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技術 加工径補正装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 原田知成
出願日 2011年3月4日 (8年6ヶ月経過) 出願番号 2011-048211
公開日 2012年9月27日 (6年11ヶ月経過) 公開番号 2012-183608
状態 特許登録済
技術分野 バイト、中ぐり工具、ホルダ及びタレット 穴あけ、中ぐり加工
主要キーワード 螺合動作 変位ストローク 軸心方向視 保持ナット 被押圧部材 軸方向下向き 変位装置 押圧回数
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

課題

より簡易な構成の加工径補正装置において、孔加工の自動化を進めるべく、加工径補正が適切に行われたことをフィードバックしながら、孔加工をすすめることができる加工径補正装置を提供する。

解決手段

ボーリング加工におけるチップ9による加工径Aを補正するための装置であり、押圧することによって変位する部位である入力部11と、入力部11が所定のストロークLで変位することによって、所定のストロークSだけ変位する部位である出力部12と、入力部11の変位を出力部12の変位に変換する変換機構16と、を備える加工径補正装置1であって、入力部11に対する押圧力Fを測定するための圧力センサ3bと、入力部11に対する押圧力Fの許容値に係る情報が予め記憶されるとともに、圧力センサ3bにより測定した押圧力Fが、許容値に適合するか否かを判断する制御部4と、をさらに備える。

概要

背景

従来、孔加工用工具を備えたボーリング装置を用いて孔加工ボーリング加工)を行う場合、チップ摩耗状況に応じて加工径が変化するため、加工作業の進行に伴って、随時加工径の補正を行う必要がある。
そこで、加工径を補正するための加工径補正装置に係る技術が種々開発されており、例えば、以下に示す特許文献1にその技術が開示され、公知となっている。

特許文献1において開示されている第一の実施形態に係る加工径補正装置では、工具ホルダーに形成されたネジ部と保持ナット螺合動作相対運動により、チップを支持する部材であって可撓性を有する可撓工具を撓ませることによって、加工径を補正する構成としている。
また、特許文献1において開示されている第二の実施形態に係る加工径補正装置では、工具ホルダー(スライドベース)の回転動作により、チップを支持する部材であって偏心カムを有するロッドを撓ませることによって、加工径を補正する構成としている。

このように、特許文献1に開示されているような従来の加工径補正装置では、加工径の補正を行うための機構が複雑であり、加工径補正装置の構成が大掛かりなものとなっていたため、より簡易な構成で、加工径の補正を行うことができる加工径補正装置の開発が望まれていた。

そこで、本発明の出願人によって、より簡易な構成の加工径補正装置が開発されるに至っている。
本出願人の開発に係る加工径補正装置は、押圧部を備え、該押圧部を所定のストロークで押圧することによって、所定の補正量だけチップを変位させて加工径を補正する構成としている。また、押圧部を押圧するための機構には、工具ホルダーを変位させる機構を活用しており、工具ホルダーの変位動作によって、被押圧部に対して、押圧部を押圧する構成としている。

概要

より簡易な構成の加工径補正装置において、孔加工の自動化を進めるべく、加工径の補正が適切に行われたことをフィードバックしながら、孔加工をすすめることができる加工径補正装置を提供する。ボーリング加工におけるチップ9による加工径Aを補正するための装置であり、押圧することによって変位する部位である入力部11と、入力部11が所定のストロークLで変位することによって、所定のストロークSだけ変位する部位である出力部12と、入力部11の変位を出力部12の変位に変換する変換機構16と、を備える加工径補正装置1であって、入力部11に対する押圧力Fを測定するための圧力センサ3bと、入力部11に対する押圧力Fの許容値に係る情報が予め記憶されるとともに、圧力センサ3bにより測定した押圧力Fが、許容値に適合するか否かを判断する制御部4と、をさらに備える。

目的

このように、特許文献1に開示されているような従来の加工径補正装置では、加工径の補正を行うための機構が複雑であり、加工径補正装置の構成が大掛かりなものとなっていたため、より簡易な構成で、加工径の補正を行うことができる加工径補正装置の開発が望まれていた

