JP4340178B2

JP4340178B2 - Centrifugal blood pump device

Info

Publication number: JP4340178B2
Application number: JP2004088108A
Authority: JP
Inventors: 光俊八重樫; 岳彦淺田
Original assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA; NTN Corp
Current assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA; NTN Corp
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2024-03-24
Also published as: JP2005270345A

Description

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。 The present invention relates to a centrifugal blood pump device for feeding blood.

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。そして、この動圧溝の形状によって、負荷容量が変わる。すなわち、周囲とどれだけ大きな距離を保つことができるかが変わるので、その形状設計は重要である。
特開平４−９１３９６号公報 Recently, an example of using a centrifugal blood pump for extracorporeal blood circulation in an oxygenator is increasing. Centrifugal pumps use a system that transmits driving torque from an external motor using magnetic coupling by completely eliminating physical communication between the outside and the blood chamber in the pump and preventing invasion of bacteria. Is used.
As such a centrifugal blood pump, there is a turbo pump disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-91396 (Patent Document 1). In the technique disclosed in Patent Document 1, a magnetic coupling is formed by a first permanent magnet provided on one surface of an impeller and a second permanent magnet opposed via a housing, and this second permanent magnet is formed. The impeller is rotationally driven by rotating the rotor to which the magnet is attached. The impeller is attracted to the rotor side, but has a dynamic pressure groove, so that it is slightly away from the inner surface of the housing and in a non-contact state due to the effect of the dynamic pressure bearing formed between the dynamic pressure groove and the inner surface of the housing. Rotate at.
In the case of such a hydrodynamic bearing pump, the load capacity generated by the hydrodynamic groove (the load capacity is a term of bearing and has a dimension of force) and a force against it, for example, for liquid feeding The impeller is kept out of contact with the surrounding surface to prevent hemolysis and thrombus formation. The load capacity varies depending on the shape of the dynamic pressure groove. That is, how much distance can be maintained from the surroundings changes, and the shape design is important.
JP-A-4-91396

従来の動圧軸受では、いかに負荷容量を大きくするかに主眼が置かれたため、動圧溝形状として、対数螺旋型が採用されてきた。しかし、血液ポンプの場合、高い負荷容量だけではなく、溶血が起きにくいことも重要である。
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であって、使用時における溶血の発生が少ない遠心式血液ポンプ装置を提供するものである。 Conventional dynamic pressure bearings have focused on how to increase the load capacity, and thus a logarithmic spiral type has been adopted as the dynamic pressure groove shape. However, in the case of a blood pump, it is important not only to have a high load capacity but also to prevent hemolysis.
Therefore, an object of the present invention is not a magnetic levitation type centrifugal blood pump, but a centrifugal blood pump device that substantially rotates the impeller in a non-contact state using a so-called dynamic pressure groove, The present invention provides a centrifugal blood pump device that generates less hemolysis during use.

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、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形成部を備え、前記ハウジングに対して前記動圧溝により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、前記動圧溝形成部には、複数の動圧溝が設けられており、かつ各動圧溝は、該動圧溝形成部の周縁から中央側に延びるとともに向かい合う第１および第２の辺と、該第１の辺および第２の辺の一端間を結ぶ第３の辺と、前記第１の辺および第２の辺の他端間を結ぶ第４の辺とを備え、かつ、前記第１の辺と前記第２の辺は、中心の異なる円弧により形成されており、さらに、前記インペラ回転時の動圧溝形成部の動圧溝部における前記インペラと前記ハウジング間距離ｈ１と前記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前記インペラと前記ハウジング間距離ｈ２より算出される溝深さ関連値ａ（ａ＝ｈ１／ｈ２）が、１．５〜２．５であり、前記動圧溝の周縁部の幅Ｂｏと隣り合う動圧溝の周縁間の動圧溝非存在部幅Ｂ１と前記幅Ｂｏの和Ｂより算出される溝幅関連値ｓ（ｓ＝Ｂｏ／Ｂ）が、０．６〜０．８である遠心式血液ポンプ装置。
（２）前記動圧溝形成部には、６〜３６個の動圧溝が設けられているものである（１）に記載の遠心式血液ポンプ装置。
（３）前記４つの辺からなる前記動圧溝の４つの角部は、０．１ｍｍ以上かつ１ｍｍ以下の半径Ｒを持つように丸められている（１）または（２）に記載の遠心式血液ポンプ装置。 What achieves the above object is as follows.
(1) A centrifugal pump unit including a housing having a liquid inflow port and a liquid outflow port, a magnetic body, an impeller that rotates in the housing, and that feeds liquid by centrifugal force during rotation, and the centrifugal pump An impeller rotational torque generating portion for sucking and rotating the impeller of a portion, and a dynamic pressure groove formed on the inner surface of the housing on the impeller rotational torque generating portion side or on the surface of the impeller on the impeller rotational torque generating portion side A centrifugal blood pump device in which an impeller is rotated in a non-contact state by the dynamic pressure groove with respect to the housing, wherein the dynamic pressure groove forming portion is provided with a plurality of dynamic pressure grooves. And each of the dynamic pressure grooves extends from the periphery of the dynamic pressure groove forming portion toward the center and faces the first and second sides, and one end of the first and second sides. And a fourth side connecting the other ends of the first side and the second side, and the first side and the second side have different centers. Further, it is formed by a circular arc, and further, the distance h1 between the impeller and the housing in the dynamic pressure groove portion of the dynamic pressure groove forming portion when the impeller rotates, and the dynamic pressure groove non-existing portion of the dynamic pressure groove forming portion when the impeller rotates The groove depth-related value a (a = h1 / h2) calculated from the distance h2 between the impeller and the housing is 1.5 to 2.5, and is adjacent to the width Bo of the peripheral edge of the dynamic pressure groove. The groove width related value s (s = Bo / B) calculated from the sum B of the dynamic pressure groove non-existing portion width B1 between the peripheral edges of the matching dynamic pressure grooves and the width Bo is 0.6 to 0.8. Centrifugal blood pump device.
(2) The centrifugal blood pump device according to (1), wherein the dynamic pressure groove forming portion is provided with 6 to 36 dynamic pressure grooves.
(3) Centrifugal type according to (1) or (2), wherein the four corners of the dynamic pressure groove comprising the four sides are rounded to have a radius R of 0.1 mm or more and 1 mm or less. Blood pump device.

