JPH06346917A - 一方向性動圧軸受を用いた耐圧防水シ−ル機構 - Google Patents

一方向性動圧軸受を用いた耐圧防水シ−ル機構

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JPH06346917A
JPH06346917A JP5157993A JP15799393A JPH06346917A JP H06346917 A JPH06346917 A JP H06346917A JP 5157993 A JP5157993 A JP 5157993A JP 15799393 A JP15799393 A JP 15799393A JP H06346917 A JPH06346917 A JP H06346917A
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fluid
bearing
pressure
pump
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Kenji Yamazaki
健二 山崎
Toshio Mori
敏夫 森
Osami Miyao
修美 宮尾
Masaaki Hori
真哲 堀
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Sun Medical Technology Research Corp
Shicoh Engineering Co Ltd
Original Assignee
Sun Medical Technology Research Corp
Shicoh Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸受そのものが耐圧防水シ−ル機構を兼ね圧
力流体側からの圧力流体が逆流しない構造が簡単で，特
別な動力減を必要とせず，回転が高くなるほど軸フラッ
シュ効果が高くなる耐圧防水シ−ル機構を得ること。 【構成】 動圧軸受と圧力流体間に当該圧力流体が上記
動圧軸受側に流れ込まないように逆止弁機能を持たせた
オイルシ−ル手段を設け，回転側円筒形摺動部材と固定
側円筒形摺動部材の間に流体を吹込んでオイルシ−ル手
段を介して圧力流体側に流す動圧発生溝を形成した一方
向性動圧軸受構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，圧力流体側の圧力流体
が動圧軸受を介してモ−タ側に流れ込まないようにする
補助人工心臓などに用いて有用な一方向性動圧軸受を用
いた耐圧防水シ−ル機構に関する。
【０００２】
【従来技術】従来から，ボ−ルベアリング等の種々の軸
受が存在するものの，それら軸受は耐圧防水シ−ル機構
として機能するものはないばかりか，また耐圧防水シ−
ル機構として用いられたものは存在しなかった。
【０００３】しかしながら，ポンプ等の種々の装置で
は，耐圧防水シ−ル機構が必要になるケ−スが多々あ
る。
【０００４】モ−タを用いたポンプ，例えば，軸流形ス
クリュウモ−タポンプを体内に埋設した体内埋設形補助
人工心臓では，耐圧防水シ−ル機構が必要になる。
【０００５】まず，先に本発明者の一人が発明した特願
平２−５４９１０号に示す有用な体内埋設形補助人工心
臓は，学会で発表することで，第４回世界人工心臓会議
にて吉岡メモリアル賞を受賞したもので，以下にこれに
ついて説明する。
【０００６】まずこの体内埋設形補助人工心臓では，ラ
ジアルギャップタイプポンプ用防水モ−タと，これを用
いた軸流形スクリュウポンプを用いているが，以下にこ
れを説明する。
【０００７】図１４乃至図１５は，体内埋設形補助人工
心臓１の一例を示すもので，図１４には人体の心臓Ａの
左心室Ｂに人工心臓１が埋設された状態を示す。尚，Ｃ
は心尖部，Ｄは左心房，Ｅは僧帽弁，Ｆは大動脈弁，Ｇ
は大動脈を示す。
【０００８】この人工心臓１は，心尖部リング２と，モ
−タポンプ，例えば軸流形スクリュウモ−タポンプ３と
で構成する。
【０００９】上記心尖部リング２は，鍔部を有する短い
円筒形をなし，心臓Ａの心尖部Ｃを切開し，この心尖部
Ｃを貫通して人体に埋設する。
【００１０】軸流形スクリュウモ−タポンプ３は，軸流
形スクリュウポンプ４と，このポンプ４を駆動するラジ
アルギャップタイプポンプ用防水モ−タ５とで構成す
る。
【００１１】軸流形スクリュウポンプ４の先端部は，径
が小さい先端部ノズル７に形成し，該先端部ノズル７を
大動脈弁Ｆの中心部を貫通して大動脈Ｇ内に挿入する。
【００１２】軸流形スクリュウポンプ４は，心尖部リン
グ２を貫通して左心室Ｂ内に挿入し，ポンプ用防水モ−
タ５は，心臓Ａの外部に位置して体内に埋設する。
【００１３】軸流形スクリュウポンプ４とポンプ用防水
モ−タ５の間に，オイルシ−ル等のシ−ル手段を設け
て，血液の流出を防ぐ。
【００１４】８は，先端部ノズル７の位置決めリング
