EF66 是試作機 EF90 1 的量產版本。它捨棄了此前主流的 MT52 型主電動機與吊掛驅動方式，採用了輸出功率更高的 MT56 型主電動機及中空軸可換式驅動，是一款具有劃時代意義的機車。本文將以 2015（平成 27）年通過全般檢查出廠的 27 號機為例，深入探究 EF66 的細節。
EF66 的製造經過
在開發 EF66 的前身 EF90 1 時，國鐵採取了極具野心的企劃與設計，例如開發高出力型主電動機，以及採用此前未曾有過的使用案例的驅動方式。
EF66 是在 1960 年代中期，為了回應新幹線帶來的高運送量大發展，以實現貨物輸送的大量化與高速化為目標而計劃開發的機車。其原型是 1966（昭和 41）年試作的 EF90 1，國鐵根據其獲得的數據，於 1968（昭和 43）年開始量產 EF66。此外，在 JR 化之後，新造了維持基本性能的 100 型，至今仍以東海道、山陽本線為中心，在第一線活躍。
1 基本性能
在要求機車牽引列車高速化的趨勢下，EF66 作為軸重 16 噸的 F 型機，被要求在 10% 的上坡梯度下，能以 75km/h 的速度牽引 1000 噸的荷重，並以在平坦線路達到約 120km/h 的平衡速度為目標進行設計。
本機雖然採用 B-B-B-B 的基本軸配置，但 1 小時額定輸出功率設定為 3900kW (650kW×6)，實現了約為 EF65 1.5 倍的高出力化。雖然與直並列機 EF65 的並聯電路不完全相同，但在並聯電路中能獲得較高的爬坡牽引力速度，且在直列、直並列、並列的各段中，均設有可連續使用的 8 個弱磁極限檔位，使針對坡度與荷重的速度延遲範圍得到了飛躍性的提升。
2 驅動方式
本形式首次採用了空中軸齒輪一段可撓方式，旨在降低彈簧下荷重，並透過取消擺動部件來提高維護效率。此驅動裝置透過橡膠傳遞主電動機的轉矩，構造是在車輪同心處設置空中軸，並在空中軸兩端透過接頭橡膠與車輪進行彈性結合。該橡膠負責傳遞旋轉力矩，並承擔主電動機與空中軸的垂直荷重及水平方向荷重。
然而，這是一種由平準輪構成的一段減速方式，也可以說是一種將主電動機安裝在可動中心軸上的半懸吊驅動。因此，隨著體制變更，不再使用設備兼車，而使用直徑 1120mm 的一體式車輪。其特徵在於中心部分使用接頭橡膠，因此開有 8 個孔洞。
3 主電動機及控制方式
為了對應高出力化，EF66 配備的 MT56 型主電動機屬於高速型，其額定電流以及全速度範圍內的轉矩較以往 EF65 等機型使用的 MT52 型主電動機增加了 15%。為了在允許範圍內榨出極大高輸出，尺寸上的餘裕幾乎沒有。
為了對應此類高出力化，由於主電路的短路電流會變大且需防止短路，因此將以往的「短絡塗裝」方式變更為「橋絡塗裝」。同時，將單元開關改為新開發的雙接點 10000A 級，高速斷路器亦採用 5000A 級。控制電路採用凸輪接觸開關的自動分段方式，電阻控制器、變壓控制器、弱電控制器則分別由獨立的導向馬達驅動。此外，主控制器採用新設計的緊湊型，其檔位把手的形態與以往產品完全不同。
4 車體構造
本形式雖為一般的箱型車體，但為了牽引 110km/h 的高速貨物列車，提高了駕駛室頂棚的高度，因此形成了與以往機型不同的車體形狀。屋頂呈無突起的直線形狀，且可拆卸式屋頂並非監視窗形式，而是平頂。車體側面頂部設有 12 度的傾斜，使其更具高速機的外觀。
