(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の所定の板厚を有して互いに平行に対向する第１の主面と第２の主面とで規定される平板に、複数のビードが第１の方向に延在して形成される鉄道車両の妻構体に取り付けられる鉄道車両構体用外板であって、
前記ビードはそれぞれ、所定の幅と所定の高さで規定される所定の断面形状を有して前記第１の主面から前記第２の主面側に突出し、
前記ビードと前記第２の主面との境界には、所定の曲率半径で規定されるエッジが形成され、
前記断面形状は、前記第１の方向に垂直な面に含まれて、前記第２の主面側におけるビードの表面における接線が当該第２の主面と成す角度をθｉとすると、０°＜｜θｉ｜≦４５°の範囲で連続的に変化し、
前記第１の所定の板厚をＴとし、前記所定の高さをＨｂとし、前記所定の幅をＷｂとするとき、
１．０ｍｍ≦Ｔ≦１．５ｍｍ、
５ｍｍ≦Ｈｂ≦８ｍｍ、
０．１３≦Ｈｂ／Ｗｂ≦０．１７、
３≦Ｈｂ／Ｔ≦６、及び
２０≦Ｗｂ／Ｔ≦６０
であることを特徴とする、鉄道車両構体用外板。
【請求項２】
前記第２の主面において、前記ビードの輪郭は前記エッジによって規定されることを特徴とする、請求項１に記載の鉄道車両構体用外板。
【請求項３】
前記θｉは、前記エッジにおいて、４５°＜｜θｉ｜≦９０°の範囲で連続的に変化することを特徴とする、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の鉄道車両構体用外板。
【請求項４】
前記断面形状は円弧状であることを特徴とする、請求項１、請求項２、及び請求項３のいずれか一項に記載の鉄道車両構体用外板。
【請求項５】
前記断面形状は、２つの円弧状部と１つの直線部とからなる台形状であることを特徴とする、請求項１、請求項２、及び請求項３のいずれか一項に記載の鉄道車両構体用外板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両構体に使用される外板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両の外板は、車両構体に必要とされる構造強度を確保するため、構造強度の一部を担うことが出来るビード付きの外板が採用されている。そのような例として、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６及び図１７を参照して、従来の車両の妻構体に使用されている外板（以降、「妻外板」）について説明する。先ず、図９〜図１５を参照して、特許文献１に述べられているような第１及び第２の従来の妻構体について説明し、次に、図１６〜図１７を参照して、さらなる従来の妻構体について説明する。
【０００３】
（第１の従来の妻構体）
図９（ａ）に示す、第１の従来の妻外板Ｐｅｇｃ１は、図９（ｂ）に示す妻構体Ｓｇｃ１にスポット溶接Ｗｓにて取り付けられている。妻外板Ｐｅｇｃ１では、板厚Ｔｃ１（図１０）が１．５ｍｍの外板Ｐｅｃ１に、車両の高さ方向（以降、車両高方向Ｄｖ）に平行に数本（本例では、１２本）のビードＢｃｖが外板Ｐｅｃ１の端部の近傍まで延在している。妻構体Ｓｇｃ１では、中央部に、天井より高い位置から台枠Ｆｕまで延在するＨ字状に構成された柱Ｐｔが配設されている。柱Ｐｔは、左右の垂直フレームＦｖｒ及びＦｖｌが水平フレームＦｈで連結されている。
【０００４】
柱Ｐｔの左右に、それぞれ４本（合計８本）の横骨Ｆｍｈが設けられている。最上段の横骨Ｆｍｈ及び水平フレームＦｈと屋根との間にそれぞれ縦骨Ｆｍｖが設けられている。横骨Ｆｍｈと縦骨Ｆｍｖは、ハット状断面を有する鋼材で形成されている。一般にビードの延在方向に骨相当の剛性が得られるので、妻構体Ｓｇｃ１においては、縦骨Ｆｍｖは上述の３本のみが配設されている。
【０００５】
図９（ａ）においてビードＢｃｖを直線Ｘａ−Ｘａで切断した横断面を図１０（ａ）に示し、直線Ｘｂ−Ｘｂで切断した縦断面を図１０（ｂ）に示す。図１０（ａ）に示すように、ビードＢｃｖの横断面形状は、中心を外板Ｐｅｃ１より上方に有する曲率半径Ｒｆｃ１で規定される曲面で車両の長手方向（以降、車両長手方向Ｄｌ）／車両の幅方向（以降、車両幅方向Ｄｗ）に盛り上がり、途中から外板Ｐｅｃ１より下方に中心を有する曲率半径Ｒｐｃ１で規定される曲面でさらに延在して、車両長手方向Ｄｌでのピーク高さＨｂｃ１（以降、「ビード高Ｈｂｃ１」）に達する。そして、ビードＢｃｖの断面形状は、ピーク点を通り車両幅方向Ｄｗ及び車両高方向Ｄｖの両方に対して垂直な中心面Ｃｐ１に対象な曲面を成して下降して外板Ｐｅｃ１に戻る。このように、ビードＢｃｖの横断面形状は、麓領域から頂上領域、頂上領域から麓領域へと滑らかな曲面で連続的に形状が変化するように形成されている。外板Ｐｅｃ１の上面が盛り上がり始める、中心面Ｃｐ１に対して対象な２点間の距離をビード幅Ｗｂｃ１と呼ぶ。
【０００６】
図１０（ｂ）に示すように、ビードＢｃｖの縦断面形状は、中心を外板Ｐｅｃ１より上方に有する曲率半径Ｒｅｃ１で規定される曲面で車両高方向Ｄｖ／車両長手方向Ｄｌに盛り上がり、途中から中心を外板Ｐｅｃ１より下方に有する曲率半径Ｒｅｓｃ１で規定される曲面でさらに延在して、ビード高Ｈｂｃ１に達する。このように、ビードＢｃｖの縦断面形状は、外板Ｐｅｃ１から下位麓領域へ、下位麓領域から上位麓領域へ、上位麓領域から頂上領域へと滑らかな曲面で連続的に形状が変化するように形成されている。車両高方向Ｄｖ方向のビードＢｃｖの盛り上がり開始点と、盛り上がり終了点間の距離をビード長Ｌｂｃ１と呼ぶ。曲率半径Ｒｅｃ１及び曲率半径Ｒｅｓｃ１で規定されるビードＢｃｖの領域をそれぞれ、下位麓領域及び上位麓領域と呼ぶ。そして、下位麓領域及び上位麓領域の車両高方向Ｄｖ方向の長さを縦麓長Ｌｓ１と呼ぶ。
【０００７】
一般的なビードＢｃｖにおいては、板厚Ｔｃ１は１．５ｍｍ、曲率半径Ｒｆｃ１は１０ｍｍ、曲率半径Ｒｐｃ１は５ｍｍ、ビード高Ｈｂｃ１は８ｍｍ、ビード幅Ｗｂｃ１は２６．５３ｍｍ、曲率半径Ｒｅｃ１は３０ｍｍ、曲率半径Ｒｅｓｃ１は３０ｍｍ、そして縦麓長Ｌｓ１は１５ｍｍである。
【０００８】
（第２の従来の妻構体）
図１１（ａ）に示す妻外板Ｐｅｇｃ２は、図１１（ｂ）に示す妻構体Ｓｇｃ２にスポット溶接Ｗｓにて取り付けられている。妻外板Ｐｅｇｃ２では、板厚Ｔｃ２（図１２）が１．２ｍｍの外板Ｐｅｃ２に、数本（本例では、２６本）のビードＢｃｗが車両幅方向Ｄｗに平行にプレス出しされて延在している。妻構体Ｓｇｃ２では、妻構体Ｓｇｃ１と同様に、中央部に、天井より高い位置から台枠Ｆｕまで延在するＨ字状に構成された柱Ｐｔが配設されている。左右の垂直フレームＦｖｒ及びＦｖｌの水平フレームＦｈの反対側から、それぞれ右水平フレームＦｈｒ及び左水平フレームＦｈｌが左右に延在している。
【０００９】
右水平フレームＦｈｒ及び左水平フレームＦｈｌと屋根との間にそれぞれ縦骨Ｆｍｖが設けられている。横骨Ｆｍｈは設けられていない。つまり、妻構体Ｓｇｃ２は、妻構体Ｓｇｃ１から中央の縦骨Ｆｍｖと、左右の６本の横骨Ｆｍｈとを削除すると共に、最上段の２本の横骨Ｆｍｈが右水平フレームＦｈｒ及び左水平フレームＦｈｌに交換された構造を有している。これは、妻外板Ｐｅｇｃ２においては、車両幅方向Ｄｗ方向に延在して複数本設けられたビードＢｃｗにより横骨相当の強度を実現しているからである。つまり、ビードＢｃｗによって、妻構体Ｓｇｃ２における横骨を廃止しているものである。