で，大動脈Ｇの大動脈弁Ｆの中心部に設ける。
【００１５】軸流形スクリュウポンプ４は，図１５に示
すようにポンプ用防水モ−タ５の図示せず回転軸にジョ
イント等を用いて連結されるか，またはポンプ用防水モ
−タ５の回転軸と一体して形成されたポンプ軸９が中空
ポンプ本体１０の中心軸線上位置に軸受１１によって回
動自在に支持されている。
【００１６】ポンプ軸９には，例えば一重螺旋形のスク
リュウベ−ン１２を設ける。
【００１７】このように形成された人工心臓１は，ポン
プ用防水モ−タ５によって軸流形スクリュウポンプ４が
駆動されると，該ポンプ４のスクリュウベ−ン１２が回
転し，中空ポンプ本体１０の基端部に形成された吸入口
６から左心室Ｂ内の血液を吸い込み，先端部ノズル７か
ら大動脈Ｇ内に血液を圧送する。
【００１８】軸流形スクリュウポンプ４の体積は左心室
Ｂの収縮末期の心室内体積よりも十分に小さく形成され
ているため，左心室Ｂ内に挿入しても当該左心室Ｂの機
能に影響を与えない。
【００１９】また先端部ノズル７は，径が小さく，しか
も大動脈弁Ｆの中心部を貫通しているので，この先端部
ノズル７によっても大動脈弁Ｆの機能に影響を与えな
い。
【００２０】従って，この人工心臓１は，人体の心臓Ａ
の機能には影響を与えず，心臓Ａによる血液の送り出し
に加えて人工心臓１からの血液の送り出しによって，人
体の心臓Ａの機能を補い，十分な血液の送り出し量を確
保できる有用なものである。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】耐圧防水シ−ル機構が
必要な装置の一例として上記人工心臓１を例に出した
が，この例のままでの人工心臓１は，有用なものである
にも係わらず，この例に示したままでのポンプ用防水モ
−タ５であると，十分な耐圧防水処理を施す必要があ
り，更に最適な耐圧防水処理手段が必要になる。
【００２２】まず軸流形スクリュウポンプ４は，血液の
圧送を行うために大きな力を必要とするため，ポンプ用
防水モ−タ５を，例えば１０，０００回転［ｒｐｍ］な
どのように高速回転させて，スクリュウベ−ン１２を高
速回転させねばならない。このため，オイルレスメタル
等のスリ−ブ軸受を用いたのでは，著しく寿命が短くな
り，ポンプ用防水モ−タ５の性能を維持できない。
【００２３】長い寿命の期待できるボ−ルベアリング軸
受を用いても，ポンプ用防水モ−タ５を上記のように高
速回転させるとなると，ボ−ルベアリング軸受でも寿命
が短くなる。特に，人工心臓１は人体に装着して使用す
るものであり，多々振動がポンプ用防水モ−タ５に与え
られ，この結果，点的接触のボ−ルベアリング軸受を破
損し，ポンプ用防水モ−タ５が回転中に大きな軸受騒音
を発生する。
【００２４】人工心臓１の被装着者が寝ているときで
も，人工心臓１は作動しているため，上記大きな軸受騒
音が発生すると，被装着者の安眠妨害になり，精神的な
面でも好ましくない。従って，ポンプ用防水モ−タ５の
軸受としてボ−ルベアリング軸受を用いることは好まし
いことではない。
【００２５】従って，従来の寿命の短いスリ−ブ軸受や
点的接触のボ−ルベアリング軸受を用いたモンプ用モ−
タ５は，著しく寿命が短く，モ−タ５のメンテナンスサ
イクルも非常に短くなり，人工心臓１用として用いるに
は大きな課題となっていた。
【００２６】その上更に，軸流形スクリュウポンプ４は
吸入口６から左心室Ｂ内の血液を吸い込む為，モ−タ５
のスリ−ブ軸受やボ−ルベアリング軸受等の軸受と血液
が接触することによる問題点が生ずる。
【００２７】また，軸受が血液と接触するため，軸受と
接触するポンプ軸９（あるいはモ−タ５の回転軸）間の
空隙に血液が流れ込み，血液の破損，及び血栓を形成す
るという問題が生ずる。
【００２８】また軸受と接触するポンプ軸９（あるいは
モ−タ５の回転軸）間の空隙に血液が流れ込みモ−タ５
の内部にも血液が入り込む結果，モ−タ５の回転体によ
り血液が摩擦接触されるため，より一層，血栓を招く欠
点があった。
【００２９】かかる欠点を解消するために，軸受と接触
するポンプ軸９（あるいはモ−タ５の回転軸）間の空隙
に血液が流れ込まないように耐圧性の高いＯリングやオ
イルシ−ル等のシ−ル手段を設けると，該シ−ル手段と
ポンプ軸９（あるいはモ−タ５の回転軸）が大きな摩擦
で接触しながら相対的に回転するので，シ−ル手段の破
損が生ずるばかりでなく，モ−タ５の負荷が大きくな
り，所望のモ−タ特性を得ることができない。
【００３０】また人工心臓１に用いるモ−タ５は，人体
に装着されるものであることから，小形で軽量のもので
あることが望ましく，上記のように余分に大きな負荷が
加わると，モ−タ５を大きく重量のあるものに形成しな
ければならない欠点も生ずる。
【００３１】以上においては，耐圧防水シ−ル機構を必
要とする装置として軸流形スクリュウモ−タポンプ３を
用いた人工心臓１を例に説明したが，人工心臓１用に限
らず，圧力流体側に回転軸が延びて構成された当該回転
