幼児が公園遊具から転落した時の衝撃緩和に関する研究2019 年度研究報告
コンクリート等の堅い設置⾯に対する頭部衝撃評価

2020 年 6 ⽉ 19 ⽇
早稲⽥⼤学⼈間科学学術院教授
加藤⿇樹

概要

近年コンクリート製遊具が新規に設置される傾向に鑑み，本研究ではコンクリート設置⾯への転落，転倒による頭部衝撃の評価を⾏った．評価基準は JPFA-SP-S:2014 で⽤いられる
Gmax200 以下と，HIC1000 以下である．その結果，今回の計測では、⼀定の条件においてGmax は約 2.2 ㎝、HIC は約 6.9 ㎝からの落下で基準値を超えると推定される結果となったが，JPFA の落下衝撃測定器はコンクリート等の硬い設置⾯の計測は仕様外であることが確認されており，⽶国における既往研究報告（約 15 ㎝）と⽐べても差があることから，ASTM⽅式等で計測し直すなど検証することが必要である．また，いわゆるタコ型すべり台などのコンクリート製遊具の構造に対しては，傾斜⾯への転落により⽣じる衝撃の評価と，JPFASP-S:2014 に記載される遊具の設置基準の準⽤が必要である．

1． はじめに

国⼟交通省による「都市公園における遊具の安全確保に関する指針」 1)が⽰す安全要求⽔準を実装するために，⽇本公園施設業協会(JPFA)が定める「遊具の安全に関する規準 JPFASP-S:2014」2)では国内で製造される公園遊具の安全基準を厳格に定めている．公園遊具の設置⾯として遊具からの落下による衝撃吸収機能を有する素材は限定され，コンクリートやアスファルト等の堅い設置⾯に遊具を設置してはならないことが明記されている 2,3)．衝撃の基準は JPFA ⽅式の測定結果から最⼤加速度(Gmax)が 200G 未満，頭部傷害基準値(HIC)が 1000 以下と定められているが 4)，これは⼀般的な設置⾯への転落を想定した値であり，コンクリートやアスファルト等の堅い設置⾯を想定していない．⼀⽅で硬い設置⾯への落下衝撃にかかる知⾒において，チアリーダの転落事故を想定した場合の衝撃を⽐較した結果，歩道のコンクリートの床⾯への落下衝撃の致命限界は約 15cm (0.5ft)，⾃転⾞道のアス
ファルトの場合で約 30cm (1ft)とされている 5)．
⼀⽅「タコのすべり台」6)や「プリンのすべり台」などのコンクリート製遊具についてはこれまで安全基準が明⽰されてこなかった．しかし昨今，⽼朽化した既存施設の撤去により新しく設置される機会が増えてきたことから JPFA では「コンクリート製の遊具の安全規準の考え⽅」をとりまとめて安全基準のハザードレベルを定義しており 7)，特にコンクリート製遊具におけるハザードレベル 2 以上の危険について定量的評価が求められている．コンク
リート製遊具において，遊具の表⾯に対する頭部衝撃の定量的評価は，転倒や転落の場合分けが複雑であることから，⽔平な設置⾯への落下試験における⾼さ条件よりも細分化が必要と考えられる．また 2019 年より国の指導により，ハザードレベル３と判定された遊具を⼀⻫に使⽤禁⽌にする⾃治体が現れてきたことから，ハザードレベル判定を従来以上に統⼀的に⾏う必要が⽣じ，今後，具体的な判定⽅法を定める必要がある．
2． ⽬的

コンクリート等の堅い素材に対する頭部衝撃は，低い場所からの転落であっても致命的であり，遊具設置⾯として不適当であるが，コンクリート製遊具に対する頭部衝撃は転落よりも転倒による発⽣が想起される．転落による頭部衝撃が設置⾯への垂直落下で発⽣するのに対して，コンクリート遊具における頭部衝撃の原因となる転倒は，衝突時の⽅向と衝突時直前の加速度により多様なケースになると考えられる．これまで定めてきた規準等は，経験則と海外の規準をもとにしており，今後はより信頼性の⾼い根拠データが⽰されることが望ましい．そこで上記の落下衝撃を致命的とする知⾒から，コンクリート⾯およびアスファルト⾯に対する落下を想定し，落下⾼さ条件を細分化した計測実験を⾏い，コンクリート遊具のハザードレベルの定義に必要な定量的基準策定の根拠データを収集し，基礎資料を構築することを⽬的とする．

