従来のラック アンド ピニオン ツイン ドライブ、スプリット ピニオン ベースの設計、およびローラー ピニオン システムの間には多くの違いがあります。

航空宇宙から工作機械、ガラス切断、医療などに至るまで、製造プロセスは信頼性の高いモーション制御に依存しています。これらのアプリケーションに必要な速度と精度を提供するのは、さまざまなサーボ制御リニア ドライブ システムです。
一般的なセットアップの 1 つは、サーボ制御と従来のインボリュート ラック アンド ピニオンを組み合わせたものです。後者では、詰まりや過度の磨耗を防ぐためにラックとギアの歯の間にクリアランスが必要になる場合があり、そうでないと環境の変化（10°の温度変化など）によりギアの歯が拡大するときにシステムがロックされる可能性があります。一方、すきまがあると誤差に相当するガタが発生します。

ツインピニオンとスプリットピニオンのクリアランスの問題
精密アプリケーションの場合、クリアランスの問題を解決する典型的な方法の 1 つは、制御として機能するために、最初のシステムに対して反対方向に引っ張る 2 番目のピニオンを追加することです。

このアイデアの 1 つの反復は、分割ピニオンを使用することです。ここでは、ピニオンは基本的に横方向の中央でカットされており、スプリングが 2 つの半分の間に配置されています。スプリットピニオンがラックに沿って移動すると、ピニオンの前半はラックの歯の片側を押し、残りの半分は次のラックの歯を押します。このように、スプリットピニオンのセットアップによりバックラッシュや誤差が排除されます。

ここで、ピニオンの半分だけが仕事を実行し、残りの半分が制御として機能するため、トルク容量は制限されます。さらに、駆動ダイナミクスがスプリングの力を克服する必要があるため、モーションロスが発生し、全体の効率が低下します。加速下で移動しているとき、バネがわずかに加わることもあり、動作精度が低下します。最後に、穴あけなどの作業を行うためにピニオンを停止すると、ピニオンのスプリング システムが剛性を維持せずにわずかに曲がることがあります。

もう 1 つのクリアランス修正はツインピニオン システムで構成されています。この配置では、2 つの別個のピニオンが同じラックに沿って移動します。ピニオンはマスター/スレーブ方式で動作し、先頭 (マスター) ピニオンが位置決めを実行し、2 番目 (スレーブ) ピニオンがバックラッシュを打ち消します。通常、ピニオンは電子的に制御されるため、精度が維持され、システムの摩耗を補償するために制御設定を調整できます。

何が問題ですか?ツインピニオン システムは、通常、設計者が 2 つ目のモーター、ピニオン、ギアボックスを購入する必要があるため、コストがかかる場合があります。設計上の設置面積も増やす必要があります。2 番目のモーターは、駆動を実行するためにより長い長さを必要とします。たとえば、ユーザーがモーション コントロール システムを 1 メートル前後に往復させる必要がある場合、最初のピニオンの 200 ～ 300 mm 後ろにある 2 番目のピニオンを収容するには、1.2 または 1.3 メートルのラック長が必要です。最後に、2 つのモーターに電力を供給するコストは、一般的な 5 ～ 10 年の設計ライフサイクルにわたってかなりの費用がかかります。

ローラーピニオンドライブのバックラッシュのない動作は、このルーターマシンのようなロングストロークの用途に適しています。
別のオプション: ローラーピニオン
ローラーピニオン技術には、カスタマイズされた歯形を持つラックと係合するベアリングで支持されたローラーで構成されるピニオンが含まれます。2 つ以上のローラーが常に対向するラック歯に接続されており、スプリットピニオンやピニオン駆動システムよりも高い精度を実現します。つまり、各ローラーは接線経路で各歯面に近づき、その後、低摩擦を実現するために歯面を転がります。回転運動を直線運動に変換する効率が 99% 以上で動作します。

ローラー ピニオンは、カスタマイズされた歯形と噛み合うベアリングで支持されたローラーで構成されています。
この設計には、崩壊して精度を低下させるバネがなく、バネの力に打ち勝つ効率が失われることもありません。また、ローラー動作によりクリアランスが不要なため、ガタつきや誤差がありません。対照的に、従来のラック アンド ピニオン システムの場合、1 つのピニオンの歯がラックの歯の片側から押し出され、すぐに歯の次の側に移動する必要があります。

ローラー ピニオンは異なる歯の側面に同時に配置され、1 つの歯の片側にまたがり、別の歯との隙間を割り当てます。最初のピニオンに対抗するために 2 番目のピニオンは必要ありません。1つのピニオンが必要なトルク容量を正確に伝達します。

ローラーピニオンベースの設計も寿命を延ばし、メンテナンスを軽減します。低速のアプリケーションでは、システムは潤滑なしで動作する可能性があります。従来のラックは時間の経過とともに摩耗し、位置精度とトルクの補正が必要になりますが、ローラーピニオンは精度を維持します。どちらの設計のピニオンも定期的な交換が必要ですが、少なくともツイン ピニオンと比較すると、ローラー ピニオンの全体的な交換コストは低くなります。

応用例
大型の航空機胴体パネルの製造を考えてみましょう。このアプリケーションでは、ガントリー スタイルの機械全体で長い移動長と高精度が必要になる場合があります。ローラーピニオンドライブは、このような長距離にわたって正確な直線位置決めを実現します。

対照的に、従来のラックアンドピニオンの位置精度は、クリアランス要件により不十分な場合があります。クリアランスを最小限に抑えることで、短い移動距離でも精度が維持されますが、長距離での製造と設置は設計のコストが高くなる可能性があります。ツイン ピニオン システム (2 つのピニオンが互いに予荷重されている) も実装できますが、コストが高く、通常、長距離で発生するクリアランスの変化を考慮することもできません。

ツイン ピニオン システムのもう 1 つの一般的な用途は、グラスファイバー製のルーティング マシンのカッティング ヘッドの位置決めです。ツイン ピニオン ドライブはこの用途では最初はうまく機能するかもしれませんが、グラスファイバーの粉塵と、対向するピニオンによって生じる一定の滑り摩擦の組み合わせにより、早期の摩耗が発生する可能性があります。滑りではなく転がりを利用するローラーピニオンシステムを使用することにより、期待寿命を 300% 以上延ばすことができます。

ローラーピニオン システムの回転バージョンを使用して、多軸位置決めを実行することもできます。ここでは、複数のピニオン (すべて独立して動きます) が 1 つの歯車に取り付けられています。この設計では、これらのアプリケーションで使用されることがあるツイン ピニオン ドライブよりも使用するスペースが少なくなります。