JP5667496B2 - パイロットリレー - Google Patents

Description

この発明は、空気作動型の調節弁（バルブ）の開度制御を行うポジショナなどに用いられるパイロットリレーに関するものである。

従来より、バルブ駆動制御、プロセスオートメーション、その他一般産業用機器の駆動制御に際してはポジショナが用いられており、このポジショナをバルブに取り付けることにより、バルブの開度制御を可能としている。

図２０にこのバルブの開度制御を可能とするポジショナの要部の構成を示す。同図において、１００はポジショナであり、このポジショナ１００は上位コントローラ２００から電気信号で送られてくるバルブ開度信号を空気圧信号Ｐｎに変換する電空変換部１０１と、この電空変換部１０１によって変換された空気圧信号（入力空気圧）Ｐｎを増幅してバルブ３００に出力空気圧信号（出力空気圧）Ｐｏとして出力するパイロットリレー（圧力信号増幅器）１０２とから構成されている。

このようなポジショナ１００に用いられるパイロットリレー１０２には、１つの入力空気圧Ｐｎに対して１つの出力空気圧Ｐｏを出力する単動型と、１つの入力空気圧Ｐｎに対して２つの出力空気圧Ｐｏ１，Ｐｏ２を出力する複動型とが存在する。複動型のパイロットリレー１０２は、２つの出力ポートを有し、バルブ３００を正動作させる場合には第１のポートの出力空気圧Ｐｏ１を第２のポートの出力空気圧Ｐｏ２よりも高くし、逆動作させる場合には第２のポートの出力空気圧Ｐｏ２を第１のポートの出力空気圧Ｐｏ１よりも高くする。

図２１に単動型のパイロットリレーの構造を示す。同図において、４０１はハウジングであり、ハウジング４０１内には入力空気圧室４０２，供給空気圧室４０３，出力空気圧室４０４および排気室４０５が設けられている。また、ハウジング４０１内には、入力空気圧室４０２に導かれる入力空気圧（ノズル背圧）Ｐｎによって変位するダイアフラム４０６が設けられており、このダイアフラム４０６に弁駆動部材（移動体）４０７が矢印Ａ方向およびＢ方向へ移動可能に支持されている。弁駆動部材４０７は、出力空気圧室４０４に位置する開口４０７ａと、この開口４０７ａを排気室４０５に連通させる排気通路４０７ｂとを有している。また、出力空気圧室４０４と排気室４０５とはダイアフラム４０８で仕切られており、ダイアフラム４０８はハウジング４０１と弁駆動部材４０７との間に設けられている。

供給空気圧室４０３と出力空気圧室４０４との間には隔壁４０９が形成されている。この隔壁４０９には供給空気圧室４０３と出力空気圧室４０４とを連通する連通孔４０９ａが形成されている。そして、この連通孔４０９ａを貫通して、左右に移動可能にポペット弁４１０が設けられている。ポペット弁４１０は、弁駆動部材４０７の開口４０７ａを開閉する排気弁４１０ａと、隔壁４０９の連通孔４０９ａを開閉する給気弁４１０ｂとを一体的に有している。また、出力空気圧室４０４には、ポペット弁４１０を矢印Ｂ方向、すなわち給気弁４１０ｂが連通孔４０９ａを閉じる方向に付勢するバネ４１１が設けられている。

このパイロットリレーでは、供給空気圧室４０３にエアー供給管４１２を通して供給空気圧Ｐｓが供給され、入力空気圧室４０２にノズル背圧導入管４１３を通して入力空気圧Ｐｎが導かれる。また、出力空気圧室４０４からエアー出力管４１４を通して出力空気圧Ｐｏがバルブ３００に出力される。なお、排気室４０５は大気と連通している。

このパイロットリレーにおいて、入力空気圧Ｐｎを増加させると、ダイアフラム４０６，４０８が矢印Ａ側に移動し、それに伴って、ダイアフラム４０６，４０８に支持されている弁駆動部材４０７も矢印Ａ側に移動する。すると、弁駆動部材４０７は、その移動に伴ってポペット弁４１０をバネ４１１の付勢力に抗して押し下げ、それに伴って、ポペット弁４１０の給気弁４１０ｂが連通孔４０９ａを開く。この時、弁駆動部材４０７の開口４０７ａは、ポペット弁４１０の排気弁４１０ａによって閉じられる。これにより、エアー供給管４１２を通して供給空気圧室４０３に供給されたエアーは、連通路４０９ａを通って出力空気圧室４０４内に導入され、エアー出力管４１４を通って、バルブ３００に供給される。

一方、入力空気圧Ｐｎを減少させると、ダイアフラム４０６，４０８が矢印Ｂ側に移動し、それに伴って、ダイアフラム４０６，４０８に支持されている弁駆動部材４０７も矢印Ｂ側に移動する。すると、バネ４１１の付勢力によってポペット弁４１０が押し上げられ、それに伴って、ポペット弁４１０の給気弁４１０ｂが連通孔４０９ａを閉じる。この時、弁駆動部材４０７の開口４０７ａは、ポペット弁４１０の排気弁４１０ａによって開かれる。これにより、出力空気圧室４０４内のエアが、弁駆動部材４０７の開口４０７ａより排気通路４０７ｂに入り、排気室４０５に排出される。

このようにして、入力空気圧室４０２に導かれる入力空気圧Ｐｎによって、弁駆動部材４０７およびポペット弁４１０が動作し、その動作によって、増幅された出力空気圧Ｐｏがエア出力管４１４を通してバルブ３００へ出力されるものとなる。この場合、入力空気圧Ｐｎの圧力を調整することによって、出力空気圧Ｐｏが調整されるものとなる。

このパイロットリレーにおいて、入力圧は入力空気圧Ｐｎとダイアフラム（入力ダイアフラム）４０６の有効面積Ａｎとの積Ａｎ×Ｐｎで表され、また出力圧は出力空気圧Ｐｏとダイアフラム（出力ダイアフラム）４０８の有効面積Ａｏとの積Ａｏ×Ｐｏで表される。

入力圧Ａｎ×Ｐｎが出力圧Ａｏ×Ｐｏと平衡しているとき、給気弁４１０ｂは隔壁４０９の連通孔４０９ａに着座し、同時に排気弁４１０ａは弁駆動部材４０７の開口４０７ａに着座し、給気も排気も停止している。すなわち、入力圧と出力圧が平衡しているとき、Ａｎ×Ｐｎ＝Ａｏ×Ｐｏという等式が成り立つ。

このパイロットリレーでは、入力空気圧Ｐｎに対する出力空気圧Ｐｏの比がゲインＧ（Ｇ＝Ｐｏ／Ｐｎ）とされる。このゲインＧは、Ａｎ×Ｐｎ＝Ａｏ×Ｐｏという等式が成り立つので、Ｐｏ／Ｐｎ＝Ａｎ／Ａｏとなり、ゲインＧはＧ＝Ａｎ／Ａｏとしても表される。このゲインＧが高いほど、入力空気圧Ｐｎによって出力空気圧Ｐｏを高められるので、ポジショナの応答性を向上させることが可能となる。そこで、パイロットリレーの高ゲイン化を図るためには、入力空気圧Ｐｎを受ける有効面積Ａｎを大きくするか、出力空気圧Ｐｏを受ける有効面積Ａｏを小さくすればよいことなる。

このために、特許文献１に示されたパイロットリレーでは、有効面積Ｓ１の第１ダイアフラムとこれよりも小さい有効面積Ｓ２の第２ダイアフラムとに結合された給気用可動弁座とハウジング内に固定された給気用内弁とからなる給気弁を有する給気弁ユニットと、有効面積Ｓ１の第３ダイアフラムと有効面積Ｓ２の第４ダイアフラムとに結合された排気用可動弁座とハウジング内に固定された排気用内弁とからなる排気弁を有する排気弁ユニットとを設け、第１ダイアフラムと第３ダイアフラムのそれぞれの一方の面に入力空気圧を且つそれぞれの他方に面に出力空気圧信号を加え、同時に第２ダイアフラムと第４ダイアフラムのそれぞれの一方の面に出力空気圧を且つそれぞれの他方に面に大気圧を加え、更に供給空気圧を給気弁ユニットに供給するようにしている。

この特許文献１に示されたパイロットリレーでは、入力圧と出力圧とが平衡しているとき、Ｓ１×Ｐｎ＝（Ｓ１−Ｓ２）×Ｐｏが成り立つ。したがって、ゲインＧがＧ＝Ｐｏ／Ｐｎ＝Ｓ１／（Ｓ１−Ｓ２）として表され、各ユニットの２枚のダイアフラムの中の大きい方のダイアフラムの有効面積Ｓ１に小さい方のダイアフラムＳ２を近づけることにより、すなわちＧ＝Ａｎ／ＡｏのＡｏを小さくすることにより、ゲインＧを高めることができる。