最顯著的特徵在於前端，將正面固定窗部件的玻璃部分大型化，正面設有 34 度的傾斜，窗戶的上、下邊以及直線向側面大幅後退。正面窗下部在車體中心設有稜線。前照燈與標誌燈位於正面的直立部分，構成獨特的前面形狀。這使得駕駛員的空間更加寬裕，同時在各處加入了人體工學的考量。
兩款台車
EF66所採用的台車（兩端台車：DT133A形 / 中間台車：DT134A形）之軸距為2800mm，採用空氣彈簧直結的全側受支持方式，驅動裝置為QD10A形，並使用接頭橡膠的中空軸可換方式。軸式為新性能機主流的B-B-B-B，基本構造與試作機EF90 901相比沒有太大的變化。
搖擺裝置採用傳統的搖擺枕木懸吊方式，其構造利用了與車體直結之空氣彈簧的橫向撓曲。空氣彈簧承載於一個枕木樑之上，此枕木樑由台車框架的側受支持，而台車框架則以從枕木樑突出之銷軸為中心進行旋轉。
另一方面，中間台車在通過曲線時，中心銷軸相對於軌道中心的變位量較大，因此無法採用與兩端台車相同的搖擺裝置。此外，在曲線半徑100m、間隙（Slack）30mm時，變位量為170mm。因此，中間台車採用搖擺枕木懸吊方式的橫搖式，為了減少橫向抵抗力，將搖擺枕木懸吊的長度盡可能延長至1000mm。此外，為了與兩端台車的全側受支持相同地抑制蛇行現象，利用台車的旋轉作用於搖擺枕木受的懸吊板上，藉由此摩擦力來抑制台車旋轉時搖擺枕木懸吊的運動，以提供適當的旋轉抵抗。牽引力的傳遞高度位於 bolster anchor 之上方 600mm（距軌道面）。這是考量到電氣軸重保證，並與兩端台車協調後決定的。
台車框架由厚度9mm的鋼板壓製成型並加入內部補強，經焊接組裝而成箱型截面構造。由於軸箱受部分與EF65相同地使用了橡膠，因此設有壓入棒狀軸箱受的孔穴。此外，在軸彈簧內部頂面施加補強等措施，以對應高速行駛。橫樑同樣由厚度9mm的鋼板壓製加工而成，同樣為箱型截面形狀。此外，在橫樑前後方焊接有主電動機支架。
前面・連結器周邊
前頭部的形狀比以往的機車車頂一般部位更高，擴大了設於正面固定定心部的窗玻璃，前面採取 34° 傾斜，窗戶的上邊與下邊皆為直線向車側後退。前面立起部由兩個平面構成，與比台枠及前面端略微突出的窗下曲面相接；與窗下部分相同，在車體中心設有鏡面，並以向車側傾斜的圓筒一部分相接。前照燈及標誌燈燈罩位於前面立起部，配合面向視線方向的前面傾斜，使車側部分與車體曲面外板處於同一平面。在前面傾斜部分下方的裝飾部位，於前照燈燈罩靠近車體中心側設有鉸鏈式前面通風口。
連結器為了牽引高速貨車而採用密著自動連結器，在高張力鑄鋼的連結器框架內安置 RD12 型橡膠緩衝器，並由耐磨樹脂復心裝置支撐。連結器周邊裝備了制動管及原空氣管兩系統的空氣管，在與具有相同設備的 10000 系貨車連結時，能自動且可靠地完成連通。
MT56形主電動機・驅動裝置
為了使中高速域的牽引性能能最大限度地發揮，並具備充足的輸出功率，使軸重16t的F形機在10%坡度下能以75km/h牽引1000t的列車，同時為了在最高速度附近仍保有加速餘力，將平坦線路的目標速度設定在120km/h左右，由此開發出吊り式巻極主電動機MT56形。
其1小時的定格輸出為650kW，輸出約為MT52形的1.5倍，總扭矩增加了15%。MT56形主電動機的主要特徵如下：
- 極數改為6極
- 電線與界磁的絕緣均採用環氧樹脂
- 磁隙（Magnetic Gap）的一部分採用積層結構
- 主極枠間隙採用楔形間隙（Wedge Gap）
- 整流子固定方式採用環形形式
- 定格轉速提升至1260rpm
- 定格界磁設定為85%
