JPWO2008153004A1 - 磁気検出装置及び電気製品 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に、複数の出力モードを簡単に切換可能な磁気検出装置及び前記磁気検出装置を用いた電気製品を提供することを目的としている。【解決手段】 集積回路２２には２つの出力端子４０，４１と、一対の切換端子５８，５９を備えたモード切換回路５０が設けられている。前記モード切換回路５０では、前記切換端子５８，５９間の短絡状態、あるいは非短絡状態により、前記出力端子４０から、（＋）磁界検出信号、及び（−）磁界検出信号の双方を出力させる１出力モードと、一方の出力端子４０から前記（＋）磁界検出信号を、他方の出力端子４１から前記（−）磁界検出信号を夫々出力させる２出力モードとに切換可能となっている。また前記切換端子５８，５９は装置表面に露出そており、前記短絡状態、および前記非短絡状態は外部から調整可能となっている。【選択図】図１

Description

本発明は、双極検知可能な磁気検出装置に係り、特に、複数の出力モードを簡単に切換可能な磁気検出装置及び前記磁気検出装置を用いた電気製品に関する。

折畳み式携帯電話や冷蔵庫等の電気製品の開閉検知に磁気抵抗効果素子を用いた磁気検出装置（磁気センサ）を用いることが可能である。

前記磁気抵抗効果素子は、外部磁界の磁界強度に対して電気抵抗値が変化するため、抵抗変化に基づく電圧変化によって磁気検出装置に侵入する外部磁界の磁界強度の強弱を検知することが可能である。

前記磁気検出装置は、（＋）方向の外部磁界と前記（＋）方向とは逆方向の（−）方向の外部磁界の双極を検知し、（＋）磁界検出信号、及び（−）磁界検出信号を夫々別の出力端子から出力する双極２出力モード、前記双極を検知し、（＋）磁界検出信号、及び（−）磁界検出信号を共通の出力端子から出力する双極１出力モード、（＋）方向の外部磁界及び（−）方向の外部磁界のどちらか一方のみを検知して、（＋）磁界検出信号、及び（−）磁界検出信号のどちらか一方の磁界検出信号を出力する単極１出力モードのいずれかの出力モードに制御されている。どの出力モードが要求されるかは、例えば、電気製品毎に異なったり、また、電気製品に要求される機能により異なっていた。
特開２０００−１８０２０６号公報 特開昭５９−５９７６号公報 特開２００４−１８０２８６号公報

しかしながら従来では、上記した３つの出力モードを共通した磁気検出装置の構成で得ることが出来なかった。したがって上記した各出力モードを備えた磁気検出装置を夫々別々に製造しなければならずコスト高となった。

上記した各特許文献には、上記した３つの出力モードを共通した磁気検出装置で得る構成は開示されていない。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、複数の出力モードを簡単に切換可能な磁気検出装置及び前記磁気検出装置を用いた電気製品を提供することを目的としている。

本発明における磁気検出装置は、
（＋）方向の外部磁界及び前記（＋）方向と逆方向の（−）方向の外部磁界の各磁界強度変化に対して、電気的特性が変化するセンサ部と、前記センサ部に接続され、前記電気的特性の変化に基づき（＋）磁界検出信号及び（−）磁界検出信号を生成して出力する集積回路とを備え、
前記集積回路には２つの出力端子と、一対の切換端子を備えたモード切換回路が設けられ、
前記モード切換回路では、前記切換端子間の短絡状態、あるいは非短絡状態により、一方の前記出力端子から、前記（＋）磁界検出信号、及び前記（−）磁界検出信号の双方を出力させる１出力モードと、一方の出力端子から前記（＋）磁界検出信号を、他方の出力端子から前記（−）磁界検出信号を夫々出力させる２出力モードとに切換可能となっており、
前記短絡状態、および前記非短絡状態は外部から調整可能となっていることを特徴とするものである。

このように本発明の磁気検出装置によれば、１出力モードと２出力モードとに切換ることが可能であるから、各出力モードを得るために、別々の磁気検出装置を製造しなくてもよい。特にこれら出力モードの切換を外部から切換端子の短絡状態あるいは非短絡状態の調整により行うことができるので、出力モードの切換を簡単に行うことが出来る。

本発明では、前記切換端子は、装置表面に露出して設けられ、前記切換端子間の電気的接続、あるいは非接続により、前記短絡状態あるいは前記非短絡状態に調整されることが好ましい。

あるいは本発明では、前記切換端子との対向面が導電性である操作部材が装置表面に露出して設けられ、前記操作部材の操作により、前記操作部材を介した前記切換端子間の短絡状態、あるいは、前記操作部材が前記切換端子間から離れた非短絡状態に調整されることが好ましい。

これにより外部から簡単に１出力モードと２出力モードとに切換ることができ好適である。

本発明では、前記センサ部は、（＋）方向の外部磁界の磁界強度変化に基づいて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第１磁気抵抗効果素子を有する（＋）磁界検出用の第１回路部と、
前記（＋）方向とは逆方向の（−）方向の外部磁界の磁界強度変化に基づいて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第２磁気抵抗効果素子を有する（−）磁界検出用の第２回路部とを有して構成されることが好ましい。これによりセンサ部を双極検出対応型に適切に構成できる。

