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）:マイクロメートル（μm）単位で測定される振動振幅。このパラメータは、低速機（600rpm以下）や、ロータとステータの接触を防ぐことが重要なジャーナル軸受のクリアランスを評価する際に重要である。ISO 10816-1では、高周波数では小さな変位でも破壊的な力を発生させる可能性があるため、変位の使用は限定的です。.

振動速度（速度）:ミリメートル毎秒（mm/s）で測定される表面点速度。これは10Hzから1000Hzの周波数範囲における普遍的なパラメータであり、アンバランス、ミスアライメント、ゆるみといった主な機械的欠陥をカバーする。ISO 10816では、主要な評価基準として振動速度を採用しています。この規格では、振動の平均エネルギーを表すRMS（二乗平均平方根）値を規定しています。.

振動加速度（加速度）:メートル毎秒2乗（m/s²）またはg単位（1g＝9.81m/s²）で測定される振動速度の変化率。加速度は慣性力を特徴付け、初期段階の転がり軸受の欠陥、ギアメッシュの問題、モーターの電気的欠陥などの高周波プロセス（1000Hz以上）に最も敏感である。.

1.2. 歴史的背景：ISO 2372からISO 20816へ

現在の要求事項を理解するには、その歴史的な発展を分析する必要があります。振動基準の変遷は50年以上にわたります：

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。.

表2.1. ISO 10816-1に基づく機械の分類

基礎の種類を特定する問題（剛性か柔軟性か）

この規格では、「機械基礎」システムの第一固有振動数が主加振周波数（回転振動数）より高い場合、基礎を剛性と定義している。基礎の固有振動数が回転振動数以下であれば、基礎は柔軟である。.

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。.
• 同じ物理的なマシンでも、ある基盤から別の基盤に移動するとクラスが変わることがある。.

2.3. 振動評価区域

この規格では、「良い／悪い」という二元的な評価の代わりに、状態に応じたメンテナンスをサポートする4つのゾーン・スケールを提供している：

2.4. 振動限界値

下の表は、ISO 10816-1 の附属書 B に従った実効振動速度（mm/s）の限界値をまとめたものです。これらの値は経験的なものであり、メーカーの仕様が入手できない場合のガイドラインとなります。.

表 2.2.ゾーン境界値（ISO 10816-1 Annex B）

視覚的な比較：マシンクラス別ゾーン境界

分析的解釈。. mm/sとする。小型機（クラス I）では、これがシャットダウンが必要な緊急状態（C/D）の境界となる。中型機（クラスⅡ）の場合、これは「要注意」ゾーンの中央となる。堅固な基礎の上にある大型機械（クラスIII）の場合、これは "満足 "ゾーンと "不満足 "ゾーンの境界のみである。フレキシブルな基礎（クラスIV）上の機械では、これは通常の運転振動レベル（ゾーンB）です。この経過は、適切な分類なしに普遍的な制限値を使用することのリスクを示しています。.

2.5.つの評価基準：絶対値と相対的変化

ISO 10816-1は、同時に適用されるべき2つの独立した評価基準を定義している：

基準 I - 振動の大きさ： 絶対広帯域 RMS 振動速度をゾーン限界と比較する。これは上記の表に記載されている主要な基準である。.

基準 II - 振動の変化： 絶対レベルがゾーン境界を越えるかどうかに関係なく、確立されたベースラインに対する振動レベ ルの有意な変化（増加または減少）。25%を超える振動レベルの急激な変化は、たとえ機械がゾーンBにとどまっていても、故障の発生を示すことがある。.

第3章.ISO 10816 / 20816シリーズの完全な概要

ISO 10816規格は複数のパートからなるシリーズとして発行され、パート1が一般的な枠組みを提供し、それに続くパートが異なる機械タイプに対する特定の要件を定義しています。正しく評価するためには、どのパートが特定の機器に適用されるかを理解することが不可欠です。.

表3.0.ISO 10816部品とISO 20816代替品の全リスト

3.1.ISO 7919 シリーズ（軸振動） - ISO 20816 の一部となる。

ISO 10816がハウジング振動のみに焦点を当てたのに対し、並行して発行されたISO 7919シリーズは非接触近接プローブ（渦電流センサ）を用いて測定されるシャフト振動に対応しています。大型蒸気タービン、ガスタービン、発電機などの重要な回転機械では、軸相対振動は軸受クリアランス内でのロータの動きを直接測定するため、多くの場合、より有益なパラメータとなります。.

これら2つのシリーズのISO 20816への統合は、重要な機械の包括的な状態監視には、ハウジング振動（構造評価用）とシャフト振動（ロータ動的評価用）の両方が必要であるという現代の理解を反映しています。.

