JP3853865B2 - 遠心式血液ポンプ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血液を搬送するための磁気軸受型遠心式ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
血液及び血漿等の生物学的流体を搬送する磁気軸受型ポンプ装置としては、特公平３−７０５００号公報、特公平７−５１９５５号公報などのものが知られている。これらは、インペラを構成する磁性部材を電磁石等の磁力により位置制御することでインペラが他の構成要素に全く接触しない状態で回転する磁気軸受型の遠心式もしくは軸流式のターボポンプである。この血液ポンプ装置は、電磁石、位置センサー等を備えるインペラ位置制御部（言い換えれば、制御式磁気軸受構成部）、インペラ回転トルク発生部（言い換えれば、非制御式磁気軸受構成部）およびハウジングを備える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
血液の搬送に当たって最も重要な検討課題は、赤血球や血小板の様な重要な有形成分を破壊しないようにする事と、異物反応等により、血液が凝固しないようにする事である。血液接触面に摩擦界面が存在しない磁気軸受け型血液ポンプはこの点で非常に有利であるため、月単位の長期使用血液ポンプとして有望視されている。しかし、この様な磁気軸受けポンプにおいては、磁気軸受け構成要素が機能しなくなった場合、具体的には、インペラ位置制御部（言い換えれば、制御式磁気軸受構成部）が作動しなくなった場合、インペラは、インペラ回転トルク発生部（言い換えれば、非制御式磁気軸受構成部）に吸引されるため、両者の磁気吸引力により、インペラが回転しなくなり、ポンプ機能の停止等を起こすことが考えられる。ポンプ機能が停止すると、内部の血液の凝固が始まる。このため、インペラ位置制御の作動停止時であっても、回転を維持でき、血液ポンプを交換するまでの間、血液凝固を防止できる、いわゆるフェールセーフ機構を備えることが好ましい。
【０００４】
さらに、このようなフェールセーフ機構によるインペラ回転時においても、血液ポンプ内部での血栓の発生は少ないことが好ましく、特に、インペラとインペラ回転トルク発生部側の血液ポンプハウジング内面との間において、血液滞留が生じやすいので、この部分での血液滞留を抑制できることが必要である。
【０００５】
そこで、本発明の第１の課題は、インペラ位置制御部（制御式磁気軸受構成部）の非作動時においてもインペラ回転トルク発生部（非制御式磁気軸受構成部）によるインペラの回転が可能であるいわゆるフェールセーフ機構を備え、かつ、フェールセーフ機構によるインペラ回転時においても、血液ポンプ内部での血栓の発生が少ない遠心式血液ポンプ装置を提供するものである。
【０００６】
また、本発明の第２の課題は、インペラ位置制御部（制御式磁気軸受構成部）の非作動時においてもインペラ回転トルク発生部（非制御式磁気軸受構成部）によるインペラの回転が可能であるいわゆるフェールセーフ機構を備え、かつ、フェールセーフ機構によるインペラ回転時におけるインペラの回転が良好である遠心式血液ポンプ装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の課題を解決するものは、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラのための非制御式磁気軸受構成部と、該インペラのための制御式磁気軸受構成部とを備え、該非制御式磁気軸受構成部および前記制御式磁気軸受構成部の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置であり、前記インペラは、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時においても回転可能なものであり、かつこの回転時に、前記インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面と該面と向かい合う前記ハウジング内面との間に血液流路を形成するものであり、前記インペラは、前記非制御式磁気軸受構成部側の面のほぼ中央に設けられた小径の貫通口を有し、前記ハウジング内面には、前記インペラの前記貫通口に対応する位置に設けられ、該貫通口に侵入して該貫通口部分にてインペラを軸支するための突出部を有し、さらに、前記インペラの前記貫通孔の内面と接触する前記突出部の先端部側面までの前記ハウジング内面からの高さは、前記インペラの底面からの前記貫通口までの高さより大きく形成されている遠心式血液ポンプ装置である。
【０００８】
そして、前記インペラは、例えば、一方の面側に設けられた磁性部材と、他方の面側に設けられた永久磁石を備えるものである。そして、前記制御式磁気軸受構成部は、前記インペラの磁性部材を吸引するための固定された電磁石と、該インペラの磁性部材の位置を検出するための位置センサーを備えることが好ましい。さらに、前記非制御式磁気軸受構成部は、例えば、前記インペラの永久磁石を吸引するための永久磁石を備えるローターと、該ローターを回転させるモーターを備えるものである。また、前記非制御式磁気軸受構成部は、例えば、前記インペラの永久磁石を吸引しつつ回転駆動するための複数のステーターコイルを備えるものである。
そして、前記インペラは、該インペラの中央付近に形成された通路と、該通路の内部に形成され、該通路を閉塞しないように設けられた軸受部を有し、該軸受部は、前記突出部の先端部の外径より若干大きい内径を有する前記貫通口を備え、該貫通口の内面により、前記ハウジングの内面に形成された前記突出部を軸受けするものである。
【０００９】
また、上記の第２の課題を解決するものは、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラのための非制御式磁気軸受構成部と、該インペラのための制御式磁気軸受構成部とを備え、該非制御式磁気軸受構成部および前記制御式磁気軸受構成部の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置であり、前記インペラは、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時においても回転可能なものであり、該インペラは、中央を貫通する通路と、該インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面の前記通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面を有し、前記ハウジング内面には、前記インペラの前記通路に対応する位置に設けられ、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時に前記インペラのテーパー面と接触するテーパー状側面を有する突出部を有し、さらに、前記突出部のテーパー状側面の底部の外径より、前記インペラの前記テーパー面部分の内径の方が小さく形成されている遠心式血液ポンプ装置である。
【００１０】
そして、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時におけるインペラ回転時に、該インペラは、該インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面と該面と向かい合う前記ハウジング内面との間に血液流路を形成するものであることが好ましい。さらに、前記インペラのテーパー面もしくは前記ハウジング内面の突出部には、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時におけるインペラ回転時おいて、前記インペラと前記ハウジング間の血液流通を良好にするための溝が形成されていることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の遠心式血液ポンプ装置を図面に示した実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の一実施例の断面図である。図２は、図１に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置の平面図である。図３は、図１に示した遠心式血液ポンプ装置の内部を説明するための説明図である。図４は、図１に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【００１２】
本発明の遠心式血液ポンプ装置１は、血液流入ポート２１と血液流出ポート２２を有するハウジング６と、ハウジング６内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラ２３を有する遠心式血液ポンプ部２と、インペラ２３のための非制御式磁気軸受構成部（インペラ回転トルク発生部）４と、インペラ２３のための制御式磁気軸受構成部（インペラ位置制御部）３とを備え、非制御式磁気軸受構成部４および制御式磁気軸受構成部３の作用によりインペラ２３は、ハウジング６内の所定位置に保持された状態で回転する。そして、インペラ２３は、制御式磁気軸受構成部３の作動停止時であって非制御式磁気軸受構成部４の作動時においても回転可能なものであり、かつこの回転時に、インペラ２３は、インペラ２３の非制御式磁気軸受構成部側の面とこの面と向かい合うハウジング６の内面（血液ポンプ部形成内面）との間に血液流路２９ａを形成する。
【００１３】
