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技術 アライメントステージ、およびそれを備えた加工装置

出願人 オイレス工業株式会社
発明者 平山琢哉
出願日 2016年1月28日 (5年3ヶ月経過) 出願番号 2016-014871
公開日 2017年8月3日 (3年9ヶ月経過) 公開番号 2017-132007
状態 特許登録済
技術分野 工作機械の機体
主要キーワード 空気放出孔 ローラバニシング 回転止 部分円筒 凸状球面 円筒ブッシュ 凹状球面 調心機構
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年8月3日)のものです。
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図面 (7)

課題

回転止めを必要とせず、ワークのずれ補正を十分に行うことが可能なアライメントステージおよびそれを備えた加工装置を提供する。

解決手段

アライメントステージ1は、Y方向に沿って延びる部分円筒内面状の第1凹面2Jを有する第1プレート2と、第1プレート2上に配置され、第1プレート2側に第1凹面2Jに沿う形状を有する第1凸面3Jと、第1プレート2側とは反対側にY方向に直交するX方向に沿って延びる部分円筒内面状の第2凹面(3K)とを有する第2プレート3と、第2プレート3上に配置され、第2プレート3側に第2凹面3Kに沿う形状を有する第2凸面4Eを有する第3プレート4とを備える。

概要

背景

従来より、ワークのずれを補正するアライメントステージが提案されている(例えば、特許文献1参照)。

特許文献1のアライメントステージでは、凹状球面を有する調心台上に、凸状球面を有する基台を配置し、基台が調心台に対してスライドすることにより、基台が所定の方向に対して垂直な状態を保つように構成されている。また、特許文献1のアライメントステージでは、基台の調心台に対する回転止めが設けられている。

概要

回転止めを必要とせず、ワークのずれ補正を十分に行うことが可能なアライメントステージおよびそれを備えた加工装置を提供する。アライメントステージ1は、Y方向に沿って延びる部分円筒内面状の第1凹面2Jを有する第1プレート2と、第1プレート2上に配置され、第1プレート2側に第1凹面2Jに沿う形状を有する第1凸面3Jと、第1プレート2側とは反対側にY方向に直交するX方向に沿って延びる部分円筒内面状の第2凹面(3K)とを有する第2プレート3と、第2プレート3上に配置され、第2プレート3側に第2凹面3Kに沿う形状を有する第2凸面4Eを有する第3プレート4とを備える。

目的

本発明は、回転止めを必要とせず、ワークのずれ補正を十分に行うことが可能なアライメントステージおよびそれを備えた加工装置を提供する

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

ワークを支持して自動調心するためのアライメントステージであって、第1方向に沿って延びる部分円筒内面状の第1凹面を有する第1プレートと、前記第1プレート上に配置され、前記第1プレート側に前記第1凹面に沿う形状を有する第1凸面と、前記第1プレート側とは反対側に前記第1方向に直交する第2方向に沿って延びる部分円筒内面状の第2凹面とを有する第2プレートと、前記第2プレート上に配置され、前記第2プレート側に前記第2凹面に沿う形状を有する第2凸面を有する第3プレートと、を備えたアライメントステージ。

請求項2

前記第1プレートの前記第1凹面および前記第2プレートの前記第2凹面は、多孔質焼結体により形成され、前記第1プレートの前記第1凹面から前記第2プレートの前記第1凸面に向かって圧縮気体が放出可能に構成され、前記第2プレートの前記第2凹面から前記第3プレートの前記第2凸面に向かって圧縮気体が放出可能に構成されている、請求項1に記載のアライメントステージ。

請求項3

前記第1プレートの前記第1凹面と前記第2プレートの前記第1凸面とは、潤滑剤を介して互いに当接し、前記第2プレートの前記第2凹面と前記第3プレートの前記第2凸面とは、潤滑剤を介して互いに当接している、請求項1に記載のアライメントステージ。

請求項4

前記第2プレートを前記第1プレートに対する初期位置へ戻すように付勢する付勢手段と、前記第3プレートを前記第2プレートに対する初期位置へ戻すように付勢する付勢手段と、を備える、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のアライメントステージ(1)。

