(57)【要約】【課題】  軸受と回転軸とを非接触状態でシールすることができるシール構造を提供する。【解決手段】  親水性の内周面を持つシール（第１の中空部材）と、親油性の内周面を持つ軸受（第２の中空部材）と、シール（第１の中空部材）と軸受（第２の中空部材）に挿通された回転軸とで、回転軸のシール構造を構成する。血液中で使用した場合に、血液の細胞成分はシール（第１の中空部材）の内周面に入り込まずに、回転軸の外周面とシール（第１の中空部材）の内周面との間に血漿成分中の主成分である水分が介在しつづける状態となることによって、液体が機器内部に流入することと、軸受の潤滑油などが外部（血液側）に流出することを防ぐ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
親水性の内周面を持つ第１の中空部材と、
親油性の内周面を持つ第２の中空部材と、
前記第１の中空部材と前記第２の中空部材に挿通された回転軸とで構成されていることを特徴とする回転軸のシール構造。
【請求項２】
前記第１の中空部材の内周面、及び／又は、前記第１の中空部材に挿通されている部分における前記回転軸の表面の水接触角を５０°以下となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の回転軸のシール構造。
【請求項３】
前記第１の中空部材に挿通されている部分における前記回転軸の表面に、親水性ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を形成していることを特徴とする請求項１または２に記載の回転軸のシール構造。
【請求項４】
前記第１の中空部材と前記回転軸とのラジアル方向の隙間が１．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の回転軸のシール構造。
【請求項５】
前記第１の中空部材は、ＳｉＣで形成されていることを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の回転軸のシール構造。
【請求項６】
前記第２の中空部材は、該第２の中空部材の内周面と前記回転軸の外周面との間に油膜を発生させるメタル軸受であることを特徴とする請求項１〜５何れか１項記載の回転軸のシール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸のシール構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、少なくとも出力部が液体中に配置されるモータの回転軸をシールする方法としては、主にオイルシール若しくはメカニカルシールが使用されている。例えば特許文献１には、ウォータポンプに設けられたモータの出力軸をオイルシールによりシールする例が開示されている。また、特許文献２には、水中ポンプに設けられたモータの出力軸をメカニカルシールによりシールする例が開示されている。
【０００３】
このような回転軸のシールは、血液を流動させるポンプを駆動するモータの回転軸をシールするのにも使用される。例えば特許文献３には、人工心臓の血液ポンプに設けられたモータ回転軸と軸受間への血液成分の浸入を防止するために、オイルシールまたはメカニカルシールなどの接触式のシールによりシールすることが開示されている。
【０００４】
血液は赤血球、白血球、血小板の細胞成分と、血漿と呼ばれる液体成分とで成り立っているが、このうち液体成分は、約９０％を占める水分と７〜９％を占めるタンパク質が主成分である。このタンパク質は、相手が親水性だと吸着しにくく、相手が疎水性だと吸着しやすいという性質を持っていることが知られている。この性質は、例えば非特許文献１で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２２０９９号公報
【特許文献２】特開平１１−１３２１８０号公報
【特許文献３】特開平１０−０８５３２２号公報
【非特許文献】
【０００６】
Erwin A. Vogler, Advances in Colloid and Interface Science 74(1998) 69-117 
