JP3012308B2 - 使い捨て式ポンプ作用ユニット - Google Patents

使い捨て式ポンプ作用ユニット

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は遠心式血液ポンプに関し、且つ特に磁気駆動
装置へ取外し可能に結合されるようになっている遠心式
血液ポンプ作用ユニットに関する。
従来の技術 遠心式ポンプは広範囲の異なる流体材料を圧送するた
めに多年にわたって使用されている。一般に、遠心式ポ
ンプは、ポンプ作用室を中に囲うポンプハウジングと、
ポンプの回転軸線と整合された入口と、ポンプ作用室の
周囲に近接してある出口と、軸線の周りに回転可能にポ
ンプ作用室内に装着された羽根車と、羽根車と連絡する
駆動源とを含む。羽根車及び駆動源は幾つかの可能な構
成を有する。１つの構成では、羽根車はポンプ作用室の
外側で回転駆動源まで延在する駆動軸上に取付けられ
る。別の構成では、ポンプハウジングは２つの室を取囲
み、１つの室は磁気回転子を収容し且つ他の室はポンプ
作用室及び羽根車を収容する。羽根車及び回転子は駆動
軸によって連結される。シールが２つの室を絶縁するた
めに使用される。磁気駆動源は回転子と連結して羽根車
をポンプ作用室内で回転させる。更に別の構成では、羽
根車はポンプハウジング内に形成された磁気装置によっ
てポンプ作用室内に懸垂される。これらの遠心式ポンプ
の例は、次の米国特許、即ちクレツカほかの米国特許第
3,864,055号、ラファティほかの米国特許第3,647,324
号、及びオルセンほかの米国特許第4,688,998号に示さ
れている。
近年、遠心式ポンプは開心術中に血液を圧送するため
に広範囲に使用されている。血液の圧送は赤血球、又は
血液の他の成分のどれかへ損傷を与えるのを回避するた
めに多くの注意を必要とする。開心術中に心／肺バイパ
ス装置の部分として有用な実際の血液ポンプは、圧送さ
れている血液に損傷を与えることなく圧力によって必要
な流量を送出しなければならない。
多くの従来の遠心式ポンプでは、そして特に血液のよ
うな液体を圧送するための遠心式ポンプでは、駆動軸と
ハウジングとの間の液密シールはポンプの性能の重要な
ファクターである。シールでの摩擦は、もし消散されて
いなければポンプの構成要素と圧送される血液との両方
に損傷を与えることがある熱を発生する。また、羽根車
の回転は軸を取巻く気泡の発生を導くことがある。この
気泡は最小の軸径を求めようとし、それは典型的には駆
動軸シールに近接してある。従来技術のポンプの幾つか
では、駆動軸シールに近接した領域はポンプ作用室内で
の流体流れに関して比較的停滞した又は遅い流れ領域に
なっている。気泡はシールをポンプ作用室内の流体の流
れから絶縁しようとし、このためシール表面で摩擦によ
って発生した熱の消散を低下させる。
血液ポンプが一回だけ使用されることがしばしばあ
る。一回の使用後、血液に接触したポンプの部分は使い
捨てにされるか又はその構成部品は滅菌されるにちがい
ない。最少数の部品からなる遠心式血液ポンプはコスト
を減らすため及び信頼性を改善するために望ましい。
米国特許第4,507,048号、同第4,589,822号、同第4,60
6,698号、同第4,643,641号及び同第4,898,518号は種々
の遠心式血液ポンプを説明している。
遠心式ポンプの追加の例は、米国特許第3,354,833
号、同第3,411,450号、同第3,645,650号、同第3,771,91
0号、同第3,762,839号、同第3,838,947号、同第4,352,6
46号、並びに日本の公告第43（1968）−17206号及びド
イツ公開第1,728,462号及び同第2,048,286号に示されて
いる。日本公告第43−17206号はポンプランナが一群の
駆動マグネットと磁気的に結合された遠心式ポンプを説
明している。ポンプランナはポンプハウジング内に配置
され、且つポンプハウジングの入口近くで支柱によって
支持された枢軸又はスラスト軸受の周りに回転すること
ができる。ポンプランナは駆動マグネットによって駆動
