(57)【要約】【課題】超音波厚みセンサとして薄質で可撓性を示し、測定対象表面が湾曲している場合でもそれに追従させることができ、しかも測定対象個所に常時貼着させておくことを可能として、厚み測定前後の種々の作業を不要とし、厚み測定の手間と時間を大幅に削減し、かつ多数の箇所の同時的な厚み測定や、連続的な厚み測定も可能とした超音波厚み測定センサを製造することができる方法を提供する。【解決手段】セラミック圧電体の原料となる酸化物系圧電材料の微粉末を、エアロゾルデポジション法により、一方の電極となるべき薄質な金属板の表面に堆積させて、比較的ポーラスで可撓性を示し得る薄質な圧電材料層を前記金属薄板表面に形成し、その後、他方の電極の取り付け及び分極処理を行って、センサ全体として可撓性を示し得るようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物系圧電材料からなる平均粒径が０．１〜２．０μｍの範囲内の原料微粉末をキャリアガスに分散させてなるエアロゾルを、第１の電極を構成する金属薄板の一方の板面上に吹付けて、その金属薄板の一方の板面上に密度が７０〜８０％の範囲内の圧電材料層を形成する圧電材料層形成工程と、
前記圧電材料層における前記第１の電極に対し反対側の表面に第２の電極を形成する第２電極形成工程と、
前記第１の電極と第２の電極との間に電位差を与えて分極処理する分極処理工程と、
を有してなることを特徴とする超音波厚みセンサの製造方法。
【請求項２】
前記圧電材料層形成工程によって、厚みが３０〜１５０μｍの範囲内の圧電材料層を形成することを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の超音波厚みセンサの製造方法。
【請求項３】
前記圧電材料層形成工程で、第１の電極の金属薄板として、その厚みが、１５〜１００μｍの範囲内のものを用いることを特徴とする請求項１、請求項２のいずれかの請求項に記載の超音波厚みセンサの製造方法。
【請求項４】
前記第２電極形成工程において、第２の電極の厚みが、１０〜１００μｍの範囲内となるように第２の電極を形成することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの請求項に記載の超音波厚みセンサの製造方法。
【請求項５】
前記酸化物系圧電材料からなる原料微粉末として、ペロブスカイト型結晶構造を有する酸化物系圧電材料を用いることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの請求項に記載の超音波厚みセンサの製造方法。
【請求項６】
前記酸化物系圧電材料からなる原料粉末として、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電材料粉末を用いることを特徴とする請求項５に記載の超音波厚みセンサの製造方法。
【請求項７】
前記第１の電極の金属薄板としてステンレス鋼の薄板を用いることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかの請求項に記載の超音波厚みセンサの製造方法。
【請求項８】
前記第２電極形成工程において、前記圧電材料層の表面に、銀ペーストを塗布して焼付け、これによって第２の電極を形成することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかの請求項に記載の超音波厚みセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物系圧電材料からなる圧電素子を用いて、超音波により各種配管の金属管、その他の管の管壁の厚み、あるいは各種金属容器の外壁の厚みなど、種々の厚みを検出するための超音波厚みセンサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように圧電素子を用いて超音波の送受信を行なって、各種の対象物、対象部位の検出や、各種測定、診断などを行なう装置は、従来から広く使用されている。例えば水中探査用のソナー、あるいは超音波探傷装置、超音波診断装置が従来から広く知られており、そのほか、金属板や金属管などの厚みを検出する厚みセンサにも、超音波センサが用いられている（例えば特許文献１、２など）。
このような超音波送受信用の圧電素子の材料としては、ＰＺＴと称されるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）で代表されるペロブスカイト結晶構造を有する酸化物系圧電材料（圧電セラミックス）が最も代表的である。
【０００３】
ところでこの種の酸化物系圧電材料からなる圧電素子の製造方法としては、ＰＺＴなどの原料粉末を円盤状あるいは立方体形状などの所定のバルク形状に成形し、その成形体を焼結して、セラミック焼結体とし、その後、焼結体に電極を取り付けてから分極処理を施し、圧電素子とするのが一般的である（例えば特許文献３参照）。
具体的には、例えばＰＺＴ圧電素子の場合、先ずＰｂＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などのＰＺＴ用の原料粉末を所定の割合で配合し、その配合粉末に純水を加えてボールミルで混合粉砕し、乾燥して仮焼成し、再度粉砕して粉末とし、更に仮焼成してから再度粉砕して、ペロブスカイト型結晶構造を有するＰＺＴ粉末を得る。そしてそのＰＺＴ粉末に、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などのバインダを加えて混合し、適度の大きさの造粒粉とする。その後、造粒粉に圧力を加えて成形し、肉厚な円盤状あるいは立方体形状などの所定のバルク形状の成形体とする。更にその成形体を加熱してバインダを除去してから、高温に加熱して焼成（焼結）して、セラミック焼結体とし、その後、所定の製品形状（圧電素子形状）に加工した後、銀電極などの電極を焼付けなどにより取り付け、分極処理を行なって、圧電特性を付与するのが通常である。
【０００４】
上述のような従来の酸化物系圧電素子の製造法においては、成形体を焼結する際の加熱温度を１２００℃程度以上に上げることによって急激に焼結体の緻密度が高まることが知られており、そこで一般には１２００〜１３００℃程度で焼結することが行なわれている。そしてこのように１２００℃以上の高温で焼成することによって、焼結体は、密度９０％以上に高密度化されて、緻密な焼結体が得られることが知られている。
【０００５】
