JR東日本701系電車
概要
東北地区の幹線電化区間の普通列車には、1990年代になっても通勤輸送に向かない構造の客車や急行型電車が多数使用されていた。
秋田地区の羽越本線・奥羽本線と、盛岡地区の東北本線は地域輸送に客車を使用していたが、始発・終着駅で電気機関車の付替え作業を要し運転上非効率であり、また使用されている12系2000番台は老朽化が激しく、50系の車齢は10年程度ながら冷房がないなど旅客サービス上のそれぞれ問題があった。
一方、仙台地区では普通列車の電車化こそ行われていたが、使用されているのは2扉の急行形車両455・457系を主体に特急型581・583系を改造した715系が多数残存しており、ラッシュ時の運用に適さない車体構造や、経年による老朽化の進行などの問題が顕在化していて、取り替えは喫緊の課題であった（急行形車両#淘汰とその要因・国鉄419系・715系電車#本系列の問題点も参照）。
これらの置き換えを目的として、当系列は2・3両・4両編成を単位とし、これらの組み合わせで8両までの組成が可能で、編成の増・解結による柔軟な輸送力の調節を可能とした。2両編成についてはワンマン運転に対応するため、整理券発行機などの各種対応機器を設置した。
最初のグループが1993年（平成5年）に秋田・盛岡地区に投入されたのち、JR東日本の交流電化区間における事実上の標準車として2001年（平成13年）までに各線区に投入された。通常の在来線のほか、奥羽本線と田沢湖線の新幹線直通化後は、標準軌仕様の車両が地域輸送用に投入されたほか、東北新幹線延伸に伴う東北本線経営分離に当たっても、本系列の姉妹車が譲渡・新製により投入されている。
室内
座席は当初、ワンマン運転時における車内監視や、乗客の運賃支払い時における車内移動の観点で有利とされたこと、短編成での通勤・通学輸送との兼ね合いから全席ロングシートで新製されたが、投入後の輸送実態を考慮して、クロスシートを設置改造した車両や、新製時よりクロスシートを設置した車両もある。座席モケットは細かい柄の入ったパープル色である。
客用扉は冬季の車内保温のため、各出入口の内外に開閉用スイッチを設けた半自動構造とし、2両編成にはドアチャイムを装備する。ドアエンジンは空圧式で、コグドベルトを用いて一本のシリンダーで二枚のドア（両開き扉）を駆動する。客用扉に隣接する袖仕切りは209系と同一の大形のものとして外気の流入を抑え、風防ガラスは省略された。暖房装置は座席直下に大容量のものを設置する。
トイレはクハ700形に設置し、向かい側の空間を車いすスペースとしている。そのクハ700形は当初喫煙車であった。
内装の配色は明るいベージュ系でまとめられ、運転席背面と妻面以外をFRP製とし、天井の冷房用ダクトもFRPの一体成形である。
乗務員室は、複数編成での利用を考慮して、半室構造となっている。貫通路を構成する際やワンマン運転で最後尾となる場合は、運転席部分を締め切り、補助席側を客室として開放する。
電源・制御機器
架線からの単相交流20 kVを主変圧器で降圧した上で、主変換装置で直流に整流、その後三相交流に変換して主電動機を制御するVVVFインバータ制御方式である。起動加速度は2.1km/h/sとなっている。
主電動機は新開発のかご形三相誘導電動機MT65形 (125 kW) を搭載する。209系のものを基本とするが、小型軽量化され、耐雪構造となる。主変換装置はパワートランジスタ (PTr) 素子 VVVF インバータを搭載し、GTO素子の209系と同様の制御方式である。なお、1500・5500番台車・IGRいわて銀河鉄道・青い森鉄道向けの新製車はコンバータ部に限ってIGBT素子となっている。補助電源装置には、0番台では電動発電機を、それ以外では静止形インバータ装置をそれぞれ採用している。
運転室内には、各動力台車のON/OFFを個別に制御するためにNFBが設置されており、片方の電動動力台車に問題が起き、通常の運転が困難になった場合、問題のある方のスイッチを切り、1M方式を一時的に0.5M（片方の電動台車でのみ駆動）に切り替えることが可能となり、冗長性が向上した。また、主変換装置も同じく個別制御できるように、NFBの設置が行われている。
パンタグラフは下枠交差式のPS104形、菱形式のPS105形、シングルアーム式のPS106形を搭載する。
