適切なダイアフラムポンプの材質の選び方
適切なダイアフラムポンプの材質を選定することは信頼性が高く、長寿命で、コンタミネーションのないポンプ運転を実現するための鍵となります。本記事では材質選定の際に注目すべきポイントについて解説し最も重要かつ一般的に使用されている材質を紹介します。
お客様のアプリケーションに最適なダイアフラムポンプを設計することはまるでジグソーパズルを組み立てるようなものです。すべてのピースがぴったりと嵌まって初めて最適なソリューションが完成するのです。その中でも材料の選定は極めて重要な要素でありポンプの寿命、安全性、そして性能を左右します。ではダイアフラムポンプの材料を選定する際にはどのような点を考慮すべきなのでしょうか。またその理由は何でしょうか。
ほとんどのアプリケーションにおいて適切なダイアフラムポンプ材料の選定は極めて重要です
ダイアフラムポンプはポンプヘッド、ハウジング、モータの3つの主要部品で構成されています。最適な構成を実現するためKNFは材料、モータ、機械的仕様、接続方法など多様なオプションを提供するモジュールシステムを採用しています。ダイアフラムポンプは幅広い産業分野で使用されており各産業にはポンプに求められる性能、信頼性、安全性、耐用年数に影響を与える固有の要件があるためこうしたカスタマイズは不可欠です。
いずれの場合もポンプの損傷を防ぎ、リークのない運転を確保し、コンタミネーションを回避するためには適切なダイアフラムポンプの材質を選択することが極めて重要です。しかし適切な材質の選定は複雑でありさまざまな要因を考慮する必要があります。
適切なダイアフラムポンプの材質を選定するための5つの最重要基準
ダイアフラム、バルブ、接続部、中間プレートなどポンプヘッドのすべての構成部品は移送される流体と接触します。したがってこれらの部品に使用される材質は具体的なアプリケーションに適合したものでなければなりません。その際、5つの重要な要素を考慮する必要があります。
ダイアフラムポンプに一般的に使用される材料
ポンプの信頼性と安全性を確保するためにはアプリケーションと移送流体の特定の要件に合わせて材料を選定する必要があります。液体用ダイアフラムポンプでは高い耐薬品性が求められることが多い一方、ガス用ダイアフラムポンプでは清浄度や気密性に対する要求が厳しい場合があります。KNFのモジュラーシステムではヘッドプレート、ダイアフラム、Oリング、接続プレートおよび中間プレート、バルブ、シールなどポンプヘッド部品のさまざまな材質を選択することができます。これらの材質はエラストマー、熱可塑性樹脂、金属の3つの主要なカテゴリーに分類されます。
エラストマーは寸法安定性がありながら弾性変形が可能なプラスチックです。その柔軟性と元の形状に戻る特性によりダイアフラム、シール、バルブなどに最適です。ダイアフラムポンプに一般的に使用されるエラストマーには次のようなものがあります：
- EPDM（エチレン・プロピレン・ジエン・モノマー）：水、蒸気、および弱酸・弱アルカリに対して優れた耐性を示す汎用性の高い合成ゴムです。ただし油や炭化水素には適していません。EPDMは柔軟性がありコストパフォーマンスに優れ、耐久性が高く、耐摩耗性にも優れています。産業用洗浄・消毒システム、農業や製薬プロセスなど長寿命が求められる用途に最適なソリューションです。EPDM製ダイアフラムにPTFEの薄層をコーティングすることでダイアフラムに求められる柔軟性を維持しつつ耐薬品性および耐熱性を付与することができます。
- FFKM / FFPM（パーフルオロエラストマー）：パーフルオロエラストマーは完全にフッ素化されたポリマー構造を特徴としPTFEの耐薬品性とゴムの弾性特性を兼ね備えています。さまざまなグレードが用意されているFFKMは腐食性の高い流体に対して最も優れた耐性を示すエラストマーであり高い熱安定性を備えているため半導体製造や製薬プロセスなどの過酷なアプリケーションに最適です。
- FKM（フッ素エラストマー）：FFKMよりもフッ素含有量は少ないものの高い耐薬品性と200℃までの耐熱性を備えています。FFKMに比べてコストパフォーマンスに優れているためバルブに適しており、製薬・医療機器、実験・分析機器、あるいは工業製造など、過酷ではない環境での使用に適しています。
