ノート山口県産業技術センター

研究報告No.33 p30-34 (2021)

衝撃緩和帽子の開発
田村智弘 *・藤井謙治 *・本田晃浩 *・中村大二郎 *2 ・山本啓輔 *2

Development of a Shock Absorbing Head Cap
Tomohiro Tamura，Kenji Fujii，Akihiro Honda，Daijirou Nakamura and Keisuke Yamamoto
山口県産業技術センターでは，アイデアや構想段階の製品開発テーマを県内企業から公募し，企業と共同で製品企画から設計・試作までを行うことで，より魅力ある製品づくりを目指す「共同開発」の取組を実施している．本取組の中で，幼稚園や保育園等で活動する子どもの頭部の受傷を和らげるための衝撃緩和帽子の開発を行った．企画段階では，類似製品や機能・性能の評価方法，子どもの受傷部位等の各種調査，試作品の製作，試作品を用いたユーザー調査や各種実験を行い，それらの結果から製品のコンセプトを定めた．このコンセプトに基づき，企業が主体となり製品化に向けた取組を行い，目標とする衝撃吸収性能を有する衝撃緩和帽子が製品化された．
１．緒言

帽子が欲しいと取引先の園から要望が出された．加えて，山口県産業技術センター(以下，産技センター)では，ア既に販売されていた他社製のクッション材入りカラー帽子

イデアや構想段階の製品開発テーマを県内企業から公募し，は，比較的厚いクッション材が使用されているため衝撃吸企業と共同で製品企画から設計・試作までを行うことで，収性は高いが，外観が通常のカラー帽子に比べ大きく異なより魅力ある製品づくりを目指す「共同開発」の取組を実る印象を与えるため，見た目の違和感の少ない形状かつ一施している．図 1 に本取組の概要を示す．本取組は，従来定の衝撃吸収性を持つものが好ましいとのことであった．

産技センターが行っていた受託研究等の具体的な技術課題

以上のことから，幼稚園や保育園等の園児が，園内外でに対して行う支援制度に対し，誰にどのような製品を提供の活動で安全に過ごせるよう，「 安全性を有したクッションするのかという製品コンセプトなどを定める製品企画を，材入りのカラー帽子」の製品開発を行いたいと企業から提企業と産技センターが共同で実施することを特徴とする．

案がなされた．

本取組を用いた製品開発を既に数件行っており，その中のいくつかのテーマについては製品化 1,2) をしている．
ここでは，本取組で実施した製品開発テーマの一つである衝撃緩和帽子の開発について報告する．
従来の⽀援制度

県内
企業

製品企画

製品開発
具体的な
技術課題

製品化

受託研究
共同研究

販売

展⽰会への出展
販路開拓など外部機関との連携、紹介産技センターの新たな取組(H30年度〜)

企画段階から共同で製品開発を実施

図1

図2

一般的なカラー帽子(たれ付き)

共同開発

３．製品企画共同開発の取組概要
３・１

２．企業からの提案内容

製品企画プロセス，及び実施体制

製品企画は，図 3 に示すプロセスで進めた．まず，開発する製品に関する各種調査を行った．次に，考案した衝撃産技センターに共同開発テーマを提案した企業(以下，共緩和帽子に対し，ユーザーの意見を聞き取りし，基本的な同開発企業)は，幼稚園や保育園等の園児用制服や鞄，カラ性能を確認するための試作品を製作した．この試作品を用ー帽子等を製造・販売している．その共同開発企業に対し，いた調査や実験を行い，これらの結果を基にコンセプトを園児の園内外での活動において，園児同士や遊具等への衝定め，製品企画書にまとめた．

突，遊具からの落下，転倒などにより頭部を受傷する問題

製品企画の実施体制については，製品企画プロセスで定が生じており，安全性を有したクッション材入りのカラーめた実施項目について，共同開発企業と産技センターで分担を定め，協力しながら進めた．産技センターについては，*

企業支援部デザイングループ

本共同開発の取組を主体的に行うためにデザイン系及び機*2

中村被服株式会社

械系研究員から構成された「製品開発チーム」が実施した．

衝撃緩和帽子の開発

試作

ﾕｰｻﾞｰ調査

評価実験

ｺﾝｾﾌﾟﾄ検討

製品企画書

調査

・試作品によるﾕｰｻﾞｰ調査

表1

防災頭巾
((公財)日本防炎協会)

