JP2013239636A - Method for manufacturing ultrasonic thickness sensor - Google Patents

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Kazutaka Mori
一剛 森
Katsumi Nanba
克実 難波
Ichiro Nagano
一郎 永野
Akihiro Uemoto
章弘 上元
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a thin and flexible ultrasonic thickness measurement sensor which can follow up even a curved surface to be measured, can eliminate various works before and after thickness measurement, while reducing the effort and time required for the thickness measurement, by always pasting a sheet to a part to be measured, can measure the thickness of a large number of parts simultaneously or measure the thickness continuously, and can be used even at a relatively high temperature of 300°C or higher.SOLUTION: The method for manufacturing an ultrasonic thickness sensor comprises: a process including the steps of mixing bismuth titanate powder with low-melting point glass powder of bismuth-based glass or the like, applying paste of the mixture to a surface of a thin-plate-like support member to make one of electrodes with at least its surface having conductivity, and heating and sintering the support member, thereby forming a relatively-porous and flexible thin bismuth titanate sintered compact layer over the surface of the thin-plate-like support member; and a subsequent process including the steps of attaching the other electrode, and performing a polarization process, thereby arranging the sensor to have flexibility generally.

Description

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。   The present invention uses a piezoelectric element made of an oxide-based piezoelectric material to detect various thicknesses such as the thickness of metal pipes of various pipes, the wall thickness of other pipes, or the thickness of the outer wall of various metal containers by ultrasonic waves. The present invention relates to a method for manufacturing an ultrasonic thickness sensor.

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)O)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。
2. Description of the Related Art As is well known, apparatuses that perform transmission / reception of ultrasonic waves using a piezoelectric element to detect various objects and target parts, perform various measurements, and diagnoses have been widely used. For example, sonar for underwater exploration, ultrasonic flaw detectors, and ultrasonic diagnostic apparatuses have been widely known. In addition, ultrasonic sensors are also used for thickness sensors that detect the thickness of metal plates and metal tubes. (For example, Patent Documents 1 and 2).
As a material of such a piezoelectric element for ultrasonic transmission / reception, an oxide-based piezoelectric material having a perovskite crystal structure represented by lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ) called PZT ( Piezoelectric ceramics) is the most representative.

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、ZrO、TiO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、粒径が数μmから数十μm程度の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。
By the way, as a method of manufacturing a piezoelectric element made of this type of oxide-based piezoelectric material, a raw material powder such as PZT is formed into a predetermined bulk shape such as a disk shape or a cubic shape, the formed body is sintered, and a ceramic is obtained. In general, a sintered body is formed, and then an electrode is attached to the sintered body, and then a polarization treatment is performed to form a piezoelectric element (see, for example, Patent Document 3).
Specifically, for example, in the case of a PZT piezoelectric element, first, raw material powder for PZT such as PbO, ZrO 2 , TiO 2 is blended at a predetermined ratio, and pure water is added to the blended powder and mixed and pulverized by a ball mill, It is dried and calcined, pulverized again to obtain a powder, further calcined and then pulverized again to obtain a PZT powder having a perovskite crystal structure and having a particle size of about several μm to several tens of μm. Then, a binder such as PVA (polyvinyl alcohol) is added to the PZT powder and mixed to obtain a granulated powder having an appropriate size. Thereafter, the granulated powder is molded by applying pressure to obtain a molded body having a predetermined bulk shape such as a thick disk shape or a cubic shape. Further, the molded body is heated to remove the binder, then heated to a high temperature and fired (sintered) to form a ceramic sintered body, and then processed into a predetermined product shape (piezoelectric element shape). Usually, an electrode such as a silver electrode is attached by baking or the like, and subjected to polarization treatment to impart piezoelectric characteristics.

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。   In the conventional method for manufacturing an oxide-based piezoelectric element as described above, it is known that the density of the sintered body is rapidly increased by raising the heating temperature at the time of sintering the molded body to about 1200 ° C. or higher. Therefore, sintering is generally performed at about 1200 to 1300 ° C. And it is known that the sintered body is densified to a density of 90% or more by firing at a high temperature of 1200 ° C. or higher, and a dense sintered body is obtained.

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。   As described above, the reason for increasing the density of the sintered body in the conventional manufacturing method is that the higher the density of the sensor element made of the sintered body, the higher the piezoelectric characteristics after the polarization treatment, and the more efficiently. It is possible to oscillate ultrasonic waves and easily increase the output of ultrasonic waves. Therefore, in the past, when manufacturing a piezoelectric element made of an oxide-based piezoelectric material, the sintering temperature is set to a high temperature of 1200 ° C. or higher so that the sintered body is densified to increase the piezoelectric characteristics as much as possible and to increase the output. Was common sense.

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。
For example, in the case of ultrasonic sonar, the distance from the sensor to the detection target is remarkably large, and therefore a large output is required to reliably capture the target. In the case of ultrasonic flaw detectors, even if the distance to the site to be detected is short, the shape of the scratch or defect to be detected is not uniform, and the reflected wave from the scratch or defect is more It is necessary to discriminate between the received signals of the two kinds of reflected waves, that is, the reflected waves from the interface between the outer surface of the tube / external space existing at a distant position, and therefore, it is necessary to increase the output to some extent. Furthermore, in the case of an ultrasonic diagnostic apparatus, the shape of the region to be inspected is not uniform, and the attenuation of ultrasonic waves when passing through human tissue is large. Therefore, in these applications, the ceramic piezoelectric element is required to be as dense as possible. As for thickness sensors, it has been common knowledge to increase the density as in other applications.
If the output of the piezoelectric element is increased, the energy of the reflected wave increases accordingly. If the energy of the reflected wave is excessive, noise in the received signal of the reflected wave becomes large. Therefore, conventionally, when an excessive reflected wave is expected, a damper for attenuating the reflected wave is also incorporated.

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。
By the way, in the conventional ultrasonic thickness sensor, every time it is necessary to measure the thickness, an ultrasonic medium such as water is applied to the front surface of the probe of the sensor and the outer surface of an object to be measured such as piping of various facilities. Usually, the thickness is measured by pressing and transmitting / receiving ultrasonic waves.
However, as for piping of various facilities, the outer surface of the metal pipe is often covered with a jacket such as a protective material or a heat insulating material. In such a case, when measuring the thickness of the pipe with the ultrasonic thickness sensor, it is necessary to prepare for removing the outer coating of the measurement location and applying or supplying the medium to the outer surface of the metal tube. Later, it is necessary to carry out a repairing work for wiping off the medium and further repairing the jacket. Therefore, the actual situation is that much work and time are required for one thickness measurement operation.

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。
Further, in the conventional ultrasonic thickness sensor, whenever the thickness measurement is required as described above, the front surface of the sensor probe is placed on the outer surface of the measurement object via an ultrasonic medium such as water. Since it is usually pressed, it is difficult to measure the thickness of many places on the pipe and the outer wall of the container at the same time. Therefore, if you want to obtain thickness measurement data at many places, it takes a lot of time and effort. It was necessary to.
For the same reason, it has been difficult to continuously obtain measurement data of thickness over time.

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。
On the other hand, since a piezoelectric element using an oxide-based piezoelectric material (ceramic piezoelectric material) obtained by a conventional manufacturing method has a dense sintered body and a thick bulk shape as a whole, it is flexible. Usually, it has no property (flexibility; flexibility). For this reason, when such a piezoelectric element is used in an ultrasonic thickness sensor for pipes, container outer walls, and the like, there are the following problems.
That is, among pipes, pipes having a small diameter, that is, pipe walls of pipes having a small radius of curvature on the outer surface, L-shaped bent portions or L-shaped welded portions of the piping, that is, elbow portions, When trying to measure the thickness of a curved part (convex or concave curved part) such as a corner of a T-shaped welded part, the front surface of the probe should be uniformly applied to the curved part. As a result, there is a problem that measurement error becomes large and thickness measurement becomes difficult.

ところで、工場やプラントなどの配管においては、300℃程度以上の高温の流体が流れるものも多く、また各種容器としても、300℃程度以上の高温の媒体を収容するものも多いが、このような配管や容器に用いる超音波厚み測定センサは、300℃以上の比較的高温でも確実に作動して厚みを測定し得ることが必要である。
ここで、各種の用途の圧電素子に使用される酸化物系圧電材料としては、従来は前述のようにPZTと称されるチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O)が一般的であったが、PZTはそのキュリー温度が350℃程度以下であり、そのためPZTを300℃程度以上の高温域で使用すれば、分極が失われて、圧電特性を示さなくなり、厚み測定を行い得なくなってしまうおそれがある。したがって300℃程度以上の比較的高温の使用環境では、PZTを用いた厚みセンサは不適切であり、そこで300℃程度以上の比較的高温でも確実に厚み測定を行ない得る超音波厚みセンサの開発が望まれている。
また、通常は300℃以上の使用環境にはないが、火災や事故などによって周囲温度などが300℃以上に上昇する危険性があるような個所に設置される厚みセンサとしても、同様に300℃程度以上の比較的高温でも作動する超音波厚みセンサが望まれる。
By the way, in piping of factories and plants, there are many that flow a high-temperature fluid of about 300 ° C. or more, and various containers also contain a high-temperature medium of about 300 ° C. or more. An ultrasonic thickness measurement sensor used for piping and containers needs to be able to operate reliably and measure thickness even at a relatively high temperature of 300 ° C. or higher.
Here, as described above, lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ) called PZT is generally used as an oxide-based piezoelectric material used for piezoelectric elements for various applications. However, PZT has a Curie temperature of about 350 ° C. or less. Therefore, if PZT is used in a high temperature range of about 300 ° C. or more, polarization is lost and piezoelectric properties are not exhibited, and thickness measurement can be performed. There is a risk of disappearing. Therefore, a thickness sensor using PZT is inappropriate in a relatively high temperature environment of about 300 ° C. or higher. Therefore, an ultrasonic thickness sensor that can reliably measure the thickness even at a relatively high temperature of about 300 ° C. or higher has been developed. It is desired.
In addition, a thickness sensor installed in a location where there is a risk that the ambient temperature may rise to 300 ° C. or higher due to a fire or an accident although it is not normally used in a usage environment of 300 ° C. or higher is similarly 300 ° C. An ultrasonic thickness sensor that operates even at relatively high temperatures of the order or more is desired.

特開平1−202609号公報JP-A-1-202609 特開2002−228431号公報JP 2002-228431 A 特開平7−45124号公報JP-A-7-45124

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、しかも300℃程度以上の高温に曝されても圧電特性が失われることなく超音波厚み測定を行ない得るようにした超音波厚み測定センサを製造する方法を提供する。   The present invention has been made against the background of the above circumstances, and as an ultrasonic thickness sensor using an oxide-based piezoelectric material, it can be thin and flexible as a whole. By following the curved surface even if it is curved, it is possible to reliably measure the thickness on the curved surface, and by always sticking the thickness sensor to the measurement target part such as the pipe or the outer wall of the container This eliminates the need for preparatory work before thickness measurement and repair work after measurement, which can greatly reduce the time and effort involved in thickness measurement, as well as simultaneous thickness measurement at multiple locations and continuous measurement. Provided is a method for manufacturing an ultrasonic thickness measurement sensor that can measure an ultrasonic thickness without loss of piezoelectric properties even when exposed to a high temperature of about 300 ° C. or higher.

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。
As described above, a piezoelectric element made of a conventional oxide piezoelectric material used for ultrasonic transmission / reception for various object detection, inspection, measurement, diagnosis and the like has a density of 90 in order to obtain high piezoelectric efficiency. It has been common knowledge to be dense so as to be equal to or higher than 50%, and an ultrasonic thickness sensor similarly uses a high-density piezoelectric element of 90% or higher.
However, the present inventors have found that high piezoelectric efficiency and high output as in other applications are not necessarily required for measuring the thickness of pipe walls and outer walls of containers in various facilities.

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。
That is, as already described, in the case of an ultrasonic sonar for underwater exploration, an ultrasonic flaw detector, an ultrasonic diagnostic device, etc., the distance to the object is long, or the shape of the object is indefinite. High output is desired from the point that the attenuation until the ultrasonic wave reaches the target site is large, but in the case of thickness measurement of pipes and containers,
The thickness of the target tube wall and the outer wall of the container (distance to transmit / reflect the ultrasonic wave) is as small as several hundreds μm to a few dozen mm at the most, and the reflecting surface is a uniform fixed surface. It has been found that the thickness can be reliably measured even if the ultrasonic output is smaller than other applications because it is not necessary to distinguish the received signals of two or more kinds of reflected waves as in the case of ultrasonic flaw detection. . In other words, in the case of a thickness sensor, it has been found that even if the piezoelectric efficiency is lower than other applications, it can function sufficiently as a thickness sensor.

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。
On the other hand, in a piezoelectric element made of an oxide-based piezoelectric material, if the density of the sintered body becomes low and becomes relatively porous, the piezoelectric efficiency decreases, but the thin flexible on the support body. If the sintered body layer is formed thin and porous, flexibility can be imparted. In that case, the support is also used as one of a pair of electrodes necessary for the piezoelectric element, and the support is allowed to function as one electrode even after the sintered body layer is formed on the support. Thus, it has been found that a thickness sensor can be manufactured by a simple process.
As described above, the thickness sensor can be made to have flexibility as a thickness sensor while reducing the density of the sintered body to some extent and simultaneously measuring thinning to slightly reduce the piezoelectric efficiency. Newly found.

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、前述のような粒径が数μmから数十μm程度の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、極めて高価格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。   Here, in order to form a sintered body layer thinly on a thin support that also serves as an electrode as described above, a thin metal plate is used as the support, and the particle size as described above is formed on the thin metal plate. However, it is conceivable to apply a paste of sintered raw material powder of about several μm to several tens of μm, heat the whole support (metal thin plate), and fire the paste. In this case, following the above-described conventional method, if heated to a high temperature of about 1200 to 1300 ° C., excellent high temperature oxidation resistance that does not oxidize at a high temperature of 1200 to 1300 ° C. as a metal thin plate of an electrode and support. Platinum (Pt) or the like having a hydrogen content must be used. However, such a material having excellent high-temperature oxidation resistance such as platinum is usually extremely expensive, and in this case, the material cost of the thickness sensor becomes remarkably high.

ところで、各種の酸化物系圧電材料のうちでも、BITと称されるチタン酸ビスマス(BiTi12)は、そのキュリー温度が約410℃程度と、PZTのキュリー温度よりも高い。そのため、BITを超音波厚みセンサの圧電素子材料として用いれば、PZTを用いた場合よりも高温まで使用可能となる。そこで本発明者等は、400℃程度まで使用可能な超音波センサの酸化物系圧電材料としてBITを使用することを考えた。 By the way, among various oxide-based piezoelectric materials, bismuth titanate (Bi 4 Ti 3 O 12 ) called BIT has a Curie temperature of about 410 ° C., which is higher than the Curie temperature of PZT. Therefore, if BIT is used as a piezoelectric element material for an ultrasonic thickness sensor, it can be used at a higher temperature than when PZT is used. Therefore, the present inventors considered using BIT as an oxide-based piezoelectric material of an ultrasonic sensor that can be used up to about 400 ° C.