特開平１０−１９００６号公報 特開２００４−３６０８０５号公報

しかしながら、特許文献１に示されたパイロットリレーでは、給気弁ユニットと排気弁ユニットとの２つのユニットで装置を構成しなければならず、パイロットリレーの大型化が避けられない。

なお、特許文献２では、出力空気圧を受けるフィードバック室を設けることによって、出力空気圧室における出力空気圧Ｐｏを受ける有効面積Ａｏを小さくするようにしている。しかし、このような手法では、出力空気圧室と連通するフィードバック室を新たに設けなければならず、パイロットリレーの構成が複雑化するとともに容積が大きくなってしまう。

また、出力空気圧Ｐｏを受ける有効面積Ａｏを小さくするのではなく、入力空気圧Ｐｎを受ける有効面積Ａｎを大きくすることも考えられるが、Ａｎを大きくすることは応答性の低下につながる。また、パイロットリレーの大型化を招くので望ましくない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、複雑化したり、大型化を招くことなく、高ゲイン化を図ることが可能なパイロットリレーを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、ハウジング内に形成された入力空気圧室，供給空気圧室，出力空気圧室および排気室と、入力空気圧室に導かれる入力空気圧によって変位する第１のダイアフラムと、出力空気圧室に位置する開口と，この開口を排気室に連通させる排気通路とを有し、第１のダイアフラムに支持されてハウジング内を移動する移動体と、供給空気圧室と出力空気圧室とを画成する隔壁に形成された連通孔を貫通して移動可能に設けられ、移動体の開口を開閉する排気弁および連通孔を開閉する給気弁とを一体的に有するポペット弁と、ポペット弁を給気弁が連通孔を閉じる方向に付勢するバネ部材と、移動体とハウジングとの間に取り付けられ出力空気圧室とこの出力空気圧室と隣接する他の室とを画成する第２のダイアフラムとを備えたパイロットリレーであって、ポペット弁は、給気弁に連なる供給空気圧室側の外周面を当該ポペット弁の移動を案内するガイド部として有し、第２のダイアフラムの有効面積をＡ０、連通孔の断面積をＡ１、移動体の開口の断面積をＡ２、ガイド部の断面積をＡ３とした場合、これらの面積Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３の関係がＡ０＞Ａ１＞Ａ２＞Ａ３とされており、第２のダイアフラムの有効面積Ａ０の前記連通孔の断面積Ａ１に対する比率が２.５以下とされていることを特徴とする。

本発明では、第２のダイアフラムの有効面積Ａ０と連通孔の断面積Ａ１との関係がＡ０＞Ａ１とされ、第２のダイアフラムの有効面積Ａ０の連通孔の断面積Ａ１に対する比率が２.５以下とされている。すなわち、本発明では、ポペット弁の給気弁によって開閉される連通孔の径が大きくされ、この連通孔の径と第２のダイアフラムの有効径との差が小さくされている。これにより、第２のダイアフラムの有効面積Ａ０と連通孔の断面積Ａ１との差が小さくされ、Ｇ＝Ａｎ／Ａｏで表されるパイロットリレーのゲインを示す式において、出力空気圧を受ける有効面積Ａｏが小さくなり、入力空気圧を受ける有効面積Ａｎを変えないまま、高ゲイン化が図られるものとなる。

また、本発明では、連通孔の断面積Ａ１と移動体の開口の断面積Ａ２との関係をＡ１＞Ａ２とすることにより、給排気時にポペット弁が暴れずに安定し易くすることが可能となる。また、移動体の開口の断面積Ａ２とガイド部の断面積Ａ３との関係をＡ２＞Ａ３とすることにより、出力空気圧が供給空気圧となった場合でも給気ポートのセルフシールを確保することが可能となる。

なお、本発明の構成において、さらに、出力空気圧室を大気に常時連通させる微細連通路を設けるようにしてもよい。このような微細連通路を設けると、ポペット弁の給気弁で連通孔を閉じようとした場合、微細連通路を通して出力空気圧室からの空気が大気に流出し、給気弁による連通路の閉塞が迅速に行われるものとなる。この微細連通路は、ポペット弁に形成されていてもよいし、ハウジングや移動体に形成されていてもよい。また、本発明は、単動型のパイロットリレーだけではなく、複動型のパイロットリレーにも同様にして適用することが可能である。

本発明の単動型のパイロットリレーによれば、第２のダイアフラムの有効面積Ａ０と連通孔の断面積Ａ１との関係をＡ０＞Ａ１とし、第２のダイアフラムの有効面積Ａ０の連通孔の断面積Ａ１に対する比率が２.５以下とするようにしたので、Ｇ＝Ａｎ／Ａｏで表されるパイロットリレーのゲインを示す式において、出力空気圧を受ける有効面積Ａｏを小さくし、複雑化したり、大型化を招くことなく、高ゲイン化を図ることが可能となる。
また、連通孔の断面積Ａ１と移動体の開口の断面積Ａ２との関係をＡ１＞Ａ２とすることにより、給排気時にポペット弁が暴れずに安定し易くすることが可能となり、移動体の開口の断面積Ａ２とガイド部の断面積Ａ３との関係をＡ２＞Ａ３とすることにより、出力空気圧が供給空気圧となった場合でもセルフシールを確保することが可能となる。

本発明に係るパイロットリレーの一実施の形態（単動型のパイロットリレー）の構造を示す図である。 この単動型のパイロットリレーにおけるポペット弁の周辺を拡大して示す図である。 この単動型のパイロットリレーにおけるポペット弁周辺の構造を本出願人が現在採用している構造（従来の構造）と対比して示す図である。 この単動型のパイロットリレーにおいて出力空気圧室と排気室とを連通させる微細連通路（ブリード穴）をハウジングに設けるようにした例を示す図である。 この単動型のパイロットリレーにおいて出力空気圧室と排気室とを連通させる微細連通路をスプールに設けるようにした例を示す図である。 この単動型のパイロットリレーにおいて出力空気圧室を直接大気と連通させる微細連通路をハウジングに設けるようにした例を示す図である。 この単動型のパイロットリレーにおいて出力空気圧室と排気室との間にバイアス室を設けるようにした例を示す図である。 この単動型のパイロットリレーにおけるポペット弁の整定時間について本願の構造と従来の構造とを比較して説明する図（ブリードの穴径は同じ）である。 この単動型のパイロットリレーにおけるポペット弁の整定時間について本願の構造と従来の構造とを比較して説明する図（ブリード穴径小（本願の構造））である。 ポペット弁に出力空気圧室とバネが収容されている部屋とを連通させる微細連通路を設けるようにした例を示す図である。 バネが収容されている部屋を大気と連通させる連通路をシート保持部に設けるようにした例を示す図である。 本発明に係るパイロットリレーの他の実施の形態の構造（複動型のパイロットリレー）を示す図である。 この複動型のパイロットリレーにおける第１のポペット弁の周辺を拡大して示す図である。 この複動型のパイロットリレーにおける第２のポペット弁の周辺を拡大して示す図である。 この複動型のパイロットリレーにおいて出力空気圧室と排気室とを連通させる微細連通路をハウジングに設けるようにした例を示す図である。 この複動型のパイロットリレーにおいて出力空気圧室と排気室とを連通させる微細連通路をスプールに設けるようにした例を示す図である。 この複動型のパイロットリレーにおいて出力空気圧室を直接大気と連通させる微細連通路をハウジングに設けるようにした例を示す図である。 この複動型のパイロットリレーにおいて第１の出力空気圧室と第１の排気室との間にバイアス室を設けた例を示す図である。 この複動型のパイロットリレーにおいて入力空気圧室と第２の出力空気圧室との間にバイアス室を設けるように例を示す図である。 パイロットリレーを用いたポジショナの要部の構成図である。 従来の単動型のパイロットリレーの構造を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〔実施の形態１：単動型〕
図１はこの発明に係るパイロットリレーの一実施の形態の構造を示す図である。このパイロットリレーは単動型である。同図において、１はハウジングであり、ハウジング１内には入力空気圧室２，供給空気圧室３，出力空気圧室４，排気室５およびバイアス室６が設けられている。

このハウジング１において、排気室５は、第１のダイアフラム７−１を介して出力空気圧室４と隣接するとともに第２のダイアフラム７−２を介してバイアス室６と隣接している。また、入力空気圧室２は、第３のダイアフラム７−３を介してバイアス室６と隣接している。第１〜第３のダイアフラム７−１〜７−３は、ハウジング１とスプール（移動体）８との間に設けられており、この第１〜第３のダイアフラム７−１〜７−３によってスプール８が矢印Ａ方向およびＢ方向へ移動可能に支持されている。

