遠心ポンプ
【課題】遠心力付与部材が回転した際に、軸部材がその中心軸に対し直交する方向に揺動するのを確実に防止することができ、軸部材と第１の軸受けおよび第２の軸受けとの各間での溶血を確実に防止または抑制することができる遠心ポンプを提供すること。
【解決手段】遠心ポンプ１は、インペラを回転支持する支持機構４を備える。支持機構４は、両端部に第１の球体５１、第２の球体５２を有する軸部材５と、第１の球体５１を回転可能に支持する第１の軸受け６と、第２の球体５２を回転可能に支持する第２の軸受け７とを備える。第１の軸受け６は、第１の球体５１に対し、中心軸Ｏ回りの３点で接する軸回り接点部６１ａ〜６１ｃと、中心軸Ｏ上の１点で接する軸上接点部６２とを有する。第２の軸受け７は、第２の球体５２に対し、中心軸Ｏ回りの３点で接する軸回り接点部７１ａ〜７１ｃと、中心軸Ｏ上の１点で接する軸上接点部７２とを有する。
【解決手段】遠心ポンプ１は、インペラを回転支持する支持機構４を備える。支持機構４は、両端部に第１の球体５１、第２の球体５２を有する軸部材５と、第１の球体５１を回転可能に支持する第１の軸受け６と、第２の球体５２を回転可能に支持する第２の軸受け７とを備える。第１の軸受け６は、第１の球体５１に対し、中心軸Ｏ回りの３点で接する軸回り接点部６１ａ〜６１ｃと、中心軸Ｏ上の１点で接する軸上接点部６２とを有する。第２の軸受け７は、第２の球体５２に対し、中心軸Ｏ回りの３点で接する軸回り接点部７１ａ〜７１ｃと、中心軸Ｏ上の１点で接する軸上接点部７２とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
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（軸部材）と、回転軸の上端部を回転可能に支持する上部軸受けと、回転軸の下端部を回転可能に支持する下部軸受けとを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載の血液ポンプでは、上部軸受けは、筒状をなし、その内径よりも若干小さい外径を有する回転軸の上端部が挿入されている。これにより、上部軸受けの内周部と回転軸の上端部の外周部とは、面接触した状態となっている。また、下部軸受けも、筒状をなし、その内径よりも若干小さい外径を有する回転軸の下端部が挿入されている。これにより、下部軸受けの内周部と回転軸の下端部の外周部とは、面接触した状態となっている。また、特許文献１に記載の血液ポンプは、回転軸が上部軸受けと下部軸受けとの間を上下方向にズレることができるよう、上部軸受けおよび下部軸受けにそれぞれ遊び設けられている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の血液ポンプでは、インペラが回転した際には、回転軸は、前記遊びがある分だけ上下方向にズレて、その結果、水平方向にも揺動して（ブレて）しまっていた。そして、この揺動により、血液ポンプ全体が不本意に過剰に振動する等の問題が生じる。
【０００５】
また、特許文献１に記載の血液ポンプでは、前述したように上部軸受けの内周部と回転軸の上端部の外周部とが面接触した状態となっており、このため、これらの間で溶血が生じてしまっていた。同様に、下部軸受けの内周部と回転軸の下端部の外周部も面接触した状態となっており、これらの間でも溶血が生じてしまっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５４８４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、遠心力付与部材が回転した際に、当該遠心力付与部材とともに回転する軸部材がその中心軸に対し直交する方向に揺動するのを確実に防止することができるとともに、軸部材と第１の軸受けおよび第２の軸受けとの各間での溶血を確実に防止または抑制することができる遠心ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、下記（１）〜（９）の本発明により達成される。
（１） 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設置された棒状をなす棒状体で構成され、その両端部がそれぞれ前記棒状体の中心軸回りの回転体形状をなす軸部材と、
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の軸受けとを有し、
前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けは、それぞれ、当該軸受けが支持する前記軸部材の端部に対し、その前記中心軸回りの少なくとも３点でそれぞれ接する軸回り接点部と、前記中心軸上の少なくとも１点で接する軸上接点部とを有することを特徴とする遠心ポンプ。
【０００９】
（２） 前記軸部材の一端部および前記軸部材の他端部は、それぞれ、球体である上記（１）に記載の遠心ポンプ。
【００１０】
（３） 前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けのうちの少なくとも一方は、平板と、平板の片方の面から突出形成された、前記軸回り接点部と同数の突部とで構成され、
前記平板が前記軸上接点部として機能し、前記各突部がそれぞれ前記軸回り接点部として機能する上記（１）または（２）に記載の遠心ポンプ。
【００１１】
（４） 前記各突部は、それぞれ、前記軸部材と接する接触面が丸みを帯びている上記（３）に記載の遠心ポンプ。
【００１２】
（５） 前記軸部材の一端部および前記軸部材の他端部は、それぞれ、球体であり、
前記各突部の高さは、それぞれ、前記球体の半径よりも大である上記（３）または（４）に記載の遠心ポンプ。
【００１３】
（６） 前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けのうちの一方は、板状をなし、その片方の面に凹部が形成された平板で構成されており、
前記凹部の底面が前記軸上接点部として機能し、前記凹部の内周面が前記各軸回り接点部として機能する上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の遠心ポンプ。
【００１４】
（７） 前記凹部は、その平面視での形状が三角形をなす上記（６）に記載の遠心ポンプ。
【００１５】
（８） 前記軸部材の一端部および前記軸部材の他端部は、それぞれ、球体であり、
前記凹部の深さは、前記球体の半径よりも大である上記（６）または（７）に記載の遠心ポンプ。
【００１６】
（９） 前記各軸回り接点部は、前記中心軸回りに等角度間隔に配されている上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の遠心ポンプ。
【００１７】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記第１の軸受けの前記軸回り接点部と、前記第２の軸受けの前記軸回り接点部とは、同数であり、
前記中心軸方向から見たとき、前記第１の軸受けの前記各軸回り接点部と、前記第２の軸受けの前記各軸回り接点部とは、互いに重なっているのが好ましい。
【００１８】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けは、それぞれ、前記ハウジングと別体で構成され、前記ハウジングに対し固定されているのが好ましい。
【００１９】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記軸部材の一端部がなす回転体形状と前記軸部材の他端部がなす回転体形状とは、同じであるのが好ましい。
【００２０】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記軸部材の一端部および前記軸部材の他端部のうちの少なくとも一方は、球体であるのが好ましい。
【００２１】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記軸部材と、前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けとは、互いに異なる材料で構成されているのが好ましい。
【００２２】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記軸部材は、金属材料で構成され、前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けは、それぞれ、樹脂材料で構成されているのが好ましい。
