(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
ヘッドトランスデューサと、
前記ヘッドトランスデューサ上に位置し、磁気記録媒体と相互作用する多段センサとを備え、前記多段センサは、
抵抗温度係数を有する第１のセンサ段と、
前記第１のセンサに結合された第２のセンサ段とを含み、前記第２のセンサ段は抵抗温度係数を有し、
前記第１のセンサ段は、前記第２のセンサ段と比して、前記媒体の凹凸を優先的に感知するように構成され、
前記第２のセンサ段は、前記第１のセンサ段と比して、前記媒体の表面との接触を優先的に感知するように構成され、
前記第１のセンサ段は、前記第２のセンサ段の感知領域と比して小さい感知領域にわたる熱流の変化に対して感度を有し、
前記第２のセンサ段は、前記第１のセンサ段の感知領域と比して大きい感知領域にわたる熱流の変化に対して感度を有する、装置。
【請求項２】
前記第２のセンサ段は、前記第１のセンサに直列に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のセンサ段は、前記第２のセンサ段の温度よりも高い温度で動作する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のセンサ段は、前記第２のセンサ段と比して、前記媒体の凹凸を検知するための熱流の変化に対する感度がより高く、
前記第２のセンサ段は、前記第１のセンサ段と比して、前記媒体の表面に対する接触または近接を検知するための熱流の変化に対する感度がより高い、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のセンサ段は、前記第２のセンサ段よりも小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１のセンサ段は、長さ、幅、深さを有し、
前記第２のセンサ段は、長さ、幅、深さを有し、前記第２のセンサ段の長さおよび幅は、前記第１のセンサ段の長さおよび幅よりも大きい、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１および第２のセンサ段のそれぞれの深さは異なるか、または同じである、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１および第２のセンサ段は、交互に動作するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１および第２のセンサ段は、前記センサに供給されるバイアス電力の変化に応答して交互に動作するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１および第２のセンサ段は、一体の構造を定め、前記第１のセンサ段の少なくとも一部は、前記第２のセンサ段の部分の間に位置する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記ヘッドトランスデューサを支持し、空気軸受面を含むスライダを備え、
前記多段センサを規定する材料の大部分が前記空気軸受面にある、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１および第２のセンサ段の各々は、前縁部と後縁部とを含み、
前記第１のセンサ段の前縁部は、前記第２のセンサ段の前縁部に対して相対的に凹んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１のセンサ段は、間隔を空けられた複数の第１のセンサ段部分を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１のセンサ段は、間隔を空けられた複数の第１のセンサ段部分を含み、
前記第２のセンサ段は、間隔を空けられた３つ以上の第２のセンサ段部分を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記第２のセンサ段は、前記第１のセンサ段と並列に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記第２のセンサ段の抵抗は、前記第１のセンサ段の抵抗よりも大きい、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記第２のセンサ段の抵抗は、前記第１のセンサ段の抵抗よりも、１．５倍から４倍大きい、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記第２のセンサ段は、前記媒体の表面において間隔を空けられた少なくとも２つの箇所との接触を同時に測定するように構成された、間隔を空けられた少なくとも２つの部分を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１および第２のセンサ段の各々は独立して動作するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
