JP2002096231A - クランプ装置 - Google Patents

クランプ装置

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JP2002096231A
JP2002096231A JP2000287832A JP2000287832A JP2002096231A JP 2002096231 A JP2002096231 A JP 2002096231A JP 2000287832 A JP2000287832 A JP 2000287832A JP 2000287832 A JP2000287832 A JP 2000287832A JP 2002096231 A JP2002096231 A JP 2002096231A
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piston
chamber
output rod
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receiving member
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JP2000287832A
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Keitaro Yonezawa
慶多朗 米澤
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Kosmek KK
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Kosmek KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 強力なクランプ力が得られるクランプ装置を
提供する。 【解決手段】 クランプ時には、空圧シリンダ12の第
2室22から圧縮空気を排出すると共に第1室21に圧
縮空気を供給する。すると、その第1室21の圧力と圧
縮バネ25の付勢力とによってピストン20が右方へ移
動し、そのピストン20が複数の係合ボール34と第1
受圧部材31とを介して出力ロッド26を左方へ強力に
進出させる。このため、クランプアーム10が反時計回
りの方向へ揺動して金型2を強力に押圧する。これに対
して、アンクランプ時には、上記の第1室21から圧縮
空気を排出すると共に第2室22に圧縮空気を供給す
る。すると、その第2室22の圧力によって、上記ピス
トン20が左方へ移動し、これと同時に、後退バネ47
によって上記の出力ロッド26が右方へ後退し、戻しバ
ネ19によって上記クランプアーム10が時計回りの方
向へ揺動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、出力ロッドを進
退させるタイプのクランプ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種のクランプ装置には、従来では米
国特許第4,488,713に記載されたものがある。
その従来技術は、ピストンの下側に空圧室を形成し、ク
ランプ時には上記の空圧室に供給した圧縮空気によって
上記ピストンを介して出力ロッドを引っ張り、アンクラ
ンプ時には圧縮バネによって上記ピストンを介して上記
の出力ロッドを復帰させるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術は、作
動流体として利用される圧縮空気が低圧であるため、ク
ランプ力が小さいという問題があった。本発明の目的
は、強力なクランプ力が得られるクランプ装置を提供す
ることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1の発明は、例えば、図1と図2に示すよう
に、クランプ装置を次のように構成した。シリンダ部分
13に環状のピストン20を軸心方向へ移動可能で保密
状に挿入し、上記シリンダ部分13の第1端壁15と上
記ピストン20との間に第1室21を形成すると共に、
同上シリンダ部分13の第2端壁16と同上ピストン2
0との間に第2室22を形成する。上記ピストン20に
出力ロッド26を軸心方向へ移動可能で保密状に挿入す
ると共に、その出力ロッド26の第2端26bを前記の
第2端壁16に軸心方向へ進退可能に支持し、上記の出
力ロッド26を第2端方向へ後退させる後退手段42を
