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年齢 別 子 ど も転 倒 シ ミュ レー タに よ る 遊 具 の転倒 傷 害 危 険 度 の 可視 化

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Academic year: 2022

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(1)日 本 ロ ボ ッ ト学 会 誌Vol.26No.6,pp.561〜567,2008. 561. 学 術 ・技 術 論 文. 年齢 別 子 ど も転 倒 シ ミュ レー タに よ る 遊 具 の転倒 傷 害 危 険 度 の 可視 化 宮. 崎. 祐. 介*1持. 河. Visualization. of Injury. Hazard. 内. 丸. 正. ま き子*2宇. of a Playground. 明*2西 治橋. 田 貞. 佳. 史*2. 幸*3. Equipment. using. Children. Fall Simulator. Yusuke Miyazaki*l, Masaaki Mochimaru*2, Yoshifumi Nishida*2, Makiko Kouchi*2 and Sadayuki Ujihashi*3 In order to clarify and understand hazards lurking in playground equipment, visualization of the hazard is effec tive way. Therefore, we developed a method to construct hazard maps of playground equipment, calculated from simulations, by using computer models of children falling on a playground slide. This method makes it possible to understand the hazards of playground equipment easily. Full-body multi-body models of children, based on Japanese data, were constructed. The hazard map of a playground slide was constructed to provide an example of possible hazard maps of playground equipment. Simulations of children falling on the playground slide were carried out by using both the multi-body models for children and the playground slide models, which were constructed from CAD data of an actual slide. The calculated head injury hazard values were mapped on the playground slide model so as to easily identify hazards. As the results, the maps made it possible to understand easily that the hazard varies greatly due to initial falling position on the spiral staircase and also children ages. Key. Words:. Children. Safety,. Hazard. 1.緒 自動 回 転 ドア の事 故 や,箱. Children. Multi-body. は,そ. 言. Models,. Playground. Equipment. こ に 包 含 さ れ る あ る 程 度 の 「リ ス ク」 を子 ど も に体 験 さ. せ る こ と に よ り,危 険 予 測 ・事 故 回 避 能 力 を 養 わ せ る と い う 目 的 が あ り,遊 具 を 撤 去 す る こ とは,子. ブ ラ ン コや す べ り台 等 の 遊 具 に よ. る事 故 な ど,日 常 生 活 空 間 に お い て,子 て い る.こ. Visualization,. の よ う な 事 故 か ら子 ど も を ま も る た め に は,こ. どもの成長 を阻害す る こ. と に な りう る.そ の 一 方 で 重 篤 な傷 害 を引 き起 こ す 潜 在 的 で 致. ど も の 安 全 が 脅 か され れら. 命 的 な 「ハ ザ ー ド」 を徹 底 的 に 排 除 しな け れ ば な ら な い.. 製 品 ・環 境 と人 間 との シ ス テ ム不 調 和 に よ り発 生 す る 事 故 を徹 底. 遊 具 の 安 全 性 に 関 す る研 究 と し て は,例. え ば 単 純 な バ ネ― マ. 的 に 調 査 す る こ と に よ り事 故 原 因 を解 明 し,製 品 設 計 に フ ィー. ス モ デ ル に よ り,遊 具 か らの 転 倒 ・転 落 傷 害 危 険 度 を 評 価 す る. ドバ ッ ク す る 知 識 循 環 社 会 を構 築 す る こ とが 必 要 で あ り,西 田. 研 究 が な さ れ て い る[2].ま. ら の 事 故 サ ー ベ イ ラ ン ス シ ス テ ム を 基 盤 と して 現 在 取 り組 み が. 格 が 存 在 し,そ の 中 で も転 倒 ・転 落 傷 害 に か か わ る もの と し て. 始 ま っ て い る[1].. 遊 具 設 置 面 に 関 す る 規 格 等 が 存 在 す る[3][4].し. 遊 具の事 故対 策 に関 して は,現 状 では遊 具 その もの を撤 去 す る とい うこ とが多 い.事 故原 因 を解 明 しない ま ま遊 具 を撤 去 し. の研 究 も し く は規 格 で は広 範 な 遊 環 境 に 潜 在 す る 危 険 を除 去 す る こ と は 難 しい.そ. こ で,遊. た,国 際 的 に も遊 具 一 般 に 関 す る 規. か し,こ. れら. 環 境 に 潜 む 致 命 的 な危 険 を洗 い 出. て も,同 様 の危 険性 を含 む製 品 や環境 で,同 様 の事 故が起 きる. し,そ れ ら を積 極 的 に 事 前 に提 示 して い く手 法 を構 築 す る こ と. こ とが考 え られ,真 に有 効 な対策 とはな らな い.ま た,遊 具 に. が 求 め られ る.. 本研 究 で は,遊 環境 に潜在 す る危 険 を可視化 す る手 法 として, 数値 化 した傷 害危 険度 を遊 具上 にマ ッピ ングす る危 険度 マ ップ. 原 稿 受 付2007年12月17日 *1金 沢 大 学 *2産. 業 技術 総 合 研 究 所. *3東. 京 工 業 大 学. *1K. anazawa *2National ogy *3T okyo. University Institute of. Institute. の構 築法 を提 案す る.こ の手法 を用 い る こ とによ り,危 険度 を 視覚 的 に と らえる こ とが可 能 とな り,潜 在 す る危 険 を認 識 しや す い と考 え られ る. Advanced. Industrial. Scienceand. Technol. ‑. 環 境 に 潜 む 危 険 度 を マ ッ ピ ン グ して 可 視 化 す る た め に は,子 ど もの 体 型 や 行 動 パ タ ー ン な ど無 数 に 考 え ら れ る可 能 性 を網 羅. of Technology. す る こ と が 必 要 と な る.し. ■ 本 論 文 は 有 用 性 で 評 価 さ れ ま し た.. 日本 ロ ボ ッ ト学 会 誌26巻6号. 93. か し,こ. れ ら の 各 種 条 件 を 網 羅 し,. 2008年9月.

