JP4866704B2

JP4866704B2 - 動圧軸受を備えた人工心臓ポンプ

Info

Publication number: JP4866704B2
Application number: JP2006290574A
Authority: JP
Inventors: 隆志山根; 亮小阪; 栄齊藤; 収作平井
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-10-26
Also published as: JP2008104664A

Description

この発明は生体の心臓の代わりに、或いは生体の心臓と共に用いる人工心臓ポンプに関し、特に動圧軸受により非接触で安定して回転することができる動圧軸受を備えた人工心臓ポンプに関する。

我が国においても、臓器移植法が施行され、脳死からの心臓移植が可能となっているが、実情はドナー不足のため、なお残る患者を救う道は人工心臓しかない。人工心臓の研究は古くから行われ、臨床使用も多数報告されている。人工心臓には、生体心臓を切除しないで並列に入れる補助人工心臓と、切除して結合する完全置換人工心臓とがある。従来これらは、ベッドサイドに制御装置を設置した空気駆動型のものがほとんどであったが、近年は腹部埋め込みが可能で、ベルトないしリュックにつけたバッテリを用いて電気駆動する補助人工心臓も開発され、現在の製品ではそのサイズの点から体格の大きい患者用に限られるものの、在宅治療もできる人工心臓が用いられるようになっている。

このような人工心臓をポンプ形式の点から分類すると、大別して拍動流式及び連続流式の２方式が存在する。拍動流型は、１回の拍出毎に定量の血液を送出する方式であり、臨床応用が進んだ補助人工心臓では年単位の使用実績を有するものもある。連続流型は回転機構により連続的に血液を送出する方式であり、送出量がポンプ容積には直接関係せず小型化が容易で、体内埋め込み型の補助人工心臓用に有望である。無拍動流が生体に与える影響については、いくつかの動物実験によると、生理的問題なく生存することが報告されている。ただし、生理的には拍動流が好ましいとされているため、連続流ポンプは生体心臓を残して付ける補助人工心臓として開発が進められている。連続流型ポンプの中には遠心式、軸流式、回転容積式などの個別形式がある。本発明は、この連続流型人工心臓に関するものである。

具体例として、本発明者によって図２に示すような人工心臓用遠心ポンプが提案され、特許第２８０７７８６号として特許されている（特開平１０−３３６６４号・特許文献１）。この人工心臓ポンプによると、図２に示すように遠心式インペラ４２を対向する２面からなるラジアル軸受４６−４８及びピボット軸受４５−５０で支えている。ケーシング４７の下部にはインペラ駆動装置５１を設け、その内部で磁石５３が回転することにより、インペラ内蔵の磁石群４４を回転駆動している。それによりケーシング上部に形成した流入口５４から血液が流入し、ケーシングの下部周囲に設けた流出口からこれを吐出することができるようになっている。なお、上記のような磁気カップリングによりインペラを回転する手段として、可動部分５３を電磁石群に置換したダイレクトドライブ方式の駆動装置を採用したものも開発されている。

更に本発明者等は上記のような人工心臓ポンプの軽量化、ピボット軸受部分での摩擦摺動の問題点を解決するため、特開２００３−２４４３４号公報（特許文献２）に示されるようなピボット軸受を用いず、全て動圧軸受で作動する人工心臓ポンプを提案している。即ち、この人工心臓ポンプは図４に示すように、下側ケーシング７５の中心下部に設けた下側スラスト受け７６に固定軸７７を突設し、上端部に上側スラスト受け７８を固定する。中心部に流入部６３を設けたインペラ部６２の下方にインペラ支持部材６７を設け、その外周に永久磁石８１を等間隔に配置し、この永久磁石８１に対向して下側ケーシング７５の外周に電磁石８２を配置することにより、ダイレクト駆動のインペラ駆動装置８３を構成する。インペラ支持部材６７の中心側には軸受形成部材６８を設け、その中心部の円筒状内面と外周にラジアル動圧溝８０を形成した固定軸７７間にラジアル動圧軸受を形成している。また、インペラ支持部材６７の上端面７２に設けた上側スラスト用動圧発生溝７３と上側スラスト受け７８との間で上側ラジアル動圧軸受を構成し、インペラ支持部材６７の下端面６８に設けた下側スラスト用動圧発生溝７１と下側スラスト受け７６との間で下側ラジアル動圧軸受を構成している。このポンプにおいては、インペラ６１の流出部６９の血液を作動流体として各軸受部を循環させるものである。