スプール８は、出力空気圧室４に位置する開口８ａと、開口８ａを排気室５に連通させる排気通路８ｂとを有している。ハウジング１には、ハウジング１の外側にその開口部９ａが臨む通路９がポペット弁組立体装着部１０として設けられている。このポペット弁組立体装着部１０には、ハウジング１の外側に臨む通路９の開口部９ａから、その通路９の内壁面に沿って、ポペット弁組立体１１が摺動可能に装着され、その通路９の底部に残された空間が出力空気圧室４とされている。

ポペット弁組立体１１は、円筒状のシート部１２と、このシート部１２がその前面に着脱可能に取り付けられた円柱状のシート保持部１３との分割構造とされており 、シート部１２とシート保持部１３との間に内部空間１４が形成されている。シート部１２の上面１２ａには内部空間１４と出力空気圧室４とを連通させる連通孔１２ｂが形成されている。このシート部１２の上面１２ａが供給空気圧室３と出力空気圧室４とを画成する隔壁の役割を果たす。

シート部１２とシート保持部１３との間の内部空間１４にはバネ１５が収容されており、このバネ１５に付勢された状態でポペット弁１６がシート部１２とシート保持部１３との間に保持されている。内部空間１４は供給空気圧室３と連通している。ポペット弁１６は、その先端部に排気弁１６ａを有し、排気弁１６ａの後方に給気弁１６ｂを有している。また、ポペット弁１６は、その軸心を貫通する貫通孔１６ｃを有している。

この保持状態において、ポペット弁１６は、シート部１２に形成された連通孔１２ｂを貫通して、左右に移動可能にバネ１５によって付勢されている。また、給気弁１６ｂが連通孔１２ｂを閉じる方向に付勢され、排気弁１６ａが連通孔１２ｂから突出している。なお、ポペット弁１６の排気弁１６ａと給気弁１６ｂとの間には、その内部に形成された貫通孔１６ｃに連通する微細連通路（ブリード穴）１６ｄが形成されている。このポペット弁組立体１１では、シート部１２とシート保持部１３との分割構造とされているので、バネ１５および第１のポペット弁１６の組み込み作業が容易である。

ポペット弁組立体１１に対しては、このポペット弁組立体１１をポペット弁組立体装着部１０に装着した後、すなわちハウジング１の外側に臨む開口部９ａからポペット弁組立体１１を通路９内に押し込んだ後、その通路９の開口部９ａにリング状の止板１７を取り付けている。すなわち、止板１７のリング面をポペット弁組立体１１のハウジング１の外側に臨む面（シート保持部１３の底面１３ａ）に面接触させ、ポペット弁組立体装着部１０におけるポペット弁組立体１１の位置を規制している。

この単動型のパイロットリレーでは、供給空気圧室３およびバイアス室６にエアー供給管１８を通して供給空気圧Ｐｓが供給され、入力空気圧室２にノズル背圧導入管１９を通して入力空気圧Ｐｎが導かれる。また、出力空気圧室４からエアー出力管２０を通して出力空気圧Ｐｏがバルブ３００に出力される。

なお、排気室５は大気と連通しており、ポペット弁組立体１１のシート部１２およびシート保持部１３にはハウジング１との間にＯリング２１，２２が装着されている。また、ポペット弁組立体１１において、ポペット弁１６とシート保持部１３との間にはＯリング２３が装着されている。このＯリング２３によって、シート保持部１３におけるバネ１５が収容された部屋１３ｂは、供給空気圧室２から隔離され、ポペット弁１６の貫通孔１６ｃと連通した１つの室とされている。

この単動型のパイロットリレーにおいて、入力空気圧Ｐｎを増加させると、ダイアフラム７−１〜７−３が矢印Ａ側に移動し、それに伴って、ダイアフラム７−１〜７−３に支持されているスプール８も矢印Ａ側に移動する。すると、スプール８は、その移動に伴ってポペット弁１６をバネ１５の付勢力に抗して押し下げ、それに伴って、ポペット弁１６の給気弁１６ｂが連通孔１２ｂを開く。この時、スプール８の開口８ａは、ポペット弁１６の排気１６ａによって閉じられる。これにより、エアー供給管１８を通して供給空気圧室３に供給されたエアーは、連通路１２ａを通って出力空気圧室４内に導入され、エアー出力管２０を通って、バルブ３００に供給される。

一方、入力空気圧Ｐｎを減少させると、ダイアフラム７−１〜７−３が矢印Ｂ側に移動し、それに伴って、ダイアフラム７−１〜７−３に支持されているスプール８も矢印Ｂ側に移動する。すると、バネ１５の付勢力によってポペット弁１６が押し上げられ、それに伴って、ポペット弁１６の給気弁１６ｂが連通孔１２ｂを閉じる。この時、スプール８の開口８ａは、ポペット弁１６の排気弁１６ａによって開かれる。これにより、出力空気圧室４内のエアが、スプール８の開口８ａより排気通路８ｂに入り、排気室５に排出される。

このようにして、入力空気圧室２に導かれる入力空気圧Ｐｎによって、スプール８およびポペット弁１６が動作し、その動作によって、増幅された出力空気圧Ｐｏがエア出力管２０を通してバルブ３００へ出力されるものとなる。この場合、入力空気圧Ｐｎの圧力を調整することによって、出力空気圧Ｐｏが調整されるものとなる。

なお、ポペット弁１６に形成されている微細連通路１６ｄは、このポペット弁１６の給気弁１６ｂが連通孔１２ｂを閉じようとした場合、出力空気圧室４の空気をポペット弁１６に形成されている貫通孔１６ｃを通して、スプール８の排気通路８ｂへ導き、排気室５に流出させて、またバネ１５が収容されているシート保持部１３の部屋１３ｂに導いて、ポペット弁１６の給気弁１６ｂによる連通孔１２ｂの閉塞（給気ポートのシール）を迅速に行わせる役割を果たす。この微細連通路１６ｄ，貫通孔１６ｃおよび部屋１３ｂの役割については後のデッドバンドによる給排気の非線形性の改善の項目でも詳述する。

図２にポペット弁１６の周辺を拡大して示す。この単動型のパイロットリレーにおいて、ポペット弁１６は、給気弁１６ｂに連なる供給空気圧室３側の外周面１６ｅをポペット弁１６の移動を案内するガイド部として有している。また、ダイアフラム７−１の有効径をφＤ０、連通孔１２ｂの径をφＤ１、スプール８の開口８ａの径をφＤ２、ガイド部１６ｅの径をφＤ３とし、ダイアフラム７−１の有効面積をＡ０、連通孔１２ｂの断面積をＡ１、スプール８の開口８ａの断面積をＡ２、ガイド部１６ｅの断面積をＡ３とした場合、これらの面積Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３の関係がＡ０＞Ａ１＞Ａ２＞Ａ３とされている。

また、ポペット弁１６の給気弁１６ｂによって開閉される連通孔１２ｂの径φＤ１が大きくされ、この連通孔１２ｂの径φＤ１とダイアフラム７−１の有効径φＤ０との差が小さくされている。これにより、ダイアフラム７−１の有効面積Ａ０と連通孔１２ｂの断面積Ａ１との差が小さくされ、Ｇ＝Ａｎ／Ａｏで表されるパイロットリレーのゲインを示す式において、出力空気圧Ｐｏを受ける有効面積Ａｏが小さくなり、入力空気圧Ｐｎを受ける有効面積Ａｎを変えないまま、高ゲイン化が図られるものとなる。

図３にポペット弁周辺の構造を本出願人が現在採用している構造（従来の構造）と対比して示す。図３（ａ）が従来の構造であり、この従来の構造において、ポペット弁１６’で開閉される連通孔１２ｂ’の径φＤ１’は図３（ｂ）に示される本実施の形態の構造（本願の構造）における連通孔１２ｂの径φＤ１よりもかなり小さい（φＤ１＞φＤ１’）。例えば、φＤ０が１２ｍｍ程度であるのに対し、本願の構造における連通孔１２ｂの径φＤ１が８ｍｍ程度であり、従来の構造における連通孔１２ｂ’の径φＤ１’は４ｍｍ程度である。

ここで、出力空気圧Ｐｏを受ける受圧面積は、本願の構造ではＡｏ＝Ａ０−Ａ１＝（π／４）・（Ｄ０ ² −Ｄ１ ² ）と表され、従来の構造ではＡｏ’＝Ａ０−Ａ１’＝（π／４）・（Ｄ０ ² −Ｄ１’ ² ）と表される。そして、入力空気圧室２の受圧面積Ａｎが同じならば、ゲインはそれぞれ、本願の構造ではＧ＝Ａｎ／Ａｏと表され、従来の構造ではＧ’＝Ａｎ／Ａｏ’となり、Ａｏ＜Ａｏ’なので、Ｇ＞Ｇ’となる。したがって、従来の構造と比較し、本願の構造の方が高ゲインとなる。

