JPH10506581A - グリップ力の大きいロック機構を有するツールユニットクランプ装置 - Google Patents

グリップ力の大きいロック機構を有するツールユニットクランプ装置

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JPH10506581A JP8528395A JP52839596A JPH10506581A JP H10506581 A JPH10506581 A JP H10506581A JP 8528395 A JP8528395 A JP 8528395A JP 52839596 A JP52839596 A JP 52839596A JP H10506581 A JPH10506581 A JP H10506581A
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Abstract

(57)【要約】 ツールユニット(10)をツールサポーター(37)に着脱可能に接続するための保持力が増強されたクランプ装置(35)を提供する。クランプ装置(35)はハウジング(41)と、ハウジング(41)内に一対の対向するロック球(57a、b)と、ハウジング(41)内において差し込み工具サポートツールユニット(10)に組み合わせ可能に取り付けられた、ロック球(57a、b)をロック位置から非ロック位置へと移動させるために側壁に一対の対向する開口部を有する円箇形キャニスター部材(39)と、及び軸(A)に沿ってキャニスター部材(39)の内部を往復移動することが可能であって、キャニスターの開口部(55a、b)を通してロック球(57a、b)をツールユニット(10)にある球受け開口(20)の対向する傾斜壁(30)に楔状に係合させるために放射方向に移動させるためのカム部分(64a、b)を有するロックロッド(60)と、を含む。ロック球(57a、b)とツールユニット(10)の傾斜壁(30)との間の楔的作用の機械的利点を拡大するために、キャニスター部材(39)の開口部の壁(56)は、開口部の壁(56)とツールユニットの壁(30)との間の角度を減少させるためにロックロッドの軸(A)から放射方向に延びるライン(R)に関して傾斜されている。このように傾斜させることによって、ロック球(57a、b)とツールユニット(10)の傾斜壁(30)との間の楔的ロック係合力が増強される。好適な実施の形態において、開口部の壁(56)は先述の放射方向のライン(R)に関して15°に傾斜されており、これによりクランプ装置(35)の保持力は30%増加される。

Description

【発明の詳細な説明】 グリップ力の大きいロック機構を有するツールユニットクランプ装置 発明の背景 本発明は一般に、ツールユニットをツールサポーターに着脱可能に連結するた めの改善されたロックロッドクランプ装置に関し、特にグリップ力の大きいこの ような装置に関する。 ツールユニットをツールサポーターに着脱可能に連結するためのクランプ機構 は当技術分野において良く知られている。このような機構が使用される1つの典 型的な例は、回転する金属加工物と切削係合したり離されたりする切削差し込み 工具(インサート)をツールユニットが保持する加工操作における使用である。 クランプ装置によって、異なる切削差し込み工具を保持する異なるツールユニッ トのツールサポーターへの素早い着脱が可能となり、このツールサポーターは加 工物に対するツールユニットの移動を制御する装置に接続されている。 商業的に最も成功を収めているクランプ機構の1つに、ツールユニットの管型 端部に組み合わせ可能(matable)で且つロック要素をツールユニットにある凹 部にロック係合させるための開口部を含む円筒形キャニスター部材がある。典型 的には球形であるロック要素は、往復運動ロックロッドにあるカム表面によって キャニスター部材の開口部を通って放射方向に移動する。このようなクランプ機 構の例は、エリックソンの米国特許第4、708、040号、第4、747、7 35号、第4、836、068号、及び第4、932、295号に開示されてお り、これらはそれぞれ、ケンナメタル社(Kennametal Inc.)(ペンシルバニア 州、ラトローブ)に譲渡されている。 このような従来技術のクランプ機構が図4に表されている。ここでは、キャニ スター9の遠位端62の横断面図が表されている。この遠位端62は、部材3 9の壁を通る円箇形の穴である開口部54aを含む。