振動センサー | メーカー（販売企業）・製品一覧及び選び方

振動センサーとは

振動センサーは、機械や構造物の揺れを検出し、その大きさや変化を電気信号に変える機器です。人が手で触れて感じ取っていた「いつもと違う揺れ」を数値にして、記録や比較ができる形にします。

製造業では、設備の異常を早く見つける目的で使われることが多くあります。部品が傷み始めた段階で揺れ方に変化が表れるため、設備が止まる前に手を打つための材料になります。

振動を電気信号に変える仕組み

振動センサーの内部には、揺れによって力を受けると電気的な変化を起こす素子が入っています。例えば圧電素子（力を加えると電圧が生じる材料）は、揺れの加速度に応じた電圧を出します。

取り出した信号は、波形のまま解析するほか、一定時間の代表値に換算して日々の監視に使います。数値にすることで、前回の測定値との比較や、複数の設備どうしの比較ができるようになります。

加速度センサー・振動計との関係

加速度センサーは「加速度」という物理量の名前で呼ばれるセンサーで、振動センサーは「振動」という現象の名前で呼ばれるものです。振動の測定には加速度センサーが使われることが多く、両者は重なる部分があります。

振動計は、センサーと表示・記録の機能をひとまとめにした測定器を指します。設備に組み込んで常時測るのか、持ち運べる測定器として巡回に使うのかで、選ぶものが変わります。

振動センサーの種類

振動センサーは、「何を測るか」という物理量の違いと、「どうやって検出するか」という方式の違いで整理すると分かりやすくなります。設置と通信の形からも分かれます。

測る物理量による違い

振動は、位置の変わる量である変位、その速さである速度、速度の変化である加速度のいずれでも表せます。単位は変位がマイクロメートルやミリメートル、速度がミリメートル毎秒、加速度がメートル毎秒毎秒（重力加速度を単位とするGで表すこともあります）です。

ゆっくりした大きな揺れは変位で、機械全体の揺れの大きさは速度で、細かく速い揺れは加速度でとらえやすくなります。例えば軸受（ベアリング）の内部で起きる細かい打撃のような揺れは、加速度で見ると変化が表れます。

圧電式

圧電式は、圧電素子が力を受けて電圧を生じる性質を使う方式です。硬い構造で丈夫なうえ、速い揺れまで追従でき、測れる揺れの大きさの幅も広いため、産業用の振動測定で広く使われています。

一方で、大きさの変わらない一定の力は検出できません。傾きのように変化しない加速度を知りたい用途には向きません。

MEMS式

MEMS式（微小電気機械システム。半導体の微細加工で作った小さな機械構造を使う方式）は、揺れによる部品の動きを静電容量（向かい合う電極にたまる電気の量）の変化として読み取ります。小型で数をそろえやすく、多くの箇所に取り付ける使い方に向きます。

変化しない加速度も測れる一方、圧電式と比べると測れる周波数の上限や揺れの大きさの幅は狭くなります。

非接触式

非接触式は、対象に触れずに離れた位置から揺れを測る方式です。渦電流式は金属の表面との距離の変化を、レーザー式は反射した光の変化を使います。

回転する軸そのものの振れのように、センサーを直接取り付けられない対象に使われます。対象の材質や表面の状態によって使えるかどうかが変わります。

有線式と無線式

有線式は、信号線と電源をつないで使う形です。細かい波形を連続して取り込む監視や、精密な測定に向きます。

無線式は、電池で動き、測定した値を無線で集約装置へ送ります。配線工事が難しい場所や、離れて点在する設備をまとめて見たい場合に向きます。

振動センサーの用途

振動センサーは、設備の異常を早く見つける用途を中心に、製造業のさまざまな場面で使われています。

生産設備の状態監視

モーター、ポンプ、送風機、圧縮機、減速機など、回転する部分を持つ設備の監視に使われます。軸受の傷み、回転体の重心のかたより、軸のずれ、取り付けのゆるみは、それぞれ揺れ方に違いが出るため、原因の見当をつける手がかりになります。

測定値を続けて記録すると、平常時からの変化が読み取れます。変化の傾きから、整備の時期を生産計画に合わせて決める使い方につながります。

加工機と工具の状態把握

切削や研削を行う機械では、工具の摩耗や加工中の異常な揺れが加工面の品質に影響します。揺れを測ることで、音や仕上がりの目視では気づきにくい変化を数値でとらえられます。

