JP2002346862A - クランプ装置 - Google Patents

クランプ装置

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JP2002346862A
JP2002346862A JP2001155045A JP2001155045A JP2002346862A JP 2002346862 A JP2002346862 A JP 2002346862A JP 2001155045 A JP2001155045 A JP 2001155045A JP 2001155045 A JP2001155045 A JP 2001155045A JP 2002346862 A JP2002346862 A JP 2002346862A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 クランピング用バネによって強力にクランプ
する。 【解決手段】 ハウジング5内に伝動スリーブ11を軸
心方向へ移動自在に挿入し、その伝動スリーブ11の筒
孔11aにクランプロッド7を挿入する。上記の伝動ス
リーブ11の上端部に複数の係合ボール12を支持し
て、これら係合ボール12を、上記クランプロッド7の
被係合部9に係合する係合位置と同上の係合を解除する
係合解除位置Yとに移動可能に構成する。上記の伝動ス
リーブ11に外嵌した操作具30を、切換手段32によ
って、上記の係合ボール12を上記の係合位置へ切り換
える操作状態と、同上の係合ボール12が上記の係合解
除位置Yへ切り換わるのを許容する操作解除状態Dとに
移動させる。上記の伝動スリーブ11をクランピング用
バネ13によってクランプ駆動し、そのクランピング用
バネ13を流体圧ピストン19によってアンクランプ駆
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、ワークピースや
金型などの被固定物をワークパレットやテーブル等に固
定するためのクランプ装置に関し、より詳しくいえば、
上記の被固定物をバネの付勢力によって固定する形式の
クランプ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種のバネ式クランプ装置には、従来
では、日本国・特開平10−217057号公報に示す
ように、複数枚の皿バネの付勢力によってクランプロッ
ドをクランプ駆動するように構成したものがある。上記
の従来技術では、クランプ時に、まず、上記の皿バネの
伸長の前半期に上記クランプロッドの被係合部に係合ボ
ールを係合させ、次いで、その伸長の後半期に上記の係
合ボールを介して上記クランプロッドをクランプ駆動す
るようにしてある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では次
の問題がある。皿バネ等の圧縮バネは、伸長していくに
つれて付勢力が小さくなるので、その伸長の後半期には
クランプ力が非常に小さくなってしまう。この弊害を解
消するため、大形で強力なバネを採用することが考えら
れる。しかし、この場合には、バネ高さやバネ径が大き
くなってクランプ装置が大形になるという弊害が新たに
発生する。本発明の目的は、強力で小形のクランプ装置
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から図4、又は図
5に示すように、クランプ装置を次のように構成した。
クランプロッド7の被係合部9に係合する係合位置Xと
同上の係合を解除する係合解除位置Yとに移動する係合
具12を設ける。クランピング用バネ13が上記の係合
具12を介して上記クランプロッド7をクランプ駆動す
ると共に、流体圧ピストン19が上記クランピング用バ
ネ13をアンクランプ駆動するように構成する。上記の
係合具12を移動させる操作具30を設ける。その操作
具30は、切換手段32によって、上記の係合具12を
前記の係合位置Xへ移動させる操作状態Cと同上の係合
具12が前記の係合解除位置Yへ移動するのを許容する
操作解除状態Dとに切り換えられる。
【0005】上記の請求項1の発明は、例えば、同上の
図1から図4に示すように、次のように作用する。図1
に示すように、前記のクランプロッド7と前記の係合具
12とが分離した状態では、前記の流体圧ピストン19