このような構成の人工心臓ポンプによって、前記問題点を解決し、更に下記特許文献３に記載されているような人工心臓ポンプよりも、安定した回転を行わせることができるようになり、また、下記特許文献４に記載されているような人工心臓ポンプのように、インペラの駆動に際してインペラを回転軸線方向に吸引しながら回転させることによる、大きなスラスト力の発生もなくすことができるものであるが、上側スラスト軸受７３−７８および下側スラスト軸受７１−７６の両隙間において、厳密な位置調節を行わせるため隙間を狭く設定せざるを得ず、血液凝固・血球破壊ともに良くない影響を及ぼす恐れが推測される。

そのため上記人工心臓用ポンプにおいては、特に精密なスラスト圧力調整を必要とし、また、これらの動圧軸受部分には動作流体として血液を循環させているものであるが、動圧軸受の微少間隙にインペラから吐出した血液を再循環させて用いているため血液の凝固防止の点から問題があり、特に再循環してインペラから吐出した血液が各動圧軸受の間隙を順に循環させているため多数の微少間隙を通った後、再度動圧軸受部分に循環する可能性もあり、更に血液凝固の点で不利である。

このような問題点を解決するため、本発明者等は更に研究開発を進め、図５に示すような人工心臓ポンプを下記特許文献５に提案している。この人工心臓ポンプ１０１においては主要構成部材として、下側ケーシング１０２と、上側ケーシング１０３と、上側ケーシング１０３の中心部に嵌合する内側ケーシング１０４と、これらのケーシング内部で回転するインペラ１０５とを備えている。インペラ１０５は下端面側に複数枚のベーン１０６を突出して設け、外周が円筒面１０７をなしているインペラ本体１０８に対して、その上方にセラミックス等からなるインペラ軸受部材１０９を圧入、或いは接着等により固定している。インペラ軸受部材１０９はインペラ本体１０８の円筒面１０７と一致する外径を備えた円板部１１０と、その上方に突出した上方円筒部１１１と、その下方に突出した下方円筒部１１２とから成り、下方円筒部１１２をインペラ本体１０８の上部に嵌合し固定している。

このインペラ軸受部材１０９の上方円筒部１１１における外周面１１３にラジアル動圧溝を形成し、円板部１１０の上面１１５にスラスト動圧溝を形成している。一方、内側ケーシング１０４の中心下端部にはセラミックス等からなるケーシング軸受部材１１７を嵌合して固定しており、このケーシング軸受部材１１７はインペラ軸受部材１０９の上方円筒部１１１と間隙をもって嵌合する円筒状内周面１１８と、下端面１１９、及びその中心部には中心開口１２０を備えている。上記のようなインペラ軸受部材１０９とケーシング軸受部材１１７によって、インペラ軸受部材１０９の前記ラジアル動圧溝１１４はケーシング軸受部材１１７の円筒状内周面１１８と間隙を介して対向し、インペラ軸受部材１０９のスラスト動圧溝はケーシング軸受部材１１７の下端面１１９と対向している。

