動力発生装置、音響再生装置、インジェクション装置、位置制御装置、光スイッチング装置
【課題】電磁力利用の動力発生装置に関し低消費電力化・部品点数の削減を図る。
【解決手段】例えばＭＴＪ素子（磁気トンネル接合素子）などの磁気メモリ素子を利用した動力発生装置とする。磁気メモリ素子は磁化状態が平行状態のときに漏洩磁界が生じるため、当該漏洩磁界を永久磁石に作用させて動力を発生する。動力の発生は磁気メモリ素子に値を書き込むことで可能となるため、駆動信号としては符号”０””１”の組み合わせで成るデジタル信号を用いることができる。これによりＤ／Ａコンバータを不要とでき部品点数の削減が図られる。また磁気メモリ素子は一度電流を流して値を書き込めば平行状態／反平行状態を維持するものであり、従って動力を継続して得るにあたり電力を与え続ける必要性はなく、この面で低消費電力化が図られる。
【解決手段】例えばＭＴＪ素子（磁気トンネル接合素子）などの磁気メモリ素子を利用した動力発生装置とする。磁気メモリ素子は磁化状態が平行状態のときに漏洩磁界が生じるため、当該漏洩磁界を永久磁石に作用させて動力を発生する。動力の発生は磁気メモリ素子に値を書き込むことで可能となるため、駆動信号としては符号”０””１”の組み合わせで成るデジタル信号を用いることができる。これによりＤ／Ａコンバータを不要とでき部品点数の削減が図られる。また磁気メモリ素子は一度電流を流して値を書き込めば平行状態／反平行状態を維持するものであり、従って動力を継続して得るにあたり電力を与え続ける必要性はなく、この面で低消費電力化が図られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気メモリ素子を利用した動力発生装置と、当該動力発生装置を利用した音響再生装置、インジェクション装置、位置制御装置、及び光スイッチング装置に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】特開平９−２３３８００号公報
【特許文献２】特開２００７−２１８２４１号公報
【背景技術】
【０００３】
従来、例えばボイスコイルモータなどの電磁力を利用した動力発生装置が広く普及している。これらの動力発生装置では、駆動コイルに電流を流し磁界を発生させて駆動力を得るようにされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の動力発生装置は、電力を与え続けなければ、動力を発生し続けることはできない。この点を改善できれば、低消費電力化面で大きく前進することができる。
【０００５】
また、従来の動力発生装置では、制御信号をデジタル信号により生成しても、動力発生装置を駆動するドライバに対しては当該制御信号をＤ／Ａ変換して与える構成が一般的である。つまり、Ｄ／Ａコンバータが介在する分、駆動部の小型化・部品点数の削減の面で不利となり、製品コストの削減の妨げとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本技術は、上記問題点の解決を課題とするものであり、動力発生装置を以下のように構成する。
すなわち、本技術の動力発生装置は、磁気メモリ素子と、上記磁気メモリ素子に対して入力信号の符号”０””１”に応じた方向の電流を流すことで上記磁気メモリ素子の磁化状態を平行／反平行に変化させる素子駆動部とを備える。
さらに、磁性体を有し、上記磁化状態が平行状態のときに上記磁気メモリ素子に生じる漏洩磁界に応じて上記磁性体が駆動されるように構成されることで、上記磁性体の運動に応じた動力を生じる動力発生部を備えるものである。
【０００７】
ここで、上記磁気メモリ素子とは、書込電流／反転電流が流されることで磁化の方向が変化する記憶層（磁化自由層）と、上記書込電流／反転電流によっては磁化の方向が変化しないように構成された磁化固定層（参照層）とを少なくとも有し、上記磁化固定層の磁化方向に対する上記記憶層の磁化方向の変化により電気的な抵抗値の変化を生じ、該抵抗値の変化により異なる値の保持状態を示すように構成された素子を指すものである。
このような磁気メモリ素子は、上記磁化固定層と上記記憶層とで磁界の向きが一致する状態（いわゆる平行状態）のとき、漏洩磁界が生じる。一方、上記磁化固定層と上記記憶層とで磁界の向きが反対である状態（いわゆる反平行状態）では、互いに磁界を打ち消し合うことで漏洩磁界は生じないものとなる。前者の平行状態のときに発生する漏洩磁界に応じて上記磁性体が駆動されることで、動力が生じるものである。
このとき、磁気メモリ素子は、一度これに値を書き込めば（つまり上記書込電流又は反転電流としての電流を流せば）、上記の反平行状態又は平行状態を維持するものである。すなわち、一度電流を流して上記の平行状態に遷移させた後は、上記漏洩磁界が生じ続けるものとなる。このことからも理解されるように、磁気メモリ素子を用いた本技術の動力発生装置によれば、動力を継続して得るにあたり、電力を与え続ける必要性はないものとできる。つまりこの面で、低消費電力化を図ることが可能となる。
また、値の書き換え、すなわち上記反平行状態／平行状態の切り替えは、上記書込電流／反転電流を与えさえすればよく、符号”０””１”の組み合わせで成るデジタル信号による駆動が可能である。つまり、駆動にあたってＤ／Ａコンバータを介在させる必要性はなく、この点で部品点数の削減、回路構成の簡易化が図られる。
また、磁気メモリ素子は高速書き換えが可能であり、従って磁気メモリ素子を用いた本技術の動力発生装置によれば、高速応答が可能で、広帯域の動作を実現できる。
【発明の効果】
【０００８】
本技術によれば、低消費電力で且つ簡易な構成による動力発生装置を実現できる。
さらに、本技術によれば、高速応答が可能で、広帯域の動作が可能な動力発生装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態の動力発生装置の第１の構成例を示した図である。
【図２】磁気メモリ素子の記憶原理について説明するための図である。
【図３】実施の形態の動力発生装置の動力発生原理について説明するための図である。
【図４】実施の形態の動力発生装置の第２の構成例を示した図である。
【図５】第２の構成例における各部の動作波形を示したタイミングチャートである。
【図６】より大きな駆動力を得るための構成例について説明するための図である。
【図７】実施の形態の動力発生装置を適用した音響再生装置の構成を示した図である。
【図８】従来のフルデジタル音響再生装置の構成を示した図である。
【図９】実施の形態の動力発生装置を適用したマイクロインジェクタの構成を示した図である。
【図１０】実施の形態の動力発生装置を適用したサーボ制御ユニットの構成を示した図である。
【図１１】実施の形態の動力発生装置を適用した光スイッチの構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本技術に係る実施の形態について説明していく。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
＜１．実施の形態の動力発生装置＞
［1-1．第１の構成例］
［1-2．第２の構成例］
［1-3．駆動力を大とするための構成例］
＜２．実施の形態の動力発生装置の適用例＞
［2-1．音響再生装置（マイクロスピーカ）］
［2-2．マイクロインジェクタ］
［2-3．サーボ制御システム］
［2-4．光スイッチ］
＜３．変形例＞
【００１１】
＜１．実施の形態の動力発生装置＞
［1-1．第１の構成例］
図１は、実施の形態の動力発生装置の第１の構成例を示している。
先ず、本実施の形態では、磁気メモリ素子として、いわゆるＭＴＪ素子（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）を用いる。
【００１２】
ここで、メモリ素子としては、ＮＯＲフラッシュメモリ、ＤＲＡＭなどが現在広く普及しているが、これらに代わる次世代のメモリ素子として、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）、ＰＣＲＡＭ（Phase-Change Random Access Memory）などの開発が進められ、一部は既に実用化されている。
【００１３】
なかでもＭＲＡＭは、磁性体の磁化方向によりデータ記憶を行うために、高速かつほぼ無限（１０15回以上）の書換えが可能であり、既に産業オートメーションや航空機などの分野で使用されている。
【００１４】
ＭＲＡＭには、磁気メモリ素子の近傍に配置した配線に電流を流すことで生じる電流磁界を、磁気メモリ素子に対して印加して磁化方向を変化させる（つまり記憶値を変化させる）電流磁界印加方式のものと、磁気メモリ素子に対して直接電流を流して磁化方向を変化させる磁化反転方式のものとに大別できる。
これらのうち、後者の磁化反転方式には、いわゆるスピントルク磁化反転方式があり、当該スピントルク磁化反転方式は低消費電力化等の面で有利であることが知られている。
