特開 2023-110176 血液ポンプ及び補助人工心臓システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023110176

(43)【公開日】2023-08-09

(54)【発明の名称】血液ポンプ及び補助人工心臓システム

(51)【国際特許分類】

   A61M 60/178 20210101AFI20230802BHJP

   A61M 60/232 20210101ALI20230802BHJP

   A61M 60/829 20210101ALI20230802BHJP

   A61M 60/824 20210101ALI20230802BHJP

   A61M 60/416 20210101ALI20230802BHJP

【ＦＩ】

A61M60/178

A61M60/232

A61M60/829

A61M60/824

A61M60/416

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022011448

(22)【出願日】2022-01-28

(71)【出願人】

【識別番号】392000796

【氏名又は名称】株式会社サンメディカル技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110002697

【氏名又は名称】めぶき弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100104709

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 誠剛

(72)【発明者】

【氏名】大和 淳司

【テーマコード（参考）】

4C077

【Ｆターム（参考）】

4C077AA04

4C077DD08

4C077FF04

(57)【要約】

【課題】モータの安定動作を維持しつつ小型化を実現することが可能な血液ポンプと、使用者にとって負荷を軽減することが可能な補助人工心臓システムを提供すること。
【解決手段】血液ポンプ１０は、モータ１４は、台座部１７を貫通しポンプ室Ｒに達するシャフト３２、コイル３４が巻回されたステータ３０、ステータ３０が挿通可能な永久磁石４０、内周面に永久磁石４０を固着するロータ枠４２で構成されるロータ３１を有している。ロータ３１は、シャフト３２の裏蓋２１側を軸支する下固定軸受４３と、下固定軸受４３に対してステータ３０を挟んでポンプ室Ｒ側を軸支する上固定軸受４４とを有している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータによって回転する送液機構の遠心作用によって血液を移動させる血液ポンプであって、
前記モータを収容する機体、及び前記機体の台座部に固定され、前記台座部とで前記送液機構を収容するポンプ室を構成するケーシングを有し、
前記モータは、前記台座部を貫通し前記ポンプ室に達する回転軸であるシャフト、中央部に前記シャフトが挿通可能な貫通孔が設けられコイルが巻回されたステータ、前記ステータが挿通可能なステータ挿通孔を有する永久磁石、及び、内周面に前記永久磁石を固着する側壁部及び前記シャフトを軸支するための中心孔が開口された底部を有する略椀形状のロータ枠で構成されるロータを有し、
前記送液機構は、前記ポンプ室において前記シャフトの先端部に軸支されており、
前記シャフトの一方側の端部を軸支する下固定軸受と、前記下固定軸受に対して前記ステータを挟んで他方側を軸支する上固定軸受とを有し、
前記下固定軸受は、前記機体の軸方向外側に突出して配置されている、
ことを特徴とする血液ポンプ。

【請求項2】

請求項１に記載の血液ポンプにおいて、
前記機体の前記モータを収容する空間を密閉する裏蓋をさらに有し、
前記シャフトの前記裏蓋側は、前記シャフトと一体となって回転する下回転軸受を介して前記下固定軸受によって支持されており、
前記シャフトの前記送液機構側は、前記シャフトと一体となって回転する上回転軸受を介して前記上固定軸受によって支持されている、
ことを特徴とする血液ポンプ。

【請求項3】

請求項２に記載の血液ポンプにおいて、
前記下回転軸受及び前記上回転軸受には、外周面にクールシール液を流すことが可能な溝が形成されている、
ことを特徴とする血液ポンプ。

【請求項4】

請求項１に記載の血液ポンプにおいて、
前記ステータは、周囲をステータケースで密閉されている、
ことを特徴とする血液ポンプ。

【請求項5】

請求項２に記載の血液ポンプにおいて、
前記台座部及び前記上固定軸受を外周方向から貫通し、前記上固定軸受と前記上回転軸受との間にクールシール液を送る上クールシール液循環路と、
前記裏蓋及び前記下固定軸受を外周方向から貫通し、前記下固定軸受と前記下回転軸受との間に前記クールシール液を送る下クールシール液循環路と、
をさらに有している、
ことを特徴とする血液ポンプ。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の血液ポンプと、
体外に設けられ、クールシール液を前記血液ポンプに循環する制御装置と、
を有している、
ことを特徴とする補助人工心臓システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、血液ポンプ及び補助人工心臓システムに関する。

