特許 7460388 圧力センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-25

(45)【発行日】2024-04-02

(54)【発明の名称】圧力センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 19/04 20060101AFI20240326BHJP

   G01L 9/00 20060101ALI20240326BHJP

   G01L 19/14 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

G01L19/04

G01L9/00 303P

G01L19/14

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020026183

(22)【出願日】2020-02-19

(65)【公開番号】P2021131298

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2022-12-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(72)【発明者】

【氏名】瀬戸 祐希

(72)【発明者】

【氏名】小笠原 里奈

(72)【発明者】

【氏名】新村 悠祐

【審査官】大森 努

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２９８９１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－２５３０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭４８－０８０５９２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭６１－１３８１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国実用新案第００００２０３２０５４０（ＤＥ，Ｕ１）

【文献】特開２０１２－１８９３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０４５１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２６４３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０３１２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２７９１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１７８４８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０３２３５５９（ＤＥ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－０００９０８８（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ７／００－２３／３２，２７／００－２７／０２

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定流体が流出入する配管と対向する端面に開口部が形成されたハウジングと、
前記開口部を塞ぐように配設されるとともに、前記被測定流体の圧力を受けて変形する薄膜部が中央部に形成されたダイアフラムと、
前記変形を電気信号として検出するために前記薄膜部の表面に載置された圧力検出素子と、
を備え、
前記ダイアフラムは、前記薄膜部の外周縁部に形成された被支持部を介して自身の移動が規制されるように前記ハウジングに支持され、この被支持部と前記ハウジングとの間に、相互間の熱移動を抑制する熱伝導低減構造が設けられ、
前記ハウジングは、内側に形成された空洞部に前記圧力検出素子を収容するセンサハウ
ジングと前記配管と接続する接続ハウジングとに分割されてなり、前記熱伝導低減構造を
備える前記被支持部が、前記センサハウジングおよび前記接続ハウジングの少なくとも一つに設けられている圧力センサ。

【請求項2】

請求項１に記載の圧力センサにおいて、
前記被支持部は前記被測定流体の圧力が印加される方向の移動が規制される第１の被支持部と前記方向に対して垂直な面内の移動が規制される第２の被支持部とから構成され、
前記第１の被支持部および前記第２の被支持部の少なくとも１つが前記熱伝導低減構造を備える圧力センサ。

【請求項3】

請求項１または２に記載の圧力センサにおいて、
前記センサハウジングと前記接続ハウジングとの間に相互の熱移動を抑制する熱伝導低減構造がさらに設けられている圧力センサ。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧力センサにおいて、
前記熱伝導低減構造の少なくとも一部は、前記ハウジングを形成する材料よりも熱伝導率の小さな材料からなる断熱部材が前記ダイアフラムと前記ハウジングとの間に介在することにより構成されている圧力センサ。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧力センサにおいて、
前記熱伝導低減構造の少なくとも一部は、前記ダイアフラムと前記ハウジングとの接触面積を低減する構造からなる圧力センサ。

【請求項6】

請求項５に記載の圧力センサにおいて、
前記接触面積を低減する構造は、前記ダイアフラムおよび前記ハウジングの少なくとも一方に突設された複数の柱状体を介して前記ダイアフラムと前記ハウジングとが接するピラー構造である圧力センサ。

【請求項7】

請求項５に記載の圧力センサにおいて、
前記接触面積を低減する構造は、前記ダイアフラムおよび前記ハウジングの少なくとも一方に設けられた凸状段差部を介して前記ダイアフラムと前記ハウジングとが接する構造である圧力センサ。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれか１つに記載の圧力センサにおいて、
前記熱伝導低減構造の少なくとも一部は、前記ダイアフラムと前記ハウジングとの間に形成された真空の空間によって構成される圧力センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体等の圧力を検出する圧力センサ、特にサニタリー用圧力センサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

流体の圧力を検出する圧力センサのうち、食品や医薬品等の分野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、衛生的な配慮が必要とされることから、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。このような要件は、衛生管理に関する法規制の厳格化が図られている近年において、さらに厳しいものとなっている。

【0003】

このような状況にあるサニタリー用圧力センサにおいては、例えば耐食性の要件から、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が用いられている。また、清浄性の要件から、洗浄しやすいフラッシュダイアフラム構造が採用され、且つ蒸気洗浄に対する高い耐熱衝撃性をもつように設計されている。さらに、信頼性の要件から、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）が採用されている。

【0004】

このように、サニタリー用圧力センサにおいては、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ている。このため、他の圧力センサに比べて高感度化が容易ではない。例えば、高い耐圧性能を有するダイアフラム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る。

