国鉄が設計・新製した交流電気機関車、1968年から70年まで1次型、73年に2次型が製造された。
概要
投入までの経過
1968年のヨン・サン・トオダイヤ改正で奥羽本線福島～山形間と仙山線が交流電化（福島～米沢間と仙山線の作並駅以西は直流電化を交流に変更）された際に設計・新製された。
元々上記区間用にはED78形が試験車による各種試験を経て投入されることになっていたが、急勾配である福島～米沢間の板谷峠区間において最大重量650tの貨物列車を運行する場合、同機の重連では牽引は可能であるが長時間回生ブレーキ時のモーターの熱容量が不足するため、主電動機熱容量超過（※1）回避の必要性が生じた。
そこで、同区間での牽引定数を一定以上確保することを主目的、というか唯一の目的としてF形機を新たに投入することになった。
車両概要
車体はED75形等の意匠を引き継いでいる。
ED78形とモーター自体はほぼ同じ（絶縁強化等のマイナーチェンジは施されている）だがD形では4機搭載であるのに対し本機では6機搭載となっている。電圧上昇等が施されたこともあって機関車1台での総定格出力は2,700kWに達した。国鉄が設計した交流電気機関車としては最大になる。…ただし車体長も18.5m、最終的な運転整備重量も100.8tと最大級。
制御方式はこれまたED78形と同じサイリスタ位相制御を採用した。ただし製造時のコストダウンのためサイリスタユニットは簡略化してあり、モーター回路構成も直流機同等とダウングレード。のちに運用上の禍根となることになる。
また、急勾配区間かつ冬季は寒冷降雪区間であるため保安装置やブレーキの強化も施されている。
運用
1968年10月改正で運用開始（厳密にはダイヤ改正直前の福島～米沢間交流切替時から）。
板谷峠区間を含む奥羽本線福島～米沢・山形間において「津軽」に代表される急行列車や普通列車・貨物列車のほか、寝台特急「あけぼの」の牽引など広汎に使用されたほか、気動車特急時代の「つばさ」で補機を務めた（※2）。
国鉄分割民営化に際しJR東日本に1号機を除く全車が承継されたが山形新幹線運行のための改軌工事に先立ち1991年には板谷峠区間での運用を終了。末期の板谷峠越え普通列車運用では、50系客車によるわずか2・3両ほどの短編成列車を本形式が牽引する姿も見られた。
板谷峠区間での機関車牽引列車消滅により役目を失った本形式は同区間での運用に特化した性能上の問題や機関車需給の関連もあって他の路線への本格的な転用も行われることなく1993年に全車が除籍され形式消滅した。
本機における誤解と限界
上記の通りカタログデータとしての出力は確かに交流電気機関車としては最大であるが、決して一部で言われるような「最強万能機関車」などではない。
- 定格出力こそ最大値を達成したが、そもそも出力アップは結果的についてきたもので主電動機の熱容量を抑えるのがメインの目的であり、本機はあくまでも過酷な長時間運転でのモーターの熱容量に余裕を持たせる運転が要求された板谷峠での補機（と前後の短区間）運用に特化して製造された特殊用途機である。低速の重量貨物列車や181系気動車のオーバーヒート回避のための補機などでは高い機器の耐久上限値から有用ではあるが、逆に言えば他の区間や種別はそもそも本機には向いていない。
- 1970年に初の奥羽本線（南部）経由寝台特急「あけぼの」が設定された際には書類上の編成重量が牽引定数内に収まっていたため本機単機での牽引で運転開始された（ED78形が仙山線での運用主体になり奥羽本線山形以南での運用が減らされたことも関連する）が、20系客車に防火対策と汚物処理装置を搭載し重量増加した途端に空転を頻発した。実状調査後、1977年には編成両数見直しと常時補機連結となりED78形主体の運行へ再編。さらに1980年の24系客車置き換え時には粘着特性の良いED78形の方を2両増備した上で同機の重連牽引に統一され、「あけぼの」運用から離れることになった（ただし、その後1982年以降は混用される形で復帰している）。
