熱ほふく流を利用したナノメータ領域浮上メカニズムの研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650065
• Research Institution: Tottori University
• Principal Investigator: 福井 茂寿 鳥取大学, 工学部, 教授 (40273883)
• Keywords: 分子気体力学 / ボルツマン方程式 / モンテカルロ直接シミュレーション(DSMC) / 熱ほふく流 / マイクロトライボロジー / 分子気体潤滑(MGL) / マイクロ理工学 / マイクロメカニズム

Research Abstract

マイクロ/ナノメカニズムでは、形状が非常に小さいことによって従来無視し得た力が顕在化し、場合によってはそれを駆動力にしたメカニズムが提案されている。例えば、対象とする代表長さhに比べ気体の分子平均自由行程λが必ずしも無視できない場合、すなわちクヌッセン数Kn(=λ/h)が無視しえない場合には、分子気体力学(希薄気体力学)に特有な現象が生じ、それを用いたメカニズムが考察される。本研究の目的は、マイクロな系に特有な現象の一つとして、境界壁の温度勾配の存在による"熱ほふく流(Thermal creep flow)"に着目しこれを用いた全く新しい非接触支持メカニズムを提案するとともに、その可能性を定量的に解明することである。
本年度(最終年度)には、モンテカルロ直接シミュレーション法(DSMC法)による超微小すきま内の熱ほふく流による圧力発生の基本解析プログラムを完成し、これを用いて熱ほふく流による圧力発生の基本特性を詳細に検討し、圧力発生に及ぼす形状および温度境界条件の明確化を行った。一方、すでに解析手法を解明した分子気体潤滑(MGL)解析によって、熱ほふく流による圧力発生の定量化を進めるとともに、DSMC法解析の結果との比較を行い、熱ほふく流に起因する圧力発生の解析法の最適化を推進した。これらの結果は、学術的には、分子気体力学分野における直接シミュレーション技法の進展を、近年のマイクロマシン研究の飛躍的な広がりに注入するという新しい観点からその意義は大きく、また工学的には、簡便な非接触支持メカニズムを提供しうるものでとして、その有用性が非常に高いと思われる。

Research Products

• [Publications] Fukui,S.and Kaneko,R.: "Estimation of Micro Levitation Forces Caused by Thermal Creep Flow (Molecular Gas Film Lubrication Analysis and DSMC Analysis)" Proc.of Intl.Conf.on Fluid Engineering. 1241-1245 (1997)