JP4689489B2 - Magnetic switch - Google Patents

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Description

本発明は、無接点方式のスイッチに係わり、特に磁気抵抗効果を利用した磁気スイッチに関する。   The present invention relates to a contactless switch, and more particularly to a magnetic switch using a magnetoresistive effect.

無接点方式とすることができるスイッチとしては、例えば磁気抵抗効果素子を用いた磁気スイッチが存在する(例えば、特許文献1)。   As a switch that can be a non-contact type, for example, there is a magnetic switch using a magnetoresistive effect element (for example, Patent Document 1).

前記特許文献1は、磁気抵抗効果素子(GMR素子)に作用する外部磁界を、磁界遮断部材で遮断するようにした磁気スイッチである。前記磁気抵抗効果素子GMR1,GMR2を構成する固定層の磁化方向H2とフリー層の磁化方向H1とが互いに同一方向または180°異なる逆方向のいずれかに設定されている。   Patent Document 1 is a magnetic switch in which an external magnetic field acting on a magnetoresistive effect element (GMR element) is blocked by a magnetic field blocking member. The magnetization direction H2 of the fixed layer and the magnetization direction H1 of the free layer constituting the magnetoresistive effect elements GMR1 and GMR2 are set in the same direction or in opposite directions different from each other by 180 °.

なお、前記特許文献1の磁気スイッチでは、主として前記フリー層の磁化方向を所定の方向に向ける第2の磁石6の磁界の大きさと、主として前記フリー層の磁化方向を磁界遮断部材の動作に併せて変化させる第1の磁石7の磁界の大きさと大小関係のバランスにより、磁気抵抗効果素子GMR1,GMR2の各抵抗値が決定される。
特開2003−60256号公報
In the magnetic switch of Patent Document 1, the magnitude of the magnetic field of the second magnet 6 that mainly directs the magnetization direction of the free layer in a predetermined direction and the magnetization direction of the free layer are combined with the operation of the magnetic field blocking member. The resistance values of the magnetoresistive elements GMR1 and GMR2 are determined by the balance between the magnitude of the magnetic field of the first magnet 7 to be changed and the magnitude relationship.
JP 2003-60256 A

しかし、特許文献1に記載された磁気抵抗効果素子を用いた磁気スイッチでは、前記第1の磁石7の磁界と第2の磁石6の磁界とは互いに逆向きであるため、前記第1の磁石7の磁界の大きさと前記第2の磁石6の磁界の大きさとが一致した場合には、互いの磁界が相殺し合って前記磁気抵抗効果素子GMR1,GMR2に作用する磁界が零(零磁界)となり、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値が一定の値に定まらない不定モードとなることがある。この不定モードは、前記磁気抵抗効果素子GMR1,GMR2から出力される電圧が必要以上に大きく振れ易くなる。このため、磁気スイッチの状態が、ときにはオンになり、ときにはオフになるという不安定な動作となるため、磁気スイッチとしての信頼性に欠けるという問題がある。   However, in the magnetic switch using the magnetoresistive effect element described in Patent Document 1, since the magnetic field of the first magnet 7 and the magnetic field of the second magnet 6 are opposite to each other, the first magnet 7 and the magnetic field of the second magnet 6 are equal to each other, the magnetic fields cancel each other and the magnetic field acting on the magnetoresistive elements GMR1 and GMR2 is zero (zero magnetic field). Thus, the resistance value of the magnetoresistive effect element may be in an indefinite mode in which the value is not fixed. In this indefinite mode, the voltage output from the magnetoresistive elements GMR1 and GMR2 is likely to swing more than necessary. For this reason, there is a problem that the magnetic switch is unreliable as a magnetic switch because the state of the magnetic switch is sometimes on and sometimes off.

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、磁気抵抗効果素子に対し零磁界が形成されることを防止し、安定度の高い磁気スイッチを提供することを目的としている。   An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a highly stable magnetic switch by preventing a zero magnetic field from being formed on a magnetoresistive effect element.

本発明は、固定部と、前記固定部に面対向しながら移動するスライド機構と、前記固定部と前記スライド機構の一方に設けられ且つ磁界の向きが互いに異なる外部磁界を発生させる一対のマグネットと、他方に設けられ且つ前記異なる外部磁界内に設けられた一対の磁気抵抗効果素子と、前記一対の磁気抵抗効果素子に所定の電圧を印加する電源部と、前記一対の磁気抵抗効果素子から検出される出力電圧と所定のしきい値とを比較し、その比較結果に基づいて切替信号を出力する検出回路と、を有する磁気スイッチであって、
個々の磁気抵抗効果素子は、少なくとも固定層と、前記固定層の内部の磁化方向を所定の方向にピン止めする反強磁性層と、内部の磁化方向が前記外部磁界に基づいて変化するフリー層と、前記フリー層の磁化方向を基準となる所定の方向に設定するバイアス磁界を与えるバイアス層とを有しており、前記外部磁界の方向と前記バイアス磁界の方向とが90度に設定されていることを特徴とするものである。
The present invention includes a fixed portion, a slide mechanism that moves while facing the fixed portion, and a pair of magnets that are provided on one of the fixed portion and the slide mechanism and that generate external magnetic fields having different magnetic field directions. A pair of magnetoresistive elements provided in the other and in the different external magnetic field, a power supply unit for applying a predetermined voltage to the pair of magnetoresistive elements, and detection from the pair of magnetoresistive elements A detection circuit that compares the output voltage to a predetermined threshold value and outputs a switching signal based on the comparison result,
Each magnetoresistive element includes at least a fixed layer, an antiferromagnetic layer for pinning the magnetization direction inside the fixed layer in a predetermined direction, and a free layer whose internal magnetization direction changes based on the external magnetic field And a bias layer for applying a bias magnetic field for setting the magnetization direction of the free layer in a predetermined direction as a reference, and the direction of the external magnetic field and the direction of the bias magnetic field are set to 90 degrees. It is characterized by being.

本発明の磁気スイッチでは、外部磁界とバイアス磁界とが90度の関係を有するよう配置されるため、互いが相殺し合うのを防止することができる。このため、磁気抵抗効果素子が零磁界下に晒されることをなくすことができる。よって、磁気抵抗効果素子は抵抗値が決まらない不定モードとなることがないため、時期スイッチの動作状態を安定させることができる。   In the magnetic switch of the present invention, since the external magnetic field and the bias magnetic field are arranged so as to have a 90-degree relationship, they can be prevented from canceling each other. For this reason, it is possible to prevent the magnetoresistive element from being exposed to a zero magnetic field. Therefore, since the magnetoresistive element does not enter an indefinite mode in which the resistance value is not determined, the operation state of the timing switch can be stabilized.

上記においては、一方の磁気抵抗効果素子と他方の磁気抵抗効果素子との間では、前記固定層どうしの磁化方向が互いに逆方向(180度の関係)に設定され、且つ前記バイアス磁界どうしの方向も互いに逆方向(180度の関係)に設定されていることが好ましい。   In the above, between the one magnetoresistive element and the other magnetoresistive element, the magnetization directions of the fixed layers are set in opposite directions (a relationship of 180 degrees), and the directions of the bias magnetic fields are Are also preferably set in opposite directions (a relationship of 180 degrees).

