JP6561029B2 - 再構成可能な固定システム及び方法 - Google Patents

Description

本出願は、ワークピースの固定に関し、より具体的には、製造環境において様々なワークピースを支持するための再構成可能な固定システム及び方法に関する。

様々な製造環境において、大小のワークピースが、加工（例えば、機械加工、穿孔、サンディング、溶接、塗装など）を施される前に固定具に固定される。しかしながら、大きなワークピースを固定することは、機器や人員がワークピースにアクセスできる状態を維持しつつ、固定具とワークピースとの接触点を正確な位置に複数確保する必要があるため、特に困難であり、そのため費用もかかることがわかっている。

例えば、大型の商用ジェット旅客機などの航空機は、通常、別々に製造された複数の大きなコンポーネント（例えば、主翼部、尾部、及び複数の胴体部分）から組み立てられる。製造プロセス中においては、完成コンポーネントを得るために必要な様々なプロセスを容易に行えるよう、航空機のコンポーネントを、強固に支持しなければならない。

従来、航空機の主翼外板などの大型の非平面状のワークピースを支持するためには、いわゆる「ネイルベッド」固定具（"bed of nails" fixture）が用いられていた。典型的な「ネイルベッド」固定具は、ワークピースの下方の様々な位置に配置される複数の支柱を有しており、これによって、ワークピースを床面から持ち上げている。支柱は、直線的に伸縮（垂直動）することによって、各支柱が１つの接触点でワークピースと接触して、当該接触点を所望の高さに持ち上げる。しかしながら、従来の「ネイルベッド」固定具では、支柱の水平方向の移動がほぼ不可能となっている。従って、従来の「ネイルベッド」固定具は、様々なワークピースに合わせるよう容易且つ効率的に再構成可能なものとはなっていない。「ネイルベッド」固定具を再構成可能にする場合、多数の支柱（ポゴ）が使用されないことになる。また、従来の「ベッドネイル」固定具では、１つの構成で使用される支柱が別の構成で使用されないため、いかなるセットアップにするにしても多くの支柱が使用されないままとなる。

また、「ネイルベッド」固定具の中には、支柱の列をリニアガイドに沿って移動させたり、列全体を別の軸に沿って移動させたりできるものもある。しかしながら、その再構成許容度には限度があり、回転は許容しない。

従って、当業者はワークピースの固定の分野において研究及び開発努力を続けている。

一実施形態において、開示の再構成可能な固定アセンブリは、長軸を規定する長状部材と、長状部材に摺動可能に連結されるとともに、長状部材から延びる支持部材を含む支持アセンブリと、長状部材に摺動可能に連結されており、各々が枢動軸を規定している、複数の枢動アセンブリと、複数の横ガイドレールと、を含む。各横ガイドレールは、長状部材の長軸に交差するガイドレール軸を規定しており、各横ガイドレールは、関連付けられた枢動アセンブリに摺動可能に連結されている。

別の実施形態において、再構成可能な固定システムは、複数の再構成可能な固定アセンブリを含む。各再構成可能な固定アセンブリは、長軸を規定する長状部材と、長状部材に摺動可能に連結されるとともに、長状部材から延びる支持部材を含む支持アセンブリと、長状部材に摺動可能に連結されており、各々が枢動軸を規定している、複数の枢動アセンブリと、複数の横ガイドレールと、を含む。各横ガイドレールは、長状部材の長軸に交差するガイドレール軸を規定しており、各横ガイドレールは、関連付けられた枢動アセンブリに摺動可能に連結されている。

さらに別の実施形態において、各々が支持部材を含んでいる複数の支持アセンブリによってワークピースを固定する方法が開示される。当該方法では、（１）複数の支持アセンブリを、支持アセンブリの各々が長状部材の長軸に沿って摺動可能となるように、長状部材に連結し、（２）長状部材を、複数の枢動アセンブリを介して、各々が前記長軸に交差するガイドレール軸を規定する複数の横ガイドレールに連結し、（３）長状部材を、横ガイドレールに対して、ｘ−ｙ平面（例えば水平面）内の所望の配向に移動させ、（４）支持アセンブリを、長状部材に沿って、所望の位置に移動させ、（５）任意で、各支持部材の長さを調節し、（６）支持部材上にワークピースを配置する。

開示の再構成可能な固定システム及び方法は、以下の詳細な説明、添付図面及び添付の特許請求の範囲によってより明らかになるであろう。

開示の再構成可能な固定システムの一実施形態の斜視図である。 図１の再構成可能な固定システムの上面図である。 図２の再構成可能な固定システムの一部の長手方向視図である。 図３に示した再構成可能な固定システムの一部の側方視図である。 図３に示した再構成可能な固定システムの一部に用いられる枢動アセンブリの一代替例の長手方向視立面図である。 図５Ａに示した枢動アセンブリの代替例の側方視断面図である。 ｘ−ｙ平面内での移動を実現するためにボールねじアセンブリを採用した、再構成可能な固定システムの上面図である。 図６の再構成可能な固定システムのボールねじアセンブリの斜視図である。 ワークピースを固定するための開示の方法の一実施形態のフローチャートである。 航空機の製造及び保守方法のフローチャートである。 航空機のブロック図である。

