マスクの安全を守る静電気技術
電気通信大学

石垣1．マスクの分類

特任准教授

陽 Yo Ishigaki

マスク」「衛生マスク」など様々な呼び方があ る。 な お 米 国 で は、 サ ー ジ カ ル マ ス ク

我々が良く目にする使い捨てマスクを表1（surgical mask、 外 科 用 マ ス ク ） は ASTMに分類する。この中で最も性能が高いのは防（American Society for Testing and Materials

じんマスクであり、これは労働安全衛生法にInternational：米国国際試験材料協会）規格基づき（公社）産業安全技術協会の国家検定に基づき FDA（Food and Drug Administra-試験を合格した製品のみに与えられる名称でtion：米国食品医薬品局）が認証した製品にある。防じんマスクの国内規格としては DS2のみ与えられる名称であり、その性能に応じ（DS：Disposable Solid）が広く知られ、これて Level 1-3に分類される。

は高性能マスクの代名詞となった米国規格のN95に相当する。N95の N は耐油性が無い2．マスクの性能指標（Not resistant to oil）ことを意味しており、95とは試験粒子に対する捕集効率が95％以マスクの定量的な性能指標として、表1で上であることを意味する。国家検定品のマス挙げた「漏れ率」「捕集効率」「圧力損失」「人

クには、防じんマスクの他に有毒ガスを防ぐ

工血液バリア性」「難燃性」の5つが挙げら

防毒マスクもあるが、本稿では割愛する。

れる。以下で順に説明する。

防じんマスクは元来、採掘や溶接など作業環境における有害な粉じん吸入を防止するた（1）漏れ率

め に 開 発 さ れ た が、CDC（Centers for Dis-

「漏れ率」とは、マスクを装着した状態でease Control and Prevention：米国疾病管理

吸い込まれる空気のうち、マスクで濾過され予防センター）が2005年に結核の空気感染ず、肌とマスクの隙間等から漏れて吸入され予防に有効であることを示してから、医療現る量の割合を示す。一般マスクの場合、適切場でも積極的に利用されるようになった。本な指導を受けないと平均漏れ率は約86％で邦では、防じんマスク・防毒マスクを除くマあり、半数の被験者は漏れ率が100％だった

スク（以下、一般マスク）については、規格との報告もある 1）。これでは大半の外気を濾や規制は特に存在せず、全国マスク工業会が過せず吸入しているため、漏れ率を下げる事試験方法や表示方法等を自主的に定めるに留は非常に重要である。

まる。医療機器にも分類されていないため、防じんマスクでは、さらに漏れ率を下げる製造・輸入・販売において薬機法上の規制もための工夫がなされている。例えば、後頭部ない。
そのため一般マスクは、メーカーによっまで回り込むゴムバンドによる密着性の向て「マスク」「フェイスマスク」「サージカル

上、形状保持あるいは肌との接触面の工夫等
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表1

識向上が重要となっている。

一般市民が良く目にする使い捨てマスクの分類
その他マスク

不織布マスク

分類

防じんマスク（2）捕集効率

米国規格のサージカルマスク「捕集効率」は、マスクのフィ×
法規制、 な し（ 全 国 マ ス ク 工 業 会 で はガイドライン ASTM に準じた自主規格を設けている）