【００２３】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記遠心力付与部材は、円盤状をなすものであり、その中心から放射状に形成され、血液が通過する複数本の血液流路を有するのが好ましい。
【００２４】
また、本発明の遠心ポンプでは、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のが好ましい。
【００２５】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記軸部材が鉛直方向と平行となるように使用されるのが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、軸部材の一端部と第１の軸受けとが点接触しており、さらに、その接点数をできる限り少なくすることができる。また、軸部材の他端部と第２の軸受けとも点接触しており、さらに、その接点数をできる限り少なくすることができる。
【００２７】
このような構成により、遠心力付与部材が回転した際に、当該遠心力付与部材とともに回転する軸部材は、安定して支持され、よって、軸部材の中心軸に対し直交する方向に揺動するのが確実に防止される。また、軸部材の一端部と第１の軸受けとの接触面積もできる限り少なくなり、よって、これら部材間での溶血を確実に防止または抑制することができる。これと同様に、軸部材の他端部と第２の軸受けとの接触面積もできる限り少なくなり、よって、これら部材間での溶血を確実に防止または抑制することができる。また、摩擦による発熱での血栓形成が抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の遠心ポンプの実施形態を示す断面側面図である。
【図２】本発明の遠心ポンプの実施形態を示す断面平面図である。
【図３】本発明の遠心ポンプが備える支持機構を示す斜視図（第１の軸受けと第２の軸受けとの位置関係を示す図）である。
【図４】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図１中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ｃ］の拡大図である。
【図７】図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ｄ］の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の遠心ポンプ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。
【００３０】
図１は、本発明の遠心ポンプの実施形態を示す断面側面図、図２は、本発明の遠心ポンプの実施形態を示す断面平面図、図３は、本発明の遠心ポンプが備える支持機構を示す斜視図（第１の軸受けと第２の軸受けとの位置関係を示す図）、図４は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図５は、図１中のＢ−Ｂ線断面図、図６は、図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ｃ］の拡大図、図７は、図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ｄ］の拡大図である。なお、以下では、説明の都合上、図１、図３、図６および図７中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
【００３１】
図１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（インペラ）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。
【００３２】
ハウジング２は、偏平な円筒状の部材で構成され、その上端を閉塞する天板２１と、下端を閉塞する底板２２とを有している。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（中空部）がポンプ室２４となる。
【００３３】
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。
【００３４】
図１に示すように、血液流入口２５は、天板２１（一端部）の中心部に管状に突出形成されている。血液流入口２５は、その長手方向の途中が屈曲しており、当該屈曲部２５１を境界部として天板２１側の根元部２５２と、それと反対側の接続部２５３とに分けることができる。接続部２５３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。
【００３５】
図２に示すように、血液流出口２６は、側壁２３の外周面（外周部）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。
【００３６】
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。
【００３７】
図２に示すように、回転体３は、血液Ｑが通過する複数本（図示の構成では６本）の血液流路３１を有している。これらの血液流路３１は、回転体３の中心から放射状に形成されている。また、各血液流路３１の回転体３の中心側の部分同士は、互いに合流（交差）しており、回転体３の上面３２に開口している。一方、血液流路３１の回転体３の中心側と反対側の部分は、それぞれ、回転体３の外周面３３に開口している。また、回転体３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。
【００３８】
そして、このような回転体３が図２中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にその回転体３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内で図２中の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から確実に排出されることとなる。
【００３９】
図１に示すように、回転体３には、血液流路３１の下側の部分に、磁石が設置されている。なお、図１に示す構成では、複数（例えば６つ）の永久磁石３４を用いている。遠心ポンプ１を駆動するに際しては、後述する軸部材５が鉛直方向と平行となるようにハウジング２の底板２２を下側にして、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に内蔵された永久磁石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、回転体３も回転することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
また、回転体３およびハウジング２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、硬質ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）のようなポリエステル、ポリサルフォン、ポリアリレート等の各種硬質樹脂が挙げられる。また、これらの構成材料うちでも、特に、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。
【００４２】
図１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５と、軸部材５の上端部（一端部）を回転可能に支持する第１の軸受け６と、軸部材５の下端部（他端部）を回転可能に支持する第２の軸受け７とを有している。軸部材５は、回転体３の回転中心に設置されている。第１の軸受け６は、ハウジング２の血液流入口２５の接続部２５３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７は、ハウジング２の底板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６、第２の軸受け７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。
【００４３】
軸部材５は、各部の形状によって、上端側の第１の球体５１と、下端側の第２の球体５２と、これらの間にある円柱状のシャフト５３とに分けることができる。
【００４４】
