JP7206454B2 - 立体自動倉庫 - Google Patents

Description

本発明は、縦横方向に多段に積層された複数の保管ラックで構成され、入出庫部と保管ラック間の通路を走行する運搬機構とを有し、物品または物品収納容器（以下、「物品」という。）の移動において、保管ラック間の通路を介さずに隣り合う保管ラック間でスムーズな移動が可能な立体自動倉庫に関する。更に、本発明は、出庫部以降の物品の処理を効率的に行うことが可能な立体自動倉庫に関する。

立体自動倉庫は、例えば特許文献１に記載されるような搬送方式を備えたものが知られている。この場合、複数段の棚から構成される立体自動倉庫であって、左右一対の保管ラック間に水平方向に走行する搬送機構が高さ方向の各段に配置されており、物品が入庫部から搬送機構に搭載されて必要箇所へ保管され、必要時には必要箇所から搬送機構に搭載されて出庫部に移動する。そして、この搬送機構は、左右方向に位置する保管ラックの双方に物品を出し入れ可能なピッキング機構を有しており、物品が搬送機構と保管ラックとの間を移動する場合は、搬送機構の底部表面に位置する荷物載置部から保管ラックの棚部表面へ移動するか、もしくはその逆方向に移動することになる。

特許文献２における立体自動倉庫においても、物品が入庫部から搬送機構に搭載されて必要箇所へ保管され、必要時には必要箇所から搬送機構に搭載されて出庫部に移動する搬送方式が記載されている。この搬送機構も、特許文献１と同様に、左右方向に位置する保管ラックの双方に物品を出し入れ可能なピッキング機構を有し、物品が搬送機構と保管ラックとの間を移動する場合、搬送機構の底部表面に位置する荷物載置部から保管ラックの棚部表面へ移動するか、もしくはその逆方向に移動する。

従って、特許文献１および特許文献２に係る搬送方式においては、搬送機構および保管ラックと接触する物品の表面、物品と接触する搬送機構の表面、および、物品と接触する保管ラックの表面の状態が、物品の搬送や保管に大きな影響を及ぼす。

まず、倉庫における保管ラックの棚部については、物品を安定して定位置に保管することが重要であるが、立体自動倉庫には複数の搬送機構や入出庫のためのリフト等の移動体が常に稼働しており、構造物として一体化されている保管ラックの棚部は常に移動体の動きに伴う微振動を生じているので、物品を安定して定位置に保管するためには、保管ラック表面と物品底面との間に或る程度の摩擦力が必要となる。

逆に、物品を必要時に必要箇所から搬送機構に搭載し出庫部に移動する場合等、容易な移動を可能とするためには、保管ラック表面と物品底面との間に生じる摩擦力は極力小さくする必要がある。

即ち、安定した保管のためには大きな摩擦力が必要である一方で、容易な移動の為には摩擦力を極力小さくする必要があるとの相矛盾した要件を同時に満足させる必要が生じるのである。

そのため、保管領域の外周部に突起や突き当て部を設ける等の物品を定位置に安定して保管する手法も考えられるが、物品の移動が困難となるため、現状では平坦な表面を設けているのが実情である。しかし、次のような問題がある。

一般的に、静止状態から物体を移動する際には、移動体と接触面との間に固有の摩擦が生じ、外力が最大静止摩擦力を越えた時点で初めて物体が動き出し、その後は最大静止摩擦力より小さな動摩擦力の範囲で移動するので、自動倉庫に配置される物品を移動する際には、物品と配置面とに生じる最大静止摩擦力を超えた外力を与える能力がある駆動装置が搬送機構に備えられている。

しかしながら、立体自動倉庫が設置される環境や、日常的に多数の物品が様々な環境から出入りする状況を考慮すると、物品が一連の動作をする際に、即ち、配置、移動時に相互に接触する表面の状態は、濡れや汚れ等によって異なり、最大静止摩擦力が予想以上に大きくなる場合がある。その際は、前記物品が動き出すまでの微妙な時間ロスが積算されることになると同時に、物品に無理な力が掛ることになるか、動き難いために一連の動作に支障を来す。

また、前記の如く予想を超える最大静止摩擦力を想定して、充分に大きな力を有する駆動装置を設けて、それにより前記物品を移動することになるが、衝撃力を大きくすることにつながる。この衝撃力を緩和させる方法として、移動速度を遅らせることも可能だが、全体システムの効率が低下することになる。更に新たな様々の機能を付加することもできるが、複雑な構造になるので経済的な課題が加わることになる。

このように、立体自動倉庫全領域の物品のスムーズな移動、特に、背面で隣接する保管ラック間のスムーズな移動ができ、立体自動倉庫における物流効率を低下することがないと同時に、物品もしくは搬送機構の構造への負荷を増加させることがない簡便な搬送方式を備えた立体自動倉庫は、何れの文献にも開示されておらず、いまだ実現されていない。従って、従来の立体自動倉庫は、格納棚間および隣接する格納棚を１組とする格納設備間のＺ軸方向の物品の自在な移動が困難で、倉庫内での仕分けができないので、予め設定された順序通りに出庫させる順出しを行うためには、時間調整や仕分けするためのコンベアを配備しなければならず、出庫部付近を中心とした大きなスペースが必要であるという問題がある。

また、従来の入出庫作業が自動化された立体自動倉庫においては、出庫作業における物品の処理、例えば、物品の品種別、送付先方面別、顧客別等の分類、保管庫内の物品の再配置、整理・整頓、処分等の仕分け作業を効率的に行うことができる搬送方式に着目した技術は認められない。特に、上記立体自動倉庫の課題が解決された場合、背面で隣接する保管ラック間の物品移動による立体自動倉庫内での物品の仕分けが可能となり、予め設定された順序通りに出庫させる順出し機能が向上するため、時間調整や仕分けするためのコンベアが不要となると共に、出庫処理能力を大幅に向上させることができる。従って、従来方式ではこれらの問題を解決する必要がある。

