(57)【要約】【課題】複数軸方向の加速度を一つの加速度センサで測定することができる小型化に適した磁気式加速度センサを提供すること。【解決手段】本発明の磁気式加速度センサは、内側に錘部収容領域１１ａを持つセンサ本体１１と、前記センサ本体１１の前記錘部収容領域１１ａに位置する錘１２と、前記錘１２の対向する位置を双方向から変位自在に支持する梁１３ａ〜１３ｄと、前記センサ本体１１側に設けられたＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｈと、ＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｈの錘１２に設けられ、ＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｈに磁界を印加するハード磁性層１４と、を具備し、力が加わることにより、前記錘１２が前記梁１３ａ〜１３ｄを軸として互いに直交する２軸方向に変位することに伴うＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｈの磁気抵抗の変化で加速度を測定することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に錘収容領域を持つセンサ本体と、前記センサ本体の前記錘部収容領域に位置する錘と、前記錘の対向する位置を双方向から変位自在に支持する梁と、前記センサ本体側に設けられた磁気抵抗効果素子と、前記錘に設けられ、前記磁気抵抗効果素子に磁界を印加するハード磁性層と、を具備し、力が加わることにより、前記錘が前記梁を軸として互いに直交する２軸方向に変位することに伴う前記磁気抵抗効果素子の磁気抵抗の変化で加速度を測定することを特徴とする磁気式加速度センサ。
【請求項２】
前記ハード磁性層と、平面視において前記ハード磁性層の斜向かいに配置された一対の磁気抵抗効果素子とで構成される磁気検知部を被測定加速度軸毎に少なくとも１つ有し、一方の加速度軸の磁気検知部の出力で加速度の値を出力し、他方の加速度軸の磁気検知部の出力に基づいて前記一方の加速度軸の加速度方向を判定することを特徴とする請求項１記載の磁気式加速度センサ。
【請求項３】
前記ハード磁性層と、平面視において前記ハード磁性層の斜向かいに配置された一対の磁気抵抗効果素子とで構成される磁気検知部を被測定加速度方向毎に２つ有し、前記被測定加速度方向用の２つの磁気検知部の４つの磁気抵抗効果素子でブリッジ回路を構成することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の磁気式加速度センサ。
【請求項４】
前記磁気抵抗効果素子が少なくとも固定磁性層を有し、前記ハード磁性層は、平面視において向かい合う前記梁の方向と平行又は直交に着磁され、前記ハード磁性層の着磁方向及び前記固定磁性層の磁化固定方向が前記着磁方向と平行又は反平行であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁気式加速度センサ。
【請求項５】
前記ハード磁性層は、向かい合う前記梁側であってハード磁性層の両側に磁界強度を示すように着磁され、前記磁界強度のピークに合わせて前記磁気抵抗効果素子が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の磁気式加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁力を用いて加速度を検知する磁気式加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
加速度を検出するセンサとして、例えば磁気式加速度センサがある。この磁気式加速度センサにおいては、錘に磁気抵抗効果素子が配設され、その錘に対向する基板にハード磁性層を用いて形成した磁石が配設されており、錘に力が加わると錘が揺動し、これにより基板上の磁石と錘上の磁気抵抗効果素子との間隔が変わる。この間隔の変化により磁気抵抗効果素子に印加される磁界が変化し、この磁界の変化に基づく磁気抵抗効果素子の磁気抵抗の変化を利用して加速度の変化を検出する。
【０００３】
