JPS6226091B2

JPS6226091B2 -

Info

Publication number: JPS6226091B2
Application number: JP54112507A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Toki
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1979-09-03
Filing date: 1979-09-03
Publication date: 1987-06-06
Also published as: JPS5637822A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、磁気信号が等間隔のビツト長Ｐを有
する磁化の形で記録されている磁気記憶媒体から
生じる周期的信号磁界の強弱、特に周期的信号磁
界のピーク位置またはそのピーク近傍の変化を、
強磁性磁気抵抗効果素子（以下MR素子と略称す
る）の電気抵抗変化を介して検出する磁場検出素
子に関するものである。

まず、従来のこの種のMR素子の問題点を図を
用いて説明する。第１図は、従来例を示す図であ
り、ａのように短冊状MR素子１が等間隔のビツ
ト長Ｐを有する磁化２の形で記録されている磁気
記憶媒体３から生じる信号磁界４のMR素子の膜
面に平行な成分（以下これを水平成分Hx（ｘ成
分）と略称）を感知できる様に、磁気記憶媒体３
に対して、所定のスペーシングＤを介して平行に
配置される。第１図ｂはその動作を説明するため
の図である。周知の如く、信号磁界HxとMR素子
の比抵抗ρとの間には、５に示す様な関係があ
り、スペーシングＤが適切であれば６に示す様な
周期的信号磁界に対してMR素子から良好な抵抗
の変化７を生じる。MR素子１に、センス電流Ｉ
_Sを流して、その抵抗変化を検出することにより
周期的信号磁界６の変化に対応した再生出力を得
ることができる。

一般に、磁気記憶媒体３から生じる信号磁界の
強度はスペーシングＤが大きくなるにつれて、近
似的に exp（−π／ｐＤ）に比例して、小さくなることが知られている。し
たがつて、MR素子から良好な再生出力を得るた
めには、スペーシングＤをある上限値（約Ｐ）以
下にする必要があると共に、MR素子を、微弱な
信号磁界を検知できる様に、高感度な構成にする
必要がある。MR素子の感度はその形状及び磁気
特性によつて決まり、再生状態の目安を示す、飽
和磁界H₀を小さくする必要がある。しかし、信
号磁界強度が８に示す様に飽和磁界H₀より大き
くなると、再生出力波形は９に示す様に大きく歪
んだものとなるので、信号磁界８のピーク位置も
しくは、ピーク近傍の変化を正確に検知すること
が困難となる。このことは、スペーシングＰの大
きさを、MR素子感度によつて決まる一定の距離
より小さくできないことを示す。

以上の様に、従来のMR素子の構成では、スペ
ーシングＤの許容範囲をあまり大きくはできなか
つたので、磁気記憶媒体３に対するMR素子１の
位置決めは容易ではなく、そのため、磁場検出素
子の設置法に高度の技術が要求されるという欠点
があつた。

本発明は、MR素子の信号磁界に対する再生感
度が、高透磁率磁性体を近接配置することによつ
て高められることを利用して、上記欠点を解決
し、これによつてスペーシング許容範囲が広く、
従つて設置法が簡単でかつ信頼性の高い磁場検出
素子を提供することを目的とする。

本発明の構成は、磁気信号が等間隔のビツト長
Ｐを有する磁化の形で記録されている磁気記憶媒
体から生じる周期的信号磁界を磁気抵抗効果を利
用して検出する複数個のMR素子から成る磁場検
出素子において、前記MR素子には、短冊状の第
１のMR素子と、両脇又は片脇に、有限長のギヤ
ツプを介して高透磁率磁性体を有する第２の短冊
状MR素子とが電気的に直列に接続されている組
を少くとも１組含み、かつ前記第１及び第２の短
冊状MR素子の各々の長さ方向が互いに略平行
に、かつ前記ビツト長Ｐを基準に略np（ｎ≧
１）離れて配置されている。

次に本発明の実施例について図面を参照して説
明する。第２図は、本発明による磁場検出素子１
０の一実施例を示したものであり、巾Ｗ１を有す
る第１の短冊状MR素子１１と、両脇にギヤツプ
Ｇを介して隣接並置された巾Ｗ２の高透磁率磁性
体１３を有する第２の短冊状MR素子１２とが、
所定の距離np（ｎ≧１）を離して、互いに略平
行に、導電体端子１４，１５と共に、基板１６上
に形成されている。これら２つのMR素子１１，
１２は導電体端子１５を介して互いに電気的に直
列に接続され、さらに導電体端子１４を介して電
流供給源１７に接続されているとともに出力端子
１８に接続されている。

