JP6467490B2 - ヘッドジンバルアセンブリの製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、シングルもしくはデュアルステージアクチュエータのヘッドジンバルアセンブリに関する。より詳細には、本発明は、タングディンプル境界部において、中間層として、ジンバルのディンプルもしくはタングのいずれかにダイヤモンド状炭素の層を備えたタングディンプル境界部に関する。このダイヤモンド状炭素の層からなる中間層は、摩擦および擦過損耗を低減するのに役立つ。

ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）において、磁気記録ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）は、記録ヘッドがディスク表面に沿って移動することおよびディスクドライブアセンブリの公差を調整するためにも役立っている。この記録ヘッドのためのヘッドジンバルアセンブリは、データが記憶されたディスクの記録面（プラッタ）上を、ヘッドがトラックからトラックへと移動することを許容する。シリコン製のこの記録ヘッドは、記録ヘッドがディスクの記録面から浮上し、またディスクの記録面から適切な距離（浮上高さ）を保つことを助けるためのエッチングされたエアベアリング面を有する。エアベアリングは、ＨＧＡのサスペンション部品に形成されたディンプル上を旋回（ピボット）する。ディスクドライブの連続する動きおよび変動により、ディンプルとタングとが接触するディンプルタング境界部は、常に相対運動を生じている。

このディンプルタング境界部の動きをさらに複雑化する要因として、例えば特許文献１あるいは特許文献２に記載されているようなデュアルステージアクチュエータを備えたヘッドジンバルアセンブリにおいて、第２のアクチュエータの動作が加わることもある。デュアルステージアクチュエータは記録ヘッドの付加的で精細な動作を引き起こす。より繊細なレベルの動きは、通常、ＰＺＴ等の圧電変換器を備えた第２のアクチュエータにより、記録ヘッドの先端もしくはスライダの動きによってもたらされる。ＰＺＴ等の圧電変換器の動作は、スライダの動きに変換され、これによってより精細な動き、すなわちディスクの記録面上のトラックを横断する動きが可能になる。このことによりトラック間の間隔を小さくすることが可能となり、ディスクの記録面により多くのデータを記憶することができるようになる。

特開２０１１−６０３６１号公報 特開２０１４−２２０１３号公報

ハードディスクドライブのヘッドジンバルアセンブリは、スライダ用ジンバルを含むサスペンションによってディスクの記録面上に保持された磁気記録ヘッドとしてのスライダを具備する。従来のジンバルでは、ロードビームに形成されたディンプルの先端に接する平坦なステンレス鋼の薄板からなるタングが使用されている。スライダのボディは、タングのスライダ取付面に固定され、タングとディンプルとの間の境界部（タングディンプル境界部）において、ディンプルのまわりを回転したり揺動したりする「ジンバル運動」をなすことができる。一般にタングとディンプルとはステンレス鋼で形成されており、これらはハードディスクドライブのサスペンションアセンブリ、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、ディスクドライブアセンブリ等の可動部が動く際に摩耗することがある。ディンプルおよびタングの少なくとも一方が摩耗すると、ディスクドライブにとって有害となり得る摩耗粒子が生成される。摩耗粒子は、擦過もしくは摩擦化学腐食（tribocorrosion）、すなわち摩耗と腐食の複合作用として知られている作用により生成される可能性がある。タングとディンプルとが接触する場合、摩擦化学腐食は、鉄が酸素に晒されることによって生じ、擦過摩耗と共に、典型的には固い、フレーク状の物質である酸化鉄摩耗粒子を生じる。このような摩耗粒子はハードディスクドライブの機能を妨げる原因となる。例えば、摩耗粒子は、記録ヘッドとディスクの記録面との間に入り込んだり、ディスクの記録面を傷付けるおそれがある。ディンプルジンバル境界部もまた、長期にわたって使用されると摩耗する恐れがあり、これによりディンプルジンバル境界部の機能が変化する。極端な場合、摩耗の増加は、記録ヘッドをディスク上に浮上させるエアベアリングの制御に影響を及ぼすことになる。また大量の摩耗粒子は、ハードディスクの機能を低下させる原因になると考えられており、極端な場合にはハードディスクの故障を引き起こすこともある。

従って、本発明の目的は、摩耗粒子の量を最小限にすることなどによって、ハードディスクの機能の低下を防ぎかつ長期にわたる信頼性を確保することを可能にするヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）の製造方法を提供することである。

本発明の典型的な実施形態によると、シングルもしくはデュアルステージアクチュエータのヘッドジンバルアセンブリは、ロードビームのディンプルがヘッドジンバルアセンブリ上でタングと当接するタングディンプル境界部において、ダイヤモンド状炭素の層（ＤＬＣ層）が設けられている。このダイヤモンド状炭素の層は、タングディンプル境界部において摩擦や摩耗を軽減するための中間層としての役割を果たし、長期信頼性を保証する手助けとなる。本発明の１つの代表例において、ヘッドジンバルアセンブリは、第１の面と第２の面とを有するタングと、該タングに対してロードビームのディンプルが相対移動可能に対向する前記第２の面と前記ディンプルとの間に形成されるタングディンプル境界部と、このタングディンプル境界部において摩擦および擦過損耗（fretting wear：フレッティング摩耗）を軽減するためにディンプルとタングとの間の少なくとも一方に形成されたダイヤモンド状炭素の薄い層とを具備する。つまり１つの実施形態は、摩擦および擦過損耗を減少するためにタングディンプル境界部にダイヤモンド状炭素の層（ｄｌｃ層）を備えたヘッドジンバルアセンブリである。ダイヤモンド状炭素の層の厚さは８〜５００ｎｍであり、特に１０ｎｍ付近（８〜１２ｎｍ）の薄いＤＬＣ層の場合に大きな効果を発揮する。

