(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体、特に、人間の血液のような破壊性及び攻撃性流体を搬送するポンプであって、該ポンプが、
内面と外面と中心軸線とを備えたポンピング室と、
前記室上に対向して配置され及び前記室と同軸的に配置された一対の流体入口ポートと、
前記一対の流体入口ポートと交差する方向に前記一対の流体入口ポートのほぼ中間に配置された出口ポート手段と、
前記ポンピング室内に配置されて、対向する極領域へ向かって収斂し第１外表面と前記極領域を通って延在する中心軸線とを形成する複式円錐形状を備えたロータコアを有したロータ組立体にして、前記極領域の間を延在し前記ポンピング室の軸線と同軸的に配置された回転軸線を有したロータ組立体と、
前記ロータ組立体上に、ほぼ前記回転軸線の周りに放射状に離隔した位置に配置された磁気被駆動手段と、
エネルギ源に結合され回転駆動エネルギを前記磁気被駆動手段を介して前記ロータ組立体に送達する電磁気駆動手段と、を有しており、
前記ロータ組立体がさらに、
（ａ）  前記ロータコアの第１外表面に結合された少なくとも１つのシュラウドにして、前記ロータコアの中心軸線と同軸的に配置された第２表面を形成するシュラウドにして、前記ロータコアの第１外表面から離隔された内面を有し、前記第２表面の環状の内方及び外方に配置された流れチャンネルを形成するシュラウドとを有し、
（ｂ）  前記ロータ組立体がポンプ輸送されている流体に対して約０．１と約０．９の間の密度を有しており、
（ｃ）  前記第２表面が、前記回転軸線に沿って延在している軸方向長さを有し、前記入口ポート間のポンピング室の軸方向長さを形成している形状を有しており、
（ｄ）  前記回転軸線を横切る方向の前記ロータ組立体の直径が中間面を画定していて、前記ロータコアの第１外表面と前記ポンピング室の内面との間の空隙を提供するように選択されていて、前記ロータコアの第１外表面と前記ポンピング室の内面との間の空隙の大きさが僅かな発散から僅かな収斂に変動しているポンプ。
【請求項２】
請求項１のポンプにおいて、前記ロータ組立体の駆動力はロータ組立体の質量中心の近くに配置された磁気結合手段と結合されていることを特徴とするポンプ。
【請求項３】
流体、特に、人間の血液のような破壊性及び攻撃性流体を搬送するポンプであって、該ポンプが、
内面と外面と中心軸線とを備えたポンピング室と、
前記室に対して極の関係に配置され及び前記室と同軸的に配置された入口ポート手段と、
前記一対の流体入口ポートと交差する方向に前記一対の流体入口ポートのほぼ中間に配置された出口ポート手段と、
前記ポンピング室内に配置され、対向する極領域へ向かって収斂し第１外表面と前記極領域を通って延在する中心軸線とを形成する複式円錐形状を備えたロータコアを有したロータ組立体にして、前記極領域の間を延在し前記ポンピング室の軸線と同軸的に配置された回転軸線を有したロータ組立体と、
前記ロータ組立体上に放射状に離隔した位置に配置された磁気被駆動手段と、
エネルギ源に結合され回転駆動エネルギを前記磁気被駆動手段を介して前記ロータ組立体に送達する電磁気駆動手段とを有しており、
前記ロータ組立体がさらに、
（ａ）  前記ロータコアの第１外表面に結合された少なくとも１つのシュラウドにして、前記ロータコアの中心軸線と同軸的に配置された第２表面を形成するシュラウドにして、前記ロータコアの第１外表面から離隔された内面を有し、前記第２表面の環状の内方及び外方に配置された流れチャンネルを形成するシュラウドとを有し、
（ｂ）  前記ロータ組立体がポンプ輸送されている流体に対して約０．１と約０．９の間の密度を有しており、
（ｃ）  前記第２表面が、前記回転軸線に沿って延在している軸方向長さを有し、前記入口ポート間のポンピング室の軸方向長さを形成している形状を有しており、
（ｄ）  前記回転軸線を横切る方向の前記ロータ組立体の直径が中間面を画定していて、前記ロータコアの第１外表面と前記ポンピング室の内面との間の空隙を提供するように選択されていて、前記ロータコアの第１外表面と前記ポンピング室の内面との間の空隙の大きさが僅かな発散から僅かな収斂に変動しており、
（ｅ）  ポンプ輸送されている流体中に創造される流体力学的力が前記ロータ組立体に対する唯一の支持であるように構成がなされており、ポンプのケース構造体がロータ支持部材及び軸受から自由であるポンプ。
【請求項４】
流体特に人の血液のような微妙で活動的な流体を輸送するポンプであって、該ポンプは、
内周部と外周部と中央軸線とを備えたポンピング室と、
該室と向かい合った関係で位置し且つ該ポンピング室と同軸線に配置された一対の流体入口ポートと、
該対の入口ポートを横切って且つ該入口ポートのほぼ中間に配置された出口ポート装置と、
該ポンピング室内に配置されたロータ組立体であって、向かい合った極領域に向かって収斂した複式円錐形状と、該極領域の間に延在した回転軸線とを備え、且つ該ロータの作動回転中に該ポンピング室の軸線と同軸線に配置された該ロータ組立体と、
該回転軸線に沿ってほぼ対称に且つ半径方向に隔置された位置で該ロータ組立体に配置された磁気駆動装置と、
エネルギー源に連結され且つ該磁気駆動装置を介して該ロータ組立体に回転駆動エネルギーを分配するように配置された電磁気駆動装置とを有し、
該ロータ組立体は、
（ａ）ポンプ送りされる該流体に関した密度であって該ポンプ送りされる流体の密度よりも実質的に小さく且つ０．１〜０．９の間の範囲内にある密度を有するロータ体部と、
（ｂ）該入り口ポートの間に配置されたポンピング室の軸線方向長さを画定する回転軸線に沿った軸線方向長さと、中間面および該軸線方向長さを画定する該回転軸線を横切る該ロータ体部の直径と備えた複式円錐形状とを有し、
該直径は、該ロータ体部の外表面と該ポンピング室の内表面との間に間隙を設けるように選択され、
（ｃ）該ロータ体部の外周表面に装着され且つ該ロータ体部の中心を通る平面から軸線方向でその回転の軸線を横切って延在する複数の半径方向の羽根を有し、該羽根の外周縁は、ほぼ一定の寸法に沿ってハウジングの内周表面から隔置され、該入口ポートの横断面領域は出口ポートのそれと実質的に同じであり、このことにより該ロータの流体力学的釣り合いを設けている、該ポンプ。
【請求項５】
流体、特に人間の血液のような壊れやすく攻撃的な流体を送るためのポンプであって、内周面、外周面および中心軸を有するポンピング室と、ロータの作動上の回転中に前記ポンピング室と同軸にかつ前記ポンピング室に対し極関係に配置された入口ポート手段と、前記一対の入口ポートの横かつ略中央に配置された出口ポート手段と、前記ポンピング室内に配置されかつ相対する極領域に向って収斂する複式円錐形状のロータコアを有しかつ前記極領域の間に延在する回転軸を有しかつ前記ポンピング室の前記軸と同軸に配置されたロータ組立体と、前記回転軸に沿って略中央に放射状に離間した位置で前記ロータ組立体に配置された磁気的駆動手段と、エネルギ源に結合されかつ前記磁気的駆動手段を介して前記ロータ組立体へ回転駆動エネルギを伝えるよう配置された電磁気的駆動手段と、を備え、
前記ロータ組立体が、
（ａ）  少なくとも１つのシュラウドをもつロータコアであって、該シュラウドには前記ロータコアの外面が結合され、該ロータコアはある軸長をもつ半円錐形状を有し、該軸長は前記第１入口ポートと第２入口ポートとの間に配列された前記ポンピング室の軸長を形成する前記回転軸に沿っており、しかも、中央平面を形成しかつ前記ロータコアの外面と前記ポンピング室の内面との間に隙間を提供するよう選択された前記回転軸を横切る前記ロータコアの直径を有し、前記第１および第２入口ポートから前記出口ポートまでの前記ポンピング室の内面と前記ロータコアの外周面との間の前記隙間の大きさが略一定にされているロータコアと、