また、本願の構造では、連通孔１２ｂの径φＤ１（断面積Ａ１）とスプール８の開口８ａの径φＤ２（断面積Ａ２）との関係がφＤ１＞φＤ２（Ａ１＞Ａ２）とされている。この場合、連通孔１２ｂの径φＤ１（給気ポート径）とスプール８の開口８ａの径φＤ２（排気ポート径）とをなるべく近くなるようにすると、給排気時にポペット弁１６が暴れずに安定し易くなる。

また、本願の構造では、スプール８の開口８ａの径φＤ２（断面積Ａ２）とガイド部１６ｅの径φＤ３（断面積Ａ３）との関係がφＤ２＞φＤ３（Ａ２＞Ａ３）とされている。これにより、出力空気圧Ｐｏが供給空気圧Ｐｓとなった場合でも、給気ポートのセルフシールを確保することが可能となる。

〔給気ポートをセルフシールするための条件〕
図２は排気モード時のポペット弁近傍の様子を示している。このときポペット弁１６にかかる力を以下に示す。
（１）ポペット弁排気側周辺（Ｐｏ）：Ｆ１＝（π／４）・（Ｄ２ ² −Ｄ４ ² ）・Ｐｏ
（２）ポペット弁給気側周辺（Ｐｏ）：Ｆ２＝−（π／４）・（Ｄ１ ² −Ｄ４ ² ）・Ｐｏ
（３）ポペット弁給気側周辺（Ｐｓ）：Ｆ３＝（π／４）・（Ｄ１ ² −Ｄ３ ² ）・Ｐｓ
（４）ポペット弁保持用バネ力：ｆ
以上より、給気ポートをセルフシールするための条件は、
Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋ｆ＝（π／４）・（Ｄ２ ² −Ｄ１ ² ）・Ｐｏ＋（π／４）・（Ｄ１ ² −Ｄ３ ² ）・Ｐｓ＋ｆ＞０ ・・・・（１）
と表される。
この（１）式において、最も厳しくなる条件は、Ｐｏ＝Ｐｓのときである。これを考慮すると、上記（１）式は下記（２）式で表される。
Ｆ＝（π／４）・（Ｄ２ ² −Ｄ３ ² ）・Ｐｓ＋ｆ＞０ ・・・・（２）
この（２）式を満たすことが給気ポートをセルフシールするための条件となる。

したがって、φＤ２＞φＤ３（Ａ２＞Ａ３）とし、上記（２）式において、（π／４）・（Ｄ２ ² −Ｄ３ ² ）・Ｐｓの項を大きくすることによって、出力空気圧Ｐｏが供給空気圧Ｐｓとなった場合でも、給気ポートのセルフシールを確保することが可能となる。

また、この単動型のパイロットリレーでは、図１に示されるように、出力空気圧室４が第１のダイアフラム７−１を介して排気室５と隣接し、排気室５が第２のダイアフラム７−２を介してバイアス室６と隣接し、バイアス室６が第３のダイアフラム７−３を介して入力空気圧室２と隣接している。

このような各室の配置から分かるように、この単動型のパイロットリレーでは、入力空気圧室２と出力空気圧室４との間にバイアス室６と排気室５が設けられており、入力空気圧室２と出力空気圧室４とが隣接しておらず、ダイアフラム７−１〜７−３の中に圧力の正負の変化が激しいダイアフラムはない。このため、入力空気圧室２と出力空気圧室４とを隣接させ、その間にダイアフラムを設けるような構造と比較して、ダイアフラムの耐久性が向上する。

なお、この実施の形態では、ポペット弁１６に微細連通路１６ｄを設けるようにしたが、図４に示すように、ハウジング１に微細連通路１ａを形成し、出力空気圧室４と排気室５とを連通させるようにしてもよい。また、図５に示すように、スプール８に微細連通路８ｃを形成し、出力空気圧室４と排気室５とを排気通路８ｂを介して連通させるようにしてもよい。また、図６に示すように、ハウジング１に、出力空気圧室４を大気と直接連通させる微細連通路１ｂを形成するようにしてもよい。本実施の形態では、ポペット弁１６に微細連通路１６ｄを設けているので、ハウジング１やスプール８には手を加えなくてもよく、微細連通路１６ｄのメンテナンスも容易となる。

また、この実施の形態では、バイアス室６を入力空気圧室２と排気室５との間に設けたが、出力空気圧室４と排気室５との間にバイアス室６を設けるようにしてもよい。図７に出力空気圧室４と排気室５との間にバイアス室６を設けるようにした例を示す。この例では、バイアス室６を、第１のダイアフラム７−１を介して出力空気圧室４と隣接させるとともに第２のダイアフラム７−２を介し排気室５と隣接させている。また、入力空気圧室２を、第３のダイアフラム９−３を介して排気室５と隣接させている。なお、この場合、スプール８における排気通路８ｂは、スプール８の奥の方まで延ばして、バイアス室６の後方に位置する排気室５に開口させている。

〔デッドバンドによる給排気の非線形性の改善〕
この実施の形態において、ポペット弁１６に形成されている微細連通路１６ｄは、給気ポートの閉塞を迅速に行わせる役割を果たす。ポペット弁１６の給気弁１６ｂにはその構造上、供給空気圧Ｐｓと出力空気圧Ｐｏとの差圧と給気ポート径で決まる力が作用しており、この力が入力空気圧Ｐｎの変化に対して給排気が切り替わらないデッドバンドの要因となる。このデッドバンドによる給排気の非線形性を改善させるために、ポペット弁１６に微細連通路１６ｄを形成し、出力空気圧Ｐｏを大気に逃がすようにしている訳である。

供給空気圧Ｐｓによりポペット弁１６に掛かる力Ｆｖは、パイロットリレーのデッドバンド（不感帯）に影響を与える。また、排気動作後、圧力バランスによりポペット弁１６が整定するには、微細連通路１６ｄによる出力空気圧Ｐｏの減圧分ΔＰｏと力Ｆｖとが釣り合う必要がある。

すなわち、ポペット弁１６により給気ポートを閉める力を確保しつつ、できるだけＦｖを小さくすることができれば、デッドバンドを減らし、かつΔＰｏを小さくすることができる。つまりは、より短い時間でポペット弁１６を整定せることができる。

このために、本実施の形態では、ポペット弁１６の給気弁側に供給空気圧Ｐｓをキャンセルさせるための部屋１３ｂを設け、Ｏリング２３でシールし、この部屋１３ｂをポペット弁１６の軸心に貫通して設けた貫通孔１６ｃを介して大気圧に逃がしている。そして、実際には、給気弁１６ｂには締め切り力が必要なため、ある程度の差圧が掛かるようにしたり、バネ１５のわずかな付勢力で保持させたりしている。このような構成によって、ポペット弁１６に作用する力Ｆｖを大幅に低減させ、それによりデッドバンドを低減させ、かつΔＰｏを小さくさせている。

図８を用いてポペット弁１６の整定時間について説明する。供給空気圧Ｐｓをキャンセルさせるための部屋１３ｂを設けない場合（従来の構造）、図示点線で示す特性ＩのようにΔＰｏが大きくなり、ポペット弁１６が整定するまでの時間Ｔ（ＴＡ）が長くなる。これに対して、供給空気圧Ｐｓをキャンセルさせるための部屋１３ｂを設けると（本願の構造）、図示実線で示す特性IIのようにΔＰｏが小さくなり、ポペット弁１６が整定するまでの時間Ｔ（ＴＢ）が短くなる。

なお、この場合の従来の構造とは、図３において微細連通路（ブリード穴）を例えばスプール８などに設けた構造とし、従来の構造と本願の構造とはブリード穴の穴径が同じであるものとする。このような比較から、本願の構造とすることにより、ブリード量を大きくすることなく、出力空気圧の整定が早められることが分かる。

ここで、整定するまでの時間Ｔとして同じ時間が許容されるものとすると（ＴＡ＝ＴＢ）、本願の構造において、微細連通路（ブリード穴）１６ｄの穴径をより小さくすることが可能となる（図９に示す特性III参照）。この場合、微細連通路１６ｄの穴径の低減量は、そのままパイロットリレーの定常空気消費量の低減量となる。例えば、微細連通路１６ｄの穴径を０．２〜０．２５ｍｍとすると、パイロットリレーの定常空気消費量を３０〜５０％低減させることが可能となる。

この例では、従来の構造と本願の構造とで整定時間Ｔを同じとして比較したが、逆に、ブリード量を小さくしても、出力空気圧の整定を早めることが可能である。すなわち、本願の構造とすることにより、微細連通路１６ｄの穴径を小さくして、定常消費空気量を減少させることが可能となる。

