CN111903050A - 换能器装置 - Google Patents

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CN111903050A CN201980021544.7A CN201980021544A CN111903050A CN 111903050 A CN111903050 A CN 111903050A CN 201980021544 A CN201980021544 A CN 201980021544A CN 111903050 A CN111903050 A CN 111903050A
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dielectric
dielectric layer
conductive rubber
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田岛善直
大口慎治
多井中伴之
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Abstract

一种换能器装置，其设置有：第一介电层(1)；沿厚度方向保持第一介电层(1)的第一电极层(2)和第二电极层(3)；从第一介电层(1)连续形成的第二介电层(1a)；沿厚度方向保持第二介电层(1a)的第三电极层(5)和第四电极层(6)；以及控制器(8)。控制器(8)计算要施加到第一电极层(2)和第二电极层(3)的电压的指令值，并且将与指令值相对应的电压施加到第一电极层(2)和第二电极层(3)，使得第一介电层(1)沿厚度方向变形。控制器(8)经由第三电极层(5)和第四电极层(6)测定第二介电层(1a)的电容Cs，并根据所测定的电容Cs计算指令值。

Description

换能器装置
技术领域
本公开涉及一种换能器装置。
背景技术
典型的换能器装置包括介电层，利用第一电极层和第二电极层沿介电层的厚度方向保持介电层。这种换能器装置用作使介电层沿厚度方向变形的致动器。这种换能器装置还用作检测作用在介电层上的物理量(压力或变形量)的传感器。换能器装置包括连接至第一电极层和第二电极层的控制器。
当换能器装置用作致动器时，控制器计算要施加到第一电极层和第二电极层的电压的指令值，并且将与该指令值相对应的电压施加到第一电极层和第二电极层，使得介电层沿厚度方向变形。此外，当换能器装置用作传感器时，控制器根据来自第一电极层和第二电极层的电信号来计算作用在介电层上的物理量。
当换能器装置用作致动器时，由于向第一电极层和第二电极层施加的电压而导致的介电层沿厚度方向的变形量根据围绕介电层的周围环境(例如，温度和湿度)而变化。此外，当换能器装置用作传感器时，根据来自第一电极层和第二电极层的电信号而计算的作用在介电层上的物理量根据围绕介电层的周围环境(例如，温度和湿度)而变化。
为了解决该问题，如专利文献1和专利文献2中所述，可以存储由于周围环境的变化而导致的介电层的变形特性的变化，并且可以根据周围环境(例如温度和湿度)查阅所存储的数据，以便校正所施加电压的指令值，并校正经计算作用在介电层上的物理量。
当换能器装置用作致动器时，按如上所述的根据诸如温度和湿度的周围环境来校正所施加电压的指令值防止了介电层沿厚度方向的变形量由于周围环境而偏离到不期望的值。
当换能器装置用作传感器时，按如上所述的根据诸如温度和湿度的周围环境来校正经计算作用在介电层上的物理量防止了由传感器检测到的物理量由于周围环境而偏离适当的值。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利No.5131939
专利文献2：日本特开公开No.2007-101338
发明内容
本发明要解决的问题
然而，当根据介电层的周围环境(诸如温度和湿度)校正所施加的电压的指令值和作用在介电层上经计算的物理量时，介电层的变形特性由于周围环境变化而引起的变化需要存储为数据。这需要大量的时间和精力。
本公开的目的是提供一种换能器装置，该换能器装置能够在不花费时间或精力的情况下防止当换能器装置用作致动器时介电层的变形量由于介电层的周围环境而偏离预期值，并防止当换能器装置用作传感器时检测到的物理量由于介电层的周围环境而偏离适当值。
解决问题的手段
现在将描述解决上述问题的手段和操作优点。
