JP5680308B2 - クランプ装置 - Google Patents

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本発明は、クランプ装置に関する。
従来、車両のエンジンを構成するシリンダヘッドやシリンダブロック等のワークは、クランプ装置によって治具パレットに固定されて加工される。このようなワークを固定するクランプ装置として、特許文献1には、クランプ装置本体と、このクランプ装置本体に昇降自在かつ上方に突出するように設けられた軸部と、この軸部の上端部分に設けられ上方に向かって大径化するテーパ部と、このテーパ部に外嵌され拡大径側に弾性変形可能なグリップ部と、軸部を下方に駆動させる油圧シリンダと、軸部を上方に付勢するばね部材と、を備えるクランプ装置が提案されている。
このクランプ装置によれば、ワークを治具パレットに固定する場合、まず、ワークに設けられたクランプ穴にロッド部のテーパ部を挿入した状態で、油圧供給ポンプ等の動力源を駆動させて油圧シリンダに油を供給する。すると、油圧シリンダに供給された油の圧力(油圧)によりロッド部がばね部材の付勢力に抗して下方に移動してグリップ部を拡大径側に弾性変形させる。これにより、弾性変形したグリップ部がクランプ穴に係合し、このグリップ部のクランプ穴への係合力によりワークが治具パレットに固定される(クランプ状態)。
一方、ワークの治具パレットへの固定を解除する場合には、油圧供給ポンプの駆動を停止させる。すると、油圧シリンダに供給された油が油圧シリンダから流出して油圧が低下し、ばね部材の付勢力により下方に移動したロッド部は上方に復帰する。これにより、拡大径側に弾性変形したグリップ部は、元の形状に復帰してグリップ部とクランプ穴との係合は解除され、ワークの治具パレットへの固定は解除される(アンクランプ状態)。
特開2003−266262号公報
このように、以上のクランプ装置では、ワークを治具パレットに固定する場合に動力源を駆動させ、ワークの治具パレットへの固定を解除する場合に動力源を停止させている。そのため、特許文献1で提案されたクランプ装置では、ワークを治具パレットに固定した状態では常に動力源による動力の供給が必要であり、動力を常には供給できない治具パレットには、適用できない。
従って、本発明は、動力を常には供給できない治具パレットにも適用できワークを固定できるクランプ装置を提供することを目的とする。
本発明は、所定の面にクランプ穴が設けられたワークを固定するクランプ装置であって、
前記所定の面に当接される当接面が先端側に設けられたクランプ装置本体と、先端部が前記当接面側に位置し基端部が前記クランプ装置本体の内部に位置する軸部、及び該軸部の先端部に前記当接面から突出して設けられ先端側に向かって徐々に径が大きく形成されたテーパ部を有すると共に、軸方向に沿って進退可能なロッド部と、前記テーパ部の周面の少なくとも一部を覆うように配置され該テーパ部の径方向に変形可能なグリップ部と、前記クランプ装置本体の基端側に設けられるシリンダ部、及び該シリンダ部に摺動自在に配置され前記ロッド部の基端部に連結されるピストン部を有し、該シリンダ部に流体を流入させることで前記ロッド部を、該ロッド部が後退したクランプ位置から該ロッド部が前進したアンクランプ位置に駆動させるロッド駆動部と、前記クランプ装置本体の内部における前記ロッド駆動部と前記当接面との間に配置され前記ロッド部を前記クランプ位置側に付勢するばね部材と、を備えるクランプ装置に関する。
また、前記グリップ部は、前記当接面近傍に設けられ、前記グリップ部と前記ばね部材との間にばね受け部材を備え、前記ばね受け部材は、一方の面で前記ばね部材の前記当接面側の端部を受け止め、他方の面でグリップ部を受け止めることが好ましい。
また、本発明は、被加工部品を把持する部品加工用の把持装置であって、クランプ装置本体と、軸部及びテーパ部を有するロッド部と、前記テーパ部の径方向に変形可能なグリップ部と、前記クランプ装置本体の基端側に設けられるシリンダ部、及び該シリンダ部に摺動自在に配置され前記ロッド部の基端部に連結されるピストン部を有し、該シリンダ部に流体を流入させることで前記ロッド部を、該ロッド部が後退したクランプ位置から該ロッド部が前進したアンクランプ位置に駆動させるロッド駆動部と、前記クランプ装置本体の内部に配置され前記ロッド部を前記クランプ位置側に付勢するばね部材と、を備える部品加工用の把持装置に関する。
