JPS589484B2 - 磁気読取ヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は情報表示磁界を検出するための磁気読取ヘッド
に関する。

磁気読取ヘッドは文献：［ザ バーバーポールア リニ
ア マグネットレジステイブ ヘッド（Ｔｈｅ Ｂａ
ｒｂｅｒｐｏｌｅ，ａ ｌｉｎａｒｍａｇｎｅｔｏｒｅ
ｓｉｓｔｉｖｅ ｈｅａｄ）」（１９７５年９月、第Ｍ
ａｇ・１１巻、第５号第ｌ２１５頁〜第１２１７頁）か
らも既知である。

この既知の読取ヘッドはほぼ平坦な磁気抵抗素子を具え
ており、この抵抗素子は基板上に設けられていて磁化容
易軸がこの抵抗素子の面内にある金属強磁性材料から成
っている。

この抵抗素子は相対向して位置された２つの端部に接点
を有し、これら接点は測定電流供給源および読取増幅器
に接続を形成するためのものである。

この既知の磁気抵抗読取ヘッドの動作は低異方性を有す
る強磁性金属材料例えばＮｉ−Ｆｅの帯条状素子を使用
することに基礎を置くものであり、この素子はその一端
縁を磁気記録媒体に直ぐ接近させてあるかまたはこれに
接触させてある。

この記録媒体の磁界はこの素子の磁化に変化を生せしめ
、いわゆる磁気抵抗効果によってその抵抗を変調せしめ
る。

このことは、記録媒体がヘッドを通過する時に、この記
録媒体上に存在する情報表示磁界が磁気抵抗素子のスピ
ン系を回転させ、そのために電気抵抗が変化することを
意味する。

この場合、この素子に接続されている検出装置の出力信
号は記録媒体中に記憶されている情報の開数である。

外部磁界の影響下にある磁気抵抗素子の電気抵抗は二次
の関数で変化するので、アナログ信号の再生に際しては
、抵抗−磁界特性の直線化によってヘッドの動作を改良
するのが普通である。

この目的のため、この素子にはバイアスを与えて信号磁
界を零としたとき磁化の方向がこの素子を貫ぬく電流通
路の方向と約４５°の角度をなすようにすることが必要
である。

前述した文献に開示されている磁気抵抗読取ヘッドにお
いては、磁化容易軸をその素子の長軸に平行とし、さら
に導電容易材料から成りこの素子の長軸と約４５°の角
度αでこの素子を経て電流を流す（いわゆる電気バイア
ス）等電位帯条体の形態を有する手段を設けて上述した
バイアスを与えている。

さらに、この既知の読取ヘッドは素子の磁化容易軸と平
行な方向に補助磁界を発生させるための手段を具えてい
る。

この捕助磁界は、確実に、磁化ベクトルの取り得る互い
に逆向きの２つの方向のうちの一方の方向を予め定める
ので、磁化ベクトルが一方の方向から他方の方向へ回転
・してその素子の出力信号の位相に１８０°の位相回転
を有するのを防ぐことが出来る。

直線応答を得る他の既知方法はその素子の面に平行であ
って磁化容易軸に垂直に補助磁界を加えることに基礎を
置くものである。

この場合にはその強度をいわゆる異方性の減磁界の強度
とほぼ等し《することによって、信号磁界が零である場
合の磁化の方向をその素子を経る電流の通路の方向と約
４５°の角度にしている（いわゆる磁気バイアス）。