このような磁気式加速度センサとしては、錘を片持ち梁で支持する構成のものがある。このような構成は、例えば、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平９−２０３７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した磁気式加速度センサにおいては、錘を片持ち梁で支持する構成であるために、１軸方向の加速度しか測定することができない。このため、複数軸方向の加速度を測定するためには、同じ構成のセンサを被測定方向分だけ準備する必要があり、小型化に不向きな構成である。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、複数軸方向の加速度を一つの加速度センサで測定することができる小型化に適した磁気式加速度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の磁気式加速度センサは、内側に錘収容領域を持つセンサ本体と、前記センサ本体の前記錘部収容領域に位置する錘と、前記錘の対向する位置を双方向から変位自在に支持する梁と、前記センサ本体側に設けられた磁気抵抗効果素子と、前記錘に設けられ、前記磁気抵抗効果素子に磁界を印加するハード磁性層と、を具備し、力が加わることにより、前記錘が前記梁を軸として互いに直交する２軸方向に変位することに伴う前記磁気抵抗効果素子の磁気抵抗の変化で加速度を測定することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、錘の対向する位置を双方向から変位自在に支持する梁を有し、互いに直交する２つの軸方向の力に対して変位可能な構成となっているので、２軸方向の加速度を測定することができる。このため、本発明の磁気式加速度センサは、一つのセンサにより、複数軸方向の加速度を測定することができるので、小型化に適した構成である。
【０００８】
本発明の磁気式加速度センサにおいては、前記ハード磁性層と、平面視において前記ハード磁性層の斜向かいに配置された一対の磁気抵抗効果素子とで構成される磁気検知部を被測定加速度軸毎に少なくとも１つ有し、一方の加速度軸の磁気検知部の出力で加速度の値を出力し、他方の加速度軸の磁気検知部の出力に基づいて前記一方の加速度軸の加速度方向を判定することを特徴とする。
【０００９】
本発明の磁気式加速度センサにおいては、前記ハード磁性層と、平面視において前記ハード磁性層の斜向かいに配置された一対の磁気抵抗効果素子とで構成される磁気検知部を被測定加速度方向毎に２つ有し、前記被測定加速度方向用の２つの磁気検知部の４つの磁気抵抗効果素子でブリッジ回路を構成することが好ましい。
【００１０】
本発明の磁気式加速度センサにおいては、前記磁気抵抗効果素子が少なくとも固定磁性層を有し、前記ハード磁性層は、平面視において向かい合う前記梁の方向と平行又は直交に着磁され、前記ハード磁性層の着磁方向及び前記固定磁性層の磁化固定方向が前記着磁方向と平行又は反平行であることが好ましい。
【００１１】
本発明の磁気式加速度センサにおいては、前記ハード磁性層は、向かい合う前記梁側であってハード磁性層の両側に磁界強度を示すように着磁され、前記磁界強度のピークに合わせて前記磁気抵抗効果素子が配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の磁気式加速度センサによれば、内側に錘収容領域を持つセンサ本体と、前記センサ本体の前記錘部収容領域に位置する錘と、前記錘の対向する位置を双方向から変位自在に支持する梁と、前記センサ本体側に設けられた磁気抵抗効果素子と、前記錘に設けられ、前記磁気抵抗効果素子に磁界を印加するハード磁性層と、を具備し、力が加わることにより、前記錘が前記梁を軸として互いに直交する２軸方向に変位することに伴う前記磁気抵抗効果素子の磁気抵抗の変化で加速度を測定するので、複数軸方向の加速度を一つの素子で測定することができる小型化に適した磁気式加速度センサを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る磁気式加速度センサの断面図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【００１４】
図１に示す磁気式加速度センサ１は、図１（ａ）に示すように、内側に錘収容領域１１ａを持つセンサ本体１１を有する。このセンサ本体１１の錘部収容領域１１ａには、錘１２が位置する。この錘１２は、略直方体形状（平面視において略矩形状）を有している。センサ本体１１と錘１２とは、梁１３ａ〜１３ｄにより結合されており、錘１２は、梁１３ａ〜１３ｄにより変位自在に支持されている。梁１３ａ〜１３ｄは、錘１２の対向する位置を双方向から変位自在に支持するように設けられている。図１においては、平面視において錘１２の四辺にそれぞれ梁１３ａ〜１３ｄが設けられている。これらの梁１３ａ〜１３ｄは、図１（ｂ）及び図２に示すように、錘１２の一方の主面近傍に設けられており、図２に示す梁端部１３ｅでセンサ本体１１と連結している。
