JP4367403B2 - 加速度センサ用ばね部材、加速度センサ及び磁気ディスクドライブ装置 - Google Patents

加速度センサ用ばね部材、加速度センサ及び磁気ディスクドライブ装置 Download PDF

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Description

本発明は、磁気抵抗効果（ＭＲ）素子を用いた加速度センサ用のばね部材、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。
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。
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）。
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）。
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。
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、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）。
特許第２７３２２８７号公報 特許第２５８６４０６号公報 特開平１１−３５２１４３号公報
特許文献３に記載された加速度センサでは、４本のステー、即ちばね、によって支えられた振動子に永久磁石を固着し、印加された加速度によって生じる回転モーメントをこれらステーの捩り応力で平衡させ、その時の永久磁石の角度変化から加速度検出を行なっている。
一般に、板ばねにおける捩り応力のばね係数は、曲げ応力のばね係数より大きく、従って、その変位は小さい。このため、特許文献３に記載の加速度センサのように、主に捩り応力を利用するばねを用いた場合、変位量が小さいので、加速度検出感度を高めることが難しい。変位量を大きくして感度を高めるためには、全体のばね面積を大きくする必要があり、これは加速度センサの小型化への要求と逆行するものである。
従って本発明の目的は、加速度センサの大幅な小型化が図れ、かつ小型化を図った場合にも、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用ばね部材、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。
本発明によれば、錘部材を兼用する磁界発生手段又は磁界検出手段が取り付けられる加速度センサ用ばね部材であって、支点を有すると共に支点から偏位した位置に錘部材が取り付けられるように構成されており、外部から印加される力に対して曲げ応力を発生させて錘部材を変位させる少なくとも１つの帯状板ばねを備えた加速度センサ用ばね部材が提供される。
外力に対抗して曲げ応力を発生させ平衡させることにより錘部材を変位させる帯状板ばねを用いているため、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。
少なくとも１つの帯状板ばねが２つの帯状板ばねからなり、各帯状板ばねが、一方の端部に支点を有すると共に他方の端部に錘部材が取り付けられるように構成されていることが好ましい。
少なくとも１つの帯状板ばねが、中央部に支点を有すると共に両方の端部に錘部材がそれぞれ取り付けられるように構成された１つの帯状板ばねからなることも好ましい。
本発明によれば、さらに、錘部材を兼用する磁界発生手段又は磁界検出手段が取り付けられる加速度センサ用ばね部材であって、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錘部材がそれぞれ取り付けられるように構成されており、第１の帯状板ばねは外部から印加される力に対して曲げ応力又は捩り応力を発生させて錘部材を変位させるように構成されており、第２の帯状板ばねは外部から印加される力に対して曲げ応力を発生させて錘部材を変位させるように構成されている加速度センサ用ばね部材が提供される。
ここでは、外力に対抗して主に曲げ応力を発生させ平衡させることにより錘部材を変位させる帯状板ばねを用いているため、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。
また、２つの第２の帯状板ばねの各々又は各第２の帯状板ばねの両端部に取り付けられた錘部材に固着されており、各第２の帯状板ばねのばね動作を抑制する帯状支持部材をさらに備えていることが好ましい。
本発明によれば、さらに、ハウジング部材と、磁界発生錘部材と、ハウジング部材に支点が取り付けられたばね部材と、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磁界検出センサとを備えており、ばね部材が、支点から偏位した位置で磁界発生錘部材を固着しており、外部から印加される力に対して曲げ応力を発生させて磁界発生錘部材を変位させる少なくとも１つの帯状板ばねを有している加速度センサが提供される。
ばね部材として、外力に対抗して曲げ応力を発生させ平衡させることにより錘部材を変位させる帯状板ばねを用いているため、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。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。
ばね部材の少なくとも１つの帯状板ばねが２つの帯状板ばねからなり、各帯状板ばねが、一方の端部に支点を有すると共に他方の端部に磁界発生錘部材が取り付けられるように構成されていることが好ましい。
ばね部材の少なくとも１つの帯状板ばねが、中央部に支点を有すると共に両方の端部に磁界発生錘部材がそれぞれ取り付けられるように構成された１つの帯状板ばねからなることも好ましい。
磁界検出センサが磁化固定層及び磁化自由層を含みかつ磁化固定層が少なくとも１つの帯状板ばねの変位方向と平行な方向に磁化固定された少なくとも１対の多層構造ＭＲ素子を備えており、磁界発生錘部材が少なくとも１つの永久磁石を備えており、外部から力が印加されていない時に少なくとも１対の多層構造ＭＲ素子の積層面とほぼ垂直な方向に磁界が印加されるように構成されていることが好ましい。
本発明によれば、さらに、ハウジング部材と、４つの磁界発生錘部材と、ハウジング部材に支点が取り付けられたばね部材と、４つの磁界発生錘部材のうちの少なくとも３つに対向してハウジング部材にそれぞれ取り付けられている少なくとも３つの磁界検出センサとを備えており、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の帯状板ばねとを有しており、２つの第２の帯状板ばねの両端部に４つの磁界発生錘部材がそれぞれ取り付けらており、第１の帯状板ばねは外部から印加される力に対して曲げ応力又は捩り応力を発生させて磁界発生錘部材を変位させるように構成されており、第２の帯状板ばねは外部から印加される力に対して曲げ応力を発生させて磁界発生錘部材を変位させるように構成されている加速度センサが提供される。
ここでは、ばね部材として、外力に対抗して主に曲げ応力を発生させ平衡させることにより錘部材を変位させる帯状板ばねを用いているため、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。２つの第２の帯状板ばね又は帯状支持部材の４つの端部を同一形状にすれば、Ｘ、Ｙ及びＺの３軸の感度及び指向性が揃った加速度センサを提供することができる。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、磁界検出センサは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。
