JP4072721B2 - Artificial heart pump - Google Patents
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- F04D29/0413—Axial thrust balancing hydrostatic; hydrodynamic thrust bearings
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体の心臓の代替又は補助として血液を取り込むとともに圧送する遠心方式の人工心臓ポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、遠心方式の人工心臓ポンプは、図8に示すように、大きくは、ハウジング1と、このハウジング1内に固定された軸受2と、この軸受2に対しハウジング1内で回転可能に支持された羽根車3と、を備えており、羽根車3の回転により、軸方向前方から血液を取り込んで径方向外方へ圧送するようになっている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
具体的には、ハウジング1は、前側ハウジング10と後側ハウジング11とを組み合わせてなり、溶接や接着剤やボルト等による接合により一体化されて、内部空間が形成されたものである。前側ハウジング10の前端には、外部からハウジング1内に血液を取り込むための吸入側接続口12が、詳細は後述する軸受2の軸線上に設けられ、他方、前側ハウジング10又は後側ハウジング11(図8では前側ハウジング10)の一側には、ハウジング1内から外部に血液を送り出すための吐出側接続口13が設けられている。つまり、羽根車3の回転により、吸入側接続口12から血液が吸引されてハウジング1内に取り込まれ、その血液が詳細は後述する羽根車3の前側シュラウド32と後側シュラウド31との間隙P(以下、「羽根車内流路」と記すことがある)を経て昇圧され、吐出側接続口13から送り出されるという主たる血液流路が形成される。
【0004】
軸受2は、詳細は後述する羽根車3のラジアル移動を規制するための管状の軸部20と、この軸部20の前後端からそれぞれ径方向外方に突出するよう配設され、羽根車3のスラスト移動を規制するための円盤状の前側プレート部21、後側プレート部22と、前側プレート部21の外面すなわち前面を覆い、吸入側接続口12から取り込まれた軸方向後方に向けて流れる血液を詳細は後述する羽根車内流路Pの入口P1に送り込むために中心部が隆起した曲面を有する先端部23と、この先端部23から前側プレート部21、軸部20、後側プレート部22、及び後側ハウジング11の後端を貫通する軸支部24と、よりなり、これらは溶接や接着剤やボルト等によってハウジング1内でこれと一体的に固定されている。
【0005】
羽根車3は、軸部20の外周面に微小間隙を隔てて対向する貫通孔である内周面とともに前側プレート部21、後側プレート部22の各内面に微小間隙を隔てて対向する前面、後面を有するセラミック焼結体のスリーブ30と、このスリーブが同軸状に挿嵌された後側シュラウド31と、この後側シュラウド31の前方でこれと同軸状で所定の間隙を隔てた前側シュラウド32と、この前側シュラウド32と後側シュラウド31との間隙に設けられ、血液を吸入するとともに昇圧するための複数の羽根33と、よりなり、これらは一体成型、焼嵌めやロウ付けや接着剤等による接合により一体的になっている。つまり、羽根車3(スリーブ30)は、ハウジング1と一体の軸受2(軸部20、前側プレート部21及び後側プレート部22)に対して回転可能になり、この羽根車3の回転に伴って、軸方向前方から血液を取り込み、羽根車内流路Pとなる前側シュラウド32と後側シュラウド31との間隙で羽根33により昇圧しながら、径方向外方へ圧送するという人工心臓ポンプに望まれる機能が得られる。
【0006】
なお、羽根車3の回転駆動は、例えば磁力を活用してなされる。具体的には、図8に示すように、後側シュラウド31の後部には、形成された環状溝31cに永久磁石34が収容されてこれが蓋体35で密閉されて固定され、他方、後側ハウジング11の後部には、永久磁石34の周囲を覆う同軸状の位置に、外部又は内蔵の電源に接続された回転磁界発生器14が配設されている。これにより、電源から電力供給を受けた回転磁界発生器14が回転磁界を発生し、この磁力を受けて永久磁石34が同期してその軸線周りに回転しようとすることで、羽根車3が軸受2に対して回転するわけである。
【0007】
ここで、軸受2に対して羽根車3を円滑に回転させる潤滑機構について、図9〜図14を参照しながら述べる。図9に示すように、羽根車3の回転に伴って、羽根車内流路Pには径方向内方にある入口P1から径方向外方にある出口P2に向けて血液が流れるが、その血液は羽根33により遠心力の作用とあいまって昇圧される。従って、血液に作用する圧力は、入口P1よりも出口P2の方が高くなり、入口P1と出口P2の間で圧力差が生じる。
【0008】
このため、羽根車内流路Pにおける出口P2から噴き出された血液の一部は、後側ハウジング11の内壁と後側シュラウド31の外壁との間隙に導き入れられ、続いて後側プレート部22の内面とスリーブ30の後面との微小間隙Q1、軸部20の外周面とスリーブ30の内周面との微小間隙Q2、及び前側プレート部21の内面とスリーブ30の前面との微小間隙Q3を経由して、羽根車内流路Pにおける入口P1に送り出され、結局、吸入側接続口12からハウジング1内に取り込まれた血液に合流するようになる(図9中の点線矢印参照)。つまり、羽根車3の回転中は、羽根車3(スリーブ30)と軸受2(軸部20、前側プレート部21及び後側プレート部22)との微小間隙Q1〜Q3に血液が流動することになり、この血液を潤滑流体として活用するわけである。
【0009】
但し、回転中の羽根車3には、径方向のラジアル荷重及び軸方向のスラスト荷重が作用するため、これらを支持して微小間隙Q1〜Q3を確保すべく以下の工夫がなされている。
【0010】
先ず第1に、軸受2を構成する軸部20の外周面には、図9〜図11に示すように、羽根車3(スリーブ30)のラジアル荷重を支持するためのラジアル動圧発生溝140(図10中のシングルハッチング部参照)が部分的に複数設けられている。これらラジアル動圧発生溝140は、スパイラルグルーブと呼ばれる螺旋状をなしており、一律に深さがほぼ一定に加工されたものである。
【0011】