の下側に圧油等の圧力流体を供給してその流体圧ピスト
ン19を上昇させ、これにより、前記のクランピング用
バネ13が上向きに圧縮されている。また、前記の切換
手段32によって前記の操作具30が下方の操作解除状
態Dに切り換えられ、これにより、上記の係合具12が
係合解除位置Yへ移動している。
【0006】クランプ時には、まず、図2に示すよう
に、上記クランプロッド7の被係合部9を上記の係合具
12に対面させる。次いで、図3に示すように、前記の
切換手段32によって前記の操作具30を操作状態Cへ
上昇させて上記の係合具12を前記の係合位置Xへ切り
換える。その後、図4に示すように、前記の流体圧ピス
トン19の下側から前記の圧力流体を排出して前記のク
ランピング用バネ13を伸長させ、そのクランピング用
バネ13の付勢力を上記の係合具12を介して上記クラ
ンプロッド7に作用させる。
【0007】上記の請求項1の発明は次の効果を奏す
る。上記の係合具を係合解除位置から係合位置へ移動さ
せた後、前記クランピング用バネを伸長させ始めるの
で、そのクランピング用バネの伸長の前半期の強力な付
勢力をクランプロッドに作用させることが可能となり、
大きなクランプ力を確保できる。しかも、本発明は、前
述の従来例とは異なり、上記の大きなクランプ力を確保
するうえで大形のクランピング用バネを採用する必要が
ないので、クランプ装置を小形に造れる。従って、クラ
ンプ力を強力にすることとクランプ装置を小形に造るこ
ととを両立できた。また、上記のクランピング用バネ
は、クランプストロークのときだけに伸長させればよい
ので、前述の従来例と比べて伸長量が少なくなる。この
ため、前記の流体圧ピストンのアンクランプ用ストロー
クが小さくてすむ。その結果、上記の流体圧ピストンを
アンクランプ駆動するための圧力流体の供給量が少なく
なり、省エネルギのクランプ装置を提供できる。さら
に、圧力流体の供給量が少なくてすむことからアンクラ
ンプ時の動作時間も短くなる。
【0008】請求項2の発明に示すように、上記の請求
項1の発明には次の構成を加えることが好ましい。ハウ
ジング5内に伝動スリーブ11を軸心方向へ移動自在に
挿入して、その伝動スリーブ11に前記の係合具12を
支持すると共に、上記の伝動スリーブ11の筒孔11a
に前記クランプロッド7を挿入可能に構成し、前記クラ
ンピング用バネ13の付勢力を、上記の伝動スリーブ1
1と上記の係合具12とを順に介して前記クランプロッ
ド7に伝達するように構成する。上記の請求項2の発明
は、上記の伝動スリーブの筒孔にクランプロッドを挿入
した状態で前記の被係合部に上記の係合具を係合できる
ので、その係合を確実に行うことが可能となり、クラン
ピングのミスを防止できる。
【0009】請求項3の発明に示すように、上記の請求
項2の発明においては、前記の操作具30を環状に形成
して、その環状の操作具30を前記の伝動スリーブ11
の外周面に軸心方向へ移動可能に外嵌することが好まし
い。その請求項3の発明は、上記の操作具を簡素かつコ
ンパクトに造れるという作用効果を奏する。
【0010】請求項4の発明に示すように、上記の請求
項1から3の各発明においては、前記の切換手段32
が、前記の操作具30を前記の操作状態Cへ移動させる
押圧バネ33と同上の操作具30を前記の操作解除状態
Dへ移動させる別の流体圧ピストン34とを備えること
が好ましい。その請求項4の発明は、上記の切換手段を
簡素かつコンパクトに造れるという作用効果を奏する。
【0011】請求項5の発明に示すように、上記の請求
項4の発明においては、前記の別の流体圧ピストン34
を、周方向に所定の間隔をあけて配置した複数のピスト
ン部分35によって構成することが好ましい。その請求
項5の発明は、クランプ装置のハウジングの端壁に上記
の複数のピストン部分を収容することが可能となるの
で、上記ハウジングの高さを低くしてクランプ装置をさ
らにコンパクトに造れる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1から図4は、本発明の第1実
施形態を示している。図1の断面図において、符号1
は、被固定物であるワークピース2を支持するためのパ
レットである。そのパレット1には貫通孔3が複数形成
されており(ここでは1つだけ図示してある)、各貫通孔
3にクランプ装置4のハウジング5が上側から挿入さ