再構成可能な固定システムが開示される。当該システムは、ｘ−ｙ平面（例えば水平面）内で様々な位置に移動可能な１つ又は複数の再構成可能な固定アセンブリを含むことにより、所望の構成を実現する。例えば、固定アセンブリは、ｘ−ｙ平面内で回転させることができる。当業者であればわかるように、固定アセンブリをこのように動かす（例えば回転させる）ことが可能なことにより、（Ｚ軸に沿って延びる）支持部材の数を大幅に減らすことができ、これによって費用を大幅に低減することができる。

図１及び図２を参照すると、本開示の再構成可能な固定システムの一実施形態が、概括的に符号１０で示されており、当該固定システムは、第１再構成可能固定アセンブリ１２及び第２再構成可能固定アセンブリ１４を含む。第１再構成可能固定アセンブリ１２は、第２再構成可能固定アセンブリ１４から離間しており、第１再構成可能固定アセンブリ１２と第２再構成可能固定アセンブリ１４とによって、作業空間１６（図２）が規定されている。航空機の部品又はコンポーネントなどのワークピース１８（図２）を、再構成可能固定システム１０の第１再構成可能固定アセンブリ１２及び第２再構成可能固定アセンブリ１４によって、作業空間１６内に支持することができる。

再構成可能固定システム１０は、２つの再構成可能固定アセンブリ１２、１４を有するものとして図１及び図２に示されているが、一変形例において、１つの再構成可能固定アセンブリ（例えば、第１再構成可能固定アセンブリ１２）のみが再構成可能固定システム１０に含まれていてもよい。別の変形例において、３つ以上の再構成可能固定アセンブリが、再構成可能固定システム１０に含まれていてもよい。当業者であればわかるように、再構成可能固定システム１０に含まれる再構成可能固定アセンブリ１２、１４の数は、作業空間１６の大きさに依存し、作業空間の大きさは、再構成可能固定システム１０によって支持しようとするワークピース１８の大きさに依存する。

再構成可能固定アセンブリ１２について、具体的に説明する。再構成可能固定アセンブリ１４は、再構成可能固定アセンブリ１２と同じ（又は類似する）ように構成することができる。従って、再構成可能固定アセンブリ１４については、別途詳しく説明はしない。

引き続き図１及び図２を参照すると、再構成可能固定アセンブリ１２は、長状部材２０、１つ又は複数の支持アセンブリ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉ、２２Ｊ（まとめて支持アセンブリ２２）、複数の枢動アセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅ（まとめて枢動アセンブリ２４）、及び、複数の横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅ（まとめて横ガイドレール２６）を含みうる。再構成可能固定アセンブリ１２の例示の実施形態は、１０個の支持アセンブリ２２と、５個の枢動アセンブリ２４と、５個の横ガイドレール２６を有するものとして示されているが、再構成可能固定アセンブリに含まれる支持アセンブリ２２、枢動アセンブリ２４、及び横ガイドレール２６の数は、本開示の範囲を逸脱することなく、様々な要素（例えば、ワークピース１８の大きさ／形状、長状部材２０の長さなど）に応じて変更することができる。

再構成可能固定アセンブリ１２の長状部材２０は、長軸Ｌに沿って延びており、第１端部３０、及び、長手方向において第１端部３０の反対側の第２端部３２を含みうる。長状部材２０は、第１面（例えば上面）３４、及び、その反対側の第２面（例えば下面）３６を有する（図３）。

図３に示すように、再構成可能固定アセンブリ１２の長状部材２０は、ビーム（beam)（例えば金属製のビーム）等であり、略矩形で中実の断面形状を有する。ただし、製造環境において支持アセンブリ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉ、２２Ｊを支持するのに、様々な構成の長状部材２０が適する場合があり、本開示の範囲を逸脱することなくこれらを使用することができる。一変形例において、長状部材２０は、Ｉビームであってもよい。別の変形例において、長状部材２０の全体重量を減らすために、中空のコアを有していてもよい。

図１及び図２に戻ると、再構成可能固定アセンブリ１２の支持アセンブリ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉ、２２Ｊは、長状部材２０に摺動可能に連結されている。従って、各支持アセンブリ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉ、２２Ｊは、長状部材２０に連結されているものの、相互に独立して、長状部材２０の長軸Ｌに沿って、長状部材２０に対する相対移動可能である。

図３及び図４を参照すると、再構成可能固定アセンブリ１２の各支持アセンブリ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉ、２２Ｊは、ベース４０、支持部材４２、及び、並進アセンブリ４４を含む。（図３及び図４には、支持アセンブリ２２Ａのみを示している。他の支持アセンブリ２２は、支持アセンブリ２２Ａと同じ又は類似の構造を有する。）ベース４０は、第１面（例えば上面）４６、及び、第２面（例えば下面）４８を含む。

支持アセンブリ２２Ａの支持部材４２は、支持部材軸Ａに沿って延びており、近位端５０、及び、近位端５０の反対側の遠位端５２を含む。支持部材４２の近位端５０は、ベース４０に連結されている。支持部材４２の遠位端５２は、ベース４０の第１面４６から外側に突出している。図３及び図４によく表れているように、支持部材軸Ａは、ｚ軸に実質的に平行である。ただし、非平行の構成も、想定される。

