(57)【要約】【課題】  動圧溝を利用してハウジングにインペラを非接触状態にて回転させる遠心式血液ポンプ装置であり、インペラとハウジング間の距離を確保でき、溶血の発生が少ない遠心式血液ポンプ装置を提供する。【解決手段】  遠心式血液ポンプ装置１は、ハウジング２０と、ハウジング２０内で回転し血液を送液するインペラ２１を有する遠心ポンプ部２と、インペラ２１を吸引し回転させるインペラ回転トルク発生部３と、インペラ２１をインペラ回転トルク発生部３による吸引方向と反対方向に吸引する第３の磁性体４１とを備える。遠心ポンプ部２内におけるインペラ２１に対するインペラ回転トルク発生部３による吸引力と第３の磁性体４１による吸引力とがハウジング２０内の中央付近にて釣り合うものとなっているとともに、インペラ回転トルク発生部側のハウジング内面に設けられた第１の動圧溝３８と、第３の磁性体側のハウジング内面に設けられた第２の動圧溝７１を備えている。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液流入ポートと血液流出ポートとを有するハウジングと、内部に第１の磁性体または第１の磁性体と第２の磁性体を備え、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インペラを有する遠心ポンプ部と、
前記遠心ポンプ部の前記インペラの第１の磁性体を吸引するとともに該インペラを回転させるためのインペラ回転トルク発生部と、
前記インペラの前記第１の磁性体または第２の磁性体と共同して前記インペラ回転トルク発生部の磁力発生源による吸引方向と反対方向に前記インペラを吸引する第３の磁性体とを有する遠心式血液ポンプ装置であって、
該遠心式血液ポンプ装置は、前記遠心ポンプ部内における前記インペラに対する前記インペラ回転トルク発生部の磁力発生源による吸引力と前記第３の磁性体による吸引力とが前記ハウジング内の前記インペラの可動範囲の中央付近にて釣り合うものとなっているとともに、前記インペラ回転トルク発生部側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記インペラ回転トルク発生部側の表面に設けられた第１の動圧溝と、前記第３の磁性体側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記第３の磁性体側の表面に設けられた第２の動圧溝を備えることを特徴とする遠心式血液ポンプ装置。
【請求項２】
前記遠心ポンプ部内における前記インペラに対する前記インペラ回転トルク発生部の磁力発生源による吸引力と前記インペラの前記第１の磁性体または第２の磁性体と前記第３の磁性体とによる吸引力とによって構成される前記インペラのアキシアル方向への負の支持剛性値の絶対値ｋａ、ラジアル方向の正の剛性値の絶対値ｋｒに対して、前記インペラが回転する常用回転数領域において２つの動圧溝で得られる正の剛性値の絶対値Kｇが、
ｋｇ＞ｋａ＋ｋｒの関係を満たすものであり、
さらに、前記インペラのラジアル剛性値ｋｒ（Ｎ／ｍ）、前記インペラの質量ｍ（ｋｇ）に対して、インペラの回転数ω（rad/s）は、
ω＜（ｋｒ/ｍ）0.5の関係を満たすものである請求項１に記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項３】
前記第１の動圧溝により発生する動圧力と前記第２の動圧溝により発生する動圧力は異なるものである請求項１または２に記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項４】
前記第１の動圧溝および／または前記第２の動圧溝は、内向スパイラル溝である請求項１ないし３のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項５】
前記第３の磁性体は、永久磁石である請求項１ないし４のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項６】
前記インペラは、前記第１の磁性体および前記第２の磁性体を備え、前記第３の磁性体は永久磁石であり、前記第２の磁性体は、永久磁石からなる第３の磁性体により吸引されるものであり、さらに、前記第２の磁性体の前記第３の磁性体側の表面積と前記第３の磁性体の前記第２の磁性体側の表面積は異なるものとなっている請求項１ないし５のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項７】
前記遠心式血液ポンプ装置は、所定のインペラ回転数においてインペラが前記ハウジングの中央位置付近にて浮上し回転するものである請求項１ないし６のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項８】
前記遠心式血液ポンプ装置は、前記インペラを所定の方向に付勢させるための電磁石を備えている請求項１ないし７のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項９】
前記第３の磁性体は永久磁石であり、さらに、前記遠心式血液ポンプ装置は、該第３の磁性体の磁力を変化させるための磁力調整用コイルを備えている請求項１ないし８のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項１０】
前記遠心式血液ポンプ装置は、前記インペラ回転中に該インペラに動的外乱が加わった場合に、前記電磁石もしくは前記磁力調整用コイルを作動させるものである請求項８または９に記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項１１】
前記インペラは導電性部材を備え、前記遠心式血液ポンプ装置は、電流が供給されることにより前記インペラの前記導電性部材に渦電流を発生させることが可能な渦電流発生用コイルを備えるものである請求項１ないし１０のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項１２】
前記電磁石、前記磁力調整用コイルもしくは前記渦電流発生用コイルは、前記インペラの回転起動直前もしくは回転起動時に作動させるものである請求項８ないし１１のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項１３】
前記遠心式血液ポンプ装置は、前記インペラがある一定回転数域にある場合に、前記電磁石もしくは前記磁力調整用コイルに電流を流すものである請求項８ないし１２のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項１４】
前記遠心式血液ポンプ装置は、静止時の前記インペラに振動を付与するための振動手段を備えるものである請求項１ないし１３のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項１５】
前記振動手段は、前記インペラの回転起動直前もしくは回転起動時に作動させるものである請求項１４に記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項１６】
前記遠心式血液ポンプ装置は、前記インペラの位置を検出するための位置センサを備えている請求項１ないし１５のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項１７】
前記遠心式血液ポンプ装置は、前記インペラが所定範囲内に位置していないことを前記センサが検知した場合に、前記電磁石または前記磁力調整用コイルを作動させるものである請求項１６に記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項１８】
前記遠心式血液ポンプ装置は、前記電磁石もしくは前記磁力調整用コイル非作動条件における前記インペラの回転数と前記インペラの浮上位置との関係を測定しておき、前記インペラが所定回転数における予め測定した前記浮上位置からずれたことを前記センサが検知した場合に、前記電磁石もしくは前記磁力調整用コイルを作動させるものである請求項１６に記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項１９】
前記遠心式血液ポンプ装置は、前記電磁石または前記磁力調整用コイルの作動を制御する制御部を備え、該制御部は、前記電磁石または前記磁力調整用コイルに供給される電流をＯＮ・ＯＦＦ制御するものである請求項８ないし１８のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項２０】
前記インペラ回転トルク発生部は、前記インペラの第１の磁性体を吸引するための磁石を備えるロータと、該ロータを回転させるモータとを備えるものである請求項１ないし１９のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項２１】
前記インペラ回転トルク発生部は、前記インペラの第１の磁性体を吸引するとともに該インペラを回転させるために円周上に配置された複数のステーターコイルを備えるものである請求項１ないし１９のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液を送液するための遠心式血液ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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として、本件出願人は、特開２００４−２０９２４０号公報（特許文献１）に示すものを提案している。
この公報に示されている遠心式血液ポンプ装置は、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する遠心式血液ポンプ部と、インペラのための非制御式磁気軸受構成部（インペラ回転トルク発生部）とを備える。さらに、ハウジングは、インペラの上面および下面と向かい合う２つの動圧溝を有する。この動圧溝を有するため、インペラ位置制御部の非作動時（言い換えれば、電磁石作動停止時）において、インペラ回転トルク発生部側に吸引されるが、動圧溝とハウジング内面間に形成される動圧軸受効果により、若干であるが、ハウジング内面より離れ、非接触状態にて回転する。
また、特開平４−９１３９６号公報（特許文献２）に示されるターボ形ポンプがある。この特許文献２の図８および図９に示すものでは、インペラの一方面に設けられた第１の永久磁石とハウジングを介して対向する第２の永久磁石とで磁気カップリングを形成し、この第２の永久磁石を取り付けたロータを回転することにより、インペラが回転駆動する。さらに、このインペラの一方面に設けた動圧溝によって軸受支持される。また、インペラは他方面に別の永久磁石を備え、ハウジングは、この永久磁石との間で吸引力をもたらす磁性体を備えている。そして、インペラの他方面にも動圧溝が形成されている。