【００１０】
図１１（ａ）においてビードＢｃｗを直線ＸＩＩａ−ＸＩＩａで切断した横断面を図１２（ａ）に示し、直線ＸＩＩｂ−ＸＩＩｂで切断した縦断面を図１２（ｂ）に示す。図１２（ａ）に示すように、ビードＢｃｗの横断面形状は、中心を外板Ｐｅｃ２より上方に有する曲率半径Ｒｆｃ２で規定される曲面で車両長手方向Ｄｌ／車両高方向Ｄｖに盛り上がり、途中から外板Ｐｅｃ２より下方に中心を有する曲率半径Ｒｐｃ２で規定される曲面でさらに延在して、車両長手方向Ｄｌでのピーク高さＨｂｃ２（以降、「ビード高Ｈｂｃ２」）に達する。そして、ビードＢｃｗの断面形状は、ビード高Ｈｂｃ２を保って所定の距離だけ、車両高方向Ｄｖ方向に延在する。そして、中心を外板Ｐｅｃ２より下方に有する曲率半径Ｒｐｃ２で規定される曲面を成して下降し、途中で中心を外板Ｐｅｃ２より上方に有する曲率半径Ｒｆｃ２で規定される曲面を成して下降して外板Ｐｅｃ２に戻る。
【００１１】
曲率半径Ｒｆｃ２及び曲率半径Ｒｐｃ２で規定されるビードＢｃｗの領域を横麓領域および横頂上領域と呼ぶ。横麓領域と頂上領域とを結ぶ線がビード高Ｈｂｃ２に至る点と、同点に対して中心面Ｃｐ２に対象な位置にある点との距離を頂上幅Ｗｐｃ２と呼ぶ。そして、麓領域において、外板Ｐｅｃ２の下面が外板Ｐｅｃ２の上面の高さに在る、中心面Ｃｐ２に対して対象な２点間の距離を麓幅Ｗｓｃ２と呼ぶ。さらに、麓領域において、外板Ｐｅｃ２の上面が盛り上がり始める、中心面Ｃｐ２に対して対象な２点間の距離をビード幅Ｗｂｃ２と呼ぶ。このように、ビードＢｃｗの横断面形状は、外板Ｐｅｃ２から麓領域まで車両高方向Ｄｖ方向に（Ｗｂｃ２−Ｗｓｃ２）／２の距離、麓領域から頂上領域まで車両高方向Ｄｖ方向に（Ｗｓｃ２−Ｗｐｃ２）／２の距離、そして麓領域間の車両高方向Ｄｖ方向の距離Ｗｐｃ２にわたって、滑らかな曲面で連続的に形状が変化するように形成されている。
【００１２】
図１２（ｂ）に示すように、ビードＢｃｗの縦断面形状は、中心を外板Ｐｅｃ２より上方に有する曲率半径Ｒｅｃ２で規定される曲面で車両幅方向Ｄｗ／車両長手方向Ｄｌに盛り上がり、途中から中心を外板Ｐｅｃ２より下方に有する曲率半径Ｒｅｓｃ２で規定される曲面でさらに延在して、ビード高Ｈｂｃ２に達する。なお、車両幅方向Ｄｗ方向のビードＢｃｗの盛り上がり開始点と、盛り上がり終了点間の距離をビード長Ｌｂｃ２と呼ぶ。曲率半径Ｒｅｃ２及び曲率半径Ｒｅｓｃ２で規定されるビードＢｃｗの領域をそれぞれ、下位麓領域及び上位麓領域と呼ぶ。そして、下位麓領域及び上位麓領域の車両幅方向Ｄｗ方向の長さを縦麓長Ｌｓ２と呼ぶ。このように、ビードＢｃｗの縦断面形状は、外板Ｐｅｃ２から下位麓領域へ、下位麓領域から上位麓領域へ、上位麓領域から頂上領域へと滑らかな曲面で連続的に形状が変化するように形成されている。
【００１３】
一般的なビードＢｃｗにおいては、板厚Ｔｃ２は１．２ｍｍ、曲率半径Ｒｆｃ２は７ｍｍ、曲率半径Ｒｐｃ２は７ｍｍ、ビード高Ｈｂｃ２は１５ｍｍ、頂上幅Ｗｐｃ２は１８ｍｍ、麓幅Ｗｓｃ２は３０ｍｍ、ビード幅Ｗｂｃ２は３９．４８ｍｍ、曲率半径Ｒｅｃ２は３０ｍｍ、曲率半径Ｒｅｓｃ２は３０ｍｍ、そして、縦麓長Ｌｓ２は２０ｍｍである。これより、ビードＢｃｗ（妻外板Ｐｅｇｃ２）は、上述のビードＢｃｖ（妻外板Ｐｅｇｃ１）に比べて、ビード高Ｈｂｃ２がビード高Ｈｂｃ１の約２倍（１５／８）、ビード幅Ｗｂｃ２がビード幅Ｗｂｃ１の約１．５倍（３９．４８／２６．５３）と、ビードＢｃｖに比べて、幅が広く且つ高いことが分かる。さらに、ビードＢｃｗの先端の平坦部である頂上幅Ｗｐｃ２が１８ｍｍであるのに対して、ビードＢｃｖでは先端部も円弧状であり、その幅は強いて言えば曲率半径Ｒｐｃ１（５ｍｍ）程度である。
【００１４】
つまり、妻外板Ｐｅｇｃ２では、妻外板Ｐｅｇｃ１のビードＢｃｖに比べて、幅が広く高く矩形状断面を有するビードＢｃｗを設けて、骨材に相当するような強度を実現している。結果、図１１（ｂ）に示すように、妻構体Ｓｇｃ２から横骨を廃止することを可能にしている。
【００１５】
図１３及び図１４を参照して、一般的なビード出しのプレス成形方法（以降、「ビードプレス方法」）を外板に適用した場合のビード出し工程について説明する。図１３（ａ）に、ビードプレスされた外板（以降、ビードプレス外板）の一例を示す。同図において、左側に車両に取り付けられる時の姿勢のビードプレス外板Ｐｅｃを室内側正面から見た状態を示し、右側に同図において直線ＸＩＩＩ（ａ）−ＸＩＩＩ（ａ）で切った断面を示す。
【００１６】
本例においては、板厚がＴｂｃ（以降、「ビードプレス外板厚Ｔｂｃ」）であるビードプレス外板Ｐｅｃに、車両長手方向Ｄｌに所定の高さＨｂｃ（以降、「ビード高Ｈｂｃ」）だけ円弧状に張り出した４本のビードＢｃが車両高方向Ｄｖに幅Ｗｂｃ（以降、「ビード幅Ｗｂｃ」）を有して、車両幅方向Ｄｗに長さＬｂｃ（以降、「ビード長Ｌｂｃ」）延在して形成されている。ビードＢｃの円弧状の張り出した面を凸面Ｓｐと呼び、凹んだ面を凹面Ｓｒと呼んで識別する。なお、ビード高Ｈｂｃは、上述のビード高Ｈｂｃ１及びＨｂｃ２に相当し、ビードプレス外板厚Ｔｂｃは上述の板厚Ｔｃ１及びＴｃ２に相当し、ビードプレス外板Ｐｅｃは上述の外板Ｐｅｃ１及びＰｅｃ２に相当する。
【００１７】
なお、ビードプレス外板Ｐｅｃは、妻構体の一部として要求される構造強度を実現するために、以下に述べる要求を満たすように設定される。
ビードプレス外板厚Ｔｂｃ＝１．０〜１．５ｍｍ
ビード高Ｈｂｃ＝８〜１５ｍｍ
ビード幅Ｗｂｃ＝２５〜６０ｍｍ
ビード高Ｈｂｃ／ビード幅Ｗｂｃ＝０．２〜０．６
ビード高Ｈｂｃ／ビードプレス外板厚Ｔｂｃ＝５〜１５
ビード幅Ｗｂｃ／ビードプレス外板厚Ｔｂｃ＝１７〜４０
【００１８】
ビードプレス外板Ｐｅｃの構造強度は、ビードプレス外板厚Ｔｂｃ及びビードＢｃ（ビード高Ｈｂｃ、ビード幅Ｗｂｃ）によって決まる。つまり、外板Ｐｅｃの構造強度をＳとし、ビードプレス外板Ｐｅｃの材質をＭとすると、
Ｓ＝ｆ（Ｈｂｃ，Ｗｂｃ、Ｔｂｃ、Ｍ）と一般式化できる。
【００１９】
ビードプレス外板Ｐｅｃは通常、構体にスポット溶接されるので、ビードプレス外板Ｐｅｃの材質Ｍは構体と同一の材料が選ばれる。鋼製車両の場合には、重量増加を抑えるために、外板を厚くすることなく骨の削減が可能なビードプレス外板Ｐｅｃが多く採用されるが、アルミ合金製車両の場合にはヤング率が鋼の約１／３であることから、妻外板の厚さは鋼製の場合の約１．４倍が必要とされ、プレス加工性が低下することから、ビードプレス外板はほとんど採用されていない。
【００２０】
図１３（ｂ）に、上述のビードプレス外板Ｐｅｃの成形に用いられる、プレス金型の雄型Ｄｃｍ（以降、「プレス雄金型Ｄｃｍ」）の一例を示す。同図において、左側にプレス工程におけるプレス雄金型Ｄｃｍを上から見た状態を示し、右側に同図において直線ＸＩＩＩ（ｂ）−ＸＩＩＩ（ｂ）で切った断面を示す。プレス雄金型Ｄｃｍの下面には、ビードＢｃの凹面Ｓｒに対応して、所定の長さＨｂｃｍ（以降、「ビード型深さＨｂｃｍ」）だけ円弧状に張り出した、４本の突起Ｐ（以降、「ビード型Ｐ」）が車両高方向Ｄｖに幅Ｗｂｃｍ（以降、「ビード型幅Ｗｂｃｍ」）を有して、車両幅方向Ｄｗに長さＬｂｃｍ（以降、「ビード型長Ｌｂｃｍ」）だけ延在して形成されている。なお、ビード型長Ｌｂｃｍはビード長Ｌｂｃより短く、ビード型幅Ｗｂｃｍはビード幅Ｗｂｃより狭く、ビード型深さＨｂｃｍはビード高Ｈｂｃと同じである。
【００２１】