特開平８－３２４７２１号公報 国際公開第２０１０／０４９９８７号公報パンフレット

本発明は、上記背景技術を鑑み、立体自動倉庫内の物品のスムーズな移動を効率的に行うためには複雑で高価な搬送機構を必要としていたという従来技術の問題点を解決し、物品のスムーズな移動を行うことができ、立体自動倉庫システムにおける物流効率を低下することがないと同時に、物品もしくは搬送機構の構造への負荷を増加させることがない簡便な搬送機構を備えた立体自動倉庫の提供を目的とする。

また、本発明は、上記搬送機構を備えた立体自動倉庫において、出庫された物品の処理を効率的に行うことができる搬送方式を備えた立体自動倉庫の提供を目的とする。特に、立体自動倉庫内での物品の仕分けが可能となる上記立体自動倉庫において生じる出庫処理能力の不足という課題を解決することができる立体自動倉庫の提供を目的とする。

まず、上記立体自動倉庫内の物品の搬送機構に関する課題を解決するために、本発明は、立体自動倉庫における隣り合う保管ラックは、高さ方向に同一階にあり、奥行き方向に同列に位置する保管スペースの間で物品の移動が可能な状態において稼働する搬送機構を有する立体自動倉庫であって、入出庫部と保管ラック間との物品の移動を行う他に、物品を保管ラック間の通路を介さずに隣り合う保管ラックでスムーズな移動を行う運搬機構を有する搬送方式を備えた立体自動倉庫を提供するものである。より具体的に説明すると、本発明の一態様は、縦横方向に棚が多段に積層された複数の保管ラックから構成される保管倉庫部と、入出庫部と、保管ラックの物品の格納面の脇に設けられた通路を走行する搬送機構とを備えた立体自動倉庫において、搬送機構が、保管ラックに保管し得る全ての物品を保管または取出し可能とするための突出部を有した多段で構成される伸縮式弾性機構と、任意の位置に保管される物品を移動する際に、伸縮式弾性機構による押出しもしくは引き出し力が、保管の位置の構造物表面と物品との間に生じる最大静止摩擦力を越えて弾性変形を伴う力を発生させる機構と、最大摩擦力を越える力を生じさせるための駆動力を有した駆動部を具備し、最大静止摩擦力を越えて弾性変形を伴う力を発生させる機構は、伸縮式弾性機構が軸方向に移動可能な多段の弾性構造物で構成されるかもしくは多段の剛性構造物間に弾性変形可能な構造物を介して構成される運搬機構を有する搬送方式を備えたことを特徴とする立体自動倉庫である。この運搬機構を有する搬送方式により、弾性構造物もしくは弾性変形可能な構造物が圧縮変形した後に最大静止摩擦力を越えて物品が移動を開始し、その際に、物品への衝撃力が緩和されるので、静止状態にある物品をスムーズに移動することが可能となる。

更に、本発明の一態様においては、伸縮式弾性機構の伸縮を可能とする介在部材、および／もしくは、伸縮式弾性機構の伸縮を駆動するための駆動構成部材が、少なくとも、弾性変形を可能とする形状である金属、または、合成樹脂あるいはゴム弾性素材もしくは金属バネ材のいずれか一つ以上で構成される構造物であることを特徴としており、経済的で簡素な構造となる。ここで、弾性変形を可能とする形状である金属とは、例えば片持ち梁構造の如くの長尺構造材における支持端の反対側が弾性領域内で変位する構造や、部分的に弾性変形可能な切欠きや薄肉部を設けた金属を意味している。

一般的な倉庫においては、保管スペースに保管される物品は安定して設置される必要がある一方で、保管スペースと物品の接触部が汚れや濡れ等によって予想以上の摩擦を生じる可能性もある。しかし、本発明によれば、初期の物品に対する衝撃を緩和し、かつ、弾性材が圧縮された後最大摩擦力に到達した時点で物品が動き出し、その瞬間に物品とその保管構造物表面との摩擦が、静止摩擦から動摩擦に変わるので、抵抗が小さく、柔らかな物品の移動を与えることになる。ここで、初期の物品を押す力が、物品の動きに対して時間的に追従しない場合は、弾性材の復元力で物品に追従するか、または、若干の時間を経て柔らかに物品を押すことになる。一方、初期の物品を押す力が、物品の動きに対して時間的に追従する場合は、衝撃力なく物品を押すことができ、柔らかな動きを与えることになる。

更に具体的な本発明の一態様は、伸縮式弾性機構の伸縮を可能とする介在部材が、タイミングギアおよび前記タイミングギアに連動するタイミングベルト、および、固定レールと第１の摺動レールならびにそれに続く摺動レール間に二本が交差して連結される一定の長さを有するベルトが、合成樹脂もしくはゴム弾性素材で構成される構造物であることを特徴としている。この構造物により衝撃力が緩和される効果を得ることが可能となる。

更にその他の具体的態様として、伸縮式弾性機構の伸縮を可能とする介在部材を、タイミングギアおよびタイミングギアに一体となるギアシャフトとタイミングギアを回転駆動する駆動外周部との間に金属バネを固定介在する構造物、および／もしくは、固定レールと第１の摺動レールならびにそれに続く摺動レールとの間に二本が交差して連結される一定の長さを有するベルトが合成樹脂もしくはゴム弾性素材で構成される構造物とすることもできる。

更にその他の具体的態様として、伸縮式弾性機構の伸縮を可能とする介在部材を、弾性梁で構成されるラチス式構造を組み合せた構造物とすることも可能である。

以上、いずれかの構造物の弾性変形を利用することで、上記のごとく最大摩擦力を越える柔らかな力を容易に得ると共に、衝撃力を緩和することが可能となるのである。

また、本発明は、これまでに記載した運搬機構を有する搬送方式を備えた立体自動倉庫において、その入出庫部の入庫部および／または出庫部の近くに、集品容器提示部を設けたことを特徴とする立体自動倉庫である。そして、その入出庫部の入庫部および／または出庫部に物品が供給される物品提示部を設置し、その近くに集品容器提示部が備えられていることがより好ましい。更に、入出庫部に延長搬送手段を介して物品提示部が設置されることより更に好ましい。

