(57)【要約】【課題】  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機械部品、並びに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く、長寿命の転がり軸受を提供する。【解決手段】  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からなり、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である樹脂成分を含む生分解性樹脂組成物からなる機械部品、並びに構成部材が前記生分解性樹脂組成物からなる転がり軸受。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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からなり、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である樹脂成分を含む生分解性樹脂組成物からなることを特徴とする生分解性樹脂組成物製機械部品。
【請求項２】
生分解性樹脂組成物からなり、かつ表面の少なくとも一部に防湿被膜が形成されていることを特徴とする生分解性樹脂組成物製機械部品。
【請求項３】
生分解性樹脂組成物の樹脂成分が、ポリビニルアルコール系化合物及びポリエチレンテレフタレート系化合物の少なくとも一種であることを特徴とする請求項２記載の生分解性樹脂組成物製機械部品。
【請求項４】
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組成物からなることを特徴とする転がり軸受。
【請求項５】
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生分解性樹脂組成物からなり、かつ表面の少なくとも一部に防湿被膜が形成されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項６】
生分解性樹脂組成物の樹脂成分が、ポリビニルアルコール系化合物及びポリエチレンテレフタレート系化合物の少なくとも一種であることを特徴とする請求項５記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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る機械部品に関する。また、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る保持器やシール部材を具備する転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
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）。
【特許文献１】特開２０００−８５０５４公報
【特許文献２】特開２００２−８９５６７号公報
【特許文献３】特開２００２−３６３３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、機械部品や転がり軸受は、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。機械部品や転がり軸受では、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。
【０００６】
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機械部品を提供することを目的とする。また、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く、長寿命の転がり軸受を提供することを併せて目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下の生分解性樹脂組成物製機械部品及び転がり軸受を提供する。
（１）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からなり、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である樹脂成分を含む生分解性樹脂組成物からなることを特徴とする生分解性樹脂組成物製機械部品。
（２）生分解性樹脂組成物からなり、かつ表面の少なくとも一部に防湿被膜が形成されていることを特徴とする生分解性樹脂組成物製機械部品。
（３）生分解性樹脂組成物の樹脂成分が、ポリビニルアルコール系化合物及びポリエチレンテレフタレート系化合物の少なくとも一種であることを特徴とする上記（２）記載の生分解性樹脂組成物製機械部品。
（４）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組成物からなることを特徴とする転がり軸受。
（５）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生分解性樹脂組成物からなり、かつ表面の少なくとも一部に防湿被膜が形成されていることを特徴とする転がり軸受。
（６）生分解性樹脂組成物の樹脂成分が、ポリビニルアルコール系化合物及びポリエチレンテレフタレート系化合物の少なくとも一種であることを特徴とする上記（５）記載の転がり軸受。
【発明の効果】
【０００８】
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機械部品、並びに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く、長寿命の転がり軸受が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
（第１の生分解性樹脂組成物製機械部品）
本発明に係る第１の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。
【００１０】
ポリビニルアルコール系化合物としては、下記一般式（Ｉ）で表される基本骨格を有するものが好適である。
【００１１】
【化１】
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【００１２】