図面を用いて、詳細に説明する。
図１ないし図４に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置１は、血液ポンプ部２、インペラ位置制御部３、インペラ回転トルク発生部４を備える。
ハウジング６は、血液流入ポート２１と血液流出ポート２２を備え、非磁性材料により形成されている。ハウジング６内には、血液流入ポート２１および血液流出ポート２２と連通する血液流路２９が形成されている。このハウジング６内には、インペラ２３が収納されている。血液流入ポート２１は、ハウジング６の上面の中央付近よりほぼ垂直に突出するように設けられている。血液流出ポート２２は、ほぼ円筒状に形成されたハウジング６の側面より接線方向に突出するように設けられている。
【００１４】
ハウジング６の血液流路２９を形成する部分（ポンプ部ハウジング）の内面であり、具体的には、インペラ２３の底面（インペラのインペラ回転トルク発生部側の面）に向かい合う内面２ａのほぼ中央（血液流入口に対応する位置）に形成された円柱状に延びる台座部１２とこの台座部１２の上面より血液流入口側に突出する突出部１３を有する。この突出部１３は、後述するインペラ２３の軸受部５１ａに受け入れられ、その際には、インペラを軸支する。
【００１５】
インペラ２３は、円盤状に形成されており、一方の面（血液流入ポート側の面、上面側）に設けられた磁性部材２６を備え、他方の面（下面側）に設けられた永久磁石２７を備える。磁性部材２６は、後述するインペラ位置制御部３の電磁石３３によりインペラを血液流入ポート側に吸引するために設けられている。永久磁石２７は、後述するインペラ回転トルク発生部４のロータ４１に設けられた永久磁石４１ｂによりインペラを血液流入ポートと反対側に吸引し、かつ回転トルクをインペラ回転トルク発生部４より伝達可能にするために設けられている。インペラ位置制御部３およびインペラ回転トルク発生部４により、非接触式磁気軸受が構成され、インペラ２３は、相反する方向より引っ張られることにより、ハウジング６内において、ハウジングの内面と接触しない適宜位置にて安定し、非接触状態にてハウジング内を回転する。磁性部材２６としては、磁性ステンレスまたはニッケルまたは軟鉄部材等が使用され、ドーナツ板状のものが好ましく、また、等角度間隔にて複数設けてもよい。永久磁石２７は、インペラ２３の底面付近に等角度間隔にて複数設けてもよく、またドーナツ板状のものに多極着磁を施したものを用いてもよい。
【００１６】
インペラ２３は、図１および図３に示すように、血液流入ポート２１に対応する位置となるインペラの中央付近を貫通し、ハウジング６に形成された台座部１２を受け入れ可能な通路２４と、通路２４の周縁よりその接線方向にかつインペラの周縁まで延びる複数の仕切部２５と、通路２４の内部に形成され、通路２４を閉塞することなく、仕切部２５と連続する放射状に延びるアームを有する軸受部５１を有する。軸受部５１は、図１に示すように、下面が血液流入口側に窪む凹部５１ａを備えており、この凹部５１ａは、ハウジング６の内面に形成された突出部１３を軸受けする。そして、インペラ２３は、隣り合う仕切部２５間により形成され、通路２４、血液流入ポート２１およびハウジング６の血液通路２９と連通する複数の血液誘導路２８を備える。
【００１７】
インペラ位置制御部３およびインペラ回転トルク発生部４の作用により、通常状態では、インペラ２３はハウジング６の内面のいずれにも接触することなく、具体的には、上記の凹部５１ａと突出部１３も接触することなく、回転する。もし、何らかの理由により、インペラ位置制御部３の作動が停止した場合には、図４に示すように、インペラ２３は、回転トルク発生部４側に移動するが、ハウジング６の突出部１３は、インペラ２３の軸受部５１の凹部５１ａに受け入れられ、言い換えれば、インペラ２３は、軸受部５１部分において突出部１３に軸支され、その状態で回転する。つまり、インペラ２３の軸受部５１の凹部５１ａとハウジングの突出部１３によりピボット軸受が構成される。この実施例では、非常時における回転時の摩擦摺動部が、最も周速度が小さい回転中心であるため、摩擦熱による血液破壊や血栓形成が少ない。さらに、インペラはハウジングの突出部１３を中心として回転するため、インペラの側面がハウジングの内面に接触することがなく、安定した回転が得られる。
【００１８】
また、突出部１３の先端までのハウジング内面２ａからの高さは、インペラ２３の底面（下面）からの軸受部５１の凹部５１ａまでの高さより大きく形成されているため、図４に示すように、ハウジング６の突出部１３が、インペラ２３の軸受部５１にてインペラを軸支する状態においても、インペラの下面とハウジング内面間に血液流路２９ａを確保し、インペラの下面とハウジング内面間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生を防止する。
【００１９】
血液の流れは、図１に示す通常状態および図４に示す位置制御部非作動時においても、図４に矢印で示すように、血液流入口２１から流入した血液は通路２４を経てインペラ内の血液誘導路２８を通過し、インペラの側面とハウジング内面間に形成された血液流路２９を経て流出口２２から流出する。この時インペラの血液誘導路２８を通過した血液の一部はインペラ２３の下面とハウジング内面２ａ間に流入し逆流して、インペラ２３の通路２４の下部より通路内に流入する血液流路２９ａが形成される。これにより、インペラ２３の下面とハウジング内面２ａ間での血液滞留の発生を防止している。
【００２０】
インペラ位置制御部３は、ハウジング６内に収納された複数の電磁石３３と、複数の位置センサ３２を有する。インペラ位置制御部３の複数（３つ）の電磁石３３および複数（３つ）の位置センサ３２は、それぞれ等角度間隔にて設けられており、電磁石３３と位置センサ３２も等角度間隔にて設けられている。電磁石３３は、鉄心３３ａとコイル３３ｂからなる。電磁石３３は、この実施例では、図２に示すように、３個設けられている。電磁石は、３個以上、例えば、４つでもよい。３個以上設け、これらの電磁力を後述する位置センサ３２の検知結果を用いて調整することにより、インペラの中心軸（ｚ軸）方向の力を釣り合わせ、かつ中心軸（ｚ軸）に直交するｘ軸およびｙ軸まわりのモーメントを０にすることができる。
【００２１】
位置センサ３２は、電磁石３３と磁性部材２６との隙間の間隔を検知し、この検知出力は、電磁石のコイル３３ｂに与えられる電流を制御する制御部（図示せず）にフィードバックされる。また、インペラ２３に重力等による半径方向の力が作用しても、インペラ２３の永久磁石２７とロータ４１の永久磁石４１ｂとの間の磁束の剪断力および電磁石３３と磁性部材２６との間の磁束の剪断力が作用するため、インペラ２３はハウジング６の中心に保持される。
【００２２】
インペラ回転トルク発生部４は、ロータ４１とロータを回転させるためのモータ４２（内部構造を省略する）からなる。ロータ４１は、回転板４１ａと回転板の一方の面（血液ポンプ側の面）に設けられた複数の永久磁石４１ｂからなる。ロータ４１の中心は、モータ４２の回転軸に固定されている。永久磁石４１ｂは、インペラ２３の永久磁石の配置形態（数および配置位置）に対応するように、複数かつ等角度ごとに設けられている。
インペラ回転トルク発生部としては、上述のロータおよびモータを備えるものに限られず、例えば、インペラの永久磁石を吸引し、かつ回転駆動させるための複数のステーターコイルからなるもの（いわゆる、ローターマグネット）でもよい。
【００２３】
次に、図５、図６および図１０に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置１０について説明する。
この実施例の血液ポンプ装置１０の基本構成は、図１ないし図４に示し説明した血液ポンプ装置１と同じであり、相違は、インペラの形状のみである。
インペラ３０は、図５および図６に示すように、血液流入ポート２１に対応する位置となるインペラの中央付近に形成され、ハウジング６に形成された台座部１２を受け入れ可能な通路２４と、通路２４の周縁よりその接線方向にかつ湾曲してインペラの周縁まで延びる複数の仕切部２５と、通路２４の内部に形成され、通路２４を閉塞することなく、仕切部２５と連続する放射状に延びるアームを有する軸受部５５を有する。軸受部５５は、図６に示すように、中央に小径かつ台座部１２に形成された突出部１３の先端部の外径より若干大きい内径を有する貫通口５５ａを備える。この貫通口５５ａの内面により、ハウジング６の内面に形成された突出部１３を軸受けする。そして、インペラ３０は、隣り合う仕切部２５間により形成され、通路２４、血液流入ポート２１およびハウジング６の血液通路２９と連通する複数の血液誘導路２８を備える。
【００２４】
また、図１０に示されているように、インペラ３０の軸受部５５の貫通口の内面と接触する突出部１３の先端部側面までのハウジング内面２ａからの高さは、インペラ３０の底面（下面）からの軸受部５５の貫通口５５ａまでの高さより大きく形成されているため、図１０に示すように、ハウジングの突出部１３が、インペラ３０の軸受部５５にてインペラを軸支する状態においても、インペラの下面とハウジング内面間に血液流路２９ａを確保し、インペラの下面とハウジング内面間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生を防止する。さらに、インペラの中央部の貫通口により、軸受部５５周囲の血液による洗い流し効果が向上し、その付近での血栓形成がより抑制される。さらに、インペラはハウジングの突出部１３を中心として回転するため、インペラの側面がハウジングの内面に接触することがなく、安定した回転が得られる。