方法であって、
多段センサを含み、磁気記録媒体に対して相対的に移動するヘッドトランスデューサを伴い、前記多段センサの第１のセンサ段を使用して、前記多段センサの第２のセンサ段と比して優先的に前記媒体の凹凸を感知するステップと、
前記第２のセンサ段を使用して、前記第１のセンサ段と比して優先的に前記媒体の表面との接触および近接を感知するステップと、
前記第１のセンサ段による凹凸の感知および前記第２のセンサ段による媒体の表面との接触の感知の一方または両方を示す出力信号を前記多段センサから発生させるステップとを備え、
前記第１のセンサ段は、前記第２のセンサ段の感知領域と比して小さい感知領域にわたる熱流の変化に対して感度を有し、
前記第２のセンサ段は、前記第１のセンサ段の感知領域と比して大きい感知領域にわたる熱流の変化に対して感度を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
概要
開示される実施形態は、大きく異なるスケールを有する磁気記録媒体の特徴のような、磁気記録媒体の特定の特徴を感知することが可能な抵抗温度係数（ＴＣＲ）センサ、およびこれを使用した方法に向けられる。開示される実施形態は、多数のセンサ段を有し、センサ段の各々が比較的小さなスケールの特徴（たとえば、ＴＣＲセンサと相互作用する小さい表面積を有する特徴）および比較的大きなスケールの特徴（たとえば、ＴＣＲセンサと相互作用する大きな表面積を有する特徴）など、磁気記録媒体の異なる特徴を感知するように構成された、ＴＣＲセンサおよびこれを使用した方法に向けられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
様々な実施形態による装置は、ヘッドトランスデューサと、ヘッドトランスデューサ上に位置するとともに磁気記録媒体と相互作用するように構成された多段センサとを含む。多段センサの第１のセンサ段は、抵抗温度係数を有する。多段センサの第２のセンサ段は、第１のセンサに結合され、抵抗温度係数を有する。第１のセンサ段は、第２のセンサ段と比較して、媒体の凹凸（asperity）を優先的に感知するように構成されており、第２のセンサ段は、第１のセンサ段と比較して、媒体の表面との接触を優先的に感知するように構成される。いくつかの実施形態によれば、第２のセンサ段は、第１のセンサ段と直列に接続される。他の実施形態において、第２のセンサ段は、第１のセンサ段と並列に接続される。さらなる実施形態においては、第１および第２のセンサ段は、独立して動作することができ、各センサ段は固有の電気接続パッドを有している。
【０００３】
様々な実施形態は、ヘッドトランスデューサ上に位置する多段ＴＣＲセンサの使用を含む方法に向けられる。磁気記録媒体に対して相対的に移動するヘッドトランスデューサを伴い、方法は、多段センサの第１のセンサ段を使用して、多段センサの第２のセンサ段と比較して媒体の凹凸を優先的に感知することと、第２のセンサ段を使用して、第１のセンサ段と比較して媒体の表面との接触を優先的に感知することとを含む。方法は、第１のセンサ段による凹凸の感知、および第２のセンサ段による媒体表面への近接および接触の感知の一方または両方を示す出力信号を多段センサから発生させることをさらに含んでもよい。
【０００４】
様々な実施形態におけるこれらの特徴および局面、ならびにその他の特徴および局面は、以下の詳細な説明および添付の図面に鑑みて理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】様々な実施形態に従う、多段ＴＣＲセンサを含む加熱器作動ヘッドトランスデューサ配置を示す簡易側面図である。
【図２】図１に示される加熱器作動ヘッドトランスデューサ配置の前面図である。
【図３】図１および図２の加熱器作動ヘッドトランスデューサ配置に関し、作動前の構成および作動後の構成を示す図である。
【図４Ａ】ヘッドトランスデューサと磁気記録ディスクの表面との間の接触の前、最中、および後における、図１〜図３に示されるタイプの加熱器作動記録ヘッドトランスデューサについての代表的な温度プロフィールを示す図である。
【図４Ｂ】ヘッドトランスデューサと磁気記録ディスクの表面との間の接触の前、最中、および後における、非熱的動作が可能な記録ヘッドトランスデューサについての代表的な温度プロフィールを示す図である。
【図５】様々な実施形態に従う、多段ＴＣＲセンサを使用して磁気記録媒体の特定の表面の特徴および接触を検知するための方法の様々な処理を示すフロー図である。
【図６】例示を目的として単段ＴＣＲワイヤセンサを示す図である。
