在装配于例如旅行用(walkabout)个人电脑、移动电话、数字音 频播放器以及其他移动装备等移动设备中的磁盘驱动器装置或硬盘驱 动器(HDD)装置、其本身用作移动存储器的HDD装置或可拆除HDD 装置中，为了防止由于跌落冲击(drop impact)而造成的磁头与硬盘 表面的碰撞，有必要在跌落冲击发生之前探测出HDD装置落下的时刻， 并将磁头从硬盘表面缩回。此落下时刻可以根据重力加速度的微弱变 化探测。
日本专利公布No.02-248867A公开了一种用于根据弹簧应力 (stress)的改变探测重力加速度的小变化的压电型加速度传感器。 该传感器具有位于双音叉振荡器中的弹簧、弹簧所支撑的重物、以及 连接到弹簧上用以探测重物施加到弹簧上的应力的改变的压电元件。
美国专利No.5,747,991公开了一种用于根据重物的位移探测重 力加速度的小变化的静电电容型加速度传感器。美国专利 No.5,747,991公开的此传感器具有彼此相对的可移动电极和静止电 极，以根据加速度所致的可移动电极和静止电极之间距离的改变探测 静电电容的改变。
这样的已知压电型加速度传感器或静电电容型加速度传感器必须 在弹簧上或连接到弹簧的重物上具有电极，以从电极提取探测信号， 并且还必须具有电连接到电极的引线(lead line)。因而，由于连接 到电极的引线，传感器的结构变得复杂。并且，当弹簧和重物被小型 化时，这样的引线的布线过程变得极度困难。此外，形成于小型化的 弹簧或重物上的引线在过量的冲击被施加时可能会破损，阻碍弹簧的 运动而妨碍传感器灵敏度的提高。当传感器变得更小时，这种趋势变 得更加明显。
美国专利No.6,131,457公开了一种可以解决存在于传统压电型 加速度传感器和静电电容型加速度传感器中的上述问题的加速度传感 器。此加速度传感器具有一永久磁体和四个或更多个MR探测器元件， 该永久磁体在沿Z轴的轴线上包括一质点，并安装于由四个支柱支撑 的振荡器上，所述支柱允许有诸如扭转和弯曲之类的弹性形变以具有 三维自由度；所述四个或更多个MR探测器元件位于X轴和Y轴上，其 中心沿着围绕此正交坐标轴原点的同心圆的圆周。因此，该传感器能 够通过来自磁体的磁场之振荡所致的、X轴上两个探测器元件之间输 出电压的相对不同来探测X轴方向的加速度，通过来自磁体的磁场之 振荡所致的、Y轴上两个探测器元件之间输出电压的相对不同来探测Y 轴方向的加速度，以及通过所有探测器元件的输出电压的总和来探测 Z轴方向的加速度。
根据美国专利No.6,131,457公开的上述加速度传感器，永久磁体 被固定到由四个支柱或弹簧支撑的振荡器上，使得由施加的加速度产 生的转矩与这些支柱的扭应力相平衡，并且响应永久磁体的角度变化 的MR探测器元件在此平衡条件下的输出电压被获得。然后，根据用于 每个轴的两个MR探测器元件获得的输出电压之间的相对不同探测该 轴方向上的加速度。
但是，在这些利用布置在每个轴方向上的MR探测器元件探测由四 个支柱支撑的永久磁体的角度变化的已知方法中，相互分离各个轴方 向上的加速度分量是非常困难的，因此，难以正确探测各个轴方向上 的加速度分量。

因此，本发明的一个目的是提供一种加速度传感器以及具有该加 速度传感器的磁盘驱动器装置，由此，有可能确定地分离并正确地导 出各个轴方向上的加速度分量。
根据本发明，一种加速度传感器包括外壳构件、第一和第二具有 重物的磁场产生构件、具有连接到外壳构件的支点的弹簧构件、和连 接到外壳构件以分别面对所述第一和第二具有重物的磁场产生构件的 第一和第二磁场探测传感器，所述弹簧构件用于支撑所述第一和第二 具有重物的磁场产生构件，以及当具有互相垂直的第一和第二轴方向 上的分量的外力被施加时使所述第一和第二具有重物的磁场产生构件 发生位移。所述第一和第二磁场探测传感器中的每一个具有两对多层 磁阻效应元件，每个多层磁阻效应元件包括一磁化固定层和一磁化自 由层。所述磁化固定层沿着与所述第一和第二具有重物的磁场产生构 件的位移方向平行的方向被磁性固定。所述第一磁场探测传感器中的 一对多层磁阻效应元件和所述第二磁场探测传感器中的一对多层磁阻 效应元件以全桥形式连接。所述第一磁场探测传感器中的另一对多层 磁阻效应元件和所述第二磁场探测传感器中的另一对多层磁阻效应元 件以全桥形式连接。
由于所述第一和第二具有重物的磁场产生构件响应具有互相垂直 的第一和第二轴方向上的分量的外力而发生位移，并且所述第一和第 二磁场探测传感器的部分输出的全桥输出被导出，因而有可能确定地 分离以及正确地导出所述第一轴方向和所述第二轴方向上的加速度分 量。
此外，根据本发明，由于不需要在弹簧构件和具有重物的磁场产 生构件上形成电极，布线结构可被简化。进一步地，根据本发明，由 于来自具有重物的磁场产生构件的偏置磁场被施加给磁场探测传感 器，因此可以预期对施加到其上的可能的外电场和外磁场的不灵敏性。
由于磁化矢量由设置有包括磁化固定层和磁化自由层的至少一个 多层MR元件，诸如GMR元件或TMR元件，的磁场探测传感器探测，因 此要探测的每个方向上的加速度的数值和正负可由每个磁场探测传感 器检测。因此，可以减少磁场探测传感器的数量，并且还可极度简化 每个磁场探测传感器的结构，从而使加速度传感器的总体尺寸极度小 型化。此外，由于GMR元件或TMR元件对磁场变化非常灵敏，所以可 以预期高度灵敏的加速度探测。另外，由于阻抗低，根据本发明的加 速度传感器与压电型加速度传感器和静电电容型加速度传感器相比， 相对不受外部干扰的影响。
优选地，所述弹簧构件由沿所述第一轴方向或所述第二轴方向延 伸的两个条状板簧组成，并且每个条状板簧在一端具有所述支点，在 另一端具有用于支撑所述第一或第二具有重物的磁场产生构件的支撑 部分。
还优选地，所述弹簧构件由沿所述第一轴方向或所述第二轴方向 延伸的单个条状板簧组成，并且该条状板簧在其中心具有所述支点， 在其两端具有分别用于支撑所述第一和第二具有重物的磁场产生构件 的支撑部分。
还优选地，所述第一和第二具有重物的磁场产生构件中的每一个 包括至少一个永久磁体，该至少一个永久磁体被布置以施加磁场给两 对多层磁阻效应元件。当没有加速度被施加时，所述施加的磁场基本 垂直于所述两对多层磁阻效应元件的叠层平面(lamination plane)。
优选地，所述加速度传感器还包括由所述弹簧构件支撑的第三具 有重物的磁场产生构件以便当具有与第一和第二轴方向垂直的第三轴 方向上的分量的外力被施加时发生位移，并包括连接到外壳构件以面 对所述第三具有重物的磁场产生构件的第三磁场探测传感器。所述第 三磁场探测传感器具有两对多层磁阻效应元件，每个多层磁阻效应元 件包括一磁化固定层和一磁化自由层。所述磁化固定层沿着与所述第 三具有重物的磁场产生构件的位移方向平行的方向被磁性固定。所述 第三磁场探测传感器中的一对多层磁阻效应元件和另一对多层磁阻效 应元件以全桥形式连接。
由于所述磁化固定层沿着与所述第三具有重物的磁场产生构件的 位移方向平行的方向被磁性固定，因此多层MR传感器仅探测偏置磁场 在此方向上的变化。因此，有可能独立地探测该第三轴方向上的加速 度分量。
还优选地，所述第三具有重物的磁场产生构件包括至少一个永久 磁体，该至少一个永久磁体被布置以施加磁场给两对多层磁阻效应元 件。当没有加速度被施加时，该施加的磁场基本垂直于所述两对多层 磁阻效应元件的叠层平面。
优选地，所述至少一个永久磁体由一对永久磁体组成，该对永久 磁体彼此平行地布置，使得它们的面对所述两对多层磁阻效应元件的 表面具有彼此不同的磁极性。
还优选地，每对多层磁阻效应元件的磁化固定方向与面对该对多 层磁阻效应元件的该对永久磁体的延伸方向平行。
还优选地，每个多层MR元件由GMR元件或TMR元件组成。
此外，根据本发明，一种磁盘驱动器装置具有上述的加速度传感 器。
通过对如附图所示的本发明优选实施方案的以下描述，本发明的 其它目的和优点将会变得明显。

图1是示意性示出其中装配有加速度传感器的磁盘驱动器装置的 一个实施例的整体结构的斜视图；
图2是示意性示出作为本发明优选实施方案的一个加速度传感器 的整体结构的分解斜视图；
图3是示意性示出安装在图2所示的加速度传感器的外壳构件中 的弹簧构件、具有重物的磁场产生构件以及磁场探测传感器的结构的 分解斜视图；
图4是示意性示出图2所示的加速度传感器中的接线板上的电连 接以及磁场探测传感器的结构的视图；
图5是示出图2所示的加速度传感器中的接线板和磁场探测传感 器的电连接结构的电路图；
图6a、6b和6c是图2所示的加速度传感器的等效电路图；
图7是示出MR阻抗变化对相对于自旋阀GMR元件的叠层平面而言 的施加的磁场角度的特性图；
图8a、8b和8c是示出根据本发明的弹簧构件的条状板簧的基本 操作的斜视图；
