JP3725027B2 - 流体力学的に懸架されたインペラを有するロータリポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工心臓または心室補助装置等に使用されるロータリポンプに係り、特に好ましい形態では、シールも軸も有さないポンプに関するものである。このポンプは、開放式または閉鎖式（シュラウド付き）の特徴的なインペラブレードを備えている。ブレードの縁部は流体力学的スラストベアリングとして使用され、このブレードには、該ブレードに埋め込まれた複数の磁石と、ポンプハウジングに対して固定された導線に生起される回転電流パターンとの間の相互作用により発生する電磁トルクが作用する。
【０００２】
【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】
本発明は連続流または脈動流方式のロータリポンプの技術分野に属し、特に人工心臓または心室補助装置への使用に適した電気駆動ポンプに関するものである。但し、用途はこれらに限定されない。このようなポンプを人間の患者への永続的な移植に供するために、理想的には、次のような特性が求められる。すなわち、血流への、または血流からのリークが生じないこと、構成部材の摩耗は最小限または皆無であること、血栓（血液凝固）を回避するためにポンプ内における血液の滞留時間を最小限にすること、溶血のような血球損傷を回避するために血液に対するせん断応力を最小限にすること、バッテリの寿命を最大化し血液の加熱を最小限に抑えるために効率を最大限に高めること、さらには絶対的な信頼性が求められるのである。
【０００３】
これらの特性のうちのいくつかは、シールを有する形態、すなわちポンプキャビティの壁部を貫通する軸に取付けられたインペラを有する形態の従来式ポンプでは、実現することが極めて困難であった。このような従来式ポンプは、Rafferty らに付与された米国特許第3,957,389号の明細書、Wampler に付与された米国特許第4,625,712号の明細書、Yamazaki に付与された米国特許第5,275,580号の明細書において、血液ポンプとして例示されている。このようなポンプが有する２つの主要な欠点として、第１に、軸上に必要とされるシールが、とりわけ摩耗後にリークを起こす可能性があること、第２に、軸トルクを発生するモータのロータが、摩耗によって機能を失う可能性のある機械的ベアリングによって支持されていることが挙げられる。Wampler に付与された米国特許第4,625,712号の明細書、及びMoise らに付与された米国特許第4,908,012号の明細書に開示されているポンプ構成によれば、シールとベアリングとを１つの流体力学的ベアリングに統合することによって、上記問題が同時に解決されている。しかし、これらのポンプでは、長い滞留時間を回避するために、血液適合性を有するベアリング洗浄液を経皮チューブを介して継続的に供給する手段を備えていなければならない。
【０００４】
シールレス構造では、血液がモータのギャップ部を通過する。モータは通常ブラシレスＤＣモータであり、すなわち、複数の永久磁石を有するロータと、同期してロータを回転させるための電流パターンが内部に生起されるステータとを備えている。このような構造は、ロータを懸架する手段、すなわち接触式ベアリング、磁力式ベアリング、流体式ベアリングによって分類されるが、これらのうち２つを使用している構造もある。
【０００５】
Bozeman らに付与された米国特許第5,527,159号の明細書、及びNose らに付与された米国特許第5,399,074号の明細書に開示されている接触式ベアリングまたはピボット式ベアリングは、摩耗に起因する問題を潜在的に有している。また、こうしたベアリングは、血栓の形成及びベアリング焼付きにつながるおそれのある血漿蛋白質の付着及び変性を起こし得る局所的な高温及び血液のせん断の原因にもなる。
【０００６】
Nakazeki らに付与された米国特許第5,350,283号の明細書、Bramm らに付与された米国特許第5,326,344号の明細書、及びMoise らに付与された米国特許第4,779,614号の明細書に開示されている磁力式ベアリングは、非接触懸架を提供するものである。しかしながらこれらの構造では、Earnshaw の理論に従い、ロータの位置測定と、ロータの位置を少なくとも１方向で安定させるために要求される電流の能動制御とが必要である。位置測定及びフィードバック制御は、構造を著しく複雑化させ、故障の危険性を増大させる。また、制御電流にエネルギが消費されることによりオーバーオール効率が低下する。さらに、サイズ、質量、部品点数、及びコストの全てが増加する。
【０００７】
Jarvik に付与された米国特許第5,507,629号の明細書は、Earnshaw の理論を回避して、受動的磁力式ベアリングのみが必要とされる形態を発明したと記載している。しかし、これは疑わしく、どの実施形態にも接触式ベアリングが含まれている。同様に、Yamane に付与された米国特許第5,443,503号の明細書によれば、受動的な磁力式半径方向ベアリングとピボット点とが使用されている。
【０００８】
本発明に先駆けて流体懸架方式を採用したポンプ、すなわち、Isaacson らに付与された米国特許第5,211,546,号の明細書、及びGolding らに付与された米国特許第5,324,177号の明細書に開示されているようなポンプでは、ジャーナルベアリングが使用されている。このジャーナルベアリングは、直径がわずかに大きい外側円筒体と、その内部に少し偏心して収容された内側円筒体とを備え、相対的に回転するこれら２つの円筒体の間の流体移動によって半径方向懸架が実現されている。軸線方向懸架は、米国特許第5,324,177号の明細書によれば磁力方式で実現され、米国特許第5,211,546号の明細書によれば接触式ベアリングまたは流体式スラストベアリングのいずれかにより実現されている。
【０００９】
ジャーナルベアリングの高せん断力領域には、熱の発生及び液体の長時間滞留を回避するために洗浄液流が必要である。全ての洗浄液に狭隘断面領域であるベアリングギャップを通過させることは非効率的である。なぜなら、このようにすると、ベアリングの前後で過剰な圧力低下を生じるからである。構造を変更して、高圧のポンプ出口からベアリングを通って低圧のポンプ入口に戻るリーク経路を設けることは、流出量及び効率をやや減少させる。米国特許第5,324,177号の明細書によれば、洗浄液流を増加させるための付加的手段の組合せ、すなわちベアリング面の１つに螺旋溝と付加的インペラの小セットとを設けている。
【００１０】
米国特許第5,211,546号の明細書は、円筒状ベアリング面を種々の位置に配置した１０種類の実施形態について記載している。これら実施形態の１つである第３実施形態は、１つのジャーナルベアリングと接触式ベアリングとを備えている。
