【大崎電業社製ESBブレーキ】仕組みや点検方法、ギャップ調整の方法を解説

クレーンなどの荷役設備や搬送設備、産業用機械などには必ず「ブレーキ」が使われています。

ブレーキとは、モーターなどで動作させた機械を止めたり、動かない状態を保持したりするための装置です。

ブレーキには油圧で動作する油圧ブレーキや、機械的な仕組みで力を加えて動作する機械式ブレーキなど、様々な種類が存在します。

その中でも、産業用として最も使われているのが電気の力でブレーキを動作させる「電磁ブレーキ」です。

この記事では、そんな電磁ブレーキのベストセラーである大崎電業製ESBブレーキについて、仕組みや点検方法・ギャップ調整方法等について解説していきます。

そもそも電磁ブレーキとは？

電磁ブレーキとは、電磁石の吸引力を使ってブレーキを動作させる装置です。

電磁ブレーキには主に以下の2種類があります。

• 「励磁作動形」　：電磁石に電圧を加えてブレーキを掛ける
• 「無励磁作動形」：電磁石に加えた電圧を切ってブレーキを掛ける

産業用で使われる電磁ブレーキの多くは、この「無励磁作動形」のものが採用されています。

どのような動作原理なのか、次の項でみていきましょう。

無励磁作動形の動作原理

引用先：三木ﾌﾟｰﾘｰ（電磁ｸﾗｯﾁ･電磁ﾌﾞﾚｰｷの構造と動作原理）

上の図が無励磁作動形電磁ブレーキの一般的な構造を表しています。

ロータハブは回転するモーター等の軸に繋がっており、モーターと一緒に回転します。

電圧を何も加えていない状態（OFF）では、トルクスプリングによって押されたアーマチュアが、ロータとプレートとをサンドイッチすることでロータを動かなくし、ブレーキが掛かった状態になります。

引用先：三木ﾌﾟｰﾘｰ（電磁ｸﾗｯﾁ･電磁ﾌﾞﾚｰｷの構造と動作原理）

次に、一定の電圧をコイルに加える（ON）と、コイルとステータが電磁石となってアーマチュアをステータ側へくっつけます。

すると、ロータはスプリングで押しつけられる力から開放されるため回転できるようになります。

引用先：三木ﾌﾟｰﾘｰ（電磁ｸﾗｯﾁ･電磁ﾌﾞﾚｰｷの構造と動作原理）

これが無励磁作動形電磁ブレーキの動作原理です。

なぜ無励磁作動形が産業用でよく使われるのか？

荷役設備などの産業用機器でなぜ無励磁作動形がよく使われるのかというと、何よりも「安全性」を重視しているからです。

電圧を掛けてブレーキを作動させる「励磁作動形」電磁ブレーキの場合、設備の稼働中に停電が発生したり、ブレーキの配線が何らかの理由で断線すると、ブレーキが正常に機能せず暴走や落下などの事故に繋がるリスクがあります。

一方、電圧を切ってブレーキを作動させる「無励磁作動形」電磁ブレーキの場合は、停電や断線が発生した瞬間にブレーキが動作するため、事故のリスクを最小限に抑えることができます。

このような理由から、安全性が求められる産業機器では、無励磁作動形の電磁ブレーキが主に使われているというわけですね。

ESBブレーキの仕組みについて

大崎電業社のESBブレーキの構造や特徴について解説します。

ESBブレーキの構造

引用先：株式会社 大崎電業社（無励磁作動形電磁ﾌﾞﾚｰｷ ESB標準ｼﾘｰｽﾞ）

大崎電業社のESBブレーキの構造は上図の通りです。

前述の無励磁動作形電磁ブレーキの構造図と名称が若干異なるものの、基本的な仕組みは同じですね。

構造図の「ハブ」はモーター等の軸を接続する部分で、「アウターディスク」と「インナーディスク」がはめ込まれており、モーターと一緒に回転します。

通常時は、「制動バネ」で押された「アーマチュア」が「アウターディスク」と「インナーディスク」を押しつけることでブレーキが掛かっています。

一方、ブレーキを開放する場合は、「フィールド」と呼ばれる電磁石に電圧を加えることで、「アーマーチュア」が引き寄せられ、「アウターディスク」と「インナーディスク」の間に隙間ができて、「ハブ」が回転できるようになります。

