JPH04336073A

JPH04336073A - 液体ポンプ装置

Info

Publication number: JPH04336073A
Application number: JP3135943A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Kijima; 木島　利彦; Kunio Horiuchi; 邦雄堀内; Hiroaki Oshiyama; 押山　広明
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1991-05-10
Filing date: 1991-05-10
Publication date: 1992-11-24
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JP3086004B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として、血液等の生
物学的流体を搬送する液体ポンプ装置に関する。さらに
詳しくは、本発明は、被送液の乱流を抑制しつつ、低回
転によって良好なポンプ特性を発揮することを可能とす
る液体ポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】血液及び血漿等の生物学的流体を搬送す
るターボ型ポンプ装置としては米国特許第４５８９８２
２号明細書、特公昭５７−２３１１４号公報記載のもの
などが知られている。これらは何れも、遠心力によって
血液を送り出すターボ型のポンプであり、前者は一般的
なオープン型の多翼ベーンの回転によって遠心力を発生
し、後者は複数の円錐状のローテータ間の摩擦力を利用
して遠心力を発生するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】血液の搬送にあたって
最も重要なことは、血液中の赤血球や血小板のごとき有
用な有形成分を破壊しないようにすることと、異物反応
等により、血液が凝固しないようにすることである。有
形成分の破壊については、送液時における血液の乱流の
発生が重要な原因であることが知られており、特公昭５
７−２３１１４号公報に示された血液ポンプでは、複数
の円錐面状のローテータ間の摩擦力によって流体に遠心
力を付与するポンプであり、ローテータ間の血液通路に
乱流が生じ難く有形成分の破壊が少ないポンプとして知
られている（ハイドロダイナミカルアンド　　ヘモダイ
ナミカル　　エバレーション　　オブ　　ロータリー　
　ブラッドポンプズ：インター．ワークショップ　　オ
ン　　ロータリー　　ブラッド　　ポンプズウイーン　
　１９８８　　７６〜８１ページ（Ｈｙｄｒｏｄｙｎａ
ｍｉｃａｌ　ａｎｄ　ＨｅｍｏｄｙｎａｍｉｃａｌＥｖ
ａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｏｔａｒｙ　Ｂｌｏｏｄ　
Ｐｕｍｐｓ：Ｉｎｔｅｒ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　ｏｎ　Ｒ
ｏｔａｒｙ　Ｂｌｏｏｄ　ＰｕｍｐｓＶｉｅｎｎａ　１
９８８　ｐｐ７６−８１））。

【０００４】しかしながら、この血液ポンプは、一般的
なベーンを用いたポンプに比べるとポンプ効率が悪く、
同サイズのベーン型ポンプに比べ、同等の揚程を発生す
るためには、かなり高い回転数を必要とする。このため
、回転軸のシール部分に局所的な発熱が生じ、周囲の血
液が変性凝固してしまうという問題が発生する。また、
この血液ポンプは、同サイズのベーン型ポンプと同等の
流量を得るためには、複数枚のローテータを必要とする
ため、充填に必要な血液量が増加するという欠点がある
。また、米国特許第４５８９８２２号明細書に示される
血液ポンプは、軸シール部の局所発熱を低減するために
、中心部に大きな開口部を有するオープン型の多翼ベー
ンを用いてシール部周囲の血流速を上げ、さらにヒート
シンク構造を付加することを提案している。しかし、こ
のようなオープン型のベーン型ポンプでは、ベーン間で
被送液の流れの剥離や逆流が生じ、乱流が発生しやすい
ため、赤血球等の血液の有形成分が破壊され易いという
問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、体
液充填量を増加させることなく被送体液の乱流の発生を
抑制し、しかも低回転によって良好なポンプ特性を発揮
することを可能とする液体ポンプ装置を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、液体導入口および液体導出口を有するとともに、
内部に略円形の室を有するハウジングと、放射状に配置
された複数の液体通路を有するとともに、前記ハウジン
グ内に回転可能に収容された回転体と、当該回転体を回
転可能に支持する軸受けとを備える液体ポンプ装置であ
って、前記液体通路は、当該通路内の液体流に沿って断
面積が略一定か、もしくは単調に減少するように形成さ
れていることを特徴とする液体ポンプ装置である。