【背景技術】

【0002】

心臓移植までの患者の生命を維持するための、血液に運動エネルギーを与える血液ポンプ及び当該血液ポンプを用いて心臓の機能の一部を補う補助人工心臓システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１に記載の補助人工心臓システムは、体内に埋め込まれる血液ポンプと、心臓の血流を接続するための人工血管と、制御装置とから構成されている。制御装置は、補助人工心臓システムの使用者の体外で用いるためのものであり、チューブによって血液ポンプに接続されており、チューブには、モータを駆動制御するためのケーブル（信号線）、及びクールシール液を循環させるクールシール液循環路が内挿されている。

【0004】

特許文献１に記載の血液ポンプは、ポンプ室に収容されたインペラなどの送液機構によって、血液をポンプ室の流入口から流入させ、ポンプ室の流出口から流出させて使用者の体内に送り込む血液ポンプである。この血液ポンプは、送液機構と、この送液機構を駆動するモータと、送液機構とモータとを連結するシャフトとを有している。モータは、永久磁石をシャフトに固定して回転子であるロータと、ロータの外周を取り巻くようにコイルが巻回された固定子であるステータとで構成されている。モータは、ステータの内側をロータが回転する、いわゆるインナーロータ型モータである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開２０１８－１５８８３８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

補助人工心臓システムに使用する血液ポンプは、使用者の負担を軽減するために小型化することが求められている。インナーロータ型モータの場合、ロータの回転軸に近い位置に与圧力の作用点が配置されることになる。そのため、シャフトの送液機構側を支持するための回転側摺動部材に加えられる与圧力、力の方向などのばらつきを抑えることが可能となる。しかし、所定の起磁力を得るためには、コイルの断面積が大きくなり、シャフトの軸方向の厚みが増加してしまう。また、ロータは片持ち支持構造のため、インペラに加えられる負荷とモータが発生する負荷とを固定側摺動部材で受けることになるため、固定側摺動部材とシャフトとの間の支持長さをロータの構成範囲より回転側摺動部材の近傍まで延長している。このような構成のインナーロータ型モータを小型化しようとすると、シャフトの支点間距離を短くしなければならず、動作の安定性や出力を維持しながら小型化することは困難である。

【0007】

また、血液ポンプは、血液ポンプ内部の摺動部の潤滑、シール性、冷却などの維持機能を果たすクールシール液（例えば、注射用水など）を循環させるクールシール液循環路を有している。特許文献１に記載のクールシール液循環路は、機体の送液機構側を通り、固定側摺動部材のシャフトの支点より上方側で固定側摺動部材を断面方向に貫通している。小型化（薄型化）のために、クールシール液循環路をシャフトの始点より下方側に移動させると、シャフトの支持長さが短くなるため血液ポンプの小型化を困難にしている。

【0008】

そこで、本発明は、このような課題の少なくとも一つを解決するためになされたもので、モータの安定動作を維持しつつ小型化を実現することが可能な血液ポンプと、使用者にとって負荷を軽減することが可能な補助人工心臓システムを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

［１］本発明の血液ポンプは、モータによって回転する送液機構の遠心作用によって血液を移動させる血液ポンプであって、前記モータを収容する機体、及び前記機体の台座部に固定され、前記台座部とで前記送液機構を収容するポンプ室を構成するケーシングを有し、前記モータは、前記台座部を貫通し前記ポンプ室に達する回転軸であるシャフト、中央部に前記シャフトが挿通可能な貫通孔が設けられコイルが巻回されたステータ、前記ステータが挿通可能なステータ挿通孔を有する永久磁石、及び、内周面に前記永久磁石を固着する側壁部及び前記シャフトを軸支するための中心孔が開口された底部を有する略椀形状のロータ枠で構成されるロータを有し、前記送液機構は、前記ポンプ室において前記シャフトの先端部に軸支されており、前記シャフトの一方側の端部を軸支する下固定軸受と、前記下固定軸受に対して前記ステータを挟んで他方側を軸支する上固定軸受とを有し、前記下固定軸受は、前記機体の軸方向外側に突出して配置されていることを特徴とする。