【図７】様々な実施形態に従う、直列に結合された２つの異なるＴＣＲセンサ段を有する多段ＴＣＲセンサを示す図である。
【図８Ａ】加熱器の電力の関数としての大きなＴＣＲワイヤセンサの静応答を示す図である。
【図８Ｂ】加熱器の電力の関数としての短いＴＣＲワイヤセンサの静応答を示す図である。
【図９】様々な実施形態に従う、直列に結合された２つの異なるＴＣＲセンサを有する多段ＴＣＲセンサの様々な構成を示す図である。
【図１０】様々な実施形態に従う、直列に結合された２つの異なるＴＣＲセンサを有する多段ＴＣＲセンサの様々な構成を示す図である。
【図１１】様々な実施形態に従う、直列に結合された２つの異なるＴＣＲセンサを有する多段ＴＣＲセンサの様々な構成を示す図である。
【図１２】様々な実施形態に従う、直列に結合された２つの異なるＴＣＲセンサを有する多段ＴＣＲセンサの様々な構成を示す図である。
【図１３】様々な実施形態に従う、並列に結合された２つの異なるＴＣＲセンサを有する多段ＴＣＲセンサを示す図である。
【図１４】図１３に示される並列の多段ＴＣＲセンサ配置を表わす空気軸受面の図である。
【図１５】様々な実施形態に従う、直列に配線された２つのＴＣＲセンサ段に対して並列に配線された２つのＴＣＲセンサ段の抵抗の変化を関数とした相対応答を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
詳細な説明
一般に、データ記憶システムは、記録媒体に対して情報の読み取りと書き込みとを行う１つ以上の記録ヘッドを含む。多くの場合、記録ヘッドとその関連する媒体との間の距離または間隔は、比較的小さくすることが望ましい。この距離または間隔は、「飛行高さ」または「ヘッドと媒体との間隔（head-media spacing)」として知られる。ヘッドと媒体との間隔を減らすことによって、記録ヘッドは、典型的に媒体へのデータの書き込みおよび媒体からのデータの読み取りの両方が良好に行えるようになる。ヘッドと媒体との間隔を減らすことによって、記録媒体の表面の凹凸および他の特徴の検知など、記録媒体のトポグラフィの検査をすることもできる。
【０００７】
ヘッドと媒体との接触およびヘッドと凹凸との接触の両方を検知する能力は、スケールに関して大きく異なる２つの表面構造の接触を感知するという競合する目的により複雑なものとなる。ヘッドと媒体との接触は、たとえば、比較的大きな接触面積を伴う、比較的大きな接触の事象である。ヘッドと凹凸との接触は、比較的小さな接触面積を伴う、比較的小さな接触の事象である。従来の感知手法は、典型的に、両方のタイプの接触事象を検知するために単一のセンサを使用しており、２つのタイプの接触事象を感知するには準最適なものであり、信頼性の低い感知法となっていた。
【０００８】
様々な実施形態および図１〜図３によれば、回転磁気記憶媒体１６０に近接してサスペンション１０１によって支持されるスライダ１００が示される。スライダ１００は、記録ヘッドトランスデューサ１０３と、ヘッドトランスデューサ１０３に熱的に結合される加熱器１０２とを支持する。加熱器１０２は、加熱器１０２を電流が通過すると熱を発生する抵抗加熱器であってもよい。加熱器１０２は、抵抗加熱器に限られず、任意のタイプの加熱源を含んでもよい。加熱器１０２が発生させる熱エネルギは、ヘッドトランスデューサ１０３の熱膨張を引き起こす。この熱膨張を利用して、データ記憶システムにおけるヘッドと媒体との間隔１０７を減らすことができる。いくつかの実施形態においては、非熱的アクチュエータを使用してヘッドと媒体との間隔１０７を減らすことができる。
【０００９】
示される多段ＴＣＲセンサ１０５は、ヘッドトランスデューサ１０３上において磁気記録媒体１６０に対する接近点に置かれる。接近点は、ヘッドトランスデューサ１０３と磁気記録媒体１６０との間の接触の最も近い点として概して理解される。上記のように、ヘッドトランスデューサ１０３の作動は、加熱器１０２などの熱的アクチュエータ、または他のアクチュエータ（たとえば、書き込み部）によって実現することができる。バイアス力が多段ＴＣＲセンサ１０５に加えられることにより、センサ１０５およびヘッドトランスデューサ１０３の隣接する部分の表面温度が磁気記録媒体１６０の温度よりも実質的に高く上昇する。 
【００１０】
多段ＴＣＲセンサ１０５は、媒体１６０の凹凸およびヘッドと媒体との接触を検知するための熱流の変化を感知するように構成されるのが好ましい。開示される様々な実施形態に従うヘッドと媒体との間隔および接触の判断に関する詳細は、同一人に所有される２０１０年１１月８日に出願された米国特許出願第１２／９４１，４６１号に記載されており、引用によりここに援用される。
【００１１】