これら既知のバイアス方法は抵抗と信号磁界の強度との
間の関係を一次近似で直線的にはするけれども、雑音レ
ベルが高いという実用上の欠点がある。

この変調雑音（バルクハウゼン効果）は磁気抵抗素子中
に１個以上の磁区が生ずることに起因する。

本発明の目的は信号対雑音比を良好にして再生可能とし
た読取ヘッドを提供せんとするにある。

本発明によれば、基板上に強磁性金属材料のほぼ平坦な
磁気抵抗素子を具えており、この金属材料は前記磁気抵
抗素子の面内に磁化容易軸を有しており、前記磁気抵抗
素子は対向して位置する２つの端部に測定電流供給源お
よび読取増幅器に対し接続を行なうための接点を備えて
おり；さらに前記読取増幅器の負帰還ループに設けられ
た電気巻同部を具え、該電気巻回部は前記磁気抵抗素子
に対して配置されており、よって前記電気巻回部を電流
が通じた時該電気巻回部が負帰還磁界を発生しこの負帰
還磁界が、検出されるべき磁界によって前記磁気抵抗素
子中に生ずる磁束とは反対方向の磁束を、前記磁気抵抗
素子中に生じさせるように構成したことを特徴とする。

このように入来信号の磁束に影響を及ぼす負帰還を使用
することによって、磁気抵抗素子の駆動を低減すること
が出来る。

この低減はこの素子の駆動と結合されているバルクハウ
ゼン効果のレベルの低減と関連している。

実際には、この負帰還の結果、バルクハウゼン効果が１
０ないし２０ｄＢだけ低減したことが判った。

温度の変動に基づく抵抗雑音に関しては、帰還を使用す
る場合には最適感度の磁気抵抗素子の使用が可能である
ように信号対雑音比の改善を図ることが出来る。

今迄は磁気抵抗素子の感度を一層鈍くして歪の生ずるの
を低減していたが、帰還を使用する場合には出来るだけ
感度の高い磁気抵抗素子を使用することが出来る。

感度のある素子を用いると、すでに歪を低減させてある
磁気抵抗特性の微小部分を使用するという負帰還の作用
によって信号対雑音比を良好にし得る。

さらにこの負帰還を用いないで同じように駆動させた時
に存在する歪をさらに負帰還ファクタによって低減する
ことが出来る。

電気バイアス形および磁気バイアス形の両磁気抵抗素子
において帰還結合を使用すると、増幅率が一定であると
いう別の利益を得る。

すなわち負帰還の場合には、これは磁気抵抗素子または
増幅器の感度にはそれほど影響を受けずむしろ比Ｒ／Ｐ
によって定まる。

ここでＲは負帰還抵抗であり、Ｐは負帰還用巻同部と磁
気抵抗素子との間の結合を定めるファクタである。

この結合はこの巻回部と素子との間の距離に主として依
存していて一定とされる。

（尚この距離は磁気抵抗素子と負帰還用巻回部との間に
設けられた絶縁層の厚みに相当する。

この厚みは一般には約０．３μｍである）。

電気巻回部を使用して所要のバイアス磁界を発生する形
の磁気バイアス形磁気抵抗素子に帰還結合を使用すると
、この電気巻回部を使用してこれを経て負帰還電流を流
すことが出来るので、構造が特に簡単である（他の形の
磁気バイアスされる磁気抵抗素子には、例えば、永久磁
石層を使用してバイアス磁界を発生するものがある）。

本発明によれば第２及び第３高調波並びにバルクハウゼ
ン効果（雑音）を低減することが出来るという利益を奏
する。

以下、図面につき本発明の実施例につき説明する。

第１図において１は電気バイアスを有する磁気抵抗素子
を示し、この抵抗素子は記録媒体２と磁束結合しており
、この記録媒体の磁界Ｈｙは抵抗素子１の抵抗に影響を
及ぼしている。

