JP2019116971A - Wave gear device, circular spline and method - Google Patents

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bmg
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flexspline
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シー ホーフマン ダグラス
C Hofmann Douglas
シー ホーフマン ダグラス
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h wilcox Brian
エイチ ウィルコックス ブライアン
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Abstract

To provide a flexible spline as a component of a wave gear device having a sufficient flexibility durable against high frequency cycle deformation and simultaneously having a sufficient strength adapted for a load to which the wave gear device is exposed.SOLUTION: A bulk metallic glass system wave gear device and a wave gear device component are realized by a system and a method of the preferred embodiment of this invention. In one preferred embodiment, the wave gear device comprises a wave generator, a flexible spline having a first gear set as it is and a circular spline having a second gear set as it is. At least one of the wave generator, the flexible spline and the circular spline includes a bulk metal glass system material.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

連邦政府資金による研究開発の記載
ここで開示する本発明は、NASAとの契約した作業実績において作成し、また、契約
人がタイトルを維持するアメリカ合衆国公法96-517(35U.S.C. §202)
の支配下にある。
STATEMENT REGARDING FEDERALLY SPONSORED RESEARCH OR DEVELOPMENT The invention disclosed herein is made in the context of contracted work with NASA, and also requires that the Contractor maintain the title. )
Under the control of

本発明は、概して、バルク金属ガラス系の波動歯車装置(Strain wave gears)及び波
動歯車装置コンポーネントに関する。
The present invention relates generally to bulk metal glass based strain wave gears and wave gear set components.

波動歯車装置は、ハーモニックドライブ(登録商標)としても知られており、独特の歯
車システムであり、高減速比、高いトルク-重量比及びトルク-体積比、ほぼゼロのバック
ラッシュ(コンポーネントの潜在的な磨耗を軽減することができる)、及び多くの他の利
点を提供することができる。通常は、波動歯車装置は、フレクスプライン(flexspline)
内に取り付ける楕円波生成装置を有し、フレクスプラインが波生成装置(ウェーブ・ジェ
ネレータ)による楕円波形に一致し、この構成は、さらに一般的には、一組の玉軸受を有
して、フレクスプラインが波生成装置に対して楕円形の中心軸線の周りに回転するように
する。フレクスプラインは、通常、リング状の円形スプライン内に配置し、フレクスプラ
インは、その外側における、楕円形の、外周に沿って配置した一組のギア歯セットを有し
、このギア歯セットは、リム状円形スプライン(サーキュラ・スプライン)の内周に沿っ
て配置したギア歯と噛み合う。通常、フレクスプラインは、円形スプラインよりも少ない
歯を有する。特に、フレクスプラインは、可撓材料から形成し、フレクスプライン及び円
形スプラインのギア歯が噛み合うとき、波生成装置が円形スプラインに対して第1方向に
回転でき、それによって、反対の第2方向にフレクスプラインの変形及び関連した回転を
生ずる。普通は、入力トルクを波生成装置に供給し、またフレクスプラインはその結果と
して出力トルクを生ずる。一般的に、波生成装置の回転速度は、フレクスプラインの回転
速度よりも相当速い。従って、波動歯車装置は、歯車システムに対して高減速比を達成す
ることができ、また、より小さいフォームファクター(形状因子)で実現することができ
る。
Wave gearing, also known as Harmonic Drive®, is a unique gearing system, with high reduction ratio, high torque-weight ratio and torque-volume ratio, nearly zero backlash (potential of components Wear can be reduced), and many other benefits can be provided. Usually, the wave gear device is a flexspline
With an elliptical wave generator mounted in it, the flexspline being matched to the elliptical waveform by the wave generator (wave generator), this configuration more generally comprising a set of ball bearings The splines rotate about the elliptical central axis with respect to the wave generator. The flexspline is usually arranged in a ring-shaped circular spline and the flexspline has at its outer side an elliptical set of gear tooth sets arranged along the outer periphery, which gear tooth sets are: Engages with gear teeth arranged along the inner circumference of a rim-like circular spline (circular spline). Usually, a flexspline has fewer teeth than a circular spline. In particular, the flexspline is formed from a flexible material, and when the gear teeth of the flexspline and the circular spline mesh, the wave generating device can rotate in a first direction with respect to the circular spline, whereby in the opposite second direction Produce flexspline deformation and associated rotation. Normally, the input torque is supplied to the wave generator and the flexspline results in an output torque. In general, the rotational speed of the wave generator is substantially faster than that of the flexspline. Thus, wave gear arrangements can achieve high reduction ratios for gear systems and can be realized with smaller form factors.

いくつかの代替的な構成において、フレクスプラインを固定状態に保持し、出力トルク
を生ずるのに円形スプラインを使用できることも付記する。
It is also noted that in some alternative configurations, the flexspline can be held stationary and circular splines can be used to generate the output torque.

推察できるように、波動歯車装置の動作は、特に特別な意味合いを持ち、極めて正確に
設計された歯車システムに依存する。例えば、波動歯車装置における構成部品のジオメト
リ(幾何学的表面形状)は、所望動作を生ずるために、極限精度で作製しなければならな
い。さらに、波動歯車装置のコンポーネントは、所望機能を得ることができる材料から作
製しなければならない。特に、フレクスプラインは、高頻度の周期変形に耐えるのに十分
な可撓性を有していなければならず、これと同時に、波動歯車装置が晒されると予想され
る負荷に適応するのに十分な強度を有していなければならない。
As can be inferred, the operation of the wave gearing has a particular significance and relies on a very accurately designed gear system. For example, the geometry (geometrical surface shape) of components in wave gear arrangements must be made with extreme precision in order to produce the desired motion. Furthermore, the components of the wave gear device have to be made of materials from which the desired function can be obtained. In particular, the flexspline must have sufficient flexibility to withstand high frequency cyclic deformation, while at the same time sufficient to accommodate the load to which the wave gearing is expected to be exposed. It must have sufficient strength.

これらの制約のために、従前の波動歯車装置は、スチールから大型に作製してきており
、なぜならスチールは必要な材料特性を有することが実証され、また、スチールは、所望
ジオメトリとなるように機械加工することができるからである。しかし、スチールを構成
コンポーネントとして機械加工することは相当費用がかかるおそれがある。例えば、多く
の事例において、スチール系の波動歯車装置は、高額な製造プロセスのために、1000
ドルから2000ドルのオーダーのコストがかかるおそれがある。
Because of these limitations, conventional wave gearing devices have been fabricated from steel in large sizes, as it has been demonstrated that steel has the necessary material properties, and steel is machined to the desired geometry. Because you can do it. However, machining steel as a component can be quite expensive. For example, in many cases, steel-based wave gear devices can cost up to 1000 for expensive manufacturing processes.
The cost may be in the order of dollars to $ 2000.

いくつかの事例において、ハーモニックドライブは熱可塑性材料から作製する。熱可塑
性材料(例えばポリマー)は、構成コンポーネントの形状に注型成形する(例えば、射出
成形プロセスにより)ことができ、それによって、スチール系の波動歯車装置の製造にお
いて一般的に実施される高額な機械加工プロセスを回避することができる。しかし、熱可
塑材料から作製した波動歯車装置は、スチールから作製した波動歯車装置ほどの強い強度
がない。
In some cases, the harmonic drive is made of a thermoplastic material. Thermoplastic materials (e.g. polymers) can be cast (e.g., by an injection molding process) into the shape of the constituent components, whereby expensive, commonly practiced in the manufacture of steel based wave gear devices Machining process can be avoided. However, wave gear devices made of thermoplastic materials do not have the same strength as wave gear devices made of steel.

本発明の実施形態によるシステム及び方法は、バルク金属ガラス系の波動歯車装置及び
波動歯車装置コンポーネントを具現化する。一実施形態において、波動歯車装置は、波生
成装置(ウェーブ・ジェネレータ)と、それ自体第1ギア歯セットを有するフレクスプラ
イン(flexspline)と、それ自体第2ギア歯セットを有する円形スプライン(サーキュラ
・スプライン)とを備え、波生成装置、フレクスプライン、円形スプラインのうち少なく
とも1つはバルク金属ガラス系材料を含む。
Systems and methods according to embodiments of the present invention embody wave gearing and wave gearing components based on bulk metal glass. In one embodiment, the wave gearing comprises a wave generator, a flexspline with its own first gear set, and a circular spline with its own second gear set. And at least one of the wave generating device, the flexspline, and the circular spline includes a bulk metallic glass based material.

他の実施形態において、波生成装置は、波生成装置プラグ及び軸受を有する。   In another embodiment, the wave generator comprises a wave generator plug and a bearing.

さらに他の実施形態において、軸受は玉軸受とする。   In yet another embodiment, the bearing is a ball bearing.

他の実施形態において、波生成装置、フレクスプライン、及び円形スプラインのそれぞ
れがバルク金属ガラス系材料を含む。
In another embodiment, each of the wave generating device, the flexspline, and the circular spline comprises a bulk metallic glass based material.

さらに他の実施形態において、第1セットのギア歯及び第2セットギア歯の少なくとも
一方がバルク金属ガラス系材料を含む。
In yet another embodiment, at least one of the first set of gear teeth and the second set gear teeth comprises a bulk metallic glass based material.

さらに他の実施形態において、第1セットのギア歯及び第2セットのギア歯のそれぞれ
がバルク金属ガラス系材料を含む。
In yet another embodiment, each of the first set of gear teeth and the second set of gear teeth comprises a bulk metallic glass based material.

さらに他の実施形態において、波生成装置はバルク金属ガラス系材料を含む玉軸受を有
する。
In yet another embodiment, the wave generating device comprises a ball bearing comprising a bulk metallic glass based material.

さらに他の実施形態において、最大量で存在するバルク金属ガラス系材料の元素は、F
e、Zr、Ti、Ni、Hf、及びCuのうちの1つである。
In yet another embodiment, the element of the bulk metallic glass-based material present in the largest amount is F
It is one of e, Zr, Ti, Ni, Hf and Cu.

さらに他の実施形態において、バルク金属ガラス系材料の元素は、Ni40Zr28.
Ti16.5Al10Cuである。さらに他の実施形態において、波生成装置は、楕
円形状の断面図を有する波生成装置プラグと、内側レース、外側レース、及び複数の転動
部材を有する軸受とを備え、波生成装置プラグは軸受内に配置して、軸受が波生成装置プ
ラグの楕円形状に合致できるようにし、波生成プラグ及び軸受の少なくとも一方はバルク
金属ガラス系材料を含む。
In yet another embodiment, the element of the bulk metallic glass-based material is Ni 40 Zr 28.
5 Ti 16.5 Al 10 Cu 5 In yet another embodiment, the wave generating device comprises a wave generating device plug having an oval cross-sectional view, and a bearing having an inner race, an outer race, and a plurality of rolling members, the wave generating device plug being a bearing Located within, so that the bearing can conform to the elliptical shape of the wave generator plug, at least one of the wave generating plug and the bearing comprises a bulk metallic glass based material.

他の実施形態において、軸受は玉軸受である。   In another embodiment, the bearing is a ball bearing.

さらに他の実施形態において、フレクスプラインは円形形状を画定する可撓性本体を備
え、円形形状の外周は一組のギア歯セットを画定し、また可撓性本体はバルク金属ガラス
系材料を含む。
In yet another embodiment, the flexspline comprises a flexible body defining a circular shape, the perimeter of the circular shape defining a set of gear teeth, and the flexible body comprising a bulk metallic glass based material .

さらに他の実施形態において、一組のギア歯セットがバルク金属ガラス系材料を含む。   In yet another embodiment, the set of gear teeth comprises a bulk metallic glass based material.

さらに他の実施形態において、円形スプラインは、リング状の本体を備え、リング状本
体の内周は一組のギア歯セットを画定し、リング状本体はバルク金属ガラス系材料を含む
In yet another embodiment, the circular spline comprises a ring shaped body, the inner circumference of the ring shaped body defines a set of gear teeth, and the ring shaped body comprises a bulk metallic glass based material.

さらなる実施形態において、一組のギア歯セットがバルク金属ガラス系材料を含む。   In a further embodiment, the set of gear teeth comprises a bulk metallic glass based material.

さらに他の実施形態において、波動歯車装置コンポーネントを作製する方法は、熱可塑
性形成技術及び鋳造技術のうち一方と関連する成形型を使用してBMG系材料を成形する
ステップを有し、BMG系材料は、波生成装置プラグ、内側レース、外側レース、転動素
子、フレクスプライン、一組のギア歯セットを持たないフレクスプライン、円形スプライ
ン、一組のギア歯セットを持たない円形スプライン、フレクスプライン内に組み込むべき
一組のギア歯セット、及び円形スプラインに組み込むべき一組のギア歯セットのうちの一
つとして成形する。
In yet another embodiment, a method of making a wave gear assembly component comprises forming a BMG-based material using a mold associated with one of thermoplastic forming and casting techniques, wherein the BMG-based material Wave generator plug, inner race, outer race, rolling elements, flexspline, flexspline without a set of gear teeth, circular spline, circular spline without a set of gear teeth, inside flexspline Forming as one of a set of gear teeth to be incorporated into and a set of gear teeth to be incorporated into a circular spline.

さらに他の実施形態において、波動歯車装置コンポーネントを作製する方法は、さらに
、熱可塑性形成技術又は鋳造技術のいずれかによって成形した後にBMG系材料を機械加
工するステップを有する。
In yet another embodiment, the method of making the wave gear assembly component further comprises the step of machining the BMG-based material after forming by either thermoplastic forming or casting techniques.

他の実施形態において、BMG系材料は、一組のギア歯セットを持たないフレクスプラ
イン及び一組のギア歯セットを持たない円形スプラインのうちの一方として成形し、ギア
歯をBMG系材料に対して機械加工する。
In another embodiment, the BMG-based material is formed as one of a flexspline without a set of gear teeth set and a circular spline without a set of gear teeth set, and the gear teeth to the BMG-based material Machined.

さらに他の実施形態において、BMG系材料は、一組のギア歯セットを持たないフレク
スプライン及び一組のギア歯セットを持たない円形スプラインのうちの一方として成形し
、ギア歯を、双ロール形成技術を使用してBMG系材料に対して具現化する。
In yet another embodiment, the BMG-based material is formed as one of a flexspline without a set of gear teeth and a circular spline without a set of gear teeth, and the gear teeth are twin roll formed Implement for BMG-based materials using technology.

さらに他の実施形態において、BMG系材料は、直接鋳造技術、ブロー成形技術、及び
遠心鋳造技術のうち1つを使用して成形する。
In still other embodiments, the BMG-based material is molded using one of direct casting technology, blow molding technology, and centrifugal casting technology.

