JP4078245B2 - 人工心臓ポンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工心臓ポンプに関するもので、特に、血液を圧送する軸流ポンプを使用した人工心臓ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、医療用の代替又は補助心臓として、羽根車の回転を利用して血液を圧送する人工心臓ポンプが用いられている。この人工心臓ポンプとして、ローラポンプ又は遠心ポンプを利用するものと、軸流ポンプを利用するものとが提供されている。これらの各種類の人工心臓ポンプにおいて、軸流ポンプを利用したものの方が、ローラポンプ又は遠心ポンプに利用するものに比べて、サイズを小さく出来る。
【０００３】
この軸流ポンプを利用した従来の人工心臓ポンプとして、ハウジングに内含されたモータステータと磁気的な反応を行うことでロータを回転させる永久磁石をインペラを備えたロータの内部に内含されるポンプ部材が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１の循環器支援システムにおけるポンプ部材では、ロータ内の永久磁石とモータステータとのギャップが広くなるため、ロータを回転させるためのモータの駆動効率が悪い。
【０００４】
よって、モータの駆動効率を高くするために、従来技術として、インペラの外周側端面が内壁面に接合されたシュラウドを設けるとともに、このシュラウド内部に極異方性永久磁石を設けることで、モータステータに永久磁石を近接させた軸流ポンプによる人工心臓ポンプが提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、特許文献２の人工心臓ポンプにおいて、ロータは、その両端部分が支持されることによって、軸方向に対する支持が行われているため、ロータの先端部分がその回転により摩耗するとともに焼き付けを起こすなど機械的な損失が発生する。
【０００５】
それに対して、本出願人も、図１７に示すように、スラスト軸受けとして反発磁力を用いてロータ部分を支持するとともに、極異方性永久磁石を内含したシュラウドが設けられた軸流ポンプによる心臓ポンプを提案している。図１７の心臓ポンプについて、以下に簡単に説明する。
【０００６】
図１７の心臓ポンプは、円筒状のハウジング１０１の内壁面に複数のディフューザ２を接合し、この複数のディフューザ２が外壁面に接合されることでハウジング１に固定軸１０３が支持される。そして、この固定軸１０３の上流側に嵌合された円筒状の回転軸１０４の外壁面に複数のインペラ５が接合される。このインペラ５が内壁面に接合される円筒状のシュラウド１０６は、その外壁面がハウジング１０１の内壁面と近接した位置に設けられる。
【０００７】
又、シュラウド１０６の内部には、人工心臓ポンプの中心軸Ｘを中心として放射状に複数の極異方性永久磁石６ａが設けられるとともに、その上流側にはリング状の永久磁石１０６ｂが設けられる。そして、極異方性永久磁石６ａは、シュラウド１０６の外壁面に対して垂直に磁束を発生し、永久磁石１０６ｂは、中心軸Ｘの軸方向に平行に磁束を発生する。又、ハウジング１０１において、シュラウド１０６の外壁面に面する部分Ａ（以下、「シュラウド嵌合部分Ａ」と呼ぶ）に、シュラウド１０６の外壁面にその磁極が面するモータステータ１ａが設けられ、シュラウド１０６の上流側端面に面する位置にリング状の永久磁石１０１ｂが設けられる。
【０００８】
このように構成される人工心臓ポンプにおいて、モータステータ１ａを構成する磁気コイルに３相電流など位相の異なる電流を流すことで、極異方性永久磁石６ａに回転する動力が働き、回転軸１０４及びインペラ５及びシュラウド１０６がモータロータとして回転する。このとき、下流側の圧力が上流側の圧力に比べて高くなるため、回転軸１０４及びインペラ５及びシュラウド１０６が、下流側から上流側に向かって荷重が加わることとなり、シュラウド１０６の上流側端面がハウジング１０１のシュラウド嵌合部分Ａにおける面１ｘと接しようとする。しかしながら、永久磁石１０１ｂ及び永久磁石１０６ｂが、同一磁極が対面し反発するように設けられるため、その斥力によりシュラウド１０６がハウジング１０１と接することを防ぐ。
【０００９】
【特許文献１】
特表２００１−５２３９８３号公報（第２３−２６頁、第４、９図）
【特許文献２】
米国特許第６０５３７０５号明細書
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１７のような構成の人工心臓ポンプは、停止時と駆動時との荷重変化が大きく、又、永久磁石１０１ｂ，１０６ｂによる磁気軸受のバネ定数が小さいため、停止時及び駆動時それぞれにおける回転軸１０４及びインペラ５及びシュラウド１０６の移動量（エンドプレイ）が大きくなる。そのため、シュラウド嵌合部分Ａの軸方向の長さを十分なものにする必要がある。よって、駆動時において、シュラウド嵌合部分Ａのシュラウド１０６と面していない部分に窪みが生じ、この窪みに偏流が生じて主流が乱れる原因となり、水力（ポンプ）効率の大幅な低下をもたらすこととなる。
【００１１】
又、Ｘ軸方向に対して突発的な荷重変化があった場合や永久磁石１０１ｂ，１０６ｂによる横滑りが生じたとき、ハウジング１０１とシュラウド１０６とが接触したり、固定軸１０３と回転軸１０４とが接触することにより、摩耗や焼き付けが生じる場合があり、機械的な欠損を招くこととなる。又、磨耗紛発生による生体への悪影響や、寿命の低下をもたらす。
【００１２】
又、ハウジング１０１が停止しているとともにシュラウド１０６が回転しているため、ハウジング１０１の内壁面からシュラウド１０６の外壁面に向かって、シュラウド１０６の回転方向の血流の速度が速くなる。よって、ハウジング１０１の内壁面とシュラウド１０６の外壁面とが近接しすぎたとき、せん断応力が大きくなって赤血球の破壊を促して溶血量を増大させるため、ハウジング１０１の内壁面とシュラウド１０６の外壁面との間に隙間を設ける必要がある。このように設けたハウジング１０１とシュラウド１０６との間の隙間により、血液が逆流するため、ポンプ効率の低下をもたらすこととなる。
【００１３】
更に、回転軸１０４及びインペラ５及びシュラウド１０６によるロータの回転におけるアンバランスを除去するために、シュラウド１０６の外壁を切削を施すが、このように切削してアンバランスの除去を施した場合、切削部分の粗度が悪化する。よって、この切削部分の粗度の悪化が原因となり、赤血球の破壊を促して溶血量を増大させてしまう。
【００１４】
このような問題を鑑みて、本発明は、エンドプレイの影響を低減することによりポンプ効率を良くした人工心臓ポンプを提供することを目的とする。又、本発明は、装置内の摩耗及び焼き付けを防ぐことにより生体適合性を向上させ、かつ寿命を長くした人工心臓ポンプを提供することを別の目的とする。又、本発明は、切削することなくロータのアンバランスを除去することができる人工心臓ポンプを提供することを別の目的とする。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の人工心臓ポンプは、ハウジングと、該ハウジング内の中心位置に固定された固定軸と、当該固定軸に嵌合した回転軸と、当該回転軸の外壁面に接合された複数のインペラと、その内壁面に当該インペラの外周側が接合された円筒状のシュラウドと、前記ハウジング内の前記シュラウドと対面する位置に内含されるとともに前記シュラウド外壁面に対して垂直な磁界を発生するモータステータと、前記シュラウド内に内含されるとともに前記シュラウドの外壁面に対して垂直な磁界を発生する異方性永久磁石と、を備えるとともに、前記ハウジングの内壁面の径が前記シュラウドと対面する位置において太い人工心臓ポンプにおいて、前記シュラウドの下流側端面の内径側に、下流側に突起したリング状の突起部を備え、前記回転軸が回転しているとき、前記ハウジングの内壁面の径の太い部分が前記突起部によって覆われることを特徴とする。
【００１６】
このように構成することで、前記ハウジングの前記シュラウドを覆う部分において形成される窪みが、前記突起部によって覆われるため、前記窪みへの偏流を防ぐことができ、血液の主流の乱れを抑制することができ、結果的にポンプ効率を高くすることができる。
【００１７】
このような構成において、請求項２に記載するように、前記ハウジングの内壁面の径が細く且つ前記シュラウドの下流側端面付近の部分において、前記突起部の外径より太い円筒状の切欠部を設け、前記回転軸の回転が停止しているとき、前記切欠部に前記突起部が挿入されるようにしても構わない。このとき、前記突起部の内径を前記シュラウドの内径と同じにすることができるため、血液の主流の乱れを更に抑制することができる。
【００１８】
又、請求項３に記載の人工心臓ポンプは、ハウジングと、該ハウジング内の中心位置に固定された固定軸と、当該固定軸に嵌合した回転軸と、当該回転軸の外壁面に接合された複数のインペラと、その内壁面に当該インペラの外周側が接合された円筒状のシュラウドと、前記ハウジング内の前記シュラウドと対面する位置に内含されるとともに前記シュラウド外壁面に対して垂直な磁界を発生するモータステータと、前記シュラウド内に内含されるとともに前記シュラウドの外壁面に対して垂直な磁界を発生する異方性永久磁石と、を備えるとともに、前記ハウジングの内壁面の径が前記シュラウドと対面する位置において太い人工心臓ポンプにおいて、前記回転軸が、前記固定軸の上流側先端部分を覆うとともに、前記回転軸の上流側先端部分内部に内含されるとともに血流の方向に磁界を発生する第１永久磁石と、該第１永久磁石と反発する磁界を発生する第２永久磁石と、当該第２永久磁石を内含し、その下流側端面が前記回転軸の上流側先端端面に面するとともに、前記ハウジングないの中心位置に固定されたコーンと、を備え、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石によって前記回転軸と前記コーンとが接触するのを防ぐスラスト軸受が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
このように構成することで、従来のように外径側に位置して回転速度が最も速くなる前記シュラウドに前記スラスト軸受を形成するための永久磁石を設ける必要がなくなり、前記シュラウドの軸方向の長さを短くすることができるため、せん断応力を抑制して、人工心臓ポンプにおける溶血特性を良好なものとすることができる。
【００２０】
又、このような人工心臓ポンプにおいて、請求項４に記載するように、前記回転軸の上流側先端部分に、前記固定軸の外壁面と前記回転軸の内壁面との間の隙間に流れ込む血液を排出する排出口を設けて、前記固定軸の外壁面と前記回転軸の内壁面との間に流れ込む血液を排出し、血液の凝固を防ぐことができる。
【００２１】
又、請求項４に記載の人工心臓ポンプにおいて、前記固定軸の上流側先端端面に、先端部分が前記排出口に挿入される尖頭状に突起したピボットを備えるようにすることで、前記固定軸の外壁面と前記回転軸の内壁面との接触を防ぐことができる。よって、前記固定軸及び前記回転軸の接触による摩耗及び焼き付けを防ぐことができるため、ポンプ効率を高くすることができるとともに、ポンプの長寿命化も図られ、更には溶血特性を良好なものとすることができる。
【００２２】
又、請求項５に記載の人工心臓ポンプにおいて、前記回転軸の回転数が所定回転数より低いとき、前記ピボットの外壁面が前記排出口の内壁面と接触して、前記回転軸が前記固定軸に支持されるようにすることで、通常運転時には、前記回転軸が前記固定軸から浮上した状態として、前記ピボットとも非接触とし、前記ピボットでの摩耗及び焼き付けを防ぐ。このようにすることで、ポンプ効率を高くすることができるとともに、ポンプの長寿命化も図られ、溶血特性を良好なものとすることができる。
【００２３】
又、請求項３又は請求項４に記載の人工心臓ポンプにおいて、請求項７に記載するように、前記固定軸の上流側先端端面に、スパイラルグルーブ軸受として働く溝が形成されるようにしても構わない。このとき、前記回転軸の下流側端面が前記固定軸の上流側先端端面に近接したとき、溝に流入する血液の圧力が高くなり、前記回転軸と前記固定軸との接触を防ぐことができる。よって、前記固定軸及び前記回転軸の接触による摩耗及び焼き付けを防ぐことができるため、ポンプ効率を高くすることができるとともに、ポンプの長寿命化も図られ、更には溶血特性を良好なものとすることができる。
【００２４】
又、請求項８に記載するように、請求項３〜請求項７のいずれかに記載の人工心臓ポンプにおいて、前記コーンの下流側端面に、スパイラルグルーブ軸受として働く溝が形成されるようにしても構わない。このとき、前記回転軸の上流側先端端面が前記コーンの下流側端面に近接したとき、溝に流入する血液の圧力が高くなり、前記回転軸と前記コーンとの接触を防ぐことができる。よって、前記コーン及び前記回転軸の接触による摩耗及び焼き付けを防ぐことができるため、ポンプ効率を高くすることができるとともに、ポンプの長寿命化も図られ、更には溶血特性を良好なものとすることができる。
【００２５】
又、請求項７又は請求項８に記載の人工心臓ポンプにおいて、請求項９に記載するように、前記固定軸又は前記コーンにおける前記溝を放射状に設ける。このとき、前記溝を湾曲させるようにしても構わない。又、前記固定軸に形成される溝を湾曲させるときは、前記回転軸の回転方向に進むにつれて内周側へと向かうように湾曲させ、又、前記コーンに形成される溝を湾曲させるときは、前記コーンの回転方向に進むにつれて外周側へと向かうように湾曲させる。
【００２６】
又、請求項１０に記載の人工心臓ポンプは、請求項３〜請求項９のいずれかに記載の人工心臓ポンプにおいて、その外周側が前記インペラの上流側の前記ハウジングの内壁面に接合されるとともに、前記血流を整流する静翼として働く複数の整流板を備え、前記コーンの外壁面に当該整流板の内周側が接合されることで、前記コーンが前記整流板を介して前記ハウジングに支持されることを特徴とする。