このように、従来の製造方法において焼結体の高密度化を図っていた理由は、焼結体からなるセンサ素子が高密度となるほど、分極処理後の圧電特性が向上して、効率的に超音波を発振することが可能となり、超音波出力の高出力化が容易に図れることにある。そのため従来は、酸化物系圧電材料からなる圧電素子の製造にあたっては、焼成温度を１２００℃以上の高温として焼結体の緻密化を図り、圧電特性をできるだけ高め、高出力化を図ろうとするのが常識であった。
【０００６】
例えば、超音波ソナーの場合は、センサから検出対象物までの距離が著しく大きく、そのため、確実に対象物を捕捉するためには、大出力を必要とする。また超音波探傷装置の場合、たとえ検出すべき部位までの距離が短くても、検出すべき傷や欠陥の形状が一様ではなく、しかも傷や欠陥からの反射波と、傷や欠陥よりも遠い位置に存在する管外表面／外部空間の境界面からの反射波との２種の反射波の受信信号を峻別することが必要であり、そのためある程度大出力とする必要がある。さらに更に超音波診断装置の場合も、検査対象部位の形状が一様ではなく、しかも人体組織を透過する際の超音波の減衰が大きいことなどから、やはりかなりの大出力とする必要がある。そこで、これらの用途では、セラミック圧電素子はできるだけ高密度とすることが必要とされている。そして厚みセンサについても、他の用途と同様に高密度化することが常識とされていたのである。
なお、圧電素子を高出力化すれば、それに伴って反射波のエネルギも大きくなる。そして反射波のエネルギが過大であれば、反射波の受信信号中のノイズが大きくなってしまう。そこで従来、過大な反射波が予想される場合には、反射波を減衰させるためのダンパを組み込んでおくことも行なわれている。
【０００７】
ところで従来の超音波厚みセンサでは、厚みの測定が必要になるたびごとに、センサの探触子の前面を、各種設備の配管などの測定対象物の外表面に、水などの超音波媒体を介して押し当て、超音波の送受信を行なって厚みを測定するのが通常である。
しかるに、各種設備の配管は、金属管の外表面が保護材や断熱材などの外被によって覆われていることが多い。このような場合に超音波厚みセンサによって配管の厚み測定を行なう際には、測定個所の外被を除去して金属管の外表面に媒体を塗布もしくは供給する準備作業が必要となり、また厚み測定後には、媒体を拭き取り、更に外被を修復する修復作業を必要とする。したがって１回の厚み測定作業に多くの手間と時間を要さざるを得なかったのが実情である。
【０００８】
更に、従来の超音波厚みセンサは、前述のように厚みの測定が必要になるたびごとに、センサの探触子の前面を、測定対象物の外表面に水などの超音波媒体を介して押し当てるのが通常であるため、配管や容器外壁などにおける多数の個所の厚み測定を同時に行なうことは困難であり、そのため多数の個所の厚み測定データを得たい場合には、膨大な手間と時間を要さざるを得なかった。
また同様の理由から、厚みの経時的な測定データを連続して得ることは困難であった。
【０００９】
一方、従来の製造方法によって得られた酸化物系圧電材料（セラミック圧電材料）を用いた圧電素子は、全体的に焼結体が緻密で、かつ厚いバルク形状を有しているため、可撓性（フレキシビリティ；屈曲性）を全く有していないのが通常である。そのため、このような圧電素子を配管や容器外壁などを対象とする超音波厚みセンサに用いた場合、次のような問題があった。
すなわち、配管のうちでもその管径が小さい配管、すなわち外面の曲率半径が小さい配管の管壁や、配管におけるＬ字状に屈曲した部あるいはＬ字状に溶接した部分、すなわちエルボー部分、さらにはＴ字状に溶接した部分の隅部の如く、湾曲した部分（凸状もしくは凹状に湾曲した部分）の厚みを測定しようとした場合、その湾曲部分に探触子の前面を均一に当てることは困難であり、そのため測定誤差が大きくなったり、厚み測定が困難となったりする問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１−２０２６０９号公報
【特許文献２】特開２００２−２２８４３１号公報
【特許文献３】特開平７−４５１２４号公報
【特許文献４】特開平１１−２１６７７号公報
【特許文献５】特開２０００−２１２７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は以上の事情を背景としてなされたもので、酸化物系圧電材料を用いた超音波厚みセンサとして、全体的に薄質で可撓性を示すことができ、そのため測定対象個所の外表面が湾曲している場合でもその湾曲面に追従させて、湾曲面における厚み測定を確実に行なうことができ、しかも配管や容器外壁などの測定対象個所に厚みセンサを常時貼着させておくことにより、厚み測定前の準備作業や測定後の修復作業などを不要とし、これによって厚み測定の手間と時間を大幅に削減することができ、併せて多数の箇所の同時的な厚み測定や、連続的な厚み測定も可能とした超音波厚み測定センサを、安価に製造することができる方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述のように各種の対象物検出や検査、測定、診断などのための超音波送受信に使用される従来の酸化物系圧電材料からなる圧電素子は、高い圧電効率を得るために、密度が９０％以上となるように緻密化しておくのが常識とされており、超音波厚みセンサでも、同様に９０％以上の高密度の圧電素子が使用されていた。
しかるに、各種設備における配管の管壁や容器の外壁などの厚み測定にあたっては、他の用途の場合のような高い圧電効率、高出力は必ずしも必要としないことを本発明者等は知見した。
【００１３】
すなわち、既に述べたように、水中探査用の超音波ソナー、あるいは超音波探傷装置、超音波診断装置などの場合は、対象物までの距離が遠かったり、あるいは対象物の形状が不定形で一様ではなかったり、更には対象部位に超音波が到達するまでの間の減衰が大きかったりする、などの点から、高出力が望まれるが、配管や容器などの厚み測定の場合、
対象となる管壁や容器外壁の厚み（超音波を透過／反射させるべき距離）は数百μｍからせいぜい十数ｍｍ程度と小さく、しかも反射面は一様な定形面となっており、更には、超音波探傷の場合のように２種以上の反射波の受信信号を峻別する必要もないため、他の用途よりも超音波出力が小さくても、確実に厚みを測定し得ることを知見した。言い換えれば、厚みセンサの場合は、他の用途よりも圧電効率が低くても、厚みセンサとして充分に機能させることができることを知見したのである。
【００１４】
一方、酸化物系圧電材料からなる圧電素子においては、焼結体の緻密度が低くなって、相対的にポーラスとなれば、圧電効率は下がるが、薄質な可撓性を有する支持体上に焼結体層をポーラスに薄く形成しておけば、可撓性（フレキシビリティ）を付与することが可能となる。またその場合、支持体を圧電素子に必要な一対の電極のうちの一方の電極と兼ねさせて、焼結体層を支持体上に形成した後もその支持体をそのまま一方の電極として機能させることにより、簡単な工程で厚みセンサを製造し得ることを見い出した。