本発明の実施形態により、BMG系材料から作製することができる波動歯車装置を示す。Fig. 6 shows a wave gear device that can be made from BMG-based materials according to embodiments of the present invention. 図2Aは、本発明の実施形態による波動歯車装置の動作を示す。図2Bは、本発明の実施形態による波動歯車装置の動作を示す。図2Cは、本発明の実施形態による波動歯車装置の動作を示す。図2Dは、本発明の実施形態による波動歯車装置の動作を示す。FIG. 2A illustrates the operation of a wave gear device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2B illustrates the operation of a wave gear device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2C shows the operation of a wave gear device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2D shows the operation of a wave gear device according to an embodiment of the present invention. 波動歯車装置の通常の平均寿命を示す。The normal average life of the wave gear device is shown. 本発明の実施形態による波動歯車装置コンポーネント内で具現化できるBMG系材料の疲労特性を示す。5 illustrates the fatigue properties of a BMG-based material that can be embodied within a wave gear drive component according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による波動歯車装置コンポーネント内で具現化できるBMG系材料の疲労特性を示す。5 illustrates the fatigue properties of a BMG-based material that can be embodied within a wave gear drive component according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による波動歯車装置コンポーネント内で具現化できるチタンニウムBMG系材料の耐磨耗性特性を示す。Fig. 6 shows the wear resistance properties of titanium-nium BMG-based materials that can be embodied within a wave gear drive component according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるBMG系波動歯車装置コンポーネントを形成する方法を示す。Fig. 6 illustrates a method of forming a BMG-based wave gearing component according to an embodiment of the present invention. 図7Aは、本発明の実施形態による、鋳造技術を使用したギアの形成を示す。図7Bは、本発明の実施形態による、鋳造技術を使用したギアの形成を示す。図7Cは、本発明の実施形態による、鋳造技術を使用したギアの形成を示す。図7Dは、本発明の実施形態による、鋳造技術を使用したギアの形成を示す。FIG. 7A illustrates the formation of a gear using casting techniques according to an embodiment of the present invention. FIG. 7B illustrates the formation of a gear using casting techniques according to an embodiment of the present invention. FIG. 7C shows the formation of a gear using a casting technique according to an embodiment of the present invention. FIG. 7D shows the formation of a gear using casting techniques according to an embodiment of the present invention. 図8Aは、本発明の実施形態による、鋳造技術を使用した波動歯車装置コンポーネントの作製を示す。図8Bは、本発明の実施形態による、鋳造技術を使用した波動歯車装置コンポーネントの作製を示す。図8Cは、本発明の実施形態による、鋳造技術を使用した波動歯車装置コンポーネントの作製を示す。図8Dは、本発明の実施形態による、鋳造技術を使用した波動歯車装置コンポーネントの作製を示す。FIG. 8A illustrates the fabrication of wave gear drive components using casting techniques according to an embodiment of the present invention. FIG. 8B illustrates the fabrication of wave gear drive components using casting techniques in accordance with an embodiment of the present invention. FIG. 8C illustrates the fabrication of wave gear drive components using casting techniques in accordance with an embodiment of the present invention. FIG. 8D illustrates the fabrication of wave gear drive components using casting techniques according to an embodiment of the present invention. 図9Aは、本発明の実施形態による、熱可塑性形成技術と関連してシート形態のBMG系材料を使用した、波動歯車装置コンポーネントの作製を示す。図9Bは、本発明の実施形態による、熱可塑性形成技術と関連してシート形態のBMG系材料を使用した、波動歯車装置コンポーネントの作製を示す。図9Cは、本発明の実施形態による、熱可塑性形成技術と関連してシート形態のBMG系材料を使用した、波動歯車装置コンポーネントの作製を示す。FIG. 9A illustrates the fabrication of a wave gear device component using BMG-based material in sheet form in conjunction with thermoplastic forming techniques according to an embodiment of the present invention. FIG. 9B illustrates the fabrication of a wave gear device component using BMG-based materials in sheet form in conjunction with thermoplastic forming techniques according to an embodiment of the present invention. FIG. 9C illustrates the fabrication of a wave gear device component using BMG-based material in sheet form in conjunction with thermoplastic forming techniques according to an embodiment of the present invention. 図10Aは、本発明の実施形態による、スピン形成技術を使用した波動歯車装置コンポーネントの作製を示す。図10Bは、本発明の実施形態による、スピン形成技術を使用した波動歯車装置コンポーネントの作製を示す。図10Cは、本発明の実施形態による、スピン形成技術を使用した波動歯車装置コンポーネントの作成を示す。FIG. 10A illustrates the fabrication of wave gear drive components using spin forming techniques according to an embodiment of the present invention. FIG. 10B illustrates the fabrication of wave gear drive components using spin forming techniques according to embodiments of the present invention. FIG. 10C illustrates the creation of wave gear drive components using spin forming techniques according to an embodiment of the present invention. 図11Aは、本発明の実施形態による、ブロー成形技術を使用した波動歯車装置コンポーネントの作製を示す。図11Bは、本発明の実施形態による、ブロー成形技術を使用した波動歯車装置コンポーネントの作製を示す。図11Cは、本発明の実施形態による、ブロー成形技術を使用した波動歯車装置コンポーネントの作製を示す。FIG. 11A illustrates the fabrication of wave gear drive components using blow molding techniques according to an embodiment of the present invention. FIG. 11B illustrates the fabrication of wave gear drive components using blow molding techniques according to an embodiment of the present invention. FIG. 11C illustrates the fabrication of wave gear drive components using blow molding techniques according to an embodiment of the present invention. 図12Aは、本発明の実施形態による、遠心鋳造を使用した波動歯車装置コンポーネントの形成を示す。図12Bは、本発明の実施形態による、遠心鋳造を使用した波動歯車装置コンポーネントの形成を示す。FIG. 12A illustrates the formation of wave gearing components using centrifugal casting, according to an embodiment of the present invention. FIG. 12B illustrates the formation of wave gearing components using centrifugal casting, according to an embodiment of the present invention. 図13Aは、本発明の実施形態による、粉末形態のBMG形材料を熱可塑的に形成することでの波動歯車装置コンポーネントの形成を示す。図13Bは、本発明の実施形態による、粉末形態のBMG形材料を熱可塑的に形成することでの波動歯車装置コンポーネントの形成を示す。図13Cは、本発明の実施形態による、粉末形態のBMG形材料を熱可塑的に形成することでの波動歯車装置コンポーネントの形成を示す。FIG. 13A illustrates the formation of wave gearing components by thermoplastically forming BMG-shaped material in powder form, according to an embodiment of the present invention. FIG. 13B illustrates the formation of wave gearing components by thermoplastically forming BMG-shaped material in powder form, according to an embodiment of the present invention. FIG. 13C illustrates the formation of wave gearing components by thermoplastically forming BMG-shaped material in powder form, in accordance with an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による、双ロール形成技術を使用して、ギア歯をBMG系波動歯車装置コンポーネントに対して具現化することを示す。FIG. 8 illustrates the implementation of gear teeth on a BMG-based wave gearing component using twin roll forming techniques according to embodiments of the present invention. 図15Aは、本発明の実施形態による、図14に概要を示したプロセスに基づくフレクスプラインの形成を示す。図15Bは、本発明の実施形態による、図14に概要を示したプロセスに基づくフレクスプラインの形成を示す。図15Cは、本発明の実施形態による、図14に概要を示したプロセスに基づくフレクスプラインの形成を示す。図15Dは、本発明の実施形態による、図14に概要を示したプロセスに基づくフレクスプラインの形成を示す。図15Eは、本発明の実施形態による、図14に概要を示したプロセスに基づくフレクスプラインの形成を示す。図15Fは、本発明の実施形態による、図14に概要を示したプロセスによるフレクスプラインの形成を示す。FIG. 15A illustrates the formation of a flexspline based on the process outlined in FIG. 14 according to an embodiment of the present invention. FIG. 15B illustrates the formation of a flexspline based on the process outlined in FIG. 14 according to an embodiment of the present invention. FIG. 15C illustrates the formation of a flexspline based on the process outlined in FIG. 14 according to an embodiment of the present invention. FIG. 15D illustrates the formation of a flexspline based on the process outlined in FIG. 14 according to an embodiment of the present invention. FIG. 15E illustrates the formation of a flexspline based on the process outlined in FIG. 14 according to an embodiment of the present invention. FIG. 15F illustrates the formation of a flexspline according to the process outlined in FIG. 14 according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による波動歯車装置コンポーネントの作製において、鋳造プロセスがよく制御されていることを示す。The fabrication of a wave gear drive component according to embodiments of the present invention shows that the casting process is well controlled. 本発明の実施形態による波動歯車装置コンポーネントを任意の適切なスケールで作成できることを示す。Fig. 6 illustrates that wave gear drive components according to embodiments of the present invention can be made at any suitable scale. 図18Aは、本発明の実施形態による円形スプラインの作製を示す。図18Bは、本発明の実施形態による円形スプラインの作製を示す。FIG. 18A shows the creation of a circular spline according to an embodiment of the present invention. FIG. 18B shows the creation of a circular spline according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による、BMG系材料から波動歯車装置コンポーネントを鋳造又は熱可塑形成する費用便益性を示す。6 illustrates the cost benefit of casting or thermoforming wave gearing components from BMG-based materials according to embodiments of the present invention. スチール系フレクスプラインを示す。Shown is a steel-based flexspline.

図面につき説明すると、バルク金属ガラス系波動歯車装置及び波動歯車装置コンポーネ
ントを具現化するシステム及び方法を示す。多くの実施形態において、対応の波動歯車装
置における波生成装置、フレクスプライン、及び円形スプラインのうち少なくとも1つは
、バルク金属ガラス系材料を含むものとする。多くの実施形態において、少なくともフレ
クスプラインはバルク金属ガラス系材料を含むものとする。多くの実施形態において、波
生成装置、フレクスプライン、及び円形スプラインのそれぞれがバルク金属ガラス系材料
を含むものとする。
Referring to the drawings, systems and methods embodying bulk metal glass based wave gearing and wave gearing components are shown. In many embodiments, at least one of the wave generating device, the flexspline, and the circular spline in the corresponding wave gear device comprises a bulk metallic glass based material. In many embodiments, at least the flexspline comprises a bulk metallic glass based material. In many embodiments, the wave generating device, the flexspline, and the circular spline each include a bulk metallic glass based material.

金属ガラスは、アモルファス合金(又は代替的にはアモルファス金属)としても知られ
、それらの金属成分元素が何にせよ、不規則な原子スケール構造によって特徴付けられ、
すなわち、普通の金属材料は一般的に高度に規則的な構造を有するが、金属ガラス材料は
不規則な原子構造によって特徴付けられる。特に、金属ガラスは、一般的に、多くの有用
な金属特性を有し、それらは高度に有効なエンジニアリング材料として具現化できる。例
えば、金属ガラスは、一般的に従来の金属よりもずっと硬く、また一般的にセラミック材
料よりも強靭である。それらはまた、比較的腐食しにくく、また、従来のガラスと異なり
、高い導電性を有することができる。重要なことには、金属ガラス材料の製造自体は、比
較的簡単な処理に適している。特に、金属ガラスの製造は、射出成形プロセス、又は任意
な同様の注型成形プロセスに適合することができる。
Metallic glasses, also known as amorphous alloys (or alternatively amorphous metals), are characterized by an irregular atomic scale structure whatever their metal component elements,
That is, while ordinary metallic materials generally have a highly regular structure, metallic glass materials are characterized by an irregular atomic structure. In particular, metallic glasses generally have many useful metallic properties, which can be embodied as highly effective engineering materials. For example, metallic glasses are generally much harder than conventional metals and are generally tougher than ceramic materials. They are also relatively resistant to corrosion and, unlike conventional glasses, can have high electrical conductivity. Importantly, the production of metallic glass material itself is suitable for relatively simple processing. In particular, the production of metallic glass can be adapted to an injection molding process or any similar cast molding process.

それにも関わらず、金属ガラスの製造には、エンジニアリング材料としての実現可能性
を制限する難題がある。特に、金属ガラスは、一般的に、金属合金をその融点以上に加熱
し、また急速に融解物を冷却して、その結晶化を回避するように固体化し、それによって
、金属ガラスを形成する。初期における金属ガラスは、例えば、10K/sのオーダー
の激甚な冷却速度を必要とし、またそれによって、形成できる厚さには限界があった。実
際、この厚さ限界によって、金属ガラスは、初期的にはコーティング用途に限定された。
しかし、その後、結晶化に対してより抵抗性のある特別な合金組成物が開発され、それに
よって、相当緩慢な冷却速度で金属ガラスを形成でき、従って、相当厚く作成できるよう
になった(例えば、1mmよりも厚い)。これらより厚い金属ガラスは、「バルク金属ガ
ラス(bulk metallic glasses)」(「BMGs」)として知られている。
Nevertheless, the production of metallic glass has challenges that limit its feasibility as an engineering material. In particular, metallic glass generally heats the metallic alloy above its melting point and rapidly cools the melt to solidify so as to avoid its crystallization, thereby forming the metallic glass. The metallic glass in the initial stage requires a drastic cooling rate, for example of the order of 10 6 K / s, which also limits the thickness that can be formed. In fact, due to this thickness limit, metallic glass was initially limited to coating applications.
However, later, special alloy compositions that are more resistant to crystallization were developed, which made it possible to form metallic glass with a rather slow cooling rate, and thus to be made quite thick (for example, , Thicker than 1 mm). These thicker metallic glasses are known as "bulk metallic glasses"("BMGs").

BMGの開発に加えて、「バルク金属ガラス・マトリックス複合材」(BMGMCs)
も開発された。BMGMCsは、BMGsのアモルファス構造を有するが、アモルファス
構造マトリックス内に材料の結晶相も含んでいるという特徴がある。例えば、結晶相は樹
枝状の形式で存在することができる。結晶相によって、全体がアモルファス構造で構成さ
れる材料と比較して、材料が高い延性を有することができる。
In addition to the development of BMG, “Bulk metallic glass matrix composites” (BMGMCs)
Was also developed. BMGMCs have the characteristic that they have the amorphous structure of BMGs, but also contain the crystalline phase of the material within the amorphous structural matrix. For example, the crystalline phase can be present in dendritic form. The crystalline phase allows the material to have high ductility as compared to a material composed entirely of an amorphous structure.