図３に示されるように、ヘッドと媒体とが接触する前には、高温のヘッド表面と比較的低温のディスク１６０との間にエアギャップ１０７が定められる。ヘッドトランスデューサ１０３、エアギャップ１０７、および磁気記録ディスク１６０により、１つの水準となる熱伝達率が定められる。熱的アクチュエータまたは加熱器１０２の作動後など、ヘッドトランスデューサ１０３がディスク１６０と接触した場合、ヘッドトランスデューサ１０３およびディスク１６０の高熱伝導材料同士が直接的に接触することによって、熱伝導率が大きく高まる。このため、ヘッドトランスデューサ１０３上のＴＣＲセンサ１０５は、温度の降下または温度軌道の偏位を感知し、ヘッドと媒体との接触を検知することができる。以下でより詳細に記載されるように、多段ＴＣＲセンサ１０５は、各々が異なるスケールのディスク表面の特徴に対して感度を有する多数のセンサ段が組み込まれて実施されるのが好ましい。特に、多段ＴＣＲセンサ１０５には、磁気記録ディスク１６０の表面に近接または接触して優先的に感知するように構成されたセンサ段と、ディスク１６０の凹凸を優先的に感知するように構成されたセンサ段とが組み込まれる。
【００１２】
図４Ａは、ヘッドトランスデューサ１０３と磁気記録ディスク１６０の表面との接触の前、最中、および後における、図１〜図３に示されるタイプの記録ヘッドトランスデューサについての代表的な温度プロフィールを示す図である。この例示的な実施例において、温度プロフィールは、定常状態の直流信号として示される。ヘッドトランスデューサ１０３が熱的アクチュエータ１０２によって作動すると、ヘッドトランスデューサの表面温度は、熱的アクチュエータ１０２が発生する熱によって、作動とともに高まる。ヘッドトランスデューサの温度は、ディスク１６０の温度よりも高くなる。このため、ディスク１６０は、この場合においてヒートシンクとしての機能を果たす。
【００１３】
ヘッドトランスデューサ１０３がディスク１６０と接触すると、接触によって生じる熱伝達率の変化によって、ヘッドトランスデューサの表面温度は降下する。ヘッドトランスデューサの表面温度は、熱的アクチュエータの加熱および摩擦加熱によって、上昇し続ける。温度の変化または温度軌道の偏位を用いて、ヘッドと媒体との接触を示すことができる。
【００１４】
図４Ｂは、非熱的アクチュエータによって作動する記録ヘッドトランスデューサ１０３についての代表的な温度プロフィールを示す図である。この例示的な実施例において、ＴＣＲセンサ１０５のバイアス力が、ディスク１６０の温度よりも実質的に高い温度にＴＣＲセンサを自己発熱させる。ディスク１６０は、この場合においてヒートシンクとしての機能を果たす。ディスク１６０に向けて下方向にヘッドトランスデューサ１０３が作動すると、熱伝達率が徐々に上昇し、ＴＣＲセンサの温度が徐々に低下する。ヘッドトランスデューサ１０３がディスク１６０と接触すると、熱伝達率に変化が起こり、ヘッドトランスデューサの表面温度の偏位が引き起こされる。ヘッドトランスデューサの表面上のＴＣＲセンサ１０５は、この温度偏位を測定し、ヘッドと媒体との接触を検知する。ヘッドと媒体との接触に向けての作動がさらに起こると、摩擦加熱によって温度は最終的に上昇する。
【００１５】
上記のように、ヘッドと媒体との隙間は、磁気ディスクの記録性能に影響を及ぼす重要なパラメータである。面密度が高まるにつれて、ヘッドと媒体との間隔は小さくなる。ヘッドと媒体との間隔が小さくなるにつれ、ヘッドと媒体との隙間、ヘッドと媒体との接触、およびヘッドと凹凸との接触を正確に測定することの重要性が高まる。開示される実施形態に従う多段ＴＣＲセンサは、ヘッドと媒体との隙間、ヘッドと媒体との接触、およびヘッドと凹凸との接触を測定するのに使用することができる。様々な実施形態によれば、多段ＴＣＲセンサには、ワイヤを含むＴＣＲ抵抗温度センサが組み込まれ、ワイヤにおけるヘッドトランスデューサの温度および温度変化が監視される。
【００１６】
凹凸検知および接触検知のためのＴＣＲワイヤセンサは、異なる最適化経路を有する。以下の表１に要約されるように、凹凸検知のために構成されたＴＣＲワイヤは、高温（たとえば、トランスデューサの温度より高い約１００℃の温度）で小さいセンサを有するように典型的に設計される。一般に、高温のセンサは、良好なＳＮＲを有する。小さいセンサは、たとえば正確なトラックパディングについての小さい凹凸の形状を判定することができる。
【００１７】
ヘッドと媒体との接触検知のためのＴＣＲワイヤは、より大きく、空気軸受面（ＡＢＳ）における感知面積が大きければ、より良好に機能する。これにより、このようなＴＣＲワイヤが、空気軸受面から媒体への熱の伝達を捉えることができる。より大きいＴＣＲワイヤは、より低い温度（たとえば、１０℃まで）において許容されるＳＮＲを有することが示されている。このようなことから、凹凸検知および接触検知の両方のために単一の装置を最適化することは不可能である。
【００１８】
【表１】
0005807069.tif 000002
【００１９】
