第1部：ダイナミックバランシングの理論的および規制的基礎

現場でのダイナミックバランシングは、振動調整技術における重要な作業の一つであり、産業機器の耐用年数を延ばし、緊急事態を防止することを目的としています。Balanset-1Aのようなポータブル機器を使用することで、これらの作業を現場で直接実施することができ、ダウンタイムと解体に伴うコストを最小限に抑えることができます。しかし、バランス調整を成功させるには、機器の操作能力だけでなく、振動の背後にある物理的プロセスに関する深い理解、そして作業品質を規定する規制枠組みに関する知識も必要です。

この方法論の原理は、試験用ウェイトを設置し、アンバランスの影響係数を計算することに基づいています。簡単に言うと、この装置は回転するローターの振動（振幅と位相）を測定し、その後、ユーザーは特定の平面に小さな試験用ウェイトを順次追加することで、追加質量が振動に与える影響を「校正」します。振動の振幅と位相の変化に基づいて、装置はアンバランスを除去するために必要な補正ウェイトの質量と設置角度を自動的に計算します。

このアプローチは、2面バランシングにおいて、いわゆる3ラン法を採用しています。すなわち、初期測定と、各面に1つずつ試錘を取り付けた2回のランです。単面バランシングの場合は、通常、試錘なしと1つの試錘を取り付けた2回のランで十分です。最新の機器では、必要な計算はすべて自動的に実行されるため、プロセスが大幅に簡素化され、オペレーターの資格要件が軽減されます。

セクション1.1: 不均衡の物理学: 詳細分析

回転機器におけるあらゆる振動の根底には、アンバランス、すなわち不均衡があります。アンバランスとは、ローターの質量が回転軸に対して不均一に分布している状態です。この不均一な分布は遠心力の発生につながり、支持部や機械構造全体の振動を引き起こします。アンバランスを放置すると、ベアリングの早期摩耗や破損から、基礎や機械自体の損傷に至るまで、壊滅的な被害をもたらす可能性があります。アンバランスを効果的に診断し、除去するには、その種類を明確に区別する必要があります。

アンバランスの種類

回転する電気モーター部品の不均衡を検出するために静的および動的力を測定するためのコンピュータ制御の監視システムを備えたローターバランス調整マシンのセットアップ。

静的不平衡（単面）: このタイプのアンバランスは、ローターの重心が回転軸と平行にずれていることを特徴とします。水平プリズム上に設置されたこのようなローターは、静止状態では常に重心側を下向きに回転します。静的アンバランスは、研削盤や細幅ファンインペラーなど、長さと直径の比（L/D）が0.25未満の薄い円盤型ローターで顕著になります。静的アンバランスは、重心位置の正反対の補正面に補正ウェイトを1つ設置することで解消できます。

カップル（瞬間）アンバランス： このタイプは、ローターの慣性主軸が質量中心で回転軸と交差するが、平行ではない場合に発生します。偶不釣合いは、異なる平面に位置する、大きさは等しいが向きが反対の2つのアンバランス質量として表されます。静止状態では、このようなローターは平衡状態にあり、アンバランスは回転時にのみ「揺れ」または「ぐらつき」の形で現れます。これを補正するには、2つの異なる平面に少なくとも2つの補正ウェイトを設置し、補正モーメントを発生させる必要があります。

精密ベアリングに銅巻線が取り付けられ、回転ダイナミクスを測定するための電子監視装置に接続された電気モーター回転子試験装置の技術図。

動的アンバランス: これは実際の状況で最も一般的なアンバランスのタイプであり、静的アンバランスと偶力アンバランスの組み合わせを表します。この場合、ローターの主慣性中心軸は回転軸と一致しておらず、質量中心でも交差しません。動的アンバランスを除去するには、少なくとも2つの平面で質量補正が必要です。Balanset-1Aなどの2チャンネル機器は、この問題を解決するために特別に設計されています。

準静的不平衡： これは動的アンバランスの特殊なケースであり、慣性主軸が回転軸と交差しますが、ローターの質量中心では交差しません。これは、複雑なローターシステムの診断において、微妙ではあるものの重要な区別です。

剛性ローターとフレキシブルローター：重要な違い

バランス調整における基本的な概念の一つは、剛性ローターとフレキシブルローターの区別です。この区別こそが、バランス調整を成功させる可能性と方法論を決定づけるのです。

剛性ローター： ローターは、その動作回転周波数が第一臨界周波数よりも著しく低く、遠心力の作用下で大きな弾性変形（たわみ）を生じない場合、剛性ローターとみなされます。このようなローターのバランス調整は、通常、2つの補正面で実施するとうまくいきます。Balanset-1Aは、主に剛性ローター用に設計されています。

フレキシブルローター： ローターがフレキシブルであるとは、その臨界周波数に近い、あるいはそれを超える回転周波数で動作する場合に考えられます。この場合、弾性シャフトのたわみは質量中心の変位に匹敵し、それ自体が全体的な振動に大きく寄与します。

フレキシブルローターを、剛性ローター（2面）と同様の方法論でバランス調整しようとすると、多くの場合失敗に終わります。補正ウェイトを取り付けることで、低速（共振点未満）での振動を補正できるかもしれませんが、動作速度に達し、ローターが曲がると、同じウェイトが曲げ振動モードの1つを励起し、振動を増大させる可能性があります。これが、機器の操作をすべて正しく行ってもバランス調整が「機能しない」主な理由の一つです。作業を開始する前に、動作速度と既知の（または計算された）臨界周波数を相関させてローターを分類することが非常に重要です。

