JPS638532B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、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図は従来のMR素子の形状ａ及びその静特
性ｂを示したものである。周知の如く、信号磁界
HxとMR素子の比抵抗ρとの間には、２に示す
様な関係があり、信号磁界の強度が３に示す様に
あまり大きくない場合には、この信号磁界に応じ
てMR素子に抵抗変化４を生じるので、センス電
流Isを介して周期的信号磁界３のピークに対応し
た良好な再生出力を得ることができる。しかし、
信号磁界強度が５に示す様に、再生感度の目安を
示す飽和磁界Ho（この値はMR素子の形状及び磁
気特性によつて決まる）より大きくなると、再生
出力波形は６に示す様に大きく歪んだものとなる
ので前記信号磁界５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。このためこの様なMR素子が磁場検出素子と
して使える範囲、すなち信号磁界に対するダイナ
ミツクレンジは、信号磁界強度が、前記Hoより
小さい場合に限られる。MR素子を微弱な信号磁
界も検知できる様にするには必然的に飽和磁界
Hoを小さくする必要があり、結局高感度な構成
にすればする程このHoと共にダイナミツクレン
ジは小さくなる傾向を有する。従つて、従来の
MR素子の構成では、信号磁界に対して高感度に
することとダイナミツクレンジを広くすることと
が、本質的に両立しないので、磁場検出素子とし
ての性能をあまり高くはできなかつた。

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た
ものであり、MR素子がその中を流れるセンス電
流の方向に沿つて異なる巾を有する様にすること
によつて、上記欠点を解決し、高感度でダイナミ
ツクレンジの広い高性能な磁場検出素子を提供す
るものである。

本発明の構成は、基板上に形成された１個もし
くは複数個のMR素子より成る磁場検出素子にお
いて、前記MR素子の少くとも１個が、その中を
流れるセンス電流の方向に沿つて異なる巾を有す
るものから成る。

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１２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７及び８が直列に一
体に接続された形で、導電体端子９，１０と共に
基板１１上に形成され、さらにこれら導電体端子
９，１０を介して電流供給源１３に接続されると
ともに出力端子１４が取り出されている。この例
ではMR素子７の巾W1がMR素子８の巾W2より
大きい。

さらに本発明の動作を第３図および第４図を用
いて説明する。

第３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例である。
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。従つて第２図に示す様にMR素子７の巾
W1が、MR素子８の巾W2より大きい場合には、
各MR素子７及び８の巾方向磁界Hxに対する比
抵抗ρの関係はそれぞれ第４図中１５及び１６の
様に表わされる。ここで、H₀₁，H₀₂はそれぞれ
MR素子７及びMR素子８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に対応し
てH₀₁＜H₀₂が成り立つ。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強度が
H₀₁より小さい場合には、特性曲線１６に従う
MR素子８の抵抗変化への寄与は小さいので、２
つのMR素子７，８を直列に一体に接続した出力
端子１４からは殆ど、特性１５に従うMR素子７
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、周期的信号磁界強度が１７に示す
ようにH₀₁より大きくてH₀₂より小さい場合には、
MR素子７の両端に生ずる抵抗変化は１８に示す
様に大きく歪んだものとなるが、MR素子８の両
端に生じる抵抗変化は１９に示す様に信号磁界１
７のピークに対応した良好のものとなる。従つて
出力端子１４からは、各MR素子長Ｌ１とＬ２の
長さに応じた抵抗変化量を加算することにより、
２０に示す様に信号磁界１７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１５に示される特性に相当する高い再生感度を
有し、しかも、ダイナミツクレンジが１６に示さ
れる特性に相当する広さを有する高性能な磁場検
出素子が達成できる。