本発明に関連するさらなる態様は、部分的には、この後に説明されており、また部分的には、挙げられた説明から明らかもしくは発明の実施により習得されるものである。本発明の様々な態様は、以下の詳細な説明と添付の特許請求の範囲とによって特に示される、構成要素および各種構成要素とそれぞれの様相との組み合わせによって実現され、また達成され得る。

上に挙げられた説明並びに以下の説明は共にあくまでも例として示したに過ぎず、いずれの方法でも、特許請求の範囲に記載されている発明もしくはこの適用を限定することは一切ないということが理解されるべきである。

本発明の典型的な実施形態のヘッドジンバルアセンブリによれば、タングディンプル境界部における摩耗粒子の量を最小限にすることなどによって、ハードディスクの機能の低下を防ぎかつ長期にわたる信頼性を確保することが可能となる。

ここに盛り込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を例示しており、明細書の説明と共に本発明の原理を説明し図示している。特に、図面を以下のように説明する。
本発明の一実施形態に係るシングルステージアクチュエータ構造のタングとロードビームとタングディンプル境界部を含むヘッドジンバルアセンブ（ＨＧＡ）を上から見た平面図。 図１に示されたヘッドジンバルアセンブリを図１とは反対側から見た底面図であり、ロードビームに形成されたディンプルが示されている。 本発明の他の実施形態に係るデュアルステージアクチュエータ構造のスライダおよび圧電変換器（ＰＺＴ）を表したヘッドジンバルアセンブリの側面図。 同デュアルステージアクチュエータ構造のタングディンプル境界部が表されたロードビームとヘッドジンバルアセンブリの側面図。 同デュアルステージアクチュエータ構造のヘッドジンバルアセンブリを一方側から見た斜視図。 同デュアルステージアクチュエータ構造のヘッドジンバルアセンブリを他方側から見た斜視図。 同デュアルステージアクチュエータ構造のヘッドジンバルアセンブリにおいてスライダがディンプルのまわりを回転する際に生じる応力の大きさを濃淡で表わした図。 図１に示されたシングルステージアクチュエータ構造のタングを構成する複数の層、特にタングディンプル境界部に設けられたダイヤモンド状炭素の層が示されているヘッドジンバルアセンブリの分解斜視図。 本発明の一実施形態に係る、ヘッドジンバルアセンブリの製造工程の一例を工程順に示すブロック図。 コイニング加工ではないディンプルのための金型を模式的に示す断面図。 コイニング加工されるディンプルのための金型を模式的に示す断面図。 異なる種類のディンプルごとにＤＬＣ層の厚みと摩擦係数との関係を示すグラフ。

以下の詳細な説明では添付の図面を参照する。前述の添付の図面は、限定する目的ではなく、例証として本発明の原理と一致する特定の実施形態およびそれらの実施を示している。上述の実施形態およびそれらの実施は、当業者が本発明を実施可能に十分詳細に説明されており、他の形態の実施を利用し得ること、および、発明の要旨と範囲を逸脱しない範囲で構成変更および／または様々な構成要素の置き換えを行うことができることが理解されるべきである。従って、以下の詳細の説明は、限定された意味で解釈されるべきではない。

例えば、デュアルステージマイクロアクチュエータ構造のサスペンション、より具体的には、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）のような遠隔駆動されるロータリ・ヘッド・デュアルステージアクチュエータ構造のサスペンションについて説明する。前記ＨＧＡは、ディンプルとタングとが互いに接する両者間の境界部（タングディンプル境界部と称す）においてロードビームのディンプルと相互作用するタングを含む。タングディンプル境界部の摩擦および擦過損耗と摩擦化学腐食との量を減らし、その結果としてハードディスクドライブの劣化や故障の原因となる摩耗粒子の量を減らすために、タングディンプル境界部のタング上に、中間層としてダイヤモンド状炭素の層が設けられている。

ダイヤモンド状炭素（Diamond-Like Carbon、略してＤＬＣ）は、概してダイヤモンドと黒鉛の中間に位置してダイヤモンドと黒鉛の性質を合わせもった硬いアモルファス炭素であり、ダイヤモンドに近い高い硬度と熱伝導率および電気絶縁性を有し、かつ、優れた密着性を有するとともに低摩擦性（摩擦係数０．１以下）も有している。

図１は、シングルステージアクチュエータ構造のヘッドジンバルアセンブリ（これ以降、ＨＧＡと称す）１００の第１の面を上から見た図である。このＨＧＡ１００は、タングディンプル境界部１０６においてロードビーム１０４に形成されたディンプル１１４（図２参照）と相互作用するタング１０２を含んでいる。ＨＧＡ１００の外輪１０８（図１参照）は、スライダ（図３Ｂ参照）に設けられた記録ヘッドの先端からＨＧＡ１００のベース部１１２の後ろまで延びる複数の導体１１０を覆っている。

図２は、図１に示されたＨＧＡ１００を図１とは反対側から見た図であり、ＨＧＡ１００の第２の面の一部が表われている。ロードビーム１０４はＨＧＡ１００の下側に配置されている。ロードビーム１０４にディンプル１１４が形成されている。ディンプル１１４はタング１０２の真下に位置し、図１に示されたタングディンプル境界部１０６においてタング１０２と相互作用する。

図３Ａは、ＨＧＡ１００の側面図であり、スライダ１１６と、ＨＧＡ１００の動きに関与する圧電変換器（ＰＺＴ）１１８が示されている。図３Ｂに、ＨＧＡ１００とロードビーム１０４との間のタングディンプル境界部１０６が示され、特にタングディンプル境界部１０６においてタング１０２とディンプル１１４とが互いに接触する箇所が示されている。タング１０２は、第１の面１０２ａと、第２の面１０２ｂとを有している。タングディンプル境界部１０６は、ディンプル１１４が移動可能に接続されるタング１０２の第２の面１０２ｂとディンプル１１４との間に形成されている。ＨＧＡ１００はロードビーム１０４の真下に位置し、ＨＧＡ１００とロードビーム１０４とは相互作用をなす。

