(57)【要約】【課題】  インペラの外からの加振による半径方向への動きに対する復元力を有する遠心式血液ポンプ装置を提供するものである。【解決手段】  遠心式血液ポンプ装置１は、磁性体２５を備え、ハウジング２０内で回転し液体を送液するインペラ２１と、インペラ２１の磁性体２５を吸引しかつ回転させるためのインペラ回転トルク発生部３と、インペラ回転トルク発生部側のハウジング２０の内面に設けられた動圧溝３８と、インペラ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２の永久磁石４１と、第２の永久磁石４１の付近であって、かつ第２の永久磁石配置位置に対してインペラ２１の外周側もしくは中心側となる位置に配置され、かつインペラ２１の永久磁石２９と反発する極性を有する第３の永久磁石４２を備える。【選択図】    図３
2005287599.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、磁性体と永久磁石を備え、前記ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって液体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を吸引しかつ回転させるためのインペラ回転トルク発生部とを有し、さらに、前記遠心ポンプ部は、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面に設けられた動圧溝と、前記インペラの前記永久磁石を前記インペラ回転トルク発生部による吸引方向と反対方向に吸引する第２の永久磁石とを備え、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遠心式血液ポンプ装置であって、
前記遠心ポンプ部は、前記第２の永久磁石の付近であってかつ該第２の永久磁石配置位置に対して前記インペラの外周側もしくは中心側となる位置に配置され、かつ前記インペラの永久磁石と反発する極性を有する第３の永久磁石を有することを特徴とする遠心式血液ポンプ装置。
【請求項２】
前記遠心ポンプ部は、前記第２の永久磁石側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記第２の永久磁石側の面に設けられた第２の動圧溝を備えるものである請求項１に記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項３】
前記第２の永久磁石は、リング状の永久磁石である請求項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３の永久磁石は、リング状の永久磁石である請求項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の永久磁石は、前記第２の永久磁石の付近であってかつ該第２の永久磁石配置位置に対して前記インペラの外周側となる位置に配置されており、前記遠心ポンプ部は、前記第２の永久磁石の付近であってかつ該第２の永久磁石配置位置に対して前記インペラの中心側となる位置に配置され、かつ前記インペラの永久磁石と反発する極性を有する第４の永久磁石を備え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６】
前記第４の永久磁石は、リング状の永久磁石である請求項５に記載の遠心式血液ポンプ装置。
【請求項７】
前記インペラ回転トルク発生部は、前記インペラの前記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を備え、前記動圧溝は、前記ロータ側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記ロータ側の面に設けられている請求項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】
前記インペラ回転トルク発生部は、前記インペラの前記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り、前記動圧溝は、前記ステーターコイル側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記ステーターコイル側の面に設けられている請求項１ないし７のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【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、特開平４−９１３９６号公報（特許文献１）に示されるターボ形ポンプがある。この特許文献１に開示されるものでは、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。そして、インペラは、ロータ側に吸引されるが、動圧溝を有するため、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。
そして、このような動圧軸受ポンプの場合、動圧溝が発生する負荷容量（負荷容量とは軸受の用語であり力の次元を持つ）と、それに対抗する力、例えば、磁力によって送液用のインペラを周囲の面と非接触に保って、溶血や血栓の発生を防いでいる。
