(57)【要約】【課題】  構造が非常に簡単であり、大幅な小型化及び高感度の加速度検出が可能な加速度センサを提供する。【解決手段】  ハウジング部材と、このハウジング部材に取り付けられており、少なくとも検出すべき加速度の方向に自由度を有するばね部材と、ばね部材に固着された磁界発生錘部材と、磁界発生錘部材に対向してハウジング部材に取り付けられている少なくとも１つの磁界検出センサとを備えており、各磁界検出センサが磁化固定層及び磁化自由層を含む少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子を備えており、加速度が印加されていない時の磁界発生錘部材の磁界発生方向が少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子の積層面と垂直な方向である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング部材と、該ハウジング部材に取り付けられており、少なくとも検出すべき加速度の方向に自由度を有するばね部材と、該ばね部材に固着された磁界発生錘部材と、該磁界発生錘部材に対向して前記ハウジング部材に取り付けられている少なくとも１つの磁界検出センサとを備えており、該各磁界検出センサが磁化固定層及び磁化自由層を含む少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子を備えており、加速度が印加されていない時の前記磁界発生錘部材の磁界発生方向が前記少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子の積層面と垂直な方向であることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記ばね部材が、少なくとも２つの軸回転方向に自由度を有していることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記ばね部材が、捩れ動作が可能な少なくとも２つの支持アーム部と、該２つの支持アーム部によって支持されており前記磁界発生錘部材が固着されている可動部とを有していることを特徴とする請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記少なくとも２つの支持アーム部が、１軸に沿って延在しており、各々の一端が前記ハウジング部材に固定され他端が前記可動部に結合している２つの支持アームからなることを特徴とする請求項３に記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記少なくとも２つの支持アーム部が、互いに直交する２軸に沿ってそれぞれ延在しており、各々の一端が前記ハウジング部材に固定され他端が前記可動部に結合している４つの支持アームからなることを特徴とする請求項３に記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記ばね部材が、前記少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子の積層面と平行に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項７】
前記ばね部材が、前記少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子の積層面と垂直に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項８】
前記磁界発生錘部材が、印加される加速度を回転モーメントに変化させるべく前記ばね部材の一方の面に固着されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項９】
前記磁界発生錘部材が、永久磁石であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの磁界検出センサが単一の磁界検出センサであり、該磁界検出センサが検出すべき加速度の方向と平行な方向に磁化固定された少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子を備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの磁界検出センサが複数の磁界検出センサであり、該複数の磁界検出センサの各々が検出すべき加速度の方向と平行な方向に磁化固定された少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子を備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項１２】
