(57)【要約】【課題】電源投入時にポンプのハウジング内に液体が充填されているかどうか判断する機能を備えた液体ポンプ装置を提供する。【解決手段】液体ポンプ装置１は、ハウジング２０と、ハウジング内で回転する回転体２１を有する液体ポンプ部２と、回転体２１を吸引する磁石３３を備える回転部３１を備える回転トルク発生部３と、回転体を吸引する電磁石４１と、回転体の位置検出用の位置センサ４２を備える位置制御部４を備え、ハウジングに対して回転体２１が非接触状態にて回転する液体ポンプ装置本体部５と、制御機構６とを備える。制御機構６は、ハウジング内の液体非充填状態を判断する機能を備える。判断機能は、電磁石を用いて回転体をハウジング内を移動させる判断用回転体移動機能と、回転体の移動時間算出機能と、移動時間閾値記憶部と、移動時間算出値と閾値とを用いて、ハウジング内の液体非充填状態を判断する。【選択図】    図１
2004211579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体流入ポートと液体流出ポートとを有するハウジングと、内部に第１の磁性体および第２の磁性体を備え、前記ハウジング内で回転することにより液体を送液する回転体を有するポンプ部と、該ポンプ部の前記回転体の第１の磁性体を吸引するための磁石を備える回転部と、該回転部を回転させるモータを備える回転体回転トルク発生部と、前記回転体の第２の磁性体を吸引するための電磁石を備える回転体位置制御部と、前記回転体の位置を検出するための位置センサとを備え、前記ハウジングに対して前記回転体が非接触状態にて回転するポンプ装置本体部と、該ポンプ装置本体部のための制御機構とを備える液体ポンプ装置であって、該液体ポンプ装置の制御機構は、前記ハウジング内の液体非充填状態を判断する液体充填状態判断機能を備え、該液体充填状態判断機能は、前記電磁石を用いて前記回転体を前記ハウジング内の前記回転部側と前記電磁石側間を移動させる判断用回転体移動機能と、前記位置センサを用いて、前記判断用回転体移動機能による前記ハウジング内での前記回転体の移動速度もしくは移動時間を算出する移動関連情報算出機能と、移動速度閾値もしくは移動時間閾値を記憶する移動関連情報閾値記憶部と、前記移動関連情報算出機能により算出される算出値と前記移動関連情報閾値記憶部が記憶する閾値とを用いて、ハウジング内の液体非充填状態を判断する液体非充填状態判断機能を備えることを特徴とする液体ポンプ装置。
【請求項２】
前記移動関連情報算出機能は、前記判断用回転体移動機能による前記回転体の前記回転部側から前記電磁石側への移動時の移動速度もしくは移動時間を算出するものである請求項１に記載の液体ポンプ装置。
【請求項３】
前記判断用回転体移動機能は、前記電磁石電流を徐々に上昇させる判断用電磁石電流調整機能を備えている請求項２に記載の液体ポンプ装置。
【請求項４】
前記移動関連情報算出機能は、前記判断用回転体移動機能による前記回転体の前記電磁石側から前記回転部側への移動時の移動速度もしくは移動時間を算出するものである請求項１に記載の液体ポンプ装置。
【請求項５】
前記判断用回転体移動機能は、前記電磁石電流を徐々に低下させる判断用電磁石電流調整機能を備えている請求項４に記載の液体ポンプ装置。
【請求項６】
前記移動関連情報算出機能は、前記判断用回転体移動機能による前記回転体の前記回転部側から前記電磁石側への移動時の移動速度もしくは移動時間を算出する第１の算出機能と、前記判断用回転体移動機能による前記回転体の前記電磁石側から前記回転部側への移動時の移動速度もしくは移動時間を算出する第２の算出機能と、前記第１の算出機能による第１の算出値と第２の算出機能による第２の算出値を用いて移動関連情報を算出するものである請求項１に記載の液体ポンプ装置。
【請求項７】
前記判断用回転体移動機能は、前記回転体を前記回転部側から前記電磁石側へ移動させる際に、前記電磁石電流を徐々に上昇させる判断用電磁石電流調整機能を備えている請求項６に記載の液体ポンプ装置。
【請求項８】
前記判断用回転体移動機能は、前記回転体を前記電磁石側から前記回転部側へ移動させる際に、前記電磁石電流を徐々に低下させる判断用電磁石電流調整機能を備えている請求項６または７に記載の液体ポンプ装置。
【請求項９】
前記液体ポンプ装置は、前記液体非充填状態判断機能により、液体非充填状態であると判断された場合に作動する警報手段を備えている請求項１ないし８のいずれかに記載の液体ポンプ装置。
【請求項１０】
前記回転体は、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラである請求項１ないし９のいずれかに記載の液体ポンプ装置。
【請求項１１】
前記液体ポンプ装置は、液体流入ポートと液体流出ポートを有するハウジングと、内部に磁性体を備え、前記ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液する前記回転体であるインペラを有する遠心式液体ポンプ部と、前記遠心式液体ポンプ部の前記インペラの磁性体を吸引するための磁石を備える前記回転部であるロータと、該ロータを回転させるモータを備えるインペラ回転トルク発生部と、電磁石を備えるインペラ位置制御部とを備え、前記ハウジングに対して前記インペラが非接触状態にて回転するものである請求項１ないし１０のいずれかに記載の液体ポンプ装置。
【請求項１２】
前記液体ポンプ装置は、直接的な充填液体有無検知手段を備えていない請求項１ないし１１のいずれかに記載の液体ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血液などの医療用液体を送液するための液体ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、人工心肺装置における体外血液循環に遠心式血液ポンプを使用する例が増加している。遠心ポンプとしては、外部とポンプ内の血液室との物理的な連通を完全に排除し、細菌等の侵入を防止できることにより、外部モータからの駆動トルクを磁気結合を用いて伝達する方式のものが用いられている。そして、このような遠心式血液ポンプは、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有している。また、インペラは、内部に永久磁石を備え、インペラの磁石を吸引するための磁石を備えるロータおよびこのロータを回転させるモータを備えた回転トルク発生機構により回転する。また、インペラは、ロータと反対側にも磁力により吸引されており、ハウジングに対して非接触状態にて回転する。この状態を磁気浮上状態と呼んでいる。
