JP2003206901A - Pressure amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、供給流体圧と入
力流体圧とを受けこの入力流体圧の変化に応じて出力流
体圧を変化させて、流体の圧力を増幅する圧力増幅装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure amplifying device which receives a supply fluid pressure and an input fluid pressure, changes the output fluid pressure in accordance with changes in the input fluid pressure, and amplifies the fluid pressure.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図４は、従来の圧力増幅装置の断面図で
ある。図５は、従来の圧力増幅装置における入力流体圧
の変化と出力流体圧の変化とを示すグラフである。図６
は、従来の圧力増幅装置のヒステリシスを示すグラフで
ある。従来の圧力増幅装置１０１は、図４に示すよう
に、弁本体（ベース）１０２と、この弁本体１０２内を
移動する移動体（ディスク）１０３と、供給流体圧ＰS
を受ける供給圧室１０４及びバイアス室１０５と、入力
流体圧ＰN を受ける入力圧室１０６と、入力流体圧ＰN
が増加すると一定倍率で出力流体圧ＰO が減少する出力
圧室１０７と、出力圧室１０７から空気が排出する排気
圧室１０８と、供給圧室１０４と出力圧室１０７とを接
続する流路１０９，１１０と、この流路１０９を開閉す
る弁プラグ（ポペット）１１１と、この弁プラグ１１１
を付勢するばね１１２と、弁本体１０２と移動体１０３
とを連結するダイヤフラム１１３，１１４と、弁本体１
０２と移動体１０３との間に挟み込まれるＯリング１１
５，１１６とを備えている。2. Description of the Related Art FIG. 4 is a sectional view of a conventional pressure amplifying device. FIG. 5 is a graph showing changes in input fluid pressure and changes in output fluid pressure in a conventional pressure amplification device. Figure 6
[Fig. 4] is a graph showing hysteresis of a conventional pressure amplification device. As shown in FIG. 4, the conventional pressure amplifying apparatus 101 includes a valve body (base) 102, a moving body (disk) 103 that moves in the valve body 102, and a supply fluid pressure P S.
A supply pressure chamber 104 and the bias chamber 105 receiving the, an input pressure chamber 106 for receiving an input fluid pressure P N, the input fluid pressure P N
Passage but which connects to increase the output pressure chamber 107 to the output fluid pressure P O is decreased at a constant ratio, the exhaust pressure chamber 108 through which air discharged from the output chamber 107, the supply pressure chamber 104 and the output pressure chamber 107 109 and 110, a valve plug (poppet) 111 that opens and closes this flow path 109, and this valve plug 111
Spring 112 for urging the valve body, valve body 102 and moving body 103
The diaphragms 113 and 114 for connecting the valve body 1 and the valve body 1
02 sandwiched between 02 and the moving body 103
5, 116 and.
【０００３】弁本体１０２は、供給圧室１０４及びバイ
アス室１０５に空気を供給する供給口１０２ａ，１０２
ｂと、入力圧室１０６に空気が流入する入力口１０２ｃ
と、図示しないアクチュエータに空気が流出する出力口
１０２ｄと、大気中に空気が排出する排気口１０２ｅと
を有する。移動体１０３は、空気を排出する流路１０３
ａを有する。バイアス室１０５は、ダイヤフラム１１３
とダイヤフラム１１４とによって区画されており、入力
圧室１０６はダイヤフラム１１３とＯリング１１５とに
よって区画されており、排気圧室１０８はダイヤフラム
１１４とＯリング１１６とによって区画されている。弁
プラグ１１１は、流路１０３ａを開閉し、ばね１１２は
流路１０３ａを閉じるように弁プラグ１１１を付勢す
る。The valve body 102 has supply ports 102a, 102 for supplying air to the supply pressure chamber 104 and the bias chamber 105.
b and an input port 102c through which air flows into the input pressure chamber 106
And an output port 102d through which air flows out to an actuator (not shown), and an exhaust port 102e through which air is discharged into the atmosphere. The moving body 103 has a flow path 103 for discharging air.
a. The bias chamber 105 has a diaphragm 113.
And the diaphragm 114, the input pressure chamber 106 is partitioned by the diaphragm 113 and the O-ring 115, and the exhaust pressure chamber 108 is partitioned by the diaphragm 114 and the O-ring 116. The valve plug 111 opens and closes the flow path 103a, and the spring 112 urges the valve plug 111 to close the flow path 103a.
【０００４】次に、従来の圧力増幅装置の動作を説明す
る。図４に示すように、供給口１０２ａ，１０２ｂから
供給圧室１０４及びバイアス室１０５に空気が流入して
供給流体圧ＰS が加わると、流路１１０を通過した空気
が出力圧室１０７に流入する。そして、弁プラグ１１１
と移動体１０３との間の隙間を通過して流路１０３ａか
ら排気圧室１０８に流入し排気口１０２ｅから排出され
る。また、出力圧室１０７が出力流体圧ＰO を受けて出
力口１０２ｄを通じて図示しないアクチュエータに空気
圧力が加わる。入力口１０２ｃから入力圧室１０６に空
気が流入して入力流体圧ＰN が増加すると、ダイヤフラ
ム１１３とＯリング１１５との受圧面積の差分に相当す
る加圧力が入力圧室１０６側からダイヤフラム１１３側
に作用する。Next, the operation of the conventional pressure amplifier will be described. As shown in FIG. 4, when air flows into the supply pressure chamber 104 and the bias chamber 105 from the supply ports 102a and 102b and the supply fluid pressure P S is applied, the air that has passed through the flow path 110 flows into the output pressure chamber 107. To do. And the valve plug 111
Through the gap between the moving body 103 and the moving body 103, flows into the exhaust pressure chamber 108 from the flow path 103a, and is discharged from the exhaust port 102e. Further, the output pressure chamber 107 receives the output fluid pressure P O , and air pressure is applied to an actuator (not shown) through the output port 102d. When air flows into the input pressure chamber 106 from the input port 102c and the input fluid pressure P N increases, a pressure corresponding to the difference in the pressure receiving area between the diaphragm 113 and the O-ring 115 is applied from the input pressure chamber 106 side to the diaphragm 113 side. Act on.