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ボーリング加工におけるチップによる加工径補正するための装置であり、押圧することによって変位する部位である入力部と、前記入力部が所定のストロークで変位することによって、所定のストロークだけ変位する部位である出力部と、前記入力部の変位を前記出力部の変位に変換する変換機構と、を備える加工径補正装置であって、前記入力部に対する押圧力を測定するための圧力センサと、前記入力部に対する押圧力の許容値に係る情報が予め記憶されるとともに、前記圧力センサにより測定した押圧力が、前記許容値に適合するか否かを判断する制御部と、をさらに備える、ことを特徴とする加工径補正装置。

技術分野

0001

本発明は、ボーリング加工におけるチップによる加工径補正するための装置である加工径補正装置の技術に関する。

背景技術

0002

従来、孔加工用工具を備えたボーリング装置を用いて孔加工(ボーリング加工)を行う場合、チップの摩耗状況に応じて加工径が変化するため、加工作業の進行に伴って、随時加工径の補正を行う必要がある。
そこで、加工径を補正するための加工径補正装置に係る技術が種々開発されており、例えば、以下に示す特許文献1にその技術が開示され、公知となっている。

0003

特許文献1において開示されている第一の実施形態に係る加工径補正装置では、工具ホルダーに形成されたネジ部と保持ナット螺合動作相対運動により、チップを支持する部材であって可撓性を有する可撓工具を撓ませることによって、加工径を補正する構成としている。
また、特許文献1において開示されている第二の実施形態に係る加工径補正装置では、工具ホルダー(スライドベース)の回転動作により、チップを支持する部材であって偏心カムを有するロッドを撓ませることによって、加工径を補正する構成としている。

0004

このように、特許文献1に開示されているような従来の加工径補正装置では、加工径の補正を行うための機構が複雑であり、加工径補正装置の構成が大掛かりなものとなっていたため、より簡易な構成で、加工径の補正を行うことができる加工径補正装置の開発が望まれていた。

0005

そこで、本発明の出願人によって、より簡易な構成の加工径補正装置が開発されるに至っている。
本出願人の開発に係る加工径補正装置は、押圧部を備え、該押圧部を所定のストロークで押圧することによって、所定の補正量だけチップを変位させて加工径を補正する構成としている。また、押圧部を押圧するための機構には、工具ホルダーを変位させる機構を活用しており、工具ホルダーの変位動作によって、被押圧部に対して、押圧部を押圧する構成としている。

先行技術

0006

特開昭55−131413号公報

発明が解決しようとする課題

0007

本出願人が提案する加工径補正装置では、押圧部を所定のストロークで押圧することによって、加工径の補正ができる簡易な構成としているが、補正が適切に行われたかどうかを確認する手段を有していなかったため、補正後の加工径を測定してみて始めて補正量が適切であったか否かの判断が可能であった。
このため、補正がうまく行われなかった場合(即ち、押圧部が所定のストロークで押圧されなかった場合)には、規格に合わない加工品が生成されてしまい、手戻りが発生することもあるため、加工径の補正を思うように自動化できないという課題があった。

0008

本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、より簡易な構成の加工径補正装置において、孔加工の自動化を進めるべく、加工径の補正が適切に行われたことをフィードバックしながら、孔加工をすすめることができる加工径補正装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0009

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

0010

即ち、請求項1においては、ボーリング加工におけるチップによる加工径を補正するための装置であり、押圧することによって変位する部位である入力部と、前記入力部が所定のストロークで変位することによって、所定のストロークだけ変位する部位である出力部と、前記入力部の変位を前記出力部の変位に変換する変換機構と、を備える加工径補正装置であって、前記入力部に対する押圧力を測定するための圧力センサと、前記入力部に対する押圧力の許容値に係る情報が予め記憶されるとともに、前記圧力センサにより測定した押圧力が、前記許容値に適合するか否かを判断する制御部と、をさらに備えるものである。

