国鉄20系客車

国鉄20系客車は、日本国有鉄道が1958年に開発した寝台列車用客車である。

1. 概要
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1958年から1970年までに合計14形式473両が製造された。他形式からの改造編入が6両あったほか、系列内での改造による形式増加があり、最終的には20形式479両となった『鉄道ピクトリアル』763号、75頁、「年度末両数表」。}}。

最初に投入された列車にちなみ「あさかぜ形客車」とも呼ばれ、その設備の優秀さから登場当時は「走るホテル」とも評された。

電源車から一括供給される大容量の電力により、国鉄制式客車としては初となる全車空調装置の装備と、食堂車調理設備の完全電化を実現。また編成内の旅客車全車に空気ばね台車を装備するなど、居住性を大きく改善した画期的な車両である。

2. 構造
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日本で初めて同一系列・同一意匠の車両による「固定編成」を組むことを前提とした体系的な基本構想の下に設計された客車である。本形式の要である電源車を中心とした軽量構造の固定客車は、東海道本線の全線電化の暁に目玉となる強力な電気機関車で牽引する新特急計画で具体化しており、遅くとも1956年末までに実現する予定であった。1955年に島秀雄が技師長に就任すると計画は見直され、動力分散方式へ方針は変更され、計画されていた客車列車は「あさかぜ」のサービスアップ計画に活用されることになった。

塗装は青15号にクリーム色1号の帯を3本巻いた外観はデザイン的にも優れ、以後の客車寝台特急も含めて「ブルートレイン」と呼ばれる起源となった。

2.1. 車体
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設計は先行する10系客車を基本とし、普通鋼使用であるものの、台枠だけではなく側板などにも荷重を負担させることで、梁や柱などの構造部材を省略して大幅な軽量化かつ側面を腰板部で絞った大断面準張殻構造車体を採用した。外板は1.6mm厚、屋根板は1.2mm厚の冷間圧延鋼板を使用し、イボ付絶縁屋根布を張っている。鋼体内側には10mm厚のスプレーアスベストを吹き付け、防音・防熱性に配慮した。

屋根部は床下冷房搭載により扇風機カバーや通風器などの突起物を一切取り付ける必要が無くなったことから、車両限界を最大限に活用すべく丸く深い切妻構造の断面形状である。

また完全冷房化により、側窓は車掌室やトイレなど開閉の必要のあるものを除き全て複層ガラスとゴムシーリングによる固定窓とした。座席車はシートピッチに合わせた狭窓を、寝台車や食堂車は区画に合わせた広窓を採用し在来車の窓配置を踏襲する形で窓寸法が決定されている。

2段式1等寝台車では上段寝台明かり取り用小窓を幕板部に設置し、外観上の特徴となった。編成の最前部・最後尾に連結される電源車は3枚の平面ガラス、緩急車は2面の曲面ガラスを採用する丸妻型デザインである。また分割運用にも対応する編成中間の緩急車は、貫通路を備える切妻形デザインとした。

内装は当初は10系客車同様のハードボードと称する木質樹脂板を使用したが、途中からメラミン樹脂化粧板に変更された。

同時に寝台車の天井内張板も穿孔板から一般の化粧板に変更。ナロネ20・22形では、「ルーメット」と称する1人用個室を国鉄の営業用客車では初めて採用した。

2等寝台車は10系寝台車と同様、3段式の折りたたみ寝台を備える側廊下式配置で、組立・解体作業は手動で行った。

このため多数の人手と長い時間を要することから側廊下には跳ね上げ式の折りたたみ座席を設置した。客用扉は自動ドアの採用を見送り、電磁弁で遠隔ロックのみ可能な手動式折り戸である。

