WO2010101082A1 - 遠心式ポンプ装置 - Google Patents

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WO2010101082A1
WO2010101082A1 PCT/JP2010/053069 JP2010053069W WO2010101082A1 WO 2010101082 A1 WO2010101082 A1 WO 2010101082A1 JP 2010053069 W JP2010053069 W JP 2010053069W WO 2010101082 A1 WO2010101082 A1 WO 2010101082A1
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WO
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dynamic pressure
impeller
pressure grooves
grooves
pump device
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PCT/JP2010/053069
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尾崎　孝美
山田　裕之
鈴木　健一
顕 杉浦
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Ntn株式会社
テルモ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal pump device, and more particularly to a centrifugal pump device provided with an impeller that sends a liquid by a centrifugal force during rotation.
  • centrifugal blood pump device that transmits a driving torque of an external motor to an impeller in a blood chamber using a magnetic coupling is increasing as a blood circulation device of an oxygenator. According to this centrifugal blood pump device, physical communication between the outside and the blood chamber can be eliminated, and invasion of blood such as bacteria can be prevented.
  • the centrifugal blood pump of Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-209240
  • a housing including first to third chambers partitioned by first and second partition walls, and a second chamber (blood chamber).
  • An impeller provided rotatably inside, a magnetic body provided on one side of the impeller, an electromagnet provided in the first chamber facing the one side of the impeller, and provided on the other side of the impeller
  • a permanent magnet, a rotor and a motor provided in the third chamber, and a permanent magnet provided on the rotor facing the other surface of the impeller.
  • a dynamic pressure groove is formed on the surface of the second partition wall facing the other surface of the impeller.
  • the impeller Due to the attractive force acting on one side of the impeller from the electromagnet, the attractive force acting on the other surface of the impeller from the permanent magnet of the rotor, and the hydrodynamic bearing effect of the dynamic pressure groove, the impeller is separated from the inner wall of the second chamber, Rotates without contact.
  • the centrifugal blood pump disclosed in Patent Document 2 includes a housing including first to third chambers partitioned by first and second partition walls, and a second chamber (blood An impeller rotatably provided in the chamber), a magnetic body provided on one surface of the impeller, a first permanent magnet provided in the first chamber facing the one surface of the impeller, and an impeller A second permanent magnet provided on the other surface; a rotor and a motor provided in the third chamber; and a third permanent magnet provided on the rotor facing the other surface of the impeller.
  • a first dynamic pressure shaft is formed on the surface of the first partition wall facing the one surface of the impeller, and a second dynamic pressure groove is formed on the surface of the second partition wall facing the other surface of the impeller.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 4-91396
  • a housing an impeller rotatably provided in the housing, and a first pump provided on one surface of the impeller.
  • 1 permanent magnet a rotor provided outside the housing, a second permanent magnet provided on the rotor facing one surface of the impeller, and a third permanent magnet provided on the other surface of the impeller
  • a magnetic body provided on the housing so as to face the other surface of the impeller.
  • a first dynamic pressure groove is formed on one surface of the impeller, and a second dynamic pressure groove is formed on the other surface of the impeller.
  • the impeller Due to the attractive force acting on one side of the impeller from the second permanent magnet of the rotor, the attractive force acting on the other surface of the impeller from the magnetic body of the housing, and the hydrodynamic bearing effect of the first and second dynamic pressure grooves
  • the impeller is separated from the inner wall of the housing and rotates in a non-contact state.
  • the clean pump disclosed in Patent Document 4 Japanese Utility Model Publication No. 6-53790
  • a casing an impeller provided rotatably in the casing, a first permanent magnet provided on one surface of the impeller, and a casing.
  • a rotor provided outside the rotor, a second permanent magnet provided on the rotor facing one surface of the impeller, a magnetic body provided on the other surface of the impeller, and a housing facing the other surface of the impeller
  • an electromagnet provided outside.
  • a dynamic pressure groove is formed on one surface of the impeller.
  • the electromagnet When the rotation speed of the impeller is lower than the predetermined rotation speed, the electromagnet is operated, and when the rotation speed of the impeller exceeds the predetermined rotation speed, energization to the electromagnet is stopped. Due to the attractive force acting on one surface of the impeller from the second permanent magnet of the rotor and the hydrodynamic bearing effect of the hydrodynamic groove, the impeller is separated from the inner wall of the housing and rotates in a non-contact state.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2004-209240 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-167173 Japanese Patent Laid-Open No. 4-91396 Japanese Utility Model Publication No. 6-53790
  • the pumps of the above-mentioned patent documents 1 to 4 support the impeller in the axial direction by a dynamic pressure groove formed in the opposed portion of the impeller and the housing, and a permanent magnet provided on the impeller and a permanent magnet provided outside the housing. This is common in that the impeller is supported in the radial direction by the suction force.
  • the hydrodynamic bearing does not actively control the position of the impeller like the magnetic levitation type bearing, the position of the impeller changes depending on the rotation speed of the impeller and the viscosity of the liquid. For example, when the rotation of the impeller is stopped, the hydrodynamic bearing effect does not occur. Therefore, the impeller is caused by the attractive force between the permanent magnet provided on the impeller and the permanent magnet provided opposite to the permanent magnet. It is in contact with the inner wall of the housing. For this reason, when the impeller starts rotating, the frictional resistance between the impeller and the inner wall of the housing is increased, and the impeller and the inner wall of the housing are damaged, thereby causing thrombus formation and hemolysis.
  • Patent Document 2 an electromagnet for urging the impeller in a predetermined direction and a magnetic force adjustment coil for changing the magnetic force of the permanent magnet are provided, and these are operated when the impeller starts rotating.
  • a method to make the impeller start up smoothly has also been proposed.
  • such a countermeasure has a problem that the pump size is increased because a new dedicated member such as an electromagnet or a coil is required, and the reliability is lowered because the number of components increases.
  • a main object of the present invention is to provide a centrifugal pump device that can smoothly rotate and start an impeller without increasing the number of parts.
  • a centrifugal pump device is provided with a housing including first and second chambers partitioned by a partition, and is rotatably provided along the partition in the first chamber.
  • a centrifugal pump device provided with an impeller to be sent and a drive unit that is provided in a second chamber and rotationally drives the impeller via a partition wall, the first magnetic body provided on one surface of the impeller;
  • a second magnetic body that is provided on the inner wall of the first chamber facing one side of the impeller and that attracts the first magnetic body, and a third magnetic body that is provided on the other side of the impeller and is attracted by the drive unit It has a body.
  • the first attraction force between the first and second magnetic bodies and the second attraction force between the third magnetic body and the drive unit are within the movable range of the impeller in the first chamber.
  • Balance in the approximate center.
  • a plurality of first dynamic pressure grooves and a plurality of second dynamic pressure grooves are formed on one surface of the impeller or an inner wall of the first chamber facing the first surface, and a plurality of third dynamic pressure grooves are formed on the other surface of the impeller or a partition wall facing the first dynamic pressure groove.
  • a plurality of fourth dynamic pressure grooves are formed. At least one of the shape and depth of the second dynamic pressure groove is different from the first dynamic pressure groove, and at least one of the shape and depth of the fourth dynamic pressure groove is the third dynamic pressure groove. Different.
  • the impeller when the impeller is positioned between the partition wall and the inner wall of the first chamber, a large dynamic pressure is generated in the first and third dynamic pressure grooves, and the impeller is applied to the partition wall or the inner wall of the first chamber.
  • the impeller By generating large dynamic pressures in the second and fourth dynamic pressure grooves when they are close to each other, the impeller can be smoothly rotated without increasing the number of components.
  • the plurality of first dynamic pressure grooves generate a larger dynamic pressure than the plurality of second dynamic pressure grooves during steady rotation of the impeller, and the plurality of second dynamic pressure grooves generate a plurality of dynamic pressures when the impeller starts rotating.
  • a dynamic pressure larger than that of the first dynamic pressure groove is generated.
  • the plurality of third dynamic pressure grooves generate a larger dynamic pressure than the plurality of fourth dynamic pressure grooves during steady rotation of the impeller, and the plurality of fourth dynamic pressure grooves generate the plurality of third dynamic pressure grooves when the impeller starts rotating.
  • a dynamic pressure larger than that of the dynamic pressure groove is generated.
  • the second dynamic pressure groove is shallower than the first dynamic pressure groove
  • the fourth dynamic pressure groove is shallower than the third dynamic pressure groove
  • the depth of the second dynamic pressure groove is not more than one fifth of the depth of the first dynamic pressure groove, and the depth of the fourth dynamic pressure groove is the depth of the third dynamic pressure groove. It is 1/5 or less of this.
  • each second dynamic pressure groove is disposed between the two first dynamic pressure grooves
  • each fourth dynamic pressure groove is disposed between the two third dynamic pressure grooves.
  • the width of each second dynamic pressure groove is less than or equal to two-thirds of the distance between the two first dynamic pressure grooves, and the width of each fourth dynamic pressure groove is equal to the distance between the two third dynamic pressure grooves. 2/3 or less.
  • the number of second dynamic pressure grooves is equal to or less than the number of first dynamic pressure grooves
  • the number of fourth dynamic pressure grooves is equal to or less than the number of third dynamic pressure grooves.
  • the plurality of second dynamic pressure grooves are arranged at equal angular intervals in the rotation direction of the impeller, and the plurality of fourth dynamic pressure grooves are arranged at equal angular intervals in the rotation direction of the impeller.
  • a plurality of third magnetic bodies are provided, and the plurality of third magnetic bodies are arranged along the same circle so that adjacent magnetic poles are different from each other.
  • the drive unit includes a plurality of coils provided to face the plurality of third magnetic bodies and generate a rotating magnetic field.
  • a plurality of third magnetic bodies are provided, and the plurality of third magnetic bodies are arranged along the same circle so that adjacent magnetic poles are different from each other.
  • the driving unit is provided corresponding to the plurality of fourth magnetic bodies arranged to face the plurality of third magnetic bodies, and the fourth magnetic bodies respectively corresponding to the fourth magnetic bodies.
  • the drive unit is provided in the rotor so as to be rotatable along the partition wall in the second chamber, and provided in the rotor so as to face the third magnetic body, and the fourth suction unit attracts the third magnetic body.
  • a motor for rotating the rotor is provided in the rotor so as to be rotatable along the partition wall in the second chamber, and provided in the rotor so as to face the third magnetic body, and the fourth suction unit attracts the third magnetic body.
  • a motor for rotating the rotor is provided in the rotor so as to be rotatable along the partition wall in the second chamber, and provided in the rotor so as to face the third magnetic body, and the fourth suction unit attracts the third magnetic body.
  • a motor for rotating the rotor is provided in the rotor so as to be rotatable along the partition wall in the second chamber, and provided in the rotor so as to face the third magnetic body, and the fourth suction unit attracts the third magnetic body.
  • the liquid is blood and the centrifugal pump device is used to circulate blood.
  • the centrifugal pump device is used to circulate blood.
  • the impeller can be smoothly rotated without increasing the number of parts.
  • hemolysis can be avoided.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state where an impeller is removed from the cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state where an impeller is removed from the cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG. 3.
  • FIG. 10 It is a time chart which illustrates the voltage applied to a plurality of coils shown in FIG. It is sectional drawing which shows the depth of the dynamic pressure grooves 21 and 22 shown in FIG. It is a figure which shows the relationship between the floating position of an impeller, and the dynamic pressure generated by the dynamic pressure groove 21 shown in FIG. It is a figure which shows the relationship between the floating position of an impeller, and the dynamic pressure generated by the dynamic pressure groove
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of a controller that controls the pump unit illustrated in FIGS. 1 to 7; It is a time chart which shows operation
  • the pump unit 1 of the centrifugal blood pump apparatus includes a housing 2 formed of a nonmagnetic material.
  • the housing 2 includes a columnar main body 3, a cylindrical blood inflow port 4 erected at the center of one end surface of the main body 3, and a cylindrical blood outflow provided on the outer peripheral surface of the main body 3.
  • Port 5 is included.
  • the blood outflow port 5 extends in the tangential direction of the outer peripheral surface of the main body 3.
  • a blood chamber 7 and a motor chamber 8 partitioned by a partition wall 6 are provided in the housing 2.
  • a disc-like impeller 10 having a through hole 10a in the center is rotatably provided.
  • the impeller 10 includes two shrouds 11 and 12 each having a donut plate shape and a plurality of (for example, six) vanes 13 formed between the two shrouds 11 and 12.
  • the shroud 11 is disposed on the blood inlet port 4 side, and the shroud 12 is disposed on the partition wall 6 side.
  • the shrouds 11 and 12 and the vane 13 are made of a nonmagnetic material.
  • a plurality (six in this case) of blood passages 14 partitioned by a plurality of vanes 13 are formed between the two shrouds 11 and 12.
  • the blood passage 14 communicates with the central through hole 10 a of the impeller 10, and starts from the through hole 10 a of the impeller 10 and extends so that the width gradually increases to the outer peripheral edge.
  • the vane 13 is formed between two adjacent blood passages 14.
  • the plurality of vanes 13 are provided at equiangular intervals and formed in the same shape. Therefore, the plurality of blood passages 14 are provided at equiangular intervals and are formed in the same shape.
  • the blood flowing in from the blood inflow port 4 is sent from the through hole 10a to the outer periphery of the impeller 10 through the blood passage 14 by the centrifugal force and flows out from the blood outflow port 5.
