バランシングマシンメーカーに対する顧客要求の合理性に関する2つの指摘

はじめに

過去1年半の間に、弊社は様々なタイプのバランシングマシンの購入に関して30件以上の問い合わせを受けてきました。これらの問い合わせに添付された技術仕様を分析すると、そのほとんどに、マシンの生産スケジュールとコストに大きく影響し、候補となるサプライヤーのリストも最小化する、いくつかの特徴が含まれていることがわかります。その中でも、2つの要件が際立っている：

• 0.1g*mm/kg(µm)を超えてはならない特定の残留アンバランスを確保することが要求される。
• バランシングマシンを測定機器登録簿に記載することが義務付けられています。

これらの要件を実現することの合理性と実現可能性を、実際の消費者の視点から分析してみよう。

1.機械に要求される精度の分析

私たちは、10～1500kgの電気モーター、ターボユニット、コンプレッサーのローターのバランスをとるように設計されたバランシングマシンの技術仕様書を使用して、顧客の精度要件の妥当性を検証します。仕様書は、顧客によると、0.1g*mm/kgを超えてはならない特定の残留アンバランスの許容誤差を設定しています。

この要求を確認するために、ISO 1940-1-2007 "Mechanical vibration - Balance quality requirements for rotors "の表1を参照する。この表の勧告に基づき、注文された機械が保証すべき電気モーター、ターボユニット、コンプレッサーのローターのバランス精度は、品質等級G2.5を満たさなければならないと仮定する。バランスされたローターの予想される動作回転周波数は、例えば、200Hz（これは、大きなマージンで、ほとんどの既知の機械の回転周波数をカバーする）であると仮定すると、静的（単一平面）バランシングの許容残留比アンバランスは、規格の式5を使用して簡単に計算することができます： eper = 2500 / (6.28 * 200) = 1.99 g*mm/kg.

同じISO 1940-1-2007規格の勧告を考慮すると、セクション7に記載されているように、動的バランシングの際に2本支持の非対称ローターに設定される許容値は、少なくとも0.3 * eperであるべきであり、この場合、最初の技術仕様書で要求されている0.1 g*mm/kgではなく、0.6 g*mm/kgとなる。

言い換えれば、我々の分析が示すように、この技術仕様書（および他の多くの同様の文書）におけるバランシングマシンの精度に対する要件は、明らかに過剰である。これらの過度な要件を実際に実施することは、製造業者が重大な設計と技術的な課題を解決することになり、一般的に、非常に高い精度のマシンを製造する際に発生し、間違いなくマシンのコストと製造時間に影響します。さらに、これらの要件は必ずしも技術的に実現可能とは限らない。

また、このような高精度の機械を効果的に稼動させるためには、潜在的な顧客は、恒温室やクリーンルームの必要性、防振基礎など、いくつかの追加条件を満たす必要があり、その作成コストは、機械の取得に関連するコストを上回る可能性さえあることに注意することが重要である。この要件を満たすことで、実際にG0.4等級に相当する、著しく低い残留アンバランスをマシンで達成することができるという顧客の代理人（前述の技術仕様書の著者）からの反論の可能性に対しては、ISO 22061-76「機械および技術装置。バランシング品質等級のシステム。基本規定 "は、ISO 1940-1-2007の導入以前から有効であった。

ソ連のバランシング分野の最高の専門家によって作成されたこの規格の第3節には、合理的に次のように書かれている：

1. 第1バランシング品質等級（ISO 1940-1-2007による等級G0.4）に分類される製品のローターは、独自のドライブを使用して、すべての運転条件下で、独自のハウジング内の独自のベアリングでバランスをとる必要があります。
2. 第2バランシング品質等級(等級G1.0)に分類される製品のローターは、独自のベアリング、または独自のハウジング内でバランスをとる必要があります。
3. 第3から第11のバランシング品質等級（等級G2.5からG4000）に分類される製品のローターは、部品または組立ユニットとしてバランシングすることが認められています。

これらの勧告の本質は、バランシングマシンでバランシング品質等級G0.4とG1.0を達成しようと努力することは、技術的にも経済的にも無意味なことが多いということです。ローターをマシンに取り付けた後、達成された精度は失われ、それを回復するには、ポータブル振動バランシング装置を使用して実行されるローターアセンブリ（それ自身のベアリングとそれ自身のドライブで）の追加のリバランシングが必要です。

本論文の例示的な例として、高精度円筒研削盤（精度クラス "C"）で使用することを目的とした研削砥石のバランス調整を考えることができる。前述のISO 1940-1-2007の表1の要件によると、研削砥石のバランス品質は少なくともG0.4等級を満たす必要があります。運転中に予想される砥石の回転周波数が6000rpm（100Hz）であることを考慮し、ISO 1940-1-2007のよく知られた式7を用いて、許容残留比アンバランスeperを求めると、0.64g*mm/kgとなる。

言い換えれば、バランシングマシンでのバランシング後、この公差を保証するために、技術軸（バランシングマシンのマンドレル軸）に対する砥石の重心の変位は0.64μmを超えてはなりません。ISO 11654-90によるクラス "C "の研削盤のスピンドルの許容半径方向振れは2 µmであるため、弊社の研削砥石を研削盤に取り付けた後（砥石を技術軸から作業軸に再基底付けした後）、残留比アンバランスは大幅に増加し、ISO 1940-1-2007が推奨する許容誤差を少なくとも3倍超える可能性があります。このようなケースや他の同様のケースでは、先に述べたように、組み立て段階で生じる誤差を補正するために追加のバランシングが必要です。