【0005】

例えば、特許文献１には、ダイアフラム（３）の支持面（３Ｂ）に略垂直に起立する３つの支持部材（２ａ、２ｂ，２ｃ）を所定の位置に立設し、これら支持部材の上に半導体チップを載置した圧力センサ（１００）が記載されている。この圧力センサ（１００）においては、ダイアフラム（３）の微小なたわみが、３つの支持部材（２ａ、２ｂ，２ｃ）、具体的には、支持面（３Ｂ）の中心（３０）に配設された１つの支持部材（２ａ）と、中心（３０）に対して点対称となる位置に配設された２つの支持部材（２ｂ，２ｃ）とを通じて効率的にセンシング部（半導体チップ１）に伝えられる（具体的には、半導体チップ１が、支持面３Ｂに直接設けられている場合に比べて大きく歪むように構成されている）ことで、センサ感度が高められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１７－１２０２１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、サニタリー用圧力センサが装着された装置においては、清浄性を保つために定期的に蒸気洗浄が実施されるが、当該蒸気洗浄は、作業性や生産効率等の観点から、装置を作動させた状態で実施されるのが通例である。また、様々な環境下で使用されることから、サニタリー用圧力センサを用いて高温の被測定流体を測定することが想定される。このように、サニタリー用圧力センサにおいては、被測定流体が高温である場合、当該流体との接触面を形成するダイアフラムを通じて大きな熱エネルギが入力する。ここで、上記特許文献１に記載の発明をはじめとする従来のダイアフラムを用いたオイルフリー構造の圧力センサにあっては、ダイアフラムとこれを支持するハウジングとが一体化された中実の金属（例えばステンレス鋼）の塊の下面、換言すれば、ダイアフラム（より具体的には、ダイアフラムにおける薄膜として機能する部分）を一部分として含んだハウジングの下面に被測定流体が接触するように構成されている。このため、上記接触面（ダイアフラムの下面）からハウジング全体へと伝熱が妨げられることなく熱エネルギが拡散する。当該事象は、ダイアフラムおよびこれを含むハウジングの内部に温度分布（温度勾配）を生じさせ、被測定流体の圧力とは無関係にダイアフラムを含むハウジング全体を変形させる（以下、この変形を単に「熱変形」と称することがある。）。この熱変形は、被測定流体の圧力に依存しない出力変動をもたらす。このように、大きな熱エネルギを有する被測定流体が接することで生じるダイアフラムおよびこれを含んだハウジングの温度分布は、ダイアフラムを用いたサニタリー用圧力センサを使用して圧力測定を行う際の誤差要因の１つとなっている。このような測定誤差は、衛生管理に関する法規制の厳格化が図られている現状に鑑みれば、早急に解消しなければならない技術課題の１つである。

【0008】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ダイアフラムおよびハウジングにおける温度分布を抑制し、もって当該温度分布に起因する測定誤差が抑制された圧力センサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するための本発明に係る圧力センサ（１Ａ）は、被測定流体が流出入する配管（Ｈ）と対向する端面（１３）に開口部（１４）が形成されたハウジング（１０）と、前記開口部を塞ぐように配設されるとともに、前記被測定流体の圧力を受けて変形する薄膜部（２１）が中央部に形成されたダイアフラム（２０）と、前記変形を電気信号として検出するために前記薄膜部の表面に載置された圧力検出素子（３０）と、を備え、前記ダイアフラムは、前記薄膜部の外周縁部に形成された被支持部（２２）を介して自身の移動が規制されるように前記ハウジングに支持され、この被支持部と前記ハウジングとの間に、相互間の熱移動を抑制する熱伝導低減構造（４０）が設けられていることを特徴とする。

【0010】

上記圧力センサにおいて、前記被支持部が前記被測定流体の圧力が印加される方向の移動が規制される第１の被支持部（２２ｃ）と前記方向に対して垂直な面内の移動が規制される第２の被支持部（２２ｂ）とから構成され、前記第１の被支持部および前記第２の被支持部の少なくとも１つが前記熱伝導低減構造（４０、５０）を備えるように構成してもよい。

【0011】

また、上記圧力センサにおいて、前記ハウジングが、内側に形成された空洞部（１５）に前記圧力検出素子を収容するセンサハウジング（１２Ｅ）と前記配管と接続する接続ハウジング（１１Ｅ）とに分割されてなり、前記熱伝導低減構造を備える前記第１被支持部および前記第２被支持部の少なくとも一つが、前記センサハウジングおよび前記接続ハウジングの少なくとも一つに設けられるように構成してもよい。

【0012】

さらに、上記圧力センサにおいて、 前記センサハウジングと前記接続ハウジングとの間に相互の熱移動を抑制する熱伝導低減構造（９０）がさらに設けられるように構成してもよい。

【0013】

また、上記圧力センサにおいて、前記熱伝導低減構造の少なくとも一部が、前記ハウジングを形成する材料よりも熱伝導率の小さな材料からなる断熱部材が前記ダイアフラムと前記ハウジングとの間に介在することにより構成されていてもよい。

【0014】

さらに、上記圧力センサにおいて、前記熱伝導低減構造の少なくとも一部が、前記ダイアフラムと前記ハウジングとの接触面積を低減する構造であってもよい。

【0015】

また、上記圧力センサにおいて、前記接触面積を低減する構造が、前記ダイアフラムおよび前記ハウジングの少なくとも一方に突設された複数の柱状体（６１）を介して前記ダイアフラムと前記ハウジングとが接するピラー構造であってもよい。

【0016】

さらに、上記圧力センサにおいて、前記接触面積を低減する構造が、前記ダイアフラムおよび前記ハウジングの少なくとも一方に設けられた凸状段差部（７０）を介して前記ダイアフラムと前記ハウジングとが接する構造であってもよい。

【0017】

また、上記圧力センサにおいて、前記熱伝導低減構造の少なくとも一部が、前記ダイアフラムと前記ハウジングとの間に形成された真空の空間（８０）によって構成されてもよい。

【0018】

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付きで記載している。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、ダイアフラムの温度分布に起因する測定誤差が抑制された圧力センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る圧力センサに配管が接続された態様を示す断面図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態に係る圧力センサの断面図である。

