בעוד שאנו מדברים לעתים קרובות על החשיבות של מניעת זיהום מרכיבים בתנועה ליניארית כמו מובילים ליניאריים וברגים, כאשר מערכות אלו משמשות בחדר נקי, המטרה היא בדיוק ההפך - למנוע רכיבים אלו להכניס זיהום לסביבה.

מה זה בעצם חדר נקי?
לפי תקן ISO 14644-1:2015, "חדרים נקיים וסביבות מבוקרות נלוות מספקים בקרת זיהום אוויר, ובמידת הצורך, משטחים, ברמות המתאימות לביצוע פעילויות רגישות לזיהום."

חדרים נקיים מקושרים לרוב ליישומים בתעשיות המוליכים למחצה, האלקטרוניקה והמכשור הרפואי, אם כי תעשיות אחרות - כגון תעופה וחלל, תרופות, מזון ומשקאות - משתמשות גם בסביבות חדרים נקיים ביישומים מסוימים.

תקן ISO 14644-1 מדרג את רמת ה"ניקיון" של חדר נקי בסולם מ-1 (הטוב ביותר) עד 9 (הגרוע ביותר), בהתבסס על מספר החלקיקים - המחולקים לשישה טווחי גודל - הנמצאים במטר מעוקב של אוויר.

שימו לב שתקן החדרים הנקיים המוזכר לעיל הוא מארגון התקנים הבינלאומי (ISO). ייתכן שתראו גם הפניה לתקן הפדרלי האמריקאי 209E במקרים מסוימים, למרות שהוא בוטל בשנת 2001. ניתן להשוות את דירוגי FS 209E לדירוגי ISO, אך שימו לב שמספרי הסיווג אינם תואמים. לדוגמה, חדר נקי המדורג כמחלקה 1 תחת FS 209E מדורג כמחלקה 3 תחת ISO 14644-1.

חיכוך הוא האויב של חדר נקי
המטרה העיקרית בעת שימוש במערכת תנועה ליניארית ביישום חדר נקי היא להפחית את יצירת החלקיקים למינימום. אולם רכיבי תנועה ליניארית מסתמכים על תנועות החלקה או גלגול, אשר בהכרח מייצרות חלקיקים עקב חיכוך ובלאי בין משטחים. לכן, אחד מתחומי המיקוד העיקריים צריך להיות הפחתת החיכוך ככל האפשר.

משמעות הדבר היא בחירה במגע גלגל על ​​פני מגע הזזה - מה שהופך מיסבי כדורים ליניאריים וברגי כדור לבחירה טובה יותר ממיסבים רגילים וברגי מוביל עבור רוב יישומי החדרים הנקיים.

עם זאת, האטמים הסטנדרטיים בעלי מגע מלא במיסבי כדורים ליניאריים ובברגי כדור חווים מגע החלקה עם מסילת ההנחיה או ציר הבורג, ולכן אטמים בעלי חיכוך נמוך או ללא מגע עדיפים על פני עיצובים בעלי מגע מלא. ולאחרונה, כמה יצרנים ביצעו בדיקות ספירת חלקיקים המדגימות כיצד מרווחי כדורים, או שרשראות כדורים - המפרידות בין הכדורים ומונעות מהם להתנגש זה בזה כשהם מסתובבים דרך המיסב - יכולים להפחית את יצירת החלקיקים במדריכי מסילות פרופיליים ובברגי כדורים.

שימון הוא גם ידיד וגם אויב
שימון שימושי לא רק להפחתת חיכוך ולהבטחת פעולה תקינה, אלא גם ל"לכידת" חלק מהחלקיקים הנוצרים על ידי מיסב ליניארי או בורג ומניעת שחרורם לסביבה. אך השימון עצמו יכול להיות מקור לזיהום אם הוא משתחרר לאטמוספרה. זה בעייתי במיוחד עם ברגי כדור, אשר יכולים "להתפזר" שימון כשהם מסתובבים.