（ｂ）  前記ロータ組立体の底面支持が、ポンピングされる流体で生じる流体力学的な力であり、当該ポンプのハウジング構造がロータ支持部材およびベアリングから自由である配置と、
を備えるポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願出願は、１９９５年６月１日に出願された出願人と共願である出願番号第０８／４５６，５０３号の継続出願であり、１９９７年１１月１１日に発明の名称「軸受及びシール‐フリー血液ポンプ」として現在、米国特許第５，６８５，７００号が発行されており、本発明の同一譲り受け人に譲渡された。
【０００２】
（発明の背景）
本発明は、概して壊れやすい又は活動的な流体（ｆｒａｇｉｌｅ ａｎｄ ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ ｆｌｕｉｄｓ）を移送するポンプとして用いられるラジアル羽根を有する改良ロータ構造に関し、ある実施例においては、羽根が磁気駆動要素を囲む及び／又は閉じ込める。壊れやすい流体の例として人間又は動物の血液を含み、不測の衝撃／又は向きを変える力に対しどちらにも概してさらすことができない。活動的な流体は腐食性又は有毒な流体、同様にシール／又は軸受を破損してポンプ構造の寿命や長持ちを低減したり、汚染に耐えられない流体を含む。例えば、有毒な流体は、もし漏れでもすると、非常に危険である。更に、本発明は、軸受及びシール‐フリであるポンプのロータに関し、ロータが、コアの外表面に設けられた１つ又はそれ以上の囲い板を備えたコア本体を有し、コアの外表面との関係で平行に配置されている。更にロータは流体力学的及び浮力によって力学的にバランスされている。この形状において、ロータの設計は流体接触域の流れ向上を介して複数の平行な流れチャンネルを与える。他の形状において、羽根はコアと囲い板との間、又は流れ向上のための囲い板間に設けられる。複囲い板を利用する形状において、一次流れチャンネルは、囲い板とコアとの間で形成され、二次流れチャンネルは囲い板の外側に配置されている。一次チャンネルは、メリデイオナルチャンネルを与え、二次流れチャンネルは入口と出口との間で流れを連通する。本発明のポンップは特に人間の血液移送に適し、ポンプされる材料の質に逆の影響を与える／又は損なうことなしにそのような液体の流れを生じさせることができる。複流れチャンネルを含む本発明のポンプに採用されるロータは、好ましくはロータの表面のラジイアル羽根内に囲まれた１つ又はそれ以上の永久磁石の列に関連して作動している電磁駆動システムによって電磁的に回転され、駆動要素はブラシレスモータ形状に配列される。あるいは、永久磁石‐永久磁石カプリングが採用される。本発明の装置は相対回転を達成でき同じに軸受及びシールフリである対照な装置を提供する。過去において、ポンプ及びポンプシステムは、軸受及びシールフリであることを特徴とする設計がなされてきた。このようなシステムは、効果において軸受の実際形状である磁気空中浮遊装置を典型的に採用し、スリーブ軸受、ボール軸受又は他の摩擦を含む軸受とより同様である。作用的及び機能的である磁気軸受を用いるこのような装置は、複雑であり、従って磁気装置、位置センサー及び反応の早い磁気駆動装置を含む非常に多い追加的要素を要する。オルセンその他の特許第４，６８８，９９８号及び５，１９５，８７７号等を含む多くのこのような特許が過去に特許されている。本発明の装置は、これらと軸受及びシールフリが全く対照的であり、流体流れ入口のための中央内孔を有し、同様に水力学的及び浮力の組合せを介して達成される力学的バランスでポンプ構造を通して流れを与える外に位置された環状チャンネルを有する。本発明のポンプのロータは、力学的バランスを向上し維持するために好ましくは磁気駆動の要素を囲むラジアル羽根の対称な装置を提供する。
【０００３】
ボール軸受、摩擦軸受、スリーブ軸受等の使用から生じるような、局部的な熱発生を含む摩擦低減軸受を利用するポンプ固有の欠点がある。遅い流れや高圧は、このような構造の使用により、局部的に生じる。更に、このような軸受採用ポンプでは、常に高いばねが用いられ、ロータ（又はインペラー）の小さい変位が軸受を破損又は効果的に破壊することができる非常に高い力を導く。更に、異なった力は、軸線方向の位置における変化が生じればいつでも構造に導かれる。
この構造において、ポンプが、入口流体のための内孔を有するロータを含む本発明の一実施例の構造で、軸受されシールフリであり、複環状流れチャンネルを有する一連の外囲い板を更に備え、予め決められた位置でロータを保持するために要求され、大きな力を生じることなく、比較的大きい変位を許す設計ができる。ロータ内に形成される内孔はロータと同軸に配置されて流体流れがその中に容易に達成される。更に、ロータは作用的回転中に平衡位置を見出し、ポンプの回転軸が変えられるときに生じるある状態でハウジング軸からオフセット（回転又は横軸のいずれかで）される。ポンプハウジングの回転運動はロータの回転又は垂直軸の変位で明らかになる。本装置は設計、製作や作動において高い精度の軸の要求を低減するために見出された。正しい取付け回転軸をなくすことは、ロータの軸が通常の中心配置位置から外れるて生じる大きな力の導入を低減する。
【０００４】
ロータコアの外表面に加えて、流れのために１つ又はそれ以上の環状チャンネルを与える形状で１つ又はそれ以上の囲い板がロータコアの外表面と同軸的に配置される。これに加えて、羽根の導入はコアと囲い板との間でパドルとして働き、又は複囲い板の場合は囲い板間で本装置がロータを通して流れ用チャンネルを提供する。
本発明の一実施例において、ポンプは、中心軸、及び軸受及びシールフリ回転用チャンバ内に配置されているロータ本体を備えたポンプチャンバを含む。ロータは対向ポーラ域へ収斂する二次元円錐形状、そしてこれらポーラ域間に延びている回転軸を備えたコアを有する。
ロータコアに加えて、１つ又はそれ以上の同中心の囲い板がポンプされる流体とロータの表面との間で接触する域を増加するために、そして流体流れを通す環状チャンネルを提供するために設けられている。
ロータ回転軸に関連して半径方向外方向に延びているラジアル羽根を更に設けている。これら羽根は流れを向上するために利用され、同様に磁気駆動要素を囲む域を提供するためである。磁気駆動要素はロータの横軸に軸方向に離隔した関係で対称に配置されている。
【０００５】
流体入口は、好適には、その内径部をロータの回転軸と同軸で汲み揚げ室に配置され、ロータの両端に入口流れを与えている。この構成により、ハウジングの入口流れは、二本の略等しい流れ部分に分けられる。その第１の流れ部分は、ロータにハウジング入口あるいは外部入口に隣接する一端から流入し、第２の流れ部分は、内径部を通して外部入口と対向するハウジング端部へと引き込まれ、ここで第２流れ部分はその方向がスムースに反転されロータに反対側から流入する。従って、流体流れの一部は、ハウジング入口と対向極性にあるロータの部分、すなわち外部入口へと搬送される。
ロータが変位する際の場合を除いて、ロータは、汲み揚げ室と流体入口との双方に同軸関係に通常配置されている。一つあるいは複数の出口は、室のほぼ中央すなわち入口の間の中間に配置され、典型的には、汲み揚げ室の中間部分の接線方向に配置されている。ロータの回転軸が垂直に配置されている場合は、複円錐形態は、ロータの内径部を通り、ロータコアの外面に沿う環状チャネル内の流れが、複円錐の上部に沿って下降し、かつ複円錐の下部に沿って上昇し続ける。
【０００６】
少なくとも一実施例におけるロータは、対向して配置された流体入口両域間での流体搬送を提供し、ロータ内径部は、流体輸送路を形成し、これにより流体は、ハウジングの両端でロータに導かれる。内径部は、ロータの両端で連通を提供し、構造内の流体の搬送を可能とし、これにより全ての流体は、ハウジングの一極性領域にまず導かれる。その後、流体は、対向配置された極性領域に内部を通して直接搬送される。
