(57)【要約】【課題】大気圧を推進力に変え、浮上する技術を提案すること。【解決手段】大気中に高強度の超音波を伝播させ、その疎密構造を高速で飛行する回折格子に見立てる。高速度で飛行する空気を構成する分子は、この回折格子に対してはドップラー効果で長波長化するため、大きく回折する。そして回折後、推進対象物に激突させるものとする。  ここでの「激突」という事象は、ド・ブロイの波動性による回折効果がもたらしたのであり、古典物理学から帰結できない事象である。よって、当該の系においては、古典物理学の帰結である大気圧の等方性は崩れており、大気圧が推進力となって作用する。【選択図】図８１
2010096186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気を構成する分子１の、ド・ブロイの波動性に起因する回折効果を利用することによって、
物体にかかる大気圧の等方性を崩し、推進力を発現させる方法であって、
前記回折の際に、分子１のド・ブロイ波にドップラー効果を生じせしめて長波長化し、
これ故の顕著な回折効果によって推進力２をもたらす、
推進方法。
【請求項２】
請求項１記載の推進方法であって、
分子１は、推進対象の物体３と一体の系４を構成するような回折格子５によって回折するが、
回折格子５は、推進対象の物体３に対して、時間に依存する相対速度６を有することを特徴とし、
かつ回折格子５は、この相対速度６を利用して分子１にドップラー効果と回折効果をもたらすことを特徴とする、
推進方法。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか一項記載の推進方法であって、
分子１が、相対速度６を持った回折格子５の作用によってドップラー効果と回折効果を呈した後、
該分子１を相対速度６の大きさのオーダーの速度差で系４に衝突せしめ（この衝突を「衝突７」と称する）、推進力２への寄与を得ることを特徴とする、
推進方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項記載の推進方法であって、
系４を取り巻くすべての分子１の速度分布８を踏まえて相対速度６を調節することで、
該すべての分子１からの衝突７による寄与の結果としての推進力２を、推進方法の実施者の要望に応じて制御することを特徴とする、
推進方法。
【請求項５】
請求項４記載の推進方法において、
速度分布８を踏まえた相対速度６の調節を簡単化し、
相対速度６として分子１の平均速度を採用したことを特徴とする、
推進方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項記載の推進方法であって、
回折格子として音波９の疎密分布１０を用いたことを特徴とする、
推進方法。
【請求項７】
請求項６記載の推進方法であって、
音波９の伝播を利用することで、回折格子５の系４に対する相対速度６を実現したことを特徴とする、
推進方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項記載の推進方法において、
分子１が回折格子５に対して入射する際の入射方向１１の制御により、
分子１の回折時のドップラー効果の度合いが、相対速度６の入射方向１１の成分で決まることを利用したことを特徴とする、
推進方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項記載の推進方法であって、
音波９とは、超音波１２であることを特徴とする、
推進方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項記載の推進方法であって、
疎密分布１０と他の疎密分布１３の伝播の直進性を利用するとともに、これらを交差させたことを特徴とし（交差点を「交差点１４」と称す）、
疎密分布１０は経路１５に沿って入射し、また疎密分布１３は経路１６に沿って入射し、交差点１４まで至るものとし、
交差点１４を通る経路１５と経路１６の中線１７に垂直な面のうち、
交差点１４に一致しないような、経路１５上の蜜部１８と経路１６上の蜜部１９を通るものの集合を、
面群２０と称し、
中線１７に垂直な面のうち、交差点１４を通るものを面２１と称し、
経路１５と経路１６を含む面を面２２と称し、
面２２に垂直な面のうち、交差点１４を通らず、経路１５上の蜜部２３と、経路１６上の蜜部２４を含む面の群を面群２５と称し、
面２２に垂直な方向を方向２６と称し、
面群２５の任意の面上において、蜜部２３から蜜部２４に向かう向きを向き２７、その方向を方向２８と称するとともに、蜜部２３から蜜部２４までの距離を距離２９と称し、
面群２５の任意の面上において、同面に平行で、方向２８に垂直な方向を方向３０と称し、
面群２５の任意の面において、同面に垂直な方向を方向３１と称し、
蜜部２３の伝播速度の方向２８の成分値を、向き２７を正として、速度成分３２と称し、
蜜部２４の伝播速度の方向２８の成分値を、向き２７を正として、速度成分３３と称するとき、
交差点１４の近傍に位置するような、面群２５の任意の面は、距離２９が小さくなっていることを特徴とし、
これ故に、距離２９が小さいような面上においては、同面に平行に入射してくる分子１の自由行程の長さに、蜜部２３と蜜部２４で構成される系３４の大きさを近づけることができ、
さらに、蜜部２３の速度成分３２と蜜部２４の速度成分３３による、
分子１のドップラー効果と回折効果によって推進力を得られるような、
推進方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の推進方法において、
面群２５の任意の面上で、蜜部２３の速度成分３２と、蜜部２４の速度成分３３の向きが逆になるようにすることを特徴とし、
これによって、同面上を入射してきた分子１が、最初に遭遇する蜜部に対してはドップラー効果によって大きな回折効果を示すようにでき、
かつ、次に遭遇する蜜部に対しては、ドップラー効果によって大きな相対速度で回折効果をほとんど示さないようにでき、
これ故に推進力が得られるような、推進方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１において、
伝播の向き以外については、疎密分布１０と疎密分布１３の波動的性質を同一にしたことを特徴とする、
推進方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項記載の推進方法であって、
疎密分布１０および疎密分布１３が、時間的に継続して伝播し続けることを特長とする、
推進方法。
【請求項１４】
請求項１０から１３のいずれか一項記載の推進方法において、
疎密分布１０と疎密分布１３の対に加えて、
同様の１組以上の対を、交差点を交差点１４に一致させるとともに、交差角を異なるようにして追加することを特徴とし、
これによって推進力に起因する回折効果を大きくするような、
推進方法。
【請求項１５】
請求項１１から１４のいずれか一項記載の推進方法であって、
前記の２つの疎密分布の対が、面群２５の任意の面上において方向２８を向く速度成分を持ち、かつその向きが互いに逆向きであることを特徴とし、
これ故に、同面上に入射してきた分子１に関し、
蜜部に対する大きな回折効果と、大きな相対速度での蜜部への衝突が期待できるような、
推進方法。
【請求項１６】
請求項１４または１５記載の推進方法において、
疎密分布の対を複数用いるとともに、
これらの交差点を、交差点１４を通って方向２６に平行な直線３２上に分散させたことを特徴とし、
ただし当該の分散は交差点１４の近傍で行うものとし、
またさらに、それぞれの交差角が一致してもよいものとすることで、
交差点における超音波の減衰効果を抑制することを特徴とする、
推進方法。
【請求項１７】
請求項１０から１６のいずれか一項記載の推進方法において、
直線３２に沿って超音波の対の交差を複数配することにより、
回折効果を高めたことを特徴とする、
推進方法。
【請求項１８】
請求項１０から１７のいずれか一項記載の推進方法において、
面２１に沿って、交差点１４を含むように超音波の反射板を配し、
これによって、交差に代えて反射を用いることによって推進力の現出を実現することを特徴とする、
推進方法。
【請求項１９】
請求項１０から１８のいずれか一項記載の推進方法において、
交差角を変化させることによって推進力の強さと向きを変化させることを特徴とする、
推進方法。
【請求項２０】
請求項１０から１８のいずれか一項記載の推進方法において、
反射角を変化させることによって推進力の強さと向きを変化させることを特徴とする、
推進方法。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか一項記載の推進方法であって、
音波９および超音波１２を、系４外に出射しないようにすることにより、
系４に対して推進力が作用するようにすることを特徴とする、
推進方法。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか一項記載の推進方法において、
音波９を高強度にすることによって、回折効果を高めることを特徴とする、
推進方法。
【請求項２３】
請求項１から２２のいずれか一項記載の推進方法において、
超音波１２を高強度にすることによって、回折効果を高めることを特徴とする、
推進方法。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか一項記載の推進方法において、
音波９に代えて、音波の波群３５を用いたことを特徴とする、
推進方法。
【請求項２５】
請求項１から２４のいずれか一項記載の推進方法において、