【0010】

［２］本発明の血液ポンプにおいては、前記機体の前記モータを収容する空間を密閉する裏蓋をさらに有し、前記シャフトの前記裏蓋側は、前記シャフトと一体となって回転する下回転軸受を介して前記下固定軸受によって支持されており、前記シャフトの前記送液機構側は、前記シャフトと一体となって回転する上回転軸受を介して前記上固定軸受によって支持されていることが好ましい。

【0011】

［３］本発明の血液ポンプにおいては、前記下回転軸受及び前記上回転軸受には、外周面にクールシール液を流すことが可能な溝が形成されていることが好ましい。

【0012】

［４］本発明の血液ポンプにおいては、前記ステータは、周囲をステータケースで密閉されていることが好ましい。

【0013】

［５］本発明の血液ポンプにおいては、前記台座部及び前記上固定軸受を外周方向から貫通し、前記上固定軸受と前記上回転軸受との間にクールシール液を送る上クールシール液循環路と、前記裏蓋及び前記下固定軸受を外周方向から貫通し、前記下固定軸受と前記下回転軸受との間に前記クールシール液を送る下クールシール液循環路と、をさらに有していることが好ましい。

【0014】

［６］本発明の補助人工心臓システムは、上記［１］から［５］のいずれかに記載の血液ポンプと、体外に設けられ、クールシール液を前記血液ポンプに循環する制御装置と、を有していることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明の血液ポンプは、モータによって回転する送液機構の遠心作用によって血液を移動させる血液ポンプである。特許文献１に記載の血液ポンプは、シャフトが片持ち支持構造のいわゆるインナーロータ型モータであることから、モータが発生する負荷（出力）を安定して送液機構に伝達するためには、シャフトを支持するための軸方向長さを長くした方がよい。しかし、軸方向の長さを長くすると血液ポンプの小型化が困難になる。本発明の血液ポンプは、ステータの外周を囲むようにロータが配置された、いわゆるアウターロータ型モータを使用している。ロータは、ロータを挟んで下固定軸受と上固定軸受とでシャフトが支持される両端支持構造を有している。そのことから、モータが発生する負荷（出力）を安定して送液機構に伝達することが可能となるため、下固定軸受と上固定軸受との距離を短くすることができ、血液ポンプを小型化することが可能となる。

【0016】

また、本発明の血液ポンプは、一方側（送液機構側）の上固定軸受と上回転軸受との間にクールシール液を送る上クールシール液循環路と、他方側（モータ下方側）の下固定軸受と下回転軸受との間にクールシール液を送る下クールシール液循環路とを有している。このように、血液ポンプは、ロータを両端支持構造とし、モータの負荷（出力）を安定して送液機構（インペラ）に伝達し、かつ、クールシール液循環路を上下２系統に設けることによって、上記各摺動部の潤滑性及びシール性を向上し、かつ小型化を実現することが可能となる。

【0017】

以上説明したように、本発明の血液ポンプによれば、モータの安定動作を維持しつつ小型化を実現することが可能となる。また、本発明の補助人工心臓システムによれば、上記血液ポンプを有するため、使用者にとって負荷を軽減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】血液ポンプ１０を体内に埋め込んで使用する補助人工心臓システム１の構成を模式的に示す説明図である。

【図2】血液ポンプ１０を中心軸Ｇを通る切断線で切断した縦断面図である。

【図3】特許文献１に記載の血液ポンプにおける力点Ｐａ、作用点Ｅｍ、支点Ａ，Ｂの配置を示す図である。

【図4】本実施の形態の血液ポンプ１０における作用点Ｅｍと力点Ｐａ及び支点Ａ，Ｂの配置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施の形態に係る補助人工心臓システム１及び血液ポンプ１０について、図１～図４を参照しながら説明する。