この磁場検出素子１０は第３図に示す様に、磁
気信号が等間隔のビツト長Ｐを有する磁化２の繰
り返しの形で記録されている磁気記憶媒体３の移
動によつて生じる周期的信号磁界４の水平成分
（ｘ成分）を感知できる様に、MR素子１１，１
２の巾方向が、磁化２の方向と略平行に、又各
MR素子面が磁気記憶媒体３に対して、略平行に
所定のスペーシングＤを介して配設される。

さらに本発明の動作を第４図および第５図を用
いて説明する。本発明者等の検討によれば、両脇
に有限長のギヤツプＧを介して、隣接並置された
高透磁率磁性体を有する短冊状MR素子に加わる
巾方向（ｘ方向）磁界Hxと抵抗変化率Δρ／Δ
ρmaxとの関係は、ギヤツプＧをパラメータとし
て、一例を示すと、第４図の様になることがわか
つた。これによれば、短冊状MR素子の、巾方向
磁界Hxに対する再生感度は、その両脇に高透磁
率磁性体を隣接並置することにより高くなること
がわかる。又この再生感度の向上は前記ギヤツプ
Ｇが小さい程顕著となる。

従つて、第２図におけるMR素子１２の再生感
度は、MR素子１１より高くなり、各MR素子１
１及び１２の巾方向磁界即ち信号磁界の水平成分
Hxに対する比抵抗ρの関係は、それぞれ、第５
図中１９及び２０の様に表わされる。ここで
H₀₁，H₀₂はそれぞれMR素子１１及び１２の形状
及び磁気特性によつて決まる飽和磁界であり、
H₀₁＞H₀₂が成り立つ。又信号磁界の水平成分Hx
は2Pの周期を持つておりMR素子１１と１２は、
互いにnpだけ離れて並置されているので、ｎが
正の偶数の場合には、この両MR素子１１と１２
の巾方向には、強度及び方向の殆ど等しい信号磁
界が加わる。

今スペーシングＤを大きいために、上述のMR
素子の巾方向（ｘ方向）に加わる周期的信号磁界
４の強度が小さい場合（例えば前記H₀₂の半分程
度の時）には、MR素子１１の抵抗変化は特性曲
線１９に従うため非常に小さいがMR素子１２の
抵抗ρは感度が高いため特性曲線２０に従つて大
きく変化する。従つて、前記２つのMR素子１１
及び１２を直列に接続した出力端子１８からは殆
ど、特性曲線２０に従うMR素子１２の抵抗変化
による良好なる再生出力を得ることができる。

一方、スペーシングＤが小さいために、周期的
信号磁界４の強度が２１に示す様に、H₀₂より大
きくてH₀₁より小さくなる様な場合には、MR素
子１２の両端に生じる抵抗変化は２３に示す様に
大きく歪んだものとなるが、MR素子１１の両端
に生じる抵抗変化は、２２に示す様に信号磁界２
１のピークに対応した良好なものとなる。したが
つて出力端子１８からは、各MR素子の長さＬ１
及びＬ２に対応した抵抗変化量を加算することに
より、２４に示す様に信号磁界２１のピークに対
応した再生出力が得られる。

この様にして、微小信号磁界に対しては殆ど特
性曲線２０に示される特性に相当する高い再生感
度を有し、一方大きな信号磁界に対しては、殆ど
特性曲線１９に示される特性が支配的となる様
な、磁場検出素子を構成できる。すなわち、この
磁場検出素子によれば、従来より広い信号磁界強
度の範囲に対して、良好な再生出力を得ることが
できるので、スペーシングＤの設定範囲を、従来
より広くできる。その結果、この磁場検出素子
は、磁気記憶媒体３に対する位置決めが容易とな
り、信頼性が向上する。

なお、MR素子は、信号磁界に対して、その巾
方向成分強度が同じならば、第１図ｂ或いは第５
図に示したようにその方向によらず同じ抵抗変化
を生じるので、以上述べた効果はｎが正の奇数の
場合にも同様な効果が発揮される。

