JP2024502272A - 自己巻きベルト駆動装置 - Google Patents

Abstract

本開示は、ベルト作動型システム（またはベルト駆動型システム）にベルトを繰り出すか、またはベルト作動型システム（またはベルト駆動型システム）からベルトを引き込むために使用することができるベルト駆動機構を含む。この機構は、ベルトのある部分がベルト作動型システムから引き出されるかまたはベルト作動型システムに供給されるときにベルトのある部分を自動的に巻き取るかまたは巻き出すことができる自己巻き取りスプールを特徴とする。１つ以上のシーブ（例えば、プーリまたはローラ）を有する第２の回転軸（アイドラシャフト）が、ベルトを介してキャプスタンに回転可能に連結され得、巻き取り機構等のベルト駆動機構内で追加の機構を駆動するために利用されることができる。

Description

関連出願の参照
本出願は、２０２０年１２月２３日提出の米国特許仮出願６３／１２９，６９５および２０２１年６月１日に出願された米国実用新案特許出願第１７／３３５，２６９号に対する優先権を主張し、あらゆる目的のためにそれらの全体が本明細書に組み込まれる。

技術分野
本開示は、概して、自己巻きベルト駆動装置に関する。

背景
現代のベルトは、多くの望ましい特性を有する。それらは軽量で、メンテナンス性が低く、張力下で高い強度を有することができる。現代のベルトの多くの新しい用途および古い用途が現在適合されている。

概要
概して、本開示は、ベルトをベルト作動型システムから引き込むか、またはベルトをベルト作動型システムに繰り出すよう構成されるキャプスタンと、ベルトを介してキャプスタンに連結されたアイドラシャフトとを備える自己巻きベルト駆動機構を含む。アイドラシャフトは、キャプスタンが引き込み方向に回転すると引き込み方向に回転し、キャプスタンが繰り出し方向に回転すると繰り出し方向に回転する。アイドラシャフトは、ベルトの１つ以上の巻回を受け入れるよう構成された第１の端部と、第１の一方向ロッキング軸受に連結された第２の端部と、第１の一方向ロッキング軸受に接続された第１のギヤとを含む。第１の一方向ロッキング軸受は、アイドラシャフトが引き込み方向に回転すると係合し、第１のギヤを、回転するアイドラシャフトと共に回転させる。第１の一方向ロッキング軸受は、アイドラシャフトが繰り出し方向に回転すると係合解除して、第１のギヤとアイドラシャフトとの間の相対運動を可能にする。ベルト駆動機構は、ベルトのある部分を受けるかまたは繰り出すスプールをさらに含み、スプールは、回転してベルトのある部分を外側ハブの周囲に巻き付けるかまたは外側ハブの周囲から巻き出すよう構成される外側ハブと、外側ハブと摩擦係合される第２のギヤとを含む。第２のギヤは、第１のギヤが第２のギヤを駆動するように第１のギヤによって駆動されるよう構成され、アイドラシャフトが引き込み方向に回転するときに、外側ハブを、ベルトのある部分を巻き取る方向に回転させる。

実現例は、以下の特徴のうちの１つ以上を任意選択で含むことができる。
いくつかの実現例では、スプールは、第２の一方向ロッキング軸受を介して中心軸に接続された内側ハブを含む。第２の一方向ロッキング軸受は、外側ハブが、ベルトのある部分を巻き取る方向に回転するとき、内側ハブが中心軸に対して回転することを可能にする。第２の一方向ロッキング軸受は、外側ハブが、ベルトのある部分を巻き出す方向に回転するとき、内側ハブと中心軸との間の回転を防止する。内側ハブは、ベルトのある部分を巻き出す方向に回転するときに外側ハブが内側ハブと外側ハブとの間の摩擦力に打ち勝って内側ハブに対して回転するように、外側ハブと摩擦係合され得る。

いくつかの実現例では、ベルト駆動機構の第１のギヤは傘歯車であり、第２のギヤはリングギヤである。

いくつかの実現例では、第２の歯車は、外側ハブをオーバードライブするよう構成され、外側ハブよりも少なくとも１．５％速く回転する。

いくつかの実現例では、ベルトの第１の端部および第２の端部が両方ともベルト駆動機構内にあるように、ベルトは、ベルト作動型システムを通過し、ベルト駆動機構に戻り、ベルトの引き込みおよび繰り出しは、ベルト作動型システムを作動させる。

いくつかの実現例では、ベルト作動型システムは、ベルトがベルト作動型システムから引き込まれるかまたはベルト作動型システムに繰り出されるときに伸長または収縮するブロックおよびタックルシステムを含む。

いくつかの実現例では、ベルトの少なくとも１つの端部は、ベルト駆動機構内の回路に電気的に接続される。回路は、ベルトに関連付けられる少なくとも１つの電気的パラメータを測定することができる。

いくつかの実現例では、ベルト駆動機構は、リブを有する外面を含むエンコーダホイールを含み、リブはベルトにおいてノッチと係合する。エンコーダホイールの軸は、エンコーダに接続することができる。

本開示は、ベルト作動型システム（またはベルト駆動型システム）にベルトを繰り出すか、またはベルト作動型システム（またはベルト駆動型システム）からベルトを引き込むために使用することができるベルト駆動機構を説明する。この機構は、ベルトがベルト作動型システムから引き出されるかまたはベルト作動型システムに供給されるときにベルトのある部分を自動的に巻き取るかまたは巻き出すことができる自己巻き取りスプールを特徴とする。ベルト駆動型システムは、他の同様のシステムに対して多くの利点を有することができる。例えば、ベルト駆動型リニアアクチュエータは、同様の油圧リニアアクチュエータよりも必要とするメンテナンスが少なく、軽量であり、より多くのサイクルが可能である。多くのベルト駆動機構は、キャプスタンを含み、キャプスタンは、ベルトの１つ以上の巻回または部分的な巻回を受け取り、回転力を提供してベルトを引き込む／取り込む、またはベルトを繰り出すことができる。キャプスタンは、とりわけ、例えば、減速ギヤのセットまたは油圧モータを介して電気モータによって動力供給されることができる。いくつかの実現例では、１つ以上のシーブ（たとえば、プーリまたはローラ）を伴う第２の回転軸（たとえば、アイドラシャフト）を、ベルトを介してキャプスタンに回転結合することができ、以下で説明する巻き取り機構など、ベルト駆動機構内の追加の機構を駆動するために利用することができる。

