JP2004360805A

JP2004360805A - 圧力増幅装置

Info

Publication number: JP2004360805A
Application number: JP2003160544A
Authority: JP
Inventors: Keita Momose; 慶太百瀬
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】弁プラグの振動を抑制でき、移動体との接触による摩擦トラブルを回避でき、また不感帯の発生を抑制して、如何なる入力であっても応答の良いコントロールリレーを得る。
【解決手段】供給流体圧と入力流体圧とを受け、該入力流体圧の変化に応じて出力流体圧を変化させ、流体の圧力を増幅する圧力増幅装置であって、供給流体圧を受ける供給圧室と、供給流体圧を受けるバイアス室と、入力流体圧を受ける入力圧室と、出力流体圧を受けるフィードバック室と、バイアス室、入力圧室、フィードバック室のそれぞれに跨いでダイアフラムで支持し、且つ該ダイアフラムの弾性変形によって移動する移動体と、入力流体圧が変化すると出力流体圧が変化する出力圧室と、移動体によって頭部部位を押すことにより供給圧室と出力圧室とを接続する流路を開閉する弁プラグと、を備え、弁プラグには、該弁プラグの動きをガイドするガイド手段を備えたことである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力増幅装置に関するものであり、詳しくはバルブポジショナ・電空変換器の構成要素である流量増幅回路（コントロールリレー）に関するものである。
ここで、コントロールリレーとは、入力圧力変化量に対し、出力変化量を一定倍率に制御する機器である。ポジショナとは、バルブの駆動を外乱に抗して正確に保つために、空気圧力を加減する機器のことである。電空変換器とは、入力電流に対し、一定の圧力を発生させる機器のことである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における圧力増幅装置は、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。
【０００３】
この圧力増幅装置は、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に用いられる。
【０００４】
この圧力増幅装置は、図４に示すように、内部を空洞に形成した弁本体１１１と、弁本体１１１の空洞内に配置した移動体（ＥＸ．ＰＯＲＴＡＳＳＹ）１１２と、移動体１１２を弁本体１１１内部において維持する第１〜第４のダイアフラム１１３〜１１６と、供給圧室１１７と、バイアス室１１８と、入力圧室１１９と、出力圧室１２０と、排気圧室１２１と、フィードバック室１２２と、弁プラグ１２３と、ばね１２４と、を備えている。
【０００５】
弁本体１１１は、装置本体を構成する収容部（ケーシング）である。この弁本体１１１には、空気などの流体を供給圧室１１７に供給する供給口１１７ａと、空気などの流体を入力圧室１１９に流入させる入力口１１９ａと、出力圧室１２０から流体を流出させる出力口１２０ａと、排気圧室１２１から流体を流出させる排気口１２１ａと、供給圧室１１７とバイアス室１１８とを接続する流路１２６と、出力圧室１２０とフィードバック室１２２とを接続する流路１２７と、供給圧室１１７と出力圧室１２０とを接続する流路１２８と、供給圧室１１７と出力圧室１２０とを接続する流入孔（ブリード孔）１２９とが形成されている。
【０００６】
又、弁本体１１１には、移動体１１２、第１〜第４のダイアフラム１１３〜１１６、弁プラグ１２３及びばね１２４が収容されている。
【０００７】
移動体１１２は、第１〜第４のダイアフラム１１３〜１１６の弾性変形によって移動する部材であり、出力圧室１２０と排気圧室１２１とを接続する流路１３０ａが形成されている。
この移動体１１２は、第１〜第４のダイアフラム１１３〜１１６によって弁本体１１１内に移動自在に支持されており、第１〜第４のダイアフラム１１３〜１１６が弾性変形すると矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に移動する。
