(57)【要約】【課題】環境対応型樹脂で構成された部品を備えているにもかかわらず、優れた耐熱性を有するとともに性能の経時的な低下が生じにくい転がり軸受を提供する。【解決手段】内輪１１と、外輪１２と、該両輪１１，１２の間に転動自在に配された複数の玉１３と、両輪１１，１２の間に複数の玉１３を保持する冠形保持器１４と、両輪１１，１２の間に介在された接触形のシール１５と、を備える深溝玉軸受において、保持器１４及びシール１５を、生分解性樹脂と、生物由来物質を原料とする芳香族ポリエステル樹脂と、の共重合体を含有する樹脂材料で構成した。【選択図】図１
2009191874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する保持器と、を備える転がり軸受において、生分解性樹脂と、生物由来物質を原料とする芳香族ポリエステル樹脂と、の混合物又は共重合体を含有する樹脂材料で、前記保持器を構成したことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に形成された隙間の開口を密封するシールと、を備える転がり軸受において、生分解性樹脂と、生物由来物質を原料とする芳香族ポリエステル樹脂と、の混合物又は共重合体を含有する樹脂材料で、前記シールを構成したことを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
前記芳香族ポリエステル樹脂は、クロロゲン酸類，クロロゲン酸類の誘導体，クロロゲン酸類の加水分解物，及びクロロゲン酸類の加水分解物の誘導体のうち少なくとも１種を重合させたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受。
【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。また、植物その他の生物資源など、再生可能な資源から生産されるバイオマスプラスチックも、カーボンニュートラルである素材として注目されている。
【０００３】
これらの環境対応型樹脂は、主にゴミ袋，ボトル容器，農業用マルチフィルム等の材料として使用され、その使用量は近年増加傾向にある。最近は機械部品や構造部品の材料として研究開発が活発化しており、転がり軸受用の樹脂製シールや樹脂製保持器への適用も検討されている。
【特許文献１】特許第３７９１４３９号公報
【特許文献２】特開２００５−２９７５２号公報
【特許文献３】特開２００２−８９５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の環境対応型樹脂は、以下のような問題点を有していた。
（１）耐熱性が不十分である。従来の環境対応型樹脂は、融点が１００〜１２０℃程度のものが多く、高融点のものでも２００℃程度である。また、高融点のものであっても、１００℃程度の温度で機械的性質が大きく低下してしまうものが多い。
（２）耐熱性を向上させるために、石油系原料から合成される非循環型樹脂が配合される場合があるが、このような樹脂はカーボンニュートラルであるとは言い難い。
（３）従来の環境対応型樹脂は、空気中の水分によっても徐々に加水分解が進行する場合があるため、機械的性質の経時的な低下が生じやすい。
【０００５】
そのため、従来の環境対応型樹脂を転がり軸受等の機械部品を構成する材料に適用することは容易ではなかった。
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、環境対応型樹脂で構成された部品を備えているにもかかわらず、優れた耐熱性を有するとともに性能の経時的な低下が生じにくい転がり軸受を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する保持器と、を備える転がり軸受において、生分解性樹脂と、生物由来物質を原料とする芳香族ポリエステル樹脂と、の混合物又は共重合体を含有する樹脂材料で、前記保持器を構成したことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る請求項２の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に形成された隙間の開口を密封するシールと、を備える転がり軸受において、生分解性樹脂と、生物由来物質を原料とする芳香族ポリエステル樹脂と、の混合物又は共重合体を含有する樹脂材料で、前記シールを構成したことを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明に係る請求項３の転がり軸受は、請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受において、前記芳香族ポリエステル樹脂は、クロロゲン酸類，クロロゲン酸類の誘導体，クロロゲン酸類の加水分解物，及びクロロゲン酸類の加水分解物の誘導体のうち少なくとも１種を重合させたものであることを特徴とする。
