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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023068243
(43)【公開日】2023-05-17
(54)【発明の名称】転がり軸受の使用方法、転がり軸受
(51)【国際特許分類】
F16C 33/12 20060101AFI20230510BHJP
F16C 19/38 20060101ALI20230510BHJP
F16C 33/58 20060101ALI20230510BHJP
F16C 33/34 20060101ALI20230510BHJP
F16C 33/10 20060101ALI20230510BHJP
C23C 26/00 20060101ALI20230510BHJP
【ＦＩ】
F16C33/12 Z
F16C19/38
F16C33/58
F16C33/34
F16C33/10 Z
C23C26/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021179141
(22)【出願日】2021-11-02
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 日本トライボロジー学会 トライボロジー会議２０２０秋 トライボロジー学会予稿 日本トライボロジー学会 トライボロジー会議２０２１春 トライボロジー学会予稿
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】599002043
【氏名又は名称】学校法人 名城大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001977
【氏名又は名称】弁理士法人クスノキ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】飯田 亜子
(72)【発明者】
【氏名】石森 裕一
(72)【発明者】
【氏名】角田 敏紀
(72)【発明者】
【氏名】内海 学
(72)【発明者】
【氏名】宇佐美 初彦
【テーマコード（参考）】
3J011
3J701
4K044
【Ｆターム（参考）】
3J011DA01
3J011QA04
3J011SB03
3J011SB04
3J011SB05
3J011SB20
3J701AA01
3J701AA32
3J701AA43
3J701AA54
3J701AA62
3J701BA09
3J701BA69
3J701DA05
3J701EA24
3J701EA25
3J701EA26
3J701EA78
3J701FA31
3J701GA24
3J701GA31
3J701GA34
3J701GA41
3J701GA51
3J701GA60
3J701XB03
3J701XB50
3J701XE03
4K044AA02
4K044AB05
4K044BA10
4K044BB01
4K044BC01
4K044CA18
4K044CA51
(57)【要約】
【課題】稼働中に摺動面粗さが小さくなる安価な金属コーティングを軸受若しくは回転軸に適用し設備の長寿命化を図ること。
【解決手段】設備に組み込む前（実質的に使用する前）の状態において、下記式（Ａ）を満たすことを特徴とする転がり軸受とする。
０．１＜ｈＺｎ／Ｒｔ０ （Ａ）
ただし、ｈＺｎ:転がり軸受内面における酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層の厚さ[μｍ]、Ｒｔ０:摺動を与える前の初期粗度[μｍ]とする。
【選択図】図１
【解決手段】設備に組み込む前（実質的に使用する前）の状態において、下記式（Ａ）を満たすことを特徴とする転がり軸受とする。
０．１＜ｈＺｎ／Ｒｔ０ （Ａ）
ただし、ｈＺｎ:転がり軸受内面における酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層の厚さ[μｍ]、Ｒｔ０:摺動を与える前の初期粗度[μｍ]とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
設備に組み込む前の状態において、下記式（Ａ）を満たすことを特徴とする転がり軸受。
０．１＜ｈＺｎ／Ｒｔ０ （Ａ）
ただし、ｈＺｎ:転がり軸受内面における酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層の厚さ[μｍ]、Ｒｔ０:摺動を与える前の初期粗度[μｍ]とする。
０．１＜ｈＺｎ／Ｒｔ０ （Ａ）