請求項5

回転駆動される回転工具と、前記回転工具により加工されるワークと、前記ワークを支持して自動調心する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のアライメントステージと、を備える、加工装置

技術分野

0001

本発明は、回転工具により加工されるワークを回転工具に倣わせるためのアライメントステージ、およびそれを備えた加工装置に関する。

背景技術

0002

従来より、ワークのずれを補正するアライメントステージが提案されている(例えば、特許文献1参照)。

0003

特許文献1のアライメントステージでは、凹状球面を有する調心台上に、凸状球面を有する基台を配置し、基台が調心台に対してスライドすることにより、基台が所定の方向に対して垂直な状態を保つように構成されている。また、特許文献1のアライメントステージでは、基台の調心台に対する回転止めが設けられている。

先行技術

0004

特許5053949号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、特許文献1のアライメントステージでは、回転止めにより、基台のずれ補正のための動き阻害され、ずれを十分に補正できなかった。また、特許文献1のアライメントステージは、水平方向の位置ずれをわずかにしか補正することができなかった。

0006

そこで、本発明は、回転止めを必要とせず、ワークのずれ補正を十分に行うことが可能なアライメントステージおよびそれを備えた加工装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態のアライメントステージは、ワークを支持して自動調心するためのアライメントステージであって、第1方向に沿って延びる部分円筒内面状の第1凹面を有する第1プレートと、前記第1プレート上に配置され、前記第1プレート側に前記第1凹面に沿う形状を有する第1凸面と、前記第1プレート側とは反対側に前記第1方向に直交する第2方向に沿って延びる部分円筒内面状の第2凹面とを有する第2プレートと、前記第2プレート上に配置され、前記第2プレート側に前記第2凹面に沿う形状を有する第2凸面を有する第3プレートと、を備える。

0008

前記第1プレートの前記第1凹面および前記第2プレートの前記第2凹面は、多孔質焼結体により形成され、前記第1プレートの前記第1凹面から前記第2プレートの前記第1凸面に向かって圧縮気体が放出可能に構成され、前記第2プレートの前記第2凹面から前記第3プレートの前記第2凸面に向かって圧縮気体が放出可能に構成されても良い。

0009

前記第1プレートの前記第1凹面と前記第2プレートの前記第1凸面とは、潤滑剤を介して互いに当接し、前記第2プレートの前記第2凹面と前記第3プレートの前記第2凸面とは、潤滑剤を介して互いに当接しても良い。

0010

前記第2プレートを前記第1プレートに対する初期位置へ戻すように付勢する付勢手段と、前記第3プレートを前記第2プレートに対する初期位置へ戻すように付勢する付勢手段とを備えても良い。

0011

本発明の一実施形態の加工装置は、回転駆動される回転工具と、前記回転工具により加工されるワークと、前記ワーク支持して自動調心する上記のアライメントステージと、を備える。

発明の効果

0012

本発明によれば、回転止めを必要とせず、ワークのずれ補正を十分に行うことが可能なアライメントステージおよびそれを備えた加工装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0013

本実施の形態に係るアライメントステージを備える加工装置の概略図を示す。
アライメントステージをY方向から見た時の部分断面側面図を示す。
アライメントステージをX方向から見た時の部分断面側面図を示す。
(a)は、第1〜第3プレートの斜視図を示し、(b)は、第1〜第3プレートの分解斜視図を示す。
第1プレートおよび第2プレートの平面図を示す。
アライメントステージによるワークの回転工具に対する自動調心を説明するための図を示す。

実施例

0014

本発明の実施の形態に係るアライメントステージ1について図面を参照して説明する。

0015

アライメントステージ1は、回転工具12によりワーク14を加工する加工装置10に用いられ、回転工具12の回転軸Cに対するワーク14の中心軸Aの水平方向の位置ずれおよび鉛直方向の傾き角度のずれを吸収する調心機構である。

0016

図1は、本実施の形態に係るアライメントステージ1を備える加工装置10の概略図を示している。加工装置10は、例えば、ローラバニシング加工を行うための装置である。

0017

<加工装置10の全体構成>
図1に示すように、加工装置10は、モータ11と、回転工具12と、アライメントステージ1と、固定具13とを備える。モータ11により、回転工具12は所定方向Rに回転駆動される。回転工具12は、例えば、ローラバニシングであり、上下方向に移動可能に設けられている。固定具13は、例えばレバチャックであり、アライメントステージ1の第3プレート4の第3上面4Aに設けられ、加工対象となるワーク14を固定する。ワーク14は、本実施形態において円筒ブッシュであり、内周面14aを有する。

