JP2928875B2 - 人工心臓ポンプのシール機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人体に使用される
人工心臓に用いられるポンプの構造に関し、特に、人工
心臓本体に設けられたポンプを駆動する回転軸の軸受け
の血液に対する確実な軸シールを維持することができる
人工心臓ポンプのシール機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、研究・開発されている人体に使用
される人工心臓において、人工心臓本体に内蔵された軸
流ポンプにより左心室内の血液を大動脈弁を貫通するノ
ズルの先端から大動脈内に送る形式のものがある。

【０００３】図１０は、従来形式の人工心臓本体を人体
の心臓に取り付けた状態を示す説明図である。

【０００４】人工心臓１は、心臓Ａの左心室Ｂの心尖部
Ｃを貫通して埋没固定される筒状の心尖部リング２と、
人工心臓本体３とで構成されている。この人工心臓本体
３には、心尖部リング２を貫通して心臓の左心室内に挿
入される円筒状のポンプ基部４、ポンプ基部先端に形成
されたケーシング部６と、人体の心臓の外部に配置され
ポンプ基部の基端部に接続し、ケーシング内に内臓され
た軸流ポンプを駆動する駆動部５とを備えている。そし
て、ケーシング先端のノズル部７は心臓Ａの大動脈弁Ｄ
を貫通し上行大動脈Ｅに挿入される。ケーシング部６の
下端には、左心室内の血液を吸入する複数個の吸い込み
口８が配設されており、左心室内の血液は、吸い込み口
８からケーシング部６内に吸入されノズル部７から上行
大動脈内Ｅに吐出される。上記のような軸流ポンプを血
液ポンプとして用いる場合には、軸流ポンプを駆動する
回転軸の血液に対する軸封が最大の問題となる。軸流ポ
ンプの回転軸に設けられた軸受けの摺動面内に万が一血
液が浸入すると、血液に含まれているフィブリノーゲン
等のタンパク成分が回転摩擦熱によって軸受けの摺動面
で変性凝固し、軸受け凝着を起こして軸の回転を止めて
しまう。そこで、これを防ぐために、回転軸にオイルシ
ールを装着し、オイルシール先端から密封液バッグ５０
に封入された密封液を流動管５１を介して血液中に連続
的に流出させることにより、オイルシール内への血液浸
入を防止していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
シール方法では、オイルシールと回転軸の摺動面内に血
液成分が侵入しないように密封液を大量に消費する必要
があった。密封液の流量を多量にすると密封液の補給の
ため密封液バッグを頻繁に交換する必要があり、その分
患者の負担が増加するため好ましくない。さらに、オイ
ルシールと回転軸が接する摺動面近傍で、変性凝固した
血液タンパクが凝着、成長し易く、その結果、成長した
血液タンパク成分がオイルシール摺動面を押し広げ、シ
ール性能を損なう場面が見られた。さらに、血液が流れ
る流路形状がオイルシール形状によって決定するため、
理想的な流路形状が得難く、血液の滞留も生じやすくな
る。さらに、シリコンゴム等を用いたオイルシールの場
合、長期間にわたって初期性能を維持することは非常に
困難である。

【０００６】本発明は、このような状況を鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、ポンプの回転
軸の血液に対する軸シールを長期間確実に維持すること
ができ、かつ、密封液の消費量が少ない人工心臓ポンプ
およびその回転軸のシール機構を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の人工心臓ポンプ
は、回転軸に取り付けられた動翼（１６）を駆動させる
駆動部（５）と、回転軸の基端部と先端部を軸承する軸
受けを有し、ポンプ基部（４）先端から軸受けロータ
（１４ａ、１４ｂ）と軸受けステータ（１１ａ）の摺動
面内への血液の浸入を防止するための、回転軸の径方向
に平滑な接触面を有する少なくとも一組の端面回転接触
式のシール部（以下メカニカルシール）（９）と、メカ
ニカルシール（９）と軸受けロータ（１４ａ）との間に
形成される流動液室（２４）と、この流動液室（２４）
に面したメカニカルシール部（９）を洗い流す循環流体
を循環させる循環機構とを有することを特徴とする。

【０００８】すなわち、本発明においては、平滑な接触
面を有する少なくとも一組の端面回転接触式のメカニカ
ルシールを設けたこと、および、このメカニカルシール
部を洗い流す循環流体とその循環機構を設けたことを特
徴としている。

