JP6291272B2 - ラック制振装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラック制振装置に関する。

物流システムの効率化のため、複数のラックを平行に並べて配置し、ラック間の床部に敷設されたレール上にスタッカクレーンを走行可能に設置して構成された立体自動倉庫が知られている。スタッカクレーンは、主柱に沿って昇降する荷台と、パレット上の荷の積み下ろしを行うフォークとを備えている。ラックには、スタッカクレーンで荷の積み下ろしができるように、開口部が設けられている。この開口部には、フォークと平行に所定の幅の腕木が配置されており、保管する荷を積載したパレットが腕木の上に載置される。

ラック構造体が地震によって揺れると、荷崩れを起すなどしてパレットが腕木から落下してしまうおそれがあるので、制振対策を施すようになっていた。従来の制振対策としては、ラック構造体の固有振動数に応じて調整された可動質量と可動質量の振動を減衰するためのダンパーとを備えた、いわゆるチューンド・マス・ダンパー（ＴＭＤ）をラック頂部に設置する構造があった（たとえば、特許文献１，２参照）。

特開２００４−１０１８９号公報 特許第３８００５１１号公報 特開２０１３−１８０８６９号公報

特許文献１，２のようなＴＭＤ方式では、制振方向が１方向に限られる場合が多い。制振方向を１方向に限った場合には、制振直交方向においては、ラック上部に荷物と同等以上の質量を有する装置を固定して設置することになるので、制振直交方向の加速度応答やラック部材応力を増大させる可能性がある。

図７および図８に、マス・ダンパー（同調していない場合を含め総称して「マス・ダンパー」と称し、「ＭＤ」と記す）なしの場合（「ＭＤ無」と表記）のラック応答加速度および斜材軸力と、荷物の出入れ方向の制振のために１方向制振のラック制振装置が設けられた場合であって、これに直交する方向であるラックの開口幅方向にはＭＤが固定された場合（「ＭＤ有−固定」と表記）のラック応答加速度および斜材軸力とを示す。ラック応答加速度および斜材軸力は、ラックの開口幅方向の数値であり、建築基準法で定められている告示波レベル２をラックの解析モデルに入力してシミュレーションした結果である。図示するように、開口幅方向のラック応答加速度および斜材軸力は、ＭＤを設置しない場合よりも、直交方向にＭＤを設置した場合の方が部分的に大きくなっており、応答を増大させていることが分かる。

なお、特許文献１のラック制振装置を二台設けて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方向を制振方向とすることもできるが、この場合は、ラック制振装置の複雑化および重量化を招いてしまう問題が発生してしまう。

このような観点から、本発明は、装置の複雑化および重量化を防止しつつ、制振直交方向の応答を増大させないラック制振装置を提供することを課題とする。

このような課題を解決するための請求項１に係る発明は、ラックに設けられる制振装置であって、水平１方向に摺動可能に支持された可動質量と、前記可動質量の摺動方向の変位を抑制するダンパーとを備えており、前記可動質量は、第一可動質量と、当該第一可動質量上に載置される第二可動質量とを備え、前記第二可動質量は、前記第一可動質量に対して、前記水平１方向に移動不能であるとともに前記水平１方向に直交する水平直交方向に移動可能となっており、前記第一可動質量および前記第二可動質量の一方に、溝が形成され、前記第一可動質量および前記第二可動質量の他方に、前記溝に噛み合う突条が形成されており、前記溝および前記突条は、前記水平１方向に沿って延在しており、前記溝は、断面三角形状で凹み、前記突条は、断面三角形状で突出していることを特徴とするラック制振装置である。

前記のような構成によれば、水平１方向では、第二可動質量は第一可動質量と一体化して摺動して、良好な制振効果を得ることができる。水平直交方向では、水平直交方向加速度が小さい場合には第二可動質量は第一可動質量と一体化して移動しないが、水平直交方向加速度が所定の加速度以上になると第二可動質量は第一可動質量に対して水平直交方向に移動し始める。これによって、慣性力が頭打ちとなるため、水平直交方向（制振直交方向）においてもラック応答加速度を抑制することができ、応答を増大させないので、良好な制振効果を得ることができる。また、複数方向の制振効果を得るために、ラック制振装置を二台設ける必要はなく、一のラック制振装置を設けるだけで済むので、装置の複雑化および重量化を防止することができる。さらに、平常時には、第二可動質量を第一可動質量の所定位置に位置決めすることができる。一方、溝と突条の傾斜角を調整することによって、地震時に第二可動質量が動き出す際の加速度をコントロールすることができる。