0018

<アライメントステージ1>
次に、アライメントステージ1の構成について、図1図5を参照して説明する。なお、図1に示したアライメントステージ1における左右方向をX方向、紙面に対して直交する方向をY方向、上下方向をZ方向として定義する。Y方向は第1方向に相当し、X方向は第2方向に相当する。

0019

図2は、アライメントステージ1をY方向から見た時の部分断面側面図を示している。図3は、アライメントステージ1をX方向から見た時の部分断面側面図を示している。図4(a)は、第1〜第3プレート2〜4の斜視図を示し、図4(b)は、第1〜第3プレート2〜4の分解斜視図を示している。図5は、第1プレート2および第2プレート3の平面図を示している。

0020

図2図3に示すように、アライメントステージ1は、第1プレート2と、第2プレート3と、第3プレート4と、複数の支持ポスト5と、複数の引張ばね6とを備える。第1プレート2、第2プレート3、および第3プレート4は、この順に下から積層されている。

0021

<第1プレート2>
図2図4に示すように、第1プレート2は、図示せぬ設置台上に設置され、第1プレート基部2Aと、第1焼結部2Bとを備える。

0022

第1プレート基部2Aは、ステンレス鋼等により構成され、略平板状をなしている。第1プレート基部2Aには、第1凹部2dが形成されている。第1凹部2dは、第1プレート基部2Aの第1上面2CおよびY方向に対して直交する第1−1側面2E、2Eに開口するように形成されている。第1プレート基部2AにおけるX方向に対して直交する第1−2側面2F、2Fには、それぞれ2カ所に挿入孔2gが形成されている。各挿入孔2gは、各第1−2側面2FにおけるY方向の端部に形成されている。一方の第1−2側面2Fには、X方向に沿って延びる第1給気孔2hが形成されている。第1給気孔2hには、図示せぬ給気ポンプ給気チューブが接続される。第1プレート基部2Aの第1凹部2dには、2本の給気溝2iが形成されている。図5に示すように、2本の給気溝2iは、サイズが互いに異なる矩形環状をなし、第1給気孔2hと連通している。

0023

図2図4に示すように、第1焼結部2Bは、第1プレート基部2Aの第1凹部2dに設けられている。第1焼結部2Bは、多孔質焼結体により構成され、第2プレート3側には、Y方向に沿って延びる部分円筒内面状の第1凹面2Jが形成されている。第1凹面2Jは、所定の曲率半径を有する。第1焼結部2Bは、黒鉛等の固体潤滑剤が分散された銅粉ステンレス鋼粉アルミニウム粉等の金属粉あるいは合金粉を、高温焼結して多孔質焼結板材成形し、その後、第1プレート基部2Aの第1凹部2dに当該焼結板材を積層して加熱圧縮し、両者を拡散させ、所定の曲率半径を有するように切削加工することにより形成される。図示せぬ給気ポンプから供給される圧縮空気は、第1給気孔2hおよび給気溝2iを介して第1焼結部2Bに供給され、第1焼結部2Bの第1凹面2Jから、第2プレート3に向かって均一に放出される。

