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民営化時には仙石線用を除く121両が承継された。上記の事故で1両が廃車となったものの、代替車が用意されたので、[[2005年]](平成17年)10月に103系改造車の老朽廃車が発生(後述)するまでは121両のまま推移していた。
 
20192020104月1日時点では8450両が以下の4区所に配置されている<ref name="JRR 2020w2020s 410">ジェー・アール・アール編『JR電車編成表』2020 ジェー・アール・アール、交通新聞社、20192020、p.410{{ISBN2|9784330021195}}ISBN 9784330050201。</ref>
* [[吹田総合車両所#新在家派出所|吹田総合車両所日根野支所新在家派出所]](38(14両) - [[紀勢本線]]([[紀伊田辺駅]] - [[新宮駅]]間)で運用
* [[岡山電車区]](14両) - [[福塩線]](福山駅 - 府中駅間)・[[山陽本線]]([[岡山駅]] - 福山駅間)で運用
* [[下関総合車両所#広島支所|下関総合車両所広島支所運用検修センター]](6(22両) - 定期[[宇部線]]・[[小野田線]]・山陽本線([[新山口駅]] - [[下関駅]]間)で運用なし
 
* [[下関総合車両所|下関総合車両所運用検修センター]](26両) - [[宇部線]]・[[小野田線]]・山陽本線([[新山口駅]] - [[下関駅]]間)で運用
[[和歌山線]]・[[桜井線]]・紀勢本線で運行される車両は、先述の通りかつては[[奈良電車区]]に所属していたが、1997年4月1日に新和歌山車両センター(当時)に転属した<ref name="rp201204_p53" />。[[奈良線]]の運用からは1994年6月3日をもって撤退している<ref name="rp201204_p53" />。紀勢本線の紀伊田辺 - 新宮間での運用は1998年3月14日より開始された<ref name="rp201204_p53" />。
 
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2004年の[[平成16年台風第16号|台風16号]]によって岡山区F8編成が[[宇野線]][[宇野駅]]構内留置中に[[高潮]]により水没し、一緒に留置中だった岡山区の[[国鉄115系電車|115系]]D18編成とともに使用不能となり、長期間下関地域鉄道部下関車両センター(現:下関総合車両所)で修理工事が行われていた。その後営業運転に復帰したが、その時期は115系D18編成より遅れた。
 
[[2005年]]10月より、広島運転所(現:[[下関総合車両所#広島支所|下関総合車両所広島支所]])所属103系0番台改造車の制御車であるクハ105形100番台は元和歌山所属の105系(上記リニューアル車の転入で余剰となった車両。103系からの改造だが経年が浅い)制御車への置き換えが進行し、2007年[[2月8日]]に最後まで残っていたクハ105-102がクハ105-11に差し替えられたことで完了した。
 
2009年11月29日から「奈良旅万葉ラッピング列車」の第一編成「旅万葉」が運行を開始した<ref name="rp201204_p21">日向旭「105系・119系電車の配置と運用」『鉄道ピクトリアル』2012年4月号、21頁。</ref>([[桜井線#奈良旅万葉ラッピング列車の運転]]を参照)。また、同年12月6日からコンテスト優秀作品の「万葉の四季」が運行を開始した。これらは車内もラッピングされており、座席モケットも茶系のものに交換されている。
 
なお、103系1000番台からの改造車(4扉車)は、種車の製造から45年経過して老朽化が顕著なことから、[[2015年]]から運用を開始した[[JR西日本227系電車|227系]]の増備により順次淘汰が始まっている。広島地区では[[2016年]]3月26日のダイヤ改正時に車両を3扉車に統一したため<ref name="jrhokkaido150508-1">{{Cite press release|url=https://www.westjr.co.jp/press/article/items/151218_06_hiroshima.pdf|format=PDF|title=平成28年春のダイヤ改正について|publisher=西日本旅客鉄道広島支社|date=2015-12-18|accessdate=2016-01-17}}</ref>、下関総合車両所広島支所所属の4扉車が2016年3月25日をもって運用から外れ、同年4月15日付で廃車、3扉車についても2019年3月16日のダイヤ改正をもって運用から外れ、廃車・転属が進められている<ref name="JRR 2020w"/>。下関総合車両所運用検修センターの4扉車は、長らくクモハのみが増結用として2両在籍していたが、広島支所で余剰になった3扉車に置き換えられ、2016年6月16日付で廃車された
 