そして本発明者が、チタン酸ビスマスを圧電材料とする超音波厚みセンサを製造する方法について種々実験、研究を重ねた結果、焼結に供される粉末として、チタン酸ビスマスからなる粉末に、ビスマス(Bi)系ガラスで代表される低融点ガラスの粉末を添加、混合し、その混合物を焼成すれば、比較的低い焼成温度でも、チタン酸ビスマス粉末粒子の間に存在する低融点ガラス粉末粒子の少なくとも一部が溶融もしくは軟化して、チタン酸ビスマス粒子間の結合剤として機能し、これによりチタン酸ビスマス粉末の密度が比較的低密度でも、チタン酸ビスマス粒子間が物理的にある程度強固に結合された状態となることを見い出した。そしてその場合には、450〜550℃程度で焼結可能となり、しかも分極処理後には、超音波厚みセンサとして必要な程度の圧電特性と可撓性が得られることを見い出した。   And as a result of repeated experiments and researches on the method of manufacturing an ultrasonic thickness sensor using bismuth titanate as a piezoelectric material, the present inventor has obtained bismuth titanate as a powder to be used for sintering. (Bi) If low melting glass powder represented by (Bi) glass is added and mixed, and the mixture is fired, the low melting glass powder particles existing between the bismuth titanate powder particles even at a relatively low firing temperature. At least partly melts or softens and functions as a binder between the bismuth titanate particles, so that even if the density of the bismuth titanate powder is relatively low, the bismuth titanate particles are physically bonded to some extent. I found out that it was in a state of being. In that case, it was found that sintering was possible at about 450 to 550 ° C., and after the polarization treatment, piezoelectric properties and flexibility required for an ultrasonic thickness sensor were obtained.

すなわちBITからなる圧電素子の製造においては、従来一般には、ボールミルによって粉砕された1〜10μm程度の粒径のBIT粉末を成形して焼成するのが通常であったが、BIT粉末にビスマス系ガラスなどの低融点ガラス粉末を添加、混合して焼成すれば、従来一般の焼成温度(1200〜1300℃程度)よりも格段に低い450〜550℃程度の温度で焼成しても、圧電材料粉末の粒子の相互間が物理的に結合した焼結体層を得ることができ、このような焼結体層は、70〜80%という低密度でも、厚みセンサとして必要な程度の圧電特性を分極処理後に示し得る焼結体層を形成することができ、しかもその場合、焼結体層は、ある程度の強度を有すると同時に、電極を兼ねる支持体に支持させた状態で可撓性を示し得ることを見い出した。そしてこのような比較的低温の焼成温度であれば、電極を兼ねる前記支持体として、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ことを知見した。そしてその結果、300℃程度以上の比較的高温の温度域(但し通常は400℃程度以下)でも使用可能な、可撓性を有する超音波厚みセンサを低コストで製造し得ることを見い出し、本発明をなすに至ったのである。   That is, in the manufacture of a piezoelectric element made of BIT, conventionally, BIT powder having a particle diameter of about 1 to 10 μm pulverized by a ball mill has been usually formed and fired. If a low-melting glass powder such as the above is added, mixed and fired, the piezoelectric material powder of the piezoelectric material powder can be fired at a temperature of about 450 to 550 ° C., which is much lower than the conventional firing temperature (about 1200 to 1300 ° C.). It is possible to obtain a sintered body layer in which the particles are physically bonded to each other, and such a sintered body layer has a polarization treatment with a piezoelectric property of a necessary degree as a thickness sensor even at a low density of 70 to 80%. A sintered body layer that can be shown later can be formed. In this case, the sintered body layer has a certain degree of strength and can exhibit flexibility while being supported by a support that also serves as an electrode. It was found. And if it is such a relatively low firing temperature, it becomes unnecessary to use expensive platinum or the like as the support that also serves as an electrode, and it is possible to use an inexpensive material such as stainless steel, It has been found that it is effective in reducing material costs. As a result, it has been found that an ultrasonic thickness sensor having flexibility that can be used even in a relatively high temperature range of about 300 ° C. or more (usually about 400 ° C. or less) can be manufactured at low cost. Invented the invention.

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、BITセラミックの原料となるBIT粉末を単独で焼成するのではなく、ビスマス系ガラスなどの低融点ガラスの粉末を結合剤として添加、混合して焼結原料とし、その混合焼結原料のペーストを、
一方の電極となる薄板状支持体の表面に塗布して、ペースト層もしくは超微粉末層を薄板状支持体によって支持しながら加熱、焼成して、比較的ポーラスで可撓性を示し得るBIT焼結体層を前記薄板状支持体の表面に形成し、その後、他方の電極の形成と分極処理を行って、センサ全体として可撓性を示し得るようにした。
Therefore, in the method of manufacturing an ultrasonic thickness sensor of the present invention, basically, BIT powder as a raw material for BIT ceramic is not fired alone, but powder of low melting point glass such as bismuth glass is added as a binder. , Mix to make a raw material, and paste the mixed raw material,
It is applied to the surface of a thin plate support to be one electrode, heated and fired while supporting the paste layer or ultrafine powder layer by the thin plate support, and can be relatively porous and flexible. A bonded layer was formed on the surface of the thin plate-like support, and then the other electrode was formed and polarized so that the entire sensor could exhibit flexibility.

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、
チタン酸ビスマスからなる粉末を低融点ガラス粉末と混合して、ペースト状の焼結原料を調製する焼結原料ペースト調製工程と、
前記焼結原料のペーストを、少なくとも一方の板面が導電性を有する薄板状支持体からなる第1の電極の前記板面上に塗布して乾燥させ、第1の電極の前記板面上に焼結原料層を形成する焼結原料層形成工程と、
前記焼結原料層を、450〜550℃の範囲内の温度で加熱して焼成し、チタン酸ビスマス焼結体層を形成する焼成工程と、
前記焼成工程の後もしくは後に、前記チタン酸ビスマス焼結体層における前記第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、
前記焼結体層の厚み方向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。
Specifically, the manufacturing method of the ultrasonic thickness sensor of the basic aspect (first aspect) of the present invention is:
A sintering raw material paste preparation step of preparing a paste-like sintering raw material by mixing a powder made of bismuth titanate with a low melting glass powder,
The paste of the sintering raw material is applied on the plate surface of the first electrode made of a thin plate-like support having at least one plate surface having conductivity, dried, and then on the plate surface of the first electrode. A sintering material layer forming step for forming a sintering material layer;
The sintering raw material layer is heated and fired at a temperature within a range of 450 to 550 ° C., and a firing step of forming a bismuth titanate sintered body layer,
A second electrode forming step of forming a second electrode on a surface opposite to the first electrode in the bismuth titanate sintered body layer after or after the firing step;
A polarization treatment step of applying a potential difference in the thickness direction of the sintered body layer to perform polarization treatment;
It is characterized by having.

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、チタン酸ビスマス(BIT)の粉末に混合した低融点ガラス粉末は、その混合した焼結原料のペーストを第1の電極としての薄板状支持体上に塗布して乾燥させた焼結原料層中において、BIT粉末粒子間に存在している、そしてその焼結原料層を焼成するにあたっては、低融点ガラス粉末粒子の少なくとも一部が溶融もしくは軟化して、BIT粉末粒子間の結合剤として機能し、これによりBIT粉末の密度が比較的低密度のままで、BIT粉末粒子間が結合された状態となる。すなわち低融点ガラスは、比較的低温でも溶融もしくは軟化を開始するため、450〜550℃の焼成温度でもBIT粉末粒子間が物理的に結合され、その結果、比較的低密度(例えば70〜80%)でもBIT粒子がある程度強固に結合された焼結体層が得られる。そしてこのような焼結体層は、超音波厚みセンサとしては支障ない程度の圧電特性を分極処理後に示すことが可能となる。
ここで、焼結原料ペースト調製工程から焼成工程においては、焼結原料ペースト層もしくはそのペースト層を乾燥させた焼結原料層は、第1の電極としての薄板状支持体によって支持される。そのためペースト層やその乾燥後の焼結原料層の厚みを薄くしても、支障なく焼成することが可能である。またその薄板状支持体は、厚みセンサとしての使用時において、電極として機能するのみならず、焼結体層(BITセラミック層)の支持体としても機能して、焼結体層が剥落することを防止できる。
そして第1の電極としての薄板状支持体として、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。
In the method of manufacturing the ultrasonic thickness sensor according to the basic aspect of the present invention, the low melting point glass powder mixed with the powder of bismuth titanate (BIT) is obtained by using the first paste of the sintered raw material mixed as the first. In the sintered raw material layer applied and dried on a thin plate-like support as an electrode, it is present between the BIT powder particles, and in firing the sintered raw material layer, the low melting point glass powder particles At least a part is melted or softened to function as a binder between the BIT powder particles, whereby the BIT powder particles are in a state of being bonded while the density of the BIT powder remains relatively low. That is, since the low melting point glass starts to melt or soften even at a relatively low temperature, the BIT powder particles are physically bonded even at a firing temperature of 450 to 550 ° C. As a result, a relatively low density (for example, 70 to 80%) However, it is possible to obtain a sintered body layer in which BIT particles are firmly bonded to some extent. Such a sintered body layer can exhibit, after the polarization treatment, piezoelectric characteristics that do not hinder the ultrasonic thickness sensor.
Here, in the sintering material paste preparation step to the firing step, the sintering material paste layer or the sintering material layer obtained by drying the paste layer is supported by a thin plate-like support as the first electrode. Therefore, even if the thickness of the paste layer or the sintered raw material layer after drying is thinned, it can be fired without any trouble. In addition, the thin plate-like support not only functions as an electrode when used as a thickness sensor, but also functions as a support for a sintered body layer (BIT ceramic layer), and the sintered body layer peels off. Can be prevented.
If the thin plate-like support as the first electrode is thin enough to show flexibility and the second electrode is also sufficiently thin, the thickness of the thickness sensor is reduced. Thus, it can be flexible.

しかもBITは、そのキュリー温度が約410℃程度と、PZTのキュリー温度よりも高く、そのため分極処理後のBITからなる焼結体層(圧電セラミック層)が400℃近くの高温に曝されても分極が失われることがなく、したがって400℃程度までは超音波厚みセンサとして使用することが可能となる。   Moreover, BIT has a Curie temperature of about 410 ° C., which is higher than the Curie temperature of PZT, so that even if a sintered body layer (piezoelectric ceramic layer) made of BIT after polarization treatment is exposed to a high temperature close to 400 ° C. Polarization is not lost, and therefore it can be used as an ultrasonic thickness sensor up to about 400 ° C.

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、前記低融点ガラス粉末として、その平均粒径が1.0〜20.0μmの範囲内のものを用いることを特徴とするものである。   Moreover, the manufacturing method of the ultrasonic thickness sensor of the 2nd aspect of this invention is the manufacturing method of the ultrasonic thickness sensor of the said 1st aspect, The average particle diameter is 1.0-20 as the said low melting glass powder. The thing within the range of 0.0 micrometer is used.

このように平均粒径が1.0〜20.0μmの範囲内の低融点ガラス粉末を用いることにより、ガラス粉末を微粉末とするためのコストの上昇を招くことなく、最終的に得られる焼結体層中において圧電材料粒子の間に介在するガラス相が過大となることを回避して、圧電特性を損なうことを防止できる。   Thus, by using the low melting point glass powder having an average particle size in the range of 1.0 to 20.0 μm, the final firing is achieved without causing an increase in cost for making the glass powder into a fine powder. It is possible to prevent the glass phase intervening between the piezoelectric material particles from becoming excessive in the binder layer, thereby preventing the piezoelectric characteristics from being impaired.

さらに本発明の第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、焼結原料ペースト調製工程におけるチタン酸ビスマス粉末と低融点ガラス粉末との配合比を、チタン酸ビスマス粉末と低融点ガラス粉末との合計を100重量部とし、低融点ガラス粉末が15〜25重量部を占めるように調整することを特徴とするものである。   The ultrasonic thickness sensor manufacturing method according to the third aspect of the present invention is the ultrasonic thickness sensor manufacturing method according to any one of the first and second aspects, wherein the bismuth titanate powder in the sintering raw material paste preparation step is used. And the low melting point glass powder are adjusted so that the total of the bismuth titanate powder and the low melting point glass powder is 100 parts by weight, and the low melting point glass powder occupies 15 to 25 parts by weight. Is.

このように圧電材料粉末と低融点ガラス粉末との配合割合を調整することによって、後の焼成工程において低融点ガラス粉末の溶融物もしくは軟化物によって圧電材料粉末の粒子を物理的に結合する効果を確実に得ることができると同時に、最終的に得られる焼結体層中において圧電材料粒子の間に介在するガラス相の量が過剰となって、分極処理後の圧電特性を損なうことを確実に回避できる。   By adjusting the blending ratio of the piezoelectric material powder and the low-melting glass powder in this way, the effect of physically bonding the particles of the piezoelectric material powder with the melt or softened material of the low-melting glass powder in the subsequent firing step is achieved. At the same time, it is ensured that the amount of the glass phase intervening between the piezoelectric material particles in the finally obtained sintered body layer is excessive, and the piezoelectric properties after the polarization treatment are impaired. Can be avoided.

さらに本発明の第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、前記低融点ガラス粉末として、ビスマス系ガラス粉末を用いることを特徴とすることを特徴とするものである。   The ultrasonic thickness sensor manufacturing method according to the fourth aspect of the present invention is the ultrasonic thickness sensor manufacturing method according to any one of the first to third aspects, wherein the low melting point glass powder is a bismuth glass powder. It is characterized by using.

この第4の態様の超音波厚みセンサの製造方法で使用するビスマス系ガラス粉末は、450〜550℃の焼成温度で確実かつ充分に溶融されるため、圧電材料粉末の粒子間の結合材として確実に機能させることができる。   Since the bismuth-based glass powder used in the method of manufacturing the ultrasonic thickness sensor of the fourth aspect is reliably and sufficiently melted at a firing temperature of 450 to 550 ° C., it is reliable as a binder between the particles of the piezoelectric material powder. Can function.

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、前記前記焼成工程によって、密度が70〜80%の範囲内のチタン酸ビスマス焼結体層を得ることを特徴とするものである。   The ultrasonic thickness sensor manufacturing method of the fifth aspect of the present invention is the ultrasonic thickness sensor manufacturing method of any one of the first to fourth aspects, wherein the density is 70 to 80 by the baking step. % Bismuth titanate sintered body layer is obtained.

この第5の態様の超音波厚みセンサの製造方法では、BIT焼結体層(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、その焼結体層を第1の電極の薄板状支持体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BIT焼結体層の密度を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、BIT焼結体層が過度に低密度となって脆くなることにより、焼結体層が第1の電極から剥離してしまうことを防止できる。
なお本明細書において焼結体層の密度とは、空隙率の逆数、すなわち相対密度を意味するものとする。
In the manufacturing method of the ultrasonic thickness sensor of the fifth aspect, the density of the BIT sintered body layer (piezoelectric ceramic layer) is set to 80% or less, which is lower than that of a conventional general piezoelectric ceramic, so that the sintering is performed. Flexibility can be exhibited in a state in which the body layer is supported on the thin plate-like support of the first electrode. At the same time, by setting the density of the BIT sintered body layer to 70% or more, it is possible to ensure the necessary piezoelectric performance as an ultrasonic thickness sensor, and the BIT sintered body layer has an excessively low density. By becoming brittle, it can prevent that a sintered compact layer peels from a 1st electrode.
In addition, in this specification, the density of a sintered compact layer shall mean the reciprocal number of a porosity, ie, a relative density.

さらに本発明の第6の態様の超音波厚みセンサの製造方法は、前記第1〜第5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、前記前記焼成工程によって、厚みが30〜150μmの範囲内のチタン酸ビスマス焼結体層を形成することを特徴とするものである。   Furthermore, the manufacturing method of the ultrasonic thickness sensor according to the sixth aspect of the present invention is the ultrasonic thickness sensor manufacturing method according to any one of the first to fifth aspects, wherein the thickness is 30 to 150 μm by the baking step. The bismuth titanate sintered body layer within the range is formed.

