JR東日本E235系電車

仕様

本系列は、2006年から首都圏の多くの線区に計3,000両以上を投入し、利用客へのサービス向上や輸送安定性向上に大きな効果をあげている実績のあるE233系に、従来のTIMSに代わる新しい列車情報管理システム「INTEROS」をはじめとする数多くの新機軸を導入し、利用客サービス向上だけでなくエネルギーコストやメンテナンスの低減を実現するなど、さらなる技術開発の成果を盛り込んでいる。
車両の番台区分は、10号車のサハE235形500番台・4600番台を除きすべてが0番台であり、車号は1からの付番としている。主要機器としては、VVVFインバータ装置をモハE235形・モハE234形に、電動空気圧縮機 (CP)をモハE234形に、補助電源装置 (SIV) ・保安装置・蓄電池箱・整流装置・ブレーキ制御装置（2台）をクハE235形・クハE234形に、補助電源装置 (SIV) をサハE234形にそれぞれ搭載している。車両の最高速度はE231系やE233系と同じ120km/hとしており、加減速度性能は山手線用のE231系500番台と同一であり、起動加速度は3.0km/h/s、減速度は4.2km/h/sとしている。

デザインコンセプト

開発イメージの「人と対話する車両」から、キーワードを「お客様、社会とコミュニケーションする車両」とした。外観については、前面の大きな窓や表示装置によって"人と人、人と社会をつなぐ情報の窓"を表現した。また、居住空間が広く感じられるオープンなデザインとしている。デザイン監修は奥山清行。

車体構造

車体長は19,570/19,500mm（先頭車/中間車）、車体幅は2,950mm、連結面間距離は20,000mmであり、片側4箇所の両開き扉をもつ。E233系など従来車両と同様のステンレス製軽量構体とし、台枠の一部を除き、ステンレスを用いた構体としているが、雨どいが外側に出ない車体断面を新たに採用した。従来のE233系までは、外側に出る雨どい部を車両限界内に収めるため、側外板の腰部から上をわずかに室内寄りに傾けていたが、本系列ではこれを垂直に立ちあげ、雨どいと一体化した。本系列は、総合車両製作所と東京急行電鉄が共同開発し、東横線5050系サハ5576にて登場した次世代型オールステンレス車両「sustina」初の大都市向け通勤車両の量産モデルとなっている。
屋根構造としては、極力横風の抵抗を小さくするため、抵抗に対して影響の少ない空調装置部を除き歩み板を省略した。連結妻面については、骨と外板の一部の接合部や、ほろ枠の部分にレーザー溶接を適用し、水密性を確保している。なお、構体へのレーザー溶接の適用は、JR東日本の車両では一部のE721系で実績があるが、首都圏のステンレス車両では初の試みである。
オフセット衝突対策として、隅柱の一部に、断面を45度に切り取ったような位置に補強を追加し、衝突時に互いに離反する効果を持たせた。前面衝突対策としては、前面のデザインが変わったものの、E233系やE231系近郊タイプと同等の強度を有しており、乗務員室をクラッシャブルゾーンとサバイバルゾーンに区分している。また、側面衝突対策としては、構体を構成する骨組みをリング状に配置している。
パンタグラフは、シングルアーム型をモハE235形に1基または2基装備する。折り畳み高さは3,950mmであり、中央本線内の狭小限界トンネルにも対応している。
空調装置は、各車両にAU737形 (50,000kcal/h) を屋根上に1台搭載しており、室外送風機数を2台から1台に削減して送風機ファンの翼形状を変更したことにより、性能を確保しつつ低騒音化を実現している。また、冷房運転においては、データベースに蓄積された過去の各駅乗車率などから予測した次の駅の乗車率をもとに、必要に応じて次駅到着前に車内を予冷する予測制御を行うことができる。その他にも、空気清浄装置はE233系とは異なりパナソニック製の「nanoe（ナノイー）」デバイスを搭載した空気清浄機を採用し、横流ファン（ラインデリア）付近の天井部に設置している。
車体前面および側面には三菱電機製フルカラー式LED表示機が取り付けられており、行先や次停車駅を表示する。