【図3】図３は、本発明の他の実施の形態に係る圧力センサの断面図である。

【図4】図４は、本発明の他の実施の形態に係る圧力センサの断面図である。

【図5】図５は、本発明の他の実施の形態に係る圧力センサの断面図である。

【図6】図６は、本発明の他の実施の形態に係る圧力センサの断面図である。

【図7】図７は、本発明の他の実施の形態に係る圧力センサの断面図である。

【図8】図８は、本発明の実施の形態に係る圧力センサが備える「熱伝導低減構造」の一部を示す拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の好ましい実施の形態である第１の実施の形態ないし第６の実施の形態を、図１ないし図８に基づいて説明する。なお、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を割愛する。また、説明文中の前後方向、上下方向および左右方向は、各図に示された圧力センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ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する。なお、各図は概念図であって、それぞれに示された内容は、実際の圧力センサと必ずしも同一ではない。

【0022】

≪第１の実施の形態≫
はじめに、本発明の第１の実施の形態である圧力センサ１Ａを、図１および図２に基づいて説明する。

【0023】

〔圧力センサの構成〕
先ず、圧力センサ１Ａの構成について説明する。この圧力センサ１Ａは、図１に示すように、ハウジング１０とダイアフラム２０と圧力検出素子３０とから主に構成されており、さらに、ハウジング１０とダイアフラム２０との間に介在する断熱部材４０、５０を備えている。

【0024】

[ハウジング１０]
ハウジング１０は、被測定流体Ｆが流出入する配管Ｈと接続する連結部材としての機能と、ダイアフラム２０の移動を規制する支持部材としての機能と、圧力検出素子３０を粉塵等から保護するカバー部材としての機能とを有する要素であって、耐食性の高い金属材料、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる。ハウジング１０は、例えば、配管Ｈと連結する接続部１１と、圧力検出素子３０を収容する空間を内側に備えるセンサハウジング部１２とが一体成形された形で構成されている。また、ハウジング１０の下面には、配管Ｈと対向する端面１３が形成されており、この端面１３の中央部には、ダイアフラム２０が組み込まれる開口部１４が形成されている。

【0025】

ハウジング１０の一部を構成する接続部１１は、ハウジング１０の下部を形成する略円錐台形状を呈した部位であって、半径方向外側に向かってテーパ状に突出する部分によってフェルールフランジ部１１ｆが形成されている。このフェルールフランジ部１１ｆは、例えば図１に示すように、弾性部材Ｍを介して配管Ｈのフェルールフランジ部Ｈｆと接続する。圧力センサ１Ａと配管Ｈとは、例えば、上下に重なり合ったフェルールフランジ部１１ｆとフェルールフランジ部ＨｆとがクランプＣによって上下方向に挟持されることで所定の結合力を伴って連結している。また、接続部１１の下面は、上記端面１３の一部を構成し、その内側には、全高の低い円柱状の内部空間をもつ上記開口部１４が形成されている。この開口部１４には、ダイアフラム２０が挿入される。なお、上記弾性部材Ｍは、ハウジング１０に比べて熱伝導率の小さな材料から形成されていることが好ましい。これにより、被測定流体の熱エネルギがハウジング１０に伝達されることを可及的に抑制することができる。

【0026】

センサハウジング部１２は、ハウジング１０の上部を形成する部位であって、接続部１１から上方（配管Ｈと対向する側と反対の方向）へ向けて延在する円筒形状を呈し、その内側には開口部１４から上方へ延伸した円柱状の空洞部１５が形成されている。この空洞部１５は、圧力検出素子３０が収容される上記空間に相当し、例えば大気と連通している。空洞部１５の開口径は、例えば開口部１４のそれよりも小さく形成されており、空洞部１５の下端と開口部１４との間には、図２に示すように、略水平面からなる円環状の座面１２ａが形成されている。

【0027】

[ダイアフラム２０]
ダイアフラム２０は、配管Ｈの内部空間と空洞部１５とを非連通状態で隔絶する隔壁部材としての機能と、被測定流体Ｆの圧力Ｐを受圧するとその一部がたわむ変形部材としての機能とを備える要素であって、ハウジング１０と同じく耐食性が高い材料、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）またはチタンから形成されている。ダイアフラム２０は、図２に示すように、その中央部に薄膜部２１が形成され、薄膜部２１の外側に外周縁部２２が形成されている。また、ダイアフラム２０の下面（配管Ｈと対向する側の面）は、被測定流体Ｆと接する流体接触面２０ａの少なくとも一部を形成している。

【0028】

ダイアフラム２０の中央部を構成する薄膜部２１は、変形部材としての機能を果たす部分であって、例えば薄い円板状の部位として形成されている。薄膜部２１の下面（配管Ｈと対向する側の面）は、被測定流体Ｆの圧力Ｐを受ける受圧面２１ａを形成する。この受圧面２１ａは、流体接触面２０ａの一部を構成し、薄膜部２１が変形部材としての機能を果たすべく、その全面が配管Ｈの内部空間Ｖと対向している。例えば、配管Ｈが円筒管からなる本実施の形態では、受圧面２１ａの直径Ｄ２１が配管Ｈの内径ｄＨ（配管Ｈの内部空間Ｖを画成する内側壁面の直径ｄＨ）よりも小さく設定されている。また、薄膜部２１の上面（受圧面２１ａの反対側にあって空洞部１５と対向する位置にある面）は、圧力検出素子３０が載置されるセンサ保持面２１ｂを形成している。
薄膜部２１は、受圧面２１ａを通じて大気よりも高い被測定流体Ｆの圧力Ｐが印加されると、外周縁部２２と連接する周縁が所定の位置に固定されつつ中央が突出するように変形する。この変形は、センサ保持面２１ｂに載置された圧力検出素子３０へと伝達される。

