JP4754590B2 - 転がり軸受 - Google Patents

Description

この発明は、転がり軸受に関し、詳しくは、生分解性を有する樹脂からなる保持器を用いた転がり軸受に関する。

転がり軸受の構成要素としては、内輪、外輪、転動体、保持器、シール、潤滑剤等があげられる。この中で、内輪、外輪及び転動体は、一般的に軸受鋼やセラミックが用いられ、保持器には鉄系材料や樹脂等が用いられる。また、シールには鉄系材料やゴム等が用いられ、潤滑剤にはグリースまたは油が用いられている。

転がり軸受は、一般に機械部品として各種産業機械に数多く使用されている。そして、所定の使用期間が終了すると、転がり軸受を取り外すことなく、産業廃棄物として装置ごと廃棄処分される場合が多い。この廃棄処分の方法としては、焼却処理、海洋廃棄、地中廃棄、山中放置等がほとんどである。

このような廃棄処分をした場合、鉄系材料は、環境に影響を与える有害物質はほとんど出さず、徐々に錆が発生して形状を失っていく。これに対し、樹脂やゴム等は極めて安定であり、海洋廃棄、地中廃棄、山中放置等の長時間放置を行ってもほとんど分解せずに原形を留めるため、却って生物の生活環境を害するおそれがある。

このため、転がり軸受を長期間放置した場合、鉄系材料の部分は原形を留めないが、樹脂やゴムの部材は、原形を留めてしまう。また、潤滑剤等として流動性のある樹脂を用いる場合、転がり軸受から流れ出し、生物環境を害する場合がある。これを解決するために特願平１１−３０５５０７号において、転がり軸受を構成する内輪、外輪、転動体、保持器及びシールのうち少なくとも１つを生分解性材料から構成することを提案している。しかし、保持器に生分解牲樹脂を使用した転がり軸受の場合、高速回転時、高温使用時において生分解牲樹脂の強度不足から保持器が変形するため使用できる条件が限定される。

そこで、この発明は、適度な強度を有し、生物の生活環境に優しい保持器を使用した転がり軸受を提供することを課題とする。

この発明は、生分解性樹脂に充填材を添加した材料からなる保持器を用いることにより、上記課題を解決したのである。

生分解性樹脂に充填材を添加した材料を用いることにより、保持器としての強度等の機能が十分発揮でき、かつ長時間放置後、その部材は形状を失い、生物の生活環境を保持することができる。

この発明によると、生分解性樹脂に充填材を添加した材料からなる保持器は、充填材を添加したことにより強度は十分となる。このため、この保持器を用いた転がり軸受は、長時間の使用に耐えることができる。また、この転がり軸受を地中に埋めた場合、金属やセラミックで形成されている部材以外であっても、保持器は生分解性に優れるため、分解して土に帰する。そのため、環境に悪影響を及ぼさない。したがって、この発明にかかる転がり軸受は、廃棄処分しても環境に悪影響を及ぼさない。

この発明にかかる転がり軸受は、生分解性樹脂に充填材を添加した材料からなる保持器を用いたものである。

上記転がり軸受は、図１に示すように、外輪１、内輪２、ころ３、及び保持器４から形成されるものであり、保持器４は、ころ３を保持する役目を有する。

軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受等、任意の転がり軸受のいずれであってもよい。

上記生分解性樹脂とは、環境下で微生物によって分解する樹脂をいい、ＪＩＳ Ｋ６９５０等に生分解度試験が規定されている。一般的には、上記試験方法による生分解度が６０％以上の樹脂が生分解性樹脂として扱われる。

上記保持器に使用される生分解性樹脂としては、特に限定されない。その例としては、ポリ（α−ヒドロキシ酸）、ポリ（β−ヒドロキシアルカノエート）、ポリ（ω−ヒドロキシアルカノエート）、ポリアルキレンアルカノエート等があげられる。

上記のポリ（α−ヒドロキシ酸）としては、ポリ乳酸やポリグリコール酸等があげられ、ポリ（β−ヒドロキシアルカノエート）としては、ヒドロキシ吉草酸とヒドロキシ酪酸との共重合体等があげられる。また、ポリアルキレンアルカノエートとしては、１，４−ブタンジオールとコハク酸との脱水縮合物（すなわちポリブチレンサクシネート）、ポリエチレンテレフタレート−ブチレンアジペート共重合体等のポリエチレンテレフタレート共重合体等があげられる。耐熱性の面から考えると、上記のポリブチレンサクシネート、ポリエチレンテレフタレート−ブチレンアジペート共重合体等のポリエチレンテレフタレート共重合体、ポリヒドロキシ酪酸、若しくはポリ乳酸、又はそれらの混合物若しくは共重合体がより好ましい。

上記充填材は、主要成分の生分解性樹脂に対してよく分散して、使用目的に応じた強度を付与するものであれば、特にその種類を限定することなく使用できる。充填材の具体例としては、ガラス繊維、金属繊維、ポリビニールアルコール繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウイスカ、酸化亜鉛ウイスカ、硫酸カルシウムウイスカ、ホウ酸アルミニウムウイスカ等の繊維状充填材、マイカ、タルク等があげられる。

上記充填材の生分解性樹脂に対する充填量は５〜４０％が好ましく、１０〜４０％がより好ましい。充填量が５％未満であると強度が十分でなく、また充填量が４０％を超えると生分解性が損なわれるからである。

