CN102327820B - 用于流体处理系统的脐管的轴承和轴承组件 - Google Patents

用于流体处理系统的脐管的轴承和轴承组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于流体处理系统的脐管的轴承和轴承组件。具体地，一种整体式轴承设置用于与流体处理组件一同使用，该类型的流体处理组件具有脐管、轴承支架、容纳在所述轴承支架中的万向节，以及至少部分地容纳在所述万向节中的衬套。所述轴承被固定至所述脐管的中段，并适于至少部分地容纳在所述衬套内。所述轴承的内表面接合所述脐管，而所述轴承的外表面接合所述衬套的至少一部分，以相对于所述衬套转动。

Description

用于流体处理系统的脐管的轴承和轴承组件
技术领域
本主题涉及一种轴承和轴承组件，该轴承和轴承组件用于支承例如在流体处理系统中使用的脐管(umbilicus)。
背景技术
全血通常被分离成它的各种成分，例如红血细胞、血小板和血浆。在通常的血液处理系统中，从供血者抽取全血，去除并收集特定的血液成分或组分，并将剩余的血液组分输回供血者。通过如此只去除特定的组分，供血者的身体恢复到正常状态需要更短的时间，且能比采集全血时以更频繁的间隔实行献血。这增加了可用于保健的血液组分如血浆和血小板的总供应量。
全血一般通过离心作用被分成其组成成分。这需要在从供血者抽取全血之后且在全血被输回供血者之前让全血经历离心作用。为避免污染，通常在整个离心处理期间将血液容纳于密封的无菌系统中。由此，普通的血液处理系统包括让血液旋转并泵送血液的永久性可重复使用的离心机组件或“硬件”，和一次性的密封且无菌的流体处理组件或流体线路组件，其与供血者的血液实际接触。离心机组件在采血过程中接合流体处理组件的一部分(通常被称作离心室或分离室)并使其旋转。但是，血液只与仅使用一次然后被丢弃的流体处理组件实际接触。
为免去让密封件旋转的必要，并保持流体处理组件的无菌且密封的完整性，血液处理系统往往采用在“1-Ω，2-Ω”操作原理下操作的离心机。此原理在Brown等人的美国专利No.4,120,449中详细公开，其全部内容通过引用并入本文，该原理使得离心机能让密封的封闭系统转动，而不必旋转密封件且不必扭转系统的部件。采用该原理的血液处理系统通常包括流体处理组件，该流体处理组件包括塑料袋或模制室，该塑料袋或模制室在离心机中旋转，并通过由一个或多个塑料管构成的细长构件连接至供血者和离心机组件的静止部分。该细长构件通常被称作“脐管”，而且通常布置成问号(或倒置问号)构造，其两端部与离心机的旋转轴线同轴排列。离心室以“2-Ω”RPM旋转，且脐管以“1-Ω”RPM绕离心室转动。换言之，脐管的一端是静止的，而另一端与其附接到的离心室以2-Ω的速度转动，且脐管的中间部分或中段以1-Ω的速度绕离心室轨道运行。获得的效果是与袋或腔室相对且通过塑料管连接至供血者的脐管的那一端在袋旋转时不缠绕。从而，不必让密封件旋转就能保持流体处理组件的密封无菌完整性。
West等人的美国专利No.5,989,177和Reitz等人的美国专利No.6,344,020公开了基于“1-Ω，2-Ω”工作原理的一个此类血液处理装置，两篇美国专利通过引用并入此处。在此装置中，可将具有脐管和处理室的一次性流体处理组件安装在离心机组件中。脐管的一端被保持为与离心转动的轴线基本同轴地旋转固定。脐管的另一端联接处理室，并以高达3000RPM左右的2-Ω速度与处理室一起绕离心轴线转动。脐管的中间部分由翼板支承，该翼板以达到1，500RPM左右的1-Ω速度绕离心轴线转动。安装在脐管上的推力轴承允许脐管随着翼板和处理室以不同速度转动而相对于翼板转动。推力轴承滑入整体式万向节中，该整体式万向节安装在设置于翼板上的凹部中。该万向节有助于在离心过程期间将流体处理组件保持在适当位置。在结束处理时，推力轴承能从翼板中的万向节滑出，从而允许移除流体处理组件。
现有技术的推力轴承采用多个滚珠轴承，从而有利于脐管与翼板之间的相对转动。尽管已经证实此类系统是适用的，但它们需要用来容纳滚珠轴承的多个精密部件，而且还需要改进且优选为低成本的轴承或轴承组件，用于特别地不采用滚珠轴承装置的这种处理系统。
发明内容
可在以下描述和要求保护的装置和系统中单独或一起实现本主题的若干方面。可单独采用，或者可与本文描述的主题的其他方面一同采用这些方面，且这些方面的描述整体不排除这些方面的单独使用，或以所附权利要求阐述的这些方面的单独保护或以不同组合的保护。
一方面，提供了一种流体处理组件，该流体处理组件具有轴承支架以及容纳在轴承支架中的万向节组件。流体处理组件还包括具有第一端和第二端的脐管，以及于这两端之间的位置被固定至脐管的整体式推力轴承。该轴承适于至少部分地容纳在万向节组件内。该轴承包括内腔和外表面，脐管延伸经过该内腔，而外表面适于接合万向节组件的至少一部分，以相对于万向节组件转动。
另一方面，提供了一种流体处理组件，该流体处理组件具有轴承支架以及容纳在轴承支架中的万向节组件。该万向节组件为具有内表面的形式，该内表面包括与万向节组件的中心轴线大致同轴的轴向延伸壁以及大致远离万向节组件的中心轴线而延伸的径向延伸壁。流体处理组件还包括具有第一端和第二端的脐管以及于这两端之间的位置被固定至脐管的整体式推力轴承。该轴承适于至少部分地容纳在万向节组件中，并包括内腔和外表面，脐管延伸经过该内腔，而外表面适于接合万向节组件的至少一部分，以相对于万向节组件转动。该轴承的外表面包括轴向延伸轴承表面和径向延伸轴承表面，轴向延伸轴承表面适于接合万向节组件的轴向延伸壁的至少一部分，而径向延伸轴承表面适于接合万向节组件的径向延伸壁的至少一部分。
附图说明
图1是可采用根据本公开的轴承组件的示例性耐用流体处理系统的透视图；
图2是可与图1中的耐用流体处理系统结合使用的一次性流体处理组件或流体线路组件的透视图；