さらに、実開平６−５３７９０号公報（特許文献３）に示されるクリーンポンプがある。このポンプは、インペラの一方面に設けた第１の永久磁石とこれに対向するロータに設けた第２の永久磁石によって磁気カップリングを形成し、このロータを回転駆動させることによりインペラに回転力を与え、さらにインペラの一方面に動圧溝を形成し、インペラの他方面に制御式磁気軸受を配した構造で、インペラが予め設定した回転数以下で磁気軸受を作動させ、これ以上の回転数では磁気軸受制御を停止するものとなっている。
【０００３】
【特許文献１】特開平２００４−２０９２４０号公報
【特許文献２】特開平４−９１３９６号公報
【特許文献３】実開平６−５３７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１ないし３のいずれにおいても、インペラの端面とハウジング対向部とに動圧溝を配することでインペラの回転軸方向の支持を行い、ラジアル方向のインペラ支持にはインペラ内の永久磁石とハウジングの外部に配した永久磁石もしくは固定子との吸引力を利用するといった受動剛性を使っている点で共通している。動圧軸受の場合その支持剛性はインペラの回転数に比例することから、ポンプに外乱が印加された状態でも、インペラがハウジングに接触することなく安定して回転するためには、ポンプの常用回転数域を上げインペラのアキシアル方向剛性を高めたいが、この構成では、ラジアル方向を永久磁石の吸引力を利用し支持しているためその支持剛性は低く、インペラを高速に回転できないといった問題がある。
このラジアル方向の剛性を高めるためには、インペラ内の永久磁石とハウジングの外部に配した永久磁石もしくは固定子との吸引力を強める方法があるが、これを強めることによってインペラのアキシアルへの負の剛性値（インペラがアキシアル方向に動けば、その動いただけその吸引力が大きくなることを意味する）が大きくなり、動圧によるインペラの支持性能を阻害してしまう可能性があった。
特許文献２のものでは、インペラは第１の永久磁石と第２の永久磁石間の吸引力とインペラ一方面の動圧力との釣り合いで浮上させる方式となっている。このため、インペラの非回転時には、この第１の永久磁石と第２の永久磁石間の吸引力によって、インペラはハウジングに押し付けられた状態となっており、インペラの回転起動時には、このインペラとハウジング間の摩擦抵抗が大きくスムーズな回転起動が困難である。また、その動圧力は回転数に比例しインペラの回転数が低い領域ではその力は小さいために、インペラに作用する流体力によってインペラ低速回転時にインペラとハウジングとが接触してしまう恐れもあった。特に、ポンプを血液ポンプに使用した場合には、このインペラとハウジングとの摩擦のために、この接触した部位で、溶血・血栓といった血液損傷が生じる可能性がある。
また、特許文献３のものは、インペラ位置センサ、電磁石が必須なものとなりそれらの制御も必要である。
そこで、本発明の目的は、磁気浮上タイプの遠心式血液ポンプではなく、いわゆる動圧溝を利用して実質的にハウジングにインペラを非接触状態にて回転させる遠心式血液ポンプ装置とすることにより、小型化を可能とするとともに、インペラの回転時にハウジング内のインペラの振れまわりに起因したインペラとハウジング間の接触による血液の溶血や血栓の発生を防止したり、インペラ回転起動時や低速回転時に、インペラとこれに対向するハウジング間の摩擦によるインペラもしくはハウジングのダメージを少なくし血液の溶血や血栓の発生を防止することができる遠心式血液ポンプ装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するものは、以下のものである。
（１）  血液流入ポートと血液流出ポートとを有するハウジングと、内部に第１の磁性体または第１の磁性体と第２の磁性体を備え、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インペラを有する遠心ポンプ部と、
前記遠心ポンプ部の前記インペラの第１の磁性体を吸引するとともに該インペラを回転させるためのインペラ回転トルク発生部と、
前記インペラの前記第１の磁性体または第２の磁性体と共同して前記インペラ回転トルク発生部の磁力発生源による吸引方向と反対方向に前記インペラを吸引する第３の磁性体とを有する遠心式血液ポンプ装置であって、
該遠心式血液ポンプ装置は、前記遠心ポンプ部内における前記インペラに対する前記インペラ回転トルク発生部の磁力発生源による吸引力と前記第３の磁性体による吸引力とが前記ハウジング内の前記インペラの可動範囲の中央付近にて釣り合うものとなっているとともに、前記インペラ回転トルク発生部側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記インペラ回転トルク発生部側の表面に設けられた第１の動圧溝と、前記第３の磁性体側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記第３の磁性体側の表面に設けられた第２の動圧溝を備える遠心式血液ポンプ装置。
（２）  前記遠心ポンプ部内における前記インペラに対する前記インペラ回転トルク発生部の磁力発生源による吸引力と前記インペラの前記第１の磁性体または第２の磁性体と前記第３の磁性体とによる吸引力とによって構成される前記インペラのアキシアル方向への負の支持剛性値の絶対値ｋａ、ラジアル方向の正の剛性値の絶対値ｋｒに対して、前記インペラが回転する常用回転数領域において２つの動圧溝で得られる正の剛性値の絶対値Kｇが、
ｋｇ＞ｋａ＋ｋｒの関係を満たすものであり、
さらに、前記インペラのラジアル剛性値ｋｒ（Ｎ／ｍ）、前記インペラの質量ｍ（ｋｇ）に対して、インペラの回転数ω（rad/s）は、
ω＜（ｋｒ/ｍ）0.5の関係を満たすものである上記（１）に記載の遠心式血液ポンプ装置。
（３）  前記第１の動圧溝により発生する動圧力と前記第２の動圧溝により発生する動圧力は異なるものである上記（１）または（２）に記載の遠心式血液ポンプ装置。
（４）  前記第１の動圧溝および／または前記第２の動圧溝は、内向スパイラル溝である上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
（５）  前記第３の磁性体は、永久磁石である上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
（６）  前記インペラは、前記第１の磁性体および前記第２の磁性体を備え、前記第３の磁性体は永久磁石であり、前記第２の磁性体は、永久磁石からなる第３の磁性体により吸引されるものであり、さらに、前記第２の磁性体の前記第３の磁性体側の表面積と前記第３の磁性体の前記第２の磁性体側の表面積は異なるものとなっている上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【０００６】
（７）  前記遠心式血液ポンプ装置は、所定のインペラ回転数においてインペラが前記ハウジングの中央位置付近にて浮上し回転するものである上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
（８）  前記遠心式血液ポンプ装置は、前記インペラを所定の方向に付勢させるための電磁石を備えている上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
（９）  前記第３の磁性体は永久磁石であり、さらに、前記遠心式血液ポンプ装置は、該第３の磁性体の磁力を変化させるための磁力調整用コイルを備えている上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
（１０）  前記遠心式血液ポンプ装置は、前記インペラ回転中に該インペラに動的外乱が加わった場合に、前記電磁石もしくは前記磁力調整用コイルを作動させるものである上記（８）または（９）に記載の遠心式血液ポンプ装置。
（１１）  前記インペラは導電性部材を備え、前記遠心式血液ポンプ装置は、電流が供給されることにより前記インペラの前記導電性部材に渦電流を発生させることが可能な渦電流発生用コイルを備えるものである上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
（１２）  前記電磁石、前記磁力調整用コイルもしくは前記渦電流発生用コイルは、前記インペラの回転起動直前もしくは回転起動時に作動させるものである上記（８）ないし（１１）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
（１３）  前記遠心式血液ポンプ装置は、前記インペラがある一定回転数域にある場合に、前記電磁石もしくは前記磁力調整用コイルに電流を流すものである上記（８）ないし（１２）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
（１４）  前記遠心式血液ポンプ装置は、静止時の前記インペラに振動を付与するための振動手段を備えるものである上記（１）ないし（１３）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
（１５）  前記振動手段は、前記インペラの回転起動直前もしくは回転起動時に作動させるものである上記（１４）に記載の遠心式血液ポンプ装置。
【０００７】
（１６）  前記遠心式血液ポンプ装置は、前記インペラの位置を検出するための位置センサを備えている上記（１）ないし（１５）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
（１７）  前記遠心式血液ポンプ装置は、前記インペラが所定範囲内に位置していないことを前記センサが検知した場合に、前記電磁石または前記磁力調整用コイルを作動させるものである上記（１６）に記載の遠心式血液ポンプ装置。
（１８）  前記遠心式血液ポンプ装置は、前記電磁石もしくは前記磁力調整用コイル非作動条件における前記インペラの回転数と前記インペラの浮上位置との関係を測定しておき、前記インペラが所定回転数における予め測定した前記浮上位置からずれたことを前記センサが検知した場合に、前記電磁石もしくは前記磁力調整用コイルを作動させるものである上記（１６）に記載の遠心式血液ポンプ装置。
（１９）  前記遠心式血液ポンプ装置は、前記電磁石または前記磁力調整用コイルの作動を制御する制御部を備え、該制御部は、前記電磁石または前記磁力調整用コイルに供給される電流をＯＮ・ＯＦＦ制御するものである上記（８）ないし（１８）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