される一群のマグネットを担持する。そのポンプの駆動
マグネットの回転が停止された時、ポンプランナは駆動
及び被駆動マグネットの間の吸引力により底板と接触
し、間隙が枢軸軸受とランナとの間に形成される。
発明が解決しようとする課題 本発明によれば、血液のような生物学的流体を圧送
し、且つ一回の使用後に使い捨てできる改良された遠心
式ポンプ作用ユニットが提供される。
課題を解決するための手段及び作用 一般的に、ポンプ作用ユニットは、ポンプ作用室を中
に囲むポンプハウジングと、ポンプ作用室中に支持され
た軸受と、ポンプ作用室内に配置された羽根車とを備え
る。ポンプハウジングはポンプ作用室と連通する入口及
び出口を有する。羽根車はそのボスにおいて軸受によっ
て支持され、軸受によって画定された中心軸線の周りに
回転することができる。軸受を流体へ露呈するように形
成された複数個の開口が羽根車に設けられる。磁気装置
（例えば少なくとも１つのマグネット）は羽根車によっ
て担持され、且つ羽根車を回転するように磁気駆動装置
と磁気的に結合され、それにより流体をポンプユニット
を通して圧送するようになっている。
１つの好適な実施例では、軸受は例えば充分な熱消散
を生じるように硬質被膜付アルミニウムから作られたボ
ール形状の枢軸軸受である。羽根車はその周囲の周りに
環状磁気リングを担持する。磁気リングは複数個の磁極
を有し、且つ磁力線が実質的に軸受及び中心軸線の方へ
向けられるように配置される。その結果として生じた羽
根車のボス上の不平衡な力はボスから軸受の方へ「下方
の」方向へ中心軸線と概ね平行にあり、それ故中心軸線
の周りの羽根車の回転を安定化する。
遠心式ポンプは好ましくは使い捨て式ポンプ作用ユニ
ットへ取外し可能に連結された磁気駆動装置を含む。磁
気駆動装置は複数個の駆動マグネットを周囲に環状に離
間して有する回転子を含む。駆動マグネットはそれらの
磁力線がポンプ作用室内で羽根車によって担持された磁
気リングの磁力線と整合し且つそれと概ね平行になるよ
うに配置される。駆動マグネットは羽根車によって担持
されたマグネットリングと連絡し、それにより磁気駆動
装置の回転子が回転される時に羽根車をポンプ作用室内
で回転させる。
実施例 第１図〜第４図は本発明の遠心式血液ポンプの１つの
実施例を示す。第５図〜第８図は代替的な実施例を例示
する。
第１図は遠心式血液ポンプ２の斜視図を示す。ポンプ
２はスタンド４（台６、支持腕８及びロックナット10に
よって形成される）上に装着され、且つ使い捨て式ポン
プ作用ユニット12と磁気駆動装置14とを備える。使い捨
て式ポンプ作用ユニット12は磁気駆動装置14へ取外し可
能に連結される。電気コード16は磁気駆動装置14を電力
源（図示せず）へ連結し、それにより電気的励起を磁気
駆動装置14へ与える。ポンプ動作中、血液は入口18を通
って使い捨て式ポンプ作用ユニット12へ入り且つ出口20
を通って外へ圧送される。
第2A図及び第2B図は第１図に示した遠心式ポンプの分
解図である。第2A図は使い捨て式ポンプ作用ユニット12
を磁気駆動手段又は装置14から取外して第１図の遠心式
ポンプを示している。磁気駆動装置14は複数個の周方向
に離間した駆動マグネット24を有する回転子22を含む。
保護板26がマグネット24に近接して配置され且つ磁気駆
動装置14の面によって支持される。保護板26は磁気駆動
装置14の動作を妨げることがある異物及び汚染物から回
転子22を隔絶する。
第2B図に示したように、使い捨て式ポンプ作用ユニッ
ト12はポンプ作用室Ｐ（第４図に示される）を中に囲う
ポンプハウジング（ハウジングキャップ30及びハウジン
グ基部32によって形成される）を備える。ハウジングキ
ャップ30は入口18及び出口20を含み、且つ好ましくはポ
ンプの動作が目視的に監視され得るように透明である。
入口18は中心軸線Ｃと整合され、出口20はハウジングキ
ャップ30の周辺に配置される。環状シール34がハウジン
グキャップ30とハウジング基部32との間に配置され、ポ
ンプ作用室Ｐのための液密シールを提供する。