（４）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（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（１）ないし（３）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。 ( 4 ) The impeller rotational torque generation unit includes a rotor including a magnet for attracting the magnetic body of the impeller, and a motor that rotates the rotor, and the dynamic pressure groove is formed on the inner surface of the housing on the rotor side or The centrifugal blood pump device according to any one of (1) to ( 3 ), which is provided on a surface of the impeller on the rotor side.
( 5 ) The impeller rotational torque generating unit includes a plurality of stator coils arranged on a circumference to attract the magnetic body of the impeller and rotate the impeller, and the dynamic pressure groove The centrifugal blood pump device according to any one of (1) to ( 3 ), provided on the inner surface of the housing on the stator coil side or on the surface of the impeller on the stator coil side.

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、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を備え、前記ハウジングに対して前記動圧溝により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、前記動圧溝は、動圧溝形成部の周縁から中央側に延びるとともに向かい合う第１および第２の辺と、該第１の辺および第２の辺の一端間を結ぶ第３の辺と、前記第１の辺および第２の辺の他端間を結ぶ第４の辺とを備え、かつ、前記第１の辺と前記第２の辺は、中心の異なる円弧により形成されており、さらに、前記インペラ回転時の動圧溝形成部の動圧溝部における前記インペラと前記ハウジング間距離ｈ１と前記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前記インペラと前記ハウジング間距離ｈ２より算出される溝深さ関連値ａ（ａ＝ｈ１／ｈ２）が、１．５〜２．５であり、前記動圧溝の周縁部の幅Ｂｏと隣り合う動圧溝の周縁間の動圧溝非存在部幅Ｂ１と前記幅Ｂｏの和Ｂより算出される溝幅関連値ｓ（ｓ＝Ｂｏ／Ｂ）が、０．６〜０．８である。このため、動圧溝として、対数溝とほぼ同程度の負荷容量を得ることができるとともに、対数溝に比べて溝幅が大きいため、また、溝深さも浅いため、溶血の発生が少ない。
また、前記４つの辺からなる前記動圧溝の４つの角部は、丸められているものであれば、丸めない場合に比べて溝面積が減少するため、負荷容量は若干低下するが、過度に圧力が高い部分がなくなり、血液にあたえるダメージをより軽減できる。また、血液の停滞も生じにくい。したがって、溶血の発生がより少なく、さらに、血液停滞に起因する血栓の発生も減少する。 A centrifugal blood pump apparatus according to the present invention includes a housing having a liquid inflow port and a liquid outflow port, a magnetic body, a centrifugal body having an impeller that rotates within the housing and that feeds liquid by centrifugal force during rotation. A pump part, an impeller rotational torque generating part for sucking and rotating the impeller of the centrifugal pump part, a housing inner surface on the impeller rotational torque generating part side or a surface on the impeller rotational torque generating part side of the impeller A centrifugal blood pump device comprising a dynamic pressure groove provided, wherein the impeller rotates in a non-contact state by the dynamic pressure groove with respect to the housing, wherein the dynamic pressure groove is a peripheral edge of the dynamic pressure groove forming portion A first side extending from the first side to the center side and facing each other, a third side connecting one end of the first side and the second side, the first side and A second side connecting the other ends of the two sides, and the first side and the second side are formed by circular arcs having different centers, and further the movement at the time of the impeller rotation The groove depth calculated from the distance h1 between the impeller and the housing in the dynamic pressure groove portion of the pressure groove forming portion and the distance h2 between the impeller and the housing in the non-existing portion of the dynamic pressure groove forming portion when the impeller rotates. The related value a (a = h1 / h2) is 1.5 to 2.5, and the dynamic pressure groove non-existing portion width between the peripheral edge of the dynamic pressure groove adjacent to the width Bo of the peripheral edge of the dynamic pressure groove. The groove width related value s (s = Bo / B) calculated from the sum B of B1 and the width Bo is 0.6 to 0.8. For this reason, as the dynamic pressure groove, a load capacity substantially equal to that of the logarithmic groove can be obtained, and since the groove width is larger than that of the logarithmic groove and the groove depth is shallow, hemolysis is hardly generated.
In addition, if the four corners of the dynamic pressure groove formed of the four sides are rounded, the groove area is reduced as compared with the case where the four rounds are not rounded. There is no part with high pressure, and the damage to the blood can be further reduced. In addition, blood stagnation hardly occurs. Therefore, the occurrence of hemolysis is less, and the occurrence of thrombus due to blood stagnation is also reduced.

また、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、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を備え、前記ハウジングに対して前記動圧溝により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、前記動圧溝は、動圧溝形成部の周縁から中央側に延びるとともに向かい合う第１および第２の辺と、該第１の辺および第２の辺の一端間を結ぶ第３の辺と、前記第１の辺および第２の辺の他端間を結ぶ第４の辺とを備え、かつ、前記第１の辺と前記第２の辺は、中心の異なる円弧により形成されており、さらに、該４つの辺からなる前記動圧溝の４つの角部は、丸められているものである。このため、丸めない場合に比べて溝面積が減少し、負荷容量は若干低下するが、過度に圧力が高い部分がなくなり、血液にあたえるダメージを軽減できる。また、血液の停滞も生じにくい。したがって、溶血の発生がより少なく、さらに、血液停滞に起因する血栓の発生も少ない。
そして、前記動圧溝の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ものであれば、より溶血の発生が少ないものなる。
また、前記第３の辺と前記第４の辺は、同じ中心を有し、半径が異なる円弧により形成されいるものであれば、加工が容易である。 Further, the centrifugal blood pump device of the present invention includes a housing having a liquid inflow port and a liquid outflow port, a magnetic body, an impeller that rotates in the housing and delivers liquid by centrifugal force during rotation. A centrifugal pump unit, an impeller rotational torque generating unit for sucking and rotating the impeller of the centrifugal pump unit, an inner surface of the housing on the impeller rotational torque generating unit side or the impeller rotational torque generating unit side of the impeller A centrifugal blood pump device comprising a dynamic pressure groove provided on a surface, wherein an impeller rotates in a non-contact state by the dynamic pressure groove with respect to the housing, wherein the dynamic pressure groove is a dynamic pressure groove forming portion The first and second sides extending from the periphery to the center side and facing each other, the third side connecting one end of the first side and the second side, and the first side And the fourth side connecting the other ends of the second side, and the first side and the second side are formed by arcs having different centers, and the four sides The four corners of the dynamic pressure groove consisting of are rounded. For this reason, compared with the case where it is not rounded, the groove area is reduced and the load capacity is slightly reduced, but there is no excessively high pressure portion, and the damage to the blood can be reduced. In addition, blood stagnation hardly occurs. Therefore, hemolysis is less likely to occur, and furthermore, thrombus due to blood stagnation is less likely to occur.
If the four corners of the dynamic pressure groove are rounded so as to have an R of at least 0.1 mm, hemolysis is less likely to occur.
Further, if the third side and the fourth side have the same center and are formed by arcs having different radii, the processing is easy.

