JR北海道721系電車

721系電車（721けいでんしゃ）は、北海道旅客鉄道（JR北海道）が1988年から製造した近郊形交流電車である。
概要.
札幌都市圏の輸送改善を目的として開発・設計された車両で、従来から同区間で使用してきた711系や50系（51形）客車といった車両は2扉車であり、駅での乗降にあまりにも時間がかかるといったような問題があったため、内外装の仕様を一新した新形式として開発された。また、北海道の普通列車用車両として初めて冷房装置を装備している。
札幌駅の高架開業と同じ1988年11月3日に営業運転を開始した。
川崎重工業車両カンパニー・日立製作所笠戸事業所・東急車輛製造にて製造されたほか、2次車のF-17編成が、JR北海道苗穂工場でノックダウン生産された。
北海道内の電化区間、特に札幌都市圏においては沿線の都市化によって輸送需要の増加が本州並みに著しく、新駅の設置や列車増発などの対応が図られてきた。当該区間は複線ではあるが待避設備をもつ駅が少なく、かつ、特急列車から回送列車まで多様な種別の列車が同一の線路を往来することから、列車運転頻度を向上するためには加速・減速性能に優れた車両が必要であった。また、沿線の道路事情が大きく改善されていることから、機動性・利便性に優れたバス・自家用自動車など競合する交通機関の存在も無視できず、高品質の旅客サービス提供も課題とされた。
分割民営化を控えていた1986年に国鉄内で札幌圏を走る車両の3扉化が構想されており、同年9月にオハ51 41を3扉化する工事が開始された。民営化後の1987年6月に完成し、乗車効率が5割近く上がるというデータを得られている。次に711系の一部車両を3扉化した。これらの改造によって札幌圏でデッキ構造の3扉が通勤通学輸送に対応できると結論づけられ、この721系も3扉で製造されることになった。
車両概説.
車体.
車体は軽量ステンレス製で、正面窓直上部に設けた灯火類を保護ガラスで覆った前面形状はキハ183系500番台に類似する。客用扉は片開き式を片側3か所に設ける。各車の屋根上に集中式冷房装置 N-AU721形（23,000 kcal）を1基搭載する。
側窓は大型の固定窓で、8次車以外は冷房故障時の換気のため一部が開閉できるようになっている。
車体の帯色は一般車が萌黄色（ライトグリーン）、uシート車は側窓下部のみ濃青+赤である。
内装.
室内は寒冷対策として、両開き式の仕切扉を設けたデッキがあり、客室は前後2室に分かれる。座席は、2+2列の転換クロスシートで、デッキ隣接部のみ、1+1列となる。
運転席にはプラズマディスプレイ単色表示のモニター装置を装備し、JRグループの車両としては初めて、ワンハンドルマスコンを採用した。
機器類.
制御系は5次車までが、主回路のブリッジ（整流回路）に、サイリスタとダイオードで構成されるサイリスタ･ダイオード混合ブリッジを使用したサイリスタ位相制御による直流電動機駆動（N-MT721・150 kW、歯車比4.82）、6次車以降は、VVVFインバータによる交流電動機駆動（N-MT785・215 kW、歯車比5.19）を行う。
台車は211系電車などのDT50系ボルスタレス台車を基本に、高速走行時の蛇行動を防ぐヨーダンパを設け、氷雪対策として基礎ブレーキ装置を鋳鉄制輪子両抱き方式として耐雪ブレーキを装備したN-DT721形・N-TR721形で、枕ばねは空気ばね、軸箱支持はDT50系と同様の円錐積層ゴムを用いる。1000番台（6・7次車）からは支持方式を軸梁式に変更し、台車形式はN-DT721A形・N-TR721A形、8次車では細部仕様が変更され、台車形式はN-DT721B形・N-TR721B形となっている。
次車別解説.
1 - 4次車.
1988年から1992年にかけて製造された。サイリスタ位相制御で、主電動機は直流電動機のN-MT721形 (150 kW) である。屋根上に発電ブレーキ用の抵抗器を設置しており、最高速度は120 km/hである。
このうち、7編成（F-15 - F-21）が2002年に130km/h対応改造が施され、3000番台に改番している。
製造年次ごとに以下のとおり、細部の仕様が異なる。
5次車.
6両固定編成用の車両で、新千歳空港アクセスの快速「エアポート」用として1992年に製造された。
基本仕様は4次車と同一で、新たに中間車のモハ720形・サハ721形が製造された。モハ720形は本次車のみに存在する形式で、4両製造された。4号車となるサハ721形にトイレと車掌室を設ける。
番号は100・200番台を付番して区別するが、4次車のF-22編成に組み込まれた中間車3両（モハ720-23+モハ721-23+サハ721-22）のみは在来車の続番で付番された。
2002年に全車が130km/h対応改造を受け、3000番台化された。
6・7次車.