3.2.関連国際規格

ISO 10816は単独で存在しているわけではない。いくつかの関連規格がセンサーの仕様、バランス品質、測定方法を定義している：

3.3.ISO 1940 バランス品質と ISO 10816 振動ゾーンの関係

実務で最もよくある質問のひとつは、バランス品質等級（ISO 1940によるG値）とISO 10816の振動ゾーンとの関係です。正確な数式はありませんが（関係はベアリングの剛性、機械質量、サポートダイナミクスに依存します）、一般的な相関関係はあります：

• バランス等級G2.5（ファン、ポンプ、モーターに典型的な等級）は、適切に設置された機械において、一般的にゾーンAまたはBを達成する。.
• バランス等級G6.3（一般機械）は通常ゾーンBを達成するが、剛性の高い軽量構造物の場合はゾーンCになることもある。.
• バランス等級G16（農業機械、破砕機）は通常、ISO 10816によるゾーンCまたはそれ以下に相当する。.

バランセット-1Aシステムは、バランス品質G2.5以上を達成することができ、ISO 10816ゾーンA要件に直接貢献します。.

第4章.産業機械の仕様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。.

4.1.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:定格出力が300kWを超える大型機械、またはシャフトの高さが315mmを超える電気機械で、回転数が120rpm～15,000rpmのもの。.

グループ2:定格出力15 kW～300 kWの中型機、またはシャフト高さ160 mm～315 mmの電気機械、運転回転数120 rpm～15,000 rpm。.

4.2.ISO 10816-3における振動限度

限界は基礎のタイプ（剛性/軟性）に依存するが、その定義はパート1と同じである。.

表 4.1.ISO 10816-3 による振動限界（RMS、mm/s）

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4.5mm/sに設定されており、これはパート1のクラスIの制限と一致している。これは、最新の、より高速で、より軽量な機器に対して、より厳しい制限を設ける傾向を裏付けるものである。コンクリート床上の45kWファンを診断するためにBalanset-1Aを使用する場合、この表の「Group 2 / Rigid」欄に注目する必要があります。この欄では緊急ゾーンへの移行が4.5mm/sで起こります。.

4.3.ISO 10816-3の追加要求事項

ISO 10816-3では、基本的なゾーン制限の他に重要な規定が追加されている：

• 受け入れテスト： 新しく設置された機械や修理された機械の場合、振動はゾーンAであるべきです。ゾーンBに該当する場合は、原因を特定するための調査が推奨されます。.
• 操作上のアラーム： 規格では、ALERT（通常B/C境界）とDANGER（C/D境界）の2つのアラームレベルを設定することを推奨している。これらは、連続監視システムに実装することができる。.
• 過渡状態： この規格は、始動時やシャットダウン時に、特に臨界速度（共振）を通過する際に、振動が一時的に定常状態の限界を超える可能性があることを認めている。.
• カップリングマシン： 連結された機器（例えば、モーターとポンプのセット）については、各機器は、そのグループ分類に適した制限値を用いて個別に評価されるべきである。.

第5章バランセット-1Aシステムのハードウェア・アーキテクチャ

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。.

5.1.測定チャンネルとセンサー

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のすべての評価ゾーン（ゾーンA 45 mm/sの大型機械まで）を完全にカバーしています。.

5.2.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。. 基本バージョンは5 Hz - 550 Hzの帯域で動作します。下限値5 Hz（300 rpm）は、標準ISO 10816の要件である10 Hzをさらに上回り、低速機械の診断をサポートします。上限550Hzは、回転周波数3000rpm（50Hz）の機械の第11高調波までカバーし、アンバランス（1×）、ミスアライメント（2×、3×）、緩みを検出するのに十分です。オプションで、周波数範囲を1000Hzまで拡張することができ、すべての標準要件を完全にカバーします。.

振幅精度。. 振幅測定誤差は、フルスケールの±5%である。ゾーンの境界が数百パーセント異なるような運用監視タスクでは、この精度は十分すぎるほどです。.

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では規定されていませんが、バランシング手順では決定的に重要です。.

5.3.タコメーター・チャンネル

このキットには、150～60,000rpm（一部のバージョンでは100,000rpmまで）のローター回転数（RPM）を測定し、振動が回転周波数（1×）と同期しているか、非同期であるかを識別できるようにする機能と、同期平均化およびバランシング時の補正質量角計算のための基準位相信号（位相マーク）を生成する機能の2つを実行するレーザータコメーター（光学センサー）が含まれています。.

5.4.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。.

表5.1.バランセット-1Aの主要仕様とISO 10816の要求事項との比較

第6章.バランセット-1Aを用いた測定方法とISO 10816評価

6.1.測定準備

機械を特定する。. 機械のクラスまたはグループを決定する（本報告書の第2章および第4章による）。例えば、「防振台上の45kWファン」は、フレキシブルな基礎を持つグループ2（ISO 10816-3）に属します。.