設ける。上記の第2室22内で上記のピストン20と上
記の出力ロッド26との間の環状空間に第1受圧部材3
1と第2受圧部材32とを軸心方向に対面させ、これら
第1と第2の受圧部材31・32の間に環状の係合空間
33を半径方向の内方へすぼまるように形成して、その
係合空間33に周方向へ所定の間隔をあけて複数の係合
部材34を挿入する。上記の第1受圧部材31を前記の
出力ロッド26に連結すると共に、上記の第2受圧部材
32を前記の第2端壁16に連結する。前記の第1室2
1に設けた駆動手段50によって上記ピストン20を第
2端方向へ駆動することにより、そのピストン20に設
けた押圧面37が上記の係合部材34と上記の第1受圧
部材31とを順に介して上記の出力ロッド26を第1端
方向へ進出させる。また、前記の第2室22に供給した
圧力流体によって上記ピストン20を第1端方向へ復帰
させると共に、前記の後退手段42によって上記の出力
ロッド26を第2端方向へ後退させる。
【0005】なお、前記の後退手段42としては、後述
する後退バネ47等のバネ力や圧縮空気の圧力などを利
用することが考えられる。また、上記の駆動手段50と
しては、上記の第1室21に供給される圧力流体の加圧
力と同上の第1室21に装着したバネ25の付勢力との
少なくとも一方の力を利用することが考えられる。前記
の係合部材34は、楔状の摺動部材によって構成した
り、ボールやローラ等の転動体によって構成することが
考えられる。その転動体からなる係合部材は、小さい摩
擦力で円滑に駆動されるので、伝動効率が高まる。
【0006】上記の請求項1の発明は、例えば、同上の
図1と図2に示すように、次のように作用する。図1の
アンクランプ状態では、上記の第2室22に圧縮空気等
の圧力流体が供給され、その圧力流体の圧力によって、
上記ピストン22が第1端方向である左方へ移動すると
共に、前記の後退手段42によって前記の出力ロッド2
6が第2端方向である右方へ移動している。これによ
り、前記の複数の係合部材34が前記の係合空間33の
半径方向の外方へ移動すると共に前記の第1受圧部材3
1が第2受圧部材32へ接近している。上記の図1のア
ンクランプ状態から図2のクランプ状態へ切換えるとき
には、上記の第2室22から圧力流体を排出すると共に
前記の駆動手段50によって上記ピストン20を第2端
方向である右方へ移動させる。すると、そのピストン2
0に設けた押圧面37が上記の係合部材34を上記の係
合空間33の半径方向の内方へ移動させる。これによ
り、上記の係合部材34の楔作用によって上記の第1受
圧部材31と第2受圧部材32とが左右方向へ強力に離
間しようとする。そして、その第2受圧部材32が前記
シリンダ部分13の第2端壁16によって受け止められ
るため、上記の第1受圧部材31が上記の出力ロッド2
6を左方へ強力に進出させるのである。
【0007】従って、上記の請求項1の発明は次の効果
を奏する。前記の駆動手段から前記ピストンに加えた駆
動力を、係合部材と第1受圧部材とを経て倍力変換した
状態で出力ロッドに伝達できるので、その出力ロッドを
強力に進出させることが可能となる。このため、上記の
出力ロッドによって、又はその出力ロッドに連結したク
ランプアーム等のクランプ具によって、金型等の被固定
物を強力にクランプできる。しかも、上記の出力ロッド
を進出させることによってクランピングを行えるので、
次の効果を奏する。即ち、金型等の被固定物を上記の出
力ロッドによって直接に押圧することが可能となる。ま
た、その出力ロッドにクランプアーム等のクランプ具を
連結した場合には、その連結構造が簡素である。
【0008】請求項2の発明に示すように、前記の出力
ロッド26の第2端26bを前記の第2端壁16に保密
状に挿入した場合には、前記の第2室を簡素な構成で保
密状に区画できるので、クランプ装置をコンパクトに造
れる。
【0009】請求項3の発明に示すように、前記の後退
手段42の後退バネ47を前記の出力ロッド26と前記
の第2端壁16との間に装着した場合には、バネの付勢
力によって上記の出力ロッドを後退できるので後退手段
を簡素に構成できる。これにより、コンパクトなクラン
プ装置を提供できる。
【0010】請求項4の発明に示すように、上記の請求
項1から3の各発明には次の構成を付加することが好ま
しい。例えば、同上の図1と図2に示すように、前記シ
リンダ部分13を支持ブロック6に固定し、その支持ブ
ロック6にクランプアーム10の支点部10aを揺動自