解决上述问题的换能器装置的第一方面包括：第一介电层；沿厚度方向保持第一介电层的第一电极层和第二电极层；从第一介电层连续设置的第二介电层；沿厚度方向保持第二介电层的第三电极层和第四电极层；以及控制器，该控制器计算要施加到第一电极层和第二电极层的电压的指令值并将与指令值对应的电压施加到第一电极层和第二电极层，使得第一介电层沿厚度方向变形。控制器经由第三电极层和第四电极层测定第二介电层的电容Cs，并且根据所测定的电容Cs来计算指令值。
当通过向第一电极层和第二电极层施加电压而使第一介电层沿厚度方向变形时，变形量可根据第一介电层的诸如温度和湿度的周围环境而改变。这是因为第一介电层的相对介电常数通过第一介电层的周围环境而改变，并且不考虑与第一介电层的周围环境相对应的相对介电常数的这种改变来向第一电极层和第二电极层施加电压。在上述构造中，由于第二介电层与第一介电层是连续的，因此第二介电层的相对介电常数εr几乎等于第一介电层的相对介电常数εr。第二介电层的相对介电常数εr与第二介电层的电容Cs相关。根据第二介电层的电容Cs来计算上述指令值。当将与以这种方式计算的上述指令值相对应的电压施加到第一电极层和第二电极层时，考虑到与第一介电层的周围环境相对应的相对介电常数的变化来执行向第一电极层和第二电极层施加电压。结果，防止了由于向第一电极层和第二电极层施加电压而导致第一介电层变形时的变形量由于第一介电层的周围环境而偏离预期值。因此，如同在根据第一介电层的周围环境来校正上述指令值的情况，由介电层的周围环境的变化引起的介电层的变形特性的变化不需要存储为数据，使得根据数据来校正指令值。因此，不需要花费时间和精力来存储数据。
在上述换能器装置中，优选的是，控制器根据测定的电容Cs得出第二介电层的相对介电常数εr，并使用该相对介电常数εr作为第一介电层的相对介电常数εr来计算指令值。代替如上所述的根据测定的电容Cs直接计算第二介电层的相对介电常数εr，可以获得反映相对介电常数εr的值，从而根据所获得的值来计算指令值。
解决上述问题的换能器装置的第二方面包括：第一介电层；沿厚度方向保持第一介电层的第一电极层和第二电极层；从第一介电层连续设置的第二介电层层；沿厚度方向保持第二介电层的第三电极层和第四电极层；以及控制器，该控制器根据来自第一电极层和第二电极层的电信号计算作用在第一介电层上的物理量。控制器经由第三电极层和第四电极层测量第二介电层的电容Cs，并且根据所测定的电容Cs来计算物理量。
根据来自第一电极层和第二电极层的电信号计算的，作用在第一介电层上的物理量可以根据第一介电层的诸如温度和湿度的周围环境而改变。这是因为第一介电层的相对介电常数通过第一介电层的周围环境而改变，并且不考虑与第一介电层的周围环境相对应的相对介电常数的这种改变来计算物理量。在上述构造中，由于第二介电层与第一介电层是连续的，因此第二介电层的相对介电常数εr几乎等于第一介电层的相对介电常数εr。第二介电层的相对介电常数εr与第二介电层的电容Cs相关。根据第二介电层的电容Cs来计算上述物理量。当以此方式计算上述物理量时，考虑与第一介电层的周围环境相对应的相对介电常数的变化来计算物理量。结果，防止了由换能器装置检测到的作用在第一介电层上的物理量由于第一介电层的周围环境而偏离适当值。
在上述换能器装置中，优选的是，控制器根据测定的电容Cs得出第二介电层的相对介电常数εr，并使用该相对介电常数εr作为第一介电层的相对介电常数εr来计算物理量。代替如上所述的根据测定的电容Cs直接计算第二介电层的相对介电常数εr，可以获得反映相对介电常数εr的值，从而根据所获得的值来计算指令值。
在上述换能器装置中，优选的是，第三电极层位于第二电极层沿厚度方向的相对侧的与第一电极层相对应的一侧，并且第三电极层与第一电极层分开，第四电极层位于第二介电层沿厚度方向的相对侧的与第二电极层相对应的一侧并且与第二电极层分开。
在上述换能器装置中，优选的是，第三电极层位于第二电极层沿厚度方向的相对侧的与第一电极层相对应的一侧，并且第三电极层从第一电极层连续设置，第四电极层位于第二介电层沿厚度方向的相对侧的与第二电极层相对应的一侧并且与第二电极层分开。
在上述构造中，在将第一至第四电极层连接至控制器的电线中，将控制器与第三电极层连接的电线以及将控制器与第一电极层连接的电线是共用的。这减少了控制器与第一至第四电极层之间的布线量。
在上述换能器装置中，优选的是，第三电极层位于第二电极层沿厚度方向的相对侧的与第一电极层相对应的一侧，并且第三电极层与第一电极层分开，第四电极层位于第二介电层沿厚度方向的相对侧的与第二电极层相对应的一侧并且从第二电极层连续设置。
在上述构造中，在将第一至第四电极层连接至控制器的电线中，将控制器与第四电极层连接的电线以及将控制器与第二电极层连接的电线是共用的。这减少了控制器与第一至第四电极层之间的布线量。