図４Ａは、ヘッドジンバルアセンブリ１００を一方（上面側）から見た斜視図であり、タング１０２、外輪１０８、およびベース部１１２が示されている。図４Ｂは、ヘッドジンバルアセンブリ１００を他方（下面側）から見た斜視図であり、ＨＧＡ１００に搭載されたスライダ１１６とＰＺＴ１１８などが示されている。スライダ１１６と複数の導体１１０を電気的に接続するために半田（図示せず）が設けられている。

図５は、ＨＧＡ１００が動いているときのＨＧＡ１００の各部の動きの大きさに対応する応力の度合いを、異なる濃淡で示したＨＧＡ１００の応力図である。図５中に白抜きの半円で示す矢印Ａは、ＨＧＡ１００が動く方向を表している。すなわち矢印Ａは、タング１０２がどのようにタングの中心部分のまわりを回転するかを示している。中心部分に描かれた黒い円１２０は、タングディンプル境界部１０６に対応しており、マイクロアクチュエータが動作する間にタング１０２とディンプル１１４が受ける動きを表している。

図６は、ＨＧＡ１００とロードビーム１０４の分解斜視図であり、ＨＧＡ１００の多層構造が示され、かつ、ＨＧＡ１００に対するロードビーム１０４およびディンプル１１４の位置も示されている。図６の分解斜視図は、ＨＧＡ１００の構成が理解しやすいように、上下を逆にして描かれている。タング１０２は、フレキシャとして知られているＨＧＡ１００の大きな部品の一部である。フレキシャは、例えば、腐食を防止するために金めっきによって覆われた銅製の導体を含んでいる。図６に示された実施形態のＨＧＡ１００は、ステンレス鋼からなる層１２２と、例えばポリイミドからなる絶縁層１２４と、回路形状にエッチングされた銅の回路層１２６と、ポリイミド製のカバープレート層１２８を含んでいる。銅の回路層１２６を腐食から防ぐために、金の層１３０が回路層１２６の上に設けられている。

本実施形態では、タングディンプル境界部１０６において、円形のダイヤモンド状炭素の層１３２がタング１０２上に中間層として配置されている。本実施形態の円形のダイヤモンド状炭素の層１３２は、銅の回路層１２６に形成された延出部２００に設けられ、ステンレス鋼の層１２２に形成された孔２０１と、ポリイミド製の絶縁層１２４に形成された孔２０２とに収容され、タング１０２の略中央に配置されている。他の実施形態として、「島部」のダイヤモンド状炭素の層１３２がステンレス鋼の層１２２の上に形成されても良い。

ステンレス鋼の層１２２の厚さは、例えば１０〜２５μｍ（マイクロメートル）程度であり、一般的には約１８μｍである。ポリイミド製の絶縁層１２４の厚さの一例は約１０μｍである。銅の回路層１２６の厚さは例えば５〜１２μｍ程度である。ポリイミド製のカバープレート層１２８の厚さは約４μｍである。

ダイヤモンド状炭素の層１３２の厚さは８〜５００ｎｍ（ナノメートル）であり、好ましくは１０ｎｍである。米国出願番号６１／７８７，３８８に記載されているように、炭素膜で被覆されたジンバルは、炭素膜の無いジンバルと比較して、より低い摩擦係数と、改善された摩耗特性とを有することが見出されている。しかし本発明者達が鋭意研究したところによれば、ステンレス製のジンバル上のタングディンプル境界部の中間層として、厚さが１０ｎｍ前後（８−１２ｎｍ）のダイヤモンド状炭素の層１３２を設けた場合にタングディンプル境界部の摩擦係数が最も低くなり、また、ダイヤモンド状炭素の層の厚みがより大きい他のタイプのジンバルと比較して、生じる摩耗の傷が小さいということが判明した。

タングディンプル境界部において、中間層としてのダイヤモンド状炭素の層を有するヘッドジンバルアセンブリを製造する方法が図７のブロック図に示されている。最初のステップＳ１０２において、ステンレス鋼（ＳＳＴ）と、ポリイミド（ＰＩ）と、銅（Ｃｕ）との３種類の材料を重ねることにより３層の積層構造を得る。次いで、ステップＳ１０４において、ＳＳＴの層１２２と銅の回路層１２６をエッチングするために、レジストが塗布される。ステップＳ１０６において銅エッチングが行われ、ステップＳ１０８においてレジストが除去される。ステップＳ１１０において化学的なポリイミドエッチングのためのレジストが塗布され、ポリイミドのエッチングが行なわれた後、ステップＳ１１２においてレジストが除去される。ステップＳ１１４において、当業者にとって公知のスパッタリングによるコーティング機を使用してダイヤモンド状炭素の層１３２が設けられる。

一実施形態において、ダイヤモンド状炭素の層を設ける前に、ニッケルのサブプレートがステンレス鋼の層１２２に適用されてもよい。最終的に、ステップＳ１１６において、ポリイミドからなるカバープレート層１２８が形成される。この代表的な方法によれば、ステップＳ１０６で銅エッチングを行っている間に生成されたタングディンプル境界部において、ダイヤモンド状炭素の層１３２の下に直径略０．５ミリメートルの銅パッドが形成される。

上述の実施形態において、ダイヤモンド状炭素の層１３２は、当業者にはよく知られた慣例的なスパッタリング法を利用してタング１０２に形成される。このダイヤモンド状炭素の層１３２は、製造面から最も容易な方法を採用してタング１０２の全領域に設けることもできるし、マスクを使用してタング１０２の一部すなわちタングディンプル境界部１０６のみに設けることもできる。

