JP2000254584A - 圧電アクチュエータ - Google Patents

圧電アクチュエータ

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JP2000254584A
JP2000254584A JP11059080A JP5908099A JP2000254584A JP 2000254584 A JP2000254584 A JP 2000254584A JP 11059080 A JP11059080 A JP 11059080A JP 5908099 A JP5908099 A JP 5908099A JP 2000254584 A JP2000254584 A JP 2000254584A
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純一 鈴鹿
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隆行 櫻井
Tsutomu Kameyama
勉 亀山
Kiyoshi Kato
清 加藤
Shinsuke Hirayama
心祐 平山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電素子を積層した振動板を筐体内に設け、
振動板を振動させることにより駆動する圧電型アクチュ
エータにおいて、振動板に駆動電源を供給するためのリ
ード線に外力が加わっても、振動板が正常に駆動できる
ようにする。 【解決手段】 リード線14aが半田付けされた圧電素
子10を貼付した振動板8を、支持リング12a,12
bに支接し、この状態の支持リング12a,12bをア
ッパケース4とロワケース6とで挟持して、リード線1
4aに駆動電圧を供給することにより振動板8を駆動さ
せる圧電型アクチュエータにおいて、リード線14aを
アッパケース4の外部に引き出すための挿通孔4cの開
口部分には、必要かつ十分な量の接着剤22を貯留して
硬化させるための接着剤溜まり20が設けられ、引き出
されたリード線14aは、接着剤溜まり20の接着剤2
2中に設置されることによりアッパケース4に接着固定
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子が積層された
振動板を筐体内に収納した圧電アクチュエータに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来より、角速度検出装置の一つとし
て、一定方向に噴出されたガス流に対して、移動体の進
行方向の変化による角速度が作用したときのガス流の偏
向状態を、ヒートワイヤ等からなる感温素子を用いて電
気的に検出するようにしたガス式角速度検出器が知られ
ている(特開平2−130474号公報,特開平3−2
9858号公報,特開平3−255961号公報等参
照)。
【0003】また、この種の角速度検出装置では、上記
各公報に開示されているように、角速度検出用のガス流
を生成するためのポンプとして、圧電素子が積層された
振動板を、ガスの吸入孔及び排出孔を備えた密閉筐体内
に収納し、振動板の振動によって、吸入孔からガスを吸
入し、排出孔からガスを吐出するように構成された圧電
アクチュエータが使用されている。
【0004】従来の圧電アクチュエータは、圧電素子が
積層された振動板の周縁を、密閉筐体を構成する上ケー
スと下ケースとの間に挟持させるようにして、その上ケ
ースと下ケースを加締めや溶接またはネジ止めなどによ
って結合させるようにしていた。
【0005】また、圧電アクチュエータを駆動させるに
は、振動板に積層された圧電素子の表・裏面(詳しくは
振動板への積層面と振動板とは反対側の面)に交流駆動
電圧を印加し、圧電素子を伸縮させる必要がある。その
ため、従来では、圧電素子の振動板とは反対側の表面に
リード線を接続し、このリード線と圧電素子が積層され
た振動板との間に交流駆動電圧を印加することにより、
圧電素子を伸縮させ、その伸縮により振動板を振動させ
るようにしている。
【0006】そして、このようにリード線に交流駆動電
圧を印加するには、リード線をケースの外部に引き出す
ために、密閉筐体(上ケース又は下ケース)には、リー
ド線を挿通するためのリード線挿通孔が設けられ、この
リード線挿通孔を介してリード線を外部に引き出すよう
にしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来では、
リード線を、単にリード線挿通孔に通すだけであったた
め、圧電アクチュエータを角速度検出装置等に組み付け
たり、リード線を電源装置に接続する場合に、リード線
に強い力が加わると、その力が振動板に伝わり、振動板
の振動特性が変化するとか、リード線が圧電素子から外
れてしまい、使用不可能になる、といった問題があっ
た。
【0008】このため、従来の圧電アクチュエータを取
り扱う際には、リード線に強い力(引っ張り力)が加わ
ることのないよう、細心の注意を払う必要があり、圧電
アクチュエータを取り扱う際の作業性の低下を招いてい
た。本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであ
り、圧電素子を積層した振動板を筐体内に収納した圧電
アクチュエータにおいて、筐体から引き出されたリード
線に外力が加わっても、振動板の振動特性が変化するこ
となく、常に正常動作できるようにすることを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段,発明の実施の形態及び発
明の効果】かかる目的を達成するためになされた請求項
1に記載の発明は、板面中央に圧電素子が積層された振
動板と、前記圧電素子の前記振動板とは反対側に接続さ
れたリード線と、前記振動板の周縁を挟持した状態で前
記振動板を収納するよう構成され、外壁に、前記リード
線を外部に引き出すためのリード線挿通孔が穿設された
筐体と、を備えた圧電アクチュエータであって、前記筐
体に、前記リード線を固定する固定手段を設け、前記筐
体外部で前記リード線に加わる力が前記振動板に伝わる
のを防止したことを特徴とする。
【0010】このように、請求項1記載の圧電アクチュ
エータにおいては、既述した従来の圧電アクチュエータ
と同様、圧電素子に接続されたリード線が、リード線挿
通孔を介して筐体外部に引き出されるが、リード線は、
固定手段を介して、筐体に固定されることから、筐体外
部でリード線に加わる力が、振動板に伝わることはな
い。
【0011】このため、請求項1記載の圧電アクチュエ
ータによれば、圧電アクチュエータを角速度検出装置等
の使用対象物に組み付けたり、リード線を電源装置に接
続する際に、リード線が引っ張られても、その力が振動
板に伝わって、振動板の振動特性が変化したり、リード
線が圧電素子から外れてしまうのを、確実に防止するこ
とができる。
【0012】なお、本発明の圧電アクチュエータは、そ
の製造時に、リード線を筐体に固定することになるが、
この固定時には、圧電素子への接続箇所から筐体への固
定箇所までの間で、リード線の長さに余裕を持たせ、筐
体内でリード線に張力が加わらないようにする必要はあ
る。
【0013】これは、リード線に張力が加わった状態で
リード線を筐体内に固定してしまうと、圧電素子の駆動
に伴う振動板の振動が、リード線に加わった張力によっ
て制限されてしまうとか、外部から筐体に加わった振動
が振動板に伝わることがあるためである。
【0014】つまり、振動板の振動特性を確保するに
は、筐体内部のリード線に張力を与えることのないよ
う、リード線を筐体に固定することが望ましい。ここ
で、リード線を筐体に固定する固定手段としては、筐体
にリード線を挟み込むための爪部を設けるとか、リード
線をネジ止めするための固定部材を設けることによって
構成してもよい。しかし、このようにすると、筐体の構
造が複雑になるとか、圧電アクチュエータの構成部品が
増加するといった問題がある。
【0015】そこで、このような問題を発生させること
なく、リード線を筐体に固定できるようにするには、請
求項2に記載のように、固定手段として、接着剤を使用
し、この接着剤によってリード線を筐体に固定するよう
にするとよい。つまり、固定手段を接着剤にて構成すれ
ば、圧電アクチュエータの製造後に、リード線挿通孔か
らリード線を引き出した状態で、リード線に接着剤を塗
布して筐体に固定すれば良いため、圧電アクチュエータ
の構成部品を変更又は増加させることなく、極めて簡単
な作業でリード線を固定することができるようになる。
また、接着剤は軽量であるため圧電アクチュエータ自体
の総重量の増加を招くことはなく、しかも安価であるた
め圧電アクチュエータの製造コストを抑えることができ
る。