【特許文献１】特開平４−９１３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
動圧軸受の遠心ポンプでは、インペラが血液中で非接触の状態を保っているので、アキシャル方向（インペラの回転軸方向）とラジアル方向（インペラの半径方向。アキシャル方向と直交関係にある）について、十分な剛性（単位長さ、動かすために必要な力）を持つことが必要である。十分な剛性を持っていないと、使用者の動作に伴う加振（加速度運動）によってインペラが血液室の内壁に接触するからである。
従来の動圧軸受では、剛性は、インペラのロータ側での磁気カップリングまたはインペラの流入ポート側での磁気カップリングによって与えられる。剛性を大きくするには磁気カップリング力を大きくすればよい。しかし、簡単に大きくすることができない。動圧軸受式の血液ポンプでは、はじめに流量、揚程（圧力）、血液室とインペラ間の距離の最小値、が仕様として与えられる。すると、インペラの直径によって、回転数、動圧溝の寸法が決まる。
【０００４】
動圧溝の寸法、インペラの直径、回転数、血液室とインペラ間の距離が決まれば、負荷容量が決まるので、それとつりあうための磁気カップリング力が決まる。磁気カップリング力が決まると剛性も決まることになる。したがって、剛性を増やすためには負荷容量を増やさなければならないが、負荷容量は、血液の粘度、インペラの回転数、動圧溝の寸法、血液室とインペラ間の距離に依存するので、その増加には限界がある。
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であって、インペラの外からの加振による半径方向への動きに対する復元力を有す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）  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、磁性体と永久磁石を備え、前記ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって液体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を吸引しかつ回転させるためのインペラ回転トルク発生部とを有し、さらに、前記遠心ポンプ部は、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面に設けられた動圧溝と、前記インペラの前記永久磁石を前記インペラ回転トルク発生部による吸引方向と反対方向に吸引する第２の永久磁石とを備え、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遠心式血液ポンプ装置であって、
前記遠心ポンプ部は、前記第２の永久磁石の付近であってかつ該第２の永久磁石配置位置に対して前記インペラの外周側もしくは中心側となる位置に配置され、かつ前記インペラの永久磁石と反発する極性を有する第３の永久磁石を有することを特徴とする遠心式血液ポンプ装置。
（２）  前記遠心ポンプ部は、前記第２の永久磁石側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記第２の永久磁石側の面に設けられた第２の動圧溝を備えるものである上記（１）に記載の遠心式血液ポンプ装置。
（３）  前記第２の永久磁石は、リング状の永久磁石である上記（１）または（２）に記載の遠心式血液ポンプ装置。
【０００６】
（４）  前記第３の永久磁石は、リング状の永久磁石である上記（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の永久磁石は、前記第２の永久磁石の付近であってかつ該第２の永久磁石配置位置に対して前記インペラの外周側となる位置に配置されており、前記遠心ポンプ部は、前記第２の永久磁石の付近であってかつ該第２の永久磁石配置位置に対して前記インペラの中心側となる位置に配置され、かつ前記インペラの永久磁石と反発する極性を有する第４の永久磁石を備えるものである上記（１）または（２）に記載の遠心式血液ポンプ装置。
（６）  前記第４の永久磁石は、リング状の永久磁石である上記（５）に記載の遠心式血液ポンプ装置。
（７）  前記インペラ回転トルク発生部は、前記インペラの前記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を備え、前記動圧溝は、前記ロータ側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記ロータ側の面に設けられている上記（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）  