これらの開発があっても、現在の技術はまだBMG系材料の有益な材料特性を十分に評
価されていない(本明細書を通して、用語「BMG系材料」は、特に断りのない限り、B
MGs及びBMGMCsを含むことを意味する)。その結果、BMG系材料はエンジニア
リング用途に使用が限定されてきた。例えば、様々な刊行物が結論付け、大きく実証され
たことには、BMG系材料の実行可能性はマイクロスケールの構造にほぼ限定されている
(例えば、非特許文献1(G. Kumar et al., Adv. Mater. 2011, 23, 461-476)、及び非
特許文献2(M. Ashby et al., Scripta Materialia 54 (2006) 321-326)参照されたく
、これら開示は参照により本明細書に組み入れられるものとする)。これは、一つには、
破壊力学を含むBMG系材料の材料特性が試料サイズと相関するからである。例えば、B
MG材料の延性はその厚さと逆相関することが観察されている(例えば、非特許文献3(
Conner, Journal of Applied Physics, Volume 94, Number 2, July 15, 2003, pgs. 904
-911)参照されたく、この開示は参照により本明細書に組み入れられるものとする)。重
要なことには、コンポーネントの寸法が大きくなるにつれて、より一層脆性破壊を受け易
くなる。従って、これらの理由又は他の理由から、当業者が一般的に助言することには、
BMG系材料はMEMS装置等のマイクロスケール構造にとって優れた材料となり得るが
、一般的にはマクロスケールのコンポーネントに使用するべきではないと助言している(
例えば、非特許文献1(G. Kumar et al., Adv. Mater. 2011, 23, 461-476)参照)。実
際、G.Kumar氏らは、脆性破壊を塑性領域サイズに関連付け、塑性領域半径の約1
0倍の試料厚さは、5%の曲げ可塑度を示すことができると総括した。従って、G.Ku
mar氏らは、Vitreloyの厚さ1mm試料は、5%の曲げ可塑度を示すことがで
きると結論付けた。
Even with these developments, the current technology has not yet fully evaluated the beneficial material properties of BMG-based materials (throughout this specification, the term "BMG-based materials, unless otherwise noted, B
It is meant to include MGs and BMGMCs). As a result, BMG-based materials have limited use in engineering applications. For example, various publications have been concluded and largely demonstrated that the feasibility of BMG-based materials is nearly limited to micro-scale structures (see, eg, G. Kumar et al. , Adv. Mater. 2011, 23, 461-476), and Non-Patent Document 2 (M. Ashby et al., Scripta Materialia 54 (2006) 321-326), the disclosures of which are incorporated herein by reference. Shall be incorporated). This is, in part,
This is because the material properties of the BMG-based material including fracture mechanics correlate with the sample size. For example, B
It has been observed that the ductility of the MG material is inversely correlated with its thickness (eg, Non-Patent Document 3 (
Conner, Journal of Applied Physics, Volume 94, Number 2, July 15, 2003, pgs. 904
-911) See, the disclosure of which is incorporated herein by reference). Importantly, as component dimensions increase, they become more susceptible to brittle fracture. Thus, for these or other reasons, one of ordinary skill in the art would generally advise
BMG-based materials can be excellent materials for micro-scale structures such as MEMS devices, but generally advise that they should not be used for macro-scale components (
For example, see Non-Patent Document 1 (G. Kumar et al., Adv. Mater. 2011, 23, 461-476). In fact, G. Kumar et al. Relate brittle fracture to plastic area size, with about one plastic area radius
It was summarized that a sample thickness of 0 times could show a bending plasticity of 5%. Therefore, G. Ku
Mar et al. concluded that Vitreloy's 1 mm thick sample can exhibit a 5% flexural plasticity.

従来の理解によれば、BMG系材料の用途が限定されることを示唆する一方で、BMG
系材料の耐摩耗性を喧伝してもいる(例えば、非特許文献4(Wu, Trans. Nonferrous Me
t. Soc. China22 (2012), 585-589; Wu, Intermetallics 25 (2012) 115-125)、非特許
文献5(Kong, Tribal Lett (2009) 35:151-158; Zenebe, Tribol Lett (2012) 47:131-1
38)、非特許文献6(Chen, J. Mater. Res., Vol. 26, No. 20, Oct 28, 2011; Liu, Tr
ibol Lett (2012) 46:131-138)参照されたく、これら開示は参照によって本明細書に組
み入れられるものとする)。明確にするため、「磨耗」は通常、他の材料との力学的相互
作用の直接結果としての、材料表面の変位を示すものである。一般的には、磨耗に対する
材料の抵抗性は、一般的にその硬度につれて大きくなる、すなわち、材料が硬くなればな
るほど、磨耗を受けにくくなると理解される(例えば、非特許文献7(I.L. Singer, Wea
r, Volume 195, Issues 1-2, July 1996, Pages 7-20)参照)。これらの理解に基づいて
、BMGsの予期した耐摩耗特性によれば、ギアには広範囲に力学的相互作用が及び、そ
れによって摩耗に晒されることから、小型歯車を作製する材料の優れた候補に挙げること
ができると示唆されてきた(例えば、非特許文献8(Chen, J. Mater. Res., Vol. 26, N
o. 20, Oct 28, 2011)、非特許文献9(Huang, Intermetallics 19 (2011) 1385-1389)
、非特許文献10(Liu, Tribol Lett (2009) 33:205-210)、非特許文献11(Zhang, M
aterials Science and Engineering A, 475 (2008) 124-127)、非特許文献12(Ishida
, Materials Science and Engineering A, 449-451 (2007) 149-154)参照されたく、こ
れら開示は参照によって本明細書に組み入れられるものとする)。従って、上述の洞察に
従って、マイクロスケールのギアが作製されてきた(非特許文献12参照されたく、この
開示は参照によって本明細書に組み入れられるものとする)。
According to the conventional understanding, while suggesting that the application of BMG-based materials is limited, BMG
It is also known that the wear resistance of base materials (for example, Non-Patent Document 4 (Wu, Trans. Nonferrous Me)
T. Soc. China 22 (2012), 585-589; Wu, Intermetallics 25 (2012) 115-125), Non-Patent Document 5 (Kong, Tribal Lett (2009) 35: 151-158; Zenebe, Tribol Lett (2012) 47: 131-1
38), Non-Patent Document 6 (Chen, J. Mater. Res., Vol. 26, No. 20, Oct 28, 2011; Liu, Tr
ibol Lett (2012) 46: 131-138), which disclosures are incorporated herein by reference). For the sake of clarity, "wear" usually refers to the displacement of the material surface as a direct result of mechanical interaction with other materials. In general, it is understood that the resistance of a material to abrasion generally increases with its hardness, ie the harder the material, the less susceptible to abrasion (see, for example, Non Patent Literature 7 (IL Singer, Wea
r, Volume 195, Issues 1-2, July 1996, Pages 7-20)). Based on these understandings, according to the expected wear properties of BMGs, the gears are subjected to a wide range of mechanical interactions, which are subject to wear, making them excellent candidates for materials for making small gears. It has been suggested that it can be mentioned (for example, Non Patent Literature 8 (Chen, J. Mater. Res., Vol. 26, N)
o. 20, Oct 28, 2011), Non-Patent Document 9 (Huang, Intermetallics 19 (2011) 1385-1389)
Non-Patent Document 10 (Liu, Tribol Lett (2009) 33: 205-210), Non-Patent Document 11 (Zhang, M
aterials Science and Engineering A, 475 (2008) 124-127), Non-Patent Document 12 (Ishida)
, Materials Science and Engineering A, 449-451 (2007) 149-154), the disclosures of which are incorporated herein by reference). Thus, in accordance with the above-mentioned insight, micro-scale gears have been made (see Non-Patent Document 12; this disclosure is incorporated herein by reference).

しかし、上述した従来の見識に反して、Hofmann氏らは、BMG系材料は有益に
も様々な他の用途で具現化できることを実証した。例えば、特許文献1(Hofmann
氏らの米国特許第13/928109号)は、マクロスケールでのギアの作製のためBM
G系材料をどのように開発できるかの方法を開示している。特に、特許文献1は、Ish
ida氏がBMG系ギアの作製を実証した一方で、その実証は、作製したギアが小さい寸
法であり(また、それによって、マクロサイズのエンジニアリング部品として同一モード
の破壊を受けることがなかった)、また歯車は、脆性破壊する傾向を軽減することができ
る潤滑油を使用して動作したものである限りにおいて、限定的なものであったと、説明し
ている。概して、Hofmann氏らは、従来技術は主にBMG系材料の耐摩耗特性を役
立てることに関連し、その結果、最も硬いBMG系材料を実現することに傾注している、
と説明している。この設計手法は、最も硬い材料が他の破壊モードを受け易くなる限りに
おいて限界がある。実際、Hofmann氏らは、マクロスケールのギアの作製における
最も硬いBMG系材料は一般的には、動作中に破損するギアを産出することを実証してい
る。従って、Hofmann氏らは、破壊靱性に関する有利な特性を有するよう、またそ
れによって、機能するのに潤滑油を必ずしも必要としないマクロスケールのギアを作製で
きるよう、BMG系材料を開発できることを開示している。特許文献1は参照によって本
明細書に組み入れられるものとする。さらに、特許文献2(Hofmann氏らの米国特
許第13/942932号)は、BMG系材料が他の有利な材料特性を有し、それによっ
て、マクロスケールの順応性(コンプライアンス)機構の作製に使用できることを開示し
ている。特許文献2の開示は参照によって本明細書に組み入れられるものとする。
However, contrary to the conventional insight described above, Hofmann et al. Demonstrated that BMG-based materials can be beneficially embodied in a variety of other applications. For example, Patent Document 1 (Hofmann
U.S. Pat. No. 13 / 928,109) discloses a BM for producing gears on a macro scale.
It discloses a method of how to develop G-based materials. In particular, Patent Document 1 describes Ish
While ida demonstrated the fabrication of BMG-based gears, the demonstration showed that the fabricated gears were small in size (and thereby not subjected to the same mode of failure as a macro sized engineering component), It is also described that the gears were limited as long as they were operated using a lubricating oil that could reduce the tendency for brittle fracture. In general, Hofmann et al., The prior art is primarily concerned with exploiting the wear resistance properties of BMG-based materials, and as a result, focuses on achieving the hardest BMG-based materials.
And explained. This design approach is limited as long as the hardest material is susceptible to other failure modes. In fact, Hofmann et al. Demonstrate that the hardest BMG-based materials in the fabrication of macro-scale gears generally produce gears that break during operation. Thus, Hofmann et al. Disclose that BMG-based materials can be developed to have advantageous properties with respect to fracture toughness and thereby allow the creation of macro-scale gears that do not necessarily require a lubricating oil to function. ing. U.S. Pat. No. 5,958,015 is incorporated herein by reference. In addition, US Pat. No. 13 / 942,932 to Hofmann et al. Describes that BMG-based materials have other advantageous material properties, thereby using them to create macro-scale compliance mechanisms. It discloses what can be done. The disclosure of Patent Document 2 is incorporated herein by reference.

この背景に反して、BMG系材料の多用途性は十分評価されていないことは明らかであ
る。本明細書は、BMG系材料をどのように開発し、それによって、波動歯車装置及び波
動歯車装置コンポーネント内に組み込めるかを開示する。例えば、BMG系材料は、高疲
労耐久性、高破壊靱性、優れた滑り摩擦特性、低密度、及び高弾性を有するように開発す
ることができる。従って、これら特性を有するように開発されるとき、BMG系材料は、
好ましくは、波動歯車装置の構成コンポーネントの製造において具現化し、それによって
、波動歯車装置の動作の多くの態様に具現化することができる。例えば、BMG系材料を
組み込む波動歯車装置は、より大きな動作荷重に耐えることができ、より軽量にすること
ができ、また、耐用寿命を長くすることができる。さらに、BMG系材料は、所望ジオメ
トリ(幾何学的表面形状)となるよう鋳造する又は熱可塑的に形成することができるため
、波動歯車装置の構成部品の形状に鋳造する又は熱可塑的に形成することができる。この
ようにして、スチール系の波動歯車装置及び波動歯車装置コンポーネントの製造において
遍在する高額な機械加工プロセスは、排除されないまでも、減らすことができる。要する
に、BMG系材料を組み込む波動歯車装置及び波動歯車装置コンポーネントは、より低い
コストで相当改善した性能を提供することができる。波動歯車装置の一般的な動作を以下
で詳細に説明する。
Despite this background, it is clear that the versatility of BMG-based materials has not been fully evaluated. This specification discloses how BMG-based materials can be developed and thereby incorporated into wave gearing and wave gearing components. For example, BMG-based materials can be developed to have high fatigue durability, high fracture toughness, excellent sliding friction properties, low density, and high elasticity. Thus, when developed to have these properties, BMG-based materials
Preferably, it can be embodied in the production of the components of the wave gear device, and thereby be embodied in many aspects of the operation of the wave gear device. For example, wave gear devices incorporating BMG-based materials can withstand greater operating loads, can be lighter, and can have a longer service life. Furthermore, BMG-based materials can be cast or thermoplastically formed to the desired geometry (geometrical surface shape), so they can be cast or thermoplastically formed into the shape of wave gear device components can do. In this way, expensive machining processes ubiquitous in the manufacture of steel-based wave gearing and wave gearing components can be reduced, if not eliminated. In summary, wave gearing and wave gearing components incorporating BMG-based materials can provide significantly improved performance at lower cost. The general operation of the wave gearing is described in detail below.

波動歯車装置の動作
本発明の多くの実施形態において、波動歯車装置及び波動歯車装置コンポーネントは、
BMG系材料を組み込んで提供し、それによって、改善した性能特性を有する。背景を説
明するため、波動歯車装置の基本動作原理を概説する。
Wave Gearing Operation In many embodiments of the present invention, the wave gearing and wave gearing components are:
BMG based materials are incorporated and provided, thereby having improved performance characteristics. To explain the background, we outline the basic operating principles of wave gearing.

