(57)【要約】【課題】圧電セラミックスの一部に他の部位と異なる性質を付与することが可能な圧電素子の製造方法及び圧電センサの製造方法及び圧電センサを提供すること。【解決手段】本発明の圧電素子の製造方法は、圧電セラミックスの原料粉末を熱処理する熱処理工程Ｐ１と、熱処理工程Ｐ１で熱処理した原料粉末を粉砕する粉砕工程Ｐ２と、粉砕工程Ｐ２で粉砕した原料粉末をスラリー化するスラリー化工程Ｐ３と、スラリー化工程Ｐ３で得られたスラリーを基材上に成膜して焼結原料層を形成する成膜工程Ｐ４と、焼結原料層を焼結して圧電セラミックス前駆体とする焼結工程Ｐ５と、圧電セラミックス前躯体を分極処理して圧電セラミックスを得る分極処理工程Ｐ６と、前記圧電セラミックスの一部にセラミックス粉末をスラリー化して塗布する塗布工程Ｐ７と、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックスの原料粉末を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程で熱処理した前記原料粉末を粉砕する粉砕工程と、
前記粉砕工程で粉砕した前記原料粉末をスラリー化するスラリー化工程と、
前記スラリー化工程で得られたスラリーを基材上に成膜して焼結原料層を形成する成膜工程と、
前記焼結原料層を焼結して圧電セラミックス前駆体とする焼結工程と、
前記圧電セラミックス前躯体を分極処理して圧電セラミックスを得る分極処理工程と、
前記圧電セラミックスの一部にセラミックス粉末をスラリー化して塗布する塗布工程と、
を含むことを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項２】
前記分極処理工程は、前記圧電セラミックス前躯体をコロナ放電により分極処理し、
前記塗布工程は、前記圧電セラミックスに生じた、局所的に絶縁性が低下した欠陥にセラミックス粉末をスラリー化して塗布する補修工程である、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項３】
前記補修工程は、
分極を行った前記圧電セラミックスの表面の欠陥の有無を検出する工程と、
前記欠陥が形成されている場合、前記圧電セラミックスに生じた欠陥にセラミックス粉末をスラリー化して塗布する工程と、
前記塗布したスラリー化したセラミックス粉末を加熱し乾燥させる工程と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項４】
前記セラミックス粉末は、前記原料粉末であり、
前記補修工程の後に、前記欠陥に塗布して乾燥させたセラミックス粉末を焼結して圧電セラミックス前駆体とする工程と、
前記圧電セラミックス前躯体を分極処理する工程と、を含むことを特徴とする請求項３に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項５】
前記欠陥に塗布したセラミックス粉末は、前記圧電セラミックスを、表面温度６０℃の加熱台に載置して１５０秒以上、又は、表面温度１００℃の加熱台に載置して５秒以上加熱して乾燥させる、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項６】
前記塗布工程は、前記圧電セラミックスの一部に前記圧電セラミックスよりも延性が高い延性材料を塗布し、可撓部を形成する可撓部形成工程である、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項７】
前記可撓部形成工程は、前記圧電セラミックスに溝を形成し、形成した溝に前記可撓部を形成することを特徴とする請求項６に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項８】
前記成膜工程は、スラリーを塗布する領域の周囲にマスクを配置し、マスクで覆われていない部分にスラリーを塗布し、
前記マスクは、開口の一部に遮蔽部が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項９】
前記塗布工程は、前記圧電セラミックスの一部に音波吸収特性を有する材料を塗布し、音波吸収部を形成する音波吸収部形成工程である、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１０】
前記音波吸収部形成工程は、前記圧電セラミックスに生じた、局所的に絶縁性が低下した欠陥を覆う位置に、音波吸収部を形成することを特徴とする請求項９に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１１】
前記音波吸収部形成工程は、前記圧電セラミックスに溝を形成し、形成した溝に音波吸収部を形成することを特徴とする請求項９に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の圧電素子の製造方法で圧電素子を製造する工程と、
前記圧電素子の表面に電極を形成する工程と、
前記電極に配線を接続する工程と、を有することを特徴とする圧電センサの製造方法。
【請求項１３】
測定対象物の表面に設置された圧電センサであって、
前記測定対象物の表面に積層された圧電セラミックス層と、
前記圧電セラミックス層に積層された電極と、
前記圧電セラミックス層に生じた、局所的に絶縁性が低下した欠陥を覆う位置に形成された第２のセラミックス層と、を有することを特徴とする圧電センサ。
【請求項１４】
前記圧電セラミックス層の一部に前記圧電セラミックス層よりも延性が高い延性材料で形成された可撓部と、を有することを特徴とする請求項１３に記載の圧電センサ。
【請求項１５】
前記圧電セラミックス層の一部に音波吸収特性を有する材料で形成された音波吸収部と、を有することを特徴とする請求項１３に記載の圧電センサ。
【請求項１６】
測定対象物の表面に設置された圧電センサであって、
前記測定対象物の表面に積層された圧電セラミックス層と、
前記圧電セラミックス層に積層された電極と、
前記圧電セラミックスの一部に前記圧電セラミックスよりも延性が高い延性材料で形成された可撓部と、を有することを特徴とする圧電センサ。
【請求項１７】
測定対象物の表面に設置された圧電センサであって、
前記測定対象物の表面に積層された圧電セラミックス層と、
前記圧電セラミックス層に積層された電極と、
前記圧電セラミックスの一部に音波吸収特性を有する材料で形成された音波吸収部と、を有することを特徴とする圧電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、配管の厚みの検査に用いられる圧電素子の製造方法及び圧電センサの製造方法及び圧電センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
湾曲している位置が測定対象表面となる場合でも計測可能なセンサとして、可撓性を有し、測定対象表面の形状に追従して変形させることができる圧電センサ（超音波厚みセンサ）を製造する方法がある（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１６８５７３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９７５４１号公報
【特許文献３】特開２０１５−１１５４６５号公報
【特許文献４】特開２０１３−１９７３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、圧電センサの製造方法で製造される圧電センサは、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）及びチタン酸ビスマス（ＢＩＴ：Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）及びチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）のいずれかを含む圧電セラミックスによって構成されている。
【０００５】
例えば、ニオブ酸リチウム又はチタン酸ビスマス（ＢＩＴ）で構成される圧電センサの製造方法は、Ｎｂ若しくはＬｉ又はＴｉ若しくはＢｉのいずれか一方のアルコキシドのアルコール溶液と、他方の酢酸塩とを混合してＮｂ−Ｌｉゾル又はＴｉ−Ｂｉゾルを調製し、そのＮｂ−Ｌｉゾルとニオブ酸リチウムからなる粒径１〜５μｍの粉末又はＴｉ−Ｂｉゾルとチタン酸ビスマス（ＢＩＴ）からなる粒径１〜５μｍの粉末を混合したスラリーを、少なくとも表面が導電性を有し、かつ、一方の電極となるべき基材（薄板状支持体）の表面に付着させ、加熱、焼成して圧電セラミックス前駆体であるニオブ酸リチウム焼結体層又はＢＩＴ焼結体層を形成し、さらに他方の電極の形成及びコロナ放電による分極処理を行うことで圧電センサを製造する。
【０００６】
例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で構成される圧電センサの製造方法は、ＰＺＴを構成する金属成分のアルコキシドを含有するＰＺＴゾルとＰＺＴ粉末とを混合したスラリーを、少なくとも表面が導電性を有し、かつ、一方の電極となるべき基材（薄板状支持体）の表面に１００μｍ程度の厚さに塗布及び乾燥して、６５０℃程度に加熱して圧電セラミックス前駆体であるＰＺＴ焼結体層を形成し、さらに他方の電極の形成及びコロナ放電による分極処理を行うことで圧電センサを製造する。
【０００７】
上記製造方法で製造した圧電センサには、不良品が含まれるおそれがある。例えば、製造時の分極処理で圧電セラミックスに欠陥が生じると、電極と基材との間で短絡を生じるおそれがある。このため、欠陥が生じた圧電セラミックスは、使用することができない。製造した圧電センサに含まれる不良品が多くなると、生産効率が低下することになる。本願の発明者は、欠陥が生じた圧電セラミックスの一部を補修して絶縁性を付与すれば、電極と基材との間で短絡を抑制することができることを見出した。
【０００８】