上記手段では、一方の磁気抵抗効果素子の抵抗値が増大する方向に変化するときに、他方の磁気抵抗効果素子の抵抗値を減少する方向に変化させることができる。このため、これらを直列接続した状態の接続点から出力される電圧の変動幅を大きくすることができ、感度の高い磁気スイッチを提供することが可能となる。   In the above means, when the resistance value of one magnetoresistive effect element changes in the increasing direction, the resistance value of the other magnetoresistive effect element can be changed in the decreasing direction. For this reason, the fluctuation range of the voltage output from the connection point in a state where these are connected in series can be increased, and a highly sensitive magnetic switch can be provided.

あるいは、一方の磁気抵抗効果素子と他方の磁気抵抗効果素子との間では、前記固定層どうしの磁化方向が互いに同一方向(0度の関係)に設定され、且つ前記バイアス磁界どうしの方向も互いに同一方向(0度の関係)に設定されていることが好ましい。   Alternatively, between the one magnetoresistive effect element and the other magnetoresistive effect element, the magnetization directions of the fixed layers are set to the same direction (0 degree relationship), and the directions of the bias magnetic fields are also mutually equal. It is preferable that they are set in the same direction (0 degree relationship).

上記手段では、ウェハ上に隣接して形成された一対の磁気抵抗効果素子を用いることができるが、これらは共に同じ磁化方向を有するため、互いの磁化方向を一致させる必要がなくそのまま取り付けることができるため、組立て工程を容易とすることができる。また同じ温度特性であるため、温度変動による誤差を最小とすることができる。   In the above means, a pair of magnetoresistive effect elements formed adjacent to each other on the wafer can be used. However, since both have the same magnetization direction, it is not necessary to match the magnetization directions of each other, and they can be attached as they are. Therefore, the assembly process can be facilitated. Moreover, since the temperature characteristics are the same, errors due to temperature fluctuations can be minimized.

また上記においては、前記固定層の磁化方向と前記バイアス磁界の方向とが90度に設定されていることが好ましい。   In the above, it is preferable that the magnetization direction of the fixed layer and the direction of the bias magnetic field are set to 90 degrees.

上記手段では、外部磁界が作用していない状態で、磁気抵抗効果素子の抵抗値を最大抵抗と最小抵抗との間の中間の抵抗値に設定することができる。このため、外部磁界が作用していない状態で、一対の磁気抵抗効果素子を直列接続した回路やブリッジ回路の出力を容易に中点電圧Vcc/2に設定することができる。よって、検出回路の回路構成を容易化すること、あるいは検出精度を高めることができる。   In the above means, the resistance value of the magnetoresistive element can be set to an intermediate resistance value between the maximum resistance and the minimum resistance in a state where no external magnetic field is acting. For this reason, it is possible to easily set the output of a circuit in which a pair of magnetoresistive elements are connected in series or a bridge circuit to the midpoint voltage Vcc / 2 in a state where an external magnetic field is not acting. Therefore, the circuit configuration of the detection circuit can be simplified or the detection accuracy can be increased.

例えば、前記一方の磁気抵抗効果素子と他方の磁気抵抗効果素子とが直列接続されており、前記検出回路には、前記直列接続された接続点から出力される電圧と前記しきい値とを比較する比較部が設けられているものが好ましい。
上記手段では、簡単な構成で確実に動作する磁気スイッチとすることができる。
For example, the one magnetoresistive effect element and the other magnetoresistive effect element are connected in series, and the detection circuit compares the voltage output from the connection point connected in series with the threshold value. What is provided with the comparison part to perform is preferable.
With the above means, a magnetic switch that operates reliably with a simple configuration can be obtained.

あるいは、前記一方の磁気抵抗効果素子と第1の固定抵抗とを第1の接続点を介して直列接続した回路と、前記他方の磁気抵抗効果素子と第2の固定抵抗とを第2の接続点を介して直列接続した回路とによりブリッジ回路が形成されており、
前記検出回路には、前記第1の接続点の出力と前記第2の接続点の出力とを差動増幅する差動増幅部と、前記差動増幅部の出力と前記しきい値とを比較する比較部と、が設けられていることが好ましい。
Alternatively, a circuit in which the one magnetoresistive element and the first fixed resistor are connected in series via a first connection point, and the other magnetoresistive element and the second fixed resistor are connected in a second manner. A bridge circuit is formed by a circuit connected in series via a point,
In the detection circuit, a differential amplification unit that differentially amplifies the output of the first connection point and the output of the second connection point, and compares the output of the differential amplification unit and the threshold value It is preferable that a comparison unit is provided.

上記手段では、通常に比較して2倍の出力電圧を得ることができる。このため、感度の高い磁気スイッチとすることができる。   With the above means, it is possible to obtain an output voltage that is twice as high as usual. For this reason, it can be set as a highly sensitive magnetic switch.

本発明では、磁気抵抗効果素子に対し零磁界が形成されることを排除し、安定度の高い磁気スイッチを提供することができる。
また感度の高い磁気スイッチとすることができる。
In the present invention, it is possible to provide a highly stable magnetic switch by eliminating the formation of a zero magnetic field for the magnetoresistive effect element.
Moreover, it can be set as a highly sensitive magnetic switch.

図1は本発明の第1の実施の形態としての磁気スイッチのセンサ機構を示す斜視図、図2は磁気抵抗効果素子の基本構造を概念的に示す積層断面図、図3は一対の磁気抵抗効果素子の磁化方向を示す平面図、図4は磁気抵抗効果素子が第1の位置(ギャップG1内)する場合の磁気スイッチの拡大平面図、図5は磁気抵抗効果素子が第2の位置(ギャップG2内)する場合の磁気スイッチの拡大平面図、図6はセンサ部および検出回路の構成を等価的に示す回路構成図である。   1 is a perspective view showing a sensor mechanism of a magnetic switch as a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view conceptually showing a basic structure of a magnetoresistive effect element, and FIG. 3 is a pair of magnetoresistive elements. 4 is a plan view showing the magnetization direction of the effect element, FIG. 4 is an enlarged plan view of the magnetic switch when the magnetoresistive effect element is in the first position (in the gap G1), and FIG. FIG. 6 is a circuit configuration diagram equivalently showing the configuration of the sensor unit and the detection circuit.

なお、第1の実施の形態に示す磁気スイッチは、いわゆるムービングセンサ方式の磁気スイッチを示している。このような磁気スイッチは、例えば車載用シートベルトのバックル部におけるロック状態の検出、ボンネット、ドアおよびトランクなどにおける扉の開閉状態の検出などに用いられる。   The magnetic switch shown in the first embodiment is a so-called moving sensor type magnetic switch. Such a magnetic switch is used, for example, for detection of a lock state in a buckle portion of a vehicle seat belt, detection of an open / close state of a door in a bonnet, a door, a trunk, or the like.

本発明に示す磁気スイッチは、異なる方向に一様な外部磁界を発生させる外部磁界発生部及び前記外部磁界発生部が発生した外部磁界を検知する検知部などを有するセンサ機構と、前記センサ部を移動させるスライド機構、および前記センサ部からの出力を得て所定のオンまたはオフからなる切替信号を出力する検出回路とを有している。   A magnetic switch according to the present invention includes a sensor mechanism having an external magnetic field generation unit that generates a uniform external magnetic field in different directions, a detection unit that detects an external magnetic field generated by the external magnetic field generation unit, and the sensor unit. A slide mechanism to be moved, and a detection circuit that obtains an output from the sensor unit and outputs a switching signal of predetermined on or off.