【００２５】
次に、図８、図９および図７に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置２０について説明する。
この実施例の血液ポンプ装置２０の基本構成は、図１ないし図４に示し説明した血液ポンプ装置１と同じであり、相違は、インペラの形状およびハウジングの内面形状のみである。
インペラ４０は、図８および図９に示すように、血液流入ポート２１に対応する位置となるインペラの中央付近に形成された通路２４と、通路２４の周縁よりその接線方向にかつ湾曲してインペラの周縁まで延びる複数の仕切部（図示せず）と、隣り合う仕切部間により形成され、通路２４、血液流入ポート２１およびハウジング６の血液通路２９と連通する複数の血液誘導路（図示せず）と、底面（下面）に形成された複数（３つ以上）のリブ４５を有する。ハウジング６のインペラの下面と向かい合う内面２ａは、台座部などが形成されていない平坦面となっている。
【００２６】
この実施例においても、図７に示すように、インペラ４０のリブがハウジングの内面２ａに接触する状態となっても、インペラの下面とハウジング内面間に血液流路２９ａを確保するため、両者間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生を防止する。さらに、通常状態において、リブ４５が、インペラの下面とハウジング内面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。
なお、インペラ４０にリブ４５を設けることなく、ハウジングの内面２ａ側にインペラ側に突出する複数（３つ以上）のリブを設けてもよい。
【００２７】
次に、図１１ないし図１３に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置５０について説明する。
この実施例の血液ポンプ装置５０の基本構成は、図１ないし図４に示し説明した血液ポンプ装置１と同じであり、相違はインペラの形状およびハウジングの内面形状のみである。
インペラ７０は、図１１および図１２に示すように、血液流入ポート２１に対応する位置となるインペラの中央付近に形成された通路２４と、通路２４の周縁よりその接線方向にかつ湾曲してインペラの周縁まで延びる複数の仕切部（図示せず）と、隣り合う仕切部間により形成され、通路２４、血液流入ポート２１およびハウジング６の血液通路２９と連通する複数の血液誘導路（図示せず）と、底面（下面）に形成された多数の動圧溝７１を有する。動圧溝７１は、通路２４の底面より若干離間した円形部分７３の周縁（円周）上に一端を有し、渦状に（湾曲して）、インペラの外周まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、多数の動圧溝７１はほぼ同じ形状で同じ間隔で形成されている。隣り合う溝７１間に形成された部分７２は、円形部分７３と連続している。
【００２８】
この動圧溝を有するため、インペラ位置制御部の非作動時において、図１３に示すように、インペラ回転トルク発生部側に吸引されるが、動圧溝７１とハウジング内面２ａ間に形成される動圧軸受け効果により、若干であるが、ハウジング内面より離れ、非接触状態にて回転し、インペラの下面とハウジング内面間に血液流路を確保するため、両者間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生を防止する。さらに、通常状態において、動圧溝が、インペラの下面とハウジング内面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。
【００２９】
次に、図１４ないし図１６に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置８０について説明する。
この実施例の血液ポンプ装置８０の基本構成は、図１ないし図４に示し説明した血液ポンプ装置１と同じであり、相違はインペラの形状およびハウジングの内面形状のみである。
この実施例のものでは、インペラ９０は、インペラの底面図である図１５およびインペラの断面図である図１６に示すように、中央を貫通する通路２４と、インペラのインペラ回転トルク発生部側の面の通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面部分９１を有する。これに対応して、ハウジング内面２ａには、インペラ９０の前記テーパー面部分９１に対応する位置に設けられ、インペラ位置制御部の作動停止時にインペラのテーパー面と接触するテーパー状側面を有する突出部８１が設けられている。
【００３０】
具体的には、ハウジング６の血液流路２９を形成する部分（ポンプ部ハウジング）の内面、つまり、インペラ９０の底面（インペラのインペラ回転トルク発生部側の面）に向かい合う内面２ａのほぼ中央（血液流入口に対応する位置）に形成された円錐状の突出部８１を有する。この突出部の少なくとも先端部は、インペラ９０の通路２４内に侵入可能な大きさとなっている。
【００３１】
インペラ９０は、インペラの底面図である図１５およびインペラの断面図である図１６に示すように、円盤状に形成されており、一方の面（血液流入ポート側の面、上面側）に設けられた磁性部材２６を備え、他方の面（下面側）に設けられた永久磁石２７を備える。磁性部材２６は、後述するインペラ位置制御部３の電磁石３３によりインペラを血液流入ポート側に吸引するために設けられている。
さらに、インペラ９０は、血液流入ポート２１に対応する位置となるインペラの中央付近に形成された通路２４と、通路２４の周縁よりその接線方向にかつ湾曲してインペラの周縁まで延びる複数の仕切部（図示せず）と、隣り合う仕切部間により形成され、通路２４、血液流入ポート２１およびハウジング６の血液通路２９と連通する複数の血液誘導路（図示せず）を備える。
【００３２】
インペラ９０は、中央を貫通する通路２４の下面側の周縁部には、下方に向かって拡径するテーパー面部分９１が形成されており、このテーパーの角度と上記円錐状の突出部のテーパーの角度はほぼ同じに形成されている。また、円錐状の突出部８１の底部の外径より、インペラ９０のテーパー面部分９１の内径の方が小さく形成されている。このため、この実施例では、インペラ位置制御部の作動が停止したとき、インペラの下面とハウジング内面が接触することもなく、円錐状の突出部８１とインペラ９０のテーパー面部分９１がほぼ面接触し、その状態にて回転するため、インペラの側面がハウジングの内面に接触することがなく、安定した回転が得られる。さらに、インペラ９０のテーパー面部分９１には、溝９２が設けられているので、インペラの下面とハウジング内面間に形成された空間に血液が滞留することを防止し、両者間の血液流通を良好にする。
【００３３】
次に、図１７ないし図１８に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置１００について説明する。
この実施例の血液ポンプ装置１００の基本構成は、図１ないし図４に示し説明した血液ポンプ装置１および図１４に示した血液ポンプ装置８０と同じであり、相違はインペラの形状およびハウジングの内面形状のみである。
この実施例のものでは、インペラ１１０は、中央を貫通する通路２４と、インペラのインペラ回転トルク発生部側の面の通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面部分１１１ａと、インペラの位置制御部側の面の通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面部分１１２ａとを有する。
【００３４】
これに対応して、ハウジング内面２ａには、インペラ１１０のテーパー面部分１１１ａに対応する位置に設けられ、インペラ位置制御部の作動停止時にインペラのテーパー面と接触するテーパー状側面１０１ａを有する突出部１０１を有する。さらに、この突出部１０１は、テーパー状側面より上方に延びる円柱部分１０１ｂと、この円柱部分１０１ｂよりさらに上方に延びる円錐状部分１０１ｃを有する。また、ハウジングの上部側（血液流入ポート側）内面には、インペラ１１０のテーパー面部分１１２ａに対応する位置に設けられたテーパー状部分１０２ａを有する筒状突出部１０２を有する。突出部１０１のテーパー状側面１０１ａの底部の外径より、インペラ１１０のテーパー面部分の内径の方が小さく形成されている。このため、この実施例では、インペラ位置制御部の作動が停止したとき、インペラの下面とハウジング内面が接触することがなく、突出部１０１とインペラ１１０のテーパー面部分がほぼ面接触し、その状態にて回転するため、インペラの側面がハウジングの内面に接触することがなく、安定した回転が得られる。さらに、インペラのテーパー面部分には、図１５および図１６に示すような溝を設ければ、インペラの下面とハウジング内面間に形成された空間に血液が滞留することを防止し、両者間の血液流通を良好にする。
【００３５】
