JP2019086516A - 荷重測定ユニットおよび荷重測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被支持体の軸方向への移動を許容しつつ、支持体に負荷されるアキシャル荷重を測定する。【解決手段】嵌合孔４２が形成された支持体４１と、嵌合孔４２の内周面に形成された本体凹部４３内に配置されたセンサユニット５０とを備えており、センサユニット５０は、嵌合孔４２の径方向を向く第１のセンサ５４と、嵌合孔４２の周方向を向く第２のセンサ５５と、本体凹部４３に嵌合されたホルダ５１と、ホルダ５１に形成された台座凹部５７内に配置された台座部５２とを備えており、台座凹部５７は、嵌合孔４２の径方向を向く底面部と嵌合孔４２の周方向を向く側面部とを備えており、台座部５２は、嵌合孔４２の径方向を向く底面部と嵌合孔４２の周方向を向く側面部とを備えており、第１のセンサ５４は、台座凹部５７の底面部と台座部５２の底面部との間に配置され、第２のセンサ５５は、台座凹部５７の側面部と台座部５２の側面部との間に配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、荷重測定ユニットおよび荷重測定方法に関する。

コークス工場の事前処理設備における塊成機のローラに用いられる軸受が割損するトラブルが生じると、製骸量（コークス生産量）が低下することから、軸受の割損を防止することが望まれている。割損は、軸受設計で想定していたアキシャル荷重、ラジアル荷重より過大な荷重が発生している事が原因と考えられる。実際に発生している荷重を測定し、最適な軸受設計を行うことについて要望がある（ラジアル荷重の測定に関して、例えば下記特許文献１参照）。

特開昭５５−１５６６０８号公報

アキシャル方向の荷重測定にあたっては、一般的に、アキシャル方向の荷重を直接、センサに負荷することが必要である。
しかしながら、アキシャル方向の荷重を直接、センサに負荷しようとすると、軸受のアキシャル方向への移動が妨げられて軸受ロックにつながる。前述の塊成機の軸受のような高温環境下で使用される軸受では、熱による軸伸び等を考慮し、軸受（被支持体）のチョック（支持体）に対するアキシャル方向（軸方向）への移動が許容されていることが必要になる場合がある。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、被支持体の軸方向への移動を許容しつつ、支持体に負荷されるアキシャル荷重を測定することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
（１）本発明に係る荷重測定ユニットは、被支持体が嵌合する嵌合孔が形成された支持体と、前記嵌合孔の内周面に形成された本体凹部内に配置され、前記被支持体から前記支持体に負荷されるアキシャル荷重が作用するセンサユニットとを備えており、前記センサユニットは、前記嵌合孔の径方向を向く第１のセンサと、前記嵌合孔の周方向を向く第２のセンサと、前記本体凹部に嵌合されたホルダと、前記ホルダに形成された台座凹部内に配置された台座部とを備えており、前記台座凹部は、前記嵌合孔の径方向を向く底面部と、前記嵌合孔の周方向を向く側面部とを備えており、前記台座部は、前記嵌合孔の径方向を向く底面部と、前記嵌合孔の周方向を向く側面部とを備えており、前記第１のセンサは、前記台座凹部の底面部と前記台座部の底面部との間に配置され、前記第２のセンサは、前記台座凹部の側面部と前記台座部の側面部との間に配置されていることを特徴とする。

この場合、第１のセンサが、台座凹部の底面部と台座部の底面部との間に配置されるので、第１のセンサが、台座部の底面部に生じる応力を計測することができる。また、第２のセンサが、台座凹部の側面部と台座部の側面部との間に配置されるので、第２のセンサが、台座部の側面部に生じる応力を計測することができる。
ところで、この荷重測定ユニットでは、被支持体から支持体にラジアル荷重が負荷されると、台座部が径方向（ラジアル方向）に押圧され、台座部の底面部に径方向の垂直応力が生じる。なおこのとき、台座部が、径方向に圧縮されながら周方向に拡幅し、台座部の側面部にも周方向の垂直応力が生じる。
被支持体から支持体にアキシャル荷重が負荷されると、台座部の底面部が、嵌合孔の軸方向（アキシャル方向）に保持されたまま、台座部の頂面部が軸方向に変位し、台座部が軸方向にせん断変形する。その結果、台座部の側面部にせん断応力が生じるとともに、側面部の垂直応力が減少する。なおこのとき、アキシャル荷重を起因として台座部の底面部に生じる応力は小さい。
すなわち、被支持体から支持体にラジアル荷重およびアキシャル荷重が負荷されたとき、台座部の底面部には、ラジアル荷重を起因とした垂直応力が主に生じる。したがって、台座部の底面部に生じる応力を表す第１のセンサの検出結果は、ラジアル荷重との間に相関関係があると言える。そのため、この相関関係を表す関係式について予め求めておくことで、第１のセンサの検出結果に基づいてラジアル荷重を算出することができる。
また、被支持体から支持体にラジアル荷重およびアキシャル荷重が負荷されたとき、台座部の側面部には、ラジアル荷重を起因とした垂直応力と、アキシャル荷重を起因としたせん断応力と、が主に生じる。したがって、台座部の側面部に生じる応力を表す第２のセンサの検出結果は、ラジアル荷重およびアキシャル荷重との間に相関関係があると言える。ここで前述のように、ラジアル荷重は、第１のセンサの検出結果（台座部の底面部に生じる応力）との間に相関関係があることから、アキシャル荷重は、第１、第２のセンサの検出結果との間に相関関係があると言える。そのため、この相関関係を表す関係式について予め求めておくことで、第１、第２のセンサの検出結果に基づいてアキシャル荷重を算出することができる。
以上から、第１のセンサの検出結果に基づいて、ラジアル荷重を算出するとともに、第１、第２のセンサの検出結果に基づいて、アキシャル荷重を算出することができる。またこのとき、アキシャル荷重を直接、センサに負荷することなく、台座部の側面部に生じる応力に基づいて、アキシャル荷重を算出することができる。したがって、被支持体の軸方向への移動を許容することができる。
なお、被支持体から支持体にラジアル荷重が負荷されず、アキシャル荷重のみが負荷される場合には、第２のセンサの検出結果のみに基づいて、アキシャル荷重を算出することができる。すなわちこの場合、ラジアル荷重が第２のセンサの検出結果に影響を与えず、第２のセンサの検出結果は、アキシャル荷重のみとの間に相関関係がある。そのため、この相関関係を表す関係式について予め求めておくことで、第２のセンサの検出結果に基づいてアキシャル荷重を算出することができる。
ここで、台座部が、ホルダの台座凹部に配置され、ホルダが、本体凹部に嵌合される。このように、台座部が、直接、支持体に嵌合されるのではなく、ホルダを介して支持体に嵌合される。したがって、支持体を直接、加工するのではなく、支持体の外部でホルダを適宜、加工することで、本体凹部に対するホルダの嵌め合いの程度や、台座部に対する台座凹部の嵌め合いの程度を調整することができる。これにより、荷重測定ユニットの生産性を確保しつつ、高精度な測定を実現することができる。

（２）上記（１）に記載の荷重測定ユニットでは、前記第１、第２のセンサは、前記台座部に設けられている構成を採用してもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の荷重測定ユニットでは、前記センサユニットには、前記被支持体から前記支持体に負荷されるラジアル荷重および前記アキシャル荷重が作用する構成を採用してもよい。
（４）上記（３）に記載の荷重測定ユニットでは、前記第１のセンサの検出結果に基づいて前記ラジアル荷重を算出し、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの検出結果に基づいて前記アキシャル荷重を算出する算出部を更に備える構成を採用してもよい。
（５）本発明に係る荷重測定方法は、上記（３）または（４）に記載の荷重測定ユニットを利用して前記ラジアル荷重および前記アキシャル荷重を測定する荷重測定方法であって、前記第１のセンサの検出結果に基づいて前記ラジアル荷重を算出し、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの検出結果に基づいて前記アキシャル荷重を算出することを特徴とする。

（６）本発明に係る荷重測定ユニットは、被支持体が嵌合する嵌合孔が形成された支持体と、前記嵌合孔の内周面に形成された本体凹部内に配置され、前記被支持体から前記支持体に負荷されるアキシャル荷重が作用するセンサユニットとを備えており、前記センサユニットは、前記嵌合孔の径方向を向く第１、第２のセンサと、前記本体凹部に嵌合されたホルダと、前記ホルダに形成された台座凹部内に配置された台座部とを備えており、前記台座凹部は、前記嵌合孔の径方向を向く底面部を備えており、前記台座凹部の底面部は、第１、第２の傾斜面を備えており、前記第１、第２の傾斜面は、前記嵌合孔の軸方向に並んで配置されており、前記台座部は、前記嵌合孔の径方向を向く底面部を備えており、前記台座部の底面部は、第３、第４の傾斜面を備えており、前記第３、第４の傾斜面は、前記第１、第２の傾斜面に対向配置されており、前記第１のセンサは、前記第１の傾斜面と前記第３の傾斜面との間に配置され、前記第２のセンサは、前記第２の傾斜面と前記第４の傾斜面との間に配置されていることを特徴とする。

