SCUBA（self contained underwater breathing apparatus ：自給式水中呼吸装置）は、ダイバーの吸気に合わせて 必要な量の空気を常に周囲圧で供給します。これを可能にしているのが、レギュレーターを構成している ファーストステージ（一次減圧部）とセカンドステージ（二次減圧部）です。
ここでは バランスピストン式ファーストステージの基本構造と作動原理について イラストを交えて解り易く説明致します。
* 左の断面図は 圧縮空気の流れを説明するためのもので、実際の部品形状とは異なります。（末記参照）
【基本構造】
☆ ファーストステージの内部は、３つの部屋に分かれています。
高圧室 ： 内圧は タンク圧と同じです。エアモニター用高圧ホースは ここに接続。
中圧室 ： 内圧は 周囲圧の変化に連動します。セカンドステージやパワーインフレーター（BCD、ドライスーツ）用中圧ホースは ここに接続。
周囲圧室 ： 上記二室とは異なり、常に周囲と繋がっています。室内にあるスプリングは、ピストンを中圧室側に押しています。
ピストン ： 可動領域を持ち、その動きにより 高圧室から中圧室へ流入する圧縮空気の量を調整し、中圧室内の圧力を 周囲圧に応じて一定に保ちます。また O-リング（●）を用いることで 上記三室を分離しています。
【作動原理 （陸上）】
※ 《左図》および 文中［ ］内の矢印は、その向きで「圧力のかかる方向」を、大きさや数 色の濃淡で「圧力の強弱」を表しています。
１ 陸上における周囲圧は、『大気圧』です。
ファーストステージをタンクに取り付けた時、その内部にあるピストンには 中圧室側からは『周囲圧（大気圧）［←］』が、周囲圧室側からは『スプリングの張力［⇒］＋周囲圧(大気圧)［→］』が作用しています。《図１》
* 高圧室と中圧室は繋がった［開放された］状態にあります。
２ タンクのバルブを開けると、タンク内の圧縮空気が(高圧室を経て）中圧室に流入し始めます［←2］。《図２》
* この時 中圧室内の圧力は『スプリングの張力［⇒］＋周囲圧（大気圧）［→］』よりも低いので、ピストンは周囲圧室側に移動しません。
３ 圧縮空気の流入は続き、中圧室内の圧力は 更に上昇します。そして 中圧室内の圧力が『スプリングの張力［⇒］＋周囲圧（大気圧）［→］』よりも高くなる［←3］と、その圧力差により ピストンが周囲圧室側に移動《←》して、ピストンとバルブシート（HPシート）は密着します。
これにより 『高圧室から中圧室への圧縮空気の流入』は遮断されます。この時の中圧室内の圧力が「一次減圧値」です。
４ セカンドステージやパワーインフレーター等の使用により 中圧室内にある圧縮空気が消費されると、中圧室内の圧力は下がります。
この時 中圧室内の圧力［←2］は『スプリングの張力［⇒］＋周囲圧（大気圧）［→］』よりも低くなるので、その圧力差により ピストンが中圧室側に移動《→》して、ピストンとバルブシート（HPシート）の間に隙間が生じます。
これにより 遮断されていた『高圧室から中圧室への圧縮空気の流入』は再開されます。そして再び 中圧室内の圧力が『スプリングの張力［⇒］＋周囲圧（大気圧）［→］』よりも高くなる［←3］（《図３》と同じ状態になる）まで、『中圧室内への圧縮空気の流入』は続きます。
☆ ダイバーの空気消費に伴い 中圧室内の圧力が下がっても、上記の様にピストンが振動《⇔》して圧縮空気が瞬時に補填されるので、中圧室内の圧力（一次減圧値）［←3］は『周囲圧（大気圧）［→］』に応じて 一定の高い値に保たれます。
* この値は、各器材によって異なりますが、概ね 9〜11気圧です。
【作動原理 （水中）】
５ 水中における周囲圧は、『大気圧＋水圧』です。
