新幹線300系電力動車組

概要

300系是首款服務希望號（のぞみ，Nozomi，意思是「希望」）班次的新幹線列車，其最高運行速度達270km/h（測試時為325km/h）。
1990年（平成2年）東海旅客鐵道（JR東海）訂購的量產先行試製車（J0編組，後來量產化改造為J1編組）登場，之後量產車（J編組）由1992年（平成4年）到1998年（平成10年）間製造。另外，1993年（平成5年）製造的列車替換1975年（昭和50年）3月因新幹線延長至博多站後而合併製造的0系。量產車外型由手錢正道、戶谷毅史、松本哲夫、木村一男設計。
為了實現穩定而高速的運行，車體進行了空氣動力學性能的提升及輕量化改進，由東京站至新大阪站僅需要2小時30分。此後，1993年3月18日，「希望號」的運營區間延長至博多站，西日本旅客鐵道（JR西日本）引入相同規格的300系（F編成）9組列車，東京站-博多站間僅需要5小時4分。同年5月，此車型獲頒鐵道友之會的桂冠獎，為JR東海成立以來首次獲此獎項的鐵路車輛。
截至1998年停產為止，300系共製造了70組、1120輛，包括J編組61組、976輛和F編組9組、144輛，J編組中在500系製造結束後落成的編組之外，J52之後的編組在700系的量產先行試製車C1編組落成之後竣工。此外，1號量產車J2編組比100系G編組中的最終增備編組G46編組先落成，但G46編組先報廢了。
1999年後，隨著700系的量產和100系開始報廢，「希望號」的運用逐漸讓給了700系，改為「光號」和「回聲號」。為置換本系列而開發的N700系自2007年開始量產，300系因而開始了報廢進程，相應的「光號」和「回聲號」由從「希望號」撤下的700系（一部分為N700系）充當。
本系列車於2012年3月16日退出東海道・山陽新幹線的營運，其中JR東海所屬車輛在同月被全數報廢。
值得一提的是，300系新幹線是日本新幹線中暫時唯一一款由開始使用到退出營運仍保持單一型號最長列車編成（16輛）的列車。

超級光號

「希望號」的原型為「超級光號」，其開發歷程可以追溯至1988年1月在JR東海內部設置的「新幹線速度提高計劃委員會」，該委員會於同年1月28日第1次發表該提速計畫項目。該委員會是在100系開發項目後繼續進行300系的研發探討的。

270km/h

「希望號」的目的是為了要儘可能快地聯繫東京站及新大阪站之間的交通，當時所設定的競爭對手為航空機。在兩地間航空機飛行所需的時間雖僅需1小時，但從市區到機場間的交通移動卻相當耗時。為了能與航空對抗，因此擬定的策略便是若列車能控制在2小時30分到達或許能達到與航空競爭的目標。「希望號」在推出當初的廣告標語是：「足夠應付上午9點的會議」。
經過對線路設備等各方面的探討，列車營運速度被設定在270km/h。

車輪軸重在11.3噸以下

第一代新幹線0系的最高速度是220km/h，車輪軸重為16噸（1輛64噸）。開發300系當時，為了將其在270km/h行駛時列車噪音和振動情況控制在與0系於220km/h行駛時同樣的程度，故而考慮對車輛進行輕量化。為此，便取下0系列車部分車廂的電動機和電阻器等行車機器，改造為無動力車廂（拖車）以進行輕量化，再將這些車廂夾在列車編組中間，於1988年5月24日至6月3日之間在濱松站至名古屋站間進行試驗行駛。該節無動力車廂的車重是44噸。之後分別改以56噸的空車及裝滿水的64噸的車廂來做試驗。
因為0系的最高速度就如同上面所述為220km/h，根據實地試驗所得的數據計算得出，若車輪的軸重設定在11.3噸（車重45噸）以下就能達到在270km/h運轉之下能維持不超過現行的車輛在220km/h運轉之下的車輛振動值。自300系以後，在東海道、山陽新幹線行駛的車輛，車輪軸重的設計均以11.3噸以下為目標。