この場合、第１のセンサが、台座凹部の第１の傾斜面と台座部の第３の傾斜面との間に配置されるので、第１のセンサが、台座部の第３の傾斜面に生じる応力を計測することができる。また、第２のセンサが、台座凹部の第２の傾斜面と台座部の第４の傾斜面との間に配置されるので、第２のセンサが、台座部の第４の傾斜面に生じる応力を計測することができる。
ところで、この荷重測定ユニットでは、被支持体から支持体にラジアル荷重が負荷されると、台座部が径方向（ラジアル方向）に押圧され、台座部の第３、第４の傾斜面に垂直応力が生じる。
被支持体から支持体にアキシャル荷重が負荷されると、そのアキシャル荷重の向きに応じて、例えば、台座部の第３の傾斜面が台座凹部の第１の傾斜面に押圧されたり、台座部の第４の傾斜面が台座凹部の第２の傾斜面に押圧されたりする。その結果、例えば、台座部の第３、第４の傾斜面に垂直応力が生じる。
すなわち、被支持体から支持体にラジアル荷重およびアキシャル荷重が負荷されたとき、台座部の第３、第４の傾斜面には、ラジアル荷重およびアキシャル荷重を起因とした垂直応力が生じる。台座部の第３、第４の傾斜面に生じる応力を表す第１、第２のセンサの検出結果のうち、嵌合孔の径方向の分力（径方向分力）は、ラジアル荷重との間に相関関係があると言え、嵌合孔の軸方向の分力（軸方向分力）は、アキシャル荷重との間に相関関係があると言える。そのため、この相関関係を表す関係式について予め求めておくことで、第１、第２のセンサの検出結果（第１、第２のセンサの検出結果から求められる径方向分力および軸方向分力）に基づいてラジアル荷重およびアキシャル荷重を算出することができる。このとき、アキシャル荷重を直接、センサに負荷することなく、台座部の第３、第４の傾斜面に生じる応力に基づいて、アキシャル荷重を算出することができる。すなわち、センサが被支持体に対して軸方向の両側に配置された状態ではなく、センサが被支持体に対して径方向外側に配置された状態で、アキシャル荷重を算出することができる。したがって、被支持体の軸方向への移動を規制することなく、アキシャル荷重を算出することができる。
なお、第１、第２のセンサの検出結果から径方向分力および軸方向分力を求めるためには、台座部の第３の傾斜面に対する垂直方向とラジアル荷重が付与される荷重方向との間の第１角度、および台座部の第４の傾斜面に対する垂直方向と前記ラジアル荷重が付与される荷重方向との間の第２角度を利用することができる。
また、被支持体から支持体にラジアル荷重が負荷されず、アキシャル荷重のみが負荷される場合には、第２のセンサの検出結果のみに基づいて、アキシャル荷重を算出することができる。すなわちこの場合、ラジアル荷重が第２のセンサの検出結果に影響を与えず、第２のセンサの検出結果は、アキシャル荷重のみとの間に相関関係がある。そのため、この相関関係を表す関係式について予め求めておくことで、第２のセンサの検出結果に基づいてアキシャル荷重を算出することができる。

（７）上記（６）に記載の荷重測定ユニットでは、前記第１、第２の傾斜面は、前記台座凹部の底面部の中央が窪む形状を形成し、前記第３、第４の傾斜面は、前記台座部の底面部の中央が凸となる形状を形成する構成を採用してもよい。
（８）上記（６）に記載の荷重測定ユニットでは、前記第１、第２の傾斜面は、前記台座凹部の底面部の中央が凸となる形状を形成し、前記第３、第４の傾斜面は、前記台座部の底面部の中央が窪む形状を形成する構成を採用してもよい。
（９）上記（６）から（８）のいずれか１つに記載の荷重測定ユニットでは、前記第１、第２のセンサは、前記台座部に設けられている構成を採用してもよい。
（１０）上記（６）から（９）のいずれか１つに記載の荷重測定ユニットでは、前記センサユニットには、前記被支持体から前記支持体に負荷されるラジアル荷重および前記アキシャル荷重が作用する構成を採用してもよい。
（１１）上記（１０）に記載の荷重測定ユニットでは、前記第３の傾斜面に対する垂直方向と前記ラジアル荷重が付与される荷重方向との間の第１角度と、前記第４の傾斜面に対する垂直方向と、前記ラジアル荷重が付与される荷重方向と、の間の第２角度と、前記第１、第２のセンサの検出結果とに基づいて前記ラジアル荷重および前記アキシャル荷重を算出する算出部を更に備える構成を採用してもよい。
（１２）本発明に係る荷重測定方法は、上記（１０）または（１１）に記載の荷重測定ユニットを利用して前記ラジアル荷重および前記アキシャル荷重を測定する荷重測定方法であって、前記第３の傾斜面に対する垂直方向と前記ラジアル荷重が付与される荷重方向との間の第１角度と、前記第４の傾斜面に対する垂直方向と前記ラジアル荷重が付与される荷重方向との間の第２角度と、前記第１、第２のセンサの検出結果とに基づいて前記ラジアル荷重および前記アキシャル荷重を算出することを特徴とする。

本発明によれば、被支持体の軸方向への移動を許容しつつ、支持体に負荷されるアキシャル荷重を測定することができる。

本発明の第１実施形態に係る塊成機を示す断面図であって、ロールを側面視した状態を示す図である。 図１に示す塊成機を構成する荷重測定ユニットの斜視図である。 図２に示す荷重測定ユニットの要部の分解斜視図である。 図２に示す荷重測定ユニットを構成するセンサユニットを径方向の内側から見た平面図である。 図４に示すセンサユニットを構成するホルダを軸方向から見た正面図である。 図４に示すセンサユニットを構成する台座部を径方向の外側から見た底面図である。 図６に示す台座部を周方向の外側から見た側面図である。 図６および図７に示す台座部に設けられた張出台の拡大側面図である。 図２に示す荷重測定ユニットの制御ブロック図である。 図４に示す荷重測定ユニットの作用を説明する図であって、図４に示すＸ−Ｘ矢視に相当する、荷重測定ユニットの模式的な断面図である。 図１０に示す荷重測定ユニットの台座部にラジアル荷重が付加された状態を示す荷重測定ユニットの断面図である。 図４に示す荷重測定ユニットの作用を説明する図であって、図４に示すＸＩＩ−ＸＩＩ矢視に相当する、荷重測定ユニットの模式的な断面図である。 図１０に示す荷重測定ユニットの台座部にアキシャル荷重が負荷された状態を示す荷重測定ユニットの断面図である。 図４に示すセンサユニットの検証工程におけるシミュレーション結果を示すグラフであって、台座部にラジアル荷重が負荷されたときにおける第１のセンサおよび第２のセンサの検出結果を示すグラフである。 図４に示すセンサユニットの検証工程におけるシミュレーション結果を示すグラフであって、台座部にアキシャル荷重が負荷されたときにおける第１のセンサおよび第２のセンサの検出結果を示すグラフである。 図４に示すセンサユニットの検証工程におけるシミュレーション結果を示すグラフであって、ラジアル荷重の算出結果とシミュレーション値とを比較するグラフである。 図４に示すセンサユニットの検証工程におけるシミュレーション結果を示すグラフであって、アキシャル荷重の算出結果とシミュレーション値とを比較するグラフである。 本発明の第２実施形態に係る塊成機を構成する荷重測定ユニットの斜視図である。 図１８に示す荷重測定ユニットの要部の分解斜視図である。 図１８に示す荷重測定ユニットを構成するセンサユニットのホルダを径方向の内側から見た平面図である。 図２０に示すホルダを周方向から見た側面図である。 図２０に示すＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ矢視に相当するホルダの断面図である。 図２１に示すＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ矢視に相当するホルダの断面図である。 図２１に示すＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ矢視に相当するホルダの断面図である。 図１８に示す荷重測定ユニットを構成するセンサユニットの台座部を周方向から見た正面図である。 図２５に示す台座部を軸方向から見た側面図である。 図２５に示す台座部を径方向の外側から見た底面図である。 図２５に示す台座部を径方向の外側から見た斜視図である。 図２５に示す台座部の正面図に相当する図であって、ロールから軸受チョックにラジアル荷重Ｆが負荷された状態を示す図である。 図２５に示す台座部の正面図に相当する図であって、ロールから軸受チョックにアキシャル荷重Ｗが負荷された状態を示す図である。 本発明の第２実施形態の第１変形例に係る塊成機を構成する荷重測定ユニットのホルダの図であって、図２０に示すＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ矢視に相当するホルダの断面図である。 本発明の第２実施形態の第２変形例に係る塊成機を構成する荷重測定ユニットのホルダの斜視図である。 図３２に示すＸＸＸＩＩＩ−ＸＸＸＩＩＩ断面矢視図である。 図３２に示す荷重測定ユニットを構成する台座部の斜視図である。 本発明の第２実施形態の第３変形例に係る塊成機を構成する荷重測定ユニットのホルダの斜視図である。 図３５に示すＸＸＸＶＩ−ＸＸＸＶＩ断面矢視図である。 図３５に示す荷重測定ユニットを構成する台座部の斜視図である。 図３７に示す台座部の側面図である。