前記インペラ回転トルク発生部は、前記インペラの前記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り、前記動圧溝は、前記ステーターコイル側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記ステーターコイル側の面に設けられている上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の遠心式血液ポンプ装置は、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、磁性体と永久磁石を備え、前記ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって液体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を吸引しかつ回転させるためのインペラ回転トルク発生部とを有し、さらに、前記遠心ポンプ部は、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面に設けられた動圧溝と、前記インペラの前記永久磁石を前記インペラ回転トルク発生部による吸引方向と反対方向に吸引する第２の永久磁石とを備え、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遠心式血液ポンプ装置であって、前記遠心ポンプ部は、前記第２の永久磁石の付近であってかつ該第２の永久磁石配置位置に対して前記インペラの外周側もしくは中心側となる位置に配置され、かつ前記インペラの永久磁石と反発する極性を有する第３の永久磁石を有している。
このため、インペラが外からの加振によって水平方向に動いたとき、インペラの永久磁石は、これと反発する極性を有する第３の永久磁石に近接するため、両者間に生じる反発力により、インペラは中心方向に復元される。このため、インペラの外からの加振による半径方向への動きに対する復元力を有するものとなる。
また、前記第２の永久磁石が、リング状の永久磁石であれば、インペラの永久磁石との間に安定した吸引力が発生する。
また、前記第３の永久磁石が、リング状の永久磁石であれば、インペラの半径方向への移動に対する復元力がより良好に発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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Ａ−Ａ線断面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ線断面図である。図５は、図３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は、図３の遠心式血液ポンプ装置の永久磁石付近の拡大断面図である。図８および図９は、動圧溝の形態を説明するための説明図である。
【０００９】
本発明の遠心式血液ポンプ装置１は、液体流入ポート２２と液体流出ポート２３とを有するハウジング２０と、磁性体２５と永久磁石２９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液体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を吸引しかつ回転させるためのインペラ回転トルク発生部３とを有する。さらに、遠心ポンプ部２は、インペラ回転トルク発生部３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３側の面に設けられた動圧溝３８と、インペラ２１の永久磁石２９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２の永久磁石４１とを備える。そして、ハウジング２０に対して、インペラ２１は非接触状態にて回転する。
そして、遠心ポンプ部２は、第２の永久磁石４１の付近であって、かつ第２の永久磁石配置位置に対してインペラ２１の外周側もしくは中心側となる位置に配置され、かつインペラ２１の永久磁石２９と反発する極性を有する第３の永久磁石４２を備えている。図２および図３では、インペラ２１の外周側のタイプを示している。
【００１０】
この遠心式血液ポンプ装置１は、磁気浮上ではなく、動圧溝によりインペラを実質的にハウジングに対して非接触状態にて回転させるものであり、磁気浮上のための部品で大きな体積を有する電磁石が不要であり、装置の小型化が可能となる。
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とを備える。
そして、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を備えるものとなっている。
【００１１】
インペラ２１は、図３に示すように、回転時に動圧溝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。
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。なお、血液流入ポートは、このようなストレート管に限定されるものではなく、湾曲管もしくは屈曲管であってもよい。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。
【００１２】
図３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および図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。