【0029】

ダイアフラム２０の外周縁を構成する外周縁部２２は、所定の剛性を伴って薄膜部２１の外周縁を保持しつつ、開口部１４にダイアフラム２０が挿入された際、断熱部材４０、５０を介してハウジング１０に支持される部位である。外周縁部２２は、所定の剛性が保持されるよう薄膜部２１よりも厚みが大きく設定され、また、開口部１４へ挿入可能となるように、その平面視形状が画定される。例えば、開口部１４が円柱状を呈している本実施の形態では、開口部１４の開口径よりも小さい外径を有する円形状として上記平面視形状が画定される。上記形態の外周縁部２２においては、ダイアフラム２０がハウジング１０の開口部１４を塞ぐように配設された際、その外周側壁面２２ｂが開口部１４を画成する円筒側壁面１４ａと対向し、その上面２２ｃがハウジング１０の座面１２ａと対向することとなる。なお、互いが対向するこれら部位間には、後述するように、断熱部材４０、５０が配設される（具体的には、上面２２ｃと座面１２ａと間に断熱部材４０が配設され、外周側壁面２２ｂと円筒側壁面１４ａとの間に断熱部材５０が配設される）。このため、互いが対向するこれら部位の間に所定の隙間が形成されるよう、各寸法が設定される。

【0030】

また、外周縁部２２の下面２２ａは、受圧面２１ａとともに流体接触面２０ａの一部を構成する。ここで、外周縁部２２の外径、すなわち、ダイアフラム２０の外径Ｄ２０は、例えば、下面２２ａが配管Ｈの内部空間Ｖと対向するように、配管Ｈの内径ｄＨと同等に設定される。これにより、下面２２ａよりも内側で被測定流体Ｆと接することとなる。換言すれば、被測定流体Ｆとハウジング１０とが接しないように構成されることとなる。なお、下面２２ａと配管Ｈの内部空間Ｖを画成する壁部Ｗの上端面とが対向するように上記外径Ｄ２０を設定してもよい。すなわち、外径Ｄ２０が配管Ｈの内径ｄＨよりも大きくなるように設定してもよい。

【0031】

上記形態のダイアフラム２０においては、流体接触面２０ａを通じて被測定流体Ｆの圧力Ｐが所定の方向（図１および図２における上方向）へ印加された際、ダイアフラム２０の当該方向への移動（以下、この移動を「第１の移動」と称する。）が、上面２２ｃおよびこれと対向する座面１２ａを通じて規制されることとなる。すなわち、上面２２ｃは、特許請求の範囲に記載の「第１の被支持部」として機能し、座面１２ａは、ダイアフラム２０の上記第１方向の移動を規制する支持部（以下、「第１の支持部」と称する。）として機能することとなる。

【0032】

また、ダイアフラム２０は、外周側壁面２２ｂおよびこれと対向する円筒側壁面１４ａを通じて、圧力Ｐが印加される方向に対して垂直な面内（図１および図２における水平面内。）の移動（以下、この移動を「第２の移動」と称する。）が規制されることとなる。すなわち、外周側壁面２２ｂは、特許請求の範囲に記載の「第２の被支持部」として機能し、円筒側壁面１４ａは、ダイアフラム２０の上記第２の移動を規制する支持部（以下、「第２の支持部」と称する。）として機能することとなる。
なお、本実施の形態では、後述するように、円筒側壁面１４ａと外周側壁面２２ｂとの間には、弾性材料からなる断熱部材５０が圧入されることとなる。このため、外周側壁面２２ｂは、ダイアフラム２０の上記第１の移動が規制される「第１の被支持部」としても機能することとなる。

【0033】

[圧力検出素子３０]
圧力検出素子３０は、ダイアフラム２０における薄膜部２１の変形を電気信号（例えば電圧信号）として検出する回路を備えた要素であって、例えば図２に示すように、３つの支持部材３１を介してダイアフラム２０のセンサ保持面２１ｂの上に配設されている。圧力検出素子３０は、例えば、Ｓｉ等の半導体材料から成る基板とこの基板の上面に形成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とから構成されている。ホイートストンブリッジ回路が備える４つの抵抗素子（例えば拡散抵抗）は、薄膜部２１の変形に応じてその長さが変位（伸縮）することで抵抗値が増減するように構成されている。これにより、薄膜部２１の変形がホイートストンブリッジ回路の中間点の電圧値の変化として検出される。

【0034】

[断熱部材４０]
断熱部材４０は、ハウジング１０とダイアフラム２０との間、より具体的には、ハウジング１０に形成された座面１２ａとダイアフラム２０の一部を構成する外周縁部２２に形成された上面２２ｃ（第１被支持部）との間に配設され、こられ２つの部位の間の熱移動を抑制する部材（特許請求の範囲に記載の「熱伝導低減構造」を構成する部材）である。断熱部材４０は、ハウジング１０を形成する材料（例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）またはチタン）よりも線膨張率の小さな材料、例えば耐熱性の高い材料（ゴムシート等）、フッ素系（ＰＴＦＥ）、シリコン系の材料からなる。断熱部材４０は、例えば平面視円環状の薄板部材からなり、その外径はハウジング１０に形成された開口部１４の開口径未満であり、かつその内径は、空洞部１５の開口径以上に設定されている。