  • a permanent magnet 15 is embedded in the shroud 11
  • a permanent magnet 16 that attracts the permanent magnet 15 is embedded in the inner wall of the blood chamber 7 facing the shroud 11.
  • the permanent magnets 15 and 16 are provided for attracting (in other words, energizing) the impeller 10 on the side opposite to the motor chamber 8, in other words, on the blood inflow port 4 side.
  • a permanent magnet may be provided on one of the inner walls of the shroud 11 and the blood chamber 7, and a magnetic material may be provided on the other.
  • a magnetic material may be provided on the other.
  • the magnetic material either a soft magnetic material or a hard magnetic material may be used.
  • the permanent magnet 16 may be one or plural.
  • the permanent magnet 16 is formed in a ring shape.
  • the plurality of permanent magnets 16 are arranged along the same circle at equal angular intervals.
  • the permanent magnet 15 is the same as the permanent magnet 16, and may be one or plural.
  • a plurality of (for example, eight) permanent magnets 17 are embedded in the shroud 12.
  • the plurality of permanent magnets 17 are arranged along the same circle at equal angular intervals so that adjacent magnetic poles are different from each other.
  • the permanent magnets 17 with the N pole facing the motor chamber 8 side and the permanent magnets 17 with the S pole facing the motor chamber 8 side are alternately arranged along the same circle at equal angular intervals. .
  • a plurality of (for example, nine) magnetic bodies 18 are provided in the motor chamber 8.
  • the plurality of magnetic bodies 18 are arranged along the same circle at equal angular intervals so as to face the plurality of permanent magnets 17 of the impeller 10.
  • the base ends of the plurality of magnetic bodies 18 are joined to one disk-shaped yoke 19.
  • a coil 20 is wound around each magnetic body 18.
  • the plurality of magnetic bodies 18 are formed in a triangular prism shape having the same dimensions.
  • a space for winding the coil 20 is evenly secured around the plurality of magnetic bodies 18, and the surfaces of the two adjacent magnetic bodies 18 facing each other are provided substantially in parallel. For this reason, a large space for the coil 20 can be secured, and the number of turns of the coil 20 can be increased. Accordingly, a large torque for rotating the impeller 10 can be generated.
  • produces in the coil 20 can be reduced, and the energy efficiency in the rotational drive of the impeller 10 can be improved.
  • the outer surface surrounding the plurality of magnetic bodies 18 is the outer surface surrounding the plurality of permanent magnets 17 (in FIG. 4, the outer periphery of the plurality of magnetic bodies 18).
  • the outer surface surrounding the plurality of magnetic bodies 18 may be larger than the outer surface surrounding the plurality of permanent magnets 17.
  • the magnetic body 18 is designed so that there is no magnetic saturation at the maximum rating of the pump 1 (the condition that the rotational driving torque of the impeller 10 is maximum).
  • the voltage is applied to the nine coils 20 by, for example, a 120-degree energization method. That is, nine coils 20 are grouped by three. Voltages VU, VV, and VW as shown in FIG. 8 are applied to the first to third coils 20 of each group. A positive voltage is applied to the first coil 20 during a period of 0 to 120 degrees, 0 V is applied during a period of 120 to 180 degrees, a negative voltage is applied during a period of 180 to 300 degrees, and 300 to 360 degrees. 0V is applied during this period.
  • the front end surface (end surface on the impeller 10 side) of the magnetic body 18 around which the first coil 20 is wound becomes the N pole in the period of 0 to 120 degrees and becomes the S pole in the period of 180 to 300 degrees.
  • the phase of the voltage VV is 120 degrees behind the voltage VU
  • the phase of the voltage VW is 120 degrees behind the voltage VV. Therefore, by applying the voltages VU, VV, and VW to the first to third coils 20, respectively, a rotating magnetic field can be formed, and the magnetic elements 18 and the permanent magnets 17 of the impeller 10 are attracted to each other.
  • the impeller 10 can be rotated by the force and the repulsive force.
  • the impeller 10 rotates at the rated rotational speed, the attractive force between the permanent magnets 15 and 16 and the attractive force between the plurality of permanent magnets 17 and the plurality of magnetic bodies 18 are within the blood chamber 7.
  • the impeller 10 is balanced near the approximate center of the movable range. For this reason, in any movable range of the impeller 10, the acting force due to the suction force to the impeller 10 is very small. As a result, the frictional resistance at the time of relative sliding between the impeller 10 and the housing 2 generated when the impeller 10 starts rotating can be reduced.
  • a plurality of dynamic pressure grooves 21 and a plurality of dynamic pressure grooves 22 are formed on the surface of the partition wall 6 facing the shroud 12 of the impeller 10, and a plurality of dynamic pressure grooves are formed on the inner wall of the blood chamber 7 facing the shroud 11. 23 and a plurality of dynamic pressure grooves 24 are formed.
  • a dynamic pressure bearing effect is generated between each of the dynamic pressure grooves 21 to 24 and the impeller 10.
  • a drag force is generated from each of the dynamic pressure grooves 21 to 24 against the impeller 10, and the impeller 10 rotates in a non-contact state in the blood chamber 7.
  • the plurality of dynamic pressure grooves 21 and the plurality of dynamic pressure grooves 22 are formed in a size corresponding to the shroud 12 of the impeller 10 as shown in FIG.
  • the plurality of dynamic pressure grooves 21 and the plurality of dynamic pressure grooves 22 are alternately arranged one by one in the rotation direction of the impeller 10.
  • Each of the dynamic pressure grooves 21, 22 has one end on the periphery (circumference) of a circular portion slightly spaced from the center of the partition wall 6, and spirally (in other words, curved) to the vicinity of the outer edge of the partition wall 6. , Extending so that the width gradually widens.
  • the plurality of dynamic pressure grooves 21 have substantially the same shape and are arranged at equiangular intervals in the rotation direction of the impeller 10.
  • the dynamic pressure groove 21 is a recess, and the depth of the dynamic pressure groove 21 is preferably about 0.005 to 0.4 mm.
  • the number of the dynamic pressure grooves 21 is preferably about 6 to 36.
  • the plurality of dynamic pressure grooves 22 have substantially the same shape and are arranged at equiangular intervals in the rotation direction of the impeller 10.
  • the dynamic pressure groove 22 is a recess, and the depth of the dynamic pressure groove 22 is preferably about 0.005 to 0.3 mm.
  • the dynamic pressure groove 22 is shallower than the dynamic pressure groove 21 as shown in FIG.
  • the depth of the dynamic pressure groove 22 is preferably less than or equal to one fifth of the depth of the dynamic pressure groove 22.
  • the width of the dynamic pressure groove 22 is preferably equal to or less than two-thirds of the interval between the two dynamic pressure grooves 21.
  • the number of dynamic pressure grooves 22 is preferably equal to or less than the number of dynamic pressure grooves 21.
  • ten dynamic pressure grooves 21 and ten dynamic pressure grooves 22 are arranged at equiangular intervals with respect to the central axis of the impeller 10. Since each of the dynamic pressure grooves 21 and 22 has a so-called inward spiral groove shape, when the impeller 10 rotates in the clockwise direction, the pressure of the liquid is increased from the outer diameter portion to the inner diameter portion of the dynamic pressure grooves 21 and 22. Get higher. For this reason, a repulsive force is generated between the impeller 10 and the partition wall 6, and this becomes a dynamic pressure.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the floating position of the impeller 10 viewed from the surface of the partition wall 6 and the dynamic pressure that the impeller 10 receives from the dynamic pressure groove 21 when the impeller 10 is rotated at a predetermined number of revolutions. is there.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the distance between the impeller 10 and the partition wall 6 and the dynamic pressure received by the impeller 10 from the dynamic pressure groove 22 when the impeller 10 is rotated at a predetermined rotational speed.
  • FIG. 12 is a combination of FIG. 10 and FIG.
  • the dynamic pressure groove 21 generates a larger dynamic pressure than the dynamic pressure groove 22 when the distance between the impeller 10 and the partition wall 6 is long. Further, the dynamic pressure groove 22 generates a dynamic pressure larger than that of the dynamic pressure groove 21 when the distance between the impeller 10 and the partition wall 6 is short. Accordingly, in the present invention, since both the dynamic pressure grooves 21 and 22 are provided, a large dynamic pressure can be obtained both at the time of starting rotation and at the time of steady rotation.
  • the impeller 10 is separated from the partition wall 6 and rotates in a non-contact state. For this reason, the impeller 10 starts to rotate smoothly, a blood flow path is ensured between the impeller 10 and the partition wall 6, and blood retention between them and the generation of thrombus caused thereby are prevented. Furthermore, in the normal state, the dynamic pressure grooves 21 and 22 exert a stirring action between the impeller 10 and the partition wall 6, and thus it is possible to prevent partial blood retention between the two.
  • the dynamic pressure grooves 21 and 22 may be provided on the surface of the shroud 12 of the impeller 10.
  • each corner portion of the dynamic pressure grooves 21 and 22 is preferably rounded so as to have an R of at least 0.05 mm. Thereby, generation
  • FIG. 13 shows the ratio D22 / D21 between the depth D22 of the dynamic pressure groove 22 and the depth D21 of the dynamic pressure groove 21 and the dynamic pressure acting on the impeller 21 when the impeller 21 is in the steady rotational levitation position. It is a figure which shows the relationship. As shown in FIG. 12, when the impeller 21 is in a position close to the partition wall 6, a large dynamic pressure is generated by adding the dynamic pressure groove 22. However, as shown in FIG. When it is in the position, the dynamic pressure is reduced by adding the dynamic pressure groove 22. Therefore, it is necessary to determine the depth and width of the dynamic pressure groove 22 so that a decrease in dynamic pressure and rigidity due to the addition of the dynamic pressure groove 22 does not adversely affect the pump performance. As shown in FIG. 13, the smaller the ratio D22 / D21, the lower the dynamic pressure at the steady rotational levitation position. Therefore, preferably, the ratio D22 / D21 is set to 1/5 or less.
  • FIG. 14 shows the ratio W22 / WL21 between the width W22 of the dynamic pressure groove 22 and the interval between the dynamic pressure grooves 21 (the width of the land portion between the dynamic pressure grooves 21) WL21 when the impeller 21 is in the steady floating position. It is a figure which shows the relationship between the dynamic pressure which acts on the impeller 21, and. As shown in FIG. 14, the smaller the ratio W22 / WL21, the lower the dynamic pressure at the steady rotational levitation position. Therefore, preferably, the ratio W22 / WL21 is set to 2/3 or less.
  • the plurality of dynamic pressure grooves 23 and the plurality of dynamic pressure grooves 24 have a size corresponding to the shroud 11 of the impeller 10, similar to the plurality of dynamic pressure grooves 21 and the plurality of dynamic pressure grooves 22. Is formed.
  • Each of the dynamic pressure grooves 23, 24 has one end on the periphery (circumference) of a circular portion slightly spaced from the center of the inner wall of the blood chamber 7, and spirally (in other words, curved). It extends so that the width gradually increases to the vicinity of the outer edge of the inner wall.
  • the plurality of dynamic pressure grooves 23 have substantially the same shape and are arranged at substantially the same interval.
  • the dynamic pressure groove 23 is a recess, and the depth of the dynamic pressure groove 23 is preferably about 0.005 to 0.4 mm.
  • the number of the dynamic pressure grooves 23 is preferably about 6 to 36. In FIG. 6, ten dynamic pressure grooves 23 are arranged at an equal angle with respect to the central axis of the impeller 10.
  • the plurality of dynamic pressure grooves 24 have substantially the same shape and are arranged at equiangular intervals in the rotation direction of the impeller 10.
  • the dynamic pressure groove 24 is a recess, and the depth of the dynamic pressure groove 24 is preferably about 0.005 to 0.3 mm.
  • the number of the dynamic pressure grooves 24 is preferably about 6 to 36.
  • the dynamic pressure groove 24 is shallower than the dynamic pressure groove 23 as described in connection with the dynamic pressure grooves 21 and 22 in FIG.
  • the depth of the dynamic pressure groove 24 is preferably less than or equal to one fifth of the depth of the dynamic pressure groove 23.
  • the width of the dynamic pressure groove 24 is preferably equal to or less than two thirds of the interval between the two dynamic pressure grooves 23.
  • the number of dynamic pressure grooves 24 is preferably equal to or less than the number of dynamic pressure grooves 23.
  • each of the dynamic pressure grooves 23 and 24 has a so-called inward spiral groove shape, when the impeller 10 rotates in the clockwise direction, the pressure of the liquid is increased from the outer diameter portion to the inner diameter portion of the dynamic pressure grooves 23 and 24. Get higher. For this reason, a repulsive force is generated between the impeller 10 and the inner wall of the blood chamber 7, which becomes a dynamic pressure.
  • the dynamic pressure groove 23 has a larger dynamic pressure than the dynamic pressure groove 24 when the distance between the impeller 10 and the inner wall of the blood chamber 7 is long. appear. Further, the dynamic pressure groove 24 generates a larger dynamic pressure than the dynamic pressure groove 23 when the distance between the impeller 10 and the inner wall of the blood chamber 7 is short. Therefore, in the present invention, since both the dynamic pressure grooves 23 and 24 are provided, a large dynamic pressure can be obtained both at the time of starting rotation and at the time of steady rotation.