軸を高速回転で回動自在に支持する軸受部分から圧力流
体が流入しないように当該軸受部分を耐圧防水シ−ル構
成にしなけらばならない装置は多数ある。しかし，特に
頻繁に動かされる装置に用いる場合には，その軸受部分
が耐圧防水シ−ル機構を兼ね，しかも長寿命，騒音の点
で満足なものが無く，従来は非常にモ−タ特性に大きな
負荷をかけたり，耐圧シ−ル部分に大きな摩耗接触力を
与える耐圧防水シ−ル機構を用いなければならず，上述
の人工心臓１等に用いるに当たっては，その改良が求め
られていた。
【００３２】即ち，本発明の課題は，回転軸を高速回転
しても寿命が長く，しかも低騒音振動の期待できる動圧
軸受構造とし，また頻繁に動かされることによって発生
する振動によっても軸受の破損が極めて少なく長寿命が
期待でき，軸受の摩擦接触による発生熱が小さく，しか
もその軸受そのものが耐圧防水シ−ル機構を兼ねた一方
向性動圧軸受構造とすることと，負担の少ないオイルシ
−ル手段並びに，これらの手段では十分でない部分を補
佐する手段を合理的な手段を設けることで，メンテナン
スサイクルの非常に長い耐圧防水シ−ル機構を容易且つ
安価に形成できるようにすることで，従来の問題点を解
消することにある。
【００３３】
【課題を達成するための手段】かかる本発明の課題は，
圧力流体側に臨んだ回転軸を回動自在に支持する動圧軸
受において，該動圧軸受と圧力流体間に当該圧力流体が
上記動圧軸受側に流れ込まないように逆止弁機能を持た
せたオイルシ−ル手段を設け，上記動圧軸受は，回転軸
の外周回転側に設けた回転側円筒形摺動部材と該外周回
転側の回転側円筒形摺動部材と対向する固定側円筒形摺
動部材の互いに対向する少なくとも一方の面に動圧効果
を発揮する動圧発生溝を軸方向に形成したラジアルギャ
ップタイプのものに形成し，上記回転側円筒形摺動部材
と固定側円筒形摺動部材間のラジアルギャップに流体を
挿入するために流体を入れた流体貯蔵室と上記ラジアル
ギャップとを連通させ，上記動圧軸受の動圧発生溝は，
上記流体貯蔵室内の流体を上記ラジアルギャップに吸い
込んで上記オイルシ−ル手段を介して上記圧力流体側に
積極的に導出するように形成した一方向性動圧軸受を用
いた耐圧防水シ−ル機構を提供することで達成できる。
【００３４】
【作用】本発明の一方向性動圧軸受を用いた耐圧防水シ
−ル機構は，ポンプ用防水モ−タ５−１を回転させる
と，回転側円筒形セラミックス摺動部材９２ａが回転す
るため，流体貯蔵室９３内の流体９４を圧力流体側，即
ち動脈側にポンピングする機能が一方向性動圧軸受９２
によって発生する。このことにより，流体貯蔵室９３内
の流体９４は，連通チュ−ブ９５を介して回転側動圧軸
受構成要素９２ａと固定側円筒形セラミックス摺動部材
９２ｂ間のラジアルギャップを通過してオイルシ−ル手
段３３を介して圧力流体側に一方的に流されるので，オ
イルシ−ル手段３３と一方向性動圧軸受９２とが流体９
５を一方向にのみ通過させる手段を構成するので，完全
な耐圧防水シ−ル機構を構成できる。
【００３５】即ち，この一方向性動圧軸受を用いた耐圧
防水シ−ル機構は，圧力流体を用いる装置において，回
転軸を高速回転しても回転軸と軸受とが線接触的になる
ので寿命が長く，しかも低騒音振動の期待できる軸受構
造となる。また頻繁に動かされることによって発生する
振動によっても軸受の破損が極めて少なく長寿命が期待
でき，軸受をセラミックスで構成した場合には，摩擦接
触による発生熱が小さい。しかもその動圧軸受そのもの
が圧力流体側にのみ流体を流すようになっている一方向
性のものであるため，メンテナンスサイクルの非常に長
い耐圧防水シ−ル機構となり，人工心臓を初めとして種
々の圧力流体を用いる装置に最適な耐圧防水シ−ル装置
を得ることができる。
【００３６】
【発明の実施例】
【発明の第１実施例】図１は，本発明の第１実施例を示
す耐圧防水シ−ル機構１３を体内埋設形補助人工心臓１
−１（図１の人工心臓１をも参照）に用いた軸流形スク
リュウモ−タポンプ３−１に適用した場合の説明図で，
図２は図１の軸流形スクリュウモ−タポンプ３−１のａ
−ａ線断面図で，図３はポンプ用防水モ−タ５−１を構
成するための４極の界磁マグネット２１と３個の電機子
コイル１９−１，・・・，１９−３群からなる３相コア
レスステ−タ電機子２０の形状を説明するための３相コ
アレスＤＣブラシレスモ−タの主要部の分解斜視図で，
図４は同ポンプ用防水モ−タ５−１である３相コアレス
ＤＣブラシレスモ−タの界磁マグネット２１と３相コア
レスステ−タ電機子２０との展開図で，図５及び図６は
円板形セラミックス摺動部材２５Ａ，２６Ａに形成する
動圧発生溝２９の説明図で，図７は円筒形セラミックス
摺動部材２５Ｂ，，２６Ｂに形成する動圧発生溝３１の
説明図で，図８及び図９はセラミックス動圧軸受２５，
２６の説明図で，図１０は耐圧防水シ−ル機構９６の拡
大図で，図１１は一方向性動圧軸受９２の説明図で，図
