国鉄101系電車
概要
国鉄の電車として初めて中空軸平行カルダン駆動方式などの近代的メカニズムを搭載し、いわゆる「新性能電車」のはしりとなった系列で、この基本システムは、1980年代前半に至るまでの国鉄電車に広く応用された。
車体は切妻形で運転台は傾斜した平面3枚窓のシンプルなデザイン、両開き4扉を持つ軽量構造の全金属車体、車内は扉間7人掛け、車端部3人掛けのロングシート。コイルばね台車で、ウイングばね軸箱支持、直巻整流子電動機を抵抗制御、発電ブレーキ併用の電磁直通ブレーキと、続く103系電車にもほぼそのまま引き継がれた、国鉄通勤形電車の一時代を画した仕様である。また2両の電動車を1ユニットとして必要機器を分散して搭載するMM'ユニット方式も以後の基本となった。
また101系は、通勤電車としては10両編成2分間隔運転と輸送力増強が頭打ちになっていた中央線快速に投入することを想定して仕様が決められ、従来の旧形電車の加減速の約2倍の性能をもってラッシュ時の運転間隔を短縮することで、輸送力を増強することとされた。
101系と相前後して落成した、日本初の高加減速電車である近鉄6800系（ラビットカー）など、私鉄各社でも高性能車と呼ばれる高加減速の電車が出てきていたこの時期、開発当初は加減速性能の向上を狙って全電動車方式（オールM編成）を採用したのが大きな特徴である。個々の電動機の能力を極限まで高めるのではなく、全車両を電動車として編成全体の出力を高める方針が取られ、電動機は高回転型で小型軽量になり急行形などとも共通の標準形としたMT46A形が用いられた。
しかしこの構想は、以下に詳述の通り電力設備等の問題により変更を迫られることになり、後には例えば電動車6両に付随車を2-4両連結して使用された。これでは所期の性能が発揮できず、またなお残る経済性の問題から、後継として103系電車が開発され、国鉄の標準通勤電車の位置を譲ることになった。これらのことから、国鉄においてはカルダン駆動の車両を「高性能車」と呼ぶのをやめ、「新性能車」と呼ぶようになった。
車内設備
内装は72系全金属車の延長上にあり、ビニール化粧板を用いて薄緑色基調で簡素にまとめられている。蛍光灯照明と当時としては広い窓面積で、車内は明るかった。なお、蛍光灯は72系920番台では直流式の20Wであったが、この系列では交流式の40Wに出力増強されている。座席は扉間7人掛け、車端部3人掛けのロングシートで、中間車で座席定員54人（側扉が広くなったため、72系の64人より減少）、また一部私鉄と異なり運転台と扉の間には座席がないが、これが以後国鉄通勤形の標準として長く使われることになった配置である。運転台に貫通路がなく、客室から運転台への扉は客室から見て右側に設けられているが、この配置も後に長く用いられている。
床は新設計とされ、鋼板の上に低圧回路用ビニル管の大部分を配管、その間にリノールを埋め込み、上にネオプラスリウムを敷いた。床厚は45 - 50mmである。また、当時の国鉄では通勤電車には扇風機さえ設けないのが普通だったが、上述の換気面への配慮により居住性改善に資するため、扇風機を標準装備とし、試作車では通風器通風口のアルミ合金製グリルにガードなしで常時設置するものだった。
運転室は72系全金属車の構成をほぼ踏襲する形となった。101系では多段式電動カム軸制御器や電磁直通空気ブレーキなど新技術の採用があったためマスコンハンドルやブレーキ弁が新型のものとなっているが、その他メーター類やスイッチ類をはじめとする設備類は、72系全金属車とほとんど変わらない仕様となっている。
台車
台車は、電動車が新開発のDT21形である。付随車については、初期車は電動車化が計画されていたため、モーター取り付け準備が施されたDT21T形としたが、その後通常の付随台車のTR64形に変更されている。鋼板プレス部材を溶接組立したウイングばね形のボルスター式ペデスタル台車で、気動車用のDT22形（ただし枕バネの吊り方は若干異なる）と主要部分を共通仕様としている。
開発時点では、金属ばねより格段に乗り心地が優れるなど長所の多い空気バネ台車がすでに技術的に確立されつつあり、本形式にも使用可能であった（空気バネ台車を試験的に装備しての試運転も行われた）が、国鉄では製造コスト低減のため、通勤電車用台車の枕ばねにはコイルばねを採用した。
