JP3758778B2 - チャック装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はチャック装置に係り、とくにツールを主軸に取付け固定するチャック装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば研削盤における従来の工具の取付けは、図7および図8に示す構造になっている。工具本体1は円盤状をなし、その下面にリング状に砥石2が取付けられている。また円盤状をなす工具本体1の上部にはテーパ部3が一体に連設されるとともに、テーパ部3の先端部にプルスタッドボルト4が植設固定されている。
【0003】
図7に示すような工具本体1は図8に示すようにして主軸5に取付けられるようになっている。主軸5側にはテーパハウジング6が取付けられるようになっている。テーパハウジング6の中心部にはテーパ穴7が貫通して形成されている。上記工具本体1のテーパ部3がテーパ穴7に挿入されるとともに、チャッキングフィンガ8によって上方に引張られるようになっており、これによって工具本体1が主軸5に取付け固定されるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の工具本体1は、テーパ部3を有し、その先端にプルスタッドボルト4を植設するようにしている。このような工具本体1はテーパ部3をテーパハウジング6のテーパ穴7に挿入し、プルスタッドボルト4をチャッキングフィンガ8によって上方へ引張るようにしてチャッキングすることにより位置決め固定されるようになっている。
【0005】
このような構造によると、テーパ穴7とテーパ部3のテーパ面によって位置決めされるために、高い剛性で高精度の調心精度で取付けを行なうことが可能になる。ところがテーパ部3としてJISのモールステーパ規格を用いているために、テーパ角度の比率が大きく、軸線方向の寸法の小型化が困難になっている。また主軸5側にプルスタッドボルト4をチャッキングするチャッキングシステムを必要とする欠点がある。
【0006】
また従来のこのようなチャック装置は、工具本体1の先端部にプルスタッドボルト4を取付けるようにしているために、貫通孔を形成して中空方式とすることができない。従って工具の中心部を通して研削液等を供給することが不可能になっている。また軸線方向の図8における下方への負荷に対して弱く、このような方向の負荷が加わった場合には工具本体1の固定が解除されることになる。
【0007】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、軸線方向の寸法の小型化が可能であって、スタッドボルトのチャッキングシステムを必要とせず、中空構造の採用が可能であって、しかも軸線方向のマイナス負荷に十分に耐えることが可能なチャック装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ツールを主軸に取付け固定するチャック装置において、
前記主軸側に設けられており、ボールを押圧するテーパピンと、
前記ツール側に設けられており、前記ボールと係合する傾斜溝と、
前記ボールが前記傾斜溝に係合するように前記テーパピンを付勢するばねと、
サポートリングと、を具備し、
前記サポートリングによって前記テーパピンが円周方向に沿って所定のピッチで支持され、隣接して配されている前記テーパピン間に前記テーパピンを付勢するばねが円周方向に沿って配列され、
前記回転防止ピンが前記テーパピンを付勢するばねによって前記被係合部に係合する方向に付勢されることを特徴とするチャック装置に関するものである。
【0009】
前記主軸側に設けられており、前記主軸に取付けられた前記ツールの被係合部に係合する回転防止ピンを具備するようにしてよい。
【0010】
前記主軸側に流体圧によって作動されるリング状シリンダを設け、該リング状シリンダのリング状ピストンによって前記テーパピンをチャックを解除する方向に押圧するようにしてよい。また前記リング状シリンダのリング状ピストンは前記主軸の回転時に非押圧位置へ移動するようにしてよい。
【0011】
前記ツールが主軸によって回転される工具であってよい。また前記ツールが研削用の円盤状砥石であってよい。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施の形態に係るチャック装置が用いられている研削盤の全体の構成を示すものであって、この研削盤は固定フレームを構成するコラム12を備えている。そしてこのコラム12の前面側に昇降ベース13が昇降自在に取付けられている。昇降ベース13には昇降フレーム14が取付けられており、この昇降フレーム14によって主軸15を回転可能に支持している。
