JP2013543204A

JP2013543204A - ヘッドと媒体との間隔および接触を検知するための複数の抵抗温度センサを有するヘッドトランスデューサ

Info

Publication number: JP2013543204A
Application number: JP2013540025A
Authority: JP
Inventors: ジョンソン，マイケル・ティ; リウ，ドンミン; ルー，フアチョウ; クンケル，ゲアリー・ジェイ; マッケン，デクラン; ストーベ，ティモシー・ダブリュ; チェン，シュアン
Original assignee: Seagate Technology LLC
Current assignee: Seagate Technology LLC
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-11-28
Anticipated expiration: 2031-11-17
Also published as: US8760811B2; US9111572B2; KR101821268B1; US9042050B2; EP2591471B1; CN103155037B; US20120120522A1; US20120120527A1; US9390741B2; US20150255102A1; CN103151050A; US9230594B2; US9036290B2; US9449629B2; CN103098133B; KR101496162B1; JP5807069B2; MY165816A; US20120120982A1; US20160372144A1

Abstract

磁気記録媒体（１６０）と相互作用するように構成されたヘッドトランスデューサ（１０３）は、抵抗温度係数（ＴＣＲ）を有し、第１のセンサ信号を生成するように構成された第１のセンサ（１０５）と、ＴＣＲを有し、第２のセンサ信号を生成するように構成された第２のセンサ（１０６）とを含む。第１および第２のセンサの一方は、磁気記録媒体に対するヘッドトランスデューサの接近点またはその付近に位置し、第１および第２のセンサの他方は、接近点から間隔を空けられる。回路は、第１および第２のセンサ信号を結合するとともに、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を示す結合センサ信号を生成するように構成される。センサの各々は、同じ符号（正または負）のＴＣＲを有してもよいし、または、異なる符号のＴＣＲを有してもよい。

Description

概要
開示されている実施形態は、磁気記録媒体と相互作用するように構成されたヘッドトランスデューサと、抵抗温度係数（temperature coefficient of resistance: ＴＣＲ）を有し、第１のセンサ信号を生成するように構成された第１のセンサと、ＴＣＲを有し、第２のセンサ信号を生成するように構成された第２のセンサとを含む装置に向けられている。第１および第２のセンサのうちの一方は、磁気記録媒体に対するヘッドトランスデューサの接近点またはその付近に位置し、第１および第２のセンサのうちの他方は、接近点から間隔が空けられる。回路は、第１および第２のセンサ信号を結合するとともに、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を示す結合センサ信号を生成するように構成される。第１のセンサは、正のＴＣＲおよび負のＴＣＲのうちの一方を含み得て、第２のセンサは、正のＴＣＲおよび負のＴＣＲのうちの他方を含み得る。

他の実施形態によれば、第１および第２のセンサは、差分抵抗温度センサを規定するように配置される。回路は、第１および第２のセンサ信号を結合して、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を示す差分信号を生成するように構成される。検知器は、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を、差分信号を使用して検知するように構成される。

様々な方法の実施形態は、磁気記録媒体に対して移動するヘッドトランスデューサを伴い、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を、抵抗係数（ＴＣＲ）を有する第１のセンサを使用して感知することを含む。方法は、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触以外の要因による温度の変化を、ＴＣＲを有する第２のセンサを使用して感知することも含む。第１のセンサ信号は第１のセンサによって生成され、第２のセンサ信号は第２のセンサによって生成される。方法は、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を示す結合センサ信号を、第１および第２のセンサ信号を使用して発生させること、およびヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を、結合センサ信号を使用して検知することをさらに含む。いくつかの実施形態においては、第１のセンサは、正のＴＣＲおよび負のＴＣＲのうちの一方を含み、第２のセンサは、正のＴＣＲおよび負のＴＣＲのうちの他方を含む。他の実施形態においては、第１および第２のセンサは、差分抵抗温度センサを規定するように配置される。

様々な実施形態によれば、装置は、磁気記録媒体と相互作用するように構成されたヘッドトランスデューサと、ヘッドトランスデューサによって支持される差分抵抗温度センサとを含む。差分抵抗温度センサは、抵抗温度係数を有し、磁気記録媒体に対するヘッドトランスデューサの接近点またはその付近に位置する第１のセンサと、第１のセンサから間隔を空けられた、ヘッドトランスデューサの書き込み要素とを含む。検知器は、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を、差分抵抗温度センサが発生させた差分信号を使用して検知するように構成されている。

他の実施形態によれば、装置は、磁気記録媒体と相互作用するように構成されたヘッドトランスデューサと、ヘッドトランスデューサを作動させるように構成された加熱器とを含む。センサは、ヘッドトランスデューサに位置し、抵抗温度係数を有する。センサは、ヘッドトランスデューサと媒体との間の接触を感知するように構成される。検知器は、センサおよび加熱器に結合されるとともに、センサの抵抗の変化および加熱器の電力の変化に基づいた検知基準を使用して、ヘッドと媒体との接触を検知するように構成される。検知基準は、センサの抵抗の変化率および加熱器の電力の変化率に基づいたものであってもよい。たとえば、検知基準は、ΔＲ／ΔＰの比率によって定められてもよい。ここで、ΔＲはセンサの抵抗の変化率であり、ΔＰは加熱器の電力の変化率である。いくつかの実施形態において、検知器は、ΔＲ／ΔＰの測定を原位置において直接的に行うように構成される。