乗務員室

非貫通構造で、E231系近郊タイプやE233系（2000番台を除く）のようないわゆる高運転台構造であるが、車掌が後方確認しやすくするため、機器の高さを身長150cmの目線高さに相当する1,410mmに抑えている。このため、運転台機器の表示装置類の角度を65度から50度に変更し、運転士の機器視認性と両立させた。助士席側の機器はE233系の1,005mmから870mmに高さを低減し、客室からの小児客の視界を確保した。乗務員室内の割付けはE233系と基本的に同じであるが、前面ガラスを左右下部に広げることでフラットな前面デザインとの両立を図っている。
また、先頭車の前面ガラス破損時の復旧を早めるため、E231系やE233系と異なり前面ガラスが行先表示部と乗務員室内部とに分割できる構造となっており、側面の引き窓は、前面衝突強度を確保できる範囲で、高さ、幅ともにE233系よりも拡大している。先頭車の前面上部に設置された前部標識灯はLEDを採用しており、着雪を防ぐため、その部分の前面ガラスは熱線入りとしている。

客室内装

当初、窓上部および妻上部にデジタルサイネージを配置し、側天井の中吊り広告を廃止すると発表していたが、広告会社からの要望や需要もあり方針を転換し、従来からのE231系500番台において、JR東日本系列の広告代理店であるジェイアール東日本企画の広告料金表「ADトレイン」の項で設定されている枕木方向の「中づり」8か所と窓上部の「まど上」のうち、「まど上」については「まど上チャンネル」に、「中づり」のうち、貫通扉上（妻部）の2か所は「サイドチャンネル」に置き換えられ、当初の発表通り廃止されたものの、それ以外の6か所については存続させることになった。既存車両でも搭載している各扉上部の17インチ液晶ディスプレイ（トレインチャンネル）2画面に加えて、21.5インチの液晶ディスプレイを窓上部に3画面（まど上チャンネル）、妻上部に1画面（サイドチャンネル）新設した。まど上チャンネルは、3画面をつながった一つの画面のようにして使用することもでき、新たなデジタルサイネージならではのコンテンツについて今後検討を行うことにしている。なお、利用客の乗車位置（号車）と区間に合わせた停車駅の情報（乗換路線・ホーム案内図・駅構内図）や電車の混雑状況、車内温度などを確認できる「山手線トレインネット」は現行のE231系500番台と同様に引き続き利用できる。自動放送は日英対応だが、本系列では輸送障害時の情報にも対応している。
客室は、つり手棒・袖仕切り・スタンションポールを枕木方向にそれぞれ連続的な曲線で接続しロールバー構造とすることで、側面衝突に対する車体変形量抑制を図った。この構造はE231系からの編入である10号車以外の車両の車端部以外の袖仕切り部に、1両あたり6ヶ所の構成としている。
側引戸装置には、新規に開発したラックアンドピニオン方式の電気式戸閉装置を採用した。この戸閉装置は従来の電気式戸閉装置とは異なり、戸閉状態においても空気式戸閉装置と同様に、常時お互いの扉が押し付け合う構造である。ロック装置に隙間を設けることで、走り始めるまでは挟まれたものを引き抜きやすいという特徴がある。腰掛はE233系と同等の座り心地の片持ち式ロングシートであるが、デザインを一新した。また、袖仕切りについては居住空間を広く感じられるように半透明の構造とした。
車椅子の利用客に限らず、ベビーカーの利用客など、その他必要な利用客も使用できるようにフリースペースを各車両に1ヶ所ずつ設置した。このフリースペースにはより多くの利用客が利用しやすいように、レール方向に2段の手すりを設け、妻面には腰当てとしてクッションを設けた。さらに壁面の標記だけでなく、床敷物に大きく車椅子マークとベビーカーマークを示した。車外においても各車両に車椅子マークとベビーカーマークが掲出されている（E231系など従来型は先頭車2両のみ）。優先席については中間車のフリーペース向かい側にも3席設置し、10号車を除いた中間車は各車両9席設けている。