【００１５】
ここで、スピントルク磁化反転方式は、磁化方向が固定された磁化固定層を通過するスピン偏極電子が、記憶層（磁化方向が可変とされた磁性層：自由層とも呼ばれる）に進入する際に当該記憶層にトルクを与えること（これをスピントランスファトルクとも呼ぶ）を利用したもので、これら磁化固定層・記憶層が積層される方向に所定閾値以上の電流を流すことで、記憶層の磁化方向が反転するという性質を利用している。このとき、記憶情報としての”０””１”の書換えは、上記電流の極性を変えることにより行われる。
【００１６】
なお、スピントルク磁化反転を利用したＭＲＡＭは、ＳＴ−ＭＲＡＭ（Spin Torque-Magnetic Random Access Memory）と呼ばれる。また、スピントルク磁化反転は、スピン注入磁化反転とも呼ばれる。
【００１７】
スピントルク磁化反転方式では、磁気メモリ素子として、前述の電流磁界印加方式の場合と同じくＭＴＪ素子（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）を用いる場合が多い。
ここで、ＭＴＪ素子は、例えば下記の参考文献にも記載されるように、記憶層と磁化固定層との間に配される中間層として、絶縁体薄膜で構成された絶縁層を有し、当該絶縁層を設けたことによる磁気トンネル接合効果により、高い磁気抵抗変化率（ＭＲ比）を実現できる（特に参考文献１の［０００２］〜［０００８］などを参照）。
・参考文献１：特開２００２−３１４１６４号公報
・参考文献２：特開２００８−２２７３８８号公報
【００１８】
図１においては、このようなＭＴＪ素子による磁気メモリ素子を、ＭＴＪ１と表記している。
ＭＴＪ１に対しては、図中の駆動部２により、入力信号に応じた駆動電流が流される。具体的にこの場合の駆動電流は、ＭＴＪ１を構成する前述の磁化固定層、中間層（絶縁層）、記憶層の積層方向に対して流される（図中の電流Ｉ-p、電流Ｉ-ap）。
【００１９】
また、本実施の形態の動力発生装置には、永久磁石３、及びこれを壁面５との間に懸架するバネ４とが設けられる。ここで壁面５は、例えば当該動力発生装置を内蔵する装置の筐体側に連接された面であり、ＭＴＪ１との相対的な位置関係は固定である。
【００２０】
このような構成においては、駆動部２が入力信号に応じた駆動電流をＭＴＪ１に流すことに応じて、ＭＴＪ１において漏洩磁界が生じ、当該漏洩磁界の発生に応じ永久磁石３が壁面５側に駆動される。すなわち、動力が発生するものである。
以下、このような実施の形態の動力発生装置の動作原理について図２及び図３を参照して説明する。
【００２１】
先ず図２により、ＭＴＪ１の記憶原理について説明しておく。
図示するようにＭＴＪ１は、磁化固定層１Ａと、記憶層１Ｂと、これらの間に設けられた中間層としての絶縁層１Ｃとを少なくとも有する。
ここで、磁化固定層１Ａの磁化の向きＭ_sは、例えば図のように紙面右方向に固定されているとする。
【００２２】
ＭＴＪ１の積層方向に流れる電流として、例えば図２（ａ）に示すように紙面下方向への電流Ｉ-pが流れると、自由層としての記憶層１Ｂの磁化の向きＭ_fは、図２（ａ）に示されるように磁化固定層１Ａの磁化の向きと同方向に変化する（いわゆる平行状態）。
一方、ＭＴＪ１に対し図２（ｂ）に示すような紙面上方向への電流Ｉ-ap（つまり電流Ｉ-pと逆極性の電流）が流されると、記憶層１Ｂの磁化の向きＭ_fが図２（ａ）の場合から反転することとなる（いわゆる反平行状態）。
このとき、記憶層１Ｂの磁化方向Ｍ_fの反転は、電流Ｉ-ap（又は電流Ｉ-p）として所定閾値を超える電流を流すことで生じるものとなる。
【００２３】
図２（ａ）に示す平行状態と図２（ｂ）に示す反平行状態とでは、いわゆる磁気抵抗効果により、ＭＴＪ１の電気的抵抗値の差が生じる。このような抵抗値の差により、符号”１”の保持状態と符号”０”の保持状態との差が示されるものである。
ここで、図２（ａ）の状態を符号”１”の記憶状態、図２（ｂ）の状態を符号”０”としたとき、電流Ｉ-pは書込電流、電流Ｉ-apは反転電流と言うことができる。
【００２４】
図３は、実施の形態の動力発生装置の動力発生原理について説明するための図である。
図３（ａ）はＭＴＪ１の磁化が平行状態（符号”１”の記憶状態）にある場合、図３（ｂ）は反平行状態（符号”０”の記憶状態）にある場合をそれぞれ示している。
【００２５】
図３（ａ）において、ＭＴＪ１の磁化が平行状態のときは、磁化固定層１Ａの磁化の向きＭ_sと記憶層１Ｂの磁化の向きＭ_fとが一致しており、ＭＴＪ１に漏洩磁界が生じる。このため、図のように永久磁石３が壁面５側に駆動される（つまりＭＴＪ１から遠ざかるように駆動される）。
一方、図３（ｂ）の反平行状態では、磁化固定層１Ａの磁化の向きＭ_sに対し記憶層１Ｂの磁化の向きＭ_fが逆方向となることで、互いの磁界が打ち消し合い、ＭＴＪ１の漏洩磁界は大幅に小となる（或いは生じない）。従ってこの場合は、バネ４の応力により、永久磁石３はＭＴＪ１に近づく方向に駆動される。
【００２６】
このようにして、ＭＴＪ１に対する符号”０””１”の書き込み（書き換え）により、永久磁石３の往復運動を得ることができる。すなわち、動力を生じることができる。
【００２７】
ここで、上記の説明からも理解されるように、本例の場合、永久磁石３を壁面５側に駆動するためには、ＭＴＪ１に電流Ｉ-pを流して符号”１”を書き込めば良く、また永久磁石３をＭＴＪ１側に駆動するにはＭＴＪ１に電流Ｉ-apを流して符号”０”を書き込めばよい。
このことに応じこの場合の駆動部２は、入力信号の符号”１”（例えばHigh）に応じてはＭＴＪ１に電流Ｉ-pを流し（正極性の駆動電圧を印加し）、入力信号の符号”０”（例えばHigh）に応じてはＭＴＪ１に電流Ｉ-apを流す（負極性の駆動電圧を印加する）ように構成される。
【００２８】
上記のような実施の形態としての動力発生装置によれば、一度ＭＴＪ１に値を書き込めば（つまり書込電流又は反転電流としての電流Ｉを流せば）、上述の平行状態又は反平行状態が維持されることとなるため、一度ＭＴＪ１に電流Ｉ-apを流して平行状態に遷移させた後は、漏洩磁界が生じ続けるものとなる。従って本実施の形態の動力発生装置によれば、永久磁石３に対し継続して駆動力を印加し続けるにあたり（つまり継続的な動力を得るにあたり）、ＭＴＪ１に電力を与え続ける必要性はないものとできる。つまりこの面で、低消費電力化を図ることが可能となる。
【００２９】
また、値の書き換え、すなわち平行状態／反平行状態の切り替えにあたっては、上記書込電流／反転電流として所定の閾値を超える電流を与えればよく、デジタル信号（２値信号）による駆動が可能である。つまり、駆動にあたってＤ／Ａコンバータを介在させる必要性はなく、この点で部品点数の削減、回路構成の簡易化、低コスト化が図られる。
【００３０】
ここで、ＭＴＪ１を始めとする磁気メモリ素子は、電流量（或いは磁気印加型の場合は磁力）が或る閾値を超えたときにのみ値の変化が有効となる特性を有する。この特性より、磁気メモリ素子を用いた本実施の形態の動力発生装置は、ノイズ耐性に優れるというメリットも有する。
【００３１】
また、前述のように磁気メモリ素子は高速書き換えが可能であり、従って磁気メモリ素子を用いた本実施の形態の動力発生装置によれば、高速応答が可能で、且つ広帯域の動作が可能である。
【００３２】
なお確認のために述べておくと、本技術で用いる磁気メモリ素子としては、ＭＴＪ１のような、記憶層と磁化固定層との間に絶縁層を備える磁気トンネル接合素子に限定されるものではない。
ここで、本技術における磁気メモリ素子とは、書込電流／反転電流が流されることで磁化の方向が変化する記憶層（磁化自由層）と、上記書込電流／反転電流によっては磁化の方向が変化しないように構成された磁化固定層（参照層）とを少なくとも有し、上記磁化固定層の磁化方向に対する上記記憶層の磁化方向の変化により電気的な抵抗値の変化を生じ、該抵抗値の変化により異なる値の保持状態を示すように構成された素子であればよい。
【００３３】
ここで、実施の形態の動力発生装置において、永久磁石３の駆動手法としては、当該永久磁石３の位置を単純に上限位置／下限位置の２値で変位させる２値駆動と、ＰＷＭ（Pules Width Modulation）やＰＤＭ（Pulse Density Modulation）信号などのいわゆる１ビットデジタル信号を用いて、永久磁石３の駆動量を調整可能とする変位量可変駆動との２種を挙げることができる。
これらの駆動手法の選択は、例えばバネ４の懸架手法により行うことができる。
具体的に、上記２値駆動の場合には、バネ４として比較的応答速度の早い特性のものを用いるなどして、単純にＭＴＪ１が平行状態のときは永久磁石３が壁面５に最も近づく位置（上限位置）に、また反平行状態のときは永久磁石３がＭＴＪ１に最も近づく位置（下限位置）となるように構成すればよい。
