JP2007033044A

JP2007033044A - 加速度センサ及び磁気ディスクドライブ装置

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Publication number: JP2007033044A
Application number: JP2005212394A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Shoji; 茂庄司
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2007-02-08
Also published as: US20070019324A1; US7403352B2

Abstract

【課題】大幅な小型化を図った場合にも、安定した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】ハウジング部材と、ハウジング部材に取り付けられており、少なくとも検出すべき加速度の方向に自由度を有するばね部材と、ハウジング部材に固定された磁界発生部材と、磁界発生部材に対向してばね部材の可動位置に固着された少なくとも１つの磁界検出センサ及び錘部材とを備えており、磁界検出センサが磁化固定層及び磁化自由層を含む少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子を備えており、少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子に対して、加速度が印加されていない時はその積層面とほぼ垂直な方向に磁界発生部材から磁界が印加され、加速度が印加された時は上述のほぼ垂直な方向から印加された加速度に応じた角度だけ変角した方向に磁界が印加されるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、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。

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、三次元の自由度を持つ振動子に、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個以上の磁気抵抗効果（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知られている（例えば、特許文献１）。

特開平１１−３５２１４３号公報

しかしながら、この公知の加速度センサは、振動子上に永久磁石を設けた構成であるため、外部磁界の影響で永久磁石に外力が働き動いてしまうので、正確な加速度検出を行う場合にノイズ又は誤差が発生する。この外部磁界の影響は、加速度センサが小型化して永久磁石の寸法が小さくなるにつれ、より顕著となって現れる。

また、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。

従って本発明の目的は、大幅な小型化を図った場合にも、安定した高感度の加速度検出を行うことができ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。

本発明によれば、ハウジング部材と、ハウジング部材に取り付けられており、少なくとも検出すべき加速度の方向に自由度を有するばね部材と、ハウジング部材に固定された磁界発生部材と、磁界発生部材に対向してばね部材の可動位置に固着された少なくとも１つの磁界検出センサ及び錘部材とを備えており、磁界検出センサが磁化固定層及び磁化自由層を含む少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子を備えており、少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子に対して、加速度が印加されていない時はその積層面とほぼ垂直な方向に磁界発生部材から磁界が印加され、加速度が印加された時は上述のほぼ垂直な方向から印加された加速度に応じた角度だけ変角した方向に磁界が印加されるように構成した加速度センサが提供される。

ハウジング部材に固定された磁界発生部材から、ばね部材の移動位置に固着された多層構造ＭＲ素子にその積層面とほぼ垂直方向のバイアス磁界をかけておき、印加される加速度による回転モーメントとばね部材の主に捩りによる反発力との釣り合いによって生じる多層構造ＭＲ素子の傾きを磁化自由層方向の磁化ベクトル強度として高感度に検知している。特に本発明では、磁界発生部材が固定されているため、その寸法が小さい場合にも外部磁界の影響でこの磁界発生部材が動いてしまうような不都合は発生せず、正確な加速度検出を行うことが可能となる。また、磁気発生部材が固定されるのでこの磁界発生部材として大きな寸法の永久磁石を使用することができ、強いバイアス磁界を多層構造ＭＲ素子に印加することができるから、その意味からも外部電界及び外部磁界の影響を受けにくくなり、精度の高い加速度検出を行うことができる。

さらに、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、加速度センサを大幅に小型化することができる。また、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うことが可能となる。

ばね部材が、少なくとも２つの軸回転方向に自由度を有していることが好ましい。

ばね部材が、捩れ動作が可能な少なくとも２つの支持アーム部と、２つの支持アーム部によって支持されており少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子及び錘部材が固着されている可動部（可動位置の下位概念に相当する）とを有していることも好ましい。

この場合、少なくとも２つの支持アーム部が、１軸に沿って延在しており、各々の一端がハウジング部材に固定された外枠部に結合しており他端が可動部に結合している２つの支持アームからなるか、又は互いに直交する２軸に沿ってそれぞれ延在しており、各々の一端がハウジング部材に固定された外枠部に結合しており他端が可動部に結合している４つの支持アームからなることがより好ましい。

ばね部材が、少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子の積層面とほぼ平行に配置されているか、又は少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子の積層面とほぼ垂直に配置されていることも好ましい。