図1は、本発明の実施形態による、BMG系材料から作製することができる代表的な波
動歯車装置の分解図を示す。特に、波動歯車装置100は、波生成装置(ウェーブ・ジェ
ネレータ)102、フレクスプライン(フレックススプライン)108、及び円形スプラ
イン(サーキュラ・スプライン)112を備える。図示の波生成装置102は、波生成装
置プラグ104及び玉軸受106を有する。重要なことには、波生成装置プラグ104は
、楕円形の形状にし、また玉軸受106内に配置し、玉軸受106が楕円形状に合致でき
るようにする。この構成において、玉軸受106の外側レースは、波生成装置プラグ10
4に対して回転することができる。図示の実施形態において、フレクスプライン108は
、カップ形状として示し、とくに、このカップの外周縁は、一連のギア歯110のセット
を有する。図では、フレクスプラインを玉軸受上に装着し、フレクスプラインの外周縁が
上述の楕円形状に合致できるようにする。この実施形態において、玉軸受によってフレク
スプラインが波生成装置プラグに対して回転できることに留意されたい。円形スプライン
112は、リング形状であり、重要なことには、リング内周が一連のギア歯セットを有す
る点である。通常、円形スプライン114にはフレクスプラインのギア歯110よりも多
くのギア歯が存在する。多くの実施例において、円形スプライン112にはフレクスプラ
イン108よりも2つ多いギア歯が存在する。一般的には、フレクスプライン108は、
円形スプライン112内に嵌合し、この嵌合は、フレクスプラインのギア歯110が円形
スプライン114のギア歯に噛み合うよう行う。とくに、フレクスプラインのギア歯11
0は楕円形状に合致するため、楕円形の長軸に近接するギア歯のみが、通常の場合円形ス
プライン114のギア歯に係合する。逆に、楕円形の短軸に近接するフレクスプラインの
ギア歯110は、円形スプライン114のギア歯から離脱する。多くの実施例において、
フレクスプラインのギア歯110の30%は、円形スプライン114のギア歯と係合する
。この構成で、波生成装置プラグ104は楕円形の中心軸線周りに第1方向に回転するこ
とができ、それによって、フレクスプライン108を楕円形の中心軸線周りに第2反対方
向に異なる回転速度で(一般的にはより緩慢に)回転させることができる。このことは、
フレクスプライン108を、波生成装置プラグ114の回転の結果生ずる偏位に順応でき
る可撓性材料から形成することで達成し得る。
FIG. 1 shows an exploded view of a representative wave gearing that can be made from BMG-based materials, according to an embodiment of the present invention. In particular, the wave gear device 100 includes a wave generator (wave generator) 102, a flexspline (flex spline) 108, and a circular spline (circular spline) 112. The illustrated wave generator 102 comprises a wave generator plug 104 and a ball bearing 106. Importantly, the wave generator plug 104 is oval shaped and disposed within the ball bearing 106 to allow the ball bearing 106 to conform to the oval shape. In this configuration, the outer race of the ball bearing 106 is a wave generator plug 10
It can rotate relative to four. In the illustrated embodiment, the flexspline 108 is shown as cup-shaped, and in particular, the outer peripheral edge of the cup comprises a set of gear teeth 110 in series. In the figure, the flexspline is mounted on a ball bearing so that the outer periphery of the flexspline can conform to the oval shape described above. It should be noted that in this embodiment the ball bearings allow the flexspline to rotate relative to the wave generator plug. The circular splines 112 are ring shaped and, importantly, the inner ring circumference has a series of gear tooth sets. Generally, circular splines 114 have more gear teeth than flexspline gear teeth 110. In many embodiments, circular splines 112 have two more gear teeth than flex splines 108. Generally, the flexspline 108
It fits within the circular splines 112 such that the flexspline gear teeth 110 mesh with the gear teeth of the circular splines 114. In particular, gear teeth 11 of flexspline
Since 0 conforms to an elliptical shape, only gear teeth close to the major axis of the oval engage the gear teeth of the circular spline 114 in the normal case. Conversely, the flexspline gear teeth 110 close to the elliptical short axis disengage from the gear teeth of the circular splines 114. In many embodiments,
Thirty percent of the flexspline gear teeth 110 engage the gear teeth of the circular splines 114. In this configuration, the wave generator plug 104 can rotate in a first direction about the elliptical central axis, thereby causing the flexspline 108 to rotate in a second opposite direction at different rotational speeds about the elliptical central axis. It can be rotated (generally more slowly). This is
The flexspline 108 may be achieved by forming it from a flexible material that can accommodate the deflection resulting from the rotation of the wave generator plug 114.

図2A〜2Dは、BMG系材料から作成することができる、本発明の実施形態による波
動歯車装置の通常動作を示す。特に、図2Aは波動歯車装置を示し、この場合、波生成装
置プラグ204は、楕円形の長軸が図面に対して垂直方向となる第1配向状態にある。こ
の開始位置を「0°」と指定する。矢印216は、説明目的でフレクスプライン208の
ギア歯のうち図2A〜2Dにおいて考慮される1個を指定する。図2Bは、波生成装置プ
ラグ204が時計回りで90°回転したことを示す。波生成装置プラグ204の回転によ
って、フレクスプライン208を特定様態で偏位させ、その結果、矢印216に対応する
ギア歯は、円形スプライン214のギア歯から離脱する。とくに、矢印216に対応する
ギア歯は、波生成装置プラグ204の90°の時計回りの回転に関連してわずかに反時計
回りに回転している。図2Cは、波生成装置プラグ204は、さらに他の90°時計回り
に回転し、初期開始位置に対して180°時計回りに回転している。図において、矢印2
16によって指定したギア歯は、円形スプライン214のギア歯と初期開始位置に対して
わずかに反時計回りの位置で再係合している。図4Dは、波生成装置プラグ204が初期
開始位置に対して完全に360°時計回りに回転していることを示す。その結果、216
によって示したギア歯は、図2Cにおいて示した位置よりもさらに反時計回りに回転して
いる。総じて、図2A〜2Dにおいて、波生成装置プラグ204の一方向における完全な
360°の回転の結果、フレクスプライン208のわずかな逆方向回転を生ずることが分
かる。このようにして、波動歯車装置は、小さい設置面積内で比較的高い減速比を達成す
ることができる。一般的には、入力トルクを波生成装置プラグ204に加えるとともに、
フレクスプライン208が対応出力トルクを発生する。
2A-2D show the normal operation of a wave gear device according to an embodiment of the invention, which can be made from BMG-based materials. In particular, FIG. 2A shows a wave gearing, in which the wave generator plug 204 is in a first orientation with the major axis of the oval perpendicular to the drawing. This start position is designated as "0 °". Arrows 216 designate one of the gear teeth of flexspline 208 to be considered in FIGS. 2A-2D for illustration purposes. FIG. 2B shows that the wave generator plug 204 has rotated 90 ° clockwise. The rotation of the wave generator plug 204 causes the flexspline 208 to be biased in a particular manner such that the gear teeth corresponding to the arrow 216 disengage from the gear teeth of the circular spline 214. In particular, the gear teeth corresponding to arrow 216 are slightly counterclockwise rotated in conjunction with the 90 ° clockwise rotation of wave generator plug 204. In FIG. 2C, the wave generator plug 204 is rotated another 90 ° clockwise and 180 ° clockwise relative to the initial start position. In the figure, arrow 2
The gear teeth designated by 16 re-engage the gear teeth of the circular spline 214 in a slightly counterclockwise position relative to the initial start position. FIG. 4D shows that the wave generator plug 204 has rotated completely 360 degrees clockwise relative to the initial start position. As a result, 216
The gear teeth indicated by are rotated further counterclockwise than the position shown in FIG. 2C. Overall, it can be seen in FIGS. 2A-2D that a full 360 ° rotation in one direction of the wave generator plug 204 results in a slight reverse rotation of the flexspline 208. In this way, the wave gearing can achieve a relatively high reduction ratio within a small footprint. Generally, the input torque is applied to the wave generator plug 204,
The flexspline 208 generates a corresponding output torque.

当然ながら、波動歯車装置設計の実施例を図示及び詳述したが、任意の適切な波動歯車
装置設計及び波動歯車装置コンポーネントを、本発明の実施形態に従ってBMG系材料か
ら作製できることを理解されたい。例えば、フレクスプラインは、任意の適切な形状をと
ることができ、「カップ状」である必要はない。同様に、玉軸受ではなく、任意なタイプ
の軸受を実装することができる。例えば、針状ころ軸受を実装することができる。明確に
言えば、本出願明細書は、いかなる特定の波動歯車装置設計又は波動歯車装置コンポーネ
ント設計にも限定することを意図しない。以下に、BMG系材料をどのように波動歯車装
置コンポーネント内で具現化し、本発明による波動歯車装置の性能を改善することができ
るかについて詳述する。
Of course, although examples of wave gear drive designs have been shown and described, it should be understood that any suitable wave gear drive design and wave gear drive component can be made from BMG-based materials in accordance with embodiments of the present invention. For example, the flexspline can have any suitable shape and need not be "cup-shaped". Similarly, any type of bearing can be implemented rather than a ball bearing. For example, needle roller bearings can be implemented. Specifically, the present application is not intended to be limited to any particular wave gearing design or wave gearing component design. The following is a detailed description of how BMG-based materials can be embodied in wave gearing components to improve the performance of the wave gearing according to the invention.

BMG系波動歯車装置及び波動歯車装置コンポーネント
本発明の多くの実施形態において、BMG系材料を波動歯車装置及び/又は波動歯車装
置コンポーネント内に組み込む。多くの実施例において、BMG系材料を開発して、波動
歯車装置の構成コンポーネントの作製に極めて適した所望材料特性を有することができる
ようにする。例えば、上述の波動歯車装置の動作原理から、当然のことながら、玉軸受及
びフレクスプラインは、波生成装置プラグの回転により周期的に偏位する。その結果、そ
れらのコンポーネントは、高疲労強度を有する材料から作製するのが望ましい。例えば、
図3は、フレクスプラインの疲労強度が、いかに波動歯車装置の寿命の主な決定要因とな
り得るかを示す。とくに、フレクスプラインが疲労して(他の破損モードとは反する)永
久変形を引き起こすとき、波動歯車装置におけるフレクスプラインが機能不全となるのが
一般的である。
BMG-Based Wave Gearing and Wave-Gearing Component In many embodiments of the present invention, BMG-based materials are incorporated into a wave-gearing and / or wave-gearing component. In many embodiments, BMG-based materials are developed to be able to have desired material properties that are well suited to the fabrication of wave gear device components. For example, from the above-described principle of operation of the wave gear device, it is understood that the ball bearings and the flexspline are periodically offset by the rotation of the wave generator plug. As a result, those components are desirably made of materials having high fatigue strength. For example,
FIG. 3 shows how the flexspline's fatigue strength can be a major determinant of wave gear device life. In particular, it is common for a flexspline in a wave gear arrangement to fail when the flexspline is fatigued to cause permanent deformation (as opposed to other failure modes).

概して、材料の疲労限界は、材料が永久変形する前に材料に特定レベルの応力を加える
ことができる回数によって規定される。同一の周期的なサイクル荷重を多数回加えると仮
定すると、荷重が少なくなればなるほど、変形する前に材料は耐久時間が長く持続する。
材料が10サイクル耐えることができるサイクル荷重は、一般的に材料の疲労限界と称
される。材料にその降伏強度でサイクル荷重を受ける場合、サイクルで破損することが予
想される。従って、疲労限界は一般的に降伏強度の割合として報告される(それらの性能
を正規化する)。図示のように、300Mのスチールは、その降伏強度の20%である疲
労限界を有する。フレクスプラインにおけるような一定のジオメトリ(表面形状)の部品
が疲労していると仮定する場合、より多くの可撓性材料を組み込むことにより、1サイク
ル当たりの応力が少なくなり、その結果、疲労寿命を相当長くすることができる。
In general, the fatigue limit of a material is defined by the number of times that a particular level of stress can be applied to the material before the material permanently deforms. Assuming that the same cyclical cyclic loading is applied many times, the lower the loading, the longer the material lasts for a long time before deformation.
The cycle load that a material can withstand for 10 7 cycles is generally referred to as the material's fatigue limit. If the material is subjected to a cyclic load at its yield strength, it is expected to break in the cycle. Thus, the fatigue limit is generally reported as a percentage of the yield strength (normalizing their performance). As shown, 300 M steel has a fatigue limit that is 20% of its yield strength. Incorporating more flexible material reduces the stress per cycle, resulting in fatigue life, assuming that parts of constant geometry (surface shape) as in flexspline are fatigued. Can be quite long.

従って、BMG系材料は、好ましくは、波動歯車装置のフレクスプライン内に組み込ん
で、より向上した疲労性能をもたらすことができる。例えば、BMG系材料は、2%程の
弾性限界を有することができ、また、スチール系材料の約3倍も低い剛性にすることがで
きる。概して、このことは、BMG系材料から作製したフレクスプラインは、同一ジオメ
トリを有するスチール系フレクスプラインと比較して変形単位あたりより低い応力を受け
ることができることを意味する。それに応じて、BMG系材料は、より一層好ましい疲労
特性を有することができ、例えば、比較的少ないストレスを受けた材料は、より多くの荷
重サイクルに耐え得る傾向がある。さらに、剛性値が異なると、作製したコンポーネント
のジオメトリに影響を与えることに留意されたい。従って、BMG系材料は比較的低い剛
性値を有することができ(例えばスチールと比較して)、波動歯車装置コンポーネントを
より好ましいジオメトリにすることができる。例えば、比較的低い剛性によれば、より厚
いフレクスプラインを具現化可能となり、このことは有利となる。実際、BMG系材料の
材料特性プロファイルは、総じて、より好ましいジオメトリの開発を可能にし、即ち、剛
性に加えて、BMG系材料の他の材料特性もまた、有利なジオメトリ開発に寄与できるよ
うになる。
Thus, BMG-based materials can preferably be incorporated into the flexspline of a wave gearing to provide improved fatigue performance. For example, BMG-based materials can have an elastic limit of as much as 2%, and can be about three times less rigid than steel-based materials. In general, this means that flexsplines made of BMG-based materials can be subjected to lower stresses per deformation unit as compared to steel-based flexsplines having the same geometry. Accordingly, BMG-based materials can have even more favorable fatigue properties, for example, less stressed materials tend to be able to withstand more load cycles. Furthermore, it should be noted that different stiffness values affect the geometry of the component produced. Thus, BMG-based materials can have relatively low stiffness values (e.g., as compared to steel), which can make the wave gearing components a more desirable geometry. For example, relatively low stiffness allows for the realization of thicker flexsplines, which is advantageous. In fact, the material property profile of BMG-based materials in general allows the development of more favorable geometries, ie in addition to stiffness, other material properties of BMG-based materials can also contribute to the development of advantageous geometries .