電源・制御機器

制御装置はSiC素子を使用した2レベル電圧形PWM-VVVFインバータ制御とし、1台のインバータ装置で主電動機4台を制御する1C4M構成となっている。制御装置は電動車に搭載され2両で1ユニットを構成しているが、E231系500番台での2両1ユニット方式から、1両ごとに制御装置を搭載して自車のモーターを制御する独立M方式としている。そのため、集電装置付きの電動車は「M1｣車、集電装置なしの電動車は「M2｣車としている。これは、将来の他線区への転出を考慮したもので、電動車を1両単位で組み替えられるようにすることで、各線区で最適なMT比とすることができる。また、量産先行車ではトランジスタ部にSiC-MOSFET、ダイオード部にSiC-SBDを搭載したフルSiC素子採用の三菱電機製SC104形と、トランジスタ部はSi-IGBT、ダイオード部にSiC-SBDを搭載したハイブリッドSiC素子採用の東芝製SC105形の2種類を搭載しており、両者は取付交換が可能となっている。なお、SiC素子の採用は東京メトロ05系北綾瀬支線用改造車、小田急1000形更新車、京都市交通局10系機器更新車に次いで日本4例目であるが、この3形式が改造による搭載であるのに対し、E235系は落成時からの搭載である。また、小田急1000形、新京成8800形、西鉄9000形はフルSiC素子、東京メトロ05系と京都市交通局10系はハイブリッドSiC素子のみを使用した制御装置を搭載しているのに対し、E235系量産先行車は両方を搭載している。なお、量産車はすべて三菱電機製で統一されている。
ブレーキ方式は、回生ブレーキ併用電気指令式空気ブレーキを採用している。常用ブレーキは、後述するINTEROSによる編成ブレーキ力管理システムにより応荷重制御と電空協調制御を行い、回生ブレーキを優先して使用することで、省エネルギー運転と基礎ブレーキの制輪子の摩耗量の低減が図られている。
運転台のマスコンハンドルによる力行・ブレーキ操作に対して、後述するINTEROSで車両の荷重などを加味した主電動機のトルク演算を行なった上、VVVFインバータ装置・ブレーキ装置に指令が送られるシステムとなっている。
主電動機は、東芝が原設計を担当した、JR東日本としては初採用となる全閉式外扇形かご形三相誘導電動機 MT79 が採用され、電動車両1両あたり4基搭載する。回転子を抜き出すことなく軸受けの交換が可能であり、定期的な内部清掃が不要な省メンテナンス構造である。1時間定格出力は140kWに強化されている。
補機用電源として、IGBT素子を使用した3レベル電圧形PWMインバータによる静止形インバータ (SIV) を搭載する。待機2重系としており、片方の系統が故障しても動作が可能である。量産先行車では東洋電機製造製SC106形と東芝製SC107形の2種類を搭載しているが、出力電圧は三相交流440V、定格容量260kVAで統一されており、相互に取付交換が可能である。
空気圧縮機はSIVから出力される三相交流440Vを電源とする、クノールブレムゼ製のオイルフリーレシプロタイプ MH3130-C1600F を採用する。吐出し量は1,600L/minである。

台車

台車には軸はり式軸箱支持機構を備えるボルスタレス台車である DT80（電動台車）・TR264・TR264A・TR264B（付随台車）を採用する。枕バネに空気ばねを用いるが、前後方向を柔支持、左右方向を剛支持とした異方性空気ばねを採用することで曲線通過性能を向上させている。電動台車の歯車装置は、歯車箱を分割構造としており、メンテナンス性を向上させている。軸箱と台車枠の側梁との間に取り付けられる軸ダンパは準備工事、ヨーダンパは未装備である。
基礎ブレーキは、電動台車が踏面ユニットブレーキ、付随台車が踏面ユニットブレーキと車軸に装備されたディスクブレーキの併用である。先頭車前位（運転台側）に装備された TR264 にはパーキングブレーキが取り付けられており、先頭車後位（連結面側）とサハE235形は TR264B 、サハE234形には TR264A を装備する。ディスクブレーキは国際鉄道連合（UIC）規格に適合したものをJR東日本グループで製造・採用し、ライニング制輪子は脱着性の向上が図られている。
E231系500番台から改造・編入されたサハE235形4600番台は、種車が装着していたTR255Aを使用している。

