Balanset-1Aによる振動解析：スペクトル診断の初心者向けガイド

はじめに：バランス調整から診断まで — 振動アナライザの潜在能力を最大限に引き出す

Balanset-1Aは、主に動的バランス調整のための効果的なツールとして知られています。しかし、その機能はそれだけにとどまらず、強力で使いやすい振動分析装置となっています。高感度センサーと高速フーリエ変換（FFT）スペクトル分析ソフトウェアを搭載したBalanset-1Aは、包括的な振動分析に最適な装置です。このガイドは、公式マニュアルでは説明されていない振動データから機械の健全性について何が明らかになるのかを解説します。

このガイドは、基礎から実践的な応用までを順番に説明できるように構成されています。

• セクション 1 では、振動とは何か、スペクトル分析 (FFT) がどのように機能するか、診断医にとって重要なスペクトル パラメータは何かを簡潔かつ明確に説明し、理論的基礎を築きます。
• セクション 2 では、標準の手順書には記載されていない実用的なニュアンスに焦点を当て、Balanset-1A デバイスのさまざまなモードで高品質で信頼性の高い振動スペクトルを取得するための手順を段階的に説明します。
• 第3章は本論文の核心です。ここでは、アンバランス、ミスアライメント、機械的な緩み、ベアリングの欠陥といった最も一般的な故障の特徴的なスペクトルサインである「指紋」を徹底的に分析します。
• 第 4 セクションでは、獲得した知識を統一されたシステムに統合し、監視と単純な意思決定アルゴリズムを実装するための実用的な推奨事項を示します。

この記事の内容を習得すると、Balanset-1A をバランシング デバイスとしてだけでなく、本格的なエントリーレベルの診断複合体としても使用できるようになり、問題を早期に特定し、コストのかかる事故を防ぎ、稼働中の機器の信頼性を大幅に向上させることができます。

セクション1：振動とスペクトル解析の基礎（FFT）

1.1. 振動とは何か？そしてなぜ重要なのか？

ポンプ、ファン、電気モーターなど、あらゆる回転機器は動作中に振動を発生します。振動とは、機械またはその個々の部品が平衡位置に対して機械的に振動することです。理想的な完全な機能状態では、機械は低く安定したレベルの振動を発生します。これが正常な「動作音」です。しかし、欠陥が発生し、進展するにつれて、この振動の背景は変化し始めます。

振動とは、周期的な励起力に対する機構構造の応答です。これらの力の発生源は多岐にわたります。

• ローターのアンバランスによる遠心力: 回転軸に対する質量の不均一な分布によって発生します。これはいわゆる「ヘビースポット」と呼ばれ、回転中にベアリングと機械筐体に伝達される力を生み出します。
• 幾何学的不正確さに関連する力: 連結シャフトのずれ、シャフトの曲がり、ギアボックスのギア歯のプロファイルの誤差など、これらすべてが周期的な力を生み出し、振動を引き起こします。
• 空気力と流体力: ファン、排煙装置、ポンプ、タービンのインペラの回転中に発生します。
• 電磁力: 電気モーターと発電機の特性であり、たとえば、巻線の非対称性や短絡した巻線の存在によって発生する可能性があります。

これらの振動源はそれぞれ独自の特性を持つ振動を発生させます。だからこそ、振動解析は非常に強力な診断ツールなのです。振動を測定・解析することで、「機械が強く振動している」と判断できるだけでなく、高い確率で根本原因を特定することができます。この高度な診断機能は、あらゆる現代のメンテナンスプログラムに不可欠です。

1.2. 時間信号からスペクトルへ: FFTの簡単な説明

ベアリングハウジングに設置された振動センサー（加速度計）は、機械振動を電気信号に変換します。この信号を時間の関数として画面に表示すると、時間信号、つまり波形が得られます。このグラフは、振動振幅が時間経過ごとにどのように変化するかを示しています。

純粋な不平衡のような単純なケースでは、時間信号は滑らかな正弦波のように見えます。しかし、現実には、機械はほぼ常に複数の励起力によって同時に作用されます。その結果、時間信号は複雑で一見無秩序な曲線となり、そこから有用な診断情報を抽出することは事実上不可能です。

ここで数学的なツール、高速フーリエ変換（FFT）が救いの手を差し伸べます。これは、振動信号のための魔法のプリズムのようなものだと想像できます。

複雑な時間信号を白色光線だと想像してみてください。私たちには単一で区別がつかないように見えます。しかし、この光線がガラスのプリズムを通過すると、赤、オレンジ、黄色といった構成色に分解され、虹を形成します。FFTは振動信号に対しても同様のことを行います。時間領域から複雑な曲線を取り出し、それぞれが独自の周波数と振幅を持つ単純な正弦波成分に分解します。

