ジェントルフローポンプの開発によりKNFは液体用ダイアフラムポンプシステムの脈動を最小限に抑えダイアフラムポンプ技術に新たな基準を打ち立てました。本インタビューでは液体用ポンプ製品センターであるKNF Flodosの製品開発責任者ダニエル・コーリ氏が開発プロセス、技術、顧客にとっての主な利点について独自に解説します。さらに最新のイノベーションプロジェクトであるKNF初のインテリジェント機能搭載ポンプについても語ってくれました。
低脈動ポンプの必要性を感じた理由は何ですか？
KNFではイノベーションを通じてお客様に最大の付加価値を提供したいと考えています。そのためお客様やアプリケーションの要求に合わせてカスタマイズ可能な堅牢かつ柔軟な製品プラットフォームを開発・製造しています。イノベーションワークショップでは市場における課題点を検討しました。特に顕著だった2つの要因が当社のジェントルフローポンプ開発の必要性を牽引しました。第一にすべての容積式ポンプと同様にダイアフラムポンプも脈動を発生させます。この欠点を当社の技術的優位性で解消したいと考えました。第二にデジタル印刷市場では流量4 l/minかつ極めて低脈動のポンプに対する強い需要があり、イタリアの顧客がこのソリューションを求めていました。
ジェントルフローポンプはどのように動作するのでしょうか？
KNFのジェントルフロー技術について説明する前にまず脈動について説明する必要があります。液体ダイアフラムポンプでは偏心子によって膜が上下に動かされます。下降ストロークで液体を吸い込み、上昇ストロークで排出します。標準運転時、この動作は毎秒約50回発生し吸込側・吐出側双方で液体の断続的な動き（流量脈動）を引き起こします。配管、スクリーン、フィルターなどお客様のシステム内の抵抗によりこの流量脈動が圧力パルスを生じさせポンプとお客様のシステム双方の寿命を縮める可能性があります。
KNFのFPポンプに採用されたジェントルフロー技術は液体移送システムにおける脈動を最小限に抑えます。これを実現するにあたり二つの異なるアプローチを採用しています：
FP 150やFP 400のようなジェントルフローポンプは、5枚のダイアフラムが並列接続された設計となっています。各ダイアフラムは同じ速度で動作しますが、隣接するダイアフラムに対して1/5の位相差を持ちます。これにより停止と始動の動作が5倍の頻度で発生し、ストローク量は5分の1に減少。脈動は約10分の1に低減されます。
KNFの小型FPポンプ（FP 7、FP 25、FP 70など）はポンプの吸込側と吐出側に受動ダンパー要素を組み込みました。吐出工程において吐出側ダンパーは液体を部分的に貯留し、吸入工程でこれを排出します。この設計により脈動は約100分の1に低減され特殊設計では顧客システム内の圧力脈動を1ミリバール未満にまで抑制した実績があります。これはダイアフラムポンプの歴史における画期的な成果です！
ジェントルフローポンプにはどのような利点がありますか？
優れたダイアフラムポンプ技術であっても特定の液体移送アプリケーションでは脈動が課題となってきました。ダイアフラム式液体ポンプの利点には自吸式・空運転能力、高い流体抵抗、最小限のメンテナンス要件、漏れのないクリーンな運転などが挙げられます。ジェントルフロー技術はこれに低脈動特性を組み合わせ、ギアポンプなどの他液体移送システムと比較してFPポンプに圧倒的な優位性をもたらします。お客様は安定した流量と低脈動の恩恵を受け、騒音や振動を最小限に抑えられます。当社のマルチダイアフラムポンプの静粛性には今も感心させられます。
さらに一定かつ予測可能な流量は顧客システム内の抵抗によって生じる圧力ピークを低減します。これによりポンプの寿命が延びるだけでなく、システム全体とその構成部品の寿命も延長され、最終的に顧客システムの総合設備効率（OEE）が向上します。
低脈動ポンプはどの産業にメリットをもたらすか？
当初、KNFはドロップオンデマンド（DoD）や連続インクジェット印刷（CIJ）などのデジタル印刷分野において、ジェントルフロー技術の高い可能性を認識しており、これは既に実証済みです。しかし現在ではあらゆる産業の顧客が当社のFPポンプから大きな恩恵を受けていることが分かってきました。例えば、医療機器、洗濯設備、実験装置などが挙げられます。
KNF ジェントルフローポンプが効果を発揮する具体的な使用事例を説明していただけますか？
カスタムFPポンプを使用したデジタル印刷の事例をご紹介できます。デジタルプリンターではプリントヘッドから微細な液滴が噴射され、ポスターなどの高解像度印刷物に結合されます。これらの液滴を安定した品質で供給するためにはインクを脈動なくプリントヘッドへ往復輸送する必要があります。プリントヘッドには通常液体圧送システムが採用されますがこれは滑らかな循環流と安定した真空状態を確保するための追加部品を必要とするため、非常に複雑でコストがかさみます。カスタム仕様のジェントルフローポンプを使用することで脈動減衰用の追加部品を装着することなく、極めて厳しい脈動要件を満たせます。これによりお客様はよりコスト効率が高くシンプルなインクジェット印刷システムを設計できます。インク供給システムの最新技術についてさらに詳しく知りたい場合は、当社のブログ記事「オンデマンド式デジタルインクジェット用ポンプ」をご覧ください。
振り返ってみると、Smooth Flowは将来の開発プロジェクトに良い影響を与えたでしょうか？
もちろんです。例えば脈動ダンパーや駆動装置の設計において、シミュレーションツールをターゲットを絞って活用することで製品開発が大幅に加速されることを実感しました。具体的には同僚のラファエル・フライが開発した油圧システムモデリング用の独自ツールに加え、非線形有限要素解析、計算流体力学（CFD）、軸受計算用の追加ツールを活用しました。プロトタイプは現在も数多くの実験で検証中ですがシミュレーションにより限界を探り、試作を始める前から機能性を判断できるようになったのです。
さらに初期段階での顧客による試作機評価は非常に有益でした。既存アプリケーションにおけるプロトタイプの動作を確認することで、エンジニア同士の直接対話が可能となり、アプリケーションに関する深い知見を得ることができました。これにより対応する顧客要件を製品開発に直接反映させることが実現しました。このような協業には双方の深い信頼関係が不可欠であり、私たちはこれを当然のこととは考えていません。これは長年にわたる顧客との関係に基づくものであり今回の取り組みによってさらに強化されました。
イノベーションの観点から：ジェントルフローが重要な理由
これは当社初のインテリジェント機能を備えたポンプへの道を開きます。液体移送システムにおける脈動を最小限に抑えることでダイアフラムポンプ技術における画期的な成果を達成しました。さらに限界を押し広げお客様自身が希望する流量を指定・設定できるようにしたいと考えています。現在開発中の技術は当社のFPポンプとセンサーを組み合わせることで、圧力や温度といった変化する環境条件下でも流量を自動調節可能にします。このセンサーとの連携は当社のジェントルフローポンプが実現した大幅な脈動低減によって初めて可能となりました。標準的なダイアフラムポンプでは脈動が大きすぎて流量測定が困難だったのです。
ジェントルフローの開発はKNFのイノベーションへのアプローチを反映しているのでしょうか？
KNFにおいてイノベーションとは単なる優れた技術的解決策以上のものです。製品がお客様に具体的な付加価値を提供する場合にのみ私たちはそれを真のイノベーションと見なします。私は、当社のジェントルフローポンプでこれを達成したと確信しています。なぜなら流量脈動の大幅な低減がダイアフラムポンプの性能限界を再定義したからです。