開閉作業は列車給仕により行われていたが、1976年10月の車掌補廃止以降は開扉は乗客が行うようになった。閉扉は車掌の業務となったため扉が開いた状態のまま発車し走行中に車掌が各車を巡回して閉める光景も見られたgroup="注"。そのため、各ドアには「手であけてください」等の2種類のドアステッカーが貼られた。 愛称板は非貫通タイプの電源車・緩急車では5角形のアクリル板による電照式大形愛称表示装置を採用した。

初期には列車によって配色を変える試みがなされ、地色は「あさかぜ」は薄水色、「さくら」は桃色、「はやぶさ」は黄色、「みずほ」は水色が採用されたが、1964年の「富士」「はくつる」以降は簡略化のため白の地色に濃青の文字にほぼ統一され、前記の各列車も次第にそのスタイルに取り替えられた。
ただし「あけぼの」「ゆうづる」では、両列車に青森運転所と秋田運転区の運用が混在したことから区別のため、青森車が白地、秋田車が桃地とされた。
1978年より導入した「絵入りサインマーク」は、特急列車では、既に本系列が置換え対象となっていたため、1980年代に多客期の臨時列車として投入された「明星」「あかつき」「日本海」で新規に作成された程度で、急行列車では1980年の「銀河」を皮切りに九州地区の「かいもん」「日南」でも採用された。また、同時期から1990年代にかけて運行された臨時急行「おが」「あおもり」「玄海」「霧島」「雲仙」で絵入りサインが採用された一方で、その他の定期急行運用では文字の「急行」表示のみとされた。分割用緩急車であるナハフ21・ナハネフ21・ナハネフ23では貫通路を挟んだ形の2分割タイプのバックサインで、列車名のアクリル板を車内側の蓋を開けて差し込む構造である。

客用扉及び車端部には固定式の等級・種別・号車・行先の各表示灯を設置し、客用扉部には列車名の表示灯も備えた

行先表示灯は「東京←→博多」の様に発着地両表示とし、着地を裏から照明の点滅で明示した。
等級表示灯は以下の相違がある。
3等級制時代：白地黒文字「2等寝台」「3等寝台」「2等」「3等」
2等級制時代：青地白抜き文字「1等寝台」「2等寝台」「1等」「2等」
等級制度廃止後：白地黒文字「A寝台」「B寝台」「グリーン車」

2.2. 主要機器
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2.2.1. 電源システム
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従来型客車が装備した蒸気暖房・車軸駆動冷房・石炭レンジなどをすべて排除した、国鉄としては初となる「完全電化」車である。このため編成の一端に連結された電源車により、編成内の冷暖房や食堂車調理設備等の電源の一切を供給する集中電源方式を採用した。

電源車はマニ20形・カニ21形・カニ22形が新造され、DMF31S-G形ディーゼルエンジンと三相交流600 V電源を供給するPAG1形発電機を2セット搭載するが、カニ22形ではそれに加え、直流電化区間でパンタグラフからの集電によって駆動する大容量電動発電機も搭載した。

九州地区での付属編成分割運転に対応するため、旧形客車から改造された簡易電源車のマヤ20形では、DMH17C-G・DMH17S-G形ディーゼルエンジンとPAG7形発電機を2セット搭載した。

発電された電力はKE2形ジャンパ連結器を介し、全車両に給電される。給電された電力は車両ごとの変圧器でさらに電灯電源にあたる単相100 Vと動力電源にあたる三相200 Vに変換され、前者は照明・サービス用コンセント・冷水器・ジュースクーラーなどの小型電化機器に、後者は空調や食堂車の調理機器に用いられた。

2.2.2. 冷房装置
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冷凍能力12,800kcalの三菱電機製AU21形もしくは日立製作所製AU22形集中式冷房装置を各車の床下に2基搭載し、電源車から給電される電力で駆動する。なお、前者は日本車輛製の車両に、後者は日立製の車両に搭載された。