【００３４】
一方、上記変位量可変駆動の場合は、例えばパルスデューティ又はパルス密度が５０％の状態、換言すれば、ＰＷＭ信号又はＰＤＭ信号の１周期としての単位時間内でＭＴＪ１が平行状態、反平行状態となる時間長が半々となる状態において、永久磁石３が中間位置となる（つまり永久磁石３の運動の平衡点が得られる）ように、バネ４の選定（例えばダンピング特性など）を行うものとすればよい。
【００３５】
［1-2．第２の構成例］
続いて、本実施の形態の動力発生装置の第２の構成例について説明する。
第２の構成例は、ＭＴＪ１の駆動を単極駆動により実現するものである。
図４は、第２の構成例としての動力発生装置の構成例を示している。なお図４において、既にこれまでで説明済みとなった部分と同様の部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図示するように第２の構成例では、第１の構成例の場合に備えられていた駆動部２に代えて駆動部２’が設けられ、またＭＴＪ１に対して直列にコンデンサＣ１が接続される。
図のようにコンデンサＣ１は、ＭＴＪ１とアース（ＧＮＤ）との間に挿入されている。
【００３７】
この場合の駆動部２’は、入力信号がHighのときに、［ＭＴＪ１-コンデンサＣ１］直列接続回路に対して電流Ｉ-p（書込電流）を流すように構成される。
【００３８】
図５は、第２の構成例における各部の動作波形を示したタイミングチャートである。具体的には、図４に示す入力信号、コンデンサＣ１の放電電流、ＭＴＪ１の磁化状態のそれぞれについての波形を示している。
なおこの図では入力信号がＰＷＭ信号とされた場合を例示している。
また図５において、ＭＴＪ１の磁化状態は図中「Ｐ」が平行状態、「ＡＰ」が反平行状態を表す。
【００３９】
図５において、入力信号がHighのときは、駆動部２’により書込電流としての電流Ｉ-pが［ＭＴＪ１-コンデンサＣ１］直列接続回路に流される。これによっては、ＭＴＪ１が平行状態（Ｐ）に変化すると共に、この場合は、コンデンサＣ１に対する充電も行われることになる。
【００４０】
入力信号がLowとなると、駆動部２’による電流Ｉ-pの供給が停止される。このことに応じて、コンデンサＣ１の放電が開始される。つまりこれにより、図４に示す電流Ｉ-ap、すなわちＭＴＪ１に対する反転電流が流されることになる。この結果、入力信号がLowの期間では、ＭＴＪ１の磁化状態は反平行状態（ＡＰ）となる。
【００４１】
このことからも理解されるように、ＭＴＪ１に対してコンデンサＣ１を直列接続した第２の構成例によれば、コンデンサＣ１の放電によって反転電流である電流Ｉ-apをＭＴＪ１に対し流すことができるため、駆動部２’としては、第１の構成例の場合のように反転電流を流すための負極性側の駆動を行う必要は無い。すなわち、入力信号がHighの期間に対応して書込電流（Ｉ-p）を流すための正極性側の駆動さえ行えばよいものである。
このとき、入力信号がLowの期間においては、駆動部２’による出力信号レベルは０レベル（ＧＮＤレベル）でよく、従って該期間での消費電力が削減される。
【００４２】
ここで、コンデンサＣ１の静電容量（キャパシタンス）は、ＭＴＪ１の平行状態→反平行状態への変化を生じさせる電荷の総量に応じた値に設定する。例を挙げると、例えばＭＴＪ１が直径１００nm程度のサイズであれば、適正な反転電流のレベルは１００μＡ程度が要求される。これをパルスとして与えた場合、２０ns程度で反転が完結することとなる。この際に印加される電圧は１．２Ｖ程度であり、従って必要となるＣ１の静電容量は、Ｃ＝ＱＶより、１２０ｆＦと見積もることができる。
なお、この条件での駆動周波数の上限は５００ＭHz程度と計算できる。
【００４３】
［1-3．駆動力を大とするための構成例］
ここで、実施の形態の動力発生装置の用途によっては、ＭＴＪ１が１つのみでは十分な駆動力が得られないとされる場合も想定され得る。そのような場合には、例えば次の図６に示すような構成を適宜採用することで、駆動力の調整を行うものとすればよい。
なおこの図６では第２の構成例のようにコンデンサＣ１を接続する構成を前提とした場合を例示しているが、もちろん第１の構成例を採用する場合にも好適に適用できるものである。
【００４４】
図６（ａ）は、［ＭＴＪ-コンデンサＣ１］直列接続回路を１つの基板６上に複数並列に設けた構成である。
また図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した基板６を複数積層した積層体７とすることで、所望の駆動力を得るようにした構成である。
【００４５】
＜２．実施の形態の動力発生装置の適用例＞
上記により説明した実施の形態としての動力発生装置の具体的な適用例について、以下に幾つかの例を挙げる。
なお、以下の各適用例では、実施の形態の動力発生装置として、図４に示した第２の構成例（［ＭＴＪ１-コンデンサＣ１］直列接続回路を備えるもの）の動力発生装置を用いる場合を例示するが、もちろん、第１の構成例の動力発生装置も用いることができる。
【００４６】
［2-1．音響再生装置（マイクロスピーカ）］
図７は、実施の形態の動力発生装置を適用した音響再生装置の構成を示している。
先ず、図中のＤＳＰ（Digital Signal Processor）８は、入力される音声信号（例えばリニアＰＣＭ等のデジタル音声信号）に対し、イコライジング処理や例えばリバーブ効果等の各種音響効果等を与えるための音声信号処理を施すことが可能に構成される。
ＤＳＰ８による音声信号処理が施された音声信号は、ΔΣ変調器９によるΔΣ変調を受け、ＰＷＭ信号に変換される。
【００４７】
ΔΣ変調器９により得られたＰＷＭ信号は、［ＭＴＪ１-コンデンサＣ１］直列接続回路を備えたマイクロスピーカ１０に対して供給される。
マイクロスピーカ１０は、［ＭＴＪ１-コンデンサＣ１］直列接続回路と、ＭＴＪ１の近傍に配置された放音部１０Ａとを備えている。
【００４８】
図示は省略したが、放音部１０Ａは、ＭＴＪ１の近傍に配置された永久磁石（マグネット）と、当該永久磁石がＭＴＪ１の漏洩磁界に応じて駆動されることで生じる動力により振動し音声を発する振動板とを備えて構成される。
この場合、上記振動板を振動させるための構成としては、図１や図４に示したようにバネ４により懸架した上記永久磁石の動力を利用して振動を与える構成とすることもできるし、或いは、上記振動板に直接上記永久磁石を固着して振動を与える構成とすることもできる。後者の構成が採られる場合、上記振動板がバネ４としての機能、すなわちＭＴＪ１が反平行状態のときに上記永久磁石をＭＴＪ１側に押し戻す弾性体としての機能も担うことになる。
【００４９】
なお本適用例の場合、ΔΣ変調器９が、ＭＴＪ１を駆動するという意味で、先に説明した駆動部２’に相当するものとなる。
【００５０】
ここで、図８は、従来のフルデジタル音響再生装置の構成を示している。
この図８に示されるように、従来のフルデジタル音響再生装置は、ΔΣ変調器９で得られたＰＷＭ信号に基づき、スイッチングアンプ１１が入力電圧Ｖinをスイッチングし、このスイッチング出力をＬＰＦ（ローパスフィルタ）１２を介して得た信号により、スピーカ１３を駆動するものとしている。
【００５１】
このような従来のフルデジタル音響再生装置の構成によれば、出力段においてＤ／Ａ変換器が不要となるものの、図７に示した構成と比較すると、スイッチングアンプ１１とＬＰＦ１２とを要することが分かる。つまりこの点からも理解されるように、本実施の形態の動力発生装置を適用した音響再生装置によれば、従来のフルデジタル音響再生装置との比較でも、構成の簡略化、ひいては部品点数の削減や小型化、さらには製品コストの削減が図られるものとなる。
また、スイッチングアンプ部１１やＬＰＦ１２が不要であれば、その分、高効率化、低ノイズ化を図ることができる。
【００５２】
なお確認のため述べておくと、本適用例の場合は、放音部１０Ａ内の永久磁石についての駆動手法として、前述の変位量可変駆動が実現されるように構成することとなる。
【００５３】
［2-2．マイクロインジェクタ］
図９は、実施の形態の動力発生装置を適用したマイクロインジェクタ２０の構成を示している。
図示するようにマイクロインジェクタ２０内には、［ＭＴＪ１-コンデンサＣ１］直列接続回路、永久磁石３、バネ４と共に、噴射口を有する噴射部２１と、当該噴射部２１の上記噴射口を開／閉するためのスライド蓋２２とが設けられる。
図のように、スライド蓋２２は、その一端側が永久磁石３と接続され、その他端側がバネ４を介して壁面５側に連接されている。
駆動部２’によるＭＴＪ１の駆動に応じて永久磁石３の位置が紙面の左右方向において変位することで、これに連動してスライド蓋２２も紙面左右方向に変位し、結果、噴射部２２の噴射口を開／閉することができる。
【００５４】