動力傳遞方式為透過橡膠傳遞主電動機扭矩的中空軸式一般齒輪減速可撓驅動裝置，採用QD10形驅動裝置。
QD10A形驅動裝置
QD10形驅動裝置的構造是在車輪同心處設置中空軸，並在中空軸兩側透過接頭橡膠使車輪與其達成彈性結合，此橡膠負責傳遞旋轉力，並吸收主電動機與中空軸所承受的垂直及水平荷重衝擊。
本驅動裝置大致由車輪側驅動圓盤、接頭橡膠、中空軸等組成；主電動機的一端透過鼻端（Nose）安裝於台車，另一端則透過圓筒滾子軸承由中空軸支持。鼻端透過防震橡膠固定於台車構架，車輪側則透過滾子軸承固定於中空軸上的卡匣（Cartridge）中。
中空軸透過安裝於車輪螺栓固定之車輪驅動圓盤內的接頭橡膠，配置於兩輪之間。中空軸內壓入了圓筒滾子軸承（反車側迷宮密封及齒輪側迷宮密封）、除油環以及大齒輪，大齒輪的凸緣部（Boss）則以螺栓安裝驅動圓盤。在中空軸的反車側車輪端，整合加工了相當於齒輪側驅動圓盤的圓盤，並在該部分與齒輪側驅動圓盤之間，壓入了8根與接頭橡膠結合的軸心。
透過此種構造，在維持與吊式同等保養性的同時，實現了減輕簧下重量、減少對線路與主電動機的衝擊荷重、使齒輪齧合更均勻、減緩峰值牽引力以及提升空轉時的再黏著性等效果。
駕駛台・MC46型 主控制器 (Mascon)
駕駛台採用桌式設備安裝方式，其必要設備的形狀與配置均符合人因工程，構造便於操作。
駕駛台上的儀表使用EL型顯示器，收納於儀表箱內並以螺絲固定於駕駛台上。各種儀表的種類考量了人因工程，將行車過程中查看頻率較高的儀表配置於中央，由左至右依序為：空氣溫度壓力計、平衡空氣溫度壓力計、制動汽缸管壓力計、制動管壓力計、速度計、主電動機電路電流計、全電路電流計、架空電車線電壓計。此外，前方傾斜部位的前方中央設有車內警報裝置指示燈，左側為確認按鈕，右側為時鐘，上段則配置有10點指示燈。
機車駕駛員席右手側設有MC46型主控制器，用以遠端操作CS27型電阻控制器及CS28型被控制器等，執行機車動力的運行控制。MC46型的操作部由主手柄、換向手柄、界限手柄及重設按鈕等組成。主手柄包含用於構內運轉等的緩慢級4段，以及直列、直並列、並列級，電阻控制採取自動級位切換。此外，為了實現廣範圍的速度控制，配置了以往主控制器中常見的並列最終級界限制御位置，除捨級外，各級均可透過界限手柄進行界限制御。手柄採丸頭設計，為了簡化操作，取消了僅手把頂端可旋轉的構造，改為固定式。
空氣制動裝置採用非重連型且附帶制動率速度控制的EL14AS，制動閥（不含腳踏台）設置於左側，且向前方傾斜15°。
電動發電機
MH81B-DM44B 型電動發電機作為控制電源使用，懸吊於第一補助機器室的上部。輸入電壓為直流 1500V，輸出為交流 100V・60Hz 的二相三相式，轉速為 1800rpm，容量為 5kVA。此型號是由 101 系或 153 系等直流電車所使用的 MH81-DM44A 型拆除風扇並縮短軸長，並考量突波等因素微調形態而成的。裝置上安裝有將啟動裝置、自動調整裝置、整流裝置等整合在同一框架內的 VR-HS44B 型附屬裝置。1973 (昭48) 年度增備的 21 號機以後，變更為採用三相感應電動機並將輸出增大至 90kVA 的 MH127A-DM84A 型。
MH81B-DM44B 型電動發電機 規格表
| 項目 | 電動機 | 發電機 |
|---|---|---|
| 方式 | 直流複繞線型 (定速型) 附帶定電流控制功能 | 直流複繞線型 (定速型) |
| 通風方式 | 雨散自記通風型 | 雨散自記通風型 |