【０００７】前記液体通路はストレート状であることが
好ましい。

【０００８】前記液体通路は、その中心軸が前記回転体
の中心軸と７５〜９０゜の角度をなすように構成されて
なることが好ましい。

【０００９】以下、本発明の好適な実施態様について図
１および図２を参照して詳細に説明する。

【００１０】図１（ａ）は、本発明の第１の実施態様に
係る血液ポンプの概略構造を示す図、図１（ｂ）は　　
図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面を示す図である。

【００１１】すなわち、本発明に係る血液ポンプ１は、
血液導入口２１および液体導出口２２を有するとともに
、内部に略円形の室を有するハウジンク２と、放射状に
配置された複数の血液通路３４を有するとともに、前記
ハウジンク内に回転可能に収容された回転体３と、当該
回転体３を回転可能に支持する軸受け４とを備えるもの
である。

【００１２】以下、各構成要件について説明する。

【００１３】ハウジング２は、血液導入口２１から血液
を導入し、内部の室にて血液に遠心力を付与し、血液導
出口２２から導出させる作用を有する。

【００１４】回転体３は、カバー３１と、多極円盤状従
動マグネット３２が埋設されたシュラウド３３とから構
成されおてり、このカバー３１とシュラウド３３との間
には、放射状に配置された複数（図示の例では６本）の
血液通路３４が形成されている。また、カバー３１には
、血液導入口２１からハウジング２内に導入された血液
を、血液通路３４へ案内、流入させる血液流入口３１１
が設けられている。

【００１５】すなわち、ハウジング２内に導入された血
液は、血液流入口３１１を通じて各血液通路３４に分配
、導入され、回転体３の回転により遠心力が付与されて
通路外へ流出し、血液導出口２２から導出されるもので
ある。

【００１６】血液通路３４は、横断面が四角形状を呈し
、さらに軸方向には湾曲状を呈する管状構造をなしてい
る。血液通路３４の横断面形状は、図示の例に限定され
るものではなく、例えば、円形状あるいは四角形以外の
多角形状等でもよい。

【００１７】しかしてこの血液通路３４は、断面積が通
路内の血液流に沿って単調に減少するように構成されて
いる。このため、通路内の血液流は加速流となり、流れ
の剥離が生じにくく、乱流の発生が抑制される。このよ
うな構成によれば、低回転力で十分な搬送効果を有する
ので、血液充填量を増加させることなく、後述するシー
ル装置５の摩擦熱に起因する被送血液の局所加熱を好適
に抑えることができ、しかも、良好なポンプ特性を発揮
することが可能になる。

【００１８】また、血液通路３４は、その中心軸が回転
体３の中心軸と約７５〜９０゜の角度（図示の例では、
９０゜）をなすように構成されていることが好ましい。このような構成によれば、血液充填時に、血液通路３４
内に存在する気泡をハウジンク２内上方まで誘導して、
血液導入口２１から除去しやすいため好ましい。

【００１９】血液通路３４の断面積の減少率（通路出口
端の断面積に対する通路入口端の断面積の割合）として
は、５０％以下であることが望まれる。

【００２０】さらに、各血液通路３４は、それぞれのな
す角度が全て等しくなるよう配置されることが好ましい
。また、血液通路３４の本数は、特に限定されるもので
はないが、通常、２〜１２本とされることが望まれる。

【００２１】シュラウド３３の血液流入口３１１を臨む
位置には、血液流入口３１１から流入した血液を分流さ
せ、各血液通路３４へ効率よく血液を分配、案内させる
ための円錐状の突起部３３１が形成されている。ここで
、突起部３３１の傾斜面のなす角度は、中心軸に対して
１０〜８０゜程度であることが好ましい。また、突起部
３３１の底部直径は、血液流入口３１１の口径の１／１
〜１／４程度であることが好ましい。

