JP7184608B2 - 圧力センサ素子および圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、圧力センサ素子および圧力センサに関し、特にサニタリー用圧力センサ素子および圧力センサに関する。

流体の圧力を検出する圧力センサのうち、衛生的な配慮が必要とされる食品分野や医薬品分野等の製造現場等で用いられるサニタリー用圧力センサに対しては、一般的に耐食性、清浄性、信頼性および汎用性等に関して厳しい要件が課せられている。

例えば、耐食性の要件から、サニタリー用圧力センサは、圧力の測定対象の流体（例えば液体）が接触する接液部分にステンレス鋼（ＳＵＳ）、セラミックスおよびチタン等の耐食性の高い材料を用いなければならない。また、清浄性の要件から、サニタリー用圧力センサは、洗浄しやすいフラッシュダイアフラム構造を有し、且つ蒸気洗浄に対する高い耐熱衝撃性を有していなければならない。また、信頼性の要件から、サニタリー用圧力センサは、封入剤を使用しない構造（オイルフリー構造）およびダイアフラムが破れ難い構造（バリア高剛性）を有していなければならない。

このように、サニタリー用圧力センサは、使用する材料や構造が他の圧力センサに比べて制限されるため、高感度化が容易ではない。例えば、ダイアフラムが破れ難い構造を実現するためには、ダイアフラムの膜厚を大きくする（ダイアフラムの厚みに対する径のアスペクト比を小さくする）必要があるが、ダイアフラムの膜厚を大きくするとダイアフラムの変形が微小となり、センサ感度が低下するという問題が生じる。このため、サニタリー用圧力センサでは、ダイアフラムの微小な変形を精度良く検出するための技術が求められている。

例えば、特許文献１、２には、拡散抵抗から成るひずみゲージが形成されたＳｉ等の半導体チップ（ビーム部材）に、ダイアフラムの中心部分の変位のみを伝達し、上記半導体チップの歪に基づくピエゾ抵抗効果による拡散抵抗の抵抗値の変化を検出することでセンサの高感度化を狙った荷重変換型の圧力センサが記載されている。

この特許文献１、２に記載の従来の荷重変換型の圧力センサでは、平面視長方形状の半導体チップの中心部分をダイアフラムの中心部分において支持するとともに、上記半導体チップの両端を実質的に変動しない位置に固定している。例えば、特許文献１では、短冊状の半導体チップの中心をピボットと呼ばれる棒状部材によってダイアフラムの中心において支持するとともに、半導体チップの長手方向の両端を、絶縁架台を介してダイアフラムの外周縁に形成された厚肉部分に固定している。また、特許文献２では、矩形状の半導体チップの中心をダイアフラムの中心に固定するとともに、半導体チップの長手方向の両端を変動しない台座上に固定している。

ここで、サニタリー用圧力センサでは、測定対象の流体が流れる配管との接続部分に継手（例えばフェルール継手）が一般的に採用されている。この配管とサニタリー用圧力センサとの接続は、クランプバンド（以下、単に「クランプ」とも称する。）と呼ばれる接続部材を用いることによって実現される。具体的には、配管の継手とサニタリー用圧力センサの継手とを対向させて配置し、その２つの継手をクランプのリング状の固定部によって挟み込み、ネジによって固定部を締め付けることによって、配管とサニタリー用圧力センサとを接続する。

クランプを用いて配管とサニタリー用圧力センサとを接続した場合、サニタリー用圧力センサのダイアフラムが少なからず変形し、ひずみゲージを構成する各抵抗の抵抗値が変化することにより、センサ出力のゼロ点（オフセット）がシフトするおそれがある。上記特許文献１、２に記載された平面視長方形状の半導体チップを有する圧力センサの場合、クランプを締め付けるネジの位置によって、ひずみゲージを構成する各抵抗の抵抗値のずれ量が変化するため、クランプを締め付ける位置によってゼロ点のシフト量がばらつく（以下、このばらつきを単に「ゼロ点のシフト量のばらつき」とも称する。）。したがって、このような圧力センサにあっては、センサ出力のゼロ点を補償するために、クランプを締め付ける位置によってゼロ点の補正量を変えるか、または、ユーザに対して、クランプを締め付ける位置を予め指定しなければならない。

そこで、特許文献３に記載された圧力センサにおいては、以下に示す構成によって、配管と圧力センサとをクランプを用いて接続したときの、センサ出力におけるゼロ点のシフト量のばらつきを抑えることを可能にしている。
すなわち、測定流体の圧力を受ける第１主面とこの第１主面の反対側に位置する第２主面とを備えるダイアフラムにおいて、前記第２主面の中心に第１構造体を配設し、また、この第１構造体と離間する位置にあってかつ平面視において前記第２主面の中心を通り互いに直交する２本の直線上に少なくとも２つの第２構造体を設け、さらに、これら第１構造体および少なくとも２つの第２構造体によって２組の抵抗対（例えば、第１抵抗と第２抵抗とからなる抵抗対と、第３抵抗と第４抵抗とからなる抵抗対）が配設されたホイートストンブリッジ回路からなるひずみゲージを備えた半導体チップを支持する。当該構成に加えて、上記２組の抵抗対を、それぞれ平面視で第１構造体と少なくとも２つの第２構造体との間の領域にあって、かつ各組の一方の抵抗同士、例えば、第１抵抗と第４抵抗、および第２抵抗と第３抵抗とを、ともに同一方向に延在するように配置する。このような構成によれば、ダイアフラムが変形すると、第１抵抗と第４抵抗および第２抵抗と第３抵抗が同一の方向に伸縮するため、センサ出力におけるゼロ点のシフト量のばらつきを抑えることができる。

特開２００４－４５１４０号公報 特開昭６３－２１７６７１号公報 特開２０１８－４５９２号公報

上述した特許文献３に記載の発明は、クランプ締付位置が変わることによるダイアフラムの変形態様のばらつき（以下、単に「ダイアフラムの変形態様のばらつき」と称することがある。）を容認した上で、上述したような構造的な工夫、すなわち、ひずみゲージ含む半導体チップを積載する構造体をダイアフラム上に立設しかつひずみゲージを構成する抵抗の配置を工夫することで、クランプ締付位置が変わることによるゼロ点のシフト量のばらつきを、いわば間接的に抑制するものである。しかしながら、ダイアフラムの変形態様のばらつき自体を抑制できれば、上記工夫を要することなくゼロ点のシフト量のばらつきを低減することができる。

そこで本発明では、ダイアフラムの変形態様のばらつき自体を抑制することで、ゼロ点のシフト量のばらつきを抑えた圧力センサ素子およびこれを含む圧力センサを提供することを目的とする。

本発明に係る圧力センサ素子（１）は、測定対象の流体の圧力を受ける第１主面及びこの第１主面の反対側に位置する第２主面を有するダイアフラム（２０）と、筒状を呈し前記ダイアフラムの外周縁（２０Ｅ）とその内周壁（３０Ａ）で接続するハウジング（３０）とを備え、前記ダイアフラムは、前記内周壁を通じて作用する力に対して所定の剛性を有する剛性領域と、この剛性領域（２５）よりも前記力に対して変形し易い変形領域（薄肉部２４）とから形成されていることを特徴とする。

前記圧力センサ素子において、前記変形領域は、前記力に対する剛性が異なる少なくとも２つの領域を含んでいるように構成してもよい。

また、前記圧力センサ素子において、前記変形領域の少なくとも一部は、前記第１主面および第２主面の少なくとも１つに形成されかつ前記剛性領域に比べて相対的に膜厚が薄い薄肉部（２４）であるように構成してもよい。

さらに、前記圧力センサ素子において、前記変形領域の少なくとも一部の膜厚中心は、前記剛性領域の少なくとも一部の膜厚中心から前記ダイアフラムの膜厚方向へオフセットするように構成してもよい。