第2に、前側プレート部21の内面には、図9、及び図12〜図14に示すように、羽根車3のスラスト荷重を支持するための前側スラスト動圧発生溝141が複数設けられている。これら前側スラスト動圧発生溝141は、渦巻状をなしており、ラジアル動圧発生溝140と同様、一律に深さがほぼ一定に加工されたものである。他方、後側プレート部22の内面にも、これと同様に、羽根車3のスラスト荷重を支持するための後側スラスト動圧発生溝142が複数設けられている。なお、図12は、前側スラスト動圧発生溝141又は後側スラスト動圧発生溝142が、前側プレート部21又は後側プレート部22における各内面上で部分的に設けられた態様を示し、図13は、前側プレート部21又は後側プレート部22における各内面上の外周すなわち外縁から、内周すなわち軸部20の外周面に至る間に連続するよう設けられた態様を示している。
【0012】
このような工夫を施すことにより、回転中の羽根車3は、ラジアル動圧発生溝140、前側スラスト動圧発生溝141又は後側スラスト動圧発生溝142を流動する血液にラジアル動圧及びスラスト動圧が生じて、軸受2に対して浮上した非接触状態に保持されるようになるため、円滑な回転が可能となり、ひいては人工心臓ポンプとしての血液供給の安定性と耐久性の向上につながる。
【0013】
【特許文献1】
特開平7−136247号公報(第2−3頁、第1図)
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、人工心臓ポンプには、取り扱う対象流体が血液であってしかも用いられる対象が人間や動物であることから、特に、溶血及び血栓を長期間引き起こさないことが宿命的な解決課題として強く要求される。なお、溶血とは、血液中の赤血球の表面膜が損傷してその機能が失われる現象であり、血栓とは、血液が凝集して血管等の血液流路を塞ぐ現象である。
【0015】
しかし、上記の人工心臓ポンプでは、羽根車3をなすスリーブ30と、軸受2をなす軸部20、前側プレート部21及び後側プレート部22と、で形成される微小間隙Q1〜Q3において、溶血及び血栓が頻発していた。何故ならば、この微小間隙Q1〜Q3は、従来、数μm〜十数μmと極めて狭い間隙寸法が設定されていたため、血液そのものが流動し難い状況にあり、溶血に関していえば、軸受2に対する羽根車3の相対的な回転速度差により、流動する血液に多大なせん断応力が作用し、このせん断応力で赤血球が損傷してしまうからである。また、血栓に関しては、流動する血液が接触する個所における素材の面粗度や親和性の影響は勿論であるが、血液そのものの流動速度が遅かったり、流動量が少なかったりして滞る場合に発生すると考えられ、そうすると、微小間隙Q1〜Q3が極めて狭いことは不利な要素であったからである。
【0016】
このような溶血及び血栓の問題を解決する手法としては、微小間隙Q1〜Q3の間隙寸法を単に拡大することが考えられる。しかし、拡大しすぎると今度は、回転中の羽根車3のラジアル荷重及びスラスト荷重を支持するためのラジアル動圧及びスラスト動圧の効力が著しく低減し、これにより、人工心臓ポンプとしての血液供給の安定性と耐久性につながる軸受2に対する歯車3の円滑な回転が阻害されるため、その間隙寸法は30μm〜40μm程度が限界であり、実際にこれでは溶血及び血栓の問題を十分に解決できなかった。
【0017】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、血液供給の安定性と耐久性を維持しつつ、溶血及び血栓の発生を抑制できる人工心臓ポンプを提供することを目的とするものである。
【0018】
上記目的を達成するため、本発明による人工心臓ポンプは、ハウジングと、このハウジング内に固定され、軸部及びこの軸部から径方向外方に突出する前側プレート部、後側プレート部よりなる軸受と、前記軸部の外周面に微小間隙を隔てて対向する貫通孔とともに、前記前側プレート部、後側プレート部の各内面に微小間隙を隔てて対向する前面、後面を有し、前記軸受に対し前記ハウジング内で回転可能に支持された羽根車と、を備えていて、前記羽根車の回転により、軸方向前方から血液を取り込んで径方向外方へ圧送するとともに、この圧送された血液の一部を前記後側プレート部の内面と前記羽根車の後面との微小間隙に導き入れ、前記軸部の外周面と前記羽根車の貫通孔との微小間隙、及び前記前側プレート部の内面と前記羽根車の前面との微小間隙を経由して、取り込まれる前記血液に合流させる人工心臓ポンプにおいて、前記軸部の外周面には前記羽根車のラジアル荷重を支持するためのラジアル動圧を発生するラジアル動圧発生溝が複数設けられ、前記前側プレート部、後側プレート部の各内面には前記羽根車のスラスト荷重を支持するためのスラスト動圧を発生する前側スラスト動圧発生溝、後側スラスト動圧発生溝が複数ずつ設けられており、前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び後側スラスト動圧発生溝のうちそれぞれの少なくとも1つが、他の前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び前記後側スラスト動圧発生溝よりも深さが深く血液の流動量が多いとともに、他の前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び前記後側スラスト動圧発生溝よりも発生する前記ラジアル動圧及び前記スラスト動圧が低いことを特徴とする。
【0019】
これにより、深さの深いラジアル動圧発生溝、前側スラスト動圧発生溝及び後側スラスト動圧発生溝で血液を多く許容できるため、圧送された血液の一部が潤滑流体として流動する後側プレート部の内面と羽根車の後面との微小間隙、軸部の外周面と羽根車の貫通孔との微小間隙、及び前側プレート部の内面と羽根車の前面との微小間隙では、その血液そのものの流動量が増し、溶血及び血栓の発生が抑制される。しかも、他のラジアル動圧発生溝、前側スラスト動圧発生溝及び後側スラスト動圧発生溝では、流動する血液にラジアル動圧及びスラスト動圧が有効に生じるため、軸受に対する羽根車の円滑な回転が可能となり、人工心臓ポンプとしての血液供給の安定性と耐久性が維持される。
【0020】
ここで、実用性を踏まえると、深さの深い前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び前記後側スラスト動圧発生溝は、他の前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び前記後側スラスト動圧発生溝よりも10倍以上深さが深いことが好ましい。
【0021】
また、溶血及び血栓の発生をより効果的に抑制すべく、血液そのものの流動量をより増す観点から、深さの深い前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び前記後側スラスト動圧発生溝は、他の前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び前記後側スラスト動圧発生溝よりも幅が広いことが好ましい。
