(57)【要約】【課題】小型で、信頼性及び耐久性があるとともに、外部モータの回転方向とポンプヘッドの回転方向とが同じ場合に好適に用いることができる血液ポンプ用磁気ギア型変速装置を提供する。【解決手段】血液ポンプ用磁気ギア型変速装置１０は、ユニット駆動磁石３８と同心状に対向配置されるように構成された装置側従動磁石４４と、装置側従動磁石４４と同一の回転速度で回転可能に配置された磁気ギア駆動磁石４６と、磁気ギア駆動磁石４６と磁気的に結合して磁気ギア駆動磁石４６と同一方向に異なる速度で回転するように構成された磁気ギア従動磁石５０と、磁気ギア従動磁石５０と同一の回転速度で回転可能に配置され、ポンプ従動磁石３４と磁気結合可能なポンプ駆動磁石５２とを備える。【選択図】図１
2019024778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動ユニットが発生する回転駆動力を変速して血液ポンプに伝達する血液ポンプ用磁気ギア型変速装置であって、
前記駆動ユニットに配置されたユニット駆動磁石に対し、同心状に対向配置されるように構成されたリング状の装置側従動磁石と、
前記装置側従動磁石の回転に伴って前記装置側従動磁石と同一の回転速度で回転可能に配置されたリング状の磁気ギア駆動磁石と、
前記磁気ギア駆動磁石の内側に配置され、前記磁気ギア駆動磁石と磁気的に結合して前記磁気ギア駆動磁石と同一方向に異なる速度で回転するように構成されたリング状の磁気ギア従動磁石と、
磁気ギア従動磁石の回転に伴って前記磁気ギア従動磁石と同一の回転速度で回転可能に配置され、前記血液ポンプに配置されたリング状のポンプ従動磁石と磁気結合可能なリング状のポンプ駆動磁石と、を備える、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気ギア型変速装置。
【請求項２】
請求項１記載の血液ポンプ用磁気ギア型変速装置において、
前記装置側従動磁石及び前記磁気ギア駆動磁石を同心状に保持する第１回転体と、
前記第１回転体の回転軸に対して偏心した回転軸を有し、前記磁気ギア従動磁石及び前記ポンプ駆動磁石を同心状に保持する第２回転体と、を備える、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気ギア型変速装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の血液ポンプ用磁気ギア型変速装置において、
前記装置側従動磁石、前記磁気ギア駆動磁石、前記磁気ギア従動磁石及び前記ポンプ駆動磁石を収容するハウジングを備え、
前記ハウジングには、前記血液ポンプの一部が嵌合可能な装着用凹部が設けられ、
前記血液ポンプが前記ハウジングに装着された状態で、前記ポンプ従動磁石は前記装着用凹部内に配置される、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気ギア型変速装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の血液ポンプ用磁気ギア型変速装置において、
前記血液ポンプ用磁気ギア型変速装置は、前記血液ポンプ及び前記駆動ユニットの一方又は両方に対して着脱可能に構成されている、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気ギア型変速装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の血液ポンプ用磁気ギア型変速装置において、
前記磁気ギア従動磁石の磁極数は、前記磁気ギア駆動磁石の磁極数よりも少なく、
前記磁気ギア従動磁石は、前記磁気ギア駆動磁石よりも高速で回転する、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気ギア型変速装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の血液ポンプ用磁気ギア型変速装置において、
前記磁気ギア従動磁石の磁極数は、前記磁気ギア駆動磁石の磁極数よりも多く、
前記磁気ギア従動磁石は、前記磁気ギア駆動磁石よりも低速で回転する、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気ギア型変速装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の血液ポンプ用磁気ギア型変速装置において、