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したオイルシール、メカニカルシールなどによるシール構造では、シールと回転部との間に接触部があるため摺動抵抗が存在する。この摺動抵抗は、駆動源からの力の伝達をロスすることにつながるとともに、発熱や摩耗の要因となりうる。とりわけ、人工心臓などの人体で使用する機器においては、安全性の面から、確実にシールするとともに、摺動抵抗をより低減することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための一手段は、親水性の内周面を持つ第１の中空部材と、親油性の内周面を持つ第２の中空部材と、第１の中空部材と第２の中空部材に挿通された回転軸とで構成されていることを特徴とする回転軸のシール構造であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、軸受と回転軸間への血栓の原因となる血中タンパク質の進入を非接触状態で抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るシール構造の一例を示す構成図である。
【図２】液体による固体のぬれ性を説明するイメージ図である。
【図３】本発明に係るシール構造の他例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施の形態における回転軸のシール構造の特徴の一つは、親水性の内周面を持つ第１の中空部材と、親油性の内周面を持つ第２の中空部材と、第１の中空部材と第２の中空部材に挿通された回転軸とで構成されていることにある。
この構成によれば、血液中の血漿成分などの水を主成分とする液体が、第１の中空部材側から第２の中空部材側に浸入するのを防ぐことができる。したがって、第２の中空部材と回転軸間への血栓の原因となる血中タンパク質の進入を非接触状態で抑制することができる。
【００１２】
他の特徴としては、第１の中空部材の内周面、及び／又は、第１の中空部材に挿通されている部分における回転軸の表面の水接触角を５０°以下となるようにした。
この構成によれば、より確実に、第１の中空部材側から第２の中空部材側に浸入するのを防ぎ、シール性が更に向上するともに、第１の中空部材の内周面側でタンパク質が吸着されるのを防ぐ。
【００１３】
他の特徴としては、回転軸表面の一部の親水性を高める、より具体的な態様として、第１の中空部材に挿通されている部分における、回転軸の表面に、親水性ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を形成した。
【００１４】
他の特徴としては、第１の中空部材と回転軸とのラジアル方向の隙間を１．５μｍ以下とした。
この構成によれば、本実施形態における回転軸のシール構造を備える機器を血液中で使用した場合に、血液の成分中で赤血球、白血球及び血小板が第１の中空部材と回転軸の間に入り込むのを防ぐことができる。
【００１５】
他の特徴としては、より好ましい具体的態様とするために、第１の中空部材を、親水性に優れるＳｉＣで形成した。
【００１６】
他の特徴としては、軸受と回転軸とを非接触状態でシールする上で、より好ましい具体的態様とするために、第２の中空部材を、この第２の中空部材の内周面と回転軸の外周面との間に油膜を発生させるメタル軸受とした。発生した油膜は、親油性のメタル軸受に保持されるので、親水性のエリアである第１の中空部材側への油の流出は防止される。
【実施例】
【００１７】
次に、上記特徴を有する好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一例を示すシール構造Ａの構成図である。シール構造Ａは、シール１（第１の中空部材）と軸受２（第２の中空部材）と回転軸３とで構成されている。
【００１９】
シール１は、親水性に優れるＳｉＣ（炭化ケイ素）で形成されている。また、シール１は中空円筒形状をしており、外周面全体がハウジング４の内周面に密着している。
【００２０】
軸受２は、親油性の材質で形成されたメタル軸受であって、回転軸３が回転する際、回転軸３の外周面との間に油膜を発生させて回転軸３を軸支する。また、軸受２は、軸方向に垂直な方向の片側の面で、シール１に密着している。尚、軸受２はシール１に必ずしも密着させる必要はなく、若干の隙間がある状態で配置してもよい。
【００２１】
回転軸３は、シール１と軸受２の中空部に挿通されている。この挿通部分において、回転軸３とシール１とは、回転軸３に直交するラジアル方向に０よりも大きく１．５μｍ以下のクリアランスがある。また、回転軸３と軸受２とは、潤滑油ｏを介して、回転軸３が回転可能に支持されている。
【００２２】
