ハーモニックドライブ

ハーモニックドライブは、ハーモニック・ドライブ・システムズ社の商標（日本では商標登録番号第801166号と第943799号）である。一般名称は後述の通り「波動歯車装置」である。

概要

楕円と真円の差動を利用した減速機である。波動歯車装置（Strain wave gearing）の機構を用いている。

サーキュラ・スプライン（C/S）、ウェーブ・ジェネレータ（W/G）、フレクスプライン（F/S）から構成される歯車装置であり、特徴として高減速比、軽量、コンパクト、バックラッシュが少ないなどがある。

歴史

• 1957年 - ハーモニックドライブの原理がクラレンス・ウォルトン・マッサー（Clarence Walton Musser）により発明される。
• 1964年 - 株式会社長谷川歯車がUSM Co.,Ltdと技術提携を行い、日本で初めてハーモニックドライブの実用化に成功する。
• 1970年 - 両社の共同出資により、ハーモニック・ドライブ・システムズ社が創立。

部品

サーキュラ・スプライン（C/S：circular spline）

剛体リング状の部品。内周に歯が刻まれており、フレクスプラインより歯数が2枚多くなっている。通常、ケーシングに固定される。

ウェーブ・ジェネレータ（W/G：wave generator）

楕円状カムの外周に薄肉のボール・ベアリングを組み合わせた部品。ベアリングの内輪はカムに固定されているが、外輪はボールを介して弾性変形する。通常は入力軸に取り付けられる。

フレクスプライン（F/S：flexspline）

薄肉カップ状の金属弾性体の部品。開口部外周に歯が刻まれている。フレクスプラインの底をダイヤフラムと呼び、通常、出力軸に取り付けられる。

動作原理

フレクスプラインは、ウェーブ・ジェネレータにより楕円状にたわめられ、長軸の部分でサーキュラ・スプラインと歯が噛み合い、短軸の部分では歯が完全に離れた状態になる。サーキュラ・スプラインを固定し、ウェーブ・ジェネレータ（入力とする）を時計方向へ回すと、フレクスプラインは弾性変形し、サーキュラ・スプラインとの歯の噛み合い位置が順次移動していく。ウェーブ・ジェネレータが1回転すると、歯数差2枚分だけフレクスプラインは反時計方向へ移動する。

種類

• カップ型
• シルクハット型
• デファレンシャル型
• フラット型
• シールド型

減速比

波動歯車装置の減速比は次のように求められる。

フレクスプラインを出力としたときの減速比 ${\displaystyle i}$ は、サーキュラ・スプラインのピッチ円直径を ${\displaystyle D_{c}}$ 、フレクスプラインのピッチ円直径を ${\displaystyle D_{f}}$ とすると、

${\displaystyle i={\frac {\pi D_{c}-\pi D_{f}}{\pi D_{f}}}={\frac {D_{c}-D_{f}}{D_{f}}}}$

となる。

また、サーキュラ・スプラインの歯数を ${\displaystyle Z_{c}}$ 、フレクスプラインの歯数を ${\displaystyle Z_{f}}$ とすると、減速比 ${\displaystyle i}$ は、

${\displaystyle i={\frac {Z_{c}-Z_{f}}{Z_{f}}}={\frac {\Delta Z}{Z_{f}}}}$

となる。

関連項目

• 波動歯車装置
• サーボモータ
• 減速機
• 歯車
• ハーモニック・ドライブ・システムズ

外部リンク

ウィキメディア・コモンズには、ハーモニックドライブに関連するカテゴリがあります。

• (株)ハーモニック・ドライブ・システムズ
• Waltmusser.org
• Harmonicdrive.net
• Chrisdesign.com

表 話 編 歴 歯車
ギアシステム	平歯車 ウォームギヤ ラック・アンド・ピニオン ボール・ナット 遊星歯車機構 太陽と惑星歯車（英語版） 波動歯車装置 サイクロ減速機（英語版） 非円形歯車（英語版）
歯車の種類	平歯車 はすば歯車 やまば歯車 かさ歯車 まがりばかさ歯車 ハイポイド・ギア
歯の形状による分類	インボリュート歯車 サイクロイド歯車
歯車機構	トランスミッション 差動装置 歯車形軸継手 ギアトレーン 変速機 (自転車) 無段変速機 歯車各部の名称（英語版）
例	自転車の場合 コグセット（英語版）(ボスフリー) 外装変速機 (Derailleur gears)  内装変速機 (Hub gear)  シャフトドライブ式自転車（英語版）(シャフトドライブ) スプロケット 時計の場合 輪列（英語版）
関連	ボールねじ 送りねじ（英語版） ねじジャッキ（英語版） ベルト伝動 鎖伝動 歯車の製作（英語版） オドトノグラフ オドトノメーター フリーホイール ギアオイル 歯車比