また、前記圧力センサ素子において、前記変形領域の少なくとも一部は、前記ダイアフラムの外周縁から中心に向けて形成された溝を含むように構成してもよい。

さらに、前記圧力センサ素子において、前記変形領域の少なくとも一部は、前記ダイアフラムの外周縁から中心に向かう直線と交わるように形成された溝を含むように構成してもよい。

また、前記圧力センサ素子において、前記変形領域の少なくとも一部は、同一の前記直線と交わるように形成された少なくとも２つの溝を含むように構成してもよい。

さらに、前記圧力センサにおいて、前記ダイアフラムの外周縁は円形状であって、前記変形領域は、前記外周縁と同心円上に形成された溝を含むように構成してもよい。

また、前記圧力センサ素子において、前記剛性領域の少なくとも一部は、前記ダイアフラムの中心から外周縁に至る直線状の剛性領域として形成されるように構成してもよい。

さらに、前記圧力センサ素子を含み、前記第２主面上に配設され、前記ダイアフラムの変形に対応する所定の値を出力するセンシング部（５０）と、前記所定の値に基づいて前記流体の圧力を算出する圧力算出部（８０）とを備える圧力センサ（１０）であってもよい。

また、前記圧力センサにおいて 前記ダイアフラムは、前記センシング部が配置されるセンシング領域（２３）を有し、前記変形領域が、前記センシング領域と前記外周縁との間に形成されるように構成してもよい。

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。

本発明によれば、クランプを用いて配管と圧力センサとを接続する際、このクランプの締付位置がダイアフラムの変形態様に及ぼす影響を小さくすることができる。これによって、「センサ出力におけるゼロ点のシフト量のばらつき」を抑えることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ素子およびこれを含む圧力センサの断面図である。 図２Ａは、本発明の実施の形態に係る圧力センサ素子が備えるダイアフラムの平面図である。 図２Ｂは、図２ＡにおけるＰ-Ｐ線の断面図である。 図２Ｃは、本発明の実施の形態に係る圧力センサ素子が備える別の仕様のダイアフラムの垂直断面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る圧力センサの構成を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ素子と配管との接続態様を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ素子と配管とを接続する際に用いられるクランプの概要図である。 図６Ａ（ａ）は、従来のダイアフラムの平面図であり、図６Ａ（ｂ）は、従来のダイアフラムの変形態様を表すコンター図である。 図６Ｂは、圧力センサが備える従来のダイアフラムの変形態様を表すコンター図である。 図６Ｃは、圧力センサが備える従来のダイアフラムの変形態様を表すコンター図である。 図７Ａの（ａ）は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ素子が備えるダイアフラムの平面図であり、同（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、このダイアフラムの変形態様を表すコンター図である。 図７Ｂの（ａ）は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ素子が備えるダイアフラムの平面図であり、同（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、このダイアフラムの変形態様を表すコンター図である。 図７Ｃの（ａ）は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ素子が備えるダイアフラムの平面図であり、同（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、このダイアフラムの変形態様を表すコンター図である。 図７Ｄの（ａ）は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ素子が備えるダイアフラムの平面図であり、同（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、このダイアフラムの変形態様を表すコンター図である。 図７Ｅの（ａ）は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ素子が備えるダイアフラムの平面図であり、同（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、このダイアフラムの変形態様を表すコンター図である。 図７Ｆの（ａ）は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ素子が備えるダイアフラムの平面図であり、同（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、このダイアフラムの変形態様を表すコンター図である。 図７Ｇの（ａ）は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ素子が備えるダイアフラムの平面図であり、同（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、このダイアフラムの変形態様を表すコンター図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ素子が備えるダイアフラムの変形態様を表すコンター図である。 図９は、本発明の実施の形態に係る圧力センサの一部を構成するセンシング部のひずみゲージの構成を示す回路図である。

≪圧力センサ素子およびこれを含む圧力センサの構成≫
はじめに、本実施の形態に係る圧力センサ素子１およびこれを含む圧力センサ１０の構成を、図１ないし４を参照しながら説明する。なお、説明文中の前後方向、上下方向および左右方向は、図４に示された圧力センサ素子１の紙面に対する奥行き方向、上下方向および左右方向としてそれぞれ定義されるものとする。

圧力センサ素子１は、図１に示すように、ダイアフラム２０と、このダイアフラム２０の外周縁２０Ｅに接続してこれを支持するハウジング３０とから構成されている。

また、圧力センサ１０は、圧力センサ素子１を含み、さらに、ダイアフラム２０の変形（量）を電気的信号として検出し所定の値を出力するセンシング部５０と前記所定の値に基づいて前記流体の圧力を算出する圧力算出部８０とを備える。

ダイアフラム２０は、測定対象である流体Ｆから圧力Ｐを受ける薄膜状の要素であって、例えば、円盤状に薄く成形されたステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるが、セラミックスまたはチタン等の耐食性の高い他の材料を用いてダイアフラム２０を成形してもよい。ダイアフラム２０の下面２１は、流体Ｆと接して圧力Ｐを受ける接液面（本発明における「第１主面」に相当する。）であり、また、ダイアフラム２０の上面２２は、センシング部５０が配設される変形測定面（本発明における「第２主面」に相当する。）であり、大気圧を受ける受圧面としても機能する。

上面２２には、図１および図２Ａに示すように、その略中央に、後述するセンシング部５０を構成する半導体チップ５１が配設されるセンシング領域２３（図中の破線で囲まれた領域）が設けられている。このセンシング領域２３は、例えば円形状を呈する外周縁２０Ｅの略１／３の直径をもつ円形領域として形成されている。
また、このセンシング領域２３と外周縁２０Ｅとの間に、凹部からなる薄肉部２４が設けられている。

凹部からなる薄肉部２４は、円筒状を呈するハウジング３０の内周壁を通じて作用する力、具体的には後述する「クランプ締付力Ｆｃ」に対して変形し易い「変形領域（「変形領域２４」と称することもある。）」を形成している。この薄肉部２４は、後述するように、平面視における配置パターンに関して種々の形態をとり得る。ここでは、図２Ａで示される配置パターン（この配置パターンは、後述する図７Ｆに示す配置パターン６に相当する。）に基づいてその構成を説明する。

薄肉部２４は、例えば、図２Ａに示すように、平面視において、円形状を呈するダイアフラム２０の外周縁２０Ｅと同心の円周上（同心円に沿って）に配設された略円弧状を呈する２４個の凹部から形成されている。これら凹部のうち最も半径の大きな同心円（例えば、半径がダイアフラム外周縁２０Ｅの半径の略４／５の同心円）上にあってその表面積が最大の８つの凹部によって第１薄肉部群２４ａが形成され、また、２番目に半径の大きな同心円（例えば、半径がダイアフラム外周縁２０Ｅの半径の略３／５の同心円）上にあってその表面積が２番目に大きな８つの凹部によって第２薄肉部群２４ｂが形成され、さらに、最も半径の小さな同心円（例えば、半径がダイアフラム外周縁２０Ｅの半径の略２／５の同心円）上にあってその表面積が最小の８つの凹部によって第３薄肉部群２４ｃが形成されている。第１薄肉部群２４ａ、第２薄肉部群２４ｂおよび第３薄肉部群２４ｃをそれぞれ構成する前記８つの凹部は、いずれも、平面視において略４５度の等間隔で配置されている。このように、薄肉部２４（第１薄肉部群２４ａ、第２薄肉部群２４ｂおよび第３薄肉部群２４ｃ）を構成する複数の凹部は、全てダイアフラム２０の外周縁２０Ｅから中心に向かう直線と交わる溝として形成されている。