  • the impeller 10 is separated from the inner wall of the blood chamber 7 and rotates in a non-contact state. For this reason, the impeller 10 starts to rotate smoothly, a blood flow path is secured between the impeller 10 and the inner wall of the blood chamber 7, and blood retention between them and the generation of thrombus caused thereby are prevented. Furthermore, in the normal state, the dynamic pressure grooves 23 and 24 exert a stirring action between the impeller 10 and the inner wall of the blood chamber 7, so that it is possible to prevent partial blood retention between the two.
  • the pump part 1 when the pump part 1 receives an external impact or when the dynamic pressure by the dynamic pressure grooves 21 and 22 becomes excessive, it is possible to prevent the impeller 10 from sticking to the inner wall of the blood chamber 7.
  • the dynamic pressure generated by the dynamic pressure grooves 21 and 22 and the dynamic pressure generated by the dynamic pressure grooves 23 and 24 may be different.
  • dynamic pressure grooves 23 and 24 may be provided on the surface of the shroud 11 of the impeller 10 instead of providing the dynamic pressure grooves 23 and 24 on the inner wall of the blood chamber 7.
  • each corner portion of the dynamic pressure grooves 23 and 24 is rounded so as to have an R of at least 0.05 mm. Thereby, generation
  • the ratio D24 / D23 between the depth D24 of the dynamic pressure groove 24 and the depth D23 of the dynamic pressure groove 23 is set to 1/5 or less. Is done.
  • the ratio W24 / WL23 between the width W24 of the dynamic pressure groove 24 and the interval between the dynamic pressure grooves 23 (the width of the land portion between the dynamic pressure grooves 23) WL23 is set to 2/3 or less.
  • the impeller 10 rotates in a state where the gap between the shroud 12 of the impeller 10 and the partition wall 6 and the gap between the shroud 11 of the impeller 10 and the inner wall of the blood chamber 7 are substantially the same.
  • the dynamic pressure by the dynamic pressure groove on the narrowing side is made larger than the dynamic pressure by the other dynamic pressure groove, In order to make them substantially the same, it is preferable to make the shapes of the dynamic pressure grooves 21, 22 and 23, 24 different.
  • each of the dynamic pressure grooves 21 to 24 has an inward spiral groove shape, but other shapes of the dynamic pressure grooves 21 to 24 can also be used. However, when blood is circulated, it is preferable to employ the inward spiral groove-shaped dynamic pressure grooves 21 to 24 that allow blood to flow smoothly.
  • the attraction force F1 between the permanent magnets 15 and 16 is set smaller than the attraction force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18, and the floating position of the impeller 10 at which the resultant force becomes zero is from the middle of the impeller movable range. Is also on the partition wall 6 side.
  • the shapes of the dynamic pressure grooves 21 and 22 and the dynamic pressure grooves 23 and 24 are the same.
  • the acting force on the impeller 10 includes the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16, the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18, the dynamic pressure F3 of the dynamic pressure grooves 21 and 22, and the dynamic pressure groove 23. , 24 dynamic pressure F4 and their resultant force, "net force F5 acting on the impeller".
  • the floating position of the impeller 10 is greatly deviated from the center position of the movable range of the impeller 10 at the position where the net force F5 acting on the impeller 10 becomes zero.
  • the distance between the rotating impeller 10 and the partition wall 6 is narrowed, and the impeller 10 contacts the partition wall 6 even if a small disturbance force acts on the impeller 10.
  • the magnitude of the resultant force of the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16 and the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 is the movable range in the blood chamber 7 of the impeller 10. It is a figure which shows the force which acts on the impeller 10 when it adjusts so that it may become zero in the center position P0. Also in this case, the rotational speed of the impeller 10 is kept at the rated value.
  • the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16 and the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 are set to be substantially the same.
  • the shapes of the dynamic pressure grooves 21 and 22 and the dynamic pressure grooves 23 and 24 are the same.
  • the support rigidity with respect to the floating position of the impeller 10 is higher than in the case of FIG. Since the net force F5 acting on the impeller 10 is zero at the center of the movable range, the impeller 10 floats at the center position when no disturbance force acts on the impeller 10.
  • the floating position of the impeller 10 is generated in the dynamic pressure grooves 21 and 22 when the impeller 10 rotates, and the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16, the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18, and the impeller 10.
  • the dynamic pressure F3 is determined by the balance between the dynamic pressure F4 generated in the dynamic pressure grooves 23 and 24 when the impeller 10 rotates.
  • the shape of the dynamic pressure grooves 21 and 22 and the shape of the dynamic pressure grooves 23 and 24 are the same, but the shape of the dynamic pressure grooves 21 and 22 and the dynamic pressure grooves 23, 24 are the same.
  • the shape of 24 may be different, and the dynamic pressure performance of the dynamic pressure grooves 21 and 22 and the dynamic pressure performance of the dynamic pressure grooves 23 and 24 may be different.
  • the impeller 10 can be floated and rotated at the center position of the housing 2. As a result, the contact probability between the impeller 10 and the housing 2 can be kept low, and the stable flying performance of the impeller 10 can be obtained.
  • the absolute value of the negative support rigidity value in the axial direction of the impeller 10 constituted by the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16 and the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 is defined as Ka.
  • Ka The absolute value of the radial positive stiffness value
  • Kr the absolute value of the positive stiffness value obtained in the dynamic pressure grooves 21 to 24 is Kg in the normal rotational speed region where the impeller 10 rotates
  • the absolute value Kg of the positive stiffness value obtained by the dynamic pressure grooves 21 to 24 is set to a value exceeding 30000 N / m.
  • the axial support rigidity of the impeller 10 is a value obtained by subtracting the negative rigidity due to the attractive force between the magnetic bodies from the rigidity caused by the dynamic pressure generated in the dynamic pressure grooves 21 to 24, it has a relationship of Kg> Ka + Kr.
  • the support rigidity in the axial direction can be higher than the support rigidity in the radial direction of the impeller 10.
  • the dynamic pressure grooves 21 to 24 are recessed in the plane as shown in FIGS. 3, 5 and 6, the mechanical contact between the housing 2 and the impeller 10 at this portion during the rotation of the impeller 10 is performed. If contact is made, scratches (surface irregularities) may occur on the surface of either or both of the impeller 10 and the inner wall of the housing 2, and if blood passes through this area, thrombus formation and hemolysis may occur. There was also. In order to prevent mechanical contact in the dynamic pressure grooves 21 to 24 and suppress thrombus and hemolysis, the effect of increasing the rigidity in the axial direction is higher than the rigidity in the radial direction.
  • the impeller 10 swings during rotation. This swing is determined by the natural frequency determined by the mass of the impeller 10 and the support rigidity value of the impeller 10 and the rotational speed of the impeller 10. Maximum if matched.
  • the support rigidity in the radial direction is smaller than the support rigidity in the axial direction of the impeller 10. Therefore, it is preferable to set the maximum rotational speed of the impeller 10 to be equal to or less than the natural frequency in the radial direction. Therefore, in order to prevent mechanical contact between the impeller 10 and the housing 2, the radial rigidity value of the impeller 10 constituted by the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16 and the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 is set.
  • the maximum rotation speed of the impeller 10 is set to 258 rad / s (2465 rpm) or less.
  • the maximum rotation speed of the impeller 10 is set to 366 rad / s (3500 rpm)
  • the radial rigidity is set to 4018 N / m or more.
  • the maximum rotational speed of the impeller 10 it is preferable to set the maximum rotational speed of the impeller 10 to 80% or less of this ⁇ . Specifically, when the mass of the impeller 10 is 0.03 kg and the radial rigidity value is 2000 N / m, the maximum rotational speed is set to 206.4 rad / s (1971 rpm) or less. Conversely, when the maximum rotational speed of the impeller 10 is desired to be 366 rad / s (3500 rpm), the radial rigidity value is set to 6279 N / m or more. By setting the maximum rotation speed of the impeller 10 in this way, the contact between the impeller 10 and the housing 2 during the rotation of the impeller 10 can be suppressed.
  • the dynamic pressure grooves 21 to 24 have a negative rigidity value in the axial direction of the impeller 10 constituted by the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16, and the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18.
  • the impeller 10 and the housing 2 are not in contact with each other. Therefore, it is preferable to make this negative rigidity value as small as possible. Therefore, in order to keep the negative rigidity value small, it is preferable to make the sizes of the opposed surfaces of the permanent magnets 15 and 16 different.
  • the rate of change of the attractive force that changes depending on the distance between them, that is, the negative stiffness can be kept small, and the impeller support stiffness is prevented from being lowered. Can do.
  • impeller 10 it is preferable to rotate the impeller 10 after confirming that the impeller 10 is in contact with the partition wall 6 before the impeller 10 starts rotating.
  • the shroud 12 of the impeller 10 when the shroud 12 of the impeller 10 is in contact with the partition wall 6, compared with the case where the shroud 11 of the impeller 10 is in contact with the inner wall of the blood chamber 7, the permanent magnet 17 of the impeller 10 and the motor chamber 8 Since the magnetic body 18 is close, the rotational torque at the time of starting the impeller 10 can be increased, and the impeller 10 can be rotated and started smoothly.
  • the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16 and the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 are such that the position of the impeller 10 is within the movable range of the impeller 10. Since it is set so as to be balanced in the vicinity of the center, the impeller 10 is not necessarily in contact with the partition wall 6 when the impeller 10 is stopped.
  • this centrifugal blood pump device is provided with means for moving the impeller 10 toward the partition wall 6 before the impeller 10 is rotationally activated. Specifically, current is passed through the plurality of coils 20 so that the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 is increased, and the impeller 10 is moved to the partition wall 6 side.
  • FIG. 17 is a block diagram showing the configuration of the controller 25 that controls the pump unit 1.
  • the controller 25 includes a motor control circuit 26 and a power amplifier 27.
  • the motor control circuit 26 outputs a three-phase control signal of, for example, a 120-degree energization method.
  • the power amplifier 27 amplifies the three-phase control signal from the motor control circuit 26 to generate the three-phase voltages VU, VV, and VW shown in FIG.
  • Three-phase voltages VU, VV, and VW are applied to first to third coils 20 described with reference to FIGS. 7 and 8, respectively. Accordingly, during normal operation, the impeller 10 rotates at a predetermined rotational speed at the center position of the movable range.
  • FIGS. 18A to 18C are time charts showing temporal changes in the coil current I, the position of the impeller 10 and the rotational speed of the impeller 10 when the impeller 10 starts rotating.
  • 18A to 18C in the initial state, the shroud 11 of the impeller 10 is in contact with the inner wall of the blood chamber 7 by the attractive force of the permanent magnets 15 and 16, and the impeller 10 is at the position PA. To do. In this state, since the impeller 10 is difficult to rotate, the impeller 10 is moved to a position PB where the shroud 12 of the impeller 10 contacts the partition wall 6.
  • the voltage of any one of the six patterns (0 to 60 degrees, 60 to 120 degrees,..., 300 to 360 degrees) of voltages VU, VV, and VW shown in FIG. 3 is applied to the coil 20, and a predetermined current I 0 is passed through the coil 20.
  • the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 becomes larger than the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16, and the impeller 10 is hardly rotated and positioned on the partition wall 6 side.
  • the shroud 12 of the impeller 10 contacts the partition wall 6.
  • the current I0 is cut off (time t1).
  • the impeller 10 is moved without being rotated even if the impeller 10 is moved to the position PB on the partition wall 6 side while rotating the impeller 10 due to the dynamic pressure bearing effect of the dynamic pressure grooves 21 and 22. Because it is disturbed.
  • the impeller 10 rotates slightly (strictly speaking, 1/4 rotation or less, that is, 360 degrees or less in electrical angle), and moves to the position PB on the partition wall 6 side.
  • FIG. 19 is a block diagram showing a modification of the first embodiment.
  • the power source is switched when the impeller 10 starts rotating and thereafter. That is, in FIG. 19, in this modified example, the power amplifier 27 of FIG. 17 is replaced with power amplifiers 30 and 31 and a changeover switch 32. From time t0 to t1 in FIG. 18, the output signal of the motor control circuit 26 is given to the power amplifier 30, the output voltage of the power amplifier 30 is applied to the coil 20 via the changeover switch 32, and the current I0 flows through the coil 20. It is. After time t2, the output signal of the motor control circuit 26 is given to the power amplifier 31, the output voltage of the power amplifier 31 is applied to the coil 20 via the changeover switch 32, and a current flows through the coil 20.
  • 20A to 20C are time charts showing another modification of the first embodiment.
  • 20A to 20C in the initial state, the shroud 11 of the impeller 10 is in contact with the inner wall of the blood chamber 7, and the impeller 10 is at the position PA.
  • a predetermined current I1 is passed through the coil 20 at time t0. That is, the motor control circuit 26 generates, for example, a 120-degree energization type three-phase control signal.
  • the power amplifier 27 amplifies the three-phase control signal from the motor control circuit 26 to generate the three-phase voltages VU, VV, and VW shown in FIG. Three-phase voltages VU, VV, and VW are applied to first to third coils 20 described with reference to FIGS. 7 and 8, respectively.
  • the current I1 is larger than the current I0 in FIG. 18 and is a current that can rotate the impeller 10 even when the shroud 11 of the impeller 10 is in contact with the inner wall of the blood chamber 7.
  • the coil current I is decreased and gradually increased to a predetermined rated value. In this way, even when the impeller 10 is on the position PA side, an excessive current may be supplied to the coil 20 only when the impeller 10 starts to rotate.
