構体の長尺部品製造における安全性向上とコスト低減に向けた取り組み
生産本部

生産管理部

１ はじめにそのことから，安全面，コスト面の両面における課題

鉄道車両構体には，約20mになる長尺の部品が数種類解決を目指し本テーマの取り組みを行った．

使用されているが，これらの部品を製造するにあたり，ロールフォーミングという装置を用いて加工を行っている．
ロールフォーミングとは，形状の異なる円形状の金型（成形ロール）を複数個連続して配置し構成されたロー材料

ルフォーマという部分にコイル状の鋼板を通し，徐々に材料長尺 ：材料とロールの接点が多い→ 送り力（大）材料を送りながら成形することにより，必要とする断面形状で任意の長さに加工することが可能な装置である（図１）．

材料短尺 ：材料とロールの接点が少ない→ 送り力（小）プレス加工などでは，長尺の製品を加工することは困

図2

難となるが，ロールフォーミングは，プレス加工と比較して，長尺の部品を精度良く安定的な加工が可能で，か２ 従来の問題点

つ，加工速度が速いという利点がある．

従来の残材引き抜き作業は，作業者がロールフォーミ

ロールフォーマ部 コイル材

長尺部品切断装置

材料の長さに対する送り力

ング装置の近傍でロールフォーマのペンダントスイッチ

成形ロールの操作によりロールを送り方向に回転させながら，残材の引き抜き作業を作業員2名で行っていた．
そのとき，ロールフォーマの送り速度と作業者の引き抜く速度が異なる場合，ロール上でのスリップ等により，ロールの表面にキズをつけてしまうリスクがあった（図３）．
ロール表面のキズは，製品の品質に大きな影響を与えるため，補修や損傷が著しい場合は取替えが必要となり，材料の流れ

図1

多大なコストがかかるためキズの発生は回避する必要がイメージ図ある．

加工と切断を繰り返していくと，最終的にコイルエンキズドやデータエンドで必要な寸法を満たすことのできない部分が残材として残ってしまう．

成形ロール

送り速度

残材

材料の送り装置の構成上，材料が長尺の状態でロールに接している場合は，多くのロールの送り力が働くため，材料はスムーズに移動させることができる．
しかし，材料が残材のように短尺な状態では，材料に接するロールの数が少なくなり，送り力が減少してしまうため，残材を自動で送り出すことができなくなる（図2）．
その場合，作業者が人力により残材を引き抜く作業を行っていたが，作業場所や作業姿勢が悪く，安全上の課題があるとともに，残材ではあるが重量物であるため，作業負荷も高く時間を要するため，コスト面においても改善が望まれていた．

総合車両製作所技報

第５号
第６号

引き抜き速度場合，ロールにキズがつく

図384

引き抜き速度と送り速度が異なる

残材の引き抜きとローラの送り速度

構体の長尺部品製造における安全性向上とコスト低減に向けた取り組み

NC制御による上下の切断機能と前後の移動機能が備え３ 開発の目的と概要られているが（図６）この機能を有効に活用すること

残材の引き抜き作業では，前述したとおり，安全性のにより製作コストの削減が見込めることから，切断装向上と作業コストの削減が課題となっていた．それらの置に新たに付加価値つけ残材を引き抜く機構を構築す問題点の解消にむけて，自動化を進め，安全で効率的なることとした．

残材の引き抜きが可能となる機構の開発に着手した．

切断装置の前後移動の推進力は約10kNであり前述した人が手で引く力（約130N ／一人）×２人＝260Nを３．１ 対象部品の選定はるかに上回り，十分な推進力（引く力）を有している．
（前進）
スライド （後進）構体の製造に使用される長尺の部品は屋根部,側面部,床部に６種類使用されているが，全ての部品に対応する（前進） スライド （後進）
NC 切断装置ことができなければ課題は依然として残ることになるので，形状の異なる６種類の部品を対象とした．図４に一NC 切断装置

例を示す．

切断金型
切断金型

図6

切断装置部

３．３ 新たに設けたクランプ機構
残材を引き抜く方法として切断金型の切断力を調整し，残材をクランプして引き抜く方法も考えられるが，
図4

この場合切断金型を損傷させるリスクも想定されるこ

長尺部品の一例とから，切断金型は使用せずに切断装置に新たにクラ３．２ 自動化にむけての検討

ンプ機能を追加し，既存のスライド機構と併用して引安全性の向上と作業負荷低減によるコスト削減の両面き抜く構造とした（図７）．

を実現するには残材の引き抜き作業の自動化が必要とな

新クランプ機構部

るためその検討を進めた．

新クランプ機構部

人が手で引く力については，目安として図５から（約130N ／一人）×２人＝260Nとした．
また，残材引き抜きの自動化の検討を行うに当たり，既存装置の有効活用も視野に入れ進めた．
既存装置には部材の切断装置が組み込まれており，クランプ用金型
クランプ用金型

約 130Ｎ
約 130Ｎ

残材n = 204

残材

n = 204

図7

図5

新クランプ機構部（1）
操作グラフ 手で引く力（男性）
高さ：肘－頭高さ× 0.885

2017年12月

３．４ 引き抜き機構の概要

前進移動引き抜き機構を用いた引き抜き工程を図８に示す．材
料のコイルエンド，またはデータエンドの残材の板端を上金型検出した後，任意の位置まで残材を通す．その後，引き凸部貫通