本発明は、上記に記載された磁気検出装置を内臓した電気製品であって、
前記磁気検出装置は前記１出力モードに調整され、前記（＋）磁界検出信号及び（−）磁界検出信号の双方が出力される出力端子が、機器側の回路基板に接続される構成、あるいは、前記磁気検出装置は前記２出力モードに調整され、前記（＋）磁界検出信号が出力される出力端子、及び（−）磁界検出信号が出力される出力端子の双方がそれぞれ機器側の回路基板に接続される構成、または、前記磁気検出装置は前記２出力モードに調整され、前記（＋）磁界検出信号が出力される出力端子、及び（−）磁界検出信号が出力される出力端子のどちらか一方のみが機器側の回路基板に接続される構成のいずれかが選択されていることを特徴とするものである。

これにより、前記電気製品にて、双極１出力モード、双極２出力モード、あるいは、単極１出力モードのいずれかを同じ磁気検出装置を用いて選択可能であり、所望の出力モードを簡単に起動させることができる。

本発明の磁気検出装置によれば、１出力モードと２出力モードとに切換ることが可能であるから、各出力モードを得るために、別々の磁気検出装置を製造しなくてもよい。特にこれら出力モードの切換を外部から切換端子の短絡状態あるいは非短絡状態の調整により行うことができるので、出力モードの切換を簡単に行うことが出来る。

また本発明の磁気検出装置を電気製品に内臓することで、前記電気製品にて、双極１出力モード、双極２出力モード、あるいは、単極１出力モードのいずれかを、同じ磁気検出装置を用いて選択可能であり、所望の出力モードを簡単に起動させることができる。

図１は本実施形態の磁気検出装置２０の全体の回路構成図、図２〜図６は、電気製品内に組み込まれた本実施形態の磁気検出装置２０の出力モード別に示す平面図、図７は、本実施形態の第１磁気抵抗効果素子、第２磁気抵抗効果素子、第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子の層構造を示す部分断面図、図８は、第１磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈ曲線、図９は第２磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈ曲線、図１０及び図１１は、本実施形態の磁気検出装置の用途を説明するための一例であり、前記磁気検出装置を内臓した折畳み式携帯電話の断面図、図１２及び図１３は前記折畳み式携帯電話の平面図、である。

図１に示す本実施形態の磁気検出装置２０は、センサ部２１と集積回路（ＩＣ）２２とを有して構成される。

前記センサ部２１には、第１磁気抵抗効果素子２３と第１固定抵抗素子２４とが第１出力取り出し部２５を介して直列接続された第１直列回路２６、第２磁気抵抗効果素子２７と第２固定抵抗素子２８とが第２出力取り出し部２９を介して直列接続された第２直列回路３０が設けられる。

図１に示す構成では、集積回路２２内に第３固定抵抗素子３１と第４固定抵抗素子３２とが第３出力取り出し部３３を介して直列接続された第３直列回路３４が設けられる。

前記第３直列回路３４は、共通回路として前記第１直列回路２６及び前記第２直列回路３０と夫々ブリッジ回路を構成している。以下では前記第１直列回路２６と前記第３直列回路３４とが並列接続されてなるブリッジ回路を第１ブリッジ回路（第１回路部）と、前記第２直列回路３０と前記第３直列回路３４とが並列接続されてなるブリッジ回路を第２ブリッジ回路（第２回路部）と称する。

図１に示すように、前記第１ブリッジ回路では、第１磁気抵抗効果素子２３と第４固定抵抗素子３２とが並列接続されるとともに、前記第１固定抵抗素子２４と第３固定抵抗素子３１とが並列接続されている。また前記第２ブリッジ回路では、前記第２磁気抵抗効果素子２７と第３固定抵抗素子３１とが並列接続されるとともに、前記第２固定抵抗素子２８と第４固定抵抗素子３２とが並列接続されている。

図１に示すように前記集積回路２２には入力端子（電源）３９、グランド端子４２及び２つの外部出力端子４０，４１が設けられている。

図１に示すように集積回路２２内には、１つの差動増幅器３５が設けられ、前記差動増幅器３５に、前記第３直列回路３４の第３出力取り出し部３３が接続されている。

一方、前記第１直列回路２６の第１出力取り出し部２５及び第２直列回路３０の第２出力取り出し部２９は夫々スイッチ回路３６の入力部に接続され、前記スイッチ回路３６の出力部は前記差動増幅器３５の入力部に接続されている。

図１に示すように、前記差動増幅器３５の出力部はシュミットトリガー型のコンパレータ３８に接続され、さらに前記コンパレータ３８の出力部は第１ラッチ回路４６と第２ラッチ回路４７とに接続され、各ラッチ回路４６，４７の出力部が第１外部出力端子４０及び第２外部出力端子４１の夫々に接続されている。