なお、図１０に示すように、ポペット弁１６に出力空気圧室４とバネ１５が収容されている部屋１３ｂとを連通させる連通路を設けるようにしてもよい。この例では、ポペット弁１６に出力空気圧室４に開口する微細連通路１６ｇを設け、またポペット弁１６にバネ１５が収容されている部屋１３ｂ側に開口する非貫通孔１６ｈを設け、この非貫通孔１６ｈと微細連通路１６ｇとを連通させることで連通路を形成している。

この場合、バネ１５が収容された部屋１３ｂは大気圧となることから、ポペット弁１６により給気ポートを閉める力を確保しつつ、供給空気圧によりポペット弁１６に掛かる力が大幅に低減されるものとなる。これにより、デッドバンドを減らし、かつ微細連通路１６ｇによる出力空気圧の減圧分ΔＰｏを小さくし、ブリード量を大きくすることなく、出力空気圧の整定を早めることが可能となる。また、微細連通路１６ｇの穴径を小さくして、定常消費空気量を減少させることが可能となる。

また、図１１に示すように、ポペット弁１６に出力空気圧室４と排気室５とを連通させる連通路を設けるようにしてもよい。この例では、ポペット弁１６に出力空気圧室４に開口する微細連通路１６ｄを設け、またポペット弁１６に排気室５に開口する非貫通孔１６ｆを設け、この非貫通孔１６ｆと微細連通路１６ｄとを連通させることで連通路を形成している。

この場合、排気室５は大気圧となることから、ポペット弁１６により給気ポートを閉める力を確保しつつ、供給空気圧によりポペット弁１６に掛かる力が大幅に低減されるものとなる。これにより、デッドバンドを減らし、かつ微細連通路１６ｄによる出力空気圧の減圧分ΔＰｏを小さくし、ブリード量を大きくすることなく、出力空気圧の整定を早めることが可能となる。また、微細連通路１６ｄの穴径を小さくして、定常消費空気量を減少させることが可能となる。

〔実施の形態２：複動型〕
図１２はこの発明に係るパイロットリレーの他の実施の形態の構造を示す図である。このパイロットリレーは複動型である。同図において、５１はハウジングであり、ハウジング５１内には入力空気圧室５２，第１の供給空気圧室５３，第２の供給空気圧室５４，第１の出力空気圧室５５，第２の出力空気圧室５６，第１の排気室５７−１，第２の排気室５７−２およびバイアス室５８が形成されている。

このハウジング５１において、第１の排気室５７−１は、第１のダイアフラム５９−１を介して第１の出力空気圧室５５と隣接するとともに第２のダイアフラム５９−２を介してバイアス室５８と隣接している。また、入力空気圧室５２は、第３のダイアフラム５９−３を介してバイアス室５８と隣接するとともに第４のダイアフラム５９−４を介して第２の排気室５７−２と隣接している。また、第２の排気室５７−２は、第５のダイアフラム５９−５を介して第２の出力空気圧室５６と隣接している。第１〜第５のダイアフラム５９−１〜５９−５は、ハウジング５１とスプール（移動体）６０との間に設けられており、この第１〜第５のダイアフラム５９−１〜５９−５によってスプール６０が矢印Ａ方向およびＢ方向へ移動可能に支持されている。

スプール６０は、第１の出力空気圧室５５に位置する第１の開口６０ａと、第２の出力空気圧室５６に位置する第２の開口６０ｂと、第１の開口６０ａを第１の排気室５７−１に連通させる第１の排気通路６０ｃ１と、第２開口６０ｂを第２の排気室５７−２に連通させる第２の排気通路６０ｃ２とを有している。スプール６０において、第１の排気通路６０ｃ１と第２の排気通路６０ｃ２とは、非通路部分６０ｄによって分断されている。

また、ハウジング５１の一方側の端部には、ハウジング５１の外側にその開口部６１ａが臨む通路６１が第１のポペット弁組立体装着部６２として設けられており、ハウジング５１の他方側の端部には、ハウジング５１の外側にその開口部６３ａが臨む通路６３が第２のポペット弁組立体装着部６４として設けられている。

第１のポペット弁組立体装着部６２には、ハウジング５１の外側に臨む通路６１の開口部６１ａから、その通路６１の内壁面に沿って、第１のポペット弁組立体６５が摺動可能に装着され、その通路６１の底部に残された空間が第１の出力空気圧室５５とされている。また、第２のポペット弁組立体装着部６４には、ハウジング５１の外側に臨む通路６３の開口部６３ａから、その通路６３の内壁面に沿って、第２のポペット弁組立体６６が摺動可能に装着され、その通路６３の底部に残された空間が第２の出力空気圧室５６とされている。

第１のポペット弁組立体６５は、円筒状のシート部６７と、このシート部６７がその前面に着脱可能に取り付けられた円柱状のシート保持部６８との分割構造とされており 、シート部６７とシート保持部６８との間に内部空間６９が形成されている。シート部６７の上面６７ａには内部空間６９と第１の出力空気圧室５５とを連通させる第１の連通孔６７ｂが形成されている。このシート６７の上面６７ａが第１の供給空気圧室５３と第１の出力空気圧室５５とを画成する第１の隔壁の役割を果たす。

シート部６７とシート保持部６８との間の内部空間６９には第１のバネ７０が収容されており、この第１のバネ７０に付勢された状態で第１のポペット弁７１がシート部６７とシート保持部６８との間に保持されている。内部空間６９は第１の供給空気圧室５３と連通している。第１のポペット弁７１は、その先端部に排気弁７１ａを有し、排気弁７１ａの後方に給気弁７１ｂを有している。また、第１のポペット弁７１は、その軸心を貫通する貫通孔７１ｃを有している。

この保持状態において、第１のポペット弁７１は、シート部６７に形成された第１の連通孔６７ｂを貫通して、左右に移動可能に第１のバネ７０によって付勢されている。また、給気弁７１ｂが第１の貫通孔６７ｂを閉じる方向に付勢され、排気弁７１ａが第１の貫通孔６７ｂから突出している。なお、第１のポペット弁７１の排気弁７１ａと給気弁７１ｂとの間には、その内部に形成された貫通孔７１ｃに連通する微細連通路７１ｄが形成されている。

第２のポペット弁組立体６６も第１のポペット弁組立体６５と同様の構成とされている。すなわち、第２のポペット弁組立体６６は、円筒状のシート部７２と、このシート部７２がその前面に着脱可能に取り付けられた円柱状のシート保持部７３との分割構造とされており、シート部７２とシート保持部７３との間に内部空間７４が形成されている。シート部７２の上面７２ａには内部空間７４と第２の出力空気圧室５６とを連通させる第２の連通孔７２ｂが形成されている。このシート７２の上面７２ａが第２の供給空気圧室５４と第２の出力空気圧室５６とを画成する第２の隔壁の役割を果たす。

シート部７２とシート保持部７３との間の内部空間７４には第２のバネ７５が収容されており、この第２のバネ７５に付勢された状態で第２のポペット弁７６がシート部７２とシート保持部７３との間に保持されている。内部空間７４は第２の供給空気圧室５４と連通している。第２のポペット弁７６は、その先端部に排気弁７６ａを有し、排気弁７６ａの後方に給気弁７６ｂを有している。また、第２のポペット弁７６は、その軸心を貫通する貫通孔７６ｃを有している。

この保持状態において、第２のポペット弁７６は、シート部７２に形成された第２の連通孔７２ｂを貫通して、左右に移動可能に第２のバネ７５によって付勢されている。また、給気弁７６ｂが第２の貫通孔７２ｂを閉じる方向に付勢され、排気弁７６ａが第２の貫通孔７２ｂから突出している。なお、第２のポペット弁７６の排気弁７６ａと給気弁７６ｂとの間には、その内部に形成された貫通孔７６ｃに連通する微細連通路７６ｄが形成されている。

第１のポペット弁組立体６５に対しては、この第１のポペット弁組立体６５を第１のポペット弁組立体装着部６２に装着した後、その通路６１の開口部６１ａにリング状の止板７７を取り付けている。すなわち、止板７７のリング面を第１のポペット弁組立体６５のハウジング５１の外側に臨む面（シート保持部６８の底面６８ａ）に面接触させ、第１のポペット弁組立体装着部６２における第１のポペット弁組立体６５の位置を規制している。

第２のポペット弁組立体６６に対しても同様に、この第２のポペット弁組立体６６を第２のポペット弁組立体装着部６４に装着した後、その通路６３の開口部６３ａにリング状の止板７８を取り付けている。すなわち、止板７８のリング面を第２のポペット弁組立体６６のハウジング５１の外側に臨む面（シート保持部７３の底面７３ａ）に面接触させ、第２のポペット弁組立体装着部６４における第２のポペット弁組立体６６の位置を規制している。

