일본국유철도 103계 전동차

개요

일반적인 구성 요소는 일본 국철(현 JR)의 첫 신성능 통근 전철인 101계를 따르고 있다. 운전실은 둥근 지붕형 차체에 창문 3개가 달린 단순한 디자인을 사용한다. 객차에는 1300mm 양미닫이문 4개가 있으며, 문 사이에는 7인용 좌석, 객차 양 끝 부분에는 3인용 좌석이 있다. 대차(臺車)는 윙 스프링 축상지지장치, 직권 정류자 전동기를 이용한 MM'유닛 방식으로 저항을 제어한다.
일반 통근형 전차로 설계되었기 때문에 설계 시에 비교적 거리가 짧고 속도가 낮은 구간을 이용하는 것을 전제로 설계되었다. 이 때문에 높은 속도를 요하는 구간에는 부적합하다. 고속 운전 시를 고려해 약계 자석을 35%로 설계했지만, 실제 값은 40% 정도로 시속 100km까지 속도를 내는 데 2분 정도가 걸렸다. 게이한신 완행선 등 일부 구간에서는 약계 자석이 35%가 되도록 개조해 성능을 개선한 차량도 있다. 72계로부터 신제조 차량 3,447량 및 그 외 20량을, 101계로부터 36량을 편입해 총합은 3,503량이다. 단 나라 선, 와카야마 선의 전철화 개업 및 가베 선 신성능화 차량으로써 0·1000번대의 61량(JR화 이후, 사고 폐차 보충용으로 1량 추가)을 사용하고, 센세키 선에 있는 차량 중 4량이 105계로 개조되고, 또 사고로 폐차된 차량도 있기 때문에, 3,503량이 모두 동시에 존재했던 적은 없다. 본 형식의 설계는 제도고속도교통영단(현 도쿄 메트로)도자이 선 경유용의 알루미늄제 차량인 301계의 기초가 된 것 외에 지방 사철 매수 전철화 노선용의 105계, 이이다 선용의 119계나 121계에도 응용되었다.

101계의 전전동차화(全電動車化) 계획과 단념

1958년부터 주오 선(中央線)을 시작으로 도입이 개시된 101계는 특급형이나 급행형 등과 같은 설계인 저출력 모터의 기어비를 변경하고 전전동차(全電動車: 풀M카) 방식을 적용하여 높은 가속 성능을 실현하는 것을 목표로 설계된 당시의 전형적인 고성능 통근 전동차 중의 하나였다. 그러나 그 설계 컨셉은 변전소 용량의 증대나 가선설비 강화와 같은 추가적인 투자요인을 발생시켰고, 이는 통근 5방면 작전 등 긴급한 러시아워 대책에 쫓긴 당시 일본국유철도의 재정 상황 및 스케줄상 적합하지 않았기 때문에 주전동기를 탑재하지 않는 부수차(T차)의 삽입이 실시되었다.
원래 풀M카 운용을 전제로 설계되었던 101계의 경우 T차를 삽입하여 MT비를 변경함으로써 성능이 대폭 저하되었다. 게다가 재정상상의 문제로, MT비를 1:1로 운용하는 것은 정격출력이 100kW/h인 MT46형 주전동기를 사용하는 101계의 경우 그 출력 곡선과 감속 기어의 기어비 문제로 인해 사실상 불가능했다. 그 때문에 MT비를 1:1로 하여 보다 저비용·대량으로 신형 통근형 전동차를 양산하기 위해서는 주전동기의 설계를 변경하여 정격출력을 강화하고, 저속에서의 견인력을 향상할 필요가 있었다.

전동기의 설계

그러한 상황 아래 1960년 1월에는 101계의 전동기 출력을 120KW/h로 향상시킨 시험 차량의 시운전을 실시하여 고출력·고회전형의 전동기를 검토하였으며, 1960년 3월에는 회생제동이 추가된 101계 910번대가 처음으로 제작되었다. 이러한 시험 결과와 신형 통근형 전동차 투입 예정 선구(線區)의 특성을 고려한 결과 고회전형인 MT46형의 출력 향상형으로는 목표 성능을 충족시킬 수 없었기 때문에 저회전형인 MT55형이 개발되게 되었다.
MT55형 전동기는 4량 내지 8량의 MT비 1:1정도의 편성으로 '역간 거리가 짧고 평균 속도가 비교적 낮은 노선'에 최적화되었다. 또한 투입 예정 선구에서의 8량 운행을 전제로 당시의 주전동기를 이용하여 시뮬레이션을 실시한 결과, MT55형은 신형 통근형 전동차용 전동기로서 가장 큰 목표인 소비전력 절감을 달성할 수 있었으며, 구동 시 발열에 여유가 있어 추후의 증속운행에도 견딜 수 있었고, 팬터그래프 당 집전전류가 작기 때문에 가선 온도 상승도 방지할 수 있는 등의 이점이 인정되어 이후 통근형 전동차의 주전동기로 널리 채용되게 되었다.

임박한 전력 공급 사정

주오 본선의 101계는 전전동차방식으로 투입되었지만, 변전소 용량 문제로 한계 전류치를 480A에서 350A로 내려서 운행했다. 6M4T 운행을 시행함으로써 한계 전류치를 420A까지 높일 수 있었지만, M차 비율이 높은 경우 전력 사정 이외에 가선 온도 상승 등의 문제도 발생하기 때문에 가선 강화도 함께 실시할 필요가 있었다.
그런 이유로 1961년 봄, 수도권에서 2번째로 101계를 투입할 선구는 변전소 능력이 다른 노선에 비해 나았던 야마노테 선(山手線)으로 결정되었다. 그러나 그 야마노테 선에서조차 전력 사정으로 인해 한계 전류치를 300A로 설정해야만 했으며 주전동기의 온도상승을 억제하기 위해 전기 브레이크도 사용할 수 없었기 때문에 주행시간이 같은 구간을 주행하는 구형 차량보다 오히려 더 길었다. 101계에 의한 신성능화를 위해서는 변전소 설비 등의 증강을 함께 실시할 필요가 있었기 때문에 막대한 비용이 들었고, 선구마다 섬세한 설정이 필요했기 때문에 경제적으로 운전에 관한 제약이 없는 통근형 전동차의 필요성이 높아졌다.

