新しい生活様式に対応した繊維製品の評価技術
泊 有佐 *1

山本 圭一朗 *2

田村 貞明 *1

大畠 雄三 *1

藤田 祐史 *1

Evaluation Technology for Textile Products Corresponding to New LifestyleArisa Tomari, Keiichiro Yamamoto , Sadaaki Tamura, Yuzo Ohata and Yuji Fujita
国内で販売されるマスクの品質向上のため，新たに JIS T 9001「医療用マスク及び一般用マスクの性能要件及び試験方法」が制定されたが，当センターでは試験項目の圧力損失と捕集効率に対応できない。そこで，本研究では，圧力損失について簡易な測定装置と通気度試験による簡易換算，花粉粒子捕集効率について簡易な測定装置による評価を行い，それぞれ JIS 認証検査機関の結果と一致した値が得られた。

1 はじめにない。これらの装置は高額で入手困難であるため簡易

新型コロナウイルスの感染拡大に伴い，2020 年 6 月

な測定装置を試作した。に厚生労 働省が 「新 しい生活 様式」 の実践例を公 表

本研究では，圧力損失について簡易な測定装置，おし，感染防止としてマスクの着用を推奨した。国内でよび生地の一般的な試験法であるJIS L 1096 「織物はマスク需要が急増し，県内繊維関連企業もマスクの及び編物の生地試験方法」の通気度からJIS T 9001に製品開発に取り組んだ。一方，国内におけるマスクの対応する圧力損失への簡易換算も検討した。捕集効率

試験項目と品質基準は 2021 年 6 月に日本産業規格

は，微小粒子，花粉粒子，バクテリア，ウイルスの少1)

JIS T 9001 で制定された。しかし，全ての試験項目なくともどれか１つに適合しなければならない。ここを実施できる機関が国内で 1 か所しかなく，結果が得では一番粒子の大きい花粉粒子（30～40μm）を対象られるまでに時間を要するという課題がある。品質基として簡易な測定装置による評価を行った。

準に合格しない場合は何度も素材開発や申請及び費用が必要となり，中小企業にとって大きな痛手となる。

表1

JIS T 9001

試験項目と品質基準

試験項目

そこで，JIS 認証取得期間の短縮とコスト削減のため品質基準2

圧力損失（Pa/cm ）迅速かつ簡易な試験方法を検討した（図 1）。

捕集効率（％）
少なくともどれかひとつに適合すること

≧95

花粉粒子

≧95

バクテリア

≧95

ウイルス

≧95

遊離ホルムアルデヒド（μg/g）≦75

特定アゾ色素（μg/g）

≦30

蛍光

著しい蛍光を認めず

表2

図1<60

微小粒子

使用したマスク

素材

構造

材質

不織布

ﾌﾟﾘｰﾂ

ﾎﾟﾘ乳酸（PLA）
ﾎﾟﾘﾌﾟﾛﾋﾟﾚﾝ（PP）
ﾎﾟﾘｴﾁﾚﾝ（PE）

布

立体綿

簡易試験のスキーム

外観

表 1 に JIS T 9001 の試験項目と品質基準を示す。マスクの安全衛生に関する試験項目である遊離ホルムア
2 方法

ルデヒド，特定アゾ色素，蛍光は当センターで対応可

2-1 使用したマスク

能であるが，圧力損失と捕集効率については対応でき

表 2 に示すように素材や構造などが異なる 2 種類を*1 化学繊維研究所*2 機械電子研究所

用い，不織布マスクは静電フィルターを含む 4 層，布- 1 -マスクは 2 層構造である。

STREAM V2022.1（ ソフ ト ウ エ アク レ イ ド ル社 ） で あ2-2 素材評価る。解析モデルを図 3 に示す。角孔 1 つのサイズは，厚さ，目付, 通気度試験は JIS L 1096「織物及び0.01mm，0.1mm，1mm の 3 ケースとし，角孔 1 つの 1/4編物の生地試験方法」により行った。通気度試験は，を解析領域とし，Xmin 面と，Ymin 面に対象境界を与8.26 通気性 A 法フラジール形法に従い，通気性試えた。角孔 3 ケースに対して，流入口と流出口のサイ験機 AP-360SM（（株）大栄科学精器製作所）を用いズを定める解析領域を変えることで，開口率を変えたた。

計算を行った。流入口は全圧境界，流出口には流出速

2-3 圧力損失度を与え，マスクの壁面は滑りなしとした。角孔サイ2-3-1 簡易な測定装置の試作

ズ 0.1mm，1mm では，角孔の厚さを 0.4mm とした。角

試作した装置を図 2（左）に示す。差圧計 GC30（長孔サイズ 0.01mm においては，角孔の厚さ 0.4mm で野計器(株)），吸引ポンプ FTP－34A（KNF 社），流量は，圧力損失が過大となるため，角孔の厚さは計 IDS-050（アイ・エイ・シー（株））を用い，試験0.01mm とした。

片ホルダは，内径 25mm の塩ビ製パイプとフランジを加工して用いた。

図3

図2

試作装置(左:圧力損失，右:花粉粒子捕集効率)