この抵抗素子１は電気巻回部３と組合わせられており、
この巻回部をまっすぐなワイヤまたは単一の電流ループ
の形態とすることが出来る。

この巻回部３に電流が流れると、この巻回部３によって
磁界Ｈｔが発生し得る。

この磁界は磁界Ｈｙとは逆向きである。

この場合、巻回部３を抵抗Ｒ２と直列に接続する。

この抵抗Ｒ２自体に本質的意味があるのではない。

しかしながら、この場合、抵抗Ｒ２は電圧源である増幅
器５を電流源としての機能をもたせる作用を有している
。

尚この電流源からの電流を巻回部３に流すものである（
この場合増幅器５が理想的な電流源である場合には、こ
の抵抗Ｒ２は必要ではないであろう。

しかしながら、多くの増幅器は多少電圧源として作用す
る）。

この巻回部３と抵抗Ｒ２との直列接続回路をこの場合演
算増幅器（形名ＴＤＡ １０３４）である増幅器５の帰
還ループ中に位置させる。

このとき抵抗Ｒ２は増幅器５の出力電圧Ｖｕを有する出
力端子に接続する。

磁気抵抗素子１にはこれを経て電流源６によって電流ｉ
が流れるが、この素子をコンデンサＣ１を介して増幅器
５の入力端子に接続する。

実際の例では、Ｒ１＝２２ｋΩ、Ｒ２＝１００Ω、Ｃ１
＝４７０μＦ、ｉ＝３０ｍＡ、Ｒ素子１＝１００Ω、増
幅器５の増幅率は 率は３５である。

第２図は外部磁界Ｈｙを作用させたとき第１図に示す磁
気抵抗素子１の抵抗値Ｒの変化を表わすグラフであって
、縦軸にΔＲ／ΔＲｍａｘをプロツトし横軸に標準磁界
Ｈｇ／Ｈｏをプロットして示したものである。

ここでＨｏは異方性減磁界を示し、Ｗを素子の幅としＭ
を飽和磁化とし、ｔを素子の厚さとしたとき、である
。

Ｈｙ＝Ｈｏのときに完全な駆動となる。

実際の例では、Ｈｏは２０エルステッドであった。

前記素子１を第１図に示すように接続する場合には、正
規の調整点Ｐにおいては波形ａで示すような可変磁界Ｈ
ｙを加えると素子１の端子間には波形ｂで示すような電
圧が生ずる。

この調整点を外部（干渉）磁界によってＱまたはＲに位
置させることが出来る。

この場合には例えば波形ｄで示す電圧は波形Ｃで示すよ
うな外部磁界Ｈｙと関連する。

これらの電圧ｂおよびｄは夫々反対位相にある。

負帰還のためには、記録媒体２からの信号磁界Ｈｙを磁
界Ｈｔすなわち読取増幅器５が負帰還用巻回部３内に発
生する磁界によって減少させることが必要である。

正しい位相を得るための種種の方法がある。

すなわち、１：素子１を経て流れる電流ｉの方向を変え
ること； ２：増幅器５の位相を反転させること（すなわち反転形
から非反転形とすること）； ３：負帰還用巻回部３への接続ワイヤを交換すること； ４：負帰還用巻回部３を素子１の他方の側に配置するこ
と。

第３図および第４図は磁気抵抗素子１１および２１を夫
々示し、これら素子を第１図の回路と関係する回路に接
続する。

これがため、抵抗Ｒ１およびＲ２、コンデンサＣ１およ
び増幅器５は常に同じである。

しかし第３図においては、磁気抵抗素子１１は磁気バイ
アス形の素子である。

所要のバイアス磁界馬は電気巻回部１３によって発生さ
せるが、この巻回部は負帰還磁界Ｈｔをも供給するもの
であり、バイアス磁界を発生させるためにこの巻同部を
流れる直流電流は増幅器５自身によって供給する。

この目的のために増幅器の正の入力端子をポテンショメ
ータ１４を経て所望電圧の端子に接続し得る。

この増幅器５の負帰還ループには抵抗Ｒ２ と直列に巻
回部１３を接続する。

第４図はバイアス磁界用の電流を得るための別の方法を
説明するための図である。

この場合には、同様に磁気バイアス形である磁気抵抗素
子２１を負帰還ループを有する増幅器５の一方の入力端
子に接続する。

この場合負帰還ループは増幅器の他方の入力端子に接続
され抵抗Ｒ２と直列の電気巻回部２３を具えている。

バイアス磁界用のバイアス電流を電流源２２を経て個別
的に巻回部２３に供給する。

両場合においてもこのバイアス電流の値は約１ｍＡであ
る。

第５図は外部磁界Ｈｙの下で第３図および第４図の磁気
バイアス形磁気抵抗素子１１および２１の抵抗Ｒの変化
の状態を示すグラフであって、縦軸にΔＲ／ΔＲｍａｘ
をプロットして示し横軸にＨｙ／Ｈｏをプロットして示
してある。

