JP3305397B2 - 血液ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は人工心臓、人工心肺等に
供する血液ポンプに関し、特にハウジング内の容積を変
化させることによって血液を送り出す容積型の血液ポン
プに係る。

【０００２】

【従来の技術】血液ポンプとしては、ローラポンプ、あ
るいはサック型、ダイヤフラム型、プッシャープレート
型といった人工弁を備えたポンプ等、容積を移動させる
ことによってポンプ作用を行なう容積型の血液ポンプ、
及び血液を回転させて遠心力によってポンプ作用を行な
う遠心血液ポンプ等の非容積型の血液ポンプが知られて
いる。後者の遠心血液ポンプとしては、例えば特開平３
−７３１６３号公報に記載のように、円板を歳差運動さ
せるものも提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、ローラポン
プは弾性の管をローラによって順次しごいて血液を送り
出すようにしているので、管の耐久性の関係で長期使用
に適さない。また、このポンプによって得られる血液流
は連続した定常流である。これに対し、人工弁を備えた
容積型の血液ポンプによれば拍動流が得られるが、エネ
ルギー変換効率が低く、弁の周辺に血栓が形成され易
い。また弁の価格が高いのでポンプ単体の価格が高くな
る。一方、遠心ポンプは、ハウジング内のロータを血液
と接触させて回転させることにより血液に遠心力を与え
て送り出すものであるので、小型で比較的安価となる
が、後負荷圧の影響を受け易く、回転軸回りのシール部
分で血栓を生じ易い。また、血液の流量を検出すること
が困難である。上記特開平３−７３１６３号公報に記載
の血液ポンプも血液に遠心力を与えて送り出す遠心血液
ポンプであり、流入口と流出口が連通しているので、後
負荷圧による影響を受け易く、また血液の流量を検出す
ることが困難である。しかも、このポンプによって得ら
れる血液流も定常流であり、拍動流が得られない。

【０００４】そこで、本発明は、エネルギー変換効率に
優れ、抗血栓性が高く、小型且つ安価な容積型の血液ポ
ンプ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】上記の目的を達成するた
め、本発明の血液ポンプは、回転軸部及び該回転軸部に
対して一定の傾角をなす対称軸部を有する駆動軸と、該
駆動軸の対称軸部に回動自在に支持し当該駆動軸の回転
軸部を中心に歳差運動を行なう円板状の可動部材と、前
記駆動軸の回転軸部を回動自在に支持し、前記可動部材
の前記駆動軸回りの歳差運動範囲を囲繞するポンプ室を
郭成すると共に、該ポンプ室に連通する流入口及び流出
口を開口して成るハウジングと、該ハウジングと前記可
動部材を連結する歯車機構と、前記ハウジングの内側面
から前記駆動軸に向かって前記流入口と前記流出口を区
画する区画手段とを備えたものである。

【０００６】前記歯車機構は、前記ハウジングの前記駆
動軸回りに固定した第１の傘歯車と、該第１の傘歯車に
噛合し前記可動部材の前記駆動軸回りに固定した第２の
傘歯車によって構成することができる。

【０００７】また、前記区画手段を、前記ハウジングの
内側面から前記駆動軸に向かって延出する隔壁によって
構成し、該隔壁に嵌合するように前記可動部材の外周側
から前記駆動軸に向かって前記可動部材の半径方向に切
欠を形成し、前記隔壁を介して一方側の前記ハウジング
の側面に前記流入口を形成すると共に、他方側の前記ハ
ウジングの側面に前記流出口を形成するとよい。

【０００８】

【作用】上記の構成になる血液ポンプにおいて、駆動軸
は、回転軸部及び、この回転軸部に対して一定の傾角を
なす対称軸部を有し、対称軸部に可動部材が回動自在に
支持されると共に、回転軸部でハウジングに回動自在に
支持されているので、駆動軸が回転すると、ポンプ室内
の可動部材に対し回転軸部を中心とする歳差運動が行な
われる。この場合において、可動部材は対称軸部に回動
自在に支持されているが、可動部材は歯車機構を介して
ハウジングに連結されているので、駆動軸に対して相対
的に回転するのみで、ハウジングに対して回転すること
はなく、ポンプ室内面との間で線状の微小間隙を以て近
接し、この線状近接部を駆動軸の回転方向に移動させな
がら円滑に揺動する。一方、例えば可動部材に切欠を形
成すると共に、この切欠に嵌合する隔壁をハウジングに
形成した区画手段が構成されているので、流入口と流出
口が区画手段によって区画され、この区画手段及び上記
線状近接部によって可動部材とポンプ室内面との間の空
間が区画される。而して、この空間に流入口を介して血
液が流入し、可動部材の歳差運動に伴う上記線状近接部
の移動により確実に流出口から送り出される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１及び図２に示すように、血液ポン
プ１のハウジングはケース２と蓋体３から成り、両者に
よりポンプ室４が郭成されている。ケース２の底面２ａ
は、後述する可動部材８の運動範囲を囲繞し得るよう
に、円錐台形状に形成されると共に、内側面２ｄは凹曲
面に形成されている。底面２ａの中央部には凹部２ｂが
形成され、この凹部２ｂの中心に孔２ｃが穿設されてい
る。また、ケース２の内側面２ｄからポンプ室４の中心
に向かって延出すると共に、底面２ａから立上るように
隔壁２ｅが形成されている。更に、隔壁２ｅの両側で内
側面２ｄに開口する流入口５及び流出口６が形成されて
いる。

