JP5110378B2 - 圧力増幅装置とこの圧力増幅装置を備えた電空変換器 - Google Patents

Description

本発明は、圧力増幅装置とこの圧力増幅装置を備えた電空変換器に関し、特に、入力圧の変化に応じたゲイン制御に関する。

従来から、石油、鉄鋼、化学プラントなどで導入されているプロセス制御では、配管内の流量を調整するために、バルブの開度を制御する電空変換器が用いられている。電空変換器は、入力電流信号に応じた圧力を供給する電空変換モジュール（以下、Ｉ／Ｐモジュールという）と、このＩ／Ｐモジュールで得られた圧力に基づきバルブを駆動する駆動出力圧を出力する圧力増幅装置とを備え、この駆動圧力を制御することでバルブの開度を制御するものである。

図５は従来の圧力増幅装置を用いた電空変換器の一例を示す構成ブロック図である。図５において、ＭＡＵ（Media Access Unit）１は、外部機器との間で信号を送受信する。フィールドバスモデム２はＭＡＵ１と制御部３の間に接続され、入出力信号の変復調を行う。制御部３は、電空変換器の各部を制御する。Ｄ／Ａ変換器４は、制御部３から入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換してＩ／Ｐモジュール５に出力する。Ｉ／Ｐモジュール５は、受信した電気信号に応じて圧力を圧力増幅装置６に供給する。これらＩ／Ｐモジュール５および圧力増幅装置６には、外部から圧力が供給される。圧力増幅装置６は、Ｉ／Ｐモジュール５から入力される圧力に基づきバルブ７を駆動する駆動出力圧を出力する。圧力センサ８は、駆動出力圧を電気信号に変換してＡ／Ｄ変換器９に出力する。Ａ／Ｄ変換器９は、入力信号をデジタル信号に変換して制御部３に出力する。

図５の電空変換器によるバルブ７の開度制御について説明する。まず、駆動出力圧の目標値信号がＭＡＵ１およびフィールドバスモデム２を介して制御部３に入力される。制御部３は、目標値信号と圧力センサ８からの駆動圧信号との偏差信号を演算し、Ｄ／Ａ変換器４を介してＩ／Ｐモジュール５に出力する。

Ｉ／Ｐモジュール５は、入力された偏差信号に応じた圧力を発生して圧力増幅装置６に供給する。圧力増幅装置６は、供給圧力とＩ／Ｐモジュール５からの入力圧力の変化量に対して駆動出力圧の変化量を一定倍率だけ増幅し、駆動出力圧としてバルブ７および圧力センサに供給する。駆動出力圧がバルブ７に供給されることにより、バルブ７の開度が制御される。

また、圧力センサ８は駆動出力圧を電気信号に変換し、Ａ／Ｄ変換器９を介して制御部３へフィードバックする。そして制御部３は、目標値信号と駆動圧信号との偏差を演算して、この偏差が０になるようにＩ／Ｐモジュール５を制御する。

このように、電空変換器は、Ｉ／Ｐモジュール５および圧力増幅装置６を用いて駆動出力圧を制御することにより、バルブ７の開度を制御する。このような電空変換器などに備えられる圧力増幅装置に関連する先行技術文献としては、次のようなものがある。

特開２００４−２５１３７５号公報

図６は従来の圧力増幅装置の一例を示す断面構成図、図７は図６の圧力増幅装置における排気弁部の移動によるダイアフラムの変形説明図である。図６において、従来の圧力増幅装置は、内部に複数の空気室が形成される空間部を有する圧力増幅装置本体１０（以下、ベースという）、ベース１０の空間部内に移動可能に配置されるポペット２０および排気弁部３０、ベース１０とポペット２０を連結するばね２１、排気弁部３０をベース１０の空間部内に移動自在に支持するとともに複数の独立した空気室を形成する隔壁として機能する第１〜第４のダイアフラム４１〜４４などで構成されている。つまり第１〜第４のダイアフラムは排気弁部３０を懸架している。

