WO2013118419A1 - 血液ポンプ - Google Patents

Abstract

【解決課題】　本発明は，血液を循環させる遠心式血液ポンプにおいて，インペラがハウジング及び回転軸と完全に非接触であり，インペラの浮上力が安定した状態でインペラが回転運動する血液ポンプを得ることを目的とする。また，本発明は，血液ポンプを小型化した場合であっても，インペラが高速で回転する血液ポンプを得ることを目的とする。 【解決手段】　磁力を強化した磁石をハウジングの内側とインペラの外周面に設け，軸受部の周辺に一定間隔の隙間を設けることで，ハウジング及び軸とインペラが完全に非接触な状態を維持でき，インペラを長期間に渡り，安定的に回転させることができる。

Description

血液ポンプ

　本発明は，血液ポンプに関する。具体的に説明すると，本発明は，ハウジング内に収容されたインペラが磁力により回転することで，血液を循環させる遠心式血液ポンプに関する。本発明は，ハウジングの内側と外側に設けられた磁石のカップリング力と，ハウジング内を流れる血液の動圧により，インペラがハウジング及び軸受部と非接触状態で回転することができる。

　従来から，手術時や手術後に体外設置型血液ポンプが用いられている（例えば特許文献１）。血液ポンプは，人工心臓として用いられ，中期的な心臓機能の補助と治療を可能とする。血液ポンプは，遠心力により血液を循環させるものであり，その遠心力はハウジング内に収容されたインペラを回転することにより得られる。血液ポンプのハウジング内に収容されたインペラには，従動磁石が取付けられており，ハウジング外に設けられた駆動磁石を回転させることにより，インペラは回転する。特許文献１に開示された血液ポンプにおいて，磁石は，接地面と垂直方向に磁気カップリングが発生するように配置されており，ハウジングの底部を流れる流路には，軸受が設けられている。このため，特許文献１の血液ポンプは，インペラとハウジング内壁の間に接触部を有するようになっている。

　また，特許文献２に記載された血液ポンプは，回転軸周囲に設けられた駆動磁石と，インペラの内周側に設置された従動磁石間の磁気カップリングにより，インペラが回転する構造である。特許文献２の血液ポンプは，ハウジングとインペラの外周側にも相互に作用する磁石対を有している。この磁石対はインペラを磁気浮上させ，インペラとハウジングの接触を防ぐ働きをする。

　特許文献３に記載された血液ポンプは，ハウジングの側壁とインペラの外周面に磁石を有しており，インペラが回転する径方向に磁気カップリングを発生させ，インペラを回転させる構造である。特許文献３の血液ポンプは，回転軸の周囲には血液の流路が確保されており，この部分を流れる血液の動圧によって，インペラを浮上させることができるようになっている。回転軸の周囲に形成された血液の流路は，軸の回りに設けられた三角形状の軸受孔であり，軸と軸受孔の一部は接している。

特開２００５－１１８２３７ 特開２００６－２２６３９０ 特開２００６―２１８０１０

　しかしながら，従来の血液ポンプにおいて，血液の流路に軸受などの接触部があると，そこで血液が滞留し，血栓及び溶血の原因となるという問題があった。また，ハウジングとインペラの接触部は，インペラの回転により摩耗するため，血液ポンプを長期間に渡って使用できないという問題があった。

　また，インペラを磁石の相互作用によって，磁気浮上させる構造の血流ポンプでは，インペラがハウジングと接触することなく回転する。しかし，その磁気浮上力は不安定なものである。このように，インペラの浮上力が不安定であると，インペラがハウジングの側壁に接触することがあり，その接触部分では，赤血球が破損し，溶血が起こるという問題があった。また，ハウジングやインペラに磁気浮上用の磁石を設ける必要があり，血液ポンプが大型化してしまうという問題があった。

　また，インペラを血液の動圧によって浮上させる血流ポンプでは，回転軸の周囲に血液の流路が設けられており，その流路は軸周辺の軸受孔によって確保されている。しかし，軸受孔は回転軸に一部接触した状態で設けられているため，軸受孔を流れる血液が滞留し，血栓が形成されるという問題があった。

　このため，現在は，インペラがハウジング内で安定して浮上し，インペラがハウジング及び回転軸と非接触状態で回転することができる血液ポンプが求められている。また，小児や新生児にも適用可能なように，循環血流量の少なくても，インペラがハウジング内で安定して浮上する小型化血流ポンプが求められている。

　そこで，本発明者らは，上記従来技術の問題点を解消するために，駆動磁石をハウジングの外側に，従動磁石をハウジングの内側のインペラに設け，これら両磁石の非対向面側に磁性体を設置した。これにより，本発明者らは，両磁石の磁性方向が限定されることにより磁力の分散が防止されるため，インペラがハウジング及び軸受部と非接触な状態での回転を維持できるという知見を得た。
　さらに，本発明者らは，インペラと軸受部の間に血液が流れる間隙を設けた。これにより，本発明者らは，血液の動圧により，インペラがハウジング及び軸受部と非接触な状態で安定して回転することができるという知見を得た。