錘部材が、印加される加速度を回転モーメントに変化させるべくばね部材の一方の面に固着されていることが好ましい。

この磁界発生部材が、永久磁石であることも好ましい。

少なくとも１つの磁界検出センサが単一の磁界検出センサであり、磁界検出センサが検出すべき加速度の方向とほぼ平行な方向に磁化固定された磁化固定層を有する少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子を備えていることが好ましい。

少なくとも１つの磁界検出センサが複数の磁界検出センサであり、複数の磁界検出センサの各々が検出すべき加速度の方向とほぼ平行な方向に磁化固定された磁化固定層を有する少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子を備えていることも好ましい。この場合、複数の磁界検出センサの多層構造ＭＲ素子の磁化固定層が検出すべき加速度の方向とほぼ平行でかつ向きが逆方向にそれぞれ磁化固定されていることがより好ましい。また、この場合、複数の磁界検出センサが、少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子をそれぞれ備えた２つの磁界検出センサであり、２つの磁界検出センサの多層構造ＭＲ素子の磁化固定層が、互いにほぼ直交する方向にそれぞれ磁化固定されていることがより好ましい。

各磁界検出センサが、積層面内において磁化固定方向と垂直方向に延在する直線部分を有する単一の多層構造ＭＲ素子を備えていることが好ましい。

各磁界検出センサが、各々が積層面内において磁化固定方向と垂直方向に延在する直線部分を有する複数の多層構造ＭＲ素子を備えており、これら複数の多層構造ＭＲ素子が互いに直列接続されていることも好ましい。

各多層構造ＭＲ素子が、ＧＭＲ素子又はＴＭＲ素子であることも好ましい。

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、磁界発生部材が固定されているため、その寸法が小さい場合にも外部磁界の影響でこの磁界発生部材が動いてしまうような不都合は発生せず、その結果、正確な加速度検出を行うことが可能となる。また、磁気発生部材が固定されるため、この磁界発生部材として大きな寸法の永久磁石を使用することができ、これにより強いバイアス磁界を多層構造ＭＲ素子に印加することができるから、その意味からも外部電界及び外部磁界の影響を受けにくくなり、精度の高い加速度検出を行うことができる。

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（Ａ）分解斜視図及び（Ｂ）斜視図であり、図３はこの実施形態におけるばね部材の構成を詳細に示す斜視図であり、図４はこの実施形態における錘部材及び磁界検出センサチップの構成を図２（Ａ）の反対側から見た状態で拡大して示す斜視図であり、図５は図２（Ｂ）におけるＶ−Ｖ線断面図である。

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Ｙ軸方向の加速度を検出するためのものであり、ハウジング部材２０内にばね部材２１、錘部材２２、２つの磁界検出センサチップ２３及び２４、並びに磁界発生部材である永久磁石２５を収納するように構成されている。

ハウジング部材２０は、角筒形状の本体２０ａの両側の開口部を平板形状のベース部材２０ｂ及び平板形状のカバー部材２０ｃで覆い、密封するように構成されている。

ベース部材２０ｂ上には、磁界発生用の寸法が比較的大きい永久磁石２５が固着されており、さらに、接続パッド２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ及び２０ｇが形成されている。これら接続パッド２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ及び２０ｇは、ハウジング部材２０の外面に形成される外部端子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄにそれぞれ接続されている。なお、永久磁石２５の形状は図では直方体であるが円柱形状であってもその他の形状であっても良い。

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形成されている。即ち、ハウジング部材２０の本体２０ａ及びカバー部材２０ｃ間で固定される角形の外枠部２１ａと、この外枠部２１ａの各辺の中央に一端が一体的に連結されており捩れ動作が可能なそれぞれがストリップ形状の４つの支持アーム部２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ及び２１ｅと、中央部に位置しており支持アーム部２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ及び２１ｅの他端に一体的に連結された可動部２１ｆとを備えるように形成する。これにより、ばね部材２１は、４方から可動部２１ｆが引っ張られる４点引っ張りばねを構成している。支持アーム部２１ｂ及び２１ｄと支持アーム部２１ｃ及び２１ｅとは互いに直交するＸ軸及びＹ軸にそれぞれ沿って延在している。なお、可動部２１ｆは図では円形であるが、矩形であってもその他の形状であっても良い。

ばね部材２１の可動部２１ｆには、錘部材２２さらにスペーサ部材２７を介して、Ｘ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ２３と、Ｙ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ２４とが装着されている。これら磁界検出センサチップ２３及び２４の端子電極２３ｂ及び２３ｃ並びに２４ｂ及び２４ｃは、金ワイヤ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ及び２８ｄによって、ベース部材２０ｂ上の接続パッド２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ及び２０ｇにそれぞれワイヤボンディングされている。