軸ばねが既に国鉄で実績のあるペデスタル支持のウイングばねとなったことも、コスト面やライセンスの問題を背景としている。DT21の平凡な設計はペデスタルのメンテナンスが必要という課題はあるものの、構造が単純で特許の縛りもなく、どの車両メーカーでも製造でき、基本的に低コストで作れるメリットがあった。
DT21系はその後、本形式以外の通勤・近郊形電車にも広く採用され、国鉄電車用の廉価な台車として四半世紀に渡って製造され続けた。廃車になった車両の台車の一部は、103系3000番台や121系などに流用されている。
ブレーキ
ブレーキは、電磁直通方式のSELD方式である。大手私鉄におけるHSC-Dブレーキ（1954年に小田急電鉄で初採用）とほぼ同一のもので、空気ブレーキと電気ブレーキを連動させ、迅速かつ強力なブレーキ性能を得られるシステムであり、試作車では制御機構として上述の応加重装置も装備した。それと同時に「セルフラップ機構」が導入された。ブレーキハンドルを回した角度に比例してブレーキ力が働くシステムで、ブレーキ操作が著しく単純化・省力化されたことは重要である。
空気ブレーキが応答性の高い電磁直通ブレーキに変更されたのに併せて、基礎ブレーキの構成も一新され、車体にブレーキシリンダー1基（80系は2基）を設置してそこから各台車にブレーキロッドでブレーキ力を伝達していた従来の構成を全面的に改め、各台車に4基（つまり各車輪ごとに1基）のブレーキシリンダーを設置して伝達距離を大幅に短縮することにより、応答性と保安性を向上させた。
主抵抗器
101系では、電気ブレーキとして発電ブレーキが搭載されたことによる主抵抗器の発熱量の増大が予想されたため、従来の自然通風式を改めて強制通風式の主抵抗器を採用した。主抵抗器はM,Mc車の電動発電機の両側に2群に分けた薄鋼板製のケーシングに収められ、2群の中央に置かれた冷却用送風機により送風を行う。この送風機は電動発電機も兼ねており、電動発電機の電機子軸を両側に延長してその延長部分に送風用ファンを付けた形となっている。第1群側には減流抵抗器が1個余分に納められている。
その後
本来、中央線用として500両程度作ればよかっただけの101系の製造が完全に打ち切られたのは、103系の製造開始から6年が経過した1969年（昭和44年）であった（電動車が1966年、付随車が1969年）。これは山手線から総武緩行線に101系を転用する際に編成両数の違いから中間に制御車2両を組み込む必要が生じたことと、大阪環状線など一部の増備に際して形式統一の見地から新造車が必要となったためである（大阪環状線への103系投入は1969年の暮れ以降）。また、一部には151系の181系化改造によって余剰となったMT46A形主電動機が流用された。その結果、製造両数は1,535両に及び、国鉄電車としては103系、0系、113系、115系に継ぐ第5位の大量生産車であるが、1,000両近くが101系の性能に適さない路線での使用となった。また、6M4Tでの運転自体も性能ギリギリだったことから冷房化改造も満足にできないなどの弊害があり、103系の設計の間に101系を投入せざるを得なかった総武線は冷房化率を上げることが困難であった。
最初の投入線区である中央線快速での運用を終了したのは、201系量産開始後の1985年（昭和60年）3月14日のダイヤ改正である。1973年（昭和48年）に同線でも運用を開始した103系の運用終了はそれよりも早く1983年（昭和58年）3月であった。他線区に比べ冷房化率の低い中央・総武緩行線と南武線に103系の冷房車を回し、早急な冷房化率の平均化を目指したものと思われる。
101系は、起動時の加速度は103系に劣ったものの、ブレーキの応答性も高く、減速時の扱いはむしろ103系よりも良いといわれていた。なお、103系は101系と混運用する場合は、101系の走行性能に合わせる形で103系の限流値を落とすことで性能を落として使用していた。応荷重装置を使う場合の103系冷房車の空車時の限流値は300Aだが、中央線の103系は応荷重装置を使わず、空車以下の290Aに限流値を固定して使っていたので、加減速ともに悪かった。これは中央線だけでなく101系が先に入った路線に共通してなされた措置であり、運転士の体験談などは性能を落とした103系との比較である点は注意が必要である。なお、力行ノッチ曲線で見る限り103系の100km/h時の引張力はユニットあたり約1900kgで101系の約1300kgよりも大きく高速でも103系の加速力の方が高い。
各線への転用