ブレーキ装置
発電ブレーキまたは回生ブレーキ併用電気指令式空気ブレーキを全車に標準装備する。当初の車両は電気ブレーキとして抑速および発電ブレーキを装備し、屋根上に抑速・発電ブレーキ用の抵抗器を装備していたが。1997年以降製造の1500・5500番台は電気ブレーキが抑速とともに回生ブレーキに変更され、屋根上の抵抗器は装備してない。全車とも遅れ込め制御はなく、耐雪ブレーキ・直通予備ブレーキを併設する。秋田・仙台地区の一部車両は更新工事により、1500・5500番台と同じ回生ブレーキ併用空気ブレーキ装置へ変更したため、使用されていた屋根上の抵抗器が撤去され、1500・5500番台と屋根上はパンタグラフを除き同じ構成となった。
保安装置
ATS-P（標準軌区間）、ATS-Ps（在来線区間）、列車無線・防護無線の他、緊急列車防護装置 (TE) を設け、ワンマン対応車にはEB装置を設置する。
台車
209系で採用された軸梁式軽量ボルスタレス台車を基本に、床面高さを下げる（ステップとの段差を抑える）ため台車枠中心を下げた構造としたDT61A（電動車）と TR246A（付随車）を装備する。標準軌区間用の車両では台車枠を標準軌対応とし、台車枠中心を標準の高さに戻したDT63（電動車）、TR248・TR252（付随車）を用いる。
その他
主幹制御器は209系の様なワンハンドルマスコンではなく横縦軸併用ツーハンドルマスコンである。簡易モニタ装置を搭載し、ドアやインバータなどの動作状況を監視できる。2両編成の車両にはワンマン運転関係機器（運転台近くに自動両替器付運賃箱、自動放送装置、運賃表示器、最後尾乗車口に整理券発行器）を設置する。719系とは故障した際の救援時に、E721系とは営業運転での併結が可能である。2010年10月20日よりE721系との併結運転を開始した。
基本番台（秋田地区用）
秋田地区の客車列車置き換えのために1993年3月から10月にかけて、川崎重工業およびJR東日本土崎工場（現：秋田総合車両センター）で製造され、同年6月21日より運用を開始した。クモハ701+クハ700の2両編成が25本（50両、N14 - N38 編成）、クモハ701+サハ701+クハ700の3両編成が13本（39両、N1-N4, N6-N13 編成）の計86両が在籍する。本区分のみ、前面の種別表示器は手動式幕であるが、後述の機器更新が行われた車両の一部ではLEDタイプのものへ取り替えられている。
全車ロングシートで製造されたが、N36 - 38編成のクハ700形には、特急列車が消滅した奥羽本線新庄 - 大曲間のサービス向上のためにクロスシート設置改造が施工された。このクロスシートは後述の5000番台と同様の千鳥配置とされているが、シートピッチを広げ、折り畳み式のテーブルを設置している（このため着席定員は従来車と変化なし）。また、この編成はパンタグラフをシングルアーム式の PS106 形に換装していたが、2005年（平成17年）以降から改造が行われなかった秋田地区の701系にも同様に交換が行われた。ワンマン運転用の運賃箱も当初の仕様から変更されている。なお、N5編成は2016年の踏切事故で前面を大破し、事故後秋田総合車両センター構内にて留置されている。また、サハ701-5は一時期N29編成に組み込まれていたが、後に外された。外された後は秋田総合車両センターに留置されている。
100番台（秋田・仙台地区用）
基本番台の増備車で、1994年（平成6年）から1995年（平成7年）にかけて土崎工場にて製造された。クモハ701形+クハ700形の2両編成が5本（10両）、クモハ701形+サハ701形+クハ700形の3両編成が1本（N101編成）の計13両が在籍する。
後部標識灯を200 mm上方に移設しているのが基本番台との識別点である。室内ではつり革の位置を下げ、数を増やした。軽量化および保守量の低減のため、蓄電池を鉛蓄電池からアルカリ電池に、制御回路用の補助電源を静止形インバータ （SIV） に変更している。