图9a和9b是示出在其中心具有支点、在其两端部分具有重物构 件的条状板簧的操作的斜视图；
图10a、10b和10c是示出图2所示的弹簧构件的操作的斜视图；
图11是图解示出作为本发明另一个实施方案的加速度传感器的 弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构的斜视图；
图12是图解示出作为本发明又一个实施方案的加速度传感器的 弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构的斜视图；
图13是图解示出作为本发明再一个实施方案的加速度传感器的 弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构的斜视图；
图14是图解示出作为本发明又另外一个实施方案的加速度传感 器的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构的斜视图；
图15是图解示出作为本发明再另外一个实施方案的加速度传感 器的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构的斜视图；
图16是图解示出作为本发明又另外一个实施方案的加速度传感 器的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构的斜视图；
图17是图解示出作为本发明再另外一个实施方案的加速度传感 器的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构的斜视图；
图18是图解示出作为本发明又另外一个实施方案的加速度传感 器的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构的斜视图；
图19是示意性示出作为本发明再另外一个实施方案的加速度传 感器的整体结构的分解斜视图；
图20是示意性示出安装在图19所示的加速度传感器的外壳构件 中的弹簧构件、具有重物的磁场产生构件和磁场探测传感器的结构的 分解斜视图；
图21是示意性示出图19所示的加速度传感器中的接线板上的电 连接以及磁场探测传感器的结构的视图；
图22是示出图19所示的加速度传感器中的接线板和磁场探测传 感器的电连接结构的电路图；
图23a和23b是图19所示的加速度传感器的等效电路图；以及
图24a、24b和24c是示出图19所示的弹簧构件的操作的斜视图。

图1示意性示出其中装配有加速度传感器的磁盘驱动器装置的一 个实施例的整体结构。该磁盘驱动器装置是利用至少一个例如2.5英 寸、1.8英寸、1.3英寸或1.0或更小英寸的磁盘的小型(micro)HDD 装置。这样的小型HDD装置可以是装配在诸如旅行用个人电脑、移动 电话、数字音频播放器或其他移动装备等移动设备中的HDD装置，或 者是其本身用作移动存储器的HDD装置、或可拆除HDD。
在显示未覆盖状态的磁盘驱动器装置的图中，参考数字10表示运 行时由主轴马达旋转的磁盘，10a表示磁盘10的没有写入数据的缩回 区(retracted zone)。一旦探测到磁盘驱动器装置落下，磁头就移动 到缩回区。另外，在该图中，参考数字11表示磁头万向架组件(HGA)。 运行时面向磁盘10的磁头连附于该HGA 11的顶端部分。参考数字12 表示一软性印制电路(FPC)，该软性印制电路即电连接到磁头的引线 导体构件，13表示用于支撑HGA 11的支撑臂，14表示一音圈马达 (VCM)，该音圈马达即通过围绕轴15枢轴转动支撑臂13来定位磁头 的致动器，16表示一斜台，支撑臂13的槽(tub)13a攀爬在此斜台 上以在探测到下落时将磁头抬离磁盘表面，17表示安装在电路板18 上的加速度传感器。
图2示意性示出作为根据本发明一个优选实施方案的加速度传感 器17的整体结构，图3示出安装在该加速度传感器的外壳构件中的弹 簧构件、具有重物的磁场产生构件和磁场探测传感器的结构。
该实施方案中的加速度传感器用于探测X轴方向、Y轴方向和Z 轴方向这三个轴上的加速度。该加速度传感器具有容纳在外壳构件20 内的弹簧构件21、四个具有重物的磁场产生构件22a-22d、用于探测 X轴和Z轴加速度的第一磁场探测传感器23、用于探测X轴和Z轴加 速度的第二磁场探测传感器24、用于探测Y轴加速度的第三磁场探测 传感器25、以及支点构件26。该弹簧构件21由一个第一条状板簧21a、 两个第二条状板簧21b和21c、以及用于支撑四个具有重物的磁场产 生构件22a-22d的四个重物支撑部分21d-21g一体地形成。所述四 个具有重物的磁场产生构件22a-22d在尺寸、形状以及重量上相互具 有相同的情况，但是它们的永久磁体的长度方向不同。
外壳构件20由平面状接线板20a和罩构件20b组成，所述接线板 20a具有由诸如聚酰亚胺或BT树脂之类的树脂材料制成的基底以及形 成于基底上和基底中的布线图案(未示出)，所述罩构件20b由磁性金 属材料制成，用于遮盖和密封接线板20a。在该实施方案中，沿处于X 轴方向、Y轴方向和Z轴方向的三个轴的加速度可通过安装在接线板 20a的单个平面上的三个磁场探测传感器23-25探测。
弹簧构件21由例如NiFe、Ni或其他制成的薄膜金属板、或例如 不锈钢制成的薄板、或例如聚酰亚胺制成的薄树脂板一体地形成，以 具有图3所示的形状。
第一条状板簧21a起主弹簧的作用，响应外部施加的力而产生弯 曲应力和/或扭应力。该第一条状板簧21a的中心构成一支点，并被固 定到支点构件26的一端。所述支点构件26的另一端固定到接线板20a 上。两个第二条状板簧21b和21c起次弹簧的作用，响应外部施加的 力而只产生弯曲应力。这两个第二条状板簧21b和21c的中心分别整 体地连接到第一条状板簧21a的两端。第二条状板簧21b和21c的两 端分别整体地连接到相互具有相同形状的重物支撑部分21d-21g。在 该实施方案中，重物支撑部分21d-21g中的每一个为矩形形状。但是 在一些变体中，它可以形成为圆形或其他形状。
具有重物的磁场产生构件22a-22d分别通过粘合剂固定在弹簧 构件21的重物支撑部分21d-21g的一个表面上，该表面与面对磁场 探测传感器的另一表面相反。这些具有重物的磁场产生构件22a-22d 分别具有用于产生磁场的四对永久磁体22a1和22a2、22b1和22b2、22c1 和22c2、以及22d1和22d2。
用于X轴和Z轴的第一磁场探测传感器23、用于X轴和Z轴的第 二磁场探测传感器24以及用于Y轴的第三磁场探测传感器25用粘合 剂固定在接线板20a上，使得它们面对四个具有重物的磁场产生构件 22a-22d中的三个具有重物的磁场产生构件22a-22c，换句话说，使 得它们分别面对重物支撑部分21d-21f的另一表面。因此，分别由具 有重物的磁场产生构件22a-22c施加角度随加速度变化的磁场给第 一到第三磁场探测传感器23-25。在此实施方案中，提供具有重物的 磁场产生构件22d仅为保持弹簧构件21的平衡。
永久磁体对22a1和22a2由铁氧体材料制成，并成形为沿X轴方向 彼此平行地延伸的直角平行六面体形状。该永久磁体22a1和22a2面对 用于X轴和Z轴的第一磁场探测传感器23。布置该永久磁体对22a1 和22a2，使得它们的面对第一磁场探测传感器23的表面具有彼此不同 的磁极性。由该永久磁体22a1和22a2形成一个闭合的磁回路。如稍后 将要论述的，第一磁场探测传感器23中的自旋阀GMR元件被布置在此 闭合磁回路之内，使得磁场或偏置场在与这些自旋阀GMR元件的叠层 平面基本垂直的方向上被施加。
永久磁体对22b1和22b2由铁氧体材料制成，并成形为沿X轴方向 彼此平行地延伸的直角平行六面体形状。该永久磁体22b1和22b2面对 用于X轴和Z轴的第二磁场探测传感器24。布置该永久磁体对22b1 和22b2，使得它们的面对第二磁场探测传感器24的表面具有彼此不同 的磁极性。由该永久磁体22b1和22b2形成一个闭合的磁回路。如稍后 将要论述的，第二磁场探测传感器24中的自旋阀GMR元件被布置在此 闭合磁回路之内，使得磁场或偏置场在与这些自旋阀GMR元件的叠层 平面基本垂直的方向上被施加。
永久磁体对22c1和22c2由铁氧体材料制成，并成形为沿Y轴方向 彼此平行地延伸的直角平行六面体形状。该永久磁体22c1和22c2面对 用于Y轴和Z轴的第三磁场探测传感器25。布置该永久磁体对22c1 和22c2，使得它们的面对第三磁场探测传感器25的表面具有彼此不同 的磁极性。由该永久磁体22c1和22c2形成一个闭合的磁回路。如稍后 将要论述的，第三磁场探测传感器25中的自旋阀GMR元件被布置在此 闭合磁回路之内，使得磁场或偏置场在与这些自旋阀GMR元件的叠层 平面基本垂直的方向上被施加。
