機関車は、さらに速度を上げて碓氷峠を暴走する。やがて、①第1トンネル内で脱線 そして ②トンネル壁に接触し火花をあげる ③さらに速度を緩めることなく暴走を継続 ④ついに熊ノ平付近で轟音をあげて転覆する。という大事故になった。この事故で乗務員３名が重軽傷を負っている。
機関車はどうなったのか？ 全４両が大破。復旧不能となり廃車となった。この事故で失われたEF63の補充として、EF63 24号機 EF63 25号機 が新製された。 では、原因は解明されたのか？ 実は今でも完全には公表されていないのだ。何重ものブレーキを装備しているのに、そのすべてが壊れたのか？
「運転士＋発電ブレーキ＋空気ブレーキ＋電磁吸着ブレーキ」というEF63の多重防護すべてが働かなかったのか？ 当時の資料では、「ブレーキ系統に関係する異常」とされているが、明らかになっていない部分も、いくつか残る。
流れとしては、①下り勾配を走行 ②発電ブレーキ能力低下（原因不明）③空気ブレーキへの依存が増加 ④ブレーキ力低下 ⑤速度上昇 ⑥過速度状態 ⑦脱線・転落 という構図である。 では車両はどれくらいまで加速していたのか？正確な資料は開示されていないが、鉄道ファンらは100km/hは超えていたものと推測している。
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