(57)【要約】【課題】  小型の低残留磁束密度の磁石を用いた場合にも高感度に、高精度に、かつ温度変化に対し安定して角度スイッチング動作を行うことができる角度スイッチセンサを提供する。【解決手段】  磁化固定層及び磁化自由層を有する少なくとも１つのＭＲ素子と、この少なくとも１つのＭＲ素子の磁化固定方向を含みかつその少なくとも１つのＭＲ素子の積層面と直交する面内におけるこの少なくとも１つのＭＲ素子の積層面に対する相対的な角度が可変である磁石とを備えており、この磁石と少なくとも１つのＭＲ素子の積層面とのなす上述の角度が９０度より大きいか小さいかを表す信号を出力する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化固定層及び磁化自由層を有する少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と、該少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の磁化固定方向を含みかつ該少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の積層面と直交する面内における該少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の積層面に対する相対的な角度が可変である磁石とを備えており、前記磁石と前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の前記積層面とのなす前記角度が９０度より大きいか小さいかを表す信号を出力することを特徴とする角度スイッチセンサ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の出力端子に接続されており、該少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の出力を所定の閾値と比較することによって前記磁石と前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の積層面とのなす前記角度が９０度より大きいか小さいに応じた２値信号を出力する回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の角度スイッチセンサ。
【請求項３】
前記回路が、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の出力を所定の閾値と比較する比較回路又は差動増幅回路と、該比較回路又は差動増幅回路の出力に応じて２値信号を出力する出力回路とを含んでいることを特徴とする請求項２に記載の角度スイッチセンサ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子が、単一の磁気抵抗効果素子からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の角度スイッチセンサ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子が、互いに平行に配置されており磁化固定方向が互いに逆方向である２つの磁気抵抗効果素子からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の角度スイッチセンサ。
【請求項６】
前記２つの磁気抵抗効果素子の出力端子が互いに直列接続されており、その中点から出力が取り出されることを特徴とする請求項５に記載の角度スイッチセンサ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を固定部に配置し、前記磁石を該固定部の回りを回転する回転部に配置したことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の角度スイッチセンサ。
【請求項８】
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子が、少なくとも１つの巨大磁気抵抗効果素子又は少なくとも１つのトンネル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７のいずれか１項に記載の角度スイッチセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果（ＭＲ）素子を利用した角度スイッチセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁石等からの磁束に感応して回転角度を検出するセンサとして、印加される磁束密度に応じた出力を発生するホール素子を用いた角度センサが知られている（例えば、特許文献１〜３）。これらの角度センサは、回転により変化する磁束密度をリニアに検出することにより回転角度を求めるものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−０６６５０８号公報
【特許文献２】特開平０８−００５３１２号公報
【特許文献３】特開平１０−０６２１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、磁石等から発生する磁束密度はその距離の二乗に比例して減少する。このため、ホール素子を用いて磁束密度の値をリニアに検出しようとする場合、大きな磁束密度が必要となる。特に、ホール素子は、その温度係数が約１０，０００ｐｐｍと大きいので、安定した回転角度検出を行うためには、より大きな磁束密度が要求される。従って、ホール素子を用いる場合、残留磁束密度の大きな磁石又は大きな体積の磁石と併用する必要がある。
【０００５】
また、ホール素子は、大きな温度係数を有していることから閾値が変動するため、リニアにその出力を得るのではなく、その出力を閾値と比較して２値信号を得るスイッチング動作をさせようとした場合、たとえ磁石に近接配置しても、そのスイッチング動作精度を高めることは難しかった。