【０００３】
上記のような磁気浮上状態にて回転するタイプの遠心式血液ポンプ装置として、例えば、本件出願人は、特許文献（特開２００２−２１７７３号公報）に示すものを提案している。この遠心式血液ポンプ装置は、特有の効果を奏し有効なものである。しかし、このタイプのポンプにおいて、間違って、ポンプ装置のハウジング内に液体が充填されていない状態において電源を投入すると、通常液体の充填を前提として制御することを予定しているため、インペラがハウジング内壁に当接し、内壁もしくはインペラが損傷を受けることが考えられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２１７７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、電源投入時にポンプのハウジング内に液体が充填されているかどうか判断する機能を備え、液体非充填時における電源投入に起因するポンプへの損傷負担を防止することができる液体ポンプ装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するものは、以下のものである。
（１）液体流入ポートと液体流出ポートとを有するハウジングと、内部に第１の磁性体および第２の磁性体を備え、前記ハウジング内で回転することにより液体を送液する回転体を有するポンプ部と、該ポンプ部の前記回転体の第１の磁性体を吸引するための磁石を備える回転部と、該回転部を回転させるモータを備える回転体回転トルク発生部と、前記回転体の第２の磁性体を吸引するための電磁石を備える回転体位置制御部と、前記回転体の位置を検出するための位置センサとを備え、前記ハウジングに対して前記回転体が非接触状態にて回転するポンプ装置本体部と、該ポンプ装置本体部のための制御機構とを備える液体ポンプ装置であって、該液体ポンプ装置の制御機構は、前記ハウジング内の液体非充填状態を判断する液体充填状態判断機能を備え、該液体充填状態判断機能は、前記電磁石を用いて前記回転体を前記ハウジング内の前記回転部側と前記電磁石側間を移動させる判断用回転体移動機能と、前記位置センサを用いて、前記判断用回転体移動機能による前記ハウジング内での前記回転体の移動速度もしくは移動時間を算出する移動関連情報算出機能と、移動速度閾値もしくは移動時間閾値を記憶する移動関連情報閾値記憶部と、前記移動関連情報算出機能により算出される算出値と前記移動関連情報閾値記憶部が記憶する閾値とを用いて、ハウジング内の液体非充填状態を判断する液体非充填状態判断機能を備える液体ポンプ装置。
【０００７】
（２）前記移動関連情報算出機能は、前記判断用回転体移動機能による前記回転体の前記回転部側から前記電磁石側への移動時の移動速度もしくは移動時間を算出するものである（１）に記載の液体ポンプ装置。
（３）前記判断用回転体移動機能は、前記電磁石電流を徐々に上昇させる判断用電磁石電流調整機能を備えている（２）に記載の液体ポンプ装置。
（４）前記移動関連情報算出機能は、前記判断用回転体移動機能による前記回転体の前記電磁石側から前記回転部側への移動時の移動速度もしくは移動時間を算出するものである（１）に記載の液体ポンプ装置。
（５）前記判断用回転体移動機能は、前記電磁石電流を徐々に低下させる判断用電磁石電流調整機能を備えている（４）に記載の液体ポンプ装置。
（６）前記移動関連情報算出機能は、前記判断用回転体移動機能による前記回転体の前記回転部側から前記電磁石側への移動時の移動速度もしくは移動時間を算出する第１の算出機能と、前記判断用回転体移動機能による前記回転体の前記電磁石側から前記回転部側への移動時の移動速度もしくは移動時間を算出する第２の算出機能と、前記第１の算出機能による第１の算出値と第２の算出機能による第２の算出値を用いて移動関連情報を算出するものである（１）に記載の液体ポンプ装置。
（７）前記判断用回転体移動機能は、前記回転体を前記回転部側から前記電磁石側へ移動させる際に、前記電磁石電流を徐々に上昇させる判断用電磁石電流調整機能を備えている（６）に記載の液体ポンプ装置。
【０００８】
（８）前記判断用回転体移動機能は、前記回転体を前記電磁石側から前記回転部側へ移動させる際に、前記電磁石電流を徐々に低下させる判断用電磁石電流調整機能を備えている（６）または（７）に記載の液体ポンプ装置。
（９）  前記液体ポンプ装置は、前記液体非充填状態判断機能により、液体非充填状態であると判断された場合に作動する警報手段を備えている（１）ないし（８）のいずれかに記載の液体ポンプ装置。
（１０）前記回転体は、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラである（１）ないし（９）のいずれかに記載の液体ポンプ装置。
（１１）前記液体ポンプ装置は、液体流入ポートと液体流出ポートを有するハウジングと、内部に磁性体を備え、前記ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液する前記回転体であるインペラを有する遠心式液体ポンプ部と、前記遠心式液体ポンプ部の前記インペラの磁性体を吸引するための磁石を備える前記回転部であるロータと、該ロータを回転させるモータを備えるインペラ回転トルク発生部と、電磁石を備えるインペラ位置制御部とを備え、前記ハウジングに対して前記インペラが非接触状態にて回転するものである（１）ないし（１０）のいずれかに記載の液体ポンプ装置。
（１２）前記液体ポンプ装置は、直接的な充填液体有無検知手段を備えていない（１）ないし（１１）のいずれかに記載の液体ポンプ装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の液体ポンプ装置の実施例のブロック図である。図２は、本発明の液体ポンプ装置に使用される液体ポンプ装置本体部の一例の正面図である。図３は、図２に示した液体ポンプ装置本体部の平面図である。図４は、図２に示した実施例の液体ポンプ装置本体部の縦断面図である。図５は、図２の液体ポンプ装置本体部のＡ−Ａ線断面図である。