【０００５】その結果、入力圧室１０６の入力流体圧Ｐ
N が増加すると移動体１０３がＡ方向に移動して、弁プ
ラグ１１１と流路１０３ａとの間の間隔が大きくなる。
その結果、出力圧室１０７から流路１０３ａを通過して
排気圧室１０８に空気が流入して、排気口１０２ｅから
大気中に空気が排出されるとともに、出力圧室１０７内
の出力流体圧ＰO が低下する。As a result, the input fluid pressure P of the input pressure chamber 106
When N increases, the moving body 103 moves in the A direction, and the distance between the valve plug 111 and the flow path 103a increases.
As a result, the air flows from the output pressure chamber 107 through the flow path 103a into the exhaust pressure chamber 108, the air is discharged from the exhaust port 102e into the atmosphere, and the output fluid pressure P in the output pressure chamber 107 is increased. O decreases.
【０００６】一方、入力圧室１０６の入力流体圧ＰN が
低下すると、移動体１０３に作用する加圧力が低下し
て、バイアス室１０５側からの加圧力によって移動体１
０３がＢ方向に移動する。その結果、弁プラグ１１１と
流路１０３ａとの間の間隔が狭くなり、出力圧室１０７
の出力流体圧ＰO が増加する。このように、従来の圧力
増幅装置１０１では、図５に示すように、入力圧室１０
６の入力流体圧ＰN を増加させることによって出力圧室
１０７の出力流体圧ＰO を一定倍率で低下させて、図示
しないアクチュエータに加わる空気圧力を増幅させてい
る。On the other hand, when the input fluid pressure P N of the input pressure chamber 106 decreases, the pressing force acting on the moving body 103 decreases, and the moving body 1 is moved by the pressing force from the bias chamber 105 side.
03 moves in the B direction. As a result, the gap between the valve plug 111 and the flow path 103a becomes narrower, and the output pressure chamber 107
Output fluid pressure P O of the increase. As described above, in the conventional pressure amplifying device 101, as shown in FIG.
By increasing the input fluid pressure P N of No. 6, the output fluid pressure P O of the output pressure chamber 107 is reduced by a fixed ratio, and the air pressure applied to the actuator (not shown) is amplified.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来の圧力増幅装置１
０１では、ダイヤフラム１１３とＯリング１１５との受
圧面積の差分が大きいため、入力流体圧ＰN に対する出
力流体圧ＰO のゲインを大きくすることができるととも
に、Ｏリング１１５を使用することで装置の外径寸法を
小さく設計することができる。しかし、従来の圧力増幅
装置１０１では、移動体１０３が移動するとこの移動体
１０３とＯリング１１５，１１６との間に摩擦力が発生
するため、図６に示すように出力流体圧ＰN を減少させ
増加させると大きな不感帯が発生していた。また、従来
の圧力増幅装置１０１では、長時間使用するとＯリング
１１５，１１６が磨耗して部品の交換や点検などの作業
が必要となり問題があった。DISCLOSURE OF THE INVENTION Conventional pressure amplifying apparatus 1
In 01, since the difference in the pressure receiving area between the diaphragm 113 and the O-ring 115 is large, the gain of the output fluid pressure P O with respect to the input fluid pressure P N can be increased, and by using the O-ring 115, the device The outer diameter can be designed small. However, in the conventional pressure amplifying apparatus 101, when the moving body 103 moves, a frictional force is generated between the moving body 103 and the O-rings 115 and 116, so that the output fluid pressure P N decreases as shown in FIG. When it was increased, a large dead zone was generated. Further, in the conventional pressure amplifying device 101, the O-rings 115 and 116 are worn when used for a long time, and there is a problem that operations such as replacement and inspection of parts are required.
【０００８】この発明の課題は、低ヒステリシスで高ゲ
インを得ることができるとともに、低コスト化を図るこ
とができる圧力増幅装置を提供することである。An object of the present invention is to provide a pressure amplifying device which can obtain a high gain with a low hysteresis and can reduce the cost.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】この発明は、以下のよう
な解決手段により、前記課題を解決する。なお、この発
明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この
実施形態に限定するものではない。請求項１の発明は、
供給流体圧（ＰS ）と入力流体圧（ＰN ）とを受けこの
入力流体圧の変化に応じて出力流体圧（ＰO ）を変化さ
せて、流体の圧力を増幅する圧力増幅装置であって、前
記供給流体圧を受ける供給圧室（８）と、前記供給流体
圧を受けるバイアス室（９）と、前記入力流体圧を受け
る入力圧室（１０）と、ダイアフラム（５，６，７）の
弾性変形によって移動する移動体（３）と、前記入力流
体圧が変化すると前記出力流体圧が変化する出力圧室
（１１）と、前記供給圧室と前記出力圧室とを接続する
通路（２ｇ）を開閉する弁プラグ（１４）とを備え、前
記弁プラグは、前記入力流体圧が増加して前記移動体が
移動したときに、前記出力流体圧が増加するように前記
通路を開き、前記バイアス室は、前記入力圧室及び前記
弁プラグの外側に位置することを特徴とする圧力増幅装
置（１）である。The present invention solves the above problems by the following solving means. It should be noted that, although description will be given with reference numerals corresponding to the embodiment of the present invention, the present invention is not limited to this embodiment. The invention of claim 1 is
It is a pressure amplifying device that receives a supply fluid pressure (P S ) and an input fluid pressure (P N ) and changes the output fluid pressure (P O ) according to the change of the input fluid pressure to amplify the fluid pressure. A supply pressure chamber (8) that receives the supply fluid pressure, a bias chamber (9) that receives the supply fluid pressure, an input pressure chamber (10) that receives the input fluid pressure, and a diaphragm (5, 6, 7). ) A moving body (3) that moves by elastic deformation, an output pressure chamber (11) that changes the output fluid pressure when the input fluid pressure changes, and a passage that connects the supply pressure chamber and the output pressure chamber. A valve plug (14) for opening and closing (2g), wherein the valve plug opens the passage so that the output fluid pressure increases when the input fluid pressure increases and the moving body moves. , The bias chamber is located outside the input pressure chamber and the valve plug. A pressure amplifying device (1), characterized by.
