新幹線E4系電車
概要
当系列は東北・上越新幹線の開業時に大量に新製された200系初期車両の老朽取替と、E1系導入後も増え続ける通勤旅客需要に対応するために1997年から2003年にかけて製造された。
E1系と同様に全車2階建車両であり「Max」の愛称が与えられている。
8両編成（定員817名）を2本連結した16両編成時には定員1634名（ジャンプシート使用時）となり、1本の高速列車の中では世界最大となる。なお、E2系10両編成(813 - 814名)とほぼ同じ定員数である。
設計時のデザインコンセプトは「BIG WAVE」（雄大）、エクステリアコンセプトは「ELASTIC」（しなやか）。
車両概観（登場時）
車体はE1系では普通鋼製であったが、本系列は車内販売ワゴン用の昇降機の設置など重量増分を補うため大型押し出し型材によるアルミ合金製である。トンネルドンと呼ばれるトンネル微気圧波現象および高速走行時の騒音対策で先頭車両の前頭部はE1系よりロングノーズになった（ノーズ長E1系：9.4メートル、E4系：11.5メートル）。車体の高さは4485mm。
車体塗装は「飛雲」（白）と「紫苑」（青）のツートーンでその境目に黄色の帯が入る。
標識灯にはE3系に続いて、外側に電球、そして内側にHIDランプを使用している。テールランプには、赤色LEDが長方形の形を作るように敷き詰められたものが使用されている。
先頭車には分割・併合装置が収められ、E3系のL編成との連結運転、またはE4系同士の連結運転が可能である。
電源・制御機器
2階建車両で床下に各種機器を配置することが困難であるため、床下機器は水タンク、空気圧縮機、主電動機電動送風機にとどめ、主変圧器・主変換装置・補助電源装置は車端部の床上に搭載する。機器室は室内とは気密壁によって仕切り、気密外としている。
4両（T+M1+M2+T）で1ユニットを構成し、M1車に主変換装置・補助電源装置を、M2車に主変圧器・主変換装置を搭載する。
主回路制御には可変電圧可変周波数制御（VVVF制御）が採用された。主変換装置 (CI9)は、IGBT素子を使用した3レベルコンバータ+3レベルインバータで構成されている。E1系に対して編成中の電動車の絶対数が減少しているため（E1系：6両、E4系：4両）、故障などの非常時に冗長性を持たせることを目的に、モーター制御を従来の1両単位での制御から台車単位での制御に変更した。
主変圧器(TM209)は強制風冷式を採用し、4,150kVAの容量を備える。
主電動機(MT206)はかご形三相誘導電動機を採用し、E1系よりも連続定格出力を増強した420kWとした。これによって、編成でのMT比が1:1でありながらも、起動加速度1.65km/h/sとし、E1系より向上させた。
電動空気圧縮機はMH1128-C1200Eを採用する。
空調装置は、集約分散式のAU815（冷房能力37,500kcal/h）を1両あたり2基搭載するが、先頭車両はAU815とAU218（冷房能力18,000kcal/h）を1基ずつ搭載する。
保安装置は、ATC-2型を搭載するが、2001年度落成車（P18編成以降）は当初からATC-2型とDS-ATCを搭載している。それまでに落成した編成に関しては、2003年度にDS-ATC取り付け工事が行われた。
台車
台車は、ゴム併用板バネ式ボルスタレス台車である。電動台車はDT208、付随台車はTR7007と称する。車輪径や軸距は200系やE1系と同値であり（それぞれ910mm、2,500mm）、台車枠や歯車装置はE1系と互換性を持たせている。また、車軸軸受には従来の油浴潤滑に代えてグリース潤滑が採用されている。
ブレーキ
ブレーキシステムは回生ブレーキ併用電気指令式空気ブレーキであり、E1系と同等に高速域からの減速では電動車の回生ブレーキで付随車のブレーキ力も負担する遅れ込め制御を導入している。
4M4Tの編成の中で、T車のみ全機械ブレーキが、基礎ブレーキについてはM車とT車にキャリパ装置を採用している。
集電装置
集電装置は200系と同様の下枠交差型パンタグラフが採用された。PS201と呼称される。集電舟（架線と接触する部分）が可動式となった微動すり板を採用したことにより架線追従性が向上し、台枠をFRP製にすることで誘導障害の低減を図った。また、降雪対策として押上げ力を5.5kgから7.5kgまで向上させた。
車体が車両限界ギリギリで作られているためパンタグラフカバーはなく、パンタグラフ設置部の屋根が一段低くなっている。
性能
最高速度は240km/h。8両編成で定員は817人。2本連結した16両の定員は1,634人で高速鉄道車両としては世界最大級。E1系の12両編成から8両編成としたのは需要の関係により必ずしも12両編成で運行する必要がないことがあり、逆に輸送需要の多い時間帯の列車については2本連結した16両編成として、需要の多寡に応じた運用を可能とするのと、東北新幹線の場合、「つばさ」・「こまち」といったミニ新幹線車両を併結する場合にプラットホーム有効長などの地上設備が新幹線車両の標準である25m級車両16両分であることから、併結相手の車両運用についても冗長性を持たせるためでもある。一部、北陸新幹線の急勾配区間走行に対応した編成や、それに加えて軽井沢駅以西の商用電源周波数60Hzに対応した編成が存在する（後述）。