【００１３】
そして、図３および図４に示すように、インペラ２１には、複数（例えば、１０〜４０個）の磁性体２５（具体的には、永久磁石、言い換えれば、従動マグネット）が埋設されている。この実施例では、磁性体２５は、下部シュラウド２７内に埋設されている。インペラに埋設された磁性体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インペラ回転トルク発生部からの回転トルクをインペラに伝達する。
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。
【００１４】
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。
また、インペラとモータ間の永久磁石のカップリングにおいて、外力によりカップリングが外れ、インペラとモータ間が脱調しても必ず両者間に吸引力が発生するように永久磁石を配置することが好ましい。このようにすることにより、カップリングが外れ、インペラとモータ間が脱調しても、両者間に吸引力が発生しているため、カップリングが容易に復帰する。
【００１５】
そして、図２，図３および図４に示すように、この実施例では、インペラ２１には、リング状の永久磁石２９を備えている。この実施例では、永久磁石２９は、上部シュラウド２８内に埋設されている。埋設された永久磁石２９は、第２の永久磁石４１により、インペラ２１をインペラ回転トルク発生部３（具体的には、ロータ）と反対側に吸引される。永久磁石２９は、第２の永久磁石４１との間に吸引力が生じる極性となるように配置される。また、永久磁石２９は、複数（例えば、１０〜４０個）の永久磁石からなるものであってもよい。
そして、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に設けられた第１の動圧溝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より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。
【００１６】
また、遠心ポンプ部２は、図３に示すように、磁性体２５とは別に設けられたインペラの永久磁石２９（上部シュラウド２８内に埋設された）を吸引するための固定された少なくとも１つの第２の永久磁石４１を備えている。具体的には、図２に破線で示すように、第２の永久磁石４１としては、リング状のものが用いられている。そして、第２の永久磁石４１は、図７に示すように、インペラ２１の永久磁石２９の第２の永久磁石４１側の極性と異なる極性がインペラ２１側を向くように配置されている。具体的には、インペラ２１の永久磁石２９の第２の永久磁石４１側の極性がN極であり、第２の永久磁石４１は、Ｓ極がインペラ２１側を向くように配置されている。そして、インペラ２１は、ロータの永久磁石３３と第２の永久磁石４１の両者により、相反する方向に吸引される。また、第２の永久磁石４１は、図２に示すように、インペラの永久磁石２９上となる位置に配置されていることが好ましい。また、第２の永久磁石とインペラ２１の永久磁石２９間に発生する吸引力は、ロータ３１の永久磁石３３とインペラ２１の磁性体２５間に発生する吸引力とほぼ等しいもしくは若干弱いものであることが好ましい。このようにすることにより、インペラの回転時の剛性が高いものとなる。
【００１７】
そして、本発明のポンプ装置１では、第２の永久磁石４１の付近であって、かつ第２の永久磁石配置位置に対してインペラ２１の外周側もしくは中心側となる位置に配置され、かつインペラ２１の永久磁石２９と反発する極性を有する第３の永久磁石４２を備えている。図２、図３および図７に示す実施例のポンプ装置１では、第３の永久磁石４２は、第２の永久磁石４１の付近であって、かつ第２の永久磁石配置位置に対してインペラ２１の外周側となる位置に配置されている。具体的には、第３の永久磁石４２は、リング状のものが用いられており、第２の永久磁石４１の外側かつ同心円上となるように配置されている。そして、第３の永久磁石４２は、図７に示すように、インペラ２１の永久磁石２９の第２の永久磁石４１側の極性と同じ極性がインペラ２１側を向くように配置されている。具体的には、インペラ２１の第２の永久磁石４１側の極性がN極であり、第３の永久磁石４２は、N極がインペラ２１側を向くように配置されている。このため、インペラ２１が、図７の左側に移動すると、インペラ２１の永久磁石２９と第３の永久磁石４２が近接し、両者間の反発力により、インペラ２１は、その中心方向に押し戻される。また、図７の右側にインペラ２１が移動した場合にも同様に、図３に示す右側部分における第３の永久磁石４２とインペラ２１の永久磁石２９が近接し、両者間の反発力により、インペラ２１は、その中心方向に押し戻されることになる。このため、インペラの外からの加振による半径方向への動きに対する復元力を有するものとなる。
【００１８】
また、本発明のポンプ装置１は、動圧溝（第１の動圧溝）３８を備えている。