| 相數 | － | 2 相 3 相式 |
| 輸出 | 6kW | 5kVA |
| 電壓 | 1500V (額定電壓 1.1 倍起) | 100V |
| 電流 | 5A | 25A |
| 轉速 | 1800 Rpm | 1800 Rpm |
| 負荷率 | － | 60% |
| 效率 | － | 0.9 |
車體細節：車頭周圍
車頭呈現出代表高速與強大力量的動感造型。基本設計基準參照試作型的 EF60，但在量產時將正面窗中央支柱的寬度縮小，且平面玻璃與車側曲面玻璃的接縫處向車側偏移了約 100mm。
此外，駕駛室側窗由 EF60 的雙扇拉窗變更為單扇拉窗，支柱的形狀與位置亦有所變更，窗上方的排水簷（水切）也變得更大。從 1973 (昭和48) 年度製造的車輛起，為了防止集電弓掉落的污垢污染，窗上方設置了遮陽板 (Hisashi)，同時廢除了車頭通風口並變更了扶手形狀。遮陽板的設置隨後擴展至除 11 號機以外的所有機車。
EF66 塗裝變化
EF66 擁有極其豐富的塗裝變化。 從現行塗裝到令人懷舊的色彩應有盡有。
【國鐵色】
從 1966 (昭和41) 年 EF60 試作機登場起，便採用了國鐵直直流機塗裝。第 15 號機採用了包含 1 號奶油色 (Cream 1) 警戒色與特急色的國鐵特急塗裝，車頭號碼板的底座中整合了特急標誌。儘管在施行更新工程後，27 號機仍維持著原始塗裝，至今仍活躍於線路上。
【試驗塗裝1】
在交由 JR 貨物負責期間，各地也陸續出現試驗塗裝機。在 EF66 中，20 號機於 1987 (昭和62) 年 8 月進行第 1 次全般檢查時，於塗裝工場施行。以 1 號奶油色為基調，並以類似第 15 號機的粗帶條，呈斜角延伸至約 EF68 的膝蓋位置（側面中央的大型 JR 標誌亦為其特徵）。此塗裝在 1993 (平成5) 年 10 月的第 7 次全般檢查（併行更新工程）時被取消。
【試驗塗裝 2】
1993（平成5）年，與EF65相同，EF66也研議由車輛工事車進行塗裝變更的提案。當時由於無法輕易利用電腦製作CG圖，因此採取手繪或使用模型進行試驗，並將塗色方案應用於因台車檢查而入廠的7號機等車頭面部。雖為100番台，但設計上將塗色分界線從側面百葉窗下緣延伸至車頭前面。臨時編號則是以貼紙方式黏貼。當時亦有計畫為了配合100番台的規格，將側面編號移至助手席窗下，並將前面編號移至左上方。
【新更新色 1】
自2004（平成16）年2月以後更新出場的54號機起，塗色分界改為以國鐵色為意象。2002（平成14）年起在廣島車輛所興起的塗裝變更風潮也應用於1號機，車體採用濃青15號，前面採用乳白色1號，在東海道本線則可見到土色4號。與EF70 100番台不同，此處未採用JR標誌，而是黏貼白色的JR-FREIGHT標誌，且前照燈之間、燈柱下方以及乘務員扶手全部塗成白色。
【更新色】
自1993（平成5）年6月更新出場的19號機起，以當時的JR貨物色為基準，將分界效果較不明顯的藍色統一為單色。深藍色（Deep Blue）與淺紫色（Light Purple）兩色以側面百葉窗下緣線為分界，前面部分則以國鐵色的分界線劃分至乘務員門為止。由於設備有所變更，塗色分界線與車體側面保持一致。乘務員門則採用當時標準的土色4號。在姓名牌下方黏貼了JR-FREIGHT標誌。前面則拆除了特急標誌及懸掛式看板。當時由於主幹線上存在公害問題，未使用耐候塗料，導致塗裝在數年內便退色至接近天藍色的程度。