前記磁気ギア駆動磁石及び前記磁気ギア従動磁石の着磁方向が軸方向である、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気ギア型変速装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の血液ポンプ用磁気ギア型変速装置において、
前記磁気ギア駆動磁石及び前記磁気ギア従動磁石の着磁方向が径方向である、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気ギア型変速装置。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の血液ポンプ用磁気ギア型変速装置において、
前記磁気ギア駆動磁石及び前記磁気ギア従動磁石の着磁方向が、それぞれ、前記磁気ギア駆動磁石の回転軸及び前記磁気ギア従動磁石の回転軸に対して傾斜している、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気ギア型変速装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の血液ポンプ用磁気ギア型変速装置において、
前記ポンプ駆動磁石の着磁方向が径方向である、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気ギア型変速装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の血液ポンプ用磁気ギア型変速装置において、
前記ポンプ駆動磁石の着磁方向が軸方向である、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気ギア型変速装置。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の血液ポンプ用磁気ギア型変速装置において、
前記ポンプ駆動磁石の着磁方向が、前記ポンプ駆動磁石の回転軸に対して傾斜している、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気ギア型変速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液ポンプ用磁気ギア型変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人工心肺装置の血液循環装置として、外部モータの駆動トルクを磁気結合を用いて血液室内のインペラに伝達する遠心式血液ポンプ装置（磁気結合型遠心式血液ポンプ装置）を使用する例が増加している。磁気結合型遠心式血液ポンプ装置によれば、外部と血液室との物理的な連通を完全に排除することができるため、細菌等の血液への侵入を防止することができ、高価な外部モータを再利用可能としながら、血液に接触するポンプヘッドのみを使い捨て構造とすることが可能となる。
【０００３】
現在、様々な回転方向、回転数レンジの磁気結合型遠心式血液ポンプ装置が使用されているが、磁気結合方式に互換性がない場合が大半である。それぞれの使い捨てポンプヘッドには専用の外部モータを必要とし、回転数を高くしてポンプヘッドを小型化したいといった場合においても、既存の外部モータを使用することができなくなる。このため、外部モータ及び駆動装置も新たに開発する必要がある。
【０００４】
下記特許文献１には、異なる回転方向、回転数のポンプヘッドを既存の外部モータで駆動するための変速装置が開示されている。具体的に、特許文献１の図１２では、円板状多極着磁マグネットを同心状ではなく、偏心結合させて、回転方向を逆転させる構成が開示されている。特許文献１の図１３では、機械的な歯車を用いて変速する構成が開示されている（逆転させてもよい旨の記載もある）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５０２１０４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した円板状多極着磁マグネットを偏心結合させて回転方向を逆転させる構成の場合、横方向に大きなスペースを要し、外部モータの回転方向とポンプヘッドの回転方向とが同じ場合には適応できないという問題がある。機械的な歯車を用いて変速（及び逆転）する構成の場合、機械的な騒音、歯車の摩耗による耐久性、信頼性の問題がある。このような問題を解決するために、例えば、軟磁性体からなるポールピースを駆動磁石と従動磁石との間に介在させた磁気ギア（以下、「ポールピース利用型磁気ギア」という）を用いることが考えられる。しかしながら、ポールピース利用型磁気ギアを用いた場合、磁気ギアの出力側の回転方向が、外部モータの回転方向に対して逆方向となる。このため、外部モータの回転方向とポンプヘッドの回転方向とが同じ場合、ポールピース利用型磁気ギアでは対応できない。
