CN101946099A - 滚动轴承用部件及滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在废弃滚动轴承时能够减少从高分子部件产生的二氧化碳量并有助于抑制、防止或降低大气中的二氧化碳浓度增加，而且能够提高连续使用温度、延长耐久时间的滚动轴承用部件及使用该部件的滚动轴承。该滚动轴承用部件，使用于滚动轴承、包括高分子弹性体或合成树脂组合物的成形体，其特征在于，该部件是从内圈(2)、外圈(3)、滚动体(4)、保持架(5)以及密封部件(6)中选择的至少一个的部件，构成所述高分子弹性体或所述合成树脂组合物的高分子母材，其制造原料的至少一部分使用来自生物物质的原料。

Description

滚动轴承用部件及滚动轴承
技术领域
本发明涉及滚动轴承用部件及滚动轴承，尤其是涉及由合成树脂组合物的成形体构成的滚动轴承用部件以及使用该部件的滚动轴承，所述合成树脂组合物以使用来自生物物质的原料而合成的高分子为母材。
背景技术
在构成滚动轴承的部件中，尤其是保持架或密封部件作为合成树脂组合物或高分子弹性体的成形体而构成的情况较多。在此，合成树脂组合物或高分子弹性体采用来自化石资源的工程塑料或合成橡胶。
使用后的滚动轴承作为工业废弃物进行处理时有可能损害生物环境，对此，以往提出了一种采用具有生物分解性的合成树脂制保持架、树脂性密封部件或润滑脂的轴承(专利文献1及专利文献2)。
然而，即使在使用具有生物分解性的合成树脂组合物的情况下，若构成该合成树脂组合物的高分子母材为来自化石资源的塑料等，则通过生物分解或燃烧等最终将成为二氧化碳排出源，从而存在给地球温室化带来坏影响的问题。
另一方面，将合成树脂组合物的成形体用于保持架或密封部件的轴承，有助于设计自由度及生产性提高和轴承的重量降低，因此近年来使用领域的扩大需要不断提高。然而，使用这些合成树脂作为部件的轴承与整体由金属制成的轴承相比，由于高温下长时间的使用将导致合成树脂逐渐劣化，从而存在无法升高连续使用温度和延长耐久时间的问题。
尤其是在使用如下的来自生物物质的原料的合成树脂组合物的成形体的情况下，在高分子内部具有酰胺键或酯键的情况较多，因此因使用环境气体将引起酰胺键或酯键等的加水分解，从而导致低分子化，存在机械强度逐渐降低的问题，所述来自生物物质的原料用于制造合成树脂组合物的成形体，能够降低将其废弃之前的期间产生的二氧化碳量，且能够有助于抑制、防止或降低大气中的二氧化碳浓度的增加。因此，希望获得轴承中使用的高分子材料的劣化防止对策。
专利文献1：日本专利第3993377号
专利文献2：日本特开2004-68913号公报
发明内容
本发明是针对上述问题而做出的，其目的在于提供一种在废弃滚动轴承时能够减少从高分子部件产生的二氧化碳量并有助于抑制、防止或降低大气中的二氧化碳浓度增加，而且能够提高连续使用温度、延长耐久时间的滚动轴承用部件及使用该部件的滚动轴承。
本发明的滚动轴承用部件，使用于滚动轴承、由高分子弹性体或合成树脂组合物的成形体构成，其特征在于，该滚动轴承用部件是从内圈、外圈、滚动体、保持架以及密封部件中选择的至少一个的部件，构成所述高分子弹性体或所述合成树脂组合物的高分子母材，其制造原料的至少一部分使用来自生物物质的原料。尤其是其特征在于，所述滚动轴承用部件是保持架。
另外，其特征在于，所述高分子母材中至少混合有纤维状填充材料。此外，其特征在于，在成形所述高分子弹性体或所述合成树脂组合物而得到的成形体的表面中，在暴露于使用所述滚动轴承用部件的气氛中的表面上，设置与该高分子弹性体或该合成树脂组合物不同的材质且所述气氛成分的透过率小于所述高分子弹性体或所述合成树脂组合物的透过率的材质的表面层。
再有，其特征在于，所述高分子母材至少含有放射性碳14(14C)。
另外，其特征在于，所述高分子母材是从聚酰胺类、聚酯类、纤维素衍生物类中选择的至少一个。尤其是，其特征在于，所述高分子母材是从聚酰胺11、聚酰胺6-10、聚酰胺66、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、醋酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素中选择的至少一个。
在所述高分子母材中混合纤维状填充材料时，其特征在于，所述高分子母材是从聚酰胺类、聚酯类中选择的至少一个。尤其是其特征在于，所述高分子母材是从聚酰胺11、聚酰胺66、聚酰胺6-10、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中选择的至少一个。
另外，其特征在于，所述纤维状填充材料是纵横尺寸比为5以上的纤维。而且，其特征在于，所述纵横尺寸比为5以上的纤维是玻璃纤维或碳纤维中的至少一种纤维。
另外，其特征在于，使用本发明的滚动轴承用部件的气氛包含从氧、臭氧及水蒸气中选择的至少一种成分。而且，设置有包含这些成分的气氛的透过率小于构成滚动轴承用部件的高分子弹性体或合成树脂组合物的透过率的材质的表面层。设置气氛成分的透过率小的材质的表面层，表示在通过来自生物物质的原料形成的滚动轴承用部件的表面上设置阻气层。
成为所述阻气层的表面层是从高分子化合物层、陶瓷层及金属层中选择的至少一个表面层。而且，其特征在于，设有所述表面层的滚动轴承用部件(A部件)的劣化的活化能与没有表面层的滚动轴承用部件(B部件)的劣化的活化能大致相同，且A部件的规定寿命特性值下的耐久温度高于B部件。