【００１５】
梁１３ａ〜１３ｄは、板状体を折り畳んでなるバネ体で構成されている。このため、磁気式加速度センサ１に力が加わったときに、梁１３ａ〜１３ｄの弾性により、錘１２が変位するようになっている。すなわち、磁気式加速度センサ１にＸ軸方向の力が加わると、梁１３ｂ，１３ｄにより、錘１２をＸ軸方向に変位させる。また、磁気式加速度センサ１にＹ軸方向の力が加わると、梁１３ａ，１３ｃにより、錘１２をＹ軸方向に変位させる。
【００１６】
梁１３ａ〜１３ｄは、板状体を折り畳んで構成されている。すなわち、梁１３ａ〜１３ｄは、図３に示すように、板状体１３１と、板状体１３１同士を連結する折り畳み部分１３２とから構成されている。板状体１３１の幅は、Ｘ軸方向変位量とＹ軸方向変位量などを考慮して、２００μｍ〜３００μｍであることが好ましい。板状体１３１の高さは、Ｘ軸方向変位量とＹ軸方向変位量や、ノイズとなるＺ軸方向変位量などを考慮して、１０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。板状体１３１の厚さは、Ｘ軸方向変位量とＹ軸方向変位量などを考慮して、２μｍ〜１０μｍであることが好ましい。折り畳み部分１３２の厚さは、Ｘ軸方向変位量とＹ軸方向変位量などを考慮して、５μｍ〜３０μｍであることが好ましい。
【００１７】
センサ本体１１には、磁気抵抗効果素子としてＧＭＲ（Giant MagnetoResistance）素子１５ａ〜１５ｈが形成されている。錘１２には、ＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｈと対向する位置に磁石であるハード磁性層１４が形成されている。ハード磁性層１４を構成する材料としては、ＣｏＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金などを挙げることができる。
【００１８】
磁気式加速度センサ１においては、ハード磁性層１４と、平面視において錘部収容部を挟み、ハード磁性層１４の斜向いに配置された一対のＧＭＲ素子とで構成される磁気検知部を被測定加速度方向毎に２つ有する。すなわち、図１（ａ）に示すように、被測定加速度方向であるＹ軸方向において、ＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂ及びハード磁性層１４ａで構成される磁気検知部と、ＧＭＲ素子１５ｃ，１５ｄ及びハード磁性層１４ｂで構成される磁気検知部とを有する。また、被測定加速度方向であるＸ軸方向において、ＧＭＲ素子１５ｅ，１５ｆ及びハード磁性層１４ｃで構成される磁気検知部と、ＧＭＲ素子１５ｇ，１５ｈ及びハード磁性層１４ｄで構成される磁気検知部とを有する。
【００１９】
ＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｈは、図４に示すように、センサ本体１１上に下から順に、ＩｒＭｎやＰｔＭｎなどで形成された反強磁性層１５１、ＮｉＦｅやＣｏＦｅなどの強磁性材料で形成された固定磁性層１５２、Ｃｕなどで形成された非磁性材料層１５３及びＮｉＦｅやＣｏＦｅなどの強磁性材料で形成されたフリー磁性層１５４の積層構造を有する。図４に示す形態においては、反強磁性層１５１の下に結晶配向を整えるためにＮｉＦｅＣｒあるいはＣｒで形成されたシード層１５５が設けられているが、シード層１５５は必須ではない。
【００２０】
また、フリー磁性層１５４の上には、Ｔａなどで形成された保護層１５６が形成されている。ＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｈでは、反強磁性層１５１と固定磁性層１５２とが接して形成されているため、磁場中で熱処理を施すことにより反強磁性層１５１と固定磁性層１５２との間の界面に交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じ、固定磁性層１５２の磁化方向１５２ａは一方向に固定される。図４では、磁化方向１５２ａは図示Ｘ１方向に固定される。
【００２１】
一方、フリー磁性層１５４の磁化方向１５４ａは、例えば、図４の形態では、固定磁性層１５２の磁化方向１５２ａと反平行に揃えられている。すなわち、磁化方向１５４ａは図示Ｘ２方向に向けられる。フリー磁性層１５４は、固定磁性層１５２のように磁化固定されておらず外部磁場により磁化方向は変動する。
【００２２】
