415系電車（415けいでんしゃ）は、日本国有鉄道（国鉄）が設計・製造した交直流両用近郊形電車である。
国鉄分割民営化時には東日本旅客鉄道（JR東日本）と九州旅客鉄道（JR九州）に継承されたほか、民営化以降に東日本旅客鉄道によって製造された編成も存在する。
なお、本項では製造目的の共通する以下の車両系列についても記述する。 国鉄401系電車 国鉄403系電車 国鉄421系電車 国鉄423系電車
概要 交流電化の拡大 日本の国鉄における交流電化の実用化は1957年7月の仙山線仙台駅 - 作並駅間を皮切りに、同年9月北陸本線田村駅 - 敦賀駅間、1959年7月の東北本線黒磯駅 - 白河駅間と順次拡大した編集部「近郊形交直流電車のあゆみとプロフィール」『鉄道ピクトリアル』2006年10月号、p.10。これらの線区の旅客列車は電気機関車が使用されていたが、これに続く常磐線取手駅 - 勝田駅間、鹿児島本線門司港駅 - 久留米駅間の交流電化では投入線区の事情から直流電化区間と直通運転可能な交直流電車の投入が計画された。
常磐線は茨城県八郷町（現・石岡市）柿岡にある地磁気観測所の影響で取手駅以北の直流電化が出来ず、取手駅 - 藤代駅間にデッドセクションを設けた福原俊一『415系物語』p.24。鹿児島本線は輸送量を考慮して交流電化としたが、門司駅で接続する山陽本線の関門トンネル（1942年に直流電化で開業）は絶縁の関係で交流電化が不可能であり、トンネルを出た門司駅手前にデッドセクションを設けるとともに、下関駅以東の山陽本線は直流電化とすることが決定した福原俊一『415系物語』p.26。
交直流電車の試験と実用化 1958年3月には72系電車と旧伊那電気鉄道買収車のクハ5900形を改造した交直流試験車として整流器にシリコン整流器を採用した490系電車が登場し、仙山線で試験が行われた。続いて鹿児島本線の運用を考慮した直接式交流形電車クモヤ791形が試作され、北陸本線や九州地区で試験が実施された福原俊一『415系物語』p.28。1959年には支線区向けの簡易式交流専用車としてクモヤ790形がモハ11形からの改造で試作された福原俊一『415系物語』p.32。
常磐線と鹿児島本線での電車運転にあたっては、東京近郊や北九州都市間での都市近郊輸送に対応するため70系電車のような片側3扉セミクロスシート車とし、客車列車のようなステップを設けず新規電化線区のプラットホームを電車用に嵩上げすることした福原俊一『415系物語』p.38。編成は前面貫通構造の4両編成を基本とし、8両・12両への増結も可能とした。電気機器は101系や153系（東海形）の制御装置や主電動機をベースに変圧器・整流器などの交流機器を付加した構造とし、整流器には490系で試用されたシリコン整流器が採用された福原俊一『415系物語』p.39。
鹿児島本線では九州島内を直接式交流電車、本州直通を交直流電車とすることが検討されていたが、直接式の成果が良くないことと運用効率の面から交直流電車の共通運用とする方針が決定した福原俊一『415系物語』p.40。鹿児島本線向けはステップ付きの3扉車とすることも検討されたが、常磐線と同じくプラットホームを嵩上げしてステップのない車両を投入することとした。
これらの経緯から常磐線・鹿児島本線ともにシリコン整流器を使用した3扉セミクロスシートの交直流電車が投入されることになり、1960年（昭和35年）8月に常磐線向けの401系が、同年12月に鹿児島本線向けの421系がそれぞれ登場した福原俊一『415系物語』p.42。
交直流近郊形電車の登場と増備 交直流近郊形電車50 Hz60 Hz電動機出力401系421系100 kW (MT46)403系423系120 kW (MT54)415系 401系・421系は国鉄のカルダン駆動方式の電車としては初の両開き3扉構造の近郊形電車であり、交流電化区間と直流電化区間の電源を車上での切換えで直通運転する交直両用電車の実用第1号として開発され、1960年から製造開始された。
401系は直流/交流50 Hz対応、421系は直流/交流60 Hz対応による相違。403系は1966年（昭和41年）から、423系は1965年（昭和40年）から製造された401系・421系の出力増強形。415系は直流/交流50 Hz・60 Hz両用とした系列で1971年（昭和46年）から製造された。
本系列が設計・開発開始された1950年代末期は主変圧器・主整流器・主平滑リアクトルなどの50 / 60 Hz両用交流機器がまだ開発されておらず、同一設計を採用しても一部機器が統一できなかったことから、商用電源周波数の違いにより別系列とされた。
このため交流50 Hz用の401・403系は電動車ユニットのみ形式が異なり、制御車のクハ401形は共通、交流60 Hz用の421・423系も同様で制御車はクハ421形とされた。一方で415系は制御車の形式はクハ411形とされたただし、JR化後にはクハ415形が竣工している。。
