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技術 シリンダ装置

出願人 藤倉ゴム工業株式会社
発明者 代文夫
出願日 2000年6月20日 (20年5ヶ月経過) 出願番号 2000-184105
公開日 2002年1月9日 (18年10ヶ月経過) 公開番号 2002-005110
状態 特許登録済
技術分野 アクチュエータ 流体圧回路(1) ダイアフラム、ベローズ
主要キーワード 調整ネジ機構 連接口 エアー抜き孔 バネ配置 ボンネット部材 吸引保持装置 作動膜 空気圧シリンダ装置
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図面 (4)

課題

コンパクトな構造で省スペース化が図れ、さらには、簡単なエアー回路で出力を変えることができるシリンダ装置を提供する。

解決手段

第1のダイヤフラム60を介して第1のシリンダ部材20と第1のピストン部材30がまた、第1のピストン部材30の内部に、第2のダイヤフラム70を介して第2のシリンダ部材40と第2のピストン部材50が相対移動をなすように形成されている。1つの連通ポートを通じて供給される圧縮空気により第1のピストン部材30および第2のピストン部材50が順次出力作動可能になっており、各々の作動に伴う出力が互いに異なるように作用してなるように構成される。

概要

背景

空気圧機器)を利用した省力化、設備の自動化があらゆる分野で近年活発化してきており、それにともなって、装置の駆動機構の一手段である空気圧シリンダ装置に要求される特性も多種多様に亘っている。

精密分野で適用される空気圧シリンダ装置としては、空気の漏れをなくしかつ摩擦抵抗を減らして精密な動作が保証できるように、シリンダ壁ピストン壁との間にダイヤフラム(布入りゴム作動膜)を介在させたものが一般によく知られている。また、ダイヤフラムを用いることにより摺動部が無くなるので、摺動抵抗が少なく応答性に優れるために、例えば、液晶製造や半導体製造における各プロセス中の駆動源として当該シリンダ装置は極めて有用である。

例えば、半導体製造工程におけるウエ研磨は、ウエハを真空吸引した状態で保持し、この保持状態研磨処理が行なわれる。ウエハを研磨処理した後、研磨されたウエハは吸引保持装置から外す必要がある。この場合、真空状態はそのまま残っているためにウエハを外すには、最初、吸引保持打ち勝つ大きな力を発生させる必要がある。一旦大きな力を発生させ、吸引部からウエハをわずかに離してしまえば、その後の処理は簡単で、少さな外力を与えるだけでウエハは簡単に動く。つまり、最初に大きな押圧出力が必要で、一旦、ウエハが浮いた状態になれば(真空吸引部の解除)、その後の処理は小さな押圧で十分である。

このような大小の押圧力を順次、発生させるシリンダ装置を提供しようとする試みは従来よりなされていた。例えば、2つのシリンダタンデムに配置して出力の強弱を実現させたりするタンデムタイプのシリンダ装置がその好適な一例として挙げられる。

概要

コンパクトな構造で省スペース化が図れ、さらには、簡単なエアー回路で出力を変えることができるシリンダ装置を提供する。

第1のダイヤフラム60を介して第1のシリンダ部材20と第1のピストン部材30がまた、第1のピストン部材30の内部に、第2のダイヤフラム70を介して第2のシリンダ部材40と第2のピストン部材50が相対移動をなすように形成されている。1つの連通ポートを通じて供給される圧縮空気により第1のピストン部材30および第2のピストン部材50が順次出力作動可能になっており、各々の作動に伴う出力が互いに異なるように作用してなるように構成される。

目的

しかしながら、このような従来の構造では、取り付け長さが長くなってしまうという問題がある。また、複数のレギュレータを適宜、配置する等の必要があり、複雑なエアー回路となってしまうという不都合もある。また、出力を変える他の手段として、電空変換器を用いる場合もあるが、この場合には装置自体が高価となり、また、押圧の異なる2段階ストロークのための制御も複雑となってしまう。このような実状のもとに本発明は創案されたものであって、その目的は、コンパクトな構造で省スペース化が図れるシリンダ装置を提供することにある。さらには、簡単なエアー回路で出力を変えることができるシリンダ装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