なお、本適用例の場合、永久磁石３の駆動手法としては、前述の２値駆動と変位量可変駆動の何れかを採ることが考えられる。すなわち、単純に上記噴射口の開状態／閉状態を２者択一的に切り替えるのであれば、前述の２値駆動を採用すればよく、また噴射量の調整を可能とするのであれば、前述の変位量可変駆動を採用すればよい。
【００５５】
［2-3．サーボ制御システム］
図１０は、実施の形態の動力発生装置を適用したサーボ制御ユニット２５の構成を示している。
図示するようにサーボ制御ユニット２５においては、先の図４に示した動力発生装置と同様に［ＭＴＪ１-コンデンサＣ１］直列接続回路、永久磁石３、バネ４が設けられた上で、永久磁石３の動力により駆動される所定の駆動対象物２６と、当該駆動対象物２６の位置と当該駆動対象物２６の目標位置との誤差を検出するように構成された位置検出部２７と、サーボフィルタ２８と、ＰＷＭ変調器２９とが設けられる。
位置検出部２７による検出信号は、フィードバック信号としてサーボフィルタ２８に入力される。サーボフィルタ２８は、上記フィードバック信号に所定のフィルタ処理（サーボ演算）を施すことにより、駆動対象物２６の位置を上記目標位置に一致させるためのサーボ信号を生成する。
ＰＷＭ変調器２９は、サーボフィルタ２８にて得られた上記サーボ信号をＰＷＭ変調し、これにより得られたＰＷＭ信号によりＭＴＪ１を駆動する。具体的には、ＰＷＭ信号がHighの期間に対応して流されるべき電流Ｉ-pのみを流すようにＭＴＪ１を駆動する。
【００５６】
このような構成により、駆動対象物２６の位置を上記目標位置で一定とするためのサーボ制御（フィードバック制御）が実現される。
【００５７】
ここで、上記による説明では、サーボ制御ユニット２５の具体的な適用例については言及していないが、例えば一例として、光ディスクシステムにおけるサーボ制御ユニットとする場合には、駆動対象物２６は対物レンズに相当するものとなり、位置検出部２７はトラッキングエラー信号又はフォーカスエラー信号等のエラー信号を生成するための部位（光ディスクからの反射光を受光するフォトディテクタ、及び受光信号からエラー信号を算出する演算部などから成る）に相当するものとなる。
【００５８】
なお、図１０では駆動対象物２６が永久磁石３に直接接続されるものとして示しているが、もちろん、駆動対象物２６を何らかの部材を介して永久磁石３に連接する構成とすることもできる。
【００５９】
［2-4．光スイッチ］
図１１は、実施の形態の動力発生装置を適用した光スイッチ３０の構成を示している。
光スイッチ３０において、駆動部２’、ＭＴＪ１、コンデンサＣ１、永久磁石３、及びバネ４については、図４の場合と同様に設けられる。
この場合は、図中の光路３２により導かれる光を、光路３３Ａ又は光路３３Ｂの何れかにスイッチングするためのメカ機構として、可動スイッチ３１が設けられている。
【００６０】
可動スイッチ３１は、永久磁石３の紙面左右方向への変位に応じた動力が印加されることで、光路３２により導かれる光を光路３３Ａ又は光路３３Ｂの何れかに択一的に導くように構成されている。すなわち、光路３３Ａと光路３３Ｂのうち何れか一方を選択するように構成されている。
【００６１】
本適用例の場合、永久磁石３の駆動手法としては前述の２値駆動を採用すればよい。
【００６２】
＜３．変形例＞
以上、本技術に係る実施の形態について説明したが、本技術は、これまでで説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えばこれまでの説明では、動力発生装置が永久磁石３を懸架するバネ４を有するものとしたが、本技術の動力発生装置は必ずしもバネ４を有する必要はない。例えば、ＭＴＪ１によって永久磁石３を重力が作用する方向とは逆方向に駆動するように構成した場合には、少なくとも永久磁石３の下限位置を定めるストッパを設けておくことで、前述の２値駆動、或いは変位量可変駆動を実現可能となる。
【００６３】
またこれまでの説明では、磁気メモリ素子の磁化方向が面内に平行な方向に設定される場合を例示したが、磁気メモリ素子の磁化方向は面内に垂直な方向に設定することもできる。
【００６４】
また、本技術に係る動力発生装置の適用例は上記によるものに限定されるものではなく、あくまで代表的な例を示したものに過ぎない。例えば、光スイッチ３０以外の各種スイッチや、各種アクチュエータへの適用が可能である。またモータや発電機などへの適用も可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１ ＭＴＪ、１Ａ 磁化固定層、１Ｂ 記憶層、１Ｃ 絶縁層、Ｍ_s,Ｍ_f 磁化方向、２,２’ 駆動部、３ 永久磁石、４ バネ、５ 壁面、Ｃ１ コンデンサ、６ 基板、７ 積層体、８ ＤＳＰ、９ ΔΣ変調器、１０ マイクロスピーカ、１０Ａ 放音部、２０ マイクロインジェクタ、２１ 噴射部、２２ スライド蓋、２５ サーボ制御ユニット、２６ 駆動対象物、２７ 位置検出部、２８ サーボフィルタ、２９ ＰＷＭ変調器、３０ 光スイッチ、３１ 可動スイッチ、３２,３３Ａ,３３Ｃ 光路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気メモリ素子を利用した動力発生装置と、当該動力発生装置を利用した音響再生装置、インジェクション装置、位置制御装置、及び光スイッチング装置に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】特開平９−２３３８００号公報
【特許文献２】特開２００７−２１８２４１号公報
【背景技術】
【０００３】
従来、例えばボイスコイルモータなどの電磁力を利用した動力発生装置が広く普及している。これらの動力発生装置では、駆動コイルに電流を流し磁界を発生させて駆動力を得るようにされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の動力発生装置は、電力を与え続けなければ、動力を発生し続けることはできない。この点を改善できれば、低消費電力化面で大きく前進することができる。
【０００５】
また、従来の動力発生装置では、制御信号をデジタル信号により生成しても、動力発生装置を駆動するドライバに対しては当該制御信号をＤ／Ａ変換して与える構成が一般的である。つまり、Ｄ／Ａコンバータが介在する分、駆動部の小型化・部品点数の削減の面で不利となり、製品コストの削減の妨げとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本技術は、上記問題点の解決を課題とするものであり、動力発生装置を以下のように構成する。
すなわち、本技術の動力発生装置は、磁気メモリ素子と、上記磁気メモリ素子に対して入力信号の符号”０””１”に応じた方向の電流を流すことで上記磁気メモリ素子の磁化状態を平行／反平行に変化させる素子駆動部とを備える。
さらに、磁性体を有し、上記磁化状態が平行状態のときに上記磁気メモリ素子に生じる漏洩磁界に応じて上記磁性体が駆動されるように構成されることで、上記磁性体の運動に応じた動力を生じる動力発生部を備えるものである。
【０００７】
ここで、上記磁気メモリ素子とは、書込電流／反転電流が流されることで磁化の方向が変化する記憶層（磁化自由層）と、上記書込電流／反転電流によっては磁化の方向が変化しないように構成された磁化固定層（参照層）とを少なくとも有し、上記磁化固定層の磁化方向に対する上記記憶層の磁化方向の変化により電気的な抵抗値の変化を生じ、該抵抗値の変化により異なる値の保持状態を示すように構成された素子を指すものである。
このような磁気メモリ素子は、上記磁化固定層と上記記憶層とで磁界の向きが一致する状態（いわゆる平行状態）のとき、漏洩磁界が生じる。一方、上記磁化固定層と上記記憶層とで磁界の向きが反対である状態（いわゆる反平行状態）では、互いに磁界を打ち消し合うことで漏洩磁界は生じないものとなる。前者の平行状態のときに発生する漏洩磁界に応じて上記磁性体が駆動されることで、動力が生じるものである。
このとき、磁気メモリ素子は、一度これに値を書き込めば（つまり上記書込電流又は反転電流としての電流を流せば）、上記の反平行状態又は平行状態を維持するものである。すなわち、一度電流を流して上記の平行状態に遷移させた後は、上記漏洩磁界が生じ続けるものとなる。このことからも理解されるように、磁気メモリ素子を用いた本技術の動力発生装置によれば、動力を継続して得るにあたり、電力を与え続ける必要性はないものとできる。つまりこの面で、低消費電力化を図ることが可能となる。
また、値の書き換え、すなわち上記反平行状態／平行状態の切り替えは、上記書込電流／反転電流を与えさえすればよく、符号”０””１”の組み合わせで成るデジタル信号による駆動が可能である。つまり、駆動にあたってＤ／Ａコンバータを介在させる必要性はなく、この点で部品点数の削減、回路構成の簡易化が図られる。
また、磁気メモリ素子は高速書き換えが可能であり、従って磁気メモリ素子を用いた本技術の動力発生装置によれば、高速応答が可能で、広帯域の動作を実現できる。