【0022】
更に、有効なラジアル動圧及びスラスト動圧の発生を確保するとともに、血液そのものの流動を容易にする目的で、前記ラジアル動圧発生溝が螺旋状で、前記前側スラスト動圧発生溝及び前記後側スラスト動圧発生溝が渦巻状であって、深さの深い前記ラジアル動圧発生溝が、前記軸部における前記後側プレート部の内面から前記前側プレート部の内面に至る間に連続し、深さの深い前記前側スラスト動圧発生溝及び前記後側スラスト動圧発生溝が、前記前側プレート部及び前記後側プレート部それぞれにおける外縁から前記軸部の外周面に至る間に連続しているとよい。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、人工心臓ポンプの宿命的な解決課題である羽根車と軸受との微小間隙における溶血及び血栓の抑制に関して、人工心臓ポンプとしての血液供給の安定性と耐久性を維持することを基本前提に鋭意検討を重ね、その結果、上記の微小間隙において羽根車を浮上状態で回転可能に支持するための軸受に形成されている各種動圧発生溝の態様に着眼し、本発明をなすに至った。
【0024】
つまり、本発明の人工心臓ポンプの大きな特徴は、軸受をなす軸部、前側プレート部及び後側プレート部に複数ずつ形成されているラジアル動圧発生溝、前側スラスト動圧発生溝及び後側動圧発生溝が、それぞれ深さの浅いものと深さの深いものとからなっており、深さの浅いものは、人工心臓ポンプとしての血液供給の安定性と耐久性を維持すべく、流動する血液に有効な動圧を生じさせて軸受に対する羽根車の円滑な回転を確保する役割を果たし、他方の深いものは、溶血及び血栓の発生を抑止すべく、血液そのものの流動量を確保する役割を果たす。
【0025】
以下に、本発明の人工心臓ポンプの実施形態について図面を参照しながら詳述する。先ず、本発明の第1実施形態について説明する。図1は第1実施形態の人工心臓ポンプの潤滑機構を説明する模式図、図2はその人工心臓ポンプにおける軸受のラジアル動圧発生溝を示す軸部外周面の展開図、図3は図2におけるラジアル動圧発生溝と直交する断面を示す軸部外周面の横断面図、図4はその人工心臓ポンプにおける軸受のスラスト動圧発生溝を示す前側プレート部(又は後側プレート部)内面の平面図、図5は図4におけるスラスト動圧発生溝と直交する断面を示す前側プレート部内面の円周方向断面図である。なお、図中で図8及び図9と同じ名称で同じ機能を果たす部分には同一の符号を付し、重複する説明はここでは省略し、相違する点について説明する。後述する第2実施形態においても同様とする。
【0026】
本第1実施形態では、先ず、図1〜図3に示すように、軸受2を構成する軸部20の外周面には、羽根車3(スリーブ30)のラジアル荷重を支持するためのラジアル動圧発生溝40が部分的に複数(図2では6本図示)設けられている。これらラジアル動圧発生溝40は、スパイラルグルーブと呼ばれる螺旋状をなしており、個々において深さがほぼ一定に加工されたものである。
【0027】
ここで、ラジアル動圧発生溝40は、対称位置に配置された一対の第1のラジアル動圧発生溝40a(図2中のダブルハッチング部参照)と、これらの間に配置された第2のラジアル動圧発生溝40b(図2中のシングルハッチング部参照)とからなり、第1のラジアル動圧発生溝40aの深さsaは、第2のラジアル動圧発生溝40bの深さsbよりも深く形成されている。例えば、第1のラジアル動圧発生溝40aの深さsaは500μm〜600μm程度であり、他方、第2のラジアル動圧発生溝40bの深さsbは数十μm程度である。
【0028】
また、図1、図4及び図5に示すように、前側プレート部21の内面には、羽根車3のスラスト荷重を支持するための前側スラスト動圧発生溝41が部分的に複数(図4では6本図示)設けられている。これら前側スラスト動圧発生溝41は、渦巻状をなしており、ラジアル動圧発生溝40と同様、個々において深さがほぼ一定に加工されたものである。
【0029】
ここで、前側スラスト動圧発生溝41は、対称位置に配置された一対の第1の前側スラスト動圧発生溝41a(図4中のダブルハッチング部参照)と、これらの間に配置された第2の前側スラスト動圧発生溝41b(図4中のシングルハッチング部参照)とからなり、第1の前側スラスト動圧発生溝41aの深さtaは、第2の前側スラスト動圧発生溝41bの深さtbよりも深く形成されている。例えば、第1の前側スラスト動圧発生溝41aの深さtaは、第1のラジアル動圧発生溝40aの深さsaと同様、500μm〜600μm程度であり、他方、第2の前側スラスト動圧発生溝41bの深さsbは、第2のラジアル動圧発生溝40bの深さsbと同様、数十μm程度である。
【0030】
更に、後側プレート部22の内面にも、これと同様の態様で、羽根車3のスラスト荷重を支持するための後側スラスト動圧発生溝42が複数設けられており、これら後側スラスト動圧発生溝42は、深さの深い第1の前側スラスト動圧発生溝42aと、深さの浅い第2の前側スラスト動圧発生溝41bとからなる。
【0031】
このように各種動圧発生溝を構成することにより、深さの深い動圧発生溝である第1のラジアル動圧発生溝40a、第1の前側スラスト動圧発生溝41a及び第1の後側スラスト動圧発生溝42aで血液を多く許容できるため、圧送された血液の一部が潤滑流体として流動する、羽根車3をなすスリーブ30と、軸受2をなす軸部20、前側プレート部21及び後側プレート部22と、で形成される微小間隙Q1〜Q3においては、その血液そのものの流動量が増し、溶血及び血栓の発生が抑制されることになる。しかも、深さの浅い動圧発生溝である第2のラジアル動圧発生溝40b、第2の前側スラスト動圧発生溝41b及び第2の後側スラスト動圧発生溝42bでは、流動する血液にラジアル動圧及びスラスト動圧が有効に生じるため、軸受2に対する羽根車3の円滑な回転が可能となり、人工心臓ポンプとしての血液供給の安定性と耐久性が維持されることになる。
【0032】
なお、溶血及び血栓の発生が抑制できる血液そのものの実用的な流動量を確保するためには、第1のラジアル動圧発生溝40a、第1の前側スラスト動圧発生溝41a及び第1の後側スラスト動圧発生溝42aの深さsa、taが、第2のラジアル動圧発生溝40b、第2の前側スラスト動圧発生溝41b及び第2の後側スラスト動圧発生溝42bの深さsb、tbよりも10倍以上深いことが好ましい。
【0033】
また、溶血及び血栓の発生をより効果的に抑制すべく、血液そのものの流動量をより増す観点から、図3及び図5に示す第1のラジアル動圧発生溝40a、第1の前側スラスト動圧発生溝41a及び第1の後側スラスト動圧発生溝42aの幅ua、vaが、第2のラジアル動圧発生溝40b、第2の前側スラスト動圧発生溝41b及び第2の後側スラスト動圧発生溝42bの幅ub、vbよりも広いことが好ましい。