【０００７】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、小型で、信頼性及び耐久性があるとともに、外部モータの回転方向とポンプヘッドの回転方向とが同じ場合に好適に用いることができる血液ポンプ用磁気ギア型変速装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明は、駆動ユニットが発生する回転駆動力を変速して血液ポンプに伝達する血液ポンプ用磁気ギア型変速装置であって、前記駆動ユニットに配置されたユニット駆動磁石に対し、同心状に対向配置されるように構成されたリング状の装置側従動磁石と、前記装置側従動磁石の回転に伴って前記装置側従動磁石と同一の回転速度で回転可能に配置されたリング状の磁気ギア駆動磁石と、前記磁気ギア駆動磁石の内側に配置され、前記磁気ギア駆動磁石と磁気的に結合して前記磁気ギア駆動磁石と同一方向に異なる速度で回転するように構成されたリング状の磁気ギア従動磁石と、磁気ギア従動磁石の回転に伴って前記磁気ギア従動磁石と同一の回転速度で回転可能に配置され、前記血液ポンプに配置されたリング状のポンプ従動磁石と磁気結合可能なリング状のポンプ駆動磁石と、を備える。
【０００９】
上記の構成を備えた本発明の血液ポンプ用磁気ギア型変速装置によれば、従来技術の偏心結合方式と異なり、横方向に大きなスペースが必要なく、小型な装置とすることができ、外部モータの回転方向とポンプヘッドの回転方向とが同じ場合に適応可能となる。また、機械的な歯車を用いて動力伝達する方式と比較して、機械的な騒音が小さいとともに、耐久性、信頼性にも優れる。さらに、血液ポンプ用磁気ギア型変速装置を用いることにより、駆動ユニットと回転方向が同じで回転速度が異なる血液ポンプを好適に駆動することができる。
【００１０】
前記装置側従動磁石及び前記磁気ギア駆動磁石を同心状に保持する第１回転体と、前記第１回転体の回転軸に対して偏心した回転軸を有し、前記磁気ギア従動磁石及び前記ポンプ駆動磁石を同心状に保持する第２回転体と、を備えてもよい。
【００１１】
これにより、簡易且つ経済的な構成で、駆動ユニットの回転駆動力を、回転方向を維持し且つ変速して血液ポンプへと伝達する機構を実現できる。
【００１２】
前記装置側従動磁石、前記磁気ギア駆動磁石、前記磁気ギア従動磁石及び前記ポンプ駆動磁石を収容するハウジングを備え、前記ハウジングには、前記血液ポンプの一部が嵌合可能な装着用凹部が設けられ、前記血液ポンプが前記ハウジングに装着された状態で、前記ポンプ従動磁石は前記装着用凹部内に配置されてもよい。
【００１３】
この構成により、血液ポンプをハウジングに良好に装着できるとともに、ポンプ従動磁石とポンプ駆動磁石とを良好に磁気結合させることができる。
【００１４】
前記血液ポンプ用磁気ギア型変速装置は、前記血液ポンプ及び前記駆動ユニットの一方又は両方に対して着脱可能に構成されていてもよい。
【００１５】
この構成により、血液ポンプの駆動ユニットへの取付け、取り外しが容易であり、便利である。
【００１６】
前記磁気ギア従動磁石の磁極数は、前記磁気ギア駆動磁石の磁極数よりも少なく、前記磁気ギア従動磁石は、前記磁気ギア駆動磁石よりも高速で回転してもよい。
【００１７】
この構成により、駆動ユニットの駆動力を増速して血液ポンプへと伝達することができる。
【００１８】
前記磁気ギア従動磁石の磁極数は、前記磁気ギア駆動磁石の磁極数よりも多く、前記磁気ギア従動磁石は、前記磁気ギア駆動磁石よりも低速で回転してもよい。
【００１９】
この構成により、駆動ユニットの駆動力を減速して血液ポンプへと伝達することができる。
【００２０】
前記磁気ギア駆動磁石及び前記磁気ギア従動磁石の着磁方向が軸方向であってもよい。
【００２１】
前記磁気ギア駆動磁石及び前記磁気ギア従動磁石の着磁方向が径方向であってもよい。
【００２２】
前記磁気ギア駆動磁石及び前記磁気ギア従動磁石の着磁方向が、それぞれ、前記磁気ギア駆動磁石の回転軸及び前記磁気ギア従動磁石の回転軸に対して傾斜していてもよい。
【００２３】
前記ポンプ駆動磁石の着磁方向が径方向であってもよい。
【００２４】
前記ポンプ駆動磁石の着磁方向が軸方向であってもよい。
【００２５】