図１に示すように前記ラッチ回路４６，４７と外部出力端子４０，４１との間には後述するモード切換回路５０が設けられる。

また集積回路２２内には図示しないクロック回路が設けられている。クロック回路からのクロック信号は、非常に短い周期で第１クロック信号（Ｓｉｇ Ｔ＋）と第２クロック信号（Ｓｉｇ Ｔ−）とに時分割されて、各スイッチ回路３６、５５、ラッチ回路４６，４７及びスレッショルドコントロール回路５６に入力される。

前記第１クロック信号（Ｓｉｇ Ｔ＋）が入力されると、前記スイッチ回路３６を介して第１出力取り出し部２５と差動増幅器３５とが接続され、前記スイッチ回路５５を介して前記第１ブリッジ回路とグランド端子４２とが接続される。また第１クロック信号（Ｓｉｇ Ｔ＋）は第１ラッチ回路４６に入力され、前記第１ブリッジ回路の電気的特性変化に基づいて生成された磁界検出信号（（＋）磁界検出信号）が第１ラッチ回路４６にて維持される。

また、前記第２クロック信号（Ｓｉｇ Ｔ−）が入力されると、前記スイッチ回路３６を介して第２出力取り出し部２９と差動増幅器３５とが接続され、前記スイッチ回路５５を介して前記第２ブリッジ回路とグランド端子４２とが接続される。また第２クロック信号（Ｓｉｇ Ｔ−）は第２ラッチ回路４６に入力され、前記第２ブリッジ回路の電気的特性変化に基づいて生成された磁界検出信号（（−）磁界検出信号）が第２ラッチ回路４７にて維持される。

前記（＋）磁界検出信号は、（＋）方向の外部磁界Ｈの磁界強度変化に対する検出信号であり、例えば、（＋）方向の外部磁界Ｈの磁界強度変化に基づく差動増幅器３５からの差動電位が、スレッショルドコントロール回路５６にて第１クロック信号（Ｓｉｇ Ｔ＋）のときに生成される所定のスレッショルドレベルを超えると生成されるように制御されている。また、前記（−）磁界検出信号は、（−）方向の外部磁界Ｈの磁界強度変化に対する検出信号であり、例えば、（−）方向の外部磁界Ｈの磁界強度変化に基づく差動増幅器３５からの差動電位が、スレッショルドコントロール回路５６にて第２クロック信号（Ｓｉｇ Ｔ−）のときに生成される所定のスレッショルドレベルを超えると生成されるように制御されている。このように、本実施形態の磁気検出装置２０では、前記（＋）磁界検出信号と（−）磁界検出信号の双方を生成することが可能である。

図１に示すモード切換回路５０には、論理回路等を有して構成されるファンクションコントロール回路５７と、一対の切換端子５８，５９とを有して構成される。

図２に示すように、前記外部出力端子４０，４１とともに前記切換端子５８，５９も磁気検出装置２０の表面から外部に露出している。また図２では、第１磁気抵抗効果素子２３、第２磁気抵抗効果素子２７、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８の各素子が模式図的に図示されている。実際には、これら各素子は磁気検出装置２０の表面に例えばミアンダ形状で形成される。

また図２には図示しないが入力端子３９やグランド端子４２も磁気検出装置２０の表面から外部に露出している。

図２に示す構成では、前記切換端子５８，５９が非短絡状態となっている。かかる場合、前記モード切換回路５０では、前記（＋）磁界検出信号、及び（−）磁界検出信号の双方が第１外部出力端子４０から出力可能となっている。なお（−）磁界検出信号については第２外部出力端子４１からも出力される。

よって図２では、前記磁気検出装置２０を電気製品内に組み込んだとき、前記電気製品内に設けられた回路基板６０側の第１入力端子６１と前記第１外部出力端子４０とを例えばワイヤボンディングで電気的に接続することで、前記電気製品にて、双極１出力モードを起動させることが出来る。双極１出力モードでは、（＋）方向の外部磁界Ｈ及び（−）方向の外部磁界Ｈの双方の磁界強度変化を検出できるが、１つの外部出力端子４０からのみ双方の磁界検出信号を出力するので、外部磁界Ｈの方向までは検知できない。

一方、図３に示す構成では、前記切換端子５８，５９が短絡状態となっている。例えば前記切換端子５８，５９間をワイヤボンディング、半田付け、めっき等の既存の方法で電気的に接続する。

前記切換端子５８，５９間を短絡することで、前記モード切換回路５０では、前記（＋）磁界検出信号が第１外部出力端子４０から、前記（−）磁界検出信号が第２外部出力端子４１から夫々出力可能となっている。

よって図３では、前記磁気検出装置２０を電気製品内に組み込んだとき、前記電気製品内に設けられた回路基板６０側の第１入力端子６１と前記第１外部出力端子４０とを例えばワイヤボンディングで電気的に接続するとともに、前記第２入力端子６２と前記第２外部出力端子４１とを例えばワイヤボンディングで電気的に接続する。これにより前記電気製品にて、双極２出力モードを起動させることが出来る。双極２出力モードでは、（＋）方向の外部磁界Ｈ及び（−）方向の外部磁界の双方の磁界強度変化を検出できるとともに、（＋）磁界検出信号及び（−）磁界検出信号を別々の外部出力端子４０，４１から出力するので、外部磁界Ｈの方向までも検知できる。