Ｘ軸方向の加速度を検出するため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）に延在する直線部分を有する複数のスピンバルブＧＭＲ素子２３ａが互いに平行に形成されており、これら複数のスピンバルブＧＭＲ素子２３ａは互いに直列接続されてその両端が端子電極２３ｂ及び２３ｃにそれぞれ接続されている。

スピンバルブＧＭＲ素子２３ａ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方向に磁化固定されている。即ち、Ｘ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ２３においては、Ｘ軸方向に磁化固定されている。

Ｙ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ２４には、Ｙ軸方向と垂直な方向（Ｘ軸方向）に延在する直線部分を有する複数のスピンバルブＧＭＲ素子２４ａが互いに平行に形成されており、これら複数のスピンバルブＧＭＲ素子２４ａは互いに直列接続されてその両端が端子電極２４ｂ及び２４ｃにそれぞれ接続されている。このＹ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ２４における磁化固定方向は、Ｙ軸方向である。

磁界検出センサチップ２３及び２４は、磁界発生部材である永久磁石２５に対向するように、錘部材２２を介してばね部材２１の可動部２１ｆの一方の面上の中心位置に固着されている。これにより、加速度が印加されていない際に、スピンバルブＧＭＲ素子２３ａ及び２４ａの積層面とほぼ垂直な方向の磁界（バイアス磁界）が永久磁石２５から印加される。

なお、本実施形態では、磁界検出センサチップ２３及び２４が複数のスピンバルブＧＭＲ素子２３ａ及び２４ａをそれぞれ備えているが、各センサチップが単一のスピンバルブＧＭＲ素子を備えていても良い。その場合、複数の直線部分を含む葛折り形状としても良い。

図６は、本実施形態における加速度センサの動作を説明するための図である。

同図に示すように、ばね部材２１のピボット中心位置ＰＣ_２１と、錘部材２２の重心位置ＷＣ_２２とは互いにずれており、従って、横方向、例えばＸ軸方向から加速度Ｆが印加されると、この加速度Ｆは支持アーム部２１ｃ及び２１ｅを軸とする回転モーメントに変換される。

この回転モーメントは、支持アーム部２１ｃ及び２１ｅの捩りによる反発力と支持アーム部２１ｂ及び２１ｄの曲げ及び伸びによる反発力とによって、釣り合い、これによって磁界検出センサチップ２３はＸ軸に対してある微小角度θだけ傾き、従って永久磁石２５から印加されるバイアス磁界がスピンバルブＧＭＲ素子２３ａの積層面とほぼ垂直な方向からＸ軸方向に微小角度θだけ変化する。ただし、捩りによる反発力が支配的である。

Ｘ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ２３のスピンバルブＧＭＲ素子２３ａは、そのピンド層がＸ軸方向に磁化固定されているので、バイアス磁界のこの微小角度θの変化に非常に敏感に反応してそのＭＲ抵抗を急激に変化させる。

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、磁界検出センサチップ２３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。Ｙ軸方向の加速度についても、磁界検出センサチップ２４によって同様に検出される。

その結果、検出したい各方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）における加速度の向き及び大きさをそれぞれ１つの磁界検出センサ２３、２４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、加速度センサ全体を大幅に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うことが可能となる。

本実施形態によれば、特に、永久磁石２５がハウジング部材２０に固定されているため、その寸法が小さい場合にも外部磁界の影響でこの永久磁石が動いてしまうような不都合は発生せず、その結果、正確な加速度検出を行うことが可能となる。さらに、固定されているため、永久磁石２５として大きな寸法のものを使用することができ、これにより強いバイアス磁界をスピンバルブＧＭＲ素子に印加することができるから、その意味からも外部電界及び外部磁界の影響を受けにくくなり、高精度の加速度検出を行うことができる。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、非常に強い外力が印加された場合、ばね部材２１にかなりの応力が印加されるが、ばね部材２１とハウジング部材２０との隙間を小さく（例えば約０．１ｍｍ）しておくことにより、ハウジング部材１０をリミッタとして利用し、ばねの伸び限界を超えさせずにばね切れを防止することが可能となる。

単なる一例であるが、ばね部材２１をＮｉＦｅやＮｉ等による薄膜金属板とした場合、その厚さは約４μｍ、支持アーム部の幅は約１２μｍ程度となる。この時、永久磁石１２の傾きθは約０．２〜１．０°程度であり、１Ｇの加速度が印加された場合に数ｍＶの出力を得ることができる。