図1に示すように、前記外部磁界発生部は、図示X1側の端面がN極に(したがって、X2側の端面がS極に)着磁されたマグネットM1と、図示X1側の端面がS極に(したがって、X2側の端面がN極に)着磁されたマグネットM2とが一体的に形成された永久磁石を有している。   As shown in FIG. 1, the external magnetic field generator includes a magnet M1 whose end face on the X1 side in the figure is magnetized to the N pole (and hence the end face on the X2 side is the S pole), and the end face on the X1 side in the figure is S. It has a permanent magnet integrally formed with a magnet M2 magnetized in a pole (and hence the end face on the X2 side is an N pole).

前記マグネットM1,M2の図示X1及びX2方向の端面には、フェライトなどの磁性材料で形成された第1のヨーク21と第2のヨーク22が固定されている。前記第1のヨーク21と第2のヨーク22は断面が略L字形状に形成されており、図示X方向に突出する対向部21a,22aを有している。一方の対向部21aの端面(固定部)と他方の対向部22aの端面(固定部)とが対向する部分には、所定の隙間寸法からなるギャップが形成されている。なお、前記マグネットM1と前記マグネットM2とをXZ平面に平行な仮想境界面BSで区切ったときに、図示Y1側に位置するのをギャップG1とし、図示Y2側に位置するのをギャップG2とする。   A first yoke 21 and a second yoke 22 made of a magnetic material such as ferrite are fixed to the end faces in the X1 and X2 directions of the magnets M1 and M2. The first yoke 21 and the second yoke 22 have a substantially L-shaped cross section, and have opposing portions 21a and 22a protruding in the X direction in the drawing. A gap having a predetermined gap size is formed at a portion where the end surface (fixed portion) of one facing portion 21a and the end surface (fixed portion) of the other facing portion 22a face each other. When the magnet M1 and the magnet M2 are separated by a virtual boundary plane BS parallel to the XZ plane, the gap G1 is positioned on the Y1 side in the figure, and the gap G2 is positioned on the Y2 side in the figure. .

前記マグネットM1が形成する磁界は、前記マグネットM1のN極から第1のヨーク21→対向部21aの端面→ギャップG1→対向部22aの端面→第2のヨーク22→マグネットM1のS極に至る第1の閉磁路(閉じた磁気回路)を形成している。また前記マグネットM2が形成する磁界は、前記マグネットM2のN極から第2のヨーク22→対向部22aの端面→ギャップG2→対向部21aの端面→第1のヨーク21→マグネットM2のS極に至る第2の閉磁路(閉じた磁気回路)を形成している。前記第1の閉磁路が形成する磁界の向きと前記第2の閉磁路が形成する磁界の向きとは、互いに逆向きの関係にある。このため、前記ギャップG1内に形成される外部磁界H1の向きは図示X2方向であり、ギャップG2内に形成される外部磁界H2の向きは図示X1方向である。   The magnetic field formed by the magnet M1 extends from the N pole of the magnet M1 to the first yoke 21 → the end surface of the facing portion 21a → the gap G1 → the end surface of the facing portion 22a → the second yoke 22 → the S pole of the magnet M1. A first closed magnetic circuit (closed magnetic circuit) is formed. The magnetic field formed by the magnet M2 is changed from the N pole of the magnet M2 to the second yoke 22 → the end surface of the facing portion 22a → the gap G2 → the end surface of the facing portion 21a → the first yoke 21 → the S pole of the magnet M2. To the second closed magnetic circuit (closed magnetic circuit). The direction of the magnetic field formed by the first closed magnetic path is opposite to the direction of the magnetic field formed by the second closed magnetic path. Therefore, the direction of the external magnetic field H1 formed in the gap G1 is the X2 direction in the figure, and the direction of the external magnetic field H2 formed in the gap G2 is the X1 direction in the figure.

前記ギャップG1,G2の側方(図1ではY2方向)には、前記対向部21a,22aの端面(固定部)に面対向し、且つ図示Y1及びY2方向に進退自在に移動するスライド機構(図示せず)が設けられている。前記スライド機構の先端部9には、移動方向(Y1−Y2方向)と直交する方向(X1−X2方向)に並ぶ一対の磁気抵抗効果素子(GMR素子)10(個別に10A、10Bとして示す)が固着されている。   On the side of the gaps G1 and G2 (in the Y2 direction in FIG. 1), a slide mechanism that faces the end surfaces (fixed portions) of the facing portions 21a and 22a and moves forward and backward in the Y1 and Y2 directions shown in the drawing ( (Not shown) is provided. A pair of magnetoresistive effect elements (GMR elements) 10 (indicated individually as 10A and 10B) arranged in a direction (X1-X2 direction) orthogonal to the moving direction (Y1-Y2 direction) are provided at the distal end portion 9 of the slide mechanism. Is fixed.

図示しないスライド機構が駆動され、前記先端部9が図示Y1方向に移動すると、前記一対の磁気抵抗効果素子10A、10Bの双方が前記ギャップG1内の第1の位置に設置され(図4参照)、また前記可動部の先端がY2方向に移動すると前記一対の磁気抵抗効果素子10A、10BがギャップG2内に位置する第2の位置に設定される(図5参照)。前記一対の磁気抵抗効果素子10A、10Bは、前記第1の位置と前記第2の位置のいずれかに設置されている。   When a slide mechanism (not shown) is driven and the tip 9 moves in the Y1 direction, both the pair of magnetoresistive elements 10A and 10B are installed at the first position in the gap G1 (see FIG. 4). When the tip of the movable part moves in the Y2 direction, the pair of magnetoresistive elements 10A and 10B are set to the second position located in the gap G2 (see FIG. 5). The pair of magnetoresistive elements 10A and 10B are installed at either the first position or the second position.

図2に示すように、前記磁気抵抗効果素子10の基本構造は、最下層に設けられた反強磁性層(交換バイアス層)11と、その上部に積層されたと固定層(ピン層)12と、さらにその上部に積層された非磁性層13と、最上部に積層されたフリー層14と、前記各層の両側に設けられたバイアス層15a,15bと、前記バイアス層15a、15bの上部に設けられた端子部16,16を有している。   As shown in FIG. 2, the basic structure of the magnetoresistive effect element 10 includes an antiferromagnetic layer (exchange bias layer) 11 provided in the lowermost layer, and a fixed layer (pinned layer) 12 stacked on the upper layer. Further, the nonmagnetic layer 13 stacked on the top, the free layer 14 stacked on the top, the bias layers 15a and 15b provided on both sides of each layer, and the top of the bias layers 15a and 15b are provided. Terminal portions 16 and 16 are provided.

前記反強磁性層11は、前記固定層12の磁化方向αを所定の方向(図2では紙面の表面から裏面に抜ける方向)にピン止め固定する。また前記バイアス層15a,15bは、例えば内面がN極,S極からなる永久磁石で形成されており、図2では前記フリー層14の磁化方向を基準状態(図2では右方向)に設定するためのバイアス磁界γを与える。このため、前記磁気抵抗効果素子10A,10Bに対し外部磁界が作用していない場合には、前記フリー層14の磁化方向βは前記バイアス磁界γと同じ方向を向く基準状態(図2では前記固定層12の磁化方向αと直交する右方向)に設定されている。   The antiferromagnetic layer 11 pins and fixes the magnetization direction α of the fixed layer 12 in a predetermined direction (in FIG. 2, the direction from the front surface to the back surface). The bias layers 15a and 15b are formed of, for example, permanent magnets whose inner surfaces are N poles and S poles. In FIG. 2, the magnetization direction of the free layer 14 is set to a reference state (right direction in FIG. 2). A bias magnetic field γ is provided. For this reason, when an external magnetic field is not acting on the magnetoresistive effect elements 10A and 10B, the magnetization direction β of the free layer 14 is in a reference state (in FIG. (Right direction orthogonal to the magnetization direction α of the layer 12).