“対向配置された入口”なる意味は、ロータの両端での流体導入の利用を反映することを意図するものであり、汲み揚げられる全ての流体がハウジングの一つの極性領域に導入される構成を含むことも意図するものであり、にもかかわらず流体は、ハウジングの内部あるいは外部を通り直接対向配置された極性領域に搬送される。
【０００７】
図示のポンプは、動作モードにあり、ロータは、その回転軸の周りをスピンして、ロータに作用する全ての力がバランスされている。流体がハウジング中にある静的非動作モードでは、浮力のみがロータに作用し、ロータがランダムな位置に浮上している。ハウジング中に流体が無い静的非動作モードでは、ロータは、重力下でハウジングの内側に安定している。
前述のごとく、流体力学的力と浮力の組合せでロータが浮上する。簡単に言えば、ロータ密度を注意深く選定することにより浮力成分が得られる。好ましくは、相対密度が汲み揚げられる流体の相対密度の約０．１から０．９の間にある。“相対密度”とは、以下で理解できるように、汲み揚げられる流体の密度に相対的に測ったロータの密度を意味するものである。動的動作モーとでは、流体力学的力が重要で効果的となり、浮力はあまり重要でない二次的な成分となる。
流体力学的力の成分は、汲み揚げ室を通って流体が移動した際に流体運動の結果として得られる。流体の速度が増加すると、流体力学的力は、実質的に増加し、ロータの密度を適性に選んでおけば、通常動作時に生ずる流体力学的力は、精度ある定常的かつ制御可能に再現性のあるロータの汲み揚げ室以内でのセンタリングを可能とする。
【０００８】
本発明の意図は、ハウジングの両入口領域からハウジングの中間平面に流体を運び、この中間平面で両対向流を組合せて、次いで乱流、流れ剥離、鋭角旋回、淀みならびにその他の望ましからざる状態を回避することにより、流体を最小の損傷かつ損失で出口に導く。これは、主流をロータチャネルに通し、二次的流れをハウジングの内周とロータシラウドの外周との間に通し、ハウジングとロータの中間面を一致させ、かつハウジングとロータの中間面から電磁駆動手段の面を離すことにより改良した結合と流れを得て達成可能である。
【０００９】
本発明のポンプ構造は、脆性および／もしくは侵食的な流体、特に人血を搬送する際により適している。特に、血液のある成分は、極端に脆性で外力に曝されると損傷されやすいので、従来のポンプは、この種の使用に全く適していない。さらに、従来のシールおよび／もしくは従来のポンプ構造にある軸受は、実質的かつ重要な処置を阻害して細胞の損傷を招く。血液搬送に非常に適したポンプを提供するべく本発明のポンプのさらなる特徴は、基本的には摩擦なしの作動を与えることである。ロータとステータとの相対運動による摩擦力は、熱エネルギによる危険性を与え、熱が蓄積すね原因となる。血液は、温度変化、特に通常の身体温度以上の温度上昇に非常に敏感であるので、摩擦の低減および／もしくは見かけ上の排除は、かなりの実質的有利性をもたらす。
【００１０】
本発明の構造は軸受を必要としないので、磁気軸受における電気的損失のほかに、接触軸受におけるエネルギ損失を含む、さもなければ軸受に生じるエネルギ損失の排除によりエネルギ消費が減少する。羽根車用の駆動力は全体として羽根車の重心または質量中心の面、または該質量中心に隣接しかつ回転軸線に垂直に位置していてもよい。この特徴は、自由物体ジャイロスコープのジャイロスコープ効果の生成をもたらし、そして本発明の形態は、ハウジングの軸線がロータの回転軸線に対して回転する時に羽根車を安定にするようなものである。言い換えると、ロータの回転軸線はハウジングの位置変化故に変えてもよく、かくして回転軸線は必ずしも垂直軸線のあたりとは限らず、水平な軸線のあたりでもよい。
【００１１】
少なくとも本発明の一実施例において、磁気駆動要素はロータの横軸線から外れており、この形態において、ロータの重心または質量中心は駆動部の取付け個所へ向かう方向へ幾何学的中心から大体において変位していることが分かっている。
【００１２】
血液ポンプの用途に加えて、本発明の装置は他の流体に関連した用途もある。上記に論じた活性流体を含む、非繊細な流体が本発明のポンプ装置を用いて適切に処理および（または）移動してもよいことは確かである。シャフト、軸受およびシールを除去することは、本ポンプの製造コストを相当に低減する。また、本ポンプは正常な状態下では実際上無限の機械的寿命を有する。本発明の装置は、経済性、寿命および中断のない作動が要因である場合、任意の流体用に用途がある。
【００１３】
本発明の一実施例の特徴は、ハウジングの対向入口領域からハウジングの中心面まで流体を送り、該中心面において２つの対向流れを結合し、乱流、流れ分離、鋭角の曲がり、淀み、および望ましくない状態を回避することによって、吐出される流体に対する最小の損害および損失で流体を出口ポートまで送ることである。このことは、出口領域において単一ユニットの上方および下方の対のそれぞれのベーンを結合すること、該ベーンの外方先端において永久磁石を該ベーンに囲い込むこと、およびハウジングおよびロータの中心面から電磁駆動手段を動かすことによって達成される。
【００１４】
また、本発明によると、ハウジングへの唯一の入口が設けられ、対応してポンプに連結された唯一の配管のみが必要である。ハウジングの出口／中心面から駆動手段の面が外れていることは、ポンプの構造、作動および保守を更に好都合にし、特に永久磁石対永久磁石の形態において通常の駆動手段の使用を許容する。
【００１５】
（発明の要約）
したがって、本発明の主な目的は、人の血液のような微妙な流体を移送する改良されたポンプであって、該ポンプに軸受やシールがなく、ロータが該ロータの外面に対して離隔関係にあって１つ以上の環状流路を形成する少なくとも１つのシュラウドを有し、該ロータが半径方向の外端に隣接して磁気駆動要素を囲い込む半径方向のベーンを有し、該ロータが流体力学的力および浮力の組み合わせによって回転の際に動的にバランスしており、また好ましくは流入流体を該ロータの１つの極端から他方の極端へ移送させる内部孔を内部に形成しているようなポンプを提供することである。
【００１６】
本発明の別な目的は、吐出される材料の質に損傷を与え、さもなければ悪影響を与えることなく、流体の一様で変化しない流れを作りうる、人の血液用の改良されたポンプを提供することである。
【００１７】
本発明の更に別な目的は、シュラウド付きのロータを収容するポンピング室を利用するポンプ構造であって、ブラシ無しの形態で該ロータに取り付けられ、かつ配設された半径方向のベーンに離れて配置された一列の永久磁石と関連して作動する電磁駆動装置によって該ロータの回転を達成するようなポンプ構造を提供することである。
【００１８】
本発明の他のそして別な目的は、以下の明細書、請求の範囲および図面を考察すると当該分野の専門家にとって明らかとなる。
【００２７】
（発明の実施の形態）
本発明の好適実施例によると、そして図面の図１、図２および図３に特に注意を向けると、全体を１０で示したポンプは、ハウジング１１を含み、その内部が全体を１２で示されたポンプ作用室を画成している。言い換えれば、ハウジング１１の内周縁１３は、ポンプ作用室１２の外周縁である。図２および図３の図から明らかなように、ハウジング１１およびポンプ作用室１２は、図２に描かれているように軸線１４に沿って延びる中心軸線を共有している。ハウジング１１、および、それによりポンプ作用室１２は、１８におけるような流出孔に加えて、１６および１７におけるように一対の流入孔を具備している。流入孔１６、１７は、集合的に、ポンプ作用室への入口を画成し、一方流出孔１８が出口を画成する。流入孔１６および１７は、ポンプ作用室と同軸線上に、即ち、軸線１４に沿って配置され、流入孔は軸線１４に対して横切ってかつポンプ作用室１２に対して対向した配置関係で配置されている。流出孔１８は、流入孔の中心軸に配置され、かつ、図示されるように、軸線１４に対し全体的に横切って配置されている。
