선형 가이드나 스크류와 같은 선형 운동 부품에 오염 물질이 들어가지 않도록 하는 것이 중요하다고 흔히 이야기하지만, 이러한 시스템이 클린룸에서 사용될 때는 목표가 정반대입니다. 즉, 이러한 부품이 환경으로 오염 물질을 유입시키지 않도록 하는 것이 목표입니다.

클린룸이란 정확히 무엇일까요?
ISO 14644-1:2015에 따르면, "클린룸 및 관련 제어 환경은 오염에 민감한 활동을 수행하는 데 적합한 수준으로 공기 및 필요한 경우 표면의 오염을 제어합니다."

클린룸은 일반적으로 반도체, 전자제품, 의료기기 산업 분야에서 가장 많이 사용되지만, 항공우주, 제약, 식품 및 음료와 같은 다른 산업에서도 일부 응용 분야에서 클린룸 환경을 사용합니다.

ISO 14644-1 표준은 공기 1세제곱미터에 존재하는 입자 수(6가지 크기 범위로 분류됨)를 기준으로 클린룸의 "청결도" 수준을 1(최상)부터 9(최악)까지의 척도로 평가합니다.

위에서 언급된 클린룸 표준은 국제표준화기구(ISO)의 기준임을 유의하십시오. 2001년에 폐지되었음에도 불구하고, 경우에 따라 미국 연방 표준 209E가 참조되는 것을 볼 수도 있습니다. FS 209E 등급은 ISO 등급과 상호 참조할 수 있지만, 등급 번호는 일치하지 않습니다. 예를 들어, FS 209E에서 1등급으로 평가된 클린룸은 ISO 14644-1에서는 3등급으로 평가됩니다.

마찰은 클린룸의 적이다.
클린룸 환경에서 선형 운동 시스템을 사용할 때 가장 중요한 목표는 입자 발생을 최소화하는 것입니다. 하지만 선형 운동 부품은 미끄러짐이나 구름 운동을 하기 때문에 표면 간의 마찰과 마모로 인해 필연적으로 입자가 발생합니다. 따라서 마찰을 최대한 줄이는 것이 가장 중요한 과제 중 하나입니다.

이는 미끄러짐 접촉보다 구름 접촉을 선택한다는 의미이며, 따라서 대부분의 클린룸 응용 분야에서는 일반 베어링 및 리드 스크류보다 선형 볼 베어링 및 볼 스크류가 더 나은 선택입니다.

하지만 선형 볼 베어링과 볼 스크류에 사용되는 표준형 완전 접촉식 씰은 가이드 레일이나 스크류 샤프트와 슬라이딩 접촉을 하므로, 완전 접촉식 설계보다는 저마찰 또는 비접촉식 씰이 선호됩니다. 또한 최근 일부 제조업체는 볼 스페이서 또는 볼 체인(베어링 내부를 순환하는 볼 사이의 간격을 유지하여 충돌을 방지하는 장치)이 프로파일 레일 가이드와 볼 스크류에서 입자 발생을 줄일 수 있음을 보여주는 입자 계수 테스트를 수행했습니다.

윤활은 아군이자 적입니다.
윤활은 마찰을 줄이고 정상적인 작동을 보장할 뿐만 아니라, 선형 베어링이나 스크류에서 발생하는 일부 입자를 포집하여 환경으로 방출되는 것을 방지하는 데에도 유용합니다. 그러나 윤활유 자체가 대기 중으로 방출될 경우 오염원이 될 수 있습니다. 특히 회전하면서 윤활유가 튀어나올 수 있는 볼 스크류의 경우 이러한 문제가 더욱 심각합니다.

씰은 선형 베어링이나 볼 너트 내부에 윤활유가 유지되도록 도와주지만, 마찰이 적고 비접촉식인 씰은 자체적으로 상당한 양의 미립자를 발생시키지 않아 이상적임에도 불구하고 윤활유가 일부 새어 나올 수 있습니다. 이러한 이유로 많은 클린룸 환경에서는 클린룸 인증 윤활유가 필요합니다. 이러한 특수 윤활유는 알루미늄, 실리카, PTFE와 같은 고체 입자를 포함하는 첨가제가 없거나 최소한으로 함유되어 있습니다.

클린룸 환경에 적합한 재료는 필수입니다.
클린룸 환경에 적합한 재료는 스테인리스강과 PVC이지만, 선형 운동 부품에는 주로 알루미늄과 탄소강이 사용됩니다. 하지만 알루미늄과 일반 탄소강도 클린룸 기준에 맞추는 방법이 있습니다.

예를 들어, 알루미늄을 양극 산화 처리하면 우수한 내식성을 얻을 수 있습니다. 또한 탄소강 부품은 산화를 방지하기 위해 흑색 크롬이나 니켈과 같은 클린룸 환경에 적합한 보호 코팅으로 처리할 수 있습니다.

다양한 소형 가이드와 소형 스크류가 스테인리스강 재질로 제공되어 스트로크 길이가 짧고 하중이 가벼운 클린룸 환경에 적합합니다. 또한 소형 버전은 일반적으로 마찰이 적은 씰과 낮은 예압이 기본 옵션으로 제공되므로 대형 제품에 비해 입자 발생량이 적습니다.

또한 체결 부품은 종종 흑색 산화물 코팅 처리가 되어 있는데, 이러한 코팅은 움직이지 않는 부품임에도 불구하고 입자 방출량이 매우 높다는 점을 유념해야 합니다. 클린룸 환경에서는 가능한 한 스테인리스강 재질의 하드웨어를 사용해야 합니다.

접촉 및 마찰이 감소된 시스템

위에서 제기된 여러 문제점을 해결하거나 줄이는 한 가지 방법은 본질적으로 "친환경적인" 선형 운동 부품 및 시스템을 사용하는 것입니다. 여기에는 안내용 공기 베어링과 구동용 선형 모터가 포함됩니다. 두 시스템 모두 미끄러짐이나 구름 접촉을 없애므로 마찰이 거의 없고 입자 발생도 없습니다.

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

예를 들어, 일부 케이블 제조업체는 마찰 입자 발생을 최소화하기 위해 특수 저마찰 코팅이 적용된 제품을 제공하며, 일부 케이블 트랙 제조업체는 내마모성 연결부를 사용하여 체인 구간 간 마모를 줄이는 시스템을 제공합니다. 케이블 길이가 짧은 경우에는 평평하고 자립형인 "트랙리스 케이블"을 사용하여 케이블 트랙이나 운반 장치가 필요 없는 경우도 있습니다.