スイング式とリニア式のクランプシリンダは、治具に関する異なる課題を解決します。スイングクランプはアームを搬入エリアから退避させ、その後、短い直線ストロークでワークを支持部に押し付けます。直動クランプは1軸に沿って動きます。選定では、クリアランス、力、反力荷重、必要な安全状態を追跡して比較してください。
違いは単純に見えますが、カタログ上の名称が分かりにくくすることがあります。スイングクランプはアングルグリッパではなく、直動クランプが自動的に高推力クランプになるわけでもありません。有効な比較はシリンダのボア径ではなく、ワークから始めます。
要点
- Festo CLRは90°のスイングと10-50 mmのクランプストロークを組み合わせています。
- 25 mmのCLRは、クランプフィンガー使用時に6 barで188 Nの有効力を発生します。
- クランプパッドの力は、圧力、アーム形状、支持位置、製品の制限値に左右されます。
- 空気圧が失われた場合は、定義済みでリスク評価済みの機械応答が必要です。
スイング式とリニア式のクランプシリンダの根本的な違いは何か
FestoはCLRシリーズ全体について、90°のスイベル角度と、別個の10-50 mmの直線クランプストロークを指定しています（Festo CLRデータシート、2014年）。そのためスイングクランプは押し下げる前に搬入エリアを空けますが、直動クランプは1本の直線経路に沿って接近し、クランプします。
スイングクランプシリンダは、ストロークの一部でピストンロッドがガイドされたらせん経路に沿い、クランプアームをワークに近づけたり退避させたりするリニア／スイベルユニットです。アームがクランプ姿勢に到達すると、残りのピストン動作は直線になります。意図したクランプ荷重を生むのは回転ではなく、この最後の動きです。
直動クランプは、1軸に沿って力を加えるアクチュエータまたは直線クランプモジュールです。障害物のない接近経路が必要ですが、治具内でアームを旋回させません。ワークを別の側から搬入できる場合、力の方向とセンシングを簡素化できます。
関連する装置には、別途評価が必要です。
| 装置 | 出力動作 | 主な設計上の問い |
|---|---|---|
| リニア／スイングクランプ | 回転後に直線クランプストローク | アームはワークを避け、力とモーメントの制限内に収まるか |
| 直動クランプ | 直線的な接近と復帰 | 軸方向のクリアランス、ガイド、構造支持は十分か |
| パワークランプまたはトグルクランプ | 形状によって力が変わるリンク機構の動作 | 選択したアーム長さと角度でメーカーが定格する力はどれか |
| 空圧グリッパ | 対向ジョーの動作 | ジョーの力と摩擦で搬送中のワークを保持できるか |
| ピンクランプ | 穴を通して位置決めまたはクランプ | 穴の公差、位置決め機能、引き抜き経路は適合するか |
この分類は重要です。対向ジョーで自由な部品を搬送するなら、グリッパの計算を使います。クランプアームでワークを治具のロケータに押し付けるなら、治具に生じる反力を解析します。動作方式を広く比較する場合は、リニアアクチュエータとロータリアクチュエータを参照してください。
「スイング」という言葉が表すのは退避動作であり、力の増幅を保証するものではありません。これをレバー機構の分類として扱うと、シリンダやアームの選定、治具の計算を誤ります。
空圧スイングクランプシリンダはどのように動作を完了するか
Festo CLRの総ストロークはスイングストロークとクランプストロークの合計であり、シリーズの動作範囲は2～10 barです（Festo CLRデータシート、2014年）。アームは、最後の軸方向動作がワークに荷重を加える前に、退避回転を完了する必要があります。
通常のクランプシーケンスは次のとおりです。
- アームが後退し、搬入エリアから旋回退避している間にワークを搬入します。
- ピストンがガイドされたスイング部分を前進します。
- アームがクランプパッドの上方に指定角度で到達します。