この入出庫部は、物品の搬入と搬出に係わる装置全体をいい、特に出庫部は、物品の処理、例えば、物品を品種別、送付先方面別、顧客別等に分ける仕分け、保管庫内の物品の再配置、整理、処分等を行うために、物品が供給される移載装置であれば限定されるものではないが、入庫部がこの物品が供給される移載装置を兼ねることも可能である。特に、このような移載装置として、入庫部および／または出庫部に物品および物品収納容器が提示される物品提示部を設けることが好ましい。この場合には、物品提示部の近くに集品容器提示部を設ける。この物品提示部を設けることによって、立体自動倉庫の物品の出庫作業における物品の仕分け作業、並びに、倉庫内の物品の仕分け作業の自由度を高めることができる。そのため、上記出庫のための物品が供給される移載装置は、必要に応じ、一時貯留機構（アキュムレーションコンベア）、速度制御機構、正逆搬送機構、分岐搬送機構、合流搬送機構、および、停止機構の少なくとも一つ以上の機構を有するコンベアで構成されている。

ここで、入出庫部あるいは物品提示部を構成する移載装置と集品容器提示部との位置関係を示す「近く」とは、作業者またはロボット等（以下、「作業者」という。）が実質的に移動することなく、入出庫部あるいは物品提示部に供給されてきた物品を取り出し、その取り出した物品を集品容器に投入しうることが可能であることを意味する。

上記入出庫部あるいは上記物品提示部を構成する移載装置の近くに設けられる集品容器提示部は、作業者が実質的に移動することなく、入出庫部や物品提示部に供給されてきた物品を処理できる手段であって、段ボール箱やオリコン等の集品容器や袋やハンガー等の箱状でない容器を順次供給および搬出するコンベアゾーンであれば、特に限定されるものではない。また、物流効率の観点から、集品容器提示部には、種々の集品容器の供給部および搬出部に接続されていることが好ましい。

更に、上記物品提示部は、倉庫の省スペース化や適正なレイアウトおよび動線の構築等の種々の目的に応じて、作業者による物品の処理を保管ラックの近辺で行う必要はなく、保管ラックから離れたところで行う方が好ましい場合には、すなわち、集品容器提示部を保管ラックから離れたところに設置する方が好ましい場合には、物品提示部を延長させることができる。また、同様に、作業者による物品の処理を、保管ラックと同一階で行う必要はなく、保管ラックの階下あるいは階上で行うことが好ましい場合には、すなわち、集品容器提示部を保管ラックの階下あるいは階上に設置する方が好ましい場合には、物品提示部を階下あるいは階上に設置することができる。つまり、物品提示部および集品容器提示部は、保管棚が設けられる全ての階および保管棚のない階においても設置することができる。このような場合には、昇降手段やコンベア等の移載搬送装置を用いた物品の上下搬送を利用することが好ましい。

このような出庫作業を効率的に行える搬送方式を、上記運搬機構を有する搬送方式を備えた立体自動倉庫に更に付与すれば、立体自動倉庫のどこからでも所望の物品を搬出入することができるという上記本発明の特徴を生かして、立体自動倉庫全領域の物品が入出庫部あるいは物品提示部に搬送されるので、それらの近くに設けられた集品容器提示部を用いると、作業者が実質的に移動することなく、効率的な物品の処理、例えば、物品の品種別、送付先方面別、顧客別等の分類、保管庫内の物品の再配置、整理、処分等を行うことが可能となる。

以上、本発明の立体自動倉庫によれば、立体自動倉庫全領域の物品のスムーズな移動、特に、背面で隣接する保管ラック間のスムーズな移動ができ、立体自動倉庫における物流効率を低下することがないと同時に、物品もしくは搬送機構の構造への負荷を増加させることがない簡便な搬送が可能となる。この結果、立体自動倉庫内での物品の仕分けが可能となり、予め設定された順序通りに出庫させる順出し機能が向上するため、時間調整や仕分けするためのコンベアが不要となるので、立体自動倉庫の省スペース化を図ることができると共に、出庫処理能力を大幅に向上させることができる。

また、本発明の立体自動倉庫によれば、出庫作業における物品の処理、例えば、物品の品種別、送付先方面別、顧客別等の分類、保管庫内の物品の再配置、整理・整頓、処分等の仕分け作業を効率的に行うことができる。特に、上記物品のスムーズな移動が可能な立体自動倉庫の順出し機能に対応した出庫処理が可能となる。

本願の一実施形態に係る複数の保管ラックの構成図である。 本願の一実施形態に係る保管ラックのイメージ図である。 本願の一実施形態に係る立体自動倉庫における搬送ユニットの流れイメージ図である。 本願の一実施形態に係る隣り合う保管ラック間の横断搬送のイメージ図である。 本願の一実施形態に係る搬送機構上面図である。 本願の一実施形態に係る搬送機構の伸縮式弾性機構の斜視構造図である。 本願の一実施形態に係る伸縮式弾性機構のフィンガー構造図である。 本願の一実施形態に係る伸縮式弾性機構の変位状態例である。 本願の一実施形態に係る伸縮式弾性機構の変位状態の他の例である。 本願の一実施形態に係る伸縮式弾性機構の変位状態例である。 本願の一実施形態に係る伸縮式弾性機構の変位状態の他の例である。 本願の一実施形態に係る伸縮式弾性機構の変位状態の他の例である。 本願の一実施形態に係る伸縮式弾性機構の変位状態の他の例である。 本願の一実施形態に係る搬送機構と運搬ユニットの関連図である。 外力と摩擦力の一般的な関係図である。 本願の一実施形態に係る伸縮式弾性機構によって押付けもしくは引き出される物品に掛かる衝撃力と移動時間の関係図である。 本願の一実施形態に係る伸縮式弾性機構によって押付けもしくは引き出される物品の移動時間と移動量の関係図である。 本発明の一実施態様に係る、図３の立体自動倉庫に搬出入装置を図示し、搬出入装置の近傍に集品容器提示部を設置した出庫搬送方式およびその物品の流れを示す概念図である。 本発明の一実施態様に係る、図３の立体自動倉庫に搬出入装置を図示し、入出庫部に物品提示部を設置し、物品提示部の近傍に集品容器提示部を配備した出庫搬送方式およびその物品の流れを示す概念図である。 本発明の一実施態様に係る、図１５の立体自動倉庫において、入出庫部に延長コンベアを介し物品提示部を設置し、物品提示部の近傍に集品容器提示部を配備した出庫搬送方式およびその物品の流れを示す概念図である。 本発明の一実施態様である、保管ラックから離れた位置に物品提示部を設け、その近くに集品容器提示部を備えた出庫搬送方式およびその物品の流れを示す概念図である。 本発明の一実施態様である、保管ラックの階下に物品提示部や集品容器提示部等を備えた出庫搬送方式を示す概念図である。 本発明の一実施態様である、保管ラックの直下に物品提示部や集品容器提示部等を備えた出庫搬送方式を示す概念図である。