在上述换能器装置中，优选的是，第一介电层、第一电极层和第二电极层构成换能器部，第二介电层、第三电极层和第四电极层构成测量部，换能器部和测量部布置成与共用的传热板接触。
在上述构造中，热量通过传热板在换能器部的第一介电层和测量部的第二介电层之间传递。因此，第一介电层和第二介电层的温度变得彼此更加接近。因此，当将第二介电层的介电常数εr用作第一介电层的介电常数εr时，可以将介电常数εr设定为更适当的值。
附图说明
图1是示意性地示出根据第一实施例的用作致动器的换能器装置的剖视图。
图2是示意性地示出了根据第二实施例的用作传感器的换能器装置的剖视图。
图3是示意性地示出了图2的换能器装置从斜上方观察的透视图。
图4是示意性地示出了根据第三实施例的用作传感器的换能器装置的透视图。
图5是示出了图4中的换能器装置展开的状态的平面图。
图6是示意性地示出了换能器装置的另一示例的剖视图。
具体实施方式
第一实施例
现在将参照图1描述根据第一实施例的换能器装置。
如图1所示，第一实施例的换能器装置包括大量的介电弹性体层1，介电弹性体层1具有大量的第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3。介电弹性体层1由交联的聚轮烷制成。每个介电弹性体层1沿厚度方向保持在相应的第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3之间，以构成正电极和负电极。第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3由导电硅酮弹性体制成。介电弹性体层1、第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3分别用作第一介电层、第一电极层和第二电极层。在该装置中，大量介电弹性体层1、第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3构成换能器部4。
装置中介电弹性体层1中的一个包括测量件1a，测量件1a从介电弹性体层1连续设置。因此，以与介电弹性体层1相同的方式，测量件1a由交联的聚轮烷制成。测量件1a由第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6从沿厚度方向的相对侧保持。以与第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3相同的方式，第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6由导电硅酮弹性体制成。
第三导电橡胶层5位于测量件1a沿厚度方向的相对侧的与第一导电橡胶层2相对应的一侧，并且第三导电橡胶层5与第一导电橡胶层2分开。第四导电橡胶层6位于测量件1a沿厚度方向的相对侧的与第三导电橡胶层3对应的一侧，并且第四导电橡胶层6与第二导电橡胶层3分开。测量件1a、第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6分别用作第二介电层、第三电极层和第四电极层。在该装置中，测量件1a、第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6构成测量部7。
该装置包括控制器8，控制器8连接到第一导电橡胶层2、第二导电橡胶层3、第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6。控制器8计算要施加到第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3的电压的指令值Vt，并且将与指令值Vt相对应的电压施加到第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层，使得由相应的第一导电橡胶层2和相应的第二导电橡胶层3保持的每个介电弹性体层1变形，从而沿厚度方向收缩。当控制器8停止向第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3施加电压时，每个介电弹性体层1恢复到原始厚度。
现在将详细描述由控制器8执行的指令值Vt的计算。
控制器8经由第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6测定测量件1a的电容Cs，并根据测定的电容Cs计算指令值Vt。