代替の実施形態では、タング１０２ではなくディンプル１１４に、前記と同様のスパッタリング法を利用してダイヤモンド状炭素の層１３２を形成してもよい。タングディンプル境界部１０６に設けられたダイヤモンド状炭素の層１３２を利用することにより、擦過損耗および摩擦化学腐食が防止される。もしもダイヤモンド状炭素の層が設けられていないとすると、硬いフレーク状の酸化鉄摩耗粒子が生じ、ディスクドライブ汚染を引き起こすことになる。

既に述べたように、摩擦係数および擦過損耗評価に関連して実験が行われた。擦過損耗（fretting wear：フレッティング摩耗）についてディンプルジンバル境界部を検査するための実験用設備では、圧電アクチュエータに接続されたリニア形スライダの上にジンバルが配置された。そして圧電アクチュエータに電圧が印加されることにより、ディンプルに対してジンバルを水平運動させた。約２０ミリニュートンの予荷重がジンバルに加えられた。摩擦力を計測するために、サスペンションにフューテック社製ロードセルが取り付けられた。また１-Ｄポリテックレーザドップラー振動計（ＬＤＶ）がジンバルの速度と変位とを計測するために使用された。さらに、ディンプルの変位と同じと見なされるサスペンションの変位を計測するために、ポリテックファイバーＬＤＶが使用された。これら二つのＬＤＶによる計測値の差に基いて、ディンプルとジンバルとの相対的変位を判断することができる。データ収集ボードとナショナルインスツルメンツ社のLabVIEWソフトウェアとにより、データがリアルタイムで収集され分析された。

金属材料の塑性加工の分野で知られているコイニング加工（圧印加工）は、凹凸のついた一対の金型間に材料（例えば金属の板）を強く圧縮し、金型の凹凸を材料に転写するプレス加工法の一種である。

以下３つの異なるデザインのディンプル、すなわち、（i）コイニング加工されていないディンプル、（ii）コイニング加工されたディンプル、（iii）レーザ磨きされたディンプル、について試験が行なわれた。図８Ａと図８Ｂとは、それぞれ、コイニング加工されないディンプルのための金型２５０，２５１と、コイニング加工されるディンプルのための金型２５２，２５３とを示している。図８Ａに示すように、コイニング加工されないディンプルを製造するには、金型２５０上に配置された被加工物（ワークピース）Ｗが、金型２５１（パンチ）により金型２５０の空隙に押し込まれることにより、ディンプルが形成される。これに対し、コイニング加工されるディンプルを製造する際には、図８Ｂに示すようにコイニング加工のための金型２５２，２５３が使用される。また、ディンプルの表面粗さを低減するために、コイニング加工後にレーザを使用することにより、レーザ磨きが行なわれる。これにより、レーザ磨きされたディンプル（Laser-polished dimple）が製造される。レーザ磨きは、材料表面にレーザ光を照射することによって生じる再溶融により、高光沢磨き仕上げをする加工である。レーザ磨きされたディンプルの典型的な粗さのデータの要約は米国出願番号６１／７８７，３８８に記載されている。

試験を行った全てのジンバルはステンレス鋼（ＳＳＴ）で作られた。以下の表１に示すように、それぞれ厚さが１０、５０、１５０、５００ｎｍのダイヤモンド状炭素の層（ＤＬＣ層）がジンバルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに設けられた。さらに、ＤＬＣ層を有しないステンレス製ジンバルが、潤滑剤（ペルフッ素化ポリエーテル）がある状態とない状態とで調査された。

［実験手順］
各実験では、５２，０００回の往復擦過損耗サイクルが行われた。各試験に必要な時間を削減するために、総サイクル数は３つの部分に分割された。第１の部分では、２Ｈｚの低周波で６，５００サイクルが行われた。第２の部分では、２０Ｈｚで４２，３００サイクルが行われ、第３の部分では、２Ｈｚで３，２００サイクルが行われ、全体で合計５２，０００サイクルが行われた。２ボルトの振幅の三角波が、圧電アクチュエータへの入力信号として使用された。この結果、１０マイクロメートルの水平変位（ストローク）が生じた。２０ｍＮの予荷重が全ての試験で使用された。試験の詳細については米国出願番号６１／７８７，３８８を参照できるが、以下に試験の概要を説明する。

［コイニング加工されていないディンプルを有するジンバルへの摩擦試験］
１０ｎｍの最も薄いＤＬＣ層が設けられたコイニング加工されていないディンプルを有するジンバルＡの摩擦係数は、ジンバルＢもしくはジンバルＣの摩擦係数よりも低いことが分かった。ジンバルＤの摩擦係数はジンバルＢおよびジンバルＣの摩擦係数よりは低いがジンバルＡの摩擦係数よりは高い。ＤＬＣ層を有さずかつ潤滑剤が塗布されてないステンレス製ジンバルの摩擦係数が最も高い。潤滑剤が塗布されたＳＳＴジンバルの摩擦係数は、ジンバルＡの摩擦係数と潤滑剤が塗布されてないジンバルの摩擦係数との間の範囲にある。かくして、コイニング加工されていないディンプルを有するジンバルＡ（ＤＬＣ層の厚さ１０ｎｍ）が、全ての試験されたジンバルのうち最も摩擦係数が低かった。

［コイニング加工されていないディンプルの摩耗傷試験］
コイニング加工されていないディンプルに関し、ジンバルＡ、ジンバルＢ、ジンバルＣ、およびジンバルＤに５２，０００回の擦過損耗サイクルを実施した後に、摩耗傷を調べる試験が行われた。さらに、潤滑剤が塗布されてないステンレス鋼（ＳＳＴ）ジンバルと、潤滑剤が塗布されたＳＳＴジンバルに対しても、ディンプルの摩耗傷の試験が行われた。これらの試験により、コイニング加工されていないディンプルがジンバルＡ（最も薄いＤＬＣ層を有するジンバル）に接する場合の摩耗傷は、ジンバルＢおよびジンバルＣに接する場合の摩耗傷よりも小さいことが判明した。また、コイニング加工されていないディンプルがジンバルＤに接する場合の摩耗傷は、ジンバルＡと同程度であった。潤滑剤が塗布されていないＳＳＴディンプルでは摩耗傷が最も大きく、最も摩耗傷が小さかったのは潤滑剤が塗布されたＳＳＴジンバルであった。