【0013】
昇降フレーム14の両側にはそれぞれワイヤ16が連結されている。両側のワイヤ16はそれぞれ一対のガイドローラ17、18によって案内されるとともに、ワイヤ16の先端部にはカウンタバランスウエート19が取付けられており、このカウンタバランスウエート19によって昇降フレーム14の昇降時における荷重を相殺するようにしている。
【0014】
研削盤の主軸15の下端側には研削ベース23が設けられ、この研削ベース23上に供給された半導体ウエハ24の表面の研削を行なうようにしている。そして研削ベース23に供給される半導体ウエハの搬送のために、主軸15の前方にはロボット27が配されている。ロボット27はX軸方向移動レール28を備えるとともに、このレール28上に可動子29がX軸方向に移動自在に取付けられている。そして可動子29上には左右一対のZ軸方向アクチュエータ30が取付けられている。これらのアクチュエータ30の先端部にはそれぞれピックアップヘッド31が取付けられており、これらのピックアップヘッド31によって半導体ウエハ24をピックアップするようになっている。
【0015】
上記ロボット27の両側であってその前方側には供給台35と排出ステーション36とがほぼ左右対称に配されている。そして排出ステーション36の前方には排出ローラ37が設けられるとともに、この排出ローラ37によって排出された半導体ウエハ24を収納する半導体ウエハのストッカ38が設けられている。
【0016】
次にこのような研削盤による半導体ウエハ24の研削について説明すると、ロボット27の左側のZ軸方向アクチュエータ30のピックアップヘッド31によって供給台35上の半導体ウエハ24がピックアップされ、このような状態においてロボット27の可動子29がX軸方向移動レール28に沿って右方へ移動されると、供給台35から研削ベース23の前方の待機位置へ半導体ウエハ24が供給される。同時にこのときにロボット27の右側のZ軸方向アクチュエータ30のピックアップヘッド31が研削を終った半導体ウエハ24をピックアップし、排出ステーション36に移動させる。
【0017】
左側のZ軸方向アクチュエータ30によって待機位置へ移動された半導体ウエハ24はさらに研削ベース23上に移動され、この研削ベース23上において主軸15の先端部に取付けられている砥石によって表面の研削が行なわれる。そして研削を終った後再び半導体ウエハ24は待機位置へ移動され、右側のZ軸方向アクチュエータ30のピックアップヘッド31によって待機位置から排出ステーション36に排出される。排出ステーション36に排出された半導体ウエハ24は排出ローラ37によって半導体ウエハのストッカ38に収納されるようになる。
【0018】
このようにして半導体ウエハ24の研削を行なう研削盤は、とくにその主軸の先端部に対する工具の取付けのためのチャック機構に大きな特徴を有している。この特徴を図2〜図6によって説明する。
【0019】
主軸15の先端部には図2および図3に示すように、ツールホルダ42が取付けられており、このツールホルダ42を介してツール43が取付けられるようになっている。ここではツール43として研削用工具が取付けられるようになっている。しかもツール43の下面にはリング状をなす砥石44が取付けられるようになっている。
【0020】
まず研削用工具を構成するツール43について説明すると、このツール43はほぼ円盤状をなすとともに、図2および図3に示すように、その上面が円形の凹部45になっている。そしてこの凹部45の内周面には傾斜溝46が形成されている。また凹部45の底部には回転防止用座ぐり穴47が円周方向に沿って30°間隔で形成されている。さらに凹部45の中心部には中心孔48が形成されている。中心孔48の内周面にはシールリング49が装着されるようになっている。
【0021】
次にこのようなツール43を主軸15に取付けるためのツールホルダ42について説明する。ツールホルダ42は結合ボルト53を介して主軸15の先端部に固着されている。そしてツールホルダ42には円周方向に沿って図4に示すように30°間隔で12個の貫通孔54が形成されている。これらの貫通孔54はその下側の部分が図2に示すように大径部55に構成されるとともに、このような貫通孔55に先端が細くなっているテーパピン56が挿入されるようになっている。そしてこのテーパピン56のテーパ部57によってツールホルダ42の貫通孔54と連通する横孔58に保持されているボール59を半径方向外周側に押圧するようになっている(図5参照)。
