国鉄151系・161系・181系電車
開発当初は車両称号規程の一部改正が検討されており、電車形式整理案により50系が仮称されていたが、改正が間に合わない事から当時空形式となっていた20系が選択された。落成当初より規定改正が検討中であったため、車両番号表示は車体とは別の鋼板にステンレス製の切抜き文字を貼り付けネジで固定し、改番時には旧番号板を取り外して新番号板と交換する方法が採用された。
1959年の形式称号規程改正により151系へ改称された。
「こだま」は速達性のみならず当時の水準を超越した快適性を示したことから、1959年2月まで電気機関車が牽引する客車特急「つばめ」「はと」も1960年6月に本系列への置換えが決定したが、それに先立ち同年12月には年末年始における輸送力増強と置換え準備のため1960年5月末までの12両暫定編成を組成することになり先行落成されたモロ151・150形ユニットとサハ150形が該当する。
従来編成の神戸方4両ユニットにモロ2両、東京方4両ユニットにサハ2両が組み込まれた暫定12両編成化は第2次増備車が落成するまでの約半年間ではあるが、定員は2等車208名・3等車464名の計672名となり、1列車としては最も定員の多い編成である。増備車の車体構造は1次車と同様であるが、以下のような設計変更が行われた。
クハ151形を除く各車に設置する非常用下降窓は空気チューブからの空気漏れ等問題から固定窓となり、腰板部分に非常口が設置された。客室側にあるハンドルを回してロックを外し、非常口の下部を外に押し出すことで腰板部分が垂直に降下し、開口部が現れる構造で客室妻板下部にあるアルミ製梯子をかけて脱出する。
戸閉め装置は作動安定化の観点からシリンダー径を大型化したTK100A形に変更された。
外幌が従来の1枚タイプでは分割併合作業に支障があったため外幌1列・内幌2列のファスナー式幌を開発・変更。
車両番号表示を形式称号規定の改正により、ステンレス製切抜き文字を車体へ直接固定する方式に変更。
冷房装置を従来のAU11形では換気が不十分であったことから、換気設備改良が行われたAU12形へ変更。
室内側吹出口は張り出しを5 cmに半減させた丸型基調デザインに変更し、切・送風・弱冷・強冷切換スイッチならびに換気レバーが設置された。
室内は換気設備の大幅改良に伴い蛍光灯照明の中間に通風用グリルを装着。客室妻部仕切扉上ルーバー形状も換気扇廃止に伴い変更。通風用グリルに対応する部分の屋根上にガーランド形通風器を設置。
客室・デッキ間の仕切引戸に開放状態防止の観点から油圧式ドアクローザーを取付。
2等車背ずりのビニール袋が破損しやすかったためシートモケットと同じ柄の布製袋とビニール製内袋の2重に強化。また車内清掃時の消毒に時間がかかるシートラジオ用イヤホンは、耳に掛けるタイプに変更して収納袋をやめ収納箱にかける方式に変更。
3等車座席背ずり埋込み式背面テーブルは、強度の観点から外付けにし併せて座席番号付番方式も変更。
トイレ・洗面所の化粧板をクリスタル模様に、トイレ使用知らせ灯は丸形乳白色に変更。
電動車では容量に問題のあった主抵抗器をMR30形15箱に強化し、事故表示車側灯を設置するとともに、主電動機への通風は雨水侵入によるトラブルが多かった点検蓋からの冷却方式をやめ車端妻板に設けた通風用ダクトから撓み風道で通風する方法へ変更。また予備励磁装置を廃止。
台車は揺れ枕つりの支持がナイフエッジ式から丸ピン式に、空気ばねパンク検出装置も差圧式に変更し、台車を含む床下機器の色をグレーから黒に変更。
1960年6月1日のダイヤ改正で客車特急「つばめ」「はと」電車化に伴い増備された従来の展望客車に代わる特別座席車のクロ151形「パーラーカー」や国鉄電車では初の本格的全室食堂車となるサシ151形を含む36両が該当。本増備により12両編成6本が組成されたが、一部車両は方向転換も伴う大規模なものであったため事前に72両分の模型が作られ綿密な計画が練られた。