開口部54aを形成するこ の円形穴の内径は、球形ロック要素57aの外径とほぼ同じ大きさである。往復 運動ロックロッド60は、球形の窪み66を有するカム部分64aを含み、この 窪み66は傾斜68へと先細りしている。球形ロック要素57aが窪み66内に 着座し、ロックロッド60がスプリング74(図3に図示)のバイアスに対して キャニスター39の遠位端の方へ動かされてそのストップフランジ70が図3に 表された位置にくると、球形要素57aは非ロック位置になる。この非ロック位 置によって、ツールユニット10の管状シャンク16は環状凹部59の中に挿入 される。しかし、スプリング74が開放されてロックロッド60をこの位置から 図4に表された位置へと離してしまうと、カム部分64aの傾斜は球形ロック要 素57aを押しつけて(楔状に)係合し、これを図示されたロック位置へと持ち 上げる。このような位置では、この球形ロック要素はツールユニット10の傾斜 壁30に対して楔状にロックする。 このような従来技術のロック機構は、ツールユニットをツールサポーターに素 早く、便利に、且つしっかり固定させることができることが分かっているが、本 発明の出願人は、このような機構の性能が実質的に改善されることができる分野 を研究した。特に、本発明の出願人は、スプリングパッケージがロックロッドに 加える引き戻し力を増大させることなくツールユニットに加えるクランプ力を増 大させることにより、同じ保持力を達成するのにより小さくて短いスプリングパ ッケージを使用することができるようにクランプ機構を改良することができるか どうかについて研究した。このような小さなスプリングパッケージの利点は、ツ ールの包絡線を縮めることにより、クランプ機構を組み込んだツールシステムを 作業環境においてより簡単且つ便利に使用できるようになることである。更に、 パッケージ(典型的にはベルビルワッシャー、Bellville washers)で使用され るスプリングの寿命は長くなるであろう。あるいは、通常サイズのスプリングパ ッケージが使用される場合は、クランプ機構とツールユニットとの間の保持力は 増大し、従ってツールの剛性が増し、切削操作の正確性が強化されるであろう。 明らかに、このようなクランプ機構がツールユニットに関して所与の引き戻し 力でロックロッドに加える保持力を増強させて、小さなスプリングパッケージを 使用してツールの包絡線の全体的な大きさを小さくするか、又は従来サイズのス プリングパッケージを用いてツールの剛性及び切削の正確性を強化させることを 可能とする方法が発見できれば、非常に有利である。理想的には、このような保 持力増強方法は先述のタイプの従来のクランプ機構を最小限の分解と加工を行っ て改良されたクランプ機構に簡単に変えることができるように、既存の部品の形 状に加える必要のある修正はわずかであるべきである。 発明の概要 大まかに言うと、本発明はツールユニットをツールサポーターに着脱可能に連 結させる、保持力が向上された、先述の基準の全てを満たすクランプ機構である 。 本発明のクランプ機構は、少なくとも1つのロック要素(球形であってもよい )と、ツールユニットと組み合わせ可能であり且つその壁を通してロック球を通 すための開口部を有するキャニスターと、及びキャニスター部材の中を長手方向 の軸に沿って往復移動可能で且つキャニスターの開口部を通してロック球をツー ルユニットの壁に楔状にロック係合させるために移動させるカム部分を有するロ ックロッドとを含み、キャニスターの開口部の壁は円箇状ではなく(即ちロック ロッドの長手方向の軸に直行しない)、その代わり、この軸から放射方向に延び るラインに関して傾斜されていて、ロック要素とツールユニットとの間の楔状ロ ック係合力を増大させる。 このように開口部の壁に角度をつけることによって、ロック球とロックロッド のカム部分によって放射方向に外側に移動させられたときにこのロック球によっ て係合されるツールユニットの壁との間の機械的利点を増大させることにより、 楔状係合力が増大される。好適な実施の形態において、この開口部の壁はロック ロッドの軸から放射方向に延びるラインに関して約5°〜20°、より好ましく はこの放射方向のラインに関して約7°〜15°の角度をなす。ロック球に係合 するツールユニットの壁がこの放射方向のラインに関して約50°〜60°の角 度で係合するので、ロック球はより浅い角度でツールユニットの壁に楔状に係合 し、これによりツールユニットに対する係合に関する機械的利点を増大させる。 