2016 Fiscal Year Research-status Report
分子間力によって生じる非接触物体間の応力解析とその次世代超高密度磁気記録への応用
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15K05764
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
松岡 広成 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10314569)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福井 茂壽 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40273883)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 表面間力 / 応力分布 / 非接触状態の応力分布 / 材料分布によるせん断応力 / 材料分布による表面間力の変化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、材料分布を有する表面に働く表面間応力（垂直・せん断応力）の理論を構築し、その基本特性を解明すること、およびこれを検証するための実験計測手法の確立、さらには、次世代超高密度磁気ディスク装置における新記録方式の１つであるビットパターンドメディア（BPM）上の磁気ヘッドスライダの浮上特性解析と設計指針の抽出を行うことである。
本年度は、昨年度の１次元面内方向材料分布の計算を拡張し、周期的２次元分布についての垂直応力・せん断応力の導出を行った。周期的２次元面内方向材料分布に対する材料特性分布関数を複素フーリエ級数展開し、レナード・ジョーンズ（LJ）ポテンシャルをベースに計算した。数値計算の必要な定積分については、かなり大きな計算時間を必要とするため、データベース化し、補間することによって計算するようプログラミングを行った。これにより、計算時間の飛躍的な短縮を実現できた。また、具体的な応力分布の計算例として、２種類の材料が周期的に分布した面を対象に非接触状態での表面間力の計算を行い、その垂直応力・せん断応力の分布を定量的に示した。せん断応力については、表面内の分布をベクトルで示した。求めた応力を積分し、物体間に働く相互作用力を計算すると共に、それらの基本特性を明らかにした。これらの成果は、磁気ディスク装置を含む微小機械の設計、ひいては固体接触理論等の基礎科学に重要な役割を果たすものである。さらに、これらの結果を実験的に検証する手法の１つとして、球と平面を用いた表面力測定装置によるフォースカーブの超高精度計測に着手した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
理論については、昨年の１次元材料分布の場合を拡張し、材料が面内で２次元的に周期分布する場合の表面間相互作用応力（垂直応力（圧力）およびせん断応力）を、レナード・ジョーンズポテンシャルを基に複素フーリエ級数を用いて導出することに成功した。また、この理論を用いて２種類の材料が２次元周期分布する場合の応力の基本特性を定量的に示した。実験については、球と平面間の表面力測定装置を用いて超高精度にフォースカーブを取得する手法の検討に着手した。磁気ヘッドスライダの浮上解析については、基礎理論で求めた応力を積分し、スライダに働く力を導出すると共に、その基本特性を明らかにした。
上記の内容は、当初の研究計画にほぼ合致しているため、本研究課題は概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
理論については、これまでに構築してきた基礎理論を実験と比較するため、球と平面間の相互作用表面間力の導出を行う。さらに、弾性体への理論の拡張を検討する。これは、現在の剛体間での相互作用よりも遥かに膨大な理論計算・数値計算が必要と予想される。
実験については、本年度に検討した球と平面間の表面間力測定装置を用いたフォースカーブの超高精度計測について、計測手法の確立および実験データの蓄積を行う。
磁気ヘッドスライダの浮上特性解析については、導出した理論や最近のトレンドである熱の影響を加味し、より精緻な解析を可能とするプログラム開発を行う。
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