(57)【要約】  本発明は気体又は液体をある位置から別の位置に移動するための装置及び当該装置を使用する方法である。この装置は、少なくとも１つの平面剛性ブレードと、平面剛性ブレードの各々に対して備えられる、２つの開口を有するクランクであって、第１の開口は駆動軸を受けることができ、第２の開口は第１の開口から所定の距離に配置される、クランクと、各クランクに対して備えられるコネクティングロッドであって、一端が剛性ブレードに固定され、他端がクランクの第２の開口に固定される、コネクティングロッドと、コネクティングロッドを受けるための少なくとも１つの開口を有するケースと、コネクティングロッドが貫通する開口の各々の中で固定されるピボット軸受と、を備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体又は液体を移動する装置であって、
ａ．上面及び下面を有する少なくとも１つの平面剛性ブレードと、
ｂ．前記少なくとも１つの平面剛性ブレードの各々に対して備えられる、第１の開口及び第２の開口を有する少なくとも１つのクランクであって、前記第１の開口は駆動軸を受けることができ、前記第２の開口は前記第１の開口から所定の距離にある、少なくとも１つのクランクと、
ｃ．前記少なくとも１つの平面剛性ブレードの各々に対して備えられる少なくとも１つのコネクティングロッドであって、一端が前記平面剛性ブレードの前記上面の中心に固定され、他端が前記クランクの前記第２の開口に固定される、少なくとも１つのコネクティングロッドと、
ｄ．少なくとも１つの開口を有するケースであって、前記少なくとも１つの平面剛性ブレードの各々に対して備えられる前記コネクティングロッドが前記少なくとも１つの開口を貫通する、ケースと、
ｅ．前記ケースの前記少なくとも１つの開口内で固定される少なくとも１つの摺動軸受であって、前記コネクティングロッドが貫通する少なくとも１つの摺動軸受と、
を備える装置。
【請求項２】
前記駆動軸がモータ駆動軸である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ケースが気体又は流体の管路であり、当該管路の中に前記少なくとも１つの平面剛性ブレードが延在している、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
駆動軸を有するモータをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ケースが前記モータ、前記クランク、及び前記クランクに固定された前記コネクティングロッドの一部を収容するハウジングである、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
水中で物体を移動するための装置であって、
ａ．各々が上面及び下面を有する第１の平面剛性ブレード及び第２の平面剛性ブレードと、
ｂ．第１のクランク及び第２のクランクであって、前記第１のクランクは前記第１の平面剛性ブレードを制御し、前記第２のクランクは前記第２の平面剛性ブレードを制御し、各々のクランクは第１の開口及び第２の開口を有し、前記第１の開口は駆動軸を受けることができ、前記第２の開口は前記第１の開口から所定の距離にあり、前記第１のクランクの前記第２の開口は前記第２のクランクの前記第２の開口から１８０°オフセットされている、第１のクランク及び第２のクランクと、
ｃ．第１のコネクティングロッド及び第２のコネクティングロッドであって、前記第１のコネクティングロッドは一端が前記第１の平面剛性ブレードの前記上面の中心に固定され、他端が前記第１のクランクの前記第２の開口に固定され、前記第２のコネクティングロッドは一端が前記第２の平面剛性ブレードの前記上面の中心に固定され、他端が前記第２のクランクの前記第２の開口に固定される、第１のコネクティングロッド及び第２のコネクティングロッドと、
ｄ．２つの開口を有するケースであって、前記第１のコネクティングロッドが一方の開口を貫通し、前記第２のコネクティングロッドが他方の開口を貫通する、ケースと、
ｅ．２つのピボット軸受であって、前記コネクティングロッドが貫通する前記ケースの前記２つの開口の中に各々が固定される、２つのピボット軸受と、
を備える装置。
【請求項７】
気体又は液体を移動する方法であって、
