振動計測における変位・速度・加速度の使い分け
を解説します！

振動は、私たちの身の回りのあらゆる機械や構造物で発生しており、その正確な測定と解析は、設備の保全や安全管理に欠かせません。しかし、一口に「振動を測る」と言っても、変位・速度・加速度のどの物理量を用いるべきかは、振動の特性によって異なります。
本コラムでは、振動数の違いによって適切な測定量が変わる理由を解説し、それぞれの使い分けについて詳しく紹介します。

振動の基本関係

振動とは、物体が基準位置を中心に繰り返し動く現象を指します。
振動する物体の変位（Displacement）x(t)、速度（Velocity）v(t)、加速度（Acceleration）a(t）は、時間微分の関係にあります。

また、振動が単一正弦波（周波数 f、角周波数 ω = 2πf）の場合、変位 X、速度 V、加速度 A の関係は以下のようになります。

つまり、速度は変位の1次微分（周波数に比例）、加速度は変位の2次微分（周波数の2乗に比例）となります。

振動数とは何か？

振動数（周波数、Frequency）は、1秒間に振動が繰り返される回数を表し、単位は Hz（ヘルツ）です。例えば、振動数が10Hzであれば、1秒間に10回の振動が発生することを意味します。

振動数が大きくなると、変位は小さくなり、加速度は大きくなるため、適切な測定手法を選ぶ必要があります。

周波数に応じた使い分けの理由

低周波（振動数が小さい） → 変位を計測

• 変位が最も大きな値を取るため、視覚的に捉えやすい。
• 低速回転の機械の振動計測に効果的
• 軸受内のロータと隙間の監視
• 地盤沈下や橋梁のたわみなど、ゆっくりとした変形を捉えるのに適している。
• 速度や加速度では値が小さくなり、変化がわかりにくい。
• ISOの振動評価に用いられる（ISO7919）

中周波（中間的な振動） → 速度を計測

• 速度は変位と加速度の 中間的な特性 を持ち、振動のエネルギーをよく表す。
• 回転機械の振動診断（ISO 10816） では速度を用いるのが一般的。
• 不釣り合い・ミスアライメントなどの異常を検知するのに適している。
• ISOの振動評価に用いられる（ISO10816）

高周波（振動数が大きい） → 加速度を計測

• 高周波成分では変位が極めて小さくなるため、加速度を測定するほうが信号が得やすい。
• ベアリングやギアの故障診断、衝撃波、振動モード解析 で利用される。
• 周波数が高いと加速度の値が大きくなり、微小な異常も検出しやすい。

まとめ

測定対象の振動周波数帯域によって、適切な測定量およびその用途・事例を以下にまとめます。

振動数の範囲	測定に適した物理量	用途・事例
低周波（1kHz以下）	変位 X	地盤沈下、橋梁のたわみ、建築構造の変形、低速回転機械の振動評価
中周波（10Hz～2kHz程度）	速度 V	回転機械の振動評価（ISO 10816）、不釣り合い・ミスアライメント診断
高周波（1kHz以上）	加速度 A	ベアリング・ギアの故障診断、衝撃波、構造解析

このように、振動の特性に応じて測定方法を使い分けることで、より正確な診断や解析が可能になります。適切な指標を選び、振動計測を有効活用していきましょう！