また、使い捨て式ポンプ作用ユニット12は近位端及び
遠位端を有する固定子36を含む。近位端はハウジング基
部32へ固定され、遠位端はポンプ作用室Ｐへ延在する。
固定子36は中心軸線Ｃを画定し、且つ中心軸線Ｃ近くで
の流体の停滞を減らすように概ね円錐形の形状にされて
いる。固定子36は２つの部分、即ち近位部分38及び遠位
部分40を含む。近位部分38は截頭円錐体として形成さ
れ、ハウジング基部32へ固定されることができ又はそれ
と一体に形成されることができる。遠位部分40は円錐体
に形成され且つ近位部分へ固定される。固定子36は代替
的な実施例では一部片として形成されることができる。
ここで用いられる時、用語「固定子」は羽根車44のよう
な回転する部材がその周りに回転することができる静止
した部材を言う。
軸受42が固定子36の遠位端と一体に形成される。代替
的に、軸受42は別体に形成され、固定子36の遠位端へ固
定されることができる。軸受42はボール形状の枢軸軸受
として図示されているが、多数の在来の軸受の１つが採
用されることができた。軸受42は中心軸線Ｃと概ね整合
される。軸受42は好ましくは硬質被膜付アルミニウムの
ような充分な熱消散特性を有する材料から作られる。ま
た、固定子36の遠位部分40は好ましくは良好な熱消散特
性を有する材料から作られる。熱消散は軸受42とポンプ
作用室Ｐを通して圧送される血液との両方を保護するた
めの軸受42の近くで非常に重要である。
回転子又は羽根車44はポンプ作用室内に配置され且つ
中心軸線Ｃの周りに回転可能に軸受42で支持される。こ
の実施例では、羽根車44は概ね円錐形の形状を有するよ
うに形成される。羽根車44は軸受42と係合可能に中心軸
線Ｃと整合されたボス46を有する。羽根車44は、長い羽
根48と、短い羽根50と、円形フランジ52とを含む。長い
羽根48はそれらの内方端において羽根車のボス46へ取付
けられる。フランジ52は長い羽根48へ取付けられ且つそ
れによって支持される。短い羽根50はフランジ52によっ
て支持される。第2A図及び第2B図に示した特別の実施例
では、長い羽根48及び短い羽根50は羽根車44の周囲の周
りに交互に離間している。大きい直径の羽根車はポンプ
作用効率を得るためにより多くの羽根を必要とする。フ
ランジ52によって支持された短い羽根50の使用によっ
て、羽根車44はポンプ作用効率を得ると同時に、長い羽
根48だけがボス46に取付けられているので小さいボス直
径を保持する。第2B図に示したように、流体が固定子36
の遠位端40及び軸受42の上を流れることを可能にすると
信じられる開口が隣接する長い羽根48の間に形成され
る。羽根車44はフランジ52の上又はその中に磁気装置59
（第４図に示される）を担持し、それにより磁気装置は
軸受42から軸線方向へ変位されている。
磁気駆動装置14は羽根車44をポンプ作用室Ｐ内で羽根
車44を回転させるように羽根車44のフランジ52によって
担持された磁気装置59と連絡する駆動マグネット24を含
む。羽根車44によって担持された磁気装置59と回転子22
によって担持された駆動マグネット24とは遠心式血液ポ
ンプ２の所望の動作を達成するために充分な吸引力強さ
を有しなければならない。駆動マグネット24が羽根車44
によって担持された磁気装置59よりも強力であることは
好ましく、それによりより安価なマグネットが使い捨て
式ポンプ作用ユニット12内に使用されることができる。
第３図は第１図、第2A図及び第2B図に示した使い捨て
式ポンプ作用ユニット12の平面図である。透明なハウジ
ングキャップ30が図示されており、入口18は中心軸線Ｃ
に沿って配置され且つ出口20は周辺に配置されている。
流体をポンプ作用室56から供給先へ伝達するための管が
出口20においてハウジングキャップ30へ嵌合されること
ができる。羽根車44は長い羽根48、短い羽根50及びフラ
ンジ52を有して図示されている。
第４図は第１図、第2A図及び第2B図に示した遠心式ポ
ンプ２の横断面図である。遠心式ポンプ２は使い捨て式
ポンプ作用ユニット12と磁気駆動装置14とを備える。使