【００１０】
本発明の液体ポンプ装置１は、液体流入ポート２２と液体流出ポート２３を有するハウジング２０と、内部に第１の磁性体２５と第２の磁性体２８を備え、ハウジング２０内で回転し、回転することにより液体を送液する回転体２１を有する液体ポンプ部２と、液体ポンプ部２の回転体２１の第１の磁性体２５を吸引するための磁石３３を備える回転部３１と、回転部３１を回転させるモータ３４を備える回転体回転トルク発生部３と、回転体２１を吸引するための電磁石４１（具体的には、回転体２１に設けられた第２の磁性体２８を吸引するための電磁石４１）を備える回転体位置制御部４と、回転体の位置を検出するための位置センサ４２（具体的には、回転体２１に設けられた第２の磁性体２８の位置を検出するための位置センサ）を備え、ハウジングに対して回転体２１が非接触状態にて回転する液体ポンプ装置本体部５と、液体ポンプ装置本体部５のための制御機構６とを備える。
【００１１】
そして、液体ポンプ装置１の制御機構６は、ハウジング２０内の液体非充填状態を判断する液体充填状態判断機能を備え、液体充填状態判断機能は、電磁石４１を用いて回転体２１をハウジング２０内の回転部３１側と電磁石４１側間を移動させる判断用回転体移動機能と、位置センサ４２を用いて、判断用回転体移動機能によるハウジング２０内での回転体２１の移動速度もしくは移動時間を算出する移動関連情報算出機能と、移動速度閾値もしくは移動時間閾値を記憶する移動関連情報閾値記憶部と、移動関連情報算出機能により算出される算出値と移動関連情報閾値記憶部が記憶する閾値とを用いて、ハウジング内の液体非充填状態を判断する液体非充填状態判断機能を備えている。
【００１２】
図示する実施例は、本発明の液体ポンプ装置を遠心式血液ポンプ装置に応用したものである。
この実施例の血液ポンプ装置１は、液体流入ポート２２と液体流出ポート２３を有するハウジング２０と、ハウジング２０内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液する回転体であるインペラ２１と、インペラ２１を回転させるためのモータ３４を備えている。
【００１３】
そして、図１ないし図５に示す実施例の血液ポンプ装置１は、液体流入ポート２２と液体流出ポート２３を有するハウジング２０と、内部に磁性体２５を備え、ハウジング２０内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラ２１を有する遠心式液体ポンプ部２と、遠心式液体ポンプ部２のインペラ２１の磁性体２５を吸引するための磁石３３を備える回転部であるロータ３１と、ロータ３１を回転させるモータ３４を備えるインペラ回転トルク発生部３と、電磁石４１を備えるインペラ位置制御部４とを備え、ハウジング２０に対してインペラ２１が非接触状態にて回転するものである。
なお、本発明の液体ポンプ装置は、上記のような遠心式のポンプ装置に限定されるものではない。例えば、軸流式の液体ポンプ装置であってもよい。
【００１４】
図２ないし図６に示すように、この実施例の血液ポンプ装置本体部５は、血液流入ポート２２と血液流出ポート２３を有するハウジング２０と、ハウジング２０内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラ２１を有する遠心式液体ポンプ部２と、インペラ２１のためのインペラ回転トルク発生部（非制御式磁気軸受構成部）３と、インペラ２１のためのインペラ位置制御部（制御式磁気軸受構成部）４とを備える。
インペラ２１は、図４に示すように、非制御式磁気軸受構成部３および制御式磁気軸受構成部４の作用により、ハウジング２０内の所定位置に保持され、ハウジング内面に接触することなく通常は回転する。
【００１５】
ハウジング２０は、血液流入ポート２２と血液流出ポート２３とを備え、非磁性材料により形成されている。ハウジング２０内には、血液流入ポート２２および血液流出ポート２３と連通する血液室２４が形成されている。このハウジング２０内には、インペラ２１が収納されている。血液流入ポート２２は、ハウジング２０の上面の中央付近より突出するように設けられている。血液流出ポート２３は、図３および図５に示すように、ほぼ円筒状に形成されたハウジング２０の側面より接線方向に突出するように設けられている。
【００１６】
図５に示すように、ハウジング２０内に形成された血液室２４内には、中央に貫通口を有する円板状のインペラ２１が収納されている。インペラ２１は、図４に示すように、下面を形成するドーナツ板状部材（下部シュラウド）２７と、上面を形成する中央が開口したドーナツ板状部材（上部シュラウド）２８と、両者間に形成された複数（例えば、７つ）のベーン１８を有する。そして、下部シュラウドと上部シュラウドの間には、隣り合うベーン１８で仕切られた複数（７つ）の血液通路２６が形成されている。血液通路２６は、図５に示すように、インペラ２１の中央開口と連通し、インペラ２１の中央開口を始端とし、外周縁まで徐々に幅が広がるように延びている。言い換えれば、隣り合う血液通路２６間にベーン１８が形成されている。なお、この実施例では、それぞれの血液通路２６およびそれぞれのベーン１８は、等角度間隔にかつほぼ同じ形状に設けられている。
【００１７】
そして、図４に示すように、インペラ２１には、複数（例えば、２４個）の第１の磁性体２５（永久磁石、従動マグネット）が埋設されている。この実施例では、第１の磁性体２５は、下部シュラウド２７内に埋設されている。埋設された磁性体２５（永久磁石）は、後述するインペラ回転トルク発生部３のロータ３１に設けられた永久磁石３３によりインペラ２１を血液流入ポート２２と反対側に吸引され、回転トルクをインペラ回転トルク発生部より伝達するために設けられている。