ただし、ｈＺｎ:転がり軸受内面における酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層の厚さ[μｍ]、Ｒｔ０:摺動を与える前の初期粗度[μｍ]とする。
【請求項2】
設備に組み込む前の状態において、金属層に、Ｚｎを質量％で７０％以上含み、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、Ｃａ、Ｂ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒおよびこれらの化合物の１種または２種以上、と残不可避的不純物を含む請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項3】
金属層が面積率にして４０％以上存在する請求項１又は２に記載の転がり軸受。
【請求項4】
転動体を備える転がり軸受の使用方法であって、
酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層が転動体又は転動体の当接面の少なくとも一方に施され、
当該金属層が備えられた部分にかかる単位面積における１ｓｅｃ当たりの摩擦仕事Ｗを下記式（１）としたとき、
下記式（２）を満たす範囲で使用することを特徴とする転がり軸受の使用方法。
Ｗ＝ｐ×μ×Ｌ （１）
（－０．１９＋α＋β＋γ）・Ｗ（２＋ζ）＋１．４８・Ｗ＋（１-（（Ｒｔ０）１／２／２０））＞１ （２）
ただし、ｐ:接触面1mm2に作用する力の平均値[N]、μ:潤滑油中の摩擦係数、Ｌ:1秒あたりのすべり距離[m]、α:下記式（３）で求められる潤滑粘度に関する補正係数、β:下記式（４）で求められる大気中の酸素濃度に関する補正係数、γ: 下記式（５）で求められる大気湿度に関する補正係数、ζ: 下記式（６）で求められる潤滑油中の金属層からの脱落成分に関する補正係数。
α＝－（１―（ν／０．００００３２））／１０００ （３）
ここでνは使用する潤滑油の動粘度[m2/s]、
β＝（１－（ＰＯ２／２０））／１００ （４）
ここでＰＯ２は大気中の酸素濃度[質量%]、
γ＝（１－（Ｍ／６７））／１０００ （５）
ここでＭは大気湿度[%]、
ζ＝－Ｄｚ／８４ （６）
ここでＤｚは潤滑油中の金属層からの脱落成分の蛍光Ｘ線Ｚｎ強度[cps/μA]、
である。
酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層が転動体又は転動体の当接面の少なくとも一方に施され、
当該金属層が備えられた部分にかかる単位面積における１ｓｅｃ当たりの摩擦仕事Ｗを下記式（１）としたとき、
下記式（２）を満たす範囲で使用することを特徴とする転がり軸受の使用方法。
Ｗ＝ｐ×μ×Ｌ （１）
（－０．１９＋α＋β＋γ）・Ｗ（２＋ζ）＋１．４８・Ｗ＋（１-（（Ｒｔ０）１／２／２０））＞１ （２）
ただし、ｐ:接触面1mm2に作用する力の平均値[N]、μ:潤滑油中の摩擦係数、Ｌ:1秒あたりのすべり距離[m]、α:下記式（３）で求められる潤滑粘度に関する補正係数、β:下記式（４）で求められる大気中の酸素濃度に関する補正係数、γ: 下記式（５）で求められる大気湿度に関する補正係数、ζ: 下記式（６）で求められる潤滑油中の金属層からの脱落成分に関する補正係数。
α＝－（１―（ν／０．００００３２））／１０００ （３）
ここでνは使用する潤滑油の動粘度[m2/s]、
β＝（１－（ＰＯ２／２０））／１００ （４）
ここでＰＯ２は大気中の酸素濃度[質量%]、
γ＝（１－（Ｍ／６７））／１０００ （５）
ここでＭは大気湿度[%]、
ζ＝－Ｄｚ／８４ （６）
ここでＤｚは潤滑油中の金属層からの脱落成分の蛍光Ｘ線Ｚｎ強度[cps/μA]、
である。
【請求項5】
酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層に、Ｚｎを質量％で７０％以上含み、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、Ｃａ、Ｂ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒおよびこれらの化合物の１種または２種以上と残不可避的不純物を含む請求項４に記載の転がり軸受の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、転がり軸受の使用方法、転がり軸受に関する。
【背景技術】
【0002】
多種多様な機械システム、例えば、精密機械、産業機械、輸送機械、測定機器などの摺動部は絶えず摩擦を繰り返し摩耗が避けられない環境となっている。そのため、摺動部には各種の潤滑材がその環境に応じて用いられたり、摺動部を構成する部材自体に優れた潤滑性を有する材料が使用されていたり、潤滑性を付与する表面処理を行うなどの対応がされている。
