JP3218702B2 - 振動ジャイロ - Google Patents
振動ジャイロInfo
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- JP3218702B2 JP3218702B2 JP18875592A JP18875592A JP3218702B2 JP 3218702 B2 JP3218702 B2 JP 3218702B2 JP 18875592 A JP18875592 A JP 18875592A JP 18875592 A JP18875592 A JP 18875592A JP 3218702 B2 JP3218702 B2 JP 3218702B2
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- piezoelectric
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は振動ジャイロに関し、
特にたとえば、圧電素子を用いて振動体を振動させ、コ
リオリ力による振動の変化を圧電素子の出力信号として
取り出すことができる振動ジャイロに関する。
特にたとえば、圧電素子を用いて振動体を振動させ、コ
リオリ力による振動の変化を圧電素子の出力信号として
取り出すことができる振動ジャイロに関する。
【０００２】
【従来の技術】図４（Ａ）はこの発明の背景となる従来
の振動ジャイロの一例を示す斜視図であり、図４（Ｂ）
はその断面図である。振動ジャイロ１は、振動体２を含
む。振動体２は、たとえば恒弾性金属材料で正４角柱状
に形成される。振動体２の各側面の中央部には、それぞ
れ圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが形成される。圧電
素子３ａ〜３ｄは、たとえば圧電磁器の両面に電極を形
成したものである。
の振動ジャイロの一例を示す斜視図であり、図４（Ｂ）
はその断面図である。振動ジャイロ１は、振動体２を含
む。振動体２は、たとえば恒弾性金属材料で正４角柱状
に形成される。振動体２の各側面の中央部には、それぞ
れ圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが形成される。圧電
素子３ａ〜３ｄは、たとえば圧電磁器の両面に電極を形
成したものである。
【０００３】このような振動ジャイロ１では、対向する
２つの圧電素子３ａ，３ｃ間に駆動信号が印加される。
この駆動信号によって、振動体２は、圧電素子３ａ，３
ｃ形成面に直交する向きに屈曲振動する。この状態で、
振動体２の軸を中心として回転すると、コリオリ力によ
って振動体２の振動方向が変わり、それに応じて圧電素
子３ｂ，，３ｄに電圧が発生する。これらの電圧を測定
することにより、回転角速度を検出することができる。
２つの圧電素子３ａ，３ｃ間に駆動信号が印加される。
この駆動信号によって、振動体２は、圧電素子３ａ，３
ｃ形成面に直交する向きに屈曲振動する。この状態で、
振動体２の軸を中心として回転すると、コリオリ力によ
って振動体２の振動方向が変わり、それに応じて圧電素
子３ｂ，，３ｄに電圧が発生する。これらの電圧を測定
することにより、回転角速度を検出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
振動ジャイロでは、振動体の軸を中心とした回転角速度
が測定されるため、１つの軸を中心とした回転角速度だ
けしか測定することができなかった。そのため、複数の
向きの軸を中心とした回転角速度を測定するためには、
複数の振動ジャイロを使用しなければならず、コストや
重量，振動ジャイロを実装するためのスペースなどが増
大し、実用上問題となっている。
振動ジャイロでは、振動体の軸を中心とした回転角速度
が測定されるため、１つの軸を中心とした回転角速度だ
けしか測定することができなかった。そのため、複数の
向きの軸を中心とした回転角速度を測定するためには、
複数の振動ジャイロを使用しなければならず、コストや
重量，振動ジャイロを実装するためのスペースなどが増
大し、実用上問題となっている。
【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、複
数の向きの軸を中心とした回転角速度を検出することが
できる振動ジャイロを提供することである。
数の向きの軸を中心とした回転角速度を検出することが
できる振動ジャイロを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、板状の振動
体と、振動体の主面上に形成される複数の圧電素子とを
含み、圧電素子は振動体の主面上において直交する２つ
の検出軸の両側に配置され、振動体がその主面に直交す
る方向の屈曲振動によって駆動され、かつ、検出軸の両
側に配置された圧電素子の出力差によって各検出軸回り
の回転角速度を検出する、振動ジャイロである。
体と、振動体の主面上に形成される複数の圧電素子とを