発明の効果

0011

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

0012

請求項1においては、より簡易な構成の加工径補正装置を備えたボーリング装置において、加工径の補正を自動化することができる。

図面の簡単な説明

0013

本発明の一実施形態に係る加工径補正装置の全体構成を示す模式図、(a)Y軸方向(側面)視における断面模式図、(b)X軸方向(正面)視における模式図。
加工径補正装置による加工径の補正状況を示す模式図、(a)正常な補正状況を示す模式図、(b)異常な補正状況を示す模式図。
本発明の一実施形態に係る加工径補正装置による補正方法を示すフロー図。
圧力センサによる押圧力の検出状況を示す模式図。

実施例

0014

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る加工径補正装置について、図1および図2を用いて説明をする。
図1に示す如く、本発明の一実施形態に係る加工径補正装置1は、金属製の素材に孔を切削する加工(ボーリング加工)を行うための装置たるボーリング装置(図示せず)において用いられる装置であり、補正部2、被押圧部3、制御部4等を備えている。

0015

補正部2は、ボーリング加工用の工具であるツール7と、該ツール7を保持するための軸部である主軸8の間に配置して使用されるものである。
即ち、図1に示すように、加工径補正装置1の補正部2は、主軸8により保持され、また、ツール7は、補正部2により保持される構成としている。

0016

主軸8は、その一端部が、ボーリング装置の変位装置(図示せず)によって回転可能に支持されるとともに、ボーリング装置のモータ等の回転駆動装置(図示せず)によって回転駆動される部位である。また主軸8は、その他端部において、加工径補正装置1を(あるいは、ツール7を直接)保持するためのチャック機構たる保持部8aを備えている。
さらに主軸8は、図示しない変位装置によって、図1(a)(b)中に示すX軸・Y軸・Z軸の各方向に変位可能に構成されている。

0017

ツール7は、チップ(切削刃)9を備える回転工具であって、加工径補正装置1によって保持できる形状を有する部位である基部7aと、チップ9を保持するための部位である軸部7bを備えている。またツール7において、基部7aと軸部7bは、軸心を共通としている。そして、軸部7bの先端部において、半径方向外側に向けてチップ9を突設する構成としている。
また、基部7aと軸部7bの軸心方向における中間の部位には、基部7aおよび軸部7bに比して拡径した部位である鍔部7cを備えている。

0018

ツール7は、基部7aが補正部2により保持されることによって、基部7aおよび軸部7bの軸心が主軸8の軸心Pと略一致するように構成されており、ツール7は、主軸8の回転に伴って、軸心Pを軸心として回転される。
このため、チップ9の先端部9aの軸心Pに対する距離Rを変更することによって、ツール7による加工径A(即ち、A=2R)を設定する構成としている。

0019

加工径補正装置1を構成する補正部2は、ツール7における軸部7bの軸心Pに対する傾きを調整することができる装置であり、入力部11、出力部12、保持部13、本体部14、ケース15等を備えている。
補正部2は、保持部13を主軸8の保持部8aにより保持することによって、主軸8に対して一体的に固定されており、主軸8の変位に伴って、図1(a)(b)中に示すX軸・Y軸・Z軸の各方向に変位可能であるとともに、主軸8の回転に伴って、軸心Pを軸心として回転される構成としている。

0020

入力部11は、軸心Pに対して直交する方向に押し込むことができる押圧部11aを備えており、押圧部11aが押圧されることによって、補正部2に対する補正動作の指示が入力される。また押圧部11aは、押圧されることによって、所定のストロークで変位させることができる。
尚、以後の説明では、押圧部11aを押圧して、該押圧部11aを所定のストロークLで変位させる動作を押し込み動作と呼ぶものとする。

0021

出力部12は、ケース15によって覆われる本体部14の内部に形成される略円筒状の空隙部である支持孔14aの内部に挿入され、支持孔14aによって、該支持孔14aの軸心方向に変位可能に支持されている。
支持孔14aは、その軸心方向が軸心Pと略平行となるように形成されており、出力部12を軸心Pと略平行に変位させることができる構成としている。

0022

また、本体部14には、軸心Pに直交する方向への切り込み部である割り部14bが形成されている。このため本体部14は、割り部14bの最も切り込みが深い部位に形成された支点部14cを支点として、割り部14bの切り込み形状が略扇形となるように変形させることができる。

