(57)【要約】【課題】加振対象の低周波域でも強い加振力を得ることができる振動発生装置、及び該振動発生装置を用い低周波域の音圧を大きくすることができるスピーカ装置を得る。【解決手段】スピーカ装置１０を構成する加振力発生部６０は、作動することで振動板１８に固定されたヨーク６６に対して出力軸７８を振動させるアクチュエータ２０と、該アクチュエータ２０の出力軸７８に設けられたウエイト８０とを備え、アクチュエータ２０がウエイト８０を加振することに伴う反力を強制力として振動板１８に付与する。【選択図】図１
2008042324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動することで、加振対象に固定された本体に対して出力部を振動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの出力部に設けられた錘と、
を備えた振動発生装置。
【請求項２】
前記アクチュエータは、付与される磁界が周期的に変化されることで前記出力部を前記本体に対し振動させる磁歪素子を含んで構成されている請求項１記載の振動発生装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、前記加振対象に生じさせるべき出力振動の周期よりも短い時間で変化する磁界を、前記出力振動の周期で前記磁歪素子に付与する励磁装置を含んで構成されている請求項２記載の振動発生装置。
【請求項４】
平板状の振動板と、
前記振動板が前記加振対象として前記アクチュエータの本体に固定された請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の振動発生装置と、
を備えたスピーカ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動発生装置及びスピーカ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超磁歪素子を駆動源として用いて平板状の振動板に強制変位を付与し、該振動板を振動させて音波を発生する平面スピーカが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２４４８０４号公報
【特許文献２】特開平１１−１４３４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、超磁歪素子は伸縮量すなわち強制変位の変位量が小さいため、低周波域での音圧を確保するためには、超磁歪素子の寸法を大きくして加振振幅を確保しなければならず、この点に改善の余地がある。
【０００４】
本発明は、上記事実を考慮して、加振対象の低周波域でも強い加振力を得ることができる振動発生装置、及び該振動発生装置を用い低周波域の音圧を大きくすることができるスピーカ装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明に係る振動発生装置は、作動することで、加振対象に固定された本体に対して出力部を振動させるアクチュエータと、前記アクチュエータの出力部に設けられた錘と、を備えている。
【０００６】
請求項１記載の振動発生装置では、アクチュエータを作動させると、該アクチュエータの出力部に設けられた錘が振動される。このため、アクチュエータの本体が固定された加振対象には、錘の振動に伴う反力が加振力（強制力）として入力される。すなわち、加振対象の振動は、力による強制振動とされる。この加振力は、錘の加速度に比例して大きくすることができるので、加振対象の振動周波数が低周波であっても大きな加振力を得ることが可能である。
【０００７】
このように、請求項１記載の振動発生装置では、加振対象の低周波域でも強い加振力を得ることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明に係る振動発生装置は、請求項１記載の振動発生装置において、前記アクチュエータは、付与される磁界が周期的に変化されることで前記出力部を前記本体に対し振動させる磁歪素子を含んで構成されている。
【０００９】
請求項２記載の振動発生装置では、アクチュエータは、付与磁界の変化に伴う磁歪素子の伸縮によって錘を加振する。磁歪素子は、磁界変化に対する発生応力が大きいので、質量の比較的大きい錘を高速で振動させることができ、該錘の振動に伴って加振対象に作用する大きな加振力を得ることができる。これにより、加振対象の振動振幅を確実に大きくすることができる。