101系は中央線・大阪環状線・山手線・総武線を中心に車両の増備がなされたが、電動機の熱容量問題から駅間距離の短い路線での使用は不利な状況で、比較的どのような路線でも使える103系が製造され始めると、101系にとって一番条件に合わない山手線から撤退する。ここでは、時系列的に各路線への進出を見ていくことにする。
赤羽線（1967年）
山手線用の101系は、将来的に総武緩行線に転用することを前提に投入されていたが、赤羽線も1965年7月から山手線と同じ8両編成になっており、車両の配置も山手線と同じ池袋電車区であった。その絡みもあり、山手線に103系が投入されて捻出された101系を用いて赤羽線の101系化を行った。編成は山手線と同じ黄色（黄5号）の6M2Tが用いられたが、山手線同様に首都圏ATC化路線に指定された関係で103系化する必要が生じ、1978年2月までに103系4M4Tにて置きかえられた。
京浜東北線（1970年）
京浜東北線は、常に通勤輸送の改善が最優先に行われてきた路線で、新性能化は103系により1965年11月から実施していたものの、配置両数が700両以上と多いことから、1970年に入っても4分の3は旧形国電であった。そこで1970年10月1日ダイヤ改正で通勤路線の運転時分査定が緩和され、中央線と総武線で101系が30両捻出されたことから、この30両を用いて京浜東北線の新性能化を促進することとなり、101系では初めて車体塗装を青色（青22号）にして投入された。編成は中央線や総武線同様に6M4Tである。また103系にはラッシュ時にドアに何かが挟まった場合、その挟まったドアのみ再び開けることができる再開閉装置が付いていたことから、転用される101系にも取付改造を施した。なお、山手線用101系には新製時から再開閉装置は付いている。その後、同様な理由で捻出された20両と合わせ、合計50両が京浜東北線で103系と共に運転された。101系の青22号色はこの京浜東北線が唯一の例である。山手線や赤羽線とともに首都圏ATC化路線に指定された関係で、1978年3月までに103系に置きかえられた。
910番台
変電所容量などの問題により当初目指した全電動車方式での投入が困難な情勢となったため101系に代わる通勤電車を設計することとなり、その仕様決定に必要な電力回生ブレーキの試験車として1960年（昭和35年）にクモハ100形・クモハ101形の制御電動車同士の1ユニットのみが試作された。
この試験の結果、常用回生ブレーキは制御機器の重量増、保守困難、回生失効の問題などが挙げられ、時期尚早として導入は見送られた。その原因として、当時は半導体技術が未熟であったため、磁気増幅器を用いた回生であったことが挙げられる。しかし、磁気増幅器を使用した抵抗制御車の常用回生ブレーキ車は古くはすでに戦前に登場しており、101系のような大量輸送向けの車両としては小田急電鉄の2600形が製造され2004年まで活躍していた。試験終了後は中央線編成で付随車扱いとして使用されたが、1964年に電装解除されクハ100-911・クハ101-911となり1979年（昭和54年）に廃車された。
運用
101系は電動車が1966年（昭和41年）、付随車が1969年（昭和44年）まで製造され、1979年（昭和54年）までは事故以外の廃車はなかったが、同年に201系の試作車が中央線快速に登場したことから同線を皮切りに老朽化に伴う廃車が始まった。結局、総製造数1,535両のうち最終的にJRに継承されたのは224両だった。なお、国鉄時代に廃車になった車両はすべて非冷房車で、冷房改造済み車両は103系750番台に改造された車両を含めてすべてJRに継承されている。
関東地区
首都圏では、山手線・京浜東北線・中央線快速・青梅線・五日市線・武蔵野線で使用されていた車両は国鉄時代に廃車または他区への転属によって姿を消し、東日本旅客鉄道（JR東日本）には210両が継承され、中央・総武緩行線・南武線・鶴見線で運用された。このうち南武線のみ冷房車が含まれていた。しかし、民営化後間もなくこれらの各線からは次々と撤退し、1992年（平成4年）以降は南武線の浜川崎駅 - 尻手駅間（南武支線）の2両編成3本（6両）のみとなっていた。
南武支線用の車両はJR発足後にワンマン化（塗色も変更）と冷房化の2つの改造を受けており、他線で使用されていた車両が全廃された後も長い間使われていたが、205系1000番台への置き換えにより2003年（平成15年）11月28日までに定期運用を終了した。2005年（平成17年）8月1日にクモハ100-172・クモハ101-130が廃車されたのをもって廃系列となった。