3． 本研究における評価値の定義

JPFA における標準的な簡易型落下衝撃吸収性能評価装置 8) (以下，計測装置)を⽤いて，1cm 刻みの⾼さを設定するゲージを⽤いて昇順に 1cm ずつ落下⾼さを設定し，同じ⾼さから 3 回ずつ落下させる．JPFA ⽅式による測定 2)では 1 箇所に対して 3 回落下させた平均を評価値としているのに対して，堅い設置⾯の変形は極⼩であることと，落下限界⾼さを推定するために Gmax 評価値と HIC 算出値の数を確保する必要があることから，本研究において評価値と落下⾼さとの間で⾏う回帰分析では Gmax 評価値と HIC 算出値の全てをデータとして⽤いる．
計測装置の表⽰器には Gmax，HIC，落下⾼さが，⼩数点以下を切り捨てることにより整数値で表⽰されるため，回帰分析に⽤いることが困難である．そこで本研究ではメモリに記録された原波形から Gmax，HIC，落下⾼さを，MATLAB(Mathworks)を⽤いて直接産出する．
統計に R を使⽤し，95%信頼区間と相関係数を算出するとともに炉バスト回帰分析を施す．
図 1 に計測装置で計測された 3 軸⽅向の加速度成分の合計の変化を時系列(msec)で⽰す．

図1

計測装置の出⼒結果の例 (コンクリート,⾼さ 3.3cm, HIC=436.4, Gmax=323.4)

・Gmax：評価装置の出⼒結果における最⼤値を回帰分析の⽬的変数とする．
・HIC：原波形から求めた計算値 4)を回帰分析の⽬的変数とする．
・落下⾼さ：厳密には計測装置が設置⾯に接触するまでの時間を⽤いる必要があるが，落下⾼さが極端に低く，落下時間の推定が困難であることと，堅い設置⾯を対象とするため計測装置と設置⾯との接触時刻から Gmax までの期間が極少であることから，本研究では⾃由落下開始時から Gmax 検出時までの時間を⽤いて落下⾼さの近似値を算出し，これを落下⾼さとして回帰分析の説明変数とする．
4． 計測

4.1 アスファルト⾯への落下時に⽣じる頭部衝撃の測定

2019 年 12 ⽉ 19 ⽇に早稲⽥⼤学所沢キャンパスのフロンティアリサーチセンター敷地内に敷設されたアスファルト⾯を設置⾯と⾒⽴て，ここに垂直に落下した場合を想定し，Gmax=200G，HIC=1000 の致命値に⾄る範囲で頭部衝撃の測定実験を⾏った．
Gmax と落下⾼さとの相関係数は 0.905 であり⾼い相関が認められた．回帰式からは約4.0cm の⾼さからの落下で致命値 200G を超えた．図 2 に Gmax と落下⾼さとの散布図および回帰分析の結果を⽰す．図中の実線は回帰直線を⽰し，波線は回帰直線の 95%の信頼区間を⽰す．

図2

アスファルト⾯への落下における Gmax と落下⾼さとの関連性

HIC について 8cm 程度の落下時で致命値 1000 に近似したことから，計測機器の損傷を防ぐため計測を終了した．計測範囲について落下⾼さと HIC との相関係数は 0.932 であり⾼い相関が認められた．回帰式からは約 13.6cm の⾼さ1からの落下で致命値 1000 を超えた．
図 3 に落下 HIC と⾼さとの散布図および回帰分析の結果を⽰す．図中の実線は回帰直線を⽰し，波線は回帰直線の 95%の信頼区間を⽰す．