本発明によれば、動力を常には供給できない治具パレットにも適用できワークを固定できるクランプ装置を提供できる。
本発明のクランプ装置の一実施形態を示す正面図であり、クランプ状態を示す図である。 図1に示すクランプ装置のアンクランプ状態を示す図である。 本発明のクランプ装置によりワークとしてのシリンダヘッドがパレットに固定された状態を示す斜視図である。
以下、本発明のクランプ装置1の好ましい一実施形態につき、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明のクランプ装置1の一実施形態を示す正面図であり、クランプ状態を示す図である。図2は、図1に示すクランプ装置1のアンクランプ状態を示す図である。図3は、クランプ装置1によりワークWとしてのシリンダヘッドがパレットPに固定された状態を示す斜視図である。
本実施形態のクランプ装置1は、車両のエンジンを構成するシリンダヘッド(図3参照)やシリンダブロック等のワークWを載せて移動する治具パレットPに突出して設けられ、ワークWを治具パレットPの所定の位置に固定(クランプ)及びその固定を解除(アンクランプ)する装置である。ワークWには、クランプ装置1に着座するワークWの所定の面としての被着座面Waが形成されている。この被着座面Waには、下向きのクランプ穴Wbが形成されている。
図1に示すように、クランプ装置1は、クランプ装置本体10と、ロッド部としてのプルロッド20と、グリップ部としてのグリップ30と、ロッド駆動部としてのロッド駆動源40と、ばね部材としてのコイルばね404と、コイルばね404を受け止めるばね受け部材104と、クランプ装置本体10に設けられるワーク検知エア通路50及び塵埃除去エア通路60と、を備えて構成されている。
クランプ装置本体10は、後述する各部品を収納して保護すると共に、ワークWを着座させて、治具パレットPにワークWを支持する部材である。
クランプ装置本体10は、不図示のボルト等の取り付け部材によって、治具パレットPに固定されている。クランプ装置本体10は、上下方向を向いた貫通孔101を有し、全体が円筒状に形成されている。クランプ装置本体10の先端側に位置する頭部102は、裁頭円錐状に形成されている。この頭部102には、ワークWの所定の面としての被着座面Waに当接される当接面としてのワーク着座面102aが形成されている。
クランプ装置本体10の貫通孔101の基端部101aは、蓋部材103によって閉じられている。クランプ装置本体10の基端側(図1の下端側)で、貫通孔101の蓋部材103より上方の部分には、後述するロッド駆動源40を構成するシリンダ401が形成されている。
プルロッド20は、後述するグリップ30を径方向に広げる軸状の部材である。
プルロッド20は、先端部(図1で上端部)がクランプ装置本体10のワーク着座面102a側に位置し基端部がクランプ装置本体10の内部としての貫通孔101内に位置する軸部201と、この軸部201の先端部にワーク着座面102aから突出して設けられ先端側に向かって徐々に径が大きく形成されたテーパ部202とを備える。
軸部201は、基端側に位置する太径部201aと、先端側に位置する細径部201bとを備える。細径部201bとテーパ部202の周囲には、後述するグリップ30が位置している。テーパ部202は、細径部201bの先端側に設けられている。
以上のプルロッド20は、基端部(図1で下端部)が後述するピストン402に連結されている。そして、プルロッド20は、ピストン402の昇降にともなって、クランプ装置本体10の貫通孔101内を軸方向に沿って進退(昇降)可能に構成されている。
グリップ30は、クランプ装置本体10の貫通孔101の上部に配置されている。このグリップ30の上端部は、クランプ装置本体10の貫通孔101の上端部から突出している。
