JPWO2002039443A1 - 磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

磁気ヘッドのコイル（１１）の断面の横縦寸法比ｗ０／ｈ０を１〜４、好ましくは１．５程度にする。これにより、磁界変調を行う磁気ヘッドにおいて、効率を損なわずに発熱を抑えることができ、高周波変調に対応することができる。

Description

技術分野
本発明は、記録媒体に対し磁界を付与することで情報の記録または再生を行うための磁気ヘッドに関する。
背景技術
従来の磁気ヘッドの例としては、例えばミニディスク（以下、ＭＤと記す）に使用されるものが挙げられる。こういったＭＤ用磁気ヘッドの例の一つが、特開平７−１２９９０８号公報に示されている。
ＭＤは光磁気記録技術を用いた垂直熱磁気記録媒体の一種である。光磁気記録技術においては、レーザ光で部分的に加熱し保磁力を低下させた媒体に対し、記録信号で変調した垂直磁界を与えて媒体を磁化し、垂直磁区を形成して記録を行う。この変調垂直磁界を磁気ヘッドが発生する。再生は反射光のカー効果による偏光面の回転を検出して垂直磁区の磁化方向を読むことにより行なわれる。
ＭＤにおいても主としてデータ、映像用に用いる場合等高転送レート化の必要があり、結果として近年変調磁界はより高周波化が求められている。
上記光磁気記録技術に用いられる従来の磁気ヘッドの要部断面図を図８に示し、構成と動作を解説する。図８において、１はＭＤ等の記録媒体であり、基板１ａ、記録膜１ｂ、保護膜１ｃで構成されている。厳密には摺動膜、反射膜等他の構成要素も存在するが、ここでは省略する。記録媒体１は矢印Ａ方向へ図示しない機構（スピンドルモータ等）によって移動する。
２は対物レンズである。対物レンズ２は光源からのレーザ光Ｌを基板１ａを透過させて記録膜１ｂに収斂させる。
５１は起磁力源としてのコイルである。５２は軟磁性体で構成された磁気コアである。軟磁性材料としては好ましくは比較的高周波特性が良好なＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺｎフェライト等の３元系酸化物磁性体が用いられる。
磁気コア５２は１個のセンタヨーク５２ａと２個のサイドヨーク５２ｂがベースヨーク５２ｃで接続された略Ｅ型の形状を有し、コイル５１はそのセンタヨーク５２ａに巻回固定されている。コイル５１に通電することにより発生した磁束は磁気コア５２で導かれ、記録膜１ｂに対し記録に必要な強さの垂直磁界を付与する。コイル５１と磁気コア５２で磁気ヘッドを構成する。
磁気コア５２は、ＭＤにおいては保護膜１ｃとの衝突による損傷を避けるため保護膜１ｃに対して非接触状態で保持される。しかしながら、消費電力の観点からは、コイル５１の駆動電流に対する記録膜１ｂへの付与磁界の変換効率を上げるため、許容可能な範囲で保護膜１ｃへ接近して配置させることが好ましい。
また、同じくコイル５１の電流から磁界への変換効率を上げるためには、図示のコイル５１の断面において、その高さをｈ０、片側の幅をｗ０とするとき、ｈ０×ｗ０が一定、即ちコイルの占有断面積が一定の場合、ある範囲まではｗ０／ｈ０が小さくなる程、即ち図でコイル５１の断面形状が縦長になるほど有利である。なぜなら、コイル５１の断面形状が縦長になることはセンタヨーク５２ａとサイドヨーク５２ｂとの間隔である磁気ギャップ幅ｗ１が小さくなることを意味し、これは磁気ヘッド全体の磁気抵抗の低減をもたらし、効率が向上するからである。図８の形状ではｗ０／ｈ０は約０．５である。
更に、コイル５１の断面形状が縦長になると、コイル５１の平均径が小さくなり、コイル５１の断面形状の中心がセンタヨーク５２ａに接近するため、やはり効率が向上する。またコイル平均径が小さくなることでコイル抵抗が低下し、コイルでの消費電力を下げることができる。
データの記録時において、コイル５１は記録信号に応じた電流で変調されて磁束を発生する。記録膜１ｂは磁気コア５２によって導かれた磁束により変調磁界を受ける。この時レーザ光Ｌを対物レンズ２によって記録膜１ｂへ収斂させると記録膜１ｂが昇温して保磁力が低下し、昇温前の記録が消失する。記録媒体１が矢印Ａ方向へ移動すると記録膜１ｂの温度が低下し、保磁力が復活してその時点で作用していた変調磁界が記録される。
