Хотя мы часто говорим о важности предотвращения загрязнения компонентов линейного перемещения, таких как линейные направляющие и винты, при использовании этих систем в чистом помещении цель прямо противоположная — не допустить внесения загрязнений этими компонентами в окружающую среду.

Что именно представляет собой чистое помещение?
Согласно стандарту ISO 14644-1:2015, «Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды обеспечивают контроль загрязнения воздуха и, при необходимости, поверхностей до уровней, позволяющих осуществлять деятельность, чувствительную к загрязнению».

Чистые помещения чаще всего используются в производстве полупроводников, электроники и медицинских приборов, хотя и в других отраслях, например, в аэрокосмической, фармацевтической, пищевой и перерабатывающей промышленности, также в некоторых случаях используются чистые помещения.

Стандарт ISO 14644-1 оценивает уровень «чистоты» чистого помещения по шкале от 1 (наилучший) до 9 (наихудший) на основе количества частиц, разбитых на шесть диапазонов размеров, которые присутствуют в кубическом метре воздуха.

Обратите внимание, что упомянутый выше стандарт для чистых помещений разработан Международной организацией по стандартизации (ISO). В некоторых случаях также могут встречаться ссылки на Федеральный стандарт США 209E, несмотря на то, что он был отменён в 2001 году. Рейтинги FS 209E можно соотносить с рейтингами ISO, но обратите внимание, что номера классов не совпадают. Например, чистое помещение, классифицированное как класс 1 по FS 209E, классифицируется как класс 3 по ISO 14644-1.

Трение — враг чистого помещения
Основная цель использования системы линейного перемещения в чистых помещениях — свести к минимуму образование частиц. Однако компоненты линейного перемещения основаны на скольжении или качении, что неизбежно приводит к образованию частиц из-за трения и износа поверхностей. Поэтому одним из основных направлений должно быть максимальное снижение трения.

Это означает выбор в пользу качения, а не скользящего контакта, что делает линейные шарикоподшипники и шариковые винтовые подшипники лучшим выбором, чем подшипники скольжения и ходовые винты для большинства применений в чистых помещениях.

Однако стандартные полноконтактные уплотнения линейных шарикоподшипников и шариковинтовых передач скользят по направляющему рельсу или валу винта, поэтому предпочтение отдаётся уплотнениям с низким коэффициентом трения или бесконтактным уплотнениям, а не полноконтактным. Недавно некоторые производители провели испытания с подсчётом частиц, которые продемонстрировали, как шариковые сепараторы, или шариковые цепи, разделяющие шарики и предотвращающие их столкновение при рециркуляции в подшипнике, могут снизить образование частиц в профильных рельсовых направляющих и шариковинтовых передачах.

Смазка — и друг, и враг
Смазка полезна не только для снижения трения и обеспечения надлежащей работы, но и для улавливания части частиц, образующихся в линейных подшипниках или винтах, и предотвращения их попадания в окружающую среду. Однако сама смазка может стать источником загрязнения при попадании в атмосферу. Это особенно проблематично для шарико-винтовых передач, которые могут разбрызгивать смазку при вращении.

Уплотнения помогают удерживать смазку внутри линейного подшипника или шариковой гайки, но малофрикционные и бесконтактные уплотнения, хотя и являются идеальными, поскольку сами по себе не образуют значительного количества твердых частиц, могут допускать утечку смазки. Именно поэтому для многих применений в чистых помещениях требуется смазка, одобренная для чистых помещений. Эти специальные составы не содержат (или содержат меньше) присадок, содержащих твердые частицы, таких как алюминий, диоксид кремния и ПТФЭ.

Необходимы материалы, безопасные для чистых помещений
Предпочтительными материалами для чистых помещений являются нержавеющая сталь и ПВХ, но алюминий и углеродистая сталь являются основными материалами для компонентов линейного перемещения. Однако существуют способы сделать алюминий и стандартную углеродистую сталь подходящими для чистых помещений.

Например, анодирование алюминия обеспечивает ему хорошую коррозионную стойкость. А детали из углеродистой стали можно обработать защитным покрытием, подходящим для чистых помещений, например, чёрным хромом или никелем, чтобы предотвратить окисление.

Широкий ассортимент миниатюрных направляющих и миниатюрных винтов доступен в исполнении из нержавеющей стали, что делает их отличным выбором для применения в чистых помещениях с коротким ходом и меньшими нагрузками. Кроме того, миниатюрные версии обычно стандартно оснащаются уплотнениями с низким коэффициентом трения и низким предварительным натягом, поэтому их уровень образования частиц ниже, чем у полноразмерных аналогов.

Также имейте в виду, что крепёжные элементы часто покрываются чёрным оксидным покрытием, которое способствует быстрому оседанию частиц, даже если эти компоненты статичны. В чистых помещениях по возможности следует использовать фурнитуру из нержавеющей стали.

Системы с уменьшенным контактом и трением

Один из способов устранить или уменьшить многие из перечисленных выше проблем — использовать компоненты и системы линейного перемещения, которые изначально являются «чистыми». К ним относятся воздушные подшипники для направляющих и линейные двигатели для привода. Обе системы исключают скольжение и качение, поэтому трение практически отсутствует, и образование частиц не происходит.

Например, в линейном двигателе с направляющими на воздушных подшипниках теоретически отсутствует трение и, следовательно, не генерируются частицы. Однако в реальных условиях управление кабелями по-прежнему представляет собой проблему, поскольку движущиеся кабели и кабельные лотки могут генерировать частицы. Однако эту проблему можно решить, используя кабели и системы управления кабелями, специально разработанные для чистых помещений.

Наглядный пример: некоторые производители кабелей предлагают продукцию со специальными антифрикционными покрытиями, минимизирующими образование частиц, а некоторые производители кабельных лотков предлагают системы, снижающие износ между секциями цепи за счёт использования износостойких соединений. Для кабелей меньшей длины плоские самонесущие «безрельсовые» кабели могут даже исключить необходимость в кабельном лотке или держателе.