　本発明は，ハウジング１０，軸受部２０，従動磁石３０，インペラ４０，及び駆動磁石５０を有する血液ポンプに関する。ハウジング１０は，血液が流入する流入ポート２５を備える天面２と，その天面２に対向して配置される底面３と，天面２と底面３に連結し，血液が流出する流出ポート４を備える。軸受部２０は，ハウジング１０の底面３から天面２に向かって突設される。インペラ４０は，ハウジング１０内に収容され，従動磁石３０を備える。インペラ４０は，中央部に軸受部２０が挿入される貫通穴を有する。駆動磁石５０はハウジング１０の外側に配置され，ハウジング１０の側周面５に沿って回転する。また，駆動磁石５０は，側周面５を介して，インペラ４０の径方向で従動磁石３０と磁気カップリングするように配置される。従動磁石３０と駆動磁石５０は，対向する側に対向面を有し，対向面の逆側の面に非対向面を有する。本発明の血液ポンプは，さらに，磁性体６０，６１を有し，磁性体６０，６１は，従動磁石３０の非対向面側と駆動磁石５０の非対向面側に各々配置される。本発明の血液ポンプは，駆動磁石５０が回転すると，従動磁石３０を備えるインペラ４０が回転する。インペラ４０は，ハウジング１０及び軸受部２０と非接触状態で回転する。

　本発明の血液ポンプ１００は，従動磁石３０の非対向面側と，駆動磁石５０の非対向面側に，それぞれ磁性体６０，６１を有する。磁性体６０，６１は，それらの磁性によって従動磁石３０と駆動磁石５０の磁性方向を限定し，従動磁石３０と駆動磁石５０の間の磁力の分散を防止する働きをする。このため，従動磁石３０と駆動磁石５０の磁気カップリング力が強力になる。また，インペラ４０は，軸受部２０が挿入される貫通穴を有し，貫通穴と軸受部２０の間には所定の幅の隙間が設けられている。血液が，インペラと軸受部２０の間の狭い隙間を流れることにより，その隙間に液体の流れによる圧力（動力）が発生する。

　また，本発明の血液ポンプ１００は，従動磁石３０と駆動磁石５０の間に強力な磁気カップリング力が発生し，インペラ４０と軸受部２０の間の血液流路に動圧が発生するため，インペラ４０は，ハウジング１０及び軸受部２０と非接触状態で回転することができる。また，本発明の血液ポンプ１００では，インペラ４０が，ハウジング１０及び軸受部２０と非接触状態で回転するため，血液の滞留がなく，血栓の発生及び溶血が起こりにくい。さらに，インペラ４０が非接触状態で回転することにより，ハウジング１０内の各部材の接触による摩耗を防ぐことができる。その結果，血液ポンプ１００を長期間に渡り，使用することができる。

　また，本発明の血液ポンプ１００では，従動磁石３０と駆動磁石５０の間に強力な磁気カップリング力が発生するため，駆動磁石５０の回転速度を上げた場合においても，従動磁石３０が脱調することがない。通常，遠心式血液ポンプにおいて，血液ポンプ内に流入する血液充填量が少ない場合は，インペラ４０の回転数を上げる必要がある。しかしながら，インペラ４０の回転数を上げると，インペラ４０に大きな遠心力が発生し，従動磁石が，駆動磁石との磁気カップリングから脱調する恐れがある。この点，本発明の血液ポンプ１００は，強力な磁気カップリング力を有するため，駆動磁石５１の回転数を上げても従動磁石３０の脱調を防止することができる。このため，本発明は，インペラ４０の回転速度を上げることが可能であるため，血液充填量が少ない場合であっても安定して血液を供給することができ，結果として，血液ポンプ１００を小型化することができる。

　本発明の好ましい態様は，軸受部２０が，底面３から延設された基底部２１と，この基底部２１から突出する棒状部２２を有するものであり，基底部２１は，棒状部２２に向かって，幅狭になる台形円柱形状である。ここで，インペラ４０の貫通穴は，棒状部２２と前記基底部２１に沿った形状であり，かつ，棒状部２２と基底部２１との間に所定の幅の間隙を有するように形成される。

　上記構成のように，基底部２１を，棒状部２２に向かって幅狭になる台形円柱形状とすることで，インペラ４０と軸受部２０の間の，動圧による浮上力を調節することできる。その結果，インペラ４０はより安定した状態でハウジング１０内を回転することができる。

　本発明の好ましい態様は，軸受部２０は，底面３から延設された基底部２１と，この基底部２１から突出する棒状部２２を有するものであり，棒状部２２とインペラ４０の間の隙間の距離は１００μｍ以上２００μｍ以下である。

　上記構成のように，棒状部２２とインペラ４０の間の隙間の距離を１００μｍ以上２００μｍ以下とすることで，インペラ４０と軸受部２０の間の動圧によって，インペラを安定して浮上させることができる。従って，インペラ４０が，非接触状態で，かつ安定してハウジング１０内を回転するようになる。