（第１実施形態）
以下、図１から図１７を参照し、本発明の一実施形態に係る塊成機１０を説明する。塊成機１０は、コークス工場の事前処理設備に設けられる。
図１に示すように、塊成機１０は、ロール２０（被支持体、回転体）と、荷重測定ユニット３０と、を備える。

ロール２０は、軸部２１と、一対の軸受２２と、を備える。一対の軸受２２は、軸部２１の両端部それぞれに設けられている。軸受２２としては、例えばラジアル軸受が挙げられ、本実施形態では、軸受２２として、自動調心ころ軸受を採用した場合について示す。なお以下では、軸部２１の軸方向を軸方向Ｘ（後述する嵌合孔４２の軸方向）といい、軸部２１の径方向を径方向Ｒ（嵌合孔４２の径方向）といい、軸部２１の周方向を周方向Ｃ（嵌合孔４２の周方向）という。

荷重測定ユニット３０は、軸受チョック４１（支持体）と、センサユニット５０と、算出部５６と、を備える。
軸受チョック４１は、ロール２０を支持する。軸受チョック４１は、ロール２０の両端部を支持するように一対設けられている。一対の軸受チョック４１は、一対の軸受２２それぞれを支持する。軸受チョック４１は、例えばＳＳ４００等により形成される。

軸受チョック４１には、嵌合孔４２が形成されている。嵌合孔４２には、ロール２０が嵌合される。本実施形態では、嵌合孔４２が、軸受チョック４１の内部により形成され、嵌合孔４２内に軸受２２が嵌合されている。本実施形態では、ロール２０が嵌合孔４２内に嵌合された状態で、一対の軸受チョック４１がロール２０を支持している。

一対の軸受チョック４１のうち、第１軸受チョック４１ａは、ロール２０を、軸方向Ｘへの移動を許容した状態で支持し、第２軸受チョック４１ｂは、ロール２０を、軸方向Ｘへの移動を規制した状態で支持する。なお以下では、軸方向Ｘに沿う第１軸受チョック４１ａ側を第１側Ｘａといい、第２軸受チョック４１ｂ側を第２側Ｘｂという。

図２および図３に示すように、第１軸受チョック４１ａの嵌合孔４２（以下、「第１嵌合孔４２ａ」という。）の内周面には、本体凹部（本体溝、本体収容部）４３が形成されている。本体凹部４３は、第１嵌合孔４２ａの内周面に、軸方向Ｘの全長にわたって形成されている。本体凹部４３は、軸方向Ｘに直交する横断面視において、矩形状に形成されている。本体凹部４３は、径方向Ｒを向く底面部４３ａと、周方向Ｃを向く一対の側面部４３ｂと、を備える。軸方向Ｘから見た正面視において、底面部４３ａと側面部４３ｂとは、９０度を形成している。一対の側面部４３ｂは、軸方向Ｘの全長にわたって略平行となっている。

センサユニット５０は、本体凹部４３内に配置されている。センサユニット５０には、ロール２０（軸受２２）から軸受チョック４１に負荷されるラジアル荷重およびアキシャル荷重が作用する。センサユニット５０は、ホルダ５１と、台座部５２と、第１のセンサ５４と、第２のセンサ５５と、を備えている。

図３から図５に示すように、ホルダ５１は、本体凹部４３に嵌合（しまりばめ）されている。ホルダ５１は、軸方向Ｘに長い直方体状に形成されている。ホルダ５１は、径方向Ｒを向く底面部５１ａおよび頂面部５１ｃと、周方向Ｃを向く一対の側面部５１ｂと、軸方向Ｘを向く一対の端面部５１ｄと、を備える。軸方向Ｘから見た正面視において、底面部５１ａと側面部５１ｂとは９０度を形成し、頂面部５１ｃと側面部５１ｂとも９０度を形成している。ホルダ５１の頂面部５１ｃは、第１嵌合孔４２ａの内周面と面一に形成されている。一対の端面部５１ｄは、ホルダ５１における軸方向Ｘの両端部に配置されている。

ホルダ５１は、例えばＳＵＳ６０３等により形成される。なお例えば、本体凹部４３の公差クラス（ＪＩＳ Ｂ ０４０１−１：２０１６、以下の公差クラスについても同様）をＨ７とし、ホルダ５１の公差クラスをｒ６とすることができる。ロール２０から軸受チョック４１に荷重が負荷されていない状態（以下、「無負荷状態」という）で、本体凹部４３およびホルダ５１の底面部４３ａ、５１ａ同士の面圧や側面部４３ｂ、５１ｂ同士の面圧（以下、「第１面圧」という。）は、例えば、９．７ＭＰａ〜６５．７ＭＰａとすることができる。

ホルダ５１には、台座凹部（台座溝、台座収容部）５７が形成されている。台座凹部５７は、第１嵌合孔４２ａの内周面に配置される。台座凹部５７は、ホルダ５１の頂面部５１ｃに形成されている。台座凹部５７は、軸方向Ｘに延びている。本実施形態では、台座凹部５７が、ホルダ５１の一対の端面部５１ｄのうち、第１側Ｘａを向く端面部５１ｄには開口し、第２側Ｘｂを向く端面部５１ｄには非開口である。

台座凹部５７は、軸方向Ｘに直交する横断面視において、矩形状に形成されている。台座凹部５７は、径方向Ｒを向く底面部５７ａと、周方向Ｃを向く一対の側面部５７ｂと、軸方向Ｘを向く端面部５７ｄと、を備える。軸方向Ｘから見た正面視において、底面部５７ａと側面部５７ｂとは、９０度を形成している。底面部５７ａには、軸方向Ｘに延びる引き出し溝５８が形成されている。引き出し溝５８は、台座凹部５７の幅方向に間隔をあけて一対配置されている。一対の側面部５７ｂは、軸方向Ｘの全長にわたって略平行となっている。端面部５７ｄは、台座凹部５７における第２側Ｘｂの端部に配置されている。端面部５７ｄは、径方向Ｒの内側から見た平面視において、第２側Ｘｂに向けて凸となる曲線状に形成されている。

ホルダ５１は、本体凹部４３に前述のように嵌合されることにより、支持体４１に組み付けられる。これにより、ホルダ５１の頂面部５１ｃは、前述のように第１嵌合孔４２ａの内周面と面一となる。

図３、図４、図６および図７に示すように、台座部５２は、台座凹部５７に嵌合（しまりばめ）されて配置されている。台座部５２は、軸方向Ｘに長い直方体状に形成されている。
台座部５２は、径方向Ｒを向く底面部５２ａおよび頂面部５２ｃと、周方向Ｃを向く一対の側面部５２ｂと、軸方向Ｘを向く一対の端面部５２ｄと、を備える。軸方向Ｘから見た正面視において、底面部５２ａと側面部５２ｂとは９０度を形成し、頂面部５２ｃと側面部５２ｂとも９０度を形成している。ホルダ５１の頂面部５１ｃは、前述のように第１嵌合孔４２ａの内周面と面一となっており、台座部５２の頂面部５２ｃは、第１嵌合孔４２ａの内周面およびホルダ５１の頂面部５１ｃと面一に形成されている。一対の端面部５２ｄは、台座部５２における軸方向Ｘの両端部に配置されている。一対の端面部５２ｄはそれぞれ、径方向Ｒの内側から見た平面視において、第１側Ｘａまたは第２側Ｘｂに向けて凸となる曲線状に形成されている。