第1のダイヤフラムを介して第1のシリンダ部材と、第1のピストン部材相対移動をなすように形成されており、前記第1のピストン部材の内部に、第2のダイヤフラムを介して第2のシリンダ部材と第2のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、前記第2のピストン部材に出力軸が固着されているとともに、前記第1のピストン部材および第2のピストン部材は、それぞれの作動のために形成された1つの連通ポート共有化し、かつ第2のピストン部材を作動させるためのパイロット機構部が前記1つの連通ポートと連通可能に実質的に第1のピストン部材の内部に設置されており、前記1つの連通ポートを通じて供給される圧縮空気により前記第1のピストン部材および第2のピストン部材が順次、出力作動可能になっており、前記第1のピストン部材および第2のピストン部材の各々の作動に伴う出力軸の出力が互いに異なるように作用してなることを特徴とするシリンダ装置

請求項2

前記パイロット機構部は、前記1つの連通ポートと連通できるととともに、第2のピストン部材に実質的に達する内部通気孔と、この内部通気孔の一部を一時的に開閉することができるシール弁体棒を備え、前記第1のピストン部材が出力作動すると、前記内部通気孔が一時的に「開」の状態になり、前記第2のピストン部材が出力作動できるように作用してなる請求項1に記載のシリンダ装置。

請求項3

前記シール弁体棒は、移動棒本体と、1つの連通ポートと内部通気孔の接続口を封止することができるシール部材と、前記接続口へシール部材を押圧するように配置設置された付勢バネと、前記第1のピストン部材の出力作動とともに前記移動棒本体の先端と当接して、1つの連通ポートと内部通気孔との接続口の封止を解除させる調整ネジ機構部とを備えてなる請求項1または請求項2に記載のシリンダ装置。

請求項4

前記第1のシリンダ部材の後部に前記第1のダイヤフラムの周縁を固定するようにボンネット部材が固着されており、当該ボンネット部材には、前記1つの連通ポートが形成されている請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のシリンダ装置。

請求項5

前記第1のピストン部材の出力作動に伴う前記出力軸の出力値は、第2のピストン部材の出力作動に伴う前記出力軸の出力値よりも大きい請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のシリンダ装置。

請求項6

前記第2のピストン部材には、リターンバネが係設されており、前記1つの連通ポートに連結配置されている電磁弁排気側切り替わることにより、前記第1および第2のピストン部材がそれぞれリターン作動してなる請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のシリンダ装置。

請求項7

前記パイロット機構部が作動し、第2のピストン部材に実質的に達する内部通気孔に圧縮空気が供給されると、内部通気孔の先端と当接している前記第2のピストン部材の第2のリテーナ当接面が離れて、圧縮空気が第2のシリンダ内に供給されてなる請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のシリンダ装置。

請求項8

前記第1および第2のピストン部材がそれぞれ出力作動できるように、エアー抜き孔が形成されている請求項1ないし請求項7のいずれかに記載のシリンダ装置。

技術分野

0001

本発明は、2つのピストンが内包の2重構造になったシリンダ装置に関し、簡単なエアー回路作動圧力の異なる2種の押圧動作が可能であることはもとより、省スペース化が図れるシリンダ装置に関する。

背景技術

0002

空気圧機器)を利用した省力化、設備の自動化があらゆる分野で近年活発化してきており、それにともなって、装置の駆動機構の一手段である空気圧シリンダ装置に要求される特性も多種多様に亘っている。

0003

精密分野で適用される空気圧シリンダ装置としては、空気の漏れをなくしかつ摩擦抵抗を減らして精密な動作が保証できるように、シリンダ壁ピストン壁との間にダイヤフラム(布入りゴム作動膜)を介在させたものが一般によく知られている。また、ダイヤフラムを用いることにより摺動部が無くなるので、摺動抵抗が少なく応答性に優れるために、例えば、液晶製造や半導体製造における各プロセス中の駆動源として当該シリンダ装置は極めて有用である。

