台車はキハ用とキサハ用で細かく区分した結果、合計6台でTR30 - 33の4種という複雑な区分となった。これらの台車はモハ52系のTR25A/TR23Aを基本とするペンシルバニア形軸バネ式台車の一種であり、ローラーベアリング採用という点でも52系電車のそれと共通するが、軽量化のために軸距がキハ用が2,450mm、キサハ用が2,140mmと違えてあり、また同じローラーベアリング採用で軸箱部分の構造が改良されてコンパクトにまとめられるなど、各部の設計が変更されていた。
本形式では、DMF31Hは芝浦製作所製MD37発電機直結されており、ここで得られた電力を用いて、キハの連結面寄り台車に各2基吊り掛け式で裝架されたMT26A形主電動機を駆動したが、最高速度は当時の文献でもさまざまで、120km/hを実現したともあるが、100km/hや95km/hとしているものもあり、キハ42000形のように高速試運転をした記録も残っていないため実力は不明である。このMT26は同じく電気式気動車として設計された、キハニ36450形に搭載されたものと同一形式である。なお、キハニ36450形と異なり発電機に補機用の出力がなく、キサハの台車に取付けられた歯車駆動の車軸発電機と、同じくキサハの床下の蓄電池により、機関始動、制御、電灯などの電力を賄う方式であったため、3両での運転が必須であった。
1881年（明治14年）東京・根岸の表具師の長男として生まれる。幼少時から絵画に親しみ、また特に天神像を好んだことで実父と懇意にしていた狩野芳崖に天神図を依頼、その図画を手本として過ごした。また1892年（明治25年）頃から父の友人のひとりである新岡旭宇に書を、1899年（明治32年）には義兄である西田長左衛門について英語と漢文を習っている。1901年（明治34年）、画家を志望して藤島武二に師事し、木炭画を習う。同年、東京美術学校西洋画科選科に入学、黒田清輝に師事した。東京美術学校時代の同期に青木繁、熊谷守一、和田三造などがいる。1904年（明治37年）、東京美術学校西洋画科を成績優秀なため一年繰り上げて卒業。卒業と同時に東京外国語学校フランス語専科に入学、後日暁星高等学校に転校した。翌年4月、アメリカ合衆国経由でフランスに渡仏・留学し、はじめラファエル・コランに師事したが、のちにエコール・デ・ボザール（国立パリ美術学校）に入学、フェルナン・コルモンに学ぶ。留学中には1907年（明治40年）5月のスペイン旅行を初めとしてグラナダ、セビリアなどを経て年末にパリへ戻るまで絵画模写などに従事していた。またスペイン旅行の翌年となる1908年（明治41年）には「窓際」をサロン・ド・パリに出品、翌1909年（明治42年）にも同サロンに「読書」「読書の後」を出品している。しかし1909年晩夏に体調を崩し、スイス経由でイタリアに旅行し、イタリアではミラノ、ベニス、フローレンス、ナポリなどを11月までかけて周り、11月以降はマントン、マルセイユを経て再びパリへ戻った。このイタリア旅行の間に「靴の女」を制作していた。1910年（明治43年）6月、スエズ経由で帰国。同年開催の第4回文展に留学中に書き溜めた絵画3点（「読書」「読書の後」「靴の女」）を出品、「読書の後」が三等賞を受賞した。また翌1911年（明治44年）第5回文展出品作「窓際」が三等賞受賞。1914年（大正3年）有島生馬・石井柏亭らとともに二科会を結成。同年湯浅一郎と朝鮮を旅行し、朝鮮鉄道局の依頼に応えて京城鉄道局経営の朝鮮ホテルに壁画を描いた。この壁画は翌1915年（大正5年）の再渡鮮時に完成した。この間、私生活では1910年7月に日本女性と結婚し、1912年（明治45年）に長女が、1914年（大正3年）に長男が誕生している。1915年（大正5年）9月の第2回二科展には10か月当時の長男の像を描いた「端午」と、妻の像を描いた「供物」を出品した。また1917年（大正7年）には三光町（現東京都新宿区）に新居を落成させている。1931年（昭和6年）5月、朝鮮美術展審査員として小林万吾と朝鮮に渡った。同年9月23日、神戸港より再びパリへ遊学しギメ東洋美術館所蔵の屏風絵（東洋画）を修復、この功績で翌1932年（昭和7年）フランスよりレジオンドヌール勲章シュヴァリエを授与される。また同年開催の第19回二科展には「春近きセーヌ河」などヨーロッパ滞在時代に描き溜めた作品計36点を出品、特別陳列された。1935年（昭和10年）、二科会を退会し、帝国美術院会員。1937年（昭和12年）、一水会を創立、同年、帝国芸術院会員。1949年（昭和24年）、日展運営会常任理事。1952年（昭和27年）、国立近代美術館評議員。1958年（昭和33年）、日展理事、1961年（昭和36年）、同顧問。1955年（昭和30年）、文化功労者（文化功労章）、1964年（昭和39年）、勲三等旭日中綬章受章。1966年4月11日、東京都港区芝の自宅にて84歳で死去。