(2) 宮. 562. 崎. 祐. 介. 持. 丸. 正. 明. 西. 田. 佳. 史. 河. 内. まき子. 宇治橋. 貞. 幸. 危 険 度 マ ッ プ を構 築 で き る ほ ど,実 際 の 事 故 デ ー タ を現 状 の と こ ろ 収 集 で きて い な い.ま. た,実. す る情 報 は 入 手 可 能 で あ る が,過 い.そ. 事 故 デ ー タ と して,結. 果 に関. 程 に関す る情 報 の収集 は難 し. こ で,シ. ミュ レ ー シ ョ ン に よ り仮 想 的 な 事 故 デ ー タベ ー. ス を 作 成 し,そ. れ に よ り遊 環 境 の 傷 害 危 険 度 マ ッ プ を作 成 す れ. ば,遊. 具 に 潜 在 す る 危 険 を直 感 的 に認 識 す る こ とが 可 能 と な る. と と も に,転 倒 シ ミ ュ レー シ ョ ン よ り事 故 時 の 人 体 挙 動 を推 定 す る こ とが で き,事 故 原 因 の 究 明 お よ び 安 全 設 計 法 に対 し て よ り深 い 洞 察 を 与 え る こ とが 可 能 と な る 。 人体 が 衝 撃 を受 け る場 合 の 挙 動 も し くは 傷 害 を解 析 す る た め の シ ミ ュ レ ー シ ョ ンモ デ ル は,交 し て,い. 通事 故 時の傷 害予 測 を 目的 と. くつ か 構 築 され て きた.そ の よ うな 人 体 シ ミュ レー シ ョ. ンモ デ ル と して,主 に2種 類 の モ デ ル が あ る.一 つ は,全 身 を 剛 体 セ グ メ ン トと そ れ ら をつ な ぐ ジ ョイ ン トか ら構 成 す る マ ル チ ボ デ ィ モ デ ル で あ り,例 え ばGEBOD(GEneration Data)な. どが あ る[5].も. of Body. う一 つ は,人 体 を有 限 要 素 で構 築 し, Fig.1Flow. 詳 細 な 形 状 と材 料 特 性 を有 す る 人 体 有 限 要 素 モ デ ル で あ り,例 え ばTHUMSTM. (Total HUman. Model. for Safety)の. of the. construction. method. for multi‑body. models. of children. 子 ども. 有 限 要 素 モ デ ル な どが あ る[6]. 遊 具 環 境 に 潜 在 す る 危 険 を,事 故 シ ミュ レー シ ョ ン を 利 用 し て 顕 在 化 す る に は,広 大 な 空 間 を対 象 とす る た め,大 量 の シ ミュ レ ー シ ョ ン を 行 う こ とが 必 要 と な る.そ. の た め,解. 析 時 間に関. して そ の 利 点 を有 す る マ ル チ ボ デ ィモ デ ル を 用 い て,遊. 環境 に. 潜 在 す る 危 険 を洗 い 出 す 方 法 が 有 効 で あ る. 以 上 よ り本 研 究 は,年 齢 別 の 子 ど もマ ル チ ボ デ ィモ デ ル を構 築 し,そ れ を 用 い た シ ミュ レ ー シ ョ ン に よ り数 値 化 した 傷 害 危 険 度 を遊 具 上 に マ ッ ピ ン グ す る 危 険 度 マ ッ プ の 構 築 法 を 開発 す る こ と を 目 的 と す る. 特 に,遊. 具 事 故 に 占 め る 割 合 の 大 き い 転 倒 ・転 落 事 故[7]に. お い て発 生 す る 重 篤 な 頭 部 傷 害 を想 定 し,子 シ ミ ュ レー シ ョ ンモ デ ル を構 築 した.こ. ど もの 年 齢 別 転 倒. れ ら の モ デ ル を用 い て,. らせ ん 階 段 つ き す べ り台 の 年 齢 別 の 転 倒 傷 害 危 険 度 を 可 視 化 す. Fig.2. 3 and. 7 years. old models. る こ と に よ り,ら せ ん 階 段 の 構 造 と年 齢 差 が 転 倒 傷 害 危 険 度 に 及 ぼ す 影 響 を明 ら か に し,転 倒 傷 害 危 険 度 を 可 視 化 す る こ と の 2.1関. 有 効 性 を示 し た.. 2.子. 節 位 置 ・体 節 形 状 の 定 義. (1)人 体 寸 法. ど もマ ル チ ボ デ ィモ デ ル の構 築. 体 節 形 状 を作 成 す る た め に 本 研 究 で 用 い た 人 体 寸 法 をTable 1に 示 す.寸. 法 の 値 は 日本 の 乳 幼 児 を 対 象 と した 身 体 計 測 の 報. 体 の マ ル チ ボ デ ィモ デ ル を構 築 す る た め に は,体 節 形 状,関 節 位. 告 書[8][gjを. 参 照 し,3,7歳. 置,質 量 特 性,関 節 特 性,接 触 剛 性 を定 義 す る こ とが 必 要 とな る.. の 報 告 書 に記 載 さ れ て い な い 寸 法 項 目 に つ い て は,海 外 の 乳 幼. 本 研 究 で は 体 節 形 状,関. 児 の 人 体 寸 法[10]を. 子 ど もの マ ル チ ボ デ ィ モ デ ル 構 築 の 流 れ をFig.1に. 示 す.人. 節 位 置 を 子 ど もの 寸 法 デ ー タか ら,質. 量 特 性 を寸 法 お よ び 子 ど もの 身 体 部 分 係 数 か ら 決 定 した.