0004

例えば、半導体製造工程におけるウエ研磨は、ウエハを真空吸引した状態で保持し、この保持状態研磨処理が行なわれる。ウエハを研磨処理した後、研磨されたウエハは吸引保持装置から外す必要がある。この場合、真空状態はそのまま残っているためにウエハを外すには、最初、吸引保持打ち勝つ大きな力を発生させる必要がある。一旦大きな力を発生させ、吸引部からウエハをわずかに離してしまえば、その後の処理は簡単で、少さな外力を与えるだけでウエハは簡単に動く。つまり、最初に大きな押圧出力が必要で、一旦、ウエハが浮いた状態になれば(真空吸引部の解除)、その後の処理は小さな押圧で十分である。

0005

このような大小の押圧力を順次、発生させるシリンダ装置を提供しようとする試みは従来よりなされていた。例えば、2つのシリンダタンデムに配置して出力の強弱を実現させたりするタンデムタイプのシリンダ装置がその好適な一例として挙げられる。

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、このような従来の構造では、取り付け長さが長くなってしまうという問題がある。また、複数のレギュレータを適宜、配置する等の必要があり、複雑なエアー回路となってしまうという不都合もある。また、出力を変える他の手段として、電空変換器を用いる場合もあるが、この場合には装置自体が高価となり、また、押圧の異なる2段階ストロークのための制御も複雑となってしまう。このような実状のもとに本発明は創案されたものであって、その目的は、コンパクトな構造で省スペース化が図れるシリンダ装置を提供することにある。さらには、簡単なエアー回路で出力を変えることができるシリンダ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

上記の課題を解決するために、本発明は、第1のダイヤフラムを介して第1のシリンダ部材と、第1のピストン部材相対移動をなすように形成されており、前記第1のピストン部材の内部に、第2のダイヤフラムを介して第2のシリンダ部材と第2のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、前記第2のピストン部材に出力軸が固着されているとともに、前記第1のピストン部材および第2のピストン部材は、それぞれの作動のために形成された1つの連通ポート共有化し、かつ第2のピストン部材を作動させるためのパイロット機構部が前記1つの連通ポートと連通可能に実質的に第1のピストン部材の内部に設置されており、前記1つの連通ポートを通じて供給される圧縮空気により前記第1のピストン部材および第2のピストン部材が順次、出力作動可能になっており、前記第1のピストン部材および第2のピストン部材の各々の作動に伴う出力軸の出力が互いに異なるように作用してなるように構成される。

0008

また、本発明において、前記パイロット機構部は、前記1つの連通ポートと連通できるととともに、第2のピストン部材に実質的に達する内部通気孔と、この内部通気孔の一部を一時的に開閉することができるシール弁体棒を備え、前記第1のピストン部材が出力作動すると、前記内部通気孔が一時的に「開」の状態になり、前記第2のピストン部材が出力作動できるように作用してなるように構成される。

0009

また、本発明において、前記シール弁体棒は、移動棒本体と、1つの連通ポートと内部通気孔の接続口を封止することができるシール部材と、前記接続口へシール部材を押圧するように配置設置された付勢バネと、前記第1のピストン部材の出力作動とともに前記移動棒本体の先端と当接して、1つの連通ポートと内部通気孔との接続口の封止を解除させる調整ネジ機構部とを備えてなるように構成される。

0010

また、本発明において、前記第1のシリンダ部材の後部に前記第1のダイヤフラムの周縁を固定するようにボンネット部材が固着されており、当該ボンネット部材には、前記1つの連通ポートが形成されているように構成される。

0011

また、本発明において、前記第1のピストン部材の出力作動に伴う前記出力軸の出力値は、第2のピストン部材の出力作動に伴う前記出力軸の出力値よりも大きくなるように構成される。

0012

また、本発明において、前記第2のピストン部材には、リターンバネが係設されており、前記1つの連通ポートに連結配置されている電磁弁排気側切り替わることにより、前記第1および第2のピストン部材がそれぞれリターン作動してなるように構成される。

0013

また、本発明において、前記パイロット機構部が作動し、第2のピストン部材に実質的に達する内部通気孔に圧縮空気が供給されると、内部通気孔の先端と当接している前記第2のピストン部材の第2のリテーナ当接面が離れて、圧縮空気が第2のシリンダ内に供給されてなるように構成される。

