ポンプ
【課題】永久磁石の劣化を抑制し、ポンプの所期の性能を維持することができるポンプを実現することができ、さらにコイルの発熱による流体への悪影響を抑えることができるポンプを提供すること。
【解決手段】ポンプ１００は、内部にポンプ室３１１が形成されたポンプハウジング３１と、内部にステータ室３２１が形成されたステータハウジング３２と有するハウジングを備える。また、ポンプ１００は、ポンプ室３１１内に回転可能に設けられ、回転によりポンプ室内の流体を圧送するインペラ１と、ステータ室３２１内に設けられ、インペラ１を回転させる磁界を発生するステータ２とを備える。このポンプ１００のインペラ１には、永久磁石が配置されていない。従って、例えば、インペラ１に被膜等を形成する際に、インペラ１が高温にさらされたとしても、永久磁石の劣化を抑制することができ、ポンプの所期の性能を維持することができる。
【解決手段】ポンプ１００は、内部にポンプ室３１１が形成されたポンプハウジング３１と、内部にステータ室３２１が形成されたステータハウジング３２と有するハウジングを備える。また、ポンプ１００は、ポンプ室３１１内に回転可能に設けられ、回転によりポンプ室内の流体を圧送するインペラ１と、ステータ室３２１内に設けられ、インペラ１を回転させる磁界を発生するステータ２とを備える。このポンプ１００のインペラ１には、永久磁石が配置されていない。従って、例えば、インペラ１に被膜等を形成する際に、インペラ１が高温にさらされたとしても、永久磁石の劣化を抑制することができ、ポンプの所期の性能を維持することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療用の代替心臓あるいは補助心臓として、人工心臓ポンプが用いられている。人工心臓ポンプとしては、拍動ポンプと、無拍動ポンプとが知られている。拍動ポンプは、実際の心臓のように拍動により断続的に血液を送り出すポンプである。一方、無拍動ポンプは、実際の心臓のようには拍動せずに、連続的に血液を送り出すポンプである。無拍動ポンプとしては、遠心式や軸流式のポンプが知られている。
【０００３】
従来は、実際の心臓に近い拍動ポンプが重要視されていたが、近年においては、無拍動ポンプであっても人体に影響が無いことが判明し、小型化や軽量化等の観点から無拍動ポンプが注目されてきている。
【０００４】
下記特許文献１には、血液を吸入する吸入口６と、血液を吐出する吐出口７とを有するポンプハウジング２と、ブレード８を有し、ポンプハウジング２内に設けられたインペラ１００とを備えた渦巻きポンプ１（人工心臓ポンプ）が記載されている（段落［００７２］、図１、図２）。この渦巻きポンプ１は、遠心式の無拍動ポンプである。ポンプハウジング２には、コイル１５、１６が設けられ、インペラ１００のブレード８には、永久磁石１４が設けられる（段落［００９６］）。インペラ１００は、コイル１５、１６によって励起される磁界と、永久磁石１４との相互作用によって回転する。
【０００５】
ここで、インペラ１００は、直接血液に接する部材であるので、生体適合性を有する窒化チタン等の被膜によって被覆される（段落［００９７］〜［０１０１］）。この被膜は、物理的蒸着法等によってインペラ１００に被覆される。
【０００６】
特許文献１に記載のように、インペラに生体適合性材料の被膜を形成する場合、一般的に高温での処理が必要になる。例えば、物理的蒸着法による窒化チタンの被膜形成の場合、インペラは高温にさらされる。
【０００７】
ここで、特許文献１の技術では、インペラのブレードに永久磁石が配置されるので、以下のような問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００２−５４１９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のようにインペラが高温にさらされることにより、被膜形成の際に永久磁石も高温にさらされ、永久磁石が減磁される等、永久磁石の劣化が問題となる。
被膜を永久磁石に形成する場合に限られず、つまり、ポンプが人工心臓ポンプとして適用される場合に限られず、搬送対象となる流体に永久磁石がさらされるので、流体の種類によっては永久磁石が劣化し、ポンプの性能が低下する。
一方、例えばインペラにコイルが装着されている場合、ポンプの動作時にコイルの発熱によって、流体に悪影響を与えるおそれがある。
【００１０】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、永久磁石の劣化を抑制し、ポンプの所期の性能を維持することができるポンプを実現することができ、さらにコイルの発熱による流体への悪影響を抑えることができるポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るポンプは、ハウジングと、インペラと、ステータとを具備する。
前記ハウジングは、ポンプ室と、前記ポンプ室とは独立して設けられたステータ室とを有する。
前記インペラは、回転の周方向に沿って第１のピッチで配置された複数のロータ歯を有し、回転により流体を圧送する。
前記ステータは、複数のステータ歯と、コイルと、永久磁石とを有し、前記回転の軸方向で前記インペラと対向配置される。
前記複数のステータ歯は、前記ロータ歯に対向する対向面をそれぞれ含み、前記周方向に沿って前記第１のピッチとは異なる第２のピッチで配置される。
前記コイルは、前記各ステータ歯の周囲にそれぞれ巻回されたコイルであって、前記周方向に沿う方向で互いに隣り合う前記コイルに位相の異なる電力が供給される。
前記永久磁石は、前記各ステータ歯の前記対向面上にそれぞれ設けられ、前記周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置される。
前記インペラは、前記ポンプ室内に設けられ、前記ポンプ室内の流体を圧送するものである。
前記ステータは、前記ステータ室内に設けられる。
【００１２】
本発明では、ハウジングのステータ室内に、コイルが巻回された複数のステータ歯を有するステータが設けられており、コイルに電力が供給されると、ステータ歯にそれぞれ磁束が発生する。回転の周方向に沿う方向で互いに隣り合うコイルには、位相の異なる電力が供給されるので、互いに隣り合うステータ歯には、原則的に異なる強さの磁束が発生し、この磁束は、時間的に変化することになる。
【００１３】
コイルによりステータ歯に発生した磁束は、ステータ歯の対向面上にそれぞれ設けられ、周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置された永久磁石に作用し、時間的に変化しながら永久磁石の磁束を強めたり弱めたりする。
【００１４】
これにより、周方向に沿う方向で強弱が時間的に変化する磁束が、ステータ側から発生する。ステータ側から発生した磁束は、ハウジングのポンプ室内に回転可能に設けられたインペラのロータ歯に作用する。これにより、ステータ歯のピッチ（第１のピッチ）と異なるピッチ（第２のピッチ）で配置されたロータ歯が誘導されてインペラが回転する。このインペラの回転により、ポンプ室内の流体が圧送される。
【００１５】
このように、本発明では、インペラに永久磁石を配置せずに、ポンプの動作を実現している。これにより、流体に永久磁石がさらされないので、永久磁石の劣化を抑制し、ポンプの所期の性能を維持することができる。
また、永久磁石だけでなくコイルもインペラ側に配置せず、つまり、ポンプ室とは独立して設けられたステータ室内に配置されたステータに装着されているので、コイルの発熱による流体への悪影響を抑えることができる。
【００１６】
上記ポンプにおいて、前記ロータ歯は、回転により前記流体を圧送するブレードとしての機能を有するロータブレードであってもよい。
本発明では、ロータブレードがロータ歯としての機能とブレードとしての機能とを兼用するので、ロータ歯の他にブレードをインペラに特別に設ける必要がない。これにより、ポンプを小型化、薄型化することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、永久磁石の劣化を抑制し、ポンプの所期の性能を維持することができる。また、コイルの発熱による流体への悪影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る人工心臓ポンプを示す断面図である。
【図２】人工心臓ポンプを示す斜視図であり、人工心臓ポンプの一部が破断された状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るインペラをステータ側から見た斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るインペラをステータ側から見た正面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るインペラの背面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るインペラの側面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るインペラの側方断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るステータをインペラ側から見た斜視図であり、ステータの一部が分解された様子を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るステータをインペラ側から見た正面図である。
【図１０】人工心臓ポンプの動作原理を説明するための図であり、インペラ及びステータをリニアに展開した様子を示す図である。
【図１１】人工心臓ポンプの動作原理を説明するための図であり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルに流れる電流の変化を示す図である。
【図１２】他の実施形態に係るインペラをステータ側から見た斜視図である。
【図１３】他の実施形態に係るインペラをステータ側から見た正面図である。
【図１４】他の実施形態に係るインペラの側面図である。
【図１５】さらに別の実施形態に係るインペラを示す斜視図である。
【図１６】さらに別の実施形態に係るインペラを示す側面図である。
【図１７】さらに別の実施形態に係る人工心臓ポンプを示す側方断面図である。
【図１８】さらに別の実施形態に係るインペラをステータ側から見た斜視図である。
【図１９】さらに別の実施形態に係るインペラを背面側からみた斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１実施形態＞
［人工心臓ポンプの全体構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係るポンプとして、人工心臓ポンプを示す断面図である。図２は、人工心臓ポンプを示す斜視図であり、人工心臓ポンプの一部が破断された状態を示す図である。
【００２０】
これらの図に示すように、人工心臓ポンプ１００は、内部にポンプ室３１１が形成されたポンプハウジング３１と、内部にステータ室３２１が形成されたステータハウジング３２と有するハウジング３を備える。また、人工心臓ポンプ１００は、ポンプ室３１１内に軸部３１Ｄを中心軸として回転可能に設けられ、回転によりポンプ室３１１内の血液（流体）を圧送するインペラ１と、ステータ室３２１内において、インペラ１の回転の軸方向でインペラ１と対応配置され、インペラ１を回転させる磁界を発生するステータ２とを備える。
【００２１】
本明細書中の説明では、インペラ１の回転の軸の向く方向（ｚ軸方向）を軸方向、回転の周囲の方向を周方向、回転の半径方向を径方向として説明する。
また、本明細書中の説明では、インペラ１がステータ２と対向する側をインペラ１の正面側、反対側をインペラ１の背面側として説明する。また、ステータ２がインペラ１と対向する側をステータ２の正面側、反対側をステータ２の背面側として説明する。
【００２２】
［ハウジングの構成］
ポンプハウジング３１は、全体として円筒形状であり、ポンプ室３１１内にインペラ１を回転可能に収納することができる程度の大きさとされる。
ポンプハウジング３１は、円筒状の筒部３１Ａと、インペラ１の正面側に配置された円板状の第１の側壁部３１Ｂと、インペラ背面側に配置された円板状の第２の側壁部３１Ｃとを含む。
【００２３】
ポンプハウジング３１には、血液をポンプ室３１１に流入させる流入管４と、血液をポンプ室から流出させる流出管５とが設けられる。
流入管４は、一端部がポンプハウジング３１の第１の側壁部３１Ｂの中央と繋がっており、ポンプハウジング３１から軸方向に向けて延びるように設けられている。この流入管４は、ステータハウジング３２の中央を連通するように設けられる。
【００２４】
一方、流出管５は、一端部がポンプハウジング３１の筒部３１Ａと繋がっており、ポンプハウジング３１から径方向（遠心方向）に延びるように設けられる。
【００２５】
ポンプハウジング３１の内部には、軸部３１Ｄが設けられている。軸部３１Ｄは、円柱形状を有しており、ポンプハウジング３１の第２の側壁部３１Ｃの中央から、ｚ軸方向でポンプ室３１１内部へ向けて延びるように設けられる。軸部３１Ｄは、外径の大きさが、リング状に形成されたインペラ１（図３参照）の内径よりも少しだけ小さく設定されており、軸部３１Ｄの外周面は、インペラ１の内周面と間隔を開けて対向配置される。
【００２６】
軸部３１Ｄの外周面には、インペラ１の回転時に、径方向での動圧を発生するラジアル動圧溝（図示せず）が形成される。このラジアル動圧溝による動圧により、インペラ１は、回転時に軸部３１Ｄに非接触で、軸部３１Ｄを中心軸として回転可能とされる。なお、ラジアル動圧溝は、インペラ１の内周面側に設けられていてもよい。
【００２７】
ステータハウジング３２は、ポンプハウジング３１と同様に円筒形状であり、ステータ室３２１内にステータ２を収納することができる程度の大きさとされる。
ステータハウジング３２は、筒部３２Ａと、ステータの正面側に配置された円板状の第１の側壁部３２Ｂと、ステータ背面側に配置された円板状の第２の側壁部３２Ｃとを含む。
ステータハウジングの第１の側壁部３２Ｂ及び第２の側壁部３２Ｃの中央には、それぞれ流入管４を連通させるための開口が設けられる。