【００２７】
又、請求項１１に記載の人工心臓ポンプは、請求項３〜請求項１０のいずれかに記載の人工心臓ポンプにおいて、前記シュラウドの下流側端面の内径側に、下流側に突起したリング状の突起部を備え、前記回転軸が回転しているとき、前記ハウジングの内壁面の径が太い部分が前記突起部によって覆われることを特徴とする。このとき、請求項１２に記載するように、前記ハウジングの内壁面の径が細く且つ前記シュラウドの下流側端面付近の部分において、前記突起部の外径より太い円筒状の切欠部を設け、前記回転軸の回転が停止しているとき、前記切欠部に前記突起部が挿入されるようにしても構わない。
【００２８】
又、請求項１〜請求項１２に記載の人工心臓ポンプにおいて、請求項１３に記載するように、前記シュラウドの上流側端面に、内壁面から外壁面に向かって放射状に構成される複数の逆流量低減溝を備えるようにしても構わない。該逆流量低減溝を設けることによって、該シュラウドの上流側端面の外壁面に向かって前記血液が流れようとして、前記シュラウドの上流側端面の外壁面付近における圧力が高くなる。よって、前記シュラウドの外壁面と前記ハウジングの内壁面との隙間における血液の逆流を防ぐことができ、ポンプ効率を高くすることができる。又、当該逆流量低減溝において、内壁から外壁の間でその幅を常に一定とするようにしても構わない。又、当該逆流量低減溝において、その幅が前記シュラウドの内壁から外壁に向かって狭くなるようにしても構わない。又、当該逆流量低減溝を湾曲させて、その湾曲方向が前記シュラウドの回転方向と同じ方向になるようにしても構わない。
【００２９】
又、請求項１４に記載の人工心臓ポンプは、ハウジングと、該ハウジング内の中心位置に固定された固定軸と、当該固定軸に嵌合した回転軸と、当該回転軸の外壁面に接合された複数のインペラと、その内壁面に当該インペラの外周側が接合された円筒状のシュラウドと、前記ハウジング内の前記シュラウドと対面する位置に内含されるとともに前記シュラウド外壁面に対して垂直な磁界を発生するモータステータと、前記シュラウド内に内含されるとともに前記シュラウドの外壁面に対して垂直な磁界を発生する異方性永久磁石と、を備えるとともに、前記ハウジングの内壁面の径が前記シュラウドと対面する位置において太い人工心臓ポンプにおいて、前記シュラウドの上流側端面に、内壁面から外壁面に向かって放射状に構成される複数の逆流量低減溝を備えることを特徴とする。
【００３０】
又、請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の人工心臓ポンプにおいて、請求項１５に記載するように、前記シュラウドの上流側端面に、周方向に沿って等間隔に形成される複数のアンバランス除去用穴を備え、前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、複数の前記アンバランス除去用穴において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する前記アンバランス除去用穴に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた前記アンバランス除去用穴以外の前記アンバランス除去用穴に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込むようにしても構わない。
【００３１】
このように構成することで、従来のように、切削して前記ロータのアンバランスを除去する必要がなくなるため、前記シュラウドを切削することによる溶血特性の悪化を防ぐことができる。
【００３２】
又、請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の人工心臓ポンプにおいて、請求項１６に記載するように、前記シュラウドの上流側端面に、周方向に沿って形成されるアンバランス除去用溝を備え、前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、前記アンバランス除去用溝において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する部分に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた部分以外の部分に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込むようにしても構わない。
【００３３】
このように構成することによって、前記アンバランス除去用穴に比べて、前記第１材料の埋め込み位置の自由度が増すため、より適正なアンバランス除去を行うことができる。
【００３４】
又、請求項１〜請求項１６のいずれかに記載の人工心臓ポンプにおいて、請求項１７に記載するように、前記シュラウドの下流側端面に、周方向に沿って等間隔に形成される複数のアンバランス除去用穴を備え、前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、複数の前記アンバランス除去用穴において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する前記アンバランス除去用穴に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた前記アンバランス除去用穴以外の前記アンバランス除去用穴に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込むようにしても構わない。
【００３５】
又、請求項１〜請求項１６のいずれかに記載の人工心臓ポンプにおいて、請求項１８に記載するように、前記シュラウドの下流側端面に、周方向に沿って形成されるアンバランス除去用溝を備え、前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、前記アンバランス除去用溝において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する部分に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた部分以外の部分に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込むようにしても構わない。
【００３６】
又、請求項１９に記載の人工心臓ポンプは、ハウジングと、該ハウジング内の中心位置に固定された固定軸と、当該固定軸に嵌合した回転軸と、当該回転軸の外壁面に接合された複数のインペラと、その内壁面に当該インペラの外周側が接合された円筒状のシュラウドと、前記ハウジング内の前記シュラウドと対面する位置に内含されるとともに前記シュラウド外壁面に対して垂直な磁界を発生するモータステータと、前記シュラウド内に内含されるとともに前記シュラウドの外壁面に対して垂直な磁界を発生する異方性永久磁石と、を備えるとともに、前記ハウジングの内壁面の径が前記シュラウドと対面する位置において太い人工心臓ポンプにおいて、前記シュラウドの上流側端面及び下流側端面の少なくとも一方に、周方向に沿って等間隔に形成される複数のアンバランス除去用穴を備え、前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、複数の前記アンバランス除去用穴において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する前記アンバランス除去用穴に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた前記アンバランス除去用穴以外の前記アンバランス除去用穴に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込むことを特徴とする。
【００３７】
又、請求項２０に記載の人工心臓ポンプは、ハウジングと、該ハウジング内の中心位置に固定された固定軸と、当該固定軸に嵌合した回転軸と、当該回転軸の外壁面に接合された複数のインペラと、その内壁面に当該インペラの外周側が接合された円筒状のシュラウドと、前記ハウジング内の前記シュラウドと対面する位置に内含されるとともに前記シュラウド外壁面に対して垂直な磁界を発生するモータステータと、前記シュラウド内に内含されるとともに前記シュラウドの外壁面に対して垂直な磁界を発生する異方性永久磁石と、を備えるとともに、前記ハウジングの内壁面の径が前記シュラウドと対面する位置において太い人工心臓ポンプにおいて、前記シュラウドの上流側端面及び下流側端面の少なくとも一方に、周方向に沿って形成されるアンバランス除去用溝を備え、前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、前記アンバランス除去用溝において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する部分に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた部分以外の部分に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込ことを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における人工心臓ポンプの構成を示す断面図である。図１において、図１７と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。又、図２は、図１の人工心臓ポンプにおけるハウジング内のＹ−Ｙ位置における断面図である。
【００３９】
図１の人工心臓ポンプは、円筒状のハウジング１と、ハウジング１の内壁面に接合された複数のディフューザ２と、複数のディフューザ２が外壁面に接合されることでハウジング１に支持された固定軸３と、固定軸３のディフューザ２との接合部分より上流側に嵌合された回転軸４と、回転軸４の外壁面に接合された複数のインペラ５と、インペラ５が接合されるとともにハウジング１の内壁面とその外壁面とが近接した位置に設けられる円筒状のシュラウド６と、シュラウド６よりも上流側に設けられるとともにハウジング１の内壁面に接合された複数の整流板７と、下流側の面が回転軸４の先端面に近接する位置に設けられるとともに整流板７が外壁面に接合されることでハウジング１に支持されたコーン８と、を備える。
【００４０】
又、この人工心臓ポンプは、シュラウド６内部に極異方性永久磁石６ａが備えられるとともに、ハウジング１内部にシュラウド６の外壁面にその磁極が面する電磁コイルより成るモータステータ１ａが備えられる。又、極異方性永久磁石６ａは、図２のように、人工心臓ポンプの中心軸Ｘを中心として放射状に複数設けられるとともに、その磁束の方向がハウジング１の内壁面に対して垂直な方向とされる。更に、隣接する極異方性永久磁石６ａのハウジング１の内壁面に面する磁極を逆極性にする。よって、モータステータ１ａを構成する磁気コイルに３相電流など位相の異なる電流を流すことで、極異方性永久磁石６ａに回転する動力が働き、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６がモータロータとして回転する。
【００４１】
又、ハウジング１のシュラウド嵌合部分Ａにおける中心軸Ｘから内壁面までの半径ｒａが、ハウジング１の他の部分における中心軸Ｘから内壁面までの半径ｒｂにシュラウド６の厚みを加えた値よりもわずかに大きい値とする。このようにして、中心軸Ｘからシュラウド６の内壁面までの距離がハウジング１のシュラウド嵌合部分Ａ以外の部分の半径ｒｂと略等しくなるように設計される。更に、このハウジング１のシュラウド嵌合部分Ａにおける中心軸Ｘの軸方向の長さＬａが、シュラウド６の中心軸Ｘの軸方向の長さＬｂよりも長くなるように設計される。
【００４２】
又、回転軸４の上流側先端部分の内壁面で固定軸３を覆うように設計され、固定軸３の上流側先端の端面３ａが回転軸４の内壁における面４ｘと対向する。更に、この回転軸４は、回転軸４の下流側より固定軸３の外壁面と回転軸４の内壁面との間隙に流入する血液を排出するための排出口４ｂが上流側先端部分に設けられる。そして、整流板７におけるコーン８と接合されていない部分における内側端面が回転軸４の外壁面と近接するように設けられるとともに、整流板７の下流側端面がハウジング１のシュラウド嵌合部分Ａにおける上流側の面１ｘとほぼ一致する位置となるように設けられる。
【００４３】
又、回転軸４の上流側先端部分内部には、リング状の永久磁石４ａが内含されるとともに、コーン８内部には、下流側の面が永久磁石４ａの上流側の面と対向する永久磁石８ａが内含される。このとき、永久磁石４ａの上流側の面における磁極と永久磁石８ａの下流側の面における磁極が同じ極性とされるため、永久磁石４ａ，８ａによる斥力が働く。よって、永久磁石４ａ，８ａが、中心軸Ｘの軸方向に対するスラスト軸受けとして機能し、人工心臓ポンプの駆動時にインペラ５よりも下流側の方が圧力が高くなることにより回転軸４が上流側に移動して、回転軸４の上流側先端の端面４ｙとコーン８の下流側の端面８ｘとが接触することを防ぐ。更に、人工心臓ポンプの停止時や低回転での駆動時には、モータステータ１ａと極異方性永久磁石６ａとに働く引力と永久磁石４ａ，８ａによる斥力とが釣り合うことで、回転軸４が下流側に移動して、回転軸４の内壁面４ｘと固定軸３の先端端面３ａとが接触することも防ぐ。
【００４４】