ま. お,Referenceの. た,. 男 児 の 平 均 値 を用 い た.ま. 身 長 比 か ら ス ケ ー リ ング して 使 用 し た.な. 番 号 は 末 尾 の 文 献 番 号 で あ る.. 関 節 特 性,接 触 剛 性 に 関 して は 人 体 の 子 ど も に対 して 実 計 測 した. (2)体 節分割 の定 義. デ ー タ は 見 当 た ら ない の で 衝 突 実 験 用 ダ ミー で あ るHybrid‑III. 本 研 究 で は 人 体 マ ル チ ボ デ ィモ デ ル を17の. の 値 等 を参 照 し た.以 上 の 定 義 を 与 え る こ と に よ り構 築 され た. な ぐ16の. 3歳 お よ び7歳. 部,腰. た.3歳. 児 の 子 ど もマ ル チ ボ デ ィモ デ ル をFig.2に. 児 の ほ うが7歳. 示 し. 腕 部,前. McConvilleら[11]の. 児 よ り も全 身 の サ イ ズ と比 較 して 頭 部. 腕 部,手. 部,大. 体 節 とそれ をつ. 部,頚. 腿 部,下. 部,胸 部,腹. 腿 部,足. 部)は. 方 法 を参 考 に 定 義 し た.. (3)関 節位 置の 決定. の サ イズ が 大 き い こ と の よ う な成 長 に 応 じた 体 型 の 変 化 が 分 か る.以. 関 節 で 構 成 し た.体 節 の 分 割(頭. 部,上. た,そ. 降 こ れ らの 特 性 の 定 義 方 法 に つ い て 詳 述 す る.. 関 節 位 置 は,文. 献[5]を 参 考 に し て 関 節 位 置 を 特 徴 づ け る 人. 体 寸 法 を用 い て 決 定 し,正 中 矢 状 面 上 の 人 体 の 縦 軸 と床 面 の 交 点 を原 点 と し,原 点 か ら の 位 置 に よ り定 義 した.. JRSJ. Vol.26. No.6. 94. Sept.,2008.

(3) 年齢別子 ども転倒 シ ミュ レー タによる遊具の転倒傷 害危険度の可視化 Table1. Fig.3. (4)体. Joint. characteristics. of the. Dimensions. で 構 成 さ れ て い る.だ. stiffness of an arm. 特 性 は現 状 で は考 慮 され て い な い.一. た が っ て,全. 円 体 の3軸. 身 は17個. 角 度 と受 動 抵 抗 トル ク の 関 係 をFig.3に. の だ円体. 内 で は抵 抗 が ほ ぼ ゼ ロ で,関. 方 向 の 半 径 を 決 定 し,だ 円体. の 形 状 を 決 定 し た.だ 円 体 の3軸. 方 向 の 半 径 お よ び 中心 位 置 は,. れ らの 値 は 自動 車 の 歩 行 者. 人 体 と遊 具 間 との 接 触 時 の 反 力 特 性 は,貫. 入 量 に 対 す る接 触. 力 の 関 数 で 定 義 さ れ る 非 線 形 バ ネ に よ り定 義 さ れ て お り,そ の. 質 量 特 性 は 横 井 ら[13」 の 研 究 で 求 め ら れ た 身 体 部 分 係 数 を用 の研 究 で は,幼. 値 を参 考 に 定 義. した.. 量特 性 の算 出. 特 性 は 自動 車 衝 突 試 験 用 の 乗 員 ダ ミ ー で あ るHybridIIIダ. 児 の 質 量 特 性 と して 各 体 節 の. ミー. の 値 を参 考 に 定 義 し た.一 例 と して 上 腕 部 の 接 触 剛 性 を 示 す と. 質 量,質 量 中 心 位 置,質 量 中 心 を通 る3軸 ま わ りの 主 慣 性 モ ー メ ン トに対 す る 身 体 部 分 係 数 を算 出 して お り,こ れ らの 身 体 部 分 係 数 か ら各 体 節 の 質 量,質. 示 した が,関 節 可 動 域. 事 故 時 の 人 体 モ デ ル を構 築 したYangら[12]の. 目の 人 体 寸 法 と関 節 位 置 を用 い て 導 出 し た.. い て 算 出 した.こ. 例 と して 頚 部 関 節 の 関 節. 節 可 動 限 界 近 傍 よ り剛 性 が 急 激 に. 高 く な る よ う な 関 節 特 性 で あ る.こ. 中 心 の 関 節 位 置 か らの 相 対 位 置 を 定 義 す る こ と に よ り,モ デ ル. 2.3関. Contact. 節形 状 の定義. よ う に だ 円 体 で 表 現 した.し. 2.2質. body. Fig.4. neck. 各 体 節 を歩 行 者 事 故 シ ミュ レー シ ョン等 で 定 義 され て い る[12]. 17項. of the. 563. Fig.4の. 量 中 心,慣 性 モ ー メ ン トを 求 め た.. 3.遊. とお りで あ る.. 具 モ デ ル の 構 築 と転倒 シ ミュ レ ー シ ョ ン条 件. 節特性 お よび接 触 剛性 3.1解. 関節特性 は関節角 と受 動抵抗 トル クとの 関係 で表 してお り,一 般 の 自動 車 の衝突 解析 におけ る課題 と同様 に筋 緊張等 の能 動的. 日本 ロ ボ ッ ト学 会誌26巻6号. 析 対象 遊具 の選 定 とその モデ ルの構 築. 危 険 度 マ ッ プ構 築 対 象 の 遊 具 と して,西 田 ら に よ り実 ダ ミー を. 95. 2008年9月.