共振を回避できない場合（例えば、機械の固定速度が共振速度と一致する場合など）、バランス調整中にユニットの取り付け条件を一時的に変更し（例えば、支持剛性を緩める、一時的に弾性ガスケットを取り付けるなど）、共振をずらすことをお勧めします。ローターのアンバランスが解消され、正常な振動に戻った後、機械を標準の取り付け条件に戻すことができます。

セクション1.2: 規制の枠組み: ISO規格

バランシング分野における規格は、いくつかの重要な機能を果たします。統一された技術用語を確立し、品質要件を定義し、そして重要な点として、技術的な必要性と経済的な実現可能性の間の妥協点となることです。バランシングにおける過剰な品質要件は不利となるため、規格は不均衡をどの程度低減することが適切かを判断するのに役立ちます。さらに、メーカーと顧客間の契約関係において、受入れ基準を決定する際にも使用できます。

ISO 1940-1-2007 (ISO 1940-1): 剛性ロータのバランス調整に関する品質要求事項

Balanset-1A ポータブル バランサーおよび振動分析装置用ソフトウェア。バランス許容差計算機 (ISO 1940)

この規格は、許容残留アンバランスを決定するための基礎文書です。機械の種類と運転回転数に応じて変化するバランス品質等級（G）の概念を導入しています。

品質等級G： 各機器には、回転速度に関係なく一定に保たれる特定の品質等級が定められています。例えば、破砕機にはG6.3、電動モーターのアーマチュアやタービンにはG2.5が推奨されます。

許容残留アンバランス（U_あたり): この規格では、バランス調整時の目標指標となる特定の許容アンバランス値を計算することが認められています。計算は2段階で行われます。

1. 許容される特定の不釣合いの決定（e_あたり) を次の式で表します。
   e_あたり = (G × 9549) / n
   ここで、Gはバランス調整の品質等級（例：2.5）、nは動作回転数（rpm）です。eの測定単位は_あたり g·mm/kg または μm です。
2. 許容残留アンバランス（U_あたり）ローター全体について：
   あなた_あたり = e_あたり × メートル
   ここで、Mはローター質量（kg）である。Uの測定単位は_あたり g·mmです。

たとえば、質量が 5 kg、回転数 3000 rpm、品質グレード G2.5 の電気モーターローターの場合、計算は次のようになります。

e_あたり = (2.5 × 9549) / 3000 ≈ 7.96 μm（またはg·mm/kg）。

あなた_あたり = 7.96 × 5 = 39.8 g·mm。

これは、バランス調整後の残留アンバランスが 39.8 g·mm を超えないことを意味します。

この規格を用いることで、「振動はまだ高すぎる」という主観的な評価が、客観的で測定可能な基準へと変換されます。機器ソフトウェアによって生成された最終バランス調整レポートで残留アンバランスがISO許容値内であることが示された場合、作業は品質基準を満たしているとみなされ、紛争が発生した場合に作業者を保護します。

ISO 20806-2007 (ISO 20806): 現場バランス調整

この規格は、フィールドバランス調整プロセスを直接規制します。

利点: 現場バランス調整の主な利点は、ローターが実際の運転条件、つまり支持台上で運転荷重下においてバランス調整されることです。これにより、支持システムの動的特性と、接続されたシャフトトレイン部品の影響が自動的に考慮されます。これらの特性は、バランシングマシンではモデル化できません。

欠点と制限: この規格では、作業を計画する際に考慮しなければならない重大な欠点も示されています。

• アクセス制限: 多くの場合、組み立てられた機械の補正面へのアクセスは困難であり、重量物の取り付けの可能性が制限されます。
• 試運転の必要性: バランス調整プロセスでは、機械の「始動と停止」サイクルが数回必要になりますが、これは生産プロセスと経済効率の観点からは受け入れられない可能性があります。
• 重度の不均衡による困難： 初期のアンバランスが非常に大きい場合、平面の選択と補正重量の制限により、必要なバランス品質を達成できない可能性があります。

その他の関連規格

完全性を期すために、ISO 21940 シリーズ (ISO 1940 の代替)、ISO 8821 (キーの影響の考慮を規制)、ISO 11342 (フレキシブル ローター用) などの他の規格についても言及する必要があります。

パートII：Balanset-1A機器によるバランス調整の実用ガイド

バランス調整の成功は、準備作業の徹底にかかっています。失敗の多くは、機器の故障ではなく、測定の再現性に影響を与える要因を無視していることに起因しています。準備作業の基本原則は、機器が不釣合いの影響のみを測定するように、他のあらゆる振動源を排除することです。

セクション2.1: 成功の基盤: 事前バランス診断と機械準備

機器を接続する前に、完全なメカニズムの診断と準備を行う必要があります。

ステップ1：一次振動診断（本当にアンバランスなのか？）

バランス調整を行う前に、振動計モードで予備的な振動測定を行うことをお勧めします。Balanset-1Aソフトウェアには「振動計」モード（F5ボタン）があり、ウェイトを取り付ける前に、全体の振動と、回転周波数（1倍）におけるコンポーネントの個別振動を測定できます。このような診断は振動の性質を理解するのに役立ちます。主要な回転高調波の振幅が全体の振動に近い場合、支配的な振動源はローターのアンバランスである可能性が高く、バランス調整は有効です。また、測定ごとに位相と振動の測定値が安定しており、5-10%を超えて変化しない必要があります。

機械の状態を予備的に評価するには、計測器を振動計またはスペクトル アナライザー (FFT) モードで使用します。

典型的な不均衡の兆候： 振動スペクトルは、ローターの回転周波数（1回転あたりの周波数）におけるピークが支配的となるはずです。この成分の振幅は水平方向と垂直方向で同程度であり、他の高調波の振幅は大幅に小さくなるはずです。

