JP2002089491A - ターボ式血液ポンプ - Google Patents
ターボ式血液ポンプInfo
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Abstract
気結合が十分な強さを持ち、インペラを支持する下部軸
受けに対する負荷の集中が緩和され、溶血や血液滞留部
の問題を生ずるおそれの少ないターボ式血液ポンプを提
供する。 【解決手段】 ハウジング1と、ポンプ室2に回転可能
に配置されたインペラ5と、インペラを回転可能に支持
する軸受け9、10と、ハウジングの外側に配置されモ
ータにより回転駆動されるロータ13と、インペラに設
けられた従動磁石12と、ロータに設けられた駆動磁石
16とを備え、従動磁石と駆動磁石をハウジングの壁を
挟んで対向させることにより磁気結合を形成し、磁気結
合により、ロータの回転をインペラに伝達する。従動磁
石および駆動磁石間に作用する吸引力により基づく磁気
結合の方向が、インペラの回転軸に対して傾斜するよう
に従動磁石および駆動磁石を配置する。
Description
めの血液ポンプ、特に、インぺラの回転によって血液を
流動させるターボ式の血液ポンプに関する。
体外血液循環を行うために不可欠である。血液ポンプと
しては、ターボ式のポンプが主流を占めている。ターボ
式ポンプは以下のような構造を持つ。すなわち、内部に
ポンプ室が形成されたハウジングは、その中央部分に血
液導入用の入口ポートを有し、ハウジング外周部に血液
吐出用の出口ポートを有する。ポンプ室にはインペラが
配置され、インペラの回転により、血液に遠心力、軸方
向あるいは斜め方向の駆動力を与えて流動させる。
に、ハウジング外に配置されたモータの回転を、ハウジ
ング内のインペラに伝達する手段を有する。そのような
伝達手段の一例としては、ハウジングに孔を設け、軸シ
ールを用いてハウジング外からハウジング内に回転軸を
貫通させて、インペラと結合した構造が知られている。
この場合、軸シールにおける発熱に起因する、血液の損
傷、血栓の形成等の問題を発生するおそれがあった。ま
た、軸シールによりハウジング内外が完全に遮断される
わけではなく、細菌等の侵入を許すおそれがあった。
ンプにおけるインペラとモータとを結合する手段として
磁気結合を用いる方法が考えられた。磁気結合を用いれ
ば、モータの回転をインペラに伝達するための駆動軸を
ハウジング壁を貫通させる構造は必要ない。
は、インペラ、およびハウジング外部に設けたロータに
各々磁石を取り付けて、両者の磁石を近接して配置す
る。ロータをモータにより駆動すれば、磁石の吸引力に
より、インペラはロータの回転に従って回転する。
例が、特開平9−313600号公報に記載されてい
る。この例においては、インペラの下面部に磁石が取り
付けられ、ロータにはその上面部に磁石が取り付けられ
ている。従って、両者の磁石は、ハウジングの壁を挟ん
で上下方向に対向し、上下方向に作用する磁気吸引力に
より、ロータの回転がインペラに伝達される。
らは、インペラの磁石とロータの磁石を、径方向に対向
させて配置した構造を検討した。図3にその例を示す。
図3において、21はハウジングであり、入口ポート2
1a及び出口ポート(図示せず)を有する。ハウジング
21内部のポンプ室22にはインペラ23が配置されて
いる。インペラ23は、上部軸受け24および下部軸受
け25により回転自在に支持されている。ハウジング2
1の下部中央に設けられた凹部21bには、ロータ26
が配置されている。ロータ26は、図示しないが、モー
タと連結されて回転駆動される。インペラ23の下部に
は、ハウジング21の凹部21aの側壁内側に位置する
ように従動磁石27が取り付けられている。ロータ26
には、凹部21aの側壁外側に位置するように駆動磁石
28が取り付けられている。従って従動磁石27と駆動
磁石28の間に作用する径方向の磁気吸引力により、ロ
ータ26の回転がインペラ23に伝達される。
3600号公報に記載の血液ポンプの場合、磁石による
吸引力は上下方向に作用する。従って、インペラを回転
自在に支持するための下側の軸受けに負荷が集中する。
従って、十分に強い磁気結合力を得ようとすると下側の
軸受けの摩耗が大きくなり、ポンプの性能劣化、あるい
は寿命に好ましくない影響を及ぼす。
な磁気結合力を得るために、従動磁石27と駆動磁石2
8の対向面積を十分な大きさにしようとすると、インペ
ラ23の軸方向において両磁石が十分な長さを持たなけ
ればならない。従って、インペラ23の最外周面23a
の面積Bが大きくなる。最外周面23aは、周速度が最
大の部分であり、ここの面積が増大することは、血液に
対して作用する剪断力が増大することを意味する。増大
した剪断力により、血球が破壊(溶血)されるおそれが
