国鉄EF81形電気機関車
1984年(昭和59年)2月1日 - ダイヤ改正で敦賀第二機関区への配置が無くなり、富山第二機関区に集約される(書類上の移動。実際には敦賀第二機関区を拠点に運用されていた)。
1985年(昭和60年)3月14日 - ダイヤ改正で酒田機関区、東新潟機関区への配置が無くなり、新たに長岡運転区がEF81形配置区となる。以後、日本海縦貫線用のEF81形は長岡・富山第二の配置となる。
1986年(昭和61年)11月1日 - 国鉄最後の全国ダイヤ改正。敦賀機関区へ16両が配置される(43 - 48、101 - 108、113、114)。
1973年(昭和48年) - 中期車13両 (EF81 82 - 94) が田端機関区に新製配置され、東北本線の隅田川 - 福島間の貨物列車牽引に充当された。
当時、EF81形13両で東北本線の貨物列車10運用を受け持っており、常磐線・水戸線での定期運用は設定されていなかった。常磐線系統では1962年(昭和37年) - 1967年(昭和42年)に新製配置されたEF80形63両を使用し、本形式は東北本線の一部定期運用に充当されることとなった。
1979年(昭和54年) - 門司機関区の300番台2両(EF81 301・302)・富山二区の中期車2両(EF81 80・81)の計4両が常磐線内郷機関区に転配され、EF80形に混じって常磐線系統の定期運用に就いた。
1982年(昭和57年) - 酒田区の4両 (EF81 75 - 78) ・富山二区の2両(EF81 79・95)・敦賀二区の2両(EF81 96・97)の計8両が常磐線系統に転用され、10月1日までに内郷区に6両(EF81 75 - 79・97)、田端区に2両《EF81 95・96)が転入した。老朽化の進んだEF80形の置き換えが目的で、加えて田端区のEF81形は東北本線の運用をEF65形1000番台・ED75形に振り替えて常磐線系統に転用し、EF80形の淘汰を進めた。
1982年(昭和57年)11月 - 内郷区より田端区へ2両(EF81 301・302)が転属する。
1983年(昭和58年) - 常磐線優等列車である寝台特急「ゆうづる」や夜行急行「十和田」牽引にEF80形と共通で運用を開始した。牽引区間は上野 - 水戸間で、EF80形では省略されていた「ゆうづる」牽引機(上野口)へのヘッドマーク掲示が同時期に復活している。
1985年(昭和60年)3月14日 - ダイヤ改正でいわき貨物駅が廃止となり、同駅構内の内郷機関区も廃止された。内郷区に在籍した10両は5両が田端区に転出となったほか、大分運転所に1両 (EF81 75)、長岡区には門司区への同形式転出補填として2両(EF81 76・77)が転出した。
1985年(昭和60年)8月 - 常磐線寝台特急「ゆうづる」の運用(上野 - 水戸間)をすべて本形式に置き換え、EF80形での運用が終了する。この運用は寝台特急「北斗星」の運転開始によって客車運用の「ゆうづる」が廃止されるまでの約3年間継続した。
1986年(昭和61年)1月 - 田端区から関門トンネル用EF30形の置き換え用として門司区に2両(EF81 301・302)が転属する。
1973年(昭和48年)9月 - 関門トンネル区間の列車増発対応として300番台2両が門司機関区に新製配置され、下関 - 門司間でEF30形との共通運用を開始した。300番台は1974年4月と1975年2月に1両ずつ追加製作されている。重連総括制御機能をもたない本形式は貨物列車への運用を避け、荷物列車を含む客車列車専用として運用された。
1979年(昭和54年)3月 - 1978年10月のダイヤ改正で貨物列車を中心に列車整理が実施され、運用の減少に伴い門司機関区の300番台2両(EF81 301・302)が内郷機関区に転出した。
1986年(昭和61年)1月 - 300番台2両(EF81 301・302)が田端機関区より門司機関区へ転入した。
1986年(昭和61年)3月 - 1987年(昭和62年)3月 - 関門トンネル用EF30形の老朽化に伴う置き換え用として、富山第二区の3両 (EF81 40 - 42) ・田端区の7両(EF81 49 - 54・75)・長岡運転所の4両(EF81 128・130 - 132)が転出し、門司区(8両)、大分所(6両)に転入した。この14両は転入後に重連総括制御対応化(400番台)改造され、EF30形を専用していた関門トンネル区間の貨物列車運用を本形式の重連運用で置き換えた。同時期に300番台4両も重連総括制御対応に改造され、400番台との共通運用を開始している。
1987年の分割民営化に際して、JR東日本へは78両が継承された。車号は、次のとおりである。
EF81 11 - 18・55 - 74・76 - 100・109 - 112・127・133 - 152