同年7月1日の3等級制から2等級制への移行により、従来の3等車が2等車に、従来の2等車が1等車となった。2等車として落成していたモロ・クロ・サロの車両は、等級改正後に等級表示「2」の上に「1」の表示板が被せられたほか、以下の変更を実施した。
クロ151形はボンネット側面空気取入グリルを片側1個から2個に増設、ボンネット上部の天蓋と運転台直後のユニットクーラーにベンチレーター用外気取入口を新設。屋根上は前灯左右へホイッスルを搭載し一体型カバーが設置されたほか、ウインカーランプは後方から点滅状態を確認出来る円筒形へ変更。
1958年製造のクハ151-1 -6を含み先頭部連結器を、非常用の簡易連結器から常設の並形自動連結器へ変更するなどの以下の設計変更を実施。
先頭部連結器は通常カバーを装着するが、サイズ大型化によるタイフォン用スリットへの干渉対策から、タイフォン取付位置を変更。
1961年10月の白紙ダイヤ改正伴う増発用として製造されたグループ。クハ・モハシは3年ぶりの製造となり、サロを除く各形式が増備された。編成は従来の12両編成×6本から11両編成×11本と予備車7両の計128両となった。本増備車では以下の設計変更が行われた。
電動車は将来の交直流化ならびに耐寒耐雪対策改造に備えて台枠を強化する設計変更を実施するとともに主電動機は脈流対策を施したMT46B形へ変更。
前年の2等級制移行後の増備のため、1等車の表記は切り抜き文字が車体に直接取り付けられた。
3年ぶりの増備となったクハ151形はクロ151形での設計変更点も反映された。
モハシ150形のビュフェ部分に変更があったため、窓配置も一部変更した。
台車は強度と保守性の向上が行われ、空気ばねの取り付けがセルフシール式に、補助空気室が上下分割式から左右分割式に変更した上で車軸も従来の中空軸から中実軸に変更した DT23A形・TR58A形に変更。
1962年6月の山陽本線広島電化に伴い「つばめ」1往復を延長運転することとなり川崎車輌で製造された11両編成×1本である。
本増備では、保守点検や編成変更の際に多大な手間が掛かった外幌を廃止したほか。クロ151-12は貴賓車予備を兼ねたことから、区分室側窓に防弾対応強化合わせガラスを装着した。
また電動車の台車は、台車枠を9 mmの一般構造用圧延鋼板に強化し、形式もDT23B形へ変更。
東海道新幹線の開業の目処が立ち151系の転用が検討され始めた時期であったが、東海道本線の増大する輸送量は限界を迎えており再び12両編成化されることになり、11両編成×12本に2等車を増結するため川崎車輌ならびに近畿車輌で製造されたサハ150-13 - 24の12両が該当する。
これをもって151系の増備は終了し、形式番号と同じ151両が製造されたことになる。
本系列の改造工事は性能向上や改良、編成変更による仕様変更を目的にしたものが主であり、車両番号変更を伴う形式改造は181系化を除くと脱線大破事故により廃車となったクロ151-7の代替となったサロ150-3→クロ150-3のみである。
新性能電車のフラッグシップ的存在であった本系列でもまだまだ改良の余地が多く、151系としても増備車が登場する度に微細なマイナーチェンジともいえる改良が加えられているため試作車の量産車化改造に近い部分もある。
改造工事は1959年の暫定12両化時、1960年の「つばめ」「はと」151系化時、1961年ダイヤ改正前の3回にわけて行われた。改造施工はいずれも大井工場。
AU11形ユニットクーラーに単独操作スイッチ取付。車端ダンパ設置。2等車カーテン取替。主抵抗器・減流抵抗器改造。運転台上部前灯電源の直流化。MGフラッシュオーバー対策。
3等車座席の改良。無線室の改造。排気送風機の設置。外幌をファスナー式に交換。
クハ151形については、前面連結器を簡易連結器から並形自動連結器に交換。これに対応して連結器カバーを大型化。予備笛、ホイッスルカバーの取付。「こだま」に固定されていた前面愛称表示名板を交換できるタイプに取替が行われている。
