JPH0951944A - Sealing mechanism for artificial heart pump - Google Patents
Sealing mechanism for artificial heart pumpInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 人工心臓のシール機構において、常に良好な
メカニカルシール接触面を維持することによって、回転
軸の血液に対する軸封を長期間確実に維持し、かつ、循
環液の消費量を減らすこと。
【解決手段】 人工心臓本体３は、ポンプ基部４と、こ
の先端に設置される動翼１６、静翼１８、ケーシング部
６、モータ２７内蔵の回転軸１０を備えている。さら
に、ポンプ基部４内にポンプを駆動させるモータの回転
軸を軸承する滑り軸受けロータ１４ａ、１４ｂを有し、
ポンプ基部先端から軸受け内への血液の浸入を防止する
ための端面回転接触式のメカニカルシール９と、このメ
カニカルシールと軸受けロータ１４ａとの間に形成され
る流動液室２４に面したメカニカルシール９を洗い流す
循環液と、前記循環液を循環させる機構を有する。
(57) Abstract: In a seal mechanism of an artificial heart, by constantly maintaining a good mechanical seal contact surface, a shaft seal against blood of a rotating shaft is reliably maintained for a long period of time, and a circulating fluid is consumed. Reduce the amount. An artificial heart body (3) includes a pump base (4), a moving blade (16), a stationary blade (18), a casing (6), and a rotating shaft (10) with a built-in motor (27) installed at the tip thereof. Further, in the pump base 4, there are slide bearing rotors 14a, 14b for bearing the rotating shaft of a motor for driving the pump,
An end face rotary contact type mechanical seal 9 for preventing infiltration of blood from the tip of the pump base into the bearing, and a mechanical seal 9 facing the fluid chamber 24 formed between the mechanical seal and the bearing rotor 14a. And a mechanism for circulating the circulating fluid.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、人体に使用される
人工心臓に用いられるポンプの構造に関し、特に、人工
心臓本体に設けられたポンプを駆動する回転軸の軸受け
の血液に対する確実な軸シールを維持することができる
人工心臓ポンプのシール機構に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a pump used in an artificial heart used in a human body, and more particularly, to a reliable shaft seal for blood of a bearing of a rotary shaft provided in an artificial heart body for driving the pump. The present invention relates to a sealing mechanism of an artificial heart pump capable of maintaining the above.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、研究・開発されている人体に使用
される人工心臓において、人工心臓本体に内蔵された軸
流ポンプにより左心室内の血液を大動脈弁を貫通するノ
ズルの先端から大動脈内に送る形式のものがある。2. Description of the Related Art In recent years, in artificial hearts used in the human body, which have been researched and developed, blood in the left ventricle is introduced into the aorta from the tip of a nozzle that penetrates the aortic valve by an axial flow pump incorporated in the body of the artificial heart. There is a form to send to.
【０００３】図１０は、従来形式の人工心臓本体を人体
の心臓に取り付けた状態を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory view showing a state in which a conventional artificial heart body is attached to a human heart.
【０００４】人工心臓１は、心臓Ａの左心室Ｂの心尖部
Ｃを貫通して埋設固定される筒状の心尖部リング２と、
人工心臓本体３とで構成されている。この人工心臓本体
３には、心尖部リング２を貫通して心臓の左心室内に挿
入される円筒状のポンプ基部４、ポンプ基部先端に形成
されたケーシング部６と、人体の心臓の外部に配置され
ポンプ基部の基端部に接続し、ケーシング内に内蔵され
た軸流ポンプを駆動する駆動部５とを備えている。そし
て、ケーシング先端のノズル部７は心臓Ａの大動脈弁Ｄ
を貫通し上行大動脈Ｅに挿入される。ケーシング部６の
下端には、左心室内の血液を吸入する複数個の吸入口８
が配設されており、左心室内の血液は、吸入口８からケ
ーシング部６内に吸入されノズル部７から上行大動脈内
Ｅに吐出される。上記のような軸流ポンプを血液ポンプ
として用いる場合には、軸流ポンプを駆動する回転軸の
血液に対する軸封が最大の問題となる。軸流ポンプの回
転軸に設けられた軸受けの摺動面内に万が一血液が浸入
すると、血液に含まれているフィブリノーゲン等のタン
パク成分が回転摩擦熱によって軸受けの摺動面で変性凝
固し、軸受け凝着を起こして軸の回転を止めてしまう。
そこで、これを防ぐために、回転軸にオイルシールを装
着し、オイルシール先端から密封液バッグ５０に封入さ
れた密封液を流動管５１を介して血流中へ連続的に流出
させることにより、オイルシール内への血液浸入を防止
していた。The artificial heart 1 has a tubular apex ring 2 which is embedded and fixed through the apex C of the left ventricle B of the heart A.
It is composed of the artificial heart body 3. The artificial heart body 3 has a cylindrical pump base 4 which penetrates the apex ring 2 and is inserted into the left ventricle of the heart, a casing part 6 formed at the tip of the pump base, and an external part of the human heart. And a drive unit 5 that is connected to the base end portion of the pump base portion that is disposed and that drives the axial pump that is built in the casing. The nozzle 7 at the tip of the casing is connected to the aortic valve D of the heart A.
And is inserted into the ascending aorta E. At the lower end of the casing portion 6, a plurality of suction ports 8 for sucking blood in the left ventricle are provided.
The blood in the left ventricle is sucked into the casing portion 6 through the suction port 8 and discharged into the ascending aorta E from the nozzle portion 7. When the axial pump as described above is used as a blood pump, the biggest problem is the axial sealing of the rotating shaft that drives the axial pump with respect to blood. In the unlikely event that blood enters the sliding surface of the bearing installed on the rotary shaft of an axial flow pump, protein components such as fibrinogen contained in the blood are denatured and solidified on the sliding surface of the bearing due to rotational friction heat, and the bearing is It causes adhesion and stops the rotation of the shaft.
Therefore, in order to prevent this, an oil seal is attached to the rotary shaft, and the seal liquid sealed in the seal liquid bag 50 is continuously discharged from the tip of the oil seal into the bloodstream through the flow pipe 51. Blood was prevented from entering the seal.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
シール方法では、オイルシールと回転軸の摺動面内に血
液成分が侵入しないように密封液を大量に消費する必要
があった。密封液の流量を多量にすると密封液の補給の
ため密封液バッグを頻繁に交換する必要があり、その分
患者の負担が増加するため好ましくない。さらに、オイ
ルシールと回転軸が接する摺動面近傍で、変性凝固した
血液タンパクが凝着、成長し易く、その結果、成長した
血液タンパク成分がオイルシール摺動面を押し広げ、シ
ール性能を損なう場面が見られた。さらに、血液が流れ
る流路形状がオイルシール形状によって決定するため、
理想的な流路形状が得難く、血液の滞留も生じやすくな
る。さらに、シリコンゴム等を用いたオイルシールの場
合、長期間にわたって初期性能を維持することは非常に
困難である。However, in the above-mentioned sealing method, it is necessary to consume a large amount of the sealing liquid so that the blood component does not enter the sliding surface of the oil seal and the rotating shaft. When the flow rate of the sealing liquid is increased, it is necessary to frequently replace the sealing liquid bag to replenish the sealing liquid, which increases the burden on the patient, which is not preferable. Furthermore, denatured and coagulated blood proteins easily adhere and grow near the sliding surface where the oil seal and the rotating shaft are in contact, and as a result, the grown blood protein component spreads the oil seal sliding surface and impairs the sealing performance. The scene was seen. Furthermore, since the shape of the flow path of blood is determined by the shape of the oil seal,
It is difficult to obtain an ideal flow path shape, and blood retention easily occurs. Further, in the case of an oil seal using silicon rubber or the like, it is very difficult to maintain the initial performance for a long period of time.
【０００６】本発明は、このような状況を鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、ポンプの回転
軸の血液に対する軸シールを長期間確実に維持すること
ができ、かつ、密封液の消費量が少ない人工心臓ポンプ
およびその回転軸のシール機構を提供することである。The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to reliably maintain a shaft seal against blood of a rotary shaft of a pump for a long period of time and to seal the shaft. It is an object of the present invention to provide an artificial heart pump that consumes less fluid and a seal mechanism for its rotating shaft.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の人工心臓ポンプ
は、回転軸に取り付けられた動翼（１６）を駆動させる
駆動部（５）と、回転軸の基端部と先端部を軸承する軸
受けを有し、ポンプ基部（４）先端から軸受けロータ
（１４ａ、１４ｂ）と軸受けステータ（１１ａ）の摺動
面内への血液の浸入を防止するための、平滑な接触面を
有する少なくとも一組の端面回転接触式のシール部（以
下メカニカルシール）（９）と、メカニカルシール
（９）と軸受けロータ（１４ａ）との間に形成される流
動液室（２４）に面したメカニカルシール部（９）を洗
い流す循環流体と、この循環流体を循環させる機構を有
することを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION An artificial heart pump of the present invention supports a drive unit (5) for driving a rotor blade (16) attached to a rotary shaft, and a base end and a distal end of the rotary shaft. At least one set having a bearing and having a smooth contact surface for preventing infiltration of blood from the tip of the pump base (4) into the sliding surface of the bearing rotor (14a, 14b) and the bearing stator (11a). End face rotary contact type seal part (hereinafter referred to as mechanical seal) (9), and a mechanical seal part (9) facing the fluid chamber (24) formed between the mechanical seal (9) and the bearing rotor (14a). ), And a mechanism for circulating the circulating fluid.
