WO2019044738A1 - ポンプ装置 - Google Patents

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WO2019044738A1
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magnet
repelling
impeller
pump device
housing
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森武寿
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テルモ株式会社
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    • F16C2316/18Pumps for pumping blood

Definitions

  • the present invention relates to a pump device that causes fluid to flow.
  • the pump device is used as a blood circulation device for flowing blood (fluid) in a heart-lung machine.
  • the pump device described in US Patent Application Publication No. 2011/02238172 rotates an impeller within a housing, draws blood into the housing by a centrifugal force accompanying the rotation, and drains blood from the housing.
  • the pump device described in U.S. Patent Application Publication No. 2011/02238172 includes a bearing structure that suppresses the radial inclination of the impeller during rotation of the impeller.
  • the bearing structure is configured of a movable side adsorptive magnet disposed in the impeller, and a fixed side adsorptive magnet disposed radially outward of the movable side adsorptive magnet and disposed in the housing. Then, the fixed-side adsorptive magnet and the movable-side adsorptive magnet are caused to generate an adsorptive force between each other by making the mutually different polarities face each other in a side sectional view, thereby suppressing the tilt of the impeller.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the impeller can be stably formed by forming a bearing capable of preventing displacement of the impeller while suppressing inclination of the impeller by a simple configuration.
  • An object of the present invention is to provide a pump device that can be rotated.
  • an impeller in which a first repelling magnet is annularly disposed, and a flow in which the impeller is rotatably accommodated and which opposes the rotating shaft of the impeller
  • a housing having an internal space into which fluid flows in through the inlet, and a second repelling magnet disposed annularly, wherein the second repelling magnet is the inlet relative to the first repelling magnet
  • the first repelling magnet and the second repelling magnet which are disposed at positions offset to the side, are characterized in that the polarities of the pole faces adjacent to each other are the same.
  • the impeller having the first repelling magnet can be stably rotated with the displacement in the direction toward the inflow port suppressed, and the fluid can be made to flow smoothly. For example, when the fluid is blood, the occurrence of thrombosis or hemolysis can be largely suppressed.
  • the second repelling magnet is disposed at a position offset in the radial direction perpendicular to the rotation axis with respect to the first repelling magnet.
  • the pump device arranges the second repelling magnet at a position offset in the radial direction orthogonal to the rotation axis with respect to the first repelling magnet, whereby the first repelling magnet and the second repelling magnet repel each other in the circumferential direction. . Thereby, the inclination of radial direction is suppressed and an impeller can be rotated stably.
  • first repelling magnet and the second repelling magnet is magnetized in the first polarity over the entire circumference of the outer peripheral portion, and has a polarity opposite to the first polarity over the entire circumference of the inner peripheral portion
  • the ring body may have a second polarity.
  • the pump device is a ring body in which the first polarity and the second polarity are magnetized in each of the outer peripheral portion and the inner peripheral portion, thereby generating a repulsive force more uniformly along the rotation axis of the impeller. This further increases the rotational stability of the impeller.
  • the housing includes a motor mechanism that rotates a drive magnet, the impeller forms a magnetic coupling mechanism with the drive magnet, and a driven magnet that rotates the impeller as the drive magnet rotates. It is good to have
  • the pump device can transmit the rotational force of the drive magnet to the impeller in a noncontact manner by forming a magnetic coupling mechanism by the drive magnet and the driven magnet.
  • the internal space can be made independent of the motor mechanism, and the displacement in the radial direction and in the direction toward the inflow port can be suppressed by the first and second repelling magnets.
  • the repulsive force between the first repelling magnet and the second repelling magnet when the first repelling magnet and the second repelling magnet approach each other by a predetermined amount or more, and the magnetic coupling force of the magnetic coupling mechanism. Is preferably greater than the fluid force of the fluid.
  • the pump device exerts a large force when the first repelling magnet and the second repelling magnet approach a predetermined distance or more because the sum of the repelling force and the magnetic coupling force is greater than the fluid force, and the impeller Contact with the housing can be avoided.
  • a repelling mechanism configured by the first repelling magnet and the second repelling magnet be provided radially outward of the magnetic coupling mechanism.
  • a repelling mechanism configured by the first repelling magnet and the second repelling magnet be provided closer to the inlet than the magnetic coupling mechanism.
  • the repulsion mechanism is provided closer to the inlet than the magnetic coupling mechanism, so that the influence of the magnetic field of the magnetic coupling mechanism is well suppressed, and the repulsion between the fixed repulsion magnet and the first repulsion magnet Can work.
  • an axial length parallel to the rotation axis of the first repelling magnet and the second repelling magnet is shorter than an axial length parallel to the rotation axis of the drive magnet and the driven magnet.
  • the axial length of the impeller and the housing can be designed to be short due to the short axial length of the first repelling magnet and the second repelling magnet.
  • the overall size of the device can be reduced.
  • the housing includes a first housing having the impeller and a second housing having the motor mechanism, and the first housing and the second housing are configured to be removable.
  • the pump device can reuse the motor mechanism and the second housing while discarding the impeller and the first housing after use.
  • the 2nd repelling magnet is arranged at the 1st housing.
  • the pump device can constantly press the first repelling magnet of the impeller in the direction opposite to the inlet by means of the second repelling magnet disposed in the first housing. Thereby, at the time of transportation of a pump device, drop-off
  • the pump device can stably rotate the impeller by forming a bearing capable of preventing a large displacement of the impeller while suppressing inclination of the impeller with a simple configuration. .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV showing the driven magnet, the movable side repelling magnet, the driving magnet, and the fixed side repelling magnet of FIG. 3; It is side surface sectional drawing which shows the principal part of the pump apparatus which concerns on a 1st modification. It is sectional drawing which shows the driven magnet of the pump apparatus which concerns on a 2nd modification, a movable side repulsion magnet, a drive magnet, and a fixed side repulsion magnet.
  • a pump device 10 is a motive power that causes the patient's blood to be extracorporeally extracorporesed and also to be absorbed into the body in the heart-lung machine 12 that supports (or substitutes for the cardio-pulmonary) patient's cardiopulmonary function Used as a source.
  • the pump device 10 includes an impeller 14 in the device, and is configured as a centrifugal pump that causes fluid to flow by centrifugal force accompanying rotation of the impeller 14.
  • the heart-lung machine 12 connects the blood removal tube 18 and the blood delivery tube 20 to the pump device 10 to form a circulation circuit that circulates blood with the patient.
  • the blood removal tube 18 has a blood removal lumen 18a therein, and its tip opening is indwelled in a desired living organ (eg, the left ventricle of the heart) to aspirate the patient's blood through the blood removal lumen 18a.
  • the blood feeding tube 20 has a blood feeding lumen 20a inside, and its tip opening is indwelled in a desired living organ (for example, a subclavian artery) to feed the blood of the pump device 10 through the blood feeding lumen 20a.
  • the artificial heart-lung machine 12 may have a configuration in which a reservoir, an artificial lung, etc.
  • the heart-lung machine 12 can remove foreign matter from the blood explanted outside the body, perform oxygenation, and the like, and return the blood to the patient's body.
  • the pump apparatus 10 which concerns on this embodiment controls the drive of the pump main body 22 in which the said impeller 14 was accommodated, the drive apparatus 24 which rotates the impeller 14, and the drive apparatus 24 as shown in FIG. And a control unit 26.
  • the housing 30 of the pump device 10 has a main body side housing 32 (first housing) constituting the pump main body 22 and a drive side housing 60 (second housing) constituting the driving device 24.
  • the housing 30 detachably configures the main body side housing 32 and the drive side housing 60, and can mutually transmit the driving force of the drive device 24 to the impeller 14 by assembling them at the time of use.
  • the pump body 22 is removed from the drive 24 and discarded. That is, the pump body 22 is replaced with each use and is configured to be disposable or disposable.
  • the drive unit 24 is configured to be of the reuse type, and the new pump body 22 is attached to operate the impeller 14 of the pump body 22 at the next use opportunity.
  • the main body side housing 32 of the pump main body 22 is formed in the external appearance which can be mounted to the drive device 24.
  • An internal space 36 in which the impeller 14 is rotatably accommodated and inflow and outflow of blood is provided in the inside of the main body side housing 32.
