(57)【要約】【課題】高感度の加速度検出が行なえ、外力に対する出力信号の線形性が良好な加速度センサ及びこの加速度センサを備えた磁気ディスクドライブ装置を提供する。【解決手段】永久磁石と、永久磁石を支持しており、外力が印加された際に永久磁石を変位させるばね部材と、永久磁石に対向して固定位置に設けられた磁界検出センサとを備えており、磁界検出センサはピンド層及びフリー層を含みかつピンド層が変位検出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素子を備えており、永久磁石は、磁界検出センサの面と垂直でありかつピンド層のピンド方向と垂直な方向に硬磁性層と非磁性層とを交互に積層した構造を有している。【選択図】図３
2007218726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石と、該永久磁石を支持しており、外力が印加された際に該永久磁石を変位させるばね部材と、前記永久磁石に対向して固定位置に設けられた磁界検出センサとを備えており、前記磁界検出センサは磁化固定層及び磁化自由層を含みかつ該磁化固定層が変位検出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おり、前記永久磁石は、前記磁界検出センサの面と垂直でありかつ前記磁化固定層の磁化固定方向と垂直な方向に硬磁性層と非磁性層とを交互に積層した構造を有していることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記永久磁石が、前記磁界検出センサと対向する面が互いに逆極性となるように並列配置されている１対の永久磁石であ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１対の永久磁石の前記磁界検出センサと対向する面と反対側の面が、磁性体部材で互いに連結されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記永久磁石の硬磁性層がフェライト材料で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記永久磁石の非磁性層が非磁性のセラミック材料で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子の各々が、前記磁化固定方向と垂直方向に延在する直線部分を有しており、前記磁化固定層及び前記磁化自由層をそれぞれ備えた複数の多層構造磁気抵抗効果層を互いに直列接続して構成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】
前記ばね部材が支点を有すると共に該支点から偏位した位置に前記永久磁石が取り付けらており、外部から印加される力に対して曲げ応力を発生させて前記永久磁石を変位させる少なくとも１つの帯状板ばねを備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項８】
前記ばね部材が中央部に支点を有する第１の帯状板ばねと、該第１の帯状板ばねの両端に中央部がそれぞれ連結された２つの第２の帯状板ばねとを備えており、該第２の帯状板ばねの各々の両端部に前記永久磁石がそれぞれ取り付けられていることを特徴とする請求項７に記載の加速度センサ。
【請求項９】
前記ばね部材が中央部に支点を有する単一の帯状板ばねを備えており、該単一の帯状板ばねの両端部に前記永久磁石がそれぞれ取り付けられていることを特徴とする請求項７に記載の加速度センサ。
【請求項１０】
前記少なくとも１対の多層構造磁気抵抗効果素子の各々が、巨大磁気抵抗効果素子又は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９のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の加速度センサを備えたことを特徴とする磁気ディスクドライブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯機器、その他移動することが予想される設備や機器の移動検出に利用される、多層構造の磁気抵抗効果（ＭＲ）素子を用いた加速度センサ及びこの加速度センサを備えた磁気ディスクドライブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば携帯型パソコン、携帯電話、デジタルオーディオプレーヤ等の携帯機器に組み込まれるハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、又はそれ自体がストレージとして携帯されるＨＤＤ若しくはリムーバブルＨＤＤ等の磁気ディスクドライブ装置においては、落下衝撃によって磁気ヘッドと磁気記録媒体とが衝突することを防ぐために、落下した瞬間を検知し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。このような落下の瞬間は、重力加速度のわずかな変化として検知することができる。
【０００３】
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ることにより、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）。
【０００４】
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）。
【０００５】
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より顕著となる。
【０００６】
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、捩れ及び撓みの弾性変形が容易な４本のステーによって支持されており三次元的な捩れを伴う振動が可能な振動子に、Ｚ軸上に軸線を含ませた質点の永久磁石を取り付け、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、永久磁石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）。
【０００７】
この特許文献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、磁石が小型化するにつれて、その発生磁界自体が弱くなり、また、磁石とＭＲ検出素子との距離が離れると磁石から出る磁界が発散するので、加速度検出の感度が低下してしまう。さらに、磁石が小型化されること及び発散して外部にかなりの磁界が漏れることから、外部磁界によって磁石自体が動いてしまう等の影響を受けやすい。しかも、この加速度センサは、単層構造の異方性ＭＲ（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、高感度の加速度検出を行なうことが難しい。
【０００８】
そこで本願発明者は、ばね部材に固着された１対の永久磁石から閉磁路を構成する磁界を発生させ、この磁界を巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子に印加する構成とすることにより、外来ノイズに対する耐性が高く、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案している（特願２００５−２１１１６６号、平成１７年７月２１日出願）。
【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】
本願発明者によるこの先行出願に記載の発明では、外力が印加されていない際に永久磁石からこのＧＭＲ素子に印加される磁界のうちの本来検出すべき方向（ＧＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向、以下、ピンド方向と称する）の磁界成分が、ピンド方向に沿って変動した分布を有するため、感度が低下したり、出力の線形性を悪化させる恐れがあった。
【００１１】
また、外力を受けることによって、ピンド方向とは異なる方向の磁界成分であるＧＭＲ素子の磁化自由層の磁化方向（以下、フリー方向と称する）の磁界成分が大きくなると、フリー層へ印加される磁界が反転してしまうことがあり、これはＧＭＲ素子のノイズ出力となってしまう。このようなノイズは、本来検出すべき軸方向（ピンド方向）とは異なる方向の信号（他軸信号）であり、外力に対する加速度センサ出力の線形性が悪化する。
【００１２】
従って本発明の目的は、高感度の加速度検出が行なえる加速度センサ及びこの加速度センサを備えた磁気ディスクドライブ装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、外力に対する出力信号の線形性が良好な加速度センサ及びこの加速度センサを備えた磁気ディスクドライブ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、永久磁石と、永久磁石を支持しており、外力が印加された際に永久磁石を変位させるばね部材と、永久磁石に対向して固定位置に設けられた磁界検出センサとを備えており、磁界検出センサは磁化固定層（ピンド層）及び磁化自由層（フリー層）を含みかつピンド層が変位検出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素子を備えており、永久磁石は、磁界検出センサの面と垂直でありかつピンド層の磁化固定方向（ピンド方向）と垂直な方向に硬磁性層と非磁性層とを交互に積層した構造を有している加速度センサが提供される。
【００１５】
永久磁石が磁界検出センサの面と垂直でありかつピンド方向と垂直な方向に硬磁性層と非磁性層とを交互に積層した構造を有しているため、永久磁石から印加される磁界の垂直方向成分を十分に大きく保ちしかもフリー方向成分を同じに保ちつつピンド方向成分におけるこのピンド方向に沿った変動を小さくすることができる。その結果、高感度のかつ線形性の高い外力検出を行なうことが可能となる。
【００１６】
また、ばね部材や永久磁石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。さらに、磁界検出センサとしてピンド層及びフリー層を含む多層構造ＭＲ素子、例えば、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、加速度センサを小型化することができる。さらにまた、ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子は磁気検出感度が非常に高いので、その意味からも高感度の加速度検出を行なうことが可能となる。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。