0024

<第2プレート3>
第2プレート3は、第1プレート2上に配置され、第2プレート基部3Aと、第2焼結部3Bとを備える。

0025

第2プレート基部3Aは、ステンレス鋼等により構成され、略平板状をなしている。第2プレート基部3Aの第2上面3Cには、第2凹部3dが形成されている。第2凹部3dは、第2プレート基部3Aの第2上面3CおよびX方向に対して直交する第2−1側面3E、3Eに開口するように形成されている。第2プレート基部3Aにおける第2−1側面3E、3EおよびY方向に対して直交する第2−2側面3F、3Fには、それぞれ2カ所に挿入孔3gが形成されている。各挿入孔3gは、各第2−1側面3E、第2−2側面3FにおけるX方向またはY方向の端部に形成されている。第2プレート基部3Aの第2−1側面3Eに形成された各挿入孔3gは、第1プレート2の第1−2側面2Fに形成された各挿入孔2gの上側に位置している。一方の第2−2側面3Fには、Y方向に沿って延びる第2給気孔3hが形成されている。第2給気孔3hには、図示せぬ給気ポンプの給気チューブが接続される。第2プレート基部3Aの第2凹部3dには、2本の給気溝3iが形成されている。図5に示すように、2本の給気溝3iは、サイズが互いに異なる矩形環状をなし、第2給気孔3hと連通している。なお、図5において、括弧内の参照番号が、第2プレート3の構成要素の参照番号に対応する。

0026

第2プレート基部3Aの第1プレート2側には、Y方向に沿って延びる部分円柱面状の第1凸面3Jが形成されている。第1凸面3Jの曲率半径は、第1プレート2の第1凹面2Jの曲率半径と略等しく構成されている。よって、第1凸面3Jと、第1凹面2Jとは互いに整合する。第2プレート3の第1凸面3Jが第1プレート2の第1凹面2Jに対し整合するように、第2プレート3は第1プレート2に対し設置される。よって、第2プレート3は、第1プレート2に対し、部分円柱面状の第1凸面3JのY方向に沿って延びる中心軸を中心に揺動可能かつY方向に沿って移動可能である。従って、第2プレート3は、第1プレート2に対し、2自由度(Y方向、θy方向)で移動可能である。

0027

第2焼結部3Bは、第2プレート基部3Aの第2凹部3dに設けられている。第2焼結部3Bは、多孔質焼結体により構成され、第3プレート4側には、X方向に沿って延びる部分円筒内面状の第2凹面3Kが形成されている。第2凹面3Kは、所定の曲率半径を有する。第2焼結部3Bは、第1プレート2の第1焼結部2Bと同様に形成される。図示せぬ給気ポンプから供給される圧縮空気は、第2給気孔3hおよび給気溝3iを介して第2焼結部3Bに供給され、第2焼結部3Bの第2凹面3Kから、第3プレート4に向かって均一に放出される。

0028

<第3プレート4>
第3プレート4は、第2プレート3上に配置され、ステンレス鋼等により構成され、略平板状をなしている。第3プレート4の第3上面4Aには、固定具13を第3プレート4に取り付けるためのボルト螺合するための複数の取付孔4bが形成されている。第3プレート4におけるY方向に対して直交する第3−1側面4C、4Cには、それぞれ2カ所に挿入孔4dが形成されている。各挿入孔4dは、各第3−1側面4C、4CにおけるX方向の端部に形成されている。また、各挿入孔4dは、第2プレート3の第2−2側面3Fに形成された各挿入孔3gの上側に位置している。

0029

第3プレート4の第2プレート3側には、X方向に沿って延びる部分円柱面状の第2凸面4Eが形成されている。第2凸面4Eの曲率半径は、第2プレート3の第2凹面3Kの曲率半径と略等しく構成されている。よって、第2凸面4Eと、第2凹面3Kとは互いに整合する。第3プレート4の第2凸面4Eが第2プレート3の第2凹面3Kに対し整合するように、第3プレート4は第2プレート3に対し設置される。よって、第3プレート4は、第2プレート3に対し、部分円柱面状の第2凸面4EのX方向に沿って延びる中心軸を中心に揺動可能かつX方向に沿って移動可能である。従って、第3プレート4は、第2プレート3に対し、2自由度(X方向、θx方向)で移動可能である。この結果、第1〜3プレート2〜4は、4自由度(X方向、Y方向、θx方向、θy方向)を有するアライメントステージ1を提供する。