【００１１】
本発明に係る実施形態は、シールレス血液ポンプのロータを懸架するために用いられ比較的低コスト及び／または比較的簡単な構造の手段を提供する。このような手段を提供することによって、これまでに述べた既存の装置が有する問題が解決または改善される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明により特徴付けられるロータリ血液ポンプは、インペラブレードの縁部が発生するスラスト力によって流体力学的に懸架されたインペラを有している。ブレード縁部の形状は、前縁部における縁部とハウジングとの隙間が、後縁部における隙間よりも大きくなるように形成される。こうして、Reynold の潤滑理論に従い、前記隙間を通る流体には、ハウジングから離れる方向に作用する推力を発生させるくさび形状の抵抗域が生じる。
【００１３】
本発明に係る好ましい実施形態によれば、ポンプは、インペラブレードがハウジングの前面側及び後面側の双方に開放部を有する渦巻式ポンプまたは混合流式ポンプである。ハウジング面の少なくとも一方は、その面に垂直な推力が半径方向成分を有するよう円錐状に形成されている。該半径方向成分は、インペラ軸線の半径方向変位を復元させる半径方向復元力となる。同様に、前面または後面のいずれかに向かう軸線方向変位は、向かう面側の推力を増加させ、反対面側の推力を減少させる。このようにして、インペラに作用する（限度範囲内の）慣性力、重力、大部分の流体により発生する半径方向または軸線方向の流体力学的な力は、インペラがハウジング内でハウジングに対し半径方向または軸線方向にわずかに移動した後に発生する推力に起因する復元力によって釣り合わせることができる。
【００１４】
好ましい実施形態では、インペラを駆動するトルクは、インペラブレード内に配置された永久磁石と、ポンプハウジング内に収容された巻線を流れる交番電流との相互作用によって得られる。
【００１５】
本発明に係る第２実施形態は、軸流式ポンプの原理を用いている。この形態では、一定円筒断面のポンプハウジング内に配置されたテーパ形状のブレード縁部が半径方向の流体式ベアリングを構成する。ポンプハウジングが、その両端部に縮径部を有するように構成すれば、端部における流体力学的推力は軸線方向成分を有し、それによって軸線方向のベアリングが形成される。変更形態として、磁力またはその他の手段によって軸線方向ベアリングを構成することもできる。
【００１６】
本発明によるさらなる発展形態によれば、ポンプ作動時におけるインペラ自身の動きにより生起される推力によって流体力学的に懸架されたインペラを備えたロータリ血液ポンプが提供される。
【００１７】
好ましくは、前記推力は前記インペラのブレードまたは前記インペラに設けられた異形部によって生起される。
【００１８】
さらに好ましくは、前記推力は前記インペラの前記ブレードが有する縁部によって生起される。
【００１９】
また好ましくは、前記ブレードの前記縁部はテーパ形状をなす。
【００２０】
変更された好ましい形態では、前記ポンプは軸流式ポンプである。
【００２１】
この場合、好ましくは、一定円筒断面のポンプハウジング内に配置されたテーパ形状のブレード縁部が半径方向の流体式ベアリングを構成する。
【００２２】
好ましくは、ポンプハウジングを、その両端部に縮径部を有するように構成すれば、両端部における流体力学的推力は軸線方向成分を有し、それによって軸線方向のベアリングが形成される。
【００２３】
好ましくは、磁力またはその他の手段によって軸線方向ベアリングが構成される。
【００２４】
本発明によるさらなる発展形態によれば、ハウジング内で軸線周りにインペラが回転して該ハウジングの入口側と該ハウジングの出口側との間に圧力差が生じ、かつ前記インペラは、ポンプ作動時のインペラ自体の動きにより生起される推力によって流体力学的に懸架される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を説明する。
【００２６】
（好ましい実施形態に関する詳細説明）
以下に種々の好ましい実施形態を用いて説明するポンプ組立体は全て、哺乳類の体内に移植され、置換しない場合も含めて、少なくとも哺乳類の心臓機能を補助するために用いられるものである。但し、当該ポンプの用途はこれに限定されるわけではない。実際の応用では、ポンプ組立体を哺乳類の体内に完全に埋め込み、左心室と大動脈との間にポンプを連結することにより心臓の左半分の機能を補助するように用いられる。ポンプを右心室と肺動脈とに連結して、心臓の右半分の機能を補助させることもできる。
【００２７】
ここでポンプ組立体はインペラを備えている。このインペラは、ポンプ本体内に完全密封状態で収容されており、従って、インペラを支持するためにポンプ本体を貫通する軸は不要となっている。ポンプ作動時に、インペラは、少なくとも流体力学的な力によってポンプ本体内で懸架される。この流体力学的な力は、回転するインペラと、ポンプ内壁面と、インペラによりポンプ組立体の流入口から流出口へと流動させられる流体との相互作用によって生起される。
【００２８】
本発明に係る好ましい実施形態は、図１及び図２に示すように、人体への移植を目的とする渦巻ポンプ１である。この場合、以下の説明中、流体と称するものは血液である。ポンプハウジング２は、２部材、すなわちハウジング本体を構成する前側部分３とハウジングカバーを構成する背面部分４とから形成することができ、図１ではそれらの結合部を部位５で示している。ポンプ１は、軸線方向の流入口６と接線方向の流出口７とを備えている。回転部材１００は、極めて簡単な形状であり、すなわち、ブレード８と、これらのブレードを互いに固定して保持するためのブレード支持部９のみを備えている。ブレードは、図２に示すように湾曲していてもよいし、直線状であってもよい。後者の場合、ブレードは半径に沿って延びていてもよいし、半径に対して傾きを有していてもよい。この回転部材１００は、以下ではインペラ１００と称するが、これはさらに、べアリング要素としての機能及びモータ構造のロータとしての機能をも有している。モータ構造については追ってさらに説明するが、電磁手段によってインペラ１００に回転トルクが与えられる。このインペラは軸を有さず、流体はインペラの軸線ＲＲ領域からインペラに流入することに留意されたい。流体の一部は支持円錐部９の前方を通過し、一部は同後方を通過する。従ってポンプ１は、前面側のみに開放部を有する従来の開放渦巻ポンプと対比して両面開放タイプとみなすことができる。ポンプ１が心室補助装置として機能するために適切な概略寸法諸元を記すと、2,000rpm〜4,000rpmの回転速度で作動するとした場合、ブレードの外径が40mm、ハウジングの平均外径が60mm、ハウジングの軸線方向長さが40mmである。
【００２９】
