(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に流入口と径方向外側に流出口を有するケーシングと、ケーシング内部に回転自在に収容された羽根車と、ケーシング下部中心にはケーシング内方に凹んだ内筒を有し、該内筒は固定軸として、回転する羽根車を支え、ケーシングの内筒で囲まれた空間内でモータにより回転駆動される永久磁石と、羽根車内に内蔵された永久磁石とで、ケーシングの内筒の隔壁越しに磁気カップリングを形成した回転駆動装置と、羽根車上部に設けられ羽根車の回転により流入口からの液体を流出口に向けて送り出すベーンと、内筒とそれに対向する羽根車の内周面とで構成されたラジアル動圧軸受とを備えた遠心血液ポンプであって、
前記ベーンは、ベーン上側を上シュラウド、ベーン下側を下シュラウドで構成し、前記ベーンをケーシングの内筒端面の上部空間内にまで張り出すとともに、前記下シュラウドの前記内筒端面に対向した部分を削除し、
前記羽根車下面内部に永久磁石を設け、羽根車下面に対向するケーシング内部に前記永久磁石と反発する永久磁石を設けたことを特徴とする遠心血液ポンプ。
【請求項２】
前記上シュラウドの上面と前記羽根車下面とのうち少なくとも上シュラウドの上面に動圧溝を設けてスラスト動圧軸受を構成したことを特徴とする請求項１に記載の遠心血液ポンプ。
【請求項３】
中心に流入口と径方向外側に流出口を有するケーシングと、ケーシング内部に回転自在に収容された羽根車と、ケーシング下部中心にはケーシング内方に凹んだ内筒を有し、該内筒は固定軸として、回転する羽根車を支え、ケーシングの内筒で囲まれた空間内でモータにより回転駆動される永久磁石と、羽根車内に内蔵された永久磁石とで、ケーシングの内筒の隔壁越しに磁気カップリングを形成した回転駆動装置と、羽根車上部に設けられ羽根車の回転により流入口からの液体を流出口に向けて送り出すベーンと、内筒とそれに対向する羽根車の内周面とで構成されたラジアル動圧軸受とを備えた遠心血液ポンプであって、
前記ベーンは、ベーン上側を上シュラウド、ベーン下側を下シュラウドで構成し、前記ベーンをケーシングの内筒端面の上部空間内にまで張り出すとともに、前記上シュラウドの中心寄り部分を削除し、
前記羽根車上面の上シュラウド内部に永久磁石を設け、羽根車上面の上シュラウドに対向するケーシング内部に前記永久磁石と反発する永久磁石を設けたことを特徴とする遠心血液ポンプ。
【請求項４】
前記羽根車の下面及び前記下シュラウドの下面と、前記上シュラウドの上面との少なくとも前記羽根車の下面及び前記下シュラウドの下面に動圧溝を設けスラスト軸受を構成したことを特徴とする請求項３に記載の遠心血液ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工心臓用、補助循環用及び心臓手術用の遠心型の血液ポンプに関するものであって、軸受とシュラウドの構造に特徴を有する。また、人工心臓用、補助循環用及び心臓手術用以外の、医療用ポンプ、あるいは、生物分野用ポンプ、産業用ポンプ等としても使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療技術等の進歩に伴い、人工心臓用、補助循環用及び心臓手術用のポンプとして遠心血液ポンプが用いられるようになってきた。
例えば、特許文献１に記載の遠心血液ポンプでは、接触軸受が血液の障害物となり流れが滞り血栓等が生じることを減じるために、球状の１個の接触軸受で支持するように接触軸受に工夫を施したものである。
しかしながら、接触軸受では、どうしてもその部分で血液の流れが滞り血栓等が生じることがさけられないことや、長期使用による接触軸受部分での摩耗粉の発生の可能性が残るため、非接触軸受を用いた遠心血液ポンプが、例えば特許文献２〜５等のように多数提案されている。
特許文献２は、本出願人が先に出願したものであり、スラスト方向軸受及びラジアル方向軸受に動圧溝を用いた非接触軸受である流体力学的動圧軸受を採用している。
特許文献３では、スラスト方向軸受にいわゆる動圧溝を用いた非接触軸受である流体力学的スラスト軸受を用い、ラジアル方向は、モータ固定子と羽根車の磁気領域との間の磁気的な相互作用が半径方向の羽根車剛性を創出することで行っている。
