למרות שאנו מדברים לעתים קרובות על החשיבות של שמירת זיהום ממרכיבי תנועה ליניארית כגון מובילים ליניאריים וברגים, כאשר מערכות אלו משמשות בחדר נקי, המטרה היא בדיוק הפוכה - למנוע מהרכיבים הללו להכניס זיהום לסביבה.

מהו בעצם חדר נקי?
על פי ISO 14644-1:2015, "חדרים נקיים וסביבות מבוקרות קשורות מספקים שליטה על זיהום האוויר, ואם מתאים, משטחים, לרמות המתאימות לביצוע פעילויות רגישות לזיהום."

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

תקן ISO 14644-1 מדרג את רמת ה"ניקיון" של חדר נקי בסולם מ-1 (הטוב ביותר) ל-9 (הגרוע ביותר), בהתבסס על מספר החלקיקים - מחולקים לשישה טווחי גדלים - הנמצאים בקוביקה. מטר אוויר.

שים לב שתקן החדר הנקי הנזכר לעיל הוא מארגון התקנים הבינלאומי (ISO). ייתכן שתראה גם התייחסות לתקן הפדרלי של ארה"ב 209E במקרים מסוימים, למרות העובדה שהוא בוטל בשנת 2001. ניתן להצליב את דירוגי FS 209E לדירוגי ISO, אך שים לב שמספרי המעמדות אינם מתאימים. לדוגמה, חדר נקי המדורג כדרגה 1 לפי FS 209E מדורג כדרגה 3 לפי ISO 14644-1.

חיכוך הוא האויב של חדר נקי
מטרת העל בעת שימוש במערכת תנועה ליניארית ביישום חדר נקי היא לצמצם את ייצור החלקיקים שלה למינימום. אבל רכיבי תנועה ליניארית מסתמכים על תנועות הזזה או גלגול, אשר בהכרח מייצרות חלקיקים עקב חיכוך ובלאי בין משטחים. אז אחד מתחומי המיקוד העיקריים צריך להיות הפחתת החיכוך ככל האפשר.

משמעות הדבר היא בחירת גלגול על מגע הזזה - מה שהופך מיסבים כדוריים ליניאריים וברגים כדוריים לבחירה טובה יותר מאשר מיסבים רגילים וברגי עופרת עבור רוב היישומים בחדר נקי.

עם זאת, אטמי המגע הסטנדרטיים במיסבים כדוריים ליניאריים ובברגים כדוריים חווים מגע החלקה עם מסילת המדריך או ציר הבורג, ולכן אטמים בעלי חיכוך נמוך או ללא מגע עדיפים על פני עיצובים של מגע מלא. ולאחרונה, חלק מהיצרנים ביצעו בדיקות ספירת חלקיקים המדגימות כיצד מרווחי כדורים, או שרשראות כדורים - המפרידים בין הכדורים ומונעים מהם להתנגש זה בזה כשהם חוזרים במחזור דרך המיסב - יכולים להפחית את יצירת החלקיקים במובילי מסילה וכדורים עם צדודית ברגים.

שימון הוא גם חבר וגם אויב
שימון שימושי לא רק להפחתת החיכוך ולהבטחת פעולה תקינה, אלא גם ל"לכידת" חלק מהחלקיקים הנוצרים על ידי מיסב ליניארי או בורג ומניעת שחרורם לסביבה. אבל השימון עצמו יכול להיות מקור לזיהום אם הוא משתחרר לאטמוספירה. זה בעייתי במיוחד עם ברגים כדוריים, שיכולים "להוציא" סיכה כשהם מסתובבים.

אטמים עוזרים לשמור על סיכה בתוך המיסב הליניארי או האגוז הכדורי, אך סוגי חיכוך נמוך וללא מגע - אמנם אידיאליים מכיוון שהם אינם יוצרים חלקיקים משמעותיים בעצמם - יכולים לאפשר לשימון מסוים "לחמוק" ולהשתחרר. זו הסיבה שיישומי חדרים נקיים רבים דורשים חומר סיכה מאושר לחדר נקי. בניסוחים המיוחדים הללו אין (או פחות) תוספים המכילים חלקיקים מוצקים, כגון אלומיניום, סיליקה ו-PTFE.

חומרים ידידותיים לחדר נקי הם חובה
החומרים המועדפים עבור סביבות חדרים נקיים הם נירוסטה ו-PVC, אך אלומיניום ופלדת פחמן הם החומרים העיקריים המשמשים ברכיבי תנועה ליניארית. עם זאת, ישנן דרכים להפוך את אלומיניום ופלדת פחמן סטנדרטית לחדר נקי תואם.

אילגון אלומיניום, למשל, מקנה לו עמידות טובה בפני קורוזיה. וניתן לטפל ברכיבי פלדת פחמן באמצעות ציפוי מגן תואם לחדר נקי, כגון כרום שחור או ניקל, כדי למנוע חמצון.

מגוון רחב של מובילים מיניאטוריים וברגים מיניאטוריים זמינים בגרסאות נירוסטה, מה שהופך אותם לבחירה טובה עבור יישומים בחדר נקי עם אורכי מהלך קצרים יותר ועומסים קלים יותר. וגרסאות מיניאטוריות מוצעות בדרך כלל עם אטמים בעלי חיכוך נמוך ועומס מוקדם נמוך כאפשרויות סטנדרטיות, כך שיצירת החלקיקים שלהן מטבעה פחותה ממקבילותיהן בגודל מלא.

זכור גם כי מחברים מצופים לרוב בגימור שחור-תחמוצת, בעל שיעור גבוה של נשירת חלקיקים, למרות שרכיבים אלו סטטיים. עבור יישומים בחדר נקי, יש להשתמש בחומרה מנירוסטה בכל מקום אפשרי.

מערכות עם מגע מופחת וחיכוך

אחת הדרכים לבטל או להפחית רבות מהחששות שהועלו לעיל היא להשתמש ברכיבים ומערכות של תנועה ליניארית שהם "נקיים" מטבעם. אלה כוללים מיסבי אוויר להנחיה ומנועים לינאריים לנהיגה. שתי המערכות מונעות מגע החלקה או גלגול, כך שאין להן כמעט חיכוך וללא יצירת חלקיקים.

לדוגמה, לשלב מנוע ליניארי עם מובילי מיסב אוויר אין - בתיאוריה - חיכוך ולכן אין יצירת חלקיקים. עם זאת, במצבים אמיתיים, ניהול כבלים עדיין מהווה דאגה, מכיוון שכבלים ומובילי כבלים נעים יכולים ליצור חלקיקים. אך ניתן לטפל בכך באמצעות כבלים ומערכות ניהול כבלים שתוכננו במיוחד עבור חדרים נקיים.

מקרה לדוגמא: חלק מיצרני הכבלים מציעים מוצרים עם ציפויים מיוחדים בחיכוך 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 ללא מסלול" שטוחים ותומכים בעצמם יכולים אפילו לבטל את הצורך במסילת כבלים או במנשא.