実現例は、以下の利点のうちの１つ以上を含むことができる。ある実現例では、ベルト駆動機構は、摩擦駆動型スプールを含み、それは、ベルト駆動キャプスタンおよびアイドラシャフトから独立してスプールの回転速度を変化させることを可能にする。これは、様々な構成要素の回転速度を管理するために可変ギヤリングまたは他の複雑なシステムを必要とすることなく、張力がベルト駆動機構の動作全体にわたって維持されることを確実にする。一方向ロッキング軸受および摩擦面のシステムは、機械的に単純で、コンパクトであるが、ベルト駆動機構の動作範囲全体にわたって堅牢である自己巻き機構をもたらす。

定速巻き取り中、ベルトがスプールに巻き付くにつれ、スプールの有効直径が増加することになる。同様に、スプールの有効直径は、巻き出し中に減少することになる。直径が一定ではないので、スプールの回転速度を変化させてベルトを一定速度で引き込むこと（または繰り出すこと）を続けることができる。以下でより詳細に説明するように、スプールは、摩擦相互作用を介してアイドラシャフトによって駆動することができ、スプールとアイドラシャフトとの間の回転速度の差を可能にする。例えば、アイドラシャフトは、一端に固定された傘歯車またはマイター歯車を有することができ、これはスプールの側部と摩擦係合するリングギヤと係合する。傘歯車とリングギヤとの間のギヤリングは、スプールがベルトを巻き入れる際にスプールの必要な回転よりも速く回転するようにすることができる。リングギヤは、（例えば、ばねを介して）スプールの側部に押し付けられることができ、回転するリングギヤは、スプールを、より遅い速度で摩擦駆動することができる。より遅い速度は、ベルトの張力によって制限され得る。スプールがベルトで満たされ、その有効直径が増加すると、それは、回転するリングギヤによって依然として摩擦駆動されながら、減速することができる。

巻き出し中、ベルトによって与えられる張力は、スプールを巻き出すための動力を提供することができる。しかしながら、スプールが巻き出し方向に自由に回転すれば、さらなる問題が生じる可能性がある。例えば、スプールは角運動量を獲得するので、キャプスタンが停止した後も回転し続ける傾向があり得、潜在的にシステムに弛みを招来し、キャプスタンにベルトとの牽引力を失わせる。第２の機構を設けることができ、それは、スプールが巻き出されているときにのみ加えられる回転摩擦をスプールに加え、したがって自由に回転するスプールからの弛みの導入を防止する。一実施形態では、スプールは、ベルトが巻き付く外側ハブと、外側ハブと摩擦係合する内側ハブとを含むことができ、外側ハブは、内側ハブに対して回転するために所定の量の摩擦に打ち勝たなければならない。この実現例では、内側ハブは、一方向ロッキング軸受を介して軸に取り付けることができ、これは、（例えば、スプールがベルトを巻き入れているときに）内側ハブが軸の周りを一方向に回転することを可能にし、（たとえば、スプールが巻き出されているときに）第２の方向における軸に対する内側ハブの運動を防止する。このようにして、巻出し中、内側ハブは静止したままであるが、外側ハブはベルトを介して内側ハブの周りを回転し、内側ハブと外側ハブとの間の摩擦を克服する。

本明細書の主題の１つ以上の実現例の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。主題の他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。

図面の説明
本明細書の実現例または既存の技術における技術的解決策をより明確に説明するために、以下では、実現例または既存の技術を説明するために必要な添付の図面を簡単に説明する。明らかに、以下の説明における添付の図面は、単に本明細書のいくつかの実現例を示し、当業者は、依然として、創造的な努力なしにこれらの添付の図面から他の図面を導き出すことができる。

ベルト駆動機構およびベルト作動型機構を含むリニアアクチュエータの側面図を示す。 図１Ａのリニアアクチュエータの斜視図を示す。 図１Ａおよび図１Ｂのリニアアクチュエータのベルト駆動機構の右側面図である。 図１Ａおよび図１Ｂのリニアアクチュエータのベルト駆動機構の左側面図である。 図１Ａおよび図１Ｂのリニアアクチュエータのベルト駆動機構のベルトを示す図である。 図１Ａおよび図１Ｂのリニアアクチュエータのベルト駆動機構の保持ベルトおよびテンションローラの断面図である。 図１Ａおよび図１Ｂのリニアアクチュエータのベルト駆動機構の自己巻き機構の断面図である。 ベルト駆動機構の代替実現例を示す手動式クレーンを示す。 ベルト駆動機構の代替実現例を示す手動式クレーンを示す。

様々な図面における同様の参照番号および名称は、同様の要素を示す。
詳細な説明
本開示は、ベルト作動型システム（またはベルト駆動型システム）にベルトを繰り出すか、またはベルト作動型システム（またはベルト駆動型システム）からベルトを引き込むために使用することができるベルト駆動機構を説明する。この機構は、ベルトがベルト作動型システムから引き出されるかまたはベルト作動型システムに供給されるときにベルトのある部分を自動的に巻き取るかまたは巻き出すことができる自己巻き取りスプールを特徴とする。ベルト駆動型システムは、他の同様のシステムに対して多くの利点を有することができる。例えば、ベルト駆動型リニアアクチュエータは、同様の油圧リニアアクチュエータよりも必要とするメンテナンスが少なく、軽量であり、より多くのサイクルが可能である。多くのベルト駆動機構は、キャプスタンを含み、キャプスタンは、ベルトの１つ以上の巻回または部分的な巻回を受け取り、回転力を提供してベルトを引き込む／取り込む、またはベルトを繰り出すことができる。キャプスタンは、とりわけ、例えば、減速ギヤのセットまたは油圧モータを介して電気モータによって動力供給されることができる。いくつかの実現例では、１つ以上のシーブ（たとえば、プーリまたはローラ）を伴う第２の回転軸（たとえば、アイドラシャフト）を、ベルトを介してキャプスタンに回転結合することができ、以下で説明する巻き取り機構など、ベルト駆動機構内の追加の機構を駆動するために利用することができる。