前記複数の磁界検出センサの多層構造磁気抵抗効果素子が検出すべき加速度の方向と平行でかつ向きが逆方向にそれぞれ磁化固定されていることを特徴とする請求項１１に記載の加速度センサ。
【請求項１３】
前記複数の磁界検出センサが少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子をそれぞれ備えた２つの磁界検出センサであり、該２つの磁界検出センサの多層構造磁気抵抗効果素子が互いに直交する方向にそれぞれ磁化固定されていることを特徴とする請求項１１に記載の加速度センサ。
【請求項１４】
前記各磁界検出センサが、前記積層面内において磁化固定方向と垂直方向に延在する直線部分を有する単一の多層構造磁気抵抗効果素子を備えていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項１５】
前記各磁界検出センサが、各々が前記積層面内において磁化固定方向と垂直方向に延在する直線部分を有する複数の多層構造磁気抵抗効果素子を備えており、該複数の多層構造磁気抵抗効果素子が互いに直列接続されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項１６】
前記各多層構造磁気抵抗効果素子が、巨大磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果（ＭＲ）素子を用いた加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば携帯型パソコン等の携帯機器に組み込まれる磁気ディスクドライブ装置（例えば、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）装置）の中には、ＨＤＤ装置の落下によるデータ損傷を防ぐために、落下衝撃時に書込み等の電流を直ちに遮断するための信号を発生する衝撃センサが取り付けられているものがある。
【０００３】
衝撃センサは、ある程度の衝撃が印加されたか否かを単に検知するためのものであり、落下衝撃による書込み損傷はある程度防止できるが、衝撃によって磁気ヘッドが磁気記録媒体に衝突し、媒体面の損傷、磁気ヘッドの破損等は防止することができない。
【０００４】
データ損傷の確実な防止、磁気ヘッド及び磁気記録媒体の損傷防止を行なうためには、衝撃が生じる前である落下した瞬間を検知して、磁気ヘッドを磁気記録媒体面から退避させることが必要となる。このような落下は、重力加速度の変化として検知することができる。
【０００５】
重力加速度のわずかな変化を検知するための加速度センサとして、錘をばねによって支え、そのばね圧電素子を貼り付けて錘からばねに印加される力の変化を検知する圧電素子型加速度センサが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
重力加速度の変化を錘の微小変位で検知する加速度センサとして、対向する可動電極と固定電極間の距離の加速度による変化をこれらの静電容量の変化として検出する静電容量型加速度センサも知られている（例えば、特許文献２）。
【０００７】
このような圧電素子型加速度センサや静電容量型加速度センサは、いずれも、ばね自体に、又はばねに取り付けた錘若しくはその近傍に信号を取り出すための電極を設ける必要があるため、配線の引き回しで構造が非常に複雑になる。また、小型化したばねや錘に微小配線を施すことは、過重な衝撃が印加された際に破損を招き、ばねの変位を妨げるので感度を向上する際の障害となっている。この傾向は、加速度センサ全体の小型化を図るほど顕著となる。
【０００８】
従来の圧電素子型加速度センサや静電容量型加速度センサの上述したような不都合を解消できる加速度センサとして、三次元の自由度を持つ振動子に、Ｚ軸上に軸線を含ませた質点の磁性体を取り付け、Ｘ軸及びＹ軸の上であって座標軸の原点周りの同心円上にそれぞれ中心を持つ４個以上のＭＲ素子による検出素子を配置し、磁性体からの磁界強度の変化をＸ軸上の２個のＭＲ検出素子の出力電圧の相対差によりＸ軸方向の、Ｙ軸上の２個のＭＲ検出素子の出力電圧の相対差によりＹ軸方向の、及び全てのＭＲ検出素子の出力電圧の総和によりＺ軸方向の加速度をそれぞれ検出する加速度センサが提案されている（例えば、特許文献３）。
【０００９】
【特許文献１】特許第２７３２２８７号公報
【特許文献２】特許第２５８６４０６号公報