1993年から製造された。785系電車の制御システムを採用し、制御装置はGTO素子を用いたVVVFインバータ、主電動機はかご形三相誘導電動機のN-MT785形（215 kW）である。主電動機の出力増大によって、電動車は編成中に1両のみ組み込む1M方式とされた。このためクモハ721形の設定はない。番号は1000番台に区分された。
車体の基本構造は5次車までと同一であるが、客室窓が熱線吸収ガラスに変更され、厚さは従来より1mm 薄い4mmに変更された。最高速度は130km/hである。F-1001 - F-1008編成は、2003年の編成変更で8次車を混成し、6両固定編成となった。
F-1009編成は、次期近郊形車両（→731系電車）のシステム試験に供され、VVVFインバータの半導体素子をIGBTに変更したほか、抑速装置を発電ブレーキから電力回生ブレーキに変更し、屋根上のブレーキ用抵抗器は廃止された。2003年の編成組替を受けず、1000番台として唯一残存する。
8次車.
快速「エアポート」編成変更のため、2003年に製造された車両である。731系の制御システムを採用し、IGBT素子を用いたVVVFインバータで主電動機N-MT731形（230 kW）を制御する。抑速装置は電力回生ブレーキを装備し、屋根上にブレーキ用抵抗器は設置しない。最高速度は130km/hである。モハ721形のパンタグラフは当初よりシングルアーム式を装備する。
モハ721形・サハ721形の中間車のみ製造され、先頭車は1000番台編成（6・7次車）を組み替えて充当した。編成に組成する電動車の仕様で車両番号を区別し、1000番台の電動車を組成した編成は4000番台（ブレーキ遅れ込め制御なし）、本区分の電動車を組成した編成は5000番台（ブレーキ遅れ込め制御あり）を付番する。
非常窓と「uシート」車用のサハ721形以外の戸袋窓が廃止され、従来車と窓配置が変わっている。側面窓は当初からポリカーボネート製である。防雪および氷塊落下事故防止のため、床下には785系などと同様の、全体を覆う機器カバーを設置する。
一般座席車の室内はデッキ仕切扉を廃止し、扉隣接の座席をロングシートに変更して大型の袖仕切を設けた。座席の配色は青を基調とする。扉周辺の配置や配色は731系に類似しており、客用扉の上と横から温風を送り込み冷気を遮断するエアカーテン、遠赤外線暖房装置、ボタン開閉式の半自動ドアを装備する。冷房装置は容量を増大したN-AU722形（30,000kcal）に変更された。
トイレは車椅子対応のため大型化し、3号車となるサハ721形（一般座席車）に設置する。「uシート」車のサハ721形はデッキ扉を片開き式自動ドアとし、座席等の内装も大幅に変更された。
モハ721-5001は、編成組替で余剰となった先頭車と組成し3両編成とするため、制御装置や電動機および客室座席は他の8次車と同一であるが、片開き式のデッキ仕切扉が設けられ、客用扉の半自動機能は装備しないほか、8次車の付随車が組み込まれていないため、ブレーキ遅れ込め制御は行わない。そのため他の8次車電動車が(M1)車であるのに対し、(M2)車と区別されている。
改造.
「uシート」設置改造.
快速「エアポート」に使用する編成を対象に、指定席「uシート」として、リクライニングシート化・座席間隔拡大・電光掲示板取付などの改装を2000年11月上旬から実施した。当初は半室のみの設定で、6両固定編成の4号車（サハ721形）および、一部の3両編成（新千歳空港方先頭車）に設置し、該当車室部の車体帯は赤+青として識別を容易にした。
2003年の編成変更で「uシート」は1両の全室に拡大され、室内設備を一新した車両が投入されたほか、「エアポート」の運用から外れた編成は一般座席へ復元された。現在、「uシート」は6両固定編成の4号車全車と、F-1009編成の先頭車（クハ721-1009）に設置される。
いずれの改造工事も苗穂工場において施工された。
uシート限定でFM文字放送が行われていたが、2014年7月31日で終了している。
指定席腰掛取換・グレードアップ工事
半車「uシート」の全室「uシート」化改造
半車「uシート」の普通席化改造
130km/h 運転対応改造.
2002年3月からの快速「エアポート」130km/h運転に対応するため、同列車に運用する2 - 5次車について以下の改造を苗穂工場にて行った。改造車は車両番号に3000を加え、3000番台として区別している。また、「エアポート」運用に使用しない車両についても、冬季の石跳ねによる破損防止のため、客室のドア窓をすべてポリカーボネート板に交換した。
130 km/h運転対応改造および窓ガラス破損防止対策工事
制御系更新.
使用開始から20年以上が経過した初期の車両に対して実施される更新工事で、制御装置や主電動機など電装系の更新を主軸とし、電力・保守コストの低減や車両の延命を図るものである。2010年から、6両固定編成とF-7編成に対して、苗穂工場において改造工事が実施された。
制御系は従来のサイリスタ位相制御からVVVFインバータ制御に変更され、モハ721形にはIGBT素子を装備した主変換装置が搭載された。編成中の電動車は1両のみの1M2T編成とされ、クモハ721形およびモハ720形は電装を解除しそれぞれクハ721形およびサハ721形に編入された。主変換装置の搭載に伴い主回路に回生ブレーキが併設（電力回生ブレーキ併用電気指令式空気ブレーキ）されたことから、クモハ721形およびモハ720形の屋根上に搭載されていた発電ブレーキ用の抵抗器は撤去されている。このほか、前照灯のシールドビームをHIDランプに変更、車両間転落防止幌の新設や床板の交換など、艤装も変更されている。
避難はしご設置工事.