更详细地，控制器8使用以下等式(1)根据测定的电容Cs、电常数ε0、每个电极层的面积S、每个介电层的厚度t以及每个介电层的杂散电容C0来计算测量件1a的相对介电常数εr。
Figure BDA0002696985740000071
Vol：电极层之间介电层的体积(S·t)
当使用等式(1)来计算测量件1a的相对介电常数εr时，测量件1a的由第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6保持的部分的平坦横截面面积用作面积S，测量件1a的厚度用作厚度t，并且测量件1a或控制器8的杂散电容(设计者不希望的电容成分)用作杂散电容C0。电常数ε0是真空介电常数。这些参数是预先获得的固定值。
控制器8使用如上所述获得的测量件1a的相对介电常数εr作为每个介电弹性体层1的相对介电常数εr来计算指令值Vt。详细地，将必要的值代入下面等式(2)中的每个参数以计算电压V，并且将所计算的电压V设定为指令值Vt。
Figure BDA0002696985740000072
当使用等式(2)来计算指令值Vt时，介电弹性体层1的杨氏模量用作杨氏模量Y，并且使用不施加电压的介电弹性体层1的厚度L。电常数ε0是真空介电常数。这些参数是预先获得的固定值。
控制器8将介电弹性体层1沿厚度方向的变形量的目标值设定为变形量ΔL。施加电压的介电弹性体层1的厚度t是可变值，并表示为“L-ΔL”。此外，将如上所述在等式(1)中计算的相对介电常数εr设定为用于等式(2)的介电弹性体层1的相对介电常数εr。根据变形量ΔL、相对介电常数εr、电常数ε0、厚度t、杨氏模量Y和厚度L，使用等式(2)来计算电压V，并将计算的电压V设定为指令值Vt。
现在将描述第一实施例的换能器装置的操作。
根据例如介电弹性体层1的相对介电常数εr，使用等式(2)计算指令值Vt。另外，等式(2)中使用的相对介电常数εr是通过等式(1)计算的测量件1a的相对介电常数εr。由于从介电弹性体层1连续设置测量件1a，因此测量件1a受到的周围环境的影响(例如，温度或湿度)与介电弹性体层1受到的周围环境的影响相同。因此，测量件1a的相对介电常数εr与介电弹性体层1的相对介电常数εr相等。
因此，在将如上所述计算的测量件1a的相对介电常数εr用作介电弹性体层1的相对介电常数εr来计算指令值Vt时，计算的指令值Vt是考虑了相对介电常数εr与介电弹性体层1的周围环境相对应的变化的数值集。当将与指令值Vt相对应的电压施加到每个第一导电橡胶层2和每个第二导电橡胶层3时，通过考虑相应的介电弹性体层1的周围环境来执行第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3上电压的施加。结果，防止了通过向第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3施加电压而导致介电弹性体层1变形时的变形量由于介电弹性体层1的周围环境而偏离预期值。
如果假设通过校正指令值Vt来防止这种偏离，则由于电介质弹性体层1的周围环境的变化而导致的电介质弹性体层1的变形特性的变化需要存储为数据，使得根据该数据校正指令值Vt。这浪费了时间和精力来存储数据。然而，在第一实施例的换能器装置中，防止该偏离不消耗这样的时间或精力。
上面详细描述的第一实施例的换能器装置具有以下优点。
(1)防止了当与指令值Vt相对应的电压施加到第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3时，介电弹性体层1沿厚度方向的变形量由于介电弹性体层1的周围环境而偏离预期值，而无需花费时间或精力。
第二实施例
现在将参考图2和图3描述根据第二实施例的换能器装置。第二实施例的换能器装置用作传感器。在第二实施例的换能器装置中，与第一实施例的换能器装置相同的部件被赋予相同的附图标记。将不再描述这样的部件。
如图2所示，第二实施例的换能器装置包括一个介电弹性体层1，其中第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3沿厚度方向保持介电弹性体层1。介电弹性体层1包括从介电弹性体层1连续设置的测量件1a。测量件1a从沿厚度方向的相对侧保持在第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6之间。第三导电橡胶层5与第一导电橡胶层2分开，并且第四导电橡胶层6与第二导电橡胶层3分开。在该装置中，介电弹性体层1、第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3构成换能器部4，测量件1a、第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6构成测量部7。