【0022】
上記貫通孔54と交互に配されるように、ツールホルダ42上には30°間隔で12個の貫通孔63が形成されている。これらの貫通孔63には回転防止ピン64が支持されている。回転防止ピン64は図6に示すように、ばね65によって下方へ押圧されるようになっている。またこのばね65はサポートピン66に係合されている。そしてサポートピン66はサポートリング67によって支持されている。なおこのサポートリング67によって上記テーパピン56の上端部も支持されるようになっている。
【0023】
主軸15の外周側には図2および図3に示すようにアウタスリーブ71が配されている。アウタスリーブ71は主軸15の外周面との間に所定のクリアランスを有し、静止側に固定されている。そしてアウタスリーブ71の下端側にはリング状シリンダ72が固着されている。リング状シリンダ72の下面側にはコ字状に開放された溝が形成され、この溝の部分にリング状ピストン73が装着されている。なおリング状ピストン73の内周面と外周面とにはそれぞれシールリング74、75が取付けられるようになっている。
【0024】
上記主軸15の中心部には貫通孔79が形成されている。そしてこの貫通孔79と連通するように、ツールホルダ42には中心孔80が形成され、さらにこの中心孔80の先端側にはボス81が連設されている。そして貫通孔79および中心孔80を貫通するように加工液ノズル82が配されている。
【0025】
このように本実施の形態の研削盤のチャック装置は、工具本体43の凹部45の内周面に設けられた傾斜溝46にボール59が押付けられることによって固定されるようになっている。また円周方向の位置決めは、ツールホルダ42の外周側であってその下端側のテーパ部から成る呼込み部86がツール43の凹部45の内周面に挿入されることによって徐々に調心され、最終的にツールホルダ42の外周側の位置決め部85によって位置決めされる。従ってツールホルダ42の位置決め部85とツール43の凹部45の内周面との間の隙間量が軸心のばらつきになる。
【0026】
上端がサポートリング67に結合された状態でツールホルダ42の貫通孔63内に保持されている回転防止ピン64はばね65によって常にツール43側へ押付けられており、回転トルクによってツールホルダ42とツール43との間での空転が発生すると、回転防止ピン64はツール43の凹部45の底面に形成されている回転防止用座ぐり穴47に落込み、これによって回転方向のロックが行なわれ、主軸15に対してツール43が空転するのが防止される。
【0027】
ツールホルダ42内にはテーパピン56とばね65とが図4に示すように交互に並んで配されており、しかもテーパピン56およびばね65はそれぞれ30°間隔で配されている。そしてテーパピン56の上部とサポートピン66の上端とはサポートリング67にそれぞれ固定されている。このときにサポートリング67とテーパピン56とは常に主軸15側へばね65によって押圧されており、これに対してばね65の反力によって回転防止ピン64はツール43側へ押圧されている。
【0028】
次に主軸15に対するツール43の取付けについて説明する。テーパピン56にはばね65によって主軸15側への軸線方向の力が付加されており、このためにボール59はテーパピン56のテーパ部57によってツール43の傾斜溝46に押付けられ、これによってツール43の固定が可能になる。
【0029】
このときにリング状シリンダ72の内部を負圧にすることによってリング状ピストン73を主軸15側へ移動させるようにしている。従って静止状態のリング状シリンダ72のリング状ピストン73と回転するサポートリング67上のテーパピン56およびサポートピン66とが互いに接触することが防止される。またリング状シリンダ72とツールホルダ42との間の隙間は、圧縮空気によってエアパージされており、従ってこの隙間の部分に加工液等の侵入が防止されるようになっている。
【0030】
ツール43の取付けを行なう場合には、主軸15の回転を停止させるとともに、リング状シリンダ72内に作動圧力を加えることによって、リング状ピストン73はツール43側へ異動する。するとこのリング状ピストン73はサポートリング67の上面から突出しているテーパピン56とサポートピン66の上端を押圧することになる。これによってサポートリング67がツールホルダ42の上面に密着し、同時にテーパピン56もツール43側へ移動する。