【００２８】
続いて図面の図２および図３に注意を向けると、全体的に２０で示されるロータ、すなわちロータ組立体は、ポンプ作用室１２の内部に配置されかつ対称的な複円錐形状を有している。この形状は、１９Ａおよび１９Ｂのような対向した極領域に向って集合する複円錐を具備したコア部分、すなわちロータコア１９を提供し、そして、ロータは、極端区域間に延びる回転軸線を具備して提供される。ロータコア１９の複円錐形状を形成する２つの円錐体の各々の基礎部は、一緒に連結されかつ共通の中央面を形成する。ロータコア１９とシュラウド２３との間には、複数個の羽根が位置決めされ、羽根の対向した端部が図２に示されている。これらの羽根は、また、図４に断面で示されている。ロータコア１９にはシュラウド２３が連結され、このシュラウド２３は、連結ロッドまたはポスト２４−２４によってロータコア１９に連結され、それにより全体的に２５で示される環状流路に、流れを促すための付加的な流体接触区域を生じさせる。外方向流路は、また、２６におけるようにロータ組立体２０に環状にかつその外面上に画成されている。
【００２９】
複数個の永久磁石が２７−２７におけるように設けられ、これらの磁石がロータ２０の中間平面の下方または上方の半径方向に離隔された位置にかつロータの回転軸線に沿って配置され、これらの永久磁石は、均等に半径方向にかつ円弧状に離隔された位置に設けられている。電磁駆動手段は、２８−２８におけるように設けられ、この電磁駆動手段は、順次、電気エネルギー源に連結されかつ永久磁石２７−２７を通してロータへ回転駆動エネルギーへ供給すべく配置されている。駆動装置は、勿論、ブラシレスモーター構成として普通に参照されるものであり、そして、ブラシレスモーター駆動は、勿論、技術的に良く知られている。ロータ２０の回転速度は、電磁部材２８−２８に適用される磁場周波数によって都合よく制御され、その回転速度は、適用された電磁場の周波数によって、あるいは電磁手段２８−２８の選択的な付勢によって制御される。このような駆動は、勿論、普通に使用されかつ技術的に良く知られている。
【００３０】
ロータ２０は、さらに、シュラウド２３に加えて壁２１および２２によって画成され、構成部材がハウジング１１に採用されているものと類似しているかまたは同一であるかのいずれである。ポリカーボネイト、アクリル樹脂、あるいはポリスチレンの共重合体のような適当な生物学的適合材料が採用されてもよく、あるいは、それに代えて、コーティングが、その構成の生物学的適合性を高めるために適当な基板に塗布されてもよい。移植のための装置が採用されていない場合には、その際、勿論、血液接触表面が形成されおよび／または非トロンボゲン材料で被覆されるならば、他の材料が採用されてもよい。
【００３１】
ロータ２０は、中空コアまたは表面３２の内部的な空隙区域を具備していて、この区域は、ロータ本体の相対的な密度を制御する手段を提供している。好適には、相対的な密度は、汲み上げられる流体の密度に対するロータの相対的な密度の比によって選択され、殆どの適用において、汲み上げられる流体に対するロータの相対的な密度が約０．３と０．６との間にあり、約０．１と０．９との間にの相対的な密度が有益であると見出され得ることが理解されている。ロータ材料が汲み上げられる流体の密度より低い密度を有する場合、コアおよびシュラウドにおける空隙は、勿論、除去され得る。
【００３２】
ロータ２０とそのシュラウド２３の双円錐形状は、入口ポート１６，１７間のポンピング室の軸線方向長さにほぼ等しい回転軸線に沿った軸線方向長さを備える完成構造を形成する。ロータの横方向直径は中央線３３のような中央平面に沿って定義され、図７により詳細に示されるように合体する双円錐の形状はシュラウドの表面とポンピング室の内面との間に隙間を形成する。全体的に、隙間は、Ａ―ＡとＢ−Ｂとに示されるように、入口ポート領域から出口ポート領域までほぼ一定であり、しかしまた、出口に向かって僅かに発散或いは収束している。隙間寸法は極先端領域の間の中央平面までの層流を確保するのに好適な流量を提供するのに充分である。シュラウドの形状はそのような層流の保持に役立つようにされている。これらを念頭に置いて、ポンピング室の内面とロータシュラウドの周囲との間の隙間は好適には約１ミリメートルから約７ミリメートルまでの範囲であり、約１ミリメートルから約３ミリメートルまでのより狭い範囲が一般的に好適である。シュラウド２３の外面とハウジング１１の内面１３との間の隙間は、約１．５ミリメートルであることが好適である。
【００３３】
入口ポートと出口ポートの面積に関して、入口ポートの組み合わされた面積は出口ポートの面積に少なくてもほぼ等しいことが好適であり、それにより、流れと圧力の整合が向上し、室１２内でのロータ２０の流体力学的バランスが適正化される。複数の出口ポートが採用される場合、出口ポートの組み合わされた面積は入口ポートの組み合わされた面積にほぼ等しいことが好適である。
【００３４】
図示されるように、電磁駆動要素２８−２８の駆動手段は好適には、好適には導体コイルの形態であり、適切な流体力学的バランスを達成するために、コイルは、ベアリングの形態の必要を省きつつ回転ロータの流体力学的バランスを維持するように選択的に製造され且つ注意深く制御される。
【００３５】
示されたように、インペラーの慣性モーメントは、インペラーの質量を重心（又は質量中心）により近く配置することにより効果的に最小化される。これは、構造的完全性のために必要とされるインペラーの質量を重心により近く移動させることにより達成され、回転軸線にできるだけ近く移動される。慣性モーメントは、回転軸線に沿って構造強度を増加させつつロータシュラウドの必要とされる最大半径にできるだけ近い円形或いは環状領域内に永久磁石を配置し且つ装着することにより、本発明の構造に関連して制御可能に調節されても良い。この特徴は、永久磁石２７−２７が下シュラウドセグメント３０の外周に隣接して配置されている図２に示されている。
【００３６】
従って、図２に示される形状において、下シュラウドセグメント３０は、ロータコア２４に対して同心に配置されつつ、永久磁石を包囲し或いは収容し、同時に、３１で示されるように環状流通路を配置する。
【００３７】
圧送される流体に関して、人間の血液は、２５℃において約４センチポアズの粘性を有することが留意されるべきであり、この粘性は、相対的に滑らかな回転面と血液との間の充分な摩擦を形成して流体力学的バランスのための充分な回転運動成分を得るのに充分である。ここに示されるシュラウドで覆われたロータ形状において、シュラウドは付加的な接触領域を形成し、相対的に滑らかな回転面と血液流体の利用を受け入れることが注目される。
【００３８】
圧送される流体の回転速度が増加すると、その流体力学的バランス効果は、無論、相応して比例増加する。約１０００ｒｐｍの回転速度では、流体力学的バランス効果は、室内のロータの相対比重によりもたらされる浮揚効果をほぼ打ち消す。
【００３９】
始動目的のために、塩類が機能性材料として通常は好適であり、塩類は望ましい回転速度が得られるまでの時間使用され、その後、圧送され及び／又は移送される作動溶液として血液が導入されてもよい。
【００４０】