残材抜き機構を起動し，材料のクランプ→NC切断装置の前進→残材のアンクランプ→NC切断装置の後進を繰り返し，下金型残材を引き抜く（図８ ①②を繰り返す）．

① 残材をクランプし前進する

残材が開放されない

金型上昇

前進移動
クランプ

図 9 金型凸部貫通によるクランプ
３．６ クランプ用金型の改良
残材をクランプする際に確実に残材を保持，開放することが自動化にむけての必須条件になる．
前述した残材を引き抜いた後，上金型上昇時に残材が開放されないという課題を改善するために金型の凹凸の② アンクランプし後進する

形状を変え，凸を貫通させず，残材に窪みをつける程度後進移動の形状とし，残材のクランプと同時にエンボス加工が可能な構造とした（図11）．

アンクランプ

図 8 残材の引き抜き工程

３．５ クランプ用金型
クランプ用金型の形状は製作する部品の断面形状に合図 10

わせてあるが，引き抜きをより確実に行うため，上下の金型に凹凸を設けて，残材に完全に穴を開け上金型の凸エンボス加工
凸部貫通しない部が貫通した状態で引く抜く構造とした．
しかし，この方法では，残材を確実にクランプし，引き抜くことは可能となるが，引き抜いた後，アンクランプしたときに残材が上金型の凸部から開放されず，金型の上昇とともに持ち上がってしまう現象が起きてしまう
（図９）
．
図 11

総合車両製作所技報第６号

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金型凸部を貫通させないクランプ

構体の長尺部品製造における安全性向上とコスト低減に向けた取り組み

クランプ部をエンボス加工としたことにより，上金型一連の動作をフローチャート（図13）に示す．

上昇時に残材が上金型とともに上昇してしまうという状態は改善され，円滑に開放することが可能となった．

①コイルエンド or データエンド検出①コイルエンド or データエンド検出

３．７ 引き抜き速度とロール送り速度の同調②切断金型にて切断

残材を引き抜く速度とロールフォーマの送り速度が異②切断金型にて切断なる場合，ロールにキズをつけてしまうというリスクも③ペンダント操作にて任意の位置まで残材通板ある．

③ ペンダント操作にて任意の位置まで残材通板

その対策として，NC切断装置の移動速度とロールフ④オペレータ操作により引き抜き機構起動

ォーマの送り速度を同調させる機構とした（図12）．

④オペレータ操作により引き抜き機構起動

そのことにより，スリップ等の現象を防止することが⑤ 残材クランプ（エンボス加工）
設定設
回定
数回
繰数り繰
返りし返し可能となり，ロールの損傷を回避することができた．
成形ロール
送り速度
成形ロール
送り速度
残材
残材

⑤ 残材クランプ（エンボス加工）⑥ロールフォーマ正転／NC切断装置前進⑥ロールフォーマ正転／NC切断装置前進⑦ロールフォーマ／NC切断装置停止⑦ロールフォーマ／NC切断装置停止⑧残材アンクランプ⑧残材アンクランプ⑨NC切断装置後進⑨NC切断装置後進

引き抜き速度
引き抜き速度

図 12

設定回数

引き抜き速度と送り⑩カウントアップ

設定回数
繰り返し

引き抜き速度と送り速度を同調させた⑩カウントアップ

繰り返し

速度を同調させた⑪残材を払い出し

引き抜き速度と送り速度の同調

図 13⑪残材を払い出し⑪ 残材を払い出し引き抜き作業フロー

４ 試験結果と効果の確認
５ まとめ

６種類の異なる形状の構体部品に対し，それぞれの形状に対応した金型を製作し試験を行った．いずれの種類

本開発を遂行してきた中で，各種の検討と対策の実施，においても，残材のクランプ，残材の移動，残材のアン試験，検証を重ねた結果，これまで人手による作業で行クランプの一連の動作で異常は認められず，良好な試験っていたローフォーミングの残材引き抜き作業の自動化結果が得られた．

を実現し，当初の目的を達成することができた．

それにより，残材引き抜き作業で大幅な自動化を実現

その結果，安全性の向上と作業時間の短縮に寄与するでき，作業姿勢の問題や作業負荷に対してなど，作業環ことができたとともに,ロールフォーマとNC切断装置の境の改善がはかられ，安全性の向上につながった．

速度を同調することで，スリップ発生の抑制も実現し，また，作業時間については，全６種類中３種類についこれによりロールに対するキズの発生を未然に防ぎ，修て大幅な改善をはかることができた（表１）．
表1繕コストの抑制についても期待できる結果となった．
今後も現場作業における安全性，作業性の向上とコス作業時間短縮一覧

構体部品種別構体部品種別
構体部品 A
構体部品
構体部品AB

改善効果
改善効果
▲83％
▲83％
▲83％

ト低減にむけて取り組みを進めていきたい．

構体部品
構体部品BC
構体部品
CE，F
構体部品
D，

▲83％
▲70％
▲70％
▲ 0％

（1） 独立行政法人

構体部品 D，E，F▲ 0％  一部加筆

参考文献
製品評価技術基盤機構

人間特性

データベース 操作力グラフ 手で押す力・引く力（西脇正，鈴木正幸，玉木将純，山口敏明，遠山肇 記）

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