JPH0369002B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、たとえば各種空気式計器などにおい
て圧力または流量を増幅する増幅器等として使用
して好適な空気式パイロツトリレーの改良に関す
る。

〔従来の技術〕

空気式計器に付属して設けられ空気圧信号の増
幅器等として用いられる空気式パイロツトリレー
は、その作動状態で空気消費を不連続的に行なう
か、あるいは連続的に行なうかによつてノンブリ
ード型とブリード型とに大別され、必要に応じて
使い分けられている。

その一例として従来のノンブリード型空気式パ
イロツトリレーを第４図を用いて簡単に説明する
と、全体を符号１で示すパイロツトリレーは、そ
の弁本体２内に供給圧力室３、出力室４、大気連
通室５、および入力室６を有し、かつこれら各室
のうち前記供給圧力室３と出力室４とは内部仕切
壁７に穿設された貫通孔８にて連通されるととも
に、この出力室４と大気連通室５とは下部ダイヤ
フラム９にて、またこの大気連通室５と入力室６
とは上部ダイヤフラム１０にてそれぞれ画成され
ている。そして、前記下部ダイヤフラム９の中央
には開口１１が穿設され、かつこの開口１１は前
記上、下ダイヤフラム１０，９間に介在してこれ
らを連結する筒体１２内に開口し、さらにこの筒
体１２の側方に穿設された孔部１２ａは前記大気
連通室５に開口されている。

１３，１４は上述した下部ダイヤフラム９の開
口１１、仕切壁７の貫通孔８を開閉する弁体で、
これら弁体１３，１４は前記貫通孔８を貫通して
配置された弁軸１５の両端に設けられて互いに一
体的に連設されてポペツト弁を構成するととも
に、出力室４内に配設されたバイアススプリング
１６にて常時は閉方向（図中上方）に付勢されて
いる。なお、図中Psupは前記供給圧力室３内に
吸気口１７を介して導入される供給空気圧、Pn
は前記入力室６に対し入力口１８を介して導入さ
れる空気式計器等のノズルフラツパ機構２０にて
得られる入力空気圧信号としてのノズル背圧、
Poutは前記出力室４から出力口１９を介して出
力される空気圧出力で、またPaは前記大気連通
室５の排気口５ａが開口している大気圧である。
さらに、図中１３ａはポペツト弁としての弁体１
３を保持するホールド用スプリングである。

また、図中２１は前記供給空気圧Psupが固定
絞りＲを介して導かれているノズル、２２はこれ
に対向して変位信号により揺動されるフラツパ
で、Xfはそのノズルフラツパ間隙である。

そして、このような構成において、前記入力室
６に入力される入力空気圧信号としてのノズル背
圧Pnが増大すると、上部ダイヤフラム１０が下
方に押圧移動され、これにより筒体１２を介して
下部ダイヤフラム９が下降し、その結果開口１１
側縁の弁座と前記弁体１３の着座部とによつて構
成されている排気弁が閉塞され、一方、前記仕切
壁７の貫通孔８側縁の弁座と弁体１４の着座部と
によつて構成されている吸気弁は開放され、供給
空気圧Psupが供給圧力室３、出力室４を介して
空気圧出力Poutとして出力される。

また、入力室６に対する入力空気圧信号として
のノズル背圧Pnが減圧されると、上部ダイヤフ
ラム１０が上方に復帰移動し、さらにプランジヤ
弁を構成する弁体１３，１４がバイアススプリン
グ１６の付勢力にて上方に移動して前述した吸気
弁が閉塞されるとともに排気弁が開放され、この
パイロツトリレーの出力口１９側の空気圧がこの
排気弁と通つて大気に放出され、これにより空気
圧出力Poutも減圧されるものである。

したがつて、このような構成によるノンブリー
ド型パイロツトリレー１においては、ノズル背圧
Pnに対応したポペツト弁を構成する弁体１３，
１４の位置によつて、ノズル背圧Pnに比例した
空気圧出力Poutを得ることが可能なるものであ
つた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上述した構成による空気式パイロツ
トリレー１において、一般には、空気式計器から
比較的低い出力信号が、0.2〜1.0Kg／cm²FSの幅で
与えられ、これに対応して出力するための供給空
気圧として1.4Kg／cm²が与えられている。