0030

各支持ポスト5は、各挿入孔2g、3g、4dに挿入され、第1〜第3プレート2〜4に固定されている。Z方向に沿って並ぶ一対の支持ポスト5に対し、付勢手段に相当する各引張ばね6が装着されている。詳細には、第1プレート2および第2プレート3において、第1プレート2の第1−2側面2F、2Fおよび第2プレート3の第2−1側面3E、3Eに設けられた複数の支持ポスト5に、複数の引張ばね6が装着されている。このように、第1プレート2と第2プレート3とが、複数の引張ばね6により互いに接続されているので、第2プレート3が第1プレート1に対して変位しても複数の引張ばね6の付勢力により、第2プレート3は初期位置に戻る。なお、第2プレート3の初期位置とは、第2プレート3の第2−1側面3E、3Eが第1プレート2の第1−2側面2F、2Fに対し、および、第2プレート3の第2−2側面3F、3Fが第1プレート2の第1−1側面2E、2Eに対し、面一となる第2プレート3の第1プレート2に対する位置である。

0031

また、第2プレート3および第3プレート4において、第2プレート3の第2−2側面3F、3Fおよび第3プレート4の第3−1側面4C、4Cに設けられた複数の支持ポスト5に、複数の引張ばね6が装着されている。これにより、第3プレート4が第2プレート3に対して変位しても複数の引張ばね6の付勢力により、第3プレート4は初期位置に戻る。なお、第3プレート4の初期位置とは、第3プレート4の第3−1側面4C、4Cが第2プレート3の第2−2側面3F、3Fに対し、および、第3プレート4のX方向に直交する第3−2側面4F、4Fが第2プレート3の第2−1側面3E、3Eに対し、面一となる第3プレート4の第2プレート3に対する位置である。

0032

次に、加工装置10でワーク14を加工すると時のアライメントステージ1の動作について、図6を参照して説明する。

0033

図6は、本実施形態におけるアライメントステージ1によるワーク14の回転工具12に対する自動調心を説明するための図である。

0034

図6(a)では、アライメントステージ1が設置された図示せぬ設置台と回転工具12の回転軸Cとの直角が精密でないため、ワーク14の内周面14aの中心軸Aは、回転工具12の回転軸Cに対し、X−Y平面でずれかつ角度もずれた状態にある。なお、第1プレート2の第1凹面2Jから、第2プレート3の第1凸面3Jに向かって圧縮空気が均一に放出されるので、第1プレート2の第1凹面2Jと第2プレート3の第1凸面3Jとの間に空気層7が形成される。よって、第1プレート2の第1凹面2Jと第2プレート3の第1凸面3Jとは非接触状態となる。同様に、第2プレート3の第2凹面3Kと第3プレート4の第2凸面4Eとの間にも空気層8が形成される。よって、第2プレート3の第2凹面3Kと第3プレート4の第2凸面4Eとは非接触状態となる。

0035

図6(a)に示す回転工具12およびワーク14の状態において、回転駆動された回転工具12を下降させて、回転工具12をワーク14の内周面14aに挿入するようにする。回転工具12のワーク14に対する押圧力は、固定具13を介してアライメントステージ1に伝わる。これにより、アライメントステージ1は、回転工具12の回転軸Cに対するワーク14の内周面14aの中心軸Aのずれがなくなるように動作する。

0036

例えば、図6(b)に示すように、回転工具12の回転軸Cに対するワーク14の内周面14aの中心軸AのX−Y平面のずれをなくすために、第2プレート3は、第1プレート2上をY方向に沿って変位(移動)し、第3プレート4は、第2プレート3上をX方向に沿って変位(移動)する。さらに、回転工具12の回転軸Cに対するワーク14の内周面14aの中心軸Aの鉛直方向の傾き角度のずれをなくすために、第2プレート3は、第1プレート2の第1凹面2Jに沿って変位(揺動)し、第3プレート4は、第2プレート3の変位に伴い変位(揺動)する。

0037

このように、ワーク14を回転工具12に沿って倣わせ、ワーク14の中心軸Aを回転工具12の回転軸Cの同軸上に位置させることができる。

0038

回転工具12によるワーク14の内周面14aのローラバニシング加工が終了し、回転工具12がワーク14から離間すると、複数の引張ばね6の付勢力により、第2プレート3および第3プレート4は、それらの初期位置に戻る。

0039

作用効果
上記のように本実施形態のアライメントステージ1は、Y方向に沿って延びる部分円筒内面状の第1凹面2Jを有する第1プレート2と、第1プレート2上に配置され、第1プレート2側に第1凹面2Jに沿う形状を有する第1凸面3Jと第1プレート2側とは反対側にY方向に直交するX方向に沿って延びる部分円筒内面状の第2凹面3Kとを有する第2プレート3と、第2プレート3上に配置され、第2プレート3側に第2凹面3Kに沿う形状を有する第2凸面4Eを有する第3プレート4とを備える。