性能指標

〇〇
国家検定によるLevel 1-3に分（DS2、米 N95な類、FDA 認証ど）〇
漏れ率
極力低くなるよ適切な訓練無しには非常に高い（86％〜100％）う設計〇
DOP ※3 または〇×NaCl ※4、BFE ※1 相当で BFE 相当で70％ Level 1〜3
捕集効率※2
共 DS2, N95では10-30％程度の 〜90 ％ 程 度 の BFE, PFEに≧95％〜98％ NaCl 捕集効率ものが多いものが多い
≧95％
〇
〇〜〇
DS2は吸気抵抗※5・
布マスクは通気Level 1〜3
圧力損失
製品によりバラ排気抵抗※6≦70〜性が低いものが＜4.0〜5.050 Pa（排気弁有無ツキがあるmmH2Oあるによる）
〇
×
人工血液〇
非常に低いもの 未評価のものが Level 1〜3
バリア性
各メーカーが独多い
80〜160 mmHgが多い
自の技術で性能〇×〜を高めている
難燃性
未評価の製品が多い
Class 1
ポリプロピレン不織布に高電圧コロナ放電によるウレタン、布な帯電処理を行い、繊維にエレクトレットを形成す
材料
ど目の粗い材料ることで、静電気力により微粒子の捕集効率を高が主流めるのが一般的※1 BFE：Bacterial Filtration Efficiency（バクテリア飛沫捕集効率）、細菌を含む平均φ3 µm 試験粒子、試
験流量28.3 L/min※2 PFE：Particle Filtration Efficiency（ラテックス微粒子遮断効率試験）、平均 φ0.1 µm ポリスチレン微粒子、通気線速度1〜25 cm/sec※3 DOP：フタル酸ジオクチル試験粒子、液体φ0.15〜0.25 µm、試験濃度≦100 mg/m2※4 NaCl：塩化ナトリウム試験粒子、固体φ0.06〜0.1 µm、試験濃度≦50 mg/m2※5 DS2吸気抵抗試験：試験流量85 L/min、試験時間：粒子が200 mg 供給されるまで※6 DS2排気抵抗試験：試験流量40 L/min、試験時間：粒子が100 mg 供給されるまでが挙げられる。JIS 人頭モデルを使った実験

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ルターが持つ濾過能力を示す指標である。表1中に示した「BFE ※1」「PFE ※2」等の試験方法をマスクのパッケージで目にした読者も多いだろう。しかし「微粒子を99％除去」といった曖昧な表記がなされている製品もあり、注意が必要である。少なくとも試験に使用した粒子径と通気線速度を示さなければ、捕集効率の値は意味をなさない。実際にマスクを選定する際には、試験を行った機関の名称が表示されているか、また、その機関が実在し信頼できる所かどうか等も確認することが望ましい。全
国マスク工業会では、ASTM の基準を参考にした独自の捕集効率試験を定めている他、パッケージや広告表示に関する自主規制も設けているので、同工業会のマークが表示されている事も、信頼性を判断する上での一つの目安となる。

（3）圧力損失

では、防じんマスクの漏れ率は国産マスクで圧力損失とは、マスクの素材がもたらす空約5〜12％、輸入マスクで約8〜27％程度と気抵抗の大きさを意味する。通気性や、呼吸される 2）。

のしやすさを知る上での目安となる。圧力損

マスクの性能指標のうち「漏れ率」だけは失が大きくなる程、本来マスクを通るはず使い方によって改善できる点が重要である。

だった空気が顔との隙間に迂回してしまうた

漏れ率が少なくなるようマスクを装着する作

め、漏れ率も大きくなる傾向にある。また捕業をフィッティングという。漏れ率を確かめ集効率を上げるために単にフィルターを重ねる方法として、着用者が自身で行える簡易的ると、その分、圧力損失も高くなり、結果となユーザーシールチェックや、フィットテスして漏れ率が上がってしまう。このように、ターによる測定もある。マスクが全国民の必「漏れ率」「捕集効率」「圧力損失」は相互に需品となった今、フィッティングに関する知関連するため、総合的な設計力が求められる。

（4）人工血液バリア性、難燃性

置されており、それらの隙間は数 µm 程と、一般マスクにおいてこれらの指標が評価さ最も目が細かい。

れていることは稀である。一般的に不織布は「粒子を濾過するためには、フィルターの撥水性があり水を通しにくく、布は水への濡隙間は粒子径よりも小さい必要がある」といれ性が高く水気を通しやすい。また材料にうのは良くある誤解である。空気中の微粒子

よっては着火性が高いものもあるため、調理を濾過する場合は、主に次の4つの力が働く場やバーベキュー等の場で使用する場合にはことが知られている（図2）。

注意が必要といえる。

3．フィルターによる微粒子の濾過原理（1）慣性衝突微粒子の重さによって生じる慣性力により、気流から逸脱してフィルターの繊維に直接衝突することで濾過される。粒子径や比重