様々な実施形態におけるこれらの特徴および局面、ならびに他の特徴および局面は、以下の詳細な記載および添付の図面に鑑みて理解されるであろう。

様々な実施形態に従う、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。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。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、非熱的な作動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。様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化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。様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化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。様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化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。様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化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。様々な実施形態に従う、磁気記憶媒体の表面に対するディスク接触面においてヘッドトランスデューサを支持するスライダの一部を概略的に示す図である。図７に示される２つのＴＣＲセンサの位置における、加熱器の電力の関数としての温度の上昇を示すグラフ図である。図７に示される２つのＴＣＲセンサの位置における、加熱器の電力の関数としての温度の上昇を示すグラフ図である。様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化を検知するためにヘッドトランスデューサ上に直列に配置される２つのＴＣＲセンサを表わす等価回路を示す図である。加熱器要素の電力を関数とする図１０の回路の電気接続ポストにわたる電圧を示し、明らかな接触の痕跡を伴う代表的な曲線を示す図である。様々な実施形態に従う、記録ヘッドトランスデューサにおける２つのＴＣＲセンサのレイアウトの代表的な例を示す図である。様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化を検知するためにヘッドトランスデューサ上に並列に配置された２つのＴＣＲセンサを表わす等価回路を示す図である。様々な実施形態に従う、加熱器要素の電力の関数としての図１３に示される等価回路のポストＡおよびＢにわたる電圧を表わす代表的な曲線を示す図である。様々な実施形態に従う、記録ヘッドトランスデューサにおける並列に接続された抵抗温度センサの代表的なレイアウトを示す図である。様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化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。様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化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。様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化を検知するためにヘッドトランスデューサ上に配置された２つのＴＣＲセンサを示す図である。様々な実施形態に従う、差分抵抗温度センサとして配置された２つのＴＣＲセンサを表わす等価回路を示す図である。様々な実施形態に従う、記録ヘッドトランスデューサと抵抗温度センサアセンブリとを支持するスライダの後部を示す断面図である。様々な実施形態に従う、差分抵抗温度センサを使用したヘッドと媒体との接触の検知および熱的アスペリティの検知における信号対雑音比を向上させる抵抗温度センサアセンブリの有効性を実証する様々なグラフ図である。様々な実施形態に従う、差分抵抗温度センサを使用したヘッドと媒体との接触の検知および熱的アスペリティの検知における信号対雑音比を向上させる抵抗温度センサアセンブリの有効性を実証する様々なグラフ図である。様々な実施形態に従う、差分抵抗温度センサを使用したヘッドと媒体との接触の検知および熱的アスペリティの検知における信号対雑音比を向上させる抵抗温度センサアセンブリの有効性を実証する様々なグラフ図である。様々な実施形態に従う、差分抵抗温度センサを使用したヘッドと媒体との接触の検知および熱的アスペリティの検知における信号対雑音比を向上させる抵抗温度センサアセンブリの有効性を実証する様々なグラフ図である。様々な実施形態に従う、１つの抵抗温度センサと記録ヘッドトランスデューサの書き込みコイルとを含む差分抵抗温度センサアセンブリを使用することの有効性を実証するための実験から得られたデータのプロット図である。様々な実施形態に従う、１つの抵抗温度センサと記録ヘッドトランスデューサの書き込みコイルとを含む差分抵抗温度センサアセンブリを使用することの有効性を実証するための実験から得られたデータのプロット図である。様々な実施形態に従う、低変調または非変調のヘッドと媒体との接触面に関してヘッドと媒体との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。様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との間隔の評価およびヘッドと媒体との接触の検知を実行するための非変調ベース基準を提供するように構成された抵抗温度センサに関する抵抗温度センサの抵抗に対する加熱器要素の電力を示すプロット図である。様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との間隔の評価およびヘッドと媒体との接触の検知を実行するための非変調ベース基準を示すプロット図である。様々な実施形態に従う、ＴＣＲセンサの抵抗の変化率およびハードディスクドライブの原位置での加熱器の電力の変化率に基づいて、検知基準を測定するための１つの手法における回路図である。

詳細な説明
一般に、データ記憶システムは、記録媒体に対する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。

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させ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。

示される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に対する接近点に位置する。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。

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。

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、熱伝達率が大きく高まる。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。

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から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。

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。

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。

開示される実施形態は、異なる抵抗温度係数（ＴＣＲ）の符号を示す２つの抵抗温度センサに基づき、ヘッドと媒体との間隔の判定およびヘッドとディスクとの接触面における接触の検知を行うための方法および装置に向けられる。開示される実施形態には、スライダ内において異なる位置に設けられた、異なる符号の抵抗温度係数を有する複数の抵抗温度センサを使用すること、センサの出力を分析すること、および出力を使用して駆動動作条件のフィードバックを提供することが含まれる。

ヘッドと媒体との接触の検知および／またはヘッドと媒体との間隔の感知に関する技術は、ハードディスクドライブの性能および信頼性に関して重要である。接触検知の再現性が高ければ、アクティブクリアランスを小さくすることができ、記録密度を高めることができる。接触検知の感度が高ければ、摩耗が減り、信頼性が向上する。開示される実施形態は、ヘッドと媒体との接触の検知および間隔の感知を２つのセンサを用いて行う。２つのセンサの一方は正のＴＣＲを有し、他方は負のＴＣＲを有する。これにより、さらなる電気接続パッドが必要無くなり、有利である。

様々な実施形態によれば、方法は、一方が正のＴＣＲを有し、他方が負のＴＣＲを有する２つの抵抗温度センサを使用してヘッドと媒体との接触を検知することを含む。これらのセンサは、スライダ内の異なる位置に埋め込まれるのが好ましい。たとえば、ヘッドと媒体との間隔の変化、ヘッドのディスクに対する接触、および加熱器によって引き起こされる温度上昇および／または環境温度の変動などの他の事象に対して反応が敏感となるように、一方のセンサを接近点の近くに設けることができる。他方のセンサは、加熱器によって引き起こされる温度上昇および／または環境温度の変動などの事象のみに対して反応が敏感となるように、接近点から離して設けることができる。

２つのセンサが異なる符号のＴＣＲを示しているため、抵抗およびＴＣＲの値の特定の組み合わせを伴う２つのセンサからの結合された出力は、ヘッドと媒体との間隔および／またはヘッドのディスクに対する接触による貢献のみを含むものとなる。このため、結合した出力は、さらなる電気接続パッドを要することなく、ヘッドと媒体との間隔の変化および／または接触事象を感知するために使用することができる。この技術においてさらなる電気接続パッドが必要でないという事実は、ヘッド設計の単純化、費用の削減、および信頼性の向上に関して重要である。

図５Ａは、開示される実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化を検知する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スライダを含むヘッドトランスデューサを伴い（１４０）、方法は、第１のＴＣＲセンサを使用して、ヘッドと媒体との間隔の変化および／またはヘッドと媒体との接触を感知し、第１のセンサ信号を生成すること（１４２）を含む。方法は、第２のＴＣＲセンサを使用して、ヘッドと媒体との間隔および／またはヘッドと媒体との接触以外の要因による温度の変化を感知し、第２のセンサ信号を生成すること（１４４）も含む。図５Ａに示される方法はさらに、ヘッドと媒体との間隔および／またはヘッドと媒体との接触を示す結合センサ信号を発生させること（１４６）、ならびに結合センサ信号を使用して、ヘッドと媒体との間隔および／またはヘッドと媒体との接触を検知すること（１４８）を含む。

図５Ｂは、様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化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スライダを含むヘッドトランスデューサを伴い（１８０）、方法は、第１のＴＣＲセンサを使用して、媒体に対するヘッドトランスデューサの接近点における熱境界条件を示す第１のセンサ信号を生成すること（１８２）を含む。方法は、第２のＴＣＲセンサを使用して、熱境界条件による影響を受ける要因以外の要因による温度変化を示す第２のセンサ信号を生成することも含む。方法はさらに、ヘッドと媒体との間隔および／またはヘッドと媒体との接触を示す結合センサ信号を発生させること（１８６）、および結合センサ信号を使用して、ヘッドと媒体との間隔および／またはヘッドと媒体との接触を検知すること（１８８）を含む。