主抵抗器交換。主抵抗器・補助抵抗器側面に着脱可能な覆いの取付け。主電動機冷却風を妻面風洞からに変更。雨水漏入防止対策として主電動機点検蓋の密着性を強化。
1961年10月1日のダイヤ改正ではサロ1両が減車されることになったが、同時に増発され編成も5本増備されることになったため余剰となったサロ150形を新編成に組み込むと同時に回送運転台を取付ける改造工事を施工。3位側に回送運転台と妻部に窓・前灯・尾灯等の新設し、後位寄りの貫通引戸を4位側に引くように変更などが施工された。なお1962年増備のサロ150-11は当初より回送運転台を設置する。
空気抵抗低減と編成美のために採用された外幌は、当初の1枚式からファスナー式とするなどの変更が加えられた。しかし曲線通過時や保守点検・組成変更時の不具合が大きく、1962年以降の増備車では外幌が省略されるとともに、以前の車両からも撤去された。同時に内幌を一般的なタイプへ変更した。
サロ151形は洋式トイレ付で製造されたが、1961年10月の1等車1両減の11両編成化で和式トイレ付のサロ150形と共通運用されること、編成組成位置が洋式トイレ付のモロ150形次位であったことなどを理由に1962年6月から翌年3月にかけて大井工場で和式化改造が施工された。
当時鉄道車両で使用されていた空調機器は冷房のみであったが、ヒートポンプ式では電熱による暖房回路が省略できることから車両設計の面で合理的な利点があり、東海道新幹線での採用が決定した。このため1962年7月にサロ151-6へ試作機となるAU54形を搭載し実用試験を行った。
1963年9月8日、上り「第1こだま」の東京での折り返し運転に伴う点検時にモロ151-8の台車側はりに亀裂が発見された。原因は6 mm厚の特殊鋼板を使用していた台車枠が運転の酷使により亀裂を生じたもので、151系全車を点検したところ大井工場で中空車軸の亀裂が発見された。中実車軸への交換を兼ねて、同年中に27両(電動車21両・付随車6両)から9 mm厚の普通鋼板を用いた改良型のDT23Z・TR58Z形への交換が開始され、浜松工場および鷹取工場で台車枠を新製し、大井工場で台車枠の取替が行われた。181系改造時にDT23B形以外の全車の台車をDT23Z・TR58Z形に交換している。
増加する外国人客に対して英語の車内放送を行うことになり、サロ150・151・モロ151の各形式乗客専務車掌室に磁気録音されたシートの再生装置シンクロファックス(商品名 : リコー シンクロプレーヤー)を取り付け、1963年6月10日より使用開始した。
1964年10月1日のダイヤ改正で120両が向日町運転所に転属したが、その運用の中には新大阪 - 博多間運転の「つばめ」「はと」も含まれており、電気機関車牽引で交流電化の九州島内へ乗入、サヤ420形電源車からサービス用電源供給を受けられるように6編成が改造された。
交流電化区間である鹿児島本線へ乗り入れるため、九州乗り入れ改造が決定するまでに次の4案が考慮された。
1案 - 151系を現行交直流電車と同様な方式の交流直流両用電車に改造
2案 - 交流区間での補機電源をサシ151形に搭載
3案 - 交流区間での全編成分の補機電源容量を持つ電源車を新製
4案 - 交流区間での全編成分の補機電源容量を持つ交直流電気機関車を新製
当初は第1案の交直流車化改造で検討が進められ、交流機器・パンタグラフをM'車に搭載するなどの改造案が作成された。しかし交直流車化改造は改造費が予想以上に高く、工期も少なくとも8か月必要であることから断念された。151系は将来の信越本線や中央本線といった直流電化線区への転用を前提として、暫定的な九州乗り入れが実施されることになった。
第4案の専用機関車案も、特殊な新形式車両を少数製造することになるため選外となった。第2案のサシ151形改造案も、工期・費用が予想外に大きいことから選に漏れた。
