国鉄キハ40系気動車 (2代)

車両名 = 国鉄キハ40系気動車国鉄キハ40系気動車は、1977年から1982年にかけて日本国有鉄道が製造した気動車。

これは国鉄の車両称号規程に則った制式の系列呼称ではないが、同一の設計思想により製造された気動車の形式を便宜的に総称したものである。具体的には、キハ40形・キハ47形・キハ48形の3形式およびこれらの改造により発生した派生形式を指す。

1. 概要
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1977年から1982年にかけて計888両が製造され、日本全国各地に投入された。電車に近い車体構造の気動車で、当時の在来気動車に比し、客室設備の改善や走行機器の刷新などが図られている。一方、在来の気動車よりエンジン出力は若干増加したものの重量も増加しており、運動性能はあまり向上していない。

本系列は客用の片引き戸を車端部2か所に設置したキハ40形、キハ48形と、都市近郊向けに両引き戸を車体中央に寄せて2か所に設置した片運転台のキハ47形に大別され、各形式共投入線区の気候に応じた仕様の違いと便所の有無によって番台区分される。国鉄分割民営化後は、事故廃車となった1両を除く887両がJR各社へ承継された他、使用線区の事情に応じた改造を実施し、区分番台が多数生じることとなった。また、1990年代以降は観光列車やジョイフルトレインに改造された車両も登場するようになった。

2000年代後半以降は新型気動車への置き換えや地方線区の廃止に伴い廃車が行われ、東海旅客鉄道では2016年に全廃となった。それ以外のJR各社でも置き換えが進められ、一部の車両は私鉄・第三セクター会社や日本国外への譲渡も行われている。


酷寒地：北海道、寒地：東北・中部地方

1.1. 開発の経緯
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1950年代中期に量産された国鉄初期の液体式気動車であるキハ17系は、1970年代後半に入ると老朽化が目立つようになった。キハ17系はそのエンジンの非力さを軽量化で補う方針であったが、当時の技術との兼ね合いもあり、同時期の客車や電車よりも車体断面が小さく、接客設備や台車も簡素なものとなった。そのため、1970年代に入ると早くも陳腐化が顕著となりはじめ、特に座席と台車設計の不備による乗り心地の悪さは問題となっていた。キハ17系は台車の心皿荷重上限が小さく、重量増となる座席の交換や、ロングシート化が困難で、交換用台車の新製などの改造予算確保より新車製造予算の確保が優先され、1970年代後半まで抜本的な対策が講じられなかった。

一方で1970年代の国鉄は労使紛争が激しく、組合側は労働環境の改善を強く要求していた。その一環として、国鉄車両にも安全対策や整備性の改善が求められ、国鉄ではこの時期に1950年代から1960年代にかけて設計された量産形式を基本に随所を改良したマイナーチェンジ車を製造し続けていた。本系列もその方針の下にキハ17系のほか、1950年代後半に製造されたキハ55系 とキハ20系の老朽化も視野に入れ、それらの代替用として開発された。

2. 構造
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本系列は、1974年に開発されたキハ66系をベースにしており、車体や制御回路、変速機、ブレーキ方式などの基本構造は同系を踏襲しているが、搭載機関は、同系で採用された180度V型12気筒と基本設計を共通化しつつ、直列6気筒として出力を半分に落とし、当時の国鉄の技術力・予算に見合った設計としている。また、国鉄時代には全国で大規模な車両の配置転換を行っていたことから、暖房やラジエーターなど酷寒地向けを基本として設計された箇所が多くdate=2017年8月}}、温暖地で寒地向け車両が使用される場合は過剰装備となる。

なお、本系列ではそれまでの気動車のように北海道向け車両を別形式とせず、初めて同一形式内での番台区分としたのも特徴である。

2.1. 車体
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2.1.1. 構造・外観
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全長21.3 m、幅2.9 mで既存の急行形気動車同等の大型車体である。酷寒地や海岸沿いでの使用を考慮してdate=2017年8月}}外板、屋根板、床板には当時の鋼製車両標準の車両用耐候性高張力鋼板  を用いて耐久性を向上させている。板厚は例えば同じSPAを使用した201系電車と比較すると、外板厚が2.3 mmに対して国鉄気動車標準の1.6   mm、屋根板厚は1.6 mmに対して1.2 mmと薄く、台枠に設けた軽量孔とともに軽量化に配慮している。製造当初の車体塗装は「首都圏色」と呼ばれる朱色5号一色であった。

