JP4828804B2 - セラミックダイアフラム及びその製法並びに圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、セラミックダイアフラム及びその製法並びに圧力センサに関し、特に板状のダイアフラム本体及び該ダイアフラム本体を支持する環状支持部を有するセラミックダイアフラム及びその製法並びに圧力センサに関する。

従来の圧力センサは、板状のダイアフラム本体及び該ダイアフラム本体を支持する環状支持部を有するセラミックダイアフラムと、ダイアフラム本体の外面中央部に設けられ、ダイアフラム本体の変形に基づく信号を出力するセンサ素子とを備え、セラミックダイアフラム内部へ圧力媒体が導入されたときに、ダイアフラム本体の変形に基づくセンサ素子からの信号によって圧力検出、測定を行うようにしている。

従来、キャップ状のセラミックダイアフラムの耐圧力性を確保するために、ダイアフラム本体と環状支持部の連結部の内面を、円弧面等によって滑らかに形成し、連結部における応力集中を抑制していた（特許文献１参照）。

従来の圧力センサの製法として、一般にセラミックダイアフラムは、セラミック粉末を乾式プレスして形成することが知られており、この成形工程により所望の形状を形成し、続く焼成工程により、有機成分の除去、焼結による完全な一体化がなされる。その後、研磨工程により、前記ダイアフラム本体外面側を研磨し、所望の厚さ寸法、平坦度に仕上げられていた。
特開平５−５６６４号公報

しかしながら、従来の圧力センサでは、セラミックダイアフラム内部へ圧力媒体が導入されたときに、ダイアフラム本体とその環状支持部の連結部に大きな応力が発生し、耐圧力性を十分確保できないという問題があった。

即ち、従来の圧力センサでは、成形時にダイアフラム本体とその環状支持部の成形体密度に差が生じ、これが焼成工程において、焼結による収縮量の差を発生させる。通常、同一成形体内に、ダイアフラム本体のような薄肉部と環状支持部のような厚肉部が共存するような形状では、乾式プレス成形過程における原料粉体の流れや粉体−金型間の摩擦の影響で、薄肉部の成形体密度が高くなる傾向になる。一方、焼成による外形寸法の収縮量は、成形体密度が低いほど大きい傾向になる。このため、焼成工程を経たダイアフラム本体の形状は、成形工程で得られた形状に比べ、図６に示すように、ダイアフラム本体３３の内面中央部がａ’だけ凸形状に膨らんだ形状となる。つまり、成形体密度の高かったダイアフラム本体３３の中央が厚く、成形体密度の低かった環状支持部３４との連結部近傍で薄い形状となる。尚、符号３５はセンサ素子である。

このような形状では、セラミックダイアフラム内部へ圧力媒体が導入されたときに、ダイアフラム本体中央部に比べて肉厚の薄いダイアフラム本体と環状支持部の連結部に、応力集中による比較的大きな応力が発生しやすく、結果的に耐圧力性に欠けるという問題があった。

本発明は、ダイアフラム本体と環状支持部との連結部に発生する応力を低減し、耐圧力性に優れたセラミックダイアフラム及びその製法並びに圧力センサを提供することを目的とする。

本発明は、板状のダイアフラム本体と、該ダイアフラム本体を支持する環状支持部と、を有し、前記ダイアフラム本体の一方主面と前記環状支持部の内側面とが連結されるように構成されたセラミックダイアフラムにおいて、前記ダイアフラム本体は、前記一方主面における中央部に設けられた凹部と、該凹部の内面と前記一方主面との間に形成された段差部と、を備え、前記ダイアフラム本体の前記一方主面と前記環状支持部の内側面との連結部、および前記段差部は、その表面が断面視で曲線状となるように形成されていることを特徴とするセラミックダイアフラムを提供する。

前記ダイアフラム本体の前記凹部における中央部の凹み量ａと、前記ダイアフラム本体の厚みｔの比（ａ／ｔ）が、０．０２〜０．２０であることが好ましい。

また、ダイアフラム本体の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．２μｍ〜０．６μｍであることが好ましい。