このように、厚みセンサとしては、焼結体の緻密度をある程度小さくすると同時に薄肉化を測って、圧電効率を若干下げながらも、厚みセンサとして可撓性を付与したものとすることができることを新規に見い出した。
【００１５】
ここで、上述のように電極を兼ねる薄質な支持体上に焼結体層を薄く形成するためには、その支持体として金属薄板を用い、その金属薄板上に焼結原料粉末のペーストを塗布して、支持体（金属薄板）ごと加熱し、ペーストを焼成することが考えられる。この場合、前述の従来法に倣って、１２００〜１３００℃程度の高温に加熱するとすれば、電極兼支持体の金属薄板として、１２００〜１３００℃の高温でも酸化しないような優れた耐高温酸化性を有する白金（Ｐｔ）などを用いざるを得ない。しかしながら、このような白金などの優れた耐高温酸化性を有する材料は、極めて高価であるのが通常であり、したがってその場合には、厚みセンサの材料コストが著しく高くなってしまう。
【００１６】
ところで最近に至り、各種セラミックの成膜方法として、エアロゾルデポジション法と称される方法が開発されている（例えば特許文献４、特許文献５等）。
このエアロゾルデポジション法は、固体状態の微粉末の脆性材料粒子を、ガス（Ｈｅガスなどのキャリアガス）に分散させてエアロゾルとし、そのエアロゾルを、減圧下の常温でノズルから高速で基板表面に衝突させ、その機械的衝撃力を利用して、基板上に多結晶構造物をダイレクトに形成する方法である。この方法では、加熱することなく機械的な衝撃力だけで９５％以上の高緻密でセラミック被覆層を形成することができる。そして、従来の成膜法と比較して、飛躍的な成膜速度の向上と、プロセス温度の低下を実現することができ、エネルギー消費量の削減、工程数の削減、コストダウンを図り得ることが期待されている。
【００１７】
そこで本発明者等は、上述のように常温で基板上にセラミック被覆層を形成可能なエアロゾルデポジション法に着目し、超音波厚みセンサの圧電材料層をエアロゾルデポジション法によって形成することを考えた。すなわち、超音波厚みセンサの一方の電極となるべき金属薄板を基板として、その金属薄板上にＰＺＴなどの酸化物系圧電材料の微粉末のエアロゾルを吹き付けて、その衝突時の機械的衝撃力によって、ダイレクトに圧電材料層を形成することを考えた。
【００１８】
このエアロゾルデポジション法によれば、常温で圧電材料層を形成できるため、従来の粉末焼結法による場合の如く、焼結のために高温（通常は１２００℃〜１３００℃）に加熱する必要がなくなり、電極を兼ねる金属薄板（エアロゾルデポジション法を適用する場合の基板）として、高価な白金などを使用する必要がなくなり、ステンレス鋼などの安価な材料を使用することが可能となって、材料コストの低減に有効となると考えられる。
但し、エアロゾルデポジション法によってセラミック層を形成する場合の従来の一般的な考え方は、エアロゾルデポジション法によれば機械的な衝撃だけで高度に緻密な膜を形成できるという面を活用し、９５％以上の高密度で高強度、高剛性を有するセラミック被覆層を形成しようとするものであった。しかるに、エアロゾルデポジション法を超音波厚みセンサの圧電材料層の形成に適用して９５％以上の高密度の圧電材料層を形成した場合、高い圧電効率を得ることは可能となるが、その反面、圧電材料層に可撓性がほとんどないため、厚みセンサとして可撓性を有するもの、すなわち湾曲面にも貼着可能なものを得ることは困難であることを知見した。また上述のように９５％以上の高密度でセラミック被覆層を形成するためには、エアロゾルを吹き付ける基板（金属薄板）の表面を鏡面に仕上ておくことが不可欠とされていた。
【００１９】
そして本発明者がさらに実験、研究を重ねた結果、エアロゾルデポジション法を適用しながらも、密度が７０〜８０％程度の比較的低密度となるように、金属薄板からなる電極上に圧電材料層を形成すれば、その状態で容易に可撓性を示すことができ、しかもそのままの密度で、厚みセンサとして十分に機能し得る程度の圧電特性が得られること、さらには７０〜８０％程度の比較的低密度で圧電材料層を形成する場合には、金属薄板表面が、鏡面に仕上げられていない比較的粗い面であってもかまわないことを知見し、本発明をなすに至ったのである。
【００２０】
したがって本発明の超音波厚みセンサの製造方法では、基本的には、圧電セラミックの原料となるＰＺＴなどの酸化物系圧電材料の微粉末のエアロゾルを、一方の電極となるべき薄質な金属薄板の表面に高速で吹きつけて、その金属薄板上に７０〜８０％の密度の比較的ポーラスな圧電材料層を形成し、その後、他方の電極の取り付け、更に分極処理を行って、センサ全体として可撓性を示し得るようにした。
【００２１】
具体的には、本発明の基本的な態様（第１の態様）の超音波厚みセンサの製造方法は、
酸化物系圧電材料からなる平均粒径が０．１〜２．０μｍの範囲内の原料微粉末をキャリアガスに分散させてなるエアロゾルを、第１の電極を構成する金属薄板の一方の板面上に吹付けて、その金属薄板の一方の板面上に密度が７０〜８０％の範囲内の圧電材料層を形成する圧電材料層形成工程と、
前記圧電材料層における前記第１の電極に対し反対側の表面に第２の電極を形成する第２電極形成工程と、
前記第１の電極と第２の電極との間に電位差を与えて分極処理する分極処理工程と、
を有してなることを特徴とするものである。
【００２２】
このような本発明の基本的な態様の超音波厚みセンサの製造方法においては、酸化物系圧電材料からなる平均粒径が０．１〜２．０μｍの範囲内の原料粉末のエアロゾルを、第１の電極としての金属薄板に吹き付けることによって、密度が７０〜８０％の範囲内の圧電材料層を金属薄板上にダイレクトに形成することができる。このようにエアロゾルデポジション法を適用して形成された７０〜８０％の密度の比較的ポーラスな圧電材料層は、可撓性を示すと同時に、分極処理後に超音波厚みセンサとして必要な程度の圧電特性を示す層とすることができる。
すなわち、圧電材料層（圧電セラミック層）の密度を、従来一般の圧電セラミックよりも低密度の８０％以下としておくことによって、その圧電材料層を第１の電極の金属薄板に支持させた状態で可撓性を示すことができる。また同時に圧電材料層の密度を７０％以上とすることによって、超音波厚みセンサとして必要な程度の圧電性能を確保することができるとともに、圧電材料層が過度に低密度となって脆くなることにより、圧電材料層が第１の電極から剥離してしまうことを防止できる。
ここで前記金属薄板は、厚みセンサとしての使用時において第１の電極として機能するのみならず、圧電材料層（圧電セラミック層）の支持体としても機能して、圧電材料層が剥落したり割れたりすることを防止する。そして第１の電極としての金属薄板として、可撓性を示す程度に薄いものを用いて、かつ第２の電極も充分に薄質としておけば、厚みセンサとしてその全体の厚みを薄くして、可撓性を有するものとすることができる。