図６Ａは、開示される実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化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スライダを含むヘッドトランスデューサを伴い（２０２）、第１のＴＣＲセンサを使用して、ヘッドと媒体との間隔の変化を示す温度変化が感知される（２０４）。第１のＴＣＲセンサは、ヘッドトランスデューサによって支持され、固定数（たとえば、２つ）の電気接続パッドを介して接続される（２０６）。方法は、固定数（たとえば、２つ）の電気接続パッドを介して接続される（２１０）第２のＴＣＲセンサを使用して、ヘッドと媒体との間隔の変化および接触以外の要因による温度変化を感知すること（２０８）も含む。第１および第２のＴＣＲセンサは異なる符号のＴＣＲを示し、一方は正であり、他方は負である。方法はさらに、第１および第２のＴＣＲセンサの信号出力を結合し、ヘッドと媒体との間隔の変化および／またはヘッドと媒体との接触を示す結合出力信号を生成することを含む（２１２）。ヘッドと媒体との間隔の変化および／またはヘッドと媒体との接触は、結合出力信号を使用して測定される（２１６）。とりわけ、ヘッドと媒体との接触およびヘッドと媒体との間隔の変化を温度に基づいて測定することは、さらなる電気接続パッドを追加することなく実現される（２１４）。

図６Ｂは、様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化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スライダを含むヘッドトランスデューサを伴い（３０２）、方法は、固定数の電極接続パッドを有する第１のＴＣＲセンサを使用して、ヘッドトランスデューサの接近点における熱境界の温度変化を優先的に感知すること（３０４）を含む。方法は、固定数の電極接続パッド、および第１のＴＣＲセンサとは異なる符号を有するＴＣＲを有する第２のＴＣＲセンサを使用して、熱境界以外の温度変化を優先的に感知すること（３０６）も含む。第１および第２のセンサの出力信号は、ヘッドと媒体との間隔の変化および／またはヘッドと媒体との接触を示す結合出力信号を生成するために使用される（３０８）。図６Ａに示される実施形態のように、さらなる電気接続パッドを追加することなく（３１０）、温度に基づいてヘッドと媒体との接触およびヘッドと媒体との間隔の変化を測定すること（３１２）が実現される。

図７は、開示される実施形態に従う、磁気記憶媒体１６０の表面に対するディスク接触面においてヘッドトランスデューサ１０３を支持するスライダ１００の一部を示す概略図である。図７に示される概略図は、たとえば、磁気記録ハードドライブにおけるディスク接触面を規定し得る。図７においては、高いＲＰＭでディスクが回転し、記録ヘッド１０３がディスク１６０の表面から数ナノメートル離れて飛行し、空気ベアリングによって間隔を制御されると仮定する。ヘッド１０３をさらにディスク１６０の表面に近づけるために、ヘッド１０３に埋め込まれた加熱器要素１０２が作動して、ヘッド１０３が熱的に膨張し、ヘッドと媒体との間隔が減少する。

加熱器要素１０２および／または書き込みコイルによって発生した熱によって、ヘッドトランスデューサ１０３の温度上昇がもたらされる。接触の前に、主な熱はディスク１６０とトランスデューサヘッド１０３との間のエアギャップ１０７を通ってヘッドトランスデューサ１０３から導出され、ディスク１６０に伝わる。ヘッドと媒体との間隔が減少して空気圧が高まるにつれ、エアギャップ１０７の熱伝導率が高まる。ヘッドトランスデューサ１０３がディスク１６０と接触すると、熱伝導率は著しく高まる。ヘッドトランスデューサ１０３がディスク１６０と接触した後、結果として起こる摩擦加熱によってさらなる熱源が発生する。たとえば加熱器要素の加熱、書き込みコイルの加熱、空気ベアリングの冷却、ディスクの冷却、および摩擦加熱などの異なる熱エネルギ伝達構造による複合効果により、加熱器要素の電力、書き込み部の電流、隙間、および／または接触事象の関数として、ヘッドトランスデューサ１０３における異なる位置で特徴的な温度上昇が得られる。加熱器の電力の関数として温度を測定することにより、ヘッドと媒体との間隔および／または接触の事象を監視することができる。

様々な実施形態に従い、および引き続き図７を参照すると、一方のＴＣＲセンサＲ_１（１０５）は、接近点の近くに設けられ、他方のＴＣＲセンサＲ_２（１０６）は、接近点から離れた位置に設けられる。ＴＣＲセンサＲ_１（１０５）を接近点またはその付近に置くことによって、ヘッドトランスデューサ１０３の接近点における熱境界で発生する温度／温度変化が優先的に感知される。ＴＣＲセンサＲ_２（１０６）を接近点から離れた位置に置くことによって（たとえば、ヘッドトランスデューサ１０３／スライダ１００上の他の場所）、接近点またはその付近以外の熱源から発生した温度／温度変化が優先的に感知される。図７に示される２つのＴＣＲセンサの位置における温度上昇の代表例は、それぞれ図８および図９に示される。

ＴＣＲセンサＲ_１（１０５）の温度上昇ΔＴ_１は、加熱器要素の電力Ｐ_heaterの関数としてグラフ化された温度曲線４０２で示される。図８に示されるように、ＴＣＲセンサＲ_１（１０５）の温度上昇は、加熱器要素の電力範囲の全体にわたって、加熱器要素の電力の関数として高まる。エアギャップ１０７の熱伝導性の高まりにより、加熱器要素の電力が２０ｍＷから８０ｍＷに高まると、上昇率は徐々に低下する。近接または接触することによる効果により、冷却がさらに進むため、温度曲線４０２は、８０ｍＷと１００ｍＷとの間において、肩部（shoulder）４０３を示す（温度曲線４０２上において矢印４０１で示される位置から始まる）。１００ｍＷを過ぎると、温度上昇率は、摩擦加熱によって少し高まる。

ＴＣＲセンサＲ_２（１０６）の温度上昇ΔＴ_２は、図９に示され、加熱器要素の電力の関数として高まるが、肩部（図８に示される４０３）を有さない。これは、接近点における熱境界条件に対するＴＣＲセンサＲ_２（１０６）の感度が低いためである。図８および図９に示される温度曲線は、実証のみを目的として提供されることが分かる。ヘッドトランスデューサ１０３における温度分布は、熱機械モデルから正確に得られるため、２つのＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）の位置を決定および最適化することができる。

ＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）の温度変化ΔＴ_１およびΔＴ_２は、これらのＴＣＲセンサの抵抗に変化をもたらし、以下のとおり特徴付けられる。

Ｒｉ＝Ｒ_ｉ，０＋Ｒ_ｉ，０α_ｉΔＴ_ｉ（１）
ここで、α_ｉはＴＣＲセンサＲ_１（１０５）の抵抗温度係数であり、Ｒ_ｉ，０はＴＣＲセンサＲ_１（１０５）の周囲温度における抵抗である。異なる符号のＴＣＲを有するセンサ材料を選択し、これらを直列または並列に結合することにより、さらなる電気接続パッドを追加することなく接触検知信号を生成することができる。

図１０は、様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化を検知するためにヘッドトランスデューサ上に配置された２つのＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）を表わす等価回路５００を示す図である。図１０に示される代表的な実施形態によれば、異なる符号の抵抗温度係数（すなわち、一方が正であり、他方が負である）を有する２つのＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）は、直列に接続されている。電流をＩとして、２つのＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）にわたる電圧降下は、以下の式によってもたらされる。

