JP3021042B2 - 高密度信号を増幅する短絡二重エレメント磁気抵抗再生ヘッド - Google Patents

高密度信号を増幅する短絡二重エレメント磁気抵抗再生ヘッド

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の技術分野 本発明は、磁気再生ヘッドに関し、特に二重エレメン
ト磁気抵抗ヘッドに関する。
2.従来技術に対する説明 磁気抵抗（MR）再生ヘッドは、1970年にハント（Hun
t）に対して発行された米国特許第３、493、694号にお
いて開示されて以来、磁気記録技術分野において広く受
け入れられるに至った。MRヘッドは高出力かつ低雑音を
特徴としており、短波長信号の再生に魅力的なものとな
っている。MRヘッドは薄膜堆積法により製造され、高密
度記録応用の狭トラック幅を有する比較的に低価格の多
重トラック・ヘッドの製造を可能にしている。一重及び
二重MRエレメントを用い、かつ多数のバイアス技術に関
連させた種々のシールド及び非シールド構造は、この技
術分野で知られている。
二重エレメント磁気抵抗ヘッドは「コモン・モード除
去用の整合エレメントを有する磁気抵抗読み出しヘッド
・アッセンブリ」と題してボーグリ（Vogli）の名によ
り発行された米国特許第３、860、965号、及び「垂直記
録媒体読み出し用の抵抗電流による磁気抵抗センサ」と
題してジル（Gill）他の名により発行された米国特許第
４、878、140号に開示されている。これらの特許に開示
されたヘッドは、薄い電気的な絶縁層により分離された
並行なMRエレメントを備えている。薄い電気的な絶縁ス
ペーサによりエレメントを分離している前記のようなMR
構造には、短絡の問題があることが以前から知られてい
た。このような短絡は絶縁スペーサにおけるピン・ホー
ルによること、若しくはヘッドの研摩中に発生すること
があり、又はヘッドが摩擦のある磁気テープを再生する
動作中に、スペーサに跨って軟MRエレメントを汚損し、
隣接する導電材料を短絡させることがある。これは、例
えば軟隣接層バイアスを用いるヘッドに発生していたも
のである。
この軟隣接層MRにおいて、MRエレメントは磁界がMRエ
レメントにバイアスを誘起する導電磁性材料から薄い電
気的な絶縁スペーサにより分離されている。バジェレク
（Bajerek）他は、「電気的なシャント及び磁気バイア
ス層と電気的に並列なセンサを含む磁気抵抗サンドイッ
チ」と題する米国特許第４、024、489号における問題を
認識して、非常に薄い（220オングストローム）、連続
的な導電分離層を用いてMR検知層及び磁気バイアス層を
意図的に短絡させることにより、この問題を解決するこ
とを示している。しかし、バジェレク他により開示され
た構造は、導電シャント層を流れる電流が信号出力に寄
与しないので、ヘッドにおける所定のエネルギ損失のた
めに一つのMRセンサの信号の30％を損失してしまうと述
べている。
発明の開示 好ましい実施例において、本発明のMR二重エレメント
磁気抵抗ヘッドは、検知電流を側路することにより信号
を減衰させる犠牲を払うことなく、２つのMRエレメント
（これらはいずれも検知エレメント及び相互バイアス・
エレメントとして働く）間の短絡問題を解決している。
同一の２つのMRエレメントは、連続的な導電スペーサに
よりそれぞれ互いに完全に絶縁されたり、その全長にわ
たって短絡されたりすることもないが、その終端にMRエ
レメントを電気的に短絡する短絡スタブを備えた絶縁層
により分離される。短絡されたMRエレメントに印加され
た電流は、２つの等しい電流に分流し、実質的に同一の
MRエレメントを介して同一方向に流れてバイアスを形成
し、かつエレメント抵抗変化を検出するための検知電流
として機能する。検知電流がスペーサを介して側路され
ることはない。短絡がスペーサの絶縁に発生するとき
は、電流が各MRエレメントを同一方向に流れ、かつ各MR
エレメントが同一抵抗を有するように整合されているの
で、整合されたMRエレメント間の短絡を通る電流はな