さらに、密度が７０〜８０％の圧電材料層は、改めて焼結のための加熱を行なわなくても、その後の分極処理によって、超音波厚みセンサとして必要な程度の圧電特性を示すことができる。したがって、第１の電極としての金属薄板上に圧電材料層を形成した後には、高温で加熱する必要がないため、第１の電極を兼ねた薄板としては、ＳＵＳなどの安価な材料を使用することができる。
さらに、圧電材料層（圧電セラミック層）は、比較的低密度（７０〜８０％）に形成すればよいから、原料粉末のエアロゾルを金属薄板（第１の電極）の表面に吹き付けるにあたって、その金属薄板の表面は、必ずしも鏡面に仕上げておく必要はなく、そのため、金属薄板表面の鏡面仕上げのための工程を省くことができる。
なお本明細書において圧電材料層の密度とは、空隙率の逆数、すなわち相対密度を意味するものとする。
【００２３】
また本発明の第２の態様の超音波厚みセンサの製造方法は、前記第１の態様の超音波厚みセンサの製造方法において、
前記圧電材料層形成工程によって、厚みが３０〜１５０μｍの範囲内の圧電材料層を形成することを特徴とするものである。
【００２４】
このような第２の態様によれば、圧電材料層の厚みが３０〜１５０μｍの範囲内と薄いことと、その圧電材料層の密度が７０〜８０％と比較的低密度であることとが相俟って、圧電材料層を第１の電極に支持させた状態で確実に可撓性を示すことができる。
【００２５】
また本発明の第３の態様の超音波厚みセンサの製造方法は、前記第１、第２のいずれかの態様の超音波厚みセンサの製造方法において、
前記圧電材料層形成工程で、第１の電極の金属薄板として、その厚みが、１５〜１００μｍの範囲内のものを用いることを特徴とするものである。
【００２６】
このように第３の態様の超音波厚みセンサの製造方法では、第１の電極の金属薄板が薄いため、最終的に得られる厚みセンサとしても、確実かつ容易に可撓性を有するものとすることができる。
【００２７】
そしてまた本発明の第４の態様の超音波厚みセンサの製造方法は、前記第１〜第３のいずれかの態様の超音波厚みセンサの製造方法において、
前記第２電極形成工程において、第２の電極の厚みが、１０〜１００μｍの範囲内となるように第２の電極を形成することを特徴とするものである。
【００２８】
このような第４の態様によれば、第２の電極も薄いため、その第２の電極が、最終的に得られる厚みセンサの可撓性を阻害するおそれが少ない。
【００２９】
また、本発明の第５の態様の超音波厚みセンサの製造方法は、前記第１〜第４のいずれかの態様の超音波厚みセンサの製造方法において、
前記酸化物系圧電材料からなる原料微粉末として、ペロブスカイト型結晶構造を有する酸化物系圧電材料を用いることを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明の第６の態様の超音波厚みセンサの製造方法は、前記第５の態様の超音波厚みセンサの製造方法において、
前記酸化物系圧電材料からなる原料粉末として、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電材料粉末を用いることを特徴とするものである。
【００３１】
また、本発明の第７の態様の超音波厚みセンサの製造方法は、前記第１〜第６のいずれかの態様の超音波厚みセンサの製造方法において、
前記第１の電極の金属薄板としてステンレス鋼の薄板を用いることを特徴とするものである。
【００３２】
また、本発明の第８の態様の超音波厚みセンサの製造方法は、前記第第１〜７のいずれかの態様の超音波厚みセンサの製造方法において、
前記第２電極形成工程において、前記圧電材料層の表面に、銀ペーストを塗布して焼付け、これによって第２の電極を形成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の超音波厚みセンサの製造方法によれば、センサ全体として薄質で可撓性を示す超音波厚みセンサを容易かつ低コストで製造することができる。特に本発明法では、酸化物系圧電材料微粉末のエアロゾルを、第１の電極を兼ねた金属薄板上に吹き付けることにより、ダイレクトに圧電材料層を形成するため、その後の高温での焼成が不要となり、そのため電極材料として耐高温酸化性が著しく優れた白金などの高価な材料を使用しなくて済むことから、材料コストを抑えることができ、しかも第１の電極を兼ねた金属薄板の表面を予め鏡面に仕上げておく必要がないため、金属薄板鏡面仕上げのための手間、時間を省いて製造コストを抑えることもできる。そして前述のように薄質で可撓性を示す超音波厚みセンサであれば、測定対象部位が湾曲面であってもその湾曲面に追従して変形させることが可能であるため、湾曲面における厚み測定を確実に行なうことができる。またこのような厚みセンサは、予め配管などの測定対象個所に貼り付けておいて、そのままの状態で配管設備などを稼動させ、必要な時に随時厚み測定を行なうことができ、その場合、厚み測定前後の作業、例えば配管における測定前の外被除去作業や媒体塗布作業、及び測定後の媒体拭き取り作業や外被修復作業などを不要とすることができ、そのため、厚み測定の手間と時間を大幅に削減することができ、さらには、多数の個所にそれぞれ厚みセンサを貼り付けておいて、多数の個所における厚みの同時測定を容易に行なうことができるとともに、経時的かつ連続的な厚み測定が可能もなるという、顕著な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の超音波厚みセンサの製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２】本発明の超音波厚みセンサの製造方法における圧電材料層形成工程で適用されるエアロゾルデポジション装置の概要を示す略解図である。
【図３】本発明の製造方法により得られた超音波厚みセンサの一例を、その使用時の状況として示す略解的な縦断面図である。
【図４】本発明の製造方法により得られた超音波厚みセンサの一例の使用時の状況の他の例を示す略解的な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１には、本発明の一実施形態の超音波厚みセンサ製造方法を示す。
この実施形態では、
Ｐ１：酸化物系圧電材料、例えばＰＺＴなどの圧電材料微粉末、すなわちエアロゾルデポジションに適した微粉末を準備する準備工程（圧電材料微粉末調製工程）、