【００２８】
ポンプハウジング３１、ステータハウジング３２、流入管４及び流出管５は、生体適合性材料により構成される。生体適合性材料としては、例えば、純チタン、チタン合金、窒化チタンや、ポリウレタン、ポリエステル等のポリマーが挙げられる。
【００２９】
［インペラの構成］
図３は、インペラ１をステータ２側から見た斜視図である。図４は、インペラ１をステータ２側から見た正面図であり、図５は、インペラ１の背面図である。図６は、インペラ１の側面図であり、図７は、インペラ１の側方断面図である。
【００３０】
これらの図に示すように、インペラ１は、リング状の形状を有している。このインペラ１は、セミオープン型のインペラ１であり、インペラ本体１１と、インペラ本体１１からステータ２側に向けて突出するように設けられた複数のロータブレード１２とを有する。
【００３１】
ロータブレード１２は、ロータ歯としての機能と、ブレードとしての機能とを兼用する。すなわち、ロータブレード１２は、ステータ２側から発生する磁界により周方向へ誘導されてインペラ１に回転力を与えるロータ歯としての機能と、回転により圧力差を発生させ、血液を圧送するブレードとしての機能とを兼用する。
【００３２】
ロータブレード１２は、回転の周方向に沿って４５度ピッチ（第１のピッチ）で、８個配置される（図４参照）。８個のロータブレード１２は、インペラ１の中心から放射状に形成されている。
【００３３】
ロータブレード１２は、インペラ１の正面側に形成された８個の羽根溝１３によってインペラ１の正面側に形成される。
羽根溝１３は、深さが周方向及び径方向で一定ではなく、深さが周方向及び径方向で変化して形成されている。羽根溝１３についてさらに詳しく説明すると、羽根溝１３は、周方向での深さが、インペラ１の回転方向とは反対方向へ向けて徐々に深くなるように湾曲して形成される。また、羽根溝１３は、インペラ１の内周側から外周側にかけて徐々に深さが深くなるように傾斜して形成される（図７参照）。
【００３４】
このように形成された羽根溝１３による血液の流路の面積は、インペラ１の内周側から外周側にかけて徐々に大きくなる。これにより、インペラ１回転時に、ディフューザ効果により、インペラ１の内周側の圧力を、インペラ１の外周側の圧力よりも効果的に高くすることができる。
【００３５】
ロータブレード１２の正面には、軸方向での動圧を発生する第１のスラスト動圧溝１４が設けられる（図３、４参照）。第１のスラスト動圧溝１４は、ロータブレード１２正面において、回転方向側の縁部に沿って設けられる。また、インペラ本体１１の背面側にも、軸方向での動圧を発生する第２のスラスト動圧溝１５が設けられる（図５参照）。第１のスラスト動圧溝１４による動圧により、インペラ１回転時に、ロータブレード１２の正面と、ポンプハウジング３１の第１の側壁部３１Ｂの内壁面とが接触してしまうことを防止することができる。また、第２のスラスト動圧溝１５による動圧により、インペラ１回転時に、インペラ１の背面と、ポンプハウジング３１の第２の側壁部３１Ｃの内壁面とが接触してしまうことを防止することができる。
【００３６】
図３、図４及び図５では、スラスト動圧溝１４、１５の形状の一例が示されている。しかし、スラスト動圧溝１４、１５の形状は、図示された形状に限定されない。スラスト動圧溝１４、１５の形状は、動圧を発生することができる形状であれば、どのような形状であっても構わない。
【００３７】
インペラ１は、鉄、ケイ素鋼などの強磁性体により構成されており、強磁性体の薄板が径方向で積層された積層体構造とされる。インペラ１が、強磁性体の薄板が径方向で積層された積層体構造とされることで、ステータ２側から発生する磁界の変化による渦電流の発生を抑制することができる。これにより、エネルギーの損失を低減することができる。
【００３８】
インペラ１の表面には、全体に亘って、生体適合性材料により構成される被膜（図示せず）が設けられている。これにより、強磁性体で構成されたインペラ１の一部が血液中に溶け出してしまい、血液中に血栓等が発生してしまうことを防止することができる。
被膜に用いられる生体適合性材料としては、例えば、純チタン、チタン合金、窒化チタンや、ポリウレタン、ポリエステル等のポリマーが挙げられる。
【００３９】
次に、インペラ１の製造方法について簡単に説明する。
まず、強磁性体（鉄、ケイ素鋼等）の薄板が径方向で積層されて構成されたリング状の積層構造体（巻鉄心）が用意される。そして、このリング状の積層構造体の一方の面に、複数の羽根溝１３が形成される。羽根溝１３は、周方向では、深さが徐々に深くなるように湾曲して形成され、かつ、径方向では、内周側から外周側にむけて深さが徐々に深くなるように傾斜して形成される。この羽根溝１３の形成により、ロータブレード１２が形成される。
【００４０】
次に、ロータブレード１２の正面、インペラ１の背面にそれぞれ第１のスラスト動圧溝１４、第２のスラスト動圧溝１５が形成される。次に、インペラ１の表面全体に生体適合性材料（純チタン、チタン合金、窒化チタン、ポリウレタン、ポリエステル等）で構成される被膜が形成される。被膜の形成には、真空蒸着法やスパッタリング法等のＰＶＤ（physical vapor deposition）法、熱ＣＶＤ法等のＣＶＤ（chemical vapor deposition）法等を用いることができる。
【００４１】
なお、被膜がある程度厚く形成される場合には、被膜形成後にその被膜にスラスト動圧溝１４、１５を形成してもよい。
【００４２】
ここで、ＰＶＤ法やＣＶＤ法等によりインペラ１に被膜を形成する場合、インペラ１は、高温にさらされることになる。例えば、真空蒸着法により、インペラ１に窒化チタンの被膜を形成する場合、インペラ１は、一般的に５００度以上の高温にさらされることになる。
ここで、仮にインペラ１に永久磁石が配置されているとすると、永久磁石が高温にさらされて減磁してしまう。また、永久磁石が減磁しないように、低温での被膜処理を行うと、処理に長時間かかってしまったり、処理が複雑化したりする。
【００４３】
一方で、本実施形態に係るインペラ１には、永久磁石が配置されていない。従って、インペラ１が高温にさらされたとしても、永久磁石が減磁してしまうようなこともなく、インペラ１に対する被膜処理を容易に行うことができる。
【００４４】
［ステータの構成］
図８は、ステータ２をインペラ１側から見た斜視図であり、ステータ２の一部が分解された様子を示す図である。図９は、ステータ２をインペラ１側から見た正面図である。
【００４５】
これらの図に示すように、ステータ２は、ステータ本体２１１と、ステータ本体２１１からインペラ１側に突出するように設けられた複数のステータ歯２１２とを有するリング状のステータコア２１を有する。また、ステータ２は、ステータ歯２１２の周囲にそれぞれ巻回されたコイル２２と、ステータ歯２１２の正面にそれぞれ設けられた永久磁石２３とを有する。
【００４６】
ステータコア２１のステータ歯２１２は、周方向に沿って、ロータブレード１２のピッチとは異なるピッチ（第２のピッチ）で、複数個設けられる。本実施形態では、ステータ歯は、６０度ピッチで、６個設けられている（図９参照）。ステータ歯２１２は、ステータ２の内周側から外周側にかけて徐々に周方向での幅が広くなるように形成されている。
【００４７】
ステータコア２１は、インペラ１と同様に、鉄、ケイ素鋼などの強磁性体によって構成されており、強磁性体の薄板が、径方向で積層された積層体構造とされる。ステータコア２１が、このような積層構造とされることで、磁束の変化による渦電流の発生を抑制することができ、エネルギーの損失を低減することができる。
ステータコア２１は、強磁性体（鉄、ケイ素鋼等）の薄板が径方向で積層されて構成されたリング状の積層構造体（巻鉄心）の一方の面に、複数の溝を形成することで製造することができる。
【００４８】
ステータ歯２１２に巻回されたコイル２２には、周方向に沿って順番にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の交流電力が供給される。すなわち、周方向で互いに隣り合うコイル２２には、異なる位相の交流電力が供給される。
【００４９】
永久磁石２３は、磁極がインペラ１側を向くように、かつ、周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置される。１つのステータ歯２１２に対しては、Ｎ極がインペラ１側を向くＮ極の永久磁石２３ＮとＳ極がインペラ１側を向くＳ極の永久磁石２３Ｓとが配置される。すなわち、永久磁石２３は、１つのステータ歯２１２に対して、それぞれ２つずつ設けられる。なお、以降の説明では、１つのステータ歯に対して設けられた永久磁石２３Ｎ、２３Ｓを一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓと呼ぶ場合がある。
【００５０】
一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓは、ステータ歯２１２と同様に、内周側から外周側に向けて周方向での幅が広くなるように形成されている。一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓは、ステータ歯２１２の正面２１２ａと同等の面積とされており、ステータ歯の正面２１２ａの全面を覆うように設けられる。
【００５１】
永久磁石２３は、個々に分離されており、この個々に分離された永久磁石２３が接着剤などにより、ステータ歯２１２の正面２１２ａに接着される。
【００５２】
［動作説明］
次に、人工心臓ポンプ１００の動作について説明する。
まず、人工心臓ポンプ１００の動作原理について説明する。
図１０及び図１１は、人工心臓ポンプ１００の動作原理を説明するための図である。
図１０（Ａ）〜（Ｃ）には、インペラ１及びステータ２をリニアに展開した様子が示されており、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２に流れる電流が最大である場合の磁束の流れが示されている。
図１１には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２に流れる電流の変化が示されている。
【００５３】
なお、図１０及び図１１の説明では、便宜的に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力が供給されるコイルをそれぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗと呼ぶ。
また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルが巻回されたステータ歯をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ歯２１２Ｕ、２１２Ｖ、２１２Ｗと呼ぶ。
同様に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ歯２１２Ｕ、２１２Ｖ、２１２Ｗに設けられた永久磁石をＵ相Ｎ極、Ｕ相Ｓ極、Ｖ相Ｎ極、Ｖ相Ｓ極、Ｗ相Ｎ極、Ｗ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＮ、２３ＵＳ、２３ＶＮ、２３ＶＳ、２３ＷＮ、２３ＷＳと呼ぶ。
【００５４】
なお、図１０では、ロータブレード１２を区別するために、便宜的に左から順番に４つずつ、１２Ａ〜１２Ｄの符号が付されている。
【００５５】
まず、図１０（Ａ）を参照して、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流が最大である瞬間での、ステータ歯２１２とロータブレード１２との位置関係ついて説明する。
【００５６】
この場合、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流が最大であり、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｖ、２２Ｗには、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流の半分の電流が、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流と逆向きに流れる（図１１（Ａ）参照）。これにより、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに下向きに、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに上向きに、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに上向きに、それぞれ磁束が発生する。この場合、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに生じる磁束が最大となり、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖ、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗには、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに発生する磁束の半分の磁束がそれぞれ発生する。
【００５７】
Ｕ相に着目すると、Ｕ相のコイル２２ＵによりＵ相のステータ歯２１２Ｕにより発生した磁束は、Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮの磁束を強め、Ｕ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳの磁束を弱める。Ｖ相に着目すると、Ｖ相のコイル２２ＶによりＶ相のステータ歯２１２Ｖにより発生した磁束は、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮの磁束を弱め、Ｖ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳの磁束を強める。Ｗ相に着目すると、Ｗ相のコイル２２ＷによりＷ相のステータ歯２１２Ｗにより発生した磁束は、Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮの磁束を弱め、Ｗ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳの磁束を強める。