ａ．上面及び下面を有する少なくとも１つの平面剛性ブレードと、前記少なくとも１つの平面剛性ブレードの各々に対して備えられる、第１の開口及び第２の開口を有するクランクであって、前記第２の開口は前記第１の開口から所定の距離にある、クランクと、前記クランクの前記第１の開口に固定された駆動軸を有するモータと、前記少なくとも１つの平面剛性ブレードの各々に対して備えられるコネクティングロッドであって、一端が前記平面剛性ブレードの前記上面の中心に固定され、他端が前記クランクの前記第２の開口に固定される、コネクティングロッドと、少なくとも１つの開口を有するケースであって、前記少なくとも１つの平面剛性ブレードの各々に対して備えられる前記コネクティングロッドが前記少なくとも１つの開口を貫通する、ケースと、前記ケースの前記少なくとも１つの開口内で固定されるピボット軸受であって、前記コネクティングロッドが貫通するピボット軸受と、を備える装置を提供する工程と、
ｂ．前記装置の前記少なくとも１つの平面剛性ブレードを前記気体又は液体に挿入する工程と、
ｃ．前記モータを起動する工程と、
を備える方法。
【請求項８】
前記ケースが気体又は流体の管路であり、当該管路の中に前記少なくとも１つの平面剛性ブレードが延在している、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記ケースが前記モータ、前記クランク、及び前記クランクに固定された前記コネクティングロッドの一部を収容するハウジングである、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
なし
【０００２】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
なし
【０００３】
コンパクトディスクで提出された試料の参照による組み込み
なし
【０００４】
本発明は、ファン、ポンプ、及びプロペラに関する。より詳しくは、尾状サイクルを利用して気体又は液体をある位置から別の位置に移動する、又は空気などの気体又は水などの液体の中で機体又は船体を前進させる、方法及び装置を提供する。
【背景技術】
【０００５】
海の魚類及び哺乳類の多くはひれを尾状サイクルの形に動かすことで水中を移動する。このサイクルは液体及び気体を移動するために種々の装置によって利用されてきたが、これらの発明はいずれも自然において実現されている技術及び効率に匹敵又はそれを超える水準には達していない。
【０００６】
尾状サイクルは尾ひれなどの推進表面の運動を図に表したものであり、前方推進力を最大化しつつ逆推進力及びドラグを最小化するようになっている。２つの一般に認知されたサイクル型には、自然尾状サイクル及び機械尾状サイクルがある。海の哺乳類及び一部の魚類は尾ひれを使って自然尾状サイクルによる推進力を得ている。これは他のひれとは非常に異なっている。他のひれは、胸びれの振動に類似したホバリング又は精密運動、又は方向転換、逆推進、及びひねりに用いられる背びれの屈曲に用いられる。海洋環境における自然の尾ひれは、種々の条件における哺乳類又は魚類の必要性に適合するために高度に改良される進化を遂げ、圧力変化、乱流、速度及び動力負荷を感知するために用いられる。ひれは頻繁に細くなって弦部分の断面を変形し、後縁から生じる渦巻きを低減する。自然の尾状サイクルは前縁によって駆動され、ブレード（ｂｌａｄｅ）成分はほとんどが剛性を有し、後縁は前縁／尾部の枢軸関節によって位置決めされる。過度の乱流を避けるために、自然のサイクルは大部分が押す動作である。
【０００７】
自然の尾状サイクルにおいては、前縁は水流の速度と関連してサイクルの一極から他極へと振動する。その後フィンは前縁に続いて進行方向に枢動し、水を後方に押し、魚を前方に押す。このサイクルは速度が上がるにつれてより浅いサイクルで反復される。
【０００８】
機械サイクルは本質的には自然の尾状サイクルと同じだが、低速では推力が長く迎え角が粗くなり、高速では推力及び迎え角が浅くなる。機械尾状サイクルにおいては、前縁はサイクルの中心から外れた極に向かって位置づけられ、ブレードはブレードに対する理想的な迎え角を形成する。この迎え角を維持しつつ、ブレードはこの方向に進めるだけ押し出される。前縁は止められるが、一方で後縁は前縁の後の流体の流れと平行な位置まで押し出される。前縁はサイクルの他の極側に向かって位置づけられ、ブレードに対する理想的な迎え角を形成する。この迎え角を維持しつつ、ブレードはこの方向に進めるだけ押し出される。前縁は止められるが、一方で後縁は前縁の後の流体の流れと平行な位置まで押し出される。その後このサイクルは反復される。