図８に示すように、台座部５２の底面部５２ａおよび頂面部５２ｃにはそれぞれ、張出台５９が設けられている。張出台５９は、底面部５２ａおよび側面部５２ｂに、軸方向Ｘに間隔をあけて複数設けられている。張出台５９は、底面部５２ａおよび側面部５２ｂそれぞれに、３つずつ配置されている。張出台５９は、底面部５２ａおよび頂面部５２ｃそれぞれにおいて、軸方向Ｘの同等の位置に配置されている。張出台５９は、底面部５２ａにおける周方向Ｃの全幅、および側面部５２ｂにおける径方向Ｒの全幅に設けられている。張出台５９は、底面部５２ａの平面視および側面部５２ｂの平面視それぞれにおいて矩形状に形成されている。各張出台５９の張出量は、全域にわたって均一となっている。張出量は、台座部５２の周方向Ｃの幅や径方向Ｒの高さよりも小さい。

底面部５２ａおよび側面部５２ｂそれぞれにおいて、軸方向Ｘに隣り合う張出台５９の間は、窪み部６０とされている。窪み部６０は、底面部５２ａにおける周方向Ｃの全幅、および側面部５２ｂにおける径方向Ｒの全幅に設けられている。窪み部６０は、底面部５２ａの平面視および側面部５２ｂの平面視それぞれにおいて矩形状に形成されている。各窪み部６０の窪み量は、全域にわたって均一となっている。

図３および図４に示すように、台座部５２は、軸方向Ｘに間隔をあけて一対設けられている。一対の台座部５２は、互いに同等の形状で、かつ同等の大きさに形成されている。一対の台座部５２は、軸受２２の転動体２２ａ（図１参照）と軸方向Ｘに同等の位置に配置され、転動体２２ａの径方向Ｒの外側に位置している。
台座部５２は、例えばＳＵＳ６３０等により形成される。なお例えば、台座凹部５７の公差クラスをＨ７とし、台座部５２の公差クラスをｒ６とすることができる。無負荷状態で、台座凹部５７および台座部５２の底面部５７ａ、５２ａ同士の面圧や側面部５７ｂ、５２ｂ同士の面圧（以下、「第２面圧」という。）は、例えば、３．６ＭＰａ〜２１．０ＭＰａとすることができる。

図３および図６に示すように、第１のセンサ５４は径方向Ｒを向き、第２のセンサ５５は周方向Ｃを向く。第１、第２のセンサ５４、５５は、台座部５２に設けられ（固着され）ている。第１のセンサ５４は、本体凹部４３の底面部４３ａと台座部５２の底面部５２ａとの間に配置され、図示の例では、台座凹部５７および台座部５２の底面部５７ａ、５２ａ同士の間に配置されている。第２のセンサ５５は、本体凹部４３の側面部４３ｂと台座部５２の側面部５２ｂとの間に配置され、図示の例では、台座凹部５７および台座部５２の側面部５７ｂ、５２ｂ同士の間に配置されている。第１のセンサ５４および第２のセンサ５５は、全方位の荷重（圧力）を検出する薄膜センサにより形成されたいわゆるセンサ素子である。第１のセンサ５４および第２のセンサ５５は、台座部５２の底面部５２ａまたは側面部５２ｂの張出台５９に設けられている。第１のセンサ５４および第２のセンサ５５は、張出台５９の表面の全域にわたって蒸着されている。無負荷状態で第１のセンサ５４および第２のセンサ５５に作用する面圧は、前記第１面圧と前記第２面圧との合計値により求めることが可能であり、例えば、１３．３ＭＰａ〜８６．７ＭＰａとすることができる。

図９に示すように、算出部５６は、第１のセンサ５４および第２のセンサ５５の検出結果に基づいてラジアル荷重およびアキシャル荷重を算出する。本実施形態では、算出部５６は、第１のセンサ５４の検出結果に基づいてラジアル荷重を算出し、第１のセンサ５４および第２のセンサ５５の検出結果に基づいてアキシャル荷重を算出する。算出部５６は、例えば、通信可能な情報処理装置を用いて構成される。算出部５６は、バスで接続されたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）、メモリおよび補助記憶装置を備える。算出部５６は、専用プログラムを実行することによって動作する。
算出部５６は、第１軸受チョック４１ａの外部に配置されている。算出部５６は、第１のセンサ５４および第２のセンサ５５それぞれと引き出し線５６ａを介して接続されている。引き出し線５６ａは、引き出し溝５８内に配置されている。

次に、センサユニット５０の軸受チョック４１への取付け方法について説明する。
はじめに、台座部５２を、ホルダ５１に組み付ける。このとき、ホルダ５１を昇温した状態で（例えば、２００Ｋ程度昇温させた状態で）、台座部５２を台座凹部５７に嵌合させる。その後、ホルダ５１と、このホルダ５１に組み付けられた台座部５２と、を一体的に冷却した状態で（例えば、２００Ｋ程度冷却した状態で）、本体凹部４３に嵌合させる。
これにより、センサユニット５０が軸受チョック４１に取り付けられる。

次に、荷重測定ユニット３０を利用した荷重測定方法について説明する。
図１０から図１３に示すように、センサユニット５０では、第１のセンサ５４が、本体凹部４３の底面部４３ａと台座部５２の底面部５２ａとの間（図示の例では、台座凹部５７および台座部５２の底面部５７ａ、５２ａ同士の間）に配置されるので、第１のセンサ５４が、台座部５２の底面部５２ａに生じる応力を計測することができる。また、第２のセンサ５５が、本体凹部４３の側面部４３ｂと台座部５２の側面部５２ｂとの間（図示の例では、台座凹部５７および台座部５２の側面部５７ｂ、５２ｂ同士の間）に配置されるので、第２のセンサ５５が、台座部５２の側面部５２ｂに生じる応力を計測することができる。なお本実施形態では、ホルダ５１が、本体凹部４３にしまりばめされ、かつ、台座部５２が、台座凹部５７にしまりばめされている。これにより、台座部５２の側面部５２ｂ（第２のセンサ５５）に対して十分に予圧をかけておくことができる。その結果、第２のセンサ５５が、台座部５２の側面部５２ｂに生じる応力を高精度に計測することができる。
ところで、この荷重測定ユニット３０では、図１０および図１１に示すように、ロール２０から軸受チョック４１にラジアル荷重が負荷されると、台座部５２が径方向Ｒ（ラジアル方向）に押圧され、台座部５２の底面部５２ａが台座凹部５７の底面部５７ａに押し当てられる。その結果、台座部５２の底面部５２ａに径方向Ｒの垂直応力（台座凹部５７の底面部５７ａから台座部５２の底面部５２ａに向かう垂直抗力）が生じる。なおこのとき、台座部５２が、台座凹部５７の底面部５７ａに押し当てられて径方向Ｒに圧縮されながら周方向Ｃに拡幅し（図１１参照）、台座部５２の側面部５２ｂが台座凹部５７の側面部５７ｂに押し当てられる。その結果、台座部５２の側面部５２ｂにも周方向Ｃの垂直応力（台座凹部５７の側面部５７ｂから台座部５２の側面部５２ｂに向かう垂直抗力）が生じる。

図１２および図１３に示すように、ロール２０から軸受チョック４１にアキシャル荷重が負荷されると、台座部５２の底面部５２ａが台座凹部５７の底面部５７ａに保持されたまま、台座部５２の頂面部５２ｃが嵌合孔４２の軸方向Ｘ（アキシャル方向）に変位し、台座部５２が軸方向Ｘにせん断変形する（図１３参照）。その結果、台座部５２の側面部５２ｂにせん断応力が生じるとともに、側面部５２ｂの垂直応力が減少する。なおこのとき、アキシャル荷重を起因として台座部５２の底面部５２ａに生じる応力は小さい。

すなわち、ロール２０から軸受チョック４１にラジアル荷重およびアキシャル荷重が負荷されたとき、台座部５２の底面部５２ａには、ラジアル荷重を起因とした垂直応力が主に生じる。したがって、台座部５２の底面部５２ａに生じる応力を表す第１のセンサ５４の検出結果は、ラジアル荷重との間に相関関係があると言える。そのため、この相関関係を表す関係式について予め求めておくことで、第１のセンサ５４の検出結果に基づいてラジアル荷重を算出することができる（算出方法の具体例については、後述する検証工程を参照）。