【0003】
潤滑材の理想的な特性は、高速下においても低速下においても、摩擦損失が少なく、かつ摩耗が少ないことである。油による潤滑において、潤滑性は潤滑油による油膜の形成厚みが摺動面間の粗さよりも大幅に大きい流体潤滑状態が望ましいが、各種機械の稼働条件によって、油膜の形成厚みが摺動面粗さと同等または粗さより小さい混合潤滑状態、境界潤滑状態で稼働するケースも多くある。
【0004】
形成される油膜厚さが決まっている条件下においては、摺動面の粗さを小さくし、より流体潤滑状態に近づけることが摩耗を少なくし、転がり軸受においてはころがり疲労を軽減するのに有効である。例えば、引用文献１には、潤滑油側に自己潤滑性のある固体潤滑物である各種酸化物を分散させたことで、具現化した技術事例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００９－１７９７１５号公報
【0006】
ところで、引用文献１に記載されているような各種酸化物は一般的に高価なものであり、潤滑油にこのような高価なものを入れるのはメンテナンス費用がかさむ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、このような背景でなされた発明であり、本発明が解決しようとする課題は、稼働中に摺動面粗さが小さくなる安価な金属コーティングを軸受若しくは回転軸に適用し設備の長寿命化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するため、設備に組み込む前の状態において、下記式（Ａ）を満たすことを特徴とする転がり軸受とする。
０．１＜ｈＺｎ／Ｒｔ０ （Ａ）
ただし、ｈＺｎ:転がり軸受内面における酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層の厚さ[μｍ]、Ｒｔ０:摺動を与える前の初期粗度[μｍ]とする。
０．１＜ｈＺｎ／Ｒｔ０ （Ａ）
ただし、ｈＺｎ:転がり軸受内面における酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層の厚さ[μｍ]、Ｒｔ０:摺動を与える前の初期粗度[μｍ]とする。
【0009】
また、設備に組み込む前の状態において、金属層に、Ｚｎを質量％で７０％以上含み、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、Ｃａ、Ｂ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒおよびこれらの化合物の１種または２種以上、と残不可避的不純物を含む構成とすることが好ましい。
【0010】
また、金属層が面積率にして４０％以上存在する構成とすることが好ましい。
【0011】
また、転動体を備える転がり軸受の使用方法であって、
酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層が転動体又は転動体の当接面の少なくとも一方に施され、
当該金属層が備えられた部分にかかる単位面積における１ｓｅｃ当たりの摩擦仕事Ｗを下記式（１）としたとき、
下記式（２）を満たす範囲で使用することを特徴とする転がり軸受の使用方法とする。
Ｗ＝ｐ×μ×Ｌ （１）
（－０．１９＋α＋β＋γ）・Ｗ（２＋ζ）＋１．４８・Ｗ＋（１-（（Ｒｔ０）１／２／２０））＞１ （２）
ただし、ｐ:接触面1mm2に作用する力の平均値[N]、μ:潤滑油中の摩擦係数、Ｌ:1秒あたりのすべり距離[m]、α:下記式（３）で求められる潤滑粘度に関する補正係数、β:下記式（４）で求められる大気中の酸素濃度に関する補正係数、γ: 下記式（５）で求められる大気湿度に関する補正係数、ζ: 下記式（６）で求められる潤滑油中の金属層からの脱落成分に関する補正係数。
α＝－（１―（ν／０．００００３２））／１０００ （３）
ここでνは使用する潤滑油の動粘度[m2/s]、
β＝（１－（ＰＯ２／２０））／１００ （４）
ここでＰＯ２は大気中の酸素濃度[質量%]、
γ＝（１－（Ｍ／６７））／１０００ （５）
ここでＭは大気湿度[%]、
ζ＝－Ｄｚ／８４ （６）
ここでＤｚは潤滑油中の金属層からの脱落成分の蛍光Ｘ線Ｚｎ強度[cps/μA]、
である。
酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層が転動体又は転動体の当接面の少なくとも一方に施され、
当該金属層が備えられた部分にかかる単位面積における１ｓｅｃ当たりの摩擦仕事Ｗを下記式（１）としたとき、