支持アセンブリ２２Ａの支持部材４２は、支持部材軸Ａに沿う長さＭ（図４）を有する。一態様において、支持部材４２の長さＭは、図３及び図４に示すように、固定されている。従って、支持部材４２の遠位端５２のｚ軸位置は、固定されており、いくつかの要素のうち、特に支持部材４２の長さＭによって決まる。

別の態様において、支持アセンブリ２２Ａの支持部材４２の長さＭは、可変であってもよい。一例として、支持部材４２は、完全収縮位置から完全伸張位置まで移動可能である。（例えば、支持部材４２は、受動的な伸縮可能支持部材である。）別の例として、支持部材４２は、完全収縮位置から完全伸張位置まで、そしてこれらの位置の間の様々な位置に移動可能である。（例えば、支持部材は、能動的な伸縮可能支持部材である。）支持部材４２の伸縮は、サーボ機構、リニアアクチュエータ、ボールねじ、エアシリンダ等の様々な装置／技術を用いて実現することができる。

支持アセンブリ２２Ａの支持部材４２の遠位端５２は、ワークピース１８（図２）と係合するように配置されたヘッド５４を含む。一例として、ヘッド５４は、真空ヘッドであり、真空吸引を利用して、支持部材４２に対してワークピース１８を係合及び保持させるものである。別の例として、ヘッド５４は、割出しヘッド（indexing head）であり、ワークピース１８内の凹部（図示せず）などの、ワークピース１８の一部と係合する。別の機能を有するヘッド５４を用いることも想定されており、その場合も、本開示の範囲を逸脱することにはならない。

上述したように、再構成可能固定アセンブリ１２の支持アセンブリ２２Ａは、長状部材２０に摺動可能に連結されており、支持アセンブリ２２Ａは、長状部材２０の長軸Ｌ（図１）に沿って、長状部材２０に対して移動可能である。支持アセンブリ２２Ａと長状部材２０との摺動連結は、本開示の範囲を逸脱することなく、様々な装置及び技術を用いて実現することができる。

一構成において、支持アセンブリ２２Ａと長状部材２０との摺動連結は、第１縦ガイドレール６２に摺動可能に係合した第１キャリッジ６０によって、実現される。例えば、図３によく表れているように、第１キャリッジ６０は、支持アセンブリ２２Ａのベース４０の第２面４８に固定連結されており、第１縦ガイドレール６２は、長状部材２０の第１面３４に固定連結されている。一代替例において、第１縦ガイドレール６２は、長状部材２０と一体であってもよい。（例えば、第１縦ガイドレール６２と長状部材２０とを、単一の一体品として形成してもよい。）別の代替例において、第１キャリッジ６０が、長状部材２０の第１面３４に固定連結されており、第１縦ガイドレール６２が、支持アセンブリ２２Ａのベース４０の第２面４８に固定連結されていてもよい。支持アセンブリ２２Ａが長状部材２０に沿って縦方向に移動する際の摩擦を軽減するために、玉軸受などの任意の摩擦軽減要素（図示せず）を、第１キャリッジ６０と第１縦ガイドレール６２との間に配置してもよい。（例えば第１キャリッジ６０に組み込んでもよい。）

支持アセンブリ２２Ａの並進アセンブリ４４は、長状部材２０に沿った支持アセンブリ２２Ａの縦移動を実現する。本開示の範囲を逸脱することなく、様々な並進アセンブリを用いて、支持アセンブリ２２Ａを長状部材２０に対して縦方向に移動させることができる。

図３によく表れているように、一構成において、支持アセンブリ２２Ａの並進アセンブリ４４は、モーター６４（例えば電気モーター）、第１ギア６６（例えばピニオン）、及び、第２ギア６８（例えばラック）を含む。モーター６４は、支持アセンブリ２２Ａのベース４０に取り付けられており、当該モーターから延びるモーターシャフト６５を含む。第１ギア６６は、モーターシャフト６５に連結されてこれと同軸上に配置されており、これによって、モーター６４が作動すると、これに応じて、第１ギア６６が、モーターシャフト６５の軸Ｍ（図３）を中心として、所望に応じて時計回り又は反時計回りのいずれかの方向に回転する。第２ギア６８は、長状部材２０、例えば長状部材２０の第１面３４に固定連結されており、長状部材２０の第１端部３０付近から長状部材２０の第２端部３２付近まで延びている。第１ギア６６は、第２ギア６８と噛合係合しており、第１ギア６６が回転することによって、支持アセンブリ２２Ａが長状部材２０に沿って縦方向に移動する。

このようにして、再構成可能固定アセンブリ１２の支持アセンブリ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉ、２２Ｊの各々は、長状部材２０上で様々な位置に移動可能であり、これによって、再構成の一つの自由度をもたらしている。可変の長さＭ（図４）を有する支持部材４２を用いることを選択することによって、再構成のさらなる自由度がもたらされる。以下により詳しく説明するように、長状部材２０をｘ−ｙ平面（例えば水平面）内で横ガイドレール２６（図１）に沿って移動させることができることによって、再構成のさらに追加の自由度がもたらされる。