ブレード８がハウジング内で動くと、流体の一部は、ブレード縁部１０１とハウジングの前面１０及び後面１１との間の隙間を通過する。この隙間は、図１及び図３において誇張して示している。全ての開放渦巻ポンプでは、この隙間は小さく形成されている。なぜならこの部分の漏出流は、ポンプの流体力学的効率を低下させるからである。本実施形態で開示するポンプでは、この漏出流を利用して流体式ベアリングを構成するために、この隙間は従来のものに対してやや小さめに形成されている。流体力学的な力を十分に発生させるために、ブレードはまた、図３の３Ａ，３Ｂに示すように、テーパ形状を有していなければならない。すなわち、隙間１０４は、ブレード８の前縁部１０２において後縁部１０３における隙間よりも大きく形成されている。従って、この隙間を通過する流体１０５は、くさび形の抵抗域を通ることになり、この抵抗域は、Reynold の潤滑理論にあるように推力を発生させる（例えば、N.Curle 及び H.J.Davies 著，Von Nostrand社1968年刊行の“Modern Fluid Dynamics, Vol. 1 Incompressible Flow”を参照されたい）。この推力は、縁部におけるブレード厚の自乗に比例するので、ブレード厚は厚い方が好ましい。なぜなら、ブレードを収容するポンプキャビティの形状が一定であるならば、正味の推力はブレードの数に反比例するからである。しかしブレード形状は、図３の３Ｃに示すように、薄いブレードを起端として後方に向けてテール部が延びる形態に形成してもよく、こうして壁面近くのブレード面積を増大させることができる。
【００３０】
特別な形態の１つとして、テール部を隣接するブレードに結合させ、縁部とテーパ部とを含む完全なシュラウド形態にしてもよい。シュラウド形態の一例、及びブレードに関するその他の変更形態については本明細書において追って説明する。
【００３１】
製造容易性を考慮して、ハウジングの前面部１０は45°程度の角度を有する円錐状に構成し、こうして、軸線方向及び半径方向という両方向に流体力学的な力を発生させることができる。軸線方向及び半径方向の流体力学的な力を含め、本ポンプに要求される機能を達成可能であるならば、他の角度を採用してもよい。
【００３２】
ブレードがハウジングに対して回転することにより軸線方向及び半径方向の流体力学的な力が生起されるのであるならば、ハウジング前面部を他の湾曲面で構成してもよい。
【００３３】
後面ハウジングの軸線付近で生じ得る流動の停留を回避するために、あるいは最小化するために、ハウジングの後面部１１に、ポンプキャビティ１０６に向かって突出する略円錐状の突出部１２を設けてもよい。
【００３４】
変更形態として、突出部１２をインペラの目玉部と類似形状にして混合流動を行わせることもできる。
【００３５】
この好ましい実施形態では、製造容易性及び軸線ＲＲ方向の流れの一様性を考慮して、ハウジングの後面部１１すなわちブレード縁部に隣接する部分は、全ベアリング面にわたって平面形状に形成されている。このように構成すると、ハウジング２の前側部材３の軸線と後側部材４の軸線とを合せる許容差がより大きくなる。変更形態として、後面部１１のベアリング面を、前面部１０とは反対のテーパを有する円錐状に形成することもできる。このようにすると、後面部付近で発生する流体力学的な力も半径方向成分を有することになる。この場合、上記軸線合わせの許容差は小さくなり、また流れの一部は軸線方向において逆流する。略円錐状の突出部（突出部１２のような）はやはり必要である。ハウジング面とブレード縁部とを、変化する接線角を有する非直線状に形成することはいくつかの利点を有すると考えられるが、このような構成は製造の複雑さを増大させる。
【００３６】
ブレードのテーパ形状に関しては種々の選択肢があるが、好ましい実施形態では、除去される材料の量が、ブレードの横断方向の長さに比例して、またはほぼ比例して変化するようにしている。その結果、後面側では、ブレード縁部は後面部に向かってわずかな傾斜を有する平面となる。前面側では、ブレード縁部の始点は曲線状であり、それに続いて比較的少量の材料だけが除去され、従って全体的には曲線状に見える。変更形態として、ブレード縁部のテーパ形状に段差部を設けることもできる。しかし、段差部における角部は停留を起こす可能性があり、それは血栓形成の危険を伴うものである。
【００３７】
ブレードの後縁部に設定された最小限の隙間に対して前縁部の隙間を約２倍にとると、流体力学的な力は最大になる。前縁部の隙間から後縁部の隙間を差引いた値に等しいテーパ量は、インペラが縁部方向にシフトした状態で常用最小隙間と整合するように定めるべきである。適切な推力を発生させるための寸法諸元としては、常用最小隙間約0.05mmに対してテーパ量約0.05mm、ブレード枚数が４枚のときブレードの平均的輪郭縁部の厚さは約5mmが適当であることが判った。前面側においてテーパ量は軸線に垂直な平面内で測定される。ブレードがハウジングと同心であるならば、ハウジングの前面部から後面部までの軸線方向長さは、全ての位置においてブレードの軸線方向長さよりも0.2mm大きく形成されるべきである。このようにすると、インペラ１００がハウジング２内で中央に配置された際に、前面側、後面側双方の最小隙間は約0.1mmになる。例えば、インペラが軸線方向に0.05mmシフトすると、最小隙間は一側で0.05mmに、他側で0.15mmになる。隙間が小さくなるほど推力は増大するので、隙間0.05mmの側の推力は、隙間0.15mmの側の推力よりずっと大きい。上記寸法諸元の場合、その比は14倍である。従って、より小さい隙間の側から離れる方向に正味の復元力が発生する。
【００３８】
同様に、インペラの半径方向のシフトに対しては、円錐状ハウジングの前面側において、より小さい隙間によって発生する推力の半径方向成分が、必要とされる半径方向復元力となる。推力の軸線方向成分及びインペラに作用するトルクは、ハウジングの後面側からの軸線方向力及びトルクと釣り合わなければならないので、インペラは、軸線方向にシフトすると共にその軸線を傾け、もはやハウジングの軸線と平行ではなくなる。患者が動いてポンプに外力による加速度が作用した場合、このようにして、インペラの位置及び姿勢は継続的に変化し、インペラ１００に作用する全ての力及び全てのトルクが慣性によって発生する力及びトルクと釣り合うように隙間が変化する。しかしながら、隙間は極めて小さいので、流体力学的効率の変化は小さく、ブレードによるポンプ作用は、インペラが中央に配置されている場合とほぼ同じである。
【００３９】