【0031】
サポートリング67とともにテーパピン56がツール43側へ移動すると、テーパピン56のテーパ部57による押圧が解除されるために、ボール59はフリーになり、ツール43を取外すことが可能になる。ツール43を取外す過程において、ボール59はツール43の凹部45の内周面であって傾斜面46よりも上側の位置決め部によってツールホルダ42の横孔58から脱落することが防止される。なおこのときに主軸15の先端側のツールホルダ42はリング状シリンダ72のリング状ピストン73によって押圧固定されて静止しており、このためにボール59が主軸15の回転に伴う遠心力で落下することがない。
【0032】
本実施の形態に係る研削盤のチャック装置の顕著な特徴は、ツール43に設けられている傾斜溝46にテーパピン56を用いてボール59を押付けることによってツール43をツールホルダ42を介して主軸15に取付け固定する構造にある。また回転防止ピン64をツールホルダ42内に設けておき、この回転防止ピン64によって主軸15に対するツール43の空転を防止するようにしている。またテーパピン56を主軸15側へ押圧する付勢力と回転防止ピン64をツール43側へ付勢する付勢力とをばね65を利用して同時に加圧するようにしている。
【0033】
またチャックの解除のためにリング状シリンダ72を用い、このリング状シリンダ72を作動させてリング状ピストン73によってテーパピン56をツール43側へ移動させ、テーパ部57によるボール59の押圧を解除してツール43のチャックを解除するようにしてる。
【0034】
このような特徴を有する構造によると、小型で薄型で、しかも軽量なチャック装置を提供することが可能になる。このようなチャック装置は防滴性と防塵性とを備えることになる。またこのようなチャック装置は、円周方向と軸線方向の高精度の位置決めが可能になる。
【0035】
さらにこのようなチャック装置は、図2および図3に示すような中空構造とすることが可能になり、その中に加工液ノズル82を配し、このノズル82から研削液等の加工液を供給することが可能になる。また回転防止ピン64と回転防止用座ぐり穴47との係合構造によって空転防止が可能になるために、高負荷に対応できるようになる。さらにはリング状シリンダ72に対する圧縮空気等の作動圧の供給および排出によって作動圧の1系統の操作でツール43の着脱が可能になる。
【0036】
以上本発明を一実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態によって限定されるものではなく、本発明の技術思想が適用される各種の装置に適用可能であって、研削盤以外にもマシニングセンタやボール盤、その他各種の工作機械における主軸に対するツールの取付けに広く適用可能である。
【0037】
【発明の効果】
本発明は、主軸側に設けられており、ボールを押圧するテーパピンと、ツール側に設けられており、前記ボールと係合する傾斜溝と、ボールが前記傾斜溝に係合するようにテーパピンを付勢するばねと、サポートリングと、を具備し、サポートリングによってテーパピンが円周方向に沿って所定のピッチで支持され、隣接して配されているテーパピン間にテーパピンを付勢するばねが円周方向に沿って配列され、回転防止ピンがテーパピンを付勢するばねによって被係合部に係合する方向に付勢されるチャック装置に関するものである。
【0038】
従って本発明は、ばねの付勢力を利用して主軸側のテーパピンによってボールを押圧し、このボールをツール側の傾斜溝に係合させることによってツールを主軸に取付け固定することが可能になる。
また、サポートリングを具備し、該サポートリングによってテーパピンが円周方向に沿って所定のピッチで支持され、隣接して配されているテーパピン間にテーパピンを付勢するばねが円周方向に沿って配列されているために、ばねによってテーパピンをボールを押圧する方向に付勢することが可能になるとともに、上記ばねによって回転防止ピンをツールの被係合部に係合する方向に付勢することが可能になる。
さらに、回転防止ピンがテーパピンを付勢するばねによって被係合部に係合する方向に付勢されるようにしているために、回転防止ピンが被係合部と整合されなくても、主軸を少しだけ回転させると、回転防止ピンが自動的に被係合部に落込んで係合されることになる。
【0039】
主軸側に設けられており、主軸に取付けられたツールの被係合部に係合する回転防止ピンを具備するようにした構成によれば、回転防止ピンをツールの被係合部に係合させることによってツールの空転が防止される。