ヘルメット(JIS)参照規格

JIS T8131:2000「産業用ヘルメット」

JIS T8133:2007「乗車用ヘルメット」

サイズ

1サイズ

5サイズ

材質

鋼鉄等

金属、樹脂等人頭模型-固定、ストライカー-移動

人頭模型-移動、ストライカー(アンビル)-固定

ストラ サイズ
イカー
質量

平面型、φ127mm

平面形(鋼製)-φ130mm、半球形(鋼製)-φ50mm

5kg

人頭模型サイズによる

落下高さ

100mm

1.72m及び1.17m

物理量

人頭模型に加わる衝撃力

人頭模型の加速度基準値

9.8kＮ以下(金属製人頭模型)※T8133：最大衝撃加速度 300G
以下、150G以上の継続時間4ms以下(1種)試験機の構造・ニーズ調査
・他社製品、知財の調査
・衝撃吸収性能の評価方法の調査
・通気性の評価方法の調査
・子どもの受傷部位に関する調査

・衝撃吸収性能の実験
・通気性の実験

評価

図3
３・２

製品企画プロセス調査

３・２・１

衝撃吸収性能の評価方法

評価規格

人頭模型

・ｱﾝｹｰﾄ、実験用試作品の製作

31

切と考えられる．参考となる評価方法を表 1 に示す．防災
ニーズ調査

頭巾の規格 3) は，JIS T8131「産業用ヘルメット 4) 」を元にカラー帽子を使用する現場である幼稚園や保育園で求めしており，もう一方の「乗車用ヘルメット 5) 」の JIS 規格

られているカラー帽子について，共同開発企業の取引先のに比べ，対象とする現象が開発案件と近いため，最も参考園より情報を収集した．その結果，以下に示すニーズが得になると考えられた．設備的には，いずれの方法も専用のられた．

実験装置や測定設備が必要であり，試験を実施するには本(1)衝撃吸収性能
園活動で生じる頭部の受傷に対し，それを和らげる衝試験を行う試験機関へ依頼することとなる．
３・２・４

通気性の評価方法に関する調査

撃吸収性能が欲しい．また，保護者の理解を得やすいよ

服や帽子など繊維の生地については，通気性に関する試

う，衝撃吸収性能を分かりやすく定量的に表すようにし験方法はフラジール型通気性試験など JIS 規格 6) で存在すて欲しい．

るが，帽子や服等の衣類の通気性を定量的に評価する一般(2)蒸れにくい構造的な規格は見つけることができなかった．衣服に関しては，幼児は特に汗をかきやすいため，帽子内が蒸れやすい．

発汗マネキン 7,8) を用いた評価方法も提案されているが，蒸れると不快になり脱帽する．脱帽すると衝撃吸収効果

既存の発汗マネキンは頭部の評価はできない上，非常に特が無くなるので問題となる．

殊な装置であるため，容易に試験を行うことは困難であっ(3)審美性た．そのため，一般的には，より簡易な方法として，被験通常のカラー帽子と比べ，大きな違いを感じない外観

者が評価対象を身に着け，着衣内の温度や湿度をセンサでにして欲しい．いかにもクッション材が入っていると分測定 9) し，熱画像計測装置(サーモグラフィー)で被験者のかる形状よりは，目立たない方が好ましい．

外表面や着衣の温度を測定する方法が用いられていた．こ

上記のニーズを参考に，開発する衝撃緩和帽子の必要とれらの測定機の例を図 4 に示す．

する機能や要件，評価方法について調査，検討することとした．
３・２・２

温度・湿度センサを用いる方法は，帽子内の温湿度を直接測定でき，時間的な変化が分かりやすいが，センサのサ他社製品，及び知財の調査

イズが大きい場合，頭部と帽子との間に大きな空間が生じ

既に販売されている他社製品に関し，価格，サイズ，クるため，実際の現象と異なる状態になる可能性がある．一ッション材の厚さ・材質，衝撃吸収性能の評価方法等につ方，サーモグラフィーによる方法は，帽子内の温度測定はいて調査した．その際，ヘッドギアタイプやヘルメットタできないが，視覚的に分かりやすい特徴がある．