グリップ30は、ワークWのクランプ穴Wb内でプルロッド20の下降によって径方向に広がり、ワークWを治具パレットPに固定する。
グリップ30は、プルロッド20のテーパ部202の周面の少なくとも一部を覆うように配置され、そのテーパ部202の径方向に弾性変形自在に形成されている。本実施形態では、グリップ30は、円周方向で4分割された係合部材301と、係合部材301の基端部301aに装着されて、4つの係合部材301を互いに接近させる方向に弾力を加えている平面視C字状の集束ばね302とを備える(図1及び図2参照)。4つの係合部材301には、円形に配置された状態で内側の面に、基端側から先端側に向かって徐々に径が大きく形成されたテーパ面301bが形成されている。
このため、4つの係合部材301は、プルロッド20の下降によってテーパ部202がテーパ面301bを摺動して、集束ばね302に抗して径方向に広がり、ワークWを治具パレットPに固定するようになっている。
ロッド駆動源40は、プルロッド20を後退(下降)したクランプ位置(図1参照)から前進(上昇)したアンクランプ位置(図2参照)に駆動させる。プルロッド20のクランプ位置は、プルロッド20が下降して、グリップ30を広げ、グリップ30によってワークWを治具パレットPに固定(クランプ)させる位置である。また、プルロッド20のアンクランプ位置は、プルロッド20が上昇して、グリップ30をすぼませて、グリップ30による上記固定を解除(アンクランプ)させる位置である。
ロッド駆動源40は、クランプ装置本体10の基端側に設けられたシリンダ部としてのシリンダ401と、このシリンダ401に摺動自在(昇降自在)に配置されたピストン部としてのピストン402とを備える。
シリンダ401は、クランプ装置本体10の貫通孔101の一部分により構成されている。このシリンダ401の下部には、クランプ装置本体10の基端部10aに形成され治具パレットPの圧油通路POに接続される圧油通路403が接続されている。シリンダ401には、この圧油通路403を通じて、圧油Oが治具パレットPから供給される。
ピストン402は、プルロッド20の基端部に連結される。
コイルばね404は、クランプ装置本体10の内部としての貫通孔101におけるロッド駆動源40とワーク着座面102aとの間に配置されて、プルロッド20をクランプ位置側に付勢する。具体的には、コイルばね404は、ピストン402とばね受け部材104との間に設けられている。
ばね受け部材104は、貫通孔101のシリンダ401より上方の部分に設けられる。ばね受け部材104は、カップを下向きにした形状に形成されており、下面104aでコイルばね404の上端を受け止め、上面104bでグリップ30を受け止めるようになっている。ばね受け部材104には、プルロッド20が貫通するプルロッド貫通孔105が形成されている。
ワーク検知エア通路50は、治具パレットPの圧縮エア供給口PAに接続されて、クランプ装置本体10の筒状の肉厚部分を貫通し、クランプ装置本体10の頭部102にまで達している。ワーク検知エア通路50は、クランプ装置本体10の頭部102にワークWが載置されたか否かを検知するために形成されている。
ワーク検知エア通路50内の圧縮エアは、クランプ装置本体10の頭部102にワークWが載置されると、ワーク検知エア通路50の不図示の出口が塞がれて、出口が解放されているときよりも高圧になる。この圧力変化を不図示の圧力計が検知して、クランプ装置本体10の頭部102にワークWが載置されたことを検知する。
塵埃除去エア通路60は、治具パレットPの圧縮エア供給部PBに接続されて、蓋部材103、ピストン402及びプルロッド20を貫通してグリップ30に達している。塵埃除去エア通路60は、クランプ装置本体10の頭部102、グリップ30及びワークWのクランプ穴Wb等に付着している異物や塵埃を除去して、クランプ装置1にワークWを正しく載置させて、クランプ装置1の動作を確実に行えるようにするために形成されている。
以上のクランプ装置1には、このクランプ装置1を構成する部品同士の接触部に、気密性を保つための圧油漏れ防止Oリング70、圧縮エア漏れ防止Oリング71、圧縮エア漏れ防止Oリング72、及びピストンOリング73が装着されている。