［コイニング加工されたディンプルを有するジンバルへの摩擦試験］
ジンバルＡ（ＤＬＣ層の厚さ１０ｎｍ）と、ジンバルＢ（ＤＬＣ層の厚さ５０ｎｍ）と、ジンバルＣ（ＤＬＣ層の厚さ２５０ｎｍ）と、ジンバルＤ（ＤＬＣ層の厚さ５００ｎｍ）と、潤滑剤が塗布されたステンレス製ジンバルと、潤滑剤が塗布されていないステンレス製ジンバルとのそれぞれに対し、コイニング加工されたディンプルが接する場合の摩耗サイクルに関連する摩擦係数試験が行われた。この試験により、最も薄いＤＬＣ層が設けられたジンバルＡの摩擦係数は、ジンバルＢもしくはジンバルＣの摩擦係数よりも低いことが分かった。ジンバルＤの摩擦係数はジンバルＢおよびジンバルＣの摩擦係数より低いが、ジンバルＡの摩擦係数よりは高かった。潤滑剤が塗布されてないステンレス製ジンバルの摩擦係数が最も高く、潤滑剤が塗布されたＳＳＴジンバルの摩擦係数は他の試験結果の値の範囲内にある。この作用は、コイニング加工されていないディンプルで観察された作用と非常に類似していることが分かった。

［コイニング加工されたディンプルの摩耗傷試験］
ジンバルＡ、ジンバルＢ、ジンバルＣ、およびジンバルＤに対する５２，０００回の擦過損耗サイクル後に、コイニング加工されたディンプルに関して摩耗傷の試験が行われた。さらに、典型的な非潤滑のステンレス鋼（ＳＳＴ）のジンバルと、潤滑されたＳＳＴジンバルに対する摩耗傷の試験が行われた。この試験により、最も薄いＤＬＣ層を有するジンバルＡに対するコイニング加工されたディンプルの摩耗傷は、先の場合と同様に、ジンバルＢおよびジンバルＣの摩耗傷より小さいことが判明した。コイニング加工されたディンプルに対するジンバルＤの摩耗傷は、ジンバルＡのそれと同様であった。潤滑剤が塗布されていないＳＳＴディンプルでは摩耗傷が最も大きく、最も摩耗傷が小さかったのは潤滑剤が塗布されたＳＳＴジンバルであった。様々なタイプのジンバルに対するコイニング加工されたディンプルの摩耗傷の傾向は、コイニング加工されていないディンプルで観察された傾向と同様である。

［レーザ磨きされたディンプルと異なるジンバルのタイプの摩擦係数］
ジンバルＡ（ＤＬＣ層の厚さ１０ｎｍ）、ジンバルＢ（ＤＬＣ層の厚さ５０ｎｍ）、ジンバルＣ（ＤＬＣ層の厚さ２５０ｎｍ）、およびジンバルＤ（ＤＬＣ層の厚さ５００ｎｍ）に対する摩耗サイクルとの関連で、レーザ磨きされたディンプルに関しても摩擦係数試験が行われた。さらに、潤滑剤が塗布されたステンレス製ジンバルと、潤滑剤が塗布されていないステンレス製ジンバルのそれぞれに対しても摩擦係数試験が行われた。コイニング加工されたディンプルとコイニング加工されていないディンプルとの試験結果から判明したのと同様に、この試験により、１０ｎｍの最も薄いＤＬＣ層を有するジンバルＡの摩擦係数は、５０ｎｍもしくは１５０ｎｍの厚さのＤＬＣ層を有するジンバルＢおよびジンバルＣの摩擦係数よりも低いことが明らかとなった。ジンバルＤの摩擦係数はジンバルＢおよびジンバルＣの摩擦係数よりは低いが、ジンバルＡの摩擦係数よりは高い。潤滑剤が塗布されてないステンレス製ジンバルの摩擦係数が最も高く、潤滑剤が塗布されたＳＳＴジンバルの摩擦係数は、ジンバルＣの摩擦係数とジンバルＤの摩擦係数との間の範囲にある。この作用は、コイニング加工されていないディンプルおよびコイニング加工されたディンプルで観察された作用と非常に類似している。

［異なるジンバルタイプの５２，０００回の擦過損耗サイクル後の典型的なレーザ磨きされたディンプルの摩耗傷］
異なるジンバルタイプに対する典型的なレーザ磨きされたディンプルへの摩耗傷の試験もまた行われた。コイニング加工されたディンプルおよびコイニング加工されていないディンプルの試験と同様に、ここで行われた試験により、レーザ磨きされたディンプルに対して摩耗傷が最も小さかったのは、ジンバルＡと、潤滑剤が塗布されたステンレス鋼（ＳＳＴ）のジンバルであることが判った。ジンバルＣとジンバルＤとに対するレーザ磨きされたディンプルの摩耗傷は、ジンバルＡもしくは潤滑剤が塗られたＳＳＴジンバルの摩耗傷より大きかった。レーザ磨きされたディンプルに対して潤滑剤が塗布されていないステンレス鋼のジンバルの摩耗傷は、他の全ての摩耗傷よりも大きかった。

図９は、ダイヤモンド状炭素の層（ＤＬＣ層）の厚みと平均摩擦係数との関係をグラフ化したものである。図９において、コイニング加工されていないディンプルと、コイニング加工されたディンプルと、レーザ磨きされたディンプルとは、ＤＬＣ層の厚みとの関連でグラフ上にプロットされている。図９に示されるように、摩擦係数はＤＬＣ層の厚みがゼロから増えるに従って一旦増加して最高値に達し、そののちＤＬＣ層が５００ｎｍまで増加するに従って減少している。明らかに、最も薄いＤＬＣ層を有するジンバルが、使用されたディンプルのタイプにかかわらず、最も低い摩擦係数を示している。