【０００９】
Ｓａｎｃｈｅｚに付与された米国特許第５，０５４，３７６号には、空気を動かすために用いられる自然の尾状サイクルの機械バージョンが開示されている。しかしながら、駆動されない後縁及び剛性のないブレードは空気を駆動すること向けられる力を制限し、ブレード表面の大部分はストリーム中へのドラグのみを生じさせる。
【００１０】
Ｔｒｉａｎｔａｆｙｌｌｏｕらに付与された米国特許第５，４０１，１９６号には、船舶推進装置における機械尾状サイクルの例が開示されている。しかしながら、このシステムは複雑で故障が生じやすい部分が多数存在し、その性能も従来のプロペラ及びその等価物と比較して制限されている。
【００１１】
よって、流体運動の分野では、よりよい性能及び信頼性を発揮できる改良された尾状サイクルが必要とされている。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は気体又は液体を異なる位置に移動するための装置及び該装置を使用する方法である。一態様において、この装置はケース、少なくとも１つの平面剛性ブレード、クランク、コネクティングロッド、及びピボット軸受を備える。クランクには２つの開口があり、第１の開口は駆動軸を受けることができ、第２の開口は第１の開口から一定の距離だけ離れた位置にある。コネクティングロッドは一端において剛性ブレードに固定され、他端においてクランクの第２の開口に固定されている。ケース又は基部は、コネクティングロッドを受ける少なくとも１つの開口を有してもよい。ピボット軸受はこの開口内で固定され、またこの開口を通ってコネクティングロッドがケース内に入る。
【００１３】
一実施形態において、駆動軸はモータの駆動軸である。あるいは、この装置はさらに駆動軸を有するモータを備える。
【００１４】
他の実施形態において、ケース又は基部は気体又は液体の管路である。あるいは、ケースはモータ、クランク、及び当該クランクに固定されたコネクティングロッドの一部を収容する。
【００１５】
他の態様において、この装置を用いて気体又は液体を移動する方法が提供される。一実施形態において、この装置はケース、モータ及び少なくとも１つの平面剛性剛性ブレード、クランク、コネクティングロッド、及びピボット軸受を備える。各平面剛性ブレードごとに、第１及び第２の開口を有するクランクが存在する。モータはクランクの第１の開口に固定された駆動軸を有する。各平面剛性ブレードごとにコネクティングロッドが存在する。各コネクティングロッドの一端は平面剛性ブレードの中心に固定され、他端はクランクの第２の開口に固定される。ケースは各コネクティングロッドごとに１つの開口を有し、各開口内にはピボット軸受が固定されている。またこの開口にはコネクティングロッドが通される。この方法は、平面剛性ブレードを気体又は液体中に挿入する工程と、モータを始動する工程とを含む。
【００１６】
本発明のこの態様の一実施形態において、ケースは気体又は流体の管路であり、この管路の中に平面剛性ブレードが延在している。あるいは、ケースはモータ、クランク、及び当該クランクに固定されたコネクティングロッドの一部を収容するハウジングである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】単純化された尾状サイクルファンの斜視図である。
【００１８】
【図２】単純化された尾状サイクルにおけるブレードの位置を示す図である。
【００１９】
【図３】２ブレード式の単純化された尾状サイクルシステムの一例を示す図である。
【００２０】
【図４】２ブレード式の単純化された尾状サイクルシステムの他の例を示す図である。
【００２１】
【図５】駆動コネクティングロッド及び迎え角設定コネクティングロッドを有する機械尾状サイクルリンケージの側断面図である。この迎え角コネクティングロッドは、ブレードの後縁が前縁よりも遅れて正確な迎え角を維持することを可能にするバネを用いて、迎え角に遅延を加える。従来の迎え角設定コネクティングロッドは、駆動クランクよりも２、３度遅れた第２のクランクと同期され、より正確な迎え角を出すものの、構築するのにより多くの費用がかかる。
【００２２】