３つの同心円上にある第１薄肉部群２４ａ、第２薄肉部群２４ｂおよび第３薄肉部群２４ｃを形成する凹部は、例えばダイアフラム上面２２の一部を切削した切削溝からなり、それぞれの周方向の長さ（凹部１個あたりの周方向の長さ）は、例えば各同心円の周長の略３／３２（換言すれば、第１薄肉部群２４ａ、第２薄肉部群２４ｂおよび第３薄肉部群２４ｃの各郡を構成する８つの凹部の周方向の合計長は、各同心円の周長の略３／４）であり、その溝幅（半径方向の長さ）は、例えばダイアフラム２０の半径の略１／１５である。また、薄肉部２４の膜厚Ｔ２は、例えば剛性領域２５の膜厚Ｔ１の略１／１０（例えば後述するように、Ｔ１は略０．５ｍｍ、Ｔ２は略０．０５ｍｍ）であり、したがって、切削溝からなる凹部の溝深さ（上下方向の長さ＝溝の高さ）は、剛性領域２５の膜厚Ｔ１の略９／１０である（溝深さは略０．９５ｍｍ）。
なお、薄肉部群２４を形成する凹部の周方向長さ、溝幅、溝深さは、上記値に限定されるわけではなく、詳細については後述するクランプ締付力Ｆｃの大きさ、ダイアフラムを形成する材料のヤング率、および測定対象である流体Ｆの圧力Ｐ等の諸条件を考慮して適宜設定され得る。

また、上面２２のその他の部分は、薄肉部２４よりも肉厚であって所定の剛性（薄肉部２４よりも高い剛性）を有する剛性領域２５として形成されている。この剛性領域２５のうちの一部は、図２Ａに示すように、平面視において略４５度の等間隔でセンシング領域２３から外周縁２０Ｅに至る放射状に延在した８本の直線状の剛性領域（後述する剛性領域２５ｆ）を形成している。

このような凹部からなる薄肉部２４がダイアフラム２０の上面２２に形成されることで、ダイアフラム２０の下面２１および上面２２に沿って作用する水平方向の力に対する剛性（軸剛性および曲げ剛性）は低下する。この結果、クランプ締付力Ｆｃがハウジング３０の内周壁３０Ａを通じて外周縁２０Ｅに印加されると、この力が加わる方向に沿ってダイアフラム２０が伸縮するように変形しまたは曲がり易くなる。

なお、変形領域２４は、薄肉部２４のみによって構成されるわけではない。例えば、膜厚を剛性領域２５の膜厚Ｔ１と同値としつつ、膜厚中心のみを上下方向にオフセットした凹部形状であってもよい。このような膜厚中心がオフセットした凹部（より具体的には、膜厚中心が、後述するクランプ締付力Ｆｃが作用する水平面に対して上下方向へオフセットした凹部）には曲げモーメントが作用するため、当該凹部から構成された変形領域２４は、例え膜厚が同一であっても、専ら圧縮力または引張力のみが働く部分（より具体的には、膜厚中心が、後述するクランプ締付力Ｆｃが作用する水平面内に含まれる部分としての剛性領域２５）に比べて変形し易くなる。このような、膜厚中心のみがオフセットした凹部形状の一例として、図２Ｃに示す垂直断面形状、すなわち、三角形状が連続する略蛇腹状の垂直断面形状をもつ凹部がある。この様な略蛇腹状の垂直断面形状をもつ変形領域２４がダイアフラム２０に形成されることで、ダイアフラム２０の下面２１および上面２２に沿った水平方向の力に対する軸剛性（および／または曲げ剛性）を低下させることができる。この結果、クランプ締付力Ｆｃがハウジング３０の内周壁３０Ａを通じて外周縁２０Ｅに印加されると、この力が加わる方向に沿ってダイアフラム２０が伸縮する（または曲がる）ようにして変形し易くなる。

ダイアフラム２０とともに圧力センサ素子１を構成するハウジング３０は、円筒状を呈した要素であって、耐食性の高い金属材料、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）から形成されており、ダイアフラム２０の外周縁２０Ｅに接続してダイアフラム２０を支持する。なお、ステンレス鋼（ＳＵＳ）以外の耐食性の高い材料、例えばセラミックスまたはチタン等を用いてハウジング３０を成形してもよい。ハウジング３０の外周壁３０Ｂの下部には、図１および図４に示すように、半径方向外側に向かって突出したフェルールフランジ部３０ｆが設けられている。このフェルールフランジ部３０ｆの上端面は、錐面からなるテーパ上面Ｐｆとして形成されている。

このフェルールフランジ部３０ｆは、配管Ｈの接合端部に設けられたフェルールフランジ部Ｈｆと重なり合うように接合し、後述するクランプ１００によって、例えば図４に示すように、上下方向および左右方向に作用する力によって挟持されることで互いが連結する構造（いわゆるフェルール継手構造）を構成している。なお、配管Ｈに設けられたフェルールフランジ部Ｈｆの下端面は、例えばテーパ下面Ｐｈｆとして形成されている。このテーパ下面Ｐｈｆは、例えば接合するフェルールフランジ部３０ｆのテーパ上面Ｐｆと、その接合面に対して面対称の関係にある。

ハウジング３０の内周壁３０Ａは、その下部でダイアフラム２０の外周縁２０Ｅと接続し、ダイアフラム２０と共に、流体Ｆが流れる配管Ｈの内部と隔絶された円柱状の空間を形成している。また、この空間には、次に述べるセンシング部５０が配設されている。

圧力センサ１０の構成要素であるセンシング部５０は、ダイアフラム２０の変形（量）を検出し、この変形（量）に対応した電気的信号を出力するように構成されている。
本実施の形態におけるセンシング部５０は、例えば、図１に示すように、ダイアフラム２０の上面２２上に立設された複数の構造体５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｅと、これら構造体５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｅによって支持された半導体チップ５１とから構成されている。この半導体チップ５１は、例えば平面視略正方形に形成され、Ｓｉ等の半導体材料からなる基板Ｂと、この基板Ｂの上に形成されたホイートストンブリッジ回路５３から成るひずみゲージ５２とを含む。

ひずみゲージ５２として機能するホイートストンブリッジ回路５３は、図９に示すように、ダイアフラム２０上に貼設された抵抗素子Ｒ１ないしＲ４（例えば拡散抵抗）を具備し、ダイアフラム２０の変形（量）を、以下のようにして電圧値の形で検出する。すなわち、ダイアフラム２０が変形すると、この上に貼設された抵抗素子Ｒ１ないしＲ４の長さが変化して、その抵抗値Ｒが増減する。この抵抗値Ｒの変化を、一定の電流Ｉが流れたホイートストンブリッジ回路５３を用いて、互いが並列に接続された２組の抵抗対（抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２とからなる抵抗対および抵抗素子Ｒ３と抵抗素子Ｒ４とからなる抵抗対）の接点Ａと接点Ｂとの間の電圧値の変化として検出する。

なお、上述の構造体５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｅによって支持された半導体チップ５１は、本発明者らが創作した特許文献３に記載の半導体チップに準じたものであるが、これら構造体５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｅを介さずに、半導体チップ５１を直接上面２２に貼設してもよい。

圧力センサ１０の構成要素である圧力算出部８０は、例えばセンシング部５０から出力されるダイアフラム２０の変形（量）に対応した電圧値から、所定の較正曲線を用いて測定対象の流体Ｆの圧力Ｐを時系列的に算出する演算部である。

圧力算出部８０は、例えば、ＣＰＵおよびメモリ等のハードウェア資源とからなる制御部に含まれ、圧力センサ素子１と物理的に離間した位置に配設されている。圧力算出部８０における演算は、前記ハードウェア資源と前記メモリ内に記憶された所定の演算プログラムとが協働することによって実行される。

≪本実施の形態に係る圧力センサ素子が備えるダイアフラムにおける変形領域および剛性領域の配置≫
次に、本実施の形態に係る圧力センサ素子１が備えるダイアフラム２０上に形成された変形領域および剛性領域の配置について、図７Ａ（ａ）ないし図７Ｇ（ａ）を参照しながら、より詳細に説明する。

上述したように、薄肉部２４から構成される変形領域の配置パターンは、図１および２に示すパターン以外にも、例えば、図７Ａ（ａ）ないし図７Ｅ（ａ）および図７Ｇ（ａ）で示すような種々の形態をとり得る。