い。短絡には電圧差がないので、MRエレメント間の短絡
は記録信号の検出と干渉することはない。
更に、本発明の実施において、MRエレメントは磁気非
飽和モードにおいて動作するようにバイアスされてい
る。これは、信号スペクトルの広い領域にわたって再生
信号が効果的に増幅する短波長信号の「ブートストラッ
プ」となる。スペクトルの増幅部分を判断する設計基準
は、1/2から１までの範囲にあるMRエレメント間の直線
間隔と、信号媒体上に記録された磁束変化の間における
直線距離との積を要求する。スペーサの厚さのこの範囲
で、増幅された応答は分離に対して比較的に不感動であ
る。80キロ磁束変化/25.4mmの短波長磁束密度の場合
に、スペーサは典型的に、約1500オングストロームの厚
さを持つように選択される。
図面の簡単な説明 本発明は、図面に関連して説明される。
第１図は記録磁気テープと接触状態にある本発明の二
重MRヘッドの図である。
第２図は第１図に示すヘッドにおけるMRエレメントの
抵抗の概要図である。
第3a図は本発明によるヘッドのMRエレメントの相互バ
イアスを示す。
第3b図は印加された磁界の関数として逆バイアスされ
たMRエレメントの抵抗における部分的な変化を示す。
第４図は印加された信号のために本発明のヘッドのMR
エレメントの抵抗において部分的な変化を示す。
第5a図、第5b図、第5c図は本発明のヘッドが示す信号
増幅効果を示す。
第６図は記録磁束密度の関数として本発明のヘッドの
出力信号レベルを非シールドのMRヘッドのものと比較し
て示す。
第７図は本発明のヘッドの第２の実施例の図である。
発明を実施する最良の実施例 本発明の好ましい実施例において、MRエレメントはそ
の長さ方向端で互いに電気的に短絡されているが、長さ
の残部に対しては電気的な絶縁スペーサによって分離さ
れている。第１図を参照すると、二重MRヘッド70は、磁
気的、電気的及び幾何学的特性が一致した２つのMRエレ
メント72、74からなる。MRエレメント72、74は非導電性
のスペーサ76によりほぼその全長にわたり分離されてい
る。スペーサ76の長さ方向端で電気的に短絡し、スペー
サ76と同一幅の２つのスタブ78、80があり、互いに２つ
のMRエレメントを電気的に短絡させている。線84、86を
介して二重MRヘッド70へ流れる検知及びバイアス電流82
は、MRエレメント72、74が同一なために、かつ電気的に
短絡するスタブ78、80のために、２つのMRエレメント7
2、74間の等しい電流88、90に分流する。第２図を参照
すると、二重MRヘッド70の構造の等価電気回路には、MR
エレメント72の抵抗である並列な抵抗R72と、MRエレメ
ント74の抵抗であるR74とを流れる電流82が示されてい
る。例えば絶縁性のスペーサ76におけるピンホールのた
めに、偶発的かつ電気的な短絡92がMRエレメント72、74
間で発生したものと仮定する。MRエレメント72、74のほ
ぼ同一特性のため、及び電流88、90が等しいために、各
MRエレメント72、74の長さ方向の電圧e1、e2は等しい。
即ち、電気的な短絡92に流れる電流は存在せず、MRエレ
メントにおける電流分布は電気的な短絡92により変化す
ることはない。従って、検知電流88、90の関数である磁
気バイアス及び信号パフォーマンスは、短絡の存在に対
して動作上での影響はない。
薄膜のMRエレメント72、74の形状は長方形である。こ
の構造はMRフィルムの長軸に沿って存在するMRフィルム
の形状異方性を生じさせ、この長軸はMRフィルムの非バ
イアスの磁化方向でもある。以下で説明するように、バ
イアスはこの軸方向からの磁化を回転させ、媒体からの
信号は、磁化の位置を更に変調し、MRフィルムの抵抗を
変化させる。テープ30からの信号磁界はMRエレメント7
2、74の短寸法に沿っていることに注意すべきである。
長さ方向のサンドイッチの幅は、テープ30に記録された
データのトラック幅に等しいか、又はこれよりやや小さ
い。ヘッドのパラメータ値は用途により決定される。例
えば、50μｍのトラック幅を有し、25.4mm当り80キロ磁