さらに、従来技術から理解できるように、BMG系材料は、より高い硬度値を有するこ
とができ、それに応じて、既存のエンジニアリング材料と比較して改善した磨耗性能を実
証する。高い硬度値を有する材料は、特に、波動歯車装置において有利であり、これはす
なわち、波動歯車装置の構成コンポーネントが互いに連続的に接触し、また、例えば、滑
り摩擦を受けるからである。概して、ギア歯が一定の荷重及び付随の摩擦を受けるとき、
結果として生ずる関連した弾性変形及び磨耗は「ラチェッティング(ratcheting)」を尚
早に引き起こすおそれがある。BMG系材料は、高い硬度値、良い磨耗抵抗(良い耐磨減
性も含む)、及び高い弾力性を有することができ、それは、高い荷重を受けるときでさえ
も有することができ、波動歯車装置内で具現化するのに一層適したものにすることができ
る。例えば、BMG系材料を波動歯車装置のギア歯に具現化すると、ラチェッティングを
抑止することができる。さらに、BMG系材料は、広い温度範囲で高い硬度値を有するよ
う形成することができる。例えば、BMG系材料は、100K〜300Kの温度範囲内で
温度の関数として20%より多く変化しない硬度値を有することができる。実際、BMG
系材料は、100K〜300Kの温度範囲内で温度の関数として20%より多く変化しな
い強度を有することができる。総じて、BMG系材料を波動歯車装置内で具現化すること
は、多様なレベルで好ましいものとなり得る。表1は、或るBMG系材料の材料特性が、
既存のエンジニアリング材料と比較して多くの点でどのように改善した材料特性を有する
かを示す。
Furthermore, as can be appreciated from the prior art, BMG-based materials can have higher hardness values, and accordingly demonstrate improved wear performance as compared to existing engineering materials. Materials with high hardness values are particularly advantageous in wave gear systems, ie, because the components of the wave gear system are in continuous contact with one another and, for example, are subjected to sliding friction. Generally, when the gear teeth are subjected to constant load and associated friction,
The resulting associated elastic deformation and wear can cause "ratcheting" prematurely. BMG based materials can have high hardness value, good wear resistance (including good abrasion resistance), and high elasticity, which can even when under high load, wave gearing It can be more suitable to be embodied within. For example, if the BMG material is embodied in the gear teeth of the wave gear device, ratcheting can be suppressed. Furthermore, BMG-based materials can be formed to have high hardness values over a wide temperature range. For example, BMG-based materials can have hardness values that do not change by more than 20% as a function of temperature within a temperature range of 100K-300K. In fact, BMG
The base material can have a strength that does not change by more than 20% as a function of temperature within the temperature range of 100K-300K. In general, it may be desirable at various levels to embody BMG-based materials in wave gearing. Table 1 shows the material properties of certain BMG-based materials:
It shows how to have improved material properties in many respects compared to existing engineering materials.

重要なことには、BMG系材料の材料特性は、構成コンポーネントの相対比の関数であ
り、また結晶構造の関数でもある。その結果、BMG系材料の材料特性は、組成を変化さ
せることによって、また、アモルファス構造に対する結晶構造の比を変化させることによ
って調整することができる。例えば、多くの実施形態において、特定の波動歯車装置コン
ポーネント内で特定の材料プロファイルを有するBMG系材料を具現化することが望まし
い。これら実施例において、適切なBMG系材料を開発する、及び/又は開発した中から
それぞれの波動歯車装置コンポーネントを作製するように選択することができる。表2、
3及び4は、BMG系材料の材料特性がどのように組成及び結晶構造に基づいて変化する
かを示す。
Importantly, the material properties of BMG-based materials are a function of the relative proportions of the constituent components, and also a function of the crystal structure. As a result, the material properties of the BMG-based material can be tuned by changing the composition and also by changing the ratio of crystal structure to amorphous structure. For example, in many embodiments, it may be desirable to embody BMG-based materials having particular material profiles within particular wave gearing components. In these examples, suitable BMG-based materials can be developed and / or selected to make each wave gearing component among those developed. Table 2,
3 and 4 show how the material properties of the BMG-based material change based on the composition and crystal structure.

図5は、チタニウムBMG系材料の硬度が合金の組成に関連してどのように変化するか
を示す。概して、チタニウムBMG系合金は多くの特性を有する傾向にあり、それら特性
は、波動歯車装置及び波動歯車装置コンポーネントの作製に特に十分適したものにする。
FIG. 5 shows how the hardness of the titanium BMG-based material varies with the composition of the alloy. In general, titanium BMG-based alloys tend to have many properties, which make them particularly well suited for making wave gearing and wave gearing components.

以下の表5及び表6は、BMG系材料の疲労特性がどのように組成の関数として変化す
るかを示す。
Tables 5 and 6 below show how the fatigue properties of BMG based materials change as a function of composition.

表5及び表6におけるデータを示したが、本明細書の発明者の一人は、独立した疲労試
験を実施し、この疲労試験は、示したデータ値とある程度相反する。図4A及び4Bは、
実施した試験結果を示す。
Although the data in Tables 5 and 6 are presented, one of the inventors herein performed an independent fatigue test, which is somewhat inconsistent with the data values shown. 4A and 4B are:
The test results conducted are shown.

特に、図4Aは、モノリシックVitreloy1、複合材LM2、複合材DH3、300-M
スチール、2090-T81-アルミニウム、及びガラスリボンの疲労抵抗を示す。これら
の結果から、複合材DH3が疲労破壊に高い抵抗性を示すことを実証している。例えば、
複合材DH3は、約0.25の応力振幅/引張強度の比で約20,000,000サイクル
に耐えることができることを示す。留意すべきは、モノリシックVitreloy1は、疲労破壊
に対する比較的低い抵抗性を示し、これは、表5及び表6において示した結果と矛盾する
ように見える。この相違は、一部にはデータを得る厳密さに起因するものであり得る。特
に、本発明の発明者は、疲労抵抗が様々な用途に適切かどうかを確定する臨界的材料特性
であること理解しているため、発明者は最も厳しい試験条件下で得た疲労抵抗データを獲
得した。図4Aは、非特許文献13(Launey, PNAS, Vol. 106, No. 13, 4986-4991)か
ら複製したものであり、この開示は参照によって本明細書に組み入れられるものとする(
本発明者の一人が共著作者として挙げられている)。
In particular, FIG. 4A shows monolithic Vitreloy 1, composite LM2, composite DH3, 300-M.
The fatigue resistance of steel, 2090-T81-aluminium, and glass ribbons is shown. These results demonstrate that the composite material DH3 exhibits high resistance to fatigue failure. For example,
Composite DH3 shows that it can withstand about 20,000,000 cycles with a stress amplitude / tensile strength ratio of about 0.25. It should be noted that the monolithic Vitreloy 1 exhibits relatively low resistance to fatigue failure, which appears to be inconsistent with the results shown in Tables 5 and 6. This difference may be due in part to the stringency of obtaining the data. In particular, since the inventor of the present invention understands that critical material properties determine whether fatigue resistance is appropriate for various applications, the inventor has obtained fatigue resistance data obtained under the most severe test conditions. I won. FIG. 4A is a reproduction from Non-Patent Document 13 (Launey, PNAS, Vol. 106, No. 13, 4986-4991), the disclosure of which is incorporated herein by reference.
One of the present inventors is listed as co-author).

同様に、図4Bは、DV1(「銀ボート」、すなわち半固体処理を使用して製造した)
、DV1(「インダス」、業界標準の手順を使用して製造した)、複合材DH3、複合材
LM2、モノリシックVitreloy1、300-Mスチール、2090-T81アルミニウム、
及びTi-6Al-4Vバイモーダルの疲労抵抗を示す。これらの結果は、複合材DV1(
銀ボート)は、複合材DH3よりも疲労破壊に対するより大きな抵抗さえ呈することを示
す。複合材DV1の試験の結果は、どのように複合材DV1が製造されたかに大きく基づ
いて変化することに留意されたい。「銀ボート」技術を使用して製造したとき(「銀ボー
ト」は半固体製造技術に言及するものであり、非特許文献14(Hofmann, JOM, Vol. 61,
No. 12, 11-17)に開示されており、本開示は参照によって本明細書に組み入れられるも
のとする)、業界標準の技術を使用して製造したときと比較して疲労に対して相当優れた
抵抗性を示した。本発明の発明者は、この相違は、業界標準の製造プロセスが十分純粋な
材料を生産するのに必要なタイプの厳密さ課していないという事実に起因し、また、この
ことは、疲労破壊に対する抵抗性を含めて、材料特性を決定する上で材料組成がいかに重
要かを認識していない産業界のなせる要因である。図4Bは、図4Aにおける結果と合わ
せてLauney氏が共同して作成したものであるが、図4Bは上述の引用文献において
発表されていない。
Similarly, FIG. 4B shows DV1 ("silver boat", ie manufactured using semi-solid processing)
, DV1 (“Indus”, manufactured using industry standard procedures), composite DH3, composite LM2, monolithic Vitreloy 1, 300-M steel, 2090-T81 aluminum,
And Ti-6Al-4V bimodal fatigue resistance. These results show that the composite material DV1 (
Silver boats have been shown to exhibit even greater resistance to fatigue failure than composite DH3. It should be noted that the results of testing of composite DV1 vary largely based on how composite DV1 was manufactured. When manufactured using “silver boat” technology (“silver boat” refers to semi-solid manufacturing technology, see Non-Patent Document 14 (Hofmann, JOM, Vol. 61,
No. 12, 11-17), the disclosure of which is incorporated herein by reference), which is comparable to fatigue when compared to when manufactured using industry standard techniques. It showed excellent resistance. This difference is due to the fact that the inventor of the present invention does not impose the type of stringency required to produce a sufficiently pure material to the industry standard manufacturing process, and this also causes fatigue failure. It is an enabling factor of the industry that does not recognize how important material composition is in determining material properties, including resistance to FIG. 4B is jointly created by Mr. Launey, together with the results in FIG. 4A, but FIG. 4B is not published in the cited reference above.

一般的に、図4A及び図4Bは、BMG系材料は、スチール及び既存の他のエンジニア
リング材料よりも良い疲労特性を有するよう開発できることを示す。重要なことには、図
4A及び図4Bは、相対的応力振幅比を示し、また表1から探り出すことができるように
、BMG系材料は多くのスチールよりも良い最大抗張力を有するように形成することがで
きる。従って、BMG系材料は、いくつかのスチールよりも高い応力レベルでより多くの
荷重サイクルに耐えるように形成できる。さらに、BMG系材料は、低い剛性となるよう
に形成することができるため、単位偏位あたりより少ない応力を受けるように形成するこ
とができ、それによって、より良い疲労性能さえ得られる結果となる。
In general, FIGS. 4A and 4B show that BMG-based materials can be developed to have better fatigue properties than steel and other existing engineering materials. Importantly, FIGS. 4A and 4B show relative stress amplitude ratios, and BMG-based materials are formed to have a maximum tensile strength better than many steels, as can be extracted from Table 1 be able to. Thus, BMG-based materials can be formed to withstand more load cycles at higher stress levels than some steels. Furthermore, BMG-based materials can be formed to be less rigid, so they can be formed to receive less stress per unit deflection, which results in even better fatigue performance .

上述の説明から、BMG系材料は有利な材料特性を有することができ、その特性によっ
て、波動歯車装置コンポーネント内で具現化する上で極めて十分適したものにすることが
できることが明らかである。リストに挙げたBMG系材料のいずれも、本発明の実施形態
に従って波動歯車装置コンポーネント内で具現化することができる。より一般的には、B
MG系材料を調整して(例えば、合金化及び/又は熱処理を介して)、本発明の実施形態
に従って、波動歯車装置内で具現化する所望材料プロファイルを有する材料を得ることが
できる。概して、所望材料特性プロファイルは、それぞれの波動歯車装置コンポーネント
に対して決定することができ、材料特性プロファイルに合致するBMG系材料を開発し、
また具現化することができる。
From the above description, it is clear that BMG-based materials can have advantageous material properties, which can make them very well suited to be embodied in wave gear device components. Any of the listed BMG-based materials can be embodied in a wave gearing component in accordance with an embodiment of the present invention. More generally, B
The MG-based material can be tailored (eg, via alloying and / or heat treatment) to obtain a material having a desired material profile to be embodied in a wave gear device according to embodiments of the present invention. In general, the desired material property profile can be determined for each wave gear device component to develop a BMG based material that matches the material property profile,
It can also be embodied.

例えば、低剛性の材料が望ましい多くの実施形態において、BMG系組成内におけるB
、Si、Al、Cr、Co、及び/又はFeの相対的割合は減る。同様に、低い剛性の材
料が望ましい多くの実施形態において、柔らかい、延性樹枝状結晶の体積分率は高くなる
;又は、代替的には、ベータ安定元素、例えば、V、Nb、Ta、Mo、及び/又はSn
の量が増加する。概して、BMGMCsにおいて、材料剛性は混合ルールに従って変化し
、例えば、比較的多く樹枝状結晶が存在する場合、剛性は減少し、また、比較的少なく樹
枝状結晶が存在する場合、剛性は増加する。留意すべきは、総じて言うと、BMG系材料
の剛性を変更するとき、剛性は、他の特性、例えば、BMG系材料の弾性ひずみ限界又は
加工性に影響を与えることなく、大きく変更できる。他の材料特性、又は加工性に影響を
与えることと関係なく、剛性を調整できる能力は、波動歯車装置及び波動歯車装置コンポ
ーネントの設計において大きく利点である。
For example, in many embodiments where a low stiffness material is desired, B in the BMG-based composition
The relative proportions of Si, Al, Cr, Co and / or Fe are reduced. Similarly, in many embodiments where low stiffness materials are desired, the volume fraction of soft, ductile dendrites will be high; or alternatively, beta stable elements such as V, Nb, Ta, Mo, And / or Sn
The amount of In general, in BMG MCs, material stiffness changes according to the mixing rule, for example, the stiffness decreases when relatively many dendrites are present, and the stiffness increases when relatively less dendrites are present. It should be noted that, in general, when altering the stiffness of a BMG-based material, the stiffness can be significantly altered without affecting other properties, such as the elastic strain limit or processability of the BMG-based material. The ability to adjust stiffness without affecting other material properties, or processability, is a major advantage in the design of wave gearing and wave gearing components.

さらに、まさにBMG系材料の剛性を調整できることから、疲労破壊に対する抵抗性も
、本発明の実施形態に従って調整できる。疲労破壊に対する抵抗性を改善するのに使用す
る合金元素は、大きく実験的に決定される。しかし、破壊靱性を増強するのに使用する同
一処理技術も、疲労破壊に対する抵抗に有利に影響を与える傾向があることが観察されて
いる。
Furthermore, the resistance to fatigue failure can also be adjusted according to embodiments of the present invention, since it is possible to adjust the stiffness of the BMG-based material. The alloying elements used to improve resistance to fatigue failure are largely determined empirically. However, it has been observed that the same processing techniques used to enhance fracture toughness also tend to favorably affect resistance to fatigue failure.

