JPWO2011118325A1 - 遠心式血液ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

遠心式血液ポンプ装置１は、ハウジング２０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２１を有する遠心ポンプ部２と、インペラの磁性体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、インペラ回転トルク発生部３側のハウジング２０の内面に設けられた複数の動圧溝を備える。そして、動圧溝の側壁５２は、動圧溝の底面５３より動圧溝の開口面に向かって動圧溝が拡がるように斜めに傾斜する傾斜側壁５２となっている。

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。

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、特許文献１（特開平４−９１３９６号公報）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。
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、本件出願人は、特許文献２（ＵＳＰ７７４８９６４、特開２００５−２７０３４５号公報）を提案している。
特許文献２の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内で回転し血液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を備える。動圧溝３８は、インペラ回転時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を満たすものとなっている。

また、本件出願人は、特許文献３（ＵＳＰ７４７０２４６、特開２００４−２０９２４０号公報）において、動圧溝の角となる部分が少なくとも０．０５ｍｍ以上のＲを持つように面取りすることを提案している。

特開平４−９１３９６号公報 ＵＳＰ７７４８９６４（特開２００５−２７０３４５号公報） ＵＳＰ７４７０２４６（特開２００４−２０９２４０号公報）

特許文献２および３のものは、溶血が起きにくいものとなっているが、本発明者が鋭意検討したところ、より確実に溶血を防止できるものを知見した。

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十分に少ない遠心式血液ポンプ装置を提供するものである。

上記目的を達成するものは、以下のものである。
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、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複数の動圧溝を備え、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、前記動圧溝は、前記動圧溝の底面もしくは該底面より所定長開口面側の部位より動圧溝の開口面に向かって動圧溝が拡がるように斜めに傾斜する傾斜側壁を有する遠心式血液ポンプ装置。

本発明の血液ポンプ装置によれば、動圧溝の側壁を傾斜面とすることにより、動圧溝エッジ部での剪断力を低減することが可能となり溶血を抑えることができる。また、動圧溝形成部の側壁を傾斜面とすることにより、動圧溝内外間の血液循環を改善することができ、血液の滞留を防止することができ、動圧溝内部での血栓形成を抑制する。

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（インペラは外観にて表す）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。 図７は、図４の遠心式血液ポンプ装置におけるインペラの断面図である。 図８は、本発明の遠心式血液ポンプ装置における動圧溝の形態を説明するための説明図である。 図９は、図８に示した動圧溝の断面形態を説明するための説明図である。 図１０は、本発明の他の実施例の遠心式血液ポンプ装置における動圧溝の形態を説明するための説明図である。 図１１は、図１０に示した動圧溝の断面形態を説明するための説明図である。 図１２は、図１０に示した動圧溝の断面形態を説明するための説明図である。 図１３は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の底面図である。 図１４は、図１３の遠心式血液ポンプ装置のＤ−Ｄ線断面図である。 図１５は、図１４の遠心式血液ポンプ装置のＥ−Ｅ線断面図（インペラは外観にて表す）である。 図１６は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の横断面図である。 図１７は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の縦面図である。 図１８は、本発明の他の実施例の遠心式血液ポンプ装置の動圧溝の断面形態を説明するための説明図である。

本発明の遠心式血液ポンプ装置を図面に示す実施例を用いて説明する。
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、磁性体（この実施例では永久磁石）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、インペラ回転トルク発生部３側のハウジング２０の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面に設けられた複数の動圧溝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、動圧溝３８は、動圧溝３８の底面５３もしくは底面５３より所定長開口面の部位より動圧溝３８の開口面に向かって動圧溝が拡がるように斜めに傾斜する傾斜側壁を有するものとなっている。特に、図示する実施例の遠心式血液ポンプ装置では、動圧溝３８の側壁５２は、動圧溝３８の底面５３より動圧溝３８の開口面（言い換えれば、上面）に向かって動圧溝が拡がるように斜めに傾斜する傾斜側壁５２となっている。

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。
また、この実施例の遠心式血液ポンプ装置１では、インペラ２１をインペラ回転トルク発生部３と反対方向に吸引するインペラ補助吸引部４を備える。
インペラ２１は、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、永久磁石４１によりインペラ２１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。