【０００８】
第ｌ〜第４のダイアフラム１１３〜１１６は、弁本体１１１と移動体１１２とを連結し、この移動体１１２を移動自在に支持する膜板である。
【０００９】
第１のダイアフラム１１３は、一方の表面側に出力流体圧Ｐｏ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。
【００１０】
第２のダイアフラム１１４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、第ｌのダイアフラム１１３よりも受圧面積が小さく形成されている。
【００１１】
第３のダイアフラム１１５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、第２のダイアフラム１１４よりも受圧面積が大きく形成されている。
【００１２】
第４のダイアフラム１１６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。この第４のダイアフラム１１６は、第１のダイアフラム１１３よりも受圧面積が大きいために、第４のダイアフラム１１６と第１のダイアフラム１１３との受圧面積の差分に相当する力が移動体１１２に作用したときに移動体１１２を矢印Ｂ方向に移動させるように機能する。
【００１３】
供給圧室１１７は、供給流体圧Ｐｓを受ける部屋である。この供給圧室１１７は、供給口１１７ａに接続されており、この供給口１１７ａから空気が供給されると供給流体圧Ｐｓを内部に受ける。この供給圧室１１７は、弁本体１１１の端部側に形成されており、内部にばね１２４を収容する。
【００１４】
バイアス室１１８は、第３のダイアフラム１１５及び弁プラグ１２３の外側に位置し、供給流体圧Ｐｓを受ける部屋である。このバイアス室１１８は、一対の第１及び第２のダイアフラム１１３、１１４によって仕切られており、供給圧室１１７と流路１２６を通じて接続されているために、供給圧室１１７と同じ大きさの供給流体圧Ｐｓを内部に受ける。更に、このバイアス室１１８は、入力圧室１１９とフィードバック室１２２との問に位置しこれらに隣接して配置されている。
【００１５】
このような構成からなるバイアス室１１８は、第ｌのダイアフラム１１３が第２のダイアフラム１１４よりも受圧面積が大きいために、第ｌのダイアフラム１１３と第２のダイアフラム１１４との受圧面積の差分に相当する押圧力を移動体１１２に常時作用させ、移動体１１２をＢ方向に押圧する空気ばねとして機能する。
【００１６】
入力圧室１１９は、入力流体圧Ｐｎを受ける部屋であり、バイアス室１１８と排気圧室１２１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１１８と弁プラグ１２３との間に位置する。この入力圧室１１９は、一対の第２及び第３のダイアフラム１１４、１１５によって仕切られており、入カ口１１９ａから空気が流入すると入力流体圧Ｐｎを内部に受ける。
【００１７】
このような構成からなる入力圧室１１９は、第３のダイアフラム（入力ダイアフラム）１１５が第２のダイアフラム１１４よりも受圧面積が大きいために、第２のダイアフラム１１４と第３のダイアフラム１１５との受圧面積の差分に相当する力が移動体１１２に作用したときに、この移動体１１２を矢印Ａ方向に移動させるように機能する。
【００１８】
出力圧室１２０は、入力流体圧Ｐｎが変化すると出力流体圧Ｐｏが変化する部屋であり、第４のダイアフラム１１６、移動体１１２及び弁本体１１１によって仕切られる空間である。この出力圧室１２０は、弁プラグ１２３が流路１２８を開くと弁プラグ１２３と流路１２８との間の隙間を通じて供給圧室１１７から空気が流入し出力流体圧Ｐｏを内部に受ける。この出力圧室１２０は、図示しないアクチュエータに出力口１２０ａから空気を排出する。
【００１９】
この出力圧室１２０は、入力圧室１１９とは離間して配置され、供給圧室１１７と排気圧室１２１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４に示すように、入力圧室１１９と出力圧室１２０との間には排気圧室１２１が配置されている。