この変換の結果は、振動スペクトルと呼ばれるグラフに表示されます。このスペクトルは、振動解析を行うすべての人にとって主要な作業ツールです。これにより、時間信号に隠されたもの、つまり機械全体の騒音を構成する「純粋な」振動が何であるかを明らかにすることができます。

1.3. 理解すべき主要なスペクトルパラメータ

「振動計」または「チャート」モードでBalanset-1A画面に表示される振動スペクトルには2つの軸があり、どちらを理解するかは診断に絶対に必要です。

横軸（X）：頻度

この軸は振動の発生頻度を示し、ヘルツ（Hz）で測定されます。1Hzは1秒間に1回の完全な振動を意味します。周波数は振動源と直接関係しています。機械の様々な機械部品や電気部品は、それぞれ固有の予測可能な周波数で振動を発生します。高い振動ピークが観測される周波数がわかれば、原因となっている部品や欠陥を特定できます。

回転周波数（1倍）： これはあらゆる振動診断において最も重要な周波数です。機械のシャフトの回転速度に相当します。例えば、モーターシャフトが毎分3000回転（rpm）で回転する場合、回転周波数はf = 3000 rpm / 60 s/min = 50 Hzとなります。この周波数は1xと表記されます。これは、他の多くの欠陥を特定するための基準点として機能します。

縦軸（Y）: 振幅

この軸は、各特定周波数における振動の強度を示します。Balanset-1A装置では、振幅はミリメートル毎秒（mm/s）で測定され、これは振動速度の実効値（RMS）に相当します。スペクトルのピークが高いほど、その周波数における振動エネルギーが集中していることを示し、一般的に、関連する欠陥の深刻度が高くなります。

倍音

高調波とは、基本周波数の整数倍の周波数です。多くの場合、基本周波数は回転周波数1xです。したがって、高調波は2x（第2高調波）= 2×1x、3x（第3高調波）= 3×1x、4x（第4高調波）= 4×1x、というように続きます。高調波の存在と相対的な高さは、重要な診断情報となります。例えば、純粋なアンバランスは主に1xで発生し、高調波は非常に低くなります。一方、機械的な緩みやシャフトのずれは、高調波（2x、3x、4x、…）の「森」のような状態を作り出します。1xとその高調波の振幅比を分析することで、さまざまな種類の故障を区別することができます。

セクション2：Balanset-1Aを使用した振動スペクトルの取得

診断の質は、初期データの質に直接左右されます。測定結果が不正確だと、誤った結論、不必要な修理、あるいは逆に、発生中の欠陥を見逃してしまう可能性があります。このセクションでは、デバイスを用いて正確かつ再現性の高いデータを収集するための実践的なガイドを提供します。

2.1. 測定準備：正確なデータを得るための鍵

ケーブルを接続してプログラムを起動する前に、センサーが正しく取り付けられているかどうかを慎重に確認する必要があります。これは最も重要な段階であり、その後のすべての分析の信頼性を決定します。

取り付け方法： Balanset-1Aには磁気式センサーベースが付属しています。これは便利で迅速な取り付け方法ですが、効果的に使用するにはいくつかのルールを守る必要があります。測定点の表面は、以下の条件を満たす必要があります。

• クリーン： 汚れ、サビ、剥がれた塗装を取り除きます。
• フラット： センサーは磁石の表面全体と面一にする必要があります。丸みを帯びた面やボルトの頭には取り付けないでください。
• 大規模： 測定ポイントは、薄い保護カバーや冷却フィンではなく、機械の耐荷重構造（ベアリングハウジングなど）の一部である必要があります。

固定監視の場合、または高周波数で最大の精度を実現する場合は、機械の設計が許せば、ねじ接続 (スタッド) を使用することをお勧めします。

位置： ローターの動作中に発生する力は、ベアリングを介して機械のケーシングに伝達されます。そのため、センサーを設置するのに最適な場所はベアリングハウジングです。歪みを最小限に抑えて振動を測定するには、センサーをベアリングにできるだけ近づけて設置するようにしてください。

測定方向: 振動は3次元的なプロセスです。機械の状態を完全に把握するには、以下の3方向で測定を行う必要があります。

• 放射状水平（H）： シャフト軸に垂直で、水平面内にあります。
• 放射状垂直方向（V）： シャフト軸に垂直な垂直面内。
• 軸（A）： シャフト軸に平行。

一般的に、構造物の水平方向の剛性は垂直方向よりも低いため、水平方向の振動振幅が最も大きくなる傾向があります。そのため、初期評価では水平方向が選択されることが多いのです。しかし、軸方向の振動は、軸ずれなどの欠陥の診断に非常に重要な、独自の情報を含んでいます。