上記製造方法で製造した圧電センサは、湾曲している位置が測定対象表面となるため、高度な柔軟性が求められる。本願の発明者は、圧電セラミックスの一部に柔軟性を付与すれば、高度な柔軟性が得られることを見出した。
【０００９】
上記製造方法で製造した圧電センサは、その測定精度を向上するために、高度な振動減衰性が求められる。本願の発明者は、圧電セラミックスの一部に振動減衰性を付与すれば、高度な振動減衰性が得られることを見出した。
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、圧電セラミックスの一部に他の部位と異なる性質を付与することができる圧電素子の製造方法及び圧電センサの製造方法及び圧電センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の圧電素子の製造方法は、圧電セラミックスの原料粉末を熱処理する熱処理工程と、前記熱処理工程で熱処理した前記原料粉末を粉砕する粉砕工程と、前記粉砕工程で粉砕した前記原料粉末をスラリー化するスラリー化工程と、前記スラリー化工程で得られたスラリーを基材上に成膜して焼結原料層を形成する成膜工程と、前記焼結原料層を焼結して圧電セラミックス前駆体とする焼結工程と、前記圧電セラミックス前躯体を分極処理して圧電セラミックスを得る分極処理工程と、前記圧電セラミックスの一部にセラミックス粉末をスラリー化して塗布する塗布工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
この方法によれば、塗布工程で圧電セラミックスの一部にセラミックス粉末をスラリー化して塗布する。これにより、圧電セラミックスの一部に他の部位と異なる性質を付与することができる。
【００１３】
本発明の圧電素子の製造方法における、前記分極処理工程は、前記圧電セラミックス前躯体をコロナ放電により分極処理し、前記塗布工程は、前記圧電セラミックスに生じた、局所的に絶縁性が低下した欠陥にセラミックス粉末をスラリー化して塗布する補修工程である、ことを特徴とする。この方法によれば、分極処理工程で得られた圧電セラミックスに生じた欠陥にセラミックス粉末をスラリー化して塗布して欠陥を補修することができる。これにより、分極処理において欠陥を生じた場合であっても、電極と基材との間での短絡を防ぐことが可能である。
【００１４】
本発明の圧電素子の製造方法は、前記補修工程が、分極を行った前記圧電セラミックスの表面の欠陥の有無を検出する工程と、前記欠陥が形成されている場合、前記圧電セラミックスに生じた欠陥にセラミックス粉末をスラリー化して塗布する工程と、前記塗布したスラリー化したセラミックス粉末を加熱し乾燥させる工程と、を含むことを特徴とする。この方法によれば、圧電特性に優れた圧電素子を製造することができる。
【００１５】
本発明の圧電素子の製造方法は、前記セラミックス粉末が、前記原料粉末であり、前記補修工程の後に、前記欠陥に塗布して乾燥させたセラミックス粉末を焼結して圧電セラミックス前駆体とする工程と、前記圧電セラミックス前躯体を分極処理する工程と、を含むことを特徴とする。この方法によれば、圧電特性に優れた圧電素子を製造することができる。
【００１６】
本発明の圧電素子の製造方法は、前記欠陥に塗布したセラミックス粉末が、前記圧電セラミックスを、表面温度６０℃の加熱台に載置して１５０秒以上、又は、表面温度１００℃の加熱台に載置して５秒以上加熱して乾燥させる、ことを特徴とする。この方法によれば、圧電特性に優れた圧電素子を製造することができる。
【００１７】
本発明の圧電素子の製造方法における、前記塗布工程は、前記圧電セラミックスの一部に前記圧電セラミックスよりも延性が高い延性材料を塗布し、可撓部を形成する可撓部形成工程である、ことを特徴とする。この方法によれば、基材上の一部に圧電セラミックスより高い延性を有する延性材料が塗布された可撓部を形成することができる。これにより、高い延性を有する圧電素子を製造することができる。
【００１８】
本発明の圧電素子の製造方法は、前記可撓部形成工程が、前記圧電セラミックスに溝を形成し、形成した溝に前記可撓部を形成することを特徴とする。この方法によれば、高い延性を有する圧電素子を製造することができる。
【００１９】
本発明の圧電素子の製造方法における、前記成膜工程は、スラリーを塗布する領域の周囲にマスクを配置し、マスクで覆われていない部分にスラリーを塗布し、前記マスクは、開口の一部に遮蔽部が設けられていることを特徴とする。この方法によれば、高い延性を有する圧電素子を製造することができる。
【００２０】
本発明の圧電素子の製造方法における、前記塗布工程は、前記圧電セラミックスの一部に音波吸収特性を有する材料を塗布し、音波吸収部を形成する音波吸収部形成工程である、ことを特徴とする。この方法によれば、基材上の一部に音波吸収特性を有する材料が塗布された音波吸収部を形成することができる。これにより、圧電センサは、高い音波吸収特性を有するので、圧電センサに生じた振動を減衰させることができる。
【００２１】
本発明の圧電素子の製造方法における、前記音波吸収部形成工程は、前記圧電セラミックスに生じた、局所的に絶縁性が低下した欠陥を覆う位置に、音波吸収部を形成することを特徴とする。この方法によれば、圧電セラミックス層に欠陥を生じた場合であっても、電極と基材との間での短絡を防ぐことが可能である。しかも、圧電センサは、高い音波吸収特性を有するので、圧電センサに生じた振動を減衰させることができる。
【００２２】
本発明の圧電素子の製造方法における、前記音波吸収部形成工程は、前記圧電セラミックスに溝を形成し、形成した溝に音波吸収部を形成することを特徴とする。この方法によれば、圧電センサは、高い音波吸収特性を有するので、圧電センサに生じた振動を減衰させることができる。
【００２３】
本発明の圧電センサの製造方法は、上記の圧電素子を製造する工程と、前記圧電素子の表面に電極を形成する工程と、前記電極に配線を接続する工程と、を有することを特徴とする。この方法によれば、圧電特性に優れた圧電センサを製造することができる。
【００２４】
本発明の圧電センサは、測定対象物の表面に設置された圧電センサであって、前記測定対象物の表面に積層された圧電セラミックス層と、前記圧電セラミックス層に積層された電極と、前記圧電セラミックス層に生じた、局所的に絶縁性が低下した欠陥を覆う位置に形成された第２のセラミックス層と、を有することを特徴とする。この構成によれば、圧電セラミックス層の欠陥を覆う位置に第２のセラミックス層を形成する。これにより、圧電センサは、圧電セラミックス層に欠陥を生じた場合であっても、電極と基材との間での短絡を防ぐことが可能である。
【００２５】
本発明の圧電センサは、前記圧電セラミックス層の一部に前記圧電セラミックス層よりも延性が高い延性材料で形成された可撓部と、を有することを特徴とする。この構成によれば、圧電センサは、高い延性を有することができる。
【００２６】
本発明の圧電センサは、前記圧電セラミックス層の一部に音波吸収特性を有する材料で形成された音波吸収部と、を有することを特徴とする。この構成によれば、圧電センサは、高い音波吸収特性を有するので、圧電センサに生じた振動を減衰させることができる。
【００２７】
本発明の圧電センサは、測定対象物の表面に設置された圧電センサであって、前記測定対象物の表面に積層された圧電セラミックス層と、前記圧電セラミックス層に積層された電極と、前記圧電セラミックスの一部に前記圧電セラミックスよりも延性が高い延性材料で形成された可撓部と、を有することを特徴とする。この構成によれば、圧電センサは、高い延性を有することができる。
【００２８】
本発明の圧電センサは、測定対象物の表面に設置された圧電センサであって、前記測定対象物の表面に積層された圧電セラミックス層と、前記圧電セラミックス層に積層された電極と、前記圧電セラミックスの一部に音波吸収特性を有する材料で形成された音波吸収部と、を有することを特徴とする。この構成によれば、高い音波吸収特性を有するので、圧電センサに生じた振動を減衰させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、圧電セラミックスの一部に他の部位と異なる性質を付与することが可能な圧電素子の製造方法及び圧電センサの製造方法及び圧電センサを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波厚みセンサの模式図である。
【図２】図２は、図１に示す超音波探傷子の構造の一例を示す断面模式図である。
【図３】図３は、図１に示す超音波探傷子の構造の他の例を示す模式図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第１実施形態に係る圧電センサを示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の第１実施形態に係る圧電センサの図４Ａ中に示すＡ−Ａ断面図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る圧電センサの製造方法の概略を示すフロー図である。
【図６】図６は、コロナ放電分極処理装置を模式的に示す正面図である。
【図７】図７は、コロナ放電分極処理装置を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、コロナ放電分極処理装置を模式的に示す平面図である。
【図９】図９は、曲げ試験の説明図である。
【図１０】図１０は、圧電素子の製造方法の補修工程の概略を示すフロー図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例に係る実験例の結果を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の第２実施形態に係る圧電センサを示す平面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本発明の第２実施形態に係る圧電センサの図１２Ａ中に示すＡ−Ａ断面図である。