【００２０】
排気圧室１２１は、空気を排出させる部屋であり、一対の第３及び第４のダイアフラム１１５、１１６によって仕切られており、流路１３０ａ、１３０ｂから流入した空気を排気口１２１ａから大気中に排出させる。この排気圧室１２１は、入力圧室１１９と出力圧室１２０との間に位置し、これらに隣接して配置されている。
【００２１】
フィードバック室１２２は、出力流体圧Ｐｏを受ける第ｌのダイアフラム１１３を有する部屋であり、弁本体１１１と第ｌのダイアフラム１１３とによって仕切られており、出力圧室１２０と流路１２７を通じて接続されているために出力圧室１２０と同じ大きさの出力流体圧Ｐｏを内部に受ける。
【００２２】
バイアス室１１８及びフィードバック室１２２は、第３のダイアフラム１１５及び弁プラグ１２３の外側に位置する。
【００２３】
弁プラグ１２３は、供給圧室１１７と出力圧室１２０とを接続する流路１２８を開くポペット弁であり、流路１３０ａを開閉する半球形状に形成した排気弁部１３１と、流路１２８を開閉する供給弁部１３２とで形成されている。
【００２４】
この弁プラグ１２３は、流路１２８を貫通した状態で、供給圧室１１７と出力圧室１２０との間に配置され収容されており、入力流体圧Ｐｎが増加して、移動体１１２が矢印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１２８を開く。
【００２５】
ばね１２４は、弁プラグ１２３を押圧する押圧部材であり、弁プラグ１２３の排気弁部１３１が流路１３０ａを閉鎖し、供給弁部１３２が流路１２８を閉鎖するように、この弁プラグ１２３を矢印Ｂ方向に常時押圧する。この、ばね１２４は、入力流体圧Ｐｎが増加して、弁ブラグ１２３を加圧しながら移動体１１２が矢印Ａ方向に移動すると圧縮される。
【００２６】
次に、以上説明した構成からなる圧力増幅装置の動作を説明する。
【００２７】
（平衡状態）
図４に示すように、供給口１１７ａから供給圧室１１７に空気が供給されると、供給圧室１１７とバイアス室１１８とが流路１２６によって接続されているため、供給圧室１１７及びバイアス室１１８が供給流体圧Ｐｓを受ける。
又、入力口１１９ａから入力圧室１１９に空気が流入して、入力圧室１１９が入力流体圧Ｐｎを受ける。
【００２８】
供給圧室１１７から流入孔１２９を通じて出力圧室１２０に僅かに空気が流入すると、出力圧室１２０と、フィードバック室１２２とが流路１２７、１２７ａによって接続されているため、出力圧室１２０及びフィードバック室１２２が出力流体圧Ｐｏを受ける。
【００２９】
このとき、ばね１２４が弁プラグ１２３を矢印Ｂ方向に押圧して、供給弁部１３２が流路１２８を閉鎖しているが、排気弁部１３１と流路１３０ａとの間には僅かに隙間が形成されている。
【００３０】
その結果、供給圧室１１７から流入孔１２９を通じて出力圧室１２０に流入する空気が、排気弁部１３１と流路１３０ａとの間の隙間から排気圧室１２１に流入して、力学的に安定した平衡状態になっている。
【００３１】
（出力増加）
図５は、圧力増幅装置において出力流体圧Ｐｏが増加したときの状態を示す動作説明図である。
入力口１１９ａから入力圧室１１９に流入する空気圧力が増加すると、入力圧室１１９が受ける入力流体圧Ｐｎが増加する。
【００３２】
第２のダイアフラム１１４の受圧面積よりも第３のダイアフラム１１５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第２及び第３のダイアフラム１１４、１１５が攘み、移動体１１２が矢印Ａ方向に移動する。
【００３３】
一方、バイアス室１１８が供給流体圧Ｐｓを受けると、第２のダイアフラム１１４の受圧面積よりも第１のダイアフラム１１３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、矢印Ｂ方向に抵抗力として移動体１１２に作用する。
【００３４】
そして、ばね１２４の押圧力に抗して、このばね１２４を圧縮しながら移動体１１２が弁プラグ１２３を加圧して、排気弁部１３１が流路１３０ａを閉鎖して移動体１１２と弁プラグ１２３とが一体となって矢印Ａ方向に移動する。
【００３５】
