451系列の科学

2・3電源対応、抑速の有無などで、様々に分類される451系列。その複雑な形式を、分かりやすくまとめてみる。

簡単に説明すると、
1962年、交直流急行形電車として誕生した451・471系に、1963年、主電動機出力増強を施して453・473系に改良、さらに1965年、抑速ブレーキ装備の455・475系に改良され、1969年、それまで統一されていなかった交流区間の周波数を統一、直流・交流50Hz・交流60Hzの３電源に対応した457系が誕生。
ということになる。まとめた表が以下である。

金沢総合車両所に在籍する471系列の現在の運用は普通・快速列車運用で、定期急行列車は存在しない。サハシやサロなど、その過程で消滅した形式もある。
日本海縦貫線での運用という過酷な運用に40年近く耐え続け、延命工事なども受けつつ今日まで使用されてきたが、寄る年波には勝てず521系などに押されてゆっくりと廃車が進行中である。現在の車輌との格差は乗っていれば嫌でも感じることができるし、事実老朽化は限界に近いところまで進行しつつある。鉄道ファンであれば「末永く走って欲しい・・・」と望む一方、「単なる"産業機械"にそこまで執着することもない」という声も、いち利用者としてとても良く理解できる。しかし代替車が521系という、暖地型電車の設計をそっくりそのまま流用した挙句、資金難で2輌編成という仕様で落成しているのだから笑うに笑えない。
JR東・JR九州車が消滅した現在、しなの鉄道の165系と共に最後の"国鉄急行形電車"として走り続けている。急行形という区分が消滅する時は、そう遠いことではないであろう。

451系/471系

▲クモハ471 1962年に製造された、最も古いタイプ。以降の形式と雨樋の長さが異なり、抑速ブレーキ用ジャンパ栓を持たない

日本初の交直流急行形電車として、1962年から製造された。451系は東北・常磐線用の50Hz車、471系が北陸線用の60Hz車である。交直流機器は401系列(常磐・九州地区用近郊型電車)のものを、車体設計等は153系(直流急行形電車)のものを流用しているため試作車はなく、番号は-1から振られている。
車体構造は153系のものと極力共通化されているが、北陸本線などには高床ホームが少なかったことから扉位置を下げステップが設けられている。この構造は、制御電動車の運転室寄りの戸袋が枕梁と干渉してしまうという弊害もあり、初期の車輌は外吊り式扉を採用している。この扉はキハ30系列のように吊ってあるだけではなく、車体と同じ面から外に引き出されるプラグドアである。この扉は、冬季には雪が詰まって開扉できなくなる恐れがあったり、トンネルでは外側に吸い出されて隙間が空いたりと取り扱いに難があったことから、クモハ471-15で枕梁強化と引き戸化を行った。結果に問題がなかったことから以降の車輌は引き戸で落成し、初期の車輌も順次改修された。
走行系機器では、台車は新設計のDT32/TR69が採用された。この台車はのちに481系電車などにも採用されるベストセラーとなる。抑速ブレーキは設けられていないが、制御器にはノッチ戻しに対応したCS15が採用された。主電動機は401系と変わらずMT-46Bである。ただし、JR西日本車は主電動機をMT-54に換装した。

453/473系

勾配線区での運転を容易にするため、主電動機をMT-54に変更した系列で、昭和37年度第2次債務車からこの形式が製造された。453系・473系共に付随車の形式は451系と共通としたため、電動車のみの製造となった。また473系は1ユニットが製造されたのみである。453系が50Hz車、473系が60Hz車である。

455/475系

▲クハ455 抑速ブレーキ採用に伴いクハの形式も変更された。後ろに連結されているのは471系ユニット

▲455/475系国鉄色 腰部に巻かれている細帯は60Hz識別帯と呼ばれ、交流60Hz対応車に巻かれている。451系列の急行運用も終焉に近づく頃は、付随車への塗装を省略していた車輌も多数あった

1963年、抑速ブレーキを採用する直流急行形電車165系が誕生していたが、これを交直流急行形にも採用することになり、昭和39年度第3次債務から製造された。抑速ブレーキの引通しが追加されたことから付随車にも新形式が起こされ、サロ・サハシ・サハ・クハの各形式は455形となった。電動車は、455系が50Hz車、475系が60Hz車である。
抑速ブレーキの採用に伴い制御器はCS15Bへと変更され、主幹制御器も抑速ブレーキ対応のMC44となった。その他抵抗器や空気圧縮機なども変更されている。これだけの変更点があるが、従来の系列との共用も可能である。例えばクハ455形で471系モハユニットの制御が可能であるし、逆にクハ451形で457系モハユニットの制御も可能である。ただし、共用を行うと構成によっては抑速ブレーキが使えなくなることもある。

457系

▲クモハ457 1962年製造の451系以来、機器には細々した変更が加えられていたが、車体の設計は基本的に変わらなかった

これまで統一されていなかった交流区間の周波数を統一し、3電源対応の形式として誕生した系列で、昭和43年度第5次債務から製造された。特急用電車としてはすでに485系・583系電車が登場していたため、それらの成果を反映して開発された。3電源対応となった他の仕様は455/475系最終増備車と同一で、付随車も455形を名乗る。

▲室内 近郊化改造により車端部はロングシート化されているが、ボックスシート部は変わらない

▲運転台 国鉄時代の長距離用電車の運転台は、速度計を独立させたスタイルが特徴

番外：413系

廃車となった471系などの機器に、417系と同様の車体を載せた車輌として、1986年から製造された。
機器の流用は台車などの主要機器のほか、冷房や座席、果ては吊り革など多岐に渡り、新会社への遺産を遺すために躍起になっていた国鉄の台所事情を反映した電車である。それでも資金が不足したため、より厳しい地方を優先させるべく、一部編成に急行形電車をそのまま連結するという妥協を行い、状態の良いサハ455に運転台を増設したクハ455形700番台を2輌含む3輌編成9本・25輌を製造、残りの改造をJR西日本に託し国鉄は民営化された。
当初の計画では471・473系全車と近郊化改造から漏れた475系全車を対象とする予定であったが、JR西日本は6輌の413系を製造した時点で計画を中止。結果413系は3輌編成11本・31輌の陣容に落ち着き、今日に至っても多数の475系列どころか、クモハ471-1・モハ470-1という471系最古参のユニットが、2010年3月末まで実に48年間残存するという異常事態を引き起こした。