【図１３】図１３は、第２実施形態に係る圧電センサの製造方法の概略を示すフロー図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明の第３実施形態に係る圧電センサを示す平面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本発明の第３実施形態に係る圧電センサの図１４Ａ中に示すＡ−Ａ断面図である。
【図１５】図１５は、第３実施形態に係る圧電センサの製造方法の概略を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の各実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。
【００３２】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して第１実施形態に係る圧電センサ（圧電素子）の概要について説明する。本実施形態では、圧電センサを超音波厚みセンサとして用いた場合について説明する。図１は、本実施の形態に係る超音波厚みセンサの模式図である。図１に示すように、本実施の形態に係る超音波厚みセンサ１は、本実施の形態に係る超音波厚みセンサの製造方法によって製造され、被測定体としての配管１１に配置された超音波探傷子（検出素子）１２と、この超音波探傷子１２に配線１２６，１２８を介して電気的に接続された超音波厚み計（制御部）１３とを備える。
【００３３】
この超音波厚みセンサ１では、例えば、外径ｄ１が１００ｍｍであり、肉厚ｄ２が８ｍｍの配管１１の外周面に、直径ｄ３が１０ｍｍの超音波探傷子１２が配置されている。超音波探傷子１２は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）及びニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）及びチタン酸ビスマス（ＢＩＴ：Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）のいずれかを含む圧電セラミックスによって構成されている。この圧電セラミックスは、第１の平均粒径を有する第１粉末と、この第１粉末より相対的に平均粒径が大きい第２の平均粒径を有する第２粉末とを混合して製造される。
【００３４】
以下、図２と、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、超音波探傷子１２の構造について説明する。図２は、図１に示す超音波探傷子の構造の一例を示すII−II線断面模式図である。図４Ａは、本発明の第１実施形態に係る圧電センサを示す平面図である。図４Ｂは、本発明の第１実施形態に係る圧電センサの図４Ａ中に示すＡ−Ａ断面図である。ここで、超音波探傷子１２は、基材１２０が第１電極となる。なお、配管１１が金属の場合、配線１２６を配管１１に接続してもよく、この場合配管１１が第１電極となる（不図示）。超音波探傷子１２は、配管１１に配置された基材１２０と、この基材１２０上に設けられた圧電セラミックス層１２２（圧電セラミックス）と、圧電セラミックス層１２２に積層された第２電極１２４と、配管１１に接続された配線１２６と、第２電極１２４に接続された配線１２８と、補修部（第２のセラミックス層）１２９と、を有する。超音波探傷子１２は、基材１２０と、圧電セラミックス層１２２と、補修部１２９と、が圧電素子となる。配管１１は、金属で形成された管である。基材１２０は、ＳＵＳ板などの金属板で形成されており、配管１１に沿った形状に形成された後、接着層（不図示）を介して配管１１上に着脱可能に固定される。また、基材１２０は、配管１１に対して繰り返し着脱可能に固定される。なお、この超音波厚みセンサ１においては、配管１１を基材１２０として用いて構成することも可能であり、配管１１上に圧電セラミックス層１２２を直接設けることも可能である。
【００３５】
圧電セラミックス層１２２は、配管１１の表面（外周面）に積層されている。圧電セラミックス層１２２は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）及びニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）及びチタン酸ビスマス（ＢＩＴ：Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）のいずれかを含む圧電セラミックスで形成されている。第２電極１２４は、圧電セラミックス層１２２に積層されている。つまり、超音波探傷子１２は、圧電セラミックス層１２２が第１電極となる基材１２０（又は配管１１）と、第２電極１２４とで挟みこまれている。配線１２６は、配管１１と超音波厚み計１３とを接続している。配線１２８は、第２電極１２４と超音波厚み計１３とを接続している。補修部１２９は、圧電セラミックス層１２２に生じた欠陥Ｈにセラミックス粉末をスラリー化して塗布して欠陥Ｈを補修した部分である。補修部１２９は、絶縁材料で形成されており、基材１２０と第２電極１２４とを絶縁する。ここで、欠陥Ｈとは、圧電セラミックス層１２２に生じた、局所的に絶縁性が低下した部位である。
【００３６】
超音波厚み計１３は、配線１２６を介して基材１２０と接続され、配線１２８を介して第２電極１２４と接続されている。超音波厚み計１３は、配線１２６，１２８を介して配管１１と第２電極１２４とで圧電セラミックス層１２２を挟み込んだ回路を形成する。超音波厚み計１３は、配線１２６，１２８を介して基材１２０（又は配管１１）と第２電極１２４とに電圧を印加し、超音波探傷子１２の圧電セラミックス層１２２にパルス状の電圧を印加することで、圧電セラミックス層１２２を振動させて超音波を発信させる。また、超音波探傷子１２は、配管１１の壁面内を伝播して反射した超音波を電気信号に変換する。超音波厚み計１３は、超音波探傷子１２によって変換された電子信号を検出することにより、配管１１の肉厚ｄ２を測定する。
【００３７】
この超音波厚みセンサ１によれば、被測定体としての配管１１上に超音波探傷子１２が直接形成されているので、流体Ｆが配管１１内を流れる場合であっても、配管１１からの超音波探傷子１２の脱落を防ぐことができる。これにより、配管１１を備えた原子力発電所などの装置が運転中であっても、配管１１を被覆する保温材などを剥がすことなく定期的に配管１１の肉厚ｄ２を測定できる。
【００３８】
なお、図１に示す例では、配管１１の外周面に超音波探傷子１２を設ける例について説明しているが、超音波探傷子１２は、配管１１の肉厚ｄ２を検出できる範囲であれば、配管１１の内周面などに設けてもよい。また、図１に示す例では、被測定体として配管１１に超音波探傷子１２を設ける例について説明しているが、被測定体は配管１１に限定されるものではない。また、超音波厚み計１３としては、超音波探傷子１２によって配管１１の肉厚ｄ２を測定できるものであれば特に制限はなく、例えば、超音波厚み計（型番：ＵＩ−２５、菱電湘南エレクトロニクス社製）が挙げられる。
【００３９】
また、上記実施の形態では、配管１１の直管の部分、つまり、配管１１の軸方向が直線となる部分に超音波探傷子１２を設けたが、これに限定されない。図３は、図１に示す超音波探傷子の構造の他の例を示す模式図である。図３は、超音波探傷子１２を配管１１の屈曲している部分に配置した例を示している。超音波探傷子１２は、基材１２０又は配管１１が第１電極となる。超音波探傷子１２は、配管１１の屈曲部に積層された圧電セラミックス層１２２と、圧電セラミックス層１２２に積層された第２電極１２４と、基材１２０に接続された配線１２６と、第２電極１２４に接続された配線１２８と、を有する。
【００４０】
図５は、本実施の形態に係る圧電センサの製造方法の概略を示すフロー図である。本実施の形態に係る圧電センサの製造方法は、第１の平均粒径を有する第１粉末、及び第１の平均粒径より相対的に平均粒径が大きい第２の平均粒径を有する第２粉末を含む圧電セラミックス層１２２の原料粉末を１０００℃以上１２００℃以下で熱処理する熱処理工程Ｐ１と、熱処理工程Ｐ１で熱処理したチタン酸ジルコン酸鉛を粉砕する粉砕工程Ｐ２と、粉砕工程Ｐ２で粉砕したチタン酸ジルコン酸鉛をスラリー化するスラリー化工程Ｐ３と、スラリー化工程Ｐ３で得られたスラリーを基材１２０上に成膜して焼結原料層を形成する成膜工程Ｐ４と、焼結原料層を焼結して圧電セラミックス前駆体とする焼結工程Ｐ５と、圧電セラミックス前躯体をコロナ放電により分極処理して圧電セラミックス層１２２を得る分極処理工程Ｐ６と、分極処理工程Ｐ６で得られた圧電セラミックス層１２２に生じた欠陥Ｈにセラミックス粉末をスラリー化して塗布する補修工程（塗布工程）Ｐ７とを含む。そして、上記実施の形態に係る超音波厚みセンサ１は、補修した圧電セラミックス層１２２を焼結する第２焼結工程Ｐ８と、補修した圧電セラミックス層１２２をコロナ放電により分極処理する第２分極処理工程Ｐ９と、得られた圧電セラミックス層１２２上に電極を形成する電極形成工程Ｐ１０と、形成した電極に配線を接続する配線接続工程Ｐ１１を経て製造される。これらの工程のうち、工程Ｐ１〜Ｐ９は、圧電素子の製造方法である。以下各工程Ｐ１〜Ｐ１１について詳細に説明する。
【００４１】
＜熱処理工程Ｐ１＞
熱処理工程では、第１の平均粒径を有する第１粉末、及び第１の平均粒径より相対的に平均粒径が大きい第２の平均粒径を有する第２粉末を含む圧電セラミックス層１２２の原料粉末を１０００℃以上１２００℃以下で熱処理する。
【００４２】
