マルチスケール手法によるナノメータ浮上磁気ヘッドの気液2層潤滑ダイナミクス評価

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15360085
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 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: 加藤 孝久 産業技術総合研究所, 機械システム研究部門, 総括研究員 ; 松岡 広成 鳥取大学, 工学部, 助教授 (10314569)
• キーワード: マイクロトライボロジー / 分子気体潤滑(MGL) / 分子液体潤滑 / ファンデルワールス力 / 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、5nm程度の超微小すきまで相対すべり運動する記録ヘッドの動的挙動を、ミクロ/ナノメータ領域における分子気体および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および物性評価の基本技術を開発し、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。このため、分子レベルからマクロレベルにわたって、着目するスケールに応じた最適な解析手法を選択・駆使し、その結果を融合することにより(マルチスケール手法)、分子レベルのレオロジーからマクロレベルのスライダ動特性までを包括する解析手法の確立を目指す。
平成15年度は、まず、研究代表者が確立した分子気体潤滑(MGL)方程式の数値計算手法の精緻化の検討を行った。具体的には、数値拡散の少ないCIP (Cubic Interpolated Propagation)法をMGL方程式に適用し、計算の高精度化、高速化を確認した。次に、気液2層潤滑シミュレーションのためのプログラミングに着手した。気液2層潤滑膜の気体部分についてはMGL方程式、液体部分については長波方程式を適用し、これらを連立して繰り返し計算により収束させ、気体発生圧力と液体表面形状を求める手法を検討した。また、無限幅ヘッドスライダの浮上特性解析のための基本ソフトウェアを作製し、磁気ディスクのヘッド・媒体インターフェース(HDI)における気液2層潤滑の基本特性を明らかにした。さらに、分子レベルの液体超薄膜のレオロジー特性評価手法の基本検討として、原子間力顕微鏡(AFM)を用いたダイナミック計測時のカンチレバーの振動特性を理論的に検討し、光てこ法でカンチレバーの振動振幅を測定した場合、高精度計測のためには補正係数が必要であることを明らかにした。液体超薄膜の最も基本的な特性把握のため、LB膜形成の基本検討に着手した。

研究成果

• [文献書誌] H.Matsuoka, S.Ohkubo, S.Fukui: "Dynamic Characteristics Flying Head Slider Considering van der Waals Forces (Analyses Based on the Corrected van der Waals Force Equation for Multilayers)"Proceedings of the 2003 Magnetic Storage Symposium, Frontiers of Magnetic Hard Disk Drive Tribology and Technology. ASME Trib-Vol.15. 51-57 (2003)
• [文献書誌] 松岡広成, 福井茂寿: "近接する複合層に働くファンデルワールス力の汎用的近似式の導出(超微小すきま浮動形磁気ヘッドスライダの静的浮上解析への適用)"日本機械学会論文集,C編. 第69巻・686号. 2810-2817 (2003)
• [文献書誌] 山根清美, 頼野一也, 松岡広成, 福井茂寿: "長波方程式による液体潤滑剤の変形・流動解析(スライダ潤滑下の液膜変形のメカニズム)"日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集,新潟. 2003-11. 383-384 (2003)
• [文献書誌] 頼野一也, 山根清美, 松岡広成, 福井茂寿: "薄膜気液界面の変形特性(スライダ潤滑下の界面安定性の基本特性解析)"日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集,新潟. 2003-11. 381-382 (2003)
• [文献書誌] 山根清美, 松岡広成, 福井茂寿: "長波方程式による液体潤滑剤の変形・流動解析(ディスクの周期性を考慮した液膜変形解析)"日本機械学会2003年度年次大会講演論文集. Vol.V. 251-252 (2003)
• [文献書誌] 山根清美, 松岡広成, 福井茂寿: "走行面上の液体超薄膜の流動特性(分子気体潤滑下の気液界面の時間発展解析)"日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集,東京. 2003-5. 133-134 (2003)