その他の欠陥の兆候: スペクトルに他の周波数（例：2倍、3倍回転数）または複数の周波数以外で顕著なピークが含まれている場合、バランス調整前に除去する必要がある他の問題があることを示しています。例えば、2倍回転数でのピークは、シャフトのミスアライメントを示していることが多いです。

ステップ2：包括的な機械検査（チェックリスト）

ローター： すべてのローター表面（ファンブレード、クラッシャーハンマーなど）から汚れ、錆、付着物などを徹底的に除去してください。たとえ小さな汚れでも、大きな半径に付着すると、大きなアンバランスが発生します。破損または欠損した部品（ブレード、ハンマーなど）や緩んだ部品がないか確認してください。

ベアリング: ベアリングアセンブリに過度の遊び、異音、過熱がないか確認してください。摩耗したベアリングはクリアランスが大きく、安定した測定値が得られず、バランス調整も不可能になります。ロータージャーナルとベアリングシェルの嵌合状態とクリアランスを点検する必要があります。

基礎とフレーム： ユニットがしっかりとした基礎に設置されていることを確認してください。アンカーボルトの締め付け具合、フレームに亀裂がないか確認してください。「ソフトフット」（片方の支持部が基礎にフィットしない状態）や支持構造の剛性不足は、振動エネルギーの吸収を招き、不安定で予測不能な測定値につながります。

ドライブ： ベルト駆動の場合は、ベルトの張力と状態を確認してください。カップリング接続の場合は、シャフトの位置合わせを確認してください。位置ずれがあると、回転数の2倍の周波数で振動が発生し、回転周波数での測定値に歪みが生じる可能性があります。

安全だ： すべての保護ガードが設置され、正常に機能していることを確認してください。作業エリアには異物や人がいないことを確認してください。

セクション2.2: 機器のセットアップと構成

正確で信頼性の高いデータを得るには、センサーを適切に設置することが重要です。

ハードウェアのインストール

振動センサー（加速度計）：

• センサー ケーブルを対応する計測器コネクタ (例: Balanset-1A の場合は X1 および X2) に接続します。
• センサーはできるだけローターに近いベアリングハウジングに設置してください。
• 重要な実践：最大の信号（最高の感度）を得るには、センサーは振動が最大となる方向に設置する必要があります。水平に設置される機械の多くは、水平方向が振動が最大となる方向です。水平方向の基礎剛性は通常、この面の方が低いためです。確実な接触を確保するため、強力なマグネットベースまたはネジ式マウントを使用してください。センサーの固定が不十分な場合、不正確なデータを取得する主な原因の一つとなります。

位相センサー（レーザータコメーター）：

• センサーを特殊入力（Balanset-1Aの場合はX3）に接続します。
• ローターのシャフトまたはその他の回転部分に、反射テープを小さく貼り付けます。テープは清潔で、良好なコントラストが得られるものにしてください。
• タコメーターをマグネットスタンドに設置し、レーザービームが回転全体を通して安定してマークに当たるようにします。メーターが安定した毎分回転数（RPM）値を示していることを確認してください。

センサーがマークを「ミス」したり、逆に余分なパルスを出力したりする場合は、マークの幅／色、またはセンサーの感度／角度を修正する必要があります。例えば、ローターに光沢のある部分がある場合は、マットテープで覆ってレーザー光を反射しないようにすることができます。屋外や明るい部屋で作業する場合は、可能であればセンサーを直射日光から保護してください。明るい光は位相センサーに干渉を引き起こす可能性があります。

ソフトウェア構成（Balanset-1A）

• ソフトウェアを（管理者として）起動し、USB インターフェース モジュールを接続します。
• バランシングモジュールに移動します。バランス調整対象のユニットの名前、質量、その他の利用可能なデータを入力して、新しいレコードを作成します。
• バランス調整タイプを選択します。狭いローターの場合は 1 プレーン (静的)、その他のほとんどのケースの場合は 2 プレーン (動的)。
• 補正面を定義します。ローター上で補正ウェイトを安全かつ確実に取り付けることができる場所を選択します (例: ファンインペラの後部ディスク、シャフト上の特殊な溝)。

セクション2.3: バランス調整手順: ステップバイステップガイド

この手順は影響係数法に基づいており、機器は既知の質量を取り付けたときにローターがどのように反応するかを「学習」します。Balanset-1A機器はこのプロセスを自動化します。

このようなアプローチは、2 平面バランス調整のためのいわゆる 3 実行法 (初期測定と、試行用重量を使用した 2 回の実行 (各平面に 1 つ)) を実装します。

実行0: 初期測定

• 機械を始動し、安定した運転速度まで上げます。その後の運転では、回転速度が常に一定であることが非常に重要です。
• プログラムで測定を開始します。計測器は初期振動振幅と位相値（いわゆる初期ベクトル「O」）を記録します。