在に支持し、上記クランプアーム10の入力部10cに
前記の出力ロッド26の第1端26aを連結したもので
ある。その請求項4の発明は、上記の出力ロッドの軸心
方向の駆動力によってクランプアームを揺動できるの
で、金型等の被固定物の種類に応じて適切なクランプ装
置を提供できる。しかも、上記の出力ロッドの上記の第
1端によって上記クランプアームの入力部を押圧できる
ので、その出力ロッドとクランプアームとの連結構造が
簡素である。
【0011】
【発明の実施の形態】図1と図2は、本発明の一実施形
態を示している。この実施形態では、プレス機械の金型
を固定するシステムに空圧式の倍力クランプ装置を適用
した場合を例示してある。図1は、上記クランプ装置の
アンクランプ状態の縦断面図である。図2は、同上クラ
ンプ装置のクランプ状態の縦断面図である。図1に示す
ように、プレス機械のボルスタ1の上面に金型2が載置
され、その金型2が複数のクランプ装置3によって固定
される。なお、ここでは、上記クランプ装置3を一つだ
け示してある。
【0012】上記のクランプ装置3は支持ブロック6を
備え、その支持ブロック6が複数のボルト7によって上
記のボルスタ1に固定される。上記の支持ブロック6に
形成した溝9にクランプアーム10が挿入される。その
クランプアーム10の支点部10aが枢支ピン11によ
って上記の溝9の両側壁9aに揺動自在に支持されてい
る。なお、ここでは、一方の側壁9aだけを図示してあ
る。
【0013】上記の支持ブロック6の右面に複動形空圧
シリンダ12のシリンダ部分13が固定される。より詳
しくいえば、上記シリンダ部分13は、シリンダバレル
14と、第1端壁であるエンドプレート15と、第2端
壁である右端壁16とを備える。そのエンドプレート1
5は、上記シリンダバレル14の左端部に保密状に挿入
されると共に止め輪17によって抜け止めされている。
そして、上記シリンダバレル14の上記の左端部から突
設した複数のブラケット14aが複数のボルト18によ
って上記の支持ブロック6に着脱可能に取付けられる。
【0014】上記シリンダバレル14に環状のピストン
20が軸心方向へ移動可能で保密状に挿入される。その
ピストン20と前記のエンドプレート15との間にクラ
ンプ用の第1室21が形成され、同上ピストン20と前
記の右端壁16との間にアンクランプ用の第2室22が
形成される。また、上記シリンダバレル14の上部に
は、上記の第1室21に連通する第1給排口23と上記
の第2室22に連通する第2給排口24とが設けられ
る。なお、上記の第1室21内には、クランプ保持用の
圧縮バネ25が装着されている。
【0015】上記ピストン20の半径方向の内方で同上
ピストン20と同心状に出力ロッド26が配置される。
そのピストン20に、上記の出力ロッド26の長手方向
の中央部が中央封止具27を介して軸心方向へ移動可能
で保密状に挿入される。また、上記の出力ロッド26の
左寄り部が左封止具28を介して上記のエンドプレート
15の貫通孔15aに軸心方向へ進退可能で保密状に挿
入されると共に、その出力ロッド26の右部が前記の右
端壁16の穴16aに右封止具29を介して軸心方向へ
進退可能で保密状に挿入される。また、前記のクランプ
アーム10の下揺動部10dと前記エンドプレート15
との間に戻しバネ19が装着されている。その戻しバネ
19によって上記クランプアーム10が時計回りの方向
へ付勢されて、そのクランプアーム10の入力部10c
が上記の出力ロッド26の左端面に接当される。
【0016】上記の出力ロッド26の右部分と前記ピス
トン20との間に倍力機構30が設けられる。その倍力
機構30は次のように構成されている。前記の第2室2
2内で上記ピストン20と上記の出力ロッド26との間
の環状空間に、第1受圧部材31と第2受圧部材32と
が軸心方向に対面される。これら第1と第2の受圧部材
31・32の間に環状の係合空間33が半径方向の内方
へすぼまるように形成される。その係合空間33に周方
向へ所定の間隔をあけて複数の係合ボール(係合部材)3
4が挿入される。
【0017】上記の第1受圧部材31の第1カム面31
aと第2受圧部材32の第2カム面32aには、図示し
てないが、それぞれ、放射状に延びる浅いU字溝を周方
向に所定の間隔をあけて形成し、各U字溝に上記の係合
ボール34を挿入することが好ましい。上記ピストン2
0の内周に押圧リング36が嵌着され、その押圧リング
36の押圧面37が上記の複数の係合ボール34に接当