しかしながら、上記従来の磁気ヘッドでは以下のような課題を有していた。磁気コア５２に変調磁界が作用すると損失が発生し、それは主に熱となって磁気コア５２の温度を上昇させる。この損失は渦電流損、ヒステリシス損等が有り、いわゆるコイル自体の抵抗で発生する銅損とは別個独立に存在する。特にヒステリシス損について考えると、材料特性を一定とした場合、その損失は磁束密度を体積で積分した値に比例すると考えられる。
変調周波数が高くなると、当然単位時間当たりのヒステリシスループの回数が増えるため、単位時間あたりのエネルギ消費量が増える。これは磁気コアの温度上昇を招く。また、寸法ｈ０が大きくなると、高磁束密度領域の体積が増えるため、エネルギを消費するコアの領域が増大する。
一般に磁性材料の透磁率は温度依存特性を有し、ある温度以上では透磁率が急激に低下し、キュリー点近傍では真空の透磁率に近くなる。即ち、磁気コアの温度が上昇すると磁気抵抗が増大して磁界が十分に発生しなくなる。また、絶縁被膜の耐熱性が低い低コストのコイルの場合、コイルが磁気コアの発熱により焼損する可能性もある。更に、磁気抵抗が増大すると鎖交磁束数が減少し、磁気ヘッドのインダクタンスが低下するため、低コストの定電圧回路等では磁気ヘッドインピーダンスの低下によりコイルの電流が増大して更に発熱が増え、いわゆる熱暴走状態となってコイルの焼損、回路の破壊等に至る場合がある。従って、上記の従来の絶対電流量の削減にのみ着目した磁気ヘッドでは、高周波の磁界変調記録には対応困難であるという課題を有していた。
発明の開示
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、容易かつ低コストな手段で高周波磁界変調を可能とする磁気ヘッドを提供することにある。
上記の目的を達成するために本発明は以下の構成とする。
本発明の磁気ヘッドは、媒体に主として変調磁界を付与するための磁気コアとコイルとを有し、コイルの略矩形状断面において、その励磁方向の寸法をｈ０とし、励磁方向に垂直な方向の寸法をｗ０としたとき、比α０（≡ｗ０／ｈ０）が１≦α０≦４を満足することを特徴とする。
１≦α０≦４としたことにより、電流に対する磁界発生効率を低下させることなく磁気コアの損失を低減できるため、高周波変調を行う場合に低コストの磁気コアやコイルを用いても特性が良好でこれらを信頼性の高い温度領域で使用できる。従って、高性能でかつ低コストが両立するという優れた磁気ヘッドを提供できる。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明の実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における磁気ヘッドの要部の断面図である。記録媒体１、対物レンズ２は細部を含め図８に示した従来例と同じものであり同じ機能を果たす。図８と同一の構成要素には同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
コイル１１と磁気コア１２はその形状を除き図８に示した従来例と同じであり、コイル１１が磁気コア１２のセンタヨーク１２ａに巻回固定されている。センタヨーク１２ａの両側に、センタヨーク１２ａと平行にサイドヨーク１２ｂが設けられ、これらセンタヨーク１２ａとサイドヨーク１２ｂとは、ベースヨーク１２ｃを介して一体化されて、磁気コア１２を構成している。
磁気コア１２は厚さ（図１の紙面に垂直方向の厚さ）が略一定のＥ字状を成している。コイル１１は磁気コア１２に、例えば接着等で固定されても良いし、コイル１１がボビン（図示せず）に巻回されてセンタヨーク１２ａに挿入固定される構造であっても良い。コイル１１と磁気コア１２とで磁気ヘッドを構成する。
センタヨーク１２ａを通過する磁束と略平行なコイル１１の巻回中心軸（図示せず）を含む面での断面を示した図１において、従来例と同様に、ｈ０はコイル１１の断面の高さ、ｗ０は片側の幅である。より厳密には、ｈ０，ｗ０は、各々コイル１１の励磁方向に平行な方向及び垂直な方向の寸法である。