いずれの場合においても、上述の説明から明らかなように、上で挙げた及び説明したB
MG系材料のいずれも、本発明の実施形態に従って、波動歯車装置及び波動歯車装置コン
ポーネント内に組み込むことができる。より一般的には、任意のBMG系材料も、本発明
の実施形態に従って、波動歯車装置及び波動歯車装置コンポーネント内で具現化すること
ができる。例えば、多くの実施形態において、具現化したBMG系材料は、Fe、Zr、
Ti、Ni、Hf、又はCuに基づく(即ち、これらの各元素は、任意な他の元素よりも
多くの量が材料内に存在する)。いくつかの実施形態において、波動歯車装置コンポーネ
ント内で具現化したBMG系材料は、Cu-Zr-Al-X組成物であり、Xは、例えば、
Y、Be、Ag、Co、Fe、Cr、C、Si、B、Mo、Ta、Ti、V、Nb、Ni
、P、Zn及びPdのうち1つ又はそれ以上の元素である。いくつかの実施形態において
、波動歯車装置コンポーネント内で具現化したBMG系材料は、Ni-Zr-Ti-X組成
物であり、Xは、例えば、Co、Al、Cu、B、P、Si、Be及びFeのうち1つま
たはそれ以上の元素である。多くの実施形態において、波動歯車部品内で具現化したBM
G系材料は、Zr-Ti-Be-X組成物であり、Xは、例えば、Y、Be、Ag、Co、
Fe、Cr、C、Si、B、Mo、Ta、Ti、V、Nb、Ni、P、Zn及びPdのう
ち1つ又はそれ以上の元素である。いくつかの実施形態において、波動歯車装置コンポー
ネントは、Ni40Zr28.5Ti16.5Al10Cu(原子割合)であるBMG
系材料を含む。いくつかの実施形態において、波動歯車装置コンポーネントは、(Cu
Zr50Al1〜12Be1〜20Co0.5〜5であるBMG系材料を含む。多
くの実施形態において、所望材料プロファイルを、或る波動歯車装置コンポーネントに対
して決定し、また所望特性を有するBMG系材料を、波動歯車装置コンポーネントを構成
するのに使用する。BMG系材料は多くの有利な特質を有することができるため、波動歯
車装置コンポーネント内での具現化の結果、より一層堅牢な波動歯車装置となり得る。B
MG系波動歯車装置のこの設計手法及び作製を、以下に詳細に説明する。
In any case, as is apparent from the above description, the above mentioned and described B
Any of the MG-based materials can be incorporated into wave gearing and wave gearing components in accordance with embodiments of the present invention. More generally, any BMG-based material may also be embodied within wave gearing and wave gearing components in accordance with embodiments of the present invention. For example, in many embodiments, the embodied BMG-based material is Fe, Zr,
Based on Ti, Ni, Hf or Cu (ie each of these elements is present in the material in a greater amount than any other element). In some embodiments, the BMG-based material embodied in the wave gear drive component is a Cu-Zr-Al-X composition, where X is, for example,
Y, Be, Ag, Co, Fe, Cr, C, Si, B, Mo, Ta, Ti, V, Nb, Ni
, P, Zn and Pd are one or more elements. In some embodiments, the BMG-based material embodied in the wave gear device component is a Ni-Zr-Ti-X composition, where X is, for example, Co, Al, Cu, B, P, Si, It is one or more elements of Be and Fe. In many embodiments, the BM embodied in a wave gear component
The G-based material is a Zr-Ti-Be-X composition, and X is, for example, Y, Be, Ag, Co,
It is an element of one or more of Fe, Cr, C, Si, B, Mo, Ta, Ti, V, Nb, Ni, P, Zn and Pd. In some embodiments, the wave gearing component is BMG, which is Ni 40 Zr 28.5 Ti 16.5 Al 10 Cu 5 (atomic fraction)
Including system materials. In some embodiments, the wave gearing component is (Cu 5
0 Zr 50) including a BMG material is x Al 1~12 Be 1~20 Co 0.5~5. In many embodiments, desired material profiles are determined for certain wave gearing components, and BMG-based materials having desired properties are used to construct the wave gearing components. Because BMG-based materials can have many advantageous features, their implementation in wave gearing components can result in a more robust wave gearing. B
This design approach and fabrication of the MG based wave gearing will be described in detail below.

BMG系波動歯車装置及び波動歯車装置コンポーネントの作製
本発明の多くの実施形態において、波動歯車装置コンポーネントは、鋳造技術又は熱可
塑形成技術を使用してBMG系材料から作製する。鋳造技術又は熱可塑形成技術は効率を
大きく向上することができ、この技術によって波動歯車装置及び波動歯車装置コンポーネ
ントを作製する。例えば、スチール系波動歯車装置コンポーネントは、一般的には機械加
工するものであり、構成コンポーネントの複雑さに起因して、機械加工のコストは相当高
額となる。逆に、波動歯車装置コンポーネントの開発における鋳造技術又は熱可塑形成技
術の使用は、過剰に費用がかかる機械加工プロセスを避けることができる。
BMG-Based Wave Gearing and Fabrication of Wave Gearing Components In many embodiments of the present invention, the wave gearing components are fabricated from BMG-based materials using casting or thermoplastic forming techniques. Casting or thermoplastic forming techniques can greatly improve efficiency, and this technique produces wave gearing and wave gearing components. For example, steel-based wave gear drive components are generally machined, and due to the complexity of the components, the cost of machining is quite high. Conversely, the use of casting or thermoplastic forming techniques in the development of wave gear device components can avoid overly expensive machining processes.

鋳造又は熱可塑形成技術を組み込んだ波動歯車装置コンポーネントの作製方法を図6に
示す。このプロセスは、作製すべきコンポーネントの所望材料プロファイルを決定するス
テップ610を有する。例えば、フレクスプラインを作成する場合、構成要素材料は、特
定の剛性、疲労破壊に対する特定の抵抗性、特定の密度、脆性破壊に対する特定の抵抗性
、腐食に対する特定の抵抗性、磨耗に対する特定の抵抗性、特定レベルのガラス形成能力
等を有するのが望ましい。多くの実施形態において、材料コストも主な考慮要因となる(
例えば、特定のBMG系材料は、他のBMG系材料よりも高い又は安いものであり得る)
。概して、いかなるパラメータも、作製すべきコンポーネントに対する材料プロファイル
を決定するステップ610の考慮要因となり得る。
A method of making a wave gear assembly component incorporating casting or thermoplastic forming techniques is shown in FIG. The process comprises a step 610 of determining the desired material profile of the component to be produced. For example, when making a flexspline, the component material has a specific stiffness, a specific resistance to fatigue failure, a specific density, a specific resistance to brittle failure, a specific resistance to corrosion, a specific resistance to abrasion It is desirable to have gender, specific levels of glass forming ability, etc. In many embodiments, material cost is also a major consideration (
For example, certain BMG-based materials can be more or less expensive than other BMG-based materials)
. In general, any parameter may be a factor in step 610 of determining the material profile for the component to be produced.

波動歯車装置におけるいずれの構成コンポーネントも本発明の実施形態に従って作製で
きることに留意されたい。先に指摘したように、フレクスプライン及び玉軸受は周期的変
形に晒されるため、疲労破壊に対して高い抵抗性を有する材料から形成することは特に有
利である。さらに、フレクスプライン及び玉軸受は、磨耗に対する極めて高い抵抗性を有
する材料から形成することによっても有益であり、これはすなわち、それらコンポーネン
トは、波動歯車装置の通常動作中に一定の接触及び相対的な動きに直面する(フレクスプ
ラインのギア歯は磨耗し、また玉軸受のボール並びに内側レース及び外側レースは磨耗に
直面する)。いくつかの実施形態において、玉軸受の玉は、BMG系材料から作成し、こ
のようにして、玉軸受のボールは、BMG系材料がもたらし得る向上した磨耗抵抗から恩
恵を受けることができる。
It should be noted that any component in the wave gearing can be made according to embodiments of the present invention. As pointed out above, it is particularly advantageous to form the flexspline and the ball bearing from materials having high resistance to fatigue failure, as they are subject to cyclic deformation. Furthermore, it is also advantageous to form the flexspline and the ball bearings from materials having a very high resistance to wear, that is to say that the components have constant contact and relative to one another during normal operation of the wave gearing. Face movement (flex spline teeth wear, and ball bearings and inner and outer races face wear). In some embodiments, the ball of the ball bearing is made of a BMG-based material, and in this way, the ball of the ball bearing can benefit from the enhanced wear resistance that the BMG-based material can provide.

しかし、波動歯車装置のいかなるコンポーネントも本発明の実施形態に従ってBMG系
材料から作製できることは明らかである。いくつかの実施形態において、円形スプライン
のギア歯は、BMG系材料から作製する。このようにして、円形スプラインのギア歯は、
BMG系材料が呈し得る向上した磨耗性能特性から恩恵を受けることができる。いくつか
の実施形態において、BMG系材料から作製した円形スプラインのギア歯は、その後、異
なる、より剛性の高い材料、−例えば、バリリウム及びチタニウム−内に圧嵌するが、円
形スプラインを形成し、フレクスプライン及び波生成装置の動きを支持する上で比較的堅
固な円形スプラインにとって有益であることを念頭に留め置きたい。このようにして、B
MG系材料を、向上した磨耗性能を呈し得る円形スプラインのギア歯において具現化し、
より剛性の高い材料は、向上した構造的支持体を呈し得る円形スプラインの残りの部分を
形成することができる。
However, it is clear that any component of the wave gearing can be made from BMG based materials according to embodiments of the present invention. In some embodiments, the circular spline gear teeth are made of BMG based material. Thus, the gear teeth of the circular spline are
It can benefit from the improved wear performance properties that BMG-based materials can exhibit. In some embodiments, circular spline gear teeth made from BMG-based materials are then pressed into different, more rigid materials, eg, barium and titanium, but form circular splines, Keep in mind that it is beneficial for relatively rigid circular splines in supporting the motion of the flexspline and wave generator. Thus, B
MG-based material is embodied in gear teeth of circular spline which can exhibit improved wear performance,
The more rigid material can form the remaining portion of the circular spline that can present enhanced structural support.

多くの実施形態において、波動歯車装置の構成コンポーネントの大部分を同一BMG系
材料から作製し、このようにして、それぞれの波動歯車装置がより均一な熱膨張係数を有
することができる。いずれの場合においても、波動歯車装置のいかなる構成コンポーネン
トも、本発明の実施形態に従ってBMG系材料から作製することができる。
In many embodiments, most of the components of the wave gearing are made of the same BMG-based material, and in this way, each wave gearing can have a more uniform coefficient of thermal expansion. In any case, any component of the wave gearing can be made from BMG-based materials according to embodiments of the present invention.

図6に戻って説明すると、決定した材料プロファイルを満足させるBMG系材料を選択
する(ステップ620)。任意の適切なBMG系材料を選択でき、これらBMG系材料と
しては、表1〜5において挙げた、また、図4A〜4B及び5において示したうちのすべ
てを含む。多くの実施形態において、BMG系材料は、ステップ610で決定した材料プ
ロファイルを満足させるよう特に開発し、またステップ620で選択する。例えば、多く
の実施形態において、或るBMG系材料は、任意の適切な方法で合金化することによって
(例えば先に詳述したように)開発し、材料特性を微調整する。多くの実施形態において
、BMG系材料は、結晶構造のアモルファス構造に対する比を変更する(例えば先に詳述
したように)ことによって開発し、材料特性を微調整する。もちろん、ステップ610で
決定した材料特性を満足させるBMG系材料を開発するいかなる適切な方法も、本発明の
実施形態に従って具現化することができる。
Referring back to FIG. 6, a BMG-based material that satisfies the determined material profile is selected (step 620). Any suitable BMG-based material can be selected, including all of those listed in Tables 1-5 and shown in FIGS. 4A-4B and 5. In many embodiments, BMG-based materials are specifically developed to meet the material profile determined in step 610 and selected in step 620. For example, in many embodiments, certain BMG-based materials are developed (e.g., as detailed above) by alloying in any suitable manner to fine-tune material properties. In many embodiments, BMG-based materials are developed by altering the ratio of crystalline structure to amorphous structure (eg, as detailed above) to fine-tune material properties. Of course, any suitable method of developing a BMG-based material that satisfies the material properties determined in step 610 can be embodied in accordance with an embodiment of the present invention.

ステップ620で選択したBMG系材料は、例えば、熱可塑的に所望形状(例えば、作
製すべきコンポーネントの形状)に形成し、又は鋳造技術を使用して形成する。BMG系
材料からの鋳造又は熱可塑技術によるギア型のコンポーネント作製は、現在広く普及して
いないが、本発明の発明者は、このような技術の実行可能性をこの目的のために実証した
。例えば、図7A〜7Dは、BMG系材料から単一鋳造ステップを使用して作製した1イ
ンチ半径のギアを示す。特に、図7Aは、ギア形成に使用したスチール鋳型を示す。図7
Bは、スチール鋳型からのBMGMC材料の取出しを示す。図7C及び7Dは、作製した
コンポーネントの忠実性を実証するSEM画像を示す。とくに、ギア歯もこの作製方法を
使用して具現化した。このようにして、ギア歯を複雑で高額な機械加工を回避できる(逆
に、スチール系波動歯車装置コンポーネントは、一般的には、コンポーネント形成におい
て機械加工に頼る)。従って、この教示に従って、多くの実施形態にいて、BMG系材料
は、熱可塑的形成又は鋳造して、波動歯車装置の構成コンポーネントの形状にする。多く
の実施形態において、BMG系材料は、熱可塑的形成又は鋳造して、ギア歯の形状を含む
構成コンポーネントの形状にする。さらに、留意すべきは、任意の適切な熱可塑的形成又
は鋳造技術は、本発明の実施形態に従って実施することができる点である。例えば、波動
歯車装置の構成コンポーネントは、直接鋳造技術、鍛造技術、スピン形成技術、ブロー成
形技術、遠心鋳造技術、BMG系粉末を使用した熱可塑形成技術、のうち1つの技術によ
って形成することができる。当業者には理解できるように、BMG系材料は、少なくとも
いくつかのアモルファス構造を維持するために十分に急速に冷却しなければならない。も
ちろん、留意すべきは、波動歯車装置コンポーネントは、本発明の実施形態に従って、機
械加工も含めて任意の適切な様態でBMG系材料から形成することができる。
The BMG-based material selected in step 620 is, for example, thermoplastically formed into the desired shape (eg, the shape of the component to be made) or formed using casting techniques. The production of gear-type components by casting or thermoplastic techniques from BMG-based materials is not currently widespread, but the inventor of the present invention has demonstrated the feasibility of such techniques for this purpose. For example, FIGS. 7A-7D show a 1-inch radius gear made using a single casting step from BMG-based materials. In particular, FIG. 7A shows a steel mold used for gear formation. Figure 7
B shows the removal of BMGMC material from a steel mold. Figures 7C and 7D show SEM images demonstrating the fidelity of the produced components. In particular, gear teeth were also embodied using this preparation method. In this way, complex and expensive machining of the gear teeth can be avoided (conversely, steel based wave gearing components generally rely on machining in component formation). Thus, in accordance with this teaching, in many embodiments, the BMG-based material is thermoplastically formed or cast into the shape of the constituent components of the wave gearing. In many embodiments, the BMG-based material is thermoplastically formed or cast into the shape of the component including the shape of the gear teeth. Further, it should be noted that any suitable thermoplastic forming or casting techniques can be implemented in accordance with embodiments of the present invention. For example, the component of the wave gear device may be formed by one of the direct casting technology, forging technology, spin forming technology, blow molding technology, centrifugal casting technology, and thermoplastic forming technology using BMG-based powder. it can. As can be appreciated by those skilled in the art, BMG-based materials must be cooled quickly enough to maintain at least some amorphous structures. Of course, it should be noted that the wave gearing components can be formed from BMG-based materials in any suitable manner, including machining, in accordance with embodiments of the present invention.