Ｖ＝Ｉ（Ｒ_１＋Ｒ_２）＝Ｉ（Ｒ_１，０＋Ｒ_１，０α_ｉΔＴ_１＋Ｒ_２，０＋Ｒ_２，０α_２ΔＴ_２（２）
ここで、ΔＴ_１およびΔＴ_１は、それぞれＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）の温度変化であり、α_１およびα_２は、それぞれＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）の抵抗温度係数であり、Ｒ_１，０およびＲ_２，０は、ＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）の周囲温度における抵抗である。

接触前の加熱器要素の電力レベルの全て、すなわち図８および図９に示される例示的な実施例において６０ｍＷより小さい加熱器要素の電力に関して、以下の式を満たすようにＲ_１，０、α_１、Ｒ_２，０、およびα_２の適切な組み合わせを選択することにより、接近点の近くにおける熱境界条件の変化によってもたらされる抵抗の変化を増幅することができる。

Ｒ_１，０α_１ΔＴ_１＋Ｒ_２，０α_２ΔＴ_２＝一定（３）
図１１は、加熱器要素の電力Ｐ_heaterの関数とした、図１０の回路５００のポストＡおよびＢにわたる電圧Ｖを示す代表的な曲線５１０であり、接触が明瞭に示されている。８０ｍＶ周辺から始まる電圧曲線５１０の突然の変化は、ヘッドと媒体との接触の開始を表わしている。

図１２は、様々な実施形態に従う、記録ヘッドトランスデューサ１０３におけるＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）のレイアウト６００の代表的な例を示す図である。図１２に示されるレイアウト６００において、ＴＣＲセンサＲ_１（１０５）は、接近点Ｐ_Ｃに位置し、ＴＣＲセンサＲ_２（１０６）は、接近点Ｃ_Ｐから離れた位置にある。２つのＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）は、この例示的な実施形態においては、電気接続パッドまたはポスト６０２（ポストＡ）と６０６（ポストＢ）との間においてリード６１４および６１０を介して直列に接続される。示されるリード６０４および６０８は、それぞれ電気接続パッド６０２および６０６に接続されている。図１２に示されるレイアウト６００は、既存のリードを使用して、さらなる電気接続パッドを追加せずに、記録ヘッドトランスデューサにＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）を組み込むことができることを示している。

他の実施形態によれば、図１３に示される等価回路７００に見られるように、異なる符号の抵抗温度係数を有する（すなわち、一方が正であり、他方が負である）２つのＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）は、並列に接続される。結合ＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）にわたる電圧降下は、以下の式によって表わされる。

Ｖ＝ＩＲ＝Ｉ（Ｒ_１，０＋Ｒ_１，０α_１ΔＴ_１）（Ｒ_２，０＋Ｒ_２，０α_２ΔＴ_２）／（Ｒ_１，０＋Ｒ_１，０α_１ΔＴ_１＋Ｒ_２，０＋Ｒ_２，０α_２ΔＴ_２）（４）
接触前の加熱器要素の電力レベルの全て、すなわち図１３および図１４に示される例示的な実施例において６０ｍＷよりも小さい加熱器要素の電力に関して、以下の式を満たすようにＲ_１，０、α_１、Ｒ_２，０、およびα_２の適切な組み合わせを選択することにより、接近点の付近における熱境界条件の変化によってもたらされる抵抗の変化を増幅することができる。

α_１ΔＴ_１＋α_２ΔＴ_２＋α_１ΔＴ_１α_２ΔＴ_２＝一定（５）
および
Ｒ_１，０α_１ΔＴ_１＋Ｒ_２，０α_２ΔＴ_２＝一定（６）
上記の式（５）によって定められる条件は、高次項α_１ΔＴ_１α_２ΔＴ_２を省くことによって解くことができる。なぜなら、ほとんどの材料のＴＣＲは、１よりもかなり小さいためである。

図１４は、加熱器要素の電力Ｐ_heaterの関数とした、図１３の回路７００のポストＡおよびＢにわたる電圧Ｖを示す代表的な曲線７２０である。この代表的な実施例においては、Ｒ_１，０≒Ｒ_２，０、およびα_１≒α_２である。

図１５は、様々な実施形態に従う、記録ヘッドトランスデューサにおいて並列に接続された抵抗温度センサの代表的なレイアウト７５０を示す。図１５に示されるレイアウト７５０において、ＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）は、並列に接続されている。ＴＣＲセンサＲ_１（１０５）は、接近点Ｐ_Ｃに位置し、ＴＣＲセンサＲ_２（１０６）は、接近点Ｃ_Ｐから離れた位置にある。この例示的な実施形態において、２つのＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）は、電気接続パッドまたはポスト７５２（ポストＡ）と７５６（ポストＢ）との間に、リード７６４および７６０を介して並列に接続されている。示されるリード７５４および７５８は、それぞれ電気接続パッド７５２および７５６に接続されている。図１５に示されるレイアウト７５０は、既存のリードを使用して、さらなる電気接続パッドを追加することなく、ＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）を記録ヘッドトランスデューサに組み込むことができることを示している。直列に接続された抵抗温度センサの配置は、並列に接続された抵抗温度センサの配置よりもかなり良好に機能する。

開示される実施形態によるＴＣＲセンサの構造に使用することができる正の抵抗温度係数を有する様々な材料には、特にＣｒ、ＦｅＮｉ合金、Ｎｉ、およびＷが含まれるが、これらに限定されるものではない。開示される実施形態によるＴＣＲセンサの構造に使用することができる負の抵抗温度係数を有する様々な材料には、特にＴａＮ、ＶＯ、およびＶＯ_２が含まれるが、これらに限定されるものではない。

開示される実施形態は、ヘッドトランスデューサの温度変化を較正することによって信号対雑音比（ＳＮＲ）を向上させる抵抗温度センサアセンブリに向けられる。開示される実施形態は、既存のヘッドトランスデューサ電気素子を使用してヘッドトランスデューサの温度変化を較正することによってＳＮＲを向上させる抵抗温度センサアセンブリに向けられる。たとえば、様々な実施形態には、抵抗温度センサと、ＢＣＲ（非接触記録（beyond contact recording））ヘッドの書き込みコイルなどの記録ヘッドトランスデューサの書き込みコイルとを含む差分抵抗温度センサアセンブリが用いられる。ＢＣＲトランスデューサヘッドは、従来のトランスデューサヘッドと比較して、より小さい空気ベアリング特性を有し、後縁部においてより高い圧縮空気圧をもたらす。ＢＣＲトランスデューサヘッドは、低い接触変調（contact modulation）を有する。

図１６Ａおよび図１６Ｂは、様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化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１６Ａによれば、方法の実施形態は、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と、差分抵抗温度センサの使用とを含む（８３２）。図１６Ａに示される方法は、第１のＴＣＲセンサを使用してヘッドと媒体との間隔の変化および／またはヘッドと媒体との接触を感知し、第１のセンサ信号を生成すること（８３４）を含む。方法は、第２のＴＣＲセンサを使用してヘッドと媒体との間隔および／またはヘッドと媒体との接触以外の要因による温度変化を感知し、第２のセンサ信号を生成することも含む（８３６）。図１６Ａに示される方法はさらに、第１および第２のセンサ信号を使用して差分センサ信号を発生させること（８３７）、および差分センサ信号を使用してヘッドと媒体との間隔および／またはヘッドと媒体との接触を検知すること（８３８）を含む。