图4示意性示出接线板20a上的电连接以及磁场探测传感器23- 25的结构，图5示出接线板20a和磁场探测传感器23-25的电连接 结构，图6a、6b和6c示出该加速度传感器的等效电路图。
如这些图中所示，在用于探测X轴和Z轴方向的加速度的第一磁 场探测传感器23中，两对或者四个自旋阀GMR元件23a、23b、23c 和23d彼此平行地形成。自旋阀GMR元件23a-23d中的每一个都具有 沿与X轴垂直的方向(Y轴方向)延伸的线状部分。自旋阀GMR元件 23a和23b构成一对，并且在此实施方案中，它们彼此串联连接。串 联连接的元件23a和23b的两端分别电连接到电源端电极TVCC和TVDD。 元件23a和23b之间的中心点电连接到信号输出端TX1。自旋阀GMR元 件23c和23d也构成一对，并且在此实施方案中，它们彼此串联连接。 串联连接的元件23c和23d的两端分别电连接到电源端电极TVCC和TVDD。 元件23c和23d之间的中心点电连接到信号输出端TZ1。
自旋阀GMR元件23a、23b、23c和23d中的每一个具有主要由磁 化固定层、非磁性间隔层和铁磁材料构成的磁化自由层(自由层)组 成的多层结构，其中磁化固定层由反铁磁材料构成的钉扎层和铁磁材 料构成的被钉扎层构成。每个元件的被钉扎层的磁化被固定在与自由 层的工作方向(running direction)相垂直的同一方向上。也就是说， 在第一磁场探测传感器23中，自旋阀GMR元件23a、23b、23c和23d 的所有被钉扎层被固定在同一方向上，该方向即X轴方向。
图7示出MR阻抗变化对相对于自旋阀GMR元件的叠层平面而言的 施加的磁场角度的特性。在该图中，横轴表示施加的磁场或偏置磁场 与自由层工作(run)的方向，也就是垂直于磁化方向的方向，之间的 角度(度)，纵轴表示MR阻抗(Ω)。
正如将从图中注意到的，自旋阀GMR元件的MR阻抗将随偏置磁场 中角度在90度附近的微小变化而发生显著的改变。由于偏置磁场的小 角度变化θ相应于90度±θ，因此具有重物的磁场产生构件，也就是 永久磁体对，的少量倾斜被提取作为MR阻抗的变化。MR阻抗的该变 化不仅示出角度变化的量，还示出角度变化的正负方向。
分别施加给互相串联连接的自旋阀GMR元件对23a和23b的偏置 磁场在基本上彼此相反的方向上。因此，这些自旋阀GMR元件23a和 23b中各自的被钉扎层的磁化方向被固定到同一方向上。之所以得到 在彼此相反的方向上的偏置磁场，是因为永久磁体对22a1和22a2形成 闭合的磁回路(closed magnetic loop)，并且自旋阀GMR元件对23a 和23b被布置在该闭合磁回路相应的路径中，而磁场沿彼此相反的方 向通过所述路径。在这种情况下，构成闭合磁回路的磁路的中心位于 自旋阀GMR元件对23a和23b之间的中心线上。
对于彼此串联连接的自旋阀GMR元件对23c和23d，施加在基本 上彼此相反的方向上的同样的偏置磁场，并且这些自旋阀GMR元件23c 和23d中各自的被钉扎层的磁化方向被固定到同一方向上。在这种情 况下，同样地，构成闭合磁回路的磁路的中心位于自旋阀GMR元件对 23c和23d之间的中心线上。
由于通过施加相反方向的偏置磁场给自旋阀GMR元件对23a和23b 以及自旋阀GMR元件对23c和23d，使自旋阀GMR元件对23a和23b 以及自旋阀GMR元件对23c和23d中各自的被钉扎层的磁化方向被固 定到同一方向上，所以这四个自旋阀GMR元件23a、23b、23c和23d 可以在单个芯片(chip)中形成，从而使加速度传感器的尺寸进一步 缩减。
在用于探测X轴和Z轴方向的加速度的第二磁场探测传感器24 中，两对或者四个自旋阀GMR元件24a、24b、24c和24d也彼此平行 地形成。自旋阀GMR元件24a-24d中的每一个都具有沿与X轴相垂直 的方向(Y轴方向)延伸的线状部分。自旋阀GMR元件24a和24b构 成一对，并且在此实施方案中，它们彼此串联连接。串联连接的元件 24a和24b的两端分别电连接到电源端电极TVCC和TVDD。元件24a和24b 之间的中心点电连接到信号输出端TX2。自旋阀GMR元件24c和24d也 构成一对，并且在此实施方案中，它们彼此串联连接。串联连接的元 件24c和24d的两端分别电连接到电源端电极TVCC和TVDD。元件24c和 24d之间的中心点电连接到信号输出端TZ2。
自旋阀GMR元件24a、24b、24c和24d中的每一个具有主要由磁 化固定层、非磁性间隔层和铁磁材料构成的磁化自由层(自由层)组 成的多层结构，其中磁化固定层由反铁磁材料构成的钉扎层和铁磁材 料构成的被钉扎层构成。每个元件的被钉扎层的磁化被固定在与自由 层的工作方向相垂直的同一方向上。也就是说，在第二磁场探测传感 器24中，自旋阀GMR元件24a、24b、24c和24d的所有被钉扎层被固 定在同一方向上，该方向即X轴方向。
分别施加给互相串联连接的自旋阀GMR元件对24a和24b的偏置 磁场在基本上彼此相反的方向上。因此，这些自旋阀GMR元件24a和 24b中各自的被钉扎层的磁化方向被固定到同一方向上。之所以得到 在彼此相反的方向上的偏置磁场，是因为永久磁体对22b1和22b2形成 闭合的磁回路，并且自旋阀GMR元件对24a和24b被布置在该闭合磁 回路相应的路径中，而磁场沿彼此相反的方向通过所述路径。在这种 情况下，构成闭合磁回路的磁路的中心位于自旋阀GMR元件对24a和 24b之间的中心线上。
对于彼此串联连接的自旋阀GMR元件对24c和24d，施加在基本 上彼此相反的方向上的同样的偏置磁场，并且这些自旋阀GMR元件24c 和24d中各自的被钉扎层的磁化方向被固定到同一方向上。在这种情 况下，同样地，构成闭合磁回路的磁路的中心位于自旋阀GMR元件对 24c和24d之间的中心线上。
由于通过施加相反方向的偏置磁场给自旋阀GMR元件对24a和24b 以及自旋阀GMR元件对24c和24d，使自旋阀GMR元件对24a和24b 以及自旋阀GMR元件对24c和24d中各自的被钉扎层的磁化方向被固 定到同一方向上，所以这四个自旋阀GMR元件24a、24b、24c和24d 可以在单个芯片中形成，从而使加速度传感器的尺寸进一步缩减。
在用于探测Y轴方向的加速度的第三磁场探测传感器25中，两对 或者四个自旋阀GMR元件25a、25b、25c和25d彼此平行地形成。自 旋阀GMR元件25a-25d中的每一个都具有沿与Y轴相垂直的方向(X 轴方向)延伸的线状部分。自旋阀GMR元件25a和25b构成一对，并 且在此实施方案中，它们彼此串联连接。串联连接的元件25a和25b 的两端分别电连接到电源端电极TVCC和TVDD。元件25a和25b之间的中 心点电连接到信号输出端TY1。自旋阀GMR元件25c和25d也构成一对， 并且在此实施方案中，它们彼此串联连接。串联连接的元件25c和25d 的两端分别电连接到电源端电极TVCC和TVDD。元件25c和25d之间的中 心点电连接到信号输出端TY2。
自旋阀GMR元件25a、25b、25c和25d中的每一个具有主要由磁 化固定层、非磁性间隔层和铁磁材料构成的磁化自由层(自由层)组 成的多层结构，其中磁化固定层由反铁磁材料构成的钉扎层和铁磁材 料构成的被钉扎层构成。每个元件的被钉扎层的磁化被固定在与自由 层的工作方向相垂直的同一方向上。也就是说，在第三磁场探测传感 器25中，自旋阀GMR元件25a、25b、25c和25d的所有被钉扎层被固 定在同一方向上，该方向即Y轴方向。
分别施加给互相串联连接的自旋阀GMR元件对25a和25b的偏置 磁场在基本上彼此相反的方向上。因此，这些自旋阀GMR元件25a和 25b中各自的被钉扎层的磁化方向被固定到同一方向上。之所以得到 在彼此相反的方向上的偏置磁场，是因为永久磁体对22c1和22c2形成 闭合的磁回路，并且自旋阀GMR元件对25a和25b被布置在该闭合磁 回路相应的路径中，而磁场沿彼此相反的方向通过所述路径。在这种 情况下，构成闭合磁回路的磁路的中心位于自旋阀GMR元件对25a和 25b之间的中心线上。
对于彼此串联连接的自旋阀GMR元件对25c和25d，施加在基本 上彼此相反的方向上的同样的偏置磁场，并且这些自旋阀GMR元件25c 和25d中各自的被钉扎层的磁化方向被固定到同一方向上。在这种情 况下，同样地，构成闭合磁回路的磁路的中心位于自旋阀GMR元件对 25c和25d之间的中心线上。
由于通过施加相反方向的偏置磁场给自旋阀GMR元件对25a和25b 以及自旋阀GMR元件对25c和25d，使自旋阀GMR元件对25a和25b 以及自旋阀GMR元件对25c和25d中各自的被钉扎层的磁化方向被固 定到同一方向上，所以这四个自旋阀GMR元件25a、25b、25c和25d 可以在单个芯片中形成，从而使加速度传感器的尺寸进一步缩减。
