JP4207118B2 - 圧力増幅装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低ヒステリシスで高ゲインと低ゲインとを切替え得ることができると共に、低コスト化を図ることができる圧力増幅装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
図５は、従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
図６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７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。
例えば、実開昭６４−３６７０１号公報に示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
従来の圧力増幅装置１０１は、図５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から空気を排出する排気圧室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を押圧するばね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１０２と移動体１０３との間に挟み込まれるＯリング１１５，１１６とを備えている。
【０００５】
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，１０２ｂ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。
【０００６】
移動体１０３は、空気を排出する流路１０３ａ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いる。
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いる。
【０００７】
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を押圧する。
【０００８】
次に、従来の圧力増幅装置の動作を説明する。
図５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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
その結果、入力圧室１０６の入力流体圧ＰNが増加すると移動体１０３が矢印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。
そして、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。
【００１２】
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１０３が矢印Ｂ方向に移動する。
【００１３】
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６に示すように、入力圧室１０６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。
【００１４】
【特許文献１】
実開昭６４−３６７０１号公報（第７−１２頁、第1−２図）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような装置においては、以下の間題点がある。
従来の圧力増幅装置１０１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。
【００１６】
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７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。
【００１７】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、低ヒステリシスで高ゲインと低ゲインとを切替え得ることができると共に、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にある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明では、請求項１記載の圧力測定装置においては、
弁本体とこの弁本体に内蔵された移動体との間がダイアフラムによって複数に仕切られた部屋に供給流体と入力流体とが供給され、入力流体の圧力の変化に応じて出力流体の圧力を変化させる圧力増幅装置において、前記弁本体に設けられ前記供給流体が供給される供給圧室と、この供給圧室に隣接され、前記移動体と第４のダイアフラムとで仕切られた出力圧室と、この出力圧室に隣接され、前記移動体と第３のダイアフラムとで仕切られた排気圧室と、この排気圧室に隣接され、前記移動体と第２のダイアフラムとで仕切られた入力圧室と、この入力圧室に隣接され、前記移動体と第１のダイアフラムとで仕切られたバイアス室と、このバイアス室に隣接され、前記弁本体に設けられたフィードバック室と、前記入力圧室に供給される入力流体に応じて移動する前記移動体に追従して前記出力圧室と前記供給圧室との間を移動し、前記出力圧室から出力される圧力を変化させる弁プラグと、前記弁本体に設けられ前記出力圧室と前記フィードバック室とを連通する通路と、前記弁本体に設けられ前記通路を開閉する第１の開閉手段と、この第１の開閉手段と前記フィードバック室との間の前記通路あるいは前記フィードバック室に設けられ前記第１の開閉手段が閉の時に大気開放し前記第１の開閉手段が開の時に閉となる第２の開閉手段と、前記弁本体に設けられ前記供給圧室と前記バイアス室とを連通する第２の通路とを具備したことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項２においては、請求項１記載の圧力増幅装置において、
前記開閉手段として、電磁弁が使用されたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２，図３は図１の動作説明図である。
図において、図５と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図５と相違部分のみ説明する。
【００２１】