次に図５を参照すると、様々な実施形態に従う、多段ＴＣＲセンサを使用して磁気記録媒体の特定の表面の特徴および接触を検知するための方法の様々な処理を示すフロー図である。磁気記録媒体に対して相対的に移動するヘッドトランスデューサの多段センサを伴い（２５０）、多段センサの第１のＴＣＲセンサ段を使用して、媒体の凹凸との接触が検知される（２６０）。第１のＴＣＲセンサ段と媒体の凹凸との間の接触を示す信号が生成される（２６２）。この信号は、多段センサの出力に伝達され得る。
【００２０】
さらに図５に示されるように、媒体の表面との接触は、多段センサの第２のＴＣＲセンサ段を使用して検知される（２７０）。表面接触を示す信号が生成される（２７２）。この信号は、多段センサの出力に伝達され得る。いくつかの実施形態によれば、第１および第２のＴＣＲ段は、多段センサに供給されるバイアス電力を交互に変化させるような、直列モードで動作するように構成される（２５５）。他の実施形態においては、第１および第２のＴＣＲ段は、第１および第２のＴＣＲ段が交互または同時に動作する並列モードで動作するように構成される（２５７）。
【００２１】
開示される実施形態は、２つの要素を有するＴＣＲワイヤを含む多段抵抗温度センサをに向けられる。様々な実施形態によれば、ＴＣＲワイヤセンサは、凹凸検知のための小さい高温の要素と、接触検知のための大きい低温の要素とを含む。二段ＴＣＲワイヤセンサは、たとえば、小さい高温の要素および大きい低温の要素の両方を含む。開示される様々な実施形態に従う二段ＴＣＲワイヤセンサの特定的な特徴を強調することを目的として、単段ＴＣＲワイヤセンサ３０１を示す図６が参照される。上記のように、凹凸検知および媒体との接触検知の両方を高い信頼性をもって行う単段ＴＣＲワイヤセンサ３０１を実施することは不可能である。
【００２２】
図６に示される単段センサは、空気軸受面の材料の量が限定され得るが、開示される実施形態に従う二段ＴＣＲセンサは、ＡＢＳに位置する要素の抵抗を創出する材料がより多く設けられ、そこではヘッドトランスデューサとディスクとの間の温度勾配が最大であるる。このため、ＡＢＳ面から遮蔽されるとともに、スライダ本体内に配置されたより多くの量の材料を有する従来の設計と比して、ＡＢＳ面の温度変化に伴って抵抗が大きく変化する。
【００２３】
図７は、第１のセンサ段３３５（たとえば、高温のＴＣＲワイヤセンサ）と第２のセンサ段３３７（たとえば、低温のＴＣＲワイヤセンサ）とを含む二段ＴＣＲセンサ３０２を示す。第１のセンサ３３５および第２のセンサ段３３７に関連付けられた高温および低温の用語は、これら２つのセンサ段が通常動作する温度（たとえば、ぞれぞれ１００℃までおよび１０℃まで）が大きく異なることに鑑み、説明を目的としてここで使用される。第１のセンサ段３３５は、第２のセンサ段３３７と比して、小さい感知領域にわたる熱流の変化に対して感度を有する。このため、第１のセンサ段３３５は、磁気記録媒体の凹凸を検出するための熱流の変化に対する感度が高い。第２のセンサ段３３７は、第１のセンサ段３３５と比して、大きな感知領域にわたる熱流の変化に対して感度を有する。このため、第２のセンサ段３３７は、ヘッドトランスデューサと磁気記録媒体の表面との間の接触および間隔を検知するための熱流の変化に対する感度が高い。
【００２４】
図７に示される実施形態において、第１センサ段３３５および第２のセンサ段３３７は、一体の感知構造を定める。第２のセンサ段３３７は、第２のセンサ段部分３３７ａおよび３３７ｂを含み、第１のセンサ段３３５は、第２のセンサ部分３３７ａおよび３３７ｂの間に位置する。この構成において、第１のセンサ段３３５と第２のセンサ段３３７とは、直列に結合される。第１のセンサ段３３５は、磁気記録媒体の凹凸を優先的に感知するように構成され、第２のセンサ段３３７は、磁気記録媒体の表面の近接および接触を優先的に感知するように構成される。他の実施形態において、第２のセンサ段３３７は、間隔を空けた２つの部分３３７ａおよび３３７ｂを含む。これらの部分は、空気軸受面上で間隔の空いた箇所に位置する。このような実施形態において、間隔を空けた２つの部分３３７ａおよび３３７ｂは、媒体の表面において間隔を空けた少なくとも２つの箇所での接触を同時に測定するのに使用することができる。
【００２５】
いくつかの実施形態によれば、二段ＴＣＲセンサ３０２が凹凸検出モードで動作すると、比較的大きなバイアス電流を使用して、第１のセンサ段３３５を周囲の温度（すなわち、ディスク温度）より高い温度まで大きく加熱するのに使用することができる。媒体の表面との接触を検知する場合と比較して、凹凸検出には高温の感知要素が必要であることから、二段ＴＣＲセンサ３０２と凹凸との間の接触から得られる信号は、小さい高温の第１のセンサ段３３５と凹凸が接触した場合にのみ検出される。このため、凹凸の大きさは、信号のトラック間距離（cross-track distance）を測定することによって、より大きいセンサを使用した場合よりも正確に判定することができる。二段ＴＣＲセンサ３０２が磁気記録媒体の表面と接触すると、二段ＴＣＲセンサ３０２からの信号出力は、小さい高温の第１のセンサ段３３５と、ディスク表面のかなり大きい部分と相互作用する大きい低温の第２のセンサ段３３７との両方によって生成される結合信号となり、これにより、大きな領域における熱の伝達／影響による大きな信号がもたらされる。
