バイオマスプラスチック材料技術

枯渇資源である石油の消費を抑えるとともに、温暖化防止に寄与する材料として、リコーはバイオマスプラスチックに早くから注目し、技術蓄積と製品素材の実用化を行っています。


リコーでは低炭素/循環型社会でのものづくりを見据えた「代替材料の開発」の一環として、バイオマスプラスチックを利用した画像機器部品の開発に取り組んでいます。

リコーでは、2002年から画像機器向けバイオマスプラスチックの開発に着手し、2005年、業界に先駆けてデジタル複合機にバイオマス度(*1)50%の内装部品を採用しました。2008年には、バイオマス度を約70%まで向上させた部品を搭載しました。

その後も、部品の適用範囲拡大に向けて、画像機器の外装部品の素材に求められる高い難燃性、耐久性などを満たした高難燃バイオマスプラスチックの実用化に成功し、2013年8月、プロダクションプリンター RICOH Pro 8120S/8110S/8100Sの外装部品に採用しました。

(*1) 部品に含まれるバイオマスプラスチックの割合

バイオマスプラスチックのメリットと課題

バイオマスプラスチックは再生可能な生物由来のバイオマス資源を利用したプラスチックです。現在、実用化段階に入っているものは、植物由来の材料によるものです。代表例は、植物に含まれるデンプンや糖、セルロースを原材料とした高分子材料で、デンプンを発酵させた乳酸を化学合成したポリ乳酸です。ポリ乳酸は、たとえ焼却しても排出されるCO2は原料となる植物が成長する際に光合成によって吸収したものであり、大気中のCO2を増加させません(カーボンニュートラル)。そのため、温暖化を促進させない環境負荷の少ない材料です(図1)。また、ポリスチレンなどと同等の剛性と強度を備えています。しかしながら、耐久材として利用するには耐熱性や耐衝撃性に課題があり、電気電子機器の部品に利用するには燃えにくさの指標である難燃性の確保も大きな課題です。さらには、部品に成形加工する際の量産性についても課題があります。

リコーでは、これらの課題をクリアし、将来の本格的採用を目指して、間伐材・廃木材などの非可食材料からポリ乳酸を耐久部品に適用させる材料技術、および経済性も両立する量産性の高い成形技術の開発にも取り組んでいます。

図1:バイオマスプラスチックの循環
図1:バイオマスプラスチックの循環


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バイオマスプラスチック使用量拡大に向けた課題とリコーのアプローチ

1.複合機における適用範囲拡大の課題

複合器には1台あたり、重量比でおよそ20~30%のプラスチック部品を使用しています。そのプラスチック部品の用途は多岐にわたっており、内装カバーや給紙トレイなどの内装部品、カバーなどの外装部品、高耐熱性が要求される定着ユニットや高い寸法精度が求められる光学ユニットなどに使われる機能部品があり、それぞれ要求される特性が異なります(図2)。特に使用量が多い外装部品には高い難燃性(燃えにくさ)が求められています。リコーは、用途に応じたさまざまな課題をクリアし、適用範囲の拡大を目指しています。

図2:複合機に採用される樹脂の用途割合と用途ごとに求められる特性
図2:複合機に採用される樹脂の用途割合と用途ごとに求められる特性


2.バイオマス度の向上

リコーが画像機器の素材として採用しているポリ乳酸は、植物を原料とする結晶性ポリエステルで、バイオマス度向上における大きな課題が3つあります。
・結晶化度(結晶化の割合)が耐熱性、耐衝撃性に影響する
・結晶化速度が量産性に影響する
・ポリエステルは難燃性を確保しづらい

従来は、石油系プラスチックを一定量混合することでこれらの課題をクリアしていました。そのため、バイオマス度を高めることが難しく、多くても50%程度が限界でした。そこで、リコーでは材料メーカーと共同で、石油系プラスチックを混合させずに耐熱性と耐衝撃性を確保するとともに、結晶性の制御を可能とする新規開発の添加剤で改質された新規バイオマスプラスチックを用いて、業界トップクラスの高いバイオマス度(約70%)を実現しました(図3)。また、この素材は従来の石油系プラスチック材料と同等の時間で成形加工が可能で、量産性も確保しています。2008年10月に発売したimagio MP C2200のマニュアルポケットに、この素材を採用しました(図4)。



図3:従来方式と新方式のバイオマス度比較
(a)従来のバイオマスプラスチック
バイオマス度(約50%)
(b)新規バイオマスプラスチック
バイオマス度(約70%)
図3:従来方式と新方式のバイオマス度比較

(a) imagio MP C2200 搭載部品 (b) imagio MP C2200 搭載箇所
(a) imagio MP C2200 搭載部品 (b) imagio MP C2200 搭載箇所
図4:imagio MP C2200への搭載 (2008年10月)


3.高難燃バイオマスプラスチックへの挑戦

画像機器の外装部品には、安全性の観点から高い難燃性(燃えにくさ)が求められます。国際安全規格では、画像機器などの大型機器の外装部品にはUL94規格(*2)の5VBレベルが要求されており、内装部品に対する要求レベルのV-2から、5VBまで難燃性を向上させることは、大きな技術課題でした。しかし、これを解決し、1台あたりの使用量が多い外装部品への適用が実現できれば、大幅な環境負荷削減効果が期待できます(図2)。

この難燃性についても、一定量の石油系プラスチックを混合する方法でクリアできますが、リコーは、再び、材料メーカーと共同し、石油系プラスチックを混合させずに難燃性を向上させることを目指しました。その結果、結晶化速度の改良により、難燃性の向上、強度の確保に成功。さらに成形しやすさも改良し、バイオマス度40%以上、難燃性5VBを達成して、耐久性、耐熱性もクリアするプラスチックを完成させました。2013年8月、この高難燃バイオマスプラスチックをプロダクションプリンター RICOH Pro 8120S/8110S/8100Sの操作パネルの背面カバーに採用しました(図5)。バイオマス度40%以上は、2013年10月現在、高難燃バイオマスプラスチックとしては非常に高い値であり、従来の石油系プラスチックに比べて、材料製造時のCO2排出量を40%以上削減(*3)することが期待できます。

(*2) 難燃性規格UL94(Underwriters Laboratories Inc.の規格)。等級はHB、V-2、V-1、V-0、5VB、5VA。
(*3) 従来PC+ABSプラスチック部品と比較した値 (リコー試算)。


画像:RICOH Pro 8120S/8110S/8100Sの操作パネル背面カバーに高難燃バイオマスプラスチックを搭載
図5:RICOH Pro 8120S/8110S/8100Sの操作パネル背面カバーに高難燃バイオマスプラスチックを搭載



画像機器部品への利用におけるリコーの目指す方向性

今後も、リコーが掲げる2020年度の環境目標「新規投入資源量の25%削減(2007年度比)」の達成に向け、より大型の部品に適用するための剛性や成形性の向上や、機能部品に求められる特性である耐熱性や低吸水性の向上、耐久寸法精度(*4)の確保などに取り組み、使用量拡大のための技術開発を進めていきます(図6)。また、リサイクル性の向上にも取り組み、バイオマスプラスチックのライフサイクルでの環境貢献度をさらに高めていきます。

(*4) 耐久寸法精度:5年以上の複数年使用する画像機器のプラスチック部品に適用するため、熱・吸水などにより寸法変動せずに、複数年後も確保する寸法精度


画像:図6:バイオマスプラスチックの開発イメージ

図6:バイオマスプラスチックの開発イメージ
 

本技術の分類:  分野別  「環境」  |  製品別  「複合機/プリンター」  「プロダクションプリンター」

 

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