図７Ａ（ａ）に示す変形領域の配置パターン（以下、「配置パターン１」と称する。）においては、薄肉部２４が、平面視において、略２２．５度の等間隔で、ダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅに至る放射状に延在した１６個の凹部（切削溝）によって形成されている。各凹部は、外周縁２０Ｅのやや内側にあって、その長さ（半径方向の長さ）はダイアフラム２０の直径の略１／５で、幅（周方向の長さ）は、ダイアフラム外周縁２０Ｅの周長の略１／１００である。
また、ダイアフラム２０の中央部にはセンシング領域２３が設けられており、このセンシング領域２３を含めた薄肉部２４以外の（ダイアフラム２０の上面２２の）領域は、全て凹部よりも膜厚が厚い剛性領域２５として形成されている。配置パターン１においては、剛性領域２５の少なくとも一部が、前記１６個の凹部の間に介在するようにしてダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅに至る直線部分として形成されている。

図７Ｂ（ａ）に示す変形領域の配置パターン（以下、「配置パターン２」と称する。）においては、薄肉部２４が、平面視において、円形の外周縁２０Ｅのやや内側に位置する同心円（半径がダイアフラム外周縁２０Ｅの半径の略４／５の同心円）状に延在し、かつ溝幅（半径方向の長さ）が、ダイアフラム外周縁２０Ｅの半径の略１／１４であるの凹部（切削溝）から形成されている。ダイアフラム２０の中央部にはセンシング領域２３が設けられており、このセンシング領域２３を含めた薄肉部２４以外の（ダイアフラム２０の上面２２の）領域は、全て凹部よりも膜厚が厚い剛性領域２５によって形成されている。このように、配置パターン２を持つダイアフラム２０においては、センシング領域２３の全周を薄肉部２４が囲うようにしてこれを支持している。

図７Ｃ（ａ）に示す変形領域の配置パターン（以下、「配置パターン３」と称する。）においては、薄肉部２４が、平面視において、円形の外周縁２０Ｅのやや内側に位置する同心円（半径がダイアフラム外周縁２０Ｅの半径の略４／５の同心円）上にあって、かつ平面視略９０度の等間隔で設けられた４つの略四半円状の切削溝からなる凹部（合計４個の凹部）によって形成されている。これら凹部の１個あたりの周方向の長さは、例えば同心円の周長の略３／１６（すなわち、４つの凹部の周方向の合計長は、同心円の周長の略３／４）であり、また、その溝幅（半径方向の長さ）は、例えばダイアフラム２０の半径の略１／１５である。
ダイアフラム２０の中央部にはセンシング領域２３が設けられており、このセンシング領域２３を含めた薄肉部２４以外の（ダイアフラム２０の上面２２の）領域は、全て凹部よりも膜厚が厚い剛性領域２５によって形成されている。
この配置パターン３においては、ダイアフラム２０の中心から前記４つの凹部の間を通って外周縁２０Ｅへと延在する直線状の剛性領域２５ｃが、平面視略９０度の間隔で４本形成されている。なお、上記直線状の剛性領域２５ｃの幅（周方向の長さ）は、例えば外周縁２０Ｅの周長の略１／１６である。

図７Ｄ（ａ）に示す変形領域の配置パターン（以下、「配置パターン４」と称する。）においては、薄肉部２４が、平面視において、円形の外周縁２０Ｅの内側に位置する２つの同心円（半径がダイアフラム外周縁２０Ｅの半径の略４／５の外側の同心円および半径がダイアフラム外周縁２０Ｅの半径の略３／５の内側の同心円）上にあって、かつそれぞれの同心円上において平面視略９０度の等間隔で設けられた４つの略四半円状の切削溝からなる凹部（合計８個の凹部）によって形成されている。これら凹部の１個あたりの周方向の長さは、例えば各同心円の周長の略３／１６（すなわち、同一同心円上にある４つの凹部の周方向の合計長は、各同心円の周長の略３／４）であり、その溝幅（半径方向の長さ）は、例えばダイアフラム２０の半径の略１／１５である。
ダイアフラム２０の中央部にはセンシング領域２３が設けられており、このセンシング領域２３を含めた薄肉部２４以外の（ダイアフラム２０の上面２２の）領域は、全て凹部よりも膜厚が厚い剛性領域２５によって形成されている。
この配置パターン４においては、ダイアフラム２０の中心から前記８個の凹部の間（より具体的には、２つの同心円上にある各４個の凹部の間）を通って外周縁２０Ｅへと延在する直線状の剛性領域２５ｄが、平面視略９０度の等間隔で４本形成されている。なお、前記直線状の剛性領域２５ｄの幅（周方向の長さ）は、例えば配置パターン３と同様に、外周縁２０Ｅの周長の略１／１６である。

図７Ｅ（ａ）に示す変形領域の配置パターン（以下、「配置パターン５」と称する。）においては、薄肉部２４が、平面視において、円形の外周縁２０Ｅの内側に位置する３つの同心円（半径がダイアフラム外周縁２０Ｅの半径の略４／５の同心円、半径がダイアフラム外周縁２０Ｅの半径の略３／５の同心円および半径がダイアフラム外周縁２０Ｅの半径の略２／５の同心円）上にあって、かつそれぞれの同心円上において平面視略９０度の等間隔で設けられた４つの略四半円状の切削溝からなる凹部（合計１２個の凹部）によって形成されている。これら凹部の１個あたりの周方向の長さは、例えば各同心円の周長の略３／１６（すなわち、同一同心円上にある４つの凹部の周方向の合計長は、各同心円の周長の略３／４）であり、その溝幅（半径方向の長さ）は、例えばダイアフラム２０の半径の略１／１５である。
ダイアフラム２０の中央部にはセンシング領域２３が設けられており、このセンシング領域２３を含めた薄肉部２４以外の（ダイアフラム２０の上面２２の）領域は、全て凹部よりも膜厚が厚い剛性領域２５によって形成されている。
この配置パターン５においては、ダイアフラム２０の中心から前記１２個の凹部の間（より具体的には、３つの同心円上にある各４個の凹部の間）を通って外周縁２０Ｅへと延在する直線状の剛性領域２５ｅが、平面視略９０度の等間隔で４本形成されている。なお、前記直線状の剛性領域２５ｅの幅（周方向の長さ）は、例えば配置パターン３および４と同様に、外周縁２０Ｅの周長の略１／１６である。

図７Ｆ（ａ）に示す変形領域の配置パターン（以下、「配置パターン６」と称する。）は、上述した図１および図２Ａに示す配置パターンと同一であり、薄肉部２４が、平面視において、円形の外周縁２０Ｅの内側に位置する上記３つの同心円の周上にあって、かつかつそれぞれの同心円上において平面視略４５度の等間隔で設けられた８つの略円弧状の切削溝からなる凹部（合計２４個の凹部）によって形成されている。上述したように、これら凹部は、所定の周方向の長さ（凹部１個あたりの周方向の長さ）および溝幅（半径方向の長さ）を有し、また、ダイアフラム２０の中央部には、センシング領域２３が設けられており、このセンシング領域２３を含めた薄肉部２４以外の（ダイアフラム２０の上面２２の）領域は、全て凹部よりも膜厚が厚い剛性領域２５によって形成されている。
この配置パターン６においては、ダイアフラム２０の中心から前記２４個の凹部の間（より具体的には、３つの同心円上にある各８個の凹部の間）を通って外周縁２０Ｅへと延在する直線状の剛性領域２５ｆが、平面視略４５度の等間隔で８本形成されている。なお、前記直線状の剛性領域２５ｆの幅（周方向の長さ）は、例えば外周縁２０Ｅの周長の略１／３２である。