本実施の形態においては、第１の平均粒径を有する第１粉末、及び第１の平均粒径より相対的に平均粒径が大きい第２の平均粒径を有する第２粉末を含む圧電セラミックス層１２２の原料粉末を用いたスラリーを基材１２０上に塗布し、塗布したスラリーを焼成して圧電セラミックス層１２２を製造する。これにより、基材１２０上には、第１粉末に対して相対的に平均粒径が大きい第２粉末の粒子が存在する。この第２粉末の粒子は、焼結時に基材１２０との接触面が変形して基材１２０表面との接触面積が向上すると推定される。そして、第２粉末の粒子の間には、第２粉末より相対的に平均粒径が小さい第１粉末の粒子が侵入する。これにより、第２粉末間の空間が充填されるので、第２粉末のみを用いた場合と比較して焼結して得られる圧電セラミックス層１２２と基材１２０との接触面積の低下を防ぐことができる。これらにより、圧電セラミックス層１２２と基材１２０との接触面積が大きいので、湾曲面に配設して使用する場合であっても、基材１２０からの圧電セラミックス層１２２の剥離を防ぐことが可能である。
【００４３】
圧電セラミックス層１２２の原料粉末としては、本発明の効果を奏する範囲で各種圧電セラミックス材料を用いることが可能である。これらの中でも、圧電セラミックス層１２２の原料粉末としては、優れた圧電性能を有する観点から、粉末のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３）などを用いることが好ましい。
【００４４】
ＰＺＴとしては、共沈殿法で得られたものを用いてもよく、アルコキシド法によって得られたものを用いてもよい。ＰＺＴは、例えば、以下のようにして得られる。まず、ＰｂＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２の各粉末を、所望のＰＺＴが得られる組成となるように配合し、配合した各粉末をエタノールなどの溶剤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する。そして、得られた混錬物（スラリー）を乾燥して混合粉末とし、この混合粉末を粉体の状態で熱処理することによりＰＺＴが得られる。なお、ＰＺＴとしては、市販品の粉末状のＰＺＴを用いてもよい。
【００４５】
本発明においては、ＰＺＴとしては、本発明の効果を奏する範囲で各種組成のＰＺＴを用いることができる。ＰＺＴとしては、高感度の圧電セラミックス層１２２が得られる観点から、下記式（１）で表されるものが好ましい。
Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１−ｘ）Ｏ３・・・式（１）
（式（１）中、ｘは、０．３以上０．７以下）
【００４６】
なお、上記式（１）において、ｘとしては、より高感度の圧電セラミックス層１２２が得られる観点から、０．３０以上であることが好ましく、０．４０以上であることがより好ましく、０．４５以上であることが更に好ましく、０．５０以上であることがより更に好ましく、また０．７０以下であることが好ましく、０．６５以下であることがより好ましく、０．６０以下であることが更に好ましく、０．５５以下であることがより更に好ましい。以上のことを考慮すると、ｘとしては、０．３０以上０．７０以下であることが好ましく、０．４０以上０．６５以下であることがより好ましく、０．４５以上０．６０以下であることが更に好ましく、０．５０以上０．５５以下であることがより更に好ましい。
【００４７】
また、ＰＺＴとしては、本発明の効果を奏する範囲で微量添加元素を含有するものであってもよい。微量添加元素としては、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｃ、及びＧｄからなる群から選択された少なくとも１種が挙げられる。微量添加元素を含有するＰＺＴとしては、例えば、上述した各元素をそれぞれ１０質量％程度以下添加したものが挙げられる。なお、本発明は、必ずしもＰＺＴ系圧電セラミック材料のみを用いたものに限定されず、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、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３））など、更にはビスマス層状ペロブスカイト型結晶構造を有する圧電セラミックス材（例えば、チタンビスマス（ＢＩＴ：Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２））にも適用することができる。
【００４８】
本発明においては、ＰＺＴ粉末の熱処理を１０００℃以上１２００℃以下の温度範囲で実施する。このような温度範囲で熱処理することにより、ＰＺＴ粉末が収縮して弱い結合力を有した塊となるので、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。この結果、高感度の圧電セラミックス層１２２が得られると共に、粒径の小さいＰＺＴ粉末を用いた場合であっても、ＰＺＴ粉末とＰＺＴゾルとのスラリーを成膜した焼結原料層の乾燥収縮に伴う破損及び剥離を防ぐことができる。ＰＺＴ粉末の熱処理は、１１００℃以上１１５０℃以下で実施することがより好ましい。
【００４９】
熱処理工程における熱処理の時間としては、得られる圧電セラミックス層１２２の破損及び基材１２０からの剥離を防ぐ観点、並びに、高感度の圧電セラミックス層１２２を得る観点から、１時間以上であることが好ましく、２時間以上であることがより好ましく、３時間以上であることが更に好ましく、また２０時間以下であることが好ましく、１５時間以下であることがより好ましく、１０時間以下であることが更に好ましい。
【００５０】
本実施の形態に係る圧電センサの製造方法においては、第２粉末としては、熱処理工程で１０００℃以上１２００℃以下の条件で第１粉末を所定時間熱処理して粉砕したものを用いることができる。これにより、第２粉末を別途作製する必要がなくなり、予め熱処理工程で作製した第２粉末を圧電センサの製造に用いることができるので、圧電センサの製造工程を簡略化することができる。
【００５１】
原料粉末の平均粒径としては、第１の平均粒径が０．１μｍ以上５μｍ以下であり、第２の平均粒径が１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。これにより、第１粉末と第２粉末との粒径の差異が適度な範囲となるので、上述した作用効果により、第２粉末に基づく圧電セラミックス層１２２と基材１２０との間の密着性が向上すると共に、第２粉末間に第１粉末が侵入して圧電セラミックス層１２２と基材１２０との間の密着性がより向上する。なお、本実施の形態に係る圧電センサの製造方法においては、平均粒径とは、レーザー回折式粒度測定器により測定した平均粒径である。この平均粒径は、例えば、レーザー回折式粒度測定装置（Ｇｒａｎｕｌｏｍｅｔｅｒ  ＨＲ８５０Ｂ、ＣＩＬＡＳ社製）により測定することができる。
【００５２】
第１の平均粒径としては、上述した作用効果が一層向上する観点から、０．３μｍ以上であることがより好ましく、０．５μｍ以上であることが更に好ましく、０．７μｍ以上であることがより更に好ましく、１．０μｍ以上であることがより更に好ましく、また４．５μｍ以下であることがより好ましく、４．０μｍ以下であることが更に好ましく、３．５μｍ以下であることがより更に好ましく、３．０μｍ以下であることがより更に好ましい。以上を考慮すると、第１の平均粒径としては、０．３μｍ以上４．５μｍ以下がより好ましく、０．５μｍ以上４．０μｍ以下が更に好ましく、０．７μｍ以上３．５μｍ以下がより更に好ましく、１．０μｍ以上３．０μｍ以下がより更に好ましい。
【００５３】
第２の平均粒径としては、基材１２０と圧電セラミックス層１２２との接触面積を十分に向上して基材１２０と圧電セラミックス層１２２との密着性を得る観点から、１０μｍ以上であることが好ましく、また圧電セラミックス層１２２に十分な可撓性を付与して基材１２０と圧電セラミックス層１２２との剥離を防ぐ観点から、５０μｍ以下であることが好ましい。第２の平均粒径としては、上述した作用効果が一層向上する観点から、１２．５μｍ以上であることがより好ましく、１５μｍ以上であることが更に好ましく、１７．５μｍ以上であることがより更に好ましく、２０μｍ以上であることがより更に好ましく、また４７．５μｍ以下であることがより好ましく、４５μｍ以下であることが更に好ましく、４２．５μｍ以下であることがより更に好ましく、４０μｍ以下であることがより更に好ましい。以上を考慮すると、第２の平均粒径としては、１２．５μｍ以上４７．５μｍ以下がより好ましく、１５μｍ以上４５μｍ以下が更に好ましく、１７．５μｍ以上４２．５μｍ以下がより更に好ましく、２０μｍ以上４０μｍ以下がより更に好ましい。
【００５４】
本実施の形態に係る圧電センサの製造方法においては、第１粉末及び第２粉末の配合量としては、基材１２０と圧電セラミックス層１２２との接着性及び圧電セラミックス層１２２の強度の観点から、第１粉末１００質量部に対して、第２粉末１００質量部以上５００質量部以下を配合してなることが好ましい。この構成により、第１粉末と第２粉末との配合量が適度な範囲となるので、上述した作用効果による第２粉末に基づく圧電セラミックス層１２２と基材１２０との間の密着性が向上すると共に、第２粉末間に第１粉末が侵入して圧電セラミックス層１２２と基材１２０との間の密着性がより向上する。
【００５５】
第１粉末及び第２粉末の配合量としては、基材１２０と圧電セラミックス層１２２との接着性及び圧電セラミックス層１２２の強度の観点から、第１粉末１００質量部に対して、第２粉末が１５０質量部以上であることがより好ましく、２００質量部以上であることが更に好ましく、また、４５０質量部以下であることがより好ましく、４００質量部以下であることが更に好ましく、３００質量部以下であることがより更に好ましい。以上を考慮すると、第１粉末及び第２粉末の配合量としては、第１粉末１００質量部に対して、第２粉末が１５０質量部以上４５０質量部以下であることがより好ましく、２００質量部以上４００質量部以下であることが更に好ましく、２００質量部以上３００質量部以下であることがより更に好ましい。
【００５６】
本実施形態では、圧電セラミックス層１２２の原料粉末として、第１の平均粒径を有する第１粉末、及び第１の平均粒径より相対的に平均粒径が大きい第２の平均粒径を有する第２粉末の２種類の粉末を使用するものとして説明したが、原料粉末は、１種類の粉末を使用してもよい。１種類の粉末の平均粒径は、０．１〜１．０μｍが好ましい。