図１に戻ると、再構成可能固定アセンブリ１２の長状部材２０は、枢動アセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅに摺動可能に連結されており、各枢動アセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅは、関連付けられた横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅに摺動可能に連結されている。枢動アセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅと横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅとの摺動連結によって、長状部材２０が、横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅに沿って、（長状部材２０の長軸Ｌに対して）横移動することが可能となっている。また、枢動アセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅ、及び、長状部材２０と枢動アセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅとの摺動連結によって、長状部材２０が、ｘ軸に対して関節動して、ｘ軸と長状部材２０の長軸Ｌとの間の角度θ（図２）を変化させることが可能となっている。

このように、枢動アセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅ、長状部材２０と枢動アセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅとの摺動接続、及び、枢動アセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅと横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅとの摺動接続によって、長状部材２０は、ｘ軸に対する長状部材２０の長軸Ｌの様々な配向を含めて、ｘ−ｙ平面内の様々な位置に移動することが可能となっている。例えば、図２によく表れているように、再構成可能固定システム１０は、ｘ軸と、第１再構成可能固定アセンブリ１２の長状部材２０の長軸Ｌとの間の角度θがほぼゼロである一方、ｘ軸と、第２再構成可能固定アセンブリ１４の長状部材２０の長軸Ｌとの間の角度θが非ゼロ（例えば約１５度）となるように、構成されている。他の様々な構成も可能である。

図２を参照すると、開示の再構成可能固定システム１０の再構成可能固定アセンブリ１２、１４は、ｘ軸と、長状部材２０の長軸Ｌとの間に様々な角度θを規定することができる。規定可能な最大角度θは、考えられるいくつかの要素のうち、特に、長状部材２０の縦方向の長さＢ、及び、各横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅの長さＲに依存する。一例では、ｘ軸と長状部材２０の長軸Ｌとの間の角度θは、約−６０度から約＋６０度までの範囲である。別の例では、ｘ軸と長状部材２０の長軸Ｌとの間の角度θは、約−４５度から約＋４５度までの範囲である。別の例では、ｘ軸と長状部材２０の長軸Ｌとの間の角度θは、約−３０度から約＋３０度までの範囲である。さらに別の例では、ｘ軸と長状部材２０の長軸Ｌとの間の角度θは、約−２０度から約＋２０度までの範囲である。この点について、当業者であればわかるように、枢動アセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅが無ければ、角度θは固定される。

図３及び図４に戻ると、再構成可能固定アセンブリ１２の各枢動アセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅ（図３及び図４には枢動アセンブリ２４Ａのみを示す）は、長状部材２０に摺動可能に連結された第１サイド６７と、関連付けられた横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅ（図３及び図４には横ガイドレール２６Ａのみを示す）に摺動可能に連結された、反対側の第２サイド６９を含む。各枢動アセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅによって、長状部材２０が、関連付けられた横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅに対して枢動軸Ｐを中心として枢動することが可能となっており、当該枢動軸は、長軸Ｌに対して直交している。横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅに対する長状部材２０の枢動を可能にするために、本開示の範囲を逸脱することなく、様々な構造及び要素を用いることができる。

一実施形態において、再構成可能固定アセンブリ１２の各枢動アセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅ（図３及び図４には枢動アセンブリ２４Ａのみを示す）は、第１プレート部材７０、第２プレート部材７２、及び、ピン７３を含む。第１プレート部材７０は、第１係合面７４、第１係合面７４の反対側の第１連結面７６、及び、第１係合面７４から内部に向かって延びる第１孔７８を含む。第２プレート部材７２は、第２係合面８０、第２係合面８０の反対側の第２連結面８２、及び、第２係合面８０から内部に向かって延びる第２孔８４を含む。第１プレート部材７０の第１係合面７４は、第２プレート部材７２の第２係合面８０と当接係合するように配置されており、第１プレート部材７０の第１孔７８は、第２プレート部材７２の第２孔８４と揃っている。ピン７３は、第１孔７８及び第２孔８４に挿通されており、これによって、第２プレート部材７２に対して第１プレート部材７０が（ｘ−ｙ平面内で）変位するのを防止するとともに、第１プレート部材７０が第２プレート部材７２に対して枢動軸Ｐを中心として回転するのを許容する。

ここで、当業者であれば、第１プレート部材７０の第１係合面７４と第２プレート部材７２の第２係合面８０との摩擦によって、枢動軸Ｐを中心とする、枢動軸Ｐを中心とする第２プレート部材７２に対する第１プレート部材７０の枢動が妨げられるかもしれないと考えるであろう。しかしながら、第１係合面７４と第２係合面８０との摩擦を低減するために様々な手段を講じることができる。非限定的な一例として、第１及び第２プレート部材７０、７２を、低摩擦材料によって構成してもよい。別の非限定的な例として、第１及び第２プレート部材７０、７２を、金属又は合金によって形成し、第１及び第２係合面７４、８０を研磨して、摩擦を低減させてもよい。

