KR20170120211A - 방수 통기 필터 및 그의 용도 - Google Patents

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사토루 후루야마
요조 나가이
준이치 모리야마
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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 방수 통기 필터(1)는 복수의 관통 구멍(21)이 형성된 수지 필름(2)과, 수지 필름(2)의 두께 방향의 양면 중 적어도 한쪽 면 상에 관통 구멍(21)과 대응하는 위치에 개구(31)를 갖도록 형성된, 소수성 및 발유성을 갖는 처리층(3)을 구비하고 있다. 관통 구멍(21)은, 0.01㎛ 이상 10㎛ 이하의 소정 크기를 가지며, 밀도가 10 내지 1×108개/㎟의 범위 내의 특정한 대역에 수용되도록 균일하게 분포하고 있다.

Description

방수 통기 필터 및 그의 용도 {WATERPROOF BREATHABLE FILTER AND USE THEREOF}
본 발명은 예를 들어 하우징에 장착되는 방수 통기 필터 및 이 방수 통기 필터의 용도에 관한 것이다.
종래, 예를 들어, 자동차 ECU(Electrical Control Unit), 모터, 램프, 센서 등의 자동차 전장 부품, 전동 칫솔, 전기 면도기, 휴대 전화 등의 가전 제품, 태양 전지 등에서는, 전자 부품이나 제어 기판 등을 수용하는 하우징에, 하우징의 내부와 외부의 압력 차를 해소할 목적으로 개구가 설치되고, 그 개구를 방수 통기 필터로 막는 일이 행해지고 있다. 이 방수 통기 필터는, 하우징의 내외에서의 통기를 확보하면서 하우징 내로의 물이나 먼지 등의 이물의 침입을 방지하는 것이다.
이러한 방수 통기 필터에는, 통기성이 양호하며 내수압이 높은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 다공질막이 자주 사용된다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). PTFE 다공질막은 통상 PTFE 미분말을 시트 형상으로 성형하고, 이 시트 형상 성형체를 직교하는 2방향으로 연신함으로써 얻어진다.
일본 특허 공개 제2008-237949호 공보
그런데, PTFE 다공질막은, 피브릴과 노드를 포함하여 이루어지는 복잡한 다공질 구조를 가지며, 그의 구멍 직경도 불균일하다. 이로 인해, PTFE 다공질막을 사용한 방수 통기 필터에서는, 통기도를 측정하면 통기도가 장소에 따라 상이하여, 통기성에 변동이 있다. 따라서, 방수 통기 필터의 품질을 안정시키기 위해서, 방수 통기 필터의 면적을 크게 하는 등의 대책이 강구되는 경우가 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여, 안정된 통기성을 갖는 방수 통기 필터 및 이 방수 통기 필터의 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 통기를 확보하면서 물의 침입을 방지하기 위한 방수 통기 필터이며, 비다공질의 수지 필름이며 상기 수지 필름을 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍이 형성된 수지 필름과, 상기 수지 필름의 두께 방향의 양면 중 적어도 한쪽 면 상에 상기 복수의 관통 구멍과 대응하는 위치에 개구를 갖도록 형성된, 소수성 및 발유성을 갖는 처리층을 구비하고, 상기 복수의 관통 구멍은, 0.01㎛ 이상 10㎛ 이하의 소정 크기를 가지며, 밀도가 10 내지 1×108개/㎟의 범위 내의 특정한 대역에 수용되도록 균일하게 분포하고 있는 방수 통기 필터를 제공한다.
여기서, 관통 구멍에 관한 「크기」란, 관통 구멍의 단면적과 동등한 원의 직경을 의미한다.
또한, 본 발명은 상기 방수 통기 필터를 사용하여 하우징에 형성된 개구를 막고, 상기 방수 통기 필터를 개재하여 상기 하우징의 내부와 외부의 압력 차를 해소하는 방수 통기 필터의 용도를 제공한다.
상기 구성에 의하면, 수지 필름에 형성된 관통 구멍에 의해 통기를 가능하게 하면서, 수지 필름 상의 처리층에 의해 방수성을 확보할 수 있다. 게다가, 관통 구멍은, 소정 크기를 갖고 균일하게 분포하고 있으므로, 방수 통기 필터에 전면적으로 균일한 통기성을 부여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 방수 통기 필터의 모식적인 단면도이다.
도 2는 다른 실시 형태에 따른 방수 통기 필터의 모식적인 단면도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1에, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 방수 통기 필터(1)를 나타낸다. 이 방수 통기 필터(1)는 통기를 확보하면서 물의 침입을 방지하기 위한 것이다. 예를 들어, 방수 통기 필터(1)는 하우징(도시하지 않음)에 형성된 개구를 막도록 하우징에 장착되며, 상기 방수 통기 필터(1)를 개재하여 하우징의 내부와 외부의 압력 차를 해소하기 위하여 사용된다.
구체적으로, 방수 통기 필터(1)는 비다공질의 수지 필름(2)과, 수지 필름(2) 상에 형성된 처리층(3)을 구비하고 있다. 여기서, 「비다공질」이란, 내부가 수지로 막힌 중실을 의미한다.
수지 필름(2)에는, 상기 수지 필름(2)을 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍(21)이 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 관통 구멍(21)은 수지 필름(2)의 두께 방향의 양면에 개구되어 있다. 관통 구멍(21)은 전형적으로는, 일정한 단면 형상으로 수지 필름(2)을 직선 형상으로 관통하는 스트레이트 구멍이다. 이러한 관통 구멍은, 예를 들어 이온 빔 조사 및 에칭에 의해 형성할 수 있다. 또한, 이온 빔 조사 및 에칭에서는, 크기 및 축 방향이 정렬된 관통 구멍을 수지 필름(2)에 형성할 수 있다.
또한, 관통 구멍(21)의 단면 형상은, 특별히 한정되지 않으며 원형이어도 되고, 부정형이어도 된다. 또한, 관통 구멍(21)의 축 방향은, 수지 필름(2)의 두께 방향의 양면에 수직인 방향일 필요는 없고, 그 방향으로부터 기울어져 있어도 된다.
관통 구멍(21)은 0.01㎛ 이상 10㎛ 이하의 소정 크기를 갖고 있다. 또한, 관통 구멍(21)의 크기는, 모든 관통 구멍(21)이 완전히 일치할 필요는 없으며, 모든 관통 구멍(21)이 실질적으로 동일한 값이라고 간주할 수 있는 정도(예를 들어, 표준 편차가 평균 값의 10％ 이하)이면 된다. 관통 구멍(21)의 크기는 에칭 시간이나 에칭 처리액 농도에 의해 조정할 수 있다. 바람직한 관통 구멍(21)의 크기는 0.5㎛ 이상 5㎛ 이하이다.
또한, 관통 구멍(21)은 수지 필름(2)의 전체 면에 걸쳐서 밀도가 10 내지 1×108개/㎟의 범위 내의 특정한 대역(예를 들어, 최대 밀도가 최소 밀도의 1.5배 이하)에 수용되도록 균일하게 분포하고 있다. 관통 구멍(21)의 밀도는 이온 빔 조사 시의 이온 조사량에 의해 조정할 수 있다. 바람직한 관통 구멍(21)의 밀도는 1×103 내지 1×107개/㎟이다.
수지 필름(2)의 기공률(수지 필름(2)의 윤곽으로 규정되는 면적에 대한 모든 관통 구멍(21)의 단면적의 총합의 비율)은 특별히 한정되지 않지만, 사용 용도에 견딜 수 있는 필름 강도를 유지하는 관점에서, 50％ 이하인 것이 바람직하고, 35％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 수지 필름(2)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 소공 직경(고내수압) 및 고기공률(고통기)의 구조를 실현하기 위해서(두툼한 기재에서도 소직경의 구멍을 형성하기 위해서), 상기 소정 크기에 대한 수지 필름(2)의 두께의 비(소정 크기를 D, 수지 필름의 두께를 T라 했을 때의 T/D)가 1 이상 10000 이하인 것이 바람직하고, 5 이상 1000 이하인 것이 보다 바람직하다.
수지 필름(2)을 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않지만, 알칼리 용액, 산화제 용액, 또는 산화제를 포함하는 알칼리 용액에 의해 분해되는 수지가 바람직하다. 예를 들어, 수지 필름(2)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카르보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 폴리불화비닐리덴(PVdF)로부터 선택되는 적어도 1종의 수지를 포함하여 이루어진다.
관통 구멍(21)을 형성하기 위한 상술한 에칭에서는, 수지 필름(2)을 구성하는 재료에 따른 알칼리 용액이나 산화제 용액 등의 에칭 처리액을 사용한다. 예를 들어, 수산화칼륨이나 수산화나트륨 등의 알칼리 용액은 수지를 가수분해시키는 용액으로서 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어, 아염소산 수용액, 차아염소산 수용액, 과산화수소수, 과망간산 칼륨 용액 등의 산화제 용액은 수지를 산화 분해시키는 용액으로서 사용할 수 있다. 예를 들어, PET, PEN, PC 중 어느 한 가지로 수지 필름(2)을 구성하는 경우에는, 에칭 처리액으로서 수산화나트륨을 주성분으로 하는 용액을 사용하고, PI로 수지 필름(2)을 구성하는 경우에는, 에칭 처리액으로서 차아염소산 나트륨을 주성분으로 하는 용액을 사용한다. 또한, PVdF로 수지 필름(2)을 구성하는 경우에는, 에칭 처리액으로서 수산화나트륨을 주성분으로 하는 용액에 과망간산 칼륨을 첨가한 용액을 사용하여 PVdF를 분해시킨다.
또는, 관통 구멍(21)이 형성된 수지 필름(2)으로서는, 옥시펜사나 밀리포어사가 판매하는 멤브레인 필터를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 수지 필름(2)은 반드시 단층일 필요는 없고, 복수 층으로 나뉘어져 있어도 된다.
처리층(3)은 도 1에서는 수지 필름(2)의 두께 방향의 양면 중 한쪽 면 상에 형성되어 있으나, 수지 필름(2)의 양면 상에 형성되어 있어도 된다. 즉, 처리층(3)은 수지 필름(2)의 두께 방향의 양면 중 적어도 한쪽 면 상에 형성되어 있으면 된다.
구체적으로, 처리층(3)은 관통 구멍(21)과 대응하는 위치에 개구(31)를 갖도록 형성되어 있으며, 소수성 및 발유성을 갖고 있다. 이러한 처리층(3)은 소수성 발유제를 수지 필름(2) 상에 얇게 도포하고, 건조시킴으로써 형성할 수 있다. 그러한 발유제로서는, 예를 들어 퍼플루오로알킬기를 갖는 불소계 코팅제를 들 수 있다. 또한, 처리층(3)의 두께는, 관통 구멍(21)에 관한 상술한 소정 크기의 절반 미만인 것이 바람직하다.
상기와 같이 관통 구멍(21)이 형성된 수지 필름(2)에 발유제를 도포하여 건조시킨 경우에는, 관통 구멍(21)의 내주면도 처리층(3)과 연속하는 제2 처리층으로 덮는 것이 가능하다. 이 경우, 처리층(3)의 개구(31)의 크기는, 관통 구멍(21)의 크기보다 제2 처리층분만큼 작아진다.
수지 필름(2)에는, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이 통기성 지지재(4)가 적층되어 있어도 된다. 통기성 지지재(4)는, 도 2에 도시한 바와 같이 수지 필름(2)의 처리층(3)이 형성되어 있지 않은 면에 적층되어 있어도 되고, 수지 필름(2)의 처리층(3)이 형성되어 있는 면에 처리층(3)을 사이에 두고 적층되어 있어도 된다. 또한, 통기성 지지재(4)는 수지 필름(2)의 한쪽 면뿐만 아니라 양면에 적층되어 있어도 된다. 통기성 지지재(4)로서는, 수지 필름(2)보다 통기성이 우수한 것인 것이 바람직하며, 예를 들어 직포, 부직포, 네트, 메쉬 등을 사용할 수 있다. 또한, 통기성 지지재(4)의 재질로서는, 예를 들어 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 아라미드 수지 등을 들 수 있다.
수지 필름(2)과 통기성 지지재(4)는 열 용착, 접착제에 의한 접착 등 통상의 방법으로 접합된다. 수지 필름(2)과 통기성 지지재(4)의 접합은 부분적으로 행해지며, 그 접합 부분의 면적은 전체 면적의 5 내지 20％인 것이 바람직하다. 접합 부분의 면적이 전체 면적의 5％ 미만이면 수지 필름(2)과 통기성 지지재(4)가 박리되기 쉬워지고, 20％를 초과하면 접합 부분에서 내수압이 낮아지기 때문이다. 또한, 접합 부분은 전체 면적에 대하여 균일하게 분산되어 있는 것이 바람직하다.
이상의 구성의 방수 통기 필터(1)에 있어서의 JIS L1092-A(저수압법) 또는 JIS L1092-B(고수압법)에 준거하여 측정한 내수압은 1㎪ 이상 1000㎪ 이하인 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 방수 통기 필터(1)에서는, 수지 필름(2)에 형성된 관통 구멍(21)에 의해 통기를 가능하게 하면서, 수지 필름(2) 상의 처리층(3)에 의해 방수성을 확보할 수 있다. 게다가, 관통 구멍(21)은 소정 크기를 가지며, 균일하게 분포하고 있으므로, 방수 통기 필터(1)에 전면적으로 균일한 통기성을 부여할 수 있다.
그런데, 종래의 PTFE 다공질막을 사용한 방수 통기 필터에서는, 두께를 두껍게 하기 위하여 PTFE 다공질막을 복수 매 적층하는 경우가 있다. 이 경우, 내압 시험 시에 PTFE 다공질막 간의 계면으로부터, PTFE 다공질막 단체의 내수압보다 낮은 압력에서 물이 새는 경우가 있다. 이에 반해, 본 실시 형태의 방수 통기 필터(1)에서는, 두께를 두껍게 하기 위해서는 두께가 두꺼운 수지 필름(2)을 사용하기만 하면 되기 때문에, 내수압 시험 시의 문제를 발생시킬 일이 없다. 또한, 두께가 두꺼운 수지 필름(2)에 관통 구멍(21)을 형성하기 위해서는, 이온 빔 조사 시에 중이온을 고가속도이며 고밀도로 조사하면 된다.
*나아가, PTFE 다공질막은 연신에 의해 다공질화되어 있으므로, PTFE 다공질막을 사용한 방수 통기 필터에서는 인장 강도가 낮다. 이에 반해, 본 실시 형태의 방수 통기 필터(1)는 미연신이기 때문에, 인장 강도가 높다. 즉, 본 실시 형태의 방수 통기 필터(1)에 의하면, 가공성이나 외력에 대한 내성의 향상을 기대할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 구성이면, 통기성 지지재(4)를 사용하는 경우에 통기성 지지재(4)와 같은 소재의 수지 필름(2)을 사용할 수 있기 때문에, 예를 들어 열 라미네이트 시의 상용성을 향상시켜 통기성 지지재(4)와 수지 필름(2)의 접착 강도를 향상시킬 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 전혀 제한되는 것이 아니다.
(실시예 1)
수지 필름으로서, PET를 포함하여 이루어지는 무공의 베이스 시트에, 이온 빔 조사 및 에칭에 의해 직경 0.8㎛의 원형의 관통 구멍을 형성한 두께 22㎛의 샘플 A(옥시펜사 제조 옥시디스크)를 사용하였다.
샘플 A의 통기도를 JIS P8117에 준거하여 20군데에서 측정한 결과, 샘플 A의 통기도(걸리(Gurley) 수)는 평균 2.7초/100㎖이고, 표준 편차는 0.169초/100㎖이었다.
또한, 샘플 A의 한쪽 면의 현미경 사진을 찍어, 일정 면적당의 구멍 수를 계수함으로써 샘플 A의 관통 구멍의 밀도를 10군데에서 측정한 결과, 관통 구멍의 밀도는 3.6×105 내지 5.5×105개/㎟이었다.
샘플 A의 수지 필름의 한쪽 면에, 통기성 지지재로서 PET를 포함하여 이루어지는 부직포를 열 용착에 의해 적층한 후, 수지 필름의 다른 쪽 면에, 불소계 처리제(신에츠 가가쿠 가부시키가이샤 제조 X-70-029C)를 도포하고 건조시켜, 소수성 및 발유성을 갖는 처리층을 형성하였다. 처리층의 두께는 0.1㎛이었다. 이에 의해, 방수 통기 필터를 얻었다.
(실시예 2)
수지 필름으로서, PET를 포함하여 이루어지는 무공의 베이스 시트에, 이온 빔 조사 및 에칭에 의해 직경 3.0㎛의 관통 구멍을 형성한 두께 20㎛의 샘플 B(옥시펜사 제조 옥시디스크)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 방수 통기 필터를 얻었다.
샘플 B의 통기도를 JIS P8117에 준거하여 20군데에서 측정한 결과, 샘플 B의 통기도(걸리 수)는 평균 1.1초/100㎖이며, 표준 편차는 0.035초/100㎖이었다.
또한, 샘플 B의 한쪽 면의 현미경 사진을 찍어, 일정 면적당의 구멍 수를 계수함으로써 샘플 B의 관통 구멍의 밀도를 10군데에서 측정한 결과, 관통 구멍의 밀도는 7.0×103 내지 9.5×103개/㎟이었다.
(비교예 1)
수지 필름 대신에 두께 20㎛, 평균 공경 0.5㎛의 PTFE 다공질막 A를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 방수 통기 필터를 얻었다. PTFE 다공질막 A는, 우선 PTFE 미분말에 액상 윤활제를 혼합한 것을 압출하여 시트 형상으로 성형하고, 이어서 시트 형상 성형체를 압연함과 동시에 건조시킨 후에, PTFE의 융점 이상인 380℃에서 세로 방향으로 5배, 가로 방향으로 8배로 연신하여 제작하였다.
PTFE 다공질막 A의 통기도를 JIS P8117에 준거하여 20군데에서 측정한 결과, PTFE 다공질막 A의 통기도(걸리 수)는 평균 11.9초/100㎖이며, 표준 편차는 3.450초/100㎖이었다.
(비교예 2)
수지 필름 대신에 두께 20㎛, 평균 공경 0.8㎛의 PTFE 다공질막 B를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 방수 통기 필터를 얻었다. PTFE 다공질막 B는, 우선 PTFE 미분말에 액상 윤활제를 혼합한 것을 압출하여 시트 형상으로 성형하고, 이어서 시트 형상 성형체를 압연함과 동시에 건조시킨 후에, PTFE의 융점 이하인 280℃에서 세로 방향으로 4.5배, 가로 방향으로 15배로 연신하여 제작하였다.
PTFE 다공질막 B의 통기도를 JIS P8117에 준거하여 20군데에서 측정한 결과, PTFE 다공질막 B의 통기도(걸리 수)는 평균 1.1초/100㎖이며, 표준 편차는 0.167초/100㎖이었다.
(비교예 3)
수지 필름 대신에 두께 70㎛, 평균 공경 3.0㎛의 PTFE 다공질막 C를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 방수 통기 필터를 얻었다. PTFE 다공질막 C는, 우선 PTFE 미분말에 액상 윤활제를 혼합한 것을 압출하여 시트 형상으로 성형하고, 이어서 시트 형상 성형체를 압연함과 동시에 건조시킨 후에, PTFE의 융점 이상인 380℃에서 세로 방향으로 10배, 가로 방향으로 8배로 연신하여 제작하였다.
PTFE 다공질막 C의 통기도를 JIS P8117에 준거하여 20군데에서 측정한 결과, PTFE 다공질막 C의 통기도(걸리 수)는 평균 1.7초/100㎖이며, 표준 편차는 0.263초/100㎖이었다.
(시험)
실시예 및 비교예의 방수 통기 필터에 대하여 JIS P8117에 준거하여 20군데에서 통기도를 측정하고, 평균값 및 표준 편차를 산출하였다. 또한, 표준 편차를 평균값으로 나누고, 거기에 100을 곱한 수치를 변동률로서 산출하였다.
또한, 실시예 및 비교예의 방수 통기 필터에 대하여 JIS L1092에 준거하여 내수압을 측정하였다. 그들의 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure pat00001
표 1로부터, 관통 구멍이 형성된 수지 필름을 사용한 실시예의 방수 통기 필터에서는, PTFE 다공질막을 사용한 비교예의 방수 통기 필터보다 변동률이 작음을 알 수 있다. 또한, 실시예의 방수 통기 필터에서는, 내수압도 높아져 있다.
본 발명의 방수 통기 필터는, 자동차 전장 부품, 가전 제품, 태양 전지 이외에도, 예를 들어 외등 등의 옥외등이나 전철 등의 램프에도 사용 가능하다.

Claims (9)

  1. 통기를 확보하면서 물의 침입을 방지하기 위한 방수 통기 필터이며,
    비다공질의 수지 필름이며 상기 수지 필름을 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍이 형성된 수지 필름과,
    상기 수지 필름의 두께 방향의 양면 중 적어도 한쪽 면 상에 상기 복수의 관통 구멍과 대응하는 위치에 개구를 갖도록 형성된, 소수성 및 발유성을 갖는 처리층을 구비하고,
    상기 복수의 관통 구멍은, 0.01㎛ 이상 10㎛ 이하의 소정 크기를 가지며, 밀도가 10 내지 1×108개/㎟의 범위 내의 특정한 대역에 수용되도록 균일하게 분포하고 있으며,
    상기 복수의 관통 구멍은 일정한 단면 형상으로 상기 수지 필름을 직선 형상으로 관통하는 복수의 스트레이트 구멍이고,
    상기 복수의 관통 구멍의 크기의 표준 편차는 상기 복수의 관통 구멍의 크기의 평균 값의 10％ 이하인 방수 통기 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수지 필름의 기공률이 50％ 이하인 방수 통기 필터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소정 크기에 대한 상기 수지 필름의 두께의 비가 1 이상 10000 이하인 방수 통기 필터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수지 필름은, 알칼리 용액, 산화제 용액, 또는 산화제를 포함하는 알칼리 용액에 의해 분해되는 수지를 포함하여 이루어지는 방수 통기 필터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카르보네이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 폴리불화비닐리덴으로부터 선택되는 적어도 1종인 방수 통기 필터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수지 필름에 적층된 통기성 지지재를 추가로 구비하는 방수 통기 필터.
  7. 제1항에 있어서, JIS L1092-A(저수압법) 또는 JIS L1092-B(고수압법)에 준거하여 측정한 내수압이 1㎪ 이상 1000㎪ 이하인 방수 통기 필터.
  8. 제1항에 있어서, 하우징에 형성된 개구를 막고, 상기 하우징의 내부와 외부의 압력 차를 해소하는 데 사용되는 방수 통기 필터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 관통 구멍의 내주면은 상기 처리층과 연속하는 제2 처리층으로 덮힌 것인 방수 통기 필터.
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