国鉄8620形蒸気機関車
車軸配置は1C(日本国鉄式)、2-6-0(ホワイト式)もしくは通称モーガルと呼ばれる配列で、当時の旅客用機関車で一般的であった2軸ボギー式台車を本形式では先輪と第1動輪を一体化した「省式心向キ台車」に置換えて曲線通過性能を良くしており、その最小半径は80 mで、後年のローカル線用タンク式蒸気機関車であるC12形と同等である。また、走行装置の基本的な寸法は8800形をベースとしており、動輪直径、動輪軸間距離、シリンダー径×行程、ピストン弁径、シリンダー中心 - ピストン弁中心間距離、左右シリンダー中心間距離が同一となっている。このため、シリンダー引張力(シリンダー平均有効圧をボイラー圧力の85 %とした場合の引張力)も同一の91.2 kNであるが、ボイラーは小型化となった一方で先輪が1軸少なくなったため、動輪上重量が39.76 t(1931年形式図で41.46tに修正)と8800形の36.77 tを上回り、粘着牽引力(動輪周上重量に粘着係数(鉄道省では0.25に設定)を乗じた数値)は101.6 kNとなっている。
この結果、動輪周上重量とシリンダー引張力の比率である粘着率が4.5となり、これは後継のC50形は4.3 - 4.5と同等であるが、8620および9600の代替機のC58形の3.2 - 3.3や勾配線区用の4110形の4.3を上回っている。動輪の粘着力がシリンダー引張力を大きく上回るため、「絶対に空転しない機関車」ともいわれており、空転に苦慮していた乗務員からの信頼が厚く、本来の旅客用高速機という用途から外された後は勾配のあるローカル線での仕業や、入換仕業で力を発揮した。
ボイラーはベースとなった8800形のものより二回りほど小さいもので、火格子面積は12.5%縮小した1.63 m(17.5 m)、内径は76 mm(3 in)小さい1245 mm(4ft 1 in)、煙管長は610 mm(2 ft)短い3692 mm(13 ft)となっており、全伝熱面積116.3 m、過熱面積27.6 m、使用圧力は8800形と同一の12.7 m(180 lbf/in)である。また、ボイラー中心高は8850形と同一の2438 mm(8 ft)で、機関車重心高さは8850形の1521 mmや9600形の1532 mmを超える1557 mmであるほか、煙突中心がシリンダー中心より168 mm(72-5/8 in)前方にずれている 。
本形式の火室の火格子面積/火室容積比は、石炭中の炭素および揮発性成分の両方が十分に燃焼されるため適切とされる1.6 - 2.0の範囲内の1.66となっているが、鉄道省(国鉄)の国産過熱式蒸気機関車で火格子面積/火室容積比がこの範囲の火室を有するのは本形式のほか、C50形(1.65)、D52形(燃焼室甲で1.81、燃焼室乙では1.79)および同形式のボイラーを使用するD62形、C62形のみで、その他の機体は適切値を下回っている。
一方、1927年頃より運転室の床を2段から1段に変更する改造が実施されているが、この際に運転室側面の裾部を従来通り炭水車台枠上部と合わせた低い位置のままとした機体と、運転室床面と合わせた高い位置まで上げて裾部形状をいわゆる”位置の高い浅い乙字形”もしくは”位置の高いS字形”とした機体の2種があり、前者の運転室側面裾部の形状は、歩み板が段差無しの機体は”位置の低い浅い乙字形”もしくは”位置の低いS字形”、2段の機体は”深い乙字形”となっている。
本形式は長年により運用されており、後年の改造は多岐にわたっているが、回転式火粉止や前照灯類の交換といった当時の蒸気機関車における一般的なもののほか、主なものは以下の通り。
ボイラーへの給水を排気によって加熱する給水加熱器は鉄道省においては1914年から試作・試用が始まったが、本形式においても本省式、ウェアー式、本省細管式、住山式、ウォーシントン式、メカトーフ式が1921年から1925年にかけて計37両に搭載されている。なお、給水加熱器は1923年製のD50形から制式化され、在来の機体に対しては1938年度にかけて9600形の約200両やC51形のほぼ全機など553両に搭載されているが、本形式への搭載例は多くない。
1928年にC51形6両に対して煙室を延長してシンダーによる沿線火災防止や旅客サービス向上などを図る改造が実施されているが、類似の煙室延長改造が本形式においても一部の機体 (8657号機、18629号機、28667号機、38690号機、68633号機など)に実施されている。
明治末期の1911-13年に急行列車牽引用の大型旅客列車用機としてイギリス・アメリカ・プロイセン(当時)の各国から、車軸配置2Cの8700形・8800形・8850形および、2C1の8900形が輸入され、1912年6月にはこれらを使用して新橋 - 下関間に特別急行が運行されるようになった。一方、当時の運輸状況ではこれらより若干小型で急行列車も牽引可能な旅客用機の需用が多かったため、九州・関西・東北・奥羽の各線でも使用できる機体として、8800形などを参考に日本の蒸気機関車国産化技術の確立を目的として本項で記述する8620形が導入された。汎用性を重視して、将来輸送量が増加した際には地方線区に転用することを考慮して設計された。
ボイラーは、ベースとなった8800形などでは80.5 km/h(50 mph)での連続走行に対応した連続蒸発量を確保できる大型のものを搭載していたが、本形式の運行が想定された二級幹線の急行列車は連続走行速度64.4 - 72.4 km/h(40 - 45 mph)であり、ボイラー容量は8800形などにおける連続蒸気発生量の8割程度のもので十分とされたため、8800形などより二回り小型のボイラーを搭載することとした。
一方、走行装置は動輪直径を8800形と同じ1600 mm、シリンダー直径も同形式と同じ470 mmとして急行旅客用に使用できるようにしている。