JPH02236160A - 弾性表面波装置 - Google Patents
弾性表面波装置Info
- Publication number
- JPH02236160A JPH02236160A JP1057519A JP5751989A JPH02236160A JP H02236160 A JPH02236160 A JP H02236160A JP 1057519 A JP1057519 A JP 1057519A JP 5751989 A JP5751989 A JP 5751989A JP H02236160 A JPH02236160 A JP H02236160A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- surface acoustic
- sample
- acoustic wave
- wave device
- measured
- Prior art date
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- Pending
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- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
この発明は、固体材料に弾性表面波を励振させて材料表
面の傷の有無を調べたり、基板表面の弾性表面波の伝搬
速度の変化から各種の物理量を測定したりするのに用い
られる弾性表面波装置に関する。
面の傷の有無を調べたり、基板表面の弾性表面波の伝搬
速度の変化から各種の物理量を測定したりするのに用い
られる弾性表面波装置に関する。
従来、金属や単結晶などの固体材料の表面に弾性表面波
を励振させる弾性表面波装置には次のようなものがある
。 第6図に示すものは、圧電セラミック縦型振動子20か
らなるもので、被測定試料2lの表面に弾性表面波23
を励振させて試料表面の小さな傷22を検出する深傷装
置などに利用されている。 第7図に示すものは、被測定試料30の表面上に金属な
どからなるインタディジタル電極(以下、IDT電極と
記す。)31と、ZnOなどの圧電セラミック膜32を
スパッタなどにより成膜したもので、試料表面に励振さ
せた弾性表面波33の音速や減衰を測定するのに利用さ
れている。 また、圧電単結晶基板上にIDT電極を設けたり、サフ
ァイヤやガラスなどの基板上にZnOなどの圧電膜を成
膜したりして構成したものは、基板上や圧電股上に励振
された弾性表面波の伝搬速?や減衰から機械的状態や物
理的状態などの変化を検出す各種センサとして応用され
ている。 第8図は従来のこのようなガスセンサのセンサ部を示し
、圧電単結晶基板40上に相対する一対のIDT電極4
1と一つの帰還増幅器42とからなる発振器が2組構成
されている。そして、片方の発振器のIDT電極41間
には、SO■なとの特定のガスに対して敏感な被膜43
が化学コーティングされ、ガス濃度の変化に対して圧電
単結晶基板40の弾性表面波の速度が変化するようにな
っている。一方、IDT電極40の電極間ピッチをP、
圧電単結晶基板42上の弾性表面波の伝搬速度をVとす
ると、上記発振器の発振周波数fは、f″’qv/2p
となる。そこで、このガスセンサは上記ガスの濃度変化
に反応し、ミキサ44から両方の発振器の発振周波数の
差に相当する周波数の信号が出力される。すなわち、こ
の信号の周波数を測定することによりガス濃度の変化を
検出することができる. 第9図は弾性表面波装置を用いた従来の圧力センサのセ
ンサ部を示すもので、第8図のものと同様に、圧電単結
晶基板50上にIDT電極51と帰還増幅器52とから
なる発振器が2組構成され、一方のIDT電極51は圧
電単結晶基板50の周辺部に近く、他方のIDT電極5
1は圧電単結晶基板50の中心部に近く位置している。 更に、圧電単結晶基板50は周辺部に対して中心部がダ
イヤフラム状に薄くなっている。圧電単結晶基板50に
圧力が作用するとひずみが生じるが、このひずみの大き
さは周辺部と中心部とで異なる。弾性表面波の伝搬速度
Vはひずみの大きさによって変化するため、圧電単結晶
基板50のひずみは周辺部と中心部との伝搬速度の差に