この複動型のパイロットリレーでは、第１の供給空気圧室５３，第２の供給空気圧室５４およびバイアス室５８にエアー供給管７９を通して供給空気圧Ｐｓが供給され、入力空気圧室５２にノズル背圧導入管８０を通して入力空気圧Ｐｎが導かれる。また、第１の出力空気圧室５５から第１のエアー出力管８１を通して出力空気圧Ｐｏ１がバルブ３００に出力され、第２の出力空気圧室５６から第２のエアー出力管８２を通して出力空気圧Ｐｏ２がバルブ３００に出力される。

なお、第１の排気室５７−１および第２の排気室５７−２は大気と連通しており、第１のポペット弁組立体６５のシート部６７およびシート保持部６８にはハウジング５１との間にＯリング８３，８４が装着されている。また、第２のポペット弁組立体６６のシート部７２およびシート保持部７３にもハウジング５１との間にＯリング８５，８６が装着されている。また、第１のポペット弁組立体６５において、第１のポペット弁７１とシート保持部６８との間にＯリング８７が装着されており、第２のポペット弁組立体６６において、第２のポペット弁７６とシート保持部７３との間にＯリング８８が装着されている。

この複動型のパイロットリレーにおいて、入力空気圧Ｐｎを増加させると、ダイアフラム５９−１〜５９−５が矢印Ａ側に移動し、それに伴って、ダイアフラム５９−１〜５９−５に支持されているスプール６０も矢印Ａ側に移動する。すると、スプール６０は、その移動に伴って第１のポペット弁７１を第１のバネ７０の付勢力に抗して押し下げ、それに伴って、第１のポペット弁７１の給気弁７１ｂが第１の連通孔６７ｂを開く。この時、スプール６０の第１の開口６０ａは、第１のポペット弁７１の排気弁７１ａによって閉じられる。一方、第２のポペット弁７６は、第２のバネ７５の付勢力によって押し上げられ、それに伴って、第２のポペット弁７６の給気弁７６ｂが第２の連通孔７２ｂを閉じる。この時、スプール６０の第２の開口６０ｂは、第２のポペット弁７６の排気弁７６ａによって開かれる。

これにより、エアー供給管７９を通して第１の供給空気圧室３に供給されたエアーは、第１のポペット弁組立体６５の内部空間６９に入り、第１の連通孔６７ｂを通って第１の出力空気圧室５５内に導入された後に、第１のエアー出力管８１を通ってバルブ３００に供給される。一方、バルブ３００からのエアーは、第２のエアー出力管８２を通って第２の出力空気圧室５６内に戻った後、スプール６０の第２の開口６０ｂより排気通路６０ｃに入り、排気室５７に排出される。

一方、入力空気圧Ｐｎを減少させると、ダイアフラム５９−１〜５９−５が矢印Ｂ側に移動し、それに伴って、ダイアフラム５９−１〜５９−５に支持されているスプール６０も矢印Ｂ側に移動する。すると、スプール６０は、その移動に伴って第２のポペット弁７６を第２のバネ７５の付勢力に抗して押し下げ、それに伴って、第２のポペット弁７６の給気弁７６ｂが第２の連通孔７２ｂを開く。この時、スプール６０の第２の開口６０ｂは、第２のポペット弁７６の排気弁７６ａによって閉じられる。一方、第１のポペット弁７１は、第１のバネ７０の付勢力によって押し上げられ、それに伴って、第１のポペット弁７１の給気弁７１ｂが第１の連通孔６７ｂを閉じる。この時、スプール６０の第１の開口６０ａは、第１のポペット弁７１の排気弁７１ａによって開かれる。

これにより、エアー供給管７９を介して第２の供給空気圧室４に供給されたエアーは、第２のポペット弁組立体６６の内部空間７４に入り、第２の連通路７２ｂを通って第２の出力空気圧室５６内に導入された後に、第２のエアー出力管８２を通ってバルブ３００に供給される。一方、バルブ３００からのエアーは、第１のエアー出力管８１を通って第１の出力空気圧室５内に戻った後、スプール６０の第１の開口６０ａより排気通路６０ｃに入り、排気室５７に排出される。

このようにして、入力空気圧室２に導かれる入力空気圧Ｐｎによって、スプール６０および一対のポペット弁７１，７６が動作し、その動作によって、増幅された出力空気圧Ｐｏ１およびＰｏ２がエア出力管８１および８２を通してバルブ３００へ出力されるものとなる。この場合、入力空気圧Ｐｎの増加方向の圧力を調整することによって、バルブ３００を正動作させる場合の出力空気圧Ｐｏ１が調整されるものとなり、入力空気圧Ｐｎの減少方向の圧力を調整することによって、バルブ３００を逆動作させる場合の出力空気圧Ｐｏ２が調整されるものとなる。

なお、第１のポペット弁７１に形成されている微細連通路７１ｄは、この第１のポペット弁７１の給気弁７１ｂが第１の連通孔６７ｂを閉じようとした場合、第１の出力空気圧室５５の空気を第１のポペット弁７１に形成されている貫通孔７１ｃを通して、スプール６０の第１の排気通路６０ｃ１へ導き、第１の排気室５７−１に流出させて、また第１のバネ７０が収容されているシート保持部６８の部屋６８ｂに導いて、第１のポペット弁７１にさらに付勢力を加えて、第１のポペット弁７１の給気弁７１ｂによる第１の連通孔６７ｂの閉塞を迅速に行わせる役割を果たす。

また、第２のポペット弁７６に形成されている微細連通路７６ｄは、この第２のポペット弁７６の給気弁７６ｂが第２の連通孔７２ｂを閉じようとした場合、第２の出力空気圧室５６の空気を第２のポペット弁７６に形成されている貫通孔７６ｃを通して、スプール６０の第２の排気通路６０ｃ２へ導き、第２の排気室５７−２に流出させて、また第２のバネ７５が収容されているシート保持部７３の部屋７３ｂに導いて、第２のポペット弁７６にさらに付勢力を加えて、第２のポペット弁７６の給気弁７６ｂによる第２の連通孔７２ｂの閉塞を迅速に行わせる役割を果たす。

この複動型のパイロットリレーにおいて、第１のポペット弁７１は、給気弁７１ａに連なる供給空気圧室５３側の外周面７１ｅをポペット弁７１の移動を案内するガイド部として有している（図１３参照）。また、ダイアフラム５９−１の有効径をφＤ０１、第１の連通孔６７ｂの径をφＤ１１、スプール６０の第１の開口６０ａの径をφＤ２１、ガイド部７１ｅの径をφＤ３１とし、ダイアフラム５９−１の有効面積をＡ０１、第１の連通孔６７ｂの断面積をＡ１１、スプール６０の第１の開口６０ａの断面積をＡ２１、ガイド部７１ｅの断面積をＡ３１とした場合、これらの面積Ａ０１，Ａ１１，Ａ２１，Ａ３１の関係がＡ０１＞Ａ１１＞Ａ２１＞Ａ３１とされている。また、第１のポペット弁７１の給気弁７１ｂによって開閉される第１の連通孔６７ｂの径φＤ１１が大きくされ、この第１の連通孔６７ｂの径φＤ１１とダイアフラム５９−１の有効径φＤ０１との差が小さくされている。

また、第２のポペット弁７６は、給気弁７６ａに連なる供給空気圧室５４側の外周面７６ｅを当該ポペット弁の移動を案内するガイド部として有している（図１４参照）。また、ダイアフラム５９−５の有効径をφＤ０２、第２の連通孔７２ｂの径をφＤ１２、スプール６０の第２の開口６０ｂの径をφＤ２２、ガイド部７６ｅの径をφＤ３２とし、ダイアフラム５９−５の有効面積をＡ０２、第２の連通孔７２ｂの断面積をＡ１２、スプール６０の第２の開口６０ｂの断面積をＡ２２、ガイド部７６ｅの断面積をＡ３２とした場合、これらの面積Ａ０２，Ａ１２，Ａ２２，Ａ３２の関係がＡ０２＞Ａ１２＞Ａ２２＞Ａ３２とされている。また、第２のポペット弁７６の給気弁７６ｂによって開閉される第２の連通孔７２ｂの径φＤ１２が大きくされ、この第２の連通孔７２ｂの径φＤ１２とダイアフラム５９−５の有効径φＤ０２の差が小さくされている。

これにより、ダイアフラム５９−１の有効面積Ａ０１と第１の連通孔６７ｂの断面積Ａ１１との差が小さくされ、またダイアフラム５９−５の有効面積Ａ０２と第２の連通孔７２ｂの断面積Ａ１２との差が小さくされ、Ｇ＝Ａｎ／Ａｏで表されるパイロットリレーのゲインを示す式において、出力空気圧Ｐｏ（Ｐｏ１，Ｐｏ２）を受ける有効面積Ａｏ（Ａｏ１，Ａｏ２）が小さくなり、入力空気圧Ｐｎを受ける有効面積Ａｎを変えないまま、高ゲイン化が図られるものとなる。