圧油漏れ防止Oリング70は、クランプ装置本体10の圧油通路403と治具パレットPの圧油通路POとの接合部近傍のクランプ装置本体10に設けられている。この圧油漏れ防止Oリング70は、クランプ装置本体10の圧油通路403と治具パレットPの圧油通路POとの接合部から圧油Oが漏れるのを防止する。
圧縮エア漏れ防止Oリング71は、ワーク検知エア通路50と治具パレットPの圧縮エア供給口PAとの接合部近傍のクランプ装置本体10に設けられている。この圧縮エア漏れ防止Oリング71は、ワーク検知エア通路50と治具パレットPの圧縮エア供給口PAとの接合部から圧縮エアが漏れるのを防止する。
圧縮エア漏れ防止Oリング72は、塵埃除去エア通路60と治具パレットPの圧縮エア供給部PBとの接合部近傍のクランプ装置本体10に設けられている。この圧縮エア漏れ防止Oリング72は、塵埃除去エア通路60と治具パレットPの圧縮エア供給部PBとの接合部から圧縮エアが漏れるのを防止する。
ピストンOリング73は、ピストン402に設けられている。このピストンOリング73は、シリンダ401とピストン402との間から圧油Oがコイルばね404側に漏れるのを防止する。
次に、クランプ装置1の動作について説明する。
クランプ装置1は、ワークWを治具パレットPに固定するとき、コイルばね404の弾力によってクランプ穴Wb内で径方向に広がり、クランプ穴Wbを押圧するようになっている(図1参照)。また、クランプ装置1は、その固定を解除するとき、グリップ30が外部から供給される流体としての圧油Oによってすぼまり、クランプ穴Wbから離れるようになっている(図2参照)。
より具体的には、図1に示すように、クランプ装置1は、使用していないとき、コイルばね404によってピストン402が押し下げられてプルロッド20がクランプ位置に位置している。このため、プルロッド20は、テーパ部202によって、グリップ30の4つの係合部材301を集束ばね302に抗して押し広げ、グリップ30を開いた状態にしている。
この状態において、ワークWを治具パレットPに載置するとき、ワークWは、クランプ装置1の頂部に載置される。しかし、ワークWが頂部に載置されるとき、グリップ30をすぼめないと、グリップ30をワークWのグリップ30孔に挿入することができない。
そこで、図2に示すように、シリンダ401に圧油Oが供給される。すると、ピストン402がコイルばね404に抗して上昇させられて、ピストン402に設けられているプルロッド20も上昇させられる。そして、プルロッド20のテーパ部202は、グリップ30から上方へ離れる。これにより、グリップ30の4つの係合部材301は、集束ばね302によって互いに接近し、グリップ30は、すぼまった状態になる。この結果、グリップ30は、クランプ穴Wb内に進入することができる形状になる。
その後、不図示の昇降装置は、ワークWを下降させて、このワークWをクランプ装置1の頂部に接近させる。また、ワークWの下降にともなって、不図示のエアコンプレッサが始動する。すると、圧縮エア供給口PA及び圧縮エア供給部PBからワーク検知エア通路50及び塵埃除去エア通路60に圧縮エアが供給される。
塵埃除去エア通路60の出口から流出する圧縮エアは、クランプ装置本体10の頭部102、グリップ30及びワークWのクランプ穴Wb等に付着している異物や塵埃を除去して、クランプ装置1にワークWを正しく載置させ、クランプ装置1の動作を確実に行える状態にする。
また、ワーク検知エア通路50の出口がワークWによって塞がれると、ワーク検知エア通路50内の圧縮エアの圧縮圧が上昇する。この圧力変化を不図示の圧力計が検知して、クランプ装置本体10の頭部102にワークWが載置されたことを検知する。仮に、所定時間内に頭部102にワークWが載置されたことが検知されないときには、不図示の報知装置がワークWの載置状態が異常であることを報知する。