下記式（２）を満たす範囲で使用することを特徴とする転がり軸受の使用方法とする。
Ｗ＝ｐ×μ×Ｌ （１）
（－０．１９＋α＋β＋γ）・Ｗ（２＋ζ）＋１．４８・Ｗ＋（１-（（Ｒｔ０）１／２／２０））＞１ （２）
ただし、ｐ:接触面1mm2に作用する力の平均値[N]、μ:潤滑油中の摩擦係数、Ｌ:1秒あたりのすべり距離[m]、α:下記式（３）で求められる潤滑粘度に関する補正係数、β:下記式（４）で求められる大気中の酸素濃度に関する補正係数、γ: 下記式（５）で求められる大気湿度に関する補正係数、ζ: 下記式（６）で求められる潤滑油中の金属層からの脱落成分に関する補正係数。
α＝－（１―（ν／０．００００３２））／１０００ （３）
ここでνは使用する潤滑油の動粘度[m2/s]、
β＝（１－（ＰＯ２／２０））／１００ （４）
ここでＰＯ２は大気中の酸素濃度[質量%]、
γ＝（１－（Ｍ／６７））／１０００ （５）
ここでＭは大気湿度[%]、
ζ＝－Ｄｚ／８４ （６）
ここでＤｚは潤滑油中の金属層からの脱落成分の蛍光Ｘ線Ｚｎ強度[cps/μA]、
である。
【0012】
また、前記転がり軸受の使用方法において、酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層に質量％でＺｎが７０％以上含み、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、Ｃａ、Ｂ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒおよびこれらの化合物の１種または２種以上と残不可避的不純物を含む構成とすることが好ましい。
【発明の効果】
【0013】
本発明を用いると、設備の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】実験に用いた装置の概略を示す図である。
【図3】Ｒｔについて説明する図である。
【図4】Ｒｔ０とｈＺｎの例を示す図である。
【図5】「1mm2における1sec当たりの摩擦仕事」と「Ｒｔ０／Ｒｔ」の関係についての実験データを表す図である。
【図6】軸受のころと外輪及び内輪に金属層を備えた構成としたことを示す図である。
【図7】ころと外輪に付した金属層を示す図である。ただし、ころと外輪の接触時に生じる応力分布や滑り速度の分布も示している。
【図8】亜鉛の面積率とＲｔ０／Ｒｔの関係の実験結果を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下に発明を実施するための形態を示すが、先ず、本実施形態の金属層３について説明をする。金属層３は軸受１で支える回転軸２が回動する際に摩耗しやすい部分において、摩耗による損傷を抑制させるために適用するものである。金属層３には酸化処理がされていない亜鉛を含むが、典型的には亜鉛（Ｚｎ）のコーティングと、亜鉛（Ｚｎ）と錫（Ｓｎ）の合金のコーティングが例示できる。なお、亜鉛と錫の合金のコーティングにおいては、錫は亜鉛を定着させる意味合いのものであり、摩耗に対する寄与は亜鉛程のものでは無い。
【0016】
ここで、亜鉛の薄膜が与える影響についての実験結果について説明する。発明者は図１に示すような試験機を用いてスラスト軸受の疲労試験を行った。その結果、図２に示すような結果が得られた。ここでは、亜鉛の他、銅や銀、錫などによる金属層３の試験結果も併せてあげているが、亜鉛が最も疲労寿命が長い結果となったことが理解される。
【0017】
そこで本発明者は軸受１に関連する摩耗を検討するに際し、亜鉛を備えた金属層３を施すことに着目することにしたが、他の金属と比較しても予想以上に寿命を延ばす効果があったため、その原理を検討することにした。
【0018】
検討した結果、亜鉛はイオン化傾向が大きいため、優先して溶出し、母材を保護しているのではないかと推測するに至った。ただし、その他の理由も考えられるため、更に検討していくことにした。その中で、しばらく使用した後の軸受１には、Ｘ線光電子分光分析によりＺｎＯのピークが見られることが分かった。ここから、転動体１１が動くことにより亜鉛の表面に対して酸化亜鉛の被膜の生成が促進され、水や酸素を通しにくくしているのではないかと考えるに至った。転動体１１が動き続けることにより亜鉛の一部の酸化が促進され、酸化亜鉛の緻密な膜を形成し、個体潤滑材として機能していると推察される。
【0019】
また、検討していく中で、使用前の状態において、酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層３の厚さは、