第１の動圧溝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。さらに、動圧溝３８は、図５に示すように、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（動圧溝形成部３９）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、孤立した多数の動圧溝からなる動圧溝群により構成されている。そして、それぞれの動圧溝３８はほぼ同じ形状であり、かつほぼ同じ角度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、０．０５〜０．４ｍｍ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、１６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、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。
【００１９】
インペラ回転トルク発生部３側に吸引されるが、上述のように動圧溝を有するため、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。
そして、このポンプ装置では、動圧溝３８は、図５、図８および図９に示すように、動圧溝形成部３９の周縁から中央側に延びるとともに向かい合う第１の辺３８ａおよび第２の辺３８ｂと、第１の辺３８ａおよび第２の辺３８ｂの一端間を結ぶ第３の辺３８ｃと、第１の辺３８ａおよび第２の辺３８ｂの他端間を結ぶ第４の辺３８ｄとを備えている、そして、第１の辺３８ａと第２の辺３８ｂは、中心の異なる円弧により形成されている。特に、この実施例では、第１の辺３８ａと第２の辺３８ｂは、中心が異なるとともに半径も異なる円弧により形成されている。なお、同じ中心において半径の異なる円弧により動圧溝を形成したもの、また、異なる中心で同じ半径の円弧により動圧溝を形成したものであってもい。しかし、上記のように中心および半径が異なる円弧により動圧溝を形成することにより、同じ中心において半径の異なる円弧により動圧溝を形成した場合および異なる中心で同じ半径の円弧により動圧溝を形成した場合に比べて、動圧溝の動圧溝形成部の周縁部における幅を広いものとできる。
【００２０】
また、この実施例では、第３の辺３８ｃと第４の辺３８ｄは、同じ中心を有し、半径が異なる円弧により形成されている。
図８を用いて説明すると、この実施例の１つの動圧溝は、第１の辺３８ａは、溝部形成部３９外の点Ｐ２を中心とし、半径Ｒａ円弧により形成されている。第２の辺３８ｂは、溝部形成部３９外の点Ｐ３を中心とし、半径Ｒｂの円弧により形成されている。Ｒａは、ポンプ装置の大きさにより相違するが、３０〜７０ｍｍが好ましい。Ｒｂは、ポンプ装置の大きさにより相違するが、３０〜７０ｍｍが好ましい。また、Ｐ２とＰ３間の距離は、３〜１０ｍｍが好ましい。第３の辺３８ｃは、溝部形成部３９の中心Ｐ１を中心とし、半径Ｒｃの円弧により形成されている。第４の辺３８ｄは、溝部形成部３９の中心Ｐ１を中心とし、半径Ｒｄの円弧により形成されている。Ｒｃは、ポンプ装置の大きさにより相違するが、６〜１８ｍｍが好ましい。Ｒｄは、ポンプ装置の大きさにより相違するが、１５〜３０ｍｍが好ましい。また、Ｒｃは、Ｒｄの０．３〜０．８であることが好ましい。
【００２１】
また、動圧溝３８は、図８に示す、周縁部の幅Ｂｏと、隣り合う動圧溝３８の周縁間の動圧溝非存在部幅Ｂ１と上記幅Ｂｏの和Ｂ（Ｂ＝Ｂｏ＋Ｂ１）より算出される溝幅関連値ｓ（ｓ＝Ｂｏ／Ｂ）が、０．６〜０．８となるように形成されている。
さらに、この実施例のポンプ装置では、動圧溝３８の４つの辺３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄからなる４つの角部３８ｅ，３８ｆ，３８ｇ，３８ｈは、丸められている。そして、４つの角部は、少なくとも０．１ｍｍ以上のＲを持つように丸められていることが好ましい。
また、本発明のポンプ装置では、インペラ回転時の動圧溝形成部の動圧溝部３８におけるインペラとハウジング間距離ｈ１とインペラ回転時の動圧溝形成部の動圧溝非存在部におけるインペラとハウジング間距離ｈ２より算出される溝深さ関連値ａ（ａ＝ｈ１／ｈ２）が、１．５〜２．５となるように形成されている。
【００２２】
そして、動圧溝３８が、上述した溝幅関連値ｓ（ｓ＝Ｂｏ／Ｂ）が、０．６〜０．８であって、かつ、溝深さ関連値ａ（ａ＝ｈ１／ｈ２）が、１．５〜２．５となるように形成されていることにより、同じ個数の動圧溝を備える対数動圧溝に比べて溝幅が大きく、また、溝深さも浅いため、溶血の発生が少ないものとなる。
そして、ポンプ装置１は、第２の永久磁石４１側のハウジング２０の内面もしくはインペラ２１の第２の永久磁石４１側の面に設けられた第２の動圧溝７１を備えることが好ましい。
第２の動圧溝７１は、図６に示すように、外縁形状は、上述した動圧溝３８とほぼ同様に形成することが好ましい。なお、図５および図６にインペラの回転方向を矢印で示してある。これからわかるように、インペラは、図５および図６の動圧溝の表面上に位置する。第１の動圧溝３８と第２の動圧溝７１とは、インペラの回転方向に対する動圧溝群の渦巻き方向が異なるものである。この実施例では、動圧溝３８および７１の渦巻き方向にインペラは回転する。
【００２３】