本发明的滚动轴承具备：在外周面具有滚道面的内圈；在内周面具有滚道面的外圈；夹设在上述两滚道面之间的多个滚动体；保持所述多个滚动体的保持架；密封部件，所述滚动轴承的特征在于，从所述内圈、所述外圈、所述滚动体、所述保持架以及所述密封部件中选择的至少一个部件，是以如下的高分子为主母材的高分子弹性体或合成树脂组合物的成形体，所述高分子是制造原料的至少一部分使用来自生物物质的原料而得到的高分子。
发明效果
由于本发明的滚动轴承用部件使用如下的高分子(以后称为生物塑料)作为主母材，所述高分子是制造原料的至少一部分使用来自生物物质的原料而合成的，因此与使用来自化石资源的高分子的情况相比，能够提供一种使用如下的对环境负荷低的保持架及/或密封件等的滚动轴承，所述保持架及/或密封件等在滚轴轴承的废弃、再循环的过程中，实质上不会从这些部件排出二氧化碳，或者能够抑制二氧化碳的排出量。
另外，本发明的滚动轴承用部件由于混合有由纵横尺寸比为5以上的纤维构成的纤维状填充材料，因此具有保持架或密封件所要求的强度、弹性率、尺寸精度或尺寸稳定性。
另外，本发明的滚动轴承用部件由于在生物塑料的表面设置有阻气层，因此能够有效地防止引发生物塑料中含有的酰胺键以及酯键的加水分解的主要原因、即氧及水蒸气等的气体的接触，从而实现高温下的连续使用。
附图说明
图1是润滑脂封入深沟球轴承(无密封部件的芯骨)的剖视图。
图2是润滑脂封入深沟球轴承(有密封部件的芯骨)的剖视图。
图3是在保持架表面上形成有表面层的润滑脂封入深沟球轴承的剖视图。
图4是在密封部件表面上形成有表面层的润滑脂封入深沟球轴承的剖视图。
符号说明：
1、11深沟球轴承
2、12内圈
3、13外圈
4、14滚动体
5、15保持架
6、16密封部件
7、17润滑脂
8a、8b、18a、18b轴向开口部
具体实施方式
在本发明中，如平成18年3月31日农林水产省制定的生物物质·日本综合战略所定义的那样，所谓生物物质是来自于能够再循环的生物或植物的有机性资源，是除化石资源之外的资源。作为这样的生物物质，存在有以废纸、家畜排泄物、食品废弃物、建设所产生的木材、制剂工厂残料、黑液(纸浆工厂废液)、污水污泥、屎尿污泥、稻秸、麦秸、谷壳、林地残材(间伐材、损坏木材等)、饲料作物、淀粉类作物、蟹或虾等的甲壳类的壳等为原料的物质。
本发明的滚动轴承用部件由从高分子母材得到的合成树脂组合物的成形体、或高分子弹性体进行制造，所述高分子母材是制造原料的至少一部分使用来自生物物质的原料而获得的。
上述高分子母材是至少一部分使用来自生物物质的原料而合成的高分子。从吸收大气中的二氧化碳而成长的植物和摄取这些植物的生物等提取、改性原料，经过聚合过程形成高分子材料。因此具有如下的特征：即使在废弃时进行燃烧处分或生物分解，也不会加剧大气中的二氧化碳浓度的增加，或者与从现有的化石系原料合成的高分子相比能够抑制二氧化碳排出量，被称为碳中和(相对于碳循环处于中立状态，无害)。
大多数滚动轴承是内外圈及滚动体为金属的轴承钢，因此废弃时，通常作为铁而再循环。在该再循环的过程中，轴承中含有的高分子部件大多数情况下被燃烧而作为二氧化碳进行处理。即，增加作为原料使用的化石资源量的二氧化碳。
在着眼于作为滚动轴承用部件而使用的高分子母材的碳元素的情况下，能够将该碳元素区分为来自化石资源的碳元素和来自生物物质的碳元素。来自生物物质的碳元素在构成高分子母材的整个碳元素中所占的比率，作为生物物质含碳率(以下，称为生物碳程度)，能够由式(1)算出。
生物碳程度(％)＝(来自生物物质的碳元素数/高分子母材的整个碳元素数)×100...(1)
作为在本发明中使用的高分子母材，虽然在生物碳程度超过0％时并未特别存在问题，但是为了提高削减燃烧时的二氧化碳排出量的效果，优选15％以上的生物碳程度，该值越高越好。
高分子母材是否由来自生物物质的原料构成，能够通过调查母材中是否含有放射性碳14(以下称为14C)而进行判定。14C的半衰期为5730年，因此来自经过一千万年以上的岁月而产生的化石资源的碳中完全不含有14C。如此，若高分子部件中含有14C，则至少能够判断出使用来自生物物质的原料。
高分子母材的生物碳程度能够根据基于加速器质量分析(AMS)法或β射线测定法等的14C的浓度测定结果求出(例如，ASTM D6866)。然而，由于大气中的14C浓度变动，因此生物塑料中含有的14C浓度例如在每个收获年都发生变动，因此为了求出正确的生物碳程度，需要对其进行修正。
与来自化石资源的高分子相比，由于生物塑料大多数情况下限制原料的种类，而且进行基于发酵的变换或化学变换时的自由度也小，因此多为酯系或酰胺系高分子。而且，由此得到的生物塑料多具有加水分解性或生物分解性，并且通常大多数情况下强度、韧性、耐热性或耐劣化性与来自化石资源的树脂相比较差，因此存在难以适用于要求可靠性的机械部件用途的问题。