継承当時は田端運転所と長岡運転所 (現・長岡車両センター) に配置され、外部塗色は順次変更、400番台に次いで赤2号に塗り替えられた。田端運転所に配置される車両のうち「北斗星」などの寝台特急列車牽引を主としていた車両には、主電動機の再整備や車輪の交換などの改修工事を施した。これらの車両は車体側面に「銀の流星」 のパターンが描かれ、改修未施工車とは定期運用が分けられていた。また、黒磯駅の交直切替を車上切替(停車せずに通過中に切替する)で行うための列車選別装置が田端運転所配置の全車両に取り付けられた。以前はJR貨物から受託した首都圏各線・日本海縦貫線における貨物列車牽引にも充当されていた。2022年現在定期運用はなく、臨時列車、事業用列車の牽引に充当されている。
改修車のうち4両(EF81 79・89・92・99)は「カシオペア」牽引用として白地に黄橙青の4色塗装、「スーパーエクスプレスレインボー」塗装機 (EF81 95) は車体側面に形式番号をあしらった巨大な「EF81」のレタリングを施したデザイン で使用される。「カシオペア」塗装は2012年(平成24年)までに消滅した。
お召し列車牽引機 (EF81 81) は1985年の国際科学技術博覧会で2度にわたってお召し列車を牽引した機関車で、当時は原色の赤13号塗装に車体側面に細い銀のラインが入れられていた。1989年2月に赤2号単色となり、のち「北斗星」牽引機と同一の配色になるが、手すり・連結器・車輪側面の銀色塗装、制輪子の磨き出し処理など装飾が残存する。2014年8月に秋田総合車両センターにてお召し塗装が復元された。
特異な仕様の車両として、電車を牽引するため双頭連結器を装備した車両がある。秋田総合車両センター南秋田センター配置の1両 (EF81 136) と長岡車両センター配置の4両(EF81 134・140・141・151)と尾久車両センター配置の1両 (EF81 139)  で、青森地区の電車を郡山総合車両センターで検査する際の牽引機などに使用される際、電気指令式ブレーキを装備した電車(209系以降の車両)にブレーキを掛けるため、ブレーキ読替指令装置 (MON8) を機関車に装備、そこからの指令による指令回路ジャンパ栓(KE100B-10ジャンパ連結器)を増設した関係で、一般車とはスカート周辺やスノープラウの形状が異なる。この改造により機関車全長が750mm延長された。配給列車などで電車を牽引する際は首都圏に乗り入れることが多いが、151は関東地区乗り入れに必要なATS-P形およびデジタル無線機を装備していなかったため、運用は水上駅より北側の路線(上越線・信越本線・羽越本線・奥羽本線)で使用されていた。この151は2018年6月6日付で廃車となっている。
2009年から2010年(平成22年)にかけて、老朽化した本形式の一部を淘汰するため、EF510形500番台が15両導入された。JR貨物が開発したEF510形と同形(ホイッスルの装備位置など若干の変更あり)のもので、田端運転所に配置されて2010年6月25日から「カシオペア」、7月14日から「北斗星」での運用を開始した。
「北斗星」「カシオペア」の運用がなくなった田端運転所のEF81形は全車共通で貨物列車牽引に使用されていたが、2010年12月に入るとEF510形の定期貨物列車への充当が順次開始され、12月4日のダイヤ改正時にはEF81形からEF510形への置換えが完了。田端運転所のEF81形は定期列車の運用からは撤退することとなった。EF510形の導入数と同じく15両のEF81形の廃車が計画されたが、実際には2011年度から2012年度にかけて16両のEF81形が廃車となった。
1988年(昭和63年)3月 - 青函トンネル開通とともに寝台特急「北斗星」が運転を開始し、その上野 - 青森間の牽引機として充当された。東北本線(上野口)において、優等旅客列車の牽引に本形式が定期運用された初の事例 である。「北斗星」の運転開始に伴い「ゆうづる」は客車列車での運用が終了している。また、盛岡 - 青森間では、50系客車や12系客車(2000番台)の普通客車列車を本形式の間合い運用で運行した。
1993年(平成5年) - 寝台特急「あけぼの」の上野 - 小牛田間の牽引機に充当される。同列車は1997年(平成9年)に上越線・羽越線経由に変更され、上野 - 青森間の牽引に本形式を使用した。
1994年(平成6年)12月 - 寝台特急「はくつる」が583系電車から客車化され、全区間(上野 - 青森間)の牽引機として2002年(平成14年)12月の同列車廃止まで充当された。
2009年(平成21年)3月14日 - ダイヤ改正により寝台特急「あけぼの」の一部区間(上野 - 長岡間)運用を長岡車両センター配置のEF64形に置き換え、本形式での牽引区間を長岡以北に短縮する。