又、固定軸３は、その断面が、図２のように、偏心した複数の円弧が組み合わされたオフセット形状で形成され、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６を含む回転体の中心軸Ｘに対する径方向のジャーナル軸受けとして機能する。尚、本実施形態では、４分の１円を４つ組み合わせたオフセット形状としているが、ｎ（ｎ≧２）分の１円となる円弧をｎ個組み合わせたオフセット形状としても構わない。
【００４５】
このような構成の人工心臓ポンプにおいて、更に、シュラウド６の下流側端面に、図１のように、その内壁面がシュラウド６本体の内壁面と均一となるリング状の突起部６ｂが設けられるとともに、又、シュラウド６の上流側端面に、Ｘ軸を中心に放射状となる溝部６ｃ（図４参照）が設けられる。又、ハウジング１のシュラウド嵌合部分Ａにおける下流側の面１ｙ近傍には、シュラウド６の突起部６ｂが挿入可能な切欠部１ｂが設けられる。このとき、切欠部１ｂのＸ軸方向の長さが突起部６ｂのＸ軸方向の長さに比べてわずかに長く、又、切欠部１ｂの径方向の幅が突起部６ｂの径方向の幅に比べてわずかに広い。
【００４６】
このようにシュラウド６に突起部６ｂを設けることによって、駆動時に回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６が上流方向に移動して、ハウジング１のシュラウド嵌合部Ａにおける下流側の面１ｙとシュラウド６の下流側端面との間に発生する窪みへの偏流を防ぐことができる。又、シュラウド６の突起部６ｂ及びハウジング１の切欠部１ｂとのに隙間をわずかに広く設けることにより、突起部６ｂと切欠部１ｂとの接触を防ぐとともに、突起部６ｂと切欠部１ｂとの間で発生するせん断応力を低減させる。
【００４７】
この突起部６ｂと切欠部１ｂと間より血液がわずかに流入し、図３のように、シュラウド６の外壁面とハウジング１の内壁面との間を逆流しようとする。しかしながら、図４のように、シュラウド６の上流側端面に外周側の幅と内周側の幅が等しい溝部６ｃを放射状に設けることにより、溝部６ｃにおける血液がシュラウド６の回転による遠心力により、シュラウド６の外壁側に向かって流れ込もうとする。
【００４８】
そのため、シュラウド６の上流側端面近傍の領域における圧力分布が、図５の実線のようになり、溝部６ｃを設けなかった場合に比べて、シュラウド６の外壁面における圧力が高くなる。尚、溝部６ｃを設けなかった場合は、図５の点線のようになる。よって、シュラウド６の下流側端面近傍の領域における圧力よりも、シュラウド６の上流側端面近傍の領域における圧力が高くなるため、シュラウド６の外壁面とハウジング１の内壁面との間における逆流を防ぐことができる。
【００４９】
以上のことから、本実施形態では、エンドプレイにより従来発生していた駆動時におけるシュラウド６の下流側に生じる隙間空間体積の増加を突起部６ｂで抑制することができ、結果的に、血液の偏流を防いで、ポンプ効率の低下を防ぐことができる。又、シュラウド６の上流側端面に溝部６ｃを設けることで、シュラウド６の外壁面において上流側の圧力を高くすることができ、結果的に、血液の逆流を防いで、ポンプ効率の低下を防ぐことができる。
【００５０】
尚、本実施形態において、シュラウド６に設ける溝部６ｃを、図６（ａ）のように、内壁面から外壁面に向かって幅が狭くなるようにしても構わない。このようにすることで、シュラウド６の外壁面近傍の圧力をより高くすることができ、逆流防止の効果を更に高くすることができる。又、本実施形態において、シュラウド６に設ける溝部６ｃを、図６（ｂ）のように、内壁面から外壁面に向かってシュラウド６の回転方向と同じ方向に湾曲させるとともに放射状に設けるようにしても構わない。このとき、溝部６ｃがシュラウド６の回転方向と同じ方向に湾曲しているため、溝部６ｃに溜まった血液が、図４又は図６（ａ）のように単純に放射状に設ける場合と比べて、シュラウド６の遠心力の影響を大きく受けるため、シュラウド６の外壁面近傍の圧力をより高くすることができ、逆流防止の効果を更に高くすることができる。又、図１７に示す従来の人工心臓ポンプに対しても適用可能である。
【００５１】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図７は、本実施形態における人工心臓ポンプの構成を示す断面図である。図７において、図１と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
図７の人工心臓ポンプは、図１の人工心臓ポンプと異なり、固定軸３の上流側先端端面３ａの中心に尖頭状に突起したピボット３ｂが設けられるとともに、シュラウド６に設けられた突起部６ｂ及びハウジング１に設けられた切欠部１ｂを除去した構成となる。このピボット３ｂの径は、回転軸４の上流側先端部に設けられる排出口４ｂの径よりも大きい。又、固定軸３の上流側先端端面３ａにおいて、ピボット３ｂが設けられていない部分がＸ軸と垂直な平面とされ、回転軸４の内壁における面４ｘと平行になるように設計される。又、ピボット３ｂにおける排出口４ｂと接触する点から回転軸４の内壁における面４ｘまでの距離が、シュラウド６の下流側端面とハウジング１のシュラウド嵌合部Ａにおける下流側の面１ｙとの距離よりも常に短くなるように設計される。
【００５３】
よって、人工心臓ポンプの停止時や低回転での駆動時には、図８（ａ）のように、固定軸３のピボット３ｂに回転軸４の排出口４ｂが嵌合した状態となり、回転軸４が固定軸３のピボット３ｂによってＸ軸方向に支持されて、固定軸３の上流側先端端面３ａと回転軸４の内壁における面４ｘとの接触を防ぐことができる。又、人工心臓ポンプにおける回転軸４の回転数が所定回転数を超えると、永久磁石４ａ，８ａによる斥力よりも回転軸４の下流側と上流側の血液の圧力差による下流から上流方向への荷重が大きくなる。そして、図８（ｂ）のように、排出口４ｂとピボット３ｂとの接触がなくなって、回転軸４が固定軸３より浮いた状態となる。
【００５４】
又、このような人工心臓ポンプにおいて、図９のように、コーン８の上流側先端端面８ｘには、Ｘ軸からコーン８の外周に向かって放射状となるとともに回転軸４の回転方向と同一方向に湾曲した溝８ｃが形成される。この溝８ｃにより、回転軸４の上流側先端端面４ｙがコーン８の下流側端面８ｘに近接したとき、溝８ｃ内に流入する血液の圧力が高くなるため、回転軸４の上流側先端端面４ｙとコーン８の下流側端面８ｘとの接触を防ぐスパイラルグルーブ軸受として働く。
【００５５】
よって、本実施形態では、人工心臓ポンプの停止時及び駆動開始した低速回転時において、ピボット３ｂにより回転軸４を支持することで、回転軸４の内壁における面４ｘと固定軸３の上流側先端端面３ａとの接触を防ぎ、面４ｘと先端端面３ａとの間での摩耗及び焼き付けを防ぐことができる。そのため、人工心臓ポンプの駆動開始とともに回転軸４の内壁における面４ｘと固定軸３の上流側先端端面３ａとを非接触の状態とするように、停止時の回転軸４の位置を永久磁石４ａ，８ａによる斥力の影響の小さい位置とする必要がなく、エンドプレイの低減を図ることができる。
【００５６】
このことから、エンドプレイが大きいために発生していた駆動時におけるシュラウド６の下流側に生じる隙間空間体積を従来に比べて低減することができ、結果的に、偏流する血液量を低減して、ポンプ効率の低下を防ぐことができる。又、このポンプ効率を更に高くするために、第１の実施形態と同様、シュラウド６に突起部６ｂを設けるとともにハウジング１に切欠部１ｂを設けた図１０のような構成としても構わない。更にこのとき、シュラウド６の上流側端面に溝部６ｃを設けて、シュラウド６の外壁面とハウジング１の内壁面との間における血液の逆流を防ぐようにしても構わない。
【００５７】
更に、バネ定数が大きい動圧軸受である溝８ｃによるスパイラルグルーブ軸受を回転軸４とコーン８との間に設けることにより、永久磁石４ａ，８ａによって構成されるバネ定数の小さい磁気軸受に対してＸ軸方向の位置ずれを防ぐことができる。又、溝８ｃによるスパイラルグルーブ軸受によって回転軸４とコーン８とが近接しすぎることを防ぐことができるため、回転軸４とコーン８が近接することで永久磁石４ａ，８ａの距離が減少して増大する横滑り力を抑制することができる。これらのことより、回転軸４と固定軸３及びコーン８との間での接触を防ぐとともに、この接触による摩耗及び焼き付けを防ぐことができる。
【００５８】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、本実施形態において、第２の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
本実施形態の人工心臓ポンプは、第２の実施形態の人工心臓ポンプ（図７）と異なり、固定軸３の上流側先端端面３ａの中心に尖頭状に突起したピボット３ｂが除去されるとともに、図１１のように、この上流側先端端面３ａにスパイラルグルーブ軸受として働くコーン８の溝８ｃと同様の溝３ｃが設けられた構成となる。この溝３ｃは、回転軸４による血流の回転方向と反対方向に湾曲された構成である。
【００６０】
この溝３ｃにより、停止時において図１２（ａ）のように回転軸４の内壁における面４ｘが固定軸３の上流側先端端面３ａに接触した状態にあるが、回転軸４が回転を開始することによって、固定軸３の外壁面と回転軸４の内壁面との間に流れ込んだ血液が溝３ｃに流れ込み、この溝３ｃ内に流入する血液の圧力が高くなる。そして、この溝３ｃ内に流入する血液の圧力により、図１２（ｂ）のように回転軸４が固定軸３より浮いた状態となるとともに、回転軸４の内壁における面４ｘと固定軸３の上流側先端端面３ａとの接触を防ぐスパイラルグルーブ軸受として働く。
【００６１】
よって、本実施形態では、人工心臓ポンプを駆動開始した直後に、第２の実施形態のようにピボット３ｂで支持することなく、溝３ｃに流れ込む血液による圧力によって、回転軸４の内壁における面４ｘと固定軸３の上流側先端端面３ａとの接触を防ぎ、面４ｘと先端端面３ａとの間での摩耗及び焼き付けを防ぐことができる。そのため、低速回転時においても、第２の実施形態のようなピボット３ｂにおける接触も防ぐことができる。そして、第２の実施形態と同様、エンドプレイの低減を図ることができ、ポンプ効率の低下を防ぐことができる。
【００６２】
尚、本実施形態において、このポンプ効率を更に高くするために、第１の実施形態と同様、シュラウド６に突起部６ｂを設けるとともにハウジング１に切欠部１ｂを設けた構成としても構わない。更に、シュラウド６の上流側端面に溝部６ｃを設けて、シュラウド６の外壁面とハウジング１の内壁面との間における血液の逆流を防ぐようにしても構わない。又、第１の実施形態と同様の構成にした場合、図１と同様の構成となるが、固定軸３及びコーン８にはそれぞれ、上述したスパイラルグルーブ軸受として働く溝３ｃ，８ｃを備える。
【００６３】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図１３は、本実施形態における人工心臓ポンプの構成を示す断面図である。図１３において、図１と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
図１３の人工心臓ポンプは、図１の人工心臓ポンプと異なり、シュラウド６の上流側端面及び下流側端面それぞれに周方向に沿った溝６ｄ，６ｅが設けられるとともに、シュラウド６の上流側端面における溝部６ｃが除去された構成となる。このようにシュラウド６が構成される人工心臓ポンプにおいて、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６を回転させたときの周方向のバランスが確認されると、図１４のように、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６によるロータの中心に偏心が確認されることがある。
【００６５】
このとき、溝６ｄ，６ｅそれぞれにおいて、図１４（ａ）、（ｂ）のように、偏心した中心Ｏから最も離れた位置ｐ１，ｐ２に比重の大きい材料よりなるピースＰｘ，Ｐｙを埋め込むとともに、ピースＰｘ，Ｐｙが埋め込まれた部分以外の部分にピースＰｘ，Ｐｙよりも比重の小さい材料より成るピースＰｚ，Ｐｗを埋め込む。尚、このピースＰｘ，Ｐｙ，Ｐｚ，Ｐｗの材料については、例えば、ピースＰｘ，Ｐｙを金属材料とするとともにピースＰｚ，Ｐｗを樹脂材料としても構わない。このように、偏心が確認された中心より離れた位置に比重の大きい材料を埋め込むことによって、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６によるロータの中心軸をＸ軸とすることができ、そのアンバランスを除去することができる。
【００６６】
又、従来のように、シュラウド６の外壁面を切削することにより、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６によるロータのアンバランスを除去する場合と比べて、シュラウド６の外壁面表面の粗度を悪化させることがない。よって、このシュラウド６の外壁面表面の粗度の悪化が原因となる溶血特性の悪化を抑制することができる。
【００６７】
尚、本実施形態において、第２又は第３の実施形態と同様、固定軸３にピボット３ｂ又はスパイラルグルーブ軸受として働く溝３ｃを構成するとともに、コーン８にスパイラルグルーブ軸受として働く溝８ｃを構成するようにしても構わない。又、このとき、シュラウド６の突起部６ｂ及びハウジング１の切欠部１ｂを除去した構成としても構わない。又、図１７に示す従来の人工心臓ポンプに対しても適用可能である。
【００６８】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態において、第４の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６９】