ワークWがクランプ装置1の頂部に載置されると、圧油Oの供給が停止される。すると、ピストン402は、上昇を停止して、コイルばね404の弾力と、ピストン402及びプルロッド20の自重とによって下降する。また、ピストン402の下降にともなって、シリンダ401内の圧油Oは治具パレットP側に押し戻される。また、プルロッド20もピストン402と一体に下降する。
図1に示すように、グリップ30は、プルロッド20の下降にともなって下降して、ばね受け部材104の上面104bに受け止められると下降が停止させられる。しかし、プルロッド20は、下降を継続してテーパ部202が4つの係合部材301の内側に進入して、4つの係合部材301を径方向に押し広げてクランプ穴Wbの内壁に押圧させる。プルロッド20は、係合部材301をクランプ穴Wbに押し付けた時点で、それ以上下降することができないので下降を停止する。グリップ30が下降を停止してから、プルロッド20が下降する距離は、図1の符号Sで示す距離である。
このようにして、グリップ30は、コイルばね404の弾力によってプルロッド20が下降する事で径方向に広がり、クランプ穴Wbの内壁を押圧して、ワークWを治具パレットPに固定する。即ち、クランプ装置1は、コイルばね404の弾力によってワークWを治具パレットPに固定したことになる。
ワークWをクランプ装置1から取り外すには、クランプ装置1に圧油Oを供給する。すると、ピストン402とプルロッド20がコイルばね404に抗して上昇する。すると、グリップ30の4つの係合部材301は、集束ばね302の弾力によってすぼまり、ワークWのクランプ穴Wbの内壁から離れる。よって、ユーザは、ワークWをクランプ装置1から取り外すことができる。
以上説明した本実施形態のクランプ装置1によれば、以下のような効果を奏する。
クランプ装置1を、シリンダ401に圧油Oを流入させることでプルロッド20をクランプ位置からアンクランプ位置に駆動させるロッド駆動源40と、プルロッド20をクランプ位置側に付勢するばね部材と、を含んで構成した。これにより、ワークWの治具パレットPの固定(クランプ)は、クランプ装置1内のコイルばね404の弾力によって行うことができ、ワークWの治具パレットへの固定の解除(アンクランプ)は、外部から供給される圧油Oによって行うことができる。よって、クランプ状態においては動力源からの動力の供給を必要としないので、動力を常には供給できない治具パレットPにも使用できる。
また、本実施形態のクランプ装置1は、ワークWを治具パレットPに固定しているとき、圧油Oの供給が不必要であると次の効果を奏する。
(1)治具パレットPの構造を簡素化することができる。
(2)治具パレットPを複数枚使用するトランサー方式の設備にも使用することができる。
(3)治具パレットPの移動中にワークWが治具パレットPから落下することを防止して、安全性を確保することができる。また、ワークWの損傷を防止することもできる。
また、コイルばね404をピストン402とばね受け部材104との間に配置して、プルロッド20をクランプ位置側に付勢させた。これにより、コイルばね404の弾力の外に、ピストン402とプルロッド20との自重もグリップ30をクランプ状態にするのに役立てられる。よって、ワークWを治具パレットPに確実に固定できる。
また、グリップ30とコイルばね404との間にばね受け部材104を設けた。これにより、プルロッド20がクランプ位置に後退した場合に、ばね受け部材104によりグリップ30を受け止められる。よって、グリップ30がプルロッド20の後退に伴って後退することを防止できるので、グリップ30を確実に作動させられ、ワークWを治具パレットPに確実に固定できる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、本実施形態では、クランプ装置1は、圧油Oによって作動するようになっているが、圧油Oの代わりに圧縮エアを使用してもよい。
また、クランプ装置1は、ワークWの形状、重量、加工方法等によって、治具パレットPに設けられる位置や数が決まるが、本発明では、治具パレットPに設けられる位置や数については限定されない。