図1は、マスクで良く使われる3種類のフィルターを電子顕微鏡で観察したものであり、が大きく、また通気線速度が遅いほど支配的となる傾向にある。

拡 大 率 は い ず れ の 写 真 も 等 し い。 図1（a）
は市販のウレタンマスク（スポンジ状のもの）（2）さえぎりであり、φ50 µm ほどの不規則な孔が多数粒子がフィルターの繊維に接触することで並ぶ多孔質構造をしている。図1（b）は日吸着される。フィルターの繊維が細く多くな本政府が配布した布マスクであり、繊維の間るほど支配的になる傾向にある。に100〜200 µm ほどの隙間が空いていることがわかる。図1（c）はポリプロピレン（PP）製の不織布であり、細い繊維がランダムに配図1

空気中の微粒子がブラウン運動によってラマスクで使われるフィルター材料の電子顕微鏡写真（a）ウレタンマスク

図2（3）ブラウン拡散（b）布マスク（c）PP 不織布フィルターが微粒子を濾過する仕組み

ブラウン拡散慣性衝突
さえぎり+繊維++気流に乗り濾過されなかった粒子

静電気力
SE 202 March 2021 17ンダムに動く事で繊維に衝突・接触し吸着さ織布の表面に、赤と青のカラートナーの特殊れる。サブミクロン以下の小さな粒子や、通な混合粉を散布すると、プラス帯電した部分

気線速度が遅い場合に支配的になる傾向にには青色のトナー、マイナス帯電した部分にある。

は赤色のトナーが付着し、帯電状態を可視化することができる（図4）。

（4）静電気力 3）

エレクトレットによる電気分極の度合いが繊維にエレクトレット（後述）を形成し帯より強く、また繊維の奥深くまでまんべんな電させることにより、静電気力によって粒子く形成されるほど、静電気力による捕集効率を吸着させる。＋（－）に帯電した粒子は繊は増大し、結果としてフィルターとしての性維の－（＋）部に引き寄せられる。また帯電能が向上する。そのためマスク材料メーカーしていない粒子も誘導分極により電荷を帯びは温湿度、印加電圧・時間、雰囲気、電極のて引き寄せられる性質がある。

形状や配置、あるいは材料混合物等の諸条件

4．コロナ放電とエレクトレッ
トによる捕集効率向上
ポリプロピレン不織布を用いた殆どのマスクでは、材料繊維中にエレクトレットを形成について独自のレシピを持っているが、これらは企業秘密とされ、学術的に議論されることは少なかった。

5．オープンソースのマスク「オリマスク」の誕生することで静電気を帯びさせ、静電気力により捕集効率の向上を図っている。エレクト

去 る2020年4月 頃、COVID-19の パ ン デレット（電石）とは、半永久的に電気分極をミックを受けて、国内の医療機関を中心にマ保持する性質であり、磁石（マグネット）のスクの深刻な品不足が発生した。そこで著者電気版だと例えられる。エレクトレットの生は、ゴールデンウィークまでの1カ月で純国成方法はいくつかあるが、高電圧のコロナ放産の高信頼マスクをオープンソースで開発し電により発生したイオンでプリプロピレン繊頒布する計画を立てた。開発期間とコスト削

維中に電荷を蓄積し、まるで「電荷の缶詰」減のため、初期モデルは折り紙のように DIYのような状態を作り出す方法が広く知られてで組み立てる方式とし、「オリマスク」と命いる（図3）。エレクトレット加工された不名 し た。 オ リ マ ス ク の Web ペ ー ジ（ 図5）
では、不織布材料の調達方法、帯電加工の方