ハード磁性層１４から発せられる外部磁場のうち、磁気抵抗効果素子を構成する各層の膜面と平行な方向に向く水平磁場Ｈが図４に示すように図示Ｘ１方向に作用すると、フリー磁性層１５４の磁化方向１５４ａが変動し、固定磁性層１５２の磁化方向１５２ａとフリー磁性層１５４の磁化方向１５４ａの関係で電気抵抗が変化する。これはスピンバルブ型の巨大磁気抵抗（Giant MagnetoResistance）効果と呼ばれ、巨大磁気抵抗効果を発現させるには、上記のような反強磁性層１５１、固定磁性層１５２、非磁性材料層１５３及びフリー磁性層１５４の４層基本構造が必要となる。また、磁気抵抗効果素子として、ＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｈでなく、トンネル磁気抵抗効果を有するトンネル磁気抵抗（Tunnel MagnetoResistance:ＴＭＲ）素子を用いても良い。ＴＭＲ素子の場合には、非磁性材料層１５３がトンネル障壁の材料である酸化アルミニウムや酸化マグネシウムなどの非磁性絶縁材料に置き換えられる。
【００２３】
本発明の磁気式加速度センサ１において、ハード磁性層１４が、平面視において向かい合う梁１３の方向と平行又は直交に着磁され、ハード磁性層１４の着磁方向及び固定磁性層１５２の磁化固定方向が着磁方向と平行又は反平行であることが好ましい。また、本発明の磁気式加速度センサ１において、ハード磁性層１４が、向かい合う梁１３側であってハード磁性層１４の両側に磁界強度を示すように着磁され、磁界強度のピークに合わせてＧＭＲ素子が配置されていることが好ましい。なお、ＧＭＲ素子とハード磁性層との間の位置関係については後述する。
【００２４】
本発明の磁気式加速度センサ１においては、被測定加速度方向用の２つの磁気検知部の４つのＧＭＲ素子でブリッジ回路を構成している。図１（ａ）に示す例においては、図５に示すように、Ｙ軸方向の磁気検知部の４つのＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｄでブリッジ回路を構成し、Ｘ軸方向の磁気検知部の４つのＧＭＲ素子１５ｅ〜１５ｈでブリッジ回路を構成する。このような構成においては、磁気式加速度センサ１に力が加わることにより、錘１２が梁１３ａ〜１３ｄを軸として互いに直交する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）方向に変位することに伴うＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｈの磁気抵抗の変化で加速度を測定することができる。すなわち、各軸方向用の４つのＧＭＲ素子をブリッジ回路に構成することにより、錘１２が変位すると、ＧＭＲ素子の磁気抵抗の変化で出力電圧（Ｖ1−Ｖ2）が変化する。このとき、出力電圧は、錘１２の変位量（位置）に対してリニアに変化する。このため、その出力電圧から錘１２の位置、すなわち錘１２の変位量を検出することができる。そして、その変位量から加速度を算出することができる。
【００２５】
このような構成を有する磁気式加速度センサにおいては、ハード磁性層１４によりＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｈに磁界が印加されている。磁気式加速度センサ１に力が加わると、錘１２が力に応じて変位する。これにより、ハード磁性層１４とＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｈとの間隔が変わる。このとき、ＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｈに印加される磁界が変化する。したがって、この磁界の変化に基づくＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｈの磁気抵抗の変化をパラメータとして、その変化を加速度変化とすることができる。
【００２６】
ここで、図１に示す磁気式加速度センサにおいて、Ｘ軸方向の加速度を測定するＧＭＲ素子（Ｘ軸用ＧＭＲ素子）１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと、ハード磁性層１４ａ，１４ｂとの最適な位置関係を求めるために、ＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂとハード磁性層１４ａとを図６に示すように配置し、ハード磁性層１４ａの磁界強度をシミュレーションした。なお、ハード磁性層１４ａはＸ軸方向着磁されており、ハード磁性層１４ａのＸ軸方向側をＮ極とし、−Ｘ軸方向側をＳ極とする。また、このシミュレーションにおいては、ハード磁性層１４ａは、Ｘ軸方向の長さＬ1を１２．５μｍとし、Ｙ軸方向の長さＬ2を５０μｍとした長方形とし、ハード磁性層の厚さｔを０．１５μｍとすることを前提として算出した。また、ハード磁性層１４ａの膜厚中心とＧＭＲ素子のフリー磁性層の水平位置をほぼ同じ位置とする。