その結果、弁プラグ１２３が流路１２８を徐々に開き、供給弁部１３２と流路１２８との間の隙間を通じて供給圧室１１７から出力圧室１２０に空気が流入して、出力圧室１２０が受ける出力流体圧Ｐｏが増加する。
【００３６】
流路１２８から出力圧室１２０に流入する空気圧力が増加すると、フィードバック室１２２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１２２にフィードバックされる。
【００３７】
第１のダイアフラム１１３の受圧面積よりも第４のダイアフラム１１６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矢印Ｂ方向に抵抗力として移動体１１２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。
【００３８】
（出力減少）
図６は、出力流体圧Ｐｏが減少したときの状態を示す動作説明図である。
【００３９】
入力口１１９ａから入力圧室１１９に流入する空気圧力が減少して、入力圧室１１９が受ける入力流体圧Ｐｎが減少すると、第２及び第３のダイアフラム１１４、１１５の受圧面積の差分に相当する力が低下して移動体１１２を矢印Ａ方向に移動する力が低下する。
【００４０】
一方、バイアス室１１８は供給流体圧Ｐｓを受けており、第１及び第２のダイアフラム１１３、１１４の受圧面積の差分に相当する力が矢印Ｂ方向に作用するため移動体１１２が矢印Ｂ方向に移動する。
このため、弁プラグ１２３と移動体１１２が離間して排気弁部１３１が流路１３０ａを開く。
【００４１】
その結果、出力圧室１２０から流路１３０ａ、１３０ｂを通じて排気圧室１２１に空気が流入し、排気圧室１２１内の空気が排気口１２１ａから大気中に排出されて、出力圧室１２０及びフィードバック室１２２が受ける出力流体圧Ｐｏが減少する。
【００４２】
【特許文献１】
特願２００２−００４４８３号（第８頁〜第１０頁第１図）
【００４３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術で示した圧力増幅装置において、入力が大きい場合、移動体（ＥＸ．ＰＯＲＴＡＳＳＹ）１１２は更に弁プラグ１２３方向に移動して弁プラグ１２３を押すことにより、供給圧室１１７と出力圧室１２０の間隙が増加して供給圧室１１７から出力圧室１２０へ空気が流入し、出力圧室１２０の圧力が上昇する。この場合、移動体１１２は弁プラグ１２３と接触しても、ある一定以上の力が弁プラグ１２３に加わらないと弁プラグ１２３は移動しない。これは、弁プラグ１２３が供給圧を受けて移動体１１２方向に力を受けているためである。入力が増加しても弁プラグ１２３が移動せず、結果として出力が上昇しない現象を不感帯と呼ぶ。不感帯が発生すると、入力増加に対しても出力が増加しないため、制御上好ましくなく、できるだけ小さな不感帯にすることが望ましい。
【００４４】
ここで、不感帯幅は計算で求めることができ、それは弁プラグ１２３と移動体１１２との関係において求めることができる。
不感帯：［（Ａｆ／２）^２−（Ａｘ／２）^２］π（Ｐｓｕｐ−Ｐｏｕｔ）＋ＫΔＬ……１式
最大値（Ｐｏｕｔ＝０）：（Ａｆ^２−Ａｘ^２）Ｐｓｕｐ・π／４＋ＫΔＬ……２式
最小値（Ｐｏｕｔ＝Ｐｓｕｐ）：ＫΔＬ……３式
Ａｆ：弁プラグが接触する部分の直径
Ａｓ：大気開放部屋に出ている弁プラグの直径
Ａｘ：弁プラグが移動体（ＥＸ．ＰＯＲＴ）と接触する部分の直径
Ｋ：バネ定数
ΔＬ：バネ変形量
【００４５】
このようにして、弁プラグ１２３が接触する部分の直径（Ａｆ）と大気開放部屋に出ている弁プラグ１２３の直径（Ａｓ）と弁プラグ１２３が移動体１１２と接触する部分の直径（Ａｘ）との関係から不感帯の幅を求めることができるのであるが、出力の応答範囲、即ち、入力に対して出力が変化する範囲が高圧側にシフトすると、不感帯が発生し、必要な圧力を得ることができない場合がある。また、出力応答範囲の高圧側シフトは機器可動中にも発生することが考えられるため、トラブル要因になり得るという問題がある。
【００４６】
また、弁プラグ１２３はばね１２４のみによって支えられており不安定なため、振動する場合がある。弁プラグ１２３が振動した場合、予期せぬ出力の周期的変化や、移動体１１２との接触による磨耗トラブルを引き起こすという問題もある。