製品開発と出荷前の試験

製品が使われる場所の揺れに耐えるかを確かめる試験でも使われます。加振装置（意図的に揺らす装置）で揺らしながら製品の各部の揺れを測り、弱い箇所を探します。

輸送環境の把握

トラックや船で荷物を運ぶ間に、どのような揺れがかかっているかを記録する用途があります。記録した揺れをもとに、梱包の仕様や積み方を決めます。

建物・構造物の監視

橋やビルなどの構造物に取り付け、揺れ方の変化から傷みの兆候を調べる使い方があります。地震のときの揺れを記録し、点検が必要かどうかの判断に使うこともあります。

振動センサーの選び方

振動センサーは、測りたい対象と設置する場所の条件から絞り込みます。次の観点を整理してから問い合わせると、候補を比べやすくなります。

測る物理量と周波数の範囲

まず、何の異常を見つけたいかを決めます。機械全体の揺れの大きさを見るのか、軸受のような部品の細かい揺れを見るのかで、変位・速度・加速度のどれが適するかが変わります。

次に、その揺れが含まれる周波数の範囲を、センサーが測れる範囲が覆っているかを確認します。範囲から外れた揺れは正しい大きさで出ないため、ここが合っていないと測定そのものが成立しません。

検出方式と測定できる範囲

方式によって、測れる揺れの大きさの幅と得意な周波数が変わります。細かく速い揺れまで見るなら圧電式、多くの箇所に付けたい場合や変化しない加速度も見たい場合はMEMS式、というように使い分けます。

対象に触れられない場合は非接触式を検討します。揺れの向きまで知りたい場合は、3方向を同時に測れる3軸のものを選びます。

取り付け方法

ねじ止め、接着、磁石、手で押し当てる方法があります。固定が強いほど速い揺れまで正しく測れるため、細かい揺れを見る常設の監視にはねじ止めや接着が向きます。磁石は取り外しが容易で、巡回しながら測る用途に向きます。

測定する場所も併せて決めます。揺れの原因に近く、たわみにくい面に取り付けると、変化が読み取りやすくなります。

出力と通信の方式

アナログの電圧・電流で出すもの、デジタルの数値で出すもの、無線で送るものがあります。既存の制御盤や記録装置に取り込むのか、専用の受信機で集めるのかによって、選ぶ方式が決まります。

信号をどこまで処理するかも確認します。センサー側で代表値まで求める製品と、波形をそのまま送って外部の装置やソフトで解析する製品があります。

使用環境への対応

設置する場所の温度、湿気、水や粉じんのかかり方、油の付着を確認します。屋外や洗浄のある場所では、保護等級（水や粉じんの入りにくさを表す等級）を見ます。

可燃性のガスを扱う区域では、防爆（爆発の原因にならないようにする構造）の認定を受けた製品が必要です。無線式では、電池の交換頻度と、設置場所まで電波が届くかどうかも確認します。

振動センサーの注意点

振動センサーは、取り付けと運用の条件によって得られる結果が変わります。導入前に次の点を整理しておくと、測ったのに使えないという事態を避けられます。

取り付け方で測れる範囲が変わる

同じセンサーでも、固定が弱いと速い揺れを正しく測れません。磁石や手で押し当てる方法は手軽ですが、測れる周波数の上限は下がります。

取り付け面のごみや塗装の厚み、ねじの締め具合でも結果が変わります。比較できる記録を残すため、測る場所と取り付け方は毎回そろえます。

判定の基準を決める必要がある

センサーを付けただけでは、異常かどうかは判断できません。機械の振動の大きさを評価する国際的な規格があり、機械の出力や据え付けの状態に応じた目安が示されています。

ただし、目安の範囲に入っていても、平常時から急に増えていれば注意が必要です。設備ごとに正常なときの値を記録し、そこからの変化で見ることが基本になります。

配線・電源と運用の手間

有線式では、配線の経路と長さを設計します。ケーブルが揺れて動くと信号に乱れが出るため、途中を固定します。

無線式では電池の交換が発生します。測定の頻度を上げるほど電池の消費が増えるため、必要な頻度と交換の手間を見比べて決めます。

まとめ

• 振動センサーは、機械や構造物の揺れを電気信号に変え、状態を数値で把握する機器である。
• 測る物理量は変位・速度・加速度に分かれ、検出方式には圧電式、MEMS式、非接触式がある。
• 設備の状態監視のほか、加工の品質管理、製品の試験、輸送環境の把握、構造物の監視に使われる。
• 選定では、測る物理量と周波数の範囲、検出方式、取り付け方法、出力と通信、使用環境を確認する。
• 取り付け方と判定の基準で結果が変わるため、測定条件をそろえ、平常時の値を記録しておく。