  • a diamond-like carbon (DLC) film may be formed on at least one of the inner wall surface of the blood chamber 7 and the surface of the partition wall 6 and the surface of the impeller 10. Thereby, the frictional force between the impeller 10 and the inner wall of the blood chamber 7 and the partition wall 6 can be reduced, and the impeller can be rotated and started smoothly.
  • a fluorine-based resin film, a paraxylylene-based resin film, or the like may be formed instead of the diamond-like carbon film.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing still another modification of the first embodiment, and is a diagram contrasted with FIG.
  • the sizes of the opposing surfaces of the opposing permanent magnets 15 and 16 are different.
  • FIG. 3 shows a case where the sizes of the opposing surfaces of the permanent magnets 15 and 16 are the same.
  • the amount of change in force that is, negative rigidity can be suppressed to a small value, and a decrease in the support rigidity of the impeller 10 can be prevented.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view showing still another modified example of the first embodiment, and is a view compared with FIG.
  • a magnetic body 35 is provided on the tip surface of each magnetic body 18 facing the permanent magnet 17.
  • the area of the surface of the magnetic body 35 facing the permanent magnet 17 is larger than the area of the tip surface of the magnetic body 18.
  • the attractive force of the magnetic bodies 18 and 35 with respect to the permanent magnet 17 can be increased, and the energy efficiency in the rotational drive of the impeller 10 can be increased.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing still another modified example of the first embodiment, and is a view compared with FIG.
  • the yoke 19 is replaced with the yoke 36
  • the magnetic body 18 is replaced with the magnetic body 37.
  • Each of the yoke 36 and the magnetic body 37 includes a plurality of steel plates stacked in the length direction of the rotation shaft of the impeller 10.
  • the eddy current loss generated in the yoke 36 and the magnetic body 37 can be reduced, and the energy efficiency in the rotational drive of the impeller 10 can be increased.
  • the magnetic body 37 may be replaced with a magnetic body 38 including a plurality of steel plates stacked in the rotation direction of the impeller 10. Further, as shown in FIG. 25, the magnetic body 37 may be replaced with a magnetic body 39 including a plurality of steel plates stacked in the radial direction of the impeller 10. Even in these cases, the same effect as the modified example of FIG. 23 is obtained.
  • each of the yoke 19 and the magnetic body 18 in FIG. 3 may be formed of pure iron, soft iron, or silicon iron powder. In this case, the iron loss of the yoke 19 and the magnetic body 18 can be reduced, and the energy efficiency in the rotational drive of the impeller 10 can be improved.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing the configuration of the pump portion of the centrifugal blood pump apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, and is a view compared with FIG.
  • permanent magnets 40 and 41 are embedded in the shroud 11 of the impeller 10.
  • the permanent magnet 40 is provided closer to the rotating shaft of the impeller 10 than the permanent magnet 41.
  • permanent magnets 42 and 43 for attracting the permanent magnets 40 and 41 are embedded in the inner wall of the blood chamber 7 facing the shroud 11, respectively.
  • the permanent magnets 40 to 43 are provided for attracting (in other words, energizing) the impeller 10 on the side opposite to the motor chamber 8, in other words, on the blood inflow port 4 side.
  • a permanent magnet may be provided on one of the inner walls of the shroud 11 and the blood chamber 7, and a magnetic material may be provided on the other.
  • a magnetic material may be provided on the other.
  • shroud 11 itself with a permanent magnet or a magnetic body.
  • the magnetic material either a soft magnetic material or a hard magnetic material may be used.
  • the number of permanent magnets 40 may be one or plural.
  • the permanent magnet 40 is formed in a ring shape.
  • the plurality of permanent magnets 40 are arranged along the same circle at equal angular intervals.
  • Each of the permanent magnets 41 to 43 is the same as the permanent magnet 40, and may be one or plural.
  • a plurality (for example, eight) of permanent magnets 44 are embedded in the shroud 12.
  • the plurality of permanent magnets 44 are arranged along the same circle at equal angular intervals.
  • a plurality (for example, eight) of permanent magnets 45 for attracting the plurality of permanent magnets 44 are provided in the motor chamber 8.
  • the plurality of permanent magnets 45 are arranged along the same circle at equal angular intervals so as to face the plurality of permanent magnets 44 of the impeller 10.
  • the plurality of permanent magnets 44 are provided on the surface of the bowl-shaped rotor 46.
  • a plurality of (for example, eight) permanent magnets 47 are provided at equal angular intervals inside the edge of the rotor 46.
  • the plurality of permanent magnets 47 are arranged along the same circle at equal angular intervals so that adjacent magnetic poles are different from each other.
  • the permanent magnets 47 with the N pole facing the inside of the rotor 46 and the permanent magnets 47 with the S pole facing the inside of the rotor 46 are alternately arranged along the same circle at equal angular intervals. .
  • the central portion of the rotor 46 is rotatably supported by a central shaft 49 via a bearing 48, and the rotor 46 is rotatably provided along the partition wall 6.
  • the central shaft 49 is erected at the center of the disk-shaped yoke 50.
  • a plurality of (for example, nine) magnetic bodies 51 are provided at equiangular intervals around the central axis 49 on the surface of the yoke 50.
  • the tips of the plurality of magnetic bodies 51 are arranged along the same circle so as to face the plurality of permanent magnets 47 of the rotor 46.
  • a coil 52 is wound around each magnetic body 51.
  • the plurality of permanent magnets 47, the plurality of magnetic bodies 51, and the plurality of coils 52 constitute a motor for rotating the rotor 46.
  • the voltage is applied to the nine coils 52 by, for example, a 120-degree energization method. That is, nine coils 52 are grouped by three.
  • the voltages VU, VV, and VW shown in FIG. 8 are applied to the first to third coils 52 of each group. Accordingly, by applying the voltages VU, VV, and VW to the first to third coils 52, respectively, a rotating magnetic field can be formed, and the plurality of magnetic bodies 51 and the plurality of permanent magnets 47 of the rotor 46 are attracted.
  • the rotor 46 can be rotated by the force and the repulsive force. When the rotor 46 rotates, the impeller 10 rotates due to the attractive force between the plurality of permanent magnets 45 of the rotor 46 and the plurality of permanent magnets 44 of the impeller 10.