されている。上記の押圧面37は、右方から順に形成し
た円弧面38とテーパ面39とストレート面40とによ
って構成されている。
【0018】また、上記の出力ロッド26を第2端方向
である右方へ付勢する後退手段42が設けられる。その
後退手段42は次のように構成されている。上記の出力
ロッド26の右端26b内にバネ装着孔43が形成さ
れ、そのバネ装着孔43にボルト44が挿入される。そ
のボルト44の頭部44aが前記の右端壁16によって
受け止められ、同上ボルト44の左部にナット45がネ
ジ止めされる。そして、圧縮バネからなる後退バネ47
の左端が上記ナット45に受け止められると共に、その
後退バネ47の右端がバネ受け46と止め輪48とを順
に経て上記の出力ロッド26の上記の右端26bに受け
止められる。これにより、上記の後退バネ47の付勢力
によって上記の出力ロッド26を右方へ付勢するのであ
る。
【0019】上記クランプ装置3は次のように作動す
る。図1のアンクランプ状態では、前記の第1室21か
ら圧縮空気を排出すると共に第2室22に圧縮空気を供
給している。このため、その第2室22の圧力によって
前記ピストン20が前記の圧縮バネ25の付勢力に抗し
て左方(第1端方向)へ移動し、これと同時に、前記の後
退バネ47によって前記の出力ロッド26が右方(第2
端方向)へ移動し、前記の戻しバネ19によって前記の
クランプアーム10がアンクランプ位置Yに切り換わっ
ている。このため、上記のクランプアーム10の出力部
10bと前記の金型2との間には、クランプ用クリアラ
ンスHが形成されている。上記のアンクランプ状態で
は、前記の倍力機構30がリリース状態に切り換わり、
前記の係合ボール34が前記の係合空間33の半径方向
の外方へ移動している。
【0020】上記の図1のアンクランプ状態から図2の
クランプ状態へ切換えるときには、上記の第1室21に
圧縮空気を供給すると共に上記の第2室22から圧縮空
気を排出する。これにより、上記ピストン20が上記の
第1室21の圧力と前記の圧縮バネ25の付勢力とによ
って右方へ移動していく。即ち、この実施形態では、上
記の第1室21へ供給した圧縮空気と上記の圧縮バネ2
5とによって駆動手段50を構成している。
【0021】上記ピストン20の右方移動の開始によ
り、まず、前記の押圧リング36の前記の円弧面38が
前記の係合ボール34を係合空間33の半径方向の内方
へ急速に押圧して、前記の出力ロッド26を左方へ急速
に進出させるので、前記クランプアーム10が反時計回
りの方向へ急速に揺動して、前記の出力部10bが前記
の金型2に接当する。引き続いて、上記の押圧リング3
6の前記テーパ面39が同上の係合ボール34を半径方
向の内方へ強力に押圧して、同上の出力ロッド26を左
方へ強力に進出させる。これにより、図2に示すよう
に、上記クランプアーム10がクランプ位置Xへ切換わ
り、そのクランプアーム10の出力部10bが前記の金
型2を前記ボルスタ1の上面に強力に押圧する。
【0022】また、上記の図2のクランプ状態におい
て、何らかの原因によって前記の第1室21の圧力が低
下したり消失した場合であっても、前記の圧縮バネ25
の付勢力によって前記の倍力機構30の構成部材に大き
な摺動抵抗を付与できる。このため、その倍力機構30
をロック状態に保って、上記クランプアーム10をクラ
ンプ位置Xに確実に保持できる。
【0023】上記の図2のクランプ状態を解除するとき
には、上記の第1室21の圧縮空気を排出すると共に上
記の第2室22に圧縮空気を供給する。すると、図1に
示すように、その圧縮空気の圧力によって上記ピストン
20が上記の圧縮バネ25の付勢力に抗して左方へ復帰
し、これとほぼ同時に、前記の後退バネ47によって前
記の出力ロッド26が右方へ後退する。これにより、そ
の図1に示すように、前記の戻しバネ19によって上記
クランプアーム10が時計回りの方向へ揺動し、そのク
ランプアーム10の前記の出力部10bが前記の金型2
から離間するのである。
【0024】前記の倍力機構30をより具体的に説明す
ると次の通りである。前記の押圧面37のテーパ面39
の傾斜角度は、ここでは、水平面に対して約7.5度に設
定してある。このため、そのテーパ面39のテーパ角度
は約15度である。なお、上記テーパ面39の傾斜角度
は、約5度から約15度の範囲であることが好ましく、さ
らに好ましい範囲は約7度から約12度である。また、前
記の第1カム面31aと第2カム面32aの傾斜角度