【００１０】ポンプ室４を郭成する蓋体３の内面３ａ
は、ケース２の底面２ａと略同一形状に形成されてい
る。即ち、内面３ａは円錐台形状に形成されており、中
央部には凹部３ｂが形成され、この中心に孔３ｃが穿設
されている。ケース２の隔壁２ｅの頂面は蓋体３の内面
３ａに密着するように形成されており、ケース２の開口
端に蓋体３が接合されると、ポンプ室４が郭成される。

【００１１】上記ケース２及び蓋体３の孔２ｃ及び３ｃ
には夫々軸受１２及び１３が嵌着され、これらの軸受１
２，１３を介して駆動軸７が回動自在に支持される。駆
動軸７は、モータＭに連結される回転軸部７ａと、この
回転軸部７ａに対して一定の傾角αをなすように回転軸
部７ａの中間に形成された対称軸部７ｂを有する。対称
軸部７ｂには、軸受１１及び傘歯車２２を介して可動部
材８が支持されている。この可動部材８は円板状で、そ
の外周から中心に向かって隔壁２ｅと嵌合する切欠８ａ
が形成されており、その板面が対称軸部７ｂの軸に対し
直交するように支持されている。従って、可動部材８の
板面は回転軸部７ａの軸に対し傾角αをなしている。傘
歯車２２は環状で、その内側面が軸受１１の外輪に嵌着
されると共に、その外側面が可動部材８に接合される。
尚、可動部材８を軸受１１の外輪に直接嵌着することと
し、傘歯車２２を可動部材８の板面に接合することとし
てもよい。

【００１２】一方、ケース２の凹部２ｂに冠歯車２１が
収容され、その歯部が蓋体３方向に向くように配設され
凹部２ｂの底面に固着されている。尚、冠歯車は、周知
のように傘歯車のピッチ円錐角が９０°の歯車で、クラ
ウンギヤとも呼ばれている。本実施例では、冠歯車２１
の中心に駆動軸７が挿通する開口が形成され、傘歯車２
２と噛合するように配設されている。而して、これら冠
歯車２１と傘歯車２２によって歯車機構２０が構成さ
れ、この歯車機構２０を介してハウジングたるケース２
と可動部材８の中心部が連結されている。

【００１３】尚、上記の歯車機構２０に替え、図３に示
すように二つの冠歯車２１，２３で構成した歯車機構を
用いることとしてもよい。即ち、可動部材８に設ける歯
車も冠歯車２３としたものである。図３においても回転
軸部７ａと対称軸部７ｂとが一定の傾角αをなしており
（図３の一点鎖線は両者の中心軸を示す）、駆動軸７の
回転に伴い冠歯車２３が冠歯車２１に順次噛合するよう
に構成される。

【００１４】更に、筒状のシール膜９ａの一端が可動部
材８の中央部の傘歯車２２の周縁部に接合されると共
に、他端がケース２の凹部２ｂの周縁部に接合され、こ
れにより駆動軸７及び歯車機構２０が囲繞されポンプ室
４から遮蔽される。同様に、筒状のシール膜９ｂが傘歯
車２２の周縁部と蓋体３の凹部３ｂの周縁部との間に接
合され、駆動軸７及び軸受１１，１３部分もポンプ室４
から遮蔽される。

【００１５】而して、可動部材８は、常にその両面の径
方向の一部がポンプ室４の内面即ちケース２の底面２ａ
及び蓋体３の内面３ａの母線に近接し、図１に明らかな
ように線状の微小間隙（以下、線状近接部ＣＰという）
を残すのみとなっている。このため、可動部材８の上方
及び下方の空間は、何れも隔壁２ｅで区画されると共に
上記の線状近接部ＣＰで区画され、各々の区画された空
間が夫々流入口５及び流出口６に連通することとなる。
尚、可動部材８が底面２ａ及び内面３ａに摺接するよう
に構成してもよい。また、可動部材８に切欠８ａを設け
ることなく、区画手段として、隔壁２ｅに替えて、可動
部材８とケース２との間にベローズ（図示せず）を設け
ることとしてもよい。