- ピストンが直線クランプストロークを移動します。
- パッドがワークを治具の支持部とロケータに押し付けます。
- 解除時は、アームが旋回退避する前に軸方向荷重を取り除きます。
回転中にアームがワークをこすってはいけません。スイング段階で接触すると、ワークに傷が付き、意図しない横荷重が生じ、ロケータに到達する前にワークがずれたり、ガイドが固着したりする可能性があります。ワークが少し高い位置にある場合はどうなるでしょうか。治具には、接触せずに回転を完了できる十分な垂直クリアランスが必要です。
スイング方向も重要です。右仕様と左仕様は同じシリンダ外形でも、機械内の異なる空間を旋回することがあります。アーム全体、ボルト頭、パッド、チューブ、センサケーブル、切削工具、ロボットグリッパ、作業者の搬入経路を、両端位置で確認してください。上面から見た円弧だけでは、すべての衝突を明らかにできません。
流量制御は動作時間を変えますが、許容アームを定義し直すものではありません。Festoは、特注フィンガーを圧力に応じたアーム長さの制限内に収めることを求め、許容力と許容トルクを指定しています（Festo CLR技術データ、2014年）。高速サイクルのために特注アームを使う場合は、速度を上げる前に長さ、質量、重心、許容動荷重を確認してください。
シリンダの力からパッドのクランプ力へ
Festoは6 barで25 mm CLRの理論力を227 Nとしていますが、クランプフィンガー使用時の有効力は、ストローク終端の5 mm手前で測定して188 Nにすぎません（Festo CLRデータシート、2014年）。この17%の差は、スイング力に普遍的な倍率を適用できない理由を示しています。
ピストンがボア全断面に作用する単純な構成では、まず次式を使います。
ここで、はピストン面積（m²）、はボア径（m）です。理想的な圧力×面積の結果は、実際の差圧と損失を考慮して補正する必要があります。
この式で、はシリンダの使用可能な軸方向力（N）、はピストン両側の差圧（Pa）、はシール摩擦など指定された損失を表します。クランプストロークをロッド側で発生させる場合は、ボア全断面積ではなく環状面積を使います。
以下の理想的な伸長推力は、6 barのゲージ圧を使用し、摩擦、圧力降下、背圧、製品固有の制限を無視しています。
| ボア径 | ピストン面積 | 6 barでの理想力 | 証明しないこと |
|---|---|---|---|
| 32 mm | 804 mm² | 483 N | パッドの有効力またはアーム容量 |
| 50 mm | 1,963 mm² | 1,178 N | 治具の保持容量 |
| 80 mm | 5,027 mm² | 3,016 N | 回転中の安全な動荷重 |
| 100 mm | 7,854 mm² | 4,712 N | トグルクランプまたはパワークランプの力 |
アームがスイングするという理由だけで、この表の値を4倍してはいけません。メーカー供給のスイングフィンガーでは、有効力の表と許容アーム長さの曲線を使います。パワークランプでは、指定されたボア径、圧力、アーム長さ、閉じ角度での定格クランプ力曲線を使います。特注リンク機構では、各ピボットと各損失を個別に解析してください。
シリンダ力計算ツールで、圧力×面積の計算を確認できます。荷重は分かっていてボア径が不明な場合は、シリンダボア径計算ツールで初期ボア径を見積もれます。どちらのツールも、クランプメーカーのアーム曲線や治具レベルの力の釣り合いに代わるものではありません。
治具の荷重経路とクランプ配置
Carr Laneは自由なワークに12方向の動きがあり、クランプがワークを押さえる前にロケータが位置を決めると説明しています（Carr Laneの位置決め・クランプ原理、2026年7月19日取得）。クランプはワークを曲げるのではなく、ロケータまたは支持された剛性領域へ力を向ける必要があります。