0023

さらに、本体部14内部には、押圧部11aに対する軸心Pに直交する方向への押圧力を、軸心Pに平行な方向への応力に変換する機構である変換機構16を備えている。
本実施形態における変換機構16は油圧シリンダ16aにより構成され、該油圧シリンダ16aに形成された軸心Pに対して傾斜した面である傾斜部16bによって、応力の作用方向を変換する構成としている。

0024

出力部12は、傾斜部16bと当接しており、油圧シリンダ16aが軸心Pと直交する方向に変位したときに、傾斜部16bによって、軸心Pと略平行な方向に押圧される(本実施形態では、油圧シリンダ16aが図1における上方に変位したときに、出力部12がツール7の鍔部7c側に押圧される)。そして、出力部12を、支持孔14aに沿って、軸心Pと略平行な方向に変位させる構成としている。

0025

出力部12が軸心Pと略平行に、ツール7の鍔部7cに接近する方向に変位されると、出力部12が、支持孔14aの端部に形成された係止部14dを押圧する。
このとき、本体部14は、割り部14bの切り込み形状が略扇形となるように変形されるため、該本体部14の端面14eによって、隣接するツール7の鍔部7cを押圧することができる。

0026

このように出力部12からは、入力部11に対する補正動作の指示に応じて、端面14eで鍔部7cを軸心Pと略平行な方向に押圧する態様で出力がなされ、出力部12の出力に応じて、軸部7bの軸心Pに対する傾きを変更する構成としている。
そして、軸部7bの軸心Pに対する傾きを変更することによって、チップ9における先端部9aの軸心Pに対する距離R(即ち、チップ9による加工径A)を補正する構成としている。

0027

即ち、補正部2では、押圧部11aに対する押し込み動作によって、出力部12は、軸心Pに対して平行であって、鍔部7cに接近する方向に、所定のストロークSだけ変位される構成としている。
押圧部11aの押し込み動作による出力部12の変位は、図示しない保持機構(例えば、ラチェット機構等)によって保持され、押圧部11aに対する押圧を解除しても、出力部12の変位は保持される構成としている。
一方、押圧部11aの変位量が所定のストロークL未満であった場合には、押圧部11aに対する押圧を解除すると、出力部12の変位は、押圧部11aを押圧する前の位置に復元される構成としている。

0028

また、加工径補正装置1では、押圧部11aを所定のストロークLで変位させるごとに、出力部12の変位が所定のストロークSずつステップ状に変化する構成としており、入力部11の押し込み動作の回数に応じて、段階的に軸部7bの傾きを変化させることができる構成としている。
これにより、押圧部11aに対して押し込み動作を行った回数によって、チップ9の補正量(即ち、先端部9aの軸心Pに対する距離Rの変化量、以下では補正量ΔRと呼ぶ)を変更することができる。

0029

尚、本実施形態では示していないが、加工径補正装置の本体部内に入力部、出力部、変換機構等をそれぞれさらに一系統追加で備える構成とし、二つの出力部によって、軸心Pの軸心方向視において、軸心Pに対して点対称となる各位置を押圧する構成とすることによって、加工径を増大させる方向と減少させる方向にチップの補正量ΔRを調整することが可能になる。

0030

また、加工径補正装置1では、図1(a)に示すような、被押圧部材3a、圧力センサ3b、ベース部材3c等を有する被押圧部3と、制御部4を備える構成としている。
被押圧部3は、補正部2における入力部11の押圧部11aを押圧するための部位であり、主軸8による押圧部11aの可動域内において、ツール7によるボーリング加工の妨げとならない位置に配置している。

0031

被押圧部材3aは、入力部11に挿入可能な形状を有する凸状の部位であって、一端が押圧部11aに当接されるとともに、他端がベース部材3cにより支持された圧力センサ3bに当接される。

0032

圧力センサ3bは、被押圧部材3aに作用する押圧力Fを検出するためのセンサであって、例えば、歪みゲージ等を採用することができる。
また、圧力センサ3bによる押圧力Fの測定結果は、制御部4に入力される構成としている。