  • the main housing 32 includes a substantially conical upper housing portion 33, and a cylindrical lower housing portion 34 connected to the lower portion of the upper housing portion 33 and mounted on the drive device 24. And. An internal space 36 is formed across both the upper housing portion 33 and the lower housing portion 34.
  • the upper housing portion 33 and the lower housing portion 34 are configured to be separable from each other so that the impeller 14 can be taken out.
  • the upper housing portion 33 has a blood inflow port 38 connected to the blood removal tube 18 and a blood outflow port 40 connected to the blood delivery tube 20.
  • the blood inflow port 38 is provided at the ceiling and center of the upper housing portion 33 and protrudes upward, and an inflow passage communicating with the internal space 36 (hereinafter referred to as the upper space 36a) of the upper housing portion 33 38a is provided.
  • a blood inlet 38b is provided at the boundary between the inflow passage 38a and the upper space 36a.
  • the blood outlet port 40 projects from the side of the upper space 36a in the tangential direction, and an outlet channel 40a communicating with the upper space 36a is provided therein.
  • the upper space 36 a has a shape corresponding to the outer shape of the upper housing portion 33 and is formed to have a predetermined volume.
  • the upper fin portion 46 of the impeller 14 is disposed in the upper space 36 a.
  • a pivoting portion 35a of the lower housing portion 34 for supporting the impeller 14 is provided at the center of the bottom wall.
  • the lower housing portion 34 protrudes in the lower direction of the upper housing portion 33, and is formed in a cylindrical shape having an axial center coaxial with the center of the upper space 36a.
  • a cylinder portion 35 for supporting the impeller 14 is provided on the center side of the lower housing portion 34.
  • the shaft cylindrical portion 35 is composed of the above-described shaft support portion 35a and an inner peripheral portion 35b connected to the periphery and lower side of the shaft support portion 35a, and an insertion hole 42 opened at the lower end side is provided inside thereof. .
  • a lower space 36 b (a part of the internal space 36) communicating with the upper space 36 a is formed in the lower housing portion 34.
  • the lower space 36 b orbits the side of the insertion hole 42 according to the cylindrical shape of the lower housing portion 34, and rotatably accommodates the driven rotation structure portion 48 of the impeller 14.
  • a dynamic pressure bearing 43 (dynamic pressure bearing in the thrust direction) for rotating the impeller 14 in a non-contact manner is provided at the bottom portion of the lower space 36 b.
  • the dynamic pressure bearing 43 it is possible to apply a groove of a predetermined shape whose bottom is shallowly cut away.
  • the pump device 10 includes the fixed repelling magnet 44 (second repelling magnet) in the outer peripheral portion 34 a on the radially outer side of the lower housing portion 34.
  • the fixed repulsion magnet 44 is embedded in the outer peripheral portion 34a and cooperates with a movable repulsion magnet 56 described later to form a repulsion mechanism 78 which repels each other.
  • the fixed-side repulsive magnet 44 is configured as a fixed-side inner / outer unipolar magnetized ring magnet 45 that orbits a position farthest from the rotation axis O of the impeller 14.
  • the fixed-side inner and outer single-pole magnetized ring magnet 45 has a first polarity (S pole in FIG. 4) over the entire periphery of the outer periphery, and the first pole over the entire periphery of the inner periphery. It is a ring body magnetized so as to have a second polarity (N pole in FIG. 4) opposite to the polarity. That is, the inner circumferential surface of the fixed-side repulsive magnet 44 is a fixed-side repulsive surface 44 a (magnetic pole surface) in which the second polarity always exists along the circumferential direction.
  • the impeller 14 is formed in a substantially conical shape having the cavity 15 inside, and is accommodated in the main housing 32 so as to cover the axial cylindrical portion 35.
  • a slight gap is generated between the peripheral surface of the impeller 14 and the wall surface of the lower housing portion 34 (the outer peripheral portion 34 a of the lower housing portion 34 and the inner peripheral portion 35 b of the shaft cylindrical portion 35).
  • the interval of the gap depends on the size of the pump body 22, it is set, for example, in the range of about 0.1 mm to 1 mm.
  • the impeller 14 has a fin portion 46 on the upper side where the plurality of fins 52 protrude, and a driven rotation structure portion 48 connected to the lower side of the fin portion 46. That is, the impeller 14 is an open type impeller in which the flow passage 50 a formed between the fins 52 is exposed. In addition, the impeller 14 is not limited to an open type, You may be comprised in the close type provided with the shroud (not shown) which covers the flow path 50a.
  • the fin portion 46 is disposed in the upper space 36 a and imparts centrifugal force to the blood as it rotates.
  • the fin portion 46 has a plurality of conical portions 50 forming the bottom of the cavity 15 and the above-described fins 52 projecting from the conical portions 50.
  • the plurality of fins 52 are designed to have an inclination or a curved shape that generates an appropriate centrifugal force according to the rotation state (rotation direction, rotation speed, and the like) of the impeller 14.
  • a receiving member 51 which is placed on the support member 41 is provided at an inner portion and a central portion constituting the cavity 15 of the conical portion 50.
  • the support structure of the support member 41 and the receiving member 51 allows the impeller 14 to be rotatable while the downward displacement is suppressed.
  • the driven rotation structure portion 48 is formed in a cylindrical shape having a thickness in the radial direction of the impeller 14, and as shown in FIGS. 2 and 3, the rotational force of the drive device 24 with the pump body 22 and the drive device 24 attached. Is transmitted and rotated.
  • the driven magnet 54 and the movable repelling magnet 56 (first repelling magnet) are disposed inside the driven rotation structure portion 48.
  • the driven magnet 54 is disposed on the lower meat portion 48 c of the driven rotation structure 48.
  • the driven magnet 54 is arranged radially with respect to the drive magnet 64 of the drive device 24 in a mounting state of the pump body 22 and the drive device 24, and forms a magnetic coupling mechanism 76 with the drive magnet 64.
  • the movable repulsion magnet 56 is disposed in the middle side meat portion 48 b of the driven rotational structure portion 48 above the driven magnet 54.
  • a back yoke 59 is interposed between the driven magnet 54 and the movable repulsion magnet 56 to suppress the transmission of the magnetic force.
  • the movable repulsion magnet 56 forms a repulsion mechanism 78 that repels the fixed repulsion magnet 44.
  • the movable-side repulsive magnet 56 is configured as a movable-side inner / outer unipolar magnetized ring magnet 57 that orbits a position separated by a predetermined distance from the rotation axis O.
  • the movable side inner and outer single pole magnetized ring magnet 57 has a first polarity (N pole in FIG. 4) over the entire periphery of the outer peripheral portion, and a second polarity opposite to the first polarity over the entire periphery of the inner peripheral portion It is a ring body magnetized so as to have (S pole in FIG. 4).
  • the axial length (the thickness of the movable repulsion magnet 56) parallel to the rotation axis O of the movable repulsion magnet 56 (movable side inner and outer circumference unipolar magnetized ring magnet 57) is greater than the axial length of the driven magnet 54. Too short. Furthermore, the axial length of the movable repulsion magnet 56 is designed to be shorter than the axial length of the fixed repulsion magnet 44.
  • the material which comprises the movable side repelling magnet 56 is not specifically limited, either, The material mentioned by the fixed side repelling magnet 44 can be applied.
  • the fixed repulsion magnet 44 is disposed at a position offset to the movable repulsion magnet 56 on the blood inflow side (inflow port 38 b side). That is, the fixed repulsion magnet 44 and the movable repulsion magnet 56 are basically disposed so as not to oppose each other along the radial direction orthogonal to the rotation axis O, and one of the fixed repulsion surfaces is close to each other.
  • the polarities of 44a and movable side repelling surface 56a are the same.
  • the offset amount of the fixed repulsion magnet 44 and the movable repulsion magnet 56 is not particularly limited.
  • the lower end (proximity end) of the fixed repulsion magnet 44 and the upper end (proximity end) of the movable repulsion magnet 56 are several ⁇ m It is preferable that they be separated within a range of several mm. Thereby, even if the fixed-side repulsive magnet 44 and the movable-side repulsive magnet 56 are offset in the direction of the rotation axis O, the repulsive forces are mutually favorably exhibited.