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２２は、このようなストレート管に限定されるものでなく、湾曲管もしくは屈曲管でもよい。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。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２１ａを有する円板状のインペラ２１が収納されている。この実施例におけるハウジング２０では、ボリュートを実質的に備えないものとなっている。このため、血液流出ポートは、図５および図８に示すように、遠心ポンプ部２のインペラ回転領域２０ｃの一部と直接連通するものとなっている。また、血液流出ポート２３は、インペラ回転領域２０ｃの接線方向と平行に直線的に延びるものとなっている。

インペラ２１は、図３に示すように、平板リング状のインペラ本体部材１８と、インペラ本体部材１８の一方の面に固定されるリング状のインペラ表面形成部材２８とを備える。特に、この実施例におけるインペラ２１は、インペラ本体部材１８の他方の面に固定される平板リング状の第２のインペラ表面形成部材２７を備える。
また、図４および図７に示すように、インペラ本体部材１８は、等角度に配置された複数（この実施例では７つ）のベーン形成部１９ａと、複数のベーン形成部１９ａの上部を連結する上部リング部と、複数のベーン形成部１９ａの下部を連結する下部リング部とを備えている。
インペラ表面形成部材２８は、平板リング状部材となっており、第２の磁性体２９の収納部を備えており、第２の磁性体２９は、インペラ本体部材１８とインペラ表面形成部材２８間に移動不能に配置されている。なお、第２の磁性体収納部は、インペラ本体部材１８に設けてもよく、また、インペラ表面形成部材２８とインペラ本体部材１８の両者に、配分して設けてもよい。
第２のインペラ表面形成部材２７は、平板リング状部材となっている。また、インペラ表面形成部材２７は、第１の磁性体２５の収納部を備えており、第１の磁性体２５は、インペラ本体部材１８と第２のインペラ表面形成部材２７間に移動不能に配置されている。なお、第１の磁性体収納部は、インペラ本体部材１８に設けてもよく、また、第２のインペラ表面形成部材２７とインペラ本体部材１８の両者に、配分して設けてもよい。
そして、インペラ本体部材１８、インペラ表面形成部材２８、第２のインペラ表面形成部材２７は、非磁性材料により形成されている。

第２の磁性体２９としては、磁性ステンレス、永久磁石等が使用される。この実施例では、図４に示すように、第２の磁性体２９は、永久磁石４１の形状に対応するように、平板リング状のものとなっている。なお、第２の磁性体２９は、複数の磁性体を等角度に配置することにより構成してもよい。
第１の磁性体２５としては、永久磁石、磁性ステンレスなどが使用され、特に、永久磁石が好ましい。この実施例では、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。第１の磁性体２５（永久磁石）は、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、ロータとの磁気カップリング力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。

そして、インペラ２１は、図７に示すように、隣り合うベーン形成部１９ａにより仕切られた複数（７つ）の血液通路が形成されている。血液通路は、図７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、隣り合う血液通路間にベーン形成部１９ａ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およびそれぞれのベーン形成部１９ａは、等角度間隔にかつほぼ同じ形状に設けられている。
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の第１の磁性体（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、ロータ３１を回転駆動させるモータとしては、ＤＣブラシレスモータを含む同期モータ、インダクションモータを含む非同期モータなどが使用されるが、モータの種類はどのようなものであってもよい。また、モータの回転時における複数の永久磁石３３の中心とロータの中心は一致している。

インペラ補助吸引部４は、図２および図３に示すように、インペラの第２の磁性体２９を吸引するための固定された少なくとも１つの永久磁石４１を備える。具体的には、永久磁石４１は、リング状のものが用いられている。また、リング状の永久磁石を同心的に複数配置してもよい。さらには、永久磁石４１としては、複数の永久磁石を等角度間隔に配置したものでもよい。この場合、永久磁石の数としては、２〜８個が好ましく、特に、３〜６個が好ましい。
この実施例では、永久磁石４１を用いているが、第２の磁性体２９をインペラ回転トルク発生部の吸引方向と反対側に吸引する磁性体としては、電磁石でもよく、さらには、第２の磁性体が、永久磁石であれば、強磁性体でもよい。