第１の球体５１と第２の球体５２とは、互いに半径Ｒ１、Ｒ２の大きさが同じ球体となっている。これにより、軸部材５を設計する際、第１の球体５１、第２の球体５２での寸法等の設計条件を同じとすることができ、その設計を容易に行なうことができる。また、「球体」は、シャフト５３に対する設置角度を問わない形状であるため、軸部材５を加工する（製造する）際、その加工精度を一定にすることができる。なお、半径Ｒ１と半径Ｒ２とは、本実施形態では同じであるが、これに限定されず、異なっていてもよい。
【００４５】
なお、半径Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ、例えば、０．５〜３ｍｍであるのが好ましく、１〜２．５ｍｍであるのがより好ましい。
【００４６】
第１の球体５１の外面５１１、第２の球体５２の外面５２１に、それぞれ、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）やチタン等をコーティングしてもよい。これにより、軸部材５が回転する際の第１の球体５１および第２の球体５２の摺動性が向上する。
【００４７】
シャフト５３は、その長手方向の途中に外径が縮径した縮径部５３１を有している。主にこの縮径部５３１を介して、シャフト５３が回転体３と連結、固定されている。なお、この固定方法としては、特に限定されず、例えば、嵌合による方法、融着（熱融着、高周波融着、超音波融着等）による方法、接着（接着剤や溶媒による接着）による方法等が挙げられる。
【００４８】
また、シャフト５３の両端の外径は、それぞれ、本実施形態では第１の球体５１および第２の球体５２の直径よりも小さくなっているが、これに限定されず、同じであってもよいし、大きくてもよい。
【００４９】
図１、図３、図４、図６に示すように、第１の軸受け６は、軸部材５の第１の球体５１を回転可能に支持する部材である。第１の軸受け６は、第１の球体５１に対し４点で接している。すなわち、第１の軸受け６は、第１の球体５１に対し、軸部材５の中心軸Ｏ回りの３点でそれぞれ接する軸回り接点部６１ａ、６１ｂ、６１ｃと、中心軸Ｏ上の１点で接する軸上接点部６２とを有している。
【００５０】
軸上接点部６２は、円板（平板）で構成されている。そして、図６に示すように、この円板である軸上接点部６２は、その下面６２１が第１の球体５１の外面５１１に点接触する接触面となっている。
【００５１】
軸回り接点部６１ａ〜６１ｃは、それぞれ、軸上接点部６２の下面６２１（片方の面）から下方に向かって柱状に突出形成された３つの突部で構成されている。そして、図４に示すように、突部である各軸回り接点部６１ａ〜６１ｃは、その中心軸Ｏ側に臨む面、すなわち、内側の面６１１がそれぞれ第１の球体５１の外面５１１に点接触する接触面となっている。また、内側の面６１１は、中心軸Ｏ側に隆起するように丸みを帯びているのが好ましい。これにより、軸部材５が回転した際、第１の球体５１の外面５１１と内側の面６１１との間に生じる摩擦によって、当該内側の面６１１が摩耗してしまうのを防止することができる。
【００５２】
図６に示すように、軸回り接点部６１ａ〜６１ｃの高さＨは、それぞれ、第１の球体５１の半径Ｒ１よりも大である。これにより、例えば仮に軸部材５が下方向に若干位置ズレした場合でも、軸回り接点部６１ａ〜６１ｃがそれぞれ内側の面６１１で第１の球体５１に点接触した状態が確実に維持され、よって、軸部材５が安定して回転することができる。
【００５３】
また、図４に示すように、軸回り接点部６１ａ〜６１ｃは、中心軸Ｏに等角度間隔に配されている。これにより、軸部材５をできる限り少ない接点で安定して支持することができる。
【００５４】
図１に示すように、第１の軸受け６は、軸回り接点部６１ａ〜６１ｃがハウジング２の血液流入口２５の接続部２５３内に突出するように第１の軸受け設置部２５４に設置されている。軸回り接点部６１ａ〜６１同士は、互いに離間して配置されているため、血液Ｑが軸回り接点部６１ａ〜６１同士間を容易に通過することができる、すなわち、血流の阻害が防止される。これにより、第１の軸受け６の上流側付近での血液Ｑの滞留を確実に防止し、血栓形成を抑制することができる。また、使用開始時に遠心ポンプ１に血液を充填する際の気泡抜きを容易にすることができたり、血液Ｑ中に気泡が混在している場合、当該気泡の滞留も確実に防止することができる。
【００５５】
第１の軸受け６は、軸回り接点部６１ａ〜６１ｃと軸上接点部６２とが一体的に形成されたものが好ましいが、これに限定されず、例えば、軸回り接点部６１ａ〜６１ｃと軸上接点部６２とをそれぞれ別体で構成し、これら別体同士を連結したものであってもよい。また、軸回り接点部６１ａ〜６１ｃと軸上接点部６２とをそれぞれ別体で構成した場合、各別体の構成材料は、同じであってもよいし異なっていてもよい。
【００５６】
図１、図３、図５、図７に示すように、第２の軸受け７は、軸部材５の第２の球体５２を回転可能に支持する部材である。第２の軸受け７は、第２の球体５２に対し４点で接している。すなわち、第２の軸受け７は、第２の球体５２に対し、軸部材５の中心軸Ｏ回りの３点でそれぞれ接する軸回り接点部７１ａ、７１ｂ、７１ｃと、中心軸Ｏ上の１点で接する軸上接点部７２とを有している。
【００５７】
第２の軸受け７は、上面７３（片方の面）に凹部７４が形成された円板（平板）で構成されている。図３、図５に示すように、凹部７４は、その平面視での形状がほぼ正三角形をなす。
そして、図７に示すように、凹部７４の底面が軸上接点部７２として機能する。
【００５８】
図５に示すように、凹部７４の内周面の前記「正三角形」の各辺を構成する部分がそれぞれ軸回り接点部７１ａ〜７１ｃとして機能する。これらの軸回り接点部７１ａ〜７１ｃは、中心軸Ｏに等角度間隔に配される。これにより、軸部材５をできる限り少ない接点で安定して支持することができる。
【００５９】
また、凹部７４の深さＤは、第２の球体の半径Ｒ２よりも大である（図７参照）。これにより、例えば仮に軸部材５が上方向に若干位置ズレした場合でも、軸回り接点部７１ａ〜７１ｃがそれぞれ第２の球体５２に点接触した状態が確実に維持され、よって、軸部材５が安定して回転することができる。
【００６０】
図３に示すように、支持機構４を中心軸Ｏ方向から見たとき、第１の軸受け６の軸回り接点部６１ａと第２の軸受け７の軸回り接点部７１ａとが互いに重なっており、第１の軸受け６の軸回り接点部６１ｂと第２の軸受け７の軸回り接点部７１ｂとが互いに重なっており、第１の軸受け６の軸回り接点部６１ｃと第２の軸受け７の軸回り接点部７１ｃとが互いに重なっている。このような接点部同士の位置関係により、例えば、軸部材５が安定して回転することができる。
【００６１】
図１に示すように、第１の軸受け６は、ハウジング２と別体で構成され、ハウジング２に対し固定されている。第２の軸受け７も、ハウジング２と別体で構成され、ハウジング２に対し固定されている。このように第１の軸受け６、第２の軸受け７がそれぞれハウジング２と別体で構成されていることにより、例えば、各部材をそれぞれ成形する際、その成形に適した構成材料を用いることができる。
【００６２】
以上のような軸部材５、第１の軸受け６、第２の軸受け７を有する支持機構４では、軸部材５の第１の球体５１と第１の軸受け６とが点接触しており、さらに、その接点数をできる限り少なくすることができる。また、軸部材５の第２の球体５２と第２の軸受け７とも点接触しており、さらに、その接点数をできる限り少なくすることができる。
【００６３】
このような構成により、回転体３が回転した際に、当該回転体３とともに回転する軸部材５は、安定して支持され、よって、中心軸Ｏに対し直交する方向、すなわち、水平方向に揺動するのが確実に防止される。また、軸部材５の第１の球体５１と第１の軸受け６との接触面積もできる限り少なくなり、よって、これら部材間での摩擦による溶血や血栓形成を確実に防止（または抑制）することができる。これと同様に、軸部材５の第２の球体５２と第２の軸受け７との接触面積もできる限り少なくなり、よって、これら部材間での摩擦による溶血や血栓形成を確実に防止（または抑制）することができる。
【００６４】
なお、第１の軸受け６と第２の軸受け７とは、同じ材料で構成されるのが好ましい。また、各軸受けと軸部材５とは、互いに同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。各軸受けと軸部材５とが互いに同じ材料で構成されている場合、各構成材料に硬質のものを用い、例えば、第１の軸受け６と第２の軸受け７と軸部材５とをそれぞれ金属材料またはセラミックスで構成することができる。各軸受けと軸部材５とが互いに異なる材料で構成されている場合、軸部材５の構成材料に硬質のものを用い、各軸受けの構成材料に軸部材５よりも軟質のものを用い、例えば、軸部材５を金属材料やセラミックスで構成し、第１の軸受け６と第２の軸受け７とをそれぞれ樹脂材料で構成することができる。