第６図は本発明による磁場検出素子２５の第２
の実施例を示したものであり、第２図で示した構
成を有する４組のMR素子２６，２７，２８，２
９が互いに略平行に、しかも1/4Ｐのピツチで導
電体端子と共に基板１６上に形成されている。こ
の磁場検出素子２５も、第２の実施例と同様に、
磁気記憶媒体３から生じる周期的信号磁界４の水
平成分（ｘ成分）を検知する様に配置される。こ
の場合の動作を第７図および第８図を用いて説明
する。

第７図はMR素子２６〜２９と再生回路との結
線例であり、第８図は再生過程を説明するための
図である。例えば磁気記憶媒体３がｘの正方向に
移動すると、この移動に伴う信号磁界４のMR素
子巾方向成分の繰り返し（第８図ａ）によつて、
MR素子２６の出力端子には第８図ｂの３２に示
す様な信号出力を生じる。同様にして、MR素子
２６と1/2Ｐだけ離れた位置にあるMR素子２８
の出力端子には、３２より位相が1/2Ｐだけ遅れ
た信号出力３３を生じる。ここで本発明による構
成では、先述の様に、MR素子の信号磁界強度に
対するダイナミツクレンジが広くなつているの
で、信号出力３２，３３は、従来より広いスペー
シングＤの範囲で、信号磁界４のピーク近傍波形
に対応した歪の少ない良好な波形を有する。さら
に、これらを差動増幅器３０を通して得られる信
号出力３４（第８図ｃ）を比較レベル３５で、コ
ンパレータ３１にて、パルス化することにより、
磁気記憶媒体３のビツトに正確に対応した位置信
号（Ａ相出力）３６（第８図ｄ）を得ることがで
きる。同様にして、MR素子２７と２９とからは
Ａ相出力３６に対して、1/4Ｐだけ位相が遅れた
位置信号（Ｂ相出力）３７を（第８図ｅ）得るこ
とができる。このＡ相出力３６とＢ相出力３７の
位相関係は、磁気記憶媒体３の移動方向が逆にな
ると、丁度、逆になる。この様にして磁気記憶媒
体３の移動量は、Ａ相出力３６及びＢ相出力３
７、もしくはこれらを電気的に処理して得られる
信号パルスをカウントすることにより求められ、
又、その移動方向は、両者の位相関係により検出
することができる。

第９図は本発明による磁場検出素子４６の第３
の実施例を示したものであり、第２図で示した構
成を有する８組のMR素子３８〜４５が互いに略
平行に、しかも1/4Ｐのピツチで導電体端子と共
に、基板１１上に形成されている。この磁場検出
素子４６も前記第１及び第２の実施例と同様に、
磁気記憶媒体３から生じる周期的信号磁界４の水
平成分を検知する様に配置される。第１０図は、
この８組のMR素子３８〜４５と再生回路との結
線例を示したものである。この場合、互いに1/2
Ｐだけ離れた位置にあるMR素子の組３８と４０
から得られる差動出力をパルス化することによつ
てＡ相出力を得、又、MR素子の組３８及び４０
と、各々1/4Ｐだけ離れた位置にあるMR素子の
組３９と４１からＢ相出力を得るところは、第２
の実施例と同じであるが、各々のMR素子と、Ｐ
だけ離れた位置にあるMR素子をブリツジの対角
位置に配置することにより、信号出力を増大させ
ている点が異なる。

以上の実施例においては、いずれも高透磁率磁
性体はMR素子の両脇に設けられているが、片脇
だけに設けられていてもやはりMR素子の再生を
高めることができるので、本発明の目的を達成で
きることは明らかである。