第3案の電源車方式は機関車+電源車+電車の3車種による編成となるが、準備が出来次第1964年10月より直ちに運転可能という大きな利点があることから、151系の九州乗入は本方式に決定された。サービス電源発生装置は最も手戻りの少ないことや運転上支障の少ないこと等を考慮して、将来はモハ420形への転用を前提に車体基本構造ならびに塗色は従来の421系と同一とし、サービス電源用MGを床下搭載するほか専用引通線などを装備したサヤ420形電源車が予備車を含み3両新製。電気機関車は本系列への補助回路とサヤ420形の非常パンタグラフ下げ回路を内包したジャンパ連結器を装着する対応改造を施工したEF30 2 - 8が下関 - 門司間を、ED73 15 - 22が門司 - 博多間を牽引した。
以下は本系列の改造内容である。
クロ・クハ151形にブレーキ管・元空気溜管・サービス電源引き通し用KE3形ジャンパ連結器の増設とこれに伴うスカートへの切欠きを実施
クロ151-1・4・5・8・9・11/クハ151-1・4・5・7・9・11に施工
モロ151形とモハ151形は、パンタグラフが二重鎖錠のPS16E形に交換された。これは交流区間でパンタグラフが上がらないようにするためである。
モロ151-1・4・5・7・9・11/モハ151-1・4・5・11・14・15・17・18・22・23・26・28に施工
田町区所属の特1・4・5・7・9・11編成には、1964年4月から8月にかけて浜松工場で改造が行われ、改造車は側面ナンバーを赤く塗装して他の編成と区別した。このため九州乗入対応車は「赤ナンバー車」と通称された。
翌1965年に交直流電車の481系が「つばめ」「はと」用に増備され九州乗入は終了した。サヤ420形は計画通りにモハ420形へ転用、乗入対策車は181系化改造時と同時に復元された。その際に一部のクロ・クハ181形は、スカート警笛部の穴が完全に埋め込まれるなどの変形車が出現した。
1964年4月24日の特急「第1富士」脱線事故で廃車となったクロ151-7の代替として、事故車編成のサロ150-3が先頭車化改造を受け、クロ150-3となった。詳細は、こちらを参照のこと。
20系として製造された24両、当初から151系として製造された127両で計151両中事故廃車となったのは後述するクロ151-7のみである。事故詳細については日本の鉄道事故 (1950年から1999年)#「第一富士」脱線事故を参照し、以下で車両面・運用面での解説を行う。
東海道新幹線開業直前の1964年4月24日、東海道本線草薙 - 静岡間を運転中の下り「第1富士」が踏切を横断中のダンプカーと衝突し、以下の車両が被災した。
復旧に際し行われた検討でクロ151-7は以下の2点から、国鉄新性能電車の第1号廃車となった。
修復完了時期が7月からの夏期繁忙期はおろか、10月からの転属にすら間に合わない。
直後に迫った山陽本線転用に際し、高価なパーラーカーを復旧または代車を新製することへの懸念。
当時の田町区は12両編成12本と中間車7両が配置されていたが、使用11本であった上に事故直前から東海道新幹線開業後の九州乗入れ改造が既に開始されていたこともあり、予備車が確保できず予備編成なしの深刻な車両不足状態となった。
事故当日の下り「第1富士」の大阪 - 宇野の区間運転と折り返しとなる上り「うずしお」の代走には高槻電車区所属の80系電車7両編成が投入された。
80系電車による特急運転は事故当日限りの緊急措置ではあったが、国鉄旧性能電車による唯一の特急列車となった。
直後にゴールデンウィークを控えていたこともあり、翌日から次のような運用で運転が確保された。
事故当該編成で運転される予定だった4月25日の下り「うずしお」→上り「第2富士」は、本来は上り「第1こだま」に充当される編成で運転。
4月25日 - 5月6日までは上り「第1こだま」→下り「第2こだま」は、宮原電車区所属の153系電車11両編成による代走とする。
5月7日 - 5月31日までは不定期特急「第2ひびき」を運休とし、下り「第1こだま」上り「第2こだま」は捻出した157系電車で下に示すいずれかの9両編成による代走となった。