また、ロール２０から軸受チョック４１にラジアル荷重およびアキシャル荷重が負荷されたとき、台座部５２の側面部５２ｂには、ラジアル荷重を起因とした垂直応力と、アキシャル荷重を起因としたせん断応力と、が主に生じる。したがって、台座部５２の側面部５２ｂに生じる応力を表す第２のセンサ５５の検出結果は、ラジアル荷重およびアキシャル荷重との間に相関関係があると言える。ここで前述のように、ラジアル荷重は、第１のセンサ５４の検出結果（台座部５２の底面部５２ａに生じる応力）との間に相関関係があることから、アキシャル荷重は、第１、第２のセンサ５４、５５の検出結果との間に相関関係があると言える。そのため、この相関関係を表す関係式について予め求めておくことで、第１、第２のセンサ５４、５５の検出結果に基づいてアキシャル荷重を算出することができる（算出方法の具体例については、後述する検証工程を参照）。

以上から、第１のセンサ５４の検出結果に基づいて、ラジアル荷重を算出するとともに、第１、第２のセンサ５４、５５の検出結果に基づいて、アキシャル荷重を算出することができる。なお、アキシャル荷重を算出する前にラジアル荷重を算出する場合、アキシャル荷重を算出する際に、第１のセンサ５４の検出結果が換算されてなるラジアル荷重の算出結果と、第２のセンサ５５の検出結果と、に基づいて、アキシャル荷重を算出することもできる（算出方法の具体例については、後述する検証工程を参照）。なお本実施形態では、算出部５６が、まず、第１のセンサ５４の検出結果に基づいてラジアル荷重を算出し（第１算出工程）、その後、ラジアル荷重の算出結果および第２のセンサ５５の検出結果に基づいてアキシャル荷重を算出する（第２算出工程）。
またこのとき、アキシャル荷重を直接、センサに負荷することなく、台座部５２の側面部５２ｂに生じる応力に基づいて、アキシャル荷重を算出することができる。したがって、ロール２０の軸方向Ｘへの移動を許容することができる。

次に、センサユニット５０による測定結果の検証工程について、シミュレーション結果をもとに説明する。
この検証工程では、はじめに、ロール２０から軸受チョック４１にラジアル荷重およびアキシャル荷重が負荷されたときにおける第１、第２のセンサ５４、５５の検出結果について検証する。

この検証工程では、ロール２０から軸受チョック４１にラジアル荷重が負荷された場合を想定したシミュレーション、およびアキシャル荷重が負荷された場合を想定したシミュレーションをそれぞれ実施し、各シミュレーションにおいて第１、第２のセンサ５４、５５の出力の結果（シミュレーション結果）を確認した。ラジアル荷重が負荷された場合を想定したシミュレーションにおける第１、第２のセンサ５４、５５の出力のシミュレーション結果を図１４に示す。アキシャル荷重が負荷された場合を想定したシミュレーションにおける第１、第２のセンサ５４、５５の出力のシミュレーション結果を図１５に示す。

図１４および図１５では、横軸がいずれもセンサ出力（ＭＰａ）を表し、縦軸が各荷重の大きさ（トン）を表す。２種類のプロットのうち、「◇」（白いひし形）が第１のセンサ５４の出力のシミュレーション結果であり、「■」（黒い正方形）が第２のセンサ５５の出力のシミュレーション結果である。
図１４に示すように、ロール２０から軸受チョック４１にラジアル荷重が負荷されたときには、第１のセンサ５４および第２のセンサ５５いずれについてもラジアル荷重とセンサ出力とに同程度の相関関係が確認された。
図１５に示すように、ロール２０から軸受チョック４１にアキシャル荷重が負荷されたときには、第１のセンサ５４については、第２のセンサ５５に比べて、アキシャル荷重とセンサ出力との間の相関関係が弱いことが確認された。

次に、この検証工程では、第１、第２のセンサ５４、５５の検出結果に基づいて算出されたラジアル荷重およびアキシャル荷重の算出結果について検証する。

ここで、ラジアル荷重の算出に際しては、ラジアル荷重と、第１のセンサ５４の検出結果との相関関係を表す関係式（以下、「第１の関係式」という。）を予め求めておくことで、ラジアル荷重を、この関係式と第１のセンサ５４の検出結果とに基づいて算出することができる。第１の関係式は、例えば図１６に示されるように、所定のラジアル荷重を負荷したときの第１のセンサの検出結果を、異なる大きさのラジアル荷重について複数取得した上で、ラジアル荷重を従属変数とし、第１のセンサ５４の検出結果を独立変数とする回帰分析により求められる。

アキシャル荷重の算出に際しては、アキシャル荷重と、第２のセンサ５５の検出結果との相関関係を表す関係式（以下、「第２の関係式」という。）をラジアル荷重ごとに予め求めておくことで、アキシャル荷重を、この関係式とラジアル荷重および第２のセンサ５５の検出結果とに基づいて算出することができる。第２の関係式は、例えば図１７に示されるように、所定のラジアル荷重およびアキシャル荷重を負荷したときの第２のセンサの検出結果を、異なる大きさのラジアル荷重およびアキシャル荷重について複数取得した上で、アキシャル荷重を従属変数とし、ラジアル荷重および第２のセンサ５５の検出結果を独立変数とする回帰分析により求められる。

そこで、この検証工程では、第１、第２の関係式を予め求めておいた上で、ロール２０から軸受チョック４１にラジアル荷重およびアキシャル荷重が負荷された場合を想定したシミュレーションを実施する。そして、実施するシミュレーションの前提となるラジアル荷重およびアキシャル荷重それぞれの大きさをシミュレーション値とし、このシミュレーション値と、このシミュレーションにおける第１、第２のセンサ５４、５５の出力および第１、第２の関係式に基づいて算出された算出結果とを比較した。
結果を図１６および図１７に示す。図１６は、第１のセンサ５４の出力（ＭＰａ、横軸）とラジアル荷重（トン、縦軸）との関係を示す。図１７は、第２のセンサ５５の出力（ＭＰａ、横軸）とアキシャル荷重（トン、縦軸）との関係を示す。２種類のプロットのうち、「◇」（白いひし形）が各荷重のシミュレーション値であり、「■」（黒い正方形）が算出結果である。

図１６および図１７に示すように、ラジアル荷重およびアキシャル荷重のいずれについても、シミュレーション値と算出結果が実質的に同等となっており、第１のセンサ５４および第２のセンサ５５の検出結果に基づいてラジアル荷重およびアキシャル荷重を高精度に算出することができることが確認された。

以上説明したように、本実施形態に係るセンサユニット５０によれば、ロール２０の軸方向Ｘへの移動を許容しつつ、ラジアル荷重およびアキシャル荷重を測定することができる。
さらに、台座部５２が、ホルダ５１の台座凹部５７に嵌合され、ホルダ５１が、本体凹部４３に嵌合される。このように、台座部５２が、直接、軸受チョック４１に嵌合されるのではなく、ホルダ５１を介して軸受チョック４１に嵌合される。したがって、軸受チョック４１を直接、加工するのではなく、軸受チョック４１の外部でホルダ５１を適宜、加工することで、本体凹部４３に対するホルダ５１の嵌め合いの程度や、台座部５２に対する台座凹部５７の嵌め合いの程度を調整することができる。これにより、荷重測定ユニット３０の生産性を確保しつつ、高精度な測定を実現することができる。

（第２実施形態）
次に、図１８から図３０を参照し、本発明の第２実施形態に係る荷重測定ユニット１３０を説明する。
なお、この実施形態においては、前記実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。また、前記実施形態における構成要素と対応する部分については、百の桁の符号を異ならせた符号（下二桁が同一の符号）を付し、説明の一部または全部を省略する。

本実施形態に係る荷重測定ユニット１３０を構成するセンサユニット１５０では、台座凹部１５７が、図１８から図２４に示すように、軸方向Ｘの両側に非開口である。本実施形態では、台座凹部１５７は、軸方向Ｘに間隔をあけて複数（図示の例では２つ）配置されている。複数の台座凹部１５７は、互いに同等の形状かつ同等の大きさである。

図２０から図２３に示すように、台座凹部１５７は、径方向Ｒを向く底面部１５７ａと、周方向Ｃを向く一対の側面部１５７ｂと、軸方向Ｘを向く一対の端面部１５７ｄと、を備える。図２２に示すように、底面部１５７ａは、この底面部１５７ａの中央に向けて窪む形状を形成する第１、第２の傾斜面１５７ｅ、１５７ｆを備えている。第１、第２の傾斜面１５７ｅ、１５７ｆは、軸方向Ｘに並んで配置されている（軸方向Ｘに沿って配置されている）。第１、第２の傾斜面１５７ｅ、１５７ｆは、軸方向Ｘに沿う第１側Ｘａから第２側Ｘｂに順に配置されている。軸方向Ｘおよび径方向Ｒに沿って台座凹部１５７（ホルダ１５１）を断面視したときに、台座凹部１５７の第１の傾斜面１５７ｅは、軸方向Ｘに沿う第１側Ｘａから第２側Ｘｂに向かうに従い径方向Ｒの外側に向けて延び、台座凹部１５７の第２の傾斜面１５７ｆは、軸方向Ｘに沿う第１側Ｘａから第２側Ｘｂに向かうに従い径方向Ｒの内側に向けて延びている。前述の断面視において、底面部１５７ａは、径方向Ｒの外側に向けて凸となる三角形状（二等辺三角形状）に形成されている。前記三角形状の頂角の角度（前述の断面視において第１、第２の傾斜面１５７ｅ、１５７ｆの間の角度）は、例えば、１００度〜１５０度程度である。