前頭部形状はキハ66系を踏襲し、踏切事故対策として高運転台化、運転室長さの350 mm拡大、前面外板の4.5 mm厚への強化、床下前面へのスカートの装着が行われている。運転台窓は運転席からの視認性に配慮して側面部に回り込んだパノラミックウィンドウとし、前照灯は前面窓上にRBS-24V形150/50 Wシールドビームが2灯、尾灯は在来形気動車よりも高い位置に40 Wのものが2灯、それぞれ左右に振り分けて設置され、貫通路直上には列車種別表示器が設けられている。側窓は寒地形、暖地形は外はめ式のアルミ合金製2段ユニット窓として工数を削減している。一方、酷寒地形は、キハ22形で初採用された幅930 mmの1段上昇窓で、FRP製窓枠による内窓を組み合わせた二重窓構造とし、冬季の車内保温を図っている。

2.1.2. 設備
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キハ40形、キハ48形は車体両端2か所に1 m幅の片開き扉、キハ47形はやや車体中央寄り2か所に1.3 m幅の両開き扉を設けており、いずれもステップ付の半自動扉である。ドアエンジンは両開き式はキハ45形と同じTK106形、片開き式はキハ46形と同じTK105形で、在来車のような半自動式用ではなく自動式用ドアエンジンの指令回路を変更して半自動動作としており、人力での開閉はやや重い。キハ40形、キハ48形の寒地・酷寒地形は客室と出入り台の間に仕切り扉を設けたデッキ付きとし、寒冷時の保温を図った。

運転台は機器配置・座席形状とも人間工学を取り入れた設計である。また、投入線区の運用実態に即し、側面にはタブレットキャッチャーと、勢いのついた重い玉から、車体、窓ガラス、乗客を守る防護板または防護枠を設け、タブレット閉塞式での通過運転に対応した。客室内壁の化粧板は、在来形気動車に比してやや明るい色調であり、初期の車両は、キハ40形・キハ48形は薄茶色6号、キハ47形は淡緑1号であるが、中期以降の車両は、北海道・本州以南用ともクリーム9号となっている。座席はボックスシートを基本としてドア付近にのみロングシートを配したセミクロスシートとした。ボックスシートはシートピッチをキハ58系までの急行形車両と同等の1,470 mmとし、一般形気動車として初めて人間工学を採り入れた新形状のものとした。キハ40形にはスペースの都合で向かい合わせになっていない2人掛クロスシートが片側1ヶ所ずつある。

便所はFRPユニット組み立て式 で、キハ40形は出入り台側から内開き扉で、キハ47形・キハ48形は側面の客室通路側引き戸から出入りする。キハ48形の便所出入口の向かい側には座席を設置していない。水タンクは屋根上搭載の重力給水式として、ポンプや空気配管を不要としている。汚物処理装置は搭載を考慮して機器搭載スペースを確保する準備工事が実施されたが、当初は地方路線の汚物処理施設整備が進んでおらず、便所装備車は全車が従来通りの垂れ流し式であった。

2.2. 主要機器
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2.2.1. 機関
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従来のDMH17系機関に代えてDMF15HSA形を搭載する。この機関は水平シリンダー形の予燃焼室式直列6気筒機関であり、TB11B形排気タービン過給器を装備、補機類はCW750D空気圧縮機、DM99AもしくはDM99B形4 kVA交流発電機などで、いずれも歯車駆動としてVベルトを廃している。このエンジンの定格時燃料消費率は185 g/PS/hであり、旧来のDMH17系  並みで改善されておらず、のちにJR東海が機関換装を行った際には、燃費が換装前の71 %に改善 した事例がある。

この機関は、1963年に開発され、キハ90 1で試験されたDMF15HS形の派生形であり、排気タービン過給器あり、中間冷却器なしの構成としたものである。

2.2.2. 液体変速機・減速機
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変速・直結各1段のDW10形を装備する。これはキハ65形・キハ66系に搭載されたDW9形をベースにとしたもので、液体変速機の構成は在来標準形のDF115・TC-2形に対して、DW4形・DW9形やDE10形用のDW6形などと同じ中高速での引張力を確保するとともに、エネルギー損失を抑制した1段3要素となり、クラッチはいずれも湿式多板式で、変速、直結が各3枚、逆転機が8枚の構成となっている。なお、変速と直結の切替は変速機の入力軸と出力軸の回転差を検出して機関の吹き上げ、アイドル指令を出し、最適な回転数で切り替える半自動式とすることでショックのない変速としたほか、変速機の特性の異なる手動変速の在来形気動車との併結に対応している。 変速機油冷却は従来の空冷式から油冷却器による水冷式に変更となっている。また、逆転機を台車に装架するのが困難な2軸駆動車用のDW9の構造を踏襲して逆転機を変速機内に内蔵し、台車側には推進軸の方向転換と最終減速段を受け持つ減速機を装架している。なお減速比は2.995と従来の一般形気動車よりもわずかに大きくされている。