一方、図４に示すように、前記切換端子５８，５９間を短絡することで、前記（＋）磁界検出信号が第１外部出力端子４０から、前記（−）磁界検出信号が第２外部出力端子４１から夫々出力可能となった磁気検出装置２０を、電気製品に組み込み、このとき図３と異なって、例えば第１外部出力端子４０のみを電気製品側の第１入力端子６１と電気的に接続し、第２外部出力端子４１と第２入力端子６２とを電気的に接続しない場合、前記電気製品にて、単極１出力モードを起動させることが出来る。単極１出力モードでは、（＋）方向の外部磁界Ｈ及び（−）方向の外部磁界のどちらか一方の外部磁界の磁界強度変化のみ検出できる。

本実施形態の磁気検出装置２０は、初期状態（磁気検出装置２０の製造直後の状態であり、あるいは、電気製品で要求される出力モードに合わせて切換端子５８，５９間の短絡状態あるいは非短絡状態を調整する前の状態を意味する）では、例えば、図２のように切換端子５８，５９間は非短絡状態で製造される。このため、前記磁気検出装置２０を電気製品内に組み込んだときに、双極１出力モードで使用する場合には、図２のように第１外部出力端子４０と電気製品側の第１入力端子６１間を電気的に接続するだけでよい。

一方、図３や図４のように双極２出力モードや単極１出力モードで使用する場合には、前記磁気検出装置２０を電気製品内に組み込む前、あるいは組み込んだ後に、前記切換端子５８，５９間を短絡させて、さらに図３や図４のように外部出力端子と機器側の入力端子間を電気的に接続する。

また本実施形態の磁気検出装置２０は、初期状態では、図３や図４のように切換端子５８，５９間を短絡した状態で製造されてもよい。このとき、前記磁気検出装置２０を電気製品内に組み込んだ際、双極２出力モードあるいは単極１出力モードで使用する場合には、図３や図４のように外部出力端子と機器側の第１入力端子間を電気的に接続するだけでよい。

一方、図２のように双極１出力モードで使用する場合には、前記磁気検出装置２０を電気製品内に組み込む前、あるいは組み込んだ後に、前記切換端子５８，５９間の短絡状態を切断して非短絡状態にして、さらに第１外部出力端子４０と機器側の第１入力端子６１間を電気的に接続する。前記切換端子５８，５９間がワイヤにて電気的に接続されている場合には、前記ワイヤを工具で切断すればよい。

また、図１では、前記切換端子５８，５９間が非短絡状態であると、（＋）磁界検出信号及び（−）磁界検出信号の双方が第１外部出力端子４０から出力され（１出力モード）、前記切換端子５８，５９間が短絡状態であると、（＋）磁界検出信号が第１外部出力端子４０から、（−）磁界検出信号が第２外部出力端子４１から夫々出力される（２出力モード）ように前記モード切換回路５０で調整されていたが、前記モード切換回路５０を構成する論理回路を変更する等して、前記切換端子５８，５９間が非短絡状態であると、（＋）磁界検出信号が第１外部出力端子４０から、（−）磁界検出信号が第２外部出力端子４１から夫々出力され（２出力モード）、前記切換端子５８，５９間が短絡状態であると、（＋）磁界検出信号及び（−）磁界検出信号が第１外部出力端子４０から出力される（１出力モード）ように前記モード切換回路５０で調整されていてもよい。

かかる場合、本実施形態の磁気検出装置２０が、初期状態では、切換端子５８，５９間を短絡した状態で製造されると、上記したように１出力モードとなるので、図２と同様に、第１外部出力端子４０と電気製品側の第１入力端子６１間を電気的に接続すれば、電気製品にて双極１出力モードを起動させることができる。

一方、前記磁気検出装置２０を電気製品内に組み込む前、あるいは組み込んだ後に、前記切換端子５８，５９間の電気的接続を切断して非短絡状態にして、さらに外部出力端子と機器側の入力端子間を電気的に接続することで、図３や図４と同様の双極２出力モードや単極１出力モードを電気製品にて起動させることができる。

また、本実施形態の磁気検出装置２０が初期状態では、切換端子５８，５９間を短絡しない状態で製造されると、上記したように２出力モードとなるので、図３や図４と同様に、外部出力端子と機器側の入力端子間を電気的に接続すれば、電気製品にて双極２出力モードあるいは単極１出力モードを起動させることができる。

一方、前記磁気検出装置２０を電気製品内に組み込む前、あるいは組み込んだ後に、前記切換端子５８，５９間を短絡状態にして、さらに第１外部出力端子４０と機器側の第１入力端子６１間を電気的に接続することで、図２の同様の双極１出力モードを電気製品にて起動させることができる。