また、クランプ装置1は、治具パレットPに設けられてワークWを治具パレットPに固定するようになっているが、ワークWを移動させる台車、車両等の移動体に設けられてワークWを固定することができる。即ち、クランプ装置1は、治具パレットPのみに設けられるものではない。
また、本実施形態では、本発明を、ワークWをクランプするクランプ装置に適用したが、これに限らない。即ち、本発明を、例えば、種々の加工が施される車体の構成部品等の被加工部品を把持するための部品加工用の把持装置に適用してもよい。
1 クランプ装置
10 クランプ装置本体
101 貫通孔(クランプ装置本体の内部)
102 頭部(先端側)
102a ワーク着座面(着座面)
104 ばね受け部材
104a ばね受け部材の一方の面(下面)
104b ばね受け部材の他方の面(上面)
20 プルロッド(ロッド部)
201 軸部
202 テーパ部
30 グリップ(グリップ部)
40 ロッド駆動源(ロッド駆動部)
401 シリンダ(シリンダ部)
402 ピストン(ピストン部)
403 圧油通路
404 コイルばね(ばね部材)
P 治具パレット
W ワーク
Wa 被着座面(所定の面)
Wb クランプ穴
O 圧油(流体)

Claims (3)

  1. ワークを固定するクランプ装置であって、
    前記ワークが着座する着座面が先端側に設けられるクランプ装置本体と、
    軸部及びテーパ部を有するロッド部と、
    前記テーパ部の周面の少なくとも一部を覆うように円周方向で複数に分割されて配置される係合部材及び該複数に分割されて配置される係合部材を互いに接近させる方向に弾力を加える集束ばねを備え、前記テーパ部の径方向に変形可能なグリップ部と、
    前記クランプ装置本体の基端側に設けられるシリンダ部、及び該シリンダ部に摺動自在に配置され前記ロッド部の基端部に連結されるピストン部を有し、該シリンダ部に流体を流入させることで前記ロッド部を、該ロッド部が後退したクランプ位置から該ロッド部が前進したアンクランプ位置に駆動させるロッド駆動部と、
    前記クランプ装置本体の内部に配置され前記ロッド部を前記クランプ位置側に付勢するばね部材と、
    前記ロッド部及び前記ピストン部を前記軸部の軸方向に沿って貫通して前記グリップ部に達するよう形成され、前記グリップ部にエアを供給可能とする塵埃除去エア通路と、
    前記クランプ装置本体の筒状の肉厚部分を貫通した上で、前記着座面に達するよう形成されるワーク検知エア通路と、を備えるクランプ装置。
  2. 前記グリップ部は、前記クランプ装置本体と前記ワークとの当接面近傍に設けられ、
    前記グリップ部と前記ばね部材との間にばね受け部材を備え、
    前記ばね受け部材は、一方の面で前記ばね部材の前記当接面側の端部を受け止め、他方の面で前記グリップ部を受け止める請求項1に記載のクランプ装置。
  3. 被加工部品を把持する部品加工用の把持装置であって、
    前記ワークが着座する着座面が先端側に設けられるクランプ装置本体と、
    軸部及びテーパ部を有するロッド部と、
    前記テーパ部の周面の少なくとも一部を覆うように円周方向で複数に分割されて配置される係合部材及び該複数に分割されて配置される係合部材を互いに接近させる方向に弾力を加える集束ばねを備え、前記テーパ部の径方向に変形可能なグリップ部と、
    前記クランプ装置本体の基端側に設けられるシリンダ部、及び該シリンダ部に摺動自在に配置され前記ロッド部の基端部に連結されるピストン部を有し、該シリンダ部に流体を流入させることで前記ロッド部を、該ロッド部が後退したクランプ位置から該ロッド部が前進したアンクランプ位置に駆動させるロッド駆動部と、
    前記クランプ装置本体の内部に配置され前記ロッド部を前記クランプ位置側に付勢するばね部材と、
    前記ロッド部及び前記ピストン部を前記軸部の軸方向に沿って貫通して前記グリップ部に達するよう形成される塵埃除去エア通路と、
    前記クランプ装置本体の筒状の肉厚部分を貫通した上で、前記着座面に達するよう形成されるワーク検知エア通路と、を備える部品加工用の把持装置。
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