また本実施形態では、引き出し溝１５８が、図２１、図２３および図２４に示すように、ホルダ１５１の側面部１５１ｂに形成されている。図２３に示すように、引き出し溝１５８は、台座凹部１５７の側面部１５７ｂに開口し、引き出し溝１５８内は、台座凹部１５７内に連通する。

また本実施形態では、台座部１５２は、図２５から図２８に示すように、径方向Ｒを向く底面部１５２ａおよび頂面部１５２ｃと、周方向Ｃを向く一対の側面部１５２ｂと、軸方向Ｘを向く一対の端面部１５２ｄと、を備える。図２５および図２８に示すように、底面部１５２ａは、この底面部１５２ａの中央に向けて凸となる形状を形成する第３、第４の傾斜面１５２ｅ、１５２ｆを備えている。第３、第４の傾斜面１５２ｅ、１５２ｆは、軸方向Ｘに並んで配置されており、台座凹部１５７の第１、第２の傾斜面１５７ｅ、１５７ｆに対向配置されている。第３、第４の傾斜面１５２ｅ、１５２ｆは、軸方向Ｘに沿う第１側Ｘａから第２側Ｘｂに順に配置されている。軸方向Ｘおよび径方向Ｒに沿って台座部１５２を断面視したときに（台座部１５２を周方向Ｃから正面視したときに）、台座部１５２の第３の傾斜面１５２ｅは、軸方向Ｘに沿う第１側Ｘａから第２側Ｘｂに向かうに従い径方向Ｒの外側に向けて延び、台座部１５２の第４の傾斜面１５２ｆは、軸方向Ｘに沿う第１側Ｘａから第２側Ｘｂに向かうに従い径方向Ｒの内側に向けて延びている。前述の断面視において、底面部１５２ａは、径方向Ｒの外側に向けて凸となる三角形状（二等辺三角形状）に形成され、台座部１５２は、全体で五角形状に形成されている。前記三角形状の頂角の角度α３（前述の断面視において第３、第４の傾斜面１５２ｅ、１５２ｆの間の角度。以下、台座部１５２の頂角の角度α３という。）は、例えば、１００度〜１５０度程度である。

そして本実施形態では、第１のセンサ１５４は、台座凹部１５７の第１の傾斜面１５７ｅと台座部１５２の第３の傾斜面１５２ｅとの間に配置されている。第２のセンサ１５５は、台座凹部１５７の第２の傾斜面１５７ｆと台座部１５２の第４の傾斜面１５２ｆとの間に配置されている。第１のセンサ１５４および第２のセンサ１５５は、全方位の荷重（圧力）を検出する薄膜センサにより形成されたいわゆるセンサ素子である。第１のセンサ１５４および第２のセンサ１５５は、台座部１５２の第３、第４の傾斜面１５２ｅ、１５２ｆに蒸着されている。図２６から図２８に示すように、第１のセンサ１５４および第２のセンサ１５５は、台座部１５２の第３、第４の傾斜面１５２ｅ、１５２ｆに、周方向Ｃに間隔をあけて複数設けられている。本実施形態のように、第１のセンサ１５４を複数設けている場合、例えば、複数の第１のセンサ１５４のうちの一部を主として使用するセンサ１５４とし、残りを予備用のセンサ１５４としてもよく、複数の第１のセンサ１５４それぞれの検出結果の平均を、第１のセンサ１５４の検出結果としてもよい。第２のセンサ１５５についても同様である。

なお本実施形態において、図１９に示すようなホルダ１５１が、本体凹部４３にしまりばめされていなくてもよい。例えば、ホルダ１５１を本体凹部４３に対して配置した状態で、本体凹部４３の両側（Ｘａ側、Ｘｂ側）に他の部材を配置することで、ホルダ１５１の軸方向Ｘの移動を規制することとしてもよい。この場合、ホルダ１５１が軸方向Ｘに移動しようとしたときに、ホルダ１５１が前記他の部材に突き当たることにより、ホルダ１５１の移動が規制される。さらに例えば、ホルダ１５１を本体凹部４３に対して配置した状態で、ホルダ１５１および軸受チョック４１を一体にねじ止めしてもよい。
また本実施形態では、台座部１５２は、台座凹部１５７内に配置されているものの、台座凹部１５７にしまりばめされておらず、例えばゆるみばめ等されている。言い換えると、台座部１５２および台座凹部１５７の側面部１５２ｂ、１５７ｂ同士の間、および台座部１５２および台座凹部１５７の端面部１５２ｄ、１５７ｄ同士の間には、隙間が設けられている。ロール２０（図１参照）から軸受チョック４１にアキシャル荷重が負荷されたときに、台座部１５２は台座凹部１５７内で軸方向Ｘ（アキシャル方向）に移動しようとする。しかしながら、この移動は、台座凹部１５７の第１の傾斜面１５７ｅと台座部１５２の第１のセンサ１５４とが突き当たること、または、台座凹部１５７の第２の傾斜面１５７ｆと台座部１５２の第２のセンサ１５５とが突き当たることにより、規制される。ロール２０から軸受チョック４１に、軸方向Ｘの第１側Ｘａから第２側Ｘｂに向かうアキシャル荷重が負荷されたときには、台座凹部１５７の第２の傾斜面１５７ｆと台座部１５２の第２のセンサ１５５とが突き当たる。ロール２０から軸受チョック４１に、軸方向Ｘの第２側Ｘｂから第１側Ｘａに向かうアキシャル荷重が負荷されたときには、台座凹部１５７の第１の傾斜面１５７ｅと台座部１５２の第１のセンサ１５４とが突き当たる。
このように台座部１５２を、台座凹部１５７内にしまりばめしない場合、事前面圧の負荷が不要となり、例えば、荷重測定ユニット１３０の設置が容易になる。なおこの場合であっても、ロール２０から軸受チョック４１にラジアル荷重が負荷されるときには、ロール２０からのラジアル荷重が台座部１５２を介してホルダ１５１に負荷される。このとき、台座凹部１５７の第１の傾斜面１５７ｅと台座部１５２の第１のセンサ１５４とが突き当たり、かつ、台座凹部１５７の第２の傾斜面１５７ｆと台座部１５２の第２のセンサ１５５とが突き当たる。

次に、荷重測定ユニット１３０を利用した荷重測定方法について説明する。
図２５に示すように、本実施形態では、第１のセンサ１５４が、台座凹部１５７の第１の傾斜面１５７ｅと台座部１５２の第３の傾斜面１５２ｅとの間に配置されるので、第１のセンサ１５４が、台座部１５２の第３の傾斜面１５２ｅに生じる応力を計測することができる。また、第２のセンサ１５５が、台座凹部１５７の第２の傾斜面１５７ｆと台座部１５２の第４の傾斜面１５２ｆとの間に配置されるので、第２のセンサ１５５が、台座部１５２の第４の傾斜面１５２ｆに生じる応力を計測することができる。

ところで、図２９に示すように、この荷重測定ユニット１３０では、ロール２０から軸受チョック４１にラジアル荷重（図２９に示す矢印Ｆ）が負荷されると、台座部１５２が径方向Ｒ（ラジアル方向）に押圧され、台座部１５２の第３、第４の傾斜面１５２ｅ、１５２ｆに垂直応力が生じる。
図３０に示すように、ロール２０から軸受チョック４１にアキシャル荷重（図３０に示す矢印Ｗ）が負荷されると、アキシャル荷重が、軸方向Ｘ（アキシャル方向）に沿って第１側Ｘａから第２側Ｘｂに向かう荷重のときには、台座部１５２の第４の傾斜面１５２ｆが台座凹部１５７の第２の傾斜面１５７ｆに押圧され、台座部１５２の第４の傾斜面１５２ｆに垂直応力が生じる。アキシャル荷重が、軸方向Ｘ（アキシャル方向）に沿って第２側Ｘｂから第１側Ｘａに向かう荷重のときには、台座部１５２の第３の傾斜面１５２ｅが台座凹部１５７の第１の傾斜面１５７ｅに押圧され、台座部１５２の第３の傾斜面１５２ｅに垂直応力が生じる。