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１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４は、図１の遠心式血液ポンプ装置のＡ−Ａ線断面図である。図５は、図１の遠心式血液ポンプ装置のＡ−Ａ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。 FIG. 1 is a front view of an embodiment of a centrifugal blood pump apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a plan view of the centrifugal blood pump apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the centrifugal blood pump apparatus of the embodiment shown in FIG. 4 is a cross-sectional view of the centrifugal blood pump device of FIG. 1 taken along line AA. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where the impeller is removed from the cross-sectional view taken along the line AA of the centrifugal blood pump device of FIG.

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、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を備え、ハウジング２０に対して動圧溝３８によりインペラ２１が非接触状態にて回転する遠心式血液ポンプ装置である。
そして、本発明の遠心式血液ポンプ装置の第１の態様では、動圧溝３８が、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、かつ、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。さらに、インペラ回転時の動圧溝形成部の動圧溝部におけるインペラ２１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前記ハウジング間距離ｈ２より算出される溝深さ関連値ａ（ａ＝ｈ１／ｈ２）が、１．５〜２．５であり、動圧溝の周縁部の幅Ｂｏと隣り合う動圧溝の周縁間の動圧溝非存在部幅Ｂ１と前記幅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となっているものである。 The centrifugal blood pump device 1 according to the present invention includes a housing 20 having a liquid inflow port 22 and a liquid outflow port 23, and a magnetic body 25 therein. The centrifugal blood pump device 1 rotates within the housing 20 and supplies liquid by centrifugal force during rotation. Centrifugal pump section 2 having impeller 21 for feeding liquid, impeller rotational torque generating section 3 for attracting and rotating magnetic body 25 of impeller 21 of centrifugal pump section 2, and inner surface of housing on impeller rotational torque generating section 3 side Alternatively, the centrifugal blood pump device includes a dynamic pressure groove 38 provided on a surface of the impeller 21 on the side of the impeller rotational torque generating unit 3, and the impeller 21 rotates in a non-contact state by the dynamic pressure groove 38 with respect to the housing 20. is there.
In the first aspect of the centrifugal blood pump device of the present invention, the dynamic pressure groove 38 extends from the periphery of the dynamic pressure groove forming portion 39 to the center side and faces the first side 38a and the second side 38b facing each other. A third side 38c connecting one end of the first side 38a and the second side 38b, and a fourth side 38d connecting the other end of the first side 38a and the second side 38b, The first side 38a and the second side 38b are formed by arcs having different centers. Further, the distance h1 between the impeller 21 and the housing in the dynamic pressure groove portion of the dynamic pressure groove forming portion when the impeller rotates and the distance h2 between the impeller and the housing in the non-existing portion of the dynamic pressure groove forming portion when the impeller rotates. The groove depth related value a (a = h1 / h2) is 1.5 to 2.5, and the width Bo of the peripheral edge of the dynamic pressure groove and the non-dynamic pressure groove between the peripheral edges of the adjacent dynamic pressure grooves The groove width related value s (s = Bo / B) calculated from the sum B (B = Bo + B1) of the existing portion width B1 and the width Bo is 0.6 to 0.8.

また、本発明の遠心式血液ポンプ装置の第２の態様では、動圧溝３８が、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、かつ、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おり、さらに、４つの辺３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄからなる動圧溝の４つの角部３８ｅ，３８ｆ，３８ｇ，３８ｈは、丸められているものである。 In the second aspect of the centrifugal blood pump device of the present invention, the dynamic pressure groove 38 extends from the peripheral edge of the dynamic pressure groove forming portion 39 to the center side and faces the first side 38a and the second side 38b facing each other. A third side 38c connecting one end of the first side 38a and the second side 38b, and a fourth side 38d connecting the other end of the first side 38a and the second side 38b, The first side 38a and the second side 38b are formed by arcs having different centers, and further, the four corners 38e, 38f of the dynamic pressure groove comprising the four sides 38a, 38b, 38c, 38d. , 38g, 38h are rounded.

なお、本発明の遠心式血液ポンプ装置としては、上記の第１の態様と第２の態様を同時に備えるものであることが好ましい。以下の説明では、図示する両者の態様を備える実施例を用いて説明する。
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、磁気浮上のパーツの中で大きな容積を占める電磁石が不要となり、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。 In addition, it is preferable that the centrifugal blood pump device of the present invention is provided with the first aspect and the second aspect at the same time. In the following description, explanation will be made by using an embodiment having both the illustrated modes.
This centrifugal blood pump device 1 is not a magnetic levitation but an impeller that rotates in a non-contact state with respect to a housing by a dynamic pressure groove, and occupies a large volume among the magnetic levitation parts. Becomes unnecessary, and the apparatus can be downsized.
As shown in FIGS. 1 to 5, the centrifugal blood pump apparatus 1 of this embodiment includes a housing 20 having a blood inflow port 22 and a blood outflow port 23, a rotation within the housing 20, and a centrifugal force during rotation. A centrifugal blood pump unit 2 having an impeller 21 for feeding blood and an impeller rotational torque generating unit 3 for the impeller 21 are provided.
In the centrifugal blood pump device 1 of this embodiment, the impeller rotational torque generating unit 3 includes a rotor 31 including a magnet 33 for attracting the magnetic body 25 of the impeller 21 and a motor 34 that rotates the rotor 31. It has become a thing.

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。また、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。 As shown in FIG. 3, the impeller 21 rotates without contacting the inner surface of the housing due to the pressure generated by the dynamic pressure groove during rotation.
The housing 20 includes a blood inflow port 22 and a blood outflow port 23, and is formed of a nonmagnetic material. A blood chamber 24 communicating with the blood inflow port 22 and the blood outflow port 23 is formed in the housing 20. An impeller 21 is accommodated in the housing 20. The blood inflow port 22 is provided so as to protrude substantially vertically from the vicinity of the center of the upper surface of the housing 20. The blood inlet port is not limited to such a straight tube, and may be a curved tube or a bent tube. As shown in FIGS. 2 and 4, the blood outflow port 23 is provided so as to protrude in a tangential direction from the side surface of the housing 20 formed in a substantially cylindrical shape.
As shown in FIG. 3, a disc-shaped impeller 21 having a through-hole at the center is housed in a blood chamber 24 formed in the housing 20. As shown in FIGS. 3 and 4, the impeller 21 includes a donut plate-like member (lower shroud) 27 that forms a lower surface, a donut plate-like member (upper shroud) 28 that opens at the center that forms the upper surface, and a gap between the two. A plurality of (for example, seven) vanes 18 formed in A plurality (seven) blood passages 26 partitioned by the adjacent vanes 18 are formed between the lower shroud and the upper shroud. As shown in FIG. 4, the blood passage 26 communicates with the central opening of the impeller 21, starts from the central opening of the impeller 21, and extends so that the width gradually increases to the outer peripheral edge. In other words, the vane 18 is formed between the adjacent blood passages 26. In this embodiment, each blood passage 26 and each vane 18 are provided at equal angular intervals and in substantially the same shape.

