JPH11351297A - 皿ばね及びその皿ばねを用いた主軸装置 - Google Patents
皿ばね及びその皿ばねを用いた主軸装置Info
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- JPH11351297A JPH11351297A JP16346998A JP16346998A JPH11351297A JP H11351297 A JPH11351297 A JP H11351297A JP 16346998 A JP16346998 A JP 16346998A JP 16346998 A JP16346998 A JP 16346998A JP H11351297 A JPH11351297 A JP H11351297A
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Abstract
径が変化しないようにした皿ばねを提供する。 【解決手段】 皿ばね11変形時に拡径する部分と縮径
する部分との境界面39上に位置する内周側径方向不動
点41が所定内径となるように、或いは、外周側径方向
不動点43が所定外径となるように自由状態の皿ばね1
1の内外周面を形成した。
Description
組込んだ主軸装置に関する。
の形状を示す。皿ばね100は軸方向に圧縮荷重を受け
ることにより偏平に変形し、元の自由状態の形状に戻ろ
うとする弾性付勢力を軸方向に発生する。皿ばね100
が中心軸線Oの方向に圧縮荷重を受けて変形するとき、
図5において皿ばね100の上面101近傍領域には圧
縮応力が作用し、下面103近傍には引張応力が作用す
る。このために、皿ばね100は全体として上面101
近傍領域が半径方向内側に、そして下面103近傍領域
が半径方向外側に膨出するように変形する。その結果、
内周面105における上面101近傍領域は半径方向内
側に突き出すように変形して縮径し、外周面107にお
ける下面103近傍領域が半径方向外側に突き出すよう
に変形して拡径する。
受けることにより、軸方向はもとより半径方向にも形
状、寸法が変化する。従って、皿ばねは、半径方向の寸
法の変化を見込んで内径または外径寸法を決定しなけれ
ばならず、必然的に内径または外径と嵌合する部品との
間のクリアランスが大きくなる問題がある。
6−17807号公報に開示されたマシニングセンタ等
の工作機械の回転主軸に組み込む工具引き上げ用の皿ば
ねは、回転主軸と嵌合する支持部の近傍側面に溝を刻設
して薄肉部を設けて、皿ばねの伸縮による径の変化を吸
収するようにしてある。更に、実開平7−28246号
公報に開示された皿ばねは、皿ばねの軸方向断面をその
回転軸を中心とする半径を基準とした円弧面に形成して
ある。
17807号公報の皿ばねは、皿ばねにおいて回転主軸
と嵌合する支持部近傍に溝を形成して薄肉部としている
ために、繰り返し圧縮加重を受けるとこの部分で脆性破
断する問題があり、高い信頼性を要求される工作機械そ
の他の製品に応用することはむずかしい。
ねは、自由状態と圧縮状態とで内外径の変化が低減され
ているが、なお内外径の変化に基づく0.05mm程度
の余分のクリアランスを確保しなければならない。
皿ばねは通常、複数枚を凸面、凹面、凸面、凹面と向き
を変えて重ね合わせて用いる。特に凹面同志が向き合っ
て重ねられている場合、皿ばねの外周部と外周部とが押
圧力の作用し合っている状態でほぼ線接触している。皿
ばねに軸方向荷重が働いて皿ばねが変形すると、その接
触している部位が軸線に対して半径方向外側に微小量移
動しようとする。すると隣接する皿ばねの外周部の接触
位置が半径方向で微妙にずれ、結局皿ばねの内径部が相
手部材とこすれ合う現象が生じる。この現象が繰り返し
何回も起きると、皿ばね内径と相手部材との摩擦が大き
くなり、皿ばねの弾性付勢力が十分利用できなくなった
り、皿ばねや相手部材の破壊につながることがある。
することを技術課題としており、皿ばねの自由状態と圧
縮状態において、少なくとも内径または外径の何れか一
方が変化しないようにした皿ばねを提供することを目的
