国鉄591系電車
もともと591系の量産系列は、島 (1970a)によれば、1970年(昭和45年)の落成初期の時点で「あくまでも、最終的には新幹線と連携してそのスピード効果を全国におよぼすことにあり(中略)おそらく全国各線区で、新幹線のフィーダーとして使われることになるが」と、新幹線網完成ののちには、亜幹線に転用することが当初より念頭に置かれていた。しかし、前述したように東北新幹線の着工が決定し、1971年(昭和46年)1月には全幹法第5条第1項の規定による「建設を開始すべき新幹線鉄道の路線を定める基本計画」(昭和46年告示第17号)により東北新幹線(東京都 - 盛岡市)ほかの基本計画が公示され、この時点では1976年(昭和51年)度とかなり早期の開業が見込まれることとなった。
このため、当初計画通り東北本線に量産車を投入することは費用対効果が薄くなることが予見されたため、591系は量産車の制作着手を前に、当初想定された東北本線への投入計画を白紙とし、新幹線網計画を勘案して投入計画を再検討することとなった。
落成当初の試験計画ではこのころから長期走り込みによる耐久試験を行う予定であったが、ここからは新たな投入線区を模索するような動きが行われることとなり、試験の舞台をより曲線半径がきつく(東北本線はすべて半径400m以上)線路等級が低い3級線(許容軸重15 t 、最高運転速度 95 km/h)クラスの亜幹線へとシフトさせていった。
11月には長野運転所へ転属し、信越本線上田駅 - 黒姫駅間(半径300mの曲線が介在)で、直線最高速度115 km/h、曲線通過速度本則+25km/hでの試験が行われた。試験では特に問題は生じなかった。
機器は低重心化のためパンタグラフを除いて床下に設置される。後述するように走行に必要な機器はMc1・Mc3の床下に集約搭載されている。
前例のない工法での車体の延長工事であったため、1971年(昭和46年)度の試験は、4月に郡山工場と鉄道技術研究所車両構造研究室による確認試験(定置試験)から始まった。この試験では垂直曲げ試験時に延長部分に比較的高い値が見出されたため、隅部の補強を実施したものの、それ以外は特に問題はなかった。
その後翌5月から6月にかけては、槻木駅 - 藤田駅間で、直線区間は最高速度135 km/h 、曲線区間は本則+35 km/hで走行する試験が行われた。結果、横圧の定常値こそ連接車体比約25%の増加を見たが、十分小さい値であり、ボギー車でも特に走行性能上・乗心地上の難はないことが確認された。
591系の試験が進められる中、1973年(昭和48年)7月に中央本線(中央西線、以下特記ない限り中央西線と表記)・篠ノ井線名古屋駅 - 長野駅間の直流電化・一部線増・新線切替完成が決まり、特急列車主体の列車体系を組むこととなった。
しかし、名古屋駅 - 長野駅間(252.3 km)は曲線区間が45.2%(115 km)、うち半径600 m 以下の曲線が全体の23.8%(60 km)を占めるため、電化しても当初予定の181系電車の転用では所要時間3時間45分と、従来のキハ181系「しなの」比で10分程度の所要時間短縮にしかならず、曲線の通過速度が向上しない限り、大幅な速度向上が見込めないと考えられた。一方で、同時期には中央自動車道が部分開通を繰り返し延伸を続けており、その対抗上、電化による速度向上効果を最大限に発揮させるため、車体傾斜式車両の量産車を新造投入し、同区間を3時間20分台で結ぶことが決定した。
これと前後し1972年(昭和47年)5月、速度調査委員会では、車体傾斜車両による速度向上は可能であると判断し、営業用車両制作への移行を決定し、常務会に諮問、了承を得た。
このため1972年(昭和47年)度の591系は量産車へのフィードバックを目的とした継続技術課題として、耐久試験や運転・保守上の問題点の洗い出し・検討・積雪区間における車体傾斜特性の調査検討のため、長野運転所、長野工場にて台車各部の分解試験、信越本線小諸駅 - 黒姫駅間での走り込みを主体とした長期走行試験、中央西線名古屋駅 - 釜戸駅間での高速域走行試験(曲線通過速度本則+25 km/h)、信越本線長野駅 - 直江津駅間での着雪時の車体傾斜、耐寒耐雪状況の調査(曲線通過速度本則+25 km/h)を実施した。
このうち中央西線での試験は、1973年(昭和48年)1月30日から開始され、初日は95 km/h で試験走行し、翌日から3月8日にかけ、最高速度120 km/h で高速走行を実施した。