ESBブレーキの型式

ESBブレーキは定格ブレーキトルクによって型式とサイズが変わります。

引用先：株式会社 大崎電業社（無励磁作動形ﾌﾞﾚｰｷ ESB標準ｼﾘｰｽﾞ）

型　式	定格トルク ＜Nm＞	外形 ＜㎜＞	重量 ＜㎏＞
ESB-80	3.0	80	1.2
ESB-100	7.5	100	2.5
ESB-115	17.5	115	3.6
ESB-135	35	135	5.8
ESB-165	75	165	11.0
ESB-190	150	190	16.3
ESB-220	300	220	25.0
ESB-250	600	250	36.5

ブレーキトルクとサイズは比例関係にあり、サイズが大きくなるほどブレーキトルクも大きくなります。

また、ESB-○○○の数字の部分はブレーキ本体の外形寸法を表しているのも特徴のひとつですね。

ESBブレーキには「横向き用」と「縦向き用」の２種類ある

通常のESBブレーキは横向きの状態で取り付けるのが一般的ですが、縦向きに対応した「ESB-RKA」というシリーズもラインナップされています。

引用先：株式会社 大崎電業社（無励磁作動形電磁ﾌﾞﾚｰｷ ESB-RKA縦形ｼﾘｰｽﾞ）

なぜ、わざわざ縦形シリーズがラインナップされているかというと、一般的な無励磁作動形電磁ブレーキは横向き取付けを前提としているからです。

電磁石にアーマーチュアを引き寄せたとき、ハブがフリーの状態になって回転できるようになるわけですが、一般的なブレーキが縦向きに付いていると、アウターディスクとインナーディスクが重力でアーマーチュアの方に乗っかってきます。

引用先：大崎電業社株式会社（無励磁作動形電磁ブレーキ ESB-RKA縦形シリーズ）

ディスクにはある程度の重さがあるので、ディスクとアーマチュアが接触していると、摩擦が負荷となって少しブレーキが掛かったような状態になり、熱の発生やモーター過負荷の原因になります。

一方、RKAシリーズは「フローティング装置」というディスクがアーマーチュアまで下がってこない機構を搭載しており、ブレーキを開放してもアーマーチュアに触れないような仕組みになっています。

引用先：大崎電業社株式会社（無励磁作動形電磁ブレーキ ESB-RKA縦形シリーズ）

赤い星の部分にフローテキング装置が乗っかり、隙間が空いているのが分かりますでしょうか。

もちろん、電圧を切るとディスクがアーマチュアに押されてしっかりとブレーキが掛かります。

ESBブレーキの電源

ESBブレーキは直流動作の直流ブレーキなので、商用電源から直流に変換した電圧を掛けて動作させる必要があります。

とは言え、ユーザー側で特別に難しいことをするわけではなく、専用の「パワーモジュール」という電源装置を使います。

パワーモジュールにはブレーキの種類やサイズによって適用機種が異なるので、対応したものを選定して使う必要があります。

型式	入力電圧	対応ブレーキ
HD-110M3	AC200／ 220V	ESB-135〜250
HD-120M	AC200／ 220V	ESB-165RKA 〜250RKA
HD-100M	AC200／ 220V	ESB-80〜115
HD-100MA	AC100／ 110V	ESB-80〜115

