JP4681625B2 - 血液ポンプおよびポンプユニット - Google Patents

Description

本発明は、血液を圧送する血液ポンプおよびポンプユニットに関するものである。

心臓を切開する手術においては、血液の循環を維持するために該血液を圧送する血液ポンプが用いられる。この血液ポンプは、ケーシングと、該ケーシングの内部に回転可能に配置された羽根車と、該羽根車を回転させる駆動機構とを備え、駆動機構により羽根車を回転させてケーシングの内部の流路に血液を取り込むと共に、この血液をケーシングの外部に送り出すものが知られている。

この種の血液ポンプでは、例えば、羽根車の回転軸をケーシングの壁部に貫通させてケーシング外に突出させ、この回転軸に駆動モータを接続させる。回転軸がケーシングの壁部に貫通する部位には、血液の漏れを防ぐための軸シール構造が設けられている。ところが、軸シール構造は、ケーシングと回転軸とに接触を伴うものであるため、この接触部分で赤血球などの血液中の粒子が損傷して溶血が生じたり、接触部分での血液の淀みにより血栓が生じたりする問題があり、さらに、シール部での耐久性の問題もある。

そこで、従来では、ケーシング内の羽根車を非接触で支持する血液ポンプが知られている。この血液ポンプは、羽根車に設けられた磁石と、ケーシングの外部に配置されて駆動モータで回転駆動される磁石との相互作用により羽根車を回転させる駆動機構を備えている。そして、羽根車の外周面とケーシング内周面との狭い隙間に、羽根車が回転して送り込まれた血液の圧力により羽根車を径方向に支持する動圧軸受が設けられている。また、羽根車に設けられた軸受磁石とケーシングに設けられた磁気コアとを径方向に対向配置させて磁気コアより生じる磁力を羽根車位置に応じて制御する事で羽根車を軸線方向に支持する制御型磁気軸受が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２２６３９０号公報

上記特許文献１に示された血液ポンプにおいて、羽根車は、基部の軸線方向の一側面上に放射状に配置された羽根を有し、この基部の他側に動圧軸受をなすための流路が形成されている。また、ケーシングは、羽根を有した基部の一側の中央に向けて吸込管が設けられ、外周面に吐出管が設けられている。この血液ポンプでは、羽根車の回転により、羽根が径方向外側へ向けた圧力を生じさせることで、吸込管から血液が吸い込まれつつ吐出管から血液が圧送される。

しかしながら、このような構成の血液ポンプでは、羽根を有した基部の一側から血液を吸い込んだ際、基部の一側よりも他側が高い圧力になる圧力差が生じ、羽根車を一側に押す軸スラスト荷重が作用する。このため、軸心がずれて血液ポンプの作動不良を招来することになる。特許文献１に示された血液ポンプでは、制御型磁気軸受により羽根車を軸線方向に支持しているが、制御回路および磁気コアを備えることで製造コストが嵩む問題がある。また、制御回路の誤動作により軸受機能が喪失され、高い信頼性を確保する事が困難となる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、ケーシング内に羽根車を径方向に非接触で回転できるように支持した上で、安価な製造コストで軸スラスト荷重を支持する構造とすることで、軸方向にも非接触で回転できる血液ポンプおよびポンプユニットを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の血液ポンプでは、ケーシングの内部に回転可能に配置された回転体を備え、前記回転体に設けられた永久磁石である従動磁石、および前記ケーシングの外部で前記回転体の径方向に前記従動磁石と対向配置されて前記従動磁石と磁気結合する永久磁石である駆動磁石から成る軸方向軸受としての機能を有する磁気カップリングと、前記駆動磁石を前記回転体の軸線を中心に回転駆動する駆動部と、前記ケーシングの内壁および前記回転体に前記軸線を中心とした円環状の軸受面が設けられ、各前記軸受面が前記駆動磁石と前記従動磁石との間で前記回転体の径方向に隙間を有して配置された動圧軸受である径方向軸受と、前記回転体における軸線方向前側に設けられた前シュラウド、該前シュラウドの軸線方向後側に設けられた後シュラウド、および前記前シュラウドと前記後シュラウドとの間に設けられた羽根を有するクローズド羽根車とを備え、前記従動磁石が前記回転体に形成された円柱状の軸部に設けられ、前記駆動磁石が前記従動磁石に対して前記軸部の径方向外側に配置されていることを特徴とする。