調整点Ｐが１個である第２図に示した状態と比べて、こ
の場合には２個の調整点（ＳおよびＴ）がある。

ｂ′で示す電圧はａ′で示す可変磁界Ｈｙと関連してお
り、ｄ′で示す電圧はｃ′で示す可変磁界Ｈｙと関連し
ている。

この場合、磁界ａ′およびｃ′を同じように変化させる
と、電圧ｂ′およびｄ′の位相が異なり、このため、負
帰還磁界の正しい位相を調整するた，めの特別な手段を
講ずる場合が生ずる。

磁気抵抗素子１，１１および２１の構造につき第６．７
，８および９図を参照して詳述する。

第６図は磁気抵抗素子３２を示す断面図であり、この素
子は例えばニッケル−鉄合金から形成し得る磁束導体３
０および３１を備えている。

これら磁束導体３０および３１を素子３２から薄い石英
層３３によって分離し、これら導体で素子の側縁に重ね
合わせる。

これらはいわば検出されるべき磁界を増幅する。

素子３２は電流導体３４の上に設けられており、この導
体は石英層３５によって素子から分離されていて負帰還
巻回部として作用する。

この電流導体３４は基板３６上に設けられている。

その全てを第７図に平面図で示す。第８図は第６図およ
び第７図に示す構造を三脚形磁気スクリーン４０内に組
み込んだ状態を示す線図である。

尚、この図では石英層３３，３５および基板３６を示し
ていない。

この場合には電流導体３４はワイヤである。

実際にはスクリーン４０の脚部と磁気抵抗素子との間の
距離は短かくその中間スペースには例えば石英層が入れ
られている。

第９図は第６図および第７図に示す構造と類似した構造
のものを２つの磁極片５２，５３から成る磁気ヘッド５
０のヨーク後部に組み込んだ状態を示している。

尚これら磁極片によって読取用の空隙５１を規制してい
る。

この場合にも石英層３３，３５および基板３６が示され
ていない。

この場合、電流導体３４はワイヤであり、このワイヤは
素子３２の磁束導体３０および３１の側に存在している
。

磁気ヘッドの原型においては、素子３２は厚さが約８０
０人、長さが約６００ミクロンおよび高さが約４０ミク
ロンのＮｉ−Ｆｅ合金の薄い層から成っている。

第７図に示す接続用接点３Ｔおよび３８は金の蒸着帯条
体によって形成されている。

厚さが０．５ミクロンで幅が２ミクロンの多数の金の帯
条体を素子３２上に８ミクロンの相互距離で４５°の角
度で設ける。

金の固有抵抗は使用される・Ｎｉ−Ｆｅ合金の固有抵抗
よりも５倍小さく、金の帯条体の厚さは素子３２の厚さ
の約１０倍であり、これら金の帯条体は導電性が５０倍
良くて「等電位性帯条体」として供し、これら帯条体は
これら間のＮｉ−Ｆｅの流路中に長軸方向と約４５°の
角度で電流を流す。

この磁気ヘッドを磁気テープ３９の磁界と磁束結合させ
ると、等電位性帯条体間に位置している各Ｎｉ−Ｆｅ帯
条体の抵抗は増減するが、この抵抗が減少するか増大す
るかは磁界の作用の下で磁化の方向が電流方向とほぼ一
致するかどうかに依存する。

磁界Ｈｙに対する負帰還磁界を電流ワイヤによって発生
させる。

金の帯条体を省略するときは素子３２を磁気バイアスす
る必要があり、この目的のために好ましくは電流ワイヤ
３４によってバイアス磁界を発生させる必要がある。

実施例 これら実験を傾斜形金の帯条体を備える磁気抵抗素子お
よび普通の磁気抵抗素子を用いて行なつた。

次に説明するデータは普通の磁気抵抗素子に関するもの
である。

これを１エルステッド ｐｐ（第２高調波１０００Ｈｚ
−２０ｄＢ）で最大駆動させる。

この素子を負帰還ワイヤ（調整電流±１ｍＡ）を有する
増幅器に組込むと、その駆動を１０エルステッドｐｐに
まで増大させることが出来、その場合には最も重要な第
２高調波歪は−６０ｄＢにすぎない。