【００４７】
従って、出力圧室１２０、入力圧室１１９、供給圧室１１７、バイアス室１１８、フィードバック室１２２の５つの部屋によって構成されるコントロールリレーに対して、不感帯の発生を抑制して、如何なる入力であっても応答の良いコントロールリレーを得ることに解決しなければならない課題を有する。
【００４８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る圧力増幅装置は、次に示す構成にすることである。
【００４９】
（１）圧力増幅装置は、供給流体圧と入力流体圧とを受け、該入力流体圧の変化に応じて出力流体圧を変化させ、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、前記出力流体圧を受けるフィードバック室と、前記バイアス室、入力圧室、フィードバック室のそれぞれに跨いでダイアフラムで支持し、且つ該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、前記移動体によって頭部部位を押すことにより前記供給圧室と前記出力圧室とを接続する流路を開閉する弁プラグと、を備え、前記弁プラグには、該弁プラグの動きをガイドするガイド手段を備えたことである。
（２）前記ガイド手段は、弁プラグの下部に所定長さの支持部を設け、該支持部を前記供給圧室と該供給圧室に隣接する位置に設けた大気圧室とに跨り配置したことを特徴とする（１）に記載の圧力増幅装置。
（３）前記供給圧室と大気圧室とに跨る支持部に対して、Ｏリングを介在させてシールしたことを特徴とする（２）に記載の圧力増幅装置。
【００５０】
このように、弁プラグが出力圧、供給圧室、大気圧室に跨り設置するようにし、且つ弁プラグは供給圧室と大気圧室との間にＯリングを設けてシールするようにしたことで、弁プラグの左右への移動が制限されることで、弁プラグの振動を抑制でき、予期せぬ出力の周期的変化や、移動体との接触による磨耗トラブルを回避できる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る圧力増幅装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００５２】
本発明に係る圧力増幅装置は、従来技術で説明した圧力増幅装置と同じく、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。
この圧力増幅装置は、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に用いられる。
【００５３】
この圧力増幅装置は、図１に示すように、内部を空洞に形成した弁本体１１と、弁本体１１の空洞内に配置した移動体（ＥＸ．ＰＯＲＴＡＳＳＹ）１２と、移動体１２を弁本体１１内部において維持する第１〜第４のダイアフラム１３〜１６と、大気圧室３５と、供給圧室１７と、バイアス室１８と、入力圧室１９と、出力圧室２０と、排気圧室２１と、フィードバック室２２と、底部に支持部３４を備えた弁プラグ２３と、ばね２４と、を備えている。
【００５４】
弁本体１１は、装置本体を構成する収容部（ケーシング）である。この弁本体１１には、大気圧室３５に空気を流入させる大気圧口３５ａと、空気などの流体を供給圧室１７に供給する供給口１７ａと、空気などの流体を入力圧室１９に流入させる入力口１９ａと、出力圧室２０から流体を流出させる出力口２０ａと、排気圧室２１から流体を流出させる排気口２１ａと、供給圧室１７とバイアス室１８とを接続する流路２６と、出力圧室２０とフィードバック室２２とを接続する流路２７と、供給圧室１７と出力圧室２０とを接続する流路２８と、供給圧室１７と出力圧室２０とを接続する流入孔（ブリード孔）２９と、が形成されている。
【００５５】
又、弁本体１１には、移動体１２、第１〜第４のダイアフラム１３〜１６、支持部３４を備えた弁プラグ２３及びばね２４が収容されている。
弁プラグ２３は、移動体１２で押され、その底部に連設して形成された所定長の支持部３４を設けた構造になっている。
【００５６】