示されるロータ構造が相対的に滑らかであると記載される一方で、羽根がロータ内で弧状に形成され間隔をおかれた複数の通路を形成して構造上に使用されても良い。言い換えるなら、羽根は、独立して弧状に間隔をおかれた櫂として形成され、間隔を離された流体通路及び／又は溝を形成しても良い。複数の羽根が、コア１９の外面とシュラウド２３の内面との間に図２と図４に示されるように配置される。加えて、望まれるなら、支持の形態は、組立体のこれらの要素が羽根と同様に機能しても良い。したがって、示される羽根は丸くなった端縁を備える他、楕円形のような他の羽根形状が採用されても良い。
【００４１】
入口と出口の直径は好適には７ミリメートルであり、相対比重は好適には０．１から０．９の間であり、０．５の相対比重が好適である。
【００４２】
大部分の操作目的のために、約５ミリメートルＨｇ（水銀）から約４０ミリメートルＨｇ（水銀）までの範囲の入口圧力が通常であり、且つ人間の血液を扱う流体力学上適当である。約４０ミリメートルＨｇ（水銀）から約１５０又は２００ミリメートルＨｇ（水銀）までの出口圧力が使用されても良い。本発明の装置が植え込み可能なユニットとして作用する場合、出口圧力は無論、患者の活動や循環系の要求に応じる。
【００４３】
図５を参照すると、改変された駆動形状とシュラウド形状が示されている。図５において、例えば、シュラウド４０はロータコア１９の回りで対称に配置される。これに関連して、しかし、シュラウド４０の上下両方の部分が対称であり、第二環状流路４１，４２を形成する。加えて、主又は先行環状流路４３，４４が、図示されるように形成される。
【００４４】
この配置において、しかし、対称に配置される双駆動機構は、永久磁石組立体２７Ａ，２７Ｂと、駆動磁石２８Ａ，２８Ｂ，２９Ａ，２９Ｂをそれぞれ備える。シュラウド形状を除けば、図５のその他の形状は図１と図２に関連して示され記述される形状と同じである。
【００４５】
図６を参照すれば、改変されたシュラウド形状が示され、ロータコア１９は一対の同心に配置されるシュラウド４５，４６をそれぞれ備えている。図６の配置において、内シュラウド４５はロータコア１９の周りで全体として対称であり、外シュラウド４６は、図２に示されるシュラウド部分３０と形状が類似する下セグメント或いは部分４７を備えている。図６の形状において、複数の環状流路が、ロータコアと内シュラウドとの間に４８で示されるように、内外シュラウドの間に４９で示されるように、外方環状領域において外シュラウド４６とハウジング１１の内面５０との間に、形成され、この外方環状流路は５１で示される。図６に示される複数シュラウドを備えるロータ形状は、図５に示される構造の態様で双駆動機構を備えて改変されても良い。
【００４６】
ここで図面中の図７に注意を向けると、部分断面図であるこの図７は、ロータシュラウドの外側面とハウジング間の間隙の形状を示している。この図７において、ハウジングの内側面は５３で示され、ロータシュラウドの外側面は５４で示されている。
【００４７】
ここで図面中の図８に注意を向けると、ポンプ１０は消化器官または心臓−支援装置として機能するシステム内に連結されている。ポンプ１０は電源６０によって駆動され、ピックアップ比率センサ６１および比率制御装置６２を含む、複数のセンサが使用されている。患者の圧力レベル監視装置６３は、６４における患者の圧力レベル入力および圧力レベル信号６５を含む情報を受信するレベル監視装置を備えた比率制御装置６２に対する入力となる。こられの装置は当業界では周知のものであり、本発明の装置と接続して効率的に使用し得る。
【００４８】
従来から二重シュラウドが検討されてきたが、ロータシュラウドのコアには外側コア面から軸線方向外向きに配置された複数の回転面、およびロータシュラウドの回転軸と同軸な関係に配置された複数の回転面が設けられている、多重シュラウドを使用し得ることができる。
【００４９】
”二重円錐体形状”という用語がロータシュラウドのコアに対してあまねく使用されてきたが、放物線のような曲線、あるいは直線によって生成されもって円錐体を構成する、他の回転面を使用し得ることも理解されよう。このように、”円錐体”という用語は、本明細書では広く定義されていることが理解される。さらに、図５に示されているロータシュラウドに接続して示されているような改変された回転面も使用し得る。
【００５０】
（第２あるいは代替的好適実施例の説明）
本発明の第２の好適実施例によれば、および特に図面中の図９、図１０および図１１に注意を向けると、全体的に１１０で示されているポンプは、その内側がポンピング室１１２を画成するハウジング１１１を有する。換言すれば、ハウジング１１１の内側周辺１１３はポンピング室１１２の外側周辺でもある。図１０および図１１から明らかなように、ハウジング１１１およびポンピング室１１２は図１０に示された軸線１１４に沿って延在する中央軸線を共有する。ハウジング１１１、および従ってポンピング室１１２には、１１６及び１１７で示すような一対の入力ポートが設けられている。入力ポート１１６及び１１７は、ポンピング室１１２への入力をひとまとめにして規定する一方、出力ポート１１８は出力を規定する。入力ポート１１６及び１１７は、ポンピング室１１２、即ち軸線１１４に沿って同軸な関係に配置されており、入力ポートはポンピング室１１２に対して反対両側配置関係で配置されている。出力ポート１１８は、入力ポート、および図示するように軸線１１４を全体的に横切って中間に配置されている。多重出力ポートを使用することができ、および結局、各ポートは典型的には出力ポート１１８に対して図示された配置と一致するべく、複数の入力ポートの中間に配置されていることに注意すべきである。
【００５１】
図面中の図１０及び図１１にさらに注意を向けると、全体的に１２０で示されているロータは室１１２内に配置されていると共に、改変された対称二重円錐体形状を有している。この形状は、１２３及び１２４のような反対両側の極領域に収斂する、二重円錐体１２１及び１２２を形成し、およびロータには、極領域１２３及び１２４間に延在し、通常は軸線１１４と一致し且つ該軸線１１４と同軸な関係にある、回転軸線が設けられている。二重円錐体形状を構成する２つの各円錐体の基部は相互に連結されて共通の中央板１２５を形成する。二重円錐体１２１及び１２２の外側面には１２７−１２７で示すような、複数の半径方向羽根が設けられている。羽根１２７−１２７は、図１０に示されているように、円錐部材１２１及び１２２の外側面から軸線方向と半径方向に延在する面部分を備えて配置されている。さらに、羽根１２７−１２７は、磁石１２８−１２８のような複数の永久磁石に対する装置基部として用いられる。これらの磁石は、半径方向に隔置された位置に配置されており、該位置は中央板１２５から全体的に軸線方向に等しく隔置され且つロータ１２０の回転軸線から半径方向外向きにある。永久磁石１２８−１２８は半径方向に等しく且つ円弧状に隔置された位置に設けられている。電磁石駆動装置は１２９−１２９および１３０−１３０に示すように設けられ、電磁石駆動装置は、順番に電気エネルギー源に連結され且つ永久磁石１２８−１２８を通じて回転駆動エネルギーをロータシュラウドに供給すべく配置されている。勿論、駆動装置はブラシレスモータ形態とされるのが慣用であり、ブラシレスモータ駆動装置は、勿論、当業界では周知である。回転数が印加された電場の周波数によって、あるいは電磁装置１２９−１２９および１３０−１３０を選択的に励磁することによって制御される状態では、ロータ１２０の回転数は都合よくは電磁石１２９−１２９および１３０−１３０に印加された周波数によって制御される。このような駆動装置は、もちろん、当業界では慣用され且つ周知である。
【００５２】
ロータ１２０の構成材料は、ハウジング１１１で使用されたものに類似しているか等価なものである。構造体の生物学的適合性を向上させるために、ポリカーボネイト、アクリル樹脂、ポリスチレン共重合体のような適切な生物学的に適合する材料を使用し得るか、あるいは代替的に適切な基体に対して被覆を施すこともできる。装置が移植のために使用されないこれらの例においては、血液が接触する複数の面が形成され（および／または）非トロンボーゲン材料で被覆されるものと仮定すると、勿論、他の材料を使用することもできる。
