ISO 10816-1 振動診断の標準化及び計器的実装（Balanset-1Aシステムを用いた）

抄録

本報告書は、ISO 10816-1およびその派生規格で定義される産業機器の振動状態に関する国際的な規制要件の包括的な分析を提示する。ISO 2372から現行のISO 20816への標準化の変遷を検証し、測定パラメータの物理的意味を説明するとともに、振動状態の深刻度を評価する手法を記述する。 特に、携帯型バランス調整・診断システム「Balanset-1A」を用いたこれらの規則の実践的適用に重点を置いている。本報告書には、当該機器の技術的特性、振動計モードおよびバランス調整モードにおける動作アルゴリズムの詳細な説明、ならびに回転機械の信頼性・安全基準適合を確保するための測定実施に関する方法論的指針が含まれている。.

第1章　振動診断の理論的基盤と標準化の進展

1.1. 振動の物理的性質と測定パラメータの選定

振動は、診断パラメータとして、機械システムの動的状態を示す最も有益な指標である。温度や圧力といった積分的な指標とは異なり、これらは故障に対して遅れて反応することが多いが、振動信号は機構内部に作用する力に関する情報をリアルタイムで伝達する。.

ISO 10816-1規格は、その前身規格と同様に、振動速度の測定に基づいている。この選択は偶然ではなく、損傷のエネルギー的性質に由来する。振動速度は振動質量の運動エネルギーに正比例し、したがって機械部品に生じる疲労応力にも比例する。.

振動診断では、それぞれ固有の適用分野を持つ3つの主要なパラメータが用いられる：

振動変位（変位）振動振幅はマイクロメートル（µm）単位で測定される。このパラメータは低速機械において、また回転子と固定子の接触を防止することが重要な軸受のクリアランス評価において極めて重要である。ISO 10816-1の文脈では、変位は限定的な用途しか持たない。なぜなら高周波数では、わずかな変位であっても破壊的な力を発生させる可能性があるからである。.

振動速度（速度）表面点速度はミリメートル毎秒（mm/s）で測定される。これは10～1000Hzの周波数範囲における普遍的なパラメータであり、不均衡、ミスアライメント、緩みといった主要な機械的欠陥を網羅する。ISO 10816は振動速度を主要な評価基準として採用している。.

振動加速度（加速度）振動速度の変化率をメートル毎秒平方（m/s²）またはg単位で測定する。加速度は慣性力を特徴づけ、初期段階の転がり軸受欠陥や歯車噛み合わせ問題など、高周波プロセス（1000 Hz以上）に最も敏感に反応する。.

ISO 10816-1は10～1000 Hzの帯域幅の振動に焦点を当てている。これは、測定器がこの帯域内の全振動エネルギーを積分し、単一の値（実効値）を出力しなければならないことを意味する。ピーク値ではなく実効値を使用することが正当化されるのは、実効値が時間経過に伴う振動プロセスの総エネルギーを特徴づけ、機構への熱的・疲労的影響を評価する上でより関連性が高いためである。.

1.2. 歴史的背景：ISO 2372からISO 20816へ

現在の要件を理解するには、その歴史的発展を分析する必要がある。.

ISO 2372 (1974): 動力による機械の分類を導入した最初の国際規格。機械クラス（クラスI～クラスIV）と評価ゾーン（A、B、C、D）を定義した。1995年に正式に廃止されたものの、この規格の用語体系と論理は現在も技術実務で広く用いられている。.

ISO 10816-1 (1995)この規格はISO 2372およびISO 3945に取って代わった。その主な革新点は、基礎の種類（剛性基礎と柔軟基礎）に応じて要求事項をより明確に区別したことである。 本規格は「包括的」文書となり、一般原則（第1部）を定義する一方、各種機械向けの具体的な限界値は後続の部（第2部：蒸気タービン、第3部：産業機械、第4部：ガスタービン等）に移管された。.

ISO 20816-1 (2016)ISO 20816は、非回転部品の振動に関する10816シリーズと回転軸の振動に関する7919シリーズを統合した、規格の現代版である。 これは論理的な進化である。なぜなら重要設備の完全な評価には両パラメータの分析が必要だからだ。ただし、シャフトへのアクセスが困難な汎用産業機械（ファン、ポンプ）の大半においては、ISO 10816で導入されたハウジング測定に基づく手法が依然として主流である。.

本報告書はISO 10816-1およびISO 10816-3に焦点を当てている。これらの文書は、Balanset-1Aなどの携帯型機器で診断される産業機器の約90%における主要な作業ツールであるためである。.