より小さい隙間は、より高い流体力学的効率とベアリング推力とを実現させるが、一方で、より小さい隙間は、より厳しい製造公差を要求し、インペラ回転の抵抗を増大させ、流体に、より大きなせん断応力を課すことになる。これらの問題を順次考える。まず、上記のように0.05mmのテーパ量と隙間とを実現するには±0.015mm程度の公差が求められる。これは、ある程度のコスト上昇を招くが実現可能である。ハウジングの材料としてプラスチックを用いると、厳しい公差の実現は困難である。なぜなら、プラスチックには温度による寸法変化があり、さらには流体吸収による寸法変化が起こる可能性もあるからである。上記隙間に起因する回転抵抗は、典型的なモータのトルクと比較すると極めて小さいトルクである。最後にせん断応力を推定する。回転速度が3,000rpm、典型的な半径15mmで考えると、ブレード速度は4.7m/s であり、平均隙間0.075mm に対する平均せん断速度は 6.2×10⁴s^-1となる。動粘度が3.5×10^-3kgm^-1s^-1 である血液の場合、平均せん断応力は220N/m² となる。閉鎖型ブレードを有する他の試作渦巻血液ポンプでは、隙間がより大きい値、例えば0.15mm でも溶血現象は許容レベルであった。本発明に用いられる開放型ブレードの主要な利点は、ブレード縁部隙間を通過する流体要素の、その隙間における滞留時間が極めて短いこと（例えば 2×10^-3s 程度）であること、及び、ほぼ全ての流体要素が他のブレード縁部を通ることなくポンプから出で行くことである。
【００４０】
流体力学的ベアリングに要求される正味の力を最小化するためには、大部分の流体流動に起因しインペラに作用する正味の軸線方向及び半径方向の流体力学的な力を最小にしなければならない。ここで言う“大部分の流体”とは、ベアリング部の推力作用面以外を通る流体を意味している。
【００４１】
大部分の流体による半径方向の流体力学的な力を最小化する１つの方法は、半径方向に直線状であるブレードを用いることである。この場合、ブレード側面に作用する圧力は、実質的に半径方向成分をもたない。インペラに作用する半径方向の力は、出口収束部または渦室１３の形状にほぼ依存する。その形状は、ポンプ速度の設定範囲全域で、ポンプ効率を過度に低下させることなく、インペラに作用する半径方向力を最小化するように決定されるべきである。“巻き始め部”と流出口との間に略螺旋状の輪郭を有する形状が最適である。渦室１３に内部隔壁を設け、第２の出口収束部通路を形成することによって半径方向力を低減することができる。この場合、第２の出口収束部通路は、第１通路の舌部とはほぼ直径方向に対面する下部を有する。
【００４２】
図１６は、同心渦室１３を備えたハウジング２とインペラ１００との関係を模式的平面図で示している。
【００４３】
図１７は、渦室隔壁１０７により形成された分割渦室を有する別形態を示している。渦室隔壁１０７は、ハウジング２の第１半円部にある渦室１０８を、第１半渦室１０９と第２半円部に属する第２半渦室１１０とに分割するものである。両半円部は、ハウジング２の直径を挟んでそれぞれの側に配置されている。ここで言う直径とは、流出口７の流出点１１１を通るか、またはその付近に存在するものである。
【００４４】
別形態として、特に設定速度が比較的低い場合には、同心渦室を用いることもできる。
【００４５】
さらに、翼を有さない拡散型吐出口が半径方向力を低減させる場合もある。
【００４６】
大部分の流体による半径方向の流体力学的な力についてさらに考えると、円錐状の前縁部を除きブレードの断面形状が回転軸線に沿って一様であれば、ブレード面（ベアリング縁部を除く）に作用する圧力は軸線方向成分をもたない。このことはまた、ブレードの製造を容易にする。ブレード支持用円錐部９の形状は、ブレード同士の相対変位が起きないように十分な強度を有する一方で、インペラに作用する軸線方向推力と設定速度全域における流れの乱れとを最小化するように決定されなければならない。軸線方向力に影響する主要な設計パラメータは、円錐部の角度である。図１には、ブレードと同じ内径を有する円錐部を示している。このように構成すると製造が容易になる。しかしながら、円錐部の内径をブレードの内径より大きく形成したり、小さく形成したりしてもよい。軸非対称の支持“円錐部”、例えば、後縁面の半径が次のブレードの前縁面の半径より大きい円錐部が好ましい場合もある。流体力学的効率を向上させるためにブレードを非一様断面に形成する場合には、大部分の流体に起因しブレードに作用する流体力学的な軸線方向力は、円錐部の形状を該円錐部に前記とは反対方向の流体力学的な力が作用するように形成することによって釣り合わせることができる。
【００４７】
ブレード８、渦室１３、支持円錐部９、及びハウジング２を最適形状にして、大部分の流体による流体力学的な力、せん断力、及び滞留時間を抑制する一方で流体力学的効率を最大化するためには、ポンプ全体にわたりコンピュータを用いた慎重な設計が求められる。全ての縁部、及びブレードと支持円錐部との間の全ての結合部は、滑らかに仕上げるべきである。
【００４８】
本発明に係る好ましい実施形態において、インペラ１００への駆動トルクの付与は、永久磁石１４をインペラ１００のブレード８に埋め込み、それらを、ハウジング２に固定された巻線１５，１６を流れる交番電流により生起される回転磁界パターンによって駆動することで実現される。モータ効率を最大化するためには、焼結希土類磁石等、高い残留磁気を有する磁石が用いられる。磁石は、隣接するブレードと極性を異にしながら、軸線方向にまたは略軸線方向に並べられる。従って、ブレードの枚数は偶数でなければならない。ベアリング力のためには少ないブレード枚数が好ましいが、２枚のブレードでは（ブレードが極端に湾曲している場合を除き）ブレードを貫通しポンプハウジングに垂直な軸線周りの回転に対して十分なベアリング剛性が得られないので、ブレード枚数としては４枚が推奨される。ブレード枚数が、例えば６枚または８枚といった、より多くの枚数でも機能する。
【００４９】
ブレード８内に磁石１４を配置する方法のいくつかを図４に示している。最も好ましいのは図４の４Ａであり、生体適合性のあるシェルまたは被膜を除くブレード部分を磁性材料で形成するものである。シェルまたは被膜は、流体による磁石の腐食、及び磁性材料（有毒な場合がある）が血流に入るのを防止するために設けられる。特にブレードの角部における被膜は、始動時の接触または偶発的なベアリング部の接触に耐え得る十分な耐久性を有していなければならない。
【００５０】
ポンプハウジング２の内面も、ダイヤモンドまたは窒化チタン等の生体適合性と耐摩耗性とを有する材料で被覆することが望ましい。このようにすると、接触する双方の摩耗が最小化される。
【００５１】
許容される被膜の厚さは約１ミクロン（１μm）である。
【００５２】