トルクコンバーターのストールトルク比の違いにより、起動時の動輪周引張力はキハ20系の2,500 kg弱に対して2,400 kg弱と低く、車両重量の増大と相まって「キハ40系＝低出力」のイメージを強める一因となっている。一方で、例えば10 km/hではキハ20系の約1,800 kgに対し約2,100   kg、50   km/hでは約600 kgに対し約800 kgと逆転しており旧北海道鉄道学園『キハ40系ディーゼル動車』、当初特急・急行形用として開発された変速機の中高速域を重視した特性が表れている。駆動方式は1軸駆動で車両内側よりの第2軸を駆動しており、台車にキハ65形・キハ66系の第2減速機と共通 のGB122形減速機が装架されている。

2.2.3. 台車
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酷寒地形・寒地形は本形式用に新開発のDT44形・TR227形もしくはDT44A形・TR227A形空気ばね台車を採用した。一方、暖地形はコストダウンを優先し、従来からの標準台車であるコイルばね式のDT22D形・TR51C形を採用しているが、台車に逆転器を搭載しなくなった分、側梁を軽量化している。

DT44形・TR227形もしくはDT44A形・TR227A形は枕ばねを空気ばねとしたが、これは寒冷地域でコイルばねの間に雪が詰まって固着してばねが効かなくなる問題があったこと、北海道には地盤の悪い低規格路線が多いこと、軽量化、構造の簡略化、省力化などを考慮したもので、軸ばねはコイルばねをゴムで被覆したいわゆる「エリゴばね」として、雪咬みを防止している。初期に製造された車両は軸箱支持方式がペデスタル式で、荷重を軸箱直上の軸ばねで伝えるDT44形・TR227形であったが、以降は制輪子交換を容易にするため、軸箱支持方式を乾式円筒案内式としたDT44A形・TR227A形に変更された。枕ばねは保守面での制約などから、空気ばねを車体直結とするダイレクトマウント方式ではなく、ボルスタ直下に上揺れ枕を置きその下に空気ばねを挿入するインダイレクト方式として基本構造をDT32系と共通化しており、空気ばね・ボルスタアンカ・LV4-1形空気ばね自動高さ調整装置などは同系列と同一もしくは一部変更品を使用している。枕ばねを横剛性の高いダイアフラム型空気ばねとして揺れ枕吊りを廃止したことや、ブレーキシリンダの台車装架などにより台車の揺動特性は優秀で、DT22・TR51系コイルばね台車を装着する一般的な急行形気動車を超える乗り心地となった。また、各形式とも制輪子の自動隙間調整器によりブレーキシリンダストローク調整作業を省力化している。

2.2.4. ブレーキ
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キハ66系と同じく、12系以降の新型客車で実績のあったCL空気ブレーキに電磁弁を加えた「CLE空気ブレーキ装置」とした。これは従来型気動車の標準ブレーキ装置であったDA1系自動空気ブレーキのA動作弁に代えて三圧式制御弁  を使用し、ブレーキ弁によるブレーキ管  の減圧と並行して各車のC13-4AまたはA14-4電磁弁を制御する、電磁自動空気ブレーキである。このCLEブレーキはDA1系と比較してKU1B制御弁により空気圧指令時のブレーキ応答性が向上し、BPの最大減圧量が1.4 kg/cm2から1.8   kg/cm2となってブレーキ制御範囲が拡大されたほか、U5A応荷重弁により荷重に応じブレーキシリンダ圧力が自動的に増減される。また、電磁弁の付加により空走・込め時間の短縮による列車衝動の緩和や保ち作用が可能となる、あるいは非常ブレーキ動作時の伝達促進が得られるなど、作動性や操作性、整備性、それに保安性が改善された。床下の制御弁関係はC26Aブレーキ制御装置として1つの機器箱内にユニット化し、電熱ヒーターを装備して凍結防止を図り、加えて直通予備ブレーキ装置と耐雪ブレーキ装置を装備している。なお、DA1系自動空気ブレーキやDAE1系電磁自動空気ブレーキを搭載する在来気動車とも相互に併結可能であるが、DA1系自動空気ブレーキ搭載車との混用の場合、電磁弁が使用不能となるため最大連結両数に制約が生じ、ブレーキの応答性能も低下する。