そして、図１７に示すように、インペラの通路の内面とハウジングの内面の突出部１０１の円柱部分１０１ｂ間のクリアランスｇ７ａは、ハウジングとインペラの側面間のクリアランスｇ７ｂより狭くなるように形成されている。このため、半径方向の衝撃力によりインペラが移動しても、周速度の低いインペラの内周部でハウジングと接触することになるため、接触部での損傷をより軽度とすることができる。さらに、この実施例では、インペラ上下の血液ポンプ室の形状がインペラ中心面に対して全く対称な形状となっているため、インペラ上面下面の圧力分布が流量、負荷の変動によらず等しくなり、インペラに軸方向の推力が生じないため、磁気浮上制御用電磁石に対する負荷変動が低減でき、より磁気浮上制御が安定する。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の遠心式血液ポンプ装置は、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラのための非制御式磁気軸受構成部と、該インペラのための制御式磁気軸受構成部とを備え、該非制御式磁気軸受構成部および前記制御式磁気軸受構成部の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置であり、前記インペラは、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時においても回転可能なものであり、かつこの回転時に、前記インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面（下面）と該面と向かい合う前記ハウジング内面との間に血液流路を形成する。このため、制御式磁気軸受構成部の非作動時においても非制御式磁気軸受構成部によりインペラが回転する、いわゆるフェールセーフ機構を備え、かつ、フェールセーフ機構によるインペラ回転時においても、インペラの下面とハウジング内面間での血液滞留が防止され、血栓の発生が少ない。
【００３７】
本発明の遠心式血液ポンプ装置は、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラのための非制御式磁気軸受構成部と、該インペラのための制御式磁気軸受構成部とを備え、該非制御式磁気軸受構成部および前記制御式磁気軸受構成部の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置であり、前記インペラは、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時においても回転可能なものであり、該インペラは、中央を貫通する通路と、該インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面の前記通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面を有し、前記ハウジング内面には、前記インペラの前記通路に対応する位置に設けられ、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時に前記インペラのテーパー面と接触するテーパー状側面を有する突出部を有する。このため、制御式磁気軸受構成部の非作動時においても非制御式磁気軸受構成部によりインペラが回転する、いわゆるフェールセーフ機構を備え、かつ、フェールセーフ機構によるインペラ回転時には、インペラの下面とハウジング内面が接触することがなく、インペラのテーパー面とハウジングの突出部のテーパー状側面とがほぼ面接触し、その状態にて回転するため、インペラの側面がハウジングの内面に接触することがなく、安定した回転が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の一実施例の断面図である。
【図２】 図２は、図１に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置の平面図である。
【図３】 図３は、図１に示した遠心式血液ポンプ装置の内部を説明するための説明図である。
【図４】 図４は、図１に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【図５】 図５は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の断面図である。
【図６】 図６は、図５に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置に使用されるインペラの平面図である。
【図７】 図７は、図８に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【図８】 図８は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の断面図である。
【図９】 図９は、図８に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置に使用されるインペラの底面図である。
【図１０】 図１０は、図５に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【図１１】 図１１は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の断面図である。
【図１２】 図１２は、図１１に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置に使用されるインペラの底面図である。
【図１３】 図１３は、図１１に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【図１４】 図１４は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の断面図である。
【図１５】 図１５は、図１４に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置に使用されるインペラの底面図である。
【図１６】 図１６は、図１５のＡ−Ａ線にて切断したインペラの断面図である。
【図１７】 図１７は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の断面図である。
【図１８】 図１８は、図１７に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ 遠心式血液ポンプ装置
２ 遠心式血液ポンプ
３ 制御式磁気軸受構成部（インペラ位置制御部）
４ 非制御式磁気軸受構成部（インペラ回転トルク発生部）
２１ 血液流入ポート
２２ 血液流出ポート
２３ インペラ
２６ 磁性部材
２７ インペラの永久磁石
２９ 血液流路
２９ａ 血液流路
３３ 電磁石
４１ ロータ
４１ｂ ロータの永久磁石
【発明の属する技術分野】
本発明は、血液を搬送するための磁気軸受型遠心式ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
血液及び血漿等の生物学的流体を搬送する磁気軸受型ポンプ装置としては、特公平３−７０５００号公報、特公平７−５１９５５号公報などのものが知られている。これらは、インペラを構成する磁性部材を電磁石等の磁力により位置制御することでインペラが他の構成要素に全く接触しない状態で回転する磁気軸受型の遠心式もしくは軸流式のターボポンプである。この血液ポンプ装置は、電磁石、位置センサー等を備えるインペラ位置制御部（言い換えれば、制御式磁気軸受構成部）、インペラ回転トルク発生部（言い換えれば、非制御式磁気軸受構成部）およびハウジングを備える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
血液の搬送に当たって最も重要な検討課題は、赤血球や血小板の様な重要な有形成分を破壊しないようにする事と、異物反応等により、血液が凝固しないようにする事である。血液接触面に摩擦界面が存在しない磁気軸受け型血液ポンプはこの点で非常に有利であるため、月単位の長期使用血液ポンプとして有望視されている。しかし、この様な磁気軸受けポンプにおいては、磁気軸受け構成要素が機能しなくなった場合、具体的には、インペラ位置制御部（言い換えれば、制御式磁気軸受構成部）が作動しなくなった場合、インペラは、インペラ回転トルク発生部（言い換えれば、非制御式磁気軸受構成部）に吸引されるため、両者の磁気吸引力により、インペラが回転しなくなり、ポンプ機能の停止等を起こすことが考えられる。ポンプ機能が停止すると、内部の血液の凝固が始まる。このため、インペラ位置制御の作動停止時であっても、回転を維持でき、血液ポンプを交換するまでの間、血液凝固を防止できる、いわゆるフェールセーフ機構を備えることが好ましい。
【０００４】
さらに、このようなフェールセーフ機構によるインペラ回転時においても、血液ポンプ内部での血栓の発生は少ないことが好ましく、特に、インペラとインペラ回転トルク発生部側の血液ポンプハウジング内面との間において、血液滞留が生じやすいので、この部分での血液滞留を抑制できることが必要である。
【０００５】
そこで、本発明の第１の課題は、インペラ位置制御部（制御式磁気軸受構成部）の非作動時においてもインペラ回転トルク発生部（非制御式磁気軸受構成部）によるインペラの回転が可能であるいわゆるフェールセーフ機構を備え、かつ、フェールセーフ機構によるインペラ回転時においても、血液ポンプ内部での血栓の発生が少ない遠心式血液ポンプ装置を提供するものである。
【０００６】