本発明は、単にキャニスター部材の回転軸に関して直行するのではなく傾斜し た開口部をキャニスター部材に開けることによって従来技術のクランプ機構に組 み込むことができるで、本発明は最小限の加工操作で既存のクランプ機構に容易 に組み込むことができる。更に、本発明をクランプ機構に組み込むと保持力が3 0%増すので、本発明により、包絡線を減少させる、及び寿命が長いという全て の利点を有する小さなスプリングパッケージを使用することかできる。 図面の簡単な説明 図1は、本発明のクランプ機構により固定されたタイプのツールユニットの斜 視図である。 図2は、図1に示されたツールユニットをライン2−2で切り取った側断面図 である。 図3は、図1及び図2のツールユニットをツールサポーターに着脱可能に接続 する本発明のクランプ機構の側断面図である。 図4は、ツールユニットをツールサポーターに接続する従来技術のクランプ機 構の拡大側断面図である。 図5は、ツールユニットをツールサポーターに接続する本発明のクランプ機構 の拡大側断面図であって、特にキャニスター部材の開口部の角度によってロック 球とツールユニットの傾斜壁との間の楔状クランプ力をどのように増大させるか を表す。 好適実施例の詳細な記述 図1及び図2を参照すると、本発明のクランプ機構に使用されるツールユニッ ト10は、切削工具を保持するための前端部12、及びツールサポーターへの接 続のための後方管状シャンク16を有する。前端部12は窪み又はポケット14 を含み、この窪み又はポケット14はインデックス可能切削差し込み工具、ロッ クブラケット、及びシム(図示せず)を受け取るための通常のデザインである。 前端部12と管状シャンク16との間の接続部分は環状受面17であり、この受 面17は、クランプ機構によりツールユニットがこのようなサポーターに連結さ れているときはツールサポーターの環状面に係合する。この受面は平らであり、 管状シャンク16の回転軸に関して直行方向に向けられている。 図2に示したように、管状シャンク16は、一片のスチールでできたツールユ ニット10の前端部12と一体化して好ましくは形成され、円錐台形である。シ ャンク16は、本明細書中に記載されているクランプ機構の球形ロック要素を受 け取るための一対の対向する開口18a、bを含む。開口18a、bの壁20の 円周の周りは完璧な円筒形ではなく、そのかわりにシャンク16とクランプ機構 の球形ロック要素との間のロック係合を容易にするための傾斜壁部分30(図2 に図示)を含む。管状シャンク16の内部表面22は、ロック機構のキャニスタ ー部材の外側表面に密接して噛み合わされるように実質的に円筒形である(以下 手短かに説明する)。シャンクの外側表面24は、ツールユニット10とツール サポーターとの間の結合を中央に寄せて固定するために円錐台形である。対向す る開口18a、bに対して直行するように位置合わせスロット26及び28が配 置されている。これらのスロット26、28はクランプ機構のキャニスター部材 39にある突起キー(図示せず)にフィットし、開口18a、bとクランプ機構 の球形ロック要素との間の位置合わせをする。 図3を参照すると、本発明のクランプ機構35は、図示したようなツールサポ ーターハウジング37の中に配置されている。クランプ機構は、カップリング部 材43よりなるハウジング41内に取り付けられた円箇形キャニスター部材39 を含む。結合部材43は、カップリング部材43とツールユニット10とが結合 されたとき、先述のツールユニット10の受面17に対面する環状受面44にお いてその遠位端で終端する。ツールサポーターのハウジング37は、結合部材4 3の後ろに配置された支持プレート45を更に有する。キャニスター部材39は 、ボルト49によって結合部材43に固定された環状フランジ47によって、ハ ウジング41に固定されている。結合部材43はボルト51によって支持プレー ト45に固定されている。従って、キャニスター部材39はクランプ機構35の 操作中、ロックロッド60に関して固定されたままであり、このことについては 簡単に後述する。 キャニスター部材39の遠位端53は、球形のロック要素57a、bを仮線で 示した位置に移動させる1対の対向する開口部55a、bを含む。開口55a、 bの壁が、(壁が軸Aに関して直角である)円筒形の穴ではないということが重 要である。