また、磁界検出センサが磁化固定層及び磁化自由層を含みかつ磁化固定層が少なくとも１つの帯状板ばね又は帯状板ばねの変位方向と平行な方向に磁化固定された少なくとも１対の多層構造ＭＲ素子を備えており、磁界発生錘部材が少なくとも１つの永久磁石を備えており、外部から力が印加されていない時に少なくとも１対の多層構造ＭＲ素子の積層面とほぼ垂直な方向に磁界が印加されるように構成されていることが好ましい。磁化固定層が帯状板ばねの変位方向と平行な方向に磁化固定されているため、この方向へのバイアス磁界の変化のみがその多層構造ＭＲ素子によって検出されることとなるので、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の加速度を独立して検出することが可能となる。また、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、加速度センサを小型化することができる。さらに、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。さらにまた、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、外乱の影響を受けにくい。
２つの第２の帯状板ばねの各々又は各第２の帯状板ばねの両端部に取り付けられた２つの磁界発生錘部材に固着されており、各第２の帯状板ばねのばね動作を抑制する帯状支持部材をさらに備えていることが好ましい。
少なくとも１つの永久磁石が、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並列配置された１対の永久磁石からなることも好ましい。
少なくとも１対の多層構造ＭＲ素子が、１対の永久磁石にそれぞれ対向して配置されていることも好ましい。
多層構造ＭＲ素子が、ＧＭＲ素子又はＴＭＲ素子であることが好ましい。
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。
本発明によれば、外力に対抗して曲げ応力を発生させ平衡させることにより錘部材を変位させる帯状板ばねを用いているため、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。
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。
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。
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チップの構成を概略的に示す分解斜視図である。
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つの磁界発生錘部材２２ａ〜２２ｄと、Ｘ軸Ｚ軸用の第１の磁界検出センサチップ２３と、Ｘ軸Ｚ軸用の第２の磁界検出センサチップ２４と、Ｙ軸用の第３の磁界検出センサチップ２５と、支点部材２６とを収納するように構成されている。
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チップ２３〜２５で検出することが可能となる。
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。
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。
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から構成されている。
Ｘ軸Ｚ軸用の第１の磁界検出センサチップ２３、Ｘ軸Ｚ軸用の第２の磁界検出センサチップ２４及びＹ軸用の第３の磁界検出センサチップ２５は、４つの磁界発生錘部材２２ａ〜２２ｄのうちの３つの磁界発生錘部材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の磁界検出センサチップ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。
１対の永久磁石２２ａ１及び２２ａ２は、Ｘ軸方向に互いに平行に伸長する直方体形状のフェライト材料で形成されており、Ｘ軸Ｚ軸用の第１の磁界検出センサチップ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の磁界検出センサチップ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おり、両者で閉磁路を構成している。後述するように、第１の磁界検出センサチップ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（バイアス磁界）が印加されるように配置される。
１対の永久磁石２２ｂ１及び２２ｂ２は、Ｘ軸方向に互いに平行に伸長する直方体形状のフェライト材料で形成されており、Ｘ軸Ｚ軸用の第２の磁界検出センサチップ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の磁界検出センサチップ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おり、両者で閉磁路を構成している。後述するように、第２の磁界検出センサチップ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バイアス磁界が印加されるように配置される。
１対の永久磁石２２ｃ１及び２２ｃ２は、Ｙ軸方向に互いに平行に伸長する直方体形状のフェライト材料で形成されており、Ｙ軸用の第３の磁界検出センサチップ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の磁界検出センサチップ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おり、両者で閉磁路を構成している。後述するように、第３の磁界検出センサチップ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バイアス磁界が印加されるように配置される。
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チップ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チップ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。
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の磁界検出センサチップ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。
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。
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。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。
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バイアス磁界が互いにほぼ逆方向であるためである。即ち、図５に示すように、１対の永久磁石２２ａ１及び２２ａ２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バイアス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。
このように、互いにほぼ逆方向のバイアス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。