作为在本发明中能够使用的生物塑料的高分子母材，列举有其原料的一部分或全部由来自生物物质的原料构成的聚乳酸(PLA)、聚3-羟基丁酸[P(3HB)]、聚酰胺11(以下也称为PA11)、聚酰胺6-10(以下也称为PA6-10)、聚酰胺66(以下也称为PA66)等的一部分的聚酰胺类、聚丁二酸丁二醇酯(以下也称为PBS)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(以下也称为PTT)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(以下也称为PBT)等的聚酯类、醋酸纤维素(以下也称为CA)、醋酸丙酸纤维素(以下也称为CAP)、醋酸丁酸纤维素(以下也称为CAB)等的纤维素衍生物等，只要是在使用的单体成分的一部分或全部中利用生物物质原料的材料，就可以使用任何材料。
例如，除了上述列举的物质之外，能够利用3-羟基丁酸和3-羟基戊酸的共聚物P[(3HB)-co-(3HV)]或在PBS中添加己二酸的单体作为共聚成分的共聚物(PBSA)、在PBS中添加了乳酸单体的共聚物(PBSL)、添加了ε-己内酯的共聚物(PBSCL)、添加了碳酸酯的共聚物(PBSC)、使用了从生物物质即多酚或木质素等得到的酚类的酚醛树脂、来自生物物质的多元醇或使用了有机酸的环氧树脂等。再者，在提高韧性等的目的下，能够将多个生物塑料彼此结合或利用与来自化石资源的高分子的合金化技术。
在上述中，从利用来自生物物质的原料容易比较经济地进行合成、聚合，生物碳程度高且耐生物分解性或耐加水分解性优良、容易确保可靠性的观点出发，优选PA11、PA6-10、PA66、PTT、PBT或CA、CAP、CAB等的纤维素衍生物类。
作为在本发明中能够使用的高分子弹性体的高分子母材，存在有由天然橡胶、来自蓖麻油的11-氨基十一酸等合成的酰胺系热可塑性弹性体等，或者可以列举有它们与来自化石资源的合成橡胶或例如聚氯乙烯等的合成树脂的混合物。天然橡胶通常耐油性或耐候性差，因此根据需要以得到15％以上的生物碳程度的方式与来自化石资源的合成橡胶或合成树脂混合。
在使用了所述来自生物物质的原料的含有14C的高分子母材中优选混合纤维状填充材料。作为本发明中能够利用的纤维状填充材料，作为有机纤维可以列举有竹纤维、香蕉纤维、洋麻纤维、麻纤维、椰子树纤维、壳质纤维、壳聚糖纤维、纤维素纤维、木质素纤维、芳族聚酰胺纤维、聚对苯甲酰胺(PBA)纤维、聚苯硫醚(PPS)纤维、聚吲哚(PBZ)纤维等。作为无机纤维，可以列举有玻璃纤维、玄武岩纤维、硅灰石纤维、碳纤维等。而且，作为碳纤维，也能够使用来自化石资源的碳纤维、在氮中等的非活性气氛中以1000℃左右对来自生物物质例如木质素的纺丝纤维进行氮化处理而制造的来自生物物质的碳纤维。其中，特别是从环境负荷的观点出发，优选玻璃纤维，而且从碳中和的观点出发，优选来自生物物质的竹纤维或碳纤维。
上述纤维的纵横尺寸比(纤维长度/纤维直径)优选为5以上。在纵横尺寸比小于5时，在保持架或密封件上成形时，强度、弹性率、尺寸精度或尺寸稳定性变差。
在所述使用了来自生物物质的原料的含有14C的高分子母材中，除了上述纤维状填充材料之外，根据滚动轴承的用途，能够添加粒状物、板状物等的加强材料、抑制热量、紫外线、氧化或加水分解等引起的劣化的劣化抑制剂或劣化防止剂、用于提高成形性或成形体的柔软性的可塑剂、柔软剂、带电防止剂或导电材料等的添加剂、分散剂或颜料等。
另外，能够使用用于提高成形体的耐冲击的例如橡胶改性等的耐冲击提高方法，或通过使用游离基产生剂、交联剂、放射线或电子射线等导入交联结构而提高耐热性的方法。此外，以提高阻气性或防水性、疏水性、耐热性、润滑性、耐油性等为目的，也可以实施类金刚石碳膜(DLC)或二氧化硅等的无机物类表面处理或树脂涂敷等的有机物类表面处理。
在本发明中，优选在成形上述的高分子弹性体或合成树脂组合物而得到的成形体的表面中，在暴露于使用滚动轴承用部件的气氛中的表面上具备抑制气氛成分的透过的气阻层。该气阻层是与构成上述成形体的高分子弹性体或合成树脂组合物不同的材质，且是气氛成分的透过率比上述高分子弹性体或合成树脂组合物小的材质的表面层。
在本发明中，需要抑制使生物塑料劣化的气氛成分的透过，作为与耐久性相关的气氛成分，可以列举有氧气、臭氧、水蒸气、润滑油及/或构成润滑脂的有机物成分。
生物塑料多包含有酰胺键及酯键，所述酰胺键及酯键容易接受基于水蒸气的加水分解而劣化。而且，氧气及臭氧容易使生物塑料氧化劣化。氧气、臭氧、水蒸气分别单独或组合而使生物塑料的耐久性降低。因此，优选相对于作为气体成分而大多数情况下使生物塑料的耐久性下降的氧气、臭氧、水蒸气设置气阻层。作为成为阻气层的表面层，可以列举有从高分子化合物层、陶瓷层及金属层中选择的至少一个表面层。
作为高分子化合物层，能够使用气体阻挡性比主体的成形体优良的高分子母材。能够使用采用比主体的成形体优良的来自生物物质的原料的高分子母材，或来自化石原料的高分子母材。优选的高分子母材是来自化石原料的高分子母材。
在本发明中，作为能够用作为表面层的高分子母材，作为来自化石资源的高分子材料，可以是热硬化树脂或热可塑性树脂的任一种，具体例子列举如下。即，可列举有混合酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚四氟乙烯树脂、三氟氯乙烯树脂、四氟乙烯·六氟丙烯共聚物、四氟乙烯·全氟代烷基乙烯基醚共聚物、偏二氟乙烯树脂、乙烯·四氟乙烯共聚物、聚氯乙烯、聚乙烯醇、低密度聚乙烯树脂、高密度或超分子量聚乙烯树脂、水交联聚烯烃树脂、芳香族聚酰胺树脂、聚缩醛树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚苯醚树脂、聚芳砜树脂、聚氰基芳基醚树脂、聚芳基甲酮树脂、聚苯硫醚树脂、芳香族聚酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、脂肪族聚酮树脂、聚恶唑啉树脂或从上述合成树脂中选择的两种以上的树脂材料，被称为共混聚合物或聚合物混合体的聚合物。
