国鉄EF58形電気機関車
自動式の蒸気暖房用ボイラーを搭載するスペースを確保するため、デッキが無くなった分、車体が延長され、斬新な半流線型となった。
鉄道省→国鉄によって1920年代から1940年代にかけ製造されてきたすべての大型電気機関車は、蒸気機関車と同様に、長大な台車枠を相互に連結して土台とし、前後への牽引力もこの台車枠で受け持つ構造になっていた。車体については、台車枠の動軸部分上に短い車体を載せるのが普通であった。この車体は蒸気機関車のボイラーと同じで牽引力を分担せず、単に機器室外覆の役割を持つだけである。
台車枠前後両端に配置された無動力の先輪上は、乗務員の乗降や入れ換え作業時の要員搭乗に使われるデッキとなっていた。乗務員は車体妻面のドアから運転台に出入りしていた。
改良型EF58形では台車枠を土台とする古い構造自体に変化はなかったが、先輪上のデッキを廃し、車体を先輪上の車端いっぱいにまで延長した。戦前の流線型機関車EF55形で片側の流線型部分のみ車端まで車体とした例はあったが、F級機関車でデッキなしとして全長に渡る車体を載せたのは、日本ではEF58形が初である。結果としてはデッキ付車の車体が14m級だったのに対し、全長19m弱に達する長大な車体となった。
車体支持点位置の関係上、車端部まで中央部並みの車体幅とするとカーブ通過時に車両限界を突破してしまう。そのため、先輪上に当たる運転台部分は車幅が徐々に狭まる形となり、断面が小さくなって、車体の長大さを強調することになった。
1960年以降、昼行の特急・急行列車の分野で電車列車が台頭してくると、本形式は夜行列車を主な運用とするようになった。ブルートレイン牽引の本格的後継機であるEF65形500番台(P形)が登場した後も、寝台列車運用には盛んに用いられた。
最高許容速度こそEF65形に僅かに劣った (EF58形=100km/h, EF65形=110km/h) が、全界磁定格速度では著しく勝っており (EF58=68.0km/h, EF65=45.0km/h) 、平坦線での高速域に限ればその牽引力はEF65形とも大差なかった。「特急型」とされたEF65-500, -1000にしても一般型とモーター、ギヤ比が異なる訳ではなく、20系客車および10000系貨車をけん引するためのブレーキがついているだけのことである。したがって110km/h運転が可能な区間の少ない路線や急行列車以下で主力だった旧型客車の牽引(最高速度95km/h)では、1970年代に至っても十分に実用機たり得た。なお、1950年代中期の速度試験でEF58形は123km/hの最高速度に到達してもいるが、営業運転ではそこまでの高速は出さなかった。
1960年代以降の国鉄は、高出力で貨客両用として用いることのできる新系列電気機関車を大量増備したが、これらは貨物列車牽引機としての牽引力をも満たせる汎用性を重視したため、高速性能は必ずしも十分に高くなく、旅客列車の高速牽引能力においてEF58形を上回るものはなかった。
MGの通常使用時と冷房使用時での負荷切替
給電接触器の投入
なお、同じように20系客車用のジャンパ栓を備えたEF60形500番台やEF65形500・1000番台ではカニ22形のMG遠隔操作関連が省略され、非常用のパンタグラフ降下・MG停止と連絡電話回路のみとなっただけでなく、本形式が備えた20系客車用ジャンパ栓も1960年代の特急運用撤退後は使われることがなくなり、1970年代以降のP形改造や電気暖房改造に伴う先台車改造に際して撤去した例もあった。
本形式が東海道・山陽ブルートレインを牽引する際の最大の問題は、山陽本線上り列車での難所である瀬野 - 八本松間(通称「瀬野八」)において単機では登坂力不足のため、EF59形などの補機を必要とすることだった。これを解消すると同時に、20系客車の編成増強(14両→15両編成化)を図るため、1963年(昭和38年)12月からEF60形500番台への置き換えが始まった。だが、一般貨物列車での大きな牽引力確保を重視してEF15形と大差ない高速特性しか持たないEF60形は、高速の特急列車牽引には不向きで、高速巡航可能な本形式と同等のダイヤを維持することが難しく、故障や遅延を頻発させた。
