騒音と振動は、軸受が機械から取り外される理由の上位2項目です。SKFの損傷解析データベースに記録された軸受では、振動過大が取り外し理由の32%、騒音過大がさらに23%を占めています。次いで、保守上の理由が12%、温度過大が11%、焼付きが9%です（SKF Evolution、図2）。取り外し事例の半数以上は、運転員が耳や感触で捉えられる症状から始まっています。
このため、エンジニアは性質の異なる2つの課題に直面します。1つは診断です。機械の騒音が大きいとき、軸受を取り外す前に発生源が軸受かどうかを判断しなければなりません。もう1つは契約上の課題です。仕様書に「低騒音」とだけ書いても、サプライヤーに履行を求められる客観的な要求事項にはなりません。本ガイドでは両方を扱います。まず、マイクロホンを使わない軸受騒音の実際の測定方法を説明します。続いて、各測定帯域から分かること、限界値を定める規格、発注書に記載すべき項目を示します。
対象範囲について補足します。本稿は、転がり軸受の仕様決定やトラブルシューティングを行う、設計・調達・信頼性担当のエンジニア向けです。自動車の車輪から聞こえるうなり音について調べている場合は、自動車用玉軸受のガイドをご覧ください。
要点
- 軸受騒音は、室内の音圧ではなく、スピンドル試験装置上で振動速度として測定します。 内輪を1,800 rpmで回転させ、静止した外輪に予圧を加え、振動速度センサで軌道輪自体から信号を読み取ります（MinebeaMitsumi）。
- 信号は3つの帯域に分けます：L帯域は50〜300 Hz、M帯域は300〜1,800 Hz、H帯域は1,800〜10,000 Hzです。不合格となった帯域から、原因となる欠陥の大きさを絞り込めます。
- ISO 15242が規定するのは測定方法であり、合否判定値ではありません。 第1部から第4部は方法と校正を規定します。データシートに「ISO 15242」と記載されていても、それは手順だけを示しています。
- 合否判定値は別の文書で規定されます。 深溝玉軸受については、GB/T 32325が基本要求のVグループに加え、V1、V2、V3、V4、さらに最も厳しい用途向けのVF3、VF4を規定しています。
- 精度等級は騒音仕様ではありません。 ISO 492とABECスケールが評価するのは寸法公差です。内部すきまグループ、精度等級、振動グループは互いに独立しており、それぞれを個別に指定する必要があります。
- まず、発生源が軸受であることを確認します。 SKFは、電動機騒音が「必ずしも軸受に起因するとは限らない」と明記しています（SKF）。軸受自体より先に、保持器、潤滑剤、内部すきま、取付け部の幾何精度が騒音レベルの下限を決めます。
軸受騒音の実際の測定方法
軸受騒音は、空気中の音圧レベルではなく、軌道輪上で測定した振動速度として定量化します。軸受を精密スピンドルに取り付け、内輪を1,800 rpmで回転させ、静止した外輪に予圧を加えます。振動速度センサを外輪外周面に接触させ、軌道輪へ伝わった振動を直接電気信号へ変換します（MinebeaMitsumi）。
この構成を採用する理由は、外部要因を分離するためです。室内でデシベル値を測ると、軸受だけでなく、機械、取付け部、建物の音響特性まで含まれます。高精度スピンドル上で軌道輪から振動速度を読み取れば、これらの影響を除き、部品固有の数値を得られます。そのため、軸受単体の台上試験に合格しても、組み込まれた機械全体の騒音が大きい場合があります。また、発注書に合理的に記載できる騒音関連の数値が、台上試験値に限られる理由でもあります。
この測定器は一般にアンデロンメータと呼ばれ、出力は軸受振動専用の単位であるアンデロンで表します（MinebeaMitsumi）。測定方法と校正、その基礎となる定義は、ISO 15242-1に規定されています。
3つの周波数帯域から分かること
測定信号は1つの数値にまとめず、3つの周波数帯域に分けて、帯域ごとに評価します（MinebeaMitsumi）。
帯域分割が有用なのは、周波数が、その振動を生む形状要素の大きさに反比例するためです。回転速度が一定の場合、軌道輪形状や低次のうねりなど、軌道面上の波長が長い形状偏差は転動体の下をゆっくり通過し、スペクトルの低域に現れます。表面粗さや異物による小さな圧痕など、波長の短い形状は、より高い頻度で衝撃を生じ、高域に現れます。したがって、H帯域だけが不合格なら、表面仕上げ、清浄度、粒子状異物を調べます。L帯域が不合格なら、幾何形状、形状精度、取付け・支持状態を確認します。