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（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。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と反対側に吸引し、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。
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。
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。 As shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of (for example, 10 to 40) magnetic bodies 25 (permanent magnets, driven magnets) are embedded in the impeller 21. In this embodiment, the magnetic body 25 is embedded in the lower shroud 27. The embedded magnetic body 25 (permanent magnet) attracts the impeller 21 to the side opposite to the blood inlet port 22 by a permanent magnet 33 provided on the rotor 31 of the impeller rotational torque generating unit 3 to be described later, and is coupled to the rotor. The rotational torque is transmitted from the impeller rotational torque generating unit.
Further, by embedding a certain number of magnetic bodies 25 as in this embodiment, sufficient magnetic coupling with the rotor 31 described later can be ensured. The shape of the magnetic body 25 (permanent magnet) is preferably circular.
As shown in FIG. 3, the impeller rotational torque generating unit 3 includes a rotor 31 housed in the housing 20 and a motor 34 for rotating the rotor 31. The rotor 31 includes a plurality of permanent magnets 33 provided on the surface on the blood pump unit 2 side. The center of the rotor 31 is fixed to the rotating shaft of the motor 34. The permanent magnets 33 are provided in plural and at equal angles so as to correspond to the arrangement form (number and arrangement position) of the permanent magnets 25 of the impeller 21.
Further, in the coupling of the permanent magnet between the impeller and the motor, it is preferable to arrange the permanent magnet so that an attractive force is always generated between the impeller and the motor even if the coupling is released due to an external force and the impeller and the motor are stepped out. . By doing so, even if the coupling is disengaged and the impeller and the motor are stepped out, since the suction force is generated between them, the coupling is easily restored.

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６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。
動圧溝３８は、図６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、０．０５〜０．４ｍｍ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く、特に、８〜２４程度が好ましい。この実施例では、１８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。 In the centrifugal blood pump device 1 of this embodiment, as shown in FIG. 6, the housing 20 includes a housing inner surface that houses the impeller 21 and forms a blood chamber 24, and is disposed on the housing inner surface 20 a on the rotor 31 side. A dynamic pressure groove 38 is provided. The impeller 21 rotates in a non-contact state due to a dynamic pressure bearing effect formed between the dynamic pressure groove 38 and the impeller 21 generated by rotating at a predetermined number of rotations or more.
As shown in FIG. 6, the dynamic pressure groove 38 is formed in a size corresponding to the bottom surface (rotor side surface) of the impeller 21. In the pump device 1 of this embodiment, one end is provided on the peripheral edge (circumference) of the circular portion slightly separated from the center of the housing inner surface 20a, and in a spiral shape (in other words, curved) to the vicinity of the outer edge of the housing inner surface 20a. , Extending so that the width gradually widens. Further, a plurality of dynamic pressure grooves 38 are provided, and each of the dynamic pressure grooves 38 has substantially the same shape and is arranged at substantially the same interval. The dynamic pressure groove 38 is a recess, and the depth is preferably about 0.05 to 0.4 mm. The number of dynamic pressure grooves is preferably about 6 to 36, and more preferably about 8 to 24. In this embodiment, 18 dynamic pressure grooves are arranged at an equal angle with respect to the central axis of the impeller.
The dynamic pressure groove may be provided not on the housing side but on the rotor side surface of the impeller 21. Also in this case, it is preferable to have the same configuration as the above-described dynamic pressure groove.

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。
そして、このポンプ装置では、動圧溝３８は、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よい。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。
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。 Since it has such a dynamic pressure groove, it is attracted to the impeller rotational torque generating portion 3 side, but is formed between the dynamic pressure groove 38 of the housing and the bottom surface of the impeller 21 (or between the dynamic pressure groove of the impeller and the inner surface of the housing). Due to the effect of the hydrodynamic bearing, it is slightly separated from the inner surface of the housing and rotates in a non-contact state to secure a blood flow path between the lower surface of the impeller and the inner surface of the housing. Prevent the occurrence of thrombus.
In this pump device, the dynamic pressure groove 38 includes the first side 38a and the second side 38b that extend from the peripheral edge of the dynamic pressure groove forming portion 39 to the center side and face each other, and the first side 38a and the second side 38b. A third side 38c connecting one end of the side 38b, and a fourth side 38d connecting the other end of the first side 38a and the second side 38b, and the first side 38a The second side 38b is formed by arcs having different centers. In particular, in this embodiment, the first side 38a and the second side 38b are formed by arcs having different centers and different radii. Incidentally, same to form a dynamic pressure grooves by different radii arc at the center, also but it may also be one obtained by forming a dynamic pressure groove by arc of the same radius different center. However, by forming the dynamic pressure grooves of an arc center and radius are different as described above, the different radii arc the same about the dynamic pressure grooves by the arc of the same radius in the case and different center to form the dynamic pressure grooves Compared with the case where it forms, the width | variety in the peripheral part of the dynamic pressure groove formation part of a dynamic pressure groove can be made wide.
In this embodiment, the third side 38c and the fourth side 38d are formed by arcs having the same center and different radii.

図６を用いて説明すると、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。
また、動圧溝３８は、図６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。 If it demonstrates using FIG. 6, the 1st edge | side 38a will be formed by radius Ra circular arc centering on the point P2 outside the groove part formation part 39. FIG. The second side 38b is formed by an arc having a radius Rb with the point P3 outside the groove forming portion 39 as the center. Ra varies depending on the size of the pump device, but is preferably 30 to 70 mm. Rb varies depending on the size of the pump device, but is preferably 30 to 70 mm. The distance between P2 and P3 is preferably 3 to 10 mm. The third side 38c is formed by an arc having a radius Rc with the center P1 of the groove forming part 39 as the center. The fourth side 38d is formed by an arc having a radius Rd with the center P1 of the groove forming part 39 as the center. Rc varies depending on the size of the pump device, but is preferably 6 to 18 mm. Rd varies depending on the size of the pump device, but is preferably 15 to 30 mm. Rc is preferably 0.3 to 0.8 of Rd.
Further, the dynamic pressure groove 38 is a sum B (B = Bo + B1) of the width Bo of the peripheral edge, the width B1 of the non-existing dynamic pressure groove between the peripheral edges of the adjacent dynamic pressure grooves 38 and the width Bo shown in FIG. The groove width related value s (s = Bo / B) calculated from the above is 0.6 to 0.8.
Furthermore, in the pump device of this embodiment, the four corners 38e, 38f, 38g, 38h formed by the four sides 38a, 38b, 38c, 38d of the dynamic pressure groove 38 are rounded. The four corners are preferably rounded so as to have an R of at least 0.1 mm.