本実施形態の人工心臓ポンプは、第４の実施形態の人工心臓ポンプ（図１３）と異なり、図１５のように、シュラウド６の上流側端面に溝６ｄの代わりに周方向に等間隔となる複数の穴６ｆが設けられた構成となる。この複数の穴６ｆはそれぞれ、シュラウド６の上流側端面に設けられた溝部６ｃ及び溝部６ｃの間の山部６ｇそれぞれに設けられる。このようにシュラウド６が構成される人工心臓ポンプにおいて、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６を回転させたときの周方向のバランスが確認されると、第４の実施形態と同様、図１６のように、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６によるロータの中心に偏心が確認されることがある。
【００７０】
このとき、溝６ｅには、第４の実施形態と同様、図１６（ｂ）のように、偏心した中心Ｏから最も離れた位置ｐ２に比重の大きい材料よりなるピースＰｙを埋め込むとともに、ピースＰｙが埋め込まれた部分以外の部分にピースＰｙよりも比重の小さい材料より成るピースＰｗを埋め込む。又、複数の穴６ｆについては、１６（ａ）のように、偏心した中心Ｏから最も離れた位置ｐ１に近い穴６ｆｘ，６ｆｙに、比重の大きい材料よりなるピースＰｕ１，Ｐｕ２を埋め込むとともに、穴６ｆｘ，６ｆｙ以外となる穴６ｆにピースＰｕ１，Ｐｕ２よりも比重の小さい材料より成るピースＰｖを埋め込む。
【００７１】
尚、このピースＰｕ１，Ｐｕ２，Ｐｙ，Ｐｖ，Ｐｗの材料については、例えば、ピースＰｕ１，Ｐｕ２，Ｐｙを金属材料とするとともにピースＰｖ，Ｐｚを樹脂材料としても構わない。このように、偏心が確認された中心より離れた位置に比重の大きい材料を埋め込むことによって、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６によるロータの中心軸をＸ軸とすることができ、そのアンバランスを除去することができる。
【００７２】
尚、本実施形態において、第４の実施形態と同様、第２又は第３の実施形態と同様、固定軸３にピボット３ｂ又はスパイラルグルーブ軸受として働く溝３ｃを構成するとともに、コーン８にスパイラルグルーブ軸受として働く溝８ｃを構成するようにしても構わない。又、このとき、シュラウド６の突起部６ｂ及びハウジング１の切欠部１ｂを除去した構成としても構わない。又、図１７に示す従来の人工心臓ポンプに対しても適用可能である。
【００７３】
又、シュラウド６の下流側端面において、溝６ｅの代わりに、シュラウド６の上流側端面に設けた穴６ｆと同様の穴を設けるようにしても構わない。このとき、このシュラウド６の下流側端面に設けられた穴においても、シュラウド６の上流側端面に設けた穴６ｆと同様、偏心が確認された中心より離れた位置に近い穴に比重の大きい材料を埋め込むとともに、比重の大きい材料が埋め込まれた穴以外の穴に比重の小さい材料を埋め込む。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によると、ハウジングのシュラウドを覆う部分において形成される窪みが、シュラウドに設けられた突起部によって覆われるため、血流における窪みへの偏流を防ぐことができ、血液の主流の乱れを抑制することができ、結果的にポンプ効率を高くすることができる。又、突起部が挿入される切欠部を設けることで、ハウジングに突起部の内径をシュラウドの内径と同じにすることができるため、血液の主流の乱れを更に抑制することができる。
【００７５】
又、本発明によると、回転軸内の第１永久磁石とコーン内の第２永久磁石でスラスト軸受を形成するため、従来のように外径側に位置して回転速度が最も速くなるシュラウドにスラスト軸受を形成するための永久磁石を設ける必要がなくなる。よって、シュラウドの軸方向の長さを短くすることができるため、せん断応力を抑制して、人工心臓ポンプにおける溶血特性を良好なものとすることができる。更に、回転軸に排出口を設けることで、前記固定軸の外壁面と前記回転軸の内壁面との間に流れ込む血液を排出し、血液の凝固を防ぐことができる。
【００７６】
又、固定軸にピボットを設けて回転軸を支持することで、前記固定軸及び前記回転軸の接触による摩耗及び焼き付けを防ぐことができるため、ポンプ効率を高くすることができるとともに、溶血特性を良好なものとすることができる。更に、所定回転数を超えたとき、ピボットと排出口が非接触となることで、通常運転時には、回転軸が固定軸から浮上した状態となり、ピボットとも非接触として、ピボットでの摩耗及び焼き付けを防ぐ。よって、ポンプ効率を更に高くすることができるとともに、溶血特性を良好なものとすることができる。
【００７７】
又、固定軸の上流側先端端面に、スパイラルグルーブ軸受として働く溝を形成することで、回転軸の下流側端面が固定軸の上流側先端端面に近接したとき、溝に流入する血液の圧力が高くなり、回転軸と固定軸との接触を防ぐことができる。よって、固定軸及び回転軸の接触による摩耗及び焼き付けを防ぐことができるため、ポンプ効率を高くすることができるとともに、溶血特性を良好なものとすることができる。
【００７８】
又、コーンの下流側端面に、スパイラルグルーブ軸受として働く溝を形成することで、回転軸の上流側先端端面がコーンの下流側端面に近接したとき、溝に流入する血液の圧力が高くなり、回転軸とコーンとの接触を防ぐことができる。よって、コーン及び回転軸の接触による摩耗及び焼き付けを防ぐことができるため、ポンプ効率を高くすることができるとともに、溶血特性を良好なものとすることができる。
【００７９】
又、シュラウドに逆流量低減溝を設けるため、シュラウドの上流側端面の外壁面に向かって血液が流れようとして、シュラウドの上流側端面の外壁面付近における圧力が高くなる。よって、シュラウドの外壁面とハウジングの内壁面との隙間における血液の逆流を防ぐことができ、ポンプ効率を高くすることができる。
【００８０】
又、シュラウドの上流側端面又は下流側端面のいずれか一方に、アンバランス除去用穴又はアンバランス除去用溝を設け、このアンバランス除去用穴又はアンバランス除去用溝に比重の異なる材料を埋め込むことでバランス調整を行うため、従来のように、切削してロータのアンバランスを除去する必要がなくなる。よって、シュラウドを切削することによる表面粗度の悪化を防ぐことができ、結果的に溶血特性の悪化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態の人工心臓ポンプの構成を示す軸方向の断面図。
【図２】 図１の人工心臓ポンプにおけるＹ−Ｙ断面図。
【図３】 血液の逆流を説明するためのシュラウド近傍の拡大図。
【図４】 シュラウドの上流側端面の構成を示す図。
【図５】 シュラウドの上流側端面における圧力分布を示す図。
【図６】 シュラウドの上流側端面の別の構成を示す図。
【図７】 第２の実施形態の人工心臓ポンプの構成を示す軸方向の断面図。
【図８】 第２の実施形態の人工心臓ポンプの停止時と駆動時の状態を示す図。
【図９】 スパイラルグルーブ軸受を構成するコーンの下流側端面の形状を示す図。
【図１０】 第２の実施形態の人工心臓ポンプの別の構成を示す軸方向の断面図。
【図１１】 スパイラルグルーブ軸受を構成する固定軸の上流側先端端面の形状を示す図。
【図１２】 第３の実施形態の人工心臓ポンプの停止時と駆動時の状態を示す図。
【図１３】 第４の実施形態の人工心臓ポンプの構成を示す軸方向の断面図。
【図１４】 第４の実施形態の人工心臓ポンプにおけるシュラウドの上流側端面及び下流側端面の構成を示す図。
【図１５】 第５の実施形態の人工心臓ポンプのシュラウドの上流側端面に設けられたアンバランス除去用の穴の構成を示す図。
【図１６】 第５の実施形態の人工心臓ポンプにおけるシュラウドの上流側端面及び下流側端面の構成を示す図。
【図１７】 従来の人工心臓ポンプの構成を示す軸方向の断面図。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ ディフューザ
３ 固定軸
４ 回転軸
５ インペラ
６ シュラウド
７ 整流板
８ コーン
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工心臓ポンプに関するもので、特に、血液を圧送する軸流ポンプを使用した人工心臓ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、医療用の代替又は補助心臓として、羽根車の回転を利用して血液を圧送する人工心臓ポンプが用いられている。この人工心臓ポンプとして、ローラポンプ又は遠心ポンプを利用するものと、軸流ポンプを利用するものとが提供されている。これらの各種類の人工心臓ポンプにおいて、軸流ポンプを利用したものの方が、ローラポンプ又は遠心ポンプに利用するものに比べて、サイズを小さく出来る。
【０００３】
この軸流ポンプを利用した従来の人工心臓ポンプとして、ハウジングに内含されたモータステータと磁気的な反応を行うことでロータを回転させる永久磁石をインペラを備えたロータの内部に内含されるポンプ部材が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１の循環器支援システムにおけるポンプ部材では、ロータ内の永久磁石とモータステータとのギャップが広くなるため、ロータを回転させるためのモータの駆動効率が悪い。
【０００４】
よって、モータの駆動効率を高くするために、従来技術として、インペラの外周側端面が内壁面に接合されたシュラウドを設けるとともに、このシュラウド内部に極異方性永久磁石を設けることで、モータステータに永久磁石を近接させた軸流ポンプによる人工心臓ポンプが提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、特許文献２の人工心臓ポンプにおいて、ロータは、その両端部分が支持されることによって、軸方向に対する支持が行われているため、ロータの先端部分がその回転により摩耗するとともに焼き付けを起こすなど機械的な損失が発生する。
【０００５】
それに対して、本出願人も、図１７に示すように、スラスト軸受けとして反発磁力を用いてロータ部分を支持するとともに、極異方性永久磁石を内含したシュラウドが設けられた軸流ポンプによる心臓ポンプを提案している。図１７の心臓ポンプについて、以下に簡単に説明する。
【０００６】
図１７の心臓ポンプは、円筒状のハウジング１０１の内壁面に複数のディフューザ２を接合し、この複数のディフューザ２が外壁面に接合されることでハウジング１に固定軸１０３が支持される。そして、この固定軸１０３の上流側に嵌合された円筒状の回転軸１０４の外壁面に複数のインペラ５が接合される。このインペラ５が内壁面に接合される円筒状のシュラウド１０６は、その外壁面がハウジング１０１の内壁面と近接した位置に設けられる。
【０００７】
又、シュラウド１０６の内部には、人工心臓ポンプの中心軸Ｘを中心として放射状に複数の極異方性永久磁石６ａが設けられるとともに、その上流側にはリング状の永久磁石１０６ｂが設けられる。そして、極異方性永久磁石６ａは、シュラウド１０６の外壁面に対して垂直に磁束を発生し、永久磁石１０６ｂは、中心軸Ｘの軸方向に平行に磁束を発生する。又、ハウジング１０１において、シュラウド１０６の外壁面に面する部分Ａ（以下、「シュラウド嵌合部分Ａ」と呼ぶ）に、シュラウド１０６の外壁面にその磁極が面するモータステータ１ａが設けられ、シュラウド１０６の上流側端面に面する位置にリング状の永久磁石１０１ｂが設けられる。
【０００８】
このように構成される人工心臓ポンプにおいて、モータステータ１ａを構成する磁気コイルに３相電流など位相の異なる電流を流すことで、極異方性永久磁石６ａに回転する動力が働き、回転軸１０４及びインペラ５及びシュラウド１０６がモータロータとして回転する。このとき、下流側の圧力が上流側の圧力に比べて高くなるため、回転軸１０４及びインペラ５及びシュラウド１０６が、下流側から上流側に向かって荷重が加わることとなり、シュラウド１０６の上流側端面がハウジング１０１のシュラウド嵌合部分Ａにおける面１ｘと接しようとする。しかしながら、永久磁石１０１ｂ及び永久磁石１０６ｂが、同一磁極が対面し反発するように設けられるため、その斥力によりシュラウド１０６がハウジング１０１と接することを防ぐ。
【０００９】
【特許文献１】
特表２００１−５２３９８３号公報（第２３−２６頁、第４、９図）
【特許文献２】
米国特許第６０５３７０５号明細書
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１７のような構成の人工心臓ポンプは、停止時と駆動時との荷重変化が大きく、又、永久磁石１０１ｂ，１０６ｂによる磁気軸受のバネ定数が小さいため、停止時及び駆動時それぞれにおける回転軸１０４及びインペラ５及びシュラウド１０６の移動量（エンドプレイ）が大きくなる。そのため、シュラウド嵌合部分Ａの軸方向の長さを十分なものにする必要がある。よって、駆動時において、シュラウド嵌合部分Ａのシュラウド１０６と面していない部分に窪みが生じ、この窪みに偏流が生じて主流が乱れる原因となり、水力（ポンプ）効率の大幅な低下をもたらすこととなる。
【００１１】
又、Ｘ軸方向に対して突発的な荷重変化があった場合や永久磁石１０１ｂ，１０６ｂによる横滑りが生じたとき、ハウジング１０１とシュラウド１０６とが接触したり、固定軸１０３と回転軸１０４とが接触することにより、摩耗や焼き付けが生じる場合があり、機械的な欠損を招くこととなる。又、磨耗紛発生による生体への悪影響や、寿命の低下をもたらす。
【００１２】
又、ハウジング１０１が停止しているとともにシュラウド１０６が回転しているため、ハウジング１０１の内壁面からシュラウド１０６の外壁面に向かって、シュラウド１０６の回転方向の血流の速度が速くなる。よって、ハウジング１０１の内壁面とシュラウド１０６の外壁面とが近接しすぎたとき、せん断応力が大きくなって赤血球の破壊を促して溶血量を増大させるため、ハウジング１０１の内壁面とシュラウド１０６の外壁面との間に隙間を設ける必要がある。このように設けたハウジング１０１とシュラウド１０６との間の隙間により、血液が逆流するため、ポンプ効率の低下をもたらすこととなる。