図８は本発明の他の実施形態として、加速度センサの全体構成を概略的に示す（Ａ）分解斜視図及び（Ｂ）斜視図であり、図９はこの実施形態における錘部材及び磁界検出センサチップの構成を図８（Ａ）の反対側から見た状態で拡大して示す斜視図である。

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、Ｚ軸方向の加速度を検出するためのものであり、ハウジング部材８０内にばね部材８１、錘部材８２、１つの磁界検出センサチップ８３及び磁界発生部材である永久磁石８５を収納するように構成されている。

ハウジング部材８０は、断面がコ字形状のカバー部材８０ａの下側の開口部を平板形状のベース部材８０ｂで覆い、さらに横側の開口部を平板形状の側面カバー部材８０ｃ及び８０ｄで覆い、密封するように構成されている。

ベース部材８０ｂ上には、磁界発生用の寸法が比較的大きい永久磁石８５が固着されており、さらに、接続パッド８０ｅ及び８０ｆが形成されている。これら接続パッド８０ｅ及び８０ｆは、ハウジング部材８０の外面に形成される外部端子８６ａ及び８６ｂにそれぞれ接続されている。なお、永久磁石８５の形状は図では直方体であるが円柱形状であってもその他の形状であっても良い。

ばね部材８１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８（Ａ）に示すように形状加工することによって形成されている。即ち、ハウジング部材８０のカバー部材８０ａ及び側面カバー部材８０ｃ間で固定される角形の外枠部８１ａと、この外枠部８１ａの各辺の中央に一端が一体的に連結されており捩れ動作が可能なそれぞれがストリップ形状の４つの支持アーム部８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ及び８１ｅと、中央部に位置しており支持アーム部８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ及び８１ｅの他端に一体的に連結された可動部８１ｆとを備えるように形成する。これにより、ばね部材８１は、４方から可動部８１ｆが引っ張られる４点引っ張りばねを構成している。支持アーム部８１ｂ及び８１ｄと支持アーム部８１ｃ及び８１ｅとはＺ軸とこれに直交する軸にそれぞれ沿って延在している。なお、可動部８１ｆは図では六角形であるが、円形であっても矩形であってもその他の形状であっても良い。

ばね部材８１の可動部８１ｆには、錘部材８２さらに図示しないスペーサ部材を介して、Ｚ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ８３が装着されている。この磁界検出センサチップ８３の端子電極８３ｂ及び８３ｃは、金ワイヤ８８ａ及び８８ｂによって、ベース部材８０ｂ上の接続パッド８０ｅ及び８０ｆにそれぞれワイヤボンディングされている。

この磁界検出センサチップ８３には、Ｘ軸方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に延在する直線部分を有する複数のスピンバルブＧＭＲ素子８３ａが互いに平行に形成されており、これら複数のスピンバルブＧＭＲ素子８３ａは互いに直列接続されてその両端が端子電極８３ｂ及び８３ｃにそれぞれ接続されている。

スピンバルブＧＭＲ素子８３ａ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方向に磁化固定されている。Ｚ軸方向の加速度を検出するためのこの磁界検出センサチップ８３においては、Ｘ軸方向に磁化固定されている。

磁界検出センサチップ８３は、磁界発生部材である永久磁石８５に対向するように、錘部材８２を介してばね部材８１の可動部８１ｆの一方の面上の中心位置に積層面が可動部８１ｆと垂直となるように固着されている。これにより、加速度が印加されていない際に、スピンバルブＧＭＲ素子８３ａの積層面とほぼ垂直な方向の磁界（バイアス磁界）が永久磁石８５から印加される。永久磁石８５の形状は図では直方体であるがその他の形状であっても良い。

なお、本実施形態では、磁界検出センサチップ８３が複数のスピンバルブＧＭＲ素子８３ａを備えているが、単一のスピンバルブＧＭＲ素子を備えていても良い。その場合、複数の直線部分を含む葛折り形状としても良い。

図２に示した加速度センサと同様に、本実施形態における加速度センサにおいても、ばね部材８１のピボット中心位置と、錘部材８２の重心位置とは互いにずれており、従って、Ｚ軸方向から加速度が印加されると、この加速度は支持アーム部８１ｃ及び８１ｅを軸とする回転モーメントに変換される。