1

落下⾼さの計測範囲外の計算結果であることから参考値とする．以下の計測範囲外にあたる範囲の推定値を同様に参考値とする．

図3

アスファルト⾯への落下における HIC と落下⾼さとの関連性

4.2 コンクリート⾯への落下時に⽣じる頭部衝撃の測定

2020 年 2 ⽉ 4 ⽇に早稲⽥⼤学所沢キャンパスのフロンティアリサーチセンター敷地内に敷設されたコンクリート⾯を設置⾯と⾒⽴て，ここに垂直に落下した場合を想定し，Gmax=200G，HIC=1000 の致命値に⾄る範囲で頭部衝撃の測定実験を⾏った．
Gmax との落下⾼さと相関係数は 0.847 であり⾼い相関が認められた．回帰式からは約3.0cm の⾼さからの落下で致命値 200G を超えた．図 4 に Gmax と落下⾼さとの散布図および回帰分析の結果を⽰す．図中の実線は回帰直線を⽰し，波線は回帰直線の 95%の信頼区間を⽰す．図では落下⾼さが約 6cm 以上になると Gmax の変化量が⼩さい．

図4

コンクリート⾯への落下における Gmax と落下⾼さとの関連性

HIC と落下⾼さとの相関係数は 0.88 であり⾼い相関が認められた．回帰式からは約 7.7cmの⾼さからの落下で致命値 1000 を超えた．図 5 に HIC と落下⾼さとの散布図および回帰分

析の結果を⽰す．図中の実線は回帰直線を⽰し，波線は回帰直線の 95%の信頼区間を⽰す．
図では Gmax と同じく約 4cm 以上になると Gmax の変化量が⼩さい．

図5

コンクリート⾯への落下における HIC と落下⾼さとの関連性

4.3 芝⽣への落下時に⽣じる頭部衝撃の測定による線形性の検証

アスファルト⾯およびコンクリート⾯を⽤いた計測では，⼀定の落下⾼さを超えると計測エラーの発⽣が多くなるとともに，線形性が認められない逸脱値が多くなった．図 4, 5 における⼀定の⾼さ以上の値の変化量が⼩さい点について他の研究と⽐較すると，本研究で⽤いた計測装置と異なる装置を使⽤している知⾒ 9)では，落下⾼さに対する評価値の線形性が⽰されている点で異なる．本研究で⽤いた計測装置 8)の設計における計測対象は公園遊具の設置⾯に限定しており，極度に堅い設置⾯への落下を想定しておらず，仕様外の計測とされていることが確認されたため2，想定される設置⾯として 2018 年度報告 10)において使⽤した床⾯の⼀つである芝⽣への落下試験による計測結果の線形性の検証を⾏った．
2020 年 4 ⽉ 3 ⽇に早稲⽥⼤学所沢キャンパスのフロンティアリサーチセンター敷地内に敷設された芝⽣を設置⾯と⾒⽴て，ここに垂直に落下した場合を想定し，アスファルトの設置⾯の致命的⾼さとされる 30cm5)まで範囲で頭部衝撃の測定実験を⾏った．
Gmax との落下⾼さと相関係数は 0.872 であり⾼い相関が認められた．計測範囲全体で致命値には⾄らなかった．回帰式からは致命値 200G に⾄るのは約 90.1cm と推定される．図6 に Gmax と落下⾼さとの散布図および回帰分析の結果を⽰す．図中の実線は回帰直線を⽰し，波線は回帰直線の 95%の信頼区間を⽰す．30cm の⾼さに⾄るまで回帰直線と評価値との乖離はコンクリート⾯への落下の場合よりも⼩さい．

2(株)マイクロストーン http://www.microstone.co.jp/

図6

芝⽣への落下における Gmax と落下⾼さとの関連性

HIC との落下⾼さと相関係数は 0.702 であり⾼い相関が認められた．計測範囲全体で致命値には⾄らなかった．回帰式からは致命値 1000 に⾄るのは約 3.91m と推定される．図 7 にHIC と落下⾼さとの散布図および回帰分析の結果を⽰す．図中の実線は回帰直線を⽰し，波線は回帰直線の 95%の信頼区間を⽰す．HIC についても 30cm の⾼さに⾄るまで回帰直線と評価値との乖離はコンクリート⾯への落下の場合よりも⼩さい．