インペラ本体１０８内にはインペラ本体の下方円筒部の外周面を形成する円筒面１０７の内側であって、円筒面１０７に沿って複数の極をもつ永久磁石１２１を等間隔に配置しており、これらの永久磁石１２１は図中上方ケーシング１０３の内周側に配置した複数個の電磁石１２２と対向している。複数の永久磁石の列の中心線ａを、少なくともインペラの非回転時においてインペラが自重で降下しているとき、前記複数の電磁石１２２の中心線ｂよりも図中下方に位置するように配置し、電磁石の通電による永久磁石との磁気結合時に、その磁力によってインペラ１０５全体を図中上方に持ち上げて回転できるようにし、その際に円板部１１０の上面１１５とケーシング軸受部材１１７の下端面１１９とが近接し、その間隙でのスラスト動圧軸受によって回転支持可能としている。

上記のような人工心臓ポンプにおいては、電磁石１２２への通電時に、前記のような電磁石１２２と永久磁石の上下方向ａ、ｂの偏心により、またベーン１０６内の血液流の力によって、回転するインペラ１０５は最初自重で下方に降下していた状態から上方にスラスト力を受け移動し、図示実施例においては、インペラ軸受部材１１５の円板部１１０における上面１１５に形成されるスラスト動圧溝と、ケーシング軸受部材１１７の下端面１１９との間に形成されるスラスト動圧軸受で上記スラスト力が支持される。また、インペラ軸受部材１０９の上方円筒部１１１の外周面１１３に形成したラジアル動圧溝と、ケーシング軸受部材１１７の円筒状内周面１１８との間に形成されるラジアル動圧軸受でラジアル方向に支持される。したがって、この人工心臓ポンプ１においては、前記従来のものにおいて上下両側にスラスト軸受が必要であったのに対して、このポンプにおいては上記のように片側のスラスト軸受のみで安定して回転を支持することができる。
特開平１０−３３６６４号公報特開２００３−２４４３４号公報特表２００１−５１５７６５号公報特開平９−２０６３７２号公報特願２００５−１８３５８２号（PCT/JP2006/312541）

本発明者が先に出願した上記特許文献５に示す人工心臓ポンプにおいては、インペラのスラスト方向及びラジアル方向のいずれも動圧軸受で支持するに際して、動圧軸受の間隙を流れる動作流体としての血液をインペラの吐出側から再循環させることなく、また、特にスラスト軸受を上下両方に設けることなく、片方のみで支持し安定して作動することができるようにした、動圧軸受を備えた人工心臓ポンプとすることができるものであるが、このポンプにおいてはセミオープンベーン式のベーンポンプを用いているため、ベーン１０６の下端面１２７が、下側ケーシング１０２のケーシング上面１２６と直接対向することとなる。

特にセミオープン型ベーンを備えたポンプにおいては、ポンプの回転時におけるインペラの回転作動時に、流体がインペラを入口の反対側に向かって移動させる力が作用するため、特にこの人工心臓ポンプを生体に装着したときには身体の移動により大きな力が生じ、前記のように電磁石中心と磁石中心を偏心させてその接触を防止するようにしてもなお、ベーンの下端面１２７がケーシング上面１２６側に移動して接触することが考えられ、このような接触は血球破壊を生じるため好ましくない。したがってインペラが常に安定して回転する方策、及び前記接触の防止策を講じることが望まれる。

また、先に出願した上記特許文献５に示す人工心臓ポンプにおいては、一部の部品を高分子材料で製造しているが、多くの部品は通常の人工心臓用ポンプと同様に金属製部品或いはセラミックス製部品が多用されており、特に全体の中で大きな体積割合を占めるケーシング及びローターがそれらの材料によって製作されるときには、全重量が大きくならざるをえない。そのため、体外の設備に設置する人工心臓ポンプとしては特に問題はないが、身体の外部に固定して利用者と共に移動する人工心臓ポンプとして用いるときでも利用者の移動時には負担となり、更には身体内に埋め込む人工心臓ポンプとして用いるときには、これを支持する内臓の臓器に大きな負担をかけることとなる。