この回転モーメントは、支持アーム部８１ｃ及び８１ｅの捩りによる反発力と支持アーム部８１ｂ及び８１ｄの曲げ及び伸びによる反発力とによって、釣り合い、これによって磁界検出センサチップ８３はＺ軸に対してある微小角度θだけ傾き、従って永久磁石８５から印加されるバイアス磁界がスピンバルブＧＭＲ素子８３ａの積層面とほぼ垂直な方向からＸ軸方向に微小角度θだけ変化する。ただし、捩りによる反発力が支配的である。

Ｚ軸方向の加速度を検出するための磁界検出センサチップ８３のスピンバルブＧＭＲ素子８３ａは、そのピンド層がＸ軸方向に磁化固定されているので、バイアス磁界のこの微小角度θの変化に非常に敏感に反応してそのＭＲ抵抗を急激に変化させる。図７に関連して説明したように、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。従って、磁界検出センサチップ８３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。

その結果、検出したいＺ軸方向における加速度の向き及び大きさをこの磁界検出センサ８３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、加速度センサ全体を大幅に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うことが可能となる。

本実施形態によれば、特に、永久磁石８５がハウジング部材８０に固定されているため、その寸法が小さい場合にも外部磁界の影響でこの永久磁石が動いてしまうような不都合は発生せず、その結果、正確な加速度検出を行うことが可能となる。さらに、固定されているので永久磁石８５として大きな寸法のものを使用することができ、これにより強いバイアス磁界をスピンバルブＧＭＲ素子に印加することができるから、その意味からも外部電界及び外部磁界の影響を受けにくくなり、高精度の加速度検出を行うことができる。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、検出すべき加速度の方向毎に、単一の磁界検出センサを用いているが、各方向の加速度検出用に複数の磁界検出センサを用いても良いことは明らかである。ただし、その場合、全体の小型化はその分犠牲となる。また、ピンド層がその方向と平行でかつ向きが逆方向にそれぞれ磁化固定されている複数の磁界検出センサを直列接続すれば、差動出力構成となって、出力を倍増することができる。

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。

磁気ディスクドライブ装置の落下検出を行うためには、実際には、３軸の加速度を検出する必要がある。そのためには、図２に示したようなＸ軸方向及びＹ軸方向の加速度を検出する加速度センサと、図８に示したようなＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサと取り付け、両者の出力信号から演算によって落下検出を行う。

図１０はこのように３軸の加速度検出を行う場合の電気的接続形態の一例を示す回路図である。

図２に示した加速度センサ１００におけるＸ軸方向加速度検出用の磁気検出センサチップ２３のスピンバルブＧＭＲ素子２３ａと外部抵抗１０１とを電源Ｖｃｃ及び接地ＧＮＤ間に直列接続し、この加速度センサ１００におけるＹ軸方向加速度検出用の磁気検出センサチップ２４のスピンバルブＧＭＲ素子２４ａと外部抵抗１０２とを電源Ｖｃｃ及び接地ＧＮＤ間に直列接続する。さらに、図５に示した加速度センサ１０３におけるＺ軸方向加速度検出用の磁気検出センサチップ８３のスピンバルブＧＭＲ素子８３ａと外部抵抗１０４とを電源Ｖｃｃ及び接地ＧＮＤ間に直列接続する。そして、スピンバルブＧＭＲ素子２３ａと外部抵抗１０１との中点、スピンバルブＧＭＲ素子２４ａと外部抵抗１０２との中点、及びスピンバルブＧＭＲ素子８３ａと外部抵抗１０４との中点から、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の加速度検出出力をそれぞれ取り出すように構成される。

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。

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及び斜視図である。図２に示した加速度センサにおけるばね部材の構成を詳細に示す斜視図である。図２に示した加速度センサにおける錘部材及び磁界検出センサチップの構成を図２（Ａ）の反対側から見た状態で拡大して示す斜視図である。図２（Ｂ）におけるＶ−Ｖ線断面図である。図２に示した加速度センサにおける動作を説明するための図である。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。本発明の加速度センサの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及び斜視図である。図８に示した加速度センサにおける錘部材及び磁界検出センサチップの構成を図８（Ａ）の反対側から見た状態で拡大して示す斜視図である。３軸の加速度検出を行う場合の電気的接続形態の一例を示す回路図である。