また、本発明の第２の課題は、インペラ位置制御部（制御式磁気軸受構成部）の非作動時においてもインペラ回転トルク発生部（非制御式磁気軸受構成部）によるインペラの回転が可能であるいわゆるフェールセーフ機構を備え、かつ、フェールセーフ機構によるインペラ回転時におけるインペラの回転が良好である遠心式血液ポンプ装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の課題を解決するものは、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラのための非制御式磁気軸受構成部と、該インペラのための制御式磁気軸受構成部とを備え、該非制御式磁気軸受構成部および前記制御式磁気軸受構成部の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置であり、前記インペラは、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時においても回転可能なものであり、かつこの回転時に、前記インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面と該面と向かい合う前記ハウジング内面との間に血液流路を形成するものであり、前記インペラは、前記非制御式磁気軸受構成部側の面のほぼ中央に設けられた小径の貫通口を有し、前記ハウジング内面には、前記インペラの前記貫通口に対応する位置に設けられ、該貫通口に侵入して該貫通口部分にてインペラを軸支するための突出部を有し、さらに、前記インペラの前記貫通孔の内面と接触する前記突出部の先端部側面までの前記ハウジング内面からの高さは、前記インペラの底面からの前記貫通口までの高さより大きく形成されている遠心式血液ポンプ装置である。
【０００８】
そして、前記インペラは、例えば、一方の面側に設けられた磁性部材と、他方の面側に設けられた永久磁石を備えるものである。そして、前記制御式磁気軸受構成部は、前記インペラの磁性部材を吸引するための固定された電磁石と、該インペラの磁性部材の位置を検出するための位置センサーを備えることが好ましい。さらに、前記非制御式磁気軸受構成部は、例えば、前記インペラの永久磁石を吸引するための永久磁石を備えるローターと、該ローターを回転させるモーターを備えるものである。また、前記非制御式磁気軸受構成部は、例えば、前記インペラの永久磁石を吸引しつつ回転駆動するための複数のステーターコイルを備えるものである。
そして、前記インペラは、該インペラの中央付近に形成された通路と、該通路の内部に形成され、該通路を閉塞しないように設けられた軸受部を有し、該軸受部は、前記突出部の先端部の外径より若干大きい内径を有する前記貫通口を備え、該貫通口の内面により、前記ハウジングの内面に形成された前記突出部を軸受けするものである。
【０００９】
また、上記の第２の課題を解決するものは、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラのための非制御式磁気軸受構成部と、該インペラのための制御式磁気軸受構成部とを備え、該非制御式磁気軸受構成部および前記制御式磁気軸受構成部の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置であり、前記インペラは、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時においても回転可能なものであり、該インペラは、中央を貫通する通路と、該インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面の前記通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面を有し、前記ハウジング内面には、前記インペラの前記通路に対応する位置に設けられ、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時に前記インペラのテーパー面と接触するテーパー状側面を有する突出部を有し、さらに、前記突出部のテーパー状側面の底部の外径より、前記インペラの前記テーパー面部分の内径の方が小さく形成されている遠心式血液ポンプ装置である。
【００１０】
そして、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時におけるインペラ回転時に、該インペラは、該インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面と該面と向かい合う前記ハウジング内面との間に血液流路を形成するものであることが好ましい。さらに、前記インペラのテーパー面もしくは前記ハウジング内面の突出部には、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時におけるインペラ回転時おいて、前記インペラと前記ハウジング間の血液流通を良好にするための溝が形成されていることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の遠心式血液ポンプ装置を図面に示した実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の一実施例の断面図である。図２は、図１に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置の平面図である。図３は、図１に示した遠心式血液ポンプ装置の内部を説明するための説明図である。図４は、図１に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【００１２】
本発明の遠心式血液ポンプ装置１は、血液流入ポート２１と血液流出ポート２２を有するハウジング６と、ハウジング６内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラ２３を有する遠心式血液ポンプ部２と、インペラ２３のための非制御式磁気軸受構成部（インペラ回転トルク発生部）４と、インペラ２３のための制御式磁気軸受構成部（インペラ位置制御部）３とを備え、非制御式磁気軸受構成部４および制御式磁気軸受構成部３の作用によりインペラ２３は、ハウジング６内の所定位置に保持された状態で回転する。そして、インペラ２３は、制御式磁気軸受構成部３の作動停止時であって非制御式磁気軸受構成部４の作動時においても回転可能なものであり、かつこの回転時に、インペラ２３は、インペラ２３の非制御式磁気軸受構成部側の面とこの面と向かい合うハウジング６の内面（血液ポンプ部形成内面）との間に血液流路２９ａを形成する。
【００１３】
図面を用いて、詳細に説明する。
図１ないし図４に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置１は、血液ポンプ部２、インペラ位置制御部３、インペラ回転トルク発生部４を備える。
ハウジング６は、血液流入ポート２１と血液流出ポート２２を備え、非磁性材料により形成されている。ハウジング６内には、血液流入ポート２１および血液流出ポート２２と連通する血液流路２９が形成されている。このハウジング６内には、インペラ２３が収納されている。血液流入ポート２１は、ハウジング６の上面の中央付近よりほぼ垂直に突出するように設けられている。血液流出ポート２２は、ほぼ円筒状に形成されたハウジング６の側面より接線方向に突出するように設けられている。
【００１４】
ハウジング６の血液流路２９を形成する部分（ポンプ部ハウジング）の内面であり、具体的には、インペラ２３の底面（インペラのインペラ回転トルク発生部側の面）に向かい合う内面２ａのほぼ中央（血液流入口に対応する位置）に形成された円柱状に延びる台座部１２とこの台座部１２の上面より血液流入口側に突出する突出部１３を有する。この突出部１３は、後述するインペラ２３の軸受部５１ａに受け入れられ、その際には、インペラを軸支する。
【００１５】
インペラ２３は、円盤状に形成されており、一方の面（血液流入ポート側の面、上面側）に設けられた磁性部材２６を備え、他方の面（下面側）に設けられた永久磁石２７を備える。磁性部材２６は、後述するインペラ位置制御部３の電磁石３３によりインペラを血液流入ポート側に吸引するために設けられている。永久磁石２７は、後述するインペラ回転トルク発生部４のロータ４１に設けられた永久磁石４１ｂによりインペラを血液流入ポートと反対側に吸引し、かつ回転トルクをインペラ回転トルク発生部４より伝達可能にするために設けられている。インペラ位置制御部３およびインペラ回転トルク発生部４により、非接触式磁気軸受が構成され、インペラ２３は、相反する方向より引っ張られることにより、ハウジング６内において、ハウジングの内面と接触しない適宜位置にて安定し、非接触状態にてハウジング内を回転する。磁性部材２６としては、磁性ステンレスまたはニッケルまたは軟鉄部材等が使用され、ドーナツ板状のものが好ましく、また、等角度間隔にて複数設けてもよい。永久磁石２７は、インペラ２３の底面付近に等角度間隔にて複数設けてもよく、またドーナツ板状のものに多極着磁を施したものを用いてもよい。
【００１６】
インペラ２３は、図１および図３に示すように、血液流入ポート２１に対応する位置となるインペラの中央付近を貫通し、ハウジング６に形成された台座部１２を受け入れ可能な通路２４と、通路２４の周縁よりその接線方向にかつインペラの周縁まで延びる複数の仕切部２５と、通路２４の内部に形成され、通路２４を閉塞することなく、仕切部２５と連続する放射状に延びるアームを有する軸受部５１を有する。軸受部５１は、図１に示すように、下面が血液流入口側に窪む凹部５１ａを備えており、この凹部５１ａは、ハウジング６の内面に形成された突出部１３を軸受けする。そして、インペラ２３は、隣り合う仕切部２５間により形成され、通路２４、血液流入ポート２１およびハウジング６の血液通路２９と連通する複数の血液誘導路２８を備える。