したがって人工心臓の軽量化は極めて重要な研究課題である。そのために人工心臓を構成する各要素をできる限り軽量な材料によって製造することが望まれ、これらの部品をできる限り高分子材料によって製造することが考えられており、例えばケーシング等の回転を行わない部材、或いは回転を行うインペラについて、体内臓器にマッチングし、また内部を流れる血液に影響を与えないようにその材料等を適切に選定し、適切な構造に設計することが考えられている。しかしながら、このようなケーシング等の回転しない部品でも、内部で回転するインペラを支持するラジアル軸受、及びスラスト軸受部分は特に耐摩耗性が要求される。

これらの軸受を前記のように動圧軸受とした場合でも同様であり、特にセミオープン型ベーンを備えたポンプにおいては、ポンプの回転作動時に流体の入口側から離れる方向に移動する力を生じると共に、身体の急な移動により揺動し、また同様の身体の移動、ポンプ負荷の急な変化等によって、内部で回転しているインペラが軸線方向に移動することがあり、これらのスラスト負荷に対応する必要がある。したがってラジアル軸受及びスラスト軸受部分については耐摩耗性のほか、耐衝撃性が要求されており、そのため、前記のようにケーシング、更にはインペラ等を高分子材料で製造した場合であっても、動圧溝が形成されるラジアル軸受及びスラスト軸受部分に対しては少なくともその部分に金属材料等の耐摩耗性及び耐衝撃性の高い材料からなる部品を設ける必要があり、人工心臓ポンプの構造が複雑化し、また製造コストがかさみ、重量も増え、更に全体として高価なものとならざるを得なかった。

また、例えば図３に示すような従来の人工心臓ポンプの構造から明らかなように、ポンプ内部で回転するベーン及びその支持部材のスラスト軸受については、軸線方向の端部側にベーンを配置する必要があるため、ベーンの端部側で軸受機能を行うことが困難であり、ベーン支持部材において軸線方向の両端側に対するスラスト軸受を別途設ける必要があるため、ケーシング或いは近辺の固定部材にそのスラスト軸受に対応する部材を設ける必要を生じ、構造が複雑になる問題があった。

更に、人工心臓ポンプは停止することなく連続駆動する必要があるため、特に軸受に対する負担は大きく、早期に摩耗しやすいと共に、内部に血液溜が蓄積する危険性も考慮して新しいポンプと交換する必要がある。その際には他の医療機器と同様に使い捨て、即ちディスポ化が必要となるため、人工心臓ポンプにおいてもそのディスポ化に対応するために、できる限り安価なものとしなければならない。そのためには、前記のようなスラスト軸受部分の改良、及びできる限り簡単な構造で安定して回転することが特に要求されている。

したがって本発明は、人工心臓ポンプ内でインペラを安定して回転させることができ、またインペラの端部に設けたベーンにおいて、そのベーンの端部とケーシング内面と各種の力によっても衝突し血液破壊を生じることがないようにすることを主たる目的とする。また、人工心臓ポンプを軽量化及び安価なものとするために、できる限り多くの部品を高分子材料で製造することができるようにし、その際に特に内部で回転するインペラ及びその支持部材のためのスラスト軸受の構造を簡素化し、長期間安定して作動することができるようにした動圧軸受を備えた人工心臓ポンプを提供することを主たる目的とする。

本発明に係る動圧軸受を備えた人工心臓ポンプは、上記課題を解決するため、内部にインペラを収容する内周面に近接して等間隔に電磁石を埋設し、インペラを支持する支持部を備えた上側ケーシングと、前記上側ケーシングと結合して内部にインペラを収容するケーシングを構成する下側ケーシングと、前記上側ケーシングの支持部によりラジアル方向の支持がなされ、外周面に前記電磁石に対向して等間隔に永久磁石を埋設し、下端面に放射状に伸びる複数のベーンを設けたインペラとを備え、前記上側ケーシングの支持部とインペラ間でラジアル動圧軸受を形成し、前記上側ケーシングの下端面とインペラの上端面間で上部スラスト動圧軸受を形成したことを特徴とする。