【0034】
次に、本発明の第2実施形態について図6及び図7を参照しながら説明する。図6は第2実施形態の人工心臓ポンプにおける軸受のラジアル動圧発生溝を示す軸部外周面の展開図、図7はその人工心臓ポンプにおける軸受のスラスト動圧発生溝を示す前側プレート部(又は後側プレート部)内面の平面図である。本第2実施形態の特徴は、第1実施形態における第1のラジアル動圧発生溝40a、第1の前側スラスト動圧発生溝41a及び第1の後側スラスト動圧発生溝42aを変形し、血液そのものの流動を容易にした点にある。
【0035】
つまり、第1のラジアル動圧発生溝40aは、図6に示すように、軸部20における前後端、すなわち後側プレート部22の内面から前側プレート部21の内面に至る間に連続するよう形成されている。また、第1の前側スラスト動圧発生溝41aは、図7に示すように、前側プレート部21における外縁から軸部20の外周面に至る間に連続するよう形成されている。更に、第1の後側スラスト動圧発生溝42aも、これと同様の態様で、後側プレート部22における外縁から軸部20の外周面に至る間に連続するよう形成されている。従って、血液そのものは、これら第1のラジアル動圧発生溝40a、第1の前側スラスト動圧発生溝41a及び第1の後側スラスト動圧発生溝42aに沿って、連続的に容易に流動することが可能となり、より効果的に溶血及び血栓を抑止できる。
【0036】
ちなみに、第2のラジアル動圧発生溝40bは、軸部20における前後端まで至っておらず、第2の前側スラスト動圧発生溝41b及び第2の後側スラスト動圧発生溝42bは、前側プレート部21及び後側プレート部22それぞれにおける外縁まで至っていないが、有効なラジアル動圧及びスラスト動圧の発生には支障はない。
【0037】
その他本発明は上記の各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、第2のラジアル動圧発生溝40bが、軸部20における前後端まで連続するよう形成され、第2の前側スラスト動圧発生溝41b及び第2の後側スラスト動圧発生溝42bが、前側プレート部21及び後側プレート部22それぞれにおける外縁から軸部20の外周面に至る間に連続するよう形成されても、勿論構わない。また、前側スラスト動圧発生溝41及び後側スラスト動圧発生溝42は、上記したような渦巻状に限らず、例えば放射状であってもよい。
【0038】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の人工心臓ポンプによれば、ハウジングと、このハウジング内に固定され、軸部及びこの軸部から径方向外方に突出する前側プレート部、後側プレート部よりなる軸受と、前記軸部の外周面に微小間隙を隔てて対向する貫通孔とともに、前記前側プレート部、後側プレート部の各内面に微小間隙を隔てて対向する前面、後面を有し、前記軸受に対し前記ハウジング内で回転可能に支持された羽根車と、を備えていて、前記羽根車の回転により、軸方向前方から血液を取り込んで径方向外方へ圧送するとともに、この圧送された血液の一部を前記後側プレート部の内面と前記羽根車の後面との微小間隙に導き入れ、前記軸部の外周面と前記羽根車の貫通孔との微小間隙、及び前記前側プレート部の内面と前記羽根車の前面との微小間隙を経由して、取り込まれる前記血液に合流させる人工心臓ポンプにおいて、前記軸部の外周面には前記羽根車のラジアル荷重を支持するためのラジアル動圧発生溝が複数設けられ、前記前側プレート部、後側プレート部の各内面には前記羽根車のスラスト荷重を支持するための前側スラスト動圧発生溝、後側スラスト動圧発生溝が複数ずつ設けられており、前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び後側スラスト動圧発生溝のうちそれぞれの少なくとも1つが、他の前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び前記後側スラスト動圧発生溝よりも深さが深くなっている。つまり、深さの深いラジアル動圧発生溝、前側スラスト動圧発生溝及び後側スラスト動圧発生溝で血液を多く許容できるため、圧送された血液の一部が潤滑流体として流動する羽根車と軸受とで形成される各微小間隙では、その血液そのものの流動量が増し、これにより溶血及び血栓の発生が抑制できる。しかも、他のラジアル動圧発生溝、前側スラスト動圧発生溝及び後側スラスト動圧発生溝では、流動する血液にラジアル動圧及びスラスト動圧が有効に生じるため、軸受に対する羽根車の円滑な回転が可能となり、その結果人工心臓ポンプとしての血液供給の安定性と耐久性が維持できる。
【0039】
ここで、深さの深い前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び前記後側スラスト動圧発生溝が、他の前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び前記後側スラスト動圧発生溝よりも10倍以上深さが深いと、溶血及び血栓の発生が抑制できる血液そのものの実用的な流動量を十分確保することが可能となる。
【0040】
また、深さの深い前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び前記後側スラスト動圧発生溝が、他の前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び前記後側スラスト動圧発生溝よりも幅が広いと、血液そのものの流動量がより増すため、溶血及び血栓の発生をより効果的に抑制することが可能となる。
【0041】
更に、前記ラジアル動圧発生溝が螺旋状で、前記前側スラスト動圧発生溝及び前記後側スラスト動圧発生溝が渦巻状であって、深さの深い前記ラジアル動圧発生溝が、前記軸部における前記後側プレート部の内面から前記前側プレート部の内面に至る間に連続し、深さの深い前記前側スラスト動圧発生溝及び前記後側スラスト動圧発生溝が、前記前側プレート部及び前記後側プレート部それぞれにおける外縁から前記軸部の外周面に至る間に連続していると、ラジアル動圧発生溝、前側スラスト動圧発生溝及び後側スラスト動圧発生溝に特有の形態面から、有効なラジアル動圧及びスラスト動圧の発生が確保でき、その上、血液そのものの流動が容易に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態である人工心臓ポンプの潤滑機構を説明する模式図である。
【図2】 第1実施形態における軸受のラジアル動圧発生溝を示す軸部外周面の展開図である。
【図3】 図2における軸部外周面の横断面図である。