【０００８】すなわち、本発明においては、平滑な接触
面を有する少なくとも一組の端面回転接触式のメカニカ
ルシールを設けたこと、および、このメカニカルシール
部を洗い流す循環流体とその循環機構を設けたことを特
徴としている。That is, in the present invention, at least one set of end face rotary contact type mechanical seals having a smooth contact surface is provided, and a circulating fluid for flushing the mechanical seal portion and a circulating mechanism therefor are provided. Is characterized by.
【０００９】このようなメカニカルシールの相対する平
滑な接触面間には、厚さ0.5〜1.0μｍ程度の流体の薄膜
が形成されることにより潤滑が維持される。前述したメ
カニカルシールの接触端面の一端は血液流路にさらされ
るため、前述した潤滑薄膜内には血液中のタンパク成分
が拡散によって侵入し、摺動摩擦熱によって変性を起こ
し凝固する。この熱変性タンパクは接触面そのものには
高いせん断力のため凝着せずに、接触部の前後に押し出
されて接触部の近接した場所に凝着する。本発明のメカ
ニカルシールの場合、変性タンパク質は遠心力により外
側に押し出される作用を受け、主に血液流路側に排出さ
れる。血液流路側に排出された変性タンパク質は高速の
血流により速やかに血液中へ拡散する。一方、わずかに
流動液室に面した領域に析出したタンパク成分は多量の
循環流体により速やかに洗い流される。このように、変
性タンパク質がメカニカルシールの接触部近傍に残存、
成長することがなく、メカニカルシールの接触面は常に
クリーンに維持されるため、メカニカルシールのシール
性能は長期に渡り維持される。従って、回転軸における
血液の凝着を長期間にわたって防止することが可能とな
る。Lubrication is maintained by forming a thin film of a fluid having a thickness of about 0.5 to 1.0 μm between the opposed smooth contact surfaces of such a mechanical seal. Since one end of the contact end surface of the mechanical seal described above is exposed to the blood flow path, the protein component in the blood penetrates into the above-mentioned lubricating thin film by diffusion and is denatured by sliding frictional heat to be solidified. The heat-denatured protein does not adhere to the contact surface itself due to high shearing force, but is extruded before and after the contact portion and adheres to a place close to the contact portion. In the case of the mechanical seal of the present invention, the denatured protein is pushed outward by centrifugal force and is mainly discharged to the blood flow path side. The denatured protein discharged to the blood flow path quickly diffuses into the blood by a high-speed blood flow. On the other hand, the protein component slightly precipitated in the area facing the fluid chamber is quickly washed away by a large amount of circulating fluid. Thus, the denatured protein remains near the contact part of the mechanical seal,
Since the contact surface of the mechanical seal is always kept clean without growing, the sealing performance of the mechanical seal is maintained for a long time. Therefore, it is possible to prevent blood adhesion on the rotating shaft for a long period of time.
【００１０】一方、循環流体はポンプ内部を循環し、流
動液室に面したメカニカルシールの接触端面近傍に析出
したたんぱく成分を洗い流すのみであるため、接触面す
き間から血液流路中へ流れ出す量は極めて少なくでき
る。これにより、循環液の消費量は少なく抑えられて循
環液の補給を頻繁に行う必要がない。On the other hand, since the circulating fluid circulates inside the pump and only rinses out the protein component deposited near the contact end surface of the mechanical seal facing the fluid chamber, the amount flowing out from the contact surface gap into the blood flow path is Can be extremely small. As a result, the consumption of the circulating fluid is kept low, and there is no need to frequently replenish the circulating fluid.
【００１１】また、多量の循環液を循環させ流動液室に
面したメカニカルシールの接触面近傍を洗い流すことに
より、シール接触面の温度上昇を低く抑えることも可能
となるため、メカニカルシール表面を流れる血液の、局
所発熱による赤血球破壊を防止できるだけでなく、メカ
ニカルシール接触面の異常摩耗も防止できる。Further, by circulating a large amount of circulating liquid to wash away the vicinity of the contact surface of the mechanical seal facing the fluid chamber, it is possible to suppress the temperature rise of the seal contact surface to a low level, so that the surface of the mechanical seal flows. Not only can red blood cells be destroyed by local heat generation in blood, but also abnormal wear of the mechanical seal contact surface can be prevented.
【００１２】また、多量の循環液がモータのエアギャッ
プ内を循環するため、循環液がモータの冷却水として働
き、モータの発熱を抑え、駆動部内の温度上昇を低く保
持させることができるので、血液ポンプの寿命を大幅に
延ばすことができる。Further, since a large amount of circulating liquid circulates in the air gap of the motor, the circulating liquid acts as cooling water for the motor, heat generation of the motor can be suppressed, and the temperature rise in the drive unit can be kept low. The life of the blood pump can be greatly extended.
【００１３】また、本発明のひとつの形態による人工心
臓ポンプの軸シール機構は、すべての軸受けのロータ
（１４ａ、１４ｂ）と一体成形した回転軸（１０）と、
すべての軸受けステータとメカニカルシール（９）の固
定リング（１２ａ）を一体成形した回転軸の軸受けステ
ータ（１１ａ）を有し、さらに、相対する接触面を密着
させるのに必要な圧力を生じさせる機構を有する。この
場合、固定リング（１２ａ）の材質にファインセラミッ
クス、相対する回転リング（１３ａ）の材質にカーボン
グラファイトを用いることが望ましい。Further, the shaft seal mechanism of the artificial heart pump according to one aspect of the present invention includes a rotary shaft (10) integrally formed with rotors (14a, 14b) of all bearings,
A mechanism that has a bearing stator (11a) of a rotating shaft in which all the bearing stators and a fixing ring (12a) of the mechanical seal (9) are integrally formed, and that further generates a pressure necessary for closely contacting opposing contact surfaces. Have. In this case, it is desirable to use fine ceramics for the material of the fixed ring (12a) and carbon graphite for the material of the opposing rotating ring (13a).
【００１４】この発明の形態においては、回転軸の軸受
けステータとメカニカルシールの固定リングを一体成形
し、さらに、軸受けロータと回転軸を一体成形すること
を特徴としており、回転軸とメカニカルシール接触面の
直角度が高い精度で得られる。また、全ての軸受けステ
ータ、軸受けロータ、回転軸の同心度が高い精度で得ら
れるため、ポンプ運転時の振動を小さくでき、また、組
立も容易になる。In the embodiment of the present invention, the bearing stator of the rotary shaft and the fixed ring of the mechanical seal are integrally molded, and further, the bearing rotor and the rotary shaft are integrally molded, and the rotary shaft and the mechanical seal contact surface are formed. The squareness of can be obtained with high accuracy. In addition, since the concentricity of all the bearing stators, bearing rotors, and rotary shafts can be obtained with high accuracy, vibration during pump operation can be reduced and assembly is also easy.
【００１５】また、メカニカルシールの接触面によっ
て、回転軸の軸方向の位置決めが可能となるため、スラ
スト軸受けは別途必要としない。さらに、メカニカルシ
ールの接触面の磨耗に応じて回転軸は自動的に移動可能
であり、これによって、常に良好なメカニカルシールの
接触面を維持しようとするものである。Further, since the contact surface of the mechanical seal enables axial positioning of the rotary shaft, a thrust bearing is not required separately. Further, the rotating shaft can be automatically moved in accordance with the wear of the contact surface of the mechanical seal, thereby always maintaining a good contact surface of the mechanical seal.