図７Ｇ（ａ）に示す変形領域の配置パターン（以下、「配置パターン７」と称する。）では、薄肉部２４が、平面視において、円形の外周縁２０Ｅの内側に位置する３つの同心円（半径がダイアフラム外周縁２０Ｅの半径の略４／５の同心円、半径がダイアフラム外周縁２０Ｅの半径の略３／５の同心円および半径がダイアフラム外周縁２０Ｅの半径の略２／５の同心円）上にあって、かつそれぞれの同心円上において平面視略４５度の等間隔で設けられた８つの略円弧状の切削溝からなる凹部（合計２４個の凹部）によって形成されている。これら凹部の１個あたりの周方向の長さは、例えば各同心円の周長の略３／３２（すなわち、同一同心円上にある８つの凹部の周方向の合計長は、各同心円の周長の略３／４）であり、その溝幅（半径方向の長さ）は、例えばダイアフラム２０の半径の略１／１５である。
ダイアフラム２０の中央部にはセンシング領域２３が設けられており、このセンシング領域２３を含めた薄肉部２４以外の（ダイアフラム２０の上面２２の）領域は、全て凹部よりも膜厚が厚い剛性領域２５によって形成されている。
この配置パターン７においては、配置パターン６と異なり、中央に位置する同心円上にある８つの凹部が、他の２つの同心円上にある１６個の凹部と、平面視において略２２．５度ずれた位置に配設されている。このため、前記２４個の略円弧状の凹部の間（より具体的には、３つの同心円上にある各８個の凹部の間）に形成される架橋状の剛性領域２５がダイアフラム２０の半径方向へ直線状に配置されておらず、この結果として、ダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅに至る直線状の剛性領域２５が延在しないパターンとなっている。なお、前記架橋状の剛性領域２５の幅（周方向の長さ）は、例えば外周縁２０Ｅの周長の略１／３２である。

≪圧力センサ要素が備えるダイアフラムの変形態様≫
本発明者らは、後述する図６Ａ（ｂ）ないし図６Ｃに示される従来のダイアフラム２０´にみられる変形態様、すなわち、外周縁に沿った領域おいて、局所的に大きく変位する部分（図６Ａ（ｂ）、図６Ｂおよび図６Ｃ中の位置Ｓ１ないし位置Ｓ４）がみられ、かつ当該部分がクランプ締付位置の変化に同調して移動するといった変形態様に着目し、ダイアフラムの変形態様のばらつきを抑えるには、上記局所的に大きく変位する部分を極力なくすこと、および／またはその影響が、センシング領域２３があるダイアフラム中心部に及ばないようにすること（以下、このことを「クランプ締付力Ｆｃの分散」と称することがある。）が有効であり、そのためには、外周縁２０Ｅとセンシング領域２３との間に変形領域を設けることが有効であると考えた。当該理解のもと、上述した配置パターン１ないし７の薄肉部２４を例に挙げ、以下に述べるように、これらダイアフラム２０と、図６Ａ（ａ）に示す変形領域を持たない従来のダイアフラム２０´とに関して、クランプ締付位置が図５に示すＰ１、Ｐ２およびＰ３にあるときのそれぞれの変形態様を、有限要素法（ＦＥＭ：Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）を用いて解析し、その効果を検証した。

ここで、「クランプ締付力Ｆｃの分散」を図るには、クランプ締付力Ｆｃが印加される方向、すなわち、ダイアフラムの外周縁２０Ｅからセンシング領域２３が配設された中心部に向かう方向に延伸する変形領域を外周縁２０Ｅとセンシング領域２３との間に設けること（配置パターン１）、または、前記方向に延伸する直線と交わり所定の方向（例えば外周縁２０Ｅに沿った方向）へ延在する変形領域を外周縁２０Ｅとセンシング領域２３との間に設けること（配置パターン２ないし７）が効果的と考えられる。
他方、「クランプ締付力Ｆｃの分散」を図るべく過度に剛性を低くすると、変形態様（変形挙動）が大きくなるため、僅かならばらつきを増幅しかねない。このため、「クランプ締付力Ｆｃの分散」を図るとともに「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」に配慮することも重要と本発明者らは考えた。配置パターン１および配置パターン３ないし７は、当該理解に基づいて創作されたパターン例である。

なお、それぞれの解析における境界条件は、配置パターン（平面視における変形領域としての薄肉部２４の配置パターン）を除いた各種条件、例えばダイアフラム２０、ハウジング３０およびクランプ１００の材質（ヤング率などの物性値）やサイズ（直径、高さ、膜厚Ｔ１およびＴ２、切削溝幅）、ならびに入力（クランプ締付力Ｆｃ）等といった条件は同一とする。本実施の形態におけるダイアフラム２０およびハウジング３０においては、上述したように、その材質はステンレス鋼である。また、変形領域としての薄肉部２４の膜厚Ｔ２は略０．０５ｍｍ、剛性領域２５の膜厚Ｔ１は略０．５ｍｍであり、クランプ締付力Ｆｃ、より具体的には、クランプ締付力Ｆｃの値を管理するネジ部１０４の締付トルクは、略３Ｎ・ｍである。

<圧力センサ素子と配管との接続態様>
はじめに、ダイアフラム２０を変形させる要因となる、クランプ１００を用いた圧力センサ素子１と配管Ｈとの接続態様について説明する。

図４は、クランプ１００を用いて圧力センサ素子１と配管Ｈとの接続態様を示す断面図であり、図５は、クランプ１００および圧力センサ素子１を平面視から見たときの様子を示した概略図である。

クランプ１００は、図５に示すように、一対の環状部１０１ａおよび１０１ｂと、これらの一端とそれぞれ接続する蝶番部１０２と、これらの各他端とそれぞれ接続する締付部１０３とネジ部１０４とから構成されている。

環状部１０１ａおよび１０１ｂは、図５に示すように、半管状を呈し、かつその垂直断面は、図４に示すように、略コの字状を呈していている。
また、環状部１０１ａおよび１０１ｂは、ネジ部１０４を締めると、蝶番部１０２を中心に互いが接近するように回動する。これにより、環状部１０１ａおよび１０１ｂは、ハウジング３０の外周壁３０Ｂに形成されたフェルールフランジ部３０ｆと配管Ｈの接合端部に設けられたフェルールフランジ部Ｈｆとを上下に重ね合わせるようにして挟持する。

ここで、フェルールフランジ部３０ｆの上端面およびフェルールフランジ部Ｈｆの下端面は、上述したように、それぞれテーパ上面Ｐｆおよびテーパ下面Ｐｈｆで形成されている。このため、これらフェルールフランジ部には、上記挟持された状態にあるとき、垂直方向の力と水平方向の力とが作用する。垂直方向の力は、フェルールフランジ部３０ｆとフェルールフランジ部Ｈｆとを上下方向に圧着させるように作用し、これによって圧力センサ素子１と配管Ｈとを強固に接続する。これに対し水平方向の力は、ハウジング３０の内周壁３０Ａを通じてダイアフラム２０の外周縁２０Ｅを水平方向、特に、蝶番部１０２と締付部１０３とを結ぶ線と直交する方向（例えば、クランプ締付位置が位置Ｐ１にあるときには、図４における左右方向）へダイアフラム２０を強く押圧するように作用する。このため、ダイアフラム２０は、後述する態様で変形する。

なお、上記水平方向に作用する力を「クランプ締付力Ｆｃ」と称することがある。このクランプ締付力Ｆｃは、ネジ部１０４に作用する軸力に起因する力であって、ネジ部１０４（より具体的にはネジ部１０４を構成する雄ネジ）の締付トルクによってその値が管理される。本実施の形態では、上述したように、当該締付トルクを略３Ｎ・ｍに設定している。なお、図５、図６Ａないし図６Ｃ、および図７Ａないし図７Ｇ、ならびに図８において、クランプ締付力Ｆｃを便宜的にネジ部１０４に作用する軸力として表示している。
また、環状部１０１ａおよび１０１ｂによってフェルールフランジ部３０ｆおよびフェルールフランジ部Ｈｆが挟持された状態を「クランプ締付状態」と称し、クランプ締付状態にあるときの締付部１０３の位置を「クランプ締付位置」と称することがある。

<従来のダイアフラムの変形態様>
次に、クランプ締付位置が、図５に示す位置Ｐ１、Ｐ２およびＰ３にあるときの、従来の圧力センサ素子が備えるダイアフラム２０´の変形態様について説明する。