如图3所示，设置了多个第一导电橡胶层2、第二导电橡胶层3和换能器部4。多个第一导电橡胶层2沿介电弹性体层1延伸，并且彼此间隔开且彼此平行地布置。多个第二导电橡胶层3沿介电弹性体层1延伸，并且彼此间隔开且彼此平行地布置。第一导电橡胶层2的延伸方向和第二导电橡胶层3的延伸方向彼此相差约90°。多个第一导电橡胶层2连接至控制器8，并且多个第二导电橡胶层3连接至控制器8。
第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6布置在介电弹性体层1的未由第一导电橡胶层2或第二导电橡胶层3保持的部分处。第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6连接至控制器8。
第二实施例的换能器装置用作传感器，其检测作为作用在介电弹性体层1上的物理量的压力或变形量。该装置的控制器8使用换能器部4的电容的变化来计算作用在介电弹性体层1上的物理量(压力或变形量)。控制器8根据哪个换能器部4电容已经改变来检测介电弹性体层1上的物理量所作用的位置。
现在将详细描述由控制器8执行的作用在介电弹性体层1上的物理量的计算。
控制器8经由第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6对没有外力作用的测量件1a的电容Cs进行测定，并根据所测定的电容Cs计算物理量。
更详细地，控制器8使用上述等式(1)根据所测定的电容Cs、电常数ε0、面积S、厚度t、以及杂散电容C0来计算测量件1a的相对介电常数εr。此外，控制器8使用以这种方式获得的测量件1a的相对介电常数εr作为介电弹性体层1的相对介电常数εr来计算物理量。
当沿厚度t方向作用有外力的介电弹性体层1的变形量ΔL(L-t)作为物理量计算时，将通过上述等式(1)计算的相对介电常数εr代入上述等式(1)中的相对介电常数εr。换言之，将测量件1a的相对介电常数εr替换为介电弹性体层1的相对介电常数εr。另外，将必要值代入等式(1)中的每个参数以计算变形量ΔL。厚度L是介电弹性体层1没有外力作用在其上的厚度。
现在将描述第二实施例的换能器装置的操作。
当将如上所述计算的测量件1a的相对介电常数εr用作介电弹性体层1的相对介电常数εr以计算变形量ΔL时，计算的变形量ΔL是考虑了相对介电常数εr与介电弹性体层1的周围环境相对应的变化的数值集。以这种方式，考虑相对介电常数εr与介电弹性体层1的周围环境相对应的变化来计算变形量ΔL。这防止了由换能器装置检测到的作用在介电弹性体层1上的物理量由于介电弹性体层1的周围环境而偏离适当值。
当第二实施例的换能器装置用于测量人体的运动时，相对介电常数εr受例如汗中所含的盐和脂质的影响。即使在这种情况下，也能够防止偏离适当值。
上面详细描述的第二实施例的换能器装置具有以下优点。
(2)防止了由用作传感器的换能器装置检测到的物理量由于介电弹性体层1的周围环境而偏离适当值，而无需花费时间或精力。
第三实施例
现在将参照图4和图5描述根据第三实施例的换能器装置。第三实施例的换能器装置用作传感器。在第三实施例的换能器装置中，与第二实施例的换能器装置相同的部件被赋予相同的附图标记。将不再描述这样的部件。
如图4所示，第三实施例的换能器装置结合到筒状弹性体9的侧周表面和相对的端面，该筒状弹性体9由例如交联的聚轮烷或硅酮制成。第三实施例的换能器装置检测筒状弹性体9的变形大小(变形量)和变形方向。该装置中的介电弹性体层1布置为覆盖筒状弹性体9的侧周表面和相对的端面。此外，该装置中的第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3沿厚度方向保持介电弹性体层1。
如图5所示，介电弹性体层1包括：带状部10，其覆盖筒状弹性体9的侧周面；以及两个圆形部11，其从带状部10突出以覆盖筒状弹性体9的相对端面。此外，介电弹性体层1的测量件1a延伸成从带状部10突出。
在导电性弹性体层1的带状部10中沿带状部10的长度方向彼此平行且彼此间隔开地布置有第一导电橡胶层2。第一导电橡胶层2也布置在介电弹性体层1的圆形部11上。以与第一导电橡胶层2相同的方式，在导电性弹性体层1的带状部10中沿带状部10的长度方向彼此平行且彼此间隔开地布置有第二导电橡胶层3。第二导电橡胶层3也布置在介电弹性体层1的圆形部11上。图5中的第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3可各自设置为单层或设置为如图3所示的彼此平行布置的多层。