【００１６】さらにこの場合、対応する接触面に合わせ
てなじむ様に磨耗する性質を有する材料（ファインセラ
ミックス、カーボングラファイト）を用いてメカニカル
シールを構成することにより、長期にわたって安定した
接触面を維持しようとするものである。Further, in this case, by forming the mechanical seal by using a material (fine ceramics, carbon graphite) having a property of being worn so as to fit to the corresponding contact surface, it is possible to maintain a stable contact surface for a long period of time. It is what
【００１７】本発明の他の形態による人工心臓ポンプの
軸シール機構は、メカニカルシール（１０９）の回転リ
ング（１３ｂ）と一体形成された回転軸（１１０）の軸
受けロータ（１４ｃ）と、メカニカルシール（１０９）
の固定リング（１２ｂ）と一体形成された軸受けステー
タ（１１ｂ）を有し、さらに、相対する接触面を密着さ
せるのに必要な圧力を生じさせる機構を有する。A shaft seal mechanism of an artificial heart pump according to another aspect of the present invention is a bearing rotor (14c) of a rotary shaft (110) integrally formed with a rotary ring (13b) of a mechanical seal (109), and a mechanical seal. (109)
The bearing has a bearing stator (11b) integrally formed with the fixing ring (12b), and further has a mechanism for generating a pressure necessary to bring the contact surfaces facing each other into close contact with each other.
【００１８】すなわち、この発明の形態においては、回
転軸の軸受けステータとメカニカルシールの固定リング
を一体形成し、さらに、軸受けロータとメカニカルシー
ルの回転リングを一体形成することを特徴としており、
メカニカルシール接触面の平行度が高い精度で得られ
る。That is, the embodiment of the present invention is characterized in that the bearing stator of the rotary shaft and the fixed ring of the mechanical seal are integrally formed, and further the bearing rotor and the rotary ring of the mechanical seal are integrally formed.
The parallelism of the mechanical seal contact surface can be obtained with high accuracy.
【００１９】本発明の他の形態による人工心臓ポンプの
軸シール機構は、相対的に摺動運動をおこなう少なくと
も一組の平滑な接触面を有するメカニカルシール（２０
９）と、相対する接触面を密着させるために必要な圧力
を生じさせる機構と、軸の回転をメカニカルシールの接
触面へ伝達する機構と、軸の回転に伴い生じる振動等が
メカニカルシールの接触面のすき間に影響を及ぼさない
ための緩衝機構を有することを特徴とする。A shaft seal mechanism for an artificial heart pump according to another aspect of the present invention is a mechanical seal (20) having at least one pair of smooth contact surfaces which relatively slide.
9), a mechanism for generating a pressure necessary for closely contacting the contact surfaces facing each other, a mechanism for transmitting the rotation of the shaft to the contact surface of the mechanical seal, and a vibration or the like caused by the rotation of the shaft makes contact with the mechanical seal. It is characterized by having a cushioning mechanism for not affecting the gap in the surface.
【００２０】すなわち、この発明の形態においては、回
転軸の回転に伴い生じる振動等によって前記接触面にす
き間を生じさせないような緩衝機構を設けることによっ
て、回転振動等によるシール漏れを防止するものであ
る。That is, according to the embodiment of the present invention, a seal mechanism is provided so as to prevent a gap from being generated in the contact surface due to vibration or the like caused by rotation of the rotary shaft, thereby preventing seal leakage due to rotational vibration or the like. is there.
【００２１】本発明では、メカニカルシールの接触面に
作用する圧力を制御し、さらに、接触面の摩耗量に応じ
てメカニカルシールの回転リングが回転軸の軸方向の移
動が自動的に行なわれる機構を有する。また、メカニカ
ルシールの回転リングに動翼ボスを固定することが望ま
しい。In the present invention, the pressure acting on the contact surface of the mechanical seal is controlled, and further, the rotary ring of the mechanical seal automatically moves in the axial direction of the rotary shaft in accordance with the wear amount of the contact surface. Have. Further, it is desirable to fix the rotor blade boss to the rotating ring of the mechanical seal.
【００２２】すなわち、この発明の形態においては、メ
カニカルシールの接触面の摩耗量に応じて、メカニカル
シールの回転リングが回転軸の軸方向への移動を自動的
に行なうことによって、長期間にわたる回転動作によっ
ても安定した軸シール性能を維持させるものである。That is, according to the embodiment of the present invention, the rotating ring of the mechanical seal automatically moves in the axial direction of the rotating shaft in accordance with the amount of wear of the contact surface of the mechanical seal, thereby rotating for a long period of time. It is intended to maintain stable shaft sealing performance even during operation.
【００２３】さらに、請求項７記載の発明においては、
相対するもう一方のメカニカルシール接触面は回転軸と
直角度が得られる様に前述回転軸の先端に動翼ボスと共
に固定される。従って、相対するメカニカルシールの接
触面の平行度が高い精度で得られるものである。Further, in the invention according to claim 7,
The other opposing mechanical seal contact surface is fixed to the tip of the rotary shaft together with the rotor blade boss so that a perpendicularity with the rotary shaft can be obtained. Therefore, the parallelism of the contact surfaces of the opposing mechanical seals can be obtained with high accuracy.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態にお
ける人工心臓ポンプ本体の拡大断面図であって、以下に
このポンプ本体について詳しく説明する。1 is an enlarged sectional view of an artificial heart pump body according to an embodiment of the present invention, and the pump body will be described in detail below.
【００２５】図において、４は細長い円筒形のポンプ基
部、５は内蔵された動翼１６を駆動させる駆動部、６は
先端にノズル部７が形成されているケーシング部であ
る。In the figure, 4 is an elongated cylindrical pump base portion, 5 is a drive portion for driving the built-in moving blade 16, and 6 is a casing portion having a nozzle portion 7 formed at its tip.
【００２６】ポンプ基部４は、基端部側が駆動部５に接
続し、先端部側の外周にはケーシング部６が係止されて
いる。また、ケーシング部６の下端には血液を吸い込む
複数個の吸い込み口８が配置されている。The pump base portion 4 has a base end portion side connected to the drive portion 5, and a casing portion 6 is locked to the outer periphery on the tip end portion side. A plurality of suction ports 8 for sucking blood are arranged at the lower end of the casing portion 6.
【００２７】駆動部５内には、ロータ２８を有するモー
タ２７が内蔵され、ロータ２８に接続する回転軸１０が
ポンプ基部の先端部に延伸し、ポンプ動翼ボス１７に接
続されている。また、循環液を吸い込み、吐出する循環
液吸い込み口２０、循環液吐出口２６が設けられてい
る。A motor 27 having a rotor 28 is built in the drive unit 5, and a rotary shaft 10 connected to the rotor 28 extends to the tip of the pump base and is connected to the pump rotor blade boss 17. A circulating liquid suction port 20 for sucking in and discharging the circulating liquid and a circulating liquid discharge port 26 are provided.
【００２８】ポンプ基部４には、その中心を前述した回
転軸１０が貫通しており、回転軸１０は、表面にスパイ
ラル状の極めて浅い溝が設けられた少なくとも２個の軸
受けロータ１４ａ，１４ｂと軸受けステータ１１ａから
なる軸受け（以下一方向性動圧軸受け）で支持される。
前記軸受けロータ１４ａ，１４ｂは、回転軸１０と一体
成形によって製作され、ファインセラミックスのような
耐摩耗特性に優れた材料が用いられる。また、前述の一
方向性動圧軸受けは、回転軸１０の回転により周囲の循
環流体を前述の軸受けロータ１４ａ、１４ｂと軸受けス
テータ１１ａの摺動面内へ引き込み、一方向へ送り出す
ポンプ作用を有する。また、前記軸受けロータ１４ａ，
１４ｂの間には、回転軸１０の周囲を囲むように循環液
室２３が形成されている。The above-mentioned rotary shaft 10 penetrates through the center of the pump base 4, and the rotary shaft 10 includes at least two bearing rotors 14a and 14b having spiral shallow grooves on the surface thereof. The bearing is supported by a bearing (hereinafter, unidirectional dynamic pressure bearing) including the stator 11a.
The bearing rotors 14a and 14b are integrally formed with the rotating shaft 10 and are made of a material having excellent wear resistance such as fine ceramics. Further, the above-mentioned one-way dynamic pressure bearing has a pump action which draws the surrounding circulating fluid into the sliding surfaces of the above-mentioned bearing rotors 14a and 14b and the bearing stator 11a by the rotation of the rotary shaft 10 and sends it out in one direction. . In addition, the bearing rotor 14a,
A circulating liquid chamber 23 is formed between 14b so as to surround the periphery of the rotary shaft 10.
