【誤訳訂正書】
【提出日】平成19年8月6日(2007.8.6)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【書類名】    明細書
【発明の名称】  流体噴射によって力を誘起する装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体噴射で誘起される力を発生するための装置であって、
高圧源と、
前記高圧源に流体接続された高圧溜めと、
噴射面と、
多数の管路のうちの少なくとも１個の管路とを備え、
前記管路が前記噴射面上に位置決めされた出口と、前記高圧溜めに流体接続された入口とを有し、かつ前記管路の内壁に取付けられ実質的に互いに向き合う２列をなして配置された多数のフィンを備え、
前記管路の入口に最も近いフィンと出口に最も近いフィンを除いて、前記フィン列のどちらか一方の各フィンが、多数の空所の１つに実質的に向き合うように位置決めされ、この各空所が前記フィン列の一方の連なる２個のフィンと前記管路内壁の間に画成され、前記の２つの向き合うフィン列が非対称に配置され、
流体が前記管路を通って流れるときに、多数の渦が前記空所内に形成され、１つの空所に１個の渦が形成され、前記渦が前記流れの間少なくとも一時的に存在し、それによって前記渦と前記フィンの先端部の間に中央コア流れを許容する空気力学的閉塞を生じ、流れを一次元的に抑制し、それによって質量流量を制限し、管路内のかなりの圧力降下を維持し、
物体が前記出口を塞ぐときに、流れが停止しかつ前記渦が消え、それによって前記物体が高圧の空気力学的誘起力によって効果的に押しやられ、これに対して出口が塞がれないときには、前記渦が形成され、前記管路を通る流れを空気力学的に阻止し、更に前記物体が前記出口をほとんど塞ぐときには、前記渦が実質的に崩れ、前記管路内での内圧降下が、前記噴射面とそれに向かい合った前記物体の表面との間の隙間に関連して変化し、それによって近い距離から物体の方への噴射のときに、前記管路が流体戻しばねとして作用し、
前記装置が多数の前記管路のうちの少なくとも１個の管路を備えているが、前記管路の１個または一部が物体によって物理的に閉塞されないときには、前記開放管路が前記渦によって空気力学的に塞がれるので、質量流の供給が著しく減少する、前記装置。
【請求項２】
前記流体が空気であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記フィンがＬ字形をし、この場合薄いコア流れが前記渦によって二次元的に抑制されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記フィンがＵ字形をし、この場合薄いコア流れが前記渦によって二次元的に抑制されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記管路が真っ直ぐであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記管路が曲がりくねっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記管路の断面がほぼ長方形であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記管路の断面がほぼ多角形であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記管路の断面がほぼ円形であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記管路断面領域の下流の分布が均一であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記管路断面領域の下流の分布が拡散していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記管路断面領域の下流の分布が先細になっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記フィンが管路の前記内壁に対してほぼ垂直であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記フィンがコア流れの全体的運動方向と管路内壁に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記各フィンの平均厚さが、前記フィンと同じフィン列の連なる次のフィンとの間の間隔と比べて、小さなオーダーであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記フィンの断面がほぼ長方形であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記フィンの断面がほぼ台形であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記フィンの断面の少なくとも一方の側がほぼ凹形であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
連なる２個のフィンの間の距離が管路に沿って一定であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
連なる２個のフィンの間の距離が管路に沿って変化していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記各フィンのスパンが管路に沿って均一であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記フィンのスパンが管路に沿って変化していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記フィンのスパンが横方向において均一であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
前記フィンのスパンが横方向において変化していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
前記フィンの先端部が鋭利であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記フィンの先端部が鈍くなっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
前記フィンの先端部が湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２８】
前記各フィンが管路横方向幅のほぼ半分を遮断していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
向かい合った２列のフィンがオーバーラップしていないことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３０】
向かい合った２列のフィンがオーバーラップしていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３１】
フィンのスパンと、そのフィンと同じ列の連なるフィンの間の隙間との比が、１：１〜１：２の範囲であるとを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３２】
前記比が約１：１．５であることを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
向かい合った前記の２列のフィンの一方の列のフィン先端部を接続する仮想平面と、前記の向かい合った２列のフィンの第２の列のフィン先端部を接続する仮想平面との間の隙間の絶対値が、前記管路の横方向幅よりも小さなオーダーであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３４】
前記隙間の前記絶対値が、前記管路の隣接する横方向幅の２０％以下であることを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記各空所の大きさが、その内側に形成された渦の渦度に関連する一体化して定めた渦の自然の大きさよりもはるかに小さいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３６】
前記渦の仮想軸線に対して実質的に平行で、前記コア流れ運動に対して実質的に垂直な寸法として定めた前記管路のパッシブ寸法が、フィンスパンのオーダーであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３７】
前記パッシブ寸法が、渦軸線とコア流れ運動の両方に対して実質的に垂直である管路の他の横方向寸法よりも実質的に大きいことを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記パッシブ寸法が閉じたほぼ環状の形を描くことを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項３９】
レイノルズ数が大きくなるとき、前記管路の内側に更に二次渦が形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４０】
前記コア流れの下流への運動がほぼ正弦波状であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４１】
コア流れがその運動の方に向いたフィンの表面に衝突することによって、正弦波状のコア流れがフィンと強く相互作用することを特徴とする請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
レイノルズ数が大きくなるときに、前記管路の内側で前記コア流れが局部的に崩れ、しばしば不安定な二次渦を発生し、この二次渦がコア流れと相互作用するかまたは向き合ったフィン表面に衝突することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４３】
前記装置がエアクッションを発生するために使用されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４４】
少なくとも２つのエアクッションパッドが発生させられることを特徴とする請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記装置が空気軸受またはエアクッションのために使用されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４６】
前記装置が、それによって生じたエアクッションの上方で浮くことによって物理的に接触しないで予め定めた通路に沿って搬送され、摩擦を大幅に低減することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４７】
前記噴射面がエアクッションを生じる予め定めた通路を画成し、このエアクッション上で物体が物理的に接触しないで搬送され、それによって摩擦を大幅に低減することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４８】
装置が請求項１に記載の他の装置と合体し、前記装置が互いに向かい側に位置決めされ、噴射面がそれらの間に通路を画成し、平らな物体がこれらの噴射面の間で噴射面に物理的に接触しないで搬送されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４９】
予め定めた方向に空気力学的搬送力を誘起するために、多数の前記管路が前記噴射面に対して斜めに位置決めされていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５０】
非接触支持または二次元的な位置決め制御を提供するために、少なくとも２つのほぼ垂直な噴射面が使用されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５１】
前記噴射面が円筒形であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５２】
前記噴射面がスピンドルのステータ要素の内側円筒面であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５３】
装置が請求項１に記載の他の装置と合体し、前記装置の前記噴射面が円筒形であり、かつ同軸に位置決めされ、一方の噴射面が凹形で、第２の噴射面が凸形であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５４】
内側円筒噴射面が回転することを特徴とする請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
前記物体がウェーハまたはプリント回路基板であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５６】
前記物体が自動車運び台またはコンテナまたは他の任意の貯蔵ケースであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５７】
前記物体が紙シートまたはプラスチックシートまた印刷板を含む金属板であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５８】
前記空気噴射で誘起される力が重力の方向に使用されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５９】
空気噴射で誘起される力が重力に関係なく使用されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６０】
前記物体に接触しないで位置決め制御するために、エアクッションが使用され、前記物体が定置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６１】
前記物体に接触しないで横方向位置決め制御するために、エアクッションが使用され、前記物体が前記装置によって搬送されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６２】
重力方向に作用する流体噴射力を発生する１個または複数の前記管路が、重力方向と反対方向に作用する流体吸引力を発生する複数の簡単な真空ポートの少なくとも１つと組み合わせられ、それによって噴射誘起力と吸引誘起力の両方が同時に働くときに、物体の上面に作用する複合流体誘起力が、物体を安定したつり合い位置に保持し、物体の自重とつり合い、前記物体が接触せずに吊り下げられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６３】
噴出流による流体噴射が、物体表面に接触せずに前記物体を保持するために使用されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６４】
流体噴射が噴射管路の直径よりも小さな距離から供給されることを特徴とする請求項５９に記載の装置。
【請求項６５】
流体噴射で誘起される力を発生するための装置であって、  高圧源と、
前記高圧源に流体接続された高圧溜めと、
噴射面と、
多数の管路のうちの少なくとも１個の管路とを備え、
前記管路が前記噴射面上に位置決めされた出口と、前記高圧溜めに流体接続された入口とを有し、前記管路がその内壁に取付けられた１個のらせんフィンを備え、それによってらせん空所が前記らせんフィンと前記内壁によって画成されて形成され、
流体が前記管路を通って流れるときに、らせん渦が前記らせん空所内に形成され、前記らせん渦が前記流れの間少なくとも一時的に存在し、それによって前記らせん渦と前記フィンの先端部の間に中央コア流れを許容する空気力学的閉塞を生じ、流れを二次元的に抑制し、それによって質量流量を制限し、管路内のかなりの圧力降下を維持し、
前記コア流れがらせんフィン内側エッジによって画成された中央通路を通って流れ、らせんフィンに隣接するらせん通路に沿って流れることによって前記中央通路内で障害物を局所的に迂回することでき、
物体が前記管路の出口を塞ぐときに、流れが停止しかつ前記らせん渦が消え、それによって前記物体が高圧の空気力学的誘起力によって効果的に押しやられ、これに対して出口が塞がれないときには、前記らせん渦が形成され、前記管路を通る流れの一部を空気力学的に阻止し、更に前記物体が前記管の出口をほとんど塞ぐときには、前記らせん渦が実質的に崩れ、前記管路内での内圧降下が、渦が存在するときの内圧力降下と関連して実質的に減少し、それによって密接した物体の方への噴射のときに、前記管路が流体戻しばねとして作用する、前記装置。
【請求項６６】
前記流体が空気であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項６７】
多数のバリヤのうちの少なくとも１個のバリヤが前記らせんフィン表面に対して実質的に垂直に取付けられ、流れがらせん通路に沿って追従しないようにするために、バリヤがらせん通路を局所的に遮断し、それによって前記らせん渦が前記バリヤによって少なくとも２つの部分に局所的に分割することを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項６８】
２個のバリヤのうちの少なくとも１個のバリヤが、前記らせん渦を止まらせるために、前記らせんフィンの２つの端部の一方に、フィン表面に対してほぼ垂直に取付けられていることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項６９】
前記管路が真っ直ぐであることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項７０】
前記管路が曲がりくねっていることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項７１】
前記管路の断面がほぼ円形であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項７２】
前記管路の断面がほぼ長方形であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項７３】
前記管路の断面がほぼ多角形であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項７４】
前記管路断面領域の下流の分布が均一であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項７５】
前記管路断面領域の下流の分布が拡散していることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項７６】
前記管路断面領域の下流の分布が先細になっていることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項７７】
前記らせんフィンが管路の前記内壁に対して実質的に垂直であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項７８】