そして、この実施例の遠心式血液ポンプ装置では、ハウジング２０のインペラ側の内面に動圧溝形成部が設けられており、動圧溝形成部には、複数の動圧溝３８が設けられている。そして、各動圧溝３８の側壁５２は、動圧溝３８の底面５３より動圧溝３８の上面に向かって動圧溝が拡がるように斜めに傾斜する傾斜側壁５２となっている。
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、０．０１〜０．４ｍｍ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、２０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。

そして、動圧溝形成部に形成された各動圧溝３８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長辺５２ａおよび第２長辺５２ｂと、第１長辺５２ａおよび第２長辺５２ｂの動圧溝形成部の周縁側の端部間を結ぶ第１短辺５２ｃと、第１長辺５２ａおよび第２長辺５２ｂの動圧溝形成部の中央側の端部間を結ぶ第２短辺５２ｄとを備える。
そして、この実施例では、第１長辺５２ａおよび第２長辺５２ｂは、同じ方向に湾曲する円弧状長辺であり、第１長辺５２ａは、湾曲方向前方に位置し、第２長辺５２ｂは、湾曲方向後方に位置するものとなっている。よって、各動圧溝３８は、弓状に湾曲している。複数の動圧溝３８は、動圧溝形成部の中心を取り囲むように設けられている。また、各動圧溝３８は、中央側より周辺側に向かって幅が徐々に大きくなるものとなっている。

さらに、この実施例では、第２長辺５２ｂと第１短辺５２ｃの連結部５２ｇは、連結部５２ｇの内側かつ連結部５２ｇ付近に中心点を有する円弧状となっている。このようにすることにより、血液の滞留をより確実に防止でき、かつと加工も容易である。また、第２短辺５２ｄは、中央部が動圧溝形成部の中央側に湾曲（中央側に突出するように湾曲）した湾曲辺となっている。このようにすることにより、血液の滞留をより確実に防止でき、かつ加工も容易である。