8両編成中の電動車1.5両（3台車分）をカットした状態で（2.5M5.5Tの状態）、25パーミル上り勾配での起動を可能としている。
客室内
客室天井はE1系と同一で、1階席が1970mm・2階席グリーン車が1975mm・2階席普通車が1955mｍとなっている。なお、2・4・6号車の車端部に設置されている（ホーム高さと同じ）中2階席に関しては2000mmとなっている。カーテンは全車でフリーストップタイプのロールカーテンを採用。
定員確保の観点から、普通車はE1系と同様に東京寄り3両（1 - 3号車）の階上部分の座席は横3列+3列の6アブレストで、リクライニング機能や座席中央の肘掛が省略された回転クロスシートで、駅掲示編成表などでは「フラットシート」「フラット座席」「フラット席」などと呼称されている。シートピッチは980mm、座席幅は窓側・通路側420mm、中央席440mmで、いずれもE1系と同じ寸法である。過去に数度繁忙期にこの部分も指定席として供用されたことがあるが、基本的に自由席である。この3両の新潟寄りのデッキには「ジャンプシート」と称する通常は収納されている補助席が1両につき2席ずつ設置されている。
それ以外の普通車座席（1 - 3・7・8号車の階下席と4 - 6号車）は200系などと同様の横3列+2列の5アブレストで、中央には肘掛があるフリーストップ式リクライニング機能付回転クロスシートであり、座面スライド機構も備える。シートピッチは980mm。
また、7・8号車の階上席（グリーン席）は2列+2列の4アブレストのリクライニングシートで、フットレストはないが各席レッグレストを装備。壁際席の足置き台のみは移動できる。リクライニングと連動して座面が沈むことで姿勢の維持を容易にしている。テーブルはE1系では肘掛内蔵だったのに対しE4系では前席背面に設置されている。一部の編成では枕が上下可動式となっている。
普通車のシートモケットは階上席は紫色が、階下席はオレンジ色が用いられ、グリーン席のモケットには濃い緑色地に黄色の幾何学模様が描かれている。
また普通車においては、階上席の天井デコラは青色系、階下席は黄色系で統一されている。座席カバーは普通席は白であるがグリーン席は黄色である。照明の色も、普通席は白色の直接照明、グリーン席は電球色の間接照明となっている。普通席は光が途切れることのないように蛍光灯間にダウンライトが採用され、グリーン車では照明カバーに丸い穴を開ける加工が施されている。
車内販売はE1系では階段がある関係でワゴンが使用できないためにバスケットを使用していたが、各車両に昇降機が設けられたことで他編成と同様にワゴンを使用することが可能になった。
バリアフリー設備としては、6号車1階席と8号車2階席に車椅子を固定することが可能な座席が用意されている。
このほかに車内にはFMラジオ放送とTVの音声を受信して、受信した電波を増幅して輻射する装置を搭載している。
車内は、Googleストリートビュー上で公開されている。
空調装置
空調装置は先代のE1系と同様に、1階と2階を個別に独立した温度管理で制御することが可能となっている。全自動運転モードもあり、コンピューター内に収録されたカレンダーに基づいて、季節に応じた温度管理をすることが可能となっている。また、当系列からの新機能として「暑い」「寒い」の2ボタンを各車両の空調制御機に設けることにより、利用者からの要望に対応出来るように配慮がなされている。
車内設備
設備は売店・洗面所・化粧室・カード専用公衆電話・エレベーター・ジャンプシートがある。エレベーターは車いす対応のバリアフリー設備として8号車に設置されており、車内販売用ワゴンの移動用にも使用される。出入口付近では駅停車時に「まもなく止まります。手すりにおつかまりください」という注意喚起のアナウンスが流れる。洗面所は鏡の両側がフロスト加工が施されたガラスとなっており、その部分に蛍光灯が入っている。洗面台は全自動で陶器製のものが設置されている。
化粧室
当系列には複数の化粧室（男性用小便所・多目的用・女性専用・男女兼用）が設置されている。5号車と8号車にはバリアフリー設備として車いす対応の多機能トイレが設置されているが、この多機能トイレ内にはベビーベッドも設けられている。多目的用のドアは全自動引き戸となっており、タッチスイッチに触れることによりドアが開閉する。
男女兼用・女性専用・多目的用に設置されている便器はいずれもすべて洋式で、真空式コンパクトトイレシステムを採用している。また、便座は脱臭機能付きの暖房便座が設置されており、便座シートを使用することも可能である。
男性用小便所は臭気対策とメンテナンス性向上のため、当系列より真空式のものが採用されている。臭気対策のため、使用後の洗浄はセンサー感応式による自動で行われるが、毎回清水を流して洗浄するシステムが採用されている。天井には空気清浄機としてオゾン発生装置が設置されており、臭気対策が行われている。
車販
5号車（E459形200番台）には売店が設置されている。ショーケースや冷蔵庫・コーヒーマシンを有しており、円形の下がり天井が採用されているほか、光ファイバー方式のダウンライトが設けられている。
