国鉄EF81形電気機関車
1991年(平成3年)のダイヤ改正で本州 - 九州間貨物列車の増発に対応するため、従来より使用されている400番台の増備としてJR貨物が新造した関門トンネル用特殊仕様車で、1992年(平成4年)までに5両 (EF81 451 - 455) が製作された。
500番台をもとに重連総括制御装置を追加した仕様で、機関車の向きが変わっても運用しやすいよう、ジャンパ栓は左右両側に装備する「両渡り」構造である。旅客列車の牽引は考慮されず、電気暖房用の各種装備はもたない。主電動機は、車軸に装架する軸受を平軸受からコロ軸受に変更したMT52Cを採用し、保守を軽減している。また、保守効率の向上を図り、集電装置がFPS22E下枠交差式パンタグラフに変更された。
外部塗色は500番台と同様の配色であるが、車体下部全周に青色の帯が追加された。車両番号の標記位置や飾り帯を持たない正面の意匠も500番台と同一である。
1991年製作の2両(EF81 451・452)は前照灯と尾灯を一体化のうえ前面下部に設置したが、1992年製の3両 (EF81 453 - 455) は従来機と同一の正面上部に前照灯を配した。これは、本形式の500番台向けの構体を流用したためである。
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。
JR東日本
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。
民営化後の貨物輸送量増加を受け、日本海縦貫線の輸送力を増強するためJR貨物が新造した一般仕様形式で、1989年に3両 (EF81 501 - 503) が製作された。当初メーカーに対して6両 (EF81 501 - 506) の発注が内示されていたが最終発注で3両に変更されている。
性能や基本的な構造は基本番台の最終増備車を踏襲したが、各部の仕様を変更している。旅客列車への使用は考慮されず、電気暖房用のインバータ装置やジャンパ栓を非装備としたほか、ブレーキ装置は20系客車牽引時に必要な編成増圧機能を省略し、単機増圧機能のみを装備する。
塗装は車体上部が濃淡ブルーの塗り分け、車体下部がライトグレー、運転室側扉はローズピンクのJR貨物標準配色である。台車は灰色とされた。車両番号表示は、正面は向かって右側、側面は向かって右側の運転台側扉後方に移され、書体も変更された。ステンレスの飾り帯は装備しない。