【００１７】
永久磁石が、磁界検出センサと対向する面が互いに逆極性となるように並列配置されている１対の永久磁石であることが好ましい。
【００１８】
１対の永久磁石の磁界検出センサと対向する面と反対側の面が、磁性体部材で互いに連結されていることが好ましい。
【００１９】
永久磁石の硬磁性層がフェライト材料で形成されていること及び／又は永久磁石の非磁性層が非磁性のセラミック材料で形成されていることも好ましい。
【００２０】
少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子の各々が、磁化固定方向と垂直方向に延在する直線部分を有しており、ピンド層及びフリー層をそれぞれ備えた複数の多層構造ＭＲ層を互いに直列接続して構成されていることが好ましい。
【００２１】
ばね部材が支点を有すると共にこの支点から偏位した位置に永久磁石が取り付けらており、外部から印加される力に対して曲げ応力を発生させて永久磁石を変位させる少なくとも１つの帯状板ばねを備えていることも好ましい。
【００２２】
ばね部材が中央部に支点を有する第１の帯状板ばねと、第１の帯状板ばねの両端に中央部がそれぞれ連結された２つの第２の帯状板ばねとを備えており、第２の帯状板ばねの各々の両端部に永久磁石がそれぞれ取り付けられていることがより好ましい。
【００２３】
ばね部材が中央部に支点を有する単一の帯状板ばねを備えており、単一の帯状板ばねの両端部に永久磁石がそれぞれ取り付けられていることもより好ましい。
【００２４】
少なくとも１対の多層構造ＭＲ素子の各々が、ＧＭＲ素子又はＴＭＲ素子であることが好ましい。
【００２５】
本発明によれば、さらにまた、上述した加速度センサを備えた磁気ディスクドライブ装置が提供される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、永久磁石から印加される磁界の垂直方向成分を十分に大きく保ちしかもフリー方向成分を同じに保ちつつピンド方向成分におけるこのピンド方向に沿った変動を小さくすることができるから、高感度のかつ線形性の高い外力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】
【００２７】
図１は加速度センサを組み込んだ磁気ディスクドライブ装置の一例の全体構成を概略的に示す斜視図である。この磁気ディスクドライブ装置は、例えば２．５インチ、１．８インチ、１．３インチ又は１インチ以下の磁気ディスクを用いる超小型ＨＤＤであり、例えば携帯型パソコン、携帯電話、デジタルオーディオプレーヤ等の携帯機器に組み込まれるＨＤＤ又はそれ自体がストレージとして携帯されるＨＤＤ若しくはリムーバブルＨＤＤである。
【００２８】
同図は磁気ディスクドライブ装置の蓋を外した状態を示しており、１０は動作時にスピンドルモータにより回転する磁気ディスク、１０ａは落下検出時に磁気ヘッドが移動するデータの書き込まれていない退避ゾーン、１１は動作時に磁気ディスク１０の表面に対向する磁気ヘッドを先端部に有するヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）、１２は磁気ヘッドに電気的に接続された配線部材であるフレクシブル回路（ＦＰＣ）、１３はＨＧＡ１１を支持する支持アーム、１４は支持アーム１３を回動軸１５を中心に回動させて位置決めするためのアクチュエータであるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、１６は落下検出時に支持アーム１３の爪１３ａが乗り上げて磁気ヘッドを磁気ディスク表面から離れるための退避ランプ、１７は回路基板１８上に搭載された加速度センサをそれぞれ示している。
【００２９】
図２は本発明の加速度センサの一実施形態における全体構成を概略的に示す分解斜視図であり、図３はハウジング部材の内部に設けられるばね部材、磁界発生錘部材及び磁界検出センサの構成を概略的に示す分解斜視図である。
【００３０】
これらの図に示すように、本実施形態における加速度センサは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３軸加速度を検出するためのものであり、ハウジング部材２０内に、第１の帯状板ばね２１ａ、２つの第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃ並びに磁界発生錘部材を支持するための４つの錘支持部２１ｄ〜２１ｇを一体的に形成してなるばね部材２１と、永久磁石の伸長方向が異なることを除いて寸法、形状及び重量等の構成が共に同じである４組の磁界発生錘部材２２ａ〜２２ｄと、Ｘ軸Ｚ軸用の第１の磁界検出センサ２３と、Ｘ軸Ｚ軸用の第２の磁界検出センサ２４と、Ｙ軸用の第３の磁界検出センサ２５と、支点部材２６とを収納するように構成されている。
【００３１】
ハウジング部材２０は、基板自体が例えばポリイミド又はＢＴレジン等の樹脂材料による平板形状の基板に配線パターン（図示なし）を設けることで形成された配線基板２０ａと、この配線基板２０ａを覆って密封する磁性金属材料によって形成されたカバー部材２０ｂとから構成されている。本実施形態では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３軸加速度を、配線基板２０ａによる１平面上に搭載した３つの磁界検出センサ２３〜２５で検出することが可能となる。
【００３２】
ばね部材２１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３に示すように形状加工することによって一体的に形成されている。
【００３３】
第１の帯状板ばね２１ａは主ばねを構成しており、外部から印加される力に対して曲げ応力及び／又は捩り応力を発生させる。第１の帯状板ばね２１ａの中央部は支点を構成しており、この中央部は一端が配線基板２０ａに固着されている支点部材２６の他端に固着されている。２つの第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃは副ばねを構成しており、外部から印加される力に対して曲げ応力のみを発生させる。これら第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃは、中央部が第１の帯状板ばね２１ａの両端にそれぞれ一体的に連結されている。第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃの両端は互いに同一形状の錘支持部２１ｄ〜２１ｇにそれぞれ一体的に連結されている。なお、錘支持部２１ｄ〜２１ｇは図では矩形であるが、円形であってもその他の形状であっても良い。
【００３４】
磁界発生錘部材２２ａ〜２２ｄは、ばね部材２１の錘支持部２１ｄ〜２１ｇの一方の面（磁界センサチップに対向する面とは反対側の面）上にそれぞれ接着剤で固着されている。磁界発生錘部材２２ａ〜２２ｄは、それぞれ、磁界発生用の１対の永久磁石２２ａ１及び２２ａ２、２２ｂ１及び２２ｂ２、２２ｃ１及び２２ｃ２、並びに２２ｄ１及び２２ｄ２と、これら１対の永久磁石をそれぞれ連結する磁性体部材とから構成されている。
【００３５】
Ｘ軸Ｚ軸用の第１の磁界検出センサ２３、Ｘ軸Ｚ軸用の第２の磁界検出センサ２４及びＹ軸用の第３の磁界検出センサ２５は、４組の磁界発生錘部材２２ａ〜２２ｄのうちの３組の磁界発生錘部材２２ａ〜２２ｃにそれぞれ対向して、具体的には錘支持部２１ｄ〜２１ｆの他方の面にそれぞれ対向して、配線基板２０ａ上に接着剤で固着されている。従って、磁界発生錘部材２２ａ〜２２ｃは、加速度に応じて角度の変化する磁界を第１〜第３の磁界検出センサ２３〜２５にそれぞれ印加することとなる。なお、本実施形態では、磁界発生錘部材２２ｄは、ばね部材２１の平衡を保つことのみを目的として設けられている。
【００３６】
１対の永久磁石２２ａ１及び２２ａ２の各々は、Ｘ軸方向に互いに平行に伸長する直方体形状を有するフェライト材料及び非磁性のセラミック材料の積層構造（図１２を用いて後述する）として形成されており、Ｘ軸Ｚ軸用の第１の磁界検出センサ２３に対向している。これら１対の永久磁石２２ａ１及び２２ａ２は、第１の磁界検出センサ２３に対向する面が互いに逆極性となるように配置されている。この磁界検出センサ２３と対向する面とは反対側の面がリターン磁路を構成する磁性体部材２２ａ３によって磁気的に連結されている。後述するように、第１の磁界検出センサ２３のスピンバルブＧＭＲ素子がこの閉磁路内にその積層面とほぼ垂直な方向に磁界が印加されるように配置される。特に、これら１対の永久磁石２２ａ１及び２２ａ２は、各々の長手方向が第１の磁界検出センサ２３のスピンバルブＧＭＲ素子２３ａ及び２３ｃ並びに２３ｂ及び２３ｄ（図４及び図５参照）のピンド方向と平行に配置されている。これにより、各永久磁石から印加される磁界のピンド方向成分について、ピンド方向に沿った変動が小さくなるから、高感度の加速度検出が可能となる。
【００３７】
１対の永久磁石２２ｂ１及び２２ｂ２の各々は、Ｘ軸方向に互いに平行に伸長する直方体形状を有するフェライト材料及び非磁性のセラミック材料の積層構造（図１２を用いて後述する）として形成されており、Ｘ軸Ｚ軸用の第２の磁界検出センサ２４に対向している。これら１対の永久磁石２２ｂ１及び２２ｂ２は、第２の磁界検出センサ２４に対向する面が互いに逆極性となるように配置されている。この磁界検出センサ２４と対向する面とは反対側の面がリターン磁路を構成する磁性体部材２２ｂ３によって磁気的に連結されている。後述するように、第２の磁界検出センサ２４のスピンバルブＧＭＲ素子がこの閉磁路内にその積層面とほぼ垂直な方向に磁界が印加されるように配置される。特に、これら１対の永久磁石２２ｂ１及び２２ｂ２は、各々の長手方向が第２の磁界検出センサ２４のスピンバルブＧＭＲ素子２４ａ及び２４ｃ並びに２４ｂ及び２４ｄ（図４及び図５参照）のピンド方向と平行に配置されている。これにより、各永久磁石から印加される磁界のピンド方向成分について、ピンド方向に沿った変動が小さくなるから、高感度の加速度検出が可能となる。
【００３８】