図１３（ｃ）に、上述のビードプレス外板Ｐｅｃの成形に用いられる、プレス金型の雌型Ｄｃｆ（以降、「プレス雌金型Ｄｃｆ」）の一例を示す。同図において、左側にプレス工程におけるプレス雌金型Ｄｃｆを上から見た状態を示し、右側に同図において直線ＸＩＩＩ（ｃ）−ＸＩＩＩ（ｃ）で切った断面を示す。プレス雌金型Ｄｃｆの上面には、ビードＢｃの凸面Ｓｐに対応して、所定の長さＨｂｃｆ（以降、「ビード型深さＨｂｃｆ」）だけ円弧状に凹んだ、４本の溝Ｒ（以降、「ビード型溝Ｒ」）が車両高方向Ｄｖに幅Ｗｂｃｆ（以降、「ビード型幅Ｗｂｃｆ」）を有して、車両幅方向Ｄｗに長さＬｂｃｆ（以降、「ビード型長Ｌｂｃｆ」）だけ延在して形成されている。なお、プレス雄金型Ｄｃｍとプレス雌金型Ｄｃｆを合わせて、プレス金型Ｄｃと呼ぶ。
【００２２】
ビード高Ｈｂｃは、ビード型深さＨｂｃｆ及びビード型深さＨｂｃｍと一致する。一方、ビード長Ｌｂｃはビード型長Ｌｂｃｆ及びビード型長Ｌｂｃｍのいずれかと一致し、ビード幅Ｗｂｃもビード型幅Ｗｂｃｆ及びビード型幅Ｗｂｃｍのいずれかと一致する。本実施の形態においては、説明の都合上、ビード長Ｌｂｃ、ビード幅Ｗｂｃは、それぞれビード型長Ｌｂｃｆ及びビード型幅Ｗｂｃｆに一致するものとする。つまり、次式（１）、（２）、及び（３）に示す関係が成立する。
Ｌｂｃｆ＝Ｌｂｃ＞Ｌｂｃｍ          ・・・・  （１）
Ｗｂｃｆ＝Ｗｂｃ＞Ｗｂｃｍ          ・・・・  （２）
Ｈｂｃｆ＝Ｈｂｃ＝Ｈｂｃｍ          ・・・・  （３）
【００２３】
図１４（ａ）に、プレス雌金型Ｄｃｆの上に、外板Ｐｃが載置され、その上方に、ビード型溝Ｒにビード型Ｐが対応するように、プレス雄金型Ｄｃｍが保持された状態で、車両幅方向Ｄｗ方向に見た状態を示す。この状態で、プレス機械（不図示）によってプレス雄金型Ｄｃｍがプレス雌金型Ｄｃｆに向かって（以降、「ビードプレス方向Ｄｐｂ」）に下降されることにより、ビードプレス工程が開始する。
【００２４】
図１４（ｂ）に、プレス雄金型Ｄｃｍが下死点に達した時の状態を示す。外板Ｐｃは、プレス雄金型Ｄｃｍとプレス雌金型Ｄｃｆとの間で圧迫されて、ビード型Ｐ及びビード型溝Ｒとによって延ばされて、ビードＢｃが形成される。なお、プレス機械に含まれる押え装置（不図示）によって、外板Ｐｃの位置決め及び、ズレや跳ね上がりの防止が行われる。プレス雄金型Ｄｃｍが引き上げられると、プレス雌金型Ｄｃｆ上に、ビードプレス外板Ｐｅｃが完成される。
【００２５】
図１４（ｃ）に、図１４（ｂ）において円Ａで囲まれたビードＢｃの断面形状を拡大して示す。同図に示すように、ビードプレス外板Ｐｅｃは、凸面Ｓｐ側及び凹面Ｓｒ側の両面が連続的な面を保って変化している。これは、図１０及び図１２を参照して説明したとおりであるが、以下に金型によるプレス成形の観点から、さらに詳しく説明する。上述のように、ビードプレスでは外板Ｐｃの延性を利用して成形しているため、屈曲部を設けると局部的な延びを生じてしまい、薄肉化による強度の低下や破断に至る危険性を伴う。そのため、プレス雄金型Ｄｃｍ及びプレス雌金型Ｄｃｆのプレス面にはエッジ（角ばった箇所）の存在が許されないからである。また、プレス後のビードプレス外板Ｐｅｃの離型時のスリ傷防止のために、ビードＢｃの輪郭形状（凸面Ｓｐ及び凹面Ｓｒ）は概ねハの字状にかつ緩やかに広がる曲面で形成される必要がある。
【００２６】
なお、説明の便宜上、図１３及び図１４を参照して、複数本（本例では、４本）のビードＢｃを同時にプレス成形する一般的なプレス金型Ｄｃ（以降、「複数ビードプレス金型Ｄｃ」）を例に、一般的なビードプレス成形方法について説明した。しかしながら、複数ビードプレス金型Ｄｃは鋼材で作成されるので、金型作成及び保守に要する費用が大きい。また、複数本のビードを同時にプレス成形するために、ビード本数や長さやビードの配置パターンが異なる外板毎に専用に用意される必要があり、それぞれに金型作成及び保守費用が生じる。このような費用をできるだけ抑えるために、複数ビードプレス金型Ｄｃの代わりに、１本ずつビードＢｃを成形する単数ビードプレス金型Ｄｃｓが通常用いられている。
【００２７】
図１５を参照して、単数ビードプレス金型Ｄｃｓによるビードプレスについて説明する。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）はそれぞれ、プレス前の複数ビードプレス金型Ｄｃを示す図１４（ａ）及びプレス後のビードプレス外板Ｐｅｃを示す図１４（ｃ）と対比して示されている。簡単に言えば、単数ビードプレス金型Ｄｃｓにおいては、複数のビード型溝Ｒが設けられたプレス雌金型Ｄｃｆが単数のビード型溝Ｒｓが設けられたプレス雌金型Ｄｃｓｆに交換され、複数のビード型Ｐが設けられたプレス雄金型Ｄｃｍが単数のビード型Ｐｓが設けられたプレス雄金型Ｄｃｓｍに交換されている。
【００２８】
プレス雄金型Ｄｃｓｍにおけるビード型Ｐｓは、ビード型Ｐがプレス方向により長く延在するように形成されている。プレス雌金型Ｄｃｓｆにおけるビード型溝Ｒｓは、外板Ｐｃ越しにビード型Ｐｓを受け入れるように形成されている。下降するプレス雄金型Ｄｃｓｍ（ビード型Ｐｓ）によって、外板Ｐｃはプレス雌金型Ｄｃｓｆのビード型溝Ｒｓに押しつけられ、ビード型溝Ｒｓの曲面に沿って変形してビードＢｃが形成される。そのために、プレス雄金型Ｄｃｓｍには、ビードＢｃの平坦部から麓領域にかけて外板Ｐｃをビード型溝Ｒｓに押しつけるための部分が不要である。なお、本単数ビードプレス金型Ｄｃｓに関しても、外板の位置決めやズレ防止のための押え装置は、上述のプレス金型Ｄｃと同様にプレス機械に含まれる。
【００２９】
上述のプレス雄金型Ｄｃｓｍ及びプレス雌金型Ｄｃｓｆによるビード出しは以下のようにして行われる。例えば、外板Ｐｃが車両長１９．５ｍに渡って延在する側外板である場合に、側外板Ｐｃの端から端まで通ったビードＢｃを成形する場合は、基準長さ（１〜２ｍ程度）のビード型Ｐｓを用いて、側外板Ｐｃを長手方向にずらしながら順番に送って、必要長さのビードＢｃを成形する。ビード型Ｐｓ長＜ビード型溝Ｒｓ長であり、且つビード型溝Ｒｓの少なくとも一端は開放状態に形成されている。これは、単数ビードプレス金型Ｄｃｓはプレス機械に固定された状態で、外板Ｐｃを送りながらビード出しを行うためである。より詳しくは、ビード型Ｐｓ及びビード型溝Ｒｓの金型長はほぼ同じであるが、外板Ｐｃを送る際に、先に形成されたビードとズレないようにビードを形成するためのガイドの役目を果たすべくビード型溝Ｒｓは少し長く構成されている。上述の動作を、すでに成形されたビードＢｃと平行に行うことにより、互いに平行な複数のビードＢｃを形成できる。これにより、プレス雄金型Ｄｃｓｍ及びプレス雌金型Ｄｃｓｆという雄雌の金型に、その長さやピッチに汎用性を持たせている。
【００３０】
上述の妻外板Ｐｅｇｃ１では、外板の剪断座屈による見栄えの悪化を避けるためにビード出しが採用されている。また、妻外板Ｐｅｇｃ２のように妻構体の一部としての構造強度を担うために、外板Ｐｅｃにビード出しを行なう車両も増えてきているがビード形状で高い剛性を得るためには、厚い鋼板に、広く且つ高いビードをプレス成形する必要があり、絞り加工の度合が大きくなる。そのための金型の作成及び保守コストが妻構体、ひいては車両のコストを押し上げる要因の一つになっている。
【００３１】