2011年5月27日に石勝線で発生した特急列車脱線火災事故を受けて、全編成に避難はしごが設置された。改造は2012年度中に行われ、全編成の各先頭車に1つずつ設置された。
3両編成は、苫小牧・旭川方先頭車の運転席側にある一人がけの座席を撤去し、デッキとの仕切りの壁にFRP製のカバーで覆われた状態で設置したほか、小樽方先頭車の雪切室横の機器室の中にも追設した。なお、この改造にともなう座席の向きの固定は行われておらず、2列目の座席を運転席側に転換することも可能となっている。F-1009編成のみuシート車内の荷物置き場に設置されている。
6両編成は各先頭車の貫通扉部分に立てかけて設置されている。3両編成とは異なり、FRP製のカバーは設置されていない。当初ははしごのみが設置され、先頭車の貫通部分を外から見ると黄色いカバーが目視出来ていたが、現在は各編成とも貫通扉のポリカーボネート窓のはしごが接触する部分に黒いシールが貼られている。
その他.
731系の使用開始後、同系列と併結運用をする3両編成の車両に戸閉回路の改造を実施している。731系の半自動扉を本系列側でも制御できるよう、客用扉を操作する車掌スイッチを半自動制御可能なものに変更している。731系との併結時に「半自動」側で開扉した際も、721系は全てのドアが開くようになっており、のちに投入された733系・735系との併結時も同様の動作をする）。全車、札幌運転所にて施工された。
側扉半自動操作化改造工事（731系併設対応）
冬季の着雪軽減を目的に、パンタグラフを下枠交差式からシングルアーム式に換装した。8次車以外の全車が対象で、785系と同形のN-PS785形を装備した。2006年に全車の換装を完了している。
パンタグラフ取換工事（シングルアーム化）
運転室助士席側の前面窓・客室窓をポリカーボネート板に交換する改造、および「エアポート」に運用される車両を中心に、8次車に標準装備された床下機器カバーを在来車に追設する改造が苗穂工場にて順次実施されている。
床下機器カバー取付工事
2007年からは種別・行先表示器の書体変更・英字併記化などの意匠変更や、自動放送装置搭載車では放送内容の変更が順次行われている。
2018年11月頃から、6両固定編成に公衆無線LANサービスを導入した。設置工事は苗穂工場で施工された。
車内Wi-Fi設置工事
車椅子スペース設置工事
重要機器取替工事
運用.
全135両が札幌運転所に配置され、以下の区間の札幌近郊の普通列車・快速列車で使用される。
導入当初は臨時急行列車にも使用されていた。
2012年6月1日からは、電化開業した学園都市線への乗り入れを開始した。また、2014年8月30日のダイヤ改正では、函館本線で残存していた711系上下合わせて30本の運用のうち、16本が本系列に置き換えられ、岩見沢 - 旭川間への乗り入れを開始した。
かつては、2020年3月14日ダイヤ改正以前まで運行されていた区間快速「いしかりライナー」にも充当されていた。
小樽 - 新千歳空港間の快速・区間快速「エアポート」および一部普通列車は、6両固定編成により運行される。これは、733系3000番台と共通運用である。
滝川 - 旭川間は、3両編成で運行され、731系・733系・735系は代走の場合に運用される。
その他の区間は、一部を除き、731系・733系・735系と共通運用になっており、3両編成または6両編成で運行される。6両編成は、6両固定編成または、3両編成を2本連結して運転され、共通運用を組むいずれの車両とも連結可能である。6両固定編成が普通列車として運行される際は、4号車の「uシート」は自由席となり、追加料金なしで乗車できる。
なお、1993年1月11日・12日に津軽海峡線の函館 - 新中小国信号場間でF-2編成が試運転を行った。本系列が自走で青函トンネルを通過し、本州島内で走行した唯一の事例である。
編成.
編成番号は3両単位で付番されており、「Fast」の頭文字からとられた識別記号「F」に、中間電動車の番号を組み合わせている。6両固定編成についても、前後の3両が各々別の編成番号をもつ。
特記ない限りは2022年4月1日時点の情報を示す。
6両編成.
全編成とも、普通車指定席「uシート」を4号車の全車に設定する。733系3000番台と共通で快速「エアポート」を中心に運用される。他車との併結は行わないので貫通幌を装備していない。
車歴表.
車歴表（721系）
今後の予定.
2015年（平成27年）3月20日に発表された「安全投資と修繕に関する5年間の計画」で、2020年（令和2年）以降一部初期車の老朽廃車・取替を行う事が発表されている。
その後、2019年4月9日に発表された「JR北海道グループ長期経営ビジョン等」において、2023年度から2024年度にかけてエアポートで運用している721系を733系に更新する事が発表された。
2022年2月9日に発表された長期環境目標「JR北海道グループ　カーボンニュートラル2050」において、2030年度までの取り組みとして721系の全車を「高効率機器を採用した電車」に更新する事が発表されている。