JP2003060256A - 磁気スイッチ及び磁気センサ - Google Patents

磁気スイッチ及び磁気センサ

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JP2003060256A JP2001245487A JP2001245487A JP2003060256A JP 2003060256 A JP2003060256 A JP 2003060256A JP 2001245487 A JP2001245487 A JP 2001245487A JP 2001245487 A JP2001245487 A JP 2001245487A JP 2003060256 A JP2003060256 A JP 2003060256A
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一郎 徳永
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/965—Switches controlled by moving an element forming part of the switch
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Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気抵抗効果素子からの出力信号を瞬時に切替
えることにより、スイッチ動作を迅速に行なう磁気スイ
ッチを得ることにある。 【解決手段】外部磁界によって磁化方向が変化する自由
層５ｄを有する磁気抵抗効果素子５を用いた磁気スイッ
チである。そして、外部磁界として作用する、磁界の向
きと大きさが異なる第１の磁石７と第２の磁石６と、第
１、第２の磁石７、６に対する相対位置が変化する磁界
遮蔽部材１０を有している。この磁界遮蔽部材１０は、
第１、第２の磁石７、６の磁界の双方を磁気抵抗効果素
子５に作用させて自由層５ｄの磁化方向を第１の方向と
する第１の位置と、第１、第２の磁石７、６の磁界の一
方を磁気抵抗効果素子５に作用させて自由層５ｄの磁化
方向を第１の方向と反対の第２の方向とする第２の位置
とに移動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気スイッチ及び
磁気センサに関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】従来、磁気抵抗効果素子を
用いて非接触式の磁気スイッチを構成したものがある。
この従来例に係る非接触式の磁気スイッチは、磁気抵抗
効果を有する磁気抵抗効果素子の近傍に永久磁石を配置
し、この永久磁石による磁界が磁気抵抗効果素子に作用
されていた。さらに磁気抵抗効果素子に作用する永久磁
石の磁界を遮蔽する遮蔽板が、磁気抵抗効果素子と永久
磁石との間に移動可能に配置されていた。
【０００３】前記磁気抵抗効果素子は基本的には、自由
層（フリー磁性層）と、非磁性層と、固定層（ピン止め
磁性層）と、交換バイアス層（反強磁性層）との積層構
造体から構成されている。
【０００４】そして、固定層に交換バイアス層からバイ
アス磁界が作用されて、固定層が交換バイアス層で磁化
され、その磁化方向が特定方向に固定されている。一
方、自由層は、外部磁界によって磁化方向が変化され
る。
【０００５】そこで、上述した従来の、磁気抵抗効果素
子を用いた非接触式の磁気スイッチは、この自由層に外
部磁界を作用させる磁石として前記永久磁石を用い、こ
の永久磁石で自由層の磁化方向を所望の方向に変化させ
て、永久磁石による自由層の磁化方向を固定層の磁化方
向に対して角回転させていた。
【０００６】そして、磁気抵抗効果素子に作用する永久
磁石の磁界を遮断する遮蔽板を、磁気抵抗効果素子と永
久磁石との間に出入させることにより、磁気抵抗効果素
子に作用する永久磁石の磁界の強さを強弱に変化させ、
その抵抗値を大小に変化させていた。この磁気抵抗効果
素子の抵抗値の変化による出力信号でスイッチ動作の切
替が行なわれる。
【０００７】しかしながら、従来の非接触式スイッチ
は、磁界の強弱、すなわち遮蔽板の出入によって磁気抵
抗効果素子の抵抗値が変化するものであるため、遮蔽板
が近づく、すなわち遮蔽板が磁気抵抗効果素子と永久磁
石との間に進入する、又は遮蔽板が遠ざかる、すなわち
遮蔽板が磁気抵抗効果素子と永久磁石との間から退出す
る動作に従い、磁気抵抗効果素子の抵抗値が徐々に変化
する。つまり、スイッチ切替時における磁気抵抗効果素
子からの出力信号（抵抗値の変化）は緩やかに変化する
ことになる。
【０００８】そのため、従来の、磁気抵抗効果素子を用
いた非接触式の磁気スイッチは、ＯＮとＯＦＦを瞬時に
切替えるもの、或いは被検知部材の動きを瞬時に検出す
るもの等のスイッチ動作には適さないものであった。
【０００９】
【発明の目的】本発明の目的は、磁界の向きで磁気抵抗
効果素子の抵抗値を瞬時に変化させることにより、磁気
抵抗効果素子からの出力信号を瞬時に切替える、磁気ス
イッチ及び磁気センサを得ることにある。
【００１０】
【発明の概要】本発明者等は、少なくとも２個の磁気抵
抗効果素子における固定層の磁化方向を反対方向に向け