図１は、複数の保管ラック１が横方向に並んだ状態で、例えば、設置スペースを有効にするために、保管ラック１内に保管される図示しない物品を入出庫するために、図示しない搬送機構が保管ラッキング通路２のスペースを走行する自動倉庫を示している。ここでは背中合わせの保管ラック１が二箇所に、その両端に其々１個の保管ラック１が位置した状態の例を示している。

図２は、保管ラック１の構造を概念的に描いたもので、縦横複数段並んだ保管スペース３を示し、ここでは縦３段、横６列の例を示しているが、実際は更に多段のものが想定される。

図３は、立体自動倉庫における前記物品の流れを描いたもので、入出庫部ＳＲにおける入庫部４から入庫した前記物品１０は、入／出庫リフト６によって上下方向の指定された階に運ばれ、入庫バッファ部７を経由し、搬送機構９によって保管倉庫部の保管ラック１の指定の保管スペース３の位置に保管される。更に、出庫時には、搬送機構９によってピッキングされた前記物品１０が、出庫バッファ部８を経由して搬送機構９ならびに出庫部５に至るまでの流れを示している。尚、ここでの保管ラック１の配置は、＜２＞と＜３＞とが背中合わせに配置され、その両端側に位置する＜１＞および＜４＞が１列で配置されそれらの間隙部の通路２において搬送機構９が走行することとなる。

図４は、図３における四列の保管ラック１の横方向に隣り合う二列の保管スペース３のみを描いたもので、保管ラック１の配置が背中合わせに配置される＜２＞および＜３＞の位置において、前記物品１０を横断的に保管、もしくは移動する状態を示している。ここに、左側の状態においては搬送機構９の両端に設置される二本の伸縮アーム１１の先端に位置する突出部１２により、前記伸縮式弾性機構１１を充分に伸ばし、奥行き方向に隣り合う保管ラック１の保管スペース３に送り込む状態の一例を示している。一方、右側においては搬送機構９の両端に設置される二本の前記伸縮式弾性機構１１の先端に位置する突出部１２により、前記伸縮式弾性機構１１を搬送機構９の本体側に引き寄せる状態の一例を示している。

図５は、搬送機構９の上面図を示し、図示しない保管ラック１の端部に位置するガイドレール９８に沿って走行ホイール９６の駆動力によって移動する搬送機構９の内側部には、二本の前記伸縮式弾性機構１１が構成され、前記伸縮式弾性機構１１は、例えば固定レール９１と第１の摺動レール９２と第２の摺動レール９３とを備えて構成され、例えば後述する構造によって自由に伸縮可能な構造となる。ここで、最内側に位置する第２の摺動レール９３の内面側には、図示しない前記物品１０を移動せしめるための複数の端部突出部９４と複数の内部突出部９５が構成されている。ここに複数の突出部は、前記物品の大きさによって端部突出部９４もしくは内側突出部９５を選択可能とし、図示する前後４箇所に限らず更に多くすることも可能である。また、搬送機構９における前記伸縮式弾性機構１１の伸縮方向が搬送機構９の走行する方向に直角する方向の左右双方に伸縮するために、長さ方向に対して前後対称的な位置に設置されると効果的である。

図６は、前記伸縮式弾性機構１１を示した斜視図で、例えば、搬送機構９の奥行寸法の凡そ３倍に相当する伸縮長さを確保する場合を想定した例として、別図で示す伸縮移動の基盤部となる固定レール９１とその動きに従って追随して動く第１の摺動レール９２と第２の摺動レール９３とが左右一対で構成されている。

図７は、前述の図６における第２の摺動レール９３の内側の側面に構成される突出部を描いている。突出部は図示しない物品１０を、入庫時には搬送機構９に搭載し、保管時には必要位置に送り込み、出庫時には搬送機構９に一時搭載した後に次の位置に送り込むために、通常時は第２の摺動レール９３の表面から突出することなく収まり、前記物品１０を移動せしめる際には、必要箇所の突出部が突出することで前記物品１０の一部に当接し、前記伸縮式弾性機構１１全体が伸縮することで任意の位置に前記物品１０を移動することを可能としている。

ここに、左右対称位置に置かれる二つの前記伸縮式弾性機構１１の内側に位置する複数の突出部は、その前後両端に端部突出部９４が位置し、その間に１箇所もしくは複数の内部突出部９５を構成し、それぞれの突出部は、Ａ部拡大図に示す通り、略９０度に傾斜する等の構造で、第２の摺動レール９３の表面から突出する構造を有している。

図８Ａおよび図８Ｂは、前述の前記伸縮式弾性機構１１が弾性変形を伴いながら伸縮するための具体的構造例を示すもので、その変位状態を示している。固定レール９１内には駆動部により任意方向に回転駆動し、その外周部には駆動力を伝達する凹凸ギアの如くのタイミングギア１００を有し、タイミングギア１００の外周部には内外形部に上記凹凸ギアの形状に対応した凹凸部を有するタイミングベルト１０１を介在し、当接する第１の摺動レール９２の箇所にも上記凹凸ギアの如くの形状に対応した凹凸部を有し、移動可能な状態で保持され、更にその内側に第２の摺動レール９３が摺動方向に移動可能な状態で保持され、固定レール９１および第１の摺動レール９２並びに第２の摺動レール９３は、それぞれに固定するプーリ―を介して２本の同じ長さのベルトが交差させる状態で、上記三段のレールを伸縮可能に保持されている。

ここに、図８Ａは、搬送機構９における走行方向に直角方向の領域内に第１および第２の摺動レール９２、９３が収納され畳まれた状態を示し、図８Ｂは、タイミングギアを回転することによって一方に伸びた状態を示している。因みに、本図においては図中の右方向に伸びた状態を示しているが、タイミングギア１００の回転方向を逆にすることで、逆方向に伸びることが可能な構造としている。