前記ポンプ駆動磁石の着磁方向が、前記ポンプ駆動磁石の回転軸に対して傾斜していてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、小型で、信頼性及び耐久性があるとともに、外部モータの回転方向とポンプヘッドの回転方向とが同じ場合に好適に用いることができる血液ポンプ用磁気ギア型変速装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る血液ポンプ用磁気ギア型変速装置の断面図である。
【図２】ユニット駆動磁石の平面図である。
【図３】軸方向に対して直交する断面における磁気ギア駆動磁石及び磁気ギア従動磁石の配置状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る血液ポンプ用磁気ギア型変速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ながら説明する。
【００２９】
図１に示す血液ポンプ用磁気ギア型変速装置１０（以下、「変速装置１０」と略称する）は、駆動ユニット１４が発生する回転駆動力を変速して血液ポンプ１６に伝達するために使用されるアダプタである。変速装置１０は、駆動ユニット１４及び血液ポンプ１６とともに、人工心肺装置１８の一部を構成する。人工心肺装置１８は、例えば、心臓手術等において使用され、患者から脱血された血液の酸素化、異物の除去等を行い、血液を患者に戻すものである。
【００３０】
詳細は図示しないが、人工心肺装置１８は、血液ポンプ１６、駆動ユニット１４及び変速装置１０の他に、患者から脱血された血液（静脈血）を一時的に貯留するリザーバと、血液に酸素を添加するとともに二酸化炭素を除去するガス交換を行う人工肺とを備える。
【００３１】
血液ポンプ１６は、リザーバからの血液を人工肺に送血する。血液ポンプ１６は、少なくとも、ポンプハウジング２０と、ポンプハウジング２０内に回転可能に配置されたインペラ２２とを備える。ポンプハウジング２０は、図示しない第１接続ラインを介してリザーバの流出ポートと接続される流入ポート２４と、図示しない第２接続ラインを介して人工肺と接続される流出ポート２６とを有する。流入ポート２４からインペラ２２の中心部に流入した血液は、インペラ２２の回転に伴って加速されながらインペラ２２の外周側へと流れ、流出ポート２６から吐出される。
【００３２】
ポンプハウジング２０は、下部を構成するベース２０ａと、上部を構成するカバー２０ｂと、ベース２０ａとカバー２０ｂとの間で環状の周囲壁を構成する側壁部２０ｃとを有する。カバー２０ｂの中央部に流入ポート２４が設けられ、側壁部２０ｃに流出ポート２６が設けられている。ベース２０ａの下部には下方に突出した断面円形状の装着用凸部２８が設けられている。ベース２０ａにおいて、装着用凸部２８と反対側には、インペラ配置用凹部３０が設けられている。
【００３３】
ベース２０ａの底部中央には、カバー２０ｂ側に向かって突出したインペラ支持軸３２が設けられている。インペラ支持軸３２に、軸受３３を介してインペラ２２が回転可能に支持され、保持部材３９により保持されるシール部材３９ａにより、血液の軸受３３への侵入が防止されている。
【００３４】
インペラ２２内には、インペラ２２の略中央から外周側に向かって放射状に延在する複数の血液誘導路２２ｂが設けられている。インペラ２２には、ポンプ従動磁石３４が配置されている。ポンプ従動磁石３４は、インペラ２２の軸（回転軸）を中心とする周方向に間隔を置いて配列された複数の磁石３４ａを有する。インペラ２２に設けられた磁石収容溝２２ａには、バックヨーク３５が固定されている。当該バックヨーク３５の外周にポンプ従動磁石３４を構成する複数の磁石３４ａが配置されている。本実施形態において、ポンプ従動磁石３４は、インペラ２２の下部近傍且つ外周部近傍に配置されている。ポンプ従動磁石３４を構成する磁石３４ａは、後述するポンプ駆動磁石５２と所望の結合力で磁気結合できるように、個数、大きさ等が設定されている。ポンプ従動磁石３４は、複数の径方向に着磁された円弧状の磁石を、周方向に異なる磁極が交互に並ぶように配置したもの、もしくはリング状の磁石に径方向多極着磁を施したものでもよい。
【００３５】
なお、本実施形態ではインペラ２２の回転はインペラ２２内に配置された転がり軸受等の軸受３３によって支持されているが、このようなインペラ２２の回転支持方法は本発明に影響を与えることはなく、インペラ２２の回転は、特許第６１３４７０２号公報に示されるような、血液接触面内のピボット支持や、特許第２９８９２３３号公報に示されるような動圧軸受による支持でもよい。