【0035】

[断熱部材５０]
断熱部材５０は、ハウジング１０とダイアフラム２０との間、より具体的には、ハウジング１０に形成された開口部１４の円筒側壁面１４ａとダイアフラム２０の一部を構成する外周縁部２２（第２被支持部）の外周側壁面２２ｂとの間に配設され、こられ２つの部位の間の熱移動を抑制する部材（断熱部材４０とともに特許請求の範囲に記載の「熱伝導低減構造」を構成する部材）である。断熱部材５０は、断熱部材４０と同様に、ハウジング１０を形成する材料、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）またはチタンよりも線膨張率の小さな材料（例えば樹脂材料）からなり、好ましくは、ハウジング１０とダイアフラム２０との間に形成される上記隙間をシールすべく弾性材料からなる。当該弾性材料からなる断熱部材５０は、その外径が開口部１４の開口径（円筒側壁面１４ａの直径）よりも大きく、かつその内径が外周縁部２２の外径（外周側壁面２２ｂの直径）よりも小さな円環状の部材、例えばＯリングからなる。当該仕様の断熱部材５０は、円筒側壁面１４ａと外周側壁面２２ｂとの間に圧入されることとなる。

【0036】

なお、断熱部材５０にシール性能を持たせる代わりに、断熱部材４０にシール性能をもたせてもよい。このとき断熱部材４０は、ハウジング１０を形成する材料よりも線膨張率の小さな弾性材料から形成されることとなる。

【0037】

〔効果〕
サニタリー用圧力センサが装着された装置においては、上述したように、清浄性を保つために作動中に蒸気洗浄が実施され、また、高温の被測定流体を測定することがあり得る。このため、ダイアフラムを用いた圧力センサをサニタリー用圧力センサとして使用する場合、作動中にダイアフラムを通じて大きな熱エネルギが圧力センサに入力することが想定される。ここで、従来のダイアフラムを用いたオイルフリー構造の圧力センサにおいては、上述したように、被測定流体と接触するダイアフラムがハウジングの一部分として形成されているため、被測定流体との接触面（ダイアフラムの下面）からハウジング全体に伝熱が妨げられることなく熱エネルギが拡散する。当該事象は、高温の流体にさらされた接触面（ダイアフラムの下面）と外表面が外気にさらされた他の部分との間に連続的な温度分布（温度勾配）を生じさせ、熱変形をもたらす。この温度分布に起因した熱変形は、上述したように、測定誤差をもたらす。これに対し、上記構成のダイアフラムを用いた圧力センサ１Ａによれば、以下に示す理由によって、ダイアフラム２０およびこれを支持するハウジング１０のそれぞれにおいて温度分布が生じることを抑制し、上記熱変形に起因した測定誤差を低減することができる。

【0038】

すなわち、ダイアフラムを用いた圧力センサにおいては、受圧時にダイアフラムの移動、具体的には、上記第１の移動および上記第２の移動を規制することが機能上必須となる。これら２つの移動を規制するためには、ダイアフラムとこれを支持するハウジングとが不可避的に接触しまたは結合することになる。ここで、第１の実施の形態に係る圧力センサ１Ａにおいては、上述したように、ダイアフラム２０の上記第１の移動を規制するために、ダイアフラム２０側に「第１の被支持部」としての上面２２ｃが設けられ、ハウジング１０側に上面２２ｃと対向する座面１２ａが設けられ、さらに上記第２の移動を規制するために、ダイアフラム２０側に「第２の被支持部」としての外周側壁面２２ｂが設けられ、ハウジング１０側に外周側壁面２２ｂと対向する円筒側壁面１４ａが設けられている。そして、これら対向する部位間には、断熱部材が介在している。具体的には、上面２２ｃと座面１２ａとの間に断熱部材４０が介在し、外周側壁面２２ｂと円筒側壁面１４ａとの間に断熱部材５０が介在している。この結果、ハウジング１０とダイアフラム２０とが熱的にアイソレーションされた構造（上記弾性部材Ｍが熱伝導率の低い断熱材料からなる場合には、配管Ｈとの間でも熱的にアイソレーションされた構造）となっている。さらに、薄膜部２１および外周縁部２２のみからなるダイアフラム２０は、熱容量が小さく、均熱化が促進され易い構造となっている。

【0039】

上記構造の圧力センサ１Ａによれば、高温の蒸気にさらされたダイアフラム２０は、全体が蒸気の温度に均熱化され、他方、ダイアフラム２０との間で熱的にアイソレーションされかつ外気にさらされたハウジングは、全体が略外気温に維持されることとなる。このように、上記構成の圧力センサ１Ａによれば、ハウジング１０およびダイアフラム２０のそれぞれにおいて、温度分布の発生を抑制することができ、当該温度分布に起因した測定誤差を抑えることができる。

【0040】

≪第２の実施の形態≫
つづいて、本発明の第２の実施の形態である圧力センサ１Ｂを、図３に基づいて説明する。この第２の実施の形態に係る圧力センサ１Ｂは、断熱部材４０を備えておらず、代わりにハウジング１０とダイアフラム２０との接触面積を低減するためのピラー構造６０を具備している点が第１の実施の形態に係る圧力センサ１Ａと相違する。なお、これ以外の構成は圧力センサ１Ａと同一である。