前記フリー層14の磁化方向βは、前記フリー層14に与えられる外部磁界と前記バイアス磁界γとのベクトル合成に応じて変化する。前記磁気抵抗効果素子10は、フリー層14の磁化方向βが前記固定層12の磁化方向αと一致する場合(0度の関係)には磁気抵抗効果素子10の抵抗値が最も小さくなり、これとは逆に前記フリー層14の磁化方向βが固定層12の磁化方向αと互いに逆方向となる場合(180度異なる関係)に最も大きくなる。なお、前記磁気抵抗効果素子10の全抵抗値をZ、元々有する固定抵抗分をR、可変抵抗分の変化幅をΔrとすると、前記全抵抗値Zの最小値はZmin=R、最大値はZmax=R+Δrと表すことができる。   The magnetization direction β of the free layer 14 changes according to the vector synthesis of the external magnetic field applied to the free layer 14 and the bias magnetic field γ. The magnetoresistive element 10 has the smallest resistance value when the magnetization direction β of the free layer 14 coincides with the magnetization direction α of the fixed layer 12 (0 degree relationship). On the other hand, when the magnetization direction β of the free layer 14 is opposite to the magnetization direction α of the pinned layer 12 (a relationship different by 180 degrees), the maximum value is obtained. When the total resistance value of the magnetoresistive effect element 10 is Z, the fixed resistance component originally possessed is R, and the change width of the variable resistance component is Δr, the minimum value of the total resistance value Z is Zmin = R, and the maximum value is It can be expressed as Zmax = R + Δr.

図3に示すように、一方の磁気抵抗効果素子10Aでは、図示Y2方向に向けられたバイアス磁界γ1の方向と、図示X2方向に向けられた固定層12の磁化方向α1とが垂直(90度の関係)に設定されている。同様に、他方の磁気抵抗効果素子10Bでは、図示Y1方向に向けられたバイアス磁界γ2の方向と、図示X1方向に向けられた固定層12の磁化方向α2とが垂直(90度の関係)に設定されている。このため、一方の磁気抵抗効果素子10Aのフリー層14の磁化方向β1の基準状態はY2方向に設定され、他方の磁気抵抗効果素子10Bのフリー層14の磁化方向β2の基準状態はY1方向に設定されている。   As shown in FIG. 3, in one magnetoresistive element 10A, the direction of the bias magnetic field γ1 oriented in the Y2 direction shown in the figure and the magnetization direction α1 of the fixed layer 12 oriented in the X2 direction shown in FIG. )). Similarly, in the other magnetoresistive effect element 10B, the direction of the bias magnetic field γ2 directed in the Y1 direction shown in the figure and the magnetization direction α2 of the fixed layer 12 oriented in the X1 direction shown in the figure are perpendicular (relationship of 90 degrees). Is set. Therefore, the reference state of the magnetization direction β1 of the free layer 14 of one magnetoresistive effect element 10A is set in the Y2 direction, and the reference state of the magnetization direction β2 of the free layer 14 of the other magnetoresistive effect element 10B is set in the Y1 direction. Is set.

そして、一方の磁気抵抗効果素子10Aのバイアス磁界γ1の方向と他方の磁気抵抗効果素子10Bのバイアス磁界γ2の方向とが互いに逆向きに設定され、一方の磁気抵抗効果素子10Aの固定層12の磁化方向α1と他方の磁気抵抗効果素子10Bの固定層12の磁化方向α2とが互いの逆向きに設定されている。   The direction of the bias magnetic field γ1 of one magnetoresistive effect element 10A and the direction of the bias magnetic field γ2 of the other magnetoresistive effect element 10B are set to be opposite to each other, and the fixed layer 12 of the one magnetoresistive effect element 10A The magnetization direction α1 and the magnetization direction α2 of the fixed layer 12 of the other magnetoresistive element 10B are set to be opposite to each other.

前記一方の磁気抵抗効果素子10Aの一方の端子部16と他方の磁気抵抗効果素子10Bの一方の端子部16とはパターン線を介して直列に接続されている。   One terminal portion 16 of the one magnetoresistive effect element 10A and one terminal portion 16 of the other magnetoresistive effect element 10B are connected in series via a pattern line.

前記他方の磁気抵抗効果素子10Bの他方の端子部16はグランドGNDに接地されており、前記一方の磁気抵抗効果素子10Aの他方の端子部16は電力源に接続され、所定の電源電圧Vccが印加されている。したがって、一方の磁気抵抗効果素子10Aの一方の端子部16と他方の磁気抵抗効果素子10Bの一方の端子部16との接続点Pには抵抗分圧分に相当する所定の電圧が出力されている。すなわち、前記一方の磁気抵抗効果素子10Aの全抵抗値をZ1、前記他方の磁気抵抗効果素子10Bの全抵抗値をZ2とすると、前記抵抗分圧分に相当する出力電圧Voは以下の数1となる。また一方の磁気抵抗効果素子10Aと他方の磁気抵抗効果素子10Bとを直列接続した場合の等価回路は図6のようになる。   The other terminal portion 16 of the other magnetoresistive element 10B is grounded to the ground GND, the other terminal portion 16 of the one magnetoresistive element 10A is connected to a power source, and a predetermined power supply voltage Vcc is set. Applied. Accordingly, a predetermined voltage corresponding to the resistance divided voltage is output to the connection point P between one terminal portion 16 of one magnetoresistive effect element 10A and one terminal portion 16 of the other magnetoresistive effect element 10B. Yes. That is, if the total resistance value of the one magnetoresistive effect element 10A is Z1, and the total resistance value of the other magnetoresistive effect element 10B is Z2, the output voltage Vo corresponding to the resistance voltage division is expressed by the following equation (1). It becomes. An equivalent circuit when one magnetoresistive element 10A and the other magnetoresistive element 10B are connected in series is as shown in FIG.

Figure 0004689489
Figure 0004689489

因みに、Z1=Z2のときには、前記出力電圧VoはVo=Vcc/2(中点電圧)に設定される。   Incidentally, when Z1 = Z2, the output voltage Vo is set to Vo = Vcc / 2 (midpoint voltage).

なお、前記一対の磁気抵抗効果素子10Aと磁気抵抗効果素子10Bは、同じウェハ上に形成された多数の磁気抵抗効果素子群の中から、任意の2つの磁気抵抗効果素子を切り出すことにより構成されている。このため、磁気抵抗効果素子10Aと磁気抵抗効果素子10Bとは温度特性が一致ないしは極めて近似している。   The pair of magnetoresistive effect elements 10A and 10B are configured by cutting out any two magnetoresistive effect elements from a large number of magnetoresistive effect element groups formed on the same wafer. ing. For this reason, the magnetoresistive effect element 10A and the magnetoresistive effect element 10B have the same or very similar temperature characteristics.

検出回路は、図6に示すように、比較部31と基準電圧発生部32とを有しており、前記出力電圧Voと前記基準電圧発生部32が発生するしきい値電圧Vthとの比較を行う。そして、比較部31は、Vth≦Voのときにオン状態を示す切替信号(例えば5[v])を出力し、Vth>Voのときにはオフ状態を示す切替信号(例えば0[v])を出力する。なお、前記しきい値電圧Vthとしては、例えば中点電圧Vcc/2を用いることができる。   As shown in FIG. 6, the detection circuit includes a comparison unit 31 and a reference voltage generation unit 32, and compares the output voltage Vo with a threshold voltage Vth generated by the reference voltage generation unit 32. Do. The comparison unit 31 outputs a switching signal (for example, 5 [v]) indicating an on state when Vth ≦ Vo, and outputs a switching signal (for example, 0 [v]) indicating an off state when Vth> Vo. To do. As the threshold voltage Vth, for example, a midpoint voltage Vcc / 2 can be used.