束変化で動作するヘッドにおいて、適当なパラメータ
は、MRエレメント72、74、及びスペーサ76の幅が50μｍ
に等しく、MRエレメント72、74の厚さが約250オングス
トロームに等しく、スペーサ76の厚さが1500オングスト
ロームに等しく、MRエレメント72、74及びスペーサ76の
高さが５μｍに等しい。
二重MRヘッド70はテープ30の全長にわたり、交互に磁
化された部分32、34、36、38、40を有する磁気テープ30
と接触しているのが示されている。これらの部分はテー
プ30上に記録された情報を有する。テープ30上に記録さ
れた信号の波長は、逆方向に磁化された連続的な２つの
領域、例えば矢印32及び34により示された領域に及ぶ。
25.4mm当り交互に磁化される部分32、34、36、38、40の
数は、25.4mm当りテープ30に記録された磁束変化数であ
る。
第3a図を参照すると、MRエレメント72、74へ同一方向
に流れる電流88、90は、磁界を発生する。この磁界は、
磁界検出エレメントでもある各MRエレメントが他方に対
する軟隣接バイアス層として作用するので、MRエレメン
ト72、74の相互バイアスとなる。MRエレメント72、74は
磁気的及び幾何学的な形状において同一であり、かつ電
流88、90の振幅が同一なために、MRエレメント74の軟隣
接バイアス作用によるMRエレメント72内でのバイアス磁
界HBは、MRエレメント72の軟隣接バイアス作用によるMR
エレメント74でのバイアス磁界−HBに対して大きさが等
しく、かつ符号が逆である。MRエレメント72、74をバイ
アスする際に当該技術分野で知られているように、バイ
アス磁界HBがMRエレメント72の磁化を一の方向に回転さ
せ、バイアス磁界−HBがMRエレメント74の磁化を逆の方
向に等量だけ回転させる。
第3b図を参照すると、曲線42、42′は、対称な、抵抗
の変化に対する、バイアスされたMRエレメント72、74の
磁界曲線である。前述のようにMRエレメント72、74にお
けるバイアス磁界は同一の振幅、かつ逆符号を有し、ま
たMRエレメント72、74そのものは磁気的に一致してい
る。従って、曲線42、42′（MRエレメント72、74に対し
てそれぞれ任意に割り付けられる）はほぼ同一であり、
印加されたバイアス磁界により原点に対して対称にシフ
トされている。第3b図の水平軸は印加される信号磁界HS
であり、印加される信号磁界がなければ、静止バイアス
点44は対向する曲線42、42′の傾斜側に対称的に位置す
るのが分かるであろう。
ドイル（Doile）の名により発行され、本出願と同一
の譲渡人に譲受された米国特許第４、833、560号、「自
己バイアス磁気抵抗再生ヘッド（Self−Biased Magneto
resistive Reproduce Head）」は、MRエレメントの誘起
異方性磁界、及びバイアス隣接層を方向付けることによ
り、これらの誘起異方性磁界が長方形の磁気抵抗エレメ
ントの短寸法に沿った同一方向に存在することを教えて
いる。本発明において、各MRエレメント72、74は、信号
検出器としての役割に加えて、他のエレメントをバイア
スするための軟隣接層として作用することが想起され
る。本発明によるMRエレメントの誘起異方性磁界は、MR
エレメントにおけるバイアス磁界方向に、即ちここでは
引用により関連される米国特許第４、833、560号が示し
ているMRエレメント72、74の短寸法に沿って存在するよ
うに作成されてもよい。
第１図を再び参照すると、テープ30上に記録される前
述の波長は、1/2波長がMRエレメント72、74間の距離に
等しいことが示されている。この条件により、MRエレメ
ント72、74におけるテープ30からの磁界は180度位相が
ずれている。第４図に、信号磁界50がMRエレメント74
（曲線42′を適用する）に印加される間に、MRエレメン
ト72（曲線42を適用する）に印加される信号磁界48と共
に、抵抗の変化対磁界曲線42、42′を再び示す。信号4
8、50の波長はMRエレメント72、74の距離の２倍に等し