【００２９】また、ポンプ基部４先端と前述したポンプ
動翼ボス１７の間には、回転軸１０の軸受け内への血液
の流入を防止するメカニカルシール９が設けられる。メ
カニカルシール９はポンプ基部先端に設置され、軸受け
ステータ１１ａと一体成形によって製作された固定リン
グ１２ａと、ポンプ動翼ボス１７と共に回転軸１０に固
定される回転リング１３ａとから成り、血液に対しての
軸封作用は前述固定リング１２ａと回転リング１３ａの
円筒端面の接触面で行われる。メカニカルシールに用い
られる材質は、例えば、カーボングラファイト、金属材
料、セラミックスまたはセラミックスコーティングを施
したもの等が考えられるが、前記の通り軸受けロータ１
４ａ、１４ｂにファインセラミックスを用いた場合、軸
受けステータ１１ａと一体成形される固定リング１２ａ
の材質は耐摩耗性の観点から同様にファインセラミック
スを用いるのが好ましい。さらに、メカニカルシール９
の固定リング１２ａにファインセラミックスを用いた場
合、回転リング１３ａは自己潤滑作用が高く、また、対
応する固定リングに合わせてなじむ様に摩耗する性質を
有するカーボングラファイトの使用が望ましい。メカニ
カルシールの固定リング１２ａにファインセラミック
ス、回転リング１３ａにカーボングラファイトを用いた
場合、摩擦係数は約０．１〜０．１５と、共にファイン
セラミックスを用いた場合の摩擦係数０．２５と比較し
て小さな値となる。Further, a mechanical seal 9 for preventing the inflow of blood into the bearing of the rotary shaft 10 is provided between the tip of the pump base 4 and the pump rotor boss 17 described above. The mechanical seal 9 is installed at the tip of the pump base and is composed of a fixed ring 12a manufactured integrally with the bearing stator 11a and a rotary ring 13a fixed to the rotary shaft 10 together with the pump rotor boss 17 for the blood. The shaft sealing action is performed on the contact surfaces of the cylindrical ends of the fixed ring 12a and the rotating ring 13a. The material used for the mechanical seal may be, for example, carbon graphite, a metal material, ceramics, or a ceramic coating, but as described above, the bearing rotor 1
When fine ceramics are used for 4a and 14b, the fixing ring 12a is integrally formed with the bearing stator 11a.
It is preferable to use fine ceramics as the material from the viewpoint of wear resistance. In addition, mechanical seal 9
When fine ceramics is used for the stationary ring 12a, it is preferable to use carbon graphite, which has a high self-lubricating effect on the rotating ring 13a and has a property of being worn so as to fit in with the corresponding stationary ring. When fine ceramics is used for the fixed ring 12a of the mechanical seal and carbon graphite is used for the rotary ring 13a, the friction coefficient is about 0.1 to 0.15, which is compared with the friction coefficient 0.25 when fine ceramics are used. It becomes a small value.
【００３０】また、前述メカニカルシール９の接触面を
維持するために要する圧力は、軸受けステータ１１ａの
基端部の周囲に固定された永久磁石２９ａと、モータ２
７のロータ部に設置した永久磁石２９ｂとの間の反発力
を利用している。なお本例においては永久磁石の反発力
を利用しているが、吸引力を利用することも可能であ
る。The pressure required to maintain the contact surface of the mechanical seal 9 is determined by the permanent magnet 29a fixed around the base end of the bearing stator 11a and the motor 2.
The repulsive force with the permanent magnet 29b installed in the rotor part of No. 7 is used. In this example, the repulsive force of the permanent magnet is used, but the attractive force can also be used.
【００３１】また、ポンプ基部先端の軸受けロータ１４
ａとメカニカルシール９との間には流動液室２４が形成
されている。さらに、流動液室２４から駆動部５の循環
液吐出口２６まで循環液を循環させるリターンパイプ２
５が設けてある。循環液は、駆動部５の循環液吸い込み
口２０および循環液吐出口２６から還流管３０、３１を
介して循環液バッグ３２に連通している。The bearing rotor 14 at the tip of the pump base
A fluid chamber 24 is formed between a and the mechanical seal 9. Further, the return pipe 2 for circulating the circulating liquid from the flowing liquid chamber 24 to the circulating liquid discharge port 26 of the drive unit 5.
5 is provided. The circulating liquid communicates with the circulating liquid bag 32 through the circulating liquid suction port 20 and the circulating liquid discharge port 26 of the drive unit 5 via the reflux pipes 30 and 31.
【００３２】ケーシング内部は、ポンプ基部４とケーシ
ング部６を接続すると共に流入する血液の流れを整流す
る前置静翼１５、流入した血液にエネルギを与える、前
述した動翼ボス１７と一体形成された動翼１６、前述し
た動翼１６により血液に生じた旋回エネルギを圧力エネ
ルギとして回収する静翼１８から構成される。静翼ボス
１９は隣接した動翼ボス１７に、静翼１８はケーシング
内壁に固定される。また、それぞれの翼数は少なくとも
２枚以上で、回転に伴う共鳴を防止するため互いに素と
なっている。The inside of the casing is integrally formed with the front stationary vanes 15 which connect the pump base 4 and the casing 6 and rectify the flow of the inflowing blood, and the above-mentioned moving blade boss 17 which gives energy to the inflowing blood. The moving blade 16 and the stationary blade 18 that recovers the swirling energy generated in the blood by the moving blade 16 as pressure energy. The stationary blade boss 19 is fixed to the adjacent moving blade boss 17, and the stationary blade 18 is fixed to the inner wall of the casing. In addition, the number of each blade is at least two and they are disjoint to prevent resonance due to rotation.
【００３３】内部循環流体は前記一方向性動圧軸受けの
ポンプ作用によって、循環液バッグ３２から還流管３０
を経て、循環液吸い込み口２０、モータのエアギャップ
２１、軸受けロータ１４ｂと軸受けステータ１１ａの摺
動面、循環液室２３、軸受けロータ１４ａと軸受けステ
ータ１１ａの摺動面を通り、流動液室２４に面したメカ
ニカルシール９の内側を洗い流し、リターンパイプ２５
を通り、循環液吐出口２６から還流管３１を経て再び循
環液バッグ３２へ循環する。また、循環液中に混入した
変性タンパク質を除去するフィルター３３を循環液バッ
グ３２内に設けたことにより、クリーンな循環液が循環
するため、人工心臓の安全性を高めることができる。ま
た、循環液バッグ３２は左心室外の体腔内、または体外
に設置される。また、本実施形態では、リターンパイプ
を回転軸と別体としているが、回転軸内部にリターンパ
イプを設けることも可能である。The internal circulating fluid flows from the circulating fluid bag 32 to the return pipe 30 by the pumping action of the one-way dynamic pressure bearing.
Through the circulating fluid suction port 20, the motor air gap 21, the sliding surface of the bearing rotor 14b and the bearing stator 11a, the circulating fluid chamber 23, the sliding surface of the bearing rotor 14a and the bearing stator 11a, and the fluid fluid chamber 24. Rinse the inside of the mechanical seal 9 facing the
Through the circulation liquid discharge port 26, the circulation pipe 31, and the circulation liquid bag 32 again. Further, by providing the filter 33 for removing the denatured protein mixed in the circulating fluid in the circulating fluid bag 32, the clean circulating fluid circulates, so that the safety of the artificial heart can be improved. Further, the circulating fluid bag 32 is installed inside the body cavity outside the left ventricle or outside the body. Further, in the present embodiment, the return pipe is separate from the rotary shaft, but it is also possible to provide the return pipe inside the rotary shaft.
【００３４】一方向性動圧軸受けにより流速が高められ
た多量の循環液を上述のポンプ内の経路を循環させるこ
とにより、メカニカルシール９内側に析出したタンパク
成分が洗い流され、メカニカルシール９の内側は常にク
リーンに維持される。これにより、析出したタンパク成
分がメカニカルシール９接触面に及ぼす影響を防止する
ことが可能となるだけではなく、多量の循環液がメカニ
カルシール９の摩擦熱を吸熱するため、局所発熱による
血球破壊、シール材の異常摩耗を防止し、長期間安定し
た軸シールが可能となる。また、安定した摺動面が維持
されるため、メカニカルシール接触面から血液中へ流出
する循環液の量は極めて少量となる。By circulating a large amount of circulating fluid whose flow rate is increased by the one-way dynamic pressure bearing through the above-mentioned path in the pump, the protein component deposited inside the mechanical seal 9 is washed away, and the inside of the mechanical seal 9 is washed. Is always kept clean. This not only makes it possible to prevent the effect of the deposited protein component on the contact surface of the mechanical seal 9, but also because a large amount of circulating fluid absorbs the frictional heat of the mechanical seal 9, blood cell destruction due to local heat generation, Prevents abnormal wear of the seal material and enables stable shaft sealing for a long period of time. Further, since the stable sliding surface is maintained, the amount of circulating fluid flowing out from the mechanical seal contact surface into the blood becomes extremely small.
【００３５】さらに、多量の循環液をモータ２７のエア
ギャップ２１を経て循環させることにより、循環液がモ
ータ２７の冷却の役目を果たし、駆動部内の温度上昇を
低く維持できるので、人体への影響も少なく長期間の使
用が可能となり血液ポンプの寿命を大幅に延ばすことも
できる。Further, by circulating a large amount of circulating liquid through the air gap 21 of the motor 27, the circulating liquid serves to cool the motor 27 and the temperature rise in the drive unit can be kept low, so that the human body is affected. It can be used for a long period of time, and the life of the blood pump can be greatly extended.