【００２２】次に、軸受け４について説明する。

【００２３】軸受け４は回転体３をハウジング内におい
て回転可能に支持するものであり、前記シュラウド３３
に固定されたシャフト４１と、前記ハウジンク２内部底
面に設置されたボールベアリング装置４２により構成さ
れている。ボールベアリング装置４２とハウジンク２は
、シール装置５によって液密に隔絶されていることが好
ましい。

【００２４】シール装置５としては、図示のようなリッ
プシールに限定されず、弾性部材とカウンターフェース
を用いたフェースシール、あるいは摺動部材とカウンタ
ーフェースを用いたメカニカルシール等を適用してもよ
い。

【００２５】また、ボールベアリング装置４２のかわり
に、滑り軸受等を用いることも可能である。

【００２６】一方、回転体３を回転駆動するための回転
トルクは、外部モータ６の回転軸と同軸に固定された駆
動マグネット７から従動マグネット３２に伝達される。これにより、外部モータ６の回転に伴って回転体３が回
転し、血液導入口２１から導入された血液は、回転体３
の血液流入口３１１を通過し、さらに放射状に配置され
た複数の血液通路３４を通過して遠心力が付与され、血
液導出口２２から導出される。なお、外部モータ６を、
偏平型のステータコイルのみで構成し、従動マグネット
３２をステータコイルにて直接駆動する偏平型ブラシレ
スモータ構造とすることも可能である。

【００２７】次に、本発明の他の実施態様について図２
を参照して説明する。

【００２８】図２（ａ）は本発明の他の実施態様の血液
ポンプ装置の概略構造を示す図であり、図２（ｂ）は図
２（ａ）のＡ−Ａ’線における断面を示す図である。

【００２９】図２に示す実施態様と、図１に示す実施態
様との相違は、血液通路３４を、ストレート状を呈し、
かつ断面積が通路内の血液流に沿って略一定となるよう
に構成した点である。このようにすることにより、図１
に示す血液ポンプ装置に比べて、血液充填量をほぼ同等
とし、しかもより高いポンプ特性を発揮することが可能
になる。その他の構成は、図１に示す実施例と同様であ
るので、その説明は省略する。

【００３０】なお、本発明の血液ポンプは、図１に示す
血液通路３４が湾曲状を呈し、かつ断面積が単調に減少
するよう構成したもの、および図２に示す血液通路３４
がストレート状を呈し、かつ断面積が通路内の血液流に
沿って略一定となるように構成したものに限らず、血液
通路３４がストレート状を呈しかつ断面積が単調に減少
するよう構成したもの、あるいは血液通路３４が湾曲状
を呈しかつ断面積が略一定となるよう構成したものでも
ほぼ同様の効果を有する。

【００３１】また、軸受け構造も図１および図２に示す
構造に限定されることなく、例えばシャフト４１がハウ
ジンク２内に固定され、ボールベアリング装置４２およ
びシール装置５がシュラウド３３内に配置されていても
よく、また、駆動装置と従動装置がマグネットを介さず
直接接続されていてもよい。