よる発振周波数の差としてミキサ53から出力される。 この出力信号の周波数を測定すれば、上記ガスセンサと
同じ原理で圧力を検出することができる。その他、弾性
表面波の伝搬速度Vは基板温度や基板にかかる電界の強
さなどによっても変化するので、弾性表面波装置は温度
センサや電圧センサなどにも応用が可能である。
を励振させる弾性表面波装置には次のようなものがある
。 第6図に示すものは、圧電セラミック縦型振動子20か
らなるもので、被測定試料2lの表面に弾性表面波23
を励振させて試料表面の小さな傷22を検出する深傷装
置などに利用されている。 第7図に示すものは、被測定試料30の表面上に金属な
どからなるインタディジタル電極(以下、IDT電極と
記す。)31と、ZnOなどの圧電セラミック膜32を
スパッタなどにより成膜したもので、試料表面に励振さ
せた弾性表面波33の音速や減衰を測定するのに利用さ
れている。 また、圧電単結晶基板上にIDT電極を設けたり、サフ
ァイヤやガラスなどの基板上にZnOなどの圧電膜を成
膜したりして構成したものは、基板上や圧電股上に励振
された弾性表面波の伝搬速?や減衰から機械的状態や物
理的状態などの変化を検出す各種センサとして応用され
ている。 第8図は従来のこのようなガスセンサのセンサ部を示し
、圧電単結晶基板40上に相対する一対のIDT電極4
1と一つの帰還増幅器42とからなる発振器が2組構成
されている。そして、片方の発振器のIDT電極41間
には、SO■なとの特定のガスに対して敏感な被膜43
が化学コーティングされ、ガス濃度の変化に対して圧電
単結晶基板40の弾性表面波の速度が変化するようにな
っている。一方、IDT電極40の電極間ピッチをP、
圧電単結晶基板42上の弾性表面波の伝搬速度をVとす
ると、上記発振器の発振周波数fは、f″’qv/2p
となる。そこで、このガスセンサは上記ガスの濃度変化
に反応し、ミキサ44から両方の発振器の発振周波数の
差に相当する周波数の信号が出力される。すなわち、こ
の信号の周波数を測定することによりガス濃度の変化を
検出することができる. 第9図は弾性表面波装置を用いた従来の圧力センサのセ
ンサ部を示すもので、第8図のものと同様に、圧電単結
晶基板50上にIDT電極51と帰還増幅器52とから
なる発振器が2組構成され、一方のIDT電極51は圧
電単結晶基板50の周辺部に近く、他方のIDT電極5
1は圧電単結晶基板50の中心部に近く位置している。 更に、圧電単結晶基板50は周辺部に対して中心部がダ
イヤフラム状に薄くなっている。圧電単結晶基板50に
圧力が作用するとひずみが生じるが、このひずみの大き
さは周辺部と中心部とで異なる。弾性表面波の伝搬速度
Vはひずみの大きさによって変化するため、圧電単結晶
基板50のひずみは周辺部と中心部との伝搬速度の差に
よる発振周波数の差としてミキサ53から出力される。 この出力信号の周波数を測定すれば、上記ガスセンサと
同じ原理で圧力を検出することができる。その他、弾性
表面波の伝搬速度Vは基板温度や基板にかかる電界の強
さなどによっても変化するので、弾性表面波装置は温度
センサや電圧センサなどにも応用が可能である。
ところが、従来の弾性表面波装置にはそれぞれ次のよう
な問題があった. (1) 圧電セラミック縦型振動子を用いたものでは
セラミックが剛体であるため、被測定試料が曲面の場合
にその曲面に合わせて振動子を加工しておく必要があり
、試料の曲率ごとに振動子を準備しなければならない。 (2)IDT電極や圧電膜は真空装置内で蒸着やスバッ
タにより試料表面に直接形成されるため、大型の試料や
被測定面に平面を持たない試料に適用することは事実上
不可能である。 (3)圧電単結晶基板や、圧電膜を成膜するサファイヤ
ガラスは剛体であるため曲面上に取り付けることが困難
で、温度センサや電圧センサのように被測定試料に密着
させる必要がある場合には使用が困難である。 この発明はこのような問題を解決するもので、被測定面
やセンサ取付面が曲面の試料、あるいは大型の試料にも
容易に使用することのできる弾性表面波装置を提供する
ことを目的とするものである。
な問題があった. (1) 圧電セラミック縦型振動子を用いたものでは
セラミックが剛体であるため、被測定試料が曲面の場合