【００２７】
上記のような条件において、ＧＭＲ素子とハード磁性層との間の距離Ｄを１μｍ、２μｍ、３μｍと変化したときに、ＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂが感知するであろうＹ軸方向磁場の磁場強度をシミュレーションした。そのシミュレーション結果を図７に示す。図７に示すように、ハード磁性層１４ａのＸ軸方向長さＬ1の中心を０としたときに、両７μｍ程度に±Ｙ軸方向の磁場強度［Ｏｅ（×１０3／４π  Ａ／ｍ）］のプラス又はマイナスのピークが存在している。
【００２８】
Ｙ軸方向の磁場強度を感度良く感知するためには、固定磁性層の磁化固定方向がＸ軸方向又は−Ｘ軸方向である必要がある。図６においては、ＧＭＲ素子１５ａ又は１５ｂの固定磁性層の磁化固定方向をＸ軸方向としている。また、ＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂの配置は、ハード磁性層１４ａの左右対称でＹ軸方向の磁場強度のプラス又はマイナスのピークに合わせて配置すると効率が高いので望ましい。なお、ＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂの配置は、ハード磁性層の磁場強度ピークの位置としなくても計測は可能である。
【００２９】
図５に示すように、ＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは上述の通りフルブリッジ回路を形成している。ハード磁性層１４ａと１４ｂは同一の錘に配置されているので、錘の動きに合わせて同じ方向に同量だけ移動する。例えば、ハード磁性層１４ａ，１４ｂが同じ着磁方向であれば、錘の動きとブリッジ回路を考慮すると、ＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂの固定磁性層の磁化固定方向とＧＭＲ素子１５ｃ，１５ｄの固定磁性層の磁化固定方向とは逆向きとなる。あるいは、ＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂの固定磁性層の磁化固定方向とＧＭＲ素子１５ｃ，１５ｄの固定磁性層の磁化固定方向とが同じであれば、錘の動きとブリッジ回路を考慮すると、ハード磁性層１４ａ，１４ｂが逆向きの着磁方向となる。Ｘ軸用ＧＭＲ素子の出力線形性を高めるためには、ハード磁性層１４ａ，１４ｂからフリー磁性層へ磁界がかかるだけでなく、別途個々のＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに、ハード磁性層１４ａ，１４ｂの着磁方向とは平面視において垂直に磁界がかかるようにバイアス磁石を設けてもよい。
【００３０】
錘１２が＋Ｘ軸方向に移動すると、ハード磁性層１４ａも＋Ｘ軸方向に移動し、例えば、ＧＭＲ素子１５ａが抵抗が下がり、ＧＭＲ素子１５ｂが抵抗が上がる。ハード磁性層１４ｂは、ハード磁性層１４ａと同じだけ＋Ｘ軸方向に移動するので、ＧＭＲ素子１５ｃが抵抗が下がり、ＧＭＲ素子１５ｄが抵抗が上がる。これにより、中点電位である出力電圧（Ｖ１−Ｖ２）を大きく変化させることができる。ここでは、ＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを図５に示すようにフルブリッジとして出力を大きくとる実施の形態について説明しているが、ＧＭＲ素子１５ｃ，１５ｄを固定抵抗とし、ハード磁性層１４ｂを省略してハーフブリッジ構成としてもよい。
【００３１】
図１に示す構成において、Ｘ軸用ＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと、ハード磁性層１４ａ，１４ｂとの関係は上述の通りである。Ｙ軸方向の加速度を計測するＧＭＲ素子（Ｙ軸用ＧＭＲ素子）１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈと、ハード磁性層１４ｃ，１４ｄとの関係についてもＸ軸の関係と同様にすることができる。これにより、Ｙ軸用ＧＭＲ素子１５ｅ，１５ｆにかかるハード磁性層１４ｃの磁界強度は図７においてＹ軸方向着磁されたハード磁性層１４ｃのＸ軸方向磁界強度と読み替えることができる。
【００３２】