図7

芝⽣への落下における HIC と落下⾼さとの関連性

4.4 線形性を仮定した場合の堅い設置⾯への落下時に⽣じる頭部衝撃の推定

コンクリート⾯を⽤いた結果において落下⾼さ 4〜6cm を超えると評価値の変化量が⼩さくなるが，芝⽣を対象とした測定の結果に鑑み，回帰分析の対象範囲を前述のコンクリート⾯における落下⾼さを致命値に⾄る⾼さまでと仮定し，評価値の⼀定の線形性を仮定した上でコンクリート⾯への落下における回帰分析を⾏った．
Gmax と落下⾼さとの相関係数は 0.965 であり⾼い相関が認められた．回帰式による推定

では約 2.2cm で致命値 200G に⾄った．図 8 に Gmax と落下⾼さとの散布図および回帰分析の結果を⽰す．図中の実線は回帰直線を⽰し，波線は回帰直線の 95%の信頼区間を⽰す．
HIC と落下⾼さとの相関係数は 0.967 であり⾼い相関が認められた．回帰式を⽤いた推定では約 6.9cm で致命値 1000 に⾄った．図 8 に Gmax と落下⾼さとの散布図および回帰分析の結果を⽰す．図中の実線は回帰直線を⽰し，波線は回帰直線の 95%の信頼区間を⽰す．

図 8 コンクリートへの落下における落下⾼さ範囲を限定した Gmax と落下⾼さとの関連性

図9

コンクリートへの落下における落下⾼さ範囲を限定した HIC と落下⾼さとの関連性

5． 考察
5.1 評価値の線形性と計測装置の特性

上記の知⾒ 9)にも⽰される通り，50cm〜3.0m の範囲では落下⾼さと衝撃の評価値との間には⾼い相関が認められ，線形性があると考えられる．しかし対象範囲が 0.5m 未満の低い範囲に限定されることと，硬い設置⾯への転落による傷害発⽣は⼀般的には⾃明であることから，本研究で取り扱われた範囲にかかる詳細な評価は従来あまり⾏われてこなかった．
低距離からのコンクリート⾯への衝突が致命傷になるとする知⾒は乏しく，本研究が⽰した低⾼度からの落下衝撃の評価にはデータの蓄積が必要である．
4 章において⽰した結果ではコンクリート設置⾯に対する 6cm 以上の⾼さからの落下に対する計測値は横ばいの傾向を⽰しており，線形性を認めることが困難である．上記の通り
本計測装置の設計使⽤においてコンクリート等の硬い設置⾯を想定していないことが確認されているため，6cm 以上の落下に関する計測装置の特性を検討する必要性が⽣じた．そこで計測装置が想定する設置⾯として，2018 年研究報告でも取り上げた芝⽣をとりあげ，低⾼度からの落下に対する線形性の検証を⾏った結果，30cm 程度までの範囲で⼗分な相関と線形性が認められた．本研究で使⽤した計測装置の計測特性として，硬い設置⾯に対する評価に関しては妥当性を認めることが困難であるため，設計仕様において想定される設置⾯に限定して⽤いることが推奨されるといえる．
芝⽣を⽤いた計測結果からは評価値の線形性を推定することが可能であることが⽰されたため，計測装置特性の仕様外についても回帰式を伸ばして致命的⾼さの推定を⾏ったが，本来の統計的予測モデルとしての適切性は低い．従って今後さらに詳細な計測は，知⾒ 5)で⽤いられるような，硬い設置⾯に対する計測を仕様に含む装置 12)の使⽤により可能となると考えられる．
5.2 堅い設置⾯に対する頭部衝撃測定の特徴