地面設施的改良

東海道新幹線上半徑2500公尺（R2500）的彎道較多，原本的彎道路線設計超高量是180mm，不過，隨著300系開始運轉，彎道路線超高量則變更為200mm。同時，在半徑3000公尺（R3000）的彎道上，路線超高量從150mm變更為180mm。這項改善工程使得這些區間的最高速度能夠提高至255km/h。東海道新幹線整體有約1/4（120km，上行和下行線共計240km）的路段實施了這項彎道路線超高量的變更工程。
由於與以前車輛的最高速率不同，ATC也進行了相應改良。首先，為使ATC能夠對應270km/h的高速運轉，ATC信號的頻率種類也增加為2種，並新增了高速對應的信號，不過，是在不影響原來的單一頻率信號傳送方式的基礎上加以改良的。加上在安全性的方面重新考慮之後，將閉塞區間的長度從以前的10km縮短成8.5km。這些改良使得300系能在舊有的列車運行圖高速化後運行。

試乘會

1992年3月8日舉行了300系試乘會，同日也有新幹線開發史上具有重要意義的初代小田急3000型電聯車告別運行，媒體亦同時報導兩者。

結構

300系是首款安裝VVVF逆變器和再生制軔的新幹線車輛。

車身結構

車身首次採用鋁合金單皮層構造，車身質量6.0噸，較首款使用鋁製車身的營運用新幹線列車200系的8.5t相比減少了2.5t，輕量化效果明顯。為了達到降低空氣阻力的效果，車輛橫截面積減小，車體高度比100系降低了約40厘米。同時，為降低行駛過程中的風切噪音，駕駛室周邊採用了平滑設計，與下部裙板構成一體。此外，為了降低車輛重心，將300系之前的新幹線列車採用的置頂空調移動至車體底部，因此，空調出風口重新設計為通過窗間的柱子內的管道送風。與此同時，側窗再度縮小（普通車上下660毫米×高780毫米），窗框高度由100系的855毫米降低至710毫米。
初期的車輛（J1-J15、F1-F5編組）為了使空氣阻力降低，所以採用了關門時與車體齊平的嵌入式門，但因結構複雜故障頻繁，加之成本問題及未達到明顯的降低噪音效果，而自1993年的首列增備車J16編組開始改為常用的內藏門。此外，100係為止的新幹線採用與車頂平行的遮雨板也被省略，僅設置在車門上方。這也成為包括東日本旅客鐵道（JR東日本）的新幹線列車在內的後續新幹線車輛的主流配置。

轉向架

本車的轉向架以日本鐵路綜合技術研究所（JR總研）開發的9023EF型轉向架為基礎，也是新幹線車輛首度採用無承梁轉向架，不僅重量減輕，還兼具優良的曲線通過性能。為了提高列車在時速270km行駛時的穩定性，軸箱的支撐方式由0系新幹線以來所用的IS式改良為圓柱橡膠並用式。為了達到輕量化的目的，車輪的直徑由910毫米縮小至860毫米，車軸改為中空式。同時，轉向架不留邊框，框架改用高張力鋼材，軸箱、齒輪箱使用鋁合金材質。與100系一樣採用WN平行萬向節驅動方式。
轉向架型號為M車TDT203型（3000番台WDT203型），T車TTR7001型（3000番台WTR7001型）。重量為TDT203型6,689公斤，TTR7001型6,914公斤，較100系DT202型的9,800公斤和TR7000型的9,225公斤大大減輕，實現輕量化。