すなわち、ロール２０から軸受チョック４１にラジアル荷重およびアキシャル荷重が負荷されたとき、台座部１５２の第３、第４の傾斜面１５２ｅ、１５２ｆには、ラジアル荷重およびアキシャル荷重を起因とした垂直応力が生じる。したがって、台座部１５２の第３、第４の傾斜面１５２ｅ、１５２ｆに生じる応力を表す第１、第２のセンサ１５４、１５５の検出結果のうち、径方向Ｒの分力（径方向分力）は、ラジアル荷重との間に相関関係があると言え、軸方向Ｘの分力（軸方向分力）は、アキシャル荷重との間に相関関係があると言える。そのため、この相関関係を表す関係式について予め求めておくことで、第１、第２のセンサ１５４、１５５の検出結果（第１、第２のセンサ１５４、１５５の検出結果から求められる径方向分力および軸方向分力）に基づいてラジアル荷重およびアキシャル荷重を算出することができる。このとき、アキシャル荷重を直接、センサに負荷することなく、台座部１５２の第３、第４の傾斜面１５２ｅ、１５２ｆに生じる応力に基づいて、アキシャル荷重を算出することができる。すなわち、センサ１５４、１５５がロール２０に対して軸方向Ｘの両側（Ｘａ側、Ｘｂ側）に配置された状態ではなく、センサ１５４、１５５がロール２０に対して径方向外側に配置された状態で、アキシャル荷重を算出することができる。したがって、ロール２０の軸方向Ｘへの移動を規制することなく、アキシャル荷重を算出することができる。

なお、第１、第２のセンサ１５４、１５５の検出結果から径方向分力および軸方向分力を求めるためには、図２９に示すように、台座部１５２の第３の傾斜面１５２ｅに対する垂直方向（第３の傾斜面１５２ｅに直交する方向）とラジアル荷重が付与される荷重方向（径方向Ｒ）との間の第１角度α１、および台座部１５２の第４の傾斜面１５２ｆに対する垂直方向（第４の傾斜面１５２ｆに直交する方向）とラジアル荷重が付与される荷重方向との間の第２角度α２を利用することができる。図３０に示すように、第１角度α１は、台座部１５２の第３の傾斜面１５２ｅの沿面方向（第３の傾斜面１５２ｅに平行な方向）とアキシャル荷重が付与される荷重方向（軸方向Ｘ）との間の角度でもある。第２角度α２は、台座部１５２の第４の傾斜面１５２ｆの沿面方向（第４の傾斜面１５２ｆに平行な方向）とアキシャル荷重が付与される荷重方向との間の角度でもある。第１角度α１は、嵌合孔４２の軸方向Ｘおよび径方向Ｒに沿って台座部１５２を断面視したときに軸方向Ｘに延びる（頂面部１５２ｃに平行な）基準線Ｌが第３の傾斜面１５２ｅに対してなす角度でもある。第２角度α２は、前記断面視したときに前記基準線Ｌが第４の傾斜面１５２ｆに対してなす角度でもある。図２９および図３０に示す例では、第１角度α１と第２角度α２とはいずれも共通の角度θである。また第１角度α１と、第２角度α２と、台座部１５２の頂角の角度α３と、の合計は１８０°となっている。

図２９に示すように、ロール２０から軸受チョック４１にラジアル荷重Ｆが負荷されたとすると、このラジアル荷重Ｆは、上記角度θ、第１のセンサ１５４の検出結果σ１、第２のセンサ１５５の検出結果σ２を用いて、例えば、以下の（１）式で算出することができる。
Ｆ＝α・（σ１＋σ２）／（２ｃｏｓ（θ）） ・・・ （１）
ここでαは、ラジアル荷重と軸方向分力との相関関係を示す相関係数である。相関係数αは、例えば予備試験やシミュレーションなどにより予め算出しておくことができる。

図３０に示すように、ロール２０から軸受チョック４１にアキシャル荷重Ｗが負荷されたとすると、このアキシャル荷重Ｗは、上記角度θ、第１のセンサ１５４の検出結果σ１、第２のセンサ１５５の検出結果σ２を用いて、例えば、以下の（２）式で算出することができる。
Ｗ＝β・（σ２−σ１）／（２ｓｉｎ（θ）） ・・・ （２）
ここでβは、アキシャル荷重と軸方向分力との相関関係を示す相関係数である。相関係数βは、例えば予備試験やシミュレーションなどにより予め算出しておくことができる。また上記（２）式では、軸方向Ｘの第１側Ｘａから第２側Ｘｂに向かう方向の力を正とし、第２側Ｘｂから第１側Ｘａに向かう方向の力を負としている。

ところで、図３に示すような第１実施形態に係る荷重測定ユニット３０では、台座部５２が台座凹部５７内に配置され、しまりばめによって固定されている。各センサ５４、５５は、台座部５２の底面部５２ａと台座凹部５７の底面部５７ａとの間や、台座部５２の側面部５２ｂと台座凹部５７の側面部５２ｂとの間に配置される。
ここで、第１実施形態に係る荷重測定ユニット３０では、第２のセンサ５５が、台座部５２の側面部５２ｂに生じるせん断応力を検出することから、第２のセンサ５５を駆動する（検出可能な状態にしておく）ためには、第２のセンサ５５に予圧をかけて事前に押圧しておく（押しつぶしておく）必要がある。荷重を測定する際、第２のセンサ５５は基本的に押圧されない（押しつぶされない）ため、台座部５２を台座凹部５７にしまりばめすることによって意図的に第２のセンサ５５を押圧し、第２のセンサ５５に荷重を加えておくことで、第２のセンサ５５を起動している（検出可能な状態にしている）。
しまりばめをする場合、例えば、ホルダ５１を加熱した状態で台座凹部５７内に台座部５２を嵌合させるいわゆる焼き嵌めを実施することがある。このとき、ホルダ５１から各センサ５４、５５に熱が伝わることで、各センサ５４、５５が損傷し、荷重を正確に測定することができなくなるおそれがある。

これに対し、図１９に示すような第２実施形態に係る荷重測定ユニット１３０では、台座部１５２は、台座凹部１５７内に配置され、ゆるみばめによって固定されている。各センサ１５４、１５５は、台座凹部１５７の第１の傾斜面１５７ｅと台座部１５２の第３の傾斜面１５２ｅとの間や、台座凹部１５７の第２の傾斜面１５７ｆと台座部１５２の第４の傾斜面１５２ｆとの間に配置されている。ここで、台座凹部１５７の両傾斜面１５７ｅ、１５７ｆは、軸方向Ｘに並んで配置され、台座部１５２の両傾斜面１５２ｅ、１５２ｆも、軸方向Ｘに並んで配置されている。そのため、例えば、台座部１５２にアキシャル荷重が加わった場合であっても、台座部１５２とホルダ１５１とが相対的に移動することで各センサ１５４、１５５が押圧（押しつぶす）される。結果として、各センサ１５４、１５５に予圧をかけることなく、各センサ１５４、１５５を駆動させることができる。よって、焼き嵌めを実施する必要がなく、各センサ１５４、１５５の損傷を抑制することができる。

（第１変形例）
ところで本実施形態のホルダは、図２２に示すホルダ１５１のように、１つの部品によって形成してもよく、図３１に示す第１変形例に係るホルダ２５１のように、複数の部品を組み合わせて形成してもよい。このホルダ２５１は、本体部品７２と、補助部品７３と、を備えている。本体部品７２には、凹部７４が形成されている。凹部７４内に補助部品７３が配置されることで、凹部７４が台座凹部１５７を形成している。補助部品７３は、軸方向Ｘに一対配置されている。一対の補助部品７３はそれぞれ、台座凹部１５７の第１の傾斜面５７ｅおよび第２の傾斜面５７ｆを形成する。

（第２変形例）
また、図３２および図３３に示す第２変形例に係るホルダ３５１のように、各センサ１５４、１５５が、台座凹部１５７における第１、第２の傾斜面１５７ｅ、１５７ｆに設けられていてもよい。この場合、各センサ１５４、１５５を各傾斜面１５７ｅ、１５７ｆに蒸着させることに代えて、例えば、各センサ１５４、１５５となる金属箔を予め形成した後、それらの金属箔を傾斜面１５７ｅ、１５７ｆに接着させる等してもよい。またこの場合、図３４に示すように、台座部３５２における第３、第４の傾斜面１５２ｅ、１５２ｆに各センサ１５４、１５５を設けずに済む。なお、図３２に示すホルダ３５１（および後述する図３５に示すホルダ４５１）では、図面の見やすさのために引き出し溝１５８の図示を省略している。