精密ベアリングに取り付けられた銅巻きローターを備えた産業用モーター試験装置。電気的性能の分析と診断のためのコンピュータ制御の監視システムを備えています。

回転機械診断用の時間領域波形と周波数スペクトル チャートを含む振動解析データを表示する 2 平面動的バランス調整ソフトウェア インターフェイス。

実行1: 平面1の試験重量

• 機械を停止します。
• 試験重量の選択: これは、オペレータによって異なる最も重要なステップです。試験用錘の質量は、振動パラメータに顕著な変化（振幅変化が少なくとも20～30°/3T、または位相変化が少なくとも20～30度）を引き起こすのに十分な大きさである必要があります。変化が小さすぎると、計算精度が低下します。これは、試験用錘からの微弱な有効信号がシステムノイズ（ベアリングの遊び、流れの乱れ）に埋もれてしまい、影響係数の計算が不正確になるためです。
• 試し重りの取り付け： 計量した試験用分銅（m）をしっかりと取り付けます。_t）を、平面1において既知の半径（r）で取り付けます。取り付けは遠心力に耐えなければなりません。位相マークに対する重りの角度位置を記録します。
• 同じ安定した速度で機械を始動します。
• 2回目の測定を行います。計測器は新しい振動ベクトル（「O+T」）を記録します。
• マシンを停止し、試用重量を取り除きます (プログラムで別途指定されていない限り)。

精密バランス調整装置に銅巻線が取り付けられ、診断センサーとラップトップに接続され、パフォーマンス分析が行われる電気モーター ローター テスト セットアップの 3D レンダリング。

約 2960 RPM で回転する機械のバランスをとるための時間領域波形と周波数スペクトルによる振動解析を示す 2 平面動的バランス調整ソフトウェア インターフェイス。

実行2: 平面2の試験重量（2平面バランス調整用）

• 手順 2 とまったく同じ手順を繰り返しますが、今回は平面 2 に試用重量を取り付けます。
• 開始、測定、停止、そして試用重量の除去を行います。

支持スタンドに取り付けられた銅巻線を備えた産業用モーター試験装置。電気モーターの性能と効率を分析するためのラップトップ制御診断機能を備えています。

回転機器の振動解析結果と質量補正計算、および残留アンバランスの読み取り値を示す 2 平面ダイナミック バランシング マシン インターフェイス。

補正重量の計算と設置

• プログラムは、試運転中に記録されたベクトルの変化に基づいて、各飛行機の補正ウェイトの質量と取り付け角度を自動的に計算します。
• 取り付け角度は通常、試験用重りの位置からローターの回転方向に測定されます。
• 恒久的な補正用ウェイトをしっかりと取り付けてください。溶接を使用する場合は、溶接部自体にも質量があることに留意してください。ボルトを使用する場合は、ボルトの質量も考慮する必要があります。

電気解析および性能評価用の銅巻線および監視装置を備え、試験装置に取り付けられた大型の電磁コイルまたはモーター固定子の 3D レンダリング モデル。

振動を除去するために特定の角度で 0.290g と 0.270g の補正質量を使用して 2 平面バランス調整結果を表示する動的バランス調整マシン ソフトウェア インターフェイス。

2平面ダイナミックバランス解析で、ローター補正のための極座標グラフを表示します。インターフェースには、回転機械の振動を最小限に抑え、機械的バランスを実現するための質量追加要件（平面1：206°で0.290g、平面2：9°で0.270g）が表示されます。

実行3：検証測定と微調整

• マシンを再度起動します。
• 残留振動のレベルを評価するために制御測定を実行します。
• 得られた値を ISO 1940-1 に従って計算された許容値と比較します。
• それでも振動が許容範囲を超える場合、機器は既知の影響係数を用いて、微調整（トリム）補正を計算します。この追加ウェイトを取り付けて再度確認します。通常、微調整は1～2サイクルで十分です。
• 完了したら、レポートと影響係数を保存し、同様のマシンで将来使用できるようにします。

緑色の診断インジケーター付きの銅巻線と、品質管理分析用の接続された測定デバイスを備えた、テスト機器上の電気モーター ローター アセンブリの 3D レンダリング。

回転機械の振動測定結果と補正計算を示し、試験質量、角度、残留アンバランス値を表示する 2 平面動的バランス調整ソフトウェア インターフェイス。

パートIII: 高度な問題解決とトラブルシューティング

このセクションでは、フィールドバランスの最も複雑な側面、つまり標準的な手順では結果が得られない状況について説明します。

ダイナミックバランス調整では、重量のある部品を回転させるため、安全手順を遵守することが極めて重要です。ローターを所定の位置に固定してバランス調整する際の主な安全対策は以下のとおりです。

安全対策

誤始動防止（ロックアウト/タグアウト） 作業を開始する前に、ローター駆動装置の電源を切り、接続を切断する必要があります。誤って機械を起動させないよう、起動装置には警告標識が取り付けられています。主なリスクは、ウェイトやセンサーの取り付け中にローターが突然起動することです。そのため、試運転用ウェイトや補正用ウェイトを取り付ける前に、シャフトを確実に停止させ、知らないうちに起動しないようにする必要があります。例えば、モーターの自動スイッチを外し、タグでロックをかけるか、ヒューズを取り外します。ローターが自発的に起動しないことを確認した上で、ウェイトの取り付けを行ってください。

個人用保護具: 回転部品を扱う際は、適切な個人用保護具（PPE）を使用してください。小さな部品や重りが飛び出すのを防ぐため、安全メガネまたは保護フェイスシールドの着用が必須です。手袋は必要に応じて着用してください（重りの取り付け時に手を保護しますが、測定中はゆったりとした衣服や回転部品に引っかかる可能性のある手袋を着用しない方がよいでしょう）。衣服は体にフィットし、端がたるんでいないものを使用してください。長い髪はヘッドカバーの下に隠してください。耳栓またはヘッドホンの使用 - 騒音の大きい機械で作業する場合（たとえば、大型ファンのバランス調整では大きな騒音が発生する場合があります）。重りの取り付けに溶接を使用する場合は、さらに溶接マスクと溶接手袋を着用し、可燃性物質を取り除いてください。