在第一磁场探测传感器23的自旋阀GMR元件23a和23b的两端施 加电源电压VCC-VDD，并从连接到它们之间的中心点的信号输出端TX1导 出第一X轴加速度信号VX1。同样地，在第二磁场探测传感器24的自 旋阀GMR元件24b和24a的两端施加电源电压VCC-VDD，并从连接到它们 之间的中心点的信号输出端TX2导出第二X轴加速度信号VX2。因此， 这些自旋阀GMR元件23a、23b、24b和24a以图6a所示的全桥形式连 接。来自相应信号输出端TX1和TX2的信号VX1和VX2被差动放大，以变 为X轴方向的加速度信号。仅当具有重物的磁场产生构件22a，也就 是永久磁体22a1和22a2，以及具有重物的磁场产生构件22b，也就是 永久磁体22b1和22b2，因为施加的加速度而沿着Z轴方向向彼此相反 的方向位移时，X轴方向的该加速度信号才被提供。当具有重物的磁 场产生构件22a和22b一起向同一方向位移时，由于第一和第二X轴 加速度信号VX1和VX2互相抵消掉，没有X轴方向的加速度信号被提供。
在第一磁场探测传感器23的自旋阀GMR元件23c和23d的两端施 加电源电压VCC-VDD，并从连接到它们之间的中心点的信号输出端TZ1导 出第一Z轴加速度信号VZ1。同样地，在第二磁场探测传感器24的自 旋阀GMR元件24c和24d的两端施加电源电压VCC-VDD，并从连接到它们 之间的中心点的信号输出端TZ2导出第二Z轴加速度信号VZ2。因此， 这些自旋阀GMR元件23c、23d、24c和24d以图6b所示的全桥形式连 接。来自相应信号输出端TZ1和TZ2的信号VZ1和VZ2被差动放大，以变 为Z轴方向的加速度信号。仅当具有重物的磁场产生构件22a，也就 是永久磁体22a1和22a2，以及具有重物的磁场产生构件22b，也就是 永久磁体22b1和22b2，因为施加的加速度而一起沿着Z轴方向向同一 方向位移时，Z轴方向的该加速度信号才被提供。当具有重物的磁场 产生构件22a和22b向彼此相反的方向位移时，由于第一和第二Z轴 加速度信号VZ1和VZ2互相抵消掉，没有Z轴方向的加速度信号被提供。
在第三磁场探测传感器25的自旋阀GMR元件25b和25a的两端施 加电源电压VCC-VDD，并从连接到它们之间的中心点的信号输出端TY1导 出第一Y轴加速度信号VY1。同样地，在第三磁场探测传感器25的自 旋阀GMR元件25c和25d的两端施加电源电压VCC-VDD，并从连接到它们 之间的中心点的信号输出端TY2导出第二Y轴加速度信号VY2。因此， 第三磁场探测传感器25的这些自旋阀GMR元件25a、25b、25c和25d 以图6c所示的全桥形式连接。来自相应信号输出端TY1和TY2的信号VY1 和VY2被差动放大，以变为Y轴方向的加速度信号。当具有重物的磁场 产生构件22c，也就是永久磁体22c1和22c2，因为施加的加速度而沿 着Z轴方向位移时，Y轴方向的该加速度信号被提供。
下文中，将详细描述该实施方案中弹簧构件21的结构和操作。
图8a、8b和8c示出根据本发明的弹簧构件的条状板簧的基本操 作。
图8a示出没有施加外力时的状态，在该图中，参考数字80表示 条状板簧，81表示位于条状板簧80的一端的弯曲中心或支点，82表 示固定到条状板簧80的另一端的重物构件，该重物构件与弯曲中心 81分开。在以下描述中，垂直于条状板簧80的表面的方向被定义为 弯曲方向，条状板簧80的纵向被定义为长度方向，如图8a所示。
当如图8b所示施加弯曲方向的外力时，以及当如图8c所示施加 长度方向的外力时，条状板簧80产生弯曲应力，以使其所述另一端以 及重物构件82在弯曲方向上发生位移。
图9a和9b示出条状板簧90的操作，该条状板簧90具有两个如 图8a-8c所示的条状板簧，这两个条状板簧从它们的弯曲中心向相反 侧展开，换句话说，条状板簧90在其中心具有一支点91，并且两端 部分上分别固定有重物构件92a和92b。
当如图9a所示施加弯曲方向的外力FZ时，条状板簧90的两端部 分和重物构件92a和92b一起在同一弯曲方向上发生位移。另一方面， 当如图9b所示施加长度方向的外力FX时，条状板簧90的端部分以及 重物构件92a和92b在彼此相反的弯曲方向上发生位移。如果图9a的 外力FZ和图9b的外力FX具有如下关系：|FZ|＝|FX|，则重物构件92a和 92b的位移量相等。重物构件92a和92b的位移量与重物构件92a和 92b的位移角度θ成正比。在重物构件由用于产生磁场的永久磁体构 成的情况下，自旋阀GMR元件可以探测出位移角度θ以获知所施加的 外力。
图10a、10b和10c示出此实施方案中弹簧构件的操作。在这些图 中，尽管具有重物的磁场产生构件22c和22d的延伸方向被示出在与 该实施方案中不同的方向上，但是弹簧构件的操作是一样的。
当如图10a所示施加沿X轴方向的外力FX时，第一条状板簧或主 弹簧21a和第二条状板簧或次弹簧21b和21c一起产生弯曲应力，以 在弯曲方向上发生位移来达到平衡。在这种情况下，具有重物的磁场 产生构件22a和22c以及具有重物的磁场产生构件22b和22d的位移 方向彼此相反。当如图10b所示施加沿Z轴方向的外力FZ时，第一条 状板簧或主弹簧21a以及第二条状板簧或次弹簧21b和21c一起产生 弯曲应力，以在弯曲方向上发生位移来达到平衡。在这种情况下，具 有重物的磁场产生构件22a和22c以及具有重物的磁场产生构件22b 和22d的位移方向是同一方向。当如图10c所示施加沿Y轴方向的外 力FY时，第一条状板簧或主弹簧21a绕其长度方向的中心转动产生扭 应力，第二条状板簧或次弹簧21b和21c产生弯曲应力，以在绕主弹 簧长度方向的中心的转动方向上发生位移来达到平衡。在这种情况下， 具有重物的磁场产生构件22a和22b以及具有重物的磁场产生构件 22c和22d的位移方向彼此相反。
当如前所述施加沿X轴方向的外力FX，具有重物的磁场产生构件 22a和22c以及具有重物的磁场产生构件22b和22d在主弹簧的弯曲 方向上发生位移时，施加给自旋阀GMR元件23a和23b以及自旋阀GMR 元件24b和24a的偏置磁场的角度相应地向同一方向改变。因此，第 一X轴加速度信号VX1和第二X轴加速度信号VX2的相加(added)差动 输出被导出，以提供其作为X轴方向的加速度信号。在这种情况下， 由于第一Z轴加速度信号VZ1和第二Z轴加速度信号VZ2彼此抵消掉， 因此不提供Z轴方向的加速度信号。此外，在这种情况下，由于偏置 磁场角度沿自旋阀GMR元件25d、25b、25c和25a的自由层的工作方 向改变，因此不产生第一Y轴加速度信号VY1和第二Y轴加速度信号 VY2，因而不提供Y轴方向的加速度信号。
当如前所述施加沿Z轴方向的外力FZ，具有重物的磁场产生构件 22a和22c以及具有重物的磁场产生构件22b和22d在主弹簧的弯曲 方向上发生位移时，施加给自旋阀GMR元件23c和23d以及自旋阀GMR 元件24c和24d的偏置磁场的角度相应地向相反的方向改变。因此， 第一Z轴加速度信号VZ1和第二Z轴加速度信号VZ2的相加差动输出被 导出，以提供其作为Z轴方向的加速度信号。在这种情况下，由于第 一X轴加速度信号VX1和第二X轴加速度信号VX2彼此抵消掉，因此不 提供X轴方向的加速度信号。此外，在这种情况下，由于偏置磁场角 度沿自旋阀GMR元件25d、25b、25c和25a的自由层的工作方向改变， 因此不产生第一Y轴加速度信号VY1和第二Y轴加速度信号VY2，因而 不提供Y轴方向的加速度信号。
当施加沿Y轴方向的外力FY，具有重物的磁场产生构件22a和22c 以及具有重物的磁场产生构件22b和22d在绕主弹簧长度方向的中心 的转动方向上发生位移时，施加给自旋阀GMR元件25d、25b、25c和 25a的偏置磁场的角度相应地向同一方向改变。因此，第一Y轴加速 度信号VY1和第二Y轴加速度信号VY2的相加差动输出被导出，以提供 其作为Y轴方向的加速度信号。在这种情况下，由于偏置磁场角度沿 自旋阀GMR元件23a-23d和24a-24d的自由层的工作方向改变，因 此不产生第一X轴加速度信号VX1和第二X轴加速度信号VX2以及第一Z 轴加速度信号VZ1和第二Z轴加速度信号VZ2，因而不提供X轴方向的 加速度信号和Z轴方向的加速度信号。
