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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-07
(45)【発行日】2024-10-16
(54)【発明の名称】熱と水分の交換媒体
(51)【国際特許分類】
A61M 16/16 20060101AFI20241008BHJP
【ＦＩ】
A61M16/16 Z
【請求項の数】
34
(21)【出願番号】P 2023065664
(22)【出願日】2023-04-13
(62)【分割の表示】P 2020524888の分割
【原出願日】2018-11-05
(65)【公開番号】P2023085554
(43)【公開日】2023-06-20
【審査請求日】2023-04-13
(31)【優先権主張番号】1718286.6
(32)【優先日】2017-11-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】507289070
【氏名又は名称】インターサージカル アクチェンゲゼルシャフト
(74)【代理人】
【識別番号】100084995
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 和詳
(72)【発明者】
【氏名】ミクノヴィック、アーノルド
(72)【発明者】
【氏名】グルンディンスキーネ、ロレータ
(72)【発明者】
【氏名】ブース、クリストファー、エジャリー
【審査官】立花 啓
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／１００９４７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】欧州特許出願公開第０２７０５９４９（ＥＰ，Ａ１）
【文献】国際公開第００／０４９３５７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１２－５１４５１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】欧州特許出願公開第０２６４７４０１（ＥＰ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－１８８２８８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｍ １６／１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の隣接した重なる層のＨＭＥ材料を含むＨＭＥ媒体であって、前記ＨＭＥ材料は、前記ＨＭＥ材料の１つの表面の少なくとも一部から延在し前記ＨＭＥ材料から形成され前記ＨＭＥ媒体の中の前記ＨＭＥ材料の隣接する層の間隔を維持する複数の離散した突出体を備え、
各突出体は、非突出体のＨＭＥ材料によって完全に囲まれている、セルロース紙を含むＨＭＥ媒体。
【請求項2】
各突出体が形成される前記ＨＭＥ材料の領域は、０．４ｍｍ～５．０ｍｍの間、０．６ｍｍ～３．０ｍｍの間、０．８ｍｍ～２．０ｍｍの間、のうち何れか一つの最大寸法を有する、請求項１に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項3】
前記突出体は前記ＨＭＥ材料の全幅には跨らない、請求項１又は２のいずれか一項に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項4】
前記突出体は、半球形、円錐台形、円筒形、角錐形、立方形、半円筒形、これらの任意の組合せ、のうちの少なくとも一つである、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項5】
前記突出体は前記ＨＭＥ材料の表面から、０．１ｍｍ～１．０ｍｍの間、０．３ｍｍ～０．８ｍｍの間、０．５ｍｍ～０．６ｍｍの間、のうち何れか一つだけ突出している、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項6】
前記突出体は前記ＨＭＥ材料の前記表面の上に規則的に分布している、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項7】
前記突出体の１ｃｍ２あたりの密度は、３～５０の間、５～４０の間、８～３０の間、１０～２０の間、のうち何れか一つである、請求項１～請求項６のいずれか一項に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項8】
前記ＨＭＥ材料はさらに天然繊維を含む、請求項１～請求項７のいずれか一項に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項9】
前記天然繊維は綿を含む、請求項８に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項10】
前記ＨＭＥ材料はさらに合成繊維を含む、請求項１～請求項９のいずれか一項に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項11】
前記合成繊維はポリアミン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、これらの任意の組合せ、のうちの少なくとも一つを含む、請求項１０に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項12】
前記ＨＭＥ材料は吸湿性材料を含む、請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項13】
前記吸湿性材料は、グリコールやグリセリンなどのポリオール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコールなどの吸湿性ポリマー、ポリアクリレート、塩化カルシウム、塩化カリウム、塩化リチウムなどの吸湿性塩、これらの任意の組合せ、のうちの少なくとも一つを含む、請求項１２に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項14】
前記ＨＭＥ材料は、０．０１ｍｍ～１．０ｍｍの間、０．０５ｍｍ～０．５ｍｍの間、０．１ｍｍ～０．３ｍｍ又は０．２ｍｍの間、のうち何れか一つの厚さを有する、請求項１～請求項１３のいずれか一項に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項15】
前記ＨＭＥ材料は、細長いストリップ形状である、請求項１～請求項１４のいずれか一項に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項16】
前記ＨＭＥ材料のストリップの幅は、５ｍｍ～２０ｍｍの間、８ｍｍ～１８ｍｍの間、のうち何れか一つである、請求項１５に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項17】
前記複数の離散した突出体は、前記ＨＭＥ材料の２つの対向する面の少なくとも一部から延在する、請求項１～請求項１６のいずれか一項に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項18】
前記ＨＭＥ媒体は、前記ＨＭＥ材料のコイルの形状である、請求項１～１７のいずれか一項に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項19】
前記ＨＭＥ媒体は、直径が１．５ｃｍ～８．０ｃｍの間である、請求項１～１８のいずれか一項に記載のＨＭＥ媒体。
【請求項20】
請求項１～１９のいずれか一項のＨＭＥ媒体を備えるＨＭＥ装置。
【請求項21】
複数の隣接した重なる層のＨＭＥ材料によりＨＭＥ媒体を構成するＨＭＥ材料を作製する方法であって、前記ＨＭＥ媒体の中の前記ＨＭＥ材料の前記複数の隣接した重なる層の間隔を維持し前記ＨＭＥ材料からの複数の離散した突出体を形成する複数の離散した突起を含む第１のエンボス加工面にＨＭＥ材料を押し付けることを含み、前記第１のエンボス加工面の前記複数の離散した突起の各々は、前記第１のエンボス加工面の突起していない領域によって完全に囲まれている、セルロース紙を含むＨＭＥ材料を作製する方法。