  • the attractive force between the permanent magnets 40 and 41 and the permanent magnets 42 and 43 and the attractive force between the plurality of permanent magnets 44 and the plurality of permanent magnets 45 are as follows.
  • the blood chamber 7 is adapted to be balanced in the vicinity of the approximate center of the movable range of the impeller 10. For this reason, in any movable range of the impeller 10, the acting force due to the suction force to the impeller 10 is very small. As a result, the frictional resistance at the time of relative sliding between the impeller 10 and the housing 2 generated when the impeller 10 starts rotating can be reduced.
  • a plurality of dynamic pressure grooves 21 and a plurality of dynamic pressure grooves 22 are formed on the surface of the partition wall 6 facing the shroud 12 of the impeller 10, and the inner wall of the blood chamber 7 facing the shroud 11.
  • a plurality of dynamic pressure grooves 23 and a plurality of dynamic pressure grooves 24 are formed.
  • the dynamic pressure groove 23 that generates a large dynamic pressure when the distance between the impeller 10 and the inner wall of the blood chamber 7 is long, and the large dynamic movement when the distance between the impeller 10 and the inner wall of the blood chamber 7 is short. Since both the dynamic pressure groove 24 for generating pressure is provided, a large dynamic pressure can be obtained both at the time of starting rotation and at the time of steady rotation. Therefore, the impeller 10 can be smoothly rotated and started without increasing the number of parts.

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Abstract

　この遠心式血液ポンプ装置は、血液室（７）内に設けられたインペラ（１０）と、それぞれインペラ（１０）の一方面および他方面に設けられた第１および第２の永久磁石（１５，１７）と、血液室（７）の内壁に設けられた第３の永久磁石（１６）と、隔壁（６）を介してインペラ（１０）を回転駆動させる磁性体（１８）およびコイル（２０）とを備える。インペラ（１０）に対向する血液室（７）の内壁に形状および深さが異なる第１および第２の動圧溝（２３，２４）を形成し、インペラ（１０）に対向する隔壁（６）に形状および深さが異なる第３および第４の動圧溝（２１，２２）を形成する。第２および第４の動圧溝（２４，２２）はインペラ（１０）の回転起動時に大きな動圧力を発生し、第１および第３の動圧溝（２３，２１）はインペラ（１０）の定常回転時に大きな動圧力を発生する。

Description

遠心式ポンプ装置
　この発明は遠心式ポンプ装置に関し、特に、回転時の遠心力によって液体を送るインペラを備えた遠心式ポンプ装置に関する。
　近年、人工心肺装置の血液循環装置として、外部モータの駆動トルクを磁気結合を用いて血液室内のインペラに伝達する遠心式血液ポンプ装置を使用する例が増加している。この遠心式血液ポンプ装置によれば、外部と血液室との物理的な連通を排除することができ、細菌などの血液への侵入を防止することができる。
　特許文献１（特開平２００４－２０９２４０号公報）の遠心式血液ポンプは、第１および第２の隔壁によって仕切られた第１～第３の室を含むハウジングと、第２の室（血液室）内に回転可能に設けられたインペラと、インペラの一方面に設けられた磁性体と、インペラの一方面に対向して第１の室内に設けられた電磁石と、インペラの他方面に設けられた永久磁石と、第３の室内に設けられたロータおよびモータと、インペラの他方面に対向してロータに設けられた永久磁石とを備える。インペラの他方面に対向する第２の隔壁の表面には、動圧溝が形成されている。電磁石からインペラの一方面に作用する吸引力と、ロータの永久磁石からインペラの他方面に作用する吸引力と、動圧溝の動圧軸受効果により、インペラは第２の室の内壁から離れ、非接触状態で回転する。
　また、特許文献２（特開平２００６－１６７１７３号公報）の遠心式血液ポンプは、第１および第２の隔壁によって仕切られた第１～第３の室を含むハウジングと、第２の室（血液室）内に回転可能に設けられたインペラと、インペラの一方面に設けられた磁性体と、インペラの一方面に対向して第１の室内に設けられた第１の永久磁石と、インペラの他方面に設けられた第２の永久磁石と、第３の室内に設けられたロータおよびモータと、インペラの他方面に対向してロータに設けられた第３の永久磁石とを備える。インペラの一方面に対向する第１の隔壁の表面には第１の動圧軸が形成され、インペラの他方面に対向する第２の隔壁の表面には第２の動圧溝が形成されている。第１の永久磁石からインペラの一方面に作用する吸引力と、ロータの第３の永久磁石からインペラの他方面に作用する吸引力と、第１および第２の動圧溝の動圧軸受効果により、インペラは第２の室の内壁から離れ、非接触状態で回転する。
　また、特許文献３（特開平４－９１３９６号公報）の図８および図９のターボ形ポンプは、ハウジングと、ハウジング内に回転可能に設けられたインペラと、インペラの一方面に設けられた第１の永久磁石と、ハウジングの外部に設けられたロータと、インペラの一方面に対向してロータに設けられた第２の永久磁石と、インペラの他方面に設けられた第３の永久磁石と、インペラの他方面に対向してハウジングに設けられた磁性体とを備えている。また、インペラの一方面には第１の動圧溝が形成され、インペラの他方面には第２の動圧溝が形成されている。ロータの第２の永久磁石からインペラの一方面に作用する吸引力と、ハウジングの磁性体からインペラの他方面に作用する吸引力と、第１および第２の動圧溝の動圧軸受効果により、インペラはハウジングの内壁から離れ、非接触状態で回転する。
　さらに、特許文献４（実開平６－５３７９０号公報）のクリーンポンプは、ケーシングと、ケーシング内に回転可能に設けられたインペラと、インペラの一方面に設けられた第１の永久磁石と、ケーシングの外部に設けられたロータと、インペラの一方面に対向してロータに設けられた第２の永久磁石と、インペラの他方面に設けられた磁性体と、インペラの他方面に対向してハウジング外に設けられた電磁石とを備えている。また、インペラの一方面には動圧溝が形成されている。
　インペラの回転数が所定の回転数よりも低い場合は電磁石を作動させ、インペラの回転数が所定の回転数を超えた場合は電磁石への通電を停止する。ロータの第２の永久磁石からインペラの一方面に作用する吸引力と、動圧溝の動圧軸受効果により、インペラはハウジングの内壁から離れ、非接触状態で回転する。
特開平２００４－２０９２４０号公報 特開平２００６－１６７１７３号公報 特開平４－９１３９６号公報 実開平６－５３７９０号公報
　上記特許文献１～４のポンプは、インペラとハウジングの対向部に形成された動圧溝によってインペラのアキシアル方向の支持を行ない、インペラに設けられた永久磁石とハウジング外に設けられた永久磁石との吸引力によってインペラのラジアル方向の支持を行なっている点で共通する。
　動圧軸受は磁気浮上型軸受のようにインペラの位置を能動的に制御するものではないので、インペラの位置はインペラの回転数や液体の粘度によって変化する。たとえば、インペラの回転が停止している場合は、動圧軸受効果が発生しないので、インペラに設けられた永久磁石と、それに対向して設けられた永久磁石などとの間の吸引力によってインペラがハウジングの内壁に接触している。このため、インペラの回転起動時にインペラとハウジングの内壁との間の摩擦抵抗が大きくなってインペラとハウジングの内壁が損傷し、血栓形成を誘発したり、溶血が発生すると言う問題があった。
　これに対処するため、特許文献２では、インペラを所定の方向に付勢させるための電磁石や、永久磁石の磁力を変化させるための磁力調整用コイルを設け、それらをインペラの回転起動時に作動させてインペラの起動をスムーズにする方法も提案がされている。しかし、このような対処法では、電磁石やコイルといった新たに専用の部材を必要とすることからポンプサイズが大きくなり、構成部品が増えることから信頼性が低下すると言う問題があった。これらの問題は、人工心臓などで使用する血液ポンプにとっては重要な問題である。
　それゆえに、この発明の主たる目的は、部品点数を増やすことなく、インペラをスムーズに回転起動させることが可能な遠心式ポンプ装置を提供することである。
　この発明に係る遠心式ポンプ装置は、隔壁で仕切られた第１および第２の室を含むハウジングと、第１の室内において隔壁に沿って回転可能に設けられ、回転時の遠心力によって液体を送るインペラと、第２の室内に設けられ、隔壁を介してインペラを回転駆動させる駆動部とを備えた遠心式ポンプ装置であって、インペラの一方面に設けられた第１の磁性体と、インペラの一方面に対向する第１の室の内壁に設けられ、第１の磁性体を吸引する第２の磁性体と、インペラの他方面に設けられ、駆動部によって吸引される第３の磁性体とを備えたものである。インペラの回転中において、第１および第２の磁性体間の第１の吸引力と第３の磁性体および駆動部間の第２の吸引力とは、第１の室内におけるインペラの可動範囲の略中央で釣り合う。インペラの一方面またはそれに対向する第１の室の内壁に複数の第１の動圧溝および複数の第２の動圧溝が形成され、インペラの他方面またはそれに対向する隔壁に複数の第３の動圧溝および複数の第４の動圧溝が形成されている。第２の動圧溝の形状および深さのうちの少なくとも一方は第１の動圧溝と異なり、第４の動圧溝の形状および深さのうちの少なくとも一方は第３の動圧溝と異なる。したがって、インペラが隔壁と第１の室の内壁との中間に位置している場合に第１および第３の動圧溝に大きな動圧力を発生させ、インペラが隔壁または第１の室の内壁に近接している場合に第２および第４の動圧溝に大きな動圧力を発生させることにより、部品点数を増やすことなく、インペラをスムーズに回転起動させることができる。
　好ましくは、複数の第１の動圧溝はインペラの定常回転時に複数の第２の動圧溝よりも大きな動圧力を発生し、複数の第２の動圧溝はインペラの回転起動時に複数の第１の動圧溝よりも大きな動圧力を発生する。複数の第３の動圧溝はインペラの定常回転時に複数の第４の動圧溝よりも大きな動圧力を発生し、複数の第４の動圧溝はインペラの回転起動時に複数の第３の動圧溝よりも大きな動圧力を発生する。
　また好ましくは、第２の動圧溝は第１の動圧溝よりも浅く、第４の動圧溝は第３の動圧溝よりも浅い。
　また好ましくは、第２の動圧溝の深さは第１の動圧溝の深さの５分の１以下であり、第４の動圧溝の深さは第３の動圧溝の深さの５分の１以下である。
　また好ましくは、各第２の動圧溝は２つの第１の動圧溝の間に配置され、各第４の動圧溝は２つの第３の動圧溝の間に配置されている。各第２の動圧溝の幅は２つの第１の動圧溝の間隔の３分の２以下であり、各第４の動圧溝の幅は２つの第３の動圧溝の間隔の３分の２以下である。
　また好ましくは、第２の動圧溝の数は第１の動圧溝の数以下であり、第４の動圧溝の数は第３の動圧溝の数以下である。
　また好ましくは、複数の第２の動圧溝はインペラの回転方向に等角度間隔で配置され、複数の第４の動圧溝はインペラの回転方向に等角度間隔で配置されている。
　また好ましくは、第３の磁性体は複数設けられ、複数の第３の磁性体は、隣接する磁極が互いに異なるように同一の円に沿って配置される。駆動部は、複数の第３の磁性体に対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数のコイルを含む。
　また好ましくは、第３の磁性体は複数設けられ、複数の第３の磁性体は、隣接する磁極が互いに異なるように同一の円に沿って配置される。駆動部は、複数の第３の磁性体に対向して配置された複数の第４の磁性体と、それぞれ複数の第４の磁性体に対応して設けられて各々が対応の第４の磁性体に巻回され、回転磁界を生成するための複数のコイルとを含む。
　また好ましくは、駆動部は、第２の室内において隔壁に沿って回転可能に設けられたロータと、第３の磁性体に対向してロータに設けられ、第３の磁性体を吸引する第４の磁性体と、ロータを回転させるモータとを含む。
　また好ましくは、液体は血液であり、遠心式ポンプ装置は、血液を循環させるために使用される。この場合は、インペラがスムーズに回転起動し、インペラとハウジング間の距離が確保されるので、溶血の発生を防止することができる。
　以上のように、この発明によれば、部品点数を増やすことなく、インペラをスムーズに回転起動させることができる。また、血液を循環させる場合には、溶血を避けることができる。
この発明の実施の形態１による遠心式血液ポンプ装置のポンプ部の外観を示す正面図である。 図１に示したポンプ部の側面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線断面図からインペラを取り外した状態を示す断面図である。 図３のＶＩ－ＶＩ線断面図からインペラを取り外した状態を示す断面図である。 図３のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。 図７で示した複数のコイルに印加する電圧を例示するタイムチャートである。 図５に示した動圧溝２１，２２の深さを示す断面図である。 インペラの浮上位置と図９に示した動圧溝２１によって発生する動圧力との関係を示す図である。 インペラの浮上位置と図９に示した動圧溝２２によって発生する動圧力との関係を示す図である。 図１０と図１１を合成した図である。 動圧溝２２，２１（または動圧溝２４，２３）の深さの比と動圧力との関係を示す図である。 動圧溝２２の幅と動圧溝２１の間隔（または動圧溝２４の幅と動圧溝２３の間隔）との比と動圧力との関係を示す図である。 インペラの浮上位置とインペラへの作用力との関係を示す図である。 インペラの浮上位置とインペラへの作用力との関係を示す他の図である。 図１～図７で示したポンプ部を制御するコントローラの構成を示すブロック図である。 図１７に示したコントローラの動作を示すタイムチャートである。 実施の形態の変更例を示すブロック図である。 実施の形態の他の変更例を示すタイムチャートである。 実施の形態のさらに他の変更例を示す断面図である。 実施の形態のさらに他の変更例を示す断面図である。 実施の形態のさらに他の変更例を示す断面図である。 実施の形態のさらに他の変更例を示す断面図である。 実施の形態のさらに他の変更例を示す断面図である。 この発明の実施の形態２による遠心式血液ポンプ装置のポンプ部の構成を示す断面図である。
　[実施の形態１]