【発明の効果】
【０００８】
本技術によれば、低消費電力で且つ簡易な構成による動力発生装置を実現できる。
さらに、本技術によれば、高速応答が可能で、広帯域の動作が可能な動力発生装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態の動力発生装置の第１の構成例を示した図である。
【図２】磁気メモリ素子の記憶原理について説明するための図である。
【図３】実施の形態の動力発生装置の動力発生原理について説明するための図である。
【図４】実施の形態の動力発生装置の第２の構成例を示した図である。
【図５】第２の構成例における各部の動作波形を示したタイミングチャートである。
【図６】より大きな駆動力を得るための構成例について説明するための図である。
【図７】実施の形態の動力発生装置を適用した音響再生装置の構成を示した図である。
【図８】従来のフルデジタル音響再生装置の構成を示した図である。
【図９】実施の形態の動力発生装置を適用したマイクロインジェクタの構成を示した図である。
【図１０】実施の形態の動力発生装置を適用したサーボ制御ユニットの構成を示した図である。
【図１１】実施の形態の動力発生装置を適用した光スイッチの構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本技術に係る実施の形態について説明していく。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
＜１．実施の形態の動力発生装置＞
［1-1．第１の構成例］
［1-2．第２の構成例］
［1-3．駆動力を大とするための構成例］
＜２．実施の形態の動力発生装置の適用例＞
［2-1．音響再生装置（マイクロスピーカ）］
［2-2．マイクロインジェクタ］
［2-3．サーボ制御システム］
［2-4．光スイッチ］
＜３．変形例＞
【００１１】
＜１．実施の形態の動力発生装置＞
［1-1．第１の構成例］
図１は、実施の形態の動力発生装置の第１の構成例を示している。
先ず、本実施の形態では、磁気メモリ素子として、いわゆるＭＴＪ素子（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）を用いる。
【００１２】
ここで、メモリ素子としては、ＮＯＲフラッシュメモリ、ＤＲＡＭなどが現在広く普及しているが、これらに代わる次世代のメモリ素子として、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）、ＰＣＲＡＭ（Phase-Change Random Access Memory）などの開発が進められ、一部は既に実用化されている。
【００１３】
なかでもＭＲＡＭは、磁性体の磁化方向によりデータ記憶を行うために、高速かつほぼ無限（１０15回以上）の書換えが可能であり、既に産業オートメーションや航空機などの分野で使用されている。
【００１４】
ＭＲＡＭには、磁気メモリ素子の近傍に配置した配線に電流を流すことで生じる電流磁界を、磁気メモリ素子に対して印加して磁化方向を変化させる（つまり記憶値を変化させる）電流磁界印加方式のものと、磁気メモリ素子に対して直接電流を流して磁化方向を変化させる磁化反転方式のものとに大別できる。
これらのうち、後者の磁化反転方式には、いわゆるスピントルク磁化反転方式があり、当該スピントルク磁化反転方式は低消費電力化等の面で有利であることが知られている。
【００１５】
ここで、スピントルク磁化反転方式は、磁化方向が固定された磁化固定層を通過するスピン偏極電子が、記憶層（磁化方向が可変とされた磁性層：自由層とも呼ばれる）に進入する際に当該記憶層にトルクを与えること（これをスピントランスファトルクとも呼ぶ）を利用したもので、これら磁化固定層・記憶層が積層される方向に所定閾値以上の電流を流すことで、記憶層の磁化方向が反転するという性質を利用している。このとき、記憶情報としての”０””１”の書換えは、上記電流の極性を変えることにより行われる。
【００１６】
なお、スピントルク磁化反転を利用したＭＲＡＭは、ＳＴ−ＭＲＡＭ（Spin Torque-Magnetic Random Access Memory）と呼ばれる。また、スピントルク磁化反転は、スピン注入磁化反転とも呼ばれる。
【００１７】
スピントルク磁化反転方式では、磁気メモリ素子として、前述の電流磁界印加方式の場合と同じくＭＴＪ素子（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）を用いる場合が多い。
ここで、ＭＴＪ素子は、例えば下記の参考文献にも記載されるように、記憶層と磁化固定層との間に配される中間層として、絶縁体薄膜で構成された絶縁層を有し、当該絶縁層を設けたことによる磁気トンネル接合効果により、高い磁気抵抗変化率（ＭＲ比）を実現できる（特に参考文献１の［０００２］〜［０００８］などを参照）。
・参考文献１：特開２００２−３１４１６４号公報
・参考文献２：特開２００８−２２７３８８号公報
【００１８】
図１においては、このようなＭＴＪ素子による磁気メモリ素子を、ＭＴＪ１と表記している。
ＭＴＪ１に対しては、図中の駆動部２により、入力信号に応じた駆動電流が流される。具体的にこの場合の駆動電流は、ＭＴＪ１を構成する前述の磁化固定層、中間層（絶縁層）、記憶層の積層方向に対して流される（図中の電流Ｉ-p、電流Ｉ-ap）。
【００１９】
また、本実施の形態の動力発生装置には、永久磁石３、及びこれを壁面５との間に懸架するバネ４とが設けられる。ここで壁面５は、例えば当該動力発生装置を内蔵する装置の筐体側に連接された面であり、ＭＴＪ１との相対的な位置関係は固定である。
【００２０】
このような構成においては、駆動部２が入力信号に応じた駆動電流をＭＴＪ１に流すことに応じて、ＭＴＪ１において漏洩磁界が生じ、当該漏洩磁界の発生に応じ永久磁石３が壁面５側に駆動される。すなわち、動力が発生するものである。
以下、このような実施の形態の動力発生装置の動作原理について図２及び図３を参照して説明する。
【００２１】
先ず図２により、ＭＴＪ１の記憶原理について説明しておく。
図示するようにＭＴＪ１は、磁化固定層１Ａと、記憶層１Ｂと、これらの間に設けられた中間層としての絶縁層１Ｃとを少なくとも有する。
ここで、磁化固定層１Ａの磁化の向きＭ_sは、例えば図のように紙面右方向に固定されているとする。
【００２２】
ＭＴＪ１の積層方向に流れる電流として、例えば図２（ａ）に示すように紙面下方向への電流Ｉ-pが流れると、自由層としての記憶層１Ｂの磁化の向きＭ_fは、図２（ａ）に示されるように磁化固定層１Ａの磁化の向きと同方向に変化する（いわゆる平行状態）。
一方、ＭＴＪ１に対し図２（ｂ）に示すような紙面上方向への電流Ｉ-ap（つまり電流Ｉ-pと逆極性の電流）が流されると、記憶層１Ｂの磁化の向きＭ_fが図２（ａ）の場合から反転することとなる（いわゆる反平行状態）。
このとき、記憶層１Ｂの磁化方向Ｍ_fの反転は、電流Ｉ-ap（又は電流Ｉ-p）として所定閾値を超える電流を流すことで生じるものとなる。
【００２３】
図２（ａ）に示す平行状態と図２（ｂ）に示す反平行状態とでは、いわゆる磁気抵抗効果により、ＭＴＪ１の電気的抵抗値の差が生じる。このような抵抗値の差により、符号”１”の保持状態と符号”０”の保持状態との差が示されるものである。
ここで、図２（ａ）の状態を符号”１”の記憶状態、図２（ｂ）の状態を符号”０”としたとき、電流Ｉ-pは書込電流、電流Ｉ-apは反転電流と言うことができる。
【００２４】
図３は、実施の形態の動力発生装置の動力発生原理について説明するための図である。
図３（ａ）はＭＴＪ１の磁化が平行状態（符号”１”の記憶状態）にある場合、図３（ｂ）は反平行状態（符号”０”の記憶状態）にある場合をそれぞれ示している。
【００２５】
図３（ａ）において、ＭＴＪ１の磁化が平行状態のときは、磁化固定層１Ａの磁化の向きＭ_sと記憶層１Ｂの磁化の向きＭ_fとが一致しており、ＭＴＪ１に漏洩磁界が生じる。このため、図のように永久磁石３が壁面５側に駆動される（つまりＭＴＪ１から遠ざかるように駆動される）。
一方、図３（ｂ）の反平行状態では、磁化固定層１Ａの磁化の向きＭ_sに対し記憶層１Ｂの磁化の向きＭ_fが逆方向となることで、互いの磁界が打ち消し合い、ＭＴＪ１の漏洩磁界は大幅に小となる（或いは生じない）。従ってこの場合は、バネ４の応力により、永久磁石３はＭＴＪ１に近づく方向に駆動される。
【００２６】
このようにして、ＭＴＪ１に対する符号”０””１”の書き込み（書き換え）により、永久磁石３の往復運動を得ることができる。すなわち、動力を生じることができる。
【００２７】
ここで、上記の説明からも理解されるように、本例の場合、永久磁石３を壁面５側に駆動するためには、ＭＴＪ１に電流Ｉ-pを流して符号”１”を書き込めば良く、また永久磁石３をＭＴＪ１側に駆動するにはＭＴＪ１に電流Ｉ-apを流して符号”０”を書き込めばよい。
