国鉄80系電車
また大出力モーター搭載の長所を活かし、当初は編成内MT比(電動車と付随車の比率)を「2:3」とする経済編成を基本とした。
高速型台車や中継弁・電磁給排弁付自動空気ブレーキなどを除けば、関西私鉄各社の戦前型電車に比較してもスペック自体は優位ではないが、それらの技術開発成果や影響も散見される。
新京阪鉄道・阪和電気鉄道・参宮急行電鉄・阪神急行電鉄などの関西私鉄では1930年代中期までに、6両以上の長大編成や最高速度100 km/h超の高速性能を計画。複雑精緻なU自在弁による長大編成用自動空気ブレーキ(Uブレーキ)・比較的多段の自動加速制御器・大出力主電動機など本系列を凌駕する高度な機器を大量導入している。
本系列の真の革新性は大局的な背景から捉えるべきものである。技術面では大量増備を考慮してコストを抑制した経済的かつ堅実な選択も見受けられるが、全体では既成概念を覆す大規模な総合システムとして現実に成立させ、なおかつ集中的に運用したことに意義があった。
台車枠をプレス成型部材の溶接組み立て式とし、ゲルリッツ式近似の軸ばね構造を採用する台車である。 軸ばねと枕ばねのたわみ量について振動解析が行われ、軸ばねを柔らかく、枕ばねを硬く設定する従来の経験則に基づく組み合わせから、解析結果に基づいて双方のたわみ量を均等とする設定に変更され乗り心地が改善された。
国鉄旧形電車用台車の最終発展形と言える性能の優れた台車であったが、構成部品が多く高コストな上、直後に開発された新性能電車には、別途新構想に基づくDT21系台車が開発されたために少数の製造に留まった。
試作台車
本系列では車両メーカー各社による試作台車の試用が行われた。以下でその詳細について解説を行うが、これらはいずれも試験終了後に標準のDT16・TR43に交換された。
1950年3月1日に「湘南伊豆電車」(→「湘南電車」)の愛称で東海道本線東京 - 沼津間・伊東線での運用を開始した。東京口では同年7月に静岡、1951年には2月に浜松へと運用領域を拡大したほか、サロ85形が増備され「基本10両編成+付属5両編成」の形態となり、郵便荷物車1両を含む電車としては当時世界最長最大の16両編成での運転を実施した。
001・002・004-007・010・011・013・014・017・018・022 - 026・028・030 - 033・038・041・045・057・073・075
高崎鉄道管理局では、東京から草津まで乗り換えなしをコンセプトに1960年4月29日から5月末までの土曜日・日曜日に上野 - 長野原(現・長野原草津口)間に準急「草津」を運転した。

長野原線(現:吾妻線)は当時非電化のため、C11形蒸気機関車+控車兼電源車のオハユニ71形を本系列4両編成に連結して運転した。

さらに1961年5月6日から6月24日の土曜日・日曜日の運転では、愛称を「草津いでゆ」に改称。上野 - 渋川間は「上越いでゆ」の153系との併結運転とし、長野原線内は本系列4両編成が前年同様に蒸気機関車牽引で乗り入れた。 153系は電磁直通ブレーキ機能を停止して全編成自動ブレーキのみとし、両系列間には特殊ジャンパ連結器を使用し運転された。
DT16は新開発の高速運転用鋳鋼台車である。旧呼称TR39Aが示すように、1948年(昭和23年)ごろから63系で採用が始まっていた扶桑金属工業製ウィングばね式DT14 (TR37) ・軸ばね式DT15 (TR39)という軸箱支持機構の構造を違えた鋳鋼台車2種類の使用実績を受け、DT15を基本として改良を加えたものである。 DT15からの改良点は乗り心地改善のため軸ばねの大容量化・側枠そのものの軽量化の2点である。
