JP2004144070A

JP2004144070A - 遠心ポンプ

Info

Publication number: JP2004144070A
Application number: JP2003015298A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Kuwana; 桑名　克之; Yoshihiro Yamamoto; 山本　好宏
Original assignee: Senko Medical Instrument Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Senko Medical Instrument Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】血液を滞りなくハウジング内を流れるような構成により、血栓が生じることが少ない遠心ポンプを提供する。また、ハウジング内に流入した血液の血液損傷を極力抑えて、溶血反応が軽減された遠心ポンプを提供する。
【解決手段】流入口１１ａ及び流出口１３ａが設けられたハウジング２内に水平面に沿って回転自在に収納され、回転することによって流入口１１ａから流出口１３ａへ液体を送るポンプ羽根１７を上部に有し、磁気手段１５を下部に有するインペラ３は、羽根もしくは羽根を有する笠状に形成されるとともに、ただ一箇所だけで球面支持され、且つ下部外周部に磁気手段１５が配置される。また、インペラ３を磁気手段１５を介して回転させる駆動手段１は、インペラ３の側方に配置されて磁気手段１５を回転させる磁気回転部８を有するとともに、磁気手段１５を引き付けるインペラ３の浮上り防止磁気手段９がインペラ３の下方に設けられている。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、人工心肺や補助循環などに用いられる血液を送り出す遠心ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、人工心肺や補助循環などにおける血液循環ポンプには、遠心型の血液ポンプである遠心ポンプが広く使用されている。遠心ポンプは、ハウジングに設けられた流入口からハウジング内に血液を流し入れ、インペラの回転により発生する推力によって血液を流出口へ送る器具である。インペラには磁石などが埋め込まれており、この埋め込まれた磁石などを引き付ける磁気回転部を有する駆動手段がハウジングの下方に設置されている。駆動手段を稼動させ磁気回転部を回転させることで、インペラ内の磁石などが磁気回転部に引き付けられるため、インペラは磁気回転部に追従して回転する。
【０００３】
従来、遠心ポンプとしては、インペラの中心に上下で支持される回転軸部材が設けられている遠心ポンプ（例えば、特許文献１参照）と、インペラとハウジングの底盤の間に少なくとも３個以上のボール又は球面状の突起を介在されている遠心ポンプ（例えば、特許文献２参照）が知られている。
前者は、ハウジングの流入口に設けられる上部軸受けとハウジングの底盤に設けられる下部軸受けとで回転自在に回転軸部材を支持し、回転軸部材を軸に駆動手段に協働させてインペラを回転させる遠心ポンプである。
後者は、インペラとハウジングの底盤の間に介在された少なくとも３個以上のボール又は球面状の突起により回転自在に支持し、駆動手段に協働させてインペラを回転させる遠心ポンプである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８５５５４号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】
特開平７−７５６６７号公報（第３頁、図３、図４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の遠心ポンプには、以下のような問題が存在する。まず、回転軸部材が設けられている遠心ポンプでは、流入口に上部軸受けが設けられているため、この上部軸受けが流入する血液の障害物になる。このため、ハウジング内に入ろうとする血液の流れが滞り、血栓が生じる恐れがある。また、ボール又は球面状の突起が設けられている遠心ポンプでは、インペラの支持点となる３個以上のボール又は球面状の突起がインペラの表面やハウジングの底盤を滑るため、ハウジング内では血液損傷が生じる。この血液損傷は、ボール又は球面状の突起が多いほどハウジング内に流入した血液の溶血反応が増加する。また、血液入口が鉛直でない形状のものは、血液回路構成上好ましくない。