【００１０】請求項２の発明は、請求項１に記載の圧力
増幅装置において、前記出力流体圧を受けるフィードバ
ック室（１３）を備え、前記バイアス室及び前記フィー
ドバック室は、前記入力圧室及び前記弁プラグの外側に
位置することを特徴とする圧力増幅装置である。The invention according to claim 2 is the pressure amplifying device according to claim 1, further comprising a feedback chamber (13) for receiving the output fluid pressure, wherein the bias chamber and the feedback chamber are the input pressure chamber and the input pressure chamber. The pressure amplifying device is located outside the valve plug.
【００１１】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
に記載の圧力増幅装置において、前記入力圧室と前記出
力圧室とが離間して配置されていることを特徴とする圧
力増幅装置である。The invention of claim 3 is the invention of claim 1 or claim 2.
In the pressure amplifying device according to the above item 3, the input pressure chamber and the output pressure chamber are arranged apart from each other.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について詳しく説明する。図１は、この発明
の実施形態に係る圧力増幅装置の断面図である。圧力増
幅装置１は、供給流体圧ＰS と入力流体圧ＰN とを受け
この入力流体圧ＰN の変化に応じて出力流体圧ＰO を変
化させて、流体の圧力を増幅する装置である。圧力増幅
装置１は、空気式バルブの空気圧を制御するバルブポジ
ショナなどの構成要素であり、開度を調整可能なコント
ロールバルブ（調節弁）などを外乱に抗して正確に駆動
するために、入力流体圧ＰN の変化量に対して出力流体
圧ＰO の変化量を一定倍率に制御するパイロットリレー
などである。圧力増幅装置１は、図１に示すように、弁
本体２と、移動体３と、ダイアフラム４〜７と、供給圧
室８と、バイアス室９と、入力圧室１０と、出力圧室１
１と、排気圧室１２と、フィードバック室１３と、弁プ
ラグ１４と、ばね１５などを備えている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a pressure amplification device according to an embodiment of the present invention. Pressure amplifying device 1 varies the output fluid pressure P O in response to changes in the input fluid pressure P N receive the supply fluid pressure P S and the input fluid pressure P N, is a device that amplifies the pressure of the fluid . The pressure amplification device 1 is a component such as a valve positioner that controls the air pressure of a pneumatic valve, and is used to accurately drive a control valve (control valve) whose opening can be adjusted against external disturbances. It is a pilot relay or the like that controls the change amount of the output fluid pressure P O with respect to the change amount of the fluid pressure P N at a constant rate. As shown in FIG. 1, the pressure amplification device 1 includes a valve body 2, a moving body 3, diaphragms 4 to 7, a supply pressure chamber 8, a bias chamber 9, an input pressure chamber 10, and an output pressure chamber 1.
1, an exhaust pressure chamber 12, a feedback chamber 13, a valve plug 14, a spring 15 and the like.
【００１３】弁本体２は、装置本体を構成する収容部
（ケーシング）である。弁本体２には、空気などの流体
を供給圧室８に供給する供給口２ａと、空気などの流体
を入力圧室１０に流入させる入力口２ｂと、出力圧室１
１から流体を流出させる出力口２ｃと、排気圧室１２か
ら流体を排出させる排気口２ｄと、供給圧室８とバイア
ス室９とを接続する流路２ｅと、出力圧室１１とフィー
ドバック室１３とを接続する流路２ｆと、供給圧室８と
出力圧室１１とを接続する流路２ｇと、供給圧室８と出
力圧室１１とを接続する流入孔（ブリード孔）２ｈとが
形成されている。弁本体２には、移動体３、ダイヤフラ
ム４〜７、弁プラグ１４及びばね１５などが収容されて
いる。The valve body 2 is a housing portion (casing) which constitutes the apparatus body. The valve body 2 has a supply port 2a for supplying a fluid such as air to the supply pressure chamber 8, an input port 2b for allowing a fluid such as air to flow into the input pressure chamber 10, and an output pressure chamber 1
1, an output port 2c for letting out the fluid from the exhaust port 1, an exhaust port 2d for discharging the fluid from the exhaust pressure chamber 12, a flow passage 2e connecting the supply pressure chamber 8 and the bias chamber 9, an output pressure chamber 11 and a feedback chamber 13 A flow path 2f that connects the supply pressure chamber 8 and the output pressure chamber 11, and an inflow hole (bleed hole) 2h that connects the supply pressure chamber 8 and the output pressure chamber 11 are formed. Has been done. The valve body 2 accommodates the moving body 3, the diaphragms 4 to 7, the valve plug 14, the spring 15, and the like.
【００１４】移動体３は、ダイヤフラム４〜７の弾性変
形によって移動する部材である。移動体３には、出力圧
室１１と排気圧室１２とを接続する流路３ａ，３ｂが形
成されている。移動体３は、ダイアフラム４〜７によっ
て弁本体２内に移動自在に支持されており、ダイヤフラ
ム４〜７が弾性変形するとＡ方向及びＢ方向に移動す
る。The moving body 3 is a member that moves by elastic deformation of the diaphragms 4 to 7. The moving body 3 is formed with flow paths 3 a and 3 b that connect the output pressure chamber 11 and the exhaust pressure chamber 12. The moving body 3 is movably supported in the valve body 2 by the diaphragms 4 to 7, and moves in the A direction and the B direction when the diaphragms 4 to 7 elastically deform.