また、この実施の形態２の構造では、第１の連通孔６７ｂの径φＤ１１（断面積Ａ１１）とスプール６０の第１の開口６０ａの径φＤ２１（断面積Ａ２１）との関係がφＤ１１＞φＤ２１（Ａ１１＞Ａ２１）とされている。この場合、第１の連通孔６７ｂの径φＤ１１（給気ポート径）とスプール６０の第１の開口６０ａの径φＤ２１（排気ポート径）とをなるべく近くなるようにすると、給排気時に第１のポペット弁７１が暴れずに安定し易くなる。

また、この実施の形態２の構造では、第２の連通孔７２ｂの径φＤ１２（断面積Ａ１２）とスプール６０の第２の開口６０ｂの径φＤ２２（断面積Ａ２２）との関係がφＤ１２＞φＤ２２（Ａ１２＞Ａ２２）とされている。この場合、第２の連通孔７２ｂの径φＤ１２（給気ポート径）とスプール６０の第２の開口６０ｂの径φＤ２２（排気ポート径）とをなるべく近くなるようにすると、給排気時に第２のポペット弁７１が暴れずに安定し易くなる。

また、この実施の形態２の構造では、スプール６０の第１の開口６０ａの径φＤ２１（断面積Ａ２１）とガイド部７１ｅの径φＤ３１（断面積Ａ３１）との関係がφＤ２１＞φＤ３１（Ａ２１＞Ａ３１）とされている。これにより、出力空気圧Ｐｏ１が供給空気圧Ｐｓとなった場合でも、給気ポートのセルフシールを確保することが可能となる。また、スプール６０の第２の開口６０ｂの径φＤ２２（断面積Ａ２２）とガイド部７６ｅの径φＤ３２（断面積Ａ３２）との関係がφＤ２２＞φＤ３２（Ａ２２＞Ａ３２）とされている。これにより、出力空気圧Ｐｏ２が供給空気圧Ｐｓとなった場合でも、給気ポートのセルフシールを確保することが可能となる。

また、この複動型のパイロットリレーでは、図１２に示されるようにスプール６０に、第１の出力空気圧室５５に位置する第１の開口６０ａを第１の排気室５９−１に連通させる第１の排気通路６０ｃ１と、第２の出力空気圧室５６に位置する第２の開口６０ｂを第２の排気室５７−２に連通させる第２の排気通路６０ｃ２とが設けられ、第１の排気通路６０ｃ１と第２の排気通路６０ｃ２とが非通路部分６０ｄによって分断されている。この構造において、スプール６０は、非通路部分６０ｄで上下あるいは左右に分割することが可能であり、ネジ止めなどの簡易な方法でスプール６０を組み立てるようにして、生産性を向上させることができる。

また、この複動型のパイロットリレーでは、第１の出力空気圧室５５が第１のダイアフラム５９−１を介して第１の排気室５７−１と隣接し、第１の排気室５７−１が第２のダイアフラム５９−２を介してバイアス室５８と隣接している。また、入力空気圧室５２が第３のダイアフラム５９−３を介してバイアス室５８と隣接し、第２の出力空気圧室５６が第５のダイアフラム５９−５を介して第２の排気室５７−２と隣接している。

このような各室の配置から分かるように、このパイロットリレーでは、入力空気圧室５２と第１の出力空気圧室５５との間にバイアス室５８と第１の排気室５９−１が設けられており、入力空気圧室５２と第２の出力空気圧室５６との間に第２の排気室５９−２が設けられており、入力空気圧室５２は第１の出力空気圧室５５にも第２の出力空気圧室５６にも隣接していないので、ダイアフラム５９−１〜５９−５の中に圧力の正負の変化が激しいダイアフラムはない。このため、入力空気圧室５２と出力空気圧室５５，５６とを隣接させ、その間にダイアフラムを設けるような構造と比較して、ダイアフラムの耐久性が向上する。

なお、この実施の形態２では、第１のポペット弁７１に微細連通路７１ｄを、第２のポペット弁７６に微細連通路７６ｄを設けるようにしたが、図１５に示すように、ハウジング５１に微細連通路５１ａ，５１ｂを形成し、第１の出力空気圧室５５と第１の排気室５７−１とを微細連通路５１ａを通して、また第２の出力空気圧室５６と第１の排気室５７−２とを微細連通路５１ｂを通して、連通させるようにしてもよい。また、図１６に示すように、スプール６０に微細連通路６０ｅ，６０ｆを形成し、第１の出力空気圧室５５と第１の排気室５７−１とを微細連通路６０ｅを通して、第２の出力空気圧室５６と第２の排気室５７−２とを微細連通路６０ｆを通して、連通させるようにしてもよい。また、図１７に示すように、ハウジング１に、微細連通路５１ｃ，５１ｄを形成し、第１の出力空気圧室５５を微細連通路５１ｂを通して、第２の出力空気圧室５６を微細連通路５１ｃを通して、直接大気と連通させるようにしてもよい。

また、この実施の形態２では、バイアス室５８を入力空気圧室５２と第１の排気室５７−１との間に設けたが、第１の出力空気圧室５５と第１の排気室５７−１との間にバイアス室５８を設けるようにしてもよい。

図１８に第１の出力空気圧室５５と第１の排気室５７−１との間にバイアス室５８を設けた例を示す。この例では、バイアス室５８を、第１のダイアフラム５９−１を介して第１の出力空気圧室５５と隣接させるとともに第２のダイアフラム５９−２を介して第１の排気室５７−１と隣接させている。また、入力空気圧室５２を、第３のダイアフラム５９−３を介して第１の排気室５７−１と隣接させるとともに第４のダイアフラム５９−４を介して第２の排気室５７−２と隣接させている。また、第２の排気室５７−２を、第５のダイアフラム５９−５を介して第２の出力空気圧室５６と隣接させている。

この構造でも、スプール６０に、第１の開口６０ａを第１の排気室５７−１に連通させる第１の排気通路６０ｃ１と、第２の開口６０ｂを第２の排気室５７−２に連通させる第２の排気通路６０ｃ２とが設けられ、第１の排気通路６０ｃ１と第２の排気通路６０ｃ２とが非通路部分６０ｄによって分断されている。

この構造において、第１の排気通路６０ｃ１はスプール６０の中央部分で第１の排気室５７−１に開口するが、スプール６０を非通路部分６０ｄで上下あるいは左右に分割することが可能であり、ネジ止めなどの簡易な方法でスプール６０を組み立てるようにして、生産性を向上させることができる。

また、この構造においても、入力空気圧室５２は第１の出力空気圧室５５にも第２の出力空気圧室５６にも隣接していないので、入力空気圧室５２と出力空気圧室５５，５６との間を仕切るダイアフラムは存在せず、ダイアフラムの耐久性が向上する。

また、図１９に示すように、スプール６０に第１の開口６０ａと第２の開口６０ｂとを結ぶ貫通孔を排気通路６０ｃとして設け、入力空気圧室５２と第２の出力空気圧室５６との間に第２の排気室５７−２に代えてバイアス室８９を設け、第１の排気室５７−１を１つの排気室５７とし、スプール６０の第１の開口６０ａおよび第２の開口６０ｂから引き込まれる空気を排気室５７へ排出するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１，２では、φＤ０を１２ｍｍ程度、φＤ１を８ｍｍ程度としたが、これはあくまでも一例であり、φＤ０とφＤ１との差すなわちＡ０とＡ１との差が従来の構造のものよりも小さければよく、Ａ０とＡ１との比率（２．５以下ぐらい）などによってその差を小さくしてもよい。