このため、定期「ひびき」は増結を中止し、7両編成での運転となった。
6月1日 - 6月30日までは「特8編成」の大阪方先頭車をクハ161-3に差し換えて充当した。
クハ161形投入により161系の先頭車の予備車がなくなったため、「とき」は157系との混成編成となったが、詳細については#上越・信越・中央特急も参照。
7月1日 - 9月30日までは「特8編成」のクハ161-3をクロ150-3に差し替えた編成での運転としたことから、当時の時刻表などでの編成案内には「1号車は日により展望車でない1等車の場合がある」との注意書きが記載された。
クロ151-7は廃車となったが、代車として営業上および体面上の理由から7月以降の夏期繁忙期に間に合う1等先頭車が必要とされた。このため本事故で被災し脱線小破したサロ150-3を種車に急遽選定し、修理復旧と以下に示す先頭車化改造を浜松工場で同時施工した。
車内設備はサロ時代のまま客室では回送運転台側12名分区画を切断し客室定員を40名に減少。新たにクロ151形・クハ151形と同様の運転台区画ならびに内部にMG・CPを搭載したボンネット部を設置した。このため車体形状では乗務員室扉直後に客用扉がある構造になり、クハ181形とも後のクロ481形とも異なる独自のものとなった。
落成は事故から約2ヶ月後の1964年6月27日付となり同年7月1日より運用に投入されたが、わずか3ヵ月後には東海道新幹線開業と181系化改造のために運用から離脱。再度浜松工場に入場し運転室部分を残し新製した2等客室部分と接合する再改造が施工されクハ181-53となった。
元々が中間車でクロ化改造時は時間的制約から台枠延長が未施工だったため通常のクハ181形に比べて車体が60 cm短いことから、客室部分は窓柱とシートピッチを5 mmずつ短縮し定員56名を確保。さらに出入台・トイレ・洗面所も寸法を短縮し他のクハ181形と辻褄を合せた。
クロ150-3としての実働は3か月。さらに落成から廃形式まではわずか8か月強で、国鉄新性能電車としても最初にして最短の廃形式でもある。
上述2回の改造によりサロ150-3時代の車両構体は全く残っておらず、新車時から変更されていない部分は台枠と一部機器のみとなった。クハ181-53は田町電車区→新潟運転所で「あずさ」「とき」に充当されたが、1975年に「とき」への183系1000番台置換えで余剰となり廃車解体された。
1962年に新設された上野 - 新潟間の特急「とき」用として、151系の車体に157系の機器類を組み合わせた特急型電車である。勾配区間に対応した抑速ブレーキを搭載するほか、寒冷地に対応した耐寒耐雪構造が採用された。
1962年6月の信越本線長岡 - 新潟間電化完成により、東京 - 新潟間を上越線経由で結ぶ特急電車を運転する計画が立案された。東海道本線と同じ151系であれば共通運用による運用効率向上を見込めるが、本来平坦線区用の151系が20 ‰の勾配が続く上越国境の山岳区間での運用に適するかが問題となった。
1961年に151系と157系による性能試験が上越線で行われたが、151系は勾配区間で主電動機が過熱し、試験運転は打ち切りとなった。一方で157系は試験結果が良好であったため性能は157系が適していると判断されたが、冷房装置搭載・耐寒耐雪対応・食堂車設定の課題から157系をそのまま上越線特急に使用することには問題があった。
加えて地元新潟でも「こだま形」スタイルへの要望が強かったこともあり、上越特急の電車は151系の車体に157系の走行機器を組み合わせ耐寒耐雪構造を採用した電車を投入することになり、形式は修学旅行用電車の159系に次ぐ161系が付与された。
1962年に1編成9両編成×1本と予備車6両の15両が製造された。配置は全車とも田町電車区である。
