JP2007033045A - 加速度センサ用のばね部材、加速度センサ及び磁気ディスクドライブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化が容易であり、小型化を図った場合にも安定した高感度のＺ軸方向加速度検出を行うことができる加速度センサ用のばね部材、加速度センサ及び磁気ディスクドライブ装置を提供する。
【解決手段】 Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサ用のばね部材であって、平板形状を有しており加速度センサの磁界発生錘部材を取り付けるための可動部と、加速度の印加されていない時に可動部の平面と平行となる帯板形状を有しており一端が可動部の一端に一体的に結合しており他端が固定されている単一の帯板形状の支持アーム部とを備えており、可動部が単一の支持アーム部のみによって片持ち支持されている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、加速度センサ用のばね部材、このばね部材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）。

しかしながら、この公知の加速度センサは、Ｚ軸方向の加速度として、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の検出素子出力を加算することによって求めているため、その検出感度を高めることが難しい。Ｚ軸方向の加速度を高感度で検出するためには、Ｚ軸方向専用の加速度検出機構を付加する必要がある。

Ｚ軸方向専用の加速度検出機構として、ケースに片持ち梁式に相対変位可能に取り付けられた平板状の金属弾性体からなる磁性体の途中に歪抵抗素子を形成した加速度センサが提案されている（例えば、特許文献２）。

特開平１１−３５２１４３号公報 特開平０６−２０１７２３号公報

しかしながら、特許文献２に記載された加速度センサは、歪抵抗効果を利用し磁性体の歪みを検出する構成であるため、高感度の加速度検出をさほど期待することができず、また、金属弾性体自体に信号を取り出すための電極及びリード導体をそれぞれ設ける必要があるため、配線の引き回しで構造が複雑になる。また、小型化した弾性体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。

しかも、この種のＺ軸方向専用の加速度センサをＸ軸及びＹ軸方向の加速度センサと組み合わせることは、加速度センサの小型化をより困難にする。

従って本発明の目的は、小型化が容易であり、小型化を図った場合にも安定した高感度のＺ軸方向加速度検出を行うことができる加速度センサ用のばね部材、加速度センサ及び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、Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサ用のばね部材であって、平板形状を有しており加速度センサの磁界発生錘部材を取り付けるための可動部と、加速度の印加されていない時に可動部の平面と平行となる帯板形状を有しており一端が可動部の一端に一体的に結合しており他端が固定されている単一の帯板形状の支持アーム部とを備えており、可動部が単一の支持アーム部のみによって片持ち支持されているばね部材が提供される。

Ｚ軸方向の加速度を検出する加速度センサ用のばね部材であり、磁界発生錘部材を取り付けるための平板形状の可動部が、加速度の印加されていない時にこの可動部の平面と平行となる単一の平帯板形状の支持アーム部によって片持ち支持されている。従って、磁界発生錘部材を可動部に取り付けた実装状態においてＺ軸方向の加速度が印加されると、支持アーム部の付け根を軸とする回転モーメントが発生し、この回転モーメントは支持アーム部の曲げ及び伸びによる反発力によって釣り合い、これによって磁界発生錘部材はＺ軸に対して、印加された加速度に応じたある微小角度だけ傾く。その結果、磁界発生錘部材から生じる磁界がその微小角度だけ変化する。特に本発明においては、支持アーム部が可動部の平面と平行な帯板形状を有しているため、特にＺ軸方向の加速度に敏感に反応し支持アーム部がその方向に曲げ及び伸びを行うので、Ｚ軸方向の加速度を高感度に検出することが可能となる。また、このＺ軸方向の加速度専用のばね部材が、平板形状であるため、他の２軸（Ｘ軸及びＹ軸）の加速度検出用のばね部材と平板形状で一体化し易く、その結果、加速度センサ全体を容易に小型化することが可能となる。

本発明によれば、さらに、平板形状を有しており、Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ軸方向の加速度用の第１の磁界発生錘部材を取り付けるための第１の可動部と、加速度の印加されていない時に第１の可動部の平面と平行となる帯板形状を有しており一端が第１の可動部の一端に一体的に結合しており他端が固定されている単一の第１の支持アーム部と、加速度の印加されていない時にＸ−Ｙ平面と平行となる平板形状を有しておりＸ軸方向及びＹ軸方向に自由度を有し捩れ動作が可能な少なくとも２つの第２の支持アーム部と、加速度の印加されていない時に少なくとも２つの第２の支持アーム部と平行となる平板形状を有しておりこれら少なくとも２つの第２の支持アーム部によって支持されておりかつＸ軸方向及びＹ軸方向の加速度用の第２の磁界発生錘部材を取り付けるための第２の可動部とを備えており、第１の可動部が単一の第１の支持アーム部のみによって片持ち支持されており、第１の可動部、第１の支持アーム部、第２の可動部及び少なくとも２つの第２の支持アーム部が一体的に形成されているばね部材が提供される。