当業者が本明細書における技術的解決策をよりよく理解することを助けるために、以下では、本明細書の実現例における添付の図面を参照して、本明細書の実現例における技術的解決策を明確かつ包括的に説明する。明らかに、説明される実現例は、本明細書の実現例のすべてではなく、単にいくつかの実現例である。創造的な努力なしに本明細書の１つ以上の実現例に基づいて当業者によって得られるすべての他の実現例は、本明細書の実現例の保護範囲内に入るものとする。

図１Ａおよび図１Ｂは、ベルト作動型機構１０２に結合されたベルト駆動システム１０１を含む例示的なリニアアクチュエータ１００を示す。図示のように、ベルト駆動機構１０１を有するリニアアクチュエータは、標準的な油圧シリンダと同様のフォームファクタをとることができる。この例では、ベルト作動型機構１０２は、間にベルトの複数の自由スパンを伴う１つ以上のブロックおよびタックルを含むことができる。ベルト作動型機構１０２からベルトを引き出すことにより、ベルトを収縮させることができる。同様に、ベルト作動型機構１０２にベルトを繰り出すことにより、ベルトを伸長させることができる。図示のように、単純化のために、単一のベルト駆動機構１０１が適用され、一方向（例えば、収縮方向）のみに動力を印加し、重力または他の力に依存してベルト作動型機構１０２を伸長させる。いくつかの実現例では、複数のベルト駆動機構１０１、または異なる構成のベルト作動型機構１０２が、動力の双方向印加（たとえば、動力式の伸縮）に適応するように提供され得る。加えて、線形アクチュエータとして図示されているが、ベルト作動型機構１０２は、ベルトを使用して動作するよう構成される任意のシステムであることができる。本開示は、リニアアクチュエータ、回転アクチュエータ、クレーン、ポンプ、コンベヤ、および他のベルト作動型システムなどの多くのベルト作動型機構を企図する。

図２は、ベルト駆動機構１０１の右側面図である。いくつかの構造およびハウジング構成要素は、明確にするために図２に示されていない。モータおよびギヤボックス（例えば、電気モータ）または他のデバイスが、被駆動シャフト２０２を回転させることができ、これは、ベルト駆動機構２００の動作のための動力を提供する。キャプスタン２０４は、ベルト２１８の複数の巻回を受け入れるように構成することができ、各巻回は、より多くの摩擦を提供し、キャプスタン２０４がベルト２１８に加えることができる張力の量を増加させる。図２に示すように、ベルト２１８は、キャプスタン２０４の周りで３回の半巻回を完了し、残りの３回の半巻回はアイドラシャフト２０６の周りを通過する。アイドラシャフト２０６とキャプスタン２０４との間の空間は、摩耗を低減するためにベルト２１８のねじれ率およびフリート角を最小限に抑えるベルトの複数の自由スパンを生成する。キャプスタン２０４と回転を共有することができるアイドラシャフト２０６は、１つ以上の軸受によって支持され得、ベルト２１８がアイドラシャフト２０６の周りを通過する際にアイドラシャフト２０６を回転させる。このようにして、アイドラシャフト２０６および被駆動シャフト２０２は、概して同じ方向に回転するが、それらの軸は一致しなくてもよい。傘歯車２０８は、アイドラシャフトの一端に接続され得る。傘歯車として示されているが、任意の適切な歯車（例えば、平歯車、ねじ歯車、ウォームギヤ、マイター歯車など）を使用することができる。

傘歯車２０８は、スプール２１２と摩擦係合するリングギヤ２１０と係合し、その結果、傘歯車２０８の回転は、スプール２１２を回転させる摩擦力を与えるリングギヤ２１０の回転を引き起こす。図示のように、キャプスタン２０４は、ベルト作動型機構１０２からベルト２１８を取り外す引き込み方向に、またはベルト２１８がベルト作動型機構１０２に入ることを可能にする繰り出し方向に回転することができる。この例に示されるように、ベルト作動型機構１０２からベルト２１８を除去すると、関連付けられるブロックおよびタックルが収縮し、ベルト作動型機構１０２内のブロック間のベルトのスパンが短縮される。ベルト２１８を繰り出すこと、またはベルト２１８をベルト作動型機構１０２に進入させることは、ベルト作動型機構１０２を伸長させることができ、またはベルト作動型機構１０２内のスパンの距離を増加させることができる。

いくつかの実現例では、傘歯車２０８は、一方向ロッキング軸受を介してアイドラシャフト２０６に接続され、これは、アイドラシャフト２０６と傘歯車との間の一方向の回転を可能にするが、アイドラシャフト２０６と傘歯車との間の第２の方向の回転を防止する。例えば、キャプスタン２０４（および同様にアイドラシャフト２０６）が引き込み方向に回転してベルト作動型機構１０２からベルト２１８を取り込むと、傘歯車内の一方向ロック軸受が係合して、傘歯車をアイドラシャフトと共に回転させることができる。このように、キャプスタン２０４は、引き込み方向に回転すると、アイドラシャフト２０６、傘歯車２０８、リングギヤ２１０を介してスプールを駆動する。