さらに、金型のコストに加えて、ビードプレス回数の問題もある。上述のように、単数ビードプレス金型Ｄｃｓを用いた場合には複数のビードを同時に成形することはできないので、ビードは１本ずつプレス成形、或いは長尺のビードは何回かに分けてプレス成形する必要がある。そのために、プレス回数が妻外板の加工コストの大部分を占める。また、妻外板Ｐｅｇｃ２に関しても、実際には車両の妻部には、図示されていない設備が存在するため、図示されているように縦骨Ｆｍｖや横骨Ｆｍｈを完全に廃止できる車両は少ない。
【００３２】
しかしながら、近年の車両の構体構造の進歩により、妻外板に構造強度の一部を担わせせずに、妻構体を製作できるようになった。結果、現在では妻外板に対して、主に妻構体を人目に晒さない（妻の骨組を覆い隠す）という美観上の要求が強い。
【００３３】
図１６を参照して、美観上の目的でビードを設けずに製作された妻外板について説明する。図１６（ａ）に示す妻外板Ｐｅｇｃ３は、図１６（ｂ）に示す妻構体Ｓｇｃ３にスポット溶接Ｗｓにて取り付けられている。妻外板Ｐｅｇｃ３（外板Ｐｅｃ３）にはビードを設けていないので、単純に平面板として考えることができる。対剪断座屈性に関しては、妻外板Ｐｅｇｃ３の板厚Ｔｃ３と骨ピッチによって構造強度は作られるので、板厚Ｔｃ３を薄くすれば骨ピッチは狭くする必要があり、板厚Ｔｃ３を厚くすれば骨ピッチは広くすることが出来る。
【００３４】
骨材を追加することは組立工数の増加を伴う。この観点より、出来るだけ骨材の追加を抑えるために、妻構体Ｓｇｃ３では妻外板の板厚Ｔｃ３＝２．０ｍｍと厚くすることで、横骨のピッチを従来の妻構体Ｓｇｃ１及びＳｇｃ２と同等とし、骨間の縦横比を１：１に近付けるために縦骨を追加している。この場合、追加される縦骨の本数は、縦骨を追加しない場合に必要とされる横骨の追加本数より少なく、全体として骨の追加本数を低減している。結果、妻外板の重量は増加するが、ビードプレスの工数を省略することが出来、結果として製作コストを下げることに寄与している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３５】
【特許文献１】実公平７−３９７２０号報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
上述の妻外板Ｐｅｇｃ３は、近年の車両の構体構造の進歩により、妻外板に構造強度の一部を担わせる必要が無くなった現状に基づき、妻外板Ｐｅｇｃ１や妻外板Ｐｅｇｃ２におけるビードＢｃｖやビードＢｃｗを廃止したものである。つまり、外板Ｐｅｃ１や外板Ｐｅｃ２に従来のビードＢｃｖやビードＢｃｗを設けることにより、不要な或いは過剰な品質を求め、金型の作成／保守コストに加えてプレス工数の増大に起因する加工コストの車両コストへの転嫁を防止している。そのために、妻外板Ｐｅｇｃ３では、妻外板Ｐｅｇｃ１の板厚Ｔｃ１＝１．５ｍｍ及び妻外板Ｐｅｇｃ２の板厚Ｔｃ２＝１．２ｍｍに比べて、板厚Ｔｃ３＝２．０ｍｍを厚くしている。
【００３７】
結果、静的状態つまり車両に取り付けられた状態では、自重で変形するような問題は生じない。しかしながら、妻面が広い平面で構成されているために、図１７に例示するような、僅かな歪みＤが妻外板Ｐｅｇｃ３の表面にしわの様に見えることがある。その原因は、主に、平面度の僅かな狂いや、外気温による外板の伸び等の物理的要因と、妻外板Ｐｅｇｃ３の表面が半光沢の仕上げとなっている材料的要因とがあげられる。上述のように、妻外板Ｐｅｇｃ３に生じた僅かな変形は車両の強度上の問題とはならない。しかし、妻外板Ｐｅｇｃ３の美観という点に関しては問題である。
【００３８】
妻外板に生じるような歪み（僅かな変形）により外板の美観が損なわれる問題を解消する方法としては、従来のビードＢｃを外板に復活させることが考えられる。しかしながら、従来のビードＢｃを復活させると、上述の不要或いは過剰品質に起因する無駄なコストを従来通りに車両コストに転嫁することになる。よって、本発明においては、外板表面の歪み発生を抑えると共に発生した歪みの視覚上の許容量を向上させる為に、従来のビードＢｃとは異なるビードをより簡便で且つ低コストに形成できる外板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
上記目的を達成するために、本発明に係る鉄道車両の妻構体に取り付けられる鉄道車両構体用外板は、
第１の所定の板厚を有して互いに平行に対向する第１の主面と第２の主面とで規定される平板に、複数のビードが第１の方向に延在して形成され、
前記ビードはそれぞれ、所定の幅と所定の高さで規定される所定の断面形状を有して前記第１の主面から前記第２の主面側に突出し、
前記ビードと前記第２の主面との境界には、所定の曲率半径で規定されるエッジが形成され、
前記断面形状は、前記第１の方向に垂直な面に含まれて、前記第２の主面側におけるビードの表面における接線が当該第２の主面と成す角度をθｉとすると、０°＜｜θｉ｜≦４５°の範囲で連続的に変化し、
前記第１の所定の板厚をＴとし、前記所定の高さをＨｂとし、前記所定の幅をＷｂとするとき、
１．０ｍｍ≦Ｔ≦１．５ｍｍ、
５ｍｍ≦Ｈｂ≦８ｍｍ、
０．１３≦Ｈｂ／Ｗｂ≦０．１７、
３≦Ｈｂ／Ｔ≦６、及び
２０≦Ｗｂ／Ｔ≦６０
であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
本発明は、鉄道車両の構体外板に、美観と強度補強の為のビードをより低コスト及び簡便な方法で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態に係る妻外板の説明図である。
【図２】図１において、直線ＩＩ−ＩＩで切断した妻外板の横断面である。
【図３】本発明の実施の形態に係るビード出しに用いられる金型の説明図である。
【図４】図３に示したプレス雌金型に設けられるビード型穴の断面形状を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る、外板へのビード出しプレス作業の説明図である。
【図６】図５のプレス雌金型を用いた外板へのビード出しプレス作業の詳細説明図である。
【図７】プレス雌金型の角部と、外板に形成されるエッジの形状との関係の考察図である。
【図８】図４に示すプレス雌金型により、外板に形成されるビードの形状の説明図である。
【図９】従来のビード出しされた妻外板の説明図である。
【図１０】図９に示したビードの形状の説明図である。
【図１１】図９とは異なる従来のビード出しされた妻外板の説明図である。
【図１２】図１１に示したビードの形状の説明図である。
【図１３】一般的なビード出しに用いられる金型の説明図である。
【図１４】図１３に示した金型によるビード出しプレス作業の説明図である。
【図１５】従来のビード出しに用いられる金型によるビード出しプレス作業の説明図である。
【図１６】ビードを有しない従来の妻外板の説明図である。
【図１７】図１６に示した妻外板の表面歪みの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
なお、本発明の実施の形態を具体的に説明する前に、その技術思想について述べる。本発明においても、外板に歪みが発生するのを抑制するためにビードを設ける点においては従来と同様である。但し、従来のビードに比べてビード高が低い複数のビードを同時に設ける。さらに、従来のビードの麓部が外板から滑らかな曲面で連続的に形状が変化しているのに対して、本発明に係るビードはその麓部を外板から急峻（不連続的）に立ち上げている。ビード高さを低くしてビードプレス金型に対する品質要求を下げることにより金型に起因するコストを低減する。そして、急峻（不連続的）に立ち上げられた麓部と外板との境界（ビード輪郭）により、発生した歪みが外板上を伝播することを防止する。