含み、圧電素子は振動体の主面上において直交する２つ
の検出軸の両側に配置され、振動体がその主面に直交す
る方向の屈曲振動によって駆動され、かつ、検出軸の両
側に配置された圧電素子の出力差によって各検出軸回り
の回転角速度を検出する、振動ジャイロである。
【０００７】
【作用】板状の振動体がその主面に直交する向きに屈曲
振動することによって、振動体の主面上に形成された複
数の圧電素子には、同じ極性でかつ同じ大きさの電圧が
発生する。そして、振動体の主面上の検出軸を中心とし
て回転角速度が加わると、コリオリ力によって、その検
出軸の両側の振動体の振動状態が変わる。そのため、検
出軸の両側に配置された圧電素子の発生する電圧に差が
生じる。
振動することによって、振動体の主面上に形成された複
数の圧電素子には、同じ極性でかつ同じ大きさの電圧が
発生する。そして、振動体の主面上の検出軸を中心とし
て回転角速度が加わると、コリオリ力によって、その検
出軸の両側の振動体の振動状態が変わる。そのため、検
出軸の両側に配置された圧電素子の発生する電圧に差が
生じる。
【０００８】
【発明の効果】この発明によれば、振動体の主面上の軸
の両側に配置された圧電素子に発生する電圧の差を測定
することによって、その軸を中心とする回転角速度を検
出することができる。振動体の主面上において、検出軸
が直交するようにしておけば、それぞれの検出軸の両側
に配置された圧電素子に発生する電圧の差を測定するこ
とによって、それぞれの検出軸を中心とした回転角速度
を検出することができる。
の両側に配置された圧電素子に発生する電圧の差を測定
することによって、その軸を中心とする回転角速度を検
出することができる。振動体の主面上において、検出軸
が直交するようにしておけば、それぞれの検出軸の両側
に配置された圧電素子に発生する電圧の差を測定するこ
とによって、それぞれの検出軸を中心とした回転角速度
を検出することができる。
【０００９】したがって、この振動ジャイロを使用すれ
ば、１つの振動ジャイロで複数の向きの軸を中心とした
回転角速度を検出することができる。そのため、複数の
向きの軸ごとに振動ジャイロを設置する必要がなく、コ
ストや重量および振動ジャイロの実装スペースの増大を
防ぐことができる。
ば、１つの振動ジャイロで複数の向きの軸を中心とした
回転角速度を検出することができる。そのため、複数の
向きの軸ごとに振動ジャイロを設置する必要がなく、コ
ストや重量および振動ジャイロの実装スペースの増大を
防ぐことができる。
【００１０】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
【００１１】
【実施例】図１（Ａ）はこの発明の一実施例を示す斜視
図であり、図１（Ｂ）はその断面図である。振動ジャイ
ロ１０は、円板状の振動体１２を含む。振動体１２は、
たとえば金属板などで形成される。この実施例では、厚
さ１００μｍで直径１０ｍｍの真鍮板が使用されてい
る。
図であり、図１（Ｂ）はその断面図である。振動ジャイ
ロ１０は、円板状の振動体１２を含む。振動体１２は、
たとえば金属板などで形成される。この実施例では、厚
さ１００μｍで直径１０ｍｍの真鍮板が使用されてい
る。
【００１２】振動体１２の一方主面上には、たとえば８
個の圧電素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４
ｅ，１４ｆ，１４ｇおよび１４ｈが形成される。これら
の圧電素子１４ａ〜１４ｈは、共通の圧電体板１６を含
む。この圧電体板１６の一方主面の全面に電極１８が形
成される。そして、圧電体板１６の他方主面上に、８個
の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０
ｆ，２０ｇおよび２０ｈが形成される。これらの電極２
０ａ〜２０ｈは、それぞれ扇形に形成され、圧電体板１
６の円周に沿って等間隔で配置される。これらの電極２
０ａ〜２０ｈと圧電体板１６と別の電極１８とで、複数
の圧電素子１４ａ〜１４ｈが形成される。これらの圧電
素子１４ａ〜１４ｈは、回転角速度に応じた信号を得る
ための検出用として使用される。
個の圧電素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４
ｅ，１４ｆ，１４ｇおよび１４ｈが形成される。これら
の圧電素子１４ａ〜１４ｈは、共通の圧電体板１６を含
む。この圧電体板１６の一方主面の全面に電極１８が形
成される。そして、圧電体板１６の他方主面上に、８個
の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０
ｆ，２０ｇおよび２０ｈが形成される。これらの電極２
０ａ〜２０ｈは、それぞれ扇形に形成され、圧電体板１
６の円周に沿って等間隔で配置される。これらの電極２
０ａ〜２０ｈと圧電体板１６と別の電極１８とで、複数
の圧電素子１４ａ〜１４ｈが形成される。これらの圧電
素子１４ａ〜１４ｈは、回転角速度に応じた信号を得る
ための検出用として使用される。