また、この実施例のように、ある程度の個数の磁性体２５を埋設することにより、後述するロータ３１との磁気的結合も十分に確保できる。磁性体２５（永久磁石）の形状としては、円形であることが好ましい。あるいは、リング状のマグネットを多極（例えば、２４極）に分極したもの、言い換えれば、複数の小さな磁石を磁極が交互となるように、かつ、リング状に並べたものでもよい。
【００１８】
また、インペラ２１は、上部シュラウドそのものもしくは上部シュラウド内に設けられた第２の磁性体２８を備える。この実施例では、上部シュラウドの全体が、磁性体２８により形成されている。磁性体２８は、後述するインペラ位置制御部の電磁石４１によりインペラ２１を血液流入ポート２２側に吸引するために設けられている。磁性体２８としては、磁性ステンレス等が使用される。
インペラ位置制御部４およびインペラ回転トルク発生部３により、非接触式磁気軸受が構成され、インペラ２１は、相反する方向より引っ張られることにより、ハウジング２０内において、ハウジング２０の内面と接触しない適宜位置にて安定し、非接触状態にてハウジング２０内を回転する。
【００１９】
インペラ回転トルク発生部３は、図４に示すように、ハウジング２０内に収納されたロータ３１とロータ３１を回転させるためのモータ３４を備える。ロータ３１は、液体ポンプ部２側の面に設けられた複数の永久磁石３３を備える。ロータ３１の中心は、モータ３４の回転軸に固定されている。永久磁石３３は、インペラ２１の永久磁石２５の配置形態（数および配置位置）に対応するように、複数かつ等角度ごとに設けられている。
インペラ回転トルク発生部３としては、上述のロータおよびモータを備えるものに限られず、例えば、インペラ２１の永久磁石２５を吸引し、かつ回転駆動させるための複数のステーターコイルからなるものでもよい。
【００２０】
インペラ位置制御部４は、図３および図４に示すように、インペラの磁性体２８を吸引するための固定された複数の電磁石４１と、インペラの磁性体２８の位置を検出するための位置センサ４２を備えている。具体的には、インペラ位置制御部４は、ハウジング２０内に収納された複数の電磁石４１と、複数の位置センサ４２を有する。インペラ位置制御部の複数（３つ）の電磁石４１および複数（３つ）の位置センサ４２は、それぞれ等角度間隔にて設けられており、電磁石４１と位置センサ４２も等角度間隔にて設けられている。電磁石４１は、鉄心とコイルからなる。電磁石４１は、この実施例では、３個設けられている。電磁石４１は、３個以上、例えば、４つでもよい。３個以上設け、これらの電磁力を位置センサ４２の検知結果を用いて調整することにより、インペラ２１の回転軸（ｚ軸）方向の力を釣り合わせ、かつ回転軸（ｚ軸）に直交するｘ軸およびｙ軸まわりのモーメントを制御することができる。
【００２１】
位置センサ４２は、電磁石４１と磁性体２８との隙間の間隔を検知し、この検知出力は、電磁石４１のコイルに与えられる電流もしくは電圧を制御する制御機構（言い換えれば、コントローラ）６の制御部５１に送られる。また、インペラ２１に重力等による半径方向の力が作用しても、インペラ２１の永久磁石２５とロータ３１の永久磁石３３との間の磁束の剪断力および電磁石４１と磁性体２８との間の磁束の剪断力が作用するため、インペラ２１はハウジング２０の中心に保持される。
【００２２】
制御機構６は、図１に示すように、磁気カップリング用のモータ３４のためのパワーアンプ５２およびモータ制御回路５３、電磁石４１のためのパワーアンプ５４および制御回路５７、センサ４２のためのセンサ回路５５、センサ出力をモニタリングするためのセンサ出力モニタリング部（図示せず）、制御部５１、電源部５６、液体充填判断部５８、警報手段５９を備える。また、制御機構６は、液体充填判断部５８を備えている。この実施例では、制御部５１がこの液体充填判断部５８を備えている。この液体充填判断部５８では、ポンプ装置の電源投入開始時に、ポンプ装置本体部内（ハウジング２０内）に液体が充填されているか否か、言い換えれば、ポンプ装置本体部内が空気か液体かを判断する。すなわち、液体充填判断部５８では、回転体２１の移動速度もしくは移動時間を用いてハウジング内の液体非充填状態であるかどうかを判断する。警報手段５９は、液体充填判断部５８により、ポンプ装置本体部内に液体が充填されていないと判断された場合に作動する。警報手段としては、鳴動手段、点灯手段などが好適である。鳴動手段としては、ブザーが好ましい。点灯手段としては、ランプが好ましい。
【００２３】
また、センサ回路からの信号は、液体充填判断部に入力される。
さらに、制御部５１は、モータ制御回路５３に対してモータ回転数を指示する機能を備えている。このため、制御部５１により指示されるモータ回転数によりモータおよびインペラは回転する。そして、この実施例では、制御部５１において指示されるモータ回転数は、液体充填判断部５８にも送信される。
なお、上記のようなタイプのものに限定されるものではなく、モータ制御回路と電気的に接続されたモータ回転数検出器（図示せず）を備えるものとしてもよい。この場合、制御機構６は、モータ回転数モニタリング機能を備えるものとなる。モータ回転数検出器により検知されたモータ回転数は、制御部に入力される。
【００２４】
次に、液体充填判断部５８の液体充填状態判断機能について説明する。
本発明の液体ポンプ装置の制御機構は、液体充填状態判断機能を備え、液体充填状態判断機能は、判断用回転体移動機能と、回転体２１の移動速度もしくは移動時間を算出する移動関連情報算出機能と、移動速度閾値もしくは移動時間閾値を記憶する移動関連情報閾値記憶部と、移動関連情報算出機能により算出される算出値と移動関連情報閾値記憶部が記憶する閾値とを用いて、ハウジング内の液体非充填状態を判断する液体非充填状態判断機能を備えている。
特に、図６に示す実施例のポンプ装置では、液体充填判断部５８における判断に、移動関連情報算出機能により算出される、判断用回転体移動機能による回転体（具体的には、インペラ）２１の回転部側から電磁石側への移動時の移動時間を用いるタイプのものである。
【００２５】