本系列新製時の車両基地は、常磐線・水戸線用が401系量産先行試作車を除き勝田電車区、九州地区用は415系100・200番台5編成当該5編成は大分電車区へ配置。を除き南福岡電車区へ集中配置されたほか、基本設計も415系まで踏襲されている部分が多いが、運用線区の違いなどから行先標（サボ）受の位置が異なるなど外観等に差異が見られる。
構造 本項では、各系列に共通する部分の解説を行う。
車体
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。客用扉のドアエンジンはTK4F形で、101系のように床下に設置できないため扉上部のカバーの中に設置された。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。
交流区間での絶縁距離を確保するため、屋根上のパンタグラフと特高圧機器を設置する部分は低屋根構造とした編集部「近郊形交直流電車のあゆみとプロフィール」『鉄道ピクトリアル』2006年10月号、p.11。低屋根部分はベンチレーターが設置できないため、車内には通気用のファンデリアが、車外の屋根肩部には通風口が設けられた編集部「近郊形交直流電車のあゆみとプロフィール」『鉄道ピクトリアル』2006年10月号、p.12。
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愛好者の間では「デカ窓」と呼ばれる。とされた。前面の貫通幌枠はクハ153形と同じく出っ張りがない。
1962年以降1961年下半期の製造分は153系と101系のみで401・421系の製造はない。に製造されたクハ401-23・クハ421-17からは踏切事故対策からクハ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。
一方前面行先表示器はJR東日本所属車では常磐線独自の理由で白幕電車特定区間の取手以南（常磐快速線）で運転される列車の種別が快速、本系列で土浦以遠まで運転される中距離電車は普通とされたが、上野・取手以外は同一ホームでの発着、停車駅も原則同一である。さらには複々線の別線（常磐緩行線）を走行し東京地下鉄千代田線にも直通する各駅停車も運転されるため、利用者にとっては紛らわしい状況であることから本系列の前面幕は2005年以降白幕表示となった。なお、登場当初は「上野」「藤代」「土浦」「水戸」など行先を表示していたが（最初期の低運転台車のみローマ字を併記していたが、その後ローマ字なしに統一。水戸線の『小山』なども収録されていた）、1970年代後半以降は白幕に移行するまで「普通」と表示された期間が長かった（401・403系は白地に黒文字のものと紺地に白文字のものが混在。415系は後者のみ）。とされたが、JR西日本・JR九州所属車では行先を表示をしている。
塗装は先行試作車から1961年（昭和36年）落成分まではローズピンク（赤13号）を基調に、401系はクリーム1号、421系はクリーム2号で前面窓下に逆台形の警戒色が入る国鉄交直流電車の標準色とされた。加えて周波数識別用に、401系は制御車前面窓上に細帯、421系は全車の側面裾部に401系よりやや太い帯が、それぞれ前面警戒色と同色で入れられている。
1962年（昭和37年）落成分から401系は周波数識別帯を省略、421系は帯色を前面警戒色共々クリーム4号に変更、正面まで引かれるように改定された。421系の識別帯は後に省略されたことから、その後415系500番台途中製造分までの国鉄交直流電車の標準色となった。
常磐線用車両は1983年（昭和58年）8月からイメージアップのためクリーム10号に青20号帯の新塗装へ塗り替えが開始され、つくば万博開催直前の1985年（昭和60年）春までに全車の塗装変更が完了した。
九州配置車は1986年（昭和61年）3月に常磐線新塗装の415系500番台が転入後、同年夏に423系は白3号と青20号、713系はクリーム10号と青20号に比較検討の塗色変更を行い、同年10月以降は帯色を若干藍色がかった青23号とし、窓上にも青帯が入る新塗装への変更が開始されたこの塗装は交直流電車のみならず、気動車も含めた九州地区の一般型車両の塗装として幅広く採用されている。。ただし、勝田区からの転入車は民営化後の1987年（昭和62年）秋頃までは常磐線塗装のままだった。
車内 座席配置も70系のセミクロスシートを基本に改良を実施。中間車の扉間は戸袋部分を2人掛けロングシートとし、その4人掛けボックスシートを4組設置。車端部を3人掛けロングシートに4人掛けボックスシートが2組とし座席定員76名とした70系は車端部ロングシートのみで座席定員は72名。。通路幅は153系の540 mmから860 mmと拡大。また4人掛けボックスシートの座席はシートピッチ、幅とも狭く、窓側の肘掛けを省略浅原信彦『ガイドブック最盛期の国鉄車輌5交直流・交流電車 新性能直流郵便電車 』ネコ・パブリッシング、2008年、36頁。されたが、415系100番台以降は4人掛けボックスシートの寸法と形状を急行形電車と同一とした。これらの構造は、以後長らく新性能近郊形電車の標準となった。
