JP2022502174A - 密封型マイクロポンプ - Google Patents

Abstract

密封型マイクロポンプ（１００）は、マイクロポンプ（１００）のハウジング（１１５）内に流体流を生成するために、一体型モータおよび少なくとも一つのインペラ（１１９）を備える。インペラ（１１９）は、ハウジング（１１５）内でインペラ（１１９）のインペラピン（１１９０）を支持するためのスパイダーベアリング（１１７）を有する、ラジアルスライドベアリング（１１６）を有する。インペラピン（１１９０）は、スパイダーベアリング（１１７）のものとは異なる材料から作製された覆い（１１８）を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、マイクロポンプのハウジング内に流体流を生成するための、一体型モータおよび少なくとも一つのインペラを備える密封型マイクロポンプに関する。

心不全を有する患者の心血管補助を提供するため、心臓のポンプ機能の一部またはさらにはポンプ機能の全部を引き継ぐシステムが使用される。侵襲的に植込まれる心臓の外側に配置されるシステムに加え、機械的ポンプとして、特に心臓の左心室および隣接する大動脈に低侵襲的に挿入されるシステムも公知である。左心室から継続的に血液を大動脈中に送り込むことにより、心不全患者の体内で十分な酸素を豊富に含む血液が循環する。米国特許出願公開第２０１３／０３０３８３３号明細書は、例えば、内部に配置されたローターによってハウジング内で血流が生成される、植込可能な血液ポンプについて記述する。

それらは低侵襲的に植込まれるため、これらのシステムは、特に、例えば、外径が１０ｍｍ以下であるなど、半径方向円周という観点で非常に小さくなければならない。構成要素の小型化のためのこれらの要件は、大きな課題を呈する。

これに基づいて、本発明の根底にある目的は、当技術分野で公知のマイクロポンプおよびシステムをさらに改善し、高信頼性および長寿命を備えながら、流体または血液を送達するための可能な限り最高の効率を達成することである。

本発明は、駆動用の一体型電動モータを備えた遠心ポンプの原理に基づく、低侵襲性植込み用途のために血液ポンプを使用するという発想から開始する。必要な血流は、インペラによって生成される。このようなシステムでは、モータは完全に密封されるべきである。トルクは、永久磁石式磁気カップリング（ラジアルロータリーカップリング）を介して接触することなく伝達され得る。これを行うためには、通常、インペラを半径方向および軸方向に支持する必要がある。流体流のための凹部または穴を含むいわゆるスパイダーベアリングは、半径方向支持のためにハウジング側の上に提供され得る。

本発明は、一体型モータを備え、マイクロポンプのハウジング内に流体流を生成するための少なくとも一つのインペラを備え、それによって、ポンプは、ハウジング内のポンプのインペラのインペラピンを支持するためのスパイダーベアリングを有するラジアルスライドベアリングを備える、密封型マイクロポンプを提供する。本発明の重要な要素は、インペラピンが、スパイダーベアリングとは異なる材料で作製された覆いを有することである。覆いは、インペラピンに固定接続される。この構成により、このスライドベアリングに対して摩擦学的に有利な材料の組み合わせを実現することが可能となり、同時に、インペラピンのベアリング配置のためのスペースの節約も可能になる。公知のマイクロポンプと比較して、前述の省スペース化は、インペラピンを囲むスパイダーベアリングの凹部を拡大するために使用され得る。これは、この領域における圧力損失を低減させるという大きな利点を有する。

ラジアルスライドベアリングに必要な空間は、必然的に流れに対する抵抗を表す。本発明による解決法によって、スパイダーベアリングの中央開口部の内部にベアリングブッシングを特に必要としないため、スパイダーベアリング内の流体流のために開口部を拡大することが可能となる。インペラピンとスパイダーベアリングとの間の直接的な材料ペアリングの摩擦学的に有利な回避は、通常、両方の金属材料、例えば、チタンと、異なる材料、特にプラスチックから作製された中間構成要素によって作製され、本発明によって提供されるこのような異なる材料によるインペラピンの覆いによって実現される。全体的に、これは、ラジアルスライドベアリングにおける圧力損失を最小化することができ、ポンプの効率を向上させる。マイクロポンプの動作中、より低い回転速度がさらに可能であり、その結果、全体的にベアリング摩耗が少なく、搬送される流体もより穏やかに搬送され得るため、例えば、血管内血液ポンプの場合、繊細な血液成分への損傷が少ない。概して、密封型マイクロポンプの構成、特に、その中に提供されるインペラのためのラジアルスライドベアリングは、マイクロポンプの信頼性および寿命を損なうことなく、流体の流動抵抗の大幅な減少を可能にする。