１２は他の一方向性動圧軸受の動圧発生溝９９−１の説
明図で，以下，図１乃至図１２を参照して本発明の第１
実施例の耐圧防水シ−ル機構９６について説明する。
【００３７】図１を参照して，人工心臓１−１を形成す
るための軸流形スクリュウモ−タポンプ３−１は，ポン
プ用防水モ−タ５−１と，このポンプ用防水モ−タ５−
１の圧力流体側（心臓Ａの動脈側に連通するため血液に
よる高い圧力がかかっている）の一端部に突出した当該
モ−タ５−１の回転軸１４に，たとえば図１５に示した
のスクリュ−ベ−ン１２を有する軸流形スクリュウポン
プ４と同様な軸流形スクリュウポンプ４−１を装着して
構成する。
【００３８】軸流形スクリュウモ−タポンプ３−１は，
高速回転させて軸流形スクリュウポンプ４−１によって
上記したように血液を高い圧力で圧送する必要があるた
め，高速回転が可能で且つ効率の良い３相のコアレスＤ
Ｃブラシレスモ−タ構成のポンプ用防水モ−タ５−１を
用いている。
【００３９】このポンプ用防水モ−タ５−１について以
下に説明すると，少なくとも内部を磁性体に防錆手段を
施した円筒形モ−タハウジング１５の両端開口部それぞ
れを，適宜な材質で形成した中央部に透孔を持つ蓋体１
６，１７で閉じてポンプ用防水モ−タ本体１８を形成す
る。
【００４０】上記円筒形モ−タハウジング１５の内面に
は，図示しない絶縁処理を施すか，あるいはフレキシブ
ルプリント配線基板を介して図２及び図３で示すように
周方向に湾曲化された３個の空心形電機子コイル１９−
１，・・・，１９−３を３相配置して３相通電構造の３
相のコアレスステ−タ電機子２０を設ける。
【００４１】３相のコアレスステ−タ電機子２０を構成
する３個の空心形電機子コイル１９−１，・・・，１９
−３は，図２乃至図４に示すように，軸方向に延びた発
生トルクに寄与する導体部１９ａと１９ａとの開角が後
記する４極の界磁マグネット２１のＮ極，Ｓ極の一磁極
幅と等しい幅に形成され，機械角で１２０度の等間隔と
する。
【００４２】尚，電機子コイル１９−１，・・・，１９
−３の周方向に延びた導体部１９ｂは，発生トルクにほ
とんど寄与しない部分となっている。
【００４３】ステ−タ電機子２０側には，それぞれの電
機子コイル１９−１，・・・，１９−３の通電切り換え
のためのホ−ルセンサ２２−１，・・・，２２−３を図
４に示すような位置関係で設けている。該ホ−ルセンサ
２２−１，・・・，２２−３が界磁マグネット２１のＮ
極，Ｓ極の検出磁極を検出すると，この当該ホ−ルセン
サ２２−１，・・・，２２−３からの出力信号に基づい
て制御回路２３（図４参照）が作動するので，ポンプ用
防水モ−タ５−１が所定方向に回転するように電機子コ
イル１９−１，・・・，１９−３に適宜方向の通電を行
い，ポンプ用防水モ−タ５−１を所定方向に回転させ
る。回転させる方向は，後記にて詳細に説明するが一方
向性動圧軸受９２によって流体９４を動脈側に送り出す
ことができる方向である。
【００４４】尚，符号２４−１は，正側電源端子を示
し，符号２４−２は，負側電源端子を示す。
【００４５】ポンプ用防水モ−タ本体１８の中心部に
は，上記蓋体１６に後記にて詳細に説明する防水シ−ル
機構１３を構成するセラミックス動圧軸受２５を設ける
と共に，上記蓋体１７にもセラミックス動圧軸受２５同
様のセラミックス動圧軸受２６を設け，該セラミックス
動圧軸受２５，２６によって回転軸１４を回動自在に支
持する。
【００４６】この回転軸１４は，当該防水モ−タ５−１
の両端に突出させ，該上記圧力流体側に突出した回転軸
１４にジョイント２７を介して軸流形スクリュウポンプ
４−１のポンプ軸９と連結し，回転軸１４とポンプ軸９
が一体して回転するように構成する。
【００４７】ポンプ軸９は，この軸９を一方向性動圧軸
受９２によって回動自在に支持すると共に，この支持部
分において耐圧防水シ−ル機構９６を構成する目的で，
上記図１５に示した軸受１１に代えてセラミックス一方
向性動圧軸受９２を用いている。
【００４８】上記防水シ−ル機構１３を用いることで，
後記する流体９４が当該防水モ−タ５−１側への流れ込
みを防止している。
【００４９】回転軸１４に施したセラミックス動圧軸受
２５で構成する防水シ−ル機構１３によれば，上記のよ
うに流体９４の防水モ−タ５−１側への流れ込みを防止
できるが，圧力流体，即ち血液の場合には，この血液が
動圧軸受２５部分においてその成分を破損する惧れがあ
る。
【００５０】血液が動圧軸受２５に流れ込まないように
するために，本発明では，オイルシ−ル手段３３，一方
向性動圧軸受９２を含む耐圧防水シ−ル機構９６を用い
ている。この場合，オイルシ−ル手段３３は従来用いて
いた負荷特性の大きなものと異なり非常に小さな負荷特
性のもので済むので，モ−タ特性に大きな影響を与える
事無く，またオイルシ−ル手段３３とポンプ軸９との接
触摩耗圧も非常に小さいので，当該ポンプ軸９及びオイ
ルシ−ル手段３３の寿命は大幅に向上する。
