JPH0731924Y2 - Structure of tool attachment part on the spindle of machine tool - Google Patents
Structure of tool attachment part on the spindle of machine toolInfo
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- JPH0731924Y2 JPH0731924Y2 JP1989088130U JP8813089U JPH0731924Y2 JP H0731924 Y2 JPH0731924 Y2 JP H0731924Y2 JP 1989088130 U JP1989088130 U JP 1989088130U JP 8813089 U JP8813089 U JP 8813089U JP H0731924 Y2 JPH0731924 Y2 JP H0731924Y2
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Description
【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は工作機械の主軸における工具取付部の構造に係
り、詳しくは該部の寿命を延長させる技術に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial field of application> The present invention relates to a structure of a tool mounting portion on a spindle of a machine tool, and more particularly to a technique for extending the life of the portion.
〈従来の技術〉 フライス盤,マシニングセンタあるいは形彫機などの工
作機械には、切削や研削加工に供されるフライスや錐な
どの工具を回転駆動するための主軸が具えられている。
主軸は主軸頭により回転自在に支持され、電動モータな
どにより回転駆動される。主軸の先端には多くの場合テ
ーパ形状の工具取付穴が形成されており、この工具取付
穴に工具のシャンクを嵌合・固定させるようになってい
る。<Prior Art> Machine tools such as a milling machine, a machining center, or a die-sinker are equipped with a spindle for rotationally driving a tool such as a milling cutter or a cone used for cutting or grinding.
The spindle is rotatably supported by the spindle head, and is rotationally driven by an electric motor or the like. In many cases, a taper-shaped tool mounting hole is formed at the tip of the main shaft, and the shank of the tool is fitted and fixed in this tool mounting hole.
第4図には工作機械の主軸頭の構造の1例を示すが、こ
の図において主軸1は主軸頭2の中心部にラジアルロー
ラベアリング3,4とスラストボールベアリング5により
強固に支持されている。したがって、重切削などの場合
に発生する大きな加工分力を受けても主軸1は振れるこ
となく所望の回転が確保されるのである。FIG. 4 shows an example of the structure of the spindle head of the machine tool. In this figure, the spindle 1 is firmly supported at the center of the spindle head 2 by radial roller bearings 3 and 4 and thrust ball bearings 5. . Therefore, the main shaft 1 does not swing even when subjected to a large machining component force generated in the case of heavy cutting or the like, and a desired rotation is secured.
一方、主軸1の先端部にはテーパ形状の工具取付穴6が
形成されており、この工具取付穴6に工具(本図では工
具ホルダ)7のテーパシャンク部(以下、シャンク部)
7aが嵌合する。シャンク部7aの後端(図中右側)にはプ
ルスタッド部7bが一体に形成されており、このプルスタ
ッド部7bを主軸1内に設けられたチャック機構のコレッ
ト8がくわえるようになっている。On the other hand, a taper-shaped tool mounting hole 6 is formed at the tip of the spindle 1, and a taper shank portion (hereinafter, shank portion) of a tool (a tool holder in this drawing) 7 is formed in the tool mounting hole 6.
7a is fitted. A pull stud portion 7b is integrally formed at the rear end (right side in the drawing) of the shank portion 7a, and a collet 8 of a chuck mechanism provided in the main shaft 1 can be held by the pull stud portion 7b. .
チャック機構はコレット8の他、ドローバー9と皿ばね
群10とから構成されており、ドローバー9,コレット8を
介して、皿ばね群10のばね力でプルスタッド部7bを図中
右方に強力に引くことにより工具7と主軸1との結合が
行われる。工具7の交換の際にはドローバー9の右端
(図示せず)を油圧などで押し、コレット8がプルスタ
ッド7bを開放することにより行われる。そして、図示し
ない工具自動交換装置(以下、ATC:Automatic Tool Cha
nger)を具えたマシニングセンタなどにおいては、各種
の加工に適した工具7をATCと上記チャック機構とを連
動させて自動的に交換し、様々な加工が連続して行える
ようにしている。The chuck mechanism is composed of a draw bar 9 and a disc spring group 10 in addition to the collet 8, and the pull stud portion 7b is strongly moved to the right in the drawing by the spring force of the disc spring group 10 via the draw bar 9 and the collet 8. The tool 7 and the spindle 1 are connected to each other by pulling. When the tool 7 is replaced, the right end (not shown) of the draw bar 9 is pressed by hydraulic pressure or the like, and the collet 8 opens the pull stud 7b. An automatic tool changer (not shown) (hereinafter, ATC: Automatic Tool Cha
In a machining center equipped with a nger), a tool 7 suitable for various kinds of machining is automatically exchanged by interlocking the ATC and the chuck mechanism so that various kinds of machining can be continuously performed.