この血液ポンプは、径方向軸受および軸方向軸受により回転体をケーシングに対して非接触な状態で回転させることから、ケーシングを貫通する軸や、この軸での血液の漏れを防ぐための軸シール構造を要せず、溶血および血栓が生じる事態を防げる。しかも、この血液ポンプの羽根車は、血液が取り込まれる軸線方向前側に前シュラウドが設けられ、該前シュラウドの軸線方向後側に後シュラウドが設けられて、前シュラウドと後シュラウドとの間に設けられた羽根を有している。このため、後シュラウドの後側に流動した血液により軸線方向前側に圧力が生じ、かつ前シュラウドの前側に流動した血液により軸線方向後側に圧力が生じる。この結果、羽根車が軸線方向で押される軸スラスト荷重のバランスを調整できるので、従動磁石および駆動磁石のみの簡素な軸方向軸受であっても作動不良が防げ、磁気コアの磁気力を調整する制御回路が別途必要ないことから製造コストを低減できる。しかも、この血液ポンプは、前記従動磁石が前記回転体に形成された円柱状の軸部に設けられ、前記駆動磁石が前記従動磁石に対して前記軸部の径方向外側に配置されていることから、軸部が小型化でき、ポンプの小型化が図れるので、その取り扱いが容易になる。

また、本発明の血液ポンプでは、前記径方向軸受は、前記駆動磁石と前記従動磁石との間である前記後シュラウド後側の前記回転体と前記ケーシング内壁との間の他、前記前シュラウド前側の前記回転体と前記ケーシング内壁との間にも動圧軸受として設けられていることを特徴とする。

この血液ポンプは、回転体の両端を支持する径方向軸受となり、回転体の径方向荷重をさらに安定して保持できる。

また、本発明の血液ポンプは、前記従動磁石を有した前記回転体が前記ケーシングの内部に収容され、前記回転体と前記ケーシングの内壁との間に前記径方向軸受が設けられたポンプユニットと、前記駆動磁石および前記駆動部を有した駆動ユニットとを構成し、前記ポンプユニットを前記駆動ユニットに対して着脱可能に設けたことを特徴とする。

この血液ポンプは、ポンプユニットを駆動ユニットに対して着脱可能に設けてあり、血液が接触するポンプユニットを消耗品として使い捨てできる。そして、この構成において、上記安価なポンプユニットを提供することで、消耗品を調達するランニングコストを低減できる。

上述の目的を達成するために、本発明のポンプユニットでは、ケーシングの内部に回転可能に配置された回転体を備え、前記回転体を回転駆動する駆動ユニットに対して着脱可能に設けられた血液ポンプのポンプユニットであって、前記回転体の軸線を中心に回転駆動されるように前記ケーシングの外部に配設される前記駆動ユニットの永久磁石である駆動磁石に対し、前記回転体の径方向に対向する態様で前記回転体に設けられ、前記駆動磁石と磁気結合されて軸方向軸受としての機能を有する磁気カップリングを成す永久磁石である従動磁石と、前記ケーシングの内壁および前記回転体に前記軸線を中心とした円環状の軸受面が設けられ、各前記軸受面が前記駆動磁石と前記従動磁石との間で前記回転体の径方向に隙間を有して配置される動圧軸受である径方向軸受と、前記回転体における軸線方向前側に設けられた前シュラウド、該前シュラウドの軸線方向後側に設けられた後シュラウド、および前記前シュラウドと前記後シュラウドとの間に設けられた羽根を有するクローズド羽根車とを備え、前記従動磁石が前記回転体に形成された円柱状の軸部に設けられ、前記駆動磁石が前記従動磁石に対して前記軸部の径方向外側に配置されていることを特徴とする。

このポンプユニットは、径方向軸受および軸方向軸受により回転体をケーシングに対して非接触な状態で回転させることから、ケーシングを貫通する軸や、この軸での血液の漏れを防ぐための軸シール構造を要せず、溶血および血栓が生じる事態を防げる。しかも、このポンプユニットの羽根車は、血液が取り込まれる軸線方向前側に前シュラウドが設けられ、該前シュラウドの軸線方向後側に後シュラウドが設けられて、前シュラウドと後シュラウドとの間に設けられた羽根を有している。このため、後シュラウドの後側に流動した血液により軸線方向前側に圧力が生じ、かつ前シュラウドの前側に流動した血液により軸線方向後側に圧力が生じる。この結果、羽根車が軸線方向で押される軸スラスト荷重のバランスを調整できるので、従動磁石および駆動磁石のみの簡素な軸方向軸受であっても作動不良が防げ、磁気コアの磁気力を調整する制御回路が別途必要ないことから製造コストを低減できる。しかも、このポンプユニットは、前記従動磁石が前記回転体に形成された円柱状の軸部に設けられ、前記駆動磁石が前記従動磁石に対して前記軸部の径方向外側に配置されていることから、軸部が小型化でき、ポンプユニットの小型化が図れるので、その取り扱いが容易になる。

本発明によれば、安価な製造コストでケーシング内に羽根車を軸方向、径方向共に非接触で回転できるように支持可能となり、しかも磁力を制御する必要がないため、高い信頼性を確保可能となる。

以下に、本発明に係る血液ポンプおよびポンプユニットの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例に係る血液ポンプの概略断面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は、図１に示す血液ポンプの分離状態での概略断面図である。図１に示すように、本発明の実施例に係る血液ポンプは、ポンプユニット１０と駆動ユニット２０とを備えている。

