Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

磁気ディスク記憶装置 / ニアコンタクトスライダ / 高速動的接触現象 / 接触特性 / 自励振動 / 安定浮上特性 / 摩擦力 / 吸着力 / 高速道的接触現象

1)スライダの接触振動の計測と分析
低浮上領域で見られる浮上ヘッドスライダの跳躍振動の特徴と原因を明らかにするために,実験的にスキャニングレーザドップラ(LDV)振動計,2チャネルLDV等を用い,スライダがディスク面に接触したときの挙動を詳細に測定した.その結果,スライダのピッチ角を大きくし,ディスク面との接触面積を小さくすると跳躍振動のヒステリシス領域が低減すること,スライダの跳躍振動は後端接触による吸着力と摩擦力により拡大すること,スライダの跳躍振動の振動モードはピッチ振動であり,ロール振動は無視できることを明らかにした.
2)数値シミュレーションによるスライダの接触自励振動の解明と最適設計条件の解明
スライダ吸着接触時に生じる跳躍振動現象を明らかにするために,最近の粗さの小さいディスクにおける接触・吸着特性を明らかにし、次ぎにこの接触力特性を用い,空気膜剛性の非線形性を考慮し,スライダのニアコンタクト領域の接触振動現象を数値解析した.その結果,ニアコンタクト領域で臨界浮上すきまを極力小さくするには,摩擦係数,吸着力,接触剛性を小さくし,前後空気膜剛性を大きく,また後側空気膜剛性を前側空気膜剛性に比べ大きくすればよいことを明らかにした.
3)球面スライダによるディスク面衝突時における接触力と吸着力の実験的同定
球面模擬スライダを静止磁気ディスクに衝突させ,その挙動をレーザドップラ振動形により測定し,スライダのディスク面との衝突時における変位、速度、加速度の変化を詳細に明らかにすると共に、動的接触力はヘルツ接触理論で予測でき,最大吸着力は静的メニスカス力にほぼ等しいことを明らかにした.また,潤滑膜の固定層配分が多いUV処理した潤滑膜のほうがやや吸着力が小さく完全なメニスカスが形成されないこと,および曲率半径が大きく,衝突速度が大きい方が,メニスカスカが小さくなり十分なメニスカスが生じにくいことを明らかにした.
これらの研究は世界的に最先端の成果であり、以下に示す論文1は平成16年度日本機械学会論文賞を受賞した.

磁気ディスク記憶装置 / ニアコンタクトスライダ / 高速動的接触振動現象 / 自励振動 / 安定浮上特性 / 接触特性 / 摩擦力 / 吸着力 / 磁気ディスク記録装置 / 追従安定性 / 磨耗耐久性 / 高信頼摺動条件

1.ヘッドスライダのディスク表面うねりに対する追従性と最適設計指針
空気膜による剛性は軸受長に沿って分布しており,軸受長はディスク微小うねりに対する追従性に関して大きな影響力をもつ.そこで軸受長に沿って剛牲を分布させたモデルを用いて解析を行った.その結果,ニアコンタクト領域においては,前後空気膜剛性比は大きく,ヘッド位置と後側空気膜中心を一致させ,前後空気膜中心を衝撃中心の関係が成立するよう配置し,後側軸受長を高次共振周波数における波長の1.2〜1.3倍にし,前側軸受長は短くするとよいことを明らかにした.
2.粗さ接触モデルに基づくスライダ・ディスク接触力と剛性の解析
実験的研究により,接触減衰は接触荷重の影響を受けず,潤滑膜圧および衝突速度に依存すること,および潤滑膜厚さによる減衰はディスクへの押し込み時は生じずに離れていくときにスティクション力として生じることを明らかにした.また粗さ接触を考慮した解析においてGreenwood-Williamson(GW)モデルに表面全体のバルクとしての変形も考慮するよう修正を加えたモデルを提案し解析を行いGWモデルの適用限界を明らかにした.
3.粗さ接触/潤滑剤の吸着力を考慮した2自由度スライダ接触振動解析
スライダ吸着接触時に生じる跳躍現象の特徴と原因を明らかにするために,実験により接触跳躍現象の特徴を調べ,また粗さ接触と潤滑剤の吸着力を考慮した接触特性をスライダ解析モデルに組み入れ解析した.その結果,接触跳躍振動の測定から,跳躍接触時のスライダ後端の時刻暦応答は,周期的な振動をしており,その周波数スペクトルには一定周期毎に卓越したピークが見られることを明らかにした.また解析から接触跳躍振動現象は本研究で用いた解析モデルで把握することができ,跳躍振動は摩擦力と吸着力に起因するスライダの自励振動であること,周波数スペクトルの卓越したピークの基本周波数はスライダの前側が大きく触れるモードであること,ニアコンタクト領域で安定浮上特性を満たすためには,空気膜剛性を高めること,吸着力および摩擦係数を小さくすることが重要であることを明らかにした.