JP6134702B2

JP6134702B2 - 遠心ポンプおよび遠心ポンプの製造方法

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Publication number: JP6134702B2
Application number: JP2014506171A
Authority: JP
Inventors: 翔太郎田中; 晃子熊野
Original assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2017-05-24
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Description

本発明は、遠心ポンプおよび遠心ポンプの製造方法に関する。

従来、血液を搬送する血液ポンプとしては、遠心力によって血液を送り出すターボ型のポンプがあり、中空のハウジングと、ハウジング内に回転可能に収納されたインペラと、インペラの回転中心となる回転軸とを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の血液ポンプでは、ハウジング、インペラ、回転軸がそれぞれ別部材で構成されており、これらを組み立てて、当該血液ポンプを製造していた。その製造順番としては、まず、インペラに回転軸と磁石とを挿入して組み立て、次に、この組立状態のものをハウジングに収納して組み立てる。

しかしながら、特許文献１に記載の血液ポンプでは、回転軸をインペラに挿入して組み立てる構造となっているため、その構造上、回転軸とインペラとの間にわずかな（微小な）隙間が生じてしまう。そして、この血液ポンプの使用中、回転軸とインペラとの間の前記隙間には、毛管現象または圧力差により血液が侵入してしまい、当該血液が固まったり、溶血したりする等の問題があった。

米国特許第５５７５６３０号明細書

本発明の目的は、遠心力付与部材と軸部材との間に血液が侵入するのが確実に防止される遠心ポンプ、および、かかる遠心ポンプを製造する方法を提供することにある。

本発明によれば、軸部材と遠心力付与部材とが一体的に形成されている。これにより、遠心力付与部材と軸部材との間、すなわち、遠心力付与部材と軸部材との境界部に隙間が生じるのが防止される。そして、血液流入口を介してハウジング内に流入した血液が前記境界部に侵入するのが防止され、よって、遠心ポンプの使用中に、前記境界部で血液が固まったり、溶血したりするのを防止することができる。

図１は、本発明の遠心ポンプ（第１実施形態）を製造する方法を順に示す縦断面図である。図２は、本発明の遠心ポンプ（第１実施形態）を製造する方法を順に示す縦断面図である。図３は、本発明の遠心ポンプ（第１実施形態）を製造する方法を順に示す縦断面図である。図４は、本発明の遠心ポンプ（第１実施形態）を製造する方法を順に示す縦断面図である。図５は、本発明の遠心ポンプ（第１実施形態）を製造する方法を順に示す縦断面図である。図６は、本発明の遠心ポンプ（第１実施形態）を製造する方法を順に示す縦断面図である。図７は、本発明の遠心ポンプ（第１実施形態）を製造する方法を順に示す縦断面図である。図８は、図３に示す状態の斜視図である。図９は、図４に示す状態の斜視図である。図１０は、図６に示す状態の斜視図である。図１１は、本発明の遠心ポンプの第２実施形態を示す縦断面図である。

以下、本発明の遠心ポンプおよび遠心ポンプの製造方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１〜図７は、それぞれ、本発明の遠心ポンプ（第１実施形態）を製造する方法を順に示す縦断面図、図８は、図３に示す状態の斜視図、図９は、図４に示す状態の斜視図、図１０は、図６に示す状態の斜視図である。なお、以下では、説明の都合上、図１〜図１０中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。

図７に示す遠心ポンプ１は、中空体で構成されたハウジング２と、ハウジング２内に回転可能に収納された回転体３と、回転体３をハウジング２に対し回転可能に支持する支持機構４とを備えている。以下、各部の構成について説明する。

ハウジング２は、その全体形状が偏平な円筒状をなし、上側部材２７と下側部材２８とで構成されている。上側部材２７は、天板２１と、天板２１の縁部にその周方向に沿って円環状に形成された側壁２３とを有している。下側部材２８は、底板２２と、天板２１の縁部近傍にその周方向に沿って円環状に形成されたリブ２９とを有している。上側部材２７と下側部材２８とは、側壁２３にその外側からリブ２９が液密に嵌合することにより組み立てられている。そして、天板２１と底板２２と側壁２３とで囲まれた偏平な空間がポンプ室２４となる。