Ｐ２：圧電材料微粉末をキャリアガスに分散させ（エアロゾル化段階Ｐ２１）、そのエアロゾルを、第１の電極を構成する金属薄板の一方の板面上に吹付け（デポジション段階Ｐ２２）、これにより金属薄板の一方の板面上に密度が７０〜８０％の範囲内の圧電材料層を形成する圧電材料層形成工程、
Ｐ３：前記圧電材料層における第１の電極に対して反対側の表面に第２の電極を形成する第２電極形成工程、
Ｐ４：第１の電極と第２の電極との間に電位差を与え、圧電材料焼結体層を分極処理する分極処理工程、
以上のＰ１〜Ｐ４の各工程からなるプロセスによって、酸化物系圧電材料（セラミック圧電材料）からなる超音波厚みセンサを製造する。
以下にこれらの各工程Ｐ１〜Ｐ４について、具体的に説明する。
【００３６】
〔準備工程（圧電材料微粉末調製工程）Ｐ１〕
先ず、準備工程として、ペロブスカイト型結晶構造を有する強誘電体からなる酸化物系圧電材料、例えばＰＺＴなどの原料の微粉末、望ましくは平均粒径が０．１〜２．０μｍの微粉末を準備する。
ここで、酸化物系圧電素子用の原料粉末としては、ペロブスカイト型結晶構造を有する所定の成分組成の粒子からなる数μｍ程度以上の粒径の粉末、例えばＰＺＴ粉末が、セラミック粉末製造メーカなどから市販されており、したがって本発明の超音波厚みセンサの製造方法を実施するに当たっては、この種の市販のセラミック圧電素子用粉末を購入して、それを後述するように湿式ビーズミルなどにより微粉末に粉砕すれば良い。
但し、原料粉末の調製から出発してもよいことはもちろんであり、そこで、原料粉末調製のためのプロセスを、次に簡単に説明する。
すなわち、ＰＺＴなどの原料となる酸化物粉末、例えばＰｂＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２の各粉末を、目標とするＰＺＴ組成となるように配合するとともに、エタノールなどの溶媒やポリエチレンイミンなどの分散媒を適宜加えてボールミルなどにより混錬し、得られた混錬物（スラリー）を乾燥して混合粉末とする。さらにこの混合粉末を、粉体の状態で仮焼成する。この仮焼成は、通常は、空気（大気９雰囲気中で７００〜９５０℃程度の温度で１〜２０時間程度加熱すればよい。このような仮焼成によって、混合粉末の各成分（例えばＰｂＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２）が相互に固溶して、ペロブスカイト型結晶構造が得られる。得られた粉末（但し仮焼成後の状態では塊状）を、ボールミルなどにより粉砕すれば、ＰＺＴなどのセラミック圧電材料用粉末が得られる。
なおこの状態での粉末の粒径は、一般には約２μｍ程度から数十μｍ程度である。
【００３７】
ここで、本発明において対象となる酸化物系圧電材料（セラミック圧電材料）の種類、組成は、基本的には限定されないが、ペロブスカイト型結晶構造を有する強誘電体からなる酸化物系圧電材料であることが好ましく、またそのうちでも、ＰＺＴと称されるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、より具体的には、Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３〔但し０．５≦ｘ≦０．７〕が好ましく、更に上記のｘの値が０．５２前後の組成のＰＺＴが最も好ましい。またその他、上記のＰＺＴ組成を基本として、それに微量添加元素として、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｃ、Ｇｄなどの１種又は２種以上を、それぞれ１０重量％程度以下添加したものであってもよく、要は、ＰＺＴ系（チタン酸ジルコン酸鉛系）の圧電セラミック材料と称される材料はすべて対象となる。さらに、ＰＺＴ系圧電セラミック材料に限らず、その他のペロブスカイト型結晶構造を有する圧電セラミック材料、例えばＬｉＮｂＯ３など、更にはペロブスカイト結晶構造を持たないその他の圧電セラミック材料、例えばＢｉ３Ｔｉ４Ｏ１２なども適用することができる。
【００３８】
前述のようにして準備されたペロブスカイト型結晶構造を有するＰＺＴなどのセラミック圧電セラミック用粉末、あるいは市販のＰＺＴ粉末などの数μｍ以上の粉末は、改めて湿式ビーズミルなどによって、平均粒径０．１〜２．０μｍの微粉末に粉砕する。
湿式ビーズミルは、粉砕対象の原料粉末と粉砕媒体のビーズを、水などの液体からなる分散媒とともに粉砕室に装入し、アジテータ（撹拌用ロータ）を数千ｒｐｍで高速回転させることによりビーズを撹拌して運動エネルギを与え、その運動するビーズにより原料粉末に対する摩擦、せん断、衝突などにより、粉末を超微粒子化するものである。ここで、粉砕媒体のビーズとしては、直径０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度、一般には０．５ｍｍ程度の硬質物質からなる球体粒子が用いられる。またその硬質物質としては、セラミックス、ガラス、金属などがあるが、通常はジルコニア、ジルコニア強化型アルミナなどが好ましい。
なお湿式ビーズミルにおける分散媒としては、水のほか、エタノールなどのアルコール、その他酢酸エチル等を用いることができる。
ここで、微粉末調製工程で得る微粉末の平均粒径を０．１μｍ未満とすることは、粉砕に長時間を要して生産性を阻害し、コストアップを招くばかりでなく、次工程のエアロゾルデポジション法による圧電材料層形成工程において、圧電材料層が緻密になりすぎて、その密度が８０％を越えてしまうおそれがある。一方、微粉末の平均粒径が２．０μｍを越えれば、次工程のエアロゾルデポジション法による圧電材料層形成工程において、微粉末を均一なエアロゾルとすることが困難となるおそれがあるばかりでなく、エアロゾルデポジション法によっても、圧電材料層をダイレクトに７０％以上の密度で形成することが困難となって、超音波厚みセンサとして必要な圧電特性が得られなくなるおそれがある。したがって平均粒径が０．１〜２．０μｍの範囲内となるように粉砕することが必要である。なおこの範囲内でも、特に０．２〜０．５μｍの範囲内が好ましい。
このようにしてビーズミルなどによって粉砕された微粉末は、分散媒に分散したスラリー状となっており、そこで通常は、一旦乾燥させて乾燥微粉末とした後、次の圧電材料層形成工程に進む。
【００３９】
なお以上のところでは、ＰＺＴなどの酸化物系圧電材料を、ビーズミルなどによって粉砕することにより微粉末を調製することとしたが、場合によっては、アルコキシド分解法によって、ＰＺＴなどの酸化物系圧電材料の微粉末を直接的に得ることもできる。