図９は、前述の図８Ａのタイミングベルト１０１の有する機能に代わり、前記伸縮式弾性機構１１が弾性変形を伴いながら伸縮するための具体的構造において、その変位状態と、コイルバネを用いた別の事例を示している。固定レール９１内には駆動部により任意方向に回転駆動し、その外周部には駆動力を伝達する凹凸ギアの如くのタイミングギア１００を有し、当接する第１の摺動レール９２の箇所にも凹凸ギアの如くの形状に対応した凹凸部を有し、移動可能な状態で保持され、更にその内側に第２の摺動レール９３が摺動方向に移動可能な状態で保持され、固定レール９１と第１の摺動レール９２および第２の摺動レール９３は、それぞれに固定するプーリ―を介して２本の同じ長さのベルトがクロスする状態で、上記三段のレールを伸縮可能に保持されている。

例えば図９Ａは、搬送機構９の領域内に収納され畳まれた状態を示し、図９Ｂは、タイミングギアを回転することによって一方に伸びた状態を示している。

一方、図９Ｃは、弾性変形を利用するために図示しない駆動部によって回転運動を起こす駆動外周部１０５とタイミングギア１００との間にコイルバネ１０４を設けた概念図で、ここにコイルバネの両端部はギアシャフト側と駆動外周部側とに固定することで、回転方向に対して弾性的な変形を生じる手法の形態例を示している。

また、図９Ｄは、複数本の梁をクロスさせて組み合わせたラチス式伸縮弾性機構１０７を適用した形態例を示している。

図１０は、前記図６～図９で示す搬送機構９における第２の摺動レール９３と前記物品１０の関連を上面から示した図であり、一方の前記端部突出部９４のみを前記物品１０に押し当てる状態にし、矢印方向に移動する状態を示している。因みにここでの突出部形状は、物品１０を移動方向に移動する力が安定して付加されるなら図示する形状以外の形状でも可能である。

図１１は、外力Ｆと摩擦力ｆの一般的な関係図を示し、質量ｍの物体が摩擦力によって静止している際に、動かそうとする前記外力Ｆと、逆向きに働く静止摩擦力ｆは、ｆ＝Ｆの関係にあることを示し、最大静止摩擦力ｆ_０を超える外力Ｆ（ｆ_０＜Ｆ）によってはじめて物体は動き出し、その後は動摩擦力ｆ’を越える外力Ｆで運動を継続することが可能であることは周知の通りである。

図１２は、本願の一実施形態に係る前記伸縮式弾性機構１１によって押付けもしくは引き出される前記物品１０に対する衝撃力Ｐと移動時間ｔとの関係を示した図であり、従来構造での挙動を破線（Ｘ）で示し、本案構造での挙動を実線（Ｙ）で示している。ここに、前記伸縮式弾性機構１１の押付けもしくは引き出し部が最初に当たる時間ｔ_０から所定の位置に到達する時間ｔ_２までの間に、従来構造においてＰ_２に相当する衝撃値を生じると同様の周辺環境において、本案構造によると前記伸縮式弾性機構１１における多段の弾性構造物で構成されるかもしくは多段の剛性構造物間に弾性変形可能な構造物が圧縮変形を生じるために、前記最初に当たる瞬間に外から加えられる外力が緩和され、衝撃力Ｐ_１が前記Ｐ_２に比較して小さくなる状態を示している。Ｐ_１のピークを過ぎた後は動摩擦係数に対応した力で前記物品１０が安定して移動し、一般的に大きな衝撃力は生じない。但し、接触面の状態によって間欠的に大きな摩擦力を受ける場合は小さな衝撃力を受けながら移動することになる。本図では簡便的に微小なＰ_３に相当する衝撃が一定して掛っている状態を描いているが、実際はこの限りではなく動摩擦力の他に微細な衝撃的外力が不規則に掛かることが想定され、微細で不規則な衝撃力を伴う挙動を示すことになる。

図１３では、本案の一実施形態に係る伸縮式弾性機構によって押付けもしくは引き出される物品の移動量Ｌと移動時間ｔとの関係を示した図であり、従来構造での移動状況を破線（Ｘ）で示し、本案構造での移動状態を実線（Ｙ）および一点鎖線（Ｚ）で示している。ここに、前記伸縮式弾性機構１１の押付けもしくは引き出し部が最初に当たる時間ｔ_０から所定の位置Ｌ_１に到達する時間ｔ_２までの間に、従来構造においては駆動部の力によって一定の力による一定速度の運動に従って破線（Ｘ）の如く直線的な状態で移動する。一方本案構造では前記伸縮式弾性機構１１における多段の弾性構造物で構成されるかもしくは多段の剛性構造物間に弾性変形可能な構造物が圧縮変形を生じるために、前記最初に当たる瞬間に生じる圧縮変形を伴う領域（ａ）においては緩やかな動きから始まり、最大圧縮量に至りそこで蓄えられたエネルギーによる反発力を加えて移動する領域（ｂ）において急速な移動に移行し、更に前記伸縮式弾性機構１１の弾性構造部が前記駆動部の力とバランスが取れた時点で前記従来構造での破線で描いた傾斜と一致する勾配で前記物品１０が移動することになる。

ここに、前記反発を伴う領域（ｂ）においては、前記伸縮式弾性機構１１の弾性系が有するばね乗数の大きさと最大静止摩擦力の大きさとの関係によって、図１３中の特に前記領域（ｂ）においては、実線（Ｙ）で示す状態と、一点鎖線（Ｚ）で示す状態、およびその中間的な状態で前記物品１０が移動することになる。即ち、前記バネ反発が大きい場合は実線に近く、前記バネ反発が小さい場合は一点鎖線に近い挙動を示すことになる。因みに、前記領域（ａ）において時間的に遅れを生じるが、前記領域（ｂ）における急峻な移動領域において時間遅れを回復することで、到達点Ｌ_２に至る時間の差は殆どなくなる。

