国鉄C59形蒸気機関車
誕生の背景
本形式の設計が開始された1930年代末には、東海道・山陽の二大幹線の旅客列車、特に特急や急行などの優等列車は、主にC53形が牽引していた。だが、このC53形は3気筒とすることで、より低重心化とスムーズな走行性能が得られた反面、複雑なグレズリー式弁装置を備えており、その実設計において設計陣がこの機構を十分理解していなかったこともあって、整備検修においては致命的と言って良い欠陥があった。このため同形式は故障等による年間の平均休車日数が他形式と比較しても格段に多く、保守が容易で同等以上の性能を備える新型機関車を求める声は日増しに高まっていた。
C53形が97両をもって製造終了となった1930年（昭和5年）以降、その後継となる新型旅客用機関車の設計を巡っては、同時期に南アフリカ国鉄が看板列車であったユニオンリミテッド用として設計した16E形が1,830 mm径の大径動輪を備えていたことも影響して、これを上回る1,850 mm径の動輪を備えた計画機（KC51B形）など、様々な検討が行われていた。
だが、そういった強力機を運行するには、当時の日本国内では最良の条件を備えていた東海道・山陽本線でさえ設備が貧弱だった。そのため最終的にC59形として完成することになる、C53形の後継となるべき新型旅客用機関車は、C51形以来の1,750 mm径動輪を備え、施設側が許容する上限である、16.8 tの動軸重の範囲で設計されることとなった。
構造
機関車本体の走り装置（下回り）はC51・C54・C55形・C57形と続いた鉄道省制式2気筒パシフィック機のそれを基本とし、ボイラーは設計時期が先行したD51形のものを基本としつつボイラー圧力を引き上げ、しかも長煙管構造とした。
このため台枠は棒台枠、動輪はC57形と類似の1,750 mm径ボックス輪芯、弁装置はワルシャート式、先台車はエコノミー式復元装置を備えるLT219、そして従台車はばね式のLT156・156Aが採用され、ボイラーも鉄道省制式機では一般的な3缶胴構成のストレートボイラーとされた。
また、シリンダーはボイラー使用圧力の高圧化に合わせてC51形と同じ行程のままで直径を縮小してあり、シリンダブロックには通風を穏やかにする目的で排気膨張室が組み込まれている。ピストンはC57形より採用されたH型断面のものが採用された。
運転台は各部寸法についてC57形のそれを基本としつつ、C58形と同様の密閉構造としたもので、これは戦後製造されたC61・C62形にも踏襲された。
炭水車は航続距離の確保を目的として、石炭10 tと25 m³の水を積載可能な10-25・10-25A・10-25B形である。
全長は21,575 mm（戦後形）で、C62形の21,475 mmを上回り国産最長の蒸気機関車である。
運用
デビュー当初から特急の先頭に立ち、C59形はC62形の登場まで特急の花形で、C62形の登場後もお召列車には本形式が充当されたことからもわかるように、現場の信頼も極めて高かった。
しかし、本形式、特に戦前形においては設計・製造上の問題点が幾つか存在した。一つは、従台車の荷重負担が過大となったこと、一つはボイラーの天井板が膨らむこと、もう一つは長煙管が祟って熱効率が低いことである。
従台車については車輪の摩耗率が異様に高くなり、しかも摩耗が進んだ状態のものを中心にタイヤ部に亀裂が入る、発熱でタイヤ部が頻繁にゆるむ、などのトラブルが頻発した。これは長く重いボイラーを持ち、また、火室など重量のかさむ部位が集中し重量配分の点で厳しくなりがちな後部について、燃焼室を設けて軽くする、車輪径を大きくするなどの配慮を欠いた結果、重心位置が車両後方に偏って重量配分の制約が生じ、そのしわ寄せが従台車にいってしまったことが原因である。実際、本形式の従軸軸重は約14.7tと幹線用機関車の動軸並みの値となっていた。この問題については最後まで解決せず、保守担当者レベルでタイヤ摩耗に伴う交換時期を他の形式よりも厳しく管理することで、かろうじて致命的問題の発生回避が図られる状況であった。
ボイラー天井板の膨らみは、準戦時体制の下、材料となる鋼板の圧延品質の著しい低下の下製造された本形式の場合設計レベルでは回避不能の問題であった。戦後になって状態が悪かった一部についてはボイラー内火室部分の新製交換で対処されたが、後に交換工事未施工の戦前形が優先的に淘汰される一因ともなった。
長煙管と煙管断面積の不足により通風が悪くなり、そのために石炭の燃焼が悪く未燃ガス損失が増大して熱効率が低くなる問題は、本形式の設計を担当した鉄道省工作局車両課や各メーカーが本来燃焼室の付加による効率引き上げを意図して設計していたにもかかわらず、車両研究会での検討の結果、ボイラー内の煙管折損などが発生しやすく保守に難があるとして見送りとされたことに原因があった。この問題は、煙管を短縮して一般的な5,500 mm長として燃焼室を付加した、つまり設計陣が当初想定したとおりの仕様で製造された戦後形で解決を見ており、長煙管仕様には熱効率の点で大きな問題があったことが判る。
戦前形については戦後になって内火室交換に伴って燃焼室を設けた機が1号機をはじめ何両か存在するが、残る大半の機体はそのままの仕様で運用され続けることとなった。