(4) 宮. 564. 崎. 祐. 介. 持. 丸. 正. 明. 西. 田 佳. 用 い て 実 事 故 の 検 証 お よ び そ の対 策 案 の 提 示 が な さ れ たFig.5. 内. まき子. 宇 治橋. 貞. 幸. 害 危 険 度 と して 頭 部 傷 害 危 険 度 を可 視 化 す る.頭. 以 前 の事 故 検 証 にお い て はHybrid‑IIIダ. ミー に よ り実 事 故 の. HIC. か し,実. (Head. Injury. Criterion)な. こ とが 考 え られ る が,HICの. せ ん 階 段 部 へ の 手 す りの 設 置 と い っ た 対. 策 を 講 じ る こ と が で きて い る.し. 河. 転 倒 時 に 起 こ る 傷 害 の う ち重 篤 な 頭 部 傷 害 に着 目 し,転 倒 傷. に示 す す べ り台 を 取 り上 げ る[1].. 再 現 と検 証 を 行 い,ら. 史. 部傷 害基 準値. ど の 既 存 の傷 害 指 標 を用 い る. よ う に 接 触 剛 性 に 大 き く影 響 され. る 指 標 を 用 い て も,遊 具 の 転 倒 傷 害 危 険 度 を 現 時 点 で は 正 し く. ダ ミ ー を用 い た 一 例. の 事 故 再 現 の み で は す べ り台 全 体 に潜 む ハ ザ ー ドを顕 在 化 す る. 評 価 で き な い.そ. こ と は で き な い.そ. 上 で の 後 方 転 倒 時 の 頭 部 加 速 度 最 大 値 を基 準 値 と し,遊 具 か ら. こ で,こ. の す べ り台 のCADデ. ー タ よ り構. こ で,式(1)に. 示 され る よ う に,平 面 剛 体 床. の 転 倒 時 の 頭 部 加 速 度 最 大 値 を基 準 値 で 除 し た値 を,そ. 築 され る モ デ ル と,前 述 した 子 ど も マ ル チ ボ デ ィモ デ ル を 用 い. の位置. た転 倒 シ ミュ レ ー シ ョ ン の 結 果 に基 づ き,こ の す べ り台 に お け. に お け る転 倒 時 の 頭 部 傷 害 危 険 度 と定 義 した.こ. る子 ど もの 転 倒 傷 害 危 険 度 を可 視 化 す る.. せ ん 階段各 場所 にお ける転倒 時 の危険度 を一般 的 な地面上 で の. 3.2転. 倒 シ ミ ュ レ ー シ ョ ンの 条 件. 転 倒 と比 較 した と きの 危 険 率 で 表 現 して お り,遊 具 の 構 造 的 危. 人 体 マ ル チ ボ デ ィ解 析 ソ フ トウ ェ ア で あ るMADYMO (TNOA. utomotive社)を. 用 い て,す. の 指 標 は,ら. v.6.3. 険 性 を 示 す こ とが 可 能 と な る.. べ り台 の らせ ん 階 段 か ら. 〓(1). 子 ど もが 転 倒 す る状 況 を想 定 した シ ミュ レー シ ョン を行 っ た.モ デ ル の 初 期 位 置 は,階. 段 の形状 が 三角形 で ある ため面積 座標 を. 用 い て 転 倒 位 置 が 均 等 に な る よ う に 決 定 し た.Fig.6に う に1段. で 計66点. 象 と して,転. の 位 置 を と り,3段. 目 か ら7段. 倒 シ ミュ レ ー シ ョ ン を 行 っ た.な. ル が す べ り台 の 柱 と 重 な る な どの,シ. Hは. 示すよ 目 まで を対. お,子. 危 険 度,h[m/s2]は. 値,α[m/s2]は. らせ ん 階 段 転 倒 時 の 頭 部 加 速 度 最 大. 基 準 値 とな る平 面 床 転 倒 時 の 頭 部 加 速 度 最 大 値. で あ る. な お,基. ど もモ デ. ミュ レー シ ョ ン上 の 不 都. 準 値 は,子. で 後 方 に約200傾. 合 が 生 じ た 部 分 は 排 除 した.. ど も マ ル チ ボ デ ィ モ デ ル を平 面 剛 体 床 上. け た状 態 か ら転 倒 さ せ る シ ミュ レ ー シ ョン よ. り取 得 した.. 初 期 姿 勢 の 設 定 は,転 倒 シ ミ ュ レー シ ョ ン に お い て 結 果 に影 響 を与 え る 重 要 な 因 子 で あ る と思 わ れ る.し. 4.