【００６５】
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、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリアミド（例：ナイロン６、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６−１２、ナイロン６−６６）、熱可塑性ポリイミド、芳香族ポリエステル等の液晶ポリマー、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００６６】
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ることができる。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。
【００６７】
このような構成材料を用いることにより、第１の軸受け６と軸部材５との間、第２の軸受け７と軸部材５との間での耐摩耗性が向上する。
【００６８】
以上、本発明の遠心ポンプ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。
【００６９】
また、軸部材の両端部の形状は、それぞれ、前記実施形態では球状となっているが、これに限定されず、軸部材の中心軸回りの回転体形状をなすものであればよく、例えば、円錐状、円錐台形状、半球状であってもよい。この場合、例えば、軸部材の両端部のうちの一端部が球状であり、他端部が円錐状とすることもできる。
【００７０】
また、第１の軸受けは、第１の球体に対し、前記実施形態では軸部材の中心軸回りの３点の軸回り接点部で接したものであるが、これに限定されず、例えば、軸部材の中心軸回りの４点以上の軸回り接点部で接したものであってもよい。
【００７１】
また、第１の軸受けは、第１の球体に対し、前記実施形態では軸部材の中心軸上の１点の軸上接点部で接したものであるが、これに限定されず、例えば、軸部材の中心軸上の複数の軸上接点部で接したものであってもよい。
【００７２】
また、第１の軸受けでの各軸回り接点部の内側の面は、それぞれ、前記実施形態では丸みを帯びた形状をなしていたが、これに限定されず、例えば、球体の外面に沿った形状であってもよいし、軸部材の中心軸側に向かった角部を有する形状であってもよい。
【００７３】
また、第２の軸受けは、第２の球体に対し、前記実施形態では軸部材の中心軸回りの３点の軸回り接点部で接したものであるが、これに限定されず、例えば、軸部材の中心軸回りの４点以上の軸回り接点部で接したものであってもよい。
【００７４】
また、第２の軸受けは、第２の球体に対し、前記実施形態では軸部材の中心軸上の１点の軸上接点部で接したものであるが、これに限定されず、例えば、軸部材の中心軸上の複数の軸上接点部で接したものであってもよい。
【００７５】
また、第２の軸受けは、前記実施形態では凹部を有する平板で構成されていたが、これに限定されず、例えば、第１の軸受けと同様の構成、すなわち、平板と、平板の片方の面から突出形成されたすくなくとも３つの突部とで構成されていてもよい。
【００７６】
また、第１の軸受けと第２の軸受けとは、それぞれ、前記実施形態ではハウジングと別体で構成されているが、これに限定されず、例えば、ハウジングと一体的に形成されていてもよい。
【００７７】
また、支持機構を軸部材の中心軸方向から見たとき、図３に示す構成では第１の軸受けの各軸回り接点部と第２の軸受けの各軸回り接点部とが互いに重なっていたが、これに限定されず、例えば、互いにズレていてもよい。
【実施例】
【００７８】
次に、本発明の遠心ポンプの具体的実施例について説明する。
１．遠心ポンプの作製および作動
（実施例）
図１に示す遠心ポンプを作製した。この遠心ポンプを外部駆動手段に装着して、遠心ポンプを作動させた。
作動条件は、下記の通りである。
【００７９】
遠心ポンプの回転数 ：３０００ｒｐｍ
作動時間 ：６時間
遠心ポンプ内を通過する血液 ：豚血
遠心ポンプ内を通過する血液の温度：３７℃
【００８０】
（比較例）
軸部材と軸受けとが面接触するものを用いたこと以外は、実施例と同様のものを制作した。また、作動条件は、実施例と同様にした。
【００８１】
２．評価
実施例および比較例に対して、それぞれ、下記の評価を行った。
【００８２】
［２．１］振動（揺動）の評価
振動計測装置（キーエンス社製「ＩＡ−２００」）を用いて実施例および比較例の各遠心ポンプの振動を測定した。その結果、実施例の遠心ポンプは、比較例の遠心ポンプよりも振動が５０％以上軽減されたことを確認することができた。これにより、実施例の遠心ポンプでは、軸部材が水平方向に揺動するのが確実に防止されているということができる。
【００８３】
［２．２］溶血の評価
実施例および比較例の各遠心ポンプを通過する血液を１時間ごとに採取して、当該採取した血液に対し遠心分離を施した。その結果、実施例の遠心ポンプを通過した血液は、比較例の遠心ポンプを通過した血液に比べ、時間を追うごとの溶血の程度が少なくなることが観察された。これにより、実施例の遠心ポンプでは、軸部材と第１の軸受けおよび第２の軸受けとの各間での溶血が抑制されているということができる。
【符号の説明】
【００８４】
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（外周部）
２３２ 内周面
２４ ポンプ室
２４１ 間隙
２５ 血液流入口
２５１ 屈曲部
２５２ 根元部
２５３ 接続部
２５４ 第１の軸受け設置部
２６ 血液流出口
３ 回転体（インペラ）
３１ 血液流路
３２ 上面
３３ 外周面
３４ 永久磁石
４ 支持機構
５ 軸部材
５１ 第１の球体
５１１ 外面
５２ 第２の球体
５２１ 外面
５３ シャフト
５３１ 縮径部
６ 第１の軸受け
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ 軸回り接点部
６１１ 内側の面
６２ 軸上接点部
６２１ 下面
７ 第２の軸受け
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ 軸回り接点部
７２ 軸上接点部
７３ 上面
７４ 凹部
Ｄ 深さ
Ｈ 高さ
Ｒ１、Ｒ２ 半径
Ｏ 中心軸
Ｑ 血液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
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（軸部材）と、回転軸の上端部を回転可能に支持する上部軸受けと、回転軸の下端部を回転可能に支持する下部軸受けとを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載の血液ポンプでは、上部軸受けは、筒状をなし、その内径よりも若干小さい外径を有する回転軸の上端部が挿入されている。これにより、上部軸受けの内周部と回転軸の上端部の外周部とは、面接触した状態となっている。また、下部軸受けも、筒状をなし、その内径よりも若干小さい外径を有する回転軸の下端部が挿入されている。これにより、下部軸受けの内周部と回転軸の下端部の外周部とは、面接触した状態となっている。また、特許文献１に記載の血液ポンプは、回転軸が上部軸受けと下部軸受けとの間を上下方向にズレることができるよう、上部軸受けおよび下部軸受けにそれぞれ遊び設けられている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の血液ポンプでは、インペラが回転した際には、回転軸は、前記遊びがある分だけ上下方向にズレて、その結果、水平方向にも揺動して（ブレて）しまっていた。そして、この揺動により、血液ポンプ全体が不本意に過剰に振動する等の問題が生じる。
【０００５】
また、特許文献１に記載の血液ポンプでは、前述したように上部軸受けの内周部と回転軸の上端部の外周部とが面接触した状態となっており、このため、これらの間で溶血が生じてしまっていた。同様に、下部軸受けの内周部と回転軸の下端部の外周部も面接触した状態となっており、これらの間でも溶血が生じてしまっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５４８４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、遠心力付与部材が回転した際に、当該遠心力付与部材とともに回転する軸部材がその中心軸に対し直交する方向に揺動するのを確実に防止することができるとともに、軸部材と第１の軸受けおよび第２の軸受けとの各間での溶血を確実に防止または抑制することができる遠心ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、下記（１）〜（９）の本発明により達成される。