機械周囲の危険ゾーン: バランス調整ゾーンへの立ち入りは許可されていない人物に制限してください。試運転中は、ユニットの周囲に柵、または少なくとも警告テープを設置してください。危険ゾーンの半径は少なくとも3～5メートル、大型ローターの場合はさらに広くなります。加速中は、回転部品のライン上やローターの回転面付近に誰も立ち入ってはいけません。緊急事態に備えてください。オペレーターは、外部からの騒音、許容レベルを超える振動、または重量物の飛び出しが発生した場合にユニットの電源を直ちに切断できるよう、緊急停止ボタンをすぐに操作するか、電源スイッチの近くに待機してください。

信頼性の高いウェイトアタッチメント： 試用ウェイトや恒久的な補正ウェイトを取り付ける際は、固定方法に特に注意してください。一時的な試用ウェイトは、既存の穴にボルトで固定するか、強力なテープ/両面テープで接着する（ウェイトが小さく低速の場合）、または安全で材料が許容できる場合は数箇所を仮溶接することがよくあります。恒久的な補正ウェイトは、確実かつ長期的に固定する必要があります。通常は、溶接、ボルト/ネジ止め、または必要な箇所の金属穴あけ（質量除去）を行います。回転中に、ローターに固定が不十分なウェイト（例えば、バックアップのない磁石や接着力が弱いもの）をローターに取り付けたままにすることは絶対に避けてください。飛び出したウェイトは危険な飛翔物となります。必ず遠心力を計算してください。3000 rpmで10グラムのボルトでも大きな排出力が生じるため、アタッチメントは過負荷に十分な余裕を持って耐えられる必要があります。停止するたびに、ローターを再び始動する前に、試用ウェイトのアタッチメントが緩んでいないか確認してください。

機器の電気安全性： Balanset-1Aは通常、ノートパソコンのUSBポートから電源供給を受けます。これは安全です。しかし、ノートパソコンをアダプターを介して220Vネットワークに接続する場合は、一般的な電気安全対策を遵守してください。使用可能な接地コンセントを使用し、ケーブルを湿気の多い場所や高温の場所を通さないこと、機器を湿気から保護することなどです。Balanset機器またはその電源をネットワークに接続したまま分解または修理することは禁止されています。すべてのセンサー接続は、機器の電源がオフになっている状態（USB接続が切断されているか、ノートパソコンの電源がオフになっている状態）で行ってください。作業現場で電圧が不安定であったり、強い電気的干渉があったりする場合は、信号干渉や機器のシャットダウンを防ぐため、ノートパソコンにUPSやバッテリーなどの独立した電源から電源を供給することをお勧めします。

ローターの特徴を考慮する: 一部のローターには追加の予防措置が必要な場合があります。例えば、高速回転するローターのバランス調整を行う場合は、許容速度を超えないように（「暴走」しないように）注意してください。そのためには、タコメトリック制限を使用するか、事前に回転周波数を確認することができます。フレキシブルな長尺ローターは回転中に危険速度に達する可能性があるため、過度の振動が発生した場合は、速やかに回転数を低下させる準備をしておいてください。作動流体を使用するユニット（ポンプ、油圧システムなど）のバランス調整を行う場合は、バランス調整中に流体供給やその他の負荷変動が発生しないことを確認してください。

ドキュメントとコミュニケーション: 労働安全規則に従い、バランス調整作業を安全に実施するための手順書を各事業所ごとに作成することが望ましいとされています。手順書には、記載されているすべての対策に加え、必要に応じて追加の対策（例えば、2人目の監視員の配置要件、作業前の工具点検など）を規定する必要があります。作業に関わるチーム全員に、これらの手順書を周知徹底してください。実験を開始する前に、誰が何を行うのか、いつ停止の合図を送るのか、どのような慣例的な合図を送るのかなど、簡単な説明会を実施してください。これは、1人が制御盤に、もう1人が測定装置に携わる場合に特に重要です。

記載されている対策を遵守することで、バランス調整中のリスクを最小限に抑えることができます。安全はバランス調整のスピードよりも重要であることを忘れないでください。事故を起こさないよう、準備とコントロールに時間をかける方が賢明です。バランス調整の練習では、ルールを無視した（例えば、ウェイトの取り付けが弱い）ことで事故や怪我につながった事例が知られています。したがって、バランス調整には責任を持って取り組んでください。バランス調整は技術的な作業であるだけでなく、規律と注意力を必要とする潜在的に危険な作業でもあります。

セクション3.1: 測定の不安定性の診断と克服（「浮動」測定値）

症状： 同一条件下で繰り返し測定を行うと、振幅または位相の測定値が大きく変動します（「変動」、「飛び」）。これにより補正計算が不可能になります。

根本的な原因： 機器に故障はありません。システムの振動応答が不安定で予測不可能であることを正確に報告しています。専門家の任務は、この不安定性の原因を特定し、除去することです。

体系的な診断アルゴリズム:

• 機械的な緩み: これが最もよくある原因です。ベアリングハウジングの取り付けボルトとフレームのアンカーボルトの締め付け具合を確認してください。基礎やフレームにひび割れがないか確認してください。「ソフトフット」を解消してください。
• ベアリングの欠陥: 転がり軸受の内部クリアランスが過剰であったり、軸受シェルが磨耗したりすると、シャフトがサポート内で無秩序に動き、読み取り値が不安定になります。
• プロセス関連の不安定性:
  • 空力（ファン）: 乱気流、ブレードからの流れの分離により、インペラにランダムな力が作用する可能性があります。
  • 油圧（ポンプ）： キャビテーション（液体中の蒸気泡の形成と崩壊）は、強力でランダムな油圧衝撃を生み出します。この衝撃は不均衡からの周期的な信号を完全に遮断し、バランス調整を不可能にします。
  • 内部質量移動（破砕機、粉砕機）： 動作中、ローター内部で物質が移動して再分布し、「可動アンバランス」として作用することがあります。
• 共振： 運転速度が構造物の固有振動数に非常に近い場合、わずかな速度変化（50～100rpm）でも振動の振幅と位相に大きな変化が生じます。共振域でのバランス調整は不可能です。共振ピークを特定するために、惰力運転試験（機械停止時）を実施し、そこから離れた速度でバランス調整を行う必要があります。
• 熱の影響: 機械が温まると、熱膨張によりシャフトの曲がりやアライメントの変化が生じ、測定値に「ドリフト」が生じる可能性があります。機械が安定した温度になるまで待ち、その温度ですべての測定を実施する必要があります。
• 近隣機器の影響： 近隣の稼働中の機械からの強い振動が床を通して伝わり、測定値に歪みが生じる可能性があります。可能であれば、バランス調整中の機器を隔離するか、干渉源を停止してください。

セクション3.2: バランス調整が役に立たない場合: 根本的な欠陥の特定

症状： バランス調整は完了し、測定値は安定していますが、最終的な振動は依然として高いままです。あるいは、ある面でのバランス調整によって、別の面での振動が悪化している可能性があります。

根本的な原因： 振動の増加は、単純なアンバランスが原因ではありません。オペレーターは、質量補正法を用いて、形状または部品の不具合の問題を解決しようとしています。この場合、バランス調整の失敗は、問題がアンバランスではないことを証明する診断テストの成功となります。

鑑別診断にスペクトルアナライザーを使用する:

• シャフトのミスアライメント： 主な兆候は、回転数の2倍の周波数で高い振動ピークが見られ、多くの場合、回転数の1倍の周波数でも大きなピークが見られます。軸方向の振動も特徴的です。ミスアライメントを「バランス調整」しようとすると、必ず失敗するでしょう。解決策は、質の高いシャフトアライメントを実施することです。
• 転がり軸受の欠陥: 回転周波数の倍数ではない特性ベアリング周波数（BPFO、BPFI、BSF、FTF）において、スペクトル上で高周波振動として現れます。Balanset社の計測器のFFT機能は、これらのピークの検出に役立ちます。
• シャフトボウ： 1 倍の RPM で高いピークとして現れます (アンバランスと同様)。ただし、2 倍の RPM で顕著な成分と高い軸方向振動を伴うことが多く、アンバランスとミスアライメントの組み合わせに似た状況になります。
• 電気的な問題（電動モーター）: 磁場の非対称性（例えば、ローターバーの欠陥やエアギャップの偏心など）により、供給周波数の2倍（50Hzネットワークの場合は100Hz）の振動が発生する可能性があります。この振動は機械的なバランス調整では除去できません。

複雑な因果関係の一例として、ポンプのキャビテーションが挙げられます。入口圧力が低いと、液体が沸騰し、蒸気泡が発生します。その後、インペラ上でこれらの気泡が崩壊し、2つの影響が生じます。1) ブレードの侵食摩耗により、時間の経過とともにローターのバランスが実際に変化します。2) 強力なランダム油圧ショックにより、広帯域の振動「ノイズ」が発生し、アンバランスによる有用な信号が完全に隠蔽され、測定値が不安定になります。解決策は、バランス調整ではなく、油圧的な原因を排除することです。つまり、吸入ラインの点検と清掃を行い、十分なキャビテーションマージン（NPSH）を確保する必要があります。

よくあるバランス調整の間違いとその防止策

ローターバランス調整を行う際、特に現場で作業する場合、初心者はよくあるミスに遭遇することがよくあります。以下によくあるミスと、その回避策をご紹介します。

故障したローターや汚れたローターのバランス調整: 最もよくあるミスの一つは、摩耗したベアリング、遊び、ひび割れ、汚れの付着など、他の問題があるローターのバランス調整を試みることです。その結果、アンバランスが振動の主な原因ではない可能性があり、長時間の試行錯誤を経ても振動が依然として高いままになることがあります。アドバイス：バランス調整を行う前に、必ず機構の状態を確認してください。

試用重量が小さすぎます: よくある間違いは、不十分な質量の試用分銅を取り付けることです。その結果、その影響は測定ノイズに埋もれてしまいます。位相はほとんどシフトせず、振幅は数パーセントしか変化せず、補正重量計算が不正確になります。アドバイス：20-30% の振動変化ルールを目指してください。場合によっては、異なる試用分銅で複数回試行する方がよいことがあります（最も成功したオプションは保持します）。機器はこれを許可するので、実行 1 の結果が上書きされるだけです。また、注意：試用分銅が大きすぎると、支持部に過負荷がかかる可能性があるため、望ましくありません。取り付けたときに 1 倍の振動振幅が元の振幅に対して少なくとも 4 分の 1 変化するような質量の試用分銅を選択します。最初の試運転後に変化が小さいことがわかった場合は、試用分銅の質量を大幅に増やして測定を繰り返します。

体制の恒常性と共鳴効果の不遵守: 異なるラン間のバランス調整中にローターの回転速度が大きく異なる場合、または測定中に回転速度が「変動」した場合、結果は不正確になります。また、回転速度がシステムの共振周波数に近い場合、振動応答が予測不可能になる可能性があります（大きな位相シフト、振幅のばらつき）。これらの要因を無視することは誤りです。アドバイス：すべての測定中、常に安定した同一の回転速度を維持してください。ドライブにレギュレータが搭載されている場合は、回転数を固定します（例えば、すべての測定で正確に1500rpm）。構造上の危険速度を通過させないでください。ラン間で位相が「ジャンプ」し、同じ条件下で振幅が繰り返されない場合は、共振が疑われます。このような場合は、速度を10～15%ずつ下げたり上げたりして測定を繰り返すか、機械の設置剛性を変更して共振を抑制してください。測定領域を共振領域から外すことが重要です。そうでなければ、バランス調整は意味がありません。