  • the fixed repulsion magnet 44 pushes the movable repulsion magnet 56 radially inward and downward (opposite to the inflow port 38b). That is, the repulsion mechanism 78 forms a bearing in the radial direction (radial direction) and a bearing in the thrust direction (upward direction), and the impeller 14 having the movable repulsion magnet 56 has a radial inclination and an inlet 38 b. Displacement to the side is suppressed.
  • the drive device 24 of the pump device 10 includes a drive side housing 60 and a motor mechanism 62 housed in the drive side housing 60. Furthermore, the drive device 24 has a drive magnet 64 provided in the motor mechanism 62 and configuring a magnetic coupling mechanism 76 with the impeller 14.
  • the drive side housing 60 and the main body side housing 32 of the pump main body 22 constitute an engagement structure 66 which is detachable from each other.
  • the engagement structure 66 includes an inner peripheral portion 35 b of the lower housing portion 34 surrounding the insertion hole 42 and a central convex portion 61 of the drive side housing 60 inserted into the insertion hole 42. In the state of being inserted into the insertion hole 42, a structure for firmly positioning and fitting can be adopted.
  • the engagement structure 66 may adopt various configurations.
  • An inner side of the central protrusion 61 is a space 61 a in which the shaft 72 of the motor mechanism 62 is accommodated.
  • the motor mechanism 62 has a motor body 70 which is covered with the drive side housing 60 and screwed.
  • the motor main body 70 rotates the shaft 72 at a suitable rotational speed under the control of the control unit 26.
  • the shaft portion 72 protrudes from the motor main body 70 into the space portion 61a, and holds the drive magnet 64 in the space portion 61a via the fixing member 74.
  • the axial center (rotational axis O) of the shaft portion 72 overlaps the rotational axis O of the impeller 14 in a state where the pump body 22 and the drive device 24 are mounted.
  • the fixing member 74 is formed in a cylindrical shape, and fixes the drive magnet 64 at a predetermined height position on the outer peripheral surface thereof.
  • the drive magnet 64 is configured as a drive-side multipolar magnetized ring magnet 65 that revolves at a radius shorter than the driven magnet 54 with respect to the rotation axis O of the shaft 72 .
  • the drive-side multipolar magnetizing ring magnet 65 is magnetized such that a plurality (six) of polarities (N pole, S pole) are alternately arranged in the circumferential direction.
  • the axial length parallel to the rotation axis O of the drive magnet 64 is formed longer than the driven magnet 54, and the upper end of the drive magnet 64 reaches near the ceiling portion side of the central convex portion 61.
  • the driven magnet 54 and the drive magnet 64 can be aligned in the radial direction, and the magnetic coupling mechanism 76 can be formed favorably.
  • the material mentioned for the fixed repelling magnet 44 can be appropriately selected.
  • a heart-lung machine 12 comprising a pump device 10 is constructed for a patient who supports cardio-pulmonary function.
  • the user connects the blood removal tube 18 and the blood feeding tube 20 to the prepared pump body 22.
  • the pump device 10 is assembled.
  • the user inserts the central convex portion 61 of the drive side housing 60 into the insertion hole 42 of the main body side housing 32, and positions and fixes the pump body 22 and the drive device 24 to each other.
  • the fixed side repulsive magnet 44 (fixed side inner and outer single pole magnetized ring magnet 45) of the pump main body 22 and the movable side repulsive magnet 56 (movable side inner and outer unipolar magnetized ring magnet 57) are surfaces adjacent to each other. Constitute a repulsive mechanism 78 which repel each other with the same polarity.
  • the fixed repulsion magnet 44 is on the upper side (offset position) of the movable repulsion magnet 56, and applies a repulsive force to the movable repulsion magnet 56 radially inward and downward. For this reason, the repulsion mechanism 78 suppresses the detachment of the impeller 14 from the support member 41 during transport of the pump main body 22 and stably supports it.
  • the driven magnet 54 and the drive magnet 64 are arranged in the radial direction orthogonal to the rotation axis O.
  • the driven magnet 54 (the driven side multipolar magnetizing ring magnet 55) and the drive magnet 64 (the drive side multipolar magnetized ring magnet 65) form magnetic coupling mechanisms 76 with different polarities facing each other.
  • the driven multipole magnetized ring magnet 55 and the drive side multipolar magnetized ring magnet 65 generate a magnetic coupling force (magnetic coupling force) and can transmit the rotational force of the shaft 72 to the impeller 14.
  • a magnetic coupling force magnetic coupling force
  • the impeller 14 When rotating, the impeller 14 rotates in non-contact with the bottom of the main housing 32 by the dynamic pressure bearing 43 in the thrust direction. Further, the repulsion mechanism 78 formed by the fixed repulsion magnet 44 and the movable repulsion magnet 56 uniformly generates a repulsion force at the upper position of the magnetic coupling mechanism 76 and in the entire circumferential direction, thereby bearing in the radial direction. And a bearing in the thrust direction (upward direction).
  • the impeller 14 when the impeller 14 rotates, a force may be applied to incline the impeller 14 in the radial direction with respect to the shaft cylindrical portion 35 due to the magnetic coupling mechanism 76 and the fluid force f of blood.
  • the repulsion mechanism 78 causes the impeller 14 to immediately return to the original posture by the repulsion between the fixed repulsion magnet 44 and the movable repulsion magnet 56, and the impeller 14 contacts the main housing 32. Effectively suppress. Therefore, the pump device 10 can stably drive the impeller 14 constantly to obtain a good centrifugal force, and can flow blood smoothly in the heart-lung machine 12.
  • a repulsive force acts between the fixed repulsion surface 44a of the fixed repulsion magnet 44 and the movable repulsion surfaces 56a of the movable repulsion magnet 56.
  • the fixed side repelling surface 44a is disposed at a position offset toward the inflow port 38b with respect to the movable side repelling surface 56a, the fixed side repelling magnet 44 can be configured as the inflow port 38b and the movable side repelling magnet 56. Apply repulsion in the opposite direction.
  • the impeller 14 having the movable repulsion magnet 56 can be stably rotated while the inclination in the radial direction and the displacement in the direction toward the inflow port 38b are suppressed, and the blood flows smoothly. Is possible. For example, the occurrence of thrombosis and hemolysis can be largely suppressed.
  • the fixed-side repelling magnet 44 and the movable-side repelling magnet 56 are the fixed-side inner and outer single pole magnetized ring magnet 45 and the movable inner and outer single pole magnetized ring 57.
  • the repulsive force is generated more evenly along the rotation axis of the This further increases the rotational stability of the impeller 14.
  • the pump device 10 can transmit the rotational force of the drive magnet 64 to the impeller 14 without contact, by forming the magnetic coupling mechanism 76 with the driven magnet 54 and the drive magnet 64.
  • the internal space 36 can be made independent of the motor mechanism 62, and the displacement mechanism 78 can suppress the displacement in the radial direction and the inflow port 38b side.
  • the pump device 10 is designed such that the sum of the repulsive force and the magnetic coupling force is larger than the fluid force f. Therefore, when the fixed repulsion magnet 44 and the movable repulsion magnet 56 approach each other by a predetermined amount or more, a larger force can be exerted to immediately return the impeller 14 to the original posture.
  • the repulsion mechanism 78 is provided radially outward of the magnetic coupling mechanism 76, so that the design of the fixed repulsion magnet 44 and the movable repulsion magnet 56 is simplified, and an appropriate configuration between the two is suitable. Repulsive force can be easily generated.
  • the repulsion mechanism 78 is provided closer to the inflow port 38b than the magnetic coupling mechanism 76, so that the influence of the magnetic field of the magnetic coupling mechanism 76 can be favorably suppressed.
  • the axial length of the impeller 14 and the housing 30 can be designed to be short because the axial length of the fixed repelling magnet 44 and the movable repelling magnet 56 is short.
  • the pump device 10 can constantly press the movable repulsion magnet 56 of the impeller 14 in the direction opposite to the blood inflow port 38 by the fixed repulsion magnet 44 disposed in the pump body 22. Thereby, when the pump body 22 is transported, it is possible to prevent the impeller 14 from falling off from the support member 41.
  • the pump apparatus 10 which concerns on this invention is not limited to said embodiment, A various application example and modification can be taken.