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。
【００２２】
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に用いられる。
【００２３】
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、第１〜第２のダイアフラム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１１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。
【００２４】
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１１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。
【００２５】
また、弁本体２には、移動体３、第１〜第４のダイヤフラム４〜７、弁プラグ１４及びばね１５などが収容されている。
移動体３は、第１〜第４のダイヤフラム４〜７の弾性変形によって移動する部材である。
【００２６】
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、第１〜第２のダイアフラム４〜７によって弁本体２内に移動自在に支持されており、第１〜第２のダイアフラム４〜７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。
【００２７】
第１〜第２のダイアフラム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。
第１のダイアフラム４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。
【００２８】
第２のダイアフラム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、第１のダイアフラム４よりも受圧面積が小さく形成されている。
【００２９】
第３のダイアフラム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。
【００３０】
第４のダイアフラム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。
【００３１】
第４のダイアフラム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を矢印Ｂ方向に移動させるように機能する。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
バイアス室９は、供給流体圧ＰS を受ける部屋である。
【００３４】
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。
【００３５】
バイアス室９は、第１のダイアフラム４が第２のダイアフラム５よりも受圧面積が大きいために、第１のダイアフラム４と第２のダイアフラム５との受圧面積の差分に相当する押圧力を移動体３に常時作用させ、移動体３をＢ方向に押圧する空気ばねとして機能する。
【００３６】
バイアス室９は、図１に示すように、第３のダイアフラム６及び弁プラグ１４の外側に位置する。
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。
【００３７】
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。
【００３８】
入力圧室１０は、第３のダイアフラム（入力ダイアフラム）６が第２のダイアフラム５よりも受圧面積が大きいために、第２のダイアフラム５と第３のダイアフラム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を矢印Ａ方向に移動させるように機能する。
【００３９】
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１１は、第４のダイアフラム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。
【００４０】
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ＰO 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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
フィードバック室１３は、出力流体圧ＰOを受ける第１のダイアフラム４を有する部屋である。
フィードバック室１３は、弁本体２と第１のダイアフラム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。
【００４４】
バイアス室９及びフィードバック室１３は、第３のダイアフラム６及び弁プラグ１４の外側に位置する。
【００４５】
弁プラグ１４は、供給圧室８と出力圧室１１とを接続する流路２ｇを開くポペット弁である。
弁プラグ１４には、流路３ａを開閉する排気弁部１４ａと、流路２ｇを開閉する供給弁部１４ｂとが形成されている。
【００４６】
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２ｇを開く。
【００４７】
ばね１５は、弁プラグ１４を押圧する押圧部材である。
ばね１５は、弁プラグ１４の排気弁部１４ａが流路３ａを閉鎖し、供給弁部１４ｂが流路２ｇを閉鎖するように、この弁プラグ１４を矢印Ｂ方向に常時押圧する。
【００４８】
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が矢印Ａ方向に移動すると圧縮される。
第１の開閉手段２１は、弁本体２に設けられ、流路２ｆを開閉する。
この場合は、第１の開閉手段２１は、ニードル弁が使用され、流路２ｆを開閉する。
【００４９】
第２の開閉手段２２は、この第１の開閉手段２１とフィードバック室１３との間の流路２ｆあるいはフィードバック室１３に設けられ、第１の開閉手段２１が閉の時に大気開放し、第１の開閉手段２１が開の時に閉となる。
【００５０】
この場合は、第２の開閉手段２２は、フィードバック室１３に設けられ、連通孔２２１，ボルト２２２とＯリング２２３とよりなる。
連通孔２２１は、フィードバック室１３と外部とを連通する。
【００５１】
ボルト２２２は、連通孔２２１にねじ合わされている。