2.2.3. 台車
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電源車以外の各形式については10系で開発・実用化されたTR50形を基本としつつ、乗り心地改善のために枕ばねをベローズ式空気ばねへ置換えた鋼板プレス材溶接組み立てによるペデスタル式の軸ばね式台車であるTR55形を装着する。だが、同時期の特急形電車・気動車で採用された2次蛇行動を抑止するボルスタアンカーの装着は見送られた。これら電車・気動車は全てウイングばね式台車であり、後年増備の車両はさらに軸ばねにオイルダンパーも装着した。これらを装備しない客車用台車は線路の載る地盤や道床の影響を受けやすい欠点を抱えるが、製造当初から既に電源車以外の重量が全てナ級ぎりぎりであり、後継の14系等を含めこれ以上にサスペンションに手を入れることはなかった。

これに対し電源車は乗り心地に対する配慮が特に必要なく、また荷重も大きいことからばね定数を大きくとり、枕ばねを金属ばねとしたTR54・54A・66の各形式を装着する。

2.2.4. 連結器
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固定編成が前提の観点から、編成の中間となる車両の連結器は噛み合わせの遊びを極力少なくした密着自動連結器とし、また車体台枠へのマウント部分に前位側に油圧式、後位側にゴム式の緩衝装置を設けることで衝撃を吸収出来る設計を採用。さらに高速運転時の横揺れ対策として、妻面に車端ダンパを装備した。

また前述の電力供給用KE2形以外にも制御・連絡回線用KE59形、1968年のブレーキ改造後は電磁ブレーキ指令用KE72形の各ジャンパ連結器を装備する。

2.2.5. ブレーキ
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新造開始当初は山陽本線の電化区間が姫路に到達したばかりで、非電化区間ではC62形などの蒸気機関車が牽引を担当した。このため、在来型客車と同様に通常のA動作弁に対するブレーキ管指令によるAS自動空気ブレーキを装備し、最高速度は従来通り95km/hに制限された。AS自動空気ブレーキは在来形客車が搭載しているAV自動空気ブレーキとは構造がほぼ同じなので、AS自動空気ブレーキを搭載していた頃は在来形客車との併結も可能であった。

その後1967年10月の常磐線全線電化完成で本系列の幹線系での蒸気機関車牽引による運用が消滅し、さらに1968年9月をもって最後まで残っていた佐世保線内のC11形牽引運用もDD51形への置換えが決定したことから、1968年10月1日のダイヤ改正に向けASブレーキに中継弁 ・電磁給排弁 ・ブレーキ率速度制御機能を付与したAREB増圧装置付き電磁自動空気ブレーキ化改造工事を実施し、110km/h運転対応となった。

この改良により以後の営業運転時は原則として牽引機関車が限定されることになり、最高速度95km/h超での運転では以下の装備が必要となった。

編成増圧ブレーキ装置
電磁指令ブレーキ回路
元空気溜管  引き通しまた95km/h以下での運転の際にも増圧圧縮空気や空気ばね台車への供給源として元空気溜管の接続を必要としたため全ての運用について牽引機関車が限定されたほか、AV自動空気ブレーキを搭載する在来形客車との併結はできなくなった。

奥羽本線では全区間95km/h以下の運転であるが、急勾配区間となる板谷峠での非常ブレーキ時に全編成に同期的な作用を促し連結器にかかる過大な力の発生を抑えるため電空帰還器を装備せずブレーキ弁の非常接点のみを電磁指令としたため牽引機となるEF71形・ED78形では95km/h以上での運転に準ずる装備制約がある。この牽引機限定の制約は、後年の急行列車転用に際して機関車側からの元空気溜管への供給を不要とするためカニ21形の荷物室に空気圧縮機を搭載改造したカヤ21形が竣工するまで継続した。

3. 形式
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解説文中以下の点に注意。

電源車とナハ21形を除き1960 - 69年の2等級制による表示とする。
1960年以前の3等級制時代においては、1等→2等・2等→3等である。
1969年以降は、1等座席車→グリーン車・2等座席車→普通車・1等寝台車→A寝台車・2等寝台車→B寝台車に相当。
等級については、1等車・2等車・3等車も参照。

