オールステンレス車両

オールステンレス車両（オールステンレスしゃりょう）は、車体外板、構体、台枠をほぼ全てステンレス鋼で製造した鉄道車両。1930年代以降、現在に至るまで製造が続いている。

アメリカ合衆国での歴史

ステンレス鋼は不銹鋼というその優れた特質故に注目され、研究が進められた。しかし、クロムやニッケルを多量に含有し、硬度が高く曲げ加工が難しいという特性などから量産工業製品の材料としての歴史は浅く、1910年代初頭にイギリスで艦載砲の一部部材に使用されたのが実用化の端緒であった。
鉄道車両においては、その高価さ故に銹びないことが強く要求される一部小物部品への採用が1920年代頃からアメリカなどの一部で始まった。しかし上述の曲げ加工の困難さに加え、溶接時のひずみ除去が難しいという特性ゆえに、銹び代を無視して軽量化が図れるという大きなメリットがあったにもかかわらず車体などの構造部材への採用は大きく遅れた。
ステンレス鋼による鉄道車両構体の製造は、1934年にアメリカのバッド社が抵抗スポット溶接法を用いた車体製造技術を確立したことで、ようやく実現した。
バッド社は本来ステンレス鋼を素材とする部品メーカーであり、軽量・不銹というメリットを生かした航空機や船舶用部品の製造販売を手がけていた。同社はステンレス鋼製部品市場のさらなる拡大を狙い1920年代後半に自動車市場への売り込みを図ったが、普通鋼の5倍から6倍に達するステンレス鋼の単価では、ライフサイクルが短くかつ販売価格そのものの低廉な自動車への適用は困難であることが判明した。
このため1931年以降、バッド社は車両のイニシャルコスト・寿命共に大きくステンレス鋼採用によるコスト増を十分吸収可能な鉄道車両のステンレス鋼製車体開発へ方針転換を図り、開発を進めた。
この技術はアメリカ国内だけはなく直ちにフランスなどへも輸出され、両国で軽量車体を備える高速客車や気動車などに採用された。この時代の気動車の代表例としては、シカゴ・バーリントン・アンド・クインシー鉄道の「パイオニア・ゼファー号」（1934年バッド社製。GM製600PS級ディーゼルエンジンを搭載）が挙げられる。
また、プルマン・スタンダード社などのアメリカ国内の他の鉄道車両メーカーでもステンレス鋼製車体を備えた車両の製造が始まった。もっともバッド社による技術開発の中核をなす、構体骨組のステンレス化に必要な溶接技術はライセンス供与先以外には社外秘とされていたため、他社製車両では普通鋼製骨組にステンレス製外板を組み合わせたスキンステンレス構造が一般に用いられた。戦争を挟んだ1930年代から1950年代までの時期には、アメリカでステンレス鋼製車体を備える鉄道車両が盛んに製造された。
バッド社によるステンレス鋼製車体をそなえる鉄道車両の代表例としては、RDC(en:Rail Diesel Car)と呼称される汎用通勤型気動車と、パイオニアIII(Pioneer III)と呼称される電車の2種が挙げられる。
RDCは、同社が戦後の客車更新需要を背景に史上空前の利益を上げた1948年に開発を開始した、RDC-1 - 4の4種の規格化設計による汎用気動車群である。これは一般型客車に匹敵する寸法と居住性、デトロイト・ディーゼル社製275PS級ディーゼルエンジン2基とアリソン社製液体式変速機により最高時速85マイルでの走行と電車並みの加速性能を可能とする強力な駆動系、そしてステンレス鋼による極めて耐久性が高く保守の容易な車体構造で、1949年に試作車が完成して以降、アメリカ国内の私鉄各社のみならず世界各国にも大量に輸出される、バッド社を代表するヒット商品となった。このRDCは、日本の国鉄キハ10系気動車のコンセプトデザインだけではなく、バッド社と提携関係にあった東急車輛製造が1967年に製造した台湾鉄路管理局向けDR2700形の設計にも大きな影響を与えた。
これに対しパイオニアIIIは単一曲率の屋根板を備える特徴的な構造のステンレス鋼製車体だけではなく、特徴的なパイオニアIII 1自由度系台車の開発など、システム全般について革新的な設計が行われたことが知られている。パイオニアIIIは、1958年に完成しペンシルバニア鉄道へ納入された最初の量産車以降、フィラデルフィア・セプタ向け通勤電車など、当時アメリカに残存していたインターアーバンや地下鉄などに供給され、またこの設計は以後の客車にも応用された。
さらにバッド社によるステンレス鋼製車体設計製造技術の集大成とも言うべきこのパイオニアIIIの設計は、台車設計も含めて当時同社と提携を結んだばかりの日本の東急車輛製造にほぼそのままライセンス供与の形で製造ノウハウを含めて提供された。この技術供与は、技術ライセンス契約に忠実に従って製造された東急7000系電車以降、日本でステンレス鋼製車体を備える鉄道車両が大量に製造されるようになるきっかけとなったという点で技術発達史上に大きな足跡を残した。
もっともパイオニアIIIの開発以降、アメリカではモータリゼーションの進展に伴う鉄道産業そのものの急速な斜陽化によって、国内鉄道車両製造業は壊滅状態にまで追い込まれた。このため大ヒット作であるRDCは1962年で製造打ち切りとなり、1960年代中盤以降は各私鉄から承継した客車の代替用にアムトラックが1973年に492両のアムフリート I客車を発注した程度で、大口の旅客車両需要そのものが激減した。このため、バッド社によるステンレス鋼製車体設計製造技術開発の系譜は1978年完成のSPV-2000を最後に途絶え、1987年まで製造されたシカゴ・L2600系電車をもって最終的にはバッド社も長く続いた鉄道車両製造事業からの撤退を強いられることとなった。