インペラを製造する適切な方法は、インペラ、ブレード、支持円錐部を全て一体に、軸線方向に整列した磁石として、型プレス法により成形する方法である。ブレードが軸線付近で一様形状であれば（つまりオーバーハングを有する図３の３Ｃのようなブレードは除外される）型プレスが容易になる。プレス作業の際、押しつぶされた希土類の粒子は軸線方向の磁界に整列しなければならない。平行に整列させるこのような型プレス法は、残留磁気をやや減少させはするが、希土類磁石の場合には低コストである。型プレス法における公差は大きいので、テーパ形状のブレード縁部には研削が要求される。次いで、磁性インペラには被膜を設けることができる。この被膜は、例えば、窒化チタンの物理的蒸着、あるいは薄いダイヤモンド被膜またはテフロン（商標名）被膜の化学的蒸着によって形成される。
【００５３】
変更形態として、チタンまたはポリマーのハウジングに磁性材料を埋め込み、次に、ダイヤモンド被膜または窒化チタンのような生体適合性を有し強固な材料で被覆して形成してもよい。
【００５４】
最後に、ブレードが交互に異なる磁極を有するようにするために、インペラを特殊なパルス磁化装置に入れなければならない。ここでは、独立のコイルが各ブレードを囲むように配置される。支持円錐部も、そのブレード付近がいくらか磁化されるが、影響は無視できる。
【００５５】
別の磁石配置を図４の４Ｂ及び４Ｃに示している。これらの形態では、四辺形断面または円形断面の磁石１４がブレード内に挿入されている。テーパ形状を復元するために、ブレード縁部の挿入穴周りには密封及び平滑化が要求される。
【００５６】
血液組織損傷の可能性を回避するために、ポンプに含まれる全てのエッジ部の角は落とし、全ての面は平滑化しなければならない。
【００５７】
好ましい実施形態の巻線１５，１６は、ブレードの曲率に沿った無スロット式巻線またはエアギャップ式巻線であり、インペラの極数と同数の極数を有している。つまり本実施形態では４つの極を有している。磁束密度を増大させてモータ効率を向上させるために、強磁性体である鉄からなる円錐状のヨーク１７を前面巻線の外側に、強磁性体である鉄からなる円環状のヨーク１８を後面巻線の外側に付加してもよい。巻線の厚さは、モータ効率を最大化するように決定される。軸線方向における巻線の総厚さは、磁石の軸線方向長さよりやや小さいか同等とされる。前記ヨークは、強磁性材料固体、例えば鉄から形成することができる。“鉄”喪失を低減させるために、ヨーク１７を、螺旋状に巻かれた薄い帯材で覆うこともできるし、またはヨーク１７を鉄‐粉体エポキシ複合材で形成することもできる。別形態として、ヨークを螺旋状に巻いて鉄喪失を低減させることもできる。ヨークは、インペラがハウジングの中央に配置された際に、インペラにおける軸線方向の正味磁力がゼロとなるように配置されなければならない。磁力は不安定であり、インペラが中央の位置から遠ざかる際の軸線方向変位に比例して増加する。その増加率は、磁力の正剛性（positive stiffness）と呼ばれる。この不安定な磁力は、流体式ベアリングによって釣り合いがとられなければならない。従って、前記剛性は可能な限り小さくすべきである。ヨークの厚さを、磁束密度が飽和レベルとなるように決定すれば、前記剛性が低下し質量も最小化される。別形態として、鉄製のヨークを使用せず、そのことによって、不安定な軸線方向磁力を完全に消滅させることも考えられる。しかし、このような構成では、効率が低下し、ポンプに隣接する部位の磁束密度が安全基準を満足せず、生体組織を加熱する可能性がある。いずれにせよ、ヨークを有する無スロット式巻線では、前記剛性は許容できる程度に小さい。さらなる別形態として、被覆された鉄製ステータに設けられたスロットに巻線を挿入してもよい。このようにすると、モータ効率が向上し、用いる磁性材料がより少ない形態が実現され、インペラブレードの軽量化が図れる可能性もある。しかし、このようなスロット付きモータでは、不安定な磁力が顕在化する。なおかつ、要求されるベアリング力を発生させるためにはボリュームのあるブレードが必要であり、こうして大きな磁石のための空間が必然的に確保される。以上の理由により、好ましい実施形態では無スロット式巻線を選択した。
【００５８】
図５は、前面巻線１５に関する１つの適切な幾何形体を示している。モータの後方から見た場合、後面巻線１６は類似形状に見える。但し、軸線部分に設けられる穴はこれより小さい。各巻線は、Ａ、Ｂ、Ｃの３相を有し、各相当たり２つのコイルが、連続して、または並列に接続されている。各コイルは、絶縁された導体、例えば絶縁された銅線を複数回巻き付けて形成されている。この巻数は設定電圧に応じて選択される。渦損失を低減するために、導体を撚り合わせることが必要な場合もある。暫定的に使用される円錐形状型から突出したピンの周囲にコイルを配置することによって、巻線構造を簡単にすることができる。図５においては、各ピンを黒丸で示している。ここでピンは、それぞれ６本のピンを備えた２つのリング状に配置されている。この図では、重ねる順に従ってコイルにアルファベットを付している。相Ａにはコイルａ及びｄが、相Ｂにはコイルｂ及びｅが、相Ｃにはコイルｃ及びｆが対応している。ピンに代わるものとして、あるいは、ピンと同様のものとして、湾曲した薄いフィンを用いてコイル配置の位置決めをしてもよい。このフィンは、図５におけるピンとピンとの間を、コイル間の境界に沿って通る。
【００５９】
好ましい実施形態における巻線用結線は、３本の結線が各々各相に対応してセンサーレス電子コントローラと巻線１５とを接続し、次いで３本の結線が巻線１５と巻線１６さらには巻線１６内の中立点とを接続している。コントローラと中立点との間に、図５に示す中立リード線Ｎを設けてもよい。好ましい実施形態では、標準的なセンサーレスコントローラを用いることができる。このコントローラでは、３相ブリッジ形態に設けられた６個の半導体スイッチのうち２個が１度にオンにされる。このスイッチ作用は、導通していない相における背面起電力を介してインペラ位置に同期する。インペラの断面において磁石が占める割合は比較的小さいので、別形態として、３相のうち１度に１相にだけ導通し、第４の結線によって電流を巻線１６の中立点からコントローラへと戻す方がやや効率的かもしれない。中立リード線を設けることは、モータ及びコントローラに冗長性を持たせることも意味する。このようにすると、モータまたはコントローラにおける３相のうち１相が故障した場合でも、他の２相によって、ポンプを駆動するのに十分な回転磁界が形成される。全てのリード線及び接続部は、細心の注意をもって絶対安全であるように設けられなければならない。
【００６０】
好ましい実施形態では、２つのハウジング構成部材３，４は、例えばレキセイン（商標名、硬質ポリカーボネート）のような絶縁プラスチックまたはセラミックを射出成形して形成される。この場合、巻線及びヨークは成形時にハウジング内に埋め込まれる。このようにして、巻線と磁石との隙間を最小化することができ、それによってモータ効率を向上させることができる。また、ハウジングの厚さを厚くすることができて機械的剛性が高くなる。別形態として、巻線をハウジングの外側に設けることもできる。この場合、ハウジングの厚さは十分な剛性を得るために少なくとも2mm程度必要である。