【0016】ところで、接着剤は、一般に、塗布してか
ら固化するまでの間の粘性が低いことから、リード線を
接着剤を用いて筐体に固定する際、リード線に塗布した
接着剤が、周囲に広がる虞がある。そして、このような
場合には、リード線を固定する接着剤の量が減少してし
まうため、十分な接着効果を得ることができない。
【0017】そのため、請求項2記載のように、リード
線を筐体に固定する固定手段として、接着剤を用いる場
合には、より好ましくは、請求項3に記載のように、筐
体のリード線挿通孔の開口部分に、接着剤を貯留して固
化させるための接着剤溜まりを形成するとよい。
【0018】つまり、請求項3記載のように、リード線
挿通孔の開口部分に接着剤溜まりを設け、この接着剤溜
まりに接着剤を充填して固化させるようにすれば、接着
剤が固化するまでの間に、接着剤溜まりに充填した接着
剤が周囲に広がることがないため、接着剤による接着効
果を十分に発揮することができる。
【0019】また、接着剤溜まりに必要かつ十分な分量
の接着剤を貯留することができるため、この接着剤溜ま
りに設置されたリード線が動くことなく、確実に固定す
ることが可能となる。また、筐体に均一な大きさの接着
剤溜まりを形成することにより、この接着剤溜まりに貯
留する接着剤の分量を管理することが可能となり、圧電
アクチュエータの品質の向上や歩留まりの向上を実現す
ることが可能となる。
【0020】一方、請求項2又は請求項3に記載の圧電
アクチュエータのように、リード線を筐体に固定する固
定手段として、接着剤を用いる場合、その接着剤が、塗
布後の固化によって硬くなる接着剤である場合には、固
化後の硬度にもよるが、筐体の振動が、接着剤を介し
て、直接リード線に伝わることが考えられる。そして、
筐体の振動がリード線に伝わると、その振動は、リード
線を介して、圧電素子、延いては振動板に伝達され、振
動板の振動特性に影響を与えることになる。
【0021】そこで、リード線を接着剤にて固定する際
には、請求項4に記載のように、固化後においても弾性
を有する可撓性樹脂から成る接着剤を使用することが望
ましい。つまり、こうした可撓性樹脂からなる接着剤を
使用すれば、接着剤が固化してもリード線は弾性材を介
して筐体に固定されることになるため、外部から筐体に
伝わった振動を、接着剤にて吸収若しくは低減すること
ができ、その振動がリード線を介して振動板に伝わり、
振動板の振動特性が変化するのを防止できる。
【0022】また次に、本発明において、振動板を収納
する筐体は、金属製のものであっても、合成樹脂性のも
のであっても良いが、筐体を合成樹脂にて構成すれば、
圧電アクチュエータの軽量化を図り、且つ、製造コスト
を低減できることになる。しかし、筐体を合成樹脂にて
構成した場合、筐体単体で振動板周縁を挟持させること
により、所望の振動特性を得られるようにすることは難
しく、また、圧電素子駆動のために振動板(詳しくは振
動板への圧電素子の積層面)に交流駆動電圧を印加する
のが難しい。
【0023】つまり、圧電素子を駆動して振動板を振動
させるためには、圧電素子の表・裏面に交流駆動電圧を
印加する必要があり、このためには、リード線と振動板
との間に交流駆動電圧を印加する必要がある。そして、
筐体を金属製にすれば、振動板周縁を筐体にて挟持さ
せ、この筐体とリード線との間に交流駆動電圧を印加す
れば、圧電素子を駆動して振動板を振動させることがで
きる。しかし、筐体を合成樹脂にて構成した場合、筐体
にて振動板周縁を挟持しても、筐体を介して、振動板
(延いては圧電素子)に交流駆動電圧を印加することが
できない。
【0024】また、圧電素子への電圧印加によって振動
板を振動させるには、振動板の振動が周囲に漏れないよ
うに、振動板周縁を硬い金属でしっかりと挟持する必要
があり、筐体を合成樹脂にて構成し、筐体単体で振動板
周縁を挟持するようにすると、振動板を所望の振動特性
で振動させることができない。
【0025】このため、本発明(請求項1〜請求項4)
の圧電アクチュエータの軽量化・低コスト化を図るため
に、筐体を合成樹脂にて構成する場合には、請求項5に
記載のように、振動板周縁を金属製の環状部材にて挟持
した状態で、前記筐体内に収納することが望ましい。
【0026】つまり、このように構成すれば、振動板周
縁が金属製の環状部材にて挟持されるので、振動板の振
動特性を確保することができ、しかも、圧電素子の振動