この対応関係は、規格の条項ではなく工学的解釈として扱ってください。帯域境界自体は固定され、公表されています。一方、各帯域が示唆する原因は推定であり、実物の軸受で確認する必要があります。
ISO 15242は測定方法を規定し、限界値は規定しない
軸受騒音の解説ではほとんど触れられていませんが、実務上最も重要なのが次の点です。ISO 15242は測定方法と校正を規定するもので、合否判定値は規定しません。 第1部は、定められた測定条件下で回転する転がり軸受の振動を測定するための基本事項と校正を扱います。残りの各部は、その方法を特定の軸受形式に適用します。
| 部 | 版 | 適用範囲 |
|---|---|---|
| ISO 15242-1 | 2015 | 基本事項：測定条件と校正 |
| ISO 15242-2 | 2015 | 円筒穴及び円筒外周面をもつラジアル玉軸受 |
| ISO 15242-3 | 2017 | 円筒穴及び円筒外周面をもつラジアル自動調心ころ軸受及び円すいころ軸受 |
| ISO 15242-4 | 2017 | 円筒穴及び円筒外周面をもつラジアル円筒ころ軸受 |
実務上、サプライヤーがISO 15242への適合を正しく表示していても、その軸受が低騒音であることは一切保証されません。適合とは、測定が正しく行われたという意味です。測定値が許容範囲内かどうかは、別の製品仕様または顧客図面に定める限界値で判断します。
有効な騒音要求事項では、測定方法と限界値について、それぞれ1つずつ文書を指定します。 測定方法の規格だけを引用すると、合否判定基準のない手順を指定したことになります。限界値だけを引用すると、比較対象となる数値の取得方法について合意がありません。
発注書に指定できる振動グループ
深溝玉軸受の合否判定値は、GB/T 32325-2015に規定されています。この規格は、軸受の振動速度に関する技術要求、測定方法、評価方法、検査規則を定めています。段階的な振動グループを規定しており、発注書で指定するのはこのグループです。
Vグループは一般軸受の基本的な振動要求です。V1、V2、V3、V4の順に要求が厳しくなり、VF3、VF4は最も厳しい用途を対象とします。測定方法にはGB/T 24610.1とGB/T 24610.2を採用しており、前述した測定方法と限界値の分担が規格内でも明示されています。
適用範囲を外れた指定は、気付かないまま規格上の根拠を失います。そのため、グループと同じく適用範囲も重要です。
この規格は、直径系列0、2、3の深溝玉軸受に適用されます。呼び外径は10 mm超〜200 mm以下で、主要寸法がGB/T 276に適合している必要があります。VF3とVF4を適用できるのは、外径10 mm超〜100 mm以下だけです。外径150 mmの軸受にVF4を指定すると、その要求は規格の適用範囲外になります。
ここでは、広く出回っている慣行的な表記も訂正しておく必要があります。サプライヤーの見積書や部品リストでは、「Z1/Z2/Z3」という騒音等級を「V1/V2/V3」と組み合わせ、規定文書を示さないまま「Z2V2」などの略記が使われています。現行規格が実際に規定するグループは、V、V1、V2、V3、V4、VF3、VF4です。見積書にZ等級が記載されている場合は、その等級を規定する規格と版を確認し、さらに当該グループに対する台上振動試験成績書を要求してください。当社の中国メーカーから軸受を調達する方法では、電話での約束ではなく、根拠資料を発注書に添付させる方法を解説しています。
なお、各グループの振動速度限界値は、意図的に本稿へ掲載していません。これらはGB/T 32325本文の規定値です。部品販売業者のページに出回っている値は規格まで追跡できず、二次情報の数値を掲載することは、本サイトが避けようとしている行為そのものです。規格を購入するか、サプライヤーに版を明記した限界値表の提示を求めてください。
GB/TとISOの対応関係
中国の測定方法規格は、部ごとに同じ方法を採用しています。GB/T 24610は全4部で構成され、各部の名称はISO 15242の4部と同じです。 第1部は基本事項、第2部は円筒穴及び円筒外周面をもつラジアル玉軸受、第3部はラジアル自動調心ころ軸受及び円すいころ軸受、第4部はラジアル円筒ころ軸受を扱います。現行のGB/T 24610.1-2019は2019年10月に発行され、2020年5月1日に発効し、2009年版を置き換えました。