一般的な倉庫において、保管スペース３の表面や前記物品１０の底面等の表面状態はいつもきれいな状態に保証されているわけでなく、突発的な理由によって汚れや濡れ等によって予想以上に大きな摩擦を生じる可能性がないとは言えない。仮にそのような状態で前記物品１０を移動させるとしたときに、容易に動かないとしたら、前記物品１０部の外部にダメージを与えるか、搬送機構９の駆動部に大きな負荷が掛ることによって繰り返されるダメージによって故障の原因になる等が容易に考えられる。

そのようなダメージを極力低減するために、図８乃至図９で示した弾性機構を伴うことで、図１２乃至図１３における実線（Ｙ）もしくは一点鎖線（Ｚ）で示すように、衝撃力は小さく且つ時間遅れを伴わずに、前記物品１０をスムーズに所定の位置Ｌ１まで移動することが可能となる。

次に、搬送機構に特徴を有する本発明の上記立体自動倉庫において、入出庫部の入庫部および／または出庫部の近くに、あるいは、入庫部および／または出庫部に設けた物品提示部の近くに、集品容器提示部を設けたことを特徴とする出庫搬送方式を図面により詳細に説明する。

図１４は、本発明の一実施態様である、入出庫部の入庫部および／または出庫部の近くに集品容器提示部を設けた出庫搬送方式およびその物品の流れを示す概念図である。図中の２本の通路２の内、一方の通路２の両側に保管ラック＜１＞、＜２＞が設けられており、もう一本の通路２の両側には保管ラック＜３＞、＜４＞が設けられている。

入出庫部ＳＲには、入庫部４、出庫部５、入出庫リフト６、入出庫リフトに備えられている物品載置搬送台６－１～６－４、入庫バッファ部７、出庫バッファ部８、物品１０を入出庫する搬出入装置１９が設けられている。この搬出入装置１９は、通常のコンベアでもよいが、必要に応じ、一時貯留機構（アキュムレーションコンベア）、速度制御機構、正逆搬送、分岐搬送、合流搬送、および、停止の少なくともいずれか一つ以上の機能が付与されたコンベアから構成されていることが好ましい。

そして、物品を入出庫する搬出入装置１９に隣接するように集品容器提示部１６－１、１６－２が配備されており、作業者１５－１、１５－２は、入庫部４を経て搬出入装置１９に供給される物品１０を取扱う。

ここで、搬出入装置１９と集品容器提示部１６－１、１６－２との位置関係は、作業者が実質的に移動することなく、例えば、搬出入装置１９に供給されてきた物品を取り出し、その取り出した物品を集品容器１４に投入しうる距離や場所のことである。なお、取り出し作業は作業者１５－１、１５－２による場合だけではなく、ロボット等のマテハン装置を用いる場合もある。

また、搬出入装置１９の破線で示した領域１３－１、１３－２は、作業者１５－１、１５－２が集品作業を行うための物品が提示される、いわゆる、後述する物品提示部の役割を果たしている。

更に、空の集品容器１４を集品容器提示部１６－１、１６－２へと供給するための、周知のローラーコンベアと分岐機構等からなる集品容器供給部１７と、集品された集品容器１４を次工程へと搬出するための、周知のローラーコンベアと合流機構等を備える集品容器搬出部１８が設けられている。ただし、このような集品容器供給部１７および集品容器搬出部１８の装置や方式は特に限定されるものではない。

次に、このような構成の立体自動倉庫における物品は、次のように搬送される。通路２の搬送機構９を用いて同一階の保管ラック＜１＞と＜２＞との間は、物品を移動でき、同様に、保管ラック＜３＞と＜４＞との間も通路２の搬送機構９を用いて物品を移動することができる。更に、図４で説明したように、同一階の保管ラック＜２＞と＜３＞との間も伸縮式弾性機構１１によって、自在に移動できる。このように、同一階の保管ラック＜１＞から＜４＞までの全領域で、物品１０の移動が可能である。更に、入出庫リフト６およびそれに備えられた物品載置搬送台６－１～６－４を使用することによって本発明の立体自動倉庫の全領域にある物品１０を自在に移動させ、立体自動倉庫内で仕分けすることができる。

そこで、まず物品の入庫は、例えば、搬出入装置１９から、入庫部４、物品載置搬送台６－２または６－４、入庫バッファ部７を経由し、搬送機構９により、保管ラック＜１＞～＜４＞の任意の保管スペースに搬送されて行われる。入出庫リフト６を使用することによって、別の階の保管ラックにも入庫することができる。

次いで、ある仕向け先への特定の物品１０を集品する場合、本発明の立体自動倉庫の全域にある物品１０から、搬送機構９、それに備えられた伸縮式弾性機構５、および、入出庫リフト６、物品載置搬送台６－１～６－４、入庫バッファ７、出庫バッファ８を用いて、その仕向け先への特定の物品１０を集品容器提示部１６－１、１６－２と同一階の保管ラック＜１＞～＜４＞の任意の保管スペース２に移動させておく。例えば、図１４では、その特定の物品１０を保管ラック＜１＞の保管スペース１０－１の位置に移動させた場合で説明する。ここに移動された物品１０は、搬送機構９によって取出され、出庫バッファ部８、物品載置搬送台６－１、出庫部５を経由して搬出入装置１９に移動される。ここで、第１の集品容器提示部１６－１が、搬出入装置１９に隣接して設けられているため、作業者１５－１が、実質的に移動することなく物品１０を処理することができる。物品１０から集品されるものがある場合には、（図示されていない）表示器に従って、作業者１５－１が、移動することなく集品容器供給部１７から供給される集品容器１４に物品１０の一部を移載し、指示された範囲の数量で集品容器１４に収容されたことを確認した後、集品容器搬出部１８に送り出される。そして、第１の集品容器提示部１６－１に、集品容器供給部１７より次の空の集品容器１４が供給される。一方、物品１０は、次の集品作業に備え、再度保管ラックに整理して保管されるため、搬出入装置１９が逆行し、入庫部４、物品載置搬送台６－２、入庫バッファ７を経由して、搬送機構９によって保管ラック＜１＞の保管スペース１０－１の位置に戻される。この場合、本発明の立体自動倉庫は、上述したように、物品を全領域に自在に移動させ、立体自動倉庫内で仕分けすることができるので、今後の注文状況に応じて、同一階の別の保管スペース、例えば、１０－２、１０－３、１０－４等のいずれの保管スペースにも仕分けすることができる。また、別の階の保管スペースに仕分けすることもできる。