第２の動圧溝７１は、図６に示すように、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。さらに、動圧溝７１は、図８に示したものと同様に、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（動圧溝形成部）まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、動圧溝７１は、孤立した多数の動圧溝からなる動圧溝群により構成されている。そして、それぞれの動圧溝７１はほぼ同じ形状であり、かつほぼ同じ角度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、０．０５〜０．４ｍｍ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、１６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、動圧溝は、ハウジング側ではなくインペラ２１の上面（永久磁石側面）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。
【００２４】
そして、第２の動圧溝７１を有するため、外乱また第１の動圧溝による動圧力が過剰となった時等に、インペラが第２の動圧溝側ハウジングに近接することがあっても、第２の動圧溝に起因する動圧力が発生するため、インペラの第２の動圧溝側ハウジングへの接触を防止できる。
そして、図示する実施例では、この動圧溝７１も動圧溝３８と同様に、図６および参照する図９に示すように、動圧溝形成部３９の周縁から中央側に延びるとともに向かい合う第１の辺３８ａおよび第２の辺３８ｂと、第１の辺３８ａおよび第２の辺３８ｂの一端間を結ぶ第３の辺３８ｃと、第１の辺３８ａおよび第２の辺３８ｂの他端間を結ぶ第４の辺３８ｄとを備えている、そして、第１の辺３８ａと第２の辺３８ｂは、中心の異なる円弧により形成されている。特に、この実施例では、第１の辺３８ａと第２の辺３８ｂは、中心が異なるとともに半径も異なる円弧により形成されている。また、この実施例では、第３の辺３８ｃと第４の辺３８ｄは、同じ中心を有し、半径が異なる円弧により形成されている。
【００２５】
また、参照する図８を用いて説明すると、この実施例の１つの動圧溝は、第１の辺３８ａは、溝部形成部３９外の点Ｐ２を中心とし、半径Ｒａ円弧により形成されている。第２の辺３８ｂは、溝部形成部３９外の点Ｐ３を中心とし、半径Ｒｂの円弧により形成されている。Ｒａは、ポンプ装置の大きさにより相違するが、３０〜７０ｍｍが好ましい。Ｒｂは、ポンプ装置の大きさにより相違するが、３０〜７０ｍｍが好ましい。また、Ｐ２とＰ３間の距離は、３〜１０ｍｍが好ましい。第３の辺３８ｃは、溝部形成部３９の中心Ｐ１を中心とし、半径Ｒｃの円弧により形成されている。第４の辺３８ｄは、溝部形成部３９の中心Ｐ１を中心とし、半径Ｒｄの円弧により形成されている。Ｒｃは、ポンプ装置の大きさにより相違するが、６〜１８ｍｍが好ましい。Ｒｄは、ポンプ装置の大きさにより相違するが、１５〜３０ｍｍが好ましい。また、Ｒｃは、Ｒｄの０．３〜０．８であることが好ましい。
【００２６】
また、動圧溝７１は、参照する図８に示す、周縁部の幅Ｂｏと、隣り合う動圧溝７１の周縁間の動圧溝非存在部幅Ｂ１と上記幅Ｂｏの和Ｂ（Ｂ＝Ｂｏ＋Ｂ１）より算出される溝幅関連値ｓ（ｓ＝Ｂｏ／Ｂ）が、０．６〜０．８となるように形成されている。
さらに、この実施例のポンプ装置では、動圧溝３８の４つの辺３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄからなる４つの角部３８ｅ，３８ｆ，３８ｇ，３８ｈは、丸められている。そして、４つの角部は、少なくとも０．１ｍｍ以上のＲを持つように丸められていることが好ましい。
また、本発明のポンプ装置では、インペラ回転時の動圧溝形成部の動圧溝部７１におけるインペラとハウジング間距離ｈ１とインペラ回転時の動圧溝形成部の動圧溝非存在部におけるインペラとハウジング間距離ｈ２より算出される溝深さ関連値ａ（ａ＝ｈ１／ｈ２）が、１．５〜２．５となるように形成されている。
そして、動圧溝７１が、上述した溝幅関連値ｓ（ｓ＝Ｂｏ／Ｂ）が、０．６〜０．８であって、かつ、溝深さ関連値ａ（ａ＝ｈ１／ｈ２）が、１．５〜２．５となるように形成されていることにより、対数動圧溝に比べて溝幅が大きく、また、溝深さも浅いため、溶血の発生が少ないものとなる。
【００２７】
次に、本発明の他の実施例の遠心式血液ポンプ装置について説明する。
図１０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１１は、図１０の遠心式血液ポンプ装置のＤ−Ｄ線断面図である。図１２は、図１１の遠心式血液ポンプ装置の永久磁石付近の拡大断面図である。
この実施例のポンプ装置５０と、上述したポンプ装置１との相違は、第３の永久磁石４２の配置のみであり、その他の点については、上述した説明を参照するものとする。
【００２８】