第５図は、本発明の磁場検出素子２５の第２の
実施例示したものであり、第２図で示した構成を
有する４つのMR素子２１，２２，２３，２４が
互いに略平行に、しかも1/4Ｐのピツチで、導電
体端子９，１０と共に基板１１上に形成されてい
る。この磁場検出素子２５は、第６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
２６の繰り返しの形で記録されている磁気記憶媒
体２７の移動によつて生じる周期的信号磁界２８
の検知に適したものであり、各MR素子２１〜２
４の巾方向が、磁化２６の方向と略平行になる様
に、又各MR素子面が磁気記憶媒体２７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２１〜２４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。磁気記憶媒体２７が例えば、第６図の
矢印方向２９に移動すると、この移動に伴う信号
磁界２８のMR素子の巾方向成分の繰り返し（第
８図ａ）によつてMR素子２１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２１と1/2Ｐだけ離れた位置
にあるMR素子２３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
で周知の如く、信号磁界強度は前記スペーシング
Ｄが小さい程大きくなり、スペーシングＤが大き
い程小さくなるので、MR素子から良好なる信号
出力が得られるスペーシングＤの範囲は自ずと限
られたものとなるが、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、従来より広
いスパーシングＤの範囲で、信号磁界のピークに
対応した良好なる信号出力３２，３３を得ること
ができる。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、前記磁気記憶媒体２７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２２と２４とからは、前記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（第８図ｅ）を得ることができる。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２７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２７の移動量
は、Ａ相出力３６及びＢ相出力３７、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３６とＢ相出力３７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つの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９，
１０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２の実施例と同様
に、等間隔のビツト長Ｐを有する磁化２６の繰り
返しの形で記録されている磁気記憶媒体２７の移
動によつて生じる周期的信号磁界２８の検知に用
いられる。第１０図はこの８つのMR素子の、磁
気記憶媒体２７に対する配置を示し、第１１図
は、再生回路との結線の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
ブリツジの対角の位置に配置することにより、信
号出力の増大を図つている点が異る。

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なる様、両端の電気端子と共
に薄膜作製技術で作製されるものが用いられる。
実施例で述べたMR素子の巾Ｗとしては、例えば
W1＝20μm・W2＝5μm、が用いられる。

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、
基本的には、ダイナミツクレンジが部分的に異な
るMR素子がセンス電流の方向に沿つて直列に一
体に接続された形、つまりセンス電流の方向に沿
つて巾が異なるものであればよい。この意味にお
いて、第１２図ａ〜ｉに示した変形はいずれも本
発明に使用することができる。

本発明は、以上説明した様に、基板上に形成さ
れた１個もしくは複数個のMR素子より成る磁場
検出素子において、前記MR素子の少くとも１個
がその中を流れるセンス電流の方に沿つて異なる
巾を有する構成にすることによつて高感度でダイ
ナミツクレンジの広い高性能な磁場検出素子を提
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、第５図および第６図
並びに第９図および第１０図はそれぞれ本発明の
実施例を示す概略斜視図、第３図は、MR素子再
生感度と、巾Ｗの関係を示す図、第４図は本発明
の動作を説明するための図、第７図および第１１
図はそれぞれ本発明におけるMR素子と再生回路
との結線の例を示す回路図、第８図ａ〜ｅは再生
過程を説明するための図、第１２図ａ〜ｉはMR
素子構成の幾つかの例を示す図である。 １，７，８，２１，２２，２３，２４，３８，
３９，４０，４１，４２，４３，４４，４５……
MR素子、２，１５，１６……MR素子の巾方向
磁界と抵抗率の関係（静特性曲線）、３，５，１
７……周期的信号磁界、４，６，１８，１９，２
０……MR素子の抵抗変化、９，１０……導電体
端子、１１……基板、１２，２５，４６……磁場
検出素子、１３……電流供給源回路、１４……出
力端子、２６……磁化、２７……磁気記憶媒体、
２８……信号磁界、２９……移動方向、３０……
差動増幅器、３１……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、３
７……Ｂ相出力。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基板上に形成された１個もしくは複数個の強
   磁性磁気抵抗効果素子より成る磁場検出素子にお
   いて、前記磁気抵抗効果素子の少なくとも１個の
   信号磁界検出方向の幅が、その中を流れるセンス
   電流の方向に沿つて異なることを特徴とする磁場
   検出素子。