第2章 ISO 10816-1 手法の詳解

2.1. 適用範囲と制限事項

ISO 10816-1は、機械の非回転部（軸受ハウジング、支持脚、支持フレーム）における振動測定に適用される。本規格は音響騒音に起因する振動には適用されず、作動原理により特定の慣性力を発生させる往復動機械（これらはISO 10816-6の対象となる）も対象外である。.

重要な点は、この規格が試験台上だけでなく実際の運転条件下における現場測定を規定していることである。これは、限界値が実際の基礎、配管接続、および運転負荷条件の影響を考慮していることを意味する。.

2.2. 設備の分類

この手法の重要な要素は、全ての機械をクラスに分類することである。クラスIの機械にクラスIVの制限を適用すると、技術者が危険な状態を見逃す恐れがある一方、逆のケースでは健全な設備の不必要な停止を招く可能性がある。.

ISO 10816-1の附属書Bによれば、機械は以下の区分に分類される：

表2.1. ISO 10816-1に基づく機械の分類

クラス	説明	典型的な機械	基礎タイプ
クラスI	エンジンや機械の個々の部品で、集合体に構造的に連結されているもの。小型機械。.	15kWまでの電動機。小型ポンプ、補助駆動装置。.	どんなものでも
クラスII	特別な基礎を必要としない中型機械。.	電動機 15～75 kW。エンジン（最大300 kW）は剛性ベースに設置。ポンプ、ファン。.	通常は硬直した
クラスIII	大型原動機およびその他の回転質量を有する大型機械。.	タービン、発電機、高出力ポンプ（75kW超）。.	硬い
クラスIV	大型原動機およびその他の回転質量を有する大型機械。.	ターボ発電機、ガスタービン（10MW超）.	フレキシブル

基礎タイプの識別に関する問題（剛性 vs 柔軟性）:

基準では、「機械－基礎」システムの第一固有振動数が主励起周波数（回転周波数）を上回る場合、その基礎を剛性基礎と定義する。固有振動数が回転周波数を下回る場合、その基礎は柔軟基礎である。.

実際にはこれは次のことを意味します：

• 巨大なコンクリート製の工場床にボルトで固定された機械は、通常、剛性基礎を有するクラスに属する。.
• 振動アイソレーター（ばね、ゴムパッド）または軽量鋼製フレーム（例えば、上部階構造）に設置された機械は、柔軟基礎を有するクラスに属する。.

この区別は極めて重要である。なぜなら、柔軟な基礎上に設置された機械は、危険な内部応力を生じさせることなく、より大きな振幅で振動できるからである。したがって、クラスIVの限界値はクラスIIIよりも高くなる。.

2.3. 振動評価区域

二元的な「良/悪」評価ではなく、この規格は状態に基づく保守を支援する4段階評価尺度を提供します。.

ゾーンA（良好）新規据付機械の振動レベル。これは据付または大掛かりなオーバーホール後に達成すべき基準状態である。.

ゾーンB（満足）制限のない長期運転に適した機械。振動レベルは理想より高いが、信頼性を脅かすものではない。.

ゾーンC（不合格）長期連続運転に適さない機械。振動が部品（軸受、シール）の劣化を加速させるレベルに達する。次の計画メンテナンスまで、強化監視下での限定的な運転が可能。.

ゾーンD（不適格）壊滅的な故障を引き起こす可能性のある振動レベル。直ちに停止が必要。.

2.4. 振動限界値

下表は、ISO 10816-1の附属書Bに基づくRMS振動速度（mm/s）の限界値をまとめたものである。これらの値は経験値であり、製造元の仕様が利用できない場合の指針として用いる。.

表2.2. 振動ゾーンの限界値（ISO 10816-1 附属書B）

ゾーン境界	クラスI (mm/s)	クラスII（mm/s）	クラスIII（mm/s）	クラスIV（mm/s）
A / B	0.71	1.12	1.80	2.80
B / C	1.80	2.80	4.50	7.10
C / D	4.50	7.10	11.20	18.00

分析的解釈。. 4.5 mm/sという値を考慮する。小型機械（クラスI）では、これは緊急状態（C/D）の境界値であり、停止が必要となる。 中型機械（クラスII）では、これは「注意が必要」ゾーンの中間値である。剛性基礎上の大型機械（クラスIII）では、これは「良好」と「不良」ゾーンの境界に過ぎない。柔軟基礎上の機械（クラスIV）では、これは正常な運転振動レベル（ゾーンB）である。.