图3是安装在图1的耐用流体处理系统上的、被部分拆除的图2的一次性流体处理组件的侧面正视图；
图4是包括在图1的耐用流体处理系统中的离心机的侧视细节图，其示出了与一次性流体处理组件的脐管组合的离心机；
图5是图4的离心机的轴承支架的透视细节图；
图6是根据本公开一方面的脐管轴承组件的透视图；
图7是图6的脐管轴承组件的分解图；
图8是图6的脐管轴承组件的万向节的透视图；
图9是衬套的透视图，该衬套可容纳在图6的脐管轴承组件的万向节或万向节组件内并形成该万向节或万向节组件的一部分；
图10是图9的衬套的剖面透视图；
图11是图6的脐管轴承组件的剖面图；
图12是图6的脐管轴承组件的万向节、衬套和保持部件的一部分的透视图；
图13是图6的脐管轴承组件的整体式轴承的透视图；
图14是图13的轴承的正面图；
图15是用于接合或夹住延伸经过轴承的脐管(未示出)的图13的轴承的保持器部分的剖面透视细节图；
图16是根据本公开的整体式轴承的可替代实施例的透视图；
图17是根据本公开的整体式轴承和万向节衬套的可替代实施例的分解图；
图18是安装在万向节中的图17的轴承和衬套的剖面图。
具体实施方式
本文公开的实施例用于为本主题提供必要的说明。它们只是示例性的，且可以以各种形式和各种组合来实现。因此，不应将这里公开的细节看作是限制所附权利要求中限定的主题。
图1示出了离心流体处理系统10，该离心流体处理系统可与根据本公开的脐管轴承组件结合使用。该系统目前作为伊利诺斯州的LakeZurich公司的Fenwal发明的
Figure BSA00000499671800051
分离器在市面上销售。系统10能用于处理各种流体，但尤其好地适用于处理全血、血液成分或生物细胞材料的其它悬浮液。该系统10包括用于将流体分离成它的组成成分的离心机组件12。可从美国专利No.5,996,634中获知系统10的离心机组件12和其它元件的更详细说明，此处通过引用并入其全部内容。
耐用流体处理系统10与一次性处理装置或流体线路14(其示例在图2中示出)结合使用。图3示出了安装在耐用系统10上的一次性装置14。一次性装置14优选为在使用时被加载到系统10上的单次使用的一次性用品。在流体处理过程结束之后，操作人员优选地将一次性装置14从系统10拆除，并就其丢弃。
一次性装置14包括处理室16(图2)。在使用过程中，离心机组件12使得处理室16转动，以离心地分离血液成分。全血被输送至处理室16，且分离的血液成分经由组成流体线路18的多个挠性管而从处理室16得以输送。流体线路18还包括多个容器20，这些容器可由位于离心机组件12上方的高架吊架支承(参见图3)，并在处理期间分配和接收液体。可以以各种方式控制经过流体线路14的流体流。优选地，通过具有预成型流体通道的匣子22来控制流体流，这些匣子通过气动、液压或可移动推进器被选择性打开和关闭。匣子的数目可改变，但在所示的实施例中，有三个匣子22，这些匣子与离心机组件12上的阀和泵站相关地操作，从而在血液处理过程中引导多个液体源和目的地中的液流。连接至处理室16的管通向挠性脐管24，该脐管的另一端处的附加管(经由脐管24)将处理室16流体连接至包括容器20和匣子22的一次性装置14的其余部分。本文将更详细地描述脐管24。有利的是，一次性装置14为预先装配好的封闭系统，使操作人员确信其为无菌单元。
如图所示，离心机组件12包括带轮机壳26，其能容易地从一处移动至另一处。用户致动处理控制器30被设置为能让操作人员控制血液处理过程的各个方面。离心机转子组件32被设置在叠开门34的后面，该叠开门能在机壳26的前面被拉开(图3)。多个阀和泵站36(图1)被设置在机壳的顶面上用于容纳和控制各个匣子22。多个挂钩或吊架38被设置在机壳26上用于悬挂各个容器20。
在使用过程中，打开叠开门34，并将一次性装置14的处理室16安装在离心机转子组件32内(图4)。脐管24螺旋经过离心机转子组件32，并经由机壳26的上面板中的开口40将其旋出(图3)。将匣子22卡入各个阀和泵站36中，并将容器20悬挂于适当的吊架38(图3)。在利用已知的静脉注射技术对供血者实施适当的连接之后，操作人员在处理控制器30上输入适当的指令，以开始处理过程。
更靠近地观察离心机转子组件32(图4)，其包括室组件42，该室组件42被支承而围绕离心轴线44旋转。离心机还包括离心机磁轭组件46，该磁轭组件包括磁轭基座48、一对直立磁轭臂50，和安装在臂50之间的磁轭横向构件52。磁轭基座48可转动地被支承在固定平台54上，该固定平台承载离心机转子组件32的旋转质量。磁轭基座48还受到支承而独立于室组件42围绕离心轴线旋转。电力驱动装置56使得磁轭组件46相对于固定平台54绕离心轴线44旋转。室组件42以与磁轭组件46的转速不同的转速围绕离心轴线44自由旋转。
再次参照图4，室组件42限定以离心轴线44为中心的环形室58，该环形室用于容纳一次性装置14的处理室16。脐管24与离心轴线44对齐地延伸经过室组件42的下中心。整体模制或者以其它方式被安装到脐管24上的第一锚固部分60被容纳在最低脐管安装台62内，该最低脐管安装台位于室组件42的下中心处。第一锚固部分60和脐管安装台62发挥作用，用于在脐管24与室组件42之间传递扭矩，以便室组件42响应于脐管24绕其轴线的扭转而围绕离心轴线旋转。
脐管24的另一端通过第二锚固部分64得以支承，该第二锚固部分64可移除地容纳在上脐管安装台66内，该上脐管安装台与离心轴线44基本对齐地位于离心机室组件42的上方。位于上脐管安装台66末端处的偏心夹68夹到第二锚固部分64上，用以保持脐管24的相邻段旋转固定并与离心轴线44对齐。第二锚固部分64可整体模制，或者以其它方式与脐管24固定连接。