【００１３】さらに、振動体１２の他方主面には、振動
体１２に屈曲振動を与えるための駆動用として用いられ
る圧電素子２２が形成される。この圧電素子２２は、円
板状の圧電体板２４の両面の全面に電極２６，２８を形
成したものである。
体１２に屈曲振動を与えるための駆動用として用いられ
る圧電素子２２が形成される。この圧電素子２２は、円
板状の圧電体板２４の両面の全面に電極２６，２８を形
成したものである。
【００１４】圧電体板１６，２４としては、たとえばＰ
ＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの材料が使用され、
この実施例では厚さ１００μｍで直径９ｍｍの円板状に
形成されている。このＰＺＴ板の両面に銀ペーストを塗
布し、８００〜９００℃の温度で焼き付けて、電極が形
成される。さらに、約６０℃のシリコンオイル中におい
て、２ｋＶ／ｍｍの電界を印加することによって、ＰＺ
Ｔ板に分極処理が施される。このようにして、圧電素子
２２が形成される。また、圧電素子１４ａ〜１４ｈを得
るために、ＰＺＴ板の片面の電極が、エッチングによっ
て８つの扇状に分割される。このようにして、圧電素子
１４ａ〜１４ｈが得られる。得られた圧電素子１４ａ〜
１４ｈおよび圧電素子２２は、たとえばエポキシ系の接
着剤を用いて、真鍮の振動体１２の両面に接着される。
圧電素子１４ａ〜１４ｈを接着する際には、ＰＺＴ板に
形成された電極のうち、分割されていない電極が振動体
１２に接着される。
ＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの材料が使用され、
この実施例では厚さ１００μｍで直径９ｍｍの円板状に
形成されている。このＰＺＴ板の両面に銀ペーストを塗
布し、８００〜９００℃の温度で焼き付けて、電極が形
成される。さらに、約６０℃のシリコンオイル中におい
て、２ｋＶ／ｍｍの電界を印加することによって、ＰＺ
Ｔ板に分極処理が施される。このようにして、圧電素子
２２が形成される。また、圧電素子１４ａ〜１４ｈを得
るために、ＰＺＴ板の片面の電極が、エッチングによっ
て８つの扇状に分割される。このようにして、圧電素子
１４ａ〜１４ｈが得られる。得られた圧電素子１４ａ〜
１４ｈおよび圧電素子２２は、たとえばエポキシ系の接
着剤を用いて、真鍮の振動体１２の両面に接着される。
圧電素子１４ａ〜１４ｈを接着する際には、ＰＺＴ板に
形成された電極のうち、分割されていない電極が振動体
１２に接着される。
【００１５】さらに、圧電素子１４ａ〜１４ｈおよび圧
電素子２２の各電極にリード線がはんだ付けされ、振動
ジャイロ１０が得られる。このとき、図２に示すよう
に、圧電素子１４ａと１４ｄとが共通に接続され、圧電
素子１４ｂと１４ｇとが共通に接続され、圧電素子１４
ｃと１４ｆとが共通に接続され、圧電素子１４ｅと１４
ｈとが共通に接続される。
電素子２２の各電極にリード線がはんだ付けされ、振動
ジャイロ１０が得られる。このとき、図２に示すよう
に、圧電素子１４ａと１４ｄとが共通に接続され、圧電
素子１４ｂと１４ｇとが共通に接続され、圧電素子１４
ｃと１４ｆとが共通に接続され、圧電素子１４ｅと１４
ｈとが共通に接続される。
【００１６】そして、圧電素子１４ａ，１４ｄと圧電素
子１４ｅ，１４ｈとが、第１の差動回路４０に接続され
る。第１の差動回路で、圧電素子１４ａ，１４ｄの出力
と圧電素子１４ｅ，１４ｈの出力との差が検出される。
第１の差動回路４０の出力は、第１の同期検波回路４２
に接続される。第１の同期検波回路４２では、第１の差
動回路４０の出力が、たとえば振動ジャイロ１０を駆動
するための駆動信号に同期して検波される。第１の同期
検波回路４２の出力は第１の平滑回路４４で平滑され、
さらに第１の平滑回路４４の出力が第１の増幅回路４６
で増幅される。
子１４ｅ，１４ｈとが、第１の差動回路４０に接続され
る。第１の差動回路で、圧電素子１４ａ，１４ｄの出力
と圧電素子１４ｅ，１４ｈの出力との差が検出される。
第１の差動回路４０の出力は、第１の同期検波回路４２
に接続される。第１の同期検波回路４２では、第１の差
動回路４０の出力が、たとえば振動ジャイロ１０を駆動
するための駆動信号に同期して検波される。第１の同期
検波回路４２の出力は第１の平滑回路４４で平滑され、
さらに第１の平滑回路４４の出力が第１の増幅回路４６
で増幅される。
【００１７】同様にして、圧電素子１４ｂ，１４ｇと圧
電素子１４ｃ，１４ｆとが、第２の差動回路４８に接続
される。そして、第２の差動回路４８の出力は第２の同
期検波回路５０で検波され、その出力が第２の平滑回路
５２で平滑され、さらに第２の増幅回路５４で増幅され
る。
電素子１４ｃ，１４ｆとが、第２の差動回路４８に接続
される。そして、第２の差動回路４８の出力は第２の同
期検波回路５０で検波され、その出力が第２の平滑回路
５２で平滑され、さらに第２の増幅回路５４で増幅され
る。
【００１８】この振動ジャイロ１０を駆動するには、た
とえば圧電素子２２の電極２６，２８間に駆動信号が与