記載の密封型マイクロポンプを製造するために、金属材料は、有利にはインペラピンおよびスパイダーベアリングホイールの材料として選択され、インペラピンの覆いはプラスチックから作製される。インペラピンおよびスパイダーベアリングは、特にチタンから作製され得る。インペラピンの覆いは、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で作製されることが好ましい。

密封型マイクロポンプの特に好ましい構成では、インペラピンの断面は、覆いの領域で先細りする。したがって、スパイダーベアリングのために利用可能な設置スペースは、特に有利に増大され得る。インペラピンを先細にすることにより、ベアリング領域内のインペラピンの覆いを、ベアリング外部のインペラピンの領域に対して半径方向断面の増大がないように構成することが可能となる。スパイダーベアリングに対する効果は、スパイダーベアリング内部の従来的な解決法において提供されるベアリングブッシングに必要な空間が完全に利用可能であり、それゆえ、スパイダーベアリングおよびその流体のための通過開口部が、対応してより大きく設計され得ることである。

特に好ましい構成では、インペラピンの覆いは、スリーブまたはコーティングによって形成され、特にプラスチック、好ましくはポリエーテルエーテルケトンで作製され、これは、例えば、接着またはオーバーモールドによって、インペラピンに強固にかつ原則的に永久的に接続される。０．２〜０．３ｍｍ、特に０．２５ｍｍの壁厚を有するスリーブが特に好適である。より薄いまたはより厚い層厚も可能である。インペラおよび覆いは、一体型構成要素を形成し得、それによって、摩擦学的に負荷が加えられるインペラピンの外径を被覆し得る。スパイダーベアリングの内径が、代替的にまたは追加的に被覆されることも、原則的には可能である。

マイクロポンプの他の特に好ましい構成では、インペラピンの覆いは、スパイダーベアリングを超えた延長部を含むキャップを形成する。この延長部は、好ましくは、上流方向に先細になり、それによって、分離領域を減少させて、混雑領域を減少させることによって、ベアリング周りのより良い流れ制御を可能にし、それによって圧力損失の低減およびマイクロポンプの効率の向上に寄与する、流れに関して非常に有利な形状を形成する。キャップの延長部については、特に円錐形状または半楕円形状が好ましい場合がある。

密封型マイクロポンプは、特に有利には、血液ポンプ、特に微小侵襲的用途のための血管内血液ポンプであり得る。マイクロポンプは、例えば、補助人工心臓システムの構成要素とし得る。ここで提案するマイクロポンプの改善は、設置スペースが非常に小さいシステムにおいて特に効果的であるため、血管内血液ポンプについてここに記載されるマイクロポンプの利点が重要な要素である。本明細書に記述される密封型マイクロポンプの外径は、低侵襲的に埋込まれる血液ポンプの要件が完全に考慮に入れられるように、好ましくは１０ｍｍ以下である。

本発明のさらなる特徴および利点は、図面と併せて、以下の設計例の説明から明らかになる。個々の特徴は、個別に、または互いに組み合わせて実現することができる。

図面は以下を示す。

図１は、本発明の出発点として現在の開発の、一体型モータを含む密封型マイクロポンプの（長手方向断面の部分的断面）図である。 図２は、図１の密封型マイクロポンプのインペラピンのラジアルスライドベアリングを通る長手方向断面図である。 図３は、本発明の好ましい実施形態における密封型マイクロポンプのインペラピンのラジアルスライドベアリングを通る長手方向断面である。 図４は、図２のラジアルスライドベアリング（図４Ａ）、および図３の発明によるスライドベアリング（図４Ｂ）の実施形態の比較断面を示す。

