JP4117478B2 - 生分解性樹脂組成物成形体、転がり軸受及びリニアガイド装置 - Google Patents

Description

本発明は、生分解性を有し、かつ優れた耐熱性や機械的強度を備え、リニアガイド装置のエンドキャップやリターンガイド及び仮軸、転がり軸受の内輪や外輪、転動体、保持器、シール部材として使用される成形体に関する。また、本発明は、前記の保持器やシール部材を具備する転がり軸受、並びに前記のエンドキャップやリターンガイド、仮軸を具備するリニアガイド装置に関する。

生分解性樹脂は、土壌中等に放置されるとバクテリア等によって二酸化炭素及び水等に徐々に分解される。よって、生分解性樹脂で構成された樹脂製品は、自然環境に放出されても原形を留めなくなるまで自然に分解されるので、自然環境に対して悪影響を及ぼしにくい。

このようなことから生分解性樹脂は、主にゴミ袋やボトル容器等の材料として使用されている。また、現在、一般によく使用されている生分解性樹脂としては、例えば、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸等があるが、そのほとんどは脂肪族ポリエステル系樹脂を主成分として含有するものである（例えば、特許文献１参照）。

また、生分解性樹脂製の保持器やシール部材を具備する転がり軸受も検討されている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。
特開２０００−８５０５４公報 特開２００２−８９５６７号公報 特開２００２−３６３３９１号公報

しかしながら、従来の生分解性樹脂（脂肪族ポリエステル樹脂）は、融点が１００〜１２０℃程度のものが多く、高融点のものでも１７０℃程度であるため、耐熱性に劣るという問題を抱えている。近年では、前記成形体を備える転がり軸受やリニアガイド装置は、より高速で使用され、それに伴いより高温に晒されることから、耐熱性は重要な要素となっているが、従来の生分解性樹脂では十分に対応できない可能性がある。また、空気中の水分によっても徐々に加水分解が進行するため、機械的性質の経時的な低下を起こしやすいという問題もある。転がり軸受やリニアガイド装置では、水と接触する場合もあり、加水分解も大きな検討課題である。

そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、優れた耐熱性を有するとともに、機械的性質の経時的な低下が生じにくい生分解性樹脂組成物製の前記成形体を提供することを目的とする。また、前記生分解性樹脂組成物製で、優れた耐熱性を有するとともに、機械的性質の経時的な低下が生じにくい構成部材を備え、長寿命の転がり軸受及びリニアガイド装置を提供することを併せて目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下を提供する。
（１）リニアガイド装置のエンドキャップ、リターンガイド及び仮軸、転がり軸受の内輪、外輪、転動体、保持器及びシール部材の何れかとして使用される生分解性樹脂組成物成形体であって、
一般式（Ｉ）で表される基本骨格を有し、かつ、鹸化度の差が５モル％以上である２種のポリビニルアルコール系化合物を、重量比で５：９５〜９５：５となるように混合した生分解性樹脂を樹脂成分とすることを特徴とする生分解性樹脂組成物成形体。

〔（Ｉ）式中、Ｒ１は水酸基またはオキシアルキレン基であり、ｎ／（ｎ＋ｍ）×１００＝７３〜９８で、（ｎ＋ｍ）＝５００〜３０００である。〕
（２）内輪と外輪との間に保持器を介して複数の転動体を転動自在に保持してなり、シール部材を備える転がり軸受であって、少なくとも内輪、外輪、転動体、保持器及びシール部材の一つが上記（１）記載の生分解性樹脂成形体であることを特徴とする転がり軸受。
（３）少なくともエンドキャップ、リターンガイド及び仮軸の一つが、上記（１）記載の生分解性樹脂成形体であることを特徴とするリニアガイド装置。

本発明によれば、優れた耐熱性を有し、機械的性質の経時的な低下が生じにくい生分解性樹脂組成物製の前記成形体、並びに生分解性樹脂組成物製で、優れた耐熱性を有するとともに、機械的性質の経時的な低下が生じにくい構成部材を備え、長寿命の転がり軸受及びリニアガイド装置が得られる。

以下、本発明に関して詳細に説明する。
本発明に係る生分解性樹脂組成物製機械部品は、鹸化度の異なる２種以上のポリビニルアルコール系化合物を樹脂成分とする生分解性樹脂組成物を所定の形状に形成したものである。ここで、樹脂成分は、鹸化度の最も高いポリビニルアルコール系化合物Ａと、鹸化度の最も低いポリビニルアルコール系化合物Ｂとの鹸化度の差が５モル％以上で、かつポリビニルアルコール系化合物Ａとポリビニルアルコール系化合物Ｂとが重量比で５：９５〜９５：５となるように混合されている。鹸化度の差及び重量比が上記を満足しないと、機械部品は耐衝撃性に劣ったものとなる。