【００５７】
＜粉砕工程Ｐ２＞
粉砕工程Ｐ２では、熱処理工程Ｐ１での熱処理によって塊状となった圧電セラミックス層１２２の原料粉末をボールミルなどによって粉砕して粉末状にする。ここでの粉末状の圧電セラミックス層１２２の原料粉末の粒径としては、例えば、約２μｍ程度から数１０μｍ程度である。なお、粉砕工程の粉砕方法については、特に制限はなく、粉末状の原料粉末を得ることができるものであればよい。
【００５８】
＜スラリー化工程Ｐ３＞
スラリー化工程Ｐ３では、粉砕工程Ｐ２で得られた原料粉末と原料粉末のゾルとを混合して混錬物（スラリー）を得る。ここでは、必要に応じてエタノール、ブタノール、及び酢酸エチルなど溶剤を用いてもよい。なお、原料粉末のゾルとしては、例えば、下記一般式（２）で表される３種類の金属成分を含有する金属アルコキシドのＰＺＴゾルである。このＰＺＴゾルは、鉛アルコキシド、ジルコニウムアルコキシド、及びチタンアルコキシドの各ゾルを溶剤などと混合することにより得られる。
Ｍ（ＯＲ）Ｙ・・・式（２）
（式（２）中、Ｍは、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）、又はジルコニウム（Ｚｒ）を表し、Ｒは、アルキル基を表す。Ｙは、任意の数を表す。）
【００５９】
上記一般式（２）の金属アルコキシドのゾルとしては、Ｒとしてはアルキル基であれば特に制限はなく、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、及びs−ブチル基などのアルコキシドのゾルを用いることができる。
【００６０】
鉛アルコキシドとしては、鉛ジイソプロキシド、及び鉛ジブトキシドなどが挙げられる。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、及びジルコニウムテトラプロポキシドなどが挙げられる。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、及びチタンテトラプロポキシドなどが挙げられる。
【００６１】
また、各アルコキシドゾルの配合は、金属成分の割合が、所望のＰＺＴの組成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。例えば、上記一般式（１）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。
【００６２】
なお、ＰＺＴゾルとしては、上記一般式（２）で表されるＰＺＴゾルの組成に、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｃ、及びＧｄからなる群から選択された少なくとも１種又は２種以上の微量添加元素を含むＰＺＴゾルとしてもよい。
【００６３】
ＰＺＴゾルを得るための方法については特に制限はない。ＰＺＴゾルは、例えば、上記一般式（２）で表される金属アルコキシドを溶剤に溶解するなどの常法によって得ることができる。
【００６４】
スラリー化工程Ｐ３における原料粉末と原料粉末のゾルとの混合比については特に制限されない。例えば、原料粉末中の金属成分に対する原料粉末のゾル中の金属成分のモル比が、０．２〜１．０の範囲内となるようにすることが好ましい。上記モル比が０．２以上であれば、アルコキシドゾルが充分に配合されるので、焼結工程Ｐ５においてゾルの分解生成物が焼結助剤として充分に機能し、比較的低温で焼結を行うことが可能となる。また、上記モル比が１．０以下であれば、アルコキシドゾルが適度な範囲となるので、圧電セラミックス前躯体上に電極を設けて焼結した場合であっても、原料粉末の粒子が充分に結合され、圧電セラミックス前躯体の剥落や破損を防ぐことができる。
【００６５】
＜成膜工程Ｐ４＞
成膜工程Ｐ４では、金属板などの基材１２０上に、原料粉末と原料粉末ゾルとの混合スラリーを成膜して所定の厚みを有する焼結原料層を形成する。この基材１２０は、第１の電極としての機能を有するだけではなく、焼結工程Ｐ５や圧電センサの使用時における支持体としての機能を有する。基材１２０としては、本発明の効果を奏する範囲で各種金属板を用いることができる。基材１２０としては、金属配管などに圧電センサに沿って配置する際に、任意の形状に湾曲させることができる観点から、ＳＵＳ板を用いることが好ましい。本実施の形態においては、原料粉末と原料粉末ゾルとの混合物を用いるので、後述する焼結工程Ｐ５では、６００℃以上８００℃以下の比較的低温で焼結することができる。このため、白金などの如く１２００℃以上まで耐えうる高価な金属を用いる必要はなく、８００℃程度までの耐酸化性を有する汎用の耐熱金属を使用することができるので、ステンレス鋼やその他の汎用の耐熱鋼を、金属板として使用することができる。
【００６６】
基材１２０としては、例えば、１８Ｃｒ−８ＮｉのＳＵＳ３０４系統のオーステナイト系ステンレス鋼、又は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、２２Ｃｒ−１２Ｎｉ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。
【００６７】
基材１２０の厚みとしては、１５μｍ〜１００μｍが好ましい。基材１２０の厚みが１５μｍ以上であれば、基材１２０の強度が充分となり圧電センサを容易に製造することができる。また、基材１２０の厚みが１００μｍ以下であれば、十分な可撓性が得られるので、例えば、圧電センサを配管の湾曲部分に貼着して使用することができる。
【００６８】
原料粉末と原料ゾルとのスラリーの成膜方法としては、例えば、スラリーを金属板表面に塗布する方法が挙げられる。このとき、スラリーを塗布する領域の周囲にマスクを配置し、マスクで覆われていない部分にスラリーを塗布する。また、スラリーをロールコーターや、一般的な印刷方法で成膜してもよい。
【００６９】
乾燥後の焼結原料層の厚みは、例えば、７０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。乾燥後の焼結原料層の厚みが７０μｍ以上であれば、焼結によって得られる圧電セラミックス前駆体層の厚みが十分な範囲になるので、圧電センサを湾曲させても圧電セラミックス層１２２から金属板が剥離しにくい。また、焼成後の焼結原料層の厚みが２００μｍ以下であれば、焼成後の圧電セラミックス層１２２が厚くなりすぎるのを防ぐことができ、十分な可撓性を付与することができる。なお、焼結原料層は、乾燥後の厚みが乾燥前の１／２〜１／４程度の厚みとなるので、厚みの減少分を考慮して塗布することが好ましい。また、焼結原料層の乾燥は、焼結工程Ｐ５における焼結のための加熱の初期段階で行なってもよい。
【００７０】
＜焼結工程Ｐ５＞
焼結工程Ｐ５では、焼結原料層を６００℃〜８００℃の温度範囲に加熱して圧電セラミックス前躯体とする。この焼結工程Ｐ５では、原料粉末の粒子の間に介在している原料ゾルに含まれるアルコキシドが分解し、超微粉末状の分解生成物が生成される。この分解生成物は、原料粉末の粒子を焼結結合させる焼結助剤として機能する。また、分解生成物は、原料粉末と同様の組成を有するので、得られる圧電セラミックス層１２２の圧電特性を損なうことがない。このため、原料粉末と共に原料ゾルを混合して加熱することにより、比較的低温でも焼結が進行し、かつ圧電特性も向上する。
【００７１】
焼結工程Ｐ５では、加熱温度を６００℃以上８００℃以下として、焼結後の圧電セラミックス層１２２の密度が７０％以上８０％以下となるようにする。加熱温度が８００℃以下であれば、焼結時の原料粉末同士の焼結反応が穏やかに進行して密度が８０％以下の圧電セラミックス層１２２を得ることができる。また、加熱温度が６００℃以上であれば、原料粉体同士の焼結反応が充分に進行して、圧電セラミックス前躯体の密度を７０％以上に高めることができる。
【００７２】
圧電セラミックス層１２２は、密度が８０％以下であれば、圧電セラミックス層１２２の剛性、及び焼結時の圧電セラミックス層１２２の収縮が適度な範囲となるので、圧電セラミックス層１２２に可撓性を付与することができる。これより、各種部材の曲面に圧電セラミックス層１２２を形成する場合であっても、基材１２０からの圧電セラミックス層１２２の剥離及び破損を防ぐことができる。また、焼結後の圧電セラミックス層１２２の密度が７０％以上であれば、圧電セラミックス層１２２の空隙率が適度な範囲となるので、圧電セラミックス層１２２内部の粒子が充分に結合されている状態となる。これにより、焼結工程Ｐ５後の工程におけるハンドリングが良好になり、圧電セラミックス層１２２が粉体状に剥落することを防ぐことができると共に、圧電素子として充分な圧電特性を得ることができる。
【００７３】
本実施の形態によれば、従来の酸化物系圧電材料（セラミックス圧電材料）の焼結温度よりも低い６００℃以上８００℃以下の焼結温度であっても、圧電セラミックス前躯体に含まれるＰＺＴゾルのアルコキシドの分解生成物が焼結助剤となるので、圧電素子として必要な圧電特性が得られる密度を有する。
【００７４】
なお、焼結工程Ｐ５における加熱は、大気雰囲気下で行うことができる。また、焼結工程Ｐ５における加熱時間は、６００℃以上８００℃以下の目標温度に達してから１分以上１０分以下でよい。
【００７５】
＜分極処理工程Ｐ６＞
分極処理工程Ｐ６では、圧電セラミックス前躯体を分極処理して圧電セラミックス層１２２を形成する。分極処理方法としては、圧電セラミックス前躯体と所定間隔離れた位置に金メッキが施されたタングステン線を用いたコロナ放電線を設置し、このコロナ放電線に高電圧（例えば、８０００Ｖ程度）を印加してコロナ放電を行う方法を用いることができる。タングステン線としては、例えば、直径１００μｍのものを用いることができる。コロナ放電の処理時間としては、例えば、５分〜１０分である。
【００７６】
