Хотя мы часто говорим о важности предотвращения загрязнения компонентов линейного перемещения, таких как линейные направляющие и винты, при использовании этих систем в чистых помещениях цель прямо противоположная — не допустить внесения загрязнений этими компонентами в окружающую среду.

Что такое чистое помещение?
Согласно стандарту ISO 14644-1:2015, «Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды обеспечивают контроль загрязнения воздуха и, при необходимости, поверхностей до уровней, необходимых для выполнения чувствительных к загрязнению видов деятельности».

Чистые помещения чаще всего используются в полупроводниковой, электронной и медицинской промышленности, хотя и в других отраслях, таких как аэрокосмическая, фармацевтическая, пищевая и алкогольная, также используются 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, разбитых на шесть диапазонов размеров, которые присутствуют в кубическом метре воздуха.

Обратите внимание, что стандарт чистых помещений, упомянутый выше, взят из Международной организации по стандартизации (ISO). В некоторых случаях вы также можете увидеть ссылку на Федеральный стандарт США 209E, несмотря на то, что он был отменен в 2001 году. Рейтинги FS 209E могут быть перекрестно связаны с рейтингами ISO, но обратите внимание, что номера классов не совпадают. Например, чистое помещение, оцененное как класс 1 по FS 209E, оценено как класс 3 по ISO 14644-1.

Трение — враг чистого помещения
Основная цель при использовании линейной системы движения в чистом помещении — свести к минимуму генерацию частиц. Но компоненты линейного движения полагаются на скользящие или вращающиеся движения, которые обязательно производят частицы из-за трения и износа между поверхностями. Поэтому одной из основных областей внимания должно быть максимально возможное снижение трения.

Это означает выбор в пользу роликового, а не скользящего контакта, что делает линейные шарикоподшипники и шарико-винтовые передачи лучшим выбором, чем подшипники скольжения и ходовые винты для большинства применений в чистых помещениях.

Однако стандартные полноконтактные уплотнения на линейных шарикоподшипниках и шарико-винтовых передачах испытывают скользящий контакт с направляющим рельсом или валом винта, поэтому уплотнения с низким трением или бесконтактные уплотнения предпочтительнее полноконтактных конструкций. И недавно некоторые производители провели испытания по количеству частиц, которые продемонстрировали, как шариковые распорки или шариковые цепи, которые разделяют шарики и предотвращают их столкновение друг с другом при их рециркуляции через подшипник, могут уменьшить образование частиц в профильных рельсовых направляющих и шарико-винтовых передачах.

Смазка — и друг, и враг
Смазка полезна не только для снижения трения и обеспечения надлежащей работы, но и для «улавливания» некоторых частиц, образующихся в линейном подшипнике или винте, и предотвращения их выброса в окружающую среду. Но сама смазка может быть источником загрязнения, если она попадает в атмосферу. Это особенно проблематично для шариковых винтов, которые могут «отбрасывать» смазку при вращении.

Уплотнения помогают удерживать смазку внутри линейного подшипника или шариковой гайки, но малофрикционные и бесконтактные типы — хотя они и идеальны, поскольку сами по себе не генерируют значительных частиц — могут позволить некоторой смазке «проскальзывать» и высвобождаться. Вот почему для многих приложений в чистых помещениях требуется смазка, одобренная для чистых помещений. Эти специальные формулы не содержат (или содержат меньше) добавок, содержащих твердые частицы, такие как алюминий, кремний и ПТФЭ.

Обязательными являются материалы, безопасные для чистых помещений
Предпочтительными материалами для чистых помещений являются нержавеющая сталь и ПВХ, но алюминий и углеродистая сталь являются основными материалами, используемыми в компонентах линейного движения. Однако существуют способы сделать алюминий и стандартную углеродистую сталь соответствующими чистым помещениям.

Например, анодирование алюминия обеспечивает ему хорошую коррозионную стойкость. А компоненты из углеродистой стали можно обработать защитным покрытием, совместимым с чистыми помещениями, например, черным хромом или никелем, чтобы предотвратить окисление.

Широкий ассортимент миниатюрных направляющих и миниатюрных винтов доступен в версиях из нержавеющей стали, что делает их хорошим выбором для применения в чистых помещениях с более короткими длинами хода и более легкими нагрузками. А миниатюрные версии обычно предлагаются с уплотнениями с низким трением и низкой предварительной нагрузкой в ​​качестве стандартных опций, поэтому их генерация частиц изначально меньше, чем у их полноразмерных аналогов.

Также имейте в виду, что крепежные элементы часто покрываются черным оксидным покрытием, которое имеет высокую скорость осыпания частиц, даже если эти компоненты являются статическими. Для применения в чистых помещениях следует использовать крепеж из нержавеющей стали везде, где это возможно.

Системы с уменьшенным контактом и трением

Один из способов устранить или уменьшить многие из проблем, поднятых выше, — использовать компоненты и системы линейного движения, которые по своей сути «чисты». К ним относятся воздушные подшипники для направления и линейные двигатели для движения. Обе системы исключают скользящий или катящийся контакт, поэтому у них практически нет трения и образования частиц.

Например, линейный двигатель с направляющими на воздушных подшипниках — в теории — не имеет трения и, следовательно, не генерирует частицы. Однако в реальных ситуациях управление кабелями по-прежнему является проблемой, поскольку движущиеся кабели и кабельные держатели могут генерировать частицы. Но это можно решить, используя кабели и системы управления кабелями, специально разработанные для чистых помещений.

Показательный пример: некоторые производители кабелей предлагают продукцию со специальными покрытиями с низким коэффициентом трения для минимизации образования частиц, а некоторые производители кабельных дорожек предлагают системы, которые уменьшают износ между секциями цепи за счет использования износостойких соединений. Для более коротких длин кабелей плоские самонесущие «кабели без дорожек» могут даже устранить необходимость в кабельной дорожке или держателе.