このような第6の態様の超音波厚みセンサの製造方法では、BIT焼結体層として、その厚みが30〜150μmの範囲内と薄いものが得られるため、BIT焼結体層を第1の電極(薄板状支持体)に支持させた状態で、可撓性を示すことができる。   In such an ultrasonic thickness sensor manufacturing method of the sixth aspect, a thin BIT sintered body layer having a thickness in the range of 30 to 150 μm is obtained. Flexibility can be exhibited in a state of being supported by an electrode (thin plate-like support).

さらに本発明の第7の態様の超音波厚みセンサの製造方法は、第6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電極を構成する薄板状支持体として、その厚みが10〜150μmの範囲内の金属薄板を用い、また前記第2の電極を、その厚みが、10〜100μmの範囲内となるように形成することを特徴とするものである。   Furthermore, the manufacturing method of the ultrasonic thickness sensor according to the seventh aspect of the present invention is the method of manufacturing the ultrasonic thickness sensor according to the sixth aspect, wherein the thickness of the thin plate-like support constituting the first electrode is 10 to 10. A thin metal plate having a thickness of 150 μm is used, and the second electrode is formed to have a thickness of 10 to 100 μm.

このような第7の態様の超音波厚みセンサの製造方法では、焼結体層の厚みが30〜150μmの範囲内と薄いことに加え、金属薄板(第1の電極)および第2の電極も薄いため、最終的に得られる厚みセンサとしても、容易に可撓性を示すものを得ることができる。   In the manufacturing method of the ultrasonic thickness sensor of the seventh aspect, in addition to the thickness of the sintered body layer being as thin as 30 to 150 μm, the metal thin plate (first electrode) and the second electrode are also provided. Since it is thin, it is possible to easily obtain a flexible thickness sensor that is finally obtained.

一方、本発明の第8の態様の超音波厚みセンサの製造方法は、第6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電極を構成する薄板状支持体として、その厚みが30〜100μmの範囲内の部分安定化ジルコニアからなるセラミック基板の表面に、良導電性を有する耐高温酸化性金属からなる平均膜厚5〜20μmのメタライズ層が形成されたメタライズ板を用い、また前記第2の電極を、その厚みが、10〜100μmの範囲内となるように形成することを特徴とすることを特徴とするものである。   On the other hand, the ultrasonic thickness sensor manufacturing method according to the eighth aspect of the present invention is the ultrasonic thickness sensor manufacturing method according to the sixth aspect, wherein the thickness is 30 as the thin plate-like support constituting the first electrode. Using a metallized plate in which a metallized layer having an average film thickness of 5 to 20 μm made of a high-temperature oxidation-resistant metal having good conductivity is formed on the surface of a ceramic substrate made of partially stabilized zirconia within a range of ˜100 μm, and The second electrode is formed so as to have a thickness in the range of 10 to 100 μm.

この第8の態様のように、厚みが30〜100μmの部分安定化ジルコニアからなるセラミック基板の表面に、良導電性の耐高温酸化性金属からなる平均膜厚5〜20μmのメタライズ層が形成されたメタライズ板を用いた場合でも、最終的な超音波厚みセンサとして、容易に可撓性を示すものを得ることができる。   As in the eighth embodiment, a metalized layer having an average film thickness of 5 to 20 μm made of a highly conductive high-temperature oxidation resistant metal is formed on the surface of a ceramic substrate made of partially stabilized zirconia having a thickness of 30 to 100 μm. Even when a metallized plate is used, a final ultrasonic thickness sensor can be easily obtained that exhibits flexibility.

さらに本発明の第9の態様の超音波厚みセンサの製造方法は、前記第1〜第8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電極形成工程の前もしくは後に前記分極処理工程を行い、かつその分極処理工程においては、焼結体層表面もしくは第2の電極の表面に分極用電極が直接接触するように分極処理用電極を配置し、火花放電防止用媒体中において分極用電極と前記薄板状支持体の表面との間に電圧を印加することによって焼結体層を分極させることを特徴とするものである。   Further, the ultrasonic thickness sensor manufacturing method according to the ninth aspect of the present invention is the ultrasonic thickness sensor manufacturing method according to any one of the first to eighth aspects, wherein the ultrasonic electrode thickness sensor is formed before or after the second electrode forming step. In the polarization treatment step, the polarization treatment electrode is arranged so that the polarization electrode is in direct contact with the surface of the sintered body layer or the surface of the second electrode. In the method, the sintered body layer is polarized by applying a voltage between the polarization electrode and the surface of the thin plate-like support.

このように焼結体層に分極処理を施すことによって、BITからなる焼結体層は超音波厚みセンサに必要な程度の圧電特性を示し、超音波厚みセンサとして実際に使用可能となる。   By subjecting the sintered body layer to polarization treatment in this manner, the sintered body layer made of BIT exhibits the piezoelectric characteristics required for the ultrasonic thickness sensor and can actually be used as the ultrasonic thickness sensor.

一方、本発明の第10の態様の超音波厚みセンサの製造方法は、前記第1〜第8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電極形成工程の前もしくは後に前記分極処理工程を行い、かつその分極処理工程においては、焼結体層表面もしくは第2電極表面から離れた位置にコロナ放電用電極を配して、気体中においてコロナ放電用電極と支持体表面との間に電圧を印加することにより、その間にコロナ放電を生起させ、そのコロナ放電による電界領域内に焼結体層を曝すことにより焼結体層を分極させることを特徴とするものである。   On the other hand, the ultrasonic thickness sensor manufacturing method according to the tenth aspect of the present invention is the ultrasonic thickness sensor manufacturing method according to any one of the first to eighth aspects, before or after the second electrode forming step. The polarization treatment step is performed, and in the polarization treatment step, a corona discharge electrode is disposed at a position away from the surface of the sintered body layer or the second electrode surface, and the corona discharge electrode and the support surface in the gas. And applying a voltage between them to cause a corona discharge therebetween, and exposing the sintered body layer to an electric field region caused by the corona discharge to polarize the sintered body layer. .

このように、第10の態様においては、第9の態様で適用している従来一般の分極処理法に代えて、コロナ放電による分極処理を適用しているが、このようなコロナ放電による分極処理を適用することによっても、BIT焼結体層を、超音波厚みセンサとして必要な程度まで分極させることができる。またここで、第2の電極が焼結体層の表面上に未だ形成されていない状態、および既に第2の電極が焼結体層上に形成されている状態の、いずれの状態でコロナ放電による分極処理を行っても、焼結体層を分極させることができる。   As described above, in the tenth aspect, instead of the conventional general polarization treatment method applied in the ninth aspect, the polarization treatment by corona discharge is applied, but such polarization treatment by corona discharge is applied. By applying, the BIT sintered body layer can be polarized to the extent necessary for an ultrasonic thickness sensor. Further, here, the corona discharge is performed in any state in which the second electrode is not yet formed on the surface of the sintered body layer and in which the second electrode is already formed on the sintered body layer. The sintered body layer can be polarized even if the polarization treatment is performed.

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に製造することができる。特に本発明法では、酸化物系圧電材料としてのチタン酸ビスマス(BIT)からなる粉末を、低融点ガラス粉末と混合してペースト状の焼結原料を調製し、その混合焼結材料の状態で焼成するため、450〜550℃という低温の焼成時に低融点ガラスの溶融物質もしくは軟化物質がチタン酸ビスマス粉末粒子に対する結合材として機能して、比較的低密度のままで、チタン酸ビスマス粉末粒子の相互間を物理的に結合することができる。そしてこのように焼成温度を低温とすることができるため、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み、そのため材料コストを抑えることができる。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。   According to the method for manufacturing an ultrasonic thickness sensor of the present invention, it is possible to easily manufacture an ultrasonic thickness sensor that is thin and flexible as a whole sensor. Particularly in the method of the present invention, a powder made of bismuth titanate (BIT) as an oxide-based piezoelectric material is mixed with a low-melting glass powder to prepare a paste-like sintered raw material, and in the state of the mixed sintered material For firing, the melting or softening material of the low-melting glass functions as a binder for the bismuth titanate powder particles when firing at a low temperature of 450 to 550 ° C. They can be physically connected to each other. Since the firing temperature can be lowered as described above, it is not necessary to use an expensive material such as platinum which is remarkably excellent in high-temperature oxidation resistance as an electrode material, so that the material cost can be suppressed. If the ultrasonic thickness sensor is thin and flexible as described above, even if the measurement target site is a curved surface, it can be deformed following the curved surface. Thickness measurement can be performed reliably. In addition, such a thickness sensor can be pasted on a measurement object such as a pipe in advance, and piping equipment etc. can be operated as it is, and the thickness can be measured whenever necessary. Pre- and post-operations, such as outer cover removal and medium coating before measurement, and medium wiping and outer cover repair after measurement, can be made unnecessary. In addition, thickness sensors can be attached to a number of locations to facilitate simultaneous measurement of thicknesses at a number of locations, as well as continuous and continuous thickness measurement. A remarkable effect can be obtained.

さらに本発明の製造方法によって得られた超音波厚みセンサは、その超音波送受信のための酸化物系圧電材料として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)よりもキュリー温度が高いチタン酸ビスマス(BIT)を使用しているため、PZTを用いた場合よりも高温まで使用可能であって、400℃程度までは確実に作動するから、300℃程度以上の高温の流体が流れる配管や、同様に300℃程度以上の高温の媒体を収容する各種容器における厚み測定に最適であり、その他300℃程度以上の高温に曝される危険性がある個所での厚み測定の用途に使用すれば、300℃程度以上の高温に曝された後にも厚み測定を継続することができる。   Furthermore, the ultrasonic thickness sensor obtained by the manufacturing method of the present invention is a bismuth titanate (BIT) having a Curie temperature higher than that of lead zirconate titanate (PZT) as an oxide-based piezoelectric material for ultrasonic transmission / reception. Therefore, it can be used up to a higher temperature than when using PZT and operates reliably up to about 400 ° C. Optimum for thickness measurement in various containers that contain medium of high temperature above about 300 degree C. When used for thickness measurement in other places where there is a risk of exposure to high temperature of about 300 degree C. or higher The thickness measurement can be continued even after being exposed to a high temperature.

本発明の超音波厚みセンサの製造方法の第1の実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows 1st Embodiment of the manufacturing method of the ultrasonic thickness sensor of this invention. 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。It is a rough longitudinal cross-sectional view which shows an example of the ultrasonic thickness sensor obtained by the manufacturing method of this invention as the condition at the time of the use. 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。It is a rough longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the condition at the time of use of an example of the ultrasonic thickness sensor obtained by the manufacturing method of this invention. 本発明の超音波厚みセンサの製造方法において適用されるコロナ放電による分極処理を実施している状況の一例を示す略解的な正面図である。It is a rough front view which shows an example of the condition which is implementing the polarization process by the corona discharge applied in the manufacturing method of the ultrasonic thickness sensor of this invention. 図4におけるV−V線での略解的な縦断側面図である。FIG. 5 is a schematic longitudinal side view taken along line VV in FIG. 4. 図4におけるVI−VI線での略解的な平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view taken along line VI-VI in FIG. 4.

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。
この実施形態は、基本的には、第1の電極となるべき薄板状支持体として、ステンレス鋼などの金属薄板を用い、チタン酸ビスマス(BIT)からなる超微粉末(平均粒径0.15〜0.25μm)のペーストを焼結原料として、第1電極を兼ねた金属薄板上で焼成するものである。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an ultrasonic thickness sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
In this embodiment, basically, a thin metal plate such as stainless steel is used as a thin plate-like support to be the first electrode, and an ultrafine powder (average particle size of 0.15) made of bismuth titanate (BIT) is used. ˜0.25 μm) is used as a sintering raw material and fired on a thin metal plate also serving as the first electrode.

具体的には、図1に示しているように、
P1:酸化物系圧電材料としてチタン酸ビスマス(BIT)からなる粉末を準備する準備工程(BIT粉末調製工程)、
P2:上記のBIT粉末を、低融点ガラス(例えばビスマス系ガラス)の粉末(と混合し、適宜の分散媒に分散させて、ペースト状の焼結原料を調製する焼結原料ペースト調製工程、
P3:前記焼結原料ペーストを金属薄板からなる第1の電極の一方の板面に所定厚みで塗布して、そのペースト層を乾燥させ、第1の電極の一方の板面上に焼結原料層を形成する終結原料層形成工程、
P4:焼結原料層形成工程終了後、焼結原料層を加熱して焼成し、チタン酸ビスマス(BIT)焼結体層を第1の電極の一方の板面上に形成する焼成工程、
P5A、P5B:前記焼成工程P4の終了後、次の分極処理工程の前に、焼結体層における前記第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(注:この第2電極形成工程は、焼成工程P4の終了後、次の分極処理工程の前に施す場合(図1においてP5Aと表示)と、分極処理工程に先立って行なう場合(図1においてP5Bと表示)とがある)、
P6A、P6B:焼結体層の厚み方向に電位差を与え、焼結体層を分極処理する分極処理工程(注:この分極処理を第2電極形成工程P5Aの後に行う場合を図1においてP6Aと表示し、第2電極形成工程P5Bの前に行う場合を図1においてP6Bと表示)、
以上の各工程からなるプロセスによって、酸化物系圧電材料としてのBITを用いた超音波厚みセンサを製造する。
以下にこれらの各工程について、具体的に説明する。
Specifically, as shown in FIG.
P1: A preparation step (BIT powder preparation step) of preparing a powder made of bismuth titanate (BIT) as an oxide-based piezoelectric material,
P2: Sintering raw material paste preparation step in which the above-mentioned BIT powder is mixed with powder of low melting point glass (for example, bismuth glass) and dispersed in an appropriate dispersion medium to prepare a paste-like sintering raw material,
P3: The sintered raw material paste is applied to one plate surface of the first electrode made of a thin metal plate with a predetermined thickness, the paste layer is dried, and the sintered raw material is formed on one plate surface of the first electrode. Termination raw material layer forming step of forming a layer,
P4: After the sintering raw material layer forming step is completed, the sintering raw material layer is heated and fired to form a bismuth titanate (BIT) sintered body layer on one plate surface of the first electrode,
P5A, P5B: second electrode formation for forming a second electrode on the surface opposite to the first electrode in the sintered body layer after the end of the firing step P4 and before the next polarization treatment step Step (Note: This second electrode formation step is performed after the firing step P4 and before the next polarization treatment step (indicated as P5A in FIG. 1), and prior to the polarization treatment step (FIG. 1). And P5B))),
P6A, P6B: Polarization treatment step in which a potential difference is applied in the thickness direction of the sintered body layer to polarize the sintered body layer (note: the case where this polarization treatment is performed after the second electrode formation step P5A is denoted by P6A in FIG. And the case of performing before the second electrode forming step P5B is indicated as P6B in FIG. 1),
An ultrasonic thickness sensor using BIT as an oxide-based piezoelectric material is manufactured by a process including the above steps.
Each of these steps will be specifically described below.