く、従って信号48、50は位相が180度ずれている。信号4
8、50はMRエレメント72、74の抵抗をバイアス点44の回
りで変動させ、またMRエレメント72の抵抗変化は波形52
により示され、一方MRエレメント74のものは波形54によ
り示されている。前記抵抗の変化から得られる出力信号
が電気的に平行な２つのMRエレメントと同相であり、従
って検知電流88、90による合成出力信号の電圧も同相と
なることが理解されるであろう。
短波長の再生信号を効果的に増幅する際の本発明の動
作は、第5a図、第5b図及び第5c図を参照することにより
理解される。第5a図、第5b図及び第5c図には、記録媒体
の磁界により動作する部品、MRエレメントにおける誘起
磁化、及びMRエレメントにおける誘起磁界が示されてい
る。（これらの図に示す事象は実際には同時に発生し、
全ての磁界が同時に存在する。明確にするために、これ
らの図では、これらが順次発生するのを示している。）
第5a図において、MRエレメント72及びMRエレメント74の
下を通る磁化された媒体30の部分を示している。媒体30
に記録された正極性磁化36（第5a図において左を指すも
のとして任意に定めた）及び負極性磁化（逆方向）34
は、信号磁界HSを発生させる。第5a図は、媒体30におい
て正極性磁化から負極性磁化への遷移間の距離は、MRエ
レメント72とMRエレメント74との間の分離距離にほぼ等
しいという状態を示す。これが信号増幅のための条件で
ある。しかし、前述のように、スペーサの厚さが、1/2
から１までの範囲と遷移間の距離との積にあるときは、
応答がスペーサの厚さに対して比較的に不感動である。
第5a図に示すように、信号磁界HSの一部分はMRエレメン
ト72及びMRエレメント74を含む低磁気抵抗路を通過す
る。第5a図には示していないが、依然として存在し、装
置の動作に本質的なのは、先に説明したようにバイアス
に関連する静的磁界である。第5a図に示す信号磁界HSは
媒体における磁化のためにダイナミックに増加する磁界
である。MRエレメントを有する軟磁性材料を横切る信号
磁界HSは、MRエレメント72において磁化M72、及びMRエ
レメント74において磁化M74を誘起する。誘起された磁
化M72及びM74は信号磁界HSにより発生するので、これら
もダイナミックに増加する。MRエレメント72及び74は共
にこれらの磁化曲線の線形部分上で動作しているので、
誘起された磁化M72及びM74の大きさが信号磁界HSの強さ
に直接比例していることは、理解されるであろう。
第5b図を参照すると、第5a図の信号磁界HSによりMRエ
レメント74に誘起された磁化M74が示されているが、明
確にするために発生する信号磁界HSの磁界線は省略され
ている。第5b図において誘起されたMRエレメント74の磁
化M74は磁界H74を発生させる。磁界H74による磁束線はM
Rエレメント72に達して捕捉される。捕捉された磁界H74
からの磁束はMRエレメント72に付加的な磁化M72を誘起
させる。磁界H74の方向はMRエレメント72で下向きであ
ることは理解されるであろう。また、第5a図を再び参照
すると、磁界H74を最初に発生させる信号磁界HSを強め
る方向に、磁界H74が付加されることが示されている。
従って、磁界H74はMRエレメント72の磁化ベクトルの角
度位置を更に変調し、更にMRエレメント72の磁気抵抗を
変化させる。第5c図を参照すると、誘起されたMRエレメ
ント72′の磁化M72も磁界H72′を発生させ、またその磁
束線がMRエレメント74により捕捉される。磁界H72′はM
Rエレメント74では上向きである。再び第5b図を参照す
ると、磁界H72′は、磁化M74を強めて更に磁界H74を増
加させることに注意すべきである。この２つのMRエレメ
ント間の「ブートストラップ」作用及び媒体からの信号
は、媒体に関する与えられた磁化の強さについてMRエレ
メントからの出力信号を増加させる。
媒体が信号波長の1/2、即ちヘッドに対して１信号磁
束変化の距離だけ移動すると、MRエレメント72及びMRエ