如图4进一步所示，第二锚固部分64与第一锚固部分60之间的脐管24的那部分由中间脐管安装台或轴承支架70(图5中更详细示出)支承，该中间脐管安装台或轴承支架位于从磁轭横向构件52向外和向下延伸的翼板72的下端。随着电力驱动装置56使得离心机磁轭组件46(图3)围绕离心轴线44旋转，翼板72和轴承支架70也围绕离心轴线44拉动脐管24的中段。随着脐管24以1-Ω的转速围绕轴线44轨道运行，围绕脐管24自身轴线将扭转作用施加给脐管24。脐管24的中段在磁轭组件46转动时绕其自身的轴线相对于翼板72自由旋转，从而它倾向于对旋转的磁轭组件46赋予的扭转运动实施“扭转解除”。随着脐管24的中段如此解除扭转，脐管24使得离心机室组件42以2-Ω的平均转速围绕离心轴线44绕转。
为了在磁轭组件46转动时保持平衡，附加的翼板74与翼板72直径相对地从磁轭横向构件52延伸。足以使得轴承支架70和脐管24的质量平衡的配重76位于附加翼板74的下端。
根据本公开的一方面，脐管24的中段通过图6和图7更详尽示出的脐管轴承组件78被支承在翼板72上。如图所示，图示的脐管轴承组件78包括若干个不同部件，其中的一个或多个部件可与其它部件被设置成整体组合件。确切地说，图示的组件包括万向节或衬套接受器80、至少部分地容纳在万向节80中的衬套或轴承接受器82、至少部分地容纳在衬套82中的整体式轴承84，以及将轴承84固定在衬套82中的保持部件86。除此以外，紧固件88可设置用于将万向节80固定至衬套82，而且可设置压缩带形式的夹具90或其它适用结构用于将轴承84固定至脐管24。
脐管轴承组件78的万向节80被容纳在轴承支架70中，这在图5中更详尽地图示。轴承支架70包括形成在翼板72的最下端内的圆形开口92。在示出的实施例中，圆形开口92的侧壁94呈凹陷状，从而赋予开口92以大致球形。间隙96形成在翼板72的末端内并通向圆形开口92，以使得能从侧面将脐管24和脐管轴承组件78插入开口92。一对正交定向的枢转销98从圆形开口92的侧壁94朝其中心延伸。
万向节80(图8)包括具有大致环状或圈状形式的“C形”构件。图示的万向节80的外表面100呈朝外圆形或朝外凸起，从而赋予万向节80以大致球形，其匹配轴承支架70的开口92的形状。一对狭槽102(只能看见一个)形成为穿过外表面100，其位置和大小被设置成当万向节80容纳于圆形开口92内时容纳枢转销98。万向节80的圆形外表面100以及容纳于其内的槽102和枢转销98一同使得万向节80在圆形开口92内围绕两个正交轴线枢转。本文中将此类自由移动称作“万向”动作或“万向”运动。间隙104形成为经过万向节80的侧面，从而允许脐管24进入。一个实施例中，万向节80由耐用的刚性低摩擦塑料，如
Figure BSA00000499671800081
和/或聚四氟乙烯(“PTFE”或
Figure BSA00000499671800082
)形成。尽管此类材料坚硬得足以在重复使用过程中防止过度磨损(将万向节80看作是耐用流体处理系统10而非一次性装置14的一部分)，但也会通过(由于万向节壁的厚度以及存在的间隙104导致的)夹紧或挤压略微挠曲，从而被压入轴承支架70的圆形开口92。
与万向节80类似，衬套或轴承接受器82(图9和图10)包括大致“C形”结构，其具有经由其侧面开口的间隙106，以便在安装过程中允许脐管24经过。与万向节80的情况一样，衬套82是脐管轴承组件78的可重复利用部件，其设计用于作为耐用流体处理系统10的部件重复使用。尽管示出为单独部件，但衬套82也可以是整体部件，而且与万向节80形成整体结构。本文中将(不论单独或整体设置的)万向节80与衬套82的组合件称作万向节组件。
衬套82被构造成至少部分地容纳在万向节80内(图11)。在图示的实施例中，在衬套82适当地位于万向节80中时，衬套82的顶表面108邻接万向节80的上棱或横向壁110，从而在组装的过程中提供触觉反馈和有效挡块。衬套82还可包括上缘112，在衬套82适当位于万向节80内时该上缘同时邻接万向节80的下棱或横向壁114。万向节80和衬套82均包括一个或多个孔116，当万向节80的间隙104与衬套82的间隙106对准时，万向节80的每个孔116与衬套82的对应孔116对准。如此对准的孔116每个容纳紧固件88(如图6和图7所示的螺钉)，从而将衬套82固定在万向节80内。尽管有利的是首先安装万向节80，从而不必在将万向节80安装到圆形开口92中时同时挤压万向节80和衬套82，但可在将万向节80安装在轴承支架70的圆形开口92中之前或之后将衬套82固定至万向节80。对它们有利的是衬套82的外表面120与万向节80的内表面122之间存在一定量的横向间隙。这样的空间将衬套82的外表面120暴露到离心机32内的空气中，因此，有可能降低衬套82在流体处理期间倾向于因为摩擦而升高的温度，本文将对此作更详细的说明。
图示的衬套82还包括具有相对小的基本恒定的内径的上段124(本文中将其表面称作轴向延伸壁126)以及具有相对大的基本恒定的内径的下段128(图10)。上段124与下段128之间的过渡由肩台或径向延伸衬套壁130限定，该肩台或径向延伸衬套壁基本径向或以选定角度延伸，或者相对于中心轴线倾斜。由衬套82的上段124限定的开口适于容纳轴承84的小直径部分132，而衬套82的下段128所限定的开口适于容纳轴承84的大直径部分134，如图11所示。衬套82的肩台130抵接轴承84的匹配轴承表面136，从而限制将轴承84插入衬套82的程度，并提供实现轴承84与衬套82之间的相对转动的布置，同时作为推力轴承限制轴向移动。衬套82的内表面的此类构造适用于与图7和图11示出的轴承84一同使用，并且应理解，当轴承构造不同的时候，用于衬套内表面的不同构造更适用。