この進行は、普遍的な限界値を使用するリスクを示している。「4.5 mm/sは不良」というルールを全ての機械に適用する技術者は、小型ポンプの故障を見逃すか、大型ターボコンプレッサーを不当に拒否する可能性がある。.

第3章 産業機械の特記事項：ISO 10816-3

ISO 10816-1が一般的な枠組みを定義している一方、実際にはほとんどの産業用機器（15kW以上のポンプ、ファン、コンプレッサー）は、より具体的な規格のパート3（ISO 10816-3）によって規定されています。この差異を理解することは重要です。なぜなら、Balanset-1Aはこのパートの対象となるファンやポンプのバランス調整に頻繁に使用されるからです。.

3.1. ISO 10816-3における機械グループ

第1部の4つのクラスとは異なり、第3部では機械を主に2つのグループに分類する：

グループ1定格電力が300kWを超える大型機械。このグループには、軸高さが315mmを超える電気機械も含まれる。.

グループ2定格出力15kWから300kWの中型機械。このグループには、軸高160mmから315mmの電気機械が含まれる。.

3.2. ISO 10816-3における振動限界

ここでの制限は基礎の種類（剛性／柔軟）にも依存します。.

表3.1. ISO 10816-3に基づく振動限界（RMS、mm/s）

状態（ゾーン）	グループ1（300kW超） リジッド	グループ1（300kW超） フレキシブル	グループ2（15～300kW） リジッド	グループ2（15～300 kW）フレキシブル
A（新）	< 2.3	< 3.5	< 1.4	< 2.3
B（長期運転）	2.3 – 4.5	3.5 – 7.1	1.4 – 2.8	2.3 – 4.5
C（限定運用）	4.5 – 7.1	7.1 – 11.0	2.8 – 4.5	4.5 – 7.1
D（ダメージ）	> 7.1	11.0	> 4.5	> 7.1

データ統合。. ISO 10816-1とISO 10816-3の表を比較すると、ISO 10816-3は剛性基礎上の中出力機械（グループ2）に対してより厳しい要求を課していることがわかる。ゾーンDの境界は4.5 mm/sに設定されており、これはパート1のクラスIの限界値と一致する。これは、現代の高速化・軽量化された機器に対してより厳しい限界値が求められる傾向を裏付けるものである。 コンクリート床上の45kWファンをBalanset-1Aで診断する場合、本表の「グループ2／剛性」欄に焦点を当てるべきである。この欄では緊急ゾーンへの移行が4.5mm/sで発生する。.

第4章　Balanset-1Aシステムのハードウェア構成

ISO 10816/20816の要求事項を実装するには、正確かつ再現性のある測定を提供し、必要な周波数範囲に対応する計測器が必要です。Vibromera社が開発したBalanset-1Aシステムは、2チャンネル振動アナライザとフィールドバランシング機器の機能を統合したソリューションです。.

4.1. 測定チャネルとセンサー

Balanset-1Aシステムは2つの独立した振動測定チャンネル（X1およびX2）を備えており、これにより2点または2平面での同時測定が可能である。.

センサータイプ。. このシステムは加速度計（加速度を測定する振動変換器）を使用している。加速度計は高い信頼性、広い周波数範囲、良好な直線性を提供するため、これが現代の業界標準となっている。.

信号統合。. ISO 10816では振動速度（mm/s）の評価が要求されるため、加速度計からの信号はハードウェアまたはソフトウェアで積分処理される。これは重要な信号処理工程であり、アナログ-デジタル変換器の品質が鍵となる。.

測定範囲。. この測定器は、0.05～100 mm/sの範囲で振動速度（RMS）を測定します。この範囲は、ISO 10816の評価ゾーン（ゾーンA＜0.71 mm/sからゾーンD＞45 mm/s）を完全にカバーしています。.

4.2. 周波数特性と精度

バランセット-1Aの計量特性は、規格の要求事項を完全に満たしている。.

周波数範囲。. 基本モデルの動作周波数帯域は5 Hz～550 Hzである。.

5 Hz（300 rpm）という下限値は、ISO 10816規格の要求値である10 Hzを上回り、低速機械の診断をサポートします。 上限550Hzは、回転数3000rpm（50Hz）の機械において11次高調波までをカバーし、アンバランス（1×）、ミスアライメント（2×、3×）、緩み検出に十分です。オプションで周波数範囲を1000Hzまで拡張可能であり、標準要件を完全に網羅します。.

振幅精度。. 振幅測定誤差はフルスケールの±5%である。ゾーン境界が数百パーセントも異なる運用監視タスクにおいては、この精度で十分である。.