式中、Ｒ１は水酸基またはオキシアルキレン基である。

鹸化度は〔ｎ／（ｎ＋ｍ）〕×１００（モル％）で表されるが、個々のポリビニルアルコール系化合物は、鹸化度が７３〜９８モル％である。鹸化度が７３モル％未満のポリビニルアルコール系化合物を含む樹脂成分を用いると、成形体の耐湿性が悪くなる。一方、鹸化度が９８モル％を超えるポリビニルアルコール系化合物を含む樹脂成分を用いると、成形体の生分解性が悪くなる。

また、（Ｉ）式において（ｎ＋ｍ）は重合度を示すが、個々のポリビニルアルコール系化合物は、重合度が５００〜３０００であり、５００〜１５００が好ましい。重合度が５００未満のポリビニルアルコール系化合物を含む樹脂成分を用いると、成形体の耐熱性が悪くなる。一方、重合度が３０００を超えるポリビニルアルコール系化合物を含む樹脂成分を用いると、溶融時の流動性が悪くなり、成形性に悪影響を与える。上記重合度のポリビニルアルコール系化合物を用いることにより、耐熱性と成形性の両方を兼ね備えた成形体が得られる。

上記の樹脂成分には、種々の特性を向上させるために、各種添加剤を配合することができる。添加剤は樹脂やゴムの特性改善のために従来から使用されているものを選択できるが、生分解性樹脂に適したものを使用することが好ましい。具体的には、生分解性プラスチック研究所のホームページに掲載されているポジティブリスト（http://www.bpsweb.net/01_details/seido/what_siki.htm）に挙げられている添加剤を好適に使用することができる。

一例を示すと、補強剤としてガラス繊維や炭素繊維を２質量％以上５０質量％以下となるように配合することにより、成形性を維持しつつ、成形体の機械的強度を向上させることができるようになる。また、成形時や使用時の熱による劣化を抑えるための酸化防止剤、紫外線等による劣化を防止するための紫外線吸収剤や充填剤を配合することも好適であり、上記のポジティブリストから適宜選択することができる。

生分解性樹脂組成物製機械部品を得る方法には制限がなく、従来の樹脂組成物からなる機械部品の作製方法に従うことができる。例えば、上記のポリビニルアルコール系化合物からなる樹脂成分、補強剤及び添加剤を押出機を用いて溶融混合して押し出し、押出物を所定形状に旋削加工してもよいし、ドライブレンドした上記のポリビニルアルコール系化合物からなる樹脂成分、補強剤及び添加剤を射出成形機に投入し、所定形状に成形してもよい。

生分解性樹脂組成物製成形体は、鹸化度の異なる２種のポリビニルアルコール系化合物からなる樹脂成分が微細な海島構造を形成し、外部から衝撃が加えられたときにこの海島構造の界面において極く僅かなズレを生じて衝撃を吸収するため、機械的強度に優れたものとなる。このとき、ポリビニルアルコール系化合物間の鹸化度の差が５モル％以上でないと、海島構造が明確に形成されず、衝撃吸収効果が十分に発現しない。また、ポリビニルアルコール系化合物は生分解性樹脂の中でも優れた耐熱性を有しており、耐熱性にも優れたものとなる。

また、本発明では上記の生分解性樹脂組成物製成形体をエンドキャップ、リターンガイド及び仮軸として具備するリニアガイド装置、内輪、外輪、転動体、保持器及びシール部材として具備する転がり軸受を提供する。尚、ここでは転がり軸受を例示する。
（転がり軸受）
本発明において、転がり軸受の種類や構成には制限がないが、例えば図１に断面図にて示すシール付き玉軸受を例示することができる。図示されるように、内輪２と外輪４との間に複数の転動体である玉５が保持器７を介して転動自在に保持されており、グリース（図示せず）を充填してシール６で封止して構成されている。また、保持器７は図２に斜視図にて示すように、所謂冠型保持器とすることができ、ポケット８に玉５を収容して保持する。

本発明では、内輪２、外輪４、玉５、シール６、保持器７、更には図示は省略するが止め輪等の軸受構成部材の少なくとも１つを、上記した生分解性樹脂組成物製成形体で用いた生分解性樹脂組成物で形成する。軸受構成部材の中でも、内輪２や外輪４、玉５には負荷や衝撃が加わることから、シール６や保持器７をこれらの生分解性樹脂組成物製とすることが好ましい。