Ｘ軸Ｚ軸方向の加速度を検出するための第２の磁界検出センサチップ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。
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。
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バイアス磁界が互いにほぼ逆方向であるためである。即ち、図５に示すように、１対の永久磁石２２ｂ１及び２２ｂ２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バイアス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。
このように、互いにほぼ逆方向のバイアス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。
Ｙ軸方向の加速度を検出するための第３の磁界検出センサチップ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。
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。
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バイアス磁界が互いにほぼ逆方向であるためである。即ち、図５に示すように、１対の永久磁石２２ｃ１及び２２ｃ２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バイアス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。
このように、互いにほぼ逆方向のバイアス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。
第１の磁界検出センサチップ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の磁界検出センサチップ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。
第１の磁界検出センサチップ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の磁界検出センサチップ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。
第３の磁界検出センサチップ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の磁界検出センサチップ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。
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。
図８は本発明の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。
同図（Ａ）は外力が印加されていない場合であり、８０は帯状板ばね、８１はその一方の端に位置する曲げ中心又は支点、８２は曲げ中心８１から偏位した位置である、帯状板ばね８０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８０の面と垂直な方向を曲げ方向、帯状板ばね８０の縦方向を長さ方向と定義する。
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８０は曲げ応力を発生させ、その端部及び錘部材８２は曲げ方向に変位する。
図９は図８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９１を有し、両端部に錘部材９２ａ及び９２ｂが取り付けられた帯状板ばね９０の動作を説明する図である。
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９０の両端部及び錘部材９２ａ及び９２ｂ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９０の両端部及び錘部材９２ａ及び９２ｂ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９２ａ及び９２ｂの変位量は等しくなる。錘部材９２ａ及び９２ｂの変位量は、錘部材９２ａ及び９２ｂ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。
図１０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。ただし、図１０では、磁界発生錘部材２２ｃ及び２２ｄの伸長方向が本実施形態と異なって表されているが、ばね部材としての動作は同じである。
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。
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に印加されるバイアス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、バイアス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。
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に印加されるバイアス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、バイアス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。
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に印加されるバイアス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、バイアス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。
以上説明したように、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。
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。
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の磁界検出センサチップ２３の一部出力ＶＸ１又はＶＺ１と第２の磁界検出センサチップ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の磁界検出センサチップ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。
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チップで検出できるので、磁界検出センサチップ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。
さらに、各磁界検出センサチップにおいて、互いにほぼ逆方向のバイアス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。
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バイアス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。
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。