て２つの磁石で該各磁気抵抗効果素子を磁化することに
より、磁界の強さが徐々に変化する構成であっても、磁
気抵抗効果素子の抵抗値を急激に変化させることによ
り、出力信号を瞬時に切替える、磁気スイッチ及び磁気
センサを得ることに至った。
【００１１】すなわち、前記目的を達成するため、本発
明に係る磁気スイッチは、外部磁界によって磁化方向が
変化する自由層を有する磁気抵抗効果素子を用いて、ス
イッチの切替を行なう磁気スイッチであって、スイッチ
の切替動作に対応して、磁界の向きが反対でかつ大きさ
が異なる第１の磁石と第２の磁石の磁界を外部磁界とし
て磁気抵抗効果素子に選択的に作用させ、該磁気抵抗効
果素子からスイッチ動作の切替信号を出力することを特
徴とする。
【００１２】前記磁気スイッチの一態様として、外部磁
界によって磁化方向が変化する自由層を有する磁気抵抗
効果素子を用いた磁気スイッチであって、上記外部磁界
として作用する、磁界の向きと大きさが異なる第１の磁
石と第２の磁石；及びこの第１、第２の磁石に対する相
対位置が変化する磁界遮蔽部材；を有し、この磁界遮蔽
部材は、第１、第２の磁石の磁界の双方を磁気抵抗効果
素子に作用させて自由層の磁化方向を第１の方向とする
第１の位置と、第１、第２の磁石の磁界の一方を磁気抵
抗効果素子に作用させて自由層の磁化方向を第１の方向
と反対の第２の方向とする第２の位置とに移動する構成
とすることができる。
【００１３】この場合、前記第１の磁石の磁界の大きさ
は、前記第２の磁石の磁界の大きさより大きく、前記磁
界遮蔽部材が前記第１の位置にあるときには、前記自由
層の磁化方向は、前記第１の磁石の磁界の向きによって
決定し、前記磁界遮蔽部材が第２の位置にあるときに
は、前記自由層の磁化方向は、前記第２の磁界の向きに
よって決定することができる。
【００１４】本発明は、磁気スイッチばかりでなく、磁
気センサとしても構成することができる。この磁気セン
サは、外部磁界によって磁化方向が変化する自由層を有
する磁気抵抗効果素子を用いて、被検出部材を検知する
磁気センサであって、被検出部材の移動に対応して、磁
界の向きが反対でかつ大きさが異なる第１の磁石と第２
の磁石の磁界を外部磁界として磁気抵抗効果素子に選択
的に作用させ、該磁気抵抗効果素子から被検出部材の検
知信号を出力することを特徴とする。
【００１５】前記磁気センサの一態様として、磁界遮蔽
作用を有する被検知部材を検知する、外部磁界によって
磁化方向が変化する自由層を有する磁気抵抗効果素子を
用いた磁気センサであって、上記外部磁界として作用す
る、磁界の方向と大きさが異なる第１の磁石と第２の磁
石を有し、上記被検知部材は、この第１、第２の磁石に
対する相対位置が変化し、この被検知部材の第１、第２
の磁石に対する相対位置の変化によって、第１、第２の
磁石の磁界の双方を磁気抵抗効果素子に作用させる第１
の状態と、第１、第２の磁石の磁界の一方を磁気抵抗効
果素子に作用させる第２の状態とを生じさせて被検知部
材を検知する構成とすることができる。
【００１６】この場合、前記第１の磁石の磁界の大きさ
は、前記第２の磁石の磁界の大きさより大きく、前記被
検出部材が前記第１の位置にあるときには、前記自由層
の磁化方向は、前記第１の磁石の磁界の向きによって決
定し、前記被検出部材が第２の位置にあるときには、前
記自由層の磁化方向は、前記第２の磁界の向きによって
決定することができる。
【００１７】前記磁気スイッチ及び前記磁気センサに用
いる前記磁気抵抗効果素子に、磁化方向が固定された固
定層を備え、該固定層の磁化方向を反対方向に固定して
２個の磁気抵抗効果素子を組合せ、この２個の磁気抵抗
効果素子を、直列接続してブリッジ回路又は分圧回路に
組み込み、磁気抵抗効果素子からの検出結果を出力させ
ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。
【００１９】図１、図２及び図４に示すように、磁気ス
イッチのホルダー１は、ベース２の両端部に対をなすア
ーム３、４を平行に対向して設けた逆門型形状に形成さ
れている。そして、対をなす一方のアーム３には磁気抵
抗効果素子５及び第２の永久磁石（以下、第２の磁石と
いう）６が、他方のアーム４には第１の永久磁石（以
下、第１の磁石という）７がそれぞれ設けられている。
【００２０】磁気抵抗効果素子５は、ＩＣパッケージ或
いは樹脂封止等を用いて気密構造に形成されて基板８上
に搭載され、基板８を介して一方のアーム３の内側面に
取付けられている。
【００２１】第２の磁石６は、磁気抵抗効果素子５の自
由層５ｄ（図５参照）を磁界で磁化する磁界作用位置で
一方のアーム３に取付けられている。ここに、磁界作用
位置は、第２の磁石６の磁力線６ａが磁気抵抗効果素子
５の自由層５ｄに作用し、第２の磁石６の磁界（外部磁
界）で磁気抵抗効果素子５の自由層５ｄを磁化可能な位
置に設定される。図１、図２及び図４に示す第２の磁石
６は、磁気抵抗効果素子５と別体に設けたが、磁気抵抗
効果素子５内に一体に設けるように構成してもよい。
【００２２】第１の磁石７は、その磁界（外部磁界）が
磁気抵抗効果素子５の自由層５ｄ（図５参照）に作用し
て、該自由層５ｄを磁化可能な位置（磁界作用位置）に
配置し、かつ磁力線（磁界の向き）７ａを第２の磁石６