ＤＬＣ層の厚みに応じた摩耗傷に関しても同様の反応が見られた。すなわち、厚み１０ｎｍのＤＬＣ層では摩耗傷が最小であり、ＤＬＣ層の厚みが増えるに従い摩耗傷は一旦増えるが、５００ｎｍという厚みの値まで増加するに従い摩耗傷は減少する。

上述の試験に基づき、最も薄いＤＬＣ層を有するジンバル（ジンバルＡ）が減摩性能において最も優れているといえる。この結果は意外であり、いくぶん直観に反したものである。というのも、大方のひとはＤＬＣ層の厚みが増えるに従いタングディンプル境界部の摩擦と摩耗特性とは着実に改善するであろうと予想すると思われるからである。この結果は、ＤＬＣ層の厚み増加を伴う炭素堆積プロセスでの変動に関連しているかもしれない。しかしその他の点では、厚さ５０、１５０、２５０、および５００ｎｍのＤＬＣ層の試験結果は驚くべきものであり、いくぶん予想外である。

検査された３つのディンプルのタイプ全てにおいてＤＬＣ層の厚みを一定に保ちつつ、ディンプルジンバル境界部の摩擦および摩耗特性についても調査された。

ジンバルＡ、すなわち、厚さが１０ｎｍのダイヤモンド状炭素の層（ＤＬＣ層）が設けられたジンバルに対する擦過損耗サイクルとの関連で、コイニング加工されていないディンプルと、コイニング加工されたディンプルと、レーザ磨きされたディンプルのそれぞれの摩擦係数を調べるために試験が行われた。この試験は、最初の６，５００サイクルでは、コイニング加工されたディンプルが最も摩擦係数が低く、次いでコイニング加工されていないディンプル、レーザ磨きされたディンプルの順番になったことを示した。しかしながら、３つのディンプルのタイプの差は小さかった。コイニング加工されていないディンプルとコイニング加工されたディンプルとは、レーザ磨きされたディンプルより低い値を有することが観察された。しかしながら、それぞれの差は小さかった。摩耗傷試験もまた行われ、この試験は、コイニング加工されたディンプルとレーザ磨きされたディンプルとの摩耗傷は、コイニング加工されていないディンプルに比べ小さかったことを示した。コイニング加工されたディンプルとレーザ磨きされたディンプルとの摩耗傷は同等のサイズであった。

同様の摩擦係数試験は、ジンバルＢ（ＤＬＣ層の厚さ５０ｎｍ）に対する５２，０００サイクルの間、コイニング加工されていないディンプルと、コイニング加工されたディンプルと、レーザ磨きされたディンプルとに対して行われた。ここでの試験は、コイニング加工されていないディンプルの最初の６，５００サイクルでの摩擦係数は、コイニング加工されたディンプルもしくはレーザ磨きされたディンプルの摩擦係数よりも低いことを示した。しかしながら、実験の最後の３，２００サイクルの間は、コイニング加工されていないディンプルの摩擦係数は、レーザ磨きされたディンプルおよびコイニング加工されたディンプルの摩擦係数よりも高かった。コイニング加工されたディンプルは、最終的な３，２００サイクルにおいて、最も低い摩擦係数を示した。ジンバルＢの擦過損耗を示すために、コイニング加工されていないディンプル、コイニング加工されたディンプル、およびレーザ磨きされたディンプルに対する摩耗傷の試験もまた行われた。ジンバルＢ（ＤＬＣ層の厚さ５０ｎｍ）で３つのディンプルのタイプを試験したところ、３つのディンプルのタイプ全てにおいて、５２，０００サイクル後に大きな摩耗傷が生じることが示された。この試験結果は、ジンバルＢの摩擦および摩耗性能はジンバルＡのそれと比べて良くはない、という先の結論と一致している。

ジンバルＣ（ＤＬＣ層の厚さ１５０ｎｍ）を使って、コイニング加工されていないディンプルと、コイニング加工されたディンプルと、レーザ磨きされたディンプルとに対する摩擦係数試験が行われた。この試験においては、コイニング加工されたディンプルが最も低い摩擦係数の値を示し、次いでレーザ磨きされたディンプル、コイニング加工されていないディンプルの順番になったことを示した。しかしながら、それぞれの差は小さかった。コイニング加工されたディンプルがやはり一番低い摩擦係数を有することがわかった。レーザ磨きされたディンプルとコイニング加工されていないディンプルとは、コイニング加工されたディンプルよりも高い摩擦係数を有する。ジンバルＣ（ＤＬＣ層の厚さ１５０ｎｍ）に対するコイニング加工されていないディンプル、コイニング加工されたディンプル、およびレーザ磨きされたディンプルの摩耗傷の試験もまた行われた。ここでの試験は、５２，０００回の擦過損耗サイクル後、コイニング加工されたディンプルとレーザ磨きされたディンプルの摩耗傷は、コイニング加工されていないディンプルの摩耗傷に比べて小さかったことを示した。コイニング加工されたディンプルと、レーザ磨きされたディンプルは摩耗が少なく、従って、コイニング加工されていないディンプルと比較して摩耗粒子の発生が少ない。