【００１７】
インペラ位置制御部３およびインペラ回転トルク発生部４の作用により、通常状態では、インペラ２３はハウジング６の内面のいずれにも接触することなく、具体的には、上記の凹部５１ａと突出部１３も接触することなく、回転する。もし、何らかの理由により、インペラ位置制御部３の作動が停止した場合には、図４に示すように、インペラ２３は、回転トルク発生部４側に移動するが、ハウジング６の突出部１３は、インペラ２３の軸受部５１の凹部５１ａに受け入れられ、言い換えれば、インペラ２３は、軸受部５１部分において突出部１３に軸支され、その状態で回転する。つまり、インペラ２３の軸受部５１の凹部５１ａとハウジングの突出部１３によりピボット軸受が構成される。この実施例では、非常時における回転時の摩擦摺動部が、最も周速度が小さい回転中心であるため、摩擦熱による血液破壊や血栓形成が少ない。さらに、インペラはハウジングの突出部１３を中心として回転するため、インペラの側面がハウジングの内面に接触することがなく、安定した回転が得られる。
【００１８】
また、突出部１３の先端までのハウジング内面２ａからの高さは、インペラ２３の底面（下面）からの軸受部５１の凹部５１ａまでの高さより大きく形成されているため、図４に示すように、ハウジング６の突出部１３が、インペラ２３の軸受部５１にてインペラを軸支する状態においても、インペラの下面とハウジング内面間に血液流路２９ａを確保し、インペラの下面とハウジング内面間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生を防止する。
【００１９】
血液の流れは、図１に示す通常状態および図４に示す位置制御部非作動時においても、図４に矢印で示すように、血液流入口２１から流入した血液は通路２４を経てインペラ内の血液誘導路２８を通過し、インペラの側面とハウジング内面間に形成された血液流路２９を経て流出口２２から流出する。この時インペラの血液誘導路２８を通過した血液の一部はインペラ２３の下面とハウジング内面２ａ間に流入し逆流して、インペラ２３の通路２４の下部より通路内に流入する血液流路２９ａが形成される。これにより、インペラ２３の下面とハウジング内面２ａ間での血液滞留の発生を防止している。
【００２０】
インペラ位置制御部３は、ハウジング６内に収納された複数の電磁石３３と、複数の位置センサ３２を有する。インペラ位置制御部３の複数（３つ）の電磁石３３および複数（３つ）の位置センサ３２は、それぞれ等角度間隔にて設けられており、電磁石３３と位置センサ３２も等角度間隔にて設けられている。電磁石３３は、鉄心３３ａとコイル３３ｂからなる。電磁石３３は、この実施例では、図２に示すように、３個設けられている。電磁石は、３個以上、例えば、４つでもよい。３個以上設け、これらの電磁力を後述する位置センサ３２の検知結果を用いて調整することにより、インペラの中心軸（ｚ軸）方向の力を釣り合わせ、かつ中心軸（ｚ軸）に直交するｘ軸およびｙ軸まわりのモーメントを０にすることができる。
【００２１】
位置センサ３２は、電磁石３３と磁性部材２６との隙間の間隔を検知し、この検知出力は、電磁石のコイル３３ｂに与えられる電流を制御する制御部（図示せず）にフィードバックされる。また、インペラ２３に重力等による半径方向の力が作用しても、インペラ２３の永久磁石２７とロータ４１の永久磁石４１ｂとの間の磁束の剪断力および電磁石３３と磁性部材２６との間の磁束の剪断力が作用するため、インペラ２３はハウジング６の中心に保持される。
【００２２】
インペラ回転トルク発生部４は、ロータ４１とロータを回転させるためのモータ４２（内部構造を省略する）からなる。ロータ４１は、回転板４１ａと回転板の一方の面（血液ポンプ側の面）に設けられた複数の永久磁石４１ｂからなる。ロータ４１の中心は、モータ４２の回転軸に固定されている。永久磁石４１ｂは、インペラ２３の永久磁石の配置形態（数および配置位置）に対応するように、複数かつ等角度ごとに設けられている。
インペラ回転トルク発生部としては、上述のロータおよびモータを備えるものに限られず、例えば、インペラの永久磁石を吸引し、かつ回転駆動させるための複数のステーターコイルからなるもの（いわゆる、ローターマグネット）でもよい。
【００２３】
次に、図５、図６および図１０に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置１０について説明する。
この実施例の血液ポンプ装置１０の基本構成は、図１ないし図４に示し説明した血液ポンプ装置１と同じであり、相違は、インペラの形状のみである。
インペラ３０は、図５および図６に示すように、血液流入ポート２１に対応する位置となるインペラの中央付近に形成され、ハウジング６に形成された台座部１２を受け入れ可能な通路２４と、通路２４の周縁よりその接線方向にかつ湾曲してインペラの周縁まで延びる複数の仕切部２５と、通路２４の内部に形成され、通路２４を閉塞することなく、仕切部２５と連続する放射状に延びるアームを有する軸受部５５を有する。軸受部５５は、図６に示すように、中央に小径かつ台座部１２に形成された突出部１３の先端部の外径より若干大きい内径を有する貫通口５５ａを備える。この貫通口５５ａの内面により、ハウジング６の内面に形成された突出部１３を軸受けする。そして、インペラ３０は、隣り合う仕切部２５間により形成され、通路２４、血液流入ポート２１およびハウジング６の血液通路２９と連通する複数の血液誘導路２８を備える。
【００２４】
また、図１０に示されているように、インペラ３０の軸受部５５の貫通口の内面と接触する突出部１３の先端部側面までのハウジング内面２ａからの高さは、インペラ３０の底面（下面）からの軸受部５５の貫通口５５ａまでの高さより大きく形成されているため、図１０に示すように、ハウジングの突出部１３が、インペラ３０の軸受部５５にてインペラを軸支する状態においても、インペラの下面とハウジング内面間に血液流路２９ａを確保し、インペラの下面とハウジング内面間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生を防止する。さらに、インペラの中央部の貫通口により、軸受部５５周囲の血液による洗い流し効果が向上し、その付近での血栓形成がより抑制される。さらに、インペラはハウジングの突出部１３を中心として回転するため、インペラの側面がハウジングの内面に接触することがなく、安定した回転が得られる。
【００２５】
次に、図８、図９および図７に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置２０について説明する。
この実施例の血液ポンプ装置２０の基本構成は、図１ないし図４に示し説明した血液ポンプ装置１と同じであり、相違は、インペラの形状およびハウジングの内面形状のみである。
インペラ４０は、図８および図９に示すように、血液流入ポート２１に対応する位置となるインペラの中央付近に形成された通路２４と、通路２４の周縁よりその接線方向にかつ湾曲してインペラの周縁まで延びる複数の仕切部（図示せず）と、隣り合う仕切部間により形成され、通路２４、血液流入ポート２１およびハウジング６の血液通路２９と連通する複数の血液誘導路（図示せず）と、底面（下面）に形成された複数（３つ以上）のリブ４５を有する。ハウジング６のインペラの下面と向かい合う内面２ａは、台座部などが形成されていない平坦面となっている。
【００２６】
この実施例においても、図７に示すように、インペラ４０のリブがハウジングの内面２ａに接触する状態となっても、インペラの下面とハウジング内面間に血液流路２９ａを確保するため、両者間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生を防止する。さらに、通常状態において、リブ４５が、インペラの下面とハウジング内面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。
なお、インペラ４０にリブ４５を設けることなく、ハウジングの内面２ａ側にインペラ側に突出する複数（３つ以上）のリブを設けてもよい。
【００２７】
次に、図１１ないし図１３に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置５０について説明する。
この実施例の血液ポンプ装置５０の基本構成は、図１ないし図４に示し説明した血液ポンプ装置１と同じであり、相違はインペラの形状およびハウジングの内面形状のみである。
インペラ７０は、図１１および図１２に示すように、血液流入ポート２１に対応する位置となるインペラの中央付近に形成された通路２４と、通路２４の周縁よりその接線方向にかつ湾曲してインペラの周縁まで延びる複数の仕切部（図示せず）と、隣り合う仕切部間により形成され、通路２４、血液流入ポート２１およびハウジング６の血液通路２９と連通する複数の血液誘導路（図示せず）と、底面（下面）に形成された多数の動圧溝７１を有する。動圧溝７１は、通路２４の底面より若干離間した円形部分７３の周縁（円周）上に一端を有し、渦状に（湾曲して）、インペラの外周まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、多数の動圧溝７１はほぼ同じ形状で同じ間隔で形成されている。隣り合う溝７１間に形成された部分７２は、円形部分７３と連続している。
【００２８】
