リニアガイドやネジなどの直線運動部品から汚染物質を排除することの重要性についてはよく話されますが、これらのシステムをクリーンルーム内で使用する場合、その目標はまったく逆で、これらの部品が環境に汚染物質を持ち込まないようにすることです。

クリーンルームとは何でしょうか?
ISO 14644-1:2015 によれば、「クリーンルームおよび関連する管理された環境は、空気の汚染、および該当する場合は表面の汚染を、汚染の影響を受けやすい活動を実行するのに適切なレベルに制御します。」

クリーンルームは半導体、電子機器、医療機器業界のアプリケーションで最もよく使用されますが、航空宇宙、製薬、食品・飲料などの他の業界でも一部のアプリケーションでクリーンルーム環境が使用されています。

ISO 14644-1 規格では、1 立方メートルの空気中に存在する粒子の数 (6 つのサイズ範囲に分類) に基づいて、クリーンルームの「清浄度」のレベルを 1 (最高) から 9 (最低) のスケールで評価します。

上記で参照されているクリーンルーム規格は、国際標準化機構（ISO）の規格であることに注意してください。また、2001年に廃止された米国連邦規格209Eが参照されている場合もあります。FS 209Eの規格はISO規格と相互参照できますが、クラス番号が一致しないことに注意してください。例えば、FS 209Eでクラス1と評価されているクリーンルームは、ISO 14644-1ではクラス3と評価されます。

摩擦はクリーンルームの敵です
クリーンルーム用途でリニアモーションシステムを使用する際の最大の目標は、パーティクル発生を最小限に抑えることです。しかし、リニアモーション部品は滑りや転がりといった動作に依存しており、表面間の摩擦や摩耗によってパーティクルが必然的に発生します。そのため、摩擦を可能な限り低減することが、主要な焦点の一つとなります。

これは、滑り接触よりも転がり接触を選択することを意味し、ほとんどのクリーンルーム用途では、滑り軸受やリードスクリューよりもリニア ボール ベアリングとボール スクリューの方が適しています。

しかし、リニアボールベアリングやボールねじに用いられる標準的な完全接触シールは、ガイドレールやねじ軸と滑り接触するため、完全接触設計よりも低摩擦シールや非接触シールが好まれます。また最近、一部のメーカーは、ボールスペーサー（またはボールチェーン）が、ベアリング内を循環するボール同士の衝突を防ぎ、ボールを分離することで、プロファイルレールガイドやボールねじにおけるパーティクル発生を低減できることを実証するパーティクルカウント試験を実施しました。

潤滑は味方でもあり敵でもある
潤滑は、摩擦を低減し、適切な動作を確保するだけでなく、リニアベアリングやねじから発生する粒子の一部を「捕捉」し、環境への放出を防ぐという役割も果たします。しかし、潤滑剤自体が大気中に放出されると、汚染源となる可能性があります。これは特にボールねじの場合に問題となり、回転時に潤滑剤が「飛び散る」可能性があります。

シールはリニアベアリングやボールナット内部の潤滑油を保持するのに役立ちますが、低摩擦で非接触型のシールは、それ自体では大きな粒子を生成しないため理想的ですが、潤滑油の一部が漏れてしまう可能性があります。そのため、多くのクリーンルーム用途ではクリーンルーム認定の潤滑剤が必要です。これらの特別な配合には、アルミニウム、シリカ、PTFEなどの固体粒子を含む添加剤が全く含まれていないか、あるいは含有量が少なくなっています。

クリーンルームに適した材料は必須です
クリーンルーム環境ではステンレス鋼とPVCが推奨されますが、直線運動部品ではアルミニウムと炭素鋼が主な材料として使用されます。しかし、アルミニウムと標準的な炭素鋼をクリーンルームに適合させる方法はあります。

例えば、アルミニウムは陽極酸化処理を施すことで優れた耐食性が得られます。また、炭素鋼部品は、酸化を防ぐために、黒色クロムやニッケルなどのクリーンルーム対応の保護コーティングを施すことができます。

ミニチュアガイドとミニチュアスクリューは、ステンレススチール製のものも豊富に取り揃えており、ストロークが短く負荷が軽いクリーンルーム用途に最適です。また、ミニチュアバージョンは通常、低摩擦シールと低プリロードを標準オプションとして提供しているため、フルサイズの製品に比べてパーティクル発生量が少なくなっています。

また、ファスナーは黒色酸化皮膜でコーティングされていることが多く、静止状態であってもパーティクルの脱落率が高いことにも留意してください。クリーンルーム用途では、可能な限りステンレス製の金具を使用する必要があります。

接触と摩擦を低減したシステム

上記で挙げた懸念事項の多くを排除、あるいは軽減する方法の一つは、本質的に「クリーン」な直動部品やシステムを使用することです。これには、ガイド用のエアベアリングや駆動用のリニアモーターなどが含まれます。どちらのシステムも滑りや転がり接触を排除するため、実質的に摩擦がなく、パーティクルの発生もありません。

例えば、エアベアリングガイドを備えたリニアモーターステージは、理論上は摩擦がなく、したがってパーティクルの発生もありません。しかし、現実の世界では、可動ケーブルやケーブルキャリアからパーティクルが発生する可能性があるため、ケーブル管理は依然として懸念事項です。しかし、クリーンルーム向けに特別に設計されたケーブルとケーブル管理システムを使用することで、この問題に対処することができます。

一例を挙げると、ケーブルメーカーの中には、パーティクルの発生を最小限に抑えるための特殊な低摩擦コーティングを施した製品を提供しているところもあります。また、ケーブルトラックメーカーの中には、耐摩耗性ジョイントを使用することでチェーンセクション間の摩耗を軽減するシステムを提供しているところもあります。ケーブル長が短い場合は、フラットで自立型の「トラックレスケーブル」を使用することで、ケーブルトラックやキャリアを不要にすることも可能です。