【００４３】
以下に、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、及び図８を参照して、本発明の実施の形態に係る外板の一例として妻外板について説明する。図１（ａ）に示す妻外板Ｐｅｇは、図１（ｂ）に示す妻構体Ｓｇにスポット溶接Ｗｓにて取り付けられている。図２に、図１において、直線ＩＩ−ＩＩで切断した妻外板Ｐｅｇの横断面を示している。図１（ａ）に示すように、妻外板Ｐｅｇは、外板Ｐｅに車両長手方向Ｄｌに突出する複数（本例では、２８本）のビードＢが所定の間隔で車両幅方向Ｄｗに延在して設けられている。図１（ｂ）に示すように、妻構体Ｓｇでは横骨Ｆｍｈが設けられていない。
【００４４】
図２に示すように、妻外板Ｐｅｇでは、板厚Ｔが１．５ｍｍの外板Ｐｅに、数本（本例では、２８本）のビードＢが車両幅方向Ｄｗに平行にプレス出しされて延在している。なお、ビードＢは、妻構体Ｓｇの構造強度を担う役目は負っておらず、美観上の目的（外板Ｐｅ上で僅かな歪みの発生防止及び、発生した歪みを目立たなくする）で設けられている。ビードＢの横断面形状は、外板Ｐｅに対してエッジＣｅを成して、所定の曲率半径Ｒｂで規定される曲面で車両長手方向Ｄｌ／車両高方向Ｄｖに盛り上がり、車両長手方向Ｄｌでのピーク高さＨｂ（以降、「ビード高Ｈｂ」）に達する。つまり、ビードＢは幅広（ビード幅Ｗｂ＝３５ｍｍ）で、低い（ビード高Ｈｂ＝６ｍｍ）アーチ状断面を有している。ビードＢにおいては、その凸面Ｓｐ側で、ビードＢの輪郭に沿ったエッジＣｅが生成される、つまりビードＢの凸面Ｓｐ側の断面形状はエッジＣｅで急激／不連続的に変化する。一方、凹面Ｓｒ側の断面形状は滑らかに連続的に変化する。
【００４５】
図１１に示した従来の妻外板Ｐｅｇｃ２及び妻構体Ｓｇｃ２と比較すると、本実施の形態に係る外板Ｐｅの板厚Ｔは１．５ｍｍと０．３ｍｍ増加（板厚Ｔｃ２＝１．２ｍｍ）されると共に、ビードＢｃｗがビードＢに置き換えられている。具体的には、ビードＢｃｗは、板厚Ｔｃ２＝１．２ｍｍの外板Ｐｅｃ２にビードＢより幅広（ビード幅Ｗｂｃ２＝３９．４８ｍｍ、麓幅Ｗｓｃ２＝３０ｍｍ、頂上幅Ｗｐｃ２＝１８ｍｍ／Ｗｂ＝３５ｍｍ）で高（Ｈｂｃ２＝１５ｍｍ／Ｈｂ＝６ｍｍ）く形成され、横骨Ｆｍｈに相当する強度を有している。このように、ビードＢはビードＢｃｗに比べると簡易版であり、ビードプレス金型に対する品質要求を下げることにより金型に起因するコストの低減を図っている。
【００４６】
また、ビードＢは簡易ビードであるために、その構造強度はビードＢｃｗのように横骨Ｆｍｈに相当するほど大きくない。そのために外板Ｐｅの板厚Ｔ（＝１．５ｍｍ）を、板厚Ｔｃ２（＝１．２ｍｍ）に比べて０．３ｍｍ増加させて、妻外板Ｐｅｇとしての構造強度の確保を図っている。
【００４７】
また、図１６に示した従来の妻外板Ｐｅｇｃ３及び妻構体Ｓｇｃ３と比較すると、本実施の形態における外板Ｐｅの板厚Ｔは１．５ｍｍと０．５ｍｍ減少（板厚Ｔｃ３＝２．０ｍｍ）されると共に、複数のビードＢが追加されている。さらに、妻構体Ｓｇは妻構体Ｓｇｃ３から横骨Ｆｍｈを廃して構成されている。これは、外板Ｐｅにおいては、外板Ｐｅｃ３に比べて、追加されたビードＢによって構造強度が増大しているので、板厚を０．５ｍｍ減少させる（板厚Ｔ＝１．５ｍｍ）ことが可能になる。結果、外板Ｐｅの板厚の減少によるコスト減を実現すると共に、妻構体Ｓｇにおいては、妻構体Ｓｇｃから横骨Ｆｍｈを廃止し、廃止された横骨Ｆｍｈに起因するコスト減を実現している。
【００４８】
また、ビードＢの凸面Ｓｐ側の断面形状はエッジＣｅで急激／不連続的に変化する。従来のビードＢｃｗが輪郭を有していないのに反して、ビードＢではエッジＣｅにより外板Ｐｅ上の他の領域との間に境界が設けられている。この境界を、ビード輪郭Ｏｂと呼ぶ。つまり、ビードＢは、妻外板Ｐｅｇにおいて外部に向かって（車両長手方向Ｄｌ）に概ね円弧状（図２）に突出すると共に、外板Ｐｅの平坦部に対して急激に立ち上がるエッジＣｅ（ビード輪郭Ｏｂ）によって不連続に形成されている。
【００４９】
ビードＢ（凸面Ｓｐ）は、妻外板Ｐｅｇの表面に歪みＤの発生を抑止するように働く。さらに、妻外板Ｐｅｇの表面（ビードＢ或いはビードＢを除く部分）に歪みが発生した場合にも、ビード輪郭Ｏｂ（エッジＣｅ）によって歪みが妻外板Ｐｅｇの表面を伝播することが防止される。また、ビードＢにより妻外板Ｐｅｇの表面に形成される陰影が、生じた歪みを目立たせない効果がある。なおさらに、ビード輪郭Ｏｂと概ね平行な方向に伸びるしわ（歪みＤ）は、ビード輪郭Ｏｂによって目立たないという効果もある。
【００５０】
次に、図３、図４、及び図５を参照して、本実施の形態にかかるビード出し工程について説明する。図３（ａ）に、ビードＢがプレス出しされた外板Ｐｅ（以降、「ビードプレス外板Ｐｅ」の一例を示す。同図において、左側に車両に取り付けられる時の姿勢のビードプレス外板Ｐｅを車外側正面から見た状態を示し、右側に同図において直線ＩＩＩａ−ＩＩＩａで切った断面を示す。
【００５１】
本例においては、ビードプレス外板厚Ｔを有するビードプレス外板Ｐｅに、車両長手方向Ｄｌにビード高Ｈｂだけ円弧状に張り出した４本のビードＢが車両高方向Ｄｖにビード幅Ｗｂを有して、車両幅方向Ｄｗに長さＬｂ（以降、「ビード長Ｌｂ」）だけ延在して形成されている。ビードプレス外板Ｐｅにおいて、ビードＢ以外の部分は概ね平坦であり、この部分を、ビードプレス外板Ｐｅの平坦部と呼ぶ。ビードＢの円弧状の張り出した面を凸面Ｓｐと呼び、凹んだ面を凹面Ｓｒと呼んで識別する。ビード高Ｈｂは、上述の従来のビード高Ｈｂｃに相当し、ビードプレス外板厚Ｔは上述のビードプレス外板厚Ｔｂｃに相当し、ビードプレス外板Ｐｅは上述のビードプレス外板Ｐｅｃに相当する。
【００５２】
なお、ビードプレス外板Ｐｅは、歪み発生の抑制及び発生した歪みの伝播防止、及び金型に対する品質要求を低減するために、以下に述べる要求を満たすように設定される。
ビードプレス外板厚Ｔ＝１．０〜１．５ｍｍ
ビード高Ｈｂ＝５〜８ｍｍ
ビード幅Ｗｂ＝３０〜６０ｍｍ
ビード高Ｈｂ／ビード幅Ｗｂ＝０．１３〜０．１７
ビード高Ｈｂ／ビードプレス外板厚Ｔ＝３〜６
ビード幅Ｗｂ／ビードプレス外板厚Ｔ＝２０〜６０
【００５３】
ビードプレス外板Ｐｅの構造強度は、ビードプレス外板厚Ｔ及びビードＢ（ビード高Ｈｂ、ビード幅Ｗｂ）によって決まる。つまり、外板Ｐｅの構造強度をＳｅとし、ビードプレス外板Ｐｅの材質をＭとすると、
Ｓｅ＝ｆ（Ｈｂ、Ｗｂ、Ｔ、Ｍ）と一般式化できる。
【００５４】
ビードプレス外板Ｐｅは通常、構体にスポット溶接されるので、ビードプレス外板Ｐｅの材質Ｍは構体と同一の材料が選ばれる。鋼製車両の場合には、重量増加を抑えるために、外板を厚くすることなく骨の削減が可能なビードプレス外板Ｐｅが多く採用されるが、アルミ合金製車両の場合にはヤング率が鋼の約１／３であることから、妻外板の厚さは鋼製の場合の約１．４倍が必要とされ、プレス加工性が低下することから、ビードプレス外板がほとんど採用されていないことは、上述の従来のビードプレス外板Ｐｅｃと同様である。
【００５５】