【特許文献３】特開平１１−３５２１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献３に記載された加速度センサによると、ばねや錘の部分に電極が不要であるため、その意味からは構造が簡単になる。しかしながら、磁界検出素子として、ＭＲ層が単層構造の異方性ＭＲ（ＡＭＲ）素子を用いているため、１軸方向の加速度を検知するために最低２つの検出素子が必要となり、検出素子数が多くなるから小型化が非常に難しく、また、多数の検出素子と配線を行なうことから配線構造が複雑となる。さらに、ＡＭＲ素子を用いているので磁気検出感度をさほど高くすることができず、従って、高感度の加速度検出を行なうことが難しい。
【００１１】
従って本発明の目的は、構造が非常に簡単であり、大幅な小型化が可能な加速度センサを提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、構造が簡単であるにもかかわらず、高感度の加速度検出を行なうことができる加速度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、ハウジング部材と、このハウジング部材に取り付けられており、少なくとも検出すべき加速度の方向に自由度を有するばね部材と、ばね部材に固着された磁界発生錘部材と、磁界発生錘部材に対向してハウジング部材に取り付けられている少なくとも１つの磁界検出センサとを備えており、各磁界検出センサが磁化固定層及び磁化自由層を含む少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子を備えており、加速度が印加されていない時の磁界発生錘部材の磁界発生方向が少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子の積層面と垂直な方向である加速度センサが提供される。
【００１４】
ばね部材に固着された磁界発生錘部材から、多層構造ＭＲ素子の積層面と垂直にバイアス磁界をかけておき、印加される加速度による回転モーメントとばね部材の主に捩りによる反発力との釣り合いによって生じる磁界発生錘部材の傾きを磁化自由層方向の磁化ベクトル強度として高感度に検知している。このように、磁界検出センサとして磁化固定層及び磁化自由層を含む多層構造ＭＲ素子、例えば、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子又はトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子を用いて磁化ベクトル検出を行なっているので、検出したい各方向における加速度の向き及び大きさを１つの磁界検出センサで検出することができる。従って、磁界検出センサ数が低減でき構造を非常に簡単化できるから、加速度センサを大幅に小型化することができる。また、ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子は磁気検出感度が非常に高いので、高感度の加速度検出を行なうことが可能となる。
【００１５】
もちろん、ばね部材や磁界発生錘部材の部分に電極を設ける必要がないため、配線構造が簡単となる。また、磁界発生錘部材からのバイアス磁界を受けるため、外部電界及び外部磁界の影響を受けにくい。さらに、圧電素子型加速度センサや静電容量型加速度センサに比して低インピーダンスであるため、外乱の影響を受けにくいという効果も有している。
【００１６】
ばね部材が、少なくとも２つの軸回転方向に自由度を有していることが好ましい。
【００１７】
ばね部材が、捩れ動作が可能な少なくとも２つの支持アーム部と、２つの支持アーム部によって支持されており磁界発生錘部材が固着されている可動部とを有していることも好ましい。
【００１８】
この場合、少なくとも２つの支持アーム部が、１軸に沿って延在しており、各々の一端がハウジング部材に固定され他端が可動部に結合している２つの支持アームからなるか、又は互いに直交する２軸に沿ってそれぞれ延在しており、各々の一端がハウジング部材に固定され他端が可動部に結合している４つの支持アームからなることがより好ましい。
【００１９】
ばね部材が、少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子の積層面と平行に配置されているか、又は少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子の積層面と垂直に配置されていることも好ましい。
【００２０】
磁界発生錘部材が、印加される加速度を回転モーメントに変化させるべくばね部材の一方の面に固着されていることが好ましい。
【００２１】
この磁界発生錘部材が、永久磁石であることも好ましい。
【００２２】
少なくとも１つの磁界検出センサが単一の磁界検出センサであり、磁界検出センサが検出すべき加速度の方向と平行な方向に磁化固定された少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子を備えていることが好ましい。
