JP2002089491A - ターボ式血液ポンプ - Google Patents

ターボ式血液ポンプ

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JP2002089491A JP2000275436A JP2000275436A JP2002089491A JP 2002089491 A JP2002089491 A JP 2002089491A JP 2000275436 A JP2000275436 A JP 2000275436A JP 2000275436 A JP2000275436 A JP 2000275436A JP 2002089491 A JP2002089491 A JP 2002089491A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インペラとハウジング外部のロータの間の磁
気結合が十分な強さを持ち、インペラを支持する下部軸
受けに対する負荷の集中が緩和され、溶血や血液滞留部
の問題を生ずるおそれの少ないターボ式血液ポンプを提
供する。 【解決手段】 ハウジング１と、ポンプ室２に回転可能
に配置されたインペラ５と、インペラを回転可能に支持
する軸受け９、１０と、ハウジングの外側に配置されモ
ータにより回転駆動されるロータ１３と、インペラに設
けられた従動磁石１２と、ロータに設けられた駆動磁石
１６とを備え、従動磁石と駆動磁石をハウジングの壁を
挟んで対向させることにより磁気結合を形成し、磁気結
合により、ロータの回転をインペラに伝達する。従動磁
石および駆動磁石間に作用する吸引力により基づく磁気
結合の方向が、インペラの回転軸に対して傾斜するよう
に従動磁石および駆動磁石を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、血液を搬送するた
めの血液ポンプ、特に、インぺラの回転によって血液を
流動させるターボ式の血液ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】血液ポンプは、人工心肺装置等における
体外血液循環を行うために不可欠である。血液ポンプと
しては、ターボ式のポンプが主流を占めている。ターボ
式ポンプは以下のような構造を持つ。すなわち、内部に
ポンプ室が形成されたハウジングは、その中央部分に血
液導入用の入口ポートを有し、ハウジング外周部に血液
吐出用の出口ポートを有する。ポンプ室にはインペラが
配置され、インペラの回転により、血液に遠心力、軸方
向あるいは斜め方向の駆動力を与えて流動させる。
【０００３】インペラをモータにより回転駆動するため
に、ハウジング外に配置されたモータの回転を、ハウジ
ング内のインペラに伝達する手段を有する。そのような
伝達手段の一例としては、ハウジングに孔を設け、軸シ
ールを用いてハウジング外からハウジング内に回転軸を
貫通させて、インペラと結合した構造が知られている。
この場合、軸シールにおける発熱に起因する、血液の損
傷、血栓の形成等の問題を発生するおそれがあった。ま
た、軸シールによりハウジング内外が完全に遮断される
わけではなく、細菌等の侵入を許すおそれがあった。
【０００４】そのような問題を解消するために、血液ポ
ンプにおけるインペラとモータとを結合する手段として
磁気結合を用いる方法が考えられた。磁気結合を用いれ
ば、モータの回転をインペラに伝達するための駆動軸を
ハウジング壁を貫通させる構造は必要ない。
【０００５】磁気結合のための一般的な構造において
は、インペラ、およびハウジング外部に設けたロータに
各々磁石を取り付けて、両者の磁石を近接して配置す
る。ロータをモータにより駆動すれば、磁石の吸引力に
より、インペラはロータの回転に従って回転する。
【０００６】磁気結合を有するターボ式血液ポンプの一
例が、特開平９−３１３６００号公報に記載されてい
る。この例においては、インペラの下面部に磁石が取り
付けられ、ロータにはその上面部に磁石が取り付けられ
ている。従って、両者の磁石は、ハウジングの壁を挟ん
で上下方向に対向し、上下方向に作用する磁気吸引力に
より、ロータの回転がインペラに伝達される。
【０００７】また、磁気結合の他の例として、本発明者
らは、インペラの磁石とロータの磁石を、径方向に対向
させて配置した構造を検討した。図３にその例を示す。
図３において、２１はハウジングであり、入口ポート２
１ａ及び出口ポート（図示せず）を有する。ハウジング
２１内部のポンプ室２２にはインペラ２３が配置されて
いる。インペラ２３は、上部軸受け２４および下部軸受
け２５により回転自在に支持されている。ハウジング２
１の下部中央に設けられた凹部２１ｂには、ロータ２６