在本发明中，作为能够用作为表面层的高分子母材，作为来自生物物质的高分子材料，在上述的来自生物物质的高分子母材中，在主体与表面层组合时，能够在表面层中使用气阻性优良的高分子母材。
作为陶瓷层，可以列举有二氧化硅、氧化铝等的氧化物系陶瓷膜、氮化硅等的非氧化物系陶瓷膜或类金刚石碳膜(DLC)。
在本发明中，作为能够用作为表面层的金属层，可以列举有能够形成为金属箔的金属材料、能够对塑料表面进行非电解电镀的金属材料、能够形成蒸镀覆膜的金属材料。
作为表面层的形成方法，可以列举有粘贴或压接薄膜的方法、基于物理性的或化学性的蒸镀的方法、基于喷镀的方法、形成涂膜的方法、基于非电解电镀的方法、使用了两色成形的异种材料接合方法等。
通过上述表面层的形成，能够提高如下的轴承用部件的耐久性，所述轴承用部件的制造原料的至少一部分以从来自生物的高分子得到的合成树脂组合物的成形体或高分子弹性体为母材而进行制造。来自生物的高分子材料限定原料的种类，而且进行基于发酵的变换或化学变换时的自由度大多数情况下比来自化石资源的高分子材料小，因此其大多成为酯系或酰胺系高分子，与来自化石资源的高分子材料相比，需要进一步防止因加水分解或热量而引起的高分子母材的劣化。
考虑到高分子母材的劣化主要因其化学性的变化而引起，在例如IEC规格、JIS规格、ASTM规格、UL规格等规格下，采用通过对其进行反应速度理论性的处理而求出材料的特性变化与温度的关系、即耐热寿命式的方法。该耐热寿命式是基于材料的特性变化的活化能与构成材料的化学物质的化学变化的活化能相等的考虑方法的式子，若温度T时的寿命为t，则由以下的式(2)表示。a表示常数，ΔE表示活化能，R表示气体常数。
log t＝a+ΔE/RT...(2)
在纵轴(Y轴)为寿命t的对数刻度、横轴(X轴)为(1/T)刻度的图表中描绘上述式时，上述寿命式得到直线关系，该直线的斜率为(ΔE/R)。此外，材料到达寿命的特性在滚动轴承用部件所需的特性中能够任意确定，根据该确定的寿命特性值来确定具体的耐久温度。
若比较本发明的设有表面层的滚动轴承用部件(A部件)与没有表面层的滚动轴承用部件(B部件)的耐热寿命直线，则其直线的斜率大致相同，并且该直线大致平行移动，对于规定的寿命特性值下的耐久温度，A部件的温度比B部件的温度高。本发明的表面层是为了上述目的而设置的，是为了提高生物塑料即B部件的连续使用温度而设置的。
表面层的厚度因表面层的材质及种类而不同，但是若表面层的厚度过厚，则生物塑料以外的构成成分增加，有时上述耐热寿命直线的斜率无法成为大致相同。而且，表面层的部件由于增大环境负荷，因此不优选。在表面层的厚度过薄时，上述耐热寿命直线的斜率大致相同，但是耐久温度不提高。
表面层的厚度是以耐热寿命直线成为上述关系的方式确定的参数，具体来说，在表面层为高分子层时是0.1～2000μm，优选为1～1000μm，在为陶瓷层时是0.01～500μm，优选为0.1～200μm，在为金属层时是0.1～500μm，优选为0.5～200μm。
根据图1说明本发明的滚动轴承的一例。图1是润滑脂封入深沟球轴承的剖视图。在深沟球轴承1中，在外周面具有内圈滚道面2a的内圈2和在内周面具有外圈滚道面3a的外圈3同心配置，在内圈滚道面2a与外圈滚道面3a之间配置有多个滚动体4。设置有保持该多个滚动体4的保持架5。而且，固定在外圈3等上的密封部件6分别设置在内圈2及外圈3的轴向两端开口部8a、8b上。至少在滚动体4的周围封入润滑脂7。
在本发明中，尤其优选将保持架5作为使用来自生物物质的原料而得到的高分子母材的合成树脂组合物的成形体，将密封部件6作为使用来自生物物质的原料而得到的高分子母材的高分子弹性体或合成树脂组合物的成形体。而且，更优选在上述高分子母材中混合纤维状填充材料。而且，内圈2、外圈3、滚动体4优选由钢或陶瓷构成。
另外，如图2所示，密封部件6也可以是上述的来自生物物质的高分子弹性体或合成树脂组合物的成形体与金属板、塑料板、陶瓷板等的复合体。
根据图3说明本发明的滚动轴承的另一例。图3是润滑脂封入深沟球轴承的剖视图。在深沟球轴承11中，在外周面具有内圈滚道面12a的内圈12和在内周面具有外圈滚道面13a的外圈13同心配置，在内圈滚道面12a与外圈滚道面13a之间配置有多个滚动体14。设置有保持该多个滚动体14的保持架15。而且，固定在外圈13等上的密封部件16分别设置在内圈12及外圈13的轴向两端开口部18a、18b。至少在滚动体14的周围封入有润滑脂17。在图3中，将保持架15作为使用来自生物物质的原料而得到的高分子母材的合成树脂组合物的成形体15a，该成形体表面由上述的表面层15b覆盖。内圈12、外圈13、滚动体14优选由钢或陶瓷构成。
另外，如图4所示，密封部件16形成为如下的结构，即，形成有上述的来自生物物质的高分子弹性体或合成树脂组合物的成形体16a，该成形体表面能够由上述的表面层16b覆盖。此外，密封部件16也可以是与金属板、塑料板、陶瓷板等的复合体。