【００２３】
少なくとも１つの磁界検出センサが複数の磁界検出センサであり、複数の磁界検出センサの各々が検出すべき加速度の方向と平行な方向に磁化固定された少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子を備えていることも好ましい。この場合、複数の磁界検出センサの多層構造ＭＲ素子が検出すべき加速度の方向と平行でかつ向きが逆方向にそれぞれ磁化固定されていることがより好ましい。また、この場合、複数の磁界検出センサが、少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子をそれぞれ備えた２つの磁界検出センサであり、２つの磁界検出センサの多層構造ＭＲ素子が、互いに直交する方向にそれぞれ磁化固定されていることがより好ましい。
【００２４】
各磁界検出センサが、積層面内において磁化固定方向と垂直方向に延在する直線部分を有する単一の多層構造ＭＲ素子を備えていることが好ましい。
【００２５】
各磁界検出センサが、各々が積層面内において磁化固定方向と垂直方向に延在する直線部分を有する複数の多層構造ＭＲ素子を備えており、これら複数の多層構造ＭＲ素子が互いに直列接続されていることも好ましい。
【００２６】
各多層構造ＭＲ素子が、ＧＭＲ素子であることも好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、磁界検出センサ数が低減でき構造を非常に簡単化できるから、加速度センサを大幅に小型化することができ、また、ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子は磁気検出感度が非常に高いので、高感度の加速度検出を行なうことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は本発明の一実施形態として、加速度センサの全体構成を概略的に示す（Ａ）分解斜視図及び（Ｂ）斜視図であり、図２は本実施形態におけるばね部材の構成を詳細に示す斜視図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態における加速度センサは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の加速度を検出するためのものであり、ハウジング部材１０内にばね部材１１、磁界発生及び錘兼用の永久磁石１２及び２つの磁界検出センサチップ１３及び１４を収納するように構成されている。
【００３０】
ハウジング部材１０は、角筒形状の本体１０ａの両側の開口部を平板形状のベース１０ｂ及び平板形状のカバー１０ｃで覆い、密封するように構成されている。
【００３１】
ベース１０ｂ上には、Ｘ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ１３と、Ｙ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ１４とが装着されており、これら磁界検出センサチップ１３及び１４の端子電極１３ｂ及び１３ｃ並びに１４ｂ及び１４ｃにそれぞれワイヤボンディングされた接続パッド１０ｄ及び１０ｅ並びに１０ｆ及び１０ｇが形成されている。
【００３２】
これら接続パッド１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ及び１０ｇは、ハウジング部材１０の外面に形成される外部端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄにそれぞれ接続されている。
【００３３】
Ｘ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ１３には、Ｘ軸方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に延在する直線部分を有する複数のスピンバルブＧＭＲ素子１３ａが互いに平行に形成されており、これら複数のスピンバルブＧＭＲ素子１３ａは互いに直列接続されてその両端が端子電極１３ｂ及び１３ｃにそれぞれ接続されている。
【００３４】
スピンバルブＧＭＲ素子１３ａは、基本的には、反強磁性材料によるピン層及び強磁性材料によるピンド層からなる磁化固定層と、非磁性中間層と、強磁性材料による磁化自由層（フリー層）とを積層した多層構造を有しており、フリー層の延在方向と垂直な方向に磁化固定されている。即ち、Ｘ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ１３においては、Ｘ軸方向に磁化固定されている。
【００３５】