また、本発明のセラミックダイアフラムは、少なくとも前記ダイアフラム本体がアルミナ−ジルコニア系セラミックスからなることを特徴とする。

また、セラミック粉末を乾式プレスして、セラミックダイアフラム成形体を作製する工程と、該セラミックダイアフラム成形体を焼成する工程とを具備するセラミックダイアフラムの製法であって、前記乾式プレスに用いるプレス用金型は、ダイアフラム本体の一方主面の側を形成する面における中央部に設けられた凸部と、該凸部の面と前記一方主面の側を形成する面との間に形成された段差部と、を備え、前記一方主面の側を形成する面と前記プレス用金型の側面との連結部、および前記段差部は、その表面が断面視で曲線状となるように形成されていることを特徴とするセラミックダイアフラムの製造方法を、併せて提供する。

また、上記セラミックダイアフラムを用いた圧力センサであって、前記ダイアフラム本体の他方主面の中央部にセンサ素子を設けてなることを特徴とする圧力センサを、併せて提供する。

また、上記セラミックダイアフラムを用いた圧力センサであって、上記前記ダイアフラム本体の他方主面に厚膜抵抗体を設けてなることを特徴とする圧力センサを、併せて提供する。

本発明のセラミックダイアフラムでは、ダイアフラム本体の内面の上面部が凹形状であるため、ダイアフラム本体と環状支持部の連結部近傍の厚みよりも、ダイアフラム本体中央部の厚みの方が薄くなるような形状となり、ダイアフラム本体と環状支持部との連結部に発生する応力を低減することができ、耐圧力を向上できる。

また、内面の中央部を凹形状とすることでダイアフラム本体と環状支持部との連結部に発生する応力をより確実に低減でき、ダイアフラム本体中央部が薄肉になることによる強度低下の防止を両立することができる。

さらに、前記内面の上面部が全面にわたって凹形状であり、その凹み量ｂと、前記上面部の厚みｔの比（ｂ／ｔ）が、１．２〜６．０であること、内面の上面部における中央部が凹形状の場合、その中央部の凹み量ａと、前記上面部の厚みｔの比（ａ／ｔ）が、０．０２〜０．２０であることから、ダイアフラム本体と環状支持部との連結部に発生する応力の低減と、ダイアフラム本体中央部が薄肉になることによる強度低下の防止を両立でき、耐圧力性を最も高くできる。

また、前記ダイアフラム本体の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．２〜０．６μｍとすることで、圧力センサを形成する場合にその外面に形成するセンサ素子や厚膜抵抗体を弾きや滲みが無く設けることができる。

また、本発明のセラミックダイアフラムは、少なくとも前記ダイアフラム本体がアルミナ−ジルコニア系セラミックスからなることから、曲げ強度が大きいため、圧力センサを形成した際に、そのダイアフラム本体に作用する圧力に対し、大きな耐圧強度を有するため、長期間高精度を保持することができる。

また、このようなセラミックダイアフラムの製法では、ダイアフラム本体内面を形成する面の中央部が凸形状であるプレス用金型を用いて乾式プレスするため、ダイアフラム本体成形体の内面の形状に合致するような凹形状とすることで焼結後においてもこの形状を維持できる。

また、本発明のダイアフラムを使用した圧力センサは、ダイアフラム本体の外面中央部にセンサ素子または外面に厚膜抵抗体を設けてなることから、上述のように内面の上面部が凹形状であるため、高圧域で使用される圧力センサに適している。また、厚膜抵抗体を用いた場合、厚膜印刷ではセンサ素子に比べ膜厚が薄いためダイアフラム本体を形成するセラミックの歪み量に影響を与えることなく低圧域から高圧域までの広範囲をカバーできる圧力センサ信頼性を高めることができる。

本発明のセラミックダイアフラムの実施形態について図を用いて説明する。

本発明のセラミックダイアフラムは、図１（ａ）に示すように、アルミナ等のセラミックスからなる円形等の板状のダイアフラム本体３及び該ダイアフラム本体３を支持する円筒状の環状支持部４を有するキャップ状であり、ダイアフラム本体３と環状支持部４の内面の連結部５を円弧面等の曲面状に滑らかに形成し、連結部５における応力集中を抑制する構造となっている。

このセラミックダイアフラムは、詳細を後述するように、図４、５に示すような圧力センサとして用いられるものであり、図４に示すように、セラミックダイアフラム１にセンサ素子２を設けて構成されたもの、また図５に示すように、セラミックダイアフラム１に厚膜抵抗体６が印刷されて構成されたものである。

このような圧力センサは、環状支持部４内の圧力と、特定の圧力に維持された環状支持部４の外側との差圧によって発生するダイアフラム本体３のたわみ歪みをセンサ素子２または厚膜抵抗体６により検出するものである。