【００２６】
図８Ａおよび図８Ｂは、このような効果を表わす例を示す図である。図８Ａは、加熱器要素の電力（０．１までの過熱率（overheat ratio: ＯＨＲ）５，０００μＡ）を関数とした大きなワイヤ（１０μｍまでの長さ）の静応答を示す図である。図８Ｂは、加熱器要素の電力(０．２までのＯＨＲに対応する１，６００μＡ）を関数とした短いワイヤ（０．５μｍまでの長さ）の静応答を示す。図８Ａおよび図８Ｂにおけるデータのプロットは、図８Ａの大きいワイヤの低い温度における隙間に対しての応答が図８Ｂの小さいワイヤよりも大きいことを示している。Ｒ０は、加熱器の電力がゼロにおいて各バイアスについて算出される。ワイヤの長さ、加熱器要素の電力、および対応する過熱率についてのさらなる詳細は、同一人の出願人により所有される、２０１１年１１月１７日に出願された米国特許出願第１３／２９８，７１２号および２０１０年１１月１７日に出願された米国特許仮出願第６１／４１４，７３３号に記載されており、これらの各々は引用によりここに援用される。
【００２７】
続けて図７を参照すると、第１の（高温）センサ段３３５は、トラック間長さ（ＨＬ−高温長さ）と、スライダ本体方向深さ（ＨＤ−高温深さ）と、ダウントラック幅（ＨＷ−高温幅）とを有する。いくつかの実施形態によれば、第１のセンサ段３３５は、ＨＬ＝７５０ｎｍ、ＨＤ＝７５ｎｍ、およびＨＷ＝６０ｎｍの形状を有し得る。図６に示されるような単段ＴＣＲワイヤセンサとは異なり、図７に示される二段ＴＣＲセンサ３０２は、相当量のＴＣＲ材料（たとえば、材料の大部分）を空気軸受面（ＡＢＳ）に含み、低温の第２の（低温）センサ段３３７を規定する。
【００２８】
いくつかの実施形態によれば、第２のセンサ段３３７は、約１５μｍのトラック間長さ（ＣＬ−低温長さ）と、約１μｍのダウントラック幅（ＣＷ−低温幅）と、約７５ｎｍのスライダ本体方向深さ（ＣＤ−低温深さ）とを有し得る。第１のセンサ段３３５および第２のセンサ段３３７のそれぞれのトラック間長さおよびダウントラック幅は大きく異なる（たとえば、それぞれ約２０倍および約１７倍）が、第１のセンサ段３３５および第２のセンサ段３３７の各々のスライダ本体方向深さ（ＨＤおよびＣＤ）は同じとなり得る。第１のセンサ段３３５および第２のセンサ段３３７のスライダ本体方向深さＨＤおよびＣＤは異なり得ることが、理解される。
【００２９】
様々な実施形態によれば、高温の第１のセンサ段３３５の温度は、センサシステムのバイアス力（すなわち、電流、電力、または電圧）を変化させることによって制御することができる。低温の第２のセンサ段３３７において発生する熱と比較した高温の第１のセンサ段３３５において発生する熱の相対量は、２つのセンサ段３３５および３３７の形状によって制御することができる。すなわち、ＣＬ、ＣＷ、およびＣＤを調整して、高温センサ段３３５と低温センサ段３３７との間に所望の相対感度をもたらすことができる。たとえば、全ての他の寸法を固定としたまま、ＣＷをＨＷに近づけると、低温の第２のセンサ段３３７の温度が高温の第１のセンサ段３３５の温度に近づく。正確な寸法は、所望の凹凸検出および接触検出の信号対雑音比（ＳＮＲ）に基づいて決定および選択（最適化）することができる。
【００３０】
多段ＴＣＲセンサ３０２は、前縁部３４０と後縁部３５０とを含む。第１のセンサ段３３５および第２のセンサ段３３７の各々は、多段ＴＣＲセンサ３０２の前縁部３４０および後縁部３５０とともに平行に配列された前縁部および後縁部を有する。図７に示される実施形態において、第１のセンサ段３３５の前縁部は、第２のセンサ段３３７の前縁部に対して相対的に凹んでいる。第１のセンサ段３３５および第２のセンサ段３３７それぞれの相対的な配列と位置決め、ならびにこれらのセンサ段３３５および３３７の形状は、特定の凹凸検知および媒体接触の検知性能特性を実現するために変化させることができる。
【００３１】
図９〜図１２は、開示される様々な実施形態に従う直列多段ＴＣＲセンサの異なる構成を示す。図９に示される多段ＴＣＲセンサ３０３は、たとえば、高温の第１のセンサ段３３５の対向する端部に接触し、対向するテーパ状端部を有する２つの第２のセンサ段部分３３７ａおよび３３７ｂを有する低温の第２のセンサ段３３７を含む。図１０に示される実施形態においては、高温の第１のセンサ段３３５は、２つの矩形の第２のセンサ段部分３３７ａおよび３３７ｂの間に位置し、第１のセンサ段３３５の表面は、多段ＴＣＲセンサ３０４の前縁部３４０と同一面上に配置される。
【００３２】