超音波１２に代えて、超音波の波群３６を用いたことを特徴とする、
推進方法。
【請求項２６】
請求項２４または２５において、
波群３５および波群３６の速度３７を調節することにより、推進力を調節する方法。
【請求項２７】
請求項１から２６のいずれか一項記載の推進方法であって、
系４に音波３８の定在波３９を伝播させることで、
その節部における分子１の自由行程４０を長くすることを特徴とする、
推進方法。
【請求項２８】
請求項２７において、
音波３８は、超音波４１であることを特徴とする、
推進方法。
【請求項２９】
請求項２７または２８において、
定在波３９に代えて、
音波３８もしくは超音波４１の、波群で構成された定在波の波群４２を用いることを特徴とする、
推進方法。
【請求項３０】
請求項２７から２９のいずれか一項記載の推進方法であって、
前記定在波および前記定在波の波群の、一続きの節部の領域を、
推進力の方向に一致させることにより、
分子１が回折格子５に入射後、推進力に寄与するまでの間に伝播する領域を、一続きの自由行程の長い領域に近付けることを特徴とする、
推進方法。
【請求項３１】
請求項２７から３０のいずれか一項記載の推進方法であって、
定在波３９の波長もしくは定在波の波群４２の波群長を長くすることによって、
自由行程の長い節部の一続きの領域を広くすることを特徴とする、
推進方法。
【請求項３２】
請求項２７から３１のいずれか一項記載の推進方法であって、
定在波３９の周期もしくは定在波の波群４２の周期を長くすることにより、
自由行程が長いような期間を、分子１が回折格子５に入射してから推進力に寄与するまでの時間間隔以上のオーダーに長期化させることを特徴とする、
推進方法。
【請求項３３】
請求項１から３２のいずれか一項記載の推進方法であって、
音波９の伝播媒体は大気であることを特徴とする、推進方法。
【請求項３４】
請求項１から３３のいずれか一項記載の推進方法であって、
超音波１２の伝播媒体は大気であることを特徴とする、推進方法。
【請求項３５】
請求項１から３４のいずれか一項記載の推進方法であって、
音波の波群３５の伝播媒体は大気であることを特徴とする、推進方法。
【請求項３６】
請求項１から３５のいずれか一項記載の推進方法であって、
超音波の波群３６の伝播媒体は大気であることを特徴とする、推進方法。
【請求項３７】
請求項１から３６のいずれか一項記載の推進方法であって、
音波３８の伝播媒体は大気であることを特徴とする、推進方法。
【請求項３８】
請求項１から３７のいずれか一項記載の推進方法であって、
超音波４１の伝播媒体は大気であることを特徴とする、推進方法。
【請求項３９】
請求項１から３８のいずれか一項記載の推進方法であって、
疎密波で構成された回折格子５の利用により、
回折格子５内の大気の疎密の変動が全体的に大きくなることを利用し、
これにより、分子１の自由行程が長くなる状況が頻発することを用いることを特徴とする、
推進方法。
【請求項４０】
請求項１から３９のいずれか一項記載の推進方法であって、
ドップラー効果を用いて分子１のド・ブロイ波長を長くすることにより、
当該のド・ブロイ波が顕著な回折効果を示すために要求される系４の構造を大きくし、
これによって大気中の埃による推進力への負の寄与を減らすことを特徴とする、
推進方法。
【請求項４１】
請求項１から４０のいずれか一項記載の推進方法であって、
回折格子５として用いる超音波に関し、
推進力を得るための反射および交差の回数を多くすることによって、
推進力を強めることを特徴とする、
推進方法。
【請求項４２】
請求項１から４１のいずれか一項記載の推進方法であって、
回折格子５に入射してくる分子１の自由行程を長くするために用いる超音波の定在波を、
反復して同じ目的に利用することを特徴とする、
推進方法。
【請求項４３】
請求項１から４２のいずれか一項記載の推進方法を実現する、推進装置。
【請求項４４】
請求項４３記載の推進装置を集積し、大きな推進力を得る方法。
【請求項４５】
請求項４４記載の方法を実現する、推進装置の集積体。
【請求項４６】
請求項４３もしくは４５記載の装置において、
推進対象を、推進方法を実施する部分に連結させたまま、推進方法を実施する部分に対して一定の範囲内で可動できるようにし、
当該の可動の動作を、当該の推進力で実施することを特徴とする、
推進装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、推進方法に関し、より詳細には、空気を構成する分子が示すド・ブロイの波動性に起因するドップラー効果と回折・干渉効果を利用し、大気圧の等方性の崩れを引き起こして推進力を得る方法に関する。本発明はまた、前記推進方法を用いた推進装置に関し、大気中で大気熱を推進力に変換する装置に関する。本発明はまた、前記技術を用いて浮上を実現する方法に関し、かつ当該方法を用いた浮上装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在知られる主な推進技術には、自動車などで用いられるエンジンによるもの、蒸気機関、リニアモーターカーなどで用いられる磁気浮上技術、プロペラやスクリューを用いた手段がある。また、気球は、熱することで大気中に温度差を発生させ、これに伴って生ずる圧力差を利用して上昇する技術である。飛行船は、大気の主成分よりもヘリウムガスの密度が小さいことを利用して浮力を生じ、上昇するものである。さらに飛行機では、翼の上下で流体（＝大気）に圧力差を生じさせ、重力に逆らって重量を支えるという技術が用いられている。特殊な推進方法に、イオンやプラズマ粒子などの帯電粒子を磁場によって加速させ、その反作用で推進するという、イオンエンジンやプラズマエンジンを用いたものがある。また、光波の粒子性によってもたらされる運動量を推進力として用いるレーザー推進の技術がある。
【０００３】
自動車や蒸気機関、磁気浮上、スクリューやレーザー推進による浮上においては、多くの場合、力の作用点が地上に位置する。つまり、見かけ上浮上しても、実質は地上と繋がった状態と同じである。このため、地上からの影響（例えば地震等）を免れない欠点がある。
プロペラを用いたヘリコプター等の浮上技術は、力の作用点は大気中である。
飛行船は、原理的に力の作用点が大気中である。しかし、飛行船は極めて容積が大きく、取り扱いや普及に問題があると言える。そして、浮上技術として利用できる反面、水平移動の推進力としては使用できない。
【０００４】
飛行機の浮上技術の場合、飛行速度が速いほど作用する浮上力が強くなる傾向があるが、高速であること自体が危険であるし、そもそも高速でなければ飛行できないというのも危険度が高いと言える。また、空中に静止することも出来ないため、用途が移動手段に限られる。
イオンエンジンやプラズマエンジンは、大気圏内での利用はあまり現実的でない。これらの技術は、主に宇宙空間で利用されている。
【０００５】
一方、ロケットやスペースシャトルなど、宇宙空間用の飛行体は、大気圏を抜けるために大掛かりな噴射装置を用い、これ故危険であり、かつ乗組員は厳しい訓練を受けなければならない。このような背景から、宇宙旅行および月面や火星への移住の実現には多くの困難がある。
【０００６】
次に、微細レベルの物理的性質を利用した技術について見てみる。微細レベルの物理的性質を利用した推進方法の提案として、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４がある。特許文献１と特許文献２では、空気を構成する分子（以下、「空気分子」と称する）のド・ブロイ波の回折と干渉の効果を利用し、物体に作用する大気圧の等方性を崩して推進力を得るものである。
【０００７】
特許文献３では、特許文献１および特許文献２を実現するための手段の提案であり、微細構造を分散媒（主にエアロゾル）を用いて実現する点に特徴がある。
【０００８】
特許文献４では、疎密波を回折格子として用い、その伝播速度がもたらす空気を構成する分子のドップラー効果を利用したものである。
【０００９】
一方、特許文献５は、水上および水中の推進技術に関するものであり、波の回折効果を利用し、物体に作用する波力の等方性を崩して推進力を得ようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２７０５７８
【００１１】
【特許文献２】特願２００９−２４４９９７
【００１２】
【特許文献３】特願２００９−２４５９１８
【００１３】
【特許文献４】特願２００９−２６９３５５超音波を使った浮上技術
【００１４】
【特許文献５】特願２００９−２６５７９６
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】朝永振一郎著  「量子力学II」みすず書房  １９９７年
【００１６】
【非特許文献２】中村僖良著  「超音波」コロナ社  ２００６年
【００１７】
【非特許文献３】西山静男、池谷和夫、山口善司、奥島基良  共著  「音響振動工学」コロナ社  ２００６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述のように、従来の推進技術の多くは、力の作用点が地上にあるがために地上の影響を少なからず受けてしまうこと、および空中に留まることが難しいこと等の課題があった。
【００１９】
本発明は、斯かる問題点を鑑みて成されたものであり、推進力を長時間確保する仕組みを提案することを課題とする。本発明はまた、当該の仕組みを利用した推進装置を提供することを課題とする。本発明はまた、当該の仕組みを利用することにより、大気中に長時間留まる浮上装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