【0041】

ピラー構造６０は、例えば図３に示すように、ハウジング１０とダイアフラム２０との間に配設された複数の柱状体６１から構成されている。これら複数の柱状体６１は、例えば、その全てがハウジング１０に形成された座面１２ａから下方に向けて突設されており（形態１）、または、その全てがダイアフラム２０の外周縁部２２の上面２２ｃから上方に向けて突設されており（形態２）、または、一部が座面１２ａから下方に向けて突設され残りが外周縁部２２の上面２２ｃから上方に向けて突設されている（形態３）。複数の柱状体６１の頂面は、対向する面に当接している。具体的には、上記形態１ではダイアフラム２０に形成された上面２２ｃに当接し、上記形態２ではハウジング１０に形成された座面１２ａに当接し、上記形態３では上面２２ｃおよび座面１２ａに当接している。これら互いが当接する面のうち、ダイアフラム２０の側に設けられた柱状体６１の頂面および上面２２ｃは、「第１の被支持部」として機能し、ハウジング１０の側に設けられた柱状体６１の頂面および座面１２ａは、「第１の支持部」として機能する。

【0042】

柱状体６１は、例えば円柱からなる。ただし、円柱に限定される訳ではなく、円錐、円錐台、角柱、平面視円環状の凸形状等であってもよい。また、柱状体６１が配置される位置や数も特定のものに限定されない。例えば、柱状体６１を平面視において放射状に配置してもよいし、ランダムに配置してもよい。また、ダイアフラム２０の上記第１の移動が安定した状態で規制されるよう、例えば、平面視略１２０度の間隔で配設された３つの柱状体６１からピラー構造を構成してもよい。

【0043】

〔効果〕
複数の柱状体６１からなるピラー構造を有することで、ダイアフラム２０に設けられた「第１の被支持部」とこれに対向するハウジング１０に設けられた第１の支持部との接触面積を低減させることができる。これにより、これら２つの部位間の熱移動量（伝熱量）が抑制される。この結果、上記第１の実施の形態と同様に、ハウジング１０とダイアフラム２０とが、互いに熱的にアイソレーションした状態となり、ハウジング１０およびダイアフラム２０のそれぞれにおいて、温度分布の発生を抑制することができる。これにより、当該温度分布に起因した測定誤差を抑えることができる。

【0044】

≪第３の実施の形態≫
つぎに、本発明の第３の実施の形態である圧力センサ１Ｃを、図４に基づいて説明する。この圧力センサ１Ｃは、断熱部材４０を備えておらず、代わりにハウジング１０とダイアフラム２０との接触面積を低減するための凸状段差部７０が設けられている点が第１の実施の形態に係る圧力センサ１Ａと相違する。なお、これ以外の構成は圧力センサ１Ａと同一である。

【0045】

凸状段差部７０は、例えば図４に示すように、ハウジング１０の開口部１４を画成する円筒側壁面１４ａの上端部から半径方向へ突出するように形成され、その縦断面形状は、略矩形状を呈している。凸状段差部７０の内周側面をなす円筒側壁面７０ａの直径は、ダイアフラム２０の外周側壁面２２ｂの直径よりも小さく設定されている。これにより、ダイアフラム２０が開口部１４に挿入された際、その外周縁部２２の上面２２ｃの一部（具体的には、上面２２ｃの外周縁部）が、略水平面からなる凸状段差部７０の下面７０ｂに当接する。これにより、下面７０ｂは、「第１の被支持部」として機能する上面２２ｃを通じてダイアフラム２０の上記第１の移動を規制する支持部として機能する。

【0046】

凸状段差部７０の縦断面形状は、略矩形状に限定される訳ではなく、例えば略半円形または略三角形であってもよい。このとき、凸状段差部７０と外周縁部２２の上面２２ｃとが接するように各寸法が決定される。

【0047】

〔効果〕
凸状段差部７０を有することで、ダイアフラム２０に設けられた「第１の被支持部（外周縁部２２の上面２２ｃ）」とこれに対向するハウジング１０に設けられた第１の支持部（凸状段差部７０の下面７０ｂ）との接触面積を低減させることができる。これにより、これら２つの部位間の熱移動量（伝熱量）が抑制される。この結果、上記第１の実施の形態と同様に、ハウジング１０とダイアフラム２０とが、互いに熱的にアイソレーションした状態となり、ハウジング１０およびダイアフラム２０のそれぞれにおいて、温度分布の発生を抑制することができる。これにより、当該温度分布に起因した測定誤差を抑えることができる。

【0048】

≪第４の実施の形態≫
つづいて、本発明の第４の実施の形態である圧力センサ１Ｄを、図５に基づいて説明する。この圧力センサ１Ｄは、断熱部材４０を備えておらず、代わりにハウジング１０に真空の空間８０が設けられている点が第１の実施の形態に係る圧力センサ１Ａと相違する。なお、これ以外の構成は圧力センサ１Ａと同一である。

【0049】

真空の空間８０は、例えば図５に示すように、ハウジング１０の一部分、具体的には、ダイアフラム２０の一部を構成する外周縁部２２の上面２２ｃ（第１の被支持部）と対向する部分に設けられている。これにより、真空の空間８０の下部を画成する部分は、ダイアフラム２０の上記第１の移動の規制する「第１の支持部」に相当する座面１２ａを形成する。

【0050】

なお、真空の空間８０を、ダイアフラム２０の側、例えばハウジング１０の座面１２ａと対向する外周縁部２２の一部分として設けてもよい。この場合、真空の空間８０の上部を画成する部分は、第１の被支持部として機能する上面２２ｃを形成する。