Ｏリング２２３は、ボルト２２２に取り付けられ、ボルト２２２と弁本体２とをシールする。
【００５２】
ボルト２２２を締めることにより、Ｏリング２２３により連通孔２２１は閉となる。
ボルト２２２を緩めることにより、連通孔２２１は大気開放となる。
【００５３】
以上の構成において、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。
説明を分かりやすくするために、先ず、第１の開閉手段２１が開で、第２の開閉手段２２が閉の状態の場合について説明する。
【００５４】
（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。
【００５５】
供給圧室８から流路２ｈ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。
【００５６】
このとき、ばね１５が弁プラグ１４を矢印Ｂ方向に押圧して、供給弁部１４ｂが流路２ｇを閉鎖しているが、排気弁部１４ａと流路３ａとの間には僅かに隙間が形成されている。
【００５７】
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、排気弁部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。
【００５８】
（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動作説明図である。
入力口２ｂから入力圧室１０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。
【００５９】
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が矢印Ａ方向に移動する。
【００６０】
一方、バイアス室９が供給流体圧ＰS を受けると、第2のダイアフラム５の受圧面積よりも第1のダイアフラム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、矢印Ｂ方向に抵抗力として移動体３に作用する。
【００６１】
そして、ばね１５の押圧力に抗して、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、排気弁部１４ａが流路３ａを閉鎖して移動体３と弁プラグ１４とが一体となって矢印Ａ方向に移動する。
【００６２】
その結果、弁プラグ１４が流路２ｇを徐々に開き、供給弁部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。
【００６３】
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。
【００６４】
第1のダイアフラム４の受圧面積よりも第4のダイアフラム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矢印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。
【００６５】
（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動作説明図である。
【００６６】
入力口２ｂから入力圧室１０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を矢印Ａ方向に移動する力が低下する。
【００６７】
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矢印Ｂ方向に作用するため移動体３が矢印Ｂ方向に移動する。
このため、弁プラグ１４と移動体３とが離間して排気弁部１４ａが流路３ａを開く。
【００６８】
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。
【００６９】
次に、第１の開閉手段２１が開で、第２の開閉手段２２が閉の状態の場合については、フィードバック室１３が大気開放になるだけであり、動作的には、殆ど相違は無いので、動作については説明を省く。
但し、ゲインについては、相違があるので、第１の開閉手段２１と第２の開閉手段２２の開閉の切替えによるゲインの相違の発生について、以下に説明する。
【００７０】
第１の開閉手段２１が開で、第２の開閉手段２２が閉の状態の場合（フィードバック室１３に出力圧が導入されている。）についてゲインを計算する。
【００７１】
圧力増幅装置のバランスの式は次式の如くなる。
【００７２】
ここで、
Ps:供給圧
Po:出力圧
Pn:ノズル背圧
Pa:大気圧＝Pe: 排気圧
Aa:ゲインダイアフラムの有効面積
Ab: バイアスダイアフラムの有効面積
Ac:入力ダイアフラムの有効面積
Ad: フィードバックダイアフラムの有効面積
Af:排気弁の内径による面積
F:バイアスばねによる力
である。
【００７３】
大気圧Paはゼロであるために式（１）を変形すると出力圧Poは次式となる。
【００７４】
また、ゲインは次式となる。
【００７５】
次に、第１の開閉手段２１が閉で、第２の開閉手段２２が開の状態の場合（フィードバック室１３が大気開放されている。）についてゲインを計算する。
【００７６】
圧力増幅装置のバランスの式は次式の如くなる。
である。
【００７７】
大気圧Paはゼロであるために式（４）を変形すると出力圧Poは次式となる。
【００７８】
また、ゲインは次式となる。
【００７９】
要するに、第１の開閉手段２１が開で、第２の開閉手段２２が閉の状態（フィードバック室１３に出力圧が導入されている。）の場合。
（３）式より、第１のダイアフラム４の面積Aaと、第４のダイアフラム７の面積Adの差を小さくすることにより、分母の値を小さく出来、高ゲインを得ることが出来る。
【００８０】
次に、第１の開閉手段２１が閉で、第２の開閉手段２２が開の状態（フィードバック室１３が大気開放されている。）の場合。
（４）式において、（３）式に比較して、第１のダイアフラム４の面積Aaが存在しない分だけ分母が大きくなりゲインは低くなる。
即ち、第１の開閉手段２１と第２の開閉手段２２との操作により、２通りのゲインが得られることになる。
【００８１】
次に、供給圧Psが高くなると入力圧Pnも出力圧Poも高くなるために,力のつりあいがとれなくなる。
しかし、本発明では、バイアス室９とフィードバック室１３とが設けられたので、力のつりあいが取れ、供給圧変動を補償することが出来る
但し、低ゲインを採用する場合は、フィードバック室１３が大気圧となるので、供給圧の変動を補償できない。