【0020】

（補助人工心臓システム１の構成）
図１は、血液ポンプ１０を体内に埋め込んで使用する補助人工心臓システム１の構成を模式的に示す説明図である。補助人工心臓システム１は、使用者２の体内に埋め込まれる血液ポンプ１０、血液ポンプ１０と使用者２の自己心臓３の左心室（図示は省略）とを接続する人工血管４、血液ポンプ１０から使用者２の体内に血液を戻すための人工血管５、使用者２の体外に設けられる制御装置６、及び、制御装置６と血液ポンプ１０とを接続するチューブ７によって構成されている。

【0021】

制御装置６は、血液ポンプ１０の動作を制御するとともに、冷却用液体（以降、クールシール液ＣＳという）を血液ポンプ１０に供給した後、クールシール液ＣＳを回収し濾過する機能を有している。図示は省略するが、チューブ７の内部には、制御装置６と血液ポンプ１０とを接続するケーブル（信号線）、及びクールシール液ＣＳを血液ポンプ１０の内部に循環させる上クールシール液循環路６０及び下クールシール液循環路６１（図２参照）に連通するシール液流路を有している。

【0022】

血液ポンプ１０を体内に装着して使用する場合、使用者２の負担を軽減するために（クオリティーライフの向上のために）、血液ポンプ１０の本来の機能を維持しつつ血液ポンプ１０を小型化することが求められている。そこで、血液ポンプ１０の小型化を実現する構成について説明する。

【0023】

（血液ポンプ１０の構成）
図２は、血液ポンプ１０を中心軸Ｇを通る切断線で切断した縦断面図である。血液ポンプ１０は、ポンプ室Ｒに収容された送液機構１１の遠心作用によって左心室の血液を流入口１２から流入させ、ポンプ室Ｒから血液を流出口１３に流出させて使用者２の体内に送り込む装置である。血液ポンプ１０は、送液機構１１、送液機構１１に回転力を与えるモータ１４、モータ１４を支持する機体１５、及び機体１５に嵌着させてポンプ室Ｒを構成するケーシング１６を有している。機体１５は台座部１７、及び台座部１７から立ち上げられ下方側に開口する側壁部１８を有する略椀形状の部材であって、台座部１７はポンプ室Ｒとモータ１４を収容する空間２２とを区画している。

【0024】

ケーシング１６は略漏斗形状を有し、上方側先端部には、人工血管４と連通する流入口１２が設けられ、下方側の縁は機体１５の台座部１７に固定されている。ケーシング１６と台座部１７とによってポンプ室Ｒが構成される。なお、ケーシング１６には、人工血管５に接続するための接続管部２０が設けられており、接続管部２０にはポンプ室Ｒと連通する流出口１３が設けられている。

【0025】

送液機構１１は、回転することによる遠心作用によって血液を移動させる機能を有し、図２に示す例においてはインペラ１１ａがその機能を担う。送液機構１１は、機体１５の台座部１７及びケーシング１６によって構成されたポンプ室Ｒに収容されている。機体１５の側壁部１８には、台座部１７のポンプ室Ｒに対して反対側の開口部を密閉するように裏蓋２１が固定されている。モータ１４は、台座部１７、側壁部１８及び裏蓋２１との間の構成される空間２２に収容される。続いて、モータ１４の構成について説明する。

【0026】

モータ１４は、ステータ３０、ロータ３１、及びロータ３１を回転可能に軸止するシャフト３２によって構成されている。ステータ３０は、積層鋼板製のコイルコア３３にコイル３４が巻回されて構成されている。ステータ３０は、耐水性のステータケース３５に収容されてリング形状のユニットとして構成されている。ステータケース３５は、クールシール液ＣＳが内部へ侵入することを防ぐ。ステータ３０は、シャフト３２に接触しない直径を有する貫通孔３０ａを有して裏蓋２１の内側底面に固定されている。ステータ３０には、所定の起磁力が得られるようにコイル３４が巻回されている。