由第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6沿测量件1a的厚度方向(与图5的纸面正交的方向)保持介电弹性体层1的测量件1a。换能器装置包括线束12，线束12将每对第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3连接至控制器8，并将第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6连接至控制器8。线束12包括用于连接至控制器8的连接器13。
线束12在内部包括将第一导电橡胶层2、第二导电橡胶层3、第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6连接至控制器8的电线。这些电线可以彼此独立。或者，连接至第二导电橡胶层3的电线和连接至第四导电橡胶层6的电线可以彼此耦合。
除了第二实施例的优点(2)之外，第三实施例的换能器装置还具有以下优点。
(3)当筒状弹性体9变形时，介电弹性体层1的每个部分根据筒状弹性体9的变形(例如，变形量或变形方向)分别沿厚度方向变形。介电弹性体层1的每个部分的这种变形改变了相应换能器部4的电容。根据这些变化，控制器8计算作用在换能器部4上的物理量。根据由控制器8计算的介电弹性体层1的每个部分的物理量，换能器装置检测筒状弹性体9的变形(例如，变形量或变形方向)。
当控制器8计算作用在介电弹性体层1的每个部分上的物理量时，测量件1a的相对介电常数εr用作介电弹性体层1的相对介电常数εr，用于计算。这防止了计算的物理量由于介电弹性体层1的周围环境而偏离适当值。因此，由换能器装置检测到的筒状弹性体9的变形量或变形方向设定为适当的并且不受介电弹性体层1的周围环境的影响。
变型例
例如，上述实施例中的每一个可以以如下进行修改。
在第三实施例中，不必将线束12用作将第一导电橡胶层2、第二导电橡胶层3、第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6连接到控制器8的每根电线。即，每根电线可以单独布置而不是用作线束。在这种情况下，电线可以由与导电橡胶层2、3、5和6相同的材料制成，或者可以由不同的材料制成。
在第一实施例和第二实施例中，如图6所示，可以从第二导电橡胶层3连续地设置第四导电橡胶层6。在该结构中，在将第一导电橡胶层2、第二导电橡胶层3、第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6连接至控制器8的电线中，将第四导电橡胶层6连接至控制器8的电线和将第二导电橡胶层3连接至控制器8的电线可以是公共的。这减少了控制器8与第一导电橡胶层2、第二导电橡胶层3、第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6之间的布线量。
在如第一实施例和第二实施例中那样的第四导电橡胶层6与第二导电橡胶层3分开的情况下，第三导电橡胶层5可以从第一导电橡胶层2连续地设置。在该结构中，在将第一导电橡胶层2、第二导电橡胶层3、第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6连接至控制器8的电线中，将第三导电橡胶层5连接至控制器8的电线和将第一导电橡胶层2连接至控制器8的电线可以是公共的。这减少了控制器8与第一导电橡胶层2、第二导电橡胶层3、第三导电橡胶层5和第四导电橡胶层6之间的布线量。
在第一实施例和第二实施例中，如图6所示，换能器部4和测量部7可以布置成与共用传热板14接触。在该结构中，热量通过传热板14在换能器部4的介电弹性体层1和测量部7的测量件1a之间传递。因此，介电弹性体层1和测量件1a的温度变得彼此更加接近。因此，当测量件1a的相对介电常数εr用作介电弹性体层1的相对介电常数εr时，相对介电常数εr可以设定为更适当的值。
在第一实施例和第二实施例中，介电弹性体层1和测量件1a制造为具有相同的厚度。或者，介电弹性体层1和测量件1a可以制造为具有不同的厚度。
在第一实施例至第三实施例中，第一导电橡胶层2和第二导电橡胶层3布置为靠近换能器装置的最外部。相反，可以由例如硅酮或交联的聚轮烷制成的绝缘弹性体覆盖整个装置。
附图标记说明