この動圧溝を有するため、インペラ位置制御部の非作動時において、図１３に示すように、インペラ回転トルク発生部側に吸引されるが、動圧溝７１とハウジング内面２ａ間に形成される動圧軸受け効果により、若干であるが、ハウジング内面より離れ、非接触状態にて回転し、インペラの下面とハウジング内面間に血液流路を確保するため、両者間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生を防止する。さらに、通常状態において、動圧溝が、インペラの下面とハウジング内面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。
【００２９】
次に、図１４ないし図１６に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置８０について説明する。
この実施例の血液ポンプ装置８０の基本構成は、図１ないし図４に示し説明した血液ポンプ装置１と同じであり、相違はインペラの形状およびハウジングの内面形状のみである。
この実施例のものでは、インペラ９０は、インペラの底面図である図１５およびインペラの断面図である図１６に示すように、中央を貫通する通路２４と、インペラのインペラ回転トルク発生部側の面の通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面部分９１を有する。これに対応して、ハウジング内面２ａには、インペラ９０の前記テーパー面部分９１に対応する位置に設けられ、インペラ位置制御部の作動停止時にインペラのテーパー面と接触するテーパー状側面を有する突出部８１が設けられている。
【００３０】
具体的には、ハウジング６の血液流路２９を形成する部分（ポンプ部ハウジング）の内面、つまり、インペラ９０の底面（インペラのインペラ回転トルク発生部側の面）に向かい合う内面２ａのほぼ中央（血液流入口に対応する位置）に形成された円錐状の突出部８１を有する。この突出部の少なくとも先端部は、インペラ９０の通路２４内に侵入可能な大きさとなっている。
【００３１】
インペラ９０は、インペラの底面図である図１５およびインペラの断面図である図１６に示すように、円盤状に形成されており、一方の面（血液流入ポート側の面、上面側）に設けられた磁性部材２６を備え、他方の面（下面側）に設けられた永久磁石２７を備える。磁性部材２６は、後述するインペラ位置制御部３の電磁石３３によりインペラを血液流入ポート側に吸引するために設けられている。
さらに、インペラ９０は、血液流入ポート２１に対応する位置となるインペラの中央付近に形成された通路２４と、通路２４の周縁よりその接線方向にかつ湾曲してインペラの周縁まで延びる複数の仕切部（図示せず）と、隣り合う仕切部間により形成され、通路２４、血液流入ポート２１およびハウジング６の血液通路２９と連通する複数の血液誘導路（図示せず）を備える。
【００３２】
インペラ９０は、中央を貫通する通路２４の下面側の周縁部には、下方に向かって拡径するテーパー面部分９１が形成されており、このテーパーの角度と上記円錐状の突出部のテーパーの角度はほぼ同じに形成されている。また、円錐状の突出部８１の底部の外径より、インペラ９０のテーパー面部分９１の内径の方が小さく形成されている。このため、この実施例では、インペラ位置制御部の作動が停止したとき、インペラの下面とハウジング内面が接触することもなく、円錐状の突出部８１とインペラ９０のテーパー面部分９１がほぼ面接触し、その状態にて回転するため、インペラの側面がハウジングの内面に接触することがなく、安定した回転が得られる。さらに、インペラ９０のテーパー面部分９１には、溝９２が設けられているので、インペラの下面とハウジング内面間に形成された空間に血液が滞留することを防止し、両者間の血液流通を良好にする。
【００３３】
次に、図１７ないし図１８に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置１００について説明する。
この実施例の血液ポンプ装置１００の基本構成は、図１ないし図４に示し説明した血液ポンプ装置１および図１４に示した血液ポンプ装置８０と同じであり、相違はインペラの形状およびハウジングの内面形状のみである。
この実施例のものでは、インペラ１１０は、中央を貫通する通路２４と、インペラのインペラ回転トルク発生部側の面の通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面部分１１１ａと、インペラの位置制御部側の面の通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面部分１１２ａとを有する。
【００３４】
これに対応して、ハウジング内面２ａには、インペラ１１０のテーパー面部分１１１ａに対応する位置に設けられ、インペラ位置制御部の作動停止時にインペラのテーパー面と接触するテーパー状側面１０１ａを有する突出部１０１を有する。さらに、この突出部１０１は、テーパー状側面より上方に延びる円柱部分１０１ｂと、この円柱部分１０１ｂよりさらに上方に延びる円錐状部分１０１ｃを有する。また、ハウジングの上部側（血液流入ポート側）内面には、インペラ１１０のテーパー面部分１１２ａに対応する位置に設けられたテーパー状部分１０２ａを有する筒状突出部１０２を有する。突出部１０１のテーパー状側面１０１ａの底部の外径より、インペラ１１０のテーパー面部分の内径の方が小さく形成されている。このため、この実施例では、インペラ位置制御部の作動が停止したとき、インペラの下面とハウジング内面が接触することがなく、突出部１０１とインペラ１１０のテーパー面部分がほぼ面接触し、その状態にて回転するため、インペラの側面がハウジングの内面に接触することがなく、安定した回転が得られる。さらに、インペラのテーパー面部分には、図１５および図１６に示すような溝を設ければ、インペラの下面とハウジング内面間に形成された空間に血液が滞留することを防止し、両者間の血液流通を良好にする。
【００３５】
そして、図１７に示すように、インペラの通路の内面とハウジングの内面の突出部１０１の円柱部分１０１ｂ間のクリアランスｇ７ａは、ハウジングとインペラの側面間のクリアランスｇ７ｂより狭くなるように形成されている。このため、半径方向の衝撃力によりインペラが移動しても、周速度の低いインペラの内周部でハウジングと接触することになるため、接触部での損傷をより軽度とすることができる。さらに、この実施例では、インペラ上下の血液ポンプ室の形状がインペラ中心面に対して全く対称な形状となっているため、インペラ上面下面の圧力分布が流量、負荷の変動によらず等しくなり、インペラに軸方向の推力が生じないため、磁気浮上制御用電磁石に対する負荷変動が低減でき、より磁気浮上制御が安定する。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の遠心式血液ポンプ装置は、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラのための非制御式磁気軸受構成部と、該インペラのための制御式磁気軸受構成部とを備え、該非制御式磁気軸受構成部および前記制御式磁気軸受構成部の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置であり、前記インペラは、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時においても回転可能なものであり、かつこの回転時に、前記インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面（下面）と該面と向かい合う前記ハウジング内面との間に血液流路を形成する。このため、制御式磁気軸受構成部の非作動時においても非制御式磁気軸受構成部によりインペラが回転する、いわゆるフェールセーフ機構を備え、かつ、フェールセーフ機構によるインペラ回転時においても、インペラの下面とハウジング内面間での血液滞留が防止され、血栓の発生が少ない。
【００３７】
本発明の遠心式血液ポンプ装置は、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラのための非制御式磁気軸受構成部と、該インペラのための制御式磁気軸受構成部とを備え、該非制御式磁気軸受構成部および前記制御式磁気軸受構成部の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置であり、前記インペラは、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時においても回転可能なものであり、該インペラは、中央を貫通する通路と、該インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面の前記通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面を有し、前記ハウジング内面には、前記インペラの前記通路に対応する位置に設けられ、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時に前記インペラのテーパー面と接触するテーパー状側面を有する突出部を有する。このため、制御式磁気軸受構成部の非作動時においても非制御式磁気軸受構成部によりインペラが回転する、いわゆるフェールセーフ機構を備え、かつ、フェールセーフ機構によるインペラ回転時には、インペラの下面とハウジング内面が接触することがなく、インペラのテーパー面とハウジングの突出部のテーパー状側面とがほぼ面接触し、その状態にて回転するため、インペラの側面がハウジングの内面に接触することがなく、安定した回転が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の一実施例の断面図である。
