リニアガイドやネジなどの直線運動部品への汚染物質の混入を防ぐことの重要性についてはよく議論されますが、これらのシステムがクリーンルームで使用される場合、目標は正反対です。つまり、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一体何でしょうか？
ISO 14644-1:2015によると、「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、および必要に応じて表面の汚染を、汚染に敏感な作業を行うのに適したレベルまで管理することを可能にする。」

クリーンルームは、半導体、電子機器、医療機器業界での用途と最も一般的に関連付けられていますが、航空宇宙、医薬品、食品・飲料などの他の業界でも、一部の用途でクリーンルーム環境が使用されています。

ISO 14644-1規格は、1立方メートルの空気中に存在する粒子数（6つのサイズ範囲に分類される）に基づいて、クリーンルームの「清浄度」を1（最高）から9（最低）までの尺度で評価する。

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。2001年に廃止されたにもかかわらず、場合によっては米国連邦規格209Eが参照されていることもあります。FS 209Eの評価はISOの評価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。たとえば、FS 209Eでクラス1と評価され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天敵である
クリーンルーム用途で直線運動システムを使用する際の最重要目標は、粒子発生を最小限に抑えることです。しかし、直線運動部品は滑り運動または転がり運動に依存しており、表面間の摩擦や摩耗によって必然的に粒子が発生します。したがって、重点的に取り組むべき点の1つは、摩擦を可能な限り低減することです。

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において、リニアボールベアリングとボールねじは、プレーンベアリングとリードスクリューよりも優れた選択肢となる。

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、低摩擦シールや非接触シールの方が全接触シールよりも好ましいとされています。また最近では、一部のメーカーが粒子数測定試験を実施し、ボールスペーサーやボールチェーン（ボールを分離し、ベアリング内を循環する際にボール同士が衝突するのを防ぐもの）が、プロファイル付きレールガイドやボールねじにおける粒子発生を低減できることを実証しています。

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上でも有用です。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、回転時に潤滑剤が飛び散るボールねじにおいて特に問題となります。

シールはリニアベアリングやボールナット内部に潤滑剤を保持する役割を果たしますが、低摩擦タイプや非接触タイプは、それ自体で大きな微粒子を発生させないため理想的であるものの、潤滑剤の一部が漏れ出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、クリーンルーム対応の潤滑剤が必要となります。これらの特殊な配合の潤滑剤には、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、あるいはごく少量しか含まれていません。

クリーンルーム対応素材は必須です
クリーンルーム環境に適した材料としてはステンレス鋼とPVCが好まれますが、直線運動部品にはアルミニウムと炭素鋼が主に用いられています。ただし、アルミニウムや標準的な炭素鋼でもクリーンルーム対応にする方法は存在します。

例えば、アルミニウムに陽極酸化処理を施すと、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で処理することができます。

ステンレス鋼製の小型ガイドと小型ネジが幅広く取り揃えられており、ストローク長が短く負荷が軽いクリーンルーム用途に最適です。また、小型バージョンは通常、低摩擦シールと低予圧が標準装備されているため、フルサイズ製品に比べて粒子発生量が本質的に少なくなります。

また、ファスナー類は静電気を帯びていても、黒色酸化皮膜でコーティングされていることが多く、粒子が剥がれやすい点にも注意が必要です。クリーンルーム用途では、可能な限りステンレス鋼製の金具を使用してください。

接触と摩擦を低減したシステム

上記で挙げた多くの懸念事項を解消または軽減する一つの方法は、本質的に「クリーン」な直線運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。これらのシステムはどちらも滑り接触や転がり接触を排除するため、摩擦がほとんどなく、粉塵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、したがって粒子発生もありません。しかし、実際の現場では、ケーブルやケーブルキャリアが動くことで粒子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課題となります。ただし、クリーンルーム専用に設計されたケーブルやケーブル管理システムを使用することで、この問題は解決できます。

例えば、ケーブルメーカーの中には、粒子発生を最小限に抑えるために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があり、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、平らで自立型の「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ーが不要になる場合もあります。