（２０）  前記インペラ回転トルク発生部は、前記インペラの第１の磁性体を吸引するための磁石を備えるロータと、該ロータを回転させるモータとを備えるものである上記（１）ないし（１９）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
（２１）  前記インペラ回転トルク発生部は、前記インペラの第１の磁性体を吸引するとともに該インペラを回転させるために円周上に配置された複数のステーターコイルを備えるものである上記（１）ないし（１９）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の遠心式血液ポンプ装置は、血液流入ポートと血液流出ポートとを有するハウジングと、内部に第１の磁性体または第１の磁性体と第２の磁性体を備え、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インペラを有する遠心ポンプ部と、前記遠心ポンプ部の前記インペラの第１の磁性体を吸引するとともに該インペラを回転させるためのインペラ回転トルク発生部と、前記インペラの前記第１の磁性体または第２の磁性体と共同して前記インペラ回転トルク発生部の磁力発生源による吸引方向と反対方向に前記インペラを吸引する第３の磁性体とを有する遠心式血液ポンプ装置であって、該遠心式血液ポンプ装置は、前記遠心ポンプ部内における前記インペラに対する前記インペラ回転トルク発生部の磁力発生源による吸引力と前記第３の磁性体による吸引力とが前記ハウジング内の前記インペラの可動範囲の中央付近にて釣り合うものとなっているとともに、前記インペラ回転トルク発生部側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記インペラ回転トルク発生部側の表面に設けられた第１の動圧溝と、前記第３の磁性体側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記第３の磁性体側の表面に設けられた第２の動圧溝を備えている。
このため、いわゆる動圧溝を利用して実質的にハウジングにインペラを非接触状態にて回転させる遠心式血液ポンプ装置であり、小型化を可能とするとともに、回転起動がスムーズであり、インペラとハウジング間の距離を確保し溶血の発生を減少させることができる。
【０００９】
さらに、前記遠心ポンプ部内における前記インペラに対する前記インペラ回転トルク発生部の磁力発生源による吸引力と前記インペラの前記第１の磁性体または第２の磁性体と前記第３の磁性体とによる吸引力とによって構成される前記インペラのアキシアル方向への負の支持剛性値の絶対値ｋａ、ラジアル方向の正の剛性値の絶対値ｋｒに対して、前記インペラが回転する常用回転数領域において２つの動圧溝で得られる正の剛性値の絶対値Kｇが、１式の関係を満たすものであり、ｋｇ＞ｋａ＋ｋｒ（１式）
さらに、前記インペラのラジアル剛性値をｋｒ（Ｎ／ｍ）、前記インペラの質量をｍ（ｋｇ）に対して、インペラの回転数ω（rad/s）は、２式の関係を満たすものであれば、ω＜（ｋｒ/ｍ）0.5（２式）
インペラに対し外乱力が作用した場合におけるインペラのラジアル方向よりアキシアル方向への動きを抑制でき、動圧溝の形成部でのインペラとハウジングとの機械的な接触を避けることが可能となる。
【００１０】
また、第１の動圧溝により発生する動圧力と第２の動圧溝により発生する動圧力は異なるものであれば、ポンピングの際に流体力などインペラに対して常に一定方向に外乱が作用する場合に、インペラに対し、その外乱の方向にある動圧溝の性能を他方の動圧溝の性能より高めておくことで、インペラをハウジングの中央位置で浮上、回転できる結果、インペラとハウジング間の機械的接触を少なくすることができ、安定したインペラの浮上性能を得ることができる。
また、前記インペラは、前記第１の磁性体および前記第２の磁性体を備え、前記第３の磁性体は永久磁石であり、前記第２の磁性体は、永久磁石からなる第３の磁性体により吸引されるものであり、さらに、前記第２の磁性体の前記第３の磁性体側の表面積と前記第３の磁性体の前記第２の磁性体側の表面積は異なるものとなっているものであれば、第２の磁性体と第３の磁性体との間で発生する負のアキシアル剛性を小さく抑えることができる。
また、前記遠心式血液ポンプ装置は、前記インペラを所定の方向に付勢させるための電磁石を備えているものであれば、インペラの回転起動時に作動させることによりインペラの起動がよりスムーズなものとなり、インペラの回転中に作動させることにより、インペラの安定した回転を継続させることができる。
【００１１】
また、前記遠心式血液ポンプ装置は、前記永久磁石の磁力を変化させるための磁力調整用コイルを備えているものであれば、インペラの回転起動時に作動させることによりインペラの起動がよりスムーズなものとなり、インペラの回転中に作動させることにより、インペラの安定した回転を継続させることができる。
また、前記インペラは、該コイルに対応する位置に配置された導電性材料を備え、前記遠心式血液ポンプ装置は、電流が供給されることにより前記インペラの導電性材料に渦電流を発生させることが可能な渦電流発生用コイルを備えるものであれば、インペラの回転起動時に作動させることによりインペラの起動がよりスムーズなものとなる。
また、前記遠心式血液ポンプ装置は、静止時の前記インペラに振動を付与するための振動手段を備えるものであれば、インペラの回転起動時に作動させることによりインペラの起動がよりスムーズなものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の一例の正面図である。図２は、図１に示した遠心式血液ポンプ装置の平面図である。図３は、図２の遠心式血液ポンプ装置のＡ−Ａ線断面図である。図４は、図３の遠心式血液ポンプ装置のＢ−Ｂ線断面図である。図５は、図３の遠心式血液ポンプ装置のＢ−Ｂ線断面図よりインペラを取り外した状態を示す断面図である。図６は、図３の遠心式血液ポンプ装置のＣ−Ｃ線断面図よりインペラを取り外した状態を示す断面図である。
本発明の遠心式血液ポンプ装置１は、血液流入ポート２２と血液流出ポート２３とを有するハウジング２０と、内部に第１の磁性体２５または第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を有する遠心ポンプ部２と、遠心ポンプ部２のインペラ２１の第１の磁性体２５を吸引するとともにインペラ２１を回転させるためのインペラ回転トルク発生部３と、インペラ２１の第１の磁性体２５または第２の磁性体２８をインペラ回転トルク発生部３の磁力発生源による吸引方向と反対方向に吸引する第３の磁性体４１とを備える。そして、遠心式血液ポンプ装置１は、遠心ポンプ部２内におけるインペラ２１に対するインペラ回転トルク発生部３の磁力発生源による吸引力と第３の磁性体４１による吸引力とがハウジング２０内のインペラ２１の可動範囲の中央付近にて釣り合うものとなっているとともに、インペラ回転トルク発生部側のハウジング内面もしくはインペラ２１のインペラ回転トルク発生部側の表面に設けられた第１の動圧溝３８と、第３の磁性体側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記第３の磁性体側の表面に設けられた第２の動圧溝７１を備えている。
インペラ２１の非回転時には、インペラ２１には、インペラ回転トルク発生部３の磁力発生源による吸引力と第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）による吸引力が作用する。このため、インペラ２１に対して一方向にしか吸引力を作用させないものに比べて、インペラ２１の非回転時のインペラ２１とハウジングとの接触圧力は小さいものとなる。このため、インペラ２１の回転起動時に発生するインペラ２１とハウジングとの摩擦抵抗は小さくなり、インペラ２１のスムーズな回転起動が可能となる。
【００１３】
図面に示した実施例について説明する。
この実施例の遠心式血液ポンプ装置１では、インペラ回転トルク発生部３は、インペラ２１の第１の磁性体２５を吸引するための磁石３３を備えるロータ３１と、ロータ３１を回転させるモータ３４を備えている。また、遠心ポンプ部内において、インペラ２１に対するインペラ回転トルク発生部３の磁力発生源による吸引力と第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）による吸引力の合力が、ハウジング２０内のインペラ２１の可動範囲の中央付近にて釣り合うものとなっているため、インペラ回転トルク発生部側のハウジング内面もしくはインペラ２１のインペラ回転トルク発生部側に設けられた第１の動圧溝３８と、第３の磁性体側のハウジング内面もしくはインペラ２１の第３の磁性体側の表面に設けられた第２の動圧溝７１のそれぞれを備えている。
図１ないし図５に示すように、この実施例の遠心式血液ポンプ装置１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を有する遠心式血液ポンプ部２と、インペラ２１のためのインペラ回転トルク発生部３と、インペラ２１をインペラ回転トルク発生部３と反対方向に補助吸引する補助吸引部４を備える。なお、補助吸引４は、第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）を備える。
インペラ２１は、図３に示すように、回転時に動圧溝３８により発生する圧力により、ハウジング内面に接触することなく回転する。特に、このポンプ装置１では、第３の磁性体（永久磁石）によりインペラをロータと反対方向に吸引するため、通常の動圧溝により得られるインペラとハウジング間距離よりもさらに離間した状態にて回転する。
【００１４】
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ほぼ垂直に突出するように設けられている。血液流出ポート２３は、図２および図４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。
図４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３に示すように、下面を形成するドーナツ板状部材に形成された下部シュラウド２７と、上面を形成する中央が開口したドーナツ板状部材に形成された上部シュラウド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４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。
【００１５】