【００５３】
ロータ１２０は、中空コア若しくは中空室領域１３２を有し、その容積若しくは領域は、ロータ本体の相対密度を制御する手段になっている。好ましくは、その相対密度は、ロータの密度とポンプ作用をうける流体の密度との比率によって選定する。多くの用途において、ポンプ作用をうける流体に対するロータの相対密度は約０．３と０．６の間にあり、約０．１と０．９との間が有用な範囲である。また、ロータ１２０の複式円錐形状は、回転軸線に沿う軸線方向長さが入口ポート１１６と １１７との間のポンピング室の軸線方向長さとほぼ等しい最終構造体を提供する。ロータ１２０の横方向の径は、中央線１２５のような中央平面に沿って定められ、複式の収斂する円錐体の形状と半径方向ベーンは、図１２に詳細に示されるように、ロータのベーンの表面とポンピング室の内面との間に間隙を与えるようなものになっている。一般にＡ−Ａ及びＢ−Ｂで示した間隙は入口ポート領域から出口ポート領域まで一定に維持されるようなものであるが、その間隙は、出口に向かってわずかに収斂し又はわずかに末広がりになっていても良い。１３２で示されるようなベーンの周囲と複式円錐体１２１、 １２２の外面との間の間隔は、好ましくはほぼ一定であり、また、ハウジング１１１の内面１１３にほぼ平行である。ポンプ作用をうける流体の移送のための容積が得られ、ポンプ作用をうけた流体の子午線速度は、その流体が並進及び回転運動経路、及び／又はベクトル、に沿って移動してポンプを通る間にほぼ一定に維持される。これらの点を考慮し、ポンピング室の内面と半径方向ベーン１２７−１２７若しくはロータ１２０の外縁との間の間隙は、好ましくは、約１ミリメートルと７ミリメートルの間の範囲とされる。一般的に好ましい範囲は、約１ミリメートルと３ミリメートルの間のより狭い範囲である。一般に、約１．５ミリメートルの間隙が好ましく、その間隔は図１２の対向する矢印Ａ−Ａ及びＢ−Ｂの間の区域として寸法的に図示されている。
【００５４】
入口ポートと出口ポートの面積に関しては、一般に入口ポートを結合した面積（若しくは入口ポートの総合面積）が出口ポートを結合した面積（若しくは出口ポートの総合面積）とほぼ等しく、それによって流れと圧力の一貫性を与え、室１１２内のロータ１２０の適切な流体力学的バランスを得るようにするのが好ましい。
永久磁石１２８−１２８は半径方向ベーン１２７−１２７内に収納されている。図１０に示されているように、収納された永久磁石１２８−１２８の物理的位置は、ベーン１２７−１２７の半径方向端縁の外面に近接している。その半径方向端縁の外面は１３３で示されている。
【００５５】
電磁的駆動要素１２９−１２９及び１３０−１３０のための駆動手段は、好ましくは導体巻線の形態をなし、適切な流体力学的バランスを得る目的で、巻線は、回転するロータの流体力学的バランスを維持ししかも如何なる形態のベセアリングをも必要としないようにするように、慎重に制御されかつ選択的に製造される。
ロータ若しくはインペラの慣性モーメントは、インペラの質量を重心若しくは質量中心に接近して位置させることにより、効果的に減じられる。このことは、構造の完全性のために必要なインペラの質量を中心により近づけ、一般に回転軸線にできるだけ近づけることにより達成することができる。本発明の構造に関して慣性モーメントは、ロータ内部インペラの最大半径のところにある円形又は環状領域内に永久磁石を配列装架し、同時に回転軸線に沿う構造体の強度を増加させるようにして、制御可能に調節されると良い。
【００５６】
ポンプ作用をうける流体に関しては、人間の血液は２５℃において約４センチポアズ（ｃｅｎｔｉｐｏｉｓｅｓ）の粘度を有し、その粘度は、ベーンとロータ表面との間に血液に対する適切な摩擦を与えて流体力学的バランスを得るための運動の十分な回転成分を得るために十分なものである点に留意すべきである。もちろん、ポンプ作用をうける流体の回転速度が増加すると、それに相当しかつ比例して、流体力学的バランス効果は増大する。約１０００ｒｐｍの回転速度では、流体力学的バランス効果は、室内のロータの相対密度によって与えられる浮力効果より実質的に大きくなる。
【００５７】
最初の目的のために、含塩物は通常、機能物質として好適である。所望の回転速度が得られるまで含塩物が用いられると、その後、血液はポンプでくみ上げられ、及び／又は運ばれる作動溶液として導入される。
内径及び外径は、望ましくは７ミリメートルであり、相対濃度は望ましくは０．１から０．９の間であり、０．５の相対濃度が好適である。
最も作用的な目的のために、約５ミリメートル水銀から約４０ミリメートル水銀の範囲の内圧が、人間の血液を扱う流体力学のために一般的で望ましいものと考えられる。約４０ミリメートル水銀から約１５０あるいは２００ミリメートル水銀の外圧が、採用される。本発明の装置が、移植可能なユニットとして機能する時には、外圧はもちろん、患者の機能や示される循環要求に依存している。
【００５８】
本発明のポンプ装置は、大動脈に結合された出口を有する装置として使われるポンプを備えた患者補助ユニットとして使われ得る。別の構造においては、出口は、肺動脈に結合され得る。上述したように、本発明の装置は、搬送ポンプとしても適用されるので、一時的に心臓の機能をとめてしまう外科手術においても利用され得る。
図１３について説明すると、ポンプ１１０は、心室あるいは心臓補助装置として機能する装置に連結される。ポンプ１１０は、動力装置１５０によって駆動され、ピックアップ比センサー１５１を有するセンサー及び比コントローラ１５２が用いられる。患者の圧力レベルモニター１５３が、比コントローラー１５２に入力を与え、レベルモニターは患者の圧力レベル入力１５４と圧力レベル信号１５５を有する情報を受信する。これらの装置は、公知であり、本発明の装置と関連付けて効果的に利用され得る。
【００５９】
再び、先に記載した好適実施例と関連付けて述べると、「２重円錐形状」なる用語が、全体を通して用いられたが、その他の回転表面が利用できることは理解されるであろう。放物線のような曲線や直線によって作られる回転表面が利用され、これにより円錐形が形成される。従って、「円錐」という用語は、ここでは広義に用いられる。
【００６０】
（第３のあるいは追加の好適実施例の説明）
本発明の第３のあるいは追加の好適実施例によれば、また、特に図１４、１５、１６に関連して、一般に２１０で示されるポンプは、ハウジング２１１を有しており、このハウジングの内部は、一般に２１２で示されるポンピング室を画定している。言いかえれば、ハウジング２１１の内周面２１３は、室２１２の外周面である。図１５、１６、１７から明瞭であるように、ハウジング２１１と室２１２は、図１５に示される軸２１４に沿って延びる中央軸を共有している。ハウジング２１１及び室２１２は、出口２１８、２１９に沿った主入口２１６を備えている。入口２１６は、室への入口を画定しており、出口２１８、２１９は全体として出口を画定している。外側の入口２１６は、室と同軸に配置されている、即ち、軸２１４に沿って配置されており、又、外側の入口は、デフレクターチップの頂点２４３に隣接する第２のあるいは内側の入口２１７に対向するように配置されている。外側ポート２１８、２１９は、第１の及び第２の入口の中間に配置されており、上述したように、一般に軸２１４を横切って配置されている。
【００６１】