103계의 투입처

신형 통근형 전동차의 개요가 결정되자 103계를 어느 선구에 투입할 것인가에 초점이 모아졌다. 1962년 6월 무렵에는 정말로 103계를 야마노테 선에 투입할 것인지, 101계를 어디로 옮길 것인지를 시급하게 결정해야 한다는 목소리가 높아졌다. 1962년 가을에 있었던 야마노테 선 8량화를 위한 변전소 증강으로는 101계 6M2T 편성의 한계 전류치 300A로의 운전을 상정하고 있었고, 또한 한계 전류치를 350A, 480A까지 높일 수 있는 정도의 변전소 증강이 계획되고 있었다.
그러나 103계 4M4T 편성을 한계 전류치 415A로 사용할 경우 1962년 가을의 변전소 증강만으로 101계 6M2T 편성의 한계 전류치 480A로의 운전과 거의 동등한 운행을 실시할 수 있었다. 때문에 103계를 야마노테 선에 넣는 것을 시급하게 결정하지 않으면 불필요한 변전소 증강을 실시하게 될 처지에 이르렀기 때문에 1962년 10월 일본국유철도 본사 운전국·영업국·전기국·공작국 등에 의해 '신형 통근전동차의 투입 선구에 대해'가 정리되어 103계의 투입 선구를 야마노테 선·게이힌 도호쿠 선(京浜東北線)·소부 완행선(総武緩行線)으로 좁혀 논의가 계속되었다. 그 결과로 1962년 11월 5일의 상무회에서 103계 전동차를 야마노테 선에 투입하고 야마노테 선에서 사용 중이던 101계는 소부 완행선으로 이적하는 것이 결정되었다.
1962년 11월 15일에 시부야·도쿄 등의 변전소 증강이 완성되어 11월 19일의 운행 시각표 개정부터 야마노테 선의 일부 8량 편성화가 진행되었지만, 전동차 비율이 올라간 것으로 인해 한계 전류치는 300A에 머물러 야마노테 선 일주의 운전 시간은 5M3T의 구형 차량보다 20초밖에 단축할 수 없었다. 이것이 당시 일본의 수도권의 전력 사정이었다.
2001년 3월 3일에는, 서일본 여객철도(JR 서일본)에서 오사카 역과 유니버설 스튜디오 재팬 역을 잇는 노선이 신설되어 히네노 소속 한와선 차량에다 유나버셜 스튜디오 도색을 입히게 되었다.

시운전

1963년 3월 25일 선행 시제차량 1편성이 완성되고 9개월에 걸친 시운전을 거쳐 12월 28일부터 영업 운전에 들어갔다. 시운전에서는 문제가 몇 발생하였지만 시급한 신차 투입이 요구되고 있었기 때문에 최소한의 수정으로 양산 차량을 발주했다.

양산

1964년 이후 일본 국철의 통근용의 표준 차량으로서 대량으로 제조되어 직류 통근형 전동차 중에서는 물론, 일본의 모든 철도차량 중에서도 최대의 차량 수를 자랑했다. 1970~1980년대 도쿄나 오사카 등 일본의 대도시권의 통근 수송을 지원했다.

야마노테 선 투입

1964년 5월부터 103계의 양산차량이 야마노테 선에 배치되어 1964년도에만 202량이 제조되었다. 야마노테 선에 사용되고 있던 101계는 당초의 예정대로 소부 완행선으로 이적되어 별도로 새롭게 제조된 선두차량 2량을 추가하여 10량 편성하여 운용되었다.

역간거리가 긴 구간으로의 진출

양산이 진행되면서 점차 본래의 투입 예정 선구와는 성격이 다른 노선에도 103계가 사용되기 시작했다. 1962년의 신형 통근전동차의 투입 선구에는 조반 선(常磐線)(평균 속도 52.8Km/h)과 게이한신 완행선(京阪神緩行線)(평균 속도 56.7Km/h)도 포함되어 있었지만, 103계의 사양 결정에서는 이런 노선을 제외한 대상선구의 평균 속도를 참고하였다. 이것은 103계가 역간 거리가 짧은 선구 전용이라 역간거리가 긴 선구에서는 개선이나 새로운 형식의 설계가 필요하다고 생각하고 있었기 때문이었다. 그러나 표준화가 중시되었기 때문인지 결국 그 형식이 개발되지 않았다.
1964년에는 게이한신 완행선의 신성능화와 관련하여 간사이 지사에 103계를 그대로 투입해도 문제가 없는지, 혹은 새로운 형식이 요구되는지 검토할 것을 지시하기도 했다. 사실 가칭 105계(현재의 105계와는 무관)가 4도어 크로스시트 차량으로 검토되고 있었다. 오사카 철도 관리국에서는 1950년대 후반에 교토 - 고베의 단거리 쾌속의 증발 때문에 후속의 쾌속으로부터 잘 피할 수 있을 만한 성능을 가진 고성능 통근 전동차를 요구하여 4도어 롱시트, 기어비 1:4.82, 균형 속도 103km/h, 250% 승차 시 시속 100km/h까지의 가속도 1.3km/h/s라는 101계 전전동차 편성에서도 불가능한 성능이었지만, 이것은 복복선구간의 외측선(통칭 열차선)이 본사 관할이라 자유로운 증편을 하지 못하고 안쪽의 복선(통칭 전철선) 구간에 쾌속과 완행을 밀어넣지 않으면 안 되었기 때문에 필요한 성능이었으며 1964년 당시 오사카 철도 관리국으로서는 현재의 선로 사용 방법(안쪽선으로만 집중)이 개선된다면 새로운 형식이 아닌 기존 형식(101계나 103계를 가리킨다)으로도 사용할 수 있다는 인식을 갖고 있었다.
1965년의 게이힌 도호쿠 선에 투입할 시 노치 오프의 속도가 오르기 때문에 103계의 기어비를 1:5.6으로 하거나, MT54형의 통근형 전동차 도입을 모색했지만, 모두 103계에 비해, 특히 전력 소비량이 증가한다는 단점이 크고, 고속 운전 구간에서도 103계 전동차가 경제성이 높아 무리하게 고속형으로 할 필요가 없다는 결론을 내렸다.
이러한 조사 결과를 받아 1967년 말부터 조반 선에 103계가 투입될 때에도 특히 큰 설계 변경은 생각되지 않았지만, 유지·보수가 필요 없는 디스크 브레이크 TR212형 대차가 개발되고 있었으므로 브레이크 초속과 사용 빈도가 높아지는 경우도 있어 조반 선 투입차에 이 디스크 브레이크 대차를 이용하게 되었다.