このことに応じこの場合の駆動部２は、入力信号の符号”１”（例えばHigh）に応じてはＭＴＪ１に電流Ｉ-pを流し（正極性の駆動電圧を印加し）、入力信号の符号”０”（例えばHigh）に応じてはＭＴＪ１に電流Ｉ-apを流す（負極性の駆動電圧を印加する）ように構成される。
【００２８】
上記のような実施の形態としての動力発生装置によれば、一度ＭＴＪ１に値を書き込めば（つまり書込電流又は反転電流としての電流Ｉを流せば）、上述の平行状態又は反平行状態が維持されることとなるため、一度ＭＴＪ１に電流Ｉ-apを流して平行状態に遷移させた後は、漏洩磁界が生じ続けるものとなる。従って本実施の形態の動力発生装置によれば、永久磁石３に対し継続して駆動力を印加し続けるにあたり（つまり継続的な動力を得るにあたり）、ＭＴＪ１に電力を与え続ける必要性はないものとできる。つまりこの面で、低消費電力化を図ることが可能となる。
【００２９】
また、値の書き換え、すなわち平行状態／反平行状態の切り替えにあたっては、上記書込電流／反転電流として所定の閾値を超える電流を与えればよく、デジタル信号（２値信号）による駆動が可能である。つまり、駆動にあたってＤ／Ａコンバータを介在させる必要性はなく、この点で部品点数の削減、回路構成の簡易化、低コスト化が図られる。
【００３０】
ここで、ＭＴＪ１を始めとする磁気メモリ素子は、電流量（或いは磁気印加型の場合は磁力）が或る閾値を超えたときにのみ値の変化が有効となる特性を有する。この特性より、磁気メモリ素子を用いた本実施の形態の動力発生装置は、ノイズ耐性に優れるというメリットも有する。
【００３１】
また、前述のように磁気メモリ素子は高速書き換えが可能であり、従って磁気メモリ素子を用いた本実施の形態の動力発生装置によれば、高速応答が可能で、且つ広帯域の動作が可能である。
【００３２】
なお確認のために述べておくと、本技術で用いる磁気メモリ素子としては、ＭＴＪ１のような、記憶層と磁化固定層との間に絶縁層を備える磁気トンネル接合素子に限定されるものではない。
ここで、本技術における磁気メモリ素子とは、書込電流／反転電流が流されることで磁化の方向が変化する記憶層（磁化自由層）と、上記書込電流／反転電流によっては磁化の方向が変化しないように構成された磁化固定層（参照層）とを少なくとも有し、上記磁化固定層の磁化方向に対する上記記憶層の磁化方向の変化により電気的な抵抗値の変化を生じ、該抵抗値の変化により異なる値の保持状態を示すように構成された素子であればよい。
【００３３】
ここで、実施の形態の動力発生装置において、永久磁石３の駆動手法としては、当該永久磁石３の位置を単純に上限位置／下限位置の２値で変位させる２値駆動と、ＰＷＭ（Pules Width Modulation）やＰＤＭ（Pulse Density Modulation）信号などのいわゆる１ビットデジタル信号を用いて、永久磁石３の駆動量を調整可能とする変位量可変駆動との２種を挙げることができる。
これらの駆動手法の選択は、例えばバネ４の懸架手法により行うことができる。
具体的に、上記２値駆動の場合には、バネ４として比較的応答速度の早い特性のものを用いるなどして、単純にＭＴＪ１が平行状態のときは永久磁石３が壁面５に最も近づく位置（上限位置）に、また反平行状態のときは永久磁石３がＭＴＪ１に最も近づく位置（下限位置）となるように構成すればよい。
【００３４】
一方、上記変位量可変駆動の場合は、例えばパルスデューティ又はパルス密度が５０％の状態、換言すれば、ＰＷＭ信号又はＰＤＭ信号の１周期としての単位時間内でＭＴＪ１が平行状態、反平行状態となる時間長が半々となる状態において、永久磁石３が中間位置となる（つまり永久磁石３の運動の平衡点が得られる）ように、バネ４の選定（例えばダンピング特性など）を行うものとすればよい。
【００３５】
［1-2．第２の構成例］
続いて、本実施の形態の動力発生装置の第２の構成例について説明する。
第２の構成例は、ＭＴＪ１の駆動を単極駆動により実現するものである。
図４は、第２の構成例としての動力発生装置の構成例を示している。なお図４において、既にこれまでで説明済みとなった部分と同様の部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図示するように第２の構成例では、第１の構成例の場合に備えられていた駆動部２に代えて駆動部２’が設けられ、またＭＴＪ１に対して直列にコンデンサＣ１が接続される。
図のようにコンデンサＣ１は、ＭＴＪ１とアース（ＧＮＤ）との間に挿入されている。
【００３７】
この場合の駆動部２’は、入力信号がHighのときに、［ＭＴＪ１-コンデンサＣ１］直列接続回路に対して電流Ｉ-p（書込電流）を流すように構成される。
【００３８】
図５は、第２の構成例における各部の動作波形を示したタイミングチャートである。具体的には、図４に示す入力信号、コンデンサＣ１の放電電流、ＭＴＪ１の磁化状態のそれぞれについての波形を示している。
なおこの図では入力信号がＰＷＭ信号とされた場合を例示している。
また図５において、ＭＴＪ１の磁化状態は図中「Ｐ」が平行状態、「ＡＰ」が反平行状態を表す。
【００３９】
図５において、入力信号がHighのときは、駆動部２’により書込電流としての電流Ｉ-pが［ＭＴＪ１-コンデンサＣ１］直列接続回路に流される。これによっては、ＭＴＪ１が平行状態（Ｐ）に変化すると共に、この場合は、コンデンサＣ１に対する充電も行われることになる。
【００４０】
入力信号がLowとなると、駆動部２’による電流Ｉ-pの供給が停止される。このことに応じて、コンデンサＣ１の放電が開始される。つまりこれにより、図４に示す電流Ｉ-ap、すなわちＭＴＪ１に対する反転電流が流されることになる。この結果、入力信号がLowの期間では、ＭＴＪ１の磁化状態は反平行状態（ＡＰ）となる。
【００４１】
このことからも理解されるように、ＭＴＪ１に対してコンデンサＣ１を直列接続した第２の構成例によれば、コンデンサＣ１の放電によって反転電流である電流Ｉ-apをＭＴＪ１に対し流すことができるため、駆動部２’としては、第１の構成例の場合のように反転電流を流すための負極性側の駆動を行う必要は無い。すなわち、入力信号がHighの期間に対応して書込電流（Ｉ-p）を流すための正極性側の駆動さえ行えばよいものである。
このとき、入力信号がLowの期間においては、駆動部２’による出力信号レベルは０レベル（ＧＮＤレベル）でよく、従って該期間での消費電力が削減される。
【００４２】
ここで、コンデンサＣ１の静電容量（キャパシタンス）は、ＭＴＪ１の平行状態→反平行状態への変化を生じさせる電荷の総量に応じた値に設定する。例を挙げると、例えばＭＴＪ１が直径１００nm程度のサイズであれば、適正な反転電流のレベルは１００μＡ程度が要求される。これをパルスとして与えた場合、２０ns程度で反転が完結することとなる。この際に印加される電圧は１．２Ｖ程度であり、従って必要となるＣ１の静電容量は、Ｃ＝ＱＶより、１２０ｆＦと見積もることができる。
なお、この条件での駆動周波数の上限は５００ＭHz程度と計算できる。
【００４３】
［1-3．駆動力を大とするための構成例］
ここで、実施の形態の動力発生装置の用途によっては、ＭＴＪ１が１つのみでは十分な駆動力が得られないとされる場合も想定され得る。そのような場合には、例えば次の図６に示すような構成を適宜採用することで、駆動力の調整を行うものとすればよい。
なおこの図６では第２の構成例のようにコンデンサＣ１を接続する構成を前提とした場合を例示しているが、もちろん第１の構成例を採用する場合にも好適に適用できるものである。
【００４４】
図６（ａ）は、［ＭＴＪ-コンデンサＣ１］直列接続回路を１つの基板６上に複数並列に設けた構成である。
また図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した基板６を複数積層した積層体７とすることで、所望の駆動力を得るようにした構成である。
【００４５】
＜２．実施の形態の動力発生装置の適用例＞
上記により説明した実施の形態としての動力発生装置の具体的な適用例について、以下に幾つかの例を挙げる。
なお、以下の各適用例では、実施の形態の動力発生装置として、図４に示した第２の構成例（［ＭＴＪ１-コンデンサＣ１］直列接続回路を備えるもの）の動力発生装置を用いる場合を例示するが、もちろん、第１の構成例の動力発生装置も用いることができる。
【００４６】
［2-1．音響再生装置（マイクロスピーカ）］
図７は、実施の形態の動力発生装置を適用した音響再生装置の構成を示している。
先ず、図中のＤＳＰ（Digital Signal Processor）８は、入力される音声信号（例えばリニアＰＣＭ等のデジタル音声信号）に対し、イコライジング処理や例えばリバーブ効果等の各種音響効果等を与えるための音声信号処理を施すことが可能に構成される。
ＤＳＰ８による音声信号処理が施された音声信号は、ΔΣ変調器９によるΔΣ変調を受け、ＰＷＭ信号に変換される。