　本発明の好ましい態様は，磁性体６０，６１が，鉄，コバルト，ニッケル，マンガン，及びクロムの少なくともいずれか１つを含む金属リングである。

　上記構成のように，磁性体６０，６１を，鉄，コバルト，ニッケル，マンガン，及びクロムの少なくともいずれか１つを含む金属リングとすることで，従動磁石３０と駆動磁石５０の間の磁力の漏れを効率よく防ぐことができ，従動磁石３０と駆動磁石５０が対向する面の磁気カップリング力を高めることができる。

　本発明の好ましい態様は，幅狭になる台形円柱形状は，底面３に対して３０度から６０度の角度の傾斜面を有する。

　上記構成のように，傾斜面を，底面３に対して３０度から６０度の角度とすることで，血液が滞留することを防ぐことができる。また，傾斜面を，底面３に対して３０度から６０度の角度とすることでインペラ４０と軸受部２０の間の動圧を調節することができる。その結果，インペラ４０は，ハウジング１０内の適切な位置に浮上し，ハウジング１０内を安定した状態で回転することができる。

　本発明の好ましい態様は，ハウジング１０が，トップハウジング１１とボトムハウジング１２を含み，トップハウジング１１とボトムハウジング１２はシール構造によって連結される。シール構造は，トップハウジング１１又はボトムハウジング１２のいずれか一方に形成される凸部と，トップハウジング１１又はボトムハウジング１２の他方に形成される凹部が嵌合する構造である。

　上記構成のように，トップハウジング１１とボトムハウジング１２の間にシール構造を有することで，トップハウジング１１とボトムハウジング１２が着脱可能な構造となる。またシール構造を，トップハウジング１１又はボトムハウジング１２のいずれか一方に形成される凸部と，トップハウジング１１又はボトムハウジング１２の他方に形成される凹部が嵌合する構造とすることで，トップハウジング１１とボトムハウジング１２をしっかりと嵌合させることができる。

　本発明は，上述した発明特定事項を有することにより，インペラ４０をハウジング１０及び軸受部２０と非接触状態で長期間に渡り，回転させることができる。また，本発明は上述した発明特定事項を有することにより，駆動磁石５１の回転数を上げた場合においても従動磁石５０の脱調を防止できるため，安全性の高い血液ポンプ１００を得ることができる。

　さらに，本発明は上述した発明特定事項を有することにより，血液ポンプ１００を小型化・軽量化することができる。その結果，本発明によれば，小児や新生児にも適用できる血流量の少ない血液ポンプ１００を得ることができる。

図１は，血液ポンプの概略構成を示す断面図である。 図２は，血液ポンプ内の血液の流れを示した図である。 図３（ａ）は，軸受部の拡大断面図である。図３（ｂ）は，図３（ａ）に示されたＸ－Ｘの線分における断面図である。 図４は，血液ポンプの軸受部の拡大断面図である。 図５（ａ）は，軸受部の拡大断面図である。図５（ｂ）は，図５（ａ）に示されたＹ－Ｙの線分における断面図である。 図６は，トップハウジングとボトムハウジングの間の，シール構造の構図を示した拡大図である。

　以下，図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は，以下に説明する形態に限定されるものではなく，以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。また，本明細書において，「Ａ～Ｂ」とは，Ａ以上Ｂ以下であることを意味する。

（１．血液ポンプの構造）
　図１は，本実施形態の血液ポンプ１００の概略構成を示す断面図である。ハウジング１０は，天面２と，その天面２に対向する底面３と，天面２と底面３に連結する側周面５から構成される。ハウジング１０の天面２は，血液が流入する流入ポート２５を備える。ハウジングの側周面５は，血液が流出する流出ポート４を備える。ハウジング１０の天面２は流入ポート２５に向かって傾斜をもって構成されても良く，側周面５に垂直になるように構成されても良い。

　ハウジング２３の底面３には，ハウジング１０の内部側に向かって軸受部２０が突設される。軸受部２０は，底面３から天面２に向かう方向に延設される。底面３から天面２に向かう方向とは，図１の上下方向に相当する。インペラ４０は軸受部２０の周りを非接触状態で回転する。インペラ４０は従動磁石３０を備え，ハウジング１０の外部にはモーター５５に連結した駆動磁石５０が備えられている。インペラ４０は，従動磁石３０と駆動磁石５０の間の磁力により回転する。

　流入ポート２５及び流出ポート２６は，手術中又は手術後の患者の心臓部に各々連結され，血液ポンプ１００は人工心臓として機能する。流入ポート２５から，ハウジング１０内に流れてきた血液は，ハウジング１０内のインペラ４０の回転運動による遠心力でハウジング１０内を循環し，流出ポート２６から送り出される。

　インペラ４０は，ハウジング１０の内部に収容される。インペラ４０は，ハウジング１０内で回転運動することにより，ハウジング１０内の血液を循環させる働きをする。インペラ４０は，中央部に軸受部２０を挿入するための貫通穴を有する。この貫通穴は軸受部２０に沿った形状であり，かつ，軸受部２０とインペラ４０の間に所定の間隙が設けられるように形成される。
　軸受部２０はインペラ４０の貫通穴に挿入され，インペラ４０は軸受部２０の周りを非接触状態で回転する。インペラ４０は，図１のハウジングの左右方向を径方向として回転する。インペラ４０は，ハウジング１０内に流入してくる血液を効率よく循環できるよう，ハウジング１０内のスペースの形状に沿った形状とすることが好ましい。また，インペラ４０の形状は，ハウジング１０の血液充填量や，インペラ４０の回転速度によって適切な形状とすることができる。例えば，インペラ４０の回転速度を上げたい場合は，インペラ４０の液中抵抗が少なくなるようにインペラ４０の凹凸を少なくしても良い。