【００１５】ダイアフラム４〜７は、弁本体２と移動体
３とを連結しこの移動体３を移動自在に支持する膜板で
ある。ダイアフラム４は、一方の表面側に出力流体圧Ｐ
O を受け他方の表面側に供給流体圧ＰS を受けて弾性変
形する。ダイアフラム５は、一方の表面側に供給流体圧
ＰS を受け他方の表面側に入力流体圧ＰN を受けて弾性
変形し、ダイアフラム４よりも受圧面積が小さく形成さ
れている。ダイアフラム６は、一方の表面側に入力流体
圧ＰN を受け他方の表面側に排気流体圧ＰE を受けて弾
性変形する入力ダイアフラムであり、ダイアフラム５よ
りも受圧面積が大きく形成されている。ダイアフラム７
は、一方の表面側に排気流体圧ＰE 又は大気圧を受け他
方の表面側に出力流体圧ＰO を受けて弾性変形するフィ
ードバックダイアフラムである。ダイアフラム７は、ダ
イアフラム４よりも受圧面積が大きいために、ダイアフ
ラム７とダイアフラム４との受圧面積の差分に相当する
力が移動体３に作用したときに、移動体３をＢ方向に移
動させるように機能する。The diaphragms 4 to 7 are membrane plates that connect the valve body 2 and the moving body 3 and movably support the moving body 3. The diaphragm 4 has an output fluid pressure P on one surface side.
It receives O and receives the supply fluid pressure P S on the other surface side to be elastically deformed. The diaphragm 5 is formed so as to have a smaller pressure receiving area than the diaphragm 4 by being elastically deformed by receiving the supply fluid pressure P S on one surface side and the input fluid pressure P N on the other surface side. The diaphragm 6 is an input diaphragm that is elastically deformed by receiving the input fluid pressure P N on one surface side and receiving the exhaust fluid pressure P E on the other surface side, and has a larger pressure receiving area than the diaphragm 5. Diaphragm 7
Is a feedback diaphragm that is elastically deformed by receiving exhaust fluid pressure P E or atmospheric pressure on one surface side and output fluid pressure P O on the other surface side. Since the diaphragm 7 has a larger pressure receiving area than the diaphragm 4, when the force corresponding to the difference between the pressure receiving areas of the diaphragm 7 and the diaphragm 4 acts on the moving body 3, the moving body 3 is moved in the B direction. To function.
【００１６】供給圧室８は、供給流体圧ＰS を受ける空
間である。供給圧室８は、供給口２ａに接続されてお
り、この供給口２ａから空気が供給されると供給流体圧
ＰS を内部に受ける。供給圧室８は、弁本体２の端部側
に形成されており、内部にばね１５を収容する。The supply pressure chamber 8 is a space for receiving the supply fluid pressure P S. The supply pressure chamber 8 is connected to the supply port 2a and receives the supply fluid pressure P S inside when air is supplied from the supply port 2a. The supply pressure chamber 8 is formed on the end side of the valve body 2 and accommodates the spring 15 therein.
【００１７】バイアス室９は、供給流体圧ＰS を受ける
部屋である。バイアス室９は、一対のダイアフラム４，
５によって仕切られており、供給圧室８と流路２ｅを通
じて接続されているために供給圧室８と同じ大きさの供
給流体圧ＰS を内部に受ける。バイアス室９は、入力圧
室１０とフィードバック室１３との間に位置しこれらに
隣接して配置されている。バイアス室９は、ダイアフラ
ム４がダイアフラム５よりも受圧面積が大きいために、
ダイアフラム４とダイアフラム５との受圧面積の差分に
相当する付勢力を移動体３に常時作用させ、移動体３を
Ｂ方向に付勢する空気ばねとして機能する。バイアス室
９は、図１に示すように、入力ダイアフラム６及び弁プ
ラグ１４の外側に位置する。The bias chamber 9 is a chamber that receives the supply fluid pressure P S. The bias chamber 9 includes a pair of diaphragms 4,
Since it is partitioned by 5, and is connected to the supply pressure chamber 8 through the flow path 2e, it receives the supply fluid pressure P S of the same magnitude as the supply pressure chamber 8 inside. The bias chamber 9 is located between the input pressure chamber 10 and the feedback chamber 13 and arranged adjacent to them. In the bias chamber 9, since the diaphragm 4 has a larger pressure receiving area than the diaphragm 5,
An urging force corresponding to the difference in pressure receiving area between the diaphragm 4 and the diaphragm 5 is constantly applied to the moving body 3 to function as an air spring for urging the moving body 3 in the B direction. The bias chamber 9 is located outside the input diaphragm 6 and the valve plug 14 as shown in FIG.
【００１８】入力圧室１０は、入力流体圧ＰN を受ける
部屋である。入力圧室１０は、一対のダイアフラム５，
６によって仕切られており、入力口２ｂから空気が流入
すると入力流体圧ＰN を内部に受ける。入力圧室１０
は、バイアス室９と排気圧室１２との間に位置しこれら
に隣接して配置されるとともに、バイアス室９と弁プラ
グ１４との間に位置する。入力圧室１０は、ダイアフラ
ム（入力ダイアフラム）６がダイアフラム５よりも受圧
面積が大きいために、ダイアフラム５とダイアフラム６
との受圧面積の差分に相当する力が移動体３に作用した
ときに、この移動体３をＡ方向に移動させるように機能
する。The input pressure chamber 10 is a chamber for receiving the input fluid pressure P N. The input pressure chamber 10 includes a pair of diaphragms 5, 5.
It is partitioned by 6, and receives the input fluid pressure P N inside when air flows in from the input port 2b. Input pressure chamber 10
Is located between the bias chamber 9 and the exhaust pressure chamber 12 and adjacent to them, and is located between the bias chamber 9 and the valve plug 14. In the input pressure chamber 10, the diaphragm (input diaphragm) 6 has a larger pressure receiving area than the diaphragm 5, and therefore the diaphragm 5 and the diaphragm 6
When a force corresponding to the difference in the pressure receiving area between the moving body 3 and the moving body 3 acts on the moving body 3, it functions to move the moving body 3 in the A direction.