前記らせんフィンがコア流れの全体的運動方向と管路壁に対して傾斜していることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項７９】
前記らせんフィンの厚さがらせんフィンピッチと比べて小さなオーダーであることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項８０】
前記らせんフィン断面がほぼ長方形であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項８１】
前記らせんフィン断面がほぼ台形であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項８２】
前記らせんフィンの断面の少なくとも一方の側がほぼ凹形であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項８３】
前記らせんフィンピッチが管路に沿って一定であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項８４】
前記らせんフィンピッチが管路に沿って変化していることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項８５】
前記らせんフィンのスパンが均一であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項８６】
前記らせんフィンのスパンが管路に沿って変化していることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項８７】
前記らせんフィンの先端部が鋭利であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項８８】
前記らせんフィンの先端部が鈍くなっていることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項８９】
前記らせんフィンの先端部が湾曲していることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項９０】
前記らせんフィンのスパンが前記管路横方向幅のほぼ半分であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項９１】
らせんフィンのスパンとらせんフィンピッチの比が、１：１〜１：２の範囲であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項９２】
前記比が約１：１．５であることを特徴とする請求項９１に記載の装置。
【請求項９３】
らせんフィンの先端部によって画成された中央通路が、前記管路の水力直径と比べて小さなオーダーであることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項９４】
前記隙間が前記管路の隣接する横方向幅の３０％以下であることを特徴とする請求項９３に記載の装置。
【請求項９５】
前記らせん空所の大きさが、前記らせん渦の渦度に関連する一体化して定めた渦の自然の横方向大きさよりもはるかに小さいことを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項９６】
レイノルズ数が大きくなるとき、前記管路の内側に更に二次渦が形成されることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項９７】
コア流れがその運動の方に向いたらせんフィンの表面に局所的に衝突することによって、コア流れが前記らせんフィンと強く相互作用することを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項９８】
レイノルズ数が大きくなるときに、前記管路の内側で前記コア流れが局部的に崩れ、しばしば不安定な二次渦を発生し、この二次渦がコア流れと相互作用するかまたは向き合ったフィンに衝突することを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項９９】
前記装置が少なくとも１個のエアクッションを発生するために使用されることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１００】
２個のエアクッションが発生させられることを特徴とする請求項９９に記載の装置。
【請求項１０１】
前記装置が空気軸受またはエアクッション用途に使用されることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１０２】
前記装置が、それによって生じたエアクッションの上方で浮くことによって物理的に接触しないで通路上を移動することを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１０３】
前記噴射面がエアクッションを生じる通路を画成し、このエアクッション上で物体が接触しないで搬送されることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１０４】
向かい合った２つの平らな噴射面がそれらの間に通路を画成し、それによって平らな物体が接触しないで搬送されることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１０５】
予め定めた方向に空気力学的搬送力を誘起するために、多数の前記管路が前記噴射面に対して斜めに位置決めされていることを特徴とする請求項１０４に記載の装置。
【請求項１０６】
非接触支持または二次元的な位置決め制御を提供するために、少なくとも２つのほぼ垂直な噴射面が使用されることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１０７】
前記噴射面が円筒形であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１０８】
前記噴射面がスピンドルのステータ要素の内側円筒面であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１０９】
向かい合った２つの噴射面が円筒形であり、外側の噴射面が凹形で、内側の噴射面が凸形であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１１０】
内側円筒噴射面が回転することを特徴とする請求項１０９に記載の装置。
【請求項１１１】
前記物体がウェーハまたはプリント回路基板であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１１２】
前記物体が自動車運び台またはコンテナまたは他の任意の貯蔵ケースであることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１１３】
前記物体が紙シートまたはプラスチックシートまた印刷板を含む金属板であることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１１４】
前記空気噴射で誘起される力が重力の方向に使用されることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１１５】
空気噴射で誘起される力が重力に関係なく使用されることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１１６】
前記物体に接触しないで位置決め制御するために、エアクッションが発生させられることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１１７】
重力方向に作用する流体噴射力を発生する１個または複数の前記管路が、重力方向と反対方向に作用する流体吸引力を発生する複数の簡単な真空ポートの少なくとも１つと組み合わせられ、それによって噴射誘起力と吸引誘起力の両方が同時に働くときに、物体の上面に作用する複合流体誘起力が、物体を安定したつり合い位置に保持し、物体の自重とつり合い、前記物体が接触せずに吊り下げられることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１１８】
噴出流による流体噴射が、物体表面に接触せずに前記物体を保持するために使用されることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１１９】
流体噴射が噴射管路の直径よりも小さな距離から供給されることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項１２０】
実質的に、上記明細書、添付の図および付加した特許請求の範囲に記載された、流体噴射で誘起される力を発生するための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、独特の内部形状を有する管路を通って流体を噴射することによる力の誘起に関する。更に詳しくは、空気力学的誘起力を発生および使用するための流体噴射装置と方法に関する。
【０００２】
発明の背景
１個の管路または複数の管路を経て行う、流体、すなわち液体と特に気体の噴射は、物体に作用する空気力学的誘起力を発生するための普通の手段である。一般性を損なうことなく、本発明は通常空気の噴射に関するけれども、一般的に本発明は他の流体に関連しても適用可能である。
【０００３】
空気力学的誘起力を発生するために、出て来る流れと近くの物体の相互作用を生じさせなければならない。供給される圧力差が管路を経て流体を駆動するので、出て来る流れは、管路出口から離して配置された物体と垂直に相互作用する。管路出口とこの出口に面する物体の間隔が小さく、特別な管路出口の横方向大きさの５倍のオーダー（またはそれ以上）であるときに、噴射流が発生する。この噴射流はその質量流量と速度によって定められる運動量を有する。噴射流が物体に衝突するときに、空気力学的誘起力が物体に加えられる。この加えられる力は噴射流の運動量と物体の特別な形状に依存する。管路出口と物体表面の間の間隔が小さく、管路出口の横方向大きさの１倍（またはそれ以下）であるときに、異なる作用が生じる。このような場合、流体は横向きに押し流される。この場合、物体は空気力学的誘起力を受ける。
【０００４】
その代わりに、流体が物体表面に対して平行に噴射されると、流体運動とほぼ平行な空気力学的誘起力を発生することができる。このような場合、この「流体運動に対して平行な」空気力学的誘起力の方向は、相互作用する物体表面で生じる局部的な誘起圧力に従って変更可能である。物体に作用する平均圧力に関して、局部的に高い圧力または低い圧力とすることができる。
【０００５】
空気力学的誘起力を発生するための噴射システムの設計は次の種々の様相を取り入れている。（ａ）供給される外部駆動圧力差、（ｂ）本発明の特別な管路の内部の形状的細部、（ｃ）管路入口断面と出口断面の形状、（ｄ）複数の管路が使用されるときの管路の特別な配置等。このような様相と更に多くの様相はすべて、特別な用途のための技術的要求に従って考慮される。
【０００６】
本発明と関連性を有する従来技術参考資料は、潅漑放出体だけを取り扱っている。この場合、潅漑放出体を通過する流体は、（空気または他の気体とは対照的に）非圧縮性の水である。
【０００７】
米国特許第３，８９６，９９９号明細書（Ｂａｒｒａｇａｎ）は目詰まりしない点滴潅漑弁を開示している。この弁は複数の区画手段を備えた幅の広い管からなっている。この区画手段は管路壁と一体に形成され、ラビリンス管路を形成している。それによって、水がラビリンス管路出口から出る前に、水圧が低下する。
【０００８】
米国特許第４，５７３，６４０号明細書（Ｍｅｈｏｕｄａｒ）は米国特許第３，８９６，９９９号明細書の弁に類似するラビリンス管路を備えた潅漑放出ユニットを開示している。管路に沿って圧力を降下させるためのラビリンス管路を備えた他の装置の例は、米国特許第４，０６０，２００号明細書（Ｍｅｈｏｕｄａｒ）、米国特許第４，４１３，７８７号明細書（Ｇｉｌｅａｄ等）、米国特許第３，８７０，２３６号明細書（Ｓａｈａｇｕｎ−Ｂａｒｒａｇａｎ）、米国特許第４，８８０，１６７号明細書（Ｌａｎｇａ）、米国特許第５，６２０，１４３号明細書（Ｄｅｌｍｅｒ等）、米国特許第４，４３０，０２０号明細書（Ｒｏｂｂｉｎｓ）、米国特許第４，２０９，１３３号明細書（Ｍｅｈｏｕｄａｒ）、米国特許第４，７１８，６０８号明細書（Ｍｅｈｏｕｄａｒ）、米国特許第５，２０７，３８６号明細書（Ｍｅｈｏｕｄａｒ）で見つけることできる。
【０００９】
ラビリンス管路内の空気力学的抵抗は粘性摩擦のためかなり大きい。この粘性摩擦は管路の壁（流れ方向と反対向きに作用する）によって発生する。そして、通路が曲がりくねっていて長いので（これはラビリンスの本質的な特徴である）、一層広い壁接触面が流れに作用し、粘性摩擦を増大させている。幾つかのケースでは、汚染物質を捕まえるためおよび流路を空にするために空所が設けられている。基本的に二次元形状（第３は非常に小さいかまたは縮重している）に取り組むこれらの特許は、本発明の重要な特徴である渦の空気力学的閉塞メカニズムを開示または使用していない。
【００１０】
上述の特許は管路を通る水の供給に取り組んでいるが、本発明は流体、ほとんどの場合空気で空気力学的誘起力を発生および利用しようとする。この流体は単に、これらの力を発生するための手段として作用する。
【００１１】
題名「フィンの二次元列内での流れの可視化研究（Ａ  ＦＬＯＷ  ＶＩＳＵＡＬＩＺＡＴＩＯＮ  ＳＴ−ＵＤＹ  ＯＦ  ＦＬＯＷ  ＩＮ  ２Ｄ  ＡＲＲＡＹ  ＯＦ  ＦＩＮＳ）」（Ｓ．Ｂｒｏｋｍａｎ，Ｄ  Ｌｅｖｉｎ、流体の実験１４、２４１〜２４５（１９９３））の論文では、フィンの二次元配列内の流れの場の研究が、垂直な流れトンネル内で流れ可視化によって行われた。研究は概念的ヒートシンクとしてのフィン配置構造を調べた先行研究であった。上述の研究は更に、熱対流プロセスをよく理解するために、複雑な流れの場の構造を調べた。モデルは空間的に制限されないマルチセル構造をシミュレートする幾つかの組のフィンから作られている。２つの主流れ構造が観察された。各フィンの前縁からの流れ剥離は、隣接するフィンの影響のため、フィンに再び付着し、閉じた剥離領域が生じ、そしてこの閉じた剥離領域内に渦が発生する。
【００１２】
１つの管路（または複数の管路）を通る質量流量（以下、ＭＦＲと呼ぶ）と、管路内で発生する内部圧力降下と、噴射される流体の運動量および空気力学的誘起力特性を定める外に出る流体速度は、流体流れの力学的な法則によって管理される。実際には、空気力学的誘起力の特性は実質的に、一方では流体の特性、すなわち供給される駆動圧力による動特性と、他方では本発明の特別な管路の内部形状に依存する。
【００１３】
本発明と同時に出願され、参照によってここに編入される、発明の名称が「自己適応式セグメント化オリフィス装置および方法（ＳＥＬＦ  ＡＤＡＰＴＩＶＥ  ＳＥＧＭＥＮＴＥＤ  ＯＲＩＦＩＣＥ  ＤＥＶＩＣＥ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ）（以下、ＳＡＳＯと呼ぶ）のイスラエル国特許出願には、新しい流れ制御装置が開示されている。ＳＡＳＯ装置の代表的な実施の形態は入口と出口を有する流体管路を備えている。この管路はその内壁に取付けられた多数のフィンを備えている。このフィンは実質的に互いに向かい合って２列をなして配置されている。この場合、前記フィン列のいずれか一方の各フィンは、前記管路の入口に最も近いフィンと、出口に最も近いフィンを除いて、多数の空所に向かい合わせて位置決めされている。この空所はそれぞれ、向かい側の他のフィン列の連なる２つのフィンと前記内壁の部分の間に形成されている。この場合、流体が前記装置を通って流れるときに、多数の渦が形成される。各渦は前記空所の１つに位置決めされ、前記渦は、前記流体が前記装置を通って流れる間少なくとも一時的に存在し、向かい合った２つの渦列の間に薄いコア流れが発生する。ＳＡＳＯ技術の特有の利点は、ＳＡＳＯ管路を通るＭＦＲを大幅に減少させることにあり、更に重要な利点は、空気力学的誘起力の発生のための流体噴射に関して、ほぼ同じ横方向直径を有する従来の管路と比べて、管路内の内部圧力降下（以下、ΔＰと呼ぶ）が大幅に増大することにある。
【００１４】
本発明の目的は、空気力学的誘起力を発生するために噴射システムにＳＡＳＯ技術を組み込むことである。このＳＡＳＯ技術は産業で慣用されているこのような噴射システムの性能を改善し、空気力学的誘起力を実現する新気なシステムを提供する。
【００１５】
更に、本発明の他の目的は、慣用の技術では得ることができなかった新しい用途のためにＳＡＳＯ技術を導入する広範囲の機会を提供することである。
【００１６】
開示された装置と方法は基本的には、あらゆる流体によって作動可能であるが、主としておよび基本的に空気が、本発明の空気力学的誘起力に関してＳＡＳＯ技術の特別な特性をうまく利用する広範囲の用途のために考慮に入れられる流体である。
【００１７】
発明の簡単な説明
本発明の好ましい実施の形態に従い、流体噴射で誘起される力を発生するための装置であって、高圧源と、前記高圧源に流体接続された高圧溜めと、噴射面と、多数の管路のうちの少なくとも１個の管路とを備え、前記管路が前記噴射面上に位置決めされた出口と、前記高圧溜めに流体接続された入口とを有し、かつ前記管路の内壁に取付けられ実質的に互いに向き合う２列をなして配置された多数のフィンを備え、前記管路の入口に最も近いフィンと出口に最も近いフィンを除いて、前記フィン列のどちらか一方の各フィンが、多数の空所の１つに実質的に向き合うように位置決めされ、この各空所が前記フィン列の一方の連なる２個のフィンと前記管路内壁の間に画成され、前記の２つの向き合うフィン列が非対称に配置され、流体が前記管路を通って流れるときに、多数の渦が前記空所内に形成され、１つの空所に１個の渦が形成され、前記渦が前記流れの間少なくとも一時的に存在し、それによって前記渦と前記フィンの先端部の間に中央コア流れを許容する空気力学的閉塞を生じ、流れを一次元的に抑制し、それによって質量流量を制限し、管路内のかなりの圧力降下を維持し、物体が前記出口を塞ぐときに、流れが停止しかつ前記渦が消え、それによって前記物体が高圧の空気力学的誘起力によって効果的に押しやられ、これに対して出口が塞がれないときには、前記渦が形成され、前記管路を通る流れを空気力学的に阻止し、更に前記物体が前記出口をほとんど塞ぐときには、前記渦が実質的に崩れ、前記管路内での内圧降下が、前記噴射面とそれに向かい合った前記物体の表面との間の隙間に関連して変化し、それによって近い距離から物体の方への噴射のときに、前記管路が流体戻しばねとして作用し、前記装置が多数の前記管路のうちの少なくとも１個の管路を備えているが、前記管路の１個または一部が物体によって物理的に閉塞されないときには、前記開放管路が前記渦によって空気力学的に塞がれるので、質量流の供給が著しく減少する、前記装置が提供される。