引き続き図１５、図１６を参照して、ロータ２２０はチャンバー２１２内に配置され、対称な複式円錐形状のコア構成要素２２１を有している。この形状は２２１や２２２のような相対する極端領域に向かって収斂するする円弧形状の複式円錐形を備えており、このロータは、極端領域２２１、２２２の間を延び、軸線２１４にほぼ沿ってかつ該軸線と一致する回転軸線を備えている。複式円錐形状を形成する二つの円錐形のそれぞれの底部は互いに結合され、２２３として共通の中央面を形成する。ロータコア２２１はまた２２４、２２５、２２６、２２７としての一対の円錐形状のシュラウドを備えている。シュラウド２２４、２２５、２２６はそれぞれほぼ円錐形状であり、この円錐形は円弧状セグメントの回転表面として形成されており、この回転セグメントは実質的に複式円錐形の半径と合致する半径を有している。さらにシュラウド２２７は、２２７Ｂとしての外部セグメントに沿った２２７Ａとしての内部円弧セグメントを有している。セグメント２２７Ａと２２７Ｂは互いにその端部で結合され、円弧セグメント２２７Ａと２２７Ｂによって全体的に規定されている取り囲まれた回転表面を形成し、その結果、修正されたトロイド形状を有する部材が生じる。
【００６２】
個々のシュラウドはポストまたは輻をつけられた円板（ｓｐｏｋｅｄ ｄｉｓｃｓ）２２８−２２８によってコア構成要素２１に結合される。円板２２８−２２８はコア構成要素２２１の外部表面２２９の間にリンクを備え、そうして組立体全体に対して機械的な安定性と剛性とを備える。シュラウド２２４、２２５、２２６、２２７とコア構成体２２１の形状は、２３１、２３２、２３３としての環状流路を組立体の下部に隣接する同様な環状の形状の通路２３４、２３５、２３６にそって組立体の上部に構成する。修正されたトロイド状部材２２７の領域内では磁石２３７−２３７のように一連の永久磁石がある。これらの磁石はロータ２２０の回転軸線に沿ってほぼ中間で半径方向に間隔を取った位置に配置され、永久磁石は半径方向に等間隔でかつ円弧状に間隔を取った位置に設けられる。電磁石駆動装置（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｒｉｖｅ ｍｅａｎｓ）は２３８−２３８として設けられ、この電磁石駆動装置は、続いて電気エネルギ源に接続され、永久磁石２３７−２３７を介してロータに回転駆動エネルギを伝えるよう配置される。駆動装置（ｄｒｉｖｅ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）は勿論ブラスレスモータの形状として一般的にいわれていて、ブラスレスモータ駆動は勿論当分野において公知である。ロータ２２０の回転速度は従来電磁石部材２３８−２３８に適用される場の周波数（ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ）によって制御され、回転速度は適用される電磁石の場の周波数（ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）によって、または電磁石装置２３８−２３８の選択的エネルギ化（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｅｎｅｒｇｉｚａｔｉｏｎ）によって制御される。そのような駆動は勿論当分野において、通常使用されかつ周知のものである。
【００６３】
ロータ２２０は外部表面又は壁２２０によって規定され、構造材料はハウジング２１１に使用されたものと類似か同一のものである。ポリカーボナイトやアクリル、ポリスチレンの共重合体などのような適当な生体適合性のある材料（ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）でも使用可能であり、または代替的にコーティングが、構造の生体適合性を高めるために適当な基質（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）に使われてもよい。その装置が移植（ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）に使用しないこれらの例では、血液と接触する表面（ｂｌｏｏｄ−ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅｓ）が非トロンボゲン材料（ｎｏｎ−ｔｒｏｍｂｏｇｅｎｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）で形成され及び／またはコーティングされているならば、勿論他の材料が使用可能である。ロータ材料が圧送される流体より低比重（ｌｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ）であるならば、コアおよびシュラウドに形成された空所及び／または空洞は除去される。
ロータ２２０は全体として２４１で示される軸方向の穴（ａｘｉａｌ ｂｏｒｅ）を規定する管状コア２４０を備える。穴２４１は入口２１６から液体を受け入れ、第２入口帯またはチャンバー２４２に直接流体を送り、最終的に環状通路２３４、２３５、２３６を介して伝達され流れる。示されたように、これらの通路のそれぞれは出口２１８に導き、それによって流れの連続性を与える。２４３として設けられる頂点は、スムーズな流れ、好ましくは層流を、ポンプ組立体を介して与える。
【００６４】
さらに、中空のコアまたは空所領域がロータコア２２１内に設けられ、このチャンバーは全体として２４５として示される。このチャンバー領域は回転体の相対的比重（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｅｎｓｉｔｙ）を制御する手段を規定する大きさの体積を与える。更なる浮力が部材２２７の修正されたトロイド形状によって与えられ、それによって、全ロータ組立体に対する相対的な比重が与えられる。好ましくは、この相対的な比重は圧送される流体の相対的比重に対するロータもしくはロータ組立体の相対的比重の割合によって選択され、ほとんどの適用において、圧送される流体に対するロータの相対的比重は大体０．３と０．６の間であり、大体０．１と０．９の間の相対的比重が使用可能となることが理解される。また、シュラウドと共にロータ２２０のコア構成要素２２１の複式円錐形状は仕上げられた構造を備え、回転軸線に沿った軸線長さは第１入口ポート２１６と第２入口ポート領域２４２の間の圧送チャンバーの軸線長さと略等しい。ロータ２２０とそのシュラウドの横断直径は、中央線２２３に沿うのと同様に中央平面に沿って、規定され、図１８に拡大されかつ詳細に示されるように、複式収斂円錐形の形状はロータの表面と圧送チャンバーの内面の間の隙間を設ける。概して言うならば、Ａ−ＡやＢ−Ｂで示される隙間は第１及び第２入口ポートから出口ポートまで一定である隙間である。個々の流路の組み合わされた領域では、圧送された流体に対する運動の割合が移行及び回転運動及び／またはベクトルにそって移動するとき実質的に一定である。これらの考慮によって、圧送チャンバーの内面とロータの外周の間の隙間は好ましくは、大体１ｍｍから大体７ｍｍまでの間までに入り、大体１ｍｍから３ｍｍの間の狭い領域が血液にとって好ましい。一般的に、大体１．５ｍｍの隙間が好ましい。
【００６５】
入口ポートと出口ポートの間の領域について、一般的に好ましいのは、第１入口ポート２１６の組み合わされた領域がほぼ出口ポート２１８と２１９の組み合わされた領域に等しいことであり、それによって、流れや圧力のより一貫性（ｍｏｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）が与えられ、また、チャンバー２１２内のロータ２２０の適切な流体力学的な平衡が与えられる。
