Fumihiro Saeki

Analyses of Lubricant Deformation Caused by Gas Stresses and Surface Tension

Surface deformations of thin lubricant films on solid surfaces were studied through numerical simulations of the long-wave equation, taking into account surface tension, applied gas stresses, and disjoining pressure. We focused on transient behaviors of three-dimensional deformations caused by nonuniform gas pressure, gas shear stress, and surface tension. The deformed surface shapes depend on distribution shapes of the nonuniform surface forces, and the constraint of lubricant mass conservation induces secondary deformations. Deformation in the vertical direction decelerates with time due to the suppression effect of the disjoining and Laplace pressures.

Optical interference effect on pattern formation in thin liquid films on solid substrates induced by irradiative heating

The pattern formation in thin liquid films on solid substrates induced by irradiative heating is investigated. A model to describe the evolution of both the film surface profile and temperature field in the system is developed, in which the energy absorption into the film and substrate, and the energy reflection to which optical absorption and interference contribute are taken into account. The model consists of a thin film equation that describes the time evolution of the film surface profile and a heat equation for the substrate. The former is obtained within the framework of the long-wave approximation, in which the fluid layer is assumed to be sufficiently thin compared to the lateral length scale, while the latter is unconstrained by the substrate thickness. In order to examine the interference effects on the pattern formation, focus is placed on a transparent film/absorbable substrate system irradiated by a monochromatic wave with laterally uniform intensity distribution. In such a case, the energy ...

Thermocapillary instability of irradiated transparent liquid films on absorbing solid substrates

The thermocapillary instability of irradiated transparent liquid films on absorbing solid substrates is investigated by means of linear stability analysis. Under such circumstances, incident light passes through a film and is absorbed by the substrate, and the film is then heated by the heat influx across the interface with the substrate. The optical absorption in the substrate is affected by optical reflection. The energy reflectance varies periodically with the film thickness due to optical interference between light waves reflected from the gas-liquid and liquid-solid interfaces. The periodic variation of the reflectance strongly affects the film stability, which also varies periodically with the film thickness. Characteristic scales of the instability are also affected by the substrate thickness and incident light intensity. While qualitative aspects of the stability can be easily obtained from the analysis based on a simplified model that is derived under the thin-substrate assumption, the quantitati...

MNM-1B-4 Deformation of ultra-thin liquid film due to temperature distribution

1. はじめに 近年のコンピュータ用磁気ディスク装置では、高記録密度化 のため浮動ヘッドスライダの浮上すきまが5nm程度以下になり つつある。また、近年提案されている熱アシスト記録方式 (HAMR)では潤滑剤が局所的に加熱されるため、温度分布を持 ち、液体潤滑膜が変形する。ディスク上の浮上すきまが液体潤 滑剤の液膜厚さと同程度であると、潤滑剤の変形がスライダ浮 上に影響を及ぼすと考えられる。これまで、著者らはヘッド・ ディスク・インターフェース (HDI)を対象に、潤滑問題の基礎 式と気液界面の釣り合い(Fig. 1)を融合させた長波方程式 (1) によ る液膜変形解析、および無限幅に対する線形化した方程式によ る簡便な解析を行った (2, 3, 4) 。 本報告では、温度分布をもった液体超薄膜厚表面の変形につ いて、固体基板上のPerfluoropolyether (PFPE)膜を対象とし、実 験的、理論的に考察を行った。 2.実験装置 PFPE膜は、ディップ法を用いてガラス基板に塗布した。溶液 の濃度、引き上げ速度を変化させることで、膜厚の制御が可能 である。本研究では、溶媒に Novec HFE-7200、溶質にFomblin Z03 を用いた。 温度分布を与え続けた状態で膜厚を測定するために、温度分 布を与える実験装置を2種類((a), (b))作製した。実験装置の概 略図をFigs. 2, 3に示す。Fig. 2に示す実験装置 (a)は、ガラス基 板の両端で加熱および冷却を行う仕組みとなっている。また、 Fig. 3に示す実験装置 (b)は、両端で冷却し、中央部で加熱する 仕組みとなっている。 温度分布は、サーモグラフィカメラを用いて測定する。実験 装置 (a)を用いたときの温度分布をFig. 4に、実験装置 (b)を用 いたときの温度分布をFig. 5に示す。 ○学 畑中 貴達(鳥取大・院) 学 山下 裕介(鳥取大・院) 学 岡 孝治(鳥取大・院) 正 佐伯 文浩(鳥取大・院) 正 松岡 広成(鳥取大・工) 正 福井 茂寿(鳥取大・工) Deformation of ultra-thin liquid film due to temperature distribution

Lubricant deformation analyses caused by gas stresses and surface tension

Three-dimensional lubricant deformations caused by applied stresses and surface tension distribution were studied through numerical analyses of the long-wave equation. Lubricant surface deformed corresponding to distributions of stresses and surface tension, involving secondary deformation due to mass conservation of fluid. Computations were conducted efficiently using ADI scheme.

1403 Deformation characteristics of thin gas-liquid interface : Numerical analyses of liquid surface deformation by the linearized long wave equation with finite width

1. はじめに 近年、情報精密機器、マイクロマシン等の分野の進展が著し い。特に、コンピュータ用磁気ディスク装置(HDD)においては 記録密度は年々増加している。更なる高記録密度化のために は、磁気ディスク・磁気ヘッド間の浮上すきまの微小化が要求 される。浮上すきまが10nm程度以下になると、ディスク面に 塗布されている液体潤滑膜の厚さ (1~2nm)と同オーダとなる ため、潤滑膜の変形・流動特性を考慮する必要がある(Fig.1)。こ れまで、著者らはヘッド・ディスク・インターフェース(HDI) を対象に、潤滑問題の基礎式と気液界面の釣り合い式を融合 させた長波方程式(Long wave equation) (1) による液膜変形解析 および無限幅に対する線形化した方程式による簡便な解析を 行った (2, 3) 。 本報告では、潤滑膜厚さに対して液膜変形が微小である と仮定し、有限幅に対する定常状態の線形長波方程式を用 いて、ディスク走行時で液膜表面上に応力を与えた場合の 液膜変形の数値解析を行い、変形特性を明らかにした。 2. 気液界面に対する長波方程式と線形化 長波方程式は、Navier-Stokes方程式を潤滑問題に適用し、 気液界面での力の釣り合いの関係を用いることで得られる (Fig.1)。気液界面の釣り合いの式は、次式で示される。