JPS6360326B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は磁気スケール、特に高密度磁気スケー
ルの信号読取に好適な磁気ヘツドの改良に関する
ものである。

強磁性金属薄膜から成る異方性磁気抵抗効果素
子は磁界の方向変化を検出しうる機能を有するこ
とは周知の通りである。また上記異方性磁気抵抗
効果素子を所定ピツチの磁気目盛（磁気格子）が
施されている磁気スケールの読取用手段（磁気ヘ
ツド）として、該素子の各構成要素を単位として
磁気スケールの位相（磁気格子）に対応して配
列、形成することもすでに提案されている（以上
に関しては例えば特公昭57−5067、実開昭50−
133117号等参照のこと）。

而して上記した異方性磁気抵抗効果素子は磁気
ヒステリシスの影響を回避するために150エルス
テツド以上の飽和磁界を必要とするが、該素子を
磁気スケールの読取用ヘツドとして使用する場合
には前記飽和磁界を磁気スケールの漏洩磁界から
得なければならないため、磁気ヘツドの構成素子
の寸法を考慮して、磁気スケールは１mm程度以上
の磁気目盛ピツチのものを用いなければならな
い。そこで例えば磁気スケールのピツチを２mmと
して磁気ヘツドを形成すれば、有好な磁気スケー
ル信号の検出を行いうるが、磁気ヘツドの出力変
化（抵抗変化率）を大きくするために、また磁気
スケールに対する磁気ヘツドの相対変位の方向弁
別機能をもたせるために、磁気ヘツドの寸法が50
mm程度と大きくなり、しかし該磁気ヘツドによる
検出信号の内挿を必要とするので、高価かつ構成
が複雑となるのは避け難い。

本発明はかかる事由に鑑みてなされたもので、
以下図面に示す実施例を参照して説明する。

第１図に示す実施例において、１は磁気スケー
ルで、非磁性材から成る基板２上に形成された磁
性薄膜３に記録された所定ピツチλの磁気格子４
を有する。５は強磁性金属薄膜から成る異方性磁
気抵抗効果素子で、一定のクリアランス△を以つ
て磁気スケール１上に移動可能に保持される。強
磁性金属薄膜から成る異方性磁気抵抗効果素子か
ら成る従来の磁気ヘツドが短波長（短い磁気格子
ピツチ）の磁気スケール信号磁界を検出できなか
つた理由は上記素子の構成要素を単位として磁気
格子の位相に対応させ、しかも磁気格子面に対し
て上記素子面を垂直に配設し、その面内磁場の方
向変化に直接的に感応させるようにしていたの
で、スケールとヘツドとの相対移動により磁気に
周期的に記録された信号磁界は素子面内で方向を
変えることになり、短い磁気格子ピツチでは空間
の信号磁界が弱くてこの信号磁界を検出できない
ことによる。

そこで本実施例では磁気スケール信号の検出感
度を高めて磁気格子４のピツチを小さくし、検出
信号の内挿を少なくし得るようにするために、図
示の如く前記異方性磁気抵抗効果素子５の各構成
要素を形成する電流通路６が磁気格子４の各位相
に対応してじぐざぐに配置されるように構成す
る。ただし、磁気格子４のピツチが小さくなる
と、該磁気格子からの漏洩磁界の広がりも激減
し、磁気抵抗素子５の構成要素を飽和し得なくな
り、そのままでは前述した磁気ヒステリシスの生
起が問題となる。そこで各電流通路６に対して図
示のように高透磁性薄膜から成る磁路部材７を配
設し、各磁気格子との間で閉磁路を形成するよう
にしてある。このように構成すると第６図に示す
ように磁路部材７が磁気格子４からの漏洩磁束を
誘導することにより電流通路６を充分な飽和磁界
に置くことができる。かくして強磁性金属薄膜か
ら成る磁気抵抗素子５と高透磁性薄膜から成る磁
路部材７とで磁気ヘツドが構成される。

次に第２図の実施例の動作原理を簡単に説明す
ると、電気抵抗の異方性効果とは、その磁化方向
と電流方向のなす角度によつて、抵抗が異方的に
変化する、よく知られた物理現象である。ここで
磁化方向とは外部印加磁界の方向を言うのではな
く、強磁性体内の磁化の方向を意味する。

因みに、一般の強磁性合金にあつては、電流と
磁化の方向が平行になつた時が抵抗最大で、直交
した時が最小になり、その抵抗値ρ（θ）は、 ρ（θ）＝ρ⊥sin²θ＋ρcos²θ ……(1) θ：磁化の方向と電流のなす角度 ρ⊥：磁化の方向と電流のなす方向が直交した時
の抵抗 ρ：磁化の方向と電流のなす方向が平行の時の
抵抗 の関係で表わされることが、従来より公知であ
る。また、(1)式は次のように書き改めることがで
きる。