【００１８】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記流体は空気である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記フィンはＬ字形をし、この場合薄いコア流れが前記渦によって二次元的に抑制される。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記フィンはＵ字形をし、この場合薄いコア流れが前記渦によって二次元的に抑制される。
【００１９】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路は真っ直ぐである。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路は曲がりくねっている。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路の断面はほぼ長方形である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路の断面はほぼ多角形である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路の断面はほぼ円形である。
【００２０】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路断面領域の下流の分布は均一である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路断面領域の下流の分布は拡散している。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路断面領域の下流の分布は先細になっている。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記フィンは管路の前記内壁に対してほぼ垂直である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記フィンはコア流れの全体的運動方向と管路内壁に対して傾斜している。
【００２１】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記各フィンの平均厚さは、前記フィンと同じフィン列の連なる次のフィンとの間の間隔と比べて、小さなオーダーである。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記フィンの断面はほぼ長方形である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記フィンの断面はほぼ台形である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記フィンの断面の少なくとも一方の側はほぼ凹形である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、連なる２個のフィンの間の距離は管路に沿って一定である。
【００２２】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、連なる２個のフィンの間の距離は管路に沿って変化している。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記各フィンのスパンは管路に沿って均一である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記フィンのスパンは管路に沿って変化している。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記フィンのスパンは横方向において均一である。
【００２３】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記フィンのスパンは横方向において変化している。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記フィンの先端部は鋭利である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記フィンの先端部は鈍くなっている。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記フィンの先端部は湾曲している。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記各フィンが管路横方向幅のほぼ半分を遮断している。
【００２４】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、向かい合った２列のフィンはオーバーラップしていない。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、向かい合った２列のフィンはオーバーラップしている。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、フィンのスパンと、そのフィンと同じ列の連なるフィンの間の隙間との比は、１：１〜１：２の範囲である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記比は約１：１．５である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、向かい合った前記の２列のフィンの一方の列のフィン先端部を接続する仮想平面と、前記の向かい合った２列のフィンの第２の列のフィン先端部を接続する仮想平面との間の隙間の絶対値は、前記管路の横方向幅よりも小さなオーダーである。
【００２５】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記隙間の前記絶対値は、前記管路の隣接する横方向幅の２０％以下である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記各空所の大きさは、その内側に形成された渦の渦度に関連する一体化して定めた渦の自然の大きさよりもはるかに小さい。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記渦の仮想軸線に対して実質的に平行で、前記コア流れ運動に対して実質的に垂直な寸法として定めた前記管路のパッシブ寸法は、フィンスパンのオーダーである。
【００２６】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記パッシブ寸法は、渦軸線とコア流れ運動の両方に対して実質的に垂直である管路の他の横方向寸法よりも実質的に大きい。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記パッシブ寸法は閉じたほぼ環状の形を描く。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、レイノルズ数が大きくなるとき、前記管路の内側に更に二次渦が形成される。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記コア流れの下流への運動がほぼ正弦波状である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、コア流れはその運動の方に向いたフィンの表面に衝突することによって、正弦波状のコア流れがフィンと強く相互作用する。
【００２７】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、レイノルズ数が大きくなるときに、前記管路の内側で前記コア流れが局部的に崩れ、しばしば不安定な二次渦を発生し、この二次渦がコア流れと相互作用するかまたは向き合ったフィン表面に衝突する。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記装置はエアクッションを発生するために使用される。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、少なくとも２つのエアクッションパッドが発生させられる。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記装置は空気軸受またはエアクッションのために使用される。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記装置が、それによって生じたエアクッションの上方で浮くことによって物理的に接触しないで予め定めた通路に沿って搬送され、摩擦を大幅に低減する。
【００２８】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記噴射面がエアクッションを生じる予め定めた通路を画成し、このエアクッション上で物体が物理的に接触しないで搬送され、それによって摩擦を大幅に低減する。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、装置は請求項１に記載の他の装置と合体し、前記装置は互いに向かい側に位置決めされ、噴射面がそれらの間に通路を画成し、平らな物体がこれらの噴射面の間で噴射面に物理的に接触しないで搬送される。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、予め定めた方向に空気力学的搬送力を誘起するために、多数の前記管路が前記噴射面に対して斜めに位置決めされている。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、非接触支持または二次元的な位置決め制御を提供するために、少なくとも２つのほぼ垂直な噴射面が使用される。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記噴射面は円筒形である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記噴射面はスピンドルのステータ要素の内側円筒面である。
【００２９】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、装置は請求項１に記載の他の装置と合体し、前記装置の前記噴射面が円筒形であり、かつ同軸に位置決めされ、一方の噴射面が凹形で、第２の噴射面が凸形である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、内側円筒噴射面は回転する。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記物体はウェーハまたはプリント回路基板である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記物体は自動車運び台またはコンテナまたは他の任意の貯蔵ケースである。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記物体は紙シートまたはプラスチックシートまた印刷板を含む金属板である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記空気噴射で誘起される力は重力の方向に使用される。
【００３０】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、空気噴射で誘起される力は重力に関係なく使用される。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記物体に接触しないで位置決め制御するために、エアクッションが使用され、前記物体が定置されている。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記物体に接触しないで横方向位置決め制御するために、エアクッションが使用され、前記物体が前記装置によって搬送される。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、重力方向に作用する流体噴射力を発生する１個または複数の前記管路が、重力方向と反対方向に作用する流体吸引力を発生する複数の簡単な真空ポートの少なくとも１つと組み合わせられ、それによって噴射誘起力と吸引誘起力の両方が同時に働くときに、物体の上面に作用する複合流体誘起力が、物体を安定したつり合い位置に保持し、物体の自重とつり合い、前記物体が接触せずに吊り下げられる。
【００３１】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、噴出流による流体噴射が、物体表面に接触せずに前記物体を保持するために使用される。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、流体噴射は噴射管路の直径よりも小さな距離から供給される。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、流体噴射で誘起される力を発生するための装置であって、高圧源と、前記高圧源に流体接続された高圧溜めと、噴射面と、多数の管路のうちの少なくとも１個の管路とを備え、前記管路が前記噴射面上に位置決めされた出口と、前記高圧溜めに流体接続された入口とを有し、前記管路がその内壁に取付けられた１個のらせんフィンを備え、それによってらせん空所が前記らせんフィンと前記内壁によって画成されて形成され、流体が前記管路を通って流れるときに、らせん渦が前記らせん空所内に形成され、前記らせん渦が前記流れの間少なくとも一時的に存在し、それによって前記らせん渦と前記フィンの先端部の間に中央コア流れを許容する空気力学的閉塞を生じ、流れを二次元的に抑制し、それによって質量流量を制限し、管路内のかなりの圧力降下を維持し、前記コア流れがらせんフィン内側エッジによって画成された中央通路を通って流れ、らせんフィンに隣接するらせん通路に沿って流れることによって前記中央通路内で障害物を局所的に迂回することでき、物体が前記管路の出口を塞ぐときに、流れが停止しかつ前記らせん渦が消え、それによって前記物体が高圧の空気力学的誘起力によって効果的に押しやられ、これに対して出口が塞がれないときには、前記らせん渦が形成され、前記管路を通る流れの一部を空気力学的に阻止し、更に前記物体が前記管の出口をほとんど塞ぐときには、前記らせん渦が実質的に崩れ、前記管路内での内圧降下が、渦が存在するときの内圧力降下と関連して実質的に減少し、それによって密接した物体の方への噴射のときに、前記管路が流体戻しばねとして作用する、前記装置が提供される。
【００３２】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記流体は空気である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、多数のバリヤのうちの少なくとも１個のバリヤが前記らせんフィン表面に対して実質的に垂直に取付けられ、流れがらせん通路に沿って追従しないようにするために、バリヤがらせん通路を局所的に遮断し、それによって前記らせん渦が前記バリヤによって少なくとも２つの部分に局所的に分割する。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、２個のバリヤのうちの少なくとも１個のバリヤが、前記らせん渦を止まらせるために、前記らせんフィンの２つの端部の一方に、フィン表面に対してほぼ垂直に取付けられている。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路は真っ直ぐである。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路は曲がりくねっている。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路の断面がほぼ円形である。
【００３３】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路の断面はほぼ長方形である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路の断面はほぼ多角形である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路断面領域の下流の分布が均一である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路断面領域の下流の分布が拡散している。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記管路断面領域の下流の分布が先細になっている。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記らせんフィンが管路の前記内壁に対して実質的に垂直である。
【００３４】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記らせんフィンがコア流れの全体的運動方向と管路壁に対して傾斜している。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記らせんフィンの厚さがらせんフィンピッチと比べて小さなオーダーである。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記らせんフィン断面がほぼ長方形である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記らせんフィン断面がほぼ台形である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記らせんフィンの断面の少なくとも一方の側がほぼ凹形である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記らせんフィンピッチが管路に沿って一定である。
【００３５】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記らせんフィンピッチが管路に沿って変化している。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記らせんフィンのスパンが均一である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記らせんフィンのスパンが管路に沿って変化している。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記らせんフィンの先端部が鋭利である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記らせんフィンの先端部が鈍くなっている。