この実施例のポンプ装置５０では、図１０、図１１および図１２に示すように、第３の永久磁石４２は、第２の永久磁石４１の付近であって、かつ第２の永久磁石配置位置に対してインペラ２１の中心側となる位置に配置されている。上述した実施例と同様に、第３の永久磁石４２は、インペラ２１の複数の永久磁石２９と反発する極性を備えている。具体的には、第３の永久磁石４２は、リング状のものが用いられており、第２の永久磁石４１の内側かつ同心円上となるように配置されている。そして、第３の永久磁石４２は、図１２に示すように、インペラ２１の永久磁石２９の第２の永久磁石４１側の極性と同じ極性がインペラ２１側を向くように配置されている。具体的には、インペラ２１の第２の永久磁石４１側の極性がN極であり、第３の永久磁石４２は、N極がインペラ２１側を向くように配置されている。このため、インペラ２１が、図１２の右側に移動すると、インペラ２１の永久磁石２９と第３の永久磁石４２が近接し、両者間の反発力により、インペラ２１は、その中心方向に押し戻される。また、図１２の左側にインペラ２１が移動した場合にも同様に、図１１に示す左側部分における第３の永久磁石４２とインペラ２１の永久磁石２９が近接し、両者間の反発力により、インペラ２１は、その中心方向に押し戻されることになる。このため、インペラの外からの加振による半径方向への動きに対する復元力を有するものとなる。
【００２９】
次に、本発明の他の実施例の遠心式血液ポンプ装置について説明する。
図１３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１４は、図１３の遠心式血液ポンプ装置の永久磁石付近の拡大断面図である。
この実施例のポンプ装置６０と、上述したポンプ装置１との相違は、第３の永久磁石４２の配置のみであり、その他の点については、上述した説明を参照するものとする。
この実施例のポンプ装置６０では、図１３および図１４に示すように、第３の永久磁石は、第２の永久磁石４１の付近であって、かつ第２の永久磁石配置位置に対してインペラ２１の外周側となる位置に配置された外側永久磁石４２ａとインペラ２１の中心側となる位置に配置された内側永久磁石４２ｂを備えている。上述した実施例と同様に、第３の永久磁石である外側永久磁石４２ａおよび内側永久磁石４２ｂは、インペラ２１のリング状の永久磁石２９と反発する極性を備えている。具体的には、外側永久磁石４２ａは、リング状のものが用いられており、第２の永久磁石４１との外側かつ同心円上となるように配置されており、内側永久磁石４２ｂは、リング状のものが用いられており、第２の永久磁石４１との内側かつ同心円上となるように配置されている。
【００３０】
そして、永久磁石４２ａ，４２ｂは、図１４に示すように、インペラ２１の永久磁石２９の第２の永久磁石４１側の極性と同じ極性がインペラ２１側を向くように配置されている。具体的には、インペラ２１の第２の永久磁石４１側の極性がN極であり、永久磁石４２ａ，４２ｂは、N極がインペラ２１側を向くように配置されている。このため、インペラ２１が、図１４の右側に移動すると、インペラ２１の永久磁石２９と内側永久磁石４２ｂが近接し、両者間の反発力により、インペラ２１は、その中心方向に押し戻される。また、図１４の左側にインペラ２１が移動すると、インペラ２１の永久磁石２９と外側永久磁石４２ａが近接し、両者間の反発力により、インペラ２１は、その中心方向に押し戻される。このため、インペラの外からの加振による半径方向への動きに対する復元力を有するものとなる。
【００３１】
次に、本発明の他の実施例の遠心式血液ポンプ装置について説明する。
図１５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１６は、図１５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１７は、図１５の遠心式血液ポンプ装置のＥ−Ｅ線断面図である。図１８は、図１５の遠心式血液ポンプ装置の底面図である。なお、図１５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。
この実施例のポンプ装置７０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７０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。この実施例のポンプ装置７０においても、インペラ２１は、回転時に動圧溝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。以下の説明では、相違点のみ説明する。なお、第３の永久磁石４２，動圧溝３８、７１の形態は、上述した実施例と同じである。
【００３２】
この実施例のポンプ装置７０では、インペラ回転トルク発生部３は、図１６および図１８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６１を備える。ステーターコイル６１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６１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、図１７に示すように、インペラ２１には、複数（例えば、６〜１２個）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、磁性体２５は、下部シュラウド２７内に埋設されている。インペラに埋設された磁性体２５（永久磁石）は、後述するインペラ回転トルク発生部３のステーターコイル６１により血液流入ポート２２と反対側に吸引され、ステーターコイル６１の作動とカップリングするとともにインペラ回転トルク発生部からの回転トルクをインペラに伝達する。