【００１６】上記のように容積型の血液ポンプとして構
成された血液ポンプ１は、例えば図４に示すような人工
心肺システムに供される。即ち、コントローラＣの制御
に応じてモータＭにより血液ポンプ１の駆動軸７が回転
駆動され、生体Ｈの大静脈から人工肺Ｌを介して流入口
５そしてポンプ室４内に血液が導入され、流出口６から
生体Ｈの大動脈に送り出されるというシステムである。
血液ポンプ１においては、図５乃至図１２に示すように
ポンプ作用が行なわれる。

【００１７】以下、血液ポンプ１の作動を図１及び図２
並びに図５乃至図１２を参照して説明する。先ず、モー
タＭにより駆動軸７が回転駆動されると、回転軸部７ａ
は軸受１２，１３によって図１の鉛直方向に支持されて
いるので、鉛直軸を中心に回転運動をするが、鉛直軸に
対して傾角αをなす対称軸部７ｂは首振運動をする。一
方、可動部材８は対称軸部７ｂに回動自在に支持されて
おり、また可動部材８に固定された傘歯車２２が冠歯車
２１に噛合しているが、この冠歯車２１はケース２に固
定されているので、可動部材８のケース２に対する回転
運動が阻止される。このため、対称軸部７ｂの首振運動
に伴い可動部材８は図１の上下方向に揺動する。而し
て、対称軸部７ｂ回りを相対的に回転する可動部材８
が、鉛直軸（回転軸部７ａの軸）の回りを歳差運動する
ことになる。

【００１８】上記の可動部材８の歳差運動に伴い、可動
部材８とポンプ室４の内面との間の線状近接部ＣＰが駆
動軸７の回転方向に移動する。従って、隔壁２ｅ及び線
状近接部ＣＰによって区画された可動部材８とポンプ室
４の内面との間の空間に対し、流入口５を介して血液が
流入し、駆動軸７の回転に応じて線状近接部ＣＰが移動
するに伴い、ポンプ室４内の血液は流出口６方向に移動
する。図５は図１及び図２の状態を示し、可動部材８の
端部が流入口５の下方に位置しており、線状近接部ＣＰ
が隔壁２ｅ近傍に位置しているので（図５では隔壁２ｅ
に重合するように示した）、図中、点描で示した血液Ｂ
はポンプ室４内に流入する。図５の位置から駆動軸７が
反時計方向に９０°回転すると、図１の可動部材８の左
側端部が図１の手前中央に移動し、従って線状近接部Ｃ
Ｐが図５の下方に移動し、図６に示すように血液Ｂがポ
ンプ室４の右方に移動する。このようにして駆動軸７が
一回転すると、図９に示すようにポンプ室４内の可動部
材８の上方空間に血液Ｂが充填される。そして、更に駆
動軸７が反時計方向に回転駆動されると、血液Ｂは図１
０乃至図１２に示すように流出口６から送り出され図５
の位置に戻る。

【００１９】尚、以上の説明は、ポンプ室４内の可動部
材８の上方の空間に関するものであるが、可動部材８の
下方の空間についても同様に行なわれる。即ち、可動部
材８が図９の位置にあるときに流入口５から血液Ｂの流
入が開始し、図１の位置で血液Ｂが下方の空間内に充填
され、図６乃至図９で送り出される。このようにして上
方及び下方の空間から送り出される血液が流出口６で合
流し、連続した定常流となり、良好なエネルギー変換効
率が得られる。このとき血液ポンプ１から送り出される
血液の流量は、駆動軸７の回転数との相関が高く、駆動
軸７の回転数から血液の流量を検出することができる。
従って、遠心血液ポンプ等において別途設置される流量
計を設ける必要はない。そして、駆動軸７を断続的に駆
動することにより、容易に拍動流を得ることができる。

【００２０】以上のように、可動部材８は歯車機構２０
を介してケース２に連結されているので、可動部材８が
駆動軸７の回りを回動することはなく、円滑な歳差運動
が行なわれる。即ち、駆動軸７の対称軸部７ｂに対する
相対回転に伴い、仮に可動部材８に回転力が加わって
も、歯車機構２０を介してケース２で吸収されるので、
可動部材８の切欠８ａの端面が隔壁２ｅに接触すること
はない。しかも、駆動軸７の回転部分はシール膜９ａ，
９ｂによってポンプ室４から遮蔽されており、これらの
シール膜９ａ，９ｂに対しては図１の上下方向の撓みが
生ずるだけであるので、安定したシール機能を確保する
ことができる。