本发明的滚动轴承的润滑方式可以采用已知的例如润滑脂润滑、油润滑、油气润滑、固体润滑等任一种方法。而且，在润滑脂润滑或使用油的润滑的情况下，它们不仅使用以往使用的矿物油等的来自化石资源的材料，而且也能够使用附加了生物分解性的材料或适用来自生物物质的材料的物质。
此外，作为滚动轴承例示了深沟球轴承进行了说明，但是本发明的滚动轴承也能够适用于其它的各种滚动轴承或装入了它们的轴承单元部件。例如，角接触球轴承、自动调心球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、针状滚子轴承、自动调心滚子轴承等的径向形的滚动轴承或推力球轴承、推力滚子轴承等的推力形的滚动轴承。
实施例
在保持架及密封部件中使用以下的各实施例所示的高分子部件，能够分别制造图1及图3所示的结构的滚动轴承。假设使用了高分子部件的保持架或密封件1000g完全燃烧，根据含有的碳量算出排出的二氧化碳量。
实施例1
示出了仅使用由来自生物物质的材料(包含14C)构成的高分子的情况，构成高分子成分的全部的碳元素都来自生物物质(生物碳程度100％)。由于生物碳程度为100％，因此焚烧处理时高分子成分分解而产生的二氧化碳量实质上都不存在。与利用使用100％化石资源原料而制造的该高分子的情况相比，该焚烧处理时的排出二氧化碳削减率为100％，在使用于滚动轴承所使用的高分子部件中时，二氧化碳排出量降低的效果显著变高。
作为生物碳程度100％的高分子，可以列举有：利用经由来自天然物质的糖分由发酵法得到的L体或D体的乳酸聚合而成的PLA或它们的混合物；对从经由蓖麻油而合成的十一碳烯酸得到的11-氨基十一烷酸进行聚合而制造的PA11；利用经由来自于葡萄糖的丙酮酸等而得到的琥珀酸、通过经由此种琥珀酸而合成的1，4-丁二醇制造的PBS；通过来自生物物质的原料进行了改性处理的纤维素类；将从纤维素类的糖化过程中得到的糠醛经由己二腈等得到的己二胺与己二酸聚合而得到的PA66；将经由糠醛的所述己二胺与经由蓖麻油合成的癸二酸聚合而得到的PA6-10。所述聚合体具有成形性，能够成形保持架及密封部件，由于它们由来自生物物质的原料聚合，因此其原理上高分子母材中必然包含14C。
实施例2
示出使用如下的高分子的情况(生物碳程度62.5％)，在构成该高分子成分的碳元素中，其62.5％为来自生物物质的材料(包含14C)，其余的37.5％为来自化石资源的材料(完全不包含14C)。由于来自化石资源的碳元素量为37.5％，因此在焚烧处理时高分子成分完全分解的情况下，与全部由来自化石资源的原料制造的该高分子相比，产生的二氧化碳量为37.5％。因此，与使用全部由来自化石资源的原料制造的该高分子的情况相比，该焚烧处理时的排出二氧化碳削减率为62.5％，在用于在滚动轴承中使用的高分子母材的情况下，二氧化碳排出量减少的效果非常高。
作为生物碳程度62.5％的高分子，可以列举有PA6-10，该PA6-10将从生物物质即蓖麻油合成的癸二酸和来自化石资源的己二胺聚合而制成。该聚合体具有成形性，能够成形保持架及密封部件，由于它们由来自生物物质的原料聚合，因此在原理上来说高分子母材中必然包含14C。
实施例3
示出使用如下的高分子的情况(生物碳程度50％)，在构成该高分子成分的碳元素中，其50％为来自生物物质的材料(包含14C)，其余的50％为来自化石资源的材料(完全不包含14C)。由于来自化石资源的碳元素量为50％，因此在焚烧处理时，在高分子成分完全分解的情况下，与全部由来自化石资源的原料制造的该高分子相比，产生的二氧化碳量为50％。因此，与使用全部由来自化石资源的原料制造的该高分子的情况相比，该焚烧处理时的排出二氧化碳削减率为50％，在用于在滚动轴承中使用的高分子母材的情况下，二氧化碳排出量减少的效果非常高。
作为生物碳程度50％的高分子，可以列举有琥珀酸(或琥珀酸二甲酯)、1，4-丁二醇中的仅任一方由上述的来自生物物质的材料制造的PBS等。该聚合体具有成形性，能够成形保持架及密封部件，由于它们由来自生物物质的原料聚合，因此在其原理上来说高分子母材中必然包含14C。
实施例4
示出使用如下的高分子的情况(生物碳程度27％)，在构成该高分子成分的碳元素中，其约27％为来自生物物质的材料(包含14C)，其余的约73％为来自化石资源的材料(完全不包含14C)。由于来自化石资源的碳元素量为73％，因此在焚烧处理时，在高分子成分完全分解的情况下，与全部由来自化石资源的原料制造的该高分子相比，产生的二氧化碳量为73％。因此，与使用全部由来自化石资源的原料制造的该高分子的情况相比，该焚烧处理时的排出二氧化碳削减率为27％，在用于在滚动轴承中使用的高分子部件的情况下，二氧化碳排出量减少的效果较高。
作为此种高分子，可以列举由从生物物质即淀粉得到的1，3-丙二醇和来自化石资源的对苯二甲酸(或对苯二甲酸二甲酯)制造的PTT等。该聚合体具有成形性，能够成形保持架及密封部件，由于它们由来自生物物质的原料聚合，因此从其原理上来说高分子母材中必然包含14C。
实施例5
示出使用如下的高分子的情况(生物碳程度17％)，在构成该高分子成分的碳元素中，其约17％为来自生物物质的材料(包含14C)，其余的约83％为来自化石资源的材料(完全不包含14C)。由于来自化石资源的碳元素量为83％，因此在焚烧处理时，在高分子成分完全分解的情况下，与全部由来自化石资源的原料制造的该高分子相比，产生的二氧化碳量为83％。因此，与使用全部由来自化石资源的原料制造的该高分子的情况相比，该焚烧处理时的排出二氧化碳削减率为17％，在用于在滚动轴承中使用的高分子部件的情况下，减少二氧化碳排出量的效果较高。