【図4】 第1実施形態における軸受のスラスト動圧発生溝を示す前側プレート部内面の平面図である。
【図5】 図4における前側プレート部内面の円周方向断面図である。
【図6】 本発明の第2実施形態である人工心臓ポンプにおける軸受のラジアル動圧発生溝を示す軸部外周面の展開図である。
【図7】 第2実施形態における軸受のスラスト動圧発生溝を示す前側プレート部内面の平面図である。
【図8】 一般的な人工心臓ポンプの構成を示す要部縦断面図である。
【図9】 従来の人工心臓ポンプの潤滑機構を説明する模式図である。
【図10】 従来の軸受のラジアル動圧発生溝を示す軸部外周面の展開図である。
【図11】 図10における軸部外周面の横断面図である。
【図12】 従来の軸受のスラスト動圧発生溝を示す前側プレート部内面の平面図である。
【図13】 従来の他の軸受のスラスト動圧発生溝を示す前側プレート部内面の平面図である。
【図14】 図12又は図13における前側プレート部内面の円周方向断面図である。
【符号の説明】
1 ハウジング
2 軸受
3 羽根車
10 前側ハウジング
11 後側ハウジング
12 吸入側接続口
13 吐出側接続口
14 回転磁界発生器
20 軸部
21 前側プレート部
22 後側プレート部
23 先端部
24 軸支部
30 スリーブ
31 後側シュラウド
32 前側シュラウド
33 羽根
34 永久磁石
35 蓋体
40 ラジアル動圧発生溝
40a 第1のラジアル動圧発生溝(深さの深い動圧発生溝40)
40b 第2のラジアル動圧発生溝(深さの浅い動圧発生溝40)
41 前側スラスト動圧発生溝
41a 第1の前側スラスト動圧発生溝(深さの深い動圧発生溝41)
41b 第2の前側スラスト動圧発生溝(深さの浅い動圧発生溝41)
42 後側スラスト動圧発生溝
42a 第1の後側スラスト動圧発生溝(深さの深い動圧発生溝42)
42b 第2の後側スラスト動圧発生溝(深さの浅い動圧発生溝42)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a centrifugal artificial heart pump that takes in blood and pumps it as an alternative or an auxiliary to a living heart.
[0002]
[Prior art]
In general, as shown in FIG. 8, a centrifugal artificial heart pump is roughly supported by a
[0003]
Specifically, the
[0004]
The
[0005]
The
[0006]
In addition, the rotational drive of the
[0007]
Here, a lubrication mechanism for smoothly rotating the
[0008]
For this reason, the outlet P in the flow path P in the impeller 2 Part of the blood ejected from the air is introduced into the gap between the inner wall of the
[0009]
However, since the radial radial load and the axial thrust load act on the rotating
[0010]
First, as shown in FIGS. 9 to 11, a radial dynamic
[0011]
Second, as shown in FIGS. 9 and 12 to 14, a plurality of front thrust dynamic
[0012]
By applying such a device, the rotating
[0013]
[Patent Document 1]
JP 7-136247 A (page 2-3, FIG. 1)
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since the target fluid to be handled is blood and the target to be used is a human or animal, an artificial heart pump is strongly required not to cause hemolysis and thrombus for a long period of time as a fatal solution problem. The Hemolysis is a phenomenon in which the surface membrane of erythrocytes in blood is damaged and its function is lost, and thrombus is a phenomenon in which blood aggregates and blocks blood flow paths such as blood vessels.
[0015]
However, in the artificial heart pump described above, the minute gap Q formed by the
[0016]
As a technique for solving such problems of hemolysis and thrombus, a micro gap Q is used. 1 ~ Q Three It is conceivable to simply enlarge the gap size. However, if it is enlarged too much, the effectiveness of the radial dynamic pressure and the thrust dynamic pressure for supporting the radial load and the thrust load of the
[0017]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an artificial heart pump that can suppress hemolysis and thrombus generation while maintaining the stability and durability of blood supply. Is.