根据该实施方案，由于利用了其中心具有支点、在两端部分固定 有具有重物的磁场产生构件的第一条状板簧21a的弯曲功能，并且由 于导出了第一磁场探测传感器23的部分输出VX1或VZ1和第二磁场探测 传感器24的部分输出VX2或VZ2之间的差动输出，因此有可能将X轴方 向和Z轴方向上的加速度分量确定地分离开并正确地导出。此外，由 于利用了第一条状板簧21a的扭转功能，并适当地确定了第三磁场探 测传感器25的磁场检测方向，因此有可能将Y轴方向上的加速度分量 确定地分离开并正确地导出。
另外，由于第一条状板簧或主弹簧21a和第二条状板簧或次弹簧 21b和21c一起产生弯曲应力，以便它们在弯曲方向上发生位移来达 到平衡，因此可以将弹簧构件21设置为具有极度小的尺寸、大的位移 量以及高的灵敏度。因此，有可能提供这样一种加速度传感器：该加 速度传感器即使具有极度小型化的结构，也可预期加速度的高度灵敏 探测。
此外，根据该实施方案，由于弹簧构件的四个端部分按同样的结 构和形状形成，因此有可能提供一种具有要探测的X轴、Y轴和Z轴 方向加速度中任一个的一致灵敏度和探测方向性的加速度传感器。
此外，由于Z轴、X轴和Y轴方向中每一个的加速度的数值以及 正负可仅仅通过三个磁场探测传感器检测，因此可以减少磁场探测传 感器的数量，并且还可极度简化每个传感器的结构，从而极度小型化 加速度传感器的总体尺寸。另外，由于自旋阀GMR元件对磁场变化非 常灵敏，因此可以预期高度灵敏的加速度探测。
此外，根据该实施方案，由于施加给每个磁场探测传感器中的自 旋阀GMR元件对的偏置磁场的方向彼此相反，因此这些自旋阀GMR元 件中各自的被钉扎层的磁化方向被固定到同一方向上。因此，两对自 旋阀GMR元件，也就是，四个自旋阀GMR元件，可在单个芯片中形成， 从而使加速度传感器的尺寸进一步缩减。
另外，根据该实施方案，由于两个永久磁体的磁体对提供具有在 垂直于自旋阀GMR元件的叠层平面的方向上广泛分布的磁场的闭合磁 回路，并且所述自旋阀GMR元件被布置在该闭合磁回路中，因此只有 最少量的磁场会从该闭合磁回路泄漏出去，也就是说，磁场的泄漏会 减小，会有足够的偏置磁场被施加给自旋阀GMR元件。因而，即使永 久磁体的体积缩减，也能获得加速度探测的稳定的、高的灵敏度，并 且还可以预期对施加的可能外电场和外磁场的不灵敏性。
此外，根据该实施方案，由于不必在弹簧构件和具有重物的磁场 产生构件上形成电极，布线结构可被简化。另外，由于阻抗低，该实 施方案的加速度传感器与压电型加速度传感器和静电电容型加速度传 感器相比，比较不受外部干扰的影响。
图11图解示出作为本发明另一个实施方案的加速度传感器的弹 簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构。除了具有重物的磁场产生 构件的构造外，该实施方案中加速度传感器的构造与图2所示的实施 方案的相同。因此，在图11中，用相同的参考数字表示与图2的实施 方案中的元件相同的元件。
该实施方案中弹簧构件的结构与图2的实施方案中的相同。该实 施方案与图2的实施方案的不同在于，具有重物的磁场产生构件22a- 22d分别固定在于第二条状板簧21b和21c的两端部分形成的重物支 撑部分的磁场探测传感器一侧的表面上。也就是说，在该实施方案中， 具有重物的磁场产生构件22a-22d连附在与图2的实施方案中的表面 相反的表面上。将会注意到，根据本发明，四个具有重物的磁场产生 构件可连附在弹簧构件的前、后表面中的任一个上。
该实施方案中的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的其他构 造，以及该实施方案的操作、功能和优点，都与图2的实施方案的相 同。
图12图解示出作为本发明又一个实施方案的加速度传感器的弹 簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构。除了具有重物的磁场产生 构件的构造外，该实施方案中加速度传感器的构造与图2所示的实施 方案的相同。因此，在图12中，用相同的参考数字表示与图2的实施 方案中的元件相同的元件。
该实施方案中弹簧构件的结构与图2的实施方案中的相同。该实 施方案与图2的实施方案的不同在于，具有重物的磁场产生构件22a、 22b、22c’和22d’分别固定在于第二条状板簧21b和21c的两端部分形 成的重物支撑部分的磁场探测传感器一侧的表面上，并且具有重物的 磁场产生构件22c’和22d’的长度或延伸方向与图2的实施方案中的不 同。也就是说，在该实施方案中，具有重物的磁场产生构件22a、22b、 22c’和22d’连附在与图2的实施方案中的表面相反的表面上，并且具 有重物的磁场产生构件22c’和22d’沿着与图2的实施方案中具有重物 的磁场产生构件22c和22d不同的方向延伸。将会注意到，根据本发 明，四个具有重物的磁场产生构件可连附在弹簧构件的前、后表面中 的任一个上。此外，根据本发明，连附在第二条状板簧21b和21c的 两端部分上的四个具有重物的磁场产生构件的延伸方向和形状，在这 四个具有重物的磁场产生构件的重量相互平衡的条件下可以互相不 同。
该实施方案中的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的其他构 造，以及该实施方案的操作、功能和优点，都与图2的实施方案的相 同。
图13图解示出作为本发明再一个实施方案的加速度传感器的弹 簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构。除了具有重物的磁场产生 构件的构造外，该实施方案中加速度传感器的构造与图2所示的实施 方案的相同。因此，在图13中，用相同的参考数字表示与图2的实施 方案中的元件相同的元件。
该实施方案中弹簧构件的结构与图2的实施方案中的相同。该实 施方案与图2的实施方案的不同在于，具有重物的磁场产生构件22a -22d分别固定在于第二条状板簧21b和21c的两端部分形成的重物 支撑部分的磁场探测传感器一侧的表面上，并且具有重物的磁场产生 构件22a和22c以及具有重物的磁场产生构件22b和22d分别通过刚 性条状支撑构件130a和130b互相连接。也就是说，在该实施方案中， 具有重物的磁场产生构件22a-22d连附在与图2的实施方案中的表面 相反的表面上，并且具有重物的磁场产生构件22a和22c通过刚性条 状支撑构件130a彼此连接，具有重物的磁场产生构件22b和22d通过 刚性条状支撑构件130b彼此连接。将会注意到，根据本发明，四个具 有重物的磁场产生构件可连附在弹簧构件的前、后表面中的任一个上。
由于条状支撑构件130a和130b固定到相应的第二条状板簧21b 和21c上，所以这些第二条状板簧21b和21c并不起弹簧的作用，因 此只有第一条状板簧21a起弹簧的作用。该第一条状板簧21a响应施 加的外力产生弯曲应力和扭应力，以使具有重物的磁场产生构件22a -22d发生位移。
该实施方案中的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的其他构 造，以及该实施方案的操作、功能和优点，都与图2的实施方案的相 同。
图14图解示出作为本发明又另外一个实施方案的加速度传感器 的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构。除了具有重物的磁场 产生构件的构造外，该实施方案中加速度传感器的构造与图2所示的 实施方案的相同。因此，在图14中，用相同的参考数字表示与图2的 实施方案中的元件相同的元件。
该实施方案中弹簧构件的结构与图2的实施方案中的相同。该实 施方案与图2的实施方案的不同在于，具有重物的磁场产生构件22c’ 和22d’的长度或延伸方向与图2的实施方案中的不同，并且具有重物 的磁场产生构件22a和22c’与具有重物的磁场产生构件22b和22d’分 别通过刚性条状支撑构件130a和130b互相连接。也就是说，在该实 施方案中，具有重物的磁场产生构件22c’和22d’沿着与图2的实施方 案中具有重物的磁场产生构件22c’和22d’不同的方向延伸，并且具有 重物的磁场产生构件22a和22c’通过刚性条状支撑构件130a彼此连 接，具有重物的磁场产生构件22b和22d’通过刚性条状支撑构件130b 彼此连接。
根据本发明，连附在第二条状板簧21b和21c的两端部分的四个 具有重物的磁场产生构件的延伸方向和形状，在这四个具有重物的磁 场产生构件的重量相互平衡的条件下可互相不同。由于条状支撑构件 130a和130b固定到相应的第二条状板簧21b和21c上，所以这些第 二条状板簧21b和21c并不起弹簧的作用，因此只有第一条状板簧21a 起弹簧的作用。该第一条状板簧21a响应施加的外力产生弯曲应力和 扭应力，以使具有重物的磁场产生构件22a、22b、22c’和22d’发生位 移。