図示の例では、ベルト２１８は、ベルト２１８の両端がベルト駆動機構１０１内に位置するよう、ベルト作動型機構１０２を通過する。ベルト２１８の第１の端部は、ベルト２１８に関連付けられる電気的パラメータ（例えば、ベルト２１８内の支持構造の連続性、抵抗、キャパシタンス、反射率測定など）を監視するために使用することができる電気コネクタ２１６に接続することができる。ベルト２１８の第２の端部はスプール２１２に取り付けることができ、スプールは巻き取りおよび巻き出しでき、ベルト作動型機構１０２からベルト２１８の一部が引き出されるときに、引き出されたベルト２１８の一部を取り込むことができる。いくつかの実現例では、ベルト駆動型システム内のベルト２１８は、内部配線もしくは回路を含むことができ、または負荷の下で変化する電気的特性を有するように構築することができる。例えば、ベルトは、しばしば、全体にわたって導電性補強構造を有する。この例では、ベルト駆動システムは、導電性補強構造の１つ以上の端部間のインピーダンスまたは抵抗を測定し、したがって、それらが破損し、したがってベルト２１８の構造的完全性を損なったかどうかを判定する、連続性チェックを実行することができる。別の例では、ベルト２１８の内部導電性材料と駆動機構のハウジングとの間の連続性を測定することができる。ベルト２１８の内部導電性材料とハウジングとの間の連続性は、ベルト２１８の一部が摩耗または損傷し、ベルト２１８が交換または修理されるべきであることを示すことができる。いくつかの実現例では、ベルト２１８は、様々な負荷の下で様々な電気的特性を有する材料を含む。例えば、ベルト２１８の張力が増加するにつれて、その抵抗またはインピーダンスも増加し得る。ベルト２１８の一方または両方の端部における電気的接続は、ベルト２１８の状態（例えば、張力、温度、構成など）を決定するために使用され得る１つ以上の電気的特性の測定を可能にするために提供され得る。

図３は、ベルト駆動機構１０１の左側面図である。さまざまな構造的構成要素は、簡潔さのために図示されていない。スプール２１３は、内側ハブ３０２に取り付けられている。いくつかの実現例では、内側ハブ３０２とスプール２１３は、内側ハブ３０２とスプール２１３との間の摩擦力が克服された場合にスプール２１３が内側ハブ３０２の周りを回転することができるように摩擦係合される。いくつかの実現例では、スプール２１３は、内側ハブ３０２の摩耗面にばね付勢される。内側ハブ３０２は、傘歯車２０８を参照して上述した一方向ロッキング軸受と同様であっても異なっていてもよい一方向ロッキング軸受を介して、固定された軸に取り付けられてもよい。スプール２１３が、リングギヤ２１０によって駆動され、巻き取り方向に回転すると、内側ハブはスプール２１３と共に回転することができ、摩擦を最小限にし、スプールがベルト２１８に巻き付くことを可能にする。繰り出し動作中、キャプスタン２０４が繰り出し方向に回転しているとき、傘歯車２０８は、アイドラシャフト２０６とは独立して自由に回転し、スプール２１２の巻き出し方向の回転を可能にする。スプール２１２が巻き出し方向に著しい角運動量を蓄積する場合、キャプスタンが回転を停止した後にベルト２１８を繰り出し続けるかもしれず、したがってシステムに緩みを導入し、ベルト駆動機構１０１の制御の喪失または他の問題を引き起こす可能性がある。キャプスタン２０４が停止するときにスプール２１３が停止することを確実にするために、内側ハブ３０２およびその関連付けられた一方向軸受は中心軸にロックされ、内側ハブ３０２の回転を防止する。繰り出し中、スプールは内側ハブ３０２の周りで回転２１３し、ベルト２１８の張力がスプール２１３と内側ハブ３０２との間の摩擦に打ち勝つ。

図３には、ベルト２１８の一端をベルト駆動機構１０１に固定するアンカー３０４も示されている。アンカーは、ベルト２１８の高張力端に位置し、ベルト駆動機構１０１内のベルト２１８のための固定された基準点を提供する。ベルト２１８は、アンカー３０４から張力センサ３０６を越えてベルト作動型機構１０２に入る。ベルト駆動機構１０１およびベルト作動型機構１０２を通るベルトの経路のより詳細な説明は、図４に関して以下で論じられる。

引き続き図３を参照すると、いくつかの実現例では、ベルト駆動機構１０１はエンコーダホイール３２６を含む。エンコーダホイール３２６は、ベルト２１８がエンコーダホイール３２６を横切って摺動しないことを確実にするように、ベルト２１８のノッチまたは溝と嵌合するよう構成される隆起または突起をその外面に有することができる。エンコーダホイール３２６はエンコーダに取り付けることができ、エンコーダホイール３２６の正確な位置指示、したがってベルト２１８の正確な位置指示を提供することができる。ベルト作動型機構１０２は、ベルト位置に直接関係する位置を有することができる。例えば、ベルト作動型機構１０２がリニアアクチュエータの一部である場合、アクチュエータが伸縮した距離はエンコーダ位置から直接判断することができる。

張力センサ３０６は、図３に示すように、ベルト２１８の向きを変えるシーブを有することができる。張力センサ３０６上のシーブがベルト２１８の向きを変えると、ベルト２１８の張力に比例する反力がシーブに発生する。シーブは、反力に対してばね付勢される平行移動構成要素（例えば、ピストンまたはシリンダ）に固定されることができる。この構成では、ベルト２１８の張力が増加するにつれて、反力は増加し、ばねを圧縮し、シーブを平行移動させる（図３に提供される図では上向き）であろう。平行移動構成要素上の位置インジケータにより、ベルト２１８の張力に比例する、シーブおよび平行移動構成要素の平行移動を測定することができる。位置インジケータは、電子的（例えば、１つ以上のホール効果センサもしくはひずみゲージ）または機械的（例えば、塗装もしくは彫り刻まれた位置インジケータ）であり得る。張力センサ３０６は、自動安全動作（例えば、緊急繰り出し）のために、または予想される摩耗を計算し、ベルト２１８またはベルト駆動装置の耐用年数を判断するために、使用することができる。

図４は、ベルト駆動機構１０１のベルト２１８およびベルト作動型機構１０２を示す。図２～図４を参照すると、ベルト２１８の第１の端部４０２は、電気コネクタ（例えば、図２を参照して説明したベルトコネクタ２０６）に接続され、ベルト駆動機構１０１内の回路基板または他のデバイスに取り付けられることができる。次いで、ベルト２１８は、高摩擦アンカー屈曲部４０４を形成するアンカーを通過することができ、ベルト２１８の第１の端部４０２が張力下にないこと、およびベルト２１８がアンカー屈曲部４０４の周囲に固定されることを確実にする。次いで、ベルト２１８は、張力センサ（例えば、図３に関して説明した張力センサ３０６）上を通過し、張力センサ屈曲部４０６を形成することができる。