にその曲面に合わせて振動子を加工しておく必要があり
、試料の曲率ごとに振動子を準備しなければならない。 (2)IDT電極や圧電膜は真空装置内で蒸着やスバッ
タにより試料表面に直接形成されるため、大型の試料や
被測定面に平面を持たない試料に適用することは事実上
不可能である。 (3)圧電単結晶基板や、圧電膜を成膜するサファイヤ
ガラスは剛体であるため曲面上に取り付けることが困難
で、温度センサや電圧センサのように被測定試料に密着
させる必要がある場合には使用が困難である。 この発明はこのような問題を解決するもので、被測定面
やセンサ取付面が曲面の試料、あるいは大型の試料にも
容易に使用することのできる弾性表面波装置を提供する
ことを目的とするものである。
上記目的を達成するために、この発明の弾性表面波装置
は、有機高分子圧電材料の薄片の一方の面にインタディ
ジタル電極を形成して構成するものとする。この弾性表
面波装置は試料表面に弾性表面波を励振させて傷の有無
を調べたり、試料表面の弾性表面波の伝搬速度や減衰を
測定するために利用できる。 上記弾性表面波装置において、インタディジタル電極を
一方向性トランスジューサで構成するとともに、有機高
分子圧電材料の薄片の音波伝搬方向側の端部を先端に向
かって薄くなるくさび形に形成することにより弾性表面
波の励振効率を高めることができる. また、この発明の弾性表面波装置は、有機高分子圧電材
料の薄片の一方の面に相対する一対のインタディジタル
電極を形成して構成するものとする。この弾性表面波装
置は上記薄片上の弾性表面波の伝搬速度の変化から試料
の機械的状態や物理的状態の変化を検出するセンサとし
て利用できる。
は、有機高分子圧電材料の薄片の一方の面にインタディ
ジタル電極を形成して構成するものとする。この弾性表
面波装置は試料表面に弾性表面波を励振させて傷の有無
を調べたり、試料表面の弾性表面波の伝搬速度や減衰を
測定するために利用できる。 上記弾性表面波装置において、インタディジタル電極を
一方向性トランスジューサで構成するとともに、有機高
分子圧電材料の薄片の音波伝搬方向側の端部を先端に向
かって薄くなるくさび形に形成することにより弾性表面
波の励振効率を高めることができる. また、この発明の弾性表面波装置は、有機高分子圧電材
料の薄片の一方の面に相対する一対のインタディジタル
電極を形成して構成するものとする。この弾性表面波装
置は上記薄片上の弾性表面波の伝搬速度の変化から試料
の機械的状態や物理的状態の変化を検出するセンサとし
て利用できる。
有機高分子圧電材料は、ボリフッ化ビニリデン(PFD
F)やPFDF系共重合体に代表され、柔軟性、耐磨耗
性、耐候性、耐水性など高分子特有の優れた性質がある
.この発明は、この有機高分子圧電材料の薄膜の一方の
面に、電気信号を弾性表面波に、あるいは弾性表面波を
電気信号に変換するIDT電極を形成して弾性表面波装
置を構成するものである。この発明の弾性表面波装置は
被測定試料に接着するだけで試料表面に弾性表面波を励
振し、試料表面の傷の有無を調べたり、弾性表面波の伝
搬速度や減衰から各種の物理量を測定したりすることが
できる。有機高分子圧電材料は数MHz以上の高周波弾
性表面波を発振することも可能で、加工もし易く柔軟で
あることから、球面や曲面などのどのような形状の試料
表面にも接着することができる. その際、IDT電極を一方向性トランスジューサで構成
するとともに、有機高分子圧電材料の薄片の音波伝搬方
向側の端部を先端に向かって薄くなるくさび形に形成し
て薄片端面での音波の反射を小さくすることにより、弾
性表面波の伝搬ロスを抑えて効率よく弾性表面波の励振
と検出とを行うことができる。 また、有機高分子圧電材料の薄片の一方の面に、電気信
号により弾性表面波を発生させる入力用のIDT電極と
、伝搬してきた弾性表面波を電気信号に変換する出力用
IDT電極を相対して設けて弾性表面波装置を構成する
ことにより、どのような場所にでも取り付け可能なセン
サを実現することができる.すなわち、この弾性表面波
装置を被測定試料に接着し、電気信号の入力からの時間
遅れを測定したり、帰還増幅器を用いて発振器を構成し
、その周波数変化を検出したりすることにより、温度セ
ンサ、圧カセンサ、電圧センサなどとして利用できる.