大気を構成する分子（以下、空気分子）の、ド・ブロイ波としての性質がもたらす回折効果を利用することで、物体にかかる大気圧の等方性を崩し、推進力をもたらす。これは、特許文献１の発明の原理を用いたものである。
【００２１】
しかし本発明では、回折に先立ち、空気分子のド・ブロイ波にドップラー効果を起こさせ、これによって長波長化させた上で回折させる。このようにすることのメリットは、大きな回折効果が得られるだけではない。通常はド・ブロイ波長が60pm程度であるという、大気中に多く存在する200m/s程度の速度を持った空気分子を、推進力の作用に利用できることが重要である。200m/sという高速なの空気分子の利用は、推進力の発生に大きく寄与する（ちなみに、ドップラー効果を用いない場合、最も大きな回折効果が発現するのは、空気分子の回折格子への入射速度が限りなく0に近いような状況である。つまり、大きな推進力を得るためには極めて不利である）。
具体的に見ていく。変位速度が大きくない推進対象の物体に連結された回折格子が、高速で変位するようにする。高速で入射した空気分子は、この回折格子によってドップラー効果を示して長波長化し、大きく回折する。そして回折後、推進対象の物体に激突させるのである。この空気分子は、回折格子に対しては大きな回折効果を示す一方で、変位速度の小さい推進対象の物体に対しては回折効果をほとんど示さず、激突する。
ここでの描像は、「空気分子が回折したために、推進対象の物体に激突した」という事象によって、推進対象の物体に激力が及ぼされたことである。しかし、回折効果の結果としての空気分子の激突過程は、古典物理学的には期待されない事象である。このため、この事象によって古典物理学的描像の下に成り立っていた大気圧の等方性は崩れ、推進力が現出するのである。
【００２２】
以上の描像を実現するため、本発明では、音波あるいは超音波による疎密波を、回折格子として用いる。具体的には、推進対象の物体の系内で疎密波を進行波として伝播する。ただし、この疎密波は大気中に晒され、伝播媒体は大気である。もし、空気分子の飛行速度が疎密波の伝播速度に近いならば、ドップラー効果により、長いド・ブロイ波長で疎密波の回折格子に入射する。そして回折後のド・ブロイ波を、推進対象の物体か、あるいはここで回折をもたらした疎密波とは逆方向（真逆でなくても良い）に進行する疎密波に激突させる（疎密波は推進対象の物体で構成される系内に留める。このため、逆方向の疎密波が当該の系内に存在しているような構成は、充分に考え得る）。この激突により、系に推進力がもたらされる。
音波や超音波は常温常圧下では320m/s程度であり、空気分子の平均速度200m/sと同オーダーである。後術の実施例で具体的に示すが、回折格子を担う疎密波の伝播速度の方向に対し、特定の角度だけ傾斜した方向から空気分子が入射する場合には、両者の相対速度の、該入射方向成分はほとんど０である。この結果、回折格子に対する空気分子のド・ブロイ波長が長くなる。
【００２３】
ところで、以上で述べた描像は、一般に空気分子の自由行程の範囲内で期待される事象である。しかし、空気分子の自由行程は短距離である。そこで本発明では、疎密波の直進性を利用し、微細な構成の推進系を作成する方法を提案する。すなわち、２本の疎密波を交差させるか、あるいは１本の疎密波を反射板に反射させるのである。なお、疎密波は連続的に発せられ続けるものとする。
すると、交差点近傍、あるいは反射部近傍では、違う方向に伝播する２本の疎密波が近接した状況が実現する。互いに近接した、方向の相違なる２本の疎密波のそれぞれの蜜部同士の距離は、交差点あるいは反射部に近付くほど短くなる。
これらの蜜部は、反射面、あるいは交差する疎密波の中線に垂直な面方向に、伝播速度の成分を有する。これらの面を、ここで注目している蜜部を含むように配するならば、同面に平行に同面上を入射してきた空気分子については、２つの蜜部に対するドップラー効果と回折効果により、その進路を曲げることが期待できる。
なお、確かに２本の疎密波を近接させることはできるが、他方で次のような見方が可能である。すなわち、疎密波が近接する領域では、全体として大気の疎密の変動が激しく、自由行程が長くなる瞬間が多く存在する。よって、推進力が作用する描像が成り立つのである。
【００２４】
また、推進力は疎密波を経由して推進対象の物体に及ぼされることに注意が必要である。故にここで用いている疎密波は、一連の推進の過程が終了した後も、推進対象の系内に留める。あるいは、減衰が少ないならば、このような疎密波は再利用することが望ましい。他方、空気分子の自由行程を長くするために導入した定在波についても、できるだけ推進対象の系から外部に出射しないようにし、再利用することが望ましい（ただし、この定在波については、例え外部に漏れ出ても推進力が逃げてしまう訳ではない）。
【００２５】
なお、明示的に空気分子の自由行程を長くしたい場合には、空気分子が回折格子に入射してから推進力の作用に至るまでに、空気分子が飛行する領域が節部となるように、高強度の定在波を伝播させる。ここで、この定在波の節部の体積は大きい方が望ましいので、好ましくは、定在波として長波長のものを用いる。また、定在波の周期を長くすれば、自由行程が長いような期間を、空気分子が回折格子に入射後、推進力の作用に至るまでの時間間隔に渡って保持できる。
【００２６】
ここで説明した疎密波の反射や交差の描像を複数組み合わせることで、近接した複数の蜜部によって、より大きな回折効果を発現させられる。このとき、交差点あるいは反射部を１点を共用しても良いが、分散させても良い（位置を分散させる場合には、できるだけ互いに近い位置に集めることが望ましい）。なお、分散のさせ方次第では、より大きな回折効果を期待できる。また、分散させることで疎密波同士の相互作用が減り、その減衰効果を小さく抑えられるというメリットもある。
また、交差角や反射角を調節すれば、得られる推進力の向きと大きさを調節可能である。
【００２７】
ところで、回折格子として用いる疎密波を高強度にすれば、その回折効果はより顕著なものとなる。他方、自由行程を長くするために導入する疎密波の定在波も、高強度にするほど自由行程の長距離化を実現できる。
疎密波の直進性についてであるが、超音波は通常の音波に比べて直進性が強い。そのため、超音波を用いると推進力の発生効率を高めることが可能である。また音波や超音波の代わりに、これらの波群を用いても良い。波群を用いると、波長や周期をある程度容易に設定できるので、推進力を調節する際に便利である。また、入射した空気分子の自由行程を長くするために定在波の波群を用いると、その制御が容易である。先に述べたように、このような定在波は波長を長くしたり、あるいは周期を長くしたりする要求が強いが、波群を用いれば、この要求に比較的容易に応えられる。
【００２８】
以上の議論では、交差や反射を利用した描像を示した。これらを反復して推進対象の物体の系に盛り込むことで、より大きな推進力が得られる。特に反射については、このような反復利用には最適である。
そして、以上で述べてきた推進力を発生させる装置を多数集積すれば、より大きな推進力を得ることができる。
【００２９】
ところで、本発明では、ドップラー効果によるド・ブロイ波の長波長化により、推進力が作用する回折格子の代表的な長さを大きくすることに成功している。このことは、大気中に漂う塵や埃などが推進力の作用に及ぼす影響も小さくできることをも意味している（もし仮にドップラー効果を用いないならば、数多く存在する200m/sの速度の空気分子のド・ブロイ波長は60pmである。このような空気分子が回折効果を発現するようにするには、代表的な長さが数百pmオーダーの系を用意しなければならない。このようなサイズの系においては、大気中の塵や埃による影響が極めて大きい）。
【００３０】
ここまでで述べた推進装置の実現方法について、一つの手法を提案する。まず、本発明の場合、多くの高強度疎密波を要することから、装置が大掛かりとなってしまうという問題がある。
そこで、用途にもよるが、推進対象の物体の可動範囲が限定できるのならば、推進対象の物体と疎密波の音源等の部分を分離してしまうのである。ただし、これらは互いに連結されていなければならないから、例えば互いに紐で繋がれたような状況を作り上げる。この場合、疎密波は紐の内部に設けられたチューブを通じて推進対象の物体に伝播していく。疎密波の音源のみを地上に配し、そこからケーブルで浮上装置に疎密波を供給し、浮上させるといった用途が考えられる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明は、大気を作用点にして推進力を得ることを可能にする。また、いかに推進対象の物体を推進に適した形態にするかで、際限なく大きな推進力が得られる点が重要である。
【００３２】
本発明により、空中での静止が可能となるだけでなく、水平方向・垂直方向の空中での移動手段等を可能にする。また、本発明を宇宙船や軌道エレベータに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、実施例１で用いる装置の簡単な構成を示した鳥瞰図である。（実施例１）
【図２】図２は、図１を方向αから眺めた場合の表記方法を示した図である。（実施例１）
【図３】図３は、実施例１の発明を実現するための装置を示した図である。（実施例１）
【図４】図４は、図３の装置における推進力の作用部分を拡大した鳥瞰図である。（実施例１）
【図５】図５は、推進力の作用に寄与する面[±0]の位置を示した鳥瞰図である。（実施例１）