【００５１】上記ポンプ用防水モ−タ本体１８内の回転
軸１４の外周部に円筒ヨ−ク２８を固定し，その外周に
図２及び図３に示すように周方向における隣接する磁極
が異極となるように交互にＮ極，Ｓ極の磁極を９０度の
幅で着磁した４極円筒形の界磁マグネット２１を固定
し，上記ステ−タ電機子２０と相対的回転するように構
成している。
【００５２】上記防水シ−ル機構１３を構成するセラミ
ックス動圧軸受２５及び耐圧防水シ−ル機構として用い
ていないセラミックス動圧軸受２６は，いずれも図５乃
至図９に示すように円板形セラミックス動圧軸受部２５
Ａ，２６Ａと円筒形セラミックス動圧軸受部２５Ｂ，２
６Ｂとで構成され，この実施例では，円板形セラミック
ス動圧軸受部２５Ａ，２６Ａと円筒形セラミックス動圧
軸受部２５Ｂ，２６Ｂとを連通して位置するように一体
形成した図８及び図９に示すように一端部に鍔を有する
中空円筒形状をなして構成している。
【００５３】当該セラミックス動圧軸受２５，２６の円
板形セラミックス動圧軸受部２５Ａ，２６Ａは，図５，
図６に示すように固定側円板形セラミックス摺動部材２
５Ａａ，２６Ａａと，該部材２５Ａａ，２６Ａａと相対
的に回転摺動する回転側円板形セラミックス摺動部材２
５Ａｂ，２６Ａｂとで構成する。
【００５４】尚，符号３４は，固定側円板形セラミック
ス摺動部材２５Ａａの中心部に形成した透孔を示し，後
記する固定側円板形セラミックス摺動部材２５Ａａの外
径と略々等しい大きさの径に形成され，また符号３５
は，回転側円板形セラミックス摺動部材２６Ａａの中心
部に形成した透孔を示し，回転軸１４の外径の大きさに
略々一致した大きさの径に形成されている。
【００５５】硬質のセラミックス材料，例えばＳｉＣ燒
結体，ＢｅＯを含むα−ＳｉＣ燒結体，またはＳｉ3 Ｎ
4 燒結体などで構成した円板形セラミックス摺動部材２
５Ａａ，２６Ａａまたは／及び２５Ａｂ，２６Ａｂの互
いに対向する摺動面のいずれか一方の面または両面に，
図６では回転側円板形セラミックス摺動部材２５Ａｂ，
２６Ａｂ面に動圧（効果）発生溝２９，例えばラジアル
方向に延びるスパイラル溝をランド部３０を残して形成
したものを描いている。
【００５６】同様に，円筒形セラミックス動圧軸受部２
５Ｂ，２６Ｂは，図７に示すように固定側円筒形セラミ
ックス摺動部材２５Ｂａ，２６Ｂａと，該部材２５Ｂ
ａ，２６Ｂａと相対的に回転摺動する回転側円板形セラ
ミックス摺動部材２５Ｂｂ，２６Ｂｂとで構成する。
【００５７】上記円板形セラミックス摺動部材２５Ａ
ａ，２６Ａａ，２５Ａｂ，２６Ａｂと同様の材質で形成
した円筒形セラミックス摺動部材２５Ｂａ，２６Ｂａま
たは／及び２５Ｂｂ，２６Ｂｂの互いに対向する摺動面
のいずれか一方の面または両面に，この実施例では図７
に示すように回転側円筒形セラミックス摺動部材２５Ｂ
ｂ，２６Ｂｂ面に動圧（効果）発生溝３１，例えばアキ
シャル方向に延びた２つのヘリングボ−ン状の溝を中間
部にランド部３２を残して形成する。尚，ヘリングボ−
ン溝に代えてスパイラル溝を形成しても良い。
【００５８】上記ラジアル方向に延びるスパイラル溝に
形成した動圧発生溝２９は，スラスト荷重を支えるもの
であり，アキシャル方向に延びるヘリングボ−ン状に形
成した動圧発生溝３１は，ラジアル荷重を支えるための
ものとなっており，各々の動圧発生溝２９，３１は，そ
の溝の深さを３〜１０μｍ程度に形成するのが望まし
い。
【００５９】また動圧発生溝２９，３１を構成するため
のセラミックス摺動部材２５Ａａ，２６Ａａ，２５Ｂ
ａ，２６Ｂａまたは／及び２５Ａｂ，２６Ａｂ，２５Ｂ
ｂ，２６Ｂｂは，あまり厚みの薄いものを用いると動圧
発生溝２９，３１を溝加工した後に変形する惧れもある
ので，変形しない程度の厚みに選定する必要がある。そ
れらの互いに対向する面は，うねりが０．３μｍ以下
で，最大面粗度が０．１μｍの平滑な平面であるランド
部３０，３２面とした上で，ショットブラストによって
３〜１０μｍの深さの動圧発生溝に形成したものであ
る。
【００６０】いずれにしても，セラミックス動圧軸受２
５，２６は，硬質のセラミックス材料で高い精度で前記
動圧発生溝２９，３１を形成することができ，且つ，そ
の動圧発生に適した摺動部の形状が動圧が発生した状態
においても維持され，しかも，起動及び連続動作摺動時
の際において生ずる固体摩擦に対しても，ある程度の負
荷であれば，耐久性を持って有効に機能する。
【００６１】特にボ−ルベアリング軸受を用いて高速に
ポンプ軸９や回転軸１４を回した場合には，ボ−ルベア
リングとそれを受ける側との接触が点接触的であるのに
対して，セラミックス動圧軸受２５，２６は，線接触的
であるので，振動に対してもその衝撃力を全体で受ける
ことができる。また硬質であることから摺動摩擦や外的
衝撃によっても破損することが無い。また人工心臓１−
１において問題になる軸受による接触摩耗により発生す
る熱がほとんど生じない利点があり，しかも軸受の機能