Ｙ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ１４には、Ｙ軸方向と垂直な方向（Ｘ軸方向）に延在する直線部分を有する複数のスピンバルブＧＭＲ素子１４ａが互いに平行に形成されており、これら複数のスピンバルブＧＭＲ素子１４ａは互いに直列接続されてその両端が端子電極１４ｂ及び１４ｃにそれぞれ接続されている。このＹ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ１４における磁化固定方向は、Ｙ軸方向である。
【００３６】
なお、本実施形態では、磁界検出センサチップ１３及び１４が複数のスピンバルブＧＭＲ素子１３ａ及び１４ａをそれぞれ備えているが、各センサチップが単一のスピンバルブＧＭＲ素子を備えていても良い。その場合、複数の直線部分を含む葛折り形状としても良い。
【００３７】
ばね部材１１は、例えばＮｉＦｅやＮｉ等による薄膜金属板か、ステンレス鋼等の薄板か、又はポリイミド等による薄い樹脂板を、本実施形態では、図２に示すように形状加工することによって形成されている。即ち、ハウジング部材１０の本体１０ａ及びカバー１０ｃ間で固定される角形の外枠部１１ａと、この外枠部１１ａの各辺の中央に一端が一体的に連結されており捩れ動作が可能なそれぞれがストリップ形状の４つの支持アーム部１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅと、中央部に位置しており支持アーム部１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅの他端に一体的に連結された可動部１１ｆとを備えるように形成する。これにより、ばね部材１１は、４方から可動部１１ｆが引っ張られる４点引っ張りばねを構成している。支持アーム部１１ｂ及び１１ｄと支持アーム部１１ｃ及び１１ｅとは互いに直交するＸ軸及びＹ軸にそれぞれ沿って延在している。なお、可動部１１ｆは図では円形であるが、矩形であってもその他の形状であっても良い。
【００３８】
磁界発生及び錘兼用の永久磁石１２は、磁界検出センサチップ１３及び１４に対向するようにばね部材１１の可動部１１ｆの一方の面上の中心位置に固着されており、加速度が印加されていない際に、スピンバルブＧＭＲ素子１３ａの積層面と垂直な方向の磁界（バイアス磁界）が発生するように着磁されている。なお、永久磁石１２の形状は図では直方体であるが円柱形状であってもその他の形状であっても良い。
【００３９】
図３は、本実施形態における加速度センサの動作を説明するための図である。
【００４０】
同図に示すように、ばね部材１１のピボット中心位置ＰＣ１１と、永久磁石１２の重心位置ＷＣ１２とは互いにずれており、従って、横方向、例えばＸ軸方向から加速度Ｆが印加されると、この加速度Ｆは支持アーム部１１ｃ及び１１ｅを軸とする回転モーメントに変換される。
【００４１】
この回転モーメントは、支持アーム部１１ｃ及び１１ｅの捩りによる反発力と支持アーム部１１ｂ及び１１ｄの曲げ及び伸びによる反発力とによって、釣り合い、これによって永久磁石１２はＸ軸に対してある微小角度θだけ傾き、従ってバイアス磁界がスピンバルブＧＭＲ素子の積層面と垂直な方向からＸ軸方向に微小角度θだけ変化する。ただし、捩りによる反発力が支配的である。
【００４２】
Ｘ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ１３のスピンバルブＧＭＲ素子は、Ｘ軸方向に磁化固定されているので、バイアス磁界のこの微小角度θの変化に非常に敏感に反応してそのＭＲ抵抗を急激に変化させる。
【００４３】
図４はスピンバルブＧＭＲ素子の積層面への印加磁界角度に対するＭＲ抵抗変化特性を表す図である。同図において、横軸は印加磁界のフリー層の延在方向（磁化固定方向と垂直な方向）となす角度（°）、縦軸はＭＲ抵抗（Ω）をそれぞれ表している。
【００４４】
同図から分かるように、ＭＲ抵抗はバイアス磁界が９０°近傍で僅かに変化しても大きく変化する。バイアス磁界のＸ軸方向への微小角度θの変化は９０±θであるから、永久磁石１２の僅かな傾きが抵抗変化として取り出され、しかも、磁化ベクトルとして、大きさのみならずその正負の方向も取り出せることとなる。Ｙ軸方向の加速度についても、磁界検出センサチップ１４によって同様に検出される。
【００４５】
その結果、検出したい各方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）における加速度の向き及び大きさをそれぞれ１つの磁界検出センサ１３、１４で検出することができる。従って、磁界検出センサ数が低減でき構造を非常に簡単化できるから、加速度センサ全体を大幅に小型化することができる。また、スピンバルブＧＭＲ素子は磁気検出感度が非常に高いので、高感度の加速度検出を行なうことが可能となる。