また、ｈ１はセンタヨーク１２ａの長さ、ｗ１はセンタヨーク１２ａと一方のサイドヨーク１２ｂとの間の間隔である。
ここで、ｗ０×ｈ０がほぼ一定、即ちコイル１１の占有断面積が一定の場合について述べる。これは、コイル１１のワイヤ径を所定の値に選択した場合において、ターン数が一定という状態にほぼ等しく、自己インダクタンスの値をほぼ一定に限定するという条件であり、高周波変調を実現する際に重要な値である。
ここで便宜上、コイルの断面形状の寸法比ｗ０／ｈ０≡α０と定義する。
図２Ａ、図２Ｂはコイル１１のｗ０×ｈ０を一定とし、α０を変化させた場合の、特定の変調周波数における磁気ヘッドの特性変化を示すものである。α０が大きくなる図の右側ほど、いわゆる薄いコイルになる。磁気コア１２の形状も、コイル１１の形状変化に合わせて変化させている。即ち、寸法比ｗ１／ｈ１≡α１と定義したとき、α１＝α０である。
図２Ａは、必要な変調磁界の強さを得るためのコイル１１の駆動電流振幅がα０によって変化する様子を示す。これによれば、少なくともα０＞０．５ではα０が大きくなる程、必要な磁界を得るために多くの電流を必要とすることが分かる。電流の効率の観点からは図示の領域ではα０が小さいほど有利である。これは従来例で示した通りである。
図２Ｂは、磁気ヘッドの変調帯域における抵抗（インピーダンスの実部）がα０によって変化する様子を示す。ここではコイル損失分とコア損失分に分離している。全抵抗はα０に対し双曲線状の変化を示し、α０が小さい程大きく、α０＞３のときほぼ一定となる。損失の内訳では、概略、α０＜１．６のときはコア損失が大きくなり、α０＞１．６のときはコイル損失が有意となる。
即ち、予想通り、ｈ０が大きくなる、即ちα０が小さくなると、高磁束密度部分の体積が増えるため、コア損失が非常に大きくなる。逆に、α０が大きくなるとコイル全体の長さが増大するためコイル損失が増える。但し、α０の変化に対して、コア損失は感度大であるのに対し、コイル損失の変化は比較的緩やかである。
図３は、磁気ヘッドで消費される電力及び磁気コアの温度上昇とα０との関係を示す図である。ここで、電力は図２Ａで示した駆動電流の二乗と図２Ｂの全抵抗の積である。
電力及びコアの温度上昇はα０に対してほぼ類似の曲線を示し、いずれも最小値がα０＝１．９近傍で現れる。これは、α０が小さいときは磁気コアの損失が大きいため電力が増え、また、α０が大きくなると駆動電流とコイルの損失が増大するためやはり電力が増えるからである。そのため、電力の観点からはそれらの中間に最小点が存在するのである。
ポータブル機器では、周囲温度が４０℃程度で使用される場合は珍しくなく、機器内部温度はこれより少なくとも＋２０℃、即ち６０℃程度になる場合がある。この場合、例えば低コストの観点からコイル１１をポリアミド被覆とした場合、耐熱限界温度は約１００℃であり、許容温度上昇は＋４０℃である。この場合のα０の選択可能範囲は図３より１≦α０≦４となる。
また、同様に温度上昇マージンを１０℃程度とすると、許容温度上昇は＋３０℃であり、α０の選択可能範囲は１．５≦α０≦２．５となる。
但し、システム全体の電力を考慮した場合、駆動電流は小さい方が望ましい。図２Ａに示すように駆動電流はα０に対し単調増加であるから、選択可能な範囲において最も小さいα０を選択すべきである。従って、許容温度上昇＋３０℃の場合はα０＝１．５程度が全体として見た最適解であると言える。本実施の形態である図１は上記技術思想に基づき、α０≒１．５で描かれている。
従来例で述べた図８のα０は約０．５であったため、図３によれば温度上昇は約５５℃となり、機器内部温度が６０℃の場合、磁気コア温度は１１５℃となる。一般に透磁率の大きい磁気コア材料ほどキュリー点が低く、キュリー点が１１０℃程度のものが存在する。従って、従来例の構成では磁気ヘッドの性能低下や熱暴走が起こることが図３から容易に判断できる。
一方、本実施の形態を適用すれば、磁気コアの温度上昇を容易に回避できるため、低コストで高透磁率の磁気コア材と、低コストのコイルとを用いた場合でも適正な温度範囲で使用することができ、熱暴走はもとより磁気コアの性能低下を招くこともない。