【請求項22】
前記ＨＭＥ材料は、第２のエンボス加工面によって前記第１のエンボス加工面の上の前記突起に押し付けられる、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
前記第２のエンボス加工面は、前記第１のエンボス加工面の前記突起に対応する窪みを備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項24】
前記第２のエンボス加工面はさらに、前記第１のエンボス加工面に設けられた窪みに対応する突起を備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
前記第１のエンボス加工面と第２のエンボス加工面は、第１のエンボス加工ローラと第２のエンボス加工ローラの円周面である、請求項２３または請求項２４に記載の方法。
【請求項26】
前記第１のエンボス加工ローラと第２のエンボス加工ローラは、前記第１のエンボス加工ローラと第２のエンボス加工ローラの前記円周面どうしが接触する挟み込み部を画定する、請求項２５に記載の方法。
【請求項27】
前記第１のエンボス加工ローラの前記突起は、前記挟み込み部において前記第２のエンボス加工ローラの前記窪みと噛合する、請求項２６に記載の方法。
【請求項28】
前記突起の高さは、０．２ｍｍ～６．０ｍｍの間、０．４ｍｍ～４．０ｍｍの間、０．６ｍｍ～２．０ｍｍの間、のうち何れか一つである、請求項２１～請求項２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項29】
前記突起の高さは、前記ＨＭＥ材料の厚さの、１倍～３０倍の間、２倍～２０倍の間、３倍～１０倍の間、のうち何れか一つであってよい、請求項２１～請求項２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項30】
前記突起は、半球状の端部を有する円筒である、請求項２１～請求項２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項31】
前記突起は、円筒形であって、その遠位端の表面がその長手軸に対して傾斜している、請求項２１～請求項２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項32】
前記エンボス加工されたＨＭＥ材料をコイルに巻くことを更に含む、請求項２１～請求項３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項33】
前記ＨＭＥ材料はさらに天然繊維を含む、請求項２１～請求項３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項34】
前記天然繊維は綿を含む、請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特に呼吸ガスとの熱と水分の交換に使用する、熱と水分の交換（ＨＭＥ）材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
正常な呼吸時には、ガスは口及び／又は鼻を介して体内に入り、気道を通って肺に入る間に加熱及び加湿される。しかし、気管切開時又は人工呼吸器や麻酔装置での人工換気時などで、上気道がバイパスされるときには、吸気ガスが下気道及び肺に到達する前に不適切な加熱及び加湿がなされることがある。下気道及び肺を不適切に加熱及び加湿されたガスに曝すことは、粘膜面を刺激して粘膜機能を損ない、不快感及び気道感染症への感受性を増大させることになる可能性がある。
【0003】
呼吸ガスは、熱と水分を保持及び放出することができるＨＭＥ媒体を備えるＨＭＥ装置を使用して、吸入の前に受動的に加熱及び加湿されてもよい。呼吸ガスは、患者の気道内で呼気ガスにより取り込まれた熱と水分がＨＭＥ媒体に伝達され、吸入時にＨＭＥ媒体を逆方向に通過するガスに伝達させられるようにして、ＨＭＥ媒体を通過する。
【0004】
ＨＭＥ媒体は、可能であればＨＭＥ媒体の水分保持能力を高めるための吸湿性添加物を有する複数層のシート材料又は発泡材料で形成され得る。
【0005】
本出願の目的のために、ＨＭＥ材料に関するすべての言及は、シート材料、最も一般的には、発泡体ではなく、綿などの繊維材料を含むセルロース系の紙を指すことを理解されたい。ＨＭＥ媒体は典型的には、例えば１つ以上のＨＭＥ材料ストリップをコイルに巻き取るなどして、複数層のＨＭＥ材料を互いに隣接して積層することで形成される。そうして、ガス流が基本的にＨＭＥ材料面に対して横断方向になるようにＨＭＥ媒体がＨＭＥ装置内に配置され、ガス流がＨＭＥ媒体内のＨＭＥ材料の隣接する層の間を主として通るようにする。
【0006】
ＨＭＥ材料は典型的には波形にされて、隣接するＨＭＥ材料層の間隔を維持する。そうして、ガス流に対するＨＭＥ媒体の抵抗を低減して、熱と水分の交換に利用可能なＨＭＥ材料の表面積を増大させる。そのような波形は、ＨＭＥ材料の全幅を横断する、連続した／途切れのない隆起の形をとる。典型的には、これはＨＭＥ材料の軸に対して垂直又は斜めの角度を有する直線的な隆起として設けられる。ただし、いくつかの場合において、波形を形成する隆起は、「Ｖ」字型かジグザグパターンであるか、あるいは湾曲していてもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ＨＭＥ材料は従来は、材料のストリップを２つの噛合するギヤの間を通過させることによって波形加工される。ただし、この方法で形成される波形の完全度は、波形加工が行われる時の相対湿度に影響され得る。したがって、しっかりした波形が形成され、結果としてのＨＭＥ媒体性能が一定であることを確保するために、この方法を用いるＨＭＥ媒体の製造時には相対湿度を注意深く監視して、調整することを必要とする場合が多い。波形加工されたＨＭＥ材料は、そのＨＭＥ材料を波形構造に保持するために、波形のない材料に接着されることもある。
【0008】
さらに、ＨＭＥ材料を張力下に置くことで、波形が平坦化し、その結果、隣接するＨＭＥ材料層との分離機能を失うこともある。これは、コイル形状をした比較的小さいＨＭＥ媒体においては、ＨＭＥ媒体の中心における開口の形成を防ぐために比較的蜜にコイル巻きしなければならないので、特に問題である。
【課題を解決するための手段】
【0009】
従来技術に関する上記及び／又は他の問題を克服、又は実質的に軽減する、改良されたＨＭＥ材料及びＨＭＥ材料の製造方法が考案された。
【0010】
本発明の第１の態様によれば、ＨＭＥ材料の一面の少なくとも一部から延在する複数の離散した突出体を備えるＨＭＥ材料が提供される。
【0011】
本出願の内容における、「離散した突出体」とは、材料の実質的に全面に亘り一方向に延在する寸法を有する典型的な波形、又はそれに類似のものとは区別されることを意図する。離散突出体はそれとは対照的に、分離した点状の突出体、又はＨＭＥ材料の表面内で閉ループ境界を有する突出体として近似可能である。
【0012】
ＨＭＥ材料は通常長さと幅を有し、複数の突出体は、ＨＭＥ材料の長さに沿う方向と幅の横断方向の両方に設けることが可能である。複数の突出体はこうして、ＨＭＥ材料の表面上に２次元配列で提供され得る。各突出体は、ＨＭＥ材料の対向する両端の間の材料面上に、閉ループの外部境界を画定できる。
【0013】
ＨＭＥ材料は、特に呼吸ガスとの熱と水分の交換に使用するための、ＨＭＥ装置内に含まれるＨＭＥ媒体の製造のためのものであってよい。ＨＭＥ材料、ＨＭＥ媒体及びＨＭＥ装置は、例えば、人工呼吸器又は麻酔装置を用いた気管切開又は人工呼吸時における、呼吸ガスの加熱及び加湿のために使用することができる。
【0014】
ＨＭＥ材料の一面の少なくとも一部から延在する複数の突出体は、ＨＭＥ媒体内のＨＭＥ材料の隣接する層の間隔を維持し、そうして、ガス流に対するＨＭＥ媒体の抵抗を低減して、熱と水分の交換に利用可能なＨＭＥ材料の表面積を増大させることができる。
