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

　今回は、「振動」と「トライボロジー」の関連についてより具体的に解説していきます。

　振動診断というと「周波数の山 (ピーク) を見て原因を探る」イメージがあります。たしかに、回転数に関係するピーク周波数は、アンバランス、芯出し不良、軸受け損傷個所の判断に役立ちます。ところが、潤滑不良や汚染 (コンタミ) は、ピークが立つ前に“波形全体の荒れ (ザラつき) ”として現れることがあります。

原因の特定

1) 潤滑が悪いと「高い周波数」が荒れる

　潤滑が悪化すると、金属接触が増えて不規則な小さな衝撃が増えます。すると、特定のピークではなく、高周波域が全体的に荒れた感じになることがあります。ここでは、ピーク周波数の特定よりも「比較」が大切です。

• 前回より荒れている
• 時間経過とともにじわじわ増えているか (トレンド)
• 回転速度などの条件によって強弱が変わるか

　振動はその日の条件で変化します。だからこそ、単発の測定値ではなく、同じ測定点・同じ条件で測定し続けた“時間変化”がとても重要です。

2) 包絡線処理は「小さな衝撃」を拾う道具

　包絡解析 (エンベロープ処理) は、ベアリングなどが出す小さな衝撃を見つけやすくする方法です。わかりやすく言えば、「普通の振動だけでは見えにくい兆候を、見えやすくする機能」です。ノイズや振れによる振動成分を除去し、衝撃による振動周期を強調します。潤滑不足・汚染・初期損傷を疑う入口になります。あくまでも、疑う入り口ですから、ベアリングを交換すれば原因が解決するとは限りません。大切なのは、ここから実際に原因側 (なぜベアリングが損傷したのか) を確認することで原因を特定し、さらに対策を講じることです。ベアリングの交換はあくまで選択肢の一つで、再発を止めるには環境の改善が必要になる場合があります。

3) ポンプは「流体の影響」が大きい

　ポンプは液体を扱うため、流量や吸込条件などの運転条件で振動・音が変わりやすい機械です。流れの乱れが振動の変化として現れることがあります。ここが、ファン (空気を扱う回転機械) と比べたときの大きな違いです。そのためポンプでは、これまで取得してきた記録によって、運転条件と測定結果とを突合せることが診断の鍵になります。
　たとえば、

• 変化が出やすい条件はいつか
• どの運転状態で悪化しやすいか

といった情報は、状態監視診断技術者が原因の方向づけをするうえで、強力な手がかりになります。

対策

1) 潤滑剤は少なすぎも多すぎもNG

　潤滑は、足りないと金属接触が増えます。一方、入れ過ぎも問題になることがあります。抵抗や発熱が増え、状態が悪化するケースがあるためです。油潤滑でも、運転条件に合わない粘度や管理状態だと、油膜が保てず接触が荒れます。

　潤滑管理でとくに重要なことは、以下の2点です。

• 作業の記録
  いつ、どの潤滑剤を、どれくらい (可能な範囲で)
• 前後の変化
  温度や振動の傾向がどう変わったか (トレンド)

　これがあると、状態監視診断技術者は「潤滑が効いているのか / 過不足の可能性はあるのか」を説明しやすくなります。

2) 汚染 (コンタミ) 対策

　汚染対策は、派手な機器導入よりも「入口を塞ぐ基本」が効くことが多い分野です。点検しやすい順に並べると、次の通りです。

• 給油口まわり
  開けた瞬間が混入しやすい。清浄・養生が重要
• 保管・移し替え
  容器の使い回し、蓋の開けっぱなしは混入源
• シール
  漏れだけでなく、外部からの侵入の入口にもなる
• フィルタ
  管理状態が悪いと汚染が広がる
• 周囲環境
  粉じんや湿気が多い場所ではリスクが上がる

　対策の効果は、状態監視のデータに現れることがあります。たとえば、高周波の荒れが減るなど。「対策→測定→改善確認」ができると、改善は継続しやすくなります。

3) 据付・運用：ポンプとファンの常識を押さえる

　機械的な基本 (芯出し、ゆるみ、取付剛性) に加え、運用条件も振動と寿命に影響します。

• ポンプでありがち
  配管の影響で負担が偏る、液体の条件で振動が変わる
• ファンでありがち
  羽根車の汚れ付着、ベルト張力、ダクト条件による負荷変動

　ここで状態監視診断技術者は、データから「機械的なズレが濃いのか」「接触状態 (潤滑・汚染) が濃いのか」「運転条件の影響が濃いのか」を整理し、改善の優先順位をつける助けになります。

4) “標準手順”づくり

　再発防止は、属人化しやすい領域です。そこで、最低限この3点を“標準手順”として回します。

• 監視 (見る指標)
  全体振動 (速度など) ＋高周波 (可能なら包絡線処理を含める) ＋温度
• 作業 (守るルール)
  潤滑作業の記録、清浄な補給、保管・移し替えのルール、汚染入口の点検
• 結果 (目標)
  計画外停止の減少、同一トラブルの再発率低下、交換間隔の改善

　「原因を当てる」よりも、「条件・履歴・変化」を正確に残すことがまずやるべきことです。
　その記録が、状態監視データを“改善の証拠”に変え、現場を前に進めます。

さいごに

　振動は、機械が発する「異常の結果」だけでなく、摩擦や潤滑状態の変化を知らせる重要なサインでもあります。とくに潤滑不足や汚染は、故障として現れる前に振動の変化として表れることがあります。

　大切なのは、振動データを単なる数値やグラフとして見るのではなく、「なぜ変化したのか」を考えながら機械の状態と結び付けて評価することです。振動、温度、潤滑履歴、運転条件などの情報を積み重ねることで、設備の状態をより正確に把握し、計画外停止の防止や寿命延長につなげることができます。

　振動診断とトライボロジーは、それぞれ独立した技術ではありません。両者を結び付けて考えることで、見えなかった摩擦の変化が見え、より効果的な設備保全が可能になります。まずは「振動の変化に関心を持つこと」から始めてみてください。そこには、設備の未来を守るための多くのヒントが隠されています。