ベース１０の空間部の一端には、外部からの供給圧を受ける供給圧室１２、入力圧が増加すると一定倍率で出力圧が増加する出力圧室１３が形成され、これら供給圧室１２と出力圧室１３の間には、移動可能にポペット２０が設けられている。このポペット２０の供給圧室１２側の端部はばね２１を介してベース１０の内壁に取り付けられている。

ベース１０の空間部には、ポペット２０の移動方向の延長線上で移動可能に排気弁部３０が第１〜第４のダイアフラム４１〜４４を介して取り付けられている。第４のダイアフラム４４を介して出力圧室１３と対向するように排気圧室１４が形成され、第３のダイアフラム４３を介して排気圧室１４と対向するように入力圧室１５が形成され、第２のダイアフラム４２を介して入力圧室１５と対向するようにバイアス室１６が形成され、第１のダイアフラム４１を介してバイアス室１６と対向するようにフィードバック室１７が形成されている。

ここで、排気圧室１４は出力圧室１３から空気を排出し、入力圧室１５は図示しないＩ／Ｐモジュールなどから入力圧を受け、バイアス室１６は図示しない流路を介して供給圧室１２と接続され、フィードバック室１７は図示しない流路を介して出力圧室１３と接続される。なお排気弁部３０には出力圧室１３と排気圧室１４とを接続する流路が形成されている。

このような構成において、入力圧室１５に供給される入力圧が増加すると、第３のダイアフラム４３に圧力が加わる。このとき排気弁部３０は、第３のダイアフラム４３の受圧面積の方が第２のダイアフラム４２の受圧面積よりも大きいので、これらの受圧面積の差分に相当する力によってダイアフラム４２、４３が変形することにより、図６の矢印Ａ方向に移動する。

一方、供給圧はバイアス室１６にも供給され、第１および第２のダイアフラム４１、４２の受圧面積の差分に相当する力が排気弁部３０に作用する。

このとき、第１のダイアフラム４１の受圧面積は、第２のダイアフラム４２の受圧面積よりも大きいので、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排気弁部３０に作用する。

排気弁部３０は、ばね２１の押圧力に抵抗してポペット２０を加圧し、ばね２１を圧縮させる。ポペット２０は、排気弁部３０と接触して出力圧室１３と排気圧室１４とを接続する流路を閉鎖し、排気弁部３０とポペット２０が一体となって矢印Ａ方向に移動する。

ポペット２０が矢印Ａ方向に移動して供給圧室１２と出力圧室１３とを接続する流路を徐々に開くと、この流路の隙間を介して供給圧室１２から出力圧室１３に空気が流入して圧力が供給される。すなわち、出力圧室１３に供給される圧力は増加する。

出力圧室１３に供給される圧力が増加すると、図示しない出力圧室１３とフィードバック室１７を接続する流路を介してフィードバック室１７に供給される圧力も増加し、この出力圧の増加分がフィードバック室１７にフィードバックされる。

このとき第１のダイアフラム４１の受圧面積よりも第４のダイアフラム４４の受圧面積が小さいので、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排気弁部３０に作用する。

このように圧力増幅装置は、外部からの入力圧が増加すると、各ダイアフラムの受圧面積に基づき一定倍率で出力圧を増加して出力する。

ここで、各第１〜第４のダイアフラム４１〜４４が圧力を受ける面積をＡａ、Ａｂ、Ａｃ、Ａｄとし、排気口部面積をＡｆとすると、一定倍率（ゲイン）は次の式（１）のように表すことができる。ダイアフラムの面積は、ダイアフラムの受圧部分の有効径（の二乗）に比例する。
Ｇ＝（Ａｂ−Ａｃ）／（Ａａ−Ａｄ＋Ａｆ）・・・（１）

