【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.13】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24KT2122

利用課題名 / Title

水素燃焼における壁面熱伝達の基礎的研究のためのセンサ開発

利用した実施機関 / Support Institute

京都大学 / Kyoto Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials

キーワード / Keywords

イオンプローブ,測温抵抗体,燃焼,センサ/ Sensor,スパッタリング/ Sputtering,光リソグラフィ/ Photolithgraphy

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

出島 一仁

所属名 / Affiliation

滋賀県立大学　工学部機械システム工学科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

脇坂頼明,横山友輝

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

KT-104：高速マスクレス露光装置
KT-119：両面マスク露光&ボンドアライメント装置
KT-201：多元スパッタ装置（仕様Ａ）
KT-202：多元スパッタ装置（仕様Ｂ）

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

燃焼場の伝熱研究のため，温度・熱流束測定用の測温抵抗体に加え，薄膜イオンプローブを集積化したセンサを開発する．特に，高圧な燃焼場での測定へ向けて，金属基板上に薄膜センサを形成する．

実験 / Experimental

燃焼容器への機械的接合を可能とするため，金属基板を用いてプラグ型のセンサを製作した．表面を研磨した直径7 mm，厚さ4 mmのSUS304を基板として用いた．絶縁層として，SiO₂を3ミクロン成膜した．絶縁層の上には，チタンバッファ層を介して白金センサ層を200 nm成膜し，その上にSiO₂保護膜を200 nm成膜した．ただし，イオンプローブ上はイオン電流の流れを阻害しないように保護層を除去した．センサ層のパターニングはマスクレス露光装置（KT-104）による露光とリフトオフによって行い，センサ層と保護層の成膜には多元スパッタ装置（KT-202）を利用した．

結果と考察 / Results and Discussion

図1に製作したセンサの写真を示す．センサ表面を面一にするためSUS304基板上に8つの貫通配線を設け，そこから薄膜測温抵抗体が1つと薄膜イオンプローブが2つ形成されている．従来は絶縁層にSU-8を利用していたが，高温への適用性拡大を狙い，絶縁層にSiO₂膜を採用した．しかしながら，センサ層と基板間の絶縁が十分に取れなかった．スパッタ成膜によるSiO₂を絶縁層に利用する場合は，膜厚をより増加させるか，基板の粗さをより低減させる必要があることが分かった．また，従来からの課題であった貫通配線部の薄膜の剥離についても引き続き発生しており，プロセスの再検討が必要となっている．

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig.1 Plug shape sensor.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究の一部は自動車用内燃機関技術研究組合の支援を受けて実施された．

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 横山友輝，出島一仁，脇坂頼明，河崎澄，山根浩二，MEMSセンサを用いた壁面近傍における火炎挙動の推定，第61回日本伝熱シンポジウム（2024.5）

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件