ここで、本発明のセラミックダイアフラム１は、図１（ａ）に示すように、内面の上面部１ａが凹形状であることが重要である。

これにより、セラミックダイアフラム１の外面の上面部が平坦であるため、ダイアフラム本体３と環状支持部４の連結部５の近傍の厚みよりも、内面の上面部１ａの中央部の厚みの方が薄くなるような形状となり、ダイアフラム本体３と環状支持部４との連結部５に発生する応力を低減することができ、耐圧力を向上できる。

また、内面の上面部１ａは、ダイアフラム本体３の中心部が凹形状の底面となるような断面形状が段付きのものや、ダイアフラム本体３の中心に向かって滑らかな断面円弧状の凹形状等、一部が凹形状であれば、種々の形状を用いることができるが、特に、図１（ａ）に示すような断面円弧状とすることが好ましく、応力がより均等に作用させることができる。

さらに、内面の上面部１ａが全面にわたって凹形状の場合、その凹み量ｂと、前記上面部の厚みｔの比（ｂ／ｔ）が１．２〜６．０とすることが好ましい。

なお、この凹み量ｂとは、図１（ａ）に示すように、環状支持部４の内面の側面と連結部５の始点である境界７から内面の上面部１ａの最も凹んだ点までの量を示すものである。

これにより、ダイアフラム本体３と環状支持部４との連結部５に発生する応力をより一層低減でき、ダイアフラム本体３に一定圧力、例えば３ＭＰａをセラミックダイアフラム１のキャップ形状内側から水圧としてかけた場合、歪み量が０．０２前後となり圧力センサとして必要な歪み範囲内に安定して入れることができる。

上記比（ｂ／ｔ）が１．２未満となると、耐圧強度が弱くなるり、強度バラツキが大きくなるため安定した品質が保てなくなる。一方、６．０を超えると耐圧強度が強くなる反面、歪み量が極端に少なくなり圧力センサとして用いた際に圧力が作用した際の応答性が悪くなる。

また、圧力センサとして必要な歪み量としては、０．００４ｍｍ〜０．０４５ｍｍとなっており比ｂ／ｔについては１．２５〜５．５であることがより好ましい。

さらに、本発明のセラミックダイアフラム１は、図１（ｂ）に示すように内面の上面部１ａにおける中央部が凹形状であることが好ましい。

これにより、ダイアフラム本体３と環状支持部４との連結部５に発生する応力をさらに低減することができ、耐圧力を向上できる。

また、内面の上面部１ａにおける中央部の凹み量ａと、上面部の厚みｔの比（ａ／ｔ）を０．０２〜０．２０とすることが好ましい。

ここで、ダイアフラム本体３の内面の上面部１ａにおける中央部の凹み量ａとは、図１（ｂ）に示したように、ダイアフラム本体３外縁部、すなわちダイアフラム本体３と環状支持部４の連結部５の境界線で構成される平面を基準にして、外側に凹んでいる量を示すもので、ダイアフラム本体３の中央部の厚みｔとは、凹んだ部分の中央部におけるダイアフラム本体３の厚みである。

これにより、ダイアフラム本体３と環状支持部４との連結部５に発生する応力の低減と、ダイアフラム本体３中央部が薄肉になることによる強度低下の防止を両立でき、耐圧力性を最も高くできると共にダイアフラム本体３に一定圧力、例えば３ＭＰａをセラミックダイアフラム１のキャップ形状内側から水圧としてかけた場合、歪み量が０．０２前後となり圧力センサとして必要な歪み範囲内に安定して入れることができる。さらに、比ａ／ｔは、特に０．０５〜０．１５であることがより好ましい。

上記比（ａ／ｔ）が０．０２未満となると、耐圧強度が弱くなり、強度バラツキが大きくなり安定した品質が保てなくなる。一方、０．２０を超えると耐圧強度が強くなる反面、歪み量が極端に少なくなり圧力センサとして用いた際に圧力が作用した際の応答性が悪くなる。

さらに、ダイアフラム本体３の中央部の厚みｔは、ダイアフラム本体３の強度を確保するため、０．１０〜３ｍｍであり、特に、０．１５ｍｍ以上であることが望ましい。また、環状支持部４の厚みは０．５〜２０．０ｍｍとされている。

また、本発明のセラミックダイアフラム１は、少なくともダイアフラム本体３の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．２〜０．６μｍであることが好ましい。