ジンバルＤ（ＤＬＣ層の厚さ５００ｎｍ）を使って、コイニング加工されていないディンプルと、コイニング加工されたディンプルと、レーザ磨きされたディンプルとに対する摩擦係数試験が行われた。その結果は最初の６，５００サイクルと、最後の３，２００サイクルとから得られた。３つのディンプル全てを観察したところ、これらは非常に類似した摩擦係数の値を示した。この傾向は、最後の３，２００サイクルでも変化しなかった。かくして、３つの異なるディンプルのタイプの減摩性能は、ジンバルＤでは非常に類似していることが判明した。また、ジンバルＤ（ＤＬＣ層の厚さ５００ｎｍ）に対し、コイニング加工されていないディンプルと、コイニング加工されたディンプルと、レーザ磨きされたディンプルとの摩耗傷の試験も行われた。擦過運動を５２，０００サイクル行った後、コイニング加工されたディンプルが、他の２つのディンプルと比較して最も小さい摩耗傷を有することが観察された。また、コイニング加工されていないディンプルの摩耗傷がコイニング加工されたディンプルの摩耗傷より大きいことが判明した。一方、レーザ磨きされたディンプルは、コイニング加工されたディンプル上の摩耗傷よりも大きく濃い摩耗傷を呈した。

潤滑剤が塗布されていないステンレス鋼（ＳＳＴ）ジンバルの擦過損耗サイクルに対するコイニング加工されていないディンプルと、コイニング加工されたディンプルと、レーザ磨きされたディンプルとの摩擦係数の試験もまた行われた。この試験は、３つのディンプルのデザイン全ての摩擦係数値はほぼ同じである、ということを示した。他のジンバルのタイプの結果と比較したところ、摩擦係数の値は非常に高かった。そして、この高い摩擦係数の値は、擦過損耗実験の全体を通して維持された。また、潤滑剤が塗布されていないステンレス製ジンバルに対し５２，０００回の擦過損耗サイクルが行われた後、コイニング加工されていないディンプルと、コイニング加工されたディンプルと、レーザ磨きされたディンプルとの摩耗傷の試験が行われた。３つのタイプのディンプルへの摩耗傷は、同じような大きさであることが分かった。しかしながら、試験された他のタイプのジンバルのディンプルと比較すると、生じた摩耗傷はずっと大きく、ＤＬＣ層を有するジンバルは、ＤＬＣ層を有しないジンバルよりも摩耗傷が小さいことが明らかであった。ここでの試験は、擦過損耗の５２，０００サイクルの間、ＤＬＣ層のコーティングを有するジンバルはコーティングを有しないジンバルよりも摩耗が少なく、摩耗粒子の生成が少ない、ということを明らかにしている。

潤滑剤が塗布されたステンレス鋼（ＳＳＴ）ジンバルに対するコイニング加工されていないディンプルと、コイニング加工されたディンプルと、レーザ磨きされたディンプルとの摩擦係数の試験も行われた。この試験により、３つのタイプのディンプルの摩擦係数は、最初の６，５００サイクルの間ほぼ同じである、ということが示された。この試験は、潤滑剤が塗布されたジンバルに関して、異なるディンプルのデザインの摩擦係数もまたほぼ同じであったことを示した。また、潤滑剤が塗布されたステンレス製ジンバルに関して調査された３つのディンプルのデザインと関連して摩耗傷の試験が行われた。試験は、摩耗傷の大きさは全て同じぐらいであるということを示した。しかし潤滑剤が塗布されていないジンバルでの摩耗傷と比較すると、ここで生じた摩耗傷の大きさはずっと小さく、このことは、潤滑剤を使用するとディンプルジンバル境界部の減摩性能が改善されることを示している。

コイニング加工されていないディンプルと、コイニング加工されたディンプルと、レーザ磨きされたディンプルとを比較すると、この試験は、コイニング加工されたディンプルは、コイニング加工されていないディンプルおよびレーザ磨きされたディンプルよりも低い摩擦係数と小さい摩耗傷とを有していることを示した。さらに、ジンバルＡ（ＤＬＣ層の厚さ１０ｎｍ）およびジンバルＤ（ＤＬＣの厚さ５００ｎｍ）の摩擦係数は、試験された他のジンバルのタイプの摩擦係数よりも小さかった。

ＤＬＣ層を有するディンプルジンバル境界部の摩擦および摩耗特性に対する潤滑剤の影響を調べるために、コイニング加工されていないディンプルに対してジンバルＡとジンバルＢとが試験された。

両タイプのジンバルに関して、二つの試験が行われた。第１の試験は潤滑剤を用いない擦過損耗試験であり、第２の試験は潤滑剤を用いた擦過損耗試験である。

この試験は、潤滑剤が塗布されていないジンバルＡと、潤滑剤が塗布されたジンバルＡとの双方の摩擦係数は、最初の６，５００サイクルの間はほぼ同じであることを示した。最後の３，２００サイクルの間、潤滑剤が塗布されていないジンバルＡは、潤滑剤が塗布されたジンバルＡよりも若干低い摩擦係数を示した。しかしながら、この試験はまた、潤滑剤が塗布されたジンバルＡの摩耗傷は、潤滑剤が塗布されていないジンバルＡの摩耗傷よりもずっと小さいことも示した。このことは、明らかにディンプルジンバル境界部の減摩性能を説明するうえで、摩擦係数は一つのパラメータに過ぎないということを示している。すなわち、ディンプルジンバル境界部を検討する上で、摩耗は摩擦と同じかそれより重要な要素である。

擦過損耗の試験はまた、潤滑剤が塗布されていないジンバルＢの摩擦係数は、潤滑剤が塗布されたジンバルＢの摩擦係数よりも高いことを示した。潤滑剤が塗布されたジンバルＢについて言えば、コイニング加工されていないディンプルの摩耗傷は、潤滑剤が塗布されていないジンバルＢでの摩耗傷よりもずっと小さいということが判明した。明らかに、ディンプルジンバル境界部を潤滑にすることは、ディンプルジンバル境界部の摩擦および摩耗特性を改善するのに効果的となり得る。