関西地区
近畿圏では、1961年に大阪環状線・桜島線（JRゆめ咲線）にオレンジバーミリオン色が投入された。
その後、関西本線（大和路線）では1973年に奈良駅以西が電化された時に若草色（先頭車両には黄色いライン入り）が投入されたが、1982年（昭和57年）の水害で王寺駅に留置されていた60両が使用不能（電気機器の冠水による絶縁劣化および、床材が水を吸い膨れ上がる現象が発生したため）となり、代替として急遽関東地区から同系の廃車予定車を転属させ2年間使用した。塗装は元中央線快速の車両がオレンジ地に前面黄帯入り、元中央・総武緩行線の車両が関西地区には福知山線所属の103系にしか無かった黄色(カナリアイエロー)のまま使用され、共に異彩を放っていた。これらの車両の先頭部および出入口上部には「関西線」と記載されたステッカーを貼っていた。
1976年には片町線（学研都市線）にオレンジバーミリオン色が投入された。
近畿圏では関東地区以上にハイペースで103系への改造や廃車による撤退が進み、その結果西日本旅客鉄道（JR西日本）には片町線の14両（うち冷房車8両）だけしか継承されなかった。編成はMM'×2が中央・総武緩行線からの転入車（非冷房でT車代用として使用）で他は大阪環状線からの転入車だった。その後Tを抜いて6連化の上で桜島線に転用されたが、207系量産先行車（第1編成）の導入による103系の転配によって置き換えられ、1991年（平成3年）3月に同線での営業運転を終了し、4月29日のイベント電車運転を最後に1992年（平成4年）限りで全廃。
103系への改造車はその後も一部が残存したが2002年（平成14年）10月までに全車廃車となり関西地区から101系は姿を消した。
103系への改造
サハ101形とクハ100・101形の一部がサハ103形750番台とクハ103形2000・2050番台に改造編入されている。詳しくは国鉄103系電車#改造工事の項を参照。
郵便荷物車・事業用車への改造
戦前からの省型電車や買収国電などからの改造車が多く、老朽化が進んでいた牽引車・配給車・救援車・荷物車・郵便車などの置き換えを目的に、救援車の機能を備えた牽引車としてクモヤ145形および配給車としてクモル145形・クル144形や飯田線の新性能化に伴い登場した郵便荷物電車であるクモユニ147形が101系の改造で登場している。これらは101系からの改造とはいっても、車体を新製し、モーター・ブレーキ・台車などを流用したものと考えてよい。これらの車両のうちクモユニ147形全車とクモヤ145形600番台2両がクモハ123形40・600番台に再改造され、東海旅客鉄道（JR東海）の身延線で運用されていたが、2007年（平成19年）に313系に置き換えられた。
秩父鉄道への譲渡
埼玉県の羽生 - 三峰口間を走る秩父鉄道に、国鉄時代の1986年から民営化後の1989年（平成元年）にかけて3両編成12本（計36両）が譲渡された。形式は1000系となり、M'cMTc（クモハ100形 - モハ101形 - クハ101形）の編成で譲渡された。入線当時は黄色に茶帯の塗装に前面に「秩父鉄道」と表記されていた塗装で比較的原型を保っていたが、後のワンマン化を前にクリームを基調として赤と青の帯を施した塗装に変更され、同時にシールドビーム化された。その後、先頭車の冷房化（JR西日本のWAU102形冷房装置に類似したものを採用したが、中間車は非冷房のまま）やパンタグラフの2基搭載化などを経て、2008年（平成20年）までは全車が在籍していたが、2009年（平成21年）2月に7000系の入線により1004Fと1006F（1006Fの電動車は元武蔵野線用1000番台で、1000系では唯一モハ90として製造されており、初期形の後部標識灯と乗務員室の仕切り窓の大きいタイプが珍しかった）の2編成が運用を離脱し廃車され、置き換えが開始された。なお、鉄道博物館の開館に合わせて4編成が2007年（平成19年）秋からオレンジバーミリオン・スカイブルー・カナリアイエロー・ウグイス（関西線では「若草色」）の4種類の塗装へ順次復元された。
老朽化の進行により、最後まで残存した1003F（オレンジバーミリオン塗装）が2014年3月21日から3月23日まで運行された「さよなら貸切列車」に使用されたのを最後に運用を終了し、これをもって本系列の営業運転はすべて終了した。3月31日付で全車廃車され廃系列となった。