この実施例では、各動圧溝３８の第１長辺５２ａ、第２長辺５２ｂ、第１短辺５２ｃ、第２短辺５２ｄの側壁は、すべて上方（インペラ方向）に向かって拡がるように傾斜する傾斜面となっている。具体的には、図８における第１長辺５２ａのａ−ａ線断面、第２長辺５２ｂのｂ−ｂ線断面、第１短辺５２ｃのｃ−ｃ線断面、第２短辺５２ｄのｄ−ｄ線断面は、図９に示すように、すべて上方（インペラ方向）に向かって拡がるように傾斜する傾斜面となっている。
各側面の傾斜度としては、傾斜側面の幅Ｗと動圧溝深さＨとの関係（Ｗ／Ｈ）が、１／１０〜２であることが好ましく、特に、５／１０〜１．５であることが好ましい。そして、第１長辺部分５２ａの側壁、第２長辺部分５２ｂの側壁、第１短辺部分５２ｃの側壁、第２短辺部分５２ｄの側壁は、上記のようにすべて上方（インペラ方向）に向かって拡がるように傾斜する傾斜面となっているため、動圧溝３８の底面５３に対して鈍角θをなすものとなっている。
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とともに動圧溝内への血液流通を良好にするため、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、この実施例では、動圧溝３８における第１長辺５２ａ、第２長辺５２ｂ、第１短辺５２ｃ、第２短辺５２ｄの各側壁の傾斜度はほぼ同じものとなっている。
なお、動圧溝３８における第１長辺５２ａ、第２長辺５２ｂ、第１短辺５２ｃ、第２短辺５２ｄの各側壁の傾斜度は、同じものではなく異なるものであってもよい。例えば、図１０、図１１および図１２に示すように、第２長辺５２ｂの側壁の傾斜度（傾斜面と底面間の角度）が、第１長辺５２ａの側壁の傾斜度（傾斜面と底面間の角度）より大きいものとしてもよい。具体的には、第２長辺５２ｂのｂ１−ｂ１断面が、図１１のような傾斜度（傾斜面と底面間の角度θ１）が大きいものとし、第１長辺５２ａのａ１−ａ１断面が、図１２のような上記のθ１より角度が小さいθ２となるようなものであってもよい。このようにすることにより、動圧溝の湾曲方向後方に位置する第２長辺５２ｂの側面がなだらかな傾斜面となり、動圧溝３８への血液流入を良好なものとし、動圧溝の湾曲方向前方に位置する第１長辺５２ｂの側面は大きな傾斜を持たない傾斜面となり、動圧力を確実に発現できる。また、第１短辺５２ｃのｃ１−ｃ１断面が、図１１のような傾斜度（傾斜面と底面間の角度θ１）が大きいものとし、第２長辺５２ｄのｄ１−ｄ１断面が、図１２のような上記のθ１より角度が小さいθ２となるようなものであってもよい。このようにすることにより、動圧溝の外周側に位置する第１短辺５２ｃの側面がなだらかな傾斜面となり、動圧溝３８への血液流入を良好なものとなる。
なお、上述した実施例のものでは、動圧溝３８の側壁全体が傾斜側壁となっているが、このようなものが好適ではあるが、これに限定されるものではなく、図１８に示すように、動圧溝３８は、動圧溝３８の底面５３より所定長（若干）開口面の部位より動圧溝３８の開口面に向かって動圧溝が拡がるように斜めに傾斜する傾斜側壁を有するものであってもよい。
この場合、各傾斜側壁部の傾斜度としては、傾斜側壁部の幅Ｗ３と傾斜側壁部の深さＨ３との関係（Ｗ３／Ｈ３）が、１／１０〜２であることが好ましく、特に、１／２〜３／２であることが好ましい。また、動圧溝底面と傾斜側壁部の開始部までの距離Ｈ４と動圧溝深さ（Ｈ３＋Ｈ４）との関係（Ｈ４／（Ｈ３＋Ｈ４））が０〜９／１０であることが好ましく、特に、０〜４／５であることが好ましい。
そして、このようなタイプの動圧溝においても、第１長辺、第２長辺、第１短辺、第２短辺における各傾斜側壁部の傾斜度はほぼ同じものであってもよく、また、上述したもののように、第１長辺、第２長辺、第１短辺、第２短辺の各側壁の傾斜側壁部の傾斜度は、異なるものであってもよい。このようにすることにより、血液の滞留をより確実に防止でき、かつ加工も容易である。

さらに、この実施例の遠心式血液ポンプ装置１では、上述したように、浮上補助機構を備えており、さらに、図６に図示するように、ハウジング２０は、インペラ補助吸引部４側（浮上補助機構側、永久磁石４１側）のハウジング内面２０ｂに設けられた浮上補助機構側動圧溝（第２の動圧溝）７１を備えている。
このため、インペラ２１は、所定以上の回転数で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のインペラ表面形成部材２８とハウジング内面２０ｂとの隙間と、インペラ２１の第２のインペラ表面形成部材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。