図１１に示される実施形態によれば、多数の高温の第１のセンサ段要素３３５ａ、３３５ｂ、および３３５ｃは、２つの矩形の第２のセンサ段部分３３７ａおよび３３７ｂの間に位置し、２つの第１のセンサ段要素３３５ａおよび３３５ｃの表面は、それぞれ多段ＴＣＲセンサ３０５の前縁部３４０および後縁部３５０と同一面上に配置される。図１２に示される多段ＴＣＲセンサ３０６の実施形態においては、第１のセンサ段３３５は多数の第１のセンサ段部分３３５ａ〜３３５ｎを含み、第２のセンサ段３３７は多数の第２のセンサ段部分３３７ａ〜３３７ｎを含む。図１２に示される構成においては、１つの第１のセンサ段部分（たとえば、３３５ｂ）が一組の隣接して間隔を空けられた第２のセンサ段部分（たとえば、３３７ｂおよび３３７ｃ）の間に置かれる。第１のセンサ段部分３３５ａ〜３３５ｎの各々の表面は、多段ＴＣＲセンサ３０６の前縁部３４０と同一面上に配置される。第１および第２のセンサ段およびセンサ段部分の他の構成および配置が考えられる。上記のように、個々のセンサ要素の形状の具体的な配置および寸法は、凹凸検出および接触検出のＳＮＲ最適化アルゴリズムによって定めることができる。
【００３３】
開示される様々な実施形態によれば、多段ＴＣＲセンサは、並列に結合された多数のＴＣＲセンサを含み、磁気記録媒体の表面と多段ＴＣＲセンサとの間において磁気記録媒体の異なる特徴および／または相互作用の異なる形態を感知するように各ＴＣＲセンサを構成して実施することができる。このような実施形態に従う多段ＴＣＲセンサは、ヘッドと凹凸との接触を感知するように構成された第１のＴＣＲセンサ段と、ヘッドと媒体との接触を感知するように構成された第２のＴＣＲセンサ段とを含み、第１および第２のＴＣＲセンサ段が並列に結合される。並列に結合された凹凸および接触ＴＣＲセンサを含む多段ＴＣＲセンサの実施は、形状および電気的接続を向上（最適化）し、ヘッドと凹凸との接触およびヘッドと媒体との接触の検出という競合する目的を調和する設計上の主要因となる。
【００３４】
図１３は、様々な実施形態に従う、並列に接続された凹凸および媒体接触ＴＣＲセンサを組み込んだ多段ＴＣＲセンサを示す図である。図１３に示される実施形態によれば、多段ＴＣＲセンサ３０７は、前縁部３４０と後縁部３５０とを有する。多段ＴＣＲセンサ３０７は、空気軸受面３２０に対してともに平行に配置された表面を有する高温の第１のセンサ段３３５を含む。上記のように、第１のセンサ段３３５は、凹凸などの比較的小さなスケールの媒体表面特性を優先的に感知するように構成されている。多段ＴＣＲセンサ３０７は、空気軸受面３２０とともに平行に配置された表面を有する低温の第２のセンサ段３３７をさらに含む。上記のように、第２のセンサ段３３７は、媒体表面との接触（比較的大きなスケールの媒体表面特性）を優先的に感知するように構成されている。
【００３５】
図１３に示される第１のセンサ段３３５および第２のセンサ段３３７は、電気的に並列に結合され、代表的なワイヤ接続３２１によって示される。図１４は、図１３に示される並列多段ＴＣＲセンサ配置３０７を空気軸受面上で見た図である。
【００３６】
上記のように、ヘッドと媒体との接触を検知するように構成された低温の第２のセンサ段３３７には、比較的大きな領域が必要である。加熱器によって作動したトランスデューサヘッドが媒体に近づくにつれ、接触検知センサ段３３７から媒体への熱エネルギの小さな流れが起こる。接触すると、熱伝達が大きく増大し、接触検知センサ段３３７の温度が下がり、続いて抵抗が変化する。
【００３７】
ヘッドと凹凸との接触を検知するように構成された高温の第１のセンサ段３３５には、接触検知センサ段３３７と比して小さな領域が必要である。凹凸は、凹凸検知センサ段３３５と直接的に相互作用し、このセンサの温度が上昇または低下し、続いて抵抗に変化が起こる。上流側の空気軸受面３２０をこすることによって事前に凹凸が加熱されると、温度は上昇する。凹凸検知センサ段３３５との相互作用の前に、比較的低温の凹凸とトランスデューサヘッドとの接触が最低限のものであった場合、温度は低下する。
【００３８】
限定ではなく例示を目的として、図１３および図１４に示される並列の多段ＴＣＲセンサ３０７の応答が抵抗の変化に比例すると仮定する。これに加えて、抵抗は、動作状態にあると仮定する。第１のセンサ段３３５（ＲＡＤ）および第２のセンサ段３３７（ＲＣＤ）の各々の抵抗Ｒは、電流の高まりとともに増大する。
【００３９】
図７、図９〜図１２に示されるＴＣＲセンサ３０２〜３０６などの直列に配線された多段ＴＣＲセンサについては、以下の関係が満たされる。
【００４０】
Ｒ０ ＝ＲＣＤ ＋ＲＡＤ
ここで、Ｒ０は初期抵抗であり、ＲＣＤは接触検知センサ段の抵抗であり、ＲＡＤは凹凸検知センサ段の抵抗である。図１３および図１４に示されるＴＣＲセンサ３０７などの並列に配線された多段ＴＣＲセンサについては、以下の式が満たされる。