主軸1の工具取付穴6と工具7のシャンク部7aとのテー
パ比は基本的に同一であり、工具取付穴6側のテーパ比
はゲージを用いて厳重に管理されている。そして、工具
取付穴6と工具7のテーパ比に差がある場合には各々の
勾配の差をもって設定角度Δθとし、この値は工具取付
穴6が相対的に先細りであれば正となり、逆の場合は負
としていた。従来は工具取付穴6と工具7のテーパ比が
等しいため、当然のことながら設定角度Δθ=0であっ
た。尚、設定角度△が過大である場合には、工具7側の
寸法公差如何で、嵌合面の後端部(図中、B点)におけ
る面圧が0となり、先端部(図中、A点)を支点に工具
7が首振り運動を起こすことがあり、その限界となる角
度を限界設定角度Δθmaxと称している。The tool mounting hole 6 of the spindle 1 and the shank portion 7a of the tool 7 have basically the same taper ratio, and the taper ratio on the tool mounting hole 6 side is strictly controlled using a gauge. When there is a difference in the taper ratio between the tool mounting hole 6 and the tool 7, the difference between the respective gradients is used as the set angle Δθ , and this value is positive if the tool mounting hole 6 is relatively tapered, and vice versa. Was negative. Conventionally, since the taper ratios of the tool mounting hole 6 and the tool 7 are equal to each other, the setting angle Δθ = 0 was naturally set. If the set angle Δ is excessively large, the surface pressure at the rear end portion (point B in the figure) of the fitting surface becomes 0 and the tip portion (A in the figure) due to the dimensional tolerance on the tool 7 side. tool 7 points) to a supporting point may cause swinging motion, is called the angle at which its limit and the limit set angle delta .theta.max.
尚、工具取付穴6の表面は工具7の交換や加工時の微動
に起因する摩耗を防止して加工精度を維持するべく、各
種の表面硬化処理、例えばモリブデン鋼を用いた窒化処
理,高炭素鋼を用いた焼入処理,耐食鋼を用いた浸炭処
理などを施している。The surface of the tool mounting hole 6 has various surface hardening treatments, for example, nitriding treatment using molybdenum steel, high carbon, in order to prevent wear caused by replacement of the tool 7 and fine movement during machining and maintain machining accuracy. Quenching treatment using steel and carburizing treatment using corrosion resistant steel are performed.
〈考案が解決しようとする課題〉 ところで、上述した従来の主軸1には以下に述べる問題
点があった。<Problems to be Solved by the Invention> Meanwhile, the above-described conventional spindle 1 has the following problems.
第5図には従来の工具取付構造において、ドローバー9
により工具7を所定の引張力Qで引いたときに発生する
嵌合面の面圧分布を示してある。図中実線で示したもの
は工具取付穴6のテーパ比をゲージを用いて正確に管理
した状態であり、破線で示したものはある程度使い込ん
だ状態である。この図から判るように、初期には前後端
部の面圧が高く、その後次第に中央部の面圧が高まると
共に先端部の面圧が低下してくる。FIG. 5 shows a drawbar 9 in the conventional tool mounting structure.
Shows the surface pressure distribution of the fitting surface generated when the tool 7 is pulled with a predetermined tensile force Q. The solid line in the figure shows a state in which the taper ratio of the tool mounting hole 6 is accurately controlled using a gauge, and the broken line shows a state in which it is used to some extent. As can be seen from this figure, the surface pressure at the front and rear end portions is high initially, and thereafter the surface pressure at the central portion gradually increases and the surface pressure at the tip portion decreases.
