专利名称：涡轮式血液泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及输送血液用的血液泵，特别涉及一种通过叶轮的旋转对血 液施与离心力而使之流动的涡轮式血液泵。
背景技术：
血液泵是人工心肺等装置中进行体外血液循环所不可缺少的。作为血 液泵的一种，公知有涡轮式血液泵。涡轮式血液泵，在具有入口孔和出口孔的泵的室内通过使叶轮(impeller)旋转、利用离心力，生成用于运送血 液的压差。涡轮式血液泵，可以实现血液泵的小型化、轻型化、低成本化。此外， 由于没有诸如转子泵型血液泵那样的管的损伤等，且血液泵的耐久性优越， 所以可以适用于长时间的连续运转。因此，涡轮式血液泵，作为人工心肺 装置或心脏手术后的心脏辅助装置的体外循环回路的血液泵，正逐渐的成 为主流。例如，专利文献1中所记载的涡轮式血液泵的例子，其叶轮具有在圆 锥形底座的圆锥面上设置有多个呈放射状的叶片的结构。该底座的底面具 有几乎覆盖壳体的整个底面的面积，因而不会在底座附近产生涡流，没有 由涡流引起的溶血问题。{旦是，在底座的下表面与壳体之间必然存在的间隙，形成了血液滞留 的沉淀部，叶轮的轴承所发生的热蓄积于该沉淀部的血液。继而，由于与 叶轮的旋转产生的剪切力结合所产生的影响，产生了在沉淀部发生溶血的 问题。为了解决这一问题，在专利文献1中，在底座上设置了由上表面到 下表面贯通的血液流通孔。由此，沉淀部的血液通过轴承部附近经由血液 流通孔到达底座的上表面，向叶轮的外径方向流畅地流过，可以得到防止 滞留的效果。液泵使用了将叶轮的驱动力介于壳 体壁而通过磁耦合由外部施与的构造。即，在叶轮的圆锥形底座的下部设 置磁铁，而在壳体的外部下方配置驱动用磁铁，该磁铁与叶轮的磁铁相对。 驱动用磁铁由发动机旋转驱动，由于磁耦合而介于叶轮的磁铁从而将叶轮 旋转驱动。但是，用于自如旋转地支撑叶轮的结构，即轴承结构，仅配置于叶轮 的下端部。此外，圆锥形底座的底面，具有几乎可以覆盖壳体的整个底面 的大小，因此为了旋转叶轮而由外部施与的驱动力变得很大。其结果，由 于用于施与驱动力的磁耦合所产生的引力发挥作用时，由于只在下端部有 支撑结构，叶轮的支撑状态容易变得不稳定。为了解决该问题，专利文献2中所记载的涡轮式血液泵，具有如图6 所示的横截面结构。在同一图中，l为壳体，形成有使血液通过流动的泵室 2，设置有与泵室2的上部连通的入口孔3、和与泵室2的侧部连通的出口 孔4。在泵室2内配置有叶轮5。叶轮5的俯视图示于图7。叶轮5具有6 枚叶片6、旋转轴7、以及呈环状的环状连结部8。如图7所示，6枚的叶片6，包括大叶片6a和小叶片6b两种形状，这 些叶片呈交互配置。大叶片6a，其中心一侧端部通过臂18与旋转轴7结合， 周边一侧端部与环状连结部8结合。小叶片6b，其中心一侧端部不与旋转 轴7结合而成为自如端，只有周边一侧的端部与环状连结部8结合。如果 所有的叶片6都与旋转轴7相结合，由于臂18的数量变多而妨碍流路，因 而不优选。臂18只要具有将叶轮的旋转传到旋转轴7所必需的最少的数量 即可。由图可以看出，叶轮5在环状连结部8的内侧区域具有空间19，形 成在上下方向贯通于叶片6之间的流路。如图6所示，旋转轴7通过设置于壳体1的上部轴承9以及下部轴承 10，被旋转自如地支撑。在环状连结部8中，设置有磁铁外壳ll，磁铁外 壳11里埋设、固定有从动磁铁12。从动磁铁12，呈圆柱状，在环状连结 部8的圆周方向以一定间隔配置有6个。环状连结部8以及磁铁外壳11形 成有圆筒形内表面。在壳体1的下部，配置有转子13。