  • the pump device 10 described above is configured such that the pump body 22 and the drive device 24 are detachably assembled, the present invention is not limited thereto, and the pump body 22 and the drive device 24 are integrated. It may be a device having a housing 30.
  • the pump device 10A according to the first modification shown in FIG. 5 differs from the pump device 10 in that a repulsion mechanism 78A is provided on the radially inner and lower side of the magnetic coupling mechanism 76A.
  • the impeller 14A of the pump device 10A includes a driven magnet 54 (a driven multipolar magnetized ring magnet 55) on the radially outer side, and a movable side repulsive magnet on the lower side and radially inner than the driven magnet 54.
  • 56 movable side inner and outer single pole magnetized ring magnet 57.
  • the driven magnet 54 and the movable repulsion magnet 56 are disposed in the direction parallel to the rotation axis O at a predetermined interval.
  • the drive side housing 60 of the drive device 24A is provided with a peripheral convex portion 68 that rotates at an interval from the central convex portion 61 inserted into the insertion hole 42 of the pump main body 22A.
  • a cylindrical rotating body 75 is fixed to the shaft portion 72 of the motor mechanism 62, and the upper end on the radially outer side of the rotating body 75 is accommodated in the space portion 68 a of the peripheral projection 68.
  • a drive magnet 64 (drive-side multipolar magnetized ring magnet 65) is fixed to the radially upper end of the rotary body 75.
  • a fixed repelling magnet 44 (fixed side inner and outer single pole magnetized ring magnet 45) is embedded inside the central convex portion 61.
  • the fixed repulsion magnet 44 and the movable repulsion magnet 56 are disposed at offset positions in the direction along the rotation axis O in the assembled state of the pump main body 22A and the drive device 24A, and the fixed repulsion magnet 44 is movable side repulsion It exists closer to the inlet 38 b than the magnet 56.
  • the fixed repulsion magnet 44 and the movable repulsion magnet 56 constitute a repulsion mechanism 78A on the radially inner side and lower side than the magnetic coupling mechanism 76A of the driven magnet 54 and the drive magnet 64.
  • the pump device 10A can obtain the same effect as the pump device 10. That is, the repelling mechanism 78A constitutes a bearing in the radial direction of the impeller 14A, and the fixed repelling magnet 44 pushes the movable repelling magnet 56 in the opposite direction to the blood inflow port 38 to suppress the floating of the impeller 14A.
  • the installation position of the fixed-side repulsive magnet 44 is not particularly limited, and it can be said that either of the pump main body 22 or 22A or the drive device 24 or 24A may be used.
  • the pump device 10B according to the second modification shown in FIG. 6 is an annular combination of a plurality of arc-shaped magnets for each of the fixed repelling magnet 44, the driven magnet 54, the movable repelling magnet 56, and the drive magnet 64. It differs from the pump devices 10 and 10A in that it is formed into a magnet group of
  • each of the driven magnet 54 and the drive magnet 64 has three circular arc magnets 80 having N and S poles arranged in the circumferential direction, and the annular driven magnet group 82 and the drive magnet group are arranged. It forms 84.
  • each of the movable repulsion magnet 56 and the fixed repulsion magnet 44 is formed by arranging six arc-shaped magnets 90 having the N pole and the S pole magnetized along the circumferential direction, and fixing the annular movable repulsion magnet group 92 and fixing. A side repulsive magnet group 94 is formed.
  • FIG. 6 each of the driven magnet 54 and the drive magnet 64 has three circular arc magnets 80 having N and S poles arranged in the circumferential direction, and the annular driven magnet group 82 and the drive magnet group are arranged. It forms 84.
  • each of the movable repulsion magnet 56 and the fixed repulsion magnet 44 is formed by arranging six arc-shaped magnets 90 having the N pole and the S pole magnetized along the circumferential direction, and fixing