【００５８】
これにより、磁束の流れは、図１０（Ａ）に示すような流れとなる。この磁束の流れをＵ相を起点として説明すると、Ｕ相のコイル２２ＵによりＵ相のステータ歯２１２Ｕに発生した磁束は、Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮの磁束を強め、このＵ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮを介してロータブレード１２Ａへ流れ込む。インペラ１側に流れ込んだ磁束は、分岐し、分岐した一方の磁束は、ロータブレード１２Ｃを介してＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳへ流れ込む。分岐した他方の磁束は、ロータブレード１２Ｄを介してＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳへ流れ込む。
【００５９】
Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに流れ込んだ磁束は、Ｖ相のコイル２２Ｖにより強められ、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに流れ込んだ磁束は、Ｗ相のコイル２２Ｗにより強められる。これらの磁束は、合流し、合流した磁束は、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込む。そして、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込んだ磁束は、Ｕ相のコイル２２Ｕにより強められて、Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮを介して、再びロータブレード１２Ａへ流れ込む。
【００６０】
Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮからロータブレード１２Ａに流れ込む磁束は、ロータブレード１２Ａの中心に垂直に流れ込むので、この磁束による力は、インペラ１の回転方向でバランスされている。ロータブレード１２ＣからＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳに流れ込む磁束による力と、ロータブレード１２ＤからＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳに流れ込む磁束による力とは、インペラ１の回転方向に逆向きで、かつ同様の大きさであるので、これらの力は相殺される。
【００６１】
すなわち、Ｕ相に流れる電流が最大である瞬間においては、ステータ歯２１２と、ロータブレード１２の位置関係は、図１０（Ａ）に示す位置関係でバランスされている。
【００６２】
この状態から、時間が経過し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流れる電流が変化することにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ歯２１２Ｕ、２１２Ｖ、２１２Ｗに発生する磁束が変化する。これに伴い、磁束が強められる永久磁石２３と、磁束が弱められる永久磁石２３が変化し、ステータ２側から発生する磁束も変化することになる。この磁束の変化に伴って、ステータ歯２１２と異なるピッチで配置されたロータブレード１２が誘導されて、インペラ１が回転される。
【００６３】
図１０（Ｂ）を参照して、Ｕ相に流れる電流が最大である瞬間から時間が経過し、Ｖ相に流れる電流が最大となった場合について説明する。
【００６４】
この場合、Ｖ相のコイル２２Ｖに流れる電流が最大であり、Ｕ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｗには、Ｖ相のコイル２２Ｖに流れる電流の半分の電流が、Ｖ相のコイル２２Ｖと逆向きに流れる（図１１（Ｂ）参照）。これにより、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに下向きに磁束が発生し、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕ及びＷ相のステータ歯２１２Ｗに上向きに、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに発生する磁束の半分の磁束が発生する。
【００６５】
図１０（Ｂ）に示す磁束の流れをＶ相を起点として説明する。Ｖ相のコイル２２ＶによりＶ相のステータ歯２１２Ｖに発生した磁束は、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮの磁束を強め、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮを介してロータブレード１２Ｂへ流れ込む。インペラ１側に流れ込んだ磁束は、分岐し、分岐した一方の磁束は、ロータブレード１２Ａを介してＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳへ流れ込む。分岐した他方の磁束は、ロータブレード１２Ｄを介してＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳへ流れ込む。
【００６６】
Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込んだ磁束及びＷ相のステータ歯２１２Ｗに流れ込んだ磁束は、Ｕ相のコイル２２Ｕ及びＷ相のコイル２２Ｗにより強められる。これらの磁束は、合流して、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに流れ込み、Ｖ相のコイル２２Ｖにより強められ、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮを介して、再びロータブレード１２Ｂへ流れ込む。
【００６７】
Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮからロータブレード１２Ｂに流れ込む磁束による力は、インペラ１の回転方向でバランスされている。ロータブレード１２ＡからＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳに流れ込む磁束による力と、ロータブレード１２ＤからＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳに流れ込む磁束による力とは、インペラ１の回転方向に逆向きで、かつ同様の大きさであるので、これらの力は相殺される。つまり、Ｖ相に流れる電流が最大である場合、ステータ歯２１２と、ロータブレード１２の位置関係は、図１０（Ｂ）に示す位置関係でバランスされている。
【００６８】
この状態から時間が経過し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流れる電流が変化することにより、ステータ２側から発生する磁束が変化することによって、ロータブレードが誘導されてインペラ１が回転される。
【００６９】
図１０（Ｃ）を参照して、Ｖ相に流れる電流が最大である瞬間から時間が経過し、Ｗ相に流れる電流が最大となった場合について説明する。
【００７０】
この場合、Ｗ相のコイル２２Ｗに流れる電流が最大であり、Ｕ相、Ｖ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖには、Ｗ相のコイル２２Ｗに流れる電流の半分の電流が、Ｗ相のコイル２２Ｗと逆向きに流れる（図１１（Ｃ）参照）。これにより、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに下向きに磁束が発生し、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕ及びＶ相のステータ歯２１２Ｖに上向きに、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに発生する磁束の半分の磁束が発生する。
【００７１】
図１０（Ｃ）に示す磁束の流れをＷ相を起点として説明する。Ｗ相のコイル２２ＷによりＷ相のステータ歯２１２Ｗに発生した磁束は、Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮの磁束を強め、Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮを介してロータブレード１２Ｃへ流れ込む。インペラ１側に流れ込んだ磁束は、分岐し、分岐した一方の磁束は、ロータブレード１２Ａを介してＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳへ流れ込む。分岐した他方の磁束は、ロータブレード１２Ｂを介してＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳへ流れ込む。
【００７２】
Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込んだ磁束及びＶ相のステータ歯２１２Ｖに流れ込んだ磁束は、Ｕ相のコイル２２Ｕ及びＶ相のコイル２２Ｖにより強められる。これらの磁束は、合流して、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに流れ込む。
【００７３】
Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮからロータブレード１２Ｃに流れ込む磁束による力は、インペラ１の回転方向でバランスされている。ロータブレード１２ＡからＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳに流れ込む磁束による力と、ロータブレード１２ＢからＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳに流れ込む磁束による力とは、インペラ１の回転方向に逆向きで、かつ同様の大きさであるので、これらの力は相殺される。従って、Ｗ相に流れる電流が最大である場合、ステータ歯２１２と、ロータブレード１２の位置関係は、図１０（Ｃ）に示す位置関係でバランスされている。
【００７４】
この状態から時間が経過し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流れる電流が変化することにより、ステータ２側から発生する磁束が変化することによって、ロータブレード１２が誘導されてインペラ１が回転される。
【００７５】
そして、再び、Ｕ相に流れる電流が最大となる。このようなサイクルによって、インペラ１は、軸部を中心軸として回転する。
本実施形態に係る人工心臓ポンプでは、以上説明したような動作原理により、インペラが回転されるので、インペラに永久磁石を配置せずとも動作可能とされる。
【００７６】
次に、人工心臓ポンプの動作について具体的に説明する。
コイルへ電力が供給されると、ステータ２側から磁界が発生し、ロータブレード１２が周方向に誘導されてインペラ１が軸部３１Ｄを中心軸として回転する。このとき、インペラ１は、ラジアル動圧溝による動圧により、軸部３１Ｄに非接触で、軸部３１Ｄを中心として回転する。また、インペラ１は、第１のスラスト動圧溝１４及び第２のスラスト動圧溝１５による動圧により、ポンプハウジング３１の第１の側壁部３１Ｂの内壁面及び第２の側壁部３１Ｃの内壁面に非接触で回転することができる。
【００７７】
インペラ１が回転されると、回転するロータブレード１２（羽根溝１３）によりインペラ１内周側の圧力が外周側の圧力よりも高くなる。羽根溝１３による血液の流路の面積は、インペラ１の内周側から外周側にかけて徐々に大きくなるので、ディフューザ効果により、効果的に圧力差を発生させることができる。
【００７８】
インペラ１の回転による圧力差により、流入管４内の血液がポンプ室３１１内に流入する。ポンプ室３１１内に流入した血液は、インペラ１の内周側から、回転するロータブレード１２の間（羽根溝１３内）に入り、回転するロータブレード１２により径方向に（遠心方向）に圧送される。径方向に圧送された血液は、インペラ１の外周側から流れ出し、インペラ１の外周面と、ポンプハウジング３１の筒部３１Ａの内周面との間を流れ、その後、ポンプ室３１１から流出管５へ流出する。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態では、インペラ１に永久磁石２３を配置せずに人工心臓ポンプ１００の動作を実現している。これにより、インペラ１に生体適合性材料による被膜を形成する際に、インペラ１に高温処理を施したとしても、インペラ１には、永久磁石２３が配置されていないので、永久磁石２３が減磁してしまうこともない。このように、本実施形態では、インペラ１に対する被膜処理などの処理を容易に行うことができる。
【００８０】
また、本実施形態では、モータの方式としてアキシャルギャップ型のモータ方式が採用されているので、人工心臓ポンプ１００の薄型化、小型化の観点からも有利である。
【００８１】
また、本実施形態では、インペラ１のロータブレード１２が、ステータ２側からの磁界によりインペラ１に回転力を与えるロータ歯としての機能と、回転により血液を圧送するブレードとしての機能とを兼用するので、人工心臓ポンプ１００をさらに、薄型化、小型化することができる。
【００８２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態では、インペラの形状が上述の第１実施形態と異なっている。従って、その点を中心に説明する。なお、第２実施形態以降の説明では、上述の第１実施形態と同様の構成及び機能を有する部材については、同一符号を付し、説明を簡略化または省略する。