Balanset-1Aは2チャンネルデバイスであり、本書では主に2面バランス調整の観点から解説されています。しかし、診断用途においては、このデバイスははるかに幅広い可能性を切り開きます。2つの異なるベアリングの振動を測定する代わりに、両方のセンサーを同じベアリングユニットに異なる方向で接続することができます。例えば、センサーチャンネル1をラジアル方向（水平方向）に設置し、センサーチャンネル2を軸方向に設置することができます。2方向のスペクトルを同時に取得することで、軸方向とラジアル方向の振動を瞬時に比較することができ、これは専門的な診断において信頼性の高いミスアライメント検出のための標準的な手法です。この方法により、本書で説明されている範囲を超えて、デバイスの診断機能が大幅に拡張されます。

2.2. ステップバイステップ: クイック評価のための「振動計」モード (F5) の使用

このモードは、主要な振動パラメータの運用制御を目的として設計されており、現場での迅速な機械状態評価に最適です。このモードでスペクトルを取得する手順は次のとおりです。

1. センサーの接続：振動センサーを所定の箇所に設置し、計測ユニットのX1およびX2入力に接続します。レーザータコメーターをX3入力に接続し、シャフトに反射マーカーを取り付けます。
2. プログラムを起動します。Balanset-1A のメイン プログラム ウィンドウで、「F5 - 振動メーター」ボタンをクリックします。
3. 作業ウィンドウが開きます（マニュアルの図7.4）。ウィンドウの上部には、全体の振動（V1s）、回転周波数における振動（V1o）、位相（F1）、回転速度（N rev）などのデジタル値が表示されます。
4. 測定開始：「F9 - 実行」ボタンをクリックします。プログラムはリアルタイムでデータの収集と表示を開始します。
5. スペクトルを分析する：ウィンドウの下部には「振動スペクトル - チャンネル1&2 (mm/s)」グラフがあります。これは振動スペクトルです。横軸は周波数（Hz）、縦軸は振幅（mm/s）を示しています。

このモードでは、バランス調整マニュアルでも推奨されている、最初の最も重要な診断チェックを行うことができます。V1s（全体振動）とV1o（回転周波数1倍における振動）の値を比較します。

• V1s≈V1oの場合、振動エネルギーの大部分が回転周波数に集中していることを意味します。振動の主な原因は、おそらくアンバランスです。
• V1s≫V1oの場合、振動の大部分は他の要因（ミスアライメント、緩み、ベアリングの欠陥など）によって発生していることを示します。この場合、単純なバランス調整では問題は解決せず、スペクトルのより詳細な分析が必要です。

2.3. ステップバイステップ: 詳細な分析のための「チャート」モード (F8) の使用

スペクトルのより詳細な分析を必要とする本格的な診断には、「チャート」モードがはるかに適しています。より大きく、より詳細な情報を提供するグラフが表示されるため、ピークの特定と構造解析が容易になります。このモードでスペクトルを取得する手順は以下のとおりです。

1. 「振動計」モードと同じ方法でセンサーを接続します。
2. 開始モード: メイン プログラム ウィンドウで、「F8 - チャート」ボタンをクリックします。
3. チャートの種類を選択します。開いたウィンドウ（マニュアルの図7.19）の上部にボタンが並んでいます。「F5-スペクトル（Hz）」をクリックします。
4. スペクトル解析ウィンドウが開きます（マニュアルの図7.23）。上部には時間信号が表示され、下部のメイン部分には振動スペクトルが表示されます。
5. 測定開始：「F9-実行」ボタンをクリックします。デバイスが測定を実行し、詳細なグラフを作成します。

このモードで得られるスペクトルは、分析に非常に便利です。異なる周波数におけるピークをより明確に観察し、その高さを評価し、高調波列を識別できます。このモードは、次のセクションで説明する障害の診断に推奨されます。

第3節：振動スペクトルによる典型的な故障の診断（1000 Hzまで）

このセクションは、本ガイドの実践的な核心です。ここでは、スペクトルの読み取り方と、それを具体的な機械的問題と関連付ける方法を学びます。現場での利便性と迅速な対応のため、主要な診断指標を統合表にまとめています。これは、実際のデータを分析する際のクイックリファレンスとして役立ちます。