【0051】

〔効果〕
真空の空間８０を有することで、ハウジング１０に形成された座面１２ａ（第１の被支持部）とダイアフラム２０に形成された上面２２ｃ（第１の支持部）との間の熱移動量（伝熱量）が抑制される。この結果、上記第１の実施の形態と同様に、ハウジング１０とダイアフラム２０とが、互いに熱的にアイソレーションした状態となり、ハウジング１０およびダイアフラム２０のそれぞれにおいて、温度分布の発生を抑制することができる。これにより、当該温度分布に起因した測定誤差を抑えることができる。

【0052】

≪第５の実施の形態≫
つぎに、本発明の第５の実施の形態である圧力センサ１Ｅを、図６に基づいて説明する。この圧力センサ１Ｄは、ハウジングが２つの部品に分割されており、こられ２つの部品の間に「熱伝導低減構造」としての断熱部材が配設されている点が第１の実施の形態に係る圧力センサ１Ａと異なっている。

【0053】

圧力センサ１Ｅを構成するハウジング１０Ｅは、図６に示すように、配管Ｈと接続する接続ハウジング１１Ｅと圧力検出素子３０を内側に収容するセンサハウジング１２Ｅとに分割されてなる。センサハウジング１２Ｅが接続ハウジング１１Ｅの内側に挿入されるように組付けられることでハウジング１０Ｅが形成される。なお、これら接続ハウジング１１Ｅおよびセンサハウジング１２Ｅは、圧力センサ１Ａが備えるハウジング１０と同様に、耐食性の高い金属材料、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる。

【0054】

接続ハウジング１１Ｅは、中央部に貫通孔が形成された略円錐台形状の部材であって、その下面に、配管Ｈと対向する端面１３Ｅが形成されている。端面１３Ｅの中央部には、開口部１４Ｅが形成されており、さらにこの開口部１４Ｅと連通しながら上方へと延在する挿入孔１６Ｅが形成されている。開口部１４Ｅおよび挿入孔１６Ｅは、上記貫通孔を構成し、開口部１４Ｅにはダイアフラム２０およびセンサハウジング１２Ｅの下端部に突設されたフランジ部１２Ｅｂが挿入され、挿入孔１６Ｅにはフランジ部１２Ｅｂを除くセンサハウジング１２Ｅの主要部が挿入される。ここで、挿入孔１６Ｅを画成する円筒側壁面１６Ｅａの半径は、開口部１４を画成する円筒側壁面１４Ｅａの半径よりも小さく設定されている。これにより、開口部１４Ｅと挿入孔１６Ｅとの間に略水平面からなる座面１１Ｅａが下向きに形成されている。

【0055】

接続ハウジング１１Ｅの外周側面は、ハウジング１０の接続部１１と同様に、半径方向外側に向かってテーパ状に突出し、当該突出部分によってフェルールフランジ部１１Ｅｆが形成されている。フェルールフランジ部１１Ｅｆは、圧力センサ１Ａが備えるフェルールフランジ部１１ｆと同様の方式により配管Ｈのフェルールフランジ部Ｈｆと接合する。

【0056】

センサハウジング１２Ｅは、略円筒状を呈し、下端部に半径方向へ突出したフランジ部１２Ｅｂを備える。フランジ部１２Ｅｂの下面は、ダイアフラム２０の外周縁部２２に形成された上面２２ｃと対向する座面１２Ｅａを形成している。この座面１２Ｅａは、第１の支持部として機能する。すなわち、センサハウジング１２Ｅは、座面１２Ｅａを通じて第１の被支持部として機能する上面２２ｃの移動、具体的には、ダイアフラム２０の第１の移動を規制する。

【0057】

また、フランジ部１２Ｅｂの上面は、接続ハウジング１１Ｅに形成された下向きの座面１１Ｅａと対向する第１被支持部１２Ｅｃを形成している。センサハウジング１２Ｅは、この第１被支持部１２Ｅｃと座面１１Ｅａとを通じて、第１の移動が規制される。

【0058】

さらに、フランジ部１２Ｅｂの外周側壁面は、接続ハウジング１１Ｅに形成された開口部１４Ｅを画成する円筒側壁面１４Ｅａと対向する第２被支持部１２Ｅｅを形成している。センサハウジング１２Ｅは、この第２被支持部１２Ｅｅと円筒側壁面１４Ｅａを通じて、第２の移動が規制される。

【0059】

接続ハウジング１１Ｅとセンサハウジング１２Ｅとの間には円環状の水平板部９０ａと円筒状の垂直壁部９０ｂとから形成された断熱部材９０が配設されている。具体的には、センサハウジング１２Ｅの第１の移動を規制する第１被支持部１２Ｅｃ（フランジ部１２Ｅｂの上面）と座面１１Ｅａとの間に水平板部９０ａが介在し、センサハウジング１２Ｅの第２の移動を規制する第２被支持部１２Ｅｅ（フランジ部１２Ｅｂの外周側壁面）と開口部１４Ｅを画成する円筒側壁面１４Ｅａとの間に垂直壁部９０ｂが介在するように配設されている。

【0060】

この断熱部材９０は、断熱部材４０と同様に、接続ハウジング１１Ｅとセンサハウジング１２Ｅを形成する材料（例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）またはチタン）よりも線膨張率の小さな材料、例えば耐熱性の高い材料（ゴムシート等）、フッ素系（ＰＴＦＥ）、シリコン系の材料からなる。