図３（ｂ）に、上述のビードプレス外板Ｐｅの成形に用いられる、プレス型の雄型Ｄｍ（以降、「プレス雄型Ｄｍ」）の一例を示す。同図において、左側にプレス工程におけるプレス雄型Ｄｍを上から見た状態を示し、右側に同図において直線ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂで切った断面を示す。同図に示すようにプレス雄型Ｄｍは、所定の厚みＴｂｍ（以降、「プレス雄型厚Ｔｂｍ」）を有して、ビードプレス外板Ｐｅ（図３（ａ））に対応する矩形ブロック状に形成されている。プレス雄型Ｄｍには、プレス雄金型Ｄｃｍにおいて成形されるビードＢｃに対応して設けていたビード型Ｐに相当する物は一切設けられていない。プレス雄型Ｄｍは、力学的強度の観点よりウレタンゴムで作成される。なお、プレス雄型厚Ｔｂｍ＞ビード高Ｈｂである。
【００５６】
図３（ｃ）に、ビードプレス外板Ｐｅの成形に用いられる、プレス金型の雌型Ｄｆ（以降、「プレス雌金型Ｄｆ」）の一例を示す。同図において、左側にプレス工程におけるプレス雌金型Ｄｆを上から見た状態を示し、右側に同図において直線ＩＩＩｃ−ＩＩＩｃで切った断面を示す。プレス雌金型Ｄｆは、所定の厚みＴｂｆ（以降、「プレス雌金型厚Ｔｂｆ」）を有して、ビードプレス外板Ｐｅ（図３（ａ））に対応する矩形板状に形成されている。なお、プレス雌金型厚Ｔｂｆ≧ビード高Ｈｂである。プレス雌金型Ｄｆには、その平行な２面に対して所定の角度θ（４５°≦θ≦１３５°）を成すレーザービームＬによって、ビード型穴Ｈが形成されている。ビード型穴Ｈは、車両高方向Ｄｖに幅Ｗｂｆ（以降、「ビード型穴幅Ｗｂｆ」）を有して、車両幅方向Ｄｗに長さＬｂｆ（以降、「ビード型穴長Ｌｂｆ」）だけ延在している。
【００５７】
プレス雌金型Ｄｆの上面Ｓｔ及び下面Ｓｂのそれぞれにおけるビード型穴Ｈの開口幅Ｗｈｔ（以降、「上面開口幅Ｗｈｔ」）及びビード型穴Ｈの開口幅Ｗｈｂ（以降、「下面開口幅Ｗｈｂ」）は、後ほど図４を参照して説明するように、次式（４）及び次式（５）で表される。
Ｗｈｔ＝Ｗｂｆ                                  ・・・・（４）
Ｗｈｂ＝Ｗｂｆ＋２ｔａｎ（θ−９０°）・Ｔｂｆ  ・・・・（５）
【００５８】
図４に、図３のプレス雌金型Ｄｆのビード型穴Ｈを拡大して示す。図４（ａ）は、プレス雌金型Ｄｆの上面Ｓｔに対して、直角（θ＝９０°）を成すレーザービームＬによって、矩形の断面形状を有するビード型穴Ｈが形成されることを示している。なお、ビード型穴Ｈの側面を形成するプレス雌金型Ｄｆの上面Ｓｔ側には、レーザービームＬに対して（１８０°−θ＝９０°）の角度を有する角部Ｃが形成される。
【００５９】
ビード型穴Ｈの側周部を形成するプレス雌金型Ｄｆの厚み方向の部分が互いに平行であると共に、プレス雌金型Ｄｆの上面Ｓｔ及び下面Ｓｂのそれぞれに対して垂直である。結果、同図に示すように、ビード型穴幅Ｗｂｆはビード型穴Ｈの全域に渡って一定である。θ＝９０°より、ｔａｎ（θ−９０°）＝０であるので、上式（５）は次式（６）で表現される。
Ｗｈｂ＝Ｗｂｆ＋０＝Ｗｂｆ                              （６）
【００６０】
よって、上式（４）及び（６）より、次式（７）が得られる。
Ｗｈｔ＝Ｗｂｆ＝Ｗｈｂ                          ・・・・（７）
【００６１】
図４（ｂ）を参照して、プレス雌金型Ｄｆの上面Ｓｔに対して、鈍角（９０°＜θ≦１３５°）を成すレーザービームＬによって、上面Ｓｔから下面Ｓｂに向かって広がる台形の断面形状を有するビード型穴Ｈが形成されることを説明する。ビード型穴Ｈの側面を形成するプレス雌金型Ｄｆの上面Ｓｔ側にはレーザービームＬに対して（１８０°−θ）の角度を有する角部Ｃが形成されている。なお、同図においては、代表例としてθ＝１３５°であり、角部ＣのレーザービームＬに対する角度は、４５°である場合を示している。台形の上底及び下底には上面開口幅Ｗｈｔおよび下面開口幅Ｗｈｂがそれぞれ対応する。この場合、９０°＜θ≦１３５°であるので、０＜ｔａｎ（θ−９０°）≦１である。つまり、上式（５）は次式（８）で表現できる。
Ｗｂｆ＜Ｗｈｂ≦Ｗｂｆ＋２Ｔｂｆ      ・・・・（８）
【００６２】
図４（ｃ）を参照して、プレス雌金型Ｄｆの上面Ｓｔに対して、鋭角（４５°≦θ＜９０°）を成すレーザービームＬによって、上面Ｓｔから下面Ｓｂに向かって狭まる台形の断面形状を有するビード型穴Ｈが形成されることを説明する。なお、同図においては、代表例として、θ＝４５°であり、角部ＣのレーザービームＬに対する角度は、１３５°である場合を示している。台形の上底及び下底には上面開口幅Ｗｈｔおよび下面開口幅Ｗｈｂがそれぞれ対応する。この場合、４５°≦θ＜９０°であるので、−１≦ｔａｎ（θ−９０°）＜０である。つまり、式（５）は次式（９）で表現できる。
Ｗｂｆ−２Ｔｂｆ≦Ｗｈｂ＜Ｗｂｆ      ・・・・（９）
【００６３】
以上、図４を参照して、プレス雌金型Ｄｆのビード型穴Ｈの車両高方向Ｄｖの断面形状について説明した。しかしながら、ビード型穴Ｈの車両幅方向Ｄｗの断面形状についても同様である。よって、プレス雌金型Ｄｆの車両幅方向Ｄｗの断面形状に関する説明を省く。なお、上述より、角部Ｃは４５°〜１３５°の範囲を取り得る。
【００６４】
次に、図５及び図６を参照して、プレス雄型Ｄｍ及び図４（ａ）に例示したθ＝９０°のプレス雌金型Ｄｆを用いて、ビードプレス外板ＰｅにビードＢをプレス成形して、妻外板Ｐｅｇを作成するビードプレス方法について説明する。図５（ａ）に、プレス機械（不図示）のボルスタＤＢ上に設置されたプレス雌金型Ｄｆの上に外板Ｐｅが載置され、その上方にプレス雌金型Ｄｆに対向するようにプレス雄型Ｄｍが保持された状態で、車両幅方向Ｄｗ方向に見た状態を示す。この状態で、プレス機械のスライド（不図示）により、プレス雄型Ｄｍがプレス雌金型Ｄｆに向かってビードプレス方向Ｄｐｂに下降されることにより、ビードプレス工程が開始する。
【００６５】
図５（ｂ）に、スライドが下死点に達した時のプレス雄型Ｄｍと外板Ｐｅとの状態を示す。この時点で、図２を参照して説明した円弧状断面形状を有するビードＢが、プレス雌金型Ｄｆのビード型穴Ｈ中に形成されている。この後、プレス雄型Ｄｍを上昇させ、外板Ｐｅをプレス雌金型Ｄｆから取り出すことにより、図５（ｃ）に示すように、妻外板Ｐｅｇを得ることができる。
【００６６】
以下に、プレス雄型Ｄｍがプレス雌金型Ｄｆ上に載置された外板Ｐｅの上面に接した状態での１つのビード型穴Ｈの右半分部を拡大して示す図６を参照して、上述のビードプレス工程について説明する。図６（ａ）に示すように、プレス雄型Ｄｍがプレス雌金型Ｄｆ上に載置された外板Ｐｅの上面に接した状態で、プレス機のスライドがさらにビードプレス方向Ｄｐｂに下降すると、ゴム製のプレス雄型Ｄｍは外板Ｐｅを介してプレス雌金型Ｄｆに対して押しつけられる。この時、プレス雄型Ｄｍはビードプレス方向Ｄｐｂ方向に圧縮されて、外板Ｐｅをプレス雌金型Ｄｆに押しつけるように弾性変形を始める。
【００６７】
プレス雄型Ｄｍのビードプレス方向Ｄｐｂ方向の弾性変形は、プレス雌金型Ｄｆのビード型穴Ｈ以外の部分ではプレス雌金型Ｄｆによって阻止される。しかし、ビード型穴Ｈの部分では抵抗を受けないので、プレス雄型Ｄｍのビードプレス方向Ｄｐｂ方向の弾性変形は、外板Ｐｅをビードプレス方向Ｄｐｂ方向に変形させる圧力（変形圧力）として働く。スライドの下降に応じて変形圧力が増大して行くにつれて、ビード型穴Ｈの上部に位置する外板Ｐｅの部分はやがて、プレス雄型Ｄｍの変形圧力に抗することができずに、ビード型穴Ｈの角部Ｃと接する箇所を基点として塑性変形し（延びを生じ）、図６（ｂ）に示すように長手方向Ｄｌに変形し始める。