この弁プラグ２３は、先端部を半球形状に形成した排気弁部３１を備え、下端部を拡径に形成した供給弁部３２とからなる。
支持部３４は弁プラグ２３の下端部に連設して形成した一定の径からなる所定長の長さで形成されており、供給圧室１７と大気圧室３５との間に設けた貫通孔３３にＯリング３６を介在させて摺動自在に配置されている。この支持部３４とＯリング３６とで弁プラグ２３をガイドするガイド手段を形成する。
このように、弁プラグ２３が出力圧室２０、供給圧室１７、大気圧室３５に跨り設置すると共に弁プラグ２３に連設した支持部３４は供給圧室１７と大気圧室３５との間に設けたＯリング３６でシールするようにしたことで、所謂、不感帯幅が従来と比べて小さくすることができる。
この弁プラグ２３の不感帯幅は、以下に示す計算で算出することができる。
不感帯：［（Ａｆ／２）^２−（Ａｘ／２）^２］π（Ｐｓｕｐ−Ｐｏｕｔ）＋ＫΔＬ−［（Ａｆ／２）^２−（Ａｘ／２）^２］πＰｏｕｔ……４式
但し、Ａｓ＝Ａｆ、Ａｆ^２−Ａｘ^２＝４ＫΔＬ／πＰｓｕｐとする。
（１−Ｐｏｕｔ／Ｐｓｕｐ）ＫΔＬ……５式
最大値（Ｐｏｕｔ＝０）：ＫΔＬ……６式
最小値（Ｐｏｕｔ＝Ｐｓｕｐ）：０……７式
Ａｆ：弁プラグが接触する部分の直径
Ａｓ：大気圧室に出ている支持部の直径
Ａｘ：弁プラグが移動体（ＥＸ．ＰＯＲＴ）と接触する部分の直径
Ｋ：バネ定数
ΔＬ：バネ変形量
【００５７】
移動体１２は、バイアス室１８、入力圧室１９、フィードバック室２２のそれぞれに跨いで第１〜第４のダイアフラム１３〜１６で支持し、且つこの第１〜第４のダイアフラム１３〜１６の弾性変形によって移動する部材である。
【００５８】
この移動体１２には、出力圧室２０と排気圧室２１とを接続する流路３０ａが形成されている。
この移動体１２は、第１〜第４のダイアフラム１３〜１６によって弁本体１１内に移動自在に支持されており、第１〜第４のダイアフラム１３〜１６が弾性変形すると矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に移動する。
【００５９】
第ｌ〜第４のダイアフラム１３〜１６は、弁本体１１と移動体１２とを連結し、この移動体１２を移動自在に支持する膜板である。
【００６０】
第１のダイアフラム１３は、一方の表面側に出力流体圧Ｐｏ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。
【００６１】
第２のダイアフラム１４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、第ｌのダイアフラム１３よりも受圧面積が小さく形成されている。
【００６２】
第３のダイアフラム１５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、第２のダイアフラム１４よりも受圧面積が大きく形成されている。
【００６３】
第４のダイアフラム１６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。この第４のダイアフラム１６は、第１のダイアフラム１３よりも受圧面積が大きいために、第４のダイアフラム１６と第１のダイアフラム１３との受圧面積の差分に相当する力が移動体１２に作用したときに移動体１２を矢印Ｂ方向に移動させるように機能する。
【００６４】
大気圧室３５は、大気圧になっており、隣接する供給圧室１７との壁に弁プラグ２３に連設した支持部３４が貫通する貫通孔３３を備え、この貫通孔３３にＯリング３６を介在させて弁プラグ２３に連設した支持部３４を摺動自在に支持する構造となっている。又、この大気圧室３５には、弁プラグ２３に連設した支持部３４の底部にばね２４を配置した構造となっている。
【００６５】
供給圧室１７は、供給流体圧Ｐｓを受ける部屋である。この供給圧室１７は、供給口１７ａに接続されており、この供給口１７ａから空気が供給されると供給流体圧Ｐｓを内部に受ける。この供給圧室１７は、大気圧室３５との壁に設けた貫通孔３３、出力圧室２０との壁に設けた流路２８を設け、貫通孔３３に弁プラグ２３に連設している支持部３４がＯリング３６を介在させて配置され、弁プラグの供給弁部３２が流路２６を開閉自在にし、排気弁部３１が流路３０ａを開閉自在にする構成になっている。