特許文献４では、シュラウドを使用し、シュラウドとケーシングの間に流動した血液により生じる圧力により非接触軸受を構成している。
特許文献５では、スラスト方向軸受に、動圧溝を用いた非接触軸受である流体力学的動圧軸受と吸引力を有する複数の永久磁石を両方用いて非接触軸受を構成している。
なお、特許文献６は、軸流型の血液ポンプで、永久磁石の反発力を用いた非接触軸受を構成しているが、これは軸流型であって、本発明の遠心型の血液ポンプとは基本構造が異なっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４４０７０号公報（特願２００３−１５２９８）
【特許文献２】特開２００９−２５４４３６号公報（特願２００８−１０４４８３）
【特許文献３】特表２０１０−５２５８７１号公報（特願２０１０−５０６３０３）
【特許文献４】特開２００９−１９７７３６号公報（特願２００８−４２０４４）
【特許文献５】特開２０１０−２０９６９１号公報（特願２００９−５３６６１）
【特許文献６】特開２００４−３４６９３０号公報（特願２００４−６８４５１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これまで遠心血液ポンプの長期使用を実現させるためには、非接触軸受を使用し、ケーシングと羽根車の接触の防止と血液適合性を向上させるために、軸受隙間を広くする必要があった。そのため、磁気軸受と動圧軸受を用いた遠心血液ポンプが開発されている。しかし、磁気軸受を用いたポンプでは、羽根車浮上用の変位センサと複雑なフィードバック用の電気回路が必要となるため、システムが大型になってしまうばかりか、長期信頼性を低下させていた。一方、動圧軸受を用いたポンプは、受動的な軸受であるため、羽根車浮上用の変位センサや電気回路が必要なく、安全かつ長期信頼性が高い。しかし、動圧軸受は、動圧を発生させるための狭い軸受隙間による溶血や血栓形成の問題や、磁気軸受と比べて、軸受の支持剛性が小さい問題がある。一方、軸流型の血液ポンプでは、原理的に羽根車はスラスト方向に大きな力を受け、羽根車のスラスト軸受に永久磁石の反発力を利用したものがある（特許文献６参照）ものの、本発明のようなクローズドベーンを有する遠心型では原理的に軸流型と比べて羽根車のスラスト方向に血流から受ける大きな力は発生しないので、永久磁石の反発力を利用したものはこれはまでなかった。
そこで、本発明の解決すべき課題は、羽根車のスラスト方向の軸受に永久磁石の反発力を利用することにより、軸受間隙を大きくでき、かつ、羽根車のスラスト方向の力のバランスを保ちながら安定的に非接触駆動ができる遠心血液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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、中心に流入口と径方向外側に流出口を有するケーシングと、ケーシング内部に回転自在に収容された羽根車と、ケーシング下部中心にはケーシング内方に凹んだ内筒を有し、該内筒は固定軸として、回転する羽根車を支え、ケーシングの内筒で囲まれた空間内でモータにより回転駆動される永久磁石と、羽根車内に内蔵された永久磁石とで、ケーシングの内筒の隔壁越しに磁気カップリングを形成した回転駆動装置と、羽根車上部に設けられ羽根車の回転により流入口からの液体を流出口に向けて送り出すベーンと、内筒とそれに対向する羽根車の内周面とで構成されたラジアル動圧軸受とを備えた遠心血液ポンプであって、前記ベーンは、ベーン上側を上シュラウド、ベーン下側を下シュラウドで構成し、前記ベーンをケーシングの内筒端面の上部空間内にまで張り出すとともに、前記下シュラウドの前記内筒端面に対向した部分を削除し、前記羽根車下面内部に永久磁石を設け、羽根車下面に対向するケーシング内部に前記永久磁石と反発する永久磁石を設けたことを特徴とする。
さらに、本発明は、上記遠心血液ポンプにおいて、前記上シュラウドの上面と前記羽根車下面とのうち少なくとも上シュラウドの上面に動圧溝を設けてスラスト動圧軸受を構成したことを特徴とする。