〔準備工程(BIT粉末調製工程)P1〕
先ず、準備工程として、平均粒径1〜10μm程度のBIT粉末を準備しておく。
ここで、セラミック粉末製造メーカなどからは、圧電素子用の原料粉末としてBIT粉末が市販されており、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BIT粉末を購入して、それをそのまま、あるいは平均粒径1〜10μm程度に粉砕して使用しても良い。但し、BIT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、BIT粉末調製のための工程を、焼結原料ペースト調製工程に先立つ準備工程として次に簡単に説明する。
[Preparation process (BIT powder preparation process) P1]
First, as a preparation step, BIT powder having an average particle size of about 1 to 10 μm is prepared.
Here, BIT powder is commercially available as a raw material powder for a piezoelectric element from a manufacturer of ceramic powder. Therefore, when implementing the method of manufacturing an ultrasonic thickness sensor of the present invention, this type of commercially available BIT powder is used. And may be used as it is or after being pulverized to an average particle size of about 1 to 10 μm. However, as a matter of course, the process for preparing the BIT powder may be started, and the process for preparing the BIT powder will be briefly described as a preparation process prior to the sintering raw material paste preparation process.

すなわち、BITの原料となる酸化物粉末、例えば酸化チタン(TiO)および酸化ビスマス(Bi)の各粉末を、目標とするBIT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界面活性剤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、大気雰囲気中で700〜1000℃程度の温度において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、混合酸化物粉末の各成分が相互に固溶して、ビスマス層状ペロブスカイト型結晶構造を有するチタン酸ビスマス(BIT;BiTi12)が生成される。得られたもの(仮焼成後の状態では通常は塊状)を、ボールミルなどにより粉砕すれば、BIT粉末(原料粉末)が得られる。なおこの状態でのBIT粉末の粒径は特に限定しないが、一般には平均粒径0.5μm〜10μm程度とすれば良い。 That is, an oxide powder as a raw material of BIT, for example, each powder of titanium oxide (TiO 2 ) and bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) is blended so as to have a target BIT composition, and a solvent such as ethanol, A surfactant such as polyethyleneimine is appropriately added and kneaded by a ball mill or the like, and the obtained kneaded product (slurry) is dried to obtain a mixed powder. Further, the mixed powder is temporarily fired in a powder state. This pre-baking may be normally performed in an air atmosphere at a temperature of about 700 to 1000 ° C. for about 1 to 20 hours. By such preliminary calcination, the components of the mixed oxide powder are dissolved in each other, and bismuth titanate (BIT; Bi 4 Ti 3 O 12 ) having a bismuth layered perovskite crystal structure is generated. BIT powder (raw material powder) can be obtained by pulverizing the obtained product (usually a lump in the state after calcination) with a ball mill or the like. The particle size of the BIT powder in this state is not particularly limited, but generally the average particle size may be about 0.5 μm to 10 μm.

なお本発明においては、BIT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%程度以下添加してもよく、要は、BIT系(チタン酸ビスマス系)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。   In the present invention, based on the BIT composition, one or more of Mn, Mg, Ca, Sr, Ba, V, Nb, Ta, La, Nd, Sc, Gd and the like are added as trace elements. In addition, about 10% by weight or less of each may be added. In short, all materials referred to as BIT (bismuth titanate) piezoelectric ceramic materials are targeted.

〔焼結原料ペースト調製工程P2〕
この焼結原料ペースト調製工程は、ビスマス(Bi)系ガラスなどの低融点ガラスの粉末を用い、前述のようにして準備されたBIT粉末を低融点ガラス粉末と混合するとともに、適宜の分散媒に分散させて、ペースト状の焼結原料を調製する工程である。
ここで、低融点ガラスとしては、軟化点(軟化開始温度)が450℃より低いガラスを選択すればよく、上記のビスマス系ガラスのほか、リン酸系ガラス、ホウリン酸系ガラス、バナジウムホウ酸系ガラス、アルカリ珪酸系ガラスなど、さらにはPbO−SiO―B系などの鉛系ガラスも使用可能であるが、ビスマス系ガラスが最も望ましい。
[Sintering raw material paste preparation process P2]
This sintering raw material paste preparation step uses a powder of low melting point glass such as bismuth (Bi) glass, mixes the BIT powder prepared as described above with the low melting point glass powder, and uses a suitable dispersion medium. This is a step of preparing a paste-like sintered raw material by dispersing.
Here, as the low melting point glass, a glass having a softening point (softening start temperature) lower than 450 ° C. may be selected. In addition to the above bismuth glass, phosphate glass, borophosphate glass, vanadium borate system. Although glass such as alkali silicate glass and lead glass such as PbO—SiO 2 —B 2 O 3 can be used, bismuth glass is most desirable.

ここで、ビスマスの酸化物であるBiは、単独ではガラス化しないが、他の酸化物(ガラス形成酸化物)、例えばSiO、B、P、LiOなどのうちから選ばれた1種または2種以上と組み合わせることによってガラス化して、低融点のガラスを形成し得ることが知られている。具体的なビスマス系ガラスとしては、Bi―SiO系ガラス、Bi―LiO系ガラス、Bi―B系ガラスなどがある。
上記のBi―SiO系ガラスは、
xBi・(100−x)SiO
但し、x=35〜65mol%、
と表せ、またBi―LiO系ガラスは、
xLiO・(100−x)Bi
但し、x=20〜40mol%または70〜80mol%、
と表せ、さらにBi―B系ガラスは、
xBi・(100−x)B
但し、x=30〜80mol%、
と表せる。これらのビスマス系ガラスは、いずれも軟化点が450℃よりも低く、本発明においてBIT粉末と混合する低融点ガラスとして好適に使用することができる。
なお、いずれのビスマス系ガラスにおいても、必要に応じ、さらにその他の酸化物として、PbO、ZnO、SrO、BaO、CuO、Al、Fe、MgO、CeOのうちの1種又は2種以上を含有していても良い。
Here, Bi 2 O 3, which is an oxide of bismuth, does not vitrify alone, but other oxides (glass-forming oxides) such as SiO 2 , B 2 O 3 , P 2 O 5 , Li 2 O It is known that a glass having a low melting point can be formed by vitrification by combining with one or more selected from among these. Specific examples of the bismuth glass include Bi 2 O 3 —SiO 2 glass, Bi 2 O 3 —Li 2 O glass, and Bi 2 O 3 —B 2 O 3 glass.
The above Bi 2 O 3 —SiO 2 glass is
xBi 2 O 3 · (100- x) SiO 2
However, x = 35-65 mol%,
And Bi 2 O 3 —Li 2 O glass is
xLi 2 O · (100-x ) Bi 2 O 3
However, x = 20-40 mol% or 70-80 mol%,
Furthermore, Bi 2 O 3 —B 2 O 3 -based glass is
xBi 2 O 3 · (100- x) B 2 O 3
However, x = 30-80 mol%,
It can be expressed. Any of these bismuth-based glasses has a softening point lower than 450 ° C., and can be suitably used as a low-melting glass to be mixed with BIT powder in the present invention.
In any of the bismuth-based glasses, if necessary, as another oxide, one of PbO, ZnO, SrO, BaO, CuO, Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , MgO, CeO or You may contain 2 or more types.

またここで使用するビスマス系ガラスなどの低融点ガラス粉末の粒径は、平均で1.0
〜20.0μmの範囲内が好ましい。低融点ガラス粉末の平均粒径が1μm未満では、微粉末とするためのコストの上昇を招き、一方20.0μmを越えれば、最終的に得られる焼結体層中においてBIT粉末粒子の間に介在するガラス相が大きすぎて、分極処理後の圧電特性を損なうおそれがある。
また、BIT粉末とビスマス系ガラスなどの低融点ガラス粉末との配合割合は、BIT粉末と低融点ガラス粉末の合計を100重量部とすれば、低融点ガラス粉末が15〜25重量部となるように配合することが望ましい。低融点ガラス粉末が15重量部未満では、後の焼成工程において低融点ガラス粉末の溶融物もしくは軟化物によってBIT粉末の粒子を物理的に結合する効果が充分に得られず、そのため焼結体層が脆くなって第1の電極を兼ねる金属薄板から剥離してしまうおそれがある。一方、低融点ガラス粉末が25重量部を越えれば、最終的に得られる焼結体層中においてBIT粒子の間に介在するガラス相の量が多すぎて、分極処理後の圧電特性を損なうおそれがある。
The average particle size of the low melting point glass powder such as bismuth glass used here is 1.0.
Within the range of ˜20.0 μm is preferable. If the average particle size of the low-melting glass powder is less than 1 μm, the cost for making the powder fine will increase. On the other hand, if the average particle size exceeds 20.0 μm, it will be between the BIT powder particles in the finally obtained sintered body layer. There is a possibility that the intervening glass phase is too large and the piezoelectric properties after the polarization treatment are impaired.
The blending ratio of the BIT powder and the low melting point glass powder such as bismuth glass is 15 to 25 parts by weight if the total amount of the BIT powder and the low melting point glass powder is 100 parts by weight. It is desirable to blend in. If the low-melting glass powder is less than 15 parts by weight, the effect of physically bonding the particles of the BIT powder by the melt or softened material of the low-melting glass powder in the subsequent firing step cannot be sufficiently obtained. May become fragile and peel from the metal thin plate that also serves as the first electrode. On the other hand, if the low melting point glass powder exceeds 25 parts by weight, the amount of the glass phase intervening between the BIT particles in the finally obtained sintered body layer is too much, which may impair the piezoelectric properties after the polarization treatment. There is.

さらにBIT粉末と低融点ガラス粉末を分散させる分散媒は、特に限定されるものではなく、ブチルカルビトール、エタノール、酢酸エチルなど、適宜の溶剤や水を用いればよい。またBIT粉末と低融点ガラス粉末に対する分散媒の割合も特に限定されるものではないが、分散、混練して得られるペーストの粘度が1000〜20000mPa・sとなるように分散媒の割合を定めることが望ましい。ペーストの粘度が1000mPa・s未満では、続く焼結原料層形成工程において、ペーストを金属薄板上に均一な厚みで形成することが困難となり、一方20000mPa・sを越えれば、粘度が高すぎてレベリングなどの平滑化などにおいて問題が生じるおそれがある。
このようにBIT粉末をビスマス系ガラスなどの低融点ガラス粉末と混合して分散媒に分散、混合してなるペーストは、焼結原料ペーストとして、次の焼結原料層形成工程に供される。
Further, the dispersion medium for dispersing the BIT powder and the low melting point glass powder is not particularly limited, and an appropriate solvent or water such as butyl carbitol, ethanol, ethyl acetate may be used. Further, the ratio of the dispersion medium to the BIT powder and the low melting point glass powder is not particularly limited, but the ratio of the dispersion medium is determined so that the viscosity of the paste obtained by dispersion and kneading becomes 1000 to 20000 mPa · s. Is desirable. If the viscosity of the paste is less than 1000 mPa · s, it becomes difficult to form the paste with a uniform thickness on the metal thin plate in the subsequent sintering raw material layer forming step, whereas if it exceeds 20000 mPa · s, the viscosity is too high and leveling is required. There is a risk of problems in smoothing.
Thus, the paste formed by mixing the BIT powder with the low melting point glass powder such as bismuth glass and dispersing and mixing it in the dispersion medium is used as the sintering raw material paste in the subsequent sintering raw material layer forming step.

〔焼結原料層形成工程P3〕
この焼結原料層形成工程は、前記焼結原料ペーストを、第1の電極としての金属薄板の板面に所定の厚みで塗布もしくは印刷などによって付着させ、金属薄板の表面に所定の厚みの焼結原料ペースト層を形成し、更にその焼結原料ペースト層を乾燥させて、焼結原料層を金属薄板上に形成する工程である。
上記金属薄板は、電極として機能するだけではなく、乾燥後の焼成工程や厚みセンサとしての使用時において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、本発明では、焼結原料としてビスマス系ガラスなどの低融点ガラス粉末を併用して、450〜550℃という低温で焼成することとしているため、第1の電極としての金属薄板としては、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、ステンレス鋼やその他の汎用の耐熱鋼を、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。具体的には、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。
[Sintering raw material layer forming step P3]
In this sintering raw material layer forming step, the sintering raw material paste is applied to the surface of the metal thin plate as the first electrode with a predetermined thickness by coating or printing, and the surface of the metal thin plate is sintered with a predetermined thickness. In this step, a sintered raw material paste layer is formed, and the sintered raw material paste layer is further dried to form a sintered raw material layer on a thin metal plate.
The metal thin plate not only functions as an electrode, but also functions as a support in a firing step after drying or when used as a thickness sensor. Although the material of the metal thin plate is not particularly limited, in the present invention, a low melting point glass powder such as bismuth glass is used as a sintering raw material and fired at a low temperature of 450 to 550 ° C. It is not necessary to use an expensive metal that can withstand up to 1200 ° C. or more, such as platinum, as a metal thin plate as an electrode, and use stainless steel or other general heat-resistant steel as a metal thin plate that also serves as the first electrode. Can do. Specifically, SUS304 series austenitic stainless steel known as 18Cr-8Ni, 18Cr-12Ni-2.5Mo SUS316 series austenitic stainless steel, and 22Ni-12Cr SUH309 series austenitic heat resistant steel. Can be used. All of these can be obtained at a much lower price than platinum.

前記第1の電極としての金属薄板の厚みは、10μm〜150μm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150μmを越えれば、金属薄板の可撓性が失われて、厚みセンサ全体としてもそ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。   The thickness of the metal thin plate as the first electrode is preferably 10 μm to 150 μm. If the thickness is less than 10 μm, the strength is insufficient, which may hinder handling during the sensor manufacturing process, and may be deformed or damaged during use as a thickness sensor. On the other hand, if the thickness exceeds 150 μm, the flexibility of the metal thin plate is lost, and the flexibility of the thickness sensor as a whole is inferior. May be difficult to do.

なお前記焼結原料としてペーストを金属薄板上に付着させるための手段としては、そのペーストを金属薄板表面に塗布する方法が代表的である。またその場合の塗布手段としては、ロールコーターやドックブレード、スキージ、その他、一般の印刷技術で適用されている塗布・印刷手段を任意に適用することができる。このように塗布した後には、乾燥させて焼結原料層とする。乾燥手段は特に限定しないが、通常は自然乾燥すればよく、また場合によっては乾燥の促進のため、60℃程度以下に加熱しても良い。
ここで、塗布層を乾燥させた状態では、乾燥前の状態から収縮して、乾燥前の1/2〜1/4程度の厚みとなるが、乾燥後の超微粉末層(焼結原料層)の厚み(したがって後述する焼成工程開始直前の段階での厚み)は、70〜200μmの範囲内とすることが望ましい。焼成工程開始直前の段階での超微粉末層の厚みが70μm未満では、焼成後の焼結体層の厚みが薄すぎて、センサを湾曲させた時に、焼結体層が第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、焼成工程開始直前の段階での厚みが200μmを越えれば、焼成後の焼結体層の厚みも厚くなりすぎ、その結果、後述するように充分な可撓性を焼結体層に与えることが困難となるおそれがある。
このようにしてペーストを金属薄板表面で乾燥させれば、分散媒が消失するに伴い、隣り合うBIT粉末粒子の相互間に低融点ガラスの粉末粒子が介在した状態となる。
なお、第1電極を兼ねる金属薄板上にペーストを塗布した後の乾燥は、次の焼成工程における焼結のための加熱の初期段階で行なっても良い。
A typical method for attaching the paste as the sintering material on the metal thin plate is to apply the paste to the surface of the metal thin plate. Further, as the application means in that case, a roll coater, a dock blade, a squeegee, and other application / printing means applied in general printing technology can be arbitrarily applied. After coating in this way, it is dried to form a sintered raw material layer. The drying means is not particularly limited, but usually it may be naturally dried, and in some cases, it may be heated to about 60 ° C. or less to promote drying.
Here, when the coating layer is dried, it shrinks from the state before drying to a thickness of about 1/2 to 1/4 before drying, but the ultrafine powder layer (sintered raw material layer after drying) ) (Thus, the thickness at the stage immediately before the start of the firing process described later) is preferably in the range of 70 to 200 μm. If the thickness of the ultrafine powder layer in the stage immediately before the start of the firing process is less than 70 μm, the thickness of the sintered body layer after firing is too thin, and when the sensor is bent, the sintered body layer becomes the first electrode. There is a risk of peeling from the metal sheet. On the other hand, if the thickness in the stage immediately before the firing process exceeds 200 μm, the thickness of the sintered body layer after firing becomes too thick, and as a result, sufficient flexibility is given to the sintered body layer as will be described later. May be difficult.
When the paste is dried on the surface of the thin metal plate in this manner, the low melting point glass powder particles are interposed between the adjacent BIT powder particles as the dispersion medium disappears.
In addition, you may perform the drying after apply | coating a paste on the metal thin plate which serves as a 1st electrode in the initial stage of the heating for sintering in the following baking process.