【００６８】
この時点で、ビード型穴Ｈの角部Ｃと接する外板Ｐｅの下面には、上述のビードＢの輪郭を規定するエッジＣｅが形成される。なお、プレス雌金型Ｄｆの角部Ｃと、外板Ｐｅに形成されるエッジＣｅの形状については、後ほど図７を参照して説明する。
【００６９】
エッジＣｅが形成された後に、ビード型穴Ｈの上部に位置する外板Ｐｅの部分が変形し始めると、プレス雄型Ｄｍは外板Ｐｅの変形部に集中して弾性的に突出して、外板Ｐｅをさらに変形させようとする力が働く。図６（ｂ）に示すように、ビード型穴Ｈの上部に位置する外板Ｐｅの部分は両側のエッジＣｅを基点として、ビードプレス方向Ｄｐｂに対して、所定の傾斜角θｉ（図７）を成してビードプレス方向Ｄｐｂ方向（車両長手方向Ｄｌ）に円弧状に変形する。なお、本例においては、ビードプレス方向Ｄｐｂはビード型穴Ｈの内周壁表面と一致する。
【００７０】
なお、プレス雄型Ｄｍは、上述のように弾性材料（本例においては、ウレタンゴム）で構成されているので、少なくとも、外板Ｐｅの変形開始時には、外板Ｐｅをプレス雌金型Ｄｆの非ビード型穴部に完全に押しつけることはできない。つまり、プレス雄型Ｄｍの内で外板Ｐｅのビード型穴Ｈの中央部に位置する部分は、外板Ｐｅの変形抵抗を抑えてビードプレス方向Ｄｐｂに外板Ｐｅを押し込むと共に塑性変形させる。
【００７１】
一方、プレス雌金型Ｄｆの上面と接する外板Ｐｅの部分は塑性変形させられず、略平面のままである。上述のように外板Ｐｅにおいて、塑性変形させられる部分と塑性変形させられない部分との境界にはエッジＣｅが形成されている。エッジＣｅがビード型穴Ｈの角部Ｃと密着しているので、塑性変形させられない部分の位置ずれが防止される。また、外板Ｐｅの一部の塑性変形に伴って、外板Ｐｅに歪みが発生することも防止される。ビード型穴Ｈの中央部は外板Ｐｅを妨げるものがないので、プレス雄型Ｄｍの弾性変形部（膨出部）の形状及びそれによる外板Ｐｅの変形もなだらかである。
【００７２】
外板Ｐｅのビート゛プレス方向Ｄｐｂへの変形が進行すると、図６（ｃ）に示すように、外板Ｐｅの変形部（膨出部）の頂部がボルスタＤＢに接する。この時点では、外板Ｐｅに形成されるビードＢの断面形状は、図２に示したように円弧状である。これ以降は、スライドの下降量に応じて、プレス雄型Ｄｍの変形部（膨出部）がボルスタＤＢに沿って車両高方向Ｄｖ方向に広がって、断面形状が円弧状から矩形状に変わっていく。言い換えれば、形成されるビードＢがより横骨の断面形状に近づくことにより、その構造強度の増大を図ることができる。
【００７３】
以下に、図７を参照して、プレス雌金型Ｄｆの角部Ｃと、外板Ｐｅに形成されるエッジＣｅの形状との関係について考察する。なお本考察においては、外板Ｐｅ及びプレス雄型Ｄｍは共に、変形抵抗が限りなく小さく、しかしながら十分な機械強度を有して、容易に塑性変形できるという相反する性質を有するものを想定する。
【００７４】
図７は、図４（ａ）に示したプレス雌金型Ｄｆ（θ＝９０°）のビード型穴Ｈの右角部Ｃの周辺部をそれぞれ異なる倍率で拡大している。より具体的に言えば、図７（ａ）は外板ＰｅのビードＢの輪郭を規定するエッジＣｅとプレス雌金型Ｄｆの角部Ｃとを拡大して示し、図７（ｂ）は、図７（ａ）において円Ｏ１で囲まれたエッジＣｅの部分を拡大して示し、図７（ｃ）は図７（ｂ）において円Ｏ２で囲まれたエッジＣｅの局部、つまり外板ＰｅがビードＢに変わる部分を拡大して示している。
【００７５】
図７（ａ）に示すように、外板Ｐｅの下面Ｓｂｐ上に形成されたエッジＣｅは、外板Ｐｅの下面がプレス雌金型Ｄｆの上面Ｓｔに密着した状態から、ビード型穴Ｈの開放端部の角部Ｃより不連続的にプレス雌金型厚Ｔｂｆ方向に変形している。結果、角部Ｃの先端部付近でエッジＣｅが形成される。このように形成されるために、エッジＣｅの少なくとも中心部は角部Ｃの先端形状に倣って、外板Ｐｅから急峻に不連続的に変形している。
【００７６】
図７（ｂ）に示すように、エッジＣｅの中央部に対応するプレス雌金型Ｄｆの角部Ｃの先端部の断面形状は、外板Ｐｅの下面Ｓｂｐに対応する直線と、ビードＢの凸面Ｓｐに対応する曲線とによって規定される。同図において、凸面Ｓｐ（曲面）に対する接線Ｌｔが、下面Ｓｂｐ（プレス雌金型Ｄｆの上面Ｓｔ）に対して、所定の角度θｉ（以降、「傾斜角θｉ」）を成して交差する。傾斜角θｉは、接線ＬｔのビードＢの凸面Ｓｐと接する位置が円弧状部先端の場合に０°であり、エッジＣｅに近づくにつれて増大してθに近づく。本例においては、θ＝９０°であるので、次式（１０）が成立する。
０°≦θｉ≦９０°                ・・・・（１０）
【００７７】
図７（ｃ）に示すように、エッジＣｅの屈曲部（下面Ｓｂｐが凸面Ｓｐに変わる境界）の断面形状は、次式（１１）で表される曲率半径Ｒｃで規定できる。
０≦Ｒｃ≦Ｔ                      ・・・・（１１）
【００７８】
上式（１０）及び（１１）より、エッジＣｅの屈曲部において、θｉがθ（本例においては９０°）に近づくと共に曲率半径Ｒｃがゼロに近づき、凸面Ｓｐの接線Ｌｔと下面Ｓｂｐとは角部Ｃの先端部の形状に限りなく近づく。なお曲率半径Ｒｃ＝０の場合は、エッジＣｅは完全にプレス雌金型Ｄｆの角部Ｃの形状と同一になる。
【００７９】
また、図７（ａ）では、エッジＣｅが下面Ｓｂｐ及び角部Ｃの側面の両方から離反する形状を例示したが、下面Ｓｂｐ及び角部Ｃのいずれか一方から離反する形状も取り得る。また、エッジＣｅが角部Ｃの側面から離反する形状の場合、凸面Ｓｐは角部Ｃの側面に当接することのない形状を取り得る。これらの何れの場合においても、面Ｓｐの接線Ｌｔは、下面Ｓｂｐと共に角部Ｃの先端部形状に限りなく一致する。言い換えれば、θｉ≒９０°である。ビードＢの車両幅方向Ｄｗの断面形状及びエッジＣｅによる輪郭形状（ビード輪郭Ｏｂ）についても、ビードＢの車両高方向Ｄｖの断面形状、主にエッジＣｅによるビードＢの輪郭形状（ビード輪郭Ｏｂ）について説明したのと同様である。
【００８０】
図７を参照して説明した、プレス雌金型Ｄｆの角部Ｃと、外板Ｐｅに形成されるエッジＣｅの形状との関係の考察は、外板Ｐｅ及びプレス雄型Ｄｍが実際的には入手できない材質で構成されることを前提としている。つまり、現実には、外板Ｐｅは高抗張力材であるステンレス鋼が用いられ、プレス雄型Ｄｍは高弾性材であるウレタンゴムが用いられるため、考察通りの結果を得ることはできない。
【００８１】
以下に、図４、図６、及び図８を参照して、外板Ｐｅにステンレス鋼を用い、プレス雄型Ｄｍにウレタンゴムを用いた場合のプレス雌金型Ｄｆの角部Ｃと、外板Ｐｅに形成されるエッジＣｅの形状との関係について説明する。なお、図４を参照して説明したように、プレス雌金型Ｄｆのビード型穴Ｈの周囲の角部Ｃは、４５°〜１３５°（好ましくは、９０°）の範囲の任意の角度を取り得る。
【００８２】