また、出力信号の入力信号から見た減衰の量を測定する
ことで、表面の傷の有無や量、磨耗の状態などを検出で
きる。
F)やPFDF系共重合体に代表され、柔軟性、耐磨耗
性、耐候性、耐水性など高分子特有の優れた性質がある
.この発明は、この有機高分子圧電材料の薄膜の一方の
面に、電気信号を弾性表面波に、あるいは弾性表面波を
電気信号に変換するIDT電極を形成して弾性表面波装
置を構成するものである。この発明の弾性表面波装置は
被測定試料に接着するだけで試料表面に弾性表面波を励
振し、試料表面の傷の有無を調べたり、弾性表面波の伝
搬速度や減衰から各種の物理量を測定したりすることが
できる。有機高分子圧電材料は数MHz以上の高周波弾
性表面波を発振することも可能で、加工もし易く柔軟で
あることから、球面や曲面などのどのような形状の試料
表面にも接着することができる. その際、IDT電極を一方向性トランスジューサで構成
するとともに、有機高分子圧電材料の薄片の音波伝搬方
向側の端部を先端に向かって薄くなるくさび形に形成し
て薄片端面での音波の反射を小さくすることにより、弾
性表面波の伝搬ロスを抑えて効率よく弾性表面波の励振
と検出とを行うことができる。 また、有機高分子圧電材料の薄片の一方の面に、電気信
号により弾性表面波を発生させる入力用のIDT電極と
、伝搬してきた弾性表面波を電気信号に変換する出力用
IDT電極を相対して設けて弾性表面波装置を構成する
ことにより、どのような場所にでも取り付け可能なセン
サを実現することができる.すなわち、この弾性表面波
装置を被測定試料に接着し、電気信号の入力からの時間
遅れを測定したり、帰還増幅器を用いて発振器を構成し
、その周波数変化を検出したりすることにより、温度セ
ンサ、圧カセンサ、電圧センサなどとして利用できる.
また、出力信号の入力信号から見た減衰の量を測定する
ことで、表面の傷の有無や量、磨耗の状態などを検出で
きる。
第1図はこの発明の第1の実施例の弾性表面波装置1を
示すものである。第1図において、2は有機高分子圧電
材料の方形の薄片で、この薄片2の図の上面に一方向性
トランスジューサで構成したIDT電極3がスパッタ、
蒸着、めっき、パターンエッチングなどの手段で形成し
てある。薄片2の音波伝搬方向(図の矢印P方向)の端
部2aは、先端に向かって薄くなるくさび形に加工して
ある. 第3図はこの弾性表面波装置1を深傷装置に応用した使
用例を示している。すなわち、第3図において、中空金
属円筒など探傷を行う必要のある被測定試料4の表面に
、上記弾性表面波装置1をIDT電極3側を下にして接
着する。接着剤は被測定試料4が金属などの導体の場合
には電気的絶縁性のあるものを選ぶ必要がある。また、
接着層の厚さはその影響を少なくするために、励振され
る音波の波長に対して十分薄くする必要がある。 弾性表面波装置1は超音波探傷器5に接続し、図示送波
バルスTが試料表面の傷4aによって反射されて生じた
反射エコーSの振幅と遅れ時間を測定して深傷を行う。 IDT電極3が形成された薄片2は有機高分子圧電材料
であるから柔軟性があり、図の被測定試料4のような曲
面形状にも密着し、音波の励振、検出を効率よく行うこ
とができる。 また、第4図に示すように、一対の弾性表面波装置1,
1を被測定試料4上に対向させて配置すれば、弾性表面
波の伝搬速度や減衰を測定することが可能となる。この
場合も弾性表面波装W1は測定試料の形状を選ばず自由
に接着することができる. 次に、第2図はこの発明の第2の実施例の弾性表面波装
置6を示すものである。この弾性表面波装置6において
は、有機高分子圧電材料の方形の薄片7の図の上面に一
対のIDT電極8,8を第1の実施例と同様にスバッタ
などにより相対して形成してある。 第5図はこの弾性表面波装置6の使用例を示すもので、
曲面を持つ中空円筒などの被測定試料9の表面に、ID
T電極8を形成した面を下にして接着してある,IDT
電極8.8の間を有機高分子圧電材料の薄片7と被測定
試料9との界面に沿って伝搬する弾性表面波の速度Vは
温度や圧力などの因子の影響を受ける.更に弾性表面波
は、被測定試料9の表面の傷や欠陥などによって散乱さ