운전속도 향상에 의한 문제점

역간 거리가 긴 구간에서 운전이 증가하자 여러 가지 문제점이 발생했다. 게이한신 완행선 투입 3년 후인 1972년 3월 15일 운전 시각표 개정과 함께 시행된 증속운행에서는 제동 초기 속도가 90km/h 대가 되면서 전기 제동을 사용했을 때 주전동기에 과전압이 걸리면서 보호회로가 빈번하게 작동하게 되고 전기 제동이 작동하지 않아, 이를 고장으로 혼동하기 쉬웠기 때문에 기관사로부터 불평이 많았고, 또한 보호회로가 작동할 때 제동충격이 커 승차감에도 악영향을 주는 등의 문제가 발생하였다. 설계상 95km/h 정도까지는 과전압이 발생하지 않기 때문에 101계에 장착되고 있던 감압 계전기를 설치하지 않았던 것도 원인 중 하나지만, 본래의 성능에 접근하기 위해 회로를 일부 개량하여 과전압 방지 대책을 마련했다.

차체

차체 구조는 101계와 같은 보통 강철이 채용되었다. 그 때문에 101계와는 전면 이외에는 차이가 거의 없다. 또한 제조가 진행됨에 따라 개량이 계속되어 초기 제조 차량과 최종 증비 차량을 비교해보면 차이가 크다.

주행 장치

MT비(전동차와 부수차의 비율)1:1로 역간 거리가 짧은 통근 선구에서 운용될 것을 고려하여, 주전동기를 저회전수역의 토크 특성을 중시하여 정격 회전수를 낮추고 이것에 맞춘 전기자의 자기 용량을 키운 신설계의 MT55형(1시간 정격 출력 110kW, 375V, 330A, 1350rpm(85% 계자))으로 하였으며 85%의 계자로의 정격 속도를 36.5km/h로 설정해 전력 소비량을 억제한 경제차이다. 가속도는 4M4T로 2.0(6M4T에서는 2.3)km/h/s가 되도록 설정되어 있다. 또한 101계와 같이 중공축 평행카르단 구동방식이다. 103계 시작차용으로서 DT21형의 파생 형식에서 쿠모야 791형용의 DT26의 베개 용수철을 코일 용수철로 되돌린 DT26C가 시험 제작되었다. 이 DT26C의 양산 형식이 DT33으로 주전동기의 MT55가 MT46계와 비교하여 자기 용량 확보나 저정격 회전수화를 목표로 만들었기 때문에 대직경화한 것에 맞춰 전동차의 차륜 직경은 통상의 860mm보다 큰 910mm, 전동차 대차의 축간 거리는 통상의 2100mm보다 넓은 2300mm로 만들어졌다. 기어비는 15:91=1:6.07으로 설정되었으나 이것은 860mm의 차륜 직경으로 환산하면 1:5.73에 상당한다. 또한 브레이크 슈는 편압식이 되었다. TR201는 TR62를 베이스로 한 편압식 브레이크 슈로 한 TR62X를 양산화한 것으며 축거와 차륜 직경은 TR62와 변화가 없다. TR212는 이것을 재차 디스크 브레이크화한 것이다.

차종분류

103계의 경우 통근형 차량으로서 대량으로 생산되었기 때문에 제조 시기나 사용 목적 등에 따라 여러가지 설계 변경으로 인한 번호의 중복을 피하기 위해 번호를 구분했다. 그 때문에 차번(車番)을 보면 대략적인 사양을 판별할 수 있다. 103계는 총 3,447량(신제조 차량만 집계, 타 형식에서 개조된 차량은 제외)이 생산되었다.

지하철 대응 차량

지하철 직통용으로서 이하의 차량이 0번대와 병행하여 제조되었다. 경유처 각선은 모두 보안 설비가 다르기 때문에 투입 노선마다 사양을 바꾸어 새로운 번대가 제조된 것이 특징이다.

일본국철 시대의 개조

일본국유철도는 1970년대가 되면서 재정난으로 인해, 신차 제조 비용을 경감할 목적으로 한 번 투입한 차량을 개조해 다른 용도로 사용했다.

센세키 선 투입

1979년부터 센세키 선의 구형차(주로 72계)의 교체 때문에 수도권 각 노선에서의 0번대 ATC 대응차(1974년 ~ 1981년 제조)의 투입으로 잉여가 된 0번대 초기차가 투입되었다. 이 관계로 야마노테 선, 게이힌 도호쿠 선, 요코하마 선, 오메·이치카이치 선과 여러 가지 출신의 차량이 모였지만, 도장은 스카이블루로 통일(→#차량 도장)되었다. 수도권과는 다른 센세키 선의 사정으로 출입구의 반자동문화·객실 히터의 증설 등 한랭지를 위한 개조가 실시되었다. 전 차량이 JR 동일본에 계승되었다.

주오 본선 나고야 지구 투입

1977년 ATC 대응차의 투입으로 잉여가 된 0번대 초기차가 주오 본선(주오사이 선 나고야 지구)에 투입되어 진료 전차구에 배치되었다. 이쪽은 초기 투입분이 게이힌 도호쿠 선과 요코하마 선, 후기 투입분이 오메·이치카이치 선에서 전용된 것과 비교적 통일되고 있었다. 도장은 센세키 선과 마찬가지로 스카이블루로 통일되었다. 전입에 즈음해 운전석 전면 유리의 서리 제거용으로 디프로스터를 단 것 외에 조수석 측에 와이퍼를 증설하고, 선두차 측면에 행선판 설치하였다. 행선판을 사용하였기 때문에 냉방차에서도 방향막은 사용하지 않았다. 또한 전면의 방향막도 '주오 선'·'보통' 등의 고정 표시(스티커 부착)로 하고 있었다. 출퇴근 시간에는 10량 편성으로 운행되고 있었지만, 투입 당초에는 수도권에서 잘 볼 수 있던 3+7량 편성은 아닌 6+4량 편성(McM'TMM'Tc'+McM'TTc')이었다. 이는 교체 전의 72계가 5+5량 편성이며, 거기에 가까운 편성이라고 했기 때문이다. 1986년 11월 1일 일본 국철 운행 시간표 개정에서는 일중의 수송력 적정화 때문에 평시 운전용의 부속 편성을 3량으로 하기 위해 7+3량 편성(McM'TTMM'Tc'+McM'Tc')이 되었다.