【0015】
ＨＭＥ材料内のそのような突出体の完全性により、製造時の相対湿度の影響を波形よりも受けにくい。さらに、ＨＭＥ材料内の突出体は、波形よりも平坦化する傾向が小さく、例えば、比較的小さいＨＭＥ媒体を形成するために密接したコイルに巻き上げられるときなどの、比較的高い張力下に置かれた場合においても、ＨＭＥ材料の隣接層間の間隔を維持する能力が保持される。
【0016】
突出体は好ましくはＨＭＥ材料と同一材料で形成される。具体的には、突出体は、ＨＭＥ材料から突出体が形成されるように変形された、ＨＭＥ材料の領域であることが好ましい。ＨＭＥ材料はしたがって、各突出体の反対側の面に圧痕を含み得る。そのような突出体は、ＨＭＥ材料をエンボス加工することで形成され得る。突出体は好ましくは、実質的に突出していないＨＭＥ材料で完全に取り囲まれる。
【0017】
各突出体が形成されるＨＭＥ材料の領域は、円形、楕円形、正方形、長方形、菱形、又はこれらの任意の組み合わせなどの、多種類の形状の任意のものであってよい。各突出体が形成されるＨＭＥ材料の領域は、最大又は最長の寸法（例えば直径、長径、最大長さ／幅など）が、少なくとも０．４ｍｍ、少なくとも０．６ｍｍ、又は少なくとも０．８ｍｍであり、かつ５．０ｍｍ以下、３．０ｍｍ以下、又は２．０ｍｍ以下であってよい。具体的には、各突出体が形成されるＨＭＥ材料の領域は、０．４ｍｍ～５．０ｍｍの間、０．６ｍｍ～３．０ｍｍの間、又は０．８ｍｍ～２．０ｍｍの間の、最大又は最長の寸法を有してもよい。具体的には、各突出体が形成されるＨＭＥ材料の領域は、円形形状であって、最大寸法が各突起の直径に対応する。
【0018】
単一の突出体はＨＭＥ材料の全幅には跨らない。そして典型的には、ＨＭＥ材料の幅を横断して提供される一群の突出体も同様に、全幅には跨らない。いずれにしても、突出体は好ましくは、ＨＭＥ材料が張力下に置かれたときに平坦化しやすくならないように配置される。
【0019】
突出体は、半球形、円錐台形、円筒形、角錐形、立方体形、半円筒形、又はこれらの任意の組合せなどの、多種類の形状の内の任意のものであってよい。
【0020】
突出体がＨＭＥ材料の表面から突出する最大距離は、ＨＭＥ材料の隣接する層間の間隔を維持する能力の重要な因子である。具体的には、突出体はＨＭＥ材料表面から、少なくとも０．１ｍｍ、少なくとも０．３ｍｍ、又は少なくとも０．５ｍｍ、かつ好ましくは１．０ｍｍ以下、０．８ｍｍ以下及び０．６ｍｍ以下だけ突出してよい。したがって、突出体はＨＭＥ材料の表面から、０．１ｍｍ～１．０ｍｍの間、０．３ｍｍ～０．８ｍｍの間、又は０．５ｍｍ～０．６ｍｍの間だけ突出してよい。
【0021】
ＨＭＥ材料形成に通常使用される材料の公差では、同一条件で形成された突出体のＨＭＥ材料表面からの突出距離に大きな変動があり得る。具体的には、突出体のＨＭＥ材料表面からの突出距離は、最大で２０％、最大で１５％、最大で１０％あるいは最大で５％の変動があり得る。
【0022】
突出体は好ましくは、ＨＭＥ材料の少なくとも一面の実質的に全面に亘って分布する。突出体はＨＭＥ材料の両面に存在してもよい。突出体が形成されるＨＭＥ材料の面積の割合は、少なくとも５％、少なくとも１０％、又は少なくとも２０％であり、かつ５０％未満、４０％未満、又は３０％未満であってよい。したがって、突出体が形成されるＨＭＥ材料の表面積の割合は、５％～５０％の間、１０％～４０％の間、又は２０％～３０％の間であってよい。
【0023】
ＨＭＥ材料の隣接層の間に均等な間隔を与えるために、突出体は好ましくはＨＭＥ材料の表面上に規則的に分布される。多種の分布が適切であって、具体的には突出体は、３、４、５、６、７、又は８などの、複数列に分布してもよい。列は実質的に互いに平行であって、ＨＭＥ材料の長さに沿って延在してもよい。各列の突出体は、隣接する列の突出体に整列しても、それからずれてもよい。各列の間隔は、各列内の突出体の間隔と同じであって、突出体が規則的な格子パターンに配列されてもよい。
【0024】
ＨＭＥ材料の表面上の突出体の密度は、突出体の大きさと形状に大きく依存して変化し得る。ただし、１ｃｍ２当たりの突出体の密度は、少なくとも３、少なくとも５、少なくとも８、又は少なくとも１０であり、かつ５０未満、４０未満、３０未満、又は２０未満であってよい。ＨＭＥ材料の表面上の１ｃｍ２当たりの突起の密度は、３～５０の間、５～４０の間、８～３０の間、又は１０～２０の間であってよい。
【0025】
突出体はさらにＨＭＥ材料内に穿孔を備えてもよい。穿孔は、円形、楕円形、正方形、長方形、菱形、又はこれらの任意の組合せなどの、多種類の形状の内の任意のものであってよい。穿孔は、少なくとも０．４ｍｍ、少なくとも０．６ｍｍ、又は少なくとも０．８ｍｍで、かつ５．０ｍｍ以下、３．０ｍｍ以下、又は２．０ｍｍ以下の最大寸法であってよい。具体的には、穿孔は、０．４ｍｍ～５．０ｍｍの間、０．６ｍｍ～３．０ｍｍの間、又は０．８ｍｍ～２．０ｍｍの間の最大寸法であってよい。特に、穿孔が円形形状である場合は、最大寸法は穿孔の直径に対応する。
【0026】
各穿孔の端部の周りのＨＭＥ材料の少なくとも一部は、ＨＭＥ材料面から突出してよい。例えば、各穿孔の端部の周りのＨＭＥ材料の約２５％、約５０％、又は約７５％が突出してもよい。ただし、各穿孔の端部すべてがＨＭＥ材料面より突出して、突出体が実質的に、頂点に穿孔を有する円錐又は角錐形であってもよい。
【0027】
穿孔はＨＭＥ材料内の切り込み形状であってもよい。具体的には、穿孔は、ＨＭＥ材料の領域を部分的に囲む切込みであって、ＨＭＥ材料面から延びるフラップを形成してもよい。例えば、切り込みはＣ字型でフラップが実質的に円形であってもよいし、又はＶ字型でフラップが実質的に三角形であってもよい。
【0028】
切り込みの形態での穿孔の形成は、ＨＭＥ材料部分の打ち抜きを含まないので、代替の穿孔方法に比べて作られる削り屑及び遊離した破片が少なくなる傾向がある。
【0029】
ＨＭＥ材料は、熱と水分を保持及び放出可能な任意の材料で形成され得る。ＨＥＭ材料は一般に多孔質材料であり、具体的には紙や特にセルロース紙などの繊維性材料が典型的である。ただしＨＭＥ材料は、綿などの他の天然繊維、ポリアミン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル及びポリビニルアルコールなどの合成繊維、又はこれらの任意の組合せで形成されるか、又はそれらを含んでもよい。
【0030】
ＨＭＥ材料は、水分を保持するＨＭＥ材料の能力を改善する、吸湿性材料などの添加物を含んでもよい。具体的に適切な吸湿性材料としては、グリコールやグリセリンなどのポリオール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコールなどの吸湿性ポリマー、ポリアクリレート、塩化カルシウム、塩化カリウム、塩化リチウムなどの吸湿性塩、又はそれらの任意の組合せなどがある。
【0031】
吸湿性材料含有量のより大きなＨＭＥ材料は、水分を保持及び放出する高い能力を有し、したがって、向上した熱及び水分の交換性能を有する。ＨＭＥ材料の吸湿性材料含有量は、重量で少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、又は少なくとも８０％であってよい。
【0032】
ＨＭＥ材料がシート形状である場合、吸湿性材料含有量は、少なくとも４０ｇ／ｍ２、少なくとも６０ｇ／ｍ２、少なくとも８０ｇ／ｍ２、少なくとも１００ｇ／ｍ２、少なくとも１２０ｇ／ｍ２、少なくとも１４０ｇ／ｍ２、少なくとも１６０ｇ／ｍ２、少なくとも１８０ｇ／ｍ２、又は少なくとも２００ｇ／ｍ２であってよい。
【0033】
ＨＭＥ材料は好ましくは、シート形状である。シートの厚さは、熱と水分の交換のための十分な表面積を提供しつつ、熱と水分を保持するのに十分大きな厚さであることが好ましい。具体的には、ＨＭＥ材料は、好ましくは０．０１ｍｍ～１．０ｍｍの間、より好ましくは０．０５ｍｍ～０．５ｍｍの間であり、最も好ましくは０．１ｍｍ～０．３ｍｍの間であって、具体的には約０．２ｍｍの厚さを有する。
【0034】