また、本発明は、中心に流入口と径方向外側に流出口を有するケーシングと、ケーシング内部に回転自在に収容された羽根車と、ケーシング下部中心にはケーシング内方に凹んだ内筒を有し、該内筒は固定軸として、回転する羽根車を支え、ケーシングの内筒で囲まれた空間内でモータにより回転駆動される永久磁石と、羽根車内に内蔵された永久磁石とで、ケーシングの内筒の隔壁越しに磁気カップリングを形成した回転駆動装置と、羽根車上部に設けられ羽根車の回転により流入口からの液体を流出口に向けて送り出すベーンと、内筒とそれに対向する羽根車の内周面とで構成されたラジアル動圧軸受とを備えた遠心血液ポンプであって、前記ベーンは、ベーン上側を上シュラウド、ベーン下側を下シュラウドで構成し、前記ベーンをケーシングの内筒端面の上部空間内にまで張り出すとともに、前記上シュラウドの中心寄り部分を削除し、前記羽根車上面の上シュラウド内部に永久磁石を設け、羽根車上面の上シュラウドに対向するケーシング内部に前記永久磁石と反発する永久磁石を設けたことを特徴とする。
さらに、本発明は、上記遠心血液ポンプにおいて、前記羽根車の下面及び前記下シュラウドの下面と、前記上シュラウドの上面との少なくとも前記羽根車の下面及び前記下シュラウドの下面に動圧溝を設けスラスト軸受を構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、羽根車が反発磁石による磁気力を用いて浮上回転するため、軸受間隙を大きくでき、動圧軸受の製作を省くことも可能となり、かつ、羽根車上下のシュラウドに加わる力のバランスを変えることで積極的に反発磁石が設置してある方向に軸推力を加えるため、より安定に非接触駆動が可能となる。
また、シュラウド表面に動圧軸受を付与することで、スラスト方向の支持剛性を高め、物理的な接触を防止することが出来る。さらに、本発明により軸受隙間も広げることで、狭い軸受隙間に起因する高剪断応力による溶血や、血液の淀みによる血栓形成を防ぐ、長期安定性と信頼性を備え、血液適合性の高いポンプを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】羽根車下面とそれに対向するケーシング面に反発磁石を備え、羽根車の上面シュラウドに作用する力を下面シュラウドに作用する力よりも大きくした、本発明の遠心血液ポンプの例を示す断面図。
【図２】羽根車上面とそれに対向するケーシング面に反発磁石を備え、羽根車の下面シュラウドに作用する力を上面シュラウドに作用する力よりも大きくした、本発明の遠心血液ポンプの例を示す断面図。
【図３】羽根車下面とそれに対向するケーシング面に反発磁石を備え、羽根車の上面シュラウドに作用する力を下面シュラウドに作用する力よりも大きくした、本発明の遠心血液ポンプで、上シュラウドの上面と羽根車下面に動圧溝を構成した例を示す断面図。
【図４】羽根車上面とそれに対向するケーシング面に反発磁石を備え、羽根車の下面シュラウドに作用する力を上面シュラウドに作用する力よりも大きくした、本発明の遠心血液ポンプで、上シュラウドの上面・下シュラウドの下面と羽根車下面に動圧溝を構成した例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、中心に流入口と半径方向外側に流出口を有するケーシングと、ケーシング内に回転することによって流入口から流出口へ液体を送る羽根車と、羽根車内に内蔵された永久磁石を隔壁越しに磁気カップリングを形成する回転駆動装置と、羽根車の内周面にラジアル動圧溝を備え、ケーシングと羽根車が非接触駆動する遠心血液ポンプにおいて、羽根車内部に浮上用の永久磁石を有し、隔壁越しにケーシングに設置された永久磁石と反発することでスラスト方向を支持する。そして、羽根車とケーシングの上面あるいは下面に反発する永久磁石を設置し、積極的に反発磁石を使うために、羽根車とケーシングに設置した永久磁石と同じ側のシュラウドに作用する力を反対側のシュラウドに作用する力よりも小さくして、より安定的な非接触駆動を実現する。
さらに、スラスト方向の支持剛性を高め、物理的な接触を防止するため、シュラウドに動圧溝を付与する。