【図６】図６は、面[±0]上の様子を示した断面図である。（実施例１）
【図７】図７は、空気分子１が面[±0]上を+y'方向に入射した際の様子を示した図である（u'が超音波の伝播速度のy'方向成分よりも大きい場合）。（実施例１）
【図８】図８は、空気分子１が面[±0]上を+y'方向に入射した際の様子を示した図である（u'が超音波の伝播速度のy'方向成分よりも小さい場合）。（実施例１）
【図９】図９は、空気分子２が面[±0]上を-y'方向に入射した際の様子を示した図である（w'が超音波の伝播速度のy'方向成分よりも大きい場合）。（実施例１）
【図１０】図１０は、空気分子２が面[±0]上を-y'方向に入射した際の様子を示した図である（w'が超音波の伝播速度のy'方向成分よりも小さい場合）。（実施例１）
【図１１】図１１は、推進力の作用に寄与する面[+1]〜面[+3]の位置を示した鳥瞰図である。（実施例１）
【図１２】図１２は、推進力の作用に寄与する面[-1]〜面[-3]の位置を示した鳥瞰図である。（実施例１）
【図１３】図１３は、面[±0]と面[+1]〜面[+3]、および面[-1]〜面[-3]におけるx'y'z座標系とV'とV''を図示したものである。（実施例１）
【図１４】図１４は、実施例２の発明を実現するための装置を示した図である。（実施例２）
【図１５】図１５は、図１４の装置における推進力の作用部分（ω1部）を拡大した鳥瞰図である。（実施例２）
【図１６】図１６は、推進力の作用に寄与する面[+1]〜面[+3]と面[±0]の位置を示した鳥瞰図である。（実施例２）
【図１７】図１７は、推進力の作用に寄与する面[-1]〜面[-3]と面[±0]の位置を示した鳥瞰図である。（実施例２）
【図１８】図１８は、ω１部における面[±0]上の様子を示した断面図である。（実施例２）
【図１９】図１９は、ω１部における面[+1]〜面[+3]上の様子を示した断面図である。（実施例２）
【図２０】図２０は、ω１部における面[-1]〜面[-3]上の様子を示した断面図である。（実施例２）
【図２１】図２１は、面[±0]と面[+1]〜面[+3]、および面[-1]〜面[-3]におけるx'y'z座標系とV'とΔVを図示したものである。（実施例２）
【図２２】図２２は、ω１部に空気分子１が入射する際の様子を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。（実施例２）
【図２３】図２３は、ω１部に空気分子２が入射する際の様子を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。（実施例２）
【図２４】図２４は、図１４の装置における推進力の作用部分（ω２部）を拡大した鳥瞰図である。（実施例２）
【図２５】図２５は、推進力の作用に寄与するω２部にける面[+1]〜面[+3]と面[±0]の位置を示した鳥瞰図である。（実施例２）
【図２６】図２６は、推進力の作用に寄与するω２部にける面[-1]〜面[-3]と面[±0]の位置を示した鳥瞰図である。（実施例２）
【図２７】図２７は、ω２部における面[±0]上の様子を示した断面図である。（実施例２）
【図２８】図２８は、ω２部における面[+1]〜面[+3]上の様子を示した断面図である。（実施例２）
【図２９】図２９は、ω２部における面[-1]〜面[-3]上の様子を示した断面図である。（実施例２）
【図３０】図３０は、ω２部の面[±0]と面[+1]〜面[+3]、および面[-1]〜面[-3]におけるx'y'z座標系とV'とΔVを図示したものである。（実施例２）
【図３１】図３１は、ω２部に空気分子１が入射する際の様子を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。（実施例２）
【図３２】図３２は、ω２部に空気分子２が入射する際の様子を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。（実施例２）
【図３３】図３３は、実施例３で用いる装置の簡単な構成を示した鳥瞰図である。（実施例３）
【図３４】図３４は、図３３を方向α2から眺めた場合の表記方法を示した図である。（実施例３）
【図３５】図３５は、実施例３の発明を実現するための装置を示した図である。（実施例３）
【図３６】図３６は、図３５に示された実施例３の装置のβ3部を拡大した鳥瞰図である。（実施例３）
【図３７】図３７は、図３６に示されたβ３部における面[±0]上の様子を、図示したものである。（実施例３）
【図３８】図３８は、図３７に示された面[±0]上において、空気分子１が下部から入射する場合をド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。（実施例３）
【図３９】図３９は、図３７に示された面[±0]上において、空気分子がy方向に正の速度成分を持って、最下部と下から２番目の蜜部の間に入射してきた場合を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。（実施例３）
【図４０】図４０は、図３７に示された面[±0]上において、空気分子がy方向に正の速度成分を持って、中央の２つの蜜部の間に入射してきた場合を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。（実施例３）
【図４１】図４１は、図３７に示された面[±0]上において、空気分子がy方向に正の速度成分を持って、最上部と上から２番目の蜜部の間に入射してきた場合を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。（実施例３）
【図４２】図４２は、図３７に示された面[±0]上において、空気分子２がy方向に負の速度成分を持って入射してきた場合を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。（実施例３）
【図４３】図４３は、図３５のβ４部を拡大した鳥瞰図である。（実施例３）
【図４４】図４４は、図４３に示されたβ４部の面[±0]の断面図を図示したものである。（実施例３）
【図４５】図４５は、図４４に示されたβ４部の面[±0]上における、空気分子１の入射の描像を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。（実施例３）
【図４６】図４６は、図４４に示されたβ４部の面[±0]上において、空気分子がy方向の正の速度成分を持って２つの蜜部の間に入射した場合の描像を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したもである。
【図４７】図４７は、図４４に示されたβ４部の面[±0]上における、空気分子２の入射の描像を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。（実施例３）
【図４８】図４８は、図３５のβ５部を拡大した鳥瞰図である。（実施例３）
【図４９】図４９は、図４８に示されたβ５部の面[±0]の断面図を図示したものである。（実施例３）
【図５０】図５０は、実施例４の装置の構成を示した図である。（実施例４）
【図５１】図５１は、図５０に示されたβ６部を拡大した鳥瞰図である。（実施例４）
【図５２】図５２は、図５１に示された面[±0]上の様子を示した断面図である。（実施例４）
【図５３】図５３は、実施例５のポイントを示した、面[±0]上の様子を表わす図である。（実施例５）
【図５４】図５４は、図５３における空気分子１の入射を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。（実施例５）
【図５５】図５５は、図５３における空気分子２の入射を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。（実施例５）
【図５６】図５６は、実施例６の装置の全体図を示したものである。（実施例６）
【図５７】図５７は、図５６におけるβ７部を拡大し、超音波の定在波と進行波の構成を示した図である。（実施例６）
【図５８】図５８は、図５７を、定在波の腹と節（図では疎密部で表現）の区別を明確にして示した図である。（実施例６）
【図５９】図５９は、図５８に示したβ８部を拡大した図である。（実施例６）
【図６０】図６０は、図５９において、定在波の腹同士、および節同士の連なり（疎同士、および密同士の連なり）をy方向に沿うように調節した様子を示した図である。（実施例６）
【図６１】図６１は、実施例６において、z方向の系の構成として図１に示した構成を用いた場合の例示である。（実施例６）
【図６２】図６２は、図６１の構成において、空気分子１が入射した際の描像を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである（u'＞V'）。（実施例６）
【図６３】図６３は、図６１の構成において、空気分子１が入射した際の描像を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである（u'＜V'）。（実施例６）
【図６４】図６４は、図６１の構成において、空気分子２が入射した際の描像を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである（w'＞V''）。（実施例６）
【図６５】図６５は、図６１の構成において、空気分子２が入射した際の描像を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである（w'＜V''）。（実施例６）
