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2020 年度研究報告

2021 年 6 ⽉ 7 ⽇
早稲⽥⼤学⼈間科学学術院
⽣活⼈間⼯学研究室

はじめに2020 年度の研究課題は当初，全国の舗装⼟を対象とした⽐較研究を予定していたが，新型コロナウィルス感染拡⼤の影響で実施が極めて困難になった．そこで⼤きく２つの研究と計測技術にかかる検証研究を１つ実施した．
まず 2019 年度研究報告の成果の延⻑として講演コンクリート遊具からの転落を想定した研究として，すでに接地されたコンクリート遊具を対象とした衝撃計測実験を⾏った．コン
クリート遊具を対象とした衝撃計測により，平坦部分への落下について 2019 年度の報告結果を反映する結果が得られた．⼀⽅で傾斜部分への落下時の衝撃は平坦部分の場合の約６割程度になることが⽰唆された．
次に，昨今の新型コロナウィルス感染拡⼤防⽌の観点から需要が増した室内遊具からの転落を想定した転落衝計測により，床⾯に敷設されたフローリングとカーペットの条件により⼀定の差が認められた⼀⽅，ほとんどの場合で基準値を上回る結果が得られたことか
ら，少なくとも JPFA2014 に⽰した基準内の接地が必要であることが⽰された．
上の実験はそれぞれ別の計測機器を使⽤している．そこで２種類の衝撃評価装置の⽐較を⾏ったところ，両者ともに⾼い信頼性が⾼い結果が得られ，統計的有意差は認められなかった．従って今後も製造した企業の⽰す計測条件の中で適正な評価を実施することが可能であることが⽰された．
コンテンツ概要
1． 公園のコンクリート遊具からの転落を想定した衝撃評価実験
2． 室内遊具からの転落事故を想定した衝撃評価実験
3． 2 種の衝撃評価装置（TRIAX, RSK）の計測性能⽐較実験

1． 公園のコンクリート遊具周囲における転落を想定した衝撃評価実験
1.1 江東区内のコンクリート遊具昨今設置される機会が増えているコンクリート遊具における転落事故については 2019 年
度に基礎資料が報告されている．これに基づき公園に設置されているコンクリート遊具周辺の落下事故に関する衝撃評価を実施した．対象は図１〜４に⽰す 4 つの公園に設置されたコンクリート遊具である．
① 竪川第⼀公園（図 1）江東区江東橋 4-1-3 (1953 年 9 ⽉ 1 ⽇開園)
② ⼤島六丁⽬第⼆児童遊園（図 2）江東区⼤島 6-15-5 (1997 年 12 ⽉ 19 ⽇開園)
③ 川南公園（図 3）江東区千⽯ 2-9-22 (1931 年 2 ⽉ 11 ⽇開園)
④ 東陽公園（図 4）江東区東陽 3-27-27 (1927 年 2 ⽉ 28 ⽇開園)

図1

堅川第⼀公園①

図3

川南公園③

図2

⼤島六丁⽬第⼆児童遊園②

図4

東陽公園④

1.2 実験⽅法

図１〜４に⽰したコンクリート遊具（滑り台）において転落事故が発⽣した際の頭部衝撃を想定し，ASTM F1292 で使⽤される衝撃計測装置 TRIAX E-missle 2,3) により，傾斜部分と平坦部分の HIC, Gmax を計測する．知⾒ 3)より約 15cm ⾼さからコンクリート⾯への落下により HIC が基準値に達することから，5cm 程度の⾼さから基準値を上回るまで計測する．
滑り台終端の平坦部と傾斜部を計測対象とする．堅川第⼀公園と東陽公園は傾斜⾓が変化するため複数箇所を計測対象し，⼤島六丁⽬第⼆児童遊園と川南公園は⼀定であることから任意の⼀箇所を計測対象とし，傾斜群を四種類（０度，３０度，４０度，５０度）に分けて⽐較する．なお 50 度の⾓度は東陽公園で計測した２回のみである．
また川南公園の滑り台について参考記録として側⾯への転落によりダスト舗装の床⾯に衝突した場合を想定した計測を⾏う．いずれも低い⾼さから基準値に近づくところまでを計測範囲とする．