（１） 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設置された棒状をなす棒状体で構成され、その両端部がそれぞれ前記棒状体の中心軸回りの回転体形状をなす軸部材と、
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の軸受けとを有し、
前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けは、それぞれ、当該軸受けが支持する前記軸部材の端部に対し、その前記中心軸回りの少なくとも３点でそれぞれ接する軸回り接点部と、前記中心軸上の少なくとも１点で接する軸上接点部とを有することを特徴とする遠心ポンプ。
【０００９】
（２） 前記軸部材の一端部および前記軸部材の他端部は、それぞれ、球体である上記（１）に記載の遠心ポンプ。
【００１０】
（３） 前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けのうちの少なくとも一方は、平板と、平板の片方の面から突出形成された、前記軸回り接点部と同数の突部とで構成され、
前記平板が前記軸上接点部として機能し、前記各突部がそれぞれ前記軸回り接点部として機能する上記（１）または（２）に記載の遠心ポンプ。
【００１１】
（４） 前記各突部は、それぞれ、前記軸部材と接する接触面が丸みを帯びている上記（３）に記載の遠心ポンプ。
【００１２】
（５） 前記軸部材の一端部および前記軸部材の他端部は、それぞれ、球体であり、
前記各突部の高さは、それぞれ、前記球体の半径よりも大である上記（３）または（４）に記載の遠心ポンプ。
【００１３】
（６） 前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けのうちの一方は、板状をなし、その片方の面に凹部が形成された平板で構成されており、
前記凹部の底面が前記軸上接点部として機能し、前記凹部の内周面が前記各軸回り接点部として機能する上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の遠心ポンプ。
【００１４】
（７） 前記凹部は、その平面視での形状が三角形をなす上記（６）に記載の遠心ポンプ。
【００１５】
（８） 前記軸部材の一端部および前記軸部材の他端部は、それぞれ、球体であり、
前記凹部の深さは、前記球体の半径よりも大である上記（６）または（７）に記載の遠心ポンプ。
【００１６】
（９） 前記各軸回り接点部は、前記中心軸回りに等角度間隔に配されている上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の遠心ポンプ。
【００１７】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記第１の軸受けの前記軸回り接点部と、前記第２の軸受けの前記軸回り接点部とは、同数であり、
前記中心軸方向から見たとき、前記第１の軸受けの前記各軸回り接点部と、前記第２の軸受けの前記各軸回り接点部とは、互いに重なっているのが好ましい。
【００１８】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けは、それぞれ、前記ハウジングと別体で構成され、前記ハウジングに対し固定されているのが好ましい。
【００１９】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記軸部材の一端部がなす回転体形状と前記軸部材の他端部がなす回転体形状とは、同じであるのが好ましい。
【００２０】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記軸部材の一端部および前記軸部材の他端部のうちの少なくとも一方は、球体であるのが好ましい。
【００２１】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記軸部材と、前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けとは、互いに異なる材料で構成されているのが好ましい。
【００２２】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記軸部材は、金属材料で構成され、前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けは、それぞれ、樹脂材料で構成されているのが好ましい。
【００２３】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記遠心力付与部材は、円盤状をなすものであり、その中心から放射状に形成され、血液が通過する複数本の血液流路を有するのが好ましい。
【００２４】
また、本発明の遠心ポンプでは、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のが好ましい。
【００２５】
また、本発明の遠心ポンプでは、前記軸部材が鉛直方向と平行となるように使用されるのが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、軸部材の一端部と第１の軸受けとが点接触しており、さらに、その接点数をできる限り少なくすることができる。また、軸部材の他端部と第２の軸受けとも点接触しており、さらに、その接点数をできる限り少なくすることができる。
【００２７】
このような構成により、遠心力付与部材が回転した際に、当該遠心力付与部材とともに回転する軸部材は、安定して支持され、よって、軸部材の中心軸に対し直交する方向に揺動するのが確実に防止される。また、軸部材の一端部と第１の軸受けとの接触面積もできる限り少なくなり、よって、これら部材間での溶血を確実に防止または抑制することができる。これと同様に、軸部材の他端部と第２の軸受けとの接触面積もできる限り少なくなり、よって、これら部材間での溶血を確実に防止または抑制することができる。また、摩擦による発熱での血栓形成が抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の遠心ポンプの実施形態を示す断面側面図である。
【図２】本発明の遠心ポンプの実施形態を示す断面平面図である。
【図３】本発明の遠心ポンプが備える支持機構を示す斜視図（第１の軸受けと第２の軸受けとの位置関係を示す図）である。
【図４】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図１中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ｃ］の拡大図である。
【図７】図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ｄ］の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の遠心ポンプ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。
【００３０】
図１は、本発明の遠心ポンプの実施形態を示す断面側面図、図２は、本発明の遠心ポンプの実施形態を示す断面平面図、図３は、本発明の遠心ポンプが備える支持機構を示す斜視図（第１の軸受けと第２の軸受けとの位置関係を示す図）、図４は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図５は、図１中のＢ−Ｂ線断面図、図６は、図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ｃ］の拡大図、図７は、図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ｄ］の拡大図である。なお、以下では、説明の都合上、図１、図３、図６および図７中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
【００３１】