むしろ、壁56の角度が軸A(ロックロッド60の移動軸でもある) から放射方向に延びるラインに関して傾斜されている。以下により詳細に記載す るように、開口部の壁をこのように傾斜させることによって、ロック球57a、 bがツールユニット10の傾斜壁30に対して加える楔状のロックカが増大され る。ロック球57a、bを仮に表して示したように、これらの壁56を傾斜させ ることによって、ロック操作中にこの球を放射方向に移動させると同時に僅かに 軸方向に移動させる。 キャニスター部材39及びロック球57a、bに加えて、本発明のクランプ機 構35はロックロッド60を更に含み、このロックロッド60は図3に表された 非ロック位置から同図に表された仮線の位置まで軸Aに沿って往復移動が可能で ある。ロックロッド60は、キャニスター部材39の遠位端53の中に同心に配 置され且つそれに関してスライド状に移動可能である遠位端62を有する。遠位 端62は、ロック球57を一般に放射方向に移動させてツールユニット10とロ ック係合させるための対向するカム部分64を含む。カム部分64はそれぞれ、 ロック球57の形状に部分的に補足的な形状をした窪み66、及び、この窪み6 6の片側からロッド60の遠位端62に延びる傾斜68を含む。ロックロッド6 0の基部端は、キャニスター39の基部端72.5にスライド状に往復運動可能 な円箇形シャフト72を含む。ロックロッド60のシャフト72は、スプリング 保持器73(図示されたように環状フランジの形状を有してもよい)で終端する 。スプリング(ベルビルワッシャーの形状を有してもよい)74は、プレート4 5と保持器73との間でキャニスター部材の基部端72.5の外側表面の回りを スライド可能且つ同心に配置されている。これらのワッシャー74は通常押圧さ れており、ロックロッド60が引き返し位置(仮線で示す)にバイアスされてロ ック球57a、bを仮線で表したロック位置に引き出すように、該ロックロッド 60に長手方向の引張力を加える。 本発明の操作については、図4及び図5を参照して以下に記載する。先述の通 り、図4は従来技術のクランプ機構を表し、キャニスター部材39の開口部55 a、bの壁55.5は円箇形であり、軸Aから放射方向に延びるラインRに平行 である。このようなクランプ機構では、ロックロッド60は圧縮されたベルビル ワッシャー74によって引っ張られたとき、ロック球56a、bはカム部分64 a、bの傾斜部分68によって放射方向に引き出される。引き出されたとき、ロ ック球57a、bは、ツールユニット10の開口部18a、bの部分を形成する 傾斜壁30とロック係合する。このようなロック機構において、ツールユニット 10の壁30は放射方向のラインRに対して角度B(約30°〜40°、最も好 ましくは35°)に傾斜している。開口部55a、bの壁55.5は放射方向の ラインRに平行なので、ロック球57a、bの基部端は角度B(図中では35° で図示)で傾斜壁30に楔状にロック係合する。 これに対し、図5に表された本発明のクランプ機構では、キャニスター部材3 9の開口部55a、bの壁56は軸Aから放射方向に延びるラインRに関して角 度Cに傾斜している。好適な実施の形態において、角度Cは5°〜20°、より 好ましくは10°〜15°である。従って、ロックロッド60のカム部分64a ,bの各々の傾斜68がロック球57a、bをツールユニット10の方へ外側へ と放射方向に押し出すとき、開口部55a、bの傾斜壁56は球をツールユニッ ト10の傾斜壁30の中に約35°の角度Bではなく、約15°〜25°、最も 好ましくは20°のより小さい角度Dで導く。ロック球57a、bの基部端とツ ールユニット10の傾斜壁30との間の角度が小さいと(即ち35°に対して2 0°)、球57a、bの丸い表面とツールユニット10の傾斜壁30との間の楔 的作用において大きな機械的利点が生じる。この大きな機械低利点により、同じ 数且つ同じタイプのベルビルワッシャー74を使用した場合に、図4に表された 従来技術のクランプ機構によって生成されるクランプ力よりも30%のオーダー で大きなクランプ力が生じる。あるいは、図5に表されたクランプ機構35は、 より少ない数のベルビルワッシャー74を含むか又はより小さなワッシャー74 を含むスプリングパッケージを用いて機構35の包絡線を短くし、図4のクラン プ機構と同じ量のクランプ力を生成することができるであろう。図5のクランプ 機 構35はまた、ワッシャー74が許容可能なクランプ力を生成するためにロック ロッド60に加えなければならない応力及び疲労の量を減少することによって、 スプリングパッケージに使用されるベルビルワッシャー74の寿命を長くするこ ともできる。 本発明を特定の実施の形態に関して記載したが、本発明の様々な補正、修正、 及びバリエーションが可能であることは、当業者には明白であろう。このような 全てのバリエーション、追加、及び修正を本発明の範囲内に含むことを意図し、 本発明の範囲は添付した請求の範囲によってのみ制限される。
