JP2009041949A - Magnetic acceleration sensor - Google Patents

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Naonobu Okawa
尚信 大川
Tetsuya Fukuda
哲也 福田
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Alps Alpine Co Ltd
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Alps Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic acceleration sensor suitable for miniaturization, and singularly measuring accelerations in a plurality of axial directions. <P>SOLUTION: The magnetic acceleration sensor is equipped comprises a sensor body 11 internally having a spindle accommodating region 11a; a spindle 12, positioned in the spindle accommodating region 11a of the sensor body 11; beams 13a-13d for displaceably and bidirectionally supporting the opposite sides of the spindle 12; GMR elements 15a-15h provided in the sensor body 11; and a hard magnetic layer 14 provided in the spindle 12 of the GMR elements 15a-15h, and applying a magnetic field to the GMR elements 15a-15h. Accelerations are measured by the change in the magnetic resistances of the GMR elements 15a-15h due to the displacement of the spindle 12 in two axial directions that are mutually orthogonal along the axes formed by the beams 13a-13d, when a force is applied. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to a magnetic acceleration sensor that detects acceleration using magnetic force.

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。   As a sensor for detecting acceleration, for example, there is a magnetic acceleration sensor. In this magnetic acceleration sensor, a magnetoresistive effect element is disposed on a weight, and a magnet formed using a hard magnetic layer is disposed on a substrate facing the weight. When a force is applied to the weight, the weight is By swinging, the distance between the magnet on the substrate and the magnetoresistive element on the weight changes. The change in the interval changes the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element, and the change in acceleration is detected using the change in magnetoresistance of the magnetoresistive effect element based on the change in the magnetic field.

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。
特開平９−２０３７４８号公報 Such a magnetic acceleration sensor includes a configuration in which a weight is supported by a cantilever beam. Such a configuration is disclosed in Patent Document 1, for example.
JP-A-9-203748

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。   However, since the above-described magnetic acceleration sensor is configured to support the weight with a cantilever, only the acceleration in one axial direction can be measured. For this reason, in order to measure acceleration in a plurality of axial directions, it is necessary to prepare sensors having the same configuration in the direction to be measured, which is not suitable for downsizing.

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。   The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a magnetic acceleration sensor suitable for miniaturization, in which acceleration in a plurality of axial directions can be measured by a single acceleration sensor.

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。   A magnetic acceleration sensor according to the present invention supports a sensor body having a weight housing area on the inside, a weight located in the weight housing area of the sensor body, and a position where the weights face each other in a freely displaceable manner. A beam, a magnetoresistive effect element provided on the sensor body side, and a hard magnetic layer provided on the weight and applying a magnetic field to the magnetoresistive effect element. Is characterized in that the acceleration is measured by a change in magnetoresistance of the magnetoresistive element accompanying displacement in two axial directions orthogonal to each other about the beam.

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。   According to this configuration, the beam has a beam that supports the opposite positions of the weight so as to be displaceable in both directions, and can be displaced with respect to two axial forces orthogonal to each other. Acceleration can be measured. For this reason, the magnetic acceleration sensor of the present invention can measure accelerations in a plurality of axial directions with a single sensor, and thus is suitable for downsizing.

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。   In the magnetic acceleration sensor according to the present invention, a magnetic detection unit composed of the hard magnetic layer and a pair of magnetoresistive effect elements disposed obliquely opposite the hard magnetic layer in plan view is provided for each acceleration axis to be measured. At least one of them, outputs an acceleration value from the output of the magnetic detection unit of one acceleration axis, and determines the acceleration direction of the one acceleration axis based on the output of the magnetic detection unit of the other acceleration axis It is characterized by.

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。   In the magnetic acceleration sensor of the present invention, a magnetic detection unit including the hard magnetic layer and a pair of magnetoresistive effect elements disposed obliquely opposite the hard magnetic layer in plan view is provided for each measured acceleration direction. Preferably, a bridge circuit is configured by four magnetoresistive elements of the two magnetic detectors for the measured acceleration direction.

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。   In the magnetic acceleration sensor of the present invention, the magnetoresistive effect element has at least a fixed magnetic layer, and the hard magnetic layer is magnetized in parallel or perpendicular to the direction of the beams facing each other in plan view. It is preferable that the magnetization direction of the layer and the magnetization fixed direction of the pinned magnetic layer are parallel or antiparallel to the magnetization direction.