1964年(昭和39年)10月、東北方面初のブルートレインとして「はくつる」が運転を開始し、上野 - 黒磯間の牽引に東京機関区の本形式が使用された。
台車の基本レイアウトは旧EF58形から引き継いだ古典的なものであるが、車体重量増加に伴い、担いばね追加などの変更がなされている。旧EF58形に引き続き、動軸・従軸の別なくローラーベアリング装備としており、長距離・高速運転に有利である。
主台車は、鋳鋼台枠にイコライザーで結ばれた板ばね支持という形態はEF57形までと同様であるが、構造簡素化のために基礎ブレーキ装置がEF57形までの両抱き式から片押し式に変更された。制輪子受けの構造が従来どおりであると1動輪当りの制輪子(ブレーキシュー)数が従来機の2個に対しEF58形は1個に減って制動力不足となるので、一つの制輪子受けに制輪子を2個装備する構造にして従来機と同等の制動力を確保している(兄弟形式のEF15形も同様の構造となっている)。また、主台車前部台枠は、従来の旅客用機はデッキがあったために幅広となっていたが、EF58形についてはデッキが廃止されたために先台車車輪の内側に収まる狭幅のものになっている。
国鉄民営化時には61号機と89号機が東日本旅客鉄道(JR東日本)に、122号機が東海旅客鉄道(JR東海)に、150号機が西日本旅客鉄道(JR西日本)に引き継がれ、1988年にはJR東海が国鉄清算事業団から157号機を購入し車籍復活させた。この5両が動態保存機としてイベント列車などに使用されてきたが、老朽化や客車列車の廃止に伴う機関車運用の減少により2011年までに全車が運用を離脱。最後まで車籍を有していた61号機も2023年5月をもって除籍された。
1958年10月ダイヤ改正で、後に「ブルートレイン」と呼ばれることになる特急列車用固定編成客車20系が東京 - 博多間の特急「あさかぜ」で使用を開始し、牽引機に本形式が使用された。当時においては戦後新製された唯一の旅客列車用大型機関車で、かつ、特急牽引機として既に実績を有していたことが主たる理由である。
1960年には、架線電源式の電動発電機 (MG) を搭載したカニ22形が20系編成に組み込まれたこともあって本形式の一部に20系牽引の対応がなされ、先台車に20系乗務員室との有線電話回路・カニ22形の遠隔操作用回路を備えたジャンパ栓が設置された。外部塗色は従来のぶどう色2号塗装から20系に揃えた青塗装(青15号)に変更され、車体裾部のみをアクセントとしてクリーム色(クリーム1号)、台車は初期の20系客車に合わせた灰色(灰色2号、後に黒色に変更)とした。車両番号の変更は行われず、後継形式のEF60形500番台やEF65形500・1000番台のような明確な番台区分は行われなかった。本形式に備えられたカニ22形の遠隔操作装置は以下のような操作を行えたほか、給電の不良や電源車の火災に備えた警報器も有しており、非常時にはパンタグラフの緊急降下といった操作を行えるようになっていた。
カニ22形のパンタグラフ昇降・MG起動と停止
ボイラーの標準搭載は機関車運用の合理化に寄与し、本形式の運用範囲を著しく広げることになった。
SGがSG1からSG1Aに改良されたことに伴い、1エンド側屋上のSG排風口の形状が変更されている。(T型ガーランドベンチレータ左右2個から、2位側に大型のダクト型1個)
また、1956〜58年にかけて浜松工場担当の既存車にも排風口の改造が行われたが、鷹取工場担当の宮原機関区配置車には施工されなかった。その後、1970年から始まった電気暖房 (EG) 改造や、SGダクト化未施工車に対して追加改造が70年代半ばに施工されたが全車には及ばず、結局88・96・98・100号機は廃車まで原型のガーランドベンチレーターのままだった。
なお、1号機は試験的に蒸気発生量を増したSG2を搭載して運用されたことがあったが、後年にSG1Aへ戻されている。
EF58形が多数存在した時代には、工場へ入場した際に工期短縮という理由によって、別のEF58形から降ろされ整備済のSG装置へ振り替えを行なう事が多かった。後述のお召し機である61号機のボイラーも9号機→85号機→61号機と載せかえられたものである。
なお、のちに電気暖房装置が普及した東北本線系統などで運用される機では、ボイラーを撤去し「電気暖房化改造」を施されたものも存在した(後述)。