レメント74の下の媒体が前述のものと逆符号の磁化とな
っている。結果的に誘起される全ての磁界及び磁化の方
向も符号が変化し、総合的な効果として前述のように信
号磁界を連続的に強めることが理解されるであろう。
「ブートストラップ」もまたMRエレメント72で信号磁界
HSの効果を増加させ、従って媒体の交番する両符号の信
号磁界について増幅が行なわれる。
第６図を参照すると、曲線100が電気的に短絡した本
発明による二重MRヘッドの応答を表わしている。比較の
ため、曲線102は対応する非シールド単一MRエレメント
・ヘッドの応答である。曲線102のヘッドは、永久磁石
のような外部的に固定されたバイアス源によりバイアス
されるMRエレメントからなるものとして当該技術分野で
知られている。曲線100、102の比較によって、短波長で
電気的に短絡した二重MRヘッドにより改善が得られるこ
とを示している。
前述のように、短波長における増幅は、媒体上の磁束
変化の分離がMRエレメント間の距離と同一程度のもので
あるときに発生する。磁束遷移間の間隔が長くなるに従
って、本発明のヘッドの応答が漸次低下すると共に、磁
束の長さとして両MRエレメントが同時に媒体から同一極
性の信号を同時に「見る」長さになると、振幅が低下す
る。
第２の実施例が第７図に示されている。第７図におい
て、二重エレメント磁気抵抗再生ヘッド10は、磁気抵抗
特性、電気抵抗特性、幾何学的な形状及び大きさが一致
している検知及び相互的なバイアス磁気抵抗のエレメン
ト12、14を備えている。エレメント12、14はサンドイッ
チ構造によりエレメント12、14間の導電性かつ非磁性体
のスペーサ16と一致している。検知電流であり、かつエ
レメント12、14をバイアスする励起電流である電流22
は、サンドイッチに接続されている２本の線18、20に流
れる。
サンドイッチのコンポーネントはこれらの全長にわた
り電気的な接触状態にあり、従ってそれらの相対的な抵
抗に依存するサンドイッチに流れる電流を共有してい
る。磁気抵抗エレメント12、14が電気的な特性（磁気特
性も同時に）で一致しているため、かつサンドイッチの
対称性のために、電流22は成分電流24、26、28に分割さ
れ、MRエレメント12、14を介して同一方向に流れる電流
24、26は大きさが等しく、電流22の残り即ち電流28はス
ペーサ16に流れる。
この実施例において、導電性スペーサ28の存在は短絡
の問題をなくす。しかし、第１図の二重MRヘッド70に比
較して、スペーサ16を介して側路された電流28は信号検
出に寄与せず、同一の電力損失のときは、再生ヘッド10
は二重MRヘッド70程効率的ではない。再生ヘッド10は二
重MRヘッド70について第６図に示すものと同じような増
幅特性を示す。第７図に示すように、テープからの信号
もMRエレメント12、14の短寸法方向に印加され、従って
二重MRヘッド70について先に説明したように、この寸法
に沿って誘起される容易軸を方向付ける利点がある。
本発明を好ましい実施例を特に参照して詳細に説明し
たが、本発明の精神及び範囲内で変形及び変更をするこ
とが可能なことは理解されるであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−181425（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−40316（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−58514（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−98827（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−112421（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−217720（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11B 5/39 G11B 5/02