イプなど，保護に特化した製品は，開発する製品と異なるため除外した．
また，特許や意匠等の知的財産に該当する類似製品については，主に J-PlatPat(特許情報プラットホーム)を用いて調査した．
３・２・３

衝撃吸収性能の評価方法に関する調査

頭部用の保護具に関し，前項で実施した既存製品の調査結果等を参考に，その衝撃吸収性能を定量的に評価する方(a)熱画像計測測装置法について調査した．独自の方法で，衝撃吸収性能を評価

図4(b)温度・湿度センサ

通気性を評価する装置例した例が見られたが，エビデンスに基づいた客観的な評価結果を得るためには，一般的な試験規格を用いる方法が適

３・２・５

子どもの受傷部位に関する調査32山口県産業技術センター

研究報告No.33 (2021)

子どもの頭部に関し，受傷し易い箇所を重点的に保護す

薄薄ることで，より安全性を高めることが可能となる．そこで，子どもの受傷部位に関する文献等の調査を行った．
本項目に関し，様々な資料を確認でき，特に子どもに関係する製品の設計に役立つ受傷部位，身体寸法，発揮力等のデータをまとめた書籍

10)

厚厚

薄薄が参考となった．本資料では，

1 歳から 6 歳までの幼児の頭部に関しては，図 5 に示すよ
うに，特に額(前頭部)と後頭部への受傷割合が高く，側頭

図 6

子どもの受傷部位に関する資料に基づいたクッション材配置(保護部位)のイメージ部や頭頂部はそれよりも低いと示されていた．
また，子どもの受傷に関し総合的に調査・分析している
資料 11) では，重篤な状態になる受傷として，頭部への受傷と示されており，頭部を保護する重要性を改めて確認することができた．
額(前頭部)

後頭部

図7製作した試作品

部を開口する構造とした．この考え方に基づいて衝撃緩和
図5

子どもが受傷しやすい部位

帽子の試作品を共同開発企業が製作した．製作した試作品を図 7 に示す．

３・３

試作

これまでの調査結果を基に，構造やクッション材の配置を検討し，試作を行った．
(1)基本的な構造

３・４

ユーザー調査試作した衝撃緩和帽子に対し，本製品を使用する幼児及びその保護者が，ユーザーの視点からどのような意見を持つのか調査した．対象は小学生未満の子どもとし，回答は既存のカラー帽子と異なる形状とした場合，新たな設その保護者とした．今回の調査は，秘密保持の観点から，計作業や製造設備の構築などが必要となり，高コストと共同開発企業及び当センターの関係者とした．方法は，試なる．そこで，既存のカラー帽子をベースに衝撃吸収の作品とアンケート用紙を渡し，試作品を子どもに着帽させためのクッション材を付加する構造とすることで，コスた上で回答を記入してもらった．アンケートの内容としてトを抑えることとした．

は，子どもの情報，着帽した際の子どもの反応，試作品の(2)クッション材の配置(保護部位)

印象，価格等について回答をしてもらった．図 8 に試作品

前項の調査より，額(前頭部)及び後頭部の受傷割合が高かった結果を受け，図 6 に示すように，その箇所を重点的に保護するようクッション材を配置することとした．

を着帽した子どもの様子を示す．
本報告では，具体的なアンケート結果を示さないが，試作品に関し以下の点についての要望が多く見られた．

頭頂部は，受傷頻度が前頭部及び後頭部に比べそれ程高①衝撃吸収性の定量的な評価の提示

くない点と，蒸れを抑える観点からクッション材は配置②蒸れ難い帽子しない構造とした．

③洗濯くずれし難い帽子(3)クッション材の配置(取付位置)
帽子にクッション材を取り付ける場合，帽子の内側か外側に取り付けることが考えられる．内側は，クッション材が目立たないため，自然な外観であるが，頭部の近い位置にクッション材が配置されるため，熱が逃げにくく，通気性も悪いと考えられた．一方で，帽子の外側に配置する場合，クッション材と頭部の間に帽子の生地があるため，内側配置よりも比較的熱が逃げ易いと考えられる．加えて，帽子とクッション材の間にできた空間を空気が通り抜けることで，蒸れの防止に寄与できると考えられた．
以上のことから，クッション材は帽子の外側に取り付け，前頭部及び後頭部を重点的に保護し，蒸れ対策のため頭頂