としている。更に、本発明はこうした皿ばねを組み込ん
だ工作機械の主軸装置を提供することを目的としてい
る。
び肉厚を持った皿ばねにおいて、皿ばねに軸方向荷重を
与えたとき肉厚断面内で拡径する部分と縮径する部分と
の境界面上に存在する内径が変わらない位置を所定内径
とすることを特徴とした皿ばねを要旨とする。
び肉厚を持った皿ばねにおいて、皿ばねに軸方向荷重を
与えたとき肉厚断面内で拡径する部分と縮径する部分と
の境界面上に存在する外径が変わらない位置を所定外径
とすることを特徴とした皿ばねが提供される。
記ハウジングに回転軸承された主軸と、前記主軸内に軸
方向の進退移動が可能に挿入されたドローバーと、前記
ドローバーに弾性付勢力を与える皿ばねとから成る主軸
装置において、前記皿ばねは、軸方向荷重を与えたとき
肉厚断面内で拡径する部分と縮径する部分との境界面上
に存在する内径が変わらない位置を所定内径として形成
され、該皿ばねを前記ドローバーの外周面に該皿ばねの
所定内径が嵌合、案内されるように組み込んで成る主軸
装置が提供される。
記ハウジングに回転軸承された主軸と、前記主軸内に軸
方向の進退移動が可能に挿入されたドローバーと、前記
ドローバーに弾性付勢力を与える皿ばねとから成る主軸
装置において、前記皿ばねは、軸方向荷重を与えたとき
肉厚断面内で拡径する部分と縮径する部分との境界面上
に存在する外径が変わらない位置を所定外径として形成
され、該皿ばねを前記主軸の中心孔の内周面に該皿ばね
の所定外径が嵌合、案内されるように組み込んで成る主
軸装置が提供される。
る。本願の発明者は皿ばねの形状を最適化するために、
皿ばねの自由状態と圧縮状態における形状と応力を有限
要素法により数値解析を行なった。図3を参照すると、
典型的な皿ばねを中心軸線及び皿ばねの直径を含む平面
で半分に切断して示す斜視図が示されており、図2は有
限要素解析により得られた図3の2つの肉厚断面A、B
のうち肉厚断面Bの形状の変化を示している。図2にお
いて、皿ばねの自由状態が一点鎖線で示されており、圧
縮状態が実線で示されている。なお、図2は皿ばねの自
由状態と圧縮状態を重ね合わせて示されていることは理
解されよう。
荷重が作用すると、皿ばねの半径方向内周の上方部位が
斜線部分31で示すように半径方向内側に入り込むよう
に膨出し、内周部の下方部位が斜線部分33で示すよう
に半径方向外側に後退する。これと同時に、皿ばねの半
径方向外周の下方部位が斜線部分35で示すように半径
方向外側に膨出し、半径方向外周の上方部位が斜線部分
37で示すように半径方向内側に後退する。このとき、
皿ばねの上方領域には主として圧縮応力が発生し、下方
部位に引張応力が作用している。この2つの応力領域の
間には二点鎖線で示す内部応力が作用しない境界面39
が形成され、皿ばねにおいて、境界面39と皿ばねの内
周面105との交差する交線41の部分は、皿ばねの自
由状態と圧縮状態で半径方向の位置が移動しない内周側
径方向不動点となっている。同様に、皿ばねにおいて、
境界面39と皿ばねの外周面107との交差する交線4
3の部分は、皿ばねの自由状態と圧縮状態で半径方向の
位置が移動しない外周側径方向不動点となっている。
1の断面図である。皿ばね11は、一般的な皿ばねにお
いて内周側径方向不動点41を通過し、かつ、皿ばね1
1の中心軸線Oに関して平行な円筒状平面で切り欠いた
第1の内周面13と、内周側径方向不動点41を通過し
皿ばね11の中心軸線Oに関する下方に収束する円錐面
で切り欠いた第2の内周面15とを具備している。第2
の内周面15は、皿ばね11が圧縮状態において、皿ば
ね11の内周上方部位が不動点41よりも半径方向内側
に膨出しないように形成されている。これにより、本実
施形態による皿ばね11は内周側径方向不動点41が、
皿ばね11の内周部において、自由状態においても圧縮
状態においても半径方向に変位しない最も半径の小さい
部分となる。従って、皿ばね11を自由状態において内
周側径方向不動点41において例えば工作機械のドロー
バーに対して嵌合、案内すれば、皿ばね11の変形を考
