JP5306894B2 - ディスク装置用サスペンションのベースプレートと、ベースプレートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置に使用されるディスク装置用サスペンションのベースプレートと、ベースプレートの製造方法に関する。

例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置に、ハードディスク装置（ＨＤＤ）が使用されている。ハードディスク装置は、スピンドルを中心に回転する磁気ディスクと、アクチュエータアームと、ポジショニング用モータ等を含んでいる。アクチュエータアームは、ポジショニング用モータによって、ピボット軸を中心にディスクのトラック幅方向に旋回するように構成されている。前記アクチュエータアームの先端部にサスペンションが取付けられている。

前記サスペンションは、前記アクチュエータアームに固定されるベースプレート（マウントプレートとも称される）と、該ベースプレートに直接あるいはヒンジ部材を介して固定されるロードビームと、ロードビームに沿って配置されるフレキシャ（flexure）などを含んでいる。フレキシャの先端部に磁気ヘッドを構成するスライダが設けられている。ベースプレートはオーステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）などの鉄系金属からなり、プレス加工によって所定の形状に成形されている。

前記サスペンションのベースプレートをアクチュエータに固定するために、ベースプレートに円筒形のボス部が形成されている。このボス部が前記アクチュエータアームに形成された円形の取付孔に挿入され、固定手段によってボス部がアクチュエータアームに固定されている。（例えば下記特許文献１参照）
前記固定手段の一例として、ボス部の内側にスチールボール等の硬いボールを通し、ボス部の径を広げる塑性加工（いわゆるボールかしめ）を行なうことにより、ボス部の外周面をアクチュエータアームの前記取付孔の内周面に固定することが行われている。プレス加工によって成形されたボス部が加工硬化している場合には、例えば下記特許文献２に開示されているように、前記ボールかしめを行なう前に、熱処理を行なうことによってボス部の硬度を下げることが行なわれている。

特開平１０−３１８７２号公報 日本国特許第３５６３０３７号

前記したようにベースプレートを熱処理することによってボス部の硬さを下げたとしても、ボス部の内面とボールとの間の摩擦係数が小さくなるわけではないため、大きなボール挿入力が必要となることがある。ボールを通しやすくするためにボールの径とボール挿通孔の内径との差を小さくすると、ボール挿入力は小さくてすむが、ボス部を十分拡径させることができず、アクチュエータアームに対するボス部の固定強度が不足することになる。

逆に、ボールの径とボール挿通孔の内径との差を大きくすると、ボールを通すために必要な力（ボール挿入力）が大きくなり過ぎることにより、ベースプレートのボス部の周りが変形し、サスペンションの特性に悪影響を与える可能性がある。ボールを通す際の摩擦抵抗を小さくするために、例えばアルコール系の潤滑剤の膜をボス部の内面に形成することも考えられているが、ボス部の内面に潤滑剤を塗布する工程や潤滑剤を除去する工程などが必要となるため好ましくない。

従って本発明の目的は、ボールを通す際の摩擦抵抗を小さくすることができ、しかもボス部をアクチュエータアームに強固に固定できるようなベースプレートと、ベースプレートの製造方法を提供することにある。

本発明は、ディスク装置のアクチュエータアームに固定されるディスク装置用サスペンションのベースプレートであって、前記ベースプレートはオーステナイト系ステンレス鋼からなり、前記アクチュエータアームに形成された取付孔に挿入される円筒形のボス部を有し、前記ボス部は、該ボス部の軸線方向に貫通するボール挿通孔を有し、かつ、前記ボール挿通孔の内面に形成された化学研磨処理面を有し、この化学研磨処理面は、表面付近の酸素濃度がクロム濃度よりも高い酸素リッチ層を有し、この酸素リッチ層の厚さが熱処理前の酸素リッチ層よりも減少していて、しかもこの化学研磨処理面は、前記ボール挿通孔にボールを挿入する際の摩擦抵抗が化学研磨処理前の内周壁の摩擦抵抗よりも小さいことを特徴とする。