【００８２】
この結果、
（１）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。
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、小型化を確保しつつ、低ヒステリシス化を実現することができる圧力増幅装置が得られる。
【００８３】
（２）本発明では、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圧力増幅装置が得られる。
【００８４】
（３）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。
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。
【００８５】
本発明では、入力圧室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圧力増幅装置が得られる。
【００８６】
（４）供給圧Psが高くなると入力圧Pnも出力圧Poも高くなるために,力のつりあいがとれなくなる。
本発明では、バイアス室９とフィードバック室１３とが設けられたので、力のつりあいが取れ、供給圧変動を補償することが出来る圧力増幅装置が得られる。
但し、低ゲインを採用する場合は、フィードバック室１３が大気圧となるので、供給圧の変動を補償できない。
【００８７】
（５）第１の開閉手段２１と第２の開閉手段２２とが設けられたので、高ゲインと低ゲインの２通りの特性を得ることができる圧力増幅装置が得られる。
【００８８】
図４は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、開閉手段３１，３２として、電磁弁が使用された圧力増幅装置である。
【００８９】
この結果、通信機能により遠隔操作でゲインの切替えを制御することができる圧力増幅装置が得られる。
【００９０】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
（１）供給流体圧を受ける一対のダイアフラムをバイアス室が有するとともに、入力流体圧を受ける一対のダイアフラムを入力圧室が有し、これらのダイアフラムの弾性変形によって移動体が移動する。
従来例の圧力増幅装置の如く、Ｏリングと移動体とが摩擦接触する部分がなくなって、小型化を確保しつつ、低ヒステリシス化を実現することができる圧力増幅装置が得られる。
【００９２】
（２）本発明では、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圧力増幅装置が得られる。
【００９３】
（３）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。
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。
【００９４】
本発明では、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圧力増幅装置が得られる。
【００９５】
（４）供給圧が高くなると入力圧も出力圧も高くなるために,力のつりあいがとれなくなる。
本発明では、バイアス室とフィードバック室とが設けられたので、力のつりあいが取れ、供給圧変動を補償することが出来る圧力増幅装置が得られる。
但し、低ゲインを採用する場合は、フィードバック室が大気圧となるので、供給圧の変動を補償できない。
【００９６】
（５）第１の開閉手段２１と第２の開閉手段２２とが設けられたので、高ゲインと低ゲインの２通りの特性を得ることができる圧力増幅装置が得られる。
【００９７】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
開閉手段として、電磁弁が使用されたので、通信機能により遠隔操作でゲインの切替えを容易に制御することができる圧力増幅装置が得られる。
【００９８】
従って、本発明によれば、低ヒステリシスで高ゲインと低ゲインとを切替え得ることができると共に、低コスト化を図ることができる圧力増幅装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】図１の動作説明図である。
【図４】本発明の他の実施例の要部構成説明である。
【図５】従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【図６】図５の動作説明図である。
【図７】図５の動作説明図である。
【符号の説明】
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 流路
２ｆ 流路
２ｇ 流路
２ｈ 流路
３ 移動体
３ａ 流路
３ｂ 流路
４ 第１のダイアフラム
５ 第２のダイアフラム
６ 第３のダイアフラム
７ 第４のダイアフラム
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 排気弁部
１４ｂ 供給弁部
１５ ばね
２１ 第１の開閉手段
２２ 第２の開閉手段
２２１ 連通孔
２２２ ボルト
２２３ Ｏリング
３１ 第１の開閉手段
３２２ 第２の開閉手段
ＰS 供給流体圧
ＰN 入力流体圧
ＰO 出力流体圧
ＰE 排気流体圧
【発明の属する技術分野】
本発明は、低ヒステリシスで高ゲインと低ゲインとを切替え得ることができると共に、低コスト化を図ることができる圧力増幅装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
図５は、従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
図６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７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。
例えば、実開昭６４−３６７０１号公報に示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
従来の圧力増幅装置１０１は、図５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から空気を排出する排気圧室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を押圧するばね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１０２と移動体１０３との間に挟み込まれるＯリング１１５，１１６とを備えている。