素子を第９図に示すようなヘッドの後部回路に取付けて
テープ測定を行なった。

この場合には、負帰還の無い素子での最大磁界は０．５
エルステッドｐｐである。

この場合には使用される帰還率は（３５×）で十分であ
る。

第１０図は負帰還の無い磁気抵抗素子を使用する場合に
測定された歪を示すグラフであり、第１１図は負帰還（
２１．８×）を有する磁気抵抗素子を使用した場合に測
定された歪を示すグラフである。

両図とも、縦軸に負のｄＢ単位で歪をプロットし、素子
に影響を及ぼす磁界（周波数１０００Ｈｚ）の強度を横
軸にプロットして夫々示している。

これら図において、円印は読取信号の第２高調波を示し
Ｘ印は第３高調波を示している。

両図を比較すると、本発明による負帰還を用いると歪が
−２０ｄＢだけ減少したことがわかる。

バルクハウゼン雑音は検出磁界の大きさに依存しており
、この検出磁界は帰還率によって減少されるので、バル
クハウゼン雑音が帰還率によって減少される，従ってバ
ルクハウゼン雑音は−２０ｄＢだけ減少した。

大きな外部磁界によって調整点を遠くにまで移動させて
素子の端子間電圧の位相をフリツプオーバさせて変え負
帰還された回路が振動を開始するようにすることが出来
る。

交流負帰還による利点は外部磁界を除去した時回路が再
び安定となるという点にある。

実際には読取りヘッドを十分に遮蔽して調整点の斯様な
シフトを妨げることが出来ることが判った。

原理的には、外部直接磁界によるシフト作用を直流負帰
還を使用することによって妨げることが出来る。

しかしながら、この場合、何らかの原因で誤った調整点
に達すると、回路が発振し、この発振は外部磁界を取除
いても尚も持続する。

これがため斯様な調整点に達しないようにすることが必
要である。

これは１個の帯止領域を有する普通のＭＲＨ（磁気抵抗
ヘッド）において最も好適に行ない得る。

第１２図は第１，３および４図に示した回路と関連する
回路に接続した磁気抵抗素子５１を示しているが、この
場合にはバイアス磁界が誤った極性を取ることによって
生ずる不安定性を防ぐことが出来るように回路が構成さ
れている。

素子６１および抵抗Ｒ３を有するブリッジ回路を増幅器
６５０入力端子に位置させる。

熱的安定性を得るために、この抵抗Ｒ３もまた同一基板
上に設けた磁気抵抗素子とするのが好極である。

電流ｉ４によって増幅器６５の出力信号が負となり、抵
抗Ｒ５、トランジスタＴ１および抵抗Ｒ４を経て負帰還
ワイヤ６３へと負電流を流すように制御する。

トランジスタＴ１は負電流のみを流し得るので、安定領
域においてのみ調整が可能である。

抵抗Ｒ６によって微小の負のバイアス電流を調整するこ
とが出来る。

この場合、交流電圧負帰還路はコンデンサＣ１および抵
抗Ｒ２を経る。

尚Ｃ１＝４７０μＦでＲ２＝１００Ωである。

直流電圧負帰還路は抵抗Ｒ５、コンデンサＣ２、トラン
ジスタＴ１および抗抵Ｒ４を経る。

この場合、Ｒ５・Ｃ２＝Ｒ２・Ｃ１であり、Ｒ５＝１０
ｋΩ、Ｃ２＝４．７μＦ、Ｒ４＝１００Ωである。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく
多くの変形または変更を行ない得ること明らかである。

