JPS638530B2

JPS638530B2 -

Info

Publication number: JPS638530B2
Application number: JP54110580A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Toki
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1979-08-29
Filing date: 1979-08-29
Publication date: 1988-02-23
Also published as: JPS5634130A

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によつ
て生じる周期的信号磁界の強弱、特に前記周期的
信号磁界のピーク位置もしく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ａは、従来例のMR素子と
磁気記憶媒体を示す図であり、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、
前記磁気記憶媒体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ている。第１図ｂは
MR素子１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１の比抵抗ｐ
との間には５に示す様な関係があり、前記スペー
シングＤが適当であれば６に示す様な周期的信号
磁界に対してMR素子１から良好なる抵抗変化７
を生じる。これをセンス電流IsをMR素子１に流
しその抵抗変化を検出することにより、前記周期
的信号磁界６のピークに対応した再生出力を得る
ことができる一般に、前記磁気記憶媒体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。従つ
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を小さくする必要があるとと
もに、MR素子を微弱な信号磁界を検知できる様
に、MR素子の形状及び磁気特性を選択し再生感
度の目安を示す飽和磁界Hoが小さいすなわち高
感度な構成にする必要がある。しかし、この様な
MR素子の構成では、信号磁界強度が８に示す様
に、飽和磁界Ho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、前
記信号磁界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Ｄの大きさをMR素子の感度
によつてきまる一定の距離より小さくできないこ
とを意味する。

この様に、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
度がその形状に依存して変化することを利用し
て、上記欠点を解決し、スペーシング許容範囲を
広く、したがつて設置が簡単で、しかも信頼性の
高い磁場検出素子を提供することを目的としてい
る。

本発明によれば、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素子は２個以上が
直列に接続されたMR素子の組を少なくとも１組
有し、該組は異なる巾を有する短冊状MR素子か
ら成り、この短冊状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をもとにし
て略np（ｎ≧１）離れた位置に配置されている。

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、本発明の磁場検出素子１０の一実施
例を示したものであり、同じ厚さであるが巾が異
なる２つの短冊状MR素子１２及び１３が所定の
距離np（ｎ≧１）を介して互いに略平行に導電体
端子１４，１５と共に基板１１上に形成されてい
る。ここで、MR素子１２の巾Ｗ１はMR素子１
３の巾Ｗ２より大きく、これら２つのMR素子１
２，１３は導電体端子１５を介して互いに直列に
接続され、さらに、導電体端子１４を介して一方
は電流供給源１６に接続され、他方は出力端子１
７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１２，１
３の巾方向が磁化２の方向と略平行に、かつ各
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、第５図を用いて
説明する。

第４図は、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△ρ／△ρmaxとの
関係を巾Ｗをパラメータとして示したものであ
る。これによれば、短冊状MR素子の巾方向磁界
に対する再生感度は、巾Ｗが大きい程高いことが
わかる。したがつて第２図に示す様にMR素子１
２の巾Ｗ１がMR素子１３の巾Ｗ２より大きい場
合には、各MR素子１２及び１３の巾方向磁界
Hxに対する比抵抗ρの関係はそれぞれ第５図中
１８及び１９の様に表わされる。ここでH₀₁，
H₀₂はそれぞれMR素子１２及び１３の形状及び
磁気特性によつてきまる飽和磁界であり、Ｗ１＞
Ｗ２に対してH₀₁＜H₀₂が成り立つ。

又、MR素子１２と１３は互いにnp（ｎ≧）だ
け離れて並置されているので、磁気記憶媒体３か
ら、この両MR素子１２，１３の巾方向に加わる
信号磁界は、ｎが正の偶数の場合にはその強度及
び方向とも殆んど等しい。今、スペーシングＤを
大きくしたために、この様な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
H₀₁より小さくなつた様な場合にはMR素子１３
の抵抗変化は特性曲線１９に従うため非常に小さ
くなる。従つてこれら２つのMR素子１２，１３
を直列に接続した出力端子１７からは殆ど特性曲
線１８に従うMR素子１２の抵孔変化による出力
波形となり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を小さくしたために周
期的信号磁界４の強度が、２０に示す様に、H₀₁
より大きくてH₀₂より小さくなつた様な場合に
は、MR素子１２の両端に生じる抵抗変化は２２
に示す様に大きく歪んだものとなるが、MR素子
１３の両端に生じる抵抗変化は、２３に示す様
に、信号磁界２０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１７からは、各
MR素子の長さL₁，L₂に応じ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２０
のピークに対応した再生出力を得ることができ
る。

この様にして、微小信号磁界に対しては、殆ん
ど１８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、殆んど１
９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、従来よりも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の許容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前記磁気記憶媒体３
に対する位置決めが容易となり、信頼性が向上す
る。なお各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、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に得られる。