動圧溝７１は、図６に示すように、インペラ２１の上面（補助吸引側面）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。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、０．０１〜０．４ｍｍ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、２０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７１は、ハウジング側ではなくインペラ２１の補助吸引部側の面に設けてもよい。
動圧溝７１としては、図６に示すように、ミラー対称（反転）形状となっている以外は、上述した動圧溝３８と同じ形態のものが好ましい。この第２の動圧溝７１も、インペラ２１の上面（補助吸引部側面）に対応する大きさに形成されている。
そして、各動圧溝７１の側壁は、上述した動圧溝３８と同様に、動圧溝７１の底面より動圧溝７１の開口面（言い換えれば、下面）に向かって動圧溝が拡がるように斜めに傾斜する傾斜側壁となっている。また、各動圧溝７１の形状は、上述した動圧溝３８にて説明したものと同じ構成であることが好ましい。
そして、動圧溝形成部に形成された各動圧溝７１は、上述した動圧溝３８と同様に、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長辺および第２長辺と、第１長辺および第２長辺の動圧溝形成部の周縁側の端部間を結ぶ第１短辺と、第１長辺および第２長辺の動圧溝形成部の中央側の端部間を結ぶ第２短辺とを備える。
そして、この実施例では、第１長辺および第２長辺は、同じ方向に湾曲する円弧状長辺であり、第１長辺は、湾曲方向前方に位置し、第２長辺は、湾曲方向後方に位置するものとなっている。よって、各動圧溝７１は、弓状に湾曲している。複数の動圧溝は、動圧溝形成部の中心を取り囲むように設けられている。また、各動圧溝は、中央側より周辺側に向かって幅が徐々に大きくなるものとなっている。
さらに、この実施例では、第２長辺と第１短辺の連結部は、連結部の内側かつ連結部付近に中心点を有する円弧状となっている。また、第２短辺は、中央部が動圧溝形成部の中央側に湾曲（中央側に突出するように湾曲）した湾曲辺となっている。そして、各動圧溝７１の第１長辺、第２長辺、第１短辺、第２短辺の側壁は、すべて開口面（下方、インペラ方向）に向かって拡がるように傾斜する傾斜面となっている。各側面の傾斜度としては、上述したものと同じであることが好ましい。
そして、動圧溝７１における第１長辺、第２長辺、第１短辺、第２短辺の各側壁の傾斜度はほぼ同じものとなっている。なお、動圧溝７１における第１長辺、第２長辺、第１短辺、第２短辺の各側壁の傾斜度は、同じものではなく、上述した動圧溝３８にて説明したように異なるものであってもよい。
そして、この第２の動圧溝７１においても、動圧溝７１の側壁全体が傾斜側壁となっているものが好適ではあるが、これに限定されるものではなく、図１８に示し説明した動圧溝３８と同様に、動圧溝７１の底面より所定長（若干）開口面の部位より動圧溝７１の開口面に向かって動圧溝が拡がるように斜めに傾斜する傾斜側壁を有するものであってもよい。また、このようなタイプの動圧溝とする場合、その形態は、傾斜側壁部の幅Ｗ３と、動圧溝深さ（Ｈ３＋Ｈ４）との関係などを含め図１８に示し説明したものと同じ構成であることが好ましい。

そして、この実施例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２９と永久磁石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とが好ましい。このようにすることにより、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。

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永久磁石４１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。永久磁石４１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。

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底面図である。図１４は、図１３の遠心式血液ポンプ装置のＤ−Ｄ線断面図である。図１５は、図１４の遠心式血液ポンプ装置のＥ−Ｅ線断面図（インペラは外観にて表す）である。
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１３ないし図１５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５５を備える。ステーターコイル５５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５５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１４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５５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５５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、後述するステーターコイル５５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。

そして、上述した実施例では、実質的にボリュートを備えないものとなっているが、上述したすべての実施例において、図１６に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置６０のように、血液ポンプ部は、インペラ回転領域２０ｃを取り囲みかつ血液流出ポート２３に向かうに従って幅が広くなるボリュート２４ａを備えるものであってもよい。
また、上述した実施例では、インペラ補助吸引部４を備えるものとなっているが、上述したすべての実施例において、図１７に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置７０のように、インペラ補助吸引部を備えないものであってもよい。この実施例の遠心式血液ポンプ装置７０では、第２の動圧溝７１を備えるものとなっているが、第２の動圧溝も備えないものであってもよい。

本発明の遠心式血液ポンプ装置は、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、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複数の動圧溝を備え、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、
前記動圧溝は、前記動圧溝の底面もしくは該底面より所定長開口面側の部位より動圧溝の開口面に向かって動圧溝が拡がるように斜めに傾斜する傾斜側壁を有する遠心式血液ポンプ装置。