ら. か し,こ れ ま で に. せ ん 階段 部 に お け る頭 部 傷 害 危 険 度 の 可 視 化. 子 ど もの 転 倒 姿 勢 を定 量 的 に計 測 した 例 は 見 当 た ら な い 。 そ こ. 4.1頭. で,本. 頭 部 傷 害 危 険 度 を可 視 化 す る プ ロ グ ラ ム の作 成 に は,JAVA3D. シ ミュ レ ー シ ョン で は仮 に 直 立 姿 勢 か ら後 方 に20。 傾 け,. 外 力 が 加 わ ら な い 状 態 を初 期 条 件 と して 設 定 した.こ 条件 の も と,Fig.7の. て45。 ず つ 回 転 させ,4方 ン を行 い,そ. を用 い た.各. の よ うな. よ う に階 段 の 下 り側 の 淵 を基 準 の0°. 部 傷 害危 険度 の可視 化 と考察 点 にお ける頭部 加 速度応 答 の最大 値 を線形 補 間す. る こ と に よ っ て,危. し. 3歳 児 お よ び7歳. 向 に 向 け て 後 方 転 落 シ ミュ レ ー シ ョ. の 中 で 後 述 す る頭 部 傷 害 危 険 度 が 最 も 高 い ケ ー ス. 険 度 を 連 続 的 に等 値 面 表 示 した.Fig.8に. 児 の頭 部 傷 害 危 険 度 マ ッ プ を示 す.い. 年 齢 に お い て も,階 段3段. をそ の 位 置 で の 転 倒 傷 害 危 険 度 と し た.. 険 度 が 高 い が,こ. 目お よ び4段. ず れの. 目の縁部 分 におい て危. れ は 子 ど もマ ル チ ボ デ ィモ デ ルが,階. 段から. 直 接 地 面 に落 下 す る た め で あ る. また,い. ず れ の 年 齢 に お い て も各 階 段 の 内 側 の ほ う が 階 段 外. 側 よ り も相 対 的 に頭 部 傷 害 危 険 度 が 高 い こ とが 分 か り,特 に3 歳 児 に お い て そ の 傾 向 は 顕 著 で あ る.Fig.9は 段 目内 側 で3歳. そ の 例 と して6. 児 が 転 倒 した 際 の 転 倒 開 始 時 の0[ms],大. 接 触 時 の500[ms]お. よ び 頭 部 衝 突 直 前 の650[ms]に. 腿部. お け る全. 身 の 挙 動 を示 した も の で あ る.ら せ ん 階段 は 内 側 ほ ど傾 斜 が き つ い た め,内 側 に お い て はFig.9(c)の. よ うに 頭 部 衝 突 面 まで の. 落 下 距 離 が 長 く,高 い衝 突 速 度 で 直 接 階 段 面 に 打 ち付 け ら れ る こ とが 分 か る.さ. ら に,Fig.9(b)に. 目 階 段 縁 部 に大 腿 部 を,Fig.9(c)に. 示 す よ う に,転 落 中 に5段 示 す よ う に4段. 目 に腰 部 が. 衝 突 す る こ と に よ りこ れ らの 接 触 点 周 りの 上 体 の 回 転 運 動 が 生 Fig.5. Construction. of playground. 成 され る.そ. model. の 結 果,頭. 部 は,階 段 面 に 直 接 衝 突 す る と と も に,. 衝 突 した 際 の 衝 突 速 度 が 回 転 運 動 に よ り加 速 さ れ て い る こ とが 分 か っ た.Fig.10に. 頭 部 衝 突 直 前 の650[ms】. まで の慣 性 座 標. 系 に対 す る 頭 部 座 標 系 の 角 速 度 を示 し,Fig.11に び 腰 部 の 階段 面 と の 接 触 力 応 答 を 示 した.こ 角 速 度 は 大 腿 部 の 接 触 が 生 じた500[ms]付 し,さ. ら に腰 部 が 接 触 す る625[ms]付. て い る こ とが 分 か る.さ. 大腿 部 お よ. れ ら よ り,頭 部 の. 近 か ら,急 激 に 上 昇. 近 にお い て さ ら に上 昇 し. らにFig.12に,頭. 部 重 心 にお け る 合. 成 並 進 加 速 度 を 示 した が 大 腿 の 接 触 後 の 回転 運 動 に よ り,接 触 Fig.6. JRSJ. Vol.26. Fall positions. No.6. Fig.7. Direction. of fall. 前 に は 重 力 加 速 度 と ほ ぼ 等 し い10[m/s2]程. 96. 度 の 頭 部 加 速 度 が,. Sept.,2008.