1)介电弹性体层；1a)测量件；2)第一导电橡胶层；3)第二导电橡胶层；4)换能器部；5)第三导电橡胶层；6)第四导电橡胶层；7)测量部；8)控制器；9)筒状弹性体；10)带状部；11)圆形部；12)线束；13)连接器；14)传热板。

Claims (8)

1.一种换能器装置，包括：
第一介电层；
沿厚度方向保持所述第一介电层的第一电极层和第二电极层；
从所述第一介电层连续设置的第二介电层；
沿所述厚度方向保持所述第二介电层的第三电极层和第四电极层；以及
控制器，其计算要施加到所述第一电极层和所述第二电极层的电压的指令值，并且将与所述指令值相对应的电压施加到所述第一电极层和所述第二电极层，使得所述第一介电层沿所述厚度方向变形，
其特征在于，所述控制器经由所述第三电极层和所述第四电极层测定所述第二介电层的电容Cs，并且根据所测定的电容Cs来计算所述指令值。
2.根据权利要求1所述的换能器装置，其中，所述控制器根据所测定的电容Cs得出所述第二介电层的相对介电常数εr，并使用所述相对介电常数εr作为所述第一介电层的相对介电常数εr来计算所述指令值。
3.一种换能器装置，包括：
第一介电层；
沿厚度方向保持所述第一介电层的第一电极层和第二电极层；
从所述第一介电层连续设置的第二介电层；
沿所述厚度方向保持所述第二介电层的第三电极层和第四电极层；以及
控制器，其根据来自所述第一电极层和所述第二电极层的电信号计算作用在所述第一介电层上的物理量，
其特征在于，所述控制器经由所述第三电极层和所述第四电极层测定所述第二介电层的电容Cs，并且根据所测定的电容Cs来计算所述物理量。
4.根据权利要求3所述的换能器装置，其中，所述控制器根据所测定的电容Cs得出所述第二介电层的相对介电常数εr，并使用所述相对介电常数εr作为所述第一介电层的相对介电常数εr来计算所述物理量。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的换能器装置，其中，
所述第三电极层位于所述第二介电层沿所述厚度方向的相对侧的与所述第一电极层相对应的一侧，并且所述第三电极层与所述第一电极层分开，并且
所述第四电极层位于所述第二介电层沿所述厚度方向的相对侧的与所述第二电极层相对应的一侧，并且所述第四电极层与所述第二电极层分开。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的换能器装置，其中，
所述第三电极层位于所述第二介电层沿所述厚度方向的相对侧的与所述第一电极层相对应的一侧，并且所述第三电极层从所述第一电极层连续设置，并且
所述第四电极层位于所述第二介电层沿所述厚度方向的相对侧的与所述第二电极层相对应的一侧，并且所述第四电极层与所述第二电极层分开。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的换能器装置，其中，
所述第三电极层位于所述第二介电层沿所述厚度方向的相对侧的与所述第一电极层相对应的一侧，并且所述第三电极层与所述第一电极层分开，并且
所述第四电极层位于所述第二介电层沿所述厚度方向的相对侧的与所述第二电极层相对应的一侧，并且所述第四电极层从所述第二电极层连续设置。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的换能器装置，其中，
所述第一介电层、所述第一电极层和所述第二电极层构成换能器部，
所述第二介电层、所述第三电极层和所述第四电极层构成测量部，并且
所述换能器部和所述测量部布置成与共用的传热板接触。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7024591B2 (ja) * 2018-05-11 2022-02-24 株式会社Soken 物体検知装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0670559A (ja) * 1992-08-17 1994-03-11 Nikon Corp 超音波モータの駆動制御装置
JP2005039370A (ja) * 2003-07-16 2005-02-10 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 電波レンズ制御装置
JP2007259663A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Dainippon Printing Co Ltd 積層型静電アクチュエータ