本実施の形態の磁気ヘッドの動作は従来例と同様であるため省略する。
なお、本実施の形態ではコイル１１の線材自体を詳述していないが、例えば、複数の被覆細線を撚り線にしたリッツ線（ｌｉｔｚ　ｗｉｒｅ）を用いると、Ｑ値の向上と共振点の高周波化が達成できる。これは表皮効果を有効に利用できることと、隣接する線材間の容量性結合を減少させられるためである。この結果、高周波のコイル損失を低下させることができ、より高性能の磁気ヘッドが実現する。
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における磁気ヘッドの磁気コアのみを示した斜視図である。磁気コア２２は実施の形態１における磁気コア１２と形状が異なるだけで材質等は同じである。矩形平板状のベースヨーク２２ｃ上に、高さｈ１のセンタヨーク２２ａが略中央に設けられ、これと距離ｗ１を隔てた対称位置に２個のサイドヨーク２２ｂとが突出して設けられている。図示しないが、このセンタヨーク２２ａにコイルが実施の形態１と同様に巻回固定されて磁気ヘッドを構成する。
本実施の形態においても実施の形態１とほぼ同様の理論的背景が成立し、磁気コア２２についての比α１（＝ｗ１／ｈ１）及び図示しないコイルについての比α０（＝ｗ０／ｈ０）はいずれも約１．５に設定されている。
高さｈ１の方向及び間隔ｗ１の方向のいずれとも直交する方向におけるベースヨーク２２ｃの幅ｔＢは、同方向におけるセンタヨーク２２ａの幅ｔＣより大きい。
本実施の形態は、ベースヨーク２２ｃが平板状をなしており、ｔＢ＞ｔＣを満足するため、実施の形態１に比べ更に磁気抵抗が下がり、効率が数％向上する。
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３における磁気ヘッドの磁気コアのみを示した斜視図である。磁気コア３２は実施の形態２における磁気コア２２と形状が異なるだけで材質等は同じである。矩形平板状のベースヨーク３２ｃ上に、高さｈ１のセンタヨーク３２ａが略中央に設けられ、センタヨーク３２ａから図示のｘ方向（ベースヨーク３２ｃの一辺と平行な方向）に距離ｗ１を隔てた対称位置に２個のサイドヨーク３２ｂが設けられ、同じくセンタヨーク３２ａからｙ方向（ｘ方向と直交する方向）に距離ｗ１を隔てた対称位置に２個のサイドヨーク３２ｂが設けられ、更にベースヨーク３２ｃの各角部にもサイドヨーク３２ｂが設けられている。図示しないが、このセンタヨーク３２ａにコイルが実施の形態１と同様に巻回固定されて磁気ヘッドを構成する。
本実施の形態においても実施の形態２とほぼ同様で、磁気コア２２についての比α１（＝ｗ１／ｈ１）及び図示しないコイルについての比α０（＝ｗ０／ｈ０）はいずれもは約１．５に設定されている。
本実施の形態は計８個のサイドヨーク３２ｂがセンタヨーク３２ａを取り囲むように配置されているため、実施の形態２に比べ更に磁気抵抗が下がり効率が向上する。
（実施の形態４）
図６は本発明の実施の形態４における磁気ヘッドの要部を示す断面図である。コイル４１は実施の形態１におけるコイル１１と同じものである。磁気コア４２は実施の形態１における磁気コア１２と形状が異なるだけで材質等は同じである。
図７は磁気コア４２の全体形状を示す斜視図である。矩形平板状のベースヨーク４２ｃの略中央に、センタヨーク４２ａが突出して設けられている。このセンタヨーク４２ａにコイル４１が実施の形態１と同様に巻回固定されている。
本実施の形態においても実施の形態１とほぼ同様の理論的背景が成立し、コイル４１についての比α０（＝ｗ０／ｈ０）は約１．５に設定されており、高周波変調に適合した優れた磁気ヘッドを提供できる。
以上の各実施の形態において、記録媒体としてＭＤを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、高周波の磁界変調を行う磁気ヘッドを用いる任意の機器及び記録媒体に適用可能である。
更に装置に応じてサイドヨークが１個の構成とすることも可能である。
また、上記の各実施の形態ではサイドヨーク高さがセンタヨーク高さと同一の例を図示したが、設計によってはサイドヨーク高さをセンタヨーク高さより若干低くする等も可能である。