ｈＺｎ:転がり軸受１内面の設置前の酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層３の厚さ[μｍ]、
Ｒｔ０:摺動を与える前の初期粗度[μｍ]、
とした場合に、
０．１＜ｈＺｎ／Ｒｔ０
の条件を満たすことが好ましいという結論に至った。
ｈＺｎ:転がり軸受１内面の設置前の酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層３の厚さ[μｍ]、
Ｒｔ０:摺動を与える前の初期粗度[μｍ]、
とした場合に、
０．１＜ｈＺｎ／Ｒｔ０
の条件を満たすことが好ましいという結論に至った。
【0020】
なお、図３に示すことから理解されるように、Ｒｔは最大断面高さであり、いくつかの基準長さ区間にわたる山の最大値から谷の最小値までの鉛直距離である。Ｒｔは軸受１を使用することにより値が変化するが、摺動を与える前の初期粗度Ｒｔ０は、軸受１の使用に関わらず一定である。これに対して、図４に示すことから理解されるように、ｈＺｎは金属層３の厚みの平均値である。
【0021】
使用前の状態において、転がり軸受１の内面における酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層３の厚さが、摺動を与える前の初期粗度に対して薄すぎると潤滑の効果が薄れる。一方、金属層３の厚さが厚ければ平滑化に寄与しやすいが、金属層３の強度は母材に比して弱いため、運転を継続していくにつれて、つぶされたり摩耗したりしやすい。このため、金属層３の厚さが厚すぎると、使用の経過に伴い回転軸２と軸受１の間の隙間が大きくなりすぎる可能性が高くなる。このため、ｈＺｎは所定の範囲内にするのが好ましい。例えば０．０１μｍ以上５０００μｍ以下である。なお、接触界面に作用する面圧が転走面や転動体表面の変形を伴わないほどに滑らかな場合は、０．０１μｍでも作用する。また、５０００μｍを超えると、経済的なメリットがかなり薄れる。
【0022】
０．１＜ｈＺｎ／Ｒｔ０を満たす場合は、転がり軸受１内面の設置前の酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層３の厚さｈＺｎは摺動を与える前の初期粗度Ｒｔ０の１０％より厚くなるため、粗度を低下させる効果が期待できる。
【0023】
一方、ｈＺｎの値が比較的小さい値である場合には、ｈＺｎの値が大きくなると摺動面を平滑化しやすくなるが、ある程度のところで頭打ちになる。このようなこともあり、実際に利用する転がり軸受１と転動体１１の関係を考慮すると、ｈＺｎは２０００[μｍ]以上の厚さにしなくても良いことが多い。つまり、ｈＺｎ＜２０００を満たす関係の中で諸事情を勘案して定めればよい。この点を考慮すると、０．１＜ｈＺｎ／Ｒｔ０＜２０００／Ｒｔ０の条件を満たすことが好ましい。
【0024】
ところで、実用上使用することが多く径が小さめの回転軸２としては、径が２５ｍｍの回転軸２がある。径が２５ｍｍの回転軸２は、一般的に軸受の転がり疲労寿命５０％を確保するラジアル隙間が５０μｍである。そのようなことを鑑みると、ｈＺｎ＜５０を満たす範囲で設定しておけば、何らかの理由で金属層３が全て剥がれたりしても、転がり疲労寿命が非実用的なものになることを回避することが期待できる。したがって、０．１＜ｈＺｎ／Ｒｔ０＜５０／Ｒｔ０の条件を満たすことが好ましい。なお、酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層３が転動体１１及び転動体１１の当接面の双方に施される場合は、接触することになる双方の金属層３の厚さを足し合わせたものがｈＺｎである。
【0025】
また、実用上使用しうる回転軸２として大き目の回転軸２としては、径が１０００ｍｍの回転軸２がある。径が１０００ｍｍの回転軸２は、一般的に軸受の転がり疲労寿命５０％を確保するラジアル隙間が２０００μｍである。そのようなことを鑑みると、ｈＺｎ＜２０００を満たす範囲で設定しておけば、何らかの理由で金属層３が全て剥がれたりしても、転がり疲労寿命が非実用的なものになることを回避することが期待できる。したがって、０．１＜ｈＺｎ／Ｒｔ０＜２０００／Ｒｔ０の条件を満たすことが好ましい。なお、酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層３が転動体１１及び転動体１１の当接面の双方に施される場合は、接触することになる双方の金属層３の厚さを足し合わせたものがｈＺｎである。
【0026】
また、酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層３を設ける場合、軸受１を使用し始めた当初は亜鉛がほとんど酸化亜鉛となっていないため、水や酸素の透過を防止できる緻密な膜は形成されていない。この段階でも亜鉛の犠牲防食作用などが鉄などからできている母材を保護することができるが、速やかに粗度を改善できるようにするのが好ましい。