【図６】図５の迎え角設定コネクティングロッドの遅延の各相を示す。各相は以下の通り。（Ａ）静止状態、（Ｂ）サイクルの底部で上向きに転じる、（Ｃ）サイクルの頂部で下向きに転じる。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
別に定義されない限り、本明細書において用いられる全ての用語は、本発明の技術分野における当業者によって一般に理解される意味を持つ。本明細書を通して参照されるすべての特許、特許出願及び公報は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。本明細書内の用語に複数の定義が存在する場合には、本節内の定義が優先される。
【００２４】
本明細書で用いられる用語「固定」は、ブレードとコネクティングロッドの間、及びコネクティングロッドとクランクの間のインタラクションを意味する。ブレードとコネクティングロッドの場合、接続は静的又は動的である。コネクティングロッドとクランクの場合、接続は動的である。例えば、円状の動きの場合、コネクティングロッドは回転可能にクランクに固定される。
【００２５】
本明細書で用いられる用語「モータ」は、一又は複数のブレードを駆動するための回転エネルギーを提供することができる駆動軸を有する任意の装置である。
【００２６】
本明細書における「ケース（ｅｎｃａｓｅｍｅｎｔ）」という語は、気体又は液体が通過する管路を意味する。あるいは、ケースはモータ、クランク、及びコネクティングロッドの一部を収容する筐体である。ブレードが管路などの限定された領域で気体又は流体を動かす場合、ケースはこの限定された領域となる。このような例において、モータは管路の外側に取り付けられることが望ましく、ブレード及びコネクティングロッドの一部は気体又は流体が存在するこの管路の中に延在する。気体又は流体の中で装置を前進させるためにブレードが用いられる場合には、ケースはモータ、クランク、及びコネクティングロッドの一部を収容する筐体であり、コネクティングロッドの残りの部分及びブレードはケースの外側で環境に露出されている。
【００２７】
本明細の一態様において、装置と方法は単純化された尾状サイクルを利用する。単純化された尾状サイクルにおいて、ブレードの行路は、コネクティングロッドが取り付けられる位置のクランク中心からの距離（Ｃ）、及びピボット軸受のクランク中心からの距離（Ｐ）によって決定される（図２）。Ｃの距離が大きくなると迎え角が大きくなるため、加速度が大きくなるが、最大流量が小さくなる。Ｐの距離が大きくなると迎え角が小さくなるため、加速度が小さくなるが、流速が大きくなる。単純化された尾状サイクルにおいては、ブレードはクランクから離れる方向に押し出されるため、ブレードは最端の外側突出点に到達するまで、多様なアーク及び多様な迎え角を形成する。この点において、流体はクランクの回転と同じ方向に向きを変える。その後ブレードはクランクに向かって引かれるため、ブレードは最端の内側突出点に到達するまで、多様なアーク及び多様な迎え角を形成する。この点において、流体は中心点から離れてクランクの回転と同じ方向に向きを変える。
【００２８】
本明細の他の態様において、装置と方法は機械尾状サイクル及び平坦平面ブレードを利用して流体又は気体を駆動する。これはブレードが翼ではなく単に平坦平面ブレードに過ぎないという点で従来の装置にはない特徴を有している。
ブレード
【００２９】
ブレード５（図１）は平面剛性プレートであるが、上面及び底面が平行でドラグを防ぐために厚みが最小化されつつ剛性を維持しているならば、このブレードは波形又は組み立て式の構造を有してもよい。この平面剛性ブレード５は従来のブレードとは異なる。というのは、このブレードは、負荷サイクルの進行を妨げ、排出流体中の渦巻きの発生の原因となり、性能を低下させる整形又は翼の形状が施されていないからである。ブレード５は幅が推進されるストリームの望ましい幅となるような大きさであってもよい。ブレード５の前後方向の長さは、流体又は気体の速度を最大化するのに必要な加速度荷重に相対して決められてもよい。最終的に望ましい流体の速度と動力はブレード５に取り入れられている。例えば、流体を推進するのに用いられる６インチ幅のブレードの長さ（前後方向）は１インチから３インチの間であってもよい。低質量流体を高い速度に加速するには１インチ長のブレードを用いる。より高い質量の流体を中速に加速するには２インチ長のブレードを用い、粘性のある流体を低速で動かすには３インチ長のブレードを用いる。より幅が広く、より低速で、より厚みが小さければ（又は前後方向の長さがより短ければ）より効率が高くなるという点で、標準的なプロペラ設計理論がここに当てはまる。ブレード５は規模の拡大、縮小が可能であり、回路基板上で空気を動かすためのマクロ・アプリケーションから川又は運河の加速、さらには谷を通る空気の加速までが可能である。