0033

また制御部4は、加工径の測定結果に基づいて、必要な補正量を演算することができる。そしてさらに、制御部4によって、求めた必要な補正量に基づいて、押圧部11aに対する必要な押圧回数を設定する。
例えば、押圧部11aを1回所定のストロークLで変位させたときにおけるチップ9の補正量ΔRが1μmであった場合に、必要な補正量が5μmであれば、押圧部11aに対する必要な押圧回数を5回と設定することができる。

0034

そして、加工径補正装置1では、図2(a)に示すように、被押圧部材3aを入力部11に挿入し、被押圧部材3aを押圧部11aに押圧させた状態で、補正部2をZ軸方向下向きに変位させることによって、押圧部11aの押し込み動作を実現する構成としている。

0035

ところで、このような構成の加工径補正装置1では、所定の回数だけ押し込み動作を行ったつもりであっても、各回の押し込み動作が適切でなければ、チップ9に対して所望する補正量を与えることができないという問題がある。
例えば、図2(b)に示すように、被押圧部3が、被押圧部3の他端の全面がベース部材3cに当接していなくて傾斜姿勢になっているなど、押圧部11aに対して適切に配置されていないと、被押圧部3によって押圧部11aを押圧し、所定のストロークLで変位させたつもりであっても、押圧部11aの変位ストロークが所定のストロークL未満のストロークUとなり、これにより、出力部12の変位量が所定のストロークS未満のストロークVとなって、適切に加工径Aの補正をすることができない。

0036

このため、制御部4には、圧力センサ3bによる押圧力Fの測定結果が入力されるとともに、正常に押し込み動作が行われたときの押圧力Fに係る情報(押圧力Fの許容値)を予め記憶する構成としている。
そして、加工径補正装置1では、制御部4によって、押圧力Fの測定結果と正常に押し込み動作が行われたときの押圧力Fに係る情報を比較することによって、正常に押し込み動作が行われたか否かの判定を行うようにしている。

0037

次に、本発明の一実施形態に係る加工径補正装置による加工径の補正方法について、図2図4を用いて説明をする。
本発明の一実施形態に係る加工径補正装置1を用いて加工径の補正を行う場合、まず、図3に示す如く、そのときのツール7の状態で、ワーク20に対して孔20aの加工を行う(STEP−1)。

0038

次に、孔20aの加工径Aを測定する(STEP−2)。例えば、ここでの孔20aに対する加工径Aの測定は、作業者ノギス等を用いて行うことができる。

0039

次に、測定した孔20aの加工径Aに基づく判定を行う(STEP−3)。
具体的には、測定した孔20aの加工径Aを、作業者が制御部4に対して入力し、制御部4によって、孔20aの加工径Aが、所望する加工径の誤差範囲に収まっているか否かの判定を行う。前記所望する加工径の誤差範囲は、加工径の誤差値が、加工径補正装置1による加工径の自動補正を行うことが可能である値の範囲である。

0040

そして、測定した孔20aの加工径Aが誤差範囲に収まっている場合には、次に必要な補正量の演算を行うとともに(STEP−4)、演算により求めた補正量に基づく補正動作に移行する。

0041

また、加工径補正装置1では、演算により求めた必要な補正量に基づいて、制御部4によって、押圧部11aに対する必要な押圧回数を設定する。

0042

尚、必要な補正量の演算は孔20aの加工を行う度に(毎回)行わなくてもよく、例えば、所望する加工径に対する誤差が、補正を行わなくてもよい許容範囲を3回連続で越えた場合に補正量の演算を行って補正動作を行う設定としてもよい。これにより、加工時間の短縮を図ることができる。

0043

一方、測定した孔20aの加工径Aが前記誤差範囲に収まっていない場合には、自動補正の継続が困難であるため、作業者による確認を行うべくボーリング装置を停止させてボーリング加工を中止する(STEP−12)。