当初は全車が南秋田運転所（現：秋田車両センター）に配置され、基本番台と共通で運用された。山形新幹線の新庄延伸に伴い、奥羽本線山形 - 新庄間が標準軌化されると、1999年（平成11年）に2両編成が仙台電車区（現：仙台車両センター）に転属配置された。仙台地区では当初常磐線北部（いわき - 仙台）で限定運用されたが、その後1000番台（2両編成）・1500番台と共通に東北本線（黒磯 - 一ノ関）でも運用されるようになった。
編成番号は秋田ではN100台、仙台ではF2-100台を付番。
2007年（平成19年）3月にN102編成が秋田車両センターに転配され、2010年（平成22年）10月付でF2-103 - F2-105編成も秋田車両センターに転配され、N103 - N105編成として営業運転に入っている。仙台車両センターにはF2-106編成のみ残存していた。しかし、秋田に転属していたN105編成が2013年（平成25年）3月に再び仙台へ転配され、F2-105編成として営業運転に入っている。
車体帯色は濃淡のマゼンタ（秋田）および赤+白+緑15号（仙台）である。
1000番台（仙台・盛岡地区用）
盛岡地区の客車列車と仙台地区の715系置き換えのため1994年（平成6年）から1996年（平成8年）にかけて、川崎重工業および土崎工場にてクモハ701形+クハ700形の2両編成が38本（76両）とクモハ701形+サハ700形+モハ701形+クハ700形の4両編成が4本（16両）の計92両が製造された。その後2両編成1本は1500番代に編入されている。
中間のモハ701形は本系列唯一の中間電動車で、付随車サハ700形は蓄電池を装備するため基本番台・100番台のサハとは別形式となっている。基本仕様は100番台と同一だが、仙山線へ入線することを考慮してパンタグラフをPS105形に変更している。故障時の救援のために救援回路を備え、719系電車と併結が可能である。
仙台地区用
当時の仙台電車区に投入され、現在は仙台車両センターに4両編成4本と2両編成10本が在籍する。車体帯色は赤+白+緑15号 である。
ワンマン運転対応2両編成では運賃表が7セグメントディスプレイ式から液晶ディスプレイ式（レシップ製）に取り替えられたほか、客用扉の扉閉弱め機構を搭載している。
2014年（平成26年）末頃からドアボタンの更新・デジタル列車無線搭載工事が徐々に行われている。ドアボタンは従来のものからE721系と同等のものに交換されている。デジタル列車無線は運転台左側に取り付けられ、アンテナは行先設定機の裏、制御機器は助手席後方の機器箱上にそれぞれ設置されている。
1500番台（仙台地区用）
仙台地区715系1000番台置き換え用と、1000番台の増備型として1998年（平成10年）と2001年（平成13年）に川崎重工業および土崎工場にて製造された。クモハ701形+クハ700形の2両編成が18本（36両）が在籍する。
主変換装置は、インバータ部はパワートランジスタ素子であるが、コンバータ部にIGBT素子を使用したものに変更された。回生ブレーキを装備し、クモハ701形は屋根上のブレーキ用抵抗器がなくなった。
1508は青森駅構内での高潮による浸水事故で床下機器が損傷した青森運転所（当時）所属の1000番台（クモハ701-1033+クハ700-1033）を土崎工場で修理した車両で、回生ブレーキとLED式行先表示器を装備して復旧され1500番台に編入、仙台へ転属された。改造・転属はいずれも2000年12月14日付である。
2001年（平成13年）に新製された2次車の 1509 - 1518は、新製時からATS-Ps保安装置を備えるほか、行先表示器が LED 式とされ、トイレは車いす対応の大型のものを運転台直後に設ける。このためクハ700形の窓配置が変更され、E127系100番台と同様の配置とされている。
2014年（平成26年）末頃から仙台所属1000番台と同様、ドア開閉ボタンの更新・デジタル列車無線搭載工事が徐々に行われている。
車体帯色は赤+白+緑15号である。
第三セクター鉄道用
2002年（平成14年）12月1日の東北新幹線盛岡 - 八戸間開業に伴い並行在来線を移管して開業したIGRいわて銀河鉄道・青い森鉄道2社の車両である。JR東日本からの譲受車と新製車がある。
新造車は1500番台をベースとした仕様となっており、制御車（盛岡方）前方に設置された車いす対応トイレ・運賃表示器と車内案内表示器の改良・回生ブレーキ・LED式行先表示器などを備える。また、当初からセミクロスシートとされている。