ＨＭＥ材料は好ましくは細長いストリップであって、ＨＭＥ材料のＨＭＥ媒体への形成を容易にする。ＨＭＥ材料ストリップの幅は、５ｍｍ～２０ｍｍの間、又は８ｍｍ～１８ｍｍの間であって、例えば約９．５ｍｍの間、又は約１６ｍｍであってよい。
【0035】
離散した突出体は、ＨＭＥ材料の２つの対向する面の少なくとも一部から延在してもよい。ＨＭＥ材料のストリップの第１と第２の側は、こうして両方ともそれらの表面から延在する離散した突出体を含んでもよい。ＨＭＥ材料の第２の表面から延在する突出体は、前に述べた任意の突出体と同様であってよい。そして第１の表面から延在する突出体と同様であっても、異なっていてもよい。
【0036】
本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様によるＨＭＥ材料を備えるＨＭＥ媒体が提供される。
【0037】
ＨＭＥ媒体は好ましくは、相互に隣接／重複して配置された、多層のＨＭＥ材料で形成される。そして特にはＨＭＥ材料のコイルであることが好ましい。ＨＭＥ媒体は、５個、４個、３個若しくは２個のＨＭＥ材料、又はコイルに形成された１個のＨＭＥ材料から形成されてよい。あるいは、ＨＭＥ材料は、自分自身の上に繰り返し折り畳まれて層を形成してもよい。
【0038】
ＨＭＥ媒体の高さは、その構成に使用されるＨＥＭ材料の幅に対応する。したがって、一般的に、５ｍｍ～２０ｍｍの間、又は８ｍｍ～１８ｍｍの間であり、例えば、約９．５ｍｍ、又は約１６ｍｍであってよい。
【0039】
ＨＭＥ媒体の直径は、ＨＭＥ材料の厚さ、コイルの巻き数、及びコイルの層の間隔に依存する。ＨＭＥ媒体は典型的には、直径が１５ｍｍ～８０ｍｍであり、具体的には、比較的大きなＨＭＥ媒体の場合には、直径が約５０ｍｍであり、比較的小さいＨＭＥ媒体の場合には、約２２ｍｍであってよい。
【0040】
本発明の第３の態様によれば、本発明の第２の態様によるＨＭＥ媒体を備えるＨＭＥ装置が提供される。
【0041】
ＨＭＥ装置は、例えば人工呼吸器又は麻酔装置を用いた気管切開又は人工呼吸時における、呼吸ガスを加熱及び加湿するために使用され得る。
【0042】
ＨＭＥ装置は好ましくは、装置を通過する実質的にすべてのガス流がＨＭＥ媒体を通過するように配置される。ＨＭＥ媒体は好ましくは、装置を通過するガス流が、ＨＭＥ媒体内のＨＭＥ材料の面を実質的に横断して、ガスがＨＭＥ材料の隣接する層の間の空隙を主として通過するように配置される。
【0043】
ＨＭＥ装置は好ましくは、ＨＭＥ媒体を含む、熱と水分の交換チャンバを画定するハウジングを備える。ハウジングはさらに、熱と水分の交換チャンバと装置の外部との間を連通する２つのポートを備える。各ポートは好ましくは、通常の呼吸ライン及び関連装置と互換性のある、ルアーテーパなどの標準コネクタを備える。ポートは好ましくは、チャンバの対向する両端に設けられ、チャンバは好ましくは、ポートよりも大きい横断面積を有する。
【0044】
チャンバは好ましくは、ＨＭＥ媒体に占有されていない、各ポートに隣接する空間を含む。これがガスがチャンバ内に入るとガスの膨張を可能として、ガス流がＨＭＥ媒体を通じて実質的に均等に分布されるようにする。
【0045】
ハウジングは、任意の適切な材料でできていてよい。ただし好ましくは射出成型プラスチック製である。ハウジングの一部又は全体の材料は、透明又は実質的に透明であって、ＨＭＥ媒体の目視検査を可能としてよい。
【0046】
ハウジングにはチャンバ内のガスのサンプリングを行うためのサンプリングポートが含まれてよい。これは好ましくは、ＨＭＥ装置の通常動作時にはガス流がサンプリングポートを通って流れないようにするバルブ又は閉鎖器が含む。
【0047】
本発明の第４の態様によれば、複数の突起を含むエンボス加工面にＨＭＥ材料を押し付けることを含む、ＨＭＥ材料のエンボス加工方法が提供される。
【0048】
この方法は、ＨＭＥ材料の一面の少なくとも一部から延在する複数の突出体を備えるパターンでＨＭＥ材料がエンボス加工されるように実行することが可能である。具体的には、本方法は、本発明の第１の態様によるＨＭＥ材料の製造方法であってよい。
【0049】
ＨＭＥ材料内のこの突出体はその完全性により、製造時の相対湿度の影響を波形よりも受けにくい。したがって、この方法は、製造環境における相対湿度の精密制御をあまり必要とせずに実行可能である。それゆえ既知の方法に比べてコスト削減が達成可能である。
【0050】
ＨＭＥ材料は、任意の適切な手段によってエンボス加工面上の突起に押し付けることができる。ただしＨＭＥ材料は好ましくは、第２のエンボス加工面によってエンボス加工面上の突起に押し付けられる。第２のエンボス加工面は、第１のエンボス加工面の突起パターンに対応する窪みのパターンを有し、これにより突起がＨＭＥ材料面を貫通して延びることが可能となる。このことが、突起によるＨＭＥ材料のより大きな変形を可能とする。その結果、より顕著な突出体及び穿孔がＨＭＥ材料に形成される。
【0051】
第２のエンボス加工面はさらに、第１のエンボス加工面に設けられた窪みに対応する突起を備えてよい。両方のエンボス加工面は、突起と窪みの両方を有し、処理時にＨＭＥ材料の両側から延在する突出体を提供することが可能である。第１のエンボス加工面に設けられる突起は、第１のエンボス加工面に設けられる窪みに、形状も分布も対応する必要がない。同様に、第２のエンボス加工面に設けられる突起は、第２のエンボス加工面に設けられる窪みに、形状も分布も対応する必要がない。このことは、異なる形状及び／又は分布をした突出体をＨＭＥ材料の対向する側に形成することを可能とする。
【0052】
第１と第２のエンボス加工面は、第１と第２のエンボスローラの円周面であってよい。第１と第２のエンボス加工ローラが一緒になって、ローラの円周面同士が接触する挟み込み部を画定し得る。第１のエンボス加工ローラの突起が、挟み込み部において第２のエンボス加工ローラと噛合し得る。同様に、第２のエンボス加工ローラの任意の突起が、挟み込み部において第１のエンボス加工ローラの任意の窪みと噛合し得る。ＨＭＥ材料がエンボス加工ローラの回転によって挟み込み部を通過し、そこで、ＨＭＥ材料は突起からの十分な圧力下に置かれて突出体及び潜在的には穿孔をＨＭＥ材料内に生成し得る。ＨＭＥ材料を挟み込み部に連続的に通過させることで、本方法の実行が容易に連続プロセスとなるので、この構成は特に好ましい。
【0053】
エンボス加工面の突起は、好ましくは離散的な突起であり、具体的にはエンボス加工面の、実質的に突起ではない領域で完全に囲まれることが好ましい。
【0054】
ＨＭＥ材料に形成される突出体の形状と分布は、主としてエンボス加工面の突起の形状と分布によって決まる。
【0055】
ＨＭＥ材料をエンボス加工面に押し付ける圧力が、ＨＭＥ材料の変形量、したがってＨＭＥ材料面から突出する突出体の距離に影響する。ＨＭＥ材料がエンボス加工面に十分な圧力で押し付けられると、突起がＨＭＥ材料を穿孔して、突出体にさらに穿孔を含ませる場合もある。
【0056】
突起の高さ（つまりエンボス加工面から延在する突起の距離）は、少なくとも０．２ｍｍ、少なくとも０．４ｍｍ、又は少なくとも０．６ｍｍで、かつ６．０ｍｍ未満、４．０ｍｍ未満、又は２．０ｍｍ未満である。したがって、突起の高さは、０．２ｍｍ～６．０ｍｍの間、０．４ｍｍ～４．０ｍｍの間、又は０．６ｍｍ～２．０ｍｍの間であってよい。
【0057】
具体的には、突起の高さは、ＨＭＥ材料の厚さに少なくとも等しいか、その少なくとも２倍、又は少なくとも３倍であり、かつＨＭＥ材料の厚さの３０倍未満、２０倍未満、又は１０倍未満であってよい。したがって、突起の高さは、ＨＭＥ材料の厚さの、１倍～３０倍の間、２倍～２０倍の間、又は３倍～１０倍の間であってよい。
【0058】
比較的短い突起、例えば１．０ｍｍ、０．８ｍｍ、又は０．６ｍｍ未満、あるいはＨＭＥ材料の厚さの５倍、４倍、又は３倍未満の高さを有する突起は、穿孔なしの突出体の生成に概してより適している。比較的長い突起、例えば１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、又は１．４ｍｍ超、あるいはＨＭＥ材料の厚さの５倍、６倍、又は７倍超の高さを有する突起は、ＨＭＥ材料への穿孔を有する突出体の生成に、一般的により適している。
【0059】
