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2025/10/23

【バイラテラルギア】日本精工、小型サイズと広範囲のトルク制御機能を両立するハプティック装置向け減速機開発

　日本精工（NSK）は、触覚伝達（ハプティック）装置向け減速機としてバイラテラルギアを開発した。
　触覚伝達装置とは、サービスロボットの手の部分などに搭載され、触覚を伝達して遠隔操作や高精度な操作を実現する装置。手のひら程度の小さい装置で人間の繊細な触覚を再現するためには、小型サイズと広範囲のトルク制御機能を両立した減速機が不可欠だが、従来の減速機では、その両立が課題となっていた。
　この課題に対して、NSK は、入力軸と出力軸の双方向から高効率で力と位置を伝達する減速機であるバイラテラルギアを、触覚伝達装置向け減速機として開発することで、機能の両立に成功した。開発品は、小型でありながら、幅広いトルク制御に対応し、手のひらサイズの触覚伝達装置の開発に貢献する。
　2025年12月3日〜6日に東京ビッグサイトで開催される「2025国際ロボット展（iREX2025）」に出展し、市場ニーズ調査や共同開発先を探索を実施し、共同開発先とのコラボレーションにより、今回の開発品を実用化して新しい触覚伝達装置を開発し、市場投入する予定。

開発の背景
　人手不足などを背景として、遠隔操作や作業の自動化が進み、サービスロボットの手の部分などで、触覚を伝達するニーズが高まっている。例えば、医療機関では手術器具の遠隔操作、工場のFAでは多様な対象物を把持・搬送するロボットハンドにおいて、人間の触覚を再現する必要がある。このような、触覚を伝達する技術（ハプティック技術）の市場規模は2028年時点で約3000億円規模、年率10%の成長率が予測されており（2025年10月時点 NSK調べ）、今後大きな市場拡大が見込まれている。
　手のひら程度のサイズで、人間の繊細な触覚を再現するためには、コンパクトでありながら幅広いトルクを制御する触覚伝達装置が必要だが、それに対応した減速機の開発が課題となっている。従来の技術で開発された減速機は、大型サイズであれば幅広いトルクに対応可能だが、小型サイズの場合は、高トルクの駆動や、繊細な制御が実現できない、という課題がある。そこで、小型サイズと広範囲のトルク制御を両立する減速機のニーズが高まっている。
　バイラテラルギアは、入力軸と出力軸の双方向から高効率で力と位置を伝達する減速機（「バイラテラル」は、「双方向」を意味する）。出力軸の摩擦トルクが小さく、非常に小さい力でも出力軸を動かして入力軸へ伝達できるため、触覚の伝達が可能。
　バイラテラルギアは、国立大学法人横浜国立大学の特許技術を用いた遊星歯車（下図 ピンク色の歯車）を中心に構成される。2021年に、NSKは横浜国立大学と共に、バイラテラルギアの社会実装に関する共同研究を開始。2022年には、NSKが「2022 国際ロボット展（iREX2022）」でのヒアリングを踏まえて、上記ニーズに応じた小型サイズ
（φ20以下）のバイラテラルギアの開発を開始。「2023国際ロボット展（iREX2023）」で小型サイズのバイラテラルギアを出展して顧客ヒアリングを実施し、設計の改良と検証を行った結果、この度、開発が完了した。

開発品の特長
　小型サイズと幅広いトルク制御を両立した、バイラテラルギア（φ15mm）を開発した。
（1）小型サイズでありながら、大きなトルクで駆動が可能：同等サイズの市販の減速機の中では、最も大きなトルク駆動に対応※1。
※1　調査対象：グローバル市場で主要製品となっている市販の産業機械向け減速機、調査時期：2025年10月時点 NSK調べ

（2）大小幅広いトルクの制御が可能：他社類似製品（波動歯車）に対して、本開発品が安定的に駆動できる最大トルク(定格トルク)は約3 倍、その出力軸を動かすのに必要な力（出力軸の摩擦トルク）は約20分の1※2。これにより、大きなトルクから小さなトルクまで幅広いトルクの制御が可能となる。
※2　調査対象：日本市場で主要製品となっている産業機械向け他社波動歯車、調査時期：2025年10月時点 NSK調べ

開発品の技術
　バイラテラルギアを触覚伝達装置向け減速機として小型サイズで開発するにあたり、技術課題があった。バイラテラルギアの構造上、遊星歯車（以下図 ピンク色の歯車）と、固定歯車（以下図 灰色の歯車）・出力歯車（以下図 緑色の歯車）のかみ合いにおいて、大きな反力が発生する。遊星歯車を支持する軸受として、一般的に採用されている滑り軸受を使用した場合、その軸受の摩擦が増大し、動力の伝達効率が悪化するという課題があった。
　この課題を、NSKが培ってきた小型軸受の開発ノウハウで解決した。遊星歯車を支持する軸受に小径の転がり軸受を採用し（以下右図、玉径 0.5mm）、軸受周辺の設計を最適化。これにより、限られたスペースでも反力を受け止め、歯車の回転を支持し、伝達効率を保つことができるようになった。

開発品の効果
　手のひらサイズの触覚伝達装置の開発に貢献する。
（例）従来技術を用いて開発（ダイレクトドライブモータを採用）した装置例Aに対して、本開発品を採用した装置例Bは、直径比1/4、重量比約1/10 が可能（定格トルク：ABともに1[Nm]）。

　また装置の小型化により、製造時の材料が低減され、稼働時のエネルギー効率が向上するため、装置のライフサイクル全体においてCO₂排出量削減に貢献する。

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