このような式（１）で表されるゲインは、入力圧の増加により力学的な平衡が崩れて排気弁部３０がＡ、Ｂ方向に移動しても、図７のように各ダイアフラムの有効径は固定値であって変化しないので、結果としてゲインは変化しない。

しかしながら、従来の圧力増幅装置は、供給される入力圧がたとえばステップ状に大きく変化する場合では、高ゲインにて入力圧の大きな変化に基づき出力圧を速やかに大きく変化させる必要があるところ、各ダイアフラムの有効径は変化しないのでゲインは変化せず、大きな出力圧変化を速やかに得ることができないという問題点があった。

また従来の圧力増幅装置は、供給される入力圧の変化が小さくて緩やかな場合では、低ゲインにて出力圧を微小に変化させて制御・出力する必要があるところ、各ダイアフラムの有効径は変化しないのでゲインは変化せず、出力圧変化を安定的に制御することが困難であるという問題点があった。

さらに従来の圧力増幅装置を備える電空変換器では、圧力増幅装置は目標出力圧が高い場合では大きな入力圧を必要とするため、外部のＩ／Ｐモジュールに大きな電流を供給して大きな入力圧を得る必要があるところ、Ｉ／Ｐモジュールに供給できる電流には制限があり、必要な入力圧を得ることができずバルブの開度を的確に制御できないという問題点があった。

本発明は上述の問題点を解決するものであり、その目的は、入力圧の変化が小さい場合は小さなゲインにて出力圧を安定的に微小に変化させ、入力圧の変化が大きい場合には大きなゲインにて出力圧を速やかに大きく変化させる圧力増幅装置を実現し、バルブの開度を的確に制御できる電空変換器を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
供給圧と入力圧とが供給され、ダイアフラムの弾性変形によって前記入力圧の変化に応じて出力圧を増幅変化させる圧力増幅装置において、
前記入力圧の変化に応じて前記ダイアフラムの受圧面積が変化して前記入力圧の変化が大きい時のゲインは前記入力圧の変化が小さい時のゲインよりも高くなるように、前記ダイアフラムの外周支持部にダイアフラムの変位を調整する変位調整機構を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、
請求項１記載の圧力増幅装置において、
前記圧力増幅装置は、
前記供給圧が供給される供給圧室およびバイアス室と、前記入力圧が供給される入力圧室と、前記出力圧が供給されるフィードバック室と、各圧力室を隔てる複数のダイアフラムの弾性変形によって移動する排気弁部と、前記入力圧の変化に応じて前記出力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流路を開閉するポペットとを備えていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、
請求項１または２記載の圧力増幅装置において、
前記変位調整機構は、
前記ダイアフラムの外周支持部の前記ダイアフラムと接触する外周部分がテーパ状に形成された接触調整部であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、
請求項１〜請求項３いずれかに記載の圧力増幅装置において、
前記変位調整機構は、
前記ダイアフラムの外周支持部の一部が切り欠かれ、その外周部分が前記ダイアフラムの変位に応じて前記外周支持部の前記ダイアフラムを支持する支点を変位させる切り欠き面または切り欠き面を一部に有する切り欠き部であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、
入力圧の変化に応じて出力圧を増幅変化させる圧力増幅装置を備え、前記出力圧によりバルブを動作させる電空変換器において、
前記圧力増幅装置は、供給圧と入力圧とが供給され、前記供給圧が供給される供給圧室およびバイアス室と、前記入力圧が供給される入力圧室と、前記出力圧が供給されるフィードバック室と、各圧力室を隔てる複数のダイアフラムの弾性変形によって移動する排気弁部と、前記入力圧が変化に応じて前記出力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流路を開閉するポペットとを備え、前記入力圧の変化に応じて前記ダイアフラムの受圧面積が変化してゲインが変化するように、前記ダイアフラムの外周支持部にダイアフラムの変位を調整する変位調整機構を設けたことを特徴とする。