【００１３】
更に、回転軸１０４及びインペラ５及びシュラウド１０６によるロータの回転におけるアンバランスを除去するために、シュラウド１０６の外壁を切削を施すが、このように切削してアンバランスの除去を施した場合、切削部分の粗度が悪化する。よって、この切削部分の粗度の悪化が原因となり、赤血球の破壊を促して溶血量を増大させてしまう。
【００１４】
このような問題を鑑みて、本発明は、エンドプレイの影響を低減することによりポンプ効率を良くした人工心臓ポンプを提供することを目的とする。又、本発明は、装置内の摩耗及び焼き付けを防ぐことにより生体適合性を向上させ、かつ寿命を長くした人工心臓ポンプを提供することを別の目的とする。又、本発明は、切削することなくロータのアンバランスを除去することができる人工心臓ポンプを提供することを別の目的とする。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の人工心臓ポンプは、ハウジングと、該ハウジング内の中心位置に固定された固定軸と、当該固定軸に嵌合した回転軸と、当該回転軸の外壁面に接合された複数のインペラと、その内壁面に当該インペラの外周側が接合された円筒状のシュラウドと、前記ハウジング内の前記シュラウドと対面する位置に内含されるとともに前記シュラウド外壁面に対して垂直な磁界を発生するモータステータと、前記シュラウド内に内含されるとともに前記シュラウドの外壁面に対して垂直な磁界を発生する異方性永久磁石と、を備えるとともに、前記ハウジングの内壁面の径が前記シュラウドと対面する位置において太い人工心臓ポンプにおいて、前記シュラウドの下流側端面の内径側に、下流側に突起したリング状の突起部を備え、前記回転軸が回転しているとき、前記ハウジングの内壁面の径の太い部分が前記突起部によって覆われることを特徴とする。
【００１６】
このように構成することで、前記ハウジングの前記シュラウドを覆う部分において形成される窪みが、前記突起部によって覆われるため、前記窪みへの偏流を防ぐことができ、血液の主流の乱れを抑制することができ、結果的にポンプ効率を高くすることができる。
【００１７】
このような構成において、請求項２に記載するように、前記ハウジングの内壁面の径が細く且つ前記シュラウドの下流側端面付近の部分において、前記突起部の外径より太い円筒状の切欠部を設け、前記回転軸の回転が停止しているとき、前記切欠部に前記突起部が挿入されるようにしても構わない。このとき、前記突起部の内径を前記シュラウドの内径と同じにすることができるため、血液の主流の乱れを更に抑制することができる。
【００１８】
又、請求項３に記載の人工心臓ポンプは、ハウジングと、該ハウジング内の中心位置に固定された固定軸と、当該固定軸に嵌合した回転軸と、当該回転軸の外壁面に接合された複数のインペラと、その内壁面に当該インペラの外周側が接合された円筒状のシュラウドと、前記ハウジング内の前記シュラウドと対面する位置に内含されるとともに前記シュラウド外壁面に対して垂直な磁界を発生するモータステータと、前記シュラウド内に内含されるとともに前記シュラウドの外壁面に対して垂直な磁界を発生する異方性永久磁石と、を備えるとともに、前記ハウジングの内壁面の径が前記シュラウドと対面する位置において太い人工心臓ポンプにおいて、前記回転軸が、前記固定軸の上流側先端部分を覆うとともに、前記回転軸の上流側先端部分内部に内含されるとともに血流の方向に磁界を発生する第１永久磁石と、該第１永久磁石と反発する磁界を発生する第２永久磁石と、当該第２永久磁石を内含し、その下流側端面が前記回転軸の上流側先端端面に面するとともに、前記ハウジングないの中心位置に固定されたコーンと、を備え、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石によって前記回転軸と前記コーンとが接触するのを防ぐスラスト軸受が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
このように構成することで、従来のように外径側に位置して回転速度が最も速くなる前記シュラウドに前記スラスト軸受を形成するための永久磁石を設ける必要がなくなり、前記シュラウドの軸方向の長さを短くすることができるため、せん断応力を抑制して、人工心臓ポンプにおける溶血特性を良好なものとすることができる。
【００２０】
又、このような人工心臓ポンプにおいて、請求項４に記載するように、前記回転軸の上流側先端部分に、前記固定軸の外壁面と前記回転軸の内壁面との間の隙間に流れ込む血液を排出する排出口を設けて、前記固定軸の外壁面と前記回転軸の内壁面との間に流れ込む血液を排出し、血液の凝固を防ぐことができる。
【００２１】
又、請求項４に記載の人工心臓ポンプにおいて、前記固定軸の上流側先端端面に、先端部分が前記排出口に挿入される尖頭状に突起したピボットを備えるようにすることで、前記固定軸の外壁面と前記回転軸の内壁面との接触を防ぐことができる。よって、前記固定軸及び前記回転軸の接触による摩耗及び焼き付けを防ぐことができるため、ポンプ効率を高くすることができるとともに、ポンプの長寿命化も図られ、更には溶血特性を良好なものとすることができる。
【００２２】
又、請求項５に記載の人工心臓ポンプにおいて、前記回転軸の回転数が所定回転数より低いとき、前記ピボットの外壁面が前記排出口の内壁面と接触して、前記回転軸が前記固定軸に支持されるようにすることで、通常運転時には、前記回転軸が前記固定軸から浮上した状態として、前記ピボットとも非接触とし、前記ピボットでの摩耗及び焼き付けを防ぐ。このようにすることで、ポンプ効率を高くすることができるとともに、ポンプの長寿命化も図られ、溶血特性を良好なものとすることができる。
【００２３】
又、請求項３又は請求項４に記載の人工心臓ポンプにおいて、請求項７に記載するように、前記固定軸の上流側先端端面に、スパイラルグルーブ軸受として働く溝が形成されるようにしても構わない。このとき、前記回転軸の下流側端面が前記固定軸の上流側先端端面に近接したとき、溝に流入する血液の圧力が高くなり、前記回転軸と前記固定軸との接触を防ぐことができる。よって、前記固定軸及び前記回転軸の接触による摩耗及び焼き付けを防ぐことができるため、ポンプ効率を高くすることができるとともに、ポンプの長寿命化も図られ、更には溶血特性を良好なものとすることができる。
【００２４】
又、請求項８に記載するように、請求項３〜請求項７のいずれかに記載の人工心臓ポンプにおいて、前記コーンの下流側端面に、スパイラルグルーブ軸受として働く溝が形成されるようにしても構わない。このとき、前記回転軸の上流側先端端面が前記コーンの下流側端面に近接したとき、溝に流入する血液の圧力が高くなり、前記回転軸と前記コーンとの接触を防ぐことができる。よって、前記コーン及び前記回転軸の接触による摩耗及び焼き付けを防ぐことができるため、ポンプ効率を高くすることができるとともに、ポンプの長寿命化も図られ、更には溶血特性を良好なものとすることができる。
【００２５】
又、請求項７又は請求項８に記載の人工心臓ポンプにおいて、請求項９に記載するように、前記固定軸又は前記コーンにおける前記溝を放射状に設ける。このとき、前記溝を湾曲させるようにしても構わない。又、前記固定軸に形成される溝を湾曲させるときは、前記回転軸の回転方向に進むにつれて内周側へと向かうように湾曲させ、又、前記コーンに形成される溝を湾曲させるときは、前記コーンの回転方向に進むにつれて外周側へと向かうように湾曲させる。
【００２６】
又、請求項１０に記載の人工心臓ポンプは、請求項３〜請求項９のいずれかに記載の人工心臓ポンプにおいて、その外周側が前記インペラの上流側の前記ハウジングの内壁面に接合されるとともに、前記血流を整流する静翼として働く複数の整流板を備え、前記コーンの外壁面に当該整流板の内周側が接合されることで、前記コーンが前記整流板を介して前記ハウジングに支持されることを特徴とする。
【００２７】
又、請求項１１に記載の人工心臓ポンプは、請求項３〜請求項１０のいずれかに記載の人工心臓ポンプにおいて、前記シュラウドの下流側端面の内径側に、下流側に突起したリング状の突起部を備え、前記回転軸が回転しているとき、前記ハウジングの内壁面の径が太い部分が前記突起部によって覆われることを特徴とする。このとき、請求項１２に記載するように、前記ハウジングの内壁面の径が細く且つ前記シュラウドの下流側端面付近の部分において、前記突起部の外径より太い円筒状の切欠部を設け、前記回転軸の回転が停止しているとき、前記切欠部に前記突起部が挿入されるようにしても構わない。
【００２８】
又、請求項１〜請求項１２に記載の人工心臓ポンプにおいて、請求項１３に記載するように、前記シュラウドの上流側端面に、内壁面から外壁面に向かって放射状に構成される複数の逆流量低減溝を備えるようにしても構わない。該逆流量低減溝を設けることによって、該シュラウドの上流側端面の外壁面に向かって前記血液が流れようとして、前記シュラウドの上流側端面の外壁面付近における圧力が高くなる。よって、前記シュラウドの外壁面と前記ハウジングの内壁面との隙間における血液の逆流を防ぐことができ、ポンプ効率を高くすることができる。又、当該逆流量低減溝において、内壁から外壁の間でその幅を常に一定とするようにしても構わない。又、当該逆流量低減溝において、その幅が前記シュラウドの内壁から外壁に向かって狭くなるようにしても構わない。又、当該逆流量低減溝を湾曲させて、その湾曲方向が前記シュラウドの回転方向と同じ方向になるようにしても構わない。
【００２９】
又、請求項１４に記載の人工心臓ポンプは、ハウジングと、該ハウジング内の中心位置に固定された固定軸と、当該固定軸に嵌合した回転軸と、当該回転軸の外壁面に接合された複数のインペラと、その内壁面に当該インペラの外周側が接合された円筒状のシュラウドと、前記ハウジング内の前記シュラウドと対面する位置に内含されるとともに前記シュラウド外壁面に対して垂直な磁界を発生するモータステータと、前記シュラウド内に内含されるとともに前記シュラウドの外壁面に対して垂直な磁界を発生する異方性永久磁石と、を備えるとともに、前記ハウジングの内壁面の径が前記シュラウドと対面する位置において太い人工心臓ポンプにおいて、前記シュラウドの上流側端面に、内壁面から外壁面に向かって放射状に構成される複数の逆流量低減溝を備えることを特徴とする。
【００３０】
又、請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の人工心臓ポンプにおいて、請求項１５に記載するように、前記シュラウドの上流側端面に、周方向に沿って等間隔に形成される複数のアンバランス除去用穴を備え、前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、複数の前記アンバランス除去用穴において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する前記アンバランス除去用穴に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた前記アンバランス除去用穴以外の前記アンバランス除去用穴に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込むようにしても構わない。
【００３１】
このように構成することで、従来のように、切削して前記ロータのアンバランスを除去する必要がなくなるため、前記シュラウドを切削することによる溶血特性の悪化を防ぐことができる。
【００３２】
又、請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の人工心臓ポンプにおいて、請求項１６に記載するように、前記シュラウドの上流側端面に、周方向に沿って形成されるアンバランス除去用溝を備え、前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、前記アンバランス除去用溝において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する部分に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた部分以外の部分に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込むようにしても構わない。
【００３３】
このように構成することによって、前記アンバランス除去用穴に比べて、前記第１材料の埋め込み位置の自由度が増すため、より適正なアンバランス除去を行うことができる。
【００３４】
又、請求項１〜請求項１６のいずれかに記載の人工心臓ポンプにおいて、請求項１７に記載するように、前記シュラウドの下流側端面に、周方向に沿って等間隔に形成される複数のアンバランス除去用穴を備え、前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、複数の前記アンバランス除去用穴において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する前記アンバランス除去用穴に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた前記アンバランス除去用穴以外の前記アンバランス除去用穴に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込むようにしても構わない。
【００３５】