【００６１】
ハウジング材料のプラスチックが吸湿性を有する場合、または巻線をハウジングの外側に設けた場合には、まず巻線及びヨークを極めて薄い不浸透性のシェルで覆うことが必要である。理想的には、このシェルは絶縁性（セラミックまたはプラスチック）であるべきだが、約0.1mm〜0.2mm厚のチタンでも渦損失は十分に小さいものとなる。このようなシェルに巻線を収容する場合には、巻線が動かないようにすることが必要である。
【００６２】
巻線を前面及び後面から分離保持することによって、巻線を前面ハウジング部材及び後面ハウジング部材内に成形時に埋め込むことができる。別形態として、巻線をハウジングに埋め込まない場合には、組立てられたハウジング上に、前面から後面へと渦室１３を越えて配索しながらコイルを巻き付けることができる場合もある。
【００６３】
モータ構成要素及びベアリング構成要素をインペラに組み込むという好ましい実施形態は、種々の重要な利点を提供する。そのような構成によれば、ベアリング部の製造公差が厳しいという代償のみで、ロータは極めて簡単な形状になる。ロータの質量は極めて小さく、重量に打ち勝つべく必要とされるベアリング力は最小化される。ベアリングとモータとがロータにおける同一領域に設けられているので、磁石がロータの先端部に設けられ磁石を支持するためにトルクが必要である場合と比較してベアリング力は小さくなる。
【００６４】
インペラに重複機能をもたせることの欠点は、インペラの構成が連成の問題を有することである。流体力学、磁力解析、及びベアリング推力の計算を理想的に融合させて最適化を図る必要がある。実際には、モータ効率と余裕分を含む十分なベアリング力とが得られるように、まずブレードの概略厚さを決定することができる。４枚ブレードで概略平均輪郭の厚さが5mmの場合、都合よくこれらの要求値が満足される。次いで、上記最小平均ブレード厚を維持しながら、ハウジング、ブレード、及び支持円錐部の形状を、コンピュータを用いて決定することができる。最後に、モータのステータ、すなわち巻線及びヨークを、最大限のモータ効率が得られるように最適化することができる。
【００６５】
図６は、本発明に係る他の実施形態である軸流式ポンプを示している。ポンプハウジングは、前側部分１９及び後側部分２０という２部材が例えば部位２１で結合されて構成されている。このポンプは、軸線方向流入口２２と軸線方向流出口２３とを備えている。インペラは、両端部が縮径している支持円筒体２５上に設けられたブレード２４のみを有している。本実施形態の重要な特徴は、インペラを懸架する流体力学的推力を発生させるために、ブレード縁部がテーパ形状とされていることである。上記推力をハウジングの直線部分２６から半径方向に離隔懸架するためのみに用い、軸線方向の懸架に関しては種々の手段を用いることができる。その手段としては、軸線方向の安定的な磁力、あるいはテーパ形状のランド部を有する従来の流体式スラストベアリングを挙げることができる。図６は、テーパ形状のブレード縁部が軸線方向流体式ベアリング構成する形態を提示している。ハウジングの両端部は縮径しており、こうして前面２７及び後面２８が形成されている。これらの面によって軸線方向推力が発生し、モータを軸線方向に懸架することができる。ブレードには磁石が埋め込まれ、ブレードは交互に変化する極性を示す。ブレードの枚数としては４枚が推奨される。支持円筒体２５の外周部に鉄を用いて磁束密度を増加させることができる。別形態として、磁石を支持円筒体の中に埋め込み、ブレード内に鉄を使用することもできる。一側に外方曲げ巻線端部３０を、他側に内方曲げ巻線端部３１を有する無スロットの螺旋巻線２９を用いることが推奨される。外方曲げ巻線端部３０はインペラの挿入を可能にし、内方曲げ巻線端部３１は、巻線を円筒状の磁性ヨーク３２に挿入することを可能にする。巻線は後側ハウジング部２０に収納することができる。
【００６６】
（第３実施形態）
図７〜図１５は、さらなる実施形態であるポンプ組立体２００に関するものである。
【００６７】
まず、図７を参照すると、ポンプ組立体２００はハウジング本体２０１を備えている。ハウジング本体２０１は、ハウジングカバー２０２にボルト結合されるように構成され、この結合によって渦巻ポンプキャビティ２０３がハウジング本体内に形成される。
【００６８】
キャビティ２０３は、キャビティ２０６内に磁石２０５を収めるように構成されたインペラ２０４を収容している。キャビティ２０６は、インペラ２０４のブレード２０７内に形成されている。第１実施形態と同様に、ブレード２０７は支持円錐部２０８によって支持されている。
【００６９】
キャビティ２０３の外部に、ポンプ組立体を構成する一部として本体巻線２０９が配置されている。本体巻線２０９は、流入口２１０周りに対称に取付けられ、ハウジング本体２０１と本体ヨーク２１１との間に配置されている。
【００７０】
同様に、カバー巻線２１２が、ポンプキャビティ２０３の外部に配置されポンプ組立体２００の一部を構成している。カバー巻線２１２は巻線キャビティ２１３内に配置され、巻線キャビティ２１３はハウジングカバー２０２内に設けられカバーヨーク２１４によって閉鎖されている。
【００７１】
図１２に示すように、巻線２１２，２０９は電気的コントローラによって給電される。第１実施形態と同様に、巻線には３相の電流が供給されてキャビティ２０３内に回転電界が形成される。この電界とインペラ２０４内に設けられた磁石２０５との作用によってトルクが生み出され、インペラ２０４を回転させる。インペラ２０４の回転軸線は、実質的にキャビティ２０３の中心軸線ＴＴであり、流入口２１０の長手方向軸線とも一致する。インペラ２０４の回転によって流体（この場合は血液）は渦室２１５の周りで移動し、流出口２１６から排出される。
【００７２】
組立体は、図示するねじ部材２１７によってボルト結合される。ヨーク２１１，２１４は、ねじ部材２１８によって保持される。別形態として、十分な気密性が確保できるならば圧入方式を用いてもよい。
【００７３】
図８は本実施形態のインぺラ２０４を示すものであり、ブレード２０７が突出する支持円錐部２０８を明瞭に示している。また、ポンプ使用時に流入口２１０の長手方向軸線と整列配置される軸線キャビティ２１９が明瞭に見えている。ブレード２０７によって流動する血液は軸線キャビティ２１９を通って流入する。
【００７４】
部分カット断面図である図９は、軸線キャビティ２１９及び各ブレード２０７内に配置された磁石用キャビティ２０６を示している。ハウジングカバー２０２の流入口２１０の軸線上には円錐構造部２２０が突出していることが好ましく、図９には、この円錐構造部２２０と共にインペラ２０４の軸線キャビティ２１９も示している。
【００７５】