【手続補正書】 【提出日】1997年11月26日 【補正内容】 (1)明細書第1ページ第24行目の「遠位端62」(2か所)をそれぞれ『遠 位端53』に改める。 (2)明細書第7ページ第1行目の「開口部55」を『開口部54』に改める。 (3)明細書第7ページ第4行目の「ロック球56a」を『ロック球57a』に 改める。 (4)明細書第7ページ第9行目の「開口部55」を『開口部54』に改める。
───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 壁(56)は、開口部の壁(56)とツールユニットの 壁(30)との間の角度を減少させるためにロックロッ ドの軸(A)から放射方向に延びるライン(R)に関し て傾斜されている。このように傾斜させることによっ て、ロック球(57a、b)とツールユニット(10) の傾斜壁(30)との間の楔的ロック係合力が増強され る。好適な実施の形態において、開口部の壁(56)は 先述の放射方向のライン(R)に関して15°に傾斜さ れており、これによりクランプ装置(35)の保持力は 30%増加される。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.ツールユニットをツールサポーターに着脱可能に接続するためのクランプ 装置であって、前記ツールユニットがロック要素を係合するための壁を有し、 ハウジングを含み、 前記ハウジングの内部に移動可能なロック要素を含み、 前記ツールユニットの内部に組み合わせ可能に前記ハウジングに取り付けられ たキャニスター部材を含み、前記キャニスター部材は当該部材の壁を通して前記 移動可能ロック要素を導くための開口部を有し、 軸(A)に沿って前記キャニスター部材の内部で往復移動可能であって、前記 キャニスター部材の前記開口部を通って前記ロック要素を移動させて前記ツール ユニットの壁に楔状にロック係合するためのカム部分を有するロックロッドを含 み、 前記キャニスター部材の前記開口部の壁が前記軸(A)に関して放射方向に伸 びるライン(R)に関して傾斜されており、前記開口部の壁が、当該開口部の壁 が前記ライン(R)に平行な場合よりもより前記ツールユニットに平行である狭 い角度で前記ロック要素を前記ツールユニットの壁の中に導き、前記ロック要素 と前記ツールユニットの壁との間の機械的利点を増大させることによって前記ロ ック要素と前記ツールユニットとの間の楔状ロック係合力を増大させる、 クランプ装置。 2.ツールユニットをツールサポーターに着脱可能に接続するためのクランプ 装置であって、前記ツールユニットがロック要素を楔状に係合するための壁を有 し、 ハウジングを含み、 前記ハウジングの中に少なくとも1つの移動可能なロック要素を含み、 前記ツールユニットに組み合わせ可能な外部を有するキャニスター部材を含み 、前記キャニスター部材は前記移動可能ロック要素を当該部材の壁を通して導く ための開口部を有し、 軸(A)に沿って前記キャニスター部材の内部で往復移動可能であり、且つ前 記キャニスター部材の前記開口部を通して前記ロック要素を放射方向に移動させ て前記ツールユニットの前記壁に機械的に有利に楔状にロック係合するためのカ ム部分を有するロックロッドを含み、 前記キャニスター部材の前記開口部の壁が前記軸(A)から放射方向に伸びる ラインに関して傾斜されており、前記開口部の壁は、当該開口部の壁が前記ライ ン(R)に平行である場合よりも前記ツールユニットの壁により平行であるよう な小さな角度で前記ロック要素を前記ツールユニットの前記壁に導き、前記ロッ ク要素と前記ツールユニットの壁との間の機械的利点を拡大することによって前 記ロック要素と前記ツールユニットとの間の楔的ロック係合力を増大させる、 クランプ装置。 3.前記ロック要素かロック球であり、前記開口部の壁が前記軸A軸から放射 方向に延びる前記ライン(R)に関して5°より大きく且つ20°より小さい角 度に傾斜されている、請求項2に記載のクランプ装置。 