【００１０】
請求項３記載の発明に係る振動発生装置は、請求項２記載の振動発生装置において、前記アクチュエータは、前記加振対象に生じさせるべき出力振動の周期よりも短い時間で変化する磁界を、前記出力振動の周期で前記磁歪素子に付与する励磁装置を含んで構成されている。
【００１１】
請求項３記載の振動発生装置では、アクチュエータの励磁装置は、前記加振対象に生じさせるべき出力振動の一周期に、該出力振動の周期よりも短い時間の磁界変動を１回だけ生じさせる。これにより、錘は、短時間の磁界変動により大きな加速度で駆動される運動を、上記した出力振動の周波数で繰り返し行なうこととなる。このように、錘が大きな加速度で運動するため、加振対象に入力される出力振動の周波数の加振力（錘の運動の反力）が大きくなる。これにより、加振対象の振動振幅を一層大きくすることができる。
【００１２】
請求項４記載の発明に係るスピーカ装置は、平板状の振動板と、前記振動板が前記加振対象として前記アクチュエータの本体に固定された請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の振動発生装置と、を備えている。
【００１３】
請求項４記載のスピーカ装置では、上記した振動発生装置を用いることで振動板を大きな振幅で振動させることができるので、発生する音波の低周波域での音圧を大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明に係る振動発生装置は、加振対象の低周波域でも強い加振力を得ることができるという優れた効果を有する。また、本発明に係るスピーカ装置は、上記の振動発生装置を用いて低周波域の音圧を大きくすることができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態に係る振動発生装置が適用されたスピーカ装置１０について、図１乃至図６に基づいて説明する。先ず、スピーカ装置１０の全体構成を説明し、次いで、本発明における振動発生装置としての加振力発生部６０について詳細に説明することとする。
【００１６】
（スピーカ装置の全体構成）
図５（Ａ）には、スピーカ装置１０の平面図が示されており、図５（Ｂ）には、図５（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線に沿った側断面図が示されており、図５（Ｃ）には、スピーカ装置１０の底面図が示されている。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示される如く、スピーカ装置１０は、ケース１２を備えている。ケース１２は、略矩形平板状の底壁（底板）１４と、底壁１４の周縁から全周に亘り立設された矩形枠状の周壁１６とを主要部として構成されている。この実施形態では、底壁１４は、略正方形状に形成されており、周壁１６は、正方形枠状に形成されている。このケース１２の開口端は、カバーとしての振動板１８にて閉止されている。
【００１７】
具体的には、振動板１８は、正面視で底壁１４に略対応する矩形平板状に形成されており、その周縁部１８Ａが周壁１６における略矩形平板状の底壁１４と反対側の端部に接合されている。この実施形態では、ケース１２及び振動板１８は、それぞれ金属材にて構成されており、振動板１８の周縁部１８Ａは、全周に亘って周壁１６の端部１６Ａ（ケース１２の開口端）に溶接にて接合されている。ケース１２及び振動板１８を構成する金属財としては、例えば耐熱性の良好なステンレス鋼等が用いられる。
【００１８】
以上により、スピーカ装置１０では、ケース１２と振動板１８との間に、互いに対向する底壁１４、振動板１８、及びこれらを連結する周壁１６にて囲まれた密閉空間Ｒが形成されている。この密閉空間Ｒ内には、本発明における加振力発生部６０の要部を構成するアクチュエータ２０が配設されている。後に詳述するが、アクチュエータ２０は、振動板１８に取り付けられており、給電用リード線２０Ａに給電を受けて作動することで振動板１８を板厚方向に加振するようになっている。スピーカ装置１０は、振動板１８の振動によって、密閉空間Ｒの外向きに音波を発生させる用途（一例として、後述する排気音アクティブ消音装置３０）に用いられるようになっている。