次いで、ベルト２１８は、ベルト作動型機構入口４０８においてベルト２１８作動型機構に入る。図示される例は、ベルト作動型機構内においていくつかの自由スパンを伴うブロックおよびタックルシステムを通過するベルト２１８を描写する。ベルト２１８は、次いで、ベルト作動型機構戻り部４１０を介してベルト駆動機構に戻り、そこでキャプスタンおよびアイドラシャフトの周りを通過し、キャプスタン軸４１２およびアイドラ軸４１４の両方の周囲に１つ以上の屈曲を生じさせる。キャプスタン軸４１２およびアイドラ軸４１４の周りの最終的な巻回に続いて、ベルト２１８はスプール巻き４１６に入り、そこでベルト駆動機構の動作に従って巻き取られるかまたは巻き出される。第２の端部４１８は、ベルト２１８を終端させ、スプールに固定することができる。

図５は、弛み除去装置として使用することができる保持ベルトおよびテンションローラを含むベルト駆動機構１０１の断面図を示す。いくつかのベルト駆動型システムでは、システムにおける弛みを最小限にすることが望ましい。言い換えれば、ベルト２１８またはベルト２１８の一部が常に張力下に保たれることが好ましい。２つのシャフトを有し、一方が動力供給され、一方がベルト２１８によって駆動される（例えば、キャプスタンおよびアイドラシャフト）システムでは、ベルト２１８に確実な（positive）張力を確保するためのシステムを提供することができる。ベルトまたはローラなどの第１の保持装置は、ベルト２１８をキャプスタンの一部分に対して押し付けることができ、ベルト張力にかかわらず、キャプスタンとベルト２１８との間の牽引を確実にする。第２の保持装置は、アイドラシャフト上のベルト２１８に圧力をかけ、アイドラシャフトとの確実な接触を確保することができる。このようにして、弛みの場合に、キャプスタンは、第１の保持装置と第２の保持装置との間から弛みを引き抜くことができ、したがって、アイドラギヤがキャプスタンとともに回転してシステムからあらゆる残りの弛みを確実に除去する。

ベルト駆動機構における弛んだ主ベルト２１８は、動作中に問題を生じさせる可能性がある。例えば、弛んだベルト２１８は、１つ以上のシーブから離れるか、またはそれ自体の上に折り畳まれて、ベルト駆動機構を閉塞および詰まらせる可能性がある。加えて、弛んだ、または緩いベルト２１８は、キャプスタンとベルト２１８との間の摩擦または牽引の量を低減させ、キャプスタンがベルト２１８を移動できなくし得る。この場合では、確実な（positive）摩擦が保証されないので、アイドラシャフトはキャプスタンと一致せずに回転し得る。

依然として図５を参照すると、保持ベルト５０２は、ベルト駆動機構の主ベルト２１８とは別個のベルトであることができ、所定の張力下にあり、キャプスタン２０４上の主ベルト２１８の１つ以上の巻回に力をかけるように位置決めされることができる。いくつかの実現例では、保持ベルト５０２は、キャプスタン２０４上の主ベルト２１８の最下張力巻回に圧力をかける。この圧力は、主ベルト２１８が弛緩状態にあるときでさえ、主ベルト２１８とキャプスタン２０４との間の確実な接触、したがって確実な（positive）牽引を保証する。保持ベルト５０２に加えて、テンションローラ５０４が、アイドラシャフト２０６上のベルト２１８の１つ以上の巻回に圧力を加えるように位置付けられることができ、テンションローラ５０４におけるベルト２１８とアイドラシャフトとの間の確実な接触を確実にする。主ベルト２１８が緩んでいるか、または弛みが存在する状況において、保持ベルト５０２がキャプスタン２０４の一部分に対して牽引を保証するので、キャプスタン２０４が確実に回転し、キャプスタン２０４とテンションローラ５０４との間のスパンから弛みを引き抜くことができる。キャプスタン２０４とテンションローラ５０４との間のスパンから弛みが除去されると、アイドラシャフト２０６は、主ベルト２１８を介して回転し始め、したがって、システムの残りの部分から弛みを引き抜くことができる。

図６は、自己巻き機構６００を含む、図１に示されるベルト駆動機構１０１の一部の断面図を示す。アイドラシャフト２０６は、アイドラ軸４１４を中心に引き込み方向または繰り出し方向に回転可能であり、キャプスタンを介してベルト２１８によって駆動される。アイドラシャフト２０６には、一方向軸受６０４Ａを介して傘歯車２０８が接続されている。一方向軸受６０４Ａは、アイドラシャフトが傘歯車２０８に対して繰り出し方向に回転するとき、傘歯車２０８とアイドラシャフト２０６との間において、回転を可能にする。一方向軸受６０４Ａは、引き込み方向において、アイドラシャフト２０６と傘歯車２０８との間において、回転を禁止する。傘歯車２０８として図示されているが、任意の好適な歯車タイプまたは一方向ロッキング機構を使用することができる。傘歯車２０８は、スプール２１２と摩擦接触するリングギヤ２１０と係合する。ばね６０８Ａは、リングギヤ２１０とスプール２１２との間の確実な係合を保証する。スプール２１２は、内側ハブ３０２と摩擦係合する。内側ハブ３０２およびスプール２１２は、ばね６０８Ｂによってともに押圧され得る。摩耗面（例えば、ブレーキパッドまたは摩擦ディスク）を、スプール２１２と内側ハブ３０２との間に設けることができ、内側ハブ３０２とスプール２１２との間の所望のレベルの摩擦が達成されることを保証することができる。内側ハブ３０２は、一方向ロッキング軸受６０４Ｂを介してハブ軸６０６に取り付けることができる。一方向ロッキング軸受６０４Ｂは、（スプール軸６１０上の矢印によって示されるように）巻き取り方向におけるハブ軸６０６の周りの内側ハブ３０２の回転を可能にするが、繰り出し方向におけるハブ軸６０６の周りの内側ハブ３０２の回転を禁止する。