(5) 年 齢 別 子 ど も転 倒 シ ミュ レー タ に よ る遊 具 の 転 倒 傷 害 危 険 度 の 可 視 化. そ の4倍. の40[m/s2]程. 565. 度 ま で 増 加 し,さ. よ り衝 撃 直 前 に は80[m/s2]に. ら に腰 部 の 接 触 力 に. ま で 達 して い る こ とが 分 か る.. こ れ らの 要 因 に よ り,転 倒 位 置 が 階 段 内 側 に お い て 頭 部 傷 害 危 険 度 が 高 く,階 段 外 側 に 移 動 す る に つ れ 頭 部 傷 害 危 険 度 が 低 くな る 傾 向 が あ る.し か し,3歳. 児 の 場 合,Fig.8(a)中. ○ で示. した 階 段 外 側 に お い て 再 び頭 部 傷 害 危 険 度 が 顕 著 に 高 くな る こ とが 分 か る.Fig.13に. そ の 地 点 に お け る,3歳. の 転 倒 挙 動 を示 した.ま た,Fig.14に 進 速 度 を,Fig.15に た.3歳. 児. 体 節 に 生 じ る 階 段 面 との 接 触 反 力 を 示 し. 児 で は,500[ms]に. お い て 階段 縁 に 大腿 部 が 衝 突 す る こ. とで 上 体 の 回転 運 動 が 生 成 され,頭. (a) The map for 3 years children. 児 お よ び7歳. 頭 部 重 心 にお け る 合 成 並. 部 が加 速 され る とと もに臀. 部 や 腰 部 が 階 段 面 に 衝 突 せ ず に,頭 部 が650[ms]付 る こ と に よ り,8,000[N]ほ. 近 で衝 突 す. どの 高 い衝 撃 力 が 発 生 す る.一 方 で,. 7歳 児 は 下 肢 が 長 い た め,下 肢 は そ れ ほ ど階 段 縁 に衝 突 せ ず,腰 部 が650[ms]付. 近 に お い て 頭 部 よ り も先 に下 段 の 階段 面 に衝 突. お よ び 反 発 す る こ と に よ り,身 体 全 体 に 衝 突 面 の 法 線 方 向 上 向 きに 加 速 度 が 生 じる.こ. の た め,頭 部 が 衝 突 す る770[ms]ま. で. に頭 部 の 合 成 速 度 は 減 ぜ ら れ,頭 部 に作 用 す る衝 撃 荷 重 が 小 さ くな り,7歳. 児 の 頭 部 傷 害 危 険 度 は3歳. 児 よ り も低 くな っ た.. 以 上 の よ う に 危 険 度 マ ッ プ に よ り明 らか に な っ た 危 険 箇 所 に つ い て,シ. ミュ レー シ ョ ンで 得 ら れ る転 倒 挙 動 を 詳 細 に解 析 す. る こ と に よ り,事 故 の 要 因 が 明 ら か に な っ た.す. な わ ち,ら せ. ん 階 段 内 側 の 高 危 険 度 領 域 は,ら せ ん 階段 が 有 す る 構 造 的 危 険 と階 段 端 面 へ の 接 触 に よ り生 成 さ れ る 回 転 運 動 が 重 要 な 要 因 と (b) The map Fig.8 Head. for 7 years children injury hazard maps. Fig.9. Fig.10. Head. angular. velocity. して 考 え ら れ る.ま. Behavior of the 3‑year the 6th step. Fig.11. Contact. old model. force at body. when. た,階. falling from. segments. 段面 外側 におけ る低年 齢児 の高 危険. inside. Fig.12. Resultant. linear acceleration. at headCOG. 日本 ロ ボ ッ ト学 会 誌26巻6号. 97. 2008年9月.

(6) 宮. 566. Fig.13. Falling of the. 崎 祐. behaviors. from. 介. 持. 丸. 正. outside. 明. 西. 田. Fig.14. step. 佳. 史. Resultant. 河. 内. head. まき子. 宇 治橋. 貞. 幸. Fig.15. velocity. Contact. force at body. segments. at COG. る致 命 的 な 危 険 を 可 視 化 す る 手 法 を 開 発 した.さ. ら に,本 手 法. を らせ ん 階 段 付 す べ り台 に応 用 し,本 遊 具 に潜 在 す る転 倒 傷 害 危 険 度 の 可 視 化 と考 察 を行 い,さ 討 を 行 っ た.そ. の 結 果,内. ら に 対 策 案 の 効 果 につ い て 検. 側 ほ ど傾 斜 が 大 き い と い う ら せ ん 階. 段 の 構 造 上 の 問 題 が 子 ど も の 転 倒 傷 害 の 危 険 性 に大 き く影 響 し て い る こ と と,子. ど もの 年 齢 に よ る体 型 の 変 化 に伴 い,本. の 危 険 箇 所 が 変 化 す る こ と が 示 され た.こ. の よ う に,人. 遊具. 体の マ. ル チ ボ デ ィ モ デ ル を用 い た シ ミュ レー シ ョ ン を利 用 し て,遊. 具. の 危 険 度 を可 視 化 す る こ と に よ り,遊 具 の 危 険 箇 所 を直 感 的 に 認 識 す る こ とが 可 能 とな る と と も に,CADデ. Fig.16. Hazard. map. in. the. case. of. with. rail. ー タ上 で 事 前 に 対. 策 案 の 検 討 が 可 能 と な る.ま. た,危. 険 度 マ ップ に よ り明 ら か に. な っ た 危 険 箇 所 に つ い て,シ. ミ ュ レー シ ョ ン で 得 られ る 転 倒 挙. 動 を詳 細 に 解 析 す る こ と に よ り,事 故 原 因 の 究 明 が 可 能 と な る. 今 後 の 課 題 と して,一. 