JP2006218010A - 血液ポンプおよび動圧軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボポンプを用いた血液ポンプにおいて、インペラを支持する軸受付近の血液の滞留および赤血球の損傷を低減する。
【解決手段】シャフト１８はハウジングに立設固定され、このシャフトにインペラが回転可能に支持される。インペラ本体２２の中心には、シャフト１８の径より十分大きな内径の中心孔２６が開けられ、その両端に軸受板２８，３０が配置される。軸受板２８，３０には、三角形の軸受孔４６が設けられ、その辺の中点付近にてシャフト１８が点接触している。三角形の辺とシャフトの外径が構成するくさび形状の部分に血液が送り込まれ動圧が発生する。また、三角形の頂点付近は、軸方向に流れる流路が確保され、血液の滞留が防止される。
【選択図】図２

Description

本発明は、血液を送る血液ポンプ、特に遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプなどのターボポンプの形態を採る血液ポンプおよびこの血液ポンプに好適な動圧軸受に関する。

遠心ポンプなどのターボポンプが血液を送る血液ポンプとして使用されている。例えば、下記特許文献１には、遠心ポンプを用いた血液ポンプが開示されている。この文献に開示された血液ポンプは、ハウジングに固定されたシャフトに対し、インペラを回転可能に保持している。そして、インペラには永久磁石が埋め込まれ、ハウジングの外側に発生される回転磁界によりインペラが駆動されている。

特開平５−２１２１１０号公報

血液ポンプにおいては、その流路において血液が滞留すると、凝集し、血栓の原因となる場合がある。また、流路に狭い部分があると、赤血球が損傷するという問題がある。インペラを支持する軸受部分は、間隔の狭い部分となり、上記の問題が生じやすい部分である。一方、軸受は、インペラの支持を確実に行うため、十分な支持力を得る必要があり、また耐久性、特に耐摩耗性が要求される。

本発明は、血液の滞留が少なく、また赤血球の損傷を防止するのに有利な血液ポンプを提供する。

本発明の血液ポンプは、インペラがハウジングに固定されたシャフトに支持されており、このインペラに設けられた軸受の軸直交断面を多角形としている。シャフトの断面は円形であり、軸直交断面において軸受の一辺とシャフトの接触点は一点となり、一方、多角形の頂点の周辺は、十分広い流路が確保される。軸受の断面形状は、三角形とすることができる。さらに、軸受は、軸方向に離れた２カ所に設け、この間の空間は広い流路を確保するようにできる。

また、本発明の他の態様である動圧軸受は、断面が円の支持体を半径方向において支持する軸受であり、この軸受の軸直交断面を多角形としている。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の血液ポンプ１０の概略構成を示す断面図である。ハウジング１２は、概略円筒形状を有し、円筒の軸に沿って吸込管１４が、また側方には吐出管１６が設けられている。ハウジング１２の、吸込管１４が設けられた面と反対側の面である底面には、ハウジングの中心軸に同軸にシャフト１８が立設されている。ハウジング１２の内部には、インペラ２０が収容され、シャフト１８に回転可能に支持されている。インペラ２０は、円板または平たい円柱形状のインペラ本体２２と、この本体の吸込管１４側の面に立設される羽根２４を含む。インペラ本体２２の中心には、シャフト１８との間に十分な間隔が形成される内径を有する中心孔２６が形成され、さらに中心孔２６の両端付近に軸受板２８，３０が配置されている。軸受板２８，３０は、その中心に軸受孔を有し、ここにシャフト１８が貫通し、シャフト１８に対してインペラ２０が支持される。軸受の構造、すなわちシャフト１８と軸受板２８の詳細な構造については、後述する。

インペラ本体２２の外周近傍には、永久磁石３２が複数個埋め込まれて配置されている。ハウジング１２の外側には、モータ３４により回転される回転駆動部３６が配置されている。回転駆動部３６は、インペラ内の永久磁石３２に半径方向に対向する位置に配置された永久磁石３８を有し、対向する永久磁石３２と永久磁石３８とで磁気結合が形成される。モータ３４を回転すると回転駆動部３６が回転し、磁気結合によってインペラ２０に回転力が伝達され、インペラ２０が回転する。回転するインペラの羽根２４は、ハウジング１２内の血液に周方向および半径方向外側に向けて速度を与え、これにより血液が吐出管１６より送り出される。また、インペラ２０の中心付近においては、圧力が低下し、吸込管１４より新たな血液が導入される。

羽根２４により速度が与えられた血液の一部は、インペラ２０の外周とハウジング１２の間の隙間を通って、インペラ２０の背面（図中下側の面）側に流れる。背面側の血液は、中心に向かって流れ、軸受板３０とシャフト１８の隙間と通過して、中心孔２６内を流れ、更に軸受板２８とシャフト１８の隙間を通って、インペラ２０の前面側に達する。