また本発明は、ディスク装置のアクチュエータアームに形成された取付孔に挿入されるボス部を備えたベースプレートの製造方法であって、オーステナイト系ステンレス鋼からなる前記ベースプレートをプレスすることにより、ボール挿通孔を有する円筒形の前記ボス部を形成する成形工程と、前記成形工程によって加工硬化した前記ベースプレートに熱処理を行なうことによって前記ボス部の硬度を下げる熱処理工程と、前記熱処理工程後に前記ベースプレートを化学研磨液に浸漬することにより前記ボール挿通孔の内面に表面付近の酸素濃度がクロムの濃度よりも高い酸素リッチ層を有し該酸素リッチ層の厚さが化学研磨処理前の酸素リッチ層よりも減少している化学研磨処理面を形成し、前記ボス部を引っ張る方向にボールを挿入する際の摩擦抵抗を、前記ボス部を圧縮する方向にボールを挿入する際の摩擦抵抗よりも小さくする化学研磨工程とを具備している。

本発明によれば、熱処理されたベースプレートのボス部の内面に化学研磨処理面を形成したことにより、熱処理したままの従来のボス部と比較して、潤滑剤を使用しなくてもボールを通す際の摩擦抵抗を小さくすることができ、かつ、ボス部の周りが変形することも抑制できる。また、ボール挿通孔の内径とボール径との差を適正にすることができるため、ボールをボス部に通す際に生じる塑性変形により、ボス部をアクチュエータアームの取付孔の内周面に強固に固定することができる。

ディスク装置用サスペンションを備えたディスク装置の斜視図。 本発明の１つの実施形態に係るディスク装置の一部の断面図。 図２に示されたディスク装置の第１のサスペンションの斜視図。 図２に示された第１のサスペンションの一部とアクチュエータアームの一部を示す断面図。 図２に示されたディスク装置の第２のサスペンションの一部とアクチュエータアームの一部を示す断面図。 図３に示された第１のサスペンションのボス部の内面の一部を拡大して模式的に示す断面図。 熱処理後のボス部内面の原子濃度を示す図。 化学研磨処理が行われたボス部内面の原子濃度を示す図。 ３種類のベースプレートのボス部に圧縮側からボールを通した場合の抵抗力の大きさを示すグラフ。 ３種類のベースプレートのボス部に引張側からボールを通した場合の抵抗力の大きさを示すグラフ。

以下に本発明の実施形態について、図１から図１０を参照して説明する。
図１に示すハードディスク装置（以下、ディスク装置と称する）１は、ケース２と、スピンドル３を中心に回転するディスク４と、ピボット軸５を中心に旋回可能なキャリッジ６と、キャリッジ６を旋回させるためのポジショニング用モータ７などを有している。ケース２は、図示しない蓋によって密閉される。

図２は、ディスク装置１の一部を模式的に示す断面図である。図２に示されるようにキャリッジ６は、複数（例えば３つ）のアクチュエータアーム８ａ，８ｂ，８ｃを有している。上側に位置するアクチュエータアーム８ａの下面と、上下方向中間部のアクチュエータアーム８ｂの下面に、それぞれ第１のサスペンション１０が取付けられている。

また上下方向中間部のアクチュエータアーム８ｂの上面と、下側に位置するアクチュエータアーム８ｃの上面に、それぞれ第２のサスペンション１０´が取付けられている。各サスペンション１０，１０´の先端に、磁気ヘッドを構成するスライダ１１が設けられている。

ディスク４がスピンドル３を中心に高速で回転すると、ディスク４とスライダ１１との間にエアベアリングが形成される。ポジショニング用モータ７によってキャリッジ６を旋回させることにより、スライダ１１をディスク４の所望トラックまで移動させることができる。

図２に示す例では、第１のサスペンション１０のスライダ１１がディスク４の上面に対向している。これに対し第２のサスペンション１０´のスライダ１１はディスク４の下面に対向している。第１のサスペンション１０と第２のサスペンション１０´とは、ディスク４を挟んで互いに対称な形状（鏡像対称）をなし、基本的な構成は互いに共通であるため、以下に第１のサスペンション１０を代表して説明する。

図３は第１のサスペンション１０を示している。このサスペンション１０は、ベースプレート２０を含むベース部２１と、ロードビーム２２と、配線付きのフレキシャ(flexure with conductors)２３などを備えている。ベースプレート２０については後に詳しく説明する。

ロードビーム２２は、ベースプレート２０に重なる基部２２ａと、先端部２２ｂと、基部２２ａと先端部２２ｂとの間に位置するビーム部２２ｃと、ヒンジ部２２ｄなどを有している。ロードビーム２２の基部２２ａは、レーザ溶接等の固定手段によってベースプレート２０に固定されている。ロードビーム２２の厚さは例えば３０μｍ〜１００μｍ前後である。