図１６Ｂによれば、方法の実施形態は、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と、差分抵抗温度センサの使用とを含む（８４２）。図１６Ｂに示される方法は、ＴＣＲセンサを使用してヘッドと媒体との間隔の変化および／またはヘッドと媒体との接触を感知し、第１のセンサ信号を生成すること（８４４）を含む。方法は、ヘッドトランスデューサの書き込み要素を使用してヘッドと媒体との間隔および／またはヘッドと媒体との接触以外の要因による温度変化を感知し、第２のセンサ信号を生成すること（８４６）も含む。図１６Ｂに示される方法はさらに、第１および第２のセンサ信号を使用して差分センサ信号を発生させること（８４７）、および差分センサ信号を使用してヘッドと媒体との間隔および／またはヘッドと媒体との接触を検知すること（８４８）を含む。

様々な実施形態および図１７Ａ〜図１７Ｃによれば、抵抗温度センサアセンブリ８０８は、差分抵抗温度センサを使用して、ヘッドと媒体との接触の検知および熱的アスペリティの検知におけるＳＮＲを向上させる。図１７Ａは、様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化を検知するためにヘッドトランスデューサ１０３上に配置された２つのＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）を示す。より特定的には、図１７Ａに示される２つのＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）は、様々な実施形態に従う、ヘッドと媒体との接触および／またはヘッドと媒体との間隔の変化を検知するためにヘッドトランスデューサ１０３上の差分抵抗温度センサアセンブリ８０８として配置されるのが好ましい。

図１７Ａにおいて、ＴＣＲセンサＲ_１（１０５）は、ヘッドトランスデューサ１０３の接近点Ｃ_Ｐの付近に位置し、第２のＴＣＲセンサＲ_２（１０６）は、接近点Ｃ_Ｐから離れた位置にある。前述したように、ＴＣＲセンサＲ_１（１０５）が接近点Ｃ_Ｐまたはその近くに位置することにより、接近点Ｃ_Ｐにおいて熱境界で発生する温度／温度変化が優先的に感知され、その一方で、ＴＣＲセンサＲ_２（１０６）が接近点から離れて位置することにより、接近点Ｃ_Ｐまたはその付近以外の熱源から発生する温度／温度変化が優先的に感知される。

図１７Ｂは、差分抵抗温度センサアセンブリ８０８として配置された２つのＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）を表わす等価回路８５０を示す図である。図１７Ｂに示される代表的な実施形態において、２つのＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）は、同じ符号の抵抗温度係数を示す（すなわち、両方が正または負である）のが好ましい。いくつかの実施形態において、図１７Ｂに示される差分抵抗温度センサアセンブリ８０８は、接地される代わりに、活性端子である中心タップを有してもよい。

差分抵抗温度センサアセンブリ８０８は、接近点Ｃ_Ｐ（ＴＣＲセンサＲ_１（１０５）を使用して測定）および接近点Ｃ_Ｐから離れた位置（ＴＣＲセンサＲ_２（１０６）を使用して測定）における熱境界条件の差異を感知する。図１７Ａ〜図１７Ｃに示される差分抵抗温度センサアセンブリ８０８によって生成される差分信号は、加熱器要素および環境によってもたらされる背景ノイズを取り除くことにより、接触検知のＳＮＲを向上させる。コモンモードノイズは、差分信号の増幅前に相殺すべきである。

差分抵抗温度センサアセンブリ８０８の有効性を実証するための実験が行われた。ある実験においては、図１８Ａ〜図１８Ｄを参照して、接近点Ｃ_Ｐから離れた位置にある一方の抵抗温度センサＲ_２（たとえば、ＴＣＲセンサＲ_２（１０６））の抵抗は、加熱器要素の電力とともに線形的に変化する。センサＲ_２の線形の抵抗応答は、図１８Ｃにおいて見ることができる。接近点Ｃ_Ｐに位置する他方の抵抗温度センサＲ_１（たとえば、ＴＣＲセンサＲ_１（１０５））の抵抗は、加熱器要素の電力とともに非線形的に変化する。センサＲ_１の非線形の抵抗応答は、図１８Ｂのプロット図に見ることができる。センサＲ_１およびＲ_２の出力を使用して発生した差分信号は、図１８Ｃのプロット図に示され、ヘッドと媒体との接触の痕跡が明確に示されている。図１８Ａのプロット図に見られるように、ヘッドと媒体との接触の事象が８０ｍＷで現れると、摩擦力は比較的小さく（たとえば、約１０ｍｇｆまで）なることが分かる。

いくつかの実施形態に従い、および引き続き図１７Ａ〜図１７Ｃを参照すると、差分抵抗温度センサアセンブリ８０８は、一方の抵抗温度センサと、ヘッドトランスデューサ（たとえば、ＢＣＲヘッドトランスデューサ）の書き込みコイル、読み取り部、もしくは不活性加熱器など、ＴＣＲ材料を有するヘッドトランスデューサの他の部品とを含む。ＴＣＲセンサＲ_１（１０５）などの抵抗温度センサは、接近点Ｃ_Ｐに位置し、書き込みコイル、読み取り部、または使用されていない加熱器（センサＲ_２（１０６）に代表される）は、接近点Ｃ_Ｐから離れた標準的な位置にある。

この差分抵抗温度センサの構成の有効性を実証した実験において、抵抗温度センサの加熱器要素は１８０Ｈｚで変調され、ロックイン増幅器が、抵抗温度センサおよび書き込みコイルにわたる電圧降下の差異を読み取るために使用された。抵抗温度センサには１６４μＡのバイアスがかけられ、書き込みコイルには１μＡのバイアスがかけられ、ヘッドと媒体との接触前には差分応答が平坦であることが確認された（すなわち、この例において、加熱器要素の電力は５０ｍＷと８０ｍＷとの間では平坦である）。図１９および図２０は、一方の抵抗温度センサと記録ヘッドトランスデューサの書き込みコイルとを含む差分抵抗温度センサアセンブリを使用することの有効性を実証する実験から得られたデータのプロット図である。図２０の曲線８８０は、加熱器要素の電力の関数とした抵抗温度センサと書き込みコイルとの間における電圧降下の変化の差異である。図１９の曲線８７０は、同時に測定された摩擦力の曲線である。抵抗温度センサと記録ヘッドトランスデューサの書き込みコイルとを含む差分抵抗温度センサの配置の実施形態は、さらなる構造またはパッドを追加する必要なくヘッドと媒体との接触検知のＳＮＲを有利に向上させる。

図１７Ｃは、様々な実施形態に従う、記録ヘッドトランスデューサと抵抗温度センサアセンブリとを支持するスライダ８００の後部を示す断面図である。図１７Ｃにおいて、スライダ８００は、隣接する磁気記録媒体（図示せず）の表面に対向する空気ベアリング面８０１を含む。スライダ８００は、読み取り部８１０と書き込み部８２０とを含む記録ヘッドトランスデューサ８０５を支持する。読み取り部８１０の加熱器８１２は、読み取り部８１０を記録媒体の表面に向けて突出させて読み取り動作の際に間隔を小さくするように作動させることができる。書き込み部８２０は、１組以上のコイル８２１に対して誘導的に接続される結合された書き込み極８２４を含む。書き込み部８２０の加熱器８２２は、書き込み部８２０を記録媒体の表面に向けて突出させて書き込み動作の際に間隔を小さくするように作動させることができる。