【０００６】
本発明は、上記した問題が考慮されたものであり、血液を滞りなくハウジング内を流れるような構成にし、血栓が生じることが少ない遠心ポンプを提供する。また、ハウジング内に流入した血液の血液損傷を極力抑えて、溶血反応が軽減された遠心ポンプを提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、流入口及び流出口が設けられたハウジングと、
該ハウジング内に水平面に沿って回転自在に収納され、回転することによって前記流入口から前記流出口へ液体を送るポンプ羽根を上部に有し、磁気手段を下部に有するインペラと、
該インペラを前記磁気手段を介して回転させる駆動手段とを備える遠心ポンプにおいて、
前記インペラは、羽根もしくは羽根を有する笠状に形成されるとともに、ただ一箇所だけで球面支持され、且つ下部外周部に前記磁気手段が配置され、前記駆動手段は、前記インペラの側方に配置されて前記磁気手段を回転させる磁気回転部を有していることを特徴としている。
【０００８】
このような特徴により、吸入口には血液の流入の妨げになるような障害物がなく、血液は滞りなくハウジング内に流し込まれる。また、インペラは、球面による一点支持で配置されるので、ハウジング内の血液損傷は微小なものになる。また、インペラの外周部に内蔵された磁気手段は重りとなり釣り合いが取れるとともに、インペラを側方から磁気回転部により磁気的に支持するため、インペラは安定した状態で回転する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の遠心ポンプであって、前記駆動手段には、前記インペラに内蔵された前記磁気手段を引き付けて前記インペラの浮上りを防止する浮上り防止磁気手段が前記インペラの下方に設けられていることを特徴としている。
【００１０】
このような特徴により、流量が多くなることでインペラが浮上する力を受けたとき、インペラは浮上り防止磁気手段の磁力によって引き付けられて浮上せず、正規の位置に留まる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る遠心ポンプの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
図１、図２はそれぞれ本発明に係る第１の実施の形態を示す。
図１に示すように、駆動手段１の上面にハウジング２が載せられており、ハウジング２の内部にはインペラ３が配置されている。駆動手段１は、上端面にハウジング２をはめ込む窪みを有する箱状の駆動手段箱４の中に、電気エネルギーを駆動軸５ａの回転運動に変えるモーター５と、駆動軸５ａの回転運動によって水平に回転する円形の基盤６が内蔵された部材である。モーター５は駆動手段箱４の真中に設置されており、モーター５の上部には駆動軸５ａが設けられており、駆動軸５ａの上端部には基盤６が取り付けられている。基盤６は駆動軸５ａとの接点を中心とする円形の平板であり、基盤６上には外周部に沿ってドーナツ状の磁気手段箱７が設けられている。磁気手段箱７は、ハウジング２の側面及び底面にそれぞれ対向する面が内側に設けられ、段を形成している。磁気手段箱７内の上部には、横向きに一定の間隔をあけてインペラ３の外側面に対向する磁気回転部８が複数設けられている。また、磁気手段箱７内の内側には、縦向きに磁気回転部８と同ピッチでインペラ３の底面に対向する浮上り防止磁気手段９が複数設けられている。磁気回転部８および浮上り防止磁気手段９は、インペラ３内に設けられている磁気手段１５を磁気的に引き付ける部材であり、永久磁石が用いられる。磁気回転部８の内端と浮上り防止磁気手段９の上端は、同極になる向きに配置される。
【００１３】
