2015 Fiscal Year Research-status Report
インペラに作用する力の釣り合いを利用した動圧浮上遠心血液ポンプの開発
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15K01305
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
小阪 亮 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 健康工学研究部門, 主任研究員 (10415680)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 流体軸受 / 多円弧軸受 / 血液ポンプ / 流体力 / 磁気力 / 永久磁石 / 人工心臓 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、インペラに作用する流体力と永久磁石による磁気力、動圧軸受による軸受発生力の釣り合いを利用した血液ポンプを開発することで、動圧軸受を単独で使用した場合では達成困難な広い軸受隙間を安定して実現する。平成２７年度は、インペラに作用する動圧軸受による流体力と永久磁石による磁気力の解析ソフトウェアを開発した。
１．動圧軸受による流体力の解析ソフトウェアの開発
動圧軸受の発生力を求めるため、軸受の深さ方向に圧力一定と仮定し、二次元レイノルズ方程式を用いた解析ソフトウェアを開発した。二次元レイノルズ方程式は中心差分で離散化し、繰返し演算で計算することで、軸受内の圧力分布が得られた。そして、圧力分布を積分することで軸受の発生力が得られた。解析対象とするモデルは、スパイラル溝を有するスラスト軸受と、３円弧を有するラジアル動圧軸受とした。数値流体解析を実施した結果、スラスト軸受では、スパイラル溝を溝が狭くなる形状とすることで、スパイラル溝末端で高い圧力が局所的に発生することがわかった。また、ラジアル軸受では、軸受隙間が狭くなる前後で、高圧と低圧が局所的に生じていることがわかった。ラジアル軸受では、計算された流体力をもとに、運動方程式より羽根車の軌跡を静的解析した。その結果、羽根車が任意の位置へ収束する様子を計算可能であることがわかった。
２．永久磁石による磁気力の解析ソフトウェアの開発
ポンプ内に配置する永久磁石の最適な設置位置を求めるため、磁気力を求める解析ソフトウェアを開発した。本ソフトウェアで解析を実施した結果、事前に計測した磁気力と磁石間の距離から羽根車に作用する磁気力を求めることができた。本ソフトウェアで求めた磁気力の妥当性を評価するため、永久磁石を用いて磁気力を実測した。実測の結果、本ソフトウェアの解析結果が妥当性であることを示すことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
インペラに作用する力の解析ソフトウェアの開発を目的に研究を実施した。その結果、研究目的通り、インペラに作用する動圧軸受による流体力と永久磁石による磁気力の解析ソフトウェアを開発することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２８年度以降、インペラに作用する合力を釣り合わせたポンプ形状の検討及び動圧ポンプの浮上位置計測試験と血液適合性試験による総合評価を実施する。インペラに作用する合力を釣り合わせたポンプ形状の検討では、解析ソフトウェアの結果をもとに、スラスト軸受では、流体力・動圧・磁気力・自重の４つの力を至適軸受隙間で釣り合わせる。また、ラジアル軸受では、偏心や公転運動が少なくなる至適軸受隙間で流体力・動圧・遠心力・磁気力を釣り合わせる。そして、開発した動圧ポンプの浮上特性と血液適合性を、浮上位置計測試験と血液適合性試験で評価する。最後に、連携大学病院にて動物実験を行うための最終モデルを製作する。
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| Causes of Carryover |
評価試験モデルを設計するための解析結果に、計画時には検討していなかった、ラジアル軸受による羽根車の軌跡の解析が加わったため、モデルの製作が次年度となった。過去に製作した試作モデルを一部改良することで基礎データは取得できたため、研究計画上の遅延は生じていない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成２８年度に、平成２７年度の解析結果をもとに解析モデルを製作する。
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Research Products
(4 results)