【００３６】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記らせんフィンの先端部が湾曲している。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記らせんフィンが前記管路横方向幅のほぼ半分である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、らせんフィンのスパンとらせんフィンピッチの比が、１：１〜１：２の範囲である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記比が約１：１．５である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、らせんフィンによって画成された中央通路が、前記管路の水力直径と比べて小さなオーダーである。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記隙間が前記管路の隣接する横方向幅の３０％以下である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記らせん空所の大きさは、前記らせん渦の渦度に関連する一体化して定めた渦の自然の横方向大きさよりもはるかに小さい。
【００３７】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、レイノルズ数が大きくなるとき、前記管路の内側に更に二次渦が形成される。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、コア流れはその運動の方に向いたらせんフィンの表面に局所的に衝突することによって、コア流れが前記らせんフィンと強く相互作用する。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、レイノルズ数が大きくなるときに、前記管路の内側で前記コア流れが局部的に崩れ、しばしば不安定な二次渦を発生し、この二次渦がコア流れと相互作用するかまたは向き合ったフィンに衝突する。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記装置は少なくとも１個のエアクッションを発生するために使用される。
【００３８】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、２個のエアクッションが発生させられる。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記装置は空気軸受またはエアクッション用途に使用される。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記装置は、それによって生じたエアクッションの上方で浮くことによって接触しないで通路上を移動する。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記噴射面はエアクッションを生じる通路を画成し、このエアクッション上で物体が接触しないで搬送される。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、向かい合った２つの平らな噴射面がそれらの間に通路を画成し、それによって平らな物体が接触しないで搬送される。
【００３９】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、予め定めた方向に空気力学的搬送力を誘起するために、多数の前記管路が前記噴射面に対して斜めに位置決めされている。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、非接触支持または二次元的な位置決め制御を提供するために、少なくとも２つのほぼ垂直な噴射面が使用される。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記噴射面は円筒形である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記噴射面はスピンドルのステータ要素の内側円筒面である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、向かい合った２つの噴射面が円筒形であり、外側の噴射面が凹形で、内側の噴射面が凸形である。
【００４０】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、内側円筒噴射面が回転する。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記物体はウェーハまたはプリント回路基板である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記物体が自動車運び台またはコンテナまたは他の任意の貯蔵ケースである。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記物体は紙シートまたはプラスチックシートまた印刷板を含む金属板である。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記空気噴射で誘起される力が重力の方向に使用される。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、空気噴射で誘起される力が重力に関係なく使用される。
【００４１】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、前記物体に接触しないで位置決め制御するために、エアクッションが発生させられる。
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、重力方向に作用する流体噴射力を発生する１個または複数の前記管路が、重力方向と反対方向に作用する流体吸引力を発生する複数の簡単な真空ポートの少なくとも１つと組み合わせられ、それによって噴射誘起力と吸引誘起力の両方が同時に働くときに、物体の上面に作用する複合流体誘起力が、物体を安定したつり合い位置に保持し、物体の自重とつり合い、前記物体が接触せずに吊り下げられる。
【００４２】
更に、本発明の好ましい実施の形態に従って、噴出流による流体噴射が、物体表面に接触せずに前記物体を保持するために使用される。
最後に、本発明の好ましい実施の形態に従って、流体噴射が噴射管路の直径よりも小さな距離から供給される。
【００４３】
本発明の良好な理解のため、および本発明の実際の用途を理解するために、次の図が提供され、以下において参照される。図は例としてのみ与えられ、添付の特許請求の範囲で定められた本発明の範囲を決して制限しない。類似の参照番号は類似の要素を示している。
図１ａは、通過流れが存在し、渦が形成された、本発明の好ましい実施の形態による自己適応式セグメント化オリフィス装置の縦断面図である。
図１ｂは、説明のための本発明の幾つかの特徴を強調した、本発明の好ましい実施の形態による自己適応式セグメント化オリフィス装置の縦断面図である。
図２は、本発明の好ましい実施の形態によるＳＡＳＯ装置管路の幾つかの任意構造を示す図である。
図３ａ−ｈは、種々の渦流れパターンとＳＡＳＯセル壁およびコア流れとの幾つかの相互作用を示す図である。
図４ａは、半径方向自己適応式ゲートユニット（ＳＡＧＵ）を示す、本発明の好ましい実施の形態によるＳＡＳＯ装置の部分断面図である。
図４ｂは、接線方向自己適応式ゲートユニット（ＳＡＧＵ）を示す、本発明の好ましい実施の形態によるＳＡＳＯ装置の部分断面図である。
図５は、本発明の好ましい実施の形態によるＳＡＳＯ装置のフィンとの衝突を含む、コア流れ運動の横方向様相を示す図である。
図６は、本発明の好ましい実施の形態によるＳＡＳＯ装置のフィン構造およびフィン配列の幾何学的な様相を示す図である。
図７ａ−ｃは、本発明の好ましい実施の形態によるＳＡＳＯ装置の三次元図および３つの切断側面図と、本発明の好ましい実施の形態による任意のフィン表面形状を示す図である。
図７ｄ−ｆは、「指向性」ＳＡＳＯ装置を提供する、本発明の好ましい実施の形態によるＳＡＳＯ装置に組み込まれた任意のフィン配列とフィン構造を示す図である。
図８は、本発明の好ましい実施の形態による環状ＳＡＳＯスロットを示す図である。
図９は、Ｌ字形フィン（およびＵ字形フィン）を備え、三次元コア流れ抑圧を行う、本発明の好ましい他の実施の形態によるＳＡＳＯ装置を示す図である。
図１０は、１個のらせんフィンを備え、三次元コア流れ抑圧を行い、二重通路特性を有する、本発明の好ましい他の実施の形態によるＳＡＳＯ装置を示す図である。
図１１は、エアクッション非接触支持システムとしての働きをする、本発明の好ましい実施の形態による流体噴射装置を示す図である。
図１１ａは、空気軸受システムおよびエアクッションシステムとして使用される、本発明の好ましい他の実施の形態による流体噴射装置を示す図である。
図１２は、従来のエアクッションと比較して、本発明の好ましい実施の形態によるエアクッションによって支持された物体に作用する力と変位の関係を示す図である。
図１３ａは、ＳＡＳＯ噴射要素を備えた自己誘起エアクッション装置を示す図である。
図１３ｂは、エアベッドが自力で運動できないコンベヤによって発生させられる、ＳＡＳＯ管路に基づく噴射システムを示す図である。
図１４ａは、ＳＡＳＯ噴射要素に基づく向き合った二重エアクッション装置を示す図である。
図１４ｂは、物体を動かすために使用される流体粘性力を有するＳＡＳＯ噴射要素に基づく向き合った二重エアクッション装置を示す図である。
図１５は、二重エアクッション非接触支持部を組み込んだ２個の円筒形エアクッションを示す図である。
図１６ａは、二次元エアクッション支持および制御のモノレール用途を示す図である。
図１６ｂは、二次元エアクッション支持および制御を使用する吊り下げキャリッジを示す図である。
図１７は、ＳＡＳＯ噴射要素に基づくエアスピンドルを示す図である。
図１８は、ＳＡＳＯ噴射要素に基づく上側非接触掴みシステムを概略的に示す図である。
図１９は、つり合い位置決めと位置決め安定性を示す、ＳＡＳＯを基礎とした上側非接触掴みシステムにおける変位と力の関係を示す図である。
図２０は、ウェーハまたは類似の物体を保持するＳＡＳＯを基礎とした上側非接触掴みシステムの２つの例を示す図である。
図２１は、ＳＡＳＯを基礎として噴射システムによる、表面への物体の押し付け接触を示す図である。
【００４４】
発明の詳細な説明
空気力学的に誘起される力の用途のために使用される噴射システムは、流体を駆動するために外部圧力差を発生する圧力システムと、１つのＳＡＳＯ管路または複数のＳＡＳＯ管路を備えている。このＳＡＳＯ管路を通って流体が噴射される。この管路の幾何学的な詳細と適用される圧力差は、管路出口でのＭＦＲと外に出る運動量を決定する。物体が適度な距離をおいて管路出口に向き合っていると、噴射流が発生し、物体表面に衝突する。この場合、流れは物体に到達するときに減速させられる。ほとんどの流れは側方に跳ね返り、その一部はよどみ点領域で留まる。その結果、噴射流はその運動量を、物体に作用する空気力学的に誘起される力を発生させるために供給する。距離が小さいときは、外に出る流れは噴射流となるほど発達せず、流れは横方向に向けられる。それでもやはり、空気力学的に誘起される力を発生する。空気力学的に誘起される力に大きな影響を与える要因は、ＳＡＳＯ管路出口と物体表面の間の距離である。この距離が徐々に狭くなり、管路出口がほとんど覆われると、管路を通過する流れは減少する。その結果、渦の空気力学的閉塞メカニズムの強さが自己適応によって大幅に低下し、管路は内部圧力降下に陥る。従って、管路入口から供給される高い圧力のほとんどが、管路出口をほとんど覆っている物体に作用する。この場合、ＳＡＳＯ管路は管路出口と物体の間の距離に関連して「空気力学的戻しばね」の特徴を示す。この作用は大きな実際的価値がある。実際、ＳＡＳＯ管路の「空気力学的戻しばね」の特徴は、渦の空気力学的メカニズムの過度的「不完全発達」状態に基づいている。この場合、物体が管路出口に非常に近接していると、内部圧力降下ΔＰは劇的に変化する。この空気力学的戻しばねの硬さに等しいものは、ＳＡＳＯ管路の出口が覆われないときのＳＡＳＯ管路内で発生する内部圧力降下ΔＰに直接的に関係している。ＳＡＳＯ管路の空気力学的戻しばねの特徴は、特に力制御および位置決め制御課題に関する、本発明の基礎的な特徴である。短い距離の場合、管路出口と物体の間で発生する「外側」流れ領域が、特に慣用のケースでは、一種の内部流れになる。この慣用のケースの場合、複数の管路が噴射システムの「作用」面または噴射面上に配置されている。すなわち、物体の表面に対して平行に配置されている。（例えば平らな表面または円筒状の表面とすることができる）。従って、複数のＳＡＳＯ管路が使用されるときには、管路間の相互作用が重要となり、ＳＡＳＯ技術に基づく、空気力学的に誘起される力のための噴射システムの開発の実際の局面で考慮に入れなければならない。
【００４５】
これらの２つの異なる空気力学的誘起力（近距離のケースと、衝突する噴流のケース）は、実際的な２つの選択肢であり、特別な用途のために有利に使用可能である。更に、この距離が元々動的パラメータである用途が存在する。この用途では、異なる２つの種類の空気力学的誘起力が、距離に関して自己適応方式で択一的に優位となる。
【００４６】
管路出口でのＭＦＲおよび速度または運動量と、管路出口で生じる静圧が外に出る流れによって誘起される力を決定するので、流れのパラメータを決定することにより、所望な空気力学的誘起力設定値を得ることができる。これらのパラメータは特別な外部圧力差を設定することによっておよび／またはＳＡＳＯ管路の幾何学的詳細を変更することによって制御可能である。特に気体については、圧縮性の作用が重要である。更に、（管路出口と物体の間の）距離が適度である場合、圧縮性気体が高圧容器から外へ膨張して加速されるときに、管路出口から離れるように成長する噴射流が超音速に達し、非圧縮性の場合と非常に異なる状況となる。超音速噴流は空気力学的誘起力を発生するために使用可能であるが、ほとんどの場合大きな騒音を発生するので、望ましくない流れパターンである。
【００４７】
本発明による噴射システムは種々の用途で使用される空気力学的誘起力を発生するために使用される。このようなシステムの実際の技術的要求を理解するために、先ず最初に従来の管路を使用する現行の噴射システムの特徴を説明し、その後新規な自己適応式管路、すなわち本発明のＳＡＳＯ管路を紹介する。
【００４８】
従来の管路
現行の従来の管路は簡単な円筒穴であるかあるいは一層高度な形をしている。時々、管路は機械的機構または電気機械的機構を有する制御弁と組み合わせられる。この制御弁は広い範囲の外的条件で質量流量と圧力の両方を調整する。ほとんどの場合、制御弁の使用は価格によってあるいはその実行可能性によって非実用的であるか望ましくない。複数の管路が使用されるときおよび個別的に制御しなければならないときには、受け入れられない価格のためおよびメンテナンス費用の増大のために、高度な手段の使用がほとんど不可能である。しばしば、現行技術はコストパフォーマンスがよくないかまたは技術的要求を満たすことができない。この場合、空気力学的誘起力用途のために使用される噴射システムは次の管路特徴によって制限される。
１．管路の典型的な直径を著しく狭くしないで、大きな内部圧力降下ΔＰを保持できないこと。
２．外部駆動圧力に比例する極端に多い質量流量（ＭＦＲ）。空気力学的誘起力が重要で、流体の位相が重要でないときには、これは実際には有害ＭＦＲである。
３．外部駆動圧力の変化と一時的な圧力変動に対する高い感度。
４．管路入口と管路出口の圧力の比があるレベルを超えるときに発生し得る外側に出る超音速流れ。この場合、大きな騒音が発生する。
これらの特徴は、空気力学的誘起力の要素が重要であるときに、従来の噴射システムで次の欠点をもたらす。
１．複数の管路が使用されているかあるいは外に出る流れが時間および位置と共に変化するときに、駆動圧力レベルを高精度で、局所的値で、そして空間的に分配して制御する必要がある。
２．要求される空気力学的誘起力を保証するために、非常に多い有害なＭＦＲを使用する必要がある。この欠点は特に、複数の管路が噴射システムに設けられ、その一部だけが誘起力を発生するために実際に寄与するが、管路のすべてが連続的に使用できなければならないときに、重大である。
３．超音速噴射流のほとんど予期せぬ発生。この流れ管理の欠点は、騒音や機械的振動の激しい発生に結びつく。更に、誘起力に関する危険な欠点になり得る。これに関連して、外部圧力条件またはそれに関連する幾何的性質（例えば物体に対する距離）が変化すると、直ちに誘起力が非連続的な方法で引き起こされ、このような現象は制御することが困難である。
４．外に出る流れが一種の「空気力学的戻しばね」として作用するとき、空気力学的誘起力は、管路出口から物体までの距離に関して自己適応式に（位置決め制御に関して）変化する。この距離が０になるときには、通常は最大誘起力が得られ、そして圧力レベルと有効作用面積を掛けたものに等しい。そして、距離が無限大に大きくなるときに、最小力は０に近づく。従来の実際の用途では、非常に短い距離が重要であり、小さな内部圧力降下ΔＰだけが従来の管路内で発生し得るので、「流体戻しばね」硬さの等価物（または管路を通しての内部圧力降下ΔＰ）は小さい。従って、従来の管路が使用されるときに、力の自己適応ポテンシャルと位置決め制御は非常に制限される。
５．しばしば適用される他の解決策は、例えば空気軸受用途において非常に小さな代表的直径を有するオリフィスを使用することによって、質量流量を制限することである。このような解決策は、流れ内の汚染物質に対して非常に敏感である。この場合、管路は機械的に閉鎖可能である。更に、狭いオリフィスの使用は制御仕事に深刻な影響を及ぼし得る。
【００４９】
これらの制限を克服し、空気力学的誘起力を適用するための噴射システム性能の範囲を拡げるために、従来の管路を、空気力学的閉塞メカニズムに基づく新規なＳＡＳＯ管路と置き換えることを提案する。更に、空気力学的誘起力を発生するために使用される噴射システムのためのＳＡＳＯ管路に基づく新規な用途は、従来の管路では現在では得られない新しい実際的な機会を提供する。
【００５０】
ＳＡＳＯ管路
高圧タンクから低圧環境へガスを噴射するために使用される従来の管路は、特に多数の管路を備えているときには、往々にして簡単な管路である。例えば、流れがノズルスロートでマッハ数Ｍ＝１まで加速される特別なノズルによってＭＦＲを設定するために、圧縮性流れ現象が起こらなければあるいは意図的に含まれなければ、実際には、このような管路に沿って圧力降下はほとんど生じない。しかしながら、圧縮性が重要な役割を果たさないよくある例では、従来の管路を通しての内部圧力降下は、その「空気力学的戻しばね」作用に比べて、小さなポテンシャルである。本発明で組み込まれるＳＡＳＯ管路は「流体戻しばね」に比べて大幅に改良された特性を示す。
【００５１】
他の重要な実際的要求は、できるだけＭＦＲを最小限に抑え、しかも特別な用途の要求される性能を満足することである。この場合、噴射システムは空気力学的に誘起された力を適用するために使用される。更に、多数の管路が使用されるときには、その一部分だけが空気力学的に誘起された力の適用に参加してもよい。（少なくとも一時的に）機能していない管路に流体（ほとんどの実際的ケースでは空気）を供給しなければならない場合、多くの労力が無駄に費やされる。ＳＡＳＯ管路は有害ＭＦＲのこのような問題を解決することができる。
【００５２】