图9至图11的衬套82还包括大致“U形”的圆周槽或沟道或凹槽138，其被限定于上缘112与靠近衬套82底端的下缘140之间。沟道138容纳保持部件86，如图11和图12所示。图示的保持部件86包括弓形横梁或横向构件142(具有与沟道138的曲率基本相同的曲率)以及从横向构件142的末端延伸的一对基本平行的支腿144。如图12所示，横向构件142与衬套82的间隙106直径相对地定位，其中支腿144在间隙106的方向上从横向构件142延伸。两个相对的横向通道146(图9和图10最清晰地示出)延伸经过衬套82的壁，从而允许保持部件86的每个支腿144的一部分与衬套82的开口内部连通(图11和12)。尽管轴承84的大直径部分134比支腿144之间的间距更宽(图11)，但支腿144是弹性的(由诸如不锈钢或弹簧钢等的材料制成)，借此允许随着轴承84被压入衬套82，轴承84的大直径部分134对支腿144施压而使其彼此远离。当大直径部分134已经超过支腿144并进入衬套82的时候，支腿144将回弹地恢复到其最初笔直构造(图11和图12)，从而将轴承84暂时固定在衬套82内。这样的构造提供表示已经成功将轴承84装入衬套82中的触觉和听觉指示。
一个实施例中，衬套82由耐用的高硬度材料、如不锈钢制成。金属材料对从轴承84除去由于在流体处理过程中衬套82与轴承84之间产生的摩擦而引起的任何热量来说是有利的。不锈钢可以是特别有利的，这是因为它的低腐蚀性和能够采用用于进一步减少衬套82的内部与轴承84的外部之间的摩擦的大范围涂层。这些低摩擦涂层为聚醚醚酮(“PEEK”)、钻石铬和镍硼氮化物。PEEK涂层因其摩擦系数低、耐用而且能够承受高温而显得有利。因此，最有利的是将衬套82设置成具有内表面的不锈钢部件，该内表面至少部分地涂覆有PEEK。但是，在不背离本公开的范围的前提下，也可使用其它材料，包括固体聚合物。
整体式轴承84(图13和图14)通常为管状，其具有限定开口内部的内腔或内表面148，该开口内部的尺寸足以容纳脐管24。在一次性装置14的组装过程中，轴承84轴向或纵向地滑到脐管24上并沿着脐管24滑到锚固部分60与64之间的位置。轴承84在锚固部分60和64中的一个或两个与脐管24相联之前滑到适当位置，否则锚固部分60和64的存在会阻止轴承84的适当定位。轴承84定向为使得其小直径部分132面向上锚固部分64且附接部分或凸缘部分150面向下锚固部分60。尽管轴承84没必要位于上锚固部分64与下锚固部分60之间的中点处，但轴承84在脐管24上的位置在本文中被称作脐管24的中段。
可能有利的是，轴承84的内径与脐管24的外径基本相同，从而确保脐管24紧密地配合在轴承84周围，借此防止脐管24在轴承84中径向或横向移动。也有利的是，轴承84的内腔148的一端(图11中被示出为顶端)朝外渐缩，从而在组装过程中有助于将脐管24导入轴承84。除此以外，由于脐管24将倾向于在流体处理过程中在轴承支架70的区域内弯曲，因此，这样的渐缩实现了与弯曲的脐管24交界的光滑表面，从而减小应力并解除位于该位置处的弯曲脐管24所经受的剪切力。
轴承84的内腔148通过任意数量的合格装置被保持为适当抵靠脐管24，这些装置包括粘结剂或其它粘合剂和/或物理限制装置。在图6和图7所示的实施例中，轴承84通过压缩带或夹具90(图6和图7)被固定至脐管24。更具体而言，轴承84的凸缘部分150(在图13和图14中被示出为轴承84的底端)包括多个间隔开的凸缘或凸片152，这些凸缘或凸片可受到径向向内朝向轴承84的中心轴线的作用力。每个凸缘152具有位于其外表面上的缺口154，这些缺口154对齐以形成夹具90的环形座。夹具90比轴承84的下端具有更小内径，从而，在夹具受到推动以与轴承84的下端接触时(图7方位中向上)，它将径向向内地对凸缘152施加作用力，最后坐落在缺口154内。凸缘152将抓住脐管24，从而防止轴承84相对于脐管24移动。凸缘152的内表面可包括其它部件，以通过增大致使轴承84沿着脐管24轴向滑动所需要的作用力来促进固定抓持。例如，图15示出了一个实施例，其中，每个凸缘152的内表面包括由多个平行突起或倒钩156组成的牵引件，这些平行突起或倒钩横向于轴承84的中心轴线定向。在图16所示的另一实施例中，每个凸缘152的内表面包括牵引件，该牵引件包括单个的“U形”倒钩158。在不背离本公开的范围的前提下，也可采用其它倒钩构造。其它表面处理也可用于增强轴承84与脐管24之间的摩擦。
现在介绍整体式轴承84的外表面，图示的实施例由三个部分组成，即小直径部分132、上述凸缘或附接部分150、以及位于小直径部分132与凸缘部分150之间的大直径部分134。从小直径部分132到大直径部分134的过渡由径向延伸的轴承表面136限定，该径向延伸轴承表面被用作轴向上的推力轴承，且本文将对其进行详细阐述。从大直径部分134到凸缘部分150的过渡由本文将作更详细描述的引出表面160限定。
小直径部分132基本上呈管状，其外表面162被构造成容纳在由衬套82的轴向延伸壁126限定的开口内(图11)。小直径部分132的外表面162在此被称作轴向延伸轴承表面，并受到径向力的作用，如下文更详细描述的。在图示的实施例中，轴向延伸轴承表面162的直径虽然小于轴向延伸衬套壁126的直径，但与轴向延伸衬套壁126的直径相差不远。这样的构造优点很多。例如，它防止轴向延伸轴承表面162粘附在在轴向延伸衬套壁126内。与此同时，轴向延伸衬套壁126和轴向延伸轴承表面162的直径十分接近，使得只允许轴向延伸轴承表面162在接触轴向延伸衬套壁126之前存在少量的侧偏量。这确保了轴承84在流体处理过程中与衬套82基本同轴而实现最佳性能。