ハウジング２は、内部に空間１０を有する円盤型の部材である。ハウジング２の上部中央には空間１０に連通する流入管１１が鉛直に設けられており、流入管１１の上端には流入口１１ａが設けられている。また、ハウジング２の側面上部には、ハウジング２の外周を囲うように設けられた帯状の流動路１２が設けられている。この流動路１２には、流出管１３が水平に設けられており、流出管１３の先端には流出口１３ａが設けられている。ハウジング２は、気泡除去完了を目視により確認できるように透明な部材、且つ、内壁に血液の溜まり生じさせないために表面が滑らかな部材を用いることが望ましい。また、ハウジング２の底面中央には支点受部１４が埋め込まれている。支点受部１４は、上部が球面状に窪んでいるとともに滑らかな表層を有する部材であり、支点となるボール１９が回転することで生じる摩擦力を受けるので磨耗しにくい材質の部材を用いることが望ましい。
【００１４】
インペラ３は、内部に磁性手段１５を密閉した状態で内蔵している羽根基台１６の上面に、血液を押し送る複数のポンプ羽根１７を取り付けられて、ポンプ羽根１７の上方には血液を流すための穴１８ａが開けられたインペラ笠１８が取り付けられる構成である。羽根基台１６は、笠状に中心部が盛り上がった形状で、中央部には円形のウォッシュアウトホール１６ａが設けられている。
【００１５】
図２に示すとおり、磁性手段１５は、羽根基台１６の外周に沿って設けられ、磁気回転部８に対向する位置に複数（図２では６個）設けられている。また、磁性手段１５は、磁気回転部８および浮上り防止磁気手段９によって引き付けられる材質の部材であり、永久磁石が用いられる。効率良く血液を押し送るため、ポンプ羽根１７は放射状よりも若干傾けた状態で配置されている。また、羽根基台１６の中心部には、球形の支点支持部２０が取り付けられており、そのまわりにウォッシュアウトホール１６ａを設けている。ウォッシュアウトホール１６ａは、ボール１９近傍の血液の滞留を防止し、血液凝固、血液損傷を極力抑えている。
【００１６】
支点支持部２０の下部面には、インペラ３の支持点となるボール１９が取り付けられ固定されている。このボール１９は、支点受部１４の上に回転自在に載せられており、羽根基台１６の中に内蔵された磁性手段１５とほぼ同じ高さレベルの位置にある。尚、ボール１９の高さレベルは、磁性手段１５と同じ、或いは磁性手段１５よりも上方であればよい。インペラ３はこのボール１９による一点支持でハウジング２の空間１０内に設置されている。ボール１９には、インペラ３の全荷重がかかるとともに回転による磨耗が生じる。このため、ボール１９は耐磨耗性に優れたアルミナ、炭化珪素、窒化硅素、ジルコニア等のセラミックス、或いはチタン合金、コバルトクロム合金等の金属を材料とするか、或いは、窒化チタン若しくは炭化チタン等のセラミックスでコーティング、或いはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）コーティングするのが望ましい。また、羽根基台１６及びポンプ羽根１７及び支点支持部２０は、抗血栓性を考慮して、極力角がなく表面が滑らかな形状が望ましく、材質は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルエタアクリレート、ポリカーボネート等の合成樹脂を用いることが望ましい。また、インペラ３の回転中心軸に沿って延長する中央軸孔３ａが設けられ、流入管１１からインペラ笠１８の頂部に設けられた穴１８ａを介して連通され、インペラ笠１８と羽根基台１６の間を介して流動路１２に連通されている。
【００１７】
次に、上記した駆動手段１とハウジング２とインペラ３により血液を送り出す場合について説明する。
【００１８】
まず、図示せぬ電源装置によりモーター５の電源を入れ、モーター５を稼動させ、駆動軸５ａを回転させる。駆動軸５ａの回転により、駆動軸５ａに接続された基盤６は、駆動軸５ａとの接合点を軸に水平に回転する。基盤６の回転により、基盤６上に取り付けられた磁気回転部８および浮上り防止磁気手段９は、基盤６の中心を軸に回転する。磁気回転部８は磁力によって磁気手段１５を引き付けるため、磁気回転部８が回転運動すると、磁気手段１５を内蔵するとともにボール１９を軸に回転自在に配置されているインペラ３は磁気回転部８の回転と同様の回転運動をする。
【００１９】
次に、流入口１１ａから流入管１１を介してハウジング２内の空間１０に血液を流し込む。流し込まれた血液は、インペラ笠１８に開けられた穴１８ａからインペラの中央軸孔３ａに至る。このとき、インペラ３は回転しているため、ポンプ羽根１７の推力により血液を流動路１２に押し送る。流動路１２に押し送られた血液は、流動路１２の中を流れて流出管１３に至り、流出口１３ａから送り出される。