は、それぞれ、垂直面に対して約33度と約25度とに設定
してある。このため、前記の係合空間33の楔角度は、
約58度である。なお、上記の各カム面31a・32aの
傾斜角度は、それぞれ、約15度から約45度の範囲である
ことが好ましく、さらに好ましい範囲は約20度から約35
度である。
【0025】ちなみに、上記の各傾斜角度を適切な値に
設定することにより、前記クランプアーム10の押圧力
は前記ピストン20の駆動力の1.5倍から4倍程度とな
り、また、同上クランプアーム10のクランプ保持力は
同上のピストン20の駆動力の約5倍からほぼ無限大に
近い値となる。なお、上記のクランプ保持力とは、前記
のクランプ装置3のクランプ状態で前記の金型2に外力
が作用したときに、そのクランプ状態を保持できる力を
意味している。
【0026】また、上記の押圧面37の右端部に前記の
円弧面38を設けたので、次の長所を奏する。図1のア
ンクランプ状態から図2のクランプ状態へ切換えるとき
に、上記の円弧面38によって前記の係合ボール34を
前記の係合空間33の半径方向の内方へ急速に移動でき
る。このため、短いストロークで前記の押圧力とクラン
プ保持力とをフル能力にまで高めることが可能となる。
このため、上記ピストン20の全ストロークのうちのク
ランピング用ストロークの領域が大きくなる。
【0027】上記の実施形態は次のように変更可能であ
る。上記クランプ装置3の支持ブロック6は、上記ボル
スタ1の上面に取付けることに代えて、そのボルスタ1
の側面に取り付けてもよい。また、上記の支持ブロック
6の下部にT脚を設けて、そのT脚を、上記ボルスタ1
に設けたT溝または上記ボルスタ1に固定したガイドブ
ロックのT溝に嵌入してもよい。この場合、そのT脚を
備えたクランプ装置を空圧シリンダ等のアクチュエータ
によって上記のT溝の長手方向へ移動可能にすることが
好ましい。
【0028】前記の押圧面37の右部を、例示した円弧
面38に代えて急なテーパ面によって構成してもよい。
その急なテーパ面の傾斜角度は約30度(テーパ角度では
約60度)に設定することが考えられる。前記の係合部材
34は、例示のボールに代えてローラであってもよい。
このローラ形の係合部材は、許容面圧が大きいので、耐
久性に優れる。このため、クランプ装置3を長期間にわ
たってメンテナンスフリーで使用できるという長所があ
る。また、その係合部材34は、上記ボール又はローラ
等の転動体に代えて、楔状の摺動部材によって構成して
もよい。
【0029】前記の第1受圧部材31は、前記の出力ロ
ッド26とは別体に形成することに代えて、その出力ロ
ッド26と一体に形成してもよい。また、前記の第2受
圧部材32も、前記の右端壁16とは別体に形成するこ
とに代えて、その右端壁16と一体に形成してもよい。
また、前記の係合空間33は、半径方向の内方へすぼま
る形状であればよい。従って、前記の第1カム面31a
と第2カム面32aとのいずれか一方が平面であっても
差し支えない。
【0030】前記の後退手段42の前記の後退バネ47
は、例示した圧縮バネに代えて引っ張りバネであっても
よい。また、その後退バネ47の装着箇所は、例示した
箇所に限定されるものではなく、種々の箇所が考えられ
る。例えば、引っ張りバネの左端を前記の出力ロッド2
6の左部に接続すると共に上記の引っ張りバネの右端を
前記エンドプレート15に接続するのである。さらに
は、上記の後退手段42は、例示の後退バネ47に代え
て、圧縮空気等の圧力流体を利用することも可能であ
る。また、上記の後退バネ47を省略して、前記の戻し
バネ19の付勢力によって前記クランプアーム10を介
して前記の出力ロッド26を右方へ後退させることも可
能である。この場合、上記の戻しバネ19が前記の後退
手段を兼ねることになる。
【0031】前記の駆動手段50は、前記ピストン20
を第2室22へ向けて駆動するものであればよい。従っ
て、前記の第1室21内に装着したクランプ保持用の前
記の圧縮バネ25を省略してもよい。また、これに代え
て、上記の第1室21へ圧縮空気を供給せずに、上記の
圧縮バネ25だけによって上記ピストン20を駆動する
ようにしてもよい。この場合には、第1端壁である前記
エンドプレート15と前記の出力ロッド26との間に装
着した前記の左封止具28を省略可能であり、さらに
は、そのエンドプレート15の貫通孔15aに比較的に
大きな隙間をあけた状態で上記の出力ロッド26を挿入
するようにしてもよい。上記クランプ装置3の作動流体