図3

 リプロピレン不織布へのコロナ放電によるポエレクトレット形成

高電圧回路法、性能試験の結果を全てオープンソースと

図4

不織布表面の帯電状態を可視化した例

コロナ放電用電極
発生したイオン+-+-

金属板

18+-

不織布
GND

（提供：春日電機株式会社）

して公開し、製造に参加してくれる事業者もは、コロナ放電時に材料を加熱することで、募った。その結果、複数の事業者から参加のφ0.3 µm の粒子に対する捕集効率を未処理オファーがあり、1枚29円〜という当時とし時の50％以下から80％以上に高められるこては非常に低価格で販売を開始でき、これまとを示している。また洗濯等により帯電が弱で10万枚以上が頒布された。

まってしまった場合でも、PP と帯電列が遠当時、フィルター用のメルトブローン不織布（溶融した樹脂を熱風により綿飴のように吹き飛ばして生成、繊維径が細くエレクトレット加工済）は殆どが中国で製造され、国いナイロン製の歯ブラシ等でこすって摩擦帯電させる方法も提案した。

6．まとめ

内では入手困難だった。そこでオリマスクでは、入手性の高い国産のスパンボンド不織布

一枚のマスクの背後には多くの技術が集積（樹脂を溶出紡績して生成、メルトブローンされている。昨今、アパレル等の異業種や技と比べて非常に短時間で製造可能）を採用し術系ベンチャーが新しいマスクを次々と提案た。しかしスパンボンド不織布はエレクトしている。使い手側もリスクに応じた適切なレット加工がなされていないため、コロナ放使い分けや、正しいフィッティングができる電の電圧や温度条件の適切な組み合わせを実よう、マスク・リテラシーを高めておく必要験し、その結果も全て公開した。例えば図6があるだろう。マイクロプラスチックの実態

図5

オリマスクの Web ページ（https：//www.orimask.org）

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図6スポンボンド不織布へのコロナ放電による捕集効率向上の例

放電処理＋加熱放電処理のみ未処理が報告4）されたが、マスクの PP 素材は海洋汚染の原因にもなり得るため、正しい廃棄方
法 の 啓 蒙 活 動 や、3R（Recycle, Reuse, Reduce）に着目したマスクの技術革新も求め

4） 蓑島 浩二，浦垣 充朗：横浜市におけるマイクロプラス
チックの実態調査，セイフティエンジニアリング，47（2），199，10-15，2020.
5） 環境・福祉分野におけるスマートセンシング調査研究委員
会 監修：スマートセンシングの基礎と応用，3.8 参加型の放射線モニタリング事例，シーエムシー，2017.

られる。
オ リ マ ス ク 開 発 の 様 子 は NHK E テ レ のETV 特集「マスクが消えた日々〜医療現場をどう守るのか〜」でも密着取材されるなど、注目を集めた。筆者はかつて、福島第一原発事故直後にオープンソースの放射線測定器「ポケットガイガー」（www.radiation-watch.
org）を開発した経験からも、市民科学を生かした災害時のクライシス・コミュニケー
ションの重要性を実感している5）。危機発生時に市民と科学者が自律適応的に協力し議論できる素地を築いておく事で、今後起こり得る様々な環境災害を乗り越える事が出来ると信じている。

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参考文献 いしがき1） 大西 一成：マスクの品格，幻冬舎メディアコンサルティ
ング，2019.
2） 黒須 一見ほか：各種 N95微粒子用マスクの漏れ率に関する基礎的研究，日本環境感染学会誌，26（6），345-349，
2011. https://doi.org/10.4058/jsei.26.345
3） 木村 一志：静電フィルターの機能と応用，繊維学会誌，51（8），332-339，1995. https://doi.org/10.2115/fiber.51.
8_P332

博士（工学、電気通信大学）、修士（芸術、多摩美術大学）。セコム㈱ IS 研究所を経て現職。手のひらサイズの測定器で放射線、PM2.5、三密（CO2）など様々な環境汚染を可視化し、市民の行動変容を促す社会実装を得意とする。眼科用医療機器の日本・インドでの普及や、多数のアートプロジェクトへ技術協力も行う異色のデザイン・エンジニア。人 類のためのデザイン研 究 室（www.design4humanity.com）を主宰。

よう