2.3. 補器類
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2.3.1. 冷暖房装置
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暖房はキハ20系の後期製造車やキハ45系の温水暖房式から、一部のバスでも採用されている温風暖房式となった旧北海道鉄道学園『キハ40系ディーゼル動車』。これは、機関冷却水を床下の熱交換器に通し、ここに外気および室内空気を通して温風として車内に循環させる方式である。また、気温が低い時、下り勾配、停車時など、機関の廃熱だけでは冷却水温が上がらない場合には、機関始動用のWH250B形機関予熱器 を使用して機関冷却水を加熱するが、外気温が0度程度までであれば機関予熱器の使用は不要とされている旧北海道鉄道学園『キハ40系ディーゼル動車』。1両あたり2基搭載された重量125 kg、放熱器水容量14.3 Lの熱交換器により暖房能力は公称30,000 kcal/hとなり、従来の軽油燃焼式温気暖房に比して著しく強力な暖房能力を得たdate=2017年8月}}。また、機器搭載に床下スペースを必要とするが、温水管を車体内に引き通す必要がなく、構造も単純であった。加えて運転室内に自動車用温水暖房装置であるWH33形が運転席側、助士席側に各1基ずつ設置されている。

一方、冷房装置は製造時には設置されず、準備工事も見送られた。当時は地方路線の冷房化は時期尚早であると判断されたほか、本形式のDMF15HSA機関は、DMH17系と比較して2割程度の出力増であるが、車体の大型化や事故対策などで車両重量が増加したため、満足できる走行性能が得られず、そのため、自重増となる発電セットの搭載や機関出力を低下させる直結式冷房装置の搭載が困難であったことも理由である。

2.3.2. ジャンパ連結器
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本系列の初回生産グループである昭和50年度3次債務車は、各車間で各種電気信号の伝達を行うために用いるジャンパ連結器として、在来の一般形気動車と共通の制御用KE53形を2個と放送回路用KE66形 を1個、それに電磁自動空気ブレーキ指令用のKE67形 を1個の計4個のジャンパ連結器を実装していた。冷房装置を備えない一般形気動車ではこの4個のジャンパ連結器が標準で、冷房を搭載する急行形気動車ではこれに加えて冷房制御用のKE53形1個と高圧電源供給用のKE8形1個が装備される。

しかし、芯線数の少ないジャンパ連結器を多数接続するこの構成は、技術の発達に伴って後追いでジャンパ連結器を追加していった結果であり、特急形を除く全ての形式を制約なく併結するためには必要であったが、増解結作業が煩雑となり、保守上も部品の種類が増えて望ましくなかった。このためそれらすべてを、本系列の設計の基本となったキハ66系で2両ユニットの連結面間に使用されていた、新世代の多芯ジャンパ連結器であるKE91形へ集約・置換することが検討され、2回目の生産ロットとなった昭和52年度1次債務車ではその準備工事として、妻面向かって左下に大きな縦長の窪みを設け、将来ここにKE91形を格納する計画とした。

その後、昭和53年度本予算車ではジャンパ連結器格納用の窪みはそのままに、新たに設計されたKE93形 1個で従来のKE53形2個を置き換えるように計画が変更された。KE93形には在来の気動車との併結を考慮して、KE94形アダプタ が用意され、これをKE93形にボルトで固定することで、KE53形2個を備える一般形気動車と併結可能としている。

なお、KE53形2個の接点数は合計で30であるため、接点数61のKE93形では多数が空き接点となる。これはKE66・67形相当の信号線の割り当て予約など、将来的な割り当て数の増加を見越して接点数に余裕を持たせたためであり、KE93形をKE94形を併用せずに単独で使用する際には、KE66・67形や冷房用のKE53形1個の接続が不要となる。

2.4. 車両性能に対する批判など
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本系列の大型化した車体や追加装備は重量増加の原因となり、主機関の出力が低いことと併せて著しく非力で走行性能が低かったことから、この低性能や、それを招いた国鉄の開発姿勢に対して有識者から多くの批判があった。

本系列による代替の対象となったキハ17系は1機関搭載車で自重が28 tから32 t程度、同様の構成のキハ45形が33.0 tであるのに対し、キハ47形0番台が35.5 - 35.6 t、キハ24形の34.5 tに対しキハ40形100番台が36.8 - 37.6 tであり、これと比較すると1割から2割程度自重が重いことになる。これに対し、搭載機関の連続定格出力は220 PSで動輪周引張力は例えば10 - 55   km/hの速度域では約15 - 45 %高い程度である旧北海道鉄道学園『キハ40系ディーゼル動車』ため、単位重量あたりの出力ではキハ17系とキハ20系の1機関搭載車とおおむね同等、2機関搭載車のキハ51形やキハ52形などには大きく劣り、新形式車両でありながら走行性能は低く、地方線区の経営改善のためのダイヤ改正にも支障となるものとして批判された。