そして、図３に示すように、インペラ２１には、複数（例えば、１４〜２４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、ロータとのカップリングおよび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もしくは同一となるように、かつ、リング状に並べたものでもよい。
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。第２の磁性体２８は、第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）によりインペラ２１をロータ３１と反対側、言い換えれば血液流入ポート２２側に吸引（言い換えれば、付勢）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。
【００１６】
インペラ回転トルク発生部３は、図３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、血液ポンプ部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。
インペラ補助吸引部４は、図２および図３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少なくとも１つの第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）を備えている。具体的には、ハウジング２０内に収納された複数の第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）を有する。また、複数の第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）は、それぞれ等角度間隔にて設けられている。第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）は、この実施例では、３個設けられている。磁性体４１としては、リング状のものを１つもしくは同心的に複数設けてもよく、また、図示するように、２以上の磁性体４１をほぼ等角度に配置してもよい。この場合、磁性体の数としては、２〜８個が好ましく、特に、３〜６個が好ましい。
【００１７】
さらに、この実施例の遠心式血液ポンプ装置１では、ハウジング２０は、図３および図５に示すように、インペラ２１を収納するとともに血液室２４を形成するハウジング内面を備え、ロータ３１側のハウジング内面２０ａに設けられた動圧溝３８を備えている。そして、インペラ２１は、所定以上の回転数にて回転することにより発生する動圧溝３８とインペラ２１間に形成される動圧軸受効果により、非接触状態にて回転する。
動圧溝３８は、図５に示すように、インペラ２１の底面（ロータ側面）に対応する大きさに形成されている。この実施例のポンプ装置１では、ハウジング内面２０ａの中心より若干離間した円形部分の周縁（円周）上に一端を有し、渦状に（言い換えれば、湾曲して）ハウジング内面２０ａの外縁付近まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、動圧溝３８は複数個設けられており、それぞれの動圧溝３８はほぼ同じ形状であり、かつほぼ同じ間隔に配置されている。動圧溝３８は、凹部であり、深さとしては、０．００５〜０．４ｍｍ程度が好適である。動圧溝としては、６〜３６個程度設けることが好ましい。この実施例では、１２個の動圧溝がインペラの中心軸に対して等角度に配置されている。この実施例のポンプ装置における動圧溝３８は、いわゆる内向スパイラル溝形状となっており、インペラが半時計方向に回転することにより、この動圧溝の作用による流体のポンピングは、溝部の外径から内径に向け圧力が高められるために、インペラ２１とこの動圧溝を形成しているハウジング２０間に反発力が得られ、これが動圧力となる。
なお、動圧溝は、ハウジング側ではなくインペラ２１のロータ側の面に設けてもよい。この場合も上述した動圧溝と同様の構成とすることが好ましい。
【００１８】
このような動圧溝を有するため、インペラ回転トルク発生部３側に吸引されるが、ハウジングの動圧溝３８とインペラ２１の底面間（もしくはインペラの動圧溝とハウジング内面間）に形成される動圧軸受効果により、若干であるが、ハウジング内面より離れ、非接触状態にて回転し、インペラの下面とハウジング内面間に血液流路を確保するため、両者間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生を防止する。さらに、通常状態において、動圧溝が、インペラの下面とハウジング内面間において撹拌作用を発揮するので、両者間における部分的な血液滞留の発生を防止する。
さらに、動圧溝３８は、その角となる部分が少なくとも０．０５ｍｍ以上のＲを持つように丸められていることが好ましい。このようにすることにより、溶血の発生をより少ないものとすることができる。
そして、遠心式血液ポンプ装置１は、第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）側のハウジング内面もしくはインペラ２１の第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）側の表面に設けられた第２の動圧溝７１を備えている。
【００１９】
具体的には、図３ないし図６に図示するように、ハウジング２０は、インペラ２１を収納するとともに血液室２４を形成するハウジング内面を備え、ロータ３１側のハウジング内面２０ａに設けられた第１の動圧溝３８を備えるとともに、第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）側のハウジング内面２０ｂに設けられた第２の動圧溝７１を備えている。
このため、インペラ２１は、所定以上の回転数により回転することにより発生する第１の動圧溝３８とインペラ２１間に形成される動圧軸受効果により、非接触状態にて回転するとともに、外的衝撃を受けた時また第１の動圧溝３８による動圧力が過剰となった時に、インペラのハウジング内面２０ｂ側への密着を防止する。そして、第１の動圧溝により発生する動圧力と第２の動圧溝により発生する動圧力は異なるものとなっていてもよい。
インペラ２１の上部シュラウド２８とハウジング内面２０ｂとの隙間と、インペラ２１の下部シュラウド２７とハウジング内面２０ａとの隙間とをほぼ同じ状態でインペラ２１は回転するのが望ましい。インペラ２１に作用する流体力等の外乱が大きく、一方の隙間が狭くなる場合には、その狭くなる側に配した一方の動圧溝による動圧力を他方の動圧溝による動圧力より大きくし、両隙間をほぼ同じようにするため、各々溝形状を異なるようにすることが望ましい。インペラ２１に作用する流体力等の外乱が小さい場合には、両動圧溝形状は同一であることが望ましい。
【００２０】
動圧溝７１は、上述した動圧溝３８と同様に、インペラ２１の上面（永久磁石側面）に対応する大きさに形成されている。図３および図６に図示するポンプ装置１では、ハウジング内面２０ｂの中心より若干離間した円形部分の周縁（円周）上に一端を有し、渦状に（言い換えれば、湾曲して）ハウジング内面２０ｂの外縁付近まで、幅が徐々に広がるように延びている。特に、この実施例では、動圧溝は、途中で屈曲したいわゆるヘリングボーン形状となっている。また、動圧溝７１は複数個設けられており、それぞれの動圧溝７１はほぼ同じ形状であり、かつほぼ同じ間隔に配置されている。動圧溝７１は、凹部であり、深さとしては、０．００５〜０．４ｍｍ程度が好適である。動圧溝としては、６〜３６個程度設けることが好ましい。この実施例では、１２個の動圧溝がインペラの中心軸に対して等角度に配置されている。
なお、第２の動圧溝は、ハウジング側ではなくインペラ２１の永久磁石側の面に設けてもよい。この場合も上述した第２の動圧溝と同様の構成とすることが好ましい。さらに、動圧溝７１は、その角となる部分が少なくとも０．０５ｍｍ以上のＲを持つように丸められていることが好ましい。このようにすることにより、溶血の発生をより少ないものとすることができる。
【００２１】
そして、本発明の遠心式血液ポンプ装置１では、第１の磁性体２５と磁石３３（インペラ回転トルク発生部３）間の吸引力（図３では下方への作用力）と、第２の磁性体２８と第３の磁性体４１間の吸引力（図２では上方への作用力）との合力は、インペラ２１の可動範囲であるハウジング２０のほぼ中央位置でゼロとなるように設定されている。このため、インペラ２１のいかなる可動範囲においてもインペラ２１への吸引力による作用力は非常に小さい。その結果、インペラ２１の回転起動時に発生するインペラ２１とハウジング２０との相対すべり時の摩擦抵抗を小さくできるために、相対すべり時における両部材表面の損傷（表面の凹凸）はほとんどなく、さらに低速回転時の動圧力が小さい場合にもインペラ２１はハウジング２０から非接触で浮上しやすくなる。そして、インペラ２１とハウジング２０との相対すべりによって溶血・血栓が発生する可能性もあり、またその相対すべり時に発生したわずかな表面損傷（凹凸）による血栓が発生する可能性もあるため、図１のようにインペラの両側から吸引力を作用させ、さらにそれらの吸引力を釣り合わせ、その合力を極限まで小さくすることでインペラ２１とハウジング２０間の接触圧力を低減させる方法は有効である。
【００２２】
また、インペラ補助吸引部４は、インペラに設けられた磁性体２８とハウジングに設けられた第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）とにより構成されているが、これに限られるものではなく、インペラに永久磁石を設け、ハウジング側にその永久磁石との間において吸引力を発揮する磁性体を設けたものであってもよい。
また、インペラ補助吸引部４における磁性体２８と永久磁石４１の吸引力に起因するインペラの剛性低下を防ぐため、対向する磁性体と永久磁石とはその対向面のサイズが異なることが好ましい。図３に示すものにおいても、第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）は、磁性体２８より小さいものとなっており、両者対向面のサイズが異なっている。これによって、両者間の距離によって変化する吸引力の変化量、すなわち負の剛性を小さく抑えることで、インペラ支持剛性の低下を防いでいる。
【００２３】
図７に、図１ないし図４のような構造を備えるとともに、インペラ２１に作用する、第１の磁性体２５と永久磁石３３間の吸引力と、第２の磁性体２８と第３の磁性体４１間の吸引力との合力の大きさが、インペラ２１のハウジング２０内可動範囲内における中央位置以外の場所でゼロとなるように調整した場合についての所定回転数におけるインペラ２１に作用する力関係を示す。