まず、ポンプユニット１０は、回転体１１およびケーシング１２により構成されている。

回転体１１は、羽根車１１Ａおよび軸部１１Ｂを有している。羽根車１１Ａは、前シュラウド１１Ａ１と、後シュラウド１１Ａ２と、羽根（ベーン）１１Ａ３とを有したクローズド羽根車として構成されている。前シュラウド１１Ａ１は、回転体１１の回転中心である軸線Ｐを中心とした円の外径を成すように略円板状に形成され、羽根車１１Ａにおける軸線Ｐ方向前側に配置されている。この前シュラウド１１Ａ１は、その中心である軸線Ｐ上に、血液を吸い込むための吸引口１１Ａ１ａが貫通して形成されている。後シュラウド１１Ａ２は、軸線Ｐを中心とした円の外径を成すように略円板状に形成され、羽根車１１Ａにおける軸線Ｐ方向後側（図１の下側）に配置されている。羽根１１Ａ３は、前シュラウド１１Ａ１と後シュラウド１１Ａ２との間隙に配置されている。この羽根１１Ａ３は、前シュラウド１１Ａ１の吸引口１１Ａ１ａを避けるように、中心側から前シュラウド１１Ａ１の外周端に至って螺旋形の一部を成し、かつ、前シュラウド１１Ａ１および後シュラウド１１Ａ２の周方向に等間隔で複数配置されている。なお、血液を圧送する際に高圧となる前シュラウド１１Ａ１および後シュラウド１１Ａ２の外周縁は、回転体１１の最も外周に配置されている。

軸部１１Ｂは、軸線Ｐを中心として各シュラウド１１Ａ１，１１Ａ２よりも径の小さい円柱状に形成され、後シュラウド１１Ａ２のさらに軸線Ｐ方向後側に突設されている。軸部１１Ｂの外周には、軸線Ｐを中心とした円環状の軸受面１１Ｂ１が形成されている。また、軸部１１Ｂには、その中央の軸線Ｐ上に貫通孔１１Ｂ２が形成されている。貫通孔１１Ｂ２は、後シュラウド１１Ａ２を貫通して形成され、前シュラウド１１Ａ１と後シュラウド１１Ａ２との間隙を介して前シュラウド１１Ａ１の吸引口１１Ａ１ａと連通するように設けられている。また、軸部１１Ｂには、従動磁石１１Ｂ３が設けられている。従動磁石１１Ｂ３は、永久磁石であり、軸受面１１Ｂ１に沿うようにして軸部１１Ｂに埋設されている。この従動磁石１１Ｂ３は、図２に示すように、軸線Ｐを中心として円環状に形成され、円環状に沿ってＳ極とＮ極とが交互に隣接して配置されるように複数（例えば４つ）設けられている。

ケーシング１２は、ポンプユニット１０の外筐を成し、その内部に回転体１１を収容するものである。ケーシング１２は、回転体１１の回転中心である軸線Ｐ方向の前側に、血液を取り込むための吸込口１２Ａ１が形成されている。また、ケーシング１２は、軸線Ｐと直交する羽根車１１Ａの径方向外側の部位に、血液を送り出すための吐出口１２Ａ２が設けられている。

また、ケーシング１２は、その内壁が回転体１１の外形に沿って形成され、羽根車１１Ａを囲み、吸込口１２Ａ１および吐出口１２Ａ２を有した圧送部１２Ａと、軸部１１Ｂを囲み、圧送部１２Ａの軸線Ｐ方向後側に突設された軸受部１２Ｂとを有している。さらに、ケーシング１２は、その内壁と、回転体１１の外形との間に所定の隙間を有して形成されている。すなわち、ケーシング１２は、回転体１１と相互に非接触運転状態を有しつつ、回転体１１を内部に収容するように構成されている。また、ケーシング１２の軸受部１２Ｂの内壁には、回転体１１の軸部１１Ｂに形成された軸受面１１Ｂ１に対し、回転体１１の径方向で所定の隙間を空けて対向するように、軸線Ｐを中心とした円環状の軸受面１２Ｂ１が形成されている。

次に、駆動ユニット２０は、有底円筒形状の容器２１に、駆動モータ（駆動部）２２および回転部材２３が収容されたものである。駆動モータ２２は、容器２１の内部に固定され、出力軸２２Ａを回転体１１の軸線Ｐ上で前側に延出して設けられている。回転部材２３は、駆動モータ２２の出力軸２２Ａに固定され、駆動モータ２２の駆動により軸線Ｐを中心に回転可能に設けられている。この回転部材２３は、ポンプユニット１０のケーシング１２の軸受部１２Ｂを外側から囲むように、軸線Ｐを中心とした円環状に形成されている。すなわち、回転部材２３は、ケーシング１２内の回転体１１の軸部１１Ｂを外側から囲んでいる。