図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、代替の一実施形態において、枢動アセンブリ２４Ａ’は、第１部材９０、第２部材９２、ピン９４（図５Ｂ）、スラスト軸受９６（図５Ｂ）、第１テーパー軸受９８（図５Ｂ）、及び、第２テーパー軸受１００（図５Ｂ）を含む。第１部材９０は、第１係合面１０２（図５Ｂ）、第１係合面１０２の反対側の第１連結面１０４、及び、第１係合面１０２から内部に向かって延びる第１孔１０６（図５Ｂ）を含む。第２部材９２は、第２係合面１０８（図５Ｂ）、第２係合面１０８の反対側の第２連結面１１０、及び、第２係合面１０８から内部に向かって延びる第２孔１１２（図５Ｂ）を含む。ピン９４は、第１孔１０６及び第２孔１１２に挿通されている。第１テーパー軸受９８は、第１孔１０６内におけるピン９４と第１部材９０との間に配置されており、第２テーパー軸受１００は、第２孔１１２内におけるピン９４と第２部材９２との間に配置されている。これによれば、ピン９４は、第２部材９２に対して第１部材９０が（ｘ−ｙ平面内で）変位するのを防止するとともに、第１部材９０が第２部材９２に対して枢動軸Ｐ’を中心として回転するのを許容する。スラスト軸受９６は、第１部材９０の第１係合面１０２と、第２部材９２の第２係合面１０８との間に配置されており、枢動軸Ｐ’を中心として第１部材９０が第２部材９２に対して回転する際に、これらの面の間の摩擦を低減する。

図３及び図４に戻ると、再構成可能固定アセンブリ１２の各枢動アセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅ（図３及び図４には枢動アセンブリ２４Ａのみを示す）は、長状部材２０に摺動可能に連結されており、枢動アセンブリ２４Ａが、長状部材２０の長軸Ｌ（図１）に沿って、長状部材２０に対して移動可能となっている。枢動アセンブリ２４Ａと長状部材２０との摺動連結を実現するために、本開示の範囲を逸脱することなく、様々な装置及び技術を採用することができる。

一構成において、枢動アセンブリ２４Ａと長状部材２０との摺動連結は、第２縦ガイドレール１１３に摺動可能に係合した第２キャリッジ１１１によって実現される。例えば、図３によく表れているように、第２キャリッジ１１１は、枢動アセンブリ２４Ａの第１プレート部材７０の第１連結面７６に固定連結されており、第２縦ガイドレール１１３は、長状部材２０の第２面３６に固定連結されている。一代替例において、第２縦ガイドレール１１３は、長状部材２０と一体であってもよい。（例えば、第２縦ガイドレール１１３と長状部材２０とを、単一の一体品として形成してもよい。）別の代替例において、第２キャリッジ１１１が、長状部材２０の第２面３６に固定連結されており、第２縦ガイドレール１１３が枢動アセンブリ２４Ａの第１プレート部材７０の第１連結面７６に固定連結されていてもよい。枢動アセンブリ２４Ａが長状部材２０に対して縦方向に移動する際の摩擦を軽減するために、玉軸受などの任意の摩擦軽減要素（図示せず）を、第２キャリッジ１１１と第２縦ガイドレール１１３との間に配置してもよい。（例えば第２キャリッジ１１１に組み込んでもよい。）

再構成可能固定アセンブリ１２の各枢動アセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅ（図１）（図３及び図４には枢動アセンブリ２４Ａのみを示す）は、さらに、関連付けられた横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅ（図３及び図４には横ガイドレール２６Ａのみを示す）に摺動可能に連結されている。枢動アセンブリ２４Ａと横ガイドレール２６Ａとの摺動連結を実現するために、本開示の範囲を逸脱することなく、様々な装置及び技術を採用することができる。

一構成において、枢動アセンブリ２４Ａと横ガイドレール２６Ａとの摺動連結は、横ガイドレール２６Ａに摺動可能に係合した第３キャリッジ１２０によって実現される。例えば、図４によく表れているように、第３キャリッジ１２０は、枢動アセンブリ２４Ａの第２プレート部材７２の第２連結面８２に固定連結されており、横ガイドレール２６Ａは、支持体１３０（例えば製造施設の床）に固定連結されている。枢動アセンブリ２４Ａ及びこれに支持された長状部材２０が横ガイドレール２６Ａに沿って動く際の摩擦を軽減するために、玉軸受などの任意の摩擦軽減要素（図示せず）を、第３キャリッジ１２０と横ガイドレール２６Ａとの間に配置してもよい。（例えば第３キャリッジ１２０に組み込んでもよい。）

図２に戻ると、各横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅは、ガイドレール軸Ｇ（横ガイドレール２６Ｃ参照）に沿って延びている。各横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅのガイドレール軸Ｇは、関連付けられた長状部材２０の長軸Ｌに交差している。

一実施例において、各横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅのガイドレール軸Ｇは、他の横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅのガイドレール軸Ｇと実質的に平行である。一例として、各横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅのガイドレール軸Ｇは、ｙ軸に沿っている。別の例として、各横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅのガイドレール軸Ｇは、ｙ軸に対して角度αを成して配置されており、角度αは非ゼロである。例えば、角度αは、約１度から約６０度までの範囲であり、例えば、約５度から約４５度、又は、約１０度から約３０度の範囲である。

別の実施例において、１つ又は複数の横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅのガイドレール軸Ｇは、他の１つ又は複数の横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅのガイドレール軸Ｇと交差する。従って、ｙ軸と１つの横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅのガイドレール軸Ｇとの間の角度αは、ｙ軸と別の横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅのガイドレール軸Ｇとの間の角度αとは異なっている。