増大する。また、従動磁石27を取り付けた部分と凹部
21bの側壁の間の空間に、血液滞留部29が形成され
易く、ここの領域の体積が大きくなることは、血栓を形
成するおそれを増大させることであり、好ましくない。
置されたロータの間の磁気結合が十分な強さを持ち、イ
ンペラを支持する下側の軸受けに対する負荷の集中を緩
和し、溶血や血液滞留部の問題を生ずるおそれの少な
い、ターボ式血液ポンプを提供することを目的とする。
口ポートおよび出口ポートを有するハウジングと、前記
ポンプ室に回転可能に配置されたインペラと、前記イン
ペラを回転可能に支持する軸受けと、前記ハウジングの
外側に配置されモータにより回転駆動されるロータと、
前記インペラに設けられた従動磁石と、前記ロータに設
けられた駆動磁石とを備え、前記従動磁石と前記駆動磁
石を前記ハウジングの壁を挟んで対向させることにより
磁気結合を形成し、前記磁気結合により、前記ロータの
回転を前記インペラに伝達するように構成されたターボ
式血液ポンプを前提とする。上記課題を解決するため
に、本発明のターボ式血液ポンプは、前記従動磁石およ
び駆動磁石間に作用する吸引力に基づく磁気結合の方向
が、前記インペラの回転軸に対して傾斜するように前記
従動磁石および駆動磁石が配置されたことを特徴とす
る。
しているため、インペラとロータの間に作用する磁気吸
引力に起因する、下部軸受けに対する下向きの負荷が軽
減される。従って、磁気結合の強さを十分な大きさにす
ることができる。しかも、従動磁石と駆動磁石が配置さ
れる面が斜面であることにより、インペラの寸法を大き
くすることなく対向面積を容易に大きくとることができ
る。従って、大きな周速度で血液と接触する面積が小さ
くなり、溶血のおそれが軽減され、また、血液滞留部も
小さくなり、血栓の形成も緩和される。
ラの回転軸に対して前記磁気結合の方向がなす角度を、
30°±15°の範囲とする。
磁石は、各々4〜8個設けられ、前記インペラの回転軸
を中心とする円周上に略等間隔で配置された構成とす
る。
磁石に挟まれる箇所における前記ハウジングの壁を前記
インペラの回転軸に対して所定の角度傾斜させて形成
し、前記インペラの下部および前記ロータの上部に前記
ハウジングの傾斜させた壁に沿った傾斜面を形成して、
その傾斜面に各々前記従動磁石と前記駆動磁石を相互に
平行に対向させて配置する。
斜面は、前記ロータの上部が前記ハウジングに向かって
凸形状となるように形成されることが好ましい。
個のベーンと、そのベーン下部に取り付けられた略円環
状の環状連結部とを有し、前記環状連結部の下面に前記
傾斜面が形成されて前記従動磁石が固定されている構成
とすることが好ましい。
おけるターボ式血液ポンプを示す断面図である。1はハ
ウジングであり、血液を通過させ流動させるためのポン
プ室2を有する。ハウジング1には、ポンプ室2の上部
に連通する入口ポート3と、ポンプ室2の側部に連通す
る出口ポート4が設けられている。ポンプ室2内にはイ
ンペラ5が配置されている。インペラ5は、6枚のベー
ン6、回転軸7、及びリング状の環状連結部8を有す
る。ベーン6の中心部は回転軸7に結合され、周縁部は
環状連結部8に結合されている。回転軸7は、ハウジン
グ1に設けた上部軸受け9及び下部軸受け10により、
回転自在に支持されている。環状連結部8には、磁石ケ
ース11が設けられ、磁石ケース11には従動磁石12
が埋設、固定されている。従動磁石12は、円柱状であ
り、環状連結部8の周方向に6個、一定間隔をもって配
置されている。
置されている。ロータ13は、互いに結合された駆動軸
14と略円柱状の磁気結合部15を有する。駆動軸14
は、図示しないが、回転自在に支持されるとともに、モ
ータ等の回転駆動源に連結されて回転駆動される。ま
た、ロータ13とハウジング1とは、図示しないが、相
互の位置関係が一定に保持されている。磁気結合部15
の上面部には駆動磁石16が埋設、固定されている。図
2(a)のロータ13の平面図に示されるように、駆動
磁石16は円柱状であり、周方向に6個、一定間隔をも
って配置されている。
で従動磁石12と対向する位置関係となるように配置さ
れている。従って、ロータ13とインペラ5との間は、
磁気的に連結された状態が形成されている。ロータ13
を回転させることにより、インペラ5が磁気結合を介し
て回転駆動される。
置された環状連結部8の下面は、回転軸7に対して直交
せず、所定の角度を有する傾斜面である。同様に駆動磁
石16が設置された磁気結合部15の上面も傾斜面であ
る。このように、従動磁石12と駆動磁石16とは、イ
ンペラ5の回転軸に対して傾斜した面において、磁気結
合を形成している。
させることにより、インペラ5とロータ13の間に作用
する磁気吸引力は、インペラ5の回転軸に対して傾斜し
