JP4283784B2 - 鉄道車両用外板部材の成形方法及び鉄道車両用外板部材 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用外板部材の成形方法及び鉄道車両用外板部材に関し、詳しくは、鉄道車両の先頭車の曲面形状を有する先頭部分の外板を形成するための鉄道車両用外板部材の成形方法及び鉄道車両用外板部材に関する。

近年は、高速走行時の空気抵抗の低減やデザイン上の理由から、先頭車の先頭部分の外板形状を複雑な曲面で構成する鉄道車両が急増している。このような曲面形状を有する鉄道車両の先頭部分は、一般に、周方向部材と縦通し部材とを互いに交叉させて形成したフレームの外側に、所定形状に成形した外板部材（外板ピース）を溶接して結合する構造が広く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

このような曲面形状を有する外板は、大量生産が可能な場合、例えば、自動車や航空機のように、数百枚以上の生産枚数が見込める場合には、大型のプレス機械を用いてプレス成形することができるが、鉄道車両の先頭車は、生産台数が限られているため、コスト的な理由から大型のプレス機械を用いることが極めて困難であり、外板を複数の外板部材に分割し、１枚ずつ手作業で曲げ加工を行っているのが実情である。特に、高速走行を行う新幹線車両の先頭車における先頭部分は、非常に大型で滑らかな曲面を多用した複雑な形状となっており、通常のプレス成形で形成することが困難であることから、外板を人が持てる程度の大きさの板材に分割し、１枚ずつ手作業で加工するのが一般的であった。
特開２００４−２８４５０４号公報

しかし、従来の外板部材は、１枚ずつ手作業で曲げ加工を行っているため、成形後の外板部材の形状や品質が安定せず、フレームと合わせたときに隙間が発生してしまうことがあった。さらに、小さなピースに分割しているために溶接量が多くなり、溶接時の熱による歪みも発生しやすく、溶接後の歪み取りに多大な労力を必要とするなどの問題があった。また、手作業で加工することから、外板部材の大きさが人が持てる程度の大きさ、重量以内に制限されるため、製作が容易な部分の外板部材も大きく板取りすることはできなかった。

そこで本発明は、鉄道車両の先頭部分を形成する外板の分割数を少なくすることができ、溶接量を低減して歪みの発生を抑え、良好な外観の先頭部分を形成することができる鉄道車両用外板部材の成形方法及び鉄道車両用外板部材を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の鉄道車両用外板部材の成形方法は、鉄道車両の先頭車の曲面形状を有する先頭部分の外板を複数枚に分割して成形する鉄道車両用外板部材の成形方法において、金属板を、レール方向の長さが２５００〜５０００ｍｍ、周方向の長さが４００〜１０００ｍｍの範囲の長方形状に板取りし、該長方形状に板取りした金属板の長手方向両端をチャックにてそれぞれ掴んで長手方向に引張しながら金型成形したことを特徴としている。

また、本発明の鉄道車両用外板部材は、上記鉄道車両用外板部材の成形方法で得られた鉄道車両用外板部材である。

本発明の鉄道車両用外板部材によれば、長方形状に板取りした金属板の長手方向を引張しながら金型成形することにより、比較的簡易な金型を使用して外板部材を所定形状に確実に成形することができ、形状や品質が安定した良好な外板部材を得ることができる。また、従来の人手で加工を行うものに比べて外板部材を大型化することができるので、外板の分割数が少なくなって溶接量が減少し、溶接作業工程数の削減が図れるとともに、溶接時の熱による歪みの発生も低減できるので、溶接後の歪み取り作業の軽減又は省略も図れる。これにより、高精度で見栄えのよい先頭部分（先頭構体）を低コストで製作することができる。

図１及び図２は本発明の鉄道車両用外板部材の加工状態を示すもので、図１は加工前の状態を示す説明図、図２は加工時の状態を示す説明図である。図３は鉄道車両の先頭部分の外板形状の一例を示す斜視図、図４は外板の板取り状態の一例を示す斜視図である。

図３に示すように、鉄道車両の先頭車両における先頭部分（先頭構体）の外板１１は、車体長手方向（レール方向）及び周方向に複雑に曲がった曲面を有しており、特に、周方向の曲率変化が大きくなっている。このような形状の外板１１を形成するため、図４に示すように、レール方向が長く、周方向が短い長方形状に金属板１２を板取りし、板取りした各金属板１２，１２を所定形状に成形する。