結線図

引用先：株式会社 大崎電業社（無励磁作動形ﾌﾞﾚｰｷ&電源装置）

パワーモジュールへの配線は上図の通りです。

ブレーキへの配線はモジュールの「3」と「4」に繋ぎ、「1」と「2」には交流電源を接続します。

モーターの電源とブレーキの電源を一緒に入り切りする同時切りや、モーターの電源とブレーキの電源を別々に入り切りする別切りについては、モジュールの「5」と「6」を線で接続（短絡）します。

インバータで駆動する場合は別切りが必須です。

ブレーキの制動時間を早めたい場合は、モジュールの「5」と「6」を電磁接触器の接点で開閉するように接続する直流開閉にします。

昇降装置など、少しでもブレーキの制動時間を少なくしたい場合は直流開閉にすると良いでしょう。

ただし、直流成分を入り切りすることになるので、接続する接点にはバリスタなどのサージ吸収用の素子を取り付けて、接点保護対策を行ってください。

過励磁機能

大崎電業社のパワーモジュールには過励磁機能を備えている機種があります。

具体的には上表のHD-110M3・HD-120M、もう少し大きなブレーキ用のHD-133V・HD-140Mが過励磁機能を搭載しています。

過励磁機能とは、ブレーキを開放する瞬間に高い電圧を掛けてアーマーチュアを吸引し、ブレーキを開放してアーマーチュアを保持している間は低い電圧に落とすという機能です。

クレーン業界では弱励磁・強励磁といった言い方をしますね。

HD-110M3は開放時にDC180〜198Vでコイルを励磁し、DC90〜99Vで保持します。HD-120Mは開放時にDC180〜198Vでコイルを励磁し、DC45〜50Vで保持します。

過励磁機能は、確実かつ素早いブレーキの開放・連続運転時の温度上昇や消費電力の削減に効果を発揮します。

通常、過励磁機能の実現は複雑な回路を必要としますが、大崎電業社のパワーモジュールはそれをモジュール側で自動でやってくれます。

ESBブレーキの点検

通常の電磁ブレーキと同様、ESBブレーキにも日々の定期点検が不可欠です。

正常に動作しているか？

まずは実際にブレーキを作動させて動作確認を行います。

ESBブレーキは基本的にはむき出しで取り付いていることが多いので、動作状態は目視で確認できるかと思います。

ただし、クレーンなど動く装置にブレーキが取り付いている場合は、十分に安全を確保したうえで無理に近づいたりしないようにしましょう。

また、ブレーキ動作時は「カンッ」という乾いた音がしますので、動作時にしっかりと音が鳴っているかどうかや、音が以前と変わっていないかなど、耳による確認も非常に有効的です。

取付ボルトが緩んでいないか？

続いて、ブレーキの取付ボルトが緩んでいないか、外観上に異常がないかをチェックします。

取付ボルトが緩んでいると、停止時のガタつきが大きくなるだけでなく、その衝撃によって取付ボルトが折損したり、最悪の場合はブレーキ本体の破損に繋がることもあります。

重大なトラブルを未然に防止するためにも、確実にチェックしましょう。

油の付着や侵入がないか？

次に、ESBブレーキ本体に油の浸入がないかをチェックします。

ESBブレーキ本体は油やホコリの侵入を防ぐ密閉構造にはなっていないため、油がブレーキに垂れてくると隙間に侵入する恐れがあります。

侵入した油がインナーディスクやアウターディスクの摩擦面に付着すると、ブレーキが滑る原因になりますので、もしブレーキ内部に油が染みこんでいるような状態を見つけたら、直ちに清掃して周辺環境を改善してください。

すでに内部へ油が侵入してブレーキが滑り始めている場合は、外からブレーキのインナーディスクとアウターディスクにパーツクリーナーを吹き付けることで改善される場合があります。