式中、Ｒ１は水酸基、オキシアルキレン基、ポリエーテル基またはポリエステル基である。
【００１３】
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％であることが好ましい。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、機械部品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、機械部品の生分解性が悪くなる。
【００１４】
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であることが好ましく、５００〜１５００がより好ましい。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、機械部品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機械部品が得られる。
【００１５】
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。
【００１６】
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、機械部品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。
【００１７】
第１の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。
【００１８】
第１の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。
（第２の生分解性樹脂組成物製機械部品）
本発明に係る第２の生分解性樹脂組成物製機械部品は、生分解性樹脂組成物を所定の形状に形成し、更にその表面の少なくとも一部に防湿被膜を形成したものである。生分解性樹脂組成物の樹脂成分には制限がないが、融点が２００℃以上のものが好ましい。具体的には、ポリビニルアルコール系化合物、ポリエチレンテレフタレート系化合物、ポリ乳酸系化合物、ポリ乳酸とポリエチレンテレフタレートとのブロック共重合体、あるいはこれらの混合樹脂等を挙げることができる。中でも、ポリビニルアルコール系化合物、ポリエチレンテレフタレート系化合物を単独で、もしくは混合して用いることが好ましい。
【００１９】
ポリビニルアルコール系化合物としては、一般式（Ｉ）で表されるポリビニルアルコール系化合物が好適であり、更に同様の鹸化度、重合度のものがより好ましく、更には第１の生分解性樹脂組成物製機械部品に用いた樹脂成分をそのまま用いることが特に好ましい。
【００２０】
ポリエチレンテレフタレート系化合物としては、下記一般式（II）で表される基本骨格を有するものが好適である。尚、式中のＭはポリエステル基、ポリエーテル基、ポリウレタン基の何れかを表す。
【００２１】
【化２】
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【００２２】
上記の樹脂成分には、第１の生分解性樹脂組成物製機械部品で使用される補強剤や添加剤を配合することができる。
【００２３】
防湿被膜は、水分の透過を防止できる被膜であれば制限がなく、非晶性ふっ素樹脂膜、硬化型ウレタン樹脂膜、硬化型アクリル樹脂膜、硬化型エポキシ樹脂膜等の樹脂被膜、アルミニウム、金、銀、ニッケル、クロム等からなる金属被膜、シリカ、アルミナ、マグネシア等の金属酸化物被膜等を使用できる。中でも、耐熱性や環境への影響等を考慮すると、アルミニウム等の軽金属、アルミナ、シリカ、マグネシア等の金属酸化物からなる被膜が好ましい。最も好ましくは、アルミニウム、シリカ、アルミナの何れかの被膜である。
【００２４】
防湿被膜の膜厚は、金属被膜の場合は０．００８〜０．１μｍ、金属酸化物被膜の場合は０．０２〜０．１μｍがそれぞれ好ましい。何れの被膜でも、膜厚が前記下限未満では十分な防湿性が得られず、また防湿性能を維持する期間も短い。一方、膜厚が０．１μｍを超えても更なる防湿性能の向上は得られず、コスト増を招くだけである。コストと防湿性能との両方を考慮すると、金属被膜では膜厚を０．０１〜０．０５μｍ、金属酸化物膜では膜厚を０．０３〜０．０８μｍとすることがより好ましい。尚、樹脂被膜とするときは、膜厚を０．１〜１０μｍとすることが好ましい。
【００２５】
また、金属被膜や金属酸化物被膜は、極く薄い膜であるため、これらを樹脂被膜で覆ってもよく、生分解性樹脂組成物との密着性を高めるために所謂下地層を介在させてもよい。
【００２６】
防湿被膜の形成方法には制限がなく、被膜の種類に応じて適宜選択することができる。具体的には、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ（ケミカルべーパーデポジション）法等の蒸着法や、メッキ法等が使用可能である。
【００２７】
尚、防湿被膜は、機械部品の全表面に形成してもよいが、表面の一部に防湿被膜のない部分を設けておく方が好ましい。これは、廃棄した際に、防湿被膜の形成されていない部分が起点となって、生分解が促進される効果が期待できるためである。
【００２８】
尚、本発明において機械部品の種類には制限がなく、従来の樹脂製機械部品の代替品とすることができ、リニアガイド装置のエンドキャップやリターンガイド、仮軸等にも好適である。また、転がり軸受の保持器やシール部材等の構成部材にも適用可能であり、本発明では以下の転がり軸受を提供する。
（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。
【００２９】
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、上記した第１の生分解性樹脂組成物製機械部品で用いた生分解性樹脂組成物で形成する。あるいは、これらの軸受構成部材を上記した第２の生分解性樹脂組成物製機械部品で用いた生分解性樹脂組成物で形成し、更にその表面の少なくとも一部に同様の防湿被膜を形成する。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。
【００３０】