JP2010216986A (ja) * 2009-03-17 2010-09-30 Olympus Corp 慣性駆動アクチュエータのキャリブレーション方法、慣性駆動アクチュエータ装置及び移動体の位置算出方法
CN102012772A (zh) * 2009-09-04 2011-04-13 爱特梅尔公司 电容性控制面板
CN102549416A (zh) * 2009-11-30 2012-07-04 阿尔卑斯电气株式会社 湿度检测传感器
JP2012251896A (ja) * 2011-06-03 2012-12-20 Tokai Rubber Ind Ltd 柔軟電極構造、および柔軟電極構造を有する電極を備えるトランスデューサ
JP2013090495A (ja) * 2011-10-20 2013-05-13 Canon Inc 振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置、該制御装置を有する塵埃除去装置及び振動型アクチュエータ
CN103688318A (zh) * 2011-03-01 2014-03-26 拜耳知识产权有限责任公司 用于生产可变形聚合物器件和膜的自动化制造工艺

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5074674B2 (ja) * 2005-07-04 2012-11-14 キヤノン株式会社 積層圧電素子および振動波モータ
FI120559B (fi) * 2006-01-17 2009-11-30 Sandvik Mining & Constr Oy Menetelmä jännitysaallon mittaamiseksi, mittauslaite ja kallion rikkomislaite
JP2017138644A (ja) * 2016-02-01 2017-08-10 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 センサ装置、タッチ・プッシュ判定方法及びタッチ・プッシュ判定プログラム
US10919643B1 (en) * 2019-08-14 2021-02-16 Goodrich Corporation Aircraft light fixture energy harvesting

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0670559A (ja) * 1992-08-17 1994-03-11 Nikon Corp 超音波モータの駆動制御装置
JP2005039370A (ja) * 2003-07-16 2005-02-10 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 電波レンズ制御装置
JP2007259663A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Dainippon Printing Co Ltd 積層型静電アクチュエータ
JP2010216986A (ja) * 2009-03-17 2010-09-30 Olympus Corp 慣性駆動アクチュエータのキャリブレーション方法、慣性駆動アクチュエータ装置及び移動体の位置算出方法
CN102012772A (zh) * 2009-09-04 2011-04-13 爱特梅尔公司 电容性控制面板
CN102549416A (zh) * 2009-11-30 2012-07-04 阿尔卑斯电气株式会社 湿度检测传感器
CN103688318A (zh) * 2011-03-01 2014-03-26 拜耳知识产权有限责任公司 用于生产可变形聚合物器件和膜的自动化制造工艺
JP2012251896A (ja) * 2011-06-03 2012-12-20 Tokai Rubber Ind Ltd 柔軟電極構造、および柔軟電極構造を有する電極を備えるトランスデューサ
JP2013090495A (ja) * 2011-10-20 2013-05-13 Canon Inc 振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置、該制御装置を有する塵埃除去装置及び振動型アクチュエータ

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