ステンレス車両黎明期

日本においては、1958年の東急5200系電車と国鉄サロ153形900番台より骨組みや台枠は普通鋼製として外板のみをステンレス鋼製としたセミステンレス車両（スキンステンレス車両）が製作されるようになった。
前者は東急車輛製造製で、当時量産中の東急5000系電車の車体設計を基本として一部寸法を見直し、普通鋼製の骨格はほぼそのままに、外板を加工しやすい形状に変更した上でステンレス製としたものである。
後者は汽車製造東京製作所製で、サロ153形の外板をほぼそのままステンレス製に置き換えたものである。
その時点ではステンレス鋼で骨組などの強度部材を加工できなかったため、オールステンレス車両は製作されなかった。また、ステンレス鋼はSUS304が用いられた。

オールステンレス車両

1962年以降アメリカ・バッド社との技術提携により、東急車輛製造が製造した東急7000系電車・京王3000系電車・南海6000系電車などで、内部骨組も含めて主要部材のほとんどがステンレス鋼で構成されるようになった。また、ステンレス鋼はSUS304に加え、SUS301を冷間圧延により調質した高抗張力材が用いられるようになった。ただし台枠の緩衝中梁・中梁・端梁・枕梁など一部分は剛性を要求されるため、構造上・強度上の理由で現在に至るまで普通鋼あるいは耐候性高抗張力鋼で構成されている。また、多くの車両では戸袋内柱や内部構体なども構造上の理由で普通鋼製であり、東急8000系電車など初期の車両では側柱の下部数百mmなど構体の一部も同様の理由で普通鋼製である。21世紀初頭までは部材接合のほとんどが抵抗スポット溶接で行われた。
日本国有鉄道では、1963年にキハ35形900番台気動車で試験的にオールステンレス構造を採用したが、公企業である国鉄では1社独占技術を公開せずに正式採用することは困難であること、塗装工程を省略することが労働組合側から反発を招き、後続車は205系まで現れなかった。
この時期までのステンレス車両は工作を容易にし、ステンレス鋼の特性上ひずみ取りが難しく、スポット溶接特有のひずみを隠蔽するため、ほぼ例外なく外板にバッド社の設計を取り入れた「コルゲート板」と呼ばれるプレス加工された波板を用いた。「コルゲート」は強度の関係からも用いられたとされていたが、それは床など上下の荷重を支える場合であって、外板の場合は「コルゲート板」は強度面では不要である。