この状態が顕著になってくると、工具7の実支持長が短
くなり、工具7が微小な首振り運動いわゆるびびり動を
起こすようになってくる。このびびり動は工具取付穴6
に与えられる設定角度Δθが限界設定角度Δθmaxを超
えた場合の首振り運動とは異なり、嵌合面の後端部(図
中、B点)を支点として起こる。When this state becomes remarkable, the actual support length of the tool 7 is shortened, and the tool 7 causes a slight swinging motion, so-called chattering motion. This chattering is the tool mounting hole 6
Unlike oscillating motion when the setting angle delta theta given exceeds the limit set angle delta .theta.max to occur rear end of the fitting surface of (in the figure, B point) as a fulcrum.
実験などを通して調査解析した結果、以下の2点がこの
びびり動の原因となっていることが判明した。まず、第
1点として工具取付穴6の先端部が他の部位に比べ加工
時の応力や微動などによる影響を受け易く、摩耗や塑性
変形(いわゆるへたり)をより多く生じることがある。
第2点としては、工具取付穴6に嵌合する工具7のシャ
ンク部7aの形状が製造公差内で微妙に異なるため面圧分
布が一定せず、且つ嵌合面積に対するドローバー9の引
張力Qが装置のコンパクト化などのためにあまり大きく
できないためにびびり動が助長されて摩耗やへたりが更
に拡大することがある。尚、これらの摩耗やへたりは先
端部に限らず、かなり広範囲に及んでいる。As a result of investigating and analyzing through experiments, the following two points were found to be the cause of the chattering. First, as a first point, the tip portion of the tool mounting hole 6 is more easily affected by stress and fine movement during processing than other portions, and more wear and plastic deformation (so-called fatigue) may occur.
The second point is that the shape of the shank portion 7a of the tool 7 that fits into the tool mounting hole 6 is slightly different within the manufacturing tolerance, so the surface pressure distribution is not constant, and the pulling force Q of the draw bar 9 with respect to the fitting area is Q. However, since the size of the device cannot be made too large due to downsizing of the device, chattering may be promoted and wear and fatigue may be further expanded. It should be noted that these abrasions and fatigues are not limited to the tip portion and extend over a fairly wide range.
現在、マシニングセンタなどにおいてはNC(Numerical
Control)を採用して高精度の加工を行っているが、工
具7自体が上述したようなびびり動を起こすと当然に加
工精度が悪化する。したがって、ゲージによるチャック
を適宜行い、所定量の摩耗やへたりがあった場合には主
軸1の交換が行われていた。この作業は主軸頭2の分解
などに多大な時間と工数とを要すると共に、交換部品
(主軸1など)のコストも大きかった。そして、工具交
換頻度が高い場合には機械の稼働率に与える影響も無視
できず、早急な改善が求められていた。Currently, in machining centers, NC (Numerical
Control) is used to perform high-precision machining, but naturally the machining precision deteriorates when the tool 7 itself causes the chattering motion described above. Therefore, chucking with a gauge is appropriately performed, and when there is a predetermined amount of wear or fatigue, the spindle 1 is replaced. This work requires a great deal of time and man-hours for disassembling the spindle head 2 and the cost of replacement parts (spindle 1, etc.) is high. When the frequency of tool replacement is high, the effect on the operating rate of the machine cannot be ignored, and immediate improvement has been demanded.
本考案は上記状況に鑑みなされたもので、工具取付穴6
の耐久性を向上させ、もって主軸1の寿命を高めること
を目的とする。The present invention has been made in view of the above situation, and the tool mounting hole 6
The purpose is to improve the durability of the spindle 1 and thus the life of the spindle 1.