すなわち、第１の磁性体２５と永久磁石３３との吸引力によるインペラ２１に対する吸引力を第２の磁性体２８と第３の磁性体４１間の吸引力より大きくし、その合力がゼロとなるインペラの浮上場所はインペラ可動範囲内の下部にあるものとする。なお、インペラの両側に配した２つの動圧溝形状は同じにしている。図７では、横軸にインペラ位置（図中左側がモータ側）を、縦軸にインペラ２１への各作用力（図３を参照して、インペラ２１への作用力の向きがモータ側に働くときその作用力はマイナスとしている）、すなわちインペラ２１に対して作用する第１の磁性体２５と永久磁石３３との吸引力、動圧力、およびこれらの合力である「インペラに作用する正味の力」を示した。図からわかるように、インペラの浮上位置はインペラに作用する正味の力がゼロとなる位置で、インペラ２１の浮上位置はインペラ２１の可動範囲の中央位置から大きくずれていることがわかる。その結果、インペラ回転中のインペラ２１とモータ側ハウジング間の距離は狭まり、インペラ２１に対して小さな外乱力が作用してもインペラ２１はハウジング２０に接触する。
【００２４】
これに対し、インペラ２１に作用する第１の磁性体２５と永久磁石３３との吸引力と第２の磁性体２８と第３の磁性体４１間の吸引力との合力の大きさがインペラ２１のハウジング２０内の可動範囲内におけるほぼ中央位置でゼロとなるように調整した本発明のポンプ装置においての所定回転数におけるインペラ２１に作用する力関係を図８に示す。
すなわち、第１の磁性体２５と永久磁石３３との吸引力によるインペラ２１に対する吸引性能と第２の磁性体２８と第３の磁性体４１間の吸引力によるインペラ２１に対する吸引性能はほぼ同じとし、さらにインペラの両側に配した動圧溝形状は同じにしている。図８では横軸にインペラ位置（図中左側がモータ側）を、縦軸にインペラ２１への各作用力（図３を参照して、インペラ２１への作用力の向きがモータ側に働くときその作用力はマイナスとしている）、すなわちインペラ２１に対し作用する第１の永久磁石と第２の永久磁石との吸引力、第１の強磁性体と第２の強磁性体間の吸引力、動圧力、およびこれらの合力である「インペラに作用する正味の力」を示した。図中、動圧力１とはインペラ２１に対しモータ側に配した動圧溝３８による作用力を、動圧力２とはインペラに対し反モータ側に配した動圧溝７１による作用力を示す。
【００２５】
２つの吸引力の合力がインペラ２１のハウジング２０内の可動範囲内におけるほぼ中央位置でゼロとなっていない図７のものと比較して、中央位置でゼロとなっている図８の場合、インペラ２１の浮上位置に対する支持剛性は高められ、またインペラ２１に作用する正味の力はハウジングの中央でゼロとなっているため、インペラ２１に対し外乱力が作用しない場合にはインペラ２１は中央位置で浮上することがわかる。
このように、インペラ２１は第１の磁性体２５と永久磁石３３との吸引力と第２の磁性体２８と第３の磁性体４１との吸引力と動圧溝の作用でインペラ２１の回転時に発生する動圧力との釣り合いでその浮上位置は決まる。インペラに作用する第１の磁性体２５と永久磁石３３間の吸引力と第３の磁性体４１と第２の磁性体２８間の吸引力をほぼ同じにし、さらにインペラの両側に配した動圧溝３８および動圧溝７１の形状をほぼ同じにすることにより、インペラ２１の回転時にはインペラ２１はほぼハウジング２０の中央部で浮上が可能となる。図３および図４に示すように、インペラ２１は２つのディスク間に羽根を形成した構成であるために、ハウジング２０に対向するふたつの面はほぼ同一の面形状でほぼ同一の面積とすることが可能で、ほぼ同一の動圧性能を有する動圧溝をインペラ２１に対し両側に設けることもできる。
インペラ２１はハウジング２０の中央位置で浮上することになるのでインペラ２１はハウジング２０から最も離れた距離を保つことができる。その結果、インペラ２１の浮上時にインペラ２１に外乱力が印加され、インペラ２１の浮上位置が変化してもハウジング２０との接触の危険性が少なくなり、このインペラ２１とハウジング２０との接触による血栓の発生や溶血の可能性も軽減される。
【００２６】
図７および図８の例では、２つの動圧溝は同じ形状としたが、図５および図６に示すように、各動圧溝の形状を変え、各動圧性能を変更してもよい。例えば、ポンピングの際に流体力などインペラ２１に対して常に一方方向に外乱が作用する場合には、その外乱の方向にある動圧溝３８の性能を他方の動圧溝７１の性能より高めておくことで、インペラ２１をハウジング２０の中央位置で浮上回転できる結果、インペラ２１とハウジング２０との接触する確率を低く抑えることができ、安定したインペラの浮上性能を得ることができる。
さらに、この実施例の遠心式血液ポンプ装置１では、遠心ポンプ部内におけるインペラに対するインペラ回転トルク発生部の磁力発生源による吸引力とインペラの第１の磁性体または第２の磁性体と第３の磁性体とによる吸引力とによって構成されるインペラのアキシアル方向への負の支持剛性値の絶対値ｋａ、ラジアル方向の正の剛性値の絶対値ｋｒに対して、インペラが回転する常用回転数領域において２つの動圧溝で得られる正の剛性値の絶対値Kｇが、ｋｇ＞ｋａ+ｋｒの関係を満たすものとなっていることが好ましい。
【００２７】
具体的には、アキシアル方向の負の剛性値の絶対値ｋａが２００００Ｎ／ｍ、ラジアル方向の正の剛性値を１００００Ｎ／ｍとした場合、インペラ２１が通常回転する回転数領域で２つの動圧溝３８，７１によって得られる正の剛性値の絶対値Kｇは３００００Ｎ／ｍを超える値に設定するようにする。
インペラ２１のアキシアル支持剛性は動圧溝３８で発生する動圧力に起因する剛性から磁気カップリング等による負の剛性を引いた値であるから、上述した（１式）の関係を持つことで、インペラ２１の支持はラジアル方向の支持剛性よりアキシアル方向の支持剛性を高めることができる。このように設定することにより、インペラ２１に対し外乱力が作用した場合に、インペラ２１はラジアル方向よりアキシアル方向への動きを抑制でき、動圧溝３８の形成部でのインペラ２１とハウジング２０との機械的な接触を避けることが可能となる。
特に、動圧溝３８は、図３および図５に示すように平面に部分的な溝が掘られているので、インペラ２１の回転中にこの部分でハウジング２０とインペラ２１との機械的接触があると、インペラ２１もしくはハウジング２０の一方もしくは両方表面に傷（表面の凹凸）が生じてしまい、この部位を血液が通過すると、血栓の発生の可能性もあった。この動圧溝部での機械的接触を防ぎ血栓の発生を抑制するために、ラジアル方向剛性と比較しアキシアル剛性を高める効果は高い。
【００２８】
図５には、内向スパイラル溝形状の動圧溝を示したが、この動圧溝形状はいかなるものであっても利用できる。
図６に示すように、この実施例における第２の動圧溝７１は、いわゆるヘリングボーン形状となっている。インペラ２１はこの動圧溝に対向して配置し、インペラ２１はこの溝に対して、時計回りに回転することで、この動圧溝の作用による流体のポンピングはインペラ２１の外径側および内径側からその中央部に向けポンピング流体の流れを作るように作用する。その結果、インペラ２１とこの動圧溝を形成しているハウジング２０間に反発力が得られこれが動圧力となる。動圧溝形状には種々あるが、血液ポンプとして利用するためには、ポンピング流体の流れがスムーズな内向スパイラル溝形状が好ましい。
インペラ２１にアンバランスがあると回転時にインペラ２１に振れ回りが生ずるが、この振れ回りはインペラ２１の質量とインペラ２１の支持剛性値で決定する固有振動数とインペラ２１の回転数が一致した場合に最大となる。
【００２９】
この実施例のポンプ装置では、インペラ２１に対しその支持剛性をアキシアル方向よりラジアル方向を小さくしているため、インペラ２１の最高回転数をこの支持剛性の弱いラジアル方向の固有振動数以下とすることが望ましい。そこで、インペラ２１とハウジング２０との機械的接触を防ぐため、第１の永久磁石とこれに対向しハウジング２０を介し配置させた永久磁石３３との吸引力と第２の磁性体２８とこれに対向し前記ハウジング２０を介し配置させた第３の磁性体４１との吸引力によって構成されるインペラ２１のラジアル剛性値をｋｒ（Ｎ／ｍ）、インペラの質量をｍ（ｋｇ）、およびインペラの回転数をω（rad/s）とした場合、ω＜（ｋｒ/ｍ）0.5の関係を満たすものであることが望ましい。
具体的には、インペラの質量を０．０３ｋｇで、ラジアル剛性値が２０００Ｎ／ｍの場合、インペラの最高回転数は２５８ｒａｄ／ｓ（２４６５ｒｐｍ）以下とすることを、また逆にインペラの最高回転数を３６６ｒａｄ／ｓ（３５００ｒｐｍ）と設定した場合には、ラジアル剛性は４０１８Ｎ／ｍ以上に設定することになる。
さらには、このωの８０％以下にインペラ２１の最高回転数を設定するのが望ましい。具体的には、インペラの質量を０．０３ｋｇで、ラジアル剛性値が２０００Ｎ／ｍの場合には、その最高回転数は２０６．４ｒａｄ／ｓ（１９７１ｒｐｍ）以下とすることを、また逆にインペラの最高回転数を３６６ｒａｄ／ｓ（３５００ｒｐｍ）としたい場合には、ラジアル剛性値を６２７９Ｎ／ｍ以上にすることになる。このようにインペラ２１の最高回転数を設定することで、インペラ２１の回転中でのインペラ２１とハウジング２０との接触を抑えることができる。
【００３０】
また、図１ないし図６では、第２の磁性体２８を軟質磁性材料で、第３の磁性体４１を永久磁石で構成したが、基本的には第２の磁性体２８と第３の磁性体４１とは互いに吸引力を発生させる構成であればよく、この強磁性体は軟質磁性材料、硬質磁性材料、永久磁石が含まれ、さらにこれらの組み合わせで構成してもよい。
また、本ポンプは第１の磁性体２５とこれに対向させた永久磁石３３との吸引力と、第２の磁性体２８とこれに対向し配置させた第３の磁性体４１との吸引力によって構成されるインペラ２１のアキシアル方向の負の剛性値以上に動圧による剛性が大きくなった場合にインペラ２１とハウジング２０とは非接触の状態となる。そこで、極力この負の剛性値を小さくするように構成することが望ましい。そこで、この負の剛性値を小さく抑えるため、対向する第２の磁性体２８と第３の磁性体４１とはその対向面のサイズが異なることが好ましい。図１ないし図６の構成においても、第３の磁性体４１のサイズを第２の磁性体２８より小さくし、両者対向面のサイズを異ならせることによって、両者間の距離によって変化する吸引力の変化量、すなわち負の剛性を小さく抑えることで、インペラ支持剛性の低下を防いでいる。
【００３１】
また、本発明の遠心式血液ポンプ装置は、図９および図１０に示す実施例のポンプ装置３０のように、第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）の磁力を変化させるための磁力調整用コイル４２を備えるものであってもよい。なお、この実施例のポンプ装置３０と上述した実施例のポンプ装置１との相違は、磁力調整用コイル４２の有無のみである。