【００３６】
駆動ユニット１４は、モータ３６と、モータ３６の出力軸部３６ａに固定された回転部材３７（例えば、回転板）と、回転部材３７に取り付けられたユニット駆動磁石３８と、これらを収容するケース４０とを有する。モータ３６は、ＡＣモータ、ＤＣモータのいずれでもよいが、可変速モータが好適である。モータ３６は図示しない制御部によって、回転速度が制御される。
【００３７】
図２に示すように、ユニット駆動磁石３８は、モータ３６の出力軸部３６ａを中心として周方向に間隔をおいて配置された複数個の磁石３８ａからなる磁石列である。本実施形態において、ユニット駆動磁石３８の磁極数は、６個である。すなわち、ユニット駆動磁石３８は、変速装置１０に対向する側でＳ極の磁石及びＮ極の磁石からなる磁極対が、周方向に３個配置されている。なお、ユニット駆動磁石３８の磁極数は、４個以下の偶数、あるいは、８個以上の偶数であってもよい。
【００３８】
図１に示すように、ケース４０は、ユニット駆動磁石３８と対向する上部プレート４２を有する。上部プレート４２は、ユニット駆動磁石３８に近接して、ユニット駆動磁石３８に非接触に対向している。上部プレート４２上に、変速装置１０が配置されるように構成されている。ケース４０の上部には、変速装置１０と係合して、変速装置１０を固定可能なフック状の固定用係合部４３が設けられている。
【００３９】
変速装置１０は、駆動ユニット１４に着脱可能に構成されるとともに、血液ポンプ１６が着脱可能に構成されている。変速装置１０は、リング状の装置側従動磁石４４と、装置側従動磁石４４の回転に伴って回転するリング状の磁気ギア駆動磁石４６と、装置側従動磁石４４及び磁気ギア駆動磁石４６を保持する第１回転体４８と、磁気ギア駆動磁石４６の内側に配置された磁気ギア従動磁石５０と、磁気ギア従動磁石５０の回転に伴って回転するリング状のポンプ駆動磁石５２と、磁気ギア従動磁石５０及びポンプ駆動磁石５２を保持する第２回転体５４とを備える。
【００４０】
変速装置１０は、さらに、装置側従動磁石４４、磁気ギア駆動磁石４６、第１回転体４８、磁気ギア従動磁石５０、ポンプ駆動磁石５２及び第２回転体５４を収容する装置ハウジング５６を備える。装置ハウジング５６の外周下部には、駆動ユニット１４のケース４０に設けられた固定用係合部４３に係合可能な係合用突起５７が設けられている。
【００４１】
装置側従動磁石４４は、ユニット駆動磁石３８に対し、該ユニット駆動磁石３８と同心状に対向配置されるように構成されている。装置側従動磁石４４の着磁方向は、軸方向である。装置側従動磁石４４は、周方向に配置された複数の磁石４４ａからなる磁石列である。本実施形態において、装置側従動磁石４４の磁極数はユニット駆動磁石３８の磁極数と同じであり、６個である。なお、装置側従動磁石４４の磁極数は、４個以下の偶数、あるいは、８個以上の偶数であってもよい。
【００４２】
磁気ギア駆動磁石４６は、装置側従動磁石４４の回転に伴って装置側従動磁石４４と同一の回転速度で回転可能に配置されている。磁気ギア駆動磁石４６の着磁方向は、径方向である。図３に示すように、磁気ギア駆動磁石４６は、周方向に配置された円弧状の複数の磁石４６ａからなる磁石列である。本実施形態において、磁気ギア駆動磁石４６の磁極数は６個である。なお、磁気ギア駆動磁石４６の磁極数は、４個以下の偶数、あるいは、８個以上の偶数であってもよい。磁気ギア駆動磁石４６は、複数の径方向に着磁された円弧状の磁石を、周方向に異なる磁極が交互に並ぶように配置したもの、もしくはリング状の磁石に径方向多極着磁を施したものでもよい。
【００４３】
第１回転体４８は、装置側従動磁石４４及び磁気ギア駆動磁石４６を同心状に保持する。従って、装置側従動磁石４４、磁気ギア駆動磁石４６及び第１回転体４８は、回転軸ａ１を中心に一体的に回転可能である。以下、装置側従動磁石４４、磁気ギア駆動磁石４６及び第１回転体４８からなる組立体を、「第１回転ユニット６０」という。
【００４４】
図１に示すように、第１回転体４８は、装置ハウジング５６の下部を構成する下部ハウジング５６ａの中央部から装置ハウジング５６内に突出した支持軸部５６ｂに、軸受６２を介して回転可能に支持されている。第１回転体４８の内周部と支持軸部５６ｂの外周部との間に、軸受６２が配置されている。変速装置１０が駆動ユニット１４に装着された状態では、第１回転ユニット６０の回転軸ａ１は、モータ３６の出力軸部３６ａと同軸上に配置される。なお、支持軸部５６ｂは、下部ハウジング５６ａに固定された別部材であってもよい。