【０００５】
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，１０２ｂ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。
【０００６】
移動体１０３は、空気を排出する流路１０３ａ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いる。
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いる。
【０００７】
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を押圧する。
【０００８】
次に、従来の圧力増幅装置の動作を説明する。
図５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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
その結果、入力圧室１０６の入力流体圧ＰNが増加すると移動体１０３が矢印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。
そして、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。
【００１２】
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１０３が矢印Ｂ方向に移動する。
【００１３】
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６に示すように、入力圧室１０６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。
【００１４】
【特許文献１】
実開昭６４−３６７０１号公報（第７−１２頁、第1−２図）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような装置においては、以下の間題点がある。
従来の圧力増幅装置１０１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。
【００１６】
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７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。
【００１７】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、低ヒステリシスで高ゲインと低ゲインとを切替え得ることができると共に、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にある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明では、請求項１記載の圧力測定装置においては、
弁本体とこの弁本体に内蔵された移動体との間がダイアフラムによって複数に仕切られた部屋に供給流体と入力流体とが供給され、入力流体の圧力の変化に応じて出力流体の圧力を変化させる圧力増幅装置において、前記弁本体に設けられ前記供給流体が供給される供給圧室と、この供給圧室に隣接され、前記移動体と第４のダイアフラムとで仕切られた出力圧室と、この出力圧室に隣接され、前記移動体と第３のダイアフラムとで仕切られた排気圧室と、この排気圧室に隣接され、前記移動体と第２のダイアフラムとで仕切られた入力圧室と、この入力圧室に隣接され、前記移動体と第１のダイアフラムとで仕切られたバイアス室と、このバイアス室に隣接され、前記弁本体に設けられたフィードバック室と、前記入力圧室に供給される入力流体に応じて移動する前記移動体に追従して前記出力圧室と前記供給圧室との間を移動し、前記出力圧室から出力される圧力を変化させる弁プラグと、前記弁本体に設けられ前記出力圧室と前記フィードバック室とを連通する通路と、前記弁本体に設けられ前記通路を開閉する第１の開閉手段と、この第１の開閉手段と前記フィードバック室との間の前記通路あるいは前記フィードバック室に設けられ前記第１の開閉手段が閉の時に大気開放し前記第１の開閉手段が開の時に閉となる第２の開閉手段と、前記弁本体に設けられ前記供給圧室と前記バイアス室とを連通する第２の通路とを具備したことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項２においては、請求項１記載の圧力増幅装置において、
前記開閉手段として、電磁弁が使用されたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２，図３は図１の動作説明図である。
図において、図５と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図５と相違部分のみ説明する。
【００２１】
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。
【００２２】
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に用いられる。
【００２３】
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、第１〜第２のダイアフラム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１１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。
【００２４】
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１１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。
【００２５】
また、弁本体２には、移動体３、第１〜第４のダイヤフラム４〜７、弁プラグ１４及びばね１５などが収容されている。
移動体３は、第１〜第４のダイヤフラム４〜７の弾性変形によって移動する部材である。
【００２６】