また、本発明に係る他の動圧軸受を備えた人工心臓ポンプは、内部にインペラを収容する内周面に近接して等間隔に電磁石を埋設し、インペラを支持する支持部を備えた上側ケーシングと、前記上側ケーシングと結合して内部にインペラを収容するケーシングを構成する下側ケーシングと、前記上側ケーシングの支持部によりラジアル方向の支持がなされ、外周面に前記電磁石に対向して等間隔に永久磁石を埋設し、下端面に放射状に伸びる複数のベーンを設けたインペラとを備え、前記上側ケーシング、下側ケーシング、及びインペラを高分子材料で製作し、前記上側ケーシングの支持部とインペラ間でラジアル動圧軸受を形成し、前記上側ケーシングの下端面とインペラの上端面間で上部スラスト動圧軸受を形成し、前記ベーンの下側ケーシングに面した端面に、インペラ下端を円環状に覆うシュラウドを設けたことを特徴とする。

また、本発明に係る他の動圧軸受を備えた人工心臓ポンプは、前記動圧軸受を備えた人工心臓ポンプにおいて、前記前記上側ケーシングに設ける電磁石の中心の高さを、インペラ停止時における永久磁石の中心の高さより上側に位置するように配置したことを特徴とする。

また、本発明に係る他の動圧軸受を備えた人工心臓ポンプは、前記動圧軸受を備えた人工心臓ポンプにおいて、前記上側ケーシングのインペラ支持部は、上側ケーシング中心部においてケーシング内側に延びる中空なガイド軸であり、前記インペラには、前記ガイド軸の外周面に嵌合する内周面を備え、前記ガイド軸の外周面と前記インペラの内周面のいずれかに動圧溝を形成してラジアル動圧軸受を構成したことを特徴とする。

また、本発明に係る他の動圧軸受を備えた人工心臓ポンプは、前記動圧軸受を備えた人工心臓ポンプにおいて、前記上側ケーシング、下側ケーシング、及びインペラを高分子材料で製作したことを特徴とする

本発明は上記のように構成したので、人工心臓ポンプ内でインペラを安定して回転させることができ、またインペラの端部に設けたベーンにおいて、そのベーンの端部とケーシング内面とが各種の力によっても衝突することがなく、血液破壊を生じることがなくなる。
特にセミオープン型ベーンを備えたポンプにおいて、インペラが入口の反対側に移動する力を生じるが、ベーンの回転方向先端側の下端面部分にステップ状の切り欠きを設けることにより防止することができ、長期間安定して作動する動圧軸受を備えた人工心臓ポンプとすることができる。

また、ベーン下端面にインペラ下部を覆うシュラウドを設けることによりクローズド型ベーンを備えたインペラとすることができ、前記セミオープン型ベーンを備えたポンプにおける問題点を解消し、長期間安定して作動する動圧軸受を備えた人工心臓ポンプとすることができる。

また、上側ケーシングに設ける電磁石の中心の高さを、インペラ停止時における永久磁石の中心の高さより上側に位置するように配置したので、モータの回転時にインペラが下方に移動することを防止することができ、インペラの下端側にベーンを設けたものにおいて、ベーンの下端側が下側ケーシングの上面に接触、衝突することが防止される。

また、前記上側ケーシングのインペラ支持部は、上側ケーシング中心部においてケーシング内側に延びる中空なガイド軸であり、前記インペラには、前記ガイド軸の外周面に嵌合する内周面を備え、前記ガイド軸の外周面と前記インペラの内周面のいずれかに動圧溝を形成してラジアル動圧軸受を構成したものにおいては、ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受をポンプの中心側に配置することができ、安定作動可能なポンプとすることができる。

また、上側ケーシング、下側ケーシング、及びインペラを高分子材料で製作したものにおいては、ポンプ全体を軽量化することができ、安価なものとなるのでディスポ化が可能となる。