ρ（θ）＝ρ₀−△ρsin²θ ……(2) ρ₀：無磁界時の抵抗値＝ρ） △ρ：磁化が困難軸方向を向いた時の抵抗変化量
（＝ρ−ρ⊥） ストライプ状の強磁性体薄膜において外部磁界
が印加されていないとき、または非常に弱いと
き、強磁性体薄膜中の自発磁化は磁化容易軸（電
流方向）に揃つているが、これに外部磁界が容易
軸方向と直交する方向に印加されると、磁化は外
部磁界の強さに応じて内面で回転し、その磁化の
回転に伴い強磁性体薄膜の抵抗値が変化する。

この場合、外部磁界Ｈにより磁化の回転方向
は、sinθ＝Ｈ／κ₁H_Sの関係を有し、抵抗値ρは、 ρ₀＝ρ₀−△ρ（Ｈ／κ₁H_S）² ……(3) で表わされるが、周囲的に記録された外部磁界Ｈ
＝κ₂H_Ssinθγ（θγ：磁気目盛ピツチを周期とする
磁場角度）にあつては、(3)式の抵抗値は、 ρ＝ρ₀−△ρ・κ₃sin²θγ ……(4) κ_i：いずれも定数０＜κ_i＜１ H_s：強磁性体薄膜の飽和磁界 で表わされるものとなる。

今、前述の強磁性体薄膜から成る異方性磁気抵
抗効果素子を用いて、第３図に示す如く第１及び
第２の電流通路が周期的に記録された磁気信号の
波長λに対して、所定間隔略１／２（ｎ＋１／２）
λを隔てて、略平行となる如く配設し、該電流通
路の接続部に出力端子を設けたものとする（ｎ＝
０とすれば、両素子の間隔はλ／４）。

この素子の第１及び第２の電流通路となる強磁
性体薄膜エレメントの抵抗値ρ₁及びρ₂は、磁界の
強さの変化に感応させても、或いは磁界の方向変
化に感応させても、いずれの場合も位相角の90゜
ずれた周期磁界が印加されて(4)式或いは(5)式の関
係から、 ρ₁＝ρ₀−△ρsin²θ ρ₂＝ρ₀−△ρsin²（90゜＋θ） ……(6) で表わされ、その中点出力△Ｖは、 △Ｖ≒V_B／２−△ρ・V_Bcos2θ／4ρ₀ ……(7) となる。

即ち、いずれの場合にもその出力信号は信号磁
界の倍周波の信号として得られ、当該異方性磁気
抵抗効果素子の作用効果として同じである。

また、(6)式より ρ₁＋ρ₂＝2ρ₀−△ρ ……(8) の関係があり、信号磁界の如何に拘らず、上記素
子の全抵抗値が常に一定となる作用効果も同じで
ある。

まず、第１図に示されるような磁気格子に対す
る磁路部材の配置では、第６図から明らかなよう
に磁気格子の信号磁束φはその多くが磁路部材を
還流する。そして信号磁束φの何割かは隣接する
磁路部材へ漏洩する。

この漏洩磁界Ｈは磁気抵抗効果素子の電流通路
（即ちその電流方向）と略直角方向に印加されて、
電流通路の自発磁化は漏洩磁界の方向へ磁化の向
きを変え、該磁化回転角度に応じて電流通路の抵
抗値が変化する。

第１図に関して、磁気格子に対する磁路部材が
λ／４（格子ピツチ：λ）ずれた配置においては、
磁気格子の信号磁束φのあと、磁路部材を還流す
る割合が少なくなり、空間漏洩の割合が多くな
る。

したがつて、Ｈも相対的に低減し、電流通路の
自発磁化はほとんど磁化の向きを変えず、電流通
路の抵抗値はほとんど変化しない。

このように、磁気格子と磁路部材／電流通路の
相対移動に伴つて、電流通路に印加される磁界
は、その方向が電流方向と略直角で、その大きさ
がλ／２の繰返し周期で変わることになり、本発
明による構成の磁気ヘツドの出力は、磁気格子の
倍周期で変化する。

第１図から明らかなように、異方性磁気抵抗効
果素子としてNi−C₀薄膜を使用する場合には、
該薄膜は１軸対称性を有するから、磁気格子４の
１ピツチに対して２回繰返し出力（倍周波出力）
が得られる。

また異方性磁気抵抗効果素子５を形成する強磁
性金属薄膜と磁路部材７を形成する高透磁性薄膜
とは一般に電気的に絶縁する必要がある。そこで
例えばガラス、グレーズトセラミツク或いはシリ
コン等の基板にNi−C₀等の強磁性薄膜を形成し
た後、SiO₂等の薄膜で磁気シールド効果の少な
い電気的絶縁層を作り、その上にパーマロイ等の
高透磁性薄膜を形成する。この場合、基板面に対
する各薄膜の積層の順序は上述と逆になつてもよ
いこと勿論である。