１対の永久磁石２２ｃ１及び２２ｃ２の各々は、Ｙ軸方向に互いに平行に伸長する直方体形状を有するフェライト材料及び非磁性のセラミック材料の積層構造（図１２を用いて後述する）として形成されており、Ｙ軸用の第３の磁界検出センサ２５に対向している。これら１対の永久磁石２２ｃ１及び２２ｃ２は、第３の磁界検出センサ２５に対向する面が互いに逆極性となるように配置されている。この磁界検出センサ２５と対向する面とは反対側の面がリターン磁路を構成する磁性体部材２２ｃ３によって磁気的に連結されている。後述するように、第３の磁界検出センサ２５のスピンバルブＧＭＲ素子がこの閉磁路内にその積層面とほぼ垂直な方向に磁界が印加されるように配置される。特に、これら１対の永久磁石２２ｃ１及び２２ｃ２は、各々の長手方向が第３の磁界検出センサ２５のスピンバルブＧＭＲ素子２５ａ及び２５ｃ並びに２５ｂ及び２５ｄ（図４及び図５参照）のピンド方向と平行に配置されている。これにより、各永久磁石から印加される磁界のピンド方向成分について、ピンド方向に沿った変動が小さくなるから、高感度の加速度検出が可能となる。
【００３９】
１対の永久磁石２２ｄ１及び２２ｄ２の各々も、本実施形態においては、他の対の永久磁石と同様に、Ｙ軸方向に互いに平行に伸長する直方体形状を有するフェライト材料及び非磁性のセラミック材料の積層構造（図１２を用いて後述する）として形成されているが、磁界検出センサの存在しない配線基板２０ａに対向している。また、これら１対の永久磁石２２ｄ１及び２２ｄ２は、配線基板２０ａに対向する面が互いに逆極性となるように配置されており、この配線基板２０ａと対向する面とは反対側の面がリターン磁路を構成する磁性体部材２２ｄ３によって磁気的に連結されている。
【００４０】
図４は本実施形態の加速度センサにおける配線基板上の結線及び磁界検出センサの構成を概略的に示す図であり、図５は本実施形態の加速度センサにおける配線基板及び磁界検出センサの電気的構成を概略的に示す回路図であり、図６は本実施形態の加速度センサにおける等価回路図である。
【００４１】
これらの図に示すように、Ｘ軸Ｚ軸方向の加速度を検出するための第１の磁界検出センサ２３には、Ｘ軸方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に沿った直線部分を有する４つ（２対）のスピンバルブＧＭＲ素子２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄが互いに平行に形成されている。スピンバルブＧＭＲ素子２３ａ及び２３ｂは対となっており、互いに直列接続されている。その直列接続の両端が電源端子電極ＴＶＣＣ及びＴＶＤＤにそれぞれ接続されており、中点が信号出力端子ＴＸ１に接続されている。スピンバルブＧＭＲ素子２３ｃ及び２３ｄも対となっており、互いに直列接続されている。その直列接続の両端が電源端子電極ＴＶＣＣ及びＴＶＤＤにそれぞれ接続されており、中点が信号出力端子ＴＺ１に接続されている。
【００４２】
スピンバルブＧＭＲ素子２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄの各々は、基本的には、反強磁性材料及び強磁性材料からなる磁化固定層（ピンド層）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ＭＲ層から主として構成されており、ピンド層がフリー層の延在方向、従って磁化方向（フリー方向）と垂直な方向（ピンド方向）に磁化固定されている。即ち、これらスピンバルブＧＭＲ素子２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄのピンド層は、全てＸ軸方向の同一向きに磁化固定されている。
【００４３】
図７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り、図８は印加磁界角度θを説明する図である。即ち、図７において、横軸は印加磁界のピンド方向となす角度θ（°）、縦軸はＭＲ抵抗（Ω）をそれぞれ表している。なお、ここではフリー方向への傾きは無いものとしている。図７から分かるように、ＭＲ抵抗は印加磁界がθ＝９０°近傍で僅かに変化しても大きく変化する。印加磁界の微小角度θの変化は９０±θであるから、磁界発生錘部材の、従って１対の永久磁石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。
【００４４】
互いに直列接続された対となるスピンバルブＧＭＲ素子２３ａ及び２３ｂのピンド層が同一方向に磁化固定されるのは、対となるスピンバルブＧＭＲ素子の各々に印加される磁界が互いにほぼ逆方向であるためである。即ち、図５に、より分かり易くは後述する図１１に示すように、１対の永久磁石２２ａ１及び２２ａ２と磁性体部材２２ａ３とによって閉磁路が構成されており、対となるスピンバルブＧＭＲ素子２３ａ及び２３ｂが、閉磁路の逆方向磁界が流れる磁路内に配置されているから磁界が互いにほぼ逆方向となるのである。互いに直列接続された対となるスピンバルブＧＭＲ素子２３ｃ及び２３ｄについても同様である。この場合、閉磁路を構成する磁気回路の中心が、対となるスピンバルブＧＭＲ素子間の中心線上に位置していることとなる。
【００４５】
このように、互いにほぼ逆方向の磁界が印加されることにより、対をなすスピンバルブＧＭＲ素子２３ａ及び２３ｂ並びに２３ｃ及び２３ｄのピンド層の磁化固定方向が同一方向となるので、これら対をなす４つのスピンバルブＧＭＲ素子を１つのチップ内に形成することができ、その結果、加速度センサ全体のさらなる小型化を図ることが可能となる。
【００４６】
Ｘ軸Ｚ軸方向の加速度を検出するための第２の磁界検出センサ２４にも、Ｘ軸方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に沿った直線部分を有する４つ（２対）のスピンバルブＧＭＲ素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄが互いに平行に形成されている。スピンバルブＧＭＲ素子２４ｂ及び２４ａは対となっており、互いに直列接続されている。その直列接続の両端が電源端子電極ＴＶＣＣ及びＴＶＤＤにそれぞれ接続されており、中点が信号出力端子ＴＸ２接続されている。スピンバルブＧＭＲ素子２４ｃ及び２４ｄも対となっており、互いに直列接続されている。その直列接続の両端が電源端子電極ＴＶＣＣ及びＴＶＤＤにそれぞれ接続されており、中点が信号出力端子ＴＺ２接続されている。
【００４７】
スピンバルブＧＭＲ素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄの各々は、基本的には、反強磁性材料及び強磁性材料からなる磁化固定層（ピンド層）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、ピンド層がフリー層の延在方向、従って磁化方向（フリー方向）と垂直な方向（ピンド方向）に磁化固定されている。即ち、これらスピンバルブＧＭＲ素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄのピンド層は、全てＸ軸方向の同一向きに磁化固定されている。
【００４８】
互いに直列接続された対となるスピンバルブＧＭＲ素子２４ａ及び２４ｂのピンド層が同一方向に磁化固定されるのは、対となるスピンバルブＧＭＲ素子の各々に印加される磁界が互いにほぼ逆方向であるためである。即ち、図５に、より分かり易くは後述する図１１に示すように、１対の永久磁石２２ｂ１及び２２ｂ２と磁性体部材２２ｂ３とによって閉磁路が構成されており、対となるスピンバルブＧＭＲ素子２４ａ及び２４ｂが、閉磁路の逆方向磁界が流れる磁路内に配置されているから磁界が互いにほぼ逆方向となるのである。互いに直列接続された対となるスピンバルブＧＭＲ素子２４ｃ及び２４ｄについても同様である。この場合、閉磁路を構成する磁気回路の中心が、対となるスピンバルブＧＭＲ素子間の中心線上に位置していることとなる。
【００４９】
このように、互いにほぼ逆方向の磁界が印加されることにより、対をなすスピンバルブＧＭＲ素子２４ａ及び２４ｂ並びに２４ｃ及び２４ｄのピンド層の磁化固定方向が同一方向となるので、これら対をなす４つのスピンバルブＧＭＲ素子を１つのチップ内に形成することができ、その結果、加速度センサ全体のさらなる小型化を図ることが可能となる。
【００５０】
Ｙ軸方向の加速度を検出するための第３の磁界検出センサ２５には、Ｙ軸方向と垂直な方向（Ｘ軸方向）に沿った直線部分を有する４つ（２対）のスピンバルブＧＭＲ素子２５ａ、２５ｂ、２５ｃ及び２５ｄが互いに平行に形成されている。スピンバルブＧＭＲ素子２５ａ及び２５ｂは対となっており、互いに直列接続されている。その直列接続の両端が電源端子電極ＴＶＣＣ及びＴＶＤＤにそれぞれ接続されており、中点が信号出力端子ＴＹ１接続されている。スピンバルブＧＭＲ素子２５ｃ及び２５ｄも対となっており、互いに直列接続されている。その直列接続の両端が電源端子電極ＴＶＣＣ及びＴＶＤＤにそれぞれ接続されており、中点が信号出力端子ＴＹ２接続されている。
【００５１】
スピンバルブＧＭＲ素子２５ａ、２５ｂ、２５ｃ及び２５ｄの各々は、基本的には、反強磁性材料及び強磁性材料からなる磁化固定層（ピンド層）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、ピンド層がフリー層の延在方向、従って磁化方向（フリー方向）と垂直な方向（ピンド方向）に磁化固定されている。即ち、これらスピンバルブＧＭＲ素子２５ａ、２５ｂ、２５ｃ及び２５ｄのピンド層は、全てＹ軸方向の同一向きに磁化固定されている。
【００５２】
互いに直列接続された対となるスピンバルブＧＭＲ素子２５ａ及び２５ｂのピンド層が同一方向に磁化固定されるのは、対となるスピンバルブＧＭＲ素子の各々に印加される磁界が互いにほぼ逆方向であるためである。即ち、図５に、より分かり易くは後述する図１１に示すように、１対の永久磁石２２ｃ１及び２２ｃ２と磁性体部材２２ｃ３とによって閉磁路が構成されており、対となるスピンバルブＧＭＲ素子２５ａ及び２５ｂが、閉磁路の逆方向磁界が流れる磁路内に配置されているから磁界が互いにほぼ逆方向となるのである。互いに直列接続された対となるスピンバルブＧＭＲ素子２５ｃ及び２５ｄについても同様である。この場合、閉磁路を構成する磁気回路の中心が、対となるスピンバルブＧＭＲ素子間の中心線上に位置していることとなる。
【００５３】
このように、互いにほぼ逆方向の磁界が印加されることにより、対をなすスピンバルブＧＭＲ素子２５ａ及び２５ｂ並びに２５ｃ及び２５ｄのピンド層の磁化固定方向が同一方向となるので、これら対をなす４つのスピンバルブＧＭＲ素子を１つのチップ内に形成することができ、その結果、加速度センサ全体のさらなる小型化を図ることが可能となる。
【００５４】