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。   In the magnetic acceleration sensor according to the present invention, the hard magnetic layer is magnetized so as to show a magnetic field strength on the opposite beam side and on both sides of the hard magnetic layer, and the magnetoresistive element is matched to the peak of the magnetic field strength. An effect element is preferably arranged.

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。   According to the magnetic acceleration sensor of the present invention, a sensor body having a weight housing area on the inside, a weight positioned in the weight housing area of the sensor body, and a position where the weights face each other can be displaced in both directions. A beam to support, a magnetoresistive effect element provided on the sensor body side, a hard magnetic layer provided on the weight and applying a magnetic field to the magnetoresistive effect element, and by applying a force, Since the acceleration is measured by the change in magnetoresistance of the magnetoresistive effect element as the weight is displaced in the biaxial directions orthogonal to each other with the beam as an axis, the acceleration in a plurality of axial directions is measured with one element. Thus, a magnetic acceleration sensor suitable for downsizing can be realized.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetic acceleration sensor according to an embodiment of the present invention, where (a) is a plan view and (b) is a side view.

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。   As shown in FIG. 1A, the magnetic acceleration sensor 1 shown in FIG. 1 has a sensor body 11 having a weight housing region 11a on the inside. A weight 12 is located in the weight housing area 11 a of the sensor body 11. The weight 12 has a substantially rectangular parallelepiped shape (a substantially rectangular shape in plan view). The sensor body 11 and the weight 12 are coupled by beams 13a to 13d, and the weight 12 is supported by the beams 13a to 13d so as to be displaceable. The beams 13a to 13d are provided so as to support the opposing positions of the weight 12 so as to be displaceable from both directions. In FIG. 1, beams 13 a to 13 d are provided on four sides of the weight 12 in plan view. These beams 13a to 13d are provided in the vicinity of one main surface of the weight 12, as shown in FIGS. 1B and 2, and are connected to the sensor body 11 at the beam end portion 13e shown in FIG. ing.

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。   The beams 13a to 13d are constituted by spring bodies formed by folding a plate-like body. For this reason, when force is applied to the magnetic acceleration sensor 1, the weight 12 is displaced by the elasticity of the beams 13a to 13d. That is, when a force in the X-axis direction is applied to the magnetic acceleration sensor 1, the weight 12 is displaced in the X-axis direction by the beams 13b and 13d. When a force in the Y-axis direction is applied to the magnetic acceleration sensor 1, the weight 12 is displaced in the Y-axis direction by the beams 13a and 13c.

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。   The beams 13a to 13d are configured by folding a plate-like body. That is, as shown in FIG. 3, the beams 13 a to 13 d include a plate-like body 131 and a folded portion 132 that connects the plate-like bodies 131 to each other. The width of the plate-like body 131 is preferably 200 μm to 300 μm in consideration of the amount of displacement in the X-axis direction and the amount of displacement in the Y-axis direction. The height of the plate-like body 131 is preferably 10 μm to 100 μm in consideration of the X-axis direction displacement amount, the Y-axis direction displacement amount, the Z-axis direction displacement amount that causes noise, and the like. The thickness of the plate-like body 131 is preferably 2 μm to 10 μm in consideration of the amount of displacement in the X-axis direction and the amount of displacement in the Y-axis direction. The thickness of the folded portion 132 is preferably 5 μm to 30 μm in consideration of the amount of displacement in the X-axis direction and the amount of displacement in the Y-axis direction.

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。   In the sensor body 11, GMR (Giant MagnetoResistance) elements 15a to 15h are formed as magnetoresistive elements. On the weight 12, a hard magnetic layer 14 which is a magnet is formed at a position facing the GMR elements 15a to 15h. Examples of the material constituting the hard magnetic layer 14 include a CoPt alloy and a CoCrPt alloy.