本発明による噴射システムの新しいＳＡＳＯ管路の目的は、外部駆動圧力と外から来る流れの動的特性との間の新しい関係を定めることである。この新しい関係は、通過流れが存在するときに、渦状空気力学的閉塞メカニズムを決定する特別な内部形状のＳＡＳＯ管路によって得られる。空気力学的閉塞は、後述するような渦状流れパターンの発生に続いて、ＳＡＳＯ管路内部形状によって決まる流れ剥離を行うことによって得られる。この剥離と発生した渦状流れパターンは、非粘性特性の本質である。しかしながら、粘性は二次作用に貢献し得る。空気力学的閉塞メカニズムは非圧縮性流れ場状態または圧縮性流れ場状態で類似して発生するがしかし、詳細はやや異なっている。ＳＡＳＯ管路内部形状によって決まる空気力学的閉塞は、管路に沿った内部圧力降下ΔＰとＭＦＲを決定する。このＭＦＲは空気力学的に誘起される力を発生するために使用される本発明の噴射システムの最も重要なパラメータである。
【００５３】
図を参照してＳＡＳＯ管路の空気力学的閉塞機構を説明する。本発明の好ましい実施の形態によるＳＡＳＯ装置の基本的な二次元構造体は、入口（２）と出口（３）と多数のフィンを有する管路（１）を備えている。このフィンは図１ａに示すように、管路壁（１２）の内側のほぼ向かい合った側に２列（４，５）をなして配置されている。２列のフィンは相対的にずらした位置に配置されている。連なる２つの第１列フィンの間に形成された隙間の向かい側に（両端フィンは除く）、向かい合った１個の第２列フィンが存在する。それによって、ＳＡＳＯ装置の特徴である典型的な非対称構造となる。従って、非対称の２列のセルが形成されている。各セルは同じ列の連なる２個のフィンと、その間の管路壁の部分とによって画成されている。それによって、空所が形成される。流体が管路を通って流れるときに、この空所内で大きな渦が発生することができる（この空所を以下においてＳＡＳＯセルと呼ぶ）。
【００５４】
ＳＡＳＯ装置の内部構造は、流体が管路を通って流れるときに、管路内部に生じる独特の渦状の流れ場パターンを決定する。各フィンはその先端によって下流の流れを剥離する。更に下流では、大きな流体構造体、すなわち渦が各ＳＡＳＯセル内で発生する。渦は垂直軸線回りの流体の円運動である。この用語「円」は渦の強さを決定する。渦は、ＳＡＳＯセルの上流側のフィンからの流れの剥離に続いて、剥離された剪断流のよく知られた巻回メカニズムによって発生する。主渦の両側に、第２の渦が発生し得る。この第２の渦は増強されたＳＡＳＯ装置性能において重要な役割を果たす。第２渦流パターンの非定常モードはもちろん、主渦の非定常特性も任意の目立つ特徴である。この第２渦流パターンの非定常モードは空気力学的閉塞作用を大幅に向上させることができる。
【００５５】
実際には、図１ａに示すように、向かい合った２列の渦（６，７）の流れパターンが非対称に配置されている。各々の渦は向かい側のフィンに向かい合ってＳＡＳＯセルの内側に位置している。これらの渦と、特にほとんど閉鎖された流線は特に、管路を通る流れを阻止する。それによって、幅の広い正弦波状の流体運動、すなわちラビリンス状管路（内部構造）を特徴づける種類の流体運動の発生が防止される。従って、きわめて薄いコア流れ（８）が流れ阻止フィンと渦の間に形成される。このコア流れは比較的に高い下流方向速度を有していてもよく、渦によって両側を画成され、管路の壁に接触しない。コア流れ不安定性が増大するとき、コア流れが消え、しばしば不安定な二次渦、小室下方流れおよびコア流れとの強い相互作用を発生し得る。更に、向かい合ったフィンに対するコア流れの衝突が起こり、続いてコア流れを遮断し得る。更に、周期的または無秩序状態の波状流れパターンが発生し得る。このような相互作用は空気力学的閉塞作用を著しく高め得る。典型的なＳＡＳＯ装置の二次元縦断面を概略的に示す図１ａは、渦流パターンが完全に発達した基本的なＳＡＳＯ装置を示している。ＳＡＳＯ装置は三次元管路であるが、特に実質的に二次元特性を有する。第３方向はコア流れ運動と主渦仮想軸線（以下、「パッシブ方向」と呼ぶ）の両方に対して垂直である。それ故、図１ａにおけるＳＡＳＯ装置の図示は、実際の装置の断面とみなすべきである。
【００５６】
管路を通る流れが存在するとき、２セットの渦が流れを阻止し、非常に狭いコア流れだけを、渦の列とフィン先端の間に発生させる。ＳＡＳＯ装置を通るＭＦＲが主としてコア流れによって運ばれるので、このような閉塞はＭＦＲを劇的に減らす。更に、コア流れと二次小室渦との不安定な相互作用がＳＡＳＯ装置管路の内側に発生するとき、付加的なＭＦＲ減少が達成される。渦状空気力学的閉塞は実質的に、管路に沿った内部圧力低下ΔＰを増大させる。これは渦とＳＡＳＯセル壁の相互作用によって生じる。ＳＡＳＯ管路の内側で生じる大きなΔＰは、本発明において大きな実際的な重要性を有する。特に、大きなΔＰはＳＡＳＯ管路「空気力学的戻しばね」特性に関して、力制御と位置決め制御特性を大幅に改善するという最も重要な役割を果たす。
【００５７】
ΔＰの大幅増大とＭＦＲのかなりの減少は、本発明に関する大きな実際的な重要性の基本的な特徴である。しかしながら、これらの重要な特徴が、管路を通る流れが存在するときにのみ得られることに留意すべきである。流れが存在しないと、渦は発生しない。この「動的な」特性はＳＡＳＯ思想の本質である。このＳＡＳＯ思想は次のように定義することができる。
・ＳＡＳＯ装置管路の特別な内部構造は渦の流れパターンの発生を意図的に決定する。
・渦流れパターンは空気力学的閉塞メカニズムに基づくものであり、自己適応方法で流れを阻止し、従ってΔＰを増大させ、ＭＦＲを減少させる。
・管路を通る流れが存在する動的状態においてのみ有効である。
・全作動時間以外の時間の主要部分についてのみ渦流れパターンが有効である不安定なケースが、本発明の範囲に含まれる。
【００５８】
様々なＳＡＳＯ装置構造が考えられることを強調すべきである（その幾つかについては後述する）。従って、装置または製品が実質的に、ＳＡＳＯ管路の特別な内部形状によって決定されるような渦状空気力学的閉塞メカニズムを実施している限り、この装置または製品はもともとＳＡＳＯ装置であり、本発明の範囲に含まれる。ＳＡＳＯ装置の特別な形状に関係なく、それが真実である。
【００５９】
ＳＡＳＯ装置は一般的に、動く部分を備えていない剛性の物体である。（ばね、膜のような）機械的な部品を必要としないし、電気機械的な制御手段を使用しない。金属材料でもプラスチックのような非金属材料でも作ることができる。それにもかかわらず、外的条件に対するその自己適応作用は、新しいタイプの装置をもたらす。この装置では、本発明の空気力学的閉塞メカニズムを用いることによってＭＦＲとΔＰの調整が達成される。
【００６０】
ＳＡＳＯ装置内の一次渦によって生じる空気力学的閉塞メカニズムは、ＳＡＳＯ装置に関連する自己適応特性の基礎的なメカニズムである。しかしながら、その代わりにまたはそれと同時に、異なる外的条件でまたは変化する外的条件に応じて、自己適応特性の付加的な渦流れパターンを生じてもよい。外部圧力低下が増大するときあるいはレイノルズ数を意図的に増大させたときに、空気力学的閉塞メカニズムを変更する次の渦流れが生じ得る。
・一次渦の強さ（循環）が強まり得る。
・一次渦の強さの下流方向の分布が変化し得る。
・管路内の有効一次渦の数が変化し得る。
・渦の動揺モード、ほとんどが周期的な特性のモードが起こり得る。
・コア流れまたは向かい合ったフィンと強く相互作用する二次小室渦が発生し得る。
このような渦流れパターンは空気力学的閉塞メカニズムの効率を大幅に改善し得る。
【００６１】
渦の空気力学的な閉塞作用の結果として、ＳＡＳＯ装置は、始動順序または停止順序のような過度的な作動期間中あるいは入口と出口の間の圧力降下のような外的条件が変化するときに、独特の応答作用を有する。このような過度的条件に応答するＳＡＳＯ装置は、迅速な応答、ゆっくりした応答、スムースな応答等のような好都合な過度的作用を達成するように設計可能である。
【００６２】
図１ｂは本発明の幾何学的な様相を実例によって示している。種々のＳＡＳＯ装置構成要素の次の詳細な説明は、各要素の重要な機能と、ＳＡＳＯ装置特性に対する各要素の影響および流れを阻止する渦流れパターンに影響を及ぼす方法と共に行われる。第１要素はＳＡＳＯ装置管路（９）である。この管路は異なる圧力の２個の「タンク（溜め）」を接続する。一方のタンクは管路の入口（２）に隣接して配置され、他方のタンクは管路の出口（３）に隣接して配置されている。ＳＡＳＯ装置管路は直線（図２ａの２００）に沿って延在してもよいし、曲がりくねったコース（図２ａの２０１，２０２）に沿っていてもよい。図２ａは二次元の様相だけを示しているが、ＳＡＳＯ装置管路は三次元的に曲がりくねっていてもよい。それによって、流体を所望なすべての方向、距離および位置へ運ぶことができる。従って、管路断面領域の下流方向の分布は均一であってもよいし（図２ａの２００）、拡散してもよいし（図２ｂの２０３）、先細になっていてもよいし（図２ｂの２０４）、また他の任意の実際的な分布でもよい。管路断面は長方形でもよいし（図６ａの２２０，２２２）、ほぼ円形でもよいし（図６ａの２２１，２２４）、多角形でもよいし（図６ａの２２３）、また特別な工学的要求によって決定される他の任意の形でもよい。
【００６３】
ＳＡＳＯ装置管路の横方向寸法は「ａ」によって表されている（図１ｂ参照）。ＳＡＳＯ装置管路の内壁表面は滑らかであるかあるいは管路壁に付着する薄い境界層内の小規模の乱流を強化するためにざらざらしていてもよい。ざらざらの壁の場合は、表面摩擦が増大する。同じ理由から、管路内壁は、壁乱流を発生する局部的な流れ剥離を高めるために、好ましくは境界層幅以下の小さな突出障害物を備えていてもよい。
【００６４】
図１ｂのフィン（１３）は、ＳＡＳＯ装置の特別な内部形状を有する、向かい合った２列のフィン（１４，１５）の一方の列の１つのフィンである。フィンの目的は流れの剥離を強制的に行うことであり、従って渦状の流れパターンを発生することである。フィンは管路壁に対して垂直に位置決め可能であり、それによって図１ｂに示すように流れに向き合っている。その代わりに、フィンは一般的なコア流れ方向と管路壁の両方に対して傾斜していてもよい。フィンの表面は平らでもよいし、剥離特性を調整するために予め定めた他の表面形状でもよい。
【００６５】
一方のフィン列のフィンの代表的なスパンは図１ｂにおいて寸法「ｂ」によって示されている。この第１フィン列の第１フィンに近接した、向かい側のフィン列のフィンのスパンは、「ｃ」によって示されている。両フィン列のフィンスパンは図１ｂに示すように同一でもよいし、変化していてもよい。フィン先端部（１６）は鋭利でもよいし、鈍い形でもよいし、適切な形でもよい。好ましくは、各フィンはほぼ管路の半分を塞ぎ、それによって「ｂ」と「ｃ」はそれぞれ流体的な直径「ａ」のほぼ半分である。向かい合った２列のフィンの間の隙間は図１ｂに示すように、「ｄ」＝ａ−（ｂ＋ｃ）である。「ｄ」の値については次の３つの実際的な実現性がある。
ｄは０よりも大きい（図６ｂの２１２参照）。ほとんど真っ直ぐなコア流れは  図５ａに示すように発生する。
ｄは０に近づく（図６ｂの２１１参照）。隙間は減少し、コア流れは図５ｂに  示すように正弦波状になる。
ｄは０よりも小さい（図６ｂの２１３参照）。フィンは部分的にオーバーラップし、正弦波状の動きが増幅される。
【００６６】
実際は、本発明の原理の実施のために、「ｄ」の絶対値は管路の横方向寸法「ａ」よりも小さなオーダーであるべきである。前記隙間の前記絶対値は好ましくは、前記管路の隣接する横方向幅の２０％よりも大きくない。
【００６７】
コア流れの横方向の正弦波状運動は、隙間「ｄ」だけでなく、フィンの幾何学的な詳細にも依存する。更に、横方向の正弦波状運動は、通過流れレイノルズ数が増大するときに増幅される。強いコア流れ運動が存在するとき、表面の方に向いたフィンのエッジ領域でのコア流れの局部的な衝突が図５ｃに示すように生じ得る。
【００６８】
フィン形状と特にフィン先端部形状は、ＳＡＳＯ装置性能に大きな影響を及ぼし得る。フィン先端部は鋭利でもよいし（図６ｃの２３０）、丸くてもよいし（図６ｃの２３１）、また鈍いカットでもよい（図６ａの２３２，２３３）。フィン先端部は通常は、三次元のカーブであり、「剥離個所」は実際、コア流れ運動方向に対してほぼ垂直な「剥離カーブ」である。「剥離カーブ」は直線でもよいし、フィン先端部曲率またはフィンスパンの横方向分布に対応して予め定めた曲率でもよい。フィンスパンは横方向において均一であってもよいし（図７ｃの２４１）、丸く湾曲していてもよいし（図７ｃの２４２）、対称的に「Ｖ」字形であってもよいし（図７ｃの２４３）、また横方向に傾斜していてもよい（図７ｃの２４４）。「剥離カーブ」は実質的に鋭利なまたは鈍いフィン先端部に固定（固定配置）してもよいし、非固定配置状態でもよい。非固定配置状態は丸いフィン先端部の使用によって決定される。フィン表面は小規模の境界層乱流を発生するために、滑らかでもよいし、ざらざらにしてもよい。特に丸いフィン先端部の場合にフィン先端部領域をざらざらにすることにより、良好な流れ剥離の特性が生じる。流れ剥離の不安定な性質は、それが通過流れを効率的に阻止する複雑で不安定な渦流れを起こすときに、ＳＡＳＯ装置性能を大幅に改善する。
【００６９】
実際には、ＳＡＳＯ装置は多数のフィンを備えている。それによって、改良された特性を有するＳＡＳＯ装置を提供するために、管路内に種々のフィン組み合わせを配置することができる。機能を損なうことなしに、次の組み合わせが考えられる。
・ＳＡＳＯ装置全体にわたって一定の幾何学的プロファイルを有する１つのフィンタイプ。
・１つのフィンタイプであるがしかし、フィン幾何学的プロファイルが下流の方向において変化している。例えば空いた隙間「ｄ」の拡散分布（図７ｄ参照）または代替的な集束分布。
・複数のフィンタイプの組み合わせ。それにもかかわらず、１つのフィンタイプの使用が好ましい。
・フィンは主流れ運動に対して傾斜していてもよい。
【００７０】
フィンによる流れ剥離の結果として、渦状空気力学的閉塞メカニズムの基本的なＳＡＳＯ思想が確立しているかぎり、ＳＡＳＯ装置においてあらゆる形状のフィン、上述の幾何学的詳細が許容される。
【００７１】
明確にすべき最後の幾何学的要素は、図１ｂにおいて斜めの線で陰影をつけたＳＡＳＯセル（１７）である。ＳＡＳＯセルは、２個の連なるフィン（１８，１９）と管路壁（２０）と管路中心線（２１）によって画成された空所である。ＳＡＳＯ装置は連なるＳＡＳＯセルの実質的に向かい合った２つの列を備えている。第１セットの向かい合った各ＳＡＳＯセル内には、図１ｂに示すように、向かい合ったセットの１個のフィンが存在する。ＳＡＳＯセルの基本的な横方向寸法は、ほぼフィンの高さ「ｂ」（または「ｃ」）あるいは管路横方向寸法の約半分「ａ／２」である。図１ｂにおいて「ｅ」で示した、フィンの間の縦方向隙間は、ＳＡＳＯセルピッチである。向かい合ったセットのＳＡＳＯセルの正確な中心に面して向かい合ったフィンを配置することは、通常行われているがしかし、必ずしも必要とは限らず、中心からずれていてもよい。ＳＡＳＯセルピッチ「ｅ」は一定であってもよいし、任意の実際的な下流方向分布でもよい。
【００７２】
ＳＡＳＯセルの空所内で、一次渦が発生する。発生した渦は、通過流れが管路の内側で維持されるときにのみＳＡＳＯセル内で発生し存続する動的流体構造物である。渦は固定された仮想軸線または不安定な仮想軸線の回りの流体の回転運動である。安定した渦は完全に発達した渦であり、安定した速度場を誘起する。安定した状態の場合、一次渦は図１ａ，１ｂに示すような閉じた流線によって特徴づけられる。これは、渦流線に対して垂直な質量流れが存在しないことを意味する。それによって、入ってくる流れに面している固体フィンのように、効果的な流体バリヤとしての働きをする。一次渦は不安定であるがしかし、実質的にＳＡＳＯセル内に維持されているときには、周期的または無秩序状態で運動している間に変形し得る。このような不安定の場合、渦流線は必ずしも閉鎖されず、コア流れとの質量交換が行われる。それにもかかわらず、事実上、渦は効果的な「流体バリヤ」としての働きをする。一次渦の不安定な性質は本発明に従ってきわめて重要である。というのは、それが渦とコア流れとの間の複雑な相互作用を生じることができるからである。更に、渦の間の縦方向相互作用を生じることができる。これらの相互作用は意図的に引き起こされ、空気力学的閉塞メカニズムの効率を大幅に改善する。
【００７３】
渦流れパターンは壁粘性摩擦を有するＳＡＳＯセルの壁と強い相互作用をする。安定した粘性相互作用と不安定な粘性相互作用のケースは別個に処理すべきである。一般的に逸脱することなく、図３ａ〜３ｈはいろいろな渦流れパターンとＳＡＳＯセル壁との幾つかの相互作用を示している。この場合、コア流れとの相互作用も含むことができる。安定した特性の相互作用が図３ａに示してある。この場合、ほぼ静止した渦（６）がＳＡＳＯセル内に発生する。図３ｂは、ほとんどが時間周期的な性質の弱くて不安定な相互作用が起こるケースを示している。この場合、渦が変形し、ＳＡＳＯセル内で移動し、コア流れと相互作用している。渦が揺れ動く（矢印（３０）で示す方向に）ので、コア流れのコースを局部的に変更して「自由通過」となることによって、コア流れを調節する。従って、このコア流れは矢印（３１）の方向に移動する。空気力学的な閉塞作用は、例えばＳＡＳＯ装置の所望な大きさを選択することによって、流れが不安定になるときに大幅に増強させることができる。換言すると、本発明の２つの基本的な特徴、すなわちΔＰの著しい上昇とＭＦＲの劇的な減少の両方が変更される。一般的に、不安定な渦パターンの場合、空気力学的閉塞作用の種々の様相を、時間平均量の点から論じなければならない。
【００７４】
図３ａ，３ｂに示した流れとＳＡＳＯセル壁との相互作用は、本発明特有の様相に光を当て、それから独特の渦流れメカニズムを生じる。このような場合、管路壁に作用する粘性摩擦力は、慣用の管路またはラビリンス状管路内の粘性力と反対向きである。粘性摩擦力の方向を変えるのはＳＡＳＯセルの内側の渦である。ＳＡＳＯ技術を用い、二次渦流れパターンを使用することによって、壁粘性摩擦力の方向を操作することができる。元々動かない性質を有する二次渦（３３）は、主渦とＳＡＳＯセルコーナーの間に生じ得る（図３ｃ参照）。このような小さな渦は特別なセル形状（図３ｄ参照）の助けにより意図的に発生することができる。この場合、管路壁（１２）は突出構造要素（３４）を備えている。その代わりに、フィンスパン「ｂ」が大きくなっているときは、主渦の大きさに類似する大きさの二次渦（３５）が生じ得る（図３ｅ参照）。この二次渦（３５）は通常は回転速度が遅い。他のケースでは、主渦（６）はＳＡＳＯ空所内でコア流れ（８）によって下方へ押しのけ可能である。このような場合、１つの小さな二次渦（３５）または幾つかの渦が、図３ｆに示すように、ＳＡＳＯセルの「空いている」コーナー領域に生じ得る。つまり、図３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆに示した発生渦は粘性摩擦力を操作するためのＳＡＳＯ技術の多数のツールのうちの少数のツールである。このような操作は本発明のＳＡＳＯの２つの基本的な特徴、すなわちΔＰの上昇とＭＦＲの減少を大きくを変更し得る。
【００７５】