【００１９】出力圧室１１は、入力流体圧ＰN が変化す
ると出力流体圧ＰO が変化する空間である。出力圧室１
１は、ダイアフラム７、移動体３及び弁本体２によって
仕切られる空間である。出力圧室１１は、弁プラグ１４
が流路２ｇを開くと弁プラグ１４と流路２ｇとの間の隙
間を通じて供給圧室８から空気が流入し出力流体圧Ｐ O
を内部に受ける。出力圧室１１は、図示しないアクチュ
エータに出力口２ｃから空気を排出する。出力圧室１１
は、供給圧室８と排気圧室１２との間に位置しこれらに
隣接して配置されている。また、図１に示すように、入
力圧室１０と出力圧室１１との間には排気圧室１２が配
置されており、入力圧室１０と出力圧室１１とは離間し
て配置されている。The output pressure chamber 11 has an input fluid pressure P.N Changes
And output fluid pressure PO Is a changing space. Output pressure chamber 1
1 includes a diaphragm 7, a moving body 3 and a valve body 2.
It is a space that is partitioned. The output pressure chamber 11 has a valve plug 14
When the channel 2g is opened, the gap between the valve plug 14 and the channel 2g is
Air flows from the supply pressure chamber 8 through the space and the output fluid pressure P O
Receive inside. The output pressure chamber 11 is an actuator (not shown).
Air is discharged from the output port 2c to the heater. Output pressure chamber 11
Is located between the supply pressure chamber 8 and the exhaust pressure chamber 12, and
Adjacent to each other. Also, as shown in Figure 1,
An exhaust pressure chamber 12 is arranged between the force pressure chamber 10 and the output pressure chamber 11.
The input pressure chamber 10 and the output pressure chamber 11 are separated from each other.
Are arranged.
【００２０】排気圧室１２は、空気を排出させる空間で
ある。排気圧室１２は、一対のダイアフラム６，７によ
って仕切られており、流路３ａ，３ｂから流入した空気
を排気口２ｄから大気中に排出させる。排気圧室１２
は、入力圧室１０と出力圧室１１との間に位置し、これ
らに隣接して配置されている。The exhaust pressure chamber 12 is a space for discharging air. The exhaust pressure chamber 12 is partitioned by a pair of diaphragms 6 and 7, and discharges the air that has flowed in from the flow paths 3a and 3b into the atmosphere from the exhaust port 2d. Exhaust pressure chamber 12
Is located between the input pressure chamber 10 and the output pressure chamber 11, and is arranged adjacent to them.
【００２１】フィードバック室１３は、出力流体圧ＰO
を受けるダイアフラム４を有する部屋である。フィード
バック室１３は、弁本体２とダイアフラム４とによって
仕切られており、出力圧室１１と流路２ｆを通じて接続
されているために出力圧室１１と同じ大きさの出力流体
圧ＰO を内部に受ける。バイアス室９及びフィードバッ
ク室１３は、入力ダイアフラム６及び弁プラグ１４の外
側に位置する。The feedback chamber 13 has an output fluid pressure P O.
It is a room having a diaphragm 4 for receiving. Since the feedback chamber 13 is partitioned by the valve body 2 and the diaphragm 4 and is connected to the output pressure chamber 11 through the flow path 2f, the output fluid pressure P O having the same magnitude as that of the output pressure chamber 11 is internally provided. receive. The bias chamber 9 and the feedback chamber 13 are located outside the input diaphragm 6 and the valve plug 14.
【００２２】弁プラグ１４は、供給圧室８と出力圧室１
１とを接続する流路２ｇを開くポペットである。弁プラ
グ１４には、流路３ａを開閉する先端突起部１４ａと、
流路２ｇを開閉する後端突起部１４ｂとが形成されてい
る。弁プラグ１４は、流路２ｇを貫通した状態で供給圧
室８と出力圧室１１との間に配置され収容されている。
弁プラグ１４は、入力流体圧ＰN が増加して移動体３が
Ａ方向に移動したときに、出力流体圧ＰO が増加するよ
うに流路２ｇを開く。The valve plug 14 includes a supply pressure chamber 8 and an output pressure chamber 1.
It is a poppet that opens a flow path 2g that connects 1 and 1. The valve plug 14 has a tip projection 14a for opening and closing the flow path 3a,
A rear end protrusion 14b that opens and closes the flow path 2g is formed. The valve plug 14 is arranged and housed between the supply pressure chamber 8 and the output pressure chamber 11 while penetrating the flow path 2g.
The valve plug 14 opens the flow path 2g so that the output fluid pressure P O increases when the input fluid pressure P N increases and the moving body 3 moves in the A direction.
【００２３】ばね１５は、弁プラグ１４を付勢する付勢
部材である。ばね１５は、弁プラグ１４の先端突起部１
４ａが流路３ａを閉鎖し後端突起部１４ｂが流路２ｇを
閉鎖するように、この弁プラグ１４をＢ方向に常時付勢
する。ばね１５は、入力流体圧ＰN が増加して弁プラグ
１４を加圧しながら移動体３がＡ方向に移動すると圧縮
される。The spring 15 is a biasing member that biases the valve plug 14. The spring 15 is provided at the tip projection 1 of the valve plug 14.
This valve plug 14 is constantly urged in the B direction so that 4a closes the flow path 3a and the rear end protrusion 14b closes the flow path 2g. The spring 15 is compressed when the moving body 3 moves in the A direction while increasing the input fluid pressure P N and pressurizing the valve plug 14.