【００３０】
ブレード５の目的は、プロペラなどの駆動装置又はポンプ又はファンのような装置として、指向的なエネルギーを流体又は気体に投入することである。ブレード５は、動作時の偏位性、屈曲性、及び周期性の力、並びにそれが動作する環境の要求に耐えうる任意の剛性材料で構築されてもよい。材料の種類には、例えば、青銅、アルミニウム、炭素繊維、剛性プラスチック、又は鋼板が含まれる。
【００３１】
ブレード５を整形又は先細り形状にすることが、プロペラ設計に関わる当業者の一般的な知識である。しかしながら、これは流体の流れを制限するため避けるべきであるということを、本発明は予期せず発見した。．ブレード５形状の先細りによって、ブレードの低圧側から渦巻きが発生し、これが動力の消費を増やし、かつ流体の流れを制限する。その結果、ブレード５の前縁及び後縁は平行なブレード表面の整形を避けるためのブラフ（ｂｌｕｆｆ）である。非常に厚みの大きいブレードにおいては、このブレードが長期間流れと平行に配置されるならば、前縁は丸められてもよい。
【００３２】
駆動面には長さ方向に溝を形成して所定の長さにわたって表面積を増加させてもよく、微細な凹部を形成してドラグ特性を向上させてもよく、又はオムニフォビック（ｏｍｎｉｐｈｏｂｉｃ）なコーティングで処理し、ブレードが水中を動くときにブレードに付着する水の量を低減することによって摩擦を低減してもよい。
【００３３】
ブレード５は当該技術分野にて知られている種々の方法によってクランクコネクティングロッド６の先端に固定される。これらの方法は用途、動作環境、及び／又はサイズによって異なる。考慮される要素には、ブレード５をその主面において確実に固定的に支持する能力、異物との衝突に対する耐性、損傷又は磨耗したブレードを取り替える手間の容易さが含まれる。鋼板から組み立てられた大きなブレードはコネクティングロッドに溶接される幅の広いパッドを有し、一方小型の炭素繊維ブレードは幅を広げられたコネクティングロッドの端部に支持パッドウォッシャを用いて取り付けられてもよい。この取り付けには、蟻継ぎ、接着リブ構造、及びブレードを付加的に支持する一体化された溝を利用してもよい。
クランクアーム
【００３４】
クランクアーム８はモータの駆動軸に接続されている（図１）。回転により、コネクティングロッド６／ブレード５アセンブリの一端が円形軌道上で駆動され、回転エネルギーが本質的に直線運動に変換される。クランクはコネクティングロッド６の一端を駆動源の中心から一定の距離に位置づけ、その中心の周りを回転させ、ピボット軸受７を介してコネクティングロッド６／ブレード５アセンブリの押し出しと引き込みを行う。クランクアーム８のオフセット直径は、駆動される流体の深さ及びピボット軸受７に対するブレードの平均迎え角を定める。クランクオフセットが大きくなると、クランクアーム８はピボット軸受７から遠くなり、駆動される流体のストリームが大きくなり、迎え角は浅くなる。薄い流体又は高速で駆動される流体に対しては、浅いストロークが好ましい。長いストロークは、必然的に迎え角が粗くなるが、停止状態から加速される必要のある厚い又は重い流体に使われる。種々のオフセットを有するクランクアーム８を幅広いの性能の範囲に必要に応じて提供してもよい。クランクアーム８は、鋳鉄、アルミニウム、又はプラスチックなど、任意の剛性を有する材料から製造されてもよい。
【００３５】
モータ９は歯車又はベルトアセンブリを介してクランクアーム８を駆動するために用いてもよい。しかしながら、風車、手動ポンプ、ペダルレバーなど、クランクアーム８に接続された他の動力源も有効である。
コネクティングロッド
【００３６】
コネクティングロッド６はクランクアーム８をブレード５に接続し、モータ９からの動力をブレード５に伝達する（図１）。コネクティングロッド６はブレード５に確実に取り付けられ、駆動力の動的な力及び駆動される流体の抵抗力、並びにブレードサイクル障害によって与えられる偏向力及び変形力に抵抗する。コネクティングロッド６は、装置によって特定の体積の流体を駆動する際の応力及び負荷を克服できる種々の材料で製造されてもよい。コネクティングロッドは棒材又は鋳物から作製されることが好ましい。