前記芳香族ポリエステル樹脂は耐熱性が高いので、前述の混合物及び共重合体は高温剛性が高い等の優れた耐熱性を有している。また、前記芳香族ポリエステル樹脂の作用により、前述の混合物及び共重合体は適度な生分解性を有しているので、空気中の水分等による加水分解は受けにくく機械的性質の経時的な低下が生じにくいものの、土壌中等の自然環境に放出されると自然に分解され、自然環境に対して悪影響を及ぼしにくい。
【０００９】
よって、前記樹脂材料は、優れた耐熱性や機械的性質が要求される転がり軸受の部品を構成する材料として好適に使用することが可能である。特に、前述の混合物や共重合体が２５０℃以上の高融点を有する場合は、転がり軸受に要求される優れた耐熱性を十分に発現することができるので、転がり軸受の部品を構成する材料として非常に好適である。
前述の混合物や共重合体における前記芳香族ポリエステル樹脂の割合が高いほど耐熱性は高くなり、機械的性質の経時的な低下は生じにくくなる。ただし、成形加工性が低下するので、使用目的や成形加工方法に応じて前記芳香族ポリエステル樹脂の割合（混合比，共重合比）を適宜設定するとよい。
【００１０】
前記生分解性樹脂としては、例えば、澱粉系樹脂（澱粉改質品等），セルロース化合物（酢酸セルロース等），ポリエステル（ポリカプロラクトン，ポリ乳酸，ポリブチレンサクシネート，ポリエチレンサクシネート，ポリブチレンサクシネート・アジペート共重合体，ポリブチレンアジペート・テレフタレート共重合体等），ポリビニルアルコールがあげられる。
【００１１】
また、前記芳香族ポリエステル樹脂は、植物等の生物に由来し且つ反応性官能基を２つ以上有して重合性を持つ物質を原料とするポリエステル樹脂である。このような生物由来物質としては、クロロゲン酸類，クロロゲン酸類の誘導体，クロロゲン酸類の加水分解物，クロロゲン酸類の加水分解物の誘導体，及びヒドロキシ桂皮酸の誘導体があげられる。具体的には、クロロゲン酸類としてはクロロゲン酸、クロロゲン酸類の加水分解物としてはカフェ酸やキナ酸、ヒドロキシ桂皮酸の誘導体としては４−ヒドロキシ桂皮酸があげられる。
【００１２】
なお、本発明におけるクロロゲン酸類には、クロロゲン酸の他、イソクロロゲン酸，ネオクロロゲン酸，クリプトクロロゲン酸が含まれる。ここで、クロロゲン酸は、キナ酸の５位の水酸基にカフェ酸がエステル結合した５−カフェオイルキナ酸であり、クリプトクロロゲン酸は、キナ酸の４位の水酸基にカフェ酸がエステル結合した４−カフェオイルキナ酸であり、ネオクロロゲン酸は、キナ酸の３位の水酸基にカフェ酸がエステル結合した３−カフェオイルキナ酸である。
また、イソクロロゲン酸は、キナ酸の３位，４位，及び５位の水酸基のうちの２つの水酸基にカフェ酸がエステル結合したジカフェオイルキナ酸（例えば３，４−ジカフェオイルキナ酸、３，５−ジカフェオイルキナ酸、４，５−ジカフェオイルキナ酸）である。
【００１３】
その他のクロロゲン酸類としては、キナ酸の３位，４位，及び５位の水酸基のうちの１つの水酸基にフェルラ酸がエステル結合したフェルリルキナ酸（例えば５−フェルリルキナ酸）、キナ酸の３位，４位，及び５位の水酸基のうちの２つの水酸基にカフェ酸とフェルラ酸がエステル結合したフェルリルカフェオイルキナ酸（例えば３−フェルリル−４−カフェオイルキナ酸）などがある。
また、クロロゲン酸類の誘導体としては、クロロゲン酸類の塩やエステルがあげられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る転がり軸受は、環境対応型樹脂で構成された部品を備えているにもかかわらず、優れた耐熱性を有するとともに性能の経時的な低下が生じにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る転がり軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構造を、図１の縦断面図を参照しながら詳細に説明する。