これは、圧力センサとして用いた際に、ダイアフラム本体３に作用する圧力による歪み量が均一に作用し、耐圧強度のバラツキもなく安定化するためである。

さらに、このような表面粗さの範囲で安定した表面状態を得るためには、砥石の目立てをした後、必ずダミーの基板を使用して砥石表面の調整を行って仕上がりの表面粗さを確認した後、セラミックダイアフラム１に加工を行うことが好ましい。

なお、ダイアフラム本体３の表面粗さは、少なくとも外面が上記の範囲となっていればよいが、好ましくは内面、外面が上記の範囲とすることがよい。さらには、環状支持部４の表面、すなわち、セラミックダイアフラム１の表面全体が算術平均粗さ（Ｒａ）で０．２〜０．６μｍとなっていることが好ましい。

特に、図５に示すようなセラミックダイアフラム１に厚膜抵抗体６が印刷されている圧力センサの場合は、ダイアフラム本体３の外面の上面の表面粗さが良すぎると厚膜抵抗体６の印刷時に滲みや弾き現象が発生することから印刷状態が悪く製品として使用することができなくなる。また、表面粗さによる耐圧強度を見ると表面粗さが良くなるほど強度も上がる傾向がある。したがって、厚膜抵抗体６の印刷性と耐圧強度との関係からダイアフラム本体３の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．２〜０．６μｍ、さらには０．３〜０．５μｍがより好ましい。

さらに、本発明のセラミックダイアフラム１は、少なくとも前記ダイアフラム本体がアルミナ−ジルコニア系セラミックスからなることが好ましい。

アルミナ−ジルコニア系セラミックスは、曲げ強度が非常に高く、耐圧強度が高いため、圧力センサとして用いた際に長期間にわたって安定して使用することができる。また、ダイアフラム本体３を薄くしても強度を高く保持できるため、セラミックダイアフラム１を利用したセンサ感知範囲を拡大することができ、破壊安全性においても高い品質を確保できる。

このアルミナ−ジルコニアセラミックスは、アルミナを９０〜９９．７重量％、ジルコニアを０．３〜１０重量％の組成比を有するものであり、例えば、平均粒径１μｍ〜６μｍのアルミナ粉末、平均粒径０．１μｍ〜１．６μｍのジルコニア粉末に対して、所定の有機バインダ、潤滑剤、可塑剤および水を添加し、スプレードライヤーで顆粒状にした原料粉体を用いることが好ましい。

（製造方法）
次に、本発明のセラミックダイアフラムの製法を、概略断面図である図２、３を基に説明する。

先ず、セラミック粉末（ガラスセラミックス粉末を含む）を用いてセラミックダイアフラム成形体を作製する。

セラミック粉末としてアルミナ−ジルコニア系セラミックスを用いる際は、例えばジルコニア５重量％、アルミナを９５重量％とし、平均粒径０．５μｍのジルコニア粉末、平均粒径１．５μｍのアルミナ粉末を用いる。また、アルミナセラミックスを用いる際は、純度９９．９％、平均粒径１．５μｍのアルミナ粉末に対して、所定の有機バインダ、潤滑剤、可塑剤および水を添加し、スプレードライヤーで顆粒状にした原料粉体を使用した。

セラミックダイアフラム成形体は、図２（ａ）に示すプレス装置を用いて作製する。このプレス装置は、センサ素子２または厚膜抵抗体６を貼り付ける面を形成する上パンチ９と、環状支持部４の外側面を形成する環状のダイス１０と、環状支持部４の内側面を形成するための浮動する浮動下パンチ１１と、環状支持部４の底面を形成するための固定した固定下パンチ１２とを具備して構成されている。固定下パンチ１２内には貫通孔が形成されており、この貫通孔には浮動下パンチ１１が挿入されている。

浮動下パンチ１１と固定下パンチ１２は、原料粉体を均一に圧縮するために分割されたものであって、粉体の特性によっては一体型であってもよい。また、より精密な制御を行うためにダイス１０やしたパンチ１２を可動型とする場合もある。また、これらのパンチ９、１１、１２およびダイス１０の稼動部は油圧などにより駆動される。