3.1. 新造車
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本系列の新造車は、原則として車両番号下2桁1 - 49は日本車輌製造、51 - 99は日立製作所と、製造メーカーでの区分を実施した。なお、日立製作所は1963年の「みずほ」用増備車を最後に客車の製造を中止したため、この区分原則は崩れ、1970年製造のナハネ20 350 - 364では車番の下2桁が50以降であるが、日本車輌製造製となった。

また、本系列では内装の仕様に対して、ある程度のメーカーの裁量が認められていたこともあり、後述するように、ナロネ20形・ナロ20形・ナシ20形・ナハ20形については日本車輌製造製と日立製作所製とで内装に大きく異なる点が存在する。

寝台車・座席車・食堂車・その他の順に記述する。

3.1.1. ナロネ20形
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1958年に3両のみ製造された1人・2人用1等個室寝台車。区分室のみで構成されており、定員は18名。

1人用個室「ルーメット」 1,960 mm×1,046 mmの個室が車体前位側に5室ずつ中央の通路を挟み、10室が区画された。室内には幅900 mm程の1人用ソファがあり、背ズリ部分が壁ごと手前に倒れて寝台となる構造。さらに補助席・収納式洗面台・電気カミソリ用コンセントを装備する。 2人用個室「コンパートメント」 マロネ40の2人用個室設計を元にした、1,960 mm×1,046 mmの個室を後位側に4室設置する。東海道本線基準の山側に通路を持ち、室内は枕木方向に長いソファの背ズリ部分が倒れて下段寝台となり、壁面に折りたたまれた上段寝台が引き出されて2段ベッドとなる。壁面にはテーブル兼用の洗面台と中に水差しを備えた鏡台を装備する。車端側の2室は4人個室としての利用も想定し、間仕切りが開放できる構造を採用した。それぞれの個室両端に洋式トイレを1室ずつ計2室のほか、荷物保管室・給仕室を設置するなど本系列の代名詞である「走るホテル」の名を具現化した豪華車両でもある。

本形式は1次車3両が製造されたのみであるが、日本車輌製造の1・2と日立製作所製造の51とでは窓配置が異なるほか、車内デザインに差異が存在する。

1人用個室通路の照明配置 1・2は千鳥配置。51は天井中央に配置。 2人用個室通路の照明配置 1・2は通路端配置。51は中央に配置。 個室内装 1・2は木目調でシート地は緑色。51はクリーム色の壁材でシート地はオレンジ色。新製時から1975年3月10日国鉄ダイヤ改正で運用を終了するまで終始「あさかぜ」専用で、品川客車区に配置された。山陽新幹線博多開業後は他線区への転用も難しいことから、1976年に全車廃車され形式消滅となった。

3.1.2. ナロネ21形
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1958年から1970年にかけて59両が製造されたプルマン形開放式1等寝台車。室内配置はマロネ41形を元にした、中央通路を挟んで左右に上下2段寝台をレール方向に7区画ずつ28名分寝台が配置され、そのほかに喫煙コーナー・給仕室・荷物保管室・和式ならびに洋式トイレが設置された。

1 - 4・51 - 55 初期に製造されたグループ。1969年と1970年に大船工場にて100番台と同仕様にする改造を施工し、原番号+500に改番された。 101 - 147・151 - 153 「みずほ」でナロ20形連結を中止したため、給仕室→専務車掌室・荷物保管室→給仕室ならびに730 mmの小窓設置・喫煙室の半分→更衣室へと仕様が変更され、番台が区分された。この設計変更は以後製造された車両の標準仕様ともなった。後に一部が座席車ナハ21形に改造され、分割民営化までに多くが廃車された。残存した少数の車両はカートレインなどで運用されたが、1996年には全車廃車となり形式消滅した。