実施例として、図8A〜8Dは、本発明の実施形態に従って、波動歯車装置の構成コン
ポーネントを形成するように実施できる直接鋳造技術を示す。特に、図8Aは、加熱して
融解状態にし、それによって鋳型804内に挿入する準備ができている融解BMG系材料
802の状況を示す。鋳型804は、形成すべきコンポーネントの形状を画定するのに役
立つ。図8Bは、融解BMG系材料802を鋳型804内に圧入する状況を示す。図8C
は、BMG系材料を冷却した後に鋳型804を解放する状況を示す。図8Dは、あらゆる
過剰なフラッシュ(はみ出し部分)を除去する状況を示す。従って、波動歯車装置コンポ
ーネントは、本発明の実施形態に従って、BMG系材料と関連して直接鋳造技術を使用し
て作製できる。留意すべきは、波動歯車装置コンポーネントにおける実施に適する結晶金
属の鋳造は一般的には実現不能である点である。
As an example, FIGS. 8A-8D illustrate direct casting techniques that can be implemented to form wave gear set components in accordance with embodiments of the present invention. In particular, FIG. 8A shows the situation of molten BMG-based material 802 ready to be heated to a molten state, thereby being inserted into mold 804. The mold 804 serves to define the shape of the component to be formed. FIG. 8B shows the situation in which molten BMG-based material 802 is pressed into mold 804. Figure 8C.
Shows the situation where the mold 804 is released after cooling the BMG-based material. FIG. 8D shows the situation of removing any excess flash (protruding part). Thus, wave gear drive components can be made using direct casting techniques in conjunction with BMG based materials in accordance with embodiments of the present invention. It should be noted that the casting of crystalline metals suitable for implementation in wave gear drive components is generally not feasible.

図9A〜9Cは、本発明の実施形態に従って実施できる他の形成技術を示す。特に、図
9A〜9Cは、本発明の実施形態に従って、シート形態であるBMG系材料を熱可塑形成
することを示す。特に、図9Aは、この熱可塑形成を実施するよう加熱しておいたBMG
系材料のシート902を示す。図示の実施形態において、BMG系材料のシート902を
容量放電技術により加熱するが、任意の適切な加熱方法も本発明の実施形態に従って実施
できることを理解されたい。図9Bは、BMG系材料を鋳型904内に押し込むのにプレ
スを使用し、作製すべきコンポーネントを形成する状況を示す。図9Cは、鋳型904を
解放してあらゆる過剰なフラッシュを除去する状況を示す。このようにして、所望コンポ
ーネントを得る。
9A-9C illustrate other formation techniques that may be implemented in accordance with embodiments of the present invention. In particular, FIGS. 9A-9C illustrate thermoplastic forming of BMG-based materials in sheet form, in accordance with embodiments of the present invention. In particular, FIG. 9A shows that BMG has been heated to carry out this thermoplastic formation.
A sheet 902 of a base material is shown. In the illustrated embodiment, the sheet 902 of BMG-based material is heated by capacitive discharge techniques, but it should be understood that any suitable heating method may be practiced in accordance with embodiments of the present invention. FIG. 9B shows the situation where a press is used to push the BMG based material into the mold 904 to form the component to be made. FIG. 9C shows the situation where the mold 904 is released to remove any excess flush. In this way, the desired component is obtained.

上述したように、熱可塑形成できるBMG系材料の加熱は、本発明の実施形態に従って
任意の適切な方法で達成できる。例えば、図10A〜10Cは、シート形態のBMG系材
料の加熱が、スピニング摩擦によって達成できることを示す。図10A〜10Cは、図9
A〜9Cにおいて見られるのと類似しているが、BMG系材料1002に対して押し付け
るとともに、プレス1010の回転によりBMG系シート材料を摩擦加熱する点を除いて
類似している。このようにして、BMG系材料は、熱可塑形成できる程度まで加熱するこ
とができる。この技術は、「スピン形成」と称されている。
As mentioned above, heating of the thermoplastically formable BMG-based material can be accomplished in any suitable manner in accordance with embodiments of the present invention. For example, FIGS. 10A-10C show that heating of BMG-based materials in sheet form can be achieved by spinning friction. 10A to 10C are the same as FIG.
It is similar to that found in A-9C, except that it is pressed against the BMG-based material 1002 and frictionally heats the BMG-based sheet material by rotation of the press 1010. In this way, the BMG-based material can be heated to the extent that it can be thermoplastically formed. This technique is referred to as "spin formation".

留意すべきは、上述の説明は、BMG系材料を鋳型に機械的に合致させることに関する
が、BMG系材料は、本発明の実施形態に従って、任意の適切な方法で鋳型内に形成する
ことができる。多くの実施形態において、BMG系材料は、鋳型に合致させるのを、鍛造
技術、真空技術、絞り技術、及び磁気形成技術のうちの1つを使用して行う。もちろん、
BMG系材料は、本発明の実施形態に従って、任意の適切な様態で鋳型に合致させること
ができる。
It should be noted that while the above description relates to mechanically matching the BMG based material to the mold, the BMG based material may be formed in the mold in any suitable manner in accordance with embodiments of the present invention it can. In many embodiments, the BMG-based material is matched to the mold using one of forging techniques, vacuum techniques, drawing techniques, and magnetic forming techniques. of course,
The BMG-based material can be matched to the mold in any suitable manner in accordance with embodiments of the present invention.

図11A〜11Cは、ブロー成形技術を使用して一部を形成する状況を示す。特に、図
11Aは、BMG系材料を金型内に配置する状況を示す。図11Bは、BMG系材料11
02を加圧ガス又は液体に被曝させ、BMG系材料を金型1104の形状に合致させる状
況を示す。一般的には、加圧した不活性ガスを使用する。従来通り、BMG系材料を通常
通り加熱して、十分成形し易くなり、また加圧ガス又は液体によって影響を受けることが
できるようにする。やはり、任意の適切な加熱技術を本発明の実施形態に従って実施する
ことができる。図11Cは、加圧ガス又は液体の力に起因して、BMG系材料が金型11
04の形状に一致する状況を示す。
11A-11C illustrate the use of blow molding techniques to form portions. In particular, FIG. 11A shows the situation where the BMG-based material is placed in a mold. FIG. 11B shows the BMG material 11
21 shows a situation where B. 02 is exposed to a pressurized gas or liquid to make the BMG-based material conform to the shape of the mold 1104. Generally, pressurized inert gas is used. As is conventional, the BMG-based material is heated as usual to facilitate full shaping and to be affected by pressurized gas or liquid. Again, any suitable heating technique can be implemented in accordance with embodiments of the present invention. FIG. 11C shows that the BMG-based material is a mold 11 due to the force of the pressurized gas or liquid.
Indicates a situation that matches the shape of 04.

図12A及び12Bは、遠心鋳造を実施して、波動歯車装置の構成コンポーネントを形
成することができることを示す。図12Aは、融解BMG系材料1202を金型1204
内に注入し、また金型を回転させてBMG系材料を金型の形状に合致させる状況を示す。
Figures 12A and 12B illustrate that centrifugal casting can be performed to form the component components of a wave gearing. FIG. 12A shows a mold 1204 for melting BMG material 1202.
The situation is shown in which the BMG material is made to conform to the shape of the mold by injecting into the inside and rotating the mold.

図13A〜13Cは、BMG系材料を粉末の形態で金型内に投入し、次に加熱して、材
料を熱可塑形成可能な状態にし、それによって、本発明の実施形態に従って、所望構成コ
ンポーネントの形状をなすように形成することを示す。特に、図13Aは、粉末形態のB
MG系材料1302を金型内に堆積させた状況を示す。図13Bは、BMG系材料130
2を加熱及びプレスして、金型1304の形状に合致させる状況を示す。また、図13C
は、BMG系材料が固体化して、それによって所望コンポーネントを形成した状況を示す
13A-13C load the BMG-based material in powder form into a mold and then heat it to render the material thermoplastically formable, thereby, according to embodiments of the present invention, the desired component It shows forming in the shape of. In particular, FIG. 13A shows that B in powder form
The situation which deposited MG system material 1302 in the metallic mold is shown. FIG. 13B shows the BMG material 130
2 shows heating and pressing to conform to the shape of the mold 1304. Also, FIG. 13C.
Indicates a situation where the BMG-based material solidifies, thereby forming the desired component.

概して、BMG系材料を熱可塑形成又は鋳造するのに適した技術はいずれも、本発明の
実施形態に従って実施できることは明らかであろう。上述の実施例は、説明に役立つこと
を意味し、包括的ではない。より概括的には、BMG系材料で構成する波動歯車装置コン
ポーネントを形成するのに適切ないかなる技術も、本発明の実施形態に従って実施するこ
とができる。
It will be appreciated that, generally, any technique suitable for thermoplastic forming or casting BMG-based materials can be practiced in accordance with embodiments of the present invention. The above examples are meant to be illustrative and not exhaustive. More generally, any technique suitable for forming wave gearing components comprised of BMG-based materials may be implemented in accordance with embodiments of the present invention.

図6に戻って説明すると、プロセス600はさらに、望ましい場合には、作製したコン
ポーネントを仕上げる任意の後形成作業を実施するステップ640を有する。例えば、い
くつかの実施形態において、フレクスプラインの全体形状は、熱可塑形成又は鋳造し、次
いで、ギア歯をフレクスプラインに対して機械加工する。いくつかの実施形態において、
双ロール成形技術を施し、ギア歯をフレクスプライン又は円形スプラインに設ける。図1
4は、ギア歯をフレクスプラインに具現化するのに使用できる双ロール成形配置を示す。
特に、配置1400は、この配置によりフレクスプライン1402の動きを支持する第1
ローラーと、ギア歯をフレクスプラインに画成するよう作用する第2ローラー1412と
を有する。フレクスプライン1402は加熱して、より成形し易くなり、第2ローラーに
よって画成する準備ができるようにする。もちろん、ロール成形した部品は、本発明の実
施形態に従った任意の適切な技術を使用して仕上げることができる。例えば、ギア歯は、
慣習的な機械加工技術を使用して具現化することができる。加えて、ロール成形した部品
は、本発明の実施形態に従った任意の適切な方法で(ギア歯を画成するためだけではない
)仕上げることができる。
Referring back to FIG. 6, process 600 further comprises performing 640 optional post-forming operations to finish the fabricated components, if desired. For example, in some embodiments, the overall shape of the flexspline is thermoplasticized or cast and then the gear teeth are machined to the flexspline. In some embodiments,
Apply twin roll forming technology, and provide gear teeth on flexspline or circular spline. Figure 1
4 shows a twin roll forming arrangement which can be used to embody gear teeth in a flexspline.
In particular, the arrangement 1400 supports the movement of the flexspline 1402 by means of this arrangement.
A roller and a second roller 1412 act to define gear teeth in the flexspline. The flexspline 1402 is heated to be more easily shaped and ready to be defined by the second roller. Of course, roll-formed parts can be finished using any suitable technique according to embodiments of the present invention. For example, gear teeth
It can be implemented using conventional machining techniques. In addition, roll-formed parts can be finished (not only to define gear teeth) in any suitable manner according to embodiments of the present invention.

図15A〜15Fは、図6において概要を示したプロセスに従った、フレクスプライン
の作製を示す。図15Aはフレクスプラインの全体的形状を鋳造するのに使用するマルチ
ピースの鋳型を示し、図15Bはフレクスプラインの全体的形状を鋳造するのに使用する
組立状態にしたマルチピースの鋳型を示し、図15CはBMG系材料を使用するフレクス
プラインの鋳造を示し、図15Dは鋳型の解体状況を示し、図15Eは鋳型から取り出し
たフレクスプラインを示し、図15FはBMG系材料から鋳造した後にフレクスプライン
を機械加工してギア歯を設けることができることを示す。留意されたいことには、図面は
ギア歯をフレクスプラインに機械加工することを示すが、フレクスプラインは所望ギア歯
を有するよう鋳造することができる。このようにして、コストのかかる機械加工を回避す
ることができる。
15A-15F illustrate the fabrication of flexsplines in accordance with the process outlined in FIG. FIG. 15A shows the multi-piece mold used to cast the overall shape of the flexspline, and FIG. 15B shows the assembled multi-piece mold used to cast the overall shape of the flexspline, FIG. 15C shows casting of flexspline using BMG-based material, FIG. 15D shows disassembly of mold, FIG. 15E shows flexspline removed from the mold, and FIG. Is machined to indicate that gear teeth can be provided. It should be noted that although the drawings show machining gear teeth into flexsplines, the flexsplines can be cast to have the desired gear teeth. In this way, costly machining can be avoided.

形成技術は、プロセス制御に関して極めて繊細であることに留意されたい。概して、部
品を形成するとき、流体流、通気、温度、及び冷却を精密に制御することは有益である。
例えば、図16は、鋳造技術を使用するフレクスプライン形成における数回の試みを示し
、多くの試みが明らかに不完全であることを示す。特に、画像における7個のサンプルは
、密度5.3g/cmを有するTiZrCuBeのBMG系材料を使用して作製した。
画像における最右側のサンンプルはVitreloy1から作製した。
It should be noted that the forming techniques are extremely sensitive with regard to process control. In general, it is beneficial to precisely control fluid flow, venting, temperature and cooling when forming parts.
For example, FIG. 16 shows several attempts at flexspline formation using casting techniques and shows that many attempts are apparently incomplete. In particular, seven samples in the image were made using TiZrCuBe BMG-based material with a density of 5.3 g / cm 3 .
The rightmost sample in the image was made from Vitreloy 1.

図17は、上述のプロセスを使用して、様々なスケールの部品を作出することを示す。
例として、図17は、上述のプロセスに従って作製したより大きいフレクスプラインを示
すとともに、上述のプロセスに従って作成したより小さいフレクスプラインも示す。この
ようにして、上述のプロセスは多用途である。
FIG. 17 shows the creation of parts of various scales using the process described above.
As an example, FIG. 17 shows a larger flexspline made according to the process described above, as well as a smaller flexspline made according to the process described above. Thus, the process described above is versatile.