ディンプルジンバル境界部での摩擦係数は、重要なパラメータであるので、平均摩擦係数は５２，０００回の擦過損耗サイクル（fretting wear cycles）の後に計算され、そしてこの値は試験されたそれぞれの異なるケースと比較された。表２Ａと表２Ｂにおいて、平均摩擦係数および平均摩擦係数の標準偏差の値がまとめられている。

表２Ａ，表２Ｂより、ジンバルＡ（ＤＬＣ層の厚さ１０ｎｍ）で用いられるコイニング加工されたディンプルが０．０９という最も低い平均摩擦係数を示し、次いでジンバルＡで用いられるコイニング加工されていないディンプルが０．１１という摩擦係数を示す、ということがわかる。またジンバルＤ（ＤＬＣ層の厚さ５００ｎｍ）で用いられるレーザ磨きされたディンプルと、ジンバルＤで用いられるコイニング加工されていないディンプルとが、計測された摩擦係数の２つの最も小さい標準偏差を示している。ジンバルＡ（ＤＬＣ層の厚さ１０ｎｍ）で用いられるコイニング加工されたディンプルが、全ての摩擦係数のうち３番目に小さい標準偏差を示している。ジンバルＤ（ＤＬＣ層の厚さ５００ｎｍ）で用いられるレーザ磨きされたディンプルと、ジンバルＤで用いられるコイニング加工されていないディンプルとの平均摩擦係数は、ジンバルＡで用いられるコイニング加工されたディンプルよりも高い。従って、表２Ａ，表２Ｂは、ジンバルＡで用いられるコイニング加工されたディンプルが、調査されたディンプルとジンバルの全組み合わせのうち最良の摩擦性能を有する、ということを示している。

上述の試験は、厚さ１０ｎｍのＤＬＣ層を有するジンバルＡが、最も少ない量の摩耗傷を示した、ということを示唆している。しかしながら追加試験においては、ジンバルＤ、すなわち厚さ５００ｎｍのＤＬＣ層を有するジンバルが、最も少ない量の摩耗粒子を生じた、ということが示された。摩耗粒子の量はジンバルの硬さによって決まるようであり、最も軟らかいジンバルが最も少ない量の摩耗粒子を生じた。試験は、ＤＬＣ層が厚ければ厚いほど、ジンバルは軟らかくなり摩耗粒子の量は減少する。硬度試験は、試験したジンバルのうち最も厚いＤＬＣ層を有するジンバルＤが最も軟らかかったことを示した。また、次に軟らかいのが厚さ１５０ｎｍのＤＬＣ層を有するジンバルＣであり、次が厚さ５０ｎｍのＤＬＣ層を有するジンバルＢであり、厚さ１０ｎｍのＤＬＣ層を有するジンバルＡが試験されたジンバルのうち最も硬かった、ということが判明した。なお、摩擦係数と優れた摩耗特性とに関し、厚さ８ｎｍ〜１２ｎｍのＤＬＣ層を有するジンバルは、厚さ１０ｎｍのＤＬＣ層を有するジンバルと同等の性能を有していた。

これらの実験結果と、実施された試験とから、以下のような結論が得られた。

１）ＤＬＣ層を有するジンバルは、ＤＬＣ層を有さないジンバルよりも低い摩擦係数とより優れた摩耗特性とを示すことが判明した。

２）ステンレス製ジンバル上に厚さ１０ｎｍのＤＬＣ層を設けると摩擦係数が最も低くなるということが判明した。

３）いくつかの試験は、厚さ１０ｎｍのＤＬＣ層を有するジンバルについてはＤＬＣ層の厚さが１０ｎｍより大きいジンバルのタイプよりも摩耗傷が小さいということを示したが、他の試験は、厚さ５００ｎｍのＤＬＣ層を有するジンバルが最も少ない量の摩耗粒子を呈することを示した。

４）ダイヤモンド状炭素の層が設けられたジンバルＡ（ＤＬＣ層の厚さ１０ｎｍ）と、コイニング加工されたディンプルとが、摩擦および摩耗に関して最適なディンプルとジンバルの材料組み合わせであるということが判明した。

５）ジンバルＡとジンバルＢの双方にとって、潤滑剤の利用は摩耗傷および摩耗粒子の生成を減少させることが判明した。

６）少なくとも摩擦特性については、１０ｎｍを超えるＤＬＣ層の厚みの増加とともに改善されないことは意外な結果であり、一般的な直観の考えとは相入れないものである。

１００…ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）、１０２…タング、１０２ａ…第１の面、１０２ｂ…第２の面、１０４…ロードビーム、１０６…タングディンプル境界部、１１４…ディンプル、１３２…ダイヤモンド状炭素の層（ＤＬＣ層）。

Claims (4)

1. 第１の面と第２の面とを有するタングを形成すること、
   ロードビームにディンプルを設け、該ディンプルが移動可能に接続される前記タングの第２の面と前記ディンプルとの間にタングディンプル境界部を形成すること、
   凹凸を有する一対の金型間で前記ディンプルを圧縮し、前記金型の前記凹凸を前記ディンプルに転写することにより前記ディンプルをコイニング加工すること、
   前記タングディンプル境界部における前記タングと前記ディンプルの少なくとも一方に厚さが８〜１２ｎｍのダイヤモンド状炭素の層を形成すること、
   を具備したことを特徴とするヘッドジンバルアセンブリの製造方法。
2. 前記ダイヤモンド状炭素の層は、前記タングディンプル境界部において前記タングの少なくとも一部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のヘッドジンバルアセンブリの製造方法。
3. 前記ダイヤモンド状炭素の層は、マスクを使用してスパッタリングにより前記タングディンプル境界部において前記タングの一部のみに形成されることを特徴とする請求項２に記載のヘッドジンバルアセンブリの製造方法。
4. 前記ダイヤモンド状炭素の層を前記ディンプルに形成することを特徴とする請求項１に記載のヘッドジンバルアセンブリの製造方法。

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