【００３７】
コネクティングロッド６はクランクアーム８に取り付けられ、クランクが回転するときに自由に回転できるようになっている。これはコッターピン等でなされてもよいが、コネクティングロッド６内の軸受を用いて摩擦を極力低減し平面剛性を最大に保つことが好ましい。コネクティングロッド６は摺動してピボット軸受７に出入りし、前後に枢動してクランクアーム８／コネクティングロッド６接合部の運動極点を調整する。用途によって、コネクティングロッド６はピボット軸受７を捕捉する、又は当該軸受によって捕捉されるように設計されてもよい。
軸受
【００３８】
ピボット軸受７はコネクティングロッド６の直線運動を単純化された尾状サイクル運動に変換する（図１）。クランクアーム８は回転して、基部又はケースの底部に取り付けられたピボット軸受７に、コネクティングロッド６を出し入れする。ピボット軸受７はクランクアーム８の中心と位置合わせされ、コネクティングロッド６の運動をクランクの回転と同一平面に限定する。軸受はコネクティングロッド６の摺動して出入りする運動、及びクランクの回転によって与えられる前後運動を調整する。コネクティングロッド６の先端で生じる運動は、切頭三角形の軌道となる。軸受は前後両極位置における遊びを極力低減する。緩みがあればコネクティングロッドに対する荷重が過大になり、ブレードが極端な迎え角を有することになる。これは流れを阻害する。
【００３９】
ピボット軸受７は玉軸受であってもよく、この玉軸受は穴を包含するカラーの中で浮遊して、コネクティングロッド６が摺動して出入りできるようにする。あるいは、コネクティングロッド６が細長い穴を有する場合、ピボット軸受７はピンであってその上をコネクティングロッド６が摺動してもよい。これらは摺動枢動接合部の２つの例に過ぎず、当業者に知られた使用可能な類似の接続方法は多数存在する。望ましいピボット軸受の選択は、流体の粘度、運動速度、及びドラグ低減などの用途の環境及び空間の要件に依存する。
【００４０】
図５において、軸受は摺動軸受１１である。この軸受はロッド６及び１２の位置合わせを維持し、これらのロッドがハウジング１０を通って出入りできるようにして、ブレード５の望ましい運動を駆動する。
駆動力
【００４１】
駆動軸を有するモータ９はクランクアーム８を駆動するための回転エネルギーを提供し、基部又はケース１０に確実に取り付けられる（図１）。一実施形態において、モータ９は用途に対して適切なサイズを有し、利用するブレードの速度、サイズ、及び重量を調整する電気モータである。あるいは、モータはステッピングモータであってもよく、ブレード５がサイクルの頂部又は底部に位置付けられて、流れるシステム内でのドラグを防止する。現行の流れを阻害するために、モータは粗い角度でブレード５を止めてもよい。内燃機関は逆転が必要ない用途に適しており、低エネルギーの用途の場合は、ペダル又は手動ポンプ駆動が適当である。第１の駆動要件は、原動力が適切な速度でクランクアーム８を回転してブレード５を動作させることである。
ケース／基部
【００４２】
モータ９／クランクアーム８アセンブリは、ケース又は基部１０内で、ピボット軸受７及びシステム内を通って移動する流体に対して確実に支持される（図１）。ケース１０は持続的な振動力に耐え、気候及び不正操作から駆動アセンブリを保護するように設計されている。他の実施形態において、ケース１０はさらに流体又は気体が駆動される際の通り道となるダクトを形成する。ケース１０はさらに、運ばれる気体又は流体を収容するパイプ、ダクト、管路、又は導管を含んでもよい。パイプ、ダクト、管路、又は導管は、ブレードの先端の移動を妨げないが十分な公差のあるサイズを有し、そのため気体又は流体はブレードの周囲を容易に移動できない。一部の実施形態において、ダクトは単に吸引又は吐出を制御するために必要とされる。その結果、制御及び保護が重要である場合には、ブレードを異物から保護するために、正確なダクトの形成が必要である。
【００４３】
このアセンブリは流体又は流体内の物を移動するのに用いられてもよい。これら両方の用途において、ダクトの形成が必要である。しかしながら、すべての用途において、ケース又は基部が確実に取り付けられることが好ましい。これによって、低速で移動する流体によって生じる振動のかなりの量が除去され、高速の場合に装置内に必然的に生じる振動を減衰させる。振動を減衰させる１つの方法は、クランクアーム８に釣合い重りを組み込むことである。これは、クランクアーム８の周囲に取り付けられたバネに釣合い重りを配置することでなされる。