〔焼成工程P4〕
続いて、前述のようにして第1の電極としての金属薄板の板面に焼結原料層を形成した状態で、その焼結原料層を加熱して焼成する。この焼成工程は、加熱温度を450〜550℃の範囲内とする。本発明法の場合、焼結原料層中のBIT粉末の粒子間にビスマス系ガラスなどの低融点ガラスの粉末粒子が介在しており、この低融点ガラスの粉末粒子が、450〜550℃の温度域での加熱時において溶融もしくは軟化を開始し、それがBIT粉末粒子間のバインダとして機能して、BIT粉末粒子の相互間を物理的に結合させることができる。したがって、450〜550℃の温度域で焼成することによって、密度はさほど増大させることなくBIT粉末粒子間がある程度強固に結合された焼結体層を得ることができるのである。
ここで、焼成温度が450℃未満では、低融点ガラス粉末を混合していても、焼成時における低融点ガラス粉末粒子の溶融もしくは軟化が不充分となることがあり、その場合にはBIT粉末粒子を充分に結合させることが困難となるおそれがある。一方、焼成温度が550℃を越えれば、焼成時にBIT粉末粒子同士の直接的な焼結反応が進行して、密度が80%以下の焼結体層を得ることが困難となる。またこのように焼成温度が550℃を越えれば、第1の電極を兼ねる金属薄板として耐熱性が高いものを使用する必要性が生じて、金属薄板の材質選定の幅が狭まり、材料コストの増大を招くおそれがある。なお焼成温度は、450〜550℃の範囲内でも、特に480〜530℃の範囲内が好ましい。
[Baking step P4]
Subsequently, the sintered material layer is heated and fired in the state where the sintered material layer is formed on the plate surface of the metal thin plate as the first electrode as described above. In this firing step, the heating temperature is set within a range of 450 to 550 ° C. In the case of the method of the present invention, powder particles of a low melting glass such as bismuth glass are interposed between the particles of the BIT powder in the sintering raw material layer, and the powder particles of the low melting glass have a temperature of 450 to 550 ° C. When heating in the zone, melting or softening is started, which functions as a binder between the BIT powder particles, and can physically bond the BIT powder particles to each other. Therefore, by firing in the temperature range of 450 to 550 ° C., it is possible to obtain a sintered body layer in which the BIT powder particles are firmly bonded to each other without increasing the density so much.
Here, when the firing temperature is less than 450 ° C., the melting or softening of the low-melting glass powder particles during firing may be insufficient even when the low-melting glass powder is mixed. It may be difficult to sufficiently bond the. On the other hand, if the firing temperature exceeds 550 ° C., a direct sintering reaction between BIT powder particles proceeds during firing, and it becomes difficult to obtain a sintered body layer having a density of 80% or less. In addition, if the firing temperature exceeds 550 ° C. in this way, it is necessary to use a metal sheet having high heat resistance as the first electrode, and the material selection range of the metal sheet is narrowed, and the material cost is increased. May be incurred. The firing temperature is particularly preferably within the range of 480 to 530 ° C, even within the range of 450 to 550 ° C.

また、焼成後の状態での焼結体層の密度は、70〜80%の範囲内が望ましい。
焼成後のBIT焼結体層の密度が80%と越える高密度となれば、焼結体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、焼結体層が第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。また同時に密度が80%と越える高密度となるように焼成した場合、焼成時の収縮が大きくなって、第1の電極としての金属薄板から剥離してしまうおそれが強く、その結果、第1の電極としての金属薄板上に密着した焼結体層を得ることが困難となる。
一方、焼成後の焼結体層の密度が70%未満の低密度では、焼結体層の空隙率が高すぎて、焼結体層内部の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焼結体層が粉体状に剥落してしまうおそれがあり、また同時に、焼結体層内部の空隙率が高くなって、厚さ測定のため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。
Moreover, the density of the sintered body layer in the state after firing is desirably in the range of 70 to 80%.
If the density of the BIT sintered body layer after firing becomes a high density exceeding 80%, the rigidity of the sintered body layer becomes high and the flexibility becomes inferior. As a result, when used as a thickness sensor, If the sensor is curved, the sintered body layer may be peeled off from the metal thin plate as the first electrode or cracks may be generated. Therefore, it should be applied to curved parts such as pipes for thickness measurement. It becomes difficult. At the same time, when fired to a high density exceeding 80%, shrinkage during firing is increased, and there is a strong possibility of peeling from the metal thin plate as the first electrode. It becomes difficult to obtain a sintered body layer in close contact with a thin metal plate as an electrode.
On the other hand, when the density of the sintered body layer after firing is less than 70%, the porosity of the sintered body layer is too high, and the particles inside the sintered body layer are not sufficiently bonded. In addition, the sintered body layer may be peeled off during handling in subsequent processes or when used as a sensor, and at the same time, the porosity inside the sintered body layer is increased, resulting in a thickness measurement. Therefore, there is a possibility that sufficient piezoelectric characteristics as an ultrasonic sensor cannot be obtained.

なお焼成時の雰囲気は、大気(空気)とすることが好ましい。さらに焼成時間は、焼成温度によっても異なるが、通常は1〜10時間とすることが好ましい。
このような焼成工程によって、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、所定の密度のチタン酸ビスマス(BIT)からなる焼結体層が形成される。
The atmosphere during firing is preferably air (air). Further, although the firing time varies depending on the firing temperature, it is usually preferably 1 to 10 hours.
By such a firing process, a sintered body layer made of bismuth titanate (BIT) having a predetermined thickness and a predetermined density is formed on one surface of the metal thin plate as the first electrode that also serves as a support. The

〔第2電極形成工程P5A、P5B〕
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BIT焼結体層の上面(第1の電極に対し反対側の面)に形成する工程であり、次の分極処理工程P6Aを実施する前の工程(P5A)、あるいは分極処理工程P6Bを行なった後の工程(P5B)として実施される。
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、そのペーストを焼結体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焼結体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、焼結体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。
[Second electrode forming step P5A, P5B]
In the second electrode forming step, a second electrode as a counter electrode of the first electrode (thin metal plate) is formed on the upper surface (surface opposite to the first electrode) of the BIT sintered body layer. It is a process and is performed as a process (P5A) before performing the next polarization treatment process P6A or as a process (P5B) after performing the polarization treatment process P6B.
The specific means for forming the second electrode is not particularly limited. For example, a conductive metal powder for electrodes such as silver (Ag) is made into a paste, and the paste is applied to the surface of the sintered body layer. It may be baked, or a conductive metal thin film for electrodes may be placed on or pasted on the surface of the sintered body layer and baked. In addition, it is preferable that the thickness of this 2nd electrode shall be 10-100 micrometers. If the thickness of the second electrode exceeds 100 μm, the flexibility of the thickness sensor may be impaired. On the other hand, when the second electrode is thinly formed to be less than 10 μm, the second electrode is locally formed by unevenness on the surface of the sintered body layer. There is a possibility that the two electrodes become discontinuous.

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、圧電材料としてのBITからなる焼結体層が形成され、さらにその焼結体層の表面に第2の電極が形成された積層体が得られる。   In this way, a sintered body layer made of BIT as a piezoelectric material is formed on one plate surface of the first electrode (metal thin plate) that also serves as a support, and the first layer is formed on the surface of the sintered body layer. A laminate in which two electrodes are formed is obtained.

〔分極処理工程P6A、P6B〕
この分極処理工程は、第2電極形成工程P5Aを経て、第1の電極(金属薄板)上のBIT焼結体層の上面に第2の電極が形成された積層体、あるいは第2電極形成工程P5Bの実施前で第1の電極(金属薄板)上のBIT焼結体層の上面に第2の電極が未だ形成されていない積層体を対象とし、その積層体におけるBIT焼結体層の厚み方向に電位差を与えて、BIT焼結体を分極させる工程である。
この分極処理としては、
A:従来の一般的な分極処理方法、すなわち一対の分極用電極によって積層体を直接挟み、シリコンオイルなどの放電防止用液体中に浸漬させ、その状態で分極用電極間に高電圧を印加して、焼結体を分極させる方法(従来分極法)、
B:従来の一般的な分極処理方法とは異なり、気体(通常は空気)中において発生させたコロナ放電による電界領域内に焼結体を曝して、焼結体を分極させる方法(コロナ放電分極法)、
以上のAまたはBのいずれかを適用する。
[Polarization process P6A, P6B]
This polarization treatment step is a laminate in which the second electrode is formed on the upper surface of the BIT sintered body layer on the first electrode (metal thin plate) through the second electrode formation step P5A, or the second electrode formation step. Before the implementation of P5B, the thickness of the BIT sintered body layer in the laminated body is intended for a laminated body in which the second electrode is not yet formed on the upper surface of the BIT sintered body layer on the first electrode (metal thin plate). This is a step of applying a potential difference in the direction to polarize the BIT sintered body.
As this polarization treatment,
A: A conventional general polarization treatment method, that is, a laminate is directly sandwiched between a pair of polarization electrodes, immersed in a discharge preventing liquid such as silicon oil, and a high voltage is applied between the polarization electrodes in that state. A method of polarizing the sintered body (conventional polarization method),
B: Unlike the conventional general polarization treatment method, the sintered body is exposed to an electric field region by corona discharge generated in gas (usually air) to polarize the sintered body (corona discharge polarization). Law),
Either A or B above is applied.

Aの従来分極法を適用する場合、例えば前記積層体を、その両側から分極用電極によって挟み、かつ絶縁破壊による火花放電(全路放電)の発生を防止するためのシリコンオイルなどの放電防止用媒体(液体)中に浸漬させた状態で、焼結体層の厚み1mmあたり2000〜3000V程度の高電圧の直流電圧もしくはパルス電圧を焼結体層の厚み方向に加えればよい。また分極を促進するため、適宜80〜200℃程度に加熱したシリコンオイル中で高電圧を加えても良い。この分極法A自体は従来と同様であればよいから、その詳細は省略する。   When the conventional polarization method of A is applied, for example, for preventing discharge of silicon oil or the like for sandwiching the laminate by polarization electrodes from both sides and preventing the occurrence of spark discharge (all-path discharge) due to dielectric breakdown What is necessary is just to apply the high voltage DC voltage or pulse voltage about 2000-3000V / mm of thickness of a sintered compact layer to the thickness direction of a sintered compact layer in the state immersed in the medium (liquid). In order to promote polarization, a high voltage may be applied in silicone oil heated to about 80 to 200 ° C. as appropriate. Since the polarization method A itself may be the same as the conventional one, its details are omitted.

一方Bのコロナ放電分極法は、有機材料の表面改質のための分極には従来から適用されているが、無機材料(酸化物系無機圧電材料)の分極のためには従来は適用されていなかった。しかるに本発明者等は、超音波厚みセンサとして使用される70〜80%の低密度のBIT焼結体であれば、超音波厚みセンサとして必要な程度の圧電特性が得られるように分極させることが可能であることを見い出した。
すなわち、気体(通常は大気)中において、線状電極もしくは針状電極からなるコロナ放電用電極と、それに対向する平板上のベース電極との間に高電圧光電を印加して、コロナ放電用電極からベース電極に向けて気体の電離によるコロナ放電を生起させ、かつそのコロナ放電による電界領域(放電域)内に前記積層体の焼結体層を曝せば、焼結体層の厚み方向に電位差を与えて分極させることができる。なおこのコロナ放電による分極処理は、それ以前の第2電極形成工程によって焼結体層の表面に予め第2の電極が形成されている場合、および焼結体層の表面に未だ第2の電極が形成されていない場合(すなわち分極処理工程の後に第2電極形成工程を実施する場合)のいずれの場合でも実施可能であることが確認されている。
On the other hand, the corona discharge polarization method of B has been conventionally applied to polarization for surface modification of organic materials, but has been conventionally applied to polarization of inorganic materials (oxide-based inorganic piezoelectric materials). There wasn't. However, the present inventors are required to polarize so that the piezoelectric characteristics of a degree necessary for an ultrasonic thickness sensor can be obtained if it is a 70 to 80% low density BIT sintered body used as an ultrasonic thickness sensor. Found that it was possible.
That is, in a gas (usually the atmosphere), a high voltage photoelectric is applied between a corona discharge electrode composed of a linear electrode or a needle electrode and a base electrode on a flat plate facing the corona discharge electrode. If a corona discharge is caused by gas ionization from the base electrode to the base electrode, and the sintered body layer of the laminate is exposed in an electric field region (discharge region) by the corona discharge, a potential difference occurs in the thickness direction of the sintered body layer. Can be polarized. The polarization treatment by corona discharge is performed when the second electrode is formed in advance on the surface of the sintered body layer in the previous second electrode forming step, and when the second electrode is still on the surface of the sintered body layer. It has been confirmed that it can be carried out in any case where no is formed (that is, when the second electrode forming step is carried out after the polarization treatment step).

このようなコロナ放電による分極処理を実施するための装置の具体的な例およびそれを用いた分極処理の詳細については、後に図4〜図6を参照して改めて説明する。   A specific example of an apparatus for performing such polarization processing by corona discharge and details of polarization processing using the device will be described later with reference to FIGS.

上述のような従来分極法Aもしくはコロナ放電分極法Bによって分極処理を施すことによって、焼結体層は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。
なお、分極処理工程の前に第2電極形成工程を行なっていない場合には、分極処理工程P6bの後工程として、第2電極形成工程P5Bを実施し、既に分極されている焼結体層の表面に前記と同様にして第2の電極を形成する。
By applying the polarization treatment by the conventional polarization method A or the corona discharge polarization method B as described above, the sintered body layer exhibits piezoelectric characteristics, and can be used for an ultrasonic thickness sensor.
In addition, when the 2nd electrode formation process is not performed before the polarization treatment process, the 2nd electrode formation process P5B is implemented as a post process of the polarization treatment process P6b, and the sintered body layer already polarized is performed. A second electrode is formed on the surface in the same manner as described above.

なおまた、実際の超音波センサでは、前記第1の電極、第2の電極に、超音波測定の電圧信号の入出力ために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。   In an actual ultrasonic sensor, it is necessary to attach lead wires to the first electrode and the second electrode in order to input and output voltage signals for ultrasonic measurement. Therefore, it is usual to attach a lead wire to each electrode using a conductive paste or the like after the polarization treatment or before the polarization treatment.