回転部材２３の円環状の内壁には、駆動磁石２３Ａが設けられている。駆動磁石２３Ａは、永久磁石である。駆動磁石２３Ａは、図２に示すように、軸線Ｐを中心として円環状に形成され、円環状に沿ってＳ極とＮ極とが交互に隣接して配置されるように複数（例えば４つ）設けられている。また、駆動磁石２３Ａは、ケーシング１２の外部から回転体１１の軸部１１Ｂに設けられた従動磁石１１Ｂ３と磁気結合するように、回転体１１の径方向に従動磁石１１Ｂ３と対向配置されている。

また、容器２１の軸線Ｐ方向の前側には、容器２１の開口部を密閉して駆動モータ２２および回転部材２３を覆う蓋部材２４が設けられている。蓋部材２４には、回転部材２３の円環状内に没入する凹部２４Ａが設けられている。この凹部２４Ａには、ポンプユニット１０の軸部１１Ｂを回転部材２３の円環状内に配置するようにケーシング１２の軸受部１２Ｂが嵌挿される。また、図３に示すように、凹部２４Ａに対し、ケーシング１２の軸受部１２Ｂが着脱可能に設けられている。

このような血液ポンプは、蓋部材２４の凹部２４Ａにケーシング１２の軸受部１２Ｂを嵌挿した状態において、駆動モータ２２を駆動し軸線Ｐを中心に回転部材２３を回転させる。回転部材２３を回転すると、該回転部材２３に設けられている駆動磁石２３Ａが軸線Ｐを中心に回転し、この回転に伴って駆動磁石２３Ａに磁気結合されている従動磁石１１Ｂ３も回転する。従動磁石１１Ｂ３が回転すると、該従動磁石１１Ｂ３が設けられている回転体１１が軸線Ｐをほぼ中心として回転する。このとき、従動磁石１１Ｂ３は、駆動磁石２３Ａに磁気結合されていることから、従動磁石１１Ｂ３が設けられている回転体１１には軸線Ｐ方向の移動に対して逆向きの吸引力が作用する。すなわち、従動磁石１１Ｂ３と駆動磁石２３Ａとは、回転体１１の回転の軸線Ｐ方向を保持する軸方向軸受としての機能を有する磁気カップリングを成す。

そして、回転体１１が回転すると、羽根１１Ａ３の作用により、吸込口１２Ａ１からケーシング１２の内部に血液が取り込まれる。そして、この血液は、羽根車１１Ａの吸引口１１Ａ１ａから前シュラウド１１Ａ１と後シュラウド１１Ａ２との間隙に送られ、さらに、この間隙で径方向外側に圧送されて吐出口１２Ａ２からケーシング１２の外部に送り出される。

ここで、前シュラウド１１Ａ１と後シュラウド１１Ａ２との間隙で径方向外側に圧送された高圧な血液の一部は、吐出口１２Ａ２からケーシング１２の外部に送り出されず、ケーシング１２の内部で軸線Ｐに近い比較的低圧な部分に流通する。具体的には、羽根車１１Ａの外周部において、高圧な血液は、前シュラウド１１Ａ１と後シュラウド１１Ａ２との間隙から、前シュラウド１１Ａ１の前側と、後シュラウド１１Ａ２の後側とにそれぞれ流動する。そして、前シュラウド１１Ａ１の前側に流動した血液は、軸線Ｐに向けて前シュラウド１１Ａ１の前面とケーシング１２の内壁との間を通過し、吸引口１１Ａ１ａから再び前シュラウド１１Ａ１と後シュラウド１１Ａ２との間隙に至る。一方、後シュラウド１１Ａ２の後側に流動した血液は、軸線Ｐに向けて後シュラウド１１Ａ２の後面とケーシング１２の内壁との間を通過し、さらに、軸部１１Ｂの軸受面１１Ｂ１と、ケーシング１２の軸受面１２Ｂ１との隙間を通過して貫通孔１１Ｂ２から再び前シュラウド１１Ａ１と後シュラウド１１Ａ２との間隙に至る。

軸受面１１Ｂ１と軸受面１２Ｂ１との隙間は、軸線Ｐが中心となる円環状に構成されていることから、この隙間を血液が通過し、軸受面１１Ｂ１と軸受面１２Ｂ１とは血液を潤滑流体として回転体１１の軸線Ｐを中心とした回転の径方向を保持する動圧軸受としての径方向軸受を成す。このため、軸部１１Ｂが軸線Ｐを中心とした位置に保持されることになる。すなわち、ケーシング１２に非接触な状態で、回転体１１の径方向の位置が保持されることになる。

したがって、上述した血液ポンプでは、径方向軸受および軸方向軸受により回転体１１をケーシング１２に対して非接触な状態で回転させることから、ケーシング１２を貫通する軸や、この軸での血液の漏れを防ぐための軸シール構造を要せず、溶血および血栓が生じる事態を防げる。