図１７Ｃにおいては、３つの抵抗性要素が示される。抵抗性要素１０５および１０６は、ＡＢＳ８０１上に設けられ、抵抗性要素８０９は、ＡＢＳ８０１から離れた位置に設けられる。これらの３つの抵抗性要素が図１７Ｃに示されるが、３つ全てが必要なわけではなく、様々な実施形態の記載のために含まれている。いくつかの実施形態によれば、抵抗性要素１０５および１０６はＴＣＲセンサであり、基準抵抗器８０９は設けられない。この場合、読み取り部８１０の加熱器８１２が使用されると、ＴＣＲセンサ１０６よりもＴＣＲセンサ１０５の方が接近点に近くなる。このため、ＴＣＲセンサ１０５は活性となり、ＴＣＲセンサ１０６は接近点からより離れ、基準として機能する。書き込み部８２０の加熱器８２２が使用されると、ＴＣＲセンサ１０５よりもＴＣＲセンサ１０６の方が接近点に近くなり、書き込み部の加熱器８２２が使用されている間は活性となる。この場合、ＴＣＲセンサ１０５は、接近点からより離れ、基準として機能する。

ＡＢＳから離れた位置にある基準抵抗器８０９の使用を含む実施形態によれば、一方のＡＢＳＴＣＲセンサのみが設けられる。図１７Ｃに示される構成において、ＴＣＲセンサ１０５は概略図において基準抵抗器８０９と同一面上にあり、同じ堆積工程およびエッチング工程で形成できることから、ＴＣＲセンサ１０５が設けられる（ＴＣＲセンサ１０６は設けられない）のが好ましい。これは、２つのＴＣＲセンサ１０５および１０６のうち、ＴＣＲセンサ１０５の方が実用的であることを意味する。

ここに記載される様々な実施形態は、ヘッドトランスデューサよりも媒体の温度が低い冷却事象に基づいた接触検知を含む。これは、ＴＣＲセンサが媒体よりも高温となる、より高いＴＣＲセンサのバイアス値および導電性の媒体基板に対して通常は適用することができる。他の実施形態によれば、ＴＣＲセンサに対するバイアス力を下げ、必要に応じてヘッドトランスデューサにおいて非熱的アクチュエータを使用することによって、接触面におけるヘッドトランスデューサの表面温度を、媒体の温度よりも実質的に低くすることができる。この手法により、ヘッドと媒体との接触を表わすために使用することができる摩擦加熱の検知が向上する。このような手法は、ガラスなどの導電性の乏しい媒体基板に特に有用である。

ヘッドと媒体との接触を検知するための従来の手法は、ヘッド変調によって引き起こされると考えられる抵抗温度センサからのＡＣ信号を測定することを含む場合が多い。ＤＣ信号は、ヘッドと媒体との接触事象を検知するのに十分な信号対雑音比を有しているとは考えられないことから、除去される。全てではないが、現在実施されている最先端の空気ベアリング（ＡＡＢ）のほとんどについては、この従来の手法がヘッドと媒体との接触を検知するのに有効であることが証明された。

しかしながら、より高い面密度を実現するために縮小され続けているヘッドと媒体との間隔の目標を満たすために、接触または非接触記録（ＢＣＲ）の接触面を開発することに現在も大きな努力が費やされている。これらの接触面の重要な特徴は、ヘッドと媒体との接触における変調が非常に小さいことにある。このようなヘッドとディスクとの接触面は、抵抗温度センサを用いた現在の接触検知の手法に難題をもたらすものである。抵抗温度センサは、現在は熱的アスペリティ検知のためにヘッドに使用されることから、次世代のドライブには、低変調接触面において使用するための抵抗温度センサが設けられた既知のヘッドを採用することが強く望まれる。

開示される様々な実施形態は、非変調ベースのヘッドと媒体との接触検知装置および方法に向けられる。様々な実施形態に従うヘッドと媒体との接触検知は、空気ベアリングまたはヘッドをベースとした変調を検知するよりも、抵抗温度センサに関連付けられた抵抗と電力との関係の変化に基づいて評価される。

抵抗温度センサは、上記の理由から、ヘッドと媒体との接触を検知するセンサとして特に有用であることが見いだされた。抵抗温度センサは、本質的に、ポール先端上に設けられる熱的に敏感な抵抗器である。抵抗温度センサは、各種の変化の中でも、空気圧、隙間、および接触による全ての熱的な条件変化によって引き起こされる温度変化を測定する。

図２１は、様々な実施形態に従う、低変調もしくは非変調のヘッドと媒体との接触面についてのヘッドと媒体との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し、低変調もしくは非変調のヘッドと媒体との接触面を定めるヘッドトランスデューサを伴い（９００）、方法の実施形態は、加熱器を使用してヘッドトランスデューサを作動させること（９０３）、およびＴＣＲセンサを使用してヘッドトランスデューサと媒体との接触を感知すること（９０４）を含む。方法は、ＴＣＲセンサの抵抗の変化および加熱器の電力の変化に基づいた検知基準を生成すること（９０６）、および検知基準を使用してヘッドと媒体との接触を検知すること（９０８）も含む。

様々な代表的な実施形態によれば、抵抗の変化（ΔＲ）と電力の変化（ΔＰ）との比は、ΔＲ／ΔＰで表わされ、ヘッドと媒体との間隔の評価およびヘッドと媒体との接触検知のための非変調ベースの基準を提供する。基準ΔＲ／ΔＰは、ヘッドの媒体に対する隙間が減少することに伴って線形的に低下する。ΔＲ／ΔＰにおける線形からのずれおよび最小値を検出することにより、ヘッドと媒体との接触およびヘッドと媒体との間の冷却および摩擦加熱が示される。このような手法は、接触検知のためのＡＡＢ変調に依存しない。実験によって、開示される実施形態に従うヘッドと媒体との間隔および接触の検知が最先端の空気ベアリングおよび非接触記録ＡＡＢを用いた実施に非常に有効であることが実証された。

空気ベアリングに関しては、ヘッドトランスデューサの冷却効率は、熱的伝達効率の増大によって隙間が減ることにともなって向上する。ヘッドトランスデューサの冷却効率は、媒体が効率的な熱的シンクをヘッドトランスデューサにもたらすため、ヘッドトランスデューサが媒体と接触すると最大に達する。開示される実施形態によれば、ヘッドと媒体との接触は、ヘッドの変調によっては引き起こされない接触面の冷却効率を監視することによって検知することができる。