本発明に係る圧力増幅装置によれば、入力圧の変化が小さい場合は低ゲインにて出力圧を安定的に微小に変化させ、入力圧の変化が大きい場合には高ゲインにて出力圧を速やかに大きく変化させることができ、本発明に係る電空変換器によればバルブの開度を的確に制御できる。

図１は本発明に係る圧力増幅装置の構成図であり、図６と共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図６との相違点は、図１では、入力圧の変化に応じてダイアフラムの受圧面積が変化してゲインが変化するように、各ダイアフラムの外周支持部にダイアフラムの変位を調整する変位調整機構を設けたことである。

図１において圧力増幅装置は、内部に複数の空気室が形成される空間部を有するベース１０、ベース１０の空間部内に移動可能に配置されるポペット２０および排気弁部３０、ベース１０とポペット２０を連結するばね２１、排気弁部３０をベース１０の空間部内に移動自在に支持するとともに複数の独立した空気室を形成する隔壁として機能する第１〜第４のダイアフラム４１〜４４などで構成されている。

第１のダイアフラム４１は、ベース１０に固着嵌装される第１の外周支持部Ｈ１と第２の外周支持部Ｈ２によってダイアフラムの外周部分を支持される。また第１のダイアフラム４１は、一方の面に出力圧を受圧し、他方の面に供給圧を受圧して弾性変形する。

第２のダイアフラム４２は、ベース１０に固着嵌装される第２の外周支持部Ｈ２と第３の外周支持部Ｈ３によってダイアフラムの外周部分を支持される。また第２のダイアフラム４２は、一方の面に供給圧を受圧し、他方の面に入力圧を受圧して弾性変形し、第１のダイアフラム４１よりも受圧面積が小さく形成されている。

第３のダイアフラム４３は、ベース１０に固着嵌装される第３の外周支持部Ｈ３と第４の外周支持部Ｈ４によってダイアフラムの外周部分を支持される。第３のダイアフラム４３は一方の表に入力圧を受圧し、他方の面に排気圧を受圧し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４２よりも受圧面積が大きく形成されている。

第４のダイアフラム４４は、ベース１０に固着嵌装される第４の外周支持部Ｈ４とベース１０によってダイアフラムの外周部分を支持される。また第４のダイアフラム４４は、一方の面に排気圧を受圧し、他方の面に出力圧を受圧し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４４は、第１のダイアフラム４１よりも受圧面積が大きく形成されている。

ここで接触調整部２００は、各空気室を形成する各外周支持部Ｈ１〜Ｈ４の少なくともいずれかに設けられる。接触調整部２００は、たとえば図１のように第２のダイアフラム４２を支持する第３の外周支持部Ｈ３に設けられる。この接触調整部２００は、第２のダイアフラム４２との接触端から第３のダイアフラム４３が形成される方向にベース１０と排気弁部３０との間隙が徐々に狭まるように、テーパ状に形成されている。

図２は第２のダイアフラムと接触調整部との関係を示す構成図である。（Ａ）は排気弁部３０が基準位置にあるとき、（Ｂ）は排気弁部３０が矢印Ａ方向に移動するときの第２のダイアフラムと接触調整部との関係を示す構成図である。

図２において、たとえば排気弁部３０が矢印Ａ方向に移動すると、接触調整部２００がベース１０と排気弁部３０との間隙を狭める形状となっているため、第２のダイアフラム４２における受圧部分の有効径が小さくなり受圧面積は減少することになる。

この接触調整部２００は、排気弁部３０の移動量とダイアフラムの受圧面積の変化量とが比例するようあらかじめ設計され形成される。

またダイアフラムの受圧面積が変化するとゲインも比例して変化するため、排気弁部の移動量はゲインと比例関係をもつことになる。

すなわち、次の関係が得られることになる（以下「∝」は比例を表す）。
「入力圧の変化 ∝ 排気弁部の移動量 ∝ ダイアフラムの受圧面積の変化 ∝ ゲイン」

すなわち、接触調整部２００は、入力圧の変化に応じてダイアフラムの受圧面積が変化してゲインが変化するように、その外周部分がダイアフラムの変位に応じてダイアフラムと接触してダイアフラムの変位を調整する。