特に、この血液ポンプにおけるポンプユニット１０の羽根車１１Ａは、血液が取り込まれる軸線Ｐ方向前側に前シュラウド１１Ａ１が設けられ、該前シュラウド１１Ａ１の軸線Ｐ方向後側に後シュラウド１１Ａ２が設けられて、前シュラウド１１Ａ１と後シュラウド１１Ａ２との間に設けられた羽根１１Ａ３を有している。このため、後シュラウド１１Ａ２の後側に流動した血液により軸線Ｐ方向前側に圧力が生じ、かつ前シュラウド１１Ａ１の前側に流動した血液により軸線Ｐ方向後側に圧力が生じる。この結果、羽根車１１Ａが軸線Ｐ方向で押される軸スラスト荷重が調整できるので、従動磁石１１Ｂ３および駆動磁石２３Ａのみの簡素な軸方向軸受であっても作動不良が防げ、磁気コアの磁気力を調整する制御回路が別途必要ないことから製造コストを低減できる。

また、上述した血液ポンプでは、ポンプユニット１０を駆動ユニット２０に対して着脱可能に設けてあり、血液が接触するポンプユニット１０を消耗品として使い捨てできる。そして、この構成において、上記安価なポンプユニット１０を提供することで、消耗品を調達するランニングコストを低減できる。

また、上述した血液ポンプでは、軸線Ｐを中心とした円柱状に形成された軸部１１Ｂに従動磁石１１Ｂ３が設けられ、この従動磁石１１Ｂ３に対して軸部１１Ｂの径方向外側に駆動磁石２３Ａが配置されている。このため、図４で示す血液ポンプのように、軸線Ｐを中心とした円環状に形成された軸部１１Ｂに従動磁石１１Ｂ３が設けられ、この従動磁石１１Ｂ３に対して軸部１１Ｂの径方向内側に駆動磁石２３Ａが配置されている構成と比較すると、軸部１１Ｂおよび軸受部１２Ｂが小型化でき、消耗品として使い捨てされるポンプユニット１０の小型化が図れるので、その取り扱いが容易になる。

ところで、本実施例の血液ポンプでは、径方向軸受が回転体１１の軸線Ｐ方向前側および軸線Ｐ方向後側にそれぞれ設けられている。回転体１１の軸線Ｐ方向後側の径方向軸受は、上述したように、従動磁石１１Ｂ３と駆動磁石２３Ａとの間に配置された軸受面１１Ｂ１と軸受面１２Ｂ１との隙間である。回転体１１の軸線Ｐ方向前側の径方向軸受は、従動磁石１１Ｂ３と駆動磁石２３Ａとの間を除く前シュラウド１１Ａ１の前側に設けられている。具体的には、前シュラウド１１Ａ１の前側に、吸引口１１Ａ１ａからさらに前側に突設された筒部１１Ａ１ｂが形成されている。この筒部１１Ａ１ｂの外周には、軸線Ｐを中心として形成された円環状の軸受面１１Ａ１ｃが設けられている。一方、ケーシング１２の圧送部１２Ａには、その内壁に、軸受面１１Ａ１ｃに対し、回転体１１の径方向で所定の隙間を空けて対向するように、軸線Ｐを中心とした円環状の軸受面１２Ａ３が形成されている。そして、軸受面１１Ａ１ｃと軸受面１２Ａ３との隙間を血液が通過し、軸受面１１Ａ１ｃと軸受面１２Ａ３とが、血液を潤滑流体として回転体１１の軸線Ｐを中心とした回転の径方向を保持する動圧軸受としての径方向軸受を成す。このため、羽根車１１Ａが軸線Ｐを中心とした位置に保持されることになる。このように、回転体１１の軸線Ｐ方向前側および軸線Ｐ方向後側に径方向軸受を設けたことにより、回転体１１の両端を支持する径方向軸受となり、回転体１１の径方向荷重をさらに安定して保持できる。

以下、参考例として他の形態の血液ポンプについて説明する。図４は、参考例に係る他の形態の血液ポンプの概略断面図である。なお、以下に説明する他の形態の血液ポンプにおいて、上述した血液ポンプと同等部分に同等の符号を付し、異なる構成について説明する。

この他の形態の血液ポンプは、上記血液ポンプに対し、ポンプユニット１０における回転体１１の軸部１１Ｂの構成、および軸部１１Ｂに伴うケーシング１２の軸受部１２Ｂの構成と、駆動ユニット２０における回転部材２３の構成、および回転部材２３に伴う蓋部材２４の構成とが異なる。