図１１は本発明の加速度センサの他の実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。本実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材を除く構成は図２の実施形態の場合と同様である。従って、図１１において、図２の実施形態と同じ構成要素については同じ参照番号を使用する。
本実施形態におけるばね部材の構成は、図２の実施形態の場合と同じである。異なっているのは、磁界発生錘部材２２ａ〜２２ｄが、第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃの両端部に設けられた錘支持部の磁界検出センサチップ側の面上、即ち図２の実施形態とは反対側の面上、にそれぞれ固着されている点にある。４つの磁界発生錘部材はばね部材のどちら側の面に取り付けても良い。
本実施形態のばね部材及び磁界発生錘部材のその他の構成、さらに本実施形態の動作、作用効果等は図２の実施形態の場合と同様である。
図１２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ばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。本実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材を除く構成は図２の実施形態の場合と同様である。従って、図１２において、図２の実施形態と同じ構成要素については同じ参照番号を使用する。
本実施形態におけるばね部材の構成は、図２の実施形態の場合と同じである。異なっているのは、磁界発生錘部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃ′及び２２ｄ′が、第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃの両端部に設けられた錘支持部の磁界検出センサチップ側の面上、即ち図２の実施形態とは反対側の面上、にそれぞれ固着されている点と、磁界発生錘部材２２ｃ′及び２２ｄ′の伸長方向が、異なっている点とにある。４つの磁界発生錘部材はばね部材のどちら側の面に取り付けても良い。また、第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃの両端部にそれぞれ設けられる４つの磁界発生錘部材は方向、形状が互いに異なっていても重量的にバランスしていれば良い。
本実施形態のばね部材及び磁界発生錘部材のその他の構成、さらに本実施形態の動作、作用効果等は図２の実施形態の場合と同様である。
図１３は本発明の加速度センサのまたさらに他の実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。本実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材を除く構成は図２の実施形態の場合と同様である。従って、図１３において、図２の実施形態と同じ構成要素については同じ参照番号を使用する。
本実施形態におけるばね部材の構成は、図２の実施形態の場合と同じである。異なっているのは、磁界発生錘部材２２ａ〜２２ｄが、第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃの両端部に設けられた錘支持部の磁界検出センサチップ側の面上、即ち図２の実施形態とは反対側の面上、にそれぞれ固着されている点と、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が剛性を有する帯状支持部材１３０ａ及び１３０ｂによってそれぞれ連結されている点とにある。４つの磁界発生錘部材はばね部材のどちら側の面に取り付けても良い。帯状支持部材１３０ａ及び１３０ｂが固着されていることにより、第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃはばね動作せず、第１の帯状板ばね２１ａのみがばね動作することになる。外部から印加される力に対して、第１の帯状板ばね２１ａは曲げ応力及び捩り応力を発生させ、磁界発生錘部材２２ａ〜２２ｄを変位させる。
本実施形態のばね部材及び磁界発生錘部材のその他の構成、さらに本実施形態の動作、作用効果等は図２の実施形態の場合と同様である。
図１４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ばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。本実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材を除く構成は図２の実施形態の場合と同様である。従って、図１４において、図２の実施形態と同じ構成要素については同じ参照番号を使用する。
本実施形態におけるばね部材の構成は、図２の実施形態の場合と同じである。異なっているのは、磁界発生錘部材２２ｃ′及び２２ｄ′の伸長方向が異なっている点と、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′が剛性を有する帯状支持部材１３０ａ及び１３０ｂによってそれぞれ連結されている点とにある。第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃの両端部にそれぞれ設けられる４つの磁界発生錘部材は方向、形状が互いに異なっていても重量的にバランスしていれば良い。帯状支持部材１３０ａ及び１３０ｂが固着されていることにより、第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃはばね動作せず、第１の帯状板ばね２１ａのみがばね動作することになる。外部から印加される力に対して、第１の帯状板ばね２１ａは曲げ応力及び捩り応力を発生させ、磁界発生錘部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃ′及び２２ｄ′を変位させる。
本実施形態のばね部材及び磁界発生錘部材のその他の構成、さらに本実施形態の動作、作用効果等は図２の実施形態の場合と同様である。
図１５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ばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。本実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材を除く構成は図２の実施形態の場合と同様である。従って、図１５において、図２の実施形態と同じ構成要素については同じ参照番号を使用する。
本実施形態におけるばね部材の構成は、図２の実施形態の場合と同じである。異なっているのは、磁界発生錘部材２２ｃ′及び２２ｄ′の伸長方向が異なっている点と、第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃ上に剛性を有する帯状支持部材１３０ａ及び１３０ｂが固着されており、その上に磁界発生錘部材が固着され、これら磁界発生錘部材２２ａ及び２２ｃ′並びに磁界発生錘部材２２ｂ及び２２ｄ′が帯状支持部材１３０ａ及び１３０ｂによってそれぞれ連結されている点とにある。第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃの両端部にそれぞれ設けられる４つの磁界発生錘部材は方向、形状が互いに異なっていても重量的にバランスしていれば良い。重量バランスが崩れなければ、帯状支持部材１３０ａ及び１３０ｂを磁界発生錘部材の上下左右のどの位置に設けても良い。帯状支持部材１３０ａ及び１３０ｂが固着されていることにより、第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃはばね動作せず、第１の帯状板ばね２１ａのみがばね動作することになる。外部から印加される力に対して、第１の帯状板ばね２１ａは曲げ応力及び捩り応力を発生させ、磁界発生錘部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃ′及び２２ｄ′を変位させる。
本実施形態のばね部材及び磁界発生錘部材のその他の構成、さらに本実施形態の動作、作用効果等は図２の実施形態の場合と同様である。
図１６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ばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。本実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材を除く構成は図２の実施形態の場合と同様である。従って、図１６において、図２の実施形態と同じ構成要素については同じ参照番号を使用する。
本実施形態におけるばね部材の構成は、図２の実施形態の場合と同じである。異なっているのは、磁界発生錘部材が２つの磁界発生錘部材１６２ａ及び１６２ｂからなる点と、これら磁界発生錘部材１６２ａ及び１６２ｂが第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃにそれぞれ一体的に固着されている点とにある。磁界発生錘部材１６２ａ及び１６２ｂが一体的に固着されていることにより、第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃはばね動作せず、第１の帯状板ばね２１ａのみがばね動作することになる。外部から印加される力に対して、第１の帯状板ばね２１ａは曲げ応力及び捩り応力を発生させ、磁界発生錘部材１６２ａ及び１６２ｂを変位させる。磁界発生錘部材１６２ａ及び１６２ｂの各々は、図２の実施形態に示したような４対の永久磁石と、これら永久磁石を内蔵する錘部材とから構成される。
本実施形態のばね部材及び磁界発生錘部材のその他の構成、さらに本実施形態の動作、作用効果等は図２の実施形態の場合と同様である。
図１７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ばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。本実施形態におけるばね部材、磁界発生錘部材及び支点部材を除く構成は図２の実施形態の場合と同様である。従って、図１７において、図２の実施形態と同じ構成要素については同じ参照番号を使用する。
本実施形態においては、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の帯状板ばねが、２つに分割された第１の帯状板ばね１７１ａ１及び１７１ａ２から構成されている。さらに、第１の帯状板ばね１７１ａ１及び１７１ａ２の一端が支点を構成しており、この一端は一端が配線基板に固着されている支点部材１７６ａ及び１７６ｂの他端にそれぞれ固着されている。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２つの第２の帯状板ばね１７１ｂ及び１７１ｃの中央部が第１の帯状板ばね１７１ａ１及び１７１ａ２の他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１７１ｂ及び１７１ｃの両端部には、磁界発生錘部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃ′及び２２ｄ′が固着されている。さらに、本実施形態においては、磁界発生錘部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃ′及び２２ｄ′が第２の帯状板ばね２１ｂ及び２１ｃの両端部に設けられた錘支持部の磁界検出センサチップ側の面上、即ち図２の実施形態とは反対側の面上、にそれぞれ固着されており、磁界発生錘部材２２ｃ′及び２２ｄ′の伸長方向が図２の実施形態の場合と異なっている。本実施形態のばね部材のように、主ばねが２分割されていても、図２の実施形態の場合と同様の機能を得ることができる。また、４つの磁界発生錘部材は、ばね部材のどちら側の面に取り付けても良い。さらに、第２の帯状板ばね１７１ｂ及び１７１ｃの両端部にそれぞれ設けられる４つの磁界発生錘部材は方向、形状が互いに異なっていても重量的にバランスしていれば良い。
本実施形態のばね部材及び磁界発生錘部材のその他の構成、さらに本実施形態の動作、作用効果等は図２の実施形態の場合と同様である。
図１８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ばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。本実施形態におけるばね部材、磁界発生錘部材及び支点部材を除く構成は図２の実施形態の場合と同様である。従って、図１８において、図２の実施形態と同じ構成要素については同じ参照番号を使用する。
本実施形態においては、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の帯状板ばねが、２つに分割された第１の帯状板ばね１７１ａ１及び１７１ａ２から構成されている。さらに、第１の帯状板ばね１７１ａ１及び１７１ａ２の一端が支点を構成しており、この一端は一端が配線基板に固着されている支点部材１７６ａ及び１７６ｂの他端にそれぞれ固着されている。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２つの第２の帯状板ばね１７１ｂ及び１７１ｃの中央部が第１の帯状板ばね１７１ａ１及び１７１ａ２の他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１７１ｂ及び１７１ｃの両端部には、磁界発生錘部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃ′及び２２ｄ′が固着されている。さらに、本実施形態においては、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′が剛性を有する帯状支持部材１８０ａ及び１８０ｂによってそれぞれ連結されており、磁界発生錘部材２２ｃ′及び２２ｄ′の伸長方向が図２の実施形態の場合と異なっている。本実施形態のばね部材のように、主ばねが２分割されていても、図２の実施形態の場合と同様の機能を得ることができる。また、帯状支持部材１８０ａ及び１８０ｂが固着されていることにより、第２の帯状板ばね１７１ｂ及び１７１ｃはばね動作せず、第１の帯状板ばね１７１ａ１及び１７１ａ２のみがばね動作することになる。外部から印加される力に対して、第１の帯状板ばね１７１ａ１及び１７１ａ２は曲げ応力及び捩り応力を発生させ、磁界発生錘部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃ′及び２２ｄ′を変位させる。さらに、第２の帯状板ばね１７１ｂ及び１７１ｃの両端部にそれぞれ設けられる４つの磁界発生錘部材は方向、形状が互いに異なっていても重量的にバランスしていれば良い。
本実施形態のばね部材及び磁界発生錘部材のその他の構成、さらに本実施形態の動作、作用効果等は図２の実施形態の場合と同様である。
図１９は本発明の加速度センサのまた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２０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チップの構成を概略的に示す分解斜視図である。