また、本系列を使用した普通列車の速度種別設定は「停気F1」で、上り10パーミル勾配における均衡速度は51 km/h、25パーミル勾配では26 km/h にとどまる。電化区間へ乗り入れる場合は、電車に比べ甚だしく加速力が劣るため足並みが揃わず、ダイヤ作成の障害となったほか、平坦な非電化線区においても機関2基搭載車基準のダイヤでは運行できず、本形式が運用に入る列車は別途遅いダイヤを設定しなければならないなどgroup="注"、スピードアップの阻害要因となることが多かった。1980年代後期から1990年代にかけて、曽根悟らの有識者からはこの過重量と出力不足が批判され、特に曽根は、本形式の時代錯誤的な低性能を「キハ42500形にも劣る」と厳しく批判している。

低出力による加速力自体の低さに加え、変速機の特性上、低速域の引張力が小さいため、起動はキハ20などと比べても甚だ鈍重で加速も悪く、乗客には低性能ぶりが一層強く印象付けられることとなり、1980年から1990年代の鉄道旅行誌の掲載記事等においては、新系列車両であるにもかかわらず執筆者から「旧式気動車」などと記されてしまうこともあった。

DMF15HSの定格時燃料消費率は185 g/PS/hであり、1941年に設計され太平洋戦争後に開発が再開されたDMH17系group="注"  と同水準で進歩がなく、東海旅客鉄道が採用したカミンズNTA855-R1  などの直噴機関group="注"に比べ燃費は大きく劣る。変直切替速度が高く、変速段とエンジンの高回転域を多用する変速機の非効率がそれを一層助長した。また、排気系の過熱防止のため全出力運転が5分までに制限されるDMH17系と異なり、DMF15HS系は全出力運転の時間制限がなかったため、運行中はほぼ全出力で運転できてしまい、かえって燃料消費量も増加した。DMH17系機関を1基搭載する車両の代替は可能であったが、加減速の多い仕業や勾配路線向きの形式は製作されなかった。

3. 新造車
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形式は両運転台のキハ40形、片運転台で両開き扉のキハ47形、片運転台で片開き扉・デッキ付きのキハ48形の3形式が登場している。酷寒地用、寒地用、暖地用の番台区分に加えて便所の有無による番台区分もあり、合計で13種類の仕様が存在する。

3.1. キハ40形
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片運転台のキハ47形とともに本系列の主軸となる両運転台車で、両運転台の直後2か所に片開き扉を装備し、新製時は全車が便所付きであった。

3.1.1. 100番台
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北海道用の酷寒地向けとして1977年上期から製造された、暖地向けのキハ47形とともにキハ40系では最初に就役したグループである。番台区分が0番台  とならなかったのは、旧形客車を気動車化改造したキハ40形が書類の上で存在しているためである。

車体はデッキ付きで、1段上昇式の二重窓、便所、空気ばね台車を装備する。床材は北海道向け従来形式のキハ24形などの鋼板+木材板張りから、1.2 mm厚SPA鋼板と断熱材+リノリウム張りに変更されている。1982年までに150両  が製造された。

1977年製の16両  のみ、角型水タンク、4人掛けクロスシート12組、客室の小窓が両端配置、客室の化粧板が薄茶色、台車は、軸箱支持装置がペデスタル式の空気ばね台車であるDT44・TR227、などの特徴をもつ。1978年以降に製造された117 - 250は設計が変更され、4人掛けクロスシート12組+2人掛クロスシート2席 となったほか、水タンク、窓割り、外気導入ルーバー、スカート形状がキハ40形2000番台一次形車と同様になった。客室の化粧板はクリーム色になり、台車はDT44A・TR227Aに変更された。

1988年に9両  がキハ400形に改造され、残りの車両も1990年から1995年にワンマン化改造で700番台に改番され、廃区分番台となった。

3.1.2. 500番台
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主に東北地方を対象とした寒地仕様で、1977年末から製造された。デッキ付きで上段下降・下段上昇式のユニット窓と空気ばね台車を装備する。1982年までに94両  が製造された。

初期に製作された501 - 520はDT44・TR227台車を装備し、車内の化粧板は淡緑色である。521号車以降は窓の配置や座席配置が変更され、車内の化粧板がクリーム色系、台車がDT44A・TR227Aに変更され、スカートの形状も変更された 。