図１０は側断面図であり、インペラ２０４と共に、中心軸線ＦＦ、上部テーパ縁部ＤＤ、及び底部テーパ縁部ＢＢの配置を示している。これらテーパについては、図１１に側断面図で示している。
【００７６】
図１１の１１Ａは、インペラ２０４のブレード２０７に関して図１０におけるＤＤ線視断面を示している。ここに示す上縁部２２１は、前縁部２２３から後縁部２２４にかけて次のように形状形成されている。すなわち、図１１の１１Ａに示すように、中央部分２２７は、長軸径113mm、短軸径80mmの楕円の一部で構成され、その両側に丸みをもたない領域が続き、さらにその各外方に前縁円錐面２２５と後縁円錐面２２６とが設けられている。
【００７７】
前縁部２２３には、図示のように丸みが付けられている。
【００７８】
図１１の１１Ｂは、ブレード２０７の底縁部２２２を、図１０におけるＢＢ線視断面で示している。
【００７９】
底縁部は、キャビティ２０６内に磁石２０５を封じ込めるためのキャップ２２８を有している。
【００８０】
この場合、ほぼ全ての縁部は直線状のテーパ部を有している。ここで前縁部２２９は0.05mmの丸みを、後縁部２３０は0.25mmの丸みを有している。
【００８１】
両端部の丸み部分を除いたブレード２０７の幅は5.4mmである。
【００８２】
図１２は、ポンプ組立体２００を駆動するのに適した電気的コントローラのブロック図である。このコントローラ２３２は、ポンプ組立体の巻線２０９，２１２を駆動するために適合化された３相整流コントローラである。整流コントローラ２３２は、巻線を駆動するために、生理学的コントローラ２３４が発信するセットポイント速度入力信号２３３を参照しながら相の相対関係及び周波数を決定する。生理学的コントローラ２３４は（整流コントローラ２３２が発信する）モータ電流入力とモータ回転速度、患者の血流量２３６、及び静脈の酸素飽和度２３７等のコントロール信号２３５を受信する。
【００８３】
図１３は、ポンプ組立体２００の流量に対する圧力を、インペラ回転速度1,500rpm〜2,500rpmの範囲で示すグラフである。ここでポンプ作用を受ける流体には18%グリセリンを使用している。18%グリセリンは、ある条件下では血液の良好な模擬物であるとされている。
【００８４】
図１４は、図１３と同流体を用いた場合の同速度範囲において、流量に対するポンプ効率を示すグラフである。
【００８５】
図１５は、図１３と同流体を用いた場合の同速度範囲において、流量に対する消費電力を示すグラフである。
【００８６】
（さらなる実施形態）
これまでに説明した第１、第２、第３実施形態に共通の概念は、ポンプ作動時に、隣接するハウジングに対して相対移動するインペラにテーパまたはその他の異形面を設け、テーパまたは異形部において流れの抵抗域を形成し、前記異形面上の流れに対して及び隣接するポンプ内壁面に対して実質法線方成分を有する推力をインペラ上に発生させることである。こうして前記異形面と前記内壁面との間に配置された流体は抵抗を受ける。
【００８７】
半径方向及び軸線方向の双方向のコントロールを行うためには、少なくとも１セットの面は、インペラの長手方向軸線に対して角度を有していなければならない（好ましくはインペラ軸線に対して45°）。このようにして、打消し合う半径方向力を発生させたり、軸線方向力を発生させたりできる。軸線方向力は、インペラの他の部位に設けられた少なくとも１つの他のテーパ面または異形面によって生起される対応する軸線方向力により釣り合わせることができる。
【００８８】
これまでに説明した形態では、ブレード８，２０７の上面が、インペラ１００，２０４の長手方向軸線に対して約45°の角度に形成され、同様の角度に形成された円錐状ポンプハウジングの内壁面と相対的に回転するように構成されている。ブレード上面と円錐状ポンプハウジングとの間に必要な抵抗域を形成するために、ブレード上面には異形部が設けられる。こうして、半径方向及び軸線方向の双方に分解可能な推力が生起される。
【００８９】
これまでに説明した形態では、ブレード８，２０７の底面は、インペラの回転軸線に垂直な面内に実質的に配置されている。該底面には異形部が設けられてポンプハウジングの下部内面との間に隙間が形成される。ポンプハウジングに対しては実質的に軸線方向推力のみが作用する。
【００９０】
これまでに述べた原理に基き、かつ半径方向力及び軸線方向力がそれぞれ釣り合うという条件のもとで、他の実施形態も可能である。その一例として、両円錐の形態、すなわちブレードの円錐状上面を対応する円錐状底面として鏡像的に写した形態を挙げることができる。このような構成に関する唯一の懸念は、ポンプの厚さが増加することである。なぜなら、このことは、サイズの最小化が重要な基準となる生体への応用において問題となる可能性があるからである。
【００９１】
図１８は、さらなる実施形態である“チャンネル（channel）”ポンプの一部を構成するインペラ３００を平面図で示している。本実施形態では、ブレード３０１が、第３実施形態のブレード２０７と比較して、より幅広に、すなわちほぼ扇形に形成されている。その結果、互いに隣接するブレード３０１間の流れ隙間は、チャンネル３０２の形態となり、軸線キャビティ３０３で全チャンネルが合流している。
【００９２】
このような構成に対するさらなる変更形態を図１９に示す。この形態では、インペラ３０４が扇形ブレード３０５を備え、扇形ブレード３０５のそれぞれは、曲線状の前縁部分３０６と後縁部分３０７とを有し、前縁部分３０６と後縁部分３０７とによって溝付き出口部３０９を備えたチャンネル３０８が形成されている。
【００９３】
第１、第２実施形態では、ブレード３０１，３０５上面及び底面（図１８，図１９には図示していない）を適切な形状に形成することによって、半径方向及び軸線方向の流体力学的な力を発生させている。
【００９４】
本発明に係るさらなる実施形態であるポンプ組立体は、図２０に示すインペラ３１０を備えている。このインペラ３１０は、先の実施形態におけるブレードの上面及び下面を、上側シュラウド３１１及び下側シュラウド３１２によって相互連結するという考えに基いて構成されている。本実施形態では、ブレード３１３の幅を非常に小さくして、先の実施形態では各ブレードによって得られていた流体力学的作用を、シュラウド３１１，３１２の形状によって得ることができる。この場合、シュラウド３１１，３１２は、滑らかな縁部を有する一連のくさび面を備え、１つのくさび面の前縁面が次の前縁くさび面３１４の後縁部に直接連結されている。
【００９５】
先の実施形態と同様に、上側シュラウド３１１は全体として円錐状をなし、その形状によって半径方向及び軸線方向双方の推力が発生する。その一方で、底部シュラウド３１２は実質的に平面であり、実質的に軸線方向推力のみを発生する。
【００９６】
以上、本発明の概念を説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者が変更を加えることが可能であることは明らかである。