ここで、本発明に係る圧力増幅装置の入力圧の変化の大きさに応じてゲインが変化する動作について説明する。図１において、入力圧室１５に入力圧が供給されると、第３のダイアフラム４３に圧力が加わり、排気弁部３０が図１の矢印Ａ方向に移動される。

排気弁部３０は、第３のダイアフラム４３の受圧面積の方が第２のダイアフラム４２の受圧面積よりも大きいので、これらの受圧面積の差分に相当する力によってダイアフラム４２、４３が変形することにより、図１の矢印Ａ方向に移動される。

排気弁部３０が矢印Ａ方向に移動すると、第２のダイアフラム４２の形状が変化し、接触調整部２００がベース１０と排気弁部３０との間隙を狭める形状となっているため、図２（Ｂ）のように第２のダイアフラム４２の圧力（空気圧）を受圧面積は小さくなる。

いいかえれば第２のダイアフラム４２の圧力（空気圧）を受圧する面の有効径が短くなる。このとき上述の式（１）で示すゲインＧは低くなる。

このため、第２のダイアフラム４２の受圧面積は、入力圧の大きさに応じて（たとえば比例して）変化し、ゲインＧもまた変化する。たとえば入力圧が大きい時のゲインＧは、入力圧が小さい時のゲインＧよりも高くなる。

具体的には、入力圧室１５に供給される入力圧が大きいときの第２のダイアフラムの受圧面積をＡｂ”、ゲインをＧ”とし、入力圧が小さいときの第２のダイアフラムの受圧面積をＡｂ’、ゲインをＧ’とすると以下の式（２）、（３）のように表すことができる。なお、ゲインの式は分母分子がそれぞれ負の値となるので、理解を容易にするため分母分子にそれぞれ「−１」をかけて示す。
Ｇ”＝（Ａｃ−Ａｂ”）／（Ａｄ−Ａａ―Ａｆ）・・・（２）
Ｇ’＝（Ａｃ−Ａｂ’）／（Ａｄ−Ａａ―Ａｆ）・・・（３）

そして、これらの差分をとると、式（４）のように表すことができる。ただし、Ａｂ”＜Ａｂ’であるものとする。
Ｇ”−Ｇ’＝（−Ａｂ”＋Ａｂ’）／（Ａｄ−Ａａ−Ａｆ）＞０・・・（４）

つまり、本発明に係る構成の圧力増幅装置では、入力圧が大きいときのゲインＧ”は、入力圧が小さいときのゲインＧ’よりも高くなる。

このように接触調整部２００が形成されることにより、入力圧の大きさに応じて第２のダイアフラム４２の受圧面積が小さく（大きく）なって、ゲインも低く（高く）なる。また入力圧の変化の大きさに応じて第２のダイアフラム４２の受圧面積が小さく（大きく）なるので、ゲインもまた入力圧の変化の大きさに応じて変化することになる。

この結果、本発明に係る圧力増幅装置は、入力圧の変化の大きさに応じて各ダイアフラムが変化することにより、入力室に供給される入力圧の変化が小さくて緩やかな場合は低ゲインにて出力圧を安定的に微小に変化させ、供給される入力圧がたとえばステップ状に大きく変化する場合には高ゲインにて出力圧を速やかに大きく変化させることができる。

なお、接触調整部２００と同様の形状の接触調整部が各空気室を形成する少なくともいずれかの外周支持部に設けられるものでもよい。

また、各空気室を形成する少なくともいずれかの外周支持部の一部が切り欠かれ、その外周部分がダイアフラムの変位に応じてダイアフラムと接触しない切り欠き面または切り欠き面を一部に有する切り欠き部が形成されるものでもよい。また、これら接触調整部と切り欠き部のうち少なくともいずれか一つを備えるものであってもよい。