  • the partition 86 may not interpose.
  • the numbers of the driven magnet 54, the movable side repelling magnet 56, the driving magnet 64, and the fixed side repelling magnet 44 may be appropriately designed.
  • the magnetic coupling mechanism 76B is favorably formed by the driven magnet group 82 and the drive magnet group 84, and the impeller 14 can be rotated together with the rotation of the motor mechanism 62.
  • the repulsion mechanism 78B is favorably formed by the movable repulsion magnet group 92 and the fixed repulsion magnet group 94, and the impeller 14 can be stably rotated.

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Abstract

ポンプ装置(10)は、血液を流入させる血液流入ポート(38)を備えると共に、固定側反発磁石(44)を環状に配置したハウジング(30)と、ハウジング(30)内に回転自在に収容され、可動側反発磁石(56)を環状に配置したインペラ(14)と、を備える。固定側反発磁石(44)は、可動側反発磁石(56)に対して血液流入ポート(38)側にオフセットされた位置に配置される。固定側反発磁石(44)と可動側反発磁石(56)は、相互に近接し合う固定側反発面(44a)と可動側反発面(56a)の極性が同一である。

Description

ポンプ装置
 本発明は、流体を流動させるポンプ装置に関する。
 ポンプ装置は、人工心肺装置において血液(流体)を流動させる血液循環機器として使用されている。例えば、米国特許出願公開第2011/0238172号明細書記載のポンプ装置は、ハウジング内でインペラを回転させ、この回転に伴う遠心力によりハウジング内に血液を引き込むと共に、ハウジングから血液を排出する。
 特に、米国特許出願公開第2011/0238172号明細書記載のポンプ装置は、インペラの回転中に、インペラがラジアル方向に傾くことを抑制する軸受構造を備える。軸受構造は、インペラに配置された可動側吸着磁石と、可動側吸着磁石の径方向外側でハウジングに配置された固定側吸着磁石とで構成される。そして、固定側吸着磁石と可動側吸着磁石は、側面断面視で、相互に異なる極性同士を対向させることで、相互間に吸着力を生じさせ、インペラの傾きを抑制する。
 ところで、この種のポンプ装置は、インペラの高速回転時に、インペラの下側に血液が回り込むことで、背面圧力が高まりインペラを浮上させようとする。特に、米国特許出願公開第2011/0238172号明細書のように、固定側吸着磁石及び可動側吸着磁石を有する構成では、インペラの浮上が誘引され易い。この浮上力が大きければ、インペラは、ポンプ本体に接触することになり、破損や回転速度の低下、摩擦による血液破壊等を発生させる可能性がある。
 本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成によって、インペラの傾きを抑制しつつ、インペラの変位を防ぐことが可能な軸受を形成することで、インペラを安定的に回転させることができるポンプ装置を提供することを目的とする。
 前記の目的を達成するために、本発明に係るポンプ装置は、第1反発磁石が環状に配置されたインペラと、前記インペラが回転自在に収容されると共に、前記インペラの回転軸に対向する流入口を介して流体が流入される内部空間を有し、且つ第2反発磁石が環状に配置されたハウジングと、を備え、前記第2反発磁石は、前記第1反発磁石に対して前記流入口側にオフセットされた位置に配置され、前記第1反発磁石と前記第2反発磁石は、相互に近接し合う磁極面の極性が同一であることを特徴とする。
 上記によれば、ポンプ装置は、第1反発磁石と第2反発磁石の近接し合う磁極面同士の間に反発力が働くことになる。しかも、第2反発磁石が第1反発磁石に対して流入口側にオフセットされた位置に配置されているので、第2反発磁石は、第1反発磁石に対して流入口の反対方向に斥力をかける。従って、第1反発磁石を有するインペラは、流入口に向かう方向への変位が抑制されて安定的に回転することができ、流体を円滑に流動させることが可能となる。例えば、流体が血液である場合には、血栓や溶血の発生を大幅に抑止することができる。
 この場合、前記第2反発磁石は、前記第1反発磁石に対して前記回転軸に直交する径方向にオフセットされた位置に配置されることが好ましい。
 ポンプ装置は、第1反発磁石に対して回転軸に直交する径方向にオフセットされた位置に第2反発磁石を配置することで、第1反発磁石と第2反発磁石が周方向に反発し合う。これによりインペラは、径方向の傾きが抑制されて安定的に回転することができる。
 また、前記第1反発磁石及び前記第2反発磁石の少なくとも一方は、外周部の全周にわたって第1極性が着磁され、且つ内周部の全周にわたって前記第1極性と反対の極性である第2極性が着磁されたリング体であるとよい。
 ポンプ装置は、第1極性と第2極性が外周部と内周部のそれぞれに着磁されたリング体であることで、インペラの回転軸周りに沿ってより均等的に反発力を生じさせる。これにより、インペラの回転の安定性が一層増すことになる。
 さらに、前記ハウジングは、駆動磁石を回転させるモータ機構を備え、前記インペラは、前記駆動磁石との間で磁気カップリング機構を形成し、前記駆動磁石の回転に連れて該インペラを回転させる従動磁石を有するとよい。
 ポンプ装置は、駆動磁石と従動磁石により磁気カップリング機構を形成することで、駆動磁石の回転力をインペラに非接触で伝達することができる。これにより、内部空間をモータ機構から独立させて、しかも第1反発磁石及び第2反発磁石により、径方向と流入口に向かう方向への変位を抑えることができる。
 ここで、前記第1反発磁石と前記第2反発磁石が所定以上近づいた際の、該第1反発磁石と該第2反発磁石の間の反発力、及び前記磁気カップリング機構の磁気カップリング力を足した力が、前記流体の流体力よりも大きいことが好ましい。
 ポンプ装置は、反発力及び磁気カップリング力を足した力が流体力よりも大きいことで、第1反発磁石と第2反発磁石が所定以上近づいた際に、大きな力を発揮して、インペラがハウジングに接触することを避けることができる。
 そして、前記第1反発磁石と前記第2反発磁石とで構成される反発機構は、前記磁気カップリング機構よりも径方向外側に設けられるとよい。
 ポンプ装置は、反発機構が磁気カップリング機構よりも径方向外側に設けられることで、第1反発磁石及び第2反発磁石の設計が簡単になり、両者間で適宜の反発力を容易に生じさせることができる。
 また、前記第1反発磁石と前記第2反発磁石とで構成される反発機構は、前記磁気カップリング機構よりも前記流入口側に設けられるとよい。
 ポンプ装置は、反発機構が磁気カップリング機構よりも流入口側に設けられることで、磁気カップリング機構の磁界の影響を良好に抑えて、固定側反発磁石と第1反発磁石の間に反発力を働かせることができる。
 さらに、前記第1反発磁石及び前記第2反発磁石の前記回転軸に平行な軸方向長さは、前記駆動磁石及び前記従動磁石の前記回転軸に平行な軸方向長さよりも短いことが好ましい。
 ポンプ装置は、第1反発磁石及び第2反発磁石の軸方向長さが短いことで、インペラ及びハウジングの軸方向長さを短く設計することが可能となる。よって、装置全体の小型化を図ることができる。
 またさらに、前記ハウジングは、前記インペラを有する第1ハウジングと、前記モータ機構を有する第2ハウジングとを含み、前記第1ハウジングと前記第2ハウジングは着脱自在に構成されていることが好ましい。
 ポンプ装置は、第1ハウジングと第2ハウジングを着脱自在とすることで、使用後にインペラ及び第1ハウジングを廃棄する一方で、モータ機構及び第2ハウジングを再利用することができる。
 上記構成に加えて、前記第2反発磁石は、前記第1ハウジングに配置されていることが好ましい。
 ポンプ装置は、第1ハウジングに配置された第2反発磁石により、インペラの第1反発磁石を流入口と反対方向に定常的に押しつけることができる。これにより、ポンプ装置の輸送時において、軸受からのインペラの脱落を確実に防止することができる。
 本発明によれば、ポンプ装置は、簡単な構成によって、インペラの傾きを抑制しつつ、インペラの大きな変位を防ぐことが可能な軸受を形成することで、インペラを安定的に回転させることができる。
本発明の一実施形態に係るポンプ装置の斜視図である。 図1のポンプ本体と駆動装置が分離した状態を示す側面断面図である。 ポンプ装置の要部を示す側面断面図である。 図3の従動磁石、可動側反発磁石、駆動磁石及び固定側反発磁石を示すIV-IV線の断面図である。 第1変形例に係るポンプ装置の要部を示す側面断面図である。 第2変形例に係るポンプ装置の従動磁石、可動側反発磁石、駆動磁石及び固定側反発磁石を示す断面図である。