前記磁気スイッチの動作を説明する。
図4に示すように、図示しないスライド機構により、前記一対の磁気抵抗効果素子10A、10Bの双方が図示Y1方向の前記ギャップG1内の第1の位置に設置されると、前記一対の磁気抵抗効果素子10A,10Bに対し、前記マグネットM1が発生した一様な外部磁界H1が図示X2方向に作用する。
The operation of the magnetic switch will be described.
As shown in FIG. 4, when both of the pair of magnetoresistive elements 10A and 10B are installed at a first position in the gap G1 in the Y1 direction by a slide mechanism (not shown), the pair of magnetoresistive elements A uniform external magnetic field H1 generated by the magnet M1 acts in the X2 direction in the figure on the effect elements 10A and 10B.

前記一方の磁気抵抗効果素子10Aでは、前記外部磁界H1の方向が、前記固定層12の磁化方向α1とは同一方向であるが、バイアス磁界γ1の方向とは直交(90度)している。このため、前記フリー層14の磁化方向β1は、図4に点線で示すバイアス磁界γ1の方向と一致する前記基準状態から反時計回り方向に回転させられ、同図に実線で示す前記固定層12の磁化方向α1に一致する状態(0度の状態)に近づけられる。このため、前記抵抗効果素子10Aの全抵抗値Z1は小さくなり、前記最小値Zmin(=R)に近づく。   In the one magnetoresistive element 10A, the direction of the external magnetic field H1 is the same as the magnetization direction α1 of the fixed layer 12, but is orthogonal (90 degrees) to the direction of the bias magnetic field γ1. For this reason, the magnetization direction β1 of the free layer 14 is rotated counterclockwise from the reference state that coincides with the direction of the bias magnetic field γ1 indicated by the dotted line in FIG. 4, and the fixed layer 12 indicated by the solid line in FIG. Near the magnetization direction α1 (0 degree state). For this reason, the total resistance value Z1 of the resistance effect element 10A becomes small and approaches the minimum value Zmin (= R).

また前記他方の磁気抵抗効果素子10Bでは、前記外部磁界H1の方向が、前記固定層12の磁化方向α2とは逆方向であり、且つ前記バイアス磁界γ2の方向とは直交(90度)している。このため、前記フリー層14の磁化方向β2は、図4に点線で示すバイアス磁界γ2の方向と一致する基準状態から時計回り方向に回転させられ、同図に実線で示す前記固定層12の磁化方向α2に平行で且つ逆向きの状態(180度の状態)に近づけられる。このため、前記抵抗効果素子10Bの全抵抗値Z2は大きくなり、前記最大値Zmax(=R+Δr)に近づく。   In the other magnetoresistive element 10B, the direction of the external magnetic field H1 is opposite to the magnetization direction α2 of the fixed layer 12, and is orthogonal (90 degrees) to the direction of the bias magnetic field γ2. Yes. For this reason, the magnetization direction β2 of the free layer 14 is rotated clockwise from the reference state coinciding with the direction of the bias magnetic field γ2 indicated by the dotted line in FIG. 4, and the magnetization of the fixed layer 12 indicated by the solid line in FIG. It is close to the state (180 degree state) parallel to the direction α2 and in the opposite direction. For this reason, the total resistance value Z2 of the resistance effect element 10B increases and approaches the maximum value Zmax (= R + Δr).

前記抵抗効果素子10Aの全抵抗値Z1と前記抵抗効果素子10Bの全抵抗値Z2とは同時に変化するため、前記数1の関係より、前記出力電圧Voは前記中点電圧Vcc/2よりも大きくなる。このため、前記比較部31からはオン状態を示す切替信号が出力される。   Since the total resistance value Z1 of the resistive effect element 10A and the total resistance value Z2 of the resistive effect element 10B change at the same time, the output voltage Vo is larger than the midpoint voltage Vcc / 2 from the relationship of Equation 1. Become. For this reason, the comparison unit 31 outputs a switching signal indicating an ON state.

一方、図5に示すように、図示しないスライド機構により、前記一対の磁気抵抗効果素子10A、10Bの双方が図示Y2方向の前記ギャップG2内の第2の位置に移動させられると、前記一対の磁気抵抗効果素子10A,10Bに対し、前記マグネットM2が発生した一様な外部磁界H2が図示X1方向に作用する。   On the other hand, as shown in FIG. 5, when both of the pair of magnetoresistive elements 10A and 10B are moved to the second position in the gap G2 in the Y2 direction by a slide mechanism (not shown), A uniform external magnetic field H2 generated by the magnet M2 acts on the magnetoresistive effect elements 10A and 10B in the X1 direction shown in the drawing.

前記一方の磁気抵抗効果素子10Aでは、前記外部磁界H2の方向が、前記固定層12の磁化方向α1とは逆方向であり、且つ前記バイアス磁界γ1の方向とは直交(90度)している。このため、前記フリー層14の磁化方向β1は、図5に点線で示すバイアス磁界γ1の方向と一致する基準状態から時計回り方向に回転させられ、同図に実線で示すように前記固定層12の磁化方向α1に平行で且つ逆向きの状態(180度の状態)に近づけられる。このため、前記抵抗効果素子10Aの全抵抗値Z1は大きくなり、前記最大値Zmax(=R+Δr)に近づく。   In the one magnetoresistive element 10A, the direction of the external magnetic field H2 is opposite to the magnetization direction α1 of the fixed layer 12, and is orthogonal (90 degrees) to the direction of the bias magnetic field γ1. . For this reason, the magnetization direction β1 of the free layer 14 is rotated clockwise from the reference state coinciding with the direction of the bias magnetic field γ1 indicated by the dotted line in FIG. 5, and the fixed layer 12 is indicated by the solid line in the figure. This is close to a state (180 degree state) parallel to and opposite to the magnetization direction α1. For this reason, the total resistance value Z1 of the resistance effect element 10A increases and approaches the maximum value Zmax (= R + Δr).

前記他方の磁気抵抗効果素子10Bでは、前記外部磁界H2の方向が、前記固定層12の磁化方向α2とは同一方向であるが、バイアス磁界γ2の方向とは直交(90度)している。このため、前記フリー層14の磁化方向β2は、図5に点線で示すバイアス磁界γ2の方向と一致する基準状態から反時計回り方向に回転させられ、同図に実線で示すように前記固定層12の磁化方向α2に一致する状態(0度の状態)に近づけられる。このため、前記抵抗効果素子10Bの全抵抗値Z2は小さくなり、前記最小値Zmin(=R)に近づく。   In the other magnetoresistive element 10B, the direction of the external magnetic field H2 is the same as the magnetization direction α2 of the fixed layer 12, but is orthogonal (90 degrees) to the direction of the bias magnetic field γ2. For this reason, the magnetization direction β2 of the free layer 14 is rotated counterclockwise from the reference state coinciding with the direction of the bias magnetic field γ2 indicated by the dotted line in FIG. 5, and as shown by the solid line in FIG. 12 is close to a state (0 degree state) coinciding with the magnetization direction α2. For this reason, the total resistance value Z2 of the resistance effect element 10B becomes small and approaches the minimum value Zmin (= R).