図６Ａ（ｂ）は、図５に示す位置Ｐ１でクランプ１００を締め付けたときの、従来のダイアフラム２０´の変形態様を表したコンター図（等値線図）である。この図における色の濃淡は、変形（量）の大きさの程度を表し、変形（量）が大きい領域ほど濃い色で表示され、変形（量）が小さい領域ほど淡い色で表示されている。

この図６Ａ（ｂ）からも解るように、クランプ締付位置に近接しかつクランプ１００の蝶番部１０２と締付部１０３とを結ぶ直線上にある位置Ｓ１およびこの位置Ｓ１と対向する（ダイアフラム２０の中心に対して点対称にある）位置Ｓ２、ならびにこれら位置Ｓ１および位置Ｓ２と平面視において略９０度離間する位置Ｓ３および位置Ｓ４が最も大きく変形する。なお、位置Ｓ１および位置Ｓ２は同一方向に変位し、位置Ｓ３および位置Ｓ４も同一方向に変位する。また、位置Ｓ１および位置Ｓ２の変位方向と位置Ｓ３および位置Ｓ４の変位方向とは逆向きである。

図６Ｂは、クランプ締付位置を、位置Ｐ１から平面視において略４５度回転させた位置Ｐ２に移動させたときの、従来のダイアフラム２０´の変形態様を表すコンター図であり、 図６Ｃは、クランプ締付位置を、位置Ｐ１から平面視において略９０度回転させた位置Ｐ３に移動させたときの、従来のダイアフラム２０´の変形態様を表すコンター図である。これらの図からも解るように、クランプ締付位置の移動（回転）と同調するように、最大変位部分（位置Ｓ１ないし位置Ｓ４）も移動（回転）する。

これら図６Ａないし図６Ｃを比較すると、クランプ締付位置が変わることで各図中の破線で囲まれたセンシング領域２３内の変形態様も変化していることが解る。この事実から、クランプ締付位置の変化は、センサ出力におけるゼロ点のシフト量のばらつきを誘発する要因であることが解る。
<本実施の形態に係る圧力センサ素子が備えるダイアフラムの変形態様>
次に、クランプ締付位置が、図５に示す位置Ｐ１、Ｐ２およびＰ３にあるときの、本実施の形態に係る圧力センサ素子１が備えるダイアフラム２０の変形態様について、図７Ａないし図７Ｇおよび図８を参照しながら説明する。

図７Ａないし図７Ｇの（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、上述した図７Ａないし図７Ｇの（ａ）で示される配置パターン１ないし７を持つダイアフラム２０の変形態様を示したコンター図である。図７Ａないし図７Ｇの（ｂ）は、クランプ締付位置が位置Ｐ１にあるときのダイアフラム２０の変形態様を表し、同（ｃ）は、クランプ締付位置が位置Ｐ２にあるときのダイアフラム２０の変形態様を表し、同（ｄ）は、クランプ締付位置が位置Ｐ３にあるときのダイアフラム２０の変形態様を表している。

図７Ａ（ａ）に示す配置パターン１、すなわち、薄肉部２４が中心から外周縁２０Ｅに向けて放射状に延在する１６個の凹部（切削溝）によって形成された配置パターン１を持つダイアフラム２０にあっては、図７Ａの（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示すように、外周縁２０Ｅに沿って局所的に大きく変位する部分が残存し、かつクランプ締付位置が変わるとこれら部分も同調して移動する傾向がみられるものの、センシング領域２３内の変形態様は、殆ど変化していないことが解る。このように、配置パターン１には、外周縁２０Ｅに沿って局所的に大きく変位するといった変形態様の影響がダイアフラム中心部（センシング領域２３）に及ばないようにする効果が認められる。したがって、配置パターン１を持つダイアフラム２０によれば、「クランプ締付力Ｆｃの分散」が好適に図られることでセンシング領域２３の変形態様のばらつきが効果的に抑制され、「ゼロ点のシフト量のばらつき」を略完全に抑えることができる。また、同図から、配置パターン１を持つダイアフラム２０によれば、「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」が図られることで、センシング領域２３の変形（量）も比較的良好に抑えられていることが解る。

このように、配置パターン１を持つダイアフラム２０においては、「クランプ締付力Ｆｃの分散」と「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」とのバランスが好適に図られることで、ゼロ点のシフト量のばらつきの抑制とセンシング領域２３の変形（量）の低減とが高い次元で両立されている。

また、 図７Ｂ（ａ）に示す配置パターン２、すなわち、薄肉部２４が外周縁２０Ｅと同心円の凹部（切削溝）によって形成された配置パターン２を持つダイアフラム２０にあっては、図７Ａの（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示すように、外周縁２０Ｅに沿って局所的に大きく変位する部分が残存するものの、その数は４つから２つに減少しており、かつその面積も小さくなっている。また、クランプ締付位置が変わってもセンシング領域２３内の変形態様は殆ど変化していない。このように、配置パターン２には、外周縁２０Ｅに沿って局所的に大きく変位する部分を減少させる効果があり、かつ、その影響がダイアフラム中心部に及ばないようにする効果が認められる。したがって、配置パターン２を持つダイアフラム２０によれば、「クランプ締付力Ｆｃの分散」が好適に図られることでセンシング領域２３の変形態様のばらつきが抑制され、「ゼロ点のシフト量のばらつき」を良好に抑えることができる。

なお、配置パターン２においては、センシング領域２３を含むダイアフラム２０の殆どの領域が、その全周にわたってクランプ締付力Ｆｃに対して剛性（特に曲げ剛性）の低い薄肉部２４によって支持されていることから、センシング領域２３が比較的大きく変位している。本発明者らは、この比較的大きな変位を抑えるには、上述したように、「クランプ締付力Ｆｃの分散」だけでなく「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」にも配慮すべきと考え、ダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅに向けて直線状に延在する剛性領域２５（上記剛性領域２５ｃないし２５ｆ）を設けることが有効であるとの理解に至った。

上記理解に基づく配置パターンの１つである図７Ｃ（ａ）に示す配置パターン３、すなわち、薄肉部２４が、円形の外周縁２０Ｅのやや内側に位置する同心円上にあってかつ平面視略９０度の等間隔で設けられた４つの略四半円状の切削溝からなる凹部（合計４個の凹部）によって形成され、かつこれら４つの略四半円状の切削溝の間を通ってダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅへと延在する４本の剛性領域２５ｃによって「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」の向上が図られた配置パターン３を持つダイアフラム２０にあっては、図７Ｃの（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示すように、クランプ締付位置が位置Ｐ１および位置Ｐ３にあるとき、すなわち、剛性領域２５ｃの延長線上にあるときは、外周縁２０Ｅに沿って局所的に大きく変位する部分はみられず、クランプ締付位置が位置Ｐ２にあるとき、すなわち、剛性領域２５ｃの延長線上にないときに限って僅かな領域に２つ残存するのみである。この結果、配置パターン３を持つダイアフラム２０の変形態様の変化は、従来のダイアフラム２０´に比べて小さく抑えられている。また、ダイアフラム２０の変形（量）も、中心部にやや大きな変位が残るものの、全体的には低減されている。
このように、ダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅに向けて直線状に延在する４本剛性領域２５ｃを、前記４個の凹部からなる薄肉部２４の間に介在させるように配設した配置パターン３によれば、「クランプ締付力Ｆｃの分散」と「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」とを良好に図ることができる。したがって、配置パターン３を持つダイアフラム２０によれば、従来のダイアフラム２０´との比較で「ゼロ点のシフト量のばらつき」を改善することができ、また、ダイアフラム２０の変形（量）を好適に抑制することができる。