具体的には、図６に示すように、液体充填判断部５８は、電磁石作動後回転体張付時間算出部６１と、回転体張付時間閾値記憶部６２を備えている。この実施例の制御機構では、電磁石作動後、位置センサからの信号を用いて、回転体２１の回転部側（この実施例では、ロータ側）から電磁石側への移動時間を算出する移動関連情報算出機能である電磁石作動後回転体張付時間算出部６１と、移動関連情報閾値記憶部である回転体張付時間閾値記憶部６２と、電磁石作動後回転体張付時間算出部６１により算出される算出値と回転体張付時間閾値記憶部６２が記憶する閾値とを用いて、ハウジング内の液体非充填状態を判断する。
特に、図６に示す実施例のポンプ装置の制御機構は、電磁石作動後、位置センサからの信号を用いて、回転体（インペラ）２１の回転部（ロータ）側から電磁石側への移動時間を用いてハウジング内の液体非充填状態を判断するタイプのものとなっている。
【００２６】
ハウジング内が、空気（言い換えれば、非液体充填時）の場合と、液体（例えば、プライミング液、血液）の場合では、回転体であるインペラの移動抵抗（減衰力）が異なるため、インペラの移動速度、移動時間に差異が生じる。そこで、その差異を利用して、ハウジング内の液体充填状態を検知するものである。また、好適な移動時間閾値は、後述する好適な移動速度と、ハウジングとインペラの大きさから決めることができる。
【００２７】
図１７に、徐々に電磁石電流を増やしていったときのインペラ位置と時間の関係を示す。破線のラインがポンプ内が液体非充填の場合であり、実線ラインがポンプ内が十分に水で満たされている場合である。ここでインペラは、位置センサ出力が−１Ｖの時にモータ側に位置し、位置センサ出力が１Ｖの時に電磁石側に張り付いている。このグラフにおいても、液体が充填されている実線のグラフに比べて、液体が充填されていない破線のグラフでは、−１Ｖから１Ｖまでの到達時間がかなり短いことがわかる。ここで位置センサ出力１Ｖは、２５０μｍである。つまり、この例におけるインペラは、ハウジング内において５００μｍ移動する。この時間の違いは、空気と水の粘性の違いから生じるものである。水は空気よりも粘性率が高く、血液の場合は水よりも更に粘性率が高いため、インペラの移動時間は長いものとなる。なお、システムノイズ等のために移動開始時刻と張付時刻を検出するのが難しい場合は、立ち上がり時間（１０％と９０％の間の時間）で規定してもよい。これは、図１７でいうと、−０．８Ｖから＋０．８Ｖに至る時間である。
【００２８】
また、図７に示す実施例のポンプ装置の制御機構では、回転体（インペラ）２１の回転部（ロータ）側から電磁石側への移動速度を用いてハウジング内の液体非充填状態を判断するタイプのものとなっている。
なお、図７に示す実施例のポンプ装置では、液体充填判断部５８は、電磁石作動後回転体電磁石側移動速度算出部７１と、回転体移動速度閾値記憶部７２を備えている。この実施例の制御機構では、電磁石作動後、位置センサからの信号を用いて、回転体２１の回転部側（この実施例では、ロータ側）から電磁石側への移動速度を算出する移動関連情報算出機能である電磁石作動後回転体移動速度算出部７１と、移動関連情報閾値記憶部である回転体移動速度閾値記憶部７２と、電磁石作動後回転体移動速度算出部７１により算出される算出値と回転体移動速度閾値記憶部７２が記憶する閾値とを用いて、ハウジング内の液体非充填状態を判断する。例えば、時間変化する移動速度が閾値を越えた区間があった場合、また移動速度の最大値が閾値を越えた場合に液体非充填状態を判断する。
【００２９】
また、移動速度閾値としては、例えば、ポンプ装置本体部のハウジング２０内に水が充填されている状態におけるインペラのロータ側から電磁石側への測定移動速度がＸ［μｍ／ｓｅｃ］であり、ポンプ装置本体部のハウジング２０内に液体非充填状態におけるインペラのロータ側から電磁石側への測定移動速度がＹ［μｍ／ｓｅｃ］である場合において、閾値Ｃは、０．１（Ｘ＋Ｙ）〜０．８（Ｘ＋Ｙ）程度であることが好ましい。特に、０．２（Ｘ＋Ｙ）〜０．６（Ｘ＋Ｙ）であることが好ましい。
【００３０】
図１７に示したインペラの位置情報を微分値（デジタルデータの場合は差分値）にて表示すると、図１８のようになり、速度にて表すと、破線のラインであるポンプ内が液体非充填の場合と、実線ラインであるポンプ内が十分に水で満たされている場合との差異がより明確となる。この速度の違いは、空気と水の粘性の違いから生じるものである。血液の場合は水よりも更に粘性率が高いため、インペラの立ち上がり速度は遅くなる。この実施例のものでは、インペラ移動速度閾値は、２００〜８００Ｖ／ｓｅｃとすることが好ましく、特に、４００Ｖ／ｓｅｃとすることが好ましい。なお、この閾値は、通常使用する液体を満たした場合の最大速度と、液体が満たされてない場合の最大速度の中間値付近とすることが妥当と考える。厳密には重力の影響を考慮し、液体が満たされている場合には、電磁石側を下にしてインペラの速度を測定し、液体が空の場合は、電磁石側を上にしてインペラの速度を測定することで、適した閾値の設定が可能である。
【００３１】
上記図６および図７に示す実施例のポンプ装置における液体非充填状態判断過程を図８に示すフローチャートを用いて説明する。
液体ポンプ装置の電源がオンとなると、制御部が作動を開始し、電磁石および位置センサの作動を開始させる。電磁石の作動開始により、回転体であるインペラは、電磁石側への吸引が始まる。そして、位置センサにより回転体（インペラ）の移動開始が検知されると、回転体の移動時間計測が開始される。また、位置センサにより、回転体の電磁石側への張り付けが検知されると、回転体の移動時間計測が終了し、電磁石電流をゼロにする。そして、制御部は、回転体移動時間を算出する。なお、制御部は、回転体移動速度を演算するものであってもよい。そして、制御部は、算出された移動時間が記憶する移動時間閾値以下（もしくは、移動速度が記憶する移動速度閾値以上）の場合には、ハウジング内に液体が充填されていないものと判断し、警報手段を作動させる。また、制御部は、算出された移動時間が記憶する移動時間閾値より大きい（もしくは、移動速度が記憶する移動速度閾値より小さい）場合には、ハウジング内に液体が充填されているものと判断し、磁気浮上制御を用いたポンプ装置による送液を開始する。
【００３２】