譲渡車はいずれも元1000番台である。
5000番台
秋田新幹線の開業に伴う田沢湖線の標準軌化に際し、普通列車用として1996年（平成8年）から1997年（平成9年）にかけて2両編成10本（20両）投入された。
室内配置を大幅に変更し、ボックスタイプのクロスシートを1両に4か所千鳥状に配置する。この5000番台に限って両開き扉間の4枚の窓のうち中間2枚が大型の1段下降窓である。客用扉のステップはない。トイレはクハ700形の後方に設置する。秋田新幹線開業と同時にJR東日本管内の快速・普通列車が全面禁煙となったため、このグループ以降は当初から灰皿が設置されていない。
外観では尾灯が当番台からは窓上のブラックフェイス部に角型が設置されており、後述の5500番台を含む標準軌仕様車の特徴となっている。パンタグラフはシングルアーム式、台車は標準軌用のDT63形・TR248形冷房装置はインバータ方式のAU723形である。2008年秋より、スカートが一部変更されている。また行先表示器は登場時字幕式であったが、2015年(平成27年)頃からN5003編成を皮切りに行先表示器のLED化も行われている。
車体帯色は青紫+白+ピンクである。
検査等は、全般検査も含め基本的には秋田車両センター（旧南秋田運転所）で行われるが、機器更新などにより、狭軌用の仮台車に履き替え甲種輸送で秋田総合車両センター（旧土崎工場）まで回送されて行われたこともある。
5500番台
山形新幹線開業に伴う奥羽本線の山形 - 新庄間の標準軌化に際し、普通列車用として2両編成9本（18両）が1999年（平成11年）に投入された車両である。
1500番台の仕様に準じ、座席はロングシート、客用扉のステップはない。車いす対応の大型トイレをクハ700形の前方に設置する。行先表示器は LED 式で、尾灯が5000番台と同様運転席窓の上部に設置されている。回生ブレーキは発電ブレーキ車と混用しないため、作動速度域が大きくとられた。台車は標準軌用の DT63A 形・TR252 形で、米沢 - 福島（板谷峠）の急勾配対策としてディスクブレーキや砂撒き装置を搭載する。パンタグラフは製造当初は仙台地区701系との互換性を考慮し菱形を搭載したが、2001年（平成13年）にシングルアーム式に交換された。加えて同時期に強化形スノープラウ（雪かき器）も設置した。冷房装置はインバータ方式の AU723 形を搭載する。5000番台と同じスカートを装着している。
車体帯色は719系5000番台を踏襲し、山形県の花「ベニバナ」をイメージしたオレンジ+白+緑15号である。全車両がワンマン運転に対応しているが、車掌が乗務することもある。
5000番台同様、検査等は郡山総合車両センターに直接回送できないため、所属先の山形新幹線車両センターにて行われる。
現況と動向
本系列は東北地区の多くの交流電化区間に投入され、従来の普通客車列車を完全に置き替えることとなった。本系列の導入によって普通列車の完全冷房化とスピードアップが達成された。反面、本系列によって代替された列車は従来より編成両数が短縮されたことに加え、座席構造の変化も相まって、一列車当たりの座席定員の減少を招いたことから、それら接客設備の顕著な変化については批評・批判の対象ともなった。また、本系列は片道200kmを超える運用に就いたこともあった。
もっとも、本系列使用開始後の種々の情勢変化に鑑み、秋田地区の一部車両ではセミクロスシート化改造が行われ、標準軌用の5000番台は当初からセミクロスシート装備とするなどの設備変更もなされている。
本系列は投入開始から10年あまりが経過し、後天的な装備の変更や配置の移動なども行われている。初期の車両では集電装置をシングルアーム式に換装したものが一部に存在し、秋田地区や仙台地区の一部の車両は運賃表示器がLEDのドット式から液晶ディスプレイ式に変更され、漢字・カタカナ・英語による次駅表示が可能となったほか、側面の行先表示器はLED式に改造された。詳細は他の節を参照。
JR東日本では本系列による交流電化区間の電車化達成後、次段階の車両計画として、老朽化した国鉄形電車を淘汰する目的でE721系を2006年（平成18年）から導入した。なお、こちらは全車セミクロスシートで登場している。