ドイツの科学者が新型マイクロセンサーを開発、液圧ポンプの温度、圧力、潤滑油の厚さを直接監視可能

ドイツの科学者が人間の髪の毛よりも薄い新型センサーを開発しており、報告によれば液圧ポンプ内部の温度、圧力、潤滑剤の厚さを直接測定し、摩耗の兆候を早期に検出できるという。この装置はフラウンホーファー表面工学および薄膜研究所（Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films、略称IST）から生まれた。このプロジェクトはThinSorと呼ばれ、マクデブルク大学およびアーヘン工科大学の科学者も関与している。

新型センサーの特徴

このセンサーは数ミクロンの厚さの層で構成されており、ポンプのバルブプレートに直接適用され、穴を開けたり他の変更を加えることなく重要な作業条件を監視できる。研究者によれば、7,252ポンド毎平方インチ（50 MPa）以下の圧力を測定でき、温度や潤滑剤の厚さも測定可能である。さらに、このシステムは液圧ポンプの効率を改善し、ポンプの使用寿命を延ばし、予期しないダウンタイムを減少させることができる。

このセンサーの動作原理は、軸方向ピストンポンプがピストンの前後運動またはわずかな傾斜によって動作することに依存している。これらのポンプは通常、液圧システムに見られ、高圧下で液体を移動させる役割を担っている。その性能は主に回転するシリンダーと静止したバルブプレートとの相互作用に依存し、両者の間には薄い潤滑剤膜が隔てられている。潤滑剤は二つの部品間の摩擦を減少させ、過度の摩耗を防ぐ。しかし、運転中にこの狭い隙間内の状況を測定することは依然として非常に困難である。従来の方法では、センサーを取り付けるために穴を開けたりポンプの構成を変更する必要があるが、これらの変更は表面の相互作用に影響を与え、測定結果にも影響を及ぼす可能性がある。

この問題を解決するために、チームのセンサーはバルブプレートの表面に直接取り付けられる。チームは「これにより、すべての三つのパラメータを高時間分解能で、発生する場所で測定できるはずであり、時間のかかる部品後処理は不要である」と述べている。

技術的課題と解決策

接触点の低圧を測定する際、チームは大きな課題に直面した。センサーは7,252ポンド毎平方インチ（50 MPa）以下の圧力を検出できる必要があり、これは現在のほとんどの既存のセンサーの測定範囲を下回る。そのため、研究者は背景ノイズの干渉を受けずに正確な読み取りをキャッチするために、センサーの感度を向上させる必要があった。同時に、超薄層は液圧ポンプの操作中に発生する巨大な機械的力に耐える必要がある。薄膜センサーシステムはバルブプレートの表面に直接適用される。チームによれば、この技術はプロトタイプの需要を減少させ、摩耗の兆候を早期に検出し、エンジニアが故障を防ぐためのメンテナンスを計画するのに役立つ。

研究所は「得られた測定データは、流体技術コンポーネントをより正確に設計し、シミュレーションモデルやデジタルツインを検証するために役立つことを目的としている」と述べている。

さらに、この技術は最終的に新旧の液圧システムの継続的な監視を支援し、液圧ポンプ以外の分野にも応用可能である。研究者はプレスリリースで「軸受、ギア、シャフトに関する応用がこの技術の可能性を示している」とまとめている。ThinSorプロジェクトは2026年6月1日に開始され、2028年11月30日に終了する予定であり、その最終目標は測定技術を産業用途に適用することである。

新型センサーが液圧システムに与える影響

新型マイクロセンサーの開発は、液圧システムの運用において重要な意義を持つ。これにより、重要なパラメータを直接監視でき、設備に変更を加える必要がないため、測定の正確性が向上し、システムへの干渉が減少する。また、この技術の感度向上と早期摩耗検出能力は、エンジニアがより効果的にメンテナンスを行うのに役立ち、故障リスクを低下させる。この技術の潜在的な応用範囲は広く、将来的には液圧技術のさらなる発展を促進する可能性がある。