が配置されている。ロータ２６は、図示しないが、モー
タと連結されて回転駆動される。インペラ２３の下部に
は、ハウジング２１の凹部２１ａの側壁内側に位置する
ように従動磁石２７が取り付けられている。ロータ２６
には、凹部２１ａの側壁外側に位置するように駆動磁石
２８が取り付けられている。従って従動磁石２７と駆動
磁石２８の間に作用する径方向の磁気吸引力により、ロ
ータ２６の回転がインペラ２３に伝達される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記の特開平９−３１
３６００号公報に記載の血液ポンプの場合、磁石による
吸引力は上下方向に作用する。従って、インペラを回転
自在に支持するための下側の軸受けに負荷が集中する。
従って、十分に強い磁気結合力を得ようとすると下側の
軸受けの摩耗が大きくなり、ポンプの性能劣化、あるい
は寿命に好ましくない影響を及ぼす。
【０００９】一方図３に示した血液ポンプの場合、十分
な磁気結合力を得るために、従動磁石２７と駆動磁石２
８の対向面積を十分な大きさにしようとすると、インペ
ラ２３の軸方向において両磁石が十分な長さを持たなけ
ればならない。従って、インペラ２３の最外周面２３ａ
の面積Ｂが大きくなる。最外周面２３ａは、周速度が最
大の部分であり、ここの面積が増大することは、血液に
対して作用する剪断力が増大することを意味する。増大
した剪断力により、血球が破壊（溶血）されるおそれが
増大する。また、従動磁石２７を取り付けた部分と凹部
２１ｂの側壁の間の空間に、血液滞留部２９が形成され
易く、ここの領域の体積が大きくなることは、血栓を形
成するおそれを増大させることであり、好ましくない。
【００１０】本発明は、インペラとハウジング外部に配
置されたロータの間の磁気結合が十分な強さを持ち、イ
ンペラを支持する下側の軸受けに対する負荷の集中を緩
和し、溶血や血液滞留部の問題を生ずるおそれの少な
い、ターボ式血液ポンプを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、ポンプ室、入
口ポートおよび出口ポートを有するハウジングと、前記
ポンプ室に回転可能に配置されたインペラと、前記イン
ペラを回転可能に支持する軸受けと、前記ハウジングの
外側に配置されモータにより回転駆動されるロータと、
前記インペラに設けられた従動磁石と、前記ロータに設
けられた駆動磁石とを備え、前記従動磁石と前記駆動磁
石を前記ハウジングの壁を挟んで対向させることにより
磁気結合を形成し、前記磁気結合により、前記ロータの
回転を前記インペラに伝達するように構成されたターボ
式血液ポンプを前提とする。上記課題を解決するため
に、本発明のターボ式血液ポンプは、前記従動磁石およ
び駆動磁石間に作用する吸引力に基づく磁気結合の方向
が、前記インペラの回転軸に対して傾斜するように前記
従動磁石および駆動磁石が配置されたことを特徴とす
る。
【００１２】この構成によれば、磁気結合の方向が傾斜
しているため、インペラとロータの間に作用する磁気吸
引力に起因する、下部軸受けに対する下向きの負荷が軽
減される。従って、磁気結合の強さを十分な大きさにす
ることができる。しかも、従動磁石と駆動磁石が配置さ
れる面が斜面であることにより、インペラの寸法を大き
くすることなく対向面積を容易に大きくとることができ
る。従って、大きな周速度で血液と接触する面積が小さ
くなり、溶血のおそれが軽減され、また、血液滞留部も
小さくなり、血栓の形成も緩和される。
【００１３】この構成において好ましくは、前記インペ
ラの回転軸に対して前記磁気結合の方向がなす角度を、
３０°±１５°の範囲とする。
【００１４】また好ましくは、前記従動磁石と前記駆動
磁石は、各々４〜８個設けられ、前記インペラの回転軸
を中心とする円周上に略等間隔で配置された構成とす
る。
【００１５】また好ましくは、前記従動磁石と前記駆動
磁石に挟まれる箇所における前記ハウジングの壁を前記
インペラの回転軸に対して所定の角度傾斜させて形成
し、前記インペラの下部および前記ロータの上部に前記
ハウジングの傾斜させた壁に沿った傾斜面を形成して、
その傾斜面に各々前記従動磁石と前記駆動磁石を相互に
平行に対向させて配置する。
【００１６】この構成において、前記ロータの上部の傾
斜面は、前記ロータの上部が前記ハウジングに向かって
凸形状となるように形成されることが好ましい。
【００１７】この構成において、前記インペラは、複数
個のベーンと、そのベーン下部に取り付けられた略円環
状の環状連結部とを有し、前記環状連結部の下面に前記
傾斜面が形成されて前記従動磁石が固定されている構成
とすることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施の形態に