図１の深溝玉軸受は、内輪１１と、外輪１２と、該両輪１１，１２の間に転動自在に配された複数の玉（転動体）１３と、両輪１１，１２の間に複数の玉１３を深溝玉軸受の円周方向にわたって等配に保持する冠形保持器１４（図２を参照）と、両輪１１，１２の間に介在された接触形のシール１５，１５と、を備えている。
【００１６】
このシール１５は環状で、外輪１２の内周面に設けられたシール溝１２ａに嵌合するための取付嵌合部１５ａ（外周縁部）と、内輪１１の外周面に滑り接触するリップ部１５ｂと、取付嵌合部１５ａとリップ部１５ｂとを連結する連結部１５ｃと、で構成されている。このようなシール１５は外輪１２の両端部の内周面に取り付けられて、外輪１２の内周面と内輪１１の外周面との間に形成された隙間の開口を覆って密封している。そして、外部からの異物の侵入や内部からの潤滑剤（潤滑油，グリース等）の漏出を防止している。なお、シール１５は非接触形でもよいし、金属製又は樹脂製の芯金を有しているタイプでもよい。
【００１７】
このような深溝玉軸受の保持器１４及びシール１５は、射出成形法等により樹脂材料を成形することによって得られたものである。この樹脂材料は、ポリ乳酸等の生分解性樹脂と芳香族ポリエステル樹脂との共重合体である。ただし、生分解性樹脂と芳香族ポリエステル樹脂との混合物でもよい。この生分解性樹脂の種類は特に限定されるものではないが、生分解性及び成形性に優れ安価であるポリビニルアルコールやその改質樹脂、あるいはポリ乳酸が好ましい。また、この芳香族ポリエステル樹脂は、生物由来物質であるクロロゲン酸類，クロロゲン酸類の誘導体，クロロゲン酸類の加水分解物，及びクロロゲン酸類の加水分解物の誘導体のうち少なくとも１種を重合させたものである。この芳香族ポリエステル樹脂の具体例としては、ポリカフェ酸があげられる。
【００１８】
この樹脂材料は、前記共重合体や前記混合物のみで構成されるものでもよいが、機械的性質を向上させるために充填材が添加されたものでもよい。機械的性質を向上させる充填材としては、ガラス繊維，炭素繊維等の繊維強化材が好ましいが、土壌中等の自然環境に放出された場合の自然環境に対する悪影響を考慮すると、軽質炭酸カルシウム（結晶形はカルサイトやアルゴナイト），天然含水ケイ酸アルミニウム（カオリン、クレー），タルク，ベントナイト，繊維状水酸化マグネシウム，ウォラストナイト，セピオライト，カーボンブラック，マイカ，二酸化ケイ素，珪藻土等が好ましい。
【００１９】
さらに、前記樹脂材料の耐熱性，生分解性，機械的性質等に悪影響を及ぼさない範囲で、且つ前記樹脂材料が分解されて自然環境に放出された際に自然環境に悪影響を与えない範囲であれば、所望により前記樹脂材料に各種添加剤（潤滑剤，熱安定剤，酸化防止剤，熱伝導性改良剤，可塑剤等）や他種の樹脂を配合してもよい。
この樹脂材料は、優れた耐熱性を有するとともに、使用時に機械的性質の経時的な低下が生じにくいので、該樹脂材料でその一部が構成された上記の深溝玉軸受は、転がり軸受として十分な性能を備えている。また、この深溝玉軸受が土壌中等の自然環境に放出されたとしても、前記樹脂材料で構成された部分は自然に分解されるから、自然環境に対する悪影響が小さい。
【００２０】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであり、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、保持器１４とシール１５との両方が前記樹脂材料で構成されていたが、一方が前記樹脂材料で構成され他方が一般の樹脂材料で構成されていてもよい。また、保持器１４及びシール１５の一方のみを備え、他方は備えていない構成でもよい。
【００２１】
さらに、内輪１１，外輪１２，及び玉１３についても、前記樹脂材料で構成することができる。このような深溝玉軸受は、全体が前記樹脂材料で構成されているので、土壌中等の自然環境に放出された場合は、全体が自然に分解される。したがって、自然環境に対する悪影響が極めて小さい。このような深溝玉軸受は土壌中等の自然環境に廃棄処分することも可能であるので、使用後の廃棄が容易である。