た方向に発生する。その結果、下部軸受け10に対する
下向きの負荷が軽減される。従って、下部軸受け10の
摩耗が緩和され、磁気結合の強さを十分な大きさにする
ことができる。
置される面が斜面であることにより、図3に示した径方
向に磁気吸引力を作用させる構成に比べて、環状連結部
8の外周面の軸方向寸法を大きくすることなく、対向面
積を容易に大きくとることが可能となる。従って、大き
な周速度で血液と接触する最外周部の表面積Aが小さく
なり、溶血のおそれが軽減される。また、環状連結部8
の内周面とハウジング1の内側に形成される血液滞留部
17も小さくなり、血栓の形成も緩和される。
磁気結合部15の上部傾斜面に直交する直線Mにより示
される。直線Yは回転軸である。磁気結合の方向Mが回
転軸Yに対してなす角αは、30°±15°の範囲に設
定される。この範囲であれば、上記の効果をバランスの
とれた状態で得ることができる。この範囲より大きい
と、径方向の磁気結合における問題、すなわち、周速の
大きい外周部分の表面積の増大を招き、好ましくない。
またこの範囲より小さいと、上下方向の磁気結合におけ
る問題、すなわち、下部軸受け10の負荷の増大を招
き、好ましくない。
上方に凸となった形状で構成することが好ましい。逆の
形状に比べて、インペラ5との間に形成される空間を小
さくすることができ、ポンプの小型化に有効である。
における各磁石の大きさは、従動磁石12の直径よりも
駆動磁石16の直径の方が大、すなわち、各従動磁石1
2の対向面の面積に対して各駆動磁石16の対向面の面
積を大きくすることが好ましい。それにより、磁気結合
によるトルクの伝達が効率的に行われる。
に配置する個数は、12個を超えると、磁石が詰まりす
ぎとなり、回転し難くなる。望ましくは、円周方向に4
〜8個配置する。この範囲の個数とすることにより、駆
動力および安定性の点で、最も大きな効果を得ることが
できる。
しているため、インペラとロータの間に作用する磁気吸
引力が傾斜した方向に発生し、下部軸受けに対する下向
きの負荷が軽減される。従って、下部軸受けの摩耗のお
それが緩和され、磁気結合の強さを十分な大きさにする
ことができる。
面が斜面であることにより、インペラの寸法を大きくす
ることなく対向面積を容易に大きくとることができる。
従って、大きな周速度で血液と接触する面積が小さくな
り、溶血のおそれが軽減される。また、インペラの内周
面とハウジングの内側に形成される血液滞留部も小さく
なり、血栓の形成も緩和される。
ンプの断面図
(a)は平面図、(b)は正面図
断面図
Claims (6)
- 【請求項1】 ポンプ室、入口ポートおよび出口ポート
を有するハウジングと、前記ポンプ室に回転可能に配置
されたインペラと、前記インペラを回転可能に支持する
軸受けと、前記ハウジングの外側に配置されモータによ
り回転駆動されるロータと、前記インペラに設けられた
従動磁石と、前記ロータに設けられた駆動磁石とを備
え、前記従動磁石と前記駆動磁石を前記ハウジングの壁
を挟んで対向させることにより磁気結合を形成し、前記
磁気結合により、前記ロータの回転を前記インペラに伝
達するように構成されたターボ式血液ポンプにおいて、 前記従動磁石および駆動磁石間に作用する吸引力に基づ
く磁気結合の方向が、前記インペラの回転軸に対して傾
斜するように前記従動磁石および駆動磁石が配置された
ことを特徴とするターボ式血液ポンプ。 - 【請求項2】 前記インペラの回転軸に対して前記磁気
結合の方向がなす角度が、30°±15°の範囲にある
請求項1に記載のターボ式血液ポンプ。 - 【請求項3】 前記従動磁石と前記駆動磁石は、各々4
〜8個設けられ、前記インペラの回転軸を中心とする円
周上に略等間隔で配置された請求項1に記載のターボ式
血液ポンプ。 - 【請求項4】 前記従動磁石と前記駆動磁石に挟まれる
箇所における前記ハウジングの壁を前記インペラの回転
軸に対して所定の角度傾斜させて形成し、前記インペラ
の下部および前記ロータの上部に前記ハウジングの傾斜
させた壁に沿った傾斜面を形成して、その傾斜面に各々
前記従動磁石と前記駆動磁石を相互に平行に対向させて
配置した請求項1に記載のターボ式血液ポンプ。 - 【請求項5】 前記ロータの上部の傾斜面は、前記ロー
タの上部が前記ハウジングに向かって凸形状となるよう
に形成されている請求項4に記載のターボ式血液ポン
プ。 - 【請求項6】 前記インペラは、複数個のベーンと、そ
のベーン下部に取り付けられた略円環状の環状連結部と
を有し、前記環状連結部の下面に前記傾斜面が形成され
て前記従動磁石が固定されている請求項5に記載のター
ボ式血液ポンプ。
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