3.1.3. ナロネ22形
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1959年の「さくら」運転開始に合わせて製造開始された1人用個室・開放式合造1等寝台車。1963年までに1 - 3・51 - 55の8両が製造された。

前位はナロネ20形と同じ1人用個室が6室、喫煙コーナーを挟んで後位には開放式寝台を16名分設置する。

なお、ナロネ20形とは異なり、外観や個室寝台の車内デザインは日本車輌製造車両と日立製作所製造車両とでの違いはなく、後者製造分も内装は前者製造分にほぼ統一されていた。

乗務員室→専務車掌室・荷物保管室→乗務員室とし730 mmの窓を新設する改造が1969年および1970年に大船工場で施工され、原番号+100となった。

九州ブルトレにのみ連結された関係から終始品川客車区配置であり、最後の連結列車であった「あさかぜ1号・2号」の24系25形客車置換えにより全室1人用個室のオロネ25形で代替され、こちらも他線区への転用が困難なこともあり、1978年に廃車・形式消滅となった。

3.1.4. ナハネ20形
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2等寝台車。1958年から1970年にかけて、1 - 49・51 - 91・101 - 149・201 - 249・301 - 364と、本系列中最多の253両が製造された。基本的なレイアウトはナハネ11形に準じ、車内は側廊下式で幅520 mmの3段式寝台が9ボックス54名分並ぶ構造は踏襲しているが、当初より冷暖房完備で、各段寝台の上下間隔が大きく取られ、快適性が改善された。また固定窓となったため窓下に格納スペースが生まれ、通路側下部には折りたたみ式座席が設置されたほか、車端部に和式トイレ2室と洗面台3基、出入り口付近に給仕室を装備する。JRに継承されたが1997年までに形式消滅した。改造車については後述。

3.1.5. ナハネフ22形
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全車寝台化への方針変更によりナハフ20形に代わって1964年から1970年にかけて1 - 26が日本車輌製造のみで製造された2等寝台緩急車。ナハフ20形同様の非貫通式を採用し、最後尾は車掌室と展望室を設置する。寝台はナハネ20形同様の3段式が8ボックス48名分設置されており、トイレ・洗面所もナハネ20形と同じである。車掌室とは別に乗務員室も設置された。改造車については後述。JRに継承された車両も1996年には廃車となり形式消滅した。

3.1.6. ナハネフ23形
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1964年から1970年にかけて、1 - 20が日本車輌製造のみで製造された2等寝台緩急車。ナハフ21形同様に編成分割を前提とした切妻・貫通式を採用。寝台はナハネフ22形と同様の48名分だが、ナハフ21形にあった売店はない。改造車については後述。JRに継承された車両も1997年までに廃車され形式消滅した。

3.1.7. ナロ20形
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当初は全車寝台車ではなく一部を座席車としていたため1958年から1960年にかけて製造された1等座席車。ナロ10形の座席レイアウトを踏襲したシートピッチ1,170 mmのリクライニングシートを12列装備し、定員は48名。床下空調の風道とするため座席部分の床を通路よりも100 mm高とする構造のほか、白熱灯を使った光軸可変スポットライト式の読書灯を各座席に設置した。出入り台側に洋式便所・洗面台・荷物保管室・車掌室が、前位寄りに和式便所・洗面所が設けられていた。

1 - 5・51 - 54の9両が製造されたが、1968年に3両を残してナハネ20形に改造され、ナハネ20 501 - 503・506 - 508となった。残った4・5・54は、2等座席車廃止後も1975年3月まで「あさかぜ」用の1等車→グリーン車として使用され廃車となった。 実現はしなかったが全車をナロネ21に準じた寝台車へ改造する計画も存在した。

車内デザインは日本車輌製造車両と日立製作所製造車両とで異なっており、前者が暖色系の座席モケットで日除けもナハ20形などの2等座席車と同様の巻上式カーテンであるのに対して、後者は寒色系の座席モケットと横引きカーテンとなっていた。