【０００６】
本発明は、従来技術の上述した問題点を解決した新規な角度スイッチセンサを提供するものであり、その目的は、小型の低残留磁束密度の磁石を用いた場合にも、高感度にかつ高精度に、角度に応じてオンオフするスイッチング動作（角度スイッチング動作）を行うことができる角度スイッチセンサを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、温度変化に対し安定して角度スイッチング動作を行うことができる角度スイッチ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】
【０００８】
本発明によれば、磁化固定層及び磁化自由層を有する少なくとも１つのＭＲ素子と、この少なくとも１つのＭＲ素子の磁化固定方向を含みかつその少なくとも１つのＭＲ素子の積層面と直交する面内におけるこの少なくとも１つのＭＲ素子の積層面に対する相対的な角度が可変である磁石とを備えており、この磁石と少なくとも１つのＭＲ素子の積層面とのなす上述の角度（どちらから見た角度であっても良い）が９０度より大きいか小さいかを表す信号を出力する角度スイッチセンサが提供される。
【０００９】
磁束密度をリニアに検出するのではなく、磁化固定層（ピンド層）及び磁化自由層（フリー層）を有する積層構造のＭＲ素子を用い、磁石から印加される磁束の方向がこのＭＲ素子の磁化固定方向に対してどちら側に傾いているかに応じてスイッチング動作させている。このように、角度閾値に対して急峻な出力変化を示す積層構造のＭＲ素子を用いかつその角度閾値前後の出力を利用してスイッチング動作するように構成しているため、非常に微弱な磁束であっても高感度かつ高精度に検出動作を行うことができる。しかも、残留磁束密度の低い小型の磁石を用いることが可能であるため、センサ全体を大幅に小型化することができる。また、ピンホール素子ではなく、積層構造のＭＲ素子を用いているため、温度変化に対して安定した検出動作を行うことができる。
【００１０】
少なくとも１つのＭＲ素子の出力端子に接続されており、少なくとも１つのＭＲ素子の出力を所定の閾値と比較することによって磁石と少なくとも１つのＭＲ素子の積層面とのなす上述の角度が９０度より大きいか小さいに応じた２値信号を出力する回路をさらに備えたことが好ましい。
【００１１】
この回路が、少なくとも１つのＭＲ素子の出力を所定の閾値と比較する比較回路又は差動増幅回路と、比較回路又は差動増幅回路の出力に応じて２値信号を出力する出力増幅回路とを含んでいることがより好ましい。
【００１２】
少なくとも１つのＭＲ素子が、単一のＭＲ素子からなることも好ましい。
【００１３】
少なくとも１つのＭＲ素子が、互いに平行に配置されており磁化固定方向が互いに逆方向である２つのＭＲ素子からなることも好ましい。
【００１４】
これら２つのＭＲ素子の出力端子が互いに直列接続されており、その中点から出力が取り出されることがより好ましい。このように２つのＭＲ素子を用いてハーフブリッジ構成とすることにより、温度変化に対する安定性をより向上させることが可能となる。
【００１５】
少なくとも１つのＭＲ素子を固定部に配置し、磁石を固定部の回りを回転する回転部に配置したことが好ましい。
【００１６】
少なくとも１つのＭＲ素子が、少なくとも１つの巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子又は少なくとも１つのトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、角度閾値に対して急峻な出力変化を示す積層構造のＭＲ素子を用いかつその角度閾値前後の出力を利用してスイッチング動作するように構成しているため、非常に微弱な磁束であっても高感度かつ高精度に検出動作を行うことができる。しかも、残留磁束密度の低い小型の磁石を用いることが可能であるため、センサ全体を大幅に小型化することができる。また、ピンホール素子ではなく、積層構造のＭＲ素子を用いているため、温度変化に対して安定した検出動作を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明の一実施形態として、角度スイッチセンサを備えた携帯電話機の構成を概略的に示す斜視図であり、図２は図１に示した角度スイッチセンサの磁気検出素子及び磁石部分の構成を説明する説明図であり、図３は図１に示した角度スイッチセンサの磁気検出素子の（Ａ）外部構成、（Ｂ）内部構成をそれぞれ説明する図である。本実施形態では、折り畳み式の携帯電話機において、折り畳み状態にあるか否かの検出に本発明の角度スイッチセンサを用いている。
【００１９】
図１において、１０は操作部を備えた本体側ケース、１１は表示部を備えた蓋側ケース、１２は本体側ケース１０及び蓋側ケース１１を折り畳み可能に連結するヒンジ部をそれぞれ示している。
【００２０】
ヒンジ部１２内には、角度スイッチセンサの磁気検出素子１３と、磁石１４とが設けられている。磁気検出素子１３はヒンジ部１２の回転中心位置に静止状態で取り付けられており、磁石１４は蓋側ケース１１の回転に応じて磁気検出素子１３の回りを図２に示すごとく回転するように取り付けられている。磁石１４を静止位置に取り付け、磁気検出素子１３をその回りを回転するように取り付けても良い。
【００２１】
磁気検出素子１３は、本実施形態では、図３に示すように、１つのチップ内にモールド化して設けられた２つのＧＭＲ素子１５及び１６から構成されている。ＧＭＲ素子１５及び１６の各々は、反強磁性材料層によるピン層と、強磁性材料層によるピンド層と、非磁性導電材料層によるスペース層と、強磁性材料層によるフリー層とを含む積層構造を有している。２つのＧＭＲ素子１５及び１６は互いに平行に配列されており、それぞれの磁化固定方向１５ａ及び１６ａは互いに逆方向となるように設定されている。ＧＭＲ素子１５の一端の電極１５ｂは端子１７に接続されており、ＧＭＲ素子１５の他端の電極１５ｃ及びＧＭＲ素子１６の一端の電極１６ｂは端子１８に接続されており、ＧＭＲ素子１６の他端の電極１６ｃは端子１９に接続されている。なお、ＧＭＲ素子の代わりにＴＭＲ素子を設けても良いことは明らかである。