おけるターボ式血液ポンプを示す断面図である。１はハ
ウジングであり、血液を通過させ流動させるためのポン
プ室２を有する。ハウジング１には、ポンプ室２の上部
に連通する入口ポート３と、ポンプ室２の側部に連通す
る出口ポート４が設けられている。ポンプ室２内にはイ
ンペラ５が配置されている。インペラ５は、６枚のベー
ン６、回転軸７、及びリング状の環状連結部８を有す
る。ベーン６の中心部は回転軸７に結合され、周縁部は
環状連結部８に結合されている。回転軸７は、ハウジン
グ１に設けた上部軸受け９及び下部軸受け１０により、
回転自在に支持されている。環状連結部８には、磁石ケ
ース１１が設けられ、磁石ケース１１には従動磁石１２
が埋設、固定されている。従動磁石１２は、円柱状であ
り、環状連結部８の周方向に６個、一定間隔をもって配
置されている。
【００１９】ハウジング１の下部には、ロータ１３が配
置されている。ロータ１３は、互いに結合された駆動軸
１４と略円柱状の磁気結合部１５を有する。駆動軸１４
は、図示しないが、回転自在に支持されるとともに、モ
ータ等の回転駆動源に連結されて回転駆動される。ま
た、ロータ１３とハウジング１とは、図示しないが、相
互の位置関係が一定に保持されている。磁気結合部１５
の上面部には駆動磁石１６が埋設、固定されている。図
２（ａ）のロータ１３の平面図に示されるように、駆動
磁石１６は円柱状であり、周方向に６個、一定間隔をも
って配置されている。
【００２０】駆動磁石１６は、ハウジング１の壁を挟ん
で従動磁石１２と対向する位置関係となるように配置さ
れている。従って、ロータ１３とインペラ５との間は、
磁気的に連結された状態が形成されている。ロータ１３
を回転させることにより、インペラ５が磁気結合を介し
て回転駆動される。
【００２１】図１に示されるように、従動磁石１２が設
置された環状連結部８の下面は、回転軸７に対して直交
せず、所定の角度を有する傾斜面である。同様に駆動磁
石１６が設置された磁気結合部１５の上面も傾斜面であ
る。このように、従動磁石１２と駆動磁石１６とは、イ
ンペラ５の回転軸に対して傾斜した面において、磁気結
合を形成している。
【００２２】このように、磁気結合を形成する面を傾斜
させることにより、インペラ５とロータ１３の間に作用
する磁気吸引力は、インペラ５の回転軸に対して傾斜し
た方向に発生する。その結果、下部軸受け１０に対する
下向きの負荷が軽減される。従って、下部軸受け１０の
摩耗が緩和され、磁気結合の強さを十分な大きさにする
ことができる。
【００２３】しかも、従動磁石１２と駆動磁石１６が配
置される面が斜面であることにより、図３に示した径方
向に磁気吸引力を作用させる構成に比べて、環状連結部
８の外周面の軸方向寸法を大きくすることなく、対向面
積を容易に大きくとることが可能となる。従って、大き
な周速度で血液と接触する最外周部の表面積Ａが小さく
なり、溶血のおそれが軽減される。また、環状連結部８
の内周面とハウジング１の内側に形成される血液滞留部
１７も小さくなり、血栓の形成も緩和される。
【００２４】磁気結合の方向は、図２（ｂ）において、
磁気結合部１５の上部傾斜面に直交する直線Ｍにより示
される。直線Ｙは回転軸である。磁気結合の方向Ｍが回
転軸Ｙに対してなす角αは、３０°±１５°の範囲に設
定される。この範囲であれば、上記の効果をバランスの
とれた状態で得ることができる。この範囲より大きい
と、径方向の磁気結合における問題、すなわち、周速の
大きい外周部分の表面積の増大を招き、好ましくない。
またこの範囲より小さいと、上下方向の磁気結合におけ
る問題、すなわち、下部軸受け１０の負荷の増大を招
き、好ましくない。
【００２５】傾斜面は、ロータ１３の磁気結合部１５が
上方に凸となった形状で構成することが好ましい。逆の
形状に比べて、インペラ５との間に形成される空間を小
さくすることができ、ポンプの小型化に有効である。
【００２６】従動磁石１２と駆動磁石１６が対向する面
における各磁石の大きさは、従動磁石１２の直径よりも
駆動磁石１６の直径の方が大、すなわち、各従動磁石１
２の対向面の面積に対して各駆動磁石１６の対向面の面
積を大きくすることが好ましい。それにより、磁気結合
によるトルクの伝達が効率的に行われる。
【００２７】従動磁石１２及び駆動磁石１６を円周方向
に配置する個数は、１２個を超えると、磁石が詰まりす
ぎとなり、回転し難くなる。望ましくは、円周方向に４
〜８個配置する。この範囲の個数とすることにより、駆
動力および安定性の点で、最も大きな効果を得ることが
できる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、磁気結合の方向が傾斜