本発明は動圧軸受を備えた樹脂製人工心臓ポンプにおいて、人工心臓ポンプ内でインペラを安定して回転させることができ、またベーンの端部とケーシング内面と各種の力によっても衝突しないようにするという課題を、内部にインペラを収容する内周面に近接して等間隔に電磁石を埋設し、インペラを支持する支持部を備えた上側ケーシングと、前記上側ケーシングと結合して内部にインペラを収容するケーシングを構成する下側ケーシングと、前記上側ケーシングの支持部によりラジアル方向の支持がなされ、外周面に前記電磁石に対向して等間隔に永久磁石を埋設し、下端面に放射状に伸びる複数のベーンを設けたインペラとを備え、前記上側ケーシングの支持部とインペラ間でラジアル動圧軸受を形成し、前記上側ケーシングの下端面とインペラの上端面間で上部スラスト動圧軸受を形成し、前記ベーンの回転方向先端部におけるベーン下端面側にステップ状の切り欠きを設けたものである。

図１は本発明による動圧軸受を備えた樹脂製人工心臓ポンプの一実施例を示し、図示する人工心臓ポンプ１においては主要構成部材として、下側ケーシング２と、上側ケーシング３と、これらのケーシング内部で回転するインペラ４とからなり、上側ケーシング３の中心部においてポンプ内部に突出する、インペラ支持部としてのガイド軸５の外周面６に、インペラ４の中心部に設けた通孔内周面７を嵌合している。本発明においては、これらの部材を全て高分子材料で製造するものであり、下側ケーシング２と上側ケーシング３をボルト８により結合して一体化することによりケーシングを構成する。このとき、ボルト８についても高分子材料製のものを用いることができる。人工心臓ポンプは特に血液循環回路中に設けられるため、使用環境が一定温度であることを利用し、加工時の工作精度を高めることで使用時に所望の性能が得られるようにし、前記のようなほとんどの部品を高分子材料により製作した人工心臓ポンプが可能となった。

図１に示すインペラ４の下端面には同図（ｃ）に示しているように６枚のベーン９を突設して放射状に設け、セミオ−プン型のベーン構成とし、また、各ベーン９の回転方向先端下部には切り欠き１０を形成し、ステップ型の動圧軸受を構成している。インペラ４の円筒状の本体１１内部においてその外周面１２に近接して、等間隔に磁石１３を埋設しており、このインペラ本体１１の外周面１２に対向する上側ケーシング３の内周面１４に近接し、等間隔にコイルを巻回した電磁石１５を埋設している。

上記のような人工心臓ポンプにおいて、インペラ４は本体１１の中心部に設けた通孔内周面７との間でラジアル軸受部１６を構成する。このラジアル軸受部１６においては、これらの対向する面のいずれかに動圧溝を形成することにより、ラジアル動圧軸受を構成することができる。また、インペラ４の本体１１の上端面１７と上側ケーシング３の下端面１８との間で上側スラスト軸受部１９を構成しており、この上側スラスト軸受部１９において対向する面の片側に、例えば図１（ａ）に示すような動圧溝を形成し、上側スラスト動圧軸受部とする。

上記のように構成される人工心臓ポンプにおいては、電磁石１５への通電による永久磁石に対する作用によってモータの回転と同様にインペラ１１が回転しベーン９が回転する。その際、電磁石１５の中心ｂと永久磁石１３の中心ａとが、少なくともモータの停止時において永久磁石１３の中心が図中下方に位置するように配置されているので、モータを回転させるため電磁石１５へ通電すると永久磁石１３の吸引力により、インペラ４を持ち上げた状態の所定の高さで回転作動させることができる。このとき、上側ケーシング３の上部に突出する接続管２１から導入した血液は、内部の導入路２２を通ってインペラ１１の中心開口２２から断面円錐状のガイド２０に案内されてベーン９に入り、インペラ９の回転による遠心力によって下側ケーシング２の導通路２４を通り、吐出孔２５から外部に吐出している。