（第３変形例）
さらに、図３５から図３８に示す第３変形例に係る荷重測定ユニットを構成するホルダ４５１や台座部４５２のように形状を変更してもよい。
図３５および図３６に示すホルダ４５１では、第１、第２の傾斜面４５７ｅ、４５７ｆが、台座凹部４５７の底面部４５７ａの中央が窪む形状を形成するのに代えて、台座凹部４５７の底面部４５７ａの中央が凸となる形状を形成している。
図３７および図３８に示す台座部４５２では、第３、第４の傾斜面４５２ｅ、４５２ｆが、台座部４５２の底面部４５２ａの中央が凸となる形状を形成することに代えて、台座部４５２の底面部４５２ａの中央が窪む形状を形成している。

ところで、図２８に示す第２実施形態に係る台座部１５２では、図３７に示す第３変形例に係る台座部４５２に比べて、端面部１５２ｄ（４５２ｄ）における径方向Ｒの長さが短い。そのため、図２８に示す台座部１５２に対して径方向Ｒの荷重が加えられた場合には、図３７に示す台座部４５２に対して径方向Ｒの荷重が加えられた場合に比べて、端面部１５２ｄ（４５２ｄ）の軸方向Ｘへ向けた変形量が小さくなる。結果として、図２８に示す台座部１５２では、この台座部１５２の端面部１５２ｄと台座凹部１５７の端面部１５７ｄとの間で生じる摩擦力を抑えることが可能になり、台座部１５２に加えられる荷重を各センサ１５４、１５５によって精度よく検出することができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

第１のセンサ５４、１５４および第２のセンサ５５、１５５が、薄膜センサでなくてもよい。例えば、第１のセンサ５４、１５４および第２のセンサ５５、１５５が、ひずみゲージであってもよい。この場合、第１のセンサ５４、１５４や第２のセンサ５５、１５５を、張出台５９に代えて窪み部６０に配置することが好ましい。

算出部５６がなくてもよい。例えば、算出部５６に代えて作業者が、第１、第２のセンサ５４、５５、１５４、１５５の検出結果に基づいて、ラジアル荷重およびアキシャル荷重それぞれを算出してもよい。
前記実施形態では、ラジアル荷重およびアキシャル荷重の両方を算出する場合について説明したが、本発明はこれに限られない。すなわち、アキシャル荷重のみがセンサユニット５０、１５０に負荷される場合であって、アキシャル荷重のみを算出する場合にも当然に適用できる。
荷重測定ユニット３０、１３０は、コークス工場の事前処理設備における塊成機１０以外にも適用することが可能である。例えば、粉砕機に用いられるテーブルを支持する軸などに、荷重測定ユニットを適用することも可能である。軸受２２が、自動調心ころ軸受でなくてもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

２０ ロール（被支持体）
３０、１３０ 荷重測定ユニット
４１ 軸受チョック（支持体）
４２ 嵌合孔
４３ 本体凹部
５０、１５０ センサユニット
５１、１５１、２５１、３５１、４５１ ホルダ
５２、１５２、３５２、４５２ 台座部
５２ａ、１５２ａ、４５２ａ 底面部
５２ｂ、１５２ｂ、４５２ｂ 側面部
１５２ｅ、４５２ｅ 第３の傾斜面
１５２ｆ、４５２ｆ 第４の傾斜面
５４、１５４、４５４ 第１のセンサ
５５、１５５、４５５ 第２のセンサ
５６ 算出部
５７ 台座凹部
５７ａ、１５７ａ、４５７ａ 底面部
５７ｂ、１５７ｂ、４５７ｂ 側面部
５７ｅ、１５７ｅ、４５７ｅ 第１の傾斜面
５７ｆ、１５７ｅ、４５７ｅ 第２の傾斜面
Ｃ 周方向
Ｒ 径方向

Claims (12)

1. 被支持体が嵌合する嵌合孔が形成された支持体と、
   前記嵌合孔の内周面に形成された本体凹部内に配置され、前記被支持体から前記支持体に負荷されるアキシャル荷重が作用するセンサユニットとを備えており、
   前記センサユニットは、
   前記嵌合孔の径方向を向く第１のセンサと、
   前記嵌合孔の周方向を向く第２のセンサと、
   前記本体凹部に嵌合されたホルダと、
   前記ホルダに形成された台座凹部内に配置された台座部とを備えており、
   前記台座凹部は、
   前記嵌合孔の径方向を向く底面部と、
   前記嵌合孔の周方向を向く側面部とを備えており、
   前記台座部は、
   前記嵌合孔の径方向を向く底面部と、
   前記嵌合孔の周方向を向く側面部とを備えており、
   前記第１のセンサは、前記台座凹部の底面部と前記台座部の底面部との間に配置され、
   前記第２のセンサは、前記台座凹部の側面部と前記台座部の側面部との間に配置されていることを特徴とする荷重測定ユニット。
2. 前記第１、第２のセンサは、前記台座部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の荷重測定ユニット。
3. 前記センサユニットには、前記被支持体から前記支持体に負荷されるラジアル荷重および前記アキシャル荷重が作用することを特徴とする請求項１または２に記載の荷重測定ユニット。
4. 前記第１のセンサの検出結果に基づいて前記ラジアル荷重を算出し、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの検出結果に基づいて前記アキシャル荷重を算出する算出部を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の荷重測定ユニット。
5. 請求項３または４に記載の荷重測定ユニットを利用して前記ラジアル荷重および前記アキシャル荷重を測定する荷重測定方法であって、
   前記第１のセンサの検出結果に基づいて前記ラジアル荷重を算出し、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの検出結果に基づいて前記アキシャル荷重を算出することを特徴とする荷重測定方法。
6. 被支持体が嵌合する嵌合孔が形成された支持体と、
   前記嵌合孔の内周面に形成された本体凹部内に配置され、前記被支持体から前記支持体に負荷されるアキシャル荷重が作用するセンサユニットとを備えており、
   前記センサユニットは、
   前記嵌合孔の径方向を向く第１、第２のセンサと、
   前記本体凹部に嵌合されたホルダと、
   前記ホルダに形成された台座凹部内に配置された台座部とを備えており、
   前記台座凹部は、前記嵌合孔の径方向を向く底面部を備えており、
   前記台座凹部の底面部は、第１、第２の傾斜面を備えており、
   前記第１、第２の傾斜面は、前記嵌合孔の軸方向に並んで配置されており、
   前記台座部は、前記嵌合孔の径方向を向く底面部を備えており、
   前記台座部の底面部は、第３、第４の傾斜面を備えており、
   前記第３、第４の傾斜面は、前記第１、第２の傾斜面に対向配置されており、
   前記第１のセンサは、前記第１の傾斜面と前記第３の傾斜面との間に配置され、
   前記第２のセンサは、前記第２の傾斜面と前記第４の傾斜面との間に配置されていることを特徴とする荷重測定ユニット。
7. 前記第１、第２の傾斜面は、前記台座凹部の底面部の中央が窪む形状を形成し、
   前記第３、第４の傾斜面は、前記台座部の底面部の中央が凸となる形状を形成する請求項６に記載の荷重測定ユニット。
8. 前記第１、第２の傾斜面は、前記台座凹部の底面部の中央が凸となる形状を形成し、
   前記第３、第４の傾斜面は、前記台座部の底面部の中央が窪む形状を形成する請求項６に記載の荷重測定ユニット。
9. 前記第１、第２のセンサは、前記台座部に設けられている請求項６から８のいずれか１項に記載の荷重測定ユニット。
10. 前記センサユニットには、前記被支持体から前記支持体に負荷されるラジアル荷重および前記アキシャル荷重が作用することを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の荷重測定ユニット。
11. 前記第３の傾斜面に対する垂直方向と前記ラジアル荷重が付与される荷重方向との間の第１角度と、前記第４の傾斜面に対する垂直方向と前記ラジアル荷重が付与される荷重方向との間の第２角度と、前記第１、第２のセンサの検出結果とに基づいて前記ラジアル荷重および前記アキシャル荷重を算出する算出部を更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の荷重測定ユニット。
12. 請求項１０または１１に記載の荷重測定ユニットを利用して前記ラジアル荷重および前記アキシャル荷重を測定する荷重測定方法であって、
    前記第３の傾斜面に対する垂直方向と前記ラジアル荷重が付与される荷重方向との間の第１角度と、前記第４の傾斜面に対する垂直方向と前記ラジアル荷重が付与される荷重方向との間の第２角度と、前記第１、第２のセンサの検出結果とに基づいて前記ラジアル荷重および前記アキシャル荷重を算出することを特徴とする荷重測定方法。

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