2010年(平成22年)6月24日 - EF81 92が牽引する上り「カシオペア」の上野着をもって同列車の運用が終了。
2010年(平成22年)7月15日 - EF81 87が牽引する上り「北斗星」の上野着をもって同列車の運用が終了。
2016年(平成28年)6月4日:「カシオペアクルーズ」・「カシオペア紀行」を週末を中心に団体専用列車として運行開始。上野 - 青森間ではEF64(上野 - 長岡間の前補機)・EF81牽引での「カシオペア」が「カシオペアクルーズ」として運転再開・再利用が行われている。
2016年6月11日:「カシオペア」の一般販売分だった区間を利用して、「カシオペア紀行」としてEF81牽引での運転再開。初回の上野 - 青森間はEF81 81が牽引した。
2022年現在、JR東日本に在籍する車両は以下のとおり。
EF81 80・81・95・98・139
EF81 81はお召し仕様、EF81 95はレインボー色、EF81 139はJR東日本色(赤2号)、それ以外は北斗星色。
EF81 136
EF81 97・134・140・141
1987年の分割民営化に際して、JR西日本へは16両が継承された。車号は、次のとおりである。
EF81 43 - 48・101 - 108・113・114 敦賀地域鉄道部敦賀運転センター車両管理室に配置され、寝台特急「トワイライトエクスプレス」の牽引機として大阪 - 青森間の日本海縦貫線区間に充当されていたほか、同区間における臨時列車や工臨の牽引などにも充当される。
「トワイライトエクスプレス」牽引に使われた車両は、塗色を客車と同一の緑2号+黄色の配色に変更している。1989年の同列車運転開始時点では4両(EF81 103・104・113・114)に専用機化改造が施工され、運転日数増加に伴い2両(EF81 43・44)を追加し6両体制で運用する。これら専用機は運用の都合により、「日本海」を牽引したこともあった。後年には、連結器を密着自動連結器に交換した上で強化型の緩衝装置を装備するなど、列車運転時の衝撃緩和対策がなされた。このトワイライト機のうちEF81 113には1991年11月ごろの数日間というわずかな期間ではあるが、パンタグラフの摺板から客車に降り掛かる汚れを防ぐために大型の粉塵防止板を設置してテストが行われた。この防止板の取り付けはトワイライトエクスプレスのスロネフ25形と連結される2位側のみとなっていた。
分割民営化直後となる1990年代は、寝台特急「日本海」2往復、「つるぎ」1往復、「トワイライトエクスプレス」の牽引に充当されていたが、1994年(平成6年)12月改正で「つるぎ」臨時化、1996年(平成8年)12月での「つるぎ」完全廃止や2008年(平成20年)3月改正における「日本海」の減便によって、2002年から2010年までにEF81 45 - 48・102・105が廃車となった。その後しばらくは動きは見られなかったが、2012年3月改正で「日本海」の定期運用廃止、2013年1月以降は臨時列車としても運用されなくなった結果、同年7月8日付でEF81 101・104・107が廃車となった。
2019年現在、以下の車両が配置され、保安装置としてATS-PとATS-Psが搭載されている。
EF81 44・113・114
EF81 106・108を最後にJR西日本での原色(赤13号)が全廃し、トワイライトエクスプレス色のみとなった。
EF81 43は、2018年2月2日に所属していた当運転センター繋がりで福井県敦賀市に「トワイライトエクスプレス」の部品(外観エンブレム・車体番号の印字部分・寝台車のルームナンバープレート・卓上スタンドライト・食堂車テーブル・椅子・サロンカーソファ・テーブル・運転席マスコンハンドル・ブレーキ弁・標識灯等の計125点)を同年3月に譲渡する報道があり、同年4月26日には敦賀市金ヶ崎周辺エリアに車両提供がアスベストの関係で法的に困難である理由から部品提供としての計画が明らかになった。敦賀市の資料によると部品詳細はEF81では14種類・19個の譲渡となった。
1987年の分割民営化に際しては重連仕業対応の400番台のみ6両が継承された。車号は、次のとおりである。
EF81 409 - 414
大分鉄道事業部大分車両センターに配置され、関門トンネルを通過する寝台特急や貨物列車に使用されていたが、2005年(平成17年)の寝台特急「彗星」廃止後は、配置区のある大分までの定期運用がなくなったことでJR貨物門司機関区常駐となり、当時在籍していたEF81 410・411の2両は日常の検修作業を含めJR九州からの受託運用に充当されていた。
2009年の「はやぶさ・富士」廃止により定期運用を完全に失い、2010年12月までに全車が廃車となった。
1987年の分割民営化に際しては、56両が継承された。車号は、次のとおりである。