慮することなくドローバーとのクリアランスを決定する
ことが可能となる。
行な円筒状平面で切り欠いた第1の外周面23と、内周
側径方向不動点43を通過し皿ばね11の中心軸線Oに
関する下方に収束する円錐面で切り欠いた第2の外周面
25とを具備している。第2の外周面25は、皿ばね1
1が圧縮状態において、皿ばね11の外周下方部位が不
動点43よりも半径方向外側に膨出しないように形成さ
れている。これにより、皿ばね11は外周側径方向不動
点43が、皿ばね11の外周部において、自由状態にお
いても圧縮状態においても半径方向に変位しない最も半
径の大きな部分となる。従って、皿ばね11を自由状態
において外周側径方向不動点43において例えば工作機
械の主軸中心孔に対して嵌合、案内すれば、皿ばね11
の変形を考慮することなく主軸中心孔とのクリアランス
を決定することが可能となる。なお、仮想線13′、2
3′は、内周面13や外周面23を形成する前の皿ばね
素材の形状を表わしている。
域が、皿ばねに軸方向荷重の作用したとき内径も外径も
縮径する部分であり、下側領域が拡径する部分である。
その境界面39と内周面との交線40が内径の変わらな
い位置であり、交線40上の1点が内周側径方向不動点
41として表わされる。同様に境界面39と外周面との
交線上の1点が外周側径方向不動点43として表わされ
る。この内周側径方向不動点41の位置における内径を
皿ばねの設計上、製作上の所定内径dとすれば良いので
ある。また外周側径方向不動点43の位置における外径
を皿ばねの設計上、製作上の所定外径Dとすれば良いの
である。
に軸方向荷重が作用して変形したとき、内周側径方向不
動点41より内径が小さくなったり、外周側径方向不動
点43より外径が大きくなったりしなければ、特別に形
成するのではなく、もともとの皿ばね内周面や外周面の
ままで良い。
内径dおよび所定外径Dを同時に有する皿ばねを説明し
たが、この皿ばねは、内径案内にも外径案内にも用いる
ことができる汎用的な皿ばねである。もちろん、内径案
内用途専用の所定内径dだけを有している皿ばねや、外
径案内用途専用の所定外径Dだけを有している皿ばねも
本発明の範囲に含まれる。
皿ばねが変形した時の皿ばねの挙動を説明する。内周側
径方向不動点41は、真下に変位するのみで、決して中
心軸線Oに対して半径方向には変位しない。そして円周
面13、15も決して内径が所定内径dより小さくなる
位置まで変形しない。よってこの皿ばねが例えば工作機
械の主軸のドローバーに内径案内で挿入されていたら、
皿ばね変形時でも非変形時でも常に皿ばねとドローバー
とのクリアランスは一定であり、このクリアランスを可
能な最小値に設定できる。
変位するのみで、決して中心軸線Oに対して半径方向に
は変位しない。そして外周面23、25も決して外径が
所定外径Dより大きくなる位置まで変形しない。よって
この皿ばねが、例えば工作機械の主軸の中心孔に外径案
内で挿入されていたら、皿ばね変形時でも非変形時でも
常に皿ばねと主軸の中心孔とのクリアランスは一定であ
り、このクリアランスを可能な最小値に設定できる。
7、48は丸みまたは斜線形状の面取りを施し、皿ばね
変形時の応力集中の防止、並びに隣接する皿ばね同志の
接触面圧の集中防止を図っている。
作機械の主軸装置51の先端部の部分断面図を示す。主
軸装置51は、ベアリング55、57を介してハウジン
グ53に回転自在に支持された回転主軸59を具備して
いる。回転主軸59の先端部には工具Tを取付けた工具
ホルダ61を装着するテーパ孔59aが形成されてい
る。テーパ孔59aに工具ホルダ61のテーパシャンク
部61aを嵌合させることにより工具ホルダ61が回転
主軸59の先端に装着される。工具ホルダ61のテーパ
シャンク部61aの後端にはプルスタッド61bが取り
付けられている。回転主軸59には中心軸線に沿って中
心孔59bが形成されており、中心孔59bにはドロー
バー65が中心軸線に前進、後退自在に配設されてい
る。ドローバー65の先端にはコレットチャック63が
取り付けられており、コレットチャック63は工具ホル
ダ61のプルスタッド61bと係合、離反可能になって