【００４５】
第１回転体４８には円環状のバックヨーク６４が固定され、当該バックヨーク６４の駆動ユニット１４側に装置側従動磁石４４が配置されている。第１回転体４８には、円環状のバックヨーク６６が固定され、当該バックヨーク６６の内周に磁気ギア駆動磁石４６が配置されている。なお、図１では、図示の便宜上、第１回転体４８は簡略的に示されているが、第１回転体４８は複数の部材が組み合わされたものであってもよい。
【００４６】
図１及び図３に示すように、磁気ギア従動磁石５０は、磁気ギア駆動磁石４６の内側で、磁気ギア駆動磁石４６と磁気的に結合して磁気ギア駆動磁石４６と同一方向に異なる速度で回転するように構成されている。磁気ギア従動磁石５０の着磁方向は、径方向である。磁気ギア従動磁石５０は、磁気ギア駆動磁石４６よりも小径に構成されている。磁気ギア従動磁石５０の外周面は、磁気ギア駆動磁石４６の内周面に、非接触で対向している。
【００４７】
磁気ギア従動磁石５０は、磁気ギア駆動磁石４６に対して偏心して配置されている。磁気ギア従動磁石５０は、周方向に配置された複数の磁極を有する。本実施形態では、磁気ギア従動磁石５０の磁極数は、２つである。磁気ギア従動磁石５０の磁極数は、磁気ギア駆動磁石４６の磁極数と異なる偶数である限り、任意に設定され得る。
【００４８】
磁気ギア従動磁石５０の大きさ（外径、軸方向長さ）及び磁束密度は、磁気ギア駆動磁石４６から磁気ギア従動磁石５０への変速を伴った回転駆動力の伝達に際し、十分なトルク伝達能力が得られるように設定される。
【００４９】
図１において、ポンプ駆動磁石５２は、磁気ギア従動磁石５０の回転に伴って磁気ギア従動磁石５０と同一の回転速度で回転可能に配置され、血液ポンプ１６に設けられたリング状のポンプ従動磁石３４と磁気結合可能に構成されている。ポンプ駆動磁石５２は、回転軸ａ２を中心とする周方向に配列された複数の磁石５２ａを有する。ポンプ駆動磁石５２の着磁方向は径方向である。
【００５０】
第２回転体５４は、第１回転体４８の回転軸ａ１に対して偏心した回転軸ａ２を有し、磁気ギア従動磁石５０及びポンプ駆動磁石５２を同心状に保持する。従って、磁気ギア従動磁石５０、ポンプ駆動磁石５２及び第２回転体５４は、回転軸ａ２を中心に一体的に回転可能である。以下、磁気ギア従動磁石５０、ポンプ駆動磁石５２及び第２回転体５４からなる組立体を、「第２回転ユニット７０」という。
【００５１】
第２回転体５４は、支持軸部５６ｂに固定された支持部材７２に設けられた支持軸部７２ａに、軸受７４を介して回転可能に支持されている。支持軸部７２ａは、第１回転ユニット６０の回転軸ａ１に対して偏心した位置に設けられている。第２回転体５４の内周部と支持軸部７２ａの外周部との間に、軸受７４が配置されている。
【００５２】
第２回転体５４は、小径部５４ａと大径部５４ｂとを有する。小径部５４ａの内周部に軸受７４が配置されている。小径部５４ａの外周部に磁気ギア従動磁石５０が配置されている。具体的に、小径部５４ａには円環状の磁石ホルダ７６が固定されており、当該磁石ホルダ７６に磁気ギア従動磁石５０が保持されている。
【００５３】
第２回転体５４の大径部５４ｂは、小径部５４ａと同心状に構成されるとともに、小径部５４ａよりも大きい外径を有する。大径部５４ｂは、小径部５４ａの上部に設けられている。大径部５４ｂには、ポンプ駆動磁石５２が配置されている。具体的に、大径部５４ｂには円環状のバックヨーク７８が固定されており、当該バックヨーク７８の内周にポンプ駆動磁石５２が配置されている。
【００５４】
第２回転体５４の上部（大径部５４ｂ）は、装置ハウジング５６の上部ハウジング５６ｃの天井部５６ｄと対向している。具体的に、天井部５６ｄには、装置ハウジング５６内に向かって下方に突出する突出部８０が設けられている。突出部８０は、第２回転体５４の大径部５４ｂの内側に挿入されている。天井部５６ｄにおいて、突出部８０の反対側には、装着用凹部８２が設けられている。装着用凹部８２に、血液ポンプ１６の装着用凸部２８が挿入（嵌合）可能である。
【００５５】
なお、本実施形態では、ポンプ従動磁石３４より径が大きいポンプ駆動磁石５２がポンプ従動磁石３４の外側に配置される構造となっているが、ポンプ従動磁石３４より径が小さいポンプ駆動磁石がポンプ従動磁石３４の内側に配置される構造でもよい。この場合、装置ハウジング５６の突出部８０を下方ではなく、上方（ポンプ側）に突出させ、その内側に径が小さいポンプ駆動磁石を配置し、インペラ２２及びポンプハウジング２０にはポンプ流入側に凹む凹部をそれぞれ設け、当該凹部の外周部にポンプ従動磁石３４を配置する構造とすればよい。