図３は、このようなダイアフラムに隣接して形成される接触調整部や切り欠き部の説明図である。（Ａ）は全体図、（Ｂ）は排気弁部３０が基準位置にあるとき、（Ｃ）は排気弁部３０が矢印Ａ方向に移動するときの第３のダイアフラムと切り欠き部との関係を示す構成図である。

接触調整部２１０は、たとえば図３のように第４のダイアフラム４４を支持する第４の外周支持部に設けられる。この接触調整部２１０が、第４のダイアフラム４４との接触端から第３のダイアフラム４３が形成される方向にベース１０と排気弁部３０との間隙が徐々に狭まるように、形成される。

この場合、圧力増幅装置の出力圧が減少すると排気弁部３０がＢ方向に移動することで第４のダイアフラム４４の形状が変化するときには、接触調整部２１０がベース１０と排気弁部３０との間隙を狭める形状となっているため、第４のダイアフラム４４の受圧面積は減少する。このとき上述の式（１）で示すゲインＧは低くなる。

具体的には、入力圧が大きいときの第４のダイアフラムの受圧面積をＡｄ”、ゲインをＧ”とし、入力圧が小さいときの第４のダイアフラムの受圧面積をＡｄ’、ゲインをＧ’とすると、それぞれ以下の式（５）、（６）のように表すことができる。
Ｇ”＝（Ａｃ−Ａｂ）／（Ａｄ”−Ａａ―Ａｆ）・・・（５）
Ｇ’＝（Ａｃ−Ａｂ）／（Ａｄ’−Ａａ―Ａｆ）・・・（６）

そして、これらの式（５）、（６）によれば、Ｇ”の分母とＧ’分母の関係は、以下の式（７）のように表すことができる。ただし、Ａｄ”＜Ａｄ’であるものとする。
（Ａｄ”−Ａａ―Ａｆ）―（Ａｄ’−Ａａ―Ａｆ）＜０・・・（７）

つまり、本発明に係る構成の圧力増幅装置では、入力圧が大きいときのゲインＧ”は、入力圧が小さいときのゲインＧ’よりも高くなる。

このように上述のような接触調整部２１０が形成されることにより、入力圧の大きさに応じて第４のダイアフラム４４の受圧面積が減少（増加）して、ゲインも低く（高く）なる。また入力圧の変化の大きさに応じて第４のダイアフラム４４の受圧面積が小さく（大きく）なるので、ゲインもまた入力圧の変化の大きさに応じて変化することになる。

一方、切り欠き部２２０は、たとえば図３のように、入力圧室１５内を形成し第３のダイアフラム４３を支持する第３の外周支持部Ｈ３の一部が切り欠かれて形成される。

この場合、圧力増幅装置の出力圧が減少すると排気弁部３０がＢ方向に移動することで第３のダイアフラム４３の形状が変化するときには、切り欠き部２２０がベース１０と排気弁部３０との間隙を広げる形状となっているため、第３のダイアフラム４３の受圧面積は増加する。いいかえれば外周支持部が第３のダイアフラム４３を支持する支点（支点ＰＳ１→ＰＳ２）が変位する。このとき、上述の式（１）で示すゲインＧは低くなる。

具体的には、入力圧が大きいときの第３のダイアフラムの受圧面積をＡｃ”、ゲインをＧ”とし、入力圧が小さいときの第３のダイアフラムの受圧面積をＡｃ’、ゲインをＧ’とすると、それぞれ以下の式（８）、（９）のように表すことができる。
Ｇ”＝（Ａｃ”−Ａｂ）／（Ａｄ−Ａａ―Ａｆ）・・・（８）
Ｇ’＝（Ａｃ’−Ａｂ）／（Ａｄ−Ａａ―Ａｆ）・・・（９）