いる。
端方向へ弾性付勢するために、上述した実施形態による
複数の皿ばね11が配設されており、かつ、皿ばね11
を押圧、圧縮するためのばね押さえ67がドローバー6
5に連結されている。皿ばね11は、前記内周側径方向
不動点41によりドローバー65の外周面に対して嵌
合、案内させて半径方向に位置決めするように配設され
ている。
に、工具交換に際して図示しないドローバー駆動装置に
より図4の状態から、皿ばね11をばね押さえ67によ
り押圧、圧縮しながら、ドローバー65を主軸装置51
の先端方向に移動させることによりコレットチャック6
3とプルスタッド61bの係合が解除され、工具ホルダ
61を回転主軸59のテーパ孔59aから抜去可能とな
る。
ルダ61がテーパ孔59aから抜去され、次いで新たな
工具ホルダ61がテーパ孔59aに装着されると、プル
スタッド61bとコレット63が係合する。この状態
で、前記ドローバー駆動装置をドローバー65から解放
すると、皿ばね11の弾性付勢力によりドローバー65
が回転主軸59の後端方向に付勢され、プルスタッド6
1bとコレットチャック63の係合を通じて、工具ホル
ダ61がテーパ孔59a内に引き込まれ、工具ホルダ6
1が回転主軸59に完全に装着される。
向不動点41は半径方向に変位しない最も半径の小さい
部分であるので、上述した一連の工具交換動作の間に皿
ばね11が圧縮状態と、圧縮状態から解放された自由状
態とを繰り返しても、皿ばね11の内周部の最小寸法は
変化しない。従って、皿ばね11の内周側径方向不動点
においてドローバー65の外周面に対して案内、位置決
めすれば、皿ばね11とドローバー65との間のクリア
ランスを皿ばね11の内径の変化を考慮せずにほとんど
0(零)に決定できる。その結果、回転主軸59の高速
回転時に複数個の皿ばね11の位置がそれぞれ半径方向
にずれて異常振動をひき起こすことがなくなるので、回
転主軸59を例えば10000rpmを越える高速回転
にて回転させることが可能となる。
不動点41において皿ばね11をドローバー65に対し
て嵌合、案内するように構成されていたが、外周側径方
向不動点43において皿ばね11を回転主軸59の中心
孔59bに対して嵌合、案内するようにしてもよい。こ
の場合は、外周側径方向不動点43が半径方向に変位し
ない最も半径の大きな部分であるので、上述した一連の
工具交換動作の間に皿ばね11が圧縮状態と、圧縮状態
から解放された自由状態とを繰り返しても、皿ばね11
の外周部の最大寸法は変化しない。従って、皿ばね11
の外周側径方向不動点43において回転主軸59の中心
孔59bの内面に対して嵌合、案内すれば、皿ばね11
と中心孔59bとの間のクリアランスを皿ばね11の外
径の変化を考慮せずにほとんど0に決定できる。その結
果、回転主軸59の高速回転時に皿ばね11の位置ずれ
による異常振動がなくなることは図4の実施形態で説明
した通りである。
たが、本発明がこれに限定されず、その範囲内で種々の
変形と改良が可能であることは当業者の当然とするとこ
ろである。例えば、図1の実施形態において、第1の内
周面13は、皿ばね11の内周部において内周側径方向
不動点41を通過し、かつ、中心軸線Oに平行な円筒面
で切り欠いた形状と説明したが、本発明はこれに限定さ
れない。上述したように、皿ばね11の内周部において
内周側径方向不動点41よりも下方部位は、皿ばね11
が圧縮状態にあるときに、半径方向外側に変形するの
で、自由状態において内周側径方向不動点41が皿ばね
11の内周部において最も半径の小さな部位になるよう
に、第1の内周面13を形成すればよい。従って、円錐
面の一部から成る形状であってもよい。また、円錐面の
ように断面が直線とならずに断面が曲線となるような曲
面であってもよい。同様に、第2の内周面15は下方に
収束する円錐面にて切り欠いた形状と説明したが、断面
が直線とならずに断面が曲線となるような曲面にて形成
してもよい。要は、皿ばね11が圧縮状態となったとき
に、内周側径方向不動点41の上方部位が内周側径方向
不動点41よりも半径方向内側に膨出しなければよい。