示されるように、電磁石駆動要素２３８−２３８への駆動装置は伝導体の巻き取り（ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｗｉｎｄｉｎｇｓ）の形状が好ましく、適切な流体力学上の平衡を得るために、その巻き取りは注意深く制御されかつ選択的になされて、受けのどのような形状に対する必要性も除く一方で、回転ロータの流体力学上の平衡を保つようにする。
【００６６】
示されるように、羽根車（ｉｍｐｅｌｌｅｒ）の慣性モーメントは重心または重量の中心により近い羽根車の質量の位置により効果的に最小にされる。これは中心により近い、そしてほぼ回転軸線に対しできるだけ近い構造上の完全性（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）に必要とされる羽根車の質量を移動することによって得られる。慣性モーメントは本発明の構造に関連して、その回転軸線に沿って構造強度を増加させながら、必要ならば、ロータ内部羽根車の最大径である円形又は環状ゾーン内に永久磁石を配置かつ取付ることによって、制御可能に調節することができる。図１５に示されるように、例えば永久磁石２３７−２３７は修正されたトロイド状部材２２７の範囲内に位置され、それによって、永久磁石を効果的に圧送された血液との接触から離しておくことができる。
ポンプ送りされる流体について、人間の血液が温度２５℃で約４センチポイズの粘度を有すること、そして、水圧バランスのための十分な回転運動成分を達成するために、この粘度は、ロータおよびシュラウドの比較的円滑な表面と血液との間に十分な摩擦を与える上で十分であることに留意すべきである。ポンプ送りされる流体の回転速度が増すと、勿論、その水圧バランス効果が、それに応じ比例して増す。概ね１０００ｒｐｍの回転速度では、水圧バランス効果が、室内のロータの相対密度によってもたらされる浮遊効果に実質的に打ち勝つ。
【００６７】
運転開始用として、通常、塩類（塩類は、所望の回転速度に達するまでの間使われる）が作動材料として好ましく、その後、ポンプ送りされ、および／または、搬送される作動溶液として、血液が導入されるだろう。
図示のロータ構造は比較的円滑である旨説明されているが、その構造に対して複数のベーン（翼）を使用可能であり、それらのベーンは、ロータ内で正確に間隔を置いて形成される。換言すれば、仮にベーンを採用する場合には、間隔を置いた流体通路および／または流体チャネルを作るために、それぞれアーチ状に間隔を置いた複数のパドル（水かき）として翼が形成されるだろう。
入口径および出口径は好適には７ｍｍであり、相対密度は好適には０．１〜０．９である（０．５が好ましい）。
【００６８】
大部分の運転目的にとって、入口圧力約５ｍｍＨｇ（水銀）〜約４０ｍｍＨｇ（水銀）が普通であり、人間の血液を取り扱う流体動力学にとって適切であると考えられる。出口圧力としては、約４０ｍｍＨｇ（水銀）〜約１５０または２００ｍｍＨｇ（水銀）を採用できる。本発明装置は、植設可能な装置として働く時、出口圧力は、もちろん患者の活動および循環条件に依存するだろう。
図１９を見ると、患者支援ユニットとして本発明のポンプ装置を使用するためのシステムについて説明されている。図１９では、大動脈に接続される出口を有する装置としてポンプ２５０が採用されるだろう。代替構造では、出口が肺動脈に接続されるだろう。指摘したとおり、本発明装置は、搬送ポンプとしての用途も有し、したがって、心臓機能を一時的に移し、および／または、心臓機能を一時的になくす外科処置で使用できる。
【００６９】
ポンプ２５０は、心室装置または心臓支援装置として働くシステムに接続される。ポンプ２５０は、動力供給装置２５１によって動かされ、ピックアップ比センサー２５２を含むセンサーと比率制御２５３が採用される。２５４における患者圧力水準入力および圧力水準信号２５６を含む情報を受ける患者圧力水準モニター２５５が、比率制御２５３に入力を与える。これらのシステムは、当業界で公知であり、本発明装置と連結して効果的に使用可能である。
２重円錐形について議論したが、多重円錐形を翼の代わりに使用できる。その場合、ロータの軸線方向外側であってロータの回転軸線と同軸に配置された回転表面がロータに与えられる。
用語「２重円錐形」が明細書全体に亘って採用されているが、円錐形を作るために、放物線、双曲線のような曲線または直線によって作られる他の回転表面を使用できることを理解できるだろう。したがって、本明細書中の用語「円錐形」は広義の意味で用いられる。
【００７０】
前記好適実施例において各種の変形が可能であり、その変形は、本発明の精神と範囲を逸脱することなくなし得ることも理解できるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により用意されたポンプ組立体の斜視図である。
【図２】図１に示すような構造体の軸線を通る垂直断面図であって、ロータコアおよびシュラウドを含むロータの形態を示し、更に実際の作動の際に該ポンプにより形成される流れパターンを示す図である。
【図３】図２の矢印３−３の線に沿いかつその方向に取った水平断面図である。
【図４】図２の矢印４−４の線に沿いかつその方向に取った水平断面図である。
【図５】図２に類似した図であって、駆動要素用の変更形態を示す図である。
【図６】図６は、図２と同様な図であってかつロータ用の変更されたシュラウド形状を図示したものである。
【図７】図７は、僅かに拡大された寸法にされた破断断面図であってかつロータとハウジングとの間の間隙の形状を図示したものである。
【図８】図８は、本発明の装置が機能し得る典型的ななシステムを図示した概略線図である。
【図９】図９は、本発明にしたがって作成されたポンプ組立体の別の好適実施例の斜視図である。
【図１０】図１０は、図９に描かれた構成のロータ部分の回転軸線を通ってとられた組立体の縦断面図であって、図１１の矢印１０−１０の方向においてその線に沿ってとられ、さらにポンプの駆動構成要素の配置を図示したものである。
【図１１】図１１は、図１０の矢印１１−１１の方向においてその線に沿ってとられたポンプの横断面図である。
【図１２】図１２は、僅かに拡大された寸法にされた破断断面図であってかつロータとハウジングとの間の間隙を図示したものであり、そして流体の一部がその組立体を通って流れる状態を図示したものである。
【図１３】図１３は、本発明の装置が機能し得る典型的なシステムを図示する概略線図である。
【図１４】図１４は、本発明にしたがって作成されたポンプ組立体のさらに別の好適実施例の斜視図である。
【図１５】図１５は、ロータの軸線を通ってとられた縦断面図であってかつ実際の作用中であるときポンプによって生じられるフローパターンを図示するものである。
【図１６】図１６、図１５に図示されたポンプ構成の横断面図であって、かつ図１５の線１６−１６に沿ってとられた横断面図である。
【図１７】図１７は、図１５に図示されたポンプ構成の横断面図であって、かつ図１５の線１７−１７に沿ってとられた横断面図である。
【図１８】図１８は、拡大寸法にされかつロータの外部とハウジングの内部との間の間隙の大きさを図示した破断断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の装置が機能し得る典型的なシステムを図示した概略線図である。
【符号の説明】
１１  ハウジング
１２  ポンプ作用室
１３  内周縁
１４  軸線
１６  流入孔
１７  流入孔
１８  流出孔
１９  コア
２０  ロータ
２１  壁
２２  壁
２３  シュラウド
２４  連結ロッド
２５  環状流路
２６  外部流路
２７  永久磁石
２８  電磁駆動手段
３２  表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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