【００８３】
図１２は、第２実施形態に係るインペラをステータ側から見た斜視図である。図１３は、インペラをステータ側から見た正面図であり、図１４は、インペラの側面図である。
これらの図に示すように、インペラ６は、セミオープン型のインペラ６であり、インペラ本体６１と、インペラ本体６１からステータ２側に突出するように設けられた複数のロータブレード６２とを有する。このロータブレード６２は、渦巻き状に形成されている。ロータブレード６２は、第１実施形態と同様に、４５°ピッチで８個設けられている（図１３参照）。
【００８４】
ロータブレード６２は、鉄等の強磁性体の薄板が径方向で積層された積層構造体の一方の面に複数の羽根溝６３が形成されることで形成される。羽根溝６３は、渦巻き状に形成されており、周方向での深さが、インペラ６の回転方向とは反対方向へ向けて徐々に深くなるように湾曲して形成される。また、羽根溝６３は、インペラ１の内周側から外周側にかけて徐々に深さが深くなるように傾斜して形成される。
【００８５】
ロータブレード６２の正面には、インペラ６の回転方向側の縁部に沿って第１のスラスト動圧溝６４が形成される。図１２、図１３には、第１のスラスト動圧溝６４の一例が示されているが、第１のスラスト動圧溝６４の形状は、図示した形状に限定されない。なお、インペラ本体の背面側にも、例えば、図５に示すような形状の第２のスラスト動圧溝が形成される。
【００８６】
インペラの表面には、全体に亘って、生体適合性材料により構成される被膜（図示せず）が設けられている。インペラには、永久磁石が配置されていないので、インペラに対する被膜処理を容易に行うことができる。
【００８７】
第２実施形態に係るインペラ６では、ロータブレード６２（羽根溝６３）が渦巻き状に形成されているので、人工心臓ポンプ１００のポンプ力を向上させることができる。
【００８８】
なお、第２実施形態に係るインペラ６のロータブレード６２の形状は、第１実施形態とは異なっているが、ロータブレード６２の形状の変更は、積層構造体に形成される羽根溝６３の形状を変更すれば可能であるので、容易に変更可能である。
【００８９】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
上述の各実施形態では、インペラがセミオープン型のインペラである場合について説明した。一方、第３実施形態では、インペラがクローズド型のインペラである点で上述の各実施形態と異なっている。従ってその点を中心に説明する。
【００９０】
図１５は、第３実施形態に係るインペラを示す斜視図であり、図１６は、インペラを示す側面図である。
図１５に示すように、インペラ７は、クローズド型のインペラ７であり、インペラ本体７１と、インペラ本体７１からステータ２側に突出するように、渦巻き状に形成された複数（８個）のロータブレード７２とを有する。ロータブレード７２の形状（羽根溝７３の形状）は、上述の第２実施形態と同様の形状である。
【００９１】
また、インペラ７は、インペラ７の正面側でインペラ７の正面を覆うように設けられたシュラウド部７５を有する。シュラウド部７５は、リング状の薄板形状を有している。
【００９２】
シュラウド部７５の正面には、第１のスラスト動圧溝７４が設けられる。図１５には、第１のスラスト動圧溝７４の一例が示されているが、第１のスラスト動圧溝７４の形状は、図示した形状に限定されない。なお、インペラ本体７１の背面側にも、例えば、図５に示したような形状の第２のスラスト動圧溝が設けられる。
【００９３】
シュラウド部７５は、インペラ本体７１及びロータブレード７２と同様に、強磁性体の薄板が径方向に積層された積層体構造とされる。これにより、ステータ側から発生する磁界の変化による渦電流の発生を抑制することができ、エネルギー損失を低減することができる。
【００９４】
インペラ７の表面には、全体に亘って、生体適合性材料により構成される被膜（図示せず）が設けられている。インペラ７には、永久磁石が配置されていないので、インペラ７に対する被膜処理を容易に行うことができる。
第３実施形態に係るインペラ７では、シュラウド部７５が設けられたクローズド型のインペラ７とされるので、人工心臓ポンプ１００のポンプ力をさらに向上させることができる。
【００９５】
第３実施形態の説明では、ロータブレード７２（羽根溝７３）の形状が第２実施形態と同様の場合について説明したが、ロータブレード７２（羽根溝７３）の形状は、第１実施形態と同様の形状であってももちろん構わない。
【００９６】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
上述の各実施形態では、インペラのロータブレードがロータ歯としての機能と、ブレードとしての機能とを兼用する場合について説明した。一方、第４実施形態では、インペラにロータ歯と、ブレードとが別々に設けられている点で、上述の各実施形態と異なっている。従ってその点を中心に説明する。
【００９７】
図１７は、第４実施形態に係る人工心臓ポンプを示す側方断面図である。図１８は、インペラをステータ側から見た斜視図である。図１９は、インペラを背面側からみた斜視図である。
【００９８】
図１７に示すように、人工心臓ポンプ２００は、ポンプハウジング３３と、ステータハウジング３２とを有するハウジング３と、インペラ８と、ステータ２とを備える。
ステータハウジング３２及びステータ２は、上記各実施形態と同様の構成である。
ポンプハウジング３３は、円筒状の筒部３３Ａと、インペラ１の正面側に配置された円板状の第１の側壁部３３Ｂと、インペラ１の背面側に配置された円板状の第２の側壁部３３Ｃとを有する。ポンプハウジング３３の第１の側壁部３３Ｂには、軸部３３Ｄが設けられる。軸部３３Ｄは、第１の側壁部３３Ｂの中央から、ポンプ室３３１内部に向けてｚ軸方向に延びるように設けられる。
【００９９】
軸部３３Ｄには、軸方向に向けて軸部３３Ｄを連通する連通口３３Ｄ−１が設けられている。この連通口３３Ｄ−１は、流入管４の内部と繋がっており、流入管４とともにポンプ室３３１への血液の流入路を構成する。
【０１００】
軸部３３Ｄの外周面は、リング状に形成されたインペラ８の内周面と間隙を開けて対向配置される。この軸部３３Ｄの外周面には、径方向での動圧を発生するラジアル動圧溝（図示せず）が設けられる。インペラ８は、回転時にラジアル動圧溝により発生する動圧により、軸部３３Ｄに非接触で軸部３３Ｄを中心として回転可能とされる。なお、ラジアル動圧溝は、インペラ８の内周面に設けられていてもよい。
【０１０１】
図１８及び図１９に示すように、インペラ８は、リング状のインペラ本体８１と、インペラ本体８１からステータ２側に突出するように設けられた複数のロータ歯８２と、ロータ歯８２が突出する方向とは反対側に突出するように設けられた複数のブレード８３とを有する。また、インペラ８は、ロータ歯８２とロータ歯８２との間に形成された溝を埋める部材８４を有する。この部材８４は、例えば、例えば、純チタン、チタン合金、窒化チタンや、ポリウレタン、ポリエステル等の、生体適合性材料により構成される。
【０１０２】
ロータ歯８２及びブレード８３は、それぞれ４５度ピッチで、８個づつ設けられる。
ブレード８３（羽根溝８５）の形状は、第１実施形態におけるロータブレード１２（羽根溝１３）の形状と同様である（図３等参照）。
【０１０３】
インペラ８の正面側には、第１のスラスト動圧溝８６が設けられる。これにより、インペラ８は、ポンプハウジング３３の第１の側壁部３３Ｂの内壁面に非接触で回転することができる。また、インペラ８の背面側において、ブレード８３には、第２のスラスト動圧溝８７が設けられる。これにより、インペラ８は、ポンプハウジング３３の第２の側壁部３３Ｃの内壁面に非接触で回転することができる。
【０１０４】
インペラ８には、全面に亘って、純チタンなどの生体適合材で構成された被膜（図示せず）が形成されている。
第４実施形態においても、インペラ８には、永久磁石２３が配置されていないので、容易にインペラ８に被膜を形成することができる。
【０１０５】
第４実施形態に係る人工心臓ポンプ２００の動作について簡単に説明する。
ステータ２側から磁界が発生すると、ロータ歯８２が周方向に誘導されてインペラ８が軸部３３Ｄを中心軸として回転する。インペラ８が回転されると、回転するブレード８３の圧力差により、流入管４内の血液が軸部３３Ｄの連通口３３Ｄ−１を通って、ポンプ室３３１内に流入する。ポンプ室３３１内に流入した血液は、回転するブレード８３により径方向に（遠心方向）に圧送され、流出管５から流出する。
【０１０６】
第４実施形態の説明では、ブレード８３の形状が第１実施形態のロータブレード１２と同様の形状である場合について説明した。しかし、これに限られず、ブレード８３の形状は、第２実施形態のロータブレード６２と同様の形状であってもよいし、第３実施形態のように、シュラウド部７５が設けられていても構わない。
【０１０７】
第４実施形態では、ロータ歯８２及びブレード８３の数が、それぞれ８個ずつであるとして説明した。しかし、ロータ歯８２及びブレードの数は、これに限定されない。ロータ歯８２の数と、ブレード８３の数とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【０１０８】
＜各種変形例＞
上述の各実施形態では、インペラ１、６、７、８の軸受構造について、動圧軸受を用いた形態について説明した。しかし、これに限られず、インペラの軸受構造は、ボールベアリング等の軸受が用いられてもよい。
【０１０９】
上述の各実施形態の説明では、ロータブレード１２（あるいは、ロータブレード６２、７２、ロータ歯８２、以下同様）の数が８個であり、ステータ歯２１２の数が６個である場合について説明した。しかし、ロータブレード１２及びステータ歯２１２の数は、これに限られない。典型的には、ロータブレード１２の数とステータ歯２１２の数とが異なっていれば（ロータブレード１２のピッチとステータ歯２１２のピッチとが異なっていれば）、インペラ１（あるいは、インペラ６、７、８）を回転させることは可能である。
【０１１０】
上述の各実施形態の説明では、永久磁石２３は、ステータ歯２１２ごとに、周方向に沿ってＮ極Ｓ極、Ｎ極Ｓ極、Ｎ極Ｓ極・・・の順番で配列される場合について説明した（図９等参照）。しかし、これに限られず、永久磁石２３は、ステータ歯２１２ごとに、周方向に沿ってＮ極Ｓ極、Ｓ極Ｎ極、Ｎ極Ｓ極、・・の順番で配列されていてもよい。なお、この場合においても、１つのステータ歯２１２に対しては、永久磁石２３は、磁極が周方向で交互に異なるように配置されている。
【０１１１】
上述の各実施形態の説明では、１つのステータ歯２１２に対して、２つの永久磁石２３Ｎ、２３Ｓが配置されるとして説明した。しかし、これに限られず、１つのステータ歯２１２に対して、１つの永久磁石２３が配置されていてもよい。あるいは、１つのステータ歯２１２に対して、３つ以上の永久磁石２３が配置されていてもよい。なお、これらの場合にも、永久磁石２３は、回転軸の周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置される。
【０１１２】
上述の各実施形態では、遠心式の人工心臓ポンプについて説明したが、ロータブレードの形状等を変更することで、軸流式の人工心臓ポンプを構成することも可能である。
【０１１３】
上記では人工心臓ポンプについて説明したが、流体に動力を与えたり、流体を搬送したりするポンプであれば、本技術をどのようなポンプにも適用可能である。例えば、本技術は以下のようなポンプに適用される。
１．液体搬送用ポンプ：この場合、液体としては、酸素、水素、窒素、ＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）、ＤＭＥ（DiMethyl Ether）、オイル等が挙げられる。
２．気体搬送用ポンプ：この場合、気体としては、シラン、プロパン、空気、窒素、フロン、代替フロン等が挙げられる。
３．冷媒搬送用ポンプ：この場合、流体としては、液体窒素、空気、オイル、シリコンオイル、メタン、エタン、エチレン、フロン、代替フロン等が挙げられる。
また、ポンプの用途としては、液体燃料用ポンプ、真空ポンプ、コンプレッサ、その他のポンプが挙げられる。
【０１１４】
このような本技術が適用されたポンプによれば、インペラに永久磁石を配置せずに、ポンプの動作を実現することができる。これにより、流体に永久磁石がさらされないので、永久磁石が高温または低温の流体からの悪影響を回避することができ、また、反応性の流体、腐食性等の流体の性質による悪影響を回避することができる。これにより、永久磁石の劣化を抑制し、ポンプの所期の性能を維持することができる。
【０１１５】
また、コイル２２も、インペラが配置されるポンプ室３１１とは隔離されたステータ室３２１に配置されているので、コイルに流体が接することがない。これにより、コイルの発熱によって、流体に悪影響が及ぶことを抑えることができる、また、反応性、腐食性等の流体の性質による、コイルへの悪影響を防止することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１、６、７、８…インペラ
３…ハウジング
１２、６２、７２…ロータブレード
２２…コイル
２３…永久磁石
３１、３３…ポンプハウジング
３２…ステータハウジング
８２…ロータ歯
８３…ブレード
１００、２００…人工心臓ポンプ
２１２…ステータ歯
３１１、３３１…ポンプ室
３２１…ステータ室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療用の代替心臓あるいは補助心臓として、人工心臓ポンプが用いられている。人工心臓ポンプとしては、拍動ポンプと、無拍動ポンプとが知られている。拍動ポンプは、実際の心臓のように拍動により断続的に血液を送り出すポンプである。一方、無拍動ポンプは、実際の心臓のようには拍動せずに、連続的に血液を送り出すポンプである。無拍動ポンプとしては、遠心式や軸流式のポンプが知られている。
【０００３】
従来は、実際の心臓に近い拍動ポンプが重要視されていたが、近年においては、無拍動ポンプであっても人体に影響が無いことが判明し、小型化や軽量化等の観点から無拍動ポンプが注目されてきている。
【０００４】