以上のような実施形態の方法によっ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2、図3に示す。
図2、図3において、符号1は、超音波厚みセンサ9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、BITからなる焼結体層(圧電セラミック層)3が形成されており、更にその焼結体層3の表面に第2の電極5が形成されている、そして第1の電極1、第2の電極5のそれぞれからは、リード線7A、7Bが引き出されている。このように構成された厚みセンサ9は、その第1の電極1の片面が厚さ測定対象物(金属管の管壁、容器の外壁など)11の表面に接するように、接着剤13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13としては、銀ペースト、ガラスペースト、白金ペースト、金ペーストなどを使用すればよい。
The ultrasonic thickness sensor manufactured by the method of the above embodiment and the situation at the time of use are shown in FIGS.
2 and 3, reference numeral 1 denotes a first electrode (a thin metal plate also serving as a support) of the ultrasonic thickness sensor 9, and one of the plate surfaces of the first electrode 1 is formed of a BIT made of BIT. A consolidated layer (piezoelectric ceramic layer) 3 is formed, and a second electrode 5 is formed on the surface of the sintered body layer 3. Each of the first electrode 1 and the second electrode 5 is formed. Lead wires 7A and 7B are drawn out. The thickness sensor 9 configured in this way has an adhesive 13 or the like so that one surface of the first electrode 1 is in contact with the surface of a thickness measurement object 11 (such as a metal tube wall or a container outer wall). By using and sticking, the thickness of the measurement object can be measured at any time. As the adhesive 13 at this time, a silver paste, a glass paste, a platinum paste, a gold paste, or the like may be used.

ここで、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(金属薄板)、焼結体層、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3に示したように、測定対象物11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。
Here, the ultrasonic thickness sensor manufactured according to the embodiment of the present invention is a very thin sensor composed of a three-layer structure of a first electrode (metal thin plate), a sintered body layer, and a second electrode as a whole. Even if a jacket is provided outside the pipe for protection or heat insulation, the pipe is bonded to the outer surface of the pipe in advance when assembling the pipe, and the jacket for protection or heat insulation from the outside of the thickness sensor is used. In this state, the piping equipment can be used as it is, and the thickness can be measured as it is. In that case, it is not necessary to remove the outer covering before the thickness measurement or to repair the outer covering after the measurement, and to apply the ultrasonic medium to the surface of the object before the thickness measurement, and the ultrasonic wave after the measurement. The work of wiping off the medium is also unnecessary.
Further, since this ultrasonic thickness sensor is thin and flexible as a whole, even if the surface of the measuring object 11 is curved as shown in FIG. An ultrasonic thickness sensor can be bonded along the surface to measure the thickness at the curved portion.

さらに、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、圧電材料としてキュリー温度が約410℃程度のチタン酸ビスマス(BIT)を使用しているため、400℃程度までは圧電材料であるBIT焼結体層が分極を失うことがなく、そのため400℃程度までの比較的高温域でも厚み測定を確実に行なうことができる。   Furthermore, since the ultrasonic thickness sensor manufactured according to the embodiment of the present invention uses bismuth titanate (BIT) having a Curie temperature of about 410 ° C. as the piezoelectric material, it is a piezoelectric material up to about 400 ° C. The BIT sintered body layer does not lose its polarization, so that the thickness can be reliably measured even in a relatively high temperature range up to about 400 ° C.

次に、分極処理工程にコロナ放電分極法を適用する場合において、その分極処理を実施するためのコロナ放電分極処理装置の一例を図4〜図6に示し、さらにその装置を用いての分極処理の望ましい態様について説明する。   Next, in the case where the corona discharge polarization method is applied to the polarization treatment step, an example of a corona discharge polarization treatment apparatus for performing the polarization treatment is shown in FIGS. 4 to 6, and the polarization treatment using the apparatus is further performed. The desirable mode of will be described.

図4〜図6において、床面などの固定水平面上に設置された固定台21の上方に電極台23が位置しており、この電極台23は、固定台21に、昇降調整機構25を介して上下方向に位置調整に支持されている。例えば電極台32は、固定台1から垂直上方に伸びるガイド軸27によって昇降可能に支持されるとともに、油圧シリンダなどの流体圧シリンダあるいは回転螺子機構、その他、各種のリンク機構など、自動もしくは手動の任意の構成の昇降調整機構5によって昇降されるように構成されている。
前記電極台23は、その上面が水平な平坦面23Aとされており、またその電極台23は、基本的には少なくともその上面(平坦面)23Aが導電性を有する構成とされていればよいが、本実施形態の場合は、電極台23の全体がアルミニウムやアルミニウム合金、銅や銅合金などの導電性材料からなる構成とされている。そしてこの電極台23は、接地電位を保つように、アース線29によって電気的に接地されている。なお電極台23には、必要に応じて、電熱ヒータや温水ヒータ、オイルヒータなどの図示しない加熱手段が組み込まれていても良い。
4 to 6, an electrode table 23 is located above a fixed table 21 installed on a fixed horizontal surface such as a floor surface. The electrode table 23 is connected to the fixed table 21 via an elevation adjustment mechanism 25. And is supported for vertical position adjustment. For example, the electrode base 32 is supported by a guide shaft 27 extending vertically upward from the fixed base 1 and can be moved up and down, and can be automatically or manually operated by a fluid pressure cylinder such as a hydraulic cylinder, a rotary screw mechanism, or other various link mechanisms. It is configured to be lifted and lowered by a lifting adjustment mechanism 5 having an arbitrary configuration.
The electrode table 23 has a flat surface 23A whose upper surface is horizontal, and the electrode table 23 basically has only to have a configuration in which at least its upper surface (flat surface) 23A has conductivity. However, in the case of the present embodiment, the entire electrode base 23 is made of a conductive material such as aluminum, aluminum alloy, copper or copper alloy. The electrode base 23 is electrically grounded through a ground wire 29 so as to maintain a ground potential. It should be noted that heating means (not shown) such as an electric heater, a hot water heater, and an oil heater may be incorporated in the electrode table 23 as necessary.

さらに電極台23の上方には、コロナ放電用電極31として、直線状の導電性線材からなる1本または2本以上(図示の例では3本)の線状電極31A〜31Cが、その長さ方向が水平となるように(したがって電極台23の上面23Aと平行となるように)、かつ同じ水平面内において平行に等しい間隔Sで配設されている。これらの線状電極31A〜31Cは、タングステン(W)などの高融点導電材料によって外径50〜100μm程度の線材に作られたものである。そして線状電極31A〜31Cは、例えばアーム状の電極支持部材33から間隔をおいて下方に突出する一対の支持部33A、33B間に張設されて、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用の電源35の一方側(正極もしくは負極側)に、リード線36を介して電気的に接続されている。   Further, above the electrode base 23, as the corona discharge electrode 31, one or more (three in the illustrated example) linear electrodes 31A to 31C made of a linear conductive wire have their lengths. They are arranged so that the directions are horizontal (thus parallel to the upper surface 23A of the electrode table 23) and at equal intervals S in parallel in the same horizontal plane. These linear electrodes 31A to 31C are made of a high melting point conductive material such as tungsten (W) into a wire having an outer diameter of about 50 to 100 μm. The linear electrodes 31 </ b> A to 31 </ b> C are stretched between a pair of support portions 33 </ b> A and 33 </ b> B that protrude downward with an interval from the arm-shaped electrode support member 33, for example, so as to maintain a horizontal state. The linear electrodes 31 </ b> A to 31 </ b> C are electrically connected to one side (positive electrode or negative electrode side) of a polarization voltage marking power source 35 including a DC high voltage power source via a lead wire 36.

以上のようにして、電極台23の上方の所定距離Gだけ離れた位置に、その電極台23の上面23Aと平行なコロナ放電用の線状電極31A〜31Cが配設された分極処理装置が構成されている。そして電極台23の上面23Aと線状電極31A〜31Cの間の距離Gは、昇降調整機構25によって電極台23の垂直方向位置を変えることによって、適宜調整可能となっている。
但し、場合によっては、電極台23の上下方向位置は固定しておく一方、電極支持部材33を昇降可能として、その電極支持部材33に昇降調整機構を設けておき、必要に応じて電極支持部材33を昇降させることによって線状電極31A〜31Cを上下動させ、これによって電極台23の上面23Aと線状電極31A〜31Cの間の距離Gを調整することも可能である。したがって、要は、電極台23の上面23Aと線状電極31A〜31Cの間の距離Gを調整する間隔調整手段として、電極台23と電極支持部材33のいずれかに昇降調整機構が設けられていれば良い。
As described above, the polarization processing apparatus in which the linear electrodes 31A to 31C for corona discharge parallel to the upper surface 23A of the electrode table 23 are disposed at a position separated by a predetermined distance G above the electrode table 23. It is configured. The distance G between the upper surface 23 </ b> A of the electrode table 23 and the linear electrodes 31 </ b> A to 31 </ b> C can be adjusted as appropriate by changing the vertical position of the electrode table 23 by the elevation adjustment mechanism 25.
However, in some cases, while the vertical position of the electrode base 23 is fixed, the electrode support member 33 can be moved up and down, and a lift adjustment mechanism is provided in the electrode support member 33, and the electrode support member is provided as necessary. It is also possible to adjust the distance G between the upper surface 23A of the electrode base 23 and the linear electrodes 31A to 31C by moving up and down 33 to move the linear electrodes 31A to 31C up and down. Therefore, in essence, as an interval adjusting means for adjusting the distance G between the upper surface 23A of the electrode table 23 and the linear electrodes 31A to 31C, an elevation adjustment mechanism is provided on either the electrode table 23 or the electrode support member 33. Just do it.

次に、図4〜図6に示されるコロナ放電分極処理装置を用いて、前記積層体におけるBITからなる焼結体層に分極処理を施す方法について説明する。
ここで、積層体40は、既に述べたようにステンレス鋼や白金などの導電性を有する10〜150μm程度の薄質な金属薄板(第1の電極)1を支持体とし、その金属薄板1の一方の板面(上面)に、30〜150μm程度の薄い層状にBITからなる焼結体層3が形成されたもの(分極処理工程の前に第2電極形成工程を実施しない場合)、あるいは、上記と同様に支持体としての金属薄板(第1の電極)1の板面にBITからなる焼結体層3が形成され、さらにその焼結体層3の表面に第2の電極5が形成されたものである。但し図4〜図6の例では、第2の電極5を形成していない積層体40を示している。ここで、上記の金属薄板3は、コロナ放電のための電圧印加時に、コロナ放電用電極(線状電極31;31A〜31C)の対極の平板状ベース電極としても機能するものである。
Next, a method for applying a polarization treatment to the sintered body layer made of BIT in the laminate using the corona discharge polarization treatment apparatus shown in FIGS. 4 to 6 will be described.
Here, as described above, the laminated body 40 uses the thin metal thin plate (first electrode) 1 having a conductivity of about 10 to 150 μm such as stainless steel or platinum as a support, and the metal thin plate 1 One plate surface (upper surface) in which a sintered body layer 3 made of BIT is formed in a thin layer of about 30 to 150 μm (when the second electrode forming step is not performed before the polarization treatment step), or Similarly to the above, a sintered body layer 3 made of BIT is formed on the plate surface of a thin metal plate (first electrode) 1 as a support, and a second electrode 5 is formed on the surface of the sintered body layer 3. It has been done. However, in the examples of FIGS. 4 to 6, the stacked body 40 in which the second electrode 5 is not formed is illustrated. Here, the metal thin plate 3 functions also as a plate-like base electrode as a counter electrode of the corona discharge electrodes (linear electrodes 31; 31A to 31C) when a voltage for corona discharge is applied.

前述のような積層体40における焼結体層3に分極処理を施すにあたっては、積層体40を、金属薄板1の板面(下面)が電極台23の上面23Aに接するように載置する。この状態では、電極台23と金属薄板1との間が電気的に導通されて、金属薄板1が電極台23と同電位(通常は接地電位)となり、金属薄板1自体が、コロナ放電時の平板状ベース電極として機能し得ることになる。またこの状態では、層状焼結体3の上面は水平となっており、同じく水平に張設された線状電極31A〜31Cとの間に所定の間隔が存在する。
この状態で分極電圧印用電源35を駆動させれば、線状電極31A〜31Cと金属薄板1との間に高電圧が加えられ、これによって各線状電極31A〜31Cから金属薄板1に向けてコロナ放電が発生して、電界領域(放電域;電位差領域)が形成される。層状焼結体3は、金属薄板1に対して線状電極31A〜31Cの側に形成されているから、その焼結体層3は、コロナ放電による電界に曝され、その結果、焼結体層3が分極されることになる。
本発明者等の実験によれば、密度が70〜80%と低密度でかつ厚みが数百μmオーダー以下の薄質なBITからなる焼結体層であれば、コロナ放電によって、超音波厚みセンサとして必要な程度の分極特性、圧電特性が得られることが判明している。
In performing polarization treatment on the sintered body layer 3 in the laminated body 40 as described above, the laminated body 40 is placed so that the plate surface (lower surface) of the thin metal plate 1 is in contact with the upper surface 23 </ b> A of the electrode base 23. In this state, the electrode base 23 and the metal thin plate 1 are electrically connected, the metal thin plate 1 becomes the same potential as the electrode base 23 (usually ground potential), and the metal thin plate 1 itself is subjected to corona discharge. It can function as a flat base electrode. In this state, the upper surface of the layered sintered body 3 is horizontal, and there is a predetermined interval between the linear electrodes 31 </ b> A to 31 </ b> C that are also horizontally stretched.
When the polarization voltage marking power source 35 is driven in this state, a high voltage is applied between the linear electrodes 31A to 31C and the thin metal plate 1, and thereby the linear electrodes 31A to 31C are directed toward the thin metal plate 1. Corona discharge occurs, and an electric field region (discharge region; potential difference region) is formed. Since the layered sintered body 3 is formed on the side of the linear electrodes 31A to 31C with respect to the metal thin plate 1, the sintered body layer 3 is exposed to an electric field by corona discharge, and as a result, the sintered body Layer 3 will be polarized.
According to the experiments by the present inventors, if the sintered body layer is made of a thin BIT having a low density of 70 to 80% and a thickness of several hundreds μm or less, the ultrasonic thickness is reduced by corona discharge. It has been found that polarization characteristics and piezoelectric characteristics required for a sensor can be obtained.

なお、場合によっては、既に述べたように分極処理装置として電極台23に予め加熱手段を組み込んだ構成を適用しておき、分極処理時に加熱手段を作動させて、電極台23および金属薄板1を介して層状焼結体3を、例えば80〜200℃程度に加熱し、その状態でコロナ放電を生起させて、分極を促進しても良い。   In some cases, as already described, a configuration in which heating means is incorporated in the electrode base 23 in advance as a polarization processing apparatus is applied, and the heating means is operated during the polarization processing to connect the electrode base 23 and the thin metal plate 1. The layered sintered body 3 may be heated to, for example, about 80 to 200 ° C., and corona discharge may be caused in that state to promote polarization.

なお本例の場合、コロナ放電用電極としては、従来のコロナ放電において一般的な針状電極ではなく線状電極を用いているが、線状電極であっても、その径が小さければ、水平に伸びる線状電極の垂直断面で見れば点状となっており、そのため平板状ベース電極(金属薄板1)に向かってコロナ放電を生じさせることができる。しかも各線状電極31A〜31Cからは、その線状電極の長さ方向に沿う帯状に電界(放電域)が形成されるため、ある表面積を有する層状焼結体3に対して、その表面における広がりを持った領域を同時に電界に曝し、これによって層状焼結体のある広さの領域を、一斉に分極させることができる。   In the case of this example, as the corona discharge electrode, a linear electrode is used instead of a general needle electrode in conventional corona discharge. When viewed in a vertical cross section of the linear electrode extending in the direction of the point, the shape is a point, and therefore, corona discharge can be generated toward the flat base electrode (metal thin plate 1). Moreover, from each of the linear electrodes 31A to 31C, an electric field (discharge region) is formed in a strip shape along the length direction of the linear electrode, so that the layered sintered body 3 having a certain surface area spreads on the surface. By simultaneously exposing the region having to an electric field, it is possible to simultaneously polarize a certain area of the layered sintered body.