そして、これらの式（８）、（９）によれば、Ｇ”の分母とＧ’分母の関係は、以下の式（１０）のように表すことができる。ただし、Ａｃ”＞Ａｃ’であるものとする。
Ｇ”−Ｇ’＝（Ａｃ”−Ａｃ’）／（Ａｄ−Ａａ−Ａｆ）＞０・・・（１０）

つまり、本発明に係る構成の圧力増幅装置では、入力圧が大きいときのゲインＧ”は、入力圧が小さいときのゲインＧ’よりも高くなる。

このように上述のような切り欠き部２２０が形成されることにより、入力圧の大きさに応じて第３のダイアフラム４３の受圧面積が増加（減少）し、ゲインも低く（高く）なる。また入力圧の変化の大きさに応じて第３のダイアフラム４３の受圧面積が小さく（大きく）なるので、ゲインもまた入力圧の変化の大きさに応じて変化する。

このため、本発明に係る圧力増幅装置は、入力室に供給される入力圧の変化が小さくて緩やかな場合は低ゲインにて出力圧を安定的に微小に変化させ、供給される入力圧がたとえばステップ状に大きく変化する場合には高ゲインにて出力圧を速やかに大きく変化させることができる。

また本発明に係る圧力増幅装置を電空変換器およびバルブポジショナに利用するものでもよい。図４は圧力増幅装置を用いた電空変換器およびバルブポジショナの一例を示す構成ブロック図である。（Ａ）は電空変換器、（Ｂ）はバルブポジショナの説明図である。

まず（Ａ）の電空変換器について説明する。図５と共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図５との相違点は、（Ａ）の電空変換器は本発明に係る圧力増幅装置６０を備えていることである。

このような、本発明に係る圧力増幅装置を利用した電空変換器であれば、入力圧の変化が小さい場合は低ゲインにて出力圧を安定的に微小に変化させ、入力圧の変化が大きい場合には高ゲインにて出力圧を速やかに大きく変化させることができるので、Ｉ／Ｐモジュールに大きな電流を供給して大きな入力圧を得る必要がなく、必要最大電流を減少させ、電流のマージンを増加させることにより電空変換器の信頼性を向上させることができる。

次に（Ｂ）の本発明に係る圧力増幅装置を用いたバルブポジショナについて説明する。（Ａ）と共通する部分に同一の符号を付けて適宜説明を省略する。（Ａ）との相違点は、（Ｂ）のバルブポジショナ５１は、バルブステムを備えるバルブ１０、バルブステムの変位を検出する位置センサ８ａを備えていることである。

このバルブポジショナ５１におけるバルブ１０の開度は、バルブ１０を支持しているバルブステムの位置を変位させることにより、制御される。バルブステムの変位は、位置センサ８ａによって検知されてＡ／Ｄ変換器９を介し位置信号として制御部３にフィードバックされる。そして制御部３は、目標値信号と位置信号との偏差を演算し、この偏差が０になるようにＩ／Ｐモジュール５を制御する。

このように本発明に係る圧力増幅装置を利用したバルブポジショナであれば、入力圧の変化が小さい場合は低ゲインにて出力圧を安定的に微小に変化させ、入力圧の変化が大きい場合には高ゲインにて出力圧を速やかに大きく変化させることができるので、Ｉ／Ｐモジュールに大きな電流を供給して大きな入力圧を得る必要がなく、必要最大電流を減少させ、電流のマージンを増加させることにより信頼性を向上させることができる。

以上説明したように、本発明によれば圧力増幅装置は、入力圧の変化が小さい場合は小さなゲインにて出力圧を安定的に微小に変化させ、入力圧の変化が大きい場合には大きなゲインにて出力圧を速やかに大きく変化させることができ、この圧力増幅装置を利用した電空変換器やバルブポジショナによってバルブの的確な開度制御でき、石油、鉄鋼、化学プラントにおける適切なプロセス制御への貢献が期待できる。