【0061】

〔効果〕
上記構成の圧力センサ１Ｅにおいては、薄膜部２１と外周縁部２２のみから構成された熱容量の小さいダイアフラム２０が、断熱部材４０、５０を通じてハウジング１０Ｅとの間で熱的にアイソレーションされることで、第１の実施の形態に係る圧力センサ１Ａと同様の効果がもたらされる。
また、上記構成の圧力センサ１Ｅにおいては、ハウジング１０Ｅが接続ハウジング１１Ｅとセンサハウジング１２Ｅとに分割され、かつ互いが断熱部材９０を通じて熱的にアイソレーションされているため、これら２つの部材ごとに均熱化が促進される。これにより、ハウジング１０Ｅに温度分布が生じることを効果的に抑制することができる。この結果、温度分布に起因した測定誤差を、より確実に抑えることができる。

【0062】

≪第６の実施の形態≫
最後に、本発明の第６の実施の形態に係る圧力センサ１Ｆを、図７に基づいて説明する。この圧力センサ１Ｆは、断熱部材４０、５０を備えておらず、代わりにハウジング１０とダイアフラム２０との間に真空の空間１００が配設されている点が第１の実施の形態に係る圧力センサ１Ａと相違する。なお、これ以外の構成は、圧力センサ１Ａと同一である。

【0063】

真空の空間１００は、ダイアフラム２０の第１の移動を規制する「第１の被支持部」と「第１の支持部」との間、およびダイアフラム２０の第２の移動を規制する「第２の被支持部」と「第２の支持部」との間に形成されている。具体的には、図７に示すように、ハウジング１０に形成された座面１２ａ（第１の支持部）とダイアフラム２０に形成された上面２２ｃ（第１の被支持部）との間、およびハウジング１０に形成された開口部１４を画成する円筒側壁面１４ａ（第２の支持部）とダイアフラム２０を構成する外周縁部２２の外周側壁面２２ｂ（第２の被支持部）との間に形成されている。真空の空間１００は、これら部位と、開口部１４の下端部から半径方向内側に向けて突設された凸部１００ａおよび空洞部１５の下端部から下方に向けて突設された凸部１００ｂとによって画成されている。凸部１００ａの頂部とこれに対向する外周縁部２２の外周側壁面２２ｂ、および凸部１００ｂの頂部とこれに対向する外周縁部２２の上面２２ｃとは、例えば、溶接等によって真空封止接合されている。すなわち、ハウジング１０とダイアフラム２０とは、真空の空間１００を通じて一体化されている。

【0064】

〔効果〕
真空の空間１００を有することで、ハウジング１０に形成された座面１２ａ（第１の被支持部）とダイアフラム２０に形成された上面２２ｃ（第１の支持部）との間、およびハウジング１０に形成された開口部１４を画成する円筒側壁面１４ａ（第２の支持部）とダイアフラム２０を構成する外周縁部２２の外周側壁面２２ｂ（第２の被支持部）との間の熱移動量（伝熱量）が抑制される。この結果、上記第１の実施の形態と同様に、ハウジング１０とダイアフラム２０とが、互いに熱的にアイソレーションした状態となり、ハウジング１０およびダイアフラム２０のそれぞれにおいて、温度分布の発生を抑制することができる。これにより、当該温度分布に起因した測定誤差を抑えることができる。

【0065】

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、上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。

【0066】

例えば、上記実施の形態においては、ダイアフラム２０の第２の移動を規制する部位間（第２の被支持部としての外周側壁面２２ｂと第２の支持部としての円筒側壁面１４ａ）に配設された断熱部材５０がＯリングによって構成されているが、これを、図８に示すような薄膜部材５０´によって構成してよい。

【0067】

また、上記実施の形態では、ダイアフラム２０の第１の移動と第２の移動とを規制する部位間にそれぞれ「熱伝導低減構造」が設けられているが、いずれか一方の移動を規制する部位間にのみ「熱伝導低減構造」が設けられた仕様としてもよい。当該仕様によっても、従来の圧力センサと比較して、ハウジング１０とダイアフラム２０とが熱的にアイソレーションされた状態が実現される。

【0068】

さらに、上記実施の形態では、主にダイアフラム２０の第１の移動を制限する部位間（第１の被支持部と第１の支持部との間）に設けられている「熱伝導低減構造」に対し、種々の形態を提案しているが、これら種々の形態をダイアフラム２０の第２の移動を制限する部位間（第２の被支持部と第２の支持部との間）に採用してもよい。

【0069】

また、上記実施の形態においては、ダイアフラム変形を電気信号として検出する手法（センシング原理）として、ひずみゲージを含んだ半導体チップを用いているが、これに限定されるわけではなく、例えば、静電容量式センサ、金属歪みゲージ、抵抗ゲージをスパッタ等により成膜したものを用いた圧力検出手法（センシング原理）を用いてもよい。

【符号の説明】

【0070】

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、1Ｅ、１Ｆ…圧力センサ、１０…ハウジング、１１…接続部、１２…センサハウジング部、１３…端面、１４…開口部、１４ａ…円筒側壁面、１５…空洞部、１６Ｅ…挿入孔、２０…ダイアフラム、２０ａ…流体接触面、２１…薄膜部、２２…外周縁部、３０…圧力検出素子、３１…支持部材、４０…断熱部材、５０…断熱部材、６０…ピラー構造、６１…柱状体、７０…凸状段差部、８０…真空の空間、９０…断熱部材、１００…真空の空間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】