2018 Fiscal Year Research-status Report
ワンポイント転がり軸受を用いた新しい遠心血液ポンプによる全置換型人工心臓
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16K10622
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| Research Institution | Suzuka University of Medical Science |
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Principal Investigator |
三浦 英和 鈴鹿医療科学大学, 医用工学部, 准教授 (50451894)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 転がり軸受 / 保持器 / 機械寿命 / 遠心血液ポンプ / 血液適合性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
インペラの支持及び駆動機構は式血液ポンプの最も重要な技術要素の一つである。医療費の高騰が問題とされる昨今、医療経済的許容されうるコストで血液適合性と機械寿命といった性能をバランスよく満たす血液ポンプの開発が必要である。本科学研究費助成金等により研究室内にNCフライス盤と小型精密旋盤を導入し、試作体制を整え、軸受け、血液ポンプを試作した。血用ポンプとして必要な流体出力を確認できたが、試作した軸受けを長時間運転した際に破損が起きることが分かった。考えられる原因としてはまず、加工精度の問題に起因する摺動面の粗さや真円度、そして重心の偏心があげられる。加工装置に起因する問題として各軸の同士の直交度の問題が明らかになっているおり、最終的な加工部品の精度への影響しているものと考えられる。ポンプの動作時に見られた振動についても原因の究明が必要である。インペラの設計では後退角が不適切であると流れの剥離が起きやすく振動を生じる可能性があるとワンポイント軸受けではモータ電磁石と磁石の吸引力により一点に拘束されているがモータ始動時と脱調時には大きな振動が伴うことがあるが知られている。転がり軸受の幾何学的形状の検討では”公転球は軸受面と接触し、この接点の付近では狭い間隙の領域がひろがる。血球が破壊される数um程度の間隙値の領域をできるだけ少なくすることを考えると、公転球半径と軸受面の曲率半径の比は大きい方が良い”一方、耐荷重を考えると反対に公転球半径と軸受面の曲率半径が近いほうが良いことになり、最適な比率を見出す必要がある。改良型のポンプを研究室内で試作したが軸受けの破損の問題が明らかになり原因と改良方法を検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究代表者所の属機関の移動に伴い研究設備を新たに整える必要があったがNCフライス盤、精密旋盤などを導入し、血液ポンプの試作が出来るようになった。製造装置の差異による試作上の問題もあり、改善をその都度行う必要があり、時間を要している。そのため研究期間の延長を申請し軸受けの破損問題を解決し成果をまとめられるよう研究を進める。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度の研究活動では軸受けの破損の問題が明らかになった。まず、導入したNCフライス盤ではXYZ各軸の直交度が初期状態では正確ではなく、調整方法の検討を行っている、直交が確保されたのちにベアリングの試作を行い、加工精度の問題に起因する摺動面の粗さや真円度、重心の偏心等について測定、検証を行う。インペラの設計では後退角が不適切であると流れの剥離が起きやすく振動を生じる可能性があるため新たに後退角を寝かせ、羽の数も増やした新しいインペラを設計し数値流体解析（CFD）と流れの可視化で振動につながる流れの剥離が起こらないことを確認する。ワンポイント軸受けではモータ電磁石と磁石の吸引力により一点に拘束されているがモータ始動時と脱調時には大きな振動が伴うがこれには振動の起きにくいモーターを採用することと軸受けの容量を上げることの２つの方法で対応する。特に軸受けでは拡大モデルをアクリル樹脂で試作し、好転球の動きをより観察しやするなどして幾何学的構造の最適化を図るとともに補助軸受け機構を設けるなどして振動を抑えるように設計する。実用に向けては材質の検討も必要である。形状が確定した段階でまずは血液ポンプによく用いられているチタン合金で軸受けを外注試作し、耐久性を確保する。試作、評価結果について、来年度中の学会発表ができるように準備を進める。また、保持器を持たない転がり軸受については多方面の産業応用がきたいされているため、血液ポンプ以外への展開も模索する。
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| Causes of Carryover |
試作した軸受けを長時間運転した際に破損が起きることが分かった。そのため事業期間の延長申請を行うとともに予算を次年度に繰り越し、この問題の解決に取り組む。
原因としては摺動面の粗さや真円度、そして重心の偏心があげられる。試作工程を見直し、加工精度を向上させ評価試験に耐えうるよう改善を試みる。実用化に向けて材質の検討も必要である。加工工具や材料を購入し、特に精度が必要な部分については外注する。また、試作、評価結果について、次年度中の学会発表ができるように準備を進め、旅費、学会参加費を支出する。
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Research Products
(1 results)