このプレス装置を用いてダイアフラム成形体を作製する。先ず、パンチ９、１１、１２およびダイス１０は、図２（ｂ）のような位置関係に移動され、形成された空間にセラミック原料粉末１３が充填される。次に図２（ｃ）に示すように、上パンチ９を下降させ、セラミック原料粉末１３を圧縮してダイアフラム成形体１４を形成する。

ダイアフラム成形体１４における、環状支持部４に相当する部分（環状支持部成形体）とダイアフラム本体３に相当する部分（ダイアフラム本体成形体）の成形体密度のバラツキをできるだけ低減するよう、下パンチ１１もわずかに下降させることが望ましい。最後に図２（ｄ）に示すように、上パンチ９を上昇させ、ダイス１０から引き上げるとともに、下パンチ１１、１２もその上面がダイス１０の上面に一致する位置まで上昇させ、ダイアフラム本体成形体を取り出す。

通常は図２（ａ）〜（ｄ）を繰り返すことで、多数のダイアフラム成形体１４を作製する。最終的にこれらの成形体は、焼成炉などで適切な条件において焼成され、キャップ状のセラミックダイアフラム１となる。

そして、本発明では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、浮動下パンチ１１の上端面（ダイアフラム本体３の内面の上面部１ａを形成する浮動下パンチ１１の面）が凸形状とされている。

この浮動下パンチ１１の上端面は、ダイアフラム本体３の内面の上面部１ａの形状に合致するように上に凸形状となっており、図１（ａ）に示すような内面の上面部１ａが全面にわたって滑らかな球面状に凹形状となっている場合、図３（ａ）に示すように、滑らかな球面形状とされている。また、上端面と側面との境界、すなわちセラミックダイアフラム１の連結部５にあたる部分は、Ｒ面状となっており、側面とＲ面との境界から頂点までの距離である破線間距離ｂ”が焼成後にダイアフラム本体３の内面の上面部１ａの凹み量ｂを形成することになる。

また、図１（ｂ）に示すような上面の中央部が滑らかな球面状に凹形状となっている場合、図３（ｂ）に示すように、浮動下パンチ１１の上端面は同様に中央部に球面状の凸部１５を形成している。また、凸部１５の上端面から平坦面までの距離である破線間距離距離ａ”が焼成後にダイアフラム本体３の内面の中央部の凹み量ａを形成することになる。

なお、本発明では、上パンチ９に油圧装置でプレス圧を印加し、さらに別の油圧系統により、下パンチ１２にプレス圧を印加する。下パンチ１２部分にかかるプレス圧が、下パンチ１１部分にかかるプレス圧よりも高くすることが望ましい。下パンチ１２部分にかかるプレス圧Ｐ１と、下パンチ１１部分にかかるプレス圧Ｐ０の比Ｐ１／Ｐ０は、１．０１〜３．５である場合に特に有効である。このために各パンチに圧力センサを取り付け個々に受圧を管理する。

また、焼結後にダイアフラム１の内面の上面部１ａを研磨することが望ましい。これにより、強度低下の原因となる局所的な応力集中を起こしやすい内面の微細な凹凸を除去し、耐圧力性を向上させることができる。なお、焼結後においても凹形状を維持するためには、環状支持部成形体をプレスするプレス用金型によるプレス圧を、ダイアフラム本体成形体をプレスするプレス用金型によるプレス圧より高く設定することが望ましい。これにより、ダイアフラム本体と環状支持部の成形体密度の差を小さくすることができ、結果的に所望の凹形状を精度よく得ることができる。

このようにして作製されたセラミックダイアフラムは、上述したような圧力センサとして好適に用いる。

本発明の圧力センサについて図４、５を用いて詳細に説明する。

先ず、図４に示すように、ダイアフラム本体３の外面の中央部にセンサ素子２を設けて構成されており、セラミックダイアフラム１は、圧力検出用の板状のダイアフラム本体３及びダイアフラム本体３を支持する円筒状の環状支持部４を有するキャップ状とされ、ダイアフラム本体３の外面の中央部にセンサ素子２を配設して構成されている。

このような圧力センサは、環状支持部４内の圧力と特定の圧力に維持された環状支持部４の外側との差圧によって発生するダイアフラム本体３のたわみ歪みをセンサ素子２により検出する。

また、圧力センサとして図５に示すように、ダイアフラム本体３の外面に厚膜抵抗体６を設けたものがより好ましい。この厚膜抵抗体６は酸化ルテニウム等からなり、印刷によって厚み１０〜５０μｍで形成されている。このような圧力センサは、上述と同様、環状支持部４内の圧力と特定の圧力に維持された環状支持部４の外側との差圧によって発生するダイアフラム本体３のたわみ歪みを、厚膜抵抗体６の抵抗値の変化により検出する。