쿠하 103형 0번대의 1000번대 병결대응화 개조

1983년에 조반 선에서 차량 수급상 쿠하 103형 0번대 2량+1000번대 전동차 8량의 10량 편성을 조성할 필요가 생겨 해당 편성에 조성되는 쿠하 103형 0번대 4량(쿠하 103-93·188·627·636)에 대해서 1000번대 병결 대응 개조가 시공되었다. 내용은 승무원실에 비상용 버저를 설치하는 것과 비상용 버저·연락용 전화회로 전환 스위치 설치, 그리고 차량 수의 문제로 인해 방향 전환(짝수 방향→홀수 방향)이었다. 이 공사의 시공차는 일반차와의 식별을 위해서 외부의 차량 번호 하부에 하얀 선이 추가되었다.

냉방화 개조

103계에서는 0번대 1973년 제조차 이후 일부를 제외하고 냉방 장치가 표준 탑재되어, 기존 차량에 대해서도 1975년 이후 냉방화 개조가 실시되었다. 주된 개조 시공 내용은 구체를 보강한 후에 냉방 장치 및 측면 행선 표시기를 설치하는 것이었으며, 모하 102형의 전동 발전기를 제어 전원용의 20kVA에서 제어·냉방 전원 겸용의 160kVA로 교체하는 등 새로 제작되는 냉방차에 준하는 것이었다. 한편 1975년 여름에 간사이 지구에서 양 끝 차량만 비냉방 차량인 편성이 투입되었지만, 선풍기 회로를 냉방 기동 회로에 대신 사용하여 일제 기동할 수 있도록 각 전차구에서 시공하였다. 그 후 간토 지구에도 같은 사례가 발생하였고, 본격적으로 양 끝 차량의 승무원실 내에 냉방 기동 회로용의 스위치(냉방 제어 스위치)를 공장 시공으로 설치하게 되었다. 또한 1981년도부터는 나카교 지구에서도 냉방 개조가 시작되어 비냉방 선두차 전 차량에 냉방 제어 스위치가 설치되었다.

105계로 개조

103계 내에는 개조로 인해서 105계가 된 차량이 있다.

JR분사 후의 상황과 각 회사마다의 개조

103계는 원래 통근형 전동차라는 대량 수송용이나 일본국유철도의 '표준형'으로 분류되었기 때문에 성능·설비 면에서는 진부화가 눈에 띄었지만 1983년 3월에 201계으로 교체된 주오 선 쾌속, 1986년 4월에 203계로 교체된 조반 완행선 외에는 교체가 진행되지 않았다. 그러나 JR화 후에는 각 회사에서 신 차량의 투입이 진행되어 급속히 폐차가 진행되었다. 특히 JR도카이에서는 103계의 정기 운용이 완전하게 소멸하였다. 한편으로 일본 국철 시대보다 유연하고 철저한 개조가 더해진 사례도 많아 여러 가지 신구분 번대도 생겨나고 있다.

JR 동일본

동일본 여객철도(JR 동일본) 관내에서는 민영화 당초 2,418량이라는 대규모를 자랑하고 있었으며 ATS의 ATS-P형화에 즈음해서는 ME40형 탑재차의 대부분에 제동변을 ME48형으로 교체하는 공사가 실시되는 등, 최신화를 도모해왔다. 또한 난부 선, 쓰루미 선용 전 차량 및 게이힌 도호쿠 선, 조반 쾌속선용 차량의 일부는 외부 막 설치에 따라 끝 부분 창을 폐쇄했다. 또한 게이요 선용 차량은 선두차에 스커트가 설치되었다. 조반 쾌속선용 차량은 운행 번호 표시기가 LED식으로 변경되었다. 그러나 1990년대부터는 205계·209계·E231계 등의 양산과 이들의 교체가 진행되어 급속히 폐차가 진행되었다. 2006년 3월 18일의 운행 시간표 개정까지 모든 차량이 정기 운용을 이탈하였으며 같은 해 4월 8일에 조반 쾌속선으로써으 고별 운행과 그 다음날의 차량 전시회를 마지막으로 JR 동일본 수도권지구의 103계 영업 운행은 완전히 종료되었다.

AU712형에 의한 냉방화

수많은 비냉방차는 당초 신제조 차량과 같은 AU75계 냉방 장치 개조였지만, 비냉방차는 냉방 탑재를 전제로 한 설계는 아니었기 때문에 탑재에는 구체의 보강 및 전원용 삼상 교류를 인통하기 위한 안내 증설 공사가 수반되어 고액의 비용과 시간을 필요로 했다. 게다가 1987년부터 지붕 위에 복수의 냉방 장치를 탑재하여 중량을 분산하여 보강이 필요 없는 집약 분산식 냉방 장치를 사용한 냉방 개조로 이행되었다. 최초로 선행 개조된 사하 103-128는 후술하는 JR 도카이의 C-AU711계 냉방 장치와 유사한 것(메이커 형식 히타치 FTUR-300-102형)이 설치되었지만, 그 외의 차량은 독자 개발한 AU712형으로 개조되었다. 냉방 전원은 당초에 모하 102형의 MG교환을 통해 용량을 증강하였지만, 1988년 후기부터는 공사기간·비용을 한층 더 삭감하기 위해서 차량별로 설치한 SC24형 보조 전원 장치(SIV)도 동시에 설치한 형태도 등장했다. 그러나 이러한 차량은 원래 노후한 데다 AU712형의 냉각 능력이 낮고 또한 AU75계의 차량과 혼결했을 경우에 냉방 전원으로는 냉방을 할 수 없는 사례도 발생하는 등 편성 조성상의 제약이 있어 2005년의 모하 103-185·모하 102-340(무사시노 선)의 폐차로 인해 영업 운행을 중단하였다.