就图示的大直径部分134而言，其由径向延伸轴承表面136、引入表面164和引出表面160组成。图示的径向延伸轴承表面136在大致与轴承84的中心轴线远离的方向上从轴向延伸轴承表面162延伸。在使用过程中，径向延伸轴承表面136抵接衬套82的肩台130(图11)，且该两者以大致相同的角度定位，从而最大化其间的表面接触。这样的构造优点很多。其中之一就是它赋予轴承84相对于衬套82的自定中心特征。此外，在使用过程中，衬套82将轴向作用力压向轴承84，但衬套与轴承之间的倾斜交界面给该作用力一个径向分量，这有效减小了轴向上的作用力大小。在图示的实施例中，肩台130和径向延伸轴承表面136以与水平面成大约10°的角度倾斜和定向，并分别远离相联的轴向延伸衬套壁126和轴向延伸轴承表面162而倾斜。尽管用于径向延伸轴承表面136和肩台130的示例角度已经被认为是有利的，但在不背离本公开的范围的情况下，也可采用其它构造和角度。
图示的引入表面164从径向延伸轴承表面136的外端延伸，并从此径向朝外延伸。如图11所示，引入表面164以比径向延伸轴承表面136更尖锐的倾斜定向。如图11最清晰所示，径向延伸轴承表面136的最大直径与保持部件86的支腿144之间的间距基本相等或略小于后者。由此，在将轴承84压入衬套82时，径向延伸轴承表面136将进入衬套82，而不接触保持部件86的支腿144。但是，因为引入表面164比支腿144之间的间距更宽，所以引入表面将随着轴承84被压入衬套82而接触支腿144。引入表面164的倾斜对支腿144逐渐施压以使其彼此远离，而且使得引入表面164越过支腿144并进入衬套82，而非卡在支腿144上。
可改变引入表面164的倾斜，从而确定将轴承84压入衬套82所需要的作用力，更大程度的倾斜(亦即，与轴承84的中心轴线更接近平行)有助于以更小的插入力将轴承84装入衬套82内。例如，一个实施例中，引入表面164的倾斜大致与轴承84的中心轴线成15°。这样的倾斜足够大以使得轴承84能在作为流体处理过程的一部分的脐管24的转动时自动装入衬套82。应注意的是，尽管提到了具有倾斜的引入表面164，但其构造不限于具有均等倾斜的标准截头圆锥形。具体而言，图示的实施例具有略呈抛物线形状且由复角限定的引入表面164。在不背离本公开的范围的前提下，也可采用引入表面164的其它构造。
引入表面164的外缘表示引入表面164与引出表面160之间的过渡。与引入表面164相反，引出表面160向内倾斜或渐缩(即，具有随着轴承84被插入衬套82而减小的外径)。当引入表面164完全越过保持部件86的支腿144且轴承84的外径开始减小(亦即，在引出表面160的区域内)时，支腿144开始弹性恢复到初始笔直构造，压向彼此并压向引出表面160。此时，由于引出表面160在不受拉动(以对保持部件86的支腿144施压达到足以使得它们彼此隔开的程度，从而允许引出表面160的通过)的情况下不能退出衬套82，因此，轴承84暂时被固定在衬套82内。
在图示的实施例中，引出表面160比引入表面164限定与轴承84的中心轴线所成的更大角度，这就意味着将轴承84插入衬套82比将轴承84从衬套82移除更容易。例如，在一个实施例中，引入表面164以大约15°(从平行于轴承84的中心轴线)的角度倾斜，而引出表面160以大约45°的角度倾斜。用于引出表面160的此类构造可能是有利的，其原因是引出表面使得保持部件86的支腿144朝它们的初始笔直构造迅速回“卡”，提供了轴承84已经成功装入衬套82的触觉和听觉指示。同样，在图示的实施例中，引出表面160渐缩到足够小的外径，以使得保持部件86的支腿144在轴承84已经装入衬套82时恢复到它们的初始笔直构造(图11)。诸多原因(包括增强保持部件86的耐用性)表明这是有利的，但在其它实施例中，引出表面160可能只允许保持部件86的支腿144在轴承84被完全插入衬套82的时候局部恢复到它们的初始笔直构造。
脐管轴承组件的功能是在允许脐管在轴承支架的区域内围绕其自身的中心轴线旋转的同时将脐管联接至轴承支架。与采用滚珠轴承以允许轴承(且因此使得脐管)相对于衬套转动的已知脐管轴承组件相反，本公开的整体式轴承84(尤其是径向延伸轴承表面136和轴向延伸轴承表面162)抵着衬套82有效滑动而相对转动。因此，有利的是，轴承84由具有低摩擦系数的材料形成，以使得使用过程中产生的热量最小，同时还确保脐管24围绕其自身的中心轴线自由旋转(其原因是流体处理过程中，轴承84在衬套82中的任何粘附都能导致不必要的脐管24的扭转)。轴承84的其它材料特性也是有利的。例如，可能有利的是，使用耐磨损且足够刚性或坚硬从而能承受流体处理期间施加给轴承84的作用力(未出现变形)的材料。另一有利特征是高熔融温度，其防止轴承84在流体处理过程中达到最高温度和负荷时磨损和软化。通常，在使用之前通过电子束或伽玛杀菌处理对一次性装置14(包括轴承84)进行杀菌，在这种情况下，轴承材料能够经受这样的杀菌处理而没有过度劣化是有利的。
一般而言，已经发现，具有较高密度的材料适用于形成整体式轴承84。更具体而言，已经发现所选择的聚酯(尤其是加固聚酯)具有期望的机械特性并将适当发挥作用。在加固聚酯族中，热塑型结晶聚合物尤其可以很好地发挥作用，原因是它们的可塑性高而收缩最小、尺寸精确度和耐久性更好、硬度和机械强度高、热稳定性高且导电性极低(从而使得在脐管24的转动过程中积聚的静能电位最小)。一个实施例中，利用热塑型结晶聚合物聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)将轴承84注塑成型为单件。聚合物基材包括添加剂用以增加挠性模量和耐热性并提高光滑度来说可能是有利的。使用PBT基材时，适用的填料包括(但不限于)下列的其中或多种：芳族聚酰胺纤维、PTFE/
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硅油或橡胶，以及PEEK。这些填料在改变浓度方面很好地发挥作用，从而获得需要的结果，包括易于注塑成型和高硬度。在一个示例性组成中，轴承材料由大约80％的PBT、18％的PTFE以及2％的硅油或橡胶组成。