図１は、断面におけるこのようなポンプの現在の開発による、完全な密封型マイクロポンプ１０の水力学的に活性な部分を示す。このマイクロポンプ１０は、低侵襲的植込み（血管内血液ポンプ）のための血液ポンプであることが特に意図される。マイクロポンプ１０は、一体型電動モータによって駆動され、そのモータシャフト１１がここに示される。インペラブレード（ブレード）１２を有するローターまたはインペラ１９は、ピボットベアリング１３を介して半径方向および軸方向に支持され、それによってトルクは永久磁石式磁気カップリング１４を介して伝達される。必要な血流は、インペラ１９によって密封型血液ポンプ１０のハウジング１５内に生成される。ある意味では、インペラ１９は、ハウジングによって囲まれたプロペラ（インペラ）を形成する。矢印２０は、磁気的な作用力を示す。矢印２１は、油圧有効力を示す。インペラ１９のインペラピン１９０（ベアリングピン）は、上流に位置するラジアルスライドベアリング１６を介してさらに支持される。ラジアルスライドベアリング１６は、その中に挿入されるベアリングブッシング１８を有するスパイダーベアリング１７、およびベアリングブッシング１８の内部で回転するインペラピン１９０を含む。ベアリングブッシング１８は、インペラピン１９０とスパイダーベアリング１７との間の摩擦的に好ましくない材料ペアリング、例えば、高度の摩耗に関連するチタン−チタン材料ペアリングを避けるために提供される。ベアリングブッシング１８は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で作製することができ、その結果、非常に低い摩擦および耐摩耗性である摩擦学的に有利なＰＥＥＫ−チタン材料ペアリングが、ベアリングブッシング１８とインペラピン１９０との間に存在する。

ハウジング１５内の血流は、インペラ１９の回転によって生成される。スパイダーベアリング１７は、血液のための複数の入口開口部を含む。それにもかかわらず、スパイダーベアリング１７は断面を収縮させ、その結果ボトルネックが生じるため、スパイダーベアリングの領域に圧力損失がある。インペラ１９のベースの領域では、マイクロポンプ１０のハウジング１５内に開口部２２があり、それを通して流体、特に血液が移動し、流出する。

図２は、長手方向断面の図１によるマイクロポンプ１０の構成要素としてのインペラブレード１２を有するインペラ１９のインペラピン１９０の半径方向支持のためのスライドベアリング１６の領域を示す。インペラピン１９０は、ベアリングブッシング１８の内側に回転可能に取り付けられ、それによって、インペラピン１９０とベアリングブッシング１８との間に狭いベアリングギャップ３１が提供される。ベアリングブッシング１８は、スパイダーベアリング１７の内側に位置する。領域３２は、流体、特に血液が流れ得るスパイダーベアリング１７の開口部を示す。

一方、図３は、本発明による密封型マイクロポンプ１００の好ましい実施形態を示し、それによって、この図はまた、スライドベアリング１１６の領域も示す。本明細書に示す本発明による密封型マイクロポンプ１００の断面は、インペラブレード１１２を有するインペラ１１９のインペラピン１１９０を示し、それによって、インペラピン１１９０はスライドベアリング１１６内に回転可能に取り付けられる。マイクロポンプ１００のハウジング１５０の内部で、スパイダーベアリング１１７は、ラジアルスライドベアリング１１６の領域に位置する。スライドベアリング１１６の領域では、インペラピン１１９０は先細である。先細のインペラピン１１９０は、覆い１１８によって囲まれる。この覆い１１８は、スパイダーベアリング１１７のそれとは異なる材料から作製される。覆い１１８は、特にＰＥＥＫで作製することができ、スパイダーベアリング１１７は、金属材料、特にチタンで作製することができる。

覆い１１８とスパイダーベアリング１１７との間には、狭いベアリングギャップ１３１がある。したがって、ＰＥＥＫで被覆されたインペラピン１１９０は、スパイダーベアリング１１７の中央凹部内で回転し、それによって、例えば、ＰＥＥＫとチタンとの摩擦学的に有利な材料ペアリングを実現する。図２のスライドベアリングと比較して、本発明による解決法では、ベアリングブッシング１８は、ある意味で、覆い１１８によって置き換えられ、それによって全直径は変化しない。この置き換えの結果として、ベアリングブッシング１８によって必要とされる空間を他の目的に使用することができるが、流体流のために提供されるスパイダーベアリング１１７内部の開口部１３２はさらに拡大され得る。したがって、同じ機能的ベアリング寸法（例えば、ベアリング直径１ｍｍ、ベアリングギャップ１０μｍ、および覆い０．２５ｍｍの壁厚）では、流れに対してより大きな断面が得られる。