位相精度。. この測定器は位相角を±1度の精度で測定します。位相はISO 10816で規定されていませんが、次のステップであるバランス調整において極めて重要です。.

4.3. タコメーターチャンネル

キットには、2つの機能を果たすレーザータコメーター（光学式センサー）が含まれています：

• ロータ速度（RPM）を150～60,000回転/分（一部モデルでは100,000回転/分まで）で測定します。これにより、振動が回転周波数と同期（1×）しているか非同期かを判別することが可能となります。.
• バランス調整中に同期平均化および補正質量角の計算を行うための基準位相信号（位相マーク）を生成する。.

4.4. 接続とレイアウト

標準キットには長さ4メートルのセンサーケーブルが含まれます（オプションで10メートルも選択可能）。これにより現場測定時の安全性が向上します。長いケーブルにより、操作者は回転機械部品から安全な距離を保つことができ、回転機器を扱う際の産業安全要件を満たします。.

第5章　測定方法論とBalanset-1Aを用いたISO 10816評価

本章では、Balanset-1A装置を用いて振動評価を行うための段階的な手順を説明する。.

5.1. 測定の準備

機械を特定する。. 機械クラスを判定する（本報告書の第2章および第3章に従う）。例えば、「防振装置上の45kWファン」は、柔軟基礎を有するグループ2（ISO 10816-3）に属する。.

ソフトウェアのインストール。. 付属のUSBドライブからBalanset-1Aのドライバとソフトウェアをインストールしてください。インターフェースユニットをノートパソコンのUSBポートに接続してください。.

センサーを取り付ける。.

• ベアリングハウジングにセンサーを取り付ける。薄いカバーには取り付けないでください。.
• 磁気ベースを使用してください。磁石が表面にしっかりと固定されていることを確認してください。磁石の下にある塗料や錆は減衰材として作用し、高周波の測定値を低下させます。.
• 直交性を維持する：垂直（V）、水平（H）、軸方向（A）の測定を実施する。Balanset-1Aは2チャンネルを備えているため、例えば1つの支持点でVとHを同時に測定できる。.

5.2. 振動計モード (F5)

Balanset-1Aソフトウェアは、ISO 10816評価専用のモードを備えています。.

• プログラムを実行してください。.
• F5キーを押す（またはインターフェースの「F5 – 振動計」ボタンをクリックする）。マルチチャンネル振動計ウィンドウが開きます。.
• F9キー（実行）を押してデータ収集を開始してください。.

指標分析。.

• RMS（合計）測定器は総合RMS振動速度（V1s、V2s）を表示します。この値を規格の表に記載された限界値と比較します。.
• 1× 振動この装置は回転周波数における振動振幅を抽出する。.

RMS値が高い（ゾーンC/D）にもかかわらず1×成分が低い場合、問題はアンバランスではありません。ベアリング故障、キャビテーション（ポンプの場合）、または電磁気的問題である可能性があります。 RMS値が1×成分値に近い場合（例：RMS = 10 mm/s、1× = 9.8 mm/s）、不均衡が支配的であり、バランス調整により振動を約95%低減できる。.

5.3. スペクトル解析（FFT）

全体の振動が限界値（ゾーンCまたはD）を超えた場合、原因を特定する必要があります。F5モードには「チャート」タブが含まれます。.

スペクトル。. スペクトルは振幅と周波数の関係を示す。.

• 1×（回転周波数）における支配的なピークは不均衡を示している。.
• 2倍、3倍でピークを示す場合は、位置ずれまたは緩みを示す。.
• 高周波の「ノイズ」または高調波の林は、転がり軸受の欠陥を示している。.
• 羽根の通過周波数（羽根数×回転数）は、ファンの空力的問題またはポンプの流体力学的問題を示している。.

Balanset-1Aはこれらの可視化機能を提供し、単なる「コンプライアンスメーター」から完全な診断ツールへと進化させます。.

第6章　補正手法としてのバランス調整：Balanset-1Aの実践的活用

スペクトルにおける1倍の優位性に基づく診断結果が、ISO 10816の限界値超過の主因として不均衡を示した場合、次のステップはバランス調整である。Balanset-1Aは影響係数法（三回法）を実装している。.

6.1. バランス理論

不均衡は、回転子の質量中心が回転軸と一致しない場合に発生する。これにより遠心力が生じる。 F = m · r · ω² 回転周波数で振動を発生させる。バランス調整の目的は、不均衡力と同等かつ逆方向の力を発生させる補正質量（重り）を追加することである。.