「自由に」（幾何学的に強制されないで）生じた渦は、その特有の「自然な」大きさを有する（この用語は、当該技術で呼ばれているごとく、一体的な大きさを意味する）。この大きさは流れ特性と渦の固有の形成履歴に依存する。渦度に関連する、一体化して定めた渦の自然の大きさと、用語「スペーシング」によって表現される、ＳＡＳＯセル内で使用可能な実際のスペースとの調和問題は、本発明において非常に重要である。二次元の場合、渦の空間的な成長は、ＳＡＳＯセル壁内で二次元的に画成される。それによって、スペーシングの渦断面様相だけがこの検討に関連がある。この場合、パッシブ方向における幾何学的な制限については後述する。ＳＡＳＯセル寸法が渦度に関連する一体化して定められた渦の自然の大きさよりも事実上大きいかまたは小さい状況では、渦は実際はその全ポテンシャルを発揮しない。それによって、空気力学的閉塞メカニズムについて効果的でない。「最適なスペーシング」の状態は実際は、ＳＡＳＯセルの大きさが、渦度に関連する一体化して定められた渦の自然の大きさよりも幾分小さいときに達成される。このような場合、渦は実際にその全ポテンシャルを発揮し、少し変形し、ＳＡＳＯセル壁とコア流れの両方と強く相互作用する。スペーシングの問題は、ＳＡＳＯ装置性能に影響を与える最も重要な様相である。空気力学的に誘起される力を発生するために使用される特別な噴射システムについて、最適な構造を定めることと、最高の性能のＳＡＳＯ装置設計のために実際の設計指針を提供すること（最適なスペーシングを達成すること）が、ＳＡＳＯ技術の仕事である。安定した渦パターンの場合については、推奨される近似的な比ｅ／ｂは、１：１〜１：２の範囲であり、好ましくは約１：１．５である。ＳＡＳＯ管路内部形状が更に複雑であるとき、特に三次元要素が含まれているかあるいは安定したまたは不安定の渦流れパターンが更に複雑であるときあるいは二次渦発生し、コア流れおよび／または一次渦と相互作用するときあるいは渦流れパターンがもともと三次元であるときに、この比はもはや設計の最初の指針として考慮されない。
【００７６】
レイノルズ数（Ｒｅ）が上昇すると、ＳＡＳＯ装置の渦流れパターンは更に複雑になり、不安定な流れメカニズムを含む。Ｒｅ数が上昇すると、不安定な二次渦がコア流れと主渦の間に発生し得る。これらの渦の代表的な大きさはコア流れ幅に類似しており、主渦よりもはるかに小さい。これらは、周期的モードで、複雑な周期でまたは無秩序で発生および下流方向に移動する分界渦である。これらの分界渦はコア流れと強く相互作用し、不安定な特性のコア流れが得られる。分界渦がコア流れに直接作用すると、不安定なコア流れの「破壊」が起きる。更に、直面するフィンに対するコア流れの局部的な衝突が起こり得る。分界渦（３６）は図３ｇに示すように、ＳＡＳＯセルの内側に局部的に存在する。この分界渦は更に、下流方向に移動し、連なるＳＡＳＯセルと相互作用する。図３ｈ参照。流れの不安定性は空気力学的閉塞作用を大幅に改善し、本発明の基礎的な特徴、すなわちΔＰの上昇とＭＦＲの減少に影響を及ぼす。不安定な渦流れパターンの長所を得て、利用することはＳＡＳＯ技術の範囲に含まれる。
【００７７】
コア流れおよび主渦と強く相互作用する移動する渦の発生は、下流へ進む波状モードを作り出すことできる。この場合、多数の渦が互いに「接続し合う」。二次渦とコア流れとの直接的な相互作用の結果として、横方向と縦方向のコア流れ速度の瞬間的に大きな変化が局部的に発生し得る。従って、強く乱されたコア流れが不安定状態で直面するフィンに衝突し得る。レイノルズ数（Ｒｅ）が更に上昇すると（例えばＳＡＳＯ管路横方向寸法の増大によって）、二次渦が一層多く発生し、二次渦とコア流れの直接的な相互作用が一層強くなる。従って、空気力学的閉塞作用が非常に強まる。ＳＡＳＯ技術は更に、空気力学的に誘起される力を発生するために使用される、改良された特性の噴射システムの設計のために、この不安定な渦／コア流れ相互作用を利用するために必要なノウハウを提供する。本発明はこれらのすべての不安定な二次渦パターンをカバーしている。従って、ＳＡＳＯ思想は以下において、瞬時にコア流れを阻止する二次分界渦を含むために拡張されている。
【００７８】
コア流れ横方向大きさ（またはコア流れ幅）は、ＳＡＳＯ管路水力直径よりもかなり狭い。コア流れ速度分布とその幅は基本的に、外部圧力低下、ＳＡＳＯ装置の種々の内部構造および特にＳＡＳＯ管路内で発生する渦流れの場パターンによって決定される。流れが静止状態から加速されると、初期コア流れは幅が広く、フィンと管路壁によって画成されて、横方向振幅の大きな正弦波状の下流方向への流体運動である。この最初の例で、流れは従来のラビリンス型装置における流れに非常に似ている。後の段階では、全体的に異なる流れの場がＳＡＳＯ装置管路内に発生する。特別なＳＡＳＯ装置構造の壁によって形成された内部通路に沿って流れることができない。従って、フィン先端部での流れ剥離と、強い主渦の向き合った２つの列が、ＳＡＳＯセル内に発生する。この渦列は管路を通る流れの通過を制限し、剥離されたきわめて狭いコア流れが得られる。多くの場合、コア流れは予め定めたＲｅ数に関して（Ｒｅ数が上昇するとき）、不安定な渦流れを含んでいる。
【００７９】
コア流れ特性は、ＳＡＳＯ装置の内部構造のジオメトリーによって影響を受け、フィンの向き合った２つの列の間の隙間「ｄ」によって最も強い影響を受ける。ほとんどの場合、「ｄ」が小さくなると、コア流れは狭くなる。しかし、「ｄ」が更に小さくなると、横方向正弦波状運動が発生し得る。更に、隙間が閉じる（「ｄ」＝０）かまたはフィンがオーバーラップするとき（「ｄ」＜０）、横方向の正弦波状運動が強められ、コア流れの幅が増大する。この２つの矛盾する作用は、ａ／１０＜ｄ＜−ａ／１０のｂの値が特に好ましい（ａはＳＡＳＯ管路の「水力直径」）という考えをもたらす。この矛盾する作用の１つが意図的に優っていると、例えばΔＰの最大化が重要であるが、ＭＦＲの最適な減少が重要でないとき、あるいはその逆であるときに、実際的要求となる。
【００８０】
フィンオーバーラップが或る値よりも増大すると、コア流れが管路壁に再び付着させられるということに留意すべきである。この場合、ＳＡＳＯ思想はもはや維持されず、流れはラビリンス型の運動を行い、渦の流れパターンは消滅する。それでもなお、コア流れがフィンによって剥離され、ラビリンス型の流れと基本的に異なり、そして流れを阻止する種々の渦の流れパターンがコア流れよりも優勢であるかぎり、本発明の上記のＳＡＳＯ思想は維持される。
【００８１】
コア流れの代表的な幅は、ＳＡＳＯセル管路の効果的な水力直径である。それによって、大きな横方向物理的寸法（「ａ」）を有するＳＡＳＯ装置は実際は、従来の管路と比べて、ＭＦＲに関して、はるかに狭い有効幅を有する。代表的なケースでは、物理的寸法と有効寸法は、ＳＡＳＯ管路を通るＭＦＲに関して、オーダーで異なっている。この二重寸法のやり方（ＭＦＲと大きな物理的寸法に合わせた小さな有効寸法）は本発明の基本的な特徴である。特に、大きな物理的寸法は汚染物質を含む流体の場合に汚染物質閉塞の危険を大幅に減らすという点で重要である。更に、ＳＡＳＯ管路内の物理的通路（すなわち、フィンの間の管路内の曲がりくねった通路）を、流体内の汚染物質粒子の予想寸法よりも少なくとも１０％だけ大きくすることを提案する。汚染物質の大きさは、ＳＡＳＯ装置が空気力学的誘起力を発生するために使用される特別な噴射システムに指定されるときに予測すること可能であり、従って物理的通路に関連するＳＡＳＯ装置の大きさを特定することができる。
【００８２】
これまで、流れの場とその構造の提示を簡単化するために、説明をＳＡＳＯ装置の二次元のケースに制限した。しかしながら、実際の三次元ＳＡＳＯ装置について、「パッシブ寸法」（位相的な視点から、パッシブ）、すなわち幅「ｗ」によって示される物理的寸法は、粘性エッジ効果を無視できるほど充分大きくなければならない。「ｗ」が小さすぎると、渦と側壁の間の大きな速度勾配が渦の強さを弱めるので、ＳＡＳＯ装置を無効にする。従って、最小幅が少なくとも「ｂ」（図１ｂ参照）と同じオーダーであることが推奨される。
【００８３】
本発明の自己適応式セグメント化オリフィス（ＳＡＳＯ）は２つの主要な構想をもたらす。
・自己適応式ゲートユニット。
・セグメント化構想。
この２つの構想を次に説明する。
【００８４】
各々の渦と、向き合うフィンは、「自己適応式ゲートユニット」（以下、ＳＡＧＵと呼ぶ）を画成する。このＳＡＧＵは本発明の好ましい実施の形態に従ってＳＡＳＯ装置の断面を描写する図１ｂに示した本発明の基本的なユニットである。ＳＡＧＵは２つの相補的な要素からなる「仮想の」オリフィスユニットである。この相補的な要素は固体要素、すなわちフィンと、動的要素、すなわち向かい側のフィン列（１５）の２個のフィンの間に位置する渦の流体構造体である。従って、ＳＡＧＵは、管路を通る流体運動が維持されるかぎり存在する動的実在物である。次の２つの異なるタイプのＳＡＧＵが本発明に関係がある。
半径方向ＳＡＧＵ。この場合、図４ａに示すように、フィン（１３）は実質的に、向かい側のフィン列（１８，１９）の連なる２個のフィンの間の向かい側のＳＡＳＯセル内に位置する渦（６）の中央の方に向いている。
接線方向ＳＡＧＵ。この場合、フィン（１３）は実質的に、渦（６）の円運動に対して接線方向である。フィンは管路壁（１２）に対して傾斜し、フィンと壁（１２）は角度「α」をなしている。典型的な距離「ｆ」を生じている。この距離は、一方のフィン列のフィン先端部と、向かい側の第２フィン列の最も近いフィンとの間の最も短い距離である。図４ｂ参照。
【００８５】
両ＳＡＧＵタイプからなるハイブリッドＳＡＳＯ装置も、本発明の範囲に含まれる。
【００８６】
流体動的抵抗の大幅な増大のため、幾つかのＳＡＧＵを組み込んだＳＡＳＯ装置は２つの観点から魅力のある技術的な利点がある。
・同じ水力直径の従来の管路と比べて、大幅に増大し内部圧力効果（ΔＰ）が管路内に生じる。
・通過流れが実質的に渦によって阻止される。従って、従来の管路を通るＭＦＲに対して、ＭＦＲは劇的に減少する。
【００８７】
これらの２つの観点が機能的に関連しており、この相互依存関係を巧みに操り、活用するのがＳＡＳＯ技術である。
【００８８】
本発明によるＳＡＳＯの第２の基本的な内容がセグメント化概念である。実際、よく機能するＳＡＳＯ装置を構成するために、ＳＡＧＵの組み合わせを使用することが有利である。これがＳＡＳＯ技術の本質である。このＳＡＳＯ技術は、空気力学的誘起力を発生するために使用される噴射システムのための特別な技術的要求を満たすために、新しいまたは改良されている予め定めた特徴を有するＳＡＳＯ装置を提供する。
【００８９】
本発明の基本的な観点は、ＳＡＳＯ装置の自己適応特性である。このような装置は、従来の装置と異なるように、変化する外的条件または不安定な外的条件に対応する。特に、外的条件が不安定であるかまたは意図的に変えられるとき、あるいは異なる技術的要求を満たすために調節可能な機能性が要求されるときに、ＳＡＳＯ装置は優れている。結局、渦の流れパターンの動的特性と、渦とコア流れの相互作用は、ＳＡＳＯをその自己適応状態にする。
【００９０】
ＳＡＳＯ技術は本質的に異なる２つの技術的様相を巧みに操るために使用される。
・ＳＡＳＯ装置は、空気力学的閉塞メカニズムから生じる大幅な内部圧力降下（ΔＰ）を抑えるために使用可能である。
・ＳＡＳＯ装置は、空気力学的閉塞の発生によって管路を通るあらゆる流体の運動を制限または制御するために使用可能である。
【００９１】
本発明の基本的な思想は、次の説明によって明らかになる。本発明の自己適応式セグメント化オリフィスによって強制される空気力学的閉塞メカニズムの好ましい実施の形態によるＳＡＳＯは、ＳＡＳＯ装置の特別な構造が渦の流れ場パターンを発生させ、それによって管路を通る流れを制御するかぎり、有効である。
【００９２】
流れが管路を通り始めるときに、渦はまだ発生せず、従って初期のＭＦＲは比較的に大きい（過度期間の間）。短時間経過後、過度期間が終了するときに、渦の流れパターンが完全に発達し、管路を通る流れを効果的に阻止する。その結果、内部圧力降下（ΔＰ）が著しく増大し、ＭＦＲが劇的に減少する。過度的な事象が、本発明の自己適応性にとって主たる原因となることを強調すべきである。流体が管路を通って流れ始めるときに、渦の流れパターンが直ちに発達し、空気力学的に流れを阻止するので、ＳＡＳＯ装置は自己適応方式で「反応する」。
【００９３】
過度期間は本発明の最も重要な特徴であるＳＡＳＯの多重機能性を示す。この場合、異なる動作条件でまたは変化する動作条件で作動するときに異なる能力がＳＡＳＯ装置によって示される。渦の特性ひいてはＭＦＲとΔＰは、種々の流れ場現象に強く依存し、そして最も重要なことであるが、内部の渦の流れパターンを表すＳＡＳＯ装置管路の内部構造に強く依存する。
【００９４】
自己適応ゲートユニット、すなわちＳＡＧＵは、構造要素と流れ場要素の両方を特徴づける本発明の基本的な要素である。従って、ＳＡＧＵは「動的」または流体タイプのゲートと見なされる。ＳＡＧＵは次の要素を含んでいる。
・ＳＡＳＯ装置管路壁の一方の側に設けられた１つのＳＡＳＯセル。
・（向かい側の管路壁の）向かい側のフィン列の１個のフィン。
・（安定したまたは不安定性の）１つの主渦。
【００９５】
斜めの線で陰影をつけた１個のＳＡＧＵが図１ｂに示してある。ＳＡＳＯ装置は図１ｂに示すように連ねて非対称に配置された１個以上のＳＡＧＵからなっている。複数のＳＡＧＵが使用されるとき、不安定の渦流れパターンと、渦とコア流れの強い相互作用と、ＳＡＧＵ間の連絡は、ＳＡＳＯ装置の実際の特性を大きく変える。
【００９６】
明瞭な説明のために、１つのタイプのＳＡＧＵだけを紹介した。本発明のＳＡＳＯに従って、２つの異なるタイプのＳＡＧＵが考えられる。
・半径方向ＳＡＧＵ。この場合、コア流れがＳＡＧＵフィンに対してほぼ垂直である。このタイプのＳＡＧＵは上述したものであり、図１ａ，１ｂ，３に示し、更に図４ａに示した。
・接線方向ＳＡＧＵ。この場合、図４ｂに示すように、コア流れがＳＡＧＵフィンに対して局所的および実質的に平行である。
・空気力学的誘起力を発生するために使用される噴射システムの異なる技術的要求を満たすために、１個のＳＡＳＯ装置において、接線方向ＳＡＧＵと半径方向ＳＡＧＵを組み合わせることができる。この組み合わせは、ＳＡＳＯ思想が維持されているかぎり、本発明の範囲に含まれる。
【００９７】
接線方向ＳＡＧＵの物理的な寸法の定義は、無関係になる隙間「ｄ」を除いて、半径方向ＳＡＧＵについて定めた寸法に類似している。２つの変数、すなわち角度「α」と距離「ｆ」は図４ｂに示すように、接線方向ＳＡＧＵの有効隙間を定める。角度「α」は管路壁に対するフィンの方向を定め、すべてのフィンにとって同一でなくてもよい。寸法「ｆ」は図４ｂに示すように、一方のセットのフィンの先端部と第２のセットの向かい合ったフィンとの間の最短距離である。本発明の基本思想である、渦流パターンによる空気力学的閉塞の発生は、接線方向ＳＡＧＵの場合には他よりも優勢であるが、詳細は異なっていてもよい。
【００９８】
接線方向ＳＡＧＵと半径方向ＳＡＧＵの重要な違いは、フィンに対して平行なコア流れによって発生する局所的な壁噴射流である。接線方向ＳＡＧＵの流れ場を半径方向ＳＡＧＵ流れ場と区別する２つの重要な特徴は、コア横方向波状運動の振幅の増大と、対向するフィンに対するコア流れの比較的に激しい局所的な衝突である（半径方向ＳＡＧＵとの比較のために図４ａ参照）。従って、流体力学的力の異なる分布がＳＡＳＯセル壁上に発生する。この現象は、本発明の主特徴、すなわちΔＰの上昇とＭＦＲの減少に大きな影響を及ぼす。
【００９９】
半径方向ＳＡＧＵとの比較における接線方向ＳＡＧＵの他の明確な特徴は、流体流れ方向が反転するときの、流体力学的抵抗の変化である。これは、半径方向ＳＡＧＵが流れ方向に関して「対称」の性質を有するのに対し、接線方向ＳＡＧＵが流れ方向に関して「非対称」の性質を有するためである。この接線方向ＳＡＧＵ「二重作用」は、異なる作動段階で、異なるΔＰ（ＭＦＲ）要求なしに、流体を噴射また吸い込むために、異なる流体力学的抵抗が要求されるときに効果的である。
【０１００】
本発明のＳＡＳＯの第２の主たる概念と、ＳＡＳＯ技術は、セグメント化概念である。特別な技術的要求は複数のＳＡＧＵの順次配置によって満たされる。それによって、ＳＡＳＯ装置は同一タイプの複数のＳＡＧＵによって構成してもよいし、１つよりも多いタイプのＳＡＧＵの組み合わせを使用することによって構成してもよい。換言すると、各ＳＡＳＯ装置は特別なＳＡＧＵ配列、ＳＡＧＵの数および使用されるＳＡＧＵの種類によって特徴づけられる。これにより、空気力学的誘起力を発生するために使用される種々のタイプの噴射システムのために実現される異なる特性のＳＡＳＯ装置を設計するために、同じ基本的な要素（ＳＡＧＵ）を再使用可能である。従って、ＳＡＳＯ技術設計手順に含まれるセグメント化概念は、ＳＡＧＵの種類と、使用されるＳＡＧＵの最適な数と、特別なＳＡＳＯ装置に沿ったＳＡＧＵの軸方向配置の選択を含んでいる。
【０１０１】
それ故、設計において一緒に組み合わせられるＳＡＳＯ装置の入口または出口区間のあらゆる構造と協力して行われるＳＡＧＵの組み合わせはすべて本発明によって保護される。更に、種々の技術分野の種々のパッシブまたはアクティブ手段との協力を含む、渦の空気力学的閉塞のＳＡＳＯ思想に実質的に基づいているＳＡＳＯ装置のすべての変形は、本発明の範囲によって保護される。
【０１０２】
本発明は、異なる構造を有する広範囲のＳＡＳＯ装置を含む。以下において、特許請求の範囲によって定められた本発明の範囲を制限することなく、空気力学的誘起力を発生するために使用される噴射システムで適用可能な幾つかの任意のＳＡＳＯ装置について説明する。
【０１０３】
基本的なＳＡＳＯ装置は図７ａに示す、長方形断面の「ＳＡＳＯ管」である。この装置は本質的に三次元ＳＡＳＯ装置である。この場合、第３の次元の代表的な幅「１２」は「パッシブ方向」である。主流体力学的パターンは二次元特性であるが、三次元特性の第２の流れ作用が発生し得る。（「パッシブ」方向の）側壁を考慮するとき、流れは三次元特性を有する。「１２」（図７ａ）が充分に小さな値に達するので、流れははっきりした三次元特性になり、粘性効果がＳＡＳＯ管性能に大きな影響を及ぼす。特に、渦の流れパターンが非常に崩壊することになる。それによって、空気力学的閉塞メカニズムが非常に弱まる。上記の壁効果を実際に避けるために、「１２」の大きさを少なくとも「１１」に似た大きさにすることが推奨される。基本的な二次元構造タイの２つの側面図と１つの平面図が図７ｂに示してある。横方向側面図Ｉは向かい合った２つのフィン列と共に、「アクティブ」次元を示している。側面図ＩＩは交錯した（これは勿論真実ではないが、見る角度では交錯する）両フィン列の断面を示している。平面図ＩＩＩは入口における向き合った最初の２個のフィン（４，５）を示している。既に述べたように、異なる横方向スパン分布のフィンは、図７ｃに示すように任意である。図６ｂは幾つかの任意のフィン断面またはフィンプロファイルを示している。フィンプロファイルは長方形（２１２）、鋭利な形（２１１）、湾曲した形（２１０）またはフィンの側面が異なる形（２１５）とすることができる。フィン列はオーバーラップしてもよいし（２１３）、オーバーラップしていなくてもよいし（２１２）、フィン列の間に隙間を有していなくてもよい（２１１）。フィンはＳＡＳＯ管路壁に垂直に取付けてもよいし（２１２）、ＳＡＳＯ装置管路壁に対して傾斜していてもよい（２１４）。フィン配置構造は流れ方向に関して異なる作用をしてもよいし（２１４〜２１５）、流れ方向に敏感でなくてもよい（２１０〜２１３）。異なるフィンを使用することにより、流れ剥離の特性を巧みに調節することができる。それによって、ＳＡＳＯ管は特別な要求を満たすために変更可能である。この基本的なＳＡＳＯ装置は、空気力学的誘起力を発生するために使用される特別な噴射システムの技術的要求に依存して、ＳＡＳＯ技術設計手順によって規定されるように、予め定めた数の同一のＳＡＧＵからなっている。