4 章において⽰した堅い設置⾯は変形性が低く，衝撃吸収機能がほとんどないことから，計測装置が落下した際の筐体の微細な動きを⽬視で確認するのは困難であり，衝撃発⽣から停⽌までの期間が極めて短い点が特徴といえる．図 1 が⽰す通り，停⽌までの間に何回かに分けて運動エネルギーを消費しているため，いわゆる完全⾮弾性衝突（反発係数=0）ではないといえるが，⽬視困難な範囲において，設置⾯または計測装置筐体の変形による衝撃吸収が発⽣していると考えられる．
図 2, 4, 8 が⽰す通り，落下⾼さが 2cm 程度で Gmax が致命値 200G を超えることから数値的にはコンクリートやアスファルト⾯への衝突によって致命的な事故の発⽣につながる可能性がある．⼀⽅で JPFA および ASTM では危険評価指標として HIC と Gmax 両⽅を⽤いているのに対して，欧州の安全基準を⽰す EN1177 では HIC のみを致命値の指標として⽤いている 13)．そこで HIC のみに着⽬すると図 3,5,9 の結果からは 7cm 程度で HIC が致命値1000 を超えるため，Gmax の基準をこのまま適⽤するとほぼ全てのコンクリートの設置⾯はハザードレベル 3 に該当する結果となる．コンクリート製遊具において転落事故が懸念される構造例が⽰されている公園遊具の安全確保に関する⾏政評価からは 11)，既存する遊具の改善が図られる必要がある．
典型的な要改善点としては公園遊具の基礎が挙げられる．基礎として⽤いられるコンクリートは設置⾯よりも 100mm 以上下げなければならないが 2)，経年により表⾯舗装が薄くなることで露出する場合がある．したがって転落可能性のある遊具の場合はガードレール等

の設置がない 600mm 以下であっても致命的になることからハザードレベル 3 に該当する．
5.3 コンクリート製遊具のハザード評価への適⽤

上記の通り直接の転落で発⽣する衝撃は⾼さ 10cm 未満でも致命的になり得ることから，コンクリート構造を含む遊具において落下の危険がある形状は望ましくない．
公園遊具の設置箇所周辺は関東地⽅ではダスト舗装，関⻄地⽅では真砂⼟舗装される場合が多く，いずれもある程度の衝撃吸収機能を有するのに対し，コンクリートやアスファルトなどの堅い素材の舗装⾯はほとんど衝撃吸収機能が認められず，転倒や転落が致命的になりやすい．これは⼀般的知識としても周知されることから厳密な計測の必要性が低かった．
昨今，上述の通りコンクリート製遊具の更新時期を迎えたことでコンクリートに衝突，転落した際の頭部衝撃の評価の必要性が⽣じて定量的評価の必要性が上がった．設置⾯としてのコンクリートの不適切性は基準で⽰されている⼀⽅で，複雑な形状のコンクリート製遊具に対して転落，転倒により頭部が衝突する場合への基準の直接的な適⽤は困難である．
例えばプリンまたは富⼠⼭の形状をもつコンクリート製遊具の場合は転落事故のリスクはほとんどないと考えられるが，転倒による頭部衝突リスクが残ると考えられる．ただ遊具
表⾯に対して垂直に衝突しても傾斜によって滑ることから衝撃を受け流すことができるた
め，本研究で得られた結果よりも衝撃が吸収されると考えられる．設置⾯への落下を基準として傾斜⾯における危険性を評価するためには改めて衝撃測定が必要と考えられる．
⼀⽅で知⾒にも⾒られるタコ型の滑り台など複雑な形状を持つコンクリート製遊具の場
合は，設置⾯ではなく構造の⼀部としてコンクリート製の形状を有するとともに，滑り台の⼿すり等にあたる形状部分によじ登り，⾶び降りるなどの⾏為が発⽣する可能性がある．その場合 600mm 以下の⾼さからの転落であっても頭部が直接コンクリート⾯に衝突する可能性があるが，複雑な曲⾯で構成される構造であるため，落下⾼さを⽔平⾯としている現在の安全基準 2)を準⽤して安全基準を設けるとともに，点検作業の指針を構築する必要がある．例えば転落可能性のある形状を有する場合，傾斜⾯に対する評価とともに，落下箇所にあたる部分へのコンクリート敷設の禁⽌や，よじ登ることができない形状にするなどの形状にかかる指針が求められる．
6． まとめコンクリート等の硬い設置⾯への転落，転倒による頭部衝撃の評価を⾏った．その結果，コンクリートに対しては⼀定の条件において Gmax が約 2.2cm，HIC が約 6.9cm からの落下により基準値を超えると推定された．またアスファルトに対しては⼀定の条件におおいて
Gmax が 3.0cm，HIC が約 7.0cm からの落下により基準値を超えると推定された．ただし，6cm 以上の⾼さからの転落における計測値には線形性が保たれておらず，いずれの結果も落下⾼さと評価値との間で理論上の線形性を仮定しなければならない．JPFA の落下衝撃測定器はコンクリート等の硬い設置⾯の計測は仕様外であることが確認されており，⽶国における既往研究報告（約 15 ㎝）と⽐べても差があるため，ASTM ⽅式等で計測し直すなど改めて検証する必要がある．
なおコンクリート遊具の傾斜⾯への転落は計測範囲に含まれていない．今後，いわゆるタコ型すべり台などのコンクリート製遊具の構造に対しては，傾斜⾯への転落により⽣じる衝撃の評価と，JPFA-SP-S:2014 に記載される遊具の設置基準の準⽤が必要である．
謝辞