本発明のパイロットリレーは、入力空気圧信号を増幅する圧力信号増幅器として、空気作動型の調節弁の開度制御を行うポジショナなどに利用することが可能である。

１…ハウジング、１ａ，１ｂ…微細連通路、２…入力空気圧室、３…供給空気圧室、４…出力空気圧室、５…排気室、６…バイアス室、７−１…第１のダイアフラム、７−２…第２のダイアフラム、７−３…第３のダイアフラム、８…スプール（移動体）、８ａ…開口、８ｂ…排気通路、８ｃ…微細連通路、９…通路、９ａ…開口部、１０…ポペット弁組立体装着部、１１…ポペット弁組立体、１２…シート部、１２ａ…上面、１２ｂ…連通路、１３…シート保持部、１３ａ…底面、１３ｂ…部屋、１３ｃ…連通路、１４…内部空間、１５…バネ、１６…ポペット弁、１６ａ…排気弁、１６ｂ…給気弁、１６ｃ…貫通路、１６ｄ…微細連通路、１６ｅ…外周面（ガイド部）、１６ｆ…非貫通孔、１６ｇ…微細連通路、１６ｈ…非貫通孔、１７…止板、１８…エア供給管、１９…ノズル背圧導入管、２０…エア出力管、２１〜２３…Ｏリング、５１…ハウジング、５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ…微細連通路、５２…入力空気圧室、５３…第１の供給空気圧室、５４…第２の供給空気圧室、５５…第１の出力空気圧室、５６…第２の出力空気圧室、５７−１…第１の排気室、５７−２…第２の排気室、５７…排気室、５８…バイアス室、５９−１…第１のダイアフラム、５９−２…第２のダイアフラム、５９−３…第３のダイアフラム、５９−４…第４のダイアフラム、５９−５…第５のダイアフラム、６０…スプール（移動体）、６０ａ…第１の開口、６０ｂ…第２の開口、６０ｃ１…第１の排気通路、６０ｃ２…第２の排気通路、６０ｃ…排気通路、６０ｄ…非通路部分、６１…通路、６１ａ…開口部、６２…第１のポペット弁組立体装着部、６３…通路、６３ａ…開口部、６４…第２のポペット弁組立体装着部、６５…第１のポペット弁組立体、６６…第２のポペット弁組立体、６７…シート部、６７ａ…上面、６７ｂ…第１の連通路、６８…シート保持部、６８ａ…底面、６８ｂ…底面、６９…内部空間、７０…第１のバネ、７１…第１のポペット弁、７１ａ…排気弁、７１ｂ…給気弁、７１ｃ…貫通路、７１ｄ…微細連通路、７１ｅ…外周面（ガイド部）、７２…シート部、７２ａ…上面、７２ｂ…第２の連通路、７３…シート保持部、７３ａ…底面、７４…内部空間、２５…第２のバネ、２６…第２のポペット弁、２６ａ…排気弁、２６ｂ…給気弁、７６ｃ…貫通路、７６ｄ…微細連通路、７６ｅ…外周面（ガイド部）、７７，７８…止板、７９…エア供給管、８０…ノズル背圧導入管、８１…第１のエア出力管、８２…第２のエア出力管、８３〜８８…Ｏリング、８９…バイアス室。

Claims (8)

1. ハウジング内に形成された入力空気圧室，供給空気圧室，出力空気圧室および排気室と、
   前記入力空気圧室に導かれる入力空気圧によって変位する第１のダイアフラムと、
   前記出力空気圧室に位置する開口と，この開口を前記排気室に連通させる排気通路とを有し、前記第１のダイアフラムに支持されて前記ハウジング内を移動する移動体と、
   前記供給空気圧室と前記出力空気圧室とを画成する隔壁に形成された連通孔を貫通して移動可能に設けられ、前記移動体の開口を開閉する排気弁および前記連通孔を開閉する給気弁とを一体的に有するポペット弁と、
   前記ポペット弁を前記給気弁が前記連通孔を閉じる方向に付勢するバネ部材と、
   前記移動体と前記ハウジングとの間に取り付けられ前記出力空気圧室とこの出力空気圧室と隣接する他の室とを画成する第２のダイアフラムとを備えたパイロットリレーであって、
   前記ポペット弁は、前記給気弁に連なる前記供給空気圧室側の外周面を当該ポペット弁の移動を案内するガイド部として有し、
   前記第２のダイアフラムの有効面積をＡ０、前記連通孔の断面積をＡ１、前記移動体の開口の断面積をＡ２、前記ガイド部の断面積をＡ３とした場合、これらの面積Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３の関係がＡ０＞Ａ１＞Ａ２＞Ａ３とされており、
   前記第２のダイアフラムの有効面積Ａ０の前記連通孔の断面積Ａ１に対する比率が２.５以下とされている
   ことを特徴とするパイロットリレー。
2. 請求項１に記載されたパイロットリレーにおいて、
   前記出力空気圧室を大気に常時連通させる微細連通路を備え、
   前記微細連通路が前記ポペット弁に形成されている
   ことを特徴とするパイロットリレー。
3. 請求項１に記載されたパイロットリレーにおいて、
   前記出力空気圧室を大気に常時連通させる微細連通路を備え、
   前記微細連通路が前記ハウジングに形成されている
   ことを特徴とするパイロットリレー。
4. 請求項１に記載されたパイロットリレーにおいて、
   前記出力空気圧室を大気に常時連通させる微細連通路を備え、
   前記微細連通路が前記移動体に形成されている
   ことを特徴とするパイロットリレー。
5. ハウジング内に形成された入力空気圧室，第１の供給空気圧室，第２の供給空気圧室，第１の出力空気圧室，第２の出力空気圧室，第１の排気室および第２の排気室と、
   前記入力空気圧室に導かれる入力空気圧によって変位する第１のダイアフラムと、
   前記第１の出力空気圧室に位置する第１の開口と，前記第２の出力空気圧室に位置する第２の開口と，前記第１の開口を前記第１の排気室に連通させる第１の排気通路と，前記第２の開口を前記第２の排気室に連通させる第２の排気通路とを有し、前記第１のダイアフラムに支持されて前記ハウジング内を移動する移動体と、
   前記第１の供給空気圧室と前記第１の出力空気圧室とを画成する第１の隔壁に形成された第１の連通孔を貫通して移動可能に設けられ、前記移動体の第１の開口を開閉する第１の排気弁および前記第１の連通孔を開閉する第１の給気弁とを一体的に有する第１のポペット弁と、
   前記第２の供給空気圧室と前記第２の出力空気圧室とを画成する第２の隔壁に形成された第２の連通孔を貫通して移動可能に設けられ、前記移動体の第２の開口を開閉する第２の排気弁および前記第２の連通孔を開閉する第２の給気弁とを一体的に有する第２のポペット弁と、
   前記第１のポペット弁を前記第１の給気弁が前記第１の連通孔を閉じる方向に付勢する第１のバネ部材と、
   前記第２のポペット弁を前記第２の給気弁が前記第２の連通孔を閉じる方向に付勢する第２のバネ部材と、
   前記移動体と前記ハウジングとの間に取り付けられ前記第１の出力空気室とこの第１の出力空気室と隣接する他の室とを画成する第２のダイアフラムと、
   前記移動体と前記ハウジングとの間に取り付けられ前記第２の出力空気室とこの第２の出力空気室と隣接する他の室とを画成する第３のダイアフラムとを備えたパイロットリレーであって、
   前記第１のポペット弁は、前記第１の給気弁に連なる前記第１の供給空気圧室側の外周面を当該ポペット弁の移動を案内する第１のガイド部として有し、
   前記第２のポペット弁は、前記第２の給気弁に連なる前記第２の供給空気圧室側の外周面を当該ポペット弁の移動を案内する第２のガイド部として有し、
   前記第２のダイアフラムの有効面積をＡ０１、前記第１の連通孔の断面積をＡ１１、前記移動体の第１の開口の断面積をＡ２１、前記第１のガイド部の断面積をＡ３１とした場合、これらの面積Ａ０１，Ａ１１，Ａ２１，Ａ３１の関係がＡ０１＞Ａ１１＞Ａ２１＞Ａ３１とされ、
   前記第３のダイアフラムの有効面積をＡ０２、前記第２の連通孔の断面積をＡ１２、前記移動体の第２の開口の断面積をＡ２２、前記第２のガイド部の断面積をＡ３２とした場合、これらの面積Ａ０２，Ａ１２，Ａ２２，Ａ３２の関係がＡ０２＞Ａ１２＞Ａ２２＞Ａ３２とされ、
   前記第２のダイアフラムの有効面積Ａ０１の前記第１の連通孔の断面積Ａ１１に対する比率が２.５以下とされ、
   前記第３のダイアフラムの有効面積Ａ０２の前記第２の連通孔の断面積Ａ１２に対する比率が２.５以下とされている
   ことを特徴とするパイロットリレー。
6. 請求項５に記載されたパイロットリレーにおいて、
   前記第１の出力空気圧室を大気に常時連通させる第１の微細連通路と、
   前記第２の出力空気圧室を大気に常時連通させる第２の微細連通路とを備え、
   前記第１の微細連通路が前記第１のポペット弁に形成され、
   前記第２の微細連通路が前記第２のポペット弁に形成されている
   ことを特徴とするパイロットリレー。
7. 請求項５に記載されたパイロットリレーにおいて、
   前記第１の出力空気圧室を大気に常時連通させる第１の微細連通路と、
   前記第２の出力空気圧室を大気に常時連通させる第２の微細連通路とを備え、
   前記第１の微細連通路および前記第２の微細連通路が前記ハウジングに形成されている
   ことを特徴とするパイロットリレー。
8. 請求項５に記載されたパイロットリレーにおいて、
   前記第１の出力空気圧室を大気に常時連通させる第１の微細連通路と、
   前記第２の出力空気圧室を大気に常時連通させる第２の微細連通路とを備え、
   前記第１の微細連通路および前記第２の微細連通路が前記移動体に形成されている
   ことを特徴とするパイロットリレー。

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