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、第１〜第２のダイアフラム４〜７によって弁本体２内に移動自在に支持されており、第１〜第２のダイアフラム４〜７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。
【００２７】
第１〜第２のダイアフラム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。
第１のダイアフラム４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。
【００２８】
第２のダイアフラム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、第１のダイアフラム４よりも受圧面積が小さく形成されている。
【００２９】
第３のダイアフラム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。
【００３０】
第４のダイアフラム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。
【００３１】
第４のダイアフラム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を矢印Ｂ方向に移動させるように機能する。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
バイアス室９は、供給流体圧ＰS を受ける部屋である。
【００３４】
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。
【００３５】
バイアス室９は、第１のダイアフラム４が第２のダイアフラム５よりも受圧面積が大きいために、第１のダイアフラム４と第２のダイアフラム５との受圧面積の差分に相当する押圧力を移動体３に常時作用させ、移動体３をＢ方向に押圧する空気ばねとして機能する。
【００３６】
バイアス室９は、図１に示すように、第３のダイアフラム６及び弁プラグ１４の外側に位置する。
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。
【００３７】
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。
【００３８】
入力圧室１０は、第３のダイアフラム（入力ダイアフラム）６が第２のダイアフラム５よりも受圧面積が大きいために、第２のダイアフラム５と第３のダイアフラム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を矢印Ａ方向に移動させるように機能する。
【００３９】
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１１は、第４のダイアフラム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。
【００４０】
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ＰO 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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
フィードバック室１３は、出力流体圧ＰOを受ける第１のダイアフラム４を有する部屋である。
フィードバック室１３は、弁本体２と第１のダイアフラム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。
【００４４】
バイアス室９及びフィードバック室１３は、第３のダイアフラム６及び弁プラグ１４の外側に位置する。
【００４５】
弁プラグ１４は、供給圧室８と出力圧室１１とを接続する流路２ｇを開くポペット弁である。
弁プラグ１４には、流路３ａを開閉する排気弁部１４ａと、流路２ｇを開閉する供給弁部１４ｂとが形成されている。
【００４６】
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２ｇを開く。
【００４７】
ばね１５は、弁プラグ１４を押圧する押圧部材である。
ばね１５は、弁プラグ１４の排気弁部１４ａが流路３ａを閉鎖し、供給弁部１４ｂが流路２ｇを閉鎖するように、この弁プラグ１４を矢印Ｂ方向に常時押圧する。
【００４８】
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が矢印Ａ方向に移動すると圧縮される。
第１の開閉手段２１は、弁本体２に設けられ、流路２ｆを開閉する。
この場合は、第１の開閉手段２１は、ニードル弁が使用され、流路２ｆを開閉する。
【００４９】
第２の開閉手段２２は、この第１の開閉手段２１とフィードバック室１３との間の流路２ｆあるいはフィードバック室１３に設けられ、第１の開閉手段２１が閉の時に大気開放し、第１の開閉手段２１が開の時に閉となる。
【００５０】
この場合は、第２の開閉手段２２は、フィードバック室１３に設けられ、連通孔２２１，ボルト２２２とＯリング２２３とよりなる。
連通孔２２１は、フィードバック室１３と外部とを連通する。
【００５１】
ボルト２２２は、連通孔２２１にねじ合わされている。
Ｏリング２２３は、ボルト２２２に取り付けられ、ボルト２２２と弁本体２とをシールする。
【００５２】
ボルト２２２を締めることにより、Ｏリング２２３により連通孔２２１は閉となる。
ボルト２２２を緩めることにより、連通孔２２１は大気開放となる。
【００５３】
以上の構成において、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。
説明を分かりやすくするために、先ず、第１の開閉手段２１が開で、第２の開閉手段２２が閉の状態の場合について説明する。
【００５４】
（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。
【００５５】
供給圧室８から流路２ｈ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。
【００５６】
このとき、ばね１５が弁プラグ１４を矢印Ｂ方向に押圧して、供給弁部１４ｂが流路２ｇを閉鎖しているが、排気弁部１４ａと流路３ａとの間には僅かに隙間が形成されている。
【００５７】
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、排気弁部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。