それでも滑りが改善しない場合は、ブレーキを分解してしっかりと脱脂洗浄する必要があります。

ブレーキギャップの測定

最後はブレーキギャップが規定値内におさまっているかを測定して確認します。

ブレーキギャップの測定は、フィールドとアーマチュアの隙間にシックネスゲージを差し込んでクリアランスを測定します。

シックネスゲージはなるべく長いものを使い、貫通させるようにして円周をまんべんなく測定していくのがベターです。

各型式別にブレーキギャップの規定値及び限界値を一覧表にしましたので、この数値を基に調整の必要性を判断してください。

型　式	規定値	限界値
ESB-80	0.3	0.7
ESB-100	0.3	0.7
ESB-115	0.3	0.7
ESB-135	0.5	2.0
ESB-165	0.5	2.0
ESB-190	0.5	2.0
ESB-220	0.7	2.0
ESB-250	0.7	2.0

ブレーキギャップが広すぎるとどうなるのか？

ブレーキギャップが広がる原因はブレーキのインナーディスクが摩耗するためです。

ブレーキを使用していると、インナーディスクのライニング材が摩耗して段々薄くなってくるため、そのぶんアーマーチュアが制動バネに押される量が増えて、フィールドとアーマーチュアの隙間（ブレーキギャップ）が大きくなるというわけですね。

ブレーキギャップが限界値まで達すると次のような不具合が発生します。

ブレーキトルクが弱くなる

ブレーキギャップが広がるということは、それだけ制動バネが伸びてしまうということになりますので、ブレーキトルクが弱くなります。

ブレーキトルクが不足すると、ブレーキの利きが悪くなって装置が止まりきらない・昇降装置がずり落ちるといった現象が発生します。

ブレーキが開放出来なくなる

フィールドがアーマーチュアを磁力で引き寄せる為には、これらの距離を適正に保つ必要があります。

ブレーキギャップが限界値を超えると、磁力が届かずアーマーチュアを引き寄せられなくなってしまうため、ブレーキが開放出来なくなります。

ブレーキが開放出来ないと、ブレーキに逆らって無理矢理モーターを回してしまうということになるため、発熱・過負荷・ディスクの異常摩耗など様々な不具合が発生します。

このような不具合を発生させない為にも、限界値近くまでギャップが開いてしまったブレーキは必ず調整してください。

ブレーキギャップの調整方法

ブレーキギャップの調整は次の手順で行っていきます。

手順①：ブレーキを手動開放する

まずはブレーキを手動開放します。

ESBブレーキの場合は、ブレーキ本体に２箇所の穴が空いており、そこに六角穴付ボルトを2本入れて締め込むことで手動開放することができます。

アーマーチュアにはタップ穴が２箇所空いており、六角ボルトを入れて締め込むことでフィールドにアーマーチュアが密着します。

すると、ブレーキディスクがフリーの状態になるため、ブレーキが開放できるという仕組みになっています。

六角穴付ボルトが手元にない場合でも、同じような長さのボルトでワッシャーを入れて締め込めば、開放することはできるかと思います。

注意点としては、使用するボルトが長すぎると、アーマーチュアを貫通したボルトの先端がアウターディスクに当たり、変形させてしまう恐れがあるという点です。

ボルトを締め込む際は、ボルトの先端とアーマーチュアの密着具合を見ながら、慎重にブレーキ開放を行いましょう。

使用するボルトについては下記の通りなので、参考にしてください。

型　式	ボルト仕様
ESB-80	M4×25L
ESB-100	M5×35L
ESB-115	M5×35L
ESB-135	M6×40L
ESB-165	M6×50L
ESB-190	M8×55L
ESB-220	M10×60L
ESB-250	M12×65L