【０００９】このようなメカニカルシールの相対する平
滑な接触面間には、厚さ0.5〜1.0μｍ程度の流体の薄膜
が形成されることにより潤滑が維持される。前述したメ
カニカルシールの接触端面の一端は血液流路にさらされ
るため、前述した潤滑薄膜内には血液中のタンパク成分
が拡散によって侵入し、摺動摩擦熱によって変性を起こ
し凝固する。この熱変性タンパクは接触面そのものには
高いせん断力のため凝着せずに、接触部の前後に押し出
されて接触部の近接した場所に凝着する。本発明のメカ
ニカルシールの場合、変性タンパク質は遠心力により外
側に押し出される作用を受け、主に血液流路側に排出さ
れる。血液流路側に排出された変性タンパク質は高速の
血流により速やかに血液中へ拡散する。一方、わずかに
流動液室に面した領域に析出したタンパク成分は多量の
循環流体により速やかに洗い流される。このように、変
性タンパク質がメカニカルシールの接触部近傍に残存、
成長することがなく、メカニカルシールの接触面は常に
クリーンに維持されるため、メカニカルシールのシール
性能は長期に渡り維持される。従って、回転軸における
血液の凝着を長期間にわたって防止することが可能とな
る。

【００１０】一方、循環流体はポンプ内部を循環し、流
動液室に面したメカニカルシールの接触端面近傍に析出
したたんぱく成分を洗い流すのみであるため、接触面す
き間から血液流路中へ流れ出す量は極めて少なくでき
る。これにより、循環液の消費量は少なく抑えられて循
環液の補給を頻繁に行う必要がない。

【００１１】また、多量の循環液を循環させ流動液室に
面したメカニカルシールの接触面近傍を洗い流すことに
より、シール接触面の温度上昇を低く抑えることも可能
となるため、メカニカルシール表面を流れる血液の、局
所発熱による赤血球破壊を防止できるだけでなく、メカ
ニカルシール接触面の異常摩耗も防止できる。

【００１２】また、多量の循環液がモータのエアギャッ
プ内を循環するため、循環液がモータの冷却水として働
き、モータの発熱を抑え、駆動部内の温度上昇を低く保
持させることができるので、血液ポンプの寿命を大幅に
延ばすことができる。

【００１３】また、本発明のひとつの形態による人工心
臓ポンプの軸シール機構は、すべての軸受けのロータ
（１４ａ、１４ｂ）と一体成形した回転軸（１０）と、
すべての軸受けステータとメカニカルシール（９）の固
定リング（１２ａ）を一体成形した回転軸の軸受けステ
ータ（１１ａ）を有し、さらに、相対する接触面を密着
させるのに必要な圧力を生じさせる機構を有する。この
場合、固定リング（１２ａ）の材質にファインセラミッ
クス、相対する回転リング（１３ａ）の材質にカーボン
グラファイトを用いることが望ましい。

【００１４】この発明の形態においては、回転軸の軸受
けステータとメカニカルシールの固定リングを一体成形
し、さらに、軸受けロータと回転軸を一体成形すること
を特徴としており、回転軸とメカニカルシール接触面の
直角度が高い精度で得られる。また、全ての軸受けステ
ータ、軸受けロータ、回転軸の同心度が高い精度で得ら
れるため、ポンプ運転時の振動を小さくでき、また、組
立も容易になる。

【００１５】また、メカニカルシールの接触面によっ
て、回転軸の軸方向の位置決めが可能となるため、スラ
スト軸受けは別途必要としない。さらに、メカニカルシ
ールの接触面の磨耗に応じて回転軸は自動的に移動可能
であり、これによって、常に良好なメカニカルシールの
接触面を維持しようとするものである。

【００１６】さらにこの場合、対応する接触面に合わせ
てなじむ様に磨耗する性質を有する材料（ファインセラ
ミックス、カーボングラファイト）を用いてメカニカル
シールを構成することにより、長期にわたって安定した
接触面を維持しようとするものである。

【００１７】本発明の他の形態による人工心臓ポンプの
軸シール機構は、メカニカルシール（１０９）の回転リ
ング（１３ｂ）と一体形成された回転軸（１１０）の軸
受けロータ（１４ｃ）と、メカニカルシール（１０９）
の固定リング（１２ｂ）と一体形成された軸受けステー
タ（１１ｂ）を有し、さらに、相対する接触面を密着さ
せるのに必要な圧力を生じさせる機構を有する。

【００１８】すなわち、この発明の形態においては、回
転軸の軸受けステータとメカニカルシールの固定リング
を一体形成し、さらに、軸受けロータとメカニカルシー
ルの回転リングを一体形成することを特徴としており、
メカニカルシール接触面の平行度が高い精度で得られ
る。