そして、制御機構は、液体非充填状態の判断時には、電磁石電流を徐々に上昇させる判断用電磁石電流調整機能を備えていることが好ましい。このような電流調整機能を備えることにより、ハウジング内の液体充填時と非充填時との回転体の移動速度もしくは移動時間に顕著な差異を発現させることができ、より正確な液体非充填の判断を行うことができる。特に、電磁石電流を所定値（第１の所定値）まで上昇させた後に、インペラが移動を開始するまで電磁石電流を所定量ずつ増加させることが好ましい。つまり、一定時間毎に徐々に電流を増加させることが好ましい。
【００３３】
この場合における液体非充填状態判断過程を図９に示すフローチャートを用いて説明する。
液体ポンプ装置の電源がオンとなると、制御部が作動を開始し、電磁石および位置センサの作動を開始させる。電磁石の作動開始により、回転体であるインペラは、電磁石側への吸引が始まる。そして、電磁石電流を所定値まで上昇させる。この所定値としては、回転体であるインペラの移動が開始しないが、開始に近い状態となる値とすることが好ましい。また、この所定値は、ポンプ装置本体部の大きさ、回転体であるインペラの大きさ、回転部であるロータの永久磁石の磁力などにより相違する。具体的には、１００〜１０００ｍＡ程度が好適である。そして、電磁石電流が所定値に到達した後は、回転体の移動が開始されたかを判断しながら移動が開始されるまで徐々に電磁石電流を増加させていく。電磁石電流の増分の程度としては、５〜１００ｍＡ程度が好適であり、増加時間間隔としては、０．００１〜０．０５ｓｅｃ程度が好適である。
【００３４】
そして、位置センサにより回転体（インペラ）の移動開始が検知されると、回転体の移動時間計測が開始される。そして、位置センサにより、回転体の電磁石側への張り付けが検知されると、回転体の移動時間計測が終了し、電磁石電流をゼロにする。そして、制御部は、回転体移動時間を算出する。なお、制御部は、回転体移動速度を演算するものであってもよい。そして、制御部は、算出された移動時間が記憶する移動時間閾値以下（もしくは、移動速度が記憶する移動速度閾値以上）の場合には、ハウジング内に液体が充填されていないものと判断し、警報手段を作動させる。また、制御部は、算出された移動時間が記憶する移動時間閾値より大きい（もしくは、移動速度が記憶する移動速度閾値より小さい）場合には、ハウジング内に液体が充填されているものと判断し、磁気浮上制御を用いたポンプ装置による送液を開始する。
【００３５】
また、制御機構における液体非充填状態判断機能は、上述したタイプのものに限定されるものではない。
例えば、図１０ないし図１３に示すようなものであってもよい。
図１０に示す実施例のポンプ装置の制御機構では、回転体（インペラ）２１の電磁石側から回転部（ロータ）側への移動時間を用いてハウジング内の液体非充填状態を判断するタイプのものとなっている。
【００３６】
図１０に示す実施例のポンプ装置では、液体充填判断部５８は、電磁石作動停止後回転体回転部側張付時間算出部８１と、回転体張付時間閾値記憶部８２を備えている。この実施例の制御機構では、電磁石を作動させ一旦回転体を電磁石側に張り付けた後、電磁石の作動を停止するとともに位置センサからの信号を用いて、回転体２１の電磁石側から回転部側（この実施例では、ロータ側）への移動時間を算出する移動関連情報算出機能である回転体回転部側張付時間算出部８１と、移動関連情報閾値記憶部である回転体張付時間閾値記憶部８２と、回転体回転部側張付時間算出部８１により算出される算出値と回転体張付時間閾値記憶部８２が記憶する閾値とを用いて、ハウジング内の液体非充填状態を判断する。
特に、図１０に示す実施例のポンプ装置の制御機構は、電磁石を作動させ一旦回転体を電磁石側に張り付けた後、電磁石作動を停止させて、位置センサからの信号を用いて、回転体（インペラ）２１の電磁石側から回転部（ロータ）側への移動時間を用いてハウジング内の液体非充填状態を判断するタイプのものである。
【００３７】
また、図１１に示す実施例のポンプ装置の制御機構では、回転体（インペラ）２１の電磁石側から回転部側（ロータ側）への移動速度を用いてハウジング内の液体非充填状態を判断するタイプのものとなっている。
なお、図１１に示す実施例のポンプ装置では、液体充填判断部５８は、電磁石作動停止後回転体回転部側移動速度算出部９１と、回転体移動速度閾値記憶部９２を備えている。この実施例の制御機構では、電磁石を作動させ一旦回転体を電磁石側に張り付けた後、電磁石の作動を停止するとともに位置センサからの信号を用いて、回転体２１の電磁石側から回転部（ロータ）電磁石側への移動速度を算出する移動関連情報算出機能である電磁石作動後回転体移動速度算出部９１と、移動関連情報閾値記憶部である回転体移動速度閾値記憶部９２と、回転体移動速度算出部９１により算出される算出値と回転体移動速度閾値記憶部９２が記憶する閾値とを用いて、ハウジング内の液体非充填状態を判断する。
【００３８】
上記図１０および図１１に示す実施例のポンプ装置における液体非充填状態判断過程を図１２に示すフローチャートを用いて説明する。
液体ポンプ装置の電源がオンとなると、制御部が作動を開始し、電磁石および位置センサの作動を開始させる。電磁石の作動開始により、回転体であるインペラは、電磁石側への吸引が始まり、位置センサにより、回転体の電磁石側への張り付けが検知された後、電磁石の作動を停止する。具体的には、電磁石をＯＦＦにする。これにより、位置センサにより回転体（インペラ）の移動開始が検知され、回転体の移動時間計測が開始される。また、位置センサにより、回転体の回転部（ロータ）側への張り付けが検知されると、回転体の移動時間計測が終了する。そして、制御部は、回転体移動時間を算出する。なお、制御部は、回転体移動速度を演算するものであってもよい。そして、制御部は、算出された移動時間が記憶する移動時間閾値以下（もしくは、移動速度が記憶する移動速度閾値以上）の場合には、ハウジング内に液体が充填されていないものと判断し、警報手段を作動させる。また、制御部は、算出された移動時間が記憶する移動時間閾値より大きい（もしくは、移動速度が記憶する移動速度閾値より小さい）場合には、ハウジング内に液体が充填されているものと判断し、磁気浮上制御を用いたポンプ装置による送液を開始する。
【００３９】