【００１９】
この振動板１８には、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示される如く、剛性変化部としてのビード２６が形成されている。ビード２６は、図５（Ｃ）に示される如く正面視でアクチュエータ２０と略同軸を成す円環状に形成されており、アクチュエータ２０と矩形枠状の周壁１６との間で該アクチュエータ２０を囲むように位置している。また、図５（Ｂ）に示される如く、ビード２６は、断面視で振動板１８の板厚方向にサイン波状に湾曲した波板（凸凹）状に形成されている。
【００２０】
したがって、ビード２６は、振動板１８における低剛性部（ばね部）とされ、振動板１８の中央部に入力される動的な変位や荷重を周縁部１８Ａ側に伝え難くする振動遮断部として機能するようになっている。このため、周縁部１８Ａにおいて周壁１６の端部１６Ａに固着された振動板１８は、アクチュエータ２０の作動によって、ビード２６の内側部分が該ビード２６の外側部分（周縁部１８Ａ側部分）よりも振動板１８の板厚方向に振動しやすい（分割振動を生じ易い）構成とされている。
【００２１】
このビード２６は、スピーカ装置１０に要求される振動モード（振動板１８の分割振動のモード）に応じて寸法形状が決められる。すなわち、スピーカ装置１０では、発生すべき周波数帯域の音波が図６（Ａ）に示す平面波Ｗｆになるように、ビード２６の寸法形状が決められている。なお、この実施形態では、後述する排気音アクティブ消音装置３０に適用されるスピーカ装置１０は、内燃機関エンジン３２の回転２次成分の周波数帯域（アイドル回転数〜最大回転数）で、振動板１８から平面波Ｗｆが出力されるようにビード２６が設けられている。
【００２２】
また、スピーカ装置１０は、密閉空間Ｒ内に充填された吸音材２８を備えている。吸音材２８は、例えばグラスウールなどにて構成され、密閉空間Ｒに充填されることで、振動板１８の振動に伴って密閉空間Ｒ内に生じる空気振動すなわち音を吸収する（減衰させる）ようになっている。
【００２３】
さらに、ケース１２の底壁１４には、リブ２２が形成されている。図５（Ａ）に示される如く、リブ２２は、平面視で底壁１４の対向する二辺に沿った複数（この変形例では３本）の縦リブ２２Ａと、縦リブ２２Ａとの直交方向に沿った複数（この変形例では３本）の横リブ２２Ｂとが格子状に交差して、底壁１４の外面から突出している。リブ２２は、底壁１４の補強（補剛）手段として機能し、底壁１４の曲げ剛性が高められている。
【００２４】
（加振力発生部の詳細構成）
図１に示される如く、スピーカ装置１０は、振動板１８を所定周波数で振動させるための振動発生装置としての加振力発生部６０を備えている。加振力発生部６０は、アクチュエータ２０と、該アクチュエータ２０により加振される錘としてのウエイト８０とを主要構成要素として構成されている。
【００２５】
アクチュエータ２０は、ブラケット６４を介して振動板１８に固定された本体としてのヨーク６６を備えている。ヨーク６６は、略円筒状に形成された円筒壁部６６Ａと、円筒壁部６６Ａの軸方向一端を閉止して振動板１８に対向する底板６６Ｂと、円筒壁部６６Ａの軸方向他端を閉止する天板６６Ｃとを有する。天板６６Ｃの軸心部には、透孔６６Ｄが形成されている。ヨーク６６の円筒壁部６６Ａ内における底板６６Ｂ上には、後述する磁気バイアス設定用の円板状のマグネット６８が配設されている。
【００２６】
そして、マグネット６８上には、磁歪素子（超磁歪素子）７０が配設されている。磁歪素子７０は、円筒壁部６６Ａの内径よりも十分小径の円柱状に形成されており、ヨーク６６の軸心部に同軸的に配置されている。磁歪素子７０は、図３に示される如く、作用する磁界の強さに応じて長手方向の寸法が伸縮するようになっている。図３に示す線図の縦軸は、磁歪素子７０の一端（底板６６Ｂ側）７０Ａに対する他端７０Ｂの変位量として把握することができる。なお、磁歪素子７０とマグネット６８との間には、必要に応じてスペーサ７２が介在される。
【００２７】
磁歪素子７０は、励磁装置としてのコイル７４に外周側（径方向外側）から覆われている。コイル７４は、ヨーク６６に保持されたボビン７６に巻き回されて構成されており、通電されて発生する磁界を磁歪素子７０に作用させるようになっている。すなわち、このコイル７４から付与された磁界の大きさによって、磁歪素子７０の他端７０Ｂが一端７０Ａに対し変位する構成である。