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。
この加速度センサは、ハウジング部材１９０内に、帯状板ばね１９１ａ、及び磁界発生錘部材を支持するための２つの錘支持部１９１ｂ及び１９１ｃを一体的に形成してなるばね部材１９１と、寸法、形状及び重量等の構成が同じである２つの磁界発生錘部材１９２ａ及び１９２ｂと、Ｘ軸Ｚ軸用の第１の磁界検出センサチップ１９３と、Ｘ軸Ｚ軸用の第２の磁界検出センサチップ１９４と、支点部材１９６とを収納するように構成されている。
ハウジング部材１９０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１９０ａと、この配線基板１９０ａ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１９０ｂ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１９０ａによる１平面上に搭載した２つの磁界検出センサチップ１９３及び１９４で検出することが可能となる。
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２０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。
帯状板ばね１９１ａ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１９１ａ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１９０ｂに固着されている支点部材１９６の他端に固着されている。帯状板ばね１９１ａの両端は互いに同一形状の錘支持部１９１ｂ及び１９１ｃにそれぞれ一体的に連結されている。なお、錘支持部１９１ｂ及び１９１ｃ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。
磁界発生錘部材１９２ａ及び１９２ｂは、ばね部材１９１の錘支持部１９１ｂ及び１９１ｃ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１９２ａ及び１９２ｂは、それぞれ、磁界発生用の１対の永久磁石１９２ａ１及び１９２ａ２並びに１９２ｂ１及び１９２ｂ２から構成されている。
Ｘ軸Ｚ軸用の第１の磁界検出センサチップ１９３及び第２の磁界検出センサチップ１９４は、２つの磁界発生錘部材１９２ａ及び１９２ｂにそれぞれ対向して、配線基板１９０ａ上に接着剤で固着されている。従って、磁界発生錘部材１９２ａ及び１９２ｂは、加速度に応じて角度の変化する磁界を第１及び第２の磁界検出センサチップ１９３及び１９４にそれぞれ印加することとなる。
１対の永久磁石１９２ａ１及び１９２ａ２は、Ｘ軸方向に互いに平行に伸長する直方体形状のフェライト材料で形成されており、Ｘ軸Ｚ軸用の第１の磁界検出センサチップ１９３に対向している。これら１対の永久磁石１９２ａ１及び１９２ａ２は、第１の磁界検出センサチップ１９３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おり、両者で閉磁路を構成している。後述するように、第１の磁界検出センサチップ１９３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（バイアス磁界）が印加されるように配置される。
１対の永久磁石１９２ｂ１及び１９２ｂ２は、Ｘ軸方向に互いに平行に伸長する直方体形状のフェライト材料で形成されており、Ｘ軸Ｚ軸用の第２の磁界検出センサチップ１９４に対向している。これら１対の永久磁石１９２ｂ１及び１９２ｂ２は、第２の磁界検出センサチップ１９４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おり、両者で閉磁路を構成している。後述するように、第２の磁界検出センサチップ１９４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バイアス磁界が印加されるように配置される。
図２１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チップの構成を概略的に示す図であり、図２２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チップの電気的構成を概略的に示す回路図であり、図２３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。
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の磁界検出センサチップ１９３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１９３ａ、１９３ｂ、１９３ｃ及び１９３ｄが互いに平行に形成されている。スピンバルブＧＭＲ素子１９３ａ及び１９３ｂ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１９３ｃ及び１９３ｄ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。
スピンバルブＧＭＲ素子１９３ａ、１９３ｂ、１９３ｃ及び１９３ｄ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１９３ａ、１９３ｂ、１９３ｃ及び１９３ｄ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。
互いに直列接続された対となるスピンバルブＧＭＲ素子１９３ａ及び１９３ｂ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バイアス磁界が互いにほぼ逆方向であるためである。即ち、図２２に示すように、１対の永久磁石１９２ａ１及び１９２ａ２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１９３ａ及び１９３ｂ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バイアス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１９３ｃ及び１９３ｄ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。
このように、互いにほぼ逆方向のバイアス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１９３ａ及び１９３ｂ並びに１９３ｃ及び１９３ｄ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。
Ｘ軸Ｚ軸方向の加速度を検出するための第２の磁界検出センサチップ１９４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１９４ａ、１９４ｂ、１９４ｃ及び１９４ｄが互いに平行に形成されている。スピンバルブＧＭＲ素子１９４ｂ及び１９４ａ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１９４ｃ及び１９４ｄ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。
スピンバルブＧＭＲ素子１９４ａ、１９４ｂ、１９４ｃ及び１９４ｄ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１９４ａ、１９４ｂ、１９４ｃ及び１９４ｄ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。