同じく上記理解に基づく配置パターンの１つである図７Ｄ（ａ）に示す配置パターン４、すなわち、薄肉部２４が円形の外周縁２０Ｅの内側に位置する２つの同心円上にあってかつそれぞれの同心円上において平面視略９０度の等間隔で設けられた４つの略四半円状の切削溝からなる凹部（合計８個の凹部）によって形成され、かつこれら８つの略四半円状の切削溝の間を通ってダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅへと延在する直線状の４本の剛性領域２５ｄによって「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」の向上が図られた配置パターン４を持つダイアフラム２０にあっては、図７Ｄの（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示すように、外周縁２０Ｅに沿って局所的に大きく変位する部分は、配置パターン３と同様、クランプ締付位置が位置Ｐ１およびＰ３にあるとき、すなわち、剛性領域２５ｄの延長線上にあるときにはみられず、クランプ締付位置が位置Ｐ２にあるとき、すなわち、剛性領域２５ｄの延長線上にないときに限って僅かな領域に２つ残存しているのみである。この結果、ダイアフラム２０の変形態様の変化は、従来のダイアフラム２０´に比べて良好に抑えられている。特にセンシング領域２３内に限れば、変形態様の変化は殆どみられない。また、ダイアフラム２０の変形（量）も、良好に抑制されている。
このように、ダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅに向けて直線状に延在する４本の剛性領域２５ｄを、前記８個の凹部からなる薄肉部２４の間（より具体的には、２つの同心円上にある各４個の凹部の間）に介在させるように配設した配置パターン４によれば、「クランプ締付力Ｆｃの分散」と「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」とを、より好適に図ることができる。このため、配置パターン４を持つダイアフラム２０によれば、従来のダイアフラム２０´との比較で、「ゼロ点のシフト量のばらつき」を改善することができ、また、ダイアフラム２０の変形（量）も好適に抑制することができる。

同じく上記理解に基づく配置パターンの１つである図７Ｅ（ａ）に示す配置パターン５、すなわち、薄肉部２４が、円形の外周縁２０Ｅの内側に位置する３つの同心円上にあって、かつそれぞれの同心円上において平面視略９０度の等間隔で設けられた４つの略四半円状の切削溝からなる凹部（合計１２個の凹部）によって形成され、かつこれら１２つの略四半円状の切削溝の間を通ってダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅへと延在する４本の剛性領域２５ｅによって「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」の向上が図られた配置パターン５を持つダイアフラム２０にあっては、図７Ｅの（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示すように、外周縁２０Ｅに沿って局所的に大きく変位する部分は、配置パターン３および４と同様に、クランプ締付位置が位置Ｐ１およびＰ３、すなわち、剛性領域２５ｅの延長線上にあるときにはみられず、クランプ締付位置が位置Ｐ２にあるとき、すなわち、剛性領域２５ｅの延長線上にないときに限って僅かな領域に２つ残存しているのみである。この結果、配置パターン５を持つダイアフラム２０の変形態様の変化は、従来のダイアフラム２０´に比べて良好に抑えられている。特にセンシング領域２３内に限れば、殆ど変形態様の変化はみられない。また、ダイアフラム２０の変形（量）も、良好に抑制されている。
このように、ダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅに向けて直線状に延在する４本の剛性領域２５ｅを、前記１２個の凹部からなる薄肉部２４の間（より具体的には、３つの同心円上にある各４個の凹部の間）に介在させるように配設した配置パターン５によれば、「クランプ締付力Ｆｃの分散」と「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」とを、より好適に図ることができる。このため、配置パターン５を持つダイアフラム２０によれば、従来のダイアフラム２０´との比較で、「ゼロ点のシフト量のばらつき」を改善することができ、また、ダイアフラム２０の変形（量）も好適に抑制することができる。

同じく上記理解に基づく配置パターンの１つである図７Ｆ（ａ）に示す配置パターン６、すなわち、薄肉部２４が、平面視において、円形の外周縁２０Ｅの内側に位置する３つの同心円上にあって、かつそれぞれの同心円上において平面視略４５度の等間隔で設けられた８つの略円弧状の切削溝からなる凹部（合計２４個の凹部）によって形成され、かつこれら２４つの略円弧状の切削溝の間を通ってダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅへと延在する８本の剛性領域２５ｆによって「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」の向上が図られた配置パターン６を持つダイアフラム２０にあっては、図７Ｆの（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示すように、外周縁２０Ｅに沿って局所的に大きく変位する部分が、全てのクランプ締付位置（位置Ｐ１、Ｐ２およびＰ３）においてみられず、変形態様の変化が、センシング領域２３だけでなくダイアフラム２０の全域にわたって略完全に抑えられている。また、ダイアフラム２０の変形（量）も、良好に抑制されている。
このように、ダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅに向けて直線状に延在する８本の剛性領域２５ｆを、前記２４個の凹部からなる薄肉部２４の間（より具体的には、３つの同心円上にある各８個の凹部の間）に介在させるように配設した配置パターン６によれば、「クランプ締付力Ｆｃの分散」と「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」とを高い次元で両立させることができる。このため、配置パターン６を持つダイアフラム２０によれば、「ゼロ点のシフト量のばらつき」を略完全に抑えることができ、また、ダイアフラム２０の変形（量）も好適に抑制することができる。
ここで、配置パターン５と配置パターン６との比較結果から、ダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅに向けて直線状に延在する剛性領域２５の数を増やすことで、「クランプ締付力Ｆｃの分散」がより効果的に図られ、ダイアフラム２０の変形態様の変化のばらつきがより好適に抑えられることが解る。

なお、配置パターン６を持つダイアフラム２０にあっては、図８に示すコンター図からも解るように、クランプ締付位置が位置Ｐ４にあるとき、すなわち、ダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅへと延在する８本の剛性領域２５ｆの延長線上にないときでも、ダイアフラム２０の変形態様のばらつきは殆どみられず、また、センシング領域２３の変形（量）自体も良好に抑えられている。このことからも、配置パターン６を持つダイアフラム２０によれば、「ゼロ点のシフト量のばらつき」を略完全に抑制できることがわかる。

図７Ｇ（ａ）に示す配置パターン７を持つダイアフラム２０、すなわち、薄肉部２４が、円形の外周縁２０Ｅの内側に位置する３つの同心円上にあって、かつそれぞれの同心円上において平面視略４５度の等間隔で設けられた８つの略円弧状の切削溝からなる凹部（合計２４個の凹部）によって形成されているダイアフラム２０にあっては、図７Ｇの（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示すように、外周縁２０Ｅに沿って局所的に大きく変位する部分が、全てのクランプ締付位置（位置Ｐ１、Ｐ２およびＰ３）においてみられず、変形態様の変化が、センシング領域２３だけでなくダイアフラム２０の全域にわたって略完全に抑えられている。また、ダイアフラム２０の変形（量）も、良好に抑制されている。
このように、複数の同心円上に配設された前記２４個の凹部からなる薄肉部２４によって構成された配置パターン７によれば、「クランプ締付力Ｆｃの分散」と「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」とを高い次元で両立させることができる。このため、配置パターン７を持つダイアフラム２０によれば、「ゼロ点のシフト量のばらつき」を略完全に抑えることができ、また、ダイアフラム２０の変形（量）も比較的好適に抑制することができる。
ただし、配置パターン６のようにダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅに向けて直線状に延在する剛性領域２５が形成されていない配置パターン７にあっては、「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」が相対的に低くなることから、ダイアフラム全体の変位（量）が、配置パターン６を持つダイアフラム２０に比べて大きくなっている。

≪本実施の形態の効果≫
上述したように、本発明に係る圧力センサ素子１が備えるダイアフラム２０にあっては、上記配置パターン１ないし７を持つダイアフラム２０において、いずれも従来の圧力センサ素子１が備えるダイアフラム２０´に比べて変形態様のばらつきが抑制され、「ゼロ点のシフト量のばらつき」を改善することができる。
特に、８本の剛性領域２５ｆを備える配置パターン６を持つダイアフラム２０においては、「クランプ締付力Ｆｃの分散」と「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」とを高い次元でのバランスさせることでセンシング領域２３だけでなくダイアフラム２０の全域における変形態様のばらつきが抑制され、「ゼロ点のシフト量のばらつき」を略完全に抑えることができ、かつセンシング領域２３の変位（量）も好適に抑制することができる。
また、変形領域としての薄肉部２４の間にダイアフラム２０の中心から外周縁２０Ｅに向けて直線状に延在する剛性領域２５（例えば、上記剛性領域２５ｃないし２５ｆ）を配設することで、「クランプ締付力Ｆｃの分散」と「クランプ締付力Ｆｃに対する剛性」とを高い次元でバランスさせることができ、この結果、「ゼロ点のシフト量のばらつき」の抑制とセンシング領域２３の変位（量）の抑制とを両立させることができる。