3.1.8. ナハ20形
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1958年に製造された定員64名の2等座席車。回転式クロスシートを装備しているが、当初は車両基地などでの転換を想定したもので、構造上車端から順番に回転させる必要があり、乗客が任意に回転させることは不可能であった。

座席部分の床はナロ20形と同じ理由で100 mm高い。

客室の固定窓化で立売りの駅弁などが利用しにくくなった乗客への対策と、食堂車を補助する観点から、国鉄としては初の売店設置車両となり、弁当・土産・新聞などを販売した。構造的にはショーケースカウンターとその向かいに電気式ジュースクーラーならびに物置を配置した。また、ホームから物品搬入の便を図るため、側面には業務用扉が設置された。

なお、ナハ20形の売店部分のデザインは日本車輌製造車両と日立製作所製造車両とで多少異なっている。

1・51・52の3両が製造されたに留まり、「あさかぜ」の後には1964年運転開始の「はくつる」に連結された。運用移管により1966年に尾久客車区に転出、その後1968年に青森運転所に再転出し「ゆうづる」で運用されたが、東北方面においても昼行特急列車網の整備などによって座席車を利用する旅客が減少したことから、1970年8月に運用を終了した。なお、東北方面への転出後は売店は使用されず、ワゴンによる車内販売となった。

1971年にナハネ20 510 - 512に改造され、形式消滅した。

3.1.9. ナハフ20形
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1958年から1963年にかけて製造された2等座席緩急車。最後部に連結される非貫通式流線形緩急車で、右側半分を車掌室、左側半分を展望室として乗客に開放した。客室はナハ20形に準じており、定員は68名。1 - 6・51 - 53の9両が製造されたが、1958年から1959年にかけて製造された1 - 3・51・52は製造技術面の問題で、妻部窓ガラスを平面4枚窓とし、それ以降は曲面ガラス2枚窓が採用された。

1964年10月の東海道新幹線の開業以後は東海道区間内での座席利用が減少したこともあり、後に新設の「ゆうづる」などに連結されたが、1970年12月に全ての運用が終了。また、1965年以降は寝台特急列車全席寝台化の方針により順次寝台車に改造され、ナハネフ20形に3両・ナハネ20形500番台に1両・ナハネフ22形500番台に5両が改造され、形式消滅した。

3.1.10. ナハフ21形
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1959年から1963年にかけて製造された2等座席緩急車。編成中間に挟んで分割併合に対応するため、切妻・貫通式とした形式。「さくら」「はやぶさ」「みずほ」の基本編成に使用された。客室はナハ20形に準じ、定員は60名。ナハ20形と同様に売店も設置された。1 - 4・51 - 56の10両が製造されたが、1965年以降ナハネフ21形に6両・ナハネフ23形500番台に4両が改造され形式消滅した。

3.1.11. ナシ20形
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1958年から1970年にかけて1 - 29・51 - 57の36両が製造された食堂車。基本構造はオシ17形に準ずるが、厨房は完全電化され、冷蔵庫や電気レンジが設置されるなど、近代化された。食堂部分は通路を挟んで4人掛けの片持ち式テーブルを10セット設置したため定員は40名である。

食堂の内装デザインが製造メーカーで全く異なることも特徴である。

食堂満席時に待合室となる喫煙室は深夜の営業終了時に座布団と背ズリを引き出し従業員用寝台になる構造が採用された。当初車端部には、将来の列車電話の使用開始を見越し、準備工事を施工した電話室が設置されていた。

増備中には以下の設計変更が行われた。

1978年の「あさかぜ」編成置換えにより定期列車での運用が終了。24系などの増備により1980年前後には全車が休車となった。しかし財政管理の都合上、分割民営化直前まで車籍を有していた車両もあり、1987年に全車廃車となり、形式消滅した。

3.1.12. マニ20形
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1958年に製造された電源荷物車。全長17,500 mm、自重40.6 t、台車はTR54形で250 kVAのディーゼル発電機を2基搭載。