広島地区では[[2016年]]3月26日のダイヤ改正時に車両を3扉車に統一したため<ref name="jrhokkaido150508-1">{{Cite press release|url=https://www.westjr.co.jp/press/article/items/151218_06_hiroshima.pdf|format=PDF|title=平成28年春のダイヤ改正について|publisher=西日本旅客鉄道広島支社|date=2015-12-18|accessdate=2016-01-17}}</ref>、下関総合車両所広島支所所属の4扉車が2016年3月25日をもって運用から外れ、同年4月15日付で廃車。下関総合車両所運用検修センターの4扉車は、長らくクモハのみが増結用として2両在籍していたが、広島支所で余剰になった3扉車に置き換えられ、2016年6月16日付で廃車された。広島支所は3扉車についても2019年3月16日のダイヤ改正をもって運用から外れ<ref name="JRR 2020w">ジェー・アール・アール編『JR電車編成表』2020冬 ジェー・アール・アール、交通新聞社、2019年。{{ISBN2|9784330021195}}。</ref>、2020年3月31日付で廃車された<ref name="JRR 2020s 359">ジェー・アール・アール編『JR電車編成表』2020夏 ジェー・アール・アール、交通新聞社、2020年、p.359。ISBN 9784330050201。</ref>。
 
一方、和歌山線・紀勢線・桜井線用の4扉車についても、沿線への[[ICOCA]]導入対応を含めて、2019年春より導入される227系1000番台への置き換え対象となり<ref>{{Cite press release |title=和歌山線・桜井線への新型車両導入と車載型IC改札機を使用したICOCAエリア拡大について |publisher=西日本旅客鉄道 |date=2018年3月7日 |url=https://www.westjr.co.jp/press/article/2018/03/page_12012.html |accessdate=2018-03-07}}</ref>、2019年9月末に和歌山線での定期運用を終了した<ref>[https://trafficnews.jp/post/90511 和歌山線の国鉄型105系電車、26日にラストラン 和歌山〜橋本間を1往復 JR西日本] 乗りものニュース、2019年10月17日。</ref>。10月26日には和歌山線で105系のラストランイベントが行われ、和歌山駅 - [[橋本駅 (和歌山県)|橋本駅]]間での1往復の運転をもって105系の和歌山線での運用は終了した<ref>[https://www.yomiuri.co.jp/local/wakayama/news/20191026-OYTNT50228 レトロ105系 ラストラン] 読売新聞 2019年10月27日</ref>。
 
和歌山線ラストラン列車は4両編成で運転され、集中冷房搭載車のSW004編成(クモハ105-506+クハ104-506)とSW009編成(クモハ105-516+クハ105-6)が使用された<ref>[https://railf.jp/news/2019/10/27/193000.html 105系が和歌山線でラストランを実施] 鉄道ニュース(railf.jp)、2019年10月27日。</ref><ref>[http://rail.hobidas.com/rmn/archives/2019/10/jr105_14.html 【JR西】105系和歌山線ラストラン運転] RMニュース(鉄道ホビダス)、2019年10月27日。</ref>。SW004編成とSW009編成は、その後も[[紀勢本線]]の紀伊田辺 - 新宮間で105系3扉車の検査等による車両不足時の代走により運用されている<ref name="rp202002_p106">TOPIC PHOTOS「JR西日本 105系4扉車が紀勢本線の105系3扉車運用を代走」『鉄道ピクトリアル』2020年2月号(通巻969号)、電気車研究会。106頁。</ref>。SW004編成とSW009編成以外の4扉車は2019年12月までに廃車された<ref name="JRR 2020s 359"/>。
 
2019年12月に吹田総合車両所を検査出場した日根野支所所属のSF005編成は、105系では初めて台車と床下機器がグレーに塗装された<ref>[https://railf.jp/news/2019/12/18/140000.html 105系SF005編成の床下がグレーに] 鉄道ニュース(railf.jp)、2019年12月18日。</ref><ref name="rp202005_p98-99">西脇浩二「JR西日本105系SF005編成に関連した話題」『鉄道ピクトリアル』2020年5月号(通巻972号)、電気車研究会。98-99頁。</ref>。