第１の磁界検出センサ２３のスピンバルブＧＭＲ素子２３ａ及び２３ｂ間には電源電圧Ｖｃｃ−Ｖｄｄが印加され、その中点に接続された信号出力端子ＴＸ１から第１のＸ軸方向加速度信号ＶＸ１が取り出される。また、第２の磁界検出センサ２４のスピンバルブＧＭＲ素子２４ｂ及び２４ａ間には電源電圧Ｖｃｃ−Ｖｄｄが印加され、その中点に接続された信号出力端子ＴＸ２から第２のＸ軸方向加速度信号ＶＸ２が取り出される。従って、これらスピンバルブＧＭＲ素子２３ａ及び２３ｂ並びにスピンバルブＧＭＲ素子２４ｂ及び２４ａは、図６（Ａ）に示すようにフルブリッジ接続されていることとなり、信号出力端子ＴＸ１及び信号出力端子ＴＸ２からの信号ＶＸ１及びＶＸ２が差動増幅されてＸ軸方向の加速度信号となる。このＸ軸方向の加速度信号は、印加される加速度の方向によって、磁界発生錘部材２２ａ（従って永久磁石２２ａ１及び２２ａ２）と磁界発生錘部材２２ｂ（従って永久磁石２２ｂ１及び２２ｂ２）とがＺ軸の互いに反対方向に変位した際にのみ出力され、共に同じ方向に変位した際には第１のＸ軸方向加速度信号ＶＸ１及び第２のＸ軸方向加速度信号ＶＸ２が互いに打ち消し合って出力されない。
【００５５】
第１の磁界検出センサ２３のスピンバルブＧＭＲ素子２３ｃ及び２３ｄ間には電源電圧Ｖｃｃ−Ｖｄｄが印加され、その中点に接続された信号出力端子ＴＺ１から第１のＺ軸方向加速度信号ＶＺ１が取り出される。また、第２の磁界検出センサ２４のスピンバルブＧＭＲ素子２４ｃ及び２４ｄ間には電源電圧Ｖｃｃ−Ｖｄｄが印加され、その中点に接続された信号出力端子ＴＺ２から第２のＺ軸方向加速度信号ＶＺ２が取り出される。従って、これらスピンバルブＧＭＲ素子２３ｃ及び２３ｄ並びにスピンバルブＧＭＲ素子２４ｃ及び２４ｄは、図６（Ｂ）に示すようにフルブリッジ接続されていることとなり、信号出力端子ＴＺ１及び信号出力端子ＴＺ２からの信号ＶＺ１及びＶＺ２が差動増幅されてＺ軸方向の加速度信号となる。このＺ軸方向の加速度信号は、印加される加速度によって、磁界発生錘部材２２ａ（従って永久磁石２２ａ１及び２２ａ２）と磁界発生錘部材２２ｂ（従って永久磁石２２ｂ１及び２２ｂ２）とがＺ軸の共に同じ方向に変位した際にのみ出力され、互いに反対方向に変位した際には第１のＺ軸方向加速度信号ＶＺ１及び第２のＺ軸方向加速度信号ＶＺ２が互いに打ち消し合って出力されない。
【００５６】
第３の磁界検出センサ２５のスピンバルブＧＭＲ素子２５ｂ及び２５ａ間には電源電圧Ｖｃｃ−Ｖｄｄが印加され、その中点に接続された信号出力端子ＴＹ１から第１のＹ軸方向加速度信号ＶＹ１が取り出され、スピンバルブＧＭＲ素子２５ｃ及び２５ｄ間には電源電圧Ｖｃｃ−Ｖｄｄが印加され、その中点に接続された信号出力端子ＴＹ２から第２のＹ軸方向加速度信号ＶＹ２が取り出される。従って、この第３の磁界検出センサ２５のスピンバルブＧＭＲ素子２５ａ〜２５ｄは、図６（Ｃ）に示すようにフルブリッジ接続されていることとなり、信号出力端子ＴＹ１及び信号出力端子ＴＹ２からの信号ＶＹ１及びＶＹ２が差動増幅されてＹ軸方向の加速度信号となる。このＹ軸方向の加速度信号は、印加される加速度によって、磁界発生錘部材２２ｃ（従って永久磁石２２ｃ１及び２２ｃ２）がＺ軸方向に変位した際に出力される。
【００５７】
次に、本実施形態における永久磁石とスピンバルブＧＭＲ素子との位置関係についてより詳細に説明する。
【００５８】
図９は本実施形態において永久磁石が僅かに傾いた際のピンド方向及びフリー方向の磁界成分を説明する図であり、図１０はピンド方向及びフリー方向の磁界成分に対するスピンバルブＧＭＲ素子の抵抗変化特性を表す特性図であり、図１１は本実施形態における永久磁石とスピンバルブＧＭＲ素子との位置関係を説明する斜視図である。
【００５９】
図９（Ａ）に示すように、磁界検出センサ９３に対向して配置される永久磁石９２が僅かに傾くと、この傾いた永久磁石９２′から磁界検出センサ９３に印加される磁界は、磁界検出センサ９３のスピンバルブＧＭＲ素子９３ａの膜面に垂直な成分Ｈｚのみならず、図９（Ｂ）に示すようにスピンバルブＧＭＲ素子９３ａの面内におけるフリー方向成分Ｈｘ及びピンド方向成分Ｈｙが発生する。
【００６０】
このようなピンド方向磁界成分Ｈｙが印加された場合のスピンバルブＧＭＲ素子のＭＲ抵抗特性は図１０（Ａ）に示すごとくなり、フリー方向磁界成分Ｈｘが印加された場合のスピンバルブＧＭＲ素子のＭＲ抵抗特性は図１０（Ｂ）に示すごとくなる。図１０（Ａ）に示すように、ピンド方向磁界成分Ｈｙに対するＭＲ抵抗特性は、Ｈｙ＝０近傍での直線性が良好であり、感度が高いため、この方向で外力検出が行なわれている。これに対して、図１０（Ｂ）に示すように、フリー方向磁界成分Ｈｘに対するＭＲ抵抗特性は、Ｈｘ＝０近傍で非線形となって急激な変化を示すため、このフリー方向磁界成分に対しては感度が低いことが望ましい。
【００６１】
元来、Ｈｉｎ（内部結合磁界）が完全にゼロのときは、ピンド方向とフリー方向の角度は、フリー方向磁界成分の変化によって変化しない。しかしながら、実際には この内部結合磁界（Ｈｉｎ）以外に、永久磁石から発生するピンド方向の磁界成分も同様の作用をしている。従って、（１）内部結合磁界Ｈｉｎをできるだけ小さくする、（２）永久磁石によるピンド方向磁界成分のピンド方向に沿った変動をできるだけ抑えることが要求される。内部結合磁界Ｈｉｎは、スピンバルブＧＭＲ素子の非磁性中間層（Ｃｕ層）の厚さによってコントロールされるが、その厚さが０．１ｎｍ程度変化しても、数十Ａ／ｍ変化するので、完全に抑え込むことは難しい。特に、ゼロ付近の僅かな信号変化の際にこのようなノイズの発生が最も大きいので完全なノイズ抑制はこれだけでは難しい。また、ピンド方向磁界成分のピンド方向に沿った変動も、完全にゼロにするためには、非常に大きな永久磁石となるので、小型化するときの問題になっていた。
【００６２】
本実施形態においては、図１１に示すように、１対の永久磁石１１２１及び１１２２と磁性体部材１１２３とによって閉磁路が構成されており、しかも、これら１対の永久磁石１１２１及び１１２２の各々の長手方向が磁界検出センサ１１３におけるスピンバルブＧＭＲ素子１１３ａ及び１１３ｃ並びに１１３ｂ及び１１３ｄのピンド方向と平行となるように配置されている。これにより、１対の永久磁石１１２１及び１１２２から印加される磁界のピンド方向磁界成分が、ピンド方向に沿って変動することが小さくなり、また、フリー方向磁界成分自体も小さくなる。その結果、ノイズ発生が少なく、直線性の良い高感度の加速度検出が可能となる。
【００６３】
図１２は、本実施形態における各磁界発生錘部材の構造を示す断面図である。
【００６４】
同図に示すように、磁界発生錘部材１２２は、１対の永久磁石１２２１及び１２２２と、これら永久磁石１２２１及び１２２２の磁界検出センサ１２３と対向する面とは反対側の面を磁気的に連結してリターン磁路を構成する磁性体部材１２２３とから構成されている。永久磁石１２２１及び１２２２の各々は、磁界検出センサ１２３の面と垂直でありかつそのスピンバルブＧＭＲ素子のピンド層のピンド方向と垂直な方向に硬磁性層１２４と非磁性層１２５とを交互に積層した構造を有している。本実施形態では、３層の硬磁性層１２４と２層の非磁性層１２５とを交互に積層しているが、これらの積層数はこれに限定されるものではない。また、図示されている硬磁性層１２４及び非磁性層１２５の高さ、厚み、その先端の磁界検出センサ１２３との離隔距離等は、単なる一例であり、これに限定されるものではない。
【００６５】
硬磁性層１２４は本実施形態ではフェライト材料によって形成されているが、その他のいかなる硬磁性材料で形成しても良い。非磁性層１２５は本実施形態では、例えばＡｌＴｉＣ（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）等の非磁性のセラミック材料によって形成されているが、その他のいかなる非磁性材料で形成しても良い。硬磁性材料として金属材料を用いる場合には、この非磁性材料として非磁性金属材料を用いることも可能である。磁性体部材１２２３は、例えばＮｉＦｅ等の一般的な軟磁性材料で形成されている。
【００６６】
なお、非磁性層１２５として、より比重の高い例えばＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＣｅＯ２等の非磁性材料を用いれば、同じ寸法の磁界発生錘部材であっても全体の重量が増大するため、加速度センサとしての感度を増大させることが可能である。
【００６７】
このような多層構造の永久磁石は、所定の厚さに加工された硬磁性材料基板及び非磁性材料基板を交互に接着し、切断及び切出しを行った後、着磁を行ない、その後、リターン磁路を構成する磁性体部材を接着することによって形成される。
【００６８】
図１３Ａは各永久磁石を硬磁性材料の単一層で構成した場合に１対の永久磁石から磁界検出センサに印加されるフリー方向磁界成分Ｈｘ（ガウス）の分布をシミュレートした結果を表す図であり、図１３Ｂは各永久磁石を本実施形態のごとく硬磁性層及び非磁性層の多層に積層して構成した場合に１対の永久磁石から磁界検出センサに印加されるフリー方向磁界成分Ｈｘ（ガウス）の分布をシミュレートした結果を表す図である。
【００６９】
これらのシミュレーション例において、各永久磁石の外形寸法は、磁界検出センサに面する長手方向が６００μｍ、その短手方向が３００μｍ、高さが４００μｍである。また、２つの永久磁石の間隔は２００μｍであり、硬磁性層の残留磁束密度は、Ｂｒ＝２２００ガウスである。図１３Ｂの例において、各永久磁石は、図１２に示すような厚さの３層の硬磁性層と２層の非磁性層とから構成されている。
【００７０】
図１３Ａ及び図１３Ｂにおいて、２つの永久磁石の平面領域は一方の永久磁石がピンド方向のＹ＝−３００μｍ〜３００μｍ及びフリー方向のＸ＝−４００μｍ〜−１００μｍであり、他方の永久磁石がピンド方向のＹ＝−３００μｍ〜３００μｍ及びフリー方向のＸ＝１００μｍ〜４００μｍの範囲である。各スピンバルブＧＭＲ素子の寸法は１５０μｍ×１５０μｍであり、永久磁石とスピンバルブＧＭＲ素子との距離は１００μｍである。なお、フリー方向のＸ＝０μｍが１対の永久磁石の中央位置である。４つのスピンバルブＧＭＲ素子の平面領域はピンド方向のＹ＝−１７５μｍ〜−２５μｍ及びフリー方向のＸ＝−３２５μｍ〜−１７５μｍ、ピンド方向のＹ＝２５μｍ〜１７５μｍ及びフリー方向のＸ＝−３２５μｍ〜−１７５μｍ、ピンド方向のＹ＝−１７５μｍ〜−２５μｍ及びフリー方向のＸ＝１７５μｍ〜３２５μｍ、並びにピンド方向のＹ＝２５μｍ〜１７５μｍ及びフリー方向のＸ＝１７５μｍ〜３２５μｍの範囲である。
【００７１】
多層構造の永久磁石による図１３Ｂに示すフリー方向磁界成分Ｈｘの分布は、単層構造の永久磁石による図１３Ａに示す分布とほぼ同様であることが分かる。
【００７２】