 以下、本発明に係るポンプ装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
 本発明の一実施形態に係るポンプ装置10は、患者の心肺機能を補助する(又は心肺を代替する)人工心肺装置12において、患者の血液を体外に脱血させ、また体内に送血する動力源として用いられる。図1に示すように、ポンプ装置10は、インペラ14を装置内に有し、インペラ14の回転に伴う遠心力によって流体を流動させる遠心ポンプに構成されている。
 人工心肺装置12は、脱血チューブ18及び送血チューブ20をポンプ装置10に接続して、患者との間で血液を循環する循環回路を形成している。脱血チューブ18は、脱血ルーメン18aを内部に有し、その先端開口が所望の生体器官(例えば、心臓の左心室)に留置されて、脱血ルーメン18aを通して患者の血液を吸引する。送血チューブ20は、送血ルーメン20aを内部に有し、その先端開口が所望の生体器官(例えば、鎖骨下動脈)に留置されて、送血ルーメン20aを通してポンプ装置10の血液を送血する。なお、人工心肺装置12は、ポンプ装置10の他にリザーバ、人工肺等(共に不図示)を循環回路(脱血チューブ18や送血チューブ20)の途中位置に接続した構成でもよい。これにより、人工心肺装置12は、体外に脱血した血液の異物の除去や酸素化等を行い、この血液を患者の体内に戻すことができる。
 そして、本実施形態に係るポンプ装置10は、図2に示すように、上記のインペラ14が収容されたポンプ本体22と、インペラ14を回転させる駆動装置24と、駆動装置24の駆動を制御する制御部26と、を備える。また、ポンプ装置10のハウジング30は、ポンプ本体22を構成する本体側ハウジング32(第1ハウジング)と、駆動装置24を構成する駆動側ハウジング60(第2ハウジング)と、を有する。
 ハウジング30は、本体側ハウジング32と駆動側ハウジング60を着脱自在に構成し、使用時に相互に組み付けることで、駆動装置24の駆動力をインペラ14に伝達可能とする。そして使用後に、ポンプ本体22は駆動装置24から取り外されて廃棄される。つまり、ポンプ本体22は、1回の使用毎に取り替えられて、使い捨て又は滅菌処理されるディスポーザブルタイプに構成される。その一方で、駆動装置24は、リユースタイプに構成され、次の使用機会において、新たなポンプ本体22が取り付けられてこのポンプ本体22のインペラ14を動作させる。
 ポンプ本体22の本体側ハウジング32は、駆動装置24に装着可能な外観に形成されている。この本体側ハウジング32の内部には、インペラ14が回転自在に収容されると共に、血液の流入及び流出がなされる内部空間36が設けられている。
 図1及び図2に示すように、本体側ハウジング32は、略円錐状の上側ハウジング部33と、上側ハウジング部33の下部に連なり駆動装置24に装着される筒状の下側ハウジング部34と、を有する。内部空間36は、上側ハウジング部33と下側ハウジング部34の両方にわたって形成されている。上側ハウジング部33と下側ハウジング部34は、相互に分割可能に構成され、インペラ14を取り出せるようになっている。
 上側ハウジング部33は、脱血チューブ18に接続される血液流入ポート38と、送血チューブ20に接続される血液流出ポート40とを有する。血液流入ポート38は、上側ハウジング部33の天井部且つ中心に設けられて上方向に突出し、その内部には、上側ハウジング部33の内部空間36(以下、上空間36aという)に連通する流入路38aが設けられている。流入路38aと上空間36aの境界には、血液の流入口38bが設けられている。血液流出ポート40は、上空間36aの側部から接線方向に突出し、その内部には、上空間36aに連通する流出路40aが設けられている。
 上空間36aは、上側ハウジング部33の外形に応じた形状で、所定の容積を有するように形成される。上空間36aには、インペラ14の上側のフィン部46が配置される。上空間36aを囲う壁部のうち底壁の中心部には、インペラ14を支持する下側ハウジング部34の軸支部35aが設けられている。
 下側ハウジング部34は、上側ハウジング部33の下方向に突出し、上空間36aの中心と同軸の軸心を有する円筒状に形成されている。下側ハウジング部34の中心側には、インペラ14を軸支する軸筒部35が設けられている。この軸筒部35は、上記の軸支部35aと、軸支部35aの周縁且つ下側に連なる内周部35bとで構成され、その内側には、下端側が開口した挿入穴42が設けられている。
 軸支部35aの中心は、インペラ14の回転軸Oに重なり、金属製の支持部材41が設けられている。支持部材41は、軸支部35aから流入口38bの方向に向かって突出し、インペラ14を内側から回転自在に軸支する。
 また、下側ハウジング部34の内部には、上空間36aに連通する下空間36b(内部空間36の一部)が形成されている。下空間36bは、下側ハウジング部34の円筒状に応じて挿入穴42の側方を周回し、インペラ14の従動回転構造部48を回転自在に収容する。下空間36bを構成する底部には、インペラ14を非接触に回転させる動圧軸受43(スラスト方向の動圧軸受)が設けられている。例えば、動圧軸受43は、底部を浅く切り欠いた所定形状の溝を適用することができる。
 そして、本実施形態に係るポンプ装置10は、下側ハウジング部34の径方向外側の外周部34a内に固定側反発磁石44(第2反発磁石)を有している。固定側反発磁石44は、外周部34a内に埋め込まれ、後記の可動側反発磁石56と協働して、相互に反発し合う反発機構78を形成する。
 図2及び図3に示すように、固定側反発磁石44は、インペラ14の回転軸Oから最も遠い位置を周回する固定側内外周単極着磁リング磁石45に構成されている。図4に示すように、固定側内外周単極着磁リング磁石45は、外周部の全周にわたって第1極性(図4中ではS極)を有し、内周部の全周にわたって第1極性と反対の第2極性(図4中ではN極)を有するように着磁されたリング体である。すなわち、固定側反発磁石44の内周面は、周方向に沿って第2極性が常に存在する固定側反発面44a(磁極面)となっている。
 また、固定側反発磁石44は、円筒状の外周部34aの上端寄り(上側ハウジング部33付近)に配置されている。そのため、ポンプ本体22及び駆動装置24の装着状態で、固定側反発磁石44は、他の磁石に対し最も上側(流入口38b側)に位置する。固定側反発磁石44の固定側反発面44aは、インペラ14の従動回転構造部48の上側肉部分48aに対向している。
 固定側反発磁石44(固定側内外周単極着磁リング磁石45)を構成する材料は、特に限定されるものではないが、例えば、アルニコ、フェライト、ネオジム等の硬質磁性材料があげられる。
 図2及び図3に戻り、インペラ14は、空洞15を内側に有する略円錐状に形成され、軸筒部35を覆うように本体側ハウジング32に収容される。収容状態では、インペラ14の周面と下側ハウジング部34(下側ハウジング部34の外周部34a、軸筒部35の内周部35b)の壁面との間には、僅かな隙間が生じる。この隙間の間隔は、ポンプ本体22のサイズにもよるが、例えば0.1mm~1mm程度の範囲に設定される。
 インペラ14は、複数のフィン52が突出した上部側のフィン部46と、フィン部46の下部側に連なる従動回転構造部48とを有する。すなわちインペラ14は、各フィン52の間に形成された流動路50aが露出するオープンタイプの羽根車となっている。なお、インペラ14は、オープンタイプに限定されず、流動路50aを覆うシュラウド(不図示)を備えたクローズタイプに構成されていてもよい。
 フィン部46は、上空間36aに配置され、回転に伴い遠心力を血液に付与する。フィン部46は、空洞15の底部を構成する円錐部50と、円錐部50から突出する上記のフィン52を複数有する。複数のフィン52は、インペラ14の回転状態(回転方向や回転速度等)に応じて、適宜の遠心力を生じる傾きや湾曲形状に設計される。
 円錐部50の空洞15を構成する内側部且つ中心部には、支持部材41に被せられる受け部材51が設けられている。支持部材41及び受け部材51の支持構造によって、インペラ14は、下方向への変位が抑制されつつ回転自在となる。
 従動回転構造部48は、インペラ14の径方向に厚みを有する円筒状に形成され、図2及び図3に示すように、ポンプ本体22と駆動装置24の装着状態で、駆動装置24の回転力が伝達されて回転する。この従動回転構造部48の内部には、従動磁石54及び可動側反発磁石56(第1反発磁石)が設置されている。
 従動磁石54は、従動回転構造部48の下側肉部分48cに配置されている。この従動磁石54は、ポンプ本体22と駆動装置24の装着状態で、駆動装置24の駆動磁石64に対し径方向に並び、駆動磁石64との間で磁気カップリング機構76を形成する。
 図4に示すように、従動磁石54は、インペラ14の回転軸Oに対し一定の半径で周回する従動側多極着磁リング磁石55に構成されている。従動側多極着磁リング磁石55は、複数のN極及びS極が周方向に沿って交互に並ぶように着磁されている。図4中では、従動側多極着磁リング磁石55の極性数は、6つ(すなわち3つの対極)に設計されているが、これに限定されるものではない。従動磁石54(従動側多極着磁リング磁石55)を構成する材料は、特に限定されず、固定側反発磁石44であげた材料を適用し得る。また従動磁石54の外周面側には、バックヨーク58が周方向全周にわたって配置されている。例えば、バックヨーク58は、磁力の伝達を抑制する材料により構成されている。
 一方、可動側反発磁石56は、図3及び図4に示すように、従動磁石54よりも上側の従動回転構造部48の中間側肉部分48bに配置されている。従動磁石54と可動側反発磁石56の間には、磁力の伝達を抑制するバックヨーク59が介在している。
