国鉄591系電車
低重心化と軽量化のため、車体外板には国鉄では301系電車以来となるアルミニウム合金を採用し、外板厚も側面2.5 mm 、屋根上1.6 mm 、前頭部は4 mm と 6 mm の組み合わせとして軽量化した。また、床下の側梁はアルミ・亜鉛・マグネシウムなどの合金とし、床下のキーストンプレートの窪みを配線スペースに流用して配線パイプを省略するなどの軽量化対策もなされている。
低重心化を考慮し、床面高さは従来車比で100 mm 低い。車体長はMc1・Mc3が16,600 mm、M2車が10,000 mm、連結面間距離含む全長は44,900 mmであった。この3車体を1ユニットとして、量産時には複数ユニット連結し、これにボギー車体の付随食堂車1両を加えて1編成とする構想となっていた。
前面形状は、一端 (Mc1) のデザインは前面非貫通で大型窓を採用した切妻型の低運転台、もう一端 (Mc3) は流線型で前面非貫通、583系様の高運転台とされた。これは運転台は重心を下げるためであれば低運転台が有利となるものの、当時国鉄車両設計事務所人間工学研究室から低運転台構造で速度を上げると、運転士にストレスがかかるという報告がされており、車体傾斜を実施する上での運転士の作業環境や身体に与えるストレスについて比較検討・調査するために作り分けられた。
車体色は当時の特急形電車と同様に、クリーム4号地に窓周りと前面前照灯周囲、車体裾と雨どいを赤色(赤2号)で塗装し、比較検討の為3車体すべてが異なる塗料・塗装方法で仕上げられており、従来のエナメル系塗料ではなくポリウレタン系塗料を用いた車体もあった。
落成後は1970年(昭和45年)3月27日に公式試運転を実施し、仙台運転所に配置された。
その後引き続き4月23・24日に東北本線五百川駅 - 仙台駅間で車体傾斜・操舵機構の機能をロックした状態で120 km/hまでの加速等、基本的な性能にかかる試験を実施し、翌5月から6月にかけては車体傾斜・操舵台車を用いて、藤田駅 - 白石駅間・福島駅 - 仙台駅で曲線通過速度向上試験(本則+20 km/h)を実施した。
連接台車を採用した場合、設計上反力によって前の台車に負荷が出ることが予想されており、実際の試験でも先頭台車第1軸に過大な横圧がかかった。加えて中間台車のDT96でのZリンクによる台車操舵については、取り外しても横圧緩和効果に差がほとんど認められず、むしろZリンクがある場合は先頭台車における横圧が比較的ひどく、分岐器通過時にも大きな横圧を発生させた。
このため連接構造を仮に採用するならば先頭台車の横圧軽減を行う必要があった。横圧軽減の機構であった心皿移動機構については、一定の効果は認められたものの、機能を切った状態のDT95台車と心皿移動機構を生かした状態のDT94台車とで、比較試験したところ、横圧値は大差ない結果となった。このため、心皿移動機構についても、横圧がデータ上傾向的に改善しているといった程度で、安定的な改善には至らず、メンテナンス性や維持費を考えると採用に見合うものではないと結論付けられた。
また、連接車の実用を考えた場合、地上設備の改修が必要となるほか、連接台車の管理の問題があったうえ、中間車両が短くなることによる乗客の圧迫感、在来車両とホーム乗車位置が合わない、といった営業上の問題点があった。
このため、連接構造を採用する意義は試験開始早々に消滅してしまい、営業上も20 m 級ボギー車とすることが望まれることとなった。こうしてボギー車での車体傾斜特性・振動特性を測定し、連接車と比較検討することを目的に、1970年(昭和45年)度第4次試験が1971年(昭和46年)2月に終了すると、郡山工場に入場し、3月末までに連接車3両編成から車体長19,775 mmのボギー車2両編成へ改造されることとなった。