【0042】
主軸側に流体圧によって作動されるリング状シリンダを設け、該リング状シリンダのリング状ピストンによってテーパピンをチャックを解除する方向に押圧するようにした構成によれば、リング状シリンダの作動によってチャックの解除を行なうことが可能になる。
【0043】
リング状シリンダのリング状ピストンが前記主軸の回転時に非押圧位置へ移動するようにした構成によれば、主軸の回転時にリング状シリンダのピストンとテーパピンとの干渉が防止される。
【0044】
ツールが主軸によって回転される工具である構成によれば、工具を主軸に取付けて固定して回転させることが可能になる。
【0045】
ツールが研削用の円盤状砥石である構成によれば、主軸によって円盤状の砥石が回転駆動されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】研削盤の全体の構成を示す斜視図である。
【図2】チャック装置を示す縦断面図である。
【図3】ツールを取付けたチャック装置の縦断面図である。
【図4】チャック装置の要部の分解斜視図である。
【図5】テーパピンを示す分解斜視図である。
【図6】ばねと回転防止ピンの取付けを示す要部拡大斜視図である。
【図7】従来のチャックによって取付けられる工具の正面図である。
【図8】同工具の取付けを示す縦断面図である。
【符号の説明】
1‥‥工具本体、2‥‥砥石、3‥‥テーパ部、4‥‥プルスタッドボルト、5‥‥主軸、6‥‥テーパハウジング、7‥‥テーパ穴、8‥‥チャッキングフィンガ、12‥‥コラム、13‥‥昇降ベース、14‥‥昇降フレーム、15‥‥主軸、16‥‥ワイヤ、17、18‥‥ガイドローラ、19‥‥カウンタバランスウエート、23‥‥研削ベース、24‥‥半導体ウエハ、27‥‥ロボット、28‥‥X軸方向移動レール、29‥‥可動子、30‥‥Z軸方向アクチュエータ、31‥‥ピックアップヘッド、35‥‥供給台、36‥‥排出ステーション、37‥‥排出ローラ、38‥‥半導体ウエハのストッカ、42‥‥ツールホルダ、43‥‥ツール(研削用工具)、44‥‥砥石、45‥‥凹部、46‥‥傾斜溝、47‥‥回転防止用座ぐり穴、48‥‥中心孔、49‥‥シールリング、53‥‥結合ボルト、54‥‥貫通孔、55‥‥大径部、56‥‥テーパピン、57‥‥テーパ部、58‥‥横孔、59‥‥ボール、63‥‥貫通孔、64‥‥回転防止ピン、65‥‥ばね、66‥‥サポートピン、67‥‥サポートリング、71‥‥アウタスリーブ、72‥‥リング状シリンダ、73‥‥リング状ピストン、74‥‥シールリング(内周側)、75‥‥シールリング(外周側)、79‥‥貫通孔、80‥‥中心孔、81‥‥ボス、82‥‥加工液ノズル、85‥‥位置決め部、86‥‥呼込み部

Claims (6)

  1. ツールを主軸に取付け固定するチャック装置において、
    前記主軸側に設けられており、ボールを押圧するテーパピンと、
    前記ツール側に設けられており、前記ボールと係合する傾斜溝と、
    前記ボールが前記傾斜溝に係合するように前記テーパピンを付勢するばねと、
    サポートリングと、を具備し、
    前記サポートリングによって前記テーパピンが円周方向に沿って所定のピッチで支持され、隣接して配されている前記テーパピン間に前記テーパピンを付勢するばねが円周方向に沿って配列され、
    前記回転防止ピンが前記テーパピンを付勢するばねによって前記被係合部に係合する方向に付勢されることを特徴とするチャック装置。
  2. 前記主軸側に設けられており、前記主軸に取付けられた前記ツールの被係合部に係合する回転防止ピンを具備することを特徴とする請求項1に記載のチャック装置。
  3. 前記主軸側に流体圧によって作動されるリング状シリンダを設け、該リング状シリンダのリング状ピストンによって前記テーパピンをチャックを解除する方向に押圧するようにしたことを特徴とする請求項1に記載のチャック装置。
  4. 前記リング状シリンダのリング状ピストンは前記主軸の回転時に非押圧位置へ移動することを特徴とする請求項に記載のチャック装置。
  5. 前記ツールが主軸によって回転される工具であることを特徴とする請求項1に記載のチャック装置。
  6. 前記ツールが研削用の円盤状砥石であることを特徴とする請求項1に記載のチャック装置。
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