〈課題を解決するための手段〉 そこで、本考案ではこの課題を解決するために、主軸の
先端部に形成されたテーパ形状の工具取付穴に工具のシ
ャンク部を嵌合させて当該工具を取り付ける構造であっ
て、前記工具取付穴に与えられる設定角度を0を越え限
界設定角度の80%以下としたことを特徴とする工作機械
の主軸における工具取付部の構造を提供するものであ
る。<Means for Solving the Problem> Therefore, in order to solve this problem, the present invention mounts the tool by fitting the shank portion of the tool into the tapered tool mounting hole formed at the tip of the spindle. A structure of a tool mounting portion in a spindle of a machine tool, characterized in that a set angle given to the tool mounting hole exceeds 0 and does not exceed 80% of a limit set angle.
〈作用〉 工具取付穴に正の値の設定角度が与えられるため、先端
部の面圧が上昇して該部に多少の摩耗やへたりが生じて
も実支持長の減少が起こらない。また、この設定角度は
限界設定角度の80%以下であるため、工具が公差の範囲
内で先太となっていても嵌合面の先端を支点に工具が首
振り運動を起こすこともなく、常に安定した支持が行わ
れる。<Operation> Since the tool mounting hole is provided with a positive set angle, the actual support length does not decrease even if the surface pressure of the tip portion rises and the portion slightly wears or sinks. Also, since this setting angle is 80% or less of the limit setting angle, even if the tool is thickened within the tolerance range, the tool does not swing around the tip of the mating surface as a fulcrum, Stable support is always provided.
〈実施例〉 本考案の一実施例を図面に基づき具体的に説明する。
尚、実施例の説明にあたっては前述した従来の例におけ
る部材と同一の部材に同一の符号を付し、重複する説明
を省略する。<Embodiment> An embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
In the description of the embodiments, the same members as those in the above-described conventional example are designated by the same reference numerals, and duplicated description will be omitted.
第1図には本実施例に係る主軸の工具取付部の拡大半断
面を示し、第2図にはこの実施例における工具取付部の
面圧分布を示してある。そして、第3図には本考案を適
用する場合の適正範囲をグラフにより示してある。FIG. 1 shows an enlarged half section of the tool mounting portion of the spindle according to this embodiment, and FIG. 2 shows the surface pressure distribution of the tool mounting portion in this embodiment. Then, FIG. 3 shows a graph of an appropriate range when the present invention is applied.
第1図において、主軸1の工具取付穴6は工具7と嵌合
させた場合、相対的に先細りになるように形成されてい
る。すなわち前述した設定角度Δθが正の値となってい
るのである。この設定角度Δθは、限界設定角度Δθma
xの略63%に当たり、工具取付穴6側のテーパ比を0.05/
100〜0.10/100の範囲で小さくなることにより得られ
た。尚、第1図においては工具取付穴6と工具7との間
に隙間が生じているが、ドローバー9により工具7を引
くことにより、嵌合面は全体に密着する。In FIG. 1, the tool mounting hole 6 of the spindle 1 is formed so as to be relatively tapered when fitted with the tool 7. That is, the above-mentioned set angle Δθ has a positive value. This set angle Δ θ is the limit set angle Δ θma
About 63% of x, the taper ratio on the tool mounting hole 6 side is 0.05 /
It was obtained by decreasing in the range of 100 to 0.10. Although there is a gap between the tool mounting hole 6 and the tool 7 in FIG. 1, when the tool 7 is pulled by the draw bar 9, the fitting surface is brought into close contact with the entire surface.
以上のように正の設定角度Δθを工具取付穴6に与える
ことにより、ドローバー9により工具7を引いた際に工
具取付穴6の先端部に生じる面圧が第2図に示すように
上昇し、約3kgf/mm2となった。因に、本実施例において
は、工具取付穴6の先端部の直径は70mm,工具7側のテ
ーパ比は7/24,ドローバー9の引張力Qは4500kgfであ
り、従来は嵌合面の平均面圧が1kgf/mm2であった。By giving a positive set angle Δθ to the tool mounting hole 6 as described above, the surface pressure generated at the tip of the tool mounting hole 6 when the tool 7 is pulled by the drawbar 9 rises as shown in FIG. It was about 3kgf / mm 2 . Incidentally, in the present embodiment, the diameter of the tip of the tool mounting hole 6 is 70 mm, the taper ratio on the tool 7 side is 7/24, and the pulling force Q of the drawbar 9 is 4500 kgf. The surface pressure was 1 kgf / mm 2 .