フレキシャ２３は、ロードビーム２２に沿って配置されている。フレキシャ２３の先端部付近に、タング（ジンバル部）２５が形成され、このタングにスライダ１１が取付けられている。磁気ヘッドとして機能するスライダ１１には、読取用素子および書込用素子などが設けられている。図３に示すようにフレキシャ２３の延出部２３ａは、ベースプレート２０の一方の側部からベースプレート２０の後方に延びている。

ベースプレート２０は、例えばＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼からなる。ＳＵＳ３０４の化学成分は、Ｃ：０．０８以下、Ｓｉ：１．００以下、Ｍｎ：２．００以下、Ｎｉ：８．００〜１０．５０、Ｃｒ：１８．００〜２０．００、残部がＦｅである。ベースプレート２０の厚さはロードビーム２２の厚さよりも大きく、例えば１００μｍ前後である。

ベースプレート２０に、短円筒形のボス部３０がプレスによって形成されている。ボス部３０には、ベースプレート２０の厚さ方向に貫通するボール挿通孔３１が形成されている。このボス部３０は、ベースプレート２０の一方の面２０ａから厚さ方向の外側に突き出ている。

図２に示すように上側に位置するアクチュエータアーム８ａの下面と、上下方向中間部のアクチュエータアーム８ｂの下面に、それぞれ第１のサスペンション１０が取付けられている。図４は、アクチュエータアーム８ａの一部と第１のサスペンション１０の一部を示している。

また上下方向中間部のアクチュエータアーム８ｂの上面と、下側に位置するアクチュエータアーム８ｃの上面に、それぞれ第２のサスペンション１０´が取付けられている。図５は、アクチュエータアーム８ｂの一部と第２のサスペンション１０´の一部を示している。アクチュエータアーム８ａ，８ｂ，８ｃの先端部に、それぞれ円形の取付孔４０が形成されている。取付孔４０は、アクチュエータアーム８ａ，８ｂ，８ｃの厚さ方向に貫通している。

ベースプレート２０のボス部３０には、ボス部３０の軸線Ｘ方向に貫通するボール挿通孔３１が形成されている。ボス部３０の内面、すなわちボール挿通孔３１の内面には、後述する化学研磨処理によって、化学研磨処理面５０（図６に模式的に示す）が形成されている。

以下にベースプレート２０の製造工程について説明する。
ベースプレート２０を所定の形状に成形するための成形工程において、プレスによってボス部３０等が成形される。オーステナイト系のステンレス鋼からなるベースプレート２０は加工硬化を生じやすいため、プレスによって成形されたボス部３０とその周辺も加工硬化を生じている。

前記成形工程が行なわれたのち、熱処理工程が行なわれる。この熱処理工程では、前記成形工程によって加工硬化したベースプレート２０の加工歪を減少させることができる温度域までベースプレート２０が加熱されたのち除冷される。これにより、ボス部３０の硬さを下記の「ボールかしめ」に適した硬さまで下げることができる。

前記熱処理工程が行なわれたのち、ベースプレート２０に化学研磨工程が行なわれる。化学研磨工程は、脱脂洗浄、水洗、酸活性化処理、化学研磨、湯洗、純粋洗浄、乾燥工程を含んでいる。化学研磨液の一例は、塩酸と硝酸の混合物を水で希釈した液であり、この化学研磨液にベースプレート２０を９０〜１００℃の液温で、３０〜６０秒間、浸漬することにより、ボール挿通孔３１の内面を含むベースプレート２０の全体に化学研磨処理面５０が形成される。この化学研磨工程による研磨量は例えば１〜３μｍである。

図７は、前記熱処理工程が行なわれたベースプレート２０のボス部３０の内面の原子濃度を、ＥＳＣＡ（electron spectroscopy for chemical analysis）分析器によって検査した結果を示している。オングストローム（Å）は１００億分の１メートルである。熱処理されたボス部３０のボール挿通孔３１の内面には、酸素（Ｏ）の濃度がクロム（Ｃｒ）の濃度よりも高い酸素リッチ層Ｒが比較的深い領域まで形成されている。しかも表面においては、酸素の濃度が鉄（Ｆｅ）の濃度よりも大きくなっている。