軽量ステンレス工法の普及

オールステンレス車の導入は先にあげた東急・南海・京王の3社を中心に進んでいたが、1970年代以降は保安装置や車両冷房など新たな機器類の搭載が相次ぎ、これによりアルミ車や鋼製車に比べて重量増になってしまうという欠点も露呈するようになった。更に1976年にはブラジル向けオールステンレス電車の製造権を別の日本メーカーが落札したことが明らかになり、東急車輛製造内でもステンレス車両の製造に対する危機感を感じていたという。
この状況を受けて1978年、東急車輛製造が当時量産中の東急8000系電車について、新開発技術の実証試験のために2両の試作車を製造した。これらは本来デハ8200形に含まれるべきものだった。しかし、当時同社がサンフランシスコおよびボストン向けLRV用車両の製造で提携していた米・ボーイング社が本来は航空機設計用として開発した、コンピュータを用いた有限要素法による3次元構造解析プログラムを使用し、その解析結果を強度計算に取り入れることで車体が全面的に再設計されたため、新形式を起こされデハ8400形8401・8402と付番された。なお、後にデハ8401・8402からデハ8281・8282を経てデハ8254・8255へ改番された。
これらは在来工法による車体を備える8000系編成に組み込まれ、東急東横線での長期実用試験を兼ねた営業運転に充当され、大幅な軽量化と充分な車体強度や耐久性が確認された。この結果新工法を用いた車体は軽量ステンレス車体と命名され、1980年より量産が開始された東急8090系で全面採用され、以後同社で製造されるステンレス製車両の標準設計手法となった。
もっとも、この画期的な設計手法が日本の鉄道各社へ広く普及するにはしばらく時間をおく必要があった。これは、国鉄205系電車への採用条件とされ、それに渋々ながら同意して公開に踏み切るまで、開発元である東急車輛製造がこの工法に関する関連技術情報の公開を拒んでいたためである。ただしこの間にも例外として東急車輛製造との共同設計として、アルナ工機と富士重工業で東武9000系が1981年、東武10000系が1983年に、日本車輌製造で京成3600形が1982年、京王7000系が1984年に製造しており、また近畿車輛では近鉄3000系電車を東急車輛製造とは違う工法でオールステンレスカーを製造している（これらはいずれも従来と同じ車体にコルゲート外板の構造であった）。
205系電車をはじめとする軽量ステンレス車の大量受注と引き替えではあったが、以後の日本における鉄道車両の設計製造技術の発展を考えれば大英断となった関連技術の公開が、東急車輛製造によって行われた1984年以降、この工法は東急車輛製造や近畿車輛を除く取引先メーカーの製造能力の制約や、公開入札を行う必要から、1社独占の技術の採用が困難で、やむなくセミステンレスで車両を製造していた私鉄や公営の鉄道などへ急速に普及し、国鉄を継承したJRグループ旅客鉄道でも全社でステンレス車両が採用されるまでに至った。しかし南海を除く関西の私鉄では、塗装済みアルミ車が既に普及していたこともあって、軽量ステンレス車の普及は進まず、2017年現在も阪急電鉄と京阪電気鉄道では1両もステンレス車を導入しておらず、前述の近鉄、西部および営団地下鉄（当時）でもオールステンレス車の大量採用は見送られている（いずれもアルミ車に移行した）。
　
軽量ステンレス工法で組み立てられた車両はひずみ防止のためのプレスリブ（ビード）を入れた「ビード(ひも出し)外板」を用いている。コルゲート外板は用いられた理由から端部のつぶし処理と部材同士の接合が難しく、凹凸も多いために自動洗車機による洗浄にも問題があり、また見た目にも良くないため、東急8500系や京王3000系など、既に在来工法によるステンレス車を導入していた各社で、車体構造を軽量ステンレス車体に変更した増備車を導入する際に、編成としての美観の観点からコルゲートの継続採用を行ったケースを除き、軽量ステンレス工法の公開後急速に廃れた。
なお、ステンレス板にビードを入れる加工を量産ラインで実施するには大形のロールプレス機が必要であり、これが可能な設備を備えるのは東急車輛製造（・総合車両製作所横浜事業所）・川崎重工業・日立製作所などの一部の工場に限られていた。現在は日本車輌製造のみがこの設備を備える。
この時期にはステンレス鋼は全面的にSUS301Lが用いられるようになり、部材によって強度区分の異なるものが使い分けられるようになっている。