表3.1: 診断指標の要約

故障	主要なスペクトルシグネチャー	典型的な高調波	備考
アンバランス	1倍の回転周波数での高い振幅	低い	放射状の振動が支配的であり、振幅は速度の2乗に比例して増加する。
ずれ	回転周波数の2倍で高振幅	1倍、3倍、4倍	多くの場合、軸方向の振動を伴います。
機械的な緩み	倍音 1×（倍音の「森」）	1×、2×、3×、4×、5×...	ひび割れ等により、1/2倍、3/2倍等の周波数帯域において、サブハーモニクス（0.5倍、1.5倍）が発生する場合があります。
ベアリングの欠陥	非同期周波数でのピーク（BPFO、BPFIなど）	欠陥周波数の多重高調波	ピーク付近のサイドバンドとしてよく見られます。高周波域では「ノイズ」のように聞こえます。
ギアメッシュ欠陥	ギアメッシュの高周波（GMF）とその高調波	1倍のGMF周辺のサイドバンド	摩耗、歯の損傷、または偏心を示します。

次に、これらの欠陥をそれぞれ詳細に分析します。

3.1. アンバランス：最も一般的な問題

物理的な原因: アンバランスは、回転部品（ローター）の重心がその幾何学的な回転軸と一致しない場合に発生します。これにより「重心」が形成され、回転中に半径方向に作用する遠心力が発生し、ベアリングと基礎に伝達されます。

スペクトルシグネチャ: 主な兆候は、回転周波数（1倍）における高振幅ピークです。振動は主にラジアル方向です。アンバランスには主に2つの種類があります。

静的不均衡（1平面）

スペクトルの説明: スペクトルは、基本回転周波数（1倍）における単一のピークによって完全に支配されています。振動は正弦波状で、他の周波数ではエネルギーが最小限に抑えられています。

スペクトル成分の簡単な説明: 主に1倍音の回転周波数成分が強く、高調波はほとんどまたは全くありません（純粋な1倍音）。

主な特徴: 全方向において1倍の大きな振幅。両ベアリングの振動は同位相（両端の位相差なし）です。同一ベアリングにおける水平方向と垂直方向の測定では、約90°の位相差が見られることがよくあります。

動的不釣合い（2面/カップル）

スペクトルの説明: スペクトルには、静的アンバランスに類似した、1回転あたり1回の周波数（1倍）のピークが顕著に現れています。振動は回転速度で発生し、アンバランスのみが問題である場合、高周波成分は顕著に現れません。

スペクトル成分の簡単な説明: 支配的な1倍速成分（ローターの「揺れ」やぐらつきを伴うことが多い）。他の障害がない限り、高調波は通常発生しません。

主な特徴: 各ベアリングの1倍の振動は 位相がずれている ローターの両端の振動には約180°の位相差があります（偶不均衡を示しています）。この位相関係における強い1倍ピークは、動的不均衡の兆候です。

何をするか： スペクトルがアンバランスを示している場合は、バランス調整手順を実施する必要があります。静的アンバランスの場合は単面バランス調整で十分です（マニュアルセクション7.4参照）。動的アンバランスの場合は二面バランス調整が必要です（マニュアルセクション7.5参照）。

3.2. シャフトのミスアライメント：隠れた脅威

物理的な原因: ミスアライメントは、連結された2つのシャフト（例：モーターシャフトとポンプシャフト）の回転軸が一致していない場合に発生します。ミスアライメント状態でシャフトが回転すると、カップリングとベアリングに周期的な力が生じ、振動が発生します。

平行ずれ（オフセットシャフト）

スペクトルの説明: 振動スペクトルは、特に半径方向において、基本波（1倍音）とその2倍音および3倍音のエネルギーが高くなっています。通常、ずれがある場合、1倍音成分が支配的となり、2倍音成分も顕著に現れます。

スペクトル成分の簡単な説明: シャフト回転周波数の1倍、2倍、3倍の周波数で顕著なピークが見られます。これらは主にラジアル振動（シャフトに垂直な方向）の測定で顕著に現れます。

主な特徴: ラジアル方向の1倍振動および2倍振動が大きい場合は、その兆候です。カップリングの反対側におけるラジアル振動の測定値間に180°の位相差が見られることが多く、純粋なアンバランスとは区別されます。

角度ずれ（傾斜シャフト）

スペクトルの説明: 周波数スペクトルは、軸速度の強い高調波を示しており、特に1倍速に加えて2倍速の成分が顕著です。1倍速、2倍速（そして多くの場合3倍速）の振動が見られ、軸方向（軸に沿った方向）の振動が顕著です。

スペクトル成分の簡単な説明: 走行速度の1倍と2倍（場合によっては3倍）で顕著なピークが見られます。2倍の成分は1倍の成分と同等かそれ以上の大きさになることがよくあります。これらの周波数は、機械の軸方向の振動スペクトルにおいて顕著に表れます。