쿠하 103형의 자동분병장치(전기 연결기)의 설치

1989년부터 분할 병합 운용이 많은 게이요 전차구(→게이요 차량센터)의 기본 편성 Tc차와 부속 편성 Tc차, 도요다 전차구의 오메·이치카이치 선용 4량 편성 Tc차, 마쓰도 전차구(→마쓰도 차량센터)의 기본 편성 Tc차와 부속 편성 Tc차에 자동 병결장치 설치 공사를 실시했다. 이 중 마쓰도 소속에서는 기존의 편성에서 기본 편성 선두차의 일부에 Mc차가 들어가 있었지만, Mc차에 같은 공사를 시공하면 공사가 번잡해지므로 타 구로부터의 전용차를 편성하여 기본 편성에서 Mc차를 제외한 Tc, Tc'차만의 공사로 했다.

전면 강화 공사

나리타 선 건널목 사고로 승무원이 순직한 것으로 인해 건널목 사고에서 승무원의 보호를 위해서 전면을 강화하는 공사를 1995년 3월말까지 실시했다. 113계 등에서는 전차구 단위로 실시하였으며 시공 직후에는 전면이 스테인리스의 차량도 볼 수 있었지만, 당 계열에서는 주로 검사 입장 시에 공장에서 강판을 다는 공사를 실시했다. 덧붙여 1974년 이후에 제조된 고운전대의 선두차는 제조 당초부터 전면이 강화되어 있기 때문에 개조 대상이 되지 않았다.

센세키 선으로의 차량 갱신차 투입

1989년 이후 기존 103계 교체용으로 센세키 선에 입선한 차량에는 차량 갱신 공사가 실시되었지만, 통상의 갱신차와 달리 창문을 상단 하강·하단 고정의 유닛 창문으로 교체, 출입문을 창이 큰 것으로 교체, 전면 창문을 2창화, 열차 번호 표시기를 열차 애칭 표시기화하는 등의 공사가 실시되었다. 다만 차량 갱신을 끝내고 나서 전입한 3편성은 창과 출입문의 교체가 생략되었다. 후에 선풍기나 환풍기의 철거도 실시되었다.

JR 도카이

JR 도카이는 일본국유철도 시대부터 배치되어 있던 70량을 승계했지만, 초기 차량이 많았기 때문에 냉방차를 포함한 20량을 갱신 공사를 일절 실시하지 않고 폐차하였으며 남은 50량에는 아래의 개량 공사를 실시했다. 덧붙여 JR 도카이에는 쿠하 103형의 고운전 대차(=1974년 이후 제조차)는 존재하지 않았다.

도색 변경

JR 도카이가 이어받은 차량은 모두 스카이블루 일색이었지만, 후술의 리프레쉬 공사가 시공된 차량은 동사의 이미지 칼라인 크림에 오렌지와 초록 띠로 바뀌었다.

C-AU711A형에 의한 냉방화

일본 국철 시대는 AU75형 냉방 장치에서 개조되었지만, 민영화 후에는 냉방 장치를 2개로 하여 냉방 개조 시의 차체 보강 등의 관련 공사를 간략화한 집약 분산식의 C-AU711A형을 이용해 개조되었다. 또 냉방용의 전원으로서 모하 102에 보조 전원 장치(SIV)가 장착되었다.

리프레쉬 공사

JR화 후에는 차량의 노후화 관계로 다른 차량과의 격차가 눈에 띄게 되었다. 거기서 특별 보전 공사에 실내의 리프레쉬 공사를 시행하게 되었다. 211계 5000번대의 수준을 기초로 하고 있어 측창의 상단 하강·하단 고정의 유닛 창문화, 측문·처문 교체, 손잡이봉·수하물 선반의 스테인리스화, 의자의 버켓 시트화, 도색 변경 등이 시공되었다. 단 차량에 의해 개조 메뉴얼은 달라 그 결과 측문, 측창, 냉방 등에 차이가 발생했다. 이러한 개조를 시행한 차량은 아침·저녁을 중심으로 주오사이 선(나고야~미즈나미간)으로 3량+7량의 10량 편성을 조성하여 출퇴근 시에 수송을 실시한 것 외에 간사이 본선으로도 3량 편성이 단독으로 운용되었다. 그러나 노후화와 함께 타 형식이 고속화함에 따라 운행 시간표 상의 골칫거리가 되어 313계의 도입에 따라 1999년 정기 운용에서 이탈하여 2001년까지 모든 차량이 폐차되었다. 현재는 쿠모하 103-18의 1량만이 미노오타 전차구에 보관되고 있지만, 옥외에 놓여 있기 때문에 부식이나 퇴색의 흔적을 볼 수 있다. 모하 102형은 이미 해체되었기 때문에 유닛을 짜지 못하고, 또한 보조 기기류도 없어서 자주 볼 수 없다.

JR 서일본

894량을 일본국유철도로부터 승계한 서일본 여객철도(JR 서일본)은 초기~중기형의 차량이 많이 재적하고 있어 적극적으로 연명을 도모하고 있다. 또한 JR화 후에 새로운 용도가 다수 발생하고 있어 거기에 맞춘 개조도 볼 수 있다.