設計は戦前鉄道省標準形であった「ペンシルバニア型台車」に由来し、ペデスタル部の摺動で軸箱の前後動を拘束しつつ上下動を案内し、また、軸箱直上に置かれたコイルばね1組で軸箱を弾性支持する機構を備える点はそれ以前の国鉄電車用台車と同様である。だが、台車枠が一体鋳鋼製となって剛性が飛躍的に向上したことで高速運転により適した特性の追求が可能となり、また長距離運転用ということで特に軸ばね定数が見直され、軸ばねを従来よりも背の高いものに変更してたわみ量を大きくとることで乗り心地の改善が図られた。
動力車用DT16・付随車用TR43共々揺れ枕の釣りリンクは原型のTR23に比して大幅に延長され(310mm → 540mm)、振動特性は大幅に改善された。新造ゆえ、工数を増やすことなく抜本的な改良が可能であった。
戦後製造の国鉄車両であり、当初から全車コロ軸受(ローラーベアリング)を採用したことで長距離・高速運転で問題となる車軸発熱は低減されたが、改良目的で製造年次によって幾度か変更が実施されている。
初期形(1949~1951年度)
事故廃車もなく全車車籍を有していた本系列は、引き続き本州内での運用が継続され、1973年の中央本線中津川 - 塩尻間電化完成により同線甲府以西ならびに篠ノ井線での運用も開始された。
3等中間電動車。PS13形パンタグラフ・主制御装置・電動発電機(MG)・空気圧縮機(CP)を搭載する。本系列では電動車となる本形式のみトイレなしとされた。定員は基本番台が92人。200番台以降は88人である。またモハ80103・108 - 110・80316・80325・80341・80343は後年の改造により回送運転台を装備するほか、以下の異端車が存在する。
本形式には以下の異端車が存在する。 モハ80027:上述した試運転時火災焼失事故被災車であるが、更新修繕施工車にもかかわらず張り上げ屋根構造(雨樋位置は下部)のまま残置し、戸袋窓Hゴム化も未施工。
島秀雄工作局局長(当時)主導の旅客車開発グループの手により、比較的長時間にわたる乗車と高速運転を配慮した構造を念頭に置いた国鉄初の本格的長距離電車として設計・開発が行われた。実績のある既存技術に加え、鉄道技術研究所において研究が進められていた新たな各種技術の導入もふんだんに求められた。
本系列開発以前の日本では、電車は短編成運転が原則で国鉄・私鉄を問わず運用上の小回りが利くように「電動車はすべて運転台付き」とされていたが、長大編成が前提となる本系列は「電動車は中間車のみとし、先頭車は制御機能に徹する」中間電動車方式を採用し、乗り心地やコスト面における改善を実現した。台車はコロ軸受の採用や高速台車振動研究会の研究成果を取り入れた新設計の段階的な導入により乗り心地と高速走行時の振動特性の改善が図られた。さらにブレーキ制御は在来の自動空気ブレーキに電磁弁を加え後部車での応答遅延を最小限に抑えることで、当時の電車としては未曾有の長大編成となる16両編成運転を可能とした。
基本編成下り方先頭車用郵便・荷物合造車。
クモユニ81形のうち飯田線での運用のため豊橋機関区(現:豊橋運輸区)へ転属した3両は、郵便室を廃止し荷物室に振替える改造が1963年に浜松工場で施工された。
形式的には72系電車改造のクモニ83形グループに属するが、同形式0番台・800番台とは異なり新性能電車との併結運転機能はない。 クモユニ81004 - クモユニ81006→クモニ83101 - クモニ83103
クモユニ81形
81003(長キマ)
当時の国鉄電車用として最強力の制式電動機であるMT40を搭載する。
MT40は、戦前からの標準型主電動機のMT30をベースに絶縁強化・冷却風洞装備などの改良を施したもので、端子電圧差を考慮すると額面上の実質性能はMT30とほぼ同等であるが、冷却機構の強化などで信頼性が向上していた。
駆動装置は従来どおり吊り掛け駆動方式を採用し、歯車比は同じMT40を装架する63系通勤形電車の2.87に対し、高速性能を重視した2.56とした。これにより1時間定格速度は全界磁時56.0km/h、60%弱界磁で70.0km/hとなった。