自己巻き機構は、２つの機能を果たす。これは、ベルト駆動機構（例えば、図２を参照して示され、説明されるベルト駆動機構１０１）の引き込み動作中にベルト２１８がスプールに巻き付けられるときにベルト２１８に張力が維持されることを保証する。自己巻き機構はまた、繰り出し動作中にベルト２１８において張力を維持する。

引き込み動作中、ベルト駆動機構は、ベルト作動型機構（例えば、図１のベルト作動型機構１０２）からベルト２１８を引き込む。アイドラシャフト２０６はアイドラ軸４１４を中心に回転し、一方向ロッキング軸受６０４Ａと係合し、これにより傘歯車２０８がアイドラシャフト２０６と共に回転する。引き込み方向は、アイドラ軸４１４上の矢印によって示される通りである。

傘歯車２０８が回転すると、リングギヤ２１０が駆動され、スプール２１２にねじり力を加え、スプール軸６１０を中心にスプール２１２を巻き取り方向に回転させる。巻き取り方向は、スプール軸６１０上の矢印によって示される通りである。スプール２１２が巻き入れるベルト２１８の量が増加するにつれ、スプール２１２の有効直径は、ベルト２１８が重なるにつれて増加する。ベルト駆動機構の引き込み速度を一定にするためには、スプール２１２を遅くする必要がある。言い換えると、スプール２１２の回転速度は、スプール２１２が空のときの方がスプール２１２が満杯のときよりも速くなければならない。スプール２１２のこの可変速度要件を補償するために、リングギヤ２１０は、スプール２１２に直接取り付けられるのではなく、スプール２１２の側部に沿って回転して摩擦力を付与する。傘歯車２０８とリングギヤ２１０との間のギヤリングは、リングギヤがスプール２１２の全動作範囲にわたってスプール２１２をオーバードライブする（例えば、より速く回転する）ように選択することができる。いくつかの実現例では、リングギヤ２１０は、スプール２１２が空のときは１．５％だけスプールをオーバードライブし、スプール２１２が満杯のときは１５％だけスプールをオーバードライブする。オーバードライブされたリングギヤ２１０は、スプール２１２が引き込み動作を通してベルト２１８に張力を加えることを確実にする。

引き込み動作中、スプール２１２が巻き取り方向に回転しているとき、内側ハブ３０２はハブ軸６０６を中心に自由に回転する。スプール２１２および内側ハブ３０２は共に回転する。

繰り出し動作中、張力は依然としてベルト２１８において維持されなければならない。繰り出し中、アイドラシャフト２０６は繰り出し方向（アイドラ軸４１４上の示される矢印と反対）に回転し、一方向軸受６０４Ａは係合解除し、アイドラシャフト２０６および傘歯車２０８の独立した回転を可能にする。これにより、アイドラシャフト２０６およびスプール２１２は、スプール２１２からのベルト２１８の繰り出しに必要な異なる速度で回転することが可能になる。一方向軸受６０４Ｂは係合し、内側ハブ３０２の巻き出し方向（スプール軸６１０上の示される矢印と反対）への回転を阻止する。ベルト２１８の張力は、内側ハブ３０２の周囲でスプール２１２を引っ張り、内側ハブ３０２とスプール２１２との間の摩擦を克服する。スプールは、繰り出し方向に回転するために摩擦に打ち勝たなければならないので、それは、繰り出し動作中にベルト２１８に張力が維持されることを確実にする。いくつかの実現例では、一方向軸受６０４Ａが係合解除されると、リングギヤ２１０および傘歯車２０８は、スプール２１２とともに回転する。

図７Ａおよび図７Ｂは、ベルト駆動機構の代替実現例を示す手動式クレーンを示す。クレーン７００は、ベルト作動型機構７０２を形成するブーム７０４およびロードブロック７０６を含むことができる。この実現例では、ベルト作動型リフト機構７０２はリフト装置である。自己巻きベルト駆動機構７０１を用いてクレーン７００を動作させることができる。この実現例では、ベルト駆動機構７０１は、ハンドクランク７０８によって手動で操作される。この実現例では、キャプスタンおよびハンドクランクハンドルの直径、ならびに選択肢的に、ブーム７０４（図示せず）内に収納される１つ以上のブロックおよびタックルシステムに基づいて、機械的利点をユーザに提供することができる。図７Ｂは、ベルト駆動機構７０１の拡大図を示し、簡素化のために様々な構造部品が取り除かれている。ベルト駆動機構１０１と同様に、キャプスタン７１０、ベルト７１２、スプール７１４、およびアイドラシャフト７１６が示されている。

いくつかの実現例では、複数のベルト駆動機構１０１、または異なる構成のベルト作動型機構１０２が、動力の双方向印加（たとえば、動力式の伸縮）に適応するように提供され得る。例えば、ブロックおよびタックルシステムの対を互いに結合し、互いに反対に動作するよう構成することができる（例えば、一方のベルトが繰り出され、他方のベルトが引き込まれる）。リニアアクチュエータの動力式の伸長および収縮の両方を提供する。

全体にわたって矩形断面を有するものとして図示されているが、ベルト２１８は、任意の好適な形状であり得る。例えば、ベルト２１８は、正方形、三角形、台形、またはこれらの任意の組み合わせの断面を有することができる。いくつかの実現例では、ベルト２１８のある部分は台形の断面を有し得るが、別の部分は三角形であり得る。本開示はこれに限定されない。加えて、ベルト２１８は、任意の好適な材料、例えば、編組鋼、ケブラー（登録商標）、ゴム、皮革、またはそれらの組み合わせから構築されることができる。

巻き機構は、角度を付けられたアイドラシャフトと、ベルト駆動機構の側部に固定されるスプールととともに図示されているが、いくつかの実現例では、スプールは、ベルト駆動機構の上または下方にあり得る。いくつかの実現例では、アイドラシャフトは、ベルト駆動機構の後部から突出し、ベルト駆動機構から離れたスプールを回転させることができる。

前述の説明は、１つ以上の特定の実現例の文脈で提供されている。本開示の範囲から逸脱することなく、開示された実現例の様々な修正、変更、および置換を行うことができる。したがって、本開示は、説明または図示される実現例のみに限定されることを意図されず、本明細書で開示される原理および特徴と整合する最も広い範囲を与えられるべきである。