富山機関区:EF81 1 - 10・19 - 39・115 - 126・129
門司機関区:EF81 301 - 304・401 - 408
1989年以降、500番台・450番台を新規に製作している。これは民営化直後の貨物列車増発に対応するにあたり、交直流機関車が不足したためで、当時は旅客鉄道会社でも客車列車の本数が多かったことから、長距離列車に使用する本形式には車両の余裕がなかった(一方で交流機関車は民営化によって150両あまりの大量廃車が発生した)ためである。
落成から20年前後が経過し、延命を図るために1994年からは基本番台・400番台の大半に対して更新工事が施工されている。詳細は後述の更新工事の項を参照。
2003年(平成15年)から、日本海縦貫線貨物列車の委託を解消するため、JR東日本から余剰車を購入し、富山機関区と東新潟機関区に配置した。後継機の開発も行われ、日本海縦貫線では2002年からEF510形の使用が、関門トンネル区間では1,300t列車を運用するため2007年からEH500形の使用が開始されている。これら新形式の投入により経年の高い初期車を中心に本形式の淘汰が進み、検査期限に余裕のある本形式は富山区から門司区へ転属が行われて九州内で運用されるED76形の置き換えが行われている。
2009年時点で、本州内の配置は富山1か所に集約され、青森信号場 - 大阪貨物ターミナル間の日本海縦貫線で貨物列車に使用されている。門司配置車は関門トンネルを含む山陽本線幡生 - 鹿児島本線福岡貨物ターミナル間で貨物列車に重連で使用される。同区間では寝台特急の牽引にも充当されてきたが、列車の廃止により2009年3月で旅客列車の運用は終了した。2010年(平成22年)からは鳥栖以南(八代まで)ならびに長崎本線(鍋島まで)での貨物列車の運用も始まっている。外部塗色は基本番台・400番台 は赤13号であるが、JR東日本から購入した車両は購入時の赤2号のまま使用 されている。門司に配置される300番台は301・302 が赤13号、303・304はステンレス地肌の無塗装である。
九州南部には線路等級の問題から長年入線できなかったが、2010年12月より鹿児島本線鹿児島貨物ターミナル駅まで、2013年(平成25年)3月より日豊本線南延岡駅まで乗り入れるようになった。これによって、九州内のすべての貨物列車を牽引できるようになった。また門司機関区所属車は、九州内で進んでいるATS-DKの設置に対応するため、2014年度から独自開発したATS-DFの設置が進んでいる。
2021年(令和3年)3月31日発表の2021年度事業計画で「故障による輸送障害を未然に防止するため老朽車両の取替を計画的に進め、九州地区については取替後にEF510形式機関車を導入する」との記載の報道がされた。
なお、5号機は広島車両所においてEF67形の更新用の試験塗装が行われており、左右で異なるカラーリングのまま一般公開で展示されたことがある。
本形式の初期車は車齢35年を経過し、JR貨物所有の本形式に対して継続使用のための更新工事が順次行われている。施工は金沢総合車両所、鷹取工場、小倉車両所である。
内部機器の再整備・交換を行うほか、主電動機を車軸に装架する軸受をコロ軸受に取替えた車両もある。これら更新工事を実施した車両は、車体下部全周または側面中央に白線を表示する。300番台では全機に更新工事が施工され、白帯表示 (EF81 301) ・エンド表記周囲の白枠塗装(EF81 302・303)・正面の青帯 (EF81 304) が表示された。304の青帯は後年に撤去されている。
更新工事の施工車は次のとおりである。
EF81 1・2・8・10・19 - 23・25 - 28・32 - 36・38・39・115 - 126・129・135・301 - 304・401 - 408
国土交通省鉄道に関する技術上の基準を定める省令によって、最高速度が100km/hを超える運転を行う際に、新たな保安装置(運転状況記録装置)の搭載が義務付けられた。これの有無による、JR旅客会社とJR貨物が所有する本形式の最高速度の相違を区別するために、2012年5月からJR貨物所有の本形式0番台に対して車両番号が元番号に600を加算する措置が取られている。なお、300番台・400番台・450番台・500番台車は、旅客鉄道会社に所属する車両がない(JR九州所属の400番台は2010年度に消滅した)ため、改番の対象となっていない。
種車のナンバープレートは、車体に直接文字を貼り付けたもの、切り抜き文字を貼り付けたプレートによるもの、エッチングプレート式のものが存在するが、改番後は500番台・450番台と同様の書式の切り抜き文字を貼り付けたプレートを取り付ける形で行われた。
改番工事の施工車は、2012年6月現在、次のとおりである。