【００２８】
以上説明した磁歪素子７０の他端７０Ｂには、出力部としての出力軸７８が固定されている。具体的には、出力軸７８は、その一端７８Ａが磁歪素子７０の他端７０Ｂに固定され、その中間部７８Ｂがヨーク６６の透孔６６Ｄに挿通されて他端７８Ｃがヨーク６６外側に突出している。出力軸７８の他端７８Ｃ側には、ボルト部７８Ｄが一体に形成されている。
【００２９】
そして、加振力発生部６０は、アクチュエータ２０を構成する出力軸７８の他端７８Ｃに固定されたウエイト８０を備えている。より具体的には、ウエイト８０は、この実施形態では短円柱状に形成されており、軸心部に形成された貫通孔８０Ａに挿通させた出力軸７８のボルト部７８Ｄにナット８２を螺合することで、出力軸７８の他端７８Ｃに固定されている。
【００３０】
また、出力軸７８におけるヨーク６６内に位置する部分からは、フランジ８４が径方向外側に張り出して形成されている。フランジ８４とヨーク６６の天板６６Ｃとの間には、プレロード設定スプリング８６が圧縮状態で配設されている。このプレロード設定スプリング８６は、その付勢力によって磁歪素子７０に初期圧縮変位を付与している。これにより、アクチュエータ２０では、コイル７４からの磁界を付与された磁歪素子７０を主に圧縮変形の範囲で伸縮させる構成とされている。
【００３１】
さらに、アクチュエータ２０は、コイル７４に通電（給電）するための制御部８８を備えている。この実施形態では、制御部８８は、アクチュエータ２０によって振動板１８が所定の周波数、位相で振動されるように、コイル７４への給電（電圧印加）の周波数及び位相を制御する構成とされている。制御部８８及びコイル７４が、本発明における励磁装置を構成する。
【００３２】
以上説明した如く構成された加振力発生部６０では、アクチュエータ２０のコイル７４により所定周期で通電を受けた磁歪素子７０は、出力軸７８を介してウエイト８０をヨーク６６に対し振動変位させる。このウエイト８０の振動に伴う反力がヨーク６６、ブラケット６４を介して強制力すなわち加振力として振動板１８に伝達されることで、該振動板１８は加振力の周波数で振動するようになっている。すなわち、加振力発生部６０は、振動板１８に変位（例えばケース１２に対する変位）を入力する装置ではなく、図２（Ａ）に模式的に示される如く、加振力Ｆを入力することで力による強制振動を生じさせる装置として構成されている。
【００３３】
図３について補足すると、磁界の強さに対する磁歪素子７０の変位特性は、磁界の方向が正の場合も負の場合も同じ（対称）であり、磁界のスカラー量に応じて変位を生じ、かつ磁界の変化方向に応じたヒステリシスを有する。この実施形態では、磁歪素子７０の変位が比較的リニアな特性を示す図３の磁界領域Ｂで使用されるように、上記したマグネット６８によって磁気バイアスを設定している。このため、図３に示すサイン波状の入力磁界Ｍに対し、サイン波状の他端７０Ｂ（ウエイト８０）の変位ｙを得ることができる。
【００３４】
この加振力発生部６０が生じ得る加振力（変動荷重）のＦは、ウエイト８０の質量をｍ［ｋｇ］、アクチュエータ２０によるウエイト８０の加速度をα［ｍ／ｓ２］とすると、Ｆ＝ｍ×α［Ｎ］であり、ウエイト８０が正弦波状に振動する場合には、振幅をＡ［ｍ］、周波数（コイル７４による磁歪素子７０への入力磁界の周波数）をｆ［Ｈｚ］とすると、αｍａｘ＝Ａ×（２πｆ）２であるから、加振力Ｆの最大値（瞬時値）Ｆｍａｘ＝ｍ×Ａ×（２πｆ）２となる。一方、磁歪素子７０が発生し得る力Ｆｍは、磁歪素子７０の断面積をＳ［ｍ２］、磁歪素子７０の発生応力をσ［Ｐａ］とするとＦｍ＝Ｓ×σであるから、Ｆｍａｘ＜Ｆｍ＝Ｓ×σとなる。
【００３５】
したがって、加振力発生部６０では、磁歪素子７０の発生し得る力Ｆｍの範囲で、ウエイト８０の質量ｍ、加振振幅Ａ、加振周波数ｆに応じて加振力Ｆ（Ｆｍａｘ）を得ることができる。すなわち、加振力発生部６０では、磁歪素子７０に変動率の高い磁界を付与して伸縮加速度を大きくしウエイト８０を大きな加速度で駆動することで、大きな加振力Ｆを得ることができる。このため、加振力発生部６０の制御部８８は、加振対象である振動板１８を加振する周波数ｆ１８よりも高い周波数ｆ７０で磁歪素子７０を駆動する動作を、振動板１８の加振周波数ｆ１８で繰り返すようにコイル７４に通電（電圧印加）を行なうように構成されている。より具体的には、制御部８８は、例えば図４（Ａ）に示される如く、振動板１８の加振周波数ｆ１８の周期Ｔ１８（＝１／ｆ１８）の間に、周期Ｔ１８よりも短い一周期Ｔ７０分だけ、周波数ｆ１８よりも高い周波数ｆ７０（＝１／Ｔ７０）の変動磁界をコイル７４に発生をさせるように構成されている。