3.1.3. 2000番台
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関東以西の暖地向け仕様で、1979年に製造が開始された。窓は外バメのユニット窓であるが113系1000番台などと同じ2段上昇式である、車内の化粧板はクリーム色系で、デッキは装備されていない。当初キハ47形を両運転台式としたキハ41形が計画されていたが、便所と暖房用ダクトの配置が困難であるため、キハ40形500番台に準じた車体で製造されたものであり、このため片引き戸でありながらキハ47形の「両運転台版」という性格も併せ持つこととなった。台車は金属ばねのDT22D・TR51Cである。1982年までに148両  が製造された。本来は暖地仕様だが、一部の車両が男鹿線、只見線など寒冷地で運用されている例もある。

このうち、1980年製のキハ40 2055 は1983年6月に起きた指宿枕崎線沿線の集中豪雨の際、野元トンネル北側坑口付近の線路内に流入した土砂にトンネル内から乗り上げ、乗客らの避難後さらに周辺の土砂が積み重なったため、けん引移動を断念し現場で解体撤去され同年7月付で廃車された。これは国鉄時代の本系列唯一の廃車である。

3.2. キハ47形
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1.3 m幅の両開き扉を車体中央寄り2か所に配置した、いわゆる「近郊形」のレイアウトで、客室窓は2段上昇式ユニット窓、デッキは装備せず、北海道向けの酷寒地仕様も存在しない。キハ40形、キハ48形よりもラッシュ時などの客扱い能力を重視した片運転台車であり、仕向け地と便所の有無による番台区分がある。車内の化粧板はクリーム色だが、初期に製造されたキハ47 1 - 16は淡緑色である。

3.2.1. 0番台・1000番台
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暖地向け仕様で、金属ばね台車装備。便所付きの0番台車は1977年上期に製造が開始された。1983年までに193両  が製造された。便所なしの1000番台車は1978年から製造が開始された。1982年までに134両  が製造された。この暖地向けキハ47形327両が本系列の最大グループである。

3.2.2. 500番台・1500番台
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新潟地区向け寒地仕様で、空気ばね台車装備。1978年から1980年にかけて便所付きの500番台車22両  と便所なしの1500番台車21両  が製造された。本来は寒地仕様だが、越後線と弥彦線の電化に伴い、国鉄時代に四国や中国、九州など温暖地に転じた。

3.3. キハ48形
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キハ40形と同等の車端部片開き2扉配置だが、片運転台であり、便所の有無や耐寒仕様による番台区分があるが、暖地仕様の車両は存在しない。便所は運転台のない側の車端デッキ寄りに設置されている。

3.3.1. 0番台・1000番台
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500・1500番台と同一車体・デッキ仕切り付きながら金属ばね台車装備とした準寒地向けで、1981年から1982年にかけて便所付きの0番台車が6両、便所なしの1000番台車が4両製造され、美濃太田と敦賀に配置された。

敦賀に配属された車両は1991年に小郡へ転出し、そのうち5・6・1003の3両が2003年に岡山へ転出、6・1003は2010年3月31日付で廃車となった。

3.3.2. 300番台・1300番台
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北海道向け酷寒地仕様で、1982年にごく少数が製造された。デッキ付き、1段上昇式二重窓の車体構成はキハ46形とも類似する。輸送量が限られた北海道の路線では2両編成以上が必須の片運転台車は使いにくく、便所付きの300番台車は4両 、便所なしの1300番台車は3両  の製造に留まった。

304と1300番台全車が1988年にキハ480形に改造され、1300番台は廃区分番台となった。また、301 - 303の3両は、北海道旅客鉄道に承継された後、片側の座席が1人がけクロスシートに交換されている。2012年6月1日のダイヤ改正で札沼線の一部区間が電化されたため運用から外され、3両ともミャンマー国鉄に売却されて300番台は廃区分となった。

3.3.3. 500番台・1500番台
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キハ40形500番台と同様の寒地仕様車で、1979年から製造が開始され、1982年まで増備された。デッキ付き、上段下降・下段上昇式ユニット窓と空気ばね台車を装備している。便所付きの500番台は59両 、便所なしの1500番台は50両  が製造された。主に東北地区や飯山線、高山本線に投入された。

4. 改造車
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4.1. 国鉄時代の改造車
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車齢が若かったこともあり、国鉄時代に行われた改番を伴う改造は、キハ40形1000番台のみである。また、冷房改造は鹿児島地区のみで実施された。

4.1.1. 冷房化改造
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指宿枕崎線で運用する本系列に対し、降灰対策のためバス用独立機関式クーラーのトヨタ2Jと自動車用車内放熱器のRH21を用いたAU34による冷房化を、1986年から1987年にかけてキハ40形5両およびキハ47形10両に実施した。