【００１９】本発明の他の形態による人工心臓ポンプの
軸シール機構は、相対的に摺動運動をおこなう少なくと
も一組の平滑な接触面を有するメカニカルシール（２０
９）と、相対する接触面を密着させるために必要な圧力
を生じさせる機構と、軸の回転をメカニカルシールの接
触面へ伝達する機構と、軸の回転に伴い生じる振動等が
メカニカルシールの接触面のすき間に影響を及ぼさない
ための緩衝機構を有することを特徴とする。

【００２０】すなわち、この発明の形態においては、回
転軸の回転に伴い生じる振動等によって前記接触面にす
き間を生じさせないような緩衝機構を設けることによっ
て、回転振動等によるシール漏れを防止するものであ
る。

【００２１】本発明では、メカニカルシールの接触面に
作用する圧力を制御し、さらに、接触面の摩耗量に応じ
てメカニカルシールの回転リングが回転軸の軸方向の移
動が自動的に行なわれる機構を有する。また、メカニカ
ルシールの回転リングに動翼ボスを固定することが望ま
しい。

【００２２】すなわち、この発明の形態においては、メ
カニカルシールの接触面の摩耗量に応じて、メカニカル
シールの回転リングが回転軸の軸方向への移動を自動的
に行なうことによって、長期間にわたる回転動作によっ
ても安定した軸シール性能を維持させるものである。

【００２３】さらに、請求項７記載の発明においては、
相対するもう一方のメカニカルシール接触面は回転軸と
直角度が得られる様に前述回転軸の先端に動翼ボスと共
に固定される。従って、相対するメカニカルシールの接
触面の平行度が高い精度で得られるものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態にお
ける人工心臓ポンプ本体の拡大断面図であって、以下に
このポンプ本体について詳しく説明する。

【００２５】図において、４は細長い円筒形のポンプ基
部、５は内蔵された動翼１６を駆動させる駆動部、６は
先端にノズル部７が形成されているケーシング部であ
る。

【００２６】ポンプ基部４は、基端部側が駆動部５に接
続し、先端部側の外周にはケーシング部６が係止されて
いる。また、ケーシング部６の下端には血液を吸い込む
複数個の吸い込み口８が配置されている。

【００２７】駆動部５内には、ロータ２８を有するモー
タ２７が内蔵され、ロータ２８に接続する回転軸１０が
ポンプ基部の先端部に延伸し、ポンプ動翼ボス１７に接
続されている。また、循環液を吸い込み、吐出する循環
液吸い込み口２０、循環液吐出口２６が設けられてい
る。

【００２８】ポンプ基部４には、その中心を前述した回
転軸１０が貫通しており、回転軸１０は、表面にスパイ
ラル状の極めて浅い溝が設けられた少なくとも２個の軸
受けロータ１４ａ，１４ｂと軸受けステータ１１ａから
なる軸受け（以下一方向性動圧軸受け）で支持される。
前記軸受けロータ１４ａ，１４ｂは、回転軸１０と一体
成形によって製作され、ファインセラミックスのような
耐摩耗特性に優れた材料が用いられる。また、前述の一
方向性動圧軸受けは、回転軸１０の回転により周囲の循
環流体を前述の軸受けロータ１４ａ、１４ｂと軸受けス
テータ１１ａの摺動面内へ引き込み、一方向へ送り出す
ポンプ作用を有する。また、前記軸受けロータ１４ａ，
１４ｂの間には、回転軸１０の周囲を囲むように循環液
室２３が形成されている。

【００２９】また、ポンプ基部４先端と前述したポンプ
動翼ボス１７の間には、回転軸１０の軸受け内への血液
の流入を防止するメカニカルシール９が設けられる。メ
カニカルシール９はポンプ基部先端に設置され、軸受け
ステータ１１ａと一体成形によって製作された固定リン
グ１２ａと、ポンプ動翼ボス１７と共に回転軸１０に固
定される回転リング１３ａとから成り、血液に対しての
軸封作用は前述固定リング１２ａと回転リング１３ａの
円筒端面の接触面で行われる。メカニカルシールに用い
られる材質は、例えば、カーボングラファイト、金属材
料、セラミックスまたはセラミックスコーティングを施
したもの等が考えられるが、前記の通り軸受けロータ１
４ａ、１４ｂにファインセラミックスを用いた場合、軸
受けステータ１１ａと一体成形される固定リング１２ａ
の材質は耐摩耗性の観点から同様にファインセラミック
スを用いるのが好ましい。さらに、メカニカルシール９
の固定リング１２ａにファインセラミックスを用いた場
合、回転リング１３ａは自己潤滑作用が高く、また、対
応する固定リングに合わせてなじむ様に摩耗する性質を
有するカーボングラファイトの使用が望ましい。メカニ
カルシールの固定リング１２ａにファインセラミック
ス、回転リング１３ａにカーボングラファイトを用いた
場合、摩擦係数は約０．１〜０．１５と、共にファイン
セラミックスを用いた場合の摩擦係数０．２５と比較し
て小さな値となる。