本発明をさらに具体的にするために、材料、形
状及び構成等の例を示す。

MR素子としては、Fe、Ni、Co等を主成分と
する金属強磁性体を、シリコン単結晶、ガラス、
セラミツク等の表面が滑らかな基板上に、厚さ数
百オングストローム、巾数〜数十ミクロン、長さ
数ミリメートルの形状に両端の電気端子と共に薄
膜作製技術で作製されたものが用いられる。MR
素子の両脇に、ギヤツプＧを介して隣接並置され
る高透磁率磁性体としては、パーマロイヤフエラ
イト等を厚さ数百オングストローム〜数ミクロ
ン、巾数〜数百ミクロン、長さ数ミリメートルの
形状に作製されるものが適する。MR素子の再生
感度は、高透磁率磁性体の巾が広い程、又ギヤツ
プＧが小さい程、高くなることが判明しているの
で、所望の再生感度に応じて、この巾及びギヤツ
プＧの大きさが選定される。実施例で述べた形状
としては、例えばW1＝10μｍ、W2＝300μｍ、
Ｇ＝２μｍが用いられる。磁気記憶媒体３として
は飽和磁化2000〜10000ガウス、抗磁力200エルス
テツド以上の磁気特性を有するCo―Ni、Fe―Cr
―Co、Cu―Ni―Fe等の金属強磁性体やγ―
Fe₂O₃等が、数〜数百ミクロンの厚さに形成され
たものが用いられ、これに数十ミクロン〜数ミリ
メートルのビツト長Ｐを有する磁気信号が記録さ
れる。そして前記MR素子がこの磁気記憶媒体か
ら、数十ミクロン〜数ミリメートルのスペーシン
グＤを介して平行に配置される。

本発明は、以上説明した様に、磁気信号が等間
隔のビツト長Ｐを有する磁化の形で記録されてい
る磁気記憶媒体から生じる周期的信号磁界を検出
する複数個のMR素子から成る磁場検出素子にお
いて、前記MR素子には、短冊状の第１のMR素
子と、両脇又は片脇に有限長のギヤツプを介して
高透磁率磁性体を有する第２の短冊状MR素子と
が電気的に直列に接続されている組を少くとも１
組含み、かつ前記第１及び第２の短冊状MR素子
の各々が、距離np（ｎ≧１）を離して、その長
さ方向が、互いに略平行になる様に配置されるも
のであり、この様にすることによつて、信号磁界
に対するダイナミツクレンジが広く、従つて、ス
ペーシング許容範囲が広い、信頼性の高い磁場検
出素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂはそれぞれ従来のMR素子の構成
及び動作を示す図、第２図および第３図、第６図
並びに第９図はそれぞれ本発明の実施例を示す概
略斜視図、第４図はMR素子感度に及ぼす高透磁
率磁性体の効果を示す図、第５図は本発明の動作
を説明するための図、第７図および第１０図はそ
れぞれMR素子と再生回路との結線例を示す回路
図、第８図ａ〜ｅは再生過程を説明するための図
である。１，１１，１２，２６，２７，２８，２９，３
８，３９，４０，４１，４２，４３，４４，４
５，２６′，２７′，２８′，２９′，３８′，３
９′，４０′，４１′，４２′，４３′，４４′，４
５′…MR素子、２…磁化、３…磁気記憶媒体、
４，６，８，２１…周期的信号磁界、５，１９，
２０…MR素子の巾方向磁界と抵抗率の関係（静
特性曲線）、７，９，２２，２３，２４…MR素
子の抵抗変化、１０，２５，４６…窒場検出素
子、１３，４７，４８…高透磁率磁性体、１４，
１５…導電体端子、１６…基板、１７…電流供給
源回路、１８…出力端子、３０…差動増幅器、３
１…コンパレータ、３２，３３…MR素子の信号
出力、３４…差動増幅器出力、３５…比較レベ
ル、３６…Ａ相出力、３７…Ｂ相出力。

Claims

【特許請求の範囲】

１磁気信号が等間隔のビツト長Ｐを有する磁化
の形で記録されている磁気記憶媒体によつて生じ
る周期的信号磁界を検出する複数個の強磁性磁気
抵抗効果素子から成る磁場検出素子において、前
記強磁性磁気抵抗効果素子には、短冊状の第１の
磁気抵抗効果素子と両脇または片脇に有限長のギ
ヤツプを介して高透磁率磁性体を有する第２の短
冊状磁気抵抗効果素子とが電気的に直列に接続さ
れている組を少くとも１組含み、かつ前記第１及
び第２の短冊状磁気抵抗効果素子の各々の長さ方
向が互いに略平行に、かつ前記ビツト長Ｐを基準
に略np（ｎ≧１）離れて配置されていることを
特徴とする磁場検出素子。