【0027】

ロータ３１は、中央部にステータ３０を挿通することが可能なステータ挿通孔４０ａを有する永久磁石４０、永久磁石４０の外周に固定されるバックヨーク４１、永久磁石４０及びバックヨーク４１をシャフト３２に固定するロータ枠４２によって構成されている。永久磁石４０は、周方向にＮ極、Ｓ極が交互に複数組が配置されている。ロータ枠４２は、扁平な略椀形状を有しており、側壁部４２ａの内周面にバックヨーク４１を介して永久磁石４０が固定されている。ロータ枠４２の底部４２ｂには、底部４２ｂを貫通する中心孔４２ｃが開口されている。この中心孔４２ｃにシャフト３２を圧入することによって一体化される。ロータ３１はシャフト３２の中心軸Ｇを回転軸として回転し、シャフト３２の先端部に軸止されたインペラ１１ａを回転させる。

【0028】

シャフト３２は、ステータ３０のステータ３０の貫通孔３０ａを貫通し、一方側の端部が下固定軸受４３によって軸支される。また、シャフト３２の他方側の端部は、機体１５の台座部１７を貫通してポンプ室Ｒの内部に突出し、台座部に固定された上固定軸受４４によって軸支される。下固定軸受４３は、裏蓋２１の下方側に突出した軸受保持部２１ａの内側に固定されている。シャフト３２の下端側には、下回転軸受４５が下固定軸受４３の内部に埋設されるように配設される。シャフト３２の下端側には、シャフト３２を横断する固定ピン４６が挿入されており、下回転軸受４５には、固定ピン４６に嵌合可能な溝４５ａが形成されている。ロータ３１が単体のときに、シャフト３２の下方側から下回転軸受４５をスライド移動させながら溝４５ａを固定ピン４６に嵌合させることによって、下回転軸受４５はシャフト３２と一体となって回転するように構成されている。換言すると、シャフト３２の下方側は、下回転軸受４５を介して下固定軸受４３に軸支される。下回転軸受４５は、下方側にスライド移動させてシャフト３２から取り外すことが可能となっている。

【0029】

シャフト３２の上方側には、上回転軸受４７が上固定軸受４４の内部に埋設されるように配設されている。下回転軸受４５と同様に、シャフト３２には、上固定軸受４４の内側において、シャフト３２を横断する固定ピン４６が挿入されており、上回転軸受４７には、固定ピン４６に嵌合可能な溝４７ａが形成されている。ロータ３１を機体１５に組み込む前に、シャフト３２の上方側（インペラ１１ａ側）から上回転軸受４７をスライド移動させながら固定ピン４６に溝４７ａを嵌合させることによって、上回転軸受４７はシャフト３２と一体となって回転する。換言すると、シャフト３２は、上回転軸受４７を介して上固定軸受４４に軸支される。上回転軸受４７は、上方側（インペラ１１ａ側）にスライド移動させてシャフト３２から取り外すことが可能となっている。

【0030】

図２に示す例においては、ロータ３１は、下回転軸受４５及び上回転軸受４７を介して下固定軸受４３と上固定軸受４４によって軸支されている。これは、モータ１４をユニット化して血液ポンプ１０に組み込むための構成である。従って、下回転軸受４５及び上回転軸受４７を使用せずに、シャフト３２を下固定軸受４３と上固定軸受４４とで直接軸支する構成とすることも可能である。シャフト３２は、下固定軸受４３と上固定軸受４４との間でインペラ１１ａの回転に支障がない範囲で軸方向にクリアランスを有している。

【0031】

なお、ロータ３１が回転する際に、ロータ枠４２の側壁部４２ａは機体１５の側壁部１８に接触しない十分な隙間をとり、永久磁石４０の内周面はステータ３０（ステータケース３５）の外周面に接触しない隙間をとって構成される。但し、永久磁石４０の内周面とステータ３０の外周面との隙間は、磁気効率を高めるために、接触しない範囲で小さくすることが望ましい。上記のように構成されるモータ１４は、特許文献１に記載のステータの内側でロータが回転するインナーロータ型モータに対してアウターロータ型モータという。

【0032】

下回転軸受４５と下固定軸受４３との軸方向の接触長さ、及び、上回転軸受４７と上固定軸受４４との軸方向の接触長さは、各軸受に加えられる面圧を小さくし、各軸受の焼き付けを防ぐことに配慮するとともに、回転負荷が小さくなるように適宜設定される。なお、モータ１４は、常に回転方向が一定になるように制御されている。