ここで、線状電極31として平行な複数本のもの(31A〜31C)を設けておけば、同時に広い面積にわたって層状焼結体3をコロナ放電による電界中に曝すことができる。
例えば図4〜図6に示す例では、間隔を置いて平行に配列された3本の線状電極31A、31B、31Cのそれぞれと平板状ベース電極に相当する金属薄板1との間には、それぞれコロナ放電によって電界領域(放電域)41A、41B、41Cが形成される。これらの電界領域41A、41B、41Cは、それぞれ線状電極31A、31B、31Cの長さ方向に沿う帯状の領域として、最大幅(金属薄板表面付近での幅)Wで形成される。そして各電界領域41A、41B、41Cの幅方向の端部付近が互いに重なり合うように、線状電極31A、31B、31Cの相互間の間隔S、および線状電極31A、31B、31Cと電極台23との間の距離Gを設定しておけば、金属薄板1上に形成されている焼結体層3の全体が電界領域中に曝されることになり、その層状焼結体3の全体を同時に分極させることが可能となる。
Here, if a plurality of parallel electrodes (31A to 31C) are provided as the linear electrode 31, the layered sintered body 3 can be exposed to an electric field by corona discharge over a wide area at the same time.
For example, in the example shown in FIGS. 4 to 6, between each of the three linear electrodes 31 </ b> A, 31 </ b> B, 31 </ b> C arranged in parallel at intervals and the thin metal plate 1 corresponding to the flat base electrode, Electric field regions (discharge regions) 41A, 41B, and 41C are formed by corona discharge, respectively. These electric field regions 41A, 41B, and 41C are each formed as a band-like region along the length direction of the linear electrodes 31A, 31B, and 31C with a maximum width (width in the vicinity of the surface of the thin metal plate) W. And the space | interval S between linear electrode 31A, 31B, 31C and linear electrode 31A, 31B, 31C and electrode stand 23 so that the edge part vicinity of each width direction of each electric field area | region 41A, 41B, 41C may mutually overlap. If the distance G between the two is set, the entire sintered body layer 3 formed on the metal thin plate 1 is exposed to the electric field region, and the entire layered sintered body 3 is exposed. It becomes possible to polarize at the same time.

なお、分極のためのコロナ放電時におけるコロナ放電用電極としての線状電極31(31A〜31C)と、それに対向する平板状のベース電極(金属薄板39)との間の間隔Gは、0.5〜2cm程度が好ましい。間隔Gが0.5cm未満では、対向電極間の距離が小さすぎて、絶縁破壊による火花放電(全路放電)が生じてしまうおそれがあり、一方間隔Gが2cmを越えれば、コロナ放電が生じにくくなってしまう。
また分極のためのコロナ放電時において印加する印加電圧は、間隔Gによっても異なるが、通常は5000〜15000V程度が好ましい。5000V未満ではコロナ放電が生じにくくなり、一方15000Vを越えれば、細い線状電極が焼切れてしまうおそれがある。なお本発明者等の実験によれば、焼結体層の密度が70〜80%で、かつ厚みが30〜150μm程度と薄質であれば、上記の電極間距離条件、印加電圧条件の範囲内でのコロナ放電によって、超音波厚みセンサとして必要な程度の分極特性(圧電特性)が得られることが確認されている。
さらに、高電圧を印加する時間、すなわちコロナ放電によって分極処理を行う時間は、1〜5分程度とすることが望ましい。分極処理時間が1分未満では、70〜80%の低密度の焼結体について、超音波厚みセンサとして必要な程度まで分極させることができなくなってしまうおそれがあり、一方、5分を越えて分極処理を行っても、70〜80%の低密度の焼結体ではそれ以上分極が進行せず、生産性を損なうだけである。但し、分極しにくい圧電材料の場合には、5分を越える長時間の分極処理を行うことも許容される。
Note that the gap G 0 between the linear electrode 31 (31A to 31C) as a corona discharge electrode during corona discharge for polarization and the flat base electrode (metal thin plate 39) opposed thereto is 0. About 5 to 2 cm is preferable. The distance G 0 is less than 0.5 cm, the distance between the opposing electrodes is too small, there is a possibility that a spark discharge due to insulation breakdown (total road discharge) occurs, whereas if the interval G 0 is exceeds the 2 cm, corona discharge It becomes difficult to occur.
Further, the applied voltage applied at the time of corona discharge for polarization varies depending on the gap G 0 , but is usually preferably about 5000 to 15000V. If it is less than 5000 V, corona discharge is less likely to occur, whereas if it exceeds 15000 V, the thin linear electrode may be burned out. According to the experiments by the present inventors, if the density of the sintered body layer is 70 to 80% and the thickness is as thin as about 30 to 150 μm, the range of the inter-electrode distance condition and the applied voltage condition described above. It has been confirmed that polarization characteristics (piezoelectric characteristics) of a degree necessary for an ultrasonic thickness sensor can be obtained by corona discharge inside.
Furthermore, the time for applying the high voltage, that is, the time for performing the polarization treatment by corona discharge is preferably about 1 to 5 minutes. If the polarization treatment time is less than 1 minute, there is a possibility that the sintered body having a low density of 70 to 80% cannot be polarized to the extent necessary as an ultrasonic thickness sensor, while it exceeds 5 minutes. Even if the polarization treatment is performed, in the sintered body having a low density of 70 to 80%, the polarization does not proceed any more and only the productivity is impaired. However, in the case of a piezoelectric material that is difficult to polarize, it is allowed to perform a polarization process for a long time exceeding 5 minutes.

なお、図4〜図6では、焼結体層3の表面に第2の電極5が予め形成されていない場合についてコロナ放電による分極処理を行う例として示しているが、第2の電極5が予め形成されている焼結体層3に対してコロナ放電による分極処理を行ってもよいことはもちろんであり、その場合においても、焼結体層3の表面に予め第2の電極5が形成されていない状態での分極処理条件と同様な条件で分極させ得ることが確認されている。   4 to 6 show an example in which the polarization treatment by corona discharge is performed when the second electrode 5 is not formed on the surface of the sintered body layer 3 in advance. It goes without saying that the sintered body layer 3 formed in advance may be subjected to polarization treatment by corona discharge, and even in this case, the second electrode 5 is formed in advance on the surface of the sintered body layer 3. It has been confirmed that polarization can be performed under the same conditions as the polarization treatment conditions in a state in which no polarization is performed.

さらに、以上の説明では、焼結体層を支持するための薄板状支持体(超音波厚みセンサとしての第1の電極を兼ねるもの)として、ステンレス鋼などの金属薄板を用いることとしているが、基本的には、薄板状支持体は、第1の電極として機能させるべく、少なくとも表面に導電性が付与されているものであれば良い。したがって例えばジルコニア系セラミックスからなる平均厚み30〜100μm程度の薄い基板の板面に、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、その他、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)など、導電性を有しかつ耐高温酸化特性に優れた金属をメタライズして、平均膜厚5〜20μm程度のメタライズ層を形成した薄板状支持体を使用することも許容される。   Furthermore, in the above description, a thin plate-like support for supporting the sintered body layer (also serving as the first electrode as the ultrasonic thickness sensor) is a metal thin plate such as stainless steel. Basically, the thin plate-like supporter may be any member as long as conductivity is imparted to at least the surface in order to function as the first electrode. Therefore, for example, platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), other materials such as palladium (Pd), rhodium (Rh), etc. on the surface of a thin substrate having an average thickness of about 30 to 100 μm made of zirconia ceramics. It is also acceptable to use a thin plate-like support formed by metallizing a metal having excellent properties and high-temperature oxidation resistance to form a metallized layer having an average film thickness of about 5 to 20 μm.

すなわち、ジルコニア系セラミックスは、各種のセラミックスのうちでも、一般に靭性、延性が優れていて、薄質であれば、ある程度の可撓性を示すことができ、そのため本発明で対象としている超音波厚みセンサにおいて、板状支持体として金属薄板の代わりに使用することができる。特にジルコニア系セラミックスのうちでも、部分安定化ジルコニアは、靭性、延性に優れており、したがって超音波厚みセンサに使用することができる。部分安定化ジルコニアとしては、イットリウム(Y)で代表される希土類元素の酸化物(例えばイットリア:Y)や酸化マグネシウム(マグネシア:MgO)、あるいは酸化カルシウム(カルシア:CaO)などがある。これらのうちでも、イットリアを安定化剤として添加したイットリア部分安定化ジルコニア(3YSZ)を用いることが、特性(可撓性)およびコスト面から最も望ましい。 That is, zirconia-based ceramics are generally excellent in toughness and ductility among various ceramics, and can exhibit a certain degree of flexibility if they are thin. Therefore, the ultrasonic thickness targeted by the present invention. In the sensor, it can be used as a plate-like support instead of a thin metal plate. Particularly among zirconia-based ceramics, partially stabilized zirconia is excellent in toughness and ductility, and therefore can be used for an ultrasonic thickness sensor. Examples of the partially stabilized zirconia include rare earth element oxides represented by yttrium (Y) (for example, yttria: Y 2 O 3 ), magnesium oxide (magnesia: MgO), calcium oxide (calcia: CaO), and the like. Among these, it is most desirable to use yttria partially-stabilized zirconia (3YSZ) added with yttria as a stabilizer in terms of characteristics (flexibility) and cost.

以下に本発明の実施例を記す。   Examples of the present invention will be described below.

この実施例1は、低融点ガラス粉末としては、ビスマス系ガラス粉末を用い、また分極処理として、一対の分極用電極によって挟んでシリコンオイル中で処理する方法を適用して、超音波厚みセンサを製造した実施例である。   This Example 1 uses a bismuth-based glass powder as the low melting point glass powder, and applies a method in silicon oil sandwiched between a pair of polarization electrodes as a polarization treatment, It is the manufactured Example.

すなわち、先ずBIT生成用の原料粉末として、酸化ビスマス(Bi)および酸化チタン(TiO)の粉末を用意し、これらを、Bi:2モル、TiO:3モルの割合で配合し、溶媒をエタノール、分散剤をポリエチレンイミンとして、ボールミルにより24時間湿式混練し、スラリーとした。そのスラリーを乾燥させて混合粉末塊とした後、アルミナるつぼに入れて、アルミナの蓋をし、850℃、10時間の熱処理(仮焼成)を行い、BIT、すなわちBiTi12の粉末塊を得た。そのBIT粉末塊を粉砕し、300ミクロンの篩いを通過させたものをボールミルに入れ、エタノール中で、ジルコニアボールを粉砕媒体として24時間粉砕することにより、平均粒径2.2μmのBIT粉末とし、乾燥させた。 That is, first, powders of bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO 2 ) were prepared as raw material powders for generating BIT, and these were in a ratio of Bi 2 O 3 : 2 mol and TiO 2 : 3 mol. And the solvent was ethanol, the dispersant was polyethyleneimine, and wet kneaded with a ball mill for 24 hours to form a slurry. The slurry is dried to form a mixed powder lump, then placed in an alumina crucible, covered with alumina, heat-treated (pre-baked) at 850 ° C. for 10 hours, and BIT, that is, Bi 4 Ti 3 O 12 powder. A lump was obtained. The BIT powder mass is pulverized, put through a 300 micron sieve into a ball mill, and pulverized in ethanol using zirconia balls as a pulverization medium for 24 hours to obtain a BIT powder having an average particle size of 2.2 μm. Dried.

次に、その平均粒径2.2μmのBIT粉末を、平均粒径が2.5μmのビスマス系ガラス粉末と混合するとともに、分散媒としてブチルカルビトール系溶剤を加え、ロールミルによって混練して、焼結原料ペーストを作成した。ここで、ビスマス系ガラス粉末としては、Bi―SiO系ガラス、すなわちxBi・(100−x)SiOで、x=50mol%のものを用いた。またBIT粉末とビスマス系ガラス粉末との配合割合は、BIT粉末80重量部に対しビスマス系ガラス粉末20重量部とした。なお得られたペーストの粘度は、2000mPa・sであった。 Next, the BIT powder having an average particle size of 2.2 μm is mixed with a bismuth-based glass powder having an average particle size of 2.5 μm, and a butyl carbitol solvent is added as a dispersion medium, kneaded by a roll mill, and baked. A raw material paste was prepared. Here, as the bismuth-based glass powder, Bi 2 O 3 —SiO 2 -based glass, that is, xBi 2 O 3. (100-x) SiO 2 with x = 50 mol% was used. The blending ratio of BIT powder and bismuth glass powder was 20 parts by weight of bismuth glass powder with respect to 80 parts by weight of BIT powder. The obtained paste had a viscosity of 2000 mPa · s.

次いでその焼結原料ペーストを、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で塗布した。具体的な塗布方法としては、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、ロールコーターで前記開口部にペーストを100μm厚で塗布した。
塗布後、ペーストを乾燥させてから、電気炉に入れ、大気雰囲気にて昇温速度500℃/hrで500℃まで加熱し、500℃において1時間保持した後、炉令した。これにより、焼成されたBITからなる厚み60μmのBIT焼結体層が、第1の電極としての厚さ50μmのSUS304からなる金属薄板の上に焼き付けられたものが得られた。
更にそのBITからなる焼結体層(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、300℃で焼き付けて、平均厚み20μmの第2の電極(銀電極)を形成した。
Next, the sintered raw material paste was applied to the center of a thin metal plate (thickness 50 μm, 1 cm × 2 cm square) made of SUS304 as a first electrode in a square shape of 8 mm square with a thickness of 100 μm. As a specific coating method, masking was performed with a tape having a thickness of 100 μm so that an opening of 8 mm square was formed on the surface of the metal thin plate, and a paste was applied to the opening with a thickness of 100 μm using a roll coater.
After coating, the paste was dried, put in an electric furnace, heated to 500 ° C. at a heating rate of 500 ° C./hr in an air atmosphere, held at 500 ° C. for 1 hour, and then furnace-aged. As a result, a BIT sintered body layer having a thickness of 60 μm made of fired BIT was baked onto a metal thin plate made of SUS304 having a thickness of 50 μm as the first electrode.
Furthermore, a silver paste for the second electrode is applied in a 4 mm circle to the center of the sintered body layer (8 mm square) made of BIT, and baked at 300 ° C., so that the second electrode (silver electrode) having an average thickness of 20 μm Formed.

このようにして第1の電極(SUS304)上にBITからなる焼結体層(セラミック層)が形成されかつその焼結体層上に第2の電極(銀)が形成された積層体が得られた。なお焼結体層の密度は、約75%であった。
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。
In this way, a laminated body in which a sintered body layer (ceramic layer) made of BIT is formed on the first electrode (SUS304) and a second electrode (silver) is formed on the sintered body layer is obtained. It was. The density of the sintered body layer was about 75%.
Then, the laminated body was immersed in 150 degreeC silicon oil, and the polarization process which gives the electric potential difference of 3000 V / mm between the 1st electrode in the laminated body and the 2nd electrode was implemented for 5 minutes. Thereafter, a lead wire was bonded to each of the first electrode (SUS304) and the second electrode (silver) with a conductive paste to form a thickness sensor.