1964年の東海道新幹線開業に伴い全廃となった東海道本線昼行特急に充当されていた151系のうち余剰となった28両を上越線運用に転用することになり、性能を向上した181系に編入改造を施工。また同年に発注したクハ161形2両とサシ161形1両は製造途中で181系40番台に変更され1965年に落成。161系として製造された15両も車両運用の効率化の観点から1965年5月 - 6月に181系40番台に改造され、国鉄新性能電車初の系列消滅となった。
編成は上越線の勾配区間や輸送需要を考慮してMT比を151系の1:1から2:1とした6M3Tの9両編成となり、パーラーカーやビュッフェ車は製造されず全室食堂車が組込まれた。また歯車比も151系よりも低速寄りとした157系と同じ4.21の設定とした。実際に営業運転でも性能が同等の157系との併結運転が行われた。
東海道新幹線開業後の151系転用も考慮された結果、車体は151系の構造が踏襲された。塗装は151系と同様であるが、降雪時の遠方視認性向上および車両基地で151系と識別のためボンネット先端に赤帯が入れられた。耐寒耐雪構造によりスノープラウ(排雪器)を取付け、前面スカートをショートタイプにするなどの差異がある。ドアレールヒーターなど耐寒装備も強化しており、寒冷な山岳地帯での運転に対応した。
主抵抗器は耐雪面で有利な強制通風式のMR22A形とし、主制御器も勾配対策として抑速ブレーキを装備したCS12C形を搭載するが、ノッチ戻し機構はない。
台車は枠板を9 mm厚に強化し、空気ばね自動高さ調整弁に耐雪カバーを取り付けたDT23C形とTR58B形を搭載し、車軸は中実軸に変更された。
モロ161形・モロ160形ではシートラジオ・列車電話も使用線区の電波事情を考慮して廃止されたが、雪に閉じ込められた場合などを考慮し、ラジオ放送を車掌室で受信し必要に応じて放送装置を通じて全車に放送できる構造とした。
クハ161形は主幹制御器が異なるために抑速ブレーキの使用は不可能となるものの151系との混結使用が可能であり、1964年のクロ151-7脱線転覆大破事故により営業運転に投入された実績がある。
モロ161形・モロ160形
1等中間電動車。
モハ161形・モハ160形
2等中間電動車。
2等制御車。基本的にクハ151形の構造を踏襲するが、スノープラウなど耐寒耐雪設備を搭載する。
食堂車。基本的にサシ151-7以降の構造を踏襲する。
151系・161系の2系列を1964年以降に仕様統一した系列で、151系からの改造車150両、161系からの改造車15両、製造途中で161系から変更され181系として落成した3両、新製車59両、485系電車からの改造車3両の総計230両のグループである。
上越新幹線開業に伴う1982年11月15日ダイヤ改正で「とき」運用が廃止されたことにより定期運用を終了。経年劣化ならびに余剰による廃車を除いた一部車両は保留車とされたが、最後まで残存していたモハ181-113・114・モハ180-113 - 115・サロ181-1053の計6両が1986年3月31日付で廃車となり廃系列となった。このためJRグループへの継承車は他系列へ改造された車種以外存在しない。
1964年10月の東海道新幹線開業により、151系は山陽・九州方面と上越線方面の特急に転用されることとなったが、151系では山陽本線瀬野八区間での補助機関車連結、161系では上越特急のスピードアップが課題とされ、勾配区間でのスムーズな運転が困難な状況にあった。また将来には山岳路線への投入も予想されたため151系と161系の出力を増強し、両系列を統一させ1964年11月に落成した系列が181系である。
従来の国鉄新性能車標準主電動機であった出力100 kWのMT46形直巻整流子電動機は東海道本線最大勾配区間である10 ‰をMT比1:1で運転可能な性能が維持されていたが、1960年代以降に電化された山岳線区となる信越本線・中央本線に介在する最大25 ‰連続勾配区間でもMT比1:1で運転可能な大出力電動機が要望された。これに対応するため1962年には153系を山岳線区での運転も含み強化した165系で出力を120 kWに向上したMT54形主電動機を開発し初投入。引き続き交直流両用では453・473系・481系、近郊型では113系・115系・403系・423系などにも搭載し実績を積み、新たな標準主電動機になるとともに各地に運用範囲が拡大した。