図２ないし図４では、前記切換端子５８，５９間を例えばワイヤボンディングにより短絡状態に、またワイヤ切断により非短絡状態を形成していたが、図５のように、例えば前記切換端子５８，５９の並び方向にスライド可能な少なくとも前記切換端子５８，５９との対向面が金属性のスライド部材（操作部材）７０を設けて、前記スライド部材７０のスライドによって前記スライド部材７０を介して前記切換端子５８，５９間を短絡状態にしたり、前記切換端子５８，５９間を非短絡状態に簡単に調整できる。図５は前記切換端子５８，５９間の非短絡状態を示し、図６は前記切換端子５８，５９間の短絡状態を示す。

また前記スライド部材に代えて、押圧式の釦（操作部材）を前記切換端子５８，５９上に設けて、前記釦の押圧により前記釦を介して前記切換端子５８，５９間が短絡状態となったり前記釦が前記切換端子５８，５９の上方に離れて前記切換端子５８，５９間が非短絡状態になる構成としてもよい。

このように前記切換端子５８，５９上に操作部材を設ける構成では、前記切換端子５８，５９間の短絡状態及び非短絡状態を、何度でも簡単に切り換えることが可能である。

また前記操作部材を例えば電気製品の表面に露出させることで、前記電気製品の使用者が簡単に、操作部材を操作することができ、前記使用者が複数のモードを自由に選択し起動させることも出来る。

以上のように本実施形態では、前記集積回路２２には２つの外部出力端子４，４１と、一対の切換端子５８，５９を備えたモード切換回路５０が設けられ、前記切換端子５８，５９間の短絡状態、あるいは非短絡状態により、第１外部出力端子４０から、（＋）磁界検出信号、及び（−）磁界検出信号の双方を出力させる１出力モードと、第１外部出力端子４０から前記（＋）磁界検出信号を、第２外部出力端子４１から前記（−）磁界検出信号を夫々出力させる２出力モードとに切換可能となっており、例えば図２ないし図４のように前記切換端子５８，５９は装置表面に露出しており、前記短絡状態及び非短絡状態は外部から調整可能となっている。

このように、本実施形態の磁気検出装置２０によれば、１出力モードと２出力モードとに切換ることが可能であるから、各出力モードを得るために、別々の磁気検出装置を製造しなくてもよい。特にこれら出力モードの切換を外部から切換端子５８，５９の短絡状態あるいは非短絡状態の調整により行うことができるので、出力モードの切換を簡単に行うことが出来る。

また本実施形態の磁気検出装置２０を電気製品に内臓することで、前記電気製品にて、双極１出力モード、双極２出力モード、または単極１出力モードのいずれかを簡単に起動させることが可能であるので、前記電気製品で要求される出力モードにあわせて、磁気検出装置を製造する必要がない。すなわち磁気検出装置２０を共通化できる。よって磁気検出装置２０の製造コストを従来より低減できる。

次に、前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７の層構造及びＲ−Ｈ曲線について以下で詳しく説明する。

図７は、同一の基板８０上に、第１磁気抵抗効果素子２３、第２磁気抵抗効果素子２７、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８を一列に並べて形成したと仮定したときの、各抵抗素子の断面形状を示す断面図である。

図７に示すように、前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子７は共に、下から下地層８１、反強磁性層８２、固定磁性層８３、非磁性材料層８４、フリー磁性層８５及び保護層８６の順で積層されている。

前記下地層８１は、例えば、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成される。前記反強磁性層８２は、元素α（ただしαは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料、又は、元素αと元素α′（ただし元素α′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成される。例えば前記反強磁性層８２は、ＩｒＭｎやＰｔＭｎで形成される。前記固定磁性層８３及びフリー磁性層８５はＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金等の磁性材料で形成される。また前記非磁性材料層８４は例えば、非磁性金属材料で形成される。前記非磁性材料層８４はＣｕで形成されることが好ましい。また前記保護層８６はＴａ等で形成される。前記固定磁性層８３やフリー磁性層８５は積層フェリ構造（磁性層／非磁性中間層／磁性層の積層構造であり、非磁性層を挟んだ２つの磁性層の磁化方向が反平行である構造）であってもよい。また前記固定磁性層８３やフリー磁性層８５は材質の異なる複数の磁性層の積層構造であってもよい。また積層順が下から下地層８０、フリー磁性層８５、非磁性材料層８４、固定磁性層８３、反強磁性層８２及び保護層８６の順であってもよい。

前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７では、前記反強磁性層８２と前記固定磁性層８３とが接して形成されているため磁場中熱処理を施すことにより前記反強磁性層８２と前記固定磁性層８３との界面に交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じ、前記固定磁性層８３の磁化方向は一方向に固定される。図７では、前記固定磁性層８３の磁化８３ａを矢印方向で示している。第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７の前記固定磁性層８３の磁化８３ａは共に図示Ｘ２方向である。

一方、前記フリー磁性層８５の無磁場状態（外部磁界が作用していない状態）での磁化方向は、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７とで異なっている。図７に示すように前記第１磁気抵抗効果素子２３では前記フリー磁性層８５の磁化方向８５ａが図示Ｘ２方向であり、固定磁性層８３の磁化方向８３ａと同じ方向であるが、前記第２磁気抵抗効果素子２７では前記フリー磁性層８５の磁化８５ｂが図示Ｘ１方向であり、前記固定磁性層８３の磁化８３ａと反平行である。