【００３０】また、前述メカニカルシール９の接触面を
維持するために要する圧力は、軸受けステータ１１ａの
基端部の周囲に固定された永久磁石２９ａと、モータ２
７のロータ部に設置した永久磁石２９ｂとの間の反発力
を利用している。なお本例においては永久磁石の反発力
を利用しているが、吸引力を利用することも可能であ
る。

【００３１】また、ポンプ基部先端の軸受けロータ１４
ａとメカニカルシール９との間には流動液室２４が形成
されている。さらに、流動液室２４から駆動部５の循環
液吐出口２６まで循環液を循環させるリターンパイプ２
５が設けてある。循環液は、駆動部５の循環液吸い込み
口２０および循環液吐出口２６から還流管３０、３１を
介して循環液バッグ３２に連通している。

【００３２】ケーシング内部は、ポンプ基部４とケーシ
ング部６を接続すると共に流入する血液の流れを整流す
る前置静翼１５、流入した血液にエネルギを与える、前
述した動翼ボス１７と一体形成された動翼１６、前述し
た動翼１６により血液に生じた旋回エネルギを圧力エネ
ルギとして回収する静翼１８から構成される。静翼ボス
１９は隣接した動翼ボス１７に、静翼１８はケーシング
内壁に固定される。また、それぞれの翼数は少なくとも
２枚以上で、回転に伴う共鳴を防止するため互いに素と
なっている。

【００３３】内部循環流体は前記一方向性動圧軸受けの
ポンプ作用によって、循環液バッグ３２から還流管３０
を経て、循環液吸い込み口２０、モータのエアギャップ
２１、軸受けロータ１４ｂと軸受けステータ１１ａの摺
動面、循環液室２３、軸受けロータ１４ａと軸受けステ
ータ１１ａの摺動面を通り、流動液室２４に面したメカ
ニカルシール９の内側を洗い流し、リターンパイプ２５
を通り、循環液吐出口２６から還流管３１を経て再び循
環液バッグ３２へ循環する。また、循環液中に混入した
変性タンパク質を除去するフィルター３３を循環液バッ
グ３２内に設けたことにより、クリーンな循環液が循環
するため、人工心臓の安全性を高めることができる。ま
た、循環液バッグ３２は左心室外の体腔内、または体外
に設置される。また、本実施形態では、リターンパイプ
を回転軸と別体としているが、回転軸内部にリターンパ
イプを設けることも可能である。

【００３４】一方向性動圧軸受けにより流速が高められ
た多量の循環液を上述のポンプ内の経路を循環させるこ
とにより、メカニカルシール９内側に析出したタンパク
成分が洗い流され、メカニカルシール９の内側は常にク
リーンに維持される。これにより、析出したタンパク成
分がメカニカルシール９接触面に及ぼす影響を防止する
ことが可能となるだけではなく、多量の循環液がメカニ
カルシール９の摩擦熱を吸熱するため、局所発熱による
血球破壊、シール材の異常摩耗を防止し、長期間安定し
た軸シールが可能となる。また、安定した摺動面が維持
されるため、メカニカルシール接触面から血液中へ流出
する循環液の量は極めて少量となる。

【００３５】さらに、多量の循環液をモータ２７のエア
ギャップ２１を経て循環させることにより、循環液がモ
ータ２７の冷却の役目を果たし、駆動部内の温度上昇を
低く維持できるので、人体への影響も少なく長期間の使
用が可能となり血液ポンプの寿命を大幅に延ばすことも
できる。