加えて、「ゼロ点のシフト量のばらつき」が抑えられることで、ゼロ点のずれ量が圧力感度に及ぼす影響を低減させることができ、測定精度の高い圧力センサ素子１およびこれを含む圧力センサ１０を提供することができる。

≪本実施の形態の変形例≫
上述した実施の形態では、ダイアフラム２０の上面２２上に薄肉部２４を配設しているが、この薄肉部２４を下面２１上に設けてもよい。また、下面２１と上面２２とに薄肉部２４を設けてもよい。上下面に薄肉部２４を設ける場合、各面で異なる配置パターンの薄肉部２４を設けてもよい。例えば、下面２１には配置パターン１の薄肉部２４を設け上面２２には配置パターン６の薄肉部２４を設けてもよい。

また、薄肉部２４を形成する凹部が、ダイアフラム２０の外周縁２０Ｅの同心円またはこの同心円上にある平面視略円弧状の形態でなくてもよい。例えば、ダイアフラム２０の中心と外周縁２０Ｅとを結ぶ所定の直線と直交するように形成された平面視略直線を呈した凹部からなる薄肉部２４をダイアフラム２０の下面２１および上面２２の少なくとも１つの表面に配設するように構成してもよいし、非同心円または非同心円上にある平面視略円弧状の形態、または任意の曲線であってもよい。

さらに、変形領域２４を構成する凹部の形態に関し、切削溝ではなく、上述したような膜厚中心が上下方向にオフセットした凹部状の領域、例えば、図２Ｃに示す略蛇腹状の垂直断面形状（略三角形の垂直断面形状）を有する凹部状の領域を変形領域２４として構成してもよい。このとき、ダイアフラム２０の膜厚は均一であってもよいし、均一でなくてもよい。また、このような略蛇腹状の垂直断面形状をもつ変形領域２４を、切削以外の加工法、例えばプレスによって成形してもよい。プレス成形により、ダイアフラム２０およびこれを備える圧力センサ素子１ならびに圧力センサ素子１を含む圧力センサ１０の製造コストを低く抑えることができる。

また、変形領域を構成する薄肉部２４の膜厚や溝幅・溝長を変えるなどしてその断面形状を変化させることで、当該変形領域が数種の異なる剛性をもつ領域からなるように構成してもよい。

さらに、本実施の形態では、ダイアフラム２０およびハウジング３０の形状が略円形状および略円筒形状を呈し、また、半導体チップ５１の形状が略正方形を呈していることを想定している関係で、変形領域の配置パターン１ないし７は、いずれも比較的対称性の高いパターン（ダイアフラム２０の中心点に対して点対称かつダイアフラム２０の中心点を通る少なくとも４本の中心線に対して線対称のパターン）となっているが、このような対称性の高い配置パターンに限定されるわけではない。例えば、ダイアフラム２０およびハウジング３０の形状が非円形状および非円筒形状であり、または、半導体チップ５１の形状が長方形等の場合には、変形領域２４（薄肉部２４）の配置パターンをダイアフラム２０の中心点に対して非点対称とし、または、中心点を通る中心線に対して非線対称の配置パターン等としてもよい。

また、記実施の形態においては、ダイアフラム変形による圧力検出手法（センシング原理）として、ひずみゲージ５２を含む半導体チップ５１（半導体ひずみゲージ式）を用いているが、これに限定されるわけではなく、例えば、静電容量式、金属歪みゲージ式、抵抗ゲージをスパッタ等により成膜した方式を用いた圧力検出手法（センシング原理）であってもよい。

以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、明細書および図面に直接記載のない構成であっても、本発明の作用・効果を奏する以上、本発明の技術的思想の範囲内である。さらに、前記記載および各図で示した実施の形態は、その目的および構成等に矛盾がない限り、互いの記載内容を組み合わせることも可能である。

１…圧力センサ素子、１０…圧力センサ、２０…ダイアフラム、２０Ｅ…ダイアフラム外周縁、２１…ダイアフラムの下面、２２…ダイアフラムの上面、２３…センシング領域、２４…薄肉部（変形領域）、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ…薄肉部（変形領域）、２５…剛性領域、３０…ハウジング、３０Ａ…ハウジング内周壁、３０Ｂ…ハウジング外周壁、３０ｆ…フェルールフランジ部、５０…センシング部、５１…半導体チップ、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｅ…構造体、５２…ひずみゲージ、５３…ホイートストンブリッジ回路、８０…圧力算出部。

Claims (11)

1. 測定対象の流体の圧力を受ける第１主面及びこの第１主面の反対側に位置する第２主面を有するダイアフラムと、
   筒状を呈し前記ダイアフラムの外周縁とその内周壁で接続するハウジングと、
   を備え、
   前記ハウジングは、固定要素を通じた締付力が自身の外周壁に作用することで前記流体が流れる配管と圧着するように構成され、
   前記ダイアフラムは、前記締付力に起因する力であって、前記内周壁を通じて前記第１主面および前記第２主面の少なくとも１つに沿って作用する力に対して所定の剛性を有する剛性領域と、この剛性領域よりも前記力に対して変形し易い変形領域とから形成され、
   前記剛性領域の少なくとも一部は、前記ダイアフラムの中央部から前記ダイアフラムの外周縁へ至る領域として形成されている
   ことを特徴とする圧力センサ素子。
2. 請求項１に記載の圧力センサ素子において、
   前記変形領域は、前記力に対する剛性が異なる少なくとも２つの領域を含んでいる
   ことを特徴とする圧力センサ素子。
3. 請求項１または２に記載の圧力センサ素子において、
   前記変形領域の少なくとも一部は、前記第１主面および第２主面の少なくとも１つに形
   成されかつ前記剛性領域に比べて相対的に膜厚が薄い薄肉部である
   ことを特徴とする圧力センサ素子。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の圧力センサ素子において、
   前記変形領域の少なくとも一部の膜厚中心は、前記剛性領域の少なくとも一部の膜厚中心から前記ダイアフラムの膜厚方向へオフセットしている
   ことを特徴とする圧力センサ素子。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の圧力センサ素子において、
   前記変形領域の少なくとも一部は、前記ダイアフラムの外周縁から中心に向けて形成された溝を含む
   ことを特徴とする圧力センサ素子。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の圧力センサ素子において、
   前記変形領域の少なくとも一部は、前記ダイアフラムの外周縁から中心に向かう直線と交わるように形成された溝を含む
   ことを特徴とする圧力センサ素子。
7. 請求項６に記載の圧力センサ素子において、
   前記変形領域の少なくとも一部は、同一の前記直線と交わるように形成された少なくとも２つの溝を含む
   ことを特徴とする圧力センサ素子。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の圧力センサ素子において、
   前記ダイアフラムの外周縁は円形状であって、前記変形領域は、前記外周縁と同心円上に形成された溝を含む
   ことを特徴とする圧力センサ素子。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の圧力センサ素子において、
   前記剛性領域の少なくとも一部は、前記ダイアフラムの中心から外周縁に至る直線状の剛性領域として形成されている
   ことを特徴とする圧力センサ素子。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の圧力センサ素子と、
    前記第２主面上に配設され、前記ダイアフラムの変形に対応する所定の値を出力するセンシング部と、
    前記所定の値に基づいて前記流体の圧力を算出する圧力算出部と、
    を備える
    ことを特徴とする圧力センサ。
11. 請求項１０に記載の圧力センサにおいて、
    前記ダイアフラムは、前記センシング部が配置されるセンシング領域を有し、
    前記変形領域は、前記センシング領域と前記外周縁との間に形成されている
    ことを特徴とする圧力センサ。

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