　図１および図２に示すように、実施の形態１による遠心式血液ポンプ装置のポンプ部１は、非磁性材料で形成されたハウジング２を備える。ハウジング２は、円柱状の本体部３と、本体部３の一方の端面の中央に立設された円筒状の血液流入ポート４と、本体部３の外周面に設けられた円筒状の血液流出ポート５とを含む。血液流出ポート５は、本体部３の外周面の接線方向に延在している。
　ハウジング２内には、図３に示すように、隔壁６によって仕切られた血液室７およびモータ室８が設けられている。血液室７内には、図３および図４に示すように、中央に貫通孔１０ａを有する円板状のインペラ１０が回転可能に設けられている。インペラ１０は、ドーナツ板状の２枚のシュラウド１１，１２と、２枚のシュラウド１１，１２間に形成された複数（たとえば６つ）のベーン１３とを含む。シュラウド１１は血液流入ポート４側に配置され、シュラウド１２は隔壁６側に配置される。シュラウド１１，１２およびベーン１３は、非磁性材料で形成されている。
　２枚のシュラウド１１，１２の間には、複数のベーン１３で仕切られた複数（この場合は６つ）の血液通路１４が形成されている。血液通路１４は、図４に示すように、インペラ１０の中央の貫通孔１０ａと連通しており、インペラ１０の貫通孔１０ａ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。換言すれば、隣接する２つの血液通路１４間にベーン１３が形成されている。なお、この実施の形態１では、複数のベーン１３は等角度間隔で設けられ、かつ同じ形状に形成されている。したがって、複数の血液通路１４は等角度間隔で設けられ、かつ同じ形状に形成されている。
　インペラ１０が回転駆動されると、血液流入ポート４から流入した血液は、遠心力によって貫通孔１０ａから血液通路１４を介してインペラ１０の外周部に送られ、血液流出ポート５から流出する。
　また、シュラウド１１には永久磁石１５が埋設されており、シュラウド１１に対向する血液室７の内壁には、永久磁石１５を吸引する永久磁石１６が埋設されている。永久磁石１５，１６は、インペラ１０をモータ室８と反対側、換言すれば血液流入ポート４側に吸引（換言すれば、付勢）するために設けられている。
　なお、シュラウド１１および血液室７の内壁にそれぞれ永久磁石１５，１６を設ける代わりに、シュラウド１１および血液室７の内壁の一方に永久磁石を設け、他方に磁性体を設けてもよい。また、シュラウド１１自体を永久磁石１５または磁性体で形成してもよい。また、磁性体としては軟質磁性体と硬質磁性体のいずれを使用してもよい。
　また、永久磁石１６は、１つでもよいし、複数でもよい。永久磁石１６が１つの場合は、永久磁石１６はリング状に形成される。また、永久磁石１６が複数の場合は、複数の永久磁石１６は等角度間隔で同一の円に沿って配置される。永久磁石１５も、永久磁石１６と同様であり、１つでもよいし、複数でもよい。
　また、図３および図４に示すように、シュラウド１２には複数（たとえば８個）の永久磁石１７が埋設されている。複数の永久磁石１７は、隣接する磁極が互いに異なるようにして、等角度間隔で同一の円に沿って配置される。換言すれば、モータ室８側にＮ極を向けた永久磁石１７と、モータ室８側にＳ極を向けた永久磁石１７とが等角度間隔で同一の円に沿って交互に配置されている。
　また、図３および図７に示すように、モータ室８内には、複数（たとえば９個）の磁性体１８が設けられている。複数の磁性体１８は、インペラ１０の複数の永久磁石１７に対向して、等角度間隔で同一の円に沿って配置される。複数の磁性体１８の基端は、円板状の１つの継鉄１９に接合されている。各磁性体１８には、コイル２０が巻回されている。
　ここで、複数の磁性体１８は、同じ寸法の３角柱状に形成されている。また、複数の磁性体１８の周囲にはコイル２０を巻回するためのスペースが均等に確保され、各隣接する２つの磁性体１８の互いに対向する面は略平行に設けられている。このため、コイル２０用の大きなスペースを確保することができ、コイル２０の巻数を大きくすることができる。したがって、インペラ１０を回転駆動させるための大きなトルクを発生することができる。また、コイル２０で発生する銅損を軽減することができ、インペラ１０の回転駆動におけるエネルギ効率を高めることができる。
　なお、複数の磁性体１８を囲む外形面（図７では、複数の磁性体１８の外周を囲む円）は、複数の永久磁石１７を囲む外形面（図４では、複数の磁性体１８の外周を囲む円）に一致していてもよいし、複数の磁性体１８を囲む外形面が複数の永久磁石１７を囲む外形面よりも大きくてもよい。また、磁性体１８は、ポンプ１の最大定格（インペラ１０の回転駆動トルクが最大の条件）において、磁気的な飽和がないように設計することが好ましい。
　９個のコイル２０には、たとえば１２０度通電方式で電圧が印加される。すなわち、９個のコイル２０は、３個ずつグループ化される。各グループの第１～第３のコイル２０には、図８に示すような電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷが印加される。第１のコイル２０には、０～１２０度の期間に正電圧が印加され、１２０～１８０度の期間に０Ｖが印加され、１８０～３００度の期間に負電圧が印加され、３００～３６０度の期間に０Ｖが印加される。したがって、第１のコイル２０が巻回された磁性体１８の先端面（インペラ１０側の端面）は、０～１２０度の期間にＮ極になり、１８０～３００度の期間にＳ極になる。電圧ＶＶの位相は電圧ＶＵよりも１２０度遅れており、電圧ＶＷの位相は電圧ＶＶよりも１２０度遅れている。したがって、第１～第３のコイル２０にそれぞれ電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを印加することにより、回転磁界を形成することができ、複数の磁性体１８とインペラ１０の複数の永久磁石１７との吸引力および反発力により、インペラ１０を回転させることができる。
　ここで、インペラ１０が定格回転数で回転している場合は、永久磁石１５，１６間の吸引力と複数の永久磁石１７および複数の磁性体１８間の吸引力とは、血液室７内におけるインペラ１０の可動範囲の略中央付近で釣り合うようにされている。このため、インペラ１０のいかなる可動範囲においてもインペラ１０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１０の回転起動時に発生するインペラ１０とハウジング２との相対すべり時の摩擦抵抗を小さくすることができる。また、相対すべり時におけるインペラ１０とハウジング２の内壁の表面の損傷（表面の凹凸）はなく、さらに低速回転時の動圧力が小さい場合にもインペラ１０はハウジング２から浮上し易くなり、非接触の状態となる。したがって、インペラ１０とハウジング２との相対すべりによって溶血が発生したり、相対すべり時に発生したわずかな表面損傷（凹凸）によって血栓が発生することもない。
　また、インペラ１０のシュラウド１２に対向する隔壁６の表面には複数の動圧溝２１および複数の動圧溝２２が形成され、シュラウド１１に対向する血液室７の内壁には複数の動圧溝２３および複数の動圧溝２４が形成されている。インペラ１０の回転数が所定の回転数を超えると、動圧溝２１～２４の各々とインペラ１０との間に動圧軸受効果が発生する。これにより、動圧溝２１～２４の各々からインペラ１０に対して抗力が発生し、インペラ１０は血液室７内で非接触状態で回転する。
　詳しく説明すると、複数の動圧溝２１および複数の動圧溝２２は、図５に示すように、インペラ１０のシュラウド１２に対応する大きさに形成されている。複数の動圧溝２１および複数の動圧溝２２は、インペラ１０の回転方向に１つずつ交互に配置されている。動圧溝２１，２２の各々は、隔壁６の中心から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（換言すれば、湾曲して）隔壁６の外縁付近まで、幅が徐々に広がるように延びている。複数の動圧溝２１は略同じ形状であり、かつインペラ１０の回転方向に等角度間隔に配置されている。動圧溝２１は凹部であり、動圧溝２１の深さは０．００５～０．４ｍｍ程度であることが好ましい。動圧溝２１の数は、６～３６個程度であることが好ましい。複数の動圧溝２２は略同じ形状であり、かつインペラ１０の回転方向に等角度間隔に配置されている。動圧溝２２は凹部であり、動圧溝２２の深さは０．００５～０．３ｍｍ程度であることが好ましい。
　動圧溝２２は、図９に示すように、動圧溝２１よりも浅い。動圧溝２２の深さは動圧溝２２の深さの５分の１以下であることが好ましい。また、動圧溝２２の幅は２つの動圧溝２１の間隔の３分の２以下であることが好ましい。また、動圧溝２２の数は動圧溝２１の数以下であることが好ましい。
　図５では、１０個の動圧溝２１と１０個の動圧溝２２がインペラ１０の中心軸に対して等角度間隔で配置されている。動圧溝２１，２２の各々は、いわゆる内向スパイラル溝形状となっているので、インペラ１０が時計方向に回転すると、動圧溝２１，２２の外径部から内径部に向けて液体の圧力が高くなる。このため、インペラ１０と隔壁６の間に反発力が発生し、これが動圧力となる。
　図１０は、インペラ１０を所定の回転数で回転させた場合において、隔壁６の表面から見たインペラ１０の浮上位置と、インペラ１０が動圧溝２１から受ける動圧力との関係を示す図である。図１１は、インペラ１０を所定の回転数で回転させた場合において、インペラ１０および隔壁６間の距離と、動圧溝２２からインペラ１０が受ける動圧力との関係を示す図である。図１２は、図１０と図１１を合成した図である。
　図１０～図１２から分かるように、動圧溝２１は、インペラ１０と隔壁６との間の距離が長い場合に動圧溝２２よりも大きな動圧力を発生する。また、動圧溝２２は、インペラ１０と隔壁６との間の距離が短い場合に動圧溝２１よりも大きな動圧力を発生する。したがって、本願発明では、動圧溝２１，２２の両方を設けたので、回転起動時と定常回転時の両方で大きな動圧力を得ることができる。
　このように、インペラ１０と動圧溝２１，２２の間に形成される動圧軸受効果により、インペラ１０は隔壁６から離れ、非接触状態で回転する。このため、インペラ１０はスムーズに回転起動し、インペラ１０と隔壁６の間に血液流路が確保され、両者間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生が防止される。さらに、通常状態において、動圧溝２１，２２が、インペラ１０と隔壁６の間において撹拌作用を発揮するので、両者間における部分的な血液滞留の発生を防止することができる。
　なお、動圧溝２１，２２を隔壁６に設ける代わりに、動圧溝２１，２２をインペラ１０のシュラウド１２の表面に設けてもよい。
　また、動圧溝２１，２２の各々の角の部分は、少なくとも０．０５ｍｍ以上のＲを持つように丸められていることが好ましい。これにより、溶血の発生をより少なくすることができる。
　また、図１３は、インペラ２１が定常回転浮上位置にある場合において、動圧溝２２の深さＤ２２と動圧溝２１の深さＤ２１との比Ｄ２２／Ｄ２１と、インペラ２１に作用する動圧力との関係を示す図である。図１２で示したように、インペラ２１が隔壁６に近接した位置にある場合は、動圧溝２２の追加によって大きな動圧力が発生するが、図１３に示すように、インペラ２１が定常回転浮上位置にある場合は、動圧溝２２の追加によって動圧力が低下する。したがって、動圧溝２２の追加による動圧力や剛性の低下がポンプ性能に悪影響を与えないように、動圧溝２２の深さおよび幅を決定する必要がある。図１３に示すように、比Ｄ２２／Ｄ２１が小さいほど定常回転浮上位置における動圧力の低下を抑制できる。よって好ましくは、比Ｄ２２／Ｄ２１は１／５以下に設定される。
　また、図１４は、インペラ２１が定常浮上位置にある場合において、動圧溝２２の幅Ｗ２２と動圧溝２１の間隔（動圧溝２１間のランド部の幅）ＷＬ２１との比Ｗ２２／ＷＬ２１と、インペラ２１に作用する動圧力との関係を示す図である。図１４に示すように、比Ｗ２２／ＷＬ２１が小さいほど定常回転浮上位置における動圧力の低下を抑制できる。よって好ましくは、比Ｗ２２／ＷＬ２１は２／３以下に設定される。
　また、複数の動圧溝２３および複数の動圧溝２４は、図６に示すように、複数の動圧溝２１および複数の動圧溝２２と同様、インペラ１０のシュラウド１１に対応する大きさに形成されている。動圧溝２３，２４の各々は、血液室７の内壁の中心から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（換言すれば、湾曲して）血液室７の内壁の外縁付近まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、複数の動圧溝２３は、略同じ形状であり、かつ略同じ間隔で配置されている。動圧溝２３は凹部であり、動圧溝２３の深さは０．００５～０．４ｍｍ程度があることが好ましい。動圧溝２３の数は、６～３６個程度であることが好ましい。図６では、１０個の動圧溝２３がインペラ１０の中心軸に対して等角度に配置されている。
　また、複数の動圧溝２４は略同じ形状であり、かつインペラ１０の回転方向に等角度間隔に配置されている。動圧溝２４は凹部であり、動圧溝２４の深さは０．００５～０．３ｍｍ程度であることが好ましい。動圧溝２４の数は、６～３６個程度であることが好ましい。
　動圧溝２４は、動圧溝２１，２２について図９で説明したように、動圧溝２３よりも浅い。動圧溝２４の深さは動圧溝２３の深さの５分の１以下であることが好ましい。また、動圧溝２４の幅は２つの動圧溝２３の間隔の３分の２以下であることが好ましい。また、動圧溝２４の数は動圧溝２３の数以下であることが好ましい。
　図６では、１０個の動圧溝２３と１０個の動圧溝２４がインペラ１０の中心軸に対して等角度間隔で配置されている。動圧溝２３，２４の各々は、いわゆる内向スパイラル溝形状となっているので、インペラ１０が時計方向に回転すると、動圧溝２３，２４の外径部から内径部に向けて液体の圧力が高くなる。このため、インペラ１０と血液室７の内壁との間に反発力が発生し、これが動圧力となる。
　図１０～図１２において動圧溝２１，２２について説明したように、動圧溝２３は、インペラ１０と血液室７の内壁の間の距離が長い場合に動圧溝２４よりも大きな動圧力を発生する。また、動圧溝２４は、インペラ１０と血液室７の内壁との間の距離が短い場合に動圧溝２３よりも大きな動圧力を発生する。したがって、本願発明では、動圧溝２３，２４の両方を設けたので、回転起動時と定常回転時の両方で大きな動圧力を得ることができる。
　このように、インペラ１０と動圧溝２３，２４の間に形成される動圧軸受効果により、インペラ１０は血液室７の内壁から離れ、非接触状態で回転する。このため、インペラ１０はスムーズに回転起動し、インペラ１０と血液室７の内壁の間に血液流路が確保され、両者間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生が防止される。さらに、通常状態において、動圧溝２３，２４が、インペラ１０と血液室７の内壁の間において撹拌作用を発揮するので、両者間における部分的な血液滞留の発生を防止することができる。また、ポンプ部１が外的衝撃を受けたときや、動圧溝２１，２２による動圧力が過剰となったときに、インペラ１０の血液室７の内壁への密着を防止することができる。動圧溝２１，２２によって発生する動圧力と動圧溝２３，２４によって発生する動圧力は異なるものとなっていてもよい。
　なお、動圧溝２３，２４を血液室７の内壁に設ける代わりに、動圧溝２３，２４をインペラ１０のシュラウド１１の表面に設けてもよい。
　また、動圧溝２３，２４の各々の角の部分は、少なくとも０．０５ｍｍ以上のＲを持つように丸められていることが好ましい。これにより、溶血の発生をより少なくすることができる。
　また、動圧溝２１，２２について図１３および図１４で説明したように、動圧溝２４の深さＤ２４と動圧溝２３の深さＤ２３との比Ｄ２４／Ｄ２３は１／５以下に設定される。また、動圧溝２４の幅Ｗ２４と動圧溝２３の間隔（動圧溝２３間のランド部の幅）ＷＬ２３との比Ｗ２４／ＷＬ２３は２／３以下に設定される。
　また、インペラ１０のシュラウド１２と隔壁６との隙間と、インペラ１０のシュラウド１１と血液室７の内壁との隙間とが略同じ状態でインペラ１０が回転することが好ましい。インペラ１０に作用する流体力などの外乱が大きく、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も大きくし、両隙間を略同じにするため、動圧溝２１，２２と２３，２４の形状を異ならせることが好ましい。