【００５８】
（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動作説明図である。
入力口２ｂから入力圧室１０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。
【００５９】
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が矢印Ａ方向に移動する。
【００６０】
一方、バイアス室９が供給流体圧ＰS を受けると、第2のダイアフラム５の受圧面積よりも第1のダイアフラム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、矢印Ｂ方向に抵抗力として移動体３に作用する。
【００６１】
そして、ばね１５の押圧力に抗して、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、排気弁部１４ａが流路３ａを閉鎖して移動体３と弁プラグ１４とが一体となって矢印Ａ方向に移動する。
【００６２】
その結果、弁プラグ１４が流路２ｇを徐々に開き、供給弁部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。
【００６３】
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。
【００６４】
第1のダイアフラム４の受圧面積よりも第4のダイアフラム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矢印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。
【００６５】
（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動作説明図である。
【００６６】
入力口２ｂから入力圧室１０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を矢印Ａ方向に移動する力が低下する。
【００６７】
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矢印Ｂ方向に作用するため移動体３が矢印Ｂ方向に移動する。
このため、弁プラグ１４と移動体３とが離間して排気弁部１４ａが流路３ａを開く。
【００６８】
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。
【００６９】
次に、第１の開閉手段２１が開で、第２の開閉手段２２が閉の状態の場合については、フィードバック室１３が大気開放になるだけであり、動作的には、殆ど相違は無いので、動作については説明を省く。
但し、ゲインについては、相違があるので、第１の開閉手段２１と第２の開閉手段２２の開閉の切替えによるゲインの相違の発生について、以下に説明する。
【００７０】
第１の開閉手段２１が開で、第２の開閉手段２２が閉の状態の場合（フィードバック室１３に出力圧が導入されている。）についてゲインを計算する。
【００７１】
圧力増幅装置のバランスの式は次式の如くなる。
ここで、
Ps:供給圧
Po:出力圧
Pn:ノズル背圧
Pa:大気圧＝Pe: 排気圧
Aa:ゲインダイアフラムの有効面積
Ab: バイアスダイアフラムの有効面積
Ac:入力ダイアフラムの有効面積
Ad: フィードバックダイアフラムの有効面積
Af:排気弁の内径による面積
F:バイアスばねによる力
である。
【００７３】
大気圧Paはゼロであるために式（１）を変形すると出力圧Poは次式となる。
また、ゲインは次式となる。
次に、第１の開閉手段２１が閉で、第２の開閉手段２２が開の状態の場合（フィードバック室１３が大気開放されている。）についてゲインを計算する。
【００７６】
圧力増幅装置のバランスの式は次式の如くなる。
【００７７】
大気圧Paはゼロであるために式（４）を変形すると出力圧Poは次式となる。
また、ゲインは次式となる。
要するに、第１の開閉手段２１が開で、第２の開閉手段２２が閉の状態（フィードバック室１３に出力圧が導入されている。）の場合。
（３）式より、第１のダイアフラム４の面積Aaと、第４のダイアフラム７の面積Adの差を小さくすることにより、分母の値を小さく出来、高ゲインを得ることが出来る。
【００８０】
次に、第１の開閉手段２１が閉で、第２の開閉手段２２が開の状態（フィードバック室１３が大気開放されている。）の場合。
（４）式において、（３）式に比較して、第１のダイアフラム４の面積Aaが存在しない分だけ分母が大きくなりゲインは低くなる。
即ち、第１の開閉手段２１と第２の開閉手段２２との操作により、２通りのゲインが得られることになる。
【００８１】
次に、供給圧Psが高くなると入力圧Pnも出力圧Poも高くなるために,力のつりあいがとれなくなる。
しかし、本発明では、バイアス室９とフィードバック室１３とが設けられたので、力のつりあいが取れ、供給圧変動を補償することが出来る
但し、低ゲインを採用する場合は、フィードバック室１３が大気圧となるので、供給圧の変動を補償できない。
【００８２】
この結果、
（１）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。
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、小型化を確保しつつ、低ヒステリシス化を実現することができる圧力増幅装置が得られる。
【００８３】
（２）本発明では、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圧力増幅装置が得られる。
【００８４】
（３）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。
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。
【００８５】
本発明では、入力圧室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圧力増幅装置が得られる。
【００８６】
（４）供給圧Psが高くなると入力圧Pnも出力圧Poも高くなるために,力のつりあいがとれなくなる。
本発明では、バイアス室９とフィードバック室１３とが設けられたので、力のつりあいが取れ、供給圧変動を補償することが出来る圧力増幅装置が得られる。