Claims (20)

1. 自己巻きベルト駆動機構であって、
   ベルト作動型システムからベルトを引き込むかまたは前記ベルト作動型システムに前記ベルトを繰り出すよう構成されるキャプスタンと、
   前記ベルトを介して前記キャプスタンに連結されたアイドラシャフトとを備え、前記アイドラシャフトは、前記キャプスタンが前記ベルトを引き込む方向に回転すると、引き込み方向に回転するよう構成され、前記キャプスタンが前記ベルトを繰り出す方向に回転すると、繰り出し方向に回転するよう構成され、前記アイドラシャフトは、
   前記ベルトの１つ以上の巻回を受け入れるよう構成される第１の端部と、
   第１の一方向ロッキング軸受に連結される第２の端部と、
   前記第１の一方向ロッキング軸受に連結される第１のギヤとを含み、前記第１の一方向ロッキング軸受は、前記アイドラシャフトが前記引き込み方向に回転すると係合して、前記第１のギヤを、回転する前記アイドラシャフトと共に回転させ、前記第１の一方向ロッキング軸受は、前記アイドラシャフトが前記繰り出し方向に回転すると係合解除されて、前記第１のギヤと前記アイドラシャフトとの間の相対回転を可能にし、前記自己巻きベルト駆動機構はさらに、
   前記ベルトのある部分を受けるかまたは繰り出すよう構成されるスプールを備え、前記スプールは、
   外側ハブを含み、前記外側ハブは、回転し、前記ベルトの前記ある部分を前記外側ハブの周囲に巻き付けるかまたは前記外側ハブの周囲から巻き出すよう構成され、前記スプールはさらに、
   前記外側ハブと摩擦係合する第２のギヤを含み、前記第２のギヤは、前記第１のギヤが前記第２のギヤを駆動するように前記第１のギヤによって駆動されるよう構成され、前記アイドラシャフトが前記引き込み方向に回転するときに、前記外側ハブを、前記ベルトの前記ある部分を巻き取る方向に回転させる、自己巻きベルト駆動機構。
2. 前記スプールは、第２の一方向ロッキング軸受を介して中心軸に接続される内側ハブを含み、前記第２の一方向ロッキング軸受は、前記外側ハブが、前記ベルトの前記ある部分を巻き取る方向に回転するとき、前記内側ハブが前記中心軸に対して回転することを可能にし、前記第２の一方向ロッキング軸受は、前記外側ハブが、前記ベルトの前記ある部分を巻き出す方向に回転するとき、前記内側ハブと前記中心軸との間の回転を防止し、前記内側ハブは、前記ベルトの前記ある部分を巻き出す方向に回転するときに前記外側ハブが前記内側ハブと前記外側ハブとの間の摩擦力に打ち勝って前記内側ハブに対して回転するように、前記外側ハブと摩擦係合される、請求項１に記載のベルト駆動機構。
3. 前記第１のギヤは傘歯車であり、前記第２のギヤはリングギヤである、請求項１に記載のベルト駆動機構。
4. 前記第２のギヤは、前記外側ハブをオーバードライブするよう構成され、前記外側ハブよりも少なくとも１．５％速く回転する、請求項１に記載のベルト駆動機構。
5. 前記ベルトの第１の端部および第２の端部が両方とも前記ベルト駆動機構内にあるように、前記ベルトは、前記ベルト作動型システムを通過し、前記ベルト駆動機構に戻り、前記ベルトの引き込みおよび繰り出しは、前記ベルト作動型システムを作動させる、請求項１に記載のベルト駆動機構。
6. 前記ベルト作動型システムは、前記ベルトが前記ベルト作動型システムから引き込まれるかまたは前記ベルト作動型システムに繰り出されるときに伸長または収縮するブロックおよびタックルを備える、請求項５に記載のベルト駆動機構。
7. 前記ベルトの少なくとも１つの端部は、前記ベルト駆動機構内の回路に電気的に接続され、前記回路は、前記ベルトに関連付けられる少なくとも１つの電気的パラメータを測定する、請求項５に記載のベルト駆動機構。
8. リブを有する外面を有するエンコーダホイールを備え、前記リブは前記ベルトにおいてノッチと係合し、前記エンコーダホイールの軸は前記エンコーダに接続される、請求項１に記載のベルト駆動機構。
9. 自己巻きベルト駆動機構であって、
   ベルト作動型システムからベルトを引き込むかまたは前記ベルト作動型システムに前記ベルトを繰り出すよう構成されるキャプスタンと、
   前記ベルトを介して前記キャプスタンに連結されたアイドラシャフトとを備え、前記アイドラシャフトは、前記キャプスタンが前記ベルトを引き込む方向に回転すると、引き込み方向に回転するよう構成され、前記キャプスタンが前記ベルトを繰り出す方向に回転すると、繰り出し方向に回転するよう構成され、前記アイドラシャフトは、
   前記ベルトの１つ以上の巻回を受け入れるよう構成される第１の端部と、
   第１の一方向ロッキング軸受に連結される第２の端部と、
   前記第１の一方向ロッキング軸受に連結される第１のギヤとを含み、前記第１の一方向ロッキング軸受は、前記アイドラシャフトが前記引き込み方向に回転すると係合して、前記第１のギヤを、回転する前記アイドラシャフトと共に回転させ、前記第１の一方向ロッキング軸受は、前記アイドラシャフトが前記繰り出し方向に回転すると係合解除されて、前記第１のギヤと前記アイドラシャフトとの間の相対回転を可能にし、前記自己巻きベルト駆動機構はさらに、
   前記ベルトのある部分を受けるかまたは繰り出すよう構成されるスプールを備え、前記スプールは、
   外側ハブを含み、前記外側ハブは、回転し、前記ベルトの前記ある部分を前記外側ハブの周囲に巻き付けるかまたは前記外側ハブの周囲から巻き出すよう構成され、前記スプールはさらに、