の磁力線（磁界の向き）６ａと１８０°をなす反対方向
に向けて他方のアーム４に取付けている。第１の磁石７
には、第２の磁石６の磁力より数百ガウス大きな磁力を
もつ磁石を用いている。
【００２３】次に、磁気スイッチに用いる磁気抵抗効果
素子５を図５に基いて具体的に説明する。この磁気抵抗
効果素子５は、第２の磁石６を別体に設けた構造の例を
示すものである。この磁気抵抗効果素子５は基本的構成
として、交換バイアス層（反強磁性体層）５ａと、固定
層（ピン止め磁性層）５ｂと、非磁性層５ｃと、自由層
（フリー磁性層）５ｄとを積層して形成し、巨大磁気抵
抗効果を利用したＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ
Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子の一種である磁気抵抗効
果素子として構成されている。
【００２４】磁気抵抗効果素子５が巨大磁気抵抗効果を
発揮するためには、例えば交換バイアス層５ａがα−Ｆ
ｅ2Ｏ3層、固定層５ｂがＮｉＦｅ層、非磁性層５ｃがＣ
ｕ層、自由層５ｄがＮｉＦｅ層から形成されるが、これ
らのものに限定されるものではなく、巨大磁気抵抗効果
を発揮するものであれば、いずれのものであってもよ
い。また、磁気抵抗効果素子５は、巨大磁気抵抗効果を
発揮するものであれば、上記の積層構造のものに限定さ
れるものではない。
【００２５】図５に示す磁気抵抗効果素子５の固定層５
ｂは、交換バイアス層５ａで磁化され、該交換バイアス
層５ａによって磁化方向が特定方向に固定（ピン止め）
されている。自由層５ｄは、固定層５ｂの磁化方向に対
する磁化方向が磁石６及び７の磁界（外部磁界）によっ
て変化する。磁気抵抗効果素子５の両端には端子層９が
接合されている。そして、固定層５ｂの固定された磁化
方向に対する外部磁界による自由層５ｄの磁化方向の向
きにより、２つの端子層９間での抵抗値の変化が出力さ
れる。
【００２６】磁気抵抗効果素子５の固定層５ｂが特定方
向に固定して磁化され、第１の磁石７に、第２の磁石６
のそれよりも大きい磁力の磁石が用いられ、磁気抵抗効
果素子５の自由層５ｄの磁化方向が１８０°をなす反対
方向に向けられて、磁気抵抗効果素子５の自由層５ｄが
第１の磁石７と第２の磁石６で磁化される。この実施形
態では、第２の磁石６による自由層５ｄの磁化方向を、
固定層５ｂの磁化方向と同一方向（又は１８０°をなす
反対方向）へ向けている。
【００２７】さらに、第１、第２の磁石７、６に対する
相対位置が変化する、強磁性体からなる磁界遮蔽部材１
０を有している。この磁界遮蔽部材１０は、第１、第２
の磁石７、６の磁界の双方を磁気抵抗効果素子５に作用
させて自由層５ｄの磁化方向を第１の方向とする第１の
位置と、第１、第２の磁石７、６の磁界の一方を磁気抵
抗効果素子５に作用させて自由層５ｄの磁化方向を第１
の方向と反対の第２の方向とする第２の位置とに移動す
る。
【００２８】図２、図３及び図４の場合には、平行に配
置した対をなすアーム３、４間を通して、第１の磁石７
と磁気抵抗効果素子５との間に、磁界遮蔽部材１０を出
入可能に配置している。この実施形態では、板状の磁界
遮蔽部材１０を図示しないガイドに案内させて、磁気抵
抗効果素子５と第１の磁石７との間を横切るように直線
運動させ、これにより磁界遮蔽部材１０を第１の磁石７
と磁気抵抗効果素子５との間に出入させているが、磁界
遮蔽部材１０を扇状に形成し、これを回転運動させて磁
気抵抗効果素子５と第１の磁石７との間を横切るように
出入させてもよい。
【００２９】この実施形態では、前記第1の位置は、磁
界遮蔽部材１０が第１の磁石７と磁気抵抗効果素子５と
の間から退出した位置に設定している。一方、第２の位
置は、磁界遮蔽部材１０が第１の磁石７と磁気抵抗効果
素子５との間に進入した位置に設定している。
【００３０】磁界遮蔽部材１０が図示しない駆動手段に
より第２の位置まで移動されると、第２の位置に移動し
た磁界遮蔽部材１０は、第１の磁石７の磁力線７ａを磁
気抵抗効果素子５の自由層５ｄから引離して第１の磁石
７の磁界を遮蔽し、第２の磁石６の磁界のみを外部磁界
として磁気抵抗効果素子５に作用させる。したがって、
磁気抵抗効果素子５の自由層５ｄには、第１の磁石７よ
りも磁力が小さい第２の磁石６の磁界のみが外部磁界と
して磁気抵抗効果素子５に作用する。
【００３１】一方、磁界遮蔽部材１０が第１の位置に移
動すると、磁気抵抗効果素子５には、第１、第２の磁石
６の磁界の双方が外部磁界として作用する。この場合、
第１の磁石７の磁力は第２の磁石６よりも大きく、しか
も磁気抵抗効果素子５の自由層５ｄに対する第１の磁石
７と第２の磁石６とによる磁化方向が１８０°をなす反
対方向に向けられている。
【００３２】したがって、第２の磁石６による磁力が第
１の磁石７による磁力で打消され、磁気抵抗効果素子５
の自由層５ｄに第１の磁石７の磁界が作用し、該磁気抵
抗効果素子５の自由層５ｄの磁化方向が第２の磁石６に
よる磁化方向と１８０°をなす反対方向に反転切替えら
れる。
【００３３】この第１の磁石７と第２の磁石６とによる
磁気抵抗効果素子５の自由層５ｄの磁化方向の反転切替
に基いて、磁気抵抗効果素子５の抵抗値が変化する。こ
こで、自由層５ｄの磁化方向が反転される場合、磁気抵