【００２２】
図４に示すように、ＧＭＲ素子４０の長手方向４１にセンス電流が流れ、その積層面４２に平行にかつセンス電流の方向４１と垂直な方向４３が磁化固定方向であるとする。この場合、磁化固定方向４３に平行でありかつ積層面４２に直交する面４４内において、外部から印加される磁界４５とこの積層面４２の磁化固定方向４３となす角度θが９０度前後となると、ＧＭＲ素子４０の抵抗値が急激に変化する。その様子が図５のＧＭＲ素子の印加磁界角度に対する抵抗値の特性図に示されている。その結果、ＧＭＲ素子の出力電圧が急激に変化するので、角度θが９０度より大きいか否かの角度スイッチング動作を行わせることができる。即ち、携帯電話機の折り畳みの開閉動作により、蓋側ケース１１がヒンジ部１２の回りを回転すると、磁石１４は磁気検出素子１３の回りを図２に示すように回転する。これにより、ＧＭＲ素子１５及び１６の積層面に平行である平面２０と、磁石１４から印加される磁界２１とのなす角度θが９０度より大きいか小さいかを検出することが可能となる。
【００２３】
図６は、本実施形態における角度スイッチセンサの回路構成の一例を示す回路図である。
【００２４】
同図に示すように、磁気検出素子１３の２つのＧＭＲ素子１６及び１５は電源ＶｃｃとグランドＧＮＤとの間に直列に接続されており、その中点である端子１８が差動増幅器６０の一方の入力端子に接続されている。差動増幅器６０の他方の入力端子は中間電位供給点６１が接続されている。差動増幅器６０の出力端子はシュミットトリガ回路６２を介してオープンコレクタの出力トランジスタ回路６３に接続されている。
【００２５】
差動増幅器６０は、２つのＧＭＲ素子によるハーフブリッジの出力と、閾値としてのＶｃｃ−ＧＮＤの中間電圧とを比較した差動出力を出力する。この差動出力は、シュミットトリガ回路６２を介して出力トランジスタ回路６３に印加されてこのトランジスタをオンオフ制御する。その結果、この回路からは、磁石１４からＧＭＲ素子１５及び１６に印加される磁界の角度θが９０度より大きいか小さいかを表す２値の信号Ｖｏｕｔが出力されることとなる。なお、図６に示した回路構成は単なる一例であり、この構成以外に種々の回路構成が適用可能である。例えば、差動増幅回路の代わりに比較回路を設けても良い。
【００２６】
本実施形態では、ＧＭＲ素子を用い、磁石１４から印加される磁界の方向がこのＧＭＲ素子の磁化固定方向に対してどちら側に傾いているかに応じて２値信号を得ている。このように、角度閾値に対して急峻な出力変化を示すＧＭＲ素子を用いかつその角度閾値前後の出力を利用してスイッチング動作させているため、非常に微弱な磁束であっても高感度かつ高精度に検出動作を行うことができる。しかも、残留磁束密度の低い小型の磁石を用いることが可能であるため、センサ全体を大幅に小型化することができる。また、ピンホール素子ではなく、ＧＭＲ素子を用いているため、温度変化に対して安定した検出動作を行うことができる。
【００２７】
特に本実施形態では、互いに平行に配列しかつ磁化固定方向が互いに逆方向の２つのＧＭＲ素子１５及び１６の出力をハーフブリッジの形で取り出して角度検出を行っているため、環境温度に対するＧＭＲ素子の出力特性変動を補償することができ、温度変化に対してより安定した角度検出動作を行うことができる。
【００２８】
上述の実施形態においては、携帯電話機の折り畳み動作の検出用に角度スイッチセンサを用いているが、本発明の角度スイッチセンサは、例えば、携帯電話機の蓋側ケースをヒンジ部とは垂直方向に回転させて裏返した状態を検出する角度スイッチセンサ、ビデオカメラの表示部の開閉や裏返しを検出する角度スイッチセンサ、その他種々の用途における角度スイッチセンサとして適用可能である。また、同一の回転部分に複数の磁気検出素子若しくは磁石又は複数の角度スイッチセンサを設けることにより、複数の角度におけるスイッチング動作を実現することができる。
【００２９】
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】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態として、角度スイッチセンサを備えた携帯電話機の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１に示した角度スイッチセンサの磁気検出素子及び磁石部分の構成を説明する説明図である。
【図３】図１に示した角度スイッチセンサの磁気検出素子部分の構成を説明する平面図である。
【図４】ＧＭＲ素子の角度検出動作を説明するための図である。
【図５】ＧＭＲ素子の印加磁界角度に対する抵抗値の特性図である。
【図６】図１に示した角度スイッチセンサの回路構成の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  本体側ケース
１１  蓋側ケース
１２  ヒンジ部
１３  磁気検出素子
１４  磁石
１５、１６、４０  ＧＭＲ素子
１５ａ、１６ａ、４３  磁化固定方向
１５ｂ、１５ｃ、１６ｂ、１６ｃ  電極
１７、１８、１９  端子
２０  平面
２１、４５  印加される磁界
４１  センス電流の方向
４２  積層面
４４  積層面と直交する面
６０  差動増幅器
６１  中間電位供給点
６２  シュミットトリガ回路
６３  出力トランジスタ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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