0040

かかる構成によれば、第2プレート3は、第1プレート2に対し、部分円柱面状の第1凸面3JのY方向に沿って延びる中心軸を中心に揺動可能かつY方向に沿って移動可能であり、第3プレート4は、第2プレート3に対し、部分円柱面状の第2凸面4EのX方向に沿って延びる中心軸を中心に揺動可能かつX方向に沿って移動可能である。この結果、第1〜3プレート2〜4は、4自由度(X方向、Y方向、θx方向、θy方向)のアライメントステージ1を提供することができ、ワーク14の回転工具12に対するずれを補正することができる。特に、本実施の形態に係るアライメントステージ1は、ワーク14の中心軸Aの水平方向の位置ずれが比較的大きくても、その位置ずれを補正することができる。また、回転止めを必要としないので、ワーク14のずれ補正のためのアライメントステージ1の動きが阻害されず、ワーク14のずれを十分に補正できる。

0041

また、第1プレート2の第1凹面2Jおよび第2プレート3の第2凹面3Kは、多孔質焼結体により形成され、第1プレート2の第1凹面2Jから第2プレート3の第1凸面3Jに向かって圧縮空気が放出可能に構成され、第2プレート3の第2凹面3Kから第3プレート4の第2凸面4Eに向かって圧縮空気が放出可能に構成されている。かかる構成によれば、第1プレート2の第1凹面2Jと第2プレート3の第1凸面3Jとの間、および、第2プレート3の第2凹面3Kと第3プレート4の第2凸面4Eとの間を非接触状態にすることで、極めて小さな力でワーク14のずれを補正することができる。

0042

また、第1プレート2と第2プレート3とは、複数の引張ばね6により互いに接続され、第2プレート3と第3プレート4とは、複数の引張ばね6により互いに接続されている。かかる構成によれば、複数の引張ばね6の付勢力により、第2プレート3が第1プレート2からおよび第3プレート4が第2プレート3から離間するのを防止することができ、かつ、第1プレート2に対する第2プレート3の位置および第2プレート3に対する第3プレート4の位置を、初期位置に戻すことができる。

0043

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形は可能である。

0044

例えば、第1プレート2に第1焼結部2Bおよび第2プレート3に第2焼結部3Bを設けずに、第1プレート2および第2プレート3の全体をステンレス鋼等により構成し、第1凹面2Jおよび第2凹面3Kを形成して、第1プレート2の第1凹面2Jと第2プレート3の第1凸面3Jとを、潤滑剤を介して互いに当接させ、第2プレート2の第2凹面3Kと第3プレート4の第2凸面4Eとを、潤滑剤を介して互いに当接させるように構成しても良い。

0045

第1プレート2に第1焼結部2Bおよび第2プレート3に第2焼結部3Bを設けずに、第1プレート2および第2プレート3の全体をステンレス鋼等により構成し、第1凹面2Jおよび第2凹面3Kを形成して、第1凹面2Jおよび第2凹面3Kのそれぞれに複数の空気放出孔を形成しても良い。そして、当該複数の空気放出孔から、第2プレート3の第1凸面3Jおよび第3プレート4の第2凸面4Eに向かって圧縮空気を放出し、第1プレート2の第1凹面2Jと第2プレート3の第1凸面3Jとの間および第2プレート3の第2凹面3Kと第3プレート4の第2凸面4Eとの間に空気層を形成しても良い。

0046

第2プレート3および第3プレート4を初期位置へ戻すように付勢する付勢手段は、引張ばね6を用いたが、例えば、ゴムまたは磁石等であっても良い。また、図示せぬ給気ポンプから供給される気体は、空気のみに限らず、窒素等の不活性ガスであっても良い。

0047

1:アライメントステージ、 2:第1プレート、 2J:第1凹面、 3:第2プレート、 3J:第1凸面、 4:第3プレート、 4E:第2凸面、 6:引張ばね、 10:加工装置、 12:回転工具、 14:ワーク

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