【００２２】
さらに、本実施形態においては、転がり軸受の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、本発明は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
【００２３】
〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに詳細に説明する。以下に示すような樹脂材料（実施例１〜３及び比較例１，２）を射出成形して、呼び番号６２０３の深溝玉軸受用の冠形保持器及びシールを得た。そして、この保持器を用いて、樹脂材料の機械的強度と耐熱性を評価する試験を行った。
【００２４】
まず、使用した樹脂材料について説明する。
実施例１の樹脂材料は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の改質樹脂３０質量％と、ポリカフェ酸３０質量％と、ポリ４−ヒドロキシ桂皮酸４０質量％と、からなる樹脂材料である。
実施例２の樹脂材料は、ＰＶＡの改質樹脂２０質量％と、ポリカフェ酸４０質量％と、ポリ４−ヒドロキシ桂皮酸４０質量％と、からなる樹脂材料である。
【００２５】
実施例３の樹脂材料は、ポリ乳酸２０質量％と、ポリカフェ酸３０質量％と、ポリ４−ヒドロキシ桂皮酸５０質量％と、からなる樹脂材料である。
比較例１の樹脂材料は、ＰＶＡの改質樹脂１００質量％であり、比較例２の樹脂材料は、ポリ乳酸１００質量％である。
次に、機械的強度の測定方法について説明する。室温下にて冠形保持器の引張破断強度（円環強度）を測定した。結果を表１に示す。なお、表１における円環強度の数値は、比較例１の冠形保持器の円環強度を１とした場合の相対値で示してある。
【００２６】
【表１】
2009191874.tif 000003
【００２７】
次に、耐熱性の評価方法について説明する。冠形保持器を所定の温度（６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０℃）の恒温槽中に１０００時間吊り下げた後に、円環強度を測定した。そして、初期の円環強度からの強度低下が２０％以下である温度のうち最高温度を、その樹脂材料の耐熱温度とした。結果を表１に示す。
表１から分かるように、実施例１〜３の樹脂材料の機械的強度及び耐熱性は、従来の生分解性樹脂である比較例１，２よりも大幅に高かった。
【００２８】
次に、上記のような樹脂材料製の冠形保持器及びシールを組み込んだ転がり軸受を用意して、その耐久性を評価した。すなわち、上記樹脂材料製の冠形保持器及びシールと、ＳＵＪ２製の内輪，外輪，転動体とを組み立てて、呼び番号６２０３の深溝玉軸受を得、軸受内部空間にグリース組成物を封入した。このグリース組成物は、増ちょう剤がリチウム石けん、基油がエステル油、混和ちょう度が２５０の生分解性グリースである。また、グリース組成物の封入量は、軸受内部空間の容積の２０体積％とした。通常の場合は、グリース組成物の封入量は軸受内部空間の容積の３５体積％程度であるが、加速試験とするために２０体積％とした。
【００２９】
この深溝玉軸受を下記の条件で回転（内輪回転）させ、保持器又はシールの変形等により回転に支障が生じるまでの時間を測定した。結果を表１に示す。なお、回転試験を２０００時間行っても問題が生じなかった場合は、その時点で試験を打ち切り、表１には２０００時間と記した。
回転速度      ：１２０００ｍｉｎ-1
ラジアル荷重  ：９８Ｎ
アキシアル荷重：２４５Ｎ
雰囲気温度    ：１２０℃
表１から分かるように、実施例１〜３の軸受は、比較例１，２に比べて耐久性が優れていた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る転がり軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す縦断面図である。
【図２】図１の深溝玉軸受に使用されている冠形保持器の斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１      内輪
１２      外輪
１３      玉
１４      保持器
１５      シール
【図１】
2009191874.tif 000004
【図２】
2009191874.tif 000005