また、ハウジング２は、血液Ｑが流入する血液流入口２５と、血液Ｑが流出する血液流出口２６とを有している。血液流入口２５と血液流出口２６とは、それぞれ、ポンプ室２４に連通している。そして、血液流入口２５から流入した血液Ｑは、ポンプ室２４を介して、血液流出口２６から流出することができる。

血液流入口２５は、上側部材２７の天板２１の中心部に管状に突出形成されている。この血液流入口２５には、例えば血液回路を構成するチューブを接続することができる。

血液流出口２６は、側壁２３の外周面２３１に管状に突出形成されている。この血液流出口２６は、側壁２３の外周面２３１の接線方向に向かって突出している。

ハウジング２のポンプ室２４内には、円盤状をなす回転体３が同心的に配置されている。この回転体３は、回転することにより、血液Ｑに遠心力を付与する遠心力付与部材である。

回転体３は、カバー部材３５と、カバー部材３５に収納された内側部材３６と、内側部材３６とともに、カバー部材３５に収納される磁石３４とを有している。

カバー部材３５は、内側部材３６および磁石３４を一括して収納可能な中空部３５１を有する円盤状の中空体で構成されている。

図１０に示すように、カバー部材３５は、血液Ｑが通過する複数本（本実施形態では６本）の血液流路３１を有している。これらの血液流路３１は、カバー部材３５の中心から放射状に形成されている。また、各血液流路３１のカバー部材３５の中心側の部分同士は、互いに合流（交差）しており、カバー部材３５の上面３２に開口している。一方、血液流路３１の、カバー部材３５の中心側と反対側の部分は、それぞれ、カバー部材３５の外周面３３に開口している。また、カバー部材３５の外周面３３とハウジング２の側壁２３の内周面２３２との間には、間隙２４１が形成されている（図７参照）。

そして、このようなカバー部材３５が図１０の時計回りに回転すると、血液流入口２５から流入した血液Ｑは、各血液流路３１にそのカバー部材３５の中心側の部分から入り込み、遠心力を受けて、血液流路３１を流下する。この流下した血液Ｑは、間隙２４１内に流出する。その後、血液Ｑは、間隙２４１内で前記時計回りの回転力を受けて、血液流出口２６に至ると、当該血液流出口２６から排出されることとなる。

カバー部材３５の中空部３５１には、内側部材３６が配置されている。図８、図９に示すように、内側部材３６は、円盤状をなす基部３６１と、基部３６１の上側に複数（図示の構成では６つ）配置され、平面視で扇形状をなす扇状部３６２と、基部３６１と各扇状部３６２とを連結する円環状の連結部３６３とを有している。

各扇状部３６２は、それぞれ、その角部３６４、すなわち、中心角を有する部分が基部３６１の中心側を向いており、当該基部３６１の中心軸回りに等角度間隔に配置されている。また、互いに隣接する扇状部３６２同士は、離間しており、これら扇状部３６２同士の間に１本の血液流路３１が配されることとなる。

図６、図７、図９に示すように、内側部材３６の基部３６１と各扇状部３６２との間には、円環状をなす磁石３４が例えば嵌合により装着されている。なお、この装着状態では、磁石３４は、内側部材３６とともにカバー部材３５の中空部３５１全体を埋めている。

遠心ポンプ１を駆動するに際しては、当該遠心ポンプ１を外部駆動手段（図示せず）に装着する。この装着状態で遠心ポンプ１が使用される。外部駆動手段は、例えば、モータと、モータに連結された永久磁石とを有し、この永久磁石が遠心ポンプ１に内蔵された磁石３４と磁力により引き付け合う。そして、この状態でモータが回転すると、その回転力が前記引き付け合う磁石同士を介して伝達されて、ハウジング２内で回転体３も回転することができる。