【0027】
そこで、金属層３が備えられた部分にかかる単位面積における１ｓｅｃ当たりの摩擦仕事Ｗを下記式（１）としたとき、
下記式（２）を満たす範囲で使用するのが好ましい。
Ｗ＝ｐ×μ×Ｌ （１）
（－０．１９＋α＋β＋γ）・Ｗ（２＋ζ）＋１．４８・Ｗ＋（１-（（Ｒｔ０）１／２／２０））＞１ （２）
ただし、ｐ:接触面1mm2に作用する力の平均値[N]、μ:潤滑油中の摩擦係数、Ｌ:1秒あたりのすべり距離[m]、α:下記式（３）で求められる潤滑粘度に関する補正係数、β:下記式（４）で求められる大気中の酸素濃度に関する補正係数、γ: 下記式（５）で求められる大気湿度に関する補正係数、ζ: 下記式（６）で求められる潤滑油中の金属層３からの脱落成分に関する補正係数。
α＝－（１―（ν／０．００００３２））／１０００ （３）
ここでνは使用する潤滑油の動粘度[m2/s]、
β＝（１－（ＰＯ２／２０））／１００ （４）
ここでＰＯ２は大気中の酸素濃度[質量%]、
γ＝（１－（Ｍ／６７））／１０００ （５）
ここでＭは大気湿度[%]、
ζ＝－Ｄｚ／８４ （６）
ここでＤｚは潤滑油中の金属層３からの脱落成分の蛍光Ｘ線Ｚｎ強度[cps/μA]、
である。
下記式（２）を満たす範囲で使用するのが好ましい。
Ｗ＝ｐ×μ×Ｌ （１）
（－０．１９＋α＋β＋γ）・Ｗ（２＋ζ）＋１．４８・Ｗ＋（１-（（Ｒｔ０）１／２／２０））＞１ （２）
ただし、ｐ:接触面1mm2に作用する力の平均値[N]、μ:潤滑油中の摩擦係数、Ｌ:1秒あたりのすべり距離[m]、α:下記式（３）で求められる潤滑粘度に関する補正係数、β:下記式（４）で求められる大気中の酸素濃度に関する補正係数、γ: 下記式（５）で求められる大気湿度に関する補正係数、ζ: 下記式（６）で求められる潤滑油中の金属層３からの脱落成分に関する補正係数。
α＝－（１―（ν／０．００００３２））／１０００ （３）
ここでνは使用する潤滑油の動粘度[m2/s]、
β＝（１－（ＰＯ２／２０））／１００ （４）
ここでＰＯ２は大気中の酸素濃度[質量%]、
γ＝（１－（Ｍ／６７））／１０００ （５）
ここでＭは大気湿度[%]、
ζ＝－Ｄｚ／８４ （６）
ここでＤｚは潤滑油中の金属層３からの脱落成分の蛍光Ｘ線Ｚｎ強度[cps/μA]、
である。
【0028】
なお、ｐについて、通常、２つの弾性体の接触は弾性接触理論に基づくヘルツの接触応力式で求まり、接触圧力は接触している範囲で決まった分布をもつといわれているが、ここでは、その分布を簡略化して扱い、ヘルツの接触式から求めた接触面にかかるすべての荷重Ｐを接触面積Ａで除した平均値とした。実験を行ったところ、図５に示すプロットがなされるような結果が得られた。このプロットは、ある範囲で、Ｒｔ０／Ｒｔが上記式（２）で近似できる分布（図５の実線で示した曲線のような分布）を示した。なお、実施形態においては、潤滑油中の摩擦係数μが０．１となるものを選択している。
【0029】
図５に示すことから理解されるように、1mm2における1sec当たりの摩擦仕事は小さすぎても大きすぎてもＲｔ０／Ｒｔが１以下となり得るが、式（２）を指標にして使用するようにすれば、Ｒｔ０／Ｒｔが１を超えた状態を維持することが期待できる。
【0030】
なお、Ｒｔ０／Ｒｔ＞１とは、摺動後の粗さが摺動前の粗さより小さくなり、摺動前に比べ油膜厚パラメータが大きくなるため、潤滑状態が流体潤滑状態に近づき、摩擦の軽減が期待できる。尚、油膜厚パラメータとは、摺動面の湯膜厚と表面粗度から潤滑状態を示す指標で、油膜厚さ÷表面粗さで表され、粗さに対し油膜厚さが大きいと大きな値を示し、概ね３を超えると流体潤滑状態であることを示す。また流体潤滑状態とは、２面間の接触がなくなるほど充分に厚く油膜厚さが成長した状態である。
【0031】
ところで、αを表す式中の「０．００００３２」は、実験で使用した潤滑油の動粘度で、実験に用いた潤滑油の動粘度に対する補正の意味を持つ。また、βを表す式中の「２０」は実験時の大気酸素濃度で、実験で用いた酸素濃度に対する補正の意味を持つ。また、γを表す式中の「６７」は実験時の湿度で、実験で用いた湿度に対する補正の意味を持つ。なお、ζを表す式中の「８４」は実用的な範囲より実験結果などから定めたものである。
【0032】
