JPH0571490A

JPH0571490A - 液体ポンプ装置

Info

Publication number: JPH0571490A
Application number: JP3232031A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Kijima; 利彦木島; Kunio Horiuchi; 邦雄堀内; Hiroaki Oshiyama; 広明押山
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1991-09-11
Publication date: 1993-03-23

Abstract

(57)【要約】［目的］液体ポンプにおいて、液体充填量を増加させ
ることなく被送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。［構成］液体導入口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２３を有するハウジング
２と、放射状に配置された複数の管状の液体通路３４を
有し、前記ハウジンク２内に回転可能に収納された回転
体３と、当該回転体３を回転可能に支持する軸受け４と
を備える液体ポンプであって、前記液体通路３４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。

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号公報に記載のも
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。

【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ィーン１９８８７６−
８１ページ（Hydrodynamical and Hemodynamical Evalu
ation of Rotary Blood Pumps：Inter.Workshop on Rot
ary Blood Pumps Vienna 1988 pp76-81））。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４
５８９８２２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。

【０００４】

【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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、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
収納された回転体と、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
液体ポンプ装置によって達成される。

【０００６】前記液体通路は管状であることが好まし
い。

【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血
液ポンプを代表して図１（ａ）および図１（ｂ）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´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および血液導出口２２を有するととも
に、内部に略円形の室２３を有するハウジング２と、放
射状に配置された複数の血液通路３４を有し、前記ハウ
ジング２内に回転可能に収納された回転体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、図１（ａ）（ｂ）で示す
ように、円筒形の全体形状を呈し、その頂部中央には血
液を導入するための血液導入口２１を有している。ま
た、ハウジング２の内部には、後述する回転体３を回転
可能に収納できる略円形の室２３を有している。さら
に、血液導出口２２が円筒形ハウジング２の接線方向に
突出するように設けられている。

【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１の例では６本）の
管状の血液通路３４が形成されている。また、カバー３
１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部
３１１が設けられている。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。

【００１５】血液通路３４は、横断面が四角形状を呈
し、さらに軸を中心とする放射方向には湾曲状となされ
た管状体に形成されている。血液通路３４の横断面は、
四角形状に限定されるものではなく、円形状あるいは四
角形以外の多角形状でもよい。しかしてこの血液通路３
４は、断面積が通路内の血液流に沿って単調に減少する
ように形成されている。このため、通路内の血液流は中
心軸より遠ざかるに従って加速流となり、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。

【００１６】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１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、血液通路部３
４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。

【００１７】血液通路３４の断面積の減少率（通路出口
端３４１の流線に直交する断面積に対する通路入口端３
４２の流線に直交する断面積の割合）としては、５０％
以下であることが望まれる。

【００１８】さらに、各血液通路部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、血液通路部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。

【００１９】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、各血液通路部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、血液流入口の口径の１／１〜１
／４程度であることが好ましい。

【００２０】次に、軸受け４について説明する。

【００２１】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によって隔絶されていることが好まし
い。

【００２２】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。

【００２３】また、ボールベアリング装置４２のかわり
に、滑り軸受を用いることも可能である。

【００２４】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
の血液流入部３３１を通過し、さらに放射状に配置され
た複数の血液通路部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。

【００２５】次に、本発明の第２の実施態様について図
２（ａ）および図２（ｂ）を参照して説明する。

【００２６】図２（ａ）は本発明の第２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。

【００２７】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一定となるように
形成した点である。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。さらに、回転体３の中心軸Ｘ−Ｘと血液通路３４
の中心軸との角度θが８０度になるよう血液通路３４が
構成されている。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。

【００２８】次に、本発明の第３の実施態様について図
３（ａ）および図３（ｂ）を参照して説明する。

【００２９】図３（ａ）は本発明の第３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ＡＯＡ線における断面を示す図である。

【００３０】図３に示す実施態様と、図２に示す実施態
様との相違は、血液通路３４が血液流に沿って約１度の
勾配をもって広がるように形成した点である。これは、
回転体３はカバー３１とシュラウド３３とを一体成形物
で形成し、その成型上の抜きテーパとしての勾配による
ためであり、その性能は断面積を血液通路の出口側と入
り口側とで同一にしたものとほとんど遜色がないもので
ある。

【００３１】さらに、第３の実施態様の血液ポンプ装置
の回転体３は、一体成形物であるので、血液通路に継ぎ
目がなく血栓が発生しにくいという効果も備えている。

【００３２】なお、本発明の血液ポンプは、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形成したものに
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形成したもの、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形成
したものでもほぼ同様の効果を有する。

【００３３】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、図３のように、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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】

【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・ハウジング内径８４ｍｍ・血液充填量５０ｃｃ・血液導入口内径８ｍｍ・血液導出口内径８ｍｍ〈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９０Ｗ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）［比較例］特公昭５７−２３１１４号公報記載の血液ポ
ンプ（Ｂｉｏｍｅｄｉｃｕｓ社製、モデルＢＰ８０）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。

【００３７】［ポンプ回転数の測定］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。

【００３８】［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４に示す。図４
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、ＣＯＮＴＯＲ
ＯＬ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８ｍｍ〈回転体〉・材質ポリカーボネート樹脂・外径７４ｍｍ・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（IH4mm×IW8mm）・血液通路の流出開口の断面積３２ｍｍ²（OH4mm×OW8mm）・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８ｍｍ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】［実施例３］図３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８ｍｍ〈回転体〉・材質ポリカーボネート樹脂・外径７８ｍｍ・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 28.1ｍｍ²（IH3.7mm×IW7.6mm）・血液通路の流出開口の断面積 38.7ｍｍ²（OH4.5mm×OW8.6mm）・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８ｍｍ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。

【００４１】［ポンプ特性の測定］実施例１、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５（ａ）（実施
例１）および図５（ｂ）（実施例２）に示す。図５
（ａ）および図５（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。

【００４２】さらに、実施例２と３の血液ポンプを用い
て２５℃の生理食塩水を送液し、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６（ａ）（実施例２）および
図６（ｂ）（実施例３）に示す。図６（ａ）および図６
（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。

【００４３】

【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、液体導入口から導入された液体は、回転
体の液体流入部を通過し、さらに放射状に配置された複
数の液体通路を通過して遠心力が付与され、液体導出口
から導出される。この際、前記液体通路は、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。

【００４４】

【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納された回転体と、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、もしく減少するように形成され
ているものであるから、液体導入口から導入された液体
は、回転体の液体流入部を通過し、さらに放射状に配置
された複数の液体通路を通過して遠心力が付与され、液
体導出口から導出される。この際、前記液体通路は、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】本発明の第１実施例の血液ポンプの概略構造を
示す図である。

【図２】本発明の第２実施例の血液ポンプの概略構造を
示す図である。

【図３】本発明の第３実施例の血液ポンプの概略構造を
示す図である。

【図４】本発明の第１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５】本発明の第１実施例の血液ポンプおよび第２実
施例の血液ポンプのポンプ特性を示す図である。

【図６】本発明の第２実施例の血液ポンプおよび第３実
施例の血液ポンプのポンプ特性を示す図である。

【符号の説明】

１液体（血液）ポンプ装置２ハウジング２１液体（血液）導入口２２液体（血液）導出口２３室３回転体３４液体（血液）通路４軸受け

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納された回転体と、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】前記液体通路は管状である請求項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４】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ないし３のいずれかに記載の液体ポンプ装
置。