横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅに対する長状部材２０（及び、関連付けられた支持アセンブリ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉ、２２Ｊ）の移動は、様々な技術を用いて実現することができる。図６を参照すると、非限定的な一具体例として、横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅに対する長状部材２０（及び、関連付けられた支持アセンブリ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉ、２２Ｊ）の移動は、ボールねじアセンブリ１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄによって実現することができる。図７に示すように、各ボールねじアセンブリ１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄ（図７にはボールねじアセンブリ１５０Ａのみを示す）は、モーター１５２、モーターマウント１５４、ねじ１５６、及び、ナット１５８を含む。ナット１５８は、枢動アセンブリ２４Ａの第２プレート部材７２に連結されている（又はこれと一体になっている）。ねじ１５６は、ナット１５８と螺合している。モーター１５２は、ねじ１５６を（所望に応じて時計回り又は反時計回りに）回転させるよう、ねじ１５６に機能的に連結されている。モーターマウント１５４は、モーター１５２（及び関連付けられたねじ１５６）を固定位置に保持している。従って、モーター１５２がねじ１５６を回転させると、ねじ１５６の回転によって、ナット１５８、そして、ひいては枢動アセンブリ２４Ａが、ねじ１５６に沿ってねじの長手方向に移動し、これによって、枢動アセンブリ２４Ａが、関連付けられたガイドレール２６Ａに沿って移動する。再構成可能固定アセンブリ１２の回転は、ボールねじアセンブリ１５０Ａ、１５０Ｂのナット１５８を、互いに異なる位置まで移動させることによって実現される。横ガイドレール２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅに対する長状部材２０（及び、関連付けられた支持アセンブリ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉ、２２Ｊ）の移動を実現するための他の技術の例には、限定するものではないが、ラック・アンド・ピニオン及びエアシリンダが含まれる。

このように、開示の再構成可能固定システム１０の各再構成可能固定アセンブリ１２、１４の長状部材２０は、ｘ−ｙ平面内の様々な位置及び配向に移動させることができ、これによって、ユーザーは、長状部材２０によって支持された支持アセンブリ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉ、２２Ｊを、ｘ−ｙ平面内の様々な位置に配置することができる。支持アセンブリ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉ、２２Ｊは、任意には、ｚ軸に沿って（例えば垂直方向に）伸縮可能な支持部材４２を含む。従って、開示の再構成可能固定システム１０は、かなりの再構成自由度をもたらす。

また、ワークピース１８（図２）を固定する方法も開示される。図８を参照すると、同図には、ワークピース１８を固定するための開示の方法の一実施形態を、概括的に符号２００で示している。当該方法では、まず、ブロック２０２において、１つ又は複数の支持アセンブリ２２を、各支持アセンブリ２２が長状部材２０の長軸Ｌに沿って摺動可能となるように、長状部材２０に連結する。

ブロック２０４において、長状部材２０を、複数の枢動アセンブリ２４を介して、複数の横ガイドレール２６に連結する。各横ガイドレールは、長状部材２０の長軸Ｌに交差するガイドレール軸Ｇを規定する。

ブロック２０６において、長状部材２０を、横ガイドレール２６に対して、ｘ−ｙ平面内の所望の配向に移動させる。この移動は、枢動アセンブリ２４において長状部材２０が横ガイドレール２６に対して枢動するのを許容しつつ、長状部材２０を横ガイドレール２６に沿って摺動することによって行われる。

ブロック２０８において、支持アセンブリ２２を、長状部材２０に沿って、所望の位置に移動させる。例えば、各支持アセンブリ２２の並進アセンブリ４４を作動させることによって、支持アセンブリ２２を長状部材２０に沿った所望の縦方向位置に移動させる。

ブロック２１０において、支持アセンブリ２２の各支持部材４２の長さＭを、支持部材４２を伸縮するなどによって、任意に調節し、これによって、各支持部材４２の遠位端５２のｚ軸に沿う位置を調節する。もちろん、ブロック２１０の調節工程は、支持部材４２が、長さが可変の支持部材である場合のみに行われる。

ブロック２１２において、支持アセンブリ２２の支持部材４２上にワークピース１８を配置する。支持部材４２は、ワークピース１８の所望の位置でワークピース１８に係合し、これによって、ワークピース１８を所望空間の配向及び空間位置に固定することができる。

本開示の実施例を、図９においては航空機の製造及び保守方法３００に関連させ、図１０においては航空機４００に関連させて説明する。生産開始前において、例示的な方法３００は、航空機４００のブロック３０２に示す仕様決定及び設計と、ブロック３０４に示す材料調達とを含む。生産中には、航空機４００の、ブロック３０６に示す部品及び小組立品の製造、及び、ブロック３０８に示すシステムインテグレーションが行われる。その後、航空機４００は、ブロック３１０に示すように、認可及び納品を経て、ブロック３１２に示すように、使用に入る。使用の間は、航空機４００は、ブロック３１４に示すように、定例の整備及び保守のスケジュールに組み込まれる。定例の整備及び保守は、航空機４００の１つ又は複数のシステムの改良、再構成、改修、などを含みうる。

例示的な方法３００の各工程は、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実行又は実施することができる。説明のために言及すると、システムインテグレーターは、航空機メーカー及び主要システム下請業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。第三者は、売主、下請業者、供給業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織等であってもよい。