請求項２に係る発明は、前記溝の傾斜角をθ、前記第一可動質量と前記第二可動質量間の摩擦係数をμとしたときに、前記傾斜角θと前記摩擦係数μは、関係式ｔａｎθ＞μを満たすことを特徴とする。

本発明のラック制振装置によれば、装置の複雑化および重量化を防止しつつ、制振直交方向の応答が増大するのを防止できる。

立体自動倉庫の一部を省略して示した全体斜視図である。 本発明の実施形態に係るラック制振装置を示した平面図である。 本発明の実施形態に係るラック制振装置を示した正面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 図３のＣ−Ｃ線断面図である。 各層における制振直交方向のラック応答加速度を示したグラフである。 各層における制振直交方向の斜材軸力を示したグラフである。 溝と突条を備えた変形例を示した拡大断面図である。

まず、図１を参照しながら、ラック制振装置が設けられる立体自動倉庫１およびラック２の構成を説明する。図１に示すように、立体自動倉庫１は複数列（本実施形態では２列）のラック２を平行に並べて配置し、ラック２間の床部に敷設されたレール３上にスタッカクレーン４を走行可能に設置して構成されている。ラック２は、物流システムの効率化のため、多段、多列に配置された複数のパレット収容部を備えている。スタッカクレーン４は、一対の主柱４ａ，４ａと、主柱４ａに沿って昇降する荷台４ｂと、パレット５の荷の積み降ろしを行うフォーク４ｃ（スライド式フォーク）とを備えている。ラック２のクレーン側の面には、スタッカクレーン４により積み降ろしが出来るように、開口が設けられている。主柱４ａ，４ａ間には、所定の間隔で複数の腕木６がフォーク４ｃと平行に配置されており、保管する荷を積載したパレット５を腕木６上に収納する構造となっている。立体自動倉庫１の建屋の入口部分とラック棚の端部との間にはローラコンベア７が設けられている。ローラコンベア７には、建屋の入口部分においてフォークリフト（図示せず）などでパレットが載置される。パレット（図示せず）は、ローラコンベア７にてラック棚側に移送された後、スタッカクレーン４にて積み上げられて搬送され所望位置のラック２に収容される。

次に、本発明の実施形態に係るラック制振装置の構成を説明する。なお、本実施形態においては、スタッカクレーン４側からラック制振装置１０を見た方向を正面とする。また、スタッカクレーン４のフォーク４ｃの移動方向をＸ軸方向（図２，４の上下方向、図３の紙面垂直方向、図５，６の左右方向）とし、クレーン側前面の開口幅方向をＹ軸方向（図２〜４の左右方向、図５，６の紙面垂直方向）とし、高さ方向をＺ軸方向（図２，４の紙面垂直方向、図３，５，６の上下方向）として説明する。Ｘ軸とＹ軸は水平方向に延在している。

ラック制振装置１０は、立体自動倉庫１のラック２の頂部に設けられる。図２乃至図４に示すように、ラック制振装置１０は、ラック２の腕木６上に設置されている。腕木６は、ラック２の支柱１１，１１から張り出すはね出し部材１２，１２に支持されている。腕木６とはね出し部材１２は、クレーン側の面に形成された開口の両側にそれぞれ設けられている。これら腕木６とはね出し部材１２の先端部がパレットの載置部を構成している。

ラック制振装置１０は、フレーム２０と、フレーム２０に支持されている可動質量３０と、可動質量３０の摺動方向の変位を抑制するダンパー５０とを備えている。

図３および図５に示すように、フレーム２０は、ラック２のパレット載置部に載置されている。フレーム２０は、可動質量３０を摺動可能に支持するとともに、ラック２に固定される。本実施形態のフレーム２０は、上部フレーム２１と下部フレーム２２とを備えてなる。上部フレーム２１は、横材を矩形に組み合わせた枠状を呈しており（図２参照）、下部フレーム２２上に固定されている。