互いに直列接続された対となるスピンバルブＧＭＲ素子１９４ａ及び１９４ｂ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バイアス磁界が互いにほぼ逆方向であるためである。即ち、図２２に示すように、１対の永久磁石１９２ｂ１及び１９２ｂ２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１９４ａ及び１９４ｂ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バイアス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１９４ｃ及び１９４ｄ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。
このように、互いにほぼ逆方向のバイアス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１９４ａ及び１９４ｂ並びに１９４ｃ及び１９４ｄ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。
第１の磁界検出センサチップ１９３のスピンバルブＧＭＲ素子１９３ａ及び１９３ｂ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の磁界検出センサチップ１９４のスピンバルブＧＭＲ素子１９４ｂ及び１９４ａ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１９３ａ及び１９３ｂ並びに１９４ｂ及び１９４ａは、図２３（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１９２ａ（従って永久磁石１９２ａ１及び１９２ａ２）と磁界発生錘部材１９２ｂ（従って永久磁石１９２ｂ１及び１９２ｂ２）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。
第１の磁界検出センサチップ１９３のスピンバルブＧＭＲ素子１９３ｃ及び１９３ｄ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の磁界検出センサチップ１９４のスピンバルブＧＭＲ素子１９４ｃ及び１９４ｄ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１９３ｃ及び１９３ｄ並びに１９４ｃ及び１９４ｄは、図２３（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１９２ａ（従って永久磁石１９２ａ１及び１９２ａ２）と磁界発生錘部材１９２ｂ（従って永久磁石１９２ｂ１及び１９２ｂ２）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。
次に、本実施形態におけるばね部材１９１についてより詳細に説明する。
図２４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。
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１９１ａ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１９１ａの両端部及び磁界発生錘部材１９２ａ及び１９２ｂ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１９１ａ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１９１ａの両端部及び磁界発生錘部材１９２ａ及び１９２ｂの変位方向は共に同じ方向である。磁界発生錘部材１９２ａ及び１９２ｂ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１９２ａ及び１９２ｂ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１９２ａ及び１９２ｂ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。
Ｘ軸方向の外力Ｆｘが印加され、磁界発生錘部材１９２ａ及び１９２ｂ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１９３ａ及び１９３ｂ並びに１９４ｂ及び１９４ａに印加されるバイアス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。
Ｚ軸方向の外力Ｆｚが印加され、磁界発生錘部材１９２ａ及び１９２ｂ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１９３ｃ及び１９３ｄ並びに１９４ｃ及び１９４ｄに印加されるバイアス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。
以上説明したように、本実施形態によれば、帯状板ばね１９１ａ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。
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。
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１９１ａの曲げ動作を利用すると共に、第１の磁界検出センサチップ１９３の一部出力ＶＸ１又はＶＺ１と第２の磁界検出センサチップ１９４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、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チップで検出できるので、磁界検出センサチップ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。
さらにまた、各磁界検出センサチップにおいて、互いにほぼ逆方向のバイアス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。
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バイアス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。
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。
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チップ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つの永久磁石を用いているが、１つの永久磁石と例えば軟磁性体からなるヨーク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。
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。
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。
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。