以上のことから、中型や大型のバランシングマシンの精度要件は、ほとんどの場合、0.5g*mm/kg、あるいは1.0g*mm/kgの残留比アンバランスレベルに制限することができると断言することができます。この推奨を実際に実行することで、製造業者はマシンの製造の複雑さとコストを大幅に削減することができ、一方、顧客は（合理的な技術的プロセスが実行されれば）必要なバランシング精度を達成することができます。このルールの主な例外は、例えば、ジャイロスコープのローターや自動車のターボチャージャーなどのバランシングに使用される小型の特殊バランシングマシンです。これらのマシンの設計上の特徴は、技術的に正当化され、経済的に実現可能な0.1g*mm/kg以下の残留比アンバランスレベルを達成することを可能にします。

2.バランシングマシンを測定機器登録簿に含める必要性について

近年、我が国では、金属切断機の分類器を開発したENIMS**の「安らかに逝去された」専門家を困惑させるような驚くべき発見がなされた。誰かの「軽い手」によって、まったく新しいタイプの装置が機械市場に登場したのだ。「振動測定バランシングマシン」は、ロシア国家規格の証明書とそれに対応するマーキングが必要である*)。

しかし、突然、"先進的な "顧客が、バランシングマシンを測定機器登録簿に登録するための必須要件を技術仕様に盛り込み始めたことが判明しました。この要件が法的に、技術的にどの程度正当化されるのか、また、経済的に実現可能なのかを理解してみましょう。

まず始めに、この要件が既存の規制文書の勧告とどのように関連しているかを理解することが有益である。まずISO 8-82「金属切削機械」から見てみよう。精度試験に関する一般要求事項" から始めよう。この規格は、精度による機械分類の基本概念と原則、精度試験の一般要求事項、精度検証方法の一般要求事項を定めています。この規格における機械の定性的特性を評価する手順への言及は、"検証 "という用語のみを使用しており、機械を測定機器登録簿に登録する必要性、及びそれに伴う "校正 "の必要性については言及されていないことに注意することが重要である。

次に注目すべき文書は ISO 20076-2007 (ISO 2953:1999) "Vibration.バランシングマシン。仕様とその検証方法 "です。バランシングマシンの技術的特性とその "検証 "方法について特定の要件を定めているこの規格は、マシンを校正し、測定器登録簿に登録する必要性を規定する要件も欠いている。この点で、校正に関連する要件は、研削盤やCNCマシンのISOのような他のタイプの工作機械の規格にはないことに留意すべきである。

さらに、同様の要件は、外国のバランシングマシンのすべての既知のモデルの技術文書には見あたらない。上に示した議論に基づき、以下の結論が導き出される：

1. 工作機械、特にバランシングマシン用に開発された既存の規制および技術文書には、測定機器登録簿への登録と、それに伴う校正の必要性に関する要件が含まれていない。その結果、競争的調達手続きにおいて技術仕様書にそのような要件を盛り込むことは、「事実上」機械の製造コストとその後の運用にかかる費用を大幅に増加させ、「事実上」既存の規制文書の文言と精神に従う善意の機械メーカーの権利を侵害することになる。
2. 測定システムの定期的なテストは、ISO 20076-2007 (ISO 2953:1999)の要件と勧告に従ってバランシングマシンの一部として実施することができ、また実施する必要があります。この勧告は、チェック中に基準ローター、テストウェイトセット、校正されたスケールを使用することを規定しています。これらのテストは、必然的に以下の種類のチェックを含まなければならない：
   • 最低限達成可能な残留アンバランスをチェックする（ウマル）；
   • インバランス低減係数（URR）をチェックする；
   • 条件付きバランシング回路の動作をチェックする（ローターを180°回転させる手順で）。

これらのチェックは、測定システムを機械から分解することなく実施され、校正振動スタンドを使用する必要がないため、外部機関の専門家を関与させる必要がなく、作業の労力とコストを大幅に削減できることが重要です。上記の主なチェックに加え、必要に応じて、測定システムのその他の重要なパラメータを機械上で直接チェックすることができます（前述の基準ロータ、テストウェイト一式、校正済みスケールを使用）：

• 振幅と位相の振動信号読み取り値の、測定から測定への再現性；
• 振動信号の振幅による測定システムの読み取り値の直線性；
• 測定システムの分解能（測定システムが安定的に登録する不均衡の最小レベル）など。

結論

著者は、バランシングマシンの顧客とメーカーの両方が、バランシング作業の適切な品質を確保しながら、双方の生産コストを最小限に抑えることを主な目的として、この著作で述べられた議論と推奨事項を理解することを願っている。

*注： この傾向が発展し続ければ、振動測定研磨機、振動測定プレス、さらには振動測定圧延機の誕生について私たちがすぐに知ることになる可能性は否定できません。結局のところ、これらはバランシングマシンと共通して、特殊な振動測定装置を使用することが可能なのです。

ENIMSは「金属切削工作機械実験研究所」（Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков）の略。この研究所はソビエト連邦の研究機関で、さまざまな種類の金属切削機械と装置の開発と改良を専門としていた。この研究所は、工作機械の分類器やその精度試験方法などの規制文書や標準を開発し、機械製造業の発展と金属加工機器の標準化に重要な役割を果たした。

V.D.フェルドマン、LLC「キネマティクス」チーフ・スペシャリスト、2024年