ＰＺＴなどの酸化物系圧電材料の微粉末をアルコキシド分解法によって生成するための具体的方法は、従来知られているアルコキシド分解法と同様であればよく、特に限定されるものではないが、通常は、ＰＺＴなどの酸化物系圧電材料の金属成分のアルコキシドのゾルを、例えば、水を加える、あるいは水蒸気を加えるなどの手法によって加水分解すれば良い。ここで準備するアルコキシドゾルは、上記の酸化物系圧電材料の原料となる酸化物の金属成分のアルコキシド、すなわち金属成分をＭ、アルキル基をＲとし、一般式Ｍ（ＯＲ）Ｘで表される金属アルコキシドのゾルである。例えばＰＺＴの場合は、金属成分Ｍは、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびチタン（Ｔｉ）が主成分であるから、鉛アルコキシド、ジルコニウムアルコキシド、およびチタンアルコキシドの各ゾルを用意する。一方、アルキル基Ｒは特に限定されないが、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、アミル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ブチル基、イソブチル基、t―ブチル基、s−ブチル基などを適用することができる。より具体的には、ＰＺＴの場合、鉛アルコキシドとしては、鉛ジイソプロキシド、鉛ジイソプロポキシドなど、またジルコニウムアルコキシドとしては、ジルコニウムテトラブトキシド、ジルコニウムテトラブトキシドなど、チタンアルコキシドとしては、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシドなどを用いることが好ましい。
またこの場合、各アルコキシドゾルの配合は、その金属成分の割合が、目標とする酸化物系圧電材料における金属成分の割合と同等となるように定めることが望ましい。すなわち、一般式Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３で表されるＰＺＴの場合、各アルコキシドの金属成分のモル比が、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１：x：１−ｘの割合となるように配合することが望ましい。
【００４０】
なおＰｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３〔但し０．５≦ｘ≦０．７〕のＰＺＴ組成を基本として、それに微量添加元素として、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｃ、Ｇｄなどの１種又は２種以上を添加したＰＺＴ系圧電セラミック材料を対象とする場合、アルコキシドゾルとしては、必ずしも微量元素金属のアルコキシドまで含んでいなくても良く、主成分であるＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉのアルコキシドゾルで充分である。もちろん場合によっては、これらの微量添加元素の金属アルコキシドを含むゾルであってもよい。
以上のようなアルコキシドゾルを、前述のように加水分解すれば、ペロブスカイト型結晶構造を有する酸化物系圧電材料からなる平均粒径０．１〜１．０μｍ程度の微細粉末（アルコキシド分解微粉末）が得られる。
【００４１】
〔圧電材料層形成工程Ｐ２〕
この圧電材料層形成工程は、ＰＺＴなどの圧電材料からなる微粉末を用い、エアロゾルデポジション法によって、第１の電極としての金属薄板の板面に密度が７０〜８０％の圧電材料層を形成する工程である。すなわち前記微粉末を適切なキャリアガス、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、あるいは空気などに分散させてエアロゾルとし、そのエアロゾルを、第１の電極としての金属薄板の表面に高速で吹きつけ、微粉末粒子が衝突するときの機械的衝撃力により、微粉末粒子をその相互間が結合された状態で金属薄板の表面に層状（膜状）に堆積させ、密度が７０〜８０％のＰＺＴなどの圧電材料層を形成する工程である。
【００４２】
この工程で形成される圧電材料層の密度が８０％と越える高密度となれば、圧電材料層の剛性が高くなって、可撓性が劣る状態となり、その結果、厚みセンサとしての使用時においてセンサを湾曲させれば、圧電材料層が第１の電極としての金属薄板から剥離したり、クラックが発生したりするおそれがあり、したがって厚さ測定対象の配管などの湾曲部分に適用することが困難となる。
一方、圧電材料層の密度が７０％未満の低密度では、圧電材料層内の空隙率が高すぎて、微粉末粒子が充分に結合されていない状態となり、そのため、その後の工程におけるハンドリング時やセンサとしての使用時に圧電材料層が粉体状に剥落してしまうおそれがあり、また同時に、圧電材料層内部の空隙率が高すぎて、厚さ測定のための超音波センサとして充分な圧電特性が得られなくなるおそれがある。そこで形成すべき圧電材料層の密度は、７０〜８０％の範囲内とした。
【００４３】
エアロゾルデポジション法により圧電材料層を形成するためには、例えば図２に模式的に示すような装置を用いればよい。
図２において、第１の電極となるべき金属薄板１０を、真空ポンプなどの減圧手段１２により減圧されたデポジション室１４内に、適宜の支持手段１１に支持させた状態で配置しておく。一方、ＰＺＴなどの圧電材料微粉末１６を、密閉されたエアロゾル化室１８に収容しておき、Ｈｅ、Ｎ２、Ａｒ、あるいは空気などのキャリアガスを、ガス供給源２０から圧力調整手段２１を経て所定の圧力でエアロゾル化室１８内の圧電材料微粉末層中に導いて、圧電材料微粉末１６を飛散、浮遊させてエアロゾル化し、そのエアロゾル２２を、デポジション室１４に導き、ノズル２４から金属薄板１０の表面に向けて噴射する。このようにすれば、エアロゾル中の圧電材料微粉末粒子が高速で金属薄板１０の表面に叩きつけられ、その機械的衝撃力によって、微粉末粒子相互間、および微粉末粒子と金属薄板表面との間が結合され、密度が７０〜８０％の圧電材料層が金属薄板表面上に形成される。
【００４４】
ここで、エアロゾルデポジション法により圧電材料層を形成する際の条件は、要は、得られる圧電材料層の密度が７０〜８０％となるように選定すればよく、特に限定されるものではないが、エアロゾルを金属薄板の表面に噴射して、微粉末粒子を金属薄板表面に衝突させる際の微粉末の流速（衝突速度）は、１５０〜６００ｍ／ｓｅｃの範囲内とすることが好ましい。また雰囲気圧力（デポジション室内の圧力）は、１〜５０Ｔｏｒｒ程度とすることが好ましい。さらに、雰囲気温度（デポジション室内の温度）は、常温とすることが好ましい。
【００４５】