抵抗温度センサからのＤＣ信号は、加熱器要素による加熱によって大きく影響される。接触面の冷却／加熱によって引き起こされる抵抗の変化は、抵抗温度センサの加熱器要素によって引き起こされる変化のごく一部にすぎない。図２２Ａのプロット図に見られるように、ヘッドと媒体との接触がどこで発生するかについて抵抗の測定に基づいて確実に知ることは通常は難しい。図２２Ａは、抵抗温度センサの抵抗に対する加熱器要素の電力を示すプロット図９０２である。

ヘッドのディスクに対する接触面（head-to-disc interface: ＨＤＩ）の冷却条件の１つの尺度としては、加熱器の電力に対する温度上昇の比率、またはΔＲ／ΔＰがある。ΔＲ／ΔＰは、より良好な冷却条件に伴い小さくなる。ΔＲ／ΔＰは、ヘッドと媒体とが接触すると最小に達する。ヘッドと媒体とが接触すると、摩擦加熱によってΔＲ／ΔＰは再度高まる。ヘッドと媒体との接触は、ヘッド変調の代わりに基準ΔＲ／ΔＰを監視することによって検知することができる。

ヘッドと媒体との接触検知のためにΔＲ／ΔＰを使用することの有効性を検証するために、実験が行われた。実験では、抵抗温度センサを有するＢＣＲＡＡＢヘッドが使用された。抵抗温度センサにはソースメータからの固定電流によるバイアスがかけられた。センサの抵抗は、同じメータによって測定された。加熱器要素の電力が、第２のソースメータからの電圧と併せて加えられた。電力は、同時に同じメータを用いて測定された。抵抗温度センサの測定と同時に、アームエレクトロニクスＲＭＳ（Arm electronics RMS）が取られた。

実験における基準ΔＲ／ΔＰのプロット図が、図２２Ｂに示される。図２２Ｂからは、ΔＲ／ΔＰの値（プロット９１２）が、図２２ＢにおいてＭｉｎで示される最小値に到達するまで線形的に下降し、その後に増加し始めることが分かる。ΔＲ／ΔＰは、最小値Ｍｉｎに到達する前に、まず線形の下降線９１０から外れる（下降する）。この痕跡は、ヘッドと媒体との接触が開始されたことによる冷却を示している。最小点Ｍｉｎは、ヘッドと媒体とが完全に接触し、摩擦によって熱が発生したことを示す。

ＤＣ電流を用いて正確な直接抵抗測定を行うことは、ドライブエレクトロニクスにおいては困難なものである。たとえば、接触面の加熱および冷却条件の変化に起因するセンサ抵抗の変化は、平均抵抗の１０％よりも通常は小さい。典型的なドライブにおけるアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）の分解能が８ビットであることを考慮にいれると、０．０１オームよりも小さい精度で直接的に抵抗を測定することは難しい。

図２３を参照すると、様々な実施形態に従う１つの手法としては、ハードディスクドライブにおいて直接的にΔＲ／ΔＰを測定することが挙げられる。このような手法では、変調器としてアナログスイッチを使用して加熱器要素の電力を変調させ、位相敏感検知（ＰＳＤ）を使用して周波数をロックし、抵抗温度センサから抵抗の変化を検知する。

ΔＲ／ΔＰの直接的な測定は、図２３に示される代表的な回路１０００により実施される配列によって実現することができる。図２３に示される実施形態において、アナログスイッチ１００４は、加熱器要素１００８の電力回路１００６に接続される。ハードディスクドライブにおける加熱器要素の電力は、アナログスイッチ１００４への入力１００１として示されるＤＡＣカウントに比例する。加熱器要素電力回路１００６の入力１００５が入力１００１に対する直接的なＤＡＣ出力と第２の入力１００２に対するＤＡＣ出力１００１からのずれΔＶとの間で、固定の周波数で切り替えられる（たとえば、変調される）と、加熱器要素の電力は、ＰとＰ−ＤＰとの間で変調される。プリアンプ１０２２を介して抵抗温度センサ１０２０に結合される位相敏感検知回路１０２４は、変調周波数での抵抗温度センサの抵抗を測定するのに使用することができ、これは、このΔＰに起因するΔＲである。加熱器要素１００８にパルスを発生させ、ＰＳＤ装置１０２４を使用して抵抗温度センサの応答を測定することにより、ΔＲ／ΔＰのノイズは大きく低下する。

このため、ヘッドと媒体との接触は、好ましくは接近点またはその付近に位置するＴＣＲセンサである抵抗温度センサ１０２０のΔＲ応答を監視することにより、検知することができる。変調周波数は、１０ｋＨｚより高くすることができ、ΔＲについての測定は、非常に速くかつ高い精度をもって行うことができる。なぜなら、それは加熱器要素の時定数によって制限されないためである。

他の実施形態は、交流の加熱器要素１００８を駆動することに向けられている。たとえば、加熱器要素１００８は、ＤＡＣのプログラミングソフトウェアなどによって加熱器要素電力回路１００６のＤＡＣを適切に構成することによって、望ましい周波数（たとえば、約５０ｋＨｚから約８０ｋＨｚ）において交流電流で駆動することができる。検知回路１０２４は、加熱器要素１００８を駆動する交流電流の周波数において温度抵抗センサ応答を測定するように構成することができる。加熱器の発振をソフトウェアで制御することにより、加熱器要素１００８に加えられる波形を特定するための柔軟性が高められる。これにより、接触検知信号を高めることができる正方形、正弦、三角形、または他の波形を含む、加熱器要素１００８を駆動するための様々な波形を使用することができる。

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。

Ｖ＝Ｉ（Ｒ_１＋Ｒ_２）＝Ｉ（Ｒ_１，０＋Ｒ_１，０α_ｉΔＴ_１＋Ｒ_２，０＋Ｒ_２，０α_２ΔＴ_２（２）
ここで、ΔＴ_１およびΔＴ _２は、それぞれＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）の温度変化であり、α_１およびα_２は、それぞれＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）の抵抗温度係数であり、Ｒ_１，０およびＲ_２，０は、ＴＣＲセンサＲ_１（１０５）およびＲ_２（１０６）の周囲温度における抵抗である。