【００３６】図２、図３は前述したメカニカルシール９
の主要構成部品を示す。図２は回転軸１０の軸受けステ
ータ１１ａとメカニカルシールの機能を共有するメカニ
カルシールの固定リング１２ａ、およびメカニカルシー
ルの回転リング１３ａの断面図、図３は回転軸１０の俯
瞰図を示す。軸受けステータ１１ａとメカニカルシール
の固定リング１２ａを一体成形することにより、軸受け
ステータとメカニカルシールの固定リングの機能を共有
させている．さらに、回転軸の軸方向とシール接触面の
垂直度が絶対的に得られる。さらに、軸受けロータ１４
ａ，１４ｂと一体成形した回転軸１０を用いれば、回転
軸１０と軸受けロータ１４ａ，１４ｂ、および軸受けス
テータ１１ａは高い同心度、平行度が得られる。その結
果振動の少ない高い回転精度が得られ、組立も容易にお
こなえる。前述の回転軸１０に、対応する接触面に合わ
せてなじむ様に磨耗する性質を有する、例えば、カーボ
ングラファイトの様なメカニカルシールの回転リング１
３ａを設置すれば、メカニカルシールの固定リング１２
ａと回転リング１３ａは、回転軸１０に対し高い垂直度
を示し、良好な接触面が得られる。

【００３７】また、前記軸受けロータ１４ａ、１４ｂの
表面には、スパイラル状の浅い溝が設けられており、回
転に伴い周囲の流体を前述の軸受けロータ１４ａ、１４
ｂと軸受けステータ１１ａの摺動面内へ引き込み、一方
向へ送り出すポンプ作用を有する。

【００３８】接触面を押しつけるのに要する力は、図１
に示したようにモータ内部に設けられた一組の永久磁石
２９ａ、２９ｂを利用する。図１においては同一極を対
向させ、永久磁石の反発力を用いているが、吸引力を利
用することも可能である。また、動翼１６の運転に伴い
生ずる反力も接触面を押し付ける力として作用する。さ
らに、永久磁石の反発力、または吸引力と、メカニカル
シールの接触面により、回転軸の軸方向の位置決めが可
能となるため、スラスト軸受けを別途必要としない。さ
らに、メカニカルシールの固定リング１２ａ、回転リン
グ１３ａの磨耗に対応して回転軸１０は自動的に追従移
動が可能であり、その結果、常に良好な接触面が維持で
きる。

【００３９】図４に、本発明の人工心臓ポンプ本体の軸
シール機構の他の実施形態の拡大断面図、図５に図４の
軸シール機構の詳細図を示す。この例は図１に示したも
のと機能的には類似しているので、ここでは図１の例と
異なる点について説明する。

【００４０】メカニカルシール１０９は、軸受けステー
タ１１ｂと一体成形された固定リング１２ｂと、軸受け
ロータ１４ｃと一体形成された回転リング１３ｂとから
構成され、血液に対しての軸封作用は前述固定リング１
２ｂと回転リング１３ｂの円筒端面の接触面で行われ
る。メカニカルシールに用いられる材質は、ファインセ
ラミックス−ファインセラミックス、またはカーボング
ラファイト−ファインセラミックスなどの組み合わせで
使用される。

【００４１】相対するメカニカルシール１０９の接触面
を密着させるのに要する力はモータ内部に設置された一
組の永久磁石２９ｃ、２９ｄの反発力を利用すが、吸引
力も利用可能である。

【００４２】循環流体は、循環液バッグ３２から環流管
３０を経て、循環液吸い込み口２０、モータのエアギャ
ップ２１、バイパス流路３５、循環液室２３、バイパス
流路３６を通り、流動液室２４に面したメカニカルシー
ル１０９の内側を洗い流し、リターンパイプ２５を通
り、循環液吐出口２６から還流管３１を経て再び循環液
バッグ３２へ循環する。本例においては、循環液を循環
させるための外部ポンプ３４を循環液バッグ３２と循環
液吸い込み口２０の間に設けている。また、バイパス流
路３５、３６と外部ポンプ３４を用いず、図１に示した
ように、一方向性動圧軸受けのポンプ作用のみで循環液
を循環させることも可能である。また、循環液中に混入
した変性タンパク質を除去するフィルター３３を循環液
バッグ３２内に設けたことにより、クリーンな循環液が
循環するため、人工心臓の安全性を高めることができ
る。また、循環液バッグ３２とフィルター３３と外部ポ
ンプ３４は左心室外の体腔内、または体外に設置され
る。

【００４３】図６に、本発明の人工心臓ポンプ本体の軸
シール機構の他の実施形態の拡大断面図を示す。この例
は図１に示したものと機能的には類似しており、さらに
循環流体に関しては図４に示したものと同等であるた
め、ここでは図１、図４の例と異なる点について説明す
る。