抗効果素子５の固定層５ｂに対して磁化方向が１８０°
をなす反対方向に向けられるため、その抵抗値の変化が
瞬時に行なわれる。
【００３４】この実施形態では、図５に示す磁気抵抗効
果素子５を少なくとも２個用いることにより、磁界の向
きで瞬時に変化する磁気抵抗効果素子５の抵抗値を出力
信号として出力する。この２個の磁気抵抗効果素子５は
図６（Ａ）に示すように基板８上に横方向に並べて形成
する、或いは図６（Ｂ）に示すように基板８上に縦方向
に並べて形成する。
【００３５】基板８上に形成された２個の磁気抵抗効果
素子５は、固定層５ｂの磁化方向Ｈ２が互いに１８０°
をなす反対方向に向けられ、第２の磁石６によって自由
層５ｄの磁化方向Ｈ１が同一方向に揃えられている。図
６に示す例では、一方の磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ１）
の自由層５ｄの磁化方向Ｈ１が固定層５ｂの磁化方向Ｈ
２と１８０°をなす反対方向に向けられ、他方の磁気抵
抗効果素子（ＧＭＲ２）の自由層５ｄの磁化方向Ｈ１が
固定層５ｂの磁化方向Ｈ２と同一方向に向けられてい
る。
【００３６】図７では磁気抵抗効果素子５の両端に形成
される一方の端子層を９ａ、他方の端子層を９ｂ、それ
ぞれの磁気抵抗効果素子をＧＭＲ１、ＧＭＲ２として表
記して説明する。一方の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の端
子層９ｂに他方の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の端子層９
ａを結合して２個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ
２（５）を直列に接続している。
【００３７】図７に示すブリッジ回路では、２辺に２個
の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２を用い、残りの
２辺に２個の固定抵抗１１、１２を用いてブリッジ回路
を形成している。すなわち、一方の磁気抵抗効果素子Ｇ
ＭＲ１の一方の端子層９ａと一方の固定抵抗１１の一方
の端子１１ａを接続し、その接続点Ａ１に電源の一方の
端子（Ｖｄｄ）を接続している。他方の磁気抵抗効果素
子ＧＭＲ２の他方の端子層９ｂと他方の固定抵抗１２の
他方の端子１２ｂを接続し、その接続点Ａ２に電源の他
方の端子を接続している。なお、２個の固定抵抗１１、
１２を２個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２に置
換えてもよい。
【００３８】一方の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の他方の
端子層９ｂと他方の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の一方の
端子層９ａを接続し、その接続点Ｂ１を固定抵抗Ｒ１を
介してコンパレータ１３の一方の入力端子に接続してい
る。一方の固定抵抗１１の他方の端子１１ｂと他方の固
定抵抗１２の一方の端子１２ａを接続し、その接続点Ｂ
２を固定抵抗Ｒ２を介してコンパレータ１３の他方の入
力端子に接続している。
【００３９】コンパレータ１３の出力端子と一方の入力
端子の間にフィードバック用の固定抵抗Ｒ３が接続され
ている。コンパレータ１３の他方の入力端子には電源の
一方の端子（Ｖｄｄ）が可変抵抗Ｒ４、固定抵抗Ｒ５を
介して接続されている。
【００４０】コンパレータ１３の出力端子がコンパレー
タ１４の一方の入力端子に接続されている。コンパレー
タ１４の他方の入力端子には分圧抵抗Ｒ６、固定抵抗Ｒ
７を介して電源の一方の端子（Ｖφｃ）が接続され、コ
ンパレータ１４の他方の入力端子の電圧が基準電圧（Ｒ
ｅｆ）に設定されている。実施形態では、この基準電圧
を２．５Ｖに設定している。コンパレータ１４の出力端
子と他方の入力端子の間にフィードバック用の固定抵抗
Ｒ８が接続されている。
【００４１】磁界遮蔽部材１０が磁気抵抗効果素子ＧＭ
Ｒ１、ＧＭＲ２（５）と第１の磁石７との間に進入した
場合（図２）をスイッチがオン（ＯＮ）、磁界遮蔽部材
１０が磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２（５）と第
１の磁石７との間から退出した場合（図１）をスイッチ
がオフ（ＯＦＦ）として、磁気スイッチの動作を説明す
る。この場合、２個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭ
Ｒ２のそれぞれの固定層５ｂの磁化方向と自由層５ｄの
磁化方向は図６（Ａ）に示す関係にあるものとする。
【００４２】スイッチオフの場合、図１に示すように磁
界遮蔽部材１０が磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２
と第１の磁石７との間から退出するため、第１の磁石７
からの磁界が２個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ
２にそれぞれ作用する。この場合、第１の磁石７の磁界
の大きさが第２の磁石６の磁界の大きさより大きいた