以下、本実施例の作用を述べる。The operation of this embodiment will be described below.
主軸1の工具取付穴6に工具7のシャンク部7aを嵌合さ
せ、プルスタッド部7bを前述のチャック機構により引い
た場合、本実施例の主軸1では上述したように工具取付
穴6の先端部に生じる面圧が約3kgf/mm2と高くなった。
そのため、ある程度使い込んで該部にへたりが生じても
面圧は十分高い値に確保され、びびり動の発生が抑えら
れるようになった。また、シャンク部7aが製造公差によ
り多少先細りとなった場合にも、設定角度Δθが限界設
定角度Δθmaxの略63%であるため、嵌合面の先端を支
点に工具7が首振り運動を起こすようなこともなく、常
に安定した嵌合・固定が行えるようになった。When the shank portion 7a of the tool 7 is fitted into the tool mounting hole 6 of the spindle 1 and the pull stud portion 7b is pulled by the chuck mechanism described above, the tip of the tool mounting hole 6 of the spindle 1 of this embodiment is as described above. The surface pressure generated in the part was as high as about 3 kgf / mm 2 .
Therefore, even if the part is used for a while and the settling occurs, the surface pressure can be secured at a sufficiently high value, and the occurrence of chattering can be suppressed. Furthermore, when the shank portion 7a becomes somewhat tapered due to manufacturing tolerances also set for the angle delta theta is substantially 63% of the limit set angle delta .theta.max, tool 7 as a fulcrum the tip of the fitting surface is swinging motion It is now possible to perform stable fitting and fixing without causing any trouble.
以上述べた理由により、工具取付穴6の摩耗やへたりは
従来のものに比べ著しく少なくなり、主軸1の寿命は飛
躍的に向上した。尚、本実施例では、フライス加工にお
いて直径100mm歯数12の工具7を用い、送り100〜150mm/
min,切削幅80mm,切り込み5mm,回転数200rpmの加工条件
で従来に比べ主軸1の寿命が数倍に延長された。Due to the reasons described above, wear and fatigue of the tool mounting hole 6 are significantly reduced as compared with the conventional one, and the life of the spindle 1 is dramatically improved. In this embodiment, a tool 7 having a diameter of 100 mm and a number of teeth of 12 is used for milling, and the feed is 100 to 150 mm /
Under the machining conditions of min, cutting width 80 mm, depth of cut 5 mm, and rotation speed 200 rpm, the life of the spindle 1 has been extended several times compared to the conventional one.
尚、設定角度Δθの限界設定角度Δθmaxに対する比を
様々に変えて試験を行った結果、第3図に示すように50
%から80%の範囲で主軸1の寿命が顕著に向上すること
が確認できた。また、設定角度Δθの下限としては10%
程度でも十分な効果が認められる一方、設定角度Δθを
80%以上とした場合には加工精度分や加工時における面
圧変動分が各々10%程度あるため、嵌合面の先端を支点
とした首振り運動が生じる虞があることが明かとなっ
た。Incidentally, as a result of the variously varied test ratio limits set angle delta .theta.max setting angle delta theta, as shown in FIG. 3 50
It has been confirmed that the life of the spindle 1 is remarkably improved in the range of 80% to 80%. The lower limit of the set angle Δ θ is 10%
While sufficient effects are also observed in the degree, the setting angle delta theta
When it is set to 80% or more, it is revealed that there is a possibility of swinging motion with the tip of the mating surface as the fulcrum, because the machining accuracy and the surface pressure fluctuation during machining are about 10% each. .
〈考案の効果〉 本考案に係る工作機械の主軸における工具取付部の構造
によれば、工具取付穴に0を超え限界設定角度の80%以
下の設定角度を与えるようにしたため、先端部の面圧が
相対的に上昇してびびり動やこれに起因する該部の摩耗
やへたりが減少し、この結果主軸の寿命が延長されて保
守コストの低減や工作機械の稼働率の向上が得られると
いう効果を奏する。<Effect of the device> According to the structure of the tool mounting portion of the spindle of the machine tool according to the present invention, the tool mounting hole is provided with a setting angle exceeding 0 and not more than 80% of the limit setting angle. The pressure is relatively increased and chattering and wear and fatigue of the part caused by it are reduced. As a result, the life of the spindle is extended and maintenance costs are reduced and the operating rate of machine tools is improved. Has the effect.