少なくとも２つの第２の支持アーム部が、互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向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第２の可動部に結合している４つの第２の支持アームからなることが好ましい。

本発明によれば、さらにまた、上述したばね部材からなる第１のばね部材と、ハウジング部材と、第１の磁界発生錘部材と、第１の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第１の磁界検出センサとを備えており、第１のばね部材の支持アーム部の他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、第１の磁界発生錘部材が第１のばね部材の可動部に固着されており、第１の磁界検出センサが磁化固定層及び磁化自由層を含みＸ−Ｙ平面と平行に積層された少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果（ＭＲ）素子を備えており、加速度の印加されていない時に少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子の積層面とほぼ垂直な方向に第１の磁界発生錘部材から磁界が印加されるように構成されている加速度センサが提供される。

第１のばね部材の可動部に固着された第１の磁界発生錘部材から、多層構造ＭＲ素子の積層面とほぼ垂直に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第１のばね部材の反発力との釣り合いによって生じる第１の磁界発生錘部材の傾きを磁化自由層方向の磁化ベクトル強度として検知している。このように、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、高感度の磁化ベクトル検出を行なっているので、Ｚ軸方向における高感度の加速度検出を行うことが可能となる。

もちろん、第１のばね部材や第１の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、第１の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。さらに、歪抵抗体や圧電抵抗体を用いた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。

ハウジング部材に取り付けられており、加速度の印加されていない時にＸ−Ｙ平面と平行となる平板形状を有しておりＸ軸方向及びＹ軸方向に自由度を有する第２のばね部材と、第２のばね部材に固着された第２の磁界発生錘部材と、第２の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第２及び第３の磁界検出センサとをさらに備えており、第２及び第３の磁界検出センサの各々が磁化固定層及び磁化自由層を含みそれぞれＸ軸及びＹ軸方向に積層された少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子を備えており、加速度の印加されていない時に該少なくとも１つの多層構造ＭＲ素子の積層面とほぼ垂直な方向に第２の磁界発生錘部材から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。

第２のばね部材が、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第２の磁界発生錘部材が固着されている可動部とを有していることも好ましい。この場合、第２のばね部材において、少なくとも２つの支持アーム部が、互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向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。

第１のばね部材と第２のばね部材とが、単一の平板形状を有するように一体化されていることが好ましい。Ｘ軸、Ｙ軸及びＸ軸の３軸方向の加速度検出を行う加速度センサ用のばね部材が、同一平面内に一体化されることにより、加速度センサ自体を大幅に小型化することが可能となる。

各磁界発生錘部材が、印加される加速度を回転モーメントに変化させるべく各ばね部材の一方の面に固着されていることも好ましい。

各多層構造ＭＲ素子が、各磁界検出センサの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少なくとも１つの直線部分を有し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、Ｚ軸方向の加速度には敏感に反応し支持アーム部がその方向に曲げ及び伸びを行うので、Ｚ軸方向の加速度を非常に高感度に検出することが可能となる。また、Ｘ軸及びＹ軸の加速度検出用のばね部材と平板形状で一体化し易く、その結果、加速度センサ全体を容易に小型化することが可能となる。

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外観を示す斜視図であり、図３はその全体構成を概略的に示す分解斜視図であり、図４はばね部材及び磁界発生錘部材の構成を概略的に示す斜視図であり、図５はばね部材及び磁界発生錘部材の構成を概略的に示す分解斜視図であり、図６は磁界発生錘部材の構成を概略的に示す（Ａ）斜視図及び（Ｂ）分解斜視図である。

図３に詳細に示すように、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内に一体的に形成された第１及び第２のばね部材２１及び２２、第１及び第２の磁界発生錘部材２３及び２４、Ｚ軸用の第１の磁界検出センサチップ２５、Ｘ軸用の第２の磁界検出センサチップ２６、Ｙ軸用の第３の磁界検出センサチップ２７、並びにＩＣチップ２８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で形成された平板形状の配線基板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平面上に搭載した磁界検出センサチップで検出することが可能となる。