図１０に示すように、例示的な方法３００（図９）によって生産された航空機４００は、複数のハイレベルシステム４０４及び内装４０６を備えた機体４０２を含みうる。ハイレベルシステム４０４の例としては、駆動系４０８、電気系４１０、油圧系４１２、環境系４１４のうちの１つ又は複数が挙げられる。また、任意の数の他のシステムを含んでいてもよい。また、航空宇宙産業に用いた場合を例として示しているが、本明細書に開示した原理を、例えば船舶産業や自動車産業等の他の産業に適用してもよい。従って、本明細書に開示した原理は、航空機４００以外にも、他の輸送体（例えば、陸上車両、船舶、宇宙飛行体など）にも適用可能である。

開示した再構成可能な固定システム及び方法は、製造及び保守方法３００における段階のうちの任意の１つ又は複数において採用することができる。例えば、部品及び小組立品製造工程（ブロック３０６）に対応する部品又は小部品を、開示の再構成可能な固定システム及び方法を用いて製造してもよい。また、開示の再構成可能な固定システム及び方法を、例えば、製造工程（ブロック３０６及び３０８）中に用いることによって、実質的に航空機４００の組み立て速度を速めたりコストを削減したりすることができる。同様に、開示の再構成可能な固定システム及び方法を、航空機４００の使用（ブロック３１２）中、及び／又は、整備及び保守の段階（ブロック３１４）に用いてもよいが、これに限定されない。

また、本開示は、以下の付記による実施形態も含む。

付記１． 長軸を規定する長状部材と、
前記長状部材に摺動可能に連結されるとともに、前記長状部材から延びる支持部材を含む支持アセンブリと、
前記長状部材に摺動可能に連結されており、各々が枢動軸を規定している、複数の枢動アセンブリと、
複数の横ガイドレールと、を含んでなり、前記複数の横ガイドレールにおける各横ガイドレールは、前記長軸に交差するガイドレール軸を規定しており、前記複数の横ガイドレールにおける各横ガイドレールは、前記複数の枢動アセンブリのうちの関連付けられた枢動アセンブリに摺動可能に連結されている、再構成可能な固定アセンブリ。

付記２． 前記長状部材は、第１面、及び、その反対側の第２面を含み、前記支持アセンブリは、前記第１面に摺動可能に連結されており、前記複数の枢動アセンブリは、前記第２面に摺動可能に連結されている、付記１に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記３． 前記長状部材と前記支持アセンブリとの前記摺動連結は、ガイドレールに摺動可能に係合したキャリッジによって実現されている、付記１に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記４． 前記キャリッジは、前記支持アセンブリに固定連結されており、前記ガイドレールは、前記長状部材に固定連結されている、付記３に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記５． 前記支持部材は、固定された長さを有している、付記１に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記６． 前記支持部材は、遠位端、及び、前記遠位端に連結されたヘッドを含む、付記１に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記７． 前記ヘッドは、真空ヘッド、又は、割出しヘッドである、付記６に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記８． 前記支持アセンブリは、前記支持部材に連結されたベース、及び、前記ベースに連結された並進アセンブリをさらに含む、付記１に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記９． 前記並進アセンブリは、前記長状部材に機能的に連結されたモーターシャフトを有するモーターを含む、付記８に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記１０． 前記並進アセンブリは、前記モーターシャフトに連結された第１ギア、及び、前記長状部材に連結された長状の第２ギアを含み、前記第１ギアは前記第２ギアと係合している、付記９に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記１１． 前記長状部材と前記複数の枢動アセンブリとの前記摺動連結は、ガイドレールに摺動可能に係合した複数のキャリッジによって実現されている、付記１に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記１２． 前記複数のキャリッジにおける各キャリッジは、前記複数の枢動アセンブリのうちの関連付けられた枢動アセンブリに固定連結されており、前記ガイドレールは、前記長状部材に固定連結されている、付記１１に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記１３． 前記枢動軸は、前記長軸に直交している、付記１に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記１４． 前記複数の枢動アセンブリにおける各枢動アセンブリは、ピンによって第２部材に枢動可能に連結された第１部材を含む、付記１に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記１５． 前記複数の枢動アセンブリにおける各枢動アセンブリは、前記第１部材と前記第２部材との間に配置されたスラスト軸受をさらに含む、付記１に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記１６． 複数のキャリッジをさらに含み、前記複数のキャリッジにおける各キャリッジは、前記複数の枢動アセンブリのうちの関連付けられた枢動アセンブリに固定連結されており、前記複数のキャリッジにおける各キャリッジは、前記複数の横ガイドレールのうちの関連付けられたガイドレールに摺動可能に係合している、付記１に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記１７． 前記複数の横ガイドレールにおける各横ガイドレールのガイドレール軸は、前記複数の横ガイドレールにおける他の横ガイドレールのガイドレール軸と実質的に平行である、付記１に記載の再構成可能な固定アセンブリ。

