関東学院大学 理工学部　准教授

堀田 智哉

2017/3　　　　　博士（工学）　東京理科大学
...もっと見る 2017/3　　　　　博士（工学）　東京理科大学
2017/4‐2020/3　 関東学院大学理工学部助教
2020/4-2023/3　 関東学院大学理工学部講師
2023/4　　　　　関東学院大学理工学部准教授
[専門分野]　転がり軸受工学、機械要素・機械設計、トライボロジー、材料工学

　第2回では、音と振動から読み解く機械の異常について解説します。

機械の振動と抑えるべきポイント

　機械 (とくにポンプ) の振動を理解するうえで、まず押さえたいのは「どこで状態が変わると振動が変わるのか」です。現場で頻出するポイントは次の4つです (図1) 。

1. ベアリング (転がり)
   本来は油やグリースが金属接触を減らします。
2. シール (すべり)
   漏れを止めるため面がすべり、条件が悪いと発熱や異音につながります。
3. 流体 (液体・気体の流れ)
   ポンプやファンのように流体を動かす機器は、流れの乱れが振動・音に反映されやすい特徴があります。
4. ミスアライメント
   ポンプはモータとカップリングで接続されるため、回転中心が一致しない (軸がずれる) と周期的な力が生まれ、振動が増えます。

振動は「原因」ではなく“異常を教えるサイン”

　重要なのは、振動は「原因そのもの」ではなく、異常の入口を教えてくれる“サイン”だということです。機器内部の接触や流れを直接見るのは難しいため、私たちは運転条件と結果 (振動・音・温度など) から原因を推測します (図2) 。たとえば「運転直後だけうるさい」「温まると静かになる / 逆に悪化する」「負荷や条件で音が変わる」といった“変わり方”は、潤滑状態や接触状態、流体条件が関係している可能性を示します (もちろん機械的なズレも並行で疑います) 。ポイントは、単に“振動が大きい”ではなく、“どう変わるか”を観察することです。

　原因特定を早めるコツは、「いつから」「どんな条件で」「どう変わったか」を端的に正確に記録し、再現性の有無を整理することです。記録として有用なのは、

1. いつから変化したか (前回点検との差)
2. 温度や運転状態 (運転開始からの時間、負荷、周囲環境)
3. 最近の潤滑作業 (給脂・給油の有無や時期、銘柄変更の有無)
4. 漏れ・にじみ・汚れの目視所見 (シールや給油口まわり、飛散や変色)

です。これらが揃うと、候補が絞れ、対策の優先順位も付けやすくなります。

　たとえば「立上げ直後だけ高周波成分が目立つが、温度が上がると落ち着く」なら油膜が安定するまで接触が荒い可能性があり、「給脂直後に一時的に静かになったが、その後温度が上がる」なら過不足や適合性の再確認が必要かもしれません。逆に「流量や弁条件で音が変わる」なら流体側 (キャビテーション等) を疑う、といった具合に、観察と記録が“仮説”を導きます。ただし診断には一定の知識と経験が必要で、だからこそ振動や油の状態を測って異常の芽を早めに見つける予防保全が重要になります。

予防保全を支える「機械状態監視診断技術者 (ISO 18436) 」

　予防保全での診断をおこなうために必要なのは、一定の知識と経験です。これを支える枠組みが、ISO 18436に基づく「機械状態監視診断技術者」です。機械の状態監視・診断に必要な訓練と認証の要求を国際規格として定め、日本では日本機械学会などがこの枠組みに沿って資格制度を運用しています。資格を持つことで、測定・評価・報告の手順が標準化され、現場や会社が変わっても技術レベルを客観的に示しやすくなります。これは個人の能力証明であると同時に、組織として品質や安全を守るための“共通言語”になります。
　この資格には大きく「振動」と「トライボロジー (潤滑・油分析) 」の2分野があります (図3) 。振動分野 (ISO 18436-2準拠) は、センサや振動計で揺れを測り、周波数成分などからアンバランス、軸ずれ、ベアリングや歯車の損傷などを推定します (日本機械学会の認証ではCatⅠ〜Ⅳ：手順通りの計測→基礎解析と評価・簡単な対策提案→監視計画の立案→先端解析や設計変更提案・指導まで段階化) 。つまり振動は「機械が今どんな揺れ方をしているか」をデータで読む技術です。

　一方、トライボロジー分野 (ISO 18436-4準拠) は、摩擦・摩耗・潤滑の観点から機械を診ます。給油・給脂の管理、オイルの採取 (サンプリング) 、油の汚れや摩耗粉の分析、結果の解釈と改善提案が中心です (日本機械学会の説明では、カテゴリⅠは手順に沿った給油・サンプリング等、カテゴリⅡは結果の分類・解釈・評価や報告書作成・改善推奨、さらにカテゴリⅢでは方法・手順の選定・確立や高度な提言まで含まれます) 。つまりトライボロジーは「接触面と油の健康状態」から故障の原因や進み具合を読む技術です。

「振動×油監視」で止めるタイミングと修理方法を合理化する

　振動だけでは、潤滑不足なのか異物混入なのか、あるいは組付けや流体条件なのかが判別しづらい場面があります。油の汚れや摩耗粉、水分の兆候を合わせて見ることで、対策が単なる「交換」から「原因の除去 (汚染の入口対策、潤滑条件の適正化) 」へ変わります。
　「振動監視」で“どこかおかしい”を早期に捉え、「油監視 (トライボロジー) 」で“なぜおかしいのか・どれくらい進んでいるのか”を確かめられれば、止めるタイミングや修理方法を合理的に決められます。さらに両者を同じ言葉と手順で共有できるため、保全・運転・メーカー間のコミュニケーションが噛み合い、判断が速くなります。設備保全では、この2つを組み合わせて初めて、交換中心の対応から一歩進み、再発を減らして安定稼働につなげられるのです。現場ではこの視点が効きます。

次回は9月号に掲載予定です。