は、圧縮空気に代えて、窒素等の他の種類の気体であっ
てもよく、さらには、圧油等の液体であってもよい。ま
た、上記クランプ装置3は、例示した金型2に代えてワ
ークピース等の他の種類の被固定物を固定するものであ
ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示し、クランプ装置のア
ンクランプ状態の縦断面図である。
【図2】上記クランプ装置のクランプ状態の縦断面図で
ある。
【符号の説明】 6…支持ブロック、10…クランプアーム、10a…支
点部、10c…入力部、13…シリンダ部分、15…第
1端壁(エンドプレート)、16…第2端壁(右端壁)、2
0…ピストン、21…第1室、22…第2室、26…出
力ロッド、26a…第1端(左端)、26b…第2端(右
端)、31…第1受圧部材、32…第2受圧部材、33
…係合空間、34…係合部材(係合ボール)、37…押圧
面、42…後退手段、47…後退バネ(圧縮バネ)、50
…駆動手段。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダ部分(13)に環状のピストン
    (20)を軸心方向へ移動可能で保密状に挿入し、上記シ
    リンダ部分(13)の第1端壁(15)と上記ピストン(2
    0)との間に第1室(21)を形成すると共に、同上シリ
    ンダ部分(13)の第2端壁(16)と同上ピストン(20)
    との間に第2室(22)を形成し、 上記ピストン(20)に出力ロッド(26)を軸心方向へ移
    動可能で保密状に挿入すると共に、その出力ロッド(2
    6)の第2端(26b)を前記の第2端壁(16)に軸心方
    向へ進退可能に支持し、上記の出力ロッド(26)を第2
    端方向へ後退させる後退手段(42)を設け、 上記の第2室(22)内で上記のピストン(20)と上記の
    出力ロッド(26)との間の環状空間に第1受圧部材(3
    1)と第2受圧部材(32)とを軸心方向に対面させ、こ
    れら第1と第2の受圧部材(31)(32)の間に環状の係
    合空間(33)を半径方向の内方へすぼまるように形成し
    て、その係合空間(33)に周方向へ所定の間隔をあけて
    複数の係合部材(34)を挿入し、 上記の第1受圧部材(31)を前記の出力ロッド(26)に
    連結すると共に、上記の第2受圧部材(32)を前記の第
    2端壁(16)に連結し、 前記の第1室(21)に設けた駆動手段(50)によって上
    記ピストン(20)を第2端方向へ駆動することにより、
    そのピストン(20)に設けた押圧面(37)が上記の係合
    部材(34)と上記の第1受圧部材(31)とを順に介して
    上記の出力ロッド(26)を第1端方向へ進出させ、 前記の第2室(22)に供給した圧力流体によって上記ピ
    ストン(20)を第1端方向へ復帰させると共に、前記の
    後退手段(42)によって上記の出力ロッド(26)を第2
    端方向へ後退させる、ことを特徴とするクランプ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載したクランプ装置におい
    て、 前記の出力ロッド(26)の第2端(26b)を前記の第2
    端壁(16)に保密状に挿入した、ことを特徴とするクラ
    ンプ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載したクランプ装置
    において、 前記の後退手段(42)が後退バネ(47)を備え、その後
    退バネ(47)を、前記の出力ロッド(26)と前記の第2
    端壁(16)との間に装着した、ことを特徴とするクラン
    プ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1から3のいずれか一項に記載し
    たクランプ装置において、 前記シリンダ部分(13)を支持ブロック(6)に固定し、
    その支持ブロック(6)にクランプアーム(10)の支点部
    (10a)を揺動自在に支持し、上記クランプアーム(1
    0)の入力部(10c)に前記の出力ロッド(26)の第1
    端(26a)を連結した、ことを特徴とするクランプ装
    置。
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