ロケータが基準を定め、支持部が主な反力を受け、クランプがワークを着座させます。パッドが支持されていない壁を押す場合や、クランプ方向がワークをロケータから持ち上げる場合、クランプシリンダが繰り返し動作しても加工品の精度は得られません。
単純なアームでは、根元の曲げモーメントは次式です。
ここで、はアーム根元のモーメント（N·m）、はパッドの力（N）、は荷重線からアーム支持部までの垂直距離（m）です。同じパッド力なら、アーム長さを2倍にするとモーメントも2倍になります。たわみと慣性も増加する可能性があります。
治具全体では、ロケータと支持点まわりの釣り合いを確認する必要があります。切削力、工具の進入・退出荷重、重力、ロボット加速度、溶接変形、排出力を含めてください。摩擦は助けになりますが、滑りが重大な結果を招く場合に、確実な反力面の代わりにしてはいけません。
大きなクランプシリンダを使うと、剛性の低い治具の精度が下がることがあります。支持部から離れた位置に大きな力を加えると、ワークの変形とフレームの開きが増えるため、「ニュートン数が大きい」ことが自動的に安全な修正になるわけではありません。
可能な限り、パッドは強固な支持部の上に配置し、アクチュエータロッドやスイベルガイドに外部の案内荷重を受けさせないでください。接近方向がずれている場合は、治具設計を確定する前にリニアシリンダの横荷重対策を確認してください。
スペースと取付けの制約は選定をどう変えるか
DESTACO 8116スイングクランプは総ストローク0.85 inで、そのうち0.47 inが回転中に発生し、5 barで18 lbfの定格です（DESTACO 8116、2026年7月19日取得）。この値は、スイングによる退避と最終クランプ移動が別々の外形確認項目であることを示します。
作業者やロボットがクランプ点の上方へ自由にアクセスする必要がある場合、スイングクランプが有利になることが多いです。ボディは治具の近くに置けますが、回転アームには3次元の旋回包絡が必要です。むき出しのシリンダモデルではなく、許容される最大長さのアームと実際のパッドを使って、その空間を確認してください。
直動クランプは横方向の旋回を避けられます。回転アームなら工具に当たる狭いネストの横にも配置できます。代わりに、接近と後退のための軸方向スペースが必要です。ワークをその方向から搬入する場合、直線クランプ自体が避けたかった障害物になる可能性があります。
| 設計上の問い | スイングクランプ | 直動クランプ |
|---|---|---|
| ワーク上方からの搬入アクセス | アームを旋回退避できる | アクチュエータまたはパッドが経路に残る可能性 |
| 側方クリアランス | 旋回円弧が必要 | 通常、横方向の旋回は小さい |
| 軸方向クリアランス | 短い最終クランプストロークで足りる場合がある | 接近と後退の全経路が必要 |
| 力の方向 | 最終ストロークでワークを着座させる必要 | 直動軸の荷重経路は追跡しやすい |
| 特注治具への感度 | アームの質量、長さ、モーメントが制限要因 | ロッド横荷重とガイドが制限要因 |
| 衝突確認 | スイング包絡全体 | 直線包絡全体 |
取付け剛性には、動作クリアランスと同じ注意を払ってください。治具プレート、シリンダの締結部品、ブラケット、クランプアーム、パッド、支持部、機械フレームは、1つの弾性ループを形成します。荷重でそのループが開くと、センサが「クランプ済み」を確認していても、ワークの接触力が低下することがあります。
長い外部工具のガイドとしてシリンダロッドを使わないでください。工具に横荷重やモーメントがかかる場合は、ガイド付きスライドまたは別の軸受を追加します。アーム調整、センサ交換、チューブ取り外し、締結部品のトルク確認、手動復旧のためのアクセスも確保してください。保守できないコンパクトなCAD包絡は、生産現場ではコンパクトではありません。
パワークランプはスイングクランプとどう違うか