なお、回転体３の直径は、特に限定されないが、例えば、２０〜２００ｍｍであるのが好ましく、３０〜１００ｍｍであるのがより好ましい。回転体３の厚さは、特に限定されないが、例えば、３〜４０ｍｍであるのが好ましく、５〜３０ｍｍであるのがより好ましい。回転体３の最大回転数は、特に限定されないが、例えば、２０００〜６０００ｒｐｍであるのが好ましく、２５００〜５０００ｒｐｍであるのがより好ましい。

また、カバー部材３５、内側部材３６およびハウジング２の構成材料としては、特に限定されないが、血液Ｑとの適合性に優れ、また、透明性、成形加工性に優れるという点で、ポリカーボネート、アクリル樹脂が好ましい。

図７に示すように、回転体３は、支持機構４を介してハウジング２に対し回転可能に支持されている。支持機構４は、棒状をなす棒状体で構成された軸部材４１と、軸部材４１の上端部（一端部）４１１を回転可能に支持する第１の軸受け４２と、軸部材４１の下端部（他端部）４１２を回転可能に支持する第２の軸受け４３とを有している。軸部材４１は、回転体３の回転中心に挿通して、設置されている。第１の軸受け４２は、ハウジング２の血液流入口２５の内周部に凹没して形成された第１の軸受け設置部２５４に設置、固定されている。第２の軸受け４３は、ハウジング２の第１の軸受け設置部２５４（第１の軸受け４２）と異なる位置、すなわち、底板２２の中心部に凹没して形成された第２の軸受け設置部２２１に設置、固定されている。なお、第１の軸受け４２、第２の軸受け４３のハウジング２に対する固定方法としては、特に限定されないが、例えば、嵌合による方法、接着（接着剤や溶媒による接着）による方法、融着（熱融着、高周波融着、超音波融着等）による方法、インサート成形による方法等が挙げられる。

軸部材４１は、その外径が長手方向に一定の中実体である。軸部材４１の上端面４１３および下端面４１４は、それぞれ、丸みを帯びており、半球状をなしている。なお、軸部材４１は、少なくとも上端面４１３および下端面４１４が、それぞれ、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）やチタン等のコーティングが施されていてもよい。

図７に示すように、遠心ポンプ１では、回転体３を構成するカバー部材３５、内側部材３６および磁石３４のうちのカバー部材３５および内側部材３６と、軸部材４１とが、一体的に形成されている。これにより、カバー部材３５と軸部材４１との間、すなわち、境界部１１に隙間が生じるのが防止される。また、内側部材３６と軸部材４１との間、すなわち、境界部１２にも、隙間が生じるのが防止される。そして、ポンプ室２４内の血液Ｑが境界部１１、１２に侵入するのが防止され、遠心ポンプ１の使用中に、境界部１１、１２で血液Ｑが固まったり、溶血したりするのも防止することができる。

なお、カバー部材３５と軸部材４１との一体的に形成と、内側部材３６と軸部材４１との一体的に形成とは、それぞれ、後述するようにインサート成形により可能である。インサート成形を用いることにより、部材同士のつなぎ目がなくなることとなり、よって、当該つなぎ目への血液Ｑの侵入を防止することができたり、血栓の発生や溶血が起こるのを防止または抑制することができる。また、部材間の隙間がなくなり、部材間に血液が侵入することがないので、成形前に部材を滅菌するのを省略することができる。

第１の軸受け４２は、半球状の凹面４２１を有するカップ状の部材で構成されている。この凹面を軸部材４１の上端面４１３が摺動することができる。

これと同様に、第２の軸受け４３も、半球状の凹面４３１を有するカップ状の部材で構成されている。この凹面を軸部材４１の下端面４１４が摺動することができる。

軸部材４１は、金属材料で構成され、第１の軸受け４２、第２の軸受け４３は、それぞれ、樹脂材料で構成されている。

金属材料としては、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼等が挙げられる。また、金属材料の他に、セラミックス等も用いてもよい。また、このような硬質材料（金属材料やセラミックス）の硬度（ビッカース硬度（Ｈｖ））としては、特に限定されず、例えば、５０以上であるのが好ましく、１００以上であるのがより好ましい。