をなして尚且つ防水シ−ル機能を有するので，軸受の信
頼性の向上と，高価で寿命が短いなど種々の問題となる
従来の複雑な耐圧防水のためのシ−ル機構が不要にな
る。従って，大型になるシ−ル機構を省くことができ，
簡易なシ−ル機構１３を用いるのみで，信頼性が高く，
而も小型に耐圧防水シ−ル機構を構成できる利点があ
る。
【００６２】尚，以上の防水シ−ル機構１３を構成する
セラミックス動圧軸受２５では，防水シ−ル機構として
有効に機能させる為に，円板形セラミックス動圧軸受部
２５Ａ，２６Ａと円筒形セラミックス動圧軸受部２５
Ｂ，２６Ｂとで構成される。この実施例では，円板形セ
ラミックス動圧軸受部２５Ａ，２６Ａと円筒形セラミッ
クス動圧軸受部２５Ｂ，２６Ｂとを連通して位置するよ
うに一体形成した図８及び図９に示すように一端部に鍔
を有する中空円筒形状をなして構成している。
【００６３】当該セラミックス動圧軸受２５，２６の円
板形セラミックス動圧軸受部２５Ａ，２６Ａの固定側円
板形セラミックス摺動部材２５Ａａ，２６Ａａ及び円筒
形セラミックス動圧軸受部２５Ｂ，２６Ｂの固定側円筒
形セラミックス摺動部材２５Ｂａ，２６Ｂａは，それぞ
れ蓋体１６，１７の内周部または軸流形スクリュウポン
プ４−１の図示せず固定側に適宜な手段によって固定さ
れ，回転側円板形セラミックス摺動部材２５Ｂｂ，２６
Ｂｂの回転側円板形セラミックス摺動部材２５Ａｂ，２
６Ａｂ及び回転側円筒形セラミックス摺動部材２５Ａ
ｂ，２６Ａｂは防水モ−タ５−１の回転軸１４またはポ
ンプ軸９の外周に固定する。
【００６４】この際，防水シ−ル機構１３を構成するセ
ラミックス動圧軸受２５は，防水シ−ル機構の作用をな
すためには，バネ手段を用いるなどして固定側円板形セ
ラミックス摺動部材２５Ａａと回転側円板形セラミック
ス摺動部材２５Ａｂとが強制的に互いに適度に押圧接触
し合う力を与え，動圧効果による防水シ−ル機能と動圧
を発生させる軸受機能を十分に発揮できるようにしてお
くことが望ましい。
【００６５】回転軸１４の下端部には，セラミックス動
圧軸受２６の抜け止め防止子３６が装着され，蓋体１７
の外部から出た回転軸１４，セラミックス動圧軸受２
６，抜け止め防止子３６を保護するカバ−３７が上記モ
−タ５−１の適宜箇所に図示せず手段をもって固定され
ている。
【００６６】なお，オイルシ−ル手段３３とセラミック
ス動圧軸受２５を用いた場合，上記モ−タ５−１の回転
数を１０，０００ｒ．ｐ．ｍに固定し，圧力流体として
の血液の圧力をそれぞれ１００ｍｍＨｇ，２００ｍｍＨ
ｇ，３００ｍｍＨｇで，各々数時間運転し，オイルシ−
ル手段３３からの血液の漏れを観測した結果について以
下に示す。
【００６７】血液圧力が１００ｍｍＨｇの時を１０時
間，２００ｍｍＨｇの時を５時間，３００ｍｍＨｇの時
を５時間，合計２０時間に渡って上記モ−タ５−１を１
０，０００ｒ．ｐ．ｍで運転した場合でも，オイルシ−
ル手段３３からの血液の漏れは生じなかった。
【００６８】従って，オイルシ−ル手段３３とセラミッ
クス動圧軸受２５からなる防水シ−ル機構１３を併用す
ることで，極めて高い圧力流体の耐圧防水シ−ル機能を
発揮させることができる。
【００６９】然し，人工心臓１−１の性質上，上記した
ように血液が動圧軸受２５に流れ込むことを完全に防
ぎ，モ−タ５−１の破損を完全に防ぐ必要がある。
【００７０】そこで，本発明では，以下に示すオイルシ
−ル手段３３を含んで形成した一方向性動圧軸受９２を
用いた耐圧防水シ−ル機構９６を設けている。
【００７１】図１及び図１０，図１１を参照してオイル
シ−ル手段３３とモ−タ５−１の上端部間の軸流形スク
リュウポンプ４−１間に流体９４を収納するための流体
収納室９７を形成する。尚，この場合に用いる流体９４
は，人工心臓１−１の場合，人体の血液になじむ性質の
生理食塩水，ペパリン等を用いる。
【００７２】ポンプ軸９には，上記動圧軸受２５，２６
同様なセラミックスで形成した円筒状の回転側円筒形セ
ラミックス摺動部材９２ａを固定し，該回転側動圧軸受
構成要素９２ａと微小なラジアルギャップを介して対向
する軸流形スクリュウポンプ４−１の内面に固定側円筒
形セラミックス摺動部材９２ｂを固定して一方向性動圧
軸受９２を構成している。
【００７３】一方向性動圧軸受９２は，流体収納室９７
内の流体９４を矢印で示すように動圧Ｇ側にのみ流すよ
うにするために，上記図７で示したような回転側円筒形
セラミックス摺動部材２５Ｂｂ，２６Ｂｂに形成したと
同じ方向に形成したスパイラル状の動圧発生溝９９をラ
ンド部１００を残して回転側円筒形セラミックス摺動部
材９２ａに形成している。尚，動圧発生溝９９は，逆に
固定側円筒形セラミックス摺動部材９２ｂ側に形成して
も良く，あるいは回転側円筒形セラミックス摺動部材９
２ａ及び固定側円筒形セラミックス摺動部材９２ｂの両
方に形成しても良い。動圧発生溝９９は，流体９４を動
圧Ｇ側にのみ流す様な角度形状に設計してある。
