591系とは、日本国有鉄道（国鉄）が製造した高速運転用試験車両である。
概要
東海道新幹線の開業により東海道ベルトの輸送力が増強され、山陽新幹線の建設もスタートしていた1969年に在来線、特に東北本線のスピードアップと所要時間短縮を目的に試作された車両。
「高速運転用試験車両」であり、当時の国鉄の持ちうる技術をこれでもかと盛り込んだ試験車両である。
「最高速度130km/h」「曲線通過速度を現行速度+20km/h」を目標とする速度骨子に基づき、
①軌道破壊防止のための横圧軽減
②転覆の危険性をなくすための低重心化
③乗り心地改善のための車体傾斜（振り子機構）
の3点が591系における大きな目標とされた。
特に明治期から大正期に建設され、当時の土木技術の関係から地理的にもカーブの多い在来線を高速で走行する一つの方法として、カーブでも速度を落とさずに走行出来る振り子機構が選ばれた。狩勝実験線での台車試験の結果を踏まえ振り子機構の実試験車両としての登場でもあった。このため、591系の幕には「試運転」「振り子」「曲線高速」が用意されていた。これらのことが、一般的に591系が振り子式車両の試験車両とも捉えられる理由である。
形式名は591系で交直流電車とされた。591系が登場した1969年はまだ東北新幹線の計画がなかったが、東北本線の輸送力は逼迫しかかっていた事もあり、高速化による輸送力向上策が必要となっていた。このため、導入線区を東北本線に定め、交直流電車として製作。東北本線で高速化試験が開始された。
登場時は3両編成で4台車の連接車とされ、クモハ591-1の1両として扱われている。連接としたのは目標①の横圧軽減のため。また、目標②の車体の低重心化の為にアルミ合金を採用し、パンタグラフを除く機器を床下に配置した。
目標③の振り子機構は安全性の観点から小田急などが検討していた強制振り子ではなく自然振り子を採用し、台車は狩勝実験線での結果がフィードバックされていた。
東北本線での試験の結果、連接車両は曲線通過速度が高くなるほど効果がみられたが先頭台車への横圧がかなりのものであることが判明。また、中間車が短くなることや台車管理の問題もあり郡山で中間車を除いて通常のボギー式2両編成に改造した。この時、アルミ構体に新造した鋼製構体を合体させている。
後述の新幹線計画に伴い、東北本線以外でも信越本線や鹿児島本線といった（東北本線よりも）等級の低い線区での曲線走行特性を調査するなど各種試験を行い、翌1972年に量産車381系が落成。1973年より「しなの」として営業運転が開始されている。
役目を終えた591系は岡谷駅構内に留置されていたが、1980年に長野で解体されている。
なお、591系は交直流電車であったが、量産車の381系は直流車となった。これは当初の投入予定線区だった東北本線に1971年に東北新幹線計画が出来た為。これにより東北本線優等列車高速化の必要がなくなり、最初の投入線区を直流電化された中央本線・篠ノ井線とした為である。381系の投入線区が亜幹線であったため、低重心化と振り子機構の2点が381系に引き継がれ、横圧軽減と最高速度130km/hは不採用となった。130km/h化に関する高速運転試験は後に381系を用いて湖西線で実施されている。
国鉄時代の振り子式車両は結果的に直流区間にのみ投入され、交流区間への進出はJR化を待つことになる。
591系及び381系の振り子は自然振り子式である。591系の時点で制御付き自然振り子も研究されていたが、当時のコンピューター技術では制御装置が2tほどの重量になるとメーカーから返答があった。2tの機器の搭載は車両の軽量化と低重心化と折り合いをつけることが難しく、591系では制御付き自然振り子は採用されなかった。
381系では制御付き自然振り子の検証も行われているが、381系の機構改造にはさほどの経済効果がなく、かつJR世代では制御付き自然振り子を採用していたことや381系自体がいつまで使用されるか不明だったため、自然振り子式のままとなった。結果、自然振り子式が2024年まで生きることに・・・
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