EF81 27・28・33・115 - 119・121・123・125・126・129・135・142・146・148
→ EF81 627・628・633・715 - 719・721・723・725・726・729・735・742・746・748
JR東日本からJR貨物へ次の8両が譲渡されている。
2003年(平成15年)度 - EF81 135(1両)
2004年(平成16年)度 - EF81 76・77・109・112・142・146・148(7両)
2018年(平成30年)度までの廃車車両は以下のとおり。JR東日本でも後期型の廃車も見られ、JR貨物では初期型中心に廃車が進んでいる。JR貨物の車両形式の冒頭にあるとおり、日本貨物鉄道(JR貨物)については出典における検証可能性の都合上から2016年度(2018年11月現在)までの表記となっている。
1992年(平成4年)度 - 1両
JR東日本 - EF81 70(1両)
1993年(平成5年)度 - 1両
JR東日本 - EF81 63(1両)
JR貨物中央研修センターで運転シミュレータとして使用されている。塗装は500番台と同じJR貨物標準色。
1995年(平成7年)度 - 2両
JR九州 - EF81 412・414(2両)
1996年(平成8年)度 - 3両
JR東日本 - EF81 64・65・71(3両)
1998年(平成10年)度 - 1両
JR東日本 - EF81 62(1両)
1999年(平成11年)度 - 2両
JR東日本 - EF81 72・74(2両)
2000年(平成12年)度 - 6両
JR東日本 - EF81 11・12・67・68・69・73(6両)
2001年(平成13年)度 - 4両
JR東日本 - EF81 13・14・15(3両)
JR西日本 - EF81 105(1両)
2002年(平成14年)度 - 3両
JR東日本 - EF81 66・110(2両)
JR西日本 - EF81 47(1両)
2003年(平成15年)度 - 3両
JR貨物 - EF81 1・6(2両)
JR東日本 - EF81 111(1両)
2004年(平成16年)度 - 1両
JR東日本 - EF81 16(1両)
2006年(平成18年)度 - 11両
JR東日本 - EF81 61(1両)
JR九州 - EF81 409・413(2両)
JR貨物 - EF81 3・4・5・7・8・9・30・34(8両)
2007年(平成19年)度 - 8両
JR東日本 - EF81 17・18・55(3両)
JR貨物 - EF81 20・21・24・32・77(5両)
2008年(平成20年)度 - 18両
JR東日本 - EF81 56・59・60・90・100・143・144・145・152(9両)
JR西日本 - EF81 46(1両)
JR貨物 - EF81 23・29・31・35・36・38・109・112(8両)
2009年(平成21年)度 - 4両
JR東日本 - EF81 83・89(2両)
JR西日本 - EF81 102(1両)
JR貨物 - EF81 76 (1両)
2010年(平成22年)度 - 12両
JR東日本 - EF81 57・78・84・91・94・127・149(7両)
JR西日本 - EF81 45・48(2両)
JR九州 - EF81 410・411(2両)
JR貨物 - EF81 407 (1両)
2011年(平成23年)度 - 13両
JR東日本 - EF81 58・79・82・85・86・87・88・92・93・96・99・147・150(13両)
2012年(平成24年)度 - 7両
JR貨物 - EF81 10・19・22・25・26・401・405 (7両)
2013年(平成25年)度 - 4両
JR西日本 - EF81 101・104・107(3両)
JR貨物 - EF81 402 (1両)
2014年(平成26年)度 - 1両
JR貨物 - EF81 633(1両)
2015年(平成27年)度 - 5両
JR東日本 - EF81 138(1両)
北斗星色でザ・ヒロサワ・シティにおける展示保存
JR西日本 - EF81 103(1両)
トワイライトエクスプレス色で京都鉄道博物館における展示保存。
JR貨物 - EF81 301・302・746 (3両)
2016年(平成28年)度 - 5両
JR東日本 - 137(1両)
JR西日本 - 43・106・108(3両)
EF81 43は福井県敦賀市での部品譲渡・展示予定。
EF81 137は 盛岡車両センター青森派出所車籍での廃車。
JR貨物 - 408(1両)
2018年(平成30年)度 - 1両
JR東日本 - 151(1両)
2021年(令和3年)度 - 1両
JR東日本 - 133(1両)