JPH0360670A - 人工心臓 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、全置換型又は補助型人工心臓に関するもので
ある。

［従来技術］ 従来、人工心臓は回復の見込みがなくなってしまった重
症心臓疾患患者の救命を目的として開発されてきた。人
工心臓は全置換型と補助型に大別されるが、前者は体内
に埋込まれ、後者は体外に置かれるものである。現在既
に開発され欧米で臨床に使用されているのは空気圧駆動
方式の補助型人工心臓が主であるが、そのシステムは非
常に大型で据置型のものがほとんどであり、看者を拘束
している。これに対し全置換型人工心臓は現在開発途中
にあり、小型で大出力の駆動装置の研究開発がさかんに
行われている。

その−従来例として、特開昭６３−２１２２６６号公報
や、平成元年電気学会全国大会シンポジウム３１８−３
に見られるような回転型超音波モータを用いた人工心臓
が提案されている。

［発明が解決しようとする課８］ しかしながら、上述の人工心臓では、回転運動を直線運
動へ変換するための運動変換機構を含むため、部品や摩
耗部が増え、人工心臓にとって最も大切な信頼性が損な
われる可能性があった。また、小型、軽量化が困難であ
った。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、直接に直線往復運動が得られるリニア超音波
モータを用いる事により、信頼性が高く、小型、軽量化
の可能な人工心臓を得る事をその目的としている。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明の人工心臓は１電気信
号により駆動される駆動装置を備えた人工心臓において
、該駆動装置としてリニア超音波モータを備えている。

［作用］ 上記の構成を有する本発明の人工心臓は、駆動装置に用
いられたリニア超音波モータに交流電圧を印加すると、
該リニア超音波モータが直接往復運動を行う。その駆動
力により血液を循環させる人工心臓として働く。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。

本実施例に用いるリニア超音波モータは例えば特願平１
−４６８６６号に添付した明細書及び図面により提案さ
れている超音波モータを用いる。

第１図及び第２図は、本実施例の超音波振動子を示した
ものである。本実施例の超音波振動子１１は、矩形平板
形状を有する弾性体２１の上面に、該弾性体２１に曲げ
振動を励起するための第１圧電体２２が着設されている
。該弾性体２１において、前記着設面と略直交する側面
には、該弾性体２１に縦振動を励振するための第２圧電
体２３ａ及び２３ｂが着設されている。

前記弾性体２１の長手方向中心は、該弾性体２１を固定
するための固定ボルト２４ａ及び２４ｂにより固定され
ている。該固定ボルト２４ａ及び２４ｂの他の一端は、
基台２５ａ及び２５ｂに固定されている。

前記第１圧電体２２の上面には、電極２６が着設されて
いる。また前記第２圧電体２３ａ及び２３ｂの上面には
電極２７ａ及び２７ｂが着設されている。また前記弾性
体２１自身は、アース電極を兼ねており、該弾性体は前
記固定ボルト２４ａ及び２４ｂを介して基台２５ａ及び
２５ｂに接地されている。

更に該弾性体２１はその厚さ方向に所定の周波数ｆにお
いて両端自由端２次モードで曲げ振動し、且つ同一の周
波数ｆにより長さ方向に両端自由端１次モードで縦振動
するように形状寸法を調節されている。

一般に、弾性体中を伝播する縦振動の共振周波数は、該
弾性体の長さに依存する。また弾性体の厚さ方向の曲げ
振動の共振周波数は、前記長さ及び厚さに依存する。従
って、前述のような弾性体２１を設計する事は容易であ
るので、その詳細は省く。

以上のように構成された超音波振動子１１の作用を以下
に説明する。

まず、第１圧電体２２に前記所定周波数ｆの交流電圧を
印加して振動させると、前記弾性体２１は曲げ振動２次
モードで共振し定在波が励起される。

次に第２圧電体２３ａ及び２３ｂに前記周波数ｆの交流
電圧を印加して振動させると、前記弾性体２１は縦振動
１次モードで振動し定在波が励起される。つまり、前記
固定ボルト２４ａ及び２４ｂで固定される位置は各定在
波の節となっている。

このとき、前記第１圧電体２２と第２圧電体２３ａ及び
２３ｂに印加する電圧の振幅及び位相を調節すると、前
記弾性体２１には任意の形状の略楕円振動を発生する事
が可能となる。