車廂配置

該車以16節車廂為一個編組，第8-10號車為綠色車廂（商務車廂，グリーン車），其餘為普通車廂（標準車廂）。與100系不同，該車並未配置雙層車廂及一等包廂。
綠色車廂的座椅排列為2+2，與100系一樣每個座席都有閱讀燈及通過耳機接收的音頻服務。
普通車廂採用3+2的座席排列，座席前後間隔和100系一樣是1,040mm。本系列從量產車起3人座席側的中間座位（B席）的有效寬度較靠窗側和通道側座位的430mm多了30mm，為460mm。此外，自本系列起取消了餐車，取而代之的是在11號車廂內設置了兼具車內售貨準備室功能的「販賣部（service corner）」，但隨著車內售貨服務的完善，「販賣部」於2003年9月起被廢止。除J1編組之外，列車定員為綠色車廂200名和普通車廂1,123名，共1,323名，這在此後也成為東海道新幹線車輛的標準定員。另外，J編組為棕色系配色，F編組為灰色系配色，也能據此區分。J編組和F編組的不同之處還在於，普通車廂座位幾乎同色（靠背上的短毛絨材質顏色有區別），綠色車廂座位來說，在頭枕、音量開關和閱讀燈開關配置、閱讀燈的設計、靠背後部的袋子的設計等處存在差異。
車廂內採用間接照明。這是為了實現在車體橫截面縮小車身高度降低的情況下而又能擴大室內高度而採取的相對合理的方式（該車車體高度由100系的3,800mm降至3,650mm，降低了150mm，而室內高度卻由2,100mm擴大了40mm至2,140mm）。
J編組
F編組

乘坐舒適度

該車在設計時以實現其高速運行性能為第一優先考量而忽略乘坐舒適度，故而衍生出一系列問題，如靠背的降低和伴隨高速行駛而加大的振動等。投入運營初期諸如「放在小桌板上的咖啡濺出來了」「三明治都還沒吃呢就整個掉地上了」之類的意見層出不窮。直至退役階段也時常出現因再生制軔而引起較大的前後衝擊。此外，加減速時需要的輔助電源裝置安裝在拖車上，其令人為之詬病的噪音直至退役也未能有所改善。
此後為了應對噪音和振動問題進行了諸如使用鋼材改造等工程，下方的「舒適度改善工程」還有其他描述。
因為空調移動至車廂下部，出風管道設置在車廂壁，體感溫度受外部氣溫變化和陽光直射的影響程度減小。這是由於空氣通過與薄薄的單皮層構造的外壁接觸的管道向室內吹出，使得夏天受陽光照射而導致冷氣效果變差，冬天由於外部低溫而導致暖氣效果變差，但空調的負荷效率變差的另一面，卻對壁面溫度先行進行了控制，對於車廂內的人來說較不易受到放射加熱和放射冷卻的影響。
不過，由於採用了有限要素法等新式設計思路，自設計伊始就著手考慮對付隧道內微波氣壓，因而採取了氣密車廂設計。此舉有效抑制了車廂內的氣壓變化，就此方面而言舒適度較以往車款有所上升。
本系列將許多新技術採用、實用化，被看作是新幹線高速化的第一步，故而其在技術層面上獲得了很高評價，但在實際乘坐的乘客看來，結合了舒適度之後，其評價卻不太好。在反省了此點之後，JR東海的後續車輛700系的開發過程中不僅考慮了車輛的高速運行性能，還把舒適度作為重點加以考量，乘客也對降低振動和提高舒適度的效果給予肯定。不僅局限於新幹線，此後JR各社在開發在來線新型特急列的時候也加以重視。

舒適度改善工程

JR東海2004年（平成16年）9月29日宣布，為了提高車輛舒適度，以後期製造的J編組為中心，將改造43列編組列車（J17、J18、J20-J26、J28編組之後）。其中，使用於N700系量產先行試製車的改良型半主動懸架安裝於第1、6、8-10、12、16號車7節車廂（兩端車頭、綠色車廂和搭載集電弓車廂），其餘的9節車廂則加裝改良型左右阻尼器，在700系上使用的空氣彈簧和偏航阻尼器則裝配於全車。按照檢查、入場等施工流程，於2006年（平成18年）10月完成改造。
若要加裝車體間的阻尼器需要進行必要的強化作業，但由於車體端部為鋁製，改造存在難度，故被擱置。此外，上記以外的編組（J2-J16、J19、J27編組）因置換為N700系而不在施工範圍內。

前照燈、尾燈

沿革舊日本國有鐵道（JNR）時代0系以來的特點，採用前照燈和尾燈使用同一燈泡，通過不同顏色的玻璃板轉換切換首尾狀態，這一傳統結構僅持續到本系列（使用同一燈泡及玻璃板轉換首尾的新幹線電車有0系、100系、200系、300系及E1系），500系之後的新型新幹線列車採用燈絲結構的前照燈和發光二極體的尾燈，將兩者完全分離。