ところで、連続鋳造装置のガイドロールに使用される軸受１などは、高温環境下であるとともに、支える回転軸２の回転速度が比較的遅く、かけられる重量が大きいため、油膜厚が薄くなりがちで、使用環境としては条件が悪い。しかしながら、転動体１１である「ころ」及び転動体１１の当接面である「転走面」の少なくとも一方に、酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層３を施すことで、摺動面に亜鉛を含んだ金属層３を施したものとし、適切に使用することで、耐久性を飛躍的に上げることができる。なお、図６及び図７に示す例では、「ころ」及び「転走面」の双方に金属層３を施している。
【0033】
なお、酸化亜鉛で保護することだけ考えると初期段階から金属層３として酸化亜鉛を施すことも考えられるが、高度な処理設備が必要なため、汎用的では無い。一方、酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層３を作ることは比較的容易であり、実用性が高いものとなる。
【0034】
上記実施形態においては酸化処理がされていない亜鉛を含む金属層を施すために、亜鉛を電解鍍金処理をしたり、亜鉛の粉末を加圧流体を用いて投射するショットピーニング成膜をしたりしたが、いずれも効果が見られた。
【0035】
ところで、金属層８は、質量％でＺｎが７０％以上１００％以下であることが好ましい。また、Ｚｎが１００％未満である場合、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、Ｃａ、Ｂ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒおよびこれらの化合物（化合物には酸化物、炭化物、塩化物等を含む）の１種または２種以上、と残不可避的不純物を含むようにしても良い。
【0036】
なお、軟質金属であるＳｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌは必須金属であるＺｎの密着（接着）を促進することができる。Ｏ、Ｎ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌは意図せずに生じる化合物として含まれることがある。また、これらは単体で含まれる他、化合物や複合化合物として含まれることもある。
【0037】
Ｎａ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、Ｃａ、Ｂ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒはショットピーニングやメカニカルアロイングにて金属層を形成する場合に意図せず混入する場合がある。これらは単体で含まれる他、酸化物、炭化物、窒化物、合金などで含まれる場合もある。
【0038】
ところで使用前の金属層８は４０％以上の面積率で存在することが好ましい。例えば金属層８は軸受１の転走面と転動体１１が接触する境界面で作用（平滑化と低摩擦係数化）するが、転走面においては、転動体１１が通過する範囲が限定的である。この範囲において設置前の転がり軸受１の金属層８の存在面積が１００％であることが望ましいといえる。
【0039】
しかし、転走面と転動体１１が接触する接触境界面は、瞬間的かつ微視的に見たときには転動体１１が通過する範囲のうちで、極わずかな接触界面が複数点在する状態になっており、転動体１１が通過する範囲全てで接触界面を形成しているわけではない。複数点在する接触界面は、転動体１１が通過するにつれて、（転動体１１が通過する範囲内で）ランダムに移動しているため、点在する接触界面のうち、ある割合の接触界面が作用（平滑化と低摩擦係数化）していればよい。このことを調べていくと、転動体１１が通過する範囲において、金属層８の存在面積率は４０％でも十分に効果があることが分かった（図８参照）。このことから、使用前の金属層８は４０％以上の面積率で存在することが好ましいといえる。なお、割合が低くても、保護する部分は存在するため、４０％未満では全く効果が無いというわけでは無い。ただし、７％以下では十分な効果は見られなかった。このため７％を超えていることが好ましいといえる。なお、図８に示す例においては面積率が６４％においてＲｔ０／Ｒｔが最大値となり１．７となった。
【0040】
以上、実施形態を中心として本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、各種の態様とすることが可能である。例えば亜鉛の他、錫や錫の酸化物、部分的に亜鉛の酸化物などを少なくとも１種以上ふくむものとしても良い。
【符号の説明】
【0041】
１ 軸受
２ 回転軸
８ 金属層
１１ 転動体
２ 回転軸
８ 金属層
１１ 転動体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