4.1.2. 機関直噴化改造
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1983年製のキハ37形に搭載したDMF13Sの実績に基づき、本系列のDMF15HSAについても機関直噴化改造を実施した。試作として、キハ40 109およびキハ47 47・48・1034が改造され、試験の結果16 - 20 %程度の燃料節減となったため、その後1987年までに北海道配置のキハ40系112両が改造された。改造を施した機関の形式はDMF15HSA-DIとされた。

4.1.3. キハ40形1000番台
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烏山線向けに暖地向け2000番台からトイレを撤去するなどの改造を行ったグループで9両が改造された。1001 - 1007は国鉄が1986年11月末から翌1987年3月末の間に、1008と1009は烏山線を継承したJR東日本が1991年と1995年に各1両を改造した。改造時期やその後の改造などにより形態には差異がある。

キハ40 1001 - 1007：1979年4月から5月に宇都宮運転所に新製配置し烏山線で運用していたキハ40形2000番台  のうち水戸運転所へ転出した3両  を除く7両  を改造・改番。改造工事は大宮工場で施行した。トイレの撤去により定員は98名となったが、撤去したトイレ部分の小窓と屋根上の水タンクが存置された。塗色は烏山線独自のローカル色に変更されている。国鉄分割民営化後は全車JR東日本に承継された。

民営化後の1990年3月に、1006を除く6両についてワンマン運転対応改造と座席のロングシート化工事を施行した。定員は144名に増加し、車内案内自動放送装置、外部スピーカー、乗降口案内表示器が設置された。客室は旧トイレ部分の小窓をそのまま固定化して座席および網棚、吊手を延長し、ロングシートの中央部の排気管立ち上がり部分には消火器とくず物入れを設置した。さらに1995年から1996年にかけて冷房装置を搭載して網棚上4か所にクーリングユニットを装備し、水タンクとその横にあった通風器が撤去された。乗降扉の半自動対応改造も行われた。機関換装は行われていないが、1001・1002・1004・1005の4両は燃料直噴式に改造された。

ワンマン化されなかった1006は、耐寒耐雪改造を受け東北地区に転出した。その後さらに2004年に秋田総合車両センターでリニューアル工事が行われた。烏山線に残留した同番台車とは下記のように仕様が異なるが、新たな番台は与えられていない。

座席配置がセミクロスシートのまま
屋根上水タンク存置
旧トイレ部分 の窓を埋め込み
機関をカミンズ製DMF14HZ  へ換装し、機関直結式冷房装置を搭載

同車は2021年3月の同系列運用終了まで秋田地区で活躍し、7月に小湊鉄道に譲渡された。

キハ40 1008：1991年8月に、高崎運転所のキハ40 2087を改造。他の1000番台と異なり旧トイレ部には他の客室窓と同様のユニット窓が設けられている。また、高崎時代にAU34を搭載して冷房化されており、室内はクーリングユニットではなく天井に冷房用ダクトが設けられている。水タンク横の通風器が残る他、床下機器配置も異なっている。機関は燃料直噴式へ改造された。

キハ40 1009：1995年12月に水郡線営業所のキハ40 2139を改造。水郡線時代にAU34による冷房化とワンマン化改造を受けた為、1008同様に水タンク横の通風器が残っている他、室内も冷房用ダクトが天井に設けられている。ただし旧トイレ部の窓はトイレ時代の小窓のまま固定化されており、ワンマン化時期の関係で外部スピーカーと乗降口案内表示器の位置も他車と異なる。機関は原形のまま。2017年に錦川鉄道へ譲渡された。

キハ40 2011 - 2017・2087・2139 → 1001 - 1009

4.2. JR北海道の改造車
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4.2.1. キハ400形・キハ480形
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1988年11月3日のJR北海道ダイヤ改正に伴う宗谷本線の高速化のため、「宗谷」・「天北」・「利尻」に使用されていた14系客車 を置き換えるために経年の浅かったキハ40形100番台9両、キハ48形300番台1両、1300番台3両の計13両を急行用に改造したもの。車番は改造前から変更せず、それぞれの形式称号の末尾に0を加えてキハ400形・キハ480形に形式を改めた。両形式を総称してキハ400系ともいう。

特急列車が多くダイヤ密度の高い函館本線での高速運転や、宗谷本線の勾配区間での優等列車運用に対応するため、機関をキハ183系550番台・1550番台でも採用されたDMF13HZ  に、変速機は同時期に製造が始まったキハ85系やキハ100系などに採用された多段式のN-DW14B形に交換。特急用気動車と遜色ない出力と加速力の向上を図った。その結果名寄駅での増解結作業が増えたにもかかわらず、客車時代より約40分、キハ56系時代よりも約20分のスピードアップを達成している。