1959年6月改正の国鉄新性能電車形式称号規定では、10の位は1 - 4が近距離形、5 - 8が長距離形、9が試作相当と区分されていたが、1964年7月に10の位は8が特急型と再改定されたことから、系列名は181系と決定した。当初は山陽向け改造車は近郊形電車の113系に、上越向け改造車は115系に相当する改造が計画されており、山陽向けは183系、上越向けは185系と仮称された。このうち山陽向け車は抑速ブレーキは装備せず151系から搭載する自然通風式主抵抗器を引き続き使用する計画であったが、将来の転用を考慮し抑速ブレーキ装備ならびに強制通風式主抵抗器を搭載する上越向け車と統合し、系列も181系とされた。
151系・161系と最大の相違点は出力向上した主電動機にあり、主電動機を100 kWのMT46系から120 kWのMT54系に換装し、歯車比3.50・弱め界磁率40 %に統一された。この出力増強によって10 ‰勾配における均衡速度は481系と同等の120 km/h(速度種別A20)となったため山陽特急運用では広島 - 八本松間のいわゆる瀬野八越えで補助機関車連結が不要となった。
捻出されたMT46系主電動機は101系および421系の増備車に転用された。
制御装置は勾配対策でノッチ戻し制御が可能で抑速ブレーキを搭載したCS15B形に、主抵抗器は強制通風式のMR78形としたほか、制御車の主幹制御器も対応したタイプへ変更。
151・161系からの改造車の台車はDT23B・C形・TR58B形を除き強度を増した改良型のDT23Z形・TR58Z形に交換。
山陽向け車は、上越向け車に施工された耐寒耐雪装備を省略して落成しており、後の関東地区再転出時に施工されたが、対策は十分でなく長年の高速走行による各部の疲労も相まって後年の豪雪時に故障が多発した。
信越本線充当車は、1966年以降に碓氷峠通過のため横軽対策を追加施工した。
最初期に改造された車両は田町電車区所属で山陽特急転用から除外され上越線運用に充当となる特6・特8編成に組成されていた12両×2本と予備車6両のうち余剰となるサロ151-6・150-2を除いた28両で、大井工場ならびに浜松工場で施工された。
1964年12月27日から運転開始が予定された年末年始臨時「とき」に本改造施工車の充当が決定していたことから、比較的工期が短く済む車両の施工を担当。17両中14両が同年10月23日 - 12月25日に落成、残りの3両も1965年1月14日付で落成した。大井施工車は、落成後も暫定的に151系のまま出場。履歴上181系への改番は1965年5月7日・11月1日・13日・25日・12月15日の5回に分けて実施された。また未改造車との区別のためボンネットには161系同様の赤帯が入り、車体側面のステンレス製車両番号を白く塗ったことから「白ナンバー」車と通称された。
クロ151-6→クハ181-56・クロ150-3→クハ181-53・モハシ150-6・8・9→モハ180-56・58・59の上越特急では使用しない形式の車種変更を伴う大規模改造も同時に施工され、11両が1965年1月20日・3月10日の2回にわけて181系として出場した。
以後は1966年までに保留車2両を除き向日町運転所所属の151系ならびに田町電車区所属の161系も改造施工され181系として出場。1966年の中央本線特急「あずさ」と信越本線特急「あさま」の運転開始に合わせて新造車である100番台も投入。1969年にも増備されたほか、保留車2両も1968年と1969年に本系列化工事を終了した。
本項では、151系・161系からの編入車と新造車の番台区分による形式解説を行うものとする。