作为此种高分子，可以列举有PBT等，在该PBT中，所使用的1，4-丁二醇的一半为由生物物质合成的例如来自琥珀酸的物质(包含14C)，其余的一半为来自化石资源的物质，通过与来自化石资源的对苯二甲酸(或对苯二甲酸二甲酯)聚合而得到该PBT。该聚合体具有成形性，能够成形保持架及密封部件，由于它们由来自生物物质的原料聚合，因此从其原理上来说高分子母材中必然包含14C。
比较例1
示出了这样的情况，即，使用如下的来自化石资源的PA66(来自化石资源的高分子，完全不含14C)制作保持架，制作使用了NBR橡胶的密封部件，使用它们制造图1所示结构的滚动轴承的，所述PA66通过聚合例如从丙烯经由丙烯腈等而得到的己二胺与己二酸而得到。由于轴承中所使用的全部的高分子部件来自化石资源，因此生物碳程度为0％。
在废弃各实施例、比较例中制造的滚动轴承时，使用的高分子制保持架及高分子制密封件进行燃烧分解，作为二氧化碳向大气中排出。以由来自化石资源的原料制作所使用的高分子保持架及高分子密封件的情况为基准(比较例1)，在表1中示出使用全部或一部分由来自生物物质的原料制作的生物塑料时(实施例1～实施例5)的生物碳程度和二氧化碳排出率。在排出的二氧化碳中，从碳中和的观点出发，由于不增加大气中的二氧化碳，因此排出的二氧化碳量中不包含由来自生物物质的碳(以下，称为生物碳)构成的二氧化碳量。
[表1]
Figure BPA00001206225100151
实施例6
作为高分子母材的原料，使用在使用来自化石资源的1，4-丁二醇和来自生物物质的琥珀酸而聚合的PBS中混合25重量％的玻璃纤维的物质。由于使用来自生物物质的原料的琥珀酸，因此母材中包含14C。与全部的原料由来自化石资源的物质聚合的PBS相比，由于本材料的生物碳程度为50％，因此能够将在滚动轴承的废弃、再循环过程中高分子部件燃烧而产生的实际的二氧化碳排出量减少50％。例如，与使用如下的高分子部件的情况相比，能够将实质的二氧化碳排出量削减56％，所述高分子部件以往作为滚动轴承用保持架部件而使用，在来自化石资源的PA66(不包含14C)中混合25重量％的玻璃纤维。
实施例7
使用在经由来自天然物的糖分而合成的L体或D体的乳酸所聚合的PLA或混合它们的PLA中配合20重量％的玻璃纤维的物质。使用来自生物物质的乳酸而聚合的PLA中包含14C。与全部的原料由来自化石资源的物质聚合的PLA相比，由于本材料的生物碳程度为100％，因此能够使滚动轴承的废弃、再循环过程中的高分子部件燃烧所产生的实际的二氧化碳排出量完全没有。与使用如下的高分子部件的情况相比，能够将实质的二氧化碳排出量削减100％，所述高分子部件以往作为滚动轴承用保持架部件而使用，在来自化石资源的PA66(不包含14C)中混合25重量％的玻璃纤维。
实施例8
使用在通过经由来自天然物的蓖麻油而合成的十一碳烯酸等制造的PA11中配合30重量％的玻璃纤维的物质。由于将来自生物物质的蓖麻油作为起始原料，因此在该PA11中包含14C。与全部的原料由来自化石资源的物质聚合的PA11相比，由于本材料的生物碳程度为100％，因此能够使在滚动轴承的废弃、再循环过程中高分子部件燃烧而产生的实际的二氧化碳排出量完全没有。与使用如下的高分子部件的情况相比，能够将实质的二氧化碳排出量削减100％，所述高分子部件以往作为滚动轴承用保持架部件而使用，在来自化石资源的PA66(不包含14C)中混合25重量％的玻璃纤维。
实施例9
使用在利用1，3-丙二醇和来自化石资源的对苯二甲酸(或对苯二甲酸二甲酯)制造的PTT中配合30重量％的玻璃纤维的物质，所述1，3-丙二醇从来自天然物的生物物质即淀粉获得。由于将来自生物物质的淀粉作为起始原料，因此该PTT中包含14C。与全部的原料由来自化石资源的物质聚合的PTT相比，由于本材料的生物碳程度为约27％，因此能够将在滚动轴承的废弃、再循环过程中高分子部件燃烧所产生的实际的二氧化碳排出量减少到73％。与使用如下的高分子部件的情况相比，能够将实质的二氧化碳排出量削减32％，所述高分子部件以往作为滚动轴承用保持架部件而使用，在来自化石资源的PA66(不包含14C)中混合25重量％的玻璃纤维。
实施例10
使用在生物PBT中配合30重量％的玻璃纤维的物质，在该生物PBT中，所使用的1，4-丁二醇的一半为由生物物质合成的例如来自琥珀酸的物质(包含14C)，其余的一半为来自化石资源的物质，通过与来自化石资源的对苯二甲酸(或对苯二甲酸二甲酯)聚合而得到该生物PBT。由于原料的一部分使用来自生物物质的1，4-丁二醇，因此该生物PBT中包含14C。与全部的原料由来自化石资源的物质聚合的PBT相比，由于本材料的生物碳程度为17％，因此能够使在滚动轴承的废弃、再循环过程中高分子部件燃烧而产生的实际的二氧化碳排出量减少到83％。与使用如下的高分子部件的情况相比，能够将实质的二氧化碳排出量削减21％，所述高分子部件以往作为滚动轴承用保持架部件而使用，在来自化石资源的PA66(不包含14C)中混合25重量％的玻璃纤维。
实施例11