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、室温において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。さらに、上記の厚み測定対象の管壁を350℃に加熱して、その状態で上記と同様に厚み測定を行なったところ、室温の場合と同様に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。   When the polarization state (piezoelectric constant d33) of the sample after the polarization treatment was examined using a d33 meter, it was confirmed that the sample was well polarized. In addition, as an ultrasonic thickness sensor, when the thickness of the tube wall was measured at room temperature by attaching it to a tube wall of a stainless steel outer diameter of 10 cm and a wall thickness of 8 mm using a silver paste as an adhesive, It was confirmed that it worked well and the thickness was measured correctly. Furthermore, when the above-mentioned thickness measurement target tube wall is heated to 350 ° C. and the thickness is measured in the same manner as described above, it operates as well as at room temperature and the thickness is measured correctly. Was confirmed.

この実施例2は、低融点ガラス粉末として実施例1と同様にビスマス系ガラス粉末を用い、また分極処理としては、前記実施例1とは変えて、コロナ放電による分極処理を適用し、超音波厚みセンサを製造した実施例である。   In this Example 2, a bismuth glass powder was used as the low melting point glass powder in the same manner as in Example 1, and as the polarization treatment, a polarization treatment by corona discharge was applied instead of the above-mentioned Example 1, and ultrasonic waves were applied. It is the Example which manufactured the thickness sensor.

すなわち、実施例1と同様にして平均粒径2.2μmのBIT粉末と、平均粒径が2.5μmのビスマス系ガラス粉末とを、重量比で8:2の割合で混合するとともに、分散媒としてブチルカルビトール系溶剤を加え、混練して、粘度が2000mPa・sの焼結原料ペーストを作成した。そのペーストを、実施例1と同様にして第1の電極としての金属薄板(SUS304)に塗布、乾燥、焼成し、得られたBITからなる焼結体層上に第2電極を形成し、積層体とした。
次いでコロナ放電による分極処理を、次のようにして施した。すなわち、コロナ放電分極処理装置として図4〜図6に示す装置を用い、その電極台23上に積層体40を載置して、コロナ放電による分極処理を行なった。ここでコロナ放電用電極31としては、タングステン(W)からなる外径100μm、長さ150mmの3本の線状電極31A〜31Cを、30mmの間隔で平行に配列し、また積層体40と線状電極31A〜31Cとの間隔は1cmとし、9000Vの電圧を線状電極31A〜31Cと電極台23との間に加え、5分間処理を行った。
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。
That is, in the same manner as in Example 1, BIT powder having an average particle size of 2.2 μm and bismuth glass powder having an average particle size of 2.5 μm were mixed at a weight ratio of 8: 2, and the dispersion medium was mixed. A butyl carbitol solvent was added and kneaded to prepare a sintered raw material paste having a viscosity of 2000 mPa · s. The paste was applied to a metal thin plate (SUS304) as a first electrode in the same manner as in Example 1, dried and fired, and a second electrode was formed on the obtained sintered body layer made of BIT, and laminated. The body.
Next, polarization treatment by corona discharge was performed as follows. That is, the apparatus shown in FIGS. 4-6 was used as a corona discharge polarization processing apparatus, the laminated body 40 was mounted on the electrode stand 23, and the polarization process by a corona discharge was performed. Here, as the corona discharge electrode 31, three linear electrodes 31 </ b> A to 31 </ b> C made of tungsten (W) having an outer diameter of 100 μm and a length of 150 mm are arranged in parallel at intervals of 30 mm. The interval between the electrode electrodes 31A to 31C was 1 cm, and a voltage of 9000 V was applied between the linear electrodes 31A to 31C and the electrode base 23, and the treatment was performed for 5 minutes.
Thereafter, a lead wire was bonded to each of the first electrode (SUS304) and the second electrode (silver) with a conductive paste to form a thickness sensor.

コロナ放電による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、実施例1と同様に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、接着剤として金ペーストを用いて貼り付け、実施例1と同様に、室温状態および350℃加熱状態で、管壁の厚み測定を行なったところ、室温、350℃加熱のいずれの状態においても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。   When the polarization state (piezoelectric constant d33) of the sample after the polarization treatment by corona discharge was examined using a d33 meter, it was confirmed that the sample was favorably polarized as in Example 1. Further, as an ultrasonic thickness sensor, it was attached to a tube wall of a stainless steel tube having an outer diameter of 10 cm and a wall thickness of 8 mm by using a gold paste as an adhesive. When the thickness of the tube wall was measured in the heated state, it was confirmed that it worked well and the thickness was measured correctly in both the room temperature and 350 ° C. heated states.

この実施例3は、低融点ガラス粉末として実施例1と同様にビスマス系ガラス粉末を用い、また分極処理としては、コロナ放電による分極処理を、実施例2とは変えて、BITからなる焼結体層上に第2の電極が未だ形成されていない状態で実施し、その後に第2の電極を分極処理後の焼結体層上に形成して、超音波厚みセンサを製造した例である。   This Example 3 uses a bismuth-based glass powder as the low melting point glass powder in the same manner as in Example 1. Also, as a polarization treatment, the polarization treatment by corona discharge is changed from that in Example 2 and is made of BIT. This is an example in which an ultrasonic thickness sensor was manufactured by carrying out in a state where the second electrode was not yet formed on the body layer, and then forming the second electrode on the sintered body layer after the polarization treatment. .

すなわち、金属薄板(SUS304)上にBITからなる焼結体層を形成するまでは、実施例2と全く同様とし、その焼結体層上に第2の電極を形成していない状態の積層体を、図4〜図6に示すコロナ放電分極処理装置の電極台23上に載置し、実施例2と同様な条件で、コロナ放電による分極処理を行った。
分極処理後、BITからなる焼結体層(8mm角)の中央に、4mm丸の大きさで第2の電極用の銀ペーストを塗布し、300℃で焼き付け、平均厚み20μmの第2の電極(銀電極)を形成した。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。
That is, it is exactly the same as Example 2 until the sintered body layer made of BIT is formed on the thin metal plate (SUS304), and the laminated body in which the second electrode is not formed on the sintered body layer. Was placed on the electrode stage 23 of the corona discharge polarization treatment apparatus shown in FIGS. 4 to 6 and subjected to polarization treatment by corona discharge under the same conditions as in Example 2.
After the polarization treatment, a silver paste for the second electrode having a 4 mm round size is applied to the center of the sintered body layer (8 mm square) made of BIT, and baked at 300 ° C., and the second electrode having an average thickness of 20 μm. (Silver electrode) was formed. Thereafter, a lead wire was bonded to each of the first electrode (SUS304) and the second electrode (silver) with a conductive paste to form a thickness sensor.

コロナ放電による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、実施例2と同様に、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、接着剤として金ペーストを用いて貼り付け、実施例1と同様に、室温状態および350℃加熱状態で、管壁の厚み測定を行なったところ、室温、350℃加熱のいずれの状態においても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。   When the polarization state (piezoelectric constant d33) of the sample after the polarization treatment by corona discharge was examined using a d33 meter, it was confirmed that the sample was well polarized as in Example 2. Further, as an ultrasonic thickness sensor, it was attached to a tube wall of a stainless steel tube having an outer diameter of 10 cm and a wall thickness of 8 mm by using a gold paste as an adhesive. When the thickness of the tube wall was measured in the heated state, it was confirmed that it worked well and the thickness was measured correctly in both the room temperature and 350 ° C. heated states.

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。   The preferred embodiments and examples of the present invention have been described above. However, these embodiments and examples are merely examples within the scope of the present invention, and do not depart from the spirit of the present invention. Thus, addition, omission, replacement, and other changes of the configuration are possible. That is, the present invention is not limited by the above description, is limited only by the scope of the appended claims, and can be appropriately changed within the scope.

1 金属薄板(第1の電極;薄板状支持体)
3 焼結体層(BIT圧電セラミックス層)
5 第2の電極
9 超音波厚みセンサ
11 厚さ測定対象物
31、31A〜31C 線状電極(コロナ放電用電極)
40 積層体
41A〜41C 電界領域(放電域)
1 Metal thin plate (first electrode; thin plate support)
3 Sintered body layer (BIT piezoelectric ceramic layer)
5 Second electrode 9 Ultrasonic thickness sensor 11 Thickness measurement object 31, 31A to 31C Linear electrode (corona discharge electrode)
40 Laminated bodies 41A to 41C Electric field region (discharge region)

Claims (10)

チタン酸ビスマスからなる粉末を低融点ガラス粉末と混合して、ペースト状の焼結原料を調製する焼結原料ペースト調製工程と、
前記焼結原料のペーストを、少なくとも一方の板面が導電性を有する薄板状支持体からなる第1の電極の前記板面上に塗布して乾燥させ、第1の電極の前記板面上に焼結原料層を形成する焼結原料層形成工程と、
前記焼結原料層を、450〜550℃の範囲内の温度で加熱して焼成し、チタン酸ビスマス焼結体層を形成する焼成工程と、
前記焼成工程の後もしくは後に、前記チタン酸ビスマス焼結体層における前記第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、
前記焼結体層の厚み方向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。
A sintering raw material paste preparation step of preparing a paste-like sintering raw material by mixing a powder made of bismuth titanate with a low melting glass powder,
The paste of the sintering raw material is applied on the plate surface of the first electrode made of a thin plate-like support having at least one plate surface having conductivity, dried, and then on the plate surface of the first electrode. A sintering material layer forming step for forming a sintering material layer;
The sintering raw material layer is heated and fired at a temperature within a range of 450 to 550 ° C., and a firing step of forming a bismuth titanate sintered body layer,
A second electrode forming step of forming a second electrode on a surface opposite to the first electrode in the bismuth titanate sintered body layer after or after the firing step;
A polarization treatment step of applying a potential difference in the thickness direction of the sintered body layer to perform polarization treatment;
The manufacturing method of the ultrasonic thickness sensor characterized by having.
前記低融点ガラス粉末として、その平均粒径が1.0〜20.0μmの範囲内のものを用い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。   2. The method of manufacturing an ultrasonic thickness sensor according to claim 1, wherein the low melting point glass powder has an average particle diameter in the range of 1.0 to 20.0 μm. 焼結原料ペースト調製工程におけるチタン酸ビスマス粉末と低融点ガラス粉末との配合比を、チタン酸ビスマス粉末と低融点ガラス粉末との合計を100重量部とし、低融点ガラス粉末が15〜25重量部を占めるように調整す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。   The compounding ratio of the bismuth titanate powder and the low melting glass powder in the sintering raw material paste preparation step is 100 parts by weight of the total of the bismuth titanate powder and the low melting glass powder, and the low melting glass powder is 15 to 25 parts by weight. The method for manufacturing an ultrasonic thickness sensor according to claim 1, wherein the ultrasonic thickness sensor is adjusted so as to occupy the frequency. 前記低融点ガラス粉末として、ビスマス系ガラス粉末を用いることを特徴とすることを特徴とする求項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。   The ultrasonic thickness sensor manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein a bismuth-based glass powder is used as the low melting point glass powder. 前記前記焼成工程によって、密度が70〜80%の範囲内のチタン酸ビスマス焼結体層を得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。   The ultrasonic thickness sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein a bismuth titanate sintered body layer having a density in the range of 70 to 80% is obtained by the firing step. Manufacturing method. 前記前記焼成工程によって、厚みが30〜150μmの範囲内のチタン酸ビスマス焼結体層を得ることを特徴とする請求項1〜請求項5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。   The ultrasonic thickness sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein a bismuth titanate sintered body layer having a thickness in a range of 30 to 150 µm is obtained by the firing step. Production method. 前記第1電極を構成する薄板状支持体として、その厚みが10〜150μmの範囲内の金属薄板を用い、また前記第2の電極を、その厚みが、10〜100μmの範囲内となるように形成することを特徴とする請求項6に記載の超音波厚みセンサの製造方法。   As the thin plate-like support constituting the first electrode, a metal thin plate having a thickness in the range of 10 to 150 μm is used, and the second electrode has a thickness in the range of 10 to 100 μm. It forms, The manufacturing method of the ultrasonic thickness sensor of Claim 6 characterized by the above-mentioned. 前記第1電極を構成する薄板状支持体として、その厚みが30〜100μmの範囲内の部分安定化ジルコニアからなるセラミック基板の表面に、良導電性を有する耐高温酸化性金属からなる平均膜厚5〜20μmのメタライズ層が形成されたメタライズ板を用い、また前記第2の電極を、その厚みが、10〜100μmの範囲内となるように形成することを特徴とすることを特徴とする請求項6に記載の超音波厚みセンサの製造方法。   As the thin plate-like support constituting the first electrode, an average film thickness made of a high-temperature oxidation-resistant metal having good conductivity on the surface of a ceramic substrate made of partially stabilized zirconia having a thickness in the range of 30 to 100 μm. A metallized plate having a metallized layer having a thickness of 5 to 20 μm is used, and the second electrode is formed to have a thickness in the range of 10 to 100 μm. Item 7. A method for manufacturing an ultrasonic thickness sensor according to Item 6. 前記第2電極形成工程の前もしくは後に前記分極処理工程を行い、かつその分極処理工程においては、焼結体層表面もしくは第2の電極の表面に分極用電極が直接接触するように分極処理用電極を配置し、火花放電防止用媒体中において分極用電極と前記薄板状支持体の表面との間に電圧を印加することによって焼結体層を分極させることを特徴とする請求項1〜請求項8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。   The polarization treatment step is performed before or after the second electrode forming step, and in the polarization treatment step, the polarization electrode is used so that the polarization electrode is in direct contact with the surface of the sintered body layer or the surface of the second electrode. The electrode is arranged, and the sintered body layer is polarized by applying a voltage between the electrode for polarization and the surface of the thin plate-like support in the spark discharge prevention medium. The method for manufacturing an ultrasonic thickness sensor according to claim 8. 前記第2電極形成工程の前もしくは後に前記分極処理工程を行い、かつその分極処理工程においては、焼結体層表面もしくは第2電極表面から離れた位置にコロナ放電用電極を配して、気体中においてコロナ放電用電極と支持体表面との間に電圧を印加することにより、その間にコロナ放電を生起させ、そのコロナ放電による電界領域内に焼結体層を曝すことにより焼結体層を分極させることを特徴とする請求項1〜請求項8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。   The polarization treatment step is performed before or after the second electrode formation step, and in the polarization treatment step, a corona discharge electrode is arranged at a position away from the sintered body layer surface or the second electrode surface, A voltage is applied between the corona discharge electrode and the support surface to cause a corona discharge therebetween, and the sintered body layer is exposed by exposing the sintered body layer to an electric field region by the corona discharge. The method for manufacturing an ultrasonic thickness sensor according to any one of claims 1 to 8, wherein polarization is performed.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015220434A (en) * 2014-05-21 2015-12-07 株式会社リコー Electromechanical conversion member, droplet discharge head, image forming apparatus, and method of polarization processing of electromechanical conversion element
CN112759422A (en) * 2021-02-01 2021-05-07 云南省第一人民医院 Method for preparing dental zirconia-veneer porcelain with high-bonding-force interface
CN114509651A (en) * 2022-04-15 2022-05-17 湖北工业大学 GIS partial discharge external ultrasonic and ultrahigh frequency integrated sensor and detection method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015220434A (en) * 2014-05-21 2015-12-07 株式会社リコー Electromechanical conversion member, droplet discharge head, image forming apparatus, and method of polarization processing of electromechanical conversion element
CN112759422A (en) * 2021-02-01 2021-05-07 云南省第一人民医院 Method for preparing dental zirconia-veneer porcelain with high-bonding-force interface
CN114509651A (en) * 2022-04-15 2022-05-17 湖北工业大学 GIS partial discharge external ultrasonic and ultrahigh frequency integrated sensor and detection method
CN114509651B (en) * 2022-04-15 2022-07-19 湖北工业大学 GIS partial discharge external ultrasonic and ultrahigh frequency integrated sensor and detection method

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