【図６６】図６６は、実施例７で用いる装置の簡単な構成を示した鳥瞰図である。（実施例７）
【図６７】図６７は、図６６を方向α３から眺めた場合の表記方法を示した図である。（実施例７）
【図６８】図６８は、実施例７の装置の構成を示した図である。（実施例７）
【図６９】図６９は、図６８に示されたβ９部を拡大した鳥瞰図である。（実施例７）
【図７０】図７０は、図６８に示されたβ９部における面[±0]の位置を図示したものである。（実施例７）
【図７１】図７１は、図７０に示された面[±0]上の様子を図示したものである。（実施例７）
【図７２】図７２は、β９部の面[±0]上において、空気分子１が入射した際の描像を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである（u'＞V'）。（実施例７）
【図７３】図７３は、β９部の面[±0]上において、空気分子２が入射した際の描像を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである（w'＞V''）。（実施例７）
【図７４】図７４は、実施例８で用いる装置の簡単な構成を示した鳥瞰図である。（実施例８）
【図７５】図７５は、図７４で示した構成を、方向αから眺めた場合の表記方法を説明した図である。（実施例８）
【図７６】図７６は、実施例８の装置の構成を示した図である。（実施例８）
【図７７】図７７は、図７６のβ１２部を拡大した鳥瞰図である。（実施例８）
【図７８】図７８は、図７７に示した面[±0]上の様子を図示したものである。（実施例８）
【図７９】図７９は、図７８に示した面[±0]上での空気分子１の入射の際の描像を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。（実施例８）
【図８０】図８０は、図７８に示した面[±0]上での空気分子２の入射の際の描像を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。（実施例８）
【図８１】図８１は、本発明の原理を簡潔に説明した図である。（要約書）
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００３４】
図面を使って、本発明の実施の形態を説明する。
図１の説明：図１は、本実施例で用いる超音波音源と超音波、および反射板の簡単な構成を示したものである。当該の超音波は進行波である。なお、超音波の代わりに超音波の波群を用いても良い。
【００３５】
図２の説明：図２は、図１の鳥瞰図に示された方向αから系を眺めた場合の、表記方法を示した図である。図２では、音源とそこから発せられた超音波に関する情報のうち、紙面に垂直な方向の情報が描かれていない。この情報の欠如は、図中の表記によって補われていることに注意する。
【００３６】
図３の説明：図３は、本実施例の発明を実現するための装置を表わした図である（同図では、図２で示した表記方法を用いている）。装置は大気下に配されている。図には示されていないが、超音波の音源や反射板１や反射板２等、系を構成する装置は全て互いに連結されているものとする。
同図に示した装置の特徴は、特定の反射角を採用し、反射板１と反射板２で超音波を繰り返し反射させていることである。本実施例では、この装置にy方向（正方向か負方向かは系の設定パラメータによって決まる）に推進力が作用することを期待する。
【００３７】
図４の説明：図４は、図３に示されたβ１部を拡大して示した鳥瞰図である。なお、図３に示されたβ２部の拡大図は、図４において反射板２を反射板１に変え、系をyz面に関して対称に変換すれば得られる。これらのβ１部とβ２部は、実施例１の装置における推進力の作用部分である。図４に示したように、超音波の反射角をΘとした。
【００３８】
図５の説明：実際に推進力が作用する様子を示すため、図５に示した面[±0]に着目する。面[±0]の部分は、推進力の作用に大きく寄与する。なお、面[±0]はyz面に平行とし、反射部の近傍に位置している（平均自由行程が大きい程、反射部から離れたものも推進力に寄与する面[±0]として採用可能となる。平均自由行程については、後で補足説明する）。図５では、分かりやすくするために面[±0]上の蜜部を黒く塗りつぶして示した。本実施例では、黒く塗りつぶした蜜部のうち、上方の４つを蜜部γと呼ぶことにする。
【００３９】
図６の説明：面[±0]上の様子を図６に示す。なお、この断面上の座標系として、紙面に平行な方向のうち、上方をy'軸に取る。また、紙面に垂直に表から裏に向かう向きにx'軸を取る。ただし、ここではx'軸とx軸、y'軸とy軸が平行であることに注意する（面[±0]がyz面に平行なため）。断面上を右に向かう向きをz軸とし、これは図４に示したz軸と同一である。
図６には、+y'方向に入射する、空気を構成する分子（「空気分子１」と称する。なお、以下では一般に空気を構成する分子を「空気分子」と表現する）と-y'方向に入射する空気分子２が描かれている。これらの空気分子は、x'成分やz成分を持っていてもよいが、ここでは議論を明確にするため、これらの成分値が0であるものと考えている。
空気分子の平均速度は、０℃１気圧下では約200m/sである。そこで、ここでは全ての空気分子が200m/sと同オーダーの速さをもって運動しているものと考える。
また、図６にはそれぞれの蜜部が速度を持って運動していることが矢印によって示されている。これは、超音波が進行波として伝播していることによるものであり、この速度の向きと大きさが推進力の作用に大きく影響する。そこで、まずV'とV''の大きさを求めるため、超音波の伝播速度をVとする。すると、超音波の反射板２に対する反射角がΘである（図４）ことから、伝播速度の面[±0]上の成分の大きさは  V・sinΘ  である。図６中のV'とV''は、面[±0]においては  V'＝V''＝V・sinΘ となる。
【００４０】
図７の説明：図７は、図６に示された空気分子１が入射した際の描像を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。同図では、空気分子１のy'方向の速度成分u'が、微小な速度Δv(＞0)を用いて  u'＝V・sinΘ+Δv  と表わされる場合が示されている。また、空気分子１と同じ向きのy'方向の速度成分を持つ蜜部を白色で示し、空気分子１と逆向きのy'方向の速度成分を持つ蜜部を黒色で示している。
空気分子の0℃1気圧下でのド・ブロイ波長は、空気分子の速度が200m/sの場合には60pm程度であり、非常に短い。このままでは、空気分子のド・ブロイの波動性から回折効果を取り出すことは困難である。そこで、本発明では、速度が200m/sのオーダーの空気分子が関与する大きな回折効果を取り出すため、ドップラー効果を用いることを提案した。本実施例においては、u'＝V・sinΘ+Δv  が成立する状況下では、白色の蜜部から見ると、空気分子のド・ブロイ波長が長くなっていることを利用する。さらに述べるならば、この状況をもたらした超音波の、疎密波としての構造そのものを回折格子として利用することで、長波長の空気分子のド・ブロイ波が大きく回折するようにする。空気分子の大きな回折効果は、系の形状の３次元的な異方性が、そのまま大気圧の等方性の崩れに結びつく。この大気圧の等方性の崩れによって、系に推進力を作用させるのである。
具体的に見ていく。まず、図７に示したように、下部の白色の蜜部によって空気分子１は大きく回折する。この結果、ド・ブロイ波の一部が上部の黒色の蜜部γにぶつかり、大きな激力を与えるのである。
ここで、空気分子１が黒色の蜜部に衝突することによって大きな激力が与えられる理由は、空気分子１と黒色の蜜部との相対速度の大きさに起因する。相対速度が大きいために、空気分子１は黒色の蜜部に対してはほとんど波動的性質を示さず、衝突して激力を作用する。他方、空気分子１と白色の蜜部との衝突でやりとりされる激力は、ほとんど無視できる。これは、両者が同じ向きで同じ程度の速さで衝突するためである。場合によっては、ドップラー効果によって空気分子１のド・ブロイ波長が長くなり、白色の蜜部を回折して衝突による激力をさらに小さくするという作用も考えられる。
【００４１】
図８の説明：図８は、図７におけるu'の設定を、u'＝V・sinΘ-Δv  と変えた場合を、ド・ブロイ波の波動的描像で示したものである。空気分子１の+y'方向成分の速度u'が、超音波のy'方向成分V・sinΘより少しだけ小さい状況とは、次のような描像である。
すなわち、空気分子１は、入射の際に図８の下部の２つの黒色の蜜部の間を通り抜ける。しかし、この時点では、空気分子１はまだ図８の下部の２つの白色の蜜部に出会っていない（従って黒色の蜜部と出会っただけの状況であり、空気分子１は回折効果をほとんど示していない）。続いて、空気分子１が下部の黒色の蜜部の間を通り抜けた直後（もしくは通り抜けている最中）、下部の２つの白色の蜜部が、空気分子１より少しだけ大きな速度で空気分子１にぶつかってくる。このときのぶつかり方は、空気分子１が進行方向後方から白色の蜜部に追突されるようなイメージである。結果、空気分子１はぶつかってきた白色の蜜部に対して回折効果を呈す。回折効果は、ぶつかった白色の蜜部に固定された座標系から見ると、-y'方向に向かうように起こる。しかし、注目している面[±0]上に固定された座標系上では、空気分子１のド・ブロイ波は+y'方向に伝播している。よって、面[±0]上での空気分子１のド・ブロイ波の伝播は、ここでの回折効果によって図８に示したような波形となる。