【００３６】
例えば、スピーカ装置１０に要求される周波数範囲が略２０［Ｈｚ］〜５００［Ｈｚ］であること、すなわち振動板１８の振動（発音）の最小周期Ｔ１８ｍｉｎが２［ｍｓ］であることを考慮して、磁歪素子７０の駆動周波数ｆ７０をｆ７０＝１［ｋＨｚ］とすることができる。この場合、例えばウエイト８０の質量ｍ＝０．１［ｋｇ］、加振振幅Ａ＝０．０００１［ｍ］、加振周波数ｆ＝ｆ７０＝１［ｋＨｚ］とすると、Ｆｍａｘ≒３９５［Ｎ］となり、加振振幅Ａを増すことなく、十分な加振力Ｆが得られることがわかる。なお、磁歪素子７０は、１００［ｋＨｚ］以上の応答性を有し、磁場変化の限界周波数に追従し得る。このため、ウエイト８０をより大きな加速度（高周波）で加振することでより大きな加振力を得ることができると共に、例えば後述する音波の位相制御に用いるのに十分な性能を有する。
【００３７】
ウエイト８０の質量ｍは、振動板１８の寸法形状（矩形状の振動板１８では、図２（Ｂ）に示す縦横寸法ａ、ｂ）や発生すべき音圧に応じて決められている。後述する排気音アクティブ消音装置３０（メインマフラ４２）を構成する例では、各周波数の排気音と略同等の音圧を生じ得るように、ウエイト８０の質量ｍ、該ウエイト８０を駆動する磁歪素子７０の寸法形状が決められている。
【００３８】
なお、制御部８８は、図４（Ａ）に示される如く周波数ｆ７０のサイン波状の電圧印加を行なう構成に代えて、図４（Ｂ）に示される如く、周波数ｆ１８でパルス幅Ｔ７０の（上記の例では１［ｍｓ］）のパルス波を入力するようにしても良い。このパルス波を入力する構成においても、上記したサイン波を入力する場合と同様に、大きな加振力Ｆを得ることができる。
【００３９】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４０】
上記構成のスピーカ装置１０では、アクチュエータ２０のコイル７４に通電されると、アクチュエータ２０は、通電周波数に応じた周波数で、ウエイト８０を振動板１８との接離方向に振動させる。このウエイト８０の振動に伴う反力が加振力として振動板１８に作用し、この加振力の周波数で振動板１８が振動する。この振動によって、スピーカ装置１０では、外向き（密閉空間Ｒとは反対向き）に音波が生じる。
【００４１】
ここで、スピーカ装置１０では、アクチュエータ２０がウエイト８０を加振することに伴って生じる反力を加振力として振動板１８を振動させる構成であるため、アクチュエータ２０の生じ得る振幅に依存することなく大きな加振力を振動板１８に作用させることができる。特に、アクチュエータ２０は、磁歪素子７０をウエイト８０の駆動源として用いるため、発生可能な荷重Ｆｍ＝Ｓ×σが大きく、質量ｍが比較的大きいウエイト８０を高周波（高加速度）で駆動することができるので、コンパクトな構成でありながら大きな加振力Ｆを得ることが実現された。これにより、スピーカ装置１０では、低周波域（例えば２０Ｈｚ〜５００Ｈｚ）で大きな音圧を確保することができ、フラットな周波数特性が得られる。
【００４２】
特に、スピーカ装置１０を構成する加振力発生部６０では、制御部８８は、振動板１８から出力する音波の周期Ｔ１８よりも短い周期Ｔ７０の変動磁界を磁歪素子７０に付与するため、磁歪素子７０すなわちウエイト８０の加速度が増大され、加振振幅Ａや質量ｍに頼る（必要以上に大きくする）ことなく、振動板１８を確実に大きな一定の加振力で加振することができる。
【００４３】
このように、本実施形態に係るスピーカ装置１０では、得られる加振振幅Ａは比較的小さいものの、発生応力σが大きくかつ応答性が良好である磁歪素子７０を用いてウエイト８０を加振することに伴う反力を利用することで、低周波で十分な音圧を確保することを、コンパクトな構成で実現することができた。また、スピーカ装置１０の他の効果について、以下に補足する。
【００４４】