そして、本発明の実施態様は、以下のものであってもよい。
（２） 前記動圧溝の側壁は、前記動圧溝の底面より動圧溝の開口面に向かって動圧溝が拡がるように斜めに傾斜する傾斜側壁となっている上記（１）に記載の遠心式血液ポンプ装置。
（３） 前記動圧溝は、前記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長辺および第２長辺と、前記第１長辺および前記第２長辺の前記動圧溝形成部の周縁側の端部間を結ぶ第１短辺と、前記第１長辺および第２長辺の前記動圧溝形成部の中央側の端部間を結ぶ第２短辺と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。
（４） 前記第２短辺は、中央部が前記動圧溝形成部の中央側に湾曲した湾曲辺となっている上記（３）に記載の遠心式血液ポンプ装置。
（５） 前記第１長辺および前記第２長辺は、同じ方向に湾曲する円弧状長辺であり、前記第１長辺は、湾曲方向前方に位置し、前記第２長辺は、湾曲方向後方に位置するものであり、前記第２長辺と前記第１短辺の連結部は、該連結部の内側かつ該連結部付近に中心点を有する円弧状となっている上記（３）または（４）に記載の遠心式血液ポンプ装置。
（６） 前記第１長辺部分の側壁、前記第２長辺部分の側壁、前記第１短辺部分の側壁および前記第２短辺部分の側壁は、前記動圧溝の底面に対して鈍角をなす傾斜側壁となっている上記（３）ないし（５）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。

（７） 前記インペラは、第２の磁性体を備え、前記遠心式血液ポンプ装置は、前記インペラの第２の磁性体を前記インペラ回転トルク発生部と反対側に磁気的吸引し、前記インペラを前記ハウジング内での浮上を補助する浮上補助機構と、前記インペラ回転トルク発生部と反対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と反対側の面に設けられた浮上補助機構側の動圧溝を有し、かつ、該浮上補助機構側の動圧溝の側壁は、前記動圧溝の底面より動圧溝の開口面に向かって動圧溝が拡がるように斜めに傾斜する傾斜側壁となっている上記（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（７）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
（９） 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（６）のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。

Claims (9)

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、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複数の動圧溝を備え、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、
   前記動圧溝は、前記動圧溝の底面もしくは該底面より所定長開口面側の部位より動圧溝の開口面に向かって動圧溝が拡がるように斜めに傾斜する傾斜側壁を有することを特徴とする遠心式血液ポンプ装置。
2. 前記動圧溝の側壁は、前記動圧溝の底面より動圧溝の開口面に向かって動圧溝が拡がるように斜めに傾斜する傾斜側壁となっている請求項１に記載の遠心式血液ポンプ装置。
3. 前記動圧溝は、前記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長辺および第２長辺と、前記第１長辺および前記第２長辺の前記動圧溝形成部の周縁側の端部間を結ぶ第１短辺と、前記第１長辺および第２長辺の前記動圧溝形成部の中央側の端部間を結ぶ第２短辺と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。
4. 前記第２短辺は、中央部が前記動圧溝形成部の中央側に湾曲した湾曲辺となっている請求項３に記載の遠心式血液ポンプ装置。
5. 前記第１長辺および前記第２長辺は、同じ方向に湾曲する円弧状長辺であり、前記第１長辺は、湾曲方向前方に位置し、前記第２長辺は、湾曲方向後方に位置するものであり、前記第２長辺と前記第１短辺の連結部は、該連結部の内側かつ該連結部付近に中心点を有する円弧状となっている請求項３または４に記載の遠心式血液ポンプ装置。
6. 前記第１長辺部分の側壁、前記第２長辺部分の側壁、前記第１短辺部分の側壁および前記第２短辺部分の側壁は、前記動圧溝の底面に対して鈍角をなす傾斜側壁となっている請求項３ないし５のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
7. 前記インペラは、第２の磁性体を備え、前記遠心式血液ポンプ装置は、前記インペラの第２の磁性体を前記インペラ回転トルク発生部と反対側に磁気的吸引し、前記インペラを前記ハウジング内での浮上を補助する浮上補助機構と、前記インペラ回転トルク発生部と反対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と反対側の面に設けられた浮上補助機構側の動圧溝を有し、かつ、該浮上補助機構側の動圧溝の側壁は、前記動圧溝の底面より動圧溝の開口面に向かって動圧溝が拡がるように斜めに傾斜する傾斜側壁となっている請求項１ないし６のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
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７のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
9. 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６のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。

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