当初は全長19 m・荷物室荷重4 tのスニ20として設計されたが、製造途中で騒音対策強化を行った関係で重量が増加し、列車重量が400 tに収まらなくなったため全長を縮小して、マニ20として落成した。
荷物用扉は、一般的な引き戸ではなくカニ38形で試用された上昇式の巻き上げシャッターを採用。全長が短く新聞輸送に対して荷物室荷重3 tと小さいため1・51・52の3両のみの製造にとどまり、以後電源車はカニ21形が増備される。当初は「あさかぜ」で使用されたが、後に荷物需要の少ない「はやぶさ」・「富士」に使用、1965年には向日町に転属して「あかつき」で使用される。1968年の青森転属に際しては寒冷地対策、1971年以降は推進運転設備の取り付け、電源装置の自動制御化、機関室への明かり窓の追加などの改造工事が施工された。1977年に全車廃車で形式消滅。

3.1.13. カニ21形
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1959年の2次車から製造された電源荷物車。マニ20形からの変更点を以下に示す。

新聞輸送急増のため全長を20,000 mmに延長し、荷物室を5 t積みに拡大、そして荷物室扉をカニ38の様なシャッターに変更。
機関室にも明かり窓を設置、発電機の騒音対策をさらに強化。
マニ20形での運用実績を反映し、燃料タンク容量がマニ20形の1700リットル2基から1700リットル1基に変更となった。1960年・1963年には後述するカニ22形が製造されたもの、1964年以降はディーゼル発電機や関連機器を1963年製のカニ22形と仕様を揃えた上で再び本形式が製造されることになり、同年に新設された「はくつる」運用で寒冷地へ入線することから耐寒設備を追加、さらに4以降は「はやぶさ」「富士」といった片道24時間前後の長距離運用を考慮し燃料タンクを1700リットル1基から2基へ変更することとなり、1 - 3と51・52にもタンク増設が行われた。

1970年6月増備の122 - 124は電源装置の無人運転に対応するため遠隔自動制御装置が装備されており、基本番台の続番+100の車番に区分された。1970年9月に下関に配備された最終製造車25 - 27には新製時は自動制御化は準備工事とされたが、翌年に装備された。

当初は一部の車両にだけ電源装置の自動制御化の改造を行い、改造を行った車両は基本番台の続番+100の車番に区分する予定であったが、試験結果が良好だったため、1971年から翌年にかけてカニ21形・マニ20形・カニ22形全車に電源装置の自動制御化改造が実施されたが、その際に改造に伴う改番は実施されなかった。1 - 21・25 - 27・51・52・122 - 124の29両が製造されたが、18両が後述のカヤ21形に改造された。1985年に形式消滅。

3.1.14. カニ22形
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1960年および1963年に製造された電源荷物車。1959年に架線を利用した電源方式が本格的に検討されるようになり、当初は下記のオニ22を連結し非電化区間は従来の電源車を増結する重連方式が計画された。しかし、牽引定数や編成長の問題により見送られ1車両に双方の電源を集約する両用方式が検討され始めた。 1960年、今後の電源車は両用方式を標準とすることが決まったため「はやぶさ」を20系化する際に登場した。本形式の特徴を以下に示す。