スピーカ装置１０では、ケース１２を構成する周壁１６の周壁１６の端部１６Ａと、振動板１８の周縁部１８Ａとが全周に亘って接合されているため、密閉空間Ｒに対する防水性、防塵性が確保される。また、ケース１２及び振動板１８がステンレス鋼等の金属材にて構成されているため、耐熱性が良好である。そして、金属製のケース１２と振動板１８とが上記の通り周壁１６の端部１６Ａと周縁部１８Ａと全周に亘り接合させているので、該接合箇所を含み外力等に対する機械的強度が高い。このように、スピーカ装置１０は、例えば室内等の良好な環境で使用されるスピーカ装置の如く構成部品にゴムや樹脂より成る部品を含まず、また部品の接合に接着剤等を用いないので、使用環境に対する制約が少ない。
【００４５】
またここで、スピーカ装置１０では、平板状の振動板１８を振動させて音波を発生するため、音波の伝達方向の指向性が高い平面波が出力され易い。このため、音圧の距離に対する減衰が少ない。また、ケース１２（密閉空間Ｒ）の容量に依存することなく低周波音を発生することができ、上記の通り平面波は音圧の距離に対する減衰が少ないため、低周波から高周波まで音圧（エネルギ）の大きい音波を得ることができる。すなわち、上記の通りウエイト８０の加振に伴う反力である大きな加振力Ｆにより得られた大きな音圧の音波を減衰させることなく伝播することが可能になる。これらにより、スピーカ装置１０は、例えば図６（Ｂ）に示される如く拡散波Ｗｄを発生するコーン型のスピーカ１００と比較して、小型化を図ることができる。特に、スピーカ装置１０では、振動板１８にビード２６が形成されているため、所要の周波数帯域で、確実に平面波を生じさせることができる。
【００４６】
さらに、スピーカ装置１０では、ケース１２と振動板１８とで密閉空間Ｒを形成しているため、振動板１８の密閉空間Ｒ内側への振動により生じた音が該密閉空間Ｒの外側に漏れ出し難い。また、振動板１８とで閉断面構造を成すケース１２は所定の剛性を有すると共に、リブ２２によって底壁１４が補強されているため、その（主に底壁１４の）剛性に応じて決まる曲げ振動（屈曲振動）の限界周波数よりも低い周波数成分の音を密閉空間Ｒの外側に透過させることが効果的に防止される。また、密閉空間Ｒ内には吸音材２８が充填されているので、振動板１８の密閉空間Ｒ内側への振動により生じた音の中・高周波成分（上記した限界周波数よりも周波数が高い成分）は、吸音材２８にて吸収され、密閉空間Ｒ（ケース１２）の外側に透過することが防止される。
【００４７】
なお、上記実施形態では、所要の周波数帯域で平面波を出力させるべく振動板１８の分割振動モードを設定するために、環状のビード２６を設けた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ビード２６に代えて、又はビード２６と共に、振動板１８に凸凹形状を設けても良い。凸凹形状は、例えばビード２６の如く環状に形成されると共に断面が矩形波状を成すように形成しても良く、また例えば振動板１８の周方向に断続的に形成されても良い。
【００４８】
（排気音アクティブ消音装置）
次に、上記したスピーカ装置１０が適用された騒音抑制装置としての排気音アクティブ消音装置３０について、図７乃至図９に基づいて説明する。なお、各図に適宜示す矢印ＦＲは、排気音アクティブ消音装置３０が適用された自動車の車体前後方向の前側を、矢印ＵＰは車体上下方向の上側を、矢印Ｗは車幅方向をそれぞれ示すものとする。
【００４９】
図９には、スピーカ装置１０が適用された排気音アクティブ消音装置３０を備えた内燃機関エンジン３２の排気システム３４が、模式的な平面図にて示されている。この図に示される如く、排気システム３４は、内燃機関エンジン３２が排出する排気ガスを系外に導く排気管３６を備えており、排気管３６の上流端３６Ａは、内燃機関エンジン３２の排気マニホルド３２Ａに接続されている。一方、排気管３６の下流端は、大気開放部３６Ｂとされている。この排気管３６（が形成する排気系路）の上流端３６Ａと大気開放部３６Ｂとの間には、上流側から順に、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ３８、排気音を低減するためのサブマフラ４０、メインマフラ４２が配設されている。そして、この実施形態では、スピーカ装置１０は、メインマフラ４２に適用されている。すなわち、メインマフラ４２が本発明における排気系部品、隔体に相当する。
【００５０】