（＋Ｈ）方向の外部磁界Ｈが作用すると、第２磁気抵抗効果素子２７のフリー磁性層８５の磁化方向８５ｂは変動しないが、第１磁気抵抗効果素子２３のフリー磁性層８５の磁化方向８５ａは変動して前記第１磁気抵抗効果素子２３の抵抗値は変化する。図８は第１磁気抵抗効果素子２３のＲ−Ｈ曲線である。図８に示すように、外部磁界Ｈを無磁場状態（外部磁界ゼロ）から徐々に（＋）方向に増加していくと、フリー磁性層８５の磁化方向８５ａと固定磁性層８３の磁化方向８３ａとの平行状態が崩れて反平行状態に近づくため前記第１磁気抵抗効果素子２３の抵抗値Ｒは、曲線ＨＲ１上を辿って徐々に大きくなり、そこから（＋）方向の外部磁界Ｈを徐々にゼロに向けて小さくしていくと、前記第１磁気抵抗効果素子２３の抵抗値Ｒは、曲線ＨＲ２上を辿って徐々に小さくなる。

このように、第１磁気抵抗効果素子２３のＲ−Ｈ曲線には、（＋）方向の外部磁界Ｈの磁界強度変化に対して、曲線ＨＲ１と曲線ＨＲ２で囲まれたループ部Ｌ１が形成される。前記第１磁気抵抗効果素子２３の最大抵抗値と最低抵抗値の中間値であって、前記ループ部Ｌ１の広がり幅の中心値がループ部Ｌ１の「中点」である。そして前記ループ部Ｌ１の中点の磁界の強さでフリー磁性層８５と固定磁性層８３間に作用する第１層間結合磁界Ｈｉｎ１の大きさが決定される。図８に示すように第１磁気抵抗効果素子２３の前記第１層間結合磁界Ｈｉｎ１は、（＋）の外部磁界方向へシフトしている。

一方、（−）方向の外部磁界Ｈが作用すると、前記第１磁気抵抗効果素子２３のフリー磁性層８５の磁化方向８５ａは変動しないが、第２磁気抵抗効果素子２７のフリー磁性層８５の磁化方向８５ｂは変動して前記第２磁気抵抗効果素子２７の抵抗値が変動する。

図９は第２磁気抵抗効果素子２７のＲ−Ｈ曲線である。図９に示すように、外部磁界Ｈを無磁場状態（外部磁界ゼロ）から徐々に（−）方向に増加していくと、フリー磁性層８５の磁化方向８５ｂと固定磁性層８３の磁化方向８３ａとの反平行状態が崩れて平行状態に近づくため、前記第２磁気抵抗効果素子２７の抵抗値Ｒは、曲線ＨＲ３上を辿って徐々に小さくなり、そこから、（−）方向の外部磁界を徐々にゼロに向けて変化させると、前記第２磁気抵抗効果素子２７の抵抗値Ｒは、曲線ＨＲ４上を辿って徐々に大きくなる。

このように、第２磁気抵抗効果素子２７には（−）方向の外部磁界の磁界強度変化に対して、曲線ＨＲ３と曲線ＨＲ４で囲まれたループ部Ｌ２が形成される。前記第２磁気抵抗効果素子２７の最大抵抗値と最低抵抗値の中間値であって、前記ループ部Ｌ２の広がり幅の中心値がループ部Ｌ２の「中点」である。そして前記ループ部Ｌ２の中点の磁界の強さでフリー磁性層８５と固定磁性層８３間で作用する第２層間結合磁界Ｈｉｎ２の大きさが決定される。図９に示すように第２磁気抵抗効果素子２７では、前記第２層間結合磁界Ｈｉｎ２が（−）の外部磁界方向へシフトしている。

（＋）方向の外部磁界の大きさを正値、（−）方向の外部磁界の大きさを負値とすれば、第１層間結合磁界Ｈｉｎ１は正値であり、第２層間結合磁界Ｈｉｎ２は負値であり、このように第１層間結合磁界Ｈｉｎ１と第２層間結合磁界Ｈｉｎ２は、正負逆符号に設定されている。

前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７の材料構成を同じにすることで、前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７のＴＣＲをほぼ同じに設定できる。図７に示すように、例えばＣｕで形成された非磁性材料層８４の膜厚を、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７で異ならせることで、第１層間結合磁界Ｈｉｎ１を正値に、第２層間結合磁界Ｈｉｎ２を負値に調整できる。

第１磁気抵抗効果素子２３に直列接続される第１固定抵抗素子２４、及び、第２磁気抵抗効果素子２７に直列接続される第２固定抵抗素子２８は、同じ膜構成で形成される。

図７に示す実施形態では、前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８は、互いに、前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７と同じ材料構成であるが、第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７と異なり、前記フリー磁性層８５に相当する磁性層８７と非磁性材料層８８とが逆積層されている。