この実施例では、第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）の側面には、磁力調整用コイル４２が巻き付けられている。そして、このポンプ装置３０では、上記のように構成された複数の永久磁石ユニットが複数等角度に配置されている。具体的には、６つの永久磁石ユニットが等角度に配置されている。そして、コイルに電流を供給することにより、永久磁石の吸引力を高めることもしくは低下させることができる。また、永久磁石には、ヨーク４３を設けることが好ましい。このユニットでは、コイルに電流を流すことにより、ヨークが電磁石として機能し、ユニット全体としての磁力が高くなる。なお、磁力調整用コイルの代わりに、インペラを第３の磁性体（永久磁石）の方向に付勢させるための電磁石を設けてもよい。
また、永久磁石ユニットとしては、環状の第３の磁性体（具体的には、永久磁石）と、永久磁石の開口に先端部が挿入されたヨークと、ヨークの外側に巻き付けられたコイルとを備えるものであってもよい。このタイプユニットでは、コイルに電流を流すことにより、ヨークが電磁石として機能し、ユニット全体としての磁力が高くなる。
【００３２】
なお、永久磁石およびコイルの形態は、図９および図１０に示したポンプ装置３０のものに限定されるものではなく、例えば、図１１および図１２に示すものであってもよい。このポンプ装置４０では、図１１ないし図１３に示すように、リング状の第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）が用いられており、そのリング状永久磁石４１の内部に内芯４８の外面に巻き付けられた内側コイル４７が収納されており、またリング状永久磁石４１の外周には外側コイル４６が巻き付けられている。なお、内側コイル４７と外側コイル４６は線４９により連続するとともに、巻き方向も同じであり、両者には同じ方向に電流が流れるものとなっている。
これらの実施例のポンプ装置３０、４０においても、インペラの非回転状態では、インペラ２１に作用するロータの永久磁石３３とインペラの永久磁石２５間の吸引力とインペラの磁性体２８と第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）間の吸引力との合力の向きが、インペラのハウジング内で可動域のほぼ中央にて釣り合うものとなっている。そのため、インペラの非回転時にはインペラ２１はハウジング内のどの位置に存在するかは不明である。
【００３３】
そして、回転起動時もしくはその直前に、コイル４２（もしくはコイル４６、４７）に第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）からインペラ２１の磁性体２８に及ぼす磁束密度を強める方向に電流を流すことにより、インペラ２１の磁性体２８と第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）間の吸引力を強めることができ、インペラ２１は、第３の磁性体４１側にハウジング内面に接触する。その後、インペラの回転起動時もしくはその直前に、コイル４２に第３の磁性体４１からインペラ２１の磁性体２８に及ぼす磁束密度を弱める方向に電流を流し、磁性体２８と第３の磁性体４１間の吸引力を弱めることにより、わずかにインペラ２１をモータ側に移動させることでインペラ２１をハウジング２０と機械的に非接触状態とした時に、インペラ２１を回転させることで、ハウジング２０に設けた動圧溝によって、インペラ２１には、動圧力が作用し、インペラ２１はハウジングと非接触状態で回転する。
また逆に、インペラの回転前にコイル４２に磁性体４１からインペラ２１の磁性体２８に及ぼす磁束密度を弱める方向に電流を流し、磁性体２８と第３の磁性体４１間の吸引力を弱めることにより、インペラ２１はハウジング２０のモータ側内面に接触する。その後、回転起動時もしくはその直前に、コイル４２に磁性体４１からインペラ２１の磁性体２８に及ぼす磁束密度を強める方向に電流を流し、インペラ２１に対し磁性体４１側への吸引力を強めることによって、わずかにインペラ２１を第３の磁性体４１側に移動させることでインペラ２１をハウジングと機械的に非接触状態とした状態にてインペラ２１を回転させる方法を採ってもよい。
このようにインペラ２１の回転開始時にハウジング２０と非接触状態を形成することによって、インペラ２１とハウジング２０との相対すべりを避けることができるため、この相対すべりに起因するインペラ２１およびハウジング２０からの磨耗粉の発生もなく、クリーン度の要求される用途に有効である。さらに本ポンプを血液ポンプに使用した場合にも、このインペラとハウジングとの相対すべりのために発生する溶血・血栓といった血液へのダメージも回避することができる。
【００３４】
図１４は、図９および図１０に図示し説明した実施例のポンプ装置３０についてのインペラの回転起動時および回転速度上昇時、さらに定格回転時のインペラ２１とハウジング間距離の変化を示している。図１４に示すように、コイル４２に電流を一瞬流すことにより、インペラは一瞬、第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）側（コイル側）に移動する結果、インペラ・ハウジング間距離が広がる。その直後に電流を切り、インペラ２１がハウジング２０に接触する前にインペラを回転駆動することによって、動圧力は大きくなり、インペラ・ハウジング間距離はさらに広くなる。この動圧力はほぼインペラの回転数に比例し、定格回転時には一定のインペラ・ハウジング間距離で浮上を維持することになる。
また、起動時にコイル４２に流す電流は、ある一定期間、一定電流を維持してもよい。図１５には、インペラ回転起動前にコイル４２に一定期間に一定の電流を流し、この電流を流している期間内に、インペラを回転させ、その後にコイル４２への電流を停止させた場合のインペラ２１とハウジング２０間距離の変化を示している。この場合、インペラ・ハウジング間距離はコイル４２に電流を流し始めることにより広がるとともに、インペラ回転直後から動圧力の作用が付加されるため、インペラ・ハウジング間距離の広がる速度は速くなり、コイル４２への電流を停止した時点で、インペラ・ハウジング間距離の広がるスピードが減少するという挙動を示すものとなる。
【００３５】
また、このインペラ回転数によって浮上位置を変化させないためには、この回転数によって動圧力を補助するようにコイル４２の電流の向きや大きさを変え、インペラ２１への作用力を変化させてもよい。動圧力は、ほぼインペラの回転数に比例して大きくなることを考慮すれば、回転数に対し逆比例の関係でその作用力は変化させるのがよく、概ね、コイル４２に流す電流値を回転数に対し、逆比例の関係で与えるようにしてもよい。この場合、回転数を直接測定するための回転数検出器を設けてもよいが、装置を小型化するためには、新たな部材を設けないことが好ましい。例えば、モータ電流値より回転数を算出するもの、また、モータ電流値を用いてコイル電流を制御するものであってもよい。
そして、上述した遠心式ポンプ装置３０，４０のような場合には、血液ポンプ装置は、図１６に示すような、制御機構６を備えるものとなる。
図１６に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置３０の制御機構６は、インペラ回転トルク発生部３のモータ３４のためのパワーアンプ５２、モータ制御回路５３、モータ電流モニタリング部５５、コイル４２のためのパワーアンプ５４、コイル制御回路５６、制御部５１を備える。なお、モータ電流モニタリング機能は、制御部５１が備えるものとしてもよい。そして、制御機構６は、インペラ回転トルク発生部（具体的には、モータ）およびコイル４２を制御する。そして、制御機構６は、上述したように、ポンプ起動時に、コイル４２に流す電流を制御する機能を備えている。さらに、制御機構６は、インペラ回転トルク発生部の回転数（言い換えれば、インペラ回転トルク発生部によって発生される回転速度）に応じてコイル４２によるインペラの吸引力を変化させる機能を備えていることが好ましい。また、制御機構６は、インペラ回転トルク発生部の回転数（言い換えれば、インペラ回転トルク発生部によって発生される回転速度）に応じてコイル４２によるインペラ２１の吸引力を変化させることにより、インペラとハウジング間の距離をほぼ一定に保持する機能を備えていることが好ましく、この距離は５０〜１５０μｍが好ましい。
【００３６】
また、本発明の血液ポンプ装置には、インペラの位置センサ４５を備えるものであってもよい。図１７および図１８に示す実施例のポンプ装置５０では、複数（好ましくは、３〜６、具体的には３つ）のセンサ４５が等角度に配置されている。第３の磁性体４１も同様に、複数（好ましくは、３〜６、具体的には３つ）等角度に配置されている。第３の磁性体４１は、上述した実施例と同様に磁力調整用コイル４２ならびにヨーク４３を備えている。また、複数の磁性体および複数のセンサは、交互かつ等角度に配置されている。なお、センサは、向かい合う位置に２つ設けたものでもよく、また、図１９に示す実施例のポンプ装置６０のように、リング状の１つのセンサ４５であってもよい。このようなリング状センサを用いる場合には、流入ポートの基端部を取り囲むように配置することが好ましい。
このようなセンサを設けることにより、インペラの動きをリアルタイムで測定することが可能となり、ポンプシステムのきめ細かい管理が可能となる。なお、センサは、永久磁石側ではなく、インペラ回転トルク発生部側に設けてもよい。そして、このインペラの挙動を監視するセンサの出力を用いて、コイルに流す電流を調整してもよい。例えば、コイルに流す電流の向きを変えれば、インペラ２１への作用力を小さくすることもできる。すなわち、コイルにより、永久磁石からの磁束を強めるように電流を流せば、そのインペラはそのコイル側に強く吸引されるものとなり、また、永久磁石からの磁束を弱めるように電流を流せばそのインペラはそのコイル側への吸引力は弱くなる。そのため、このセンサの出力により、コイルの電流の大きさ、電流の向きを変えることにより、きめ細かいインペラの位置制御も可能となる。
このように、センサを設ける場合には、血液ポンプ装置は、図２０に示すような制御機構７を備えるものとなる。
【００３７】
図２０に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置５０の制御機構７は、インペラ回転トルク発生部３のモータ３４のためのパワーアンプ５２、モータ制御回路５３、モータ電流モニタリング部５５、コイル４２のためのパワーアンプ５４、コイル制御回路５６、制御部５１、センサユニット５７を備える。なお、モータ電流モニタリング機能は、制御部５１が備えるものとしてもよい。なお、インペラがある一定回転数域にある場合に、電磁石もしくは磁力調整用コイルに電流を流すものであることが好ましい。また、インペラ回転中にインペラに動的外乱が加わった場合に、電磁石もしくは磁力調整用コイルを作動させるものであることが好ましい。