【００４１】
【数１】
0005807069.tif 000003
【００４２】
凹凸の検出に関し、トランスデューサヘッドの間隔は一定に保たれる。このため、２つのセンサ段においては、加熱器によって誘導されたさらなる熱的変化は起こらない。凹凸との相互作用は、凹凸検知センサ段の抵抗に影響を与えるのみであると仮定する。そのため、検出された抵抗の変化は以下の通りとなる。
【００４３】
直列に配線された場合：
Ｒ１＝ＲＣＤ＋（ＲＡＤ＋ΔＲ）
抵抗の変化の割合は、以下のとおりとなる。
【００４４】
【数２】
0005807069.tif 000004
【００４５】
抵抗の変化が小さい場合、並列に配線された多段ＴＣＲセンサの応答は、直列に配線されたＴＣＲセンサ段の応答のＲＣＤ／ＲＡＤ倍となる。このため、ＲＣＤ＞ＲＡＤの場合、凹凸検出の応答は、並列に配線されたＴＣＲセンサについては大きくなる。
【００４６】
図１５は、抵抗の変化を関数とした、直列に配線された２つのＴＣＲセンサ段に対して並列に配線された２つのＴＣＲセンサ段の相対的な応答を示すグラフである。図１５は、凹凸検知センサ段について、ＴＣＲセンサ信号における並列と直列との比率が抵抗の変化を関数としてどのように挙動するかについて示すグラフである。図１５のグラフは、凹凸検知による抵抗の小さな変化において、ＲＣＤ＞ＲＡＤの場合、並列のＴＣＲ回路の相対的な応答が、直列のＴＣＲ回路の応答よりも大きくなることを示す。
【００４７】
抵抗の変化が大きくなるにつれ、直列のＴＣＲセンサ回路と比して並列のＴＣＲセンサの応答が小さくなる。図１５はまた、凹凸によって凹凸検知センサ段が冷却され、抵抗も低くなることも示している。凹凸によって冷却される場合、２つのセンサを並列に配線することによって、より大きな利益が得られる。
【００４８】
接触検知に関しては、熱的アクチュエータまたは他のアクチュエータ装置を使用し、ヘッドと媒体との接触が検知されるまで、トランスデューサヘッドが媒体に近づくように押される。熱的アクチュエータを用いると、両方のＴＣＲセンサ段の抵抗が徐々に増大する。簡略化を目的とし、接触の直前および接触時の抵抗の変化のみが考慮される。このため、熱的アクチュエータに起因する複雑さが無視される。
【００４９】
接触検知に関しては、両方のＴＣＲセンサ段に熱的負荷の変化が現れる。まず最初に、両方のＴＣＲセンサ段は、同じ比例的応答βを有する。なお、比較的低温の媒体はＴＣＲセンサ段の温度を低下させることから、βは負である。
【００５０】
２つのＴＣＲセンサ段が直列に配線された場合、以下の式を満たす。
Ｒ１＝ＲＣＤ（１＋β）＋ＲＡＤ（１＋β）
抵抗の変化の比率は、以下の式によってもたらされる。
【００５１】
【数３】
0005807069.tif 000005
【００５２】
このため、多段ＴＣＲセンサに関する接触検知の応答は、直列または並列に配線された２つのセンサ段について同じである。様々な実施形態によれば、接触検知センサ段（ＲＣＤ）の抵抗は、凹凸検知センサ段（ＲＡＤ）の抵抗よりも約１．５倍から約４倍大きい。
【００５３】
上記の様々な直列および並列の多段ＴＣＲセンサの実施形態に加え、他の多段ＴＣＲセンサの構成も考えられる。いくつかの実施形態によれば、たとえば、多段ＴＣＲセンサは、高温の第１のセンサ段と低温の第２のセンサ段とを含み、第１および第２のセンサ段の各々が電気接続パッドを有し、独立して動作するように実施してもよい。
【００５４】
上記の記載においては、様々な実施形態の数多くの特徴が、実施形態の構造や機能の詳細と共に記載されたが、この詳細な記載は例示のみであり、細部についての変更は可能である。特に、添付の請求項に記載の用語の広い一般的な意味によって最大限に示される本発明の要旨内における部品の構造や配置についての変更が可能である。
【図１】
0005807069.tif 000006
【図２】
0005807069.tif 000007
【図３】
0005807069.tif 000008
【図６】
0005807069.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005807069.tif 000011
【図１１】
0005807069.tif 000012
【図１２】
0005807069.tif 000013
【図１４】
0005807069.tif 000014
【図４Ａ】
0005807069.tif 000015
【図４Ｂ】
0005807069.tif 000016
【図５】
0005807069.tif 000017
【図７】
0005807069.tif 000018
【図８Ａ】
0005807069.tif 000019
【図８Ｂ】
0005807069.tif 000020
【図１３】
0005807069.tif 000021
【図１５】
0005807069.tif 000022