1.3 結果

図５に①〜④のコンクリート遊具における落下⾼さと HIC および Gmax との関連性を⽰す．点は計測値を⽰し，破線は HIC と Gmax の近似曲線を⽰す．HIC と落下⾼さは⾼い相関を⽰しおおよそ 15cm を超えると基準値 1000 を超えた．⼀⽅ Gmax と落下⾼さにも対数による相関性が認められるが，落下⾼さ 5cm 程度で基準値 200G を超えた．

図５

コンクリート⾯における落下時の衝撃評価値

図６に①〜④のコンクリート遊具の測定における，落下点の⽔平⾯に対する⾓度ごとに分類した落下⾼さと HIC との関連性を⽰す．点は⾓度別の計測値を⽰し，破線はそれぞれの近似直線を⽰す．０度の近似直線の傾きは 30 度，40 度，50 度の傾きと⽐較して⼤きい値を⽰している．⼀⽅，傾斜部分については 40 度，30 度，50 度の順で傾きが⼤きい．

図6

コンクリート⾯における落下時の衝撃評価値（傾斜⾓度別）

図７に竪川第⼀公園の滑り台出⼝と川南公園の滑り台はしご下部の衝撃吸収材敷設部分における落下⾼さと HIC および Gmax との関連性を⽰す．点は計測値を，破線は近似直線を⽰す．いずれも⾼い相関を⽰し，100cm 程度の⾼さで基準値近くまで達した．

図７

滑り台下部加⼯⾯(緩衝材)における落下時の衝撃評価値

図８に川南公園滑り台のはしご近辺柄の落下を想定した側部床⾯における落下⾼さとHIC および Gmax との関連性を⽰す．点は計測値を，破線は近似直線を⽰す．いずれも⾼い相関を⽰し，100cm 程度の⾼さで基準値近くまで達した．

図８

川南公園滑り台側⾯ダスト舗装における落下時の衝撃評価値

1.4 考察図５の結果は，コンクリート⾯への落下では 15cm を限界としている知⾒ 2,3)の結果とほぼ⼀致しており， HIC，Gmax ともに 15cm 程度のところから基準値を超えた値を⽰しているため，傾斜⾯であっても転倒，転落時に頭部に衝撃が加わると致命的な結果につながることが⽰唆される．⼀⽅で図６の結果において近似直線の傾きに０度と 30-50 度との間に差が認められることから，傾斜部分で⽣じる衝撃は⽔平部分への落下で⽣じる衝撃と⽐べて⼩さくなることがわかった．30-50 度の傾斜部分の計測時，筐体は接地した後に傾斜を滑って落下を続けることから平坦部分と⽐べて，落下運動による衝撃吸収の効果が⽣じると考えられる．⼀⽅で 3 つの⾓度条件の計測値に⼤きな差が認められないが，本実験結果からは接地後の筐体の挙動について計測をしていないことから，３つの傾斜条件ごとの挙動特性について⾔及するのは困難である．そこで計測結果から，３つの傾斜条件をまとめて単⼀の傾斜条件とみなした場合について検討した結果を図９に⽰す．図９では平坦部，傾斜部いずれも⾼い相関を⽰すとともに，回帰直線の傾きについて明確な差が⽰されており，同じ⾼さからの転落において傾斜時には衝撃値が約 6 割程度になった．⾓度に寄らず傾斜による衝撃低減に⼀定の効果を⽰唆したといえる．

図9

HIC にかかる平坦⾯と傾斜⾯との⽐較

図７の結果は 2018 年の研究報告 6)で⽰された結果と同じく，ゴム素材を⽤いた床⾯素材による衝撃緩和効果が認められた．ただし計測結果からは，落下⾼さが 100cm を超えると基準値を超えるため，100cm 以上の⾼さからの落下が想定される場合には⼿摺り等の落下防⽌措置を定めた JPFA-SP-S:2014 の基準の整合性が明確化したと考えられる．同じく図８の結果からはダスト舗装に転落した場合の計測値は図７に近似していると考えられ，100cmの⾼さからの落下は積極的に防⽌する必要があることを⽰したといえる．
参考⽂献

1)

⽇園施設業協会, 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 (2021.5.11 retreived)

2)

Alpha Automation, Inc., TRIAX TOUCH-E missile,
http://triaxtouch.com/products/triax-touch-e-missile/ (2021.5.11 retreived)

3)

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

4)

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

5)加藤⿇樹, 2020, 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, ⽇本公園施設業協会

6)

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, ⽇本公園施設業協会

7)

