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

人工心臓ポンプのシール機構

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JP2928875B2
JP2928875B2 JP7234473A JP23447395A JP2928875B2 JP 2928875 B2 JP2928875 B2 JP 2928875B2 JP 7234473 A JP7234473 A JP 7234473A JP 23447395 A JP23447395 A JP 23447395A JP 2928875 B2 JP2928875 B2 JP 2928875B2
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健二 山崎
敏夫 森
浩司 樋口
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SAN MEDEIKARU GIJUTSU KENKYUSHO KK
Seiko Epson Corp
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SAN MEDEIKARU GIJUTSU KENKYUSHO KK
Seiko Epson Corp
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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。
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