各種工法の開発・適用

1990年代以降、鉄道車両メーカー各社でさまざまな工法のオールステンレス製車両が作られるようになった。川崎重工業はJR東日本209系電車で新しく開発されたシート貼り合わせ工法（2シート工法）を採用した。また、日本車輌製造は日車式ブロック工法（日車式SUSブロック構体）を採用している。
更に、構体へのレーザー溶接の採用の検討が、1996年より当時の東急車輛製造、JR東日本、新日本製鐵の3社の共同研究により開始され、2002年に世界で初めてレーザー溶接を採用したステンレス車両として試験用電車であるJR東日本E993系電車のモハE993-1号車が製造された。量産車両としては、2005年に近畿車輛が製造開始したJR西日本321系電車や、2006年に製造開始したJR東日本E721系電車（川崎重工業製造分）で初めてレーザー溶接が側構体の一部に採り入れられている。この工法は一定の工作精度と設備を要するが、連続溶接による車体剛性の向上に加え、スポット溶接と比較して溶接後のひずみが目立ちにくいという大きなメリットがあり、その後徐々に適用例が増えている。2010年には東急車輛製造が横浜新都市交通2000形電車の側構体にレーザーによる連続スポット溶接を本格採用し、2012年には事業用車両の東急7500系電車においてレーザー突き合せ溶接と水密用レーザー連続溶接が適用された 。その後、総合車両製作所となってからは、レーザー溶接を利用したステンレス車体であるサスティナ（Sustina）にて本格採用を開始、日本国内向け第1号車両として東急5050系の付随車となるサハ5576号が編成中に組み込まれたほか、その後首都圏向けの量産車両としてJR東日本E235系電車、フルフラット構造量産車両として京王5000系電車 (2代)が製造された。
また、川崎重工業では連続溶接を利用したステンレス車体であるefACEの採用を開始、日本国内向けステンレス車第1号車両としてJR西日本225系電車、第2号としてJR北海道733系電車が製造された。
これらの工法で組み立てられた車両の外板にはコルゲートやビードが無いものがほとんどである。いずれも加工に手間とコストがかかるため、見た目の向上とコストダウンの観点からあえて平面のままの外板としている。このため、強度を確保しひずみを目立たなくするために外板の板厚を増やしている場合が多く、一般にビード外板の車両よりも重量増の傾向となる。

記念物

日本初のオールステンレス車両が作られた東急車輛製造横浜製作所には、その初形式である7000系の7052が保存されており（産業考古学会推薦産業遺産）、また同系列の1号車が竣工してから50年目に当たる2012年1月13日に、「日本におけるステンレス車両発祥の地」の記念碑が、合わせて保存されている5200系（セミステンレス車両）の脇に設置された。
さらに、2012年（平成24年）7月23日には、日本機械学会より、7052号が5201号とともに、機械遺産51号「ステンレス鋼製車両群（東急5200系と7000系）」として認定された。