め、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１及びＧＭＲ２の自由層の
磁化方向が第１の磁石７の磁力線７ａの向きと同一とな
る。したがって、一方の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１は、
自由層の磁化方向が固定層の磁化方向と同一向きとな
り、他方の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２は、自由層の磁化
方向が固定層の磁化方向と１８０°をなす反対向きとな
り、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の抵抗値ＲGMR1より磁気
抵抗効果素子ＧＭＲ２の抵抗値ＲGMR2が大きくなり（Ｒ
GMR1＜ＲGMR2）、２個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１とＧ
ＭＲ２の接続点Ｂ１の電圧は図８（Ａ）に示すように
２．５Ｖより大きくなる。
【００４３】スイッチオンの場合、図２に示すように磁
界遮蔽部材１０が磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２
と第１の磁石７との間に進入するため、第１の磁石７か
ら２個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２への磁界
が遮断され、第２の磁石６のみの磁界が２個の磁気抵抗
効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２に作用する。この場合、磁
気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２の自由層の磁化方向
は、第２の磁石６の磁力線６ａの向きと同一方向とな
る。したがって、一方の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１は、
自由層の磁化方向と固定層の磁化方向とが１８０°をな
す反対方向となり、他方の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２
は、自由層の磁化方向と固定層の磁化方向とが同一方向
となり、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の抵抗値ＲGMR2より
磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の抵抗値ＲGMR1が大きくなり
（ＲGMR2＜ＲGMR1）、２個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１
とＧＭＲ２の接続点Ｂ１の電圧は図８（Ａ）に示すよう
に２．５Ｖより小さくなる。
【００４４】これらの接続点Ｂ１の電圧は図８（Ｂ）に
示すように、コンパレータ１３の出力側に増幅される。
さらにコンパレータ１４の基準電圧と比較処理される。
そして、図８（Ｃ）に示すようにコンパレータ１４の出
力側には、スイッチオフの場合に５Ｖの出力信号が出力
され、スイッチオンの場合に０Ｖの出力信号が出力され
る。これは、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２の抵
抗値の変化が電圧値の変化として出力される。
【００４５】この実施形態に係る磁気スイッチによれ
ば、スイッチの切替動作に対応して、磁界の向きが反対
でかつ大きさが異なる第１の磁石７と第２の磁石６の磁
界を外部磁界として磁気抵抗効果素子５に選択的に作用
し、該磁気抵抗効果素子５からスイッチ動作の切替信号
を出力し、その出力信号に基いてスイッチの切替を行な
うものであり、磁界遮蔽部材１０の移動により磁気抵抗
効果素子５に対する磁界の向き（磁気抵抗効果素子の磁
化方向）を１８０°をなす反対方向に変化させることが
できる。したがって、磁界の強さが徐々に変化する構成
であっても、磁気抵抗効果素子の抵抗値を急激に変化さ
せることができ、その急激な抵抗値の変化に基いてスイ
ッチ動作を迅速に行なうことができる。
【００４６】また図７に示すように少なくとも２個の磁
気抵抗効果素子を直列接続してブリッジ回路に組み込ん
だため、外部の雑音磁界或いは周辺の環境磁界等による
ノイズを除去して、精度よく、かつ確実にスイッチ動作
の切替を行なうことができる。
【００４７】図７では、少なくとも２個の磁気抵抗効果
素子を直列接続して、これらをブリッジ回路に組み付け
たが、これに限定されるものではない。図９に示すよう
に、直列接続した磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２
を分圧回路に組み込むようにしてもよい。
【００４８】直列接続した磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、
ＧＭＲ２を分圧回路に組み込むには、一方の磁気抵抗効
果素子ＧＭＲ１の一方の端子層９ａに電源の一方の端子
（Ｖｄｄ）を接続し、他方の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２