図４及び図５に詳細に示すように、第１及び第２のばね部材２１及び２２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５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のばね部材２１は、ハウジング部材２０の配線基板２０ａ及びカバー部材２０ｂ間で配線基板２０ａに図示しない台座（スペーサ）を介して固定されるか又はカバー部材２０ｂに固定される角形の第１の外枠部２１ａと、この第１の外枠部２１ａの固定辺２１ｂの中央に一端が一体的に連結されており曲げ及び伸び動作が可能なストリップ形状の１つの支持アーム部２１ｃと、第１の外枠部２１ａの中央部に位置しており支持アーム部２１ｃの他端に一体的に連結された可動部２１ｄとを備えるように形成する。これにより、第１のばね部材２１は、可動部２１ｄが１点で支えられる片持ちばねを構成している。支持アーム部２１ｃは本実施形態ではＸ軸に沿って延在している。変更態様においては、支持アーム部２１ｃがＹ軸に沿って延在していても良い。なお、可動部２１ｄ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。

一方、第２のばね部材２２は、第１の外枠部２１ａと一体的に形成された第２の外枠部２２ａと、この第２の外枠部２２ａ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２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ及び２２ｅと、第２の外枠部２２ａの中央部に位置しており支持アーム部２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ及び２２ｅの他端に一体的に連結された可動部２２ｆとを備えるように形成する。これにより、第２のばね部材２２は、４方から可動部２２ｆ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２２ｂ及び２２ｄと支持アーム部２２ｃ及び２２ｅ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２２ｆ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。

図６に詳細に示すように、第１及び第２の磁界発生錘部材２３及び２４は、第１〜第３の磁界検出センサチップ２５〜２７に加速度に応じて方向の変化する磁界を印加するためのものであり、第１及び第２のばね部材２１及び２２の可動部２１ｄ及び２２ｆの一方の面上の中心位置にそれぞれ接着剤で固着されている。

第１の磁界発生錘部材２３は、Ｚ軸用の第１の磁界検出センサチップ２５に印加される磁界発生用の１対の永久磁石２３ａ及び２３ｂと、これら永久磁石２３ａ及び２３ｂが接着剤で固着されており錘を兼用するベース部材２３ｃと、ベース部材２３ｃに接着剤で固着されておりこのベース部材２３ｃと第１のばね部材２１の支持アーム部との間に間隙を与えて両者が干渉しないように、また、接着剤で両者が接着されないようにするためのスペーサ部材２３ｄとを備えている。

ベース部材２３ｃは金属磁性体材料、本実施形態ではＡｌ−ＴｉＣ（Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ）で形成されており、スペーサ部材２３ｄは本実施形態ではステンレス鋼で形成されている。ベース部材２３ｃ及びスペーサ部材２３ｄは、他の材料で形成しても良いし、一体的に形成しても良い。

１対の永久磁石２３ａ及び２３ｂ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、Ｚ軸用の第１の磁界検出センサチップ２５に対向するようにベース部材２３ｃに固着されている。これら１対の永久磁石２３ａ及び２３ｂは、第１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おり、主にこれと磁性材料によるベース部材２３ｃとにより閉磁路が構成される。後述するように、第１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磁界（バイアス磁界）が印加されるように配置される。

第２の磁界発生錘部材２４は、Ｘ軸用の第２の磁界検出センサチップ２６に印加される磁界発生用の１対の永久磁石２４ａ及び２４ｂと、Ｙ軸用の第３の磁界検出センサチップ２７に印加される磁界発生用の１対の永久磁石２４ｃ及び２４ｄと、これら永久磁石２４ａ〜２４ｄが接着剤で固着されており錘を兼用するベース部材２４ｅと、ベース部材２４ｅに接着剤で固着されておりこのベース部材２４ｅと第２のばね部材２２の支持アーム部との間に間隙を与えて両者が干渉しないように、また、接着剤で両者が接着されないようにするためのスペーサ部材２４ｆとを備えている。

ベース部材２４ｅは金属磁性体材料、本実施形態ではＡｌ−ＴｉＣ（Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ）で形成されており、スペーサ部材２４ｆは本実施形態ではステンレス鋼で形成されている。ベース部材２４ｅ及びスペーサ部材２４ｆは、他の材料で形成しても良いし、一体的に形成しても良い。