0014

また、本発明において、前記第1および第2のピストン部材がそれぞれ出力作動できるように、エアー抜き孔が形成されて構成される。

発明を実施するための最良の形態

0015

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

0016

本発明のシリンダ装置1の正面縦断面図が図1に示される。図2には図1の平面図が、図3には図1の側面図が、それぞれ示される。

0017

図1に示されるように、本発明のシリンダ装置1は、1つのピストンが他の1のピストンを内包している内包2重構造になっており、極めてコンパクトな構成で、しかも1つの作動圧縮空気を導入するだけで、異なる大小2種の圧力による押圧動作が、順次行われるようになっているところに特徴がある。

0018

すなわち、本発明のシリンダ装置1は、第1のダイヤフラム60を介して第1のシリンダ部材20と、第1のピストン部材30が相対移動をなすように形成されており、さらに第1のピストン部材30の内部に、第2のダイヤフラム70を介して第2のシリンダ部材40と第2のピストン部材50が相対移動をなすように形成されている。

0019

本発明においては、外部のワークに対して押圧の作用を行う出力軸51は、図示のごとく第2のピストン部材50の軸方向前部に延設されるように固着されており、前記第1のピストン部材30および第2のピストン部材50は、それぞれの作動のために形成された1つの連通ポート11を共有化している。

0020

このような1ポート共有化の構造を採択しているために、本発明においては、第2のピストン部材50を作動させるためのパイロット機構部90が第1のピストン部材30の内部に実質的に設置されている。そして、このパイロット機構部90が作動することにより、第2のピストン部材50を作動させるための内部通気孔10と連通ポート11とが連通可能になるようになっている。これについては後で詳述する。そして、前記1つの連通ポート11を通して供給される圧縮空気(作動空気)により、前記第1のピストン部材および第2のピストン部材が順次、出力作動可能になっている。なお、図示していない圧力源減圧弁を介して前記1つの連通ポート11に至るまでの配管途中に、圧力導入切り換え用の電磁弁(図示していない)が設けられている。

0021

本発明において使用される連通ポート11は1つだけであり、しかもこれに供給される圧縮空気の圧力は実質的に同じであるので、前記第1および第2のピストン部材30,50の各々の作動に伴う(前記第1および第2のダイヤフラム60,70の各々の作動に伴う)出力軸51の出力が互いに異なるように作用する。すなわち、各ピストン部材の有効受圧面積の違いにより、第1のダイヤフラム60の作動の際の(これに合わせて第1のピストン部材30が作動する)出力軸51の出力値は、これに続いて作用する第2のダイヤフラム70の作動の際の(これに合わせて第2のピストン部材50が作動する)出力軸51の出力値よりも大きくなる。

0022

また、本発明において、前記第1のシリンダ部材20の後部には、ボンネット部材4が第1のダイヤフラム60の周縁フランジ部61を固定するように固着されており、さらに、前記第1のダイヤフラム60の中央部63は、リング状の第1のリテーナ35によって、第1のピストン部材30の後部に固着されている。なお、符号36は、リテーナ35をピストン部材30に固定するための固着用のネジを示している。

0023

さらに前述したようにボンネット部材4には、前記第1のピストン部材30および第2のピストン部材50がそれぞれ出力作動できるように、共有される1つの連通ポート11が形成されている。すなわち、まず第1に、1つの連通ポート11は、図示のごとく、ボンネット部材4に穿設された通気孔12を介して、第1のシリンダ内腔部27と連通している。そして、第1の連通ポート11から通気孔12を介して、第1のシリンダ内腔部27内に圧縮空気が導入されると、第1のダイヤフラム60がローリング運動をするとともに、第1のピストン部材30がストロークST1の距離ほど前進して出力軸51に出力される。

0024

第1のダイヤフラム60のローリング運動に関しては、第1のピストン部材30と第1のシリンダ部材20との間に形成される第1のダイヤフラム60の折り返し部62の箇所で生じるいわゆるローリング移動でシリンダ20内のピストン部材30の往復動が可能になっている。

0025

また、本発明において、前記パイロット機構部9は、前記1つの連通ポート11と連通できるととともに、第2のピストン部材50に実質的に達する一連の内部通気孔10と、この内部通気孔10の一部を一時的に開閉することができるシール弁体棒90を備えている。