　インペラ４０は，インペラトップ４１とインペラボトム４２から構成されても良い。インペラトップ４１は血液を循環させるための羽を有し，インペラボトム４２は従動磁石３０を備える。従動磁石３０は，後述する駆動磁石５０との磁気カップリングを強くするために，インペラ４０の径方向の外周側に備え付けられていることが好ましい。従動磁石３０は，インペラ４０の径方向の最も外周側に設けられても良いが，ハウジング１０内を流れる血液に接触しないようにインペラ４０に設置されることが好ましい。また，インペラ４０の外表面を覆う素材には，従動磁石３０と駆動磁石５０との磁気カップリングを阻害することのない素材を用いることが好ましい。従動磁石３０は，インペラボトム４２の外周側の同一円周上に，連続して設置されてリング状の形状で形成されても良い。

　インペラトップ４１は血液を循環させるための羽を有する。インペラの羽は，インペラ４０の中心から径方向の外周側に向かって，等間隔で設けられることが好ましい。本発明のインペラトップ４１に設けられる羽の数は，４～１２枚であることが好ましく，６～８枚であることがより好ましい。

　インペラボトム４２は従動磁石３０を備え，従動磁石３０は，インペラ４０の径方向の外周に沿って配置される。従動磁石３０は，同一円周上にＮ極とＳ極が交互に繰り返すように，複数個，設置される。従動磁石３０の数は４～１２個であることが好ましく，６～８個であることがより好ましい。

　本発明に係る血液ポンプ１００は，ハウジング１０の外部にモーター５５と，そのモーター５５を収容するモーターハウジング５７を備える。モーターハウジング５７内には，モーター５５と連結し，回転運動する駆動磁石マウント５３が設置されている。駆動磁石マウント５３は，駆動磁石５０を備える。駆動磁石マウント５３は，駆動磁石５０をハウジング１０の側周面５に沿って回転駆動させるように，駆動磁石５０を積載している。駆動磁石マウント５３は，例えば図１で示されているように，ハウジング１０の底面３に平行な面と，その平行な面から軸方向に鉛直に延設される側壁を有することが好ましい。駆動磁石５０は，側壁の上に積載され，固定される。動磁石マウント２３をこのような構造とすることで，駆動磁石５０を，ハウジング１０の外側の側周面５に沿って回転させることを可能にする。
　駆動磁石５０は，同一円周上にＮ極とＳ極が交互に繰り返すように，Ｎ極とＳ極がそれぞれ複数個設置されて形成されている。駆動磁石５０をなすＮ極とＳ極の数は，それぞれ，４～１２個であることが好ましく，６～８個であることがより好ましい。駆動磁石５０は，ハウジング１０の外側の側周面５に沿って，連続して設置されてリング状の形状で形成されても良い。

　従動磁石３０を有するインペラ４０は，駆動磁石マウント５３に備え付けられた駆動磁石５０が回転することによって回転する。従動磁石３０と駆動磁石５０は，ハウジング１０の側周面５を介してインペラ４０の径方向で磁気カップリングするように配置される。径方向に発生する磁気カップリング力と，後述するハウジング内を流れる血液の圧力（動力）によって，インペラ４０は，ハウジング１０内に浮上し，ハウジング１０及び軸受部２０と非接触状態で回転することができる。

　本発明の血液ポンプ１００の駆動磁石５０は，駆動磁石マウント５３の側壁上に設置され，従動磁石３０と駆動磁石５０は，ハウジング１０の側周面５を介してインペラ４０の径方向で磁気カップリングするように配置される。駆動磁石５０は，駆動磁石マウント５３に載置されるため，駆動磁石マウント５３の形状を調節することにより，駆動磁石の配置位置を自在に変えることができる。例えば，従動磁石３０がインペラ４０の上下方向の上側に設けられている場合，駆動磁石マウント５３の側壁の高さを高くすることで駆動磁石５０を軸方向に高く配置することができる。このように，駆動磁石マウント５３の形状を変えることで，駆動磁石マウント５３は，駆動磁石５０の配置位置を調節することができる。

　駆動磁石５０及び従動磁石３０には，希土類マグネットからなる永久磁石を用いることが好ましい。希土類マグネットは，高い磁性特性を有するため，従動磁石３０と駆動磁石５０の間の磁気カップリング力を強くすることができ，その結果インペラ４０を高速で回転させることができる。また，希土類マグネットからなる永久磁石を用いることにより，血液ポンプを長期間に渡って安定した状態で使用することができる。