| 測定方法 | 中国国家規格 | 適用範囲 |
|---|---|---|
| ISO 15242-1 | GB/T 24610.1 | 基本事項 |
| ISO 15242-2 | GB/T 24610.2 | 円筒穴及び円筒外周面をもつラジアル玉軸受 |
| ISO 15242-3 | GB/T 24610.3 | ラジアル自動調心ころ軸受及び円すいころ軸受 |
| ISO 15242-4 | GB/T 24610.4 | ラジアル円筒ころ軸受 |
GB/T 24610に基づく振動値とISO 15242に基づく振動値は、同じ手順で測定した同じ量を表します。 したがって、低騒音品かどうかを決めるのは製造国ではありません。どの合否判定グループを指定したか、どの規格のどの版がそのグループを定義しているか、台上振動試験成績書があるかです。グループと成績書を確認してください。
軸受音の種類と原因
軸受メーカーは、軸受音を種類別に分類し、各名称を発生メカニズムと対応付けています。NSKのBearing Doctorもこの考え方に基づき、軌道音、保持器音、異物音など、特徴的な損傷音のサンプルと対策を組み合わせています（NSK）。
| 音の種類 | 音の特徴 | 推定メカニズム | 最初に講じる対策 |
|---|---|---|---|
| 軌道音 | 連続的で滑らかなうなり音。回転速度とともに大きくなる | 軌道面のうねりと表面仕上げ。軸受固有の音 | より厳しい振動グループを指定し、台上振動試験成績書を確認 |
| 異物音 | 非周期的で不規則なカチカチ音またはパチパチ音 | 潤滑剤中の粒子が軌道面に圧痕をつける、または軌道面上を通過する | 組立時の清浄度、密封、ろ過 |
| 玉・軌道面の損傷音 | 回転速度に同期した規則的・周期的な打音 | いずれかの表面に生じた局部的なはく離または圧痕 | 交換し、損傷モードを調査 |
| 保持器音 | 荷重に応じて生じるがたつき音または断続的なびびり音 | 保持器ポケットすきまと保持器の運動。潤滑剤に関係する場合が多い | 保持器形式と潤滑剤の選定 |
| きしり音 | 高音で、低温時だけ発生する場合が多い | 潤滑油膜の破断、低温時のグリース挙動 | 使用温度範囲に適したグリースの選定 |
| ころ落ち音 | ころ軸受で低速時に生じるカチカチ音 | 軽荷重下でころが負荷圏へ進入する | 予圧または最小荷重の見直し |
軌道音、保持器音、異物音はNSKが用いる分類です。残りの行は、同じ診断分類に対する現場で一般的な表現を用い、メカニズムと対策を工学的に要約しています。
特に、軸受品質の問題と誤認されやすい2つの原因は、分けて考える必要があります。
軌道音は軌道面の幾何形状から生じます。 正常な軸受が発する連続的なうなり音は、研削と超仕上げで決まる軌道輪形状、うねり、表面仕上げに由来します。したがって、軌道音は製造工程で決まる特性であり、バイヤーが実質的に管理できる唯一の手段は、発注時に振動グループを指定することです。
電食による騒音は、新しい軸受へ交換しても解消しません。 インバータ駆動電動機では、軸電圧が潤滑油膜を介して放電し、軌道面を侵食します。損傷が進むと、フルーティングと呼ばれる平行な洗濯板状模様が形成されます。取付け時には静かだった部品でも、騒音と振動が次第に増加します。ISO 15243:2017は、電食を独立した損傷モードに分類しています。低強度の場合に生じる漏れ電流による電食（ISO 5.4.3）は、軸が適切に接地されていない可変周波数ドライブ駆動の電動機でよく見られます（SKF Evolution）。電流経路を是正しなければ、交換した軸受も同じ経過をたどります。
これらの損傷分類全体については、軸受損傷解析のガイドをご覧ください。ISO 15243の6つの損傷モードを箇条番号とともに解説し、状態監視で用いる4段階の振動進行も説明しています。
交換前に発生源が軸受であることを確認する
軸受を取り外す前に、消去法で原因を切り分けます。SKFは、電動機騒音が「必ずしも軸受に起因するとは限らない」と明記しています（SKF）。SKFは騒音をシステム全体の特性として扱っています。騒音は保持器材料、潤滑剤、内部すきまに加え、ミスアライメントを左右する軸、ハウジング、カバーの公差によって決まります。