上部フレーム２１には、可動質量３０を摺動可能に支持する一対の摺動部２３，２３が設けられている。摺動部２３には、リニアガイドまたはすべり材が用いられる。本実施形態では、すべり材を用いている。すべり材は、例えば、フッ素樹脂のような摩擦係数の小さい部材にて構成されている。すべり材の上には移動部材が設けられている。移動部材は、可動質量３０の底面に固定され、可動質量３０と一体化してすべり材上を摺動する。

図３，図４および図６に示すように、可動質量３０と上部フレーム２１との間にはダンパー５０並びにバネ部材５５が設けられている。ダンパー５０は、可動質量３０の摺動方向の変位を抑制するために設けられている。ダンパー５０は、可動質量３０の摺動方向（Ｘ軸方向）に減衰力を発生させるように、可動質量３０の摺動方向に沿って配置されている。ダンパー５０は、例えばオイルダンパーからなるがこれに限定されるものではなく、粘弾性ダンパーや鋼材、摩擦を用いた履歴系のダンパーなどの他の方式のダンパーでもよい。バネ部材５５は、可動質量３０の摺動方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されており、地震などの振動によって可動質量３０が移動した後に、可動質量３０を原点復帰させる役目を果たす。

図２，図３および図５に示すように、可動質量３０は、フレーム２０に対して、荷物の出入れ方向（Ｘ軸方向）に摺動可能となっている（図２参照）。可動質量３０がフレーム２０に対して摺動する際には、ダンパー５０が可動質量３０の摺動方向（水平１方向）に減衰力を発生する。

可動質量３０は、第一可動質量３３と、当該第一可動質量３３上に載置される第二可動質量３７とを備えている。第二可動質量３７は、第一可動質量３３に対して、水平１方向（Ｘ軸方向）に移動不能であるとともに、水平１方向に直交する水平直交方向（Ｙ軸方向）に移動可能となっている。

第一可動質量３３は、薄板状の平面視長方形形状を呈している。第一可動質量３３は、第二可動質量３７を移動可能に載置できる程度の強度を有していればよく、第二可動質量３７と比較して非常に軽量となっている（たとえば可動質量３０の全体質量の１０〜２０％程度）。第一可動質量３３は、一対のガイド部材２４，２４上に架け渡されている。第一可動質量３３の上面の周縁部には、立上り枠部３４が設けられている。立上り枠部３４は、断面Ｌ字状のアングル材を矩形に組み合わせて構成されており、第一可動質量３３の外周縁に沿って配置されている。アングル材は、第一可動質量３３の内側に立上り面が位置するように配置されている。立上り枠部３４を構成するアングル材のうち、水平１方向（Ｘ軸方向）に延在するアングル材は、Ｙ軸方向に移動する第二可動質量３７のストッパー３４ａとなる。一方、水平直交方向（Ｙ軸方向）に延在するアングル材は、第二可動質量３７が移動する際のガイド３４ｂとなる。

第二可動質量３７は、複数の板材を積層してなり（図３，５参照）、平らな直方体形状を呈している。第二可動質量３７は、可動質量３０の質量の大部分（たとえば全体質量の８０〜９０％程度）を占める。第二可動質量３７のＸ軸方向長さは、一対のガイド３４ｂ，３４ｂの離間距離と同等（僅かに短い）となっているので、第二可動質量３７は、第一可動質量３３に対してＸ軸方向には移動しない。第二可動質量３７のＹ軸方向長さは、一対のストッパー３４ａ，３４ａの離間距離から、移動可能距離を引いた長さとなっている。これによって、第二可動質量３７は、第一可動質量３３に対して、ガイド３４ｂに沿ってＹ軸方向に移動できる。

第一可動質量３３の上面には、摺動材３５が敷設されている。摺動材３５は、シート状のすべり部材からなり、立上り枠部３４の内側のスペースに敷設されている。これによって、第二可動質量３７が、摺動材３５を介して、第一可動質量３３上を摺動する。摺動材３５上における第二可動質量３７の水平直交方向への摺動開始加速度は、摺動開始加速度の数値を摩擦係数に換算したときに、第一可動質量３３（摺動材３５）と第二可動質量間３７の摩擦係数が０．１〜０．４程度となるように設定する。