い捨て式ポンプ作用ユニット12はハウジングキャップ30
（入口18を有する）と、ハウジング基部32と、環状シー
ル34と、固定子36と、ねじ58と、羽根車44とを含む。固
定子36は近位部分38と遠位部分40とを備え、これらはね
じ58によって一緒に固定される。この実施例では、近位
部分38はハウジング基部32と一体に形成される。軸受42
は固定子36の遠位端と一体に形成され、且つ羽根車44の
ボス46を支持する。羽根車44は磁気装置59をフランジ52
上に担持して図示されている。磁気装置59は好ましくは
複数個の磁極（図示せず）を有する磁気リングであり且
つ商業的に入手可能である。代替的に、複数個の周方向
に離間したマグネットがフランジ52によって担持される
ことができる。磁気駆動装置14は保護板26と、回転子22
上に担持された駆動マグネット24とを備える。
また、第４図は、羽根車44によって担持された磁気装
置59と、回転子22によって担持された駆動マグネット24
との間の位置的関係を示す。磁気装置59の磁力線Ｆは実
質的に軸受42及び中心軸線Ｃの方へ方向付けられる。駆
動マグネット24は、それらの磁力線Ｆが羽根車44によっ
て担持された磁気装置59によって発生された磁力線Ｆと
概ね整合し且つそれと平行になるように配置される。そ
の結果として生じた羽根車44上の不平衡力は中心軸線Ｃ
と概ね整合し且つ羽根車のボス46から軸受42の方への方
向にある。このマグネットの配向によって、平衡にされ
た力は中心軸線Ｃの周りの羽根車44の回転を安定化し且
つ羽根車44を軸受42に対して保持する。
第５図は第４図に示したよりも低い輪郭を有する使い
捨て式ポンプ作用ユニット60の代替的な実施例を示す。
この実施例はポンプハウジング62と、入口66を有するハ
ウジングキャップ64と、ハウジング基部68と、ポンプ作
用室70と、羽根車72と、固定子74とを含む。ハウジング
62の出口は第５図に図示されていないが、第１図に示し
た出口20と同様に配置される。第５図は低い輪郭のポン
プ作用ユニットを示すのみならず、第４図に示した固定
子36の代替的な構成としての固定子74をも示す。固定子
74は固定子基部76（ハウジング基部68と一体に形成され
ている）とスピンドル78とを備え、それらは概ね固定子
36の軸受42及び遠位部分40の代わりになる。スピンドル
78は第１及び第２の対向端78A及び78Bを有する。第１の
端78Aは固定子74の固定子基部76へ固定され、第２の端7
8Bはポンプ作用室70中へ延在し且つ軸受として使用し得
るように丸くされている（78Bにおいて）。
第５図の羽根車72は第４図で説明した羽根車44と同様
であるが、それはより低い輪郭を有する。羽根車72は羽
根車の羽根面積を犠牲にすることなくより低い輪郭に適
合するように異なるボス構造80を有する。ボス80は好ま
しくは硬質被膜付アルミニウム又は同様な熱消散材料か
ら作られる。羽根車72はそのフランジ84上に磁気装置82
を担持し、それにより磁力線Ｆがスピンドル78の第２の
端78B及び中心軸線Ｃの方へ概ね方向付けられるように
し、それにより羽根車72の回転は中心軸線Ｃの周りに安
定化される。より低い輪郭のポンプ作用ユニット60はポ
ンプ効率を維持しながらポンプ作用室70の容積を減ら
す。これは動作開始前にポンプを呼び水動作するのに必
要な血液の量を減らす。
第６図の別のより低い輪郭の使い捨て式ポンプ作用ユ
ニットの実施例86を示す。ポンプ作用ユニット86は固定
子88と、羽根車90と、ポンプハウジング92とを備える。
ポンプハウジング92はハウジングキャップ94とハウジン
グ基部96とを含む。ボール形状にされた枢軸軸受98は第
５図のスピンドルの代わりに使用される。第５図のハウ
ジング基部68及び固定子74はハウジング96及び固定子88
で置換えられている。固定子88は第４図に示した固定子
36と同様な構成を有するが、より低い輪郭を有する。固
定子88は遠位部分100と、近位部分102と、ねじ104とを
備える。固定子88は中心軸線Ｃを画定する。羽根車90は