【００４６】
本実施形態によれば、さらに、ばね部材１１や永久磁石１２の部分に電極を設ける必要がないため、配線構造が簡単となる。また、永久磁石１２からのバイアス磁界を受けるため、外部電界及び外部磁界の影響を受けにくい。さらに、圧電素子型加速度センサや静電容量型加速度センサに比して低インピーダンスであるため、外乱の影響も受けにくい。
【００４７】
なお、非常に強い外力が印加された場合、ばね部材１１にかなりの応力が印加されるが、ばね部材１１とハウジング部材１０との隙間を小さく（例えば約０．１ｍｍ）しておくことにより、ハウジング部材１０をリミッタとして利用しばねの伸び限界を超えさせずにばね切れを防止することが可能となる。
【００４８】
単なる一例であるが、ばね部材１１をＮｉＦｅやＮｉ等による薄膜金属板とした場合、その厚さは約４μｍ、支持アーム部の幅は約１２μｍ程度となる。この時、永久磁石１２の傾きθは約０．２〜１．０°程度であり、１Ｇの加速度が印加された場合に数ｍＶの出力を得ることができる。
【００４９】
図５は本発明の他の実施形態として、加速度センサの全体構成を概略的に示す（Ａ）分解斜視図及び（Ｂ）斜視図である。
【００５０】
図５に示すように、本実施形態における加速度センサは、Ｚ軸方向の加速度を検出するためのものであり、ハウジング部材５０内にばね部材５１、磁界発生及び錘兼用の永久磁石５２及び１つの磁界検出センサチップ５３を収納するように構成されている。
【００５１】
ハウジング部材５０は、断面がコ字形状のカバー５０ａの下側の開口部を平板形状のベース５０ｂで覆い、さらに横側の開口部を平板形状の側面カバー５０ｃ及び５０ｄで覆い、密封するように構成されている。
【００５２】
ベース５０ｂ上には、Ｚ軸方向の加速度を検出するための単一の磁界検出センサチップ５３が装着されており、この磁界検出センサチップ５３の端子電極５３ｂ及び５３ｃにそれぞれワイヤボンディングされた接続パッド５０ｅ及び５０ｆが形成されている。
【００５３】
これら接続パッド５０ｅ及び５０ｆは、ハウジング部材５０の外面に形成される外部端子５５ａ及び５５ｂにそれぞれ接続されている。
【００５４】
Ｚ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ５３には、このＺ軸方向と垂直な方向に延在する直線部分を有する複数のスピンバルブＧＭＲ素子５３ａが互いに平行に形成されており、これら複数のスピンバルブＧＭＲ素子５３ａは互いに直列接続されてその両端が端子電極５３ｂ及び５３ｃにそれぞれ接続されている。
【００５５】
スピンバルブＧＭＲ素子５３ａは、基本的には、反強磁性材料によるピン層及び強磁性材料によるピンド層からなる磁化固定層と、非磁性中間層と、強磁性材料による磁化自由層（フリー層）とを積層した多層構造を有しており、フリー層の延在方向と垂直な方向に磁化固定されている。即ち、Ｚ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ５３においては、Ｚ軸方向に磁化固定されている。
【００５６】
なお、本実施形態では、磁界検出センサチップ５３が複数のスピンバルブＧＭＲ素子５３ａをそれぞれ備えているが、単一のスピンバルブＧＭＲ素子を備えていても良い。その場合、複数の直線部分を含む葛折り形状としても良い。
【００５７】
ばね部材５１は、例えばＮｉＦｅやＮｉ等による薄膜金属板か、ステンレス鋼等の薄板か、又はポリイミド等による薄い樹脂板を、本実施形態では、図５に示すように形状加工することによって形成されている。即ち、ハウジング部材５０のカバー５０ａ及び側面カバー５０ｃ間で固定される角形の外枠部５１ａと、この外枠部５１ａの各辺の中央に一端が一体的に連結されており捩れ動作が可能なそれぞれがストリップ形状の４つの支持アーム部５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ及び５１ｅと、中央部に位置しており支持アーム部５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ及び５１ｅの他端に一体的に連結された可動部５１ｆとを備えるように形成する。これにより、ばね部材５１は、４方から可動部５１ｆが引っ張られる４点引っ張りばねを構成している。支持アーム部５１ｂ及び５１ｄと支持アーム部５１ｃ及び５１ｅとはＺ軸とこれに直交する軸にそれぞれ沿って延在している。なお、可動部５１ｆは図では六角形であるが、円形であっても矩形であってもその他の形状であっても良い。
【００５８】