なお、空気分子１にぶつかってきた下部の２つの白色の蜜部は、衝突直後、一瞬にして面[±0]上から姿を消す。つまり、下部の白色の蜜部が、空気分子１に対して与える影響は一度の衝突のみである。これは、超音波がx'z方向の速度成分を持って伝播しているためである。
【００４２】
図９の説明：図９は、図６に示された空気分子２が入射した際の描像を、ド・ブロイ波の波動的性質に着目して図示したものである。同図では、空気分子２の-y'方向の速度成分w'が、w'＝V・sinΘ+Δv  と表わされる場合が示されている。そして、空気分子２と同じ向きの-y'方向の速度を持つ蜜部を白色で示し、空気分子２と逆向きの+y'方向の速度を持つ蜜部を黒色で示している。
このとき、空気分子２は上部の白色の蜜部によって大きな回折効果を示す。しかし、同図より、回折したド・ブロイ波の多くが下部の黒色の蜜部にぶつからないことが分かる。結果として、注目している系に作用する激力は小さいものとなる。
【００４３】
図１０の説明：図１０は、図９におけるw'の設定を、w'＝V・sinΘ-Δv  と変えた場合を、ド・ブロイ波の波動的描像に着目して図示したものである。これは、空気分子１における図８の描像と同様である。図１０を見ると、図９同様、やはり注目している系に作用する激力は小さいことが分かる。
【００４４】
面[±0]に着目した上記の議論において、もし仮に超音波の伝播速度を319m/sとした場合、Θ＝39°程度となるように設計すれば、V'＝V''≒200m/s  となるようにできる。なお、本発明では、超音波の音速を、200m/s程度の空気分子のド・ブロイ波に対するドップラー効果のために利用しているが、これら２つの速度が、同じオーダーであることが本発明の実用性を高めている。つまり、上記のようにΘの調節によってV'やV''の値を変更できるが、あまりにΘの値に対して敏感にV'やV''の値が変動してしまっては、人工的な制御が難しくなってしまう。逆にΘの値に対するV'やV''の値の変動が鈍感であっても使えない。本発明では、超音波の音速と空気分子の速度が同オーダーのため、敏感でも鈍感でもない、制御に最適なパラメータΘが提供できるのである。
【００４５】
以上の激力が作用する過程は、注目している系が平均自由行程のオーダーである場合に成立することに注意が必要である。これに関し、高強度超音波を用いれば、注目している系における大気の疎密の差を全体的に大きくすることが可能である。このような疎密の変化の下では、空気分子が疎部に入射した場合における自由行程を長くできる。具体的には、注目している系の大きさのオーダーにまで伸ばすことが可能である（この他、後述の実施例では、自由行程を明示的に長くする方法を取り入れたものも紹介する）。一方、面[±0]を反射部（図５を参照）に近付けて取ることにより、上部の蜜部γと下部の蜜部の間の距離を小さくすることができ、その分短い自由行程で推進力を得ることが可能となる（このことは、本発明が提案する「超音波の反射現象」を利用した恩恵であり、本発明の特徴である）。ここで述べた自由行程に関する議論は、以降の議論においても同様に成り立つものである。
【００４６】
図１１、図１２、図１３の説明：面[±0]と同様に推進力に寄与する部分として、図１１に示す面[+1]、面[+2]、面[+3]、・・・と、図１２に示す面[-1]、面[-2]、面[-3]、・・・がある。これらの面に関しても、前述の図６から図１０までと同様の議論が成立する。ただし、それぞれの面毎に、紙面の表面から裏面に向かう向きにx'軸を定義していることと、このx'の正方向と元からあるz軸の正方向に対し、面の上方に向かってy'軸を定義していることに注意が必要である。また、これらの面では  V'≠V''  である。すなわち、面[+]の場合は  V''＜V・sinΘ＜V'  であり、面[-]の場合は  V''＞V・sinΘ＞V'  である。それぞれの面毎のx'y'z座標系とV'、およびV''を図１３に示している。しかし、推進力に寄与する面に関しては、|V''-V'|はVのオーダーに比べると小さいものと考えられる。理由の一つは、面[±0]から離れる程、面上の上部の蜜部と下部の蜜部間の距離が伸び、平均自由行程の長さからくる推進力の低減効果が顕著になることによる。
【００４７】
いずれにしても、面[±0]も、これに対応する面[+]や面[-]は無数に存在しており、これらはV・sinΘ近傍のいろいろな種類のV'、V''が、推進力への寄与のために与えられていることを示す。また、空気分子の回折による推進力への寄与は、Δvが小さいほど大きい。Δvの大きさ毎に推進力への寄与を足し合わせることで、推進力の実効値が得られる。
図６から図１０までの議論は、空気分子の入射パターンの一部を示したに過ぎない。しかし、空気分子のド・ブロイの波動性に起因するドップラー効果と回折効果により、注目している系にかかる大気圧等方性を崩すことが期待でき、これが推進力として系に作用する。
ここまで図３におけるβ1部を中心に見てきたが、β2からの推進力への寄与もy方向成分に関してはβ1からの寄与と同じであることが期待できる（系の対称性による）。推進力へのz方向成分とｚ方向成分への寄与は、β1とβ2で相殺されることが期待できる（系の対称性による）。よって、y方向に推進力が作用する。さらに、図３のような反射を多数生じさせることにより、大きな推進力を得ることが出来る。
【実施例２】
【００４８】
図１４の説明：図１４は、本実施例の発明を実現するための装置を表わした図である（同図では、図２で示した表記方法を用いている）。装置は大気下に配されている。図には示されていないが、超音波の音源や反射板等、系を構成する装置は全て互いに連結されているものとする。
【００４９】
図１５の説明：図１５は、図１４に示されたω１部を拡大して示した鳥瞰図である。ω１部と後で示すω２部は、本実施例の装置における、推進力の作用部分である。
【００５０】
図１６、図１７の説明：実施例１と同様に、ω１部において推進力に寄与する部分として、図１６に示す面[+1]、面[+2]、面[+3]、・・・と、図１７に示す面[-1]、面[-2]、面[-3]、・・・、および両図に示された面[±0]がある。それぞれの面毎に、紙面に垂直に表面から裏面に向かう向きにx'軸を取り、このx'の正方向と元からあるz軸の正方向に垂直に、面の下方に向かってy'軸を取る。なお、面[±0]においては、x'軸とy'軸はそれぞれx軸とy軸に一致している。
【００５１】
図１８の説明：図１８は、図１６と図１７に示された面[±0]上の様子を示した断面図である。面[±0]上においては、x'y'z座標系は、xyz座標系と一致している。
上部の蜜部は、面[±0]に垂直な方向の速度成分しか持たないため、この断面上では静止している。このため、空気分子２による、回折効果を利用した系への激力の作用はほとんど０である。他方、下部の蜜部は面[±0]上でV'の速度を持つが、このV'は空気分子の速度のy'方向成分であるu'やw'と同オーダーである。このため、空気分子１は下部の蜜部のうち速度方向が一致する２つと顕著な回折効果を示し、上部の蜜部と激突して激力を及ぼし得る。
【００５２】
図１９、図２０、図２１の説明：図１９は、図１６に示された面[+1]〜面[+3]上の様子を示した断面図である。また、図２０は、図１７に示された面[-1]〜面[-3]上の様子を示した断面図である。面[±0]からの乖離に応じ、上部の蜜部は速度ΔVを持つようになるが、ΔVは空気分子の速度である200m/sよりも小さなオーダーである。それぞれの面上でのx'y'z座標系と、対応するV'、およびΔVの関係を図２１に示した。
【００５３】
図２２、図２３の説明：ところで、ΔVが小さなオーダーであることは、入射してくる空気分子１や空気分子２がΔVの速度を持つ上部の蜜部と遭遇しても、ほとんどドップラー効果によるド・ブロイ波の長波長化を期待できないことを意味する。つまり、ド・ブロイ波としての振舞いは、最終的には面[±0]上での様子とほとんど同じ状況である。これらの面、および面[±0]上での様子を、空気分子のド・ブロイ波の描像に着目して示すと、図２２と図２３のようになる。図２２は、空気分子１の入射の様子であり、図２３は空気分子２の入射の様子である。
系に回折効果に伴う激力が作用するのは、空気分子１の入射時のみである（図２２）。この点が本実施例の構造上のポイントである。
【００５４】
図２４、図２５、図２６、図２７、図２８、図２９、図３０、図３１、図３２の説明：これらの図は、ω１部における議論と全く同様の議論をω２において繰り返したものである。ポイントは、推進力の作用部分の断面上（ω2部における面[±0]、面[+1]、面[+2]、面[+3]、面[-1]、面[-2]、面[-3]）では、下部の蜜部がほとんど静止していることである。このため、下部から入射してくる空気分子１による回折効果を利用して系に激力を及ぼすことはほとんど期待できない。一方、上部の蜜部の速度V'は空気分子の速度200m/sと同オーダーであり、上部から入射してくる空気分子２が呈する回折効果を利用することで、系に激力を及ぼし得る。
図３１と図３２は、空気分子のド・ブロイの波動性に着目して面上の様子を図示したものである。空気分子１の回折効果を利用して系に与え得る激力はほとんど０だが、空気分子２の回折効果を利用して系に与え得る激力は無視できない。
【００５５】
ω１部における空気分子１の作用（図２２）と、ω２部における空気分子２の作用（図３２）とでは、回折効果の起こり方の互いに起因する差異があるはずである。このような空気分子の入射に伴う回折効果の違いが、系に及ぼされるｙ方向の激力のバランスを崩し、装置に推進力が作用することとなる。
【実施例３】
【００５６】
図３３の説明：図３３は、本実施例で用いる超音波音源と超音波、および反射板の簡単な構成を示したものである。超音波は進行波である。なお、超音波の代わりに超音波の波群を用いても良い。