第５図に例示した羽根車72と同様であり、ボス106と、
フランジ108と、磁気装置110とを含む。磁気装置110は
磁力線Ｆを発生する。この実施例では、ボール形状にさ
れた枢軸軸受98は固定子88の遠位部分100と一体に形成
され、遠位部分100及び軸受98は好ましくは硬質被膜付
アルミニウム又は同様の熱消散材料で作られる。
第６図のポンプ作用ユニット86は第７図の部分断面図
の代替的な軸受構造を有して図示されている。凸面軸受
112は羽根車116のボス114と一体に形成される。凸面軸
受112は中心軸線Ｃの周りに回転可能に固定子118の遠位
部分119の凹面軸受表面117上に乗っている。遠位部分11
6はねじ122によって近位部分120へ固定される。また、
凸面軸受112は別個の要素として形成され且つ羽根車の
ボス（図示せず）へ固定されることができる。
第８図は代替的な羽根車構造126を有する使い捨て式
ポンプ作用ユニット124の代替的な実施例を示す。ポン
プ作用ユニット124はポンプハウジング128と、ハウジン
グキャップ130と、ハウジング基部132と、入口134と、
ハウジング128の周辺に配置された出口（図示せず）
と、固定子136と、羽根車126とを含む。固定子136は第
４図の固定子36と同様であり、近位部分140と、遠位部
分142と、ねじ144とを備える。羽根車126は複数個の支
柱150によって一緒に固定された第１及び第２の同心状
の回転子円錐体146及び148を備える。第１の回転子円錐
体146は軸受152によって支持され、中心軸線Ｃの周りで
の第１及び第２の回転子円錐体146及び148を回転を可能
にする。第１及び第２の円錐体146及び148のそれぞれは
入口134を通ってポンプ作用室154へ入る流体が軸受152
を潤滑することによって熱消散を増すことを可能にする
開口を中心軸線Ｃにおいて有する。また、この流体流れ
経路は固定子136の壁近くでの流体の停滞を制限する。
第１の回転子円錐体146はその周囲の周りに磁気装置158
を担持し且つ磁力線Ｆが実質的に軸受152及び中心軸線
Ｃの方へ方向付けられるように配向されている。
発明の効果 本発明は使い捨て処理又は滅菌を必要とする最小数の
部品を有する遠心式血液ポンプを提供する。従来の遠心
式血液ポンプの駆動軸シールは排除されており、それは
本発明のポンプの信頼性を増す。信頼性は、第４図に示
したように軸受を入口近くに配置することによって、ま
た血液流を軸受に沿って方向付ける開口を羽根車を通し
て設けることによって更に増大される。これは軸受近く
で血液流を増加し、それにより軸受での及び軸受近くの
血液での熱の蓄積を減らす。それ故、圧送される血液へ
の熱による損傷は減らされる。
その極度に単純化された設計に加えて使い捨て式ポン
プ作用ユニットの減った部品総数は従来の遠心式血液ポ
ンプに関して遠心式血液ポンプの相対的コストを低減す
る。
本発明は好適な実施例と関連して説明されたが、当技
術者は形及び細部の変更が本発明の精神及び範囲から逸
脱せずになし得ることを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の遠心式血液ポンプの斜視図であり、第
2A図は第１図のポンプの分解図であって、使い捨て式ポ
ンプ作用ユニットを磁気駆動装置から取外して示し、第
2B図は第１図及び第2A図の遠心式血液ポンプの分解図で
あり、第３図は磁気駆動装置から取外した第１図、第2A
図及び第2B図のポンプ作用ユニットの平面図であり、第
４図は第３図の線４−４に沿ったポンプの横断面図であ
って、第１図、第2A図及び第2B図の磁気駆動装置を含ん
でおり、第５図は第４図と同様な図であって、低い輪郭
及び代替的な固定子構成を有する代替的な実施例の図で
あり、第６図は第４図に示したものと同様な低い輪郭及
び固定子構成を有する代替的な実施例の横断面図であ
り、第７図は代替的な軸受構造の破断詳細図であり、第
８図は代替的な羽根車構造を有する実施例の部分断面図
である。 ２……遠心式血液ポンプ、12、60、86、124……使い捨