外周部において外周側径方向不動点43を通過し、か
つ、中心軸線Oに平行な円筒面で切り欠いた形状と説明
したが、本発明はこれに限定されない。上述したよう
に、皿ばね11の外周部において外周側径方向不動点4
3よりも下方部位は、皿ばね11が圧縮状態にあるとき
に、半径方向内側に変形するので、自由状態において外
周側径方向不動点43が皿ばね11の外周部において最
も半径の大きな部位になるように、第1の外周面23を
形成すればよい。従って、円錐面の一部から成る形状で
あってもよいし、また、円錐面のように断面が直線とな
らずに断面が曲線となるような曲面であってもよい。同
様に、第2の外周面25は下方に収束する円錐面にて切
り欠いた形状と説明したが、断面が直線とならずに断面
が曲線となるような曲面にて形成してもよい。要は、皿
ばね11が圧縮状態となったときに、外周側径方向不動
点43の下方部位が外周側径方向不動点43よりも半径
方向外側に膨出しなければよい。
されているが、本発明による皿ばねは工作機械の主軸装
置の他、工作機械の精密割出テーブル、弁装置にも応用
でき、更にベアリングの外輪、内輪予圧付与用のばね等
種々の装置において用いることができる。
周側径方向不動点が、皿ばねの内周部において、自由状
態においても圧縮状態においても半径方向に変位しない
最も半径の小さい部分となる。従って、皿ばねを自由状
態において内周側径方向不動点で嵌合、案内すれば、皿
ばねの変形による内径変化を考慮することなく相手部材
とのクリアランスを決定することが可能となる。
外周側径方向不動点が、皿ばねの外周部において自由状
態においても圧縮状態においても半径方向に変位しない
最も半径の大きな部分となる。従って、皿ばねを自由状
態において外周側径方向不動点で嵌合、案内すれば、皿
ばねの変形による外径変化を考慮することなく相手部材
とのクリアランスを決定することが可能となる。
ねの内周部において、自由状態においても圧縮状態にお
いても半径方向に変位しない最も半径の小さい部分とな
る内周側径方向不動点において主軸装置のドローバーに
対して皿ばねを嵌合、案内してあるので、皿ばねの変形
による内径変化を考慮することなく皿ばねとドローバー
の間のクリアランスをほとんど0(零)に決定すること
が可能となり、主軸装置の回転主軸を高速回転させても
複数の皿ばねの半径方向位置ずれは生じず、よって異常
振動は発生せず、高精度な加工が行える。
ねの外周部において、自由状態においても圧縮状態にお
いても半径方向に変位しない最も半径の大きな部分とな
る皿ばねを、外周側径方向不動点において皿ばねを主軸
装置の回転主軸の中心孔に対して嵌合、案内してあるの
で、皿ばねの変形による外径変化を考慮することなく皿
ばねと回転主軸の中心孔内周面の間のクリアランスをほ
とんど0に決定することが可能となり、主軸装置の回転
主軸を高速回転させても複数の皿ばねの半径方向位置ず
れは生じず、よって異常振動は発生せず、高精度な加工
が行える。
が向き合って外周部で接触している状態で軸方向荷重が
繰返しかかると、皿ばねが軸線に対して半径方向に逃げ
ようとするが、皿ばねの円周面または外周面で相手部材
とほとんどクリアランスなしで嵌合しているので、皿ば
ねの半径方向ずれは発生せず、皿ばねと相手部材との間
および皿ばね同志がこじれ合うことがない。よって弾性
付勢力の減少や皿ばねまたは相手部材の破壊といった現
象は起きない。
る。
示す図である。
作機械の主軸装置先端部の部分断面図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 内径、外径及び肉厚を持った皿ばねにお
いて、 皿ばねに軸方向荷重を与えたとき肉厚断面内で拡径する
部分と縮径する部分との境界面上に存在する内径が変わ
らない位置を所定内径とすることを特徴とした皿ばね。 - 【請求項2】 前記所定内径は、前記軸方向荷重を与え
たとき内径が変わらない位置を含んで円筒形状に形成さ
れている請求項1に記載の皿ばね。 - 【請求項3】 内径、外径及び肉厚を持った皿ばねにお
いて、 皿ばねに軸方向荷重を与えたとき肉厚断面内で拡径する