　従動磁石３０と駆動磁石５０の磁気カップリング力を強くすることで，インペラ４０の回転数を自在に制御することができる。従動磁石３０と駆動磁石５０の磁気カップリング力が強力であれば，駆動磁石５０の回転速度を上げて場合であっても，従動磁石３０が脱調することなく，駆動磁石５０の回転速度に合わせて回転することができる。また，従動磁石３０と駆動磁石５０の磁気カップリング力が強力であれば，駆動磁石５０の回転速度を減速した場合であっても，従動磁石３０の回転速度をすばやく駆動磁石５０の回転速度に合わせることができる。このように，従動磁石３０の回転速度を自在に調節できるため，血液ポンプ１００から送り出す血液の量を患者の状態に合わせて調節することができる。

（２．血液流路）
　図２は，ハウジング１０内の血液の流れを示した図である。流入ポート２５よりハウジング１０に流入した血液は，インペラ４０の回転力により生じる遠心力により，ハウジング１０内の血液流路を循環し，流出ポート４より送り出される。
　本発明の血液ポンプ１００では，従動磁石３０と駆動磁石５０は磁気カップリングしている。このため，駆動磁石５０がモーター５５の駆動力によって回転することにより，従動磁石３０が回転し，それに伴い，従動磁石３０を備えるインペラ４０が回転する。このインペラ４０の回転運動により，血液はハウジング１０内を循環することができる。

　流入ポート２５よりハウジング１０に流入した血液の一部は，流出ポート４から送り出されずに，ハウジング１０とインペラ４０の間の隙間を通って，インペラ４０の下方側に流れる。血液の一部は，インペラ４０とハウジング１０の側周面５の間の隙間を通って，インペラ４０とハウジング１０の底面３の間の隙間を流れる。インペラ４０とハウジング１０の底面３の間の隙間に流れた血液は，次いで，軸受部２０とインペラ４０の間の狭い隙間を通って，インペラ４０と流入ポート２５の間の空間に達し，流入ポート２５から新たに流入してきた血液と合流する。合流した血液の大部分は流出ポート４から流出するが，一部は再びハウジング１０内を循環する。

　本発明の血液ポンプ１００では，軸受部２０とインペラ４０の間の狭い隙間に血液が流れる。軸受部２０とインペラ４０の間の狭い隙間に血液が流れることにより，軸受部２０とインペラ４０の間には動圧が生じる。この動圧は，インペラ４０が軸受部２０に接触させないように働く。このため，インペラ４０は，ハウジング１０及び軸受部２０と非接触状態で回転することができる。
　インペラ４０が，ハウジング１０及び軸受部２０と非接触状態で回転するため，血液の流路において，血液の滞留が起こらず，血栓の発生及び溶血を防ぐことができる。また，インペラ４０が非接触状態で回転することで，ハウジング１０内の各部材の接触による摩耗を防ぐことができ，血液ポンプを長期間に渡り，使用することができる。

　血液の流路は，血液の滞留が起こらない構造であることが好ましい。血液中の成分は，血液が流れる方向が大きく変わる部分や，流路の凹んだ部分に溜まりやすく，その部分で血栓が発生する場合がある。このため，血液が流れる方向が急激に変化しないようにしたり，血液が流れる方向の分岐点の流路に角部を設けないようにすることが好ましい。

（３．磁性体）
　図３（ａ）は，軸受部２０の拡大断面図である。図３（ｂ）は，図３（ａ）に示されたＸ－Ｘの線分における断面図である。図３に示されているように，本発明の血液ポンプは，従動磁石３０と駆動磁石５０の非対向面側に磁性体６０，６１を有する。
　本発明に係る血液ポンプの従動磁石３０と駆動磁石５０は，ハウジング１０の側周面５を介してインペラ４０の径方向で磁気カップリングするように配置される。従動磁石３０と駆動磁石５０が磁気カップリングする側を対向面といい，この対向面と逆側の面を非対向面という。従動磁石３０と駆動磁石５０は，各々，対向面と非対向面を有する。磁性体６０は，駆動磁石５０の非対向面側に配置される。磁性体６１は，従動磁石５０の非対向面側に配置される。磁性体６０，及び磁性体６１は，従動磁石３０と駆動磁石５０の非対向面と近接して配置されることが好ましい。磁性体６０，及び磁性体６１は，従動磁石３０と駆動磁石５０の非対向面に接して配置されても良く，隙間を空けて配置されても良い。磁性体６０及び磁性体６１は，各々，従動磁石３０と駆動磁石５０の非対向面側にリング状の形状で設けられることが好ましい。

　磁性体６０，６１は，従動磁石３０と駆動磁石５０の非対向面側への磁場が漏れることを防ぐ。磁性体６０，６１は，従動磁石３０と駆動磁石５０の非対向面の磁場の漏れをなくすことで，従動磁石３０と駆動磁石５０の対向面の磁気カップリングを強力にすることができる。磁性体６０，６１を従動磁石３０と駆動磁石５０の非対向面側に配置した場合の磁気カップリング力は，磁性体６０，６１を配置しなかった場合の磁気カップリング力と比較して，１．３倍～３倍程度強力になる。