また、本発明のポンプ装置では、図８に示す、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。
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。
図１４に示すような溝形状が対数螺旋の場合は、溝外半径：ｒ２、溝内半径：ｒｂ、溝流入角：α、溝部とランド部の幅の比：ａ１／ａ２、溝の個数：Ｎ、溝深さ：ｈ１、回転数：ω、粘度：μを与えることによって負荷容量が計算できる。しかし、それ以外の動圧溝形状では、流体の流れを３次元問題として解析して、負荷容量を求めて適するパラメータを決めるか、２次元問題（動圧溝の断面形状のみを考慮し、その断面と直交する長さ方向は断面の幅に十分長いとして考えることができる問題）に簡略化して理論解析した結果を用いることになる。この実施例においては、後者の設計方法を用いた。 Further, in the pump device of the present invention, the distance h1 between the impeller and the housing in the dynamic pressure groove forming portion 38 of the dynamic pressure groove forming portion at the time of impeller rotation and the non-dynamic pressure groove of the dynamic pressure groove forming portion at the time of impeller rotation shown in FIG. The groove depth-related value a (a = h1 / h2) calculated from the distance h2 between the impeller and the housing in the existing portion is 1.5 to 2.5.
The dynamic pressure groove 38 has the above-described groove width related value s (s = Bo / B) of 0.6 to 0.8 and the groove depth related value a (a = h1 / h2). However, since the groove width is larger than that of logarithmic dynamic pressure grooves having the same number of dynamic pressure grooves and the groove depth is shallow, Less occurrence.
When the groove shape as shown in FIG. 14 is a logarithmic spiral, the outer radius: r2, the inner radius: rb, the groove inflow angle: α, the ratio of the width of the groove to the land: a1 / a2, the number of grooves: The load capacity can be calculated by giving N, groove depth: h1, rotational speed: ω, viscosity: μ. However, for other dynamic pressure groove shapes, analyze the fluid flow as a three-dimensional problem and determine the appropriate parameters by determining the load capacity, or consider the two-dimensional problem (considering only the cross-sectional shape of the dynamic pressure groove, The result of a theoretical analysis that is simplified to a problem in which the length direction perpendicular to the cross section is considered to be sufficiently long as the width of the cross section is used. In this embodiment, the latter design method was used.

図３に示す遠心ポンプ装置では、
（１）インペラとロータ間の磁気カップリングによってインペラをロータ側に引く力が働く。
（２）動圧溝が発生する負荷容量によってインペラをロータ側と逆方向に動かす力が働く。
（１）の力と（２）の力が釣り合って、インペラはハウジング内で周囲と非接触に位置を保つ。
図８の形状（溝の断面方向の長さはＬとする）の動圧溝の場合を考えると、圧力ｐは、
領域１（０＜ｘ＜Ｂｏ）の場合：ｐ＝（Ｐｍ／Ｂｏ）ｘ
領域２（Ｂｏ＜ｘ＜Ｂ）の場合：ｐ＝［Ｐｍ／（Ｂ−Ｂｏ）］（Ｂ−ｘ）
となる（ｐのｙ方向の変化は十分小さく、無視できる）。ここで、
Ｐｍ＝６μＵ(ｈ_１−ｈ_２)／［ｈ_１ ^３／Ｂｏ＋ｈ_２ ^３／（Ｂ−Ｂｏ）］
である。式中のμ，Ｕはそれぞれ、流体の粘度、インペラの半径方向速度（回転数に比例）である。
したがって、１個の溝が発生する負荷容量Ｗは、
Ｗ＝ L∫_０ ^Ｂｐｄｘ
＝ＬＢＰｍ／２
である。このＷをμＵＬＢ^２で除して無次元化したＷd-lessは、
Ｗd-less＝Ｗｈ_２ ^２／（μＵＬＢ^２）
＝３ｓ（１−ｓ）（ａ−１）／［ａ^３（１−ｓ）＋ｓ］
である。ここで、ａ，ｓは、
ａ＝ｈ_１／ｈ_２，ｓ＝Ｂｏ／Ｂ
である。すると、ａ，ｓについてのＷd-lessの変化は図９のようになり、所望のｈ_１，ｈ_２に対して最大の負荷容量が得られる（効率の良い）ｓ（ＢｏとＢの比）が存在することがわかる。したがって動圧溝の形状パラメータであるｈ_１，ｈ_２，Ｂ，Ｂｏ，Ｌを適値に設定することで、十分な負荷容量を得ることができる。
図９から、ａ＝１．５〜２．５、ｓ＝０．６〜０．８
が実用的な範囲であることがわかる（最大値の約０．８倍以上の値）。
遠心ポンプの場合、インペラの外径と内径が指定されるので、それによって溝外径と溝内径が指定される。ここでは、インペラ直径５０ｍｍを想定して、
溝外径Ｄ２＝５０ｍｍ、溝内径Ｄｂ＞２０ｍｍ
の場合について、溝形状のパラメータである溝幅関連値ｓおよび溝深さ関連値ａとして、ａ＝１．８，ｓ＝０．６５を選択し設計した。この選択は、溝同士の間隔を０．５ｍｍ以上とすることより行った。
負荷容量が最大値となるのは、a＝1.866, s＝0.7182の場合であるが、各々のWd-lessは0.203, 0.206と、ほとんど変わらず１．５％の違いである。したがって、a＝1.8と、0.1mmのインペラの浮上量（図８中のｈ２）をねらっていることから、溝深さは0.08mmになる。0.08mmならば、
a＝１＋０．０８／０．１＝１．８
になる。 In the centrifugal pump device shown in FIG.
(1) A magnetic coupling between the impeller and the rotor causes a force to pull the impeller toward the rotor.
(2) The force that moves the impeller in the direction opposite to the rotor side is exerted by the load capacity generated by the dynamic pressure groove.
The force of (1) and the force of (2) are balanced, and the impeller is kept in a non-contact position with the surroundings in the housing.
Considering the case of the dynamic pressure groove of the shape of FIG. 8 (the length of the groove in the cross-sectional direction is L), the pressure p is
For region 1 (0 <x <Bo): p = (Pm / Bo) x
For region 2 (Bo <x <B): p = [Pm / (B−Bo)] (B−x)
(The change in the y direction of p is sufficiently small and can be ignored). here,
_{_{Pm = 6μU (h 1 -h 2}} ) / [h 1 3 / Bo + h 2 3 / (B-Bo)]
It is. In the formula, μ and U are the viscosity of the fluid and the radial speed of the impeller (proportional to the number of revolutions), respectively.
Therefore, the load capacity W generated by one groove is
W = L∫ ₀ ^B pdx
= LBPm / 2
It is. Wd-less, which is made dimensionless by dividing this W by μULB ² ,
Wd-less = Wh ₂ ² / (μULB ² )
= 3s (1-s) ( a-1) / [a 3 (1-s) + s]
It is. Where a and s are
a = h ₁ / h ₂ , s = Bo / B
It is. Then, the change of Wd-less with respect to a and s is as shown in FIG. 9, and the maximum load capacity can be obtained with respect to desired h ₁ and h ₂ (efficient) s (ratio of Bo and B) It can be seen that exists. Therefore, a sufficient load capacity can be obtained by setting h ₁ , h ₂ , B, Bo, and L, which are shape parameters of the dynamic pressure groove, to appropriate values.
From FIG. 9, a = 1.5 to 2.5, s = 0.6 to 0.8
Is a practical range (a value of about 0.8 times the maximum value).
In the case of a centrifugal pump, the outer diameter and inner diameter of the impeller are designated, and thereby the groove outer diameter and groove inner diameter are designated. Here, assuming an impeller diameter of 50 mm,
Groove outer diameter D2 = 50 mm, groove inner diameter Db> 20 mm
In this case, a = 1.8 and s = 0.65 were selected and designed as the groove width related value s and the groove depth related value a which are the parameters of the groove shape. This selection was performed by setting the interval between the grooves to 0.5 mm or more.
The load capacity becomes the maximum value when a = 1.866 and s = 0.7182, but the respective Wd-less values are 0.203 and 0.206, which are almost the same and are different by 1.5%. Therefore, since a = 1.8 and a flying height of the impeller of 0.1 mm (h2 in FIG. 8) are aimed, the groove depth is 0.08 mm. If 0.08mm,
a = 1 + 0.08 / 0.1 = 1.8
become.