【００７４】また同様な目的を達成できれば，スパイラ
ル形の動圧発生溝９９に変えて図１２の回転側円筒形セ
ラミックス摺動部材９２ａ−１に示すようなヘの字状の
ヘリングボ−ン状の動圧発生溝９９−１に形成してもよ
い。図１２において，黒い部分が凹部となっている動圧
発生溝９９−１で，白い部分がランド部１００−１であ
る。この動圧発生溝９９−１の場合には，ヘの字の谷部
において圧力が高くなり動圧効果が高くなるので，動圧
軸受効果としては上記動圧発生溝９９よりも最適であ
る。
【００７５】回転側円筒形セラミックス摺動部材９２
ａ，９２ａ−１が固定側円筒形セラミックス摺動部材９
２ｂと相対して回転した場合，回転側円筒形セラミック
ス摺動部材９２ａ，９２ａ−１が動圧発生溝９９，９９
−１を持つことからポンピング機能を持ち，回転側円筒
形セラミックス摺動部材９２ａ，９２ａ−１と固定側円
筒形セラミックス摺動部材９２ｂ間のラジアルギャップ
内の流体９４を矢印で示すように圧力流体側となる動圧
Ｇ側にのみ流すので，オイルシ−ル手段３３（オイルシ
−ル手段３３とポンプ軸９との間）を介して血液が逆流
してモ−タ５−１側に流れ込むことがない。
【００７６】一方向性動圧軸受９２よりも圧力流体側と
なる動圧Ｇ側の中空ポンプ本体１０には，当該オイルシ
−ル手段３３とポンプ軸９との間から上記動圧軸受９
２，流体収納室９７内に圧力流体である血液が流れ込ま
ないようにするためのオイルシ−ル手段３３が設けら
れ，ポンプ軸９にオイルシ−ル手段３３の先端が接触し
て，逆止弁の機能を果たしている。
【００７７】流体収納室９７と流体９４を入れた流体貯
蔵室９３とは，それぞれの開口部にに設けた連結パイプ
９８，１０１を連通チュ−ブ９５を介して接続し，上記
回転側円筒形セラミックス摺動部材９２ａ，９２ａ−１
が回転することで発生するポンピング作用によって流体
収納室９７内の流体９４が，オイルシ−ル手段３３を介
して圧力流体側となる動圧Ｇ側に流されることで流体収
納室９７内の流体９４が減少するが，流体収納室９７内
に流体９４を補給するために，上記チュ−ブ９５を通し
て流体貯蔵室９３内の流体９４が流体収納室９７内に導
かれるように連通している。
【００７８】
【発明の第２実施例】図１３は，本発明の第２実施例の
一方向性動圧軸受９２−２についての説明図である。
【００７９】この一方向性動圧軸受９２−２は，１つの
動圧軸受であるが，回転側円筒形セラミックス摺動部材
９２ａ−２に単なる動圧軸受として働かせる動圧発生溝
と，流体９４を動圧Ｇ側にポンピングするための一方向
性の動圧発生溝を形成し，両方の機能を持たせたものと
なっている。
【００８０】すなわち，ポンプ軸９の軸受として機能さ
せるための動圧発生部９２Ｃ位置における回転側円筒形
セラミックス摺動部材９２ａ−２には，図７で示したヘ
リングボ−ン状の動圧発生溝３１を形成し，流体を一方
向に流すポンピング機能発生部９２Ａ位置には上記図
１，図１０及び図１１で示したスパイラル状の動圧発生
溝９９を形成している。尚，３２，１００は，ランド部
を示す。尚，図における左端の動圧発生溝３１をポンピ
ング機能をなす動圧発生溝９９の役目として用いてもよ
く，この場合には動圧発生溝９９に真ん中の動圧発生溝
３１と共同して働く動圧軸受として機能させる。尚，ポ
ンピング機能をさせるための動圧発生溝９９または動圧
発生溝３１の場合は，当然のことながら流体９４を動圧
Ｇ側にのみ流す様な角度形状に設計する。
【００８１】尚，この実施例では，ポンピング機能発生
部９２Ａ位置にのみそのポンピング機能を発生させるた
めに，図示せず流体貯蔵室内の流体を連通チュ−ブ９８
から取り入れるために，ポンピング機能発生部９２Ａ位
置の動圧発生溝３１を有する部分の回転側円筒形セラミ
ックス摺動部材９２ａ−２と固定側円筒形セラミックス
摺動部材９２ｂ間のラジアルギャップと上記連通チュ−
ブ９８を連通させている。
【００８２】
【発明の効果】本発明の一方向性動圧軸受を用いた耐圧
防水シ−ル機構は，圧力流体を用いる装置において，回
転軸を高速回転しても回転軸と軸受とが線接触的になる
ので寿命が長く，しかも低騒音振動の期待できる軸受構
造となり，また頻繁に動かされることによって発生する
振動によっても軸受の破損が極めて少なく長寿命が期待
でき，軸受の摩擦接触による発生熱が小さく，しかもそ
の軸受そのものが特別な動力減を必要とする事無く，積
極的に生理食塩水，ペパリン等の流体をオイルシ−ル手
段を介して圧力流体側に流す軸フラッシュのマイクロポ
ンプ機能をもたせているので，回転数が高くなるほどフ
ラッシュ効果が高くなり，また圧力流体側から圧力流体
が逆に流れ込まないように完全な耐圧防水シ−ル機構を
構成し，メンテナンスサイクルの非常に長い耐圧防水シ
−ル機構となるので，人工心臓を初めとして種々の圧力
流体を用いる装置に最適な耐圧防水シ−ル装置を小型