6.2. 単一平面バランス調整手順

この手順は、細長いローター（ファン、プーリー、ディスク）に使用してください。.

セットアップ。.

• 振動センサー（チャンネル1）を回転軸に対して垂直に取り付ける。.
• レーザータコメーターを設置し、ローターに反射テープの印を1箇所付ける。.
• プログラム内で、F2 – 単一平面を選択してください。.

実行 0 – 初期状態.

• ローターを始動する。F9キーを押す。計測器は初期振動（振幅と位相）を測定する。.
• 例：120°で8.5 mm/s。.

ラン1 – 試験重量。.

• ローターを停止させなさい。.
• 既知の質量（例えば10 g）の試験用重りを任意の位置に取り付ける。.
• ローターを始動する。F9キーを押す。計測器は振動ベクトルの変化を記録する。.
• 例：160°で5.2 mm/s。.

計算と修正。.

• プログラムは補正ウェイトの質量と角度を自動的に計算します。.
• 例えば、装置は次のように指示する可能性がある：「試験重量位置から45度の角度で15gを追加せよ。」“
• バランスセット機能は分割重量をサポートします：計算された位置に重量を配置できない場合、プログラムはそれを分割し、例えばファンブレードに2つの重量として取り付けます。.

実行2 – 検証。.

• 計算された補正重みをインストールする（プログラムが要求する場合、試験用重みを削除する）。.
• ロータを始動し、残留振動がISO 10816に基づきゾーンAまたはB（例えば2.8 mm/s未満）まで低下したことを確認する。.

6.3. 二平面バランス調整

長い回転体（シャフト、クラッシャードラム）は、2つの補正面において動的バランス調整が必要です。手順は類似していますが、2つの振動センサー（X1、X2）と3回の測定（初期、補正面1での試験重量、補正面2での試験重量）が必要です。この手順にはF3モードを使用してください。.

第7章 実践シナリオと解釈（事例研究）

シナリオ1：産業用排気ファン（45kW）

文脈。. ファンは屋根上にバネ式防振装置で設置されている。.

分類。. ISO 10816-3、グループ2、フレキシブル基礎。.

測定。. F5モードにおけるBalanset-1AのRMSは6.8 mm/sを示す。.

分析。.

• 表3.1によると、「フレキシブル」のB/C境界は4.5 mm/sであり、C/D境界は7.1 mm/sである。.

結論。. ファンはゾーンC（制限運転）で動作し、緊急ゾーンDに近づいている。.

診断. スペクトルは強い1×ピークを示している。.

アクション。. バランス調整が必要である。Balanset-1Aによるバランス調整後、振動レベルは1.2 mm/s（ゾーンA）まで低下した。これにより故障を防止した。.

シナリオ2：ボイラー給水ポンプ（200 kW）

文脈。. ポンプは巨大なコンクリート基礎に堅固に取り付けられている。.

分類。. ISO 10816-3、グループ2、剛性基礎。.

測定。. バランセット-1AはRMS=5.0 mm/sを示す。.

分析。.

• 表3.1によると、「剛体」のC/D境界は4.5 mm/sである。.

結論。. ポンプはゾーンD（緊急状態）で動作する。5.0 mm/sという値は、剛性取付において既に許容できない。.

診断. スペクトルには一連の倍音と高いノイズレベルが確認される。1×ピークは低い。.

アクション。. バランス調整では解決しません。問題はベアリングまたはキャビテーションにある可能性が高いです。ポンプを停止し、機械的な点検を行う必要があります。.

第8章 結論

ISO 10816-1およびその専門分野である第3部（振動）は、産業機器の信頼性を確保するための基礎的な基盤を提供する。振動速度（RMS、mm/s）の主観的認識から定量的評価への移行により、技術者は機械の状態を客観的に分類し、実際の状態に基づいて保守計画を立案できる。.

Balanset-1Aシステムを用いたこれらの基準の機器的実装は有効であることが実証されている。本機器は5～550Hzの範囲（ほとんどの機械の標準要件を完全にカバー）で計量学的に正確な測定を提供し、振動上昇の原因を特定（スペクトル解析）し、それを除去（バランス調整）するために必要な機能を備えている。.

運用企業にとって、ISO 10816の手法とBalanset-1Aなどの計測機器に基づく定期的な監視を実施することは、運用コスト削減への直接的な投資である。ゾーンBとゾーンCを区別する能力は、健全な機械の早期修理と、重大な振動レベルを無視することによる壊滅的な故障の両方を回避するのに役立つ。.

報告終了