国鉄415系電車
403系
主回路機器は101系をベースに交流区間での脈流対策を施工。当初開発された401・421系では主電動機はMT46A形直巻整流子電動機を改良し脈流対策を施したMT46B形、主制御器も同様に電動カム軸式で401・421系はCS12B形を415系はCS12G形を、主抵抗器も同様に強制風冷式のMR61形を搭載する。
ブレーキ方式は発電ブレーキ併用電磁直通ブレーキを採用。
パンタグラフは架線電圧交流20 kVの加圧部からの離隔距離を250 mm以上確保する必要から、PS16形の台枠・空気配管を変更したPS16B形とした。
ただし、モハ420-19以降は塩・塵害対策からステンレス製のPS16C形へ変更された。
台車は、枕ばねにコイルばねを使用する揺れ枕吊り台車で電動車用が101系と同一のDT21B形、付随車用がDT21B形をベースに台車枠形状などを付随車用に変更したTR64形を装着しており、基礎ブレーキは両者とも踏面ブレーキ式を装備している。軸箱支持装置は軸箱の下部左右に翼状の座を出してその上にコイルばねを配置して側枠からの荷重を受け止めるウィングばねと軸箱守(ペデスタル)で支持するペデスタル方式である。ただし、クハ401-47・421-41以降の付随車用の台車はクハ111形同様にディスクブレーキを装備するTR62形とし、ブレーキ容量が増大された。
車体は153系を基本とする軽量形鋼を溶接で組立てた全金属製セミモノコック構造で車体幅2.9 mの裾絞り断面形状を採用。車体長も同様に中間車で19.5 mとしているが、1500番台では211系を基本とした軽量ステンレス車体とし、車体幅は車両限界一杯の2.95 m裾絞り断面形状としたほか、前頭部にFRP製化粧キセ(カバー)を装着する。近郊形として通勤使用を考慮し70系同様のデッキなし片側3ドアとした上で客用扉は新たに101系と同じ1.3 m幅の両開き扉とした。また、側窓は101系と同じく2段上昇式となっているが、1500番台では1段下降式と相違があるほか、交流区間での絶縁距離を確保するため屋根上パンタグラフ搭載部分は低屋根構造とした。
クハ401・421形の前面は、クハ153形0番台同様にパノラミックウインドウを採用し併結運転を考慮した貫通路を設置。運転室のフロントガラスが大きい低運転台構造とされたが、踏切事故対策から1962年以降に製造されたクハ401-23・クハ421-17からはクハ111形同様の高運転台に変更。また、403系・423系用を含め屋上通風器なども同時期に製造されたクハ111形に合わせた改良が実施された。
側面行先表示器はJR東日本発足後に製造された1500番台の一部とクハ415-1901とサハ411-1601を除き準備工事で落成したが、JR東日本所属車は1991年までに、JR九州所属車は2000年までに当時在籍していた全車に搭載された。
1964年に川崎車輛で151系の九州乗り入れ対応用電源車として3両が製造され、南福岡電車区に配置された。
東海道新幹線の開業に伴うダイヤ改正で、東海道本線特急として運用されていた151系電車は山陽本線を主体にした新幹線連絡特急に転用されることになり、その一部が「つばめ・はと」の愛称で新大阪 - 博多間を運転する列車として設定された。
運転区間のうち門司駅構内デッドセクションを介在し、九州島内は交流電化区間であったため直流電車であった151系電車は下関 - 門司間はEF30形、門司 - 博多間はED73形で牽引された。しかし、単にEF30形やED73形が151系を牽引するだけでは151系のサービス用電源が確保できないことから、サシ151形に交流区間用電源装置搭載案・電源装置搭載交直流電気機関車新造案などと比較検討されたが、当初から151系の投入が暫定的かつ短期間とされたことからモハ420形をベースに必要な機器類を搭載した電源車を製造し、機関車と151系電車の間に挟んで使用する案が採用された。
1986年に勝田所属車の編成見直しによる7両編成から4両編成2本への組替を実施する際に、7両で残存する編成から中間封じ込み先頭車を充当転用で対処する措置が採られたため代替車が必要になり、日本車輌製造で1両のみセミクロスシートで製造されたMG・CPを搭載する付随車である。後述するサハ411-1601とは座席配置が異なるほか、外観の差異はサボ受の有無程度のみである。
当初は403系冷房改造車+415系700番台の混結、1988年以降は415系1500番台+700番台混結のK820編成に組み込まれたが、2005年(平成17年)7月18日に実施した組換で0番台+700番台混結のK918編成に組み込まれた。同編成は2007年の常磐線運用区間短縮で余剰となり、運用を離脱した。