したがって、これらセンサ素子２または厚膜抵抗体６を備えた圧力センサは、上述のようにセラミックダイアフラム１の内面の上面部１ａが凹形状となっていることで、セラミックダイアフラム１の内部へ圧力媒体が導入されたときに、ダイアフラム本体３の中央部に比べて肉厚の薄いダイアフラム本体３と環状支持部４の連結部５に応力が集中しないため、耐圧力性が高くなり、長期間にわたって使用することができる。

また、図５に示すように、厚膜抵抗体６を用いた場合、厚膜印刷ではセンサ素子２に比べ膜厚が薄いためダイアフラム本体３を形成するセラミックの歪み量に影響を与えることなく低圧域から高圧域までの広範囲をカバーできる圧力センサとなり、より耐圧力性を向上することができる。

次いで、本発明の実施例について説明する。

先ず、本発明の実施例として図１（ａ）、（ｂ）に示すようなセラミックダイアフラムを作製した。

先ず、アルミナセラミックスとして、純度９９．９％、平均粒径１．５μｍのアルミナ粉末に所定の有機バインダ、潤滑剤、可塑剤および水を添加し、スプレードライヤーで顆粒状にした原料粉体、またアルミナ−ジルコニア系セラミックスとして、アルミナ平均粒径１．５μｍ、ジルコニア０．５μｍのアルミナを９５重量％、ジルコニアを５重量％を含有するセラミックス粉末に対して、所定の有機バインダ、潤滑剤、可塑剤および水を添加し、スプレードライヤーで顆粒状にした原料粉体をそれぞれ図２、３に示したプレス装置により成形した。

先ず図１（ａ）に示すようなセラミックダイアフラム１の内面の上面部１ａが球面状の凹形状となった試料を得るため、固定下パンチ１２の外径２３．５ｍｍ、内径１１．６ｍｍ、浮動下パンチ１１の上端面は図３（ａ）に示すように突出量がｂ’’が０．７〜０．７５ｍｍの金型を用いて、上パンチ９による成形圧を１５０ＭＰａとし、上パンチ９による加圧と同時に浮動下パンチ１１を僅かに下降させ、キャップ形状のダイアフラム成形体を作製した。その後、１５７０℃にて焼成して外径２０．０ｍｍ、内径１０．２ｍｍの焼結体を得た後、ダイアフラム本体の上面を厚さｔが０．２８〜０．３ｍｍとなるよう研磨仕上げし、キャップ状のダイアフラムの試料を作製した後、ダイアフラム本体３の外面の中央部にセンサ素子２を貼り付けて圧力センサを作製した。

また、図１（ｂ）に示すようにセラミックダイアフラム１の内面の上面部１ａの中央部のみが凹形状となった試料を得るため、上述と同様な成形において、浮動下パンチ１１の上端面が図３（ｂ）に示すように突出量ａ’’が０．０３ｍｍの金型を用いて、ダイアフラム本体の上面の厚さｔが０．２８ｍｍとなるよう研磨仕上げし、キャップ状のダイアフラムの試料を作製し、ダイアフラム本体３の外面中央部にセンサ素子２を貼り付けて圧力センサを作製した。

各試料のセラミックダイアフラム１の内面の凹み量ｂ、ａ、厚みｔをダイヤルゲージによって測定し、厚みｔとの比ｂ／ｔ、ａ／ｔを算出した。

また、比較例として、従来のように浮動下パンチ１１の上端面１４の突出量ｂ”、ａ”が０．０ｍｍ（平坦）の金型を用いて上述と同様に圧力センサを作製した。研磨後のダイアフラム本体３の内面の中央部は凸形状をなしており、その突出量を測定したところ図６に示すようにａ’が０．０３０ｍｍであった。

なお、各試料の連結部は曲率半径Ｒが１１５ｍｍの曲面状とし、それぞれアルミナセラミックス、アルミナ−ジルコニアセラミックスで作製し、ダイアフラム本体の表面粗さを
Ｒａで０．４μｍとした。