主な特徴: 1倍高調波に比べて2倍高調波振幅が比較的高く、軸方向の振動も強い。カップリングの両側の軸方向測定値は180°位相がずれており、これは角度ずれの典型的な特徴である。

何をするか： バランス調整はここでは役に立ちません。ユニットを停止し、専用工具を使用してシャフトアライメント調整を実施してください。

3.3. 機械の緩み：機械の「ガタガタ音」

物理的な原因: この欠陥は、構造接合部の剛性低下に関連しています。ボルトの緩み、基礎の亀裂、ベアリング座面のクリアランスの増大などが挙げられます。クリアランスにより衝撃が発生し、特徴的な振動パターンが形成されます。

機械的な緩み（部品の緩み）

説明 スペクトルには回転速度の周波数成分が豊富に含まれています。1倍の整数倍（1倍から10倍程度の高次の倍数まで）の広い範囲にわたって、大きな振幅が見られます。場合によっては、低調波（例えば0.5倍）の周波数も現れることがあります。

スペクトル成分: 回転速度の複数の周波数成分（1倍、2倍、3倍、最大約10倍）が支配的です。繰り返しの衝撃により、1/2倍、3/2倍などの分数（整数の半分）の周波数成分も現れることがあります。

主な特徴: スペクトルにおける特徴的な「ピークの連続」、つまり回転速度の整数倍の周波数で均等間隔で並ぶ多数のピーク。これは剛性の低下、または部品の不適切な組み立てによって繰り返し衝撃が発生していることを示しています。多くの高調波（場合によっては半整数倍の低調波）の存在は重要な指標です。

構造上の緩み（基礎・取付の緩み）

説明 振動スペクトルでは、基本周波数または回転周波数の2倍の振動が支配的となることがよくあります。通常、ピークは1倍または2倍の周波数で現れます。高調波（2倍を超える）は通常、これらの主要な周波数に比べて振幅がはるかに小さくなります。

スペクトル成分: 主にシャフトの1倍速および2倍速の周波数成分を示します。その他の高調波（3倍速、4倍速など）は通常、存在しないか、または無視できます。緩みの種類（例えば、1回転あたり1回の衝撃、または2回の衝撃）によっては、1倍速または2倍速の成分が支配的になる場合があります。

主な特徴: スペクトルの他の部分と比較して1倍または2倍（あるいは両方）のピークが著しく高い場合、ベアリングまたは構造の緩みを示しています。機械の取り付けが緩い場合、振動は垂直方向で強くなります。1つまたは2つの低次の支配的なピークと少数の高次高調波は、構造または基礎の緩みの特徴です。

何をするか： ユニットの徹底的な点検が必要です。アクセス可能なすべての固定ボルト（ベアリング、ハウジング）を点検してください。フレームと基礎に亀裂がないか点検してください。内部に緩み（例：ベアリングシート）がある場合は、ユニットの分解が必要になる場合があります。

3.4. 転がり軸受の欠陥：早期警告

物理的な原因: 転動面（内輪、外輪、転動体）または保持器に欠陥（ピット、スポール、摩耗）が発生すること。転動体が欠陥上を通過するたびに、短い衝撃パルスが発生します。これらの衝撃パルスは、各軸受要素に固有の特定の周波数で繰り返されます。

スペクトルシグネチャ: ベアリングの欠陥は、非同期周波数、つまり回転周波数（1倍）の整数倍ではない周波数でピークとして現れます。これらの周波数（BPFO：外輪欠陥周波数、BPFI：内輪欠陥周波数、BSF：転動体欠陥周波数、FTF：保持器欠陥周波数）は、ベアリングの形状と回転速度によって異なります。診断の初心者にとって、これらの周波数を正確に計算する必要はありません。重要なのは、スペクトル内での欠陥の存在を認識することです。

外輪欠陥

スペクトルの説明: 振動スペクトルは、外輪の欠陥周波数とその高調波に対応する一連のピークを示します。これらのピークは通常、高周波数（シャフト回転数の整数倍ではない）で発生し、転動体が外輪の欠陥を通過するたびに発生します。

スペクトル成分の簡単な説明: 外輪ボールパス周波数（BPFO）には複数の高調波が存在します。顕著な外輪故障の場合、通常、スペクトルには8～10のBPFO高調波が観測されます。これらのピーク間の間隔は、BPFO（ベアリングの形状と速度によって決まる固有周波数）に等しくなります。

主な特徴: BPFOとその連続高調波における明確なピーク列が特徴的です。均等間隔で並ぶ多数の高周波ピーク（BPFO、2倍のBPFO、3倍のBPFO、…）の存在は、明らかに外輪ベアリングの欠陥を示しています。