ところで、Ｘ軸側ＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄだけでは、出力から加速度を計測しても＋Ｘ軸方向に錘１２が移動したのか−Ｘ軸方向に移動したのかを判別することができない。そこで、Ｙ軸用ＧＭＲ素子１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈと、ハード磁性層１４ｃ，１４ｄの距離が変化することを利用することにより、移動方向を判別するようにしても良い。すなわち、磁気検知部を被測定加速度軸毎に少なくとも１つ有し、一方の加速度軸の磁気検知部の出力で加速度の値を出力し、他方の加速度軸の磁気検知部の出力に基づいて前記一方の加速度軸の加速度方向を判定する。
【００３３】
例えば、図７においてハード磁性層１４ｃの磁界強度と読み替えた場合に、ＧＭＲ素子とハード磁性層との距離を１μｍ〜３μｍに変化すると、ハード磁性層の磁界強度が変化することがシミュレーション結果より明らかとなった。そこで、図８に示すような、中央演算処理装置２２と、メモリ２３と、外部記憶装置２４と、出力装置２５と、インターフェイスとを有する加速度検知システムに、本発明に係る加速度センサ１を接続し、錘が±Ｘ軸方向及び±Ｙ軸方向に移動したときの初期データを外部記憶装置２４に取り込んで、中央演算処理装置２２で演算処理することにより移動方向を判別することができる。なお、図８において、参照符号２１ａ，２１ｂは、それぞれＧＭＲ素子からのアナログ信号の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を示す。
【００３４】
すなわち、錘が±Ｘ軸方向に移動する場合であって、Ｙ軸用ＧＭＲ素子１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈとハード磁性層１４ｃ，１４ｄとの距離の変化したときの磁化強度変化のプロファイルをインターフェイスを通じて取得し、外部記憶装置２４に保持する。また、別に、錘が±Ｙ軸方向に移動した場合であって、ハード磁性層が±Ｙ軸方向に移動したときの磁化強度変化のプロファイルをインターフェイスを通じて取得し、外部記憶装置２４に保持する。中央演算処理装置２２は、加速度センサ１の駆動時のＹ軸用ＧＭＲ素子の出力をインターフェイスより取得し、外部記憶装置２４から各プロファイルをメモリ２３に読み出して比較することで、各プロファイルの違いからＹ軸用ＧＭＲ素子１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈとハード磁性層１４ｃ，１４ｄとの距離の変化を抽出し、錘が＋Ｘ軸方向に移動したのか、−Ｘ軸方向に移動したのかの錘の移動方向情報を判別する。そして、中央演算装置２２は、上述の錘の移動方向情報と、例えば、加速度センサ１の駆動時にメモリ２３に取り込んだＸ軸ＧＭＲ素子の出力とを合わせて出力装置２５へ出力することで、錘の加速度を計測することができる。このように、Ｘ軸方向の加速度の計測について説明したが、Ｙ軸方向の加速度の計測について、＋Ｘ軸方向に錘１２が移動したのか−Ｘ軸方向に移動したのかを判別するには、Ｘ軸用ＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｄの出力を同様に利用して判別することができ、Ｙ軸方向の加速度を出力装置２５へ出力できる。
【００３５】
次に、図９のようにハード磁性層の着磁方向を変更した場合について検討する。図６及び図７を用いて説明した例と異なる部分を中心に以下説明する。ハード磁性層１４ａはＹ軸方向に着磁されており、ハード磁性層１４ａのＹ軸方向側をＮ極とし、−Ｙ軸方向側をＳ極とする。また、このシミュレーションにおいては、ハード磁性層１４ａは、Ｘ軸方向の長さＬ1を１２．５μｍとし、Ｙ軸方向の長さＬ2を５０μｍとした長方形とし、ハード磁性層の厚さｔを０．１５μｍとすることを前提として算出した。また、ハード磁性層１４ａの膜厚中心とＧＭＲ素子のフリー磁性層の水平位置をほぼ同じ位置とする。
【００３６】
上記のような条件において、ＧＭＲ素子とハード磁性層との間の距離Ｄを１μｍ、２μｍ、３μｍと変化したときに、ＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂが感知するであろうＸ軸方向磁場の磁場強度をシミュレーションした。そのシミュレーション結果を図１０に示す。図１０に示すように、ハード磁性層１４ａのＸ軸方向長さＬ1の中心を０としたときに、両７μｍ程度に±Ｘ軸方向の磁場強度［Ｏｅ（×１０3／４π  Ａ／ｍ）］のプラス又はマイナスのピークが存在している。
【００３７】