次に今回の溝の設計手順を示す。図５が最終的な溝形状である。
１）インペラの外径をφ５０とした。このため、溝外径もφ５０とした。
２）インペラの内径をφ２０とした。このため、溝の内径はφ２０以上とすることができる。
（ｒ２−ｒｂ）／（ｒ２−ｒ１）を０．７〜０．８にしたいので、
ｒｂ＝１４にした。その場合、
（ｒ２−ｒｂ）／（ｒ２−ｒ１）＝０．７３になる。これで溝の二辺が決まる。
３）次に、動圧溝の内径・外径の中心を原点にしたときの座標（３６，−３１）を中心に半径５８の円をかく（単位はいずれもｍｍ）。この点（３６，−３１）と半径５８はねらっている溝流入角（１５〜６０度にとる）から指定しているものである。これで溝の三辺が決まる。また、前述の半径１４ｍｍと半径２５ｍｍの中点は、半径１９．５ｍｍの円周上になる。これら半径５８と半径１９．５の２つの円の交点とｘ軸とがなす角度は、７２．３６度である。したがって、交点の座標は（５．９１，１８．５８）になる。
４）次に中点の円周上でｓ＝０．６５になるように溝幅を決める。今回、溝数は１８個にするので２０度間隔で溝が設けられる。インペラの直径（動圧溝形成部の直径）が５０ｍｍ程度の場合、溝数は１５〜２０個が適当である）。ｓ＝０．６５の場合、溝がしめる角度は、２０ｘ０．６５＝１３度になるから、
７２．３６−１３＝５９．３６度
より、溝の対面の中点の円周上の座標は、
１９．５cos（59.36°）＝９．９４
１９．５sin（59.36°）＝１６．７８
となり、（９．９４，１６．７８）になる。
この点と点（３５，−３７）間の距離を半径として、点（３５，−３７）を中心に円をかく。これで溝の四辺が決まる。
なお、ここで使用した点（３５、−３７）もねらっている溝流入角（１５〜６０度にとる）から、あらかじめ指定しているものである。
５）そして、溝の４箇所の角をＲ０．５で丸める。丸める半径はＲ１でもよいが、あまり大きいと、負荷容量が低くなる。フライス盤による加工を想定して、普通に用意できるエンドミルの直径からＲ０．５がこの実施例においては適当である。
６）残り１７個の溝をかく。 Next, the design procedure for this groove is shown. FIG. 5 shows the final groove shape.
1) The outer diameter of the impeller was φ50. For this reason, the groove outer diameter is also set to φ50.
2) The inner diameter of the impeller was φ20. For this reason, the inner diameter of the groove can be set to φ20 or more.
Since (r2-rb) / (r2-r1) is desired to be 0.7 to 0.8,
rb = 14. In that case,
(R2-rb) / (r2-r1) = 0.73. This determines the two sides of the groove.
3) Next, a circle with a radius of 58 is drawn around the coordinates (36, -31) when the center of the inner diameter / outer diameter of the dynamic pressure groove is the origin (the unit is mm). This point (36, -31) and radius 58 are specified from the groove inflow angle (taken at 15 to 60 degrees). This determines the three sides of the groove. The midpoint of the radius 14 mm and the radius 25 mm is on the circumference with a radius of 19.5 mm. The angle formed by the intersection of the two circles of radius 58 and radius 19.5 and the x-axis is 72.36 degrees. Therefore, the coordinates of the intersection are (5.91, 18.58).
4) Next, the groove width is determined so that s = 0.65 on the circumference of the midpoint. Since the number of grooves is 18 this time, grooves are provided at intervals of 20 degrees. When the diameter of the impeller (diameter of the dynamic pressure groove forming portion) is about 50 mm, 15 to 20 grooves are appropriate. In the case of s = 0.65, the angle at which the groove is tightened is 20 × 0.65 = 13 degrees.
From 72.36-13 = 59.36 degrees, the coordinates on the circumference of the midpoint of the groove facing are
19.5 cos (59.36 °) = 9.94
19.5sin (59.36 °) = 16.78
And (9.94, 16.78).
A circle is drawn around the point (35, -37) with the distance between this point and the point (35, -37) as the radius. This determines the four sides of the groove.
The groove inflow angle (taken at 15 to 60 degrees) that is also aimed at the points (35, -37) used here is designated in advance.
5) Then, round the corners at the four locations of the groove with R0.5. The radius to be rounded may be R1, but if it is too large, the load capacity becomes low. Assuming machining by a milling machine, R0.5 is appropriate in this embodiment from the diameter of an end mill that can be normally prepared.
6) Make the remaining 17 grooves.