領 域 は 階 段 ス テ ップ 幅 と体 型 の 相 関 に よ る 転 倒 挙 動 の 変 化 が 要. 険 度マ ップの精 度向 上お よび検 証が 挙 げ られる。精 度 向上 の観. 因 で あ る と考 え られ る. 4.2危. 点 で は,特. 険 度 マ ッ プ に基 づ い た対 策 案 の 検 討. 遊 具 の 傷 害 危 険 度 マ ップ を構 築 す る こ と に よ り,そ れ に基 づ. え ば,本. 倒 傷 害 実 験 を行 う こ と は倫 理 的 に不 可 能 で あ る た め,事. 報 の す べ り台 に 関 して そ の例 を 挙. 階 段 の 幅 を高 危 険 度 領 域 を 減 らす よ う に 変 更 す る,危. れ,そ. 再 現 シ ミュ レー シ ョ ン を繰 り返 し行 う こ と に よ り,危 険 度 マ ッ プ お よ び シ ミ ュ レ ー シ ョ ンモ デ ル の 精 度 を 向 上 して い く こ とが. 険度 の高. 必 要 で あ る.. 々な対策 案 が考 え ら. の 効 果 を 仮 想 的 に評 価 す る こ とが で き る よ う に な る.そ. れ ら の な か で も本 報 で は,危. 参. せ ん 階段 内 側 へ の 手 す りの 設 置 の有 効 性 に つ い. て 検 討 した.こ. の 対 策 案 は 事 故 サ ー ベ イ ラ ンス プ ロ ジ ェ ク ト[1]. [1]. [2]. 西 田 佳 史,本. P.. pact. で,手 す りの モ デ ル を構 築 し,転 倒 シ ミュ レー シ ョン. 高 危 険 度 領 域 を カ バ ー す る よ う に手 す り を 設 置 し た せ ん階段 内側 にお い て. 頭 部 傷 害 危 険 度 が 下 が る こ とが 分 か り,本 対 策 案 の 有 効 性 を事 前 に 評 価 す る こ とが で きて い る.. [5]. 5.結. Model. Vol.26. No.6. H.. Cheng,. Chalmers. 公 園 遊 具 に よ る事 故 の検 証 報 告. and in. S.. pp.11‑16,. using. Data vol.39,. on. a. of. Biomechanical. Im. Playground. pp.503-509,. ,. 2006.. Stephenson: •gPrediction. Children,. Case-Control. Biomechanics,. L.A.. K.. Laboratory. Mizuno,. Injury. 98. and. Manual,•h. K.. Development. 環 境 に潜 在 す. Obergefell. (GEBOD). Armstrong. 本 研 究 で は,年 齢 別 子 ど もマ ル チ ボ デ ィモ デ ル を構 築 し,そ れ を 用 い た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン結 果 を利 用 して,遊. 中 龍 宏:. Fracture and. of. Data. 論 [6]. JRSJ. 献. Free. Falls,•h. 2006.. [3] American Society of Testing and Materials: Standatd Specifi cation for Impact Attenuation of Surfaceing Materials Within the Use Zone of Playground Equipment, F1292-04, ASTM Des ignation, 2004. [4] British Standard Institution: Impact Absorbing Play ground Surfacing-Safety Requirements and Test Methods, BSEN1177, 1998.. 度 頭 部 傷 害 危 険 度 マ ップ の 構 築 を 行 っ た.. 場 合 の 頭 部 傷 害 危 険 度 マ ッ プ で あ る.ら. D.. Radius. Journal. Fig.16は. 村 陽 一,山. Davidson,. Distal. され た も の と 同 じで あ る. CAD上. 文. 事 故 サ ー ベ イ ラ ン ス プ ロ ジ ェ ク ト報 告 書,. 報 と 同 一 の らせ ん 階 段 つ きす べ り台 に お い て 実 行. モ デ ル に 組 み 込 み,再. 考. 険 度 マ ッ プ に基 づ い た 対 策 案 の 検. 討 例 と し て,ら に お い て,本. 故サー. ベ イ ラ ン ス シ ス テ ム で 収 集 さ れ る実 事 故 デ ー タ を 活 用 し,事 故. げ る と,ら せ ん 階 段 内 側 へ の 子 ど もの 侵 入 を制 限 す る,ら せ ん. い場 所 を緩 衝 性 の 高 い マ ッ トで 覆 う 等,様. に転倒 時 の人 間の 能動 的な 回避行 動 をモ デル化 で き. て い な い こ とが 課 題 と して 挙 げ られ る.ま た,実 人 間 を対 象 に転. き,事 前 に様 々 な 対 策 案 を 仮 想 的 に コ ン ピ ュー タ上 で 検 討 す る こ と が 可 能 と な る.例. つ は 人 体 シ ミ ュ レ ー シ ョ ンモ デ ル と危. Prevention,. (WPAFB),. Iwata, of. a. A.L.. Report. T.. vol.6,. no.4,. of. Body. no.AL/CF-TR-1994-0051, 1994.. Deguchi,. Three‑Year‑Old. Rizer: •gGenerator. T.. Ikami. Child pp.361‑371,. and FE. M. Model,. Kubota: Trafic. 2005.. Sept.,2005.