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を第１の生分解性樹脂組成物製機械部品で用いた生分解性樹脂組成物で形成するか、第２の生分解性樹脂組成物製機械部品で用いた生分解性樹脂組成物で形成して更に防湿被膜で被覆して形成することができる。尚、防錆被膜で被覆する場合、シール６の外輪４への嵌入部６ｃ並びに芯金６ａとの接合部分は外気と接触せず、これらの部位を通じて水分が浸透する可能性はほとんど無いと考えられることから、防湿被膜は嵌入部６ｃ並びに芯金６ａとの接合部分を除く表面に形成することが好ましい。これにより、シール６の廃棄に際し、嵌入部６ｃ並びに芯金６ａとの接合部分が起点となって生分解が促進される。
【００３１】
また、保持器７については、その全体を第１の生分解性樹脂組成物製機械部品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。第２の生分解性樹脂組成物製機械部品で用いた生分解性樹脂組成物を用いることもでき、その場合は図２に示すようにポケット内壁面８ａを除いて防湿被膜を形成する。これは、ポケット内壁面８ａが生分解の起点となることに加え、軸受駆動時にはポケット内壁面８ａと玉５とが激しく摺動するため、ポケット内壁面８ａに防湿被膜が形成されると早期に摩耗、剥離して異物となる可能性があるためである。
【００３２】
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。
【実施例１】
【００３３】
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。
（試験−１；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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
○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。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
【表２】
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【００３９】
（試験−２；実施例２９〜３３、比較例１６〜１８）
表２に示すように、上記改質ＰＶＡまたは一般式（II）で表されるポリエチレンテレフタレート系化合物（デュポン製「バイオマックスＷＯＨ１」に、ガラス繊維（直径：約９〜１４μｍ、長さ：約０．２〜０．７ｍｍ）を配合して生分解性樹脂組成物を調製した。そして、各生分解性樹脂組成物を上記と同一の冠型保持器に射出成形し、更にポケット内壁面を除く表面に表２に示す防湿被膜を形成して試験保持器とした。尚、酸化珪素被膜は０．０３μｍ、酸化アルミニウム被膜は０．０４μｍ、アルミニウム被膜は０．０１μｍの膜厚とした。
【００４０】
そして、各試験保持器について、（１）吸水試験、（２）生分解性試験及び（３）強度試験を実施した。
（１）吸水試験
試験保持器を恒温恒湿槽（温度：６０℃、相対湿度：９０％）内に２４時間放置し、吸水による重量変化と外径寸法変化を測定した。重量変化の結果は、初期（放置前）に対する重量の増加が５％以下のものを「良好：○」とし、５％を超えるものを「不良：×」とし、表２に併記した。また、外径寸法変化の結果は、初期（放置前）に対する寸法変化が０．５％以下のものを「良好：○」とし、０．５％を超えるものを「不良：×」として表２に併記した。
（２）生分解性試験
試験保持器を、温度と含水率が調整された腐葉土（恒温恒湿槽を用いて、温度：６０℃、含水率：３０質量％に調整）中に埋設し、６か月後の外観変化と重量変化から生分解の進行を判断した。結果は、形状崩壊や重量減少によって生分解の進行が認められるものを「生分解可能：○」とし、形状と重量ともに初期状態を維持して生分解の進行が認められないものを「生分解不可：×」として表２に併記した。
（３）強度試験
試験保持器を恒温恒湿槽（温度：６０℃、相対湿度：９０％）内に放置し、放置前後の強度を比較した。保持器強度の測定方法としては、図７に示す円環引張治具に試験保持器をセットし、（株）島津製作所製引張試験機（オートグラフＡＧ−１０ＫＮＧ）を用いて１０ｍｍ／ｍｉｎの速度にて図中矢印方向に治具を移動させ、そのときの引張強度を求めた。結果を、恒温恒湿槽に放置する前の強度を初期強度（＝１）とする相対値にて図８及び図９にグラフ化して示す。また、強度低下の割合が小さかったものを「良好：○」とし、比較的大きく強度低下したものを「不良：×」として表２に併記した。
【００４１】
【表３】
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【００４２】
各試験結果から、生分解性樹脂組成物からなり、防湿被膜を形成した各実施例の試験保持器は、吸水による重量及び寸法変化が少なく、生分解性も良好で、更に高強度であることがわかる。これに対し、防湿被膜が形成されていない各比較例の試験保持器は、吸水による重量及び寸法変化、あるいは強度低下が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る転がり軸受の一例を示す断面図である。
【図２】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。
【図３】試験−１の結果を示すグラフである。
【図４】試験−１の結果を示すグラフである。
【図５】試験−１の結果を示すグラフである。
【図６】試験−１の結果を示すグラフである。
【図７】試験−２の円環引張試験の試験方法を説明するための図である。
【図８】試験−２の結果を示すグラフである。
【図９】試験−２の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
２  内輪
４  外輪
５  玉
６  シール
７  保持器
【図１】
2005029752.tif 000008
【図２】
2005029752.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005029752.tif 000014
【図８】
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【図９】
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