SMCは63 mmのCKZ5T構成について、100 mmのアームを使い、0.5 MPaでのみ4,000 Nの力を定格しています。カタログではアーム長さに対する力も示されています（SMCパワークランプカタログ、2024年）。パワークランプのリンク機構は閉じ際に力を増幅できますが、通常のリニア／スイベルクランプがこの定格方法を引き継ぐわけではありません。
パワークランプは、角度を開閉し、閉位置付近で規定の保持力を発生させるよう設計された、レバー、くさび、またはトグル機構です。機械的倍率は動作中に変化します。閉位置付近で逆駆動に抵抗する設計もありますが、正確な挙動を決めるのは「クランプ」という言葉ではなく、製品の構造と検証結果です。
DESTACOは、空圧パワーシリンダを、通常の前進ストロークの後に6-7 mmのパワーストロークが続き、最大10:1の機械的倍率を持つくさびレバー装置として説明しています（DESTACO空圧パワーシリンダ、2026年7月19日取得）。これは実際の力の増幅ですが、ストロークの決められた範囲に限られます。
この違いは、制御と検証を変えます。直動シリンダはストロークの大部分で力を発生できますが、トグル機構は閉位置付近でしか最大力に達しないことがあります。厚いワークや位置ずれしたワークがアームを早期に止めると、定格力に到達しないまま機構が動作信号を出す可能性があります。位置検出、ワーク有無確認、許容される閉動作範囲を一致させてください。
大口径シリンダ、タンデム構成、機械的増力を詳しく比較する場合は、プレス・クランプ向け高推力空圧アクチュエータの別ガイドを参照してください。この記事の判断対象はより限定的で、クランプがワークに到達し、治具へ力を伝える方法です。
圧力損失と手動解除はどのように扱うか
ISO 4414:2010は現行の第3版で、2021年に確認されています。この規格は空圧システムの重大な危険源を扱いますが、特定のクランプ方式を本質的に安全だとは宣言していません（ISO 4414）。OSHAも、空気圧と残圧を保守中に隔離、放出、または拘束すべき危険エネルギーとして扱っています（OSHA）。
クランプを選ぶ前に、空気が失われた後の機械状態を定義してください。ワークが解除されてもよいのか。吊り下げたアセンブリやばねで予荷重された機構を保持する必要があるのか。残圧が後から予期しない動きを生む可能性はあるのか。答えは利便性ではなくリスクで決まります。
パイロット操作チェックバルブで圧力を閉じ込めることはできますが、閉じ込められた圧力は蓄積エネルギーです。機械式ロックでロッドを保持できても、許容される保持方向と解除条件は製品固有です。トグル機構は閉位置付近で開きに抵抗しても、それだけで安全定格の保持装置になるわけではありません。これらの装置はいずれも、ガード、エネルギー隔離、検証済みの機械安全機能に代わるものではありません。
「空気が失われてもクランプ状態を維持する」ことと、「保守のためにゼロエネルギーへ到達する」ことは別の要求です。圧力を閉じ込めて前者を満たす設計は、管理され検証できる解除経路がなければ、後者を難しくします。
解除手順では外力を考慮してください。SMCは、外力が作用している状態で一部のクランプシリンダをロック解除すると、急動作が危険になる可能性があると警告しています（SMCクランプシリンダ注意事項）。隔離点を表示し、必要に応じてロック可能なエネルギー隔離装置を設け、蓄積圧力を意図的に放出し、重力荷重を機械的に支持し、保守前にゼロエネルギー状態を確認してください。
空気の圧縮性も、圧力の立ち上がりと低下の速さに影響します。長いチューブ、絞りの大きいバルブ、大きなデッドボリュームがあると、アームが位置に到達しても圧力スイッチの応答が遅れることがあります。空気の圧縮性とシリンダ制御の別ガイドで、動的挙動を詳しく説明しています。
クランプシリンダ選定チェックリスト
Festoは12～63 mmのCLRピストン径を8種類展開し、SMCはCKZ5Tのアーム開き角度を15°～135°の9種類掲載しています（Festo、2014年；SMC、2026年7月19日取得）。このバリエーション数は、モデルコードを選ぶ前に動作と荷重条件を仕様化するという基本ルールを裏付けます。