れ、そのハウジング5が上記のパレット1の上面に固定
される。上記ハウジング5の上面によって支持面Sが構
成されている。上記のワークピース2の下面が基準面R
として予め機械加工されており、その基準面Rに形成し
たメネジ穴(図示せず)にクランプロッド7が着脱自在に
ネジ止めされている。そのクランプロッド7の先端に
は、ネジ回し用の六角形部分8と後述する被係合部9と
が設けられている。
【0013】上記のワークピース2をマシニングセンタ
によって加工するときには、上記の図1の姿勢で上記ワ
ークピース2を下降させていく。すると、まず、図2に
示すように、上記のクランプロッド7が、上記ハウジン
グ5内の伝動スリーブ11の筒孔11aへ挿入されると
共に、上記ワークピース2の基準面Rが上記ハウジング
5の上面の支持面Sによって受け止められる。次いで、
図3に示すように、上記の伝動スリーブ11に支持した
複数の係合ボール(係合具)12を係合位置Xへ切り換え
る。その後、図4に示すように、クランピング用バネ1
3によって上記の伝動スリーブ11と上記の係合ボール
12とを介して上記クランプロッド7を下向きに引っ張
り、これにより、上記ワークピース2を上記の支持面S
に固定する。
【0014】引き続いて、上記パレット1をマシニング
センタ内へ搬入し、その後、そのワークピース2の六面
のうちの前記の基準面Rを除いた五面を上記マシニング
センタによって連続的に加工する。上記の加工が完了す
ると、まず、上記マシニングセンタから上記パレット1
を搬出し、次いで、前述のクランプ状態を解除して上記
パレット1から上記ワークピース2を取り外し、その
後、そのワークピース2から前記クランプロッド7を取
り外すのである。
【0015】上記クランプ装置4の詳細な構造を図2に
よって説明する。そのクランプ装置4の前記ハウジング
5は、前記の貫通孔3に嵌入される下ハウジング部分1
5と、その下ハウジング部分15の上部に複数の短ボル
ト(図示せず)によって固定した上ハウジング部分16と
からなる。上記の下ハウジング部分15が複数の長ボル
ト(図示せず)によって前記パレット1に固定される。
【0016】上記の上ハウジング部分16にガイド孔1
8が形成される。また、上記の下ハウジング部分15内
の中空スペースの下部に環状の第1ピストン(流体圧ピ
ストン)19が保密状に挿入される。その第1ピストン
19と上記の下ハウジング部分15の下壁15aとの間
に第1作動室20が形成され、その第1作動室20が上
記の下ハウジング部分15の周壁15b内の縦通路21
を経て第1給排口22に連通される。上記の第1ピスト
ン19と上記の周壁15bの段部24との間に前記のク
ランピング用バネ13が装着される。そのクランピング
用バネ13は、ここでは、2枚の皿バネ25を同じ向き
に重ねてバネセットを構成して、そのバネセットを向き
を違えた状態で7段積層させてある。
【0017】前記の伝動スリーブ11の下フランジ26
が前記の第1ピストン19に下側から接当されるととも
に、その下フランジ26と上記の第1ピストン19との
間に第1環状隙間27が形成される。上記の伝動スリー
ブ11と前記の下壁15aとの間に戻しバネ28が装着
される。前記の伝動スリーブ11の周壁の上部に、周方
向へ所定の間隔をあけて前記の複数の係合ボール12が
支持される。また、上記の伝動スリーブ11の外周面に
環状の操作具30が軸心方向へ移動可能に外嵌される。
その操作具30の内周面には、大径周面30aと傾斜周
面30bと小径周面30cとを上下方向に形成してあ
る。また、上記の操作具30の外周面と前記の周壁15
bとの間には第2環状隙間31が形成されている。
【0018】上記の操作具30の切換手段32は、前記
クランピング用バネ13と直列に配置されて上記の操作
具30を押上げる押圧バネ33と、同上の操作具30を
押下げる第2ピストン(別の流体圧ピストン)34とを備
える。その第2ピストン34は、周方向に所定の間隔を
あけて配置した複数のピストン部分35によって構成さ
れ、各ピストン部分35の上側にそれぞれ第2作動室3
6が形成される。各第2作動室36は、横孔38と、前
記の上ハウジング部分16の外周面に形成した周溝39
とを経て、第2給排口40に連通される。また、前記の
伝動スリーブ11の前記の筒孔11a内に蓋部材42が
上下移動自在に挿入され、その蓋部材42の上部とガイ
