コンタクト形磁気ヘッド用分子気体/分子液体統合形ダイナミクス解析システムの開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555041
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 福井 茂寿 鳥取大学, 工学部, 教授 (40273883)
• 研究分担者: 金子 礼三 和歌山大学, システム工学部, 教授 (20283955) ; 加藤 孝久 産業技術総合研究所, 機械技術研究所, 特別研究室長 ; 松岡 広成 鳥取大学, 工学部, 講師 (10314569)
• キーワード: マイクロトライボロジー / 分子気体潤滑(MGL) / モンテカルロ直接シミュレーション(DSMC) / 分子液体潤滑 / メニスカス力 / 磁気ディスク装置 / 浮動形磁気ヘッド / マイクロメカニズム

研究概要

本研究の目的は、超高密度磁気ディスク装置用のヘッド機構実現を目指して、10nm程度以下のニアコンタクト状態(Near-contact state)あるいはコンタクト状態で相対すべり運動する記録ヘッドの動的挙動(ニアコンタクトダイナミクス)を、ミクロ/ナノメータ領域における分子気体あるいは分子液体による力学作用を考慮して詳細に解析しうるシミュレーション基本技術を開発し、これによりヘッド形状設計のための指針を得ることである。
本期間では、まず気体浮上あるいはニアコンタクト動特性について、i)気体の分子挙動を直接シミュレーションするモンテカルロ直接シミュレーション法(DSMC法)と分子気体潤滑(MGL)解析によって、スライダ浮上面に働く圧力のみならずせん断力の精緻な解析を可能にし、超微小すきまの極限である「自由分子流」領域を対象にした自由分子流領域のMGL方程式を新たに確立にした。また、ii)ニアコンタクト動特性の精級な解析手法として、近年実績を増してきたαP法と呼ばれる新しい類値解析手法をMGL方程式に適用し、特に走行面にうねりがある場合の圧力発生と追従特性を詳細に検討した。つぎに、分子レベルの超薄膜液層を介したコン多クト動特性については、iii)気液界面で生ずるき表面張力(メニスカス力)を考慮した薄膜液層のダイナミクス特性の把握のため、振動伝達の超精密実験データの解析を行うとともに、気液界面の挙動の違いにより、2種の単純化モデルを対象に理論解析を行い、メニスカスを有する薄膜液層の諸特性(ばね要素と減衰要素)を定量的に比較検討した。また、iv)走行面の液体膜上を浮動ヘッドスライダが超微小すきまで気体浮上する場合を対象に、その基本特性として気体圧力による液体表面の変形とスクイズ反力を求める理論解析手法を確立した。
これらの結果により、コンタクト形磁気ヘッド用分子気体/分子液体統合形ダイナミクス解析システムのための基本的知見を的確に解明しつつある。

研究成果

• [文献書誌] 山根清美, 福井茂寿: "分子気体潤滑に及ぼす境界面の適応係数の影響(せん断応用力の解析手法とDSMC法による結果との比較)"日本機械学会論文集(C編). 67巻663号. 3618-3626 (2001)
• [文献書誌] S.Fukui, K.Yamane: "Molecular Gas Film Lubrication in Ultra-high Knudsen Number Regime-New Formulation of MGL Problems for Free Molecular Flow-"Proceedings of International Tribology Conference Nagasaki 2000. Vol.III. 2123-2127 (2001)
• [文献書誌] H.Matsuoka, T.Kato, S.Fukui: "Surface Forces between Mica Surface in Undersaturated Vapor of Hydrocarbon Liquids"Proceedings of International Tribology Conference Nagasaki 2000. Vol.I. 733-737 (2001)
• [文献書誌] 小西範和, 中野頼人, 山根清美, 松岡広成, 福井茂寿, 鈴木允: "ニアコンタクト領域のMGLダイナミクス解析(CIP法による2自由度挙動解析)"日本機械学会IIP2001情報・知能・精密機器部門講演会論文集. No.01-1. 34-39 (2001)
• [文献書誌] 山根清美, 嶋田英和, 松岡広成, 福井茂寿: "自由分子流領域の気体潤滑特性の解析"日本機械学会IIP2001情報・知能・精密機器部門講演会論文集. No.01-1. 40-42 (2001)
• [文献書誌] 森下裕司, 松岡広成, 福井茂寿: "液体メニスカスが局在する固体面間に生ずる液体反力の解析(平行平板間の場合)"日本機械学会IIP2001情報・知能・精密機器部門講演会論文集. No.01-1. 43-48 (2001)