このうち、2項目は補足が必要です。共振はシステム全体の現象であり、振動グループを変えるだけでは解消できません。SKFは、発電機のロータ、ステータ、軸受間の共振を防ぐためにQuiet Running深溝玉軸受を開発しました。この設計は、軸受単体の放射音を抑えるだけでなく、構造共振を最小限に抑えます（SKF）。特定の回転速度で騒音が鋭くなり、その前後では消える場合は、共振が疑われます。
同じ故障の再発は、重要な診断情報です。 新しい軸受が前の軸受と同じように騒音を発するなら、軸受は最初から原因ではなかった可能性が極めて高いといえます。電流経路、はめあい、アライメントを確認してください。
低騒音軸受の指定方法
有効な低騒音要求では4項目を指定します。「低騒音」という表現自体は、仕様項目にはなりません。各項目を順に検討します。
1. 振動グループと、そのグループを規定する仕様。 要求を試験で合否判定できるものにする唯一の条項です。グループ、それを規定する規格と版、測定方法の規格を指定します。
2. 内部すきま。 運転すきまが過大になると非負荷圏が広がり、振動と騒音が増えます。一方、負のすきまは予圧と発熱を生じさせます。内部すきまは、SKFが電動機騒音を左右する3要素の1つに挙げています。軸受の内部すきまのガイドでは、はめあいと温度による運転すきまの変化と、電動機用CMすきま範囲の位置付けを解説しています。
3. 保持器。 SKFのQuiet Running軸受には、プレス鋼板製または機械加工黄銅製の保持器が用意され、標準の深溝玉軸受と完全な互換性があります（SKF）。したがって、保持器の選択は再設計ではなく、仕様変更として対応できます。
4. 潤滑剤。 低騒音グリースは、専用試験装置で性能を評価します。Klüberは、Klüberquiet BQ 72-72を電動機・ファン向けの低騒音転がり軸受用グリースとして販売し、SKF BeQuiet+などの試験装置で低騒音特性を実証しています（Klüber）。騒音が重要な場合は、サプライヤーの標準封入品に任せず、グリースを製品名で指定します。軸受の潤滑では油膜と温度の関係を、シール軸受とシールド軸受では密封形式とグリース保持の関係を解説しています。
一方、精度等級はこの4項目には入りません。ISO 492とABECスケールが評価するのは寸法公差と回転精度であり、騒音ではありません。 厳しい公差によって一部の幾何誤差は減少しますが、公差規格には騒音要求がありません。したがって、高いABEC等級は騒音仕様にはなりません。ABEC軸受精度等級のガイドでは、同スケールが管理する項目と管理しない項目を整理しています。ミニチュア軸受の購入者も同じ誤解に陥りやすく、ラジアルすきま、トルク、騒音をそれぞれ個別に指定する必要があります。
以上をまとめると、発注書の記載は次のようになります。
軸受騒音／振動要求事項
1. 振動グループ : GB/T 32325-2015、V3グループ
（部品が適用範囲内か確認：直径系列0/2/3、
外径10 mm超〜200 mm以下、VF3/VF4は外径100 mm以下のみ）
2. 測定方法 : GB/T 24610.2 / ISO 15242-2、L、M、H各帯域を報告
3. 必要な根拠資料 : ロットごとの台上振動試験成績書、ロット番号まで追跡可能なこと
4. 内部すきま : グループを指定（例：CN、C3、電動機用途はCM）
5. 保持器 : 形式を指定（プレス鋼板製／機械加工黄銅製／ポリアミド製）
6. 潤滑剤 : グリースの製品名と充填量を指定
7. 用途情報 : 回転速度、荷重、温度、取付けはめあいを記載し、
不適合があればサプライヤーが指摘できるようにする
バイヤーが最も省略しやすいのが3行目ですが、この項目によって、仕様が単なる希望から検査可能な要求へ変わります。
よくある質問
Q：軸受騒音の原因は何ですか？
ほぼすべての軸受騒音は、6つのメカニズムで説明できます。軌道面のうねりと表面仕上げは、軌道音と呼ばれる連続的なうなり音を生じさせます。粒子状異物は不規則なカチカチ音を生じさせます。単発のフレーキングや圧痕は周期的な打音を、保持器の運動はがたつき音を生じさせます。潤滑油膜が破断すると、低温時に限って発生することの多いきしり音が生じます。インバータ駆動電動機では、潤滑油膜を通じた放電が軌道面を侵食し、時間の経過とともに騒音を増加させます。過大または負の内部すきまと芯ずれは、これらの複数の音を増幅します。