Claims

装置であって、
磁気記録媒体と相互作用するように構成されるヘッドトランスデューサと、
抵抗温度係数（ＴＣＲ）を有し、第１のセンサ信号を生成するように構成される、第１のセンサと、
ＴＣＲを有し、第２のセンサ信号を生成するように構成される第２のセンサとを備え、
前記第１および第２のセンサのうちの一方は、前記磁気記録媒体に対する前記ヘッドトランスデューサの接近点またはその付近に位置し、前記第１および第２のセンサのうちの他方は、前記接近点から離して設けられ、前記装置はさらに、
前記第１および第２のセンサ信号を結合し、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を示す結合センサ信号を生成するように構成される回路を備える、装置。
前記接近点またはその付近に位置するセンサは、前記接近点における熱境界条件を示す優勢信号成分を有するセンサ信号を発生させるように構成され、
前記接近点から離れて設けられたセンサは、前記熱境界条件によって影響を受ける要因以外の要因による温度変化を示す優勢信号成分を有する信号を発生させるように構成される、請求項１に記載の装置。
前記接近点またはその付近に位置するセンサは、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触を示す優勢信号成分を有するセンサ信号を発生させるように構成され、
前記接近点から離れて設けられるセンサは、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触以外の要因による温度変化を示す優勢信号成分を有する信号を発生させるように構成される、請求項１に記載の装置。
前記ヘッドトランスデューサを作動させて、前記接近点またはその付近に位置するセンサを前記媒体に向けて移動させるように構成される加熱器を備える、請求項１に記載の装置。
前記第１のセンサは、正のＴＣＲおよび負のＴＣＲの一方を含み、
前記第２のセンサは、正のＴＣＲおよび負のＴＣＲの他方を含む、請求項１に記載の装置。
前記第１および第２のセンサの各々は、固定数の電気接続パッドに結合され、
前記回路は、ヘッドと媒体との間隔の変化の測定およびヘッドと媒体との接触の検知の一方または両方を、さらなる電気接続パッドを加えることなく行うように構成される、請求項５に記載の装置。
前記第１および第２のセンサは直列に接続される、請求項５に記載の装置。
前記第１および第２のセンサは、差分抵抗温度センサを規定するように配置される、請求項１に記載の装置。
前記第１および第２のセンサは、差分抵抗温度センサを規定するように配置され、
前記回路は、前記第１および第２のセンサ信号を結合して、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を示す差分信号を生成するように構成される、請求項１に記載の装置。
ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を差分信号を使用して検知するように構成される検知器をさらに備える、請求項９に記載の装置。
前記ヘッドトランスデューサを作動させて、前記接近点またはその付近に位置するセンサを前記媒体に向けて移動させるように構成される加熱器をさらに備え、
前記回路は、前記結合センサ信号に対する加熱器の影響を示す前記結合センサ信号の成分を差し引くように構成される、請求項８に記載の装置。
前記接近点またはその付近に位置するセンサは、前記接近点またはその付近における温度変化に応答して非線形センサ信号を生成し、
前記接近点から離れて設けられるセンサは、間隔を空けられた位置における温度変化に応答して線形センサ信号を生成する、請求項８に記載の装置。
方法であって、
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、
抵抗係数（ＴＣＲ）を有するヘッドトランスデューサの第１のセンサを使用して、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を感知するステップと、
ＴＣＲを有する第２のセンサを使用して、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触以外の要因による温度変化を感知するステップと、
前記第１のセンサによる第１のセンサ信号と、前記第２のセンサによる第２のセンサ信号とを生成するステップと、
前記第１および第２のセンサ信号を使用して、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を示す結合センサ信号を発生させるステップと、
前記結合センサ信号を使用して、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を検知するステップとを備える、方法。
前記ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を感知するステップは、前記磁気記録媒体に関する前記ヘッドトランスデューサの接近点における熱境界条件を感知するステップを含み、
前記他の要因による温度変化を感知するステップは、前記接近点から離れた位置における温度を感知するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
前記第１のセンサ信号は、接近点における熱境界条件を示す優勢信号成分を含み、
前記第２のセンサ信号は、前記熱境界条件による影響を受ける要因以外の要因による温度変化を示す優勢信号成分を含む、請求項１４に記載の方法。
前記第１のセンサを媒体に向けて移動させるように前記ヘッドトランスデューサを作動させるステップをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
前記第１のセンサは、正のＴＣＲおよび負のＴＣＲのうちの一方を有し、
前記第２のセンサは、正のＴＣＲおよび負のＴＣＲのうちの他方を有し、請求項１３に記載の方法。
前記第１および第２のセンサは、差分抵抗温度センサを規定するように配置される、請求項１３に記載の方法。
装置であって、
磁気記録媒体と相互作用するように構成される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によって支持される差分抵抗温度センサとを備え、前記差分抵抗温度センサは、
抵抗温度係数を有し、前記磁気記録媒体に対する前記ヘッドトランスデューサの接近点またはその付近に位置する第１のセンサと、
抵抗温度係数を有し、前記第１のセンサから間隔を空けられた前記ヘッドトランスデューサの部品とを含み、前記装置はさらに、
前記差分抵抗温度センサによって発生された差分信号を使用して、ヘッドと媒体との間隔の変化およびヘッドと媒体との接触の一方または両方を検知するように構成される検知器とを備える、装置。
前記ヘッドトランスデューサの部品は、前記ヘッドトランスデューサの書き込み要素、前記ヘッドトランスデューサの読み取り要素、および不活性の加熱器のうちの１つを含む、請求項１９に記載の装置。
装置であって、
磁気記録媒体と相互作用するように構成される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を作動させるように構成される加熱器と、
前記ヘッドトランスデューサに位置するとともに、抵抗温度係数を有するセンサとを備え、前記センサは、前記ヘッドトランスデューサと前記媒体との間の接触を感知するように構成され、前記装置はさらに、
センサおよび加熱器に結合される検知器を備え、
前記検知器は、前記センサの抵抗の変化および加熱器の電力の変化に基づいた検知基準を使用して、ヘッドと媒体との接触を検知するように構成される、装置。
前記検知基準は、前記センサの抵抗の変化率および前記加熱器の電力の変化率に基づく、請求項２１に記載の装置。
前記検知基準は、比率ΔＲ／ΔＰによって定められ、ΔＲは前記センサの抵抗の変化率であり、ΔＰは前記加熱器の電力の変化率である、請求項２１に記載の装置。
前記検知器は、原位置におけるΔＲ／ΔＰの直接測定を行うように構成される、請求項２３に記載の装置。
前記検知器は、前記検知基準の最小を検知することによってヘッドと媒体との接触を検知するように構成される、請求項２１に記載の装置。
前記検知器は、前記検知基準が最小に到達する前に前記検知基準における線形減少からのずれを検知することにより、ヘッドと媒体との接触の開始を検知するように構成される、請求項２１に記載の装置。
前記センサは、ＤＣ電流を受け取るように構成され、前記検知器は、ＤＣセンサを使用してセンサの抵抗の変化を測定するように構成される、請求項２１に記載の装置。
前記検知器は、
前記加熱器に結合されるとともに、変調された加熱器の電力のパラメータを発生させるように構成される変調器と、
前記変調器および前記センサに結合される位相検知器とを含み、
前記位相検知器は、前記変調器の変調周波数における前記センサに対する応答を測定するように構成される、請求項２１に記載の装置。
前記検知器は、センサ応答の変化率と変調された加熱器の電力パラメータの変化率との比率である検知基準を算出するように構成される、請求項２８に記載の装置。
前記加熱器は、加熱器要素と、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）を有する電力回路とを含み、
前記電力回路は、前記ＤＡＣによって制御される特定の周波数において交流電流によって前記加熱器要素を駆動するように構成され、
前記検知器は、前記特定の周波数において前記センサの応答を測定するように構成される、請求項２１に記載の装置。
前記ヘッドトランスデューサは、低変調または非変調の、前記媒体に対するヘッドと媒体との接触面を規定するように構成される、請求項２１に記載の装置。
前記ヘッドトランスデューサは、前記媒体に対する非接触記録ヘッド対媒体インターフェイスを規定するように構成される、請求項２１に記載の装置。