使用在聚合己二胺与己二酸而得到的生物PA66中配合25重量％的玻璃纤维的物质，所述己二胺从在生物物质即纤维素类的糖化过程中得到的糠醛经由己二腈等而得到。由于将来自生物物质的纤维素类作为起始原料，因此该生物PA66中包含14C。与全部的原料由来自化石资源的物质聚合的PA66相比，由于本材料的生物碳程度为100％，因此能够将在滚动轴承的废弃、再循环过程中高分子部件燃烧而产生的实际的二氧化碳排出量减少到完全没有。与使用如下的高分子部件的情况相比，能够将实质的二氧化碳排出量削减100％，所述高分子部件以往作为滚动轴承用保持架部件而使用，在来自化石资源的PA66(不包含14C)中混合25重量％的玻璃纤维。
实施例12
使用在与实施例6相同的生物PA66中配合25重量％的来自化石资源的碳纤维的物质。由于将来自生物物质的纤维素类作为起始原料，因此该生物PA66中包含14C。与全部的原料由来自化石资源的物质聚合的PA66相比，由于本生物PA66的生物碳程度为100％，因此与含有20重量％的来自化石资源的碳纤维无关地，能够将在滚动轴承的废弃、再循环过程中高分子部件燃烧所产生的实际的二氧化碳排出量减少到28％。与使用如下的高分子部件的情况相比，能够将实质的二氧化碳排出量削减58％，所述高分子部件以往作为滚动轴承用保持架部件而使用，在来自化石资源的PA66(不包含14C)中混合25重量％的玻璃纤维。
实施例13
使用在聚合己二胺和癸二酸而得到的生物PA6-10中配合25重量％的玻璃纤维的物质，所述己二胺由在生物物质即纤维素类的糖化过程中得到的糠醛经由己二腈等而得到；所述癸二酸通过蓖麻油的热分解、精制而得到。由于将来自生物物质的纤维素类作为起始原料，因此该生物PA6-10中包含14C。与全部的原料由来自化石资源的物质聚合的PA66相比，由于本材料的生物碳程度为100％，因此能够将在滚动轴承的废弃、再循环过程中高分子部件燃烧而产生的实际的二氧化碳排出量减少到完全没有。与使用如下的高分子部件的情况相比，能够将实质的二氧化碳排出量削减100％，所述高分子部件以往作为滚动轴承用保持架部件而使用，在来自化石资源的PA66(不包含14C)中混合25重量％的玻璃纤维。
比较例2
使用在以往作为滚动轴承用保持架部件而使用的来自化石资源的PA66(不含14C)中配合25重量％的玻璃珠的物质。由于为全部的原料由来自化石资源的物质聚合的PA66，因此能够将在滚动轴承的废弃、再循环过程中高分子部件燃烧而产生的二氧化碳排出量减少到完全没有。即使与使用如下的高分子部件的情况相比，二氧化碳排出量也完全相等，所述高分子部件以往作为滚动轴承用保持架部件而使用，在来自化石资源的PA66(不包含14C)中混合25重量％的玻璃纤维。
比较例3
使用仅使用来自化石资源的PA66(不含14C)、完全不混合加强材料的物质，所述PA66以往作为滚动轴承用保持架部件而使用。由于为全部的原料由来自化石资源的物质聚合的PA66，因此完全不能削减在滚动轴承的废弃、再循环过程中高分子部件燃烧而产生的二氧化碳排出量。即使与使用如下的高分子部件的情况相比，由于成为二氧化碳的高分子成分的量增加，因此二氧化碳排出量反而增加33％，所述高分子部件以往作为滚动轴承用保持架部件而使用，在来自化石资源的PA66(不包含14C)中混合25重量％的玻璃纤维。
在废弃在各实施例及比较例中制造的滚动轴承时，所使用的高分子制保持架及高分子制密封件进行燃烧分解，作为二氧化碳排出到大气中。假设保持架或密封件中使用的高分子部件1000g燃烧分解，部件中含有的碳元素全部作为二氧化碳排出到大气中，进行各实施例或各比较例中记载的二氧化碳排出量的比较。结果如表1所示。以使用全部或一部分由来自生物物质的原料制作的生物塑料的情况(各实施例)，及高分子保持架及密封件由来自化石资源的原料制作的情况为基准(各比较例)，进行二氧化碳排出量的比较。由来自生物物质的碳构成的二氧化碳量，由于实质上不使大气中的二氧化碳增加，因此不包含在排出二氧化碳量中。
[表2]
Figure BPA00001206225100201
1)平均纤维直径10～17μm，平均纤维长度100～300μm，纵横尺寸比5以上
2)平均纤维直径6～13μm，平均纤维长度70～300μm，纵横尺寸比5以上
3)平均直径5～30μm，纵横尺寸比约1
4)实际CO2排出量(g)＝燃烧时CO2排出量(g)-由来自生物物质的碳产生的CO2排出量(g)
5)CO2排出率(％)＝[实质CO2排出量(g)/燃烧时CO2排出量(g)]×100
6)比较基准：在来自化石资源的PA66中混合25重量％的玻璃纤维的高分子部件
相对于在通常作为轴承用保持架而使用的来自化石资源的聚酰胺66(PA66)中混合25重量％的玻璃纤维的物质，使用各种生物塑料的实施例6～13由于各高分子材料或其原料而不同，但是与仅使用来自化石资源的高分子的情况相比，能够将二氧化碳排出量削减约20～100％。
实施例14
通过来自生物物质的原料而进行了改性处理的纤维素类，将己二胺与己二酸聚合而得到的聚酰胺66能够成为来自生物物质的材料(包含14C的生物物质塑料)，所述己二胺由在纤维素类的糖化过程中得到的糠醛经由己二腈等而得到。使用在聚酰胺66中混合了25重量％的玻璃纤维的市售品的聚酰胺UltramidA3HG5(BASF社制)材料，通过注塑成型机制作保持架及评价用薄膜(厚度约80μm)。