又、請求項１〜請求項１６のいずれかに記載の人工心臓ポンプにおいて、請求項１８に記載するように、前記シュラウドの下流側端面に、周方向に沿って形成されるアンバランス除去用溝を備え、前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、前記アンバランス除去用溝において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する部分に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた部分以外の部分に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込むようにしても構わない。
【００３６】
又、請求項１９に記載の人工心臓ポンプは、ハウジングと、該ハウジング内の中心位置に固定された固定軸と、当該固定軸に嵌合した回転軸と、当該回転軸の外壁面に接合された複数のインペラと、その内壁面に当該インペラの外周側が接合された円筒状のシュラウドと、前記ハウジング内の前記シュラウドと対面する位置に内含されるとともに前記シュラウド外壁面に対して垂直な磁界を発生するモータステータと、前記シュラウド内に内含されるとともに前記シュラウドの外壁面に対して垂直な磁界を発生する異方性永久磁石と、を備えるとともに、前記ハウジングの内壁面の径が前記シュラウドと対面する位置において太い人工心臓ポンプにおいて、前記シュラウドの上流側端面及び下流側端面の少なくとも一方に、周方向に沿って等間隔に形成される複数のアンバランス除去用穴を備え、前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、複数の前記アンバランス除去用穴において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する前記アンバランス除去用穴に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた前記アンバランス除去用穴以外の前記アンバランス除去用穴に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込むことを特徴とする。
【００３７】
又、請求項２０に記載の人工心臓ポンプは、ハウジングと、該ハウジング内の中心位置に固定された固定軸と、当該固定軸に嵌合した回転軸と、当該回転軸の外壁面に接合された複数のインペラと、その内壁面に当該インペラの外周側が接合された円筒状のシュラウドと、前記ハウジング内の前記シュラウドと対面する位置に内含されるとともに前記シュラウド外壁面に対して垂直な磁界を発生するモータステータと、前記シュラウド内に内含されるとともに前記シュラウドの外壁面に対して垂直な磁界を発生する異方性永久磁石と、を備えるとともに、前記ハウジングの内壁面の径が前記シュラウドと対面する位置において太い人工心臓ポンプにおいて、前記シュラウドの上流側端面及び下流側端面の少なくとも一方に、周方向に沿って形成されるアンバランス除去用溝を備え、前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、前記アンバランス除去用溝において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する部分に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた部分以外の部分に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込ことを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における人工心臓ポンプの構成を示す断面図である。図１において、図１７と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。又、図２は、図１の人工心臓ポンプにおけるハウジング内のＹ−Ｙ位置における断面図である。
【００３９】
図１の人工心臓ポンプは、円筒状のハウジング１と、ハウジング１の内壁面に接合された複数のディフューザ２と、複数のディフューザ２が外壁面に接合されることでハウジング１に支持された固定軸３と、固定軸３のディフューザ２との接合部分より上流側に嵌合された回転軸４と、回転軸４の外壁面に接合された複数のインペラ５と、インペラ５が接合されるとともにハウジング１の内壁面とその外壁面とが近接した位置に設けられる円筒状のシュラウド６と、シュラウド６よりも上流側に設けられるとともにハウジング１の内壁面に接合された複数の整流板７と、下流側の面が回転軸４の先端面に近接する位置に設けられるとともに整流板７が外壁面に接合されることでハウジング１に支持されたコーン８と、を備える。
【００４０】
又、この人工心臓ポンプは、シュラウド６内部に極異方性永久磁石６ａが備えられるとともに、ハウジング１内部にシュラウド６の外壁面にその磁極が面する電磁コイルより成るモータステータ１ａが備えられる。又、極異方性永久磁石６ａは、図２のように、人工心臓ポンプの中心軸Ｘを中心として放射状に複数設けられるとともに、その磁束の方向がハウジング１の内壁面に対して垂直な方向とされる。更に、隣接する極異方性永久磁石６ａのハウジング１の内壁面に面する磁極を逆極性にする。よって、モータステータ１ａを構成する磁気コイルに３相電流など位相の異なる電流を流すことで、極異方性永久磁石６ａに回転する動力が働き、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６がモータロータとして回転する。
【００４１】
又、ハウジング１のシュラウド嵌合部分Ａにおける中心軸Ｘから内壁面までの半径ｒａが、ハウジング１の他の部分における中心軸Ｘから内壁面までの半径ｒｂにシュラウド６の厚みを加えた値よりもわずかに大きい値とする。このようにして、中心軸Ｘからシュラウド６の内壁面までの距離がハウジング１のシュラウド嵌合部分Ａ以外の部分の半径ｒｂと略等しくなるように設計される。更に、このハウジング１のシュラウド嵌合部分Ａにおける中心軸Ｘの軸方向の長さＬａが、シュラウド６の中心軸Ｘの軸方向の長さＬｂよりも長くなるように設計される。
【００４２】
又、回転軸４の上流側先端部分の内壁面で固定軸３を覆うように設計され、固定軸３の上流側先端の端面３ａが回転軸４の内壁における面４ｘと対向する。更に、この回転軸４は、回転軸４の下流側より固定軸３の外壁面と回転軸４の内壁面との間隙に流入する血液を排出するための排出口４ｂが上流側先端部分に設けられる。そして、整流板７におけるコーン８と接合されていない部分における内側端面が回転軸４の外壁面と近接するように設けられるとともに、整流板７の下流側端面がハウジング１のシュラウド嵌合部分Ａにおける上流側の面１ｘとほぼ一致する位置となるように設けられる。
【００４３】
又、回転軸４の上流側先端部分内部には、リング状の永久磁石４ａが内含されるとともに、コーン８内部には、下流側の面が永久磁石４ａの上流側の面と対向する永久磁石８ａが内含される。このとき、永久磁石４ａの上流側の面における磁極と永久磁石８ａの下流側の面における磁極が同じ極性とされるため、永久磁石４ａ，８ａによる斥力が働く。よって、永久磁石４ａ，８ａが、中心軸Ｘの軸方向に対するスラスト軸受けとして機能し、人工心臓ポンプの駆動時にインペラ５よりも下流側の方が圧力が高くなることにより回転軸４が上流側に移動して、回転軸４の上流側先端の端面４ｙとコーン８の下流側の端面８ｘとが接触することを防ぐ。更に、人工心臓ポンプの停止時や低回転での駆動時には、モータステータ１ａと極異方性永久磁石６ａとに働く引力と永久磁石４ａ，８ａによる斥力とが釣り合うことで、回転軸４が下流側に移動して、回転軸４の内壁面４ｘと固定軸３の先端端面３ａとが接触することも防ぐ。
【００４４】
又、固定軸３は、その断面が、図２のように、偏心した複数の円弧が組み合わされたオフセット形状で形成され、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６を含む回転体の中心軸Ｘに対する径方向のジャーナル軸受けとして機能する。尚、本実施形態では、４分の１円を４つ組み合わせたオフセット形状としているが、ｎ（ｎ≧２）分の１円となる円弧をｎ個組み合わせたオフセット形状としても構わない。
【００４５】
このような構成の人工心臓ポンプにおいて、更に、シュラウド６の下流側端面に、図１のように、その内壁面がシュラウド６本体の内壁面と均一となるリング状の突起部６ｂが設けられるとともに、又、シュラウド６の上流側端面に、Ｘ軸を中心に放射状となる溝部６ｃ（図４参照）が設けられる。又、ハウジング１のシュラウド嵌合部分Ａにおける下流側の面１ｙ近傍には、シュラウド６の突起部６ｂが挿入可能な切欠部１ｂが設けられる。このとき、切欠部１ｂのＸ軸方向の長さが突起部６ｂのＸ軸方向の長さに比べてわずかに長く、又、切欠部１ｂの径方向の幅が突起部６ｂの径方向の幅に比べてわずかに広い。
【００４６】
このようにシュラウド６に突起部６ｂを設けることによって、駆動時に回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６が上流方向に移動して、ハウジング１のシュラウド嵌合部Ａにおける下流側の面１ｙとシュラウド６の下流側端面との間に発生する窪みへの偏流を防ぐことができる。又、シュラウド６の突起部６ｂ及びハウジング１の切欠部１ｂとのに隙間をわずかに広く設けることにより、突起部６ｂと切欠部１ｂとの接触を防ぐとともに、突起部６ｂと切欠部１ｂとの間で発生するせん断応力を低減させる。
【００４７】
この突起部６ｂと切欠部１ｂと間より血液がわずかに流入し、図３のように、シュラウド６の外壁面とハウジング１の内壁面との間を逆流しようとする。しかしながら、図４のように、シュラウド６の上流側端面に外周側の幅と内周側の幅が等しい溝部６ｃを放射状に設けることにより、溝部６ｃにおける血液がシュラウド６の回転による遠心力により、シュラウド６の外壁側に向かって流れ込もうとする。
【００４８】
そのため、シュラウド６の上流側端面近傍の領域における圧力分布が、図５の実線のようになり、溝部６ｃを設けなかった場合に比べて、シュラウド６の外壁面における圧力が高くなる。尚、溝部６ｃを設けなかった場合は、図５の点線のようになる。よって、シュラウド６の下流側端面近傍の領域における圧力よりも、シュラウド６の上流側端面近傍の領域における圧力が高くなるため、シュラウド６の外壁面とハウジング１の内壁面との間における逆流を防ぐことができる。
【００４９】
以上のことから、本実施形態では、エンドプレイにより従来発生していた駆動時におけるシュラウド６の下流側に生じる隙間空間体積の増加を突起部６ｂで抑制することができ、結果的に、血液の偏流を防いで、ポンプ効率の低下を防ぐことができる。又、シュラウド６の上流側端面に溝部６ｃを設けることで、シュラウド６の外壁面において上流側の圧力を高くすることができ、結果的に、血液の逆流を防いで、ポンプ効率の低下を防ぐことができる。
【００５０】
尚、本実施形態において、シュラウド６に設ける溝部６ｃを、図６（ａ）のように、内壁面から外壁面に向かって幅が狭くなるようにしても構わない。このようにすることで、シュラウド６の外壁面近傍の圧力をより高くすることができ、逆流防止の効果を更に高くすることができる。又、本実施形態において、シュラウド６に設ける溝部６ｃを、図６（ｂ）のように、内壁面から外壁面に向かってシュラウド６の回転方向と同じ方向に湾曲させるとともに放射状に設けるようにしても構わない。このとき、溝部６ｃがシュラウド６の回転方向と同じ方向に湾曲しているため、溝部６ｃに溜まった血液が、図４又は図６（ａ）のように単純に放射状に設ける場合と比べて、シュラウド６の遠心力の影響を大きく受けるため、シュラウド６の外壁面近傍の圧力をより高くすることができ、逆流防止の効果を更に高くすることができる。又、図１７に示す従来の人工心臓ポンプに対しても適用可能である。
【００５１】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図７は、本実施形態における人工心臓ポンプの構成を示す断面図である。図７において、図１と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
図７の人工心臓ポンプは、図１の人工心臓ポンプと異なり、固定軸３の上流側先端端面３ａの中心に尖頭状に突起したピボット３ｂが設けられるとともに、シュラウド６に設けられた突起部６ｂ及びハウジング１に設けられた切欠部１ｂを除去した構成となる。このピボット３ｂの径は、回転軸４の上流側先端部に設けられる排出口４ｂの径よりも大きい。又、固定軸３の上流側先端端面３ａにおいて、ピボット３ｂが設けられていない部分がＸ軸と垂直な平面とされ、回転軸４の内壁における面４ｘと平行になるように設計される。又、ピボット３ｂにおける排出口４ｂと接触する点から回転軸４の内壁における面４ｘまでの距離が、シュラウド６の下流側端面とハウジング１のシュラウド嵌合部Ａにおける下流側の面１ｙとの距離よりも常に短くなるように設計される。
【００５３】
よって、人工心臓ポンプの停止時や低回転での駆動時には、図８（ａ）のように、固定軸３のピボット３ｂに回転軸４の排出口４ｂが嵌合した状態となり、回転軸４が固定軸３のピボット３ｂによってＸ軸方向に支持されて、固定軸３の上流側先端端面３ａと回転軸４の内壁における面４ｘとの接触を防ぐことができる。又、人工心臓ポンプにおける回転軸４の回転数が所定回転数を超えると、永久磁石４ａ，８ａによる斥力よりも回転軸４の下流側と上流側の血液の圧力差による下流から上流方向への荷重が大きくなる。そして、図８（ｂ）のように、排出口４ｂとピボット３ｂとの接触がなくなって、回転軸４が固定軸３より浮いた状態となる。
【００５４】