0044

加工径補正装置1におけるチップ9に対する補正動作では、まず図示しない変位装置に対して、制御部4により算出した押圧回数を設定する(STEP−5)。
また、主軸8と被押圧部材3aの配置から、制御部4によって、必要な主軸8の移動量を算出する(STEP−6)。
そして、主軸8を所定の補正位置に変位させるとともに、その補正位置における押圧部11aと被押圧部材3aが当接する位置を基準として、主軸8をZ軸方向下向きに所定のストロークLで変位させる(STEP−7)。
これにより、被押圧部材3aによって、押圧部11aを、所定のストロークLで変位させることができる。

0045

またこのとき、被押圧部材3aに作用する押圧力Fを圧力センサ3bにより測定するとともに、その測定結果を制御部4に入力する(STEP−8)。

0046

そしてここで、所定の補正動作が正常に行われているか否かの判定をする(STEP−9)。
加工径補正装置1における補正動作(所定の押し込み動作)は、図2(b)に示すように、図示しない変位装置による主軸8の変位位置がずれたり、あるいは、被押圧部材3aがずれたりした場合には、被押圧部材3aが、入力部11の所定位置に当接しないため、図示しない変位装置によって、主軸8を所定のストロークLで変位させても、出力部12が所定のストロークSで変位されない場合がある。
そこで、加工径補正装置1では、圧力センサ3bにより検出した押圧力Fに基づいて、所定の押し込み動作が正常に行われているか否かの判定を行う構成としている。

0047

図4に示す如く、圧力センサ3bにより検出する押圧力Fは、被押圧部材3aと入力部11が接触した時刻t1から上昇し始め、そして、図示しない変位装置による主軸8の下方への変位が終了する時刻t2まで上昇する。
そして、図示しない変位装置による主軸8の下方への変位が下死点まで到達した状態で押圧力Fが最大となり、この状態で一定時間(本実施形態では、時刻t2から時刻t3まで)保持するようにしている。
そして、この一定時間保持しているときの押圧力Fを、予め制御部4に記憶されている正常な押し込み動作の場合の押圧力Fに係る情報と比較して、所定の許容範囲に収まっていれば、被押圧部材3aが入力部11に正常に挿入され、正常に補正動作が行われているものと判定する構成としている。

0048

仮に、このような判定を行わない場合には、補正動作が正常に行われた否かの判断は、補正後に孔20aの加工径を測定して始めてわかることになるため、無駄が多く、補正をやり直すことになるため、加工径の補正を自動化することが困難になる。
一方、本発明の一実施形態に係る加工径補正装置1のように、補正動作の良否をフィードバックすることによって、より完全な自動化を図ることが可能になる。

0049

ここで、被押圧部材3aおよび入力部11の配置が正常であることを判定した場合には、続いて、必要な残りの回数だけ押し込み動作を行う(STEP−10)。
これにより、チップ9に対して必要な補正量を与えて、補正動作を完了する。

0050

そしてその後、次のワーク20に対するボーリング加工に移行するとともに(STEP−11)、前述した(STEP−1)に戻って、ボーリング装置によるワーク20に対するボーリング加工を継続する。

0051

一方、被押圧部材3aおよび入力部11の配置が正常でないと判定した場合には、自動補正の継続が困難であるため、作業者による確認を行うべくボーリング装置を停止させて、ボーリング加工を中止する(STEP−12)。

0052

即ち、本発明の一実施形態に係る加工径補正装置1は、ボーリング加工におけるチップ9による加工径Aを補正するための装置であり、押圧することによって変位する部位である入力部11と、入力部11が所定のストロークLで変位することによって、所定のストロークSだけ変位する部位である出力部12と、入力部11の変位を出力部12の変位に変換する変換機構16と、を備えるものであって、入力部11に対する押圧力Fを測定するための圧力センサ3bと、入力部11に対する押圧力Fの許容値に係る情報が予め記憶されるとともに、圧力センサ3bにより測定した押圧力Fが、許容値に適合するか否かを判断する制御部4と、をさらに備えるものである。
このような構成により、より簡易な構成の加工径補正装置1を備えたボーリング装置において、加工径Aの補正を自動化することができる。

0053

1加工径補正装置
2補正部
3 被押圧部
3a被押圧部材
3b圧力センサ
3cベース部材
4 制御部
7 ツール
8主軸
9チップ
11 入力部
12 出力部
16 変換機構

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