[0018]
To achieve the above object, an artificial heart pump according to the present invention comprises a housing, a bearing fixed in the housing, and comprising a shaft portion, a front plate portion projecting radially outward from the shaft portion, and a rear plate portion. And a through hole facing the outer peripheral surface of the shaft portion with a minute gap therebetween, and a front surface and a rear surface facing the inner surface of the front plate portion and the rear plate portion with a minute gap therebetween. An impeller rotatably supported in the housing, and by the rotation of the impeller, blood is taken from the front in the axial direction and pumped radially outward, and the pumped blood A part is introduced into a minute gap between the inner surface of the rear plate portion and the rear surface of the impeller, a minute gap between the outer peripheral surface of the shaft portion and the through hole of the impeller, and the inner surface of the front plate portion The feather Of via a small gap between the front, in the artificial heart pump for combining the blood to be taken, on the outer circumferential surface of the shaft portion for supporting the radial load of the impeller Generate radial dynamic pressure A plurality of radial dynamic pressure generating grooves are provided, and the inner surfaces of the front plate portion and the rear plate portion support the thrust load of the impeller. Generates thrust dynamic pressure A plurality of front thrust dynamic pressure generating grooves and a plurality of rear thrust dynamic pressure generating grooves are provided, and at least each of the radial dynamic pressure generating grooves, the front thrust dynamic pressure generating grooves, and the rear thrust dynamic pressure generating grooves is provided. One is deeper than the other radial dynamic pressure generating grooves, the front thrust dynamic pressure generating grooves, and the rear thrust dynamic pressure generating grooves. In addition to the large amount of blood flow, the radial dynamic pressure and the thrust dynamic pressure generated are lower than the other radial dynamic pressure generating grooves, the front thrust dynamic pressure generating grooves, and the rear thrust dynamic pressure generating grooves. It is characterized by that.
[0019]
This allows a large amount of blood to be allowed in the deep radial dynamic pressure generating groove, the front thrust dynamic pressure generating groove, and the rear thrust dynamic pressure generating groove, so that a part of the pumped blood flows as a lubricating fluid. In the minute gap between the inner surface of the plate part and the rear surface of the impeller, the minute gap between the outer peripheral surface of the shaft part and the through hole of the impeller, and the minute gap between the inner surface of the front plate part and the front surface of the impeller, the blood itself The amount of fluid increases, and hemolysis and thrombus generation are suppressed. In addition, in the other radial dynamic pressure generating groove, the front thrust dynamic pressure generating groove, and the rear thrust dynamic pressure generating groove, the radial dynamic pressure and the thrust dynamic pressure are effectively generated in the flowing blood. Rotation is possible, and the stability and durability of the blood supply as an artificial heart pump is maintained.
[0020]
Here, based on practicality, the radial dynamic pressure generating groove, the front thrust dynamic pressure generating groove, and the rear thrust dynamic pressure generating groove having a deep depth are the other radial dynamic pressure generating grooves, the front side, The depth is preferably 10 times or more deeper than the thrust dynamic pressure generating groove and the rear thrust dynamic pressure generating groove.
[0021]
Further, in order to more effectively suppress the generation of hemolysis and thrombus, the radial dynamic pressure generating groove having a deep depth, the front thrust dynamic pressure generating groove, and the rear side from the viewpoint of increasing the flow amount of the blood itself. The thrust dynamic pressure generating groove is preferably wider than the other radial dynamic pressure generating grooves, the front thrust dynamic pressure generating grooves, and the rear thrust dynamic pressure generating grooves.
[0022]
Further, for the purpose of ensuring the generation of effective radial dynamic pressure and thrust dynamic pressure and facilitating the flow of blood itself, the radial dynamic pressure generating groove is spiral, and the front thrust dynamic pressure generating groove and the rear The side thrust dynamic pressure generating groove is spiral, and the radial dynamic pressure generating groove having a deep depth is continuous from the inner surface of the rear plate portion to the inner surface of the front plate portion in the shaft portion, The deep thrust dynamic pressure generating groove and the rear thrust dynamic pressure generating groove having a deep depth are continuous from the outer edge of each of the front plate portion and the rear plate portion to the outer peripheral surface of the shaft portion. Good.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present inventors maintain the stability and durability of the blood supply as an artificial heart pump with respect to the suppression of hemolysis and thrombus in the minute gap between the impeller and the bearing, which is a fatal solution to the artificial heart pump. As a result, the present invention is focused on various dynamic pressure generating grooves formed in a bearing for rotatably supporting the impeller in a floating state in the minute gap. It came to an eggplant.
[0024]
That is, the major feature of the artificial heart pump of the present invention is that a plurality of radial dynamic pressure generating grooves, front thrust dynamic pressure generating grooves and rear side dynamics are formed on the shaft portion, the front plate portion, and the rear plate portion forming the bearing. The pressure generating groove is composed of a shallow depth and a deep depth, and the shallow depth flows to maintain the stability and durability of the blood supply as an artificial heart pump. It plays the role of ensuring effective rotation of the blood to ensure smooth rotation of the impeller relative to the bearing, and the other deep part is to ensure the flow rate of the blood itself in order to prevent hemolysis and thrombus formation. Fulfill.