【００３６】図２、図３は前述したメカニカルシール９
の主要構成部品を示す。図２は回転軸１０の軸受けステ
ータ１１ａとメカニカルシールの機能を共有するメカニ
カルシールの固定リング１２ａ、およびメカニカルシー
ルの回転リング１３ａの断面図、図３は回転軸１０の俯
瞰図を示す。軸受けステータ１１ａとメカニカルシール
の固定リング１２ａを一体成形することにより、軸受け
ステータとメカニカルシールの固定リングの機能を共有
させている．さらに、回転軸の軸方向とシール接触面の
垂直度が絶対的に得られる。さらに、軸受けロータ１４
ａ，１４ｂと一体成形した回転軸１０を用いれば、回転
軸１０と軸受けロータ１４ａ，１４ｂ、および軸受けス
テータ１１ａは高い同心度、平行度が得られる。その結
果振動の少ない高い回転精度が得られ、組立も容易にお
こなえる。前述の回転軸１０に、対応する接触面に合わ
せてなじむ様に磨耗する性質を有する、例えば、カーボ
ングラファイトの様なメカニカルシールの回転リング１
３ａを設置すれば、メカニカルシールの固定リング１２
ａと回転リング１３ａは、回転軸１０に対し高い垂直度
を示し、良好な接触面が得られる。2 and 3 show the mechanical seal 9 described above.
The main components of are shown. 2 is a cross-sectional view of a fixed ring 12a of a mechanical seal that shares the function of a mechanical seal with a bearing stator 11a of the rotary shaft 10 and a rotary ring 13a of the mechanical seal, and FIG. 3 is an overhead view of the rotary shaft 10. By integrally forming the bearing stator 11a and the mechanical seal fixing ring 12a, the functions of the bearing stator and the mechanical seal fixing ring are shared. Further, the perpendicularity between the axial direction of the rotating shaft and the seal contact surface is absolutely obtained. Further, the bearing rotor 14
If the rotary shaft 10 integrally formed with a and 14b is used, the rotary shaft 10, the bearing rotors 14a and 14b, and the bearing stator 11a can have high concentricity and parallelism. As a result, high rotation accuracy with less vibration can be obtained, and assembly can be performed easily. A rotary ring 1 of a mechanical seal, such as carbon graphite, which has a property of being worn so as to fit to the contact surface corresponding to the rotary shaft 10 described above.
If 3a is installed, the mechanical seal fixing ring 12
The "a" and the rotary ring 13a show a high degree of perpendicularity to the rotary shaft 10, and a good contact surface is obtained.
【００３７】また、前記軸受けロータ１４ａ、１４ｂの
表面には、スパイラル状の浅い溝が設けられており、回
転に伴い周囲の流体を前述の軸受けロータ１４ａ、１４
ｂと軸受けステータ１１ａの摺動面内へ引き込み、一方
向へ送り出すポンプ作用を有する。Spiral shallow grooves are provided on the surfaces of the bearing rotors 14a and 14b, so that the surrounding fluid can be removed from the surrounding fluid by the rotation.
It has a pumping action of pulling it into the sliding surface of the bearing b and the bearing stator 11a and sending it in one direction.
【００３８】接触面を押しつけるのに要する力は、図１
に示したようにモータ内部に設けられた一組の永久磁石
２９ａ、２９ｂを利用する。図１においては同一極を対
向させ、永久磁石の反発力を用いているが、吸引力を利
用することも可能である。また、動翼１６の運転に伴い
生ずる反力も接触面を押し付ける力として作用する。さ
らに、永久磁石の反発力、または吸引力と、メカニカル
シールの接触面により、回転軸の軸方向の位置決めが可
能となるため、スラスト軸受けを別途必要としない。さ
らに、メカニカルシールの固定リング１２ａ、回転リン
グ１３ａの磨耗に対応して回転軸１０は自動的に追従移
動が可能であり、その結果、常に良好な接触面が維持で
きる。The force required to press the contact surface is as shown in FIG.
A set of permanent magnets 29a and 29b provided inside the motor is used as shown in FIG. In FIG. 1, the same poles are made to face each other and the repulsive force of the permanent magnet is used, but it is also possible to use the attractive force. Further, the reaction force generated by the operation of the moving blade 16 also acts as a force for pressing the contact surface. Further, since the repulsive force or attractive force of the permanent magnet and the contact surface of the mechanical seal enable the axial positioning of the rotary shaft, the thrust bearing is not required separately. Further, the rotary shaft 10 can automatically follow and move in response to wear of the fixed ring 12a and the rotary ring 13a of the mechanical seal, and as a result, a good contact surface can always be maintained.
【００３９】図４に、本発明の人工心臓ポンプ本体の軸
シール機構の他の実施形態の拡大断面図、図５に図４の
軸シール機構の詳細図を示す。この例は図１に示したも
のと機能的には類似しているので、ここでは図１の例と
異なる点について説明する。FIG. 4 shows an enlarged sectional view of another embodiment of the shaft seal mechanism of the artificial heart pump body of the present invention, and FIG. 5 shows a detailed view of the shaft seal mechanism of FIG. Since this example is functionally similar to that shown in FIG. 1, differences from the example of FIG. 1 will be described here.
【００４０】メカニカルシール１０９は、軸受けステー
タ１１ｂと一体成形された固定リング１２ｂと、軸受け
ロータ１４ｃと一体形成された回転リング１３ｂとから
構成され、血液に対しての軸封作用は前述固定リング１
２ｂと回転リング１３ｂの円筒端面の接触面で行われ
る。メカニカルシールに用いられる材質は、ファインセ
ラミックス−ファインセラミックス、またはカーボング
ラファイト−ファインセラミックスなどの組み合わせで
使用される。The mechanical seal 109 is composed of a fixed ring 12b integrally formed with the bearing stator 11b and a rotating ring 13b integrally formed with the bearing rotor 14c.
2b and the contact surface of the cylindrical end surface of the rotating ring 13b. The material used for the mechanical seal is a combination of fine ceramics-fine ceramics or carbon graphite-fine ceramics.
【００４１】相対するメカニカルシール１０９の接触面
を密着させるのに要する力はモータ内部に設置された一
組の永久磁石２９ｃ、２９ｄの反発力を利用すが、吸引
力も利用可能である。The force required to bring the contact surfaces of the opposing mechanical seals 109 into close contact is the repulsive force of the pair of permanent magnets 29c and 29d installed inside the motor, but the attractive force can also be used.
【００４２】循環流体は、循環液バッグ３２から環流管
３０を経て、循環液吸い込み口２０、モータのエアギャ
ップ２１、バイパス流路３５、循環液室２３、バイパス
流路３６を通り、流動液室２４に面したメカニカルシー
ル１０９の内側を洗い流し、リターンパイプ２５を通
り、循環液吐出口２６から還流管３１を経て再び循環液
バッグ３２へ循環する。本例においては、循環液を循環
させるための外部ポンプ３４を循環液バッグ３２と循環
液吸い込み口２０の間に設けている。また、バイパス流
路３５、３６と外部ポンプ３４を用いず、図１に示した
ように、一方向性動圧軸受けのポンプ作用のみで循環液
を循環させることも可能である。また、循環液中に混入
した変性タンパク質を除去するフィルター３３を循環液
バッグ３２内に設けたことにより、クリーンな循環液が
循環するため、人工心臓の安全性を高めることができ
る。また、循環液バッグ３２とフィルター３３と外部ポ
ンプ３４は左心室外の体腔内、または体外に設置され
る。The circulating fluid flows from the circulating fluid bag 32 through the circulating pipe 30, the circulating fluid suction port 20, the motor air gap 21, the bypass passage 35, the circulating fluid chamber 23, and the bypass passage 36, and the circulating fluid chamber. The inside of the mechanical seal 109 facing 24 is rinsed off, passes through the return pipe 25, and is circulated from the circulating liquid discharge port 26 through the reflux pipe 31 to the circulating liquid bag 32 again. In this example, an external pump 34 for circulating the circulating liquid is provided between the circulating liquid bag 32 and the circulating liquid suction port 20. Further, as shown in FIG. 1, it is possible to circulate the circulating fluid only by the pumping action of the one-way dynamic pressure bearing without using the bypass flow passages 35 and 36 and the external pump 34. Further, by providing the filter 33 for removing the denatured protein mixed in the circulating fluid in the circulating fluid bag 32, the clean circulating fluid circulates, so that the safety of the artificial heart can be improved. Further, the circulating fluid bag 32, the filter 33, and the external pump 34 are installed inside the body cavity outside the left ventricle or outside the body.