樹脂材料としては、特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂が挙げられる。この熱可塑性樹脂としては、例えば、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレンを用いることができる。

次に、ハウジング２と回転体３と支持機構４とを組み立てて、すなわち、ハウジング２に回転体３と支持機構４とを収納して、遠心ポンプ１を製造する方法について、図１〜図７を参照しつつ説明する。なお、本製造方法は、ハウジング２に回転体３と支持機構４とを収納するのに先立って、軸部材４１と回転体３とを一体的に形成しておくことが特徴の１つである。

この製造方法について説明する前に、当該製造方法で使用する内側部材成形用金型２０（図２参照）、カバー部材成形用金型３０（図５参照）について説明する。

図２に示すように、内側部材成形用金型２０は、内側部材３６を成形するものである。この内側部材成形用金型２０は、上下に分割可能な上側金型２０１と下側金型２０２とを有している。そして、上側金型２０１と下側金型２０２とは、型閉め状態で、内側部材３６を成形するキャビティ２０３を形成することができる。また、上側金型２０１には、キャビティ２０３に連通する連通孔２０４が形成されている。この連通孔２０４を介して、キャビティ２０３内に、内側部材３６の構成材料である樹脂材料３６’を液体状態で充填することができる。この樹脂材料３６’を冷却することにより、当該冷却された樹脂材料３６’が内側部材３６となる。

なお、上側金型２０１には、軸部材４１の上端側の部分が挿入される凹部２０６が形成され、下側金型２０２には、軸部材４１の下端側の部分が挿入される凹部２０７が形成されている。凹部２０６、２０７は、それぞれ、軸部材４１が挿通した状態では、液密に封止される。

図５に示すように、カバー部材成形用金型３０は、カバー部材３５を成形するものである。このカバー部材成形用金型３０は、上下に分割可能な上側金型３０１と下側金型３０２とを有している。また、カバー部材成形用金型３０は、上側金型３０１内に着脱自在に装着される中子３０５を有している。そして、中子３０５を装着した状態の上側金型３０１と、下側金型３０２とは、型閉め状態で、カバー部材３５を成形するキャビティ３０３を形成することができる。また、上側金型３０１には、キャビティ３０３に連通する連通孔３０４が形成されている。この連通孔３０４を介して、キャビティ３０３内に、カバー部材３５の構成材料である樹脂材料３５’を液体状態で充填することができる。この樹脂材料３５’を冷却することにより、当該冷却された樹脂材料３５’がカバー部材３５となる。

なお、上側金型３０１には、軸部材４１の上端側の部分が挿入される凹部３０６が形成され、下側金型３０２には、軸部材４１の下端側の部分が挿入される凹部３０７が形成されている。

［１］まず、図１に示すように、支持機構４を構成する軸部材４１を用意する。
［２］次に、図２に示すように、内側部材成形用金型２０を用意し、上側金型２０１と下側金型２０２とを型開き状態として、これら金型同士の間に軸部材４１を配置し、その後、型閉じ状態とする。これにより、内側部材成形用金型２０は、キャビティ２０３内に軸部材４１が配置された状態となる。

そして、上側金型２０１の連通孔２０４を介して、液体状態の樹脂材料３６’をキャビティ２０３内全体に充填する。

次に、キャビティ２０３内の樹脂材料３６’が固化するまで、当該樹脂材料３６’を内側部材成形用金型２０ごと十分に冷却する。

［３］次に、内側部材成形用金型２０を型開きして、離型する。これにより、図３に示すように、インサート成形により成形された成形体（第１の成形体）４０が得られる。この成形体４０は、軸部材４１が内側部材３６と一体的に形成されたものである。

［４］次に、図４に示すように、成形体４０の内側部材３６に磁石３４を装着して、組み立てる。これにより、組立体５０が得られる。磁石の装着方法としては、例えば、接着による方法や嵌合による方法が適宜選択される。

［５］次に、図５に示すように、カバー部材成形用金型３０を用意し、中子３０５が装着された上側金型３０１と、下側金型３０２とを型開き状態として、これら金型同士の間に組立体５０を配置し、その後、型閉じ状態とする。これにより、カバー部材成形用金型３０は、キャビティ３０３内に組立体５０が配置された状態となる。