しているため、インペラとロータの間に作用する磁気吸
引力が傾斜した方向に発生し、下部軸受けに対する下向
きの負荷が軽減される。従って、下部軸受けの摩耗のお
それが緩和され、磁気結合の強さを十分な大きさにする
ことができる。
【００２９】しかも、従動磁石と駆動磁石が配置される
面が斜面であることにより、インペラの寸法を大きくす
ることなく対向面積を容易に大きくとることができる。
従って、大きな周速度で血液と接触する面積が小さくな
り、溶血のおそれが軽減される。また、インペラの内周
面とハウジングの内側に形成される血液滞留部も小さく
なり、血栓の形成も緩和される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態におけるターボ式血液ポ
ンプの断面図
【図２】 図１のターボ式血液ポンプのロータを示し、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図
【図３】 磁気結合の一例であるターボ式血液ポンプの
断面図
【符号の説明】
１ ハウジング ２ ポンプ室 ３ 入口ポート ４ 出口ポート ５ インペラ ６ ベーン ７ 回転軸 ８ 環状連結部 ９ 上部軸受け １０ 下部軸受け １１ 磁石ケース １２ 従動磁石 １３ ロータ １４ 駆動軸 １５ 磁気結合部 １６ 駆動磁石 １７ 血液滞留部 ２１ ハウジング ２１ａ 入口ポート ２１ｂ 凹部 ２２ ポンプ室 ２３ インペラ ２４ 上部軸受け ２５ 下部軸受け ２６ ロータ ２７ 従動磁石 ２８ 駆動磁石 ２９ 血液滞留部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 穴井 博文 大分県大分市大石町４丁目１組の１ Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA04 BA06 CA13 CA50 DA13 3H033 AA01 BB01 BB06 CC01 DD06 DD27 DD29 EE11 4C077 AA30 BB10 DD08 KK01 NN01 PP24

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ポンプ室、入口ポートおよび出口ポート
    を有するハウジングと、前記ポンプ室に回転可能に配置
    されたインペラと、前記インペラを回転可能に支持する
    軸受けと、前記ハウジングの外側に配置されモータによ
    り回転駆動されるロータと、前記インペラに設けられた
    従動磁石と、前記ロータに設けられた駆動磁石とを備
    え、前記従動磁石と前記駆動磁石を前記ハウジングの壁
    を挟んで対向させることにより磁気結合を形成し、前記
    磁気結合により、前記ロータの回転を前記インペラに伝
    達するように構成されたターボ式血液ポンプにおいて、 前記従動磁石および駆動磁石間に作用する吸引力に基づ
    く磁気結合の方向が、前記インペラの回転軸に対して傾
    斜するように前記従動磁石および駆動磁石が配置された
    ことを特徴とするターボ式血液ポンプ。
  2. 【請求項２】 前記インペラの回転軸に対して前記磁気
    結合の方向がなす角度が、３０°±１５°の範囲にある
    請求項１に記載のターボ式血液ポンプ。
  3. 【請求項３】 前記従動磁石と前記駆動磁石は、各々４
    〜８個設けられ、前記インペラの回転軸を中心とする円
    周上に略等間隔で配置された請求項１に記載のターボ式
    血液ポンプ。
  4. 【請求項４】 前記従動磁石と前記駆動磁石に挟まれる
    箇所における前記ハウジングの壁を前記インペラの回転
    軸に対して所定の角度傾斜させて形成し、前記インペラ
    の下部および前記ロータの上部に前記ハウジングの傾斜
    させた壁に沿った傾斜面を形成して、その傾斜面に各々
    前記従動磁石と前記駆動磁石を相互に平行に対向させて
    配置した請求項１に記載のターボ式血液ポンプ。
  5. 【請求項５】 前記ロータの上部の傾斜面は、前記ロー
    タの上部が前記ハウジングに向かって凸形状となるよう
    に形成されている請求項４に記載のターボ式血液ポン
    プ。
  6. 【請求項６】 前記インペラは、複数個のベーンと、そ
    のベーン下部に取り付けられた略円環状の環状連結部と
    を有し、前記環状連結部の下面に前記傾斜面が形成され
    て前記従動磁石が固定されている請求項５に記載のター
    ボ式血液ポンプ。
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