【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.17】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24KT2265
利用課題名 / Title
熱流束を直接測定する積層センサの開発
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
熱流束センサ,熱流束較正,センサ/ Sensor,リソグラフィ/ Lithography,3D積層技術/ 3D lamination technology,スパッタリング/ Sputtering
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
井本匡哉
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-107：厚膜フォトレジスト用スピンコーティング装置
KT-110：レジスト現像装置
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)
伝熱研究では熱流束を精度良く測定することが重要となるが，そのためには熱流束センサの較正技術が必要となる．しかしながら，保護熱板法などの従来の較正技術では，適用できるセンサ形状が限られることや較正に時間がかかるといった問題がある．そこで本研究グループでは，加熱空気噴流を用いた簡便な熱流束較正を提案している．ここでは，加熱空気噴流によって付与する熱流束の絶対値を求めるための標準センサとして，薄膜温度センサを積層させた熱流束センサを開発する．
実験 / Experimental
加熱空気噴流による熱流束較正では，センサ材質によらず等しい熱流束を付与できることが重要となる．そこで，異なる金属部材を基板として熱流束センサを製作することで，噴流が基板材質によらず等しい熱流束を付与できるかを調査した．
温度センサとしては高感度測定が可能な測温抵抗体を利用した．測温抵抗体を絶縁性の中間層を介して積層させることで，厚さ方向の温度差を捉え，熱流束を測定した．ここで，温度差を捉えるためには中間層にある程度の熱抵抗が必要となるため，熱伝導率の低いSU-8（熱伝導率約0.2W/(mK)）を利用した．上側の測温抵抗体の上には多元スパッタ装置（仕様B）（KT-202）を用いてSiO2の保護層を成膜した．なお，測温抵抗体は通電加熱によって既知の熱流束を生じさせることが可能であるので，その自己発熱を用いて較正を行い，定量性を担保した標準熱流束センサとして利用した．
センサ基板には銅，アルミ，ステンレス鋼，真鍮を用いた．測温抵抗体の材質は化学的に安定な白金とした．白金層の成膜には多元スパッタ装置（仕様A）（KT-201）を用い，パターニングには厚膜フォトレジスト用スピンコーティング装置（KT-107），両面マスク露光＆ボンドアライメント装置（KT-119），レジスト現像装置（KT-110），リフトオフ法を用いた．
結果と考察 / Results and Discussion
図1に製作したセンサの一例を示す．本センサは真鍮を基板とし，一辺の長さが20mmである．基板中央部には薄膜測温抵抗体が積層されており，温度差を測定することで熱流束を求めることができる．本センサに加熱空気噴流を衝突させた際の熱流束を測定した結果を図2に示す．ここで，噴流温度は100℃とし，2秒間噴射した．測定された熱流束は約65kW/m2で，その他の銅，アルミ，ステンレス鋼を基板とした熱流束センサでも同等の熱流束が測定された．よって，加熱空気噴流によって異種金属に同等の熱流束を付与できることが確認できた．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Brass-substrate heat flux sensor.
Fig. 2 Heat flux applied by a heated-air jet.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
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.
- 井本匡哉，出島⼀仁，河﨑澄，⼭根浩⼆ "加熱空気噴流を用いた簡便な熱流束較正法の提案とその実証（異種金属への同一熱流束の付与）"， 熱工学コンファレンス2024，山口，2024.10.5-6.
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