【００２０】
インペラ３は、一点支持且つ回転自在に配置されているが、四方（図２では六方）から磁気回転部８の磁力によって支えられるためボール１９を支点に安定した状態で回転する。また、モーター５の回転を増加して血液の流量が増加すると、流入口１１ａ、流入管１１、穴１８ａの陰圧は強くなり、その陰圧によって固定されていないインペラ３は浮上しようとする力を受ける。しかし、浮上り防止磁気手段９の磁気手段１５を引き付けようとする磁力が、浮上しようとする力に対抗するため、固定されていないインペラ３は、浮上することなくボール１９によって支持された状態で回転する。
【００２１】
インペラ３は、ボール１９によって一点支持により回転自在に配置されているため、ハウジング２の流入管１１には、血液の流入の障害になるようなものはない。これによって、ハウジング２内に血栓及び血液損傷が生じることは少ない。また、インペラ３は、ボール１９によって一点支持により回転自在に配置されているため、インペラ３とハウジング２の接点は球面による一点支持のところのみなので、血液の血液損傷は微小なものになる。さらに、ハウジング２内の部材は極力滑らかな表面で角の少ない部材を用いるため、血液の血液損傷は軽減される。また、樹脂成形に伴う図示せぬゲート口の凹凸を少なくすることも重要であり、可能ならばゲート口が血液に触れない構造が望ましい。
【００２２】
＜第２の実施の形態＞
図３、図４はそれぞれ本発明に係る第２の実施の形態を示す。
なお、説明の簡略化を図るため、前述の第１の実施の形態で説明した構成要素と同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
この第２の実施の形態が前述した第１の実施の形態と異なるところは、第１の実施の形態では、前記インペラ３を磁気手段１５を介して回転させる磁気回転部８がインペラ３の外側方に配置されていたのに対し、この第２の実施の形態では磁気回転部８がインペラ３の内側方に配置されている点である。
【００２３】
すなわち、この第２の実施の形態の遠心ポンプでは、インペラ３の下部の羽根基台１６の下部中央に下方の開口する大径凹部３０が形成され、これに対応するよう、その下方のハウジングの底部３１に下方に開口する大径凹部３２が形成され、この大径凹部３２内の空間に、磁気手段１５を介してインペラ３を回転させる磁気回転部８が配置される構成となっている。
【００２４】
ここで、前記インペラ３の羽根基台１６は、前述した下方に開口する大径凹部３０の外側にリング状の下方凸部３３が形成され、この下方凸部３３の上方が蓋３４により液密に塞がれることで、下方凸部３３の内部にリング状の密閉空間３５が形成されている。そして、このリング状の密閉空間３５内に、磁気手段１５が複数（例えば６個）周方向に適宜間隔をおいて収納されている。
【００２５】
また、ハウジング２は、下部に設けられる前記底部３１と、該底部３１の上側に底部３１との間に流動路１２を形成するよう液密に固定される蓋部３７とからなっている。底部３１の中央には前述した下方に開口する大径凹部３２が形成されている。また、ハウジング２の底部３１の略中央上面には支点受部１４が埋め込まれ、この支点受部１４によって、前記インペラ３の羽根基台１６と一体的に形成されかつ下部が球面状に形成されたインペラ被支持部３８が回転可能に支持されている。
【００２６】
一方、モーター５の駆動軸５ａが固定された基盤６は、中央に上方へ突出する凸部３９が形成され、この凸部３９の上面に前記磁気回転部８が複数周方向に適宜間隔をおいて固定されている。そして、このように磁気回転部８が固定された凸部３９が、駆動手段箱４を介して前記ハウジング底部３１の大径凹部３２内の空間に配置される。また、基盤６の上面外周部近傍には、浮き上がり防止磁気手段９が複数周方向に適宜間隔をおいて、磁気手段１５に対向するように固定されている。
【００２７】
この第２の実施の形態に示したように磁気回転部８をインペラ３の内側方に配置する場合であっても、第１の実施の形態と同様、インペラ３を被支持部３８を介して一点支持により回転自在に配置しているため、ハウジング２の流入管１１に、血液の流入の障害になるようなものがなく、しかも血液の血液損傷は微小なものになる等、第１の実施の形態と同様な効果を奏する。