אטמים עוזרים לשמור על חומר סיכה בתוך המיסב הליניארי או האום הכדורי, אך אטמים בעלי חיכוך נמוך וללא מגע - למרות שהם אידיאליים מכיוון שהם אינם מייצרים חלקיקים משמעותיים בעצמם - יכולים לאפשר לחלק מהחומר סיכה "להחליק" ולהשתחרר. זו הסיבה שביישומים רבים של חדרים נקיים דורשים חומר סיכה שאושר לחדרים נקיים. ניסוחים מיוחדים אלה אינם מכילים (או פחות) תוספים המכילים חלקיקים מוצקים, כגון אלומיניום, סיליקה ו-PTFE.

חומרים ידידותיים לחדרים נקיים הם חובה
החומרים המועדפים לסביבות חדרים נקיים הם נירוסטה ו-PVC, אך אלומיניום ופלדת פחמן הם החומרים העיקריים המשמשים ברכיבים בתנועה ליניארית. עם זאת, ישנן דרכים להתאים את האלומיניום ופלדת פחמן סטנדרטית לחדרים נקיים.

אנודיזציה של אלומיניום, לדוגמה, מעניקה לו עמידות טובה בפני קורוזיה. וניתן לטפל ברכיבים מפלדת פחמן בציפוי מגן התואם לחדר נקי, כגון כרום שחור או ניקל, כדי למנוע חמצון.

מגוון רחב של מדריכים מיניאטוריים וברגים מיניאטוריים זמינים בגרסאות נירוסטה, מה שהופך אותם לבחירה טובה עבור יישומי חדרים נקיים עם אורכי מהלך קצרים יותר ועומסים קלים יותר. וגרסאות מיניאטוריות מוצעות בדרך כלל עם אטמים בעלי חיכוך נמוך ועומס מקדים נמוך כאפשרויות סטנדרטיות, כך שייצור החלקיקים שלהם פחות באופן מטבעו מאשר עמיתיהם בגודל מלא.

כמו כן, זכרו כי מחברים מצופים לעתים קרובות בגימור תחמוצת שחורה, בעל קצב פליטת חלקיקים גבוה, למרות שרכיבים אלה סטטיים. עבור יישומים בחדרים נקיים, יש להשתמש בחומרת נירוסטה במידת האפשר.

מערכות עם מגע וחיכוך מופחתים

דרך אחת לבטל או להפחית רבות מהחששות שהועלו לעיל היא להשתמש ברכיבים ומערכות תנועה ליניארית שהם "נקיים" מטבעם. אלה כוללים מיסבי אוויר להנחיה ומנועים ליניאריים להנעה. שתי המערכות מבטלות מגע החלקה או גלגול, כך שאין בהן כמעט שום חיכוך ואין בהן יצירת חלקיקים.

לדוגמה, במת מנוע ליניארית עם מובילי מיסב אוויר אינה מכילה - בתיאוריה - חיכוך ולכן אינה יוצרת חלקיקים. עם זאת, במצבים אמיתיים, ניהול כבלים עדיין מהווה דאגה, מכיוון שתנועת כבלים ונושאי כבלים עלולה לייצר חלקיקים. אך ניתן לטפל בכך באמצעות שימוש בכבלים ומערכות ניהול כבלים שתוכננו במיוחד לחדרים נקיים.

דוגמה לכך: חלק מיצרני הכבלים מציעים מוצרים עם ציפויים מיוחדים בעלי חיכוך נמוך כדי למזער את יצירת החלקיקים, וחלק מיצרני מסילות הכבלים מציעים מערכות המפחיתות בלאי בין חלקי השרשרת באמצעות שימוש במפרקים עמידים בפני שחיקה. עבור אורכי כבלים קצרים יותר, כבלים שטוחים ותומכים עצמית "ללא מסילה" יכולים אפילו לבטל את הצורך במסילת כבלים או במנשא.