【００４４】本例においては、動翼２１６が取り付けら
れた動翼ボス２１７が軸方向に追従移動できる自由度を
有している。ただし、動翼ボス内部３８と回転軸２１０
の先端部には、同一極を対向するように永久磁石２９
ｅ，２９ｆがそれぞれ設置されているため、前記永久磁
石間の反発力により、動翼ボス２１７に固定されたメカ
ニカルシール２０９の回転リング１３ｃはポンプ基部先
端に固定されたメカニカルシール２０９の固定リング１
２ｃに押しつけられる。また、運転中に生じる微小振動
は緩和され、メカニカルシール２０９の摩耗に応じて動
翼ボス２１７に固定されたメカニカルシール２０９の回
転リング１３ｃは軸方向に追従移動が可能となってい
る。一方、回転軸２１０の軸方向の位置決めは、回転軸
基端部に設けられた一方向性動圧軸受けの軸受けロータ
１４ｆにつば部５２を設け、前記永久磁石２９ｅ，２９
ｆの反発力によって前記軸受けロータのつば部５２と軸
受けステータ１１ｅの端面を接触させることにより決定
する。

【００４５】本例においては、回転軸２１０の先端部お
よび基端部に設置される一方向性動圧軸受けの軸受けロ
ータ１４ｅ，１４ｆと回転軸２１０、および軸受けステ
ータ１１ｄ、１１ｅをそれぞれ別体としているが、図１
同様一体成形することも可能である。

【００４６】図７は、図６で示した例のメカニカルシー
ル２０９の詳細を示した断面図であって、永久磁石２９
ｅ，２９ｆを用いてメカニカルシール２０９の接触面を
押しつける例である。

【００４７】図において、軸受けステータ１１ｄと固定
リング１２ｃを一体成形することにより、メカニカルシ
ールの固定リングの機能を共有させている。また、一体
成形により、メカニカルシール２０９の固定リング１２
ｃにおいて、軸方向とシール接触面の垂直度が絶対的に
得られる。動翼２１６が取り付けられている動翼ボス２
１７と一体に組み合わされたメカニカルシールの回転リ
ング１３ｃは、反発力が得られるよう同一極を対向させ
た永久磁石２９ｅ，２９ｆにより、運転中に生じる微小
振動が緩和され、また、回転による磨耗に際してはそれ
に対応して軸方向に追従移動する自由度を有する。しか
し、回転軸２１０に設置されたドライブピン３９によっ
て、回転軸２１０と回転リング１３ｃは連結されている
ので、回転方向には自由度がなく軸とともに回転する。
そして、血液に対しての軸封作用は固定リング１２ｃと
回転リング１３ｃの円筒端面の接触面で行われる。ま
た、動翼ボス内部３８と内部循環流体との間の密封は人
造ゴムなどによるＯリング、Ｖリングなどが使用され
る。図はＯリング４０を用いた例である。

【００４８】図８は、図７において用いられた永久磁石
２９ｅ，２９ｆをコイルばね４１に変更した例であり、
機能上は図７と同等である。さらに、コイルばねの代わ
りに板ばね、またはゴム等の弾性体の適用も考えられ
る。

【００４９】以上、軸流ポンプを使用した実施形態で本
発明を説明したが、遠心ポンプなど他のポンプを使用し
ても同様な効果は得られる。図９は遠心ポンプの例を示
したものである．図９は、前述した軸流ポンプを用いた
例とは異なり、人工心臓本体を人体の心臓以外の体腔内
に設置した例について述べたものである。そのため、急
性心筋梗塞や急性心筋炎、肥厚性心筋症のように左心室
が拡大しない疾患例、または大動脈弁の人工弁置換手術
等後、大動脈弁をポンプのノズルが通過できない場合な
ど、前述した軸流ポンプが適用できない患者にも使用可
能となるものである。

【００５０】図において、メカニカルシール３０９は、
軸受けステータ１１ｆと一体成形された固定リング１２
ｄと、軸受けロータ１４ｇと一体形成された回転リング
１３ｄとから構成され、血液に対する軸封は前述した固
定リング１２ｄと、回転リング１３ｄの円筒端面の接触
面で行われる。相対するメカニカルシール接触面を密着
させるのに要する力はモータ内部に設けられた永久磁石
２９ｇ、２９ｈの反発力を利用している。

【００５１】循環流体は、循環液バッグ３２から環流管
３０を経て、循環液吸い込み口２０、モータのエアギャ
ップ２１、バイパス流路３５を通り、流動液室２４に面
したメカニカルシール３０９の内側を洗い流し、リター
ンパイプ２５を通り、循環液吐出口２６から還流管３１
を経て再び循環液バッグ３２へ循環する。