【００５６】
また、ポンプ従動磁石３４の着磁方向が軸方向である場合は、ポンプ駆動磁石５２を軸方向着磁とすればよく、この場合、装置ハウジング５６内の突出部８０は省略することができる。またさらに、ポンプ従動磁石３４の着磁方向がポンプ回転軸に対して傾いている場合は、ポンプ駆動磁石５２の着磁方向をポンプ駆動磁石５２の回転軸に対して同じ角度で傾ければよい。
【００５７】
血液ポンプ１６が変速装置１０に装着された状態では、変速装置１０に設けられたポンプ駆動磁石５２と、血液ポンプ１６に設けられたポンプ従動磁石３４とが、装置ハウジング５６及びポンプハウジング２０を介して、互いに対向する。これにより、変速装置１０に設けられたポンプ駆動磁石５２と、血液ポンプ１６に設けられたポンプ従動磁石３４とが磁気結合する。従って、第２回転ユニット７０の回転時には、ポンプ駆動磁石５２からポンプ従動磁石３４へと回転駆動力が伝達される。血液ポンプ１６が変速装置１０に装着された状態では、インペラ２２は、第２回転ユニット７０と同軸上に配置される。
【００５８】
本実施形態では、磁気ギア従動磁石５０の磁極数は、磁気ギア駆動磁石４６の磁極数よりも少ない。従って、磁気ギア従動磁石５０は、磁気ギア駆動磁石４６よりも高速で回転する。すなわち、本実施形態に係る変速装置１０は、駆動ユニット１４の回転駆動力を増速して血液ポンプ１６へと伝達する増速ギア機構として構成されている。
【００５９】
磁気ギア駆動磁石４６の磁極数をＮａ、磁気ギア従動磁石５０の磁極数をＮｂとした場合、磁気ギア従動磁石５０は、磁気ギア駆動磁石４６のＮａ／Ｎｂ倍の速度で回転する。本実施形態の場合、Ｎａ／Ｎｂ＝３であるため、磁気ギア従動磁石５０は、ユニット駆動磁石３８の３倍の速度で回転する。
【００６０】
なお、磁気ギア従動磁石５０の磁極数は、磁気ギア駆動磁石４６の磁極数よりも多くてもよい。この場合、磁気ギア従動磁石５０は、磁気ギア駆動磁石４６よりも低速で回転する。すなわち、この場合、変速装置１０は、駆動ユニット１４の回転駆動力を減速して血液ポンプ１６へと伝達する減速ギア機構として構成される。
【００６１】
次に、上記のように構成された変速装置１０の作用を説明する。
【００６２】
図１に示すように、駆動ユニット１４により血液ポンプ１６を駆動するために、駆動ユニット１４に変速装置１０が装着されるとともに、変速装置１０に血液ポンプ１６が装着される。このように、駆動ユニット１４に変速装置１０が装着され、且つ変速装置１０に血液ポンプ１６が装着された状態では、モータ３６の出力軸部３６ａと、変速装置１０の第１回転ユニット６０とが、同軸上に配置される。
【００６３】
モータ３６の回転に伴って、ユニット駆動磁石３８が回転する。ユニット駆動磁石３８と装置側従動磁石４４とは互いに磁気的に結合している。このため、ユニット駆動磁石３８の回転に伴い、装置側従動磁石４４を有する第１回転ユニット６０は、ユニット駆動磁石３８の回転速度及び回転方向と同一の回転速度及び回転方向で、モータ３６の出力軸部３６ａと同軸の回転軸ａ１を中心に回転する。
【００６４】
磁気ギア駆動磁石４６と磁気ギア従動磁石５０とは径方向に磁気的に結合しており、且つ磁気ギア駆動磁石４６と磁気ギア従動磁石５０の磁極数とは異なっている。このため、磁気ギア駆動磁石４６の回転に伴い、磁気ギア従動磁石５０は、磁気ギア駆動磁石４６と異なる回転数で回転する。本実施形態では、第１回転ユニット６０は、ユニット駆動磁石３８よりも高速で回転する。この場合、磁気ギア従動磁石５０の外周面が、磁気ギア駆動磁石４６の内周面と対向しているため、磁気ギア従動磁石５０は、磁気ギア従動磁石５０と同一方向に回転する。
【００６５】
磁気ギア従動磁石５０を有する第２回転ユニット７０は、第１回転ユニット６０の回転軸ａ１に対して偏心した回転軸ａ２を中心に回転する。この際、ポンプ駆動磁石５２は、第２回転体５４と一体的に回転軸ａ２を中心に回転する。このため、ポンプ駆動磁石５２と磁気結合しているポンプ従動磁石３４が回転し、ポンプ従動磁石３４を保持しているインペラ２２が、磁気ギア従動磁石５０と同一方向及び同一速度で回転する。インペラ２２の回転により、血液が、図示しないリザーバから流入ポート２４を介して血液ポンプ１６内に導入され、流出ポート２６を介して図示しない人工肺へと送り出される。
【００６６】
この場合、本実施形態に係る変速装置１０は、以下の効果を奏する。
【００６７】