突起の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形、菱形、又はこれらの任意の組合せなどの、多種類の形状の内の任意のものであってよい。突起の断面は、少なくとも０．４ｍｍ、少なくとも０．６ｍｍ、又は少なくとも０．８ｍｍで、かつ５．０ｍｍ以下、３．０ｍｍ以下、又は２．０ｍｍ以下の最大寸法であってよい。具体的には、突起の断面は、０．４ｍｍ～５．０ｍｍの間、０．６ｍｍ～３．０ｍｍの間、又は０．８ｍｍ～２．０ｍｍの間の最大寸法であってよい。特に、突起の断面が円形形状である場合は、最大寸法は各突起の直径に対応する。
【0060】
突起は、材料を打ち抜いてＨＭＥ材料に穿孔を形成することがある。ただしこれは概して、ＨＭＥ材料の粒子の形の比較的多量の削り屑を生成する。突起はまた切断によってＨＭＥ材料に穿孔を形成する場合もあり、この場合には削り屑が生成される傾向は小さい。
【0061】
突起は、半球形、円錐台形、円筒形、角錐形、立方体形、半円筒形、又はこれらの任意の組合せなどの、多種類の形状の内の任意のものであってよい。
【0062】
突起は、半球形の端部を有する円筒形であってもよい。ここで円筒は比較的短い（すなわちその高さより大きい直径を有する）か、又は比較的長い（すなわちその直径よりも大きい高さを有する）であってよい。そのような突起は、特に突起が比較的長く、及び／又は直径が小さい場合には、ＨＭＥ材料内に穿孔を含む突出体を形成し得る。
【0063】
また突起は円筒形であって、遠位端の表面がその長手軸に対して傾斜していてもよい。具体的には、遠位端表面が、３０度～６０度の間、又はその長手軸に対して約４５度で傾斜していてもよい。したがって、突起の遠位端は、ＨＭＥ材料を突き刺して、ＨＭＥ材料に実質的に円形のフラップが形成されるような、ほぼＣ字型の切り込みを形成可能な尖端となる。
【0064】
エンボス加工面は好ましくは、十分に固く、ＨＭＥ材料に効果的なエンボス加工を可能とする材料で形成される。パターン付きの面を形成するために特に好適な材料は金属である。好適な金属はステンレススチールなどの鋼である。
【0065】
本発明の方法では、特に吸湿性添加物が使用される場合には、エンボス加工の前にＨＭＥ材料の水分成分を減少させるステップが含まれてもよい。例えばＨＭＥ材料は、低湿度環境に曝されてもよいし、又はＨＭＥ材料をローラ面などの加熱表面上を通過させるか若しくは赤外放射に曝すかなどによって加熱されてもよい。
【0066】
ＨＭＥ材料は、微生物汚染がないか、又は実質的にないことが好ましい。これは、本方法を減菌又は無菌の環境で実行することにより達成可能である。代替的に、例えばガンマ線照射、又はＨＭＥ材料の酸化エチレンへの露出によって、ＨＭＥ材料を消毒する追加ステップが本方法に含まれてもよい。
【0067】
本方法は、ＨＭＥ材料を、本発明の第２の態様によるＨＭＥ媒体などのＨＭＥ媒体に形成するステップを更に含んでもよい。具体的には、これは、ＨＭＥ材料の１つ以上のピースをスピンドルに取り付けることと、そのスピンドルを回転させてＨＭＥ材料をスピンドルの周りのコイルに巻き上げることを含んでもよい。次に得られたＨＭＥ媒体をスピンドルから取り外し、このプロセスを反復することができる。
【0068】
本方法は、本発明の第３の態様によるＨＭＥ装置などのＨＭＥ装置を製造するために、ＨＭＥ媒体をハウジング内に導入するステップを更に含んでもよい。
【0069】
本発明は、特に、フィルタ重量がより小さくて、より大きなフィルタ、すなわち同じ直径のコイルに対して必要とする材料長がより短いフィルタ、を提供する可能性を有する。これにより、コスト低減とともに、流れに対して低抵抗となる可能性も提供され、そのいずれもが利点となる。
【0070】
本発明のいずれか１つの態様に関して定義される任意の必須又は好適な特徴は、実施可能であるならば、任意の更なる態様に適用され得る。したがって、本発明は上で定義した特徴の様々な代替構成を備え得る。
【0071】
次に本発明の現在の好ましい実施形態を、添付の図面を参照して、例示としてのみ説明する。
【図面の簡単な説明】
【0072】
【図1】ＨＭＥ媒体製造装置の、縮尺通りではない概略図である。
【図8】エンボス加工アセンブリの斜視図である。
【図10A】エンボス加工されたＨＭＥ材料の、縮尺通りではない概略平面図である。
【図11A】エンボス加工されたＨＭＥ材料の更なる実施形態の、縮尺通りではない概略平面図である。
【図11B】エンボス加工されたＨＭＥ材料の更なる実施形態の、縮尺通りではない概略平面図である。
【図11C】エンボス加工されたＨＭＥ材料の更なる実施形態の、縮尺通りではない概略平面図である。
【図12A】エンボス加工されたＨＭＥ材料のコイル形状をした、ＨＭＥ媒体の側面図である。
【図13A】エンボス加工されたＨＭＥ材料の一実施形態の、縮尺通りではない概略平面図である。
【図13C】エンボス加工されたＨＭＥ材料の更なる実施形態の、縮尺通りではない概略平面図である。
【図14】ローラ内部構造を概略的に示す、更なるエンボス加工ローラの切り欠き部の側面図である。
【図15】エンボス加工されたＨＭＥ材料の更なる例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0073】
図１はＨＭＥ媒体を製造する装置１００を示す。装置１００は、ＨＭＥ材料１０ａを担持するソースリール１０、エンボス加工アセンブリ又は切断アセンブリ２０、張力制御アセンブリ３０及び巻取りアセンブリ４０を備える。
【0074】
ＨＭＥ材料１０ａはストリップ形状であり、ソースリール１０の矢印Ａ方向への回転により巻き戻されて装置１００に沿って矢印Ｂ方向に、エンボス加工アセンブリ２０の方へ移送される。
【0075】
エンボス加工アセンブリ２０は、エンボス加工上ローラ２００とエンボス加工下ローラ３００とを有し、これらが一緒になって挟み込み部４００を画定する。モータ（図示せず）が矢印Ｃの方向にエンボス加工ローラ２００、３００の回転を駆動する。エンボス加工上ローラ２００の円周面２１０は窪みのパターン（例えば図２Ａ、図２Ｂを参照）を有し、エンボス加工下ローラ３００の円周面３１０は対応する突起のパターン（例えば図４Ａ、図４Ｂを参照）を有する。エンボス加工上ローラ２００の窪みは、挟み込み部４００においてエンボス加工下ローラ３００の突起と噛合する。
【0076】
ＨＭＥ材料１０ａは、エンボス加工ローラ２００、３００の矢印Ｃの方向への回転によって挟み込み部４００に引き込まれる。ＨＭＥ材料１０ａは、挟み込み部４００を通過する際、エンボス加工ローラ２００、３００の円周面２１０、３１０上の、噛合する窪みと突起の間で圧縮される。そうしてＨＭＥ材料１０ｂにエンボス加工されたパターンが形成される。エンボス加工パターンは、エンボス加工ローラ２００、３００の円周面２１０、３１０上の窪みと突起のパターンに対応した、複数の突出体を含む。
【0077】
エンボス加工されたＨＭＥ材料１０ｂは、挟み込み部４００から出て張力制御アセンブリ３０に入る。ここには複数のローラ３２があって、挟み込み部４００を通過するときのＨＭＥ材料１０ａ、１０ｂの張力を制御する。
【0078】
巻取りアセンブリはスピンドル４２を備え、エンボス加工されたＨＭＥ材料１０ｂがそこに取り付けられる。スピンドル４２が回転して、エンボス加工されたＨＭＥ材料１０ｂが張力制御アセンブリ３０を通過して出てくるとコイルに巻き取られる。エンボス加工されたＨＭＥ材料１０ｂがコイルに十分巻き取られてＨＭＥ媒体が形成されると、エンボス加工されたＨＭＥ材料１０ｂは切断されて、ＨＭＥ媒体がスピンドル４２から外される。次にエンボス加工されたＨＭＥ材料１０ｂの自由端がスピンドル４２に取り付けられて、プロセスが反復される。ただし、代替実施形態において、エンボス加工されたＨＭＥ材料１０ｂは張力制御アセンブリ３０を通過後にローラに直接巻き取られて、別工程でＨＭＥ媒体に加工されてもよい。
【0079】
ＨＭＥ媒体においては、エンボス加工されたパターンがＨＭＥ材料１０ｂの隣接層との間隔を保持し、それによって、ＨＭＥ媒体の熱と水分の交換性能を改善し、かつガス流に対するＨＭＥ媒体の抵抗を低減する。ＨＭＥ媒体はＨＭＥ装置を形成するためにハウジング内に導入されてもよい。
