| 研究課題/領域番号 |
16K06039
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
小野 京右 東京工業大学, 工学院, 名誉教授 (40152524)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | ナノトライボロジー / ヘッド・ディスクインタフェース / 表面力 / 表面力関連振動 / 希薄液膜流動 / コンタクトメカニクス / 表面・界面科学 / 境界潤滑 |
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| 研究実績の概要 |
磁気ディスクのヘッド・ディスクインタフェースにおけるサブナノメートル領域の諸現象を解明する研究を交付申請書の計画に基づき実施し以下の成果を得た．
1．異なる５社の500 GB/板の磁気ディスク面の振幅パラメータと突起パラメータを分析した．表面力を解析するに必須の突起パラメータ値は，突起平均高さ0.49 nm, 標準偏差0.21 nm，突起密度5044 um-2, 突起半径 20 nmであることを明らかにした．この成果は日本機械学会論文として発表し，さらにその2/3の部分をIEEE (Magnetics)論文として発表した．
2．上記の突起緒元値を用いて，DLC保護膜上に単分子層の固定・流動潤滑膜が塗布されたディスク面とヘッド面との表面力を解析し，実際と整合する結果を得た．この成果は2017年度のトライボロジー会議や国際トライボロジー会議で発表予定である．
3．上記の表面力とヘッドスライダの浮上力式との和であるスライダ作用力を用いて，１自由度スライダモデルのディスクうねりによって励起されるすきま変動を数値解析し，従来実験的に見出されているloss of contact現象（接触度を増すのに突然浮上する現象）やうねり振幅が大きいと100 kHz以下の異常に大きなすきま変動が生じる奇妙な現象のメカニズムを初めて解明した．この結果は日本機械学会論文で発表し，更に厳密化した表面力を用いた解析結果を米国機械学会のトライボロジー学術誌へ発表した．
4．すでに提案した単分子以下の潤滑液膜の流動に関する基礎式を用いて，最近報告された単分子相当以下の潤滑液膜の流動の実験値を評価した．また基礎式に用いる分離圧式をRenard-Jones原子間力式から求め基礎式の厳密化を行った．この成果はTribology Frontier Conference(TFC)2017で発表した．この論文化は29年度に行う．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
（理由） 交付申請書に記述した28年度の実施計画(1)表面間引力評価とスライダ振動解析については計画以上に進展している．即ち，①磁気ディスク表面形状パラメータの分析，その国際会議での発表と論文化は100%実行できた．② 媒体メーカの協力も得て，分解能が更に高い表面形状データも取得できた．突起だけでなく，谷底パラメータも分析したが，今後境界潤滑機構を解析する際にその意義も明確化し論文化する．③ 測定した突起特性を用いて，DLC膜上に固定成分と流動成分からなる潤滑薄膜を塗布した磁気ディスク面の表面力特性を解析し，予想外の興味深い結果を得たので，新しい表面力の評価法に関して29年度に発表し，論文化する．③ 突起特性を用いたスライダの振動解析結果は予定通り邦論文にまとめ，更に表面力を改良した理論に基づく解析結果をASME論文にまとめた．更にヘッドサスペンション企業の協力を得て，実際の磁気ディスクにおけるスライダ振動を理論解析し，実験とほぼ整合する結果を得たので29年3月に情報・知能・精密部門講演会で発表するとともに日本機械学会論文として投稿した．今後ISPS2017の国際会議でも発表し英論文としてまとめる．
(2) Submonolayer希薄液膜の拡散・流動方程式の普遍化についても100%実行し，その成果を国内外の会議で発表した．Submonolayer領域の拡散流動に関する実験結果は他人の報告に依存するしかないので，その論文化は29年度に行うこととした．
計画には記述していないが，先行科研費研究で邦論文化したsubnanometer以下の液膜のメニスカス弾性接触解析に関する内容を英論文化すべく，磁気ディスク関連分野だけでなく，Capillary condensation に関する従来論文の調査を行った．
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| 今後の研究の推進方策 |
(1) ヘッドスライダの振動特性の解明：実験で見られるスライダがディスク面に強く接触したときの大きな振動は単にディスク面うねりによる強制振動ではなく自励振動と予想される．このため１自由度スライダモデルでは解明できないの２自由度モデルによる接触振動の解析を行う．この作業にはかなり時間がとられるので，その解析は29年度に行う．また，実験では最初低周波数の振動が現れその後に振動が生じない期間が長く現れるが，理論では最初軽く突起接触する期間が続き，その後に浮上する期間があるはずである．この軽い接触時に流体潤滑により接触が検知されないのか，それとも最初接触すると，作用力が変化し，すぐに浮上するようになるのかについて今後サスペンション企業の協力を得て解明する．
(2) Submonolayer希薄液膜の拡散・流動方程式の普遍化：まず28年度に行った１次元基礎方程式の分離圧の厳密化と最近の実験データとの比較評価に関する論文を29年度の前半にまとめる．次に最近の熱補助記録に関する液膜流動に関する論文をレビューし，表面張力の温度特性効果，蒸発と吸着効果，lube pickup, 液膜不安定等の中から最も重要な現象を対象にして解析し，本基礎方程式の拡張・普遍化を図る．
(3) 希薄液膜の境界潤滑方程式の開発：研究の最終目的である希薄液膜の拡散流動方程式を境界潤滑方程式へ普遍化する研究は30年度の最大課題とする．その基礎情報の収集のため，28年度よりトライボロジー学会の境界潤滑研究会と表面力研究会（平成29年度から発足）に参加し，これまでの研究成果を吸収することとした．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成28年11月に先行科研費研究で平成24年度に購入したノートPCの電源が入らなくなり検査の結果修理費が20万円と見積もられた．本研究では新しいPC購入費は削除されので，パソコンは先行研究の購入品を使用せざるを得なかったが，やはり寿命は５年半であった．そこで29年度予算から20万円を前倒使用申請を行い，新しい20万円のNote PCを購入した．予定では，日本機械学会論文の掲載費が数万円が必要になる可能性があったが，その経費は次年度に延長されたので，28年度予算の残額は14万円となり，これを29年度に繰り越す．結果的に平成28年度の使用額は予算の140万円に対して146万円であり，ほぼ予定通りであった．
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成29年度予算は当初予定の130万円に対して124万円なので，ほぼ予定通りの使用が可能である．1.スライダの近接・接触時の振動解析に関する２報目の論文を，2017年8月San Franciscoで開催されるISPS2017で発表するので参加費，旅費として40万円を使用する．また，9月に北京で開催されるWorld Tribology Congress (4年に一度開催）で，突起凝着力理論に基づく磁気ディスク面の表面力の解析結果を発表する．この参加費・旅費として35万円を使用する．更にトライボロジー会議秋の国内の学会参加・旅費として10万円を使用する．
２．日本語論文３編の掲載料として18万円，発表用英論文２件，論文誌投稿用の英文論文２件の英文添削費として21万円使用する．
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