図１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（インペラ）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。
【００３２】
ハウジング２は、偏平な円筒状の部材で構成され、その上端を閉塞する天板２１と、下端を閉塞する底板２２とを有している。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（中空部）がポンプ室２４となる。
【００３３】
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。
【００３４】
図１に示すように、血液流入口２５は、天板２１（一端部）の中心部に管状に突出形成されている。血液流入口２５は、その長手方向の途中が屈曲しており、当該屈曲部２５１を境界部として天板２１側の根元部２５２と、それと反対側の接続部２５３とに分けることができる。接続部２５３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。
【００３５】
図２に示すように、血液流出口２６は、側壁２３の外周面（外周部）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。
【００３６】
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。
【００３７】
図２に示すように、回転体３は、血液Ｑが通過する複数本（図示の構成では６本）の血液流路３１を有している。これらの血液流路３１は、回転体３の中心から放射状に形成されている。また、各血液流路３１の回転体３の中心側の部分同士は、互いに合流（交差）しており、回転体３の上面３２に開口している。一方、血液流路３１の回転体３の中心側と反対側の部分は、それぞれ、回転体３の外周面３３に開口している。また、回転体３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。
【００３８】
そして、このような回転体３が図２中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にその回転体３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内で図２中の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から確実に排出されることとなる。
【００３９】
図１に示すように、回転体３には、血液流路３１の下側の部分に、磁石が設置されている。なお、図１に示す構成では、複数（例えば６つ）の永久磁石３４を用いている。遠心ポンプ１を駆動するに際しては、後述する軸部材５が鉛直方向と平行となるようにハウジング２の底板２２を下側にして、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に内蔵された永久磁石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、回転体３も回転することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
また、回転体３およびハウジング２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、硬質ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）のようなポリエステル、ポリサルフォン、ポリアリレート等の各種硬質樹脂が挙げられる。また、これらの構成材料うちでも、特に、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。
【００４２】
図１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５と、軸部材５の上端部（一端部）を回転可能に支持する第１の軸受け６と、軸部材５の下端部（他端部）を回転可能に支持する第２の軸受け７とを有している。軸部材５は、回転体３の回転中心に設置されている。第１の軸受け６は、ハウジング２の血液流入口２５の接続部２５３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７は、ハウジング２の底板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６、第２の軸受け７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。
【００４３】
軸部材５は、各部の形状によって、上端側の第１の球体５１と、下端側の第２の球体５２と、これらの間にある円柱状のシャフト５３とに分けることができる。
【００４４】
第１の球体５１と第２の球体５２とは、互いに半径Ｒ１、Ｒ２の大きさが同じ球体となっている。これにより、軸部材５を設計する際、第１の球体５１、第２の球体５２での寸法等の設計条件を同じとすることができ、その設計を容易に行なうことができる。また、「球体」は、シャフト５３に対する設置角度を問わない形状であるため、軸部材５を加工する（製造する）際、その加工精度を一定にすることができる。なお、半径Ｒ１と半径Ｒ２とは、本実施形態では同じであるが、これに限定されず、異なっていてもよい。
【００４５】
なお、半径Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ、例えば、０．５〜３ｍｍであるのが好ましく、１〜２．５ｍｍであるのがより好ましい。
【００４６】
第１の球体５１の外面５１１、第２の球体５２の外面５２１に、それぞれ、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）やチタン等をコーティングしてもよい。これにより、軸部材５が回転する際の第１の球体５１および第２の球体５２の摺動性が向上する。
【００４７】
シャフト５３は、その長手方向の途中に外径が縮径した縮径部５３１を有している。主にこの縮径部５３１を介して、シャフト５３が回転体３と連結、固定されている。なお、この固定方法としては、特に限定されず、例えば、嵌合による方法、融着（熱融着、高周波融着、超音波融着等）による方法、接着（接着剤や溶媒による接着）による方法等が挙げられる。
【００４８】
また、シャフト５３の両端の外径は、それぞれ、本実施形態では第１の球体５１および第２の球体５２の直径よりも小さくなっているが、これに限定されず、同じであってもよいし、大きくてもよい。
【００４９】
図１、図３、図４、図６に示すように、第１の軸受け６は、軸部材５の第１の球体５１を回転可能に支持する部材である。第１の軸受け６は、第１の球体５１に対し４点で接している。すなわち、第１の軸受け６は、第１の球体５１に対し、軸部材５の中心軸Ｏ回りの３点でそれぞれ接する軸回り接点部６１ａ、６１ｂ、６１ｃと、中心軸Ｏ上の１点で接する軸上接点部６２とを有している。
【００５０】
軸上接点部６２は、円板（平板）で構成されている。そして、図６に示すように、この円板である軸上接点部６２は、その下面６２１が第１の球体５１の外面５１１に点接触する接触面となっている。
【００５１】
軸回り接点部６１ａ〜６１ｃは、それぞれ、軸上接点部６２の下面６２１（片方の面）から下方に向かって柱状に突出形成された３つの突部で構成されている。そして、図４に示すように、突部である各軸回り接点部６１ａ〜６１ｃは、その中心軸Ｏ側に臨む面、すなわち、内側の面６１１がそれぞれ第１の球体５１の外面５１１に点接触する接触面となっている。また、内側の面６１１は、中心軸Ｏ側に隆起するように丸みを帯びているのが好ましい。これにより、軸部材５が回転した際、第１の球体５１の外面５１１と内側の面６１１との間に生じる摩擦によって、当該内側の面６１１が摩耗してしまうのを防止することができる。
【００５２】
図６に示すように、軸回り接点部６１ａ〜６１ｃの高さＨは、それぞれ、第１の球体５１の半径Ｒ１よりも大である。これにより、例えば仮に軸部材５が下方向に若干位置ズレした場合でも、軸回り接点部６１ａ〜６１ｃがそれぞれ内側の面６１１で第１の球体５１に点接触した状態が確実に維持され、よって、軸部材５が安定して回転することができる。
【００５３】
また、図４に示すように、軸回り接点部６１ａ〜６１ｃは、中心軸Ｏに等角度間隔に配されている。これにより、軸部材５をできる限り少ない接点で安定して支持することができる。
【００５４】