そして、制御機構は、液体非充填状態の判断時には、回転体の移動が開始されたかを判断しながら移動が開始されるまで、電磁石電流を徐々に低下させる判断用電磁石電流調整機能を備えていることが好ましい。このような電流調整機能を備えることにより、ハウジング内の液体充填時と非充填時との回転体の移動速度もしくは移動時間に顕著な差異を発現させることができ、より正確な液体非充填の判断を行うことができる。
【００４０】
この場合における液体非充填状態判断過程を図１３に示すフローチャートを用いて説明する。
液体ポンプ装置の電源がオンとなると、制御部が作動を開始し、電磁石および位置センサの作動を開始させる。電磁石の作動開始により、回転体であるインペラは、電磁石側への吸引が始まり、位置センサにより、回転体の電磁石側への張り付けが検知された後、電磁石電流を徐々に低下させる。電磁石電流の低下分の程度としては、５〜１００ｍＡ程度が好適であり、低下時間間隔としては、０．００１〜０．０５ｓｅｃ程度が好適である。
【００４１】
そして、位置センサにより回転体（インペラ）の移動開始が検知されると、回転体の移動時間計測が開始される。そして、位置センサにより、回転体の回転部（ロータ）側への張り付けが検知されると、回転体の移動時間計測が終了する。そして、制御部は、回転体移動時間を算出する。なお、制御部は、回転体移動速度を演算するものであってもよい。そして、制御部は、算出された移動時間が記憶する移動時間閾値以下（もしくは、移動速度が記憶する移動速度閾値以上）の場合には、ハウジング内に液体が充填されていないものと判断し、警報手段を作動させる。また、制御部は、算出された移動時間が記憶する移動時間閾値より大きい（もしくは、移動速度が記憶する移動速度閾値より小さい）場合には、ハウジング内に液体が充填されているものと判断し、磁気浮上制御を用いたポンプ装置による送液を開始する。
【００４２】
さらに、制御機構における液体非充填状態判断機能は、下記のようなタイプのものであってもよい。
以下に述べる実施例のポンプ装置では、移動関連情報算出機能は、判断用回転体移動機能による回転体の回転部側から電磁石側への移動時の移動速度もしくは移動時間を算出する第１の算出機能と、判断用回転体移動機能による回転体の電磁石側から回転部側への移動時の移動速度もしくは移動時間を算出する第２の算出機能と、第１の算出機能による第１の算出値と第２の算出機能による第２の算出値を用いて移動関連情報を算出するものである。
図１４に示す実施例のポンプ装置の制御機構では、回転体（インペラ）２１の回転部（ロータ）側から電磁石側への移動時間および電磁石側から回転部側（ロータ側）への移動時間との両者を用いてハウジング内の液体非充填状態を判断するタイプのものとなっている。
【００４３】
図１４に示す実施例のポンプ装置では、液体充填判断部５８は、電磁石作動後、位置センサからの信号を用いて、回転体２１の回転部側（ロータ側）から電磁石側への移動時間を算出する電磁石作動後回転体張付時間算出部６１と、電磁石の作動を停止するとともに位置センサからの信号を用いて、回転体２１の電磁石側から回転部側（この実施例では、ロータ側）への移動時間を算出する回転体回転部側張付時間算出部８１と、上記算出部６１と算出部８１より算出された回転体移動時間と回転体移動時間関連値（例えば、移動時間加算値、移動時間平均値）を算出する回転体移動時間関連値算出部９５と、移動関連情報閾値記憶部である回転体移動時間関連値閾値記憶部９６と、回転体移動時間関連値算出部９５により算出される算出値と回転体移動時間関連値閾値記憶部９６が記憶する閾値とを用いて、ハウジング内の液体非充填状態を判断する。
【００４４】
また、図１５に示す実施例のポンプ装置の制御機構では、回転体（インペラ）２１の回転部（ロータ）側から電磁石側への移動速度および電磁石側から回転部側（ロータ側）への移動速度の両者を用いてハウジング内の液体非充填状態を判断するタイプのものとなっている。
図１５に示す実施例のポンプ装置では、液体充填判断部５８は、電磁石作動後、位置センサからの信号を用いて、回転体２１の回転部側（ロータ側）から電磁石側への移動速度を算出する回転体電磁石側移動速度算出部７１と、電磁石の作動を停止するとともに位置センサからの信号を用いて、回転体２１の電磁石側から回転部側（この実施例では、ロータ側）への移動速度を算出する回転体回転部側移動速度算出部９１と、上記算出部７１と算出部９１より回転体移動速度関連値（例えば、移動速度加算値、移動速度平均値）を算出する移動関連情報算出部である回転体移動速度関連値算出部９７と、移動関連情報閾値記憶部である回転体移動速度関連値閾値記憶部９８と、回転体移動速度関連値算出部９７により算出される算出値と回転体移動速度関連値閾値記憶部９８が記憶する閾値とを用いて、ハウジング内の液体非充填状態を判断する。
【００４５】
上記図１４および図１５に示す実施例のポンプ装置における液体非充填状態判断過程を図１６に示すフローチャートを用いて説明する。
液体ポンプ装置の電源がオンとなると、制御部が作動を開始し、電磁石および位置センサの作動を開始させる。電磁石の作動開始により、回転体であるインペラは、電磁石側への吸引が始まる。そして、位置センサにより回転体（インペラ）の移動開始が検知されると、回転体の移動時間計測が開始される。また、位置センサにより、回転体の電磁石側への張り付けが検知されると、回転体の第１の移動時間計測が終了する。そして、制御部は、第１の回転体移動時間を算出する。なお、制御部は、第１の回転体移動速度を演算するものであってもよい。
続いて、制御部は、電磁石をＯＦＦにする。これにより、位置センサにより回転体（インペラ）の移動開始が検知され、回転体の第２の移動時間計測が開始される。そして、位置センサにより、回転体の回転部（ロータ）側への張り付けが検知されると、回転体の第２の移動時間計測が終了する。そして、制御部は、第２の回転体移動時間を算出する。なお、制御部は、第２の回転体移動速度を演算するものであってもよい。
【００４６】