【0033】

シャフト３２の上固定軸受４４の上方には、シールリング５０、クッションリング５１、送液機構１１（インペラ１１ａ）が上固定軸受４４の上方側端部４４ａから順に積層されている。シールリング５０は、インペラ１１ａをシャフト３２に上方側から組み込むことによって弾性を有するクッションリング５１を介して上固定軸受４４の上方側端面４４ａに圧接される。また、クッションリング５１は、シャフト３２との間に直径方向のクリアランスを有していることから、ロータ３１の回転を妨げる負荷を最小限に抑えている。

【0034】

続いて、上クールシール液循環路６０及び下クールシール液循環路６１の構成について図２を参照して説明する。上クールシール液循環路６０は、機体１５の上方（インペラ１１ａ側）において、台座部１７及び上固定軸受４４を外周方向から貫通している。台座部１７は、上クールシール液循環路６０が構成される部分のみが突出して、それ以外の周囲を薄くし軽量化をはかっている。クールシール液ＣＳは、上クールシール液循環路６０を通って上固定軸受４４と上回転軸受４７との隙間、上固定軸受４４とシャフト３２との径方向の隙間に浸透する。上回転軸受４７の外周面には、斜め方向に湾曲する溝（図示は省略）が上下方向に亘って形成されている。クールシール液ＣＳは、この溝内を移動しながら上回転軸受４７と上固定軸受４４との間を潤滑しつつ上方側に移動し、上固定軸受４４とシールリング５０との間の微小な隙間に浸透し、上固定軸受４４とシールリング５０との間を潤滑しつつ血液のモータ１４側への侵入を防いでいる。

【0035】

下クールシール液循環路６１は、下方側の裏蓋２１、下固定軸受４３を外周方向から貫通している。裏蓋２１は、下クールシール液循環路６１が構成される部分のみが突出して、それ以外の周囲を薄くし軽量化を図っている。クールシール液ＣＳは、下クールシール液循環路６１を通って下固定軸受４３と下回転軸受４５との隙間、下固定軸受４３とシャフト３２との径方向の隙間、下回転軸受４５とシャフト３２との径方向の隙間、下回転軸受４５及びシャフト３２の先端面と下固定軸受４３との間に浸透する。下回転軸受４５の外周面には、斜め方向に湾曲する溝（図示は省略）が上下方向に亘って形成されている。クールシール液ＣＳは、この溝内を移動しながら下回転軸受４５と下固定軸受４３との間を潤滑しつつ上方側に移動し、モータ１４が収容される空間２２に移動し、ロータ３１及びステータ３０を冷却する。ステータ３０の周囲は、ステータケース３５でカバーされているためクールシール液ＣＳが内部に浸透し、モータ１４の性能に影響することはない。

【0036】

以上説明したように、上クールシール液循環路６０から送られるクールシール液ＣＳは、上固定軸受４４と上回転軸受４７との間の潤滑及びシール性のために機能する。また、下クールシール液循環路６１から送られるクールシール液ＣＳは、下固定軸受４３と下回転軸受４５との間の潤滑及びモータ１４の冷却のために機能する。クールシール液ＣＳは、上固定軸受４４と上回転軸受４７との間や、下固定軸受４３と下回転軸受４５との間などの微小な隙間に適量を浸透させるため、制御装置６からの送液圧力が適切に制御される。なお、血液ポンプ１０に送り込まれたクールシール液ＣＳは、図２に示す血液ポンプ１０の背面側に設けられるクールシール液回収路（図示は省略）から吸引され、制御装置６で濾過された後、血液ポンプ１０の内部に循環される。

【0037】

続いて、血液ポンプ１０の小型化の考え方について図３、図４を参照しながら説明する。なお、図３、図４は、モータの支持構造から作用点Ｅｍ、力点Ｐａ、支点Ａ，Ｂの関係を模式的に表し、特許文献１との相違点と、血液ポンプ１０が小型化できることを説明するものである。