板への積層面には、振動板周縁を挟持した環状部材を介
して電圧を印加できるので、圧電素子への交流駆動電圧
の印加経路を容易に確保することができる。
【0027】また、本発明(請求項1〜請求項5)の圧
電アクチュエータは、振動板の形状,板厚,材質、或い
は振動板の周縁を挟持する挟持力等によって、振動板の
振動特性(共振周波数)が決まるため、これらのパラメ
ータを適宜設定することにより、振動板の振動特性を任
意に設定することができる。このため、本発明の圧電ア
クチュエータは、前述したポンプとして使用する以外に
も、例えば、振動板の振動により所定周波数帯の音波
(例えば超音波)を発生する音波発生器として構成し、
超音波洗浄機や加湿機(霧化機)の駆動源として使用す
ることもできる。
【0028】そして、特に、前述した角速度検出装置用
のポンプとしてしようする場合には、請求項6に記載の
ように、筐体を密閉構造とし、この筐体の外壁に、ガス
の吸入孔及び排出孔を設けて、振動板の振動によりガス
を吸入孔から筐体内部に吸入し、排出孔からガスを吐出
するように構成すればよい。
【0029】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面と共に説明す
る。図1は、前述のポンプとして構成された実施例の圧
電アクチュエータの構成を表し、(a)はその平面図、
(b)は(a)に示すX−X線断面図、(c)は(b)
に示すA部分の拡大断面図である。
【0030】図1に示すように、本実施例の圧電アクチ
ュエータ2は、中央に凹部4aを有し、円皿状を呈する
合成樹脂製のアッパケース4と、円盤状を呈する合成樹
脂製のロワケース6と、これら各ケース4,6の内側に
おいて互いに対向配置することにより形成されるポンプ
室を2分する金属製の振動板8と、振動板8の周縁を挟
持する金属製の環状部材である一対の支持リング12
a,12bとを備える。
【0031】振動板8は、扁平な円盤状に形成されてお
り、アッパケース4側の板面中央には、圧電素子10が
積層されている。圧電素子10は、PZT等の圧電体の
表・裏面に電極を形成したものであり、圧電素子10の
振動板とは反対側(表面)には、振動板8の振動特性に
対応した周波数の交流駆動電圧を印加するためのリード
線14aが、半田付け,ろう付け或いは溶接等により接
続されている。なお、リード線14aは、導電線をシリ
コンゴム等の絶縁材にて被覆した被覆線である。
【0032】支持リング12aは、内側に振動板8を設
置できるように、その断面形状が階段状を呈しており、
更に、支持リング12a上端の外側端部周縁には、加締
め用の薄板部Pが形成されている。また、支持リング1
2bは、断面形状が略長方形となるように形成されてい
る。
【0033】そして、振動板8は、まず振動板8を支持
リング12aの内側に設置し、その上から支持リング1
2bを設置し、支持リング12aの薄板部Pを内側に折
り曲がるように所定の治具にて加締めることにより、そ
の周縁が、支持リング12a,12bに挟持され、支持
リング12a,12bと一体化されている。
【0034】またこのように支持リング12a,12b
と一体化された振動板8は、支持リング12a,12b
が各ケース4,6の凹部4b,6bにて挟持されること
により、ポンプ室内に固定され、ポンプ室を上下2室に
分離している。尚、支持リング12aの側壁には、支持
リング12aを介して振動板8(延いては圧電素子10
の振動板8側電極)に交流駆動電圧を印加するために、
リード線14aと同じ被覆線からなるリード線14b
が、半田付け,ろう付け或いは溶接等によって接続され
ている。また、本実施例において、アッパケース4とロ
ワケース6とを形成する合成樹脂は、共に、ABS樹脂
からなり、振動板8及び支持リング12a,12bは、
共に、鉄とニッケルとの合金であるFe42Niからな
る。
【0035】次に、アッパケース4の凹部4aのうち、
リード線14aが圧電素子10に半田付けされる部分
は、段差を付けてより大きく凹んでおり、その凹部の上
側壁には、リード線14aを外部に引き出すためのリー
ド線挿通孔4cと、ポンプ室内に外気を導入するための
吸入孔4dとが、それぞれ穿設されている。また、アッ
パケース4において、支持リング12aにリード線14
bが半田付けされている側の側壁には、リード線14b
を外部に引き出すためのリード線挿通孔4eが穿設され