図２は、シャフト１８にインペラ２０を支持する軸受構造の詳細を示す図である。（ａ）は中心軸を含む平面における断面図、（ｂ）は軸受部分の軸直交断面図である。シャフト１８は、ハウジング１２に埋め込まれた板形状のシャフトベース４０より立設して、一体に形成されている。シャフト１８の根元の部分４２、すなわちシャフト１８とシャフトベース４０が接合する部分の表面形状は、球面の一部となっている。また、シャフト１８の先端には、係止ボール４４が固定されている。上部の軸受板２８と係止ボール４４および下部の軸受板３０とシャフトの根元部分４２が軸方向に当接して、インペラ２０の軸方向の位置決めが達成される。なお、組立は、ハウジング１２に固定されたシャフト１８に、軸受板２８，３０があらかじめ固定されたインペラ２０を装着し、その後シャフト１８の先端に係止ボール４４を固定して行われる。

図２（ｂ）に示すように、軸受板２８に形成された、シャフト１８が貫通する軸受孔４６は、三角形であり、その各辺がシャフト１８とほぼ接触する。より詳細には、通常のジャーナル軸受と同様、シャフトと軸受は、わずかなクリアランスを有している。シャフト１８と軸受板２８のクリアランスは、各辺の中央付近で小さく、三角形の各頂点に向かって徐々に大きくなり、くさび形状を呈している。このため、インペラ２０が回転すると、回転に伴う血液の周方向流れが形成され、くさび形状の部分に送り込まれ、くさび効果による動圧が発生し、シャフト１８がクリアランスをもった状態で軸受板２８に支持される。軸受孔４６の各頂点付近においては、大きな隙間が形成されており、軸方向の血液の流れを阻害しないようにしている。これによりインペラ背面側から中心孔２６を通過して前面側に還流する血液の流量が確保され、滞留による血液凝固を防止することができる。軸受板２８に形成された軸受孔４６について説明したが、軸受板３０にも同様の軸受孔が形成されている。

このように、三角形の軸受孔の各辺、すなわち直線部分と円断面のシャフトを対向させるようにしたことで、くさび効果による動圧を発生し、また、頂点部分において、軸方向の流れが確保される。したがって、軸受の孔の形状は三角形に限定されず、孔の直線部分とシャフトが軸直交断面において点接触し、接点から離れた部分に軸方向の流路が確保される形状であれば、他の形状、例えば四角形以上の多角形とすることが可能であることが理解される。なお、図示した三角形の頂点を円弧で形成したのは、加工性を考慮したためである

図２（ａ）に示すように、軸受板２８，３０は、軸方向に離れて２カ所、特にインペラ本体２２の両端に設けられ、その厚さは極薄い。軸受板２８，３０の間の中心孔２６の内径は、シャフト１８との間に十分な幅の流路を形成する幅となっている。このように、シャフト１８にインペラ２０を支持するための軸受において、実際に狭い隙間となる部分は、軸受板２８，３０の軸受孔の各辺の中点付近のごく一部であり、その他の部分においては、十分な幅、特に赤血球などの血液成分が損傷を受けない十分な幅、隙間が確保される。

図３は、軸受周囲の構成の具体的な寸法の例を示す図である。中心孔２６の内径は５ｍｍとなっている。シャフト１８と軸受板２８，３０の材質としては、例えば、シャフトをチタン、軸受板をポリエチレンなどの樹脂とする構成、双方ともステンレス鋼にする構成、さらに双方ともステンレス鋼にダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のコーティングをする構成、シャフトをＤＬＣコーティングしたステンレス鋼、軸受板２８，３０をポリエチレンの樹脂などとする構成などを採ることができる。ＤＬＣコーティングは、その表面が平滑であり、摩擦耐摩耗性を向上させることができる。

本実施形態の血液ポンプの概略構成を示す図である。 本実施形態の血液ポンプの軸受部分の詳細構造を示す図である。 本実施形態の血液ポンプの具体的な寸法の例を示す図である。

符号の説明

１０ 血液ポンプ、１２ ハウジング、１８ シャフト、２０ インペラ、２２ インペラ本体、２６ 中心孔、２８，３０ 軸受板、４４ 係止ボール、４６ 軸受孔。

Claims (5)

1. ハウジングに固定されたシャフトに支持されて回転するインペラにより血液を送り出す血液ポンプであって、
   インペラには、当該インペラをシャフトに対し回転可能に支持し、軸直交断面の形状が多角形であり、
   この軸受の位置におけるシャフトの軸直交断面は円である、
   血液ポンプ。
2. 請求項１に記載の血液ポンプであって、前記軸受の断面形状が三角形である、血液ポンプ。
3. 請求項１または２に記載の血液ポンプであって、前記軸受は、軸方向に離れた２カ所に設けられる、血液ポンプ。
4. 円断面の支持体を半径方向において支持する動圧軸受であって、当該軸受の軸直交断面の形状が多角形である、動圧軸受。
5. 請求項４に記載の動圧軸受であって、その断面形状が三角形である動圧軸受。
   

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