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。 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チップの構成を概略的に示す分解斜視図である。 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チップの構成を概略的に示す図である。 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チップの電気的構成を概略的に示す回路図である。 図２に示した加速度センサにおける等価回路図である。 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。 本発明の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。 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。 本発明の加速度センサの他の実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の加速度センサのさらに他の実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の加速度センサのまたさらに他の実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の加速度センサのさらに他の実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の加速度センサのさらに他の実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の加速度センサのさらに他の実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の加速度センサのさらに他の実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の加速度センサのさらに他の実施形態におけるばね部材及び磁界発生錘部材の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の加速度センサのまた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１９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チップの構成を概略的に示す分解斜視図である。 図１９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チップの構成を概略的に示す図である。 図１９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チップの電気的構成を概略的に示す回路図である。 図１９に示した加速度センサにおける等価回路図である。 図１９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
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、１９０ ハウジング部材
２０ａ、１９０ａ 配線基板
２０ｂ、１９０ｂ カバー部材
２１、１９１ ばね部材
２１ａ、１７１ａ１、１７１ａ２、 第１の帯状板ばね
２１ｂ、２１ｃ、１７１ｂ、１７１ｃ 第２の帯状板ばね
２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、１９１ｂ、１９１ｃ 錘支持部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｃ′、２２ｄ、２２ｄ′、１６２ａ、１６２ｂ、１９２ａ、１９２ｂ 磁界発生錘部材
２２ａ１、２２ａ２、２２ｂ１、２２ｂ２、２２ｃ１、２２ｃ２、２２ｄ１、２２ｄ２、１９２ａ１、１９２ａ２、１９２ｂ１、１９２ｂ２ 永久磁石
２３、２４、２５、１９３、１９４ 磁界検出センサチップ
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、１９３ａ、１９３ｂ、１９３ｃ、１９３ｄ、１９４ａ、１９４ｂ、１９４ｃ、１９４ｄ スピンバルブＧＭＲ素子
２６、１７６ａ、１７６ｂ、１９６ 支点部材
８０、９０、１９１ａ 帯状板ばね
８１、９１ 支点
８２、９２ａ、９２ｂ 錘部材
１３０ａ、１３０ｂ、１８０ａ、１８０ｂ 帯状支持部材

Claims (7)

  1. 錘部材を兼用する磁界発生手段又は磁界検出手段が取り付けられる加速度センサ用ばね部材であって、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錘部材がそれぞれ取り付けられるように構成されており、前記第１の帯状板ばねは外部から印加される力に対して曲げ応力又は捩り応力を発生させて前記錘部材を変位させるように構成されており、前記第２の帯状板ばねは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錘部材を変位させるように構成されており、前記２つの第２の帯状板ばねの各々に又は該各第２の帯状板ばねの両端部に取り付けられた前記錘部材に、固着されており、該各第２の帯状板ばねのばね動作を抑制する帯状支持部材をさらに備えていることを特徴とする加速度センサ用ばね部材。
  2. ハウジング部材と、４つの磁界発生錘部材と、前記ハウジング部材に支点が取り付けられたばね部材と、前記４つの磁界発生錘部材のうちの少なくとも３つに対向して前記ハウジング部材にそれぞれ取り付けられている少なくとも３つの磁界検出センサとを備えており、前記ばね部材が、中央部に前記支点を有する第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の帯状板ばねとを有しており、該２つの第２の帯状板ばねの両端部に前記４つの磁界発生錘部材がそれぞれ取り付けらており、前記第１の帯状板ばねは外部から印加される力に対して曲げ応力又は捩り応力を発生させて前記磁界発生錘部材を変位させるように構成されており、前記第２の帯状板ばねは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磁界発生錘部材を変位させるように構成されており、前記２つの第２の帯状板ばねの各々に又は該各第２の帯状板ばねの両端部に取り付けられた前記４つの磁界発生錘部材のうちの２つの磁界発生錘部材に、固着されており、該各第２の帯状板ばねのばね動作を抑制する帯状支持部材をさらに備えていることを特徴とする加速度センサ。
  3. 前記磁界検出センサが磁化固定層及び磁化自由層を含みかつ該磁化固定層が前記第１の帯状板ばね又は前記第２の帯状板ばねの変位方向と平行な方向に磁化固定された少なくとも１対の多層構造磁気抵抗効果素子を備えており、前記磁界発生錘部材が少なくとも１つの永久磁石を備えており、外部から力が印加されていない時に前記少なくとも１対の多層構造磁気抵抗効果素子の積層面とほぼ垂直な方向に磁界が印加されるように構成され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。
  4. 前記少なくとも１つの永久磁石が、前記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並列配置された１対の永久磁石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。
  5. 前記少なくとも１対の多層構造磁気抵抗効果素子が、前記１対の永久磁石にそれぞれ対向して配置されていることを特徴とする請求項４に記載の加速度センサ。
  6. 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３から５のいずれか１項に記載の加速度センサ。
  7. 請求項２から６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。
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