陸上であれば 《図３》の様にピストンを周囲圧室側に移動させた中圧室内の圧力［←3］も、水中では『スプリングの張力［⇒］＋周囲圧（大気圧＋水圧）［→］』より低いので、 ピストンは周囲圧室側に移動しません。
この間 『高圧室から中圧室への圧縮空気の流入』は続き、中圧室内の圧力は 更に上昇します。
６ 圧縮空気の流入は更に続き、中圧室内の圧力が『スプリングの張力［⇒］＋周囲圧（大気圧＋水圧）［→］』よりも高くなる［←3］と、その圧力差により ピストンが周囲圧室側に移動《←》して、ピストンとバルブシート（HPシート）は密着します。
これにより 『高圧室から中圧室への圧縮空気の流入』は遮断されます。
☆ 水中における中圧室内の圧力（一次減圧値）は周囲圧の増加に伴い 陸上よりも高い値になりますが、この時の周囲圧と比較すると その値は一定に保たれています。
* 水中でも陸上と同じ様に吸気ができます。
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周囲圧 |
陸上（水深0m） 1気圧 |
（水深10m） ２気圧 |
（水深20m） ３気圧 |
（水深30m） ４気圧 |
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中圧室内圧 |
10気圧（仮定） |
11気圧 |
12気圧 |
13気圧 |
（備考） 周囲圧＝絶対圧
中圧室内圧＝ゲージ圧 （絶対圧−大気圧）
７ セカンドステージやパワーインフレーター等の使用により 中圧室内にある圧縮空気が消費されると、中圧室内の圧力は下がります。
この時 中圧室内の圧力［←2］は『スプリングの張力［⇒］＋周囲圧（大気圧＋水圧）［→］』よりも低くなるので、その圧力差により ピストンが中圧室側に移動《→》して、ピストンとバルブシート（HPシート）の間に隙間が生じます。
これにより 遮断されていた『高圧室から中圧室への圧縮空気の流入』は再開されます。そして再び 中圧室内の圧力が『スプリングの張力［⇒］＋周囲圧（大気圧＋水圧）［→］』よりも高くなる［←3］（《図６》と同じ状態になる）まで 、『中圧室内への圧縮空気の流入』は続きます。
☆ ダイバーの空気消費に伴い 中圧室内の圧力が下がっても、上記の様にピストンが振動《⇔》して 瞬時に圧縮空気が補填されるので、中圧室内の圧力（一次減圧値）［←3］は『周囲圧（大気圧＋水圧）［→］』に応じて 一定の高い値に保たれます。
* この値は、各器材によって若干異なります。
セカンドステージ《赤枠内》は この一次減圧値に基づき、ダイバーの吸気に合わせて 必要な量の空気を常に周囲圧で供給するのですが、それについては 別項で説明致します。
☆ ちなみに バランスピストン式ファーストステージの実際の形状は、左図の様になります。
ピストンのシャフト部分はパイプ状に加工され、圧縮空気はここを通って中圧室内に流入します。
* アンバランスピストン式ファーストステージについては、こちらをご覧下さい。
（参考）バランスダイアフラム式ファーストステージ
ダイアフラム ： シリコンまたは合成ゴム製。膜状で容器に密着固定され、二室（中圧室、周囲圧室）を分割しています。二室間に圧力差が生じると、素材の持つ柔軟性を利用して 二室が同圧になる様に 一定範囲内で変形します。
プッシュロッド： ダイアフラムの動きをデマンドバルブ・ピストンに伝えます。
デマンドバルブ・ピストン ：
ダイアフラムと連動して開閉。高圧室から中圧室への圧縮空気の流入量を制限することで 中圧室内の圧力（一次減圧値）を周囲圧に応じて一定圧に保ちます。
構成部品がピストン式とは若干異なりますが、作動原理は同じです。
* 『基本構造と作動原理』について、また アンバランスダイアフラム式ファーストステージについては、こちらをご覧下さい。
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