図７に示すように、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８は、下から下地層８１、反強磁性層８２、固定磁性層８３、磁性層８７、非磁性材料層８８及び保護層８６の順に積層される。

前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８では、前記反強磁性層８２上に固定磁性層８３及び磁性層８７が連続して積層されるので、固定磁性層８３及び磁性層８７の磁化は共に、反強磁性層８２との間で生じる交換結合磁界（Ｈｅｘ）及び、固定磁性層８３と磁性層８７で生じる強磁性結合により固定されており、磁気抵抗効果素子２３，２７においてフリー磁性層８５と同じ材料で形成された磁性層８７は、前記磁気抵抗効果素子２３，２７のフリー磁性層８５のように外部磁界に対して磁化変動しない。

よって前記第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８の電気抵抗値は外部磁界によって変動しない。

これにより、前記第１磁気抵抗効果素子２３、第２磁気抵抗効果素子２７、第１固定抵抗素子２４及び第２固定抵抗素子２８のＴＣＲをほぼ同じに調整できる。

なお前記第１固定抵抗素子２４および第２固定抵抗素子２８は図７に示すような積層構造でなく例えば、同じ材質の単層構造で形成されてもよい。

本実施形態による双極検出対応型の磁気検出装置２０の用途を説明する。本実施形態の磁気検出装置２０は、例えばターンオーバータイプの折畳み式携帯電話１００に内臓される。

図１０のように折畳み式携帯電話１００を開くと、磁気検出装置２０に及ぼされる外部磁界の強度変化によって、携帯電話１００が開いたことが検知される。前記折畳み式携帯電話１００は、表示画面を備える第１部材１０２と操作面を備える第２部材１０３とを有して構成される。図１０のとき、磁石１０１の配置は図１２に示す平面図で示すとおりである。このとき例えば、前記折畳み式携帯電話１００の開閉により前記磁気検出装置２０には（＋）方向の外部磁界Ｈが前記磁石１０１から作用する。前記折畳み式携帯電話１００を図１０の状態から閉じると、徐々に前記磁気検出装置２０に作用する（＋）方向の外部磁界Ｈの磁界強度が強まり、差動電位がスレッショルドレベルを超えて（＋）磁界検出信号が生成され、前記折畳み式携帯電話１００を閉じたことが検知される。

続いて、前記携帯電話１００の第１部材１０２を、回転軸を中心として１８０度回転させ、図１０の状態において、前記第１部材１０２の内面であった画面表示面１０２ａを、図１１、図１３に示すように、外面に向ける。このとき図１３に示すように磁石１０１の向きは、図１２の配置状態から反転する。これにより、前記折畳み式携帯電話１００の開閉時、前記磁気検出装置２０には（−）方向の外部磁界Ｈが前記磁石１０１から作用する。そして図１１の状態から前記折畳み式携帯電話１００を閉じると、徐々に前記磁気検出装置２０に作用する（−）方向の外部磁界Ｈの磁界強度が強まり、差動電位がスレッショルドレベルを超えて（−）磁界検出信号が生成され、前記折畳み式携帯電話１００を閉じたことが検知される。

前記折畳み式携帯電話１００に内臓される前記磁気検出装置２０が、図３のように双極２出力モードに設定されていると、（＋）磁界検出信号及び（−）磁界検出信号の双方を得ることが出来るとともに、（＋）磁界検出信号と、（−）磁界検出信号とを別々に出力できるので、得られた磁界検出信号により、第１部材１０２を反転させて開閉しているか、反転しないで開閉しているかを判別できる。よって図１０，図１２のように第１部材１０２を反転しないで折畳み式携帯電話１００を開閉する場合には、通常の開閉検知として、開閉時に表示画面のバックライトの点灯・消灯を制御し、図１１，図１３のように第１部材１０２を反転して折畳み式携帯電話１００を開閉する場合には、例えばカメラ機能を起動させる等、通常の開閉検知時以外の機能を起動させることが可能である。

図２に示す双極１出力モードでは、上記した第１部材１０２の反転・非反転の検知までは不可能であるが、例えば、前記磁気検出装置２０および磁石１０１の予め定められた取り付け方向に対してどちらか一方を逆に取り付けてしまっても開閉検知が可能となり、したがって、取り付けの作業性を向上できる。

本実施形態では外部磁界に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子として図７で説明したＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）以外に、ＴＭＲ素子（トンネル型磁気抵抗効果素子）やＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗効果素子）を使用することも出来る。また磁気抵抗効果素子に代えてホール素子を用いてもよい。ただし本実施形態では、ＧＭＲ素子あるいはＴＭＲ素子を用いることが高精度に磁界検出を行うことができて好適である。