【0080】
エンボス加工されたパターンの完全性、及びしたがってＨＭＥ媒体におけるＨＭＥ材料１０ｂの隣接層間での分離の保持能力は、製造時の相対湿度にあまり影響されない。したがってこの方法では、製造時の湿度制御を必要としないでより一定した性能を有するＨＭＥ媒体の製造が可能である。
【0081】
図２Ａ、図２Ｂは、エンボス加工上ローラの第１の実施形態２００ａを示し、図３Ａ、図３Ｂは、エンボス加工上ローラの第２の実施形態２００ｂを示す。エンボス加工上ローラ２００ａ、２００ｂは概略円盤形状であって、それぞれが円周面２１０ａ、２１０ｂ、２つの概ね円形面２２０ａ、２２０ｂ、円形面２２０ａ、２２０ｂの中心間を貫通する溝２３０ａ、２３０ｂ、円周面２１０ａ、２１０ｂの両端から半径方向に延びる隆起２４０ａ、２４０ｂを備える。
【0082】
第１の実施形態のエンボス加工上ローラの２００ａの円周面２１０ａ（図２Ａ、２Ｂ）は、ほぼ円筒形の窪み２５０ａを備える。窪み２５０ａは、ローラ２００ａの円周の周りに延在する４つの互い違いの列となって配置されている。
【0083】
第２の実施形態のエンボス加工上ローラ２００ｂ（図３Ａ、３Ｂ）の円周面２１０ｂは、第１の実施形態のエンボス加工上ローラの２００ａよりも幅が広い。円周面２１０ｂはまたほぼ円筒形の窪み２５０ｂのパターンを備え、これはこの実施形態では、ローラ２００ａの円周の周りの４つではなく７つの、互い違いに延在する列となって配置されている。
【0084】
図４Ａと図４Ｂは、エンボス加工下ローラの第１の実施形態３００ａを表し、図５Ａと図５Ｂは、エンボス加工下ローラの第２の実施形態３００ｂを表し、図６Ａと図６Ｂは、エンボス加工下ローラの第３の実施形態３００ｃを表し、図７Ａと図７Ｂは、エンボス加工下ローラの第４の実施形態３００ｄを表す。エンボス加工下ローラ３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄはまた、概ね円盤形状であって、それぞれが円周面３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、２つの概ね円形面３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ、円形面３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄの中心間を貫通する溝３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄ、それぞれの円周面３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ上で溝３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄの各端部を囲む環状カラー３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄを備える。
【0085】
エンボス加工下ローラ３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄの円周面３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄは、突起３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、３５０ｄのパターンを備える。第１の実施形態のエンボス加工下ローラ３００ａ（図４Ａ、４Ｂ）の突起３５０ａは、比較的短い円筒形（すなわち円筒の直径がその高さよりもはるかに大きい）であって、半球の端部を有する。突起３５０ａは、ローラの円周の周りに延在する４つの互い違いの列となって配置されている。
【0086】
第２の実施形態のエンボス加工下ローラ３００ｂ（図５Ａ、５Ｂ）の突起３５０ｂは、比較的長い円筒形（すなわち円筒の高さがその直径よりもはるかに大きい）であって、半球の端部を有する。突起３５０ｂは、ローラ３００ｂの円周の周りに延在する４つの互い違いの列となって配置されている。
【0087】
第３の実施形態のエンボス加工下ローラ３００ｃ（図６Ａ、６Ｂ）の突起３５０ｃは、長手軸に対して４５度傾いた頂面を有する円筒形状である。突起３５０ｂは、ローラ３００ｃの円周の周りに延在する４つの互い違いの列となって配置されている。
【0088】
第４の実施形態のエンボス加工下ローラ３００ｄの円周面３１０ｄ（図７Ａ、７Ｂ）は、他の実施形態のエンボス加工上ローラ３００ａ、３００ｂ、３００ｃの円周面３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃよりも幅が広い。突起３５０ｄは、半球形端部を有する、比較的短い円筒形（すなわち各円筒の直径がその高さよりもはるかに大きい）をしており、第１の実施形態のエンボス加工下ローラ３００ａの突起３５０ａに似た形である。突起３５０ｄは、ローラ３００ｄの円周の周りに延在する４つではなく７つの互い違いの列となって配置されている。
【0089】
次に図８、図９を参照すると、エンボス加工ローラ２００、３００が、溝２３０、３３０を貫通する軸２６０、３６０を介してＨＭＥ媒体１００の製造装置に係合する。エンボス加工ローラ２００、３００の回転は、１つ又は両方の軸２６０、３６０に作用するモータ（図示せず）によって駆動されてよい。エンボス加工上ローラ２００の窪み２５０は、エンボス加工下ローラ３００の突起３５０と同じ分布で、かつそれを収容するのに十分な寸法である。したがって、エンボス加工ローラ２００、３００は回転すると、挟み込み部４００において噛合可能となっている。
【0090】
窪み２５０と突起３５０の間の正確な嵌合は必ずしも必要ではなく、したがって、同じエンボス加工上ローラ２００を異なるエンボス加工下ローラ３００と組み合わせて使用することも可能である。具体的には、第１の実施形態のエンボス加工上ローラ２００ａの窪み２５０ａの分布は、第１、第２、第３の実施形態のエンボス加工下ローラ３００ａ、３００ｂ、３００ｃの突起３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃの分布と同一であり、したがって、これらのエンボス加工下ローラの任意のものを、このエンボス加工上ローラと組み合わせて使用可能である。この構成は、幅のより狭いＨＭＥ材料のエンボス加工に使用可能である。
【0091】
さらに、第２の実施形態のエンボス加工上ローラ２００ｂの窪み２５０ｂの分布は、第４の実施形態のエンボス加工下ローラ３００ｄの突起３５０ｄの分布と同じであり、したがって、これらの上下のエンボス加工ローラを組み合わせて使用することが可能である。この構成は、幅のより広いＨＭＥ材料のエンボス加工に使用可能である。
【0092】
ＨＭＥ材料１０ａは、エンボス加工ローラ２００、３００の矢印Ｃ方向への回転により挟み込み部４００に引き込まれ、隆起２４０によって円周面２１０、３１０上に案内されて突起３５０に接触させられる。ＨＭＥ材料１０ａが挟み込み部４００内に引き込まれる際、突起３５０がＨＭＥ材料１０ａに増加する圧力をかける。そうして、ＨＭＥ材料１０ａの下面に圧痕、そしてＨＭＥ材料１０ａの上面に対応する突出体を形成する。エンボス加工上ローラ上の窪み２５０の存在により、ＨＭＥ材料に掛かる最大圧力点である挟み込み部４００において、突起３５０がＨＭＥ材料１０ａの面を貫通して延びることを可能とする。このことが、突起３５０によるＨＭＥ材料１０ａのより大きな変形を可能とする。その結果、突起３５０によりＨＭＥ材料１０ａ内により顕著な突出体、そして場合によっては、穿孔の形成もまた可能とする。
【0093】
挟み込み部４００においてＨＭＥ材料１０ａに印加される圧力は、紙に突出体又は穿孔を形成するのに十分でなければならない。必要とする特定の圧力は、特定のＨＭＥ材料の厚さ及び組成によって変化し得るが、熟練者にはすぐに判定できることが理解されるであろう。挟み込み部４００で与えられる動作圧力は、必要とするのが突出体であるか穿孔であるかに拘わらず同様であると想定される。それでも、ピンの寸法と形状の違いにより、材料に最終的に印加される圧力が異なることになる。
【0094】