そして、作製した圧力センサの内部に水圧を６．５ＭＰａまで徐々に印加して、圧力センサが破損するまでの圧力を測定する耐水圧テストを実施した。

結果を表１に示す。

表１より、本発明のセラミックダイアフラムを用いた圧力センサ試料（Ｎｏ．１〜１４）は、破水圧力が５．７ＭＰａ以上で破損し、高い耐圧強度を有することが判った。

特に、内面の上面部の中央部のみ凹形状とした試料（Ｎｏ．８〜１４）はより高い耐圧強度を有することが判った。

また、図１（ａ）に示す形状の試料のうち、比ｂ／ｔが１．２〜６の範囲の試料（Ｎｏ．２〜５）は、破水圧力が１０．６〜１１．２ＭＰａと高く安定した強度を示すことができた。同様に、図１（ｂ）に示す形状の試料のうち、比ａ／ｔが０．０２〜０．２の範囲の試料（Ｎｏ．９〜１２）は、破水圧力が１０．８〜１１．８ＭＰａとさらに高い強度を示すことが判った。

また、各形状においてアルミナ−ジルコニアセラミックスからなる試料（Ｎｏ．１〜６、Ｎｏ．８〜１３）と、アルミナからなる試料（Ｎｏ．７、１４）をそれぞれ比較した場合、
１．７倍以上の強度を示す結果となった。

（ａ）、（ｂ）は本発明のセラミックダイアフラムの一例を示す概略断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明のセラミックダイアフラムの製法を説明するための工程図である。 （ａ）、（ｂ）は下パンチの頂面中央部が突出している状態を示す説明図である。 本発明の圧力センサの一例を示す概略断面図である。 本発明の圧力センサの一例を示す概略断面図である。 従来の圧力センサを説明するための概略断面図である。

符号の説明

１・・・セラミックダイアフラム
１ａ・・セラミックダイアフラムの内面の上面部
２・・・圧力センサ
３・・・ダイアフラム本体
４・・・環状支持部
５・・・ダイアフラム本体と環状支持部の連結部
６・・・厚膜抵抗体
７・・・連結部と側面の境界
８・・・開口部
９・・・上パンチ
１０・・・ダイス
１１・・・浮動下パンチ
１２・・・固定下パンチ
１３・・・セラミック原料粉末
１４・・・ダイアフラム成形体
１５・・・凸部

Claims (7)

1. 板状のダイアフラム本体と、該ダイアフラム本体を支持する環状支持部と、を有し、前記ダイアフラム本体の一方主面と前記環状支持部の内側面とが連結されるように構成されたセラミックダイアフラムにおいて、
   前記ダイアフラム本体は、前記一方主面における中央部に設けられた凹部と、該凹部の内面と前記一方主面との間に形成された段差部と、を備え、
   前記ダイアフラム本体の前記一方主面と前記環状支持部の内側面との連結部、および前記段差部は、その表面が断面視で曲線状となるように形成されていることを特徴とするセラミックダイアフラム。
2. 前記ダイアフラム本体の前記凹部における中央部の凹み量ａと、前記ダイアフラム本体の厚みｔの比（ａ／ｔ）が、０．０２〜０．２０であることを特徴とする請求項１記載のセラミックダイアフラム。
3. 少なくとも前記ダイアフラム本体の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．２μｍ〜０．６μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックダイアフラム。
4. 少なくとも前記ダイアフラム本体がアルミナ−ジルコニア系セラミックスからなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のセラミックダイアフラム。
5. セラミック粉末を乾式プレスして、セラミックダイアフラム成形体を作製する工程と、該セラミックダイアフラム成形体を焼成する工程とを具備するセラミックダイアフラムの製法であって、
   前記乾式プレスに用いるプレス用金型は、ダイアフラム本体の一方主面の側を形成する面における中央部に設けられた凸部と、該凸部の面と前記一方主面の側を形成する面との間に形成された段差部と、を備え、
   前記一方主面の側を形成する面と前記プレス用金型の側面との連結部、および前記段差部は、その表面が断面視で曲線状となるように形成されていることを特徴とするセラミックダイアフラムの製造方法。
6. 請求項１〜４の何れかに記載のセラミックダイアフラムを用いた圧力センサであって、前記ダイアフラム本体の他方主面の中央部にセンサ素子を設けてなることを特徴とする圧力センサ。
7. 請求項１〜４の何れかに記載のセラミックダイアフラムを用いた圧力センサであって、前記ダイアフラム本体の他方主面に厚膜抵抗体を設けてなることを特徴とする圧力センサ。

Images