ここで、図６から図８を参照して本実施の形態に係る圧電センサの製造方法に用いられるコロナ放電分極処理装置の一例について説明する。図６は、本発明の実施の形態に係るコロナ放電分極処理装置を模式的に示す正面図であり、図７は、本発明の実施の形態に係るコロナ放電分極処理装置を模式的に示す断面図であり、図８は、本発明の実施の形態に係るコロナ放電分極処理装置を模式的に示す平面図である。
【００７７】
図６から図８に示すように、本実施の形態に係るコロナ放電分極処理装置は、床面などの水平面上に設置される固定台２１と、この固定台２１上に垂直方向に伸びるガイド軸２７を介して昇降可能に設けられた電極台２３とを有する。この電極台２３は、油圧シリンダなどの流体圧シリンダ、ボールねじ機構、又は各種のリンク機構などによって自動又は手動によって昇降可能な昇降調整機構２５によって昇降可能に支持される。
【００７８】
電極台２３は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金、ステンレス鋼などの導電性材料を含んで構成され、上面が導電性を有する水平な平坦面２３Ａとなっている。また、電極台２３は、アース線２９によって電気的に接地されており、接地電位を保つように構成されている。なお、電極台２３は、必要に応じて、電気ヒータ、温水ヒータ、又はオイルヒータなどの加熱手段を備えていてもよい。
【００７９】
電極台２３の上面には、基材１２０と圧電セラミックス前躯体とが積層されてなる積層体４０が配置される。また、電極台２３の上方には、積層体４０の圧電セラミックス前躯体との間で所定の間隔でコロナ放電用電極３１が設けられている。このコロナ放電用電極３１は、例えば、タングステン線などの高融点導電性線材によって構成された少なくとも１つの線状電極３１Ａ〜３１Ｃ（本実施の形態では、３つ）によって構成される。これらの線状電極３１Ａ〜３１Ｃは、延在方向が電極台２３の平坦面２３Ａと平行になるように、互いに等しい間隔Ｓで配置されている。なお、線状電極３１Ａ〜３１Ｃの外形は、例えば、５０μｍ〜１００μｍとすることができる。
【００８０】
線状電極３１Ａ〜３１Ｃは、例えば、アーム状の電極支持部材３３から所定の間隔を置いて下方に突出する一対の支持部３３Ａ，３３Ｂ間に設けられており、水平状態を保つようになっている。また、線状電極３１Ａ〜３１Ｃは、直流高電圧電源からなる分極電圧印加用の電源３５の正極又は負極にリード線３６を介して電気的に接続されている。
【００８１】
以上のように、本実施の形態に係るコロナ放電分極処理装置においては、電極台２３の上方の所定距離Ｇ離れた位置に、電極台２３の上面２３Ａと平行にコロナ放電用の線状電極３１Ａ〜３１Ｃが配設されている。そして、電極台２３の平坦面２３Ａと線状電極３１Ａ〜３１Ｃとの間の距離Ｇ、及び第１電極と線状電極３１Ａ〜３１Ｃとの間の距離Ｇｏが、昇降調整機構２５により電極台２３の垂直方向における位置を替えることにより、適宜調整可能となっている。
【００８２】
なお、上記コロナ放電分極処理装置では、電極台２３の垂直方向における位置を固定し、電極支持部材３３に昇降調整機構を設け、電極支持部材３３を昇降させることによって電極台２３の平坦面２３Ａと線状電極３１Ａ〜３１Ｃとの間の距離を調整するように構成してもよい。
【００８３】
次に、上記構成を有するコロナ放電分極処理装置を用いたコロナ放電処理方法について説明する。なお、以下においては、基材１２０と圧電セラミックス層１２２とが積層された積層体４０をコロナ放電処理する例について説明するが、積層体４０の圧電セラミックス層１２２上に更に第２電極が形成された積層体をコロナ放電処理することも可能である。
【００８４】
本実施の形態に係るコロナ放電処理方法においては、基材１２０（第１電極）は、電極台２３の上面２３Ａに電気的に導通され、電極台２３と導電位（接地電位）となっており、コロナ放電のための電圧印加時に、コロナ放電用電極３１の対極のベース電極としても機能する。電源３５を駆動させるとコロナ放電用電極３１と基材１２０との間に高電圧が印加され、コロナ放電用電極３１から基材１２０に向けて電界領域（放電域：電位差領域）が形成される。ここで、圧電セラミックス層１２２は、基材１２０に対してコロナ放電用電極３１側に形成されているので、コロナ放電による電界に曝されて分極される。なお、加熱手段を備えたコロナ放電分極処理装置を用いる場合には、分極処理時に電極台２３及び基材１２０を介して圧電セラミックス層１２２を、例えば、８０℃以上２００℃以下に加熱することにより、コロナ放電による分極を促進することもできる。
【００８５】
図６から図８に示した例では、平行に配置された３つのコロナ放電用電極３１を用いるので、線状電極３１Ａ〜３１Ｃとベース電極としての基材１２０との間には、それぞれコロナ放電によって電界領域４１Ａ〜４１Ｃが形成される。この電界領域４１Ａ〜４１Ｃは、それぞれ線状電極３１Ａ〜３１Ｃの延在方向に沿う帯状の領域として、最大幅（第１電極近傍）Ｗで形成される。そのため、各電界領域４１Ａ〜４１Ｃの幅方向の端部付近が互いに重なりあうように線状電極３１Ａ〜３１Ｃの相互間の間隔Ｓ、及び線状電極３１Ａ〜３１Ｃと電極台２３との間の距離Ｇを設定しておくことにより、圧電セラミックス層１２２の全体が電界領域中に曝され、圧電セラミックス層１２２の全体を同時に分極させることが可能となる。
【００８６】
図６から図８に示した例では、線状電極３１Ａ〜３１Ｃと電極台２３との間の距離Ｇとしては、絶縁破壊による火花放電（全路放電）を防ぐ観点から０．５ｃｍ以上が好ましく、コロナ放電の効率の観点から２．０ｃｍ以下が好ましい。コロナ放電時の電圧としては、コロナ放電の効率の観点から５０００Ｖ以上が好ましく、線状電極の耐久性の観点から１５０００Ｖ以下が好ましい。分極処理の時間としては、例えば、分極効率の観点から１分以上５分以下である。
【００８７】
上記実施の形態によって得られる圧電セラミックス層１２２は、原料粉末が収縮して弱い結合力を有した塊となり、原料粉末に含まれる各成分（例えば、ＰｂＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２）が相互に固溶したペロブスカイト型結晶構造が得られるので、圧電定数（ｄ３３）を３０ｐＣ／Ｎ以上とすることができ、圧電センサとして十分な圧電特性を有する。
【００８８】
＜補修工程Ｐ７＞
補修工程Ｐ７では、分極処理工程Ｐ６において圧電セラミックス層１２２に生じた欠陥Ｈの有無を確認し、発見された欠陥Ｈを補修して補修部１２９とする。
【００８９】
図１０は、本実施の形態に係る圧電センサの製造方法の補修工程の概略を示すフロー図である。以下、図１０を用いて、補修工程の各工程について、説明する。観察工程Ｐ７１では、圧電セラミックス層１２２を観察する。より詳しくは、圧電セラミックス層１２２の表面を、肉眼又はマイクロスコープ又は実体顕微鏡などによって観察する。例えば、まず肉眼で欠陥Ｈ（図４Ａ参照）の有無を観察してから、マイクロスコープ又は実体顕微鏡などによって欠陥Ｈの有無を観察する。図４Ａ及び図４Ｂに示す欠陥Ｈは、圧電セラミックス層１２２を厚み方向に貫通した円柱状の孔である。なお、欠陥Ｈの形状はこれに限定されない。欠陥Ｈを有する圧電セラミックス層１２２は、欠陥Ｈを介して基材１２０が露出している。白色〜黄色の単一色の圧電セラミックス層１２２と基材１２０とは色が異なるため、欠陥Ｈは、容易に識別可能である。
【００９０】
欠陥判断Ｐ７２では、観察工程Ｐ７１で欠陥Ｈが発見されなかった場合（「Ｎｏ」の場合）、当該圧電セラミックス層１２２は、撮影工程Ｐ７３以下の工程に進まず、補修工程Ｐ７を終了して、電極形成工程Ｐ１０に進む。観察工程Ｐ７１で欠陥Ｈが発見された場合（「Ｙｅｓ」の場合）、当該圧電セラミックス層１２２は、撮影工程Ｐ７３に進む。
【００９１】
撮影工程Ｐ７３では、圧電セラミックス層１２２の欠陥Ｈを撮影する。撮影工程Ｐ７３では、圧電セラミックス層１２２の欠陥Ｈの位置、形状、大きさがわかるように撮影する。なお、補修工程Ｐ７においては、撮影工程Ｐ７３の実施を省略してもよい。
【００９２】
マーキング工程Ｐ７４では、欠陥Ｈをマーキングする。これは、スラリー塗布工程Ｐ７６におけるスラリーの塗布作業を容易にするためである。なお、補修工程Ｐ７においては、マーキング工程Ｐ７４の実施を省略してもよい。
【００９３】
予熱工程Ｐ７５では、ホットプレート上に圧電セラミックス層１２２を載置して、ホットプレートを予熱する。ホットプレートは、鉄板を電熱線等で加熱し、鉄板に載置された部材を加熱する機器である。なお、予熱工程Ｐ７５では、圧電セラミックス層１２２を直接ホットプレート上に載置してもよいし、基材１２０をホットプレート上に載置してもよい。また、本実施形態では、予熱の加熱源としてホットプレートを用いたが加熱源はこれに限定されない。ホットプレートは、乾燥工程Ｐ７７の乾燥条件に応じて加熱される。
【００９４】
スラリー塗布工程Ｐ７６では、欠陥Ｈにセラミックスのスラリーを塗布する。スラリーは、基材１２０と第２電極１２４との間を絶縁可能で、耐熱性を有するものであればよい。スラリーは、セラミックスが適している。例えば、スラリーは、ニオブ酸リチウム粉末とＮｂ−Ｌｉゾル又はチタン酸ビスマス（ＢＩＴ）とＴｉ−Ｂｉゾル又はＰＺＴ粉末とＰＺＴゾルを混合して得られたものを使用してもよい。スラリーは、成膜工程Ｐ４で使用したスラリーの余剰分を使用してもよい。欠陥Ｈが微細であるため、スラリーは、例えば、マクロピペットを含むプッシュボタン式液体用微量体積計（以下、「微量体積計」という）で欠陥Ｈに塗布する。このように欠陥Ｈにスラリーが塗布されることで、補修部１２９が形成される。補修部１２９は、基材１２０と第２電極１２４との間を絶縁する絶縁保護膜となる。
【００９５】
乾燥工程Ｐ７７では、ホットプレート上に圧電セラミックス層１２２を載置して、ホットプレートを所定の乾燥条件で加熱してスラリーを乾燥する。乾燥条件とは、ホットプレートの表面温度と加熱時間とを組み合わせた条件である。乾燥条件を最適化することで、スラリーの揮発分（水、溶剤）を十分除去して、揮発分が乾燥されずに残留することを抑制し、形成された絶縁保護膜を剥離しにくくすることができる。具体的には、乾燥条件は、加熱源であるホットプレートの温度を６０℃以上とした場合、加熱時間（ホットプレートの上に載置する時間）を１５０秒以上３００秒以下とすることが好ましい。ホットプレートの温度を１００℃以上とした場合、５秒以上１５０秒以下とすることが好ましい。