替代地，衬套82与轴承84的材料组成可互换。例如，衬套82可以是由聚合材料，如具有填充材料(例如PTFE和/或硅油或橡胶)的PBT基材组成的模制部件，而轴承84可由金属材料，如具有PEEK涂层的不锈钢组成。
图17中示出根据本公开的轴承166和相联衬套168的可替代实施例，而图18示出了根据以上说明的安装在万向节80中的轴承166和衬套168。除不同的大直径部分170以外，图17的轴承166与图13和图14的轴承84基本相同。图17的轴承166的大直径部分170具有大致半球形外表面，而不具有径向延伸轴承表面136、引入表面164和引出表面160。为容纳这样的轴承166，衬套168的内表面172限定大致圆锥形或抛物形开口内部(图18)。如前述实施例所示，轴承166的外表面(尤其是大直径部分170)直接接合衬套168的内表面172，并靠着衬套168有效滑动而实现相对转动。
图17和图18的实施例与前述实施例的不同之处还在于，其省去了用于将轴承166暂时固定在衬套168内的保持部件或其它装置。如上所述，根据本公开的轴承可具有自动装载功能，且一旦装载(无论是手动还是自动)，该轴承就由于脐管24的运动、对脐管24施加的作用力以及轴承和衬套的简单构造在流体处理期间保持在衬套内。由此，尽管保持部件提供附加的安全性并确保轴承被适当地装载到衬套中，但也没必要了。因此，应理解，可将图6和图7的实施例实现为不具有保持部件86，而且可将图17和18的实施例实现为具有保持装置。
在操作人员开始流体处理过程之前，(作为耐用流体处理系统10的)万向节80和衬套82、168就已经处于轴承支架70中的适当位置，且轴承84和166已经在适当位置处被固定至脐管24的中段。操作人员使得一次性装置14的各个部件与流体处理系统10的对应部件相联(例如，将容器20悬挂在指定吊架38上，并将每个匣子22插入适当的阀和泵站36中)。用户折叠打开门34，从而到达离心机转子组件32(图3和图4)。用户将处理室16放置在环形室58中，并将脐管24的锚固部分60和64卡在它们的指定安装台62和66中。脐管24经由轴承支架70、万向节80以及衬套82和168的对齐的间隙96、104和106从侧面被插入，且轴承84和166被定位在轴承支架70的衬套侧(与轴承支架70的万向节侧相对)上。此时，能在流体处理过程中将轴承84和166压入衬套82和168，或者将其保持在原位从而实现自动装载。
一旦一次性装置14处于适当位置，操作人员就可根据已知的方法继续执行流体处理过程(将指令输入到控制器30中，对患者实施抽血等)。
应理解，上述实施例说明了本主题的原理的一些应用。本领域的技术人员可在不背离所要求的主题的精神和范围的前提下作出各种更改，包括组合本文分别公开或要求保护的那些特征。为此，其范围不限于以上说明内容，而是如以下权利要求中所阐述的，而且应理解的是，权利要求可以单指整体式轴承、脐管轴承组件的多个部件、更大流体处理组件中的脐管轴承组件的一个或多个部件，和/或用于制造、装载和/或使用这些部件的方法。

Claims (44)

1.一种流体处理组件(10)，该类型的流体处理组件(10)具有轴承支架(70)以及容纳在所述轴承支架(70)内的万向节组件(80)，所述流体处理组件(10)包括：
脐管(24)，所述脐管(24)具有第一端和第二端；以及
整体式推力轴承(84、166)，所述整体式推力轴承(84、166)在所述第一和第二端之间的位置处被固定至所述脐管(24)，并适于至少部分地容纳在所述万向节组件(80)内，所述轴承(84、166)包括：
内腔(148)，所述内腔(148)直接接合所述脐管(24)并且包括牵引件(156、158)，所述牵引件(156、158)抵靠所述脐管(24)，以防止所述轴承(84、166)与所述脐管(24)的相对转动，以及
外表面，所述外表面包括轴承表面(136、162、170)，所述轴承表面(136、162、170)适于接合所述万向节组件(80)的至少一部分，以用于相对于所述万向节组件(80)滑动转动。
2.根据权利要求1所述的流体处理组件(10)，其中
所述轴承(84)适于通过所述轴承(84)和所述万向节组件(80)朝向彼此的纵向相对移动而被暂时固定至所述万向节组件(80)，并且
所述轴承(84)的外表面包括引入表面(164)，所述引入表面(164)适于当所述轴承(84)移入所述万向节组件(80)时接触与所述万向节组件(80)相联的保持部件(86)，并适于越过所述保持部件(86)且进入所述万向节组件(80)。
3.根据权利要求2所述的流体处理组件(10)，其中所述引入表面(164)适于在流体处理过程中自动地接触所述保持部件(86)且移动越过所述保持部件(86)并移入所述万向节组件(80)中。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的流体处理组件(10)，其中
所述轴承(84)适于通过所述轴承(84)和所述万向节组件(80)远离彼此的纵向相对移动而与所述万向节组件(80)分离，并且
所述轴承(84)的外表面包括引出表面(160)，所述引出表面(160)适于当所述轴承(84)移出所述万向节组件(80)时接触与所述万向节组件(80)相联的保持部件(86)，并适于越过所述保持部件(86)且移出所述万向节组件(80)。
5.根据权利要求4所述的流体处理组件(10)，其中与所述引入表面(164)相比，所述引出表面(160)与所述轴承(84)的中心轴线限定了更大的角度。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的流体处理组件(10)，其中所述万向节组件(80)是如下的类型的万向节组件，该万向节组件具有内表面，该内表面包括与所述万向节组件(80)的中心轴线大致同轴的轴向延伸壁(126)和大致远离所述万向节组件(80)的中心轴线延伸的径向延伸壁(130)，并且，所述轴承(84)的外表面包括：