付記１８． 付記１に記載の前記再構成可能な固定アセンブリを複数含む、再構成可能な固定システム。

付記１９． 前記複数の再構成可能な固定アセンブリによって支持されたワークピースをさらに含む、付記１８に記載の再構成可能な固定システム。

付記２０． 各々が支持部材を含んでいる複数の支持アセンブリによってワークピースを固定する方法であって、
前記複数の支持アセンブリを、前記支持アセンブリの各々が長状部材の長軸に沿って摺動可能となるように、前記長状部材に連結し、
前記長状部材を、複数の枢動アセンブリを介して、各々が前記長軸に交差するガイドレール軸を規定する複数の横ガイドレールに連結し、
前記長状部材を、前記複数の横ガイドレールに対して、ｘ−ｙ平面内の所望の配向になるように移動させ、
前記複数の支持アセンブリを、前記長状部材に沿って、所望の位置に移動させ、
任意で、前記複数の支持アセンブリの前記各支持部材の長さを調節し、
前記複数の支持アセンブリの前記支持部材上にワークピースを配置する、方法。

開示の再構成可能な固定システム及び方法の様々な実施形態を図示及び説明したが、当業者が本明細書を読めば、様々な変形例を思いつくであろう。本願は、そのような変形例も含むものであり、特許請求の範囲のみによって限定される。

Claims (15)

1. 長軸を規定する長状部材と、
   前記長状部材に摺動可能に連結されるとともに、前記長状部材から延びる支持部材を含む支持アセンブリと、
   前記長状部材に摺動可能に連結されており、各々が枢動軸を規定している、複数の枢動アセンブリと、
   複数の横ガイドレールと、を含んでなり、前記複数の横ガイドレールにおける各横ガイドレールは、前記長軸に交差するガイドレール軸を規定しており、前記複数の横ガイドレールにおける各横ガイドレールは、前記複数の枢動アセンブリのうちの関連付けられた枢動アセンブリに摺動可能に連結されている、再構成可能な固定アセンブリ。
2. 前記長状部材は、第１面、及び、その反対側の第２面を含み、前記支持アセンブリは、前記第１面に摺動可能に連結されており、前記複数の枢動アセンブリは、前記第２面に摺動可能に連結されている、請求項１に記載の再構成可能な固定アセンブリ。
3. 前記長状部材と前記支持アセンブリとの摺動連結は、ガイドレールに摺動可能に係合したキャリッジによって実現されている、請求項１又は２に記載の再構成可能な固定アセンブリ。
4. 前記キャリッジは、前記支持アセンブリに固定連結されており、前記ガイドレールは、前記長状部材に固定連結されている、請求項３に記載の再構成可能な固定アセンブリ。
5. 前記支持部材は、遠位端、及び、前記遠位端に連結されたヘッドを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の再構成可能な固定アセンブリ。
6. 前記ヘッドは、真空ヘッド、又は、割出しヘッドである、請求項５に記載の再構成可能な固定アセンブリ。
7. 前記支持アセンブリは、前記支持部材に連結されたベース、及び、前記ベースに連結された並進アセンブリであって、前記長状部材に機能的に連結されたモーターシャフトを有するモーターを含む並進アセンブリ、をさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載の再構成可能な固定アセンブリ。
8. 前記長状部材と前記複数の枢動アセンブリとの摺動連結は、ガイドレールに摺動可能に係合した複数のキャリッジによって実現されている、請求項１〜７のいずれかに記載の再構成可能な固定アセンブリ。
9. 前記複数のキャリッジにおける各キャリッジは、前記複数の枢動アセンブリのうちの関連付けられた枢動アセンブリに固定連結されており、前記ガイドレールは、前記長状部材に固定連結されている、請求項８に記載の再構成可能な固定アセンブリ。
10. 前記枢動軸は、前記長軸に直交している、請求項１〜９のいずれかに記載の再構成可能な固定アセンブリ。
11. 前記複数の枢動アセンブリにおける各枢動アセンブリは、ピンによって第２部材に枢動可能に連結された第１部材を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の再構成可能な固定アセンブリ。
12. 複数のキャリッジをさらに含み、前記複数のキャリッジにおける各キャリッジは、前記複数の枢動アセンブリのうちの関連付けられた枢動アセンブリに固定連結されており、前記複数のキャリッジにおける各キャリッジは、前記複数の横ガイドレールのうちの関連付けられたガイドレールに摺動可能に係合している、請求項１に記載の再構成可能な固定アセンブリ。
13. 前記複数の横ガイドレールにおける各横ガイドレールのガイドレール軸は、前記複数の横ガイドレールにおける他の横ガイドレールのガイドレール軸と実質的に平行である、請求項１〜１２のいずれかに記載の再構成可能な固定アセンブリ。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の前記再構成可能な固定アセンブリを複数含む、再構成可能な固定システム。
15. 各々が支持部材を含んでいる複数の支持アセンブリによってワークピースを固定する方法であって、
    前記複数の支持アセンブリを、前記支持アセンブリの各々が長状部材の長軸に沿って摺動可能となるように、前記長状部材に連結し、
    前記長状部材を、複数の枢動アセンブリを介して、各々が前記長軸に交差するガイドレール軸を規定する複数の横ガイドレールに連結し、
    前記長状部材を、前記複数の横ガイドレールに対して、ｘ−ｙ平面内の所望の配向になるように移動させ、
    前記複数の支持アセンブリを、前記長状部材に沿って、所望の位置に移動させ、
    任意で、前記複数の支持アセンブリの前記各支持部材の長さを調節し、
    前記複数の支持アセンブリの前記支持部材上にワークピースを配置する、方法。

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