次に、前述した超音波振動子１１を好適に利用するリニ
ア超音波モータの構成について、第３図に基づき説明す
る。同図において、第１図及び第２図と同じ符号の付さ
れた各部材は、前記詳述した各構成部材と同一である。

リニア超音波モータ３１は、ヨーク３２に前記超音波振
動子１１が固定されており、該超音波振動子１１の弾性
体２１の一端に駆動部３３が形成されている。

該駆動部３３には、可動子３４がゴムローラ３５により
圧着されており、該可動子３４は前記ヨーク３２に固定
されたリニアベアリング３６ａ及び３６ｂにより支持さ
れている。

上述のように構成されたリニア超音波モータ３１におい
て、超音波振動子１１を励振すると、前記可動子３４は
前記弾性体２１の略楕円振動による駆動力を受け、図中
矢印Ａの方向へ動く。この駆動力は、前記駆動部３３と
前記可動子３４との摺動面における摩擦力によって発生
するものである。

従って、上述のリニア超音波モータ３１においては、可
動子を直接に直線往復運動させることができる。

このようなリニア超音波モータ３１を好適に利用し、人
工心臓を構成した実施例を第４図に示す。

同図において、第１図乃至第３図と同じ符号の付された
各部材は、前記詳述した各構成部材と同一である。

同図において、人工心臓４１はリニア超音波モータ３１
の可動子３４の両端にプッシャープレート４２ａ及び４
２ｂが結合され、右心室に対応する第１のサック４３ａ
と、左心室に対応する第２のサック４３ｂとを交互に圧
縮、拡張する。４４ａ及び４４ｂは、血液４５の流量を
制御するための弁であり、これらはすべてハウジング４
６内に収められている。

また、前記超音波モータ３１の圧着機構として、スプリ
ングバネ４７によりベアリング４８に対する圧着力をバ
ネおさえ４９の上下により調節するという方法をとって
いる。

本実施例によれば、超音波モータを用いているため従来
の電磁モータに比べ単位体積当りのエネルギ密度が高く
、また、回転型超音波モータと比較した場合も構造が簡
単で部品点数を軽減できるためシステムの信頼性を向上
できる。さらに、騒音、低周波振動が少ない等積々の利
点があるため、体内埋込み型の人工心臓として優れた人
工心臓を提供する事ができる。

尚、上記実施例では超音波振動子において縦振動１次モ
ードと曲げ振動２次モードを例にとって説明したが、こ
れに限定されるものでなく、縦振動１曲げ振動、せん断
振動、ねじり振動など、種々の振動の組合わせが考えら
れ、さらに高次モードを利用しても良い。

更に、上記実施例は振動子の駆動素子として圧電体を使
用したが、これに限定されるものではなく電気エネルギ
ーを機械エネルギーに変換できるその他の素子、例えば
電歪素子、磁歪素子等を用ぃてもよい。また、実施例で
は超音波振動子の形状を平板状とする例について説明し
たが、その形状は平板形状に限定されるものではなく、
方形状。

棒状１円筒状等種々の形状を用いても良い。

また、超音波モータとして定在波型超音波モータを例に
とり説明したが、これに限定されるものではなく、進行
波型超音波モータを用いても同様な効果が得られるもの
である。

さらに、上述の人工心臓において、血液の吐出量１拍動
数等を制御するために、制御回路を設け、前記リニア超
音波モータの印加電圧、入力電圧位相等を制御する事に
より、さらに良好な人工心臓を得る事ができる。その実
施例を第５図に示す。

同図において、プッシャープレート４２ａ及び４２ｂの
位置を検出するための位置センサ５ｏが配置され、制御
回路５１に接続されている。該制御回路５１では前記セ
ンサ５ｏの信号に従い、フェーズシフタ５２及び電源５
３を制御する。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲
で種々の変形が可能である。

［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、エネルギー密度が高く、低騒音、低ノイズで信頼性が
高く、かつ小型、軽量化の可能な優れた人工心臓を提供
する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は本発明に用いる超音波振動子の上面
を示す図、第２図は上記超音波振動子の側面を示す図、
第３図は本発明に用いるリニア超音波モータを示す図、
第４図は本発明の人工心臓の断面図、第５図は本発明の
人工心臓の断面図、及びブロック図である。 図中、３１はリニア超音波モータ、４１は人工心臓であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気信号により駆動される駆動装置を備えた人工心
   臓において、 該駆動装置としてリニア超音波モータを用いる事を特徴
   とする人工心臓。