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。   In the magnetic acceleration sensor 1, a magnetic detection unit comprising a hard magnetic layer 14 and a pair of GMR elements arranged in a diagonal direction with the weight housing part sandwiched in plan view is measured. There are two for each acceleration direction. That is, as shown in FIG. 1A, in the Y-axis direction, which is the direction of acceleration to be measured, a magnetic detection unit including GMR elements 15a and 15b and a hard magnetic layer 14a, GMR elements 15c and 15d, and hard magnetic And a magnetic detection unit composed of the layer 14b. In addition, in the X-axis direction, which is the acceleration direction to be measured, a magnetic detection unit including GMR elements 15e and 15f and a hard magnetic layer 14c, and a magnetic detection unit including GMR elements 15g and 15h and a hard magnetic layer 14d Have

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。   As shown in FIG. 4, the GMR elements 15a to 15h are, on the sensor body 11, in order from the bottom, an antiferromagnetic layer 151 made of IrMn, PtMn, or the like, and a fixed material made of a ferromagnetic material such as NiFe or CoFe. The magnetic layer 152 has a laminated structure of a nonmagnetic material layer 153 formed of Cu or the like and a free magnetic layer 154 formed of a ferromagnetic material such as NiFe or CoFe. In the form shown in FIG. 4, a seed layer 155 made of NiFeCr or Cr is provided under the antiferromagnetic layer 151 to adjust the crystal orientation, but the seed layer 155 is not essential.

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。   A protective layer 156 made of Ta or the like is formed on the free magnetic layer 154. In the GMR elements 15a to 15h, since the antiferromagnetic layer 151 and the pinned magnetic layer 152 are formed in contact with each other, the interface between the antiferromagnetic layer 151 and the pinned magnetic layer 152 is obtained by performing heat treatment in a magnetic field. Thus, an exchange coupling magnetic field (Hex) is generated, and the magnetization direction 152a of the fixed magnetic layer 152 is fixed in one direction. In FIG. 4, the magnetization direction 152a is fixed in the X1 direction shown.

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。   On the other hand, the magnetization direction 154a of the free magnetic layer 154 is aligned antiparallel to the magnetization direction 152a of the pinned magnetic layer 152, for example, in the form of FIG. That is, the magnetization direction 154a is oriented in the X2 direction shown in the figure. Unlike the pinned magnetic layer 152, the free magnetic layer 154 is not pinned in magnetization, and the magnetization direction varies depending on the external magnetic field.

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。   When a horizontal magnetic field H directed in the direction parallel to the film surface of each layer constituting the magnetoresistive effect element in the external magnetic field generated from the hard magnetic layer 14 acts in the X1 direction as shown in FIG. 4, the free magnetic layer 154 The magnetization direction 154a of the magnetic layer fluctuates, and the electrical resistance changes depending on the relationship between the magnetization direction 152a of the pinned magnetic layer 152 and the magnetization direction 154a of the free magnetic layer 154. This is called a spin valve type Giant MagnetoResistance effect. In order to develop the giant magnetoresistive effect, the antiferromagnetic layer 151, the fixed magnetic layer 152, the nonmagnetic material layer 153, and the free material are used. A four-layer basic structure of the magnetic layer 154 is required. Further, as the magnetoresistive effect element, a tunnel magnetoresistive (TMR) element having a tunnel magnetoresistive effect may be used instead of the GMR elements 15a to 15h. In the case of a TMR element, the nonmagnetic material layer 153 is replaced with a nonmagnetic insulating material such as aluminum oxide or magnesium oxide, which is a tunnel barrier material.

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。   In the magnetic acceleration sensor 1 of the present invention, the hard magnetic layer 14 is magnetized parallel or orthogonal to the direction of the beams 13 facing each other in plan view, and the magnetization direction of the hard magnetic layer 14 and the magnetization fixed direction of the fixed magnetic layer 152 are Is preferably parallel or antiparallel to the magnetization direction. Further, in the magnetic acceleration sensor 1 of the present invention, the hard magnetic layer 14 is magnetized so as to show the magnetic field strength on the opposite beam 13 side and on both sides of the hard magnetic layer 14, and the GMR is matched to the peak of the magnetic field strength. It is preferable that the element is arranged. The positional relationship between the GMR element and the hard magnetic layer will be described later.