【００４７】
ΔΣ変調器９により得られたＰＷＭ信号は、［ＭＴＪ１-コンデンサＣ１］直列接続回路を備えたマイクロスピーカ１０に対して供給される。
マイクロスピーカ１０は、［ＭＴＪ１-コンデンサＣ１］直列接続回路と、ＭＴＪ１の近傍に配置された放音部１０Ａとを備えている。
【００４８】
図示は省略したが、放音部１０Ａは、ＭＴＪ１の近傍に配置された永久磁石（マグネット）と、当該永久磁石がＭＴＪ１の漏洩磁界に応じて駆動されることで生じる動力により振動し音声を発する振動板とを備えて構成される。
この場合、上記振動板を振動させるための構成としては、図１や図４に示したようにバネ４により懸架した上記永久磁石の動力を利用して振動を与える構成とすることもできるし、或いは、上記振動板に直接上記永久磁石を固着して振動を与える構成とすることもできる。後者の構成が採られる場合、上記振動板がバネ４としての機能、すなわちＭＴＪ１が反平行状態のときに上記永久磁石をＭＴＪ１側に押し戻す弾性体としての機能も担うことになる。
【００４９】
なお本適用例の場合、ΔΣ変調器９が、ＭＴＪ１を駆動するという意味で、先に説明した駆動部２’に相当するものとなる。
【００５０】
ここで、図８は、従来のフルデジタル音響再生装置の構成を示している。
この図８に示されるように、従来のフルデジタル音響再生装置は、ΔΣ変調器９で得られたＰＷＭ信号に基づき、スイッチングアンプ１１が入力電圧Ｖinをスイッチングし、このスイッチング出力をＬＰＦ（ローパスフィルタ）１２を介して得た信号により、スピーカ１３を駆動するものとしている。
【００５１】
このような従来のフルデジタル音響再生装置の構成によれば、出力段においてＤ／Ａ変換器が不要となるものの、図７に示した構成と比較すると、スイッチングアンプ１１とＬＰＦ１２とを要することが分かる。つまりこの点からも理解されるように、本実施の形態の動力発生装置を適用した音響再生装置によれば、従来のフルデジタル音響再生装置との比較でも、構成の簡略化、ひいては部品点数の削減や小型化、さらには製品コストの削減が図られるものとなる。
また、スイッチングアンプ部１１やＬＰＦ１２が不要であれば、その分、高効率化、低ノイズ化を図ることができる。
【００５２】
なお確認のため述べておくと、本適用例の場合は、放音部１０Ａ内の永久磁石についての駆動手法として、前述の変位量可変駆動が実現されるように構成することとなる。
【００５３】
［2-2．マイクロインジェクタ］
図９は、実施の形態の動力発生装置を適用したマイクロインジェクタ２０の構成を示している。
図示するようにマイクロインジェクタ２０内には、［ＭＴＪ１-コンデンサＣ１］直列接続回路、永久磁石３、バネ４と共に、噴射口を有する噴射部２１と、当該噴射部２１の上記噴射口を開／閉するためのスライド蓋２２とが設けられる。
図のように、スライド蓋２２は、その一端側が永久磁石３と接続され、その他端側がバネ４を介して壁面５側に連接されている。
駆動部２’によるＭＴＪ１の駆動に応じて永久磁石３の位置が紙面の左右方向において変位することで、これに連動してスライド蓋２２も紙面左右方向に変位し、結果、噴射部２２の噴射口を開／閉することができる。
【００５４】
なお、本適用例の場合、永久磁石３の駆動手法としては、前述の２値駆動と変位量可変駆動の何れかを採ることが考えられる。すなわち、単純に上記噴射口の開状態／閉状態を２者択一的に切り替えるのであれば、前述の２値駆動を採用すればよく、また噴射量の調整を可能とするのであれば、前述の変位量可変駆動を採用すればよい。
【００５５】
［2-3．サーボ制御システム］
図１０は、実施の形態の動力発生装置を適用したサーボ制御ユニット２５の構成を示している。
図示するようにサーボ制御ユニット２５においては、先の図４に示した動力発生装置と同様に［ＭＴＪ１-コンデンサＣ１］直列接続回路、永久磁石３、バネ４が設けられた上で、永久磁石３の動力により駆動される所定の駆動対象物２６と、当該駆動対象物２６の位置と当該駆動対象物２６の目標位置との誤差を検出するように構成された位置検出部２７と、サーボフィルタ２８と、ＰＷＭ変調器２９とが設けられる。
位置検出部２７による検出信号は、フィードバック信号としてサーボフィルタ２８に入力される。サーボフィルタ２８は、上記フィードバック信号に所定のフィルタ処理（サーボ演算）を施すことにより、駆動対象物２６の位置を上記目標位置に一致させるためのサーボ信号を生成する。
ＰＷＭ変調器２９は、サーボフィルタ２８にて得られた上記サーボ信号をＰＷＭ変調し、これにより得られたＰＷＭ信号によりＭＴＪ１を駆動する。具体的には、ＰＷＭ信号がHighの期間に対応して流されるべき電流Ｉ-pのみを流すようにＭＴＪ１を駆動する。
【００５６】
このような構成により、駆動対象物２６の位置を上記目標位置で一定とするためのサーボ制御（フィードバック制御）が実現される。
【００５７】
ここで、上記による説明では、サーボ制御ユニット２５の具体的な適用例については言及していないが、例えば一例として、光ディスクシステムにおけるサーボ制御ユニットとする場合には、駆動対象物２６は対物レンズに相当するものとなり、位置検出部２７はトラッキングエラー信号又はフォーカスエラー信号等のエラー信号を生成するための部位（光ディスクからの反射光を受光するフォトディテクタ、及び受光信号からエラー信号を算出する演算部などから成る）に相当するものとなる。
【００５８】
なお、図１０では駆動対象物２６が永久磁石３に直接接続されるものとして示しているが、もちろん、駆動対象物２６を何らかの部材を介して永久磁石３に連接する構成とすることもできる。
【００５９】
［2-4．光スイッチ］
図１１は、実施の形態の動力発生装置を適用した光スイッチ３０の構成を示している。
光スイッチ３０において、駆動部２’、ＭＴＪ１、コンデンサＣ１、永久磁石３、及びバネ４については、図４の場合と同様に設けられる。
この場合は、図中の光路３２により導かれる光を、光路３３Ａ又は光路３３Ｂの何れかにスイッチングするためのメカ機構として、可動スイッチ３１が設けられている。
【００６０】
可動スイッチ３１は、永久磁石３の紙面左右方向への変位に応じた動力が印加されることで、光路３２により導かれる光を光路３３Ａ又は光路３３Ｂの何れかに択一的に導くように構成されている。すなわち、光路３３Ａと光路３３Ｂのうち何れか一方を選択するように構成されている。
【００６１】
本適用例の場合、永久磁石３の駆動手法としては前述の２値駆動を採用すればよい。
【００６２】
＜３．変形例＞
以上、本技術に係る実施の形態について説明したが、本技術は、これまでで説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えばこれまでの説明では、動力発生装置が永久磁石３を懸架するバネ４を有するものとしたが、本技術の動力発生装置は必ずしもバネ４を有する必要はない。例えば、ＭＴＪ１によって永久磁石３を重力が作用する方向とは逆方向に駆動するように構成した場合には、少なくとも永久磁石３の下限位置を定めるストッパを設けておくことで、前述の２値駆動、或いは変位量可変駆動を実現可能となる。
【００６３】
またこれまでの説明では、磁気メモリ素子の磁化方向が面内に平行な方向に設定される場合を例示したが、磁気メモリ素子の磁化方向は面内に垂直な方向に設定することもできる。
【００６４】
また、本技術に係る動力発生装置の適用例は上記によるものに限定されるものではなく、あくまで代表的な例を示したものに過ぎない。例えば、光スイッチ３０以外の各種スイッチや、各種アクチュエータへの適用が可能である。またモータや発電機などへの適用も可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１ ＭＴＪ、１Ａ 磁化固定層、１Ｂ 記憶層、１Ｃ 絶縁層、Ｍ_s,Ｍ_f 磁化方向、２,２’ 駆動部、３ 永久磁石、４ バネ、５ 壁面、Ｃ１ コンデンサ、６ 基板、７ 積層体、８ ＤＳＰ、９ ΔΣ変調器、１０ マイクロスピーカ、１０Ａ 放音部、２０ マイクロインジェクタ、２１ 噴射部、２２ スライド蓋、２５ サーボ制御ユニット、２６ 駆動対象物、２７ 位置検出部、２８ サーボフィルタ、２９ ＰＷＭ変調器、３０ 光スイッチ、３１ 可動スイッチ、３２,３３Ａ,３３Ｃ 光路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気メモリ素子と、
上記磁気メモリ素子に対して入力信号の符号”０””１”に応じた方向の電流を流すことで上記磁気メモリ素子の磁化状態を平行／反平行に変化させる素子駆動部と、
磁性体を有し、上記磁化状態が平行状態のときに上記磁気メモリ素子に生じる漏洩磁界に応じて上記磁性体が駆動されるように構成されることで、上記磁性体の運動に応じた動力を生じる動力発生部と
を備える動力発生装置。
【請求項２】
上記磁気メモリ素子に対し直列にコンデンサが接続され、