　磁性体６０，６１は，鉄，コバルト，ニッケル，マンガン，及びクロムの少なくともいずれか１つを含む金属リングであることが好ましく，特に鉄リングであることが好ましい。金属リングは，従動磁石３０と駆動磁石５０の非対向面側に切れ目なく設けられたリング状の形状の金属体のことをいう。磁性体は，従動磁石３０と駆動磁石５０の非対向面側の磁場の漏れをなくすために，従動磁石３０と駆動磁石５０の非対向面側に切れ目なく設けられることが好ましい。
　本発明の血液ポンプ１００は，従動磁石３０と駆動磁石５０の間に強力な磁気カップリング力を有するため，駆動磁石５０の回転数を上げた場合においても，従動磁石３０が脱調することを防ぐことできる。そのため，本発明の血液ポンプ１００のインペラ４０は高速で回転することができる。

　小児や新生児にも適用できる血液ポンプを得るためには，血液ポンプに流入する血液充填量を少なくする必要がある。遠心式血液ポンプにおいては，血液ポンプに流入する血液充填量を少なくした場合は，血液を循環させるためにインペラ４０の回転速度を上げる必要がある。本発明の血液ポンプ１００では，駆動磁石５１の回転数を上げても従動磁石３０の脱調が起こりづらいため，従動磁石３０は駆動磁石５０の回転速度に合わせて回転することができる。このように，従動磁石３０を備えるインペラ４０が高速で回転するこができるため，結果として，血液ポンプ１００を小型化することができる。
　本発明の血液ポンプ１００のハウジング１０内に充填される充填血液量は，５ｃｃ以下とすることができ，従来の血液ポンプでは適用することが困難であった小児や新生児にも用いることができる。尚，本発明の血液ポンプ１００は，ハウジング１０やインペラ４０の構造や大きさを調節することで，成人用の血液ポンプとしても用いることができる。

　磁性体６０，６１を用いて，従動磁石３０と駆動磁石５０の磁気カップリング力を強くすることで，インペラ４０の回転数を自在に制御することができる。従動磁石３０と駆動磁石５０の磁気カップリング力が強力であれば，従動磁石３０の回転速度をすばやく駆動磁石５０の回転速度に合わせることができる。このように，従動磁石３０の回転速度を自在に調節できるため，血液ポンプ１００から送り出す血液の量を患者の状態に合わせて調節することができる。

　また，本発明の血液ポンプは，ハウジングの外部の外周面に沿って，駆動磁石５０の非対向面側に磁性体６０を有する。このため，駆動磁石５０の磁場が血液ポンプ１００の外部に漏れにくい構成となる。駆動磁石５０の磁力は強力である場合は，駆動磁石５０の磁力が血液ポンプの外部に漏れた場合は，周辺の医療機器や電気機器に悪影響を与えるため問題となる。しかし，駆動磁石５０の非対向面側に備えられた磁性体６０は，駆動磁石５０の磁力を血液ポンプ１００内に遮蔽することができるため，周辺の環境に配慮することなく血液ポンプを使用することができる。

（４．軸受部形状）
　図４は，血液ポンプ１００の軸受部２０の拡大断面図である。本発明の血液ポンプ１００の軸受部２０は，底面３から延設された基底部２１と，この基底部２１から突出する棒状部２２を有する。基底部２１は，棒状部２２に向かって，幅狭になる台形円柱形状である。図４に示されているように，基底部２１の断面の形状は台形型の形状となっても良い。基底部２１の高さは，軸受部２０の軸方向の高さに対し，１０％～５０％，好ましくは２０％～４０％，より好ましくは２５％～３５％である。軸受部２０の軸方向の高さに対し，基底部２１の高さを１０％～５０％とすることで，インペラ４０と軸受部２０の間の動圧を適切な範囲に調節することができる。
　インペラ４０は，貫通穴を有し，この貫通穴は，棒状部２２と基底部２１の形状に沿って，かつ，棒状部２２と基底部２１との間に所定の幅の間隙を有するように形成される。

　基底部２１が棒状部２２に向かって，幅狭になる台形円柱形状は，底面３に対して傾斜する傾斜面を有する。底面３に対する傾斜面の角度は，図４にθとして示されている。θは，３０度～６０度の角度で形成されることが好ましく，４０度～５０度の角度で形成されることがより好ましい。傾斜面が，底面３に対して３０度～６０度の角度で形成されることにより，血液が流れる方向が垂直方向に変化しなくなる。血液が流れる方向が，段階を経て穏やかに変化するため，血液の流路では，血液の流れの滞留がなくなり，血液が効率良く循環する。

　基底部２１は，棒状部２２に向かって，幅狭になる台形円柱形状とすることで，インペラ４０と軸受部２０の間の動圧によるインペラを浮上させる力を調節することできる。
　インペラ４０と棒状部２２の間に血液が流れることにより，インペラ４０と棒状部２２の間には動圧が生じる。この動圧により，インペラ４０は軸受部２０に接触することなく，ハウジング内を浮上することが可能となる。しかし，インペラ４０と棒状部２２の間の動圧が強すぎるか，又は弱すぎるとインペラ４０がハウジング１０内の適切な位置で浮上できなくなる。
　インペラ４０と基底部２１の間の血液の流路は，軸方向に対して傾斜を持って形成されている。このため，インペラ４０に対して作用する動圧の方向が変わり，インペラ４０の浮上力を最適な大きさとすることができる。
　インペラ４０と棒状部２２の間には動圧は，インペラ４０は軸受部２０に接触しない状態を維持するために，適切な範囲内に調節されることが好ましい。このため，インペラ４０と棒状部２２の間の流路の長さと，インペラ４０と基底部２１の間の流路の長さを調節することで，インペラ４０と軸受部２０の間に生じる動圧を最適な大きさにすることができる。