図１４Ａは各永久磁石を硬磁性材料の単一層で構成した場合に１対の永久磁石から磁界検出センサに印加される垂直方向磁界成分Ｈｚ（ガウス）の分布をシミュレートした結果を表す図であり、図１４Ｂは各永久磁石を本実施形態のごとく硬磁性層及び非磁性層の多層に積層して構成した場合に１対の永久磁石から磁界検出センサに印加される垂直方向磁界成分Ｈｚ（ガウス）の分布をシミュレートした結果を表す図である。
【００７３】
永久磁石及びスピンバルブＧＭＲ素子の寸法、両者の平面領域並びに両者間の距離は、図１３Ａ及び図１３Ｂのシミュレーションの場合と同様である。
【００７４】
多層構造の永久磁石による図１４Ｂに示す垂直方向磁界成分Ｈｚは、スピンバルブＧＭＲ素子の平面領域において、単層構造の永久磁石による図１４Ａに示す垂直方向磁界成分Ｈｚと同様に、１０００ガウス以上の十分な大きさとなっていることが分かる。
【００７５】
図１５Ａは各永久磁石を硬磁性材料の単一層で構成した場合に１対の永久磁石から磁界検出センサに印加されるピンド方向磁界成分Ｈｙ（ガウス）の分布をシミュレートした結果を表す図であり、図１５Ｂは各永久磁石を本実施形態のごとく硬磁性層及び非磁性層の多層に積層して構成した場合に１対の永久磁石から磁界検出センサに印加されるピンド方向磁界成分Ｈｙ（ガウス）の分布をシミュレートした結果を表す図である。
【００７６】
永久磁石及びスピンバルブＧＭＲ素子の寸法、両者の平面領域並びに両者間の距離は、図１３Ａ及び図１３Ｂのシミュレーションの場合と同様である。
【００７７】
多層構造の永久磁石による図１５Ｂに示すピンド方向磁界成分Ｈｙの分布は、単層構造の永久磁石による図１５Ａに示す分布に比して、スピンバルブＧＭＲ素子の平面領域において、変動がかなり小さいものとなっている。このピンド方向磁界成分は、検出目的とする磁界成分であるからピンド方向に沿った変動ができるだけ小さいことが望ましい。従って、本実施形態のごとく永久磁石を多層構造とすることにより、加速度センサの感度及び応答線形性が大幅に向上することとなる。なお、本明細書に記載したシミュレーション結果は、特定の条件下で行ったシミュレーションに基づくものであるが、条件を変えてシミュレーションを行った場合にも、単層構造の永久磁石と多層構造の永久磁石との間には、同様の差が認められた。
【００７８】
図１６は単層構造及び多層構造の永久磁石を用いた場合のピンド方向位置Ｙに対するピンド方向磁界成分Ｈｙの特性を示す図である。より具体的には、図１５Ａ及び図１５Ｂにおいて、フリー方向位置Ｘ＝２５０μｍの位置におけるピンド方向位置Ｙ＝０〜１７５μｍのピンド方向磁界成分Ｈｙをプロットしたものである。
【００７９】
同図からより明確に理解できるように、硬磁性層と非磁性層との多層構造とすることにより、検出目的とする磁界成分であるピンド方向磁界成分のピンド方向に沿った変動がかなり小さくなるため、加速度センサの感度及び応答線形性を大きく向上できるのである。
【００８０】
図１７は単層構造及び多層構造の永久磁石を用いた加速度センサについて加速度に対するスピンバルブＧＭＲ素子の検出出力特性を示す図である。ただし、縦軸の検出出力は、加速度センサ出力の振幅を１００倍に増幅した値に相当している。また、永久磁石及びスピンバルブＧＭＲ素子の寸法、両者の平面領域並びに両者間の距離は、図１３Ａ及び図１３Ｂに関連して述べたものと同様である。
【００８１】
同図より、硬磁性層と非磁性層との多層構造とすることにより、硬磁性層の単層構造の場合に比して、加速度に対する感度が向上しており、しかもその応答線形性も向上していることが分かる。
【００８２】
図１７に示すように、１Ｇの加速度が印加された場合に、各永久磁石を硬磁性層の単層構造出構成した場合は約２２ｍＶの検出出力が得られ、一方、各永久磁石を３層の硬磁性層と２層の非磁性層とを交互に積層した多層構造で構成した場合は、硬磁性層の膜厚が８０μｍであれば、約３２ｍＶの検出出力が得られた。一方、多層構造の場合、硬磁性層の膜厚が９０μｍであれば約２９ｍＶ、７０μｍであれば約３３ｍＶの検出出力が得られた。多層構造の場合に、硬磁性層の膜厚が薄くなれば感度が向上するが、８０μｍ以下ではほぼ飽和している。
【００８３】
次に、本実施形態におけるばね部材２１についてより詳細に説明する。
【００８４】
図１８はばね部材における帯状板ばねの基本的な動作を説明する図である。
【００８５】
同図（Ａ）は外力が印加されていない場合であり、１８０は帯状板ばね、１８１はその一方の端に位置する曲げ中心又は支点、１８２は曲げ中心１８１から偏位した位置である、帯状板ばね１８０の他方の端部の一面に固着された錘部材をそれぞれ示している。以下の説明のために、帯状板ばね１８０の面と垂直な方向を曲げ方向、帯状板ばね１８０の縦方向を長さ方向と定義する。
【００８６】
同図（Ｂ）に示すように曲げ方向に外力が印加された場合及び同図（Ｃ）に示すように長さ方向に外力が印加された場合のいずれにも、帯状板ばね１８０は曲げ応力を発生させ、その端部及び錘部材１８２は曲げ方向に変位する。
【００８７】
図１９は図１８に示した帯状板ばねが曲げ中心から両側に２つ展開した構成の帯状板ばね、換言すれば、中央部に支点１９１を有し、両端部に錘部材１９２ａ及び１９２ｂが取り付けられた帯状板ばね１９０の動作を説明する図である。
【００８８】
同図（Ａ）は曲げ方向に外力Ｆｚが印加された場合であり、この場合に帯状板ばね１９０の両端部及び錘部材１９２ａ及び１９２ｂは共に同一の曲げ方向に変位する。一方、同図（Ｂ）は長さ方向に外力Ｆｘが印加された場合であり、この場合に帯状板ばね１９０の両端部及び錘部材１９２ａ及び１９２ｂは互いに反対の曲げ方向に変位する。ここで、同図（Ａ）の外力Ｆｚと同図（Ｂ）の外力Ｆｘとが、｜Ｆｚ｜＝｜Ｆｘ｜の場合には、錘部材１９２ａ及び１９２ｂの変位量は等しくなる。錘部材１９２ａ及び１９２ｂの変位量は、錘部材１９２ａ及び１９２ｂの変位角θに比例する。錘部材を磁界を発生する永久磁石とすれば、スピンバルブＧＭＲ素子は、この変位角θを検出して印加される外力を検出することができる。
【００８９】
図２０は本実施形態におけるばね部材の動作を説明するための図である。
【００９０】
同図（Ａ）に示すように、Ｘ軸方向の外力Ｆｘが印加されると、主ばねである第１の帯状板ばね２１ａ及び副ばねである第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃが共に曲げ応力を発生させ、平衡が保たれる位置まで主ばねの曲げ方向に変位する。この場合、磁界発生錘部材２２ａ及び２２ｃと磁界発生錘部材２２ｂ及び２２ｄとの変位方向は互いに逆方向である。同図（Ｂ）に示すように、Ｚ軸方向の外力Ｆｚが印加されると、主ばねである第１の帯状板ばね２１ａ及び副ばねである第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃが共に曲げ応力を発生させ、平衡が保たれる位置まで主ばねの曲げ方向に変位する。ただし、この場合、磁界発生錘部材２２ａ及び２２ｃと磁界発生錘部材２２ｂ及び２２ｄとの変位方向は共に同じ方向である。さらに、同図（Ｃ）に示すように、Ｙ軸方向の外力Ｆｙが印加されると、主ばねである第１の帯状板ばね２１ａはその長さ方向の中心を軸として回転する捩れ応力を発生させ、副ばねである第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃは曲げ応力を発生させ、平衡が保たれる位置まで主ばねの長さ方向の中心を軸とした回転方向に変位する。この場合、磁界発生錘部材２２ａ及び２２ｂと磁界発生錘部材２２ｃ及び２２ｄとの変位方向は互いに逆方向である。
【００９１】
Ｘ軸方向の外力Ｆｘが印加され、磁界発生錘部材２２ａ及び２２ｃ並びに磁界発生錘部材２２ｂ及び２２ｄが上述のごとく主ばねの曲げ方向に変位すると、スピンバルブＧＭＲ素子２３ａ及び２３ｂ並びに２４ｂ及び２４ａに印加される磁界の角度がこれに伴って同じ方向に変化し、第１のＸ軸方向加速度信号ＶＸ１及び第２のＸ軸方向加速度信号ＶＸ２を加算した差動出力が得られ、これがＸ軸方向の加速度信号となる。この場合、第１のＺ軸方向加速度信号ＶＺ１及び第２のＺ軸方向加速度信号ＶＺ２が互いに打ち消し合い、Ｚ軸方向の加速度信号は出力されない。また、この場合、磁界の角度がスピンバルブＧＭＲ素子２５ｄ、２５ｂ、２５ｃ及び２５ａのフリー層の延在方向に沿って変化するため、第１のＹ軸方向加速度信号ＶＹ１及び第２のＹ軸方向加速度信号ＶＹ２は出力されず、従ってＹ軸方向の加速度信号は出力されない。
【００９２】
Ｚ軸方向の外力Ｆｚが印加され、磁界発生錘部材２２ａ及び２２ｃ並びに磁界発生錘部材２２ｂ及び２２ｄが上述のごとく主ばねの曲げ方向に変位すると、スピンバルブＧＭＲ素子２３ｃ及び２３ｄ並びに２４ｃ及び２４ｄに印加される磁界の角度がこれに伴って反対方向に変化し、第１のＺ軸方向加速度信号ＶＺ１及び第２のＺ軸方向加速度信号ＶＺ２を加算した差動出力が得られ、これがＺ軸方向の加速度信号となる。この場合、第１のＸ軸方向加速度信号ＶＸ１及び第２のＸ軸方向加速度信号ＶＸ２が互いに打ち消し合い、Ｘ軸方向の加速度信号は出力されない。また、この場合、磁界の角度がスピンバルブＧＭＲ素子２５ｄ、２５ｂ、２５ｃ及び２５ａのフリー層の延在方向に沿って変化するため、第１のＹ軸方向加速度信号ＶＹ１及び第２のＹ軸方向加速度信号ＶＹ２は出力されず、従ってＹ軸方向の加速度信号は出力されない。
【００９３】
Ｙ軸方向の外力Ｆｙが印加され、磁界発生錘部材２２ａ及び２２ｃ並びに磁界発生錘部材２２ｂ及び２２ｄが上述のごとく主ばねの長さ方向の中心を軸とした回転方向に変位すると、スピンバルブＧＭＲ素子２５ｄ、２５ｂ、２５ｃ及び２５ａに印加される磁界の角度がこれに伴って同じ方向に変化し、第１のＹ軸方向加速度信号ＶＹ１及び第２のＹ軸方向加速度信号ＶＹ２を加算した差動出力が得られ、これがＹ軸方向の加速度信号となる。また、この場合、磁界の角度がスピンバルブＧＭＲ素子２３ａ〜２３ｄ及び２４ａ〜２４ｄのフリー層の延在方向に沿って変化するため、第１のＸ軸方向加速度信号ＶＸ１及び第２のＸ軸方向加速度信号ＶＸ２並びに第１のＺ軸方向加速度信号ＶＺ１及び第２のＺ軸方向加速度信号ＶＺ２は出力されず、従ってＸ軸方向及びＺ軸方向の加速度信号は出力されない。
【００９４】
以上説明したように、本実施形態によれば、各永久磁石２２ａ１、２２ａ２、２２ｂ１、２２ｂ２、２２ｃ１、２２ｃ２が、磁界検出センサ２３、２４、２５の面と垂直でありかつそのスピンバルブＧＭＲ素子のピンド層のピンド方向と垂直な方向に３層の硬磁性層と２層の非磁性層とを交互に積層した構造を有しているので、各永久磁石から印加される磁界のピンド方向磁界成分が、ピンド方向に沿って変動することが非常に小さくなる。その結果、直線性の良い高感度の加速度検出が可能となる。