【００９６】
＜第２焼結工程Ｐ８＞
第２焼結工程Ｐ８では、欠陥Ｈにスラリーを塗布した、すなわち、補修した圧電セラミックス層１２２を所定の加熱温度に加熱する。この第２焼結工程Ｐ８では、焼結工程Ｐ５と同様に、原料粉末と共に原料ゾルを混合して加熱することにより、比較的低温でも焼結が進行し、かつ圧電特性も向上する。すなわち、第２焼結工程Ｐ８後は、欠陥Ｈに塗布されたスラリーが圧電素子として充分な圧電特性を得ることができる。具体的に、スラリー塗布工程Ｐ７６で塗布したスラリーがニオブ酸リチウム粉末とＮｂ−Ｌｉゾルとの混合物の場合、加熱温度は、６００〜１０００℃の範囲内とする。この場合の加熱時間は、通常は０．１〜２時間とすることが好ましい。スラリー塗布工程Ｐ７６で塗布したスラリーがチタン酸ビスマス（ＢＩＴ）とＴｉ−Ｂｉゾルとの混合物の場合、加熱温度は、６００〜８００℃の範囲内とする。この場合の加熱時間は、通常は０．１〜１時間とすることが好ましい。スラリー塗布工程Ｐ７６で塗布したスラリーがＰＺＴ粉末とＰＺＴゾルとの混合物の場合、加熱温度は、６００〜８００℃の範囲内とする。この場合の加熱時間は、６００〜８００℃の目標温度に達してから１〜１０分でよい。
【００９７】
＜第２分極処理工程Ｐ９＞
第２分極処理工程Ｐ９では、分極処理工程Ｐ６と同様に、コロナ放電により分極処理して補修部１２９を含む圧電セラミックス層１２２を形成する。第２焼結工程Ｐ８及び第２分極処理工程Ｐ９により、補修した圧電セラミックス層１２２は、スラリーを塗布した補修部１２９も含めて充分な圧電特性を得ることができる。また、圧電セラミックス層１２２の補修部１２９とその他の部分では、熱処理の回数が異なるため、色が異なる。より詳しくは、圧電セラミックス層１２２の補修部１２９とその他の部分は、熱処理の回数に応じて原料粉末より粒径が大きくなる。このような粒径の大きさの差異は、光の反射と相関するため、色が異なって見える。
【００９８】
＜電極形成工程Ｐ１０＞
次に、圧電セラミックス層１２２上に第２電極としての金属板を設ける電極形成工程Ｐ１０を実施する。この電極形成工程Ｐ１０では、基材１２０との間で圧電セラミックス層１２２を挟むように圧電セラミックス層１２２上に第２電極としての金属板を設ける。この金属板は、第２電極として機能するだけでなく、超音波厚みセンサを支持する支持体としても機能する。この第２電極を形成することにより、圧電セラミックス層１２２が一対の基材１２０（第１電極）と第２電極との間に挟持されるので、超音波厚みセンサを配管に沿って配置する際の形状の安定性が向上する。第２電極としては、基材１２０と同様の材質のものを用いることができる。また、第１電極及び第２電極は、超音波厚みセンサの超音波送受信のための電極としても機能する。なお、電極形成工程Ｐ１０は、分極処理工程Ｐ６の前に実施してもよい。
【００９９】
第２電極の形成方法としては、特に制限はなく、一般的な電極形成方法を用いることができる。第２電極の形成方法としては、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、このペーストを圧電セラミックス層１２２の表面に塗布して焼き付ける方法や、第２電極用の導電性金属の膜を圧電セラミックス層１２２の表面に載置又は貼着して焼き付ける方法が挙げられる。
【０１００】
第２電極の厚みとしては、１０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。電極の厚みが１００μｍ以下であれば、超音波厚みセンサの可撓性を損なうことがなく、１０μｍ以上であれば、圧電セラミックス層１２２の表面の凹凸の影響を受けずに圧電セラミックス層１２２の表面に均一に電極を形成することができる。
【０１０１】
＜配線接続工程Ｐ１１＞
最後に、第１電極に一端が超音波厚み計１３に接続された配線１２６を電気的に接続すると共に、第２電極に一端が超音波厚み計１３に接続された配線１２８を電気的に接続する配線接続工程Ｐ１１を実施する。以上の工程により、図１及び図２に示した超音波厚みセンサを製造することができる。
【０１０２】
このような圧電センサの製造方法によって、圧電センサが製造される。圧電センサは、性能を試験する性能試験工程を実施してもよい。性能試験は、製品の圧電センサに対して行ってもよいし、同様の工程で作成したサンプルを用いて抜き取り検査を行ってもよい。また、試験のタイミングは、分極処理工程Ｐ６の後かつ補修工程Ｐ７の前でもよいし、全行程終了後でもよい。
【０１０３】
＜性能試験工程＞
性能試験工程では、得られた圧電センサの性能を試験する。性能試験工程では、例えば、曲げ試験を行い、圧電センサが所望の可撓性を有しているか否かを判断する。
【０１０４】
具体的に、曲げ試験は、図９に示すように、例えば、Ｒが２０ｍｍであり、６０°の角度θに折り曲げ可能な治具１１０の上に基材１２０を配置し、基材１２０を平板状態と折り曲げた状態とを交互に繰り返した後に、図４Ａに示すα切断面及び図４Ｂに示すβ切断面を光学顕微鏡又は電子顕微鏡で断面観察して基材１２０からの圧電センサの剥離の有無を評価する。または、目視やルーペで剥離の有無を確認する。基材１２０から圧電セラミックス層１２２が剥離していない場合、圧電セラミックス層１２２は所望の可撓性を有すると判断する。基材１２０から圧電セラミックス層１２２が剥離している場合、圧電セラミックス層１２２は所望の可撓性を有していないと判断する。なお、曲げ試験に使用される基材１２０は、圧電センサの製造方法と同一の工程で別に製造された試験体である。このような性能試験工程において、所望の可撓性を有すると判定された圧電セラミックス層１２２を有する圧電センサのみが使用される。所望の可撓性を有していないと判定された圧電セラミックス層１２２を有する圧電センサは、不良品として除去される。なお、抜き取り検査をする場合は、同じタイミングで作成した圧電センサを不良品としてもよい。
【０１０５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、分極処理工程Ｐ６で得られた圧電セラミックス層１２２に欠陥Ｈが生じている場合でも、セラミックス粉末をスラリー化して塗布して欠陥Ｈを補修する。この補修部１２９は、基材１２０と第２電極１２４との間を絶縁する絶縁保護膜となる。補修部１２９は、圧電セラミックス層１２２の欠陥Ｈが生じている部位に、絶縁性を付与することができる。これにより、分極処理工程Ｐ６において欠陥Ｈを生じた場合であっても、基材１２０と第２電極１２４との間での短絡を防ぐことが可能である。このように、圧電セラミックス層１２２の一部に他の部位と異なる性質を付与することができる。また本発明に係る圧電素子は、上記圧電素子の製造方法によって得られるものである。圧電センサは、上記圧電センサの製造方法によって得られるものである。本発明に係る圧電素子は、この圧電センサに含まれるものである。
【０１０６】
上記圧電素子の製造方法により製造されて欠陥Ｈが発見された圧電セラミックス層１２２であっても、欠陥Ｈ以外の部分は、圧電定数（ｄ３３）が３０ｐＣ／Ｎ以上の、圧電センサとして十分な圧電特性を有している。このため、補修工程Ｐ７の後に、第２焼結工程Ｐ８及び第２分極処理工程Ｐ９の実施を省略してもよい。これにより、圧電セラミックス層１２２は、補修部１２９以外を圧電センサとして使用することができる。この場合、圧電セラミックス層１２２において、補修部１２９は、熱処理が未実施となるため、スラリー中の粉末粒径は原料粉末の粒径と同等の大きさとなる。このため、補修部１２９と圧電セラミックス層１２２との境界は、顕現性を有する。すなわち、補修部１２９と圧電セラミックス層１２２とは、目視で識別することができる。
【実験例】
【０１０７】
次に、本発明の効果を明確にするために行った実験例について説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら制限されるものではない。
【０１０８】
実験例では、上記実施の形態に係る圧電センサの製造方法により作成した圧電センサの、第２焼結工程Ｐ８後における剥離のし易さを調べた。より詳しくは、実験例では、ホットプレートの表面温度を３０℃、６０℃、１００℃とし、加熱時間を５秒、１５０秒、３００秒として組み合わせた各乾燥条件で補修した圧電センサについて、第２焼結工程Ｐ８後における剥離のし易さを調べた。
【０１０９】
実験例の結果を表１に示す。この実験例では、表１において△で示す、ホットプレートの表面温度が３０℃の３つの乾燥条件と、ホットプレートの表面温度が６０℃で加熱時間が５秒の乾燥条件とで補修した圧電センサは、第２焼結工程Ｐ８後に、基材１２０から補修部１２９が剥離し易くなっていた。また、表１において〇で示す、ホットプレートの表面温度が６０℃で加熱時間が１５０秒、３００秒の乾燥条件と、ホットプレートの表面温度が１００℃の３つの乾燥条件とで補修した圧電センサは、第２焼結工程Ｐ８後に、基材１２０から補修部１２９が剥離しにくくなっていた。
【０１１０】
【表１】
2017073450.tif 000003
【０１１１】
実験例の結果と表１とに基づいて、絶縁保護膜が剥離しにくいホットプレートの乾燥条件を図１１に示す。図１１においては、横軸に加熱温度（℃）を示し、縦軸に加熱時間（秒）を示している。図１１に示すように、加熱温度が増加するほど、加熱時間が減少する関係であることが分かる。
【０１１２】
なお、圧電センサは、高温下で使用されるため、補修工程Ｐ７の後に第２焼結工程Ｐ８の実施を省略した製造方法により作成した圧電センサであっても、表１に示す乾燥条件で補修することが好ましい。
【０１１３】
（第２実施形態）