【００４４】
クランクアーム８／駆動アセンブリの両側にピボット軸受７を有する逆回転クランクアーム８によって駆動される一対のブレード５は、振動を除去することができ、また各ブレードが他方のブレードの推力を取り消すようにすることで、さらなる性能を発揮することができ、こうしてブレードの滑り及び流体の偏位を除去する（図３及び４）。
【００４５】
試作のファンが作製され、運転中に吐出された空気を計測することによって試験された。この計測によって、十分に設計された同じダクトサイズのマッフィンファンの５倍の速度でファンが気体を動かしていたことが示された。従来のファンには通常乱流が存在するが、この装置の正面に手を置いても乱流を感じることはなかった。しかしながら、単純化された尾状サイクルを用いれば、ファン及びダクトアセンブリから２メートル以上離れた位置で乱流が発生した。吐出は完全に層流をなし、大きな体積と速度とを有していた。この技術を用いる流体ポンプの水槽実験もまた、水の移動特性が同じであることを示した。
【００４６】
図５は迎え角を設定するための第２のコネクティングロッド１２及び駆動コネクティングロッド６のエネルギーを吸収するための調整バネ１４を示す。調整バネ１４はブレード５に遅れを付与し、駆動コネクティングロッド６によって設定された角度にわずかに遅れて迎え角を設定する。
【００４７】
図６は迎え角コネクティングロッドバネアセンブリの詳細を示している。このアセンブリは、迎え角コネクティングロッド１２用の固定基部１３、バネ１４、バネ拘束キャップ１５、上側バネ拘束キャップを迎え角コネクティングロッドに固定する上側溶接部材１６、及び下側溶接部材１７を備える。下側溶接部材１７は下側バネ拘束キャップを迎え角コネクティングロッド１２用の固定基部に固定する。迎え角コネクティングロッド１２は、固定基部上を自由に摺動し、バネ１４の圧縮又は伸長によってのみ拘束される。
【００４８】
平行なブレードを備えるこの構成（図５及び６）は、より制限された空間内での直線運動が望まれるファン機構における気体に適している。また、バネアセンブリは高速での使用から生じる振動を減衰する。
使用方法
【００４９】
モータはクランクに接続され、求める流体の流量と等しい行程でこれを回転させる。コネクティングロッドはクランクディスクに取り付けられ、ピボット軸受／ピボット軸受取り付けを通して動力を供給され、ブレードの中心付近の単一の点においてブレードに接続されている。当業者であれば、複数のモータ、コネクティングロッド、ピボット軸受、及びブレードを備えるシステムは、異なる設計問題解決に取り組む複数の構成で提供されてもよいことが認識できると考えられる。
【００５０】
ファン、ポンプ、又はプロペラとしての使用方法によっては、この装置のブレード部は流体又は気体のストリーム中にまで降下され、モータが始動される。流体又は気体のストリームが加速されるにつれて、流体をさらに加速するためにモータ速度が変更されてもよい。あるいは、モータの速度が一定の場合、流体又は気体はブレードの設計に対して最適な速度に到達する。ブレードがクランクのいずれの極で停止した場合でも、低ドラグ状態が形成され、流体又は気体の流れは阻害されない。ブレードが中途地点で停止した場合、最大ドラグが提供され、また流体又は気体の流れが低速化される。モータを逆回転させると、ブレードのサイクルが逆転し、流体が逆方向に流れる。
【００５１】
クランクの行程は中心から離れる方向又は中心に近づく方向に調整が可能であり、これにより異なるポンプ特性が提供できる。中心に近い、すなわち行程が短い場合、ポンプは推進機としての性質が強まり、加速度特性が低いがドラグが少ないため流体をより高速で移動させる。行程が長い場合、流体はより迅速に所与の速度まで加速し、より効率的に高質量流体を加速する。
【００５２】
ピボット軸受がクランクから離れるにつれて、迎え角が浅くなくなり、推進加速度が得られなくなる。距離が近いと迎え角が大きくなり加速度が大きくなる。しかしながら、距離が近すぎると、結合の緩みが増幅され、不適当な異音が発生するとともに、磨耗が速くなる。
【００５３】