図７は、水平直交方向（Ｙ軸方向）における各層のラック応答加速度を示したグラフであって、図８は、水平直交方向（Ｙ軸方向）における各層の斜材軸力を示したグラフである。これらの数値は、建築基準法で定められている告示波レベル２をラックの解析モデルに入力してシミュレーションした結果である。前記のグラフでは、第一可動質量３３と第二可動質量３７の摩擦係数μが、０．１の場合（「ＭＤ有−μ＝０．１」と表記）、０．２の場合（「ＭＤ有−μ＝０．２」と表記）、０．３の場合（「ＭＤ有−μ＝０．３」と表記）、０．４の場合（「ＭＤ有−μ＝０．４」と表記）のラック応答加速度を示している。なお、比較のために、ラック制振装置のない場合（「ＭＤ無」と表記）と、可動質量の水平直交方向への摺動がない場合（「ＭＤ有−固定」と表記）も図示している。

図７に示すように、摩擦係数μが０．１から０．４の範囲で大きくなるほど、概ね水平直交方向（Ｙ軸方向）におけるラック応答加速度が小さくなっていることが分かる。なお、「ＭＤ有−固定」においては、部分的に水平直交方向（Ｙ軸方向）におけるラック応答加速度が大きくなっている結果となった。

図８に示すように、摩擦係数μが小さくなるほど、水平直交方向（Ｙ軸方向）における斜材軸力が小さくなっていることが分かる。なお、「ＭＤ有−固定」においては、部分的に短期許容軸力を超える結果となった。

以上のように、摺動材３５の摩擦係数μが大きくなるに連れてラック応答加速度が小さくなり良好となる。一方、摩擦係数μが小さくなるに連れて斜材軸力が小さくなり良好となる。ここで、ラック応答加速度と斜材軸力のバランスを考慮すると、摩擦係数μが０．１から０．４の範囲にあるときに、ラック応答加速度と斜材軸力の両方が良好な値となり好ましい。

次に、図９を参照しながら他の実施形態について説明する。かかる可動質量は、第一可動質量３３の上面に、たとえば断面三角形状の溝３８が形成されており、第一可動質量３３の下面には、溝３８に噛み合う突条３９が形成されている。なお、溝３８の形状は断面三角形状に限定されるものではない。溝３８および突条３９は、第二可動質量３７が摺動し始める加速度をコントロールするためのものであるとともに、第二可動質量３７を第一可動質量３３に対して原点復帰させるためのものである。溝３８および突条３９は、第二可動質量３７の摺動方向と直交する方向（水平１方向）に沿って延在している。突条３９は、第二可動質量３７のＸ軸方向長さの全長に亘って形成されていてもよいし、部分的に形成されていてもよい。第一可動質量３３の上面の摺動材３５は、溝３８の表面に沿って三角形形状に折り曲げられている。なお、その他の構成については、前記実施形態と同様であるので説明を省略する。

以上のような構成によれば、第二可動質量３７は、溝３８の傾斜面に沿って斜め上に移動し、Ｙ軸方向に移動することとなる。ここで、突条３９が溝３８から飛び出さない範囲であれば、第二可動質量３７の重量によって、突条３９が溝３８の中心位置に戻るので、第二可動質量３７が原点復帰できる。なお、Ｙ軸方向に移動する第二可動質量３７は、ストッパーによって移動が規制される場合があるが、第二可動質量３７の可動範囲は、突条３９が溝３８から飛び出さない範囲となっている。

溝３８および突条３９を設けた場合に、第二可動質量３７が摺動し始めるときのつり合い式は、下記の式（１）となる。ここで、Ｍ：第二可動質量３７の質量、μ：第一可動質量３３（摺動材３５）と第二可動質量３７間の摩擦係数、θ：溝３８の傾斜角、ｇ：重力加速度である。式（１）を変形させると、加速度（摺動開始加速度）αは、下記の式（２）によって表わされることとなる。つまり、摺動開始加速度αは、摩擦係数μと傾斜角θを調整することでコントロールすることができる。