ポンプユニット１０の回転体１１において、軸部１１Ｂは、軸線Ｐを中心とした円環状に形成され、後シュラウド１１Ａ２のさらに軸線Ｐ方向後側に突設されている。軸部１１Ｂの内周には、軸線Ｐを中心とした円環状の軸受面１１Ｂ１が形成されている。また、軸部１１Ｂには、従動磁石１１Ｂ３が設けられている。従動磁石１１Ｂ３は、永久磁石であり、軸受面１１Ｂ１に沿うようにして軸部１１Ｂに埋設されている。この従動磁石１１Ｂ３は、軸線Ｐを中心として円環状に形成され、円環状に沿ってＳ極とＮ極とが交互に隣接して配置されるように複数設けられている。なお、軸部１１Ｂが突設された後シュラウド１１Ａ２の中央には、軸線Ｐ上に貫通孔１１Ｂ２が形成されている。貫通孔１１Ｂ２は、後シュラウド１１Ａ２を貫通し、前シュラウド１１Ａ１と後シュラウド１１Ａ２との間隙を介して前シュラウド１１Ａ１の吸引口１１Ａ１ａと連通するように設けられている。

ケーシング１２は、その内壁と、回転体１１の外形との間に所定の隙間を有して形成されている。すなわち、ケーシング１２は、回転体１１と相互に非接触運転状態を有しつつ、回転体１１を内部に収容するように構成されている。また、ケーシング１２の軸受部１２Ｂの内壁には、回転体１１の軸部１１Ｂに形成された軸受面１１Ｂ１に対し、回転体１１の径方向で所定の隙間を空けて対向するように、軸線Ｐを中心とした円環状の軸受面１２Ｂ１が形成されている。

一方、駆動ユニット２０における回転部材２３は、駆動モータ２２の出力軸２２Ａに固定され、駆動モータ２２の駆動により軸線Ｐを中心に回転可能に設けられている。この回転部材２３は、ケーシング１２の軸受部１２Ｂの円環状内側に進入するように、軸線Ｐを中心とした円柱状に形成されている。すなわち、回転部材２３は、回転体１１の軸部１１Ｂの円環状内側に進入している。

回転部材２３の円柱状の外壁には、駆動磁石２３Ａが設けられている。駆動磁石２３Ａは、永久磁石である。駆動磁石２３Ａは、軸線Ｐを中心として円環状に形成され、円環状に沿ってＳ極とＮ極とが交互に隣接して配置されるように複数設けられている。また、駆動磁石２３Ａは、ケーシング１２の外部から回転体１１の軸部１１Ｂに設けられた従動磁石１１Ｂ３と磁気結合するように、回転体１１の径方向に従動磁石１１Ｂ３と対向配置されている。

また、容器２１の軸線Ｐ方向の前側には、容器２１の開口部を密閉して駆動モータ２２および回転部材２３を覆う蓋部材２４が設けられている。蓋部材２４には、回転部材２３の円柱状を囲む円環状の凹部２４Ａが設けられている。この凹部２４Ａには、ポンプユニット１０の軸部１１Ｂを回転部材２３の円柱状の外側に配置するようにケーシング１２の軸受部１２Ｂが嵌挿される。また、凹部２４Ａに対し、ケーシング１２の軸受部１２Ｂが着脱可能に設けられている。

このような血液ポンプは、蓋部材２４の凹部２４Ａにケーシング１２の軸受部１２Ｂを嵌挿した状態において、駆動モータ２２を駆動し軸線Ｐを中心に回転部材２３を回転させる。回転部材２３を回転すると、該回転部材２３に設けられている駆動磁石２３Ａが軸線Ｐを中心に回転し、この回転に伴って駆動磁石２３Ａに磁気結合されている従動磁石１１Ｂ３も回転する。従動磁石１１Ｂ３が回転すると、該従動磁石１１Ｂ３が設けられている回転体１１が軸線Ｐをほぼ中心として回転する。このとき、従動磁石１１Ｂ３は、駆動磁石２３Ａに磁気結合されていることから、従動磁石１１Ｂ３が設けられている回転体１１には軸線Ｐ方向の移動に対して逆向きの吸引力が作用する。すなわち、従動磁石１１Ｂ３と駆動磁石２３Ａとは、回転体１１の回転の軸線Ｐ方向を保持する軸方向軸受としての機能を有する磁気カップリングを成す。

そして、回転体１１が回転すると、羽根１１Ａ３の作用により、吸込口１２Ａ１からケーシング１２の内部に血液が取り込まれる。そして、この血液は、羽根車１１Ａの吸引口１１Ａ１ａから前シュラウド１１Ａ１と後シュラウド１１Ａ２との間隙に送られ、さらに、この間隙で径方向外側に圧送されて吐出口１２Ａ２からケーシング１２の外部に送り出される。