しかし、その一方において、調節弁用ポジシヨ
ナのように、弁駆動力として場合によつては大き
な圧力を要する計器に用いるには、パイロツトリ
レー１の出力は７Kg／cm²を要することもあり、こ
の場合には、このパイロツトリレー１への供給空
気圧Psupも、これに応じた高い圧力を与えるこ
とが必要とされるものである。

しかしながら、上述した場合において、単に、
供給空気圧Psupを高めただけでは、ノズル背圧 ｛Pn＝１／（Ｒ／Rn）＋１・Psup； ただしRnはノズル・フラツパギヤツプで形成さ
れる可変絞り｝も高まることから、同一のノズル
背圧Pnレベルで見るときのノズル・フラツパゲ
イン｛Kn＝Pn／Xf；ただしXfはノズル・フラ
ツパギヤツプ｝も大きく変化する。したがつて、
従来構成によるパイロツトリレー１では、このゲ
インKnの変化がループ全体のゲインに影響する
という問題を生じていた。

すなわち、ループゲインは、スイードバツク系
に引火された外乱を押えるためには、できるだけ
大きいことが望ましいが、ばね質量系を有するフ
イードバツク系では、固有振動数等との関係から
あまり大きくすることができず、慎重に選ばれて
いる。しかし、その一方において、一旦程よく設
定されたパイロツトリレー１のゲインＫを変らな
いようにしたいとの要請がある。

このため、従来は、パイロツトリレー１内のバ
イアススプリング１６を、弾揆力の異なるものと
交換する等の対策で各需要圧力に対処していた
が、このような構成では、機種をいたずらに増や
してしまうといつた欠点があり、実用面でを問題
が大きいものである。たとえばバルブポジシヨナ
では、バルブの駆動圧力との関係上、供給圧力が
任意に選定されることが多いが、このような現場
では部品も自由に交換できず、支障があつた。ま
た、上述したようなバイアススプリング１６を可
変調整可能に構成することも考えられるが、その
操作が面倒となるばかりでなく、構造的にも問題
で、実際に採用することは困難であつた。

そして、これらの問題は、第５図に示したよう
なブリード型のパイロツトリレー１においても同
様であり、このような問題点を一掃し得る何らか
の対策を講じることが望まれている。

〔問題点を解決するための手段〕

このような要請に応えるために本発明に係る空
気式パイロツトリレーは、入力空気圧信号により
可動される受圧素子に対しその可動方向と逆向き
の圧力を与えるバイアス室を設け、このバイアス
室に供給空気圧の大きさに比例した圧力を分圧機
構を介して導入させるようにしたものである。

〔作用〕

本発明によれば、受圧素子に対し入力空気圧信
号と逆向きの圧力を作用させるバイアス室によ
り、受圧素子へのバイアス力を、供給空気圧の大
きさに比例して可変し得るものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳
細に説明する。

第１図は本発明に係る空気式パイロツトリレー
のノンブリード型に適用した場合の一実施例を示
すものであり、同図において、前述した第４図等
と同一または相当する部分には同一番号を付して
その説明は省略する。

さて、本発明によれば、前述した構成を有する
ノンブリード型パイロツトリレー１において、入
力空気圧信号Psupにより可動される受圧素子と
しての上部ダイヤフラム１０に対してその可動方
向と逆向きの圧力を与えるバイアス室３０を設
け、かつこのバイアス室３０に供給空気圧Psup
の大きさに比例した圧力Pxを分圧機構３１（R₁，
R₂）を介して導入するようにしたところに特徴
を有している。なお、図中３２は入力室６と大気
連通室５との間に形成されるバイアス室３０を、
大気連通室５側において画成する小ダイヤフラ
ム、３３は前記分圧機構３１からの分圧力Pxを
バイアス室３０内に導入する導入孔である。

ここで、上述したバイアス室３０内に供給され
る分圧力（バイアス力）Pxは、分圧機構３１の
構成から、 Px＝｛R₂／（R₁＋R₂）｝・Psup … となる。

また、パイロツトリレー１内での力平衡式は、 Pn・Ａ＋Px・ａ＝Px・Ａ＋Pout・ａ … ただし、Ａ：上部ダイヤフラム１０の面積 ａ：小ダイヤフラム３２の面積 となり、これにより Px＝（Pn・Ｋ−Pout）／（Ｋ−１） … （ここで、Ｋはパイロツトリレー１のゲインで、
Ｋ＝Ａ／ａである。） が導かれる。