但し、低ゲインを採用する場合は、フィードバック室１３が大気圧となるので、供給圧の変動を補償できない。
【００８７】
（５）第１の開閉手段２１と第２の開閉手段２２とが設けられたので、高ゲインと低ゲインの２通りの特性を得ることができる圧力増幅装置が得られる。
【００８８】
図４は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、開閉手段３１，３２として、電磁弁が使用された圧力増幅装置である。
【００８９】
この結果、通信機能により遠隔操作でゲインの切替えを制御することができる圧力増幅装置が得られる。
【００９０】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
（１）供給流体圧を受ける一対のダイアフラムをバイアス室が有するとともに、入力流体圧を受ける一対のダイアフラムを入力圧室が有し、これらのダイアフラムの弾性変形によって移動体が移動する。
従来例の圧力増幅装置の如く、Ｏリングと移動体とが摩擦接触する部分がなくなって、小型化を確保しつつ、低ヒステリシス化を実現することができる圧力増幅装置が得られる。
【００９２】
（２）本発明では、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圧力増幅装置が得られる。
【００９３】
（３）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。
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。
【００９４】
本発明では、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圧力増幅装置が得られる。
【００９５】
（４）供給圧が高くなると入力圧も出力圧も高くなるために,力のつりあいがとれなくなる。
本発明では、バイアス室とフィードバック室とが設けられたので、力のつりあいが取れ、供給圧変動を補償することが出来る圧力増幅装置が得られる。
但し、低ゲインを採用する場合は、フィードバック室が大気圧となるので、供給圧の変動を補償できない。
【００９６】
（５）第１の開閉手段２１と第２の開閉手段２２とが設けられたので、高ゲインと低ゲインの２通りの特性を得ることができる圧力増幅装置が得られる。
【００９７】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
開閉手段として、電磁弁が使用されたので、通信機能により遠隔操作でゲインの切替えを容易に制御することができる圧力増幅装置が得られる。
【００９８】
従って、本発明によれば、低ヒステリシスで高ゲインと低ゲインとを切替え得ることができると共に、低コスト化を図ることができる圧力増幅装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】図１の動作説明図である。
【図４】本発明の他の実施例の要部構成説明である。
【図５】従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【図６】図５の動作説明図である。
【図７】図５の動作説明図である。
【符号の説明】
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 流路
２ｆ 流路
２ｇ 流路
２ｈ 流路
３ 移動体
３ａ 流路
３ｂ 流路
４ 第１のダイアフラム
５ 第２のダイアフラム
６ 第３のダイアフラム
７ 第４のダイアフラム
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 排気弁部
１４ｂ 供給弁部
１５ ばね
２１ 第１の開閉手段
２２ 第２の開閉手段
２２１ 連通孔
２２２ ボルト
２２３ Ｏリング
３１ 第１の開閉手段
３２２ 第２の開閉手段
ＰS 供給流体圧
ＰN 入力流体圧
ＰO 出力流体圧
ＰE 排気流体圧
Claims (2)
- 弁本体とこの弁本体に内蔵された移動体との間がダイアフラムによって複数に仕切られた部屋に供給流体と入力流体とが供給され、入力流体の圧力の変化に応じて出力流体の圧力を変化させる圧力増幅装置において、
前記弁本体に設けられ前記供給流体が供給される供給圧室と、
この供給圧室に隣接され、前記移動体と第４のダイアフラムとで仕切られた出力圧室と、
この出力圧室に隣接され、前記移動体と第３のダイアフラムとで仕切られた排気圧室と、
この排気圧室に隣接され、前記移動体と第２のダイアフラムとで仕切られた入力圧室と、
この入力圧室に隣接され、前記移動体と第１のダイアフラムとで仕切られたバイアス室と、
このバイアス室に隣接され、前記弁本体に設けられたフィードバック室と、
前記入力圧室に供給される入力流体に応じて移動する前記移動体に追従して前記出力圧室と前記供給圧室との間を移動し、前記出力圧室から出力される圧力を変化させる弁プラグと、
前記弁本体に設けられ前記出力圧室と前記フィードバック室とを連通する通路と、
前記弁本体に設けられ前記通路を開閉する第１の開閉手段と、
この第１の開閉手段と前記フィードバック室との間の前記通路あるいは前記フィードバック室に設けられ前記第１の開閉手段が閉の時に大気開放し前記第１の開閉手段が開の時に閉となる第２の開閉手段と、
前記弁本体に設けられ前記供給圧室と前記バイアス室とを連通する第２の通路と
を具備したことを特徴とする圧力増幅装置。 - 前記開閉手段として、電磁弁が使用されたこと
を特徴とする請求項１記載の圧力増幅装置。
Priority Applications (1)
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| JP2003042461A JP4207118B2 (ja) | 2003-02-20 | 2003-02-20 | 圧力増幅装置 |
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| JP2003042461A JP4207118B2 (ja) | 2003-02-20 | 2003-02-20 | 圧力増幅装置 |
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| JP5110378B2 (ja) * | 2008-04-14 | 2012-12-26 | 横河電機株式会社 | 圧力増幅装置とこの圧力増幅装置を備えた電空変換器 |
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