内輪の欠陥

スペクトルの説明: 内輪故障のスペクトルは、内輪故障周波数とその高調波において複数の顕著なピークを示します。さらに、これらの故障周波数ピークのそれぞれは、通常、回転速度（1倍）の周波数間隔で並ぶサイドバンドピークを伴います。

スペクトル成分の簡単な説明: 内輪ボールパス周波数（BPFI）の複数の高調波を含み、多くの場合8～10倍程度です。これらのBPFIピークは、±1倍速のサイドバンドによって変調されるという特徴があります。つまり、各BPFI高調波の横に、メインピークからシャフト回転周波数に等しい距離を置いて、小さなサイドピークが現れるということです。

主な特徴: 決定的な兆候は、サイドバンドパターンを伴う内輪欠陥周波数（BPFI）の高調波の存在です。BPFI高調波の周囲にシャフト速度間隔で現れるサイドバンドは、内輪欠陥が1回転ごとに1回負荷されていることを示しており、外輪ではなく内輪に問題があることが分かります。

転動体の欠陥（ボール/ローラー）

スペクトルの説明: 転動体（ボールまたはローラー）の欠陥は、転動体の回転周波数とその高調波で振動を引き起こします。スペクトルには、軸速度の整数倍ではなく、ボール／ローラー回転周波数（BSF）の倍数となる一連のピークが示されます。これらの高調波ピークの1つは、他のピークよりも著しく大きくなることが多く、損傷した転動体の数を反映しています。

スペクトル成分の簡単な説明: 転動体の基本欠陥周波数（BSF）とその高調波におけるピーク。例えば、BSF、2xBSF、3xBSF などが現れます。これらのピークの振幅パターンは、損傷した転動体の数を示す可能性があります。例えば、第2高調波が最大の場合、2つのボール／ローラーに剥離が発生している可能性があります。転動体の損傷はレースの損傷にもつながることが多いため、レース欠陥周波数における振動も伴うことがよくあります。

主な特徴: シャフトの回転周波数ではなく、BSF（ベアリング要素の回転周波数）間隔でピークが連続して現れる場合、転動体の欠陥を識別します。BSFのN次高調波の振幅が特に高い場合、多くの場合、N個の要素が損傷していることを意味します（例えば、BSFの2倍のピークが非常に高い場合、2つのボールに欠陥がある可能性があります）。

ケージ欠陥（ベアリングケージ/FTF）

スペクトルの説明: 転がり軸受のケージ（セパレータ）に欠陥があると、ケージの回転周波数（基本トレイン周波数（FTF））とその高調波で振動が発生します。これらの周波数は通常、軸速度よりも低速です。スペクトルはFTF、FTFの2倍、FTFの3倍などでピークを示し、変調により他の軸受周波数と相互作用することがよくあります。

スペクトル成分の簡単な説明: ケージの回転周波数（FTF）とその整数倍に対応する低周波ピーク。例えば、FTFがシャフト速度の約0.4倍の場合、約0.4倍、約0.8倍、約1.2倍などのピークが見られることがあります。多くの場合、ケージ欠陥はレース欠陥と共存するため、FTFがレース欠陥信号を変調し、和/差周波数（レース周波数の周囲に側波帯）を生成することがあります。

主な特徴: ベアリングケージ回転速度（FTF）と一致する1つ以上の低調波ピーク（1倍未満）は、ケージに問題があることを示しています。これは、他のベアリングの故障兆候と併せて現れることがよくあります。重要な特徴は、スペクトルにFTFとその高調波が存在することです。ケージが故障しない限り、これはまれです。

何をするか： ベアリング周波数の上昇は、対策を講じる必要があることを示しています。このユニットの監視を強化し、潤滑状態を確認し、できるだけ早くベアリング交換を計画する必要があります。

3.5. ギアの故障

ギア偏心/シャフトの曲がり

スペクトルの説明: この欠陥は、ギア噛み合い振動の変調を引き起こします。スペクトルでは、ギア噛み合い周波数（GMF）のピークが、ギアシャフトの回転周波数（ギアの1回転あたり）間隔で並ぶサイドバンドピークに囲まれています。多くの場合、ギア自体の1回転あたりの振動も、偏心によるアンバランスのような影響により増大します。

スペクトル成分の簡単な説明: ギアの噛み合い周波数とその低次高調波（例：GMFの1倍、2倍、3倍）において、振幅が顕著に増加します。GMF（場合によってはGMFの高調波）の周囲に、影響を受けるギアの回転速度の1倍の間隔で、明瞭なサイドバンドが現れます。これらのサイドバンドの存在は、ギアの回転によって噛み合い周波数が振幅変調されていることを示しています。