ドロッド43の下部との間に進出バネ44が装着され
る。
【0019】上記クランプ装置4の作動を上記の図1か
ら図4によって説明する。図1に示すように、前記ワー
クピース2に固定したクランプロッド7を上記ハウジン
グ5に挿入し始めるときには、前記の第1給排口22に
圧油を供給すると共に前記の第2給排口40に圧縮空気
を供給して、上記クランプ装置4をクランプ解除状態へ
切り換えておく。より詳しくいえば、前記の第1作動室
20に供給された圧油の圧力によって前記の第1ピスト
ン19が前記クランピング用バネ13を上向きに圧縮し
て、前記の伝動スリーブ11が戻しバネ28によって上
向きに移動している。また、前記の第2作動室36に供
給された圧縮空気の圧力によって前記のピストン部分3
5が前記の操作具30を操作解除状態Dに下降させてい
る。このため、前記の進出バネ44によって上昇した前
記の蓋部材42が前記の複数の係合ボール12を外方の
係合解除位置Yへ移動させている。
【0020】さらに、同上の図1に示すように、クリー
ニング流体の供給口(図示せず)から連通路47へ供給し
たクリーニング用の圧縮空気が、前記の第2環状隙間3
1を通って前記の上ハウジング部分16の下面の複数の
噴出口48から多量に吐出される(破線矢印参照)。この
ため、前記の蓋部材42の上面や前記クランプロッド7
の下部に付着している塵埃や切り粉等の異物が、上記の
吐出された圧縮空気によって吹き飛ばされて清掃され
る。また、上記のクリーニング用の圧縮空気は、前記の
伝動スリーブ11の貫通孔11bと、その伝動スリーブ
11の筒孔11aと上記の蓋部材42の外周面との嵌合
隙間49を通って上向きに吐出するので、その嵌合隙間
49も清掃される。
【0021】上記の図1の状態で上記ワークピース2を
下降させていくと、前記クランプロッド7の下端の前記
の六角形部分8が上記の蓋部材42を下向きに押込んで
いき、これにより、そのクランプロッド7が前記の伝動
スリーブ11の筒孔11a内に嵌入されていく。上記ク
ランプロッド7の挿入開始時において、前記ガイド孔1
8の軸心とクランプロッド7の軸心とが心ズレしている
場合には、前記の2つの環状隙間27・31の存在によ
って前記の伝動スリーブ11および操作具30が水平方
向へ移動して上記の心ズレが自動的に修正される。これ
により、図2に示すように、上記クランプロッド7が伝
動スリーブ11の筒孔11aへスムーズに挿入されると
共にワークピース2の基準面Rが前記の上ハウジング部
分16の前記の支持面Sに受け止められる。
【0022】上記のクランプロッド7の挿入中には、前
記のガイド孔18と上記クランプロッド7の外周面との
隙間が狭められるので、その隙間を前記の圧縮空気が勢
いよく流れて、そのクランプロッド7の外周面が十分に
清掃される。また、同上のクランプロッド7の挿入中に
は、その挿入抵抗に抗して伝動スリーブ11が戻しバネ
28によって図示の上昇位置に保持される。このため、
前記クリーニング用の圧縮空気が前記の噴出口48から
求心方向へ勢い良く吐出されて、その圧縮空気によって
前記の被係合部9が強力に清掃される。その結果、上記
の被係合部9と前記の係合ボール12との後述の係合時
において、係合ミスを防止できる。さらに、上記ワーク
ピース2の基準面Rが上記の支持面Sに受け止められる
直前では、これら両面R・S間の隙間が狭められてその
隙間を上記の圧縮空気が勢いよく流れるので(図2中の
一点鎖線矢印参照)、その圧縮空気によって上記の両面
R・Sを強力に清掃できる。このため、上記ハウジング
5に対してワークピース2を精度よく位置決めできる。
【0023】次いで、図3に示すように、前記の第2作
動室36内の圧縮空気を前記の第2給排口40から排出
すると、前記の押圧バネ33が前記の操作具30を操作
状態Cへ上昇させる。これにより、まず、その操作具3
0の前記の傾斜周面30bが前記の係合ボール12を係
合位置Xへ切り換え、次いで、上記の操作具30の前記
の小径周面30cが上記の係合ボール12を上記の係合
位置Xに保持する。
【0024】引き続いて、図4に示すように、前記の第
1作動室20内の圧油を前記の第1給排口22から排出
する。すると、前記クランピング用バネ13が前記の第
1ピストン19を介して前記の伝動スリーブ11を下向
きに駆動し、これにより、その伝動スリーブ11が前記