【００６６】
このようにして配置されている弁プラグ２３は、その支持部３４が貫通孔３３にＯリング３６を介在させて支持されているため、弁プラグ２３の先端の排気弁部３１に移動体１２が当たり、ばね２４に抗して下部方向に押されても、Ｏリング３６に支持された状態で下部方向に移動し、また、ばね２４で上部方向に押されるときも支持部３４がＯリング３６で支持された状態で上方向に移動する。
【００６７】
バイアス室１８は、第３のダイアフラム１５及び弁プラグ２３の外側に位置し、供給流体圧Ｐｓを受ける部屋である。このバイアス室１８は、一対の第１及び第２のダイアフラム１３、１４によって仕切られており、供給圧室１７と流路２６を通じて接続されているために、供給圧室１７と同じ大きさの供給流体圧Ｐｓを内部に受ける。更に、このバイアス室１８は、入力圧室１９とフィードバック室２２との問に位置しこれらに隣接して配置されている。
【００６８】
次に、以上説明した構成からなる圧力増幅装置の動作を説明する。
【００６９】
（平衡状態）
図１に示すように、供給口１７ａから供給圧室１７に空気が供給されると、供給圧室１７とバイアス室１８とが流路２６によって接続されているため、供給圧室１７及びバイアス室１８が供給流体圧Ｐｓを受ける。
又、入力口１９ａから入力圧室１９に空気が流入して、入力圧室１９が入力流体圧Ｐｎを受ける。
【００７０】
供給圧室１７から流入孔２９を通じて出力圧室２０に僅かに空気が流入すると、出力圧室２０と、フィードバック室２２とが流路２７によって接続されているため、出力圧室２０及びフィードバック室２２が出力流体圧Ｐｏを受ける。
【００７１】
このとき、ばね２４が支持部３４を介して弁プラグ２３を矢印Ｂ方向に押圧して、供給弁部３２が流路２８を閉鎖しているが、排気弁部３１と流路３０ａとの間には僅かに隙間が形成されている。
【００７２】
その結果、供給圧室１７から流入孔２９を通じて出力圧室２０に流入する空気が、排気弁部３１と流路３０ａとの間の隙間から排気圧室２１に流入して、力学的に安定した平衡状態になっている。
【００７３】
（出力増加）
図２は、圧力増幅装置において出力流体圧Ｐｏが増加したときの状態を示す動作説明図である。
入力口１９ａから入力圧室１９に流入する空気圧力が増加すると、入力圧室１９が受ける入力流体圧Ｐｎが増加する。
【００７４】
第２のダイアフラム１４の受圧面積よりも第３のダイアフラム１５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第２及び第３のダイアフラム１４、１５が攘み、移動体１２が矢印Ａ方向に移動する。
【００７５】
一方、バイアス室１８が供給流体圧Ｐｓを受けると、第２のダイアフラム１４の受圧面積よりも第１のダイアフラム１３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、矢印Ｂ方向に抵抗力として移動体１２に作用する。
【００７６】
そして、ばね２４の押圧力に抗して、このばね２４を圧縮しながら移動体１２が弁プラグ２３を加圧して、排気弁部３１が流路３０ａを閉鎖して移動体１２と弁プラグ２３とが一体となり且つ支持部３４がＯリング３６でシールされた状態で支持されて矢印Ａ方向に移動する。このとき、支持部３４がＯリングで支持されているため、弁プラグ２３は左右方向への振動がなくなり真直ぐ下部方向（矢印Ａ方向）に動くことができ、移動体１２との当接位置がずれることなく正確に位置決めされた状態で押される。
【００７７】
その結果、弁プラグ２３が流路２８を徐々に開き、供給弁部３２と流路２８との間の隙間を通じて供給圧室１７から出力圧室２０に空気が流入して、出力圧室２０が受ける出力流体圧Ｐｏが増加する。
【００７８】
流路２６から出力圧室２０に流入する空気圧力が増加すると、フィードバック室２２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２２にフィードバックされる。
【００７９】