轴向延伸轴承表面(162)，所述轴向延伸轴承表面(162)适于接合所述万向节组件(80)的轴向延伸壁(126)的至少一部分，以及
径向延伸轴承表面(136)，所述径向延伸轴承表面(136)适于接合所述万向节组件(80)的径向延伸壁(130)的至少一部分。
7.根据权利要求1所述的流体处理组件(10)，其中所述轴承(166)的外表面包括适于接触所述万向节组件(80)的大致半球形部分(170)。
8.根据权利要求1至3和7中的任一项所述的流体处理组件(10)，其中所述万向节组件(80)的适于接合所述轴承(84、166)的一部分或者所述轴承(84、166)基本由下列组成：聚对苯二甲酸丁二醇酯；包含聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚四氟乙烯的组合物；包含聚对苯二甲酸丁二醇酯和硅油或橡胶的组合物；或者包含聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚四氟乙烯、和硅油或橡胶的组合物。
9.根据权利要求1至3和7中的任一项所述的流体处理组件(10)，其中所述万向节组件(80)的适于接合所述轴承(84、166)的一部分由包含具有聚醚醚酮涂层的不锈钢的材料组成。
10.根据权利要求1至3和7中的任一项所述的流体处理组件(10)，其中所述轴承(84、166)包括小直径部分(132)和大直径部分(134、170)，所述小直径部分(132)适于接触所述万向节组件(80)，以维持所述轴承(84、166)与其处于基本同轴的关系，而所述大直径部分(134、170)适于接触所述万向节组件(80)，以在其间传递大致轴向的作用力。
11.一种一次性处理装置(14)，所述一次性处理装置(14)包括：
脐管(24)，所述脐管(24)具有第一端和第二端；以及
处理室(16)，所述处理室(16)连接至所述脐管(24)的所述第一和第二端中的一个；以及
整体式推力轴承(84、166)，所述整体式推力轴承(84、166)在所述第一和第二端之间的位置处被固定至所述脐管(24)，并且包括：
内腔(148)，所述内腔(148)直接接合所述脐管(24)并且包括牵引件(156、158)，所述牵引件(156、158)抵靠所述脐管(24)，以防止所述轴承(84、166)与所述脐管(24)的相对转动，以及
外表面，所述外表面包括轴承表面(136、162、170)。
12.根据权利要求11所述的一次性处理装置(14)，其中所述轴承(84、166)具有与所述脐管(24)的外径基本相同的内径。
13.根据权利要求11-12中的任一项所述的一次性处理装置(14)，其中所述轴承(84、166)的内腔(148)包括向外渐缩端。
14.根据权利要求11-12中的任一项所述的一次性处理装置(14)，还包括将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)的物理限制装置。
15.根据权利要求11-12中的任一项所述的一次性处理装置(14)，还包括将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)的压缩夹具。
16.根据权利要求11-12中的任一项所述的一次性处理装置(14)，其中所述轴承(84、166)包括抓住所述脐管(24)的多个凸缘(152)。
17.根据权利要求16所述的一次性处理装置(14)，其中每个凸缘(152)均包括牵引件(156、158)。
18.根据权利要求16所述的一次性处理装置(14)，其中每个凸缘(152)均包括具有摩擦力增强表面处理的内表面。
19.根据权利要求11-12中的任一项所述的一次性处理装置(14)，还包括将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)的粘结剂。
20.根据权利要求11-12中的任一项所述的一次性处理装置(14)，还包括将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)的粘合剂。
21.根据权利要求11-12中的任一项所述的一次性处理装置(14)，还包括固定至所述脐管(24)的上锚固部分和下锚固部分，其中所述轴承(84、166)被定位在所述上锚固部分和所述下锚固部分之间的位置处。
22.根据权利要求21所述的一次性处理装置(14)，其中所述轴承(84、166)的外表面包括面向所述上锚固部分的小直径部分(132)。
23.根据权利要求21所述的一次性处理装置(14)，其中所述轴承(84、166)的外表面包括面向所述下锚固部分的凸缘部分(150)。
24.根据权利要求11-12中的任一项所述的一次性处理装置(14)，其中所述轴承(84、166)的外表面包括小直径部分(132)、凸缘部分(150)以及定位在所述小直径部分(132)与所述凸缘部分(150)之间的大直径部分(134、170)。
25.根据权利要求24所述的一次性处理装置(14)，还包括在所述小直径部分(132)与所述大直径部分(134)之间的过渡处的径向延伸轴承表面(136)。
26.根据权利要求24所述的一次性处理装置(14)，还包括在所述大直径部分(134)与所述凸缘部分(150)之间的过渡处的引出表面(160)。
27.根据权利要求24所述的一次性处理装置(14)，其中所述大直径部分(134)包括径向延伸轴承表面(136)、引出表面(160)以及定位在所述径向延伸轴承表面(136)与所述引出表面(160)之间的引入表面(164)。