ここで、前シュラウド１１Ａ１と後シュラウド１１Ａ２との間隙で径方向外側に圧送された高圧な血液の一部は、吐出口１２Ａ２からケーシング１２の外部に送り出されず、ケーシング１２の内部で軸線Ｐに近い比較的低圧な部分に流通する。具体的には、羽根車１１Ａの外周部において、高圧な血液は、前シュラウド１１Ａ１と後シュラウド１１Ａ２との間隙から、前シュラウド１１Ａ１の前側と、後シュラウド１１Ａ２の後側とにそれぞれ流動する。そして、前シュラウド１１Ａ１の前側に流動した血液は、軸線Ｐに向けて前シュラウド１１Ａ１の前面とケーシング１２の内壁との間を通過し、吸引口１１Ａ１ａから再び前シュラウド１１Ａ１と後シュラウド１１Ａ２との間隙に至る。一方、後シュラウド１１Ａ２の後側に流動した血液は、軸線Ｐに向けて後シュラウド１１Ａ２の後面とケーシング１２の内壁との間を通過し、さらに、軸部１１Ｂの軸受面１１Ｂ１と、ケーシング１２の軸受面１２Ｂ１との隙間を通過して貫通孔１１Ｂ２から再び前シュラウド１１Ａ１と後シュラウド１１Ａ２との間隙に至る。

軸受面１１Ｂ１と軸受面１２Ｂ１との隙間は、軸線Ｐが中心となる円環状に構成されていることから、この隙間を血液が通過し、軸受面１１Ｂ１と軸受面１２Ｂ１とは血液を潤滑流体として回転体１１の軸線Ｐを中心とした回転の径方向を保持する動圧軸受としての径方向軸受を成す。このため、軸部１１Ｂが軸線Ｐを中心とした位置に保持されることになる。すなわち、ケーシング１２に非接触な状態で、回転体１１の径方向の位置が保持されることになる。

したがって、上述した血液ポンプでは、径方向軸受および軸方向軸受により回転体１１をケーシング１２に対して非接触な状態で回転させることから、ケーシング１２を貫通する軸や、この軸での血液の漏れを防ぐための軸シール構造を要せず、溶血および血栓が生じる事態を防げる。

特に、この血液ポンプにおけるポンプユニット１０の羽根車１１Ａは、血液が取り込まれる軸線Ｐ方向前側に前シュラウド１１Ａ１が設けられ、該前シュラウド１１Ａ１の軸線Ｐ方向後側に後シュラウド１１Ａ２が設けられて、前シュラウド１１Ａ１と後シュラウド１１Ａ２との間に設けられた羽根１１Ａ３を有している。このため、後シュラウド１１Ａ２の後側に流動した血液により軸線Ｐ方向前側に圧力が生じ、かつ前シュラウド１１Ａ１の前側に流動した血液により軸線Ｐ方向後側に圧力が生じる。この結果、羽根車１１Ａが軸線Ｐ方向で押される軸スラスト荷重が調整できるので、従動磁石１１Ｂ３および駆動磁石２３Ａのみの簡素な軸方向軸受であっても作動不良が防げ、磁気コアの磁気力を調整する制御回路が別途必要ないことから製造コストを低減できる。

また、上述した血液ポンプでは、ポンプユニット１０を駆動ユニット２０に対して着脱可能に設けてあり、血液が接触するポンプユニット１０を消耗品として使い捨てできる。そして、この構成において、上記安価なポンプユニット１０を提供することで、消耗品を調達するランニングコストを低減できる。

ところで、本参考例の血液ポンプでは、径方向軸受が回転体１１の軸線Ｐ方向前側および軸線Ｐ方向後側にそれぞれ設けられている。回転体１１の軸線Ｐ方向後側の径方向軸受は、上述したように、従動磁石１１Ｂ３と駆動磁石２３Ａとの間に配置された軸受面１１Ｂ１と軸受面１２Ｂ１との隙間である。回転体１１の軸線Ｐ方向前側の径方向軸受は、従動磁石１１Ｂ３と駆動磁石２３Ａとの間を除く前シュラウド１１Ａ１の前側に設けられている。具体的には、前シュラウド１１Ａ１の前側に、吸引口１１Ａ１ａからさらに前側に突設された筒部１１Ａ１ｂが形成されている。この筒部１１Ａ１ｂの外周には、軸線Ｐを中心として形成された円環状の軸受面１１Ａ１ｃが設けられている。一方、ケーシング１２の圧送部１２Ａには、その内壁に、軸受面１１Ａ１ｃに対し、回転体１１の径方向で所定の隙間を空けて対向するように、軸線Ｐを中心とした円環状の軸受面１２Ａ３が形成されている。そして、軸受面１１Ａ１ｃと軸受面１２Ａ３との隙間を血液が通過し、軸受面１１Ａ１ｃと軸受面１２Ａ３とが、血液を潤滑流体として回転体１１の軸線Ｐを中心とした回転の径方向を保持する動圧軸受としての径方向軸受を成す。このため、羽根車１１Ａが軸線Ｐを中心とした位置に保持されることになる。このように、回転体１１の軸線Ｐ方向前側および軸線Ｐ方向後側に径方向軸受を設けたことにより、回転体１１の両端を支持する径方向軸受となり、回転体１１の径方向荷重をさらに安定して保持できる。