よって、前記数1の関係より、前記出力電圧Voは前記中点電圧Vcc/2よりも小さくなる。このため、前記比較部31からはオフ状態を示す切替信号が出力される。   Therefore, the output voltage Vo becomes smaller than the midpoint voltage Vcc / 2 due to the relationship of the equation (1). For this reason, the comparison unit 31 outputs a switching signal indicating an off state.

図7は本発明の第2の実施の形態として磁気スイッチを構成する一対の磁気抵抗効果素子の磁化方向を示す図3同様の平面図である。   FIG. 7 is a plan view similar to FIG. 3 showing the magnetization directions of a pair of magnetoresistive elements constituting a magnetic switch as a second embodiment of the present invention.

第2の実施の形態に示す磁気スイッチは、一部を除き上記第1の実施の形態の構成と同様である。したがって、以下には主として異なる部分について図7を参照しつつ説明する。   The magnetic switch shown in the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except for a part. Therefore, different parts will be mainly described below with reference to FIG.

図7に示すように、先端部9には一対の磁気抵抗効果素子10A,10Bが設けられている。前記一方の磁気抵抗効果素子10Aと他方の磁気抵抗効果素子10Bの固定層12の磁化方向α1,α2は共に同一方向となるX2方向に設定され、且つバイアス磁界γ1,γ2の方向も共に同一方向となるY2方向に設定されている。   As shown in FIG. 7, a pair of magnetoresistive elements 10 </ b> A and 10 </ b> B are provided at the distal end portion 9. The magnetization directions α1 and α2 of the fixed layer 12 of the one magnetoresistive element 10A and the other magnetoresistive element 10B are set to the same X2 direction, and the directions of the bias magnetic fields γ1 and γ2 are also the same direction. Is set in the Y2 direction.

このように、第2の実施の形態では、前記固定層12の磁化方向α1,α2と前記バイアス磁界γ1,γ2の方向とが共に同じ方向に設定した一対の磁気抵抗効果素子10A,10Bを用いた点で、互いに逆向きに設定されている上記第1の実施の形態とは異なっている。   As described above, the second embodiment uses a pair of magnetoresistive elements 10A and 10B in which the magnetization directions α1 and α2 of the fixed layer 12 and the bias magnetic fields γ1 and γ2 are set in the same direction. This is different from the first embodiment, which is set in opposite directions.

このため、一対の磁気抵抗効果素子10A,10Bに対し外部磁界H1,H2が作用すると、一対の磁気抵抗効果素子10A,10Bの全抵抗値Z1,Z2は同じように増減する。   For this reason, when the external magnetic fields H1 and H2 act on the pair of magnetoresistive elements 10A and 10B, the total resistance values Z1 and Z2 of the pair of magnetoresistive elements 10A and 10B increase and decrease in the same way.

図8は第2の実施の形態の磁気スイッチにおけるセンサ部および検出回路の構成を等価的に示す回路構成図である。   FIG. 8 is a circuit configuration diagram equivalently showing the configuration of the sensor section and the detection circuit in the magnetic switch of the second embodiment.

図8に示すように、一方の磁気抵抗効果素子10Aは第1の固定抵抗41(抵抗値R1)と第1の接続点P1を介して直列接続され、他方の磁気抵抗効果素子10Bは第2の固定抵抗42(抵抗値R1)と第2の接続点P2を介して直列接続されている。前記一方の磁気抵抗効果素子10Aの一端と前記第2の固定抵抗42の一端とが電源電圧Vccに接続され、前記他方の磁気抵抗効果素子10Bの一端と前記第2の固定抵抗42の一端とがGNDに接地されることにより、ホイートストーンブリッジ回路が形成されている。   As shown in FIG. 8, one magnetoresistive element 10A is connected in series with a first fixed resistor 41 (resistance value R1) via a first connection point P1, and the other magnetoresistive element 10B is connected to the second magnetoresistive element 10B. The fixed resistor 42 (resistance value R1) is connected in series via the second connection point P2. One end of the one magnetoresistive element 10A and one end of the second fixed resistor 42 are connected to a power supply voltage Vcc, and one end of the other magnetoresistive element 10B and one end of the second fixed resistor 42 are connected. Is grounded to GND to form a Wheatstone bridge circuit.

前記第1の接続点P1と前記第2の接続点P2の出力は差動増幅部33の入力部にそれぞれ接続されている。前記差動増幅部33は、前記第1の接続点P1の電位VP1と前記第2の接続点P2の電位VP2との差動(差動電圧はVP1−VP2)をとり、且つ中点電圧Vcc/2を基準として前記差動電圧を増幅する。前記差動増幅部33の出力は上記同様の比較部31に入力されている。前記比較部31は、基準電圧発生部32の出力であるしきい値電圧と前記差動増幅部33の出力電圧Voとの比較を行い、所定の切替信号を出力する。 The outputs of the first connection point P1 and the second connection point P2 are connected to the input part of the differential amplifier 33, respectively. The differential amplifying unit 33 takes a differential (differential voltage V P1 -V P2) between the potential V P2 of the first connection point P1 of the potential V P1 and the second connection point P2, and The differential voltage is amplified with reference to the midpoint voltage Vcc / 2. The output of the differential amplifier 33 is input to the comparator 31 similar to the above. The comparison unit 31 compares the threshold voltage, which is the output of the reference voltage generation unit 32, with the output voltage Vo of the differential amplification unit 33, and outputs a predetermined switching signal.

上記第1の実施の形態同様に、図示しないスライド機構により、前記一対の磁気抵抗効果素子10A、10Bの双方を図示Y1方向の前記ギャップG1内の第1の位置に移動すると、前記一対の磁気抵抗効果素子10A,10Bに対し、前記マグネットM1が発生した一様な外部磁界H1が図示X2方向に作用することになる。このため、フリー層14の磁化方向β1,β2は共に固定層12の磁化方向α1,α2と一致する方向に回転させられるため、前記一対の磁気抵抗効果素子10A,10Bの全抵抗値Z1,Z2は減少させられる。   Similarly to the first embodiment, when both of the pair of magnetoresistive elements 10A and 10B are moved to the first position in the gap G1 in the Y1 direction by a slide mechanism (not shown), the pair of magnetic elements A uniform external magnetic field H1 generated by the magnet M1 acts on the resistance effect elements 10A and 10B in the X2 direction shown in the figure. For this reason, since the magnetization directions β1 and β2 of the free layer 14 are both rotated in the direction coinciding with the magnetization directions α1 and α2 of the fixed layer 12, the total resistance values Z1 and Z2 of the pair of magnetoresistance effect elements 10A and 10B Is reduced.

この状態では、図8に示す第1の接続点P1の電位VP1は増大させられ、第2の接続点P2の電位VP2は減少させられ、VP1>VP2であるため、前記差動電圧は(VP1−VP2)>0である。よって、前記差動増幅部33の出力電圧Voは、前記しきい値電圧Vth(=中点電圧Vcc/2)よりも大きくなるため(Vo>Vth)、前記比較部31からはオン状態を示す切替信号が出力される。 In this state, the potential V P1 at the first connection point P1 shown in FIG. 8 is increased, the potential V P2 at the second connection point P2 is decreased, and V P1 > V P2 is satisfied. The voltage is (V P1 −V P2 )> 0. Therefore, the output voltage Vo of the differential amplifying unit 33 is larger than the threshold voltage Vth (= midpoint voltage Vcc / 2) (Vo> Vth). A switching signal is output.