【００３２】また、送液される液体も血液に限定される
ものではなく、熱によって変性しやすい物質を含む液体
であれば、どのような液体に適用してもよい。

【００３３】次に、より具体的な実施例を示して、本発
明をさらに詳細に説明する。

【００３４】

【実施例】

［実施例１］図１に示す血液ポンプ装置を製造した。〈ハウジング〉　　　　　　　　・材質　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　アクリル樹
脂　　　　　　　　・ハウジンク内径　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　８４ｍｍ　　　　　
　　　・血液充填量　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　５０ｃｃ　　　　　　　　・
血液導入口内径　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　８ｍｍ　　　　　　　　・血液導出口内径
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８
ｍｍ〈回転体〉　　　　　　　　・材質　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ポリカーボ
ネート樹脂　　　　　　　　・血液流入口内径　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１９ｍｍ　
　　　　　　　・血液通路本数　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　６本　　　　　　　　
　　　　（等角度をなすよう配置）　　　　　　　　・
血液通路の流入開口の断面積　　　　　　　　　　　　
５０ｍｍ２　　　　　　　　・血液通路の流出開口の断
面積　　　　　　　　　　　　３３ｍｍ２　　　　　　　　・液体通路の中心軸と回転体の中心軸
のなす角度　　９０゜　　　　　　　　・突起部の傾斜
面のなす角度　　　　　　　　　　　　　　４５゜　　
　　　　　　・突起部の底部直径　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　１５ｍｍ　　　　　　　　・
従動マグネット　　　　外径７０ｍｍ、内径３２ｍｍ、
厚さ８ｍｍの６　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　極着磁フェライトマグネット
〈外部駆動装置〉　　　　　　　　・モータ　　　　　　　　　　　　９
０Ｗ　　ブラシレスＤＣモータ　　　　　　　　・駆動
マグネット　　　　外径７０ｍｍ、内径３２ｍｍ、厚さ
１０ｍｍの　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　６極着磁フェライトマグネット　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（マグネット間隔８．５ｍｍ）

【００３５】［比較例］特公昭５７−２３１１４号記載
の血液ポンプ（Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｓ社製、モデルＢＰ
８０）を用いた。なお、この血液ポンプの血液充填量は
８０ｃｃであった。

【００３６】［ポンプ効率の測定］これらの血液ポンプ
装置を、被送液としてヘマトクリット値４３％の血液１
．８リットルを用い、４００ｍｍＨｇ、３Ｌ／ｍｉｎの
条件で運転させたところ、その動作点での、実施例１の
血液ポンプの回転数は２３７０ｒｐｍ、比較例の血液ポ
ンプの回転数は２９００ｒｐｍであった。これにより、
本発明の血液ポンプは、比較例のポンプに比べて、同様
の吐出圧力を得るために、血液充填量を格段に減少させ
ることができるとともに、低回転で運転できることが確
認された。

【００３７】［溶血率の測定］これらの血液ポンプ装置
を、被送液としてヘマトクリット値４３％の血液１．８
リットルを用い、４００ｍｍＨｇ、３Ｌ／ｍｉｎの条件
で運転させ、経時的な溶血率（血液中のフリーヘモグロ
ビン濃度）を測定した。その結果を図３に示す。

【００３８】図３より明らかなように、本発明に係る実
施例１の血液ポンプは、比較例の血液ポンプとほぼ同程
度に低い溶血特性を有することが確認された。なお、図
中、ｃｏｎｔｒｏｌは、搬送処理されていない血液中の
溶血率を示すものである。

【００３９】［実施例２］図２に示す血液ポンプを作成
した。〈ハウジング〉　　　　　　　　・材質　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　アクリル樹
脂　　　　　　　　・ハウジンク内径　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　８４ｍｍ　　　　　
　　　・血液充填量　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　４７ｃｃ　　　　　　　　・
血液導入口内径　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　８ｍｍ　　　　　　　　・血液導出口内径
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８
ｍｍ〈回転体〉　　　　　　　　・材質　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ポリカーボ
ネート樹脂　　　　　　　　・血液流入口内径　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１９ｍｍ　
　　　　　　　・血液通路本数　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　６本　　　　　　　　
　　　　　（等角度をなすように配置）　　　　　　　
　　・血液通路の流入開口の断面積　　　　　　　　　
　　　３２ｍｍ２　　　　　　　　・血液通路の流出開
口の断面積　　　　　　　　　　　　３２ｍｍ２　　　
　　　　　・液体通路の中心軸と回転体の中心軸のなす
角度　　８０゜　　　　　　　　・突起部の傾斜面のな
す角度　　　　　　　　　　　　　　４５゜　　　　　
　　　・突起部の底部直径　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　１０ｍｍ　　　　　　　　・従動マ
グネット　　　　外径７０ｍｍ、内径３２ｍｍ、厚さ８
ｍｍの６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　極着磁フェライトマグネット〈外部駆動
装置〉・実施例１と同様のもの。