省電力を図る目的で、ある一定の回転数域のみにコイルに電流を流すものとしてもよい。図２１に、この場合のブロック図を示す。センサ４５が、センサアンプ１０１を通してセンサ出力１０２を生成する。このセンサ出力１０２は、コントローラ１０３、パワーアンプ１０４を介してコイル４２を駆動する。ここで、別途設けたインペラの回転数検出器１０６の出力を、そのコイル４２の作動回転域を設定する設定器１０７に入力する。この設定器１０７によって、判断した回転数域においてリレーコイル１０８をＯＮにし、このリレー接点１０９によってパワーアンプ１０４と第１のコイル１０５とが接続され、第１のコイル１０５は作動する。なお、図２１に示すものでは、コイルの作動をリレーのｏｎ／ｏｆｆでコントロールしたが、コイルを非作動状態にするために、強制的にコントローラ１０３の出力をゼロとし、パワーアンプ１０４を作動させない方法等、いかなる手法を採っても良い。また、ここでは、インペラの回転数を別途設けたインペラの回転数検出器１０６によって検出しているが、これは図示されないインペラを回転駆動させるモータコントローラからの信号（モータ電流モニタリング部からの信号）を用いてもよい。
【００３８】
図２２は、インペラの低速の回転数域においてコイルを作動させるようにした場合のインペラ浮上状態を示すものである。低速回転時には、センサ出力によってコイルを作動させているので、低速では回転数によって浮上位置の変動はほとんどない。さらに、インペラが予め設定した浮上範囲を外れた場合に、コイルを作動させることが好ましい。図２３には、そのインペラが一定回転時に、外乱を受け、浮上位置が設定範囲を外れた場合に、コイルを作動させる構成に関するシステムのブロック図を示す。センサ４５がセンサアンプ１０１を通してセンサ出力１０２を生成する。このセンサ出力１０２はコントローラ１０３、パワーアンプ１０４を介してコイル４２を駆動する構成であるが、ここで、センサアンプ１０１とコントローラ１０３間にセンサ演算回路１１０を設けている。
このセンサ演算回路１１０のアルゴリズムは種々考えられるが、例えば、図２４に示すように、この回路の入力に対し出力は比例の関係とした状態で浮上設定範囲においては出力をゼロとする方法、また、図２５に示すように、浮上設定範囲からのずれ量に比例した信号を出力する方法がある。図２６に、図２４で示した方式を採用した場合、インペラが外乱を受けた状態におけるインペラ浮上位置変化の例を示す。図に示されるように設定した浮上設定範囲内でインペラは安定して浮上している様子がわかる。この方法はインペラが外乱を受け浮上位置が大きく変化する場合にのみコイルは作動するため、外乱を受けない通常のポンプ動作中はコイルでの電力消費はなく、ポンプシステムの省電力化には適している。
また、電磁石もしくは磁力調整用コイル非作動条件におけるインペラの回転数とインペラの浮上位置との関係を測定しておき、インペラが各回転数で予め測定した浮上位置からずれたことをセンサが検知した場合に、電磁石もしくは磁力調整用コイルを作動させるものであることが好ましい。
【００３９】
図２７には、この場合におけるブロック図を示す。センサ４５がセンサアンプ１０１を通してセンサ出力１０２を生成する。このセンサ出力１０２はコントローラ１０３、パワーアンプ１０４を介してコイル４２を駆動する。ここで、別途設けたインペラの回転数検出器１０６の出力を浮上位置設定回路１１２に入力し、得られた各回転数におけるインペラ浮上基準位置信号１１４を、加算器１１３でセンサ出力１０２と加減算することで、このインペラ浮上基準位置信号１１４で設定された位置にインペラを浮上させるようにコイルは作動するようになる。この浮上位置設定回路１１２は、図２８に示されるようなインペラの回転数と浮上位置との関係を予め求めておき、この関係を保つようにインペラ浮上基準位置信号１１４を出力するように設定すれば、インペラに外乱が加わりこの予め測定した浮上位置から実際のインペラ浮上がずれた場合にのみコイルに電流が流れるので、インペラに外乱が加わらない場合にはコイルに電流は流れず、省電力化が図れる。
さらに、インペラ回転中にインペラに作用する動的外乱のみに対してのみ、制御することも可能である。図２９に、この構成のブロック図を示す。この方法は、センサ出力１０２をローパスフィルタ１１５に通した出力１１６を基準信号として、この基準信号とセンサ出力１０２との差分として得られた信号を基にコイルに電流を流す方法である。センサ出力のローパスフィルタ１１５の出力１１６がインペラに作用する静的な外乱と釣り合って安定に浮上できる位置とみなされるため、第１のコイル電流の変化によるインペラへの作用力はインペラに作用する動的外乱のみに作用することができる。
【００４０】
通常、センサ出力に応じて電磁石を作動させる磁気軸受では、そのコントローラは比例要素、微分要素、および積分要素をすべて含めたいわゆるＰＩＤ制御を行うため、コントローラの構築が複雑となり、コストアップとなってしまう。しかし本発明では、第１のコイルは動圧力によって支持されているインペラの補助的な支持のために使用するので、第１のコイルに流す電流を決定するコントローラ１０３は、ＯＮ／ＯＦＦ制御であってもよく、また、比例制御もしくは微分制御もしくは積分制御のいずれかであってもよい。インペラの制御として、ある一定の位置で浮上するように制御する場合には、積分制御だけで構成してもよく、またインペラに対し動的外乱が加わる用途では微分制御のみで構成してもよい。また、多少静的なインペラ浮上位置のずれを許し、さらに動的外乱がインペラにかかってもある程度インペラの浮上位置の変動を抑えたい場合には、比例制御のみで構成してもよい。
【００４１】
また、上述した全ての実施例において、図３０ないし図３３に示す実施例の遠心式ポンプ装置７０のように、インペラ２１に導電性部材６２を設け、さらに、ハウジング２０のインペラ２１が非回転時にインペラが接触する側かつ導電性部材６２に対応する位置に配置され、電流が供給されることによりインペラ２１の導電性部材６２に渦電流を発生させることが可能な第１の渦電流発生用コイル６１、さらに、上部シュラウドを構成する磁性体２８の周縁部に対応する位置に配置され、電流が供給されることによりインペラ２１の磁性体２８に渦電流を発生させることが可能な第２の渦電流発生用コイル６３を備えるものであるものであってもよい。この場合には、上述したコイル４２は設けなくてもよい。
図３０は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の平面図である。図３１は、図３０の遠心式血液ポンプ装置のＧ−Ｇ線断面図であり、図３２は、図３１の遠心式血液ポンプ装置のＨ−Ｈ線断面図である。図３３は、図３０の遠心式血液ポンプ装置の底面図である。
この実施例のポンプ装置７０では、導電性部材６２は、図３０のＧ−Ｇ線断面図である図３１に示すように、リング状のものが用いられている。また、導電性部材６２は、インペラの外周部付近に配置されている。そして、第１の渦電流発生用コイル６１は、この実施例のポンプ装置の底面図である図３３に示すように、導電性部材６２と対応する形状に形成されたリング状のコイル体が用いられている。そして、このコイル６１に、インペラの回転起動時もしくは起動直前に急峻な電流を流すことにより、インペラ２１の対向部に配した導電性部材６２内に渦電流を発生させ、そのときのコイル６１に流れる電流と導電性部材６２に流れる渦電流との相互作用による反発力により、インペラ２１は永久磁石側に押され、ハウジングより離間する。これは、いわゆるレンツの法則を利用するものである。
【００４２】
また、この実施例のポンプ装置７０では、導電性部材でもある磁性体２８は、リング状のものが用いられている。また、導電性部材（磁性体）２８は、インペラの上部外周部を含む上面を構成している。そして、第２の渦電流発生用コイル６３は、図３０に示すように、導電性部材２８の外縁部と対応する形状に形成されたリング状のコイル体が用いられている。そして、このコイル６３に、インペラの回転起動時もしくは起動直前に急峻な電流を流すことにより、インペラ２１の対向部に配した導電性部材２８内に渦電流を発生させ、そのときのコイル６３に流れる電流と導電性部材２８に流れる渦電流との相互作用による反発力により、インペラ２１はモータ側に押され、ハウジングより離間する。これは、いわゆるレンツの法則を利用するものである。
なお、この実施例では、コイル６１および６３への急峻な電流の印加が必要となる。図３４には、渦電流発生用コイルに流す電流の波形とインペラへの作用力の関係を示す。図からわかるように、急峻な電流を流すことで、インペラには反発力が作用するので、この電流の印加パターンを調整することで、インペラに対し適切な作用力を及ぼすことができる。
【００４３】
このような渦電流発生用コイルを設ける場合には、血液ポンプ装置は、図３５に示すような、制御機構８を備えるものとなる。
この実施例の遠心式血液ポンプ装置７０の制御機構８は、図３５に示すように、インペラ回転トルク発生部３のモータ３４のためのパワーアンプ５２、モータ制御回路５３、モータ電流モニタリング部５５、２つの渦電流発生用コイル６１および６３のためのパワーアンプ５８およびコイル制御回路５９、制御部５１を備える。なお、モータ電流モニタリング機能は、制御部５１が備えるものとしてもよい。
また、上述した全ての実施例において、図３６に示す実施例の遠心式ポンプ装置８０のように、インペラ２１と向かい合うハウジング面を振動させるための第１の振動手段（第３の磁性体側振動手段）８２および第２の振動手段（モータ側振動手段）８１を備えるものであってもよい。振動手段８１，８２としては、圧電素子を用いるもの、電磁力を用いるもの、高周波振動素子を用いるものいずれであってもよい。そして、この振動手段８１，８２をインペラの回転起動時もしくは起動直前に作動させることにより、インペラ２１はその振動によりハウジングから離間する。また、振動手段８１，８２としては、複数のものを等角度に配置したもの、また、リング状のものなどが好ましい。
このような振動手段を設ける場合には、血液ポンプ装置は、図３７に示すような、制御機構９を備えるものとなる。この実施例の遠心式血液ポンプ装置６０の制御機構９は、インペラ回転トルク発生部３のモータ３４のためのパワーアンプ５２、モータ制御回路５３、モータ電流モニタリング部５５、第１の振動手段８１のための発振回路９１、第２の振動手段８２のための発振回路９２、制御部５１を備える。なお、モータ電流モニタリング機能は、制御部５１が備えるものとしてもよい。
