우리는 종종 선형 가이드와 나사와 같은 선형 운동 구성 요소에서 오염을 방지하는 것의 중요성에 대해 이야기하지만, 이러한 시스템을 클린룸에서 사용할 때 목표는 정반대입니다. 즉, 이러한 구성 요소가 환경에 오염을 유발하지 않도록 하는 것입니다.

클린룸이란 정확히 무엇인가요?
ISO 14644-1:2015에 따르면, "청정실 및 이와 관련된 통제 환경은 공기 오염을 제어하고, 필요한 경우 표면 오염도 오염에 민감한 활동을 수행하는 데 적합한 수준으로 제어합니다."

클린룸은 일반적으로 반도체, 전자, 의료기기 산업 분야의 응용 프로그램과 가장 흔히 연관되지만 항공우주, 제약, 식품 및 음료와 같은 다른 산업에서도 일부 응용 프로그램에서 클린룸 환경을 사용합니다.

ISO 14644-1 표준은 1m3 공기에 존재하는 입자 수를 6가지 크기 범위로 구분하여 1(최상)에서 9(최악)까지의 등급으로 청정실의 "청결도" 수준을 평가합니다.

위에 언급된 클린룸 표준은 국제 표준화 기구(ISO)에서 나온 것입니다. 2001년에 폐지되었음에도 불구하고 미국 연방 표준 209E가 언급되는 경우도 있습니다. FS 209E 등급은 ISO 등급과 상호 참조될 수 있지만, 등급 번호가 일치하지 않는다는 점에 유의해야 합니다. 예를 들어, FS 209E에서 1등급으로 평가된 클린룸은 ISO 14644-1에서 3등급으로 평가됩니다.

마찰은 클린룸의 적입니다
클린룸 환경에서 선형 모션 시스템을 사용할 때 가장 중요한 목표는 입자 발생을 최소화하는 것입니다. 하지만 선형 모션 부품은 슬라이딩 또는 롤링 운동에 의존하기 때문에 표면 간의 마찰과 마모로 인해 입자가 필연적으로 발생합니다. 따라서 마찰을 최대한 줄이는 것이 주요 목표 중 하나입니다.

즉, 슬라이딩 접촉 대신 롤링 접촉을 선택해야 하므로 대부분의 클린룸 응용 분야에서는 플레인 베어링과 리드 스크류보다 선형 볼 베어링과 볼 스크류가 더 나은 선택입니다.

그러나 리니어 볼 베어링과 볼 스크류의 표준 완전 접촉 씰은 가이드 레일이나 스크류 샤프트와 슬라이딩 접촉을 하므로, 완전 접촉 설계보다 마찰이 적거나 비접촉 씰이 선호됩니다. 최근 일부 제조업체에서는 볼 스페이서 또는 볼 체인(볼을 분리하고 베어링을 통해 재순환할 때 서로 충돌하는 것을 방지하는)이 프로파일 레일 가이드와 볼 스크류에서 입자 발생을 어떻게 줄일 수 있는지 보여주는 입자 계수 시험을 실시했습니다.

윤활은 친구이자 적입니다
윤활은 마찰을 줄이고 적절한 작동을 보장할 뿐만 아니라, 선형 베어링이나 스크류에서 발생하는 입자를 "포집"하여 환경으로 방출되는 것을 방지하는 데에도 유용합니다. 하지만 윤활 자체가 대기로 방출되면 오염의 원인이 될 수 있습니다. 특히 볼 스크류는 회전하면서 윤활유가 "흩날릴" 수 있어 문제가 심각합니다.

씰은 선형 베어링이나 볼 너트 내부에 윤활유를 유지하는 데 도움이 되지만, 저마찰 및 비접촉 씰은 자체적으로 상당한 미립자를 생성하지 않기 때문에 이상적이지만, 윤활유가 "빠져나가" 방출될 수 있습니다. 이것이 많은 클린룸 응용 분야에서 클린룸 승인 윤활제가 필요한 이유입니다. 이러한 특수 제형에는 알루미늄, 실리카, PTFE와 같은 고체 입자를 포함하는 첨가제가 전혀 없거나 더 적습니다.

클린룸 친화적인 재료는 필수입니다
클린룸 환경에 적합한 소재는 스테인리스강과 PVC이지만, 선형 운동 부품에는 알루미늄과 탄소강이 주요 소재로 사용됩니다. 하지만 알루미늄과 표준 탄소강을 클린룸 환경에 적합하게 만드는 방법이 있습니다.

예를 들어, 알루미늄의 양극 산화 처리는 우수한 내식성을 제공합니다. 탄소강 부품은 산화 방지를 위해 블랙 크롬이나 니켈과 같은 클린룸에 적합한 보호 코팅으로 처리할 수 있습니다.

다양한 소형 가이드와 소형 스크류가 스테인리스 스틸 버전으로 제공되어 스트로크 길이가 짧고 하중이 가벼운 클린룸 어플리케이션에 적합합니다. 또한, 소형 버전은 일반적으로 저마찰 씰과 낮은 예압을 기본 옵션으로 제공하므로, 일반형 제품보다 입자 발생량이 훨씬 적습니다.

또한, 패스너는 종종 흑색 산화 피막으로 코팅되어 있어 정전기 발생률이 높지만, 이러한 부품은 정전기 발생 가능성이 높다는 점을 명심해야 합니다. 클린룸 환경에서는 가능하면 스테인리스 스틸 하드웨어를 사용해야 합니다.

접촉 및 마찰이 감소된 시스템

위에서 제기된 많은 우려 사항을 없애거나 줄이는 한 가지 방법은 본질적으로 "청정"인 선형 운동 부품과 시스템을 사용하는 것입니다. 여기에는 안내용 에어 베어링과 구동용 리니어 모터가 포함됩니다. 두 시스템 모두 미끄럼 또는 구름 접촉을 제거하여 마찰과 입자 발생이 거의 없습니다.

예를 들어, 공기 베어링 가이드가 있는 선형 모터 스테이지는 이론상 마찰이 없으므로 입자 발생이 없습니다. 그러나 실제 상황에서는 움직이는 케이블과 케이블 캐리어가 입자를 생성할 수 있기 때문에 케이블 관리가 여전히 중요한 문제입니다. 하지만 클린룸용으로 특별히 설계된 케이블과 케이블 관리 시스템을 사용하면 이 문제를 해결할 수 있습니다.

예를 들어, 일부 케이블 제조업체는 입자 발생을 최소화하기 위해 특수 저마찰 코팅을 적용한 제품을 제공하고, 일부 케이블 트랙 제조업체는 내마모성 접합부를 사용하여 체인 구간 간 마모를 줄이는 시스템을 제공합니다. 케이블 길이가 짧은 경우, 평평하고 자립형 "무궤도 케이블"을 사용하면 케이블 트랙이나 캐리어가 필요 없게 됩니다.