機械強制振動自励振動トラブル例対策振動許容基準値バランシング手法

はじめに：現場目線で考える機械振動トラブル

製造業の現場では、機械の振動が日常的な課題の一つとなっています。
振動の問題は、生産ラインの停止や品質不良、設備故障など、さまざまなトラブルの根本原因となりえます。
とりわけ「強制振動」と「自励振動」の区別や、振動許容基準値の設定、現場で実践できるバランシング手法の知識は、調達購買から生産管理、設備保全や品質管理に至るまで、ものづくりに携わるすべての担当者が押さえておきたいポイントです。

この記事では、現場で頻発する機械振動トラブルの本質と対策事例、振動現象の基礎知識やバランシングの実践的方法、さらにアナログ世代からニューノーマル時代に至る最新の業界動向をまじえ、現場目線で徹底解説します。

1. 機械の振動とは何か：強制振動と自励振動を理解する

1-1. 強制振動と自励振動の違い

機械の振動問題を解決するためには、まず振動の種類を理解する必要があります。
現場でよく遭遇するのが「強制振動」と「自励振動」です。

強制振動は、外部から何らかの周期的な力（モーターの不均衡、外部からの衝撃など）が加わることによって発生します。
例えば、回転設備のアンバランスやミスアライメントによる振動が典型例です。

一方、自励振動は、機械自体の構造や使用条件によって内部的に発生し、外的な励振力がゼロでも継続する特徴を持ちます。
ロールがけ機などに見られるスティックスリップ現象や、回転機器のベアリング焼付きによる異常振動が該当します。
この２つを見極めることで、原因調査や対策方針が明確になります。

1-2. 振動発生の構造的背景

多くのトラブル現場で、設計時には想定していなかった振動が、「使ってみて初めて発生した」というケースがあります。
たとえば、設備の共振問題、据付基礎の強度不足、隣接設備との干渉などに起因する強制振動。
また、摩耗・劣化によるクリアランス変化や潤滑不良に起因する自励振動が代表的です。

さらに、近年では省エネ・小型化志向から機械構造がスリムになり、振動に対して余裕のない設計が増えている点も背景として見逃せません。

2. 現場で起こる実際のトラブル事例

2-1. 回転機のアンバランスによる強制振動

とある大型ブロワーで、運転開始時から騒音と振動が規定値を超過。
点検の結果、翼車のアンバランスが主原因と判明しました。
バランス調整作業を現場で実施し、振動値は基準内に回復。

このような現場経験から言えるのは、据付時やメンテナンス後は必ずバランス測定を行うことの重要性です。

2-2. ベアリング損傷に伴う自励振動トラブル

製造ラインの搬送装置で突発的にライン停止。
調査の結果、ベアリングのグリース切れが発生しており、これにより自励振動が異常に発生したことが原因でした。
定期的な給脂とベアリング管理基準の見直しで再発防止を図った事例です。

2-3. 配管系の共振による周期的な振動苦情

ある化学工場では、製品パイプラインから「周期的なごう音がする」と現場オペレーターから苦情が寄せられました。
振動測定の結果、ポンプ起動時と同期した吸込側の配管共振が明らかになりました。
支持金具の増設、配管ルートの見直しでトラブル解決。

3. 振動許容基準値の設定とその背景

3-1. 振動基準値の基本

「どこまでの振動ならOKなのか？」を現場で判断するには、明確な基準が不可欠です。
JIS B 0906やISO 10816など、国際標準で推奨値が示されているほか、大手メーカーでは「自社基準」を独自運用するケースも増えています。

汎用モーターの場合、一般的には3.5 mm/s RMS以下（横振動、据付運転状態）が多い基準です。
ただし、設備特性や稼動条件、顧客要求レベルによってカスタマイズが必要なことも多いです。

3-2. 過剰な「ゼロトレランス」が生む現場混乱

日本の製造現場では、品質第一主義のもと「振動はゼロに近い方がよい」という思い込みが根強い現実があります。
本来は、機械の剛性や設計寿命、用途に応じて「許容限度」を定め、致命的な破損や停止を防ぐことが肝要です。
「ゼロトレランス」にこだわりすぎると、かえって不要なコスト増や納期遅延を招いてしまうため、適切な基準運用が重要です。

3-3. 振動監視と予知保全への波

IoT時代以降、振動モニタリングシステムを導入し、常時データを蓄積しながら傾向管理や予知保全に活かす手法が拡大しています。
従来の「音や手感での判断」から脱却し、AIによる異常検知やCBM（Condition Based Maintenance）といったより精緻な管理を実践する動きも加速しています。

4. バランシング手法の実践とポイント

4-1. バランシングの基本原理

バランシングとは、回転体に働く遠心力モーメントを均等化し、回転中の振動を極小化する作業です。
現場では、専用バランサーを用いる場合と、現物を使った現場バランシング（フィールドバランシング）双方の手法があります。

4-2. バランシング作業の具体的フロー

１. 振動計を用いて現状の振動値と位相を測定
２. 試重（テストウェイト）を回転体に取り付け
３. 振動変化と位相変化を確認し最適な補修位置とウェイト量を算出
４. 本番ウェイトを取り付け再測定、基準値内であれば完了

ただし、現場でありがちなのが「感覚的バランス修正」の繰り返し。
データを活用した再現性ある調整を心がけることが、作業効率と信頼性向上の必須ポイントです。

4-3. バランシングの現場での失敗例と教訓

多くの現場で陥りやすいのが、ベースフレームや隣接構造物の「ゆるみ」をバランス不良と誤認して対処してしまうケースです。
また、「とりあえずウェイトを足してみる」的な作業では根本解決にならず、かえって複雑化を招くこともあります。
振動の波形や周波数分析による根因特定と、他要因（軸芯ズレ、支持変形等）との切り分けを徹底することが大切です。