Ｘ軸方向の磁場強度を感度良く感知するためには、固定磁性層の磁化固定方向がＹ軸方向又は−Ｙ軸方向である必要がある。図９においては、ＧＭＲ素子１５ａ又は１５ｂの固定磁性層の磁化固定方向を＋Ｙ軸方向としている。また、ＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂの配置は、ハード磁性層１４ａの左右対称でＹ軸方向の磁場強度のプラス又はマイナスのピークに合わせて配置すると効率が高いので望ましい。なお、ＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂの配置は、ハード磁性層の磁場強度ピークの位置としなくても計測は可能である。なお、図９のようにハード磁性層の着磁方向を変更した場合について、ＧＭＲ素子１５ａ，１５ｂと、ハード磁性層１４ａを例に説明したが、ＧＭＲ素子１５ｃ，１５ｄとハード磁性層１４ｂ、ＧＭＲ素子１５ｅ，１５ｆとハード磁性層１４ｃ、ＧＭＲ素子１５ｇ，１５ｈとハード磁性層１４との関係も同様である。
【００３８】
また、ハード磁性層の向きは、ハード磁性層の磁界が印加されるＧＭＲ素子２個の組み合わせの関係の中で上述の図６又は図９に示した関係があればよく、各組み合わせごとにハード磁性層の着磁方向が違っていてもよい。
【００３９】
この磁気式加速度センサにおいては、錘１２の対向する位置を双方向から変位自在に支持する梁１３ａ〜１３ｄを有し、互いに直交する２つの軸方向の力に対して変位可能な構成となっているので、２軸方向の加速度を測定することができる。このため、本発明の磁気式加速度センサは、一つのセンサにより、複数軸方向の加速度を測定することができるので、小型化に適した構成である。
【００４０】
上記構成の磁気式加速度センサを製造する場合、まず、センサ本体１１、錘１２及び梁１３を形成する。例えば、シリコンのエッチングによりこれらのセンサ本体１１、錘１２及び梁１３を一体に形成することができる。次いで、センサ本体１１にＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｈを形成する。ＧＭＲ素子１５ａ〜１５ｈは、例えばスパッタリング、リフトオフにより形成する。次いで、錘１２にハード磁性層１４で形成した磁石を形成する。ハード磁性層１４は、錘１２上にハード磁性材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングを行うことにより形成する。このようにして図１に示す構成の磁気式加速度センサを作製することができる。
【００４１】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態で説明した数値、寸法、部材の位置関係、材質については特に制限はない。また、上記実施の形態で説明したプロセスについてはこれに限定されず、工程間の適宜順序を変えて実施しても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気式加速度センサを示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る磁気式加速度センサを示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る磁気式加速度センサの梁を示す斜視図である。
【図４】ＧＭＲ素子を説明するための図である。
【図５】ＧＭＲ素子を用いたブリッジ回路を示す図である。
【図６】ハード磁性層の磁界強度のシミュレーションの際のＧＭＲ素子とハード磁性層との間の位置関係を示す図である。
【図７】磁界強度とハード磁性層の位置との間の関係を示す特性図である。
【図８】加速度の大きさと方向とを求める際のシステム構成を示す概略ブロック図である。
【図９】ハード磁性層の磁界強度のシミュレーションの際のＧＭＲ素子とハード磁性層との間の位置関係を示す図である。
【図１０】磁界強度とハード磁性層の位置との間の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  磁気式加速度センサ
１１  センサ本体
１１ａ  錘部収容領域
１２  錘
１３ａ〜１３ｄ  梁
１３ｅ  梁端部
１４  ハード磁性層
１５ａ〜１５ｈ  ＧＭＲ素子
２１ａ，２１ｂ  Ａ／Ｄ変換器
２２  中央演算処理装置
２３  メモリ
２４  外部記憶装置
２５  出力装置
１３１  板状体
１３２  折り畳み部分
１５１  反強磁性層
１５２  固定磁性層
１５３  非磁性材料層
１５４  フリー磁性層
１５５  シード層
１５６  保護層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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