理解すべきことは、図15〜17は、フレクスプラインの作製に関連するが、いずれの
波動歯車装置コンポーネントも本発明の実施形態に従ってBMG系材料から作製すること
ができる点である。例えば、図18A〜18BはBMG系材料から作製した円形スプライ
ンを示す。特に、図18Aは1.5インチの円形スプラインを作製したチタンBMG系材
料を示し、図18Bは作製したフレクスプラインに対する作製した円形スプラインを示す
。円形スプラインはギア歯を設けた状態として示していないが、ギア歯は、その後に円形
スプラインに機械加工することができる。
It should be understood that FIGS. 15-17 relate to the fabrication of a flexspline, but any wave gearing component can be made from BMG-based materials in accordance with an embodiment of the present invention. For example, Figures 18A-18B illustrate circular splines made from BMG-based materials. In particular, FIG. 18A shows a titanium BMG based material fabricated with 1.5 inch circular splines, and FIG. 18B shows fabricated circular splines for fabricated flex splines. Although the circular splines are not shown as having gear teeth, the gear teeth can then be machined into circular splines.

上述の作製技術は、波動歯車装置及び波動歯車装置コンポーネントを効率的に作製する
のに使用できる。例えば、上述の説明でそれとなく指摘したように、コンポーネントの機
械加工に関連する費用は、これらの技術を使用して回避することができる。従って、或る
波動歯車装置コンポーネントを作製するコストは、主に原料コストの関数となり、このこ
とは、コンポーネントのサイズに関係なく言える。逆に、スチール系波動歯車装置コンポ
ーネントを形成するとき、その部品を製造するコストは、幾分の臨界値を超えるサイズ減
少に伴って増大する。このことは、より小さいサイズの部品を機械加工するのが困難にな
るからである。
The fabrication techniques described above can be used to efficiently fabricate wave gearing and wave gearing components. For example, as pointed out earlier in the above description, the costs associated with component machining can be avoided using these techniques. Thus, the cost of making certain wave gearing components is mainly a function of the raw material cost, which is true regardless of the size of the components. Conversely, when forming a steel-based wave gear drive component, the cost of manufacturing that component increases with size reductions that exceed some critical value. This is because it becomes difficult to machine smaller sized parts.

例として、図19は、アモルファス金属の原料コストがスチールよりも高いという、フ
レクスプラインに関しての関係を示す。例えば、スチールの剛性は、フレクスプラインが
何らかの特定量、例えば50.8mm(2インチ)よりも小さい直径を有する必要があり
、また、何らかの量、例えば1mmより小さい壁厚を有する必要があり得る。状況を説明
すると、図20は、直径50.8mm(2インチ)で0.8mmの壁厚を有するスチール
系フレクスプラインを示す。重要なことに、フレクスプラインを直径が例えば1インチ未
満になるようより小さく形成するとき、スチールの壁は機械加工し易くするのには薄すぎ
てしまう。その結果、アモルファス金属原料のコストがスチールよりも高いときでも、フ
レクスプラインはアモルファス金属からの製造の方がより安くすることができる。要する
に、手間のかかる機械加工は、BMG系材料から部品を鋳造することによって排除でき、
また、フレクスプラインの費用もそれによって減少できる。
As an example, FIG. 19 shows the relationship for flexsplines that the raw material cost of amorphous metal is higher than that of steel. For example, the stiffness of the steel may require the flexspline to have a diameter smaller than some specified amount, for example 50.8 mm (2 inches), and may need to have a wall thickness smaller than some amount, for example 1 mm. To illustrate the situation, FIG. 20 shows a steel-based flexspline having a diameter of 50.8 mm (2 inches) and a wall thickness of 0.8 mm. Importantly, when the flexspline is made smaller, for example less than 1 inch in diameter, the steel wall is too thin to be easy to machine. As a result, even when the cost of the amorphous metal source is higher than that of steel, the flexspline can be made cheaper by manufacturing from amorphous metal. In short, time-consuming machining can be eliminated by casting parts from BMG-based materials,
Also, the cost of the flexspline can be reduced accordingly.

上述の説明から推察できるように、上述の概念は、本発明の実施形態に従って様々な構
成に具現化することができる。例えば、いくつかの実施形態において、波動歯車装置コン
ポーネントはポリマー材料から注型成形し、その後、バルク金属ガラス系材料でコーティ
ングする。このようにして、バルク金属ガラス系材料の耐磨耗特性を利用することができ
る。従って、本発明は特定の態様において説明したが、多くの付加的な変更及び改変は当
業者には明らかであろう。したがって、本発明は本明細書で特別に説明した以外に実施で
きることを理解されたい。従って、本発明の実施形態は、全ての点において説明目的であ
って、限定的なものではないと見なすべきである。
As can be inferred from the above description, the above concepts can be embodied in various configurations in accordance with embodiments of the present invention. For example, in some embodiments, wave gear device components are cast molded from a polymeric material and then coated with a bulk metallic glass based material. In this way, the wear resistance properties of bulk metallic glass-based materials can be exploited. Thus, while the present invention has been described in particular embodiments, many additional variations and modifications will be apparent to those skilled in the art. Thus, it should be understood that the present invention can be practiced other than as specifically described herein. Accordingly, the embodiments of the present invention should be considered in all respects as illustrative and not restrictive.

米国特許第13/928109号明細書U.S. Patent No. 13/928109 米国特許第13/942932号明細書U.S. Patent No. 13/942 932

G. Kumar et al., Adv. Mater. 2011, 23, 461-476G. Kumar et al., Adv. Mater. 2011, 23, 461-476 M. Ashby et al., Scripta Materialia 54 (2006) 321-326M. Ashby et al., Scripta Materialia 54 (2006) 321-326 Conner, Journal of Applied Physics, Volume 94, Number 2, July 15, 2003, pgs. 904-911Conner, Journal of Applied Physics, Volume 94, Number 2, July 15, 2003, pgs. 904-911 Wu, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 22 (2012), 585-589; Wu, Intermetallics 25 (2012) 115-125)Nonferrous Met. Soc. China 22 (2012), 585-589; Wu, Intermetallics 25 (2012) 115-125) Kong, Tribal Lett (2009) 35:151-158; Zenebe, Tribol Lett (2012) 47:131-138Kong, Tribal Lett (2009) 35: 151-158; Zenebe, Tribol Lett (2012) 47: 131-138 Chen, J. Mater. Res., Vol. 26, No. 20, Oct 28, 2011; Liu, Tribol Lett (2012) 46:131-138Chen, J. Mater. Res., Vol. 26, No. 20, Oct 28, 2011; Liu, Tribol Lett (2012) 46: 131-138 I.L. Singer, Wear, Volume 195, Issues 1-2, July 1996, Pages 7-20I. L. Singer, Wear, Volume 195, Issues 1-2, July 1996, Pages 7-20 Chen, J. Mater. Res., Vol. 26, No. 20, Oct 28, 2011Chen, J. Mater. Res., Vol. 26, No. 20, Oct 28, 2011 Huang, Intermetallics 19 (2011) 1385-1389Huang, Intermetallics 19 (2011) 1385-1389 Liu, Tribol Lett (2009) 33:205-210Liu, Tribol Lett (2009) 33: 205-210 Zhang, Materials Science and Engineering A, 475 (2008) 124-127Zhang, Materials Science and Engineering A, 475 (2008) 124-127 Ishida, Materials Science and Engineering A, 449-451 (2007) 149-154Ishida, Materials Science and Engineering A, 449-451 (2007) 149-154 Launey, PNAS, Vol. 106, No. 13, 4986-4991Launey, PNAS, Vol. 106, No. 13, 4986-4991 Hofmann, JOM, Vol. 61, No. 12, 11-17Hofmann, JOM, Vol. 61, No. 12, 11-17

Claims (20)

波生成装置と、
第1セットのギア歯を有するフレクスプラインと、
第2セットのギア歯を有する円形スプラインと、
を備え、
前記波生成装置、前記フレクスプライン、前記円形スプラインのうち少なくとも1つは
バルク金属ガラス系材料を含む、波動歯車装置。
A wave generator,
A flexspline with a first set of gear teeth,
A circular spline with a second set of gear teeth,
Equipped with
A wave gear device, wherein at least one of the wave generator, the flexspline, and the circular spline includes a bulk metallic glass based material.
請求項1に記載の波動歯車装置において、前記波生成装置は、波生成装置プラグ及び軸
受を有する、波動歯車装置。
The wave gear device according to claim 1, wherein the wave generator comprises a wave generator plug and a bearing.
請求項2に記載の波動歯車装置において、前記軸受は玉軸受である、波動歯車装置。   A wave gearing according to claim 2, wherein the bearing is a ball bearing. 請求項1に記載の波動歯車装置において、前記波生成装置、前記フレクスプライン、及
び前記円形スプラインのそれぞれがバルク金属ガラス系材料を含む、波動歯車装置。
The wave gearing according to claim 1, wherein each of the wave generating device, the flexspline and the circular spline comprises a bulk metallic glass based material.
請求項1に記載の波動歯車装置において、前記第1セットのギア歯及び前記第2セット
のギア歯のうち少なくとも一方がバルク金属ガラス系材料を含む、波動歯車装置。
A wave gearing according to claim 1, wherein at least one of the first set of gear teeth and the second set of gear teeth comprises bulk metallic glass based material.
請求項1に記載の波動歯車装置において、前記第1セットのギア歯及び前記第2セット
のギア歯のそれぞれがバルク金属ガラス系材料を含む、波動歯車装置。
A wave gearing according to claim 1, wherein each of said first set of gear teeth and said second set of gear teeth comprises bulk metallic glass based material.
請求項6に記載の波動歯車装置において、前記波生成装置は、バルク金属ガラス系材料
を含む玉軸受を有する、波動歯車装置。
A wave gearing according to claim 6, wherein the wave generating device comprises a ball bearing comprising a bulk metallic glass based material.
請求項1に記載の波動歯車装置において、最大量で存在する前記バルク金属ガラス系材
料の元素は、Fe、Zr、Ti、Ni、Hf、及びCuのうちの1つである、波動歯車装
置。
The wave gear device according to claim 1, wherein the element of the bulk metallic glass based material present in the largest amount is one of Fe, Zr, Ti, Ni, Hf and Cu.
請求項1に記載の波動歯車装置において、前記バルク金属ガラス系材料はNi40Zr
28.5Ti16.5Al10Cuである、波動歯車装置。
The wave gear device according to claim 1, wherein the bulk metallic glass based material is Ni 40 Zr.
28.5 Ti 16.5 Al 10 Cu 5 wave gear device.
楕円形状の断面を有する波生成装置プラグと、
内側レース、外側レース及び複数の転動部材を有する軸受と、
を備え、
前記波生成装置プラグは前記軸受内に配置され、前記軸受が前記波生成装置プラグの前
記楕円形状に合致できるようにし、
前記波生成装置プラグ及び前記軸受のうち少なくとも一方はバルク金属ガラス系材料を
含む、波生成装置。
A wave generator plug having an elliptical cross section;
A bearing having an inner race, an outer race and a plurality of rolling members;
Equipped with
The wave generator plug is disposed within the bearing so that the bearing can conform to the elliptical shape of the wave generator plug;
A wave generating device, wherein at least one of the wave generating device plug and the bearing comprises a bulk metallic glass based material.
請求項10に記載の波生成装置において、前記軸受は玉軸受である、波生成装置。   A wave generating device according to claim 10, wherein the bearing is a ball bearing. 円形形状を画定する可撓性本体を備えるフレクスプラインであって、前記円形形状の外
周は一組のギア歯セットを画定し、前記可撓性本体はバルク金属ガラス系材料を含む、フ
レクスプライン。
A flexspline comprising a flexible body defining a circular shape, the outer periphery of the circular shape defining a set of gear teeth, the flexible body comprising a bulk metallic glass based material.
請求項12に記載のフレクスプラインにおいて、前記一組のギア歯セットがバルク金属
ガラス系材料を含む、フレクスプライン。
The flexspline of claim 12, wherein the set of gear teeth comprises a bulk metallic glass based material.
リング状本体を備える円形スプラインであって、前記リング状本体の内周は一組のギア
歯セットを画定し、前記リング状本体はバルク金属ガラス系材料を含む、円形スプライン
A circular spline comprising a ring-like body, the inner circumference of said ring-like body defining a set of gear teeth, said ring-like body comprising a bulk metallic glass based material.
請求項14に記載の円形スプラインにおいて、前記一組のギア歯セットがバルク金属ガ
ラス系材料を含む、円形スプライン。
The circular spline of claim 14, wherein the set of gear teeth comprises a bulk metallic glass based material.
波動歯車装置コンポーネントを作製する方法であって、
熱可塑性形成技術及び鋳造技術のうち一方と関連する成形型を使用してBMG系材料を
成形するステップを有し、
前記BMG系材料は、波生成装置プラグ、内側レース、外側レース、転動素子、フレク
スプライン、一組のギア歯セットを持たないフレクスプライン、円形スプライン、一組の
ギア歯セットを持たない円形スプライン、フレクスプライン内に組み込むべき一組のギア
歯セット、及び円形スプラインに組み込むべき一組のギア歯セットのうちの一つとして成
形される、方法。
A method of making a wave gear drive component, comprising:
Molding the BMG-based material using a mold associated with one of the thermoplastic forming and casting techniques;
The BMG-based material may be a wave generator plug, an inner race, an outer race, a rolling element, a flexspline, a flexspline without a set of gear teeth, a circular spline, a circular spline without a set of gear teeth A set of gear tooth sets to be incorporated into the flexspline, and a method formed as one of a set of gear tooth sets to be incorporated into the circular spline.
請求項16に記載の方法において、さらに、熱可塑性形成技術又は鋳造技術のいずれか
によって成形した後に前記BMG系材料を機械加工するステップを有する、方法。
17. The method of claim 16, further comprising the step of machining the BMG-based material after forming by either thermoplastic forming or casting techniques.
請求項17に記載の方法において、前記BMG系材料は、一組のギア歯セットを持たな
いフレクスプライン及び一組のギア歯セットを持たない円形スプラインのうちの一方とし
て成形し、ギア歯を前記BMG系材料に対して機械加工する、方法。
18. The method of claim 17, wherein the BMG-based material is shaped as one of a flexspline without a set of gear teeth and a circular spline without a set of gear teeth, the gear teeth being A method for machining BMG-based materials.
請求項18に記載の方法において、前記BMG系材料は、一組のギア歯セットを持たな
いフレクスプライン及び一組のギア歯セットを持たない円形スプラインのうちの一方とし
て成形され、ギア歯は、双ロール形成技術を使用してBMG系材料に対して具現化される
、方法。
19. The method of claim 18, wherein the BMG-based material is shaped as one of a flexspline without a set of gear teeth and a circular spline without a set of gear teeth, the gear teeth being A method embodied for a BMG-based material using a twin roll forming technique.
請求項16に記載の方法において、前記BMG系材料は、直接鋳造技術、ブロー成形技
術、及び遠心鋳造技術のうち1つを使用して成形される、方法。
17. The method of claim 16, wherein the BMG-based material is molded using one of direct casting technology, blow molding technology, and centrifugal casting technology.
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