本実施形態の磁気検出装置の全体の回路構成図、 電気製品内に組み込まれた本実施形態の磁気検出装置を出力モード別に示す平面図、 電気製品内に組み込まれた本実施形態の磁気検出装置を出力モード別に示す平面図、 電気製品内に組み込まれた本実施形態の磁気検出装置を出力モード別に示す平面図、 電気製品内に組み込まれた図２ないし図４とは異なる構成の本実施形態の磁気検出装置を出力モード別に示す平面図、 電気製品内に組み込まれた図２ないし図４とは異なる構成の本実施形態の磁気検出装置を出力モード別に示す平面図、 第１磁気抵抗効果素子、第２磁気抵抗効果素子、第１固定抵抗素子及び第２固定抵抗素子の層構造を示す部分断面図、 第１磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈ曲線を説明するためのグラフ、 第２磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈ曲線を説明するためのグラフ、 本実施形態の磁気検出装置の用途を説明するための一例（前記磁気検出装置を内臓した折畳み式携帯電話の部分模式図であり、前記電話を開いた状態を示す）、 本実施形態の磁気検出装置の用途を説明するための一例（前記磁気検出装置を内臓した折畳み式携帯電話の部分模式図であり、第１部材をターンオーバーさせた状態を示す）、 本実施形態の磁気検出装置の用途を説明するための一例（前記磁気検出装置を内臓した折畳み式携帯電話の図１０の部分平面図）、 本実施形態の磁気検出装置の用途を説明するための一例（前記磁気検出装置を内臓した折畳み式携帯電話の図１１の部分平面図）、

符号の説明

２０ 磁気検出装置
２１ センサ部
２２ 集積回路（ＩＣ）
２３ 第１磁気抵抗効果素子
２４ 第１固定抵抗素子
２５ 第１出力取り出し部
２６ 第１直列回路
２７ 第２磁気抵抗効果素子
２８ 第２固定抵抗素子
２９ 第２出力取り出し部
３０ 第２直列回路
３１ 第３固定抵抗素子
３２ 第４固定抵抗素子
３３ 第３出力取り出し部
３４ 第３直列回路
３５ 差動増幅器
３６、５５ スイッチ回路
３８ コンパレータ
３９ 入力端子
４０ 第１外部出力端子
４１ 第２外部出力端子
４２ グランド端子
４６、４７ ラッチ回路
５０ モード切換回路
５８、５９ 切換端子
６０ 回路基板
６１ 第１入力端子
６２ 第２入力端子
７０ スライド部材（操作部材）
８２ 反強磁性層
８３ 固定磁性層
８４、８８ 非磁性材料層
８５ フリー磁性層
８６ 保護層
８７ 磁性層
１００ 折畳み式携帯電話
１０１ 磁石
１０２ 第１部材
１０３ 第２部材

Claims (5)

1. （＋）方向の外部磁界及び前記（＋）方向と逆方向の（−）方向の外部磁界の各磁界強度変化に対して、電気的特性が変化するセンサ部と、前記センサ部に接続され、前記電気的特性の変化に基づき（＋）磁界検出信号及び（−）磁界検出信号を生成して出力する集積回路とを備え、
   前記集積回路には２つの出力端子と、一対の切換端子を備えたモード切換回路が設けられ、
   前記モード切換回路では、前記切換端子間の短絡状態、あるいは非短絡状態により、一方の前記出力端子から、前記（＋）磁界検出信号、及び前記（−）磁界検出信号の双方を出力させる１出力モードと、一方の出力端子から前記（＋）磁界検出信号を、他方の出力端子から前記（−）磁界検出信号を夫々出力させる２出力モードとに切換可能となっており、
   前記短絡状態、および前記非短絡状態は外部から調整可能となっていることを特徴とする磁気検出装置。
2. 前記切換端子は、装置表面に露出して設けられ、前記切換端子間の電気的接続、あるいは非接続により、前記短絡状態あるいは前記非短絡状態に調整される請求項１記載の磁気検出装置。
3. 前記切換端子との対向面が導電性である操作部材が装置表面に露出して設けられ、前記操作部材の操作により、前記操作部材を介した前記切換端子間の短絡状態、あるいは、前記操作部材が前記切換端子間から離れた非短絡状態に調整される請求項１記載の磁気検出装置。
4. 前記センサ部は、（＋）方向の外部磁界の磁界強度変化に基づいて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第１磁気抵抗効果素子を有する（＋）磁界検出用の第１回路部と、
   前記（＋）方向とは逆方向の（−）方向の外部磁界の磁界強度変化に基づいて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した第２磁気抵抗効果素子を有する（−）磁界検出用の第２回路部とを有して構成される請求項１記載の磁気検出装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載された磁気検出装置を内臓した電気製品であって、
   前記磁気検出装置は前記１出力モードに調整され、前記（＋）磁界検出信号及び（−）磁界検出信号の双方が出力される出力端子が、機器側の回路基板に接続される構成、あるいは、前記磁気検出装置は前記２出力モードに調整され、前記（＋）磁界検出信号が出力される出力端子、及び（−）磁界検出信号が出力される出力端子の双方がそれぞれ機器側の回路基板に接続される構成、または、前記磁気検出装置は前記２出力モードに調整され、前記（＋）磁界検出信号が出力される出力端子、及び（−）磁界検出信号が出力される出力端子のどちらか一方のみが機器側の回路基板に接続される構成のいずれかが選択されていることを特徴とする電気製品。

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