磁気スイッチ
【課題】 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。
【解決手段】 個々の磁気抵抗効果素子１０Ａ，１０Ｂは、少なくとも固定層と、前記固定層の内部の磁化方向α１，α２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β１，β２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γ１，γ２を与えるバイアス層１５ａ，１５ｂとを有しており、外部磁界Ｈ１，Ｈ２の方向と前記バイアス磁界γ１，γ２の方向とが９０度に設定されるようにした。
【解決手段】 個々の磁気抵抗効果素子１０Ａ，１０Ｂは、少なくとも固定層と、前記固定層の内部の磁化方向α１，α２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β１，β２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γ１，γ２を与えるバイアス層１５ａ，１５ｂとを有しており、外部磁界Ｈ１，Ｈ２の方向と前記バイアス磁界γ１，γ２の方向とが９０度に設定されるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【特許文献１】特開２００３−６０２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
【数１】
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】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】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】一対の磁気抵抗効果素子の磁化方向を示す平面図、
【図４】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】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】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、
【図７】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、
【図８】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、
【符号の説明】
【００６４】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【特許文献１】特開２００３−６０２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
【数１】
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】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】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】一対の磁気抵抗効果素子の磁化方向を示す平面図、
【図４】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】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】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、
【図７】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、
【図８】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、
【符号の説明】
【００６４】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項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ないし４のいずれか一項に記載の磁気スイッチ。
【請求項６】
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ないし４のいずれか一項に記載の磁気スイッチ。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項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ないし４のいずれか一項に記載の磁気スイッチ。
【請求項６】
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ないし４のいずれか一項に記載の磁気スイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２２０３６７（Ｐ２００７−２２０３６７Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３７０１０（Ｐ２００６−３７０１０）
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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