熱可塑性樹脂は加熱すると軟化し、冷却すると固化するという成形可能なプラスチックであり、このプロセスを繰り返し行うことができるためリサイクルが可能です。高い強度対重量比、耐久性、耐薬品性およびコストパフォーマンスに優れています。しかし一般的に極端な温度環境には適していません。ポンプヘッドやバルブなどに使用され高性能熱可塑性樹脂（PEEK、PPS）、エンジニアリング熱可塑性樹脂（PPA、PET）、標準熱可塑性樹脂（PP、PVC）に分類されます。ダイアフラムポンプに使用される一般的な例としては以下が挙げられます：
- PPS（ポリフェニレンスルフィド）：PPSは高い耐熱性を持ち多くの酸やアルカリに対して優れた耐薬品性を示し耐食性に優れ良好な寸法安定性を備えた高性能熱可塑性樹脂です。
- PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）：PTFEは優れた耐薬品性および耐熱性を備えていますがやや硬い素材です。医療・製薬分野、食品・飲料業界、化学・石油化学プロセスおよび半導体産業に適しています。純PTFE製の部品は240℃までの高温ガスの移送やオゾン、フッ化物、塩化物などEPDMを侵食する化学的に腐食性の高いガスの移送に使用されます。
- PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）：主な特性として高い機械的強度、耐摩耗性および耐久性が挙げられます。また耐熱性および耐薬品性に優れており高圧・高温環境や過酷な用途に最適です。PEEKは高価ですが非常に優れた性能を発揮します。
- PVDF（ポリフッ化ビニリデン）：優れた耐薬品性、高純度、機械的強度および耐摩耗性を備えた高性能熱可塑性樹脂です。PVDFは大量生産においてコスト効率に優れたソリューションです。
注：PTFEは熱可塑性樹脂に分類されることが多いが技術的にはエラストマーに分類される。
金属は主にポンプケーシング、ヘッド、中間プレートおよび構造部品に使用されます。一部のダイアフラムポンプ、特に大型のプロセス用ポンプではバルブにも金属が使用されます。金属はその特性上、製薬や化学分野などの規制が厳しい環境や過酷な環境に適しています。ダイアフラムポンプに一般的に使用される金属には次のようなものがあります：
- アルミニウム：軽量で熱伝導性に優れ非腐食性流体に適した金属です。コストパフォーマンスに優れていますが耐湿性を高めるために陽極酸化処理を行わない限り湿気を含むガスには適していません。アルミニウムは成形や機械加工が容易でありコンプレッサーによく使用されます。
- ステンレス鋼：クロムを含む鉄系合金で高い耐食性と耐薬品性を備えています。衛生的で洗浄が容易であり機械加工性に優れ、高圧・高温環境にも耐えることができます。
移送される媒体の特性や具体的な用途要件に合わせて、材料の特性や組成を適切に選択する必要があります。あらゆる関連要因を考慮して初めて、必要な性能、信頼性、安全性を確保した最適なポンプソリューションを開発することができます。
ダイアフラムポンプの材質選定の進め方
ダイアフラムポンプに適した材質を選定することは複雑な作業となる場合があります。技術的および経済的に最適なソリューションを実現するには体系的なアプローチが不可欠です。選定プロセスでは以下の要因を考慮する必要があります：
• 流量、圧力、真空度などの必要なアプリケーションパラメータ
• 化学的適合性
• 温度範囲などの機械的および熱的要件
• 動作環境の条件
• 規制への適合要件
• 材料費および入手可能性
KNFのエキスパートはポンプ設計における豊富な経験を活かし選定プロセス全般を通じてお客様をサポートいたします。これにはダイアフラム式液体ポンプの適合性を確保するための耐薬品性キットの提供も含まれる場合があります。KNFのモジュール式システムによりガスおよび液体処理用の100種類以上の標準ポンプタイプはそれぞれ特定の要件に合わせてカスタマイズすることが可能です。このプロセスにおいて材料の選定は重要な要素の一つとなります。KNFは幅広い材料を取り揃えており、その多くは上記に挙げられています。金メッキやPCTFEのようなハイテクポリマーなどさらに専門的なオプションもご用意しています。ご要望に応じて特殊な洗浄やコーティングも対応可能です。