また一方、圧電材料微粉末を堆積させる対象となる金属薄板は、最終的な超音波厚みセンサにおける第１の電極として機能するだけではなく、厚みセンサとしての使用時において圧電材料層の支持体として機能するものである。その金属薄板の材質は特に限定されないが、本発明の場合、高価な白金などの耐高温酸化性が著しく優れた金属を使用する必要はない。すなわちエアロゾルデポジション法によって成膜した状態では、既に７０％以上に高密度化されて（すなわち粒子間の空隙が少なくなって）、粉末粒子間がある程度強固に結合された状態となっているから、改めて高温に加熱して原材料粉末を焼結（焼成）することが不要となる。そのため、第１の電極（金属薄板）としては、バルク状圧電セラミックの場合の焼結温度（１２００〜１３００℃程度）に耐え得るような極めて高い耐高温酸化性を有する金属を用いる必要がない。
したがって第１の電極としては、基本的には、厚みセンサとしての使用時の環境に耐える程度の耐熱性および耐食性を有していれば良い。但し、本実施形態に示しているように、第２の電極を、銀ペーストなどの導電粉末ペーストを圧電材料層の表面に焼き付けることによって形成する場合は、その焼付け温度（通常は５００℃程度）で酸化しないような耐熱性を有していることが望まれる。このような観点から、第１の電極となる金属薄板（エアロデポジションにおける基板）としては、通常は５００℃程度の温度まで耐え得るような金属を用いれば良い。
具体的には、ステンレス鋼やその他の汎用の耐熱鋼、耐食鋼を、第１の電極を兼ねる金属薄板として使用することができる。例えば、１８Ｃｒ−８Ｎｉとして知られるＳＵＳ３０４系統のオーステナイト系ステンレス鋼、あるいは１８Ｃｒ−１２Ｎｉ−２．５ＭｏのＳＵＳ３１６系統のオーステナイト系ステンレス鋼、その他、２２Ｎｉ−１２ＣｒのＳＵＨ３０９系統のオーステナイト系耐熱鋼を用いることができる。これらは、いずれも白金よりも格段に安価に入手することができる。
【００４６】
前記第１の電極としての金属薄板の厚みは、１５μｍ〜１００μｍとすることが好ましい。その厚みが１０μｍ未満では、強度が不充分で、センサ製造工程中のハンドリングに支障をきたすおそれがあるとともに、厚みセンサとしての使用時において変形あるいは破損してしまうおそれがある。一方、その厚みが１００μｍを越えれば、金属薄板の可撓性が低下して、厚みセンサ全体としての可撓性が劣ることとなり、そのため使用時において厚み測定対象の配管の湾曲部分に貼着することが困難となるおそれがある。
【００４７】
なお、従来の一般的な９５％程度以上の高密度のエアロデポジション法にしたがって９５％程度以上の高密度のセラミック被覆層をダイレクトに形成する場合、エアロゾルを吹き付ける基板（金属薄板）の表面を鏡面に仕上げておくことが必須であったが、本発明の場合は、７０〜８０％の低密度に圧電材料層を形成すればよいため、金属薄板の表面を鏡面に仕上げておく必要はない。
【００４８】
さらに、上述のようなエアロゾルデポジション法によって形成する圧電材料層の厚みは、３０〜１５０μｍの範囲内とすることが望ましい。その厚みが３０μｍ未満では、厚みセンサを湾曲させた時に、圧電材料層が第１の電極としての金属薄板から剥離するおそれがある。一方、その厚みが１５０μｍを越えれば、充分な可撓性を圧電材料層に与えることが困難となるおそれがある。
【００４９】
上述のような圧電材料層形成工程によって、支持体を兼ねた第１の電極としての金属薄板の一方の板面に、所定の厚み、所定の密度の圧電材料層が形成される。
【００５０】
〔第２電極形成工程Ｐ３〕
この第２電極形成工程は、前記第１の電極（金属薄板）の対極となる第２の電極を、前記圧電材料層の上面（第１の電極に対し反対側の面）に形成する工程である。
第２の電極形成のための具体的手段は特に限定されないが、例えば銀（Ａｇ）などの電極用の導電性金属の粉末をペースト化しておき、そのペーストを圧電材料層表面に塗布して焼き付けたり、あるいは電極用の導電性金属の薄膜を圧電材料層の表面に載置もしくは貼着して焼き付けたりすれば良い。なおこの第２電極の厚みは、１０〜１００μｍとすることが好ましい。第２の電極の厚みが１００μｍを越えれば、厚みセンサの可撓性を損なうおそれがあり、一方１０μｍ未満に薄く第２の電極を形成した場合、圧電材料層表面の凹凸によって局部的に第２の電極が不連続となってしまうおそれがある。
【００５１】
このようにして、支持体を兼ねた第１の電極（金属薄板）の一方の板面にＰＺＴなどの圧電材料層が形成され、さらにその圧電材料層の表面に第２の電極が形成された積層体が得られる。なおここで、第１、第２の電極は、次の分極処理時における分極電圧印加のための電極として機能すると同時に、厚さセンサとしての使用時において超音波送受信のための電極として機能するものである。
【００５２】
〔分極処理工程Ｐ４〕
その後、前記積層体における第１及び第２の電極の間に直流の電位差を印加して、分極処理を行う。この分極処理は、従来の一般的な圧電素子の製造の場合と同様に行なえばよい。
このように分極処理を施すことによって、圧電材料層が圧電特性を示すようになり、したがって超音波厚みセンサに使用できるようになる。
【００５３】
なお実際の超音波センサでは、前記第１の電極、第２の電極に、超音波測定のための電圧信号の入出力ためのリード線を取り付けておく必要がある。そこで分極処理の後、もしくは分極処理の前に、各電極に導電ペーストなどを用いてそれぞれリード線を取り付けておくのが通常である。
【００５４】
上記のようにして製造された超音波厚みセンサ、及びその使用時の状況を図３に示す。
図３において、符号３１は、超音波厚みセンサ３９の第１の電極（支持体を兼ねた金属薄板）であり、その第１の電極１の一方の板面に、圧電材料体層（例えばＰＺＴ層）３３が形成されており、更にその圧電材料層３３の表面に第２の電極３５が形成されている、そして第１の電極３１、第２の電極３５のそれぞれからは、リード線３７Ａ、３７Ｂが引き出されている。このように構成された厚みセンサ３９は、その第１の電極３１の片面が厚さ測定対象物（金属管の管壁、容器の外壁など）４１の表面に接するように、接着剤４３などを用いて貼り付けることによって、その測定対象物の厚みを随時測定することができる。なおこの際の接着剤４３としては、銀ペースト、ガラスペーストなどを使用すればよい。
【００５５】
以上のような本発明の実施形態により製造された超音波厚みセンサは、全体として第１の電極、圧電材料層、第２の電極の３層構造からなる極めて薄型のものであって、配管の外側に保護や断熱などのために外被を設ける場合でも、配管組み立て時において予め配管の外面に接着しておき、その厚みセンサの外側から配管の保護や断熱のための外被を設け、その状態で配管設備をそのまま使用し、そのままの状態で適宜厚み測定をおこなうことができる。そしてその場合には、厚み測定前における外被の剥離や、測定後の外被修復作業が不要となり、また厚み測定前に対象物の表面に超音波媒体を塗布する作業、及び測定後に超音波媒体を拭き取る作業も不要となる。