カニ21形同様のディーゼル発電機2基のほか、山陽本線全線電化による直流電化区間での架線電力有効利用を検討した結果、電動発電機と給電のため屋根上にPS18形パンタグラフを2基搭載。
電源装置の切替は同乗している技術員によって手動で行われるほか、パンタグラフの上昇・降下などは本系列制御回線用のKE59形ジャンパ連結器によりEF58形・EF60形500番台・EF65形500番台から遠隔操作することができ、当初は電化区間内で電源装置を無人運転することを想定したためEF58形の対応車両では電源装置の起動・停止や負荷切替といった遠隔制御機能も搭載されたが、実際には技術員の乗務が続けられたこともあってEF60形500番台以降は故障や火災時の緊急操作用に簡略化された。
燃料タンクはカニ21形の初期車と同じく1,700リットル、さらに10リットル補助タンク2基と火災検知器・炭酸ガス消火装置を搭載。
計画当初58 t程度に収める予定だった自重は、軽量化の失敗と機器の重量増もあって59 tで落成し、荷物・燃料を満載すると64 tにも達し軸重が最大16 tとなり、ばね定数の問題から軸ばね式のTR54系では支えるのが困難と判断され、電車用のDT21系と同様の複列コイルばねによるウィングばね式であるTR66形が新規設計され装着。
軸重を許容できる線路規格の高い区間でしか最高速度で運転できないという制約があり、速度制限を受けずに走行可能なのは東海道本線・山陽本線・鹿児島本線熊本以北のみであった。このため熊本以南で70 km/hの速度制限を受けるよりも、長崎本線での応急的な軌道強化工事を施工して速度制限を75 km/hに緩和する対応の方が得策であること。また、荷物室の荷重も2 tと小さいことから、当初予定されていた「はやぶさ」での運用は試運転時以外ではカニ21形の代走で使われた程度ネコ・パブリッシング「国鉄時代」Vol.54「九州の鉄路」p.49-50。}}であり、基本的には「さくら」で限定運用された。以後の増備は1963年の「みずほ」20系化時のみで、1 - 3・51 - 53の6両が製造されたに留まった。「はくつる」と「富士」の20系化にカニ22が使用されることになっていたが、九州方面とは違い東北方面などでは両用方式は必ずしも適正ではなく、速度制限により特急速度の維持も難しくなった。そのため、長距離用に燃料タンクを大型化したディーゼル方式が両用方式に変わり標準となり、MGも比較的早期に撤去された。また、1964年 - 1965年には「あさかぜ」にも使われたほか、「はくつる」の583系電車化ならびに「ゆうづる」青森運転所移管となる1968年ダイヤ改正まではパンタグラフ・MGを搭載したままカニ21形の予備車として充当された実績がある。

51 新製直後にマニ20形・カニ21形との共通予備車とされたことから、軸重軽減のためMGを撤去し、車内に800リットルの燃料タンクを設置。 52・53 1965年に「さくら」運用での佐世保線入線に備えてMGとパンタグラフを撤去。 1・2・3 「みずほ」「あさかぜ」運用でMGを使用していたが、1968年の向日町運転所転属時までにMGとパンタグラフを撤去。以後は東北方面や関西 - 九州といった地方線区での運用となるため、全車ともディーゼル発電機のみの使用となり、先にMGを撤去していた51と同様に元のMG装備位置には燃料タンクが増設された。

これによりカニ21形との共通運用が可能となったが、実際には荷物積載量が少ないため、向日町運転所時代は主に関西 - 九州の「彗星」で使用され、さらに1973年以降に寒冷地対策工事と推進運転用設備取り付け工事を施したうえで青森運転所と秋田運転所へ転属、上野発着の「あけぼの」「ゆうづる」で運用された。1975年に2両が24系に編入改造されてカニ25 1・2となった。詳細は#カニ25形も参照のこと。1979年に形式消滅。

3.2. 改造車
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改造工事施工順に解説する。

3.2.1. マヤ20形
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本系列の簡易電源車である。設計変更されたことから1 - 3と10 - 12のグループが存在する。

3.2.1.1. 1 - 3
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1963年6月に「みずほ」20系化の際、付属編成が門司 - 大分間で分割運用となったことから、電源確保のため旧形客車オハシ30形から小倉工場で改造され、1・2が門司客貨車区に配置された。短区間用のため荷物室は無く、形式は職用車の「ヤ」とした。

1964年10月に「みずほ」付属編成が「富士」として独立すると定期運用を外れ、1を休車とし2は予備電源車として待機体制）