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，
２９が、互いに略平行に、しかも1/4ｐのピツチ
で導電体端子１４，１５ともに基板１１上に形成
されている。この磁場検出素子２５も、前記第１
の実施例と同様に、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の移
動によつて生じる周期的信号磁界４の検出に適し
たものであり、第７図に示す様に、各MR素子２
６，２７，２８，２９の巾方向が、前記磁化２の
方向と略平行となる様に、かつ各MR素子面が磁
気記憶媒体３に対して略平行になる様に、所定の
スペーシングＤを介して配設される。

この実施例の動作を第８図および第９図を用い
て説明する。

第８図は、MR素子２６〜２９と、再生回路と
の結線の一例であり、第９図は、再生過程を説明
するための図である。例えば、磁気記億媒体３が
矢印方向３０に移動すると、この移動に伴う第９
図ａの信号磁界４のMR素子巾方向成分の繰返し
によつて、MR素子２６の出力端子には、第９図
ｂの３３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、３３より位相が1/
２ｐだけ遅れた信号出力３４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、これらの信号出力３３，３４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良好な波形を有す
る。さらに、これらを差動増幅器３１を通して得
られる信号出力３５（第９図ｃ）を、比較レベル
３６をもとに、コンパレータ３２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）３７（第９図ｄ）
を得ることができる。同様にしてMR素子２７と
２９とからは前記Ａ相出力３７に対して1/4ｐだ
け位相が遅れた位置信号（Ｂ相出力）３８（第９
図ｅ）を得ることができる。このＡ相出力３７と
Ｂ相出力３８の位相関係は、磁気記憶媒体３の移
動方向が逆になると、ちようど逆になる。この様
にして磁気記憶媒体３の移動量は、Ａ相出力３７
及びＢ相出力３８、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、Ａ相出力３
７とＢ相出力３８の位相関係により検出すること
ができる。

第１０図は本発明による磁場検出素子３９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４０〜４７が互いに
略平行に、しかも1/4ｐのピツチで導電体端子と
ともに、基板１１上に形成されている。この磁場
検出素子３９も前記第１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１１図は、この８
組のMR素子４０〜４７と再生回路との結線の一
例を示したものである。この場合、互いに1/2ｐ
だけ離れた位置にあるMR素子の組４０と４２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４０及び４２と各々1/
４ｐだけ離れた位置にあるMR素子の組４１と４
３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
異る。

本発明をさらに具体的にするためには、材料、
形状及び構成等の一例を示す。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〜十ミクロン、長さ数ミリメートルの形
状になる様、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。実施例で述べた
MR素子の巾Ｗとしては、例えばＷ１＝20μm、
Ｗ２＝5μmが採用される。磁気記憶媒体として
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
ートルのビツト長を有する磁気信号が記録され
る。そしてMR素子は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を介し
て平行に配置される。

以上述べた実施例では、MR素子は異なる巾を
有する２個の短冊状MR素子が直列に接続された
ものであつたが、これに限定されるわけではな
く、異なる巾を有する３個以上の短冊状MR素子
が互いにビツト長ｐの整数倍離れた位置に平行に
配置され、さらにこれらが直列に接続されたもの
であつても良い。

本発明によれば、以上に説明した様に、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によつて生じる周期的信
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であつて信号
磁界に対するダイナミツクレンジが広く、すなわ
ち、スペーシングの許容範囲の広い、しかも信頼
性の高い磁場検出素子を提供できる。

【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
および第７図並びに第１０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
と巾Ｗの関係を示す図、第５図および第９図ａ〜
ｅは本発明の動作を説明する図、第８図および第
１１図はそれぞれMR素子と再生回路との結線例
を示す回路図である。１，１２，１３，２６，２７，２８，２９，４
０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７
…MR素子、２…磁化、３…磁気記憶媒体、４，
６，８，２０，２１…周期的信号磁界、５，１
８，１９…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、１０，２５，３９…磁場検
出素子、１１…基板、１４，１５…導電体端子、
１６…電流供給源回路、１７…出力端子、３０…
移動方向、３１…差動増幅器、３２…コンパレー
タ、３３，３４…MR素子の信号出力、３５…差
動増幅器出力、３６…比較レベル、３７…Ａ相出
力、３８…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
る周期的信号磁界の水平成分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は２個以上
が直列に接続された強磁性磁気抵抗効果素子の組
を少くとも１組有し、該組は同一基板面上に形成
された互いに異なる巾を有する短冊状強磁性磁気
抵抗効果素子を直列に接続したものから成り、か
つこの短冊状強磁性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）離れた同一基板面上の位置に
配置されているこを特徴とする磁場検出素子。