【００４３】図６に、本発明の人工心臓ポンプ本体の軸
シール機構の他の実施形態の拡大断面図を示す。この例
は図１に示したものと機能的には類似しており、さらに
循環流体に関しては図４に示したものと同等であるた
め、ここでは図１、図４の例と異なる点について説明す
る。FIG. 6 shows an enlarged sectional view of another embodiment of the shaft seal mechanism of the artificial heart pump body of the present invention. Since this example is functionally similar to that shown in FIG. 1 and the circulating fluid is equivalent to that shown in FIG. 4, here, the points different from the examples of FIGS. 1 and 4 will be described. To do.
【００４４】本例においては、動翼２１６が取り付けら
れた動翼ボス２１７が軸方向に追従移動できる自由度を
有している。ただし、動翼ボス内部３８と回転軸２１０
の先端部には、同一極を対向するように永久磁石２９
ｅ，２９ｆがそれぞれ設置されているため、前記永久磁
石間の反発力により、動翼ボス２１７に固定されたメカ
ニカルシール２０９の回転リング１３ｃはポンプ基部先
端に固定されたメカニカルシール２０９の固定リング１
２ｃに押しつけられる。また、運転中に生じる微小振動
は緩和され、メカニカルシール２０９の摩耗に応じて動
翼ボス２１７に固定されたメカニカルシール２０９の回
転リング１３ｃは軸方向に追従移動が可能となってい
る。一方、回転軸２１０の軸方向の位置決めは、回転軸
基端部に設けられた一方向性動圧軸受けの軸受けロータ
１４ｆにつば部５２を設け、前記永久磁石２９ｅ，２９
ｆの反発力によって前記軸受けロータのつば部５２と軸
受けステータ１１ｅの端面を接触させることにより決定
する。In this example, the moving blade boss 217 to which the moving blade 216 is attached has the freedom to follow the axial movement. However, inside the rotor blade boss 38 and the rotating shaft 210
At the tip of each of the permanent magnets 29 so that the same poles face each other.
Since e and 29f are installed respectively, the rotary ring 13c of the mechanical seal 209 fixed to the rotor blade boss 217 is fixed by the repulsive force between the permanent magnets to the fixed ring 1 of the mechanical seal 209 fixed to the tip of the pump base.
It is pressed against 2c. Further, minute vibrations generated during operation are alleviated, and the rotary ring 13c of the mechanical seal 209 fixed to the moving blade boss 217 according to the wear of the mechanical seal 209 can follow the axial movement. On the other hand, for the axial positioning of the rotary shaft 210, the flange portion 52 is provided on the bearing rotor 14f of the unidirectional dynamic pressure bearing provided at the base end portion of the rotary shaft, and the permanent magnets 29e, 29 are provided.
It is determined by bringing the flange portion 52 of the bearing rotor into contact with the end surface of the bearing stator 11e by the repulsive force of f.
【００４５】本例においては、回転軸２１０の先端部お
よび基端部に設置される一方向性動圧軸受けの軸受けロ
ータ１４ｅ，１４ｆと回転軸２１０、および軸受けステ
ータ１１ｄ、１１ｅをそれぞれ別体としているが、図１
同様一体成形することも可能である。In this example, the bearing rotors 14e and 14f of unidirectional dynamic pressure bearings installed at the front end and the base end of the rotary shaft 210, the rotary shaft 210, and the bearing stators 11d and 11e are separate bodies. But Figure 1
Similarly, it is also possible to integrally mold.
【００４６】図７は、図６で示した例のメカニカルシー
ル２０９の詳細を示した断面図であって、永久磁石２９
ｅ，２９ｆを用いてメカニカルシール２０９の接触面を
押しつける例である。FIG. 7 is a sectional view showing the details of the mechanical seal 209 of the example shown in FIG.
In this example, the contact surface of the mechanical seal 209 is pressed by using e and 29f.
【００４７】図において、軸受けステータ１１ｄと固定
リング１２ｃを一体成形することにより、メカニカルシ
ールの固定リングの機能を共有させている。また、一体
成形により、メカニカルシール２０９の固定リング１２
ｃにおいて、軸方向とシール接触面の垂直度が絶対的に
得られる。動翼２１６が取り付けられている動翼ボス２
１７と一体に組み合わされたメカニカルシールの回転リ
ング１３ｃは、反発力が得られるよう同一極を対向させ
た永久磁石２９ｅ，２９ｆにより、運転中に生じる微小
振動が緩和され、また、回転による磨耗に際してはそれ
に対応して軸方向に追従移動する自由度を有する。しか
し、回転軸２１０に設置されたドライブピン３９によっ
て、回転軸２１０と回転リング１３ｃは連結されている
ので、回転方向には自由度がなく軸とともに回転する。
そして、血液に対しての軸封作用は固定リング１２ｃと
回転リング１３ｃの円筒端面の接触面で行われる。ま
た、動翼ボス内部３８と内部循環流体との間の密封は人
造ゴムなどによるＯリング、Ｖリングなどが使用され
る。図はＯリング４０を用いた例である。In the figure, the bearing stator 11d and the fixed ring 12c are integrally formed to share the function of the fixed ring of the mechanical seal. Further, the fixing ring 12 of the mechanical seal 209 is integrally molded.
At c, the perpendicularity between the axial direction and the seal contact surface is absolutely obtained. The rotor blade boss 2 to which the rotor blade 216 is attached
The rotary ring 13c of the mechanical seal integrally combined with 17 has the permanent magnets 29e and 29f with the same poles facing each other so that a repulsive force can be obtained. Has a degree of freedom corresponding to the axial movement. However, since the rotary shaft 210 and the rotary ring 13c are connected by the drive pin 39 installed on the rotary shaft 210, there is no degree of freedom in the rotational direction and the rotary shaft rotates with the shaft.
The shaft sealing action for blood is performed by the contact surfaces of the cylindrical end surfaces of the fixed ring 12c and the rotating ring 13c. Further, an O-ring, V-ring or the like made of artificial rubber is used for sealing between the inside of the rotor blade boss 38 and the internal circulating fluid. The figure shows an example using the O-ring 40.
【００４８】図８は、図７において用いられた永久磁石
２９ｅ，２９ｆをコイルばね４１に変更した例であり、
機能上は図７と同等である。さらに、コイルばねの代わ
りに板ばね、またはゴム等の弾性体の適用も考えられ
る。FIG. 8 shows an example in which the permanent magnets 29e and 29f used in FIG. 7 are replaced with a coil spring 41.
It is functionally equivalent to FIG. Further, instead of the coil spring, application of a leaf spring or an elastic body such as rubber may be considered.
【００４９】以上、軸流ポンプを使用した実施形態で本
発明を説明したが、遠心ポンプなど他のポンプを使用し
ても同様な効果は得られる。図９は遠心ポンプの例を示
したものである．図９は、前述した軸流ポンプを用いた
例とは異なり、人工心臓本体を人体の心臓以外の体腔内
に設置した例について述べたものである。そのため、急
性心筋梗塞や急性心筋炎、肥厚性心筋症のように左心室
が拡大しない疾患例、または大動脈弁の人工弁置換手術
等後、大動脈弁をポンプのノズルが通過できない場合な
ど、前述した軸流ポンプが適用できない患者にも使用可
能となるものである。Although the present invention has been described with reference to the embodiment using the axial flow pump, the same effect can be obtained by using another pump such as a centrifugal pump. Figure 9 shows an example of a centrifugal pump. FIG. 9 illustrates an example in which the artificial heart body is installed in a body cavity other than the human heart, unlike the example using the axial flow pump described above. Therefore, cases such as acute myocardial infarction and acute myocarditis, cases where the left ventricle does not expand such as hypertrophic cardiomyopathy, or cases where the pump nozzle cannot pass through the aortic valve after artificial valve replacement surgery for the aortic valve, etc. It can also be used for patients to whom an axial flow pump cannot be applied.
【００５０】図において、メカニカルシール３０９は、
軸受けステータ１１ｆと一体成形された固定リング１２
ｄと、軸受けロータ１４ｇと一体形成された回転リング
１３ｄとから構成され、血液に対する軸封は前述した固
定リング１２ｄと、回転リング１３ｄの円筒端面の接触
面で行われる。相対するメカニカルシール接触面を密着
させるのに要する力はモータ内部に設けられた永久磁石
２９ｇ、２９ｈの反発力を利用している。In the figure, the mechanical seal 309 is
Fixed ring 12 integrally formed with bearing stator 11f
d and a rotary ring 13d integrally formed with the bearing rotor 14g. The shaft is sealed to blood by the above-mentioned fixed ring 12d and the contact surface of the cylindrical end surface of the rotary ring 13d. The repulsive force of the permanent magnets 29g and 29h provided inside the motor is used as the force required to bring the opposing mechanical seal contact surfaces into close contact with each other.