　また、図５および図６では、動圧溝２１～２４の各々を内向スパイラル溝形状としたが、他の形状の動圧溝２１～２４を使用することも可能である。ただし、血液を循環させる場合は、血液をスムーズに流すことが可能な内向スパイラル溝形状の動圧溝２１～２４を採用することが好ましい。
　図１５は、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２との合力の大きさが、インペラ１０の血液室７内の可動範囲の中央位置以外の位置Ｐ１でゼロとなるように調整した場合にインペラ１０に作用する力を示す図である。ただし、インペラ１０の回転数は定格値に保たれている。
　すなわち、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１が永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２よりも小さく設定され、それらの合力がゼロとなるインペラ１０の浮上位置はインペラ可動範囲の中間よりも隔壁６側にあるものとする。動圧溝２１，２２と動圧溝２３，２４の形状は同じである。
　図１５の横軸はインペラ１０の位置（図中の左側が隔壁６側）を示し、縦軸はインペラ１０に対する作用力を示している。インペラ１０への作用力が隔壁６側に働くとき、その作用力をマイナスとしている。インペラ１０に対する作用力としては、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２と、動圧溝２１，２２の動圧力Ｆ３と、動圧溝２３，２４の動圧力Ｆ４と、それらの合力である「インペラに作用する正味の力Ｆ５」を示した。
　図１５から分かるように、インペラ１０に作用する正味の力Ｆ５がゼロとなる位置で、インペラ１０の浮上位置はインペラ１０の可動範囲の中央位置から大きくずれている。その結果、回転中のインペラ１０と隔壁６の間の距離は狭まり、インペラ１０に対して小さな外乱力が作用してもインペラ１０は隔壁６に接触してしまう。
　これに対して図１６は、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２との合力の大きさが、インペラ１０の血液室７内の可動範囲の中央位置Ｐ０でゼロとなるように調整した場合にインペラ１０に作用する力を示す図である。この場合も、インペラ１０の回転数は定格値に保たれている。
　すなわち、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２とは略同じに設定されている。また、動圧溝２１，２２と動圧溝２３，２４の形状は同じにされている。この場合は、図１５の場合と比較して、インペラ１０の浮上位置に対する支持剛性が高くなる。また、インペラ１０に作用する正味の力Ｆ５は可動範囲の中央でゼロとなっているので、インペラ１０に対し外乱力が作用しない場合にはインペラ１０は中央位置で浮上する。
　このように、インペラ１０の浮上位置は、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２と、インペラ１０の回転時に動圧溝２１，２２で発生する動圧力Ｆ３と、インペラ１０の回転時に動圧溝２３，２４で発生する動圧力Ｆ４との釣り合いで決まる。Ｆ１とＦ２を略同じにし、動圧溝２１，２２と動圧溝２３，２４の形状を同じにすることにより、インペラ１０の回転時にインペラ１０を血液室７の略中央部で浮上させることが可能となる。図３および図４に示すように、インペラ１０は２つのディスク間に羽根を形成した形状を有するので、ハウジング２の内壁に対向する２つの面を同一形状および同一寸法にすることができる。したがって、略同一の動圧性能を有する動圧溝２１，２２および動圧溝２３，２４をインペラ１０の両側に設けることは可能である。
　この場合、インペラ１０は血液室７の中央位置で浮上するので、インペラ１０はハウジング２の内壁から最も離れた位置に保持される。その結果、インペラ１０の浮上時にインペラ１０に外乱力が印加されて、インペラ１０の浮上位置が変化しても、インペラ１０とハウジング２の内壁とが接触する可能性が小さくなり、それらの接触によって血栓や溶血が発生する可能性も低くなる。
　なお、図１５および図１６の例では、動圧溝２１，２２の形状と動圧溝２３，２４の形状は同じであるとしたが、動圧溝２１，２２の形状と動圧溝２３，２４の形状を異なるものとし、動圧溝２１，２２の動圧性能と動圧溝２３，２４の動圧性能を異なるものとしてもよい。たとえば、ポンピングの際に流体力などによってインペラ１０に対して常に一方方向の外乱が作用する場合には、その外乱の方向にある動圧溝の性能を他方の動圧溝の性能より高めておくことにより、インペラ１０をハウジング２の中央位置で浮上回転させることが可能となる。この結果、インペラ１０とハウジング２との接触確率を低く抑えることができ、インペラ１０の安定した浮上性能を得ることができる。
　また、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２とによって構成されるインペラ１０のアキシアル方向への負の支持剛性値の絶対値をＫａとし、ラジアル方向の正の剛性値の絶対値をＫｒとし、インペラ１０が回転する常用回転数領域において動圧溝２１～２４で得られる正の剛性値の絶対値をＫｇとすると、Ｋｇ＞Ｋａ＋Ｋｒの関係を満たすことが好ましい。
　具体的には、アキシアル方向の負の剛性値の絶対値Ｋａを２００００Ｎ／ｍとし、ラジアル方向の正の剛性値の絶対値Ｋｒを１００００Ｎ／ｍとした場合、インペラ１０が通常回転する回転数領域で動圧溝２１～２４によって得られる正の剛性値の絶対値Ｋｇは３００００Ｎ／ｍを超える値に設定される。
　インペラ１０のアキシアル支持剛性は動圧溝２１～２４で発生する動圧力に起因する剛性から磁性体間の吸引力などによる負の剛性を引いた値であるから、Ｋｇ＞Ｋａ＋Ｋｒの関係を持つことで、インペラ１０のラジアル方向の支持剛性よりもアキシアル方向の支持剛性を高めることができる。このように設定することにより、インペラ１０に対して外乱力が作用した場合に、インペラ１０のラジアル方向への動きよりもアキシアル方向への動きを抑制することができ、動圧溝２１～２４の形成部でのインペラ１０とハウジング２との機械的な接触を避けることができる。
　特に、動圧溝２１～２４は、図３、図５および図６で示したように平面に凹設されているので、インペラ１０の回転中にこの部分でハウジング２とインペラ１０との機械的接触があると、インペラ１０およびハウジング２の内壁のいずれか一方または両方の表面に傷（表面の凹凸）が生じてしまい、この部位を血液が通過すると、血栓発生および溶血の原因となる可能性もあった。この動圧溝２１～２４での機械的接触を防ぎ、血栓および溶血を抑制するために、ラジアル方向の剛性よりもアキシアル方向の剛性を高める効果は高い。
　また、インペラ１０にアンバランスがあると回転時にインペラ１０に振れ回りが生ずるが、この振れ回りはインペラ１０の質量とインペラ１０の支持剛性値で決定される固有振動数とインペラ１０の回転数が一致した場合に最大となる。
　このポンプ部１では、インペラ１０のアキシアル方向の支持剛性よりもラジアル方向の支持剛性を小さくしているので、インペラ１０の最高回転数をラジアル方向の固有振動数以下に設定することが好ましい。そこで、インペラ１０とハウジング２との機械的接触を防ぐため、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２によって構成されるインペラ１０のラジアル剛性値をＫｒ（Ｎ／ｍ）とし、インペラ１０の質量をｍ（ｋｇ）とし、インペラの回転数をω（ｒａｄ／ｓ）とした場合、ω＜（Ｋｒ／ｍ）０．５の関係を満たすことが好ましい。
　具体的には、インペラ１０の質量が０．０３ｋｇであり、ラジアル剛性値が２０００Ｎ／ｍである場合、インペラ１０の最高回転数は２５８ｒａｄ／ｓ（２４６５ｒｐｍ）以下に設定される。逆に、インペラ１０の最高回転数を３６６ｒａｄ／ｓ（３５００ｒｐｍ）と設定した場合には、ラジアル剛性は４０１８Ｎ／ｍ以上に設定される。
　さらに、このωの８０％以下にインペラ１０の最高回転数を設定することが好ましい。具体的には、インペラ１０の質量が０．０３ｋｇであり、ラジアル剛性値が２０００Ｎ／ｍである場合には、その最高回転数は２０６．４ｒａｄ／ｓ（１９７１ｒｐｍ）以下に設定される。逆に、インペラ１０の最高回転数を３６６ｒａｄ／ｓ（３５００ｒｐｍ）としたい場合には、ラジアル剛性値が６２７９Ｎ／ｍ以上に設定される。このようにインペラ１０の最高回転数を設定することで、インペラ１０の回転中におけるインペラ１０とハウジング２の接触を抑えることができる。
　また、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２とによって構成されるインペラ１０のアキシアル方向の負の剛性値よりも動圧溝２１～２４の動圧力による剛性が大きくなった場合にインペラ１０とハウジング２は非接触の状態となる。したがって、この負の剛性値を極力小さくすることが好ましい。そこで、この負の剛性値を小さく抑えるため、永久磁石１５，１６の対向面のサイズを異ならせることが好ましい。たとえば、永久磁石１６のサイズを永久磁石１５よりも小さくすることにより、両者間の距離によって変化する吸引力の変化割合、すなわち負の剛性を小さく抑えることができ、インペラ支持剛性の低下を防ぐことができる。
　また、インペラ１０の回転起動前に、インペラ１０が隔壁６に接触していることを確認してから、インペラ１０を回転起動させることが好ましい。
　すなわち、インペラ１０の非回転時では、動圧溝２１～２４による非接触支持はされず、さらに、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２によってインペラ１０とハウジング２とは高い面圧で接触している。また、このポンプ部１のように、インペラ１０をモータ室８内のコイル２０および磁性体１８とインペラ１０の永久磁石１７との磁気的相互作用で回転させる場合は、特許文献２の図３に示すようなインペラを永久磁石間の磁気カップリングで回転駆動させる場合に比べて、起動トルクが小さい。したがって、インペラ１０をスムーズに回転起動させることは難しい。
　しかし、インペラ１０のシュラウド１２が隔壁６と接触している場合は、インペラ１０のシュラウド１１が血液室７の内壁に接触している場合に比べ、インペラ１０の永久磁石１７とモータ室８内の磁性体１８とが近接しているので、インペラ１０の起動時の回転トルクを高めることができ、インペラ１０をスムーズに回転起動させることができる。
　ところが、上述の通り、インペラ１０の回転時には、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２とは、インペラ１０の位置がインペラ１０の可動範囲の中央付近にて釣り合うように設定されているので、インペラ１０の停止時にインペラ１０が必ずしも隔壁６に接触しているとは限らない。
　そこで、この遠心式血液ポンプ装置では、インペラ１０を回転起動させる前にインペラ１０を隔壁６側に移動させる手段が設けられる。具体的には、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２が大きくなるように複数のコイル２０に電流を流し、インペラ１０を隔壁６側に移動させる。
　図１７は、ポンプ部１を制御するコントローラ２５の構成を示すブロック図である。図１７において、コントローラ２５は、モータ制御回路２６およびパワーアンプ２７を含む。モータ制御回路２６は、たとえば１２０度通電方式の３相の制御信号を出力する。パワーアンプ２７は、モータ制御回路２６からの３相の制御信号を増幅して、図８で示した３相電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを生成する。３相電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷは、図７および図８で説明した第１～第３のコイル２０にそれぞれ印加される。通常の運転時は、これにより、インペラ１０が可動範囲の中央位置で所定の回転数で回転する。
　図１８（ａ）～（ｃ）は、インペラ１０の回転起動時におけるコイル電流Ｉ、インペラ１０の位置、およびインペラ１０の回転数の時間変化を示すタイムチャートである。図１８（ａ）～（ｃ）において、初期状態では、永久磁石１５，１６の吸引力によってインペラ１０のシュラウド１１が血液室７の内壁に接触しており、インペラ１０は位置ＰＡにあるものとする。この状態では、インペラ１０が回転し難いので、インペラ１０のシュラウド１２が隔壁６に接触した位置ＰＢにインペラ１０を移動させる。
　時刻ｔ０において、図８で示される６パターン（０～６０度，６０～１２０度，…，３００～３６０度）の電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷのうちのいずれかのパターンの電圧を第１～第３のコイル２０に印加し、予め定められた電流Ｉ０をコイル２０に流す。コイル２０に電流Ｉ０を流すと、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２が永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１よりも大きくなり、インペラ１０はほとんど回転することなく隔壁６側の位置ＰＢに移動し、インペラ１０のシュラウド１２は隔壁６に接触する。インペラ１０が位置ＰＢに移動したら、電流Ｉ０を遮断する（時刻ｔ１）。
　なお、インペラ１０を回転させずに移動させるのは、インペラ１０を回転させながら隔壁６側の位置ＰＢに移動させようとしても、動圧溝２１，２２の動圧軸受効果によってインペラ１０の移動が妨げられるからである。また、インペラ１０の血液室７内の位置を検出するセンサを設け、インペラ１０が隔壁６に接触したことを確認した後に、電流Ｉ０を遮断することが好ましい。
　次に、図８で説明した第１～第３のコイル２０に３相電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを印加し、コイル電流Ｉを予め定められた定格値まで徐々に上昇させる。このとき、インペラ１０は隔壁６に接触しているので、インペラ１０はスムーズに回転する。コイル電流Ｉの上昇に伴って、インペラ１０は隔壁６側の位置ＰＢから可動範囲の中央位置に移動する。
　なお、起動時に６パターン（０～６０度，６０～１２０度，…，３００～３６０度）の電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを第１～第３のコイル２０に印加した場合、永久磁石１７と磁性体１８の吸引力が最大になるパターンは永久磁石１７と磁性体１８の位置関係によって異なる。したがって、起動時に一定パターンの電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷのみを第１～第３のコイル２０に印加する代わりに、６パターンの電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを第１～第３のコイル２０に一定時間ずつ順次印加してもよい。この場合、インペラ１０は僅かに回転して（厳密には１／４回転以下、すなわち電気角で３６０度以下回転して）、隔壁６側の位置ＰＢに移動する。
　また、６パターンの電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを印加すると、第１～第３のコイル２０のうちのいずれかのコイル２０には電流は流れず、９個の磁性体１８のうちの６個の磁性体がＮ極またはＳ極になり、残りの３個の磁性体１８には磁極は発生しない。したがって、第１～第３のコイル２０の全てに電流が流れ、９個の磁性体１８の各々がＮ極またはＳ極になるような電圧を第１～第３のコイル２０に印加して、永久磁石１７と磁性体１８の吸引力を強めてもよい。
　また、図１９は、この実施の形態１の変更例を示すブロック図である。この変更例では、インペラ１０の回転起動時とそれ以降で電源が切り換えられる。すなわち図１９において、この変更例では、図１７のパワーアンプ２７がパワーアンプ３０，３１および切換スイッチ３２で置換される。図１８の時刻ｔ０～ｔ１では、モータ制御回路２６の出力信号がパワーアンプ３０に与えられ、パワーアンプ３０の出力電圧が切換スイッチ３２を介してコイル２０に印加され、コイル２０に電流Ｉ０が流される。時刻ｔ２以降は、モータ制御回路２６の出力信号がパワーアンプ３１に与えられ、パワーアンプ３１の出力電圧が切換スイッチ３２を介してコイル２０に印加され、コイル２０に電流が流される。