28.根据权利要求27所述的一次性处理装置(14)，其中与所述引入表面(164)相比，所述引出表面(160)与所述轴承(84)的中心轴线限定了更大的角度。
29.根据权利要求22所述的一次性处理装置(14)，其中所述小直径部分(132)包括轴向延伸轴承表面(162)。
30.根据权利要求11-12中的任一项所述的一次性处理装置(14)，其中所述轴承(166)的外表面包括大致半球形部分(170)。
31.根据权利要求11-12中的任一项所述的一次性处理装置(14)，其中所述轴承(84、166)基本由下列组成：聚对苯二甲酸丁二醇酯；包含聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚四氟乙烯的组合物；包含聚对苯二甲酸丁二醇酯和硅油或橡胶的组合物；或者包含聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚四氟乙烯、和硅油或橡胶的组合物。
32.一种制作一次性流体处理装置(14)的方法，所述方法包括：
提供脐管(24)，所述脐管(24)具有第一端和第二端；
提供整体式推力轴承(84、166)，其具有内腔（148），所述内腔（148）具有牵引件（156、158）；
提供处理室(16)；
将所述处理室(16)连接至所述脐管(24)的所述第一和第二端中的一个；以及
在所述第一和第二端之间的位置处将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)，其中所述内腔（148）直接接合所述脐管(24)，并且所述牵引件(156、158)抵靠所述脐管(24)，以防止所述轴承(84、166)与所述脐管(24)的相对转动。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)包括：使所述轴承(84、166)纵向滑到所述脐管(24)上并且沿着所述脐管(24)滑动。
34.根据权利要求32-33中的任一项所述的方法，还包括：将两个锚固部分（60、64）固定至所述脐管(24)，其中所述将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)包括：在所述锚固部分中的一个锚固部分或者两个锚固部分之前将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)。
35.根据权利要求34所述的方法，其中
一个锚固部分包括第二锚固部分，即上锚固部分(64)；
另一个锚固部分包括第一锚固部分，即下锚固部分(60)；
所述轴承(84、166)包括小直径部分(132)和凸缘部分(150)；并且
所述将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)包括：使得所述小直径部分(132)定向为面向上锚固部分，且使得所述凸缘部分(150)定向为面向所述下锚固部分。
36.根据权利要求32-33中的任一项所述的方法，其中所述提供整体式推力轴承(84、166)包括：提供具有与所述脐管(24)的外径基本相同的内径的轴承(84、166)。
37.根据权利要求32-33中的任一项所述的方法，其中
所述提供整体式推力轴承(84、166)包括：提供具有带有向外渐缩端的内腔(148)的轴承(84、166)；并且
所述将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)包括：使用所述向外渐缩端以将所述脐管(24)导入所述轴承(84、166)。
38.根据权利要求32-33中的任一项所述的方法，其中所述将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)包括：使用物理限制装置将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)。
39.根据权利要求32-33中的任一项所述的方法，其中所述将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)包括：使用压缩夹具将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)。
40.根据权利要求32-33中的任一项所述的方法，其中
所述提供整体式推力轴承(84、166)包括：提供具有多个凸缘(152)的轴承(84、166)；并且
所述将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)包括：用所述凸缘(152)抓住所述脐管(24)。
41.根据权利要求40所述的方法，其中所述提供整体式推力轴承(84、166)包括：提供每个均带有具有牵引件(156、158)的内表面的凸缘(152)。
42.根据权利要求40所述的方法，其中所述提供整体式推力轴承(84、166)包括：提供每个均带有具有摩擦力增强表面处理的内表面的凸缘(152)。
43.根据权利要求32-33中的任一项所述的方法，其中所述将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)包括：使用粘结剂将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)。
44.根据权利要求32-33中的任一项所述的方法，其中所述将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)包括：使用粘合剂将所述轴承(84、166)固定至所述脐管(24)。
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