4.前記ツールユニットの壁が前記軸(A)軸から放射方向に延びるライン( R)に関して約50°〜60°の角度で傾斜されている、請求項3に記載のクラ ンプ装置。 5.前記ツールユニットの壁に隣接する前記開口部の壁の片側のみが傾斜され ている、請求項2に記載のクランプ装置。 6.1対の前記ロック要素を含み、前記キャニスター部材が1対の対向する開 口部を含み、前記ロックロッドが1対の対向するカム部分を含み、前記ツールユ ニットが前記ロック要素を係合するための1対の対向する壁を含む、請求項2に 記載のクランプ装置。 7.前記開口部の壁が前記軸(A)軸から放射方向に延びる前記ライン(R) に関して約10°の角度で傾斜されており、前記ツールユニットの壁が前記ライ ン(R)に関して約55°の角度で傾斜されている、請求項2に記載のクランプ 装置。 8.ツールユニットをツールサポーターに着脱可能に接続するためのクランプ 装置であって、前記ツールユニットがロック球を楔状に係合するための壁を有し 、 ハウジングを含み、 前記ハウジング内部に少なくとも1つの移動可能ロック球を含み、 前記ハウジングの中に取り付けられ且つ前記ツールユニットに組み合わせ可能 な外部を有するキャニスター部材を含み、前記キャニスター部材は、当該部材の 壁を通して前記移動可能ロック球を導くための壁を有する開口部を有し、 軸(A)に沿って前記キャニスター部材の内部で往復移動可能であり、前記開 口部を通して前記ロック球を放射方向に移動させて、前記軸(A)から放射方向 に延びるライン(R)に関して傾斜された前記ツールユニットの前記壁に機械的 に有利に楔的に係合して前記ユニットを前記キャニスター部材にロックするため のカム部分を有するロックロッドを含み、 前記キャニスター部材の開口部の壁もまた前記ライン(R)に関して傾斜され ており、前記開口部の壁は、前記壁が前記ライン(R)に平行である場合よりも 前記ツールユニットの壁により平行であるような小さな角度で前記ロック球を前 記ツールユニットの前記壁に導き、前記ロック球と前記ツールユニットの壁との 間の機械的利点を拡大することによって前記球と前記ツールユニットとの間の楔 的ロック係合力を増大させる、 クランプ装置。 9.前記開口部の壁が前記放射方向のライン(R)に関して約7°〜15°の 角度に傾斜されている、請求項8に記載のクランプ装置。 10.前記ツールユニットの壁が前記軸(A)軸から放射方向に延びる前記ラ イン(R)に関して約50°〜60°の角度で傾斜されている、請求項9に記載 のクランプ装置。 11.前記開口部の壁が前記ライン(A)から放射方向に延びる前記ライン( R)に関して約10°の角度に傾斜されており、前記ツールユニットの壁が前記 ライン(R)に関して約55°の角度で傾斜されている、請求項8に記載のクラ ンプ装置。 12.ツールユニットをツールサポーターに着脱可能に接続するためのクラン プ装置であって、前記開口部がハウジングと、前記ハウジングに取り付けられて いてツールユニットと組み合わせ可能であり且つロック要素を通す少なくとも1 つの開口部を含むキャニスター部材と、軸(A)に沿って往復移動可能で且つ前 記キャニスターの開口部を通してロック要素を放射方向に移動して前記軸(A) から放射方向に延びるライン(R)に関して傾斜された前記ツールユニットの壁 に機械的に有利に楔状のロック係合をするためのカム部分と、を有するタイプで あり、前記キャニスターの開口部の壁が前記放射方向のライン(R)に関して平 行であり、 前記キャニスター部材の開口部の壁は前記放射方向のライン(R)に関して傾 斜されており、前記開口部の壁は、当該開口物の壁が前記ライン(R)に関して 平行である場合よりも小さな角度で前記ロック要素を前記ツールユニットの壁に 導き、ロック要素とツールユニットの壁との間の機械的利点を増大させることに よって前記ロック要素と前記ツールユニットとの間の楔状ロック係合力を増大さ せる、 クランプ装置。 13.前記ロック要素がロック球であり、前記開口部の壁が前記軸(A)より放 射方向に延びるライン(R)に関して約7°〜15°の角度に傾斜されている、 請求項12に記載のクランプ装置。 14.前記ツールユニットの壁が前記軸(A)より放射方向に延びるライン( R)に関して約50°〜60°の角度に傾斜されている、請求項12に記載のク ランプ装置。
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