Q：軸受騒音はどのように測定しますか？
空気中の音圧ではなく、軌道輪上の振動速度として測定します。内輪を精密スピンドルに取り付けて1,800 rpmで回転させ、静止した外輪に予圧を加え、速度センサを外周面に接触させます。信号は3帯域に分け、個別に評価します。測定方法はISO 15242、または同等のGB/T 24610に規定されています。
Q：アンデロンメータは何を測定しますか？
回転する軸受の振動を、軸受振動専用の単位であるアンデロンで測定します。測定値は帯域別に報告され、L帯域は50〜300 Hz、M帯域は300〜1,800 Hz、H帯域は1,800〜10,000 Hzです。高精度スピンドルで内輪を駆動し、外輪から直接信号を取得するため、外部要因の影響を受けずに微小な振動を検出できます（MinebeaMitsumi）。
Q：軸受のZ騒音等級とV振動等級は何を意味しますか？
Vグループは実在し、規格で定義されています。GB/T 32325-2015は、Vグループを深溝玉軸受の基本的な振動要求としています。V1、V2、V3、V4はより高い要求、VF3、VF4は最も厳しい要求を対象とし、後者2つは外径100 mm以下に限られます。サプライヤーの見積書で使われる「Z」グループは、現行規格に基づく呼称ではなく略記です。提示された等級を規定する規格と版を確認し、台上振動試験成績書を要求してください。
Q：ABECまたはISO 492の精度等級が高ければ、軸受は静かになりますか？
いいえ。これらの規格が評価するのは寸法公差と回転精度であり、騒音または振動の要求は含まれていません。精度等級、内部すきまグループ、振動グループは互いに独立した仕様です。厳しい公差を満たす軸受でも振動グループに不合格となる可能性があるため、騒音は別の行で指定する必要があります。
Q：機械の騒音が大きい場合、軸受が原因かどうかをどのように判断しますか？
消去手順に沿って確認します。音の高さが軸回転速度に連動しなければ、構造体または駆動系を調べます。機械を被駆動側から切り離すと騒音が消える場合は、カップリングとアライメントを調べます。グリース変更で音が変わる、または低温時だけ発生する場合は、潤滑剤を調べます。インバータ駆動で、交換後の軸受も同じ状態で損傷した場合は、軸電圧を測定します。はめあいとカバーの幾何形状が公差外なら、取付け部を調べます。SKF自身も電動機騒音が必ずしも軸受に起因するとは限らないと述べているため、軸受は最初ではなく最後の候補とします。
まとめ
軸受騒音は、品質問題よりも仕様上の問題であることが多いといえます。要点は次のとおりです。
- 騒音はデシベルではなく、内輪を1,800 rpmで回転させ、外輪で読み取る帯域別振動速度として測定します。帯域は50〜300 Hz、300〜1,800 Hz、1,800〜10,000 Hzです。
- ISO 15242とGB/T 24610は測定方法を規定します。いずれも限界値を規定しないため、適合の主張だけでは騒音要求になりません。
- 限界値はグループで指定します。深溝玉軸受では、GB/T 32325に基づき、所定の外径適用範囲内でV、V1〜V4、VF3、VF4を指定します。
- 精度等級は騒音仕様ではありません。振動グループ、内部すきま、保持器、グリースが調整項目であり、それぞれを発注書の別の行で指定する必要があります。
- 特にインバータ駆動では、交換前に軸受が発生源であることを確認します。同じ故障の再発は、部品ではなく電流経路に原因があることを示します。
騒音要件を含む軸受を選定する場合は、用途データをANDE Bearingの技術チームへお送りください。回転速度、荷重、取付け条件に適した振動グループと、当社が提出する台上振動試験成績書の様式をご提案します。必要な寸法から選ぶ場合は、当社の深溝玉軸受をご覧ください。軸受呼び番号の読み方では、内部すきまと特殊仕様の補助記号が軌道輪にどのように表示されるかを解説しています。
著者について
Jeff Liは、ANDE Bearingで軸受工学とグローバル調達について執筆しています。自動車、重工業、再生可能エネルギー分野のOEMおよびアフターマーケットのバイヤーと直接連携しています。LinkedInでも情報を発信しています。