そして、上側金型３０１の連通孔３０４を介して、液体状態の樹脂材料３５’をキャビティ３０３内全体に充填する。

次に、キャビティ３０３内の樹脂材料３５’が固化するまで、当該樹脂材料３５’をカバー部材成形用金型３０ごと十分に冷却する。

［６］次に、カバー部材成形用金型３０を型開きして、離型する。これにより、図６に示すように、インサート成形により成形された成形体（第２の成形体）６０が得られる。この成形体６０は、軸部材４１がさらにカバー部材３５と一体的に形成されたものである。

［７］次に、ハウジング２を用意する。このハウジング２には、予め第１の軸受け４２、第２の軸受け４３がそれぞれハウジング２に対して固定されている。

そして、図７に示すように、ハウジング２を、上側部材２７と下側部材２８とに分解した状態で、これら部材同士の間に成形体６０を配置して、その後、前記部材同士を接合する。これにより、遠心ポンプ１が得られる。前述したように、この遠心ポンプ１は、軸部材４１と、カバー部材３５および内側部材３６とが、一体的に形成されており、境界部１１、１２に血液Ｑが侵入するのが防止されるものとなっている。

また、軸部材４１は、その強度を確保する観点から金属材料で構成され、カバー部材３５、内側部材３６は、その成形のし易さを確保する観点から樹脂材料で構成されるのが好ましい。なお、軸部材４１も樹脂材料で構成されていてもよい。

＜第２実施形態＞
図１１は、本発明の遠心ポンプの第２実施形態を示す縦断面図である。

以下、この図を参照して本発明の遠心ポンプおよび遠心ポンプの製造方法の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

本実施形態は、支持機構の構成が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。
図１１に示す本実施形態の遠心ポンプ１では、支持機構４Ａは、第１の軸受け４２が省略されている。また、軸部材４１は、回転体３を貫通してはおらず、上端部４１１が回転体３の内側部材３６内に位置している。従って、軸部材４１は、前記第１実施形態で、両側（上側および下側）で回転可能に支持された状態の軸部材４１と異なり、片側（下側）で支持された状態となっている。

そして、以上のような構成の遠心ポンプ１を作動させた際には、回転体３は、自らの遠心力により安定して回転することができる。

以上、本発明の遠心ポンプおよび遠心ポンプの製造方法を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、遠心ポンプを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明の遠心ポンプおよび遠心ポンプの製造方法は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成を組み合わせたものであってもよい。

また、軸部材は、前記実施形態では中実体であったが、これに限定されず、中空体であってもよい。

本発明の遠心ポンプは、中空体で構成され、その中空部に連通し、血液が流入する血液流入口と、前記中空部に連通し、前記血液流入口から流入した血液が流出する血液流出口とを有するハウジングと、前記中空部内に回転可能に収納され、その回転により血液に遠心力を付与する遠心力付与部材と、前記遠心力付与部材を前記ハウジングに対し回転可能に支持する支持機構とを備え、前記支持機構は、前記遠心力付与部材の回転中心に配置された軸部材を有し、前記軸部材と前記遠心力付与部材とは、一体的に形成されている。そのため、遠心力付与部材と軸部材との間に血液が侵入するのが確実に防止される。従って、本発明の遠心ポンプは、産業上の利用可能性を有する。

１遠心ポンプ
２ハウジング
２１天板
２２底板
２２１第２の軸受け設置部
２３側壁
２３１外周面
２３２内周面
２４ポンプ室
２４１間隙
２５血液流入口
２５４第１の軸受け設置部
２６血液流出口
２７上側部材
２８下側部材
２９リブ
３回転体
３１血液流路
３２上面
３３外周面
３４磁石
３５カバー部材
３５’ 樹脂材料
３５１中空部
３６内側部材
３６’ 樹脂材料
３６１基部
３６２扇状部
３６３連結部
３６４角部
４、４Ａ支持機構
４１軸部材
４１１上端部（一端部）
４１２下端部（他端部）
４１３上端面
４１４下端面
４２第１の軸受け
４２１凹面
４３第２の軸受け
４３１凹面
１１、１２境界部
２０内側部材成形用金型
２０１上側金型
２０２下側金型
２０３キャビティ
２０４連通孔
２０６、２０７凹部
３０カバー部材成形用金型
３０１上側金型
３０２下側金型
３０３キャビティ
３０４連通孔
３０５中子
３０６、３０７凹部
４０成形体（第１の成形体）
５０組立体
６０成形体（第２の成形体）
Ｑ血液