図８は、前記化学研磨処理が行われたボス部３０の内面の原子濃度を示している。表面付近に酸素（Ｏ）の濃度がクロム（Ｃｒ）の濃度よりも高い酸素リッチ層Ｒ´が形成されているが、この酸素リッチ層Ｒ´の厚さは化学研磨処理前の酸素リッチ層Ｒ（図７に示す）よりも減少している。このようにＥＳＣＡ分析器によってベースプレート２０の表面の原子濃度を測定することにより、化学研磨処理が行われたか否かを確認することができる。

図４に示すように、第１のサスペンション１０のベースプレート２０のボス部３０がアクチュエータアーム８ａの取付孔４０に挿入される。そしてベースプレート２０の一方の面２０ａ（ボス部３０が突き出ている面）をアクチュエータアーム８ａのベースプレート取付面６０に当接させ、さらにベースプレート２０を支持部材６１によって支持する。この状態で、かしめ治具として機能するスチールボール等の硬いボール６５が、ボス部３０の軸線Ｘ方向に関して矢印Ｐ１方向からボール挿通孔３１に通される。この場合、矢印Ｐ１はボス部３０を圧縮する方向となるため、この明細書では圧縮側と称する。

ボール６５がボール挿通孔３１に通される前は、ボス部３０の外径Ｄ１（図３に示す）は取付孔４０の内径よりも僅かに小さい。このためボス部３０を取付孔４０に挿入することができる。ボール６５はボス部３０よりも硬い金属からなり、しかもボール６５の径はボール挿通孔３１の内径よりも大きい。

このためボール挿通孔３１にボール６５を通すと、図４に矢印Ｐ２で示すようにボス部３０が広がる方向に塑性変形する。このことにより、アクチュエータアーム８ａの取付孔４０の内周面４０ａにボス部３０の外周面３０ａが固定される。すなわち第１のサスペンション１０のボス部３０が「ボールかしめ」によってアクチュエータアーム８ａの下面に固定される。

図５に示すように、第２のサスペンション１０´のベースプレート２０のボス部３０がアクチュエータアーム８ｂの取付孔４０に挿入される。そしてベースプレート２０の一方の面２０ａ（ボス部３０が突き出ている面）をアクチュエータアーム８ｂのベースプレート取付面６６に当接させ、さらにベースプレート２０とアクチュエータアーム８ｂを支持部材７０によって支持する。

この状態で、前記ボール６５がボス部３０の軸線Ｘ方向に関して矢印Ｐ１方向からボール挿通孔３１に通される。この場合、矢印Ｐ１はボス部３０を引っ張る方向となるため、この明細書では引張側と称している。こうして第２のサスペンション１０´も第１のサスペンション１０と同様に「ボールかしめ」によってアクチュエータアーム８ｂの上面に固定される。なお、アクチュエータアーム８ｂの下面に設けるサスペンション１０と、アクチュエータアーム８ｃの上面に設けるサスペンション１０´も前記サスペンション１０，１０´と同様に各アクチュエータアーム８ｂ，８ｃに固定される。

図９は、３種類のベースプレートのボス部３０に圧縮側（図４に示す）からボール６５を通した場合の抵抗力（ボール挿入力）の大きさを示している。図９中のＡは、熱処理のみが行われたベースプレートのボス部の抵抗力を示し、Ｂは潤滑剤が塗布されたベースプレートのボス部の抵抗力を示し、Ｃは熱処理後に化学研磨処理が行われたベースプレートのボス部の抵抗力を示している。

本実施形態に係るボス部３０の内面は化学研磨処理が行われているため、硬い酸素リッチ層Ｒ´（図８に示す）の厚さが化学研磨処理前の酸素リッチ層Ｒ（図７に示す）よりも薄くなっており、かつ、薄いながらも硬く滑りやすい酸素リッチ層Ｒ´がボール挿通孔３１の内面に残っているため、ボール６５が滑りやすい状態となっている。

このため本実施形態に係るボス部３０は、図９にＣで示すようにボール６５を通す際の抵抗力が熱処理のみのボス部の抵抗力（Ａで示す）よりも大幅に減少し、比較的小さなボール挿入力でボス部３０を拡径させることができ、ボス部３０をアクチュエータアームに強固に固定することができた。

このように本実施形態に係るボス部３０によれば、ボール挿通孔３１の内面に化学研磨処理面５０を形成したことにより、熱処理したままの従来のボス部と比較して、潤滑剤を使用しなくてもボール６５を通す際の抵抗力を小さくすることができ、かつ、ボス部３０の周りが変形することも抑制できる。また、ボール挿通孔３１の内径とボール６５の径との差を適正にすることができるため、ボール６５をボス部３０に通す際に生じる塑性変形により、ボス部３０をアクチュエータアームの取付孔４０の内周面４０ａに強固に固定することができる。