えられる。この駆動信号によって、振動体１２は屈曲振
動する。たとえば図３に示すように、振動体１２の主面
に直交する方向をｘ軸方向、ｘ軸方向と直交しかつ圧電
素子１４ｂ，１４ｇと圧電素子１４ｃ，４ｆとの間を通
る方向をｙ軸方向、ｘ軸方向と直交しかつ圧電素子１４
ａ，１４ｄと圧電素子１４ｅ，１４ｈとの間を通る方向
をｚ軸方向とすると、振動体１２の周縁部はｘ軸方向に
往復運動するように振動する。この状態では、圧電素子
１４ａ〜１４ｈに発生する電圧は等しく、差動回路４
０，４８の出力は０となる。
とえば圧電素子２２の電極２６，２８間に駆動信号が与
えられる。この駆動信号によって、振動体１２は屈曲振
動する。たとえば図３に示すように、振動体１２の主面
に直交する方向をｘ軸方向、ｘ軸方向と直交しかつ圧電
素子１４ｂ，１４ｇと圧電素子１４ｃ，４ｆとの間を通
る方向をｙ軸方向、ｘ軸方向と直交しかつ圧電素子１４
ａ，１４ｄと圧電素子１４ｅ，１４ｈとの間を通る方向
をｚ軸方向とすると、振動体１２の周縁部はｘ軸方向に
往復運動するように振動する。この状態では、圧電素子
１４ａ〜１４ｈに発生する電圧は等しく、差動回路４
０，４８の出力は０となる。
【００１９】この状態で、たとえばｚ軸を中心として回
転角速度が加わると、ｘ軸上の振動体１２の周縁部の質
点Ａ，Ｂにｙ軸方向に向かってコリオリ力が働く。この
コリオリ力のために、質点Ａ，Ｂ周辺の振動体１２がよ
じれた状態で振動する。そのために、圧電素子１４ａ，
１４ｄに発生する電圧と圧電素子１４ｅ，１４ｈに発生
する電圧との間に差が生じ、第１の差動回路４０に出力
が発生する。第１の差動回路４０に発生した出力は第１
の同期検波回路４２で検波される。そして、検波された
信号が第１の平滑回路４４で平滑され、第１の増幅回路
４６で増幅される。この第１の増幅回路４６の信号を測
定することによって、ｚ軸を中心として加わった回転角
速度を検出することができる。
転角速度が加わると、ｘ軸上の振動体１２の周縁部の質
点Ａ，Ｂにｙ軸方向に向かってコリオリ力が働く。この
コリオリ力のために、質点Ａ，Ｂ周辺の振動体１２がよ
じれた状態で振動する。そのために、圧電素子１４ａ，
１４ｄに発生する電圧と圧電素子１４ｅ，１４ｈに発生
する電圧との間に差が生じ、第１の差動回路４０に出力
が発生する。第１の差動回路４０に発生した出力は第１
の同期検波回路４２で検波される。そして、検波された
信号が第１の平滑回路４４で平滑され、第１の増幅回路
４６で増幅される。この第１の増幅回路４６の信号を測
定することによって、ｚ軸を中心として加わった回転角
速度を検出することができる。
【００２０】同様に、ｙ軸を中心として回転角速度が加
わると、圧電素子１４ｂ，１４ｇに発生する電圧と圧電
素子１４ｃ，１４ｆに発生する電圧との間に差が生じ、
第２の差動回路４８に出力が発生する。この出力を第２
の同期検波回路５０，第２の平滑回路５２および第２の
増幅回路５４で、検波，平滑，増幅することによって、
ｙ軸を中心として加わった回転角速度が検出される。
わると、圧電素子１４ｂ，１４ｇに発生する電圧と圧電
素子１４ｃ，１４ｆに発生する電圧との間に差が生じ、
第２の差動回路４８に出力が発生する。この出力を第２
の同期検波回路５０，第２の平滑回路５２および第２の
増幅回路５４で、検波，平滑，増幅することによって、
ｙ軸を中心として加わった回転角速度が検出される。
【００２１】このように、この振動ジャイロ１０を用い
れば、２つの向きの軸を中心とした回転角速度を検出す
ることができる。したがって、複数の向きの軸を中心と
した回転角速度を検出するために複数のジャイロを取り
付ける必要がなく、従来の振動ジャイロを使用した場合
に比べて、コスト，重量および振動ジャイロを実装する
ためのスペースを低減させることができる。なお、上述
の実施例では、検出用の圧電素子１４ａ〜１４ｈを形成
するために、圧電基板１６および全面電極１８を共有し
たが、圧電素子１４ａ〜１４ｈのそれぞれを個別に形成
してもよい。その場合、振動体１２の一方主面上には、
個別に形成された圧電素子が接着される。さらに、振動
体１２の形状としては、円板状以外にも、たとえば楕円
板状や矩形板状など、あらゆる板状のものを使用するこ
とができる。
れば、２つの向きの軸を中心とした回転角速度を検出す
ることができる。したがって、複数の向きの軸を中心と
した回転角速度を検出するために複数のジャイロを取り
付ける必要がなく、従来の振動ジャイロを使用した場合
に比べて、コスト，重量および振動ジャイロを実装する
ためのスペースを低減させることができる。なお、上述
の実施例では、検出用の圧電素子１４ａ〜１４ｈを形成
するために、圧電基板１６および全面電極１８を共有し
たが、圧電素子１４ａ〜１４ｈのそれぞれを個別に形成
してもよい。その場合、振動体１２の一方主面上には、
個別に形成された圧電素子が接着される。さらに、振動
体１２の形状としては、円板状以外にも、たとえば楕円
板状や矩形板状など、あらゆる板状のものを使用するこ
とができる。