図４（ａ）に示すように、プレス雌金型Ｄｆの角部Ｃが９０°（１８０°−θ）の場合に、図６（ｃ）に示す断面形状を有するビードＢの凸面Ｓｐの接線Ｌｔの下面Ｓｂｐに対する傾斜角θｉは、４５°である。これは図７を参照して述べた考察結果（θｉ≒９０°）とは異なる。この現象は、プレス雄型Ｄｍの弾性変形性と外板Ｐｅの塑性変形性に起因する。つまり、ビードプレス工程において、外板Ｐｅのプレス雄型Ｄｍによる変形は、プレス雄型Ｄｍのウレタンゴムの弾性変形と、外板Ｐｅのステンレス鋼の塑性変形（延び）とのバランスで成立している。
【００８３】
θｉ＝９０°になるためには、凸面Ｓｐの接線ＬｔがエッジＣｅの近傍で、ビード型穴Ｈの内周壁面（角部Ｃ）と限りなく一致する必要がある。但し、本例ではθ＝９０°であるので、外板Ｐｅは角部Ｃの頂点部より若干ビード型穴Ｈの中心寄りの位置から、ビードプレス方向Ｄｐｂ方向に急激に直角に変形しないといけない。しかしながら、ステンレス鋼板材で構成されている外板Ｐｅをウレタンゴム（プレス雄型Ｄｍ）の弾性変形で直角に変形させることは不可能である。プレス雄型Ｄｍに、より硬度の大きなウレタンゴムを用いることにより、外板Ｐｅの変形量を増すことは可能である。しかしながら、外板Ｐｅの変形量が大きくなると、外板Ｐｅに生じる張力も膨大になる。そのため、外板Ｐｅの最大変形量はθｉ＝４５°が限界である。言い換えると、ビードＢは、傾斜角θｉが次式（１２）を満たす範囲で連続的に変化する断面形状を有する。
０°＜｜θｉ｜≦４５°                   ・・・・（１２）
【００８４】
なお、エッジＣｅの屈曲部の曲率半径Ｒｃは次式（１３）で表される。
０＜Ｒｃ≦Ｔ                      ・・・・（１３）
【００８５】
つまり、エッジＣｅの屈曲部は、プレス雌金型Ｄｆの角部Ｃの先端形状と同一になることはない。また、傾斜角θｉはエッジＣｅにおいて、次式（１４）を満たす範囲で連続的に変化する。
４５°＜｜θｉ｜≦９０°                 ・・・・（１４）
【００８６】
図４（ｂ）に示すプレス雌金型Ｄｆは、角部Ｃが４５°〜９０°の範囲であるので、ビード型穴Ｈの断面形状は、図４（ａ）の角部Ｃ（９０°）に比べて急峻かつ下面Ｓｂに向かうほど広がっている。そのために、外板Ｐｅの下面に形成されるエッジＣｅは非常に深くなり、さらにビードＢの断面は図２に示すような円弧状ではなく上端から下端に向けて末広がりの円錐台形状になるように思われる。しかしながら、上述のように、外板Ｐｅはビードプレス方向Ｄｐｂ方向に直角に変形することすらできないので、プレス雄型Ｄｍが末広がり方向に変形して角部Ｃを回り込んで角部Ｃの下部の空間にまで膨出することはできない。つまり、角部Ｃが９０°の場合と同様に、θｉ＝４５°が限界である。結果、図８（ａ）に示すように、図４（ａ）に示したプレス雌金型Ｄｆによるのと同様に、円弧状（図２）断面を有するビードＢが形成される。
【００８７】
図４（ｃ）に示すプレス雌金型Ｄｆは、角部Ｃが９０°〜１３５°の範囲であるので、ビード型穴Ｈの断面形状は図４（ａ）の角部Ｃ（９０°）に比べて急峻かつ下面Ｓｂに向かうほど狭まっている。そのために、外板Ｐｅの下面に形成されるエッジＣｅは非常に浅くなり、さらにビードＢの断面は図２に示すような円弧状ではなく上端から下端に向けて先細りの円錐台形状になりそうに思われる。しかしながら、上述のように、θｉ＝４５°である。結果、図８（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示したプレス雌金型Ｄｆによるのと同様に、円弧状（図２）断面を有するビードＢが形成される。
【００８８】
図６（ｃ）、図８（ａ）、及び図８（ｂ）を参照して説明したように、角部Ｃが４５°〜１３５°の範囲であれば、θｉは略４５°であり、形成されるビードＢの断面形状は略同じになる。
【００８９】
なお、プレス雌金型Ｄｆは、図４（ａ）に示す角部Ｃが９０°である物が製造上好ましい。つまり、角部Ｃが９０°の場合は、外板Ｐｅに対してθ＝９０°を成して照射されるレーザービームＬをビードＢの形状に平行に移動させれば良いので、レーザービームＬによる切断加工も容易であり、ビード型穴Ｈの形状精度の確保も容易である。但し、レーザービームＬの照射角度はθ＝９０°に限定されるものではなく、θ＝４５°〜１３５°の範囲の任意の角度であってもよく、またレーザービームＬを平行移動させなくとも、略同一の形状のビードＢを形成できることは上述の通りである。
【００９０】
妻外板を例として上述したように、本発明に係る外板はより低コスト及び簡便な方法で、ビードＢの輪郭を形成するエッジにより外板は立体的なビード（凸面、凹面）と平坦な非ビード部とに分離されている。ビード（凸面、凹面）は、妻外板の表面に歪みの発生を抑止するように働く。さらに、外板の表面（ビードＢ或いはビードＢを除く部分）に歪みが発生した場合にも、ビード輪郭によって歪みが外板の表面を伝播することが防止される。また、ビードにより外板の表面に形成される陰影が、生じた歪みを目立たせない効果が得られる。なおさらに、ビード輪郭と概ね平行な方向に伸びるしわ（歪み）は、ビード輪郭によって目立たない。
【００９１】
このように、本発明は例示した妻外板に限らず、側外板や屋根外板などの鉄道車両構体用の外板に適用できる。また、ビード形状は、例示された単純な直線形状のみならず、社章等のマークを模した意匠形状で形成することも可能であることは言うまでもない。さらに、雄型が汎用型となるため、雌型のビード型穴を埋めることで、容易にビードの部分的な廃止や間引きを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、美観及び強度を有する、鉄道車両の外板に利用できる。
【符号の説明】
【００９３】
Ｓｇ、Ｓｇｃ１、Ｓｇｃ２、Ｓｇｃ３  妻構体
Ｐｅｇ、Ｐｅｇｃ１、Ｐｅｇｃ２、Ｐｅｇｃ３  妻外板
Ｐｅ、Ｐｃ、Ｐｅｃ１、Ｐｅｃ２、Ｐｅｃ３  外板
Ｂ、Ｂｃ、Ｂｃｖ、Ｂｃｗ  ビード
Ｃｅ  エッジ
Ｏｂ  ビード輪郭
Ｓｂｐ  下面
Ｌｔ  接線
θｉ  傾斜角
Ｐｅｃ  ビードプレス外板
Ｔ、Ｔｂｃ、Ｔｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３  ビードプレス外板厚
Ｈｂ、Ｈｂｃ、Ｈｂｃ１、Ｈｂｃ２  ビード高
Ｗｂ、Ｗｂｃ、Ｗｂｃ１、Ｗｂｃ２  ビード幅
Ｌｂ、Ｌｂｃ、Ｌｂｃ１、Ｌｂｃ２  ビード長
Ｌｓ１、Ｌｓ２  総麓長
Ｓｐ  凸面
Ｓｒ  凹面
Ｄｃ  複数ビードプレス金型
Ｄｃｓ  単数ビードプレス金型
Ｄｃｍ、Ｄｃｓｍ  プレス雄金型
Ｐ、Ｐｓ  ビード型
Ｈｂｃｍ  ビード型深さ
Ｗｂｃｍ  ビード型幅
Ｌｂｃｍ  ビード型長
Ｄｍ  プレス雄型
Ｔｂｍ  プレス雄型厚
Ｄｃｆ、Ｄｃｓｆ  プレス雌金型
Ｒ、Ｒｓ  ビード型溝
Ｈｂｃｆ  ビード型深さ
Ｗｂｃｆ  ビード型幅
Ｌｂｃｆ  ビード型長
Ｄｆ  プレス雌金型
Ｔｂｆ  プレス雌金型厚
Ｓｔ  上面
Ｓｂ  下面
Ｈ  ビード型穴
Ｗｂｆ  ビード型穴幅
Ｌｂｆ  ビード型穴長
Ｃ  角部
Ｗｈｔ  上面開口幅
Ｗｈｂ  下面開口幅
Ｌ  レーザービーム
ＤＢ  ボルスタ
Ｄｐｂ  ビードプレス方向
Ｆｍｖ  縦骨
Ｆｍｈ  横骨
Ｐｔ  柱
Ｆｖｒ、Ｆｖｌ  垂直フレーム
Ｆｈ  水平フレーム
Ｆｕ  台枠
Ｗｓ  スポット溶接
Ｄｖ  車両高方向
Ｄｗ  車両幅方向
Ｄｌ  車両長手方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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