図8

試作品を着帽した子どもの様子

衝撃緩和帽子の開発
本調査から，商品として求められる要素に関する情報を得ることができた．
３・５33

結果を示す．いずれの落下高さの条件においても，クッション材がある場合及び防災頭巾は最大荷重が低下して評価実験いる．本結果では，評価対象としたクッション材の衝撃衝撃緩和帽子の最も重要な機能となるクッション材の衝吸収効果は，防災頭巾より若干低いが，大きな差がない撃吸収性能と，使用時の快適性に影響を与える通気性(蒸ことを確認した．

れ)を評価するための実験を行った．

３・５・２

３・５・１

衝撃吸収性能に関する実験

通気性に関する実験(1)実験概要(1)実験概要

試作した衝撃緩和帽子の通気性を確認するため，帽子実験では，クッション材に錘を落下させ，クッションを装着した被験者が一定時間運動を行い，運動中の帽子材を固定しているベース部に加わる荷重を測定した．ク

内の温度及び運動前後の頭部熱画像を測定した．運動様ッション材の種類や厚さ，枚数を変えて実験を行った．

子及び運動後の頭部熱画像を図 11 に示す．

実験装置の概略図を図 9 に示す．

(2)実験装置及び方法

本来であれば，2・3・2 で示したように，衝撃吸収性被験者は成人男性４名とし，評価対象は，試作品，カ能の評価規格に基づいた実験を行うべきであるが，設備ラー帽子(クッション材なし)とした．運動は，フィット的に実施が容易でないため，ここでは簡易的な設備を用

ネスバイクで 15 分間ペダリングを行うものとした．帽子いて予備的な実験を行った．そのため，衝撃エネルギや，内の温度は，温湿度データロガー(神栄株式会社製

ストライカー形状は評価規格とは異なる．本実験は，ク

HA3631(図 4(b)))で測定し，運動前後の頭部熱画像は，ッション材の種類等の条件の違いに関し，相対的な評価

赤外線熱画像装置(NEC Avio 赤外線テクノロジー株式会を目的に行った．

社製サーモトレーサ TH9100MR(図 4(a)))を用いて撮影し(2)実験装置及び方法

た．帽子内温度は，運動開始時の温度が被験者により異衝撃時の荷重は，ひずみゲージ式のロードセル(株式会社共和電業製 KMS-S-10kNSA2)で測定し，動ひずみ計(日なるため，運動開始時の温度からの変化量を評価した．
(3)実験結果

本電機三栄株式会社製 6G01 からの出力電圧を AD コンバ

図 12 に本実験の結果を示す．本図は，被験者 4 名の温ータ(Data Translaion 社製 DT9804ECIBNC-8DI)でパソコ度変化を平均化したものである．試作品は，クッションンに収録した．落下試験は，同条件で３回行い，最大荷材の無いカラー帽子に比べ，頭部の一部に断熱性の高い重を平均した．

発泡ポリエチレン製のクッション材を取り付けている(3)実験結果
図 10 に，２つの落下高さにおける３つの試験対象のスライドガイド

ストライカー(錘)
試験体(クッション材)

鋼板

ロードセル

(a)運動の様子
図9

衝撃吸収性能の評価に関する実験装置の概略図

図 11600

20カラー帽子

試作品(ｶﾗｰ帽子+ｸｯｼｮﾝ材)

防災頭巾

18500

カラー帽子

試作品(ｶﾗｰ帽子+ｸｯｼｮﾝ材)

16400

温度変化 [℃]

最大荷重 [N](b)運動後の頭部熱画像

通気性に関する実験

30020014121086100420低高落下高さ

図 10

衝撃吸収試験の結果

00300

600

時間 [sec]

図 12

通気性に関する実験の結果

900

34山口県産業技術センター

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ため，温度上昇は避けられないが，今回の実験条件においては，その差は 2℃程度であった．衣類内気候と快適性との関係を 5 段階の指標で表す評価方法 14) において，湿度が70％以下の範囲で，運動中の帽子内の温度を 32℃程度とした時，この温度差は 1 段階(「快適」から「やや不快」)以内の快適性の違いであり，不快感を強く感じるものではないと考えられる．
以上の実験により，クッション材の選定に関する基礎的な結果を得ることができた．
３・６