【００４４】
また、上述の実施例のポンプ装置では、インペラ回転トルク発生部は、ロータとモータとを備えるものであるが、これに限定されるものではなく、例えば、図３８ないし図４１に示すように、ステーターコイルを用いるものであってもよい。
図３８は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の正面図である。図３９は、図３８に示した実施例の遠心式血液ポンプ装置の縦断面図である。図４０は、図３９の遠心式血液ポンプ装置のＩ−Ｉ線断面図である。図４１は、図３８の遠心式血液ポンプ装置の底面図である。なお、図３８に示した実施例の遠心式血液ポンプ装置の平面図は、図２と同じであるのでそれらを参照する。
この実施例のポンプ装置９０と上述したポンプ装置１との相違は、インペラ回転トルク発生部３の機構のみである。このポンプ装置９０では、遠心ポンプ部２のインペラ２１の第１の磁性体２５を吸引するとともにインペラ２１を回転させるために円周上に配置された複数のステーターコイル９１を備えるインペラ回転トルク発生部３を有している。
この実施例のポンプ装置９０と上述した実施例のポンプ装置１との実質的な相違は、インペラ回転トルク発生部３の機構のみである。この実施例のポンプ装置９０におけるインペラ回転トルク発生部３では、いわゆるロータを備えず、直接インペラを駆動するタイプとなっている。
【００４５】
また、この実施例のように、インペラ内には、ある程度の個数の磁性体２５を埋設することにより、ステーターコイル９１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、略台形状であることが好ましい。磁性体２５は、リング状、板状のいずれでもよい。また、磁性体２５の数および配置形態は、ステーターコイルの数および配置形態に対応していることが好ましい。複数の磁性体２５は、磁極が交互に異なるように、かつ、インペラの中心軸に対してほぼ等角度となるように円周上に配置されている。
インペラ回転トルク発生部３は、図３９および図４１に示すように、ハウジング２０内に収納された複数のステーターコイル９１を備える。ステーターコイル９１は、円周上にほぼその円周の中心軸に対して等角度となるように複数配置されている。具体的には、６個のステーターコイルが用いられている。また、ステーターコイルとしては、多層巻きのステーターコイルが用いられる。各ステーターコイル９１に流れる電流の方向を切り換えることにより、回転磁界が発生し、この回転磁界により、インペラは吸引されるとともに回転する。
そして、このようなステーターコイルを用いるタイプのポンプ装置においても、上述した実施例のポンプ装置１とインペラの回転駆動システム以外は同じである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の実施例の正面図である。
【図２】図２は、図１に示した遠心式血液ポンプ装置の平面図である。
【図３】図３は、図２の遠心式血液ポンプ装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４は、図３の遠心式血液ポンプ装置のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図５は、図３の遠心式血液ポンプ装置のＢ−Ｂ線断面図よりインペラを取り外した状態を示す断面図である。
【図６】図６は、図３の遠心式血液ポンプ装置のＣ−Ｃ線断面図よりインペラを取り外した状態を示す断面図である。
【図７】図７は、インペラに対して一方側にのみ動圧溝を有する場合におけるインペラ浮上位置と各作用力との関係を示す図である。
【図８】図８は、インペラに対して両側に動圧溝を有する場合におけるインペラ浮上位置と各作用力との関係を示す図である。
【図９】図９は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の平面図である。
【図１０】図１０は、図９の遠心式血液ポンプ装置のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の平面図である。
【図１２】図１２は、図１１の遠心式血液ポンプ装置のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１３】図１３は、図１２の遠心式血液ポンプ装置に使用される磁力調整コイルの断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の磁力調整用コイルへのコイル電流の印加方法の一例とインペラの浮上状態との関係を説明するための説明図である。
【図１５】図１５は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の磁力調整用コイルへのコイル電流の印加方法の他の例とインペラの浮上状態との関係を説明するための説明図である。
【図１６】図１６は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の制御機構を含む実施例のブロック図である。
【図１７】図１７は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の平面図である。
【図１８】図１８は、図１７の遠心式血液ポンプ装置のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の平面図である。
【図２０】図２０は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の制御機構を含む他の実施例のブロック図である。
【図２１】図２１は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の磁力調整用コイルに供給するコイル電流の制御方法の一例を説明するブロック線図である。
【図２２】図２２は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の磁力調整用コイルへのコイル電流の印加方法の他の例とインペラの浮上状態および回転数との関係を説明するための説明図である。
【図２３】図２３は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の磁力調整用コイルに供給するコイル電流の制御方法の他の例を説明するブロック線図である。
【図２４】図２３におけるブロック線図におけるセンサ演算回路のアルゴリズムの一例を示す図である。
【図２５】図２３におけるブロック線図におけるセンサ演算回路のアルゴリズムの他の例を示す図である。
【図２６】図２６は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の磁力調整用コイルへのコイル電流の印加方法の他の例とインペラの浮上状態との関係を説明するための説明図である。
【図２７】図２７は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の磁力調整用コイルに供給するコイル電流の制御方法の他の例を説明するブロック線図である。
【図２８】図２８は、本発明の遠心式血液ポンプ装置におけるインペラの回転数と浮上位置との関係を説明するための説明図である。
【図２９】図２９は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の磁力調整用コイルに供給するコイル電流の制御方法の他の例を説明するブロック線図である。
【図３０】図３０は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の平面図である。
【図３１】図３１は、図３０の遠心式血液ポンプ装置のＧ−Ｇ線断面図である。
【図３２】図３２は、図３１の遠心式血液ポンプ装置のＨ−Ｈ線断面図である。
【図３３】図３３は、図３０の遠心式血液ポンプ装置の底面図である。
【図３４】図３４は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の渦電流発生用コイルへのコイル電流の印加方法の一例とインペラへの作用力との関係を説明するための説明図である。
【図３５】図３５は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の制御機構を含む他の実施例のブロック図である。
【図３６】図３６は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の縦断面図である。
【図３７】図３７は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の制御機構を含む他の実施例のブロック図である。
【図３８】図３８は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の正面図である。
【図３９】図３９は、図３８に示した実施例の遠心式血液ポンプ装置の縦断面図である。
【図４０】図４０は、図３９の遠心式血液ポンプ装置のＩ−Ｉ線断面図である。
【図４１】図４１は、図３８の遠心式血液ポンプ装置の底面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  遠心式血液ポンプ装置
３  インペラ回転トルク発生部
２０  ハウジング
２１  インペラ
４１  第３の磁性体
３８  第１の動圧溝
７１  第２の動圧溝
【図１】
2006167173.tif 000003
【図２】
2006167173.tif 000004
【図３】
2006167173.tif 000005
【図４】
2006167173.tif 000006
【図５】
2006167173.tif 000007
【図６】
2006167173.tif 000008
【図７】
2006167173.tif 000009
【図８】
2006167173.tif 000010
【図９】
2006167173.tif 000011
【図１０】
2006167173.tif 000012
【図１１】
2006167173.tif 000013
【図１２】
2006167173.tif 000014
【図１３】
2006167173.tif 000015
【図１４】
2006167173.tif 000016
【図１５】
2006167173.tif 000017
【図１６】
2006167173.tif 000018
【図１７】
2006167173.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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