下記特許文献１には、血液を吸入する吸入口６と、血液を吐出する吐出口７とを有するポンプハウジング２と、ブレード８を有し、ポンプハウジング２内に設けられたインペラ１００とを備えた渦巻きポンプ１（人工心臓ポンプ）が記載されている（段落［００７２］、図１、図２）。この渦巻きポンプ１は、遠心式の無拍動ポンプである。ポンプハウジング２には、コイル１５、１６が設けられ、インペラ１００のブレード８には、永久磁石１４が設けられる（段落［００９６］）。インペラ１００は、コイル１５、１６によって励起される磁界と、永久磁石１４との相互作用によって回転する。
【０００５】
ここで、インペラ１００は、直接血液に接する部材であるので、生体適合性を有する窒化チタン等の被膜によって被覆される（段落［００９７］〜［０１０１］）。この被膜は、物理的蒸着法等によってインペラ１００に被覆される。
【０００６】
特許文献１に記載のように、インペラに生体適合性材料の被膜を形成する場合、一般的に高温での処理が必要になる。例えば、物理的蒸着法による窒化チタンの被膜形成の場合、インペラは高温にさらされる。
【０００７】
ここで、特許文献１の技術では、インペラのブレードに永久磁石が配置されるので、以下のような問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００２−５４１９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のようにインペラが高温にさらされることにより、被膜形成の際に永久磁石も高温にさらされ、永久磁石が減磁される等、永久磁石の劣化が問題となる。
被膜を永久磁石に形成する場合に限られず、つまり、ポンプが人工心臓ポンプとして適用される場合に限られず、搬送対象となる流体に永久磁石がさらされるので、流体の種類によっては永久磁石が劣化し、ポンプの性能が低下する。
一方、例えばインペラにコイルが装着されている場合、ポンプの動作時にコイルの発熱によって、流体に悪影響を与えるおそれがある。
【００１０】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、永久磁石の劣化を抑制し、ポンプの所期の性能を維持することができるポンプを実現することができ、さらにコイルの発熱による流体への悪影響を抑えることができるポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るポンプは、ハウジングと、インペラと、ステータとを具備する。
前記ハウジングは、ポンプ室と、前記ポンプ室とは独立して設けられたステータ室とを有する。
前記インペラは、回転の周方向に沿って第１のピッチで配置された複数のロータ歯を有し、回転により流体を圧送する。
前記ステータは、複数のステータ歯と、コイルと、永久磁石とを有し、前記回転の軸方向で前記インペラと対向配置される。
前記複数のステータ歯は、前記ロータ歯に対向する対向面をそれぞれ含み、前記周方向に沿って前記第１のピッチとは異なる第２のピッチで配置される。
前記コイルは、前記各ステータ歯の周囲にそれぞれ巻回されたコイルであって、前記周方向に沿う方向で互いに隣り合う前記コイルに位相の異なる電力が供給される。
前記永久磁石は、前記各ステータ歯の前記対向面上にそれぞれ設けられ、前記周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置される。
前記インペラは、前記ポンプ室内に設けられ、前記ポンプ室内の流体を圧送するものである。
前記ステータは、前記ステータ室内に設けられる。
【００１２】
本発明では、ハウジングのステータ室内に、コイルが巻回された複数のステータ歯を有するステータが設けられており、コイルに電力が供給されると、ステータ歯にそれぞれ磁束が発生する。回転の周方向に沿う方向で互いに隣り合うコイルには、位相の異なる電力が供給されるので、互いに隣り合うステータ歯には、原則的に異なる強さの磁束が発生し、この磁束は、時間的に変化することになる。
【００１３】
コイルによりステータ歯に発生した磁束は、ステータ歯の対向面上にそれぞれ設けられ、周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置された永久磁石に作用し、時間的に変化しながら永久磁石の磁束を強めたり弱めたりする。
【００１４】
これにより、周方向に沿う方向で強弱が時間的に変化する磁束が、ステータ側から発生する。ステータ側から発生した磁束は、ハウジングのポンプ室内に回転可能に設けられたインペラのロータ歯に作用する。これにより、ステータ歯のピッチ（第１のピッチ）と異なるピッチ（第２のピッチ）で配置されたロータ歯が誘導されてインペラが回転する。このインペラの回転により、ポンプ室内の流体が圧送される。
【００１５】
このように、本発明では、インペラに永久磁石を配置せずに、ポンプの動作を実現している。これにより、流体に永久磁石がさらされないので、永久磁石の劣化を抑制し、ポンプの所期の性能を維持することができる。
また、永久磁石だけでなくコイルもインペラ側に配置せず、つまり、ポンプ室とは独立して設けられたステータ室内に配置されたステータに装着されているので、コイルの発熱による流体への悪影響を抑えることができる。
【００１６】
上記ポンプにおいて、前記ロータ歯は、回転により前記流体を圧送するブレードとしての機能を有するロータブレードであってもよい。
本発明では、ロータブレードがロータ歯としての機能とブレードとしての機能とを兼用するので、ロータ歯の他にブレードをインペラに特別に設ける必要がない。これにより、ポンプを小型化、薄型化することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、永久磁石の劣化を抑制し、ポンプの所期の性能を維持することができる。また、コイルの発熱による流体への悪影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る人工心臓ポンプを示す断面図である。
【図２】人工心臓ポンプを示す斜視図であり、人工心臓ポンプの一部が破断された状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るインペラをステータ側から見た斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るインペラをステータ側から見た正面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るインペラの背面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るインペラの側面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るインペラの側方断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るステータをインペラ側から見た斜視図であり、ステータの一部が分解された様子を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るステータをインペラ側から見た正面図である。
【図１０】人工心臓ポンプの動作原理を説明するための図であり、インペラ及びステータをリニアに展開した様子を示す図である。
【図１１】人工心臓ポンプの動作原理を説明するための図であり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルに流れる電流の変化を示す図である。
【図１２】他の実施形態に係るインペラをステータ側から見た斜視図である。
【図１３】他の実施形態に係るインペラをステータ側から見た正面図である。
【図１４】他の実施形態に係るインペラの側面図である。
【図１５】さらに別の実施形態に係るインペラを示す斜視図である。
【図１６】さらに別の実施形態に係るインペラを示す側面図である。
【図１７】さらに別の実施形態に係る人工心臓ポンプを示す側方断面図である。
【図１８】さらに別の実施形態に係るインペラをステータ側から見た斜視図である。
【図１９】さらに別の実施形態に係るインペラを背面側からみた斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１実施形態＞
［人工心臓ポンプの全体構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係るポンプとして、人工心臓ポンプを示す断面図である。図２は、人工心臓ポンプを示す斜視図であり、人工心臓ポンプの一部が破断された状態を示す図である。
【００２０】
これらの図に示すように、人工心臓ポンプ１００は、内部にポンプ室３１１が形成されたポンプハウジング３１と、内部にステータ室３２１が形成されたステータハウジング３２と有するハウジング３を備える。また、人工心臓ポンプ１００は、ポンプ室３１１内に軸部３１Ｄを中心軸として回転可能に設けられ、回転によりポンプ室３１１内の血液（流体）を圧送するインペラ１と、ステータ室３２１内において、インペラ１の回転の軸方向でインペラ１と対応配置され、インペラ１を回転させる磁界を発生するステータ２とを備える。
【００２１】
本明細書中の説明では、インペラ１の回転の軸の向く方向（ｚ軸方向）を軸方向、回転の周囲の方向を周方向、回転の半径方向を径方向として説明する。
また、本明細書中の説明では、インペラ１がステータ２と対向する側をインペラ１の正面側、反対側をインペラ１の背面側として説明する。また、ステータ２がインペラ１と対向する側をステータ２の正面側、反対側をステータ２の背面側として説明する。
【００２２】
［ハウジングの構成］
ポンプハウジング３１は、全体として円筒形状であり、ポンプ室３１１内にインペラ１を回転可能に収納することができる程度の大きさとされる。
ポンプハウジング３１は、円筒状の筒部３１Ａと、インペラ１の正面側に配置された円板状の第１の側壁部３１Ｂと、インペラ背面側に配置された円板状の第２の側壁部３１Ｃとを含む。
【００２３】
ポンプハウジング３１には、血液をポンプ室３１１に流入させる流入管４と、血液をポンプ室から流出させる流出管５とが設けられる。
流入管４は、一端部がポンプハウジング３１の第１の側壁部３１Ｂの中央と繋がっており、ポンプハウジング３１から軸方向に向けて延びるように設けられている。この流入管４は、ステータハウジング３２の中央を連通するように設けられる。
【００２４】
一方、流出管５は、一端部がポンプハウジング３１の筒部３１Ａと繋がっており、ポンプハウジング３１から径方向（遠心方向）に延びるように設けられる。
【００２５】
ポンプハウジング３１の内部には、軸部３１Ｄが設けられている。軸部３１Ｄは、円柱形状を有しており、ポンプハウジング３１の第２の側壁部３１Ｃの中央から、ｚ軸方向でポンプ室３１１内部へ向けて延びるように設けられる。軸部３１Ｄは、外径の大きさが、リング状に形成されたインペラ１（図３参照）の内径よりも少しだけ小さく設定されており、軸部３１Ｄの外周面は、インペラ１の内周面と間隔を開けて対向配置される。
【００２６】
軸部３１Ｄの外周面には、インペラ１の回転時に、径方向での動圧を発生するラジアル動圧溝（図示せず）が形成される。このラジアル動圧溝による動圧により、インペラ１は、回転時に軸部３１Ｄに非接触で、軸部３１Ｄを中心軸として回転可能とされる。なお、ラジアル動圧溝は、インペラ１の内周面側に設けられていてもよい。
【００２７】
ステータハウジング３２は、ポンプハウジング３１と同様に円筒形状であり、ステータ室３２１内にステータ２を収納することができる程度の大きさとされる。
ステータハウジング３２は、筒部３２Ａと、ステータの正面側に配置された円板状の第１の側壁部３２Ｂと、ステータ背面側に配置された円板状の第２の側壁部３２Ｃとを含む。
ステータハウジングの第１の側壁部３２Ｂ及び第２の側壁部３２Ｃの中央には、それぞれ流入管４を連通させるための開口が設けられる。
【００２８】
ポンプハウジング３１、ステータハウジング３２、流入管４及び流出管５は、生体適合性材料により構成される。生体適合性材料としては、例えば、純チタン、チタン合金、窒化チタンや、ポリウレタン、ポリエステル等のポリマーが挙げられる。
【００２９】
［インペラの構成］
図３は、インペラ１をステータ２側から見た斜視図である。図４は、インペラ１をステータ２側から見た正面図であり、図５は、インペラ１の背面図である。図６は、インペラ１の側面図であり、図７は、インペラ１の側方断面図である。
【００３０】
これらの図に示すように、インペラ１は、リング状の形状を有している。このインペラ１は、セミオープン型のインペラ１であり、インペラ本体１１と、インペラ本体１１からステータ２側に向けて突出するように設けられた複数のロータブレード１２とを有する。
【００３１】
ロータブレード１２は、ロータ歯としての機能と、ブレードとしての機能とを兼用する。すなわち、ロータブレード１２は、ステータ２側から発生する磁界により周方向へ誘導されてインペラ１に回転力を与えるロータ歯としての機能と、回転により圧力差を発生させ、血液を圧送するブレードとしての機能とを兼用する。
【００３２】
ロータブレード１２は、回転の周方向に沿って４５度ピッチ（第１のピッチ）で、８個配置される（図４参照）。８個のロータブレード１２は、インペラ１の中心から放射状に形成されている。
【００３３】
ロータブレード１２は、インペラ１の正面側に形成された８個の羽根溝１３によってインペラ１の正面側に形成される。
羽根溝１３は、深さが周方向及び径方向で一定ではなく、深さが周方向及び径方向で変化して形成されている。羽根溝１３についてさらに詳しく説明すると、羽根溝１３は、周方向での深さが、インペラ１の回転方向とは反対方向へ向けて徐々に深くなるように湾曲して形成される。また、羽根溝１３は、インペラ１の内周側から外周側にかけて徐々に深さが深くなるように傾斜して形成される（図７参照）。
【００３４】
このように形成された羽根溝１３による血液の流路の面積は、インペラ１の内周側から外周側にかけて徐々に大きくなる。これにより、インペラ１回転時に、ディフューザ効果により、インペラ１の内周側の圧力を、インペラ１の外周側の圧力よりも効果的に高くすることができる。
【００３５】