转子13，具有驱动轴14和大约圆柱状的磁耦合部15,两者相互结合。驱动轴14，在图中未示出，其被旋转 自如地支撑，同时，与发动机等旋转驱动源连结而被旋转驱动。此外，转 子13和壳体1虽未图示，但相互的位置关系保持固定。在磁耦合部15的 上表面部埋设、固定有驱动磁铁16。驱动磁铁16为圆柱状，在圆周方向以 一定间隔配置有6个。驱动磁铁16，配置为隔着壳体1的壁与从动磁铁12相对的位置关系。 因此，在转子13与叶轮5之间，形成了磁力连结的状态，通过使转子13 旋转，叶轮5通过磁耦合而被旋转驱动。在壳体1的底部的中央部，形成有向上方即泵室2的内部突出的具有 圆筒形外周面的底座20。底座20，以填埋叶轮5下部的从动磁铁12以及 环状连结部8的内侧区域空间19的方式而形成，空间的体积被限制于最少。 由此减少泵室2内的血液填充量。上部轴承9，配置于入口孔3的下方，即插入泵室2的位置。入口孔3 的下端部内表面设置有3根轴承支柱17，向斜下方延伸插入泵室2内，在 入口孔3的流路的横截面的中心部位，在其前端支撑有上部轴承9。下部轴 承10，设置于底座20的上表面的中央。以上构造的涡轮式血液泵，叶轮5通过上部轴承9与下部轴承10被上 下支撑。因此，叶轮5的支撑状态是稳定的，可以获得稳定的血液供应功 能。而且，环状连结部8，其大小不是专利文献l中的圆锥形底座那样覆盖 壳体整个底面，叶轮5在位于旋转轴7与环状连结部8之间的区域具有空 间。因此，叶轮5轻，且驱动力较小就可以。此外，在位于旋转轴7与环状连结部8之间的区域中，形成有上下贯 穿于叶片6之间的流路，与专利文献l中的血液流通孔的作用相同，形成 于叶轮5的下部的沉淀部的血液，通过下部轴承10附近到达叶轮5的上部， 向叶轮的外径方向流动。专利文献1: JP特开平4-224760号公报专利文献2: JP特开2002-85554号公报但是，在专利文献2所公开的以往例的血液泵的结构的情形下，在旋转轴7的周围，例如底座20的上表面的下部轴承10的附近，发现很多血 栓的形成。试验的结果发现，在叶轮5与底座1底面之间的间隙的血液，虽然向 叶轮5的中心流动，但在环状连结部8的内侧的间隙部21中血液的流速变 小，特别是，在底座20的上表面的下部轴承10附近不能形成足够速度的 血液流。因此血液滞留，下部轴承IO产生的热成为主要原因，发生溶血。 此外，由于上述滞留，在下部轴承的附近变成容易形成血栓的状态。发明内容本发明的目的在于提供一种涡轮式血液泵，叶轮的旋转轴由上下轴承 支撑，叶片的外周部的下部具有由环状连结部连接的构造，下部轴承附近 的血栓形成得以抑制。本发明的涡轮式血液泵，具备壳体，具有泵室、入口孔和出口孔； 叶轮，在上述泵室内被旋转自如地支撑；以及驱动力传递要件，用于旋转 驱动上述叶轮。上述叶轮具有由上部轴承和下部轴承在上下端部旋转自 如地支撑的旋转轴；多枚叶片；将上述叶片的至少一部分的内周侧与上述 旋转轴结合的臂；连结于上述叶片的各自外周侧的环状连结部；及配置于 上述环状连结部的下部的从动磁铁部。上述驱动力传递要件，以下述方式 构成配置于上述壳体的外侧下部且设置于可转动的转子的驱动磁铁部与 上述叶轮的上述从动磁铁部，隔着上述壳体底部壁而相对，通过磁耦合将 上述转子的旋转传递到上述叶轮。为了解决上述课题，上述叶轮具有封锁部件，该封锁部件配置于上述 旋转轴与上述环状连结部之间的区域的上述叶片的下方，上述封锁部件至 少在上述旋转轴的周围留有开口地将上述旋转轴与上述环状连结部之间的 区域的空间封锁。发明效果根据上述结构，位于叶轮与壳体底面之间的间隙的血液，沿着封锁部 件的下表面向叶轮的中心流动后，通过封锁部件的开口而上升。由于封锁部件的开口面积被限定，邻接下部轴承沿着旋转轴形成足够流速的血液流， 不会引发血液的滞留。因此，在以往例的结构中，由于血液滞留而下部轴 承产生的热而易于形成血栓的区域，也一直处于被冲刷的状态，因而抑制 了血栓的形成。此外，在该部位，由于上述血液的流动，因下部轴承产生 的热引起的血液温度的上升也得以抑制。