変速装置１０は、装置側従動磁石４４の回転に伴って装置側従動磁石４４と同一の回転速度で回転可能に配置された磁気ギア駆動磁石４６と、磁気ギア駆動磁石４６の内側に配置され、磁気ギア駆動磁石４６と磁気的に結合して磁気ギア駆動磁石４６と同一方向に異なる速度で回転するように構成された磁気ギア従動磁石５０とを備える。このため、変速装置１０は、従来技術の偏心結合方式と異なり、駆動ユニット１４と同じ回転方向の血液ポンプ１６を駆動することが可能であり、横方向に大きなスペースが必要なく、小型な装置とすることができる。また、変速装置１０は、機械的な歯車を用いて動力伝達する方式と比較して、機械的な騒音が小さいとともに、耐久性、信頼性にも優れる。さらに、変速装置１０を用いることにより、駆動ユニット１４と回転方向が同じで回転速度が異なる血液ポンプ１６を好適に駆動することができる。
【００６８】
変速装置１０は、さらに、装置側従動磁石４４及び磁気ギア駆動磁石４６を同心状に保持する第１回転体４８と、第１回転体４８の回転軸に対して偏心した回転軸を有し、磁気ギア従動磁石５０及びポンプ駆動磁石５２を同心状に保持する第２回転体５４とを備える、これにより、簡易且つ経済的な構成で、駆動ユニット１４の回転駆動力を、回転方向を維持し且つ変速して血液ポンプ１６へと伝達する機構を実現できる。
【００６９】
装置ハウジング５６には、血液ポンプ１６の一部が嵌合可能な装着用凹部８２が設けられ、血液ポンプ１６が装置ハウジング５６に装着された状態で、ポンプ従動磁石３４は装着用凹部８２内に配置される。この構成により、血液ポンプ１６を装置ハウジング５６に良好に装着できるとともに、ポンプ従動磁石３４とポンプ駆動磁石５２とを良好に磁気結合させることができる。
【００７０】
変速装置１０は、血液ポンプ１６及び駆動ユニット１４の一方又は両方に対して着脱可能に構成されている。この構成により、血液ポンプ１６の駆動ユニット１４への取付け、取り外しが容易であり、便利である。
【００７１】
磁気ギア従動磁石５０の磁極数は、磁気ギア駆動磁石４６の磁極数よりも少なく、磁気ギア従動磁石５０は、磁気ギア駆動磁石４６よりも高速で回転する。この構成により、駆動ユニット１４の駆動力を増速して血液ポンプ１６へと伝達することができる。なお、磁気ギア従動磁石５０の磁極数が、ユニット駆動磁石３８の磁極数よりも多い場合には、駆動ユニット１４の駆動力を減速して血液ポンプ１６へと伝達することができる。
【００７２】
ユニット駆動磁石３８、装置側従動磁石４４、磁気ギア駆動磁石４６、磁気ギア従動磁石５０、ポンプ駆動磁石５２及びポンプ従動磁石３４の少なくとも１つは、ハルバッハ配列を形成するように配置されるとよい。ハルバッハ配列は、磁気の方向を最適化することにより特定の方向への磁場強度を最大化する磁気回路である。このようなハルバッハ配列が適用されることにより、トルク伝達能力を良好に増大させることが可能となる。
【００７３】
なお、駆動ユニット１４の構成によっては、装置側従動磁石４４は着磁方向が径方向となるように構成されてもよく、あるいは、装置側従動磁石４４の着磁方向が、装置側従動磁石４４の軸に対して傾斜するように構成されてもよい。
【００７４】
磁気ギア駆動磁石４６及び磁気ギア従動磁石５０は、着磁方向が軸方向となるように構成されてもよく、あるいは、着磁方向が磁気ギア駆動磁石４６及び磁気ギア従動磁石５０の各軸に対して傾斜するように構成されてもよい。
【００７５】
変速装置１０は、当該変速装置１０内の回転動力伝達経路上にフレキシブルシャフトを備えてもよい。この場合、例えば、フレキシブルシャフトは、装置側従動磁石４４と磁気ギア駆動磁石４６との間の回転動力伝達経路上に配置されていてもよい。あるいは、フレキシブルシャフトは、磁気ギア従動磁石５０とポンプ駆動磁石５２との間の回転動力伝達経路上に配置されていてもよい。
【００７６】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１０…血液ポンプ用磁気ギア型変速装置          １４…駆動ユニット
１６…血液ポンプ                              ３８…ユニット駆動磁石
４４…装置側従動磁石                          ４６…磁気ギア駆動磁石
５０…磁気ギア従動磁石                        ５２…ポンプ駆動磁石
【図１】
2019024778.tif 000003
【図２】
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【図３】
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