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のドライバーとソフトウェアをインストールします。インターフェイスユニットをノートパソコンのUSBポートに接続する。.

センサーを取り付ける。. センサーはベアリングハウジングに取り付けてください - 薄いカバー、ガード、シートメタルケーシングには取り付けないでください。マグネットベースを使用し、マグネットがきれいで平らな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。磁石の下の塗装や錆はダンパーとして働き、高周波の読み取り値を低下させます。直交性の維持：各ベアリングで垂直方向（V）、水平方向（H）、軸方向（A）の測定を行う。バランセット-1Aには2つのチャンネルがあり、1つのサポートでVとHを同時に測定できます。.

6.2.振動計モード (F5)

Balanset-1A ソフトウェアには、ISO 10816 評価専用のモードがあります。プログラムを実行し、F5 キーを押し （またはインターフェイスの "F5 - Vibrometer" ボタンをクリック）、F9 キー （実行） を押してデータ収集を開始します。.

指標分析：

• RMS（合計）:測定器は全体の実効振動速度 (V1s, V2s) を表示します。これは、規格の表に示された限界値と比較する値です。.
• 1×振動:回転周波数（同期成分）の振動振幅を抽出します。.

実効値が高く（ゾーンC/D）、1×成分が低い場合、問題はアンバランスではありません。ベアリングの故障、キャビテーション（ポンプの場合）、または電磁気の問題である可能性があります。RMSが1×値に近い場合（例えば、RMS＝10mm/s、1×＝9.8mm/s）、アンバランスが支配的であり、バランシングによって振動が約95%減少します。.

6.3.スペクトル解析（FFT）

全体的な振動が制限値（ゾーンCまたはD）を超えた場合は、原因を特定する必要があります。F5モードには、FFTスペクトル表示付きのチャートタブがあります。.

• 1×（回転周波数）に支配的なピークがある場合は、アンバランスを示す。.
• 2×、3×のピークは、ミスアライメントや緩みを示す。.
• 高周波の "ノイズ "または高調波の林立は、転がり軸受の欠陥を示す。.
• ブレード通過頻度（ブレード数×回転数）は、ファンの空気力学的問題またはポンプの油圧的問題を示す。.
• 2×ライン周波数（100Hzまたは120Hz）は、モーターの電気的故障（ステーターの偏心、ローターバーの破損）を示す。.

BALANSET-1Aは、このような視覚化を提供することで、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変貌させる。.

6.4.測定ポイントと方向

ISO 10816-1では、各ベアリングの位置で相互に垂直な3方向の振動を測定することを推奨しています。典型的な2軸受け機械の場合、これは最大6つの測定点（3方向×2軸受け）を意味します。実際には、最も重要な測定は以下の通りです：

• 垂直（V）： アンバランスに最も敏感。ベアリングは垂直方向の剛性が低いため、一般的に最も高い数値を示す。.
• ホリゾンタル（H）： ミスアライメントや緩みに敏感。水平方向の振動が垂直方向の振動を大きく上回る場合は、足が柔らかいかボルトが緩んでいることが多い。.
• 軸（A）： 軸方向振動の増加（半径方向振動が50%以上）は、ミスアライメント、シャフトの曲がり、またはローターのアンバランスなオーバーハングを示唆しています。.

通常、ISO 10816の評価には、すべての測定ポイントおよび測定方向の中で最も高い測定値が使用されます。傾向分析のため、常にすべての測定値を記録してください。.

第7章.補正法としてのバランシングバランセット-1Aの実用

診断（スペクトルにおける1×ドミナンスに基づく）が、ISO 10816リミット超過の主な原因としてアンバランスを示す場合、次のステップはバランシングです。Balanset-1Aは影響係数法（3ラン法）を実装しています。.

7.1.バランシング理論

アンバランスは、ローターの質量中心と回転軸が一致しない場合に発生する。これにより遠心力 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。.

7.2.シングルプレーンバランシング手順

幅の狭いローター（ファン、プーリー、ディスク）にはこの手順を使用する。プログラムでF2モードを選択する。.

ラン0 - 初期： ローターを始動させ、F9 を押す。装置は初期振動（振幅と位相）を測定する。例：120°で8.5mm/s。.

ラン1-トライアルウェイト： ローターを停止し、任意の場所に質量が既知（例えば 10g）の試用錘を取り付ける。ローターをスタートさせ、F9 キーを押す。例160°で5.2 mm/s。.

計算と補正： プログラムは自動的に補正ウェイトの質量と角度を計算します。例えば例えば、"トライアルウエイトの位置から 45°の角度で 15g 加える" と指示します。バランセットの機能はスプリットウェイトに対応しています。計算された位置にウェイトを設置できない場合、プログラムはウェイトを2つのウェイトに分割し、例えばファンのブレードに取り付けることができます。.