 上述したように、可動側反発磁石56は、固定側反発磁石44と相互に反発し合う反発機構78を形成する。図4に示すように、可動側反発磁石56は、回転軸Oから所定距離離れた位置を周回する可動側内外周単極着磁リング磁石57に構成されている。可動側内外周単極着磁リング磁石57は、外周部の全周にわたって第1極性(図4中ではN極)を有し、内周部の全周にわたって第1極性と反対の第2極性(図4中ではS極)を有するように着磁されたリング体である。すなわち、可動側反発磁石56の外周面は、固定側反発磁石44の固定側反発面44aの極性と同じ極性が周方向に沿って常に存在する可動側反発面56a(磁極面)となっている。
 また、可動側反発磁石56(可動側内外周単極着磁リング磁石57)の回転軸Oに平行な軸方向長さ(可動側反発磁石56の厚み)は、従動磁石54の軸方向長さよりも短い。さらに言えば、可動側反発磁石56の軸方向長さは、固定側反発磁石44の軸方向長さよりも短く設計されている。可動側反発磁石56を構成する材料も特に限定されず、固定側反発磁石44であげた材料を適用し得る。
 さらに、固定側反発磁石44と可動側反発磁石56の配置状態について説明する。具体的には、固定側反発磁石44は、可動側反発磁石56に対して血液の流入側(流入口38b側)にオフセットされた位置に配置されている。すなわち、固定側反発磁石44と可動側反発磁石56は、基本的には回転軸Oに直交する径方向に沿って相互に対向しないように配置され、その一方で相互に近接する固定側反発面44aと可動側反発面56aの極性が同一となっている。
 固定側反発磁石44と可動側反発磁石56のオフセット量は、特に限定されないが、例えば、固定側反発磁石44の下端(近接端)と可動側反発磁石56の上端(近接端)とが数μm~数mmの範囲で離間しているとよい。これにより、固定側反発磁石44と可動側反発磁石56は、回転軸Oの方向にオフセットしていても、相互間で反発力を良好に発揮し合う。
 そのため、固定側反発磁石44は、可動側反発磁石56を径方向内側且つ下方向(流入口38bの反対側)に押し込む。つまり、反発機構78は、ラジアル方向(径方向)の軸受と、スラスト方向(上方向)の軸受とを形成し、可動側反発磁石56を有するインペラ14は、径方向への傾きや流入口38b側への変位が抑制される。
 そして、反発機構78は、ポンプ本体22のみで構成されるため、ポンプ本体22の輸送時に、本体側ハウジング32内でインペラ14が流入口38b側に変位することも抑制する。特に、本実施形態に係るインペラ14は、支持部材41に対し中心部の受け部材51を被せて軸支した構成であるため、反発機構78は、インペラ14の変位によって支持部材41からインペラ14が脱落するのを防止することができる。
 一方、図2及び図3に示すように、ポンプ装置10の駆動装置24は、駆動側ハウジング60と、駆動側ハウジング60内に収容されるモータ機構62と、を備える。さらに、駆動装置24は、モータ機構62に設けられてインペラ14との間で磁気カップリング機構76を構成する駆動磁石64を有する。
 駆動側ハウジング60は、ポンプ本体22の本体側ハウジング32との間で相互に着脱自在な係合構造66を構成している。例えば、係合構造66は、挿入穴42を囲う下側ハウジング部34の内周部35bと、挿入穴42に挿入される駆動側ハウジング60の中央凸部61とを含み、中央凸部61を挿入穴42に挿入した状態で強固に位置決め嵌合する構造をとり得る。なお、係合構造66は、種々の構成を採用してよいことは勿論である。
 中央凸部61の内側は、モータ機構62の軸部72が収容される空間部61aとなっている。モータ機構62は、駆動側ハウジング60に覆われてねじ止め固定されるモータ本体70を有する。モータ本体70は、制御部26の制御下に軸部72を適宜の回転速度で回転させる。
 軸部72は、モータ本体70から空間部61a内に突出し、空間部61a内において固定部材74を介して駆動磁石64を保持している。軸部72の軸心(回転軸O)は、ポンプ本体22と駆動装置24の装着状態で、インペラ14の回転軸Oと重なる。固定部材74は、円筒状に形成され、その外周面の所定高さ位置に駆動磁石64を固着している。
 図4に示すように、本実施形態に係る駆動磁石64は、軸部72の回転軸Oに対し従動磁石54よりも短い半径で周回する駆動側多極着磁リング磁石65に構成されている。駆動側多極着磁リング磁石65は、従動磁石54と同様に、複数(6つ)の極性(N極、S極)が周方向に沿って交互に並ぶように着磁されている。
 さらに、駆動磁石64の回転軸Oに平行な軸方向長さは、従動磁石54よりも長く形成され、駆動磁石64の上端は中央凸部61の天井部側付近に達している。これにより、ポンプ本体22と駆動装置24の装着状態で、従動磁石54と駆動磁石64とが径方向に並び、磁気カップリング機構76を良好に形成することができる。また、駆動磁石64を構成する材料も、固定側反発磁石44であげた材料を適宜選択し得る。
 図2に戻り、ポンプ装置10の制御部(Controller)26は、図示しない入出力インタフェース、メモリ及びプロセッサを有する周知のコンピュータにより構成され、モータ機構62の駆動を制御する。制御部26の外面には、図示しないモニタ、スピーカ、操作ボタン等が設けられており、医師や看護士等のユーザは、操作ボタンを操作することで、ポンプ装置10の駆動内容を設定する。制御部26は、ユーザの設定情報に基づき、バッテリの電力の供給を制御して、例えば0~80000rpmの範囲で軸部72を回転させる。
 次に、上述した構成を有するポンプ装置10の作用について説明する。
 ポンプ装置10を含む人工心肺装置12は、心肺機能を補助する患者に対して構築される。人工心肺装置12の構築時に、ユーザは、用意されたポンプ本体22に脱血チューブ18及び送血チューブ20を接続する。そして図2に示すように、駆動装置24に対しポンプ本体22を装着することで、ポンプ装置10を組み立てる。この際、ユーザは、本体側ハウジング32の挿入穴42に駆動側ハウジング60の中央凸部61を差し込み、ポンプ本体22と駆動装置24を相互に位置決め固定する。
 ここで、ポンプ本体22の固定側反発磁石44(固定側内外周単極着磁リング磁石45)と可動側反発磁石56(可動側内外周単極着磁リング磁石57)とは、近接する面が同一の極性で反発し合う反発機構78を構成している。固定側反発磁石44は、可動側反発磁石56より上方側(オフセット位置)にあって、可動側反発磁石56を径方向内側且つ下方向に向けて斥力をかけている。このため、反発機構78は、ポンプ本体22の輸送中に、支持部材41からのインペラ14の抜けを抑制して安定的に支持させる。
 また図3に示すように、装着状態では、従動磁石54と駆動磁石64が回転軸Oに直交する径方向に並ぶ。このため、従動磁石54(従動側多極着磁リング磁石55)と駆動磁石64(駆動側多極着磁リング磁石65)は、異なる極性同士を相互に対向させて磁気カップリング機構76を形成する。すなわち、従動側多極着磁リング磁石55と駆動側多極着磁リング磁石65は、磁気カップリング力(磁気的結合力)を生じさせ、軸部72の回転力をインペラ14に伝達可能とする。
 従って、駆動装置24のモータ機構62が、軸部72を回転させると、インペラ14も連れ回りする。そして、上空間36a内で回転するフィン部46は、遠心力を生じさせ、これにより流入路38a、内部空間36、流動路50a、流出路40aの順に、血液を流動させる。
 インペラ14は、回転時に、スラスト方向の動圧軸受43によって、本体側ハウジング32の底部に対して非接触に回転する。また、固定側反発磁石44と可動側反発磁石56とが形成する反発機構78は、磁気カップリング機構76の上方位置且つ周方向全体で、均等的に反発力が生じさせて、ラジアル方向の軸受と、スラスト方向(上方向)の軸受とを形成している。
 ここで、インペラ14は、高速回転中等に、血液の流体力f(流入圧力や流出圧力:背面圧力)によりスラスト方向に浮上力が働く。しかしながら支持部材41の支持位置から浮いたとしても、固定側反発磁石44と可動側反発磁石56の距離が近くなり、反発機構78が大きな反発力を作用させる。特に、ポンプ装置10は、磁気カップリング機構76の磁気カップリング力と、反発機構78の反発力を足した力が、血液の流体力fよりも大きくなるように予め設計されている。そのため、インペラ14が上方に移動することを抑止することができる。
 また、インペラ14の回転時には、磁気カップリング機構76や血液の流体力fに伴い、軸筒部35に対してインペラ14をラジアル方向に傾ける力がかかる場合がある。これに対し、反発機構78は、固定側反発磁石44と可動側反発磁石56の間の反発力により、インペラ14を元の姿勢にすぐに復帰させ、インペラ14が本体側ハウジング32に接触することを効果的に抑制する。従って、ポンプ装置10は、インペラ14を定常的に安定駆動させて遠心力を良好に得ることができ、人工心肺装置12において血液を円滑に流動させることができる。
 上述したように、本実施形態に係るポンプ装置10は、以下の効果を奏する。
 ポンプ装置10は、固定側反発磁石44の固定側反発面44aと可動側反発磁石56の可動側反発面56a同士の間に反発力が働くことになる。しかも、固定側反発面44aが可動側反発面56aに対して流入口38b側にオフセットされた位置に配置されているので、固定側反発磁石44は、可動側反発磁石56に対し流入口38bと反対方向に斥力をかける。これにより、可動側反発磁石56を有するインペラ14は、径方向への傾きと、流入口38bに向かう方向への変位が抑制されて安定的に回転することができ、血液を円滑に流動させることが可能となる。例えば、血栓や溶血の発生を大幅に抑止することができる。