【００２８】
加えて、この第２の実施の形態では、磁気回転部８をインペラ３の内側方に配置しているため、該磁気回転部８が外方へ出っ張ることがなく、その分、遠心ポンプ自体のコンパクト化を図ることができる。また、ハウジング２の底部３１と蓋部３７との合わせ部の外側に磁気回転部８を配置する必要がなく、したがって、磁気回転部８にかかわりなく、底部３１と蓋部３７との嵌合部の厚さを厚く設定することができ、もって、それら両部材３１、３７のシール面を十分確保することができる利点も得られる。
【００２９】
尚、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した第１、第２の実施の形態では、磁気回転部８及び浮上り防止磁気手段９及び磁気手段１５に永久磁石を使用したが、磁気手段１５に鉄片を使用して、磁気回転部８及び浮上り防止磁気手段９にこの鉄片を引き付けるだけの磁力を有する部材（永久磁石や電磁石など）を使用してもよく、また、この逆でもよい。
【００３０】
また、上記した第１の実施の形態では、支点支持部２０に球形のボール１９を取り付けることで球面による一点支持を構成しているが、支点支持部２０とボール１９を一体にした球形の突起を有する部材を使用してもよく、さらに、第２の実施の形態のように支点支持部をインペラ３と一体的に形成してインペラ被支持部３８としてもよい。また、上記した第１の実施の形態では、インペラ３に支点となる球面の凸部（ボール１９）を設けて、ハウジング２の底面に支点となる球面の凹部（支点受部１４）を設けているが、逆に、インペラ３に支点となる球面の凹部を設け、ハウジング２の底面に支点となる球面の凸部を設けてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る遠心ポンプによれば、血液が流入する際に障害になるようなものはなく、滞りなく血液は流れるため、血栓が生じることが少ない遠心ポンプを提供することができる。また、球面による一点支持によりインペラをハウジング内に配置しているため、ハウジング内に流入した血液の血液損傷を極力抑えて、溶血反応が軽減された遠心ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の遠心ポンプの断面図である。
【図２】図１に記載のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明に係る第２の実施の形態の遠心ポンプの横断面図である。
【図４】同第２の実施の形態の遠心ポンプの縦断面図である。
【符号の説明】
１　　駆動手段
２　　ハウジング
３　　インペラ
３ａ　中央軸孔
４　　駆動手段箱
５　　モーター
５ａ　駆動軸
６　　基盤
７　　磁気手段箱
８　　磁気回転部
９　　浮上り防止磁気手段
１０　空間
１１　流入管
１１ａ流入口
１２　流動路
１３　流出管
１３ａ流出口
１４　支点受部
１５　磁性手段
１６　羽根基台
１６ａウォッシュアウトホール
１７　ポンプ羽根
１８　インペラ笠
１９　ボール
２０　支点支持部
３０　大径凹部
３１　ハウジングの底部
３２　大径凹部
３７　ハウジングの蓋部
３８　インペラ被支持部
３９　凸部

Claims

流入口及び流出口が設けられたハウジングと、
該ハウジング内に水平面に沿って回転自在に収納され、回転することによって前記流入口から前記流出口へ液体を送るポンプ羽根を上部に有し、磁気手段を下部に有するインペラと、
該インペラを前記磁気手段を介して回転させる駆動手段とを備える遠心ポンプにおいて、
前記インペラは、羽根もしくは羽根を有する笠状に形成されるとともに、ただ一箇所だけで球面支持され、且つ下部外周部に前記磁気手段が配置され、
前記駆動手段は、前記インペラの側方に配置されて前記磁気手段を回転させる磁気回転部を有していることを特徴とする遠心ポンプ。
請求項１記載の遠心ポンプにおいて、
前記駆動手段には、前記インペラに内蔵された前記磁気手段を引き付けて前記インペラの浮上りを防止する浮上り防止磁気手段が前記インペラの下方に設けられていることを特徴とする遠心ポンプ。