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、（Ｂ）はその断面図である。
り、（Ｂ）はその断面図である。
【図２】図１に示す振動ジャイロの検出回路を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図３】図１に示す振動ジャイロに回転角速度が加わっ
た場合の振動状態を示す図解図である。
た場合の振動状態を示す図解図である。
【図４】（Ａ）はこの発明の背景となる従来の振動ジャ
イロの一例を示す斜視図であり、（Ｂ）はその断面図で
ある。
イロの一例を示す斜視図であり、（Ｂ）はその断面図で
ある。
１０ 振動ジャイロ １２ 振動体 １４ａ〜１４ｈ 検出用圧電素子 ２２ 駆動用圧電素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 19/00 - 19/72 G01P 9/04
Claims (1)
- 【請求項１】 板状の振動体、および前記振動体の主面
上に形成される複数の圧電素子を含み、 前記圧電素子は前記振動体の主面上において直交する２
つの検出軸の両側に配置され、 前記振動体がその主面に直交する方向の屈曲振動によっ
て駆動され、かつ、前記検出軸の両側に配置された前記
圧電素子の出力差によって各検出軸回りの回転角速度を
検出する、 振動ジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18875592A JP3218702B2 (ja) | 1992-06-22 | 1992-06-22 | 振動ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18875592A JP3218702B2 (ja) | 1992-06-22 | 1992-06-22 | 振動ジャイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH063153A JPH063153A (ja) | 1994-01-11 |
| JP3218702B2 true JP3218702B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=16229207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18875592A Expired - Lifetime JP3218702B2 (ja) | 1992-06-22 | 1992-06-22 | 振動ジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3218702B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1901351B (zh) * | 2001-12-25 | 2010-09-29 | 松下电工株式会社 | 电活化聚合体激励器和包含它的隔膜泵 |
| WO2011004669A1 (ja) * | 2009-07-07 | 2011-01-13 | 株式会社村田製作所 | 振動ジャイロ素子 |
| US8756994B2 (en) | 2008-12-09 | 2014-06-24 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Vibrating gyro device and manufacturing method therefor |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0171009B1 (ko) * | 1995-12-07 | 1999-05-01 | 양승택 | 원판 진동형 마이크로 자이로스코프 및 그의 제조방법 |
| JP3206551B2 (ja) | 1998-06-12 | 2001-09-10 | 株式会社村田製作所 | 振動子およびそれを用いた振動ジャイロ |
| US9523577B1 (en) | 2014-02-27 | 2016-12-20 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Carbon nanotube tape vibrating gyroscope |
-
1992
- 1992-06-22 JP JP18875592A patent/JP3218702B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
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| CN1901351B (zh) * | 2001-12-25 | 2010-09-29 | 松下电工株式会社 | 电活化聚合体激励器和包含它的隔膜泵 |
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