の他方の端子層９ｂに電源の他方の端子を接続する。一
方の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の他方の端子層９ｂと他
方の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の一方の端子層９ａを接
続し、その接続点Ｂ１を固定抵抗Ｒ１を介してコンパレ
ータ１３の一方の入力端子に接続する。その他のコンパ
レータ１３、１４の構成については図７に示すものと同
様である。
【００４９】スイッチオフの場合、図１に示すように磁
界遮蔽部材１０が磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２
と第１の磁石７との間から退出するため、第１の磁石７
からの磁界が２個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ
２にそれぞれ作用する。この場合、第１の磁石７の磁界
の大きさが第２の磁石６の磁界の大きさより大きいた
め、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１及びＧＭＲ２の自由層の
磁化方向が第１の磁石７の磁力線７ａの向きと同一とな
る。したがって、一方の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１は、
自由層の磁化方向が固定層の磁化方向と同一向きとな
り、他方の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２は、自由層の磁化
方向が固定層の磁化方向と１８０°をなす反対向きとな
り、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の抵抗値ＲGMR1より磁気
抵抗効果素子ＧＭＲ２の抵抗値ＲGMR2が大きくなり（Ｒ
GMR1＜ＲGMR2）、２個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１とＧ
ＭＲ２の接続点Ｂ１の電圧は図８（Ａ）に示すように
２．５Ｖより大きくなる。
【００５０】スイッチオンの場合、図２に示すように磁
界遮蔽部材１０が磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２
と第１の磁石７との間に進入するため、第１の磁石７か
ら２個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２への磁界
が遮断され、第２の磁石６のみの磁界が２個の磁気抵抗
効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２に作用する。この場合、磁
気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２の自由層の磁化方向
は、第２の磁石６の磁力線６ａの向きと同一方向とな
る。したがって、一方の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１は、
自由層の磁化方向と固定層の磁化方向とが１８０°をな
す反対方向となり、他方の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２
は、自由層の磁化方向と固定層の磁化方向とが同一方向
となり、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の抵抗値ＲGMR2より
磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の抵抗値ＲGMR1が大きくなり
（ＲGMR2＜ＲGMR1）、２個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１
とＧＭＲ２の接続点Ｂ１の電圧は図８（Ａ）に示すよう
に２．５Ｖより小さくなる。
【００５１】これらの接続点Ｂ１の電圧は図８（Ｂ）に
示すように、コンパレータ１３の出力側に増幅される。
さらにコンパレータ１４の基準電圧と比較処理される。
そして、図８（Ｃ）に示すようにコンパレータ１４の出
力側には、スイッチオフの場合に５Ｖの出力信号が出力
され、スイッチオンの場合に０Ｖの出力信号が出力され
る。これは、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２の抵
抗値の変化が電圧値の変化として出力される。
【００５２】この実施形態に係る磁気スイッチによれ
ば、直列接続した磁気抵抗効果素子が分圧回路を形成す
るため、磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を電圧値の変
化としてピックアップする回路の構成を簡素化すること
ができる。
【００５３】この分圧回路とブリッジ回路とはスイッチ
動作する対象により使い分ければよい。
【００５４】以上の説明では、磁気スイッチとして構成
したが、これに限定されるものではなく、磁界遮蔽作用
を有する被検知部材を検知する、外部磁界によって磁化
方向が変化する自由層を有する磁気抵抗効果素子を用い