１図面の簡単な説明 第１図は負帰還磁界を交流電流によって発生する電気バ
イアスを有する読取ヘッドを示す線図、第２図は磁気バ
イアスされない磁気抵抗素子の抵抗Ｒの変化を外部磁界
弓の関数として示したグラフであって、縦軸にΔＲ／Δ
Ｒｍａｘをプロットし横軸にＨｙ／Ｈｏをプロットして
示したグラフ、第３図および第４図は負帰還磁界を交流
電流によって発生させる磁気バイアスされる読取ヘッド
の第１および第２変形例を夫々示す線図、第５図は磁気
バイアスされる磁気抵抗素子の抵抗Ｒの変化を横断方向
の外部磁界Ｈｙの関数として示すグラフであって、縦軸
にΔＲ／ΔＲｍａｘをプロットし横軸にＨｙ／Ｈｏをプ
ロットして示したグラフ、第６図は本発明を説明するた
めの読取ヘッドの断面図、第７図は第１，３および４図
に示す読取ヘッドに使用されるべき負帰還ワイヤを有す
る磁気抵抗素子を示す平面図、第８図および第９図は第
６図および第７図に示す磁気抵抗素子を有する読ヘッド
の形状配置の実施例を夫々示す線図、第１０図および第
１１図は負帰還磁界を使用しない場合および負帰還磁界
を使用する場合における横断方向の外部磁界Ｈｖの強度
の相違により磁気抵抗素子の歪の変化を負のｄＢ単位で
夫々表わすグラフ、第１２図は負帰還磁界を交流によっ
て発生させ磁気バイアスを直流によって発生させる磁気
バイアスされる読取ヘッドを示す線図である。

１，１１，２１，６１・・・・・・磁気抵抗素子、２・
・・・・・記録媒体、３，１３，２３・・・・・・電気
巻回部、５，６５・・・・・・増幅器、１４・・・・・
・ポテンショメータ、２２・・・・・・電流源、３０，
３１・・・・・・磁束導体、３３，３５・・・・・・石
英層、３４・・・・・・電流導体、３６・・・・・・基
板、３７，３８・・・・・・接点、３９・・・・・・磁
気テープ、４０・・・・・・磁気スクリーン、５１・・
・・・・空隙、５２，１５３・・・・・・磁極片、６３
・・・・・・負帰還ワイヤ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上に強磁性金属材料のほぼ平坦な磁気抵抗素子
   を具えて肩潟、この金属材料は前記磁気抵抗素子の面内
   に磁化容易軸を有しており、前記磁気抵抗素子は対向し
   て位置する２つの端部に測定電流供給源および読取増幅
   器に対し接続を行なうための接点を備えており；さらに
   前記読取増幅器の負帰還ループに設けられた電気巻回部
   を具え、該電気巻回部は前記磁気抵抗素子に対して配置
   されており、よって前記電気巻回部を電流が通じた時該
   電気巻同部が負帰還磁界を発生しこの負帰還磁界が、検
   出されるべき磁界によって前記磁気抵抗素子中に生ずる
   磁束とは反対方向の磁束を、前記磁気抵抗素子中に生じ
   させるように構成したことを特徴とする情報表示磁界を
   検出するための磁気読取ヘッド。 ２ 前記電気巻回部は前記負帰還磁界が専ら交流磁界成
   分を含むような電流を前記巻回部を経て流通せしめる回
   路に接続させてあり、前記交流磁界成分は前記読取増幅
   器の出力信号を表示することを特徴とする特許請求の範
   囲１記載の磁気読取ヘッド。 ３ 前記回路は前記負帰還磁界が直流磁界成分を含むよ
   うな電流を前記電気巻回部を経て流通せしめ、前記直流
   磁界成分は前記磁気抵抗素子に対してバイアス磁界を供
   給することを特徴とする特許請求の範囲２記載の磁気読
   取ヘッド。 ４ 前記回路は前記バイアス磁界の誤った極性による不
   安定性を妨げる手段を具えていることを特徴とする特許
   請求の範囲３記載の磁気読取ヘッド。 ５ 前記磁気抵抗素子は所定の強さの情報表示磁界を検
   出するための最大感度を有していることを特徴とする特
   許請求の範囲１〜４のいずれか一つに記載の磁気読取ヘ
   ッド。