本発明に係る圧力増幅装置の構成図である。 第２のダイアフラムと接触調整部との関係を示す構成図である。 各ダイアフラムに隣接して形成される接触調整部や凹部の説明図である。 圧力増幅装置を用いた電空変換器およびバルブポジショナの一例を示す構成ブロック図である。 従来の圧力増幅装置を用いた電空変換器の一例を示す構成ブロック図である。 従来の圧力増幅装置の一例を示す断面構成図である。 従来の圧力増幅装置の排気弁部の移動によるダイアフラムの変形の説明図である。

符号の説明

１ ＭＡＵ
２ フィールドバスモデム
３ 制御部
４ Ｄ／Ａ変換器
５ Ｉ／Ｐモジュール
６ 圧力増幅装置
７ バルブ／空空ポジショナ
７ａ バルブ
８ 圧力センサ
８ａ 位置センサ
９ Ａ／Ｄ変換器
１０ ベース
１２ 供給圧室
１３ 出力圧室
１４ 排気圧室
１５ 入力圧室
１６ バイアス室
１７ フィードバック室
２０ ポペット
２１ ばね
３０ 排気弁部
４１ 第１のダイアフラム
４２ 第２のダイアフラム
４３ 第３のダイアフラム
４４ 第４のダイアフラム
２００、２１０ 接触調整部
２２０ 切り欠き部

Claims (5)

1. 供給圧と入力圧とが供給され、ダイアフラムの弾性変形によって前記入力圧の変化に応じて出力圧を増幅変化させる圧力増幅装置において、
   前記入力圧の変化に応じて前記ダイアフラムの受圧面積が変化して前記入力圧の変化が大きい時のゲインは前記入力圧の変化が小さい時のゲインよりも高くなるように、前記ダイアフラムの外周支持部にダイアフラムの変位を調整する変位調整機構を設けたことを特徴とする圧力増幅装置。
2. 前記圧力増幅装置は、
   前記供給圧が供給される供給圧室およびバイアス室と、前記入力圧が供給される入力圧室と、前記出力圧が供給されるフィードバック室と、各圧力室を隔てる複数のダイアフラムの弾性変形によって移動する排気弁部と、前記入力圧の変化に応じて前記出力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流路を開閉するポペットとを備えていることを特徴とする請求項１記載の圧力増幅装置。
3. 前記変位調整機構は、
   前記ダイアフラムの外周支持部の前記ダイアフラムと接触する外周部分がテーパ状に形成された接触調整部であることを特徴とする
   請求項１または請求項２記載の圧力増幅装置。
4. 前記変位調整機構は、
   前記ダイアフラムの外周支持部の一部が切り欠かれ、その外周部分が前記ダイアフラムの変位に応じて前記外周支持部の前記ダイアフラムを支持する支点を変位させる切り欠き面または切り欠き面を一部に有する切り欠き部であることを特徴とする
   請求項１〜請求項３いずれかに記載の圧力増幅装置。
5. 入力圧の変化に応じて出力圧を増幅変化させる圧力増幅装置を備え、前記出力圧によりバルブを動作させる電空変換器において、
   前記圧力増幅装置は、
   供給圧と入力圧とが供給され、前記供給圧が供給される供給圧室およびバイアス室と、前記入力圧が供給される入力圧室と、前記出力圧が供給されるフィードバック室と、各圧力室を隔てる複数のダイアフラムの弾性変形によって移動する排気弁部と、前記入力圧が変化に応じて前記出力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流路を開閉するポペットとを備え、前記入力圧の変化に応じて前記ダイアフラムの受圧面積が変化してゲインが変化するように、前記ダイアフラムの外周支持部にダイアフラムの変位を調整する変位調整機構を設けたことを特徴とする電空変換器。

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