하고로모 선 쿠모하 123 병결용 쿠하 및 1인 승무 대응 편성

하고로모 선에는 1987년에 화물 전철의 쿠모니 143형 개조의 쿠모하 123형, 쿠모하 123-5및 6이 투입되었지만, 동시에 히네노 전차구의 쿠하 103-194가 출퇴근 시의 3량 운행용 증결차로 지정되어 1995년에 한신 대지진 후의 응원 차량으로서 대출될 때까지 전속으로 사용되었다. 1989년 가을부터 하고로모 선은 1인 승무를 실시하게 되었으며 쿠하 103-194, 쿠모하 123형 2량 및 예비차로 103계 3량에 1인 승무 대응 개조가 시공되었다. 또한 쿠하 103-194는 1991년에 WAU102형에 의한 냉방화와 연명 N공사를 받았다. 덧붙여 쿠하 103-194 전출 후에는 오사카 순환선으로 사용되고 있던 사하 103-758가 주홍색인 채 1인 승무 대응 개조가 시공되어 쿠모하 123형 2량을 사이에 둔 3량 편성으로 운행되었다. 덧붙여 한신 대지진 후의 응원 운용을 끝낸 쿠하 103-194는 사고 폐차가 된 쿠하 103-839의 보충으로 후쿠치야마 선에 전용되고, 아울러 도장도 카나리아 색으로 변경되었지만 전면 행선 표시기가 수동인 등 이단인 존재인데다 3500번대로의 운전대 부품 공출이기 때문에 1997년에 폐차되어 후쿠치야마 선에서 운용한 기간은 짧았다. 1995년 이후는 새롭게 1인 승무 대응 개조를 받은 103계의 3량 편성(쿠모하 103-23+모하 102-105+쿠하 103-26)가 추가 투입되어 쿠모하 123형 2량은 쿠모하 84형 치환을 위해 오카야마 전차구에 전출되었다. 또한 2007년에는 2편성 6량에 1인 승무 대응 개조가 시공되는 한편 1989년과 1995년에 1인 승무화 개조된 2편성은 폐차되었다. 덧붙여 1인 승무 대응 편성 중 1편성은 통상은 일반의 사하 103형을 사이에 둔 4량 편성으로 한와 선에서 사용되고 있다.

WAU102형에 의한 냉방화

JR 서일본의 냉방 개조는 당초 다른 2사 같이 일본 국철 시대를 답습한 AU75형 집중식 냉방 장치에 의해 실시되고 있었지만, 1988년부터 개조 비용 삭감과 조기의 개조 진전을 위해서 차체에 걸리는 중량이 분산되어 덕트 설치의 필요도 없는 분산식의 WAU102형을 1량 당 3기 탑재하는 방법으로 고칠 수 있었다. 냉방 전원은 통상의 모하 102형에서의 MG 증강이 아니고, 1편성 근처 쿠하 103형 1량(오사카 순환선용 8량 편성만 양단의 쿠하 103형 2량)에 냉방용 정지형 인버터(SIV) 설치를 조달하는 것으로 되었다. 또한 제조 회사에 의한 형상의 차이도 인정되고 있어 도시바제와 미쓰비시 전기제에서는 외부 형상 등에 차이가 있다. 성능에는 큰 차이는 없기 때문에 혼재하는 차량도 존재한다. WAU102형이 설치된 차량은 각지에 넓게 배치되어 있었지만, AU75형에 비해 냉방 능력이 부족한데다 특히 간사이 지구에서는 우선적으로 폐차가 진행되어 2007년 7월 히네노 구에 배치되어 있던 하고로모 예비 편성 4량 1편의 폐차를 끝으로 간사이에서는 소멸되었다. 2007년 10월 현재에 잔존하고 있는 것은 히로시마 운전소의 3량 편성 3편(순서: 쿠모하 103-48·2501·2502+모하 102-145·403·404+쿠하 103- 86·171·170) 합계 9량이 있다. 덧붙여 폐차 시에 떼어진 냉방 장치나 전원용 SIV는 105계의 체질 개선 공사 시에 일부가 재이용되고 있다.

ATS-P 도입에 수반된 제동변 개조·교환

ATS -P형의 도입에 수반하여 JR 서일본에서도 대상 선구에서 운용되는 본 계열에 대해 운전대에 탑재된 제동변의 개량이 실시되었다. 다만 전원 투입 방식이 JR 동일본의 제동변과 다르기 때문에 ME48형은 도입되지 않고 기존의 ME40형의 전기 접점 부분의 개조로 대체되었으며, 그 후 117계 등에 채용된 ME49계로 교체되기 시작되었다.

좌석 모켓 교환

이미지 제고를 위해 좌석 모켓이 다른 계통으로 3-1-3의 구분이 들어간 것으로 교체되었다. 그 후 녹색 등의 시험을 거쳐 근래에는 시맨 블루(연한 보라색을 띄는 파랑색) 단색으로 다시 교체되었다. 우선석도 픽토그램이 들어간 것으로 교체되었으며 이쪽은 현존하는 모든 차량의 시공이 끝난 상태이다. 덧붙여 JR 동일본에서 매각된 8량 가운데 히로시마 운전소에 투입된 선두차 2량은 현재도 JR 동일본 사양인 채로 남아 있다.

히로시마 지사 투입

시모노세키 운전소의 115계 비냉방차 교체 때문에 산요 본선 시모노세키 지구에 103계가 투입되어 그 전입 차량 정비가 스이타 공장과 다카토리 공장에서 시공되었다. 주된 정비 내용은 해당 노선용 ATS-S형이나 열차 무선의 설치, 해당 노선 표준의 세토우치 색으로의 도장 변경, 행선막 미사용으로 인한 행선 표시판 설치 등이다. 덧붙여 행선판 설치 위치에 약냉차 표기가 있어 중첩되기 때문에 이전되었다. 다만 약냉차 표기는 이전부터 뒤에도 사용되고 있지 않다. 1992년 5월부터 차례차례 운행을 개시했지만 화장실이 없던 점이 혹평을 받았기 때문에 115계 등의 화장실 근교형 전동차로 교체되는 형태로 시모노세키 지구에서 퇴역하여 해당 노선의 히로시마 지구에 차례차례 전용되어 히로시마 운전소에 배속되었다. 후에 행선막의 사용이 개시되어 현재는 행선 표시판은 사용되고 있지 않지만, 행선판의 철거는 이뤄지지 않았다. 또한 히로시마 지사에 배치되어 있는 형식처럼 전면 행선막은 사용되지 않고, 운행 표시기에는 편성 번호가 게시되고 있다. 행선 표시판 사용 정지 후에 전입한 4량 편성 1편은 행선판을 가지지 않는다. 차량 수급의 관계로 히로시마 지구에서 간사이 지구로 다시 전속된 차량도 존재하여 일부는 행선판이 사용될 기회는 없이 존치되고 있기 때문에 행선판이 붙은 차량을 간사이 지구에서도 볼 수 있다. 2008년이 되어 3편만 배치되어 있는 3량 편성의 쿠하 103형에 화장실의 설치를 실시했다. 해당 차량에서는 화장실 부분에 있던 방향막이 이전되었다.