   第２の一方向ロッキング軸受を介して中心軸に接続される内側ハブを含み、前記第２の一方向ロッキング軸受は、前記外側ハブが、前記ベルトの前記ある部分を巻き取る方向に回転するとき、前記内側ハブが前記中心軸に対して回転することを可能し、前記第２の一方向ロッキング軸受は、前記外側ハブが、前記ベルトの前記ある部分を巻き出す方向に回転するとき、前記内側ハブと前記中心軸との間の回転を防止し、前記内側ハブは、前記ベルトの前記ある部分を巻き出す方向に回転するときに前記外側ハブが前記内側ハブと前記外側ハブとの間の摩擦力に打ち勝って前記内側ハブに対して回転するように、前記外側ハブと摩擦係合される、自己巻きベルト駆動機構。
10. 前記スプールは、前記外側ハブと摩擦係合する第２のギヤを含み、前記第２のギヤは、前記第１のギヤが前記第２のギヤを駆動するように前記第１のギヤによって駆動されるよう構成され、前記アイドラシャフトが前記引き込み方向に回転するときに、前記外側ハブを、前記ベルトの前記ある部分を巻き取る方向に回転させる、請求項９に記載のベルト駆動機構。
11. 前記第１のギヤは傘歯車であり、前記第２のギヤはリングギヤである、請求項９に記載のベルト駆動機構。
12. 前記第２のギヤは、前記外側ハブをオーバードライブするよう構成され、前記外側ハブよりも少なくとも１．５％速く回転する、請求項９に記載のベルト駆動機構。
13. 前記ベルトの第１の端部および第２の端部が両方とも前記ベルト駆動機構内にあるように、前記ベルトは、前記ベルト作動型システムを通過し、前記ベルト駆動機構に戻り、前記ベルトの引き込みおよび繰り出しは、前記ベルト作動型システムを作動させる、請求項９に記載のベルト駆動機構。
14. 前記ベルト作動型システムは、前記ベルトが前記ベルト作動型システムから引き込まれるかまたは前記ベルト作動型システムに繰り出されるときに伸長または収縮するブロックおよびタックルを備える、請求項１３に記載のベルト駆動機構。
15. 前記ベルトの少なくとも１つの端部は、前記ベルト駆動機構内の回路に電気的に接続され、前記回路は、前記ベルトに関連付けられる少なくとも１つの電気的パラメータを測定する、請求項１３に記載のベルト駆動機構。
16. リブを有する外面を有するエンコーダホイールを備え、前記リブは前記ベルトにおいてノッチと係合し、前記エンコーダホイールの軸は前記エンコーダに接続される、請求項９に記載のベルト駆動機構。
17. 自己巻きベルト駆動機構であって、
    ベルト作動型システムからベルトを引き込むかまたは前記ベルト作動型システムに前記ベルトを繰り出すよう構成されるキャプスタンと、
    前記ベルトを介して前記キャプスタンに連結されたアイドラシャフトとを備え、前記アイドラシャフトは、前記キャプスタンが前記ベルトを引き込む方向に回転すると、引き込み方向に回転するよう構成され、前記キャプスタンが前記ベルトを繰り出す方向に回転すると、繰り出し方向に回転するよう構成され、前記アイドラシャフトは、
    前記ベルトの１つ以上の巻回を受け入れるよう構成される第１の端部と、
    第１の一方向ロッキング軸受に連結される第２の端部と、
    前記第１の一方向ロッキング軸受に連結される第１のギヤとを含み、前記第１の一方向ロッキング軸受は、前記アイドラシャフトが前記引き込み方向に回転すると係合して、前記第１のギヤを、回転する前記アイドラシャフトと共に回転させ、前記第１の一方向ロッキング軸受は、前記アイドラシャフトが前記繰り出し方向に回転すると係合解除されて、前記第１のギヤと前記アイドラシャフトとの間の相対回転を可能にし、前記自己巻きベルト駆動機構はさらに、
    前記ベルトのある部分を受けるかまたは繰り出すよう構成されるスプールを備え、前記スプールは、
    外側ハブを含み、前記外側ハブは、回転し、前記ベルトの前記ある部分を前記外側ハブの周囲に巻き付けるかまたは前記外側ハブの周囲から巻き出すよう構成され、前記スプールはさらに、
    第２の一方向ロッキング軸受を介して中心軸に接続される内側ハブを含み、前記第２の一方向ロッキング軸受は、前記外側ハブが、前記ベルトの前記ある部分を巻き取る方向に回転するとき、前記内側ハブが前記中心軸に対して回転することを可能し、前記第２の一方向ロッキング軸受は、前記外側ハブが、前記ベルトの前記ある部分を巻き出す方向に回転するとき、前記内側ハブと前記中心軸との間の回転を防止し、前記内側ハブは、前記ベルトの前記ある部分を巻き出す方向に回転するときに前記外側ハブが前記内側ハブと前記外側ハブとの間の摩擦力に打ち勝って前記内側ハブに対して回転するように、前記外側ハブと摩擦係合され、前記スプールはさらに、
    前記外側ハブと摩擦係合する第２のギヤを含み、前記第２のギヤは、前記第１のギヤが前記第２のギヤを駆動するように前記第１のギヤによって駆動されるよう構成され、前記アイドラシャフトが前記引き込み方向に回転するときに、前記外側ハブを、前記ベルトの前記ある部分を巻き取る方向に回転させる、自己巻きベルト駆動機構。
18. 前記第１のギヤは傘歯車であり、前記第２のギヤはリングギヤであり、前記リングギヤは、前記外側ハブをオーバードライブするよう構成され、前記外側ハブよりも少なくとも１．５％速く回転する、請求項１７に記載のベルト駆動機構。
19. リブを有する外面を有するエンコーダホイールを備え、前記リブは前記ベルトにおいてノッチと係合し、前記エンコーダホイールの軸は前記エンコーダに接続される、請求項１７に記載のベルト駆動機構。
20. 前記ベルトの第１の端部および第２の端部が両方とも前記ベルト駆動機構内にあるように、前記ベルトは、前記ベルト作動型システムを通過し、前記ベルト駆動機構に戻り、前記ベルトの引き込みおよび繰り出しは、前記ベルト作動型システムを作動させる、請求項１７に記載のベルト駆動機構。

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