金属板１２の成形は、図１及び図２に示すように、下型１３と上型１４との間に前記金属板１２を配置し、該金属板１２の長手方向両端をチャック１５，１５にてそれぞれ掴み、ストレッチャーによって金属板１２の降伏点（体力）に近い引張力で引っ張りながら金属板１２を下型１３に押し付けて成形するとともに上型１４を下降させ、下型１３と上型１４とで金属板１２を所定の圧力で挟むことにより、金属板１２を所定形状に固定して外板部材１６を製作する。なお、下型１３と上型１４との圧着は、油圧式、機械式の成形装置を用いて行うことができ、金属板１２の大きさや肉厚、変形量、その他、金型の大きさや成形圧力等の条件に応じて適宜なものを選択することができる。また、ストレッチャーも、必要な引張力に応じて任意の形式のものを使用することができる。

このように、金属板１２を引張しながら金型を用いて成形することにより、スプリングバックをほとんど発生させないで金属板１２を所定形状の外板部材１６に成形することができ、品質にばらつきのない良好な状態の外板部材１６を得ることができる。板取り位置に応じた形状にそれぞれ成形した各外板部材１６は、必要に応じて仕上げ加工を施した後、あらかじめ製作したフレーム（図示せず）の所定位置に配置し、溶接して接合することにより、図３に示すように、複数の外板部材１６を組み合わせた先頭部分の外板１１を形成することができる。

金属板１２には、鉄道車両に用いられている各種金属板、例えば、アルミニウム合金、チタン合金、ステンレス鋼、軟鋼等の塑性加工が可能な金属板を用いることができる。また、金属板１２の形状は、板取り部分に応じて適当な形状とすることができ、長手方向両端を引っ張ることを考慮すると、通常は、前述の長方形状とすることが好ましいが、長方形状が多少変形した三角形状や長円又は楕円形状に近い形状となっていてもよい。

さらに、金属板１２の大きさは、成形する外板部材１６の位置や形状によって異なるが、外板１１の分割数を考慮すると、レール方向の長さを２５００ｍｍ以上、周方向の長さ（幅）を４００ｍｍ以上とすることが好ましく、通常は、レール方向の長さを２５００〜５０００ｍｍ、周方向の長さを４００〜１０００ｍｍの範囲とすることが望ましい。このような大きさで各外板部材１６をそれぞれ形成することにより、従来のように小さくピース状に分割した場合に比べて外板部材１６の枚数を１／５〜１／１０程度にまで少なくすることができる。これにより、外板１１における溶接量を減少させることができるので、溶接に要する作業量を大幅に削減することができるとともに、溶接時に発生する熱量も減少するので、熱による歪みの発生も少なくなり、溶接後の歪み取り作業を省略したり、大幅に軽減したりすることができ、溶接から歪み取りに至る工程数を大幅に削減することができる。

また、金属板１２の板取り寸法を、レール方向が長く、周方向が短い長方形状とすることにより、曲率が比較的小さなレール方向を引っ張る状態になるので、曲率が比較的大きな周方向を引っ張る場合に比べて引張力を小さくすることができる。さらに、引張力を小さくできることから、金型に要求される強度も小さくすることができ、金型の簡略化も図れる。また、鉄道車両では、周方向に歪みが発生すると、歪みが目立って外観上好ましくないが、車両長手方向（レール方向）の歪みはそれほど目立たないため、レール方向に長く板取りして外板部材１６を成形することにより、長手方向の分割数が減少して周方向の溶接歪みが発生する確率を少なくでき、歪みが発生しても目立ちにくいという利点もある。

本発明の鉄道車両用外板部材の加工前の状態を示す説明図である。 同じく加工時の状態を示す説明図である。 鉄道車両の先頭部分の外板形状の一例を示す斜視図である。 外板の板取り状態の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１１…外板、１２…金属板、１３…下型、１４…上型、１５…チャック、１６…外板部材

Claims (2)

1. 鉄道車両の先頭車の曲面形状を有する先頭部分の外板を複数枚に分割して成形する鉄道車両用外板部材の成形方法において、金属板を、レール方向の長さが２５００〜５０００ｍｍ、周方向の長さが４００〜１０００ｍｍの範囲の長方形状に板取りし、該長方形状に板取りした金属板の長手方向両端をチャックにてそれぞれ掴んで長手方向に引張しながら金型成形したことを特徴とする鉄道車両用外板部材の成形方法。
2. 請求項１の鉄道車両用外板部材の成形方法にて得られたことを特徴とする鉄道車両用外板部材。

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