主な特徴: ギアの噛み合い周波数において、ギア周波数1倍の周波数で顕著なサイドバンドが見られるのが特徴的な特徴です。このサイドバンドパターン（GMFの周囲に回転速度に応じて等間隔にピークが現れる）は、ギアの偏心またはギアシャフトの曲がりを強く示唆しています。さらに、ギアの基本振動（1倍）が通常よりも高い場合もあります。

ギアの歯の摩耗または損傷

スペクトルの説明: ギア歯の欠陥（摩耗や破損など）は、ギアかみ合い周波数とその高調波における振動の増加を引き起こします。スペクトルには、しばしば複数の高振幅のGMFピーク（1xGMF、2xGMFなど）が見られます。さらに、これらのGMFピークの周囲には、シャフトの回転周波数間隔で多数のサイドバンド周波数が出現します。場合によっては、サイドバンドによるギアの固有振動数（共振）の励起も観察されます。

スペクトル成分の簡単な説明: ギアのかみ合い周波数（歯の噛み合い周波数）とその高調波（例えば、GMFの2倍）において、ピークが上昇します。GMFの各主要高調波の周囲には、1倍の回転速度で区切られたサイドバンドピークが見られます。GMFの1倍、2倍、3倍の成分の周囲にあるサイドバンドの数と大きさは、歯の損傷の程度が増すにつれて増加する傾向があります。重篤な場合には、ギアの共振周波数に対応する追加のピーク（独自のサイドバンドを含む）が現れることがあります。

主な特徴: 多数の高振幅ギアかみ合い周波数高調波と密なサイドバンドパターンが、このギアの特徴です。これは、摩耗や歯の破損による歯の通過が不規則であることを示しています。ひどく摩耗または損傷したギアは、かみ合い周波数ピークの周囲に広範なサイドバンド（ギア速度の1倍間隔で）を示し、健全なギア（GMFに集中したよりクリーンなスペクトルを示す）と区別できます。

何をするか： ギアトレインに関連する周波数の出現には、より細心の注意が必要です。ギアボックス内のオイルに金属片が混入していないか確認し、歯の摩耗や損傷を確認するためにギアボックスの点検をスケジュールすることをお勧めします。

実際の機械では、単一の故障のみで問題が発生することは稀であることを理解することが重要です。多くの場合、スペクトルはアンバランスやミスアライメントなど、複数の欠陥の兆候が組み合わさったものとなります。これは、診断の初心者にとっては混乱を招く可能性があります。このような場合、シンプルなルールが適用されます。まず、振幅が最も大きいピークに対応する問題に対処してください。多くの場合、1つの深刻な欠陥（例えば、深刻なミスアライメント）が、ベアリングの摩耗増加や締結具の緩みなどの二次的な問題を引き起こします。根本原因を排除することで、二次的な欠陥の発現を大幅に軽減できます。

第4節：実践的な推奨事項と次のステップ

スペクトル解釈の基礎を習得すれば、最初の、そして最も重要なステップを踏み出したことになります。次は、この知識を日々のメンテナンス業務に統合する必要があります。このセクションでは、単発の測定から体系的なアプローチに移行し、得られたデータを活用して情報に基づいた意思決定を行う方法について説明します。

4.1. 単一測定から監視へ：トレンドの力

単一のスペクトルは、ある瞬間における機械の状態の「スナップショット」に過ぎません。非常に有益な情報となりますが、その真の価値は過去の測定値と比較することで明らかになります。このプロセスは、状態監視またはトレンド分析と呼ばれます。

考え方は非常にシンプルです。機械の状態を絶対的な振動値（「良好」か「不良」か）で判断するのではなく、これらの値が時間とともにどのように変化するかを追跡するのです。特定の周波数における振幅の緩やかな増加は系統的な摩耗を示し、突然の急上昇は欠陥の急速な進行を示す警告信号となります。

実用的なヒント:

• ベースラインスペクトルを作成する: 新品、修理済み、または良好な状態であることが確認されている機器について、徹底的な測定を実施してください。このデータ（スペクトルと数値）をBalanset-1Aプログラムアーカイブに保存してください。これが、この機器の「健全性ベンチマーク」となります。
• 周期性を確立する: 管理測定の頻度を決定します。極めて重要な機器の場合は2週間に1回、補助機器の場合は1ヶ月または四半期に1回などです。
• 再現性の確保: 毎回、同じポイント、同じ方向、そして可能であれば機械の同じ動作条件（負荷、温度）で測定を実行します。
• 比較と分析: 測定ごとに、得られたスペクトルを基準値および以前のスペクトルと比較してください。新しいピークの出現だけでなく、既存のピークの振幅の増加にも注意してください。ピークの振幅が急激に増加した場合（例えば、前回の測定と比較して2倍の増加）、たとえ振動の絶対値がISO規格の許容範囲内であっても、欠陥が発生していることを示す確実なシグナルとなります。

4.2. いつバランスを取るべきで、いつ別の原因を探すべきでしょうか?