在保持架及评价用薄膜的表面上通过等离子注入法成膜类金刚石碳膜(DLC)的薄膜。DLC膜的厚度准备5nm和20nm这两种。使用得到的评价用薄膜，测定水蒸气透过度(g/(m2·day))。水蒸气透过度通过JIS K7129规定的方法测定。其结果是，将未形成DLC膜的评价用薄膜的水蒸气透过度设为100％而表示的水蒸气透过率(％)，在DLC膜的厚度为5nm时为41.9％，在为20nm时是19.4％。
以拉伸强度为初始值的一半的时间为寿命时间的值，在比室温高的多个温度下测定寿命时间。测定使用ASTM1号哑铃的上述评价用薄膜试验片进行测定。此外，DLC膜形成在薄膜的两面。以(1/K)刻度将测定温度设为横轴、以对数刻度将寿命时间设为纵轴进行制图，从而得到直线关系。
在通过直线关系的斜率得到的劣化的活化能中，分别是，未形成DLC膜的聚酰胺66为16.5kcal/摩尔，DLC膜的厚度为5nm的聚酰胺66为17.8kcal/摩摩尔，DLC膜的厚度为20nm的聚酰胺66为15.8kcal/摩尔，示出了大致相同的活化能。通过上述寿命直线，求出10万小时连续使用温度(℃)，分别为，未形成DLC膜的聚酰胺66为106℃，DLC膜的厚度为5nm的聚酰胺66为109℃，DLC膜的厚度为20nm的聚酰胺66为122℃。
从以上结果可知，即使是同一母材，也能够通过形成具有气阻性的保护膜(表面膜)而提高连续使用温度。根据具有气阻性的保护膜的膜厚与性能提升率的关系，可以想到通过抑制浸透到母材中的气体而使树脂的分解进行延迟，其结果可以抑制物理性能下降。
工业实用性
本发明的使用了来自生物物质的原料的滚动轴承用部件及使用了该部件的滚动轴承，能够提供一种在滚动轴承的废弃、再循环的过程中，从这些部件不实质性地排出二氧化碳或能够抑制二氧化碳的排出量，并且环境负荷低的滚动轴承，因此能够广泛应用于能够抑制今后的地球温暖化的机械、装置。此外，通过利用纤维状填充剂进行加强，能够广泛应用于一般的机械、装置或机动车用途。而且，通过形成具有气阻性的表面层，能够大幅度地抑制以往使用的树脂材料的物理性能降低并使连续使用温度提高，因此能够广泛应用于能够抑制今后的地球温暖化的机械、装置。

Claims (15)

1.一种滚动轴承用部件，使用于滚动轴承、由高分子弹性体或合成树脂组合物的成形体构成，其特征在于，
该滚动轴承用部件是从内圈、外圈、滚动体、保持架以及密封部件中选择的至少一个的部件，
构成所述高分子弹性体或所述合成树脂组合物的高分子母材，其制造原料的至少一部分使用来自生物物质的原料。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承用部件，其特征在于，
所述高分子母材中至少混合有纤维状填充材料。
3.根据权利要求1所述的滚动轴承用部件，其特征在于，
在成形所述高分子弹性体或所述合成树脂组合物而得到的成形体的表面中，在暴露于使用所述滚动轴承用部件的气氛中的表面上，设置与该高分子弹性体或该合成树脂组合物不同的材质且所述气氛成分的透过率小于所述高分子弹性体或所述合成树脂组合物的透过率的材质的表面层。
4.根据权利要求1所述的滚动轴承用部件，其特征在于，
所述滚动轴承用部件是保持架。
5.根据权利要求1所述的滚动轴承用部件，其特征在于，
所述高分子母材至少含有放射性碳14(14C)。
6.根据权利要求1所述的滚动轴承用部件，其特征在于，
所述高分子母材是从聚酰胺类、聚酯类、纤维素衍生物类中选择的至少一个。
7.根据权利要求6所述的滚动轴承用部件，其特征在于，
所述高分子母材是从聚酰胺11、聚酰胺6-10、聚酰胺66、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、醋酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素中选择的至少一个。
8.根据权利要求2所述的滚动轴承用部件，其特征在于，
所述高分子母材是从聚酰胺类、聚酯类中选择的至少一个。
9.根据权利要求8所述的滚动轴承用部件，其特征在于，
所述高分子母材是从聚酰胺11、聚酰胺66、聚酰胺6-10、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中选择的至少一个。
10.根据权利要求2所述的滚动轴承用部件，其特征在于，
所述纤维状填充材料是纵横尺寸比为5以上的纤维。
11.根据权利要求10所述的滚动轴承用部件，其特征在于，
所述纵横尺寸比为5以上的纤维是玻璃纤维或碳纤维中的至少一种纤维。
12.根据权利要求3所述的滚动轴承用部件，其特征在于，
所述气氛成分包含从氧、臭氧及水蒸气中选择的至少一种成分。
13.根据权利要求3所述的滚动轴承用部件，其特征在于，
所述表面层是从高分子化合物层、陶瓷层及金属层中选择的至少一个表面层。
14.根据权利要求13所述的滚动轴承用部件，其特征在于，
设有所述表面层的滚动轴承用部件(A部件)的劣化的活化能与没有表面层的滚动轴承用部件(B部件)的劣化的活化能大致相同，且A部件的规定寿命特性值下的耐久温度高于B部件。
15.一种滚动轴承，具备：在外周面具有滚道面的内圈；在内周面具有滚道面的外圈；夹设在上述两滚道面之间的多个滚动体；保持所述多个滚动体的保持架；密封部件，所述滚动轴承的特征在于，
从所述内圈、所述外圈、所述滚动体、所述保持架以及所述密封部件中选择的至少一个部件是权利要求1所述的滚动轴承用部件。
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