一方、図示しないスライド機構により、前記一対の磁気抵抗効果素子10A、10Bの双方を図示Y2方向の前記ギャップG2内の第2の位置に移動すると、前記一対の磁気抵抗効果素子10A,10Bに対し、前記マグネットM2が発生した一様な外部磁界H2が図示X1方向に作用することになる。このため、フリー層14の磁化方向β1,β2は共に固定層12の磁化方向α1,α2と平行で且つ逆向きとなる方向に回転させられるため、前記一対の磁気抵抗効果素子10A,10Bの全抵抗値Z1,Z2は増大させられる。   On the other hand, when both of the pair of magnetoresistive elements 10A and 10B are moved to the second position in the gap G2 in the Y2 direction by a slide mechanism (not shown), the pair of magnetoresistive elements 10A and 10B are moved. The uniform external magnetic field H2 generated by the magnet M2 acts in the X1 direction shown in the figure. For this reason, since the magnetization directions β1 and β2 of the free layer 14 are both rotated in a direction parallel to and opposite to the magnetization directions α1 and α2 of the fixed layer 12, all of the pair of magnetoresistive elements 10A and 10B are rotated. The resistance values Z1 and Z2 are increased.

この状態では、図8に示す第1の接続点P1の電位VP1は減少させられ、第2の接続点P2の電位VP2は増大させられ、VP1<VP2であるため、前記差動電圧は(VP1−VP2)<0である。よって、前記差動増幅部33の出力電圧Voは、前記しきい値電圧Vth(=中点電圧Vcc/2)よりも小さくなるため(Vo<Vth)、前記比較部31からはオフ状態を示す切替電圧が出力される。
このため上記第2の実施の形態では、検出感度を向上させることが可能である。
In this state, the potential V P1 of the first connection point P1 shown in FIG. 8 is decreased, the potential V P2 of the second connection point P2 is increased, and V P1 <V P2 is satisfied. The voltage is (V P1 −V P2 ) <0. Therefore, since the output voltage Vo of the differential amplifier 33 is smaller than the threshold voltage Vth (= midpoint voltage Vcc / 2) (Vo <Vth), the comparator 31 shows an off state. A switching voltage is output.
Therefore, in the second embodiment, detection sensitivity can be improved.

以上のように、上記第1及び第2の実施の形態に示す本願発明では、外部磁界H1,H2の向きとフリー層14を所定の基準状態に設定するバイアス磁界γ1,γ2の方向とが90度の関係に設定されているため、前記外部磁界H1,H2と前記バイアス磁界γ1,γ2とが互いに相殺し合うことがなく、このため磁気抵抗効果素子10A,10Bに作用する磁界が零(零磁界)となることがない。   As described above, in the present invention shown in the first and second embodiments, the directions of the external magnetic fields H1 and H2 and the directions of the bias magnetic fields γ1 and γ2 for setting the free layer 14 to a predetermined reference state are 90. Since the external magnetic fields H1, H2 and the bias magnetic fields γ1, γ2 do not cancel each other, the magnetic field acting on the magnetoresistive effect elements 10A, 10B is zero (zero). Magnetic field).

このため、前記磁気抵抗効果素子10の全抵抗値Zが一定の値に定まらない不定モードとなり、磁気スイッチの状態がときとして異なる不安定になることを防止することができる。すなわち、安定性に操作し、且つ信頼性に優れた磁気スイッチとすることができる。   For this reason, it becomes an indefinite mode in which the total resistance value Z of the magnetoresistive effect element 10 is not set to a constant value, and it can be prevented that the state of the magnetic switch sometimes becomes different and unstable. That is, the magnetic switch can be operated with stability and excellent in reliability.

外部磁界H1,H2の方向が固定層12の磁化方向α1,α2に対し平行状態となるように設定し、且つフリー層14を所定の基準状態に設定するバイアス磁界γ1,γ2の方向と前記固定層12の磁化方向α1,α2とが90度の関係を保つように設定したため、前記外部磁界H1,H2と前記バイアス磁界γ1,γ2とが互いに相殺し合うことがなく、磁気抵抗効果素子10A,10Bに作用する磁界が零(零磁界)となることがない。このため、不安定な動作状態を排除し、磁気スイッチとしての信頼性を高めることができる。   The direction of the external magnetic fields H1, H2 is set so as to be parallel to the magnetization directions α1, α2 of the fixed layer 12, and the direction of the bias magnetic fields γ1, γ2 that sets the free layer 14 to a predetermined reference state and the fixed Since the magnetization directions α1 and α2 of the layer 12 are set so as to maintain a 90-degree relationship, the external magnetic fields H1 and H2 and the bias magnetic fields γ1 and γ2 do not cancel each other, and the magnetoresistive effect element 10A, The magnetic field acting on 10B does not become zero (zero magnetic field). For this reason, an unstable operation state can be eliminated and the reliability as a magnetic switch can be improved.

また第2の実施の形態では、各層の磁化方向が互いに同じ状態に形成されている多数の磁気抵抗効果素子が配置されているウェハ上から、隣接する一対の磁気抵抗効果素子を一枚の基板として一緒に切り出すことができるため、先端部9上で一方の磁気抵抗効果素子10Aと他方の磁気抵抗効果素子10Bとの磁化方向を一致させる位置合わせ作業を行う必要がないため、組立て工程を容易とすることが可能である。   In the second embodiment, a pair of adjacent magnetoresistive elements are arranged on a single substrate from a wafer on which a large number of magnetoresistive elements having the same magnetization direction of each layer are arranged. Since it is not necessary to perform an alignment operation for matching the magnetization directions of one magnetoresistive element 10A and the other magnetoresistive element 10B on the tip 9, the assembly process is easy. Is possible.

なお、上記実施の形態では、一対の磁気抵抗効果素子10A,10Bを外部磁界H1,H2の方向と同じ縦方向(X方向)に揃えた場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、前記外部磁界H1,H2の方向と直交する横方向(移動方向又はY方向)に並べたものであってもよい。   In the above embodiment, the case where the pair of magnetoresistive elements 10A and 10B are aligned in the same vertical direction (X direction) as the direction of the external magnetic fields H1 and H2 has been described, but the present invention is not limited to this. Instead, they may be arranged in a lateral direction (moving direction or Y direction) orthogonal to the direction of the external magnetic field H1, H2.

本発明の第1の実施の形態としての磁気スイッチのセンサ機構を示す斜視図、The perspective view which shows the sensor mechanism of the magnetic switch as the 1st Embodiment of this invention, 磁気抵抗効果素子の基本構造を概念的に示す積層断面図、Laminated cross-sectional view conceptually showing the basic structure of the magnetoresistive element, 一対の磁気抵抗効果素子の磁化方向を示す平面図、A plan view showing the magnetization direction of a pair of magnetoresistive elements, 磁気抵抗効果素子が第1の位置(ギャップG1内)する場合の磁気スイッチの拡大平面図、An enlarged plan view of the magnetic switch when the magnetoresistive element is in the first position (in the gap G1); 磁気抵抗効果素子が第2の位置(ギャップG2内)する場合の磁気スイッチの拡大平面図、An enlarged plan view of the magnetic switch when the magnetoresistive element is in the second position (in the gap G2); センサ部および検出回路の構成を等価的に示す回路構成図、A circuit configuration diagram equivalently showing the configuration of the sensor unit and the detection circuit, 本発明の第2の実施の形態として磁気スイッチを構成する一対の磁気抵抗効果素子の磁化方向を示す図3同様の平面図、The top view similar to FIG. 3 which shows the magnetization direction of a pair of magnetoresistive effect element which comprises a magnetic switch as the 2nd Embodiment of this invention, 第2の実施の形態の磁気スイッチにおけるセンサ部および検出回路の構成を等価的に示す回路構成図、The circuit block diagram which equivalently shows the structure of the sensor part in the magnetic switch of 2nd Embodiment, and a detection circuit,