客室のアコモデーションも14系客車に遜色ないものに改められた。座席はキハ183系500番台と同等のリクライニングシートへ交換され、横引きカーテンや窓框に縁取りが設けられたが、窓配置がキハ40・48時代のままのため窓と座席の間隔が一致しておらず、眺望はほとんど利かなかった。キハ400形については便所を改良して隣に洗面所を新設した。キハ480形は種車が便所付きだった304も撤去して全車便所なしとしている。また、屋根上にインバーター式の冷房装置  1基を搭載して冷房化したが、機関直結式ではなく、キハ400形客室内の床上に設けた機器室内に設置した発電用電源エンジンにより、キハ400形自車とキハ480形へ三相交流220 Vを給電して稼働させる独立機関式とした。そのためキハ480形単独では冷房装置を使用できなかった。

外観はグレー系のツートンカラーに赤の細帯という独自の塗装に変更された。また、先述のように窓配置は変更されていないものの、キハ400は先述の改造によりトイレの隣の窓1つは洗面所スペースとして埋め込まれ、反対側は発電用機関スペースとなった窓2つ分が同様に埋め込まれてルーバーが増設され、使用列車名をあしらったエンブレム状のロゴが塗装で表現されていた。定員はキハ400形が48名。キハ480形は当初68名だったが、のちに飲料水の自動販売機が設置され66名に減少した。

全13両で予備車が少なく、またキハ400形が機関室・便所・洗面所付き両運転台車で定員が少ないため、多客期は自由席としてキハ56系やキハ54形などが増結されていた。その後、老朽化したお座敷気動車を置き換えるため、1997年にキハ400形100番台3両がお座敷気動車に改造されて500番台に改番され、代替はキハ182形が改造の上転用された。急行用として残った10両は、2000年3月11日のダイヤ改正まで使用されたが、このダイヤ改正で宗谷本線高速化完成に伴う急行の特急格上げに伴い定期運用から外された。うち9両は同年夏に学園都市線用の一般車に再改造されたが、キハ480-304は転用されず、2006年10月6日付で廃車された。



4.2.1.1. キハ400形500番台
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老朽化したお座敷気動車を置き換えるために、1997年から1998年にかけて前述のキハ400形100番台3両をお座敷車に改造したものである。同時期に改造されたお座敷車のキハ183系6000番台と同様、一般車と併結して運用することが可能である。

客室を可能な限り広く取るため前位側の出入り台を撤去し、塗装は黒、深い赤、暗い灰色のブロックパターンに改められた。客室は床面をかさ上げしてカーペット敷きとし、深さ30 cmの掘り炬燵構造としているが、乗客が足を伸ばしてくつろげるよう床面をフラットにすることも可能である。2003年度には冷房装置の交換などの更新改造が実施された。2015年3月31日付で2両が廃車され、残った501も同年11月に解体され、キハ400形は形式消滅した。



4.2.2. キハ40形700番台
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1990年から1994年にかけてキハ40形100番台にワンマン運転対応工事を行ったもので、キハ400形に改造された9両を除く141両全車が改造された。番号は1次車  が種車の車両は元番号に725を足した連番、その他の竣工順の付番とされている。

また、17両が都市近郊輸送に対応するため、旧番号時代の1991年から1992年にクロスシートを1+2列に改造している。番号は次のとおり。

キハ40 175・178 - 180・186 - 188・207 - 210・222・226 - 228・249・250 → 802 - 805・813 - 825のちに、機関の換装などにより一部が300・350・400番台に改造されたほか、789は改番前の150号時代の1988年に機関をキハ400形と同じDMF13HZに、変速機をN-DW14Bに換装しているが、番号上は区別されていない。DMF15HSAのまま機関の直噴化改造を施工された車両があり、その車両はエアクリーナーが移設されたため、車体側面の機関用吸気口が塞がれている。循環式汚物処理装置の取り付けが進んでおり、屋上の水タンクを撤去し車内設置に変更した車両も存在する。

JR移行後は、地域色を除き外板色が白地に萌黄色と青の帯に統一されていたが、2010年4月に、釧路運輸車両所所属の777が首都圏色に変更された。

更なる使用を目的に後述する1700番台への延命改造が実施されたため数を減らし、2022年3月12日のダイヤ改正まで残っていたキハ40 721-730-733-802が改正後順次廃車回送され、形式消滅区分となった。