【0038】

図３は、特許文献１に記載の血液ポンプにおける力点Ｐａ、作用点Ｅｍ、支点Ａ，Ｂの配置例を示す図である。図３に示すように、力点Ｐａと作用点Ｅｍとの間に支点Ａ，Ｂが配置されている。作用点Ｅｍは、シャフトの末端位置であって、モータによる負荷Ｆ２（出力）の発生位置である。力点Ｐａは、インペラの回転よって負荷Ｆ１が発生する位置である。特許文献１の血液ポンプにおいては、支点Ａは、固定側摺動部材とシャフトとの接触部のインペラ側端部であり、支点Ｂは、固定側摺動部材とシャフトとの接触部のロータ側端部である。なお、負荷Ｆ１，Ｆ２が発生する位置は、面圧や負荷を計算するために設定した位置である。

【0039】

すなわち、特許文献１に記載の血液ポンプでは、作用点Ｅｍと力点Ｐａの間に支点Ａ，Ｂが配置されている。各点において、力点Ｐａと支点Ａとの間の距離をＬ１、支点Ａと支点Ｂとの間の距離をＬ２、支点Ｂと作用点Ｅｍとの間の距離をＬ３とすると、Ｌ１≒Ｌ２、（Ｌ１＋Ｌ２）≫Ｌ３の関係にある。（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）を短くした方がロータの力の伝達効率が高くなる。しかし、ロータ（シャフト）は、支点Ａ，Ｂによって支持される、いわゆる片持ち支持構造のため、Ｌ２を短くするとシャフトの揺らぎによって力点Ｐａにおける負荷Ｆ１が変動し、モータの安定駆動を維持することが困難となる。つまり、特許文献１に記載の血液ポンプにおいては、支点間の距離を短くして小型化することが困難であるといえる。

【0040】

図４は、本実施の形態の血液ポンプ１０における作用点Ｅｍと力点Ｐａ及び支点Ａ，Ｂの配置を示す図である。図４に示すように、作用点Ｅｍは、支点Ａと支点Ｂとの間に配置されている。支点Ａは、上固定軸受４４でシャフト３２を支持する位置であり、支点Ｂは、下固定軸受４３でシャフト３２を支持する位置でシャフト３２の末端位置としている。作用点Ｅｍは、モータ１４が発生する負荷Ｆ２（出力）の位置である。力点Ｐａは、インペラ１１ａの回転よって発生する負荷Ｆ１の位置である。なお、負荷Ｆ１，Ｆ２が発生する位置は、面圧や負荷を計算するために設定した位置である。

【0041】

力点Ｐａと支点Ａとの距離をＬ４、支点Ａと作用点Ｅｍとの距離をＬ５、作用点Ｅｍと支点Ｂとの間の距離をＬ６とする。ロータ３１は、支点Ａと支点Ｂとで支持される、いわゆる両端支持構造のため、Ｌ４＜Ｌ５であれば、負荷Ｆ１が特許文献１と同じ場合、モータ１４が発生する負荷Ｆ２（出力）を抑えることが可能となる。また、血液ポンプ１０は、Ｌ４＜（Ｌ５＋Ｌ６）としているから、力点Ｐａによる負荷Ｆ１の変動は、既述した特許文献１の構成よりも小さいく、小型化が可能となる。なお、アウターロータ型モータを使用することによって、下固定軸受４３の位置のみを血液ポンプ１０から突出させることが可能となり、血液ポンプ１０の体積を大きく増やさずに、作用点Ｅｍと支点Ｂとの間の距離Ｌ６を長くすることが可能となり、支点Ａ，Ｂにおける面圧を抑えることが可能となる。

【0042】

以上説明した血液ポンプ１０は、ステータ３０の外周にロータ３１が配置された、いわゆるアウターロータ型モータを使用している。ロータ３１は、ロータ３１を挟んで下固定軸受４３と上固定軸受４４とでシャフト３２が支持される両端支持構造を有している。そのことから、モータ１４が発生する負荷Ｆ２（出力）を安定して送液機構１１（インペラ１１ａ）に伝達することが可能となるため、下固定軸受４３と上固定軸受４４との間の距離（Ｌ５＋Ｌ６）を短くすることができ、血液ポンプ１０を小型化することが可能となる。当然、血液ポンプ１０の小型化により軽量化することも可能となる。

