国鉄591系電車
国鉄では1968年(昭和43年)の列車速度向上委員会以前から車体傾斜列車の開発に着手しており、同年から北海道の狩勝実験線(根室本線旧線)にて貨車に試作台車(TR96)を装備して、曲線通過時にかかる超過遠心力を利用して車体を傾斜、左右定常加速度を低減する自然振子式車体傾斜の実験が行われていた。本系列でも、曲線高速通過を実現する技術試験の一環として、自然振子式車体傾斜が採用されている。
当時世界各国で試験されていた車体傾斜の方式の中には、小田急電鉄で試験されていた方式に見られるように、強制的に車体を傾斜させるものもすでに存在していたが、強制車体傾斜した場合、軸重が増加してしまう問題があった。また、後年の日本では、自然振子をコンピューター制御された油圧や電動のシリンダーで補助し、車体傾斜をより滑らかに実施する、制御付き自然振子が普及するが、これも当時基礎技術自体はできていたものの、当時はATSもS形が普及し始めたころの時期であり、地点検知の技術も未成熟であった。このため仮に採用するのであれば、演算のためにコンピューターなど2トン近い機器を車上に積むこととなるため採用は見送られた。
車体傾斜装置はTR96形台車で用いられていたT字リンク式をやめ、ED76形電気機関車の中間台車で採用例があったコロによる支持(コロ式)が採用されている。しかしこの方式は住友金属工業の周辺特許に抵触することが判明したため、国鉄が基本アイデアを出したうえで、国鉄が台車を実際に製造する日立製作所・川崎重工業との調整を行い、コロ式振子の当該部のみ住友金属工業に製造を委任した。いずれも、レール面上からの振り子中心高さは2,100 mm、車体の最大傾斜角は6°とした。
東北本線上で仙台・青森方となる高運転台の先頭部を持つ車体(定員48名)。車体の東京方に出入り台と機器室を設けるほかは普通客室である。
屋根上には固定式パンタグラフが設けられ、床下には主変圧器、特高圧機器箱、主整流器、主制御装置、主抵抗器、ブレーキ制御装置、冷房装置が設けられている。
中間車体(M2)を廃棄し、Mc1・Mc3の車体を新たに製造した構体により2,925 mm 延長した。改造にあたっては量産車への設計期間への影響を避け、工期を短縮する目的で、アルミニウム合金製ではなく普通鋼が採用された。このため溶接ができず、既存の妻面に厚さ3.2 mm の鋼板を巻き、ボルト(タッピングビス)で締結した。併せて、台枠部分は既存の心皿部と側梁部に厚い軽合金板を溶接し、鋼製の台枠をボルト締結した。
延長部分の構体内部に客室は設けられず、簡易便所と移設した機器類のみが設けられている。また、車端ダンパーが妻面下部に新設され、車体傾斜時の異常振子振動を抑える役割を持たせた。
台車は、連接部に装着されていたDT96の自己操舵機構を撤去し一部車輪を一体車輪からスポーク車輪に変更した上で、旧連接台車心皿位置に装着した。
2車体間の連結器については、落成当初両先頭部に取り付けてあった回転可能な密着連結器を中間連結部に転用した。このため、両端の連結器は通常の密着連結器に換装された。
パンタグラフは、旧Mc3のものをそのままの位置で使用することとした。
この改造により、旧Mc1がクモハ591形 (クモハ591-1、Mc、Mc1とも) 、旧Mc3がクモハ590形 (クモハ590-1、M'c、Mc3とも) となった。