Claims

中空体で構成され、その中空部に連通し、血液が流入する血液流入口と、前記中空部に連通し、前記血液流入口から流入した血液が流出する血液流出口とを有するハウジングと、
前記中空部内に回転可能に収納され、その回転により血液に遠心力を付与する遠心力付与部材と、
前記遠心力付与部材を前記ハウジングに対し回転可能に支持する支持機構とを備え、
前記遠心力付与部材は、血液が通過する複数本の血液流路とカバー側中空部とを有するカバー部材と、前記カバー側中空部内に配置された内側部材と、該内側部材に装着され、その装着状態で前記内側部材とともに前記カバー側中空部全体を埋める磁石とを有し、
前記支持機構は、前記遠心力付与部材の回転中心に配置され、棒状をなす軸部材を有し、
前記軸部材は、前記カバー部材と前記内側部材とを挿通し、前記カバー部材と前記内側部材とに一体的に形成されており、これにより、前記軸部材と前記カバー部材との境界部と、前記軸部材と前記内側部材との境界部とに、それぞれ、血液が侵入する程度の大きさの隙間が生じるのを防止していることを特徴とする遠心ポンプ。
前記軸部材と前記遠心力付与部材とは、インサート成形により、一体的に形成されている請求項１に記載の遠心ポンプ。
前記軸部材は、金属材料で構成され、前記カバー部材と前記内側部材とは、樹脂材料で構成されている請求項２に記載の遠心ポンプ。
前記支持機構は、前記ハウジングに設置され、前記軸部材の一端部を回転可能に支持する第１の軸受けと、前記ハウジングの前記第１の軸受けと異なる位置に設置され、前記軸部材の他端部を回転可能に支持する第２の軸受けとを有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の遠心ポンプ。
前記遠心力付与部材は、円盤状をなすものであり、
前記複数本の血液流路は、前記遠心力付与部材の中心から放射状に形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の遠心ポンプ。
前記ハウジングは、偏平な円筒状をなし、その一端部に前記血液流入口が突出形成され、外周部にその接線方向に向かって前記血液流出口が突出形成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の遠心ポンプ。
中空体で構成され、その中空部に連通し、血液が流入する血液流入口と、前記中空部に連通し、前記血液流入口から流入した血液が流出する血液流出口とを有するハウジングと、前記中空部内に回転可能に収納され、その回転により血液に遠心力を付与する遠心力付与部材と、前記遠心力付与部材を前記ハウジングに対し回転可能に支持する支持機構とを備え、前記ハウジングに前記遠心力付与部材と前記支持機構とを収納して組み立てて、遠心ポンプを製造する方法であって、
前記遠心力付与部材は、血液が通過する複数本の血液流路とカバー側中空部とを有するカバー部材と、前記カバー側中空部内に配置された内側部材と、該内側部材に装着され、その装着状態で前記内側部材とともに前記カバー側中空部全体を埋める磁石とを有し、
前記支持機構は、前記遠心力付与部材の回転中心に配置され、棒状をなす軸部材を有しており、
前記ハウジングに前記遠心力付与部材と前記支持機構とを収納するのに先立って、前記軸部材を前記カバー部材と前記内側部材とに挿通し、前記カバー部材と前記内側部材とに一体的に形成しておき、これにより、前記軸部材と前記カバー部材との境界部と、前記軸部材と前記内側部材との境界部とに、それぞれ、血液が侵入する程度の大きさの隙間が生じるのを防止していることを特徴とする遠心ポンプの製造方法。