そして、本発明によるパイロツトリレー１を、
従来例と、大、小ダイヤフラム１０，９の面積
Ａ、ａを等しくして製作した場合、従来例におけ
る力平衡式Pn・Ａ＝Pout・ａ＋ｆ（ｆはバイアス
スプリング１６の弾揆力）からPnを求め、これ
を前記式に代入することで、所望の分圧力Px
を算出し得るものである。このような分圧力Px
が求められれば、前記式からR₁，R₂が選択で
きることは明らかであろう。

このような構成による本発明によれば、所定力
Poutを得る必要性から、供給空気圧Psupを大き
くしたときにおいて、単に供給空気圧Psupの変
化に応じてノズル背圧Pnおよび空気圧出力Pout
を昇圧させるだけではなく、出力Poutは昇圧さ
せるが、ノズル背圧Pn変化によるポペツト弁１
３，１４の移動は実質的に変らないように、バイ
アス力を供給空気圧変化に応じて自動的に変更す
ることができ、これにより入出力特性を適正化し
得るものである。このような入出力特性ａ，ｂを
第２図に示しており、容易に理解されよう。ま
た、このときにおいて、本発明のようにバイアス
を変更することは、ノズル・フラツパゲインを図
中G₁，G₂から明らかなように、供給空気圧応
Psupが低圧であるとき（特性曲線ｃ）と、昇圧
せしめたとき（特性曲線ｄ）とで、略々等しいも
のとすることができるもので、バイアス力を変え
なかつた場合におけるゲインG₃に比べての利点
は明らかであろう。

そして、このような構成による作用効果は、第
３図に示すブリード型の空気式パイロツトリレー
１においても、同様なものであり、容易に理解さ
れよう。ここで、その構成等は前述した実施例を
同一番号を付してその詳細な説明は省略する。

なお、本発明は上述した実施例構造に限定され
ず、各部の形状、構造等を、適宜変形、変更する
ことは自由である。たとえば前述した実施例で
は、従来のバイアススプリングの変りに、バイア
ス室３０を形成した場合を説明したが、スプリン
グに併用してバイアス室を設けるようにし、これ
によりバイアス力を供給空気圧に応じて変更し得
るようにしてもよいことは容易に理解されよう。
また、前述した実施例において、分圧機構３１を
構成する抵抗R₂を可変抵抗とし、必要に応じて
バイアス力を調整し得るようにしてもよいのであ
る。このようにすれば、現場での応答性の改善や
ハンチング防止用としても効果的なもので、しか
もループゲインを必要に応じて変更することも可
能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る空気式パイ
ロツトリレーよれば、入力空気圧信号により可動
される受圧素子に対しその可動方向と逆向きの圧
力を与えるバイアス室を設け、このバイアス室に
供給空気圧の大きさに比例した圧力を分圧機構を
介して導入したので、簡単かつ安価な構成にもか
かわらず、バイアス室の存在により、受圧素子へ
のバイアス力を、供給空気圧の大きさに比例して
自動的に可変し得るもので、これにより空気圧出
力を簡単に適正な大きさとして出力し得るととも
に、ループゲインは略々等しいものとして、作動
特性を安定化し得る等といつた種々優れた効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るノンブリード型パイロツ
トリレーの一実施例を示す概略断面図、第２図は
その入出力特性およびノズルフラツパゲイン特性
を従来との比較において示す特性図、第３図は本
発明をブリード型に適用した場合に実施例を示す
概略断面図、第４図および第５図は従来例を示す
概略断面図である。 １……空気式パイロツトリレー、３……供給圧
力室、４……出力室、５……大気連通室、６……
入力室、９，１０……ダイヤフラム、１３，１４
……弁体（ポペツト弁）、２０……ノズルフラツ
パ機構、３０……バイアス室、３１……分圧機
構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力空気圧信号により可動される受圧素子に
   対しその可動方向と逆向きの圧力を与えるバイア
   ス室を設け、このバイアス室に供給空気圧の大き
   さに比例した圧力を分圧機構を介して導入したこ
   とを特徴とする空気式パイロツトリレー。