Ｍ・α・ｃｏｓθ＝Ｍ・ｇ・ｓｉｎθ＋μ（Ｍ・α・ｓｉｎθ＋Ｍ・ｇ・ｃｏｓθ）・・・式（１）
α＝ｇ・［（ｓｉｎθ＋μｃｏｓθ）／（ｃｏｓθ−μｓｉｎθ）］・・・式（２）

そして、第二可動質量３７が第一可動質量３３に対して原点復帰するための傾斜角θと摩擦係数μとの関係は、下記の式（３）によって表わされる。下記の式（３）を満たすように摩擦係数μと傾斜角θを決定すれば、第二可動質量３７が第一可動質量３３に対して原点復帰することが可能となる。

ｔａｎθ＞μ ・・・式（３）

前記のようなラック制振装置１０によれば、水平１方向においては、ダンパー５０が可動質量３０の摺動方向（Ｘ軸方向）に減衰力を発生させることによって、可動質量３０の摺動方向の変位が抑制されて、制振効果が得られる。一方、水平直交方向においては、第二可動質量３７が、所定の加速度以上になると、第一可動質量３３に対して摺動し始め、慣性力が頭打ちとなるため、それ以上の地震力をラック２に伝達することを防止できる。また、第二可動質量３７は、可動質量３０の質量の大部分を占めているので、第二可動質量３７が第一可動質量３３に対して摺動することで、大きい制振効果が得られる。

このように、前記ラック制振装置１０を用いれば、水平１方向と水平直交方向の両方向においてラック応答加速度および斜材軸力が大きくならず、水平直交方向のラックの応答の増大を抑止できるので、良好な制振効果を得ることができる。また、水平直交方向のラックの応答を増大させることなく、制振が必要な方向に一台のラック制振装置１０を設けるだけで済むので、装置の複雑化および重量化を防止することができる。

また、第一可動質量３３と第二可動質量３７との摩擦係数を０．１〜０．４の範囲にしたことによって、水平直交方向においてラック応答加速度および斜材軸力を適度な範囲に押えることができるので、ラックに作用する力が小さくなり、ラック応答が過大になることがない。

さらに、第一可動質量３３に溝３８を形成し、第二可動質量３７に突条３９を形成し、溝３８に突条３９を噛み合わせるようにすれば、平常時には、第二可動質量が第一可動質量の所定位置に位置決めされる。また、溝３８と突条３９の傾斜角を調整することによって、地震時に第二可動質量が摺動し始める際の加速度をコントロールすることができる。さらに、一定条件下においては、地震時にずれた第二可動質量３７を、第一可動質量３３に対して原点復帰させることができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、前記実施形態では、第一可動質量３３に溝３８を形成し、第二可動質量３７に突条３９を形成しているが、第一可動質量３３に上方に突出する突条を形成し、第二可動質量３７に突条が噛み合う突条を形成してもよい。

１０ ラック制振装置
３０ 可動質量
３３ 第一可動質量
３５ 摺動材
３７ 第二可動質量
３８ 溝
３９ 突条
５０ ダンパー
５５ バネ部材

Claims (2)

1. ラックに設けられる制振装置であって、
   水平１方向に摺動可能に支持された可動質量と、前記可動質量の摺動方向の変位を抑制するダンパーとを備えており、
   前記可動質量は、第一可動質量と、当該第一可動質量上に載置される第二可動質量とを備え、
   前記第二可動質量は、前記第一可動質量に対して、前記水平１方向に移動不能であるとともに前記水平１方向に直交する水平直交方向に移動可能となっており、
   前記第一可動質量および前記第二可動質量の一方に、溝が形成され、
   前記第一可動質量および前記第二可動質量の他方に、前記溝に噛み合う突条が形成されており、
   前記溝および前記突条は、前記水平１方向に沿って延在しており、
   前記溝は、断面三角形状で凹み、前記突条は、断面三角形状で突出している
   ことを特徴とするラック制振装置。
2. 前記溝の傾斜角をθ、前記第一可動質量と前記第二可動質量間の摩擦係数をμとしたときに、前記傾斜角θと前記摩擦係数μは、関係式ｔａｎθ＞μを満たす
   ことを特徴とする請求項１に記載のラック制振装置。

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