図７（Ａ）乃至図７（Ｃ）に示される如く、メインマフラ４２は、車体上下方向に一対設けられたスピーカ装置１０の各振動板１８と、互いに対向する上下の振動板１８の周縁部１８Ａに全周に亘って溶接接合された平面視略矩形枠状のマフラ側面部材４４とで、閉空間である消音室（拡張室又は共鳴室）４６を形成している。平面視略矩形枠状のマフラ側面部材４４には、上流側の排気管３６に接続されるインレットパイプ４８、末端が排気管３６の大気開放部３６Ｂとされたアウトレットパイプ５０がそれぞれ接続されている。
【００５１】
以上により、メインマフラ４２は、その外壁の一部がスピーカ装置１０の振動板１８にて構成されており、その内部を流通する（拡散して排出される）排気ガスに対し振動板１８が直接的に音波を放出するようになっている。また、図７（Ａ）乃至図７（Ｃ）に示される如く、マフラ側面部材４４は、車体前後方向及び車幅方向に対し、車体上下方向の寸法が小さい扁平状のメインマフラ４２を上下のスピーカ装置１０間に形成するように寸法が決められている。
【００５２】
各スピーカ装置１０の制御部８８は、例えばメインマフラ４２に設けたマイクや内燃機関エンジン３２の回転速度に応じた信号を出力するエンジン回転計等の出力に基づいて、図８（Ａ）に示される如く、該排気音Ｓｅと逆位相で略等音圧の音波Ｓａが出力されるように、各アクチュエータ２０のコイル７４への印加電圧（振動板１８が出力する出力振動の周波数ｆ１８（周期Ｔ１８）、位相、該出力振動の周期毎に付加する周期又はパルス幅Ｔ７０の電圧印加パターン等）を制御する構成とされている。
【００５３】
上記構成の排気音アクティブ消音装置３０では、内燃機関エンジン３２の排気ガスが排気システム３４を流動するのに伴って、例えば排気ガスの脈動に起因して生じる比較的低周波の排気音に対し、振動板１８が逆位相で略等音圧の音波を発生するようにアクチュエータ２０が駆動される。このため、図８（Ｂ）に示される如く、排気音Ｓｅと振動板１８が発生する音波Ｓａとが打ち消しあって、排気騒音が低減される。なお、内燃機関エンジン３２の回転２次成分の排気音の周波数帯域は、アイドル回転〜最高回転数に対応して、略２０Ｈｚ〜５００Ｈｚとされている。
【００５４】
ここで、排気音アクティブ消音装置３０は、上記したスピーカ装置１０を備えるため、高温環境でかつ車外に露出して使用されて所要の消音性能を発揮することができる。すなわち、金属製のケース１２、振動板１８を溶接接合して構成されたスピーカ装置１０は、耐環境性が良好であり、ゴムや樹脂の部品を用いた構成のように高温の排気ガスで劣化することがないので、長期化期間に亘って安定した消音性能を発揮する。また、車体フロア下にスピーカ装置１０を配置しても、雨水や路面からの跳ね上げによる被水や塵埃等のケース１２（密閉空間Ｒ）内への侵入が防止され、アクチュエータ２０（電気系統）が保護される。さらに、金属製のケース１２は所要の機械的（破壊）強度を有するので、スピーカ装置１０が飛び石等によって破損されることが防止される。
【００５５】
またここで、排気音アクティブ消音装置３０では、スピーカ装置１０の振動板１８がメインマフラ４２の外壁（隔体）を構成し、該振動板１８がメインマフラ４２内の排気ガスすなわち起振源に対し直接的に音波を出力するため、すなわち大きな音響エネルギを有する排気ガスの排気音を直接的に打ち消すので、例えば大気開放されて相対的に低エネルギの排気ガスに向けて音波を出力する構成と比較して、排気騒音の抑制効果が大きい。また、閉空間であるメインマフラ４２内に音波を出力するので、大気開放された排気ガスに向けて音波を出力する構成と比較して、スピーカ装置１０が発生した音波の伝達ロスが少なく、排気音を一層効果的に打ち消すことができ、排気騒音の抑制効果を向上することができる。
【００５６】
そして、排気音アクティブ消音装置３０を構成するスピーカ装置１０は、アクチュエータ２０にてウエイト８０を駆動することで、低周波域で大きな音圧の平面波である音波Ｓａを生じさせて、排気音を効率的に打ち消すことができる。特に、スピーカ装置１０は、ビード２６によって、内燃機関エンジン３２の回転２次成分の排気音の周波数帯域（アイドル回転〜最高回転数）まで平面波を発生するように設定されているので、排気音を一層効率的に打ち消すことができる。
【００５７】
さらに、ケース１２にて振動板１８を覆ったスピーカ装置１０では、振動板１８がメインマフラ４２の外向きに発する音を外部に漏らすことが抑制される。特に、ケース１２の限界周波数よりも低周波成分は、密閉空間Ｒ外への透過を阻止し、該限界周波数よりも高周波の成分は、吸音材２８にて吸収するので、振動板１８の振動に伴う騒音発生が防止される。