１対の永久磁石２４ａ及び２４ｂ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、Ｘ軸用の第２の磁界検出センサチップ２６に対向するようにベース部材２４ｅに固着されている。これら１対の永久磁石２４ａ及び２４ｂは、第２の磁界検出センサチップ２６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、主にこれと磁性材料によるベース部材２４ｅとにより閉磁路が構成される。後述するように、第２の磁界検出センサチップ２６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。

また、１対の永久磁石２４ｃ及び２４ｄ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、Ｙ軸用の第３の磁界検出センサチップ２７に対向するようにベース部材２４ｅに固着されている。これら１対の永久磁石２４ｃ及び２４ｄは、第３の磁界検出センサチップ２７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、主にこれと磁性材料によるベース部材２４ｅとにより閉磁路が構成される。後述するように、第３の磁界検出センサチップ２７のスピンバルブＧＭＲ素子は、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。

図７は配線基板、磁界検出センサチップ及びＩＣチップの構成を概略的に示す（Ａ）斜視図及び（Ｂ）分解斜視図であり、図８は磁界検出センサチップの構成を概略的に示す（Ａ）斜視図及び（Ｂ）その１つを拡大した斜視図である。

図７に示すように、配線基板２０ａ上には、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２５と、Ｘ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２６と、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２７と、ＩＣチップ２８とが装着されており、これら磁界検出センサチップ２５〜２７の端子電極及びＩＣチップ２８の端子電極２８ａにそれぞれワイヤボンディング又は金ボールボンディング（ＧＢＢ）された接続パッド２９及び３０が形成されている。

これら接続パッド２９及び３０は、配線基板２０ａに形成されている図示されていない電源供給端子、接地端子及び信号出力端子に、リード導体パターン３１を介してそれぞれ接続されている。

図８（Ｂ）により詳細に示すように、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２５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、本実施形態では、信号端子電極Ｓａ及びＳｂを介して第１の磁界検出センサチップ２５の外部で互いに直列接続されており、その直列接続の両端が電源端子電極Ｖｃｃ及び接地端子電極ＧＮＤにそれぞれ接続されている。スピンバルブＧＭＲ素子２５ｃ及び２５ｄも対となっており、本実施形態では、信号端子電極Ｓｃ及びＳｄを介して第１の磁界検出センサチップ２５の外部で互いに直列接続されており、その直列接続の両端が電源端子電極Ｖｃｃ及び接地端子電極ＧＮＤにそれぞれ接続されている。従って、これらスピンバルブＧＭＲ素子２５ａ、２５ｂ、２５ｃ及び２５ｄはフルブリッジ接続されていることとなる。

これらスピンバルブ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方向に磁化固定されている。即ち、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２５においては、ピンド層が全てＸ軸方向の同一向きＤ_Ｍ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Ｄ_Ｍ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、１対の永久磁石２３ａ及び２３ｂ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２６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４つ（２対）のスピンバルブＧＭＲ素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄが互いに平行に形成されている。スピンバルブＧＭＲ素子２６ａ及び２６ｂは対となっており、本実施形態では、信号端子電極を介して第２の磁界検出センサチップ２６の外部で互いに直列接続されており、その直列接続の両端が電源端子電極Ｖｃｃ及び接地端子電極ＧＮＤにそれぞれ接続されている。スピンバルブＧＭＲ素子２６ｃ及び２６ｄも対となっており、本実施形態では、信号端子電極を介して第２の磁界検出センサチップ２６の外部で互いに直列接続されており、その直列接続の両端が電源端子電極Ｖｃｃ及び接地端子電極ＧＮＤにそれぞれ接続されている。従って、これらスピンバルブＧＭＲ素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄはフルブリッジ接続されていることとなる。