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。 In the magnetic acceleration sensor 1 of the present invention, a bridge circuit is configured by four GMR elements of two magnetic detectors for the direction of acceleration to be measured. In the example shown in FIG. 1A, as shown in FIG. 5, four GMR elements 15a to 15d of the magnetic detection unit in the Y-axis direction constitute a bridge circuit, and four of the magnetic detection units in the X-axis direction are formed. GMR elements 15e to 15h constitute a bridge circuit. In such a configuration, a force is applied to the magnetic acceleration sensor 1 to cause the weight 12 to be displaced in two axis (X axis, Y axis) directions orthogonal to each other about the beams 13a to 13d. The acceleration can be measured by a change in the magnetic resistance of 15a to 15h. That is, by configuring four GMR elements for each axial direction in a bridge circuit, when the weight 12 is displaced, the output voltage (V 1 −V 2 ) changes due to the change in the magnetic resistance of the GMR element. At this time, the output voltage changes linearly with respect to the displacement amount (position) of the weight 12. Therefore, the position of the weight 12, that is, the amount of displacement of the weight 12 can be detected from the output voltage. Then, acceleration can be calculated from the amount of displacement.

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。   In the magnetic acceleration sensor having such a configuration, a magnetic field is applied to the GMR elements 15 a to 15 h by the hard magnetic layer 14. When a force is applied to the magnetic acceleration sensor 1, the weight 12 is displaced according to the force. Thereby, the space | interval of the hard magnetic layer 14 and GMR elements 15a-15h changes. At this time, the magnetic field applied to the GMR elements 15a to 15h changes. Therefore, the change of the magnetoresistance of the GMR elements 15a to 15h based on the change of the magnetic field can be used as a parameter to change the change.

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。 Here, in the magnetic acceleration sensor shown in FIG. 1, optimum positions of the GMR elements (X-axis GMR elements) 15a, 15b, 15c, 15d for measuring acceleration in the X-axis direction and the hard magnetic layers 14a, 14b. In order to obtain the relationship, the GMR elements 15a and 15b and the hard magnetic layer 14a were arranged as shown in FIG. 6, and the magnetic field strength of the hard magnetic layer 14a was simulated. The hard magnetic layer 14a is magnetized in the X-axis direction, and the X-axis direction side of the hard magnetic layer 14a is an N pole and the -X-axis direction side is an S pole. In this simulation, the hard magnetic layer 14a has a rectangular shape in which the length L 1 in the X-axis direction is 12.5 μm and the length L 2 in the Y-axis direction is 50 μm, and the thickness t of the hard magnetic layer is The calculation was made on the assumption that the thickness was 0.15 μm. Further, the center of film thickness of the hard magnetic layer 14a and the horizontal position of the free magnetic layer of the GMR element are set to substantially the same position.

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。 Under the above conditions, when the distance D between the GMR element and the hard magnetic layer is changed to 1 μm, 2 μm, and 3 μm, the magnetic field strength of the Y-axis direction magnetic field that the GMR elements 15a and 15b will detect is changed. Simulated. The simulation result is shown in FIG. As shown in FIG. 7, when the center of the length L 1 in the X-axis direction of the hard magnetic layer 14a is 0, the magnetic field strength [Oe (× 10 3 / 4π A / m) in the ± Y-axis direction is about 7 μm. )] Plus or minus peaks.

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。   In order to sense the magnetic field strength in the Y-axis direction with high sensitivity, the magnetization pinned direction of the pinned magnetic layer needs to be the X-axis direction or the −X-axis direction. In FIG. 6, the magnetization fixed direction of the fixed magnetic layer of the GMR element 15a or 15b is the X-axis direction. Further, it is desirable that the GMR elements 15a and 15b be arranged symmetrically with respect to the hard magnetic layer 14a and in accordance with the positive or negative peak of the magnetic field strength in the Y-axis direction because of high efficiency. The arrangement of the GMR elements 15a and 15b can be measured without setting the magnetic field intensity peak position of the hard magnetic layer.

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。   As shown in FIG. 5, the GMR elements 15a, 15b, 15c, and 15d form a full bridge circuit as described above. Since the hard magnetic layers 14a and 14b are arranged on the same weight, they move by the same amount in the same direction according to the movement of the weight. For example, if the hard magnetic layers 14a and 14b are in the same magnetization direction, the magnetization fixed direction of the fixed magnetic layer of the GMR elements 15a and 15b and the fixed magnetic layer of the GMR elements 15c and 15d are considered in consideration of the movement of the weight and the bridge circuit. This is in the opposite direction to the magnetization fixed direction. Alternatively, if the magnetization pinned direction of the pinned magnetic layers of the GMR elements 15a and 15b and the pinned magnetic layer of the GMR elements 15c and 15d are the same, the hard magnetic layer 14a is considered in consideration of the movement of the weight and the bridge circuit. , 14b are opposite magnetization directions. In order to improve the output linearity of the X-axis GMR element, not only a magnetic field is applied from the hard magnetic layers 14a and 14b to the free magnetic layer, but the hard magnetic layers are separately added to the individual GMR elements 15a, 15b, 15c and 15d. A bias magnet may be provided so that a magnetic field is applied perpendicularly to the magnetization direction of 14a and 14b in a plan view.