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】磁気的に記録された信号を検出する磁気ヘ
    ッド・アッセンブリにおいて、 ａ）第一の長い寸法と第一の短い寸法を有する第１の長
    方形の薄膜磁気抵抗エレメントと、 ｂ）第二の長い寸法と第二の短い寸法を有し、前記第一
    の長い寸法は前記第二の長い寸法に等しく、前記第一の
    短い寸法は前記第二の短い寸法に等しく、前記第一の長
    方形の薄膜磁気抵抗エレメントと幾何学的に合同な第２
    の長方形の薄膜磁気抵抗エレメントと、 ｃ）前記磁気抵抗エレメントと接触し、前記第一及び第
    二の長い寸法より小さい第三の長い寸法を有し、前記第
    三の長い寸法は第一及び第二の長手方向端で終端し、前
    記第一及び第二の磁気抵抗エレメントを分離させるため
    に前記磁気抵抗要素と接触する非磁性体の平坦な薄膜ス
    ペーサであって、更に、電気的に絶縁された平坦な中央
    部、及び前記第三の長い寸法のそれぞれの前記第一及び
    第二の長手方向端において第一及び第二の導電性スタブ
    を備え、前記スペーサの前記長手方向端の前記第一及び
    第二の導電性スタブが前記第１の磁気抵抗エレメントと
    前記第２の磁気抵抗エレメントとの間を電気的に短絡さ
    せる前記スペーサと、 ｄ）前記第１及び第２の磁気抵抗エレメントが磁気的に
    互いに相い等しくバイアスするように、前記第１及び第
    ２の磁気抵抗エレメントにおける長手方向に同一の電流
    を流す手段と、 ｅ）前記第１及び第２の磁気抵抗エレメントの前記短い
    寸法に沿って前記第一及び前記第二の長方形磁気抵抗エ
    レメントの前記短い寸法に、磁気記録信号からの信号磁
    界を結合するように配列され、それにより前記第１及び
    前記第２の磁気抵抗エレメントが前記信号磁界に同時に
    応答するようにされた手段と、 ｆ）前記信号磁界に応答する前記磁気抵抗エレメントの
    抵抗変化を検出する手段と からなる磁気的に記録された信号を検出する磁気ヘッド
    ・アッセンブリ。
  2. 【請求項２】前記第１及び第２の磁気抵抗エレメントは
    非飽和でバイアスされていることを特徴とする請求の範
    囲第１項記載の磁気ヘッド・アッセンブリ。
  3. 【請求項３】前記第１及び第２の磁気抵抗エレメントは
    磁気的、電気的な特性がほぼ一致していることを特徴と
    する請求の範囲第２項記載の磁気ヘッド・アッセンブ
    リ。
  4. 【請求項４】前記第１及び第２の磁気抵抗エレメントは
    前記長方形の磁気抵抗エレメントの前記短い寸法に沿っ
    て誘起された第１及び第２の異方性軸を有することを特
    徴のする請求の範囲第３項記載の磁気ヘッド・アッセン
    ブリ。
  5. 【請求項５】前記電流手段は前記第１及び第２の磁気抵
    抗エレメントを流れる等振幅の電流を供給する手段であ
    ることを特徴とする請求の範囲第３項記載の磁気ヘッド
    ・アッセンブリ。
  6. 【請求項６】信号磁界を結合する前記手段は前記第１及
    び第２の磁気抵抗エレメントに方向が交番する信号磁界
    を同時に結合させる手段を備え、前記交番する信号磁界
    が前記第１及び第２の磁気抵抗エレメントと協働して前
    記磁気ヘッド・アッセンブリにより再生される磁気記録
    信号を増幅する手段を得ることを特徴とする請求の範囲
    第５項記載の磁気ヘッド・アッセンブリ。
  7. 【請求項７】前記増幅する手段は前記交番する信号磁界
    間の空間的な距離の1/2から１までの範囲に前記第１及
    び第２の磁気抵抗エレメントを空間的に分離する手段で
    あることを特徴とする請求の範囲第６項記載の磁気ヘッ
    ド・アッセンブリ。
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