その他の機器

量産先行車には、試験的に線路と電力設備の状態監視装置を搭載している。これは車両から地上設備を監視することにより、安全性と安定性の向上の実現に向けた技術開発を進める予定で搭載されたものである。
4号車となるサハE235-1の床下には「軌道材料モニタリング装置」と「軌道変位検測装置」で構成された線路設備モニタリング装置が搭載される。軌道材料モニタリング装置は、モノクロ256階調が高さ情報が撮影可能なプロファイルカメラと二次元濃淡画像が撮影可能なラインセンサカメラを組み合わせて使用し、地上処理装置がレール締結装置および継目装置の脱落判定を行う。軌道変位検測装置は、台車に搭載されたレーザ変位計と反射鏡・駆動用モータを組み合わせた二軸レール変位検出装置で構成され、軌道変位を計測する。3号車のモハE235-3には架線状態監視装置が搭載される。パンタグラフ舟体に取り付けられた加速度計が不具合を検出するほか、離線によるアークを検出する紫外線センサ、架線の状態やパンタグラフの動きを記録するビデオカメラ、トロリ線の高さや変位、残存直径を測定する回転式レーザ装置・赤外線LED光装置を搭載する。
山手線のホームドアが設置された駅ホームにおいて、停止線に正確に停車してからホームドアを車両側から可動させるために、TASC（定位置停止装置）の支援装置とホームドア車上装置（1号車にそのトランスポンダ車上子を設置）の他、移動禁止システム、前方カメラを搭載している。

 0番台

山手線向けの車両で、東京総合車両センターに配置されている。2015年（平成27年）に量産先行車1本（11両）を導入。さらに2017年（平成29年）度中に量産車15本（165両）を導入し、2020年春頃までに残りの34本（374両）を導入し、量産先行車と合わせて全50本（550両）とする計画である。第01編成・第12編成の3号車には、架線状態監視装置を搭載し、第01編成の4号車には、線路設備モニタリング装置を搭載している。
車体色は国鉄103系電車からの山手線のラインカラーである黄緑6号（いわゆる「ウグイス色」）を継承しているが、車体側面の配色はホームドア設置で見えづらくなった従来の窓下部の横帯の代わりに、側引戸と側引戸上部の幕板部を塗装している。塗装は戸袋方向にドット柄のグラデーションとなっており、前面も上方向に同様なグラデーションのデザインとなっている。
山手線用の電車として初めて、全車両にフリースペースと優先席を設けている。
制御車の前面と各車両の側面の行先表示器はフルカラーLED式となっており、季節の花や植物などの簡易なドット絵模様を表示できるようになった。ただし簡易なイラストは出発して一定速度以上になると表示される仕様なので、停車中に（たとえば駅のホームなどから）見ることはできない。
山手線は他の路線と違い環状運転しているため、車内案内表示器右側の液晶画面に表示される停車駅案内は円を描くような表示となっている。また、本系列では当初、中吊り広告をなくし、すべて液晶画面でのデジタルサイネージとすると発表していたが、広告代理店からの要請により中吊り広告も一部残されることとなった。

サハE235形4600・500番台

10号車には、11号車寄りの扉位置を車体内方にオフセットした、サハE235形500番台または4600番台が連結されている。これは、京浜東北線と並行する田端駅 - 東京駅 - 品川駅間の内、田端駅 - 東京駅 - 田町駅間では、線路保守の都合で山手線が京浜東北線の、あるいはその逆の線路を運行することがあるが、いずれの路線も先頭車最前部の扉がオフセットされており、京浜東北線が10両編成なのに対し、山手線は11両編成であるため、車両側で調整をしないと10号車の扉の位置がホームドアとずれてしまうためである。原則として在来のE231系500番台の10号車（サハE231形4600番台）を改造して充てる方針であったが、その改造工期確保のため、第04・第05編成の10号車は新製（サハE235形500番台）された。4600番台はE231系サハE231形4600番台からの改造車で従来構造のままであり、雨どいが突出し、屋根の構造や高さも異なるほか、車内の案内表示器やデジタルサイネージ装置の位置が異なる。一方、500番台は新製車で他車と同様のsustina構体である。