一方、例えば、ある仕向け先への特定の物品１０の全てが集品された場合には、物品１０の収納容器を搬出するため、搬出入装置１９からそのまま搬出される。

集品する物品は、その保管ラックが、集品容器提示部１６－１、１６－２と同一階の場合は、搬送機構９を用いて、順次、その仕向け先への物品を搬送し、入出庫リフト６を介することなく入出庫部ＳＲの端部にある搬出入装置１９へと搬送される。そして、集品する物品の保管ラックが、集品容器提示部１６－１、１６－２と同一階にない場合は、入出庫リフト６および物品載置搬送台６－１～６－４を介して、入出庫部ＳＲの端部にある搬出入装置１９へと搬送される。しかし、上述したように、本発明の立体自動倉庫では、ある仕向け先への特定の物品１０を集品する場合、立体自動倉庫全域にある物品１０から、搬送機構９、伸縮式弾性機構１１、入庫バッファ部７、出庫バッファ部８、および、入出庫リフト６を用いて、その仕向け先への特定の物品７を集品容器提示部１６－１、１６－２と同一階の保管ラックに仕分けしておくように制御される。

このような特定の物品１０の移動は、集積されたデータに基づいて、各種コンベヤ、搬送機構、表示器、集品容器等を連動、統括する一般的な立体自動倉庫の（図示しない）制御部によって実行される。

なお、ここで、入出庫部ＳＲにおける物品の搬送順は、立体自動倉庫の制御部によって、同一仕向け先のものとなるように整列されてもよいが、もちろん、同一仕向け先かどうかに限らず配送順が指定されている場合には、そのような順番に物品を並べ直して搬送することが自在にできる。

一方、保管ラックは＜１＞から＜４＞までの４ゾーンに限定されず、通路２も２通路に限定されず、更に多数のゾーンや通路であってもよく、同様の機構により、ゾーン間の自在な移動を実現することができる。

また、集品容器供給部１７、集品容器提示部１６－１、１６－２、集品容器搬出部１８は、ローラーコンベア等によるとしたが、ローラー以外のコンベア、例えばベルトコンベアや、モノレール、リフト等、コンベア以外の手段であってもよい。

更に、集品容器１４としては、段ボール箱やオリコン等の容器が好ましいが、それに限定せず、袋やハンガー等の箱状でない容器や、容器のないコンベアのゾーン等であってもよい。

このようにして、作業者は、その位置を実質的に移動する必要がなく、目の前に搬送されてくる物品を集品容器へと移載すればよく、効率的な集品および出庫作業ができる。

図１５は、入出庫部ＳＲの端部に入庫部４および出庫部５から物品が供給される物品提示部１３－１、１３－２を設け、それに隣接するように集品容器１４を集品のために提示する集品容器提示部１６－１、１６－２を配備したことを特徴とする本発明の一実施形態である。ここでも、物品提示部１３－１、１３－２と集品容器提示部１６－１、１６－２との位置関係は、作業者が実質的に移動することなく、例えば、物品提示部１３－１、１３－２に供給されてきた物品を取り出し、その取り出した物品を集品容器１４に投入しうる距離や場所にあることである。

この物品提示部１３－１、１３－２は、図１４における搬出入装置１９の破線の領域１３－１’、１３－２’と同様の役割を果たすものである。しかし、図１５に示す物品提示部１３－１、１３－２を設けることによって、立体自動倉庫の物品の入出庫、出庫作業における物品の処理、例えば、物品の品種別、送付先方面別、顧客別等の分類、更には、保管庫内の物品の再配置、整理・整頓、処分等の仕分け作業の自由度を高めることができる。従って、物品提示部１３－１、１３－２は、必要に応じ、一時貯留機構（アキュムレーションコンベア）、速度制御機構、正逆搬送機構、分岐搬送機構、合流搬送機構、および、停止機構の少なくとも一つ以上の機構を有するコンベアで構成される。

更に、図１６は、図１５の入庫部４および出庫部５と物品提示部１３－１、１３－２との間に延長コンベア２０－１～２０－４を設けたことを特徴とする本発明の一実施形態である。この延長コンベアによって、作業者１５－１、１５－２の作業環境およびスペース、集品容器供給部１７や集品容器搬出部１８等が自在に配置できるようになる。

特に、図１７に示すように、延長コンベア２０－１～２０－４を長くすると、立体自動倉庫敷地内において、保管ラックと出庫作業場とが、同一の建屋であっては、建屋内で自由な配置が可能であり、同一建屋内にある必要もない。

また、第１の物品提示部１３－１と第１の集品容器提示部１６－１とから構成される出庫搬送方式および第２の物品提示部１３－２と第２の集品容器提示部１６－２とから構成される出庫搬送方式が保管ラック＜１＞～＜４＞と同一階にない場合の一実施形態として、図１８に示したような構成とすることもできる。

図１８は、図１５において、第１の物品提示部１３－１と第１の集品容器提示部１６－１とから構成される出庫搬送方式および第２の物品提示部１３－２と第２の集品容器提示部１６－２とから構成される出庫搬送方式を保管ラック＜１＞～＜４＞の階下に配設した場合の、切断線Ａ付近における断面の概念図である。処理される物品が、例えば、１０－３の位置に保管されていた場合、搬送機構９で搬送された物品が、出庫部８、物品載置搬送台６－３を経由して、入出庫リフト６で、階下に搬送され、（図示されていない）階下の出庫部を経由して、階下の物品提示部１３－２に供給される。そして、物品提示部１３－２に供給された物品は、作業者１５－２によって、これに隣接した第２の集品容器提示部１６－２へ供給される集品容器１４に仕分けされる。これは、物品提示部と集品容器提示部とからなる出庫搬送方式をある保管ラックの階下に置いた例であるが、階上に配設することも可能である。

更に、立体自動倉庫の省スペース化を図るために、保管ラックの直下に物品提示部と集品容器提示部とからなる出庫搬送方式を配設した、本発明の一実施形態の断面の概念図を図１９に示す。このように、第２の物品提示部１３－２、第２の集品容器提示部１６－２、集品容器供給部１７、集品容器搬出部１８を保管ラックの直下に配設することによって、立体自動倉庫のスペースが大幅に削減可能となる。