该实施方案中的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的其他构 造，以及该实施方案的操作、功能和优点，都与图2的实施方案的相 同。
图15图解示出作为本发明再另外一个实施方案的加速度传感器 的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构。除了具有重物的磁场 产生构件的构造外，该实施方案中加速度传感器的构造与图2所示的 实施方案的相同。因此，在图15中，用相同的参考数字表示与图2的 实施方案中的元件相同的元件。
该实施方案中弹簧构件的结构与图2的实施方案中的相同。该实 施方案与图2的实施方案的不同在于，具有重物的磁场产生构件22c’ 和22d’的长度或延伸方向与图2的实施方案中的不同，刚性条状支撑 构件130a和130b固定在第二条状板簧21b和21c上，其上固定具有 重物的磁场产生构件22a、22b、22c’和22d’，并且这些具有重物的磁 场产生构件22a和22c’以及具有重物的磁场产生构件22b和22d’分别 通过条状支撑构件130a和130b互相连接。也就是说，在该实施方案 中，具有重物的磁场产生构件22c’和22d’沿着与图2的实施方案中具 有重物的磁场产生构件22c’和22d’不同的方向延伸，并且具有重物的 磁场产生构件22a和22c’通过连附在第二条状板簧21b上的刚性条状 支撑构件130a彼此连接，具有重物的磁场产生构件22b和22d’通过连 附在第二条状板簧21c上的刚性条状支撑构件130b彼此连接。
根据本发明，连附到第二条状板簧21b和21c的两端部分的四个 具有重物的磁场产生构件的延伸方向和形状，在这四个具有重物的磁 场产生构件的重量相互平衡的条件下可相互不同。如果该重量上的平 衡被保持，条状支撑构件130a和130b可连附到第二条状板簧21b和 21c的任意部分。由于条状支撑构件130a和130b固定到相应的第二 条状板簧21b和21c上，所以这些第二条状板簧21b和21c并不起弹 簧的作用，因此只有第一条状板簧21a起弹簧的作用。该第一条状板 簧21a响应施加的外力产生弯曲应力和扭应力，以使具有重物的磁场 产生构件22a、22b、22c’和22d’发生位移。
该实施方案中的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的其他构 造，以及该实施方案的操作、功能和优点，都与图2的实施方案的相 同。
图16图解示出作为本发明又另外一个实施方案的加速度传感器 的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构。除了具有重物的磁场 产生构件的构造外，该实施方案中加速度传感器的构造与图2所示的 实施方案的相同。因此，在图16中，用相同的参考数字表示与图2的 实施方案中的元件相同的元件。
该实施方案中弹簧构件的结构与图2的实施方案中的相同。该实 施方案与图2的实施方案的不同在于，具有重物的磁场产生构件由两 个具有重物的磁场产生构件162a和162b组成，并且这些具有重物的 磁场产生构件162a和162b分别一体地固定到第二条状板簧21b和21c 上。由于具有重物的磁场产生构件162a和162b一体地固定到相应的 第二条状板簧21b和21c上，所以这些第二条状板簧21b和21c并不 起弹簧的作用，因此只有第一条状板簧21a起弹簧的作用。该第一条 状板簧21a响应施加的外力产生弯曲应力和扭应力，以使具有重物的 磁场产生构件162a和162b发生位移。具有重物的磁场产生构件162a 和162b中的每一个具有四个永久磁体以及内含这些永久磁体的重物 构件。
该实施方案中的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的其他构 造，以及该实施方案的操作、功能和优点，都与图2的实施方案的相 同。
图17图解示出作为本发明再另外一个实施方案的加速度传感器 的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构。除了弹簧构件和具有 重物的磁场产生构件的构造外，该实施方案中加速度传感器的构造与 图2所示的实施方案的相同。因此，在图17中，用相同的参考数字表 示与图2的实施方案中的元件相同的元件。
在该实施方案中，起主弹簧的作用并响应外部施加的力而产生弯 曲应力和/或扭应力的第一条状板簧由分开的两个第一条状板簧171a1 和171a2组成。第一条状板簧171a1和171a2的一端构成支点，并分别 固定到支点构件176a和176b的一端。支点构件176a和176b的另一 端固定到接线板上。起次弹簧的作用并响应外部施加的力而只产生弯 曲应力的两个第二条状板簧171b和171c的中心分别整体地连接到第 一条状板簧171a1和171a2的另一端。具有重物的磁场产生构件22a、 22b、22c’和22d’分别固定到第二条状板簧171b和171c的两端部分。 此外，在该实施方案中，具有重物的磁场产生构件22a、22b、22c’和 22d’分别固定在于第二条状板簧171b和171c的两端部分形成的重物 支撑部分的磁场探测传感器一侧的表面上，并且具有重物的磁场产生 构件22c’和22d’的长度或延伸方向与图2的实施方案中的不同。也就 是说，在该实施方案中，具有重物的磁场产生构件22a、22b、22c’和 22d’连附在与图2的实施方案中的表面相反的表面上，并且具有重物 的磁场产生构件22c’和22d’沿着与图2的实施方案中具有重物的磁场 产生构件22c和22d不同的方向延伸。即使主弹簧如该实施方案中的 弹簧构件以双向分裂的方式(in two-way split)分开，也可以得到 与图2的实施方案相似的功能。将会注意到，根据本发明，四个具有 重物的磁场产生构件可连附在弹簧构件的前、后表面中的任意一个上。 此外，根据本发明，连附在第二条状板簧171b和171c的两端部分上 的四个具有重物的磁场产生构件的延伸方向和形状，在这四个具有重 物的磁场产生构件的重量相互平衡的条件下可以相互不同。
该实施方案中的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的其他构 造，以及该实施方案的操作、功能和优点，都与图2的实施方案的相 同。
图18图解示出作为本发明又另外一个实施方案的加速度传感器 的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的结构。除了弹簧构件和具有 重物的磁场产生构件的构造外，该实施方案中加速度传感器的构造与 图2所示的实施方案的相同。因此，在图18中，用相同的参考数字表 示与图2的实施方案中的元件相同的元件。
在该实施方案中，起主弹簧的作用并响应外部施加的力而产生弯 曲应力和/或扭应力的第一条状板簧由分开的两个第一条状板簧171a1 和171a2组成。第一条状板簧171a1和171a2的一端构成支点，并分别 固定到支点构件176a和176b的一端。支点构件176a和176b的另一 端固定到接线板上。起次弹簧的作用并响应外部施加的力而只产生弯 曲应力的两个第二条状板簧171b和171c的中心分别整体地连接到第 一条状板簧171a1和171a2的另一端。具有重物的磁场产生构件22a、 22b、22c’和22d’分别固定到第二条状板簧171b和171c的两端部分。 此外，在该实施方案中，具有重物的磁场产生构件22a和22c’以及具 有重物的磁场产生构件22b和22d’分别通过刚性条状支撑构件180a 和180b彼此相连，并且具有重物的磁场产生构件22c’和22d’的长度 或延伸方向与图2的实施方案中的不同。也就是说，在该实施方案中， 具有重物的磁场产生构件22a和22c’通过刚性条状支撑构件180a彼此 相连，具有重物的磁场产生构件22b和22d’通过刚性条状支撑构件 180b彼此相连，并且具有重物的磁场产生构件22c’和22d’沿着与图2 的实施方案中具有重物的磁场产生构件22c和22d不同的方向延伸。 即使主弹簧如该实施方案中的弹簧构件以双向分裂的方式分开，也可 以得到与图2的实施方案相似的功能。由于条状支撑构件180a和180b 固定到相应的第二条状板簧171b和171c上，因此这些第二条状板簧 171b和171c并不起弹簧的作用，因此只有第一条状板簧171a1和171a2 起弹簧的作用。这些第一条状板簧171a1和171a2响应施加的外力产生 弯曲应力和扭应力，以使具有重物的磁场产生构件22a、22b、22c’和 22d’发生位移。此外，根据本发明，连附在第二条状板簧171b和171c 的两端部分上的四个具有重物的磁场产生构件的延伸方向和形状，在 这四个具有重物的磁场产生构件的重量相互平衡的条件下可以相互不 同。