これらスピンバルブＧＭＲ素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄ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第２の磁界検出センサチップ２６においては、ピンド層が全て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２６ａ及び２６ｂ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、１対の永久磁石２３ａ及び２３ｂ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２６ａ及び２６ｂ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２６ｃ及び２６ｄについても同様である。この場合、閉磁路の中心が、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２６ａ及び２６ｂ並びに２６ｃ及び２６ｄ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２７には、本実施形態では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４つ（２対）のスピンバルブＧＭＲ素子２７ａ、２７ｂ、２７ｃ及び２７ｄが互いに平行に形成されている。スピンバルブＧＭＲ素子２７ａ及び２７ｂは対となっており、本実施形態では、信号端子電極を介して第３の磁界検出センサチップ２７の外部で互いに直列接続されており、その直列接続の両端が電源端子電極Ｖｃｃ及び接地端子電極ＧＮＤにそれぞれ接続されている。スピンバルブＧＭＲ素子２７ｃ及び２７ｄも対となっており、本実施形態では、信号端子電極を介して第３の磁界検出センサチップ２７の外部で互いに直列接続されており、その直列接続の両端が電源端子電極Ｖｃｃ及び接地端子電極ＧＮＤにそれぞれ接続されている。従って、これらスピンバルブＧＭＲ素子２７ａ、２７ｂ、２７ｃ及び２７ｄはフルブリッジ接続されていることとなる。

これらスピンバルブＧＭＲ素子２７ａ、２７ｂ、２７ｃ及び２７ｄ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方向に磁化固定されている。即ち、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２７においては、ピンド層が全て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２７ａ及び２７ｂ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、１対の永久磁石２４ａ及び２４ｂ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２７ａ及び２７ｂ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２７ｃ及び２７ｄについても同様である。この場合、閉磁路の中心が、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２７ａ及び２７ｂ並びに２７ｃ及び２７ｄ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。

なお、本実施形態の変更態様においては、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２５が、第１のばね部材２１及び第１の磁界発生錘部材２３と共に、Ｘ−Ｙ平面において９０度回転した構造であっても良いことはもちろんである。

ＩＣチップ２８は、第１〜第３の磁界検出センサチップ２５〜２７から出力されるフルブリッジの差動出力信号を増幅する増幅回路を有しており、さらにそれらＺ軸加速度、Ｘ軸加速度及びＹ軸加速度に対応する差動出力信号を単一の信号出力端子から時分割で出力されるように多重化する回路をも有している。

図９（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はこれら第１〜第３の磁界検出センサチップ２５〜２７の電気的接続形態をそれぞれ示す回路図である。

各磁気検出センサチップに２対のスピンバルブＧＭＲ素子を設け、一方の対となるスピンバルブＧＭＲ素子の一端を各磁界検出センサチップの外部で互いに直列接続してその中点から出力を取り出し、他端を電源端子電極Ｖｃｃ及び接地端子電極ＧＮＤにそれぞれ接続し、他方の対となるスピンバルブＧＭＲ素子の一端を各磁界検出センサチップの外部で互いに直列接続してその中点から出力を取り出し、他端を電源端子電極Ｖｃｃ及び接地端子電極ＧＮＤにそれぞれ接続している。その結果、各磁気検出センサチップの４つのスピンバルブＧＭＲ素子はフルブリッジ接続され、差動出力が取り出されることとなる。なお、対となるスピンバルブＧＭＲ素子を各磁気検出センサチップの内部で互いに直列接続するように構成しても良いことは明らかである。

図１０は、本実施形態における加速度センサの特にＺ軸方向の加速度検出動作を説明するための図である。

同図に示すように、第１の磁界発生錘部材２３が第１のばね部材２１の可動部２１ｄに固着されており、この可動部２１ｄを支持アーム部２１ｃで片持ち支持しているため、第１のばね部材２１のピボット中心位置ＰＣ_２１と、第１の磁界発生錘部材２３の重心位置ＷＣ_２３とは互いにずれており、従って、縦方向、即ちＺ軸方向から加速度Ｆ_Ｚが印加されると、この加速度Ｆ_Ｚは片持ちばねを構成している支持アーム部２１ｃの固定辺２１ｂに対する付け根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、これによって第１の磁界発生錘部材２３はＸ軸に対してある微小角度θだけ傾き、従ってバイアス磁界がスピンバルブＧＭＲ素子の積層面と垂直な方向からＸ軸方向に微小角度θだけ変化する。

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２５のスピンバルブＧＭＲ素子は、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１１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Ｘ軸方向への微小角度θの変化は９０±θであるから、第１の磁界発生錘部材２３の、従って永久磁石２３ａ及び２３ｂ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。

本実施形態においては、特に、第１のばね部材２１の支持アーム部２１ｃが可動部２１ｄを片持ち支持しておりかつこの可動部２１ｄの平面と平行な帯板形状を有していること、及びこの可動部２１ｄに第１の磁界発生錘部材２３を搭載するように構成しているため、Ｚ軸方向の加速度に特に敏感に反応し、その方向の加速度を高感度に検出することが可能となる。