れ、吸収され、あるいは減衰する。そこで、例えば電気
信号を一方のIDT電極8に入力してから、これが他方
のIDT電極8から出力されるまでの時間をモニタすれ
ば温度変化を検出できるし、第9図に示したように、帰
還増幅器とミキサとを設けて出力信号の発振周波数の変
化をモニタすれば圧力の変化を検出でき、更にその出力
信号の振幅をモニタすれば深傷を行うことができる。
示すものである。第1図において、2は有機高分子圧電
材料の方形の薄片で、この薄片2の図の上面に一方向性
トランスジューサで構成したIDT電極3がスパッタ、
蒸着、めっき、パターンエッチングなどの手段で形成し
てある。薄片2の音波伝搬方向(図の矢印P方向)の端
部2aは、先端に向かって薄くなるくさび形に加工して
ある. 第3図はこの弾性表面波装置1を深傷装置に応用した使
用例を示している。すなわち、第3図において、中空金
属円筒など探傷を行う必要のある被測定試料4の表面に
、上記弾性表面波装置1をIDT電極3側を下にして接
着する。接着剤は被測定試料4が金属などの導体の場合
には電気的絶縁性のあるものを選ぶ必要がある。また、
接着層の厚さはその影響を少なくするために、励振され
る音波の波長に対して十分薄くする必要がある。 弾性表面波装置1は超音波探傷器5に接続し、図示送波
バルスTが試料表面の傷4aによって反射されて生じた
反射エコーSの振幅と遅れ時間を測定して深傷を行う。 IDT電極3が形成された薄片2は有機高分子圧電材料
であるから柔軟性があり、図の被測定試料4のような曲
面形状にも密着し、音波の励振、検出を効率よく行うこ
とができる。 また、第4図に示すように、一対の弾性表面波装置1,
1を被測定試料4上に対向させて配置すれば、弾性表面
波の伝搬速度や減衰を測定することが可能となる。この
場合も弾性表面波装W1は測定試料の形状を選ばず自由
に接着することができる. 次に、第2図はこの発明の第2の実施例の弾性表面波装
置6を示すものである。この弾性表面波装置6において
は、有機高分子圧電材料の方形の薄片7の図の上面に一
対のIDT電極8,8を第1の実施例と同様にスバッタ
などにより相対して形成してある。 第5図はこの弾性表面波装置6の使用例を示すもので、
曲面を持つ中空円筒などの被測定試料9の表面に、ID
T電極8を形成した面を下にして接着してある,IDT
電極8.8の間を有機高分子圧電材料の薄片7と被測定
試料9との界面に沿って伝搬する弾性表面波の速度Vは
温度や圧力などの因子の影響を受ける.更に弾性表面波
は、被測定試料9の表面の傷や欠陥などによって散乱さ
れ、吸収され、あるいは減衰する。そこで、例えば電気
信号を一方のIDT電極8に入力してから、これが他方
のIDT電極8から出力されるまでの時間をモニタすれ
ば温度変化を検出できるし、第9図に示したように、帰
還増幅器とミキサとを設けて出力信号の発振周波数の変
化をモニタすれば圧力の変化を検出でき、更にその出力
信号の振幅をモニタすれば深傷を行うことができる。
この発明によれば、有機高分子圧電材料の薄片上にID
’T電極を形成して弾性表面波装置を構成することによ
り、弾性表面波装置を被測定試料に接着するだけで、試
料表面の形状を選ばずに深傷や各種状態の変化の検出を
行うことができる。
’T電極を形成して弾性表面波装置を構成することによ
り、弾性表面波装置を被測定試料に接着するだけで、試
料表面の形状を選ばずに深傷や各種状態の変化の検出を
行うことができる。
第1図はこの発明の第1の実施例の構成を示す斜視図、
第2図はこの発明の第2の実施例の構成を示す斜視図、
第3図は第1図の弾性表面波装置の使用例を示す斜視図
、第4図は同じく別の使用例を示す斜視図、第5図は第
2図の弾性表面波装置の使用例を示す断面図、第6図は
従来の弾性表面波装置の使用状態を説明する側面図、第
7図は従来の別の弾性表面波装置の使用状態を説明する
斜視図、第8図は従来の弾性表面波装置の応用例を示す
斜視図、第9図は従来の弾性表面波装置の別の応用例を
示す斜視図である。 ■・・・弾性表面波装置、2・・・有機高分子圧電材料
の薄片、3・・・インタディジタル電極、6・・・弾性
表面波装置、7・・・有機高分子圧電材料の薄片、8・