【実施例】
【０００９】
（実施例１）
図１は、本発明の遠心血液ポンプであって、羽根車下面とこれに対向するケーシング面に反発する永久磁石を設置した場合の例である。
図において、ケーシングは中心に流入口と径方向外側に流出口を有し、ケーシング内部に羽根車を回転自在に収容する。ケーシング下部中心にはケーシング内方に凹んだ内筒を設け、該内筒は固定軸として、回転する羽根車を支える。羽根車の回転駆動は、ケーシングの内筒で囲まれた空間内でモータにより回転駆動される永久磁石（駆動磁石）と、羽根車内に内蔵された永久磁石（従動磁石）との、内筒の隔壁を介した磁気カップリングにより行われる。羽根車が回転すると羽根車上部に設けたベーンにより流入口からの血液を流出口に向けて送り出す。羽根車のラジアル方向の軸受は、羽根車内周と内筒外周面で構成されたラジアル動圧軸受を用いた非接触軸受とする。図では、内筒外周面側に動圧溝を設けてラジアル動圧軸受としているが、羽根車内周面側に動圧溝を形成してもよい。
羽根車のベーン内端は内筒端面の上部空間内に張り出して形成され、ベーンの上側を上シュラウド、ベーンの下側を下シュラウドという。ここで、上・下シュラウドは上・下シュラウドとケーシングの隙間に流動した血液からの圧力により上シュラウドは下向きに下シュラウドは上向きに軸推力を受けるが、図１では、下シュラウドを小さくすることで下面軸推力を増加させて、反発磁石による上向きの軸推力とのバランスを改善している。
なお、説明をわかりやすくするために、図面で上方向を『上』、下方向を『下』で表現したが、例えば、人工心臓用の遠心血液ポンプであれば、人体へ取付ける向きや人体の姿勢の変化で鉛直方向の上下と一致するわけではないのであって、『上』『下』はあくまで便宜上用いたものである。
【００１０】
（実施例２）
図２は、本発明の遠心血液ポンプであって、羽根車の上シュラウドとこれに対向するケーシング面に反発する永久磁石を設置した場合の例である。
図２の実施例２が、上記図１の実施例１と異なる部分は、反発する永久磁石の設置位置と、どちらのシュラウドを小さくするかの点であり、それ以外の基本的構成は図１と同じである。
図２では、羽根車の上シュラウドとこれに対向するケーシング面に反発する永久磁石を設置するとともに、上シュラウドの一部を取り除いて上シュラウドの方を小さくしている。図１で説明したとおり、上・下シュラウドは上・下シュラウドとケーシングの隙間に流動した血液からの圧力により上シュラウドは下向きに下シュラウドは上向きに軸推力を受けるが、図２では、上シュラウドを小さくすることで上面軸推力を増加させて、反発磁石による下向きの軸推力とのバランスを改善している。
【００１１】
（実施例３）
図３は、本発明の遠心血液ポンプであって、羽根車下面とこれに対向するケーシング面に反発する永久磁石を設置した場合の例である。
図３の実施例３が、上記図１の実施例１と異なる部分は、上シュラウドの上面と羽根車下面に動圧溝を設けて、接触防止あるいはスラスト方向の支持剛性をさらに高めている点であり、それ以外の基本的構成は図１と同じである。
【００１２】
（実施例４）
図４は、本発明の遠心血液ポンプであって、羽根車の上シュラウドとこれに対向するケーシング面に反発する永久磁石を設置した場合の例である。
図４の実施例４が、上記図２の実施例２と異なる部分は、上シュラウドの上面・下シュラウドの下面と羽根車下面に動圧溝を設けて、接触防止あるいはスラスト方向の支持剛性をさらに高めている点であり、それ以外の基本的構成は図１と同じである。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明の遠心血液ポンプは、人工心臓用、補助循環用及び心臓手術用として使用するものであるが、それ以外の医療用ポンプ、培養や薬液輸送用の生物分野のポンプ、摩耗分を発生しない産業用ポンプとしても使用することができる。
【図１】
0005794576.tif 000002
【図２】
0005794576.tif 000003
【図３】
0005794576.tif 000004
【図４】
0005794576.tif 000005