符号の説明

１０磁気ディスク
１０ａ退避ゾーン
１１ＨＧＡ
１２ＦＰＣ
１３支持アーム
１３ａ爪
１４ＶＣＭ
１５回動軸
１６退避ランプ
１７加速度センサ
１８回路基板
２０、８０ハウジング部材
２０ａ本体
２０ｂ、８０ｂベース部材
２０ｃ、８０ａカバー部材
２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、８０ｅ、８０ｆ接続パッド
２１、８１ばね部材
２１ａ、８１ａ外枠部
２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ、８１ｅ支持アーム部
２１ｆ、８１ｆ可動部
２２、８２錘部材
２３、２４、８３磁界検出センサチップ
２３ａ、２４ａ、８３ａスピンバルブＧＭＲ素子
２３ｂ、２３ｃ、２４ｂ、２４ｃ、８３ｂ、８３ｃ端子電極
２５、８５永久磁石
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、８６ａ、８６ｂ外部端子
２７スペーサ部材
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、８８ａ、８８ｂ金ワイヤ
８０ｃ、８０ｄ側面カバー部材
１００、１０３加速度センサ
１０１、１０２、１０４外部抵抗

Claims

ハウジング部材と、該ハウジング部材に取り付けられており、少なくとも検出すべき加速度の方向に自由度を有するばね部材と、前記ハウジング部材に固定された磁界発生部材と、該磁界発生部材に対向して前記ばね部材の可動位置に固着された少なくとも１つの磁界検出センサ及び錘部材とを備えており、該磁界検出センサが磁化固定層及び磁化自由層を含む少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子を備えており、該少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子に対して、加速度が印加されていない時はその積層面とほぼ垂直な方向に前記磁界発生部材から磁界が印加され、加速度が印加された時は前記ほぼ垂直な方向から印加された加速度に応じた角度だけ変角した方向に前記磁界が印加されるように構成したことを特徴とする加速度センサ。
前記ばね部材が、少なくとも２つの軸回転方向に自由度を有していることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
前記ばね部材が、捩れ動作が可能な少なくとも２つの支持アーム部と、該２つの支持アーム部によって支持されており前記少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子及び前記錘部材が固着されている可動部とを有し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。
前記少なくとも２つの支持アーム部が、１軸に沿って延在しており、各々の一端が前記ハウジング部材に固定された外枠部に結合しており他端が前記可動部に結合している２つの支持アーム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。
前記少なくとも２つの支持アーム部が、互いに直交する２軸に沿ってそれぞれ延在しており、各々の一端が前記ハウジング部材に固定された外枠部に結合しており他端が前記可動部に結合している４つの支持アーム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。
前記ばね部材が、前記少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子の積層面とほぼ平行に配置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。
前記ばね部材が、前記少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子の積層面とほぼ垂直に配置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。
前記錘部材が、印加される加速度を回転モーメントに変化させるべく前記ばね部材の一方の面に固着されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の加速度センサ。
前記磁界発生部材が、永久磁石であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の加速度センサ。
前記少なくとも１つの磁界検出センサが単一の磁界検出センサであり、該磁界検出センサが検出すべき加速度の方向とほぼ平行な方向に磁化固定された磁化固定層を有する少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子を備えてい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。
前記少なくとも１つの磁界検出センサが複数の磁界検出センサであり、該複数の磁界検出センサの各々が検出すべき加速度の方向とほぼ平行な方向に磁化固定された磁化固定層を有する少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子を備えてい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。
前記複数の磁界検出センサの多層構造磁気抵抗効果素子の磁化固定層が検出すべき加速度の方向とほぼ平行でかつ向きが逆方向にそれぞれ磁化固定されていることを特徴とする請求項１１に記載の加速度センサ。
前記複数の磁界検出センサが少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子をそれぞれ備えた２つの磁界検出センサであり、該２つの磁界検出センサの多層構造磁気抵抗効果素子の磁化固定層が互いにほぼ直交する方向にそれぞれ磁化固定されていることを特徴とする請求項１１に記載の加速度センサ。
前記各磁界検出センサが、前記積層面内において磁化固定方向と垂直方向に延在する直線部分を有する単一の多層構造磁気抵抗効果素子を備えていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の加速度センサ。
前記各磁界検出センサが、各々が前記積層面内において磁化固定方向と垂直方向に延在する直線部分を有する複数の多層構造磁気抵抗効果素子を備えており、該複数の多層構造磁気抵抗効果素子が互いに直列接続されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の加速度センサ。
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１から１５のいずれか１項に記載の加速度センサ。
請求項１から１６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。