長距離運転を考慮し、トイレが制御車に設置された。汚物処理装置は当初153系で現車実験を実施した粉砕式を採用、その後は循環式を装着した。
主要機器 電動車は2両で1組のMM'ユニット方式を採用。M車には床下に主制御器・主抵抗器・電動発電機（MG）などの機器を、M'車には屋根上にパンタグラフ・交直切替器・交流遮断器などの機器と床下に主変圧器・主整流器・蓄電池・交直転換器などの機器を搭載する。
台車・走行機器 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。
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。1500番台では、211系と同様の枕ばねにダイヤフラム式空気ばねを使用したボルスタレス台車であり、軸箱支持装置も円錐積層ゴム式である。電動車用がDT50C、付随車用がTR235Cを装着しており、基礎ブレーキは前者が踏面ブレーキ、後者がディスクブレーキを装備している。
駆動方式は101系と同じく中空軸平行カルダン駆動方式である。歯車比は常磐線の平均駅間距離や平均速度、電力消費等を考慮した結果、101系の5.60と153系の4.21の中間を取った4.82が採用された福原俊一『415系物語』p.52。鹿児島本線でもほぼ同一の性能が求められたことから、401系・421系とも同一の歯車比となった。
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。
主回路・制御機器 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。主電動機冷却風は、車体端部に設置した取入口からダクトを介して取込む方式とした。
電動発電機（MG）は容量を20 kVAに増大したMH97-DM61（出力電圧は二相交流100 V）を新規に採用してモハ401・421形ほかM車に設置し、自車を含む4両分の給電に対応した編集部「近郊形交直流電車のあゆみとプロフィール」『鉄道ピクトリアル』2006年10月号、p.13。空気圧縮機（CP）は101系や153系と同じMH80-C1000であるが、床下機器スペースの関係からクハ車（Tc）に設置された。
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。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。
交流機器 主変圧器は、401系がTM2形、421系がTM3形、403系がTM9形、423系がTM10形、415系がTM14形もしくはTM20形を搭載。冷却方式は送油風冷式を採用する。TM2形・TM3形は使用される絶縁油にPCBを主とする不燃性油が使用されていたが、PCBによる環境汚染が社会問題化したためTM20形ではシリコン油が使用された。
主整流器は素子にシリコン整流子を採用した全波整流単相ブリッジ式で、401系がRS1形・RS2形、423系がRS3形・RS4形、415系がRS22A形を搭載した。冷却方式は電動送風機による強制式が採用されていたが、415系500番台最終増備車・700番台・1500番台では走行風を利用した自然冷却式のRS49形に変更された。
交直切換装置 交直切換はデッドセクション通過時に運転士が車上の交直切換スイッチを操作する車上切換式である。デッドセクション手前で惰性走行の状態として交直切換スイッチを操作すると空気遮断器（ABB）が開放して停電し、デッドセクションを通過した先の通電区間に入ると電動車ユニット単位でABBが再投入されて通電が再開される。ABBの開放時にはアークを切るための空気が噴射される。
万が一切り換えを失念して冒進した場合、交流から直流への冒進時は主変圧器のヒューズが溶断して回路を保護し、直流から交流への冒進時は直流避雷器からの放電で冒進保護継電器が作動してABBが開放される方式が採用された福原俊一『415系物語』p.55。
系列別概説
401系・421系
401系は1961年6月の常磐線取手 - 勝田間交流電化に、421系は山陽本線小郡（現・新山口）- 下関間直流電化西宇部（現・宇部） - 厚狭間は1960年に先行開業。および鹿児島本線門司港 - 久留米間交流電化に対応する系列で、両系列とも1960年に量産先行試作車4両編成x2本が製造された。1961年より量産車が登場し、1966年（昭和41年）までに401系4両編成x25本計100両と421系4両編成x23本計92両が製造された。
1959年当時の形式称号規定では新性能電車の10の位のうち0 - 4を近距離用、5 - 8を中長距離用とし、交直流電車の場合は商用周波数により形式を分ける考えがあった福原俊一『415系物語』p.43。これにより形式は50 Hzの常磐線向けが401系、60 Hzの鹿児島本線向けが421系とされた。形式番号で411系（431系）が飛んでいるのは、将来的に2扉のローカル用電車が登場することを想定したためであるという。