覆い１１８はまた、特に好ましくは、覆い１１８を上流に延在させた、適切に成形された結果として、流れの面で利点を提供するキャップ１１８０の形態で実装され得る。キャップ１１８０の形状は、特に、上流、特に円錐形状または半楕円形状で減少する直径を有し得る。したがって、ベアリング１１６の周りの改善された流れ制御が実現され得、その結果、圧力損失がさらに低減され、マイクロポンプ１００の効率が増大する。

図４は、図１の断面のスライドベアリング（補助的な図４Ａ）におけるマイクロポンプ１０と比較して、スライドベアリング（補助的な図４Ｂ）の領域における本発明によるマイクロポンプ１００の構成を示す。補助的な図４Ａの図は、ベアリングギャップ３１によって分離されたベアリングブッシング１８の内側に回転可能に取り付けられたインペラピン１９を有するスライドベアリングを示す。ベアリングブッシング１８は、スパイダーベアリング１７の内側に位置し、スパイダーベアリング支柱１７０を介してマイクロポンプ１０のハウジング１５の内側に固定される。流体が流れることができる空間３２は、個々のスパイダーベアリング支柱１７０の間に位置する。補助的な図４Ｂの本発明による構成と比較して、対応する領域１３２が本発明による解決法において著しく拡大することが明らかになった。補助的な図４Ｂは、異なる材料で作製された覆い１１８によって直接囲まれる、インペラピン１１９０の先細領域を示す。狭いベアリングギャップ１３１は、覆い１１８とスパイダーベアリング１１７の内部との間（スパイダーベアリング１７の中央凹部）に配置される。スパイダーベアリング１１７の内部は、スパイダーベアリング支柱１１７０を介してマイクロポンプ１００のハウジング１１５に接続される。この構成により、図１によるスライドベアリングと比較して、流体流のための領域１３２を実質的に拡大することが可能になる。したがって、本発明によるマイクロポンプ１００は、インペラピンのラジアルスライドベアリングの上流領域における圧力損失を大幅に低減する。

このようなマイクロポンプは、例えば、心臓補助システム用の血液ポンプとして特に有利に使用され得る。

Claims (12)

1. マイクロポンプのハウジング（１１５）内に流体流を生成するための一体型モータおよび少なくとも一つのインペラ（１１９）を含む密封型マイクロポンプ（１００）であって、前記インペラ（１１９）が、前記ハウジング（１１５）内の前記インペラ（１１９）のインペラピン（１１９０）を支持するためのスパイダーベアリング（１１７、１１７０）を備えるラジアルスライドベアリング（１１６）を含み、前記インペラピン（１１９０）が前記スパイダーベアリング（１１７、１１７０）とは異なる材料から作製された覆い（１１８）を有することを特徴とする、密封型マイクロポンプ。
2. 前記インペラピン（１１９０）および前記スパイダーベアリング（１１７、１１７０）の両方が金属材料から成り、前記インペラピン（１１９０）の前記覆い（１１８）がプラスチックから成ることを特徴とする、請求項１に記載の密封型マイクロポンプ。
3. 前記インペラピン（１１９０）および前記スパイダーベアリング（１１７、１１７０）がチタンから成り、前記インペラピン（１１９０）の前記覆い（１１８）がポリエーテルエーテルケトンから成ることを特徴とする、請求項１または２に記載の密封型マイクロポンプ。
4. 前記インペラピン（１１９０）が、前記覆い（１１８）の領域で先細になることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の密封型マイクロポンプ。
5. 前記インペラピン（１１９０）の前記覆い（１１８）がコーティングであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の密封型マイクロポンプ。
6. 前記インペラピン（１１９０）の前記覆い（１１８）がスリーブであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の密封型マイクロポンプ。
7. 前記インペラピン（１１９０）の前記覆い（１１８）が、前記スパイダーベアリング（１１７）を超えて延長部を含むキャップ（１１８０）を形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の密封型マイクロポンプ。
8. 前記キャップ（１１８０）が先細であることを特徴とする、請求項７に記載の密封型マイクロポンプ。
9. 前記キャップ（１１８０）が、円錐形または半楕円形であることを特徴とする、請求項７または請求項８に記載の密封型マイクロポンプ。
10. 前記マイクロポンプ（１００）が血液ポンプであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の密封型マイクロポンプ。
11. 前記密封型マイクロポンプ（１００）が、補助人工心臓システムの構成要素であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の密封型マイクロポンプ。
12. 前記密封型マイクロポンプ（１００）の外径が１０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の密封型マイクロポンプ。
    
    

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