図１２は、本実施形態における加速度センサの特にＸ軸方向の加速度検出動作を説明するための図である。

同図に示すように、第２の磁界発生錘部材２４が第２のばね部材２２の可動部２２ｆの一方の面上に固着されているため、第２のばね部材２２のピボット中心位置ＰＣ_２２、第２の磁界発生錘部材２４の重心位置ＷＣ_２４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_Ｘが印加されると、この加速度Ｆ_Ｘは支持アーム部２２ｃ及び２２ｅ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２２ｃ及び２２ｅの捩りによる反発力と支持アーム部２２ｂ及び２２ｄの曲げ及び伸びによる反発力とによって、釣り合い、これによって第２の磁界発生錘部材２４はＸ軸に対してある微小角度θだけ傾き、従ってバイアス磁界がスピンバルブＧＭＲ素子の積層面と垂直な方向から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第２の磁界検出センサチップ２６のスピンバルブＧＭＲ素子は、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。

Ｙ軸方向の加速度についても、第２の磁界発生錘部材２４の永久磁石２４ｃ及び２４ｄと第３の磁界検出センサチップ２７との働きによってＸ軸方向の加速度と同様に検出される。

その結果、検出したい各方向（Ｚ軸方向、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チップ２５〜２７で検出することができる。従って、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るから、加速度センサ全体を小型化することができる。特に、Ｚ軸、Ｘ軸及びＹ軸の３軸方向の加速度検出を行うための第１のばね部材２１と第２のばね部材２２とが、単一の平板形状を有するように一体化されていることにより、加速度センサをさらに小型化することが可能となる。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。

また、本実施形態においては、第１の磁界発生錘部材２３は第１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の１対の永久磁石２３ａ及び２３ｂを備えており、これによって閉磁路が形成される。第１の磁界検出センサチップ２５の対をなすスピンバルブＧＭＲ素子２５ａ及び２５ｂはこれら永久磁石２３ａ及び２３ｂの真下に対向して配置され、従って、加速度の印加されていない時に積層面と垂直でありかつ互いに逆方向のバイアス磁界が印加されるようにこの閉磁路中に位置することとなる。このように、スピンバルブＧＭＲ素子２５ａとスピンバルブＧＭＲ素子２５ｂとでは、バイアス磁界が逆に印加されるので、これらを直列接続してブリッジを構成する場合にも、両スピンバルブＧＭＲ素子の固定磁化方向を同一とすることができる。その結果、１つのチップ内にこれら対をなすスピンバルブＧＭＲ素子を形成することができるから、加速度センサ全体をさらに小型化することができる。

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、本発明はこれに限定されるものではなく、各磁界発生錘部材に１つの永久磁石を設けた構成であっても良い。

また、上述した実施形態では、加速度センサのハウジング内にＩＣチップを設けているが、このようなＩＣチップを加速度センサとは独立して設けても良い。

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。

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。 図２に示した加速度センサの外観を示す斜視図である。 図２に示した加速度センサの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ばね部材及び磁界発生錘部材の構成を概略的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ばね部材及び磁界発生錘部材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磁界発生錘部材の構成を概略的に示す斜視図及び分解斜視図である。 図２に示した加速度センサにおける配線基板、磁界検出センサチップ及びＩＣチップの構成を概略的に示す斜視図及び分解斜視図である。 図２に示した加速度センサにおける磁界検出センサチップの構成を概略的に示す斜視図及びその１つを拡大した斜視図である。 図２に示した加速度センサにおける第１〜第３の磁界検出センサチップの電気的接続形態をそれぞれ示す回路図である。 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。 図２に示した加速度センサにおける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 ハウジング部材
２０ａ 配線基板
２０ｂ カバー部材
２１ 第１のばね部材
２１ａ 第１の外枠部
２１ｂ 固定辺
２１ｃ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ 支持アーム部
２１ｄ、２２ｆ 可動部
２２ 第２のばね部材
２２ａ 第２の外枠部
２３ 第１の磁界発生錘部材
２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ 永久磁石
２３ｃ、２４ｅ ベース部材
２３ｄ、２４ｆ スペーサ部材
２４ 第２の磁界発生錘部材
２５ 第１の磁界検出センサチップ
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ スピンバルブＧＭＲ素子
２６ 第２の磁界検出センサチップ
２７ 第３の磁界検出センサチップ
２８ ＩＣチップ
２８ａ 端子電極
２９、３０ 接続パッド
３１ リード導体パターン
Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ 信号端子電極
Ｖｃｃ 電源端子電極
ＧＮＤ 接地端子電極