リニア／スイベルクランプは、上方からのアクセスが重要で、スイング包絡、最終クランプストローク、アーム長さ、有効力、動的制限がすべて適合する場合に選びます。直動クランプは、直線的な接近が確保でき、治具上方のクリアランスより単純な軸方向の荷重経路が重要な場合に選びます。
パワークランプまたはトグルクランプは、治具が大きな開き角と、閉位置付近でメーカーが定格する高い力を必要とする場合に選びます。その力曲線をスイングシリンダの表に置き換えないでください。搬送中に対向ジョーでワークを保持するならグリッパを選び、穴と位置決め方式がその目的に設計されている場合だけピンクランプを選びます。
見積りを依頼する前に、次の情報を提示してください。
- ワーク図面、材質、質量、許容面圧
- クランプパッドの座標を含むロケータと支持部の配置
- 各パッドで必要なクランプ力と、その計算方法
- 開放経路、スイング方向、クランプストローク、衝突包絡
- 実際の機械サイクル中のアクチュエータ最低圧力
- サイクル頻度、必要な動作時間、想定する使用環境
- クランプアームの長さと質量、重心、パッド形式、特注寸法
- 取付け方向と外部の力またはモーメント
- 位置、圧力、ワーク有無の検出要件
- 空気喪失、非常停止、保守のエネルギー隔離時に必要な挙動
- ガード、安全、溶接スパッタ、洗浄、汚染対策に関する適用要件
ボア径の選定がまだ決まっていない場合は、シリンダボア径のサイジング方法から始め、その後にアームと治具固有の確認へ戻ってください。アプリケーションレビューでは、完全な荷重・使用条件を技術サポートから送信してください。
クランプシリンダFAQ：技術者が確認すべきこと
Festoは8種類のCLRボア径について、クランプフィンガー使用時の有効力を6 bar、ストローク終端の5 mm手前で34～1,386 Nと示しています（Festo CLRデータシート、2014年）。この範囲は、FAQの回答が選択した製品と治具形状に依存する理由を示します。
スイングクランプはシリンダの力を増幅するか
通常は増幅しません。リニア／スイベルシリンダは主に回転で搬入エリアを空け、その後、最後の直線ストロークでクランプします。メーカーが示す有効力の表とアーム制限を使ってください。くさびやトグルを含む明確なリンク機構だけが、通常はストローク中に変化する、文書化された機械的倍率を提供します。
クランプアームはスイング中にワークへ接触してよいか
通常の状態では接触させません。アームはワークから離れて回転し、クランプの直線部分でのみ接触する必要があります。スイング中の接触はワークをずらしたり傷付けたりし、ガイドに予期しない荷重を加えます。ワークの最大高さ、パッド厚さ、切粉、3次元の旋回包絡全体を確認してください。
シリンダの理論力はクランプパッドの力と同じか
同じではありません。理論力は圧力にピストン有効面積を掛けた値です。パッドの力には、シールとガイドの損失、実際の差圧、アーム形状、製品制限、リンク機構の効率、治具の変形も反映されます。Festoの例では、25 mm CLRが6 barで227 Nの理論力から、フィンガー使用時の有効力188 Nになります。
ロック式またはトグル式クランプは機械の安全機能に代えられるか
自動的には代えられません。ロック、チェックバルブ、トグル機構は、定格荷重、荷重方向、解除時の挙動、診断、故障モードについて評価する必要があります。機械には引き続き、リスク評価、ガード、エネルギー隔離、危険に応じた制御対策が必要です。閉じ込められた圧縮空気は、保守中も蓄積エネルギーとして残ります。
クランプシリンダのRFQで最も重要な情報は何か
ワークに必要な力、アクチュエータ最低圧力、クランプストローク、スイングまたは開き角度、アーム形状、衝突包絡、サイクル頻度、環境、取付け、検出、空気喪失時に必要な状態を示してください。ボア径とストロークだけでは、パッド力、安全な回転、治具剛性、復旧時の挙動は確認できません。