磁界発生及び錘兼用の永久磁石５２は、磁界検出センサチップ５３に対向するようにばね部材５１の可動部５１ｆの一方の面上の中心位置に固着されており、加速度が印加されていない際に、スピンバルブＧＭＲ素子の積層面と垂直な方向の磁界（バイアス磁界）が発生するように着磁されている。なお、永久磁石５２の形状は図では直方体であるがその他の形状であっても良い。
【００５９】
図１の実施形態の場合と同様に、本実施形態における加速度センサにおいても、ばね部材５１のピボット中心位置と、永久磁石５２の重心位置とは互いにずれており、従って、Ｚ軸方向から加速度が印加されると、この加速度は支持アーム部５１ｃ及び５１ｅを軸とする回転モーメントに変換される。
【００６０】
この回転モーメントは、支持アーム部５１ｃ及び５１ｅの捩りによる反発力と支持アーム部５１ｂ及び５１ｄの曲げ及び伸びによる反発力とによって、釣り合い、これによって永久磁石５２はＺ軸に対してある微小角度だけ傾き、従ってバイアス磁界がスピンバルブＧＭＲ素子の積層面と垂直な方向からＺ軸方向にこの微小角度だけ変化する。ただし、捩りによる反発力が支配的である。
【００６１】
Ｚ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ５３のスピンバルブＧＭＲ素子は、Ｚ軸方向に磁化固定されているので、バイアス磁界のこの微小角度の変化に非常に敏感に反応してそのＭＲ抵抗を急激に変化させる。
【００６２】
図４に関連して説明したように、ＭＲ抵抗はバイアス磁界が９０°近傍で僅かに変化しても大きく変化する。従って、永久磁石５２の僅かな傾きが抵抗変化として取り出され、しかも、磁化ベクトルとして、大きさのみならずその正負の方向も取り出せることとなる。
【００６３】
その結果、検出したいＺ軸方向における加速度の向き及び大きさをこの磁界検出センサ５３で検出することができる。従って、磁界検出センサ数が低減でき構造を非常に簡単化できるから、加速度センサ全体を大幅に小型化することができる。また、スピンバルブＧＭＲ素子は磁気検出感度が非常に高いので、高感度の加速度検出を行なうことが可能となる。
【００６４】
本実施形態によれば、さらに、ばね部材５１や永久磁石５２の部分に電極を設ける必要がないため、配線構造が簡単となる。また、永久磁石５２からのバイアス磁界を受けるため、外部電界及び外部磁界の影響を受けにくい。さらに、圧電素子型加速度センサや静電容量型加速度センサに比して低インピーダンスであるため、外乱の影響も受けにくい。
【００６５】
図６はばね部材の一変更態様における構成を詳細に示す斜視図である。
【００６６】
ばね部材の形状としては、種々のものが適用可能であるが、この変更態様におけるばね部材６１は、ハウジング部材に固定される角形の外枠部６１ａと、この外枠部６１ａの２つの辺の中央に一端が一体的に連結されており捩れ動作が可能なストリップ形状の２つの第１の支持アーム部６１ｂ及び６１ｃと、第１の支持アーム部６１ｂ及び６１ｃの他端に一体的に連結された第１の環状可動部６１ｄと、第１の支持アーム部６１ｂ及び６１ｃと直交する方向に延在しており一端が第１の環状可動部６１ｄに一体的に連結されており捩れ動作が可能なストリップ形状の２つの第２の支持アーム部６１ｅ及び６１ｆと、第２の支持アーム部６１ｅ及び６１ｆの他端に一体的に連結された第２の環状可動部６１ｇと、第２の支持アーム部６１ｅ及び６１ｆと直交する方向に延在しており一端が第２の環状可動部６１ｇに一体的に連結されており捩れ動作が可能なストリップ形状の２つの第３の支持アーム部６１ｈ及び６１ｉと、第３の支持アーム部６１ｈ及び６１ｉの他端に一体的に連結された円形の可動部６１ｊとを備えるように形成されている。これにより、ばね部材６１は、前述の４点引っ張りばねと同様の機能を有することとなる。第１の支持アーム部６１ｂ及び６１ｄ並びに第３の支持アーム部６１ｈ及び６１ｉと第２の支持アーム部６１ｅ及び６１ｆとは互いに直交するＸ軸（Ｚ軸）及びＹ軸にそれぞれ沿って延在している。
【００６７】
なお、上述の実施形態では、検出すべき加速度の方向、例えばＸ軸方向、について、その方向と平行に磁化固定されている単一の磁界検出センサを用いているが、同方向に磁化固定されている複数の磁界検出センサを用いても良いことは明らかである。ただし、その場合、全体の小型化はその分犠牲となる。また、その方向と平行でかつ向きが逆方向にそれぞれ磁化固定されている複数の磁界検出センサを直列接続すれば、差動出力構成となって、出力を倍増することができる。
【００６８】
上述した実施形態では、磁界検出センサとしてスピンバルブＧＭＲ素子を用いているが、その代わりにＴＭＲ素子を用いても良いことは明らかである。
【００６９】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施形態として、加速度センサの全体構成を概略的に示す分解斜視図及び斜視図である。