第１のダイアフラム１３の受圧面積よりも第４のダイアフラム１６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矢印Ｂ方向に抵抗力として移動体１２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。
【００８０】
（出力減少）
図３は、出力流体圧Ｐｏが減少したときの状態を示す動作説明図である。
【００８１】
入力口１９ａから入力圧室１９に流入する空気圧力が減少して、入力圧室１９が受ける入力流体圧Ｐｎが減少すると、第２及び第３のダイアフラム１４，１５の受圧面積の差分に相当する力が低下して移動体１２を矢印Ａ方向に移動する力が低下する。
【００８２】
一方、バイアス室１８は供給流体圧Ｐｓを受けており、第１及び第２のダイアフラム１３、１４の受圧面積の差分に相当する力が矢印Ｂ方向に作用するため移動体１２が矢印Ｂ方向に移動する。
このため、弁プラグ２３がばね２４によりＯリング３６で支持部３４を支持した状態で矢印Ｂ方向に動き、供給弁部３２で流路２８を閉鎖する。さらに移動体１２が矢印Ｂ方向に動くため、移動体１２が弁プラグ２３と離間して排気弁部３１が流路３０ａを開く。このとき、支持部３４がＯリング３６で支持されて、上方向に動くため、弁プラグも真直ぐ上方向に動いて接触している移動体と位置ずれを起すことなく正確に離れる。
【００８３】
その結果、出力圧室２０から流路３０ａを通じて排気圧室２１に空気が流入し、排気圧室２１内の空気が排気口２１ａから大気中に排出されて、出力圧室２０及びフィードバック室２２が受ける出力流体圧Ｐｏが減少する。
【００８４】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明における圧力増幅装置は、弁プラグの下部に所定長さの支持部を設け、この支持部を供給圧室とこの供給圧室に隣接する位置に設けた大気圧室とに跨り配置すると共に支持部に対してＯリングを介在させてシールしたことにより、弁プラグの振動を抑制でき、移動体との接触による摩擦トラブルを回避できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る平常状態のときの圧力増幅装置の断面図である。
【図２】本発明に係る出力増加したときの圧力増幅装置の断面図である。
【図３】本発明に係る出力減少したときの圧力増幅装置の断面図である。
【図４】従来技術における平常状態のときの圧力増幅装置の断面図である。
【図５】従来技術における出力増加したときの圧力増幅装置の断面図である。
【図６】従来技術における出力減少したときの圧力増幅装置の断面図である。
【符号の説明】
１１弁本体
１２移動体
１３第１のダイアフラム
１４第２のダイアフラム
１５第３のダイアフラム
１６第４のダイアフラム
１７供給圧室
１７ａ供給口
１８バイアス室
１９入力圧室
１９ａ入力口
２０出力圧室
２０ａ出力口
２１排気圧室
２１ａ排気口
２２フィードバック室
２３弁プラグ
２４ばね
２６流路
２７流路
２８流路
２９流入孔
３０ａ流路
３１排気弁部
３２供給弁部
３３貫通孔
３４支持部
３５大気圧室
３５ａ大気圧口
３６Ｏリング。

Claims

供給流体圧と入力流体圧とを受け、該入力流体圧の変化に応じて出力流体圧を変化させ、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、
前記出力流体圧を受けるフィードバック室と、
前記バイアス室、入力圧室、フィードバック室のそれぞれに跨いでダイアフラムで支持し、且つ該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、
前記移動体によって頭部部位を押すことにより前記供給圧室と前記出力圧室とを接続する流路を開閉する弁プラグと、
を備え、
前記弁プラグには、該弁プラグの動きをガイドするガイド手段を備えたことを特徴とする圧力増幅装置。
前記ガイド手段は、弁プラグの下部に所定長さの支持部を設け、該支持部を前記供給圧室と該供給圧室に隣接する位置に設けた大気圧室とに跨り配置したことを特徴とする請求項１に記載の圧力増幅装置。
前記供給圧室と大気圧室とに跨る支持部に対して、Ｏリングを介在させてシールしたことを特徴とする請求項２に記載の圧力増幅装置。