【００２４】次に、この発明の実施形態に係る圧力増幅
装置の動作を説明する。
（平衡状態）図１に示すように、供給口２ａから供給圧
室８に空気が供給されると、供給圧室８とバイアス室９
とが流路２ｅによって接続されているため、供給圧室８
及びバイアス室９が供給流体圧ＰS を受ける。また、入
力口２ｂから入力圧室１０に空気が流入して、入力圧室
１０が入力流体圧ＰN を受ける。供給圧室８から流路２
ｈを通じて出力圧室１１に僅かに空気が流入すると、出
力圧室１１とフィードバック室１３とが流路２ｆによっ
て接続されているため、出力圧室１１及びフィードバッ
ク室１３が出力流体圧ＰO を受ける。このとき、弁プラ
グ１４をばね１５がＢ方向に付勢して後端突起部１４ｂ
が流路２ｇを閉鎖しているが、先端突起部１４ａと流路
３ａとの間には僅かに隙間が形成されている。その結
果、供給圧室８から流路２ｈを通じて出力圧室１１に流
入する空気が先端突起部１４ａと流路３ａとの間の隙間
から排気圧室１２に流入して、力学的に安定した平衡状
態になっている。Next, the operation of the pressure amplifying device according to the embodiment of the present invention will be described. (Equilibrium state) As shown in FIG. 1, when air is supplied to the supply pressure chamber 8 from the supply port 2a, the supply pressure chamber 8 and the bias chamber 9
And are connected by the flow path 2e, the supply pressure chamber 8
And the bias chamber 9 receives the supply fluid pressure P S. Further, air flows into the input pressure chamber 10 through the input port 2b, and the input pressure chamber 10 receives the input fluid pressure P N. Supply pressure chamber 8 to flow path 2
When air slightly flows into the output pressure chamber 11 through h, the output pressure chamber 11 and the feedback chamber 13 are connected by the flow path 2f, so that the output pressure chamber 11 and the feedback chamber 13 receive the output fluid pressure P O. . At this time, the spring 15 biases the valve plug 14 in the B direction, and the rear end projection 14b
Closes the flow path 2g, but a slight gap is formed between the tip protrusion 14a and the flow path 3a. As a result, the air flowing from the supply pressure chamber 8 into the output pressure chamber 11 through the flow passage 2h flows into the exhaust pressure chamber 12 through the gap between the tip protrusion 14a and the flow passage 3a, and provides a mechanically stable equilibrium. It is in a state.
【００２５】（出力増加）図２は、この発明の実施形態
に係る圧力増幅装置において出力流体圧が増加したとき
の状態を示す断面図である。入力口２ｂから入力圧室１
０に流入する空気圧力が増加すると、入力圧室１０が受
ける入力流体圧ＰN が増加する。ダイアフラム５の受圧
面積よりもダイアフラム６の受圧面積が大きいため、こ
られの受圧面積の差分に相当する力によってダイアフラ
ム５，６が撓み移動体３がＡ方向に移動する。一方、バ
イアス室９が供給流体圧ＰS を受けると、ダイアフラム
５の受圧面積よりもダイアフラム４の受圧面積が大きい
ため、これらの受圧面積の差分に相当する力がＢ方向に
抵抗力として移動体３に作用する。そして、ばね１５の
付勢力に抗してこのばね１５を圧縮しながら移動体３が
弁プラグ１４を加圧して、先端突起部１４ａが流路３ａ
を閉鎖して移動体３と弁プラグ１４とが一体となってＡ
方向に移動する。その結果、弁プラグ１４が流路２ｇを
徐々に開き、後端突起部１４ｂと流路２ｇとの間の隙間
を通じて供給圧室８から出力圧室１１に空気が流入し
て、出力圧室１１が受ける出力流体圧ＰO が増加する。(Increase in Output) FIG. 2 is a sectional view showing a state when the output fluid pressure is increased in the pressure amplifying apparatus according to the embodiment of the present invention. Input pressure chamber 1 from input port 2b
When the air pressure flowing into 0 increases, the input fluid pressure P N received by the input pressure chamber 10 increases. Since the pressure receiving area of the diaphragm 6 is larger than the pressure receiving area of the diaphragm 5, the diaphragms 5 and 6 bend due to the force corresponding to the difference in the pressure receiving areas, and the moving body 3 moves in the A direction. On the other hand, when the bias chamber 9 receives the supply fluid pressure P S , since the pressure receiving area of the diaphragm 4 is larger than the pressure receiving area of the diaphragm 5, the force corresponding to the difference between these pressure receiving areas acts as a resistance force in the B direction as a moving body. Act on 3. Then, the moving body 3 pressurizes the valve plug 14 while compressing the spring 15 against the biasing force of the spring 15, so that the tip projection 14a becomes the flow path 3a.
And the moving body 3 and the valve plug 14 are integrated into a unit A
Move in the direction. As a result, the valve plug 14 gradually opens the flow passage 2g, air flows from the supply pressure chamber 8 into the output pressure chamber 11 through the gap between the rear end protrusion 14b and the flow passage 2g, and the output pressure chamber 11 output fluid pressure P O is increased to receive.
【００２６】流路２ｇから出力圧室１１に流入する空気
圧力が増加するとフィードバック室１３が受ける出力流
体圧ＰO も増加して、この出力流体圧ＰO の増加分がフ
ィードバック室１３にフィードバックされる。ダイアフ
ラム４の受圧面積よりもダイアフラム７の受圧面積が大
きいため、こられの受圧面積の差分に相当する力がＢ方
向に抵抗力として移動体３に作用する。このように、入
力流体圧ＰN が増加すると一定倍率で出力流体圧ＰO が
増加する。When the air pressure flowing into the output pressure chamber 11 from the flow passage 2g increases, the output fluid pressure P O received by the feedback chamber 13 also increases, and the increase in the output fluid pressure P O is fed back to the feedback chamber 13. It Since the pressure receiving area of the diaphragm 7 is larger than the pressure receiving area of the diaphragm 4, the force corresponding to the difference between these pressure receiving areas acts on the moving body 3 as a resistance force in the B direction. Thus, when the input fluid pressure P N increases, the output fluid pressure P O increases at a constant rate.