上記素子駆動部は、上記磁気メモリ素子と上記コンデンサとによる直列接続回路に対して上記電流を流すように構成される
請求項１に記載の動力発生装置。
【請求項３】
上記磁気メモリ素子は、
上記電流として書込電流／反転電流が流されることで磁化の方向が変化する記憶層と、上記書込電流／反転電流によっては磁化の方向が変化しないように構成された磁化固定層と、これら記憶層と磁化固定層との間に挿入されたトンネル絶縁層とを有する磁気トンネル接合素子とされる
請求項２に記載の動力発生装置。
【請求項４】
上記動力発生部は、
上記磁性体が、上記入力信号の符号「０」又は「１」に応じて上限位置又は下限位置に駆動されるように構成されている
請求項３に記載の動力発生装置。
【請求項５】
上記入力信号がＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号又はＰＤＭ（Pulse Density Modulation）信号とされ、
上記動力発生部は、
上記磁性体の運動による動力を弾性体に印加するように構成されており、且つ、
上記入力信号のパルスデューティ又はパルス密度が５０％の状態で上記磁性体の運動の平衡点が得られるように構成されている
請求項４に記載の動力発生装置。
【請求項６】
磁気メモリ素子と、
上記磁気メモリ素子に対して入力信号の符号”０””１”に応じた方向の電流を流すことで上記磁気メモリ素子の磁化状態を平行／反平行に変化させる素子駆動部と、
磁性体を有し、上記磁化状態が平行状態のときに上記磁気メモリ素子に生じる漏洩磁界に応じて上記磁性体が駆動されるように構成されることで、上記磁性体の運動に応じた動力を生じる動力発生部と、
上記動力発生部により生じた動力に応じて音声を発する振動板と
を備える音響再生装置。
【請求項７】
磁気メモリ素子と、
上記磁気メモリ素子に対して入力信号の符号”０””１”に応じた方向の電流を流すことで上記磁気メモリ素子の磁化状態を平行／反平行に変化させる素子駆動部と、
磁性体を有し、上記磁化状態が平行状態のときに上記磁気メモリ素子に生じる漏洩磁界に応じて上記磁性体が駆動されるように構成されることで、上記磁性体の運動に応じた動力を生じる動力発生部と、
噴射口を有する噴射部と、
上記動力発生部により生じた動力に基づいて上記噴射部における上記噴射口の開閉制御を行う開閉制御部と
を備えるインジェクション装置。
【請求項８】
磁気メモリ素子と、
上記磁気メモリ素子に対して入力信号の符号”０””１”に応じた方向の電流を流すことで上記磁気メモリ素子の磁化状態を平行／反平行に変化させる素子駆動部と、
磁性体を有し、上記磁化状態が平行状態のときに上記磁気メモリ素子に生じる漏洩磁界に応じて上記磁性体が駆動されるように構成されることで、上記磁性体の運動に応じた動力を生じる動力発生部と、
上記磁性体の動力により駆動される駆動対象物と、
上記駆動対象物の位置と上記駆動対象物の目標位置との誤差を検出する位置誤差検出部と
を備えると共に、
上記素子駆動部が、
上記位置誤差検出部により検出された誤差信号に基づき生成された上記入力信号に基づいて上記磁気メモリ素子を駆動することで、フィードバック制御ループが形成される
位置制御装置。
【請求項９】
磁気メモリ素子と、
上記磁気メモリ素子に対して入力信号の符号”０””１”に応じた方向の電流を流すことで上記磁気メモリ素子の磁化状態を平行／反平行に変化させる素子駆動部と、
磁性体を有し、上記磁化状態が平行状態のときに上記磁気メモリ素子に生じる漏洩磁界に応じて上記磁性体が駆動されるように構成されることで、上記磁性体の運動に応じた動力を生じる動力発生部と、
光路のスイッチングを可能とする可動機構を有する光路選択機構部と
を備えると共に、
上記動力発生部により生じた動力に基づいて上記光路選択機構部における上記可動機構が駆動されることで、上記光路のスイッチングが行われるように構成されている
光スイッチング装置。
【請求項１】
磁気メモリ素子と、
上記磁気メモリ素子に対して入力信号の符号”０””１”に応じた方向の電流を流すことで上記磁気メモリ素子の磁化状態を平行／反平行に変化させる素子駆動部と、
磁性体を有し、上記磁化状態が平行状態のときに上記磁気メモリ素子に生じる漏洩磁界に応じて上記磁性体が駆動されるように構成されることで、上記磁性体の運動に応じた動力を生じる動力発生部と
を備える動力発生装置。
【請求項２】
上記磁気メモリ素子に対し直列にコンデンサが接続され、
上記素子駆動部は、上記磁気メモリ素子と上記コンデンサとによる直列接続回路に対して上記電流を流すように構成される
請求項１に記載の動力発生装置。
【請求項３】
上記磁気メモリ素子は、
上記電流として書込電流／反転電流が流されることで磁化の方向が変化する記憶層と、上記書込電流／反転電流によっては磁化の方向が変化しないように構成された磁化固定層と、これら記憶層と磁化固定層との間に挿入されたトンネル絶縁層とを有する磁気トンネル接合素子とされる
請求項２に記載の動力発生装置。
【請求項４】
上記動力発生部は、
上記磁性体が、上記入力信号の符号「０」又は「１」に応じて上限位置又は下限位置に駆動されるように構成されている
請求項３に記載の動力発生装置。
【請求項５】
上記入力信号がＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号又はＰＤＭ（Pulse Density Modulation）信号とされ、
上記動力発生部は、
上記磁性体の運動による動力を弾性体に印加するように構成されており、且つ、
上記入力信号のパルスデューティ又はパルス密度が５０％の状態で上記磁性体の運動の平衡点が得られるように構成されている
請求項４に記載の動力発生装置。
【請求項６】
磁気メモリ素子と、
上記磁気メモリ素子に対して入力信号の符号”０””１”に応じた方向の電流を流すことで上記磁気メモリ素子の磁化状態を平行／反平行に変化させる素子駆動部と、
磁性体を有し、上記磁化状態が平行状態のときに上記磁気メモリ素子に生じる漏洩磁界に応じて上記磁性体が駆動されるように構成されることで、上記磁性体の運動に応じた動力を生じる動力発生部と、
上記動力発生部により生じた動力に応じて音声を発する振動板と
を備える音響再生装置。
【請求項７】
磁気メモリ素子と、
上記磁気メモリ素子に対して入力信号の符号”０””１”に応じた方向の電流を流すことで上記磁気メモリ素子の磁化状態を平行／反平行に変化させる素子駆動部と、
磁性体を有し、上記磁化状態が平行状態のときに上記磁気メモリ素子に生じる漏洩磁界に応じて上記磁性体が駆動されるように構成されることで、上記磁性体の運動に応じた動力を生じる動力発生部と、
噴射口を有する噴射部と、
上記動力発生部により生じた動力に基づいて上記噴射部における上記噴射口の開閉制御を行う開閉制御部と
を備えるインジェクション装置。
【請求項８】
磁気メモリ素子と、
上記磁気メモリ素子に対して入力信号の符号”０””１”に応じた方向の電流を流すことで上記磁気メモリ素子の磁化状態を平行／反平行に変化させる素子駆動部と、
磁性体を有し、上記磁化状態が平行状態のときに上記磁気メモリ素子に生じる漏洩磁界に応じて上記磁性体が駆動されるように構成されることで、上記磁性体の運動に応じた動力を生じる動力発生部と、
上記磁性体の動力により駆動される駆動対象物と、
上記駆動対象物の位置と上記駆動対象物の目標位置との誤差を検出する位置誤差検出部と
を備えると共に、
上記素子駆動部が、
上記位置誤差検出部により検出された誤差信号に基づき生成された上記入力信号に基づいて上記磁気メモリ素子を駆動することで、フィードバック制御ループが形成される
位置制御装置。
【請求項９】
磁気メモリ素子と、
上記磁気メモリ素子に対して入力信号の符号”０””１”に応じた方向の電流を流すことで上記磁気メモリ素子の磁化状態を平行／反平行に変化させる素子駆動部と、
磁性体を有し、上記磁化状態が平行状態のときに上記磁気メモリ素子に生じる漏洩磁界に応じて上記磁性体が駆動されるように構成されることで、上記磁性体の運動に応じた動力を生じる動力発生部と、
光路のスイッチングを可能とする可動機構を有する光路選択機構部と
を備えると共に、
上記動力発生部により生じた動力に基づいて上記光路選択機構部における上記可動機構が駆動されることで、上記光路のスイッチングが行われるように構成されている
光スイッチング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１７５７７４（Ｐ２０１２−１７５７７４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３４３１７（Ｐ２０１１−３４３１７）
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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