JPFA, 2014, 遊具の安全に関する基準 JPFA-SP-S:2014

2． 室内遊具からの転落事故を想定した衝撃評価実験
2.1. 研究の背景と⽬的

公園遊具の安全性にかかる指標は「遊具の安全に関する基準 JPFA-SP-S:2014」1)で明記されており，公園遊具を設置する際の基準として⽤いられているが，家庭内で使⽤される屋内⽤遊具の設置は，その世帯の判断に依存していることから統⼀基準を適⽤するのが困難である．⼀⽅ 2020 年から新型コロナウィルスの感染拡⼤防⽌の観点から不要不急の外出に対する⾃粛要請が続いており，⼦ども達も屋内で遊ぶ時間が増えたとされている 2)．屋内の滞在時間が増えることで運動不⾜等の⾝体的な悪影響が懸念されることから，家庭において運動機会を提供できる屋内遊具の需要は⾼いと考えられる．いわゆる「巣ごもり消費」が⽇
本の室内遊具の EC 市場にどのような影響を与えたのか下記の条件で分析すると，室内遊具の 3 ⽉売上（全 60 商品）は前年⽐で約 3.7 倍に増えていたことが明らかとなった．
•
対象モール：楽天市場、Yahoo!ショッピング（PayPay モール含む）、Amazon•
対象商品：室内遊具•
売上データ：3 モールの上位各 20 商品（全 60 商品）の⽉次売上の合計•
上位 20 商品：4 ⽉ 16 ⽇時点で直近 30 ⽇売上の上位 20 商品•
データ期間：2019 年 3 ⽉〜4 ⽉ / 2020 年 3 ⽉〜4 ⽉ 13 ⽇
家庭⽤の屋内遊具は図 1 で⽰すような公園遊具のミニチュアのような形態をとる場合があり，屋内の限られた⾯積で設置することができる．なお図 1 の屋内遊具は幅約 105×奥⾏145×⾼さ 71cm であり，JPFA-SP-S:2014 で⼿摺り等を必要としない 60cm より若⼲⾼い．
しかし図 2 の屋内遊具は約幅 130×奥⾏ 140×⾼さ 103cm であり，JPFA2014 では⼿摺りが必要とされる⾼さに達している．また⼦育てにかかる情報提供をするサイトでは，オリンピック種⽬でもあるボルダリングの DIY が紹介されており，最⼤天井⾼さまで登ることができる 3)．

図1

屋内遊具例（アガツマ）

図2

屋内遊具例（アガツマ）

屋内遊具からの転落によって⽣じる衝撃を評価した研究は少ないが，⽇本カーペット⼯業組合では特に屋内における⾼齢者等の転倒リスクを評価する実験の結果から，今後の詳細な検討課題が残るものの，カーペット敷設により転倒時の頭部衝撃を緩衝する硬化がある程度認められるとしている 4)．本研究ではこの知⾒を参考として，屋内遊具の適切利⽤にかかる基礎データを集めることを⽬的とし，知⾒ 4)で⽰された条件を⽤いて屋内遊具からの転落を想定した衝撃評価実験を⾏った．

2.2. 実験⽅法

2019 年の⽇本カーペット⼯業組合による転倒時の頭部衝撃計測実験と同条件の床⾯に対する幼児の遊具からの転落を想定し，落下時の頭部衝撃評価実験を⾏った．
床⾯条件として，図 3 に⽰すように⼀般的な住宅の床下構造を模した．⾼さ 55mm の⾓材上に基礎材として 12mm のベニア板およびフロア材として全厚 1.8mm のフローリング材を敷いて統制条件，表 1 に⽰したカーペットの 4 条件，および①〜③のカーペットの上に④のカーペットを敷いた 3 条件を合わせ，表 2 の計 8 条件を設定した．

図3

実験に⽤いた床下構造

表1使⽤したカーペット

品種

素材

規格

⼨法[mm]A タイルカーペット

ナイロン

全厚 8.5mm
パイル⻑ 2.5〜5.8mm ループ

200×200×8.5

B ホームタイル
カーペットナイロン

全厚 8.5mm
パイル⻑ 5mm カット

200×200×8.5

C カーペット１

ウール

全厚 10mmパイル⻑ 5〜7mm カット

200×200×10

D カーペット２ウール

全厚 12mmパイル⻑ 8〜10mm ループ

200×200×12

表2床⾯条件① 統制② A のみ③ B のみ④ C のみ⑤ D のみ⑥ A の上に D⑦ B の上に D⑧ C の上に D

落下⾼さは JPFA2014 の基準に従い 600mm, 1000mm とし 1)，衝撃計測装置 5)(Mircostone,
以下 RSK)を⽤いて JPFA ⽅式の⼿順 6)により HIC7)および Gmax を計測した．なお 2000mmの落下⾼さ条件は予備実験の時点で致命的な値に達していたため本実験からは除外した．