【００５２】本例においては、循環液を循環させるため
の外部ポンプ３４を循環液バッグ３２と循環液吸い込み
口２０の間に設けている。また、バイパス流路３５と外
部ポンプ３４を用いず、図１に示したように、一方向性
動圧軸受けのポンプ作用のみで循環液を循環させること
も可能である。また、循環液中に混入した変性タンパク
質を除去するフィルター３３を循環液バッグ３２内に設
けたことにより、クリーンな循環液が循環するため、人
工心臓の安全性を高めることができる。また、循環液バ
ッグ３２とフィルター３３と外部ポンプ３４は左心室外
の体腔内、または体外に設置される。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば以下
のような効果を有する。

【００５４】請求項１記載の発明によれば、メカニカル
シールと、メカニカルシール内側を洗い流す流体と、循
環流体を循環させる機構によって、安定したシール機能
を実現することができる。その結果、ポンプの回転軸に
おける血液の凝着を防止することが可能となり、心臓ポ
ンプは長期間に渡って安全に使用することが可能とな
る。

【００５５】また、循環流体の消費量は低流量で安定し
ている。さらに、血液が流れる流路形状は流体学的に最
適な形状が得られるため、血液の滞留、破壊の少ないポ
ンプを実現することができる。

【００５６】請求項２記載の発明によれば、回転軸とメ
カニカルシール接触面の直角度が高い精度で得られた
め、長期間にわたって安定したシール性能を維持するこ
とができる。さらに、回転軸の軸受けロータの同心度が
容易に得られるため、組立が容易に行える。

【００５７】また、メカニカルシールの接触面によっ
て、回転軸の軸方向の位置決めが可能となるため、スラ
スト軸受けを別途必要としない。さらに、メカニカルシ
ールの接触端面の磨耗に応じて回転軸は自動的に移動可
能であり、その結果、常に良好なメカニカルシールの接
触面が維持できる。

【００５８】請求項３記載の発明によれば、対応する接
触面に合わせてなじむ様に磨耗する性質を有する材料を
用いてメカニカルシールを構成することにより、長期に
わたって安定した接触面を維持することが可能となる。

【００５９】請求項４記載の発明によれば、相対するメ
カニカルシール接触面の平行度が高い精度で得られた
め、長期間にわたって安定したシール性能を維持するこ
とができる。

【００６０】請求項５記載の発明によれば、回転軸の回
転に伴い生じる振動等によって前記接触面にすき間を生
じさせないような緩衝機構を設けることによって、回転
振動等によるシール漏れを防止することができる。

【００６１】請求項６記載の発明によれば、メカニカル
シールの接触端面の摩耗量に応じて回転軸のスラスト方
向の移動が自動的に行なうことによって、長期間にわた
る回転動作によっても安定した軸シール性能を維持させ
ることができる。

【００６２】請求項７記載の発明によれば、動翼ボスと
メカニカルシールの回転リングを一体化することによ
り、相対するメカニカルシールの接触面の平行度を高い
精度で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における人工心臓ポンプ本
体の拡大断面図である。

【図２】図１のメカニカルシール９の詳細断面図であ
る。

【図３】図１の回転軸１０の詳細図である。

【図４】本発明の他の実施形態における人工心臓ポンプ
本体の拡大断面図である。

【図５】図４のメカニカルシール１０９の詳細断面図で
ある。

【図６】本発明の他の実施形態における人工心臓ポンプ
本体の拡大断面図である。

【図７】図６のメカニカルシール２０９の詳細断面図で
ある。

【図８】図６のメカニカルシール２０９の詳細断面図で
ある。

【図９】本発明の他の実施形態における人工心臓ポンプ
本体の拡大断面図である。

【図１０】従来形式の人工心臓本体を人体の心臓に取り
付けた状態を示す説明図である。

【符号の説明】

Ａ・・・心臓 Ｂ・・・左心室 Ｃ・・・心尖部 Ｄ・・・大動脈弁 Ｅ・・・上行大動脈 １・・・人工心臓 ２・・・心尖部リング ３・・・人工心臓本体 ４・・・ポンプ基部 ５・・・駆動部 ６・・・ケーシング部 ７・・・ノズル部 ８・・・吸い込み口 ９、１０９、２０９、３０９・・・メカニカルシール １０、１１０、２１０、３１０・・・回転軸 １１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ・・
・軸受けステータ １２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ・・・固定リング １３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・・回転リング １４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１
４ｇ・・・軸受けロータ １５・・・前置静翼 １６、２１６・・・動翼 １７、２１７・・・動翼ボス １８・・・静翼 １９・・・静翼ボス ２０・・・循環液吸い込み口 ２１・・・エアギャップ ２３・・・循環液室 ２４・・・流動液室 ２５・・・リターンパイプ ２６・・・循環液吐出口 ２７・・・モータ ２８・・・ロータ ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅ、２９ｆ、２
９ｇ、２９ｈ・・・永久磁石 ３０、３１・・・還流管 ３２・・・循環液バッグ ３３・・・フィルタ ３４・・・外部ポンプ ３５、３６・・・バイパス流路 ３８・・・動翼ボス内部 ３９・・・ドライブピン ４０・・・Ｏリング ４１・・・コイルばね ５０・・・密封液バッグ ５１・・・流動管 ５２・・・つば部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−178165（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−181983（ＪＰ，Ａ) 特表 昭61−500058（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61M 1/12