次に、図１２Ａ及び図１２Ｂ及び図１３を参照して、本実施の形態に係る超音波厚みセンサの製造方法によって得られる超音波厚みセンサの概要について説明する。図１２Ａは、本発明の第２実施形態に係る圧電センサを示す平面図である。図１２Ｂは、本発明の第２実施形態に係る圧電センサの図１２Ａ中に示すＡ−Ａ断面図である。図１３は、本実施の形態に係る圧電センサの製造方法の概略を示すフロー図である。なお、本実施の形態では、重複した記載を避けるべく、第１実施形態と異なる部分について説明し、第１実施形態と同様の構成である部分については、同じ符号又は対応する符号を付して説明する。以下の実施の形態においても同様とする。
【０１１４】
圧電セラミックス層１２２Ａは、圧電セラミックス層１２２Ａの径方向に延在する可撓部１２９Ａを有する点で第１実施形態と異なる。圧電セラミックス層１２２Ａは、第１実施形態における圧電セラミックス層１２２と同様に構成されている。可撓部１２９Ａは、圧電セラミックス層１２２Ａの径方向に延在する溝１２２Ａ１に、圧電セラミックス層１２２Ａより高い延性を有する延性材料を含むスラリーを塗布して形成されている。圧電セラミックス層１２２Ａは、可撓部１２９Ａが変形することにより変形する。
【０１１５】
圧電センサの製造方法は、圧電セラミックス層１２２Ａの原料粉末を熱処理する熱処理工程Ｐ１Ａと、熱処理工程Ｐ１Ａで熱処理した原料粉末を粉砕する粉砕工程Ｐ２Ａと、粉砕工程Ｐ２Ａで粉砕した原料粉末をスラリー化するスラリー化工程Ｐ３Ａと、スラリー化工程Ｐ３Ａで得られたスラリーを基材１２０上に成膜して焼結原料層を形成する成膜工程Ｐ４Ａと、焼結原料層を焼結して圧電セラミックス前駆体とする焼結工程Ｐ５Ａと、圧電セラミックス前躯体をコロナ放電により分極処理して圧電セラミックス層１２２Ａを得る分極処理工程Ｐ６Ａと、基材１２０上の一部に圧電セラミックス層１２２Ａより高い延性を有する延性材料を塗布して可撓部を形成する可撓部形成工程（塗布工程）Ｐ７Ａと、を含むことを特徴とする。そして、上記実施の形態に係る超音波厚みセンサ１Ａは、得られた圧電セラミックス層１２２Ａ上に電極を形成する電極形成工程Ｐ８Ａと、形成した電極に配線を接続する配線接続工程Ｐ９Ａを経て製造される。各工程Ｐ１Ａ〜Ｐ６Ａ及びＰ８Ａ及びＰ９Ａは、第１実施形態の工程Ｐ１〜Ｐ６及びＰ１０及びＰ１１にそれぞれ対応する。これらの工程のうち、工程Ｐ１Ａ〜Ｐ７Ａは、圧電素子の製造方法である。
【０１１６】
可撓部形成工程Ｐ７Ａは、圧電セラミックス層１２２Ａの径方向に延在する溝１２２Ａ１に、圧電セラミックス層１２２Ａより高い延性を有する延性材料を含むスラリーを塗布して可撓部１２９Ａを形成するものである。延性材料としては、例えば、Ｌｉ（１−ｘ）ＮａｘＮｂ０３（０．０５＜ｘ＜０．２５）及び３ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニア（３ＹＳＺ:３Ｙｔｔｒｉａ−Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｚｉｒｃｏｎｉａ）を含む延性を有するセラミックスのスラリー、並びに、ポリイミドを含む高分子材料が適している。溝１２２Ａ１は、分極処理工程Ｐ６Ａ後に、例えば、ＮＣ帯鋸盤で圧電セラミックス層１２２Ａに切り込みを入れて形成してもよい。または、溝１２２Ａ１は、成膜工程Ｐ４Ａにおいて、基材１２０に形成したい溝１２２Ａ１の形状に合わせてマスキングテープでマスクした状態でスラリーを基材１２０上に成膜することで形成してもよい。より詳しくは、スラリーを塗布する領域の周囲にマスクを配置し、マスクで覆われていない部分にスラリーを塗布する。このとき、マスクは、開口の一部に遮蔽部が設けられている。
【０１１７】
以上のように、本実施の形態によれば、基材１２０上の一部に圧電セラミックス層１２２Ａより高い延性を有する延性材料が塗布された可撓部１２９Ａが形成されているので、圧電センサは、高い延性を有することができる。
【０１１８】
本実施の形態によれば、可撓部１２９Ａに塗布されている延性材料の粉末粒度と圧電セラミックス層１２２Ａの粉末粒度は異なるので光の反射が異なり、かつ、異なる色の材料であるため、可撓部１２９Ａと圧電セラミックス層１２２Ａとの境界は、顕現性を有する。すなわち、可撓部１２９Ａと圧電セラミックス層１２２Ａとは、目視で識別することができる。
【０１１９】
さらに、本実施形態によれば、圧電セラミックス層１２２Ａを厚く、例えば、基材１２０の厚みとしては１００μｍより厚く、形成したとしても、可撓部１２９Ａが形成されていることによって、圧電セラミックス層１２２Ａは、可撓性を有するので、基材１２０から剥離することを抑制することができる。これにより、圧電セラミックス層１２２Ａを厚くして、低周波領域での使用に適した圧電センサを得ることができる。これに対して、可撓部１２９Ａを形成せずに圧電セラミックス層を単に厚く形成した場合、圧電セラミックス層は、可撓性が低下するため、基材１２０から剥離し易いものとなってしまう。
【０１２０】
また、圧電センサの製造方法としては、上述した補修部１２９と本実施形態の可撓部１２９Ａの両方を形成してもよい。また、圧電センサは、上述した補修部１２９と本実施形態の可撓部１２９Ａの両方を備えていてもよい。
【０１２１】
（第３実施形態）
次に、図１４Ａ及び図１４Ｂ及び図１５を参照して、本実施の形態に係る超音波厚みセンサの製造方法によって得られる超音波厚みセンサの概要について説明する。図１４Ａは、本発明の第３実施形態に係る圧電センサを示す平面図である。図１４Ｂは、本発明の第３実施形態に係る圧電センサの図１４Ａ中に示すＡ−Ａ断面図である。図１５は、本実施の形態に係る圧電センサの製造方法の概略を示すフロー図である。
【０１２２】
圧電セラミックス層１２２Ｂは、音波吸収部１２９Ｂを有する点で第１実施形態と異なる。音波吸収部１２９Ｂは、分極処理工程Ｐ６において圧電セラミックス層１２２Ｂに生じた欠陥Ｈに、例えば、シリコーンなどの音波吸収特性を有する材料を塗布して形成されている。圧電セラミックス層１２２Ｂは、音波吸収部１２９Ｂにより、振動を吸収する。
【０１２３】
圧電センサの製造方法は、圧電セラミックス層１２２Ｂの原料粉末を熱処理する熱処理工程Ｐ１Ｂと、熱処理工程Ｐ１Ｂで熱処理した原料粉末を粉砕する粉砕工程Ｐ２Ｂと、粉砕工程Ｐ２Ｂで粉砕した原料粉末をスラリー化するスラリー化工程Ｐ３Ｂと、スラリー化工程Ｐ３Ｂで得られたスラリーを基材１２０上に成膜して焼結原料層を形成する成膜工程Ｐ４Ｂと、焼結原料層を焼結して圧電セラミックス前駆体とする焼結工程Ｐ５Ｂと、圧電セラミックス前躯体をコロナ放電により分極処理して圧電セラミックス層１２２Ｂを得る分極処理工程Ｐ６Ｂと、基材１２０上の一部に音波吸収特性を有する材料を塗布して音波吸収部を形成する音波吸収部形成工程（塗布工程）Ｐ７Ｂと、を含むことを特徴とする。そして、上記実施の形態に係る超音波厚みセンサ１Ｂは、得られた圧電セラミックス層１２２Ｂ上に電極を形成する電極形成工程Ｐ８Ｂと、形成した電極に配線を接続する配線接続工程Ｐ９Ｂを経て製造される。各工程Ｐ１Ｂ〜Ｐ６Ｂ及びＰ８Ｂ及びＰ９Ｂは、第１実施形態の工程Ｐ１〜Ｐ６及びＰ１０及びＰ１１にそれぞれ対応する。これらの工程のうち、工程Ｐ１Ｂ〜Ｐ７Ｂは、圧電素子の製造方法である。
【０１２４】
音波吸収部形成工程Ｐ７Ｂは、分極処理工程Ｐ６Ｂにおいて生じた圧電セラミックス層１２２Ｂの欠陥Ｈに、音波吸収特性を有する材料を塗布して音波吸収部１２９Ｂを形成する。音波吸収部１２９Ｂは、分極処理工程Ｐ６Ｂ後に、例えば、ＮＣ帯鋸盤で圧電セラミックス層１２２Ｂに切り込みを入れて形成した溝に音波吸収特性を有する材料を塗布して形成してもよい。または、音波吸収部１２９Ｂは、成膜工程Ｐ４Ｂにおいて、基材１２０に形成したい溝の形状に合わせてマスキングテープでマスクした状態でスラリーを基材１２０上に成膜することで圧電セラミックス層１２２Ｂに溝を形成し、その溝に音波吸収特性を有する材料を塗布して形成してもよい。より詳しくは、スラリーを塗布する領域の周囲にマスクを配置し、マスクで覆われていない部分に音波吸収特性を有する材料を塗布する。このとき、マスクは、開口の一部に遮蔽部が設けられている。
【０１２５】
以上のように、本実施の形態によれば、基材１２０上の一部に音波吸収特性を有する材料が塗布された音波吸収部１２９Ｂが形成されているので、圧電センサは、圧電センサから生じた振動を吸収することができる。
【０１２６】
また、圧電センサの製造方法としては、上述した補修部１２９及び可撓部１２９Ａと、音波吸収部１２９Ｂの両方を形成してもよい。また、圧電センサは、上述した補修部１２９及び可撓部１２９Ａと、音波吸収部１２９Ｂの両方を備えていてもよい。なお、この場合は、欠陥Ｈに補修部１２９、可撓部１２９Ａ、音波吸収部１２９Ｂを積層して設けてもよいし、複数の欠陥Ｈのそれぞれに補修部１２９、可撓部１２９Ａ、音波吸収部１２９Ｂを設けてもよい。また、欠陥に補修部１２９を設け、別の位置に可撓部１２９Ａ、音波吸収部１２９Ｂを設けてもよい。
【符号の説明】
【０１２７】
１  超音波厚みセンサ
２１  固定台
２３  電極台
２３Ａ  平坦面
２５  昇降調整機構
２７  ガイド軸
２９  アース線
３１  コロナ放電用電極
３１Ａ〜３１Ｃ  線状電極
３３  電極支持部材
３３Ａ，３３Ｂ  支持部
３５  電源
３６  リード線
４０  積層体
１２０  基材
１２２  圧電セラミックス層
１２４  第２電極
１２６，１２８  配線
１２９  補修部（第２のセラミックス層）
Ｈ  欠陥
【図１】
2017073450.tif 000004
【図２】
2017073450.tif 000005
【図３】
2017073450.tif 000006
【図４Ａ】
2017073450.tif 000007
【図４Ｂ】
2017073450.tif 000008
【図５】
2017073450.tif 000009
【図６】
2017073450.tif 000010
【図７】
2017073450.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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