图1是本发明的实施方式1中的涡轮式血液泵的剖视图。图2是图1的涡轮式血液泵的叶轮的俯视图。 图3是该叶轮的剖视图。图4是表示对抑制图1的涡轮式血液泵的血栓形成的效果进行试验的 实验结果的图。图5是表示本发明的实施方式2中的涡轮式血液泵的叶轮的俯视图。图6是以往例的涡轮式血液泵的剖视图。图7是图6的涡轮式血液泵的叶轮的俯视图。符号说明1壳体；2泵室；3入口孔；4出口孔；5、 22、 25叶轮；6叶片； 6a大叶片；6b小叶片；7旋转轴；8环状连结部；9上部轴承； 10下部轴承；11磁铁外壳；12从动磁铁；13转子；14驱动轴； 15磁耦合部；16驱动磁铁；17轴承支柱；18臂；19空间； 20底座；21间隙部；23、 26封锁部件；24开口部； 27圆形区域；28放射状区域。
具体实施方式
本发明的涡轮式血液泵，以上述结构为基本，可以采取如下所述的变 更了的方式。艮P，优选以下结构形成与被上述环状连结部以及上述从动磁铁部所 形成的圆筒形内周面所包围的上述叶轮的下部区域的空间相对应、在上述面的底座，在上述底座设 置有上述下部轴承。上述封锁部件的开口部为与上述旋转轴同心的圆形，在上述封锁部件的开口部的直径为d，上述底座的圆筒面的直径为D时，上述开口部的直径 d优选被设定在0.12D《d《0.3D的范围。更优选为，将上述开口部的直径 d被设定在0.12D《d《0.225D的范围。此外，上述封锁部件的上述开口部，可以为包括从与上述旋转轴同心 的圆形的区域呈放射状延伸的多个放射状区域的结构。以下，对于本发明的实施方式的涡轮式血液泵，参照附图进行说明。(实施方式1)本发明的实施方式1中的涡轮式血液泵的基本结构，与图6以及图7 所示的以往例的血液泵相同。因此，对于与图6以及图7所示要件相同的 要件，标记相同的参照符号，省略重复的说明。图1为表示本实施方式中的涡轮式血液泵的剖视图。壳体1形成有泵 室2，在泵室2的上部设置有入口孔3，在泵室2的侧部设置有出口孔4。 叶轮22具有如下结构其叶片6通过臂18安装于旋转轴7上，叶片6的 周缘部一侧与环状连结部8结合。图2表示叶轮22的俯视图，图3表示其剖视图。如图2所示，6枚叶 片6,由大叶片6a与小叶片6b交互配置构成。大叶片6a，其中心侧端部 通过臂18与旋转轴7结合；小叶片6b，其中心侧端部不与旋转轴7结合而 成为自由端，只在周缘侧端部与环状连结部8相结合。如图1所示，旋转轴7，通过设置于壳体1上的上部轴承9以及下部轴 承10，被旋转自如地支撑。在环状结合部8上，设置有磁铁外壳ll，在磁 铁外壳11内埋设、固定有从动磁铁12。在壳体1的下部，配置有转子13， 该转子13具有相互结合的驱动轴14与略呈圆柱状的磁耦合部15。在磁耦 合部15的上表面部埋设、固定有驱动磁铁16。驱动磁铁16配置为隔着壳 体1的壁与从动磁铁12相对的位置关系，转子13与叶轮22之间形成了磁 力连结的状态。设置有从动磁铁12的环状连结部8的面，相对于旋转轴7不垂直，而是具有规定的角度的倾斜面。同样地，设置有驱动磁铁16的磁耦合部15 的上表面也是倾斜面。