量產車輛改造後

在登場後的1993年3月10日，J0編組被改造成J1編組作為營業使用。外表和量產車輛相同，車側帶子的顏色做了變更，並除去了象徵性標記。同時，第15號車廂的編號從329-9002改為329-9501。之後，裝飾帶部分被換成了與量產車輛相同的灰色的塗裝的聯結器蓋。
由於信號控制系統轉譯器的關係，該編組在「希望號」的營運行駛被限定在東海道新幹線區間，而作為「光號」也只行駛到山陽新幹線的岡山和廣島為止。該車於2000年脫離了營業上的運用，2001年以後則再次作為試驗用車輛。該組列車之後也測試了在N700系上所裝載的新型集電弓和車身傾斜控制裝置、全周幌以及在東海道新幹線區間數位式ATC的試驗。
2005年N700系Z0編組製造完成，代替J1編組作為JR東海的主要新幹線試驗車輛。
J1編組已於2007年3月28日報廢，並於4月1日除籍。該組列車的第1-15號車廂已於4月底拆毀，現餘下第16號車保存在JR東海的鐵道博物館內。

第1批

基於1990年落成的先行試製車J0編組長期試驗行駛的結果，為了運行「希望號」班次，從1992年1月開始至3月有4編組64輛（J2-J5編組）落成。

第2批

1993年3月18日更新運行圖之後，為因應每小時開行一班「希望號」的安排，1992年9月至1993年3月期間有10編組160輛（J6-J15編組）落成，同時也製造了JR西日本所屬的F1-F5編組。
為應對東京-博多間長距離運行，除了進行水箱擴容之外，為了降低車內噪音，變更了加速時電動機的電流值並插入了隔音板。

第3批

為置換0系，1993年3月到1994年7月間生產了8編組128輛（J16-J23編組），同時也製造了JR西日本所屬的F6-F9編組。
車廂門由嵌入式門改為推拉門。

第4批

為了替換老舊車輛，1994年11月至1995年6月期間製造了6編組96輛（J24-J29編組）。

第5批

為了替換老舊車輛，1995年8月至10月期間製造了4編組64輛（J30-J33編組）。
更換了綠色車廂（グリーン車）的靠腳。將以往固定在座椅台改為固定於座椅上。

第6-9批

為了替換老舊車輛，製造了J34-J58編組。此間，J51編組和J52編組之間導入了700系先行試製車，而在同一時期JR西日本導入了9組500系。

第10批

為了替換老舊車輛，製造了J59-J61編組。
各車廂的特高壓引通線改為以4節車廂為單位的電纜接頭式連接。已經生產的編組則通過追加施工的方式改造。

初期故障

雖然300系在東海道新幹線提速了50km/h，但是運營初期還是有各種故障煩惱。
自投入營運起至4月25日的一個半月間發生了183起故障（J2編組：48件〈其中主變頻器裝置6件〉、J3編組68件〈其中主變頻裝置29件、ATC3件〉、J4編組55件〈其中主變頻裝置9件、ATC1件〉、J5編組12件〈其中主變頻裝置6件、ATC3件〉）。
1992年5月6日，行駛於名古屋站 - 三河安城站之間的「光號238號」（新大阪開往東京・J4編組）因主電動機的固定螺栓發生斷裂而使得列車在190km/h行駛狀態下緊急停止，致使該車4小時動彈不得。
此外，該型列車在隧道內會發生蛇行運動，雖然對集電弓周邊等處做了修改以應對，但無法改動的車體左側與左下方的隧道壁產生亂流所引發的左右運動問題依舊存在。

保存車輛

原為J1編組16號車的322-9001是在300系退役後唯一被保存下來沒有拆解的車頭，目前被收藏於JR東海所經營的鐵路博物館——位於名古屋市內的磁浮·鐵道館（リニア・鉄道館）。原本在該博物館開館初期，323-20（J21編組的1號車）也曾一同被收藏展示於館內，但2013年12月27日為了配合700系的保存展示車移入，323-20結束展示並被運送至濱松工廠解體。