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。   When the weight 12 moves in the + X axis direction, the hard magnetic layer 14a also moves in the + X axis direction. For example, the resistance of the GMR element 15a decreases and the resistance of the GMR element 15b increases. Since the hard magnetic layer 14b moves in the + X-axis direction by the same amount as the hard magnetic layer 14a, the resistance of the GMR element 15c decreases and the resistance of the GMR element 15d increases. Thereby, the output voltage (V1-V2) which is a midpoint potential can be changed greatly. Here, an embodiment is described in which the GMR elements 15a, 15b, 15c, and 15d are full bridges as shown in FIG. 5, and the output is increased. However, the GMR elements 15c and 15d are fixed resistors, and the hard magnetic layer 14b. May be omitted and a half-bridge configuration may be adopted.

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。   In the configuration shown in FIG. 1, the relationship between the X-axis GMR elements 15a, 15b, 15c, and 15d and the hard magnetic layers 14a and 14b is as described above. The relationship between the GMR elements (Y-axis GMR elements) 15e, 15f, 15g, and 15h for measuring the acceleration in the Y-axis direction and the hard magnetic layers 14c and 14d can be the same as the X-axis relationship. Thereby, the magnetic field strength of the hard magnetic layer 14c applied to the Y-axis GMR elements 15e and 15f can be read as the X-axis direction magnetic field strength of the hard magnetic layer 14c magnetized in the Y-axis direction in FIG.

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。   By the way, with only the X-axis side GMR elements 15a, 15b, 15c, and 15d, it is not possible to determine whether the weight 12 has moved in the + X-axis direction or the −X-axis direction even if the acceleration is measured from the output. Therefore, the moving direction may be determined by utilizing the change in the distance between the Y-axis GMR elements 15e, 15f, 15g, and 15h and the hard magnetic layers 14c and 14d. That is, it has at least one magnetic detection unit for each acceleration axis to be measured, outputs an acceleration value at the output of the magnetic detection unit of one acceleration axis, and based on the output of the magnetic detection unit of the other acceleration axis The acceleration direction of one acceleration axis is determined.

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。   For example, when the magnetic field strength of the hard magnetic layer 14c in FIG. 7 is read, it is clear from the simulation results that the magnetic field strength of the hard magnetic layer changes when the distance between the GMR element and the hard magnetic layer changes from 1 μm to 3 μm. It became. Therefore, the acceleration sensor 1 according to the present invention is connected to an acceleration detection system having a central processing unit 22, a memory 23, an external storage device 24, an output device 25, and an interface as shown in FIG. The moving direction can be determined by fetching the initial data when the weight moves in the ± X axis direction and the ± Y axis direction into the external storage device 24 and performing arithmetic processing in the central processing unit 22. In FIG. 8, reference numerals 21a and 21b denote A / D converters for converting an analog signal output from the GMR element into a digital signal, respectively.

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。   That is, when the weight moves in the ± X-axis direction, the profile of the change in magnetization intensity when the distance between the Y-axis GMR elements 15e, 15f, 15g, and 15h and the hard magnetic layers 14c and 14d changes is interfaced. And stored in the external storage device 24. Separately, when the weight moves in the ± Y-axis direction, the profile of the change in magnetization intensity when the hard magnetic layer moves in the ± Y-axis direction is acquired through the interface and held in the external storage device 24. The central processing unit 22 acquires the output of the Y-axis GMR element during driving of the acceleration sensor 1 from the interface, reads each profile from the external storage device 24 into the memory 23, and compares the profiles, thereby making the difference between the profiles. Changes in the distance between the Y-axis GMR elements 15e, 15f, 15g, and 15h and the hard magnetic layers 14c and 14d are extracted, and the weight moves depending on whether the weight has moved in the + X-axis direction or the −X-axis direction. Determine direction information. Then, the central processing unit 22 outputs the weight moving direction information described above and, for example, the output of the X-axis GMR element taken into the memory 23 when the acceleration sensor 1 is driven to the output device 25, thereby outputting the weight. Can be measured. As described above, the measurement of the acceleration in the X-axis direction has been described. In order to determine whether the weight 12 has moved in the + X-axis direction or the −X-axis direction in the measurement of the acceleration in the Y-axis direction, The outputs of the axis GMR elements 15 a to 15 d can be similarly determined, and the acceleration in the Y-axis direction can be output to the output device 25.