制御車は401系・421系とも共通構造であったが、401系はクハ401形、421系はクハ421形と形式が分けられた福原俊一『415系物語』p.44。401系・421系は国鉄電車としては数少ない固定編成の運用思想が取られており、4両ユニットで編成替えを行わないことが理由とされた福原俊一『415系物語』p.45。後の451系・471系では制御車の形式は周波数を問わずクハ451形が共通使用された。
中間電動車のパンタグラフ取付部は絶縁確保を理由に低屋根構造としたため室内側にファンデリアを2基、外気取入グリルを車体側面幕板上部に設置する。制御車の3位側隅にトイレを設置する。
床下機器はモハ401・421形に主制御器・主抵抗器・誘導分流器・電動発電機（MG）などの主回路機器を、モハ400・420形に主変圧器・主整流器などの交流機器を、クハ401・421形には空気圧縮機（CP）を配置した福原俊一『415系物語』p.46。クハ車の制御回路は引き通し線が両渡り構造で、奇数または偶数向きの方向転換を可能とした。
第2次量産車となる編成のクハ401-23・クハ421-17以降の先頭車は、運転台がクハ153形500番台と同じく高運転台となった編集部「近郊形交直流電車のあゆみとプロフィール」『鉄道ピクトリアル』2006年10月号、p.14。クハ401-37・クハ421-37以降の先頭車は当初より架線電圧検知器（検電アンテナ）が屋根上に設置された。検電アンテナは従来車も第2次量産化改造時に取付けられた。
1964年には151系直流特急形電車の九州乗り入れ用として電源車のサヤ420形が製造され、481系が投入されるまでの1年間使用された。電源車運用終了後の1966年に旅客車のモハ420形に改造され、同時に新製された421系最終増備車のモハ421形とユニットを組んだ。すでにこの時期の製造はMT54系主電動機を搭載する423系に移行していたが、151系→181系改造で不要となったMT46形を再利用するために421系とされた。
1962年（昭和37年）には鉄道友の会から第2回ローレル賞を受賞。
401系は量産先行車8両が1978年（昭和53年）11月19日に廃車。量産車の廃車は1980年（昭和55年）から開始された。分割民営化時にJR東日本へ承継された車両は以下14両のみ。本グループは非冷房のままで415系1500番台に置換えられ、1992年（平成4年）までに全車廃車となった。
モハ401・400-24・25 クハ401-25・33 - 35・41・46 - 50編成数に対してクハ401形が多いのは常磐線の基本編成変更で7両編成が組成されたため。
421系は量産先行車8両が1979年（昭和54年）5月に廃車。量産車の廃車は1986年（昭和61年）から開始された。分割民営化時にJR九州へ承継された車両は、以下の4両編成7本で計28両。本グループは全車冷房化改造が施工されたが、811系・813系と置き換えられ、1994年（平成6年）から1996年（平成8年）にかけて全車廃車となった。
モハ421・420-17 - 23 クハ421-33 - 40・61 - 66
なお、クハ401形・421形共に低運転台車はJRに承継されず、1987年（昭和62年）までにすべて廃車が、実現していない。された。
+ 401系・421系 新製車一覧 系列 形式 車両番号 製造年 製造数 備考 401系 モハ401形 モハ401-1 - 25 1960年 - 1966年 25両 モハ400形 モハ400-1 - 25 1960年 - 1966年 25両 クハ401形 クハ401-1 - 50 1960年 - 1966年 50両 クハ401-23以降は高運転台 421系 モハ421形 モハ421-1 - 23 1960年 - 1966年 23両 モハ420形 モハ420-1 - 20 1960年 - 1962年 20両 クハ421形 クハ421-1 - 40・61 - 66 1960年 - 1966年 46両 クハ421-17以降は高運転台 サヤ420形 サヤ420-1 - 3 1964年 3両 151系九州特急用電源車
サヤ420形
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編集部「近郊形交直流電車のあゆみとプロフィール」『鉄道ピクトリアル』2006年10月号、p.15。
そのため当初から421系として製造され以下の特徴を持つ。 モハ420形への改造を前提にしているため、車体の基本構造はモハ420形と同一で、塗色は従来の421系と同一。 両端妻面上部に通風口を設置。 下り側（博多側）妻面の貫通路は貫通扉を設けず、通風口付きの板でふさいでいる。 両側面各1枚の戸袋窓部には窓ガラスをはめず通風口を設置。 付随車であるが台車は動力台車のDT21T。 サービス電源用MGを床下に搭載。 車内は通常通りに座席が設置されたほか通路やドア部床などに機器類を搭載。 連結器は両エンドとも自動連結器を搭載。 151系電車との間には補助回路用引き通し用ジャンパ連結器を装備。 牽引機関車との間には非常時パンタグラフ下げ指令回路用ジャンパ連結器を装備。