またこの超音波厚みセンサは、全体として薄質で可撓性を有しているため、図４に示したように、測定対象物４１の表面が湾曲している場合であっても、その湾曲面に沿って超音波厚みセンサ３９を接着して、湾曲部位における厚み測定を行なうことができる。
【００５６】
以下に本発明の実施例を記す。
【実施例１】
【００５７】
この実施例１は、エアロゾルデポジションに供されるＰＺＴ微粉末を、ビーズミルによる粉砕によって調製した例である。
ＰＺＴ用の原料粉末として、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の粉末を用意し、これらを、ＰｂＯ：１モル、ＺｒＯ２：０．５モル、ＴｉＯ２：０．５モルの割合で配合するとともに、溶媒をエタノール、分散剤をポリエチレンイミンとして、ボールミルを用いて混練してスラリーとし、そのスラリーを乾燥させて、混合粉末塊を得た。その混合粉末塊をアルミナるつぼに入れ、アルミナの蓋をした状態で、８５０℃１０時間加熱（仮焼成）することにより、ペロブスカイト型結晶構造を有するＰＺＴ粉末を得た。
そのＰＺＴ粉末を粗粉砕したのち、ボールミルを用いて、平均粒径２．２μｍの粉末を得た。次に、その粉末を、湿式ビーズミルを用いて、平均粒径０．２μｍとなるまで粉砕した。なお湿式ビーズミルにおけるビーズ（粉砕媒体）としては、粒径０．５ｍｍのジルコニアを用い、また分散媒としては水を用いた。
得られた超微粉スラリーを乾燥して、平均粒径０．２μｍのＰＺＴ超微粉末を得た。
【００５８】
このＰＺＴ超微粉末を用いて、エアロゾルデポジション法により、第１の電極としてのＳＵＳ３０４からなる金属薄板（厚さ５０μｍ、１ｃｍ×２ｃｍ角）の中央に、８ｍｍ角の方形状に厚さ１００μｍのＰＺＴ層（圧電材料層）を形成した。
具体的には、前記金属薄板の板面に、８ｍｍ角の開口部が形成されるように１００μｍ厚のテープでマスキングして、図２に示したエアロゾルデポジション装置のデポジション室内に配置し、キャリヤガスとしてヘリウムガスを用い、前記ＰＺＴ微粉末を、キャリヤガスとしてのヘリウムガスに分散させてエアロゾル化し、そのエアロゾルを、流速１００ｍ／ｓｅｃで前記金属薄板に吹きつけ、前記開口部分に１００μｍ厚でＰＺＴ膜（圧電材料層）をダイレクトに形成した。なおデポジション室内の圧力は１０Ｔｏｒｒ、温度は常温（２５℃）とした。得られたＰＺＴ膜の密度は、７６％であった。
さらにそのＰＺＴからなる圧電材料層（８ｍｍ角）の中央に、４ｍｍ丸で第２の電極用の銀ペーストを塗布し、５００℃で１時間過熱して銀ペーストを焼き付け、平均厚み２０μｍの第２の電極（銀電極）を形成した。
【００５９】
このようにして第１の電極（ＳＵＳ３０４）上にＰＺＴ層（圧電材料層）が形成されかつその圧電材料層上に第２の電極（銀）が形成された積層体が得られた。
その後、積層体を１５０℃のシリコンオイル中に浸漬し、積層体における第１の電極と第２の電極の間に３０００Ｖ／ｍｍの電位差を与える分極処理を５分間実施した。その後、第１の電極（ＳＵＳ３０４）と第２の電極（銀）のそれぞれにリード線を導電ペーストにより接着し、厚みセンサとした。
【００６０】
分極処理後のサンプルについて、ｄ３３メータを用いて分極状況（圧電定数ｄ３３）を調べたところ、良好に分極されていることが確認された。また実際に超音波厚みセンサとして、ステンレス鋼製の外径１０ｃｍ、肉厚８ｍｍの管の管壁に、接着剤として銀ペーストを用いて貼り付け、管壁の厚み測定を行なったところ、良好に作動しかつ正しく厚みが測定されることが確認された。
【実施例２】
【００６１】
この実施例２は、エアロゾルデポジションに供されるＰＺＴ微粉末を、アルコキシド分解法によって調製した例である。
すなわち、鉛アルコキシドとして鉛ジイソプロキシド、ジルコニウムアルコキシドとしてジルコニウムテトラブトキシド、チタンアルコキシドとしてチタンテトライソプロポキシドを用意し、これらをＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１：０．５：０．５の割合になるように配合し、水を添加して加水分解し、平均粒径が０．２μｍのアルコキシド分解ＰＺＴ微粉末を得た。
【００６２】
このアルコキシド分解ＰＺＴ超微粉末を用いて、エアロゾルデポジション法により、第１の電極としてのＳＵＳ３０４からなる金属薄板（厚さ５０μｍ、１ｃｍ×２ｃｍ角）の中央に、８ｍｍ角の方形状に厚さ１００μｍのＰＺＴ層（圧電材料層）を形成した。
具体的には、前記金属薄板の板面に、８ｍｍ角の開口部が形成されるように１００μｍ厚のテープでマスキングして、図２に示したエアロゾルデポジション装置のデポジション内に配置し、キャリヤガスとしてヘリウムガスを用い、前記ＰＺＴ微粉末を、キャリヤガスとしてのヘリウムガスに分散させてエアロゾル化し、そのエアロゾルを、流速１００ｍ／ｓｅｃで前記金属薄板に吹きつけ、その開口部分に１００μｍ厚でＰＺＴ膜（圧電材料層）をダイレクトに形成した。なおデポジション室内の圧力は１５Ｔｏｒｒ、温度は常温（２５℃）とした。得られたＰＺＴ膜の密度は、７６％であった。
さらに、実施例１と同様にして、銀ペーストの焼付けにより第２の電極を形成した後、実施例１と同様に分極処理を施すとともに、第１の電極（ＳＵＳ３０４）と第２の電極（銀）のそれぞれにリード線を導電ペーストにより接着し、厚みセンサとした。
【００６３】
分極処理後のサンプルについて、ｄ３３メータを用いて分極状況（圧電定数ｄ３３）を調べたところ、良好に分極されていることが確認された。また実際に超音波厚みセンサとして、ステンレス鋼製の外径１０ｃｍ、肉厚８ｍｍの管の管壁に、接着剤として銀ペーストを用いて貼り付け、管壁の厚み測定を行なったところ、良好に作動しかつ正しく厚みが測定されることが確認された。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施形態、実施例について説明したが、これらの実施形態、実施例は、あくまで本発明の要旨の範囲内の一つの例に過ぎず、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。すなわち本発明は、前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲内で適宜変更可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００６５】
３１    第１の電極（金属薄板）
３３    圧電材料焼結体層（ＰＺＴ圧電セラミックス層）
３５    第２の電極
３９    超音波厚みセンサ
４１  厚さ測定対象物
【図１】
2013142582.tif 000003
【図２】
2013142582.tif 000004
【図３】
2013142582.tif 000005
【図４】
2013142582.tif 000006