診断の究極の目標は、欠陥を見つけることだけでなく、必要な対策について適切な判断を下すことです。スペクトル解析に基づいて、シンプルで効果的な意思決定アルゴリズムを構築できます。

スペクトル分析に基づくアクションアルゴリズム:

1. Balanset-1A を使用して、できれば「チャート」モード (F8) で、半径方向と軸方向の両方で測定を行い、高品質のスペクトルを取得します。
2. 振幅が最も大きいピークを特定します。これは、最初に対処すべき主要な問題を示しています。
3. このピークの頻度によって障害の種類を決定します。
   • 1倍のピークが優勢な場合: 最も可能性の高い原因はアンバランスです。
     アクション： Balanset-1A デバイスの機能を使用して動的バランス調整手順を実行します。
   • 2 倍のピークが支配的である場合 (特に軸方向に高い場合) 最も可能性の高い原因はシャフトのずれです。
     アクション： バランス調整が効きません。ユニットを停止し、軸芯出しを行う必要があります。
   • 多くの高調波（1倍、2倍、3倍、...）の「森」が観察される場合： 最も可能性の高い原因は機械的な緩みです。
     アクション： 目視検査を実施してください。すべての取り付けボルトを点検し、締め付けてください。フレームと基礎に亀裂がないか点検してください。
   • 非同期ピークが中周波数範囲または高周波数範囲で優勢である場合: 最も可能性の高い原因は、転がりベアリングの欠陥です。
     アクション： ベアリングユニットの潤滑状態を確認してください。ベアリングの交換計画を開始してください。このユニットの監視頻度を増やし、欠陥の発生率を追跡してください。
   • サイドバンドを伴うギアメッシュ周波数 (GMF) が支配的である場合: 最も可能性の高い原因はギアの欠陥です。
     アクション： ギアボックス内のオイルの状態を確認してください。ギアボックスの歯の摩耗や損傷を確認するために、点検をスケジュールしてください。

このシンプルなアルゴリズムにより、抽象的な分析から、すべての診断作業の最終目標である具体的かつターゲットを絞ったメンテナンス アクションへの移行が可能になります。

結論

Balanset-1Aは、もともとバランス調整専用のツールとして設計されましたが、そのポテンシャルは格段に高くなっています。振動スペクトルの取得と表示機能により、エントリーレベルの強力な振動分析装置へと変貌を遂げました。この記事は、マニュアルに記載されている装置の操作機能と、振動分析セッションで得られたデータの解釈に必要な基礎知識との橋渡しとなることを目指しました。

基本的なスペクトル解析スキルを習得することは、理論を学ぶだけでなく、作業効率を高めるための実践的なツールを習得することです。アンバランス、ミスアライメント、緩み、ベアリングの欠陥といった様々な欠陥が、振動スペクトル上に独自の「指紋」としてどのように現れるかを理解することで、稼働中の機械を分解することなく内部を観察できるようになります。

このガイドから得られる主なポイント:

• 振動は情報です。 スペクトル内の各ピークは、メカニズム内で発生する特定のプロセスに関する情報を伝えます。
• FFT は翻訳者です。 高速フーリエ変換は、振動の複雑で混沌とした言語を、周波数と振幅のシンプルで理解しやすい言語に変換します。
• 診断はパターン認識です。 主要な欠陥の特徴的なスペクトル パターンを識別する方法を学ぶことで、振動の増加の根本原因を迅速かつ正確に特定できます。
• 絶対値よりも傾向の方が重要です。 定期的な監視と現在のデータとベースライン データの比較は予測アプローチの基礎であり、問題を最も早い段階で特定することを可能にします。

自信と能力を備えた振動解析者になるには、時間と練習が必要です。恐れずに実験を行い、様々な機器からデータを収集し、「健康スペクトル」と「病気スペクトル」の独自のライブラリを作成してください。このガイドは、地図とコンパスを提供しました。Balanset-1Aは、バランス調整によって症状を「治療」するだけでなく、正確な「診断」にも役立ちます。このアプローチにより、機器の信頼性を大幅に向上させ、緊急停止の回数を減らし、メンテナンスの質を飛躍的に向上させることができます。