[0025]
Hereinafter, embodiments of the artificial heart pump of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a lubrication mechanism of an artificial heart pump according to the first embodiment, FIG. 2 is a development view of an outer peripheral surface of a shaft portion showing a radial dynamic pressure generating groove of a bearing in the artificial heart pump, and FIG. Fig. 4 is a cross-sectional view of the outer peripheral surface of the shaft portion showing a cross section orthogonal to the radial dynamic pressure generating groove in Fig. 4, and Fig. 4 is an inner surface of the front plate portion (or rear plate portion) showing the thrust dynamic pressure generating groove of the bearing in the artificial heart pump. FIG. 5 is a circumferential sectional view of the inner surface of the front plate portion showing a cross section orthogonal to the thrust dynamic pressure generating groove in FIG. In the figure, portions having the same names and the same functions as those in FIGS. 8 and 9 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted here, and different points will be described. The same applies to the second embodiment to be described later.
[0026]
In the first embodiment, first, as shown in FIGS. 1 to 3, a radial motion for supporting the radial load of the impeller 3 (sleeve 30) is provided on the outer peripheral surface of the
[0027]
Here, the radial dynamic
[0028]
As shown in FIGS. 1, 4, and 5, a plurality of front thrust dynamic
[0029]
Here, the front thrust dynamic
[0030]
Further, a plurality of rear thrust dynamic
[0031]
By configuring the various dynamic pressure generating grooves in this way, the first radial dynamic
[0032]
In order to secure a practical flow amount of blood that can suppress the generation of hemolysis and thrombus, the first radial dynamic
[0033]
In order to more effectively suppress the generation of hemolysis and thrombus, the first radial dynamic
[0034]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 is a developed view of the outer peripheral surface of the shaft portion showing the radial dynamic pressure generating groove of the bearing in the artificial heart pump of the second embodiment, and FIG. 7 is a front plate portion showing the thrust dynamic pressure generating groove of the bearing in the artificial heart pump ( (Or rear plate portion) is a plan view of the inner surface. The feature of the second embodiment is that the first radial dynamic
[0035]
That is, as shown in FIG. 6, the first radial dynamic
[0036]
Incidentally, the second radial dynamic
[0037]
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the second radial dynamic
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the artificial heart pump of the present invention, the bearing includes the housing, the shaft portion fixed to the housing, and the front plate portion and the rear plate portion protruding radially outward from the shaft portion. And a through hole facing the outer peripheral surface of the shaft portion with a minute gap therebetween, and a front surface and a rear surface facing the inner surface of the front plate portion and the rear plate portion with a minute gap therebetween. An impeller rotatably supported in the housing, and by the rotation of the impeller, blood is taken from the front in the axial direction and pumped radially outward, and the pumped blood A part is introduced into a minute gap between the inner surface of the rear plate portion and the rear surface of the impeller, a minute gap between the outer peripheral surface of the shaft portion and the through hole of the impeller, and the inner surface of the front plate portion Of the impeller In an artificial heart pump that joins the blood to be taken in through a minute gap with the surface, a plurality of radial dynamic pressure generating grooves for supporting a radial load of the impeller are provided on the outer peripheral surface of the shaft portion. A plurality of front thrust dynamic pressure generating grooves and a plurality of rear thrust dynamic pressure generating grooves for supporting the thrust load of the impeller are provided on each inner surface of the front plate portion and the rear plate portion. At least one of the dynamic pressure generating groove, the front thrust dynamic pressure generating groove, and the rear thrust dynamic pressure generating groove is the other radial dynamic pressure generating groove, the front thrust dynamic pressure generating groove, and the rear side. The depth is deeper than the thrust dynamic pressure generating groove. In other words, since a large amount of blood can be allowed in the deep radial dynamic pressure generating groove, the front thrust dynamic pressure generating groove, and the rear thrust dynamic pressure generating groove, the impeller in which a part of the pumped blood flows as a lubricating fluid and In each minute gap formed by the bearing, the flow amount of the blood itself increases, thereby suppressing the occurrence of hemolysis and thrombus. Moreover, in the other radial dynamic pressure generating groove, the front thrust dynamic pressure generating groove, and the rear thrust dynamic pressure generating groove, the radial dynamic pressure and the thrust dynamic pressure are effectively generated in the flowing blood. As a result, the stability and durability of the blood supply as an artificial heart pump can be maintained.
[0039]
Here, the radial dynamic pressure generating groove having a deep depth, the front thrust dynamic pressure generating groove, and the rear thrust dynamic pressure generating groove are the other radial dynamic pressure generating grooves, the front thrust dynamic pressure generating grooves, When the depth is 10 times or more deeper than the rear thrust dynamic pressure generating groove, it is possible to sufficiently secure a practical flow amount of blood itself capable of suppressing hemolysis and thrombus generation.
[0040]
Further, the radial dynamic pressure generating groove, the front thrust dynamic pressure generating groove, and the rear thrust dynamic pressure generating groove having a deep depth are the other radial dynamic pressure generating grooves, the front thrust dynamic pressure generating grooves, and If the width is wider than the rear thrust dynamic pressure generating groove, the amount of blood itself increases, so that hemolysis and thrombus generation can be more effectively suppressed.
[0041]
Further, the radial dynamic pressure generating groove is spiral, the front thrust dynamic pressure generating groove and the rear thrust dynamic pressure generating groove are spiral, and the radial dynamic pressure generating groove having a deep depth is formed on the shaft. The front thrust dynamic pressure generating groove and the rear thrust dynamic pressure generating groove having a deep depth are continuous between the inner surface of the rear plate portion and the inner surface of the front plate portion of the front plate portion, and the front plate portion and If it is continuous from the outer edge of each of the rear plate portions to the outer peripheral surface of the shaft portion, it is a form surface unique to the radial dynamic pressure generating groove, the front thrust dynamic pressure generating groove, and the rear thrust dynamic pressure generating groove. Therefore, generation of effective radial dynamic pressure and thrust dynamic pressure can be ensured, and in addition, blood itself can easily flow.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a lubrication mechanism of an artificial heart pump according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a development view of an outer peripheral surface of a shaft portion showing a radial dynamic pressure generating groove of a bearing in the first embodiment.
3 is a cross-sectional view of an outer peripheral surface of a shaft portion in FIG.