このような人工心臓ポンプの作動に際して、インペラ４の通常回転時に電磁石中心と永久磁石中心との偏心によりインペラ４が上昇する力を受け、本体１０の上端面１７が上側ケーシング３の下端面１８に当接しようとするとき、この上側スラスト動圧軸受でこれを受け、片側スラスト軸受の支持状態で円滑に回転できる。

上記のように、インペラの通常作動状態では前記のようなラジアル動圧軸受、及び上側スラスト動圧軸受によって安定して回転作動するものであるが、身体の急な移動等によりインペラ４が揺動し、またセミオープン型ベーンを用いたポンプにおいてはインペラ４が入口と反対側に移動する力が作用する。そのときにはベーン９の下端面２６が下側ケーシング２の上面２７と接触する可能性がある。そのような接触を生じるとポンプの損傷の原因となるばかりでなく、血液の損傷を生じ、血球破壊を生じることとなる。

このようなときにおいて本発明においては、図１（ｃ）及び（ｄ）に示すような切り欠き１０の作用により、ベーン８の下端面２６が下側ケーシング２の上面２７に接近しようとするとき、その分だけ切り欠き１０で血液をベーン９の下端面２６側に押し込み、ベーン９を上昇させる力を生じるため、ベーン９の下端面２６が下側ケーシング２の上端面２７に接触することが防止される。

前記のようなラジアル動圧軸受については、下面側にベーン９を備えたインペラ４のスラスト軸受において、通常の作動時には上側スラスト動圧軸受でスラスト力を受ける構成を採用し、安定した回転を行うようにするとともに、ポンプの吐出作動時の流体の力、及びポンプに対する外力等によりインペラが揺動し、或いは図中下方へ移動しようとするとき、ベーンの先端部に設けた切り欠き１０により、ステップ型の動圧スラスト軸受を形成しているので、ベーンが下側ケーシング２の上面２７に接触することが無くなり、ベーンが安定して回転するので両者の接触による血球破壊を防止し、身体に安全な人工心臓ポンプとすることができる。

また、ケーシング入口側から円筒状のガイド軸を突出させ、インペラ側に円筒孔を設けて両者を嵌合し、この部分でラジアル動圧軸受を形成することにより、ラジアル軸受の位置をインペラ中央に近づけることができ、インペラの回転が安定化するため、インペラ下端面側に設けたベーンの下端面２６が下側ケーシング２の上端面２７に均一に作用し、ベーンの下端面の回転方向前方に設けた切り欠き１０によるベーンの衝突防止効果が大きくなる。なお、前記切り欠き１０は単なる動圧軸受の作用を行うものではなく、前記のような非接触ストッパーとしての衝突防止効果を主眼とするものである。

また、本発明による人工心臓ポンプは上記のように構成し、作動するので、モータを構成する磁石等の駆動部分を除いて全て高分子材料で製作することができ、軽量化すると共に製造が容易で安価なものとし、且つ動圧軸受を用いることにより無制御、無騒音、非接触開店を実現することができる。また、製品が安価になることにより、人工心臓ポンプのディスポ化が可能となる。

前記実施例においては、従来のセミオープン型ベーンを備えたインペラにおける問題点を解決するため、ベーンの回転方向先端部におけるベーン下端面側にステップ状の切り欠きを設けたものであるが、その他例えば図２に示すように、ベーン９の下側ケーシングに面した端面２６に、同図（ｄ）に示すようなインペラ下端を円環状に覆うシュラウド２８を設けることにより、クローズド型ベーンとしてもよい。このシュラウド２８は高分子材料によりインペラ本体１１とは別体のものをベーン下端面に貼り付けることにより形成してもよいが、インペラ本体１１と一体成形しても良い。図２に示す人工心臓ポンプにおいても、前記構成以外の部材は図１に示す実施例と同様の構成をなすものを示しており、同様の作動を行うので、その詳細な説明は省略する。