ロータブレード１２の正面には、軸方向での動圧を発生する第１のスラスト動圧溝１４が設けられる（図３、４参照）。第１のスラスト動圧溝１４は、ロータブレード１２正面において、回転方向側の縁部に沿って設けられる。また、インペラ本体１１の背面側にも、軸方向での動圧を発生する第２のスラスト動圧溝１５が設けられる（図５参照）。第１のスラスト動圧溝１４による動圧により、インペラ１回転時に、ロータブレード１２の正面と、ポンプハウジング３１の第１の側壁部３１Ｂの内壁面とが接触してしまうことを防止することができる。また、第２のスラスト動圧溝１５による動圧により、インペラ１回転時に、インペラ１の背面と、ポンプハウジング３１の第２の側壁部３１Ｃの内壁面とが接触してしまうことを防止することができる。
【００３６】
図３、図４及び図５では、スラスト動圧溝１４、１５の形状の一例が示されている。しかし、スラスト動圧溝１４、１５の形状は、図示された形状に限定されない。スラスト動圧溝１４、１５の形状は、動圧を発生することができる形状であれば、どのような形状であっても構わない。
【００３７】
インペラ１は、鉄、ケイ素鋼などの強磁性体により構成されており、強磁性体の薄板が径方向で積層された積層体構造とされる。インペラ１が、強磁性体の薄板が径方向で積層された積層体構造とされることで、ステータ２側から発生する磁界の変化による渦電流の発生を抑制することができる。これにより、エネルギーの損失を低減することができる。
【００３８】
インペラ１の表面には、全体に亘って、生体適合性材料により構成される被膜（図示せず）が設けられている。これにより、強磁性体で構成されたインペラ１の一部が血液中に溶け出してしまい、血液中に血栓等が発生してしまうことを防止することができる。
被膜に用いられる生体適合性材料としては、例えば、純チタン、チタン合金、窒化チタンや、ポリウレタン、ポリエステル等のポリマーが挙げられる。
【００３９】
次に、インペラ１の製造方法について簡単に説明する。
まず、強磁性体（鉄、ケイ素鋼等）の薄板が径方向で積層されて構成されたリング状の積層構造体（巻鉄心）が用意される。そして、このリング状の積層構造体の一方の面に、複数の羽根溝１３が形成される。羽根溝１３は、周方向では、深さが徐々に深くなるように湾曲して形成され、かつ、径方向では、内周側から外周側にむけて深さが徐々に深くなるように傾斜して形成される。この羽根溝１３の形成により、ロータブレード１２が形成される。
【００４０】
次に、ロータブレード１２の正面、インペラ１の背面にそれぞれ第１のスラスト動圧溝１４、第２のスラスト動圧溝１５が形成される。次に、インペラ１の表面全体に生体適合性材料（純チタン、チタン合金、窒化チタン、ポリウレタン、ポリエステル等）で構成される被膜が形成される。被膜の形成には、真空蒸着法やスパッタリング法等のＰＶＤ（physical vapor deposition）法、熱ＣＶＤ法等のＣＶＤ（chemical vapor deposition）法等を用いることができる。
【００４１】
なお、被膜がある程度厚く形成される場合には、被膜形成後にその被膜にスラスト動圧溝１４、１５を形成してもよい。
【００４２】
ここで、ＰＶＤ法やＣＶＤ法等によりインペラ１に被膜を形成する場合、インペラ１は、高温にさらされることになる。例えば、真空蒸着法により、インペラ１に窒化チタンの被膜を形成する場合、インペラ１は、一般的に５００度以上の高温にさらされることになる。
ここで、仮にインペラ１に永久磁石が配置されているとすると、永久磁石が高温にさらされて減磁してしまう。また、永久磁石が減磁しないように、低温での被膜処理を行うと、処理に長時間かかってしまったり、処理が複雑化したりする。
【００４３】
一方で、本実施形態に係るインペラ１には、永久磁石が配置されていない。従って、インペラ１が高温にさらされたとしても、永久磁石が減磁してしまうようなこともなく、インペラ１に対する被膜処理を容易に行うことができる。
【００４４】
［ステータの構成］
図８は、ステータ２をインペラ１側から見た斜視図であり、ステータ２の一部が分解された様子を示す図である。図９は、ステータ２をインペラ１側から見た正面図である。
【００４５】
これらの図に示すように、ステータ２は、ステータ本体２１１と、ステータ本体２１１からインペラ１側に突出するように設けられた複数のステータ歯２１２とを有するリング状のステータコア２１を有する。また、ステータ２は、ステータ歯２１２の周囲にそれぞれ巻回されたコイル２２と、ステータ歯２１２の正面にそれぞれ設けられた永久磁石２３とを有する。
【００４６】
ステータコア２１のステータ歯２１２は、周方向に沿って、ロータブレード１２のピッチとは異なるピッチ（第２のピッチ）で、複数個設けられる。本実施形態では、ステータ歯は、６０度ピッチで、６個設けられている（図９参照）。ステータ歯２１２は、ステータ２の内周側から外周側にかけて徐々に周方向での幅が広くなるように形成されている。
【００４７】
ステータコア２１は、インペラ１と同様に、鉄、ケイ素鋼などの強磁性体によって構成されており、強磁性体の薄板が、径方向で積層された積層体構造とされる。ステータコア２１が、このような積層構造とされることで、磁束の変化による渦電流の発生を抑制することができ、エネルギーの損失を低減することができる。
ステータコア２１は、強磁性体（鉄、ケイ素鋼等）の薄板が径方向で積層されて構成されたリング状の積層構造体（巻鉄心）の一方の面に、複数の溝を形成することで製造することができる。
【００４８】
ステータ歯２１２に巻回されたコイル２２には、周方向に沿って順番にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の交流電力が供給される。すなわち、周方向で互いに隣り合うコイル２２には、異なる位相の交流電力が供給される。
【００４９】
永久磁石２３は、磁極がインペラ１側を向くように、かつ、周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置される。１つのステータ歯２１２に対しては、Ｎ極がインペラ１側を向くＮ極の永久磁石２３ＮとＳ極がインペラ１側を向くＳ極の永久磁石２３Ｓとが配置される。すなわち、永久磁石２３は、１つのステータ歯２１２に対して、それぞれ２つずつ設けられる。なお、以降の説明では、１つのステータ歯に対して設けられた永久磁石２３Ｎ、２３Ｓを一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓと呼ぶ場合がある。
【００５０】
一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓは、ステータ歯２１２と同様に、内周側から外周側に向けて周方向での幅が広くなるように形成されている。一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓは、ステータ歯２１２の正面２１２ａと同等の面積とされており、ステータ歯の正面２１２ａの全面を覆うように設けられる。
【００５１】
永久磁石２３は、個々に分離されており、この個々に分離された永久磁石２３が接着剤などにより、ステータ歯２１２の正面２１２ａに接着される。
【００５２】
［動作説明］
次に、人工心臓ポンプ１００の動作について説明する。
まず、人工心臓ポンプ１００の動作原理について説明する。
図１０及び図１１は、人工心臓ポンプ１００の動作原理を説明するための図である。
図１０（Ａ）〜（Ｃ）には、インペラ１及びステータ２をリニアに展開した様子が示されており、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２に流れる電流が最大である場合の磁束の流れが示されている。
図１１には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２に流れる電流の変化が示されている。
【００５３】
なお、図１０及び図１１の説明では、便宜的に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力が供給されるコイルをそれぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗと呼ぶ。
また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルが巻回されたステータ歯をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ歯２１２Ｕ、２１２Ｖ、２１２Ｗと呼ぶ。
同様に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ歯２１２Ｕ、２１２Ｖ、２１２Ｗに設けられた永久磁石をＵ相Ｎ極、Ｕ相Ｓ極、Ｖ相Ｎ極、Ｖ相Ｓ極、Ｗ相Ｎ極、Ｗ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＮ、２３ＵＳ、２３ＶＮ、２３ＶＳ、２３ＷＮ、２３ＷＳと呼ぶ。
【００５４】
なお、図１０では、ロータブレード１２を区別するために、便宜的に左から順番に４つずつ、１２Ａ〜１２Ｄの符号が付されている。
【００５５】
まず、図１０（Ａ）を参照して、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流が最大である瞬間での、ステータ歯２１２とロータブレード１２との位置関係ついて説明する。
【００５６】
この場合、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流が最大であり、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｖ、２２Ｗには、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流の半分の電流が、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流と逆向きに流れる（図１１（Ａ）参照）。これにより、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに下向きに、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに上向きに、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに上向きに、それぞれ磁束が発生する。この場合、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに生じる磁束が最大となり、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖ、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗには、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに発生する磁束の半分の磁束がそれぞれ発生する。
【００５７】
Ｕ相に着目すると、Ｕ相のコイル２２ＵによりＵ相のステータ歯２１２Ｕにより発生した磁束は、Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮの磁束を強め、Ｕ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳの磁束を弱める。Ｖ相に着目すると、Ｖ相のコイル２２ＶによりＶ相のステータ歯２１２Ｖにより発生した磁束は、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮの磁束を弱め、Ｖ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳの磁束を強める。Ｗ相に着目すると、Ｗ相のコイル２２ＷによりＷ相のステータ歯２１２Ｗにより発生した磁束は、Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮの磁束を弱め、Ｗ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳの磁束を強める。
【００５８】
これにより、磁束の流れは、図１０（Ａ）に示すような流れとなる。この磁束の流れをＵ相を起点として説明すると、Ｕ相のコイル２２ＵによりＵ相のステータ歯２１２Ｕに発生した磁束は、Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮの磁束を強め、このＵ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮを介してロータブレード１２Ａへ流れ込む。インペラ１側に流れ込んだ磁束は、分岐し、分岐した一方の磁束は、ロータブレード１２Ｃを介してＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳへ流れ込む。分岐した他方の磁束は、ロータブレード１２Ｄを介してＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳへ流れ込む。
【００５９】
Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに流れ込んだ磁束は、Ｖ相のコイル２２Ｖにより強められ、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに流れ込んだ磁束は、Ｗ相のコイル２２Ｗにより強められる。これらの磁束は、合流し、合流した磁束は、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込む。そして、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込んだ磁束は、Ｕ相のコイル２２Ｕにより強められて、Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮを介して、再びロータブレード１２Ａへ流れ込む。
【００６０】
Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮからロータブレード１２Ａに流れ込む磁束は、ロータブレード１２Ａの中心に垂直に流れ込むので、この磁束による力は、インペラ１の回転方向でバランスされている。ロータブレード１２ＣからＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳに流れ込む磁束による力と、ロータブレード１２ＤからＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳに流れ込む磁束による力とは、インペラ１の回転方向に逆向きで、かつ同様の大きさであるので、これらの力は相殺される。
【００６１】
すなわち、Ｕ相に流れる電流が最大である瞬間においては、ステータ歯２１２と、ロータブレード１２の位置関係は、図１０（Ａ）に示す位置関係でバランスされている。
【００６２】
この状態から、時間が経過し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流れる電流が変化することにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ歯２１２Ｕ、２１２Ｖ、２１２Ｗに発生する磁束が変化する。これに伴い、磁束が強められる永久磁石２３と、磁束が弱められる永久磁石２３が変化し、ステータ２側から発生する磁束も変化することになる。この磁束の変化に伴って、ステータ歯２１２と異なるピッチで配置されたロータブレード１２が誘導されて、インペラ１が回転される。
【００６３】
図１０（Ｂ）を参照して、Ｕ相に流れる電流が最大である瞬間から時間が経過し、Ｖ相に流れる電流が最大となった場合について説明する。
【００６４】
この場合、Ｖ相のコイル２２Ｖに流れる電流が最大であり、Ｕ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｗには、Ｖ相のコイル２２Ｖに流れる電流の半分の電流が、Ｖ相のコイル２２Ｖと逆向きに流れる（図１１（Ｂ）参照）。これにより、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに下向きに磁束が発生し、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕ及びＷ相のステータ歯２１２Ｗに上向きに、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに発生する磁束の半分の磁束が発生する。
【００６５】
図１０（Ｂ）に示す磁束の流れをＶ相を起点として説明する。Ｖ相のコイル２２ＶによりＶ相のステータ歯２１２Ｖに発生した磁束は、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮの磁束を強め、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮを介してロータブレード１２Ｂへ流れ込む。インペラ１側に流れ込んだ磁束は、分岐し、分岐した一方の磁束は、ロータブレード１２Ａを介してＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳへ流れ込む。分岐した他方の磁束は、ロータブレード１２Ｄを介してＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳへ流れ込む。
【００６６】
Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込んだ磁束及びＷ相のステータ歯２１２Ｗに流れ込んだ磁束は、Ｕ相のコイル２２Ｕ及びＷ相のコイル２２Ｗにより強められる。これらの磁束は、合流して、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに流れ込み、Ｖ相のコイル２２Ｖにより強められ、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮを介して、再びロータブレード１２Ｂへ流れ込む。
【００６７】
Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮからロータブレード１２Ｂに流れ込む磁束による力は、インペラ１の回転方向でバランスされている。ロータブレード１２ＡからＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳに流れ込む磁束による力と、ロータブレード１２ＤからＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳに流れ込む磁束による力とは、インペラ１の回転方向に逆向きで、かつ同様の大きさであるので、これらの力は相殺される。つまり、Ｖ相に流れる電流が最大である場合、ステータ歯２１２と、ロータブレード１２の位置関係は、図１０（Ｂ）に示す位置関係でバランスされている。
【００６８】
この状態から時間が経過し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流れる電流が変化することにより、ステータ２側から発生する磁束が変化することによって、ロータブレードが誘導されてインペラ１が回転される。
【００６９】
図１０（Ｃ）を参照して、Ｖ相に流れる電流が最大である瞬間から時間が経過し、Ｗ相に流れる電流が最大となった場合について説明する。
【００７０】
この場合、Ｗ相のコイル２２Ｗに流れる電流が最大であり、Ｕ相、Ｖ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖには、Ｗ相のコイル２２Ｗに流れる電流の半分の電流が、Ｗ相のコイル２２Ｗと逆向きに流れる（図１１（Ｃ）参照）。これにより、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに下向きに磁束が発生し、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕ及びＶ相のステータ歯２１２Ｖに上向きに、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに発生する磁束の半分の磁束が発生する。
【００７１】
図１０（Ｃ）に示す磁束の流れをＷ相を起点として説明する。Ｗ相のコイル２２ＷによりＷ相のステータ歯２１２Ｗに発生した磁束は、Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮの磁束を強め、Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮを介してロータブレード１２Ｃへ流れ込む。インペラ１側に流れ込んだ磁束は、分岐し、分岐した一方の磁束は、ロータブレード１２Ａを介してＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳへ流れ込む。分岐した他方の磁束は、ロータブレード１２Ｂを介してＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳへ流れ込む。
【００７２】
Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込んだ磁束及びＶ相のステータ歯２１２Ｖに流れ込んだ磁束は、Ｕ相のコイル２２Ｕ及びＶ相のコイル２２Ｖにより強められる。これらの磁束は、合流して、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに流れ込む。
【００７３】
Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮからロータブレード１２Ｃに流れ込む磁束による力は、インペラ１の回転方向でバランスされている。ロータブレード１２ＡからＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳに流れ込む磁束による力と、ロータブレード１２ＢからＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳに流れ込む磁束による力とは、インペラ１の回転方向に逆向きで、かつ同様の大きさであるので、これらの力は相殺される。従って、Ｗ相に流れる電流が最大である場合、ステータ歯２１２と、ロータブレード１２の位置関係は、図１０（Ｃ）に示す位置関係でバランスされている。
【００７４】
この状態から時間が経過し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流れる電流が変化することにより、ステータ２側から発生する磁束が変化することによって、ロータブレード１２が誘導されてインペラ１が回転される。
【００７５】
そして、再び、Ｕ相に流れる電流が最大となる。このようなサイクルによって、インペラ１は、軸部を中心軸として回転する。
本実施形態に係る人工心臓ポンプでは、以上説明したような動作原理により、インペラが回転されるので、インペラに永久磁石を配置せずとも動作可能とされる。
【００７６】
次に、人工心臓ポンプの動作について具体的に説明する。
コイルへ電力が供給されると、ステータ２側から磁界が発生し、ロータブレード１２が周方向に誘導されてインペラ１が軸部３１Ｄを中心軸として回転する。このとき、インペラ１は、ラジアル動圧溝による動圧により、軸部３１Ｄに非接触で、軸部３１Ｄを中心として回転する。また、インペラ１は、第１のスラスト動圧溝１４及び第２のスラスト動圧溝１５による動圧により、ポンプハウジング３１の第１の側壁部３１Ｂの内壁面及び第２の側壁部３１Ｃの内壁面に非接触で回転することができる。
【００７７】
インペラ１が回転されると、回転するロータブレード１２（羽根溝１３）によりインペラ１内周側の圧力が外周側の圧力よりも高くなる。羽根溝１３による血液の流路の面積は、インペラ１の内周側から外周側にかけて徐々に大きくなるので、ディフューザ効果により、効果的に圧力差を発生させることができる。
【００７８】
インペラ１の回転による圧力差により、流入管４内の血液がポンプ室３１１内に流入する。ポンプ室３１１内に流入した血液は、インペラ１の内周側から、回転するロータブレード１２の間（羽根溝１３内）に入り、回転するロータブレード１２により径方向に（遠心方向）に圧送される。径方向に圧送された血液は、インペラ１の外周側から流れ出し、インペラ１の外周面と、ポンプハウジング３１の筒部３１Ａの内周面との間を流れ、その後、ポンプ室３１１から流出管５へ流出する。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態では、インペラ１に永久磁石２３を配置せずに人工心臓ポンプ１００の動作を実現している。これにより、インペラ１に生体適合性材料による被膜を形成する際に、インペラ１に高温処理を施したとしても、インペラ１には、永久磁石２３が配置されていないので、永久磁石２３が減磁してしまうこともない。このように、本実施形態では、インペラ１に対する被膜処理などの処理を容易に行うことができる。
【００８０】
また、本実施形態では、モータの方式としてアキシャルギャップ型のモータ方式が採用されているので、人工心臓ポンプ１００の薄型化、小型化の観点からも有利である。
【００８１】
また、本実施形態では、インペラ１のロータブレード１２が、ステータ２側からの磁界によりインペラ１に回転力を与えるロータ歯としての機能と、回転により血液を圧送するブレードとしての機能とを兼用するので、人工心臓ポンプ１００をさらに、薄型化、小型化することができる。
【００８２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態では、インペラの形状が上述の第１実施形態と異なっている。従って、その点を中心に説明する。なお、第２実施形態以降の説明では、上述の第１実施形態と同様の構成及び機能を有する部材については、同一符号を付し、説明を簡略化または省略する。
【００８３】
図１２は、第２実施形態に係るインペラをステータ側から見た斜視図である。図１３は、インペラをステータ側から見た正面図であり、図１４は、インペラの側面図である。
これらの図に示すように、インペラ６は、セミオープン型のインペラ６であり、インペラ本体６１と、インペラ本体６１からステータ２側に突出するように設けられた複数のロータブレード６２とを有する。このロータブレード６２は、渦巻き状に形成されている。ロータブレード６２は、第１実施形態と同様に、４５°ピッチで８個設けられている（図１３参照）。
【００８４】
ロータブレード６２は、鉄等の強磁性体の薄板が径方向で積層された積層構造体の一方の面に複数の羽根溝６３が形成されることで形成される。羽根溝６３は、渦巻き状に形成されており、周方向での深さが、インペラ６の回転方向とは反対方向へ向けて徐々に深くなるように湾曲して形成される。また、羽根溝６３は、インペラ１の内周側から外周側にかけて徐々に深さが深くなるように傾斜して形成される。
【００８５】
ロータブレード６２の正面には、インペラ６の回転方向側の縁部に沿って第１のスラスト動圧溝６４が形成される。図１２、図１３には、第１のスラスト動圧溝６４の一例が示されているが、第１のスラスト動圧溝６４の形状は、図示した形状に限定されない。なお、インペラ本体の背面側にも、例えば、図５に示すような形状の第２のスラスト動圧溝が形成される。
【００８６】
インペラの表面には、全体に亘って、生体適合性材料により構成される被膜（図示せず）が設けられている。インペラには、永久磁石が配置されていないので、インペラに対する被膜処理を容易に行うことができる。
【００８７】
第２実施形態に係るインペラ６では、ロータブレード６２（羽根溝６３）が渦巻き状に形成されているので、人工心臓ポンプ１００のポンプ力を向上させることができる。
【００８８】
なお、第２実施形態に係るインペラ６のロータブレード６２の形状は、第１実施形態とは異なっているが、ロータブレード６２の形状の変更は、積層構造体に形成される羽根溝６３の形状を変更すれば可能であるので、容易に変更可能である。
【００８９】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