て式ポンプユニット、14……磁気駆動装置、18、66、13
4……入口、20……出口、22……回転子、24……駆動マ
グネット、30……ハウジングキャップ、32……ハウジン
グ基部、36、74、88、136……固定子、38、102、140…
…近位部分、40、100、142……遠位部分、42、98、152
……軸受、44、72、90、126……羽根車、46、80、106…
…ボス、48……羽根、59、82、110、158……磁気装置、
62、92、128……ポンプハウジング、70、Ｐ……ポンプ
作用室、76……固定子基部、78……スピンドル、78A、7
8B……スピンドル端、146、148……回転子円錐体、15
8、Ｃ……中心軸線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−198556（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−121035（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61M 1/10 535 A61M 1/10 530 F04D 7/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】血液を圧送するために磁気駆動装置（14）
    上に取外し可能に装着されるようになっている使い捨て
    式ポンプ作用ユニット（12,60,86,124）において、該ポ
    ンプ作用ユニット（12,60,86,124）が、 ポンプ作用室（P,70）を中に有し、かつ該ポンプ作用室
    （P,70）に連通する入口（18,66,134）および出口（2
    0）を有するポンプハウジング（30および32,62,92,12
    8）、 前記ポンプ作用室（P,70）内に支持された軸受（42,78
    B,98,152）、 前記ポンプ作用室（P,70）内に配置された羽根車（44,7
    2,90,126）であって、中心軸線（Ｃ）の回りに回転する
    ように軸受（42,78B,98,152）で回転可能に支持された
    ボス（46,80,106）を有する羽根車（42,78B,98,152）、
    および 前記ポンプ作用室（P,70）の内部に配置された羽根車
    （44,72,90,126）によって担持された磁気装置（59,82,
    110,158）であって、前記磁気駆動装置（14）と磁気的
    に連結されて羽根車（44,72,90,126）を回転させかつそ
    れにより流体をポンプ作用ユニット（12,60,86,124）を
    通して圧送するようになっている磁気装置（59,82,110,
    158）、を包含し、 前記羽根車が前記軸受（42,78B,98,152）に沿って血液
    流を向けるよう構成された複数個の開口を有することを
    特徴とする使い捨て式ポンプ作用ユニット。
  2. 【請求項２】請求の範囲第１項に記載のポンプ作用ユニ
    ット（12,60,86,124）において、前記軸受（42,78B,98,
    152）が入って来る流体を軸受（42,78B,98,152）の上で
    流すために入口（18,66,134）に近接して支持され、前
    記軸受（42,78B,98,152）および入口（18,66,134）が羽
    根車（44,72,90,126）の回転軸線（Ｃ）に沿って整合さ
    れ、前記軸受（42,78B,98,152）から前記入口（18,66,1
    34）の方へ中心軸線（Ｃ）に沿う方向が上流方向を構成
    し、前記磁気装置（59,82,110,158）が前記軸受（42,78
    B,98,152）においてまたはその上流において羽根車（4
    4,72,90,126）の回転軸線（Ｃ）と交差する磁力線
    （Ｆ）を生じることを特徴とする使い捨て式ポンプ作用
    ユニット。
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