戦後形C59は全伝熱面積に占める過熱面積の割合が国鉄蒸機中では最も高く、これにより理論上は過熱温度が国鉄制式機関車中で最高となる。実運用上でも、白河越えを担当した機関区で「他に比べて蒸気の上がりが良い」と言われていた。
こうした好評と不具合を抱えつつ運用された本形式であるが、戦前には軍部の反対で電化が実施できなかった東海道・山陽本線が、戦後になって石炭不足への対策も兼ねて急ピッチで電化を進められたこともあって本来の用途を失い、1956年（昭和31年）の東海道本線全線電化以降は早々と余剰が生じることとなった。
本形式は動軸重が平均16.2 tと特甲線である東海道・山陽本線と一部の列車が山陽本線から直通していた呉線、岩徳線以外には転用可能線区が少なく、一部は亜幹線にも使えるように従台車を2軸化して動軸重を15 tへ減らす改造を受け、C60形となった。
改造を受けなかった車両の一部は東海道・山陽本線並みの線路規格へと軌道強化が1950年代以降進められだ鹿児島本線（門司港 - 熊本間）、東北本線（上野 - 一ノ関間、最終期は臨時運用で盛岡までの運用実績あり）へ転じ、C60形となった車両は乙線規格に従う東北本線、常磐線、奥羽本線（秋田 - 青森間）、鹿児島本線（鳥栖以南）、長崎本線の各線に入線し、引き続き特急・急行列車牽引にも使われた。
1950年代後半以降は山陽本線、東北本線、さらに鹿児島本線とC59形の運用路線で順次電化が進み、C60形の運用路線でも次第に電化やディーゼル化が実施されたため、1959年頃から余剰廃車が出始めるようになる。多くの車両がまだ十分に使える状態でありながら、殆どの車両が1965年頃までに廃車になり、わずかに残った車両もC59形・C60形とも1970年（昭和45年）までに運用からはずされ、全車が廃車になった。
本形式最後の定期運用となったのは糸崎機関区での呉線・山陽本線運用（糸崎 - 広島間） であり、急行「安芸」などの呉線経由の旅客列車を主に牽引していた。1964年（昭和39年）の山陽本線全線電化でC62形が糸崎機関区に転属、呉線の機関車運用に大きく進出するまでは呉線内を通る客車列車の大半を本形式が牽引し、その後はC62形と共通で運用されていたが、編成が長く換算重量も大きい「音戸」などの重量列車の牽引では、C62形と比較してわずかに動軸重が大きく安浦 - 安登間といった勾配区間で空転しにくい本形式が好まれ、1969年（昭和44年）1月からC62形と運用を分離し「音戸」2往復の牽引を中心とした限定運用に充当され、1970年（昭和45年）7月の呉線電化直前に運用変更で復帰するまでは突発的な運用替えを除き「安芸」牽引から一時的に外される形となった。最後まで糸崎区に在籍していたのは戦後形の161・162・164であったが、3両とも1970年（昭和45年）9月の呉線電化で余剰となり161・162号機は廃車、動態保存機に指定された164号機は検査期限の都合もあって呉線電化直前から休車となり、保存先に転属までの間、暫定的に亀山機関区所属として紀勢・参宮線での運転も検討されていたが、実際は一時的な保管先の奈良機関区を経て保存先の梅小路機関区に転属となっている。
また、糸崎機関区に配置されていた本形式の中には瀬野八越えを行う急行などの上り旅客列車、糸崎 - 西条間の一部下り貨物列車に対してスピードアップのため補機運用に充当されることがあった。現存する164号機にはこの運用の際に使用した走行開放用の開錠装置が前部連結器横に取り付けられたままになっている。
重油専燃試作機
127号機は、重油を燃料とするための試作改造を1954年（昭和29年）に鷹取工場で施された。炭水車は通常の石炭庫部分が重油タンクとなり、火室も火格子を撤去するなど大規模な改造となった。改造後、直ちに準急「ゆのくに」専用機として、京都 - 米原間で使用された。専任の機関助士を置いて運用にあたり、他の石炭焚きの機関車に比べ圧倒的に楽な乗務で、なおかつ出力も増大し、EF58形と平行ダイヤが組めるとまで評された。東海道本線電化の後、盛岡機関区に転出し、東北本線の盛岡 - 一戸間で補機として試用されたが、ほどなくして鷹取工場へ戻され、1960年に廃車・解体された。
燃焼室・E形過熱装置試用機
1943年に川崎車輛で落成した79・80号機は煙管長を5,500mmへ短縮し、缶胴を4缶胴構成として内火室に燃焼室を設け、アメリカや南満州鉄道で使用されていたシュミット式E形過熱装置を取り付けて落成した。
燃焼室は燃焼効率の引き上げに効果があったが、E形過熱装置は煙管の燃焼ガス通過抵抗が大きい本形式の場合、十分な効果が得られずまたその保守も面倒であったため、後年標準のA形過熱装置に交換されている。
なお、79号機は広島第二機関区に在籍していた1951年に、火室内部に蒸気を噴射して燃焼ガスの混合を改善する消煙装置の試用にも供されて好成績を挙げたが、これも実用化には至らず終わった。
運転室整備機
C59形は運転台側窓より前方の奥行きが深いことから、天候や時間によっては運転台内部が暗くメーター類の視認など運転上支障になることがあった。このため採光窓を増設する工事が数種類行なわれた。
郵便切手
1942年10月14日、鉄道開業70周年記念に逓信省が発行した5銭記念切手には本形式 (C59 28) が描かれている。国鉄の制式蒸気機関車が切手に描かれたのは、これが最初であった。