【００９５】
さらに、本実施形態によれば、中央に支点を有し両端部に磁界発生錘部材をそれぞれ固着した第１の帯状板ばね２１ａの曲げ動作を利用すると共に、第１の磁界検出センサ２３の一部出力ＶＸ１又はＶＺ１と第２の磁界検出センサ２４の一部出力ＶＸ２又はＶＺ２との差動出力を取り出すようにしているので、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の加速度成分を確実に分離して正確に検出することができる。また、第１の帯状板ばね２１ａの捩り動作を利用すると共に、第３の磁界検出センサ２５の磁界検出方向を工夫しているので、Ｙ軸方向の加速度成分を確実に分離して正確に検出することができる。
【００９６】
またさらに、本実施形態によれば、主ばねである第１の帯状板ばね２１ａ及び副ばねである第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃが共に曲げ応力を発生させ、平衡が保たれる位置まで変位するように構成されているため、小型でかつ変位量が大きい、従って小型で感度の高いばね構造とすることができ、小型かつ高感度の加速度センサを提供することができる。
【００９７】
ばね部材の４つの端部の構造を同一形状とすることができるため、検出したい各方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の感度、感度指向性が揃った加速度センサを提供することができる。
【００９８】
また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向における加速度の向き及び大きさを３つの磁界検出センサで検出できるので、磁界検出センサ数が低減でき構造を非常に簡単化でき、加速度センサ全体を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。
【００９９】
さらに、各磁界検出センサにおいて、互いにほぼ逆方向の磁界が印加されるため、対をなすスピンバルブＧＭＲ素子のピンド層の磁化固定方向が同一方向となりこれら対をなす４つのスピンバルブＧＭＲ素子を１つのチップ内に形成することができる。その結果、加速度センサ全体のさらなる小型化を図ることが可能となる。
【０１００】
さらにまた、本実施形態によれば、対となる２つの永久磁石によって、広い範囲に分布した垂直方向の磁界による閉磁路が形成され、スピンバルブＧＭＲ素子がこの閉磁路中に配置されるため、必要最小限の磁界しか閉磁路から外部へ漏れず、漏れ磁界が少なくなるから充分に大きな磁界が印加されることとなり、永久磁石が小型となった場合にも、加速度の検出感度が安定してかつ高くなり、しかも外部電界及び外部磁界の影響を受けにくくなる。
【０１０１】
本実施形態によれば、さらに、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、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。
【０１０２】
図２１は本発明の加速度センサのさらに他の実施形態における全体構成を概略的に示す分解斜視図であり、図２２はハウジング部材の内部に設けられるばね部材、磁界発生錘部材及び磁界検出センサの構成を概略的に示す分解斜視図である。
【０１０３】
これらの図に示すように、本実施形態における加速度センサは、Ｘ軸方向及びＺ軸方向又はＹ軸方向及びＺ軸方向の２軸加速度を検出するためのものである。ただし、以下の説明では、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の２軸加速度を検出するためのものであるとする。
【０１０４】
この加速度センサは、ハウジング部材２１０内に、帯状板ばね２１１ａ、及び磁界発生錘部材を支持するための２つの錘支持部２１１ｂ及び２１１ｃを一体的に形成してなるばね部材２１１と、寸法、形状及び重量等の構成が同じである２組の磁界発生錘部材２１２ａ及び２１２ｂと、Ｘ軸Ｚ軸用の第１の磁界検出センサ２１３と、Ｘ軸Ｚ軸用の第２の磁界検出センサ２１４と、支点部材２１６とを収納するように構成されている。
【０１０５】
ハウジング部材２１０は、基板自体が例えばポリイミド又はＢＴレジン等の樹脂材料による平板形状の基板に配線パターン（図示なし）を設けることで形成された配線基板２１０ａと、この配線基板２１０ａを覆って密封する磁性金属材料によって形成されたカバー部材２１０ｂとから構成されている。本実施形態では、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の２軸加速度を、配線基板２１０ａによる１平面上に搭載した２つの磁界検出センサ２１３及び２１４で検出することが可能となる。
【０１０６】
ばね部材２１１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２２に示すように形状加工することによって一体的に形成されている。
【０１０７】
帯状板ばね２１１ａは、外部から印加される力に対して曲げ応力を発生させる。この帯状板ばね２１１ａの中央部は支点を構成しており、この中央部は一端がカバー部材２１０ｂに固着されている支点部材２１６の他端に固着されている。帯状板ばね２１１ａの両端は互いに同一形状の錘支持部２１１ｂ及び２１１ｃにそれぞれ一体的に連結されている。なお、錘支持部２１１ｂ及び２１１ｃは図では矩形であるが、円形であってもその他の形状であっても良い。
【０１０８】
磁界発生錘部材２１２ａ及び２１２ｂは、ばね部材２１１の錘支持部２１１ｂ及び２１１ｃの一方の面上にそれぞれ接着剤で固着されている。磁界発生錘部材２１２ａ及び２１２ｂは、それぞれ、磁界発生用の１対の永久磁石２１２ａ１及び２１２ａ２並びに２１２ｂ１及び２１２ｂ２と、これら１対の永久磁石をそれぞれ連結する磁性体部材とから構成されている。
【０１０９】
Ｘ軸Ｚ軸用の第１の磁界検出センサ２１３及び第２の磁界検出センサ２１４は、２組の磁界発生錘部材２１２ａ及び２１２ｂにそれぞれ対向して、配線基板２１０ａ上に接着剤で固着されている。従って、磁界発生錘部材２１２ａ及び２１２ｂは、加速度に応じて角度の変化する磁界を第１及び第２の磁界検出センサ２１３及び２１４にそれぞれ印加することとなる。
【０１１０】
１対の永久磁石２１２ａ１及び２１２ａ２の各々は、Ｘ軸方向に互いに平行に伸長する直方体形状を有するフェライト材料及び非磁性のセラミック材料の積層構造（図１２と同様な構造）として形成されており、Ｘ軸Ｚ軸用の第１の磁界検出センサ２１３に対向している。これら１対の永久磁石２１２ａ１及び２１２ａ２は、第１の磁界検出センサ２１３に対向する面が互いに逆極性となるように配置されている。この磁界検出センサ２１３と対向する面とは反対側の面がリターン磁路を構成する磁性体部材２１２ａ３によって磁気的に連結されている。後述するように、第１の磁界検出センサ２１３のスピンバルブＧＭＲ素子がこの閉磁路内にその積層面とほぼ垂直な方向に磁界が印加されるように配置される。特に、これら１対の永久磁石２１２ａ１及び２１２ａ２は、各々の長手方向が第１の磁界検出センサ２１３のスピンバルブＧＭＲ素子２１３ａ及び２１３ｃ並びに２１３ｂ及び２１３ｄ（図２３及び図２４参照）のピンド方向と平行に配置されている。これにより、各永久磁石から印加される磁界のピンド方向成分について、ピンド方向に沿った変動が小さくなるから、高感度の加速度検出が可能となる。
【０１１１】
１対の永久磁石２１２ｂ１及び２１２ｂ２は、Ｘ軸方向に互いに平行に伸長する直方体形状を有するフェライト材料及び非磁性のセラミック材料の積層構造（図１２と同様な構造）として形成されており、Ｘ軸Ｚ軸用の第２の磁界検出センサ２１４に対向している。これら１対の永久磁石２１２ｂ１及び２１２ｂ２は、第２の磁界検出センサ２１４に対向する面が互いに逆極性となるように配置されている。この磁界検出センサ２１４と対向する面とは反対側の面がリターン磁路を構成する磁性体部材２１２ｂ３によって磁気的に連結されている。後述するように、第２の磁界検出センサ２１４のスピンバルブＧＭＲ素子がこの閉磁路内にその積層面とほぼ垂直な方向に磁界が印加されるように配置される。特に、これら１対の永久磁石２１２ｂ１及び２１２ｂ２は、各々の長手方向が第２の磁界検出センサ２１４のスピンバルブＧＭＲ素子２１４ａ及び２１４ｃ並びに２１４ｂ及び２１４ｄ（図２３及び図２４参照）のピンド方向と平行に配置されている。これにより、各永久磁石から印加される磁界のピンド方向成分について、ピンド方向に沿った変動が小さくなるから、高感度の加速度検出が可能となる。
【０１１２】
図２３は本実施形態の加速度センサにおける配線基板上の結線及び磁界検出センサの構成を概略的に示す図であり、図２４は本実施形態の加速度センサにおける配線基板及び磁界検出センサの電気的構成を概略的に示す回路図であり、図２５は本実施形態の加速度センサにおける等価回路図である。
【０１１３】
これらの図に示すように、Ｘ軸Ｚ軸方向の加速度を検出するための第１の磁界検出センサ２１３には、Ｘ軸方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に沿った直線部分を有する４つ（２対）のスピンバルブＧＭＲ素子２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ及び２１３ｄが互いに平行に形成されている。スピンバルブＧＭＲ素子２１３ａ及び２１３ｂは対となっており、互いに直列接続されている。その直列接続の両端が電源端子電極ＴＶＣＣ及びＴＶＤＤにそれぞれ接続されており、中点が信号出力端子ＴＸ１に接続されている。スピンバルブＧＭＲ素子２１３ｃ及び２１３ｄも対となっており、互いに直列接続されている。その直列接続の両端が電源端子電極ＴＶＣＣ及びＴＶＤＤにそれぞれ接続されており、中点が信号出力端子ＴＺ１に接続されている。
【０１１４】
スピンバルブＧＭＲ素子２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ及び２１３ｄの各々は、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、ピンド層がフリー層の延在方向と垂直な同一方向に磁化固定されている。即ち、これらスピンバルブＧＭＲ素子２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ及び２１３ｄのピンド層は、全てＸ軸方向の同一向きに磁化固定されている。
【０１１５】