该实施方案中的弹簧构件和具有重物的磁场产生构件的其他构 造，以及该实施方案的操作、功能和优点，都与图2的实施方案的相 同。
图19示意性示出作为本发明再另外一个实施方案的加速度传感 器的整体结构，图20示出安装于该加速度传感器的外壳构件内的弹簧 构件、具有重物的磁场产生构件和磁场探测传感器的结构。
如这些图所示，此实施方案中的加速度传感器用于探测X轴方向 和Z轴这两个轴或者Y轴方向和Z轴方向这两个轴的加速度。但是在 以下描述中，该加速度传感器用于探测X轴方向和Z轴这两个轴的加 速度。
该加速度传感器具有容纳在外壳构件190中的弹簧构件191、两 个具有重物的磁场产生构件192a和192b、用于探测X轴和Z轴加速 度的第一磁场探测传感器193、用于探测X轴和Z轴加速度的第二磁 场探测传感器194、以及支点构件196。弹簧构件191由条状板簧191a 和用于支撑两个具有重物的磁场产生构件192a和192b的两个重物支 撑部分191b和191c一体地形成。这两个具有重物的磁场产生构件 192a和192b在尺寸、形状和重量上彼此具有同样的情况。
外壳构件190由一平面状接线板190a和一罩构件190b组成，所 述接线板190a具有由诸如聚酰亚胺或BT树脂之类的树脂材料制成的 基底和形成于该基底上和该基底中的布线图案(未示出)，所述罩构 件190b由磁性金属材料制成，用于遮盖和密封接线板190a。在该实 施方案中，沿位于X轴方向和Z轴方向上的两个轴的加速度可通过安 装在接线板190a的单个平面上的两个磁场探测传感器193和194探 测。
弹簧构件191由例如NiFe、Ni或其他材料制成的薄膜金属板、例 如不锈钢制成的薄板、或例如聚酰亚胺制成的薄树脂板一体地形成， 以具有图20中所示的形状。
条状板簧191a响应外部施加的力产生弯曲应力。条状板簧191a 的中心构成一个支点，并固定到支点构件196的一端。支点构件196 的另一端固定到罩构件190b上。条状板簧191a的两端分别整体地连 接到彼此具有相同形状的重物支撑部分191b和191c。在该实施方案 中，重物支撑部分191b和191c中的每一个为矩形形状。但是在变体 中，它可形成为圆形或其他形状。
具有重物的磁场产生构件192a和192b通过粘合剂分别固定在弹 簧构件191的重物支撑部分191b和191c的面对磁场探测传感器的表 面上。该具有重物的磁场产生构件192a和192b分别具有用于产生磁 场的两对永久磁体192a1和192a2、以及192b1和192b2。
用于X轴和Z轴的第一磁场探测传感器193和用于X轴和Z轴的 第二磁场探测传感器194用粘合剂固定在接线板190a上，以分别面对 两个具有重物的磁场产生构件192a和192b。因此，分别从具有重物 的磁场产生构件192a和192b施加角度随加速度变化的磁场给第一和 第二磁场探测传感器193和194。
永久磁体对192a1和192a2由铁氧体材料制成，并成形为沿X轴方 向彼此平行地延伸的直角平行六面体形状。该永久磁体192a1和192a2 面对用于X轴和Z轴的第一磁场探测传感器193。布置该永久磁体对 192a1和192a2，使得它们的面对第一磁场探测传感器193的表面具有 彼此不同的磁极性。该永久磁体192a1和192a2形成一闭合的磁回路。 稍后将会提到，第一磁场探测传感器193中的自旋阀GMR元件布置在 该闭合磁回路中，使得磁场或偏置场在基本垂直于这些自旋阀GMR元 件的叠层平面的方向上被施加。
永久磁体对192b1和192b2由铁氧体材料制成，并成形为沿X轴方 向彼此平行地延伸的直角平行六面体形状。该永久磁体192b1和192b2 面对用于X轴和Z轴的第二磁场探测传感器194。布置该永久磁体对 192b1和192b2，使得它们的面对第二磁场探测传感器194的表面具有 彼此不同的磁极性。该永久磁体192b1和192b2形成一闭合的磁回路。 稍后将会提到，第二磁场探测传感器194中的自旋阀GMR元件布置在 该闭合磁回路中，使得磁场或偏置场在基本垂直于这些自旋阀GMR元 件的叠层平面的方向上被施加。
图21示意性示出接线板190a上的电连接和磁场探测传感器193 和194的结构，图22示出接线板190a和磁场探测传感器193和194 的电连接结构，图23a和23b示出该加速度传感器的等效电路图。
如这些图所示，在用于探测X轴和Z轴方向的加速度的第一磁场 探测传感器193中，两对或者四个自旋阀GMR元件193a、193b、193c 和193d相互平行地形成。自旋阀GMR元件193a-193d中的每一个沿 垂直于X轴的方向(Y轴方向)具有线状部分。自旋阀GMR元件193a 和193b构成一对，并且在该实施方案中，它们彼此串联连接。串联连 接的元件193a和193b的两端分别电连接到电源端电极TVCC和TVDD。元 件193a和193b之间的中心点电连接到信号输出端TX1。自旋阀GMR元 件193c和193d也构成一对，并且在该实施方案中，它们彼此串联连 接。串联连接的元件193c和193d的两端分别电连接到电源端电极TVCC 和TVDD。元件193c和193d之间的中心点电连接到信号输出端TZ1。
自旋阀GMR元件193a、193b、193c和193d中的每一个具有主要 由磁化固定层、非磁性间隔层和铁磁材料构成的磁化自由层(自由层) 组成的多层结构，其中磁化固定层由反铁磁材料构成的钉扎层和铁磁 材料构成的被钉扎层构成。每个元件的被钉扎层的磁化被固定在与自 由层的工作方向相垂直的同一方向上。也就是说，在第一磁场探测传 感器193中，自旋阀GMR元件193a、193b、193c和193d的所有被钉 扎层被固定在同一方向上，该方向即X轴方向。
分别施加给互相串联连接的自旋阀GMR元件对193a和193b的偏 置磁场在基本上彼此相反的方向上。因此，这些自旋阀GMR元件193a 和193b中各自的被钉扎层的磁化方向被固定到同一方向上。之所以得 到在彼此相反的方向上的偏置磁场，是因为永久磁体对192a1和192a2 形成闭合的磁回路，并且自旋阀GMR元件对193a和193b被布置在该 闭合磁回路相应的路径中，而磁场沿彼此相反的方向通过所述路径。 在这种情况下，构成闭合磁回路的磁路的中心位于自旋阀GMR元件对 193a和193b之间的中心线上。
对于彼此串联连接的自旋阀GMR元件对193c和193d，施加在基 本上彼此相反的方向上的同样的偏置磁场，并且这些自旋阀GMR元件 193c和193d中各自的被钉扎层的磁化方向被固定到同一方向上。在 这种情况下，同样地，构成闭合磁回路的磁路的中心位于自旋阀GMR 元件对193c和193d之间的中心线上。
由于通过施加相反方向的偏置磁场给自旋阀GMR元件对193a和 193b以及自旋阀GMR元件对193c和193d，使自旋阀GMR元件对193a 和193b以及自旋阀GMR元件对193c和193d中各自的被钉扎层的磁化 方向被固定到同一方向上，所以这四个自旋阀GMR元件193a、193b、 193c和193d可以在单个芯片中形成，从而使加速度传感器的尺寸进 一步缩减。
在用于探测X轴和Z轴方向的加速度的第二磁场探测传感器194 中，两对或者四个自旋阀GMR元件194a、194b、194c和194d也彼此 平行地形成。自旋阀GMR元件194a-194d中的每一个沿垂直于X轴的 方向(Y轴方向)具有线状部分。自旋阀GMR元件194a和194b构成 一对，并且在该实施方案中，它们彼此串联连接。串联连接的元件194a 和194b的两端分别电连接到电源端电极TVCC和TVDD。元件194a和194b 之间的中心点电连接到信号输出端TX2。自旋阀GMR元件194c和194d 也构成一对，并且在该实施方案中，它们彼此串联连接。串联连接的 元件194c和194d的两端分别电连接到电源端电极TVCC和TVDD。元件 194c和194d之间的中心点电连接到信号输出端TZ2。
自旋阀GMR元件194a、194b、194c和194d中的每一个具有主要 由磁化固定层、非磁性间隔层和铁磁材料构成的磁化自由层(自由层) 组成的多层结构，其中磁化固定层由反铁磁材料构成的钉扎层和铁磁 材料构成的被钉扎层构成。每个元件的被钉扎层的磁化被固定在与自 由层的工作方向相垂直的同一方向上。也就是说，在第二磁场探测传 感器194中，自旋阀GMR元件194a、194b、194c和194d的所有被钉 扎层被固定在同一方向上，该方向即X轴方向。