0026

前記一連の内部通気孔10は、連通ポート11と近接する連通ポート連接口14と、前記シール弁体棒90が実質的に挿着される摺接連通孔15と、摺接連通孔15から分岐して第2のピストン部材50に導かれる分岐連通孔16,17を備えている。また、前記シール弁体棒90は、その要部として摺接連通孔15内を軸方向に移動できる移動棒本体(90´)を備え、このものは、連通ポート11側の端部に設けられたOリング嵌着用の凹部91と、第1の摺接棒部92と、第2の摺接棒部93と、バネ配置棒部94と、棒先端部95とを一体的に備えている。前記Oリング嵌着用の凹部91には、シール部材としてのシール用のOリング100が嵌着されており、このものによるシール作用の有無により、第2のピストン部材50へ向けての作動圧縮空気の流入が制御可能になっている。

0027

また、図示のごとく第2の摺接棒部93の外周には作動圧縮空気が軸方向にリークしないようにシール用のOリング101が配置されている。このOリング101は、筒状の固定部材110によって押圧固定されており、この筒状の固定部材110は、ストップリング132によって図示のごとく第1のピストン部材30内に形成された穴部に固定されている。筒状の固定部材110の内部には、付勢バネ120がシール弁体棒90を出力方向に常に付勢するように配置され、そのバネ120の一方端は、筒状の固定部材110の内部と係止し、バネ120の他方端は、バネ座135を介してストップリング131によりシール弁体棒90の棒先端部95と係止している。

0028

さらに、シール弁体棒90の棒先端部95の先端と対向するように調整ネジ機構部83が設けられており、調整ネジ機構部83は棒先端部95の先端と当接することのある調整ネジ81と、この調整ネジ81の位置決めを適宜行う調整ナット82とから構成される。調整ネジ機構部83は、前記第1のピストン部材30の出力作動とともに前記移動棒本体90´の先端と当接して、1つの連通ポート11と内部通気孔10の連通ポート連接口14の封止を解除させる役目を担っている。従って、第1のピストン部材30の出力作動前における(シール弁体棒90)棒先端部95の先端と対向配置される調整ネジ81との間隔は、第1のピストン部材30のストローク距離ST1よりも短いことが必要である。

0029

前記第1のピストン部材30が出力作動すると、次いで、前記パイロット機構部9が作動し調整ネジ81と衝突した移動棒本体90´がバックすると、連通ポート11と近接する連通ポート連接口14におけるシール用のOリング101のシールが解除される(空気流入の隙間が空く)。これにより、第2のピストン部材50に実質的に達する内部通気孔10に圧縮空気が供給されると、内部通気孔10の先端と当接している前記第2のピストン部材50の第2のリテーナ55の当接面が押されて隙間が生じ、圧縮空気が第2のシリンダ内(厳密には、第2のシリンダ内腔部47内)に供給されるようになっている。これにより、第2のダイヤフラム70がローリング運動をするとともに、第2のピストン部材50がストロークST2の距離ほど前進して出力軸51に出力される。

0030

なお、第2のダイヤフラム70は、その周縁フランジ部71が前部第1のピストン部材30の内部と、第2のシリンダ部材40により挟持・固定され、その略中央部は、第2のリテーナ55により固定されている。第2のダイヤフラム70の動作は、上述したとおりである。

0031

また、本発明における前記第2のピストン部材50には、図示のごとくリターン用バネ80が第2のピストン部材50をリターン方向に付勢するように係設されている。そして、前記連通ポート11に連接されている電磁弁(図示していない)が排気側に切り替わることにより、前記第1および第2のピストン部材30,50がそれぞれリターン作動(出力側とは反対方向の移動)するようになっている。

0032

また、本発明においては、前記第1および第2のピストン部材30,50がそれぞれ確実に出力作動できるように、第1のシリンダ20の肉厚部には、穿設されたエアー抜き孔25が形成されている。