追加の性能が求められる場合には、システムは３倍から４倍の速度で運転してもよい。これはシステムの部品が平衡状態にない場合は、騒音と振動の増大を招く。バネにより付勢された釣合い重りはクランクに取り付けられ、ブレードに対する荷重に等しい重さを有し、ほとんどのサイクル負荷振動を減衰する。断続的な高速使用以上の使用状況が見込まれる場合には、逆推力ブレード（２ブレードシステム）を用いてもよい。両方のブレードが流体を同じ方向に駆動するためには、クランクは逆方向に駆動されなければならない。この駆動は様々な方法で実現される。単一のモータを使用している場合、単一の車軸上でクランクを駆動するピニオン及び２つのクラウン歯車を用いてもよい。
【００５４】
コネクティングロッドを中心の前方又は後方に取り付けると、流体をより迅速に加速させることができるが、これによってより大きなドラグを最高速度で流体の流れの中に投入することになる。その結果、この技術は粘度の高い、又は動きの遅い流体に対して用いられることが望ましい。
ポンプ
【００５５】
本発明の装置を流体を移動するために用いる場合は気体を動かすために用いる場合と本質的に同じであるが、この装置のすべての要素がより重い質量及び粘性に適応するためにより堅固なものとなる。ブレードの動きの特性は付着を低減し、流れの中に捉えられた物体を損傷する可能性が低い。
ファン
【００５６】
本発明の装置を気体を移動するために用いるならば、総じて軽量化された構造が可能になる。煙又は爆発性の気体を移動する場合には、耐爆発性のモータ又は非金属ブレード、さらには可動性が必要になる。例えば、回路基板上での気体の移動のために用いられるより小型の装置は、一方に偏った位置にあるモータと長い駆動軸とを備えもよく、これによりモータが気体の流れを妨げることを回避している。同様に室内ファンは安定化のためにモータを基部に有してもよい。このアセンブリは振動することにより、流れをより広い範囲に分散させてもよい。ブレードの幅が１００フィート以上ある非常に大きな装置を構築して、スモッグ又は煙などの不快な大気汚染物質を居住地域から移動してもよい。あるいは、野火の制御が必要な状況において、この大きさの装置を逆風として用いてもよい。同様に、霜が降りる可能性がある場合に作物に上に暖められた微風を押し出すことにより、気象による損失を防ぐことができる。
プロペラ
【００５７】
従来のプロペラは時間の経過とともに腐食するという欠点がある。これは使用中に、従来の翼形状のブレードを有するプロペラのブレードの上又はその周囲の圧力が、流体の蒸気圧と等しくなる程度に低減したときに、発生する。この条件の下では、液体の状態はそれ以上持続させることは不可能であり、分子が気化して水素及び酸素の空洞すなわち気泡を形成する。これらの気体が互いに接触するとき、華氏２，０００度を超える温度で微細爆発反応を起こし、穴の形成と腐食が発生する。気泡はまた流れのパターンを歪めて効率を低下させる。本技術の表面層流によりこれらの問題が除去され、ブレードの寿命が長くなり、保守及び運用のコストが低減される。
【００５８】
航空機又は船舶のプロペラなどの、気体又は液体中で物体を移動するための本発明の装置は、同じ方向に推力を提供する一対のブレードを備えて構成されてもよい（図３及び４）。しかしながら、単一駆動二重ブレード形態とするには両側が離れ過ぎている場合には、２つの別個の装置を左舷と右舷に取り付けることが望ましい。このモデルにより、急カーブで操舵するための逆推力の提供が可能になる。単一モータ二重ブレード形態は指向的に配置され、すべての望ましい方向に推力を提供し、駆動、操舵、無駄のない操縦を可能にし、舵、反動推進エンジン、又は逆転装置の必要がなくなる。
【００５９】
上述の情報は通常の技術を有する当業者に、装置及び方法の実施形態の作製及び使用の方法を完全に開示及び説明するために提供されたものであり、発明者が自らの発明と見なすものの範囲を限定することを意図したものではない。上述の態様に対する修正（本発明を実施するためのものであり、当業者にとって自明な修正）は以下の請求項の範囲内で実施されることを意図している。本明細書で挙げられた全ての公開及び特許又は特許出願は、引用により本願に組み込まれる。
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【国際調査報告】
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