本研究は⽇本公園施設業協会(JPFA)より 2019 年度受託研究として早稲⽥⼤学⼈間科学学術院⽣活⼈間⼯学研究室（代表，加藤⿇樹）において実施された．実験にあたっては⾓南勇
⼆⽒（JPFA 常任理事），丸⼭智正⽒（JPFA 規準委員⻑）より多⼤な協⼒を得た．記して謝する．
参考⽂献

1)

国⼟交通省, 2014, 都市公園における遊具の安全確保に関する指針

2)

⽇本公園施設業協会, 2014，遊具の安全に関する規準 JPFA-SP-S:2014

3)

U. S. Consumer Product Safety Commission, 2015, Public Playground Safety Handbook

4)

ASTM, F1292-17a Standard Specification for Impact Attenuation of Surfacing Materials
Within the Use Zone of Playground Equipment, 2017

5)

B.J.Shields, G.A.Smith, 2009, The Potential for Brain Injury on Selected Surfaces Used byCheerleaders, J. Athletic Training, 44(6), 595-602

6)(株)パークフル, 2018, ⽇本縦断！タコすべり台がある公園特集,
https://parkful.net/2018/01/pickup-octopus-park/

7)

⽇本公園施設業協会, 2018, コンクリート製遊具の安全基準の考え⽅, JPFA News, vol.06,
https://www.jpfa.or.jp/181011%20JPFA%20NEWS%20vol.6.pdf

8)⼩板橋⻯雄,他, 2006, 簡易型落下衝撃吸収性能評価装置の開発, ⻑野県⼯技センター研報, 1, M41-46

9)David Eager, Hasti Hayati, 2019, Additional Injury Prevention Criteria for Impact Attenuation
Surfacing Within Childrenʼs Playgrounds, Journal of Risk and Uncertainly in Engineering
Systems,5(1),https://asmedigitalcollection.asme.org/risk/article/366082/Additional-Injury-Prevention-Criteria-for-Impact10) 加藤⿇樹, 2019, 幼児が公園遊具から転落した時の衝撃緩和に関する研究 2018 年度研究報告, JPFA;早稲⽥⼤学⼈間科学学術院⽣活⼈間⼯学研究室
11) 中国四国管区⾏政評価局, 2019, 都市公園における遊具の安全確保に関する⾏政評価・監視, https://www.soumu.go.jp/main_content/000604711.pdf
12) Alpha Automation Co., Ltd., 2015, TRIAX2015 Surface Impact Test System,

www.triax2015.com
13) British Standard Institution, BS EN 1177:2018 Impact attenuating playground surfacing.
Methods of test for determination of impact attenuation, https://www.bsigroup.com/