更に電流通路６を流れる電流ｉと磁気格子４か
ら流入する磁束φとは同一（又は逆）方向で、た
だ磁場の強さが変化するだけである。そこで上述
した磁気ヘツドによる検出出力電圧を増大させ、
その電磁変換効率を高めるために、主電流方向と
略直交する方向に永久磁石等によりバイアス磁場
を印加して異方性磁気抵抗効果素子に面内磁場変
化を与えるようにする。磁気ヘツドにおける磁場
Ｈと検出出力電圧Ｅとの関係は第２図に示すよう
になる。同図において点線はヒステリシス特性
を、上下の実線は夫々の主電流Ｉと磁場Ｈが平行
及び直交する場合の特性をあらわし、H_rは可逆
磁界、H_Sは飽和磁界、H_Bはバイアス磁界を示す。

その他、磁気ヘツドを形成する各異方性磁気抵
抗効果素子の電流通路は同一パターン形状とし、
互いに直交するように配置するのではなくて、
nλ／２±λ／４だけ離して構成し、電流方向が同一で 磁場がλ／４の位相差（磁場が直交することと等
価）を有するように配設する。また磁気ヘツドの
検出方向、即ち磁気ヘツドと磁気スケールとの相
対変位の方向の弁別のために、２相の検出出力を
得るべく異方性磁気抵抗効果素子は少なくとも２
組配設する。そしてこの種の異方性磁気抵抗効果
素子では倍周波検出出力が得られることを考慮し
て、一般に必要とされる両素子間の磁気格子位相
差はnλ／２＋λ／８とするのが好適である。

かくして本発明の磁気ヘツドは、例えば第３図
に示す如く、前述のようにして形成された２組の
異方性磁気抵抗効果素子８，９、バイアス磁石１
０から構成される。ただし同図で、１１〜１４は
電流端子、１５，１６は出力端子である。

磁気格子からの漏洩磁場を強化し、前記した閉
磁路による磁束誘導効果を高めるためには、更に
例えば第４図に示すような構成をとることにより
一層効果的である。同図において磁気スケール１
７は縦磁界記録を施した磁気格子１８と、高透磁
性材から成る基板１９とから構成される。このよ
うに磁気スケールを構成することにより、漏洩磁
場を強化することができ、一方、前記閉磁路を形
成させるための高透磁性薄膜から成る磁路部材２
０は、その後方で全てを連結する構成とすること
により、磁束誘導効果を高めている。

次に本発明の他の実施例を第５図に示す。同図
において、異方性磁気抵抗効果素子２１は比較的
高い透磁率を有する強磁性金属薄膜、例えばパー
マロイ等の薄膜から成り、該素子を構成する磁気
抵抗路２２は各々独立で、磁気スケール２３の磁
気格子２４の位相に対応して配置されることは前
述の通りであるが、非磁性導電薄膜２５で各々の
磁気抵抗路を電気的に結合する。なお２６は導磁
性材から成る基板である。本実施例では前記電流
通路の代りに上記薄膜２５を使用するだけであ
り、磁気ヘツドの構成を極めて簡略化できる。な
お、第１図及び第４図で磁気抵抗路６の両端は第
３図に示すような電流及び出力端子に接続され
る。

以上説明したように本発明によれば高密度記録
の磁気スケールの信号読取に好適な磁気ヘツドを
精密かつ簡易に形成することができると共に検出
信号の内挿が少なくて済むので検出回路の構成も
簡略化できるから、安価でしかも高精度の磁気ス
ケールを提供しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の主要部を示す概略
平面図、第２図は異方性磁気抵抗効果素子の磁場
と検出出力電圧の関係を示す曲線図、第３図は本
発明による磁気ヘツドの一構成例を示す概略斜視
図、第４図及び第５図は夫々本発明の他の実施例
の主要部を示す該略図、第６図は第１図の主要部
の概略正面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁気抵抗の異方性効果を有する強磁性薄膜に
   より形成される異方性磁気抵抗効果素子の各構成
   要素を形成する複数の電流通路が磁気スケールの
   磁気格子の各位相に対応して配置され、前記各電
   流通路を直列接続した２組の構成要素が所定の距
   離を隔てて設けられ、該要素の接続部に出力端子
   を設けると共に、上記両構成要素の夫々の他端に
   電流供給端子を設けて構成したことを特徴とする
   磁気ヘツド。 ２ 前記各電流通路に対して、この電流通路を形
   成する強磁性磁気抵抗薄膜との間に電気的絶縁層
   を介して高透磁性薄膜から成る磁路部材を配置し
   て、この磁路部材により磁気格子からの電流通路
   への磁束誘導を行うようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の磁気ヘツド。 ３ 前記電流通路が夫々独立に形成され、かつ非
   磁性導電薄膜が独立の各電流通路を電気的に接続
   するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の磁気ヘツド。 ４ 前記電流通路と略直交する方向にバイアス磁
   場を印加して、異方性磁気抵抗効果素子の面内に
   おいて磁場変化を与えるようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の磁気
   ヘツド。