第1図は本実施例に係る主軸の工具取付部を示す拡大半
断面図であり、第2図はこの実施例における工具取付部
の面圧分布図である。また、第3図は本考案を適用する
場合の適正範囲を示すグラフである。一方、第4図は工
作機械の従来の主軸頭の構造の1例を示す縦断面図であ
り、第5図はこの例における工具取付部の面圧分布図で
ある。 図中、1は主軸、2は主軸頭、3,4はラジアルローラベ
アリング、5はスラストボールベアリング、6は工具取
付穴、6aは径増大部、6b,6cは残部、7は工具、7aはテ
ーパシャンク部、7bはプルスタッド部、8はコレット、
9はドローバー、10は皿ばね群、11はカラー、Δθは設
定角度である。FIG. 1 is an enlarged half sectional view showing a tool mounting portion of a spindle according to this embodiment, and FIG. 2 is a surface pressure distribution diagram of the tool mounting portion in this embodiment. Further, FIG. 3 is a graph showing an appropriate range when the present invention is applied. On the other hand, FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional spindle head structure of a machine tool, and FIG. 5 is a surface pressure distribution diagram of a tool mounting portion in this example. In the figure, 1 is a spindle, 2 is a spindle head, 3 and 4 are radial roller bearings, 5 is a thrust ball bearing, 6 is a tool mounting hole, 6a is a diameter increasing portion, 6b and 6c are the rest, 7 is a tool, 7a is Taper shank part, 7b pull stud part, 8 collet,
9 is a draw bar, 10 is a disc spring group, 11 is a collar, and Δθ is a set angle.
フロントページの続き (72)考案者 谷 光夫 広島県広島市西区観音新町4丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)考案者 片山 欽司 広島県広島市安佐南区祇園3丁目2番1号 三菱重工業株式会社広島工機工場内 (56)参考文献 特開 昭59−196143(JP,A) 実開 昭63−44735(JP,U)Front page continued (72) Mitsuo Tani 4-6-22 Kannon Shinmachi, Nishi-ku, Hiroshima City, Hiroshima Prefecture Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hiroshima Research Institute (72) Kinji Katayama 3-2 Gion, Asanan-ku, Hiroshima City, Hiroshima Prefecture No. 1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. in Hiroshima Koki Plant (56) References JP-A-59-196143 (JP, A) SAI 63-44735 (JP, U)
Claims (1)
具取付穴に工具のシャンク部を嵌合させて当該工具を取
り付ける構造であって、前記工具取付穴に与えられる設
定角度を0を越え限界設定角度の80%以下としたことを
特徴とする工作機械の主軸における工具取付部の構造。1. A structure for mounting a tool by fitting a shank portion of the tool into a tapered tool mounting hole formed at a tip portion of a spindle, and setting a setting angle given to the tool mounting hole to 0. The structure of the tool mounting part on the spindle of the machine tool, which is set to 80% or less of the set limit angle.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1989088130U JPH0731924Y2 (en) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | Structure of tool attachment part on the spindle of machine tool |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP1989088130U JPH0731924Y2 (en) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | Structure of tool attachment part on the spindle of machine tool |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0329209U JPH0329209U (en) | 1991-03-22 |
JPH0731924Y2 true JPH0731924Y2 (en) | 1995-07-26 |
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ID=31637763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP1989088130U Expired - Fee Related JPH0731924Y2 (en) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | Structure of tool attachment part on the spindle of machine tool |
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---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0351053Y2 (en) * | 1985-09-04 | 1991-10-31 |
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1989
- 1989-07-28 JP JP1989088130U patent/JPH0731924Y2/en not_active Expired - Fee Related
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Date | Code | Title | Description |
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LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |