国鉄キハ80系気動車（こくてつキハ80けいきどうしゃ）は、日本国有鉄道が開発した特急形気動車。系統としては、1960年（昭和35年）に量産先行車的要素で特急「はつかり」用として製造されたキハ81系グループ26両と1961年（昭和36年）以降に製造されたキハ82系グループ358両の総称で、基本構造の多くを共通とするため本項において一括して解説する。
概要 日本における初の特急形気動車であり、1967年（昭和42年）までに384両が製造され、日本全国で広く特急列車に用いられた。
1987年（昭和62年）の分割民営化時には、北海道旅客鉄道（JR北海道）と東海旅客鉄道（JR東海）に継承され、一部はジョイフルトレインに改造された。
JR東海所属車両が1992年（平成4年）まで特急列車として定期運用された後、約2年半の間は臨時列車で運用され、1995年（平成7年）1月が最後の運転となった。同年2月以降は美濃太田車両区で長らく4両が保存車として在籍していたが、2009年（平成21年）に在籍する全車が廃車となり系列消滅した。
四国を除く日本各地に配備され、その地方を代表する特急列車として長らく運用されたことから、各地に静態保存車が十数両存在する。早期に廃形式となったキサシ80形以外のすべての形式が保存されており、営業当時の基本編成に近い状態での保存例もある。
登場までの経緯 1950年代の国鉄特急列車網 1912年（明治45年）に日本最初の特急列車が新橋 - 下関間に運転開始されて以来、国鉄の特急列車は東海道・山陽本線に限定される形で運行されてきた戦前の例外としては、1942年（昭和17年）の関門トンネル開通に伴い、特急「富士」が下関から長崎まで延長運転され、九州島内の鹿児島・長崎本線を経由した例が存在するのみであるが、戦況の悪化に伴い1944年（昭和19年）に廃止された。。
太平洋戦争の終了後もその傾向は変わらず、1958年（昭和33年）までは東海道・山陽本線と鹿児島本線の一部に限って特急が運行されていた。
1950年代までの「特急」の存在は、文字通りの「特別急行」であり、鉄道省、運輸省や国鉄本社の意識では地方路線に運行すること自体が論外であった。戦後しばらくは、長距離輸送で鉄道の速達性に比肩しうる陸上交通はなく、旅客の速達需要そのものが21世紀の現代に比べて遙かに低かったこともあり、戦前から沿線に大都市を擁していた東海道本線を除けば、急行以上に速い特急列車を設定する必然性が低かった。
また、電化についても、1956年（昭和31年）に東海道本線が全線電化完成したほかは、幹線の長距離電化区間は1947年（昭和22年）から1952年（昭和27年）にかけて完成した高崎・上越線上野 - 長岡間に限られていた。したがって当時、多くの路線は蒸気機関車によって運行される非効率な状態であり、従前の急行列車に比して大きく速度を向上する手段は、編成両数を極端に減ずるか、停車駅を減らす以外に方法はなく、需要が限られる以上は特急列車運行の余地も少なく、少ない本数の急行列車で中距離客・長距離客いずれにも対応しなければならなかった。
さらに、1958年（昭和33年）のダイヤ改正（サンサントオ）までは、特急用車両と急行用車両の明確な区別もされておらず当時は特別2等車でさえ特急と急行の双方で混用されていた。、明確に特急専用と評し得たのは1等展望車と一方向き固定の2人がけシートを備えた3等車（現・普通車）のスハ44系に限られていた。
だがそれらも専ら東海道線昼行特急と山陽線特急「かもめ「かもめ」3等車は当初スハ44系のみが連結されたが、いわゆる三角線回しを回避する目的で「あさかぜ」登場後に3等車をオハニ36形・10系客車に変更された。」の限られた運用しか存在せず、1956年（昭和31年）から東京 - 博多間に運転を開始した戦後最初の夜行特急「あさかぜ」の3等車座席は急行列車並みの4人がけボックスシートであるオハニ36形・10系客車であり、その他寝台車・特別2等車（現・グリーン車）・食堂車についても急行列車との差異は見られなかった。
特急専用車両の出現 鉄道全体の近代化を推進してきた国鉄は、1958年秋に昼行特急用に20系電車（→151系電車→181系電車）と寝台特急用に20系客車の2種類の特急形車両を登場させた。この両系列は用途も外観も全く異なっていたが、いずれも全車両に冷房装置と空気ばね台車を備えた優秀な車両で、それ以前の国鉄車両とは隔絶した高水準の居住性と走行性能を実現していた。151系は新設の東京 - 大阪・神戸間特急「こだま」に、20系客車は「あさかぜ」置換え用に投入され未曽有の成功を収めた。
特急専用車である両系列の出現により、1等展望車をはじめとする在来型客車で運行されていた「つばめ」「はと」は陳腐化した存在となった。
特急「はつかり」と「日光型」準急用気動車 一方1958年10月ダイヤ改正では、それまで特急列車が存在しなかった上野 - 青森間に昼行特急列車1往復を新設した。戦後復興と高度経済成長に伴う東北本線自体の輸送需要の伸びもさることながら、当時は航空機による首都圏 - 北海道間の旅客輸送が確立されておらず、青森以北についても青函連絡船との連携により鉄道による高い輸送需要があったことから特急を新設する素地があり、1949年から運転していた昼行急行「みちのく」を特急「はつかり」に格上げし、同年10月10日から常磐線経由で「みちのく」同様に蒸気機関車牽引の客車列車として運転を開始した。
並行して国鉄は1953年（昭和28年）から総括制御可能な液体式気動車のキハ45000形→キハ17系気動車を量産し、地方路線で無煙化・増発・速度向上・運行経費抑制などの成果をあげていたが、1956年（昭和31年）にはその技術の延長上にキハ44800形→キハ55系準急形気動車を開発した。
キハ55系の最高速度は旅客用蒸気機関車同様95 km/hであったが、1両あたり2基エンジン搭載の強力仕様とされたことで、加速力と登坂力で蒸気機関車列車を完全に凌駕した試験では、25 ‰上り勾配での均衡速度が、160 PSエンジン（DMH17A形）1基搭載の気動車で23 km/hであったのに対し、2基エンジン気動車のみの編成では41 km/hに向上した。それまで非電化の路線では、線路規格の低さに加えて蒸気機関車の性能の限界が重なり、高速運転は困難だった。急勾配路線であれば、たとえ急行列車であっても、平均速度は40 km/hに満たない鈍足にならざるを得なかった。。煤煙を出さない事に加え、それ以前の気動車の弱点であった客室の居住性も車体の大型化と設備改善である程度の水準に達しており同じく準急用の80系電車や、急行用軽量客車であるナハ10形と比較しても遜色が無い程度まで改良されていた。、高速と相まって利用者から好評を博すことになった。これによって、規格の低い地方の非電化路線でも気動車の投入で高速の優等列車を運転可能なことが立証されたのである。
アジア鉄道首脳者会議・特急形気動車開発へ アジア鉄道首脳者会議 (ARC = Asian Railways Conference) 第1回会議は、日本国有鉄道総裁であった十河信二の提唱で1958年に東京で開かれた。電車特急「こだま」が運転を開始した時期でもあり、国鉄部内に特急「はつかり」を客車から気動車へ置換えて接客設備ならびに速度の向上を図るというプランが浮上し、1959年秋より開発がスタートした。
1960年初頭には、同年10月にARC第2回会議を再び東京で開催することが決定。そこで新型気動車をお披露目し、アジア諸国に日本の技術力をアピールすることが鉄道車両の輸出促進につながると期待された当時日本の鉄道技術は、世界的には開発途上であったもののアジアにおいては比較的高水準にあった。またアジア諸国に対する車両輸出も盛んに行われており、将来的にも有望な分野であった。。そして「はつかり」への営業運転投入は同年12月に決定し、それまでに完成させるべく急ピッチで開発が進められることとなった。
キハ81系（1960年）
1960年に9両編成2本と予備8両の合計26両が製造されたキハ81系本系列の登場時の呼称で「はつかり」用として製造された車両のグループを指す場合に用いる。キハ82系の事実上の試作車両としての役割を担い、その運用データは以後の国鉄特急形気動車の設計に大きな影響を与えた。 は、日本初の特急形気動車である。最初に投入された列車名にちなみ「はつかり形」とも呼ばれる。1961年第4回鉄道友の会ブルーリボン賞受賞。
車体外観 全体のスタイルは、クリーム4号の地に窓周りが赤2号のツートンカラーの「国鉄特急色」に、銀色の屋根に並ぶキノコ形キセに収められたAU12形分散式冷房装置・遮音防振のため浮床構造車体浮床構造は効果が少ないため、1964年度以降の増備車では省略された。・複層ガラスによる固定窓・車端部1か所のデッキなど基本的に151系電車を踏襲する。ただし、非電化区間ならびに交流電化区間キハ81系が営業運転開始した時点では、常磐線取手 - 勝田間が電化工事中で1961年6月1日に電化開業。の駅はホーム高さが低いため客用ドアにはステップを1段設置した。
運転台を持つキハ81形は他に例のない独特のボンネット形デザインを採用したが、膨れて寸詰まりな形態は鉄道ファンの間から「犬顔」や「ブルドッグ」などの俗称でも呼ばれた（詳細は後述）。
その他の特徴として、各車連結面間に車体断面に沿った「外幌」を装着した。同時期に151系電車が導入していたものと同じで車両相互間をファスナーで連結した。空気抵抗低減を狙ったが、在来線での運転速度では効果を発揮できず使い勝手が悪いことから、固定金具も含めて早期に撤去され、外幌と同じ素材を使用した貫通幌も従来型に交換。キハ82形を含む1961年度以降増備車も同様となった。
設備
基本構造は、既に大きな成功を収めていた151系電車を全面的に踏襲することになった。全車両に冷暖房を搭載する空調完備の状態を前提に客室窓は複層ガラスによる固定式としたが、キロ80形では後位側、キハ80形では前位側1区画に非常口を設置した。また、乗り心地改善のため車体間ロールダンパも採用した。
冷暖房や食堂車調理室は全て電気式となった。食堂車の調理用熱源は石炭レンジに代わり、強力な電熱コンロを搭載する。151系電車で実績のあるAU12形分散式冷房装置を屋根上搭載とし、座席下配置の電気暖房を採用従来の気動車では温気式あるいは温水式暖房で機器カバーを窓側足下に設置したが、本系列ではカバーを廃止し電熱線を座席下に収めた。。いずれもディーゼル発電機を電源とするもので、客室内に限っては電車と区別が付かない仕上がりとなった。ただしコストダウン目的から、食堂車を除きカーテンは151系電車で採用された横引き式ではなく巻き上げ式とし、1等車通路の絨毯も省略されるなど、若干グレードは落とされた。151系電車同様天井内張りに吸音効果を期待して多孔板（パンチングボード）を採用したほか、エンジンからの排気管立ち上がり部は一部車両を除き車端隅部に移設し、客室内から分離した。
座席は全て2人掛けの回転クロスシートで、1等車（現・グリーン車）用は表皮が単色のえんじ色でリクライニング機構、フットレスト、肘掛け収納式の折りたたみテーブル付きのR20形座席、2等車（現・普通車）用は表皮がロイヤルブルーでメッキの縁取りがある背面収納式の小型テーブルを備える。全面モケット張りの電車用とは異なり、コストカットの見地から背面はクリーム色のデコラ仕上げとしたT19形座席を採用した。 設計開始当初は2等車（ロ）と3等車（ハ）で計画されていたが、落成直前の1960年（昭和35年）7月に3等級制から2等級制へと移行したため、2等車と1等車に計画変更して落成した。よって、本系列は新2等級制になって初めて落成した新形式の国鉄車両となった。 便所・洗面所は、1等車は従来の和式のほか洋式も含め2ヶ所設置、2等車は1ヶ所とした。
客用乗降扉は片側1ヶ所デッキ部に片開き式を装備するが、キロ80形、キハ81形・キハ82形は後位側に、キハ80形は前位側に設置する。
これは連結が前後する車両間で客用乗降扉を連続させない配慮からであり、キサシ80形を境に上野方に組成されるキハ81形・キロ80形では青森方（北側）、青森方に組成されるキハ81形・キハ80形では上野方（南側）、それぞれ食堂車向き側を客用乗降扉設置位置とした同時期に運転されていた151系電車でもキサシ80形と同様に両渡り構造を採用したサシ151形を境に電動車では大阪方のモロ151+モロ150形1等車ユニットと東京方のモハ151+モハ150形（モハシ150形）2等車ユニットが向い合せになる組成とされた。ただし後の181系化改造後は、山陽本線運用ではグリーン車連結両数の削減、「とき」運用では10両化を行った際にMG負荷均等化のためサハ180形を方向転換しグリーン車次位に連結した経緯がある。。 本コンセプトは先頭車がキハ82形、食堂車がキシ80形に移行した1961年（昭和36年）以降も原則的に編成の南・西側からキハ82（81）+キロ80+キシ80を組成する方針が踏襲されたただし北・東側を向く例外は「白鳥」の向日町運転所担当分と本州最南端の串本駅以東の「くろしお」編成である。。しかし「おおぞら」札幌転回編成（函館 - 札幌間の増結車）ではキシ80形不連結とされ、本編成組成はその後に波及した。この場合は両渡り改造を施工したキロ80形とキハ80形の連結面では客用乗降扉が連続する形となったほか、1965年（昭和40年）以降に函館運転所では南側に付属編成を増結する形態を採ったため、キハ80形の方向転換を実施して対応したケースもある。
主要機器 当初キハ60系を試験車として開発を進めていた400 PS級となるDMF31HSエンジン直列6気筒の過給器付き予燃焼室式ディーゼルエンジン。元来はDMF31Sとして国鉄DD13形ディーゼル機関車用として開発が進められた機関の設計を基本に、シリンダーを水平配置に変更し、シリンダーブロック・クランクケース・燃料噴射系など、多くの設計変更を実施して燃料系・冷却系・潤滑系をこれに対応させたもの。の搭載を想定していたが、DW1形変速1段・直結2段液体式変速機共々試験結果は思わしくなく、不具合の問題解決を行う時間的余裕がなかったこともあり搭載を断念した。
代替案としてキハ55系などで実績のある定格出力180 PS級のDMH17系エンジンを2基搭載して必要な出力を確保する従来からの手法を採用した。客室内の防音・防振を重視して浮床構造を採用したことから、客室床面の点検蓋を廃止せざるを得ず、DMH17Cまで採用されていた垂直シリンダー式をやめ、床下側面から整備できるように水平シリンダー形水平シリンダーエンジンは「横置き」という表現が使われることが多いが、これは単に縦型エンジンを90°倒して置いただけのものではなく、これに対応してエンジンブロックの設計を一新し、燃料と潤滑油の供給系統も設計変更された。なお、水平シリンダーエンジンも、クランクシャフト自体は在来型エンジン同様車体の前後方向に縦置きされており、枕木方向に搭載する「横置き」の意味ではない。へ設計変更したDMH17HHはHorizontal：水平の意。連続定格出力180 PS/1,500 rpmのスペックは以前から変化はない。また改良型ではあるが、燃料噴射ポンプとシリンダーの潤滑など機構の大部分は新設計に等しい部分があり、短い開発期間と相まってトラブル頻発につながった。を搭載した。過給機の取り付けについては見送られた。また機関ブレーキは未装備通常、変速機が直結段にある場合にマスターコントローラーを「切」もしくは「断」すると変速機は「中立」となるが、これを中立とせずにエンジンブレーキの状態とする機関ブレーキ機構が1963年度本予算車以降のキハ58系以降に装備された。これを使用した場合、キハ58系でマスコンハンドル「断」での均衡速度は10 ‰で35 km/h、15 ‰で74 km/h、20 ‰で98 km/hであった。である。
走行用エンジンを2基搭載するのは中間車のキロ80形・キハ80形のみである。先頭車のキハ81形はボンネット内に電源用エンジンを搭載するため走行用エンジンは1基、食堂車のキサシ80形は厨房用水タンクと電源用エンジンを搭載するため無動力の付随車となった。
変速機も従来からの標準型である液体式のTC2AもしくはDF115Aを搭載するが、最高速度を向上させる目的から逆転機内の最終減速歯車比を一般形の2.976から2.613に変更し、最高速度は100 km/hとなった。変速機油は、従来は軽油を用いていたが、本形式では作動油を変速機内部の潤滑系の油と共用することとし、シール機構の簡略化を図った『鉄道ジャーナル』1985年10月号(No.224) p.83。
台車は新規開発されたDT27（動力台車）・TR67（付随台車）が搭載された。これらはキハ55系3次車以降で採用されたDT22の枕ばねをベローズ式空気ばねに変更してボルスタアンカーを付加したもので、151系電車に採用されたDT23系台車の気動車用に相当する。ブレーキは従来通りのDA1系自動空気ブレーキが採用された。しかし、片押し式の踏面ブレーキであったため高速域からの制動力が不足気味であり、制動時に鋳鉄製制輪子の火花から引火する車両火災事故も発生した。「はつかり」運用終了後は、改造車も含め全車ディスクブレーキ仕様のDT31B・TR68Aに新製交換された（詳細は後述）。
冷房を含むサービス電源はDMH17H形と基本構造を同じくするDMH17H-G形GはGenerator：発電機の意味。定格出力160 PS/1,200 rpm。エンジンで三相交流440 V 容量125kVAのDM63形発電機を駆動。1セットあたり食堂車1両と座席車2両もしくは座席車4両の電源供給が可能であり両端先頭車のみで編成組成する場合は、キシ80形組込で7両まで、座席車のみで8両まで給電可能であり。「はつかり」では9両編成中キハ81形・キサシ80形の3両に計3基の発電セットを搭載。最大10両までの編成組成が可能とされた。、給電はKE4形ジャンパ連結器を介して行われた。
総括制御は当時の国鉄気動車では運用上制約を避けるために系列・形式を問わずKE53形ジャンパ連結器2基で直流24 V電源による制御ならびに両渡り構造を統一採用していたが、本系列では混結運用を考慮しないことから、中間座席車ならびにキハ82形後位は片渡り構造とし、食堂車ならびにキハ82形前位は両渡り構造で制御回路をクロスさせる方式を採用。ジャンパ連結器は総括制御用にKE62形2基、冷房制御用にKE61形1基KE61・62形共に19芯であるため誤差込防止キーの位置が異なる。を搭載し、交流100 V電源による制御とした。 後にキシ80形不連結編成を組成する必要が生じたためキロ80形後位側を両渡りにする改造工事が施工された。詳細は#仕様変更・改造工事を参照。
初期故障 鉄道界と沿線の注目のうちに運転を開始したが、故障が続出した。 開発されたばかりの水平シリンダー式DMH17Hは、従来の垂直シリンダーに比べ潤滑不均一など多くの弱点を持ち車重増加にもかかわらず歯車比を下げたこともあり、750 kmもの長距離高負荷運転を課せられる中でエンジントラブルを続出させた。 無動力のキサシ80形を含んだ編成は元々非力であったが、これに加えて時には複数のエンジンがダウンしている状態（エンジンカット）で走行せねばならず、その過負荷に東北本線奥中山越え（十三本木峠）の連続勾配で登り切れずに立ち往生する事態やエキゾーストマニホールドのオーバーヒートによる発火事故が発生した。そのため1961年6月から奥中山越え前後にある御堂・小鳥谷の両駅で点検停車を実施した。 同様の症状がキハ82系試運転でも発生したため国鉄は急遽当該箇所の設計変更を行い該当車両の改善工事を施工した高負荷時に燃焼室からの火炎によるマニホールド過熱のほか、潤滑油量や油隙間（クリアランス）の管理が悪いと排気に含まれた多くの潤滑油がマニホールドや排気管内に溜まり、温度が上がった時点で発火する場合があった。これはキハ58系でもたびたび見られた。。 発電用エンジンも不調が多く冷暖房ダウンがしばしば生じたサービス電源系統ダウンは本系列全体で見られた慢性的トラブルのひとつで後年に至っても原因不明である。一例として冷暖房電源のブレーカーが遮断されてしまうため車掌が割り箸をブレーカーにくくりつけ、引き外しばねが作用しないようにする強引な手段で電源確保するような事例もあった。。また取扱不慣れにより、配線溶断による逆転機故障・制御装置不調もたびたび発生した。
あまりのトラブル続出により利用者からは不評を買い、マスコミからも揶揄された。問題が続出した要因として、製造メーカーが9社に及んだために性能が安定しないことに加え朝日ニュース ワイドの眼「事故ばっかりの特急『はつかり』」、開発を急ぎ過ぎたために新規採用された水平シリンダーエンジンや長距離高速運転などの問題点を洗い出す十分な熟成作業が行われなかったことが挙げられた国鉄設計陣と現場技術者は、問題解決に数か月の時間をかけて改善を図り、一定の信頼性を確保した。以後もDMH17Hは1960年代の国鉄気動車の主力エンジンとして大量に製造されることになるが、「5ノッチ5分」と呼ばれるフルノッチ運転は5分以内を厳守するなど高負荷時の取扱は後年まで徹底された。。
新造車 製造は車両工業界全体をPRする意味も込め、気動車を手掛けることの少ない電車・客車メーカーも参集して、前述したアジア鉄道首脳者会議開催に伴う技術デモンストレーションの意味合いから日本車輌製造・新潟鐵工所（現・新潟トランシス）・帝國車輛工業1968年3月1日に東急車輛製造が吸収合併。・富士重工業（現・SUBARU）・東急車輛製造（現・総合車両製作所）・近畿車輛・日立製作所笠戸事業所・汽車製造1972年11月1日に川崎重工業が吸収合併。・川崎車輛（→川崎重工業車両カンパニー→現・川崎車両）と当時国鉄に旅客用車両を納入していた9社全てが参加した。9社が担当したのはキハ81系のみで、国鉄気動車製造の実績がなく電車（川崎・汽車・近畿）や客車（日立）を担当していたメーカー各社はそれぞれの得意とする分野を考慮の上で担当形式の製造を施工した。
先行製造車落成後に一部設計変更が実施されたため以下のような差異がある。
キハ81形 先行製造車の1は運転台機器配置が異なり記録装置付速度計を運転席側に搭載。 先行製造車ではメーカー（近車・帝車）で差異があった連結器カバー形状を統一。 タイフォンは6両とも151系電車に付いていた空気笛は装着されず、国鉄時代の気動車車両警笛はタイフォンのみである。、先行車が151系電車同様スカート裏に、他車はボンネット下部に設置したほか、雪の侵入を防ぐため吹鳴時に跳ねあがるナス形の特殊な形状を採用したカバーも先行車では準備工事とされたが、他車は形状を変更し装着した状態で落成した。
キハ81系 新製車一覧 +キハ81系 新製車車両形式車両番号製造区分製造会社落成配置落成日除籍日最終配置備考キハ811先行製造車近車尾久1960/9/151977/12/23和歌山21960/10/3131960/11/81979/10/194先行製造車帝車1960/9/151977/12/2351960/10/311979/7/1961960/11/81977/12/23キハ801先行製造車富士1960/9/151982/3/18函館21960/10/311982/2/1531960/11/81983/1/26向日町4先行製造車汽車1960/9/151982/1/2651960/10/311981/12/4函館61960/11/81982/12/17向日町7先行製造車東急1960/9/151982/11/11札幌81960/11/91982/9/2491982/7/6事故廃車10先行製造車日車1960/9/151983/6/3111960/11/91977/12/23和歌山12キロ801先行製造車新潟1960/9/151968/12/9尾久キハ82 901に改造21960/11/91968/10/8キハ80 901に改造3先行製造車日立1960/9/151977/12/23和歌山41960/10/3151960/11/81970/2/28秋田キハ82 902に改造キサシ801先行製造車川車1960/9/151969/12/27函館キシ80 903に改造21960/10/301968/12/9尾久キシ80 901に改造31960/11/8キシ80 902に改造
キハ81形 (1 - 6)
先頭車となる片運転台付2等車で定員は40名。エンジンは走行用を床下に1基、枕木方向に対して横置きするサービス電源用発電セット用をボンネット内に1基搭載する。
ボンネットは大半がエンジンフードとされ、メンテナンスの観点から大きく開く構造を採用した京都鉄道博物館所蔵のキハ81ではエンジンフードが半開きにされ、内部を見ることができる。。 デザイン意図としては151系電車の流れを汲んだものではあるが、発電セット搭載とタブレット当時の非電化路線ではタブレットによる非自動閉塞路線が多数であった。授受の観点から低く抑えた運転台形状により、裾絞りを小さくし幅を広くしたため151系電車のそれからはほど遠い寸詰まりかつ本形式独自なスタイルとなった。
前照灯は屋根上2基搭載のみで、両脇に緊急停車時用赤色交互点滅回路キハ82形・キハ181形にも踏襲されたが、後のATS搭載により実際に使われることは殆どなかった。を内蔵した標識灯を、通常の尾灯はボンネット腰下部分に設置する。
車内レイアウトについては、運転台後部から常に1,200 rpmという高回転で運転される発電セット用エンジンの騒音対策とボンネット内のスペース問題から、ラジエーターなどを床上搭載する機器室本レイアウトは、後にキハ82形・キハ181形・キヤ190・191形・キハ183形0番台に踏襲された。、トイレ・洗面所、客室、売店・物置、乗降用デッキの順に設置する特異なものである。
屋根高は、運転台 - 機器室間が後位側に比較すると一段高くされており、ラジエーター保護と換気目的から機器室部位車体側面に設置するルーバーの位置も高くされた。
非貫通かつ総括制御ならびに冷房電源引通用ジャンパ連結器を前面に搭載しないため編成中間に組込不可で定員が40名と少なく、無線装置の必要な常磐線対応の先頭車のため「はつかり」で限定運用され続け、1968年の「はつかり」電車化後は奥羽本線特急「つばさ」2往復中1往復（下り・上り2号）に充当された。 「つばさ」転用では、板谷峠区間で補機となるEF71形を連結する制約から先頭部連結器カバーを取り外し、連結時の作業性改善を目的にスカートへ切り欠き加工が施工されたが、切除部の形状が多様化した。連結器カバーは、後述する転用後も廃車まで再装着はされていない。なお6は運転席部分窓枠上部に棒状の手摺溶接を同時施工した。
だが、先頭車キハ81形は座席数が少ないことによる輸送力不足が露呈したことから「つばさ」の運用は1年で終了し、1969年10月1日ダイヤ改正で秋田機関区（現・秋田総合車両センター南秋田センター）へ転出し、上野 - 秋田間を上越線・羽越本線経由となる「いなほ」と間合いで常磐線特急「ひたち」に転用。