また、寸法上、同じ条件で対数螺旋の動圧溝を設計すると図１５のようになる。なお、溝の個数は若干異なるものとなる。これらの動圧溝設計の結果を用いて、図３の構造のポンプ（インペラ直径は40、50mm）に、本発明の動圧溝を設けた場合と一般的な対数螺旋溝を設けた場合の浮上量（インペラと、ロータ側のハウジング面のランド部との間の距離）を測定した所（インペラとロータ間の磁気カップリング力は双方同じである）、同じ浮上量になった。このことは本発明の動圧溝が対数螺旋溝と同等の負荷容量を発生したことを意味する。このように、負荷容量は同等であるが、図５と図１５を比較すると、本発明の動圧溝形状には以下の利点がある。
ａ）本発明の溝形状の方が溝深さを浅く、溝幅を大きくできる。このことは、赤血球に与えるダメージが小さく、溶血の点で有利である。
ｂ）本発明の溝形状の方が溝深さを浅くできる。このことは設計上有利である。すなわち、図３に示すような構造の血液ポンプの場合、インペラとロータ間の距離は剛性を確保するためにある程度小さくなければならない。これは距離が大きいとカップリング力が低くなるので、浮上時の剛性が下がってしまうためである。このため動圧溝を設ける面の厚みは制限を受ける。そして、この面自体がモータを取りつけるために強度が必要なので、溝深さは浅い方が強度を確保しやすく設計は容易になる。また、図３の構造では動圧溝はロータ側のハウジングにしかないが、流入ポート側の面にも設けて、インペラの両面で動圧を受けるようにすることも考えられる。その場合は、ロータ側からの動圧が大きくなりすぎたために、インペラが流入ポート側に移動しすぎて磁気カップリングが外れることを心配しなくてもよいので、流入ポート側にも磁気カップリングを設けて、低回転数時の浮上量増加を実現できる。流入ポート側に磁気カップリングを設ける場合もロータ側のハウジングの厚さと同様の制約があるので、溝深さが浅くできることは設計上、有利である。 Further, when a logarithmic spiral dynamic pressure groove is designed under the same conditions in terms of dimensions, it is as shown in FIG. Note that the number of grooves is slightly different. Using these dynamic pressure groove design results, the pump having the structure shown in FIG. 3 (impeller diameter of 40, 50 mm) is provided with the dynamic pressure groove of the present invention and the general logarithmic spiral groove. When the flying height (distance between the impeller and the land portion of the housing surface on the rotor side) was measured (the magnetic coupling force between the impeller and the rotor was the same), the flying height was the same. This means that the dynamic pressure groove of the present invention generates a load capacity equivalent to that of the logarithmic spiral groove. Thus, although load capacity is equivalent, when FIG. 5 and FIG. 15 are compared, the dynamic pressure groove shape of the present invention has the following advantages.
a) The groove shape of the present invention can reduce the groove depth and increase the groove width. This is advantageous in terms of hemolysis since damage to red blood cells is small.
b) The groove shape of the present invention can reduce the groove depth. This is advantageous in design. That is, in the case of a blood pump having a structure as shown in FIG. 3, the distance between the impeller and the rotor must be small to some extent in order to ensure rigidity. This is because, when the distance is large, the coupling force is low, so that the rigidity at the time of rising is lowered. For this reason, the thickness of the surface on which the dynamic pressure groove is provided is limited. Since this surface itself requires strength to mount the motor, the shallower the groove, the easier it is to secure the strength and the design becomes easier. In the structure of FIG. 3, the dynamic pressure groove is provided only on the rotor side housing, but it is also conceivable to provide the dynamic pressure groove on both sides of the impeller by providing it on the surface on the inflow port side. In that case, since there is too much dynamic pressure from the rotor side, there is no need to worry about the impeller moving too far to the inflow port side and the magnetic coupling coming off. To increase the flying height at low revolutions. In the case where a magnetic coupling is provided on the inflow port side, there are restrictions similar to the thickness of the housing on the rotor side, so that the groove depth can be made shallow, which is advantageous in terms of design.

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正面図である。図１１は、図１０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１２は、図１０の遠心式血液ポンプ装置のＢ−Ｂ線断面図である。図１３は、図１０の遠心式血液ポンプ装置の底面図である。なお、図１０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と同じであり、図１０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の断面は、図５と同じであるのでそれらを参照する。 Next, a centrifugal blood pump device according to another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 is a front view of another embodiment of the centrifugal blood pump device of the present invention. FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the centrifugal blood pump apparatus of the embodiment shown in FIG. 12 is a cross-sectional view of the centrifugal blood pump device of FIG. 10 taken along line BB. 13 is a bottom view of the centrifugal blood pump apparatus of FIG. The plan view of the centrifugal blood pump device of the embodiment shown in FIG. 10 is the same as FIG. 2, and the cross section of the centrifugal blood pump device in FIG. Are the same as those in FIG.

この実施例のポンプ装置５０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５０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５０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、動圧溝３８の形態としては、上述した実施例と同じである。
この実施例のポンプ装置５０では、インペラ回転トルク発生部３は、図１１および図１３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。 The substantial difference between the pump device 50 of this embodiment and the pump device 1 of the above-described embodiment is only the mechanism of the impeller rotational torque generating unit 3. The impeller rotational torque generator 3 in the pump device 50 of this embodiment is of a type that directly drives the impeller without providing a so-called rotor. Also in the pump device 50 of this embodiment, the impeller 21 rotates without contacting the inner surface of the housing due to the pressure generated by the dynamic pressure groove during rotation. In the following description, only differences will be described. The form of the dynamic pressure groove 38 is the same as that in the above-described embodiment.
In the pump device 50 according to this embodiment, the impeller rotational torque generating unit 3 includes a plurality of stator coils 61 housed in the housing 20 as shown in FIGS. 11 and 13. A plurality of stator coils 61 are arranged on the circumference so as to be substantially equiangular with respect to the central axis of the circumference. Specifically, six stator coils are used. As the stator coil, a multi-layer stator coil is used. By switching the direction of the current flowing through each stator coil 61, a rotating magnetic field is generated, and the impeller is attracted and rotated by this rotating magnetic field.