2.3. 実験結果

図 4 に HIC，図 5 に Gmax を⽰す．HIC は実験条件⑥（ナイロン材タイルカーペットとウール材パイルカーペットの⼆重構造）で 780，実験条件⑧（ウール材のパイルカーペットの⼆重構造）で 995 を⽰した以外は，いずれも基準値 1000 を超えた．Gmax はすべての条件で基準値 200G を超えた．
3500
2880.73000

2594

2589.72719.7

2670

2500

2196

2313

1987.3

HIC

2000
1526

1691.71320

1500

1113.0

1024

995

⑦

➇

780

1000
500
HIC600mm

HIC1000mm

0①➁

➂➃

図4450

404.3
381

400
345.3
350

313.7

371

⑤⑥

HIC

394.7

388
348

330.7

361

289.7

300

259.3

250

251.7

246.3

⑦

➇

209.3

200
150
G-max600mm

G-max1000mm

100①➁

➂➃

⑤

図5Gmax⑥2.4. 考察

実験で模した屋内遊具からの転落事故により，HIC，G-max いずれも基準値を上回る結果が⽰されたことから，屋内遊具が致命的な事故につながる可能性が⽰唆された．知⾒では公園の地⾯が芝⽣，ゴム性の地⾯，真砂⼟舗装の条件に対して落下⾼さ 600mm の場合 HIC が芝⽣ 412.5，ゴム 362，真砂⼟舗装 702 であり，落下⾼さ 1000mm の場合，芝⽣ 573.5,ゴム880.5，真砂⼟舗装 1422 であった 8)．住宅の床⾯の衝撃吸収性は公園よりも低いのは，図 1で⽰すように床⾯を構成する基礎材と⾓材の構造は，芝⽣やゴム等のような変形性が乏しく，衝撃吸収機能が⼗分ではないことが理由として考えられる．
基準値を上回ることを前提として条件間⽐較をすると，落下⾼さ 1000mm では⼤きな差が⽣じていないが，落下⾼さ 600mm ではループ構造の⽅が低い値を⽰していることから，
図 6，7 に⽰すカーペットの構造によって衝撃吸収機能に差が⽣じることが⽰唆される．従って，屋内遊具を設置する際はカーペットの素材と構造を考慮できると考えられる．

図6

カット構造 9)図7

ループ構造 9)また②〜⑤のカーペットの⼀重構造と，⑥〜⑧のカーペットの⼆重構造を⽐較すると，⼆重構造により衝撃値が低い値を⽰していることから，⼆重構造によるカーペットの全厚を⾼くすることで衝撃吸収機能を向上させることが⽰唆される．従って既存のカーペット上で屋内遊具を使⽤する場合，遊具周囲にループ構造のカーペットを敷設することが考慮できると考えられる．ただし実験では⼆重構造まで評価しているため，三重構造など全厚をさらに⾼くすれば衝撃吸収機能はさらに向上することが期待される．
⼀般的な住居の床⾯はカーペットの他にも，畳，マットレス，ジョイントマット等が敷設される場合があるとともに，家庭ごとに屋内遊具を設置する部屋の選択条件があるため，屋内遊具からの転落事故にかかる分析を継続するにあたっては，設置条件のシェアに沿った計測条件の検討が期待される．