・・インタディジタル電極。 la 第1図 第3図 第2図 wE4図
第2図はこの発明の第2の実施例の構成を示す斜視図、
第3図は第1図の弾性表面波装置の使用例を示す斜視図
、第4図は同じく別の使用例を示す斜視図、第5図は第
2図の弾性表面波装置の使用例を示す断面図、第6図は
従来の弾性表面波装置の使用状態を説明する側面図、第
7図は従来の別の弾性表面波装置の使用状態を説明する
斜視図、第8図は従来の弾性表面波装置の応用例を示す
斜視図、第9図は従来の弾性表面波装置の別の応用例を
示す斜視図である。 ■・・・弾性表面波装置、2・・・有機高分子圧電材料
の薄片、3・・・インタディジタル電極、6・・・弾性
表面波装置、7・・・有機高分子圧電材料の薄片、8・
・・インタディジタル電極。 la 第1図 第3図 第2図 wE4図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)有機高分子圧電材料の薄片の一方の面にインタディ
ジタル電極を形成して構成したことを特徴とする弾性表
面波装置。 2)有機高分子圧電材料の薄片の一方の面に相対する一
対のインタディジタル電極を形成して構成したことを特
徴とする弾性表面波装置。 3)請求項1記載の装置において、インタディジタル電
極を一方向性トランスジューサで構成するとともに、有
機高分子圧電材料の薄片の音波伝搬方向側の端部を先端
に向かって薄くなるくさび形に形成したことを特徴とす
る弾性表面波装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1057519A JPH02236160A (ja) | 1989-03-09 | 1989-03-09 | 弾性表面波装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1057519A JPH02236160A (ja) | 1989-03-09 | 1989-03-09 | 弾性表面波装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02236160A true JPH02236160A (ja) | 1990-09-19 |
Family
ID=13057984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1057519A Pending JPH02236160A (ja) | 1989-03-09 | 1989-03-09 | 弾性表面波装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02236160A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7249818B1 (en) | 1999-10-12 | 2007-07-31 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Print head apparatus with malfunction detector |
-
1989
- 1989-03-09 JP JP1057519A patent/JPH02236160A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7249818B1 (en) | 1999-10-12 | 2007-07-31 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Print head apparatus with malfunction detector |
| US7717531B2 (en) | 1999-10-12 | 2010-05-18 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Print head apparatus with malfunction detector |
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