【００９７】
（産業上の応用）
ポンプ組立体１，２００は、例えば血液といった流体を連続的に送り出す用途に用いることができる。本ポンプ組立体は高い信頼性を有しているので、特に生体内に埋め込まれる心臓補助ポンプとして使用することができる。
【００９８】
本ポンプ組立体はまた、他の種類の流体を送り出す場合、特に高いせん断応力による流体の損傷を回避しなければならない場合、あるいは流体の漏出を信頼性高く防止しなければならない場合、すなわち、例えば流体が危険性のある流体である場合に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるポンプの好ましい実施形態を、長手方向軸に沿って切断して示す断面図である。
【図２】 図１におけるＺ−Ｚ線視断面図である。
【図３】 ３Ａはインペラブレードを図２のＡ−Ａ線で切断して示す断面図、３Ｂは３Ａに示すブレードとポンプハウジングとの対面部分を拡大して示す断面図、３Ｃは別形態のインペラブレードを示す断面図である。
【図４】 ４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、ブレード内に設けられる磁性材料の可能な配置を示す断面図である。
【図５】 巻線配置の一形態を図１における左側端のＳ−Ｓ線視で示す正面図である。
【図６】 本発明に係る他の実施形態である軸流式ポンプを示す断面図である。
【図７】 本発明に係るさらなる実施形態の渦巻ポンプ組立体を示す分解斜視図である。
【図８】 図７に示すポンプ組立体のインペラの斜視図である。
【図９】 図７のポンプ組立体内部に設けられた図８のインペラを部分的にカットして示す斜視図である。
【図１０】 図８に示すインペラの側断面図である。
【図１１】 図１０に示すインペラの縁部を詳細に示す側断面図である。
【図１２】 図７に示すポンプ組立体のための電気駆動回路のブロック図である。
【図１３】 図７に示すポンプ組立体の圧力と流量との関係を示すグラフである。
【図１４】 図７に示すポンプ組立体のポンプ効率と流量との関係を示すグラフである。
【図１５】 図７に示すポンプ組立体の消費電力と流量との関係を示すグラフである。
【図１６】 好ましい実施形態の渦室の形状を示す平断面図である。
【図１７】 渦室の他の実施形態を示す平断面図である。
【図１８】 本発明に係るさらなる実施形態によるインペラを示す平面図である。
【図１９】 本発明に係るさらなる実施形態によるインペラを示す平面図である。
【図２０】 本発明に係るさらなる実施形態によるインペラを示す斜視図である。
【符号の説明】
１，２００ 渦巻ポンプ（ポンプ組立体）
２，２０１ ポンプハウジング
６，２２ 流入口
７，２３ 流出口
８，２４，２０７，３１３ ブレード
１３，２１５ 渦室（チャンバ）
１４ 永久磁石（磁性材料）
１５，１６，２０９，２１２ 巻線
２７ 前面（縮径部）
２８ 後面（縮径部）
１００，２０４，３１０ インペラ
１０２，２２３ 前縁部
１０３，２２４ 後縁部
１０４ 隙間（くさび形抵抗域）
１０５ 流体
ＦＦ 中心軸線

Claims (8)

1. インペラを備えたロータリ血液ポンプであって、
   前記インペラは、ポンプ作動時に該インペラがその軸線周りに回転することにより該インペラ自体が発生する推力によってポンプハウジング内で流体力学的に懸架され、
   かつ前記推力は、前記インペラの前記ブレードの縁部によって生起され、
   かつ前記ブレードの前記縁部の形状は、前記各ブレードの端縁部とそれに隣接するポンプハウジングとの間の、前記ブレードの前縁部における隙間が後縁部における隙間よりも大きいことにより、前記隙間を通る流体がくさび形の抵抗域を形成し該抵抗域によって推力が生じるように形成されていることを特徴とする、インペラを備えたロータリ血液ポンプ。
2. 前記ブレードの前記縁部はテーパ形状または非平面形状であり、その形状によって、前記縁部とポンプハウジングとが相対移動する際に該縁部と該ポンプハウジングとの間で推力が生起されることを特徴とする請求項１に記載の血液ポンプ。
3. 前記ポンプは、該ポンプのハウジングの前面側及び後面側に開放部を有し前記インペラに設けられたブレードを備えた渦巻式ポンプまたは混合流式ポンプであることを特徴とする請求項１に記載の血液ポンプ。
4. 内部にチャンバを有しかつ該チャンバへ流体を流入させる流入口と該チャンバから流体を流出させる流出口とが形成されたハウジングと、
   前記チャンバ内に配置されたインペラと、を備え、
   該インペラと前記流入口と前記流出口と前記チャンバの内壁面とは、前記ハウジングと相対的に前記インペラが該インペラの軸線周りに回転した際に前記流入口から前記チャンバを通って前記流出口へと流体が流れるように配置され、
   かつ、前記インペラにより推力が生起され、
   かつ前記推力は、前記インペラのブレードの縁部によって生起され、
   かつ前記ブレードの前記縁部の形状は、各ブレードの端部とそれに隣接するハウジングとの間に隙間が形成され、かつ前記ブレード個々の前縁部における隙間が該ブレードの後縁部における隙間よりも大きく形成され、そのことにより前記隙間を通る流体がくさび形の抵抗域を形成し該抵抗域によって前記ハウジングに対し推力が生じるよう形成されていることを特徴とするシールレス無軸ポンプ。
5. 前記ブレードの前記縁部はテーパ形状または非平面形状であることを特徴とする請求項４に記載のポンプ。
6. 前記ポンプは、該ポンプのハウジングの前面側及び後面側に開放部を有し前記インペラに設けられたブレードを備えた渦巻式ポンプまたは混合流式ポンプであることを特徴とする請求項４に記載のポンプ。
7. 前記ハウジングの前面は円錐形状に形成され、従って前記前面を構成する円錐面に垂直な推力が全ての点において半径方向成分を有し、該成分がポンプ作動時に前記インペラの軸線の半径方向変位を復元させる半径方向復元力となることを特徴とする請求項６に記載のポンプ。
8. ロータリポンプ内のインペラを支持するために少なくとも半径方向または軸線方向に流体力学方式で懸架する方法であって、
   前記インペラの少なくとも一部に異形面を形成し、ポンプ作動時に、前記異形面と該異形面に隣接する前記ポンプのケーシングとの相対移動によって該異形面と該ケーシングとの間に推力を発生させ、
   かつ前記異形面はテーパ部を含み、
   前記テーパ部は、前記インペラの各ブレードの端縁部とそれに隣接するハウジングとの間に隙間が存在し、かつその前縁部における前記インペラと前記ポンプケーシングとの間の隙間がその後縁部における隙間より大きくなるように形成されることを特徴とするインペラ懸架方法。

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