参考⽂献

1）JPFA, 2014, 遊具の安全に関する基準 JPFA-SP-S:2014,2) 近視予防フォーラム, 2020,「新型コロナウイルスによって変化した⼦どもの⽣活実態」に関する調査, https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000002.000060256.html(retrieved May. 5, 2021)
3) Do 育, 2019, 極薄クライミングウォール設計のすべて−DIY で省スペース・脱圧迫感・存在感消しにこだわったオリジナルの⼀品, https://ill-do-it.com/climbing-wall-design/,(retrieved May. 5, 2021)
4) ⽇本カーペット⼯業組合, 2019, 屋内転倒事故における カーペットの頭部防護効果の実証実験,
http://carpet.or.jp/publics/download/?file=/files/content_type/type019/12/202003041
538503647.pdf, (retrieved May. 5, 2021)
5) 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, M41-466) Maki KATO, Yoshie SHIMODAIRA, Takeshi SATO, and Hiromi IIDA, 2014, Simplification
and Transformation of ASTM F1292 Measurement Procedure for Fall Accident Injury
Criteria, Industrial Health, 52, 407-413
7) ASTM, 2017, F1292-17a Standard Specification for Impact Attenuation of Surfacing
Materials Within the Use Zone of Playground Equipment,8) 加藤⿇樹, 村野良太, 松下明史, 佐藤 健, 2019, 公園遊具からの転落による頭部衝撃と地⾯コンディションとの関連性, ⼈間⼯学 55(Supplement), 1B3-8-1B3-89) 東リ株式会社, https://www.toli.co.jp/faq/carpet/30.html, (retrieved May. 5, 2021)3． 2 種の衝撃評価装置（RSK, TRIAX）の計測性能⽐較実験
3.1. ⽬的

本研究室で使⽤している衝撃評価装置は２種類ある．すなわち JPFA で標準的に使⽤されている Microstone 社製の計測装置(以下 RSK)1)と，ASTM12922)で⽤いられている TRIAXE-misslile3)（以下 TRIAX）である．2019 年度までの計測では主に公園の床⾯を対象としていたが，昨今設置が増えたコンクリート遊具に対する計測にあたり RSK が想定範囲外にあることが確認されたため，そこで 2020 年度は ASTM1292 で⽤いられている測定機材を使⽤するに⾄った．以下，本報告は両者の計測機能にかかる⽐較の結果を⽰す．
3.2. ⽅法

センサーの計測機能の検査に⽤いるキャリブレーションパッドを落下⾯として，⾼さ60cm からの転落で⽣じる衝撃を上記２つの評価装置で Gmax および HIC を 10 回ずつ計測し，出⼒される結果について⽐較する．
3.3. 結果

図 1,2 計測された G の 0.025msec ごとの時系列変化を⽰す．10 回分の波形は Gmax の時刻を基準として同期させている．また表 1 に RSK と TRIAX の出⼒結果を⽰す．

図1

RSK の計測結果
表1

図2

TRIAX の計測結果

RSK および TRIAX の出⼒結果

表 1 より平均値の差の検定を⾏ったところ，Gmax (t=1.87, df=18, p>0.05)，HIC(t=0.20,df=18, p>0.05)であり，統計的な有意差は認められなかった．
3.3. 考察

計測前の時点で ASTM1292 において標準的に⽤いられている TRIAX とこれに準拠した
RSK との機能に⼤きな差はないことが想定されており，結果はこれに倣う形となった．しかしながら統計的な有意差が認められなかった理由の 1 つとして，TRIAX の計測結果のうち HIC に変化が⽣じて分散値が⾼くなった点があげられる．計測を繰り返すうちに HIC が低くなるのは，キャリブレーションパッド上の波形の⽴ち上がりの加速度に差が⽣じることが原因と考えられる．また HIC 計算式に対して変数として G が与えられる時点での誤差範囲は公表されていないが，TRIAX による G の値は⼩数点以下が四捨五⼊された形で出⼒されるため，いわゆる丸め誤差が RSK よりも⼤きくなる特性がある．
ASTM および JPFA では計測ごとの誤差と落下時の落下⾯特性の硬化を考慮して計測を繰り返し，平均値をとって評価値とすることを定めており，上記計測についてもこれらの変動要因を⼗分に反映した範囲で出⼒されていると考える．従って今後の計測にあたってはいずれの機器を使⽤してもよいといえる．ただし RSK は低コストで導⼊できる反⾯，⼿動で落下する点，防⽔性に乏しい点が課題として残る．TRIAX はコストが⾼いが，リモートで落下させられる点と，防⽔性，防塵性に優れる点が特徴である．そこで，今後の調査においては JPFA ⽅式をとりつつ，主に TRIAX を使⽤して評価することとしたい．

参考⽂献1)

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

2)

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

3)

Alpha Automation, Inc., TRIAX TOUCH-E missile,
http://triaxtouch.com/products/triax-touch-e-missile/ (2021.5.11 retreived)

4)

⽇園施設業協会, 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 (2021.5.11 retreived)