た磁気センサとしても構成することができる。
【００５５】この磁気センサは、磁気スイッチの磁界遮
蔽部材１０を、磁界遮蔽作用を有する被検知部材として
用い、この被検知部材（１０）を検知するようにした構
成が磁気スイッチと相違している。その他の構成は磁気
スイッチと同様である。
【００５６】上記被検知部材（１０）は、第１、第２の
磁石７、６に対する相対位置が変化するように移動す
る。この被検知部材（１０）の第１、第２の磁石７、６
に対する相対位置の変化によって、第１、第２の磁石
７、６の磁界（外部磁界）の双方を磁気抵抗効果素子５
に作用させる第１の状態と、第１、第２の磁石７、６の
磁界（外部磁界）の一方を磁気抵抗効果素子５に作用さ
せる第２の状態とを生じさせて被検知部材（１０）を検
知する。
【００５７】前記第1の状態は、磁界遮蔽部材１０が第
１の磁石７と磁気抵抗効果素子５との間から退出した状
態に設定する。一方、第２の状態は、磁界遮蔽部材１０
が第１の磁石７と磁気抵抗効果素子５との間に進入した
状態に設定する。そして、第２の状態での被検知部材
（１０）は、第２の磁石６よりも磁力が大きい第１の磁
石７の磁界を遮蔽し、第２の磁石６の磁界のみが外部磁
界として磁気抵抗効果素子５に作用する。
【００５８】この磁気センサによれば、被検出部材（１
０）の移動に対応して、磁界の向きが反対でかつ大きさ
が異なる第１の磁石７と第２の磁石６の磁界を外部磁界
として磁気抵抗効果素子５に選択的に作用し、該磁気抵
抗効果素子５から被検出部材（１０）の検知信号を出力
し、その出力信号に基いて被検出部材（１０）を検知す
るものであり、被検知部材（１０）の移動により磁気抵
抗効果素子５に対する磁界の向き（磁気抵抗効果素子の
磁化方向）を１８０°をなす反対方向に変化させること
ができる。したがって、磁界の強さが徐々に変化する構
成であっても、磁気抵抗効果素子の抵抗値を急激に変化
させることができ、その急激な抵抗値の変化に基いて被
検知部材（１０）を迅速に検知することができる。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、磁
界の向きが反対でかつ大きさが異なる第１の磁石と第２
の磁石の磁界を外部磁界として磁気抵抗効果素子に選択
的に作用し、該磁気抵抗効果素子の急激な抵抗値の変化
に対応する出力信号を出力し、その出力信号に基いて、
スイッチ動作、被検知部材の検知を迅速に行なうことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る磁気スイッチを示す正
面図であって、磁界遮蔽部材を磁気抵抗効果素子と第１
の永久磁石との間から退出させた状態を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る磁気スイッチを示す正
面図であって、磁界遮蔽部材を磁気抵抗効果素子と第１
の永久磁石との間に進入させた状態を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る磁気スイッチを示す図
であって、磁界遮蔽部材を磁気抵抗効果素子と第１の永
久磁石との間に出入する状態を示す側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る磁気スイッチを示す図
であって、磁界遮蔽部材を磁気抵抗効果素子と第１の永
久磁石との間に出入する状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る磁気スイッチに用いた
磁気抵抗効果素子の一例を示す断面図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る磁
気スイッチに用いた磁気抵抗効果素子の磁化方向を示す
図である。
【図７】本発明の実施形態に係る磁気スイッチに用いた
磁気抵抗効果素子をブリッジ回路に組み込んだ回路図で
ある。
【図８】ブリッジ回路の各部での出力信号の波形を示す
図である。
【図９】本発明の実施形態に係る磁気スイッチに用いた
磁気抵抗効果素子を分圧回路に組み込んだ回路図であ
る。
【符号の説明】 １ ホルダー ２ ベース ３ アーム ４ アーム ５ 磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ１ ＧＭＲ２） ６ 第２の永久磁石 ７ 第１の永久磁石 ８ 基板 ９ 端子層 １０ 磁界遮蔽部材（被検知部材） １１ 固定抵抗 １２ 固定抵抗 １３ コンパレータ １４ コンパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 博文 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 菊池 誠二 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AC01 AC09 AD55 BA05 5G046 AA11 AB01 AC52 AD02

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】外部磁界によって磁化方向が変化する自由
    層を有する磁気抵抗効果素子を用いて、スイッチの切替