【００５１】循環流体は、循環液バッグ３２から環流管
３０を経て、循環液吸い込み口２０、モータのエアギャ
ップ２１、バイパス流路３５を通り、流動液室２４に面
したメカニカルシール３０９の内側を洗い流し、リター
ンパイプ２５を通り、循環液吐出口２６から還流管３１
を経て再び循環液バッグ３２へ循環する。The circulating fluid passes through the circulating fluid bag 32, the circulation pipe 30, the circulating fluid suction port 20, the motor air gap 21, and the bypass flow passage 35, and the inside of the mechanical seal 309 facing the flowing fluid chamber 24. Rinse and pass through the return pipe 25, and from the circulating fluid discharge port 26 to the reflux pipe 31.
And is circulated again to the circulating fluid bag 32.
【００５２】本例においては、循環液を循環させるため
の外部ポンプ３４を循環液バッグ３２と循環液吸い込み
口２０の間に設けている。また、バイパス流路３５と外
部ポンプ３４を用いず、図１に示したように、一方向性
動圧軸受けのポンプ作用のみで循環液を循環させること
も可能である。また、循環液中に混入した変性タンパク
質を除去するフィルター３３を循環液バッグ３２内に設
けたことにより、クリーンな循環液が循環するため、人
工心臓の安全性を高めることができる。また、循環液バ
ッグ３２とフィルター３３と外部ポンプ３４は左心室外
の体腔内、または体外に設置される。In this example, an external pump 34 for circulating the circulating liquid is provided between the circulating liquid bag 32 and the circulating liquid suction port 20. Further, it is also possible to circulate the circulating fluid only by the pumping action of the one-way dynamic pressure bearing, as shown in FIG. 1, without using the bypass flow passage 35 and the external pump 34. Further, by providing the filter 33 for removing the denatured protein mixed in the circulating fluid in the circulating fluid bag 32, the clean circulating fluid circulates, so that the safety of the artificial heart can be improved. Further, the circulating fluid bag 32, the filter 33, and the external pump 34 are installed inside the body cavity outside the left ventricle or outside the body.
【００５３】[0053]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば以下
のような効果を有する。As described above, the present invention has the following effects.
【００５４】請求項１記載の発明によれば、メカニカル
シールと、メカニカルシール内側を洗い流す流体と、循
環流体を循環させる機構によって、安定したシール機能
を実現することができる。その結果、ポンプの回転軸に
おける血液の凝着を防止することが可能となり、心臓ポ
ンプは長期間に渡って安全に使用することが可能とな
る。According to the first aspect of the invention, a stable sealing function can be realized by the mechanical seal, the fluid for flushing the inside of the mechanical seal, and the mechanism for circulating the circulating fluid. As a result, it is possible to prevent blood from coagulating on the rotation axis of the pump, and it is possible to use the heart pump safely for a long period of time.
【００５５】また、循環流体の消費量は低流量で安定し
ている。さらに、血液が流れる流路形状は流体学的に最
適な形状が得られるため、血液の滞留、破壊の少ないポ
ンプを実現することができる。Further, the consumption amount of the circulating fluid is stable at a low flow rate. Furthermore, since the flow path shape through which the blood flows can be obtained as a hydrodynamically optimum shape, it is possible to realize a pump with less blood retention and destruction.
【００５６】請求項２記載の発明によれば、回転軸とメ
カニカルシール接触面の直角度が高い精度で得られた
め、長期間にわたって安定したシール性能を維持するこ
とができる。さらに、回転軸の軸受けロータの同心度が
容易に得られるため、組立が容易に行える。According to the second aspect of the invention, since the perpendicularity between the rotary shaft and the mechanical seal contact surface is obtained with high accuracy, stable sealing performance can be maintained for a long period of time. Furthermore, since the concentricity of the bearing rotor of the rotary shaft can be easily obtained, the assembly can be easily performed.
【００５７】また、メカニカルシールの接触面によっ
て、回転軸の軸方向の位置決めが可能となるため、スラ
スト軸受けを別途必要としない。さらに、メカニカルシ
ールの接触端面の磨耗に応じて回転軸は自動的に移動可
能であり、その結果、常に良好なメカニカルシールの接
触面が維持できる。Further, since the contact surface of the mechanical seal enables positioning of the rotary shaft in the axial direction, a separate thrust bearing is not required. Further, the rotating shaft can be automatically moved according to the wear of the contact end surface of the mechanical seal, and as a result, a good contact surface of the mechanical seal can be maintained at all times.
【００５８】請求項３記載の発明によれば、対応する接
触面に合わせてなじむ様に磨耗する性質を有する材料を
用いてメカニカルシールを構成することにより、長期に
わたって安定した接触面を維持することが可能となる。According to the third aspect of the present invention, the mechanical seal is made of a material having a property of being worn so as to fit to the corresponding contact surface, thereby maintaining a stable contact surface for a long period of time. Is possible.
【００５９】請求項４記載の発明によれば、相対するメ
カニカルシール接触面の平行度が高い精度で得られた
め、長期間にわたって安定したシール性能を維持するこ
とができる。According to the fourth aspect of the present invention, since the parallelism between the opposing mechanical seal contact surfaces is obtained with high accuracy, stable sealing performance can be maintained for a long period of time.
【００６０】請求項５記載の発明によれば、回転軸の回
転に伴い生じる振動等によって前記接触面にすき間を生
じさせないような緩衝機構を設けることによって、回転
振動等によるシール漏れを防止することができる。According to the fifth aspect of the present invention, by providing a cushioning mechanism that does not cause a gap in the contact surface due to vibration or the like caused by rotation of the rotary shaft, seal leakage due to rotational vibration or the like is prevented. You can
【００６１】請求項６記載の発明によれば、メカニカル
シールの接触端面の摩耗量に応じて回転軸のスラスト方
向の移動が自動的に行なうことによって、長期間にわた
る回転動作によっても安定した軸シール性能を維持させ
ることができる。According to the sixth aspect of the present invention, the rotation of the rotary shaft in the thrust direction is automatically performed according to the wear amount of the contact end surface of the mechanical seal, so that the shaft seal is stable even during long-term rotary operation. The performance can be maintained.
【００６２】請求項７記載の発明によれば、動翼ボスと
メカニカルシールの回転リングを一体化することによ
り、相対するメカニカルシールの接触面の平行度を高い
精度で得ることができる。According to the seventh aspect of the present invention, by integrating the rotor blade boss and the rotary ring of the mechanical seal, the parallelism of the contact surfaces of the mechanical seals facing each other can be obtained with high accuracy.
【図１】本発明の一実施形態における人工心臓ポンプ本
体の拡大断面図である。FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of an artificial heart pump body according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１のメカニカルシール９の詳細断面図であ
る。FIG. 2 is a detailed sectional view of the mechanical seal 9 of FIG.
【図３】図１の回転軸１０の詳細図である。3 is a detailed view of a rotary shaft 10 of FIG.
【図４】本発明の他の実施形態における人工心臓ポンプ
本体の拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of an artificial heart pump body according to another embodiment of the present invention.
【図５】図４のメカニカルシール１０９の詳細断面図で
ある。5 is a detailed sectional view of the mechanical seal 109 of FIG.
【図６】本発明の他の実施形態における人工心臓ポンプ
本体の拡大断面図である。FIG. 6 is an enlarged sectional view of an artificial heart pump body according to another embodiment of the present invention.
【図７】図６のメカニカルシール２０９の詳細断面図で
ある。7 is a detailed cross-sectional view of the mechanical seal 209 of FIG.
【図８】図６のメカニカルシール２０９の詳細断面図で
ある。8 is a detailed cross-sectional view of the mechanical seal 209 of FIG.
【図９】本発明の他の実施形態における人工心臓ポンプ
本体の拡大断面図である。FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of an artificial heart pump body according to another embodiment of the present invention.
【図１０】従来形式の人工心臓本体を人体の心臓に取り
付けた状態を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory view showing a state in which a conventional artificial heart body is attached to a human heart.