 この場合、ポンプ装置10は、固定側反発磁石44及び可動側反発磁石56が固定側内外周単極着磁リング磁石45や可動側内外周単極着磁リング磁石57であることで、インペラ14の回転軸周りに沿ってより均等的に反発力を生じさせる。これにより、インペラ14の回転の安定性が一層増すことになる。
 特に、ポンプ装置10は、従動磁石54と駆動磁石64により磁気カップリング機構76を形成することで、駆動磁石64の回転力をインペラ14に非接触で伝達することができる。これにより、内部空間36をモータ機構62から独立させ、しかも反発機構78により径方向及び流入口38b側への変位を抑えることができる。また、ポンプ装置10は、反発力及び磁気カップリング力を足した力が流体力fよりも大きく設計されている。従って、固定側反発磁石44と可動側反発磁石56が所定以上近づいた際には、より大きな力を発揮して、インペラ14を元の姿勢にすぐに戻すことができる。
 さらに、ポンプ装置10は、反発機構78が磁気カップリング機構76よりも径方向外側に設けられることで、固定側反発磁石44及び可動側反発磁石56の設計が簡単になり、両者間で適宜の反発力を容易に生じさせることができる。ポンプ装置10は、反発機構78が磁気カップリング機構76よりも流入口38b側に設けられることで、磁気カップリング機構76の磁界の影響を良好に抑えることが可能となる。
 またさらに、ポンプ装置10は、固定側反発磁石44及び可動側反発磁石56の軸方向長さが短いことで、インペラ14及びハウジング30の軸方向長さを短く設計することが可能となる。よって、装置全体の小型化を図ることができる。そして、ポンプ装置10は、ポンプ本体22に配置された固定側反発磁石44により、インペラ14の可動側反発磁石56を血液流入ポート38と反対方向に定常的に押しつけることができる。これによりポンプ本体22の輸送時において、支持部材41からのインペラ14の脱落を防止することが可能となる。
 なお、本発明に係るポンプ装置10は、上記の実施形態に限定されず、種々の応用例及び変形例を採り得る。例えば、上記のポンプ装置10は、ポンプ本体22と駆動装置24が着脱自在に組立てられる構成となっているが、これに限定されず、ポンプ本体22と駆動装置24が一体化した、すなわち一連のハウジング30を有する装置でもよい。
 以下、本発明に係るポンプ装置10の変形例について幾つか説明する。なお、以降の説明において、上述したポンプ装置10と同一の構成又は同一の機能を有する構成には、同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。
〔第1変形例〕
 図5に示す第1変形例に係るポンプ装置10Aは、磁気カップリング機構76Aの径方向内側且つ下方側に反発機構78Aを設けた点で、ポンプ装置10と異なる。
 具体的には、ポンプ装置10Aのインペラ14Aは、径方向外側に従動磁石54(従動側多極着磁リング磁石55)を備え、従動磁石54よりも下方側且つ径方向内側に可動側反発磁石56(可動側内外周単極着磁リング磁石57)を備える。従動磁石54と可動側反発磁石56とは、回転軸Oと平行な方向に所定間隔あけて配置される。
 一方、駆動装置24Aの駆動側ハウジング60は、ポンプ本体22Aの挿入穴42に挿入される中央凸部61に対し間隔をあけて周回する周辺凸部68を備える。また、モータ機構62の軸部72には、筒状の回転体75が固定され、回転体75の径方向外側の上端が周辺凸部68の空間部68aに収容される。そして、回転体75の径方向外側の上端には、駆動磁石64(駆動側多極着磁リング磁石65)が固着されている。
 また、中央凸部61の内部には、固定側反発磁石44(固定側内外周単極着磁リング磁石45)が埋め込まれている。固定側反発磁石44と可動側反発磁石56は、ポンプ本体22Aと駆動装置24Aの組立状態で、回転軸Oに沿った方向のオフセット位置に配置され、固定側反発磁石44の方が可動側反発磁石56よりも流入口38b寄りに存在している。
 以上のポンプ装置10Aは、従動磁石54と駆動磁石64の磁気カップリング機構76Aよりも径方向内側且つ下方側において、固定側反発磁石44と可動側反発磁石56が反発機構78Aを構成している。これにより、ポンプ装置10Aは、ポンプ装置10と同様の効果を得ることができる。つまり、反発機構78Aは、インペラ14Aのラジアル方向に軸受を構成すると共に、固定側反発磁石44が、可動側反発磁石56を血液流入ポート38と反対方向に押し込むことでインペラ14Aの浮上を抑制する。また上記のように、固定側反発磁石44の設置位置は、特に限定されず、ポンプ本体22、22A又は駆動装置24、24Aのいずれでもよいと言える。
〔第2変形例〕
 図6に示す第2変形例に係るポンプ装置10Bは、固定側反発磁石44、従動磁石54、可動側反発磁石56、駆動磁石64の各々について、円弧状に構成された磁石を複数組み合わせて環状の磁石群に形成した点で、ポンプ装置10、10Aと異なる。
 例えば、図6中では、従動磁石54及び駆動磁石64の各々は、周方向に沿ってN極及びS極を有する3つの円弧状の磁石80を並べて、環状の従動磁石群82及び駆動磁石群84を形成している。また可動側反発磁石56及び固定側反発磁石44の各々は、周方向に沿ってN極及びS極を着磁した6つの円弧状の磁石90を並べて、環状の可動側反発磁石群92及び固定側反発磁石群94を形成している。なお図6中では、磁石80同士及び磁石90同士の間に隔壁86を挟んだ構成としているが、隔壁86は介在していなくてもよい。また、従動磁石54、可動側反発磁石56、駆動磁石64、固定側反発磁石44の数は、適宜設計してよい。
 以上のように構成されたポンプ装置10Bでも、従動磁石群82及び駆動磁石群84により磁気カップリング機構76Bが良好に形成されて、モータ機構62の回転によりインペラ14を連れ回りさせることができる。また、ポンプ装置10Bは、可動側反発磁石群92及び固定側反発磁石群94により反発機構78Bが良好に形成されて、インペラ14を安定的に回転させることができる。
 なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。

Claims (10)

  1.  第1反発磁石が環状に配置されたインペラと、
     前記インペラが回転自在に収容されると共に、前記インペラの回転軸に対向する流入口を介して流体が流入される内部空間を有し、且つ第2反発磁石が環状に配置されたハウジングと、を備え、
     前記第2反発磁石は、前記第1反発磁石に対して前記流入口側にオフセットされた位置に配置され、
     前記第1反発磁石と前記第2反発磁石は、相互に近接し合う磁極面の極性が同一である
     ことを特徴とするポンプ装置。
  2.  請求項1記載のポンプ装置において、
     前記第2反発磁石は、前記第1反発磁石に対して前記回転軸に直交する径方向にオフセットされた位置に配置される
     ことを特徴とするポンプ装置。
  3.  請求項2記載のポンプ装置において、
     前記第1反発磁石及び前記第2反発磁石の少なくとも一方は、外周部の全周にわたって第1極性が着磁され、且つ内周部の全周にわたって前記第1極性と反対の極性である第2極性が着磁されたリング体である
     ことを特徴とするポンプ装置。
  4.  請求項1~3のいずれか1項に記載のポンプ装置において、
     前記ハウジングは、駆動磁石を回転させるモータ機構を備え、
     前記インペラは、前記駆動磁石との間で磁気カップリング機構を形成し、前記駆動磁石の回転に連れて該インペラを回転させる従動磁石を有する
     ことを特徴とするポンプ装置。
  5.  請求項4記載のポンプ装置において、
     前記第1反発磁石と前記第2反発磁石が所定以上近づいた際の、該第1反発磁石と該第2反発磁石の間の反発力、及び前記磁気カップリング機構の磁気カップリング力を足した力が、前記流体の流体力よりも大きい
     ことを特徴とするポンプ装置。
  6.  請求項4又は5記載のポンプ装置において、
     前記第1反発磁石と前記第2反発磁石とで構成される反発機構は、前記磁気カップリング機構よりも径方向外側に設けられる
     ことを特徴とするポンプ装置。
  7.  請求項4~6のいずれか1項に記載のポンプ装置において、
     前記第1反発磁石と前記第2反発磁石とで構成される反発機構は、前記磁気カップリング機構よりも前記流入口側に設けられる
     ことを特徴とするポンプ装置。
  8.  請求項4~7のいずれか1項に記載のポンプ装置において、
     前記第1反発磁石及び前記第2反発磁石の前記回転軸に平行な軸方向長さは、前記駆動磁石及び前記従動磁石の前記回転軸に平行な軸方向長さよりも短い
     ことを特徴とするポンプ装置。
  9.  請求項4~8のいずれか1項に記載のポンプ装置において、
     前記ハウジングは、前記インペラを有する第1ハウジングと、前記モータ機構を有する第2ハウジングとを含み、
     前記第1ハウジングと前記第2ハウジングは着脱自在に構成されている
     ことを特徴とするポンプ装置。
  10.  請求項9記載のポンプ装置において、
     前記第2反発磁石は、前記第1ハウジングに配置されている
     ことを特徴とするポンプ装置。
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