【００４０】［ポンプ特性の測定］実施例１および２の
血液ポンプを用いて４ｃｐグリセリン溶液を送液し、ポ
ンプ特性を測定した。なお、測定は、回転数、ポンプ流
量を変えることにより行った。その結果を図４（ａ）お
よび図４（ｂ）に示す。図４（ａ）および図４（ｂ）か
ら明らかなように、本発明に係る血液ポンプのいずれも
が良好なポンプ特性を発揮した。

【００４１】

【作用】以上のように本発明に係る液体ポンプは構成さ
れているので、液体導入口２１から導入された液体は、
回転体３の液体流入口３１１を通過し、さらに放射状に
配置された複数の液体通路３４を通過して遠心力が付与
され、液体導出口２２から導出される。この際、前記液
体通路３４は、通路内の液体流に沿って断面積が略一定
か、もしくは単調に減少するように形成されているので
、液体の流れは等速流もしくは加速流となり、流れの剥
離が生じにくく、液体充填量を増加させることなく乱流
の発生を抑制することができ、従って血液中の有形成分
の破損が抑制される。さらに、液体通路３４がストレー
ト形状であれば、ポンプ特性を低下させることなく、よ
り体液充填量を減少させることができる。また、液体通
路３４の中心軸が回転体３の中心軸と７５〜９０゜の角
度をなすように構成されていれば、ポンプ特性を低下さ
せることなく、気泡抜け性を良好とすることができる。

【００４２】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の液体ポ
ンプ装置は、液体導入口および液体導出口を有するとと
もに、内部に略円形の室を有するハウジングと、放射状
に配置された複数の液体通路を有するとともに、前記ハ
ウジング内に回転可能に収容された回転体と、当該回転
体を回転可能に支持する軸受けとを備える液体ポンプ装
置であって、前記液体通路は、当該通路内の液体流に沿
って断面積が略一定か、もしくは単調に減少するように
形成されていることを特徴とするので、液体の流れは等
速流もしくは加速流となり、流れの剥離が生じにくく、
液体充填量を増加させることなく乱流の発生を抑制する
ことができ、従って血液中の有形成分の破損が抑制され
る。さらに、液体通路がストレート形状であれば、ポン
プ特性を低下させることなく、より体液充填量を減少さ
せることができる。また、液体通路の中心軸が回転体の
中心軸と７５〜９０゜の角度をなすように構成されてい
れば、ポンプ特性を低下させることなく、気泡抜け性を
良好とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様に係る血液ポンプの概略構造
を示す図である。

【図２】本発明の他の実施態様に係る血液ポンプの概略
構造を示す図である。

【図３】本発明の実施例の血液ポンプおよび比較例の血
液ポンプの溶血特性を示す図である。

【図４】本発明の実施例の血液ポンプおよび他の実施例
の血液ポンプのポンプ特性を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体導入口および液体導出口を有するとと
もに、内部に略円形の室を有するハウジングと、放射状
に配置された複数の液体通路を有するとともに、前記ハ
ウジング内に回転可能に収容された回転体と、当該回転
体を回転可能に支持する軸受けとを備える液体ポンプ装
置であって、前記液体通路は、当該通路内の液体流に沿
って断面積が略一定か、もしくは単調に減少するように
形成されていることを特徴とする液体ポンプ装置。
【請求項２】前記液体通路はストレート状である請求項
１記載の液体ポンプ装置。
【請求項３】前記液体通路は、その中心軸が前記回転体
の中心軸と７５〜９０゜の角度をなすように構成されて
なる請求項１または２に記載の液体ポンプ装置。