上述の各実施形態では、インペラがセミオープン型のインペラである場合について説明した。一方、第３実施形態では、インペラがクローズド型のインペラである点で上述の各実施形態と異なっている。従ってその点を中心に説明する。
【００９０】
図１５は、第３実施形態に係るインペラを示す斜視図であり、図１６は、インペラを示す側面図である。
図１５に示すように、インペラ７は、クローズド型のインペラ７であり、インペラ本体７１と、インペラ本体７１からステータ２側に突出するように、渦巻き状に形成された複数（８個）のロータブレード７２とを有する。ロータブレード７２の形状（羽根溝７３の形状）は、上述の第２実施形態と同様の形状である。
【００９１】
また、インペラ７は、インペラ７の正面側でインペラ７の正面を覆うように設けられたシュラウド部７５を有する。シュラウド部７５は、リング状の薄板形状を有している。
【００９２】
シュラウド部７５の正面には、第１のスラスト動圧溝７４が設けられる。図１５には、第１のスラスト動圧溝７４の一例が示されているが、第１のスラスト動圧溝７４の形状は、図示した形状に限定されない。なお、インペラ本体７１の背面側にも、例えば、図５に示したような形状の第２のスラスト動圧溝が設けられる。
【００９３】
シュラウド部７５は、インペラ本体７１及びロータブレード７２と同様に、強磁性体の薄板が径方向に積層された積層体構造とされる。これにより、ステータ側から発生する磁界の変化による渦電流の発生を抑制することができ、エネルギー損失を低減することができる。
【００９４】
インペラ７の表面には、全体に亘って、生体適合性材料により構成される被膜（図示せず）が設けられている。インペラ７には、永久磁石が配置されていないので、インペラ７に対する被膜処理を容易に行うことができる。
第３実施形態に係るインペラ７では、シュラウド部７５が設けられたクローズド型のインペラ７とされるので、人工心臓ポンプ１００のポンプ力をさらに向上させることができる。
【００９５】
第３実施形態の説明では、ロータブレード７２（羽根溝７３）の形状が第２実施形態と同様の場合について説明したが、ロータブレード７２（羽根溝７３）の形状は、第１実施形態と同様の形状であってももちろん構わない。
【００９６】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
上述の各実施形態では、インペラのロータブレードがロータ歯としての機能と、ブレードとしての機能とを兼用する場合について説明した。一方、第４実施形態では、インペラにロータ歯と、ブレードとが別々に設けられている点で、上述の各実施形態と異なっている。従ってその点を中心に説明する。
【００９７】
図１７は、第４実施形態に係る人工心臓ポンプを示す側方断面図である。図１８は、インペラをステータ側から見た斜視図である。図１９は、インペラを背面側からみた斜視図である。
【００９８】
図１７に示すように、人工心臓ポンプ２００は、ポンプハウジング３３と、ステータハウジング３２とを有するハウジング３と、インペラ８と、ステータ２とを備える。
ステータハウジング３２及びステータ２は、上記各実施形態と同様の構成である。
ポンプハウジング３３は、円筒状の筒部３３Ａと、インペラ１の正面側に配置された円板状の第１の側壁部３３Ｂと、インペラ１の背面側に配置された円板状の第２の側壁部３３Ｃとを有する。ポンプハウジング３３の第１の側壁部３３Ｂには、軸部３３Ｄが設けられる。軸部３３Ｄは、第１の側壁部３３Ｂの中央から、ポンプ室３３１内部に向けてｚ軸方向に延びるように設けられる。
【００９９】
軸部３３Ｄには、軸方向に向けて軸部３３Ｄを連通する連通口３３Ｄ−１が設けられている。この連通口３３Ｄ−１は、流入管４の内部と繋がっており、流入管４とともにポンプ室３３１への血液の流入路を構成する。
【０１００】
軸部３３Ｄの外周面は、リング状に形成されたインペラ８の内周面と間隙を開けて対向配置される。この軸部３３Ｄの外周面には、径方向での動圧を発生するラジアル動圧溝（図示せず）が設けられる。インペラ８は、回転時にラジアル動圧溝により発生する動圧により、軸部３３Ｄに非接触で軸部３３Ｄを中心として回転可能とされる。なお、ラジアル動圧溝は、インペラ８の内周面に設けられていてもよい。
【０１０１】
図１８及び図１９に示すように、インペラ８は、リング状のインペラ本体８１と、インペラ本体８１からステータ２側に突出するように設けられた複数のロータ歯８２と、ロータ歯８２が突出する方向とは反対側に突出するように設けられた複数のブレード８３とを有する。また、インペラ８は、ロータ歯８２とロータ歯８２との間に形成された溝を埋める部材８４を有する。この部材８４は、例えば、例えば、純チタン、チタン合金、窒化チタンや、ポリウレタン、ポリエステル等の、生体適合性材料により構成される。
【０１０２】
ロータ歯８２及びブレード８３は、それぞれ４５度ピッチで、８個づつ設けられる。
ブレード８３（羽根溝８５）の形状は、第１実施形態におけるロータブレード１２（羽根溝１３）の形状と同様である（図３等参照）。
【０１０３】
インペラ８の正面側には、第１のスラスト動圧溝８６が設けられる。これにより、インペラ８は、ポンプハウジング３３の第１の側壁部３３Ｂの内壁面に非接触で回転することができる。また、インペラ８の背面側において、ブレード８３には、第２のスラスト動圧溝８７が設けられる。これにより、インペラ８は、ポンプハウジング３３の第２の側壁部３３Ｃの内壁面に非接触で回転することができる。
【０１０４】
インペラ８には、全面に亘って、純チタンなどの生体適合材で構成された被膜（図示せず）が形成されている。
第４実施形態においても、インペラ８には、永久磁石２３が配置されていないので、容易にインペラ８に被膜を形成することができる。
【０１０５】
第４実施形態に係る人工心臓ポンプ２００の動作について簡単に説明する。
ステータ２側から磁界が発生すると、ロータ歯８２が周方向に誘導されてインペラ８が軸部３３Ｄを中心軸として回転する。インペラ８が回転されると、回転するブレード８３の圧力差により、流入管４内の血液が軸部３３Ｄの連通口３３Ｄ−１を通って、ポンプ室３３１内に流入する。ポンプ室３３１内に流入した血液は、回転するブレード８３により径方向に（遠心方向）に圧送され、流出管５から流出する。
【０１０６】
第４実施形態の説明では、ブレード８３の形状が第１実施形態のロータブレード１２と同様の形状である場合について説明した。しかし、これに限られず、ブレード８３の形状は、第２実施形態のロータブレード６２と同様の形状であってもよいし、第３実施形態のように、シュラウド部７５が設けられていても構わない。
【０１０７】
第４実施形態では、ロータ歯８２及びブレード８３の数が、それぞれ８個ずつであるとして説明した。しかし、ロータ歯８２及びブレードの数は、これに限定されない。ロータ歯８２の数と、ブレード８３の数とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【０１０８】
＜各種変形例＞
上述の各実施形態では、インペラ１、６、７、８の軸受構造について、動圧軸受を用いた形態について説明した。しかし、これに限られず、インペラの軸受構造は、ボールベアリング等の軸受が用いられてもよい。
【０１０９】
上述の各実施形態の説明では、ロータブレード１２（あるいは、ロータブレード６２、７２、ロータ歯８２、以下同様）の数が８個であり、ステータ歯２１２の数が６個である場合について説明した。しかし、ロータブレード１２及びステータ歯２１２の数は、これに限られない。典型的には、ロータブレード１２の数とステータ歯２１２の数とが異なっていれば（ロータブレード１２のピッチとステータ歯２１２のピッチとが異なっていれば）、インペラ１（あるいは、インペラ６、７、８）を回転させることは可能である。
【０１１０】
上述の各実施形態の説明では、永久磁石２３は、ステータ歯２１２ごとに、周方向に沿ってＮ極Ｓ極、Ｎ極Ｓ極、Ｎ極Ｓ極・・・の順番で配列される場合について説明した（図９等参照）。しかし、これに限られず、永久磁石２３は、ステータ歯２１２ごとに、周方向に沿ってＮ極Ｓ極、Ｓ極Ｎ極、Ｎ極Ｓ極、・・の順番で配列されていてもよい。なお、この場合においても、１つのステータ歯２１２に対しては、永久磁石２３は、磁極が周方向で交互に異なるように配置されている。
【０１１１】
上述の各実施形態の説明では、１つのステータ歯２１２に対して、２つの永久磁石２３Ｎ、２３Ｓが配置されるとして説明した。しかし、これに限られず、１つのステータ歯２１２に対して、１つの永久磁石２３が配置されていてもよい。あるいは、１つのステータ歯２１２に対して、３つ以上の永久磁石２３が配置されていてもよい。なお、これらの場合にも、永久磁石２３は、回転軸の周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置される。
【０１１２】
上述の各実施形態では、遠心式の人工心臓ポンプについて説明したが、ロータブレードの形状等を変更することで、軸流式の人工心臓ポンプを構成することも可能である。
【０１１３】
上記では人工心臓ポンプについて説明したが、流体に動力を与えたり、流体を搬送したりするポンプであれば、本技術をどのようなポンプにも適用可能である。例えば、本技術は以下のようなポンプに適用される。
１．液体搬送用ポンプ：この場合、液体としては、酸素、水素、窒素、ＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）、ＤＭＥ（DiMethyl Ether）、オイル等が挙げられる。
２．気体搬送用ポンプ：この場合、気体としては、シラン、プロパン、空気、窒素、フロン、代替フロン等が挙げられる。
３．冷媒搬送用ポンプ：この場合、流体としては、液体窒素、空気、オイル、シリコンオイル、メタン、エタン、エチレン、フロン、代替フロン等が挙げられる。
また、ポンプの用途としては、液体燃料用ポンプ、真空ポンプ、コンプレッサ、その他のポンプが挙げられる。
【０１１４】
このような本技術が適用されたポンプによれば、インペラに永久磁石を配置せずに、ポンプの動作を実現することができる。これにより、流体に永久磁石がさらされないので、永久磁石が高温または低温の流体からの悪影響を回避することができ、また、反応性の流体、腐食性等の流体の性質による悪影響を回避することができる。これにより、永久磁石の劣化を抑制し、ポンプの所期の性能を維持することができる。
【０１１５】
また、コイル２２も、インペラが配置されるポンプ室３１１とは隔離されたステータ室３２１に配置されているので、コイルに流体が接することがない。これにより、コイルの発熱によって、流体に悪影響が及ぶことを抑えることができる、また、反応性、腐食性等の流体の性質による、コイルへの悪影響を防止することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１、６、７、８…インペラ
３…ハウジング
１２、６２、７２…ロータブレード
２２…コイル
２３…永久磁石
３１、３３…ポンプハウジング
３２…ステータハウジング
８２…ロータ歯
８３…ブレード
１００、２００…人工心臓ポンプ
２１２…ステータ歯
３１１、３３１…ポンプ室
３２１…ステータ室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ室と、前記ポンプ室とは独立して設けられたステータ室とを有するハウジングと、
回転の周方向に沿って第１のピッチで配置された複数のロータ歯を有し、回転により流体を圧送するインペラと、
前記ロータ歯に対向する対向面をそれぞれ含み、前記周方向に沿って前記第１のピッチとは異なる第２のピッチで配置された複数のステータ歯と、前記各ステータ歯の周囲にそれぞれ巻回されたコイルであって、前記周方向に沿う方向で互いに隣り合う前記コイルに位相の異なる電力が供給されるコイルと、前記各ステータ歯の前記対向面上にそれぞれ設けられ、前記周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置された永久磁石とを有し、前記回転の軸方向で前記インペラと対向配置されるステータとを具備し、
前記インペラは、前記ポンプ室内に設けられ、前記ポンプ室内の流体を圧送するものであり、
前記ステータは、前記ステータ室内に設けられる
ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプであって、
前記ロータ歯は、前記回転により前記流体を圧送するブレードとしての機能を有するロータブレードである
ポンプ。
【請求項１】
ポンプ室と、前記ポンプ室とは独立して設けられたステータ室とを有するハウジングと、
回転の周方向に沿って第１のピッチで配置された複数のロータ歯を有し、回転により流体を圧送するインペラと、
前記ロータ歯に対向する対向面をそれぞれ含み、前記周方向に沿って前記第１のピッチとは異なる第２のピッチで配置された複数のステータ歯と、前記各ステータ歯の周囲にそれぞれ巻回されたコイルであって、前記周方向に沿う方向で互いに隣り合う前記コイルに位相の異なる電力が供給されるコイルと、前記各ステータ歯の前記対向面上にそれぞれ設けられ、前記周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置された永久磁石とを有し、前記回転の軸方向で前記インペラと対向配置されるステータとを具備し、
前記インペラは、前記ポンプ室内に設けられ、前記ポンプ室内の流体を圧送するものであり、
前記ステータは、前記ステータ室内に設けられる
ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプであって、
前記ロータ歯は、前記回転により前記流体を圧送するブレードとしての機能を有するロータブレードである
ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−１８９０７２（Ｐ２０１２−１８９０７２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１７３２３（Ｐ２０１１−１１７３２３）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
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