- モーター回路構成は直流機の抵抗制御部分をサイリスタに置き換えただけであり、制御方式は交流機の特徴である永久並列接続による定電圧制御とは無縁で、直並列のみの組み合わせのため空転が発生しやすい。対策として死重を5t増載したものの、抜本的な解決策とはほど遠かった。最初から5t分のマージンをつかい、サイリスタユニットをフルスペックにしておけば回避できた問題であり、見通しが甘かったとしかいいようがない。
- 上記の通り牽引定数確保が主目的であったがあくまでそれは特に勾配が大きい板谷峠区間でのこと。平坦線に下ろしても性能上は高速対応である弱め界磁を装備してないため高速領域もまるで伸びないため、本来平坦線用に設計された機関車には及ばない。実際に板谷峠区間から撤退した後東北本線で臨時貨物に使われたこともあった（※3）が定着せず早期廃車となっている。
- そもそも「最強万能機関車」なる事が言われるようになったのは、1980年にTOMIXのNゲージ製品発売の際、景気の良い売り文句として趣味誌各種において実態とかけ離れた宣伝がなされたのが発端である。低年齢層中心だった当時のNゲージ市場ではセールスは期待できなかったとはいえ、スーパーロボットあたりと勘違いした誇大なキャッチコピーの罪は大きい。「メディアに祀り上げられたヒーロー」ともいえ、模型メーカーがスポンサーにつく商業出版では空転問題などを曖昧に描かれることがかなり多く、虚偽の礼賛記事を平気で掲載していたほどである。これは現代にいたるまでも続く問題であり、人脈とスポンサーがそのまま続いているため歪曲されていない資料を探すのはかなり難しい。
- 「カタログスペックだけが高いが実際には用途が限定された看板に偽りありの『ハリボテ』の称号こそこの機関車にふさわしい」とまで極論されることもあるが、運用の都合でもともと本機の予定していなかった種類の列車に充当された（極端に言えば米沢駅以北の区間での運用ですら本機にとっては想定外と言える）ことも上記のようなトラブルを起こした原因であるともいえ、本機にとっては少々酷な評価かもしれない。
現在
1号機がJR東日本新幹線総合車両センター（宮城県宮城郡利府町）敷地内にて静態保存されていたが2019年12月に解体された。
余談
映画『おもひでぽろぽろ』に本機およびED78に似た機関車が登場している。シルエットながら中間台車を描き分けるなど特徴は掴んでいるが、一部の鉄道オタクからはデッサンの狂った名状しがたいモノと揶揄されている。
注記
※1：不正確な例えであるが解りやすくいえば「オーバーヒート」である。
※2：181系気動車自体は性能上は補機を必要とせず峠超えは可能ななのだが、勾配区間での連続運転で過熱による駆動エンジン系のトラブルが頻発したためオーバーヒート回避対策としてに急きょ当形式が駆り出されたもの。
※3：「ED78と混用されてたんなら仙山線で使えばいいじゃん」と言われそうであるが、本機は先述の通り車体長が長いためオーバーハング角の関係で支障する場所があり、同線では一度も使われていない（仙山線も勾配があるとはいえ本機のような偏ったスペックの補機を要する訳ではなく、運用上でもED78で充足していたのでわざわざ本機を転用する必要もなかった）。
関連タグ
EF16 EF63 EF67：他の峠越え区間補機運用に特化した専用機の例。
本来用途と違った所で使われると…な例
211系 103系 105系 227系 キハ25系(JR東海)：クロスシート車が必要な区間にロングシート車投入・統一
225系 223系 221系 山陽5000系：最混雑区間・時間帯ばかりに集中してクロスシート車を投入・統一
313系：上記2例の両方(静岡と神領)