ここで、液体のぬれ性について説明する。固体表面に対する液体のぬれ性は、接触角によって定量的に表現される。図２（ａ）に示すように、接触角θは、固体表面ｓと、液滴Ｄの輪郭曲線ｒと固体表面ｓとの交点における輪郭曲線ｒの接線ｔとの角度により定まる。接触角θは、０°に近いほど「ぬれがよい」、１８０°に近いほど「ぬれが悪い」ということになる。図２（ｂ）は「ぬれが悪い」状態を示している。一方、図２（ｃ）は「ぬれがよい」状態を示している。また、液滴Ｄが水である場合、一般的に、固体表面ｓとの接触角θが６５°以下を親水性と呼称される。
親水性に対して親油性は、油分に馴染む性質を持ち、一般に、水とは反発する。
【００２３】
人工心臓などの人体内で使用する機器において、血液に触れる可能性のある回転駆動部分にシール構造Ａを適用した場合に、血液からシールするしくみについて、以下に説明する。
【００２４】
血液は、赤血球、白血球、血小板の細胞成分と、血漿と呼ばれる液体部分とから成り立っている。細胞成分は血液の４５％、液体部分である血漿成分は血液の５５％ほどを占めている。赤血球は直径７〜８μｍ、白血球は直径１０〜１５μｍ、赤小板は直径２〜４μｍの大きさとなっている。血漿成分は中性の液体で、約９０％の水分の他、約７％のタンパク質などが含まれている。
【００２５】
回転軸３とシール１とのクリアランスを１．５μｍ以下となるようにしているので、血液の細胞成分が、回転軸３の外周面とシール１の内周面との間に入り込むことはない。
【００２６】
また、回転軸３の外周面とシール１の内周面との間には、血液中の血漿成分のみが入り込む。シール１は親水性に優れるＳｉＣで形成されているため、回転軸３の外周面とシール１の内周面との間に血漿成分中の水分ｗが介在する状態となる。この水分ｗが介在しつづける状態となることによって、軸受２の潤滑油ｏなどが外部（血液側）に流出することを防ぐ。
【００２７】
血漿成分中のタンパク質は相手が親水性であると吸着しにくいという性質を持っているので、回転軸３の外周面とシール１の内周面との間に入り込む血漿成分中、タンパク質の結晶化が抑制される。そのため、親水性のシール１の内周面で結晶化して血栓となり、回転軸３の回転の妨げになるなどの不具合を引き起こすことはない。
【００２８】
したがって、シール構造Ａは、シール１の内周面にある水分ｗによって、血液と潤滑油とをシールする。すなわち、シール構造Ａの構成要素の中で、シール１及び軸受２と回転軸３との間を、非接触状態でシールできていることになる。
【００２９】
次に、シール性能を更に向上させるための具体的な実施例を図３により説明する。図３は、本発明の一例を示すシール構造Ｂの構成図である。尚、図３のシール構造Ｂの各構成要素に付した符号中、図１のシール構造Ａと同一のものは同じ符号を付している。シール構造Ｂは、シール１と軸受２と回転軸３３とで構成されている。
【００３０】
回転軸３３の網掛けで示した部分（３３ｄ）は、親水性ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）薄膜をコーティングしている。親水性であるシール１の内周部に対向する、回転軸３３の外周部分の親水性を高めることで、回転軸３３の外周面とシール１の内周面との間に血漿成分中の水分ｗを、より安定して介在させることができる。また、タンパク質の付着・結晶化をより確実に抑制できる。
【００３１】
ＤＬＣ部３３ｄは、親水性ＤＬＣ薄膜をコーティングする前又は後に、表面粗さを増加する処理を施すことによって、親水性を高めることができる。ぬれ易い表面の場合は、表面粗さを大きくするとよりぬれ易くなる特性があるからである。親水性の度合いは、接触角が５０°以下が望ましく、０°に近いほど良い。（０°＜接触角θ≦５０°）
【００３２】
シール１の内周面側において、シール１の内周面に加えて、回転軸３３の外周面の親水性を高めることによって、血液中ではなく水中での使用において、回転軸３３とシール１とのクリアランスを１．５μｍよりも大きくした場合にあっても、安定して水分を保持できる。
【００３３】
本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の回転軸のシール構造は、人工心臓の血液ポンプに設けられたモータの回転軸、或いは、手術用の鉗子の回転駆動部分などに適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１：シール
２：軸受
３，３３：回転軸
４：ハウジング
３３ｄ：ＤＬＣ部
Ａ，Ｂ：シール構造
ｏ：潤滑油
ｗ：水分
【図１】
2017129191.tif 000003
【図２】
2017129191.tif 000004
【図３】
2017129191.tif 000005