例えば、突起の高さ又は長さは、ＨＭＥ材料に印加される最終的な圧力に比較的顕著な影響を与え得る。保護が長いほど、挟み込み部を通って引き込まれるＨＭＥ材料にはより高い張力が生成される。そうして材料に印加される圧力は実効的に増加する。同様に、突起の数が多く、密度の高いパターンほど、同様に材料内の張力、したがって印加される最終的な圧力を増加させる。これらの因子を制御することで、本発明においては、挟み込み部４００の圧力を調整することなしに、印加圧力をある程度制御することが可能となる。
【0095】
矢印Ｃの方向へのエンボス加工ローラ２００、３００の回転によって挟み込み部４００からはじき出されるＨＭＥ材料１０ｂは、複数の突出体を含む、エンボス加工されたパターンを担持する。突出体の形状及び分布は、エンボス加工下ローラ３０上の突起３５０の形状及び分布、並びに挟み込み部４００でＨＭＥ材料に印加される圧力のレベルによって決定される。したがって、異なるエンボス加工ローラ２００、３００と、挟み込み部４００における異なる印加圧力を使用するこの方法によって、多種類のエンボス加工パターンを生成可能である。
【0096】
図１０Ａは、複数の突出体５１０から成るエンボス加工されたパターンを有するＨＭＥ材料５００を示す。突出体５１０は、平面図では概して円形であり、ＨＭＥ材料５００の長手方向に延びる、７つのずれた列に規則的に配置されている。
【0097】
図１０Ｂは、図１０Ａに示すＨＭＥ材料の第１の実施形態５００ａの、線Ａ－Ａに沿った断面図であり、ここでは、突出体５１０ａはほぼ半球形状であって、ＨＭＥ材料５００ａは穿孔されていない。突出体５１０ａは、第１の実施形態のエンボス加工下ローラ（図４Ａ、４Ｂ）などの、半球の端部を有する比較的短い円筒形状の突起によって形成され得る。
【0098】
図１０Ｃは、図１０Ａに示すＨＭＥ材料の第２の実施形態５００ｂの、線Ａ－Ａに沿った断面図であり、ここでは、突出体５１０ｂはほぼ円錐台形状であって、ＨＭＥ材料５００ｂの頂点に穿孔５２０ｂを含む。突出体５１０ｂは、概ね「弾丸形状」の突起、例えば比較的長い、尖った円筒で形成されてもよい。そのような突起は、挟み込み部４００で十分な圧力が印加されると、ＨＭＥ材料５００を突き破ることが可能である。この場合、ＨＭＥ材料の粒子の形で、かなりの量の削り屑が生成されることがわかっている。
【0099】
図１０Ｄは、図１０Ａに示すＨＭＥ材料の第３の実施形態５００ｃの、線Ａ－Ａに沿った断面図であり、ここでは、突出体５１０ｃは穿孔５２０ｃの片側から延びるフラップ５３０ｃの形状をしている。突出体５１０ｃは、エンボス加工下ローラの第２の実施形態（図５Ａ、５Ｂ）などの、半球の端部を有する円筒形状の突起によって形成され得る。あるいは、エンボス加工下ローラ３００ｃの第３の実施形態（図６Ａ、６Ｂ）などの、長手軸に対して４５度傾いた頂面を有する円筒を用いることも可能である。そのような突起は、穿孔５２０ｃとフラップ５３０ｃを作製するために、挟み込み部４００に圧力が印加されるときに、ＨＭＥ材料５００ｃ内に切り込むことが可能である。これは、エンボス加工下ローラの第２の実施形態（図５Ａ、５Ｂ）に見られる種類の、長い半球形突起を用いて、穿孔よりも削り屑のより少ない、きれいな切断がされることがわかっている。ここで、この穿孔は典型的には引き裂き作用によって形成される。
【0100】
図１１Ａ～図１１Ｃは、複数の突出体６１０ａ、６１０ｂ、６１０ｃから成るエンボス加工されたパターンを有する、エンボス加工されたＨＭＥ材料６００ａ、６００ｂ、６００ｃの更なる実施形態を示す。図１１Ａに示す実施形態は、ほぼ円形の突出体が、４つのずれのない列に規則的に配置されている。図１１Ｂに示す実施形態は、ほぼ円形の突出体が、不規則に配置されている。図１１Ｃに示す実施形態は、ほぼ長方形の突出体が、５つのずれた列に規則的に配置されている。
【0101】
図１２Ａ、１２Ｂは、エンボス加工されたＨＭＥ材料がコイルの形となった、ＨＭＥ媒体７００を示す。図１２Ｂは、ＨＭＥ媒体７００を形成するＨＭＥ材料が、ずれのない３列に規則的に配列されたほぼ円形の圧痕７１０の形のエンボス加工されたパターンを備えることを示している。突出体７１０は、ＨＭＥ媒体７００において隣接するＨＭＥ材料層の間隔を維持し、これによりＨＭＥ媒体７００の熱と水分の交換性能が向上し、かつＨＭＥ媒体７００のガス流に対する抵抗が減少する。
【0102】
前述した方法により製造された突出体においては、ＨＭＥ材料が比較的密着したコイルに巻かれるなどの、ＨＭＥ材料が比較的高い張力下に置かれる場合においても、ＨＭＥ材料の隣接する層の間隔が保持される。このことは、ガスがＨＭＥ材料に対する適切な露出なしに流れることが可能な流路となる、ＨＭＥ媒体の中心開口の形成を防止するために、ＨＭＥ材料をより緊密に巻かなければならない比較的小さいＨＭＥ媒体においては特に重要である。
【0103】
実施例１－図４Ａ、４Ｂに示すエンボス加工下ローラを用いた、９．５ｍｍ幅のＨＭＥ材料ストリップのエンボス加工
ＨＭＥ材料が、実質的に図８を参照して前述したように、エンボス加工アセンブリを用いてエンボス加工された。実質的に図２Ａ、２Ｂを参照して前述したようなエンボス加工上ローラと、実質的に図４Ａ、４Ｂを参照して前述したようなエンボス加工下ローラを用いた。エンボス加工ローラの直径は６９．９５ｍｍであり、円周面は幅９．５ｍｍであった。
ＨＭＥ材料が、実質的に図８を参照して前述したように、エンボス加工アセンブリを用いてエンボス加工された。実質的に図２Ａ、２Ｂを参照して前述したようなエンボス加工上ローラと、実質的に図４Ａ、４Ｂを参照して前述したようなエンボス加工下ローラを用いた。エンボス加工ローラの直径は６９．９５ｍｍであり、円周面は幅９．５ｍｍであった。
【0104】
ＨＭＥ材料は幅９．５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの連続ストリップであり、綿繊維を含むセルロース系の紙で形成された。ただしこのエンボス加工方法は、任意形状の天然繊維又は合成繊維と、ＣａＣｌなどの吸湿性添加物を含有するＨＥＭ材料を含む、他の形態のＨＭＥ材料に対しても同等に適用可能である。
【0105】
エンボス加工下ローラの突起は、半球の端部を有する比較的短い円筒形（すなわち円筒の直径がその高さよりもはるかに大きい）であった（図４Ａ、４Ｂ参照）。各突起の頂点は、エンボス加工下ローラの円周面から０．７ｍｍにあった。
【0106】
複数の実質的に半球状の突出体（図１０Ｂ参照）から成るエンボス加工されたパターンをＨＭＥ材料の一面に形成するために、ＨＭＥ材料をエンボス加工ローラの間の挟み込み部に通した。突出体は、ＨＭＥ材料ストリップの長さに沿って延びる４つのずれた列に配列された。
【0107】
図１３Ａ、１３Ｂは、ずれた４列の突出体を有するエンボス加工されたＨＭＥ材料の一実施形態の模式図である。図には、突出体の間隔に関する測定値（Ｌ１－Ｌ６）、及び突出体の直径（Ｄ）と高さ（ｈ）が記されている。図１３Ａ、１３Ｂを参照すると、平均寸法及び突出体の間隔は、次のようであった。
Ｌ１ ０．７９ｍｍ
Ｌ２ ２．２５ｍｍ
Ｌ３ ２．９２ｍｍ
Ｌ４ ２．９２ｍｍ
Ｌ５ ２．２８ｍｍ
Ｌ６ ０．９７ｍｍ
Ｄ １．８５ｍｍ
ｈ ０．４５ｍｍ
Ｌ１ ０．７９ｍｍ
Ｌ２ ２．２５ｍｍ
Ｌ３ ２．９２ｍｍ
Ｌ４ ２．９２ｍｍ
Ｌ５ ２．２８ｍｍ
Ｌ６ ０．９７ｍｍ
Ｄ １．８５ｍｍ
ｈ ０．４５ｍｍ
【0108】
シャドウグラフ法などの様々な既知の方法を使ってこれらの寸法を測定可能であることが理解されるであろう。
【0109】
すべての突出体は、実質的に同一条件で形成された。ただし、高さ（ｈ）は０．４１ｍｍ～０．５１ｍｍの間であった。この変動は、突出体形成時のＨＭＥ材料の公差を示すものと考えられ、恐らくは、挟み込み部における固有条件に依存する小さな圧力変化よるものである。
【0110】
長さ７３ｃｍ（＋／－１０ｍｍ）のエンボス加工されたＨＭＥ媒体のストリップが、ＨＭＥ装置に組み込むＨＭＥ媒体を形成するために、コイルに巻き取られた。
【0111】
実施例２－図５Ａ、５Ｂに示すエンボス加工下ローラを用いた、９．５ｍｍ幅のＨＭＥ材料ストリップのエンボス加工