Claims (12)

1. Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサ用のばね部材であって、平板形状を有しており前記加速度センサの磁界発生錘部材を取り付けるための可動部と、加速度の印加されていない時に該可動部の平面と平行となる帯板形状を有しており一端が該可動部の一端に一体的に結合しており他端が固定されている単一の支持アーム部とを備えており、前記可動部が前記単一の支持アーム部のみによって片持ち支持されていることを特徴とするばね部材。
2. 平板形状を有しており、Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ軸方向の加速度用の第１の磁界発生錘部材を取り付けるための第１の可動部と、加速度の印加されていない時に該第１の可動部の平面と平行となる帯板形状を有しており一端が該第１の可動部の一端に一体的に結合しており他端が固定されている単一の第１の支持アーム部と、加速度の印加されていない時に前記Ｘ−Ｙ平面と平行となる平板形状を有しておりＸ軸方向及びＹ軸方向に自由度を有し捩れ動作が可能な少なくとも２つの第２の支持アーム部と、加速度の印加されていない時に前記少なくとも２つの第２の支持アーム部と平行となる平板形状を有しており該少なくとも２つの第２の支持アーム部によって支持されておりかつＸ軸方向及びＹ軸方向の加速度用の第２の磁界発生錘部材を取り付けるための第２の可動部とを備えており、前記第１の可動部が前記単一の第１の支持アーム部のみによって片持ち支持されており、前記第１の可動部、前記第１の支持アーム部、前記第２の可動部及び前記少なくとも２つの第２の支持アーム部が一体的に形成されていることを特徴とするばね部材。
3. 前記少なくとも２つの第２の支持アーム部が、互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向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第２の可動部に結合している４つの第２の支持アームからなることを特徴とする請求項２に記載のばね部材。
4. 請求項１に記載のばね部材からなる第１のばね部材と、ハウジング部材と、第１の磁界発生錘部材と、該第１の磁界発生錘部材に対向して前記ハウジング部材に取り付けられている第１の磁界検出センサとを備えており、前記第１のばね部材の前記支持アーム部の他端が該ハウジング部材に固定された外枠部に結合しており、前記第１の磁界発生錘部材が前記第１のばね部材の前記可動部に固着されており、前記第１の磁界検出センサが磁化固定層及び磁化自由層を含み前記Ｘ−Ｙ平面と平行に積層された少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子を備えており、加速度の印加されていない時に該少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子の積層面とほぼ垂直な方向に前記第１の磁界発生錘部材から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加速度センサ。
5. 前記ハウジング部材に取り付けられており、加速度の印加されていない時に前記Ｘ−Ｙ平面と平行となる平板形状を有しておりＸ軸方向及びＹ軸方向に自由度を有する第２のばね部材と、前記第２のばね部材に固着された第２の磁界発生錘部材と、前記第２の磁界発生錘部材に対向して前記ハウジング部材に取り付けられている第２及び第３の磁界検出センサとをさらに備えており、前記第２及び第３の磁界検出センサの各々が磁化固定層及び磁化自由層を含みそれぞれＸ軸及びＹ軸方向に積層された少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子を備えており、加速度の印加されていない時に該少なくとも１つの多層構造磁気抵抗効果素子の積層面とほぼ垂直な方向に前記第２の磁界発生錘部材から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４に記載の加速度センサ。
6. 前記第２のばね部材が、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第２の磁界発生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５に記載の加速度センサ。
7. 前記第２のばね部材において、前記少なくとも２つの支持アーム部が、互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向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６に記載の加速度センサ。
8. 前記第１のばね部材と前記第２のばね部材とが、単一の平板形状を有するように一体化されていることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の加速度センサ。
9. 前記各磁界発生錘部材が、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各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４から８のいずれか１項に記載の加速度センサ。
10. 前記各多層構造磁気抵抗効果素子が、前記各磁界検出センサの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少なくとも１つの直線部分を有していることを特徴とする請求項４から９のいずれか１項に記載の加速度センサ。
11. 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４から１０のいずれか１項に記載の加速度センサ。
12. 請求項４から１１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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