又、このような人工心臓ポンプにおいて、図９のように、コーン８の上流側先端端面８ｘには、Ｘ軸からコーン８の外周に向かって放射状となるとともに回転軸４の回転方向と同一方向に湾曲した溝８ｃが形成される。この溝８ｃにより、回転軸４の上流側先端端面４ｙがコーン８の下流側端面８ｘに近接したとき、溝８ｃ内に流入する血液の圧力が高くなるため、回転軸４の上流側先端端面４ｙとコーン８の下流側端面８ｘとの接触を防ぐスパイラルグルーブ軸受として働く。
【００５５】
よって、本実施形態では、人工心臓ポンプの停止時及び駆動開始した低速回転時において、ピボット３ｂにより回転軸４を支持することで、回転軸４の内壁における面４ｘと固定軸３の上流側先端端面３ａとの接触を防ぎ、面４ｘと先端端面３ａとの間での摩耗及び焼き付けを防ぐことができる。そのため、人工心臓ポンプの駆動開始とともに回転軸４の内壁における面４ｘと固定軸３の上流側先端端面３ａとを非接触の状態とするように、停止時の回転軸４の位置を永久磁石４ａ，８ａによる斥力の影響の小さい位置とする必要がなく、エンドプレイの低減を図ることができる。
【００５６】
このことから、エンドプレイが大きいために発生していた駆動時におけるシュラウド６の下流側に生じる隙間空間体積を従来に比べて低減することができ、結果的に、偏流する血液量を低減して、ポンプ効率の低下を防ぐことができる。又、このポンプ効率を更に高くするために、第１の実施形態と同様、シュラウド６に突起部６ｂを設けるとともにハウジング１に切欠部１ｂを設けた図１０のような構成としても構わない。更にこのとき、シュラウド６の上流側端面に溝部６ｃを設けて、シュラウド６の外壁面とハウジング１の内壁面との間における血液の逆流を防ぐようにしても構わない。
【００５７】
更に、バネ定数が大きい動圧軸受である溝８ｃによるスパイラルグルーブ軸受を回転軸４とコーン８との間に設けることにより、永久磁石４ａ，８ａによって構成されるバネ定数の小さい磁気軸受に対してＸ軸方向の位置ずれを防ぐことができる。又、溝８ｃによるスパイラルグルーブ軸受によって回転軸４とコーン８とが近接しすぎることを防ぐことができるため、回転軸４とコーン８が近接することで永久磁石４ａ，８ａの距離が減少して増大する横滑り力を抑制することができる。これらのことより、回転軸４と固定軸３及びコーン８との間での接触を防ぐとともに、この接触による摩耗及び焼き付けを防ぐことができる。
【００５８】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、本実施形態において、第２の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
本実施形態の人工心臓ポンプは、第２の実施形態の人工心臓ポンプ（図７）と異なり、固定軸３の上流側先端端面３ａの中心に尖頭状に突起したピボット３ｂが除去されるとともに、図１１のように、この上流側先端端面３ａにスパイラルグルーブ軸受として働くコーン８の溝８ｃと同様の溝３ｃが設けられた構成となる。この溝３ｃは、回転軸４による血流の回転方向と反対方向に湾曲された構成である。
【００６０】
この溝３ｃにより、停止時において図１２（ａ）のように回転軸４の内壁における面４ｘが固定軸３の上流側先端端面３ａに接触した状態にあるが、回転軸４が回転を開始することによって、固定軸３の外壁面と回転軸４の内壁面との間に流れ込んだ血液が溝３ｃに流れ込み、この溝３ｃ内に流入する血液の圧力が高くなる。そして、この溝３ｃ内に流入する血液の圧力により、図１２（ｂ）のように回転軸４が固定軸３より浮いた状態となるとともに、回転軸４の内壁における面４ｘと固定軸３の上流側先端端面３ａとの接触を防ぐスパイラルグルーブ軸受として働く。
【００６１】
よって、本実施形態では、人工心臓ポンプを駆動開始した直後に、第２の実施形態のようにピボット３ｂで支持することなく、溝３ｃに流れ込む血液による圧力によって、回転軸４の内壁における面４ｘと固定軸３の上流側先端端面３ａとの接触を防ぎ、面４ｘと先端端面３ａとの間での摩耗及び焼き付けを防ぐことができる。そのため、低速回転時においても、第２の実施形態のようなピボット３ｂにおける接触も防ぐことができる。そして、第２の実施形態と同様、エンドプレイの低減を図ることができ、ポンプ効率の低下を防ぐことができる。
【００６２】
尚、本実施形態において、このポンプ効率を更に高くするために、第１の実施形態と同様、シュラウド６に突起部６ｂを設けるとともにハウジング１に切欠部１ｂを設けた構成としても構わない。更に、シュラウド６の上流側端面に溝部６ｃを設けて、シュラウド６の外壁面とハウジング１の内壁面との間における血液の逆流を防ぐようにしても構わない。又、第１の実施形態と同様の構成にした場合、図１と同様の構成となるが、固定軸３及びコーン８にはそれぞれ、上述したスパイラルグルーブ軸受として働く溝３ｃ，８ｃを備える。
【００６３】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図１３は、本実施形態における人工心臓ポンプの構成を示す断面図である。図１３において、図１と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
図１３の人工心臓ポンプは、図１の人工心臓ポンプと異なり、シュラウド６の上流側端面及び下流側端面それぞれに周方向に沿った溝６ｄ，６ｅが設けられるとともに、シュラウド６の上流側端面における溝部６ｃが除去された構成となる。このようにシュラウド６が構成される人工心臓ポンプにおいて、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６を回転させたときの周方向のバランスが確認されると、図１４のように、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６によるロータの中心に偏心が確認されることがある。
【００６５】
このとき、溝６ｄ，６ｅそれぞれにおいて、図１４（ａ）、（ｂ）のように、偏心した中心Ｏから最も離れた位置ｐ１，ｐ２に比重の大きい材料よりなるピースＰｘ，Ｐｙを埋め込むとともに、ピースＰｘ，Ｐｙが埋め込まれた部分以外の部分にピースＰｘ，Ｐｙよりも比重の小さい材料より成るピースＰｚ，Ｐｗを埋め込む。尚、このピースＰｘ，Ｐｙ，Ｐｚ，Ｐｗの材料については、例えば、ピースＰｘ，Ｐｙを金属材料とするとともにピースＰｚ，Ｐｗを樹脂材料としても構わない。このように、偏心が確認された中心より離れた位置に比重の大きい材料を埋め込むことによって、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６によるロータの中心軸をＸ軸とすることができ、そのアンバランスを除去することができる。
【００６６】
又、従来のように、シュラウド６の外壁面を切削することにより、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６によるロータのアンバランスを除去する場合と比べて、シュラウド６の外壁面表面の粗度を悪化させることがない。よって、このシュラウド６の外壁面表面の粗度の悪化が原因となる溶血特性の悪化を抑制することができる。
【００６７】
尚、本実施形態において、第２又は第３の実施形態と同様、固定軸３にピボット３ｂ又はスパイラルグルーブ軸受として働く溝３ｃを構成するとともに、コーン８にスパイラルグルーブ軸受として働く溝８ｃを構成するようにしても構わない。又、このとき、シュラウド６の突起部６ｂ及びハウジング１の切欠部１ｂを除去した構成としても構わない。又、図１７に示す従来の人工心臓ポンプに対しても適用可能である。
【００６８】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態において、第４の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６９】
本実施形態の人工心臓ポンプは、第４の実施形態の人工心臓ポンプ（図１３）と異なり、図１５のように、シュラウド６の上流側端面に溝６ｄの代わりに周方向に等間隔となる複数の穴６ｆが設けられた構成となる。この複数の穴６ｆはそれぞれ、シュラウド６の上流側端面に設けられた溝部６ｃ及び溝部６ｃの間の山部６ｇそれぞれに設けられる。このようにシュラウド６が構成される人工心臓ポンプにおいて、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６を回転させたときの周方向のバランスが確認されると、第４の実施形態と同様、図１６のように、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６によるロータの中心に偏心が確認されることがある。
【００７０】
このとき、溝６ｅには、第４の実施形態と同様、図１６（ｂ）のように、偏心した中心Ｏから最も離れた位置ｐ２に比重の大きい材料よりなるピースＰｙを埋め込むとともに、ピースＰｙが埋め込まれた部分以外の部分にピースＰｙよりも比重の小さい材料より成るピースＰｗを埋め込む。又、複数の穴６ｆについては、１６（ａ）のように、偏心した中心Ｏから最も離れた位置ｐ１に近い穴６ｆｘ，６ｆｙに、比重の大きい材料よりなるピースＰｕ１，Ｐｕ２を埋め込むとともに、穴６ｆｘ，６ｆｙ以外となる穴６ｆにピースＰｕ１，Ｐｕ２よりも比重の小さい材料より成るピースＰｖを埋め込む。
【００７１】
尚、このピースＰｕ１，Ｐｕ２，Ｐｙ，Ｐｖ，Ｐｗの材料については、例えば、ピースＰｕ１，Ｐｕ２，Ｐｙを金属材料とするとともにピースＰｖ，Ｐｚを樹脂材料としても構わない。このように、偏心が確認された中心より離れた位置に比重の大きい材料を埋め込むことによって、回転軸４及びインペラ５及びシュラウド６によるロータの中心軸をＸ軸とすることができ、そのアンバランスを除去することができる。
【００７２】
尚、本実施形態において、第４の実施形態と同様、第２又は第３の実施形態と同様、固定軸３にピボット３ｂ又はスパイラルグルーブ軸受として働く溝３ｃを構成するとともに、コーン８にスパイラルグルーブ軸受として働く溝８ｃを構成するようにしても構わない。又、このとき、シュラウド６の突起部６ｂ及びハウジング１の切欠部１ｂを除去した構成としても構わない。又、図１７に示す従来の人工心臓ポンプに対しても適用可能である。
【００７３】
又、シュラウド６の下流側端面において、溝６ｅの代わりに、シュラウド６の上流側端面に設けた穴６ｆと同様の穴を設けるようにしても構わない。このとき、このシュラウド６の下流側端面に設けられた穴においても、シュラウド６の上流側端面に設けた穴６ｆと同様、偏心が確認された中心より離れた位置に近い穴に比重の大きい材料を埋め込むとともに、比重の大きい材料が埋め込まれた穴以外の穴に比重の小さい材料を埋め込む。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によると、ハウジングのシュラウドを覆う部分において形成される窪みが、シュラウドに設けられた突起部によって覆われるため、血流における窪みへの偏流を防ぐことができ、血液の主流の乱れを抑制することができ、結果的にポンプ効率を高くすることができる。又、突起部が挿入される切欠部を設けることで、ハウジングに突起部の内径をシュラウドの内径と同じにすることができるため、血液の主流の乱れを更に抑制することができる。
【００７５】
又、本発明によると、回転軸内の第１永久磁石とコーン内の第２永久磁石でスラスト軸受を形成するため、従来のように外径側に位置して回転速度が最も速くなるシュラウドにスラスト軸受を形成するための永久磁石を設ける必要がなくなる。よって、シュラウドの軸方向の長さを短くすることができるため、せん断応力を抑制して、人工心臓ポンプにおける溶血特性を良好なものとすることができる。更に、回転軸に排出口を設けることで、前記固定軸の外壁面と前記回転軸の内壁面との間に流れ込む血液を排出し、血液の凝固を防ぐことができる。
【００７６】
又、固定軸にピボットを設けて回転軸を支持することで、前記固定軸及び前記回転軸の接触による摩耗及び焼き付けを防ぐことができるため、ポンプ効率を高くすることができるとともに、溶血特性を良好なものとすることができる。更に、所定回転数を超えたとき、ピボットと排出口が非接触となることで、通常運転時には、回転軸が固定軸から浮上した状態となり、ピボットとも非接触として、ピボットでの摩耗及び焼き付けを防ぐ。よって、ポンプ効率を更に高くすることができるとともに、溶血特性を良好なものとすることができる。
【００７７】
又、固定軸の上流側先端端面に、スパイラルグルーブ軸受として働く溝を形成することで、回転軸の下流側端面が固定軸の上流側先端端面に近接したとき、溝に流入する血液の圧力が高くなり、回転軸と固定軸との接触を防ぐことができる。よって、固定軸及び回転軸の接触による摩耗及び焼き付けを防ぐことができるため、ポンプ効率を高くすることができるとともに、溶血特性を良好なものとすることができる。
【００７８】
又、コーンの下流側端面に、スパイラルグルーブ軸受として働く溝を形成することで、回転軸の上流側先端端面がコーンの下流側端面に近接したとき、溝に流入する血液の圧力が高くなり、回転軸とコーンとの接触を防ぐことができる。よって、コーン及び回転軸の接触による摩耗及び焼き付けを防ぐことができるため、ポンプ効率を高くすることができるとともに、溶血特性を良好なものとすることができる。
【００７９】
又、シュラウドに逆流量低減溝を設けるため、シュラウドの上流側端面の外壁面に向かって血液が流れようとして、シュラウドの上流側端面の外壁面付近における圧力が高くなる。よって、シュラウドの外壁面とハウジングの内壁面との隙間における血液の逆流を防ぐことができ、ポンプ効率を高くすることができる。
【００８０】
