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 — предотвратить попадание загрязнений из этих компонентов в окружающую среду.

Что же такое чистая комната?
Согласно стандарту ISO 14644-1:2015, «Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды обеспечивают контроль загрязнения воздуха и, при необходимости, поверхностей до уровней, соответствующих выполнению работ, чувствительных к загрязнению».

Чистые помещения чаще всего ассоциируются с полупроводниковой, электронной и медицинской промышленностью, хотя и другие отрасли, такие как аэрокосмическая, фармацевтическая и пищевая промышленность, также используют чистые помещения в некоторых областях.

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

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

Трение — враг чистой комнаты.
Главная цель при использовании системы линейного перемещения в чистых помещениях — свести к минимуму образование частиц. Однако компоненты линейного перемещения основаны на скольжении или перекатывании, что неизбежно приводит к образованию частиц из-за трения и износа между поверхностями. Поэтому одним из основных направлений должно быть максимально возможное снижение трения.

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

Однако стандартные уплотнения с полным контактом на линейных шарикоподшипниках и шариковых винтах обеспечивают скользящий контакт с направляющей или валом винта, поэтому уплотнения с низким коэффициентом трения или бесконтактные уплотнения предпочтительнее конструкций с полным контактом. А недавно некоторые производители провели испытания на подсчет частиц, которые демонстрируют, как шариковые разделители или шариковые цепочки — которые разделяют шарики и предотвращают их столкновение друг с другом при циркуляции в подшипнике — могут уменьшить образование частиц в профилированных направляющих и шариковых винтах.

Смазка — одновременно и друг, и враг.
Смазка полезна не только для снижения трения и обеспечения правильной работы, но и для «улавливания» некоторых частиц, образующихся в линейном подшипнике или винте, и предотвращения их выброса в окружающую среду. Однако сама смазка может стать источником загрязнения, если она попадает в атмосферу. Это особенно проблематично для шариковых винтовых передач, которые могут «разбрызгивать» смазку во время вращения.

Уплотнения помогают удерживать смазку внутри линейного подшипника или шариковой гайки, но низкофрикционные и бесконтактные типы — хотя и идеальны, поскольку сами по себе не образуют значительного количества твердых частиц — могут пропускать часть смазки. Именно поэтому во многих чистых помещениях требуется смазка, одобренная для использования в чистых помещениях. Эти специальные составы не содержат (или содержат меньше) добавок, содержащих твердые частицы, такие как алюминий, диоксид кремния и ПТФЭ.

Использование материалов, безопасных для чистых помещений, является обязательным условием.
Для чистых помещений предпочтительными материалами являются нержавеющая сталь и ПВХ, но основными материалами, используемыми в компонентах линейного перемещения, являются алюминий и углеродистая сталь. Однако существуют способы сделать алюминий и стандартную углеродистую сталь пригодными для использования в чистых помещениях.

Например, анодирование алюминия обеспечивает ему хорошую коррозионную стойкость. А компоненты из углеродистой стали можно обработать защитным покрытием, совместимым с условиями чистых помещений, таким как черный хром или никель, для предотвращения окисления.

В ассортименте представлен широкий выбор миниатюрных направляющих и миниатюрных винтов из нержавеющей стали, что делает их хорошим выбором для чистых помещений с коротким ходом и меньшими нагрузками. Миниатюрные версии, как правило, стандартно оснащаются уплотнениями с низким коэффициентом трения и низким предварительным натяжением, поэтому образование частиц в них, по сути, меньше, чем в полноразмерных аналогах.

Также следует помнить, что крепежные элементы часто покрываются черным оксидным покрытием, которое обладает высокой скоростью рассеивания частиц, даже несмотря на то, что эти компоненты находятся в статическом состоянии. В чистых помещениях по возможности следует использовать крепежные элементы из нержавеющей стали.

Системы с уменьшенным контактом и трением

Один из способов устранить или уменьшить многие из упомянутых выше проблем — использовать компоненты и системы линейного перемещения, которые по своей природе являются «экологически чистыми». К ним относятся воздушные подшипники для направляющих и линейные двигатели для привода. Обе системы исключают скользящий или катящийся контакт, поэтому в них практически отсутствует трение и образование частиц.

Например, линейный моторный механизм с направляющими на воздушных подшипниках теоретически не имеет трения и, следовательно, не образует частиц. Однако в реальных условиях проблема организации кабелей остается актуальной, поскольку движущиеся кабели и кабельные каналы могут генерировать частицы. Но эту проблему можно решить, используя кабели и системы организации кабелей, специально разработанные для чистых помещений.

Например: некоторые производители кабелей предлагают продукцию со специальными низкофрикционными покрытиями для минимизации образования частиц, а некоторые производители кабельных направляющих предлагают системы, которые уменьшают износ между секциями цепи за счет использования износостойких соединений. Для кабелей меньшей длины плоские самонесущие «кабели без направляющих» могут даже исключить необходимость в кабельной направляющей или несущей конструкции.