上記のような人工心臓ポンプにおいては、セミオープン型ベーンによって生じる、吐出作動時のインペラが入口側と反対側に移動する作用を、シュラウド２８を設けることによりオープン型ベーンとし、それにより前記のような入口と反対方向に移動する力をなくすことができる。そのためこのインペラの下端となるシュラウド２８の下面２９が下側ケーシング２の上面２７に接触することを防止でき、その接触による血球破壊を防止することが可能となる。なお、このポンプに対する大きな力の作動時においてもインペラが図中下方に移動することを考慮して、シュラウド２８の下面に動圧溝を設け、下側スラスト動圧軸受を形成しても良い。

本発明の第１実施例の断面図及び要部平面図並びに要部断面図である。本発明の第２実施例の断面図及び要部平面図並びにインペラの斜視図である。本発明者等が提案している従来の人工心臓ポンプの断面図である。本発明者等が提案している他の従来の人工心臓ポンプの断面図である。本発明者等が提案している更に他の人工心臓ポンプの断面図である。

符号の説明

１人工心臓ポンプ
２下側ケーシング
３上側ケーシング
４インペラ
５ガイド軸
６外周面
７通孔内周面
８ボルト
９ベーン
１０切り欠き
１１本体
１２外周面
１３磁石
１５電磁石
１６ラジアル軸受部
１７上端面
１８下端面
１９上側スラスト軸受部
２１接続管
２２導入路
２４導通路
２５吐出孔
２６下端面
２７上面
２８シュラウド
２９下面

Claims

内部にインペラを収容する内周面に近接して等間隔に電磁石を埋設し、インペラを支持する支持部を備えた上側ケーシングと、
前記上側ケーシングと結合して内部にインペラを収容するケーシングを構成する下側ケーシングと、
前記上側ケーシングの支持部によりラジアル方向の支持がなされ、外周面に前記電磁石に対向して等間隔に永久磁石を埋設し、下端面に放射状に伸びる複数のベーンを設けたインペラとを備え、
前記上側ケーシングの支持部とインペラ間でラジアル動圧軸受を形成し、
前記上側ケーシングの下端面とインペラの上端面間で上部スラスト動圧軸受を形成し、
前記ベーンの回転方向先端部におけるベーン下端面側にステップ状の切り欠きを設けたことを特徴とする動圧軸受を備えた人工心臓ポンプ。
内部にインペラを収容する内周面に近接して等間隔に電磁石を埋設し、インペラを支持する支持部を備えた上側ケーシングと、
前記上側ケーシングと結合して内部にインペラを収容するケーシングを構成する下側ケーシングと、
前記上側ケーシングの支持部によりラジアル方向の支持がなされ、外周面に前記電磁石に対向して等間隔に永久磁石を埋設し、下端面に放射状に伸びる複数のベーンを設けたインペラとを備え、
前記上側ケーシング、下側ケーシング、及びインペラを高分子材料で製作し、
前記上側ケーシングの支持部とインペラ間でラジアル動圧軸受を形成し、
前記上側ケーシングの下端面とインペラの上端面間で上部スラスト動圧軸受を形成し、
前記ベーンの下側ケーシングに面した端面に、インペラ下端を円環状に覆うシュラウドを設けたことを特徴とする動圧軸受を備えた人工心臓ポンプ。
前記上側ケーシングに設ける電磁石の中心の高さを、インペラ停止時における永久磁石の中心の高さより上側に位置するように配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の動圧軸受を備えた人工心臓ポンプ。
前記上側ケーシングのインペラ支持部は、上側ケーシング中心部においてケーシング内側に延びる中空なガイド軸であり、
前記インペラには、前記ガイド軸の外周面に嵌合する内周面を備え、
前記ガイド軸の外周面と前記インペラの内周面のいずれかに動圧溝を形成してラジアル動圧軸受を構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の動圧軸受を備えた人工心臓ポンプ。
前記上側ケーシング、下側ケーシング、及びインペラを高分子材料で製作したことを特
徴とする請求項１または２に記載の動圧軸受を備えた人工心臓ポンプ。