また、実施の形態２〜４における各ベースヨークの平面形状は矩形であるが、コイル配線の引き出し用又は固定用等のための任意の切り欠きや溝等を設けることは何ら差し支えなく本発明の範囲を逸脱するものではない。
以上に説明した実施の形態は、いずれもあくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものであって、本発明はこのような具体例にのみ限定して解釈されるものではなく、その発明の精神と請求の範囲に記載する範囲内でいろいろと変更して実施することができ、本発明を広義に解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態１における磁気ヘッドを示す断面図である。
図２Ａは、本発明の実施の形態１における磁気ヘッドにおいて、比α０を変化させたときの駆動電流の変化の様子を示す図、図２Ｂは、該磁気ヘッドにおいて、比α０を変化させたときの損失の変化の様子を示す図である。
図３は、本発明の実施の形態１における磁気ヘッドにおいて、比α０を変化させたときの消費電力及び磁気コアの温度上昇の変化を示す図である。
図４は、本発明の実施の形態２における磁気ヘッドに使用される磁気コアを示した斜視図である。
図５は、本発明の実施の形態３における磁気ヘッドに使用される磁気コアを示した斜視図である。
図６は、本発明の実施の形態４における磁気ヘッドを示す断面図である。
図７は、本発明の実施の形態４における磁気ヘッドに使用される磁気コアを示した斜視図である。
図８は、従来の磁気ヘッドを示す断面図である。

Claims (8)

1. 媒体に主として変調磁界を付与するための磁気コアと前記磁気コアに巻回されたコイルとを有し、前記コイルへの通電時における電荷の移動方向と略直交する前記コイルの断面領域において、その励磁方向の寸法をｈ０とし、前記励磁方向に垂直な方向の寸法をｗ０としたとき、比α０（≡ｗ０／ｈ０）が１≦α０≦４を満足することを特徴とする磁気ヘッド。
2. １．５≦α０≦２．５を満足することを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
3. 前記磁気コアは、媒体に対向配置されたセンタヨークと、前記センタヨークに略平行に設けられたサイドヨークと、前記センタヨーク及び前記サイドヨークをこれらの媒体対向側と反対の端部で結合するベースヨークとから成り、前記コイルは前記センタヨークに巻回されており、前記センタヨークと前記サイドヨークとの間の距離をｗ１とし、前記センタヨークの前記媒体に対向する面から前記ベースヨークまでの距離をｈ１としたとき、比α１（≡ｗ１／ｈ１）が１≦α１≦４を満足することを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
4. １．５≦α１≦２．５を満足することを特徴とする請求項３記載の磁気ヘッド。
5. 距離ｗ１、距離ｈ１の方向を各々ｗ１方向、ｈ１方向とし、各々に直交する方向をｔ方向としたとき、前記ベースヨークはｈ１方向を法線とする略平板状であって、前記ベースヨークのｔ方向の最大幅は前記センタヨークのｔ方向の幅より大きいことを特徴とする請求項３記載の磁気ヘッド。
6. 前記コイルのワイヤが多芯の撚り線であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
7. 前記磁気コアのコイル巻回部周辺が略Ｅ型であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
8. 前記磁気コアが１個のセンタヨークと複数のサイドヨークとを有し、前記センタヨークと前記サイドヨークとを含み、かつ前記センタヨークを通過する磁束に略平行な面における前記磁気コアの断面形状が略Ｅ型であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。

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