【００５７】
図３４の説明：図３４は、図３３の鳥瞰図に示されたα2方向から系を眺めた場合の、表記方法を示した図である。
【００５８】
図３５の説明：図３５は、本実施例の発明を実現するための装置を表わした図である（同図では、図３４で示した表記方法を用いている）。装置は大気下に配されている。図には示されていないが、超音波の音源や反射板等、系を構成する装置は全て互いに連結されているものとする。
構成の特徴としては、超音波の２筋の進行波がβ3部共通の反射部で反射する一方、β4部とβ5部ではそれぞれの超音波の筋が反射部を共有しないことである。また、β3部における反射では、それぞれの超音波の筋が、違う反射角で入射することも重要な特徴である。本実施例では、この装置にy方向（正方向か負方向かは系の設定パラメータによって決まる）に推進力が作用することを期待する。
【００５９】
図３６の説明：図３６は、図３５に示されたβ３部を拡大した鳥瞰図である。β３部は、実施例３の装置における推進力の作用部分である。同図に示したようにxyz軸を取り、反射部の近傍にyz面に平行な面[±0]を取り、推進力の作用を見ていく。実施例１や実施例２では面[+1]〜面[+3]や面[-1]〜面[-3]にも着目したが、以降ではこの議論は省略する（面[±0]に近い面[+]や面[-]に興味はあるが、これらの面上での状況は、本質的に面[±0]と同じであるからである）。
【００６０】
図３７の説明：図３７は、図３６に示されたβ３部の面[±0]上の様子を図示したものである。空気分子１が下部から、空気分子２が上部から入射している。それぞれの速度のy方向成分の大きさは、u'、w'である。また、β３部における反射で、反射角の小さい方の超音波の速度のy成分をV'、反射角の大きい方の超音波の速度のy成分をV''とした。２筋の超音波の３次元伝播速度が共に等しいならば、面[±0]上の速度成分について、V'＜V''が成り立つ。
【００６１】
図３８の説明：図３８は、空気分子１の入射イメージを、ド・ブロイの波動的描像で示したものである。最下部の蜜部は空気分子１と逆方向の速度成分を持つため、この蜜部において、空気分子１はほとんど回折しない。しかし、図の中央の２つの蜜部の速度は、空気分子１と同方向のため、これらの蜜部によって空気分子１は回折する。結果として、空気分子１のド・ブロイ波の一部が、最上部の蜜部に激突することとなる。
【００６２】
図３９、図４０、図４１の説明：図３８に示した空気分子１の入射だけでは、yの正方向の速度成分を持って系に入射してくる空気分子の推進力への寄与の描像を全て捕らえたことにはならない。補うべき描像のうち特徴的なものの一つは、図３８における最下部の蜜部（黒色）と下から２番目の蜜部（白色）の間に、y 方向の正の速度成分を持った空気分子が入射してくる場合である。この描像を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものが図３９である（便宜的に、入射する空気分子のy方向の速度成分をu'としている）。
他の特徴的な描像としては、図３８における中央の２個の白色の蜜部の間に、y 方向の正の成分を持って空気分子が入射してくるようなものもある。図４０は、この描像をド・ブロイの波動性に着目して図示したものである（便宜的に、入射する空気分子のy方向の速度成分をu'としている）。
また、推進力への寄与は大きくないものと思われるが、図４１には、空気分子が最上部と上から２番目の蜜部の間に入射した場合の描像を、ド・ブロイの波動性に着目して示した（便宜的に、入射する空気分子のy方向の速度成分をu'としている）。
【００６３】
図４２の説明：図４２は、図３７における空気分子２の入射の際の描像を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。同図より、最上部の蜜部による大きな回折効果のため、空気分子２のド・ブロイ波の一部が中央の黒色の蜜部に激突していることが分かる。
なお、空気分子１等のようにyの正方向に入射する場合には、図３９〜図４１等等、いろいろな描像を考慮する必要があったが（これは、yの正方向の速度成分を持って入射してくる場合には、中央の２つの蜜部が「白色の蜜部」となり、大きな回折効果の源泉となったからである）、空気分子２のようにyの負方向に入射する場合には、図４２の描像を考慮するのみでよい（yの負方向への入射の場合には、中央の２つの蜜部が「黒色の蜜部」となり、回折効果の源泉とならないためである）。
【００６４】
図４３の説明：図４３は、図３５におけるβ４部を拡大した鳥瞰図である。反射部の近傍に面[±0]を取る。
【００６５】
図４４の説明：図４４は、図４３に示された面[±0]上の様子を示した図である。
【００６６】
図４５、図４６の説明：図４４において、下部から入射する空気分子１から見ると、蜜部はともに同方向で同じ程度のオーダーの速度を持っているから（すなわち、「白色の蜜部」となる）、大きな回折効果を示す。図４５と図４６は、この回折の状況をド・ブロイの波動性に着目して示したものである（図４５は空気分子１の描像であるが、図４６は、空気分子１の描像ではない。図４６の描像は、yの正方向の速度成分を持って、２つの蜜部の間に入射してきた空気分子のものである）。しかし、面[±0]上には、ここでの入射空気分子と相対速度の大きい蜜部（すなわち「黒色の蜜部」）が存在しない。よって、激力のやり取りはほとんどなく、推進力への寄与は小さい。
【００６７】
図４７の説明：他方、面[±0]上における空気分子２の入射の様子を、図４７に示す。同図より分かるように、空気分子２は蜜部にぶつかって激力を及ぼす。しかし、この激力の原因は、空気分子２の回折効果の結果としてもたらされたものではない。つまり、空気分子２による推進力への寄与も、無視できるほど小さいと言える。
【００６８】
図４８、図４９の説明：β４部における議論は、そのままβ５部にも適用できる。図４８は、図３５におけるβ５部を拡大した鳥瞰図であり、反射部の近傍に面[±0]を取る。この面[±0]上の様子を図示したものが図４９である。β４部での議論から、β５部において空気分子がもたらす激力はほぼβ４部でもたらされる激力と大きさが等しく、向きが逆である。そして、これらの激力は、いずれも空気分子の回折効果を利用してもらされたものではない。すなわち、β４部とβ５部からの推進力への寄与はほとんどないと言える。
【実施例４】
【００６９】
実施例４は、実施例３を改変したものである。
図５０の説明：図５０は実施例４を実施する装置を示したものである。装置は大気下に配されている。なお、表記方法には、図３４で示したものを用いた。
本実施例と実施例３との差異は、次のように説明される。すなわち、実施例４では、２筋の超音波が互いに交差や衝突を起こさないような構成となっている。一方の実施例３でも、極力２筋の超音波同士の交差や衝突は避けた構成だが、図３５に示したβ３部のように、２筋の超音波が反射部を共用している。この反射部の共用を排除した点が、本実施例における実施例３との相違点である。
【００７０】
図５１、図５２の説明：上述の実施例３と実施例４の構成の違いを具体的に見ていく。まず図５０におけるβ６部を拡大した鳥瞰図を図５１に示す。さらに、図５１に示された面[±0]を図５２に示す。
図５１では、２筋の超音波を区別しやすいように、互いに色を変えて示した。また、反射角の大きい超音波が面[±0]を貫く部分を、蜜部Aと蜜部Bとし、反射角の小さい方の超音波が面[±0]を貫く部分を、蜜部１と蜜部２とした。図５２を見ると、これら２筋の超音波がｚ方向に少しずれた部分で反射しており、反射部の共用が排除されていることが分かる。これにより、超音波の減衰を少なく抑えることが可能である。この装置により、実施例３同様、入射してくる空気分子の回折効果を利用し、推進力を得ることができる。
【実施例５】
【００７１】
図５３の説明：実施例５は、実施例４を更に発展させたものである。具体的には、実施例４の構成と、実施例４の構成をz方向に対称に変換した構成を用意し、これらを組み合わせる。そして、その面[±0]が図５３のようになるようにするのである。
【００７２】
図５４、図５５の説明：図５３に示された面[±0]上で、空気分子１が示すド・ブロイの波動性を表現したのが図５４であり、空気分子２が示すド・ブロイの波動性を表現したのが図５５である。これらの図より、上部からの入射と下部からの入射の違いで、空気分子の回折効果が大きく異なることが分かる。そして、この回折効果の違いが系に及ぼされる激力の違いとして現われ、推進力が作用するのである。
【実施例６】
【００７３】
ここまでで取り上げた実施例では、疎密波が集中する反射部近傍では、入射してくる空気分子の自由行程が伸びる瞬間が数多く存在するものと考えてきた。しかし本実施例では、明示的に自由行程を伸ばすことを考える。
図５６の説明：図５６は、本実施例のポイントを示した図である。図中の扇形の多数の線は、超音波を表わしている。ただし、これらの超音波は、定在波と進行波とで構成されている。超音波に代えて、超音波の波群を用いても良い。また、装置は大気下に配されている。
図において、紙面に垂直な方向の装置の構造については、今は考えていない。つまり、実施例１〜実施例５の内容と本実施例を適宜組み合わせることで、実施例１〜実施例５を、明示的に空気分子の自由行程を伸ばした形態で実施できるのである（図３や図１４、図３５、および図５０の構成との組み合わせが考えられる）。
【００７４】