오카야마 지사 투입

시모노세키 지구와 마찬가지로 115계 비냉방차를 옮겨놓기 위해 1994년부터 히로시마 지사(→#히로시마 지사 투입)에 이어 오카야마 지사에도 103계가 투입되었다. 이쪽은 오카야마 전차구에 4량 편성 5편 20량의 비교적 소수의 배치로, 산요 본선 오카야마 지구나 우노 선 등의 용무이다. 입선에 즈음하여 독자적인 '머스캣색(→#JR설정색)'으로 도장되었다. 이들은 모두 0번대의 쿠하 103형 모하 103형 모하 102형 쿠하 103형(→#형식)이라는 편성 구성이며, 선두차는 1971~73년 제조의 '1차 개량형'의 전면 형상, 중간차는 1971년 이후의 유닛 창문 탑재차로 정리할 수 있었다. 게다가 냉방 장치는 모든 차량이 일반적인 AU75형 1기를 탑재하여 중간 모하 유닛 3그룹이 연명 N40, 그 이외의 14량이 N의 연명 공사와 도어 포켓창 폐쇄가 필수적으로 실시되는 등, 편성마다의 차이는 적었다. 오랫동안 이 20량으로 추이하고 있었지만, 2004년에 213계의 '마린 라이너'를 전용하여 운용을 이탈했다. 3편성이 히로시마 지사, N40 모하 유닛 1조가 나라 전차구에 각각 전용되어 이 모하 유닛과 편성을 조성하고 있던 선두차 2량은 폐차되었다. 남은 1편성은 예비로 오카야마에 남겨졌지만 2006년에 폐차되어 당초 투입의 차량은 전 차량이 퇴역하였다. 그러나 전후차량을 어번 네트워크로 교체함에 따라 나라 전차구나 히네노 전차구로 잉여차가 전입하여 다시 103계 운용이 설정되었다. 이 때의 투입 차량은 1994년 투입분과 같은 0번대이지만, 모두 쿠모하 103형 모하 102형 사하 103형 쿠하 103형의 편성 구성되는 한편 초기차의 비율이 높고 1편은 도어 포켓창이 존치되고 있는 등 비교적 상태가 나쁜 것이었다. 현재까지 몇 차례 교체되어 쿠하 103형 모하 103형 모하 102형 쿠하 103형의 구성의 편성도 재적하게 되어 있다. 단지 도장은 본래의 배치 장소(→#차량 도장)인 채로 통일되어 있지 않다. 또한 2008년 말부터는 히로시마 운전소에서 전입되는 경우도 발생하고 있다. 이쪽의 도장도 본래의 배치 장소대로 되어 있다.

스커트 설치

201계 등과 함께 충격에 대한 내구성을 높일 목적으로 설치되었다. 모든 선두차가 시공이 끝난 상태이다.

체질 개선 공사

1996년 이후 후계 차량과 207계의 낙차 개선과 연명 N40 공사 이상이 철저한 연명을 목적으로 한 리뉴얼 공사가 실시되었다. 이러한 공사를 받은 차량의 차량 번호 표기는 일본 국철 시대의 둥근고딕체에서 JR서일본만의 독특한 글자체로 변경되었다(다만 모리노미야구 소속차로 보이는 제어차 전면의 차번 표기는 일본 국철 글자체이다).

체질 개선 40N

노련차의 이미지 불식과 보수성의 향상 때문에 지붕의 장상화, 일부 외판의 스테인리스화, 지붕 위 통풍기의 철거, 측면 루버 형상의 변경, 행선막 형상의 변경, 운전대의 정비, 운전대·도어창 지지의 변경(사철과 같은 금속범위), 창섀시의 교체(도어 사이는 하단 고정·상단 상승의 3분할 버스풍 역T자 섀시, 차단부는 고정 1매), 운행 번호 표시기·행선 표시기·전등 부분 중지지화(초기는 금속범위), 내벽·마루의 장체, 좌석 쿠션의 갱신, 선반의 파이프화, 조명의 커버 설치, 선풍기의 라인데리아로의 교체, 냉방 풍도의 라인 플로우화가 실시되었다.
이 개조를 최초로 받은 8량 편성 1편은(개조 시작차), 도어 엔진이 도어 포켓 하부에 설치된 구형 국전 이래의 TK4형으로부터 도어 상부 설치의 곧 같은 방식으로 교환되어 좌석은 전체 교체(207계와 동일한, 하부가 공동의 편소유식 좌석), 전등은 원형, 처창도 남겨진 채 등 약간 특수한 내용이 되고 있다. 이러한 공사 내용은 점차 간략화가 진행되어(냉방 풍도의 라인 플로우화를 포기하여 기존 풍도를 재사용, 라인데리아화를 포기하고 선풍기의 개조로 변경 등) 2002년부터는 후술의 30N 공사로 이행했다.

체질 개선 30N

2002년 이후 신차투입 속도가 빨라져 기존 차량인 103계의 차령도 높아지고 있어 내용이 제조 후 30년 정도까지 사용할 수 있는 정도로 축소되었다. 특히 직접 보수 측면, 접객 측면의 영향이 적은 외장의 개조는 큰 폭으로 간소화되어 체질 개선 40N에 비해 도어·측창·지붕통 등이 원형인 채로 남아 있다. 1973년 이후에 제조된 차량 가운데 상기의 5종류의 갱신 공사를 전혀 받지 않고 남아 있던 쿠하와 모하가 대상으로 여겨져 2005년까지 거기에 해당하는 쿠하 전 차량과 1유닛(M405-M'561)을 제외하고는 모든 모하가 실시되어 종료했다.

와다미사키 선 투입

2001년의 같은 노선의 전철화에 따라 스카이블루로 칠해진 연명 N40 공사차 통일의 6량 편성 1편이 아보시 종합 차량소에 투입되었다. 1편만 배치되었기 때문에 검사 등으로 운용되지 않을 때에는 같은 구의 207계 등이 대체 운용된다. 또한 해당 노선에 운행이 없는 낮 시간대 승무원 훈련에 사용되기 때문에 전면에 와이퍼가 3개 장착되어 있는 등의 특징이 있다.