具体的には、シール６は、鋼板製の芯金６ａとシール本体６ｂとを接合して構成されるが、シール本体６ｂを生分解性樹脂組成物製成形体で用いた生分解性樹脂組成物で形成する。

また、保持器７については、その全体を生分解性樹脂組成物製成形体で用いた生分解性樹脂組成物を射出成形して作製することができる。

本発明の転がり軸受は上記の如く構成されるが、封入するグリースも生分解性グリースとすることが好ましい。これにより、軸受全体として生分解性となり、環境保全の点でより好ましいものとなる。生分解性グリースには制限がなく、リチウム石けん−エステル油系グリース等の公知のもので構わない。

以下に試験例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより制限されることはない。
（実施例１〜２８、比較例１〜１５）
ポリビニルアルコール系化合物として、一般式（Ｉ）で表され、鹸化度が約９８モル％、約９２モル％、約８７モル％、約７３モル％の４種類のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、並びに鹸化度が約９３モル％のオキシアルキレン基含有ポリビニルアルコール（改質ＰＶＡ）を用意した。そして、表１に示す比率にて配合し、更にガラス繊維（直径：約９〜１４μｍ、長さ：約０．２〜０．７ｍｍ）を２０質量％となるように配合し、溶融混練して生分解性樹脂組成物を調製した。

また、比較のために、ポリ乳酸に２０質量％のガラス繊維を配合した生分解性樹脂組成物（比較例１４）、一般的なエンジニアリングプラスチックであるポリアミド６６に２０質量％のガラス繊維を配合した樹脂組成物（比較例１５）を調製した。

各生分解性樹脂組成物または樹脂組成物を日本精工（株）製深溝玉軸受「呼び番号６３０５（内径２５ｍｍ、外径６２ｍｍ、幅１７ｍｍ）」用の冠型保持器（図２参照）に射出成形し、得られた保持器を同軸受（外輪、内輪及び玉は何れもＳＵＪ２製）に組み込み、更にリチウム石けん−エステル油系生分解性グリース（混和ちょう度：２５０）を軸受空間容積の２０％を占めるように封入して試験軸受を作製した。そして、各試験軸受について、以下の条件で耐久試験を実施した。尚、試験は３０００時間経過時点で打ち切りとした。

○試験条件
・回転数：１０，０００ｍｉｎ^−１（内輪回転）
・荷 重：ラジアル荷重 ９８Ｎ、アキシアル荷重２４５Ｎ
・雰囲気温度：１００℃
結果を表１に併記するとともに、図３〜６にグラフ化して示すが、鹸化度が５モル％以上異なる２種のポリビニルエーテルを５：９５〜９５：５の比率で配合した生分解性樹脂組成物製の保持器を組み込んだ各実施例の試験軸受は、何れも耐久時間が３０００時間以上であり、比較例１５のポリアミド６６製の保持器を組み込んだ試験軸受と同等の優れた耐久性を有することがわかる。また、ポリ乳酸製の保持器を組み込んだ試験軸受は，試験開始から約０．１時間で保持器が破損し、実用に耐え得るものでないことがわかる。

本発明に係る転がり軸受の一例を示す断面図である。 図１に示す転がり軸受に組み込まれる保持器の一例を示す斜視図である。 試験−１の結果を示すグラフである。 試験−１の結果を示すグラフである。 試験−１の結果を示すグラフである。 試験−１の結果を示すグラフである。

符号の説明

２ 内輪
４ 外輪
５ 玉
６ シール
７ 保持器

Claims (3)

1. リニアガイド装置のエンドキャップ、リターンガイド及び仮軸、転がり軸受の内輪、外輪、転動体、保持器及びシール部材の何れかとして使用される生分解性樹脂組成物成形体であって、
   一般式（Ｉ）で表される基本骨格を有し、かつ、鹸化度の差が５モル％以上である２種のポリビニルアルコール系化合物を、重量比で５：９５〜９５：５となるように混合した生分解性樹脂を樹脂成分とすることを特徴とする生分解性樹脂組成物成形体。
   

   

   〔（Ｉ）式中、Ｒ１は水酸基またはオキシアルキレン基であり、ｎ／（ｎ＋ｍ）×１００＝７３〜９８で、（ｎ＋ｍ）＝５００〜３０００である。〕
   
2. 内輪と外輪との間に保持器を介して複数の転動体を転動自在に保持してなり、シール部材を備える転がり軸受であって、少なくとも内輪、外輪、転動体、保持器及びシール部材の一つが請求項１記載の生分解性樹脂成形体であることを特徴とする転がり軸受。
3. 少なくともエンドキャップ、リターンガイド及び仮軸の一つが、請求項１記載の生分解性樹脂成形体であることを特徴とするリニアガイド装置。

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