以下にこの発明の実施例を説明する。なお、この実施例及び比較例において使用した材料を下記に記す。
・ＰＢＳ(1)・・・ビオノーレ（昭和高分子社製：ポリブチレンサクシネート＃１０２０）７０重量％＋グラスファイバー（旭ガラス社製：ＣＳ０３ＪＡ４２９Ｔ）３０重量％
・ＰＢＳ(2)・・・ビオノーレ（昭和高分子社製：ポリブチレンサクシネート＃１０２０）１００重量％
・ＰＡ６６・・・Ａ３ＨＧ２（ＢＡＳＦ社製：ＰＡ６６ ９０重量％＋グラスファイバー（上記と同様）１０重量％）
・ＰＬＡ(1)…レイシア（三井化学社製：ポリ乳酸、Ｍ−１５１ＳＱ５２）７０重量％＋グラスファイバー（旭ガラス社製：ＣＳ０３ＪＡ４２９Ｔ）３０重量％
・ＰＬＡ(2)…レイシア（三井化学社製：ポリ乳酸、Ｍ−１５１ＳＱ５２）１００重量％
・Ｂ−ＰＥＴ…バイオマックス（デュポン社製ＷＵＨ：ポリエチレンテレフタレート共重合体とグラスファイバーとの混合物）

（実施例１〜３）
上記の材料のうちＰＢＳ(1)をヘンシェルミキサーで混合し、混練押し出し機を用いて成型用ペレットを製造した。又、ＰＬＡ(1)もＰＢＳ(1)と同様の方法で成型用ペレットを製造した。Ｂ−ＰＥＴも含め、それぞれ得られたペレットを８０℃で、１０時間乾燥した後、射出成形することによって試験片を形成した。そして、下記の引張強度試験、軸受試験、生分解性試験に供与した。その結果を表１に示す。

（比較例１〜３）
材料として、上記のＰＢＳ(2)、ＰＬＡ(2)及びＰＡ６６を用いた以外は、実施例１と同様にして試験片を形成した。そして、下記の引張強度試験、軸受試験、生分解性試験に供与した。その結果を表１に示す。

［引張強度試験］
ＪＩＳ規格に従って引張強度試験を行った。すなわち、１号ダンベル試験片を用い、引張速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、室温及び８０℃の強度を測定した。

［軸受試験］
内輪、外輪及び転動体にＳＵＪ２、保持器に上記に記載される６種類の材料、潤滑剤に生分解性グリース（協同油脂社製：バイオテンプＰＬ）を使用し、６０８相当の転がり軸受（外径：２２ｍｍ、内径：８ｍｍ、幅：７ｍｍ）を作製した。

この転がり軸受を用いて一般的な条件（Ｆａ＝３ｋｇｆ、回転数＝１００００ｒｐｍ、温度＝８０℃）で耐久試験を行った。その際、保持器の劣化、変形などで、軸受の回転トルクが初期値の２倍に達した場合、回転不可能として試験を中止した。表１中に回転不可能になるまでの時間を併記した。

［生分解性試験］
上記転がり軸受の保持器について、土壌分解性を調査した。その方法は、保持器を、温度３５℃、水分３０％の土壌中（表面より１０ｃｍ下方の地中）に６か月埋設する。そして、試験期間経過後の外観変化と重量変化（試験当初の試験片自重を１００とするときの樹脂残存率（重量％））を調べた。なお、上記外観は、下記の基準で判断した。
○：容易に崩壊する
×：変化無く、崩壊しにくい

［結果］
表１から明らかなように、実施例１〜３は、引張強度はＰＡ６６と同等であるという優れた特性を有する。更に、生分解試験後の試験片は、指で触れる程度のわずかな外力で形が崩れる状態となり、実質的に土壌から取り出したとき、その形状を観察できない程度に分解していた。

これに対し、比較例１は強度及び軸受試験では優れた特性を示すが、生分解性は全く無かった。また、比較例２及び比較例３は、生分解性は十分であるものの強度は弱く、また軸受試験では、高速回転によって保持器が変形し、実施例１〜３や比較例１と比較して短寿命であった。

転がり軸受の例を示す一部切欠図

符号の説明

１ 外輪
２ 内輪
３ ころ
４ 保持器

Claims (7)

1. 生分解性樹脂に充填材を添加し、土壌に６ヶ月埋設したときの樹脂残存率が１５〜２５％である材料からなる保持器を用い、
   上記生分解性樹脂は、ＪＩＳ Ｋ６９５０に規定されている生分解度試験による生分解度が６０％以上の樹脂であり、
   内輪、外輪及び転動体は軸受鋼又はセラミックからなる転がり軸受。
2. 上記生分解性樹脂は、ポリブチレンサクシネート、ポリ乳酸、及びポリエチレンテレフタレート−ブチレンアジペート共重合体から選ばれる樹脂である請求項１に記載の転がり軸受。
3. 上記充填材が、ガラス繊維、金属繊維、ポリビニールアルコール繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウイスカ、酸化亜鉛ウイスカ、硫酸カルシウムウイスカ、及びホウ酸アルミニウムウイスカから選ばれる少なくとも一種の繊維状充填材である請求項１又は２に記載の転がり軸受。
4. 上記充填材が、ガラス繊維、ポリビニールアルコール繊維、炭素繊維、及びチタン酸カリウムウイスカから選ばれる少なくとも一種の繊維状充填材である請求項３に記載の転がり軸受。
5. 上記充填材が、ガラス繊維である請求項４に記載の転がり軸受。
6. 上記充填材の添加量が５〜４０％である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の転がり軸受。
7. 焼却処理、海洋廃棄、地中廃棄、山中放置によって、装置ごと廃棄処分される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の転がり軸受。

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