【００２７】（出力減少）図３は、この発明の実施形態
に係る圧力増幅装置において出力流体圧が減少したとき
の状態を示す断面図である。入力口２ｂから入力圧室１
０に流入する空気圧力が減少して、入力圧室１０が受け
る入力流体圧ＰN が減少すると、ダイアフラム５，６の
受圧面積の差分に相当する力が低下して移動体３をＡ方
向に移動する力が低下する。一方、バイアス室９は供給
流体圧ＰS を受けており、ダイアフラム４，５の受圧面
積の差分に相当する力がＢ方向に作用するため移動体３
がＢ方向に移動する。このため、弁プラグ１４と移動体
３とが離間して先端突起部１４ａが流路３ａを開く。そ
の結果、出力圧室１１から流路３ａ，３ｂを通じて排気
圧室１２に空気が流入し、排気圧室１２内の空気が排気
口２ｄから大気中に排出されて、出力圧室１１及びフィ
ードバック室１３が受ける出力流体圧ＰO が減少する。(Output Reduction) FIG. 3 is a sectional view showing a state when the output fluid pressure is reduced in the pressure amplifying device according to the embodiment of the present invention. Input pressure chamber 1 from input port 2b
When the air pressure flowing into 0 decreases and the input fluid pressure P N received by the input pressure chamber 10 decreases, the force corresponding to the difference between the pressure receiving areas of the diaphragms 5 and 6 decreases and the moving body 3 moves in the A direction. The ability to move is reduced. On the other hand, the bias chamber 9 receives the supply fluid pressure P S , and the force corresponding to the difference between the pressure receiving areas of the diaphragms 4 and 5 acts in the B direction.
Moves in the B direction. Therefore, the valve plug 14 and the moving body 3 are separated from each other, and the tip projection 14a opens the flow path 3a. As a result, air flows from the output pressure chamber 11 into the exhaust pressure chamber 12 through the flow paths 3a and 3b, and the air in the exhaust pressure chamber 12 is discharged into the atmosphere from the exhaust port 2d, so that the output pressure chamber 11 and the feedback chamber The output fluid pressure P O received by 13 decreases.
【００２８】この発明は、以上説明した実施形態に限定
するものではなく、種々の変形又は変更が可能であり、
これらもこの発明の範囲内である。例えば、この実施形
態では、バルブポジショナを例に挙げて説明したが、空
気回路や圧力伝達が可能な機器などにもこの発明を適用
することができる。また、この実施形態では、一種類の
入力流体圧（信号）ＰN に対して一種類の出力流体圧
（信号）ＰO を発生する圧力増幅装置１を例に挙げて説
明したが、これに限定するものではない。例えば、一種
類の入力流体圧ＰN に対して二種類の出力流体圧ＰO を
発生するように二つの圧力増幅装置１を一体化して、こ
れらの出力流体圧ＰO の差圧によってバルブを駆動制御
する複動型ポジショナについてもこの発明を適用するこ
とができる。The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes are possible.
These are also within the scope of this invention. For example, in this embodiment, the valve positioner has been described as an example, but the present invention can be applied to an air circuit, a device capable of transmitting pressure, and the like. Further, in this embodiment, the pressure amplifying device 1 that generates one type of output fluid pressure (signal) P O for one type of input fluid pressure (signal) P N has been described as an example. It is not limited. For example, two pressure amplifying devices 1 are integrated so as to generate two types of output fluid pressure P O for one type of input fluid pressure P N , and the valve is operated by the differential pressure between these output fluid pressures P O. The present invention can also be applied to a double-acting positioner that is drive-controlled.
【００２９】[0029]
【発明の効果】この発明の実施形態に係る圧力増幅装置
には、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、供給流体圧ＰS を受ける一対の
ダイアフラム４，５をバイアス室９が有するとともに、
入力流体圧ＰN を受ける一対のダイアフラム５，６を入
力圧室１０が有し、これらのダイアフラム４〜７の弾性
変形によって移動体３が移動する。その結果、図４に示
す従来の圧力増幅装置１０１のようなＯリング１１８，
１１９と移動体１０３とが摩擦接触する部分がなくなっ
て、低ヒステリシス化を実現することができる。また、
この実施形態では、一対のダイアフラム４，７の受圧面
積が異なるとともに、一対のダイアフラム５，６の受圧
面積が異なり、一対のダイアフラム４，７の受圧面積の
差を小さくすることにより、ゲイン｛（一対のダイアフ
ラム５，６の受圧面積の差）／（一対のダイアフラム
４，７の受圧面積の差）｝を高くすることができる。The pressure amplifying device according to the embodiment of the present invention has the following effects. (1) In this embodiment, the bias chamber 9 has a pair of diaphragms 4 and 5 that receive the supply fluid pressure P S , and
The input pressure chamber 10 has a pair of diaphragms 5 and 6 that receive the input fluid pressure P N, and the movable body 3 moves due to elastic deformation of these diaphragms 4 to 7. As a result, the O-ring 118, such as the conventional pressure amplification device 101 shown in FIG.
Since there is no part where 119 and the moving body 103 are in frictional contact with each other, a lower hysteresis can be realized. Also,
In this embodiment, the pressure receiving areas of the pair of diaphragms 4 and 7 are different from each other, the pressure receiving areas of the pair of diaphragms 5 and 6 are different from each other, and the difference between the pressure receiving areas of the pair of diaphragms 4 and 7 is reduced, so that the gain {( The difference between the pressure receiving areas of the pair of diaphragms 5 and 6) / (the difference between the pressure receiving areas of the pair of diaphragms 4 and 7)} can be increased.