　図５（ａ）は，軸受部２０の拡大断面図である。図５（ｂ）は，図５（ａ）に示されたＹ－Ｙの線分における断面図である。図５（ｂ）には，棒状部２２とインペラ４０の間の隙間がＡで示されている。本発明の血液ポンプにおいて，Ａの隙間の距離は，５０μｍ～５００μｍであれば良く，好ましくは，１００μｍ～３５０μｍ，より好ましくは，１００μｍ～２００μｍである。棒状部２２とインペラ４０の間の隙間の距離が狭すぎる場合は，血液が滞留し血栓が生じたり，溶血が生じてしまう。一方，棒状部２２とインペラ４０の間の隙間の距離が広すぎる場合は，棒状部２２とインペラ４０の間の動圧が小さくなり，インペラ４０を安定した状態でハウジング１０内に浮上させることができない。また，棒状部２２とインペラ４０の間の隙間の距離が広すぎる場合は，インペラ４０が左右方向に揺らいだり，傾いたりするためインペラ４０の回転を安定させることができない。このため，棒状部２２とインペラ４０の間の隙間の距離Ａは，血液の滞留が起こらず，棒状部２２とインペラ４０の間に生じる動圧が適切な大きさとなるように，設定されることが好ましい。
　基底部２１とインペラ４０の間の隙間の距離は，５０μｍ～１５００μｍであれば良く，１００μｍ～１０００μｍが好ましく，３００μｍ～８００μｍであることがより好ましい。基底部２１とインペラ４０の間の隙間の距離は，棒状部２２とインペラ４０の間の隙間の距離よりも大きいことが好ましい。

　図５に示されるように，インペラ４０は，軸接合部４５を有しても良い。軸接合部４５は，棒状部２２とインペラ４０の間の摩擦抵抗を少なくするために設けられる。軸接合部４５は，軸受部２０の棒状部２２との間の摩擦抵抗が少ない材質であることが好ましく，棒状部２２を成型した素材と異なる素材であることが好ましい。軸接合部４５は，例えば，ポリエチレン製の素材のものとすることができる。
　軸受部２０の棒状部２２との間の摩擦抵抗を少なくすることにより，インペラ４０の回転数を上げることができ，また，血液ポンプ１００を長期間に渡って使用することができる。

　図６は，トップハウジングとボトムハウジングの間の，シール構造の構図を示した拡大図である。本発明に係るハウジング１０は，トップハウジング１１とボトムハウジング１２を含む構造であっても良い。ハウジング１０がトップハウジング１１とボトムハウジング１２の着脱可能な部材で構成されることにより，ハウジング内に収容される部材の調整やメンテナンスが行いやすくなる。

　ハウジング１０が，トップハウジング１１とボトムハウジング１２を含む構造である場合，トップハウジング１１とボトムハウジング１２はシール構造によって連結する。図６では，シール構造を破線円で囲った領域Ｐで示した。図６に示されるように，シール構造Ｐは，トップハウジング１１又はボトムハウジング１２のいずれか一方に形成される凸部と，トップハウジング１１又はボトムハウジング１２の他方に形成される凹部が嵌合する構造である。凹部と凸部の嵌合によりシール構造が形成されることにより，トップハウジング１１とボトムハウジング１２の嵌合が頑丈になる。また，シール構造が形成されることにより，トップハウジング１１とボトムハウジング１２が隙間なく嵌合するため，血液の漏れを防ぐことができる。

　本発明に係るハウジング１０のボトムハウジング１２は，２つの凸部を有することが好ましい。２つの凸部のうち１つは，トップハウジング１１よりもハウジングの内側に形成されることが好ましい。また，トップハウジング１１よりもハウジング内側に形成される凸部は，血液の流れを滞留させることのないように，他の凸部よりも幅狭な形状とすることが好ましい。
　本発明に係るハウジング１０のトップハウジング１１は，１つの凹部を有することが好ましい。ボトムハウジング１２の１つの凸部は，この凹部に嵌合し，ボトムハウジング１２のもう一つの凸部は，トップハウジング１１よりもハウジングの内側に形成される。

　本発明に係るハウジング１０は，ボトムハウジング１２に形成される２つの凸部と，トップハウジング１１に形成される１つの凹部のかみ合わせにより，トップハウジング１１とボトムハウジング１２の着脱を可能にしつつも，トップハウジング１１とボトムハウジング１２をしっかりと嵌合させることができる。

　本発明のシール構造の凹部と凸部の嵌合部分には，潤滑剤を塗布しても良い。また，密封性を高めるために，シール構造の凹部と凸部の境界面に弾性体のシーリング剤を接着させても良い。