手順②：回り止めストッパーを取り外す

ブレーキが開放できたら、次にブレーキ側面についているストッパーを取り外します。

ストッパーは六角穴付ボルトでセンターリングに固定されていますので、この六角穴付ボルトを取り外してストッパーを抜き取ります。

このストッパーを抜き取ると、ギャップ調整ネジが回せるようになります。

手順③：ギャップ調整ネジを回す

ストッパーを取り外したら、ギャップ調整ネジを回してギャップを調整します。

ギャップ調整ネジはセンターリングの中に仕込まれており、上の写真のように隙間から薄い板状の棒を入れてギャップ調整ネジの溝に差し込むことで回すことができます。

ギャップ調整ネジをフィールド側から見て左に回すとギャップは狭くなり、右に回すとギャップは広くなります。

引用先：株式会社 大崎電業社（無励磁作動形電磁ﾌﾞﾚｰｷ ESB標準ｼﾘｰｽﾞ）

ギャップ調整ネジには周囲に溝が8箇所有りますので、回しては棒を抜いてを繰り返して規定のギャップになるまで調整を行ってください。

必要であればインナーディスクを交換する

もしギャップ調整ネジで規定値までギャップが調整できないようであれば、インナーディスクの摩耗が進行している可能性もあります。

インナーディスクの厚みも定期的に測定し、摩耗限界に近くなっていれば交換してください。

型　式	初期厚さ＜㎜＞ （1枚あたり）	限界厚さ＜㎜＞ （1枚あたり）
ESB-80	3.0	1.4
ESB-100	3.0	1.4
ESB-115	3.0	1.4
ESB-135	4.0	2.0
ESB-165	4.5	2.9
ESB-190	5.5	3.1
ESB-220	5.5	3.1
ESB-250	6.0	3.6

なお、大崎電業社ではインナーディスクを交換する場合はアウターディスクも同時に交換することを推奨しています。

手順④：ストッパーを取り付ける

規定のギャップに調整できたら、ストッパーを一番近い溝にセットして固定します。

ストッパーを取り付ける為のネジ穴はセンターリングに何箇所か開いているので、一番適当な箇所を選んで取り付けましょう。

最後に気を抜いてはいけないのが、ストッパーの取付状態の確認です。

ストッパーを取り付けたあとは、ギャップ調整ネジからストッパーの側面がアウターディスク側へはみ出していないか必ず確認するようにしてください。

ストッパーがアウターディスク側へはみ出していると、ブレーキを掛けたときにアウターディスクと干渉し、アーマーチュアがアウターディスクとインナーディスクを十分に押しつけることができなくなります。

手順⑤：ブレーキの手動開放を解く

ストッパーの取付確認が終わったら、最初にねじ込んだボルトを取り外して手動開放を解きます。

手動開放のままではブレーキが全く利かず、その状態での運転は大変危険です。

調整作業後は、必ず手動開放を解くことを忘れないようにしましょう。

手順⑥：ブレーキギャップを再チェックする

ブレーキの手動開放を解いたら、再度ブレーキギャップを測定して規定値範囲内か確認します。

制動バネが利いている状態と手動開放の状態とでは、微妙にブレーキギャップが変わる可能性があります。

そのため、必ず手動開放を解いたあとに再度ブレーキギャップを確認しましょう。

もし、ブレーキギャップの再調整が必要になった場合は、同じ手順でブレーキギャップの調整を行ってください。

手順⑦：ブレーキの動作チェックを行う

全ての調整が終わったら、実際にブレーキを作動させて動作確認を行いましょう。

ブレーキは定期的にメンテナンスしよう

以上、大崎電業社製ESBブレーキについて、仕組みやそのメンテナンス方法について解説しました。

大崎電業社のESBブレーキは機械的寿命が制動回数100万回と堅牢かつ長寿命ですが、日頃のメンテナンスをおこたるとやはり不具合に発展する可能性があります。

どんな機器でもそうですが、正しくメンテナンスを行えば長期に渡って安定して動作し続けてくれます。

この記事ではESBブレーキに絞って解説しましたが、電磁ブレーキのメンテナンス方法はどこのメーカーも同じです。

ギャップ調整の方法が若干異なるぐらいですね。

電磁ブレーキはメンテナンスを真面目に行わないと不具合の発生しやすい機器です。

是非、日頃の点検をしっかり行ってトラブル０を目指してください。