に，しかも構造が簡単なので安価に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を説明するための圧力流
体を使用する装置に用いた耐圧防水シ−ル機構の縦断面
図である。
【図２】 図１のａ−ａ’線縦断面図である。
【図３】 図１に用いたポンプ用防水モ−タの主要部の
分解斜視図である。
【図４］ 同ポンプ用防水モ−タの
界磁マグネットとステ−タ電機子との展開図である。 【図５乃至図９】 同耐圧防水シ−ル機構を構成するセ
ラミックス動圧軸受の説明図である。
【図１０】 本発明の一方向性動圧軸受を用いた耐圧防
水シ−ル機構の説明図である。
【図１１】 同耐圧防水シ−ル機構に用いた一方向性動
圧軸受の説明図である。
【図１２】 他の一方向性動圧軸受の説明図である。
【図１３】 本発明の第２実施例としての耐圧防水シ−
ル機構に用いるための一方向性動圧軸受の説明図であ
る。
【図１４及び図１５】 従来例を示す耐圧防水シ−ル機
構を必要とする体内埋設形補助人工心臓の説明図であ
る。
【記号及び符号の説明】
Ａ 心臓 Ｂ 左心室 Ｃ 心尖部 Ｄ 左心房 Ｅ 僧帽弁 Ｆ 大動脈弁 Ｇ 大動脈 １，１−１ 体内埋設形補助人工心臓 ２ 心尖部リング ３，３−１ 軸流形スクリュウモ−タポンプ ４，４−１ 軸流形スクリュウポンプ ５，５−１ ポンプ用防水モ−タ ６ 吸入口 ７ 先端部ノズル ８ 位置決めリング ９ ポンプ軸 １０ 中空ポンプ本体 １１ 軸受 １２ スクリュウベ−ン １３ 防水シ−ル機構 １４ 回転軸 １５ 円筒形モ−タハウジング １６ ，１７ 蓋体 １８ ポンプ用防水モ−タ本体 １９−１，・・・，１９−３ 電機子コイル １９ａ 発生トルクに寄与する導体部 １９ｂ 発生トルクに寄与しない導体部 ２０ ３相コアレスステ−タ電機子 ２１ 界磁マグネット ２２−１，・・・，２２−３ ホ−ルセンサ ２３ 制御回路 ２４−１ 正側電源端子 ２４−２ 負側電源端子 ２５ セラミックス動圧軸受 ２５Ａ 円板形セラミックス動圧軸受部 ２５Ａａ 固定側円板形セラミックス摺動部材 ２５Ａｂ 回転側円板形セラミックス摺動部材 ２５Ｂ 円筒形セラミックス動圧軸受部 ２５Ｂａ 固定側円筒形セラミックス摺動部材 ２５Ｂｂ 回転側円筒形セラミックス摺動部材 ２６ セラミックス動圧軸受 ２６Ａ 円板形セラミックス動圧軸受部 ２６Ａａ 固定側円板形セラミックス摺動部材 ２６Ａｂ 回転側円板形セラミックス摺動部材 ２６Ｂ 円筒形セラミックス動圧軸受部 ２６Ｂａ 固定側円筒形セラミックス摺動部材 ２６Ｂｂ 回転側円筒形セラミックス摺動部材 ２７ ジョイント ２８ 円筒ヨ−ク ２９ 動圧発生溝 ３０ ランド部 ３１ 動圧発生溝 ３２ ランド部 ３３ オイルシ−ル手段 ３４，３５ 透孔 ３６ 抜け止め防止子 ３７ カバ− ９２，９２−１，９２−２ 一方向性動圧軸受 ９２ａ，９２ａ−１，９２ａ−２ 回転側円筒形セラミ
ックス摺動部材 ９２ｂ 固定側円筒形セラミックス摺動部材 ９２Ｃ ポンピング機能発生部 ９３ 流体貯蔵室 ９４ 流体 ９５ 連通チュ−ブ ９６ 耐圧防水シ−ル機構 ９７ 流体収納室 ９８ 連結パイプ ９９，９９−１ 動圧発生溝 １００，１００−１ ランド部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀 真哲 神奈川県大和市中央林間４丁目９番４号 株式会社シコ−技研内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧力流体側に臨んだ回転軸を回動自在に
    支持する動圧軸受において，下記構成要素乃至を備
    えたことを特徴とする一方向性動圧軸受を用いた耐圧防
    水シ−ル機構。 上記動圧軸受と圧力流体間に当該圧力流体が上記動
    圧軸受側に流れ込まないように逆止弁機能を持たせたオ
    イルシ−ル手段を設けていること。 上記動圧軸受は，回転軸の外周回転側に設けた回転
    側円筒形摺動部材と該外周回転側の円筒形摺動部材と対
    向する固定側円筒形摺動部材の互いに対向する少なくと
    も一方の面に動圧効果を発揮する動圧発生溝を軸方向に
    形成したラジアルギャップタイプのものに形成している
    こと。 上記回転側円筒形摺動部材と固定側円筒形摺動部材
    間のラジアルギャップに流体を挿入するために流体を入
    れた流体貯蔵室と上記ラジアルギャップとを連通させて
    いること。 上記動圧軸受の動圧発生溝は，上記流体貯蔵室内の
    流体を上記ラジアルギャップに吸い込んで上記オイルシ
    −ル手段を介して上記圧力流体側に積極的に導出するよ
    うに形成してあること。
JP5157993A 1993-06-03 1993-06-03 一方向性動圧軸受を用いた耐圧防水シ−ル機構 Pending JPH06346917A (ja)

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