如此，从动磁铁12与驱动磁铁16，在相对于叶轮 22的旋转轴倾斜的面上通过形成磁耦合，由此作用于叶轮22与转子13之 间的磁力吸引力，发生于相对叶轮22的旋转轴倾斜的方向。其结果，减轻 了相对下部轴承IO而向下的负荷。因此，下部轴承10的摩擦得以缓和， 可以使磁耦合的强度达到足够大。如图3所示，叶轮22，在环状连结部8的内侧区域具有空间19。环状 连结部8与磁铁外壳11的内周面形成为圆筒面。如图1所示，在壳体l的 底部的中央部，形成有具有向上方，即向泵室2内部突出的圆筒形外周面 的底座20。底座20，以填埋叶轮22的下部的从动磁铁12以及环状连结部 8的内侧的区域空间19的方式形成，将空间的体积限制在最小。上部轴承9，由设置于入口孔3的下端部内表面的3根轴承支柱17的 前端支撑。下部轴承IO，设置于底座20的上表面中央。如图2、图3明确地所示，叶轮11具有在配置于旋转轴7和环状连结 部8之间区域的叶片6下方的封锁部件23。封锁部件23，除了在旋转轴7 的周围留有一部分开口部24之外将从旋转轴7和环状连结部8之间的区域 的空间经过叶片6之间贯通的流路封锁。通过设置封锁部件23，在旋转轴 7的周围，例如，在底座20的上表面的下部轴承10的附近，可以如以下所 说明那样地抑制血栓的形成。艮口，通过设置封锁部件23，位于叶轮22与壳体1底面之间的间隙中的 血液，沿着封锁部件23的下表面向叶轮5的中心流动后，流过封锁部件23 的开口部24而上升。此时，因为开口部24的面积是有所限制的，所以与 下部轴承10相邻接沿着旋转轴7形成了有足够流速的血液流，不会发生血 液的滞留。因此，我们认为在以往例的结构中血液滞留而形成血栓的区域， 也一直处于被冲刷的状态，因此血栓的形成得以抑制。对于用于确认由封锁部件23所得的效果的实验结果，示于图4。作为 评价血栓形成的试验，使用由油画用料与油以6:4重量比混合所得的液体。 在图1所示的涡轮式血液泵的结构中，在改变封锁部件23的开口部24的 直径的同吋，将试验液通过泵驱动而使之循环，检査底座20的上表面所形成的油膜的大小。泵流量为2.0L/min，旋转数为4000min",循环时间为2分钟。在图4所示的曲线图中，横坐标为封锁部件23的开口部24的直径d。 纵坐标表示所形成的油膜(残留油膜)的直径相对于底座20的直径的比例 (%)。但是，底座20的直径由底座20的圆筒面的直径D(-20mm)表示。 旋转轴7的直径为2mm，环状连结部8的内周面的直径为22mm。因此， 开口部24的直径d在2mm 22mm之间变化。伴随着开口部24的直径d由22mm(没有封锁部件23)变小，从13mm 附近开始残存油膜的比例开始减少。而且，直径d-6mm时，由于直径的减 小而减少残存油膜的效果变缓。直径(^2.4mm 4.5mm范围内，残存油膜的 减少效果最大。比2.4mm小的情况下，相反残存油膜的比例增大。这是由 于血液的流路变得太小。如上所述，开口部24的直径d，为了抑制血栓的形成取2.4mm 4.5mm 范围最佳。另一方面，考虑到其他的条件，开口部24的直径d即使采用比 上述最佳范围的大，即超过4.5mm直到6mm的大小，在实用上也可以充 分得到抑制血栓的形成的效果。而且，开口部24的直径d的适当范围，根 据涡轮式血液泵的尺寸有一些变化，但是，只要是通常所使用的范围的涡 轮式血液泵，如果采用如下的规格化的范围，就可以得到所希望的效果。艮P，相对于底座20的圆筒面的直径D，开口部24的直径d只要设定 在0.12D《d《0.3D范围内、优选设定在0.12D《d《0.225D的范围内即可。 (实施方式2)对于本发明的实施方式2中的涡轮式血液泵，参照图5所示的叶轮25 的俯视图进行说明。