互いに直列接続された対となるスピンバルブＧＭＲ素子２１３ａ及び２１３ｂのピンド層が同一方向に磁化固定されるのは、対となるスピンバルブＧＭＲ素子の各々に印加される磁界が互いにほぼ逆方向であるためである。即ち、図２４に、より分かり易くは図１１に示すように、１対の永久磁石２１２ａ１及び２１２ａ２によって閉磁路が構成されており、対となるスピンバルブＧＭＲ素子２１３ａ及び２１３ｂが、閉磁路の逆方向磁界が流れる磁路内に配置されているから磁界が互いにほぼ逆方向となるのである。互いに直列接続された対となるスピンバルブＧＭＲ素子２１３ｃ及び２１３ｄについても同様である。この場合、閉磁路を構成する磁気回路の中心が、対となるスピンバルブＧＭＲ素子間の中心線上に位置していることとなる。
【０１１６】
このように、互いにほぼ逆方向の磁界が印加されることにより、対をなすスピンバルブＧＭＲ素子２１３ａ及び２１３ｂ並びに２１３ｃ及び２１３ｄのピンド層の磁化固定方向が同一方向となるので、これら対をなす４つのスピンバルブＧＭＲ素子を１つのチップ内に形成することができ、その結果、加速度センサ全体のさらなる小型化を図ることが可能となる。
【０１１７】
Ｘ軸Ｚ軸方向の加速度を検出するための第２の磁界検出センサ２１４にも、Ｘ軸方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に沿った直線部分を有する４つ（２対）のスピンバルブＧＭＲ素子２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ及び２１４ｄが互いに平行に形成されている。スピンバルブＧＭＲ素子２１４ｂ及び２１４ａは対となっており、互いに直列接続されている。その直列接続の両端が電源端子電極ＴＶＣＣ及びＴＶＤＤにそれぞれ接続されており、中点が信号出力端子ＴＸ２接続されている。スピンバルブＧＭＲ素子２１４ｃ及び２１４ｄも対となっており、互いに直列接続されている。その直列接続の両端が電源端子電極ＴＶＣＣ及びＴＶＤＤにそれぞれ接続されており、中点が信号出力端子ＴＺ２接続されている。
【０１１８】
スピンバルブＧＭＲ素子２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ及び２１４ｄの各々は、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、ピンド層がフリー層の延在方向と垂直な同一方向に磁化固定されている。即ち、これらスピンバルブＧＭＲ素子２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ及び２１４ｄのピンド層は、全てＸ軸方向の同一向きに磁化固定されている。
【０１１９】
互いに直列接続された対となるスピンバルブＧＭＲ素子２１４ａ及び２１４ｂのピンド層が同一方向に磁化固定されるのは、対となるスピンバルブＧＭＲ素子の各々に印加される磁界が互いにほぼ逆方向であるためである。即ち、図２４に、より分かり易くは図１１に示すように、１対の永久磁石２１２ｂ１及び２１２ｂ２によって閉磁路が構成されており、対となるスピンバルブＧＭＲ素子２１４ａ及び２１４ｂが、閉磁路の逆方向磁界が流れる磁路内に配置されているから磁界が互いにほぼ逆方向となるのである。互いに直列接続された対となるスピンバルブＧＭＲ素子２１４ｃ及び２１４ｄについても同様である。この場合、閉磁路を構成する磁気回路の中心が、対となるスピンバルブＧＭＲ素子間の中心線上に位置していることとなる。
【０１２０】
このように、互いにほぼ逆方向の磁界が印加されることにより、対をなすスピンバルブＧＭＲ素子２１４ａ及び２１４ｂ並びに２１４ｃ及び２１４ｄのピンド層の磁化固定方向が同一方向となるので、これら対をなす４つのスピンバルブＧＭＲ素子を１つのチップ内に形成することができ、その結果、加速度センサ全体のさらなる小型化を図ることが可能となる。
【０１２１】
第１の磁界検出センサ２１３のスピンバルブＧＭＲ素子２１３ａ及び２１３ｂ間には電源電圧Ｖｃｃ−Ｖｄｄが印加され、その中点に接続された信号出力端子ＴＸ１から第１のＸ軸方向加速度信号ＶＸ１が取り出される。また、第２の磁界検出センサ２１４のスピンバルブＧＭＲ素子２１４ｂ及び２１４ａ間には電源電圧Ｖｃｃ−Ｖｄｄが印加され、その中点に接続された信号出力端子ＴＸ２から第２のＸ軸方向加速度信号ＶＸ２が取り出される。従って、これらスピンバルブＧＭＲ素子２１３ａ及び２１３ｂ並びに２１４ｂ及び２１４ａは、図２５（Ａ）に示すようにフルブリッジ接続されていることとなり、信号出力端子ＴＸ１及び信号出力端子ＴＸ２からの信号ＶＸ１及びＶＸ２が差動増幅されてＸ軸方向の加速度信号となる。このＸ軸方向の加速度信号は、印加される加速度の方向によって、磁界発生錘部材２１２ａ（従って永久磁石２１２ａ１及び２１２ａ２）と磁界発生錘部材２１２ｂ（従って永久磁石２１２ｂ１及び２１２ｂ２）とがＺ軸の互いに反対方向に変位した際にのみ出力され、共に同じ方向に変位した際には第１のＸ軸方向加速度信号ＶＸ１及び第２のＸ軸方向加速度信号ＶＸ２が互いに打ち消し合って出力されない。
【０１２２】
第１の磁界検出センサ２１３のスピンバルブＧＭＲ素子２１３ｃ及び２１３ｄ間には電源電圧Ｖｃｃ−Ｖｄｄが印加され、その中点に接続された信号出力端子ＴＺ１から第１のＺ軸方向加速度信号ＶＺ１が取り出される。また、第２の磁界検出センサ２１４のスピンバルブＧＭＲ素子２１４ｃ及び２１４ｄ間には電源電圧Ｖｃｃ−Ｖｄｄが印加され、その中点に接続された信号出力端子ＴＺ２から第２のＺ軸方向加速度信号ＶＺ２が取り出される。従って、これらスピンバルブＧＭＲ素子２１３ｃ及び２１３ｄ並びに２１４ｃ及び２１４ｄは、図２５（Ｂ）に示すようにフルブリッジ接続されていることとなり、信号出力端子ＴＺ１及び信号出力端子ＴＺ２からの信号ＶＺ１及びＶＺ２が差動増幅されてＺ軸方向の加速度信号となる。このＺ軸方向の加速度信号は、印加される加速度によって、磁界発生錘部材２１２ａ（従って永久磁石２１２ａ１及び２１２ａ２）と磁界発生錘部材２１２ｂ（従って永久磁石２１２ｂ１及び２１２ｂ２）とがＺ軸の共に同じ方向に変位した際にのみ出力され、互いに反対方向に変位した際には第１のＺ軸方向加速度信号ＶＺ１及び第２のＺ軸方向加速度信号ＶＺ２が互いに打ち消し合って出力されない。
【０１２３】
本実施形態における各磁界発生錘部材の構造は図１２及びそれに関連して説明した通りである。各永久磁石を硬磁性層と非磁性層との多層構造とすることにより、検出目的とする磁界成分であるピンド方向磁界成分のピンド方向に沿った変動がかなり小さくなるため、加速度センサの感度及び応答線形性を大きく向上させることができる。
【０１２４】
次に、本実施形態におけるばね部材２１１についてより詳細に説明する。
【０１２５】
図２６は本実施形態におけるばね部材の動作を説明するための図である。
【０１２６】
同図（Ａ）は外力が印加されていない場合であり、変位は発生しない。一方、同図（Ｂ）に示すようにＸ軸方向に外力Ｆｘが印加されると、帯状板ばね２１１ａは曲げ応力を発生させ、平衡が保たれる位置まで曲げ方向に変位する。この場合、帯状板ばね２１１ａの両端部及び磁界発生錘部材２１２ａ及び２１２ｂの変位方向は互いに逆方向である。また、同図（Ｃ）に示すようにＺ軸方向に外力Ｆｚが印加されると、帯状板ばね２１１ａは曲げ応力を発生させ、平衡が保たれる位置まで曲げ方向に変位する。この場合、帯状板ばね２１１ａの両端部及び磁界発生錘部材２１２ａ及び２１２ｂの変位方向は共に同じ方向である。磁界発生錘部材２１２ａ及び２１２ｂの変位量は、それらの変位角に比例する。磁界発生錘部材の角度がこのように変化すると、スピンバルブＧＭＲ素子は、その変位角を検出して印加される外力を検出することができる。外力Ｆｘが印加された際の磁界発生錘部材２１２ａ及び２１２ｂの変位角をそれぞれθＸ１及びθＸ２とすると、Ｆｘ＝θＸ１−θＸ２で与えられる。また、外力Ｆｚが印加された際の磁界発生錘部材２１２ａ及び２１２ｂの変位角をそれぞれθＺ１及びθＺ２とすると、Ｆｚ＝θＺ１＋θＺ２で与えられる。
【０１２７】
Ｘ軸方向の外力Ｆｘが印加され、磁界発生錘部材２１２ａ及び２１２ｂが上述のごとく曲げ方向に変位すると、スピンバルブＧＭＲ素子２１３ａ及び２１３ｂ並びに２１４ｂ及び２１４ａに印加される磁界の角度がこれに伴って同じ方向に変化し、第１のＸ軸方向加速度信号ＶＸ１及び第２のＸ軸方向加速度信号ＶＸ２を加算した差動出力が得られ、これがＸ軸方向の加速度信号となる。この場合、第１のＺ軸方向加速度信号ＶＺ１及び第２のＺ軸方向加速度信号ＶＺ２が互いに打ち消し合い、Ｚ軸方向の加速度信号は出力されない。
【０１２８】
Ｚ軸方向の外力Ｆｚが印加され、磁界発生錘部材２１２ａ及び２１２ｂが上述のごとく曲げ方向に変位すると、スピンバルブＧＭＲ素子２１３ｃ及び２１３ｄ並びに２１４ｃ及び２１４ｄに印加される磁界の角度がこれに伴って反対方向に変化し、第１のＺ軸方向加速度信号ＶＺ１及び第２のＺ軸方向加速度信号ＶＺ２を加算した差動出力が得られ、これがＺ軸方向の加速度信号となる。この場合、第１のＸ軸方向加速度信号ＶＸ１及び第２のＸ軸方向加速度信号ＶＸ２が互いに打ち消し合い、Ｘ軸方向の加速度信号は出力されない。
【０１２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、各永久磁石２１２ａ１、２１２ａ２、２１２ｂ１、１２２ｂ２が、磁界検出センサ２１３、２１４の面と垂直でありかつそのスピンバルブＧＭＲ素子のピンド層のピンド方向と垂直な方向に３層の硬磁性層と２層の非磁性層とを交互に積層した構造を有しているので、各永久磁石から印加される磁界のピンド方向磁界成分が、ピンド方向に沿って変動することが非常に小さくなる。その結果、直線性の良い高感度の加速度検出が可能となる。
【０１３０】
さらに、本実施形態によれば、中央に支点を有し両端部に磁界発生錘部材をそれぞれ固着した帯状板ばね２１１ａの曲げ動作を利用すると共に、第１の磁界検出センサ２１３の一部出力ＶＸ１又はＶＺ１と第２の磁界検出センサ２１４の一部出力ＶＸ２又はＶＺ２との差動出力を取り出すようにしているので、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の加速度成分を確実に分離して正確に検出することができる。
【０１３１】
さらにまた、本実施形態によれば、帯状板ばね２１１ａが曲げ応力を発生させ、平衡が保たれる位置まで変位するように構成されているため、小型でかつ変位量が大きい、従って小型で感度の高いばね構造とすることができ、小型かつ高感度の加速度センサを提供することができる。
【０１３２】
ばね部材の２つの端部の構造を同一形状とすることができるため、検出したい各方向（Ｘ軸方向及びＺ軸方向、又はＹ軸方向及びＺ軸方向）の感度、感度指向性が揃った加速度センサを提供することができる。