【００３３】
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、後述するステーターコイル６１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。
なお、上述したすべての実施例において、第２の永久磁石４１およびインペラの永久磁石２９は、上述した実施例のリング状のものに限定されるものではなく、例えば、図１９に破線で示すように、複数の永久磁石からなるものであってもよい。また、複数の永久磁石２９，４１は、それぞれ等角度間隔にて設けることが好ましい。永久磁石２９，４１は、この実施例では、１６個設けられており、２〜１２個が好ましく、特に、３〜８個が好ましい。
【００３４】
また、上述したすべての実施例において、第３の永久磁石４２は、上述した実施例のリング状のものに限定されるものではなく、例えば、図１９に破線で示すように、複数の永久磁石からなるものであってもよい。また、複数の永久磁石４２は、それぞれ等角度間隔にて設けることが好ましい。第３の永久磁石４２は、この実施例では、１６個設けられており、２〜１２個が好ましく、特に、３〜８個が好ましい。
また、第３の永久磁石として、外側永久磁石４２ａおよび内側永久磁石４２ｂを設ける場合においても、永久磁石は、上述した実施例のリング状のものに限定されるものではなく、例えば、図２０に破線で示すように、複数の永久磁石からなるものであってもよい。また、外側永久磁石４２ａ，内側永久磁石４２ｂは、それぞれ等角度間隔にて設けることが好ましい。外側永久磁石４２ａおよび内側永久磁石４２ｂは、この実施例では、それぞれ１６個設けられており、２〜１２個が好ましく、特に、３〜８個が好ましい。
また、上述したすべての実施例において、動圧溝の外縁形状は、上述したものが好ましいが、これに限定されるものではなく、例えば、図２１に示すような、いわゆる対数螺旋溝であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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Ａ−Ａ線断面図である。
【図４】図４は、図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図５は、図３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、図３の遠心式血液ポンプ装置の永久磁石付近の拡大断面図である。
【図８】図８は、動圧溝の形態を説明するための説明図である。
【図９】図９は、動圧溝の形態を説明するための説明図である。
【図１０】図１０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１１】図１１は、図１０の遠心式血液ポンプ装置のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１２】図１２は、図１１の遠心式血液ポンプ装置の永久磁石付近の拡大断面図である。
【図１３】図１３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１４】図１４は、図１３の遠心式血液ポンプ装置の永久磁石付近の拡大断面図である。
【図１５】図１５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１６】図１６は、図１５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１７】図１７は、図１５の遠心式血液ポンプ装置のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１８】図１８は、図１５の遠心式血液ポンプ装置の底面図である。
【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他の実施例の平面図である。
【図２１】図２１は、対数螺旋タイプの動圧溝の形態を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  遠心式血液ポンプ装置
２  遠心ポンプ部
３  インペラ回転トルク発生部
２０  ハウジング
２１  インペラ
２５  磁性体
２９  第１の永久磁石
３１  ロータ
３４  モータ
４１  第２の永久磁石
４２  第３の永久磁石
３８，７１  動圧溝
【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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【図２０】
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【図２１】
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