(7) 年齢 別子 ど も転 倒 シ ミュ レ ー タ に よ る遊 具 の転 倒 傷 害 危 険 度 の 可 視 化 [7]. 厚 生 労 働 省:児 要), 2001.. 童 福 祉 施 設 等 が 設 置 す る遊 具 で 発 生 した 事故 調 べ(概. 製 品安 全 協 会:乳 幼 児 身体 計 測 報 告 書,財 団 法 人 製 品安 全 協 会,1 973.. [9]. 通 商 産 業省 工 業 技 術 院,日 本 規 格 協 会,JIS衣 料 サ イズ推 進協 議 会: 日本 人 の体 格 調 査 報 告 書― 既 製 衣 料 の寸 法 基 準 作 成 の た め の―(1978 年 〜1981年),日 G. to. Age. sity. 18. for. McConville,. Product. Safety. of Safety. Design,•h. of Michigan,. Commission,. J.K.. Yang. Body. Report. Children,. and. Prepared. for. Univer. and. and. J.. body. pp.1-109, et. Cuzzi: •gAnthropometric. segment. and. Model. for of. [13]. 横 井 孝 志,渋 育 学 研 究,. 川 侃 二,阿 vol.31,. Validation. Simulation. IRCOBI. 江 通 良:. pp.53‑66,. Miyazaki). of of. a. Human-. Car-Pedestrian. Conference,. pp.133-149,. 日本 人 幼 少 年 の 身 体 部 分係 数. ,体. 1986.. 持 丸 正 明(Masaaki. 2006年 東 京工 業大 学 大 学 院情 報 環境 学 専 攻博 士課. 1993年. 程 修 了.博 士(工 学).2006年 よ り金 沢 大学 自然科 学研 究 科助 手 を経 て2007年 よ り同大 学 助教.現 在 に至 る.デ ジ タル ・ヒュー マ ンモ デ リング に興 味 を. 学).1993年. 持 ち,衝 撃 を受 け る人 体 のモ デ リ ン グ及 び傷 害 解析 に関す る研 究 を行 って いる.日 本 機械 学 会,自 動 車. 動 の 計 測,モ. 技術 会,日 本神 経 外 科 学会 会 員.. Mochimaru). 慶 應 義 塾 大 学 大 学 院 博 士 課 程 修 了.博. 究 員.2003年. よ り産 総 研 デ ジ タ ル ヒ ュ ー マ ン研 究. セ ン タ ー 副 セ ン タ ー 長.現 IEEE,日. 士(工. よ り工 技 院 生 命 工 学 工 業 技 術 研 究 所 研. デ ル 化,産. 在 に 至 る.人. 体 形 状 ・運. 本 機 械 学 会,日. 業 応 用 に 関 す る研 究 に 従 事. 本 人 間 工 学 会 会 員.. (日本 ロボ ッ ト学 会 正会 員) 河 内 ま き子(Makiko. 西 田 佳 史(Yoshifumi. Nishida). 1998年 東 京 大学 大 学 院機 械工 学 專攻 博 士課 程 修 了.. 1979年 1980年. 博 士(工 学).同. 究 所主 任 研 究 員.2007年. 年電 子 技術 総 合研 究 所 入 所.2001. Kouchi). 東 京 大 学 大 学 院 博 士 課 程 修 了.理 学 博 士. よ り東 京大 学助 手.1987年 よ り製 品科 学研 よ り産 業技 術 総 合研 究 所. 年 産業 技術 総 合研 究所 デジ タル ヒューマ ンラボ研 究. 上 席研 究 員.人 体 の形 態 的 変異 に興 味 を持 ち,形 態. 員 を経 て,2003年 同研 究 所 デ ジ タル ヒ ュー マ ン研 究 セ ンター 人 間行 動 理解 チ ーム 長.2005年 同研 究. 計測 とモ デ ル化,そ の産 業 応用 に関す る研 究 を行 っ て い る.日 本 人類 学 会,日 本 人 間 工学 会 会 員.. 所 主 任研 究 員.同 年 「 事 故予 防の た めの 日常 行動 セ ンシ ン グ と計 算 論 の基 盤 技術 」(科 学技 術 振 興 機 構CREST>の 研究 代 表 者.人 工 知 能 学 会,IEEEの. 会 員.. 宇 治 橋 貞 幸(Sadayuki. (日本 ロボ ッ ト学 会正 会 員) Ujihashi). 1971年 東京 工業 大学 大学 院修 士課 程修 了.博 士(工 学).1973年 よ り東 京 工 業 大学 工 学 部 助 手.1994 年 よ り同大 学 大 学 院情 報 理 工 学 研 究 科 教 授.現 在 に至 る.ス ポ ー ッ工 学 ・安全 工 学 ・バ イオ メカニ ク ス な どの分野 で 人 間 に とって真 に安 全 で快 適 な工 業 製 品の 開 発 支援 や 評 価 に関 す る研 究 を行 っ てい る, 営 委 員 会 理 事,. IMechE. 日本 ス ポ ー ツ 産 業 学 会 理 事,日 員,日. inertia,•h. 1977.. 宮 崎 祐 介(Yusuke. ISEA運. of. 1980.. al.: •gDevelopment. Proceedings. re. moments. 1997.. Youths. Consumer. UM-HSRI-77-7,. Kalpes. body. Mathematical. Collisions,•h. Infants,. I. of. AFAMRL-TR-80-119, [12]. 本規 格 協 会, 1984.. Snyder: •gAnthropometry. Product. J.T.. lationships. [8]. [10]. [11]. 567. 本 複 合 材 料 学 会 会 員.. Journal副. 編 集 長,. 本 機 械 学 会 フ ェ ロ ー,日. JSEA委. 員 長,. 本 材料 学 会 会.

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