【図２】 図２は、図１に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置の平面図である。
【図３】 図３は、図１に示した遠心式血液ポンプ装置の内部を説明するための説明図である。
【図４】 図４は、図１に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【図５】 図５は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の断面図である。
【図６】 図６は、図５に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置に使用されるインペラの平面図である。
【図７】 図７は、図８に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【図８】 図８は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の断面図である。
【図９】 図９は、図８に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置に使用されるインペラの底面図である。
【図１０】 図１０は、図５に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【図１１】 図１１は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の断面図である。
【図１２】 図１２は、図１１に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置に使用されるインペラの底面図である。
【図１３】 図１３は、図１１に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【図１４】 図１４は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の断面図である。
【図１５】 図１５は、図１４に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置に使用されるインペラの底面図である。
【図１６】 図１６は、図１５のＡ−Ａ線にて切断したインペラの断面図である。
【図１７】 図１７は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の断面図である。
【図１８】 図１８は、図１７に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ 遠心式血液ポンプ装置
２ 遠心式血液ポンプ
３ 制御式磁気軸受構成部（インペラ位置制御部）
４ 非制御式磁気軸受構成部（インペラ回転トルク発生部）
２１ 血液流入ポート
２２ 血液流出ポート
２３ インペラ
２６ 磁性部材
２７ インペラの永久磁石
２９ 血液流路
２９ａ 血液流路
３３ 電磁石
４１ ロータ
４１ｂ ロータの永久磁石
Claims (13)
- 血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラのための非制御式磁気軸受構成部と、該インペラのための制御式磁気軸受構成部とを備え、該非制御式磁気軸受構成部および前記制御式磁気軸受構成部の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置であり、前記インペラは、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時においても回転可能なものであり、かつこの回転時に、前記インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面と該面と向かい合う前記ハウジング内面との間に血液流路を形成するものであり、前記インペラは、前記非制御式磁気軸受構成部側の面のほぼ中央に設けられた小径の貫通口を有し、前記ハウジング内面には、前記インペラの前記貫通口に対応する位置に設けられ、該貫通口に侵入して該貫通口部分にてインペラを軸支するための突出部を有し、さらに、前記インペラの前記貫通孔の内面と接触する前記突出部の先端部側面までの前記ハウジング内面からの高さは、前記インペラの底面からの前記貫通口までの高さより大きく形成されていることを特徴とする遠心式血液ポンプ装置。
- 前記インペラは、一方の面側に設けられた磁性部材と、他方の面側に設けられた永久磁石を備える請求項１に記載の遠心式血液ポンプ装置。
- 前記制御式磁気軸受構成部は、前記インペラの磁性部材を吸引するための固定された電磁石と、該インペラの磁性部材の位置を検出するための位置センサーを備えるインペラ位置制御部である請求項２に記載の遠心式血液ポンプ装置。
- 前記非制御式磁気軸受構成部は、前記インペラの永久磁石を吸引するための永久磁石を備えるローターと、該ローターを回転させるモーターとからなるインペラ回転トルク発生部である請求項２または３に記載の遠心式血液ポンプ装置。
- 前記非制御式磁気軸受構成部は、前記インペラの永久磁石を吸引しつつ回転駆動するための複数のステーターコイルを備えるインペラ回転トルク発生部である請求項２ないし４のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
- 前記インペラは、該インペラの中央付近に形成された通路と、該通路の内部に形成され、該通路を閉塞しないように設けられた軸受部を有し、該軸受部は、前記突出部の先端部の外径より若干大きい内径を有する前記貫通口を備え、該貫通口の内面により、前記ハウジングの内面に形成された前記突出部を軸受けするものである請求項１ないし５のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
- 血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラのための非制御式磁気軸受構成部と、該インペラのための制御式磁気軸受構成部とを備え、該非制御式磁気軸受構成部および前記制御式磁気軸受構成部の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置であり、前記インペラは、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時においても回転可能なものであり、該インペラは、中央を貫通する通路と、該インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面の前記通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面を有し、前記ハウジング内面には、前記インペラの前記通路に対応する位置に設けられ、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時に前記インペラのテーパー面と接触するテーパー状側面を有する突出部を有し、さらに、前記突出部のテーパー状側面の底部の外径より、前記インペラの前記テーパー面部分の内径の方が小さく形成されていることを特徴とする遠心式血液ポンプ装置。
- 前記インペラは、一方の面側に設けられた磁性部材と、他方の面側に設けられた永久磁石を備える請求項７に記載の遠心式血液ポンプ装置。
- 前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時におけるインペラ回転時に、該インペラは、該インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面と該面と向かい合う前記ハウジング内面との間に血液流路を形成するものである請求項７または８に記載の遠心式血液ポンプ装置。
- 前記インペラのテーパー面もしくは前記ハウジング内面の突出部には、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時におけるインペラ回転時おいて、前記インペラと前記ハウジング間の血液流通を行わせるための溝が形成されている請求項９に記載の遠心式血液ポンプ装置。
- 前記制御式磁気軸受構成部は、前記インペラの磁性部材を吸引するための固定された電磁石と、該インペラの磁性部材の位置を検出するための位置センサーを備えるインペラ位置制御部である請求項８ないし１０のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
- 前記非制御式磁気軸受構成部は、前記インペラの永久磁石を吸引するための永久磁石を備えるローターと、該ローターを回転させるモーターとからなるインペラ回転トルク発生部である請求項８ないし１１のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
- 前記非制御式磁気軸受構成部は、前記インペラの永久磁石を吸引しつつ回転駆動するための複数のステーターコイルを備えるインペラ回転トルク発生部である請求項８ないし１１のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。
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