コンセプト検討

以上の調査及び実験結果を基に製品のコンセプト検討を行った．その結果，開発する製品のターゲットは，幼稚園

図 13

衝撃吸収性試験図 14

製品化した製品外観

や保育園等で活動する未就学児(1～6 歳児)とし，製品のコンセプトとしては，「頭部へのケガを和らげ，カラー帽子と開発した製品は，子どもに関する優れた製品等の顕彰制大きく変わらない装着感・意匠・価格の園児用帽子」とし度であるキッズデザイン賞(主催：NPO 法人キッズデザイン

た．

協議会，後援：経済産業省，内閣府，消費者庁)において，また，定めたコンセプトに基づき，開発方針の具体化を

第 14 回キッズデザイン賞・奨励賞(キッズデザイン協議会行った．その結果，製品としての要件や仕様について，表会長賞)を受賞するなど，高い評価を得ることができた．

2 のように定めた．

参考文献

以上のようにして行った製品企画の内容を整理し，製品

1) 田村智弘，藤井謙治，松田晋幸，本田晃浩，種場理絵，企画書としてまとめた．

石野隆三：電動式家庭用小型搾油機の開発，山口県産
表2製品の開発方針及び仕様

項目

開発方針、仕様

ベースとなる帽子

既存のカラー帽子

クッション材の取付位置

帽子の外側に取り付けることで、クッションと帽子の間に隙間が生じ、通気性を高める

保護部位

前頭部及び後頭部を重点的に保護

衝撃吸収性能防災頭巾並み(規格値のクリアー)

クッション材

蒸れ対策を強化する場合、穴空きタイプとする業技術センター研究報告，31，p.5-10(2019)．
2) 本田晃浩，藤井謙治，原涼輔，渡辺徹：ユーザーの持ち方の実態に即した歯ブラシハンドルの開発，山口県
産業技術センター研究報告，31，p.11-15(2019)．
3) 防 炎 製 品 認 定 委 員 会 ： 防 炎 製 品 性 能 試 験 基 準 ，
p.6-7(2020)．
4) 日本規格 協会：JIS T8131:2015 産業用ヘルメ ッ ト，(2015)．
5) 日本規格 協会：JIS T8133:2015 乗車用ヘルメ ッ ト，(2015)．

４．製品開発製品化に向けた製品開発工程は，製品企画書に基づいて共同開発企業が主体となって進めた．
その結果，完成した衝撃緩和帽子は，図 13 に示す第三者

6) 日本規格協会：JIS L1096:2010 織物及び編物の生地試
験方法，(2010)．
7) 森下禄郎：高性能発汗マネキンによる衣類評価－姿勢
変 化 (座 位 ， 寝 位 )で の 評 価 － ， 繊 維 製 品 消 費 科 学 ，45(1)，p.43-50(2004)．

機関で行われた衝撃吸収性試験において，防災頭巾の規格

8) 野元ほか：発汗サーマルマネキンを用いた部位別着衣をクリアーし，目標とする衝撃吸収性能を有していること

蒸発熱抵抗の測定，日本建築学会環境系論文集，を確認した．また，特許出願を経て，令和 2 年 4 月に幼児

84(761)，p.653-660(2019)．

向けの衝撃緩和帽子として製品化(製品名「まもるくん」(図14))された．

9) 上村巧ほか：チェーンソー防護服の通気性改善対策について，森林利用学会誌，27(1)，p.25-29(2012)．

５．結言

県内企業から提案された製品開発テーマについて，企業と産技センターが共同で製品企画を実施し，製品コンセプ

10) (独)産業技術研究所デジタルヒューマン工学研究セン
ターほか監修：子どものからだ図鑑キッズデザイン実践のためのデータブック，ワークスコーポレーション，(2013)．

トの決定，製品企画書の作成を行った．本企画書で定めた

13) 消費者庁：平成 30 年度消費者白書，p.94-117(2018)．

開発方針や仕様等に基づき，共同開発企業を主体として開14) 原田隆司：温冷感・湿潤感と衣類素材，繊維機械学会

発を進め，製品化を実現した．

誌，45(4)，p.199-206(1992)．