【図２】図１の実施形態におけるばね部材の構成を詳細に示す斜視図である。
【図３】図１の実施形態における加速度センサの動作を説明するための図である。
【図４】スピンバルブＧＭＲ素子の積層面への印加磁界角度に対するＭＲ抵抗変化特性を表す図である。
【図５】本発明の他の実施形態として、加速度センサの全体構成を概略的に示す分解斜視図及び斜視図である。
【図６】ばね部材の一変更態様における構成を詳細に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０、５０  ハウジング部材
１０ａ  本体
１０ｂ、５０ｂ  ベース
１０ｃ、５０ａ  カバー
１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、５０ｅ、５０ｆ  接続パッド
１１、５１、６１  ばね部材
１１ａ、５１ａ、６１ａ  外枠部
１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ  支持アーム部
１１ｆ、５１ｆ  可動部
１２、５２  永久磁石
１３、１４、５３  磁界検出センサチップ
１３ａ、１４ａ、５３ａ  スピンバルブＧＭＲ素子
１３ｂ、１３ｃ、１４ｂ、１４ｃ、５３ｂ、５３ｃ  端子電極
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、５５ａ、５５ｂ  外部端子
５０ｃ、５０ｄ  側面カバー
６１ｂ、６１ｃ  第１の支持アーム部
６１ｄ  第１の環状可動部
６１ｅ、６１ｆ  第２の支持アーム部
６１ｇ  第２の環状可動部
６１ｈ、６１ｉ  第３の支持アーム部
６１ｊ  円形可動部
【図１】
2006145329.tif 000003
【図２】
2006145329.tif 000004
【図３】
2006145329.tif 000005
【図４】
2006145329.tif 000006
【図５】
2006145329.tif 000007
【図６】
2006145329.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成17年8月22日(2005.8.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
重力加速度のわずかな変化を検知するための加速度センサとして、錘をばねによって支え、そのばねに圧電素子を貼り付けて錘からばねに印加される力の変化を検知する圧電素子型加速度センサが知られている（例えば、特許文献１）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
Ｚ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ５３には、このＺ軸方向と垂直なＸ軸方向に延在する直線部分を有する複数のスピンバルブＧＭＲ素子５３ａが互いに平行に形成されており、これら複数のスピンバルブＧＭＲ素子５３ａは互いに直列接続されてその両端が端子電極５３ｂ及び５３ｃにそれぞれ接続されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
スピンバルブＧＭＲ素子５３ａは、基本的には、反強磁性材料によるピン層及び強磁性材料によるピンド層からなる磁化固定層と、非磁性中間層と、強磁性材料による磁化自由層（フリー層）とを積層した多層構造を有しており、フリー層の延在方向と垂直な方向に磁化固定されている。即ち、Ｚ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ５３においては、Ｙ軸方向に磁化固定されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
この回転モーメントは、支持アーム部５１ｃ及び５１ｅの捩りによる反発力と支持アーム部５１ｂ及び５１ｄの曲げ及び伸びによる反発力とによって、釣り合い、これによって永久磁石５２はＺ軸に対してある微小角度だけ傾き、従ってバイアス磁界がスピンバルブＧＭＲ素子の積層面と垂直な方向からＹ軸方向にこの微小角度だけ変化する。ただし、捩りによる反発力が支配的である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
Ｚ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ５３のスピンバルブＧＭＲ素子は、Ｙ軸方向に磁化固定されているので、バイアス磁界のこの微小角度の変化に非常に敏感に反応してそのＭＲ抵抗を急激に変化させる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2006145329.tif 000009