又、シュラウドの上流側端面又は下流側端面のいずれか一方に、アンバランス除去用穴又はアンバランス除去用溝を設け、このアンバランス除去用穴又はアンバランス除去用溝に比重の異なる材料を埋め込むことでバランス調整を行うため、従来のように、切削してロータのアンバランスを除去する必要がなくなる。よって、シュラウドを切削することによる表面粗度の悪化を防ぐことができ、結果的に溶血特性の悪化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態の人工心臓ポンプの構成を示す軸方向の断面図。
【図２】 図１の人工心臓ポンプにおけるＹ−Ｙ断面図。
【図３】 血液の逆流を説明するためのシュラウド近傍の拡大図。
【図４】 シュラウドの上流側端面の構成を示す図。
【図５】 シュラウドの上流側端面における圧力分布を示す図。
【図６】 シュラウドの上流側端面の別の構成を示す図。
【図７】 第２の実施形態の人工心臓ポンプの構成を示す軸方向の断面図。
【図８】 第２の実施形態の人工心臓ポンプの停止時と駆動時の状態を示す図。
【図９】 スパイラルグルーブ軸受を構成するコーンの下流側端面の形状を示す図。
【図１０】 第２の実施形態の人工心臓ポンプの別の構成を示す軸方向の断面図。
【図１１】 スパイラルグルーブ軸受を構成する固定軸の上流側先端端面の形状を示す図。
【図１２】 第３の実施形態の人工心臓ポンプの停止時と駆動時の状態を示す図。
【図１３】 第４の実施形態の人工心臓ポンプの構成を示す軸方向の断面図。
【図１４】 第４の実施形態の人工心臓ポンプにおけるシュラウドの上流側端面及び下流側端面の構成を示す図。
【図１５】 第５の実施形態の人工心臓ポンプのシュラウドの上流側端面に設けられたアンバランス除去用の穴の構成を示す図。
【図１６】 第５の実施形態の人工心臓ポンプにおけるシュラウドの上流側端面及び下流側端面の構成を示す図。
【図１７】 従来の人工心臓ポンプの構成を示す軸方向の断面図。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ ディフューザ
３ 固定軸
４ 回転軸
５ インペラ
６ シュラウド
７ 整流板
８ コーン
Claims (20)
- ハウジングと、該ハウジング内の中心位置に固定された固定軸と、当該固定軸に嵌合した回転軸と、当該回転軸の外壁面に接合された複数のインペラと、その内壁面に当該インペラの外周側が接合された円筒状のシュラウドと、前記ハウジング内の前記シュラウドと対面する位置に内含されるとともに前記シュラウド外壁面に対して垂直な磁界を発生するモータステータと、前記シュラウド内に内含されるとともに前記シュラウドの外壁面に対して垂直な磁界を発生する異方性永久磁石と、を備えるとともに、前記ハウジングの内壁面の径が前記シュラウドと対面する位置において太い人工心臓ポンプにおいて、
前記シュラウドの下流側端面の内径側に、下流側に突起したリング状の突起部を備え、
前記回転軸が回転しているとき、前記ハウジングの内壁面の径の太い部分が前記突起部によって覆われることを特徴とする人工心臓ポンプ。 - 前記ハウジングの内壁面の径が細く且つ前記シュラウドの下流側端面付近の部分において、前記突起部の外径より太い円筒状の切欠部を設け、
前記回転軸の回転が停止しているとき、前記切欠部に前記突起部が挿入されることを特徴とする請求項１に記載の人工心臓ポンプ。 - ハウジングと、該ハウジング内の中心位置に固定された固定軸と、当該固定軸に嵌合した回転軸と、当該回転軸の外壁面に接合された複数のインペラと、その内壁面に当該インペラの外周側が接合された円筒状のシュラウドと、前記ハウジング内の前記シュラウドと対面する位置に内含されるとともに前記シュラウド外壁面に対して垂直な磁界を発生するモータステータと、前記シュラウド内に内含されるとともに前記シュラウドの外壁面に対して垂直な磁界を発生する異方性永久磁石と、を備えるとともに、前記ハウジングの内壁面の径が前記シュラウドと対面する位置において太い人工心臓ポンプにおいて、
前記回転軸が、前記固定軸の上流側先端部分を覆うとともに、
前記回転軸の上流側先端部分内部に内含されるとともに血流の方向に磁界を発生する第１永久磁石と、
該第１永久磁石と反発する磁界を発生する第２永久磁石と、
当該第２永久磁石を内含し、その下流側端面が前記回転軸の上流側先端端面に面するとともに、前記ハウジングないの中心位置に固定されたコーンと、
を備え、
前記第１永久磁石と前記第２永久磁石によって前記回転軸と前記コーンとが接触するのを防ぐスラスト軸受が形成されていることを特徴とする人工心臓ポンプ。 - 前記回転軸の上流側先端部分に、前記固定軸の外壁面と前記回転軸の内壁面との間の隙間に流れ込む血液を排出する排出口を備えることを特徴とする請求項３に記載の人工心臓ポンプ。
- 前記固定軸の上流側先端端面に、先端部分が前記排出口に挿入される尖頭状に突起したピボットを備えることを特徴とする請求項４に記載の人工心臓ポンプ。
- 前記回転軸の回転数が所定回転数より低いとき、前記ピボットの外壁面が前記排出口の内壁面と接触して、前記回転軸が前記固定軸に支持されることを特徴とする請求項５に記載の人工心臓ポンプ。
- 前記固定軸の上流側先端端面に、スパイラルグルーブ軸受として働く溝が形成されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の人工心臓ポンプ。
- 前記コーンの下流側端面に、スパイラルグルーブ軸受として働く溝が形成されることを特徴とする請求項３〜請求項７のいずれかに記載の人工心臓ポンプ。
- 前記固定軸又は前記コーンにおける前記溝が放射状に設けられることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の人工心臓ポンプ。
- その外周側が前記インペラの上流側の前記ハウジングの内壁面に接合されるとともに、前記血流を整流する静翼として働く複数の整流板を備え、
前記コーンの外壁面に当該整流板の内周側が接合されることで、前記コーンが前記整流板を介して前記ハウジングに支持されることを特徴とする請求項３〜請求項９のいずれかに記載の人工心臓ポンプ。 - 前記シュラウドの下流側端面の内径側に、下流側に突起したリング状の突起部を備え、
前記回転軸が回転しているとき、前記ハウジングの内壁面の径が太い部分が前記突起部によって覆われることを特徴とする請求項３〜請求項１０のいずれかに記載の人工心臓ポンプ。 - 前記ハウジングの内壁面の径が細く且つ前記シュラウドの下流側端面付近の部分において、前記突起部の外径より太い円筒状の切欠部を設け、
前記回転軸の回転が停止しているとき、前記切欠部に前記突起部が挿入されることを特徴とする請求項１１に記載の人工心臓ポンプ。 - 前記シュラウドの上流側端面に、内壁面から外壁面に向かって放射状に構成される複数の逆流量低減溝を備えることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の人工心臓ポンプ。
- ハウジングと、該ハウジング内の中心位置に固定された固定軸と、当該固定軸に嵌合した回転軸と、当該回転軸の外壁面に接合された複数のインペラと、その内壁面に当該インペラの外周側が接合された円筒状のシュラウドと、前記ハウジング内の前記シュラウドと対面する位置に内含されるとともに前記シュラウド外壁面に対して垂直な磁界を発生するモータステータと、前記シュラウド内に内含されるとともに前記シュラウドの外壁面に対して垂直な磁界を発生する異方性永久磁石と、を備えるとともに、前記ハウジングの内壁面の径が前記シュラウドと対面する位置において太い人工心臓ポンプにおいて、
前記シュラウドの上流側端面に、内壁面から外壁面に向かって放射状に構成される複数の逆流量低減溝を備えることを特徴とする人工心臓ポンプ。 - 前記シュラウドの上流側端面に、周方向に沿って等間隔に形成される複数のアンバランス除去用穴を備え、
前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、複数の前記アンバランス除去用穴において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する前記アンバランス除去用穴に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた前記アンバランス除去用穴以外の前記アンバランス除去用穴に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込むことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の人工心臓ポンプ。 - 前記シュラウドの上流側端面に、周方向に沿って形成されるアンバランス除去用溝を備え、
前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、前記アンバランス除去用溝において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する部分に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた部分以外の部分に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込むことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の人工心臓ポンプ。 - 前記シュラウドの下流側端面に、周方向に沿って等間隔に形成される複数のアンバランス除去用穴を備え、
前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、複数の前記アンバランス除去用穴において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する前記アンバランス除去用穴に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた前記アンバランス除去用穴以外の前記アンバランス除去用穴に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込むことを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれかに記載の人工心臓ポンプ。 - 前記シュラウドの下流側端面に、周方向に沿って形成されるアンバランス除去用溝を備え、
前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、前記アンバランス除去用溝において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する部分に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた部分以外の部分に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込むことを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれかに記載の人工心臓ポンプ。 - ハウジングと、該ハウジング内の中心位置に固定された固定軸と、当該固定軸に嵌合した回転軸と、当該回転軸の外壁面に接合された複数のインペラと、その内壁面に当該インペラの外周側が接合された円筒状のシュラウドと、前記ハウジング内の前記シュラウドと対面する位置に内含されるとともに前記シュラウド外壁面に対して垂直な磁界を発生するモータステータと、前記シュラウド内に内含されるとともに前記シュラウドの外壁面に対して垂直な磁界を発生する異方性永久磁石と、を備えるとともに、前記ハウジングの内壁面の径が前記シュラウドと対面する位置において太い人工心臓ポンプにおいて、
前記シュラウドの上流側端面及び下流側端面の少なくとも一方に、周方向に沿って等間隔に形成される複数のアンバランス除去用穴を備え、
前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、複数の前記アンバランス除去用穴において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する前記アンバランス除去用穴に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた前記アンバランス除去用穴以外の前記アンバランス除去用穴に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込むことを特徴とする人工心臓ポンプ。 - ハウジングと、該ハウジング内の中心位置に固定された固定軸と、当該固定軸に嵌合した回転軸と、当該回転軸の外壁面に接合された複数のインペラと、その内壁面に当該インペラの外周側が接合された円筒状のシュラウドと、前記ハウジング内の前記シュラウドと対面する位置に内含されるとともに前記シュラウド外壁面に対して垂直な磁界を発生するモータステータと、前記シュラウド内に内含されるとともに前記シュラウドの外壁面に対して垂直な磁界を発生する異方性永久磁石と、を備えるとともに、前記ハウジングの内壁面の径が前記シュラウドと対面する位置において太い人工心臓ポンプにおいて、
前記シュラウドの上流側端面及び下流側端面の少なくとも一方に、周方向に沿って形成されるアンバランス除去用溝を備え、
前記回転軸及び前記インペラ及び前記シュラウドより成るロータのバランスを確認したときに回転の中心の偏心が確認されると、前記アンバランス除去用溝において、偏心が確認された中心より最も遠くに位置する部分に比重の大きい第１材料を埋め込むとともに、当該第１材料が埋め込まれた部分以外の部分に該第１材料より比重の軽い第２材料を埋め込ことを特徴とする人工心臓ポンプ。
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