部分と縮径する部分との境界面上に存在する外径が変わ
らない位置を所定外径とすることを特徴とした皿ばね。 - 【請求項4】 前記所定外径は、前記軸方向荷重を与え
たとき外径が変わらない位置を含んで円筒形状に形成さ
れている請求項3に記載の皿ばね。 - 【請求項5】 ハウジングと、前記ハウジングに回転軸
承された主軸と、前記主軸内に軸方向の進退移動が可能
に挿入されたドローバーと、前記ドローバーに弾性付勢
力を与える皿ばねとから成る主軸装置において、 前記皿ばねは、軸方向荷重を与えたとき肉厚断面内で拡
径する部分と縮径する部分との境界面上に存在する内径
が変わらない位置を所定内径として形成され、該皿ばね
を前記ドローバーの外周面に該皿ばねの所定内径が嵌
合、案内されるように組み込んで成る主軸装置。 - 【請求項6】 ハウジングと、前記ハウジングに回転軸
承された主軸と、前記主軸内に軸方向の進退移動が可能
に挿入されたドローバーと、前記ドローバーに弾性付勢
力を与える皿ばねとから成る主軸装置において、 前記皿ばねは、軸方向荷重を与えたとき肉厚断面内で拡
径する部分と縮径する部分との境界面上に存在する外径
が変わらない位置を所定外径として形成され、該皿ばね
を前記主軸の中心孔の内周面に該皿ばねの所定外径が嵌
合、案内されるように組み込んで成る主軸装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16346998A JP3526745B2 (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | 皿ばね及びその皿ばねを用いた主軸装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16346998A JP3526745B2 (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | 皿ばね及びその皿ばねを用いた主軸装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11351297A true JPH11351297A (ja) | 1999-12-24 |
JP3526745B2 JP3526745B2 (ja) | 2004-05-17 |
Family
ID=15774474
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16346998A Expired - Fee Related JP3526745B2 (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | 皿ばね及びその皿ばねを用いた主軸装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3526745B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004138189A (ja) * | 2002-10-18 | 2004-05-13 | Sumitomo Metal Ind Ltd | ねじ締結方法及び鉄道用車輪、輪軸の製造方法並びに鉄道用車輪、輪軸 |
WO2013011737A1 (ja) * | 2011-07-19 | 2013-01-24 | 日本発條株式会社 | 皿ばねおよびその製造方法 |
JP2013079731A (ja) * | 2013-02-06 | 2013-05-02 | Nhk Spring Co Ltd | クラッチ装置 |
CN104204600A (zh) * | 2012-03-23 | 2014-12-10 | 日本发条株式会社 | 盘簧 |
-
1998
- 1998-06-11 JP JP16346998A patent/JP3526745B2/ja not_active Expired - Fee Related
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