分别施加给互相串联连接的自旋阀GMR元件对194a和194b的偏 置磁场在基本上彼此相反的方向上。因此，这些自旋阀GMR元件194a 和194b中各自的被钉扎层的磁化方向被固定在同一方向上。之所以得 到在彼此相反的方向上的偏置磁场，是因为永久磁体对192b1和192b2 形成闭合的磁回路，并且自旋阀GMR元件对194a和194b被布置在该 闭合磁回路相应的路径中，而磁场沿彼此相反的方向通过所述路径。 在这种情况下，构成闭合磁回路的磁路的中心位于自旋阀GMR元件对 194a和194b之间的中心线上。
对于彼此串联连接的自旋阀GMR元件对194c和194d，施加在基 本上彼此相反的方向上的同样的偏置磁场，并且这些自旋阀GMR元件 194c和194d中各自的被钉扎层的磁化方向被固定到同一方向上。在 这种情况下，同样地，构成闭合磁回路的磁路的中心位于自旋阀GMR 元件对194c和194d之间的中心线上。
由于通过施加相反方向的偏置磁场给自旋阀GMR元件对194a和 194b以及自旋阀GMR元件对194c和194d，使自旋阀GMR元件对194a 和194b以及自旋阀GMR元件对194c和194d中各自的被钉扎层的磁化 方向被固定在同一方向上，所以这四个自旋阀GMR元件194a、194b、 194c和194d可以在单个芯片中形成，从而使加速度传感器的尺寸进 一步缩减。
在第一磁场探测传感器193的自旋阀GMR元件193a和193b的两 端施加电源电压VCC-VDD，并从连接到它们之间的中心点的信号输出端 TX1导出第一X轴加速度信号VX1。同样地，在第二磁场探测传感器194 的自旋阀GMR元件194b和194a的两端施加电源电压VCC-VDD，并从连 接到它们之间的中心点的信号输出端TX2导出第二X轴加速度信号VX2。 因此，这些自旋阀GMR元件193a、193b、194b和194a以图23a所示 的全桥形式连接。来自相应信号输出端TX1和TX2的信号VX1和VX2被差 动放大，以变为X轴方向的加速度信号。仅当具有重物的磁场产生构 件192a，也就是永久磁体192a1和192a2，以及具有重物的磁场产生构 件192b，也就是永久磁体192b1和192b2，因为施加的加速度而沿着Z 轴方向向彼此相反的方向位移时，X轴方向的该加速度信号才被提供。 当具有重物的磁场产生构件192a和192b一起向同一方向位移时，由 于第一和第二X轴加速度信号VX1和VX2互相抵消掉，没有X轴方向的 加速度信号被提供。
在第一磁场探测传感器193的自旋阀GMR元件193c和193d的两 端施加电源电压VCC-VDD，并从连接到它们之间的中心点的信号输出端 TZ1导出第一Z轴加速度信号VZ1。同样地，在第二磁场探测传感器194 的自旋阀GMR元件194c和194d的两端施加电源电压VCC-VDD，并从连接 到它们之间的中心点的信号输出端TZ2导出第二Z轴加速度信号VZ2。 因此，这些自旋阀GMR元件193c、193d、194c和194d以图23b所示 的全桥形式连接。来自相应信号输出端TZ1和TZ2的信号VZ1和VZ2被差 动放大，以变为Z轴方向的加速度信号。仅当具有重物的磁场产生构 件192a，也就是永久磁体192a1和192a2，以及具有重物的磁场产生构 件192b，也就是永久磁体192b1和192b2，因为施加的加速度而沿着Z 轴方向一起向同一方向位移时，Z轴方向的该加速度信号才被提供。 当具有重物的磁场产生构件192a和192b向彼此相反的方向位移时， 由于第一和第二Z轴加速度信号VZ1和VZ2互相抵消掉，没有Z轴方向 的加速度信号被提供。
下文中，将详细描述该实施方案的弹簧构件191的结构和操作。
图24a、24b和24c示出该实施方案的弹簧构件的操作。
图24a示出没有施加外力因而没有位移发生时的状态。当如图24b 所示施加沿X轴方向的外力Fx时，条状板簧191a产生弯曲应力以使 具有重物的磁场产生构件192a和192b在弯曲方向上发生位移来达到 平衡。在这种情况下，条状板簧191a的两端以及具有重物的磁场产生 构件192a和192b的位移方向是彼此相反的。当如图24c所示施加沿 Z轴方向的外力Fz时，条状板簧或主弹簧191a产生弯曲应力以使具 有重物的磁场产生构件192a和192b在弯曲方向上发生位移来达到平 衡。在这种情况下，条状板簧191a的两端以及具有重物的磁场产生构 件192a和192b的位移方向是同一方向。具有重物的磁场产生构件 192a和192b的位移量与该具有重物的磁场产生构件192a和192b的 位移角度θ成正比。在具有重物的磁场产生构件的角度如此改变的情 况下，自旋阀GMR元件可以探测出该位移角度，以获知所施加的外力。 沿X轴方向的外力Fx由Fx＝θx1-θx2给出，其中θx1和θx2是施加外 力Fx时具有重物的磁场产生构件192a和192b的位移角度。沿Z轴方 向的外力Fz由Fz＝θz1+θZ2给出，其中θz1和θz2是施加外力Fz时 具有重物的磁场产生构件192a和192b的位移角度。
当如前所述施加沿X轴方向的外力Fx，具有重物的磁场产生构件 192a和192c在弯曲方向上发生位移时，施加给自旋阀GMR元件193a 和193b以及自旋阀GMR元件194b和194a的偏置磁场的角度相应地向 同一方向改变。因此，第一X轴加速度信号VX1和第二X轴加速度信号 VX2的相加差动输出被导出，以提供其作为X轴方向的加速度信号。在 这种情况下，由于第一Z轴加速度信号VZ1和第二Z轴加速度信号VZ2 彼此抵消掉，因此没有Z轴方向的加速度信号被提供。
当如前所述施加沿Z轴方向的外力Fz，具有重物的磁场产生构件 192a和192c在弯曲方向上发生位移时，施加给自旋阀GMR元件193c 和193d以及自旋阀GMR元件194c和194d的偏置磁场的角度相应地向 相反的方向改变。因此，第一Z轴加速度信号VZ1和第二Z轴加速度信 号VZ2的相加差动输出被导出，以提供其作为Z轴方向的加速度信号。 在这种情况下，由于第一X轴加速度信号VX1和第二X轴加速度信号 VX2彼此抵消掉，因此没有X轴方向的加速度信号被提供。
根据该实施方案，由于利用了其中心具有支点、两端部分固定有 具有重物的磁场产生构件的条状板簧191a的弯曲功能，并且由于导出 了第一磁场探测传感器193的部分输出VX1或VZ1和第二磁场探测传感 器194的部分输出VX2或VZ2之间的差动输出，因此有可能将X轴方向 和Z轴方向上的加速度分量确定地分离开并正确地导出。
此外，根据该实施方案，由于条状板簧191a产生弯曲应力以便它 在弯曲方向上发生位移来达到平衡，因此可以将弹簧构件191设置为 具有极度小的尺寸、大的位移量以及高的灵敏度。因此，有可能提供 这样一种加速度传感器：该加速度传感器即使具有极度小型化的结构， 也可预期加速度的高度灵敏探测。
此外，根据该实施方案，由于弹簧构件的两端部分按同样的结构 和形状形成，因此有可能提供一种具有要探测的X轴和Z轴或Y轴和 Z轴方向加速度中任一个的一致灵敏度和探测方向性的加速度传感器。
此外，由于Z轴和X轴方向中每一个的加速度的数值以及正负可 仅仅通过这两个磁场探测传感器检测，因此可以减少磁场探测传感器 的数量，并且还可极度简化每个传感器的结构，从而使加速度传感器 的总体尺寸极度小型化。另外，由于自旋阀GMR元件对磁场变化非常 灵敏，因此可以预期高度灵敏的加速度探测。
此外，根据该实施方案，由于施加给每个磁场探测传感器中的自 旋阀GMR元件对的偏置磁场在彼此相反的方向上，因此这些自旋阀GMR 元件中各自的被钉扎层的磁化方向被固定在同一方向上。因而，两对 自旋阀GMR元件，也就是四个自旋阀GMR元件，可在单个芯片中形成， 从而使加速度传感器的尺寸进一步缩减。
另外，根据该实施方案，由于两个永久磁体的磁体对提供具有在 垂直于自旋阀GMR元件的叠层平面的方向上广泛分布的磁场的闭合磁 回路，并且所述自旋阀GMR元件被布置在该闭合磁回路中，因此只有 最少量的磁场会从该闭合磁回路泄漏出去，也就是说，磁场的泄漏会 减小，会有足够的偏置磁场施加给自旋阀GMR元件。因此，即使永久 磁体的尺寸缩减，依然可以获得加速度探测的稳定的、高的灵敏度， 并且还可以预期对施加的可能的外电场和外磁场的不灵敏性。
此外，根据该实施方案，由于不必在弹簧构件和具有重物的磁场 产生构件上形成电极，布线结构可被简化。另外，由于阻抗低，该实 施方案的加速度传感器与压电型加速度传感器和静电电容型加速度传 感器相比，比较不受外部干扰的影响。
在前述实施方案中，闭合磁回路由其面对磁场探测传感器的表面 上具有彼此相反的磁极性的两个永久磁体形成。但是，这样的闭合磁 回路也可通过将单个永久磁体和由例如软磁性材料制成的磁轭结合来 形成。
至于磁场探测元件，可以用TMR元件代替自旋阀GMR元件。
除了如前述实施方案的磁盘驱动器装置以外，根据本发明的加速 度传感器可适于任何用于探测加速度的设备。