【０１０４】
図６ａにおいて（２２２）で示すように、パッシブ方向に沿った横方向長さ「１２」が第２横方向の長さ「１１」よりもかなり長い場合には、変更されたＳＡＳＯ装置、すなわち「ＳＡＳＯスロット」が定められる。伸長した長方形断面を有するこの基本的なＳＡＳＯスロット内では、境界層の横方向大きさと、スロットのエッジで生じる粘性効果は、「１２」に関して実際に無視可能であるので、流れは実質的に二次元である。従って、（渦による）コア流れ幅の一次元の横方向抑圧作用、換言すると空気力学的閉塞メカニズムは一層有効となる。
【０１０５】
「指向性」ＳＡＳＯ装置構造が図７ｄ，７ｅ，７ｆに示してある。この場合、流れが方向を反転するときに、流体力学的抵抗が大きく異なる。非対称のプロファイル（２１５）と傾斜したフィン（２１４）（図６ｂ参照）は指向性ＳＡＳＯ装置の特徴である。集束管路および拡散管路（図２ｂの２０３，２０４）も指向性ＳＡＳＯ装置を生じる。更に、図７ｄは「指向性」ＳＡＳＯ装置である。この場合、フィン（１４，１５）のスパンは予め定めた流れ方向ｘに徐々に短くなっている。この実施の形態において、空気力学的抵抗が両方向において類似していないので、コア流れはｘ方向に拡散するかまたは流れ方向が反転すると、集束する。図７ｅは異なる「指向性」ＳＡＳＯ装置を示している。この場合、フィン（１４，１５）の一方の表面が例えば平らであり、フィンの反対側が湾曲している。このケースでは、渦の流れパターンとコア流れの特性が異なるように巧みに調節され、流れの方向が変わるときに、空気力学的抵抗が変化する。実際は、接線方向ＳＡＧＵに基づくＳＡＳＯ装置が指向性ＳＡＳＯ装置の代表的な例である。図７ｆは異なる「指向性」ＳＡＳＯ装置を示している。この場合、連なる２個のフィンの間のピッチすなわち距離が、予め定めた流れ方向ｘにおいてかなり変化している。
【０１０６】
これまで説明した例はすべて、開放し湾曲した渦線（２つの端部を有する）と関係している。ＳＡＳＯスロットの特別なケースは図８に示す環状ＳＡＳＯスロットである。このＳＡＳＯスロットは閉じたループの２列の渦を発生することができる（この場合、２列の渦リング）。図８ａは向かい合った２列のリング状フィンを有する環状ＳＡＳＯスロット（５０）を示している（上側の２個のフィンは図８ａに示してあり、更に図８ｂのフィン（５３，５４）参照）。この場合、環状ＳＡＳＯスロット管路は図８ｂに示すように、半径ｒ１の内壁（５２）と半径ｒ２の外壁（５１）を備えている。図８ｂは環状ＳＡＳＯスロットの断面を示している。この場合、２列のリング状フィン（５３，５４）が環状管路の内壁（５１，５２）内に配置されている。環状ＳＡＳＯスロット内で形成される渦パターンは、２列の渦リング（５５，５６）の形をしている。この構造において、渦リングによるコア流れ抑圧は一次元特性である。
【０１０７】
三次元特性を有する異なるタイプのＳＡＳＯ装置が図９ａに示してある。このタイプのＳＡＳＯ装置は横方向長方形断面（図９ｂ）の管路を有し、この管路は「Ｌ」字形のフィン（１４，１５）を備えている。フィンは向かい合ったコーナーに連なるように配置されている。図９ｃはＳＡＳＯ装置の内側に配置された第１フィン（セグメントＵとセグメントＤ）の縦方向断面図である（図９ｂに示すような断面Ａ−Ｂ）。この三次元タイプのＳＡＳＯ装置では、コア流れは渦によって二次元のように横方向に抑圧される。二次元の抑圧はＳＡＳＯ装置の三次元変形の最も重要な課題である。この場合、ＳＡＳＯ装置の二次元変形において、コア流れ横方向抑圧は一次元特性である。二次元コア流れ横方向抑圧の結果として、三次元ＳＡＳＯ装置構造の空気力学的閉塞効率が、大幅に改善されることが予想される。他の類似の代替物が図９ｄに示してある。この場合、「Ｕ」字形のフィン（１４，１５）が多角形断面を有する管路内に取付けられている。
【０１０８】
図１０は円形横方向断面を有する管路（４０）を備えたＳＡＳＯ装置の縦断面図である。この管路は内部らせん構造の１個のフィン（４１）を備えている。１個のらせんフィンはバリヤ（４２）を任意に備えている。このバリヤは、流れの剥離作用を強めるためおよびらせん流れ運動の自然淘汰を防止するために、装置に沿って分配配置されている。この自然淘汰は幾何学的パラメータの特別な組み合わせで引き起こされ得る。このようなバリヤの存在は絶対必要ではないが、流れ剥離を改善することができる。フィン両端部は突出するリムを備えていてもよい。このリムはフィン表面からほぼ垂直に突出し、その両端部でらせん渦を保持するためのシートとして使用される。
【０１０９】
これは三次元のＳＡＳＯ装置である。この場合、コア流れは発生したらせん渦によって、二次元円周で、すべての方向から横方向に抑圧される。従って、ＳＡＳＯ装置のこのような構造は空気力学的閉塞作用を高める効果的な変形である。更に、このＳＡＳＯ装置構造は流体流れのために二重通路を提供する。流れはフィンによって剥離され、そして中央の通路内に移動して薄いコア流れを発生するかまたはフィンに沿ってらせんコース内に移動する。バリヤを備えているかまたは備えていない幾何学的な設計は、第１中央ルートの流れを選択し、フィンによって剥離し、フィン背後のらせん空所内にらせん渦を発生することを目的としている。それによって、前述のＳＡＳＯ管に似たパターンを得ることができる。しかしながら、任意の種類の汚染物質が中央通路内に固着し、流れを局所的に阻止する場合、このタイプのＳＡＳＯ管はこの障害物に局所的に打ち勝つために、代替的な通路、すなわちらせんルートを提供する。そして、自己適応式に中央剥離ルートを再開するかまたは次のバリヤ（もし存在するなら）による中央剥離ルートを再開する。この二重通路特性は実際的にきわめて重要である。というのは、その利点、すなわち機械的な閉塞が「ほとんどなく」、従って深刻な汚染環境が存在する空気力学的誘起力用途のために使用される特別な噴射システムで確実に作動するという利点を、ＳＡＳＯ装置に提供するからである。
【０１１０】
従って、ＳＡＳＯ装置の（フィン構造、大きさ、構造および形等のような）内部特徴はらせんフィンＳＡＳＯ装置にも適用される。
【０１１１】
以下、一般性を損なうことなく、流体誘起力を発生するために１個以上のＳＡＳＯ要素を使用する本発明に従う空気力学的誘起力適用のための噴射システムの幾つかの好ましい実施の形態を説明する。この実施の形態はエアクッション支持、搬送、負荷支持、空気軸受、上部非接触式掴みそして接触式高圧押えを含んでいる。これらの実施の形態は、本発明の多様性を示し、そして特に「空気力学的戻しばね」特性に関するＳＡＳＯ利点および優れた性能を指摘する。空気力学的誘起力適用のための、このようなＳＡＳＯ技術に基づく噴射システムはすべて、空気噴射を基礎としているがしかし、この技術は空気に制限されず、所望される特別な空気力学的誘起力適用に依存して任意のガスや液体を使用することができる。
【０１１２】
空気ベッド支持および搬送システム
空気力学的誘起力を発生するために使用される本発明の共通の噴射システムは、エアクッション装置である。このような支持または搬送システムは、固体表面に接触しないで搬送すべき物体を支持するエアクッションを発生するために空気噴射を用いる。それによって、物体が接触によって損傷しなくなるかあるいは摩擦係数がきわめて小さくなるのでかなり少ないエネルギーで物体を運ぶことができる。また、この両方が達成される。
【０１１３】
図１１は、空気力学的誘起力を発生するために使用される本発明による噴射システムを示す。この噴射システムはエアクッション非接触支持システムとしての働きをする。システムは高圧マニホルド（１０１）を備え、この高圧マニホルドは高圧管（１０３）によって高圧源（１０２）に接続されている。ＳＡＳＯ管路（１）の入口（２）は高圧マニホルドに接続され、出口（３）は噴射システムの噴射表面（１０４）に位置している。ＳＡＳＯ管路の内部構造は図１〜１０に示した実施の形態から選択可能であるかあるいは特許請求の範囲によって保護される他の任意のＳＡＳＯ管路構造とすることができる。特別な技術的要求に関して、特別な設計の選択がなされている。図１１は、噴射システムによって生じるエアクッションによって非接触式に支持される物体（１０５）の３つの位置を示している。位置「ｂ」では、物体はＳＡＳＯ管路出口から距離Ｘだけ離れ、そして物体重量ｍｇと空気力学的誘起力Ｆとがつり合っている。位置「ａ」では、ＳＡＳＯ管路出口に対する距離Ｘが減少し、力Ｆが増大して物体をつり合い位置「ｂ」に押し戻す。自己適応特性のこの位置制御はＳＡＳＯ「流体戻しばね」作用によって生じる。位置「ｃ」では、距離Ｘが増大し、力Ｆが減少する。それによって、物体重量が物体をつり合い位置「ｂ」に引き戻す。このつり合い位置は絶対的に安定している。
【０１１４】
図１２は、従来の管路を備えた類似のエアクッションシステムと比較して、距離Ｘと、ＳＡＳＯ管路に基づくエアクッション噴射システムによって支持される物体に作用する空気力学的誘起力Ｆとの関係を示している。エアクッション支持のためにＳＡＳＯ管路を使用する利点は図１２に示してある。この場合、大きな内部圧力効果を維持するためのＳＡＳＯ基本特徴が有利に実施されている。
【０１１５】
１つ以上のＳＡＳＯ管路から空気が噴射されるときに、物体はつり合い位置で、従来の管路と比べて非常に短い距離Ｘのところにある。Ｘが減少すると、ＳＡＳＯ管路出口のほとんどが覆われるので、ＳＡＳＯ管路入口に供給されるマニホルド高圧のほとんどが、ＳＡＳＯ管路内の渦の空気力学的閉塞作用の低下のために出口に案内され、そして内部圧力降下ΔＰが劇的に減少する。従って、物体がつり合っていないで距離Ｘが減少すると、ＳＡＳＯ管路「空気力学的戻しばね」が「硬い」特性をもたらす。この場合、硬さはＳＡＳＯ管路を経て生じる内部圧力降下ΔＰに直接関係がある。ＳＡＳＯ管路は自己適応式位置決め制御メカニズムとして作用する「空気力学的戻しばね」を示す。この場合、（従来の管路と比べて）かなり大きな空気力学的戻し力が物体をつり合い位置に押し戻す。これは主として、噴射システム「噴射面」と物体との間の静圧の増大によって行われる。大きな内部圧力降下ΔＰを維持するためのＳＡＳＯ管路のポテンシャルにより、物体位置決めに関する制御特性が改善される。更に、ＳＡＳＯ管路が使用されると、つり合い位置Ｘが非常に小さくなる。それによって、従来の管路と比べて、正確な位置決め制御が可能となる。ＳＡＳＯ管路自己適応式位置決め制御の特性または感度は実際は、図１２に示した曲線Ｆ対Ｘの傾斜である。この場合、従来の管路と比べて、ＳＡＳＯ管路の傾斜はつり合い位置で非常に急であり、それによって制御特性が大幅に改善される。
【０１１６】
距離Ｘは出口とその上方の物体下側表面の間の距離である。図１１ａに示した空気軸受システムは代表的な例である。この場合、物体（１０５）はＳＡＳＯ管路出口の方に平らな下面を有する。しかしながら、物体の下面が表面１０５よりも更に離れていないで、ＳＡＳＯ装置出口の上方の物体下面が空所（１０６）を備えていると、出口からの有効距離は、リムの距離である。このリムは空所内の圧力上昇を管理する。この特徴はエアクッション用途で使用可能である。
【０１１７】
ＳＡＳＯ技術を実行するエアクッション噴射システムの必要ＭＦＲは、従来の管路と比べて著しく減少する。従って、ＳＡＳＯ技術を実行する噴射システムは、従来の管路を備えた類似のシステムと比較して、電力消費が著しく減少する。噴射システムが物体を支持するケースと、物体自体が噴射システムを備えているケースを区別しなければならない（図１３ａと図１３ｂを比較）。最初のケースの場合、複数の管路が使用され、その多くが覆われていない。このような状況では、ＭＦＲ減少に関する本発明の全潜在能力を得ることできる。というのは、覆われていないすべてのＳＡＳＯ管路が空気力学的に塞がれるからである。
【０１１８】
本発明によるエアクッション搬送システムの代表的な実施の形態が図１３ａに概略的に示してある。高圧源（２０）は圧力ホース（２０ａ）を介してマニホルド（２１）に接続されている。空気は多数のＳＡＳＯ管路（２２）を経て噴射され、管路出口（２４）を経て噴射システム（２３）の「噴射面」から出る。噴射空気は噴射システムを備えた「浮動」物体（２５）を支持するエアベッド（２６）を発生する。このエアベッドは物体表面と搬送ルート床（２７）の間に生じる。物体は安定したつり合った状態で浮く。この場合、物体重量はエアクッション空気力学的誘起力とつり合っている。本発明によるＳＡＳＯに基づく噴射システムから生じる空気力学的誘起力は、従来の管路と比べて、２つの観点から優れた能力を有する。すなわち、ＳＡＳＯを使用する噴射システムの高められた「空気力学的戻しばね」能力のため、かなり高い位置決め精度と、改善された自己適応式位置決め制御特性が得られる。更に、必要ＭＦＲが著しく減少する。
【０１１９】
エアクッション式搬送システムの他の実施の形態が図１３ｂに示してある。高圧源（３０）は圧力ホース（３０ａ）を介して細長いマニホルド（３１）に接続されている。空気は多数のＳＡＳＯ管路（３２）を経て噴射され、不活性噴射システム（３３）の噴射面のところで管路出口（３４）から出る。噴射された空気は物体（３５）を支持するエアベッド（３６）を生じ、物体は非接触的に浮いている。上記の例に類似して、エアクッションが生じるがしかし、この例では噴射システム自体が所定位置に固定されたコンベヤルートである。ＳＡＳＯ技術を使用する優位性については前の例で既に説明した。不活性噴射システムは多数の管路からの徐々に増える寄生ＭＦＲを欠点としている。この寄生ＭＦＲは空気力学的誘起力の発生には寄与せず、（寄生）質量流れを無駄に消費する。ＳＡＳＯ技術を使用することにより、覆われないすべての管路が効果的に空気力学的に閉塞され、それによってＭＦＲが大幅に減少する。
【０１２０】
エアベッド支持式または非接触式搬送装置は、いろいろな用途において、１つ以上の方向から流体を供給噴射することができる。幾つかのケースでは、動く物体と定置された面との間の距離を維持し、同時に物体を特別なルートで案内することが重要である。これは、搬送物体の所望な一時的位置決めを維持するのに空気力学的誘起力を適用するために、幾つかの方向から噴射することによって達成される。図１４ａはこのようなシステムを概略的に示している。この場合、重力は無関係である（それによって、水平または垂直または他の配列組み合わせが許容される）。平らな物体（４３）あるいは可撓性の物体（紙のような）が、２つの向かい合った噴射面の間で、この噴射面の間の経路に沿って支持または搬送される。高圧タンク（４０）は２個の圧力マニホルド（４１）に空気を供給する。圧縮空気は噴射システム噴射面の両方に設けられたＳＡＳＯ管路（４２）から噴射される。空気の噴射は物体（４３）を両側から支持する２つのエアクッションを生じる。所望されるように、物体表面が両噴射面から同じ距離にあるときには、空気力学的誘起力はつり合っている。物体を一方の表面に接近させて移動させるときには、距離と共に変化する空気力学的誘起力も変化する。空気力学的誘起力の変化は距離の変化と逆である。それによって、自己適応式位置決め制御は、物体を要求位置に戻すために向き合った２つの空気力学的戻しばねとして作用する。
【０１２１】
本発明の噴射システムは、図１４ｂに示すように、空気力学的誘起力の垂直成分（マニホルド表面に対して垂直な成分）を使用することによって直線運動を生じるために使用可能である。本発明のこの実施の形態では、高圧源（５０）が２個のマニホルド（５１）に空気を供給する。圧縮空気は噴射システムの両噴射面内に位置するＳＡＳＯ管路（５２）から噴射システムの噴射面内に対して傾斜した方向に噴射される。空気噴射は両側から平らな物体（５３）を支持する２つのエアクッションを生じる。このような流体噴射方向において、物体は更に、ＳＡＳＯ管路の傾斜方向によって定められる予め定めた方向に移動するように空気力学的に押される。運動は平行な流れによって発生する粘性摩擦力によって引き起こされる。本発明におけるＳＡＳＯ管路使用の前述の利点は、このようなエアクッションタイプの噴射システムにも関係があり、特に位置制御とＭＦＲ減少の利点が関係がある。
【０１２２】
支持システムまたは搬送システムのエアベッドは、平らな表面だけに制限されない。図１５に示すような円筒形状も許容される。このような噴射システム（図１５の断面図に示した）においては、内側高圧溜め（６０）または外側溜め（６１）が使用される。システムは多数のＳＡＳＯ管路（６２）を有する円筒形の空気支持面（６４）を備えている。ＳＡＳＯ管路の出口は円筒の噴射面上に位置し、その入口は内側高圧溜め（６０）に接続されている。噴射面上方で紙シート（６３）のような物体を搬送するために、物体（６３）の張力は充分である。この張力はこの実施の形態（図１５の実施の形態）では円筒状噴射面の上方に生じるエアクッションによって加えられる空気力学的力に逆らって作用する。噴射面の下方で物体を運ぶために、付加的な適合支持面（６５）が支持面（６４）の下方に設けられている。この支持面も多数のＳＡＳＯ管路（６２）に接続された高圧溜め（６１）を備えている。このＳＡＳＯ管路の出口は円筒状噴射面上に位置している。搬送物体、すなわちシート（６３）は支持面の間に設けられた通路内に吊り下げられ、両側からエアクッションによって物体に加えられる両側の力によってつり合わせて保持され、そしてＳＡＳＯ管路の「空気力学的戻しばね」の利点を生じる。
【０１２３】
空気は２つの円筒体（６３，６４）の外側表面と１つの半円筒体（６５）の内側表面上に位置するＳＡＳＯ管路（６２）から噴射される。エアベッドは円筒面と移動可撓性シート（６６）の間に生じる。この可撓性シートは紙シートでもよいし、プラスチックシートでもよいし、また接触しないで支持する必要がある他のシートでもよい。図１５の２つの支持システムの違いは明らかである。支持円筒体（６３）は位置決め制御に関して自己適応性の空気力学的誘起力を発生し、空気力学的誘起力はシート張力とつり合っている。シートを両側で支持する内側円筒体（６４）と外側半円筒体（６５）は類似の位置決め制御を行うがそれにひきかえ、つり合い位置はシート張力によって影響をあまり受けない。この場合、両側のエアクッションによってつり合わせられる。
【０１２４】
空気力学的誘起力を発生するためのＳＡＳＯ管路を使用する他の噴射システムは、多方向位置決め制御システムである。このような用途は例えば図１６ａに示すモノレール式エアクッション支持システムである。この用途では、モノレールベース（７０）がキャリッジ（７１）を支持している。このキャリッジは高圧空気源（７２）とマニホルド（７３，７４）を備えている。高圧縮空気はＳＡＳＯ管路（７５，７６）のセットを経て噴射され、モノレールに沿って移動する物体を支持するためにエアクッションが生じ、物体の位置を二次元的に制御する。実際には、２個の噴射システムがこのような非接触式噴射システムに含まれる。第１の噴射システムは垂直位置決めを行う。第１の噴射システムは高圧マニホルド（７３）と、キャリッジ重量とつり合わせるためのエアクッションを生じるＳＡＳＯ管路（７５）を有するエア噴射システムを備えている。第２の噴射システムは水平方向または横方向の位置決め制御を行う。この場合、空気は指定された高圧マニホルド（７４）からＳＡＳＯ管路セット（７６）を経て噴射され、向き合った２つのエアクッションを生じる。これらのエアクッションは水平方向両側からの自己適応式空気力学的位置決め制御機構としての働きをする。位置決め制御状況は図１４ａに示した装置に似ている。従って、非接触式位置決め制御のためにＳＡＳＯ技術を実行する利点は上述してある。