位相およびマークのエラー: ユーザーは角度測定で混乱することがあります。例えば、重りの設置角度をどこから数えるべきかを誤って指示することがあります。その結果、計器が計算した位置とは異なる位置に重りが設置されてしまいます。アドバイス：角度測定を注意深く監視してください。Balanset-1Aでは、補正重り角度は通常、試験用重りの位置から回転方向に測定されます。つまり、計器に「平面1：45°」と表示されている場合、これは試験用重りがあった位置から回転方向に45°を測定することを意味します。例えば、時計の針は「時計回り」に動き、ローターも「時計回り」に回転するため、90°は文字盤の3時の位置になります。一部の計器（またはプログラム）では、マークから位相を測定する場合もあれば、逆方向から測定する場合もあります。必ず特定の機器の取扱説明書をお読みください。混乱を避けるため、ローターに直接マークを付けることができます。試験用重りの位置を0°としてマークし、矢印で回転方向を示し、分度器または紙のテンプレートを使用して、固定重りの角度を測定します。

注意：バランス調整中はタコメーターを移動できません。常に円周上の同じ点を狙ってください。位相マークがずれていたり、位相センサーが再設置されていたりすると、位相画像全体が乱れてしまいます。

不適切な取り付けまたは重量の紛失: 急いでいたために重りをしっかりと締め付けず、次の始動時に重りが外れたりずれたりしてしまうことがあります。そうなると、この実行における測定はすべて無駄になり、何よりも危険です。あるいは、別のミスとして、測定方法論で重りの取り外しが求められているのに取り忘れ、機器は重りが存在しないと認識するにもかかわらず、ローターに残ってしまう（あるいはその逆で、プログラムは重りを残すと想定していたのに、実際に取り外す）というミスもあります。アドバイス：選択した測定方法論を厳守してください。2つ目の重りを取り付ける前に重りを取り外す必要がある場合は、必ず取り外してください。「重り1を取り外し、重り2を取り外した」というチェックリストを作成し、計算前にローターに余分な重りがないことを確認してください。重りを取り付ける際は、必ず信頼性を確認してください。後で外れた部分を探すよりも、穴あけやボルト締めに5分ほど費やす方が賢明です。回転中は、重りが飛び出す可能性のある面に立たないでください。これは安全上のルールであり、エラーが発生した場合にも役立ちます。

機器の機能を使用していない: オペレーターの中には、Balanset-1Aの便利な機能を無意識のうちに無視している人もいます。例えば、類似ローターの影響係数を保存しなかったり、装置にコーストダウングラフやスペクトルモードが用意されているにもかかわらず使用しなかったりするのです。アドバイス：装置のマニュアルをよく読み、すべてのオプションを活用することをお勧めします。Balanset-1Aは、コーストダウン中の振動変化のグラフ作成（共振検出に便利）、スペクトル分析（1倍高調波が優勢であることの確認に役立ちます）、さらには非接触センサー（接続されている場合）を介して相対的なシャフト振動を測定することもできます。これらの機能は貴重な情報を提供します。さらに、保存された影響係数があれば、次回は試し打ち用ウェイトを使用せずに類似ローターのバランス調整を行うことができます。1回の実行で十分であり、時間を節約できます。

まとめると、ミスは修正するよりも防ぐ方が簡単です。綿密な準備、測定方法の徹底的な遵守、信頼性の高い締結手段の使用、そして機器のロジックの適用が、バランス調整を成功させ、迅速に行うための鍵となります。何か問題が発生した場合は、躊躇せずにプロセスを中断し、状況を分析し（場合によっては振動診断の助けも借りて）、その後で作業を再開してください。バランス調整は、忍耐と正確さが求められる反復的なプロセスです。

実際のセットアップとキャリブレーションの例:

2台の同一ファンのローターのバランス調整を行う必要があるとします。まず、1台目のファンについて機器のセットアップを行います。ソフトウェアをインストールし、センサー（支柱に2台、光学式センサーはスタンドに装着）を接続し、ファンの始動準備を行います（ケースを取り外し、マークを貼付）。1台目のファンを試験用ウェイトでバランス調整すると、機器が計算を行い補正値を提示します。これを取り付け、基準値までの振動低減を実現します。次に、機器メニューから係数ファイルを保存します。次に、2台目の同一ファンに移り、このファイルを読み込みます。機器は直ちにコントロールラン（基本的には2台目のファンのRun 0測定）を実行するように指示し、事前に読み込んだ係数を用いて、2台目のファンの補正用ウェイトの質量と角度を即座に算出します。ウェイトを取り付け、始動すると、通常は許容範囲内で、最初の試行から大幅な振動低減が得られます。このように、1台目のファンで校正データを保存して機器をセットアップすることで、2台目のファンのバランス調整時間を大幅に短縮できました。もちろん、2台目のファンの振動が基準値まで低減しなかった場合は、試験用ウェイトを用いて個別に追加サイクルを実行することもできますが、多くの場合、保存したデータで十分です。