　また、図２０（ａ）～（ｃ）は、この実施の形態１の他の変更例を示すタイムチャートである。図２０（ａ）～（ｃ）において、初期状態では、インペラ１０のシュラウド１１が血液室７の内壁に接触しており、インペラ１０は位置ＰＡにあるものとする。時刻ｔ０において、予め定められた電流Ｉ１がコイル２０に流される。すなわち、モータ制御回路２６により、たとえば１２０度通電方式の３相の制御信号を生成する。パワーアンプ２７は、モータ制御回路２６からの３相の制御信号を増幅して、図８で示した３相電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを生成する。３相電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷは、図７および図８で説明した第１～第３のコイル２０にそれぞれ印加される。
　したがって、この電流Ｉ１によってインペラ１０に回転磁界が印加される。この電流Ｉ１は、図１８の電流Ｉ０よりも大きい電流であり、インペラ１０のシュラウド１１が血液室７の内壁に接触している場合でもインペラ１０を回転起動させることが可能な電流である。回転起動が確認された後、コイル電流Iを低下させ、予め定められた定格値まで徐々に上昇させる。このようにインペラ１０が位置ＰＡ側にあった場合でも、インペラ１０の回転起動時のみにコイル２０に過大電流を流すように構成してもよい。
　また、血液室７の内壁の表面および隔壁６の表面と、インペラ１０の表面との少なくとも一方にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を形成してもよい。これにより、インペラ１０と血液室７の内壁および隔壁６との摩擦力を軽減し、インペラをスムーズに回転起動することが可能になる。なお、ダイヤモンドライクカーボン膜の代わりに、フッ素系樹脂膜、パラキシリレン系樹脂膜などを形成してもよい。
　また、図２１は、この実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図であって、図３と対比される図である。図２１において、この変更例では、対向する永久磁石１５，１６の対向面のサイズが異なる。図３では、永久磁石１５，１６の対向面のサイズが同じである場合が示されているが、永久磁石１５，１６の対向面のサイズを異ならせることにより、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ができ、インペラ１０の支持剛性の低下を防ぐことができる。
　また、図２２は、この実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図であって、図２１と対比される図である。図２２において、この変更例では、各磁性体１８の永久磁石１７に対向する先端面に磁性体３５が設けられる。この磁性体３５の永久磁石１７に対向する表面の面積は磁性体１８の先端面の面積よりも大きい。この変更例では、永久磁石１７に対する磁性体１８，３５の吸引力を大きくすることができ、インペラ１０の回転駆動におけるエネルギ効率を高めることができる。
　また、図２３は、この実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図であって、図２１と対比される図である。図２３において、この変更例では、継鉄１９が継鉄３６で置換され、磁性体１８が磁性体３７で置換される。継鉄３６および磁性体３７の各々は、インペラ１０の回転軸の長さ方向に積層された複数の鋼板を含む。この変更例では、継鉄３６および磁性体３７で発生する渦電流損失を軽減することができ、インペラ１０の回転駆動におけるエネルギ効率を高めることができる。
　また、図２４に示すように、インペラ１０の回転方向に積層された複数の鋼板を含む磁性体３８で磁性体３７を置換してもよい。また、図２５に示すように、インペラ１０の径方向に積層された複数の鋼板を含む磁性体３９で磁性体３７を置換してもよい。これらの場合でも、図２３の変更例と同じ効果が得られる。
　また、図３の継鉄１９および磁性体１８の各々を、純鉄、軟鉄、または珪素鉄の粉末によって形成してもよい。この場合は、継鉄１９および磁性体１８の鉄損を軽減することができ、インペラ１０の回転駆動におけるエネルギ効率を高めることができる。
　[実施の形態２]
　図２６は、この発明の実施の形態２による遠心式血液ポンプ装置のポンプ部の構成を示す断面図であって、図３と対比される図である。図２６において、このポンプ部では、インペラ１０のシュラウド１１に永久磁石４０，４１が埋設されている。永久磁石４０は永久磁石４１よりもインペラ１０の回転軸側に設けられている。また、シュラウド１１に対向する血液室７の内壁には、それぞれ永久磁石４０，４１を吸引する永久磁石４２，４３が埋設されている。永久磁石４０～４３は、インペラ１０をモータ室８と反対側、換言すれば血液流入ポート４側に吸引（換言すれば、付勢）するために設けられている。
　なお、シュラウド１１および血液室７の内壁に永久磁石４０～４３を設ける代わりに、シュラウド１１および血液室７の内壁の一方に永久磁石を設け、他方に磁性体を設けてもよい。また、シュラウド１１自体を永久磁石または磁性体で形成してもよい。また、磁性体としては軟質磁性体と硬質磁性体のいずれを使用してもよい。
　また、永久磁石４０は、１つでもよいし、複数でもよい。永久磁石４０が１つの場合は、永久磁石４０はリング状に形成される。また、永久磁石４０が複数の場合は、複数の永久磁石４０は等角度間隔で同一の円に沿って配置される。永久磁石４１～４３の各々も、永久磁石４０と同様であり、１つでもよいし、複数でもよい。
　また、シュラウド１２には複数（たとえば８個）の永久磁石４４が埋設されている。複数の永久磁石４４は、等角度間隔で同一の円に沿って配置される。モータ室８内には、複数の永久磁石４４を吸引するための複数（たとえば８個）の永久磁石４５が設けられている。複数の永久磁石４５は、インペラ１０の複数の永久磁石４４に対向して、等角度間隔で同一の円に沿って配置される。複数の永久磁石４４は、椀状のロータ４６の表面に設けられている。ロータ４６の縁の内側には、複数（たとえば８個）の永久磁石４７が等角度間隔で設けられている。複数の永久磁石４７は、隣接する磁極が互いに異なるようにして、等角度間隔で同一の円に沿って配置される。換言すれば、ロータ４６の内側にＮ極を向けた永久磁石４７と、ロータ４６の内側にＳ極を向けた永久磁石４７とが等角度間隔で同一の円に沿って交互に配置されている。
　ロータ４６の中央部はベアリング４８を介して中心軸４９に回転可能に支持されており、ロータ４６は隔壁６に沿って回転可能に設けられている。中心軸４９は、円板状の継鉄５０の中央に立設されている。継鉄５０の表面において中心軸４９の周りには、複数（たとえば９個）の磁性体５１が等角度間隔で設けられている。複数の磁性体５１の先端は、ロータ４６の複数の永久磁石４７に対向して、同一の円に沿って配置される。各磁性体５１には、コイル５２が巻回されている。複数の永久磁石４７、複数の磁性体５１、および複数のコイル５２は、ロータ４６を回転させるためのモータを構成する。
　９個のコイル５２には、たとえば１２０度通電方式で電圧が印加される。すなわち、９個のコイル５２は、３個ずつグループ化される。各グループの第１～第３のコイル５２には、図８で示した電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷが印加される。したがって、第１～第３のコイル５２にそれぞれ電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを印加することにより、回転磁界を形成することができ、複数の磁性体５１とロータ４６の複数の永久磁石４７との吸引力および反発力により、ロータ４６を回転させることができる。ロータ４６が回転すると、ロータ４６の複数の永久磁石４５とインペラ１０の複数の永久磁石４４との吸引力により、インペラ１０が回転する。
　ここで、インペラ１０が定格回転数で回転している場合は、永久磁石４０，４１および永久磁石４２，４３間の吸引力と複数の永久磁石４４および複数の永久磁石４５間の吸引力とは、血液室７内におけるインペラ１０の可動範囲の略中央付近で釣り合うようにされている。このため、インペラ１０のいかなる可動範囲においてもインペラ１０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１０の回転起動時に発生するインペラ１０とハウジング２との相対すべり時の摩擦抵抗を小さくすることができる。また、相対すべり時におけるインペラ１０とハウジング２の内壁の表面の損傷（表面の凹凸）はなく、さらに低速回転時の動圧力が小さい場合にもインペラ１０はハウジング２から浮上し易くなり、非接触の状態となる。したがって、インペラ１０とハウジング２との相対すべりによって溶血・血栓が発生したり、相対すべり時に発生したわずかな表面損傷（凹凸）によって血栓が発生することもない。
　また、実施の形態１と同様、インペラ１０のシュラウド１２に対向する隔壁６の表面には複数の動圧溝２１および複数の動圧溝２２が形成され、シュラウド１１に対向する血液室７の内壁には複数の動圧溝２３および複数の動圧溝２４が形成されている。インペラ１０の回転数が所定の回転数を超えると、動圧溝２１～２４の各々とインペラ１０との間に動圧軸受効果が発生する。これにより、動圧溝２１～２４の各々からインペラ１０に対して抗力が発生し、インペラ１０は血液室７内で非接触状態で回転する。
　また、インペラ１０と血液室７の内壁との間の距離が長い場合に大きな動圧力を発生する動圧溝２３と、インペラ１０と血液室７の内壁との間の距離が短い場合に大きな動圧力を発生する動圧溝２４との両方を設けたので、回転起動時と定常回転時の両方で大きな動圧力を得ることができる。したがって、部品点数を増やすことなく、インペラ１０をスムーズに回転起動させることができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　ポンプ部、２　ハウジング、３　本体部、４　血液流入ポート、５　血液流出ポート、６　隔壁、７　血液室、８　モータ室、１０　インペラ、１０ａ　貫通孔、１１，１２　シュラウド、１３　ベーン、１４　血液通路、１５～１７，４０～４５，４７　永久磁石、１８，３５，３７～３９，５１　磁性体、１９，３６，５０　継鉄、２０，５２　コイル、２１～２４　動圧溝、２５　コントローラ、２６　モータ制御回路、２７，３０，３１　パワーアンプ、３２　切換スイッチ、４６　ロータ、４８　ベアリング、４９　中心軸。

Claims (11)

  1. 　隔壁（６）で仕切られた第１および第２の室（７，８）を含むハウジング（２）と、前記第１の室内（７）において前記隔壁（６）に沿って回転可能に設けられ、回転時の遠心力によって液体を送るインペラ（１０）と、前記第２の室内（８）に設けられ、前記隔壁（６）を介して前記インペラ（１０）を回転駆動させる駆動部（１８～２０）とを備えた遠心式ポンプ装置であって、
    　前記インペラ（１０）の一方面に設けられた第１の磁性体（１５）と、
    　前記インペラ（１０）の一方面に対向する前記第１の室（７）の内壁に設けられ、前記第１の磁性体（１５）を吸引する第２の磁性体（１６）と、
    　前記インペラ（１０）の他方面に設けられ、前記駆動部（１８～２０）によって吸引される第３の磁性体（１７）とを備え、
    　前記インペラ（１０）の回転中において、前記第１および第２の磁性体（１５，１６）間の第１の吸引力と前記第３の磁性体（１７）および前記駆動部（１８～２０）間の第２の吸引力とは、前記第１の室内（７）における前記インペラ（１０）の可動範囲の略中央で釣り合い、
    　前記インペラ（１０）の一方面またはそれに対向する前記第１の室（７）の内壁に複数の第１の動圧溝（２３）および複数の第２の動圧溝（２４）が形成され、前記インペラ（１０）の他方面またはそれに対向する前記隔壁（６）に複数の第３の動圧溝（２１）および複数の第４の動圧溝（２２）が形成され、
    　前記第２の動圧溝（２４）の形状および深さのうちの少なくとも一方は前記第１の動圧溝（２３）と異なり、前記第４の動圧溝（２２）の形状および深さのうちの少なくとも一方は前記第３の動圧溝（２１）と異なる、遠心式ポンプ装置。
  2. 　前記複数の第１の動圧溝（２３）は前記インペラ（１０）の定常回転時に前記複数の第２の動圧溝（２４）よりも大きな動圧力を発生し、
    　前記複数の第２の動圧溝（２４）は前記インペラ（１０）の回転起動時に前記複数の第１の動圧溝（２３）よりも大きな動圧力を発生し、
    　前記複数の第３の動圧溝（２１）は前記インペラ（１０）の定常回転時に前記複数の第４の動圧溝（２２）よりも大きな動圧力を発生し、
    　前記複数の第４の動圧溝（２２）は前記インペラ（１０）の回転起動時に前記複数の第３の動圧溝（２１）よりも大きな動圧力を発生する、請求の範囲第１項に記載の遠心式ポンプ装置。
  3. 　前記第２の動圧溝（２４）は前記第１の動圧溝（２３）よりも浅く、前記第４の動圧溝（２２）は前記第３の動圧溝（２１）よりも浅い、請求の範囲第１項に記載の遠心式ポンプ装置。
  4. 　前記第２の動圧溝（２４）の深さは前記第１の動圧溝（２３）の深さの５分の１以下であり、前記第４の動圧溝（２２）の深さは前記第３の動圧溝（２１）の深さの５分の１以下である、請求の範囲第３項に記載の遠心式ポンプ装置。
  5. 　各第２の動圧溝（２４）は２つの第１の動圧溝（２３）の間に配置され、各第４の動圧溝（２２）は２つの第３の動圧溝（２１）の間に配置され、
    　各第２の動圧溝（２４）の幅は前記２つの第１の動圧溝（２３）の間隔の３分の２以下であり、各第４の動圧溝（２２）の幅は前記２つの第３の動圧溝（２１）の間隔の３分の２以下である、請求の範囲第１項に記載の遠心式ポンプ装置。
  6. 　前記第２の動圧溝（２４）の数は前記第１の動圧溝（２３）の数以下であり、前記第４の動圧溝（２２）の数は前記第３の動圧溝（２１）の数以下である、請求の範囲第１項に記載の遠心式ポンプ装置。
  7. 　前記複数の第２の動圧溝（２４）は前記インペラ（１０）の回転方向に等角度間隔で配置され、前記複数の第４の動圧溝（２２）は前記インペラ（１０）の回転方向に等角度間隔で配置されている、請求の範囲第６項に記載の遠心式ポンプ装置。
  8. 　前記第３の磁性体（１７）は複数設けられ、
    　複数の前記第３の磁性体（１７）は、隣接する磁極が互いに異なるように同一の円に沿って配置され、
    　前記駆動部（１８～２０）は、前記複数の第３の磁性体（１７）に対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数のコイル（２０）を含む、請求の範囲第１項に記載の遠心式ポンプ装置。
  9. 　前記第３の磁性体（１７）は複数設けられ、
    　複数の前記第３の磁性体（１７）は、隣接する磁極が互いに異なるように同一の円に沿って配置され、
    　前記駆動部（１８～２０）は、
    　前記複数の第３の磁性体に対向して配置された複数の第４の磁性体（１８）と、
    　それぞれ前記複数の第４の磁性体（１８）に対応して設けられて各々が対応の第４の磁性体（１８）に巻回され、回転磁界を生成するための複数のコイル（２０）とを含む、請求の範囲第１項に記載の遠心式ポンプ装置。
  10. 　前記駆動部（４５～４７，５１，５２）は、
    　前記第２の室内（８）において前記隔壁（６）に沿って回転可能に設けられたロータ（４６）と、
    　前記第３の磁性体（４４）に対向して前記ロータ（４６）に設けられ、前記第３の磁性体（４４）を吸引する第４の磁性体（４５）と、
    　前記ロータ（４６）を回転させるモータ（４７，５１，５２）とを含む、請求の範囲第１項に記載の遠心式ポンプ装置。
  11. 　前記液体は血液であり、
    　前記遠心式ポンプ装置は、前記血液を循環させるために使用される、請求の範囲第１項に記載の遠心式ポンプ装置。
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