以上のように、本発明に係る血液ポンプおよびポンプユニットは、ケーシング内に羽根車を径方向に非接触で回転できるように支持した上で、安価な製造コストで軸スラスト荷重を支持する構造とすることで、軸方向にも非接触で回転できることに適している。

本発明の実施例に係る血液ポンプの概略断面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 図１に示す血液ポンプの分離状態での概略断面図である。 参考例に係る他の形態の血液ポンプの概略断面図である。

符号の説明

１０ ポンプユニット
１１ 回転体
１１Ａ 羽根車
１１Ａ１ 前シュラウド
１１Ａ１ａ 吸引口
１１Ａ１ｂ 筒部
１１Ａ１ｃ 軸受面（径方向軸受）
１１Ａ２ 後シュラウド
１１Ａ３ 羽根
１１Ｂ 軸部
１１Ｂ１ 軸受面（径方向軸受）
１１Ｂ２ 貫通孔
１１Ｂ３ 従動磁石（軸方向軸受）
１２ ケーシング
１２Ａ 圧送部
１２Ａ１ 吸込口
１２Ａ２ 吐出口
１２Ａ３ 軸受面（径方向軸受）
１２Ｂ 軸受部
１２Ｂ１ 軸受面（径方向軸受）
２０ 駆動ユニット
２１ 容器
２２ 駆動モータ（駆動部）
２２Ａ 出力軸
２３ 回転部材
２３Ａ 駆動磁石（軸方向軸受）
２４ 蓋部材
２４Ａ 凹部
Ｐ 軸線

Claims (4)

1. ケーシングの内部に回転可能に配置された回転体を備え、
   前記回転体に設けられた永久磁石である従動磁石、および前記ケーシングの外部で前記回転体の径方向に前記従動磁石と対向配置されて前記従動磁石と磁気結合する永久磁石である駆動磁石から成る軸方向軸受としての機能を有する磁気カップリングと、
   前記駆動磁石を前記回転体の軸線を中心に回転駆動する駆動部と、
   前記ケーシングの内壁および前記回転体に前記軸線を中心とした円環状の軸受面が設けられ、各前記軸受面が前記駆動磁石と前記従動磁石との間で前記回転体の径方向に隙間を有して配置された動圧軸受である径方向軸受と、
   前記回転体における軸線方向前側に設けられた前シュラウド、該前シュラウドの軸線方向後側に設けられた後シュラウド、および前記前シュラウドと前記後シュラウドとの間に設けられた羽根を有するクローズド羽根車と
   を備え、前記従動磁石が前記回転体に形成された円柱状の軸部に設けられ、前記駆動磁石が前記従動磁石に対して前記軸部の径方向外側に配置されていることを特徴とする血液ポンプ。
2. 前記径方向軸受は、前記駆動磁石と前記従動磁石との間である前記後シュラウド後側の前記回転体と前記ケーシング内壁との間の他、前記前シュラウド前側の前記回転体と前記ケーシング内壁との間にも動圧軸受として設けられていることを特徴とする請求項１に記載の血液ポンプ。
3. 前記従動磁石を有した前記回転体が前記ケーシングの内部に収容され、前記回転体と前記ケーシングの内壁との間に前記径方向軸受が設けられたポンプユニットと、
   前記駆動磁石および前記駆動部を有した駆動ユニットと
   を構成し、前記ポンプユニットを前記駆動ユニットに対して着脱可能に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の血液ポンプ。
4. ケーシングの内部に回転可能に配置された回転体を備え、前記回転体を回転駆動する駆動ユニットに対して着脱可能に設けられた血液ポンプのポンプユニットであって、
   前記回転体の軸線を中心に回転駆動されるように前記ケーシングの外部に配設される前記駆動ユニットの永久磁石である駆動磁石に対し、前記回転体の径方向に対向する態様で前記回転体に設けられ、前記駆動磁石と磁気結合されて軸方向軸受としての機能を有する磁気カップリングを成す永久磁石である従動磁石と、
   前記ケーシングの内壁および前記回転体に前記軸線を中心とした円環状の軸受面が設けられ、各前記軸受面が前記駆動磁石と前記従動磁石との間で前記回転体の径方向に隙間を有して配置される動圧軸受である径方向軸受と、
   前記回転体における軸線方向前側に設けられた前シュラウド、該前シュラウドの軸線方向後側に設けられた後シュラウド、および前記前シュラウドと前記後シュラウドとの間に設けられた羽根を有するクローズド羽根車と
   を備え、前記従動磁石が前記回転体に形成された円柱状の軸部に設けられ、前記駆動磁石が前記従動磁石に対して前記軸部の径方向外側に配置されていることを特徴とするポンプユニット。

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