ＨＭＥ材料がまた、実施例１の手順を用いてエンボス加工された。ここで、エンボス加工下ローラは実質的に図５Ａ、５Ｂに示すものである。このエンボス加工下ローラもまた、直径は６９．９５ｍｍであり、円周面は幅９．５ｍｍであった。突起は、半球端部を有する、比較的長い円筒形（すなわち円筒の高さがその直径よりもはるかに大きい）であった（図５Ａ、５Ｂ参照）。各突起の頂点は、エンボス加工下ローラの円周面から１．５ｍｍにあった。
ＨＭＥ材料がまた、実施例１の手順を用いてエンボス加工された。ここで、エンボス加工下ローラは実質的に図５Ａ、５Ｂに示すものである。このエンボス加工下ローラもまた、直径は６９．９５ｍｍであり、円周面は幅９．５ｍｍであった。突起は、半球端部を有する、比較的長い円筒形（すなわち円筒の高さがその直径よりもはるかに大きい）であった（図５Ａ、５Ｂ参照）。各突起の頂点は、エンボス加工下ローラの円周面から１．５ｍｍにあった。
【0112】
ＨＭＥ材料の一面上の複数の突出体から成るエンボス加工されたパターンを形成するために、ＨＭＥ材料をエンボス加工ローラの間の挟み込み部に通した。ここで突出体は、図１０Ｂ又は１０Ｃのものと同様の、概ね円錐台形であるが、材料のフラップは図１０Ｄのようにその頂点に残ったままであった。突出体は、ＨＭＥ材料ストリップの長さに沿って延びる４つのずれた列に配列された。
【0113】
突出体の寸法と分布は、実施例１で使用した方法を用いて、ＨＭＥ材料のエンボス加工されたストリップに沿った５地点で測定した。図１３Ａ、１３Ｂを参照すると、平均寸法及び突出体の間隔は、次のようであった。
Ｌ１ １．６４ｍｍ
Ｌ２ ３．０９ｍｍ
Ｌ３ ２．９６ｍｍ
Ｌ４ ３．６５ｍｍ
Ｌ５ ３．１０ｍｍ
Ｌ６ ０．９４ｍｍ
Ｄ １．０３ｍｍ
ｈ ０．６２ｍｍ
Ｌ１ １．６４ｍｍ
Ｌ２ ３．０９ｍｍ
Ｌ３ ２．９６ｍｍ
Ｌ４ ３．６５ｍｍ
Ｌ５ ３．１０ｍｍ
Ｌ６ ０．９４ｍｍ
Ｄ １．０３ｍｍ
ｈ ０．６２ｍｍ
【0114】
実施例３－図６Ａ、６Ｂに示すエンボス加工下ローラを用いた、９．５ｍｍ幅のＨＭＥ材料ストリップのエンボス加工
ＨＭＥ材料がまた、実施例１の手順を用いてエンボス加工された。ここで、エンボス加工下ローラは実質的に図６Ａ、６Ｂに示すものである。このエンボス加工下ローラもまた、直径は６９．９５ｍｍであり、円周面は幅９．５ｍｍであった。エンボス加工下ローラの突起は、長手軸に対して４５度傾いた頂面を有する円筒形（図６Ａ、６Ｂ参照）であった。各突起の頂点は、エンボス加工下ローラの円周面から１．３ｍｍにあった。
ＨＭＥ材料がまた、実施例１の手順を用いてエンボス加工された。ここで、エンボス加工下ローラは実質的に図６Ａ、６Ｂに示すものである。このエンボス加工下ローラもまた、直径は６９．９５ｍｍであり、円周面は幅９．５ｍｍであった。エンボス加工下ローラの突起は、長手軸に対して４５度傾いた頂面を有する円筒形（図６Ａ、６Ｂ参照）であった。各突起の頂点は、エンボス加工下ローラの円周面から１．３ｍｍにあった。
【0115】
フラップが穿孔の片側から延びた形の複数の突出体（図１０Ｄ参照）から成るエンボス加工されたパターンを形成するために、ＨＭＥ材料をエンボス加工ローラの間の挟み込み部に通した。突出体は、ＨＭＥ材料ストリップの長さに沿って延びる４つのずれた列に配列された。
【0116】
突出体の寸法と分布は、実施例１で使用した方法を用いて、ＨＭＥ材料のエンボス加工されたストリップに沿った５地点で測定した。図１３Ａ、１３Ｂを参照すると、平均寸法及び突出体の間隔は、次のようであった。
Ｌ１ １．３０ｍｍ
Ｌ２ ３．１０ｍｍ
Ｌ３ ３．２９ｍｍ
Ｌ４ ３．３０ｍｍ
Ｌ５ ３．０５ｍｍ
Ｌ６ １．２７ｍｍ
Ｄ ０．９７ｍｍ
ｈ ０．５８ｍｍ
Ｌ１ １．３０ｍｍ
Ｌ２ ３．１０ｍｍ
Ｌ３ ３．２９ｍｍ
Ｌ４ ３．３０ｍｍ
Ｌ５ ３．０５ｍｍ
Ｌ６ １．２７ｍｍ
Ｄ ０．９７ｍｍ
ｈ ０．５８ｍｍ
【0117】
実施例４－図７Ａ、７Ｂに示すエンボス加工下ローラを用いた、１６ｍｍ幅のＨＭＥ材料ストリップのエンボス加工
９．５ｍｍではなく１６ｍｍ幅のＨＭＥ材料もまた、実施例１の手順を用いてエンボス加工された。ここで、エンボス加工下ローラは実質的に図７Ａ、７Ｂに示すものであった。エンボス加工下ローラは、直径は６９．９５ｍｍであり、円周面は幅１６ｍｍであり、ローラの円周の周りに広がる、ずれた７列に配列された突起を担持した。突起は、半球端部を有する、比較的短い円筒形（円筒の直径がその高さよりもはるかに大きい）であった（図７Ａ、７Ｂ参照）。各突起の頂点は、ローラの円周面から０．７ｍｍにあった。
９．５ｍｍではなく１６ｍｍ幅のＨＭＥ材料もまた、実施例１の手順を用いてエンボス加工された。ここで、エンボス加工下ローラは実質的に図７Ａ、７Ｂに示すものであった。エンボス加工下ローラは、直径は６９．９５ｍｍであり、円周面は幅１６ｍｍであり、ローラの円周の周りに広がる、ずれた７列に配列された突起を担持した。突起は、半球端部を有する、比較的短い円筒形（円筒の直径がその高さよりもはるかに大きい）であった（図７Ａ、７Ｂ参照）。各突起の頂点は、ローラの円周面から０．７ｍｍにあった。
【0118】
幅１６ｍｍの円周面を有し、ローラの円周の周りに延在する、ずれた７列に配列された窪みを有する、実質的に図３Ａ、３Ｂに示すようなエンボス加工上ローラを、このエンボス加工上ローラとの組み合わせで用いた。
【0119】
複数の実質的に半球状の突出体から成るエンボス加工されたパターンをＨＭＥ材料の一面に形成するために、ＨＭＥ材料をエンボス加工ローラの間の挟み込み部に通した。突出体は、ＨＭＥ材料ストリップの長さに沿って延びる７つのずれた列に配列された。
【0120】
突出体の寸法と分布は、実施例１で使用した方法を用いて、ＨＭＥ材料に沿った５地点で測定した。図１３Ｃ、１３Ｄは、ずれた７列の突出体を有するエンボス加工されたＨＭＥ材料の一実施形態の模式図である。図には、突出体の間隔に関する測定値（Ｌ１－Ｌ９）、及び突出体の直径（Ｄ）と高さ（ｈ）が記されている。図１３Ｃ、１３Ｄを参照すると、突出体の平均寸法及び分布は次のようであった。
Ｌ１ １．４１ｍｍ
Ｌ２ ３．３３ｍｍ
Ｌ３ ３．３１ｍｍ
Ｌ４ ３．２８ｍｍ
Ｌ５ １．８４ｍｍ
Ｌ６ ３．３７ｍｍ
Ｌ７ ３．２９ｍｍ
Ｌ８ ３．２５ｍｍ
Ｌ９ ３．８７ｍｍ
Ｄ ０．７６ｍｍ
ｈ ０．４４ｍｍ
Ｌ１ １．４１ｍｍ
Ｌ２ ３．３３ｍｍ
Ｌ３ ３．３１ｍｍ
Ｌ４ ３．２８ｍｍ
Ｌ５ １．８４ｍｍ
Ｌ６ ３．３７ｍｍ
Ｌ７ ３．２９ｍｍ
Ｌ８ ３．２５ｍｍ
Ｌ９ ３．８７ｍｍ
Ｄ ０．７６ｍｍ
ｈ ０．４４ｍｍ
【0121】
実施例１に比べると、上では、平均突出体高さに小さな差異がみられる（実施例１－０．４５ｍｍ、実施例４－０．４３ｍｍ）。これは、２つの実施例では同じ条件および突起が用いられたにもかかわらず、圧力の違いがあることを示す。これは、突起の分布／パターンの違いによるものである可能性がある。また、たとえ両実施例において張力制御アセンブリが同一であったとしても、幅の広い紙ほど挟み込み部における材料の張力が僅かに低くなり、実施例４においては印加圧力が低くなった結果である可能性がある。
【0122】
本発明はこれまでに述べた特定の実施例に限定されないことは理解されるであろう。例えば、上ローラと下ローラの両方に突起と窪みが含まれ、その結果紙の両側に突出体が形成される実施形態が考えられる。このタイプのローラの実施例を図１４に示す。これは図３Ｂに示すものと同様の、ローラの切り欠き部７２０であるが、盛り上がった突出体７５０ａが窪み７５０ｂと交互に設けられている。そのようなロール対を提供することで、紙又は他の材料の対向する両側に突出体を同時に生成することが可能となることが理解されるであろう。図１５は、突出体８１０ａ、８１０ｂが図に示すように上面と下面のそれぞれから突出する、ＨＭＥ材料８００の一部分の例を示す。寸法Ｄ、ｈは本明細書で既に説明した実施例と同じ大きさであってよい。
【0123】
例えばギヤのタイミングや設計などの、いくつかの追加的な複雑さが導入されるが、ＨＭＥ材料の両側に突出体を設けることで、そのような材料を用いて形成されるフィルタの特性をさらに大きく制御可能とし得る。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図14】
【図15】