【0043】

さらに、血液ポンプ１０は、機体１５（裏蓋２１）から軸方向外側に下固定軸受４３のみを突出させている。そのため、下固定軸受４３と上固定軸受４４との距離（Ｌ５＋Ｌ６）を必要十分に長くしたとしても、全体としては小型化、軽量化することが可能となる。以上のことから、血液ポンプ１０によれば、モータ１４の安定動作を維持しつつ小型化を実現することが可能となり、使用者２にとって負荷を軽減することが可能となる。

【0044】

ロータ３１は、一方側がシャフト３２と一体となって回転する下回転軸受４５を介して下固定軸受４３によって支持されており、他方側がシャフト３２と一体となって回転する上回転軸受４７を介して上固定軸受４４によって支持される。下回転軸受４５及び上回転軸受４７は、シャフト３２に対して着脱可能に構成される。このような構成にすることによって、モータ１４の組み立て性を高め、ロータ３１をユニット化し機体１５に容易に組み立てたり、機体か１５から容易に分解したりすることが可能となる。

【0045】

また、下回転軸受４５及び上回転軸受４７の外周面には、クールシール液ＣＳを流すことが可能な溝が形成されていることから、下固定軸受４３と下回転軸受４５との摺動面、上固定軸受４４と上回転軸受４７との摺動面にクールシール液ＣＳを循環させて潤滑性を高めることが可能となる。

【0046】

また、ステータ３０は、周囲がステータケース３５で密閉されている。既述したように、血液ポンプ１０は、下クールシール液循環路６１から下固定軸受４３と下回転軸受４５との間にクールシール液ＣＳを流す構成であって、この流路からステータ３０が収容されている空間２２にクールシール液ＣＳが入り込む。そこで、ステータ３０をステータケース３５で密閉することによって、ステータ３０をクールシール液ＣＳから保護しながら、ステータ３０及びロータ３１を冷却することが可能となる。

【0047】

また、血液ポンプ１０は、送液機構１１側の上固定軸受４４と上回転軸受４７との間にクールシール液ＣＳを送る上クールシール液循環路６０と、モータ１４下方側の下固定軸受４３と下回転軸受４５との間にクールシール液ＣＳを送る下クールシール液循環路６１とを有している。このように、血液ポンプ１０は、上下２系統の上クールシール液循環路６０及び下クールシール液循環路６１を設けることによって、両端支持構造のアウターロータ型モータであっても、摺動部の潤滑を可能とし、小型化を可能にしている。

【0048】

また、補助人工心臓システム１は、血液ポンプ１０を有している。血液ポンプ１０は小型化が可能であるため、血液ポンプ１０を体内に装着し使用する際の使用者２の負荷を軽減することが可能となる。

【符号の説明】

【0049】

１…補助人工心臓システム、２…使用者、３…自己心臓、４，５…人工血管、６…制御装置、７…チューブ、１０…血液ポンプ、１１…送液機構、１１ａ…インペラ、１２…流入口、１３…流出口、１４…モータ、１５…機体、１６…ケーシング、１７…台座部、１８…側壁部、２０…接続管部、２１…裏蓋、２１ａ…軸受保持部、２２…空間、３０…ステータ、３０ａ…貫通孔、３１…ロータ、３２…シャフト、３３…コイルコア、３４…コイル、３５…ステータケース、４０…永久磁石、４０ａ…ステータ挿通孔、４１…バックヨーク、４２…ロータ枠、４２ａ…側壁部、４２ｂ…底部、４２ｃ…中心孔、４２ｄ…内周面、４３…下固定軸受、４４…上固定軸受、４５…下回転軸受、４６…固定ピン、４７…上回転軸受、４７ａ…溝、５０…シールリング、５１…クッションリング、６０…上クールシール液循環路、６１…下クールシール液循環路、Ａ，Ｂ…支点、ＣＳ…クールシール液、Ｅｍ…作用点、Ｆ１，Ｆ２…負荷、Ｇ…中心軸、Ｐａ…力点、Ｒ…ポンプ室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】