翌1965年10月1日に交直両用の481系に置換えられたことからサヤ420形は不要となり、1966年に小倉工場でモハ420-21 - 23へ改造。別途日立製作所で製造されたモハ421-21 - 23・クハ421-61 - 66と4両編成3本に組成された。 +サヤ420形改造履歴一覧サヤ420車両番号製造会社落成日モハ420車両番号改造施工落成日1川崎車輛1964.07.1121小倉工場1966.02.1021964.07.122231964.09.25231966.02.11
403系・423系
主電動機の定格出力を、401系・421系に搭載していたMT46系の100 kWから、120 kWに向上したMT54系に変更した系列である。403系は交流50 Hzに対応しており、常磐線ならびに水戸線電化準備用に1966年より勝田区へ配置された。423系は交流60 Hzに対応しており、鹿児島本線の熊本駅まで電化延長に合わせて1965年より南福岡に配置された。
このため、車体および車内設備は401系・421系と同一である。MM'ユニットは403系がモハ403・402形、423系がモハ423・422形となった。113系と同じく電動車のみが新形式となり、制御車はクハ401・421形が継続して新製された福原俊一『415系物語』p.74。性能面でも401系・421系との併結が可能で、歯車比も同一の4.82である福原俊一『415系物語』p.75。
401系・421系と同じく4両編成で組成された。403系は20編成計80両、423系は30編成計120両が1965年から1968年まで製造された。同時に以下の設計変更が実施され、機器類の標準化が図られている編集部「近郊形交直流電車のあゆみとプロフィール」『鉄道ピクトリアル』2006年10月号、p.17。 制御車の運転席側屋根上通風器を箱型に変更。 屋根雨樋を乗務員室扉上方まで延長、乗務員室扉の上に付いていた雨樋を廃止。 モハ402形・422形は以下の設計変更を実施。 主電動機出力アップにより主制御器・主抵抗器の容量を増大。 主変圧器ならびに主平滑リアクトルの一体構造化により機器配置変更。 屋根上パンタグラフ周辺機器配置は455・475系と共通化。
最終増備車である403系第20編成及び、423系第29・30編成では以下の改良が実施された。 屋上通風器をグローブ型から押し込み型へ変更。 座席取手を変更。 客室側扉をステンレス化。 403系は行先標差し・急行札差しなどを423系と同一配置に変更。
事故廃車となったモハ402-1・クハ401-52・クハ421-43の3両を除く全車両がJR東日本とJR九州に承継された。
403系は1990年 - 1992年に冷房改造未施工車の一部が415系1500番台へ置換えられ、1997年にE501系2次車投入により13両が廃車された。その後しばらく動きはなかったが、2005年（平成17年）7月からE531系投入により廃車が再開した、2007年3月18日ダイヤ改正で415系鋼製車とともに運用離脱3月17日の営業最終日まで運用された車両はK903編成組込のモハ403・402-12のみ。。2008年までに全車廃車となった。
423系は813系の増備に伴い1996年（平成8年）から廃車開始され、2001年（平成13年）に全車廃車された。
+ 403系・423系 新製車一覧 系列 形式 車両番号 製造年 製造数 備考 403系 モハ403形 モハ403-1 - 20 1966年 - 1968年 20両 モハ402形 モハ402-1 - 20 1966年 - 1968年 20両 クハ401形 クハ401-51 - 90 1966年 - 1968年 40両 423系 モハ423形 モハ423-1 - 30 1965年 - 1968年 30両 モハ422形 モハ422-1 - 30 1965年 - 1968年 30両 クハ421形 クハ421-41 - 60・67 - 106 1965年 - 1968年 60両 クハ421-61 - 66は421系に組成
415系 1971年（昭和46年）から製造が開始された。主変圧器のTM14形は商用周波数の50 Hzと60 Hz両方に対応しており直流電源を合わせて三電源に対応している。401・403系が交流50 Hzのみに、421・423系が交流60 Hzにのみに対応していたものを統一したグループである。1991年までに、鋼製車347両・ステンレス車141両の488両が製造された。
形式はMM'ユニットがモハ415・414形に、クハ411形が300番台に番台区分された。411系と413系を飛ばし、かつ電動車と制御車で異なる形式番号となっているのは、401・403系および421・423系の改番計画が存在したためである福原俊一『415系物語』p.86。