JR北海道721系電車

721系電車は、北海道旅客鉄道が1988年から製造した近郊形交流電車である。

1. 概要
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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。

2. 車両概説
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2.1. 車体
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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、uシート車は側窓下部のみ濃青+赤である。

2.2. 内装
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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。

2.3. 機器類
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制御系は5次車までが、主回路のブリッジに、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、6次車以降は、VVVFインバータによる交流電動機駆動を行う。

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。

補助電源装置は電動発電機に代わり、静止形電源装置を採用した。装置は富士電機が開発したもので、交流電車特有のセクション区間通過時には、蓄電池からの給電により停電の発生しない無停電電源装置となっている。空調装置、ブロワーなどには主変圧器の巻線から直接供給され、補助電源装置では単相交流400Vを入力電圧とし、インバータにより単相交流100Vを、コンバータにより直流100Vを出力する。

3. 形式
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クモハ721形 車  サイリスタ位相制御車編成の制御電動車で、小樽・北海道医療大学方の先頭車として組成される。制御系更新改造により、電装を解除しクハ721形車に編入された車両もある。 モハ721形 1.車  編成の中間に組成される電動車で、3両編成の2両目と6両編成の2両目・5両目に組成される。1次車から7次車まで製作され、サイリスタ位相制御仕様とVVVFインバータ制御仕様のいずれも存在する。制御系更新改造により、車に編入された車両もある。 2.車  編成の中間に組成される電動車で、6両編成の2両目・5両目に組成される。731系電車と同様のデッキなし客室で、エアカーテンおよび車外スピーカーが装備されている。731系とは異なり、転換クロスシートが設置されている。IGBT素子を用いた主変換装置を搭載するVVVFインバータ制御仕様で、8次車のみ製作された。 3.車  編成の中間に組成される電動車で、3両編成を組成する必要から1両のみ製造された。F-5001編成の中間に組成される。IGBT素子を用いた主変換装置はM1車と同一であるが、編成を組むクハ721形6次車・7次車の仕様に合わせ、室内は片開き式の客室仕切戸をもつ。 4.車  サイリスタ位相制御車編成から更新改造されたM'車が該当し、3両編成の2両目と6両編成の2両目・5両目に組成される。IGBT素子を用いた主変換装置を搭載するVVVFインバータ制御仕様で、731系電車などと編成の車両形式記号を統一するため新設された。 モハ720形 車 5次車で製作された中間電動車で、クモハ721形から運転台を省いた基本構成をもつ。集電装置は搭載しない。6両固定編成の小樽方から4両目に組成されていた。制御系更新改造により、全車サハ721形車に編入された。 クハ721形 1. 車 
サイリスタ位相制御車編成の制御車で、旭川・苫小牧方の先頭車として組成される。後位デッキにトイレを装備する。制御系更新改造により、車に編入された車両もある。 2.車  VVVFインバータ制御車編成の制御車で、旭川・苫小牧方の先頭車として組成される。後位デッキにトイレを装備する。F-1009編成に組成される車両のみ座席が「uシート」である。 3.車  VVVFインバータ制御車編成の制御車で、小樽・北海道医療大学方の先頭車として組成される。 サハ721形 1.車  編成の中間に組成される付随車で、旭川・苫小牧方デッキに車掌室があり、客室はuシートを装備する。6両編成の小樽方から3両目に組成される。5次車と8次車で製作され、5次車では小樽・北海道医療大学方デッキにトイレを装備する。 2.車 A.8次車  編成の中間に組成される付随車で、6両編成の小樽・北海道医療大学方から4両目に組成される。8次車で製作され、デッキなし客室、エアカーテンおよび車外スピーカの装備などはM1車と同一の仕様である。小樽・北海道医療大学方車端部に車椅子対応のトイレを装備する。 B.制御系更新車  編成の中間に組成される付随車で、6両編成の小樽・北海道医療大学方から4両目に組成される。5次車で製作されたモハ720形車から電装を解除し編入された車両である。トイレの設備はなく客室仕様も5次車のままである。

4. 次車別解説
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4.1. 1 - 4次車
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クモハ721形 モハ721形 クハ721形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  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。



4.2. 5次車
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クモハ721形 クハ721形 モハ721形 モハ720形 サハ721形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RF。

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RF。

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。

4.3. 6・7次車
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モハ721形  クハ721形 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。

4.4. 8次車
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モハ721形  サハ721形 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RF。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RFRF。

モハ721形・サハ721形の中間車のみ製造され、先頭車は1000番台編成を組み替えて充当したRF。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、本区分の電動車を組成した編成は5000番台を付番するRF。

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RF。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RF。

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RF。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次車電動車が車であるのに対し、車と区別されている。

5. 改造
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改造所…苗穂工：苗穂工場、札幌：札幌運転所

5.1. 「uシート」設置改造
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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号車および、一部の3両編成に設置し、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RFRF。

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 class="wikitable sortable" style="font-size:80%; text-align:center;" !車両番号 !改造日 !改造所 !出典

半車「uシート」の全室「uシート」化改造 class="wikitable sortable" style="font-size:80%; text-align:center;" !車両番号 !改造日 !改造所 !出典

半車「uシート」の普通席化改造 class="wikitable sortable" style="font-size:80%; text-align:center;" !車両番号 !改造日 !改造所 !出典

5.2. 130km/h 運転対応改造
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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。

ブレーキ装置を対応のものに強化
前照灯をHIDランプへ交換
運転席のモニター装置をカラー液晶ディスプレイに更新
自動放送装置の取り付け

130   km/h運転対応改造および窓ガラス破損防止対策工事 class="wikitable sortable" style="font-size:80%; text-align:center;" !編成番号 !改造日 !改造所 !出典

5.3. 制御系更新
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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。

F-7 編成 → F-2107 編成
クモハ721-7 → クハ721-2207
モハ721-7 → モハ721-2107
クハ721-7 → クハ721-2107 F-3022 + F-3023 編成 → F-3222 + F-3123 編成
クモハ721-3022 → クハ721-3222
モハ721-3022 → モハ721-3222
サハ721-3022 → サハ721-3222
モハ720-3023 → サハ721-3123
モハ721-3023 → モハ721-3123
クハ721-3022 → クハ721-3122 F-3101 + F-3201 編成 - F-3103 + F-3203 編成
クモハ721-3201 - 3203 → クハ721-3201 - 3203
モハ721-3201 - 3203、サハ721-201 - 203 → 変化なし
モハ720-3101 - 3103 → サハ721-3101 - 3103
モハ721-3101 - 3103、クハ721-101 - 103 → 変化なし

制御系更新工事 class="wikitable sortable" style="font-size:80%; text-align:center;" !編成番号 !改造日 !改造所 !出典

5.4. 避難はしご設置工事
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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。

5.5. その他
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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）