図１に示すように、第１の軸受け６は、軸回り接点部６１ａ〜６１ｃがハウジング２の血液流入口２５の接続部２５３内に突出するように第１の軸受け設置部２５４に設置されている。軸回り接点部６１ａ〜６１同士は、互いに離間して配置されているため、血液Ｑが軸回り接点部６１ａ〜６１同士間を容易に通過することができる、すなわち、血流の阻害が防止される。これにより、第１の軸受け６の上流側付近での血液Ｑの滞留を確実に防止し、血栓形成を抑制することができる。また、使用開始時に遠心ポンプ１に血液を充填する際の気泡抜きを容易にすることができたり、血液Ｑ中に気泡が混在している場合、当該気泡の滞留も確実に防止することができる。
【００５５】
第１の軸受け６は、軸回り接点部６１ａ〜６１ｃと軸上接点部６２とが一体的に形成されたものが好ましいが、これに限定されず、例えば、軸回り接点部６１ａ〜６１ｃと軸上接点部６２とをそれぞれ別体で構成し、これら別体同士を連結したものであってもよい。また、軸回り接点部６１ａ〜６１ｃと軸上接点部６２とをそれぞれ別体で構成した場合、各別体の構成材料は、同じであってもよいし異なっていてもよい。
【００５６】
図１、図３、図５、図７に示すように、第２の軸受け７は、軸部材５の第２の球体５２を回転可能に支持する部材である。第２の軸受け７は、第２の球体５２に対し４点で接している。すなわち、第２の軸受け７は、第２の球体５２に対し、軸部材５の中心軸Ｏ回りの３点でそれぞれ接する軸回り接点部７１ａ、７１ｂ、７１ｃと、中心軸Ｏ上の１点で接する軸上接点部７２とを有している。
【００５７】
第２の軸受け７は、上面７３（片方の面）に凹部７４が形成された円板（平板）で構成されている。図３、図５に示すように、凹部７４は、その平面視での形状がほぼ正三角形をなす。
そして、図７に示すように、凹部７４の底面が軸上接点部７２として機能する。
【００５８】
図５に示すように、凹部７４の内周面の前記「正三角形」の各辺を構成する部分がそれぞれ軸回り接点部７１ａ〜７１ｃとして機能する。これらの軸回り接点部７１ａ〜７１ｃは、中心軸Ｏに等角度間隔に配される。これにより、軸部材５をできる限り少ない接点で安定して支持することができる。
【００５９】
また、凹部７４の深さＤは、第２の球体の半径Ｒ２よりも大である（図７参照）。これにより、例えば仮に軸部材５が上方向に若干位置ズレした場合でも、軸回り接点部７１ａ〜７１ｃがそれぞれ第２の球体５２に点接触した状態が確実に維持され、よって、軸部材５が安定して回転することができる。
【００６０】
図３に示すように、支持機構４を中心軸Ｏ方向から見たとき、第１の軸受け６の軸回り接点部６１ａと第２の軸受け７の軸回り接点部７１ａとが互いに重なっており、第１の軸受け６の軸回り接点部６１ｂと第２の軸受け７の軸回り接点部７１ｂとが互いに重なっており、第１の軸受け６の軸回り接点部６１ｃと第２の軸受け７の軸回り接点部７１ｃとが互いに重なっている。このような接点部同士の位置関係により、例えば、軸部材５が安定して回転することができる。
【００６１】
図１に示すように、第１の軸受け６は、ハウジング２と別体で構成され、ハウジング２に対し固定されている。第２の軸受け７も、ハウジング２と別体で構成され、ハウジング２に対し固定されている。このように第１の軸受け６、第２の軸受け７がそれぞれハウジング２と別体で構成されていることにより、例えば、各部材をそれぞれ成形する際、その成形に適した構成材料を用いることができる。
【００６２】
以上のような軸部材５、第１の軸受け６、第２の軸受け７を有する支持機構４では、軸部材５の第１の球体５１と第１の軸受け６とが点接触しており、さらに、その接点数をできる限り少なくすることができる。また、軸部材５の第２の球体５２と第２の軸受け７とも点接触しており、さらに、その接点数をできる限り少なくすることができる。
【００６３】
このような構成により、回転体３が回転した際に、当該回転体３とともに回転する軸部材５は、安定して支持され、よって、中心軸Ｏに対し直交する方向、すなわち、水平方向に揺動するのが確実に防止される。また、軸部材５の第１の球体５１と第１の軸受け６との接触面積もできる限り少なくなり、よって、これら部材間での摩擦による溶血や血栓形成を確実に防止（または抑制）することができる。これと同様に、軸部材５の第２の球体５２と第２の軸受け７との接触面積もできる限り少なくなり、よって、これら部材間での摩擦による溶血や血栓形成を確実に防止（または抑制）することができる。
【００６４】
なお、第１の軸受け６と第２の軸受け７とは、同じ材料で構成されるのが好ましい。また、各軸受けと軸部材５とは、互いに同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。各軸受けと軸部材５とが互いに同じ材料で構成されている場合、各構成材料に硬質のものを用い、例えば、第１の軸受け６と第２の軸受け７と軸部材５とをそれぞれ金属材料またはセラミックスで構成することができる。各軸受けと軸部材５とが互いに異なる材料で構成されている場合、軸部材５の構成材料に硬質のものを用い、各軸受けの構成材料に軸部材５よりも軟質のものを用い、例えば、軸部材５を金属材料やセラミックスで構成し、第１の軸受け６と第２の軸受け７とをそれぞれ樹脂材料で構成することができる。
【００６５】
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、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリアミド（例：ナイロン６、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６−１２、ナイロン６−６６）、熱可塑性ポリイミド、芳香族ポリエステル等の液晶ポリマー、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００６６】
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ることができる。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。
【００６７】
このような構成材料を用いることにより、第１の軸受け６と軸部材５との間、第２の軸受け７と軸部材５との間での耐摩耗性が向上する。
【００６８】
以上、本発明の遠心ポンプ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。
【００６９】
また、軸部材の両端部の形状は、それぞれ、前記実施形態では球状となっているが、これに限定されず、軸部材の中心軸回りの回転体形状をなすものであればよく、例えば、円錐状、円錐台形状、半球状であってもよい。この場合、例えば、軸部材の両端部のうちの一端部が球状であり、他端部が円錐状とすることもできる。
【００７０】
また、第１の軸受けは、第１の球体に対し、前記実施形態では軸部材の中心軸回りの３点の軸回り接点部で接したものであるが、これに限定されず、例えば、軸部材の中心軸回りの４点以上の軸回り接点部で接したものであってもよい。
【００７１】
また、第１の軸受けは、第１の球体に対し、前記実施形態では軸部材の中心軸上の１点の軸上接点部で接したものであるが、これに限定されず、例えば、軸部材の中心軸上の複数の軸上接点部で接したものであってもよい。
【００７２】
また、第１の軸受けでの各軸回り接点部の内側の面は、それぞれ、前記実施形態では丸みを帯びた形状をなしていたが、これに限定されず、例えば、球体の外面に沿った形状であってもよいし、軸部材の中心軸側に向かった角部を有する形状であってもよい。
【００７３】
また、第２の軸受けは、第２の球体に対し、前記実施形態では軸部材の中心軸回りの３点の軸回り接点部で接したものであるが、これに限定されず、例えば、軸部材の中心軸回りの４点以上の軸回り接点部で接したものであってもよい。
【００７４】
また、第２の軸受けは、第２の球体に対し、前記実施形態では軸部材の中心軸上の１点の軸上接点部で接したものであるが、これに限定されず、例えば、軸部材の中心軸上の複数の軸上接点部で接したものであってもよい。
【００７５】
また、第２の軸受けは、前記実施形態では凹部を有する平板で構成されていたが、これに限定されず、例えば、第１の軸受けと同様の構成、すなわち、平板と、平板の片方の面から突出形成されたすくなくとも３つの突部とで構成されていてもよい。
【００７６】
また、第１の軸受けと第２の軸受けとは、それぞれ、前記実施形態ではハウジングと別体で構成されているが、これに限定されず、例えば、ハウジングと一体的に形成されていてもよい。
【００７７】