付記

本系列で最初に落成した量産先行車・東京総合車両センター01編成の車両番号は、内回りの先頭車から順にクハE235-1+サハE235-4620+モハE235-1+モハE234-1+サハE234-1+モハE235-2+モハE234-2+サハE235-1+モハE235-3+モハE234-3+クハE234-1となっている。

量産先行車

本系列の量産先行車である東京総合車両センター01編成は、2015年（平成27年）3月23日に総合車両製作所新津事業所を出場した。信越本線内で試運転を行ったのち、3月26日に越後石山駅から東京総合車両センターへ配給輸送された。3月28日に報道公開が行われ、3月30日には山手線に初めて入線し、大崎 - 新宿 - 池袋間を1往復する試運転が行われた。4月には東海道貨物線で試運転、5月からは日中の山手線での周回試運転が行われ、6月には中央本線大月までの試運転が行われた。11月29日には、びゅう旅行企画の団体臨時列車として、横須賀線の品川駅 - 横須賀駅間を往復した。これが初めて乗客を乗せての運転となった。そして、営業運転初日の11月30日は、始発駅である大崎駅で出発セレモニーが行われた後、同駅15時18分発の外回り1543Gから営業運転を開始した。

車両トラブル

しかし、営業運転開始から約5分後の15時23分頃に目黒駅でオーバーランが発生したのを皮切りに、大崎駅でドアの開閉に異常が発生、大塚駅では停車位置の1.5メートル手前で停車し、システムモニターに複数の故障表示が出て乗客約700人が車内におよそ30分間閉じ込められるといったドアやブレーキ故障などのトラブルが相次いで発生した。そのため初日は23時頃に大塚駅で運転を打ち切り、東京総合車両センターへ回送された。
営業運転開始前の試運転で乗車率40%に相当する荷重を積載しての試運転は行われていたが、乗車率100%相当での試運転は行われずシミュレーションのみが行われた。事前の確認不足によりINTEROSに不具合が生じたと考えられている。運用離脱後、不具合の原因とみられる次世代車両制御システム「INTEROS」のソフトウェア改修を行い、さらに様々な状況下でも問題なく動作することも確認できたため、2016年（平成28年）3月7日から営業運転を再開している。

ATOによる試運転

ATO（自動列車運転装置）を搭載しての試運転が2018年12月から2019年1月にかけて深夜の山手線で4回行われた。これは山手線のATOの実用化とGoA3と呼ばれる車掌が乗務してのドライバレスによる自動運転を目指すため、それらに必須となるATOの開発に向けた評価と課題抽出が目的であり、運転席正面の計器盤の上部に、運転士が前方を注視したまま必要情報が常に把握できるHUD（ヘッドアップディスプレイ）が試験目的で設置された。HUDはINTEROS（列車情報管理装置）からの情報液晶表示素子をLEDにより投影するが、投影される文字やイラストは景色と同じピントで視認できるように虚像距離を遠方にとることで運転士の視野内に結像され、速度・加減速指令・扉開閉方向・停止精度が表示されるほか、徐行区間・架線のエアセクション・扉開閉情報・指令からの通告情報などの表示も可能となっている。また、一般的なATOによる運転は、列車の運行条件に関わらず一定の走行パターンで駅間を走行するが、開発中のATOによる運転は、地上の運行管理装置との連携することで運行条件に応じて、その走行パターンを可変させる機能を有する予定である。今回の4回による試運転ではATO装置を毎回違う編成に付け替えて行われたため、出発スイッチの代用として運転台の右グリップ右側にあるインチングスイッチが使用された。