【０１３３】
また、２軸方向の加速度の向き及び大きさを２つの磁界検出センサで検出できるので、磁界検出センサ数が低減でき構造を非常に簡単化でき、加速度センサ全体を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。
【０１３４】
さらにまた、各磁界検出センサにおいて、互いにほぼ逆方向の磁界が印加されるため、対をなすスピンバルブＧＭＲ素子のピンド層の磁化固定方向が同一方向となりこれら対をなす４つのスピンバルブＧＭＲ素子を１つのチップ内に形成することができる。その結果、加速度センサ全体のさらなる小型化を図ることが可能となる。
【０１３５】
さらに、本実施形態によれば、対となる２つの永久磁石によって、広い範囲に分布した垂直方向の磁界による閉磁路が形成され、スピンバルブＧＭＲ素子がこの閉磁路中に配置されるため、必要最小限の磁界しか閉磁路から外部へ漏れず、漏れ磁界が少なくなるから充分に大きな磁界が印加されることとなり、永久磁石が小型となった場合にも、加速度の検出感度が安定してかつ高くなり、しかも外部電界及び外部磁界の影響を受けにくくなる。
【０１３６】
本実施形態によれば、さらに、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、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。
【０１３７】
なお、上述の実施形態では、閉磁路を形成するために磁界検出センサに対向する面が互いに逆極性となるように配置された２つの永久磁石と磁性体部材とを用いているが、１つの永久磁石とこの磁性体部材とを組み合わせても閉磁路を形成することは可能である。
【０１３８】
また、以上述べた実施形態では、スピンバルブＧＭＲ素子をフルブリッジ接続しているが、一部のスピンバルブＧＭＲ素子を単純な抵抗又は定電流源等に置換してなるハーフブリッジ接続した加速度センサとしても良い。
【０１３９】
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。
【０１４０】
なお、本発明の加速度センサが、上述した実施形態のごとく磁気ディスクドライブ装置のみに適用されるものではなく、加速度を検出するいかなる用途にも適用可能であることはいうまでもない。
【０１４１】
以上述べた実施形態及び変更態様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】
【０１４２】
【図１】本発明の加速度センサを組み込んだ磁気ディスクドライブ装置の一例の全体構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の加速度センサの一実施形態における全体構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図３】図２に示した加速度センサにおけるハウジング部材の内部に設けられるばね部材、磁界発生錘部材及び磁界検出センサの構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図４】図２に示した加速度センサにおける配線基板上の結線及び磁界検出センサの構成を概略的に示す図である。
【図５】図２に示した加速度センサにおける配線基板及び磁界検出センサの電気的構成を概略的に示す回路図である。
【図６】図２に示した加速度センサにおける等価回路図である。
【図７】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８】印加磁界角度θを説明する図である。
【図９】図２の実施形態において永久磁石が僅かに傾いた際のピンド方向及びフリー方向の磁界成分を説明する図である。
【図１０】ピンド方向及びフリー方向の磁界成分に対するスピンバルブＧＭＲ素子の抵抗変化特性を表す特性図である。
【図１１】図２の実施形態における永久磁石及び磁性体部材とスピンバルブＧＭＲ素子との位置関係を説明する斜視図である。
【図１２】図２の実施形態における各磁界発生錘部材の構造を示す断面図である。
【図１３Ａ】各永久磁石を硬磁性材料の単一層で構成した場合に１対の永久磁石から磁界検出センサに印加されるフリー方向磁界成分Ｈｘの分布をシミュレートした結果を表す図である。
【図１３Ｂ】各永久磁石を図２の実施形態のごとく硬磁性層及び非磁性層の多層に積層して構成した場合に１対の永久磁石から磁界検出センサに印加されるフリー方向磁界成分Ｈｘの分布をシミュレートした結果を表す図である。
【図１４Ａ】各永久磁石を硬磁性材料の単一層で構成した場合に１対の永久磁石から磁界検出センサに印加される垂直方向磁界成分Ｈｚの分布をシミュレートした結果を表す図である。
【図１４Ｂ】各永久磁石を図２の実施形態のごとく硬磁性層及び非磁性層の多層に積層して構成した場合に１対の永久磁石から磁界検出センサに印加される垂直方向磁界成分Ｈｚの分布をシミュレートした結果を表す図である。
【図１５Ａ】各永久磁石を硬磁性材料の単一層で構成した場合に１対の永久磁石から磁界検出センサに印加されるピンド方向磁界成分Ｈｙの分布をシミュレートした結果を表す図である。
【図１５Ｂ】各永久磁石を図２の実施形態のごとく硬磁性層及び非磁性層の多層に積層して構成した場合に１対の永久磁石から磁界検出センサに印加されるピンド方向磁界成分Ｈｙの分布をシミュレートした結果を表す図である。
【図１６】単層構造及び多層構造の永久磁石を用いた場合のピンド方向位置Ｙに対するピンド方向磁界成分Ｈｙの特性を示す図である。
【図１７】単層構造及び多層構造の永久磁石を用いた加速度センサについて加速度に対するスピンバルブＧＭＲ素子の検出出力特性を示す図である。
【図１８】ばね部材における帯状板ばねの基本的な動作を説明する図である。
【図１９】中央部に支点を有し、両端部に錘部材が取り付けられた帯状板ばねの動作を説明する図である。
【図２０】図２の実施形態におけるばね部材の動作を説明するための図である。
【図２１】本発明の加速度センサのさらに他の実施形態における全体構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図２２】図２１に示した加速度センサにおけるハウジング部材の内部に設けられるばね部材、磁界発生錘部材及び磁界検出センサの構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図２３】図２１に示した加速度センサにおける配線基板上の結線及び磁界検出センサの構成を概略的に示す図である。
【図２４】図２１に示した加速度センサにおける配線基板及び磁界検出センサの電気的構成を概略的に示す回路図である。
【図２５】図２１に示した加速度センサにおける等価回路図である。
【図２６】図２１の実施形態におけるばね部材の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１０  磁気ディスク
１０ａ  退避ゾーン
１１  ＨＧＡ
１２  ＦＰＣ
１３  支持アーム
１３ａ  爪
１４  ＶＣＭ
１５  回動軸
１６  退避ランプ
１７  加速度センサ
１８  回路基板
２０、２１０  ハウジング部材
２０ａ、２１０ａ  配線基板
２０ｂ、２１０ｂ  カバー部材
２１、２１１  ばね部材
２１ａ  第１の帯状板ばね
２１ｂ、２１ｃ  第２の帯状板ばね
２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１１ｂ、２１１ｃ  錘支持部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｃ′、２２ｄ、２２ｄ′、２１２ａ、２１２ｂ  磁界発生錘部材
２２ａ１、２２ａ２、２２ｂ１、２２ｂ２、２２ｃ１、２２ｃ２、２２ｄ１、２２ｄ２、９２、９２′、１１２１、１１２２、１２２１、１２２２、２１２ａ１、２１２ａ２、２１２ｂ１、２１２ｂ２  永久磁石
２２ａ３、２２ｂ３、２２ｃ３、２２ｄ３、１１２３、１２２３、２１２ａ３、２１２ｂ３  磁性体部材
２３、２４、２５、９３、１１３、１２３、２１３、２１４  磁界検出センサ
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、９３ａ、１１３ａ、１１３ｃ、１１３ｂ、１１３ｄ、２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ、２１３ｄ、２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄ  スピンバルブＧＭＲ素子
２６、２１６  支点部材
１２４  硬磁性層
１２５  非磁性層
１８０、１９０、２１１ａ  帯状板ばね
１８１、１９１  支点
１８２、１９２ａ、１９２ｂ  錘部材
【図１】
2007218726.tif 000003
【図２】
2007218726.tif 000004
【図３】
2007218726.tif 000005
【図４】
2007218726.tif 000006
【図５】
2007218726.tif 000007
【図６】
2007218726.tif 000008
【図７】
2007218726.tif 000009
【図８】
2007218726.tif 000010
【図９】
2007218726.tif 000011
【図１０】
2007218726.tif 000012
【図１１】
2007218726.tif 000013
【図１２】
2007218726.tif 000014
【図１３Ａ】
2007218726.tif 000015
【図１３Ｂ】
2007218726.tif 000016
【図１４Ａ】
2007218726.tif 000017
【図１４Ｂ】
2007218726.tif 000018
【図１５Ａ】
2007218726.tif 000019
【図１５Ｂ】
2007218726.tif 000020
【図１６】
2007218726.tif 000021
【図１７】
2007218726.tif 000022
【図１８】
2007218726.tif 000023
【図１９】
2007218726.tif 000024
【図２０】
2007218726.tif 000025
【図２１】
2007218726.tif 000026
【図２２】
2007218726.tif 000027
【図２３】
2007218726.tif 000028
【図２４】
2007218726.tif 000029
【図２５】
2007218726.tif 000030
【図２６】
2007218726.tif 000031