후쿠치야마 선 탈선 사고 관련

2005년 4월 25일의 후쿠치야마 선 탈선 사고로 인해 파손된 207계의 일부 폐차 및 기존 차량의 띠색 변경 공사, 117계의 ATS-P형 탑재로 인해 해당 노선에서 퇴역하는 상황이 겹쳐 차량이 부족하게 되었다. 요즘은 신차 투입으로 인한 아보시 종합 차량소의 113계나 미야하라 종합 운전소의 103계의 폐차·전출이 거의 완료되어 일시적으로 대체차가 부족하여 필요 차량을 JR 동일본에서 구입해 조달하였으며 무사시노 선에서 사용되고 있던 8량 편성 1편을 같은 해 7월 28일자에 양도했다. 덧붙여 도착까지의 사이는 모리노미야 전차구가 대출한 오사카 순환선의 차량이 부족분을 보충하고 있었다. 이러한 차량은 기존의 서일본차와 편성을 새로 짜넣을 수 있어 선두 2량이 히로시마 지구, 나머지의 중간차 6량이 간사이 지구에 배치되어 현재까지 뿔뿔이 흩어져 사용되고 있다. 차량 부족이 해소되면서 차례차례 도어 포켓창 폐쇄 공사를 했지만, 관통문은 작은 창문을 계속 탑재했기 때문에 더 이상의 연명 공사는 이뤄지지 않았다.

현상

이상과 같은 개조를 받으면서 많은 차량이 지금도 운용을 계속하고 있지만, 교체도 진행되고 있어 단편성화로 잉여가 된 사하를 시작해 WAU102형 탑재차나 노후화된 초기차, 또한 유닛 창문의 1971 ~ 1972년 제조차 일부에도 폐차가 발생하고 있다. 가타마치 선(갓켄도시 선), 도카이도·산요 본선(JR 교토·고베 선), 후쿠치야마 선(JR 다카라즈카 선)은 JR 도자이 선으로의 입선 대응이나 고속화를 위해 207계로 교체되어 이미 소멸되었다. 산요 본선 오카야마 지구도 롱시트인 점이나 화장실이 없는 점이 혹평을 받았기 때문에 213계 등으로 교체되어 일단은 소멸했지만 2006년 들어 히네노 전차구 및 나라 전차구의 잉여차(모두 4량 편성)가 도장을 그대로 유지한 채 행선 표시막을 변경 후 전속하였으며, 오카야마 지사 관내의 전철화 구간에서 운행을 재개하였다. 2006년 ~ 2007년에는, JR 교토·고베·다카라즈카 선 계통에 신형 통근형 전동차인 321계가 투입되어 201계가 오사카 순환선·사쿠라지마 선(JR유메사키 선)·간사이 본선(야마토지 선), 205계가 한와 선에 전용된 관계로 서일본 전역으로 대규모 103계의 전속과 폐차를 실시했다. JR 동일본의 경우와 달리 JR 서일본에서는 향후 당분간 103계를 사용한다는 방침때문에 편성 대체에 의한 연명 공사 시공차나 후기 제조차로 상태 불량차를 교체하는 103계 간의 교체도 많이 볼 수 있었다. 이에 따라 이전보다 수가 줄어들었지만, 현재도 초기 제조차, #연명 공사 미시공차도 재적된 채로 영업 운행이 계속되고 있다.

그 외의 개조와 현상

JR 규슈에서는 일본국유철도 시대에 일어났던 건널목 사고에 대한 대책으로 일부에만 선두차에 스커트를 설치했지만, JR화 후에 전 차량 설치를 완료했다. 또한 2002년도 하반기에 103계로서는 처음으로 화장실을 설치했다. 모든 편성의 가라쓰 측 선두차(쿠하 103형 홀수 번호차 또는 쿠모하 103형)의 차단부의 끝 측에 신체장애자용 대형 서양식 화장실을 설치하였으며 화장실 설치 부분의 측창·처창을 매입하여, 휠체어 공간으로 바뀌고 화장실도 측창이 4분의 1정도로 축소되었다. 이 개조로 JR 규슈의 전동차 편성 화장실 설치율이 100%가 되었다. 현상이지만 부식 대책도 타 번대와 달리 철저하여 차량 상태는 좋기는 하지만, 자동 열차 운전 장치를 지원하지 않는 점 등에서 본래의 제조 목적인 지하철 구간 직통운행은 1일 18왕복으로 감소하였다. 또한 VVVF 인버터 제어의 303계에 비해 저항제어로 회생제동이 없는 103계는 정지·기동을 돌려주지 않는 것이 에너지 효율 측면에서 유리하다고 말하는 이유이며 쾌속 열차로는 당분간 303계가 아닌 본 형식이 충당되고 있고, 그 쾌속 운용도 일부를 303계에 양보하고 있다. 그러나 3량의 1인 승무 운행도 본 형식만이 대응하고 있어 당분간은 교체되지 않는다.

특수용도·시험 개조 차량

103계는 특수한 용도에 사용되거나 차량 시험을 실시하기 위해서 개조된 차량이 있다.

차량 도장

101계와 마찬가지로 103계에서는 차량도색에 노선 색이 선정되어 JR 발족 후인 현재에도 사용되고 있다. 일본국유철도 시대에 정해진 각 노선의 도장은 아래의 5색과 지하철 직결용 차량의 각 전용 색 3색으로 모두 8색이었지만, 현재는 여러 가지 노선 색이 선정되고 있다. 덧붙여 도색 수와 호칭은 '국철 차량 관계 사항'에 의거하며 그 뒤의 기호는 문셀 기호이다. 또한 JR의 노선 대표색은 도료도 포함하여, 모두 공식적인 호칭이 존재하지 않기 때문에 가장 일반적이라고 생각되는 호칭으로 소개하고 있다. 이 글자체는 이미 정기 운용 종결, 혹은 이미 해당 노선용의 차량 배치가 없어져 해당 도색 차량을 볼 수 없게 된 노선·소속구이다. 이미 폐지된 소속구에 관해서는 폐지 시의 명칭을 나타낸다.