ている。
【0036】そして、アッパケース4の凹部4aにおい
て、振動板8と対向する対向面の吸入孔4dとは離れた
位置には、ポンプ室内のガスを排出するための吹出ノズ
ル16が形成され、吹出ノズル16に穿設された排出孔
16aから、ポンプ室内のガスを真っ直ぐ吐出できるよ
うにされている。そして、振動板8における排出孔16
aとの対向位置には連通孔8aが穿設され、この連通孔
8aにて、アッパケース4の凹部4aにて形成される一
方のポンプ室と、ロワケース6側に形成される他方のポ
ンプ室とが連通されている。
【0037】また、アッパケース4の周縁でロワケース
6に当接する当接部分には、凸条18aが形成され、ロ
ワケース6においてアッパケース4に当接する当接部分
には、凸条18aに対応する溝部18bが形成されてい
る。そして、アッパケース4とロワケース6とは、凸状
18aを溝部18bに嵌合させ、さらに接着剤により接
着させることにより、一体化され、密閉筐体を構成して
いる。
【0038】一方、アッパケース4の外側において、リ
ード線挿通孔4cの開口部分には、接着剤22を貯留し
て硬化させるための接着剤溜まり20が形成されてい
る。接着剤溜まり20は、接着剤22を貯留する部分が
浴槽状を呈し、接着剤22を貯留する窪みの方向は、リ
ード線挿通孔4cの貫通方向に平行である。そして、接
着剤溜まり20は、リード線14aの外径よりも大き
く、しかも、アッパケース4の内側から引き出されたリ
ード線14aが動くことなく、必要かつ十分な量の接着
剤22を貯留できる大きさを有している。
【0039】リード線14aは、接着剤溜まり20に充
填された接着剤22にて、アッパケース4に固定される
が、この固定は、リード線14aに張力を加えることな
く、適度に緩ませた状態で、リード線14aをリード線
挿通孔4cから外部に引き出した状態で、接着剤溜まり
20に接着剤22を注ぎ込み、必要かつ十分な時間を経
て、接着剤22を固化させる、といった手順で行われ
る。なお、この接着剤22は、固化しても弾性を有す
る、エポキシ系或いはシリコン系の可撓性樹脂からな
る。
【0040】ところで、アッパケース4およびロワケー
ス6に施した複雑な形状は、アッパケース4およびロワ
ケース6の構成材料にABS樹脂が使用されているた
め、モールド成形にて容易に形成することが可能であ
る。また、ABS樹脂などの合成樹脂を使用することに
より、軽量化を実現することが可能となると共に、製造
コストを低減することが可能となる。
【0041】以上説明したように、本実施例の圧電アク
チュエータ2では、リード線挿通孔4cを介して外部に
引き出されたリード線14aを、接着剤溜まり20に充
填された接着剤22にて、アッパケース4に固定するよ
うにされているため、リード線14aを確実に、しかも
動かないようにアッパケース4に固定することが可能と
なる。
【0042】そして、リード線挿通孔4cから引き出さ
れたリード線14aが、引っ張られても、アッパケース
4の内側では、リード線14aは、適度に緩んだ状態で
保持されることから、圧電素子10および振動板8の振
動特性を阻害することなく、圧電素子10および振動板
8が本来有している振動特性を十分に発揮させることが
可能となる。
【0043】また、リード線14aをアッパケース4に
固定する際に使用する接着剤22には、固化しても弾性
を有する可撓性樹脂からなる接着剤が使用されるため、
アッパケース4の振動が、リード線14aを介して振動
板10に伝わり、振動板8の振動特性が変化するといっ
たことも防止できる。
【0044】また、こうした樹脂製の接着剤22は、リ
ード線14aを被覆しているシリコンゴムやアッパケー
ス4の構成材料のABS樹脂に対して、腐食等、何らの
影響を与えることがないため、使用中に、リード線14
aの固定部分が劣化するようなことはなく、リード線1
4aの固定効果を長期間持続できる。
【0045】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、以
下のように変更してもく、その場合でも、上記実施例と
同様の作用および効果を得ることができる。 (1)接着剤溜まり20は、接着剤を貯留する部分が浴
槽状の形状を呈するように形成するのに限定されず、必
要かつ十分な量の接着剤を貯留できるならば、他の形状
(例えば、ボール状,すり鉢状,ラッパ状など)にて形