    を行なう磁気スイッチであって、 スイッチの切替動作に対応して、磁界の向きが反対でか
    つ大きさが異なる第１の磁石と第２の磁石の磁界を外部
    磁界として磁気抵抗効果素子に選択的に作用させ、該磁
    気抵抗効果素子からスイッチ動作の切替信号を出力する
    ことを特徴とする磁気スイッチ。
  2. 【請求項２】外部磁界によって磁化方向が変化する自由
    層を有する磁気抵抗効果素子を用いた磁気スイッチであ
    って、 上記外部磁界として作用する、磁界の向きが反対でかつ
    大きさが異なる第１の磁石と第２の磁石；及びこの第
    １、第２の磁石に対する相対位置が変化する磁界遮蔽部
    材；を有し、 この磁界遮蔽部材は、第１、第２の磁石の磁界の双方を
    磁気抵抗効果素子に作用させて自由層の磁化方向を第１
    の方向とする第１の位置と、第１、第２の磁石の磁界の
    一方を磁気抵抗効果素子に作用させて自由層の磁化方向
    を第１の方向と反対の第２の方向とする第２の位置とに
    移動可能であることを特徴とする磁気スイッチ。
  3. 【請求項３】請求項２記載の磁気スイッチにおいて、 前記第１の磁石の磁界の大きさは、前記第２の磁石の磁
    界の大きさより大きく、前記磁界遮蔽部材が前記第１の
    位置にあるときには、前記自由層の磁化方向は、前記第
    １の磁石の磁界の向きによって決まり、前記磁界遮蔽部
    材が第２の位置にあるときには、前記自由層の磁化方向
    は、前記第２の磁界の向きによって決まることを特徴と
    する磁気スイッチ。
  4. 【請求項４】請求項２記載の磁気スイッチにおいて、 さらに前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された
    固定層を含み、該固定層の磁化方向を反対方向に向けて
    ２個組合され、 前記２個の磁気抵抗効果素子は、直列接続されてブリッ
    ジ回路に組み込まれていることを特徴とする磁気スイッ
    チ。
  5. 【請求項５】請求項２記載の磁気スイッチにおいて、 さらに前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された
    固定層を含み、該固定層の磁化方向を反対方向に向けて
    ２個組合され、 前記２個の磁気抵抗効果素子は、直列接続されて分圧回
    路を構成していることを特徴とする磁気スイッチ。
  6. 【請求項６】外部磁界によって磁化方向が変化する自由
    層を有する磁気抵抗効果素子を用いて、被検出部材を検
    知する磁気センサであって、 被検出部材の移動に対応して、磁界の向きが反対でかつ
    大きさが異なる第１の磁石と第２の磁石の磁界を外部磁
    界として磁気抵抗効果素子に選択的に作用させ、該磁気
    抵抗効果素子から被検出部材の検知信号を出力すること
    を特徴とする磁気センサ。
  7. 【請求項７】磁界遮蔽作用を有する被検知部材を検知す
    る、外部磁界によって磁化方向が変化する自由層を有す
    る磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサであって、 上記外部磁界として作用する、磁界の方向が反対でかつ
    大きさが異なる第１の磁石と第２の磁石を有し、 上記被検知部材は、この第１、第２の磁石に対する相対
    位置が変化し、 この被検知部材の第１、第２の磁石に対する相対位置の
    変化によって、第１、第２の磁石の磁界の双方を磁気抵
    抗効果素子に作用させる第１の状態と、第１、第２の磁
    石の磁界の一方を磁気抵抗効果素子に作用させる第２の
    状態とを生じさせて被検知部材を検知することを特徴と
    する磁気センサ。
  8. 【請求項８】請求項７記載の磁気センサにおいて、 前記第１の磁石の磁界の大きさは、前記第２の磁石の磁
    界の大きさより大きく、前記被検出部材が前記第１の位
    置にあるときには、前記自由層の磁化方向は、前記第１
    の磁石の磁界の向きによって決まり、前記被検出部材が
    第２の位置にあるときには、前記自由層の磁化方向は、
    前記第２の磁界の向きによって決まることを特徴とする
    磁気センサ。
  9. 【請求項９】請求項７記載の磁気センサにおいて、 さらに前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された
    固定層を含み、該固定層の磁化方向を反対方向に向けて
    ２個組合され、 前記２個の磁気抵抗効果素子は、直列接続されてブリッ
    ジ回路に組み込まれていることを特徴とする磁気セン
    サ。
  10. 【請求項１０】請求項７記載の磁気センサにおいて、 さらに前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された
    固定層を含み、該固定層の磁化方向を反対方向に向けて
    ２個組合され、 前記２個の磁気抵抗効果素子は、直列接続されて分圧回
    路を構成していることを特徴とする磁気センサ。
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