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。 Next, a case where the magnetization direction of the hard magnetic layer is changed as shown in FIG. A description will be given below centering on differences from the example described with reference to FIGS. 6 and 7. The hard magnetic layer 14a is magnetized in the Y-axis direction, and the Y-axis direction side of the hard magnetic layer 14a is an N pole and the -Y-axis direction side is an S pole. In this simulation, the hard magnetic layer 14a has a rectangular shape in which the length L 1 in the X-axis direction is 12.5 μm and the length L 2 in the Y-axis direction is 50 μm, and the thickness t of the hard magnetic layer is The calculation was made on the assumption that the thickness was 0.15 μm. Further, the center of film thickness of the hard magnetic layer 14a and the horizontal position of the free magnetic layer of the GMR element are set to substantially the same position.

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。 Under the above conditions, when the distance D between the GMR element and the hard magnetic layer is changed to 1 μm, 2 μm, and 3 μm, the magnetic field strength of the X-axis direction magnetic field that the GMR elements 15a and 15b will detect is changed. Simulated. The simulation result is shown in FIG. As shown in FIG. 10, when the center of the length L 1 in the X-axis direction of the hard magnetic layer 14a is set to 0, the magnetic field intensity in the ± X-axis direction [Oe (× 10 3 / 4π A / m) is about 7 μm. )] Plus or minus peaks.

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。   In order to sense the magnetic field intensity in the X-axis direction with high sensitivity, the magnetization pinned direction of the pinned magnetic layer needs to be the Y-axis direction or the −Y-axis direction. In FIG. 9, the magnetization fixed direction of the fixed magnetic layer of the GMR element 15a or 15b is the + Y-axis direction. Further, it is desirable that the GMR elements 15a and 15b be arranged symmetrically with respect to the hard magnetic layer 14a and in accordance with the positive or negative peak of the magnetic field strength in the Y-axis direction because of high efficiency. The arrangement of the GMR elements 15a and 15b can be measured without setting the magnetic field intensity peak position of the hard magnetic layer. In the case where the magnetization direction of the hard magnetic layer is changed as shown in FIG. 9, the GMR elements 15a and 15b and the hard magnetic layer 14a have been described as examples. However, the GMR elements 15c and 15d, the hard magnetic layer 14b, and the GMR The relationship between the elements 15e and 15f and the hard magnetic layer 14c, and the relationship between the GMR elements 15g and 15h and the hard magnetic layer 14 are the same.

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。   Also, the orientation of the hard magnetic layer may be the relationship shown in FIG. 6 or FIG. 9 among the combinations of the two GMR elements to which the magnetic field of the hard magnetic layer is applied. The magnetization direction of the magnetic layer may be different.

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。   This magnetic acceleration sensor has beams 13a to 13d that support the opposite positions of the weight 12 so as to be displaceable in both directions, and can be displaced with respect to two axial forces orthogonal to each other. Therefore, the acceleration in the biaxial direction can be measured. For this reason, the magnetic acceleration sensor of the present invention can measure accelerations in a plurality of axial directions with a single sensor, and thus is suitable for downsizing.

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。   When manufacturing the magnetic acceleration sensor having the above configuration, first, the sensor main body 11, the weight 12, and the beam 13 are formed. For example, the sensor body 11, the weight 12, and the beam 13 can be integrally formed by etching silicon. Next, GMR elements 15 a to 15 h are formed in the sensor body 11. The GMR elements 15a to 15h are formed by sputtering or lift-off, for example. Next, a magnet formed of the hard magnetic layer 14 is formed on the weight 12. The hard magnetic layer 14 is formed by depositing a hard magnetic material on the weight 12 and performing photolithography and etching. In this way, the magnetic acceleration sensor having the configuration shown in FIG. 1 can be manufactured.