図１０は、前記３種類のベースプレートのボス部３０に引張側（図５に示す）からボール６５を通した場合の抵抗力の大きさを示している。図１０中のＡ´は、熱処理のみが行われたベースプレートのボス部の抵抗力を示し、Ｂ´は潤滑剤が塗布されたベースプレートのボス部の抵抗力を示し、Ｃ´は熱処理後に化学研磨処理が行われたベースプレートのボス部の抵抗力を示している。Ａ´，Ｂ´，Ｃ´のいずれも、圧縮側からボールを通す場合の抵抗力Ａ，Ｂ，Ｃ（図９に示す）と比較して小さな値となっている。

すなわち、図５に示すようにボール６５をボス部３０の引張側から通す場合には、ボス部３０が軸線Ｘ方向に引き伸ばされる方向にボール挿入力が加わるため、圧縮側からボール６５を通す場合（図４に示す）と比較して、ボール６５の挿入抵抗が小さくて済む。このため第２のサスペンション１０´のようにボス部３０の引張側からボール６５を通す場合には、前記化学研磨を省略してもよい。

例えば、アクチュエータアームの一方の面に前記第１のサスペンション１０が取付けられ、アクチュエータアームの他方の面に前記第２のサスペンション１０´が取付けられたアセンブリ構造体において、第１のサスペンション１０のベースプレート２０のボール挿通孔３１の内面に化学研磨処理面５０を形成し、第２のサスペンション１０´のベースプレート２０のボール挿通孔３１の内面には化学研磨処理面５０を形成しない、といった実施形態も可能である。このように構成されたアセンブリ構造体によれば、第２のサスペンション１０´のベースプレート２０は化学研磨処理面５０が不要となるため、製造コストを下げることができる。

なお本発明を実施するに当たり、ベースプレートのボス部やアクチュエータアームの具体的な形状、構造をはじめとして、熱処理や化学研磨処理のための工程などを、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更して実施できることは言うまでもない。

１…ディスク装置
８ａ，８ｂ，８ｃ…アクチュエータアーム
１０，１０´…サスペンション
２０…ベースプレート
２２…ロードビーム
３０…ボス部
３１…ボール挿通孔
４０…取付孔
５０…化学研磨処理面
６５…ボール

Claims (2)

1. ディスク装置のアクチュエータアームに固定されるディスク装置用サスペンションのベースプレートであって、
   前記ベースプレートはオーステナイト系ステンレス鋼からなり、前記アクチュエータアームに形成された取付孔に挿入される円筒形のボス部を有し、
   前記ボス部は、
   該ボス部の軸線方向に貫通するボール挿通孔を有し、かつ、
   前記ボール挿通孔の内面に形成された化学研磨処理面を有し、この化学研磨処理面は、表面付近の酸素濃度がクロム濃度よりも高い酸素リッチ層を有し、この酸素リッチ層の厚さが熱処理前の酸素リッチ層よりも減少していて、しかもこの化学研磨処理面は、前記ボール挿通孔にボールを挿入する際の摩擦抵抗が化学研磨処理前の内周壁の摩擦抵抗よりも小さいことを特徴とするディスク装置用サスペンションのベースプレート。
2. ディスク装置のアクチュエータアームに形成された取付孔に挿入されるボス部を備えたベースプレートの製造方法であって、
   オーステナイト系ステンレス鋼からなる前記ベースプレートをプレスすることにより、ボール挿通孔を有する円筒形の前記ボス部を形成する成形工程と、
   前記成形工程によって加工硬化した前記ベースプレートに熱処理を行なうことによって前記ボス部の硬度を下げる熱処理工程と、
   前記熱処理工程後に前記ベースプレートを化学研磨液に浸漬することにより前記ボール挿通孔の内面に表面付近の酸素濃度がクロムの濃度よりも高い酸素リッチ層を有し該酸素リッチ層の厚さが化学研磨処理前の酸素リッチ層よりも減少している化学研磨処理面を形成し、前記ボス部を引っ張る方向にボールを挿入する際の摩擦抵抗を、前記ボス部を圧縮する方向にボールを挿入する際の摩擦抵抗よりも小さくする化学研磨工程と、
   を具備したことを特徴とするディスク装置用サスペンションのベースプレートの製造方法。

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