品質基準のバランス

パートIV：よくある質問とアプリケーションノート

このセクションでは、実践的なアドバイスをまとめ、現場の専門家の間で最も頻繁に生じる質問に答えます。

セクション4.1: 一般的なよくある質問（FAQ）

1 平面バランスと 2 平面バランスはいつ使用すればよいですか?
狭いディスク型ローター（L/D比）には1面（静的）バランス調整を使用する 偶力不釣合いが無視できる場合は、0.25未満とする。その他のロータ、特にL/D > の場合は、2面（動的）バランス調整を行う。 0.25 または高速で動作しています。

試験重量により危険な振動増加が発生した場合はどうすればよいですか?
直ちに機械を停止してください。これは、試験用ウェイトが既存の重量点の近くに設置されており、アンバランスを悪化させていることを意味します。解決策は簡単です。試験用ウェイトを元の位置から180度移動させるだけです。

保存した影響係数を別のマシンで使用できますか?
はい、ただし、他の機械が完全に同一である場合に限ります。つまり、同じモデル、同じローター、同じ基礎、同じベアリングです。構造剛性が変更されると影響係数も変化し、無効になります。新しい機械を使用するたびに、必ず新しい試運転を行うのがベストプラクティスです。

キー溝をどのように考慮しますか? (ISO 8821)
標準的な方法（ドキュメントに別途記載がない限り）では、相手部品を取り付けずにバランス調整を行う場合、シャフトのキー溝に「ハーフキー」を使用します。これは、シャフトの溝を埋めるキー部分の質量を補正します。フルキーを使用したり、キーなしでバランス調整を行うと、アセンブリのバランスが不完全になります。

最も重要な安全対策は何ですか?

• 電気安全： ローターの偶発的な暴走を防ぐため、2つのシーケンシャルスイッチを備えた接続方式を採用してください。ウェイトを取り付ける際は、ロックアウト・タグアウト（LOTO）手順を適用してください。作業は監督者の下で実施し、作業エリアは封鎖してください。
• 機械的安全性: 羽ばたくようなゆったりとした服装で作業しないでください。作業を始める前に、すべての保護ガードが取り付けられていることを確認してください。回転部に触れたり、手動でローターをブレーキをかけたりしないでください。補正ウェイトは、飛び散らないよう確実に固定してください。
• 一般的な生産文化： 職場の清潔さを保ち、通路を乱雑にしないでください。

セクション4.2: 特定の装備タイプのバランス調整ガイド

工業用ファンおよび排煙装置:

• 問題： ブレード上の製品の蓄積 (質量増加) または磨耗 (質量損失) によるアンバランスの影響を最も受けやすくなります。
• 手続き 作業を始める前に、必ずインペラを徹底的に清掃してください。バランス調整には、まずインペラ自体、次にシャフトとの組み立てという複数の段階が必要になる場合があります。不安定さを引き起こす可能性のある空気力に注意してください。

パンプス：

• 問題： 主な敵はキャビテーションです。
• 手続き バランス調整を行う前に、入口（NPHSa）に十分なキャビテーションマージンがあることを確認してください。吸入配管またはフィルターが詰まっていないことを確認してください。特徴的な「砂利のような」異音が聞こえ、振動が不安定な場合は、まず油圧の問題を解消してください。

破砕機、粉砕機、粉砕機：

• 問題： ハンマー／ビーターの破損または摩耗により、極度の摩耗、急激なアンバランス変化が発生する可能性があります。ローターは重量があり、高い衝撃荷重下で作動します。
• 手続き 作動部品の完全性と取り付け状態を確認してください。振動が強いため、安定した測定値を得るためには、機械フレームを床に固定する必要がある場合があります。

電動モーターアーマチュア：

• 問題： 機械的振動源と電気的振動源の両方が存在する場合があります。
• 手続き スペクトラムアナライザを用いて、電源周波数の2倍（例：100Hz）の振動の有無を確認してください。この振動は電気的な故障を示すものであり、アンバランスではありません。DCモーターのアーマチュアおよび誘導モーターには、標準的な動的バランス調整手順が適用されます。

結論

Balanset-1Aのようなポータブル機器を用いたローターの動的バランス調整は、産業機器の運用における信頼性と効率性を向上させる強力なツールです。しかし、分析結果が示すように、この手順の成功は機器自体よりも、専門家の資格と体系的なアプローチを適用する能力に大きく依存します。

このガイドの主な結論は、いくつかの基本原則にまとめられます。

準備が結果を左右する： 徹底したローター洗浄、ベアリングと基礎の状態のチェック、その他の欠陥を除外するための予備的な振動診断は、バランス調整を成功させるための必須条件です。

標準の遵守は品質と法的保護の基盤です。 残留アンバランス許容値を決定するために ISO 1940-1 を適用すると、主観的な評価が客観的で測定可能かつ法的に重要な結果に変換されます。

この機器はバランサーであるだけでなく、診断ツールとしても機能します。 機構のバランスが取れないことや読み取りが不安定なことは、計器の故障ではありませんが、ずれ、共振、ベアリングの欠陥、技術的な違反など、より深刻な問題の存在を示す重要な診断兆候です。

プロセスの物理を理解することが、非標準のタスクを解決する鍵となります。 剛性ローターとフレキシブルローターの違いに関する知識、共鳴の影響、熱変形、技術的要因 (キャビテーションなど) を理解することで、標準のステップバイステップの指示が機能しない状況でも専門家が正しい判断を下すことができます。

したがって、効果的なフィールドバランス調整とは、最新の機器による精密な測定と、振動理論、規格、そして実践経験に基づく深い分析アプローチを統合したものです。本ガイドに記載されている推奨事項に従うことで、技術専門家は典型的なタスクを成功裏にこなせるだけでなく、回転機器の振動に関する複雑で高度な問題を効果的に診断し、解決できるようになります。