【００３０】(2) この実施形態では、入力圧室１０と出
力圧室１１とが離間して配置されている。例えば、入力
圧室と出力圧室とを隣接させてこれらの間をダイアフラ
ムによって仕切る構造の圧力増幅装置では、入力流体圧
が変化して出力流体圧が変化すると、ある時点で入力流
体圧と出力流体圧の大小が逆転するため、ダイアフラム
が入力圧室側に突出したり出力圧室側に突出したりす
る。その結果、ダイアフラムに繰返し応力が加わりダイ
アフラムの耐久性が低下するおそれがある。この実施形
態では、出力圧室１０と出力圧室１１とが離間している
ためダイアフラムに繰り返し応力が加わらない。その結
果、ダイアフラムの点検作業などが軽減されるととも
に、ダイアフラムを長時間使用することができる。(2) In this embodiment, the input pressure chamber 10 and the output pressure chamber 11 are arranged separately. For example, in a pressure amplifying device having a structure in which an input pressure chamber and an output pressure chamber are adjacent to each other and a space between them is partitioned by a diaphragm, when the input fluid pressure changes and the output fluid pressure changes, the input fluid pressure and the output fluid pressure change at a certain point. Since the magnitude of the fluid pressure is reversed, the diaphragm projects toward the input pressure chamber or the output pressure chamber. As a result, repeated stress is applied to the diaphragm, which may reduce the durability of the diaphragm. In this embodiment, since the output pressure chamber 10 and the output pressure chamber 11 are separated from each other, stress is not repeatedly applied to the diaphragm. As a result, the inspection work of the diaphragm is reduced and the diaphragm can be used for a long time.
【００３１】以上説明したように、この発明によると、
低ヒステリシスで高ゲインを得ることができるととも
に、低コスト化を図ることができる。As described above, according to the present invention,
High gain can be obtained with low hysteresis, and cost reduction can be achieved.
【図１】この発明の実施形態に係る圧力増幅装置の断面
図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a pressure amplification device according to an embodiment of the present invention.
【図２】この発明の実施形態に係る圧力増幅装置におい
て出力流体圧が増加したときの状態を示す断面図であ
る。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state when the output fluid pressure is increased in the pressure amplification device according to the embodiment of the present invention.
【図３】この発明の実施形態に係る圧力増幅装置におい
て出力流体圧が減少したときの状態を示す断面図であ
る。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state when the output fluid pressure decreases in the pressure amplification device according to the embodiment of the present invention.
【図４】従来の圧力増幅装置の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional pressure amplification device.
【図５】従来の圧力増幅装置における入力流体圧の変化
と出力流体圧の変化とを示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing changes in input fluid pressure and changes in output fluid pressure in a conventional pressure amplification device.
【図６】従来の圧力増幅装置のヒステリシスを示すグラ
フである。FIG. 6 is a graph showing hysteresis of a conventional pressure amplification device.
１ 圧力増幅装置 ２ 弁本体 ２ａ 供給口 ２ｂ 入力口 ２ｃ 出力口 ２ｄ 排気口 ２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ 流路 ３ 移動体 ３ａ，３ｂ 流路 ４，５，６，７ ダイアフラム ８ 供給圧室 ９ フィードバック室 １０ 入力圧室 １１ 出力圧室 １２ 排気圧室 １３ フィードバック室 １４ 弁プラグ １４ａ 先端突起部 １４ｂ 後端突起部 １５ ばね ＰS 供給流体圧 ＰN 入力流体圧 ＰO 出力流体圧 ＰE 排気流体圧1 Pressure Amplification Device 2 Valve Body 2a Supply Port 2b Input Port 2c Output Port 2d Exhaust Ports 2e, 2f, 2g, 2h Flow Path 3 Moving Body 3a, 3b Flow Path 4, 5, 6, 7 Diaphragm 8 Supply Pressure Chamber 9 Feedback Chamber 10 Input Pressure Chamber 11 Output Pressure Chamber 12 Exhaust Pressure Chamber 13 Feedback Chamber 14 Valve Plug 14a Tip Protrusion 14b Rear Protrusion 15 Spring P S Supply Fluid Pressure P N Input Fluid Pressure P O Output Fluid Pressure P E Exhaust Fluid Pressure
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H086 CA05 CB13 CB18 CC06 CD08 CD11 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F-term (reference) 3H086 CA05 CB13 CB18 CC06 CD08 CD11
Claims (3)
力流体圧の変化に応じて出力流体圧を変化させて、流体
の圧力を増幅する圧力増幅装置であって、 前記供給流体圧を受ける供給圧室と、 前記供給流体圧を受けるバイアス室と、 前記入力流体圧を受ける入力圧室と、 ダイアフラムの弾性変形によって移動する移動体と、 前記入力流体圧が変化すると前記出力流体圧が変化する
出力圧室と、 前記供給圧室と前記出力圧室とを接続する通路を開閉す
る弁プラグとを備え、 前記弁プラグは、前記入力流体圧が増加して前記移動体
が移動したときに、前記出力流体圧が変化するように前
記通路を開き、 前記バイアス室は、前記入力圧室及び前記弁プラグの外
側に位置すること、 を特徴とする圧力増幅装置。1. A pressure amplifying device for receiving a supply fluid pressure and an input fluid pressure, changing the output fluid pressure according to the change of the input fluid pressure, and amplifying the pressure of the fluid. A supply pressure chamber that receives, a bias chamber that receives the supply fluid pressure, an input pressure chamber that receives the input fluid pressure, a moving body that moves by elastic deformation of the diaphragm, and the output fluid pressure changes when the input fluid pressure changes. An output pressure chamber that changes, and a valve plug that opens and closes a passage that connects the supply pressure chamber and the output pressure chamber are provided, and the valve plug is configured when the input fluid pressure increases and the moving body moves. The pressure amplifying device is characterized in that the passage is opened so that the output fluid pressure changes, and the bias chamber is located outside the input pressure chamber and the valve plug.
て、 前記出力流体圧を受けるフィードバック室を備え、 前記バイアス室及び前記フィードバック室は、前記入力
圧室及び前記弁プラグの外側に位置すること、 を特徴とする圧力増幅装置。2. The pressure amplifying device according to claim 1, further comprising a feedback chamber that receives the output fluid pressure, wherein the bias chamber and the feedback chamber are located outside the input pressure chamber and the valve plug. A pressure amplification device characterized by:
装置において、 前記入力圧室と前記出力圧室とが離間して配置されてい
ること、 を特徴とする圧力増幅装置。3. The pressure amplifying device according to claim 1, wherein the input pressure chamber and the output pressure chamber are arranged apart from each other.
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