本発明は、倉庫全域に保管されているものが自在かつ効率的に移載され、それが作業者やロボット等によって処理、すなわち、仕分け作業ができる搬送方式を備えた立体自動倉庫であるため、単なる物品および物品収納容器等に限定されるものではなく、車、書籍、部品、完成品等のあらゆる保管管理システムに適用することが可能である。

１ 保管ラック
２ 通路
３ 保管スペース
４ 入庫部
５ 出庫部
６ 入出庫リフト
６－１ 第１の物品載置搬送台
６－２ 第２の物品載置搬送台
６－３ 第３の物品載置搬送台
６－４ 第４の物品載置搬送台
７ 入庫バッファ部
８ 出庫バッファ部
９ 搬送機構
９１ 固定レール
９２ 第１の摺動レール
９３ 第２の摺動レール
９４ 端部突出部
９５ 内側突出部
９６ 走行ホイール
９７ シャーシ
９８ ガイドレール
１００ タイミングギア
１０１ タイミングベルト
１０２ プーリ―
１０３ ベルト
１０４ コイルバネ
１０５ 駆動外周部
１０６ ギアシャフト
１０７ ラチス式伸縮弾性機構
１０ 物品
１０－１ 第１の物品
１０－２ 第２の物品
１０－３ 第３の物品
１０－４ 第４の物品
１１ 伸縮式弾性機構
１２ 突出部
１３－１ 第１の物品提示部
１３－１’ 第１の物品提示部と同じ機能を果たす領域
１３－２ 第２の物品提示部
１３－２’ 第２の物品提示部と同じ機能を果たす領域
１４ 集品容器
１５ 作業者
１６－１ 第１の集品容器提示部
１６－２ 第２の集品容器提示部
１７ 集品容器供給部
１８ 集品容器搬出部
１９ 搬出入装置
２０ 支柱
ＳＲ 入出庫部
Ａ 切断線
Ｆ 外力
ｆ 摩擦力
ｆ_０ 最大静止摩擦力
ｆ’ 動摩擦力
Ｌ 外力により移動する量
Ｌ_０ 移動前の位置
Ｌ_１ 所定の移動量
Ｐ 衝撃力
Ｐ_０ 衝撃力が加わる瞬間
Ｐ_１ 本案による最大衝撃力
Ｐ_２ 従来構造による最大衝撃力
Ｐ_３ 物品の移動時に加わる摩擦による微細な衝撃力
ｔ 時間
ｔ_０ 物品に押付力もしくは引き出し力が働く瞬間
ｔ_１ 伸縮式弾性機構が変位・変形している期間
ｔ_２ 所定の移動量に達した時間

Claims (5)

1. 縦横方向に棚が多段に積層された複数の保管ラックから構成される保管倉庫部と、入出庫部と、前記保管ラックの物品の格納面の脇に設けられた通路を走行する搬送機構とを備えた立体自動倉庫において、
   前記搬送機構が、
   前記保管ラックに保管し得る全ての前記物品を保管または取出し可能とするための突出部を有した多段で構成される伸縮式弾性機構であって、任意の位置に保管される前記物品を移動する際に、前記伸縮式弾性機構による押出しもしくは引き出し力を前記保管の位置の構造物表面と前記物品との間に生じる最大静止摩擦力を越えて弾性変形を伴う力として発生させるように、軸方向に移動可能な多段の弾性構造物で構成されるかもしくは多段の剛性構造物間に弾性変形可能な構造物が弾性変形を生じるように構成されることで前記物品に前記突出部が最初に当たる瞬間に衝撃力が緩和されて動きを緩やかにすることのできる、伸縮式弾性機構と、
   前記静止最大摩擦力を越える力を生じさせるための駆動部と
   を具備し、
   前記伸縮式弾性機構は、タイミングギアおよび前記タイミングギアに一体となるギアシャフトと前記タイミングギアを回転駆動する駆動外周部との間に金属バネを固定介在する構造を有する、又は、タイミングギアおよび前記タイミングギアに一体となるギアシャフトと前記タイミングギアを回転駆動する駆動外周部との間に金属バネが固定介在され、固定レールと第１の摺動レールならびにそれに続く摺動レール間に二本が交差して連結される一定の長さを有するベルトが合成樹脂もしくはゴム弾性素材で構成される構造を有する、ことを特徴とする立体自動倉庫。
2. 縦横方向に棚が多段に積層された複数の保管ラックから構成される保管倉庫部と、入出庫部と、前記保管ラックの物品の格納面の脇に設けられた通路を走行する搬送機構とを備えた立体自動倉庫において、
   前記搬送機構が、
   前記保管ラックに保管し得る全ての前記物品を保管または取出し可能とするための突出部を有した多段で構成される伸縮式弾性機構であって、任意の位置に保管される前記物品を移動する際に、前記伸縮式弾性機構による押出しもしくは引き出し力を前記保管の位置の構造物表面と前記物品との間に生じる最大静止摩擦力を越えて弾性変形を伴う力として発生させるように、軸方向に移動可能な多段の弾性構造物で構成されるかもしくは多段の剛性構造物間に弾性変形可能な構造物が弾性変形を生じるように構成されることで前記物品に前記突出部が最初に当たる瞬間に衝撃力が緩和されて動きを緩やかにすることのできる、伸縮式弾性機構と、
   前記静止最大摩擦力を越える力を生じさせるための駆動部と
   を具備し、
   前記伸縮式弾性機構は、弾性梁で構成されるラチス式構造を組み合せる構造物を有することを特徴とする立体自動倉庫。
3. 請求項１もしくは２に記載の立体自動倉庫において、前記入出庫部の入庫部および／または出庫部の近くに集品容器提示部が設けられていることを特徴とする立体自動倉庫。
4. 請求項１もしくは２に記載の立体自動倉庫において、前記入出庫部の入庫部および／または出庫部に物品または物品収納容器提示部が設けられ、前記物品または物品収納容器提示部の近くに集品容器提示部が設けられていることを特徴とする立体自動倉庫。
5. 前記物品または物品収納容器提示部に延長搬送手段が接続されていることを特徴とする請求項４に記載の立体自動倉庫。

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