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人体に使用される人工心臓ポンプにおい
   て、 円筒状のポンプ基部（４）と、前記ポンプ基部の基端部
   に接続したモータ（２７）の回転軸（１０）を介して前
   記ポンプ基部（４）先端に設置されたポンプの動翼（１
   ６）を駆動させる駆動部（５）と、前記ポンプ基部の先
   端に形成されたケーシング部（６）とを備え、内部には
   前記回転軸の基端部と先端部を軸承する、軸受けロータ
   （１４ａ、１４ｂ）と軸受けステータ（１１ａ）からな
   る軸受けを有すると共に、 前記ポンプ基部（４）先端から前記軸受けロータ（１４
   ａ、１４ｂ）と軸受けステータ（１１ａ）の摺動面内へ
   の血液の浸入を防止するための、前記回転軸の径方向に
   平滑な接触面を有する少なくとも一組の端面回転接触式
   のシール部（以下メカニカルシール）（９、１０９、２
   ０９、３０９）と、前記メカニカルシール（９、１０
   ９、２０９、３０９）と前記軸受けロータ（１４ａ）と
   の間に形成される流動液室（２４）と、この流動液室
   （２４）に面した前記メカニカルシール（９、１０９、
   ２０９、３０９）を洗い流す循環流体を循環させる循環
   機構とを有することを特徴とする人工心臓ポンプのシー
   ル機構。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記メカニカルシー
   ル（９）は、前記回転軸（１０）と軸受けステータ（１
   １ａ）と一体成形された固定リング（１２ａ）と、軸受
   けロータ（１４ａ、１４ｂ）と一体成形された回転軸
   （１０）に固定された回転リング（１３ａ）とから構成
   されており、 前記固定リング（１２ａ）と前記回転リング（１３ａ）
   の相対する接触面を密着させるために必要な圧力を生じ
   させる機構を有することを特徴とする人工心臓ポンプの
   シール機構。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記回転軸（１０）
   の軸受けステータ（１１ａ）の機能を有するメカニカル
   シールの固定リング（１２ａ）の材質にファインセラミ
   ックス、相対する回転リング（１３ａ）の材質にカーボ
   ングラファイトを用いることを特徴とする人工心臓ポン
   プのシール機構。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記メカニカルシー
   ル（１０９）は、軸受けステータ（１１ｂ）と一体成形
   された固定リング（１２ｂ）と、軸受けロータ（１４
   ｃ）と一体形成された回転リング（１３ｂ）とから構成
   されており、 前記固定リング（１２ｂ）と前記回転リング（１３ｂ）
   と相対する接触面を密着させるために必要な圧力を生じ
   させる機構を有することを特徴とする人工心臓ポンプの
   軸シール機構。
5. 【請求項５】 請求項１において、前記メカニカルシー
   ル（２０９）の相対する接触面を密着させるために必要
   な圧力を生じさせる機構と、回転軸（２１０）の回転を
   前記接触面へ伝達する機構と、前記回転軸（２１０）の
   回転に伴い生じる振動等によって前記接触面にすき間を
   生じさせないような緩衝機構を有することを特徴とする
   人工心臓ポンプのシール機構。
6. 【請求項６】 請求項１において、前記メカニカルシー
   ル（９、１０９、２０９、３０９）の接触面に作用する
   圧力を制御し、さらに、前記メカニカルシールの接触面
   の摩耗量に応じて、メカニカルシールの回転リング（１
   ３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）が前記回転軸（１０、
   １１０、２１０、３１０）の軸方向への移動が自動的に
   行なわれる機構を有することを特徴とする人工心臓ポン
   プのシール機構。
7. 【請求項７】 請求項１において、動翼ボス（１７、２
   １７）に前記メカニカルシール（９、２０９）の回転リ
   ング（１３ａ、１３ｃ）を固定することを特徴とする人
   工心臓ポンプのシール機構。