そして、図１２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。埋設された磁性体２５（永久磁石）は、インペラ回転トルク発生部３のステーターコイル６１によりインペラ２１を血液流入ポート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回転トルクを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、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。 And as shown in FIG. 12, the impeller 21 has a plurality of (for example, 6 to 12) magnetic bodies 25 (permanent magnets, driven magnets) embedded therein. In this embodiment, the magnetic body 25 is embedded in the lower shroud 27. The embedded magnetic body 25 (permanent magnet) attracts the impeller 21 to the side opposite to the blood inflow port 22 by the stator coil 61 of the impeller rotational torque generating unit 3 and couples the operation of the stator coil 61 with rotational torque. Provided to communicate.
In addition, by embedding a certain number of magnetic bodies 25 as in this embodiment, sufficient magnetic coupling with the stator coil 61 can be ensured. The shape of the magnetic body 25 (permanent magnet) is preferably substantially trapezoidal. The magnetic body 25 may be either a ring shape or a plate shape. Moreover, it is preferable that the number and arrangement | positioning form of the magnetic body 25 respond | correspond to the number and arrangement | positioning form of a stator coil. The plurality of magnetic bodies 25 are arranged on the circumference so that the magnetic poles are alternately different and at substantially the same angle with respect to the central axis of the impeller.

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。FIG. 1 is a front view of an embodiment of a centrifugal blood pump apparatus according to the present invention. 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。FIG. 2 is a plan view of the centrifugal blood pump apparatus shown in FIG. 図３は、図１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。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the centrifugal blood pump apparatus of the embodiment shown in FIG. 図４は、図１の遠心式血液ポンプ装置のＡ−Ａ線断面図である。4 is a cross-sectional view of the centrifugal blood pump device of FIG. 1 taken along line AA. 図５は、図１の遠心式血液ポンプ装置のＡ−Ａ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。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where the impeller is removed from the cross-sectional view taken along the line AA of the centrifugal blood pump device of FIG. 図６は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の動圧溝の形態を説明するための説明図である。FIG. 6 is an explanatory view for explaining the form of the dynamic pressure groove of the centrifugal blood pump device of the present invention. 図７は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の動圧溝の形態を説明するための説明図である。FIG. 7 is an explanatory view for explaining the form of the dynamic pressure groove of the centrifugal blood pump device of the present invention. 図８は、動圧溝に関する二次元の理論解析過程を説明するための説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a two-dimensional theoretical analysis process related to the dynamic pressure grooves. 図９は、動圧溝に関する二次元の理論解析結果を説明するための説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a two-dimensional theoretical analysis result regarding the dynamic pressure grooves. 図１０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。FIG. 10 is a front view of another embodiment of the centrifugal blood pump device of the present invention. 図１１は、図１０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。FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the centrifugal blood pump apparatus of the embodiment shown in FIG. 図１２は、図１０の遠心式血液ポンプ装置のＢ−Ｂ線断面図である。12 is a cross-sectional view of the centrifugal blood pump device of FIG. 10 taken along line BB. 図１３は、図１０の遠心式血液ポンプ装置の底面図である。13 is a bottom view of the centrifugal blood pump apparatus of FIG. 図１４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。FIG. 14 is an explanatory view for explaining the form of a logarithmic spiral type dynamic pressure groove. 図１５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。FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining a form of a logarithmic spiral type dynamic pressure groove.

Explanation of symbols

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
３１ロータ
３３磁石
３４モータ
３８動圧溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Centrifugal blood pump apparatus 2 Centrifugal pump part 3 Impeller rotational torque generation part 20 Housing 21 Impeller 25 Magnetic body 31 Rotor 33 Magnet 34 Motor 38 Dynamic pressure groove

Claims

A housing having a liquid inflow port and a liquid outflow port; a magnetic pump; a centrifugal pump unit having an impeller that rotates within the housing and that feeds liquid by centrifugal force during rotation; and the centrifugal pump unit An impeller rotational torque generating portion for sucking and rotating the impeller, and a dynamic pressure groove forming portion provided on the inner surface of the housing on the impeller rotational torque generating portion side or on the surface of the impeller on the impeller rotational torque generating portion side A centrifugal blood pump device in which an impeller rotates in a non-contact state by the dynamic pressure groove with respect to the housing,
The dynamic pressure groove forming portion is provided with a plurality of dynamic pressure grooves, and each dynamic pressure groove extends from the peripheral edge of the dynamic pressure groove forming portion to the center side and faces the first and second sides facing each other. A third side connecting one end of the first side and the second side, and a fourth side connecting the other end of the first side and the second side, and The one side and the second side are formed by arcs having different centers, and further, the distance h1 between the impeller and the housing in the dynamic pressure groove portion of the dynamic pressure groove forming portion at the time of the impeller rotation, and the impeller rotation The groove depth related value a (a = h1 / h2) calculated from the distance h2 between the impeller and the housing in the dynamic pressure groove non-existing portion of the dynamic pressure groove forming portion at time is 1.5 to 2.5 The width Bo of the peripheral edge of the dynamic pressure groove and the width B1 of the non-existing dynamic pressure groove between the peripheral edges of the adjacent dynamic pressure grooves; Groove width is calculated from the sum B of the serial width Bo associated value s (s = Bo / B) is a centrifugal blood pump apparatus, characterized in that 0.6 to 0.8.

The centrifugal blood pump device according to claim 1, wherein the dynamic pressure groove forming part is provided with 6 to 36 dynamic pressure grooves.

4. The centrifugal blood pump device according to claim 1, wherein four corners of the dynamic pressure groove formed of the four sides are rounded so as to have a radius R of 0.1 mm or more and 1 mm or less .

The impeller rotational torque generating unit includes a rotor including a magnet for attracting the magnetic body of the impeller and a motor that rotates the rotor, and the dynamic pressure groove is formed on the inner surface of the housing on the rotor side or on the impeller. The centrifugal blood pump device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the centrifugal blood pump device is provided on a surface on the rotor side.

The impeller rotational torque generating unit includes a plurality of stator coils arranged on a circumference for attracting the magnetic body of the impeller and rotating the impeller, and the dynamic pressure groove includes The centrifugal blood pump device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the centrifugal blood pump device is provided on an inner surface of the housing on the stator coil side or a surface on the stator coil side of the impeller.