そして、制御部は、計測された第１の移動時間と第２の移動時間を用いて、回転体移動時間を算出し（または、算出された第１の移動速度と第２の移動速度を用いて、回転体移動速度関連値を算出し）、記憶する移動時間閾値以下（または、記憶する移動速度関連値閾値以上）の場合には、ハウジング内に液体が充填されていないものと判断し、警報手段を作動させる。また、制御部は、算出された移動時間が記憶する移動時間閾値より大きい場合（または、記憶する移動速度関連値閾値より小さい場合）には、ハウジング内に液体が充填されているものと判断し、磁気浮上制御を用いたポンプ装置による送液を開始する。
そして、この実施例においても制御機構は、液体非充填状態の判断時には、電磁石電流の徐々の増加および／または徐々の減少を行わせる判断用電磁石電流調整機能を備えていることが好ましい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の液体ポンプ装置は、液体流入ポートと液体流出ポートとを有するハウジングと、内部に第１の磁性体および第２の磁性体を備え、前記ハウジング内で回転することにより液体を送液する回転体を有するポンプ部と、該ポンプ部の前記回転体の第１の磁性体を吸引するための磁石を備える回転部と、該回転部を回転させるモータを備える回転体回転トルク発生部と、前記回転体の第２の磁性体を吸引するための電磁石を備える回転体位置制御部と、前記回転体の位置を検出するための位置センサとを備え、前記ハウジングに対して前記回転体が非接触状態にて回転するポンプ装置本体部と、該ポンプ装置本体部のための制御機構とを備える液体ポンプ装置であって、該液体ポンプ装置の制御機構は、前記ハウジング内の液体非充填状態を判断する液体充填状態判断機能を備え、該液体充填状態判断機能は、前記電磁石を用いて前記回転体を前記ハウジング内の前記回転部側と前記電磁石側間を移動させる判断用回転体移動機能と、前記位置センサを用いて、前記判断用回転体移動機能による前記ハウジング内での前記回転体の移動速度もしくは移動時間を算出する移動関連情報算出機能と、移動速度閾値もしくは移動時間閾値を記憶する移動関連情報閾値記憶部と、前記移動関連情報算出機能により算出される算出値と前記移動関連情報閾値記憶部が記憶する閾値とを用いて、ハウジング内の液体非充填状態を判断する液体非充填状態判断機能を備えている。
このため、このポンプ装置では、電源投入時にポンプのハウジング内に液体が充填されているかどうかが判断されるため、液体非充填時における電源投入に起因するポンプへの損傷負担を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の液体ポンプ装置の実施例のブロック図である。
【図２】図２は、本発明の液体ポンプ装置に使用される液体ポンプ装置本体部の一例の正面図である。
【図３】図３は、図２に示した液体ポンプ装置本体部の平面図である。
【図４】図４は、図２に示した実施例の液体ポンプ装置本体部の縦断面図である。
【図５】図５は、図２の液体ポンプ装置本体部のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図６は、本発明の液体ポンプ装置における液体充填状態判断機能の一例を説明するためのブロック図である。
【図７】図７は、本発明の液体ポンプ装置における液体充填状態判断機能の一例を説明するためのブロック図である。
【図８】図８は、本発明の一実施例の液体ポンプ装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の一実施例の液体ポンプ装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の液体ポンプ装置における液体充填状態判断機能の一例を説明するためのブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の液体ポンプ装置における液体充填状態判断機能の一例を説明するためのブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の他の実施例の液体ポンプ装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の他の実施例の液体ポンプ装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の液体ポンプ装置における液体充填状態判断機能の一例を説明するためのブロック図である。
【図１５】図１５は、本発明の液体ポンプ装置における液体充填状態判断機能の一例を説明するためのブロック図である。
【図１６】図１６は、本発明の他の実施例の液体ポンプ装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【図１７】図１７は、回転体（インペラ）の位置変化と時間との関係を示すグラフである。
【図１８】図１８は、回転体（インペラ）の移動戸九度と時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  液体ポンプ装置
２  液体ポンプ部
３  回転体回転トルク発生部
４  回転体位置制御部
５  液体ポンプ装置本体部
６  制御機構
２１  回転体（インペラ）
２５  磁性体
３１  回転部（ロータ）
３４  モータ
４１  電磁石
【図１】
2004211579.tif 000003
【図２】
2004211579.tif 000004
【図３】
2004211579.tif 000005
【図４】
2004211579.tif 000006
【図５】
2004211579.tif 000007
【図６】
2004211579.tif 000008
【図７】
2004211579.tif 000009
【図８】
2004211579.tif 000010
【図９】
2004211579.tif 000011
【図１０】
2004211579.tif 000012
【図１１】
2004211579.tif 000013
【図１２】
2004211579.tif 000014
【図１３】
2004211579.tif 000015
【図１４】
2004211579.tif 000016
【図１５】
2004211579.tif 000017
【図１６】
2004211579.tif 000018
【図１７】
2004211579.tif 000019
【図１８】
2004211579.tif 000020