自動販売機はワゴン販売が営業していることから、4号車（E458形）にのみ設置されている。
ラッピング
2008年（平成20年）7月19日からは、「ピカ乗りサマー2008」キャンペーンPRラッピングの一環としてP11・P21編成にポケモンのラッピングが施された。
2009年（平成21年）7月18日から、2008年同様「ピカ乗りサマー2009」キャンペーンPRラッピングの一環としてP9・P17編成にポケモンのラッピングが施された。
2009年（平成21年）2009年9月10日から12月にかけて、「新潟デスティネーションキャンペーン」の開催に伴い、P11 - P14編成に「うまさぎっしり 新潟」のラッピングが施された。
2010年（平成22年）7月17日から、2009年同様「ピカ乗りサマー2010」キャンペーンPRラッピングの一環としてP19・P21編成にポケモンのラッピングが施された。
2012年（平成24年）11月上旬から当面の間、P81編成に朱鷺のラッピングが施された。これは、同年10月28日に営業運転を終了したE1系に代わり、本系列に施工された。E1系と同様、「Max」のロゴマークの右上に施工されている。
2012年（平成24年）11月15日には上越新幹線開業30周年を記念し、P7・P8・P17・P18編成にSuicaペンギンの「ご当地ラッピング」が施工された。
塗装変更
2014年4月1日から同年6月30日まで開催される新潟デスティネーションキャンペーンに合わせて、塗装変更が順次実施された。車体色は2012年に引退したE1系のリニューアル塗装に準じたもので、帯色が「朱鷺（とき）色」と称されるピンク色となり、ロゴマークには朱鷺3羽のイラストが加えられている。
2015年度末までに8両編成24本全ての塗装変更が完了する予定と発表され、2014年4月7日の「Maxとき 491号」（長岡始発新潟行き）より新塗装車の運用を開始した。P5編成が塗装変更の第一編成となり、過渡期には旧塗装車と新塗装車の併結も見られた。
2016年秋に全ての編成が新塗装に統一された。
編成
東北新幹線・上越新幹線専用のP1 - P22編成と、北陸新幹線の一部区間への乗り入れが可能なP51・P52編成、P81・P82編成がある。26編成すべてがデジタルATCに対応している。
P51・P52編成は30‰の急勾配区間走行に対応し、軽井沢駅まで入線可能である。P81・P82編成ではこれに加えて、軽井沢駅 - 佐久平駅間の電源周波数切り替え装置（60Hz対応）を搭載し、長野駅まで入線可能となっている。ただし、関連機器はすべて50Hzでの使用を考慮しているため、長時間の運転や頻繁に入線することは不可能で、あくまで緊急時に長野駅に乗り入れるためとされている。
運用
新製時は全ての編成が仙台総合車両所（現：新幹線総合車両センター）に配置されていた。現在は新潟新幹線車両センターに配置されている。2016年4月から本格的な廃車が開始されたことにより、2018年3月現在はP7- P22・P51・P52・P81・P82編成の全20編成が在籍している。
2018年3月16日現在、上越新幹線の「Maxとき」もしくは「Maxたにがわ」にのみ使用される。
かつては、東北新幹線の東京駅 - 盛岡駅間でも使用されていた。このほか、営業運転の実績はないが、試運転により東北新幹線・盛岡駅 - 新青森駅間に入線したことがある。
廃車計画及び今後の予定
本形式の廃車計画については過去2011年3月9日付の毎日新聞において、2012年以降順次廃車となり、2016年度を目処に全廃すると報じられていたが、実際には2013年から順次廃車されているものの、輸送力の問題から2016年度末（2017年3月末）の時点では半数以下が廃車されるに留まっている。
2017年4月4日付のJR東日本定例社長会見で、2018年度より上越新幹線にE7系12両編成（11編成132両）を順次投入し、2020年度末までに本系列を全て置き換えて上越新幹線の車種をE7系とE2系に統一すると発表した。これによりE4系16両編成にした場合の定員1634人からE7系では924人に減るが、こちらについては「輸送力が必要な朝の通勤時間帯に増発するなど、対応を検討する」としている。
2019年10月12日から13日にかけて、台風19号が東日本、東北を直撃し、千曲川が氾濫した結果、長野新幹線車両センターが浸水、E7系8本（W7系2本を含めると10本）が水没し、長期使用不能となった。これに伴い、上越新幹線に投入済および投入予定のE7系を北陸新幹線に転用し、その補填として当面本系列を延命して充てる方策が検討されている。
保存車両
2016年3月まで運用に入り、同年4月に廃車されたP1編成の先頭車（E444-1）が、2017年6月19日に新津鉄道資料館に有償で譲渡され、2017年7月15日から展示されている。車内は車内公開イベント時にのみ開放されており、通常時立ち入ることはできない。通電されておらず、車内には家庭用エアコンが設置されているのみである。また、元車両は不明だが、旧塗装時代のロゴマークも同博物館に保存されている。