の複数の係合ボール12と前記クランプロッド7とを順
に介して前記ワークピース2を下向きに引っ張り、その
ワークピース2が前記パレット1に固定される。上記の
図4において、参照符号Mはクランプストロークを示
し、参照符号Nは余裕ストロークを示している。なお、
前記の図3において、参照符号Aは全ストロークを示し
ている。
【0025】上記の図4のクランプ状態を解除するとき
には、まず、図3に示すように、前記の第1作動室20
へ圧油を供給して、前記の第1ピストン19を前記クラ
ンピング用バネ13に抗して上昇させる。次いで、図2
に示すように、前記の第2作動室36へ圧縮空気を供給
する。すると、前記のピストン部分35が前記の操作具
30を下降させ、前記の係合ボール12がフリーになる
(なお、ここでは、上記の係合ボール12が既に遠心方
向へ移動して係合解除位置Yへ切換えられた状態を示し
ている)。その後、前記ワークピース2を上向きに移動
させる。すると、前記クランプロッド7の前記の被係合
部9が上記の複数の係合ボール12を上記の係合解除位
置Yへ退避させるので、そのクランプロッド7がスムー
ズに抜き取られる。これと同時に、前記の蓋部材42が
進出バネ44によって図1の位置へ復帰される。
【0026】図5は、第2実施形態を示している。この
第2実施形態においては、上記の第1実施形態の構成部
材と同じ機能の部材には原則として同一の符号を付けて
説明する。この第2実施形態は、上記の第1実施形態と
は次の点で異なる。前記の第1ピストン19の上面と前
記クランピング用バネ13の下端との間に押圧リング6
1が装着され、そのクランピング用バネ13の付勢力が
上記の押圧リング61を介して前記の伝動スリーブ11
の下フランジ26に加わるようになっている。また、前
記の第2ピストン34は、1つの環状部材によって構成
されて前記のハウジング5の上部に保密状に挿入され
る。
【0027】上記の各実施形態は次のように変更可能で
ある。前記の第1ピストン19をアンクランプ駆動する
圧力流体は、例示の圧油に代えて、他の種類の液体であ
ってもよく空気等の気体であってもよい。また、前記の
第2ピストン34を下向きに駆動する圧力流体は、例示
の圧縮空気に代えて、他の種類の気体であってもよく圧
油等の液体であってもよい。また、上記の第1ピストン
19と第2ピストン34とを個別に駆動するための構造
は、前記の2つの作動室20・36に所定の時間差を設
けて圧力流体を給排する構造であればよい。例えば、前
記の2つの給排口22・40に対して個別に圧力流体を
給排することに代えて、一つの給排口をシーケンス弁を
介して上記の2つの作動室20・36に連通させてもよ
い。なお、前記の操作具30を操作状態Cと操作解除状
態Dとに切換える切換手段32は、例示した押圧バネ3
3と第2ピストン34との組合せに限定されないことは
勿論である。
【0028】前記のクランピング用バネ13は、例示し
た皿バネに代えて、圧縮コイルバネによって構成しても
よい。前記の係合具は、例示の係合ボール12に代えて
揺動カムなどの他の種類の係合具であってもよく、複数
個で構成することに代えて1つのもので構成することも
可能である。前記の伝動スリーブ11は、前記の第1ピ
ストン19とは別体に形成することに代えて、その第1
ピストン19と一体に形成してもよい。さらには、上記
の伝動スリーブ11を省略することも可能である。この
場合、上記の係合ボール12を弾性体を介して前記の操
作具30に支持することが考えられる。
【0029】前記のクリーニング流体は、圧縮空気に代
えて窒素ガス等の他の種類の気体であってもよく、さら
には、液体であってもよい。クランプ装置4によってク
ランピングされる被固定物は、例示のワークピース2に
代えて、金型等の他の種類の物であってもよい。この場
合、上記クランプロッド7は、その被固定物に常に取付
けられたものであってもよく、その被固定物と一体に形
成したものでもよい。ワークピース2等の被固定物は、
前記のハウジング5の上面に受け止めることに代えて、
前記パレット1の上面によって受け止めるように構成し
てもよい。この場合、上記のハウジング5は上記パレッ
ト1の下面に固定することが考えられる。上記の被固定
物は、複数のクランプ装置4によって固定されるものに
代えて、1つのクランプ装置4によって固定されるもの