流体解析モデル解 析 手 順 と し て ， ま ず ， JIS T 9001 の 流 量
8.0L/min，試験面積 4.9cm 2 により算出される平均流

2-3-2 通気度試験による圧力損失の簡易評価

出流速 0.272m/s にて圧力損失を計算した。次に角孔2-2 の方法で得られた通気度から JIS T 9001 でのでの圧力損失が 125Pa となる流速を，流速変えた計算

マスクの圧力損失を簡易的に換算するため，補正方法を複数回行うことで求め，得られた流速を通気度へ換の検討を行った。フラジール形法は，試験片の圧力損算した。

失が 125Pa となるように流量調整を行い，試験片の断2-4 花粉粒子捕集効率

面積と空気量より 通気度(cm 3/cm 2 ･s)を求めている。

試作した装置を図 2（右）に示す。花粉粒子捕集効

一方，JIS T 9001 では，流量 8.0L/min においてマス率は，一般財団法人ボーケン品質評価機構の花粉粒子2クの差圧を測定し，その差圧を試験面積 4.9cm で割通過試験（ボーケン規格 BQE A 030）に準じ，得られ2って，マスクの圧力損失(Pa/cm )を求めている。両者た花粉粒子通過率から花粉粒子捕集効率を算出した。

で試験時の流速が異なり，マスクの抵抗係数は流速に花粉粒子捕集効率（％）＝100－花粉粒子通過率依存すると考えられる。このため，単純な流速による補正ではなく，流体解析を活用して，補正方法を検討

3 結果及び考察することとした。

3-1 素材評価

マスクの現物を解析対象とすることは，モデル化や

表 3 に結果を示す。一般的に繊維製品では，厚さと計算に時間を要することから，マスクを薄い角孔の多目付が小さいと通気性が高い。しかし，不織布マスク孔板と見 立て， 解析 を行った 。解析 は，熱は考慮 せは布マスクより厚さと目付が小さいが，布マスクよりず，層流解析とし，解析に使用したソフトウエアは，通気度が低くなった。これは，不織布マスクが静電フ- 2 -ィルターを含む 4 層構造であるためだと考えられる。

表3角孔のサイズ

素材評価◇不織布マスク

単位

不織布マスク布マスク

厚さmm

0.521.13目付g/m2112.2358.7

通気度

cm3/cm2･s

18.827.2○布マスク

3-2 圧力損失
3-2-1 簡易測定装置
試作した簡易測定装置と JIS 認証検査機関の結果を
表 4 に示す。簡易測定装置から得られた圧力損失は，
図4

どちらも JIS 認証検査機関の測定値とほぼ一致し,JIS通気度から圧力損失への補正曲線

T 9001 で定められた品質基準の 60Pa/cm 2 より小さい
3-3 花粉粒子捕集効率値であった。
表4簡易測定装置（図 2（右））を用いて布マスクを測圧力損失結果不織布マスク定した結果，花粉粒子捕集効率は 98％で，JIS 認証検

布マスク査機関の結果は，98.1％であった。このことから，簡圧力損失（Pa/cm2）
簡易測定装置33.628.4

JIS 認証検査機関

32.429.8易測定装置から得られた花粉粒子捕集効率が JIS 認証検査機関の測定値とほぼ一致した。

4 まとめ

3-2-2 通気度試験による圧力損失の簡易換算

本研究では，マスクの性能評価であるJIS T 9001の角孔のサイズ 0.01mm，0.1mm，1mm における流体解圧力損失について，簡易な測定装置と通気度試験によ析結果を図 4 に示す。横軸は通気度(cm 3/cm 2 ･s)，縦る簡易評価を行った。その結果，JIS認証検査機関の軸は JIS T 9001 での圧力損失(Pa/cm 2)である。通気結果とほぼ一致し，通気度試験による簡易評価からも度 27.2cm 3/cm 2･s における流速が，JIS T 9001 の流速同程度の数値（図4）が得られることがわかった。まと一致している箇所となる。

た，花粉 粒子捕 集効率においても， 簡易測定装置 とマスクの通気度と試作装置（図 2（左））による圧JIS認証検査機関の結果と一致した。

力損失の測定結果を図 4 に併せて示す。不織布マスク
では，角孔のサイズ 0.01mm の補正曲線と概ね一致し5 参考文献

たことから，角孔のサイズ 0.01mm の補正曲線を用い

1)日本規格協会：JIS T 9001「医療用マスク及び一般ることで，通気度から JIS T 9001 での圧力損失を簡用マスクの性能要件及び試験方法」（2021）易的に推定することができると考えられる。一方，布マスクでは，圧力損失の測定結果が角孔のサイズ0.01mm の補正曲線よりも高い値となった。布マスクは不織布マスクよりも繊維径が太いためによる影響と考えられ ，布マ スク では，サ ンプル 数が少ないも のの，角孔のサイズ 1mm の補正曲線を用いて，簡易的に推定できる可能性が示唆された。

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