【００２１】本実施例においては流入口５と流出口６が
直接連通することがないので、後負荷圧によって出力変
動が生ずるといったことはなく、人工弁も必要とせず、
安価な容積型の血液ポンプを構成することができる。ま
た、血栓の形成要因の一つである人工弁を必要としない
というだけでなく、ポンプ室４内で可動部材８が回転す
ることはなく、しかもシール膜９ａ，９ｂによって駆動
軸７をポンプ室４から完全に遮蔽することができるの
で、抗血栓性に優れる。更に、可動部材８の駆動軸７に
対する支持構造並びにこれらのケース２及び蓋体３に対
する支持構造が、前述のように構成されており、駆動軸
７を回転することによって可動部材８の歳差運動が得ら
れるので、血液ポンプを小型に形成することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で以下に記載の効果を奏する。即ち、本発明において
は、簡単な構造で容積型の血液ポンプが構成され、駆動
軸の回転軸部に対して一定の傾角をなす対称軸部に、可
動部材が回動自在に支持されると共に、ハウジングと可
動部材が歯車機構を介して連結されており、可動部材は
回転することなくポンプ室内で回転軸部を中心に円滑な
歳差運動が行なわれるので、エネルギー変換効率に優
れ、抗血栓性が高く、小型且つ安価に形成することがで
きる。そして、定常流のみならず拍動流も容易に得るこ
とができる。

【００２３】また、可動部材に切欠を形成すると共に、
この切欠に嵌合する隔壁によって区画手段を構成したも
のにあっては、耐久性に優れ、良好な組付性が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の血液ポンプの一実施例の断面図であ
る。

【図２】本発明の血液ポンプの一実施例において、蓋体
を外した状態を示す平面図である。

【図３】本発明の血液ポンプの歯車機構の他の実施例を
示す斜視図である。

【図４】本発明の血液ポンプを人工心肺システムに適用
した実施例を示す構成図である。

【図５】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式的
に示す平面図である。

【図６】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式的
に示す平面図である。

【図７】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式的
に示す平面図である。

【図８】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式的
に示す平面図である。

【図９】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式的
に示す平面図である。

【図１０】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式
的に示す平面図である。

【図１１】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式
的に示す平面図である。

【図１２】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式
的に示す平面図である。

【符号の説明】

１ 血液ポンプ ２ ケース（ハウジング）， ２ｅ 隔壁（区画手段） ３ 蓋体（ハウジング）， ４ ポンプ室 ５ 流入口， ６ 流出口 ７ 駆動軸， ７ａ 回転軸部， ７ｂ 対称軸部 ８ 可動部材， ９ａ，９ｂ シール膜 １１〜１３ 軸受 ２０ 歯車機構 ２１ 冠歯車（第１の傘歯車） ２２ 傘歯車（第２の傘歯車）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 裕輔 東京都文京区目白台１丁目23番地７号 (56)参考文献 特開 平４−231065（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−28967（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−35288（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−139391（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−173338（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭58−501264（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61M 1/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸部及び該回転軸部に対して一定の
   傾角をなす対称軸部を有する駆動軸と、該駆動軸の対称
   軸部に回動自在に支持し当該駆動軸の回転軸部を中心に
   歳差運動を行なう円板状の可動部材と、前記駆動軸の回
   転軸部を回動自在に支持し、前記可動部材の前記駆動軸
   回りの歳差運動範囲を囲繞するポンプ室を郭成すると共
   に、該ポンプ室に連通する流入口及び流出口を開口して
   成るハウジングと、該ハウジングと前記可動部材を連結
   する歯車機構と、前記ハウジングの内側面から前記駆動
   軸に向かって前記流入口と前記流出口を区画する区画手
   段とを備えたことを特徴とする血液ポンプ。
2. 【請求項２】 前記歯車機構が、前記ハウジングの前記
   駆動軸回りに固定した第１の傘歯車と、該第１の傘歯車
   に噛合し前記可動部材の前記駆動軸回りに固定した第２
   の傘歯車から成ることを特徴とする請求項１記載の血液
   ポンプ。
3. 【請求項３】 前記区画手段が、前記ハウジングの内側
   面から前記駆動軸に向かって延出する隔壁から成り、該
   隔壁に嵌合するように前記可動部材の外周側から前記駆
   動軸に向かって前記可動部材の半径方向に切欠を形成
   し、前記隔壁を介して一方側の前記ハウジングの側面に
   前記流入口を形成すると共に、他方側の前記ハウジング
   の側面に前記流出口を形成したことを特徴とする請求項
   １記載の血液ポンプ。