本实施方式中的涡轮式血液泵的结构，大致与实施例1 中的相同。在本实施例中，如图5所示，只有叶轮25的封锁部件26的形状与实 施方式l的不同。即，封锁部件26的开口部，具有与旋转轴7同心的圆形 区域27，同时，还包含从圆形区域27呈放射状延伸的多个放射状区域28。即使封锁部件26的开口部釆取这样的形状，圆形区域27抑制血栓形 成的效果，可以获得在实用上的足够的程度。另外，通过设置放射状区域但是，如果放射状区域28的开口率过大，则 产生抑制血栓形成效果减小的影响。因此，结合各部分的形状、尺寸，最 好能考虑到两方面的效果的平衡而决定放射状区域28的开口率。 工业上的应用性根据本发明的涡轮式血液泵，在叶轮由上下轴承支撑、叶片的外周缘 部的下部通过环状连结部而连接的结构中，抑制在下部轴承附近形成血栓， 适宜作为人工心肺装置中的用于进行体外血液循环的血液泵。
权利要求
1.一种涡轮式血液泵，具有壳体，所述壳体具有泵室、入口孔和出口孔；叶轮，在所述泵室内被旋转自如地支撑；以及驱动力传递要件，用于旋转驱动所述叶轮，所述叶轮具有由上部轴承和下部轴承在上下端部旋转自如地支撑的旋转轴；多枚叶片；将所述叶片的至少一部分的内周侧与所述旋转轴结合的臂；连结于所述叶片的各自外周侧的环状连结部；及配置于所述环状连结部的下部的从动磁铁部，所述驱动力传递要件，以如下方式构成配置于所述壳体的外侧下部且设置于可转动的转子的驱动磁铁部与所述叶轮的所述从动磁铁部，隔着所述壳体的底部壁而相对，通过磁耦合将所述转子的旋转传递到所述叶轮，其特征在于，所述叶轮具有封锁部件，所述封锁部件配置于所述旋转轴与所述环状连结部之间的区域的所述叶片的下方，所述封锁部件至少在所述旋转轴周围留有开口部地将所述旋转轴与所述环状连结部之间的区域的空间封锁。
2. 根据权利要求1所述的涡轮式血液泵，其中，形成与被所述环状连结部以及所述从动磁铁部所形成的圆筒形内周面所包围的所述叶轮的下部区域的空间相对应、在所述壳体的底部中央部具有向上方突出的圆筒形外周面的底座，在所述底座设置有所述下部轴承。
3. 根据权利要求2所述的涡轮式血液泵，其中，所述封锁部件的开口部为与所述旋转轴同心的圆形，在所述封锁部件的开口部的直径为d，所述底座的圆筒形外周面的直径为D时，所述开口部的直径d被设定于0.12D《d《0.3D的范围。
4. 根据权利要求3所述的涡轮式血液泵，其中，所述开口部的直径d被设定于0.12D《d《0.225D的范围。
5. 根据权利要求3所述的涡轮式血液泵，其中，所述封锁部件的所述开口部包括从与所述旋转轴同心的圆形的区域呈放射状延伸的多个放射状区域。
全文摘要
叶轮(22)具有由上部轴承(9)以及下部轴承(10)在上下端部旋转自如地支撑的旋转轴(7)、多枚叶片(6)、将叶片的内周侧与旋转轴结合的臂(18)、连结于各叶片的外周侧的环状连结部(8)、及配置于环状连结部的下部的从动磁铁部(12)。设置于转子(13)的驱动磁铁部(16)与从动磁铁部(12)隔着壳体的底部壁而相对，通过磁耦合将转子的旋转传递至叶轮。在叶轮下方配置有封锁部件(23)，该封锁部件至少在旋转轴周围留有开口部(24)地将旋转轴与环状连结部之间的区域的空间封锁。在叶轮的旋转轴由上下的轴承支撑、叶片的外周缘部的下部通过环状连结部而连接的结构中，可以抑制在下部轴承附近的血栓的形成。
文档编号F04D13/02GK101594893SQ20088000359
公开日2009年12月2日 申请日期2008年1月24日 优先权日2007年1月30日
发明者大森正芳 申请人:株式会社Jms