また、支持機構を軸部材の中心軸方向から見たとき、図３に示す構成では第１の軸受けの各軸回り接点部と第２の軸受けの各軸回り接点部とが互いに重なっていたが、これに限定されず、例えば、互いにズレていてもよい。
【実施例】
【００７８】
次に、本発明の遠心ポンプの具体的実施例について説明する。
１．遠心ポンプの作製および作動
（実施例）
図１に示す遠心ポンプを作製した。この遠心ポンプを外部駆動手段に装着して、遠心ポンプを作動させた。
作動条件は、下記の通りである。
【００７９】
遠心ポンプの回転数 ：３０００ｒｐｍ
作動時間 ：６時間
遠心ポンプ内を通過する血液 ：豚血
遠心ポンプ内を通過する血液の温度：３７℃
【００８０】
（比較例）
軸部材と軸受けとが面接触するものを用いたこと以外は、実施例と同様のものを制作した。また、作動条件は、実施例と同様にした。
【００８１】
２．評価
実施例および比較例に対して、それぞれ、下記の評価を行った。
【００８２】
［２．１］振動（揺動）の評価
振動計測装置（キーエンス社製「ＩＡ−２００」）を用いて実施例および比較例の各遠心ポンプの振動を測定した。その結果、実施例の遠心ポンプは、比較例の遠心ポンプよりも振動が５０％以上軽減されたことを確認することができた。これにより、実施例の遠心ポンプでは、軸部材が水平方向に揺動するのが確実に防止されているということができる。
【００８３】
［２．２］溶血の評価
実施例および比較例の各遠心ポンプを通過する血液を１時間ごとに採取して、当該採取した血液に対し遠心分離を施した。その結果、実施例の遠心ポンプを通過した血液は、比較例の遠心ポンプを通過した血液に比べ、時間を追うごとの溶血の程度が少なくなることが観察された。これにより、実施例の遠心ポンプでは、軸部材と第１の軸受けおよび第２の軸受けとの各間での溶血が抑制されているということができる。
【符号の説明】
【００８４】
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（外周部）
２３２ 内周面
２４ ポンプ室
２４１ 間隙
２５ 血液流入口
２５１ 屈曲部
２５２ 根元部
２５３ 接続部
２５４ 第１の軸受け設置部
２６ 血液流出口
３ 回転体（インペラ）
３１ 血液流路
３２ 上面
３３ 外周面
３４ 永久磁石
４ 支持機構
５ 軸部材
５１ 第１の球体
５１１ 外面
５２ 第２の球体
５２１ 外面
５３ シャフト
５３１ 縮径部
６ 第１の軸受け
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ 軸回り接点部
６１１ 内側の面
６２ 軸上接点部
６２１ 下面
７ 第２の軸受け
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ 軸回り接点部
７２ 軸上接点部
７３ 上面
７４ 凹部
Ｄ 深さ
Ｈ 高さ
Ｒ１、Ｒ２ 半径
Ｏ 中心軸
Ｑ 血液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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設置された棒状をなす棒状体で構成され、その両端部がそれぞれ前記棒状体の中心軸回りの回転体形状をなす軸部材と、
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の軸受けとを有し、
前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けは、それぞれ、当該軸受けが支持する前記軸部材の端部に対し、その前記中心軸回りの少なくとも３点でそれぞれ接する軸回り接点部と、前記中心軸上の少なくとも１点で接する軸上接点部とを有することを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項２】
前記軸部材の一端部および前記軸部材の他端部は、それぞれ、球体である請求項１に記載の遠心ポンプ。
【請求項３】
前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けのうちの少なくとも一方は、平板と、平板の片方の面から突出形成された、前記軸回り接点部と同数の突部とで構成され、
前記平板が前記軸上接点部として機能し、前記各突部がそれぞれ前記軸回り接点部として機能する請求項１または２に記載の遠心ポンプ。
【請求項４】
前記各突部は、それぞれ、前記軸部材と接する接触面が丸みを帯びている請求項３に記載の遠心ポンプ。
【請求項５】
前記軸部材の一端部および前記軸部材の他端部は、それぞれ、球体であり、
前記各突部の高さは、それぞれ、前記球体の半径よりも大である請求項３または４に記載の遠心ポンプ。
【請求項６】
前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けのうちの一方は、板状をなし、その片方の面に凹部が形成された平板で構成されており、
前記凹部の底面が前記軸上接点部として機能し、前記凹部の内周面が前記各軸回り接点部として機能する請求項１ないし５のいずれかに記載の遠心ポンプ。
【請求項７】
前記凹部は、その平面視での形状が三角形をなす請求項６に記載の遠心ポンプ。
【請求項８】
前記軸部材の一端部および前記軸部材の他端部は、それぞれ、球体であり、
前記凹部の深さは、前記球体の半径よりも大である請求項６または７に記載の遠心ポンプ。
【請求項９】
前記各軸回り接点部は、前記中心軸回りに等角度間隔に配されている請求項１ないし８のいずれかに記載の遠心ポンプ。
【請求項１】
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設置された棒状をなす棒状体で構成され、その両端部がそれぞれ前記棒状体の中心軸回りの回転体形状をなす軸部材と、
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の軸受けとを有し、
前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けは、それぞれ、当該軸受けが支持する前記軸部材の端部に対し、その前記中心軸回りの少なくとも３点でそれぞれ接する軸回り接点部と、前記中心軸上の少なくとも１点で接する軸上接点部とを有することを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項２】
前記軸部材の一端部および前記軸部材の他端部は、それぞれ、球体である請求項１に記載の遠心ポンプ。
【請求項３】
前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けのうちの少なくとも一方は、平板と、平板の片方の面から突出形成された、前記軸回り接点部と同数の突部とで構成され、
前記平板が前記軸上接点部として機能し、前記各突部がそれぞれ前記軸回り接点部として機能する請求項１または２に記載の遠心ポンプ。
【請求項４】
前記各突部は、それぞれ、前記軸部材と接する接触面が丸みを帯びている請求項３に記載の遠心ポンプ。
【請求項５】
前記軸部材の一端部および前記軸部材の他端部は、それぞれ、球体であり、
前記各突部の高さは、それぞれ、前記球体の半径よりも大である請求項３または４に記載の遠心ポンプ。
【請求項６】
前記第１の軸受けおよび前記第２の軸受けのうちの一方は、板状をなし、その片方の面に凹部が形成された平板で構成されており、
前記凹部の底面が前記軸上接点部として機能し、前記凹部の内周面が前記各軸回り接点部として機能する請求項１ないし５のいずれかに記載の遠心ポンプ。
【請求項７】
前記凹部は、その平面視での形状が三角形をなす請求項６に記載の遠心ポンプ。
【請求項８】
前記軸部材の一端部および前記軸部材の他端部は、それぞれ、球体であり、
前記凹部の深さは、前記球体の半径よりも大である請求項６または７に記載の遠心ポンプ。
【請求項９】
前記各軸回り接点部は、前記中心軸回りに等角度間隔に配されている請求項１ないし８のいずれかに記載の遠心ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−５３５９１（Ｐ２０１３−５３５９１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９３２９８（Ｐ２０１１−１９３２９８）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
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