【００５８】
また、メインマフラ４２は、上下方向に扁平した扁平形状に形成されているため、その上下にスピーカ装置１０を配置しても車体上下方向の高さが低く保たれる。その一方、上下の振動板１８がメインマフラ４２の扁平面すなわち排気ガスとの接触面積が大きい壁部を構成するため、振動板１８の音波出力によって排気ガスの排気音をより一層効果的に抑制することができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、スピーカ装置１０が排気音アクティブ消音装置３０に適用された例を示したが、本発明はこれに限定されず、各種用途にスピーカ装置１０を適用することができる。また、スピーカ装置１０を構成する加振力発生部６０は、スピーカ用途以外の各種用途に適用することが可能である。
【００６０】
また、上記実施形態では、排気音アクティブ消音装置３０が上下一対のスピーカ装置１０を備える例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、上下何れか一方のスピーカ装置１０を備えるようにしても良い。
【００６１】
さらに、上記実施形態では、排気音アクティブ消音装置３０が上下一対のスピーカ装置１０を備える例を示したが、メインマフラ４２の車幅方向側面や車体前後方向端面にスピーカ装置１０を配置しても良い。さらに、例えばスピーカ装置１０の振動板１８を巻きマフラの長手方向端面に対応した楕円形状に形成し、該巻きマフラの長手方向端面を楕円状の振動板１８にて構成するようにしても良い。この場合、既存のマフラに排気音アクティブ消音装置３０を容易に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係るスピーカ装置の要部を構成する加振力発生部を示す側断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るスピーカ装置を模式的に示す図であって、（Ａ９）は側面図、（Ｂ）は平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るスピーカ装置を構成する磁歪素子の磁界−変位特性を示す線図である。
【図４】（Ａ）は。本発明の実施形態に係るスピーカ装置を構成する制御部による磁界発生パターンを示す線図で、（Ｂ）は磁界発生パターンの変形例を示す線図である。
【図５】本発明の実施形態に係るスピーカ装置を示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は図５（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線に沿った側断面図、（Ｃ）は、底面図である。
【図６】（Ａ）は本発明の実施形態に係るスピーカ装置が発生する平面波を模式的に示す説明図、（Ｂ）は比較例に係るコーン型スピーカが発生する拡散波を模式的に示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係るスピーカ装置が適用された排気音アクティブ消音装置を示す図であって、（Ａ）は側断面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は背面図である。
【図８】本発明の実施形態に係るスピーカ装置が適用された排気音アクティブ消音装置による消音原理を説明するための図であって、（Ａ）は排気音と打ち消しようの音波とを分けて示す線図、（Ｂ）は排気音と打ち消しようの音波と合成した線図である。
【図９】本発明の実施形態に係るスピーカ装置が適用された排気音アクティブ消音装置が適用された排気システムの平面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０    スピーカ装置
１８    振動板（加振対象）
２０    アクチュエータ
６０    加振力発生部（振動発生装置）
６６    ヨーク（本体）
７０    磁歪素子
７４    コイル（励磁装置）
７８    出力軸（出力部）
８０    ウエイト（錘）
８８    制御部（励磁装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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