成してもよい。
【0046】(2)アッパケース4またはロワケース6
は、ABS樹脂に限定されず、容易にモールド成形可能
であれば、他の合成樹脂材料(例えば、PBT樹脂,6
−ナイロン樹脂,テフロン樹脂など)を用いて形成して
もよい。なお、PBT樹脂は、ABS樹脂と同様に、エ
ポキシ系樹脂接着剤と相性が良いため好適である。
【0047】また、合成樹脂材料に代えて、金属材料
(例えば、鉄とニッケルとの合金であるFe42Niな
ど)を用いて形成してもよい。その場合には、振動板8
の周縁を支持リング12a,12bにて必ずしも支接す
る必要がなく、またケース自体にて接地可能であるた
め、リード線14bを支持リング12aに半田付けして
接地するのを省略することが可能である。
【0048】(3)リード線14aは、アッパケース4
の内側においては被覆材にて被覆されなくてもよい。 (4)リード線14bを外部に引き出すためのリード線
挿通孔4eにも、リード線14bをアッパケース4に固
定するための接着剤を充填するようにしてもよい。この
ようにすると、リード線14bが不用意に引っ張られた
場合に、リード線14bが支持リング12aから外れる
のを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例の圧電アクチュエータの構成を表す説
明図である。
【符号の説明】
2…圧電アクチュエータ、4…アッパケース、4c…リ
ード線挿通孔、6…ロワケース、8…振動板、10…圧
電素子、12a,12b…支持リング、14a,14b
…リード線、20…接着剤溜まり、22…接着剤。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 櫻井 隆行 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 亀山 勉 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 加藤 清 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 平山 心祐 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 5D107 AA09 BB09 CC03 CC05 CC10 CC11 FF05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 板面中央に圧電素子が積層された振動板
    と、 前記圧電素子の前記振動板とは反対側に接続されたリー
    ド線と、 前記振動板の周縁を挟持した状態で前記振動板を収納す
    るよう構成され、外壁に、前記リード線を外部に引き出
    すためのリード線挿通孔が穿設された筐体と、 を備えた圧電アクチュエータであって、 前記筐体に、前記リード線を固定する固定手段を設け、
    前記筐体外部で前記リード線に加わる力が前記振動板に
    伝わるのを防止したことを特徴とする圧電アクチュエー
    タ。
  2. 【請求項2】 前記固定手段は、接着剤からなり、該接
    着剤により前記リード線を前記筐体に固定したことを特
    徴とする請求項1記載の圧電アクチュエータ。
  3. 【請求項3】 前記筐体の前記リード線挿通孔の開口部
    分に、前記接着剤を貯留して固化させるための接着剤溜
    まりを形成したことを特徴とする請求項2記載の圧電ア
    クチュエータ。
  4. 【請求項4】 前記接着剤は、固化後に弾性を有する可
    撓性樹脂からなることを特徴とする請求項2又は請求項
    3記載の圧電アクチュエータ。
  5. 【請求項5】 前記筐体は、合成樹脂からなり、前記振
    動板は、金属製の環状部材にて周縁が挟持された状態
    で、前記筐体内に収納されることを特徴とする請求項1
    〜請求項4いずれか記載の圧電アクチュエータ。
  6. 【請求項6】 前記筐体を密閉構造とし、該筐体の外壁
    に、ガスの吸入孔及び排出孔を設けることにより、前記
    振動板の振動によりガスを吸・排するポンプとして構成
    したことを特徴とする請求項1〜請求項5いずれか記載
    の圧電アクチュエータ。
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