【０１２５】
類似のエアクッション式噴射システムが図１６ｂに示してある。この用途では、フックで吊り下げたキャリッジ（８１）がフック（８７）によってモノレール（８０）に支持されている。この噴射システムは高圧源（８２）とマニホルド（８３，８４）を備えている。高圧空気はＳＡＳＯ管路セット（８５，８６）から噴射される。それによって、モノレールに沿って動く物体を支持し、物体に接触しないで二方向において物体の位置を制御するためのエアクッションが生じる。図１６ａに示した前のエアクッション噴射システムについて説明したすべての詳細が、このＳＡＳＯ技術用途にも関連している。
【０１２６】
高圧噴射に基づく異なる用途が空気軸受を使用するスピンドルで適用可能である。このような用途が図１７に概略的に示してある。スピンドルのロータ要素（９１）は高い角速度で回転し、薄いエアクッション（９２）によって支持されている。このエアクッションは本発明の好ましい実施の形態に従って空気噴射システムによって生じる。スピンドルのステータ要素（９０）内に位置する高圧溜め（９３）の圧縮空気は、多数のＳＡＳＯ管路（９４）から噴射される。このＳＡＳＯ管路の入口はステータ要素に取付けられた高圧溜め（９３）に接続されている。噴射された空気はスピンドルステータの内側円筒面から出る。スピンドルロータは通常はその一端に工具（９５）を支持している。その結果、スピンドルロータは回転中工具に加えられる、矢印９６によって示した方向の横力を受ける。ηメートルのオーダーのきわめて高い精度でロータの半径方向位置決めを維持することが重要である（例えば半導体工業でのダイシング用途）。現在知られているスピンドルは従来の多数の小径噴射管路を使用する。特に横力を受けるときに、自己適応式半径方向位置決めを制御するための効果的な「空気力学的戻しばね」を達成するために、上記の小径噴射管路は多量のＭＦＲを消費する。図１３，１４に関連して前述したように、ＳＡＳＯ空気力学的戻しばね作用は従来の管路と比べて優っている。従って、スピンドルまたは類似の液圧用途または空気圧用途のためにＳＡＳＯ管路に基づく噴射システムを使用すると、位置決め精度と制御特性が改善され、ＭＦＲが著しく減少する。空気軸受用途について、新規なＳＡＳＯ噴射技術を使用すると、次の付加的な２つの利点があることに注目すべきである。（１）（半径方向位置決め制御に必要なマイクロメートルの精度のために要求されるような）小型のオリフィスとして機能する比較的に大きな管路の製作コストが低減される。（２）汚染物質によって機械的に閉塞される危険が減少する。これは主として、ＳＡＳＯ管路の物理的大きさが流体噴射またはＭＦＲに関するその「動的」大きさよりもはるかに大きいからである。
【０１２７】
非接触支持および位置決め制御、特に「空気力学的戻しばね」特性のためのＳＡＳＯ技術の実行は、現在の非接触式噴射システムの特性を大幅に改善する。叙述の用途はこのようなＳＡＳＯ用途の代表的な紹介にすぎない。しかしながら、空気力学的誘起力を発生するために使用される噴射システムに関するＳＡＳＯ技術の独特の特性は新しい機会を開く。後述する上側非接触式掴み（またはＵＮＣＧ）装置は、このような新規のＳＡＳＯ用途の選択例である。
上側非接触式掴み（ＡＮＣＧ）
【０１２８】
本発明に従って空気力学的誘起力を発生するために新規なＳＡＳＯ噴射システムを実施する異なるグループの用途は、図１８に概略的に示すような上側非接触式掴み（またはＵＮＣＧ）装置である。この用途は次の２つの正反対の空気力学的誘起力を使用する。（ａ）ＵＮＣＧ噴射面の方に物体を引っ張る真空吸引力。（ｂ）噴射面から離れるように物体を押す、ＳＡＳＯ管路からの圧縮空気の噴射。図１８はロボットアームとしての働きをするＵＮＣＧ装置の、支持すべき物体とＵＮＣＧ噴射面との間隔に関するはっきりした３つの位置（ａ，ｂ，ｃ）を示している。ＵＮＣＧは組み合わせられた２個のマニホルドを備えている。真空マニホルド（１００）は持上げ用空気力学的誘起力を発生するために１個以上の慣用の真空パッド（１０３）を経て供給される真空吸引力を発生する。重力の方向に作用する向かい合った空気力学的誘起力が、高圧空気マニホルド（１０１）から供給される。この高圧空気マニホルドは１個以上のＳＡＳＯ管路（１０２）を経て物体に衝突する空気を噴射する。正反対の２つの空気力学的誘起力は非接触によって支持される物体に同時に作用し、全空気力学的誘起力と重力の２つの成分はつり合っている。
【０１２９】
流体吸引作用を発生するための他の代替案は、システム（１０４）を使用することによって得られる。このシステムは空気を低静圧で加速し、加速した空気を物体表面に対して平行に供給し、物体表面の一部に低圧（ＬＰ）を発生する。この場合、はねつけられる高圧（ＨＰ）の空気力学的誘起力は、図１８ａに示すように、ＳＡＳＯ管路（１０５）から物体表面の他の部分に噴射することによって得られる。従って、類似する２つの正反対の空気力学的誘起力が得られる。
【０１３０】
図１９は、変位ΔＸ（ＵＮＣＧ噴射面と物体表面の間隔）とＳＡＳＯを基礎とするＵＮＣＧシステム内の空気力学的誘起力との関係を示す。基本的には重力とつり合っている持上げ用空気力学的誘起力は、真空吸引によって発生する。（噴射力に関して）相対的に言うと、真空吸引誘起力は図１９に示すような長距離作用によって特徴づけられる（曲線ｖｆは真空力を示す）。ＳＡＳＯ管路からの高圧噴射によって生じる正反対のはねつけ力は、比較的に近距離作用によって特徴づけられる（曲線−ｐｆははねつけ力を示す。この場合マイナス記号（−）は重力方向、すなわち下方に作用する力を示す）。ＳＡＳＯを基礎とする噴射と従来の真空吸引の空気力学的誘起力の組み合わせは、曲線Ａｆによって示し組み合わせ力を生じる。噴射と吸引パッドが隣接する出口を有し、それによって大きな相互作用が組み合わせ力Ａｆに影響を及ぼし、考慮しなければならない。
【０１３１】
つり合い状態（図１８の位置「ｂ」）では、組み合わせ力Ａｆと物体の重量−ｍｇ（図１９において破線で示した）がバランスする。実際、２つのＵＮＣＧ（近距離と長距離）正反対空気力学誘起力から、２つのつり合い位置が達成される。一方は不安定で、他方は安定している。ＵＮＣＧシステムの噴射面が物体に近づくときに、真空吸引によって誘起される長距離力が優勢である。この力はΔＸが減少するときに増大し、最終的には組み合わせ空気力学的誘起力Ａｆが距離ΔＸ１（図１９）で物体重量とつり合う。この位置は不安定であり、物体は真空吸引によってＵＮＣＧ噴射面の方へ更に移動させられる。それによって、組み合わせ空気力学的誘起力Ａｆが更に増大する。ΔＸが更に小さくなると、ＳＡＳＯ管路からの高圧空気噴射によって生じる近距離はねつけ空気力学的誘起力が迅速に増大する。それによって、組み合わせ空気力学的誘起力Ａｆが減少し始める。最終的には、第２つり合い位置ΔＸ２（図１９）に達し、今度は安定したつり合いである。この位置決め安定性は次の２つの正反対の作用によって示される。
（１）物体がややつり合い始め、隙間がδ（図１８の位置「ａ」）によって短くなるので、近距離噴射力（−ｐｆ）は物体を（安定した）つり合い位置ΔＸ２（図１８の位置「ｂ」）に押し戻す。
（２）物体がややつり合い始め、隙間がδ（図１８の位置「ｃ」）によって大きくなるので、長距離吸引力（ｖｆ）は物体を同じ（安定した）つり合い位置ΔＸ２に引き戻す。
安定位置ΔＸ２の近くの自己適応式位置決め制御の特性は主として、近距離噴射力（−ｐｆ）によって管理される。
【０１３２】
ＵＮＣＧシステムのためのＳＡＳＯ管路の使用は、ΔＸ（または勾配ｄＡｆ／ｄΔＸ）に対する組み合わせ力（Ａｆ）の感度が徐々に改善されるので、従来の管路よりもかなり優れている。その結果、１個以上のＳＡＳＯ管路からの噴射を用いることによって、位置決め制御が改善される。換言すると、ＳＡＳＯの硬い「空気力学的戻しばね」特性がＵＮＣＧシステムで有利に実行される。
【０１３３】
ＵＮＣＧシステムを使用することにより、物体を組み合わせ力（Ａｆ）によって保持または搬送可能である。この場合、物体は「浮き」、ＵＮＣＧ噴射面に物理的に接触しない。物体は例えば、上側から接触しないでものを保持するロボットアームである。ＵＮＣＧシステムが近距離はねつけ力を発生するために１個以上のＳＡＳＯ管路からの噴射を使用するかぎり、ＵＮＣＧシステムは本発明の範囲によって保護される。更に、物体を引きつけるめに使用される正反対の力を発生するために、任意の流体メカニズムまたは非流体メカニズムが実行される場合、ＳＡＳＯ管路が使用されるかぎり、ＵＮＣＧシステムは本発明の範囲によって保護される。更に、ＵＮＣＧシステムの用途は重力を含んでいてよいがしかし、どんな意味でも重力に関係してはいけない。そして、噴射のためにＳＡＳＯ管路使用されるかぎり、ＵＮＣＧシステムは本発明の範囲によって保護される。
【０１３４】
一般性を損なうことなく、本発明の好ましい実施の形態による代表的なＵＮＣＧシステムが図２０ａに示してある。このＵＮＣＧシステムは、ウェーハに物理的に接触しないで支持するために半導体工業において適用可能であるロボットアームである。ＳＡＳＯ管路（１１９）を備えた中央ハウジング１０９が圧力溜め（１１７）に接続され、２個の真空ポート（１１６）が前記ＳＡＳＯ管路の両側でその周りに位置決めされている。既にエッジ（１１１）で支持されている大きなウェーハ（１１０）は引き続き平らにするために、組み合わせ空気力学的誘起力によって支持され、自重による変形（１１２）が防止され、要求される位置決め（１１３）が維持される。ＵＮＣＧシステムの真空脚は真空源（１１４）、真空吸引管（１１５）および１個以上の慣用の吸引ポート（１１６）を備えている。ＵＮＣＧシステムの正反対の噴射脚は、高圧源（１１７）、高圧管（１１８）および１個以上のＳＡＳＯ噴射口（１１９）を備えている。その代わりに、このようなウェーハ（１２０）の周辺ＵＮＣＧ支持が、図２０ｂに示唆されている。この場合、４本の周辺アーム（１２１）が物体を非接触（１２２）保持するために使用される。
【０１３５】
本発明の好ましい実施の形態に従って空気力学的誘起力を発生する噴射システムの最後の例は、図２１ａ，２１ｂに示すように、物体の上部に高圧噴射することによって物体を押える力を発生するために使用される。両ケースにおいて、高圧源（１３０）からの圧縮空気がＳＡＳＯ管路（１３１）を経て物体（１３２）の方へ噴射され、物体をその下の支持面（１３３）に付着させる。図２１ａの場合、物体との距離が比較的に大きく、噴流（１３４）の衝突が物体を下の支持面（１３３）に付着させ、そして距離が小さくなると（図２１ｂの（１３５）参照）、ＳＡＳＯ空気力学閉塞作用が弱まり、高圧がＳＡＳＯ管路出口に案内され、それによって物体に強い力を発生する。空気または他の流体の噴射によって物体を押し付けために、ＳＡＳＯ技術が使用されるので、両ケースは本発明の範囲によって保護される。
【０１３６】
空気力学的誘起力を発生するために使用され、かつ上記の渦の空気力学的閉塞メカニズムのＳＡＳＯ技術に基づく本発明の噴射システムが、任意のＳＡＳＯ管路変形で実行可能であることを強調すべきである。この場合、このような変形の例だけが図に示してある。
【０１３７】
この明細書で述べた実施の形態と添付の図の説明は、本発明の良好な理解のためにのみ役立つものであり、次の特許請求の範囲の保護範囲を制限するものではない。
【０１３８】
当業者は、本明細書を読んだ後で、添付の図および上述の実施の形態に、次の特許請求の範囲によって保護される修正または変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】
通過流れが存在し、渦が形成された、本発明の好ましい実施の形態による自己適応式セグメント化オリフィス装置の縦断面図である。
【図１ｂ】
説明のための本発明の幾つかの特徴を強調した、本発明の好ましい実施の形態による自己適応式セグメント化オリフィス装置の縦断面図である。
【図２】
本発明の好ましい実施の形態によるＳＡＳＯ装置管路の幾つかの任意構造を示す図である。
【図３ａ−ｈ】
種々の渦流れパターンとＳＡＳＯセル壁およびコア流れとの幾つかの相互作用を示す図である。
【図４】
図４ａは、半径方向自己適応式ゲートユニット（ＳＡＧＵ）を示す、本発明の好ましい実施の形態によるＳＡＳＯ装置の部分断面図である。
図４ｂは、接線方向自己適応式ゲートユニット（ＳＡＧＵ）を示す、本発明の好ましい実施の形態によるＳＡＳＯ装置の部分断面図である。
【図５】
本発明の好ましい実施の形態によるＳＡＳＯ装置のフィンとの衝突を含む、コア流れ運動の横方向様相を示す図である。
【図６】
本発明の好ましい実施の形態によるＳＡＳＯ装置のフィン構造およびフィン配列の幾何学的な様相を示す図である。
【図７ａ−ｃ】
本発明の好ましい実施の形態によるＳＡＳＯ装置の三次元図および３つの切断側面図と、本発明の好ましい実施の形態による任意のフィン表面形状を示す図である。
【図７ｄ−ｆ】
「指向性」ＳＡＳＯ装置を提供する、本発明の好ましい実施の形態によるＳＡＳＯ装置に組み込まれた任意のフィン配列とフィン構造を示す図である。
【図８】
本発明の好ましい実施の形態による環状ＳＡＳＯスロットを示す図である。
【図９】
Ｌ字形フィン（およびＵ字形フィン）を備え、三次元コア流れ抑圧を行う、本発明の好ましい他の実施の形態によるＳＡＳＯ装置を示す図である。
【図１０】
１個のらせんフィンを備え、三次元コア流れ抑圧を行い、二重通路特性を有する、本発明の好ましい他の実施の形態によるＳＡＳＯ装置を示す図である。
【図１１】
エアクッション非接触支持システムとしての働きをする、本発明の好ましい実施の形態による流体噴射装置を示す図である。
【図１１ａ】
空気軸受システムおよびエアクッションシステムとして使用される、本発明の好ましい他の実施の形態による流体噴射装置を示す図である。
【図１２】
従来のエアクッションと比較して、本発明の好ましい実施の形態によるエアクッションによって支持された物体に作用する力と変位の関係を示す図である。
【図１３ａ】
ＳＡＳＯ噴射要素を備えた自己誘起エアクッション装置を示す図である。
【図１３ｂ】
エアベッドが自力で運動できないコンベヤによって発生させられる、ＳＡＳＯ管路に基づく噴射システムを示す図である。
【図１４ａ】
ＳＡＳＯ噴射要素に基づく向き合った二重エアクッション装置を示す図である。
【図１４ｂ】
物体を動かすために使用される流体粘性力を有するＳＡＳＯ噴射要素に基づく向き合った二重エアクッション装置を示す図である。
【図１５】
二重エアクッション非接触支持部を組み込んだ２個の円筒形エアクッションを示す図である。
【図１６ａ】
二次元エアクッション支持および制御のモノレール用途を示す図である。
【図１６ｂ】
二次元エアクッション支持および制御を使用する吊り下げキャリッジを示す図である。
【図１７】
ＳＡＳＯ噴射要素に基づくエアスピンドルを示す図である。
【図１８】
ＳＡＳＯ噴射要素に基づく上側非接触掴みシステムを概略的に示す図である。
【図１９】
つり合い位置決めと位置決め安定性を示す、ＳＡＳＯを基礎とした上側非接触掴みシステムにおける変位と力の関係を示す図である。
【図２０】
ウェーハまたは類似の物体を保持するＳＡＳＯを基礎とした上側非接触掴みシステムの２つの例を示す図である。
【図２１】
ＳＡＳＯを基礎として噴射システムによる、表面への物体の押し付け接触を示す図である。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図４
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図４】
2003507681.tif 000001
【誤訳訂正３】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図９
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図９】
2003507681.tif 000002
【誤訳訂正４】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図１１ａ
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図１１ａ】
2003507681.tif 000003
【誤訳訂正５】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図１２
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図１２】
2003507681.tif 000004
【誤訳訂正６】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図１３ａ
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図１３ａ】
2003507681.tif 000005
【誤訳訂正７】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図１３ｂ
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図１３ｂ】
2003507681.tif 000006
【誤訳訂正８】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図１６ａ
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図１６ａ】
2003507681.tif 000007
【誤訳訂正９】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図１６ｂ
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図１６ｂ】
2003507681.tif 000008
【誤訳訂正１０】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図１７
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図１７】
2003507681.tif 000009
【誤訳訂正１１】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図１８
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図１８】
2003507681.tif 000010
【誤訳訂正１２】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図１９
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図１９】
2003507681.tif 000011
【誤訳訂正１３】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図２０
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図２０】
2003507681.tif 000012