図５７、図５８の説明：図５７は、図５６のβ７部を拡大した図である。この図には、装置における、超音波の定在波と進行波の構成が示されている。具体的には、扇形の上下端の部分と真中部分が進行波となっており、残りの構成は定在波である。定在波は、節と腹が図５８のように揃える（ただし、図５８では、「節」の部分を「疎部」として、「腹」の部分を「蜜部」として表現している）。揃えることで、密度が疎な節の部分の自由行程を伸ばすことができるのである。さらに、定在波に波群を用いるなどし、その波群の腹部の長さ（以降、波群長と称する）を出来るだけ大きくするか、さらには波群の周期を長くすることで、推進力の作用を高めることができる（波群長を長くすると、節部のサイズも大きくなり、自由行程の長い領域が大きくなる。また、周期が大きくなれば、自由行程が長い期間を長期化できる）。
【００７５】
図５９、図６０の説明：図５９は、図５８のβ８部をさらに拡大した図である。定在波の疎部（節の部分）が縦に連なっているため、y方向に入射してくる空気分子は、進行波の部分で回折し、自由行程の大きな内部を他の空気分子と無衝突で通過し、中央の進行波、もしくは入射時と反対の側にある進行波に激力を及ぼすことが期待できる。これが本実施例のポイントである。
ところで、図５９では、連なる疎部が緩やかに円弧を描いている。このため、入射した空気分子が定在波（群）の蜜部（腹の部分）に突入してしまう可能性がある。このようなことを起こりにくくするため、より望ましくは、定在波（群）の節と腹を、図６０のようにy方向に連なるように調節する。
【００７６】
次に本実施例を用いた例を示す。具体的には、本実施例で使用する進行波として、実施例１で用いた図１の構成の進行波を用いることを考える。つまり、ここまで任意としてきたz方向の装置の構成として、進行波の部分に図１の構造を適用するのである。なお、定在波の部分は、z方向に一様な構成であるものとする。
図６１の説明：このとき、図５９および図６０に示された面[±0]上の様子は、図６１のようになっている。同図に示したように、定在波の節（疎部）にあたる部分であれば、内部の領域の自由行程が長くなっていることが期待できる。なお、Ω部についても自由行程が長くなっていることが期待されるが、この部分についても自由行程を明示的に長くしたいのであれば、Ω部を通ってx軸に平行な定在波（群）を通じればよい。
図６１において、中央の進行波はx軸に平行な伝播速度しか持たないため、面[±0]上では静止している。
【００７７】
図６２、図６３、図６４、図６５の説明：実際に図６１の構成で空気分子が入射した場合に、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものが、図６２〜図６５である。図６２は、図６１における空気分子１のyの正方向の速度成分u'が、V'よりも少しだけ大きい程度での入射の描像である。また、図６３は、空気分子１のu'が、V'よりも少しだけ小さい程度で入射した際の描像である。図６４は、図６１における空気分子２のyの負方向の速度成分w'が、V''よりも少しだけ大きい程度での入射の描像である。また、図６５は、空気分子２のw'が、V''よりも少しだけ小さい程度で入射した際の描像である。空気分子１と空気分子２とで、回折効果の起こり方が異なっており、この結果として推進力が発生する。
【実施例７】
【００７８】
実施例７では、実施例６とは違う構成で、自由行程の長距離化を明示的に行なう装置を示す。
図６６の説明：図６６は、本実施例で用いる超音波音源と超音波群音源、超音波、超音波群、および超音波群の定在波群の簡単な構成を示した鳥瞰図である。
【００７９】
図６７の説明：図６７は、図６６の鳥瞰図に示された方向α３から系を眺めた場合の、表記方法を示した図である。定在波が反射する反射板と進行波が反射する反射板、および定在波と進行波が共用する反射板とで、表記が異なっていることに、注意が必要である。
【００８０】
図６８の説明：図６８は、実施例７の装置の構成を示した図である。同図では、図６７における表記方法を用いている。装置を構成する音源や反射板などは、全て連結されているものとしている。また、装置は大気下に配されている。
推進力の発生に関与する部分として、同図に示したβ９、β１０、β１１部が挙げられる。
【００８１】
図６９の説明：図６９は、図６８に示したβ９部を拡大した鳥瞰図である。図中の面Aから面Bにかけての空間は、yz面に平行な波面を持つ定在波群で満たされている。従って、その節の部分（yz面に平行な領域）は、自由行程の長い空間となっている。
【００８２】
図７０の説明：図７０は、図６９で示されたβ９部において注目する、面[±0]の場所を示した図である。この面[±0]上での振舞いを見ることにより、推進力の作用について考察できる。
【００８３】
図７１の説明：図７１は、β９部の面[±0]上の様子を示した図である。中央に示された領域が定在波の節である場合には、自由行程が長くなることとなる。
【００８４】
図７２、図７３の説明：図７１に示したような面[±0]上では、空気分子１や空気分子２が回折効果を示し、系に激力を及ぼして推進力に寄与する。図７２は、空気分子１の+y方向の速度成分u'がV'よりも少し大きい場合の描像を示したものである。また、図７３は、空気分子２の-y方向の速度成分w'がV''よりも少し大きい場合の描像を示したものである。
【００８５】
一方、図６８に示されたβ１０、およびβ１１からの推進力への寄与も重要であることは、これまでに繰り返してきた議論と同様なので、ここでは省略する。いずれにしても、本実施例にて示したようにすることで自由行程を延ばすことができ、系に推進力を作用させることができる。
本実施例で用いた自由行程の長距離化は、実施例１、実施例２、実施例４、実施例５、および実施例６と組み合わせて用いることが可能である（後述する実施例８でも用いることができる）。
【実施例８】
【００８６】
最後に、反射板を用いないで推進力を得る方法を示す。原理としては、反射させることにより、反射部近傍に微小な系を作り上げるこれまでの実施例のやり方の代わりに、２つの超音波を交差（もしくは衝突）させることにより、交差点近傍に微小な系を作り上げるものである。
図７４の説明：図７４は、本実施例で用いる超音波音源と超音波の簡単な構成を示した鳥瞰図である。超音波は進行波であり、衝突１〜３では、互いに逆行する超音波同士が衝突している。なお、超音波の代わりに超音波の波群を用いても良い。また、表記の都合から、１の列と２の列、および３の列を設定している。これについては以降の議論で用いる呼び名となる（例えば図７４においても、既にこの呼び名が用いられている。例えば超音波同士の衝突においては、１の列における衝突は「衝突１」であり、２の列における衝突は「衝突２」であり、また３の列における衝突は「衝突３」である）。
【００８７】
図７５の説明：図７５は、図７４に示された方向αから系を眺めた場合の、表記方法を図示したものである。図７４より分かるように、ここで取り扱っている系は奥行き方向に複雑な構成であるため、１〜３の列という表記を導入して表現している。波源123は、１〜３の列の全てに波源が並んでいる状況を示しており、波源1:3は１と３の列に波源が並んでいることを示している（「：」は、対応する列に何も存在していないことを表現するものである）。また、超音波の衝突の表記方法には、注意を要する。衝突[：2：]とは、２の列の超音波が衝突していることを示しており、１と３の列にはそもそも超音波自体が存在していないことを表わす。他方、衝突[1・3]とは、１と３の列で超音波が衝突していることを表わすが、２の列には超音波が存在しており、かつこの２の列の超音波は衝突を起こしていない。
【００８８】
図７６の説明：図７６は、本実施例の装置の構成を示した図である。図中の表現においては、図７５で示した表記方法を用いた。超音波の音源や反射板など、系の構成材はすべて連結されているものとする。また、装置は大気下に配されている。
なお、系が推進力を得るためには、衝突（交差）後の超音波をこの系で受け止める必要がある。図７６には示していないが、衝突後に分散等した超音波の捕獲機能が備わっているものとする（あるいは、超音波が衝突や交差によって大きな減衰や分散を示さない場合には、同系でその超音波を再利用すると言った方法も有効である）。
【００８９】
図７７の説明：図７７は、図７６に示されたβ１２部を拡大した鳥瞰図である。本実施例では、反射板による超音波の反射の代わりに、超音波の衝突（あるいは「交差」と考えて良い）によって、発明を実施している。この違いは、図７７に示した面[±0]上における超音波のy方向の速度成分の向きに変化をもたらす。つまり、y方向に平行な反射板に反射する場合、超音波のy方向の伝播速度は変化しなかったが、衝突の場合には、このような制限が無いのである。本実施例の場合、衝突する２つの超音波の対は、面[±0]上で、y方向成分の速度が逆向きとなっている。
【００９０】
図７８の説明：図７８は、図７７に示した面[±0]上の様子を図示したものである。
【００９１】
図７９、図８０の説明：図７９は、図７８に示した面[±0]上での空気分子１の入射の際の描像を、ド・ブロイの波動性に着目して図示したものである。同様に図７９は、面[±0]上での空気分子２の入射の際の描像を図示したものである。このようにして、系に推進力が作用することが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
移動手段、浮上装置、住居、宇宙船（大気圏内での上昇手段）、宇宙エレベータ（軌道エレベータ）。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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