であってもよい。上記の被固定物とクランプ装置4との
連結および連結解除の方向は、例示した上下方向に代え
て、水平方向または斜め方向であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示し、クランプ装置の
ハウジングにクランプロッドを挿入し始めた状態の断面
図である。
【図2】上記ハウジングに上記クランプロッドを挿入し
終えた状態を示し、上記の図1に類似する拡大図であ
る。
【図3】上記ハウジング内の係合ボールを係合位置へ移
動させた状態を示し、上記の図2に類似する図である。
【図4】上記クランプロッドをクランプ駆動した状態を
示し、同上の図2に類似する図である。
【図5】本発明の第2実施形態を示し、上記の図2に類
似する図である。
【符号の説明】
5…ハウジング、7…クランプロッド、9…被係合部、
11…伝動スリーブ、11a…筒孔、12…係合具(係
合ボール)、13…クランピング用バネ、19…流体圧
ピストン(第1ピストン)、30…操作具、32…切換手
段、33…押圧バネ、34…別の流体圧ピストン(第2
ピストン)、35…ピストン部分、C…操作具30の操
作状態、D…操作具30の操作解除状態、X…係合具1
2の係合位置、Y…係合具12の係合解除位置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3C016 BA02 CA07 CB02 CC01 3J022 DA15 DA16 DA18 EA17 EB03 EC22 ED23 FA02 FB07 FB12 GA30 GB05

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クランプロッド(7)の被係合部(9)に係
    合する係合位置(X)と同上の係合を解除する係合解除位
    置(Y)とに移動する係合具(12)と、その係合具(12)
    を介して上記クランプロッド(7)をクランプ駆動するク
    ランピング用バネ(13)と、そのクランピング用バネ
    (13)をアンクランプ駆動する流体圧ピストン(19)
    と、上記の係合具(12)を上記の係合位置(X)へ切り換
    える操作状態(C)と同上の係合具(12)が上記の係合解
    除位置(Y)へ切り換わるのを許容する操作解除状態(D)
    とに移動する操作具(30)と、その操作具(30)を上記
    の操作状態(C)と上記の操作解除状態(D)とに切り換え
    るための切換手段(32)とを備える、ことを特徴とする
    クランプ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1のクランプ装置において、 ハウジング(5)内に伝動スリーブ(11)を軸心方向へ移
    動自在に挿入して、その伝動スリーブ(11)に前記の係
    合具(12)を支持すると共に、上記の伝動スリーブ(1
    1)の筒孔(11a)に前記クランプロッド(7)を挿入可
    能に構成し、 前記クランピング用バネ(13)の付勢力を、上記の伝動
    スリーブ(11)と上記の係合具(12)とを順に介して前
    記クランプロッド(7)に伝達するように構成した、こと
    を特徴とするクランプ装置。
  3. 【請求項3】 請求項2のクランプ装置において、 前記の操作具(30)を環状に形成して、その環状の操作
    具(30)を前記の伝動スリーブ(11)の外周面に軸心方
    向へ移動可能に外嵌した、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のいずれかのクランプ装
    置において、 前記の切換手段(32)が、前記の操作具(30)を前記の
    操作状態(C)へ移動させる押圧バネ(33)と同上の操作
    具(30)を前記の操作解除状態(D)へ移動させる別の流
    体圧ピストン(34)とを備える、ことを特徴とするクラ
    ンプ装置。
  5. 【請求項5】 請求項4のクランプ装置において、 前記の別の流体圧ピストン(34)を、周方向に所定の間
    隔をあけて配置した複数のピストン部分(35)によって
    構成した、ことを特徴とするクランプ装置。
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