JP2011006810A - エアフィルタ用帯電不織布及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリエステル系またはポリオレフィン系短繊維より形成される不織布に、水溶化した含窒素環状構造を含む光安定剤を下記の(I)〜(III)のいずれかの方法により添着し、次いで、エレクトレット処理を施すことを特徴とするエアフィルタ用帯電不織布の製造方法など。
(I):短繊維原綿を開繊・紡出して形成されるウエブの繊維間を機械的交絡及び/又は熱融着の方法で固定して不織布を形成する工程中に、該光安定剤を含浸、スプレー又はコーティングにより添着する方法。
(II):繊維の紡糸工程おいて、使用する油剤中に水溶化した該光安定剤を配合して、紡糸された繊維表面に添着させ、不織布用短繊維原綿に供する方法。
(III):後工程にて、該光安定剤を不織布に含浸、スプレー又はコーティングにより添着する方法。
【選択図】なし
Description
本明細書においても、エアフィルタとは、これを構成するフィルタ濾材及び支持体を複合・貼合したもの、又は、これをプリーツ加工などにより一定面積の枠内に固定してユニット化したものを云い、こうしたエアフィルタは、ビルオフィス、工場、家庭、車両内の居住域において、空気浄化のために着脱交換できる形で使用される。
そこで、エアフィルタの捕集効率を向上させる発明が提案されているが、それらは、フィルタ濾材単独の濾過性能向上に関するものであり、支持体と複合した最終製品形態としてのエアフィルタの性能向上には及んでいないのが実情である。
また、支持体としての不織布に関しては、難燃性を付与するために難燃剤を含有する繊維よりなるもの、あるいは、不織布に後加工で難燃剤を添着させたものを用いることが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
また、近年では、難燃性に優れるエアフィルタ材用支持体を提供するために、鞘部が低融点重合体で、芯部が高融点重合体で形成されている芯鞘型複合短繊維を構成繊維とする不織布よりなるエアフィルタ材用補強材であって、該短繊維不織布中に該低融点重合体は30質量%以上含有されており、かつ、該芯鞘型複合短繊維相互間は絡合されていると共に、該低融点重合体の融着によって結合されていることを特徴とするものが提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
また、メルトブロー法不織布以外の短繊維不織布の帯電処理として、特許文献6のごとく、摩擦帯電法による帯電処理も提案されている。但し、この方法は、ニードルパンチによって得られる不織布に限定され、且つ、繊維油剤を除去する必要があり、簡便に適用できるとは言い難い。また、不織布自体が、繊維の機械的交絡のみにより形成されるので、“腰“とプリーツ性が不足し、別種の支持体を必要とする。
以上のように、従来において、支持体としての不織布に帯電性を付与し、フィルタ濾材としての機能を持たせるという観点からの先行技術は、見当たらない。
そのため、本発明者は、さらに鋭意検討を重ねた結果、剛性が高くプリーツ性のよい支持体用不織布基材であるポリエステル短繊維またはポリプロピレン短繊維不織布の繊維表面に、特定のヒンダードアミン系化合物、トリアジン系化合物又はベンゾトリアゾール系化合物を水溶化したその水溶液を、含浸又はスプレー散布、或いはコーティングした後、十分乾燥し、繊維表面に均一に被覆させてから、エレクトレット処理を行うことにより、エレクトレット処理によって付与される帯電効果を高めることができることを見出し、さらに、そのヒンダードアミン系化合物などの添着工程を不織布製造工程に組み込むことにより、エアフィルタ用帯電不織布の製造方法として簡易に行う方法に想到し、本発明を完成するに至った。
(I):短繊維原綿を開繊・紡出して形成されるウエブの繊維間を機械的交絡及び/又は熱融着の方法で固定して不織布を形成する工程中に、該光安定剤を含浸、スプレー又はコーティングにより添着する方法。
(II):繊維の紡糸工程おいて、使用する油剤中に水溶化した該光安定剤を配合して、紡糸された繊維表面に添着させ、不織布用短繊維原綿に供する方法。
(III):後工程にて、該光安定剤を不織布に含浸、スプレー又はコーティングにより添着する方法。
さらに、本発明の第3の発明によれば、第1の発明において、前記短繊維より形成される不織布は、サーマルボンド法またはニードルパンチ法により製造されることを特徴とするエアフィルタ用帯電不織布の製造方法が提供される。
さらに、本発明の第5の発明によれば、第1の発明において、前記不織布を構成する短繊維は、平均繊度が0.5〜100dtexであって、芯鞘短繊維及び/又は単一短繊維であることを特徴とするエアフィルタ用帯電不織布の製造方法が提供される。
さらに、本発明の第7の発明によれば、第6の発明において、エアフィルタ用支持体及び/又はエアフィルタ用濾材として用いられることを特徴とするエアフィルタ用帯電不織布が提供される。
さらに、本発明の第9の発明によれば、第8の発明において、不織布(B)は、平均繊維径が0.5〜20μmの連続繊維からなるポリプロピレン製メルトブロー法不織布または平均繊維径が10〜30μmの連続繊維からなるポリプロピレン製スパンボンド法不織布から選ばれる不織布であることを特徴とするエアフィルタが提供される。
(1)第2の発明において、(i)ヒンダードアミン系化合物には、トリアジン基を含むヒンダードアミン系化合物を含むことを特徴とするエアフィルタ用帯電不織布の製造方法。
(2)第2の発明において、前記含窒素環状構造を含む光安定剤は、トリアジン基を含む高分子タイプのヒンダードアミン系化合物であることを特徴とするエアフィルタ用帯電不織布の製造方法。
(3)第1又は2の発明において、前記水溶化した含窒素環状構造を含む光安定剤は、エマルジョン化した含窒素環状構造を含む光安定剤を含むことを特徴とするエアフィルタ用帯電不織布の製造方法。
(4)第8又は9の発明において、不織布(A)と不織布(B)が積層または貼合された後に、エレクトレット処理が施されることを特徴とするエアフィルタ。
このエアフィルタ用帯電不織布は、それ自体が低圧損で、捕集効率が著しく改善されるエアフィルタ用濾材となるのみか、エアフィルタ用支持体として、他の濾材、例えば、別途にエレクトレット処理されたポリプロピレンのメルトブロー不織布と貼り合わせて、さらに高捕集効率のプリーツ加工が可能な高性能エアフィルタを提供することができる。
さらには、支持体層でのダスト捕捉能力の向上により、フィルタ濾材層に使われる極細繊維からなるメルトブロー不織布層へのダストの一方的な蓄積(すなわち目詰まり)が軽減されるので、エアフィルタの使用寿命の向上を図ることができるという効果を奏する。
そのため、長期に安定したフィルタ品質を求められる自動車用キャビンフィルタ、工場、ビル空調や家庭居住空間の空気浄化のためのエアフィルタなどに好適に用いることができる。
以下、項目毎に詳細に説明する。
本発明において、ヒンダードアミン系化合物などの含窒素環状構造を含む光安定剤を添着する不織布(A)は、平均繊度が0.5〜100dtexの範囲から選ばれるポリエステル系短繊維又はポリオレフィン系短繊維から構成される。
また、これらの短繊維は、不織布の製法によって、鞘側に低融点成分繊維、芯側に高融点成分繊維を配した、いわゆる芯鞘複合短繊維、或いは単一の材料からなる単繊維が用いられる。
具体的には、複合短繊維としては、鞘側がポリオレフィンとしたもの(以下、ポリオレフィン系短繊維という。)は、例えば、鞘側/芯側がPE(ポリエチレン)/PP(ポリプロピレン)、PP(低融点)/PP、PE/PET(ポリエチレンテレフタレート)、PP(低融点)/PETなどであり、また、鞘側がポリエステルの短繊維(以下、ポリエステル系短繊維という。)としては、例えば、鞘側/芯側がPET(低融点)/PETなどが挙げられる。
また、単繊維としては、PP、PE、PET繊維が用いられる。また、これらの繊維を混合して用いてもよい。
また、これらのポリエステル短繊維に、りん系化合物を配合した難燃化された短繊維であってもよい。
本発明に係る含窒素環状構造を含む光安定剤は、具体的には、(i)ヒンダードアミン系化合物、(ii)トリアジン系化合物及び(iii)ベンゾトリアゾール系化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種である。光安定剤として、一種を用いてもよく、二種以上を併用して用いてもよく、適宜選択される。
このように水溶化又はエマルジョン化すれば、不織布製造工程や原綿紡糸工程などに、特段の改造を要せず、既存の設備を転用できるという利点を有する。
本発明に係る分子量が2000以上の高分子量タイプのヒンダードアミン系化合物(HALS)としては、例えば、ポリ[(6−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)アミノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジイル)((2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ)ヘキサメチレン((2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ)](分子量:2000〜3100、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、キマソーブ944LD)、コハク酸ジメチル−1−(2−ヒドロキシエチル)−4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン重縮合物(分子量:3100〜4000、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、チヌビン622LD)、N,N’,N”,N”’−テトラキス−(4,6−ビス−(ブチル−(N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)アミノ)−トリアジン−2−イル)−4,7−ジアザデカン−1,10−ジアミン(分子量:2286、90%)と上記チヌビン622LD(10%)との混合物(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、キマソーブ119FL)、ジブチルアミン・1,3,5−トリアジン・N,N’−ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル−1,6−ヘキサメチレンジアミンとN−(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)ブチルアミンの重縮合物(分子量:2600〜3400、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、キマソーブ2020FDL)などが挙げられる。これら以外にも、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、チヌビン111FDL(ブレンド品)も挙げられる。
また、本発明に係る分子量が2000未満の低分子量タイプのヒンダードアミン系化合物としては、例えば、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル){[3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシフェニル]メチル}ブチルマロネート(外観:粉末、分子量:685、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、チヌビン144)、デカン二酸ビス(2,2,6,6−テトラメチル−1(オクチルオキシ)−4−ピペリジニル)エステルと1,1−ジメチルエチルヒドロペルオキシドとオクタンの反応生成物(外観:液体、分子量:737、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、チヌビン123)、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート(外観:粉末、分子量:481、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、チヌビン770)などが挙げられる。
本発明に係るトリアジン系化合物には、例えば、2−(4,6ジフェニルエーテル−1,3,5−トリアジン−2−イル)−5−[(ヘキシル)オキシ]−フェノール、(分子量:425、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、チヌビン1577FF)、2,4−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−6−(2−ヒドロキシ−4−イソオクチルオキシフェニル)−s−トリアジン(分子量:510、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、チヌビン411L)などが挙げられ、これら以外にも、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、チヌビン400(分子量:647、ヒドロキシフェニルトリアジン系)も挙げられる。
また、本発明に係るベンゾトリアゾール系化合物は、例えば、低揮散性で比較的融点の高いものとして、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2イル)4−6−ビス(1−メチル−1−フェニルエチル)フェノール(分子量:447、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、チヌビン234)、2,4−ジ−tert−ブチル−6−(5−クロロベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール(分子量:358、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、チヌビン327)、2−(2H−ベンゾ)トリアゾール−2−イル)−4,6−ジ−tert−ベンチルフェノール(分子量:351、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、チヌビン328)、2,2‘−メチレンビス[6−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノール](分子量:659、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、チヌビン360)などが挙げられる。
また、乳化剤(界面活性剤)を用いて、エマルジョン化してもよい。なお、上記の如く水溶化したヒンダードアミン系化合物、トリアジン系化合物及びベンゾトリアゾール系化合物には、混合して用いることも可能である。或いは、予め混合されたこれら原料化合物を同時に水溶化することもできる。
本発明において、水溶化された前記化合物を繊維表面に添着する方法は、特に限定しないが、以下の(I)〜(III)の方法が挙げられる。
(I):短繊維原綿を開繊・紡出して形成されるウエブの繊維間を機械的交絡及び/又は熱融着の方法で固定して不織布を形成する工程中に、該化合物を含浸、スプレー又はコーティングにより添着する方法。
(II):繊維の紡糸工程おいて、使用する油剤中に水溶化した該化合物を配合して、紡糸された繊維表面に添着させ、不織布用短繊維原綿に供する方法。
(III):後工程にて、該化合物をすでに形成された不織布に含浸、スプレー又はコーティングにより添着する方法。
なお、上記(II)の方法で使用する油剤としては、特に限定はなく、一般的に用いられる鉱油系や天然系の油脂や、一価又は多価アルコールと一価カルボン酸とのエステルなどが挙げられる。また、フッ素系等の撥水撥油剤なども使用できる。
上記のような特性を持つ帯電不織布(A)は、帯電性能が高められているので、これを他の帯電フィルタ濾材の不織布(B)への支持体として、組み合わせることにより、高度の濾過性能を持つエアフィルタ製品とすることができる。ここで、フィルタ濾材としての帯電不織布(B)とは、当該支持体不織布(A)よりも細い繊維で構成される不織布を指し、その具体例としては、0.5〜20μmの繊維径の連続繊維からなるポリプロピレン製メルトブロー法不織布が挙げられる。また、10〜30μmの繊維径の連続繊維で構成されるポリプロピレン製スパンボンド法不織布などが挙げられる。
特に、上述のスプレー塗布法、繊維状接着剤を散布する方法において、湿気硬化接着剤を使用すると、貼り合わせ加工前後の不織布基材の加熱が不要となり、付加されている帯電効果の損耗が少なく、また、少量の接着剤の使用でも積層・貼合層間が剥離することなく保持されるので接着部分での通気遮断が小さく、好ましい。
市販されているフィルタ試験機TSI8130を用い、ダストとして平均粒子径0.3μmのNaCl粒子の捕集率を測定した。その測定条件は、開口面積100cm2の導風路に測定試料を設置し、32L/分のNaClダストを含む空気を通過させて、試料通過前後のダスト捕集量の計測値をもとに捕集率(%)が計測される。なお、この時の通風速度は、5.3cm/secに相当する。
測定試料にエレクトレット処理を施す場合には、帯電付加装置によって、高圧電源より+20kVの直流電圧を印加して電荷を与え、エレクトレット処理前及び同処理1か月後の安定した状態での捕集効率を測定し、そのエレクトレット処理の効果を評価した。
試料長さ方向より、100×100mmの試験片を採取し、水分平衡状態の重さを測定し、1m2当たりに換算して求めた。
前記の方法にて水溶化した各種化合物を最適な濃度に調製し、前記の添着方法(I)〜(III)のいずれかにて添着した。ここで使用した不織布又は短繊維試料の添着前と添着乾燥後の重量増(%)を計量し、固形分添着量とした。
実施例1では、ポリエステル短繊維からなるサーマルボンド法不織布を用いた。使用した短繊維は、以下の2種の混合である。
(1)芯鞘型ポリエステル(鞘部融点110℃):繊度17dtex,90重量%
(2)芯鞘型ポリエステル(鞘部融点150℃):繊度4.4dtex,10重量%
尚、以後の実施例、比較例における短繊維の種類、混率、各繊維の繊度については、表1〜3中に記した。
このとき用いたヒンダードアミン系化合物は、トリアジン基を含むキマソーブ944LD(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製)を水溶化したものである。
次に、この不織布にエレクトレット処理を施し、帯電不織布を得て、フィルタ試験機にて捕集効率を測定した。
また、その帯電特性をエレクトレット処理による未帯電及び帯電1か月後を経て、捕集効率を測定した。それらの結果を表1に示す。
両者の対比から、実施例1は、明らかに捕集効率が著しく向上していることが示される。
実施例2は、ベンゾトリアゾール系化合物の「チヌビン234」(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製)を水溶化したものを用いた以外は、実施例1と同じ方法(添着法I)で添着した後、エレクトレット処理し、帯電不織布を得た。
その帯電不織布の捕集効率を表1に示した。実施例1と遜色ない効率が得られ、比較例1との対比において、明らかに捕集効率が大幅に向上していることが示される。
実施例3は、実施例1で用いた水溶化したヒンダードアミン系化合物の「キマソーブ944LD」(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製)を、不織布を形成した後に、後加工法(添着法III)にて添着した。即ち、「キマソーブ944LD」の水溶液の液槽内にて、不織布を含浸し、乾燥した後、エレクトレット処理し、帯電不織布を得た。
その帯電不織布の捕集効率を表1に示した。実施例1と遜色ない効率が得られ、比較例1との対比において、明らかに捕集効率が大幅に向上していることが示される。
実施例4は、実施例1において、使用繊維をPE/PP芯鞘複合短繊維を使用した以外は、実施例1と同じ方法で、不織布を得てエレクトレット処理し、帯電不織布を得た。このとき使用したPE/PP複合短繊維は、繊度が、6.7dtexのものを90重量%、3.3dtexのものを10重量%混合使用した。その帯電不織布の捕集効率を表1に示した。
実施例4では、実施例1〜3と遜色ない効率が得られ、比較例2との対比において、明らかに捕集効率が大幅に向上していることが示される。
実施例5は、光安定剤としてトリアジン系化合物の「チヌビン1577FF」(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製)を用いた以外は、実施例4と同じ方法で、不織布を得てエレクトレット処理を施し、帯電不織布を得た。
そのエレクトレット不織布の捕集効率を表1に示した。実施例1と遜色ない効率が得られ、比較例2との対比において、明らかに捕集効率が大幅に向上していることが示される。
実施例6は、ヒンダードアミン系化合物の「キマソーブ944LD」を水溶化したものに、脂肪酸とポリエチレングリコール(分子量300)のエステルである繊維油剤を、添加し、混合したものを、PE/PP複合短繊維の紡糸工程にて添着した原綿を用いて(添着法II)、実施例1と同様の方法にて、サーマルボンド法不織布を作製し、エレクトレット処理を施した。
このとき使用したPE/PP複合短繊維は、実施例4〜5と同じく繊度が、6.7dtexのものを90重量%、3.3dtexのものを10重量%混合使用した。
その帯電不織布の捕集効率を表2に示した。実施例1〜4と遜色ない効率が得られ、ヒンダードアミン系化合物を添着しない比較例2との対比において、明らかに捕集効率が大幅に向上していることが示される。
実施例7は、ヒンダードアミン系化合物の「キマソーブ944LD」を水溶化したものに、フッ素系の撥水撥油剤である繊維油剤を、添加し、混合したものを、ポリエルテル繊維の紡糸工程にて添着した原綿を用いて(添着法II)、ニードルパンチ法により不織布を作製し、エレクトレット処理を施した。その帯電不織布の捕集効率を表2に示した。
この実施例7では、実施例1〜6と遜色ない効率が得られ、ヒンダードアミン系化合物を添着しない比較例3との対比において、明らかに捕集効率が大幅に向上していることが示される。
実施例8は、PE/PP複合短繊維を、湿式法により不織布化し、その不織布を、後加工(添着法III)により、水溶化したヒンダードアミン系化合物の「キマソーブ944LD」を添着した後、乾燥した。この不織布をエレクトレット処理し、この帯電不織布の捕集効率を測定し表2に示した。
この実施例8では、実施例1〜7と遜色ない効率が得られ、ヒンダードアミン系化合物などを添着しない比較例4との対比において、明らかに捕集効率が大幅に向上していることが示される。
実施例9は、PET短繊維を、スパンレース法により不織布化し、その不織布をヒンダードアミン系化合物の「キマソーブ944LD」水溶液槽内に導入し、含浸・添着の後、乾燥した(後加工法(添着法III))。この不織布をエレクトレット処理し、帯電不織布を得て、その捕集効率を測定し、表2に示した。
この実施例9では、実施例1〜8と遜色ない効率が得られ、ヒンダードアミン系化合物などを添着しない比較例5との対比において、明らかに捕集効率が大幅に向上していることが示される。
実施例10は、実施例1で得た帯電不織布(A)に、エレクトレット処理した帯電ポリプロピレン製メルトブロー不織布(B)(平均繊維径4μm、目付重量20g/m2)を、繊維状湿気硬化型接着剤を散布し、積層・貼合したところ、85%の捕集効率を得た。
この比較例6の捕集効率は72%であり、実施例10は、比較例6と対比して、明らかに、ヒンダードアミン系化合物の添着効果が認められた。
実施例11は、実施例1で得た帯電不織布(A)に、エレクトレット処理した帯電ポリプロピレン製スパンボンド不織布(B)(平均繊維径20μm、目付重量20g/m2)を、繊維状湿気硬化型接着剤を散布し、積層・貼合したところ、51%の捕集効率を得た。
Claims (9)
- ポリエステル系またはポリオレフィン系短繊維より形成される不織布に、水溶化した含窒素環状構造を含む光安定剤を下記の(I)〜(III)のいずれかの方法により添着し、次いで、エレクトレット処理を施すことを特徴とするエアフィルタ用帯電不織布の製造方法。
(I):短繊維原綿を開繊・紡出して形成されるウエブの繊維間を機械的交絡及び/又は熱融着の方法で固定して不織布を形成する工程中に、該光安定剤を含浸、スプレー又はコーティングにより添着する方法。
(II):繊維の紡糸工程おいて、使用する油剤中に水溶化した該光安定剤を配合して、紡糸された繊維表面に添着させ、不織布用短繊維原綿に供する方法。
(III):後工程にて、該光安定剤を不織布に含浸、スプレー又はコーティングにより添着する方法。 - 前記含窒素環状構造を含む光安定剤は、(i)ヒンダードアミン系化合物、(ii)トリアジン系化合物及び(iii)ベンゾトリアゾール系化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項1に記載のエアフィルタ用帯電不織布の製造方法。
- 前記短繊維より形成される不織布は、サーマルボンド法またはニードルパンチ法により製造されることを特徴とする請求項1に記載のエアフィルタ用帯電不織布の製造方法。
- 前記短繊維より形成される不織布は、湿式法またはスパンレース法により製造されることを特徴とする請求項1に記載のエアフィルタ用帯電不織布の製造方法。
- 前記不織布を構成する短繊維は、平均繊度が0.5〜100dtexであって、芯鞘短繊維及び/又は単一短繊維であることを特徴とする請求項1に記載のエアフィルタ用帯電不織布の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法によって得られ、繊維外表面に前記含窒素環状構造を含む光安定剤が添着及び/又は被覆されてなることを特徴とするエアフィルタ用帯電不織布。
- エアフィルタ用支持体及び/又はエアフィルタ用濾材として用いられることを特徴とする請求項6に記載のエアフィルタ用帯電不織布。
- 請求項7に記載の支持体として用いられるエアフィルタ用帯電不織布(A)に、エレクトレット処理を施した、ポリオレフィンを素材とする連続繊維からなる不織布(B)をエアフィルタ用濾材として積層または貼合することを特徴とするエアフィルタ。
- 不織布(B)は、平均繊維径が0.5〜20μmの連続繊維からなるポリプロピレン製メルトブロー法不織布または平均繊維径が10〜30μmの連続繊維からなるポリプロピレン製スパンボンド法不織布から選ばれる不織布であることを特徴とする請求項8に記載のエアフィルタ。
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