符号の説明Explanation of symbols

9 スライド機構の先端部
10 磁気抵抗効果素子
10A 一方の磁気抵抗効果素子
10B 他方の磁気抵抗効果素子
11 反強磁性層(交換バイアス層)
12 固定層(ピン層)
13 非磁性層
14 フリー層
15a,15b バイアス層
16 端子部
21 第1のヨーク
22 第2のヨーク
21a,22a 対向部
31 比較部
32 基準電圧発生部
33 差動増幅部
α 固定層の磁化方向
α1 一方の磁気抵抗効果素子における固定層の磁化方向
α2 他方の磁気抵抗効果素子における固定層の磁化方向
β フリー層の磁化方向
β1 一方の磁気抵抗効果素子におけるフリー層の磁化方向
β2 他方の磁気抵抗効果素子におけるフリー層の磁化方向
γ バイアス磁界の方向
γ1 一方の磁気抵抗効果素子におけるバイアス磁界の方向
γ2 他方の磁気抵抗効果素子におけるバイアス磁界の方向
H1 第1の位置での外部磁界
H2 第2の位置での外部磁界
M1 第1のマグネット
M2 第2のマグネット
9 Tip 10 of the slide mechanism 10 Magnetoresistive element 10 A One magnetoresistive element 10 B The other magnetoresistive element 11 Antiferromagnetic layer (exchange bias layer)
12 Fixed layer (pinned layer)
13 Nonmagnetic layer 14 Free layers 15a and 15b Bias layer 16 Terminal portion 21 First yoke 22 Second yoke 21a and 22a Opposing portion 31 Comparison portion 32 Reference voltage generation portion 33 Differential amplification portion α Magnetization direction α1 of the fixed layer Magnetization direction α2 of the fixed layer in one magnetoresistive effect element Magnetization direction β of the fixed layer in the other magnetoresistive effect element β1 Magnetization direction β1 of the free layer in one magnetoresistive effect element Magnetodirection β2 of the free layer in the other magnetoresistive effect element Magnetization direction of free layer in element γ Direction of bias magnetic field γ1 Direction of bias magnetic field in one magnetoresistive effect element γ2 Direction of bias magnetic field in the other magnetoresistive effect element H1 External magnetic field H2 at first position Second position External magnetic field M1 at first magnet M2 second magnet

Claims (6)

固定部と、前記固定部に面対向しながら移動するスライド機構と、前記固定部と前記スライド機構の一方に設けられ且つ磁界の向きが互いに異なる外部磁界を発生させる一対のマグネットと、他方に設けられ且つ前記異なる外部磁界内に設けられた一対の磁気抵抗効果素子と、前記一対の磁気抵抗効果素子に所定の電圧を印加する電源部と、前記一対の磁気抵抗効果素子から検出される出力電圧と所定のしきい値とを比較し、その比較結果に基づいて切替信号を出力する検出回路と、を有する磁気スイッチであって、
個々の磁気抵抗効果素子は、少なくとも固定層と、前記固定層の内部の磁化方向を所定の方向にピン止めする反強磁性層と、内部の磁化方向が前記外部磁界に基づいて変化するフリー層と、前記フリー層の磁化方向を基準となる所定の方向に設定するバイアス磁界を与えるバイアス層とを有しており、前記外部磁界の方向と前記バイアス磁界の方向とが90度に設定されていることを特徴とする磁気スイッチ。
A fixed portion; a slide mechanism that moves while facing the fixed portion; a pair of magnets that are provided on one of the fixed portion and the slide mechanism and that generate external magnetic fields having different magnetic field directions; And a pair of magnetoresistive elements provided in the different external magnetic fields, a power supply unit for applying a predetermined voltage to the pair of magnetoresistive elements, and an output voltage detected from the pair of magnetoresistive elements And a detection circuit that compares a predetermined threshold value and outputs a switching signal based on the comparison result, and a magnetic switch,
Each magnetoresistive element includes at least a fixed layer, an antiferromagnetic layer for pinning the magnetization direction inside the fixed layer in a predetermined direction, and a free layer whose internal magnetization direction changes based on the external magnetic field And a bias layer for applying a bias magnetic field for setting the magnetization direction of the free layer in a predetermined direction as a reference, and the direction of the external magnetic field and the direction of the bias magnetic field are set to 90 degrees. Magnetic switch characterized by being.
一方の磁気抵抗効果素子と他方の磁気抵抗効果素子との間では、前記固定層どうしの磁化方向が互いに逆方向(180度の関係)に設定され、且つ前記バイアス磁界どうしの方向も互いに逆方向(180度の関係)に設定されていることを特徴とする請求項1記載の磁気スイッチ。   Between one magnetoresistive element and the other magnetoresistive element, the magnetization directions of the fixed layers are set to be opposite to each other (180 degree relationship), and the directions of the bias magnetic fields are also opposite to each other. 2. The magnetic switch according to claim 1, wherein the magnetic switch is set to (a relation of 180 degrees). 一方の磁気抵抗効果素子と他方の磁気抵抗効果素子との間では、前記固定層どうしの磁化方向が互いに同一方向(0度の関係)に設定され、且つ前記バイアス磁界どうしの方向も互いに同一方向(0度の関係)に設定されていることを特徴とする請求項1記載の磁気スイッチ。   Between one magnetoresistive element and the other magnetoresistive element, the magnetization directions of the fixed layers are set in the same direction (0 degree relationship), and the directions of the bias magnetic fields are also in the same direction. 2. The magnetic switch according to claim 1, wherein the magnetic switch is set to (0 degree relationship). 前記固定層の磁化方向と前記バイアス磁界の方向とが90度に設定されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の磁気スイッチ。   4. The magnetic switch according to claim 1, wherein the magnetization direction of the fixed layer and the direction of the bias magnetic field are set to 90 degrees. 5. 前記一方の磁気抵抗効果素子と他方の磁気抵抗効果素子とが直列接続されており、前記検出回路には、前記直列接続された接続点から出力される電圧と前記しきい値とを比較する比較部が設けられていること特徴とする請求項1または2に記載の磁気スイッチ。 The one magnetoresistive effect element and the other magnetoresistive effect element are connected in series, and the detection circuit compares the voltage output from the connection point connected in series with the threshold value. magnetic switch according to claim 1 or 2, wherein the parts are provided. 前記一方の磁気抵抗効果素子と第1の固定抵抗とを第1の接続点を介して直列接続した回路と、前記他方の磁気抵抗効果素子と第2の固定抵抗とを第2の接続点を介して直列接続した回路とによりブリッジ回路が形成されており、
前記検出回路には、前記第1の接続点の出力と前記第2の接続点の出力とを差動増幅する差動増幅部と、前記差動増幅部の出力と前記しきい値とを比較する比較部と、が設けられていること特徴とする請求項1または3に記載の磁気スイッチ。
A circuit in which the one magnetoresistive element and the first fixed resistor are connected in series via a first connection point, and the other magnetoresistive element and the second fixed resistor are connected to the second connection point. A bridge circuit is formed by the circuit connected in series via
In the detection circuit, a differential amplification unit that differentially amplifies the output of the first connection point and the output of the second connection point, and compares the output of the differential amplification unit and the threshold value magnetic switch according to claim 1 or 3 and the comparison unit for, characterized in that is provided to.
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