0033

なお、図1において、第1のシリンダ部材20と第1のピストン部材30の摺動部には、ドライベヤリングであるブッシュ部材21が介在されており、出力軸51の摺動部にもドライベヤリングであるブッシュ部材22が介在されている。上記のごとく本発明における第1および第2のピストン部材の出力作動は、常に、第1のピストン部材30が出力された後に、第2のピストン部材50が出力されるようになっている。つまり、第2のピストン部材50は、第1のピストン部材30に従属されるように作動される。具体的な個々の作動についての概略説明は上述した通りであるが、全体動作を以下、まとめて詳述する。

0034

(1)最初に、連通ポート11から圧縮空気が導入され、第1のピストン部材30がストロークST1の距離ほど前進して出力軸51に大きな出力が発生させられる(第1のピストン30の受圧面積が大きい分、出力は大きくなる)。この第1のピストン部材30のストロークST1の際に、移動棒本体90´(シール弁体棒90)そのものはストロークST1の距離分だけ移動しようとするが、移動が完全に終了する前に移動棒本体90´の先端は、調製ネジ81の先端と当接してしまい、(このような当接ができるように調整ネジ81の位置があらかじめ調整されている)、移動棒本体90´の前進移動分は、ストロークST1より小さくなり、その差の分だけ、移動棒本体90´は第1のピストン30から後退してしまい、それによって、いままでシール用のOリング100(シール部材100)によりシールされていた、連通ポート連接口14がわずかに開けられる。これにより、開けられた連通ポート連接口14から、摺接連通孔15、分岐連通孔16,17(以上、内部通気孔10を構成する)を経て、第2のシリンダ内腔部47内に圧縮空気が導入され、第2のピストン部材50がストロークST2の距離ほど前進して出力軸51に小さな出力が発生させられる(第2のピストン50の受圧面積が小さい分、出力は小さくなる)。

0035

このようにして、押圧操作の対象であるワークに対して所定の押圧操作をした後、前記連通ポート11に連接されている電磁弁(図示していない)を排気側に切り替えることにより、前記第1および第2のピストン部材30,50を、リターン用バネ80の力により、それぞれリターン作動(出力側とは反対方向の移動)させる。

0036

なお、第2のピストン部材50のリターン作動を確実にするために、Oリング100の外側表面が接する連通ポート連接口14のテ−パ形状面に沿ってわずかなスリット溝を設けておき、いわゆるリリーフ弁機構と実質的に同じ作用をさせて、第2のピストン部材50のリターン作動の際の排気を確実にしておくことが望ましい。

発明の効果

0037

以上、詳述してきたように、本発明は、第1のダイヤフラムを介して第1のシリンダ部材と、第1のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、前記第1のピストン部材の内部に、第2のダイヤフラムを介して第2のシリンダ部材と第2のピストン部材が相対移動をなすように形成されており、前記第2のピストン部材に出力軸が固着されているとともに、前記第1のピストン部材および第2のピストン部材は、それぞれの作動のために形成された1つの連通ポートを共有化し、かつ第2のピストン部材を作動させるためのパイロット機構部が前記1つの連通ポートと連通可能に実質的に第1のピストン部材の内部に設置されており、前記1つの連通ポートを通じて供給される圧縮空気により前記第1のピストン部材および第2のピストン部材が順次、出力作動可能になっており、前記第1のピストン部材および第2のピストン部材の各々の作動に伴う出力軸の出力が互いに異なるように作用してなるように構成されているので、極めてコンパクトな構造で省スペース化が図れるという素晴らしい効果が発現する。さらには、簡単なエアー回路で出力を変えることができるという優れた効果が発現する。

図面の簡単な説明

0038

図1本発明のシリンダ装置1の正面縦断面図である。
図2図1の平面図である。
図3図1の側面図である。

--

0039

1…シリンダ装置
9…パイロット機構部
20…第1のシリンダ部材
30…第1のピストン部材
40…第2のシリンダ部材
50…第2のピストン部材
51…出力軸
60…第1のダイヤフラム
70…第2のダイヤフラム

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    【課題】高角度で劣悪雰囲気の条件下でも適用可能で、強度及び耐久性に優れ、それ自体の生産性向上も図ることができる複合型等速自在継手を提供する。【解決手段】単一型等速自在継手Sを背面合わせで2個備えており... 詳細

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