Ａ・・・心臓 Ｂ・・・左心室 Ｃ・・・心尖部 Ｄ・・・大動脈弁 Ｅ・・・上行大動脈 １・・・人工心臓 ２・・・心尖部リング ３・・・人工心臓本体 ４・・・ポンプ基部 ５・・・駆動部 ６・・・ケーシング部 ７・・・ノズル部 ８・・・吸い込み口 ９、１０９、２０９、３０９・・・メカニカルシール １０、１１０、２１０、３１０・・・回転軸 １１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ・・
・軸受けステータ １２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ・・・固定リング １３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・・回転リング １４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１
４ｇ・・・軸受けロータ １５・・・前置静翼 １６、２１６・・・動翼 １７、２１７・・・動翼ボス １８・・・静翼 １９・・・静翼ボス ２０・・・循環液吸い込み口 ２１・・・エアギャップ ２３・・・循環液室 ２４・・・流動液室 ２５・・・リターンパイプ ２６・・・循環液吐出口 ２７・・・モータ ２８・・・ロータ ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅ、２９ｆ、２
９ｇ、２９ｈ・・・永久磁石 ３０、３１・・・還流管 ３２・・・循環液バッグ ３３・・・フィルタ ３４・・・外部ポンプ ３５、３６・・・バイパス流路 ３８・・・動翼ボス内部 ３９・・・ドライブピン ４０・・・Ｏリング ４１・・・コイルばね ５０・・・密封液バッグ ５１・・・流動管 ５２・・・つば部A ... Heart B ... Left ventricle C ... Apex D ... Aortic valve E ... Ascending aorta 1 ... Artificial heart 2 ... Apex ring 3 ... Artificial heart body 4 ... Pump base 5 ... Drive part 6 ... Casing part 7 ... Nozzle part 8 ... Suction port 9, 109, 209, 309 ... Mechanical seal 10, 110, 210, 310 ...・ Rotating shafts 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f ...
-Bearing stator 12a, 12b, 12c, 12d ... Fixed ring 13a, 13b, 13c, 13d ... Rotating ring 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 1
4 g ... Bearing rotor 15 ... Front stationary vane 16, 216 ... Moving blade 17, 217 ... Moving blade boss 18 ... Stationary blade 19 ... Stationary blade boss 20 ... Circulating fluid Suction port 21 ... Air gap 23 ... Circulating liquid chamber 24 ... Flowing liquid chamber 25 ... Return pipe 26 ... Circulating liquid discharge port 27 ... Motor 28 ... Rotor 29a, 29b, 29c, 29d, 29e, 29f, 2
9g, 29h ... Permanent magnets 30, 31 ... Reflux tube 32 ... Circulating fluid bag 33 ... Filter 34 ... External pump 35, 36 ... Bypass flow path 38 ... Moving blade boss Internal 39 ... Drive pin 40 ... O-ring 41 ... Coil spring 50 ... Sealing liquid bag 51 ... Flow tube 52 ... Collar
Claims (7)
て、 円筒状のポンプ基部（４）と、前記ポンプ基部の基端部
に接続したモータ（２７）の回転軸（１０）を介して前
記ポンプ基部（４）先端に設置されたポンプの動翼（１
６）を駆動させる駆動部（５）と、前記ポンプ基部の先
端に形成されたケーシング部（６）とを備え、内部には
前記回転軸の基端部と先端部を軸承する、軸受けロータ
（１４ａ、１４ｂ）と軸受けステータ（１１ａ）からな
る軸受けを有すると共に、 前記ポンプ基部（４）先端から前記軸受けロータ（１４
ａ、１４ｂ）と軸受けステータ（１１ａ）の摺動面内へ
の血液の浸入を防止するための、平滑な接触面を有する
少なくとも一組の端面回転接触式のシール部（以下メカ
ニカルシール）（９、１０９、２０９、３０９）と、前
記メカニカルシール（９、１０９、２０９、３０９）と
前記軸受けロータ（１４ａ）との間に形成される流動液
室（２４）に面した前記メカニカルシール（９、１０
９、２０９、３０９）を洗い流す循環流体と、前記循環
流体を循環させる機構を有することを特徴とする人工心
臓ポンプのシール機構。1. An artificial heart pump used for a human body, wherein the pump is provided via a cylindrical pump base (4) and a rotary shaft (10) of a motor (27) connected to a base end of the pump base. The blades (1) of the pump installed at the tip of the base (4)
A bearing rotor (5) that drives a drive unit (6) and a casing unit (6) formed at the tip of the pump base, and that internally supports the base end and the tip of the rotary shaft. 14a, 14b) and a bearing stator (11a), and from the tip of the pump base (4) to the bearing rotor (14).
a, 14b) and at least one set of end face rotary contact type seal portions (hereinafter mechanical seals) (9) having smooth contact surfaces for preventing infiltration of blood into sliding surfaces of the bearing stator (11a). , 109, 209, 309) and the mechanical seal (9, facing the fluid liquid chamber (24) formed between the mechanical seal (9, 109, 209, 309) and the bearing rotor (14a). 10
9, 209, 309) and a circulating fluid for washing away the circulating fluid, and a mechanism for circulating the circulating fluid.
ル（９）は、前記回転軸（１０）の軸受けステータ（１
１ａ）と一体成形された固定リング（１２ａ）と、軸受
けロータ（１４ａ，１４ｂ）と一体成形された回転軸
（１０）に固定された回転リング（１３ａ）とから構成
されており、 前記固定リング（１２ａ）と前記回転リング（１３ａ）
の相対する接触面を密着させるために必要な圧力を生じ
させる機構を有することを特徴とする人工心臓ポンプの
シール機構。2. The mechanical seal according to claim 1, wherein the mechanical seal (9) is a bearing stator (1) of the rotary shaft (10).
1a) and a fixed ring (12a) integrally formed with the bearing rotor (14a, 14b) and a rotating ring (13a) fixed to the rotating shaft (10) integrally formed with the fixed ring. (12a) and the rotating ring (13a)
2. A sealing mechanism for an artificial heart pump, which has a mechanism for generating a pressure necessary for closely contacting the contact surfaces facing each other.
の軸受けステータ（１１ａ）の機能を有するメカニカル
シールの固定リング（１２ａ）の材質にファインセラミ
ックス、相対する回転リング（１３ａ）の材質にカーボ
ングラファイトを用いることを特徴とする人工心臓ポン
プのシール機構。3. The rotating shaft (10) according to claim 2,
2. A sealing mechanism for an artificial heart pump, characterized in that fine ceramics is used as a material of a fixed ring (12a) of a mechanical seal having a function of a bearing stator (11a), and carbon graphite is used as a material of an opposing rotating ring (13a).
ル（１０９）は、軸受けステータ（１１ｂ）と一体形成
された固定リング（１２ｂ）と、軸受けロータ（１４
ｃ）と一体形成された回転リング（１３ｂ）とから構成
されており、 前記固定リング（１２ｂ）と前記回転リング（１３ｂ）
の相対する接触面を密着させるために必要な圧力を生じ
させる機構を有することを特徴とする人工心臓ポンプの
軸シール機構。4. The mechanical seal (109) according to claim 1, wherein the stationary ring (12b) integrally formed with the bearing stator (11b) and the bearing rotor (14).
c) and a rotating ring (13b) integrally formed, the fixed ring (12b) and the rotating ring (13b).
A shaft seal mechanism for an artificial heart pump, which has a mechanism for generating a pressure necessary for closely contacting the contact surfaces of each other.
ル（２０９）の相対する接触面を密着させるために必要
な圧力を生じさせる機構と、回転軸（２１０）の回転を
前記接触面へ伝達する機構と、前記回転軸（２１０）の
回転に伴い生じる振動等によって前記接触面にすき間を
生じさせないような緩衝機構を有することを特徴とする
人工心臓ポンプのシール機構。5. The mechanism according to claim 1, which generates a pressure necessary to bring the contact surfaces of the mechanical seal (209) facing each other into close contact with each other, and a mechanism for transmitting the rotation of the rotary shaft (210) to the contact surfaces. And a cushioning mechanism that prevents a gap from being generated in the contact surface due to vibration or the like caused by the rotation of the rotating shaft (210).
ル（９、１０９、２０９、３０９）の接触面に作用する
圧力を制御し、さらに、前記メカニカルシールの接触面
の摩耗量に応じて、メカニカルシールの回転リング（１
３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）が前記回転軸（１０、
１１０、２１０、３１０）の軸方向への移動が自動的に
行なわれる機構を有することを特徴とする人工心臓ポン
プのシール機構。6. The mechanical seal according to claim 1, wherein the pressure acting on the contact surface of the mechanical seal (9, 109, 209, 309) is controlled, and the mechanical seal is adjusted according to the wear amount of the contact surface of the mechanical seal. Rotating ring (1
3a, 13b, 13c, 13d) are the rotary shafts (10,
110, 210, 310) has a mechanism for automatically moving in the axial direction, a sealing mechanism for an artificial heart pump.
１７）に前記メカニカルシール（９、２０９）の回転リ
ング（１３ａ、１３ｃ）を固定することを特徴とする人
工心臓ポンプのシール機構。7. The rotor blade boss according to claim 1,
A seal mechanism for an artificial heart pump, characterized in that the rotary ring (13a, 13c) of the mechanical seal (9, 209) is fixed to 17).
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| JP7234473A JP2928875B2 (en) | 1995-06-05 | 1995-09-12 | Sealing mechanism of artificial heart pump |
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