　本発明に係るインペラ４０は，従動磁石３０と駆動磁石５０の間に強力な磁気カップリング力と，ハウジング１０及び軸受部２０の間の隙間を流れる血液の動圧によって，ハウジング１０及び軸受部２０と非接触状態で回転することができる。本発明の血液ポンプ１００では，インペラ４０が，ハウジング１０及び軸受部２０と非接触状態で回転するため，血液の滞留が起こらず，血栓の発生及び溶血の発生が抑さえられる。さらに，本発明の血液ポンプ１００では，インペラ４０が，ハウジング１０及び軸受部２０と非接触状態で回転するため，ハウジング１０内の各部材の接触による摩耗が起こらない。これにより，本発明の血液ポンプ１００を，長期間，例えば，１年以上に渡って継続して使用することができる。 

　本発明の血液ポンプ１００は，従動磁石３０と駆動磁石５０の間に強力な磁気カップリング力を有するため，駆動磁石５０の回転速度を上げた場合であっても，従動磁石３０が脱調することを防ぐことできる。本発明の血液ポンプ１００では，駆動磁石５１の回転数を上げても脱調が起こらないため，インペラの４０の回転数を上げることができ，その結果，血液ポンプ１００を小型化することができる。このため，本発明の血液ポンプ１００は，従来の血液ポンプでは適用することが困難であった，小児や新生児の血液ポンプとしても使用され得る。

　さらに，本発明の血液ポンプ１００は，インペラ４０をハウジング１０内で浮上させるために，動圧を使用している。このため，インペラ４０を回転させるための従動磁石３０と駆動磁石５０の他に磁石も備える必要がなく，装置を小型化及び軽量化することができる。

　本発明は，医療機器の分野において利用できる。

１　　流入ポート
２　　天面
３　　底面
４　　流出ポート
５　　側周面
１０　ハウジング
１１　トップハウジング
１２　ボトムハウジング
２０　軸受部
２１　棒状部
２２　基底部
３０　従動磁石
４０　インペラ
４１　インペラトップ
４２　インペラボトム
４５　軸接合部
５０　駆動磁石
５３　駆動磁石マウント
５５　モーター
５７　モーターハウジング
６０　磁性体
６１　磁性体
１００　血液ポンプ
Ｐ　　　シール構造

Claims (6)

1. 　血液が流入する流入ポート（１）を備える天面（２）と，前記天面（２）に対向して配置される底面（３）と，前記天面（２）と前記底面（３）に連結し血液が流出する流出ポート（４）を備える側周面（５）を有するハウジング（１０）と，
   　前記ハウジング（１０）の前記底面（３）から前記天面（２）に向かって突設された軸受部（２０）と，
   　前記ハウジング（１０）内に収容され，従動磁石（３０）を備え，中央部に前記軸受部（２０）が挿入される貫通穴を有するインペラ（４０）と，
   　前記ハウジング（１０）外に，前記側周面（５）を介して前記インペラ（４０）の径方向で前記従動磁石（３０）と磁気カップリングするように配置され，前記側周面（５）に沿って前記ハウジング（１０）の周りを回転する駆動磁石（５０）と，を有し，
   　前記従動磁石（３０）と前記駆動磁石（５０）が対向する側を対向面とし，前記対向面の逆側の面を非対向面とした場合に，磁性体（６０，６１）が，前記従動磁石（３０）の前記非対向面側と，前記駆動磁石（５０）の前記非対向面側に各々配置され，
   　前記駆動磁石（５０）が回転すると，前記インペラ（４０）が，前記ハウジング（１０）及び前記軸受部（２０）と非接触状態で回転する，
   血液ポンプ。
2. 　前記軸受部（２０）は，前記底面（３）に延設された基底部（２１）と，前記基底部（２１）から突出する棒状部（２２）を有し，
   　前記基底部（２１）は，前記棒状部（２２）に向かって幅狭になる台形円柱形状であり，
   　前記インペラ（４０）の前記貫通穴は，前記基底部（２１）と前記棒状部（２２）の形状に沿って，前記基底部（２１）と前記棒状部（２２）との間に所定の間隙を有するように形成された形状である，
   請求項１に記載の血液ポンプ。
3. 　前記棒状部（２２）と前記インペラ（４０）の間隙の幅は，１００μｍ以上２００μｍ以下である，請求項２に記載の血液ポンプ。
4. 　前記磁性体（６０，６１）は，鉄，コバルト，ニッケル，マンガン，及びクロムの少なくともいずれか１つを含む金属リングである，請求項１に記載の血液ポンプ。
5. 　前記台形円柱形状は，前記底面（３）に対して３０度から６０度の角度の傾斜面を有する，請求項２に記載の血液ポンプ。
6. 　前記ハウジング（１０）は，トップハウジング（１１）と，前記トップハウジング（１１）とシール構造によって連結されるボトムハウジング（１２）を含み，
   　前記シール構造は，前記トップハウジング（１１）又は前記ボトムハウジング（１２）のいずれか一方に形成される凸部と，前記トップハウジング（１１）又は前記ボトムハウジング（１２）の他方に形成される凹部が嵌合する構造である，
   　請求項１に記載の血液ポンプ。

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