ラン2 - 検証： 計算された補正ウェイトを取り付ける（必要であればトライアルウェイトを取り外す）。ローターを始動させ、残留振動がISO 10816に従ってゾーンAまたはBに下がったことを確認する（例えば、グループ2 / Rigidの場合、2.8 mm/s以下）。.

7.3.2面バランシング

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8章.実践的シナリオと解釈（ケーススタディ）

第9章.振動パラメータ間の関係変位、速度、加速度

3つの振動パラメータ間の数学的関係を理解することは、これらのパラメータ間の変換や、ISO 10816がなぜ速度を主要な指標として選んだのかを理解する上で重要である。.

周波数 f (Hz）である：

• 変位: D = D₀ - sin(2πft)、単位はμm（ピークまたはピーク・ツー・ピーク）
• 速度： V = 2πf - D₀ - cos(2πft)、単位はmm/s
• 加速度： A = (2πf)² - D₀ - sin(2πft)、単位はm/s²。

主要な関係（周波数におけるピーク値 f):

• V_ピーク (mm/s） = π - f - D_pp (µm）/ 1000
• A_ピーク (m/s²) = 2πf - V_ピーク (mm/s） / 1000

これは、変位が低周波数で支配的であり、加速度が高周波数で支配的である一方、速度が典型的な機械速度範囲にわたって振動の厳しさを比較的平坦に（周波数に依存せずに）表現することを説明します。速度が一定であることは、周波数に関係なく構造体に一定の応力がかかっていることを意味します。これがISO 10816が速度を使用する基本的な理由です。.

表 9.1.50 Hz（3000 rpm）での実用的な変換例

第10章.よくある測定エラーとその回避方法

バランセット-1Aのように適切に校正された測定器であっても、測定誤差は誤った結論につながる可能性があります。ここでは最も一般的な落とし穴を紹介します：

10.1.センサーの取り付けエラー

問題： センサーがベアリングハウジングではなく、ガード、薄いカバー、または緩い構造物に取り付けられている。これは、カバーの構造的共振による誤った高い読み取り値を引き起こし、不必要なシャットダウンにつながります。.

解決策 必ずベアリングハウジングに直接取り付けてください。きれいで平らな金属面にマグネットで取り付けてください。0.1mmより厚い塗装面の場合は、小さな部分を削って金属をむき出しにしてください。.

10.2.誤ったマシン分類

問題： 200 kWのコンプレッサー（ISO 10816-3ではグループ2のはず）にクラスIリミットを適用すると、早期のアラームが発生する。.

解決策 適用される規格とグループを選択する前に、必ずマシンの定格出力、速度、基礎の種類を確認してください。.

10.3.動作条件の無視

問題： 始動時または部分負荷時の振動を測定する。ISO 10816のリミットは、通常の運転状態における定常運転に適用される。.

解決策 測定値を記録する前に、機械が熱平衡に達し、通常の運転速度／負荷になるようにする。電気モーターの場合、これは通常少なくとも15分間の運転を意味する。.

10.4.ケーブルと電気ノイズ

問題： 電源ケーブルと一緒にセンサーケーブルを配線すると、電磁干渉が発生し、特に50/60 Hzや高調波で測定値が人為的に高くなります。.

解決策 センサケーブルを電源ケーブルから離して配線する。可能であればシールドケーブルを使用してください。Balanset-1Aのケーブルは設計上シールドされていますが、適切な配線が重要であることに変わりはありません。.

10.5.シングルポイント測定

問題： 一つのベアリングで一つの方向だけを測定し、"マシンは問題ない "と結論づける。"

解決策 各ベアリングで少なくとも2方向（VとH）を測定する。ISO10816の評価には、最も高い測定値を使用する。方向間の著しい差は、特定の欠陥を示すことがある（例えば、水平＞垂直は構造的な緩みを示すことが多い）。.

よくある質問（FAQ）

結論

ISO 10816-1 とその特別版 Part 3 は、産業機器の信頼性を確保するための基本的な基礎を提供します。主観的な認識から振動速度（RMS、mm/s）の定量的な評価への移行により、エンジニアは機械の状態を客観的に分類し、恣意的なスケジュールではなく実際のデータに基づいてメンテナンスを計画することができます。.

4ゾーン評価システム（A～D）は、メンテナンスチーム、経営陣、設備ベンダーの間で機械の状態を伝達するための普遍的に理解される言語を提供する。スペクトル分析と組み合わせることで、この手法は単に問題を検出するだけでなく、アンバランス、ミスアライメント、ベアリングの磨耗、緩み、電気的な不具合といった根本原因の特定を可能にする。.

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