FIG. 4 is a plan view of an inner surface of a front plate portion showing a thrust dynamic pressure generating groove of the bearing in the first embodiment.
5 is a circumferential sectional view of an inner surface of a front plate portion in FIG. 4;
FIG. 6 is a development view of an outer peripheral surface of a shaft portion showing a radial dynamic pressure generating groove of a bearing in an artificial heart pump according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view of an inner surface of a front plate portion showing a thrust dynamic pressure generating groove of a bearing in a second embodiment.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a main part showing a configuration of a general artificial heart pump.
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a lubrication mechanism of a conventional artificial heart pump.
FIG. 10 is a development view of an outer peripheral surface of a shaft portion showing a radial dynamic pressure generating groove of a conventional bearing.
11 is a cross-sectional view of the outer peripheral surface of the shaft portion in FIG.
FIG. 12 is a plan view of an inner surface of a front plate portion showing a thrust dynamic pressure generating groove of a conventional bearing.
FIG. 13 is a plan view of an inner surface of a front plate portion showing a thrust dynamic pressure generating groove of another conventional bearing.
14 is a circumferential sectional view of the inner surface of the front plate portion in FIG. 12 or FIG. 13;
[Explanation of symbols]
1 Housing
2 Bearing
3 impeller
10 Front housing
11 Rear housing
12 Inlet connection port
13 Discharge side connection port
14 Rotating magnetic field generator
20 Shaft
21 Front plate
22 Rear plate
23 Tip
24 Shaft support
30 sleeves
31 Rear shroud
32 Front shroud
33 feathers
34 Permanent magnet
35 lid
40 Radial dynamic pressure generating groove
40a First radial dynamic pressure generating groove (a deep dynamic pressure generating groove 40)
40b Second radial dynamic pressure generating groove (shallow dynamic pressure generating groove 40)
41 Front thrust dynamic pressure generating groove
41a First front thrust dynamic pressure generating groove (a deep dynamic pressure generating groove 41)
41b Second front thrust dynamic pressure generating groove (shallow depth dynamic pressure generating groove 41)
42 Rear thrust dynamic pressure generating groove
42a First rear thrust dynamic pressure generating groove (a deep dynamic pressure generating groove 42)
42b Second rear thrust dynamic pressure generating groove (shallow depth dynamic pressure generating groove 42)
Claims (3)
前記軸部の外周面には前記羽根車のラジアル荷重を支持するためのラジアル動圧を発生するラジアル動圧発生溝が複数設けられ、前記前側プレート部、後側プレート部の各内面には前記羽根車のスラスト荷重を支持するためのスラスト動圧を発生する前側スラスト動圧発生溝、後側スラスト動圧発生溝が複数ずつ設けられており、
前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び後側スラスト動圧発生溝のうちそれぞれの少なくとも1つが、他の前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び前記後側スラスト動圧発生溝よりも深さが10倍以上深いとともに血液の流動量が多く、他の前記ラジアル動圧発生溝、前記前側スラスト動圧発生溝、及び前記後側スラスト動圧発生溝よりも発生する前記ラジアル動圧及び前記スラスト動圧が低いことを特徴とする人工心臓ポンプ。 A housing, a shaft fixed in the housing, and a bearing including a front plate portion and a rear plate portion projecting radially outward from the shaft portion, and an outer peripheral surface of the shaft portion are opposed to each other with a minute gap. An impeller that has a front surface and a rear surface that face each inner surface of the front plate portion and the rear plate portion with a minute gap therebetween, and is rotatably supported in the housing with respect to the bearing; The blood is taken in from the front in the axial direction by the rotation of the impeller and is pumped radially outward, and a part of the pumped blood is fed to the inner surface of the rear plate portion and the impeller. Taking in through a minute gap between the outer surface of the shaft portion and the through hole of the impeller and a minute gap between the inner surface of the front plate portion and the front surface of the impeller. To the blood In the artificial heart pump to flow,
A plurality of radial dynamic pressure generating grooves for generating a radial dynamic pressure for supporting the radial load of the impeller are provided on the outer peripheral surface of the shaft portion, and the inner surfaces of the front plate portion and the rear plate portion are each front thrust hydrodynamic grooves for generating a thrust dynamic pressure for supporting the thrust load of the impeller, the rear thrust hydrodynamic grooves are provided by a plurality,
At least one of the radial dynamic pressure generating groove, the front thrust dynamic pressure generating groove, and the rear thrust dynamic pressure generating groove is the other radial dynamic pressure generating groove, the front thrust dynamic pressure generating groove, and the The depth is more than 10 times deeper than the rear thrust dynamic pressure generating groove, and the amount of blood flow is larger. The other radial dynamic pressure generating groove, the front thrust dynamic pressure generating groove, and the rear thrust dynamic pressure generating groove An artificial heart pump characterized in that the radial dynamic pressure and the thrust dynamic pressure generated are lower.
深さの深い前記ラジアル動圧発生溝が、前記軸部における前記後側プレート部の内面から前記前側プレート部の内面に至る間に連続し、深さの深い前記前側スラスト動圧発生溝及び前記後側スラスト動圧発生溝が、前記前側プレート部及び前記後側プレート部それぞれにおける外縁から前記軸部の外周面に至る間に連続していることを特徴とする請求項1又は2に記載の人工心臓ポンプ。The radial dynamic pressure generating groove is spiral, the front thrust dynamic pressure generating groove and the rear thrust dynamic pressure generating groove are spiral,
The radial dynamic pressure generating groove having a deep depth is continuous from the inner surface of the rear plate portion to the inner surface of the front plate portion in the shaft portion, and the front thrust dynamic pressure generating groove having a deep depth and the rear thrust dynamic pressure generating grooves, according to claim 1 or 2, characterized in that in succession while extending from the outer edge of each of the front plate portion and the rear plate portion on the outer peripheral surface of the shaft portion Artificial heart pump.
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