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。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be implemented with various modifications. For example, there are no particular restrictions on the numerical values, dimensions, member positional relationships, and materials described in the above embodiments. Further, the process described in the above embodiment is not limited to this, and the process may be performed by changing the order as appropriate. Other modifications may be made as appropriate without departing from the scope of the object of the present invention.

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。It is a figure which shows the magnetic-type acceleration sensor which concerns on embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is a side view. 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。1 is a perspective view showing a magnetic acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. 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。It is a perspective view which shows the beam of the magnetic-type acceleration sensor which concerns on embodiment of this invention. ＧＭＲ素子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a GMR element. ＧＭＲ素子を用いたブリッジ回路を示す図である。It is a figure which shows the bridge circuit using a GMR element. 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。It is a figure which shows the positional relationship between the GMR element and the hard magnetic layer in the case of the simulation of the magnetic field intensity of a hard magnetic layer. 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。It is a characteristic view which shows the relationship between a magnetic field intensity and the position of a hard magnetic layer. 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。It is a schematic block diagram which shows the system structure at the time of calculating | requiring the magnitude | size and direction of an acceleration. 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。It is a figure which shows the positional relationship between the GMR element and the hard magnetic layer in the case of the simulation of the magnetic field intensity of a hard magnetic layer. 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。It is a characteristic view which shows the relationship between a magnetic field intensity and the position of a hard magnetic layer.

符号の説明Explanation of symbols

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic type acceleration sensor 11 Sensor main body 11a Mass housing | casing area 12 Mass 13a-13d Beam 13e Beam end 14 Hard magnetic layer 15a-15h GMR element 21a, 21b A / D converter 22 Central processing unit 23 Memory 24 External storage Device 25 Output device 131 Plate body 132 Folded portion 151 Antiferromagnetic layer 152 Pinned magnetic layer 153 Nonmagnetic material layer 154 Free magnetic layer 155 Seed layer 156 Protective layer

Claims (5)

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。   Provided on the sensor body side, a sensor body having a weight housing area on the inside, a weight located in the weight housing area of the sensor body, a beam that supports the opposite positions of the weight in a freely displaceable manner from both directions, and And a hard magnetic layer that is provided on the weight and applies a magnetic field to the magnetoresistive effect element. When force is applied, the weights are orthogonal to each other with the beam as an axis. A magnetic acceleration sensor, characterized in that acceleration is measured by a change in magnetoresistance of the magnetoresistive element accompanying displacement in a biaxial direction. 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。   At least one magnetic sensing unit for each acceleration axis to be measured is provided, which is composed of the hard magnetic layer and a pair of magnetoresistive elements disposed diagonally opposite the hard magnetic layer in plan view. 2. The magnetism according to claim 1, wherein an acceleration value is output from an output of the magnetic detection unit of the axis, and an acceleration direction of the one acceleration axis is determined based on an output of the magnetic detection unit of the other acceleration axis. Type acceleration sensor. 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。   There are two magnetic detectors for each measured acceleration direction, each of which includes the hard magnetic layer and a pair of magnetoresistive elements disposed diagonally opposite the hard magnetic layer in plan view, and the measured acceleration 3. The magnetic acceleration sensor according to claim 1, wherein a bridge circuit is constituted by four magnetoresistive elements of two magnetic detection units for directions. 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。   The magnetoresistive element has at least a pinned magnetic layer, and the hard magnetic layer is magnetized parallel or perpendicular to the direction of the beams facing each other in plan view, and the magnetization direction of the hard magnetic layer and the pinned magnetic layer The magnetic acceleration sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a magnetization fixing direction of the magnetic acceleration sensor is parallel or antiparallel to the magnetization direction. 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。   The hard magnetic layer is magnetized so as to show a magnetic field strength on the opposite beam side and on both sides of the hard magnetic layer, and the magnetoresistive effect element is arranged in accordance with the peak of the magnetic field strength. The magnetic acceleration sensor according to any one of claims 1 to 4.
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CN103076577A (en) * 2012-08-03 2013-05-01 陈磊 Design and manufacture technology of sensor chip for detecting magnetic field and acceleration
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