(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の第一実施形態に係るラック制振装置を、添付した
図1〜6を参照しながら説明する。本実施形態に係るラック制振装置は、立体自動倉庫の頂部(最上段)に設けられている。立体自動倉庫は、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降ろしを行うフォークとを備えている。ラック棚は、このスタッカクレーンにより積み降ろしが出来るように、クレーン側の前面に開口を設け、フォークと平行に所定の幅で腕木を配置し、腕木上に保管する荷を積載したパレットを収納する構造となっている。なお、本実施形態においては、スタッカクレーン側からラック制振装置を見た方向を正面とする。また、スタッカクレーンのフォークの移動方向をX軸方向(
図1の左右方向、
図2の紙面垂直方向、
図3の上下方向)とし、クレーン側前面の開口幅方向をY軸方向(
図1の紙面垂直方向、
図2の左右方向、
図3の左右方向)とし、高さ方向をZ軸方向(
図1および
図2の上下方向、
図3の紙面垂直方向)として説明する。
【0014】
図1乃至
図3に示すように、ラック制振装置1は、ラック2の腕木3上に設置されている。腕木3は、X軸方向で隣り合う支柱4,4から同じ高さで張り出した一対のはね出し部5,5の先端部に架け渡されている。はね出し部5は、ラック2の支柱4(X軸方向に隣り合う支柱4,4の内側面)からY軸方向に水平に張り出している。腕木3は、はね出し部5の先端に、はね出し部5に対して直交した状態で固定されている。そして、腕木3がパレット載置部を構成している。腕木3とはね出し部5,5は、クレーン側の面に形成された開口(
図2参照)の両側にそれぞれ設けられており(
図3も参照)、それぞれ開口の内側に向かって延在している。一対の腕木3,3は、互いに平行になっており、所定の間隔をあけて配置されている。
【0015】
ラック制振装置1は、付加質量10と、固定用治具20と、ダンパー50と、を備えている。付加質量10と固定用治具20とダンパー50とは、一体化されている。
【0016】
付加質量10は、質量を制振対象物の全質量の5%以上の質量(同調型のものより大幅に大きい質量)とし、制振対象物の固有振動数と非同調の状態で支持されている。具体的には、付加質量10の質量(ラック制振装置1が複数設けられている場合は、全ての付加質量10を合わせた質量)は、制振対象とするラックと積載物(最大積載荷重)との全質量の5%〜20%の質量となるように設定されている。たとえば、10段のラックであれば、ほぼ1段分の積載物の質量に相当する。付加質量10は、平らな直方体形状を呈している。なお、付加質量10の形状は直方体に囚われる必要はない。付加質量10には、復元力を発生するばねや、吊り構造や、下方に凸状のレール等を用いた復元機構が設けられていない。したがって、付加質量10は、一定の固有振動数を持たず、制振対象物の固有振動数と非同調の状態となっている。
【0017】
固定用治具20は、付加質量10を水平1方向(フォークが移動するX軸方向)に摺動可能に支持するとともに、付加質量10をラック2に固定することで、ラック制振装置1全体をラック2に固定する部材である。
図4の(a)に示すように、固定用治具20は、荷を積むパレット(図示せず)を載置するパレット載置部(腕木3)に付加質量10を固定する。固定用治具20は、腕木3に固定される固定部21と、付加質量10に固定される移動部26とを備えている。移動部26は、固定部21に対してX軸方向に摺動する部材である。移動部26は、断面矩形の角パイプにて構成されており、付加質量10の底面に固定されている。移動部26の側面には、後記するストッパ機構30を固定するための、貫通孔(図示せず)が形成されている。
【0018】
固定部21は、腕木3上に載置されるガイド部材22と、ガイド部材22の下方に設けられる一対の挟持部材23,23とを備えている。ガイド部材22は、リニアガイドの役目を果たす。ガイド部材22は、断面コ字状を呈する溝型鋼を、上方に開口するように配置して構成されている。ガイド部材22は、その底面が腕木3上に接触して載置されている。ガイド部材22の内側には、移動部26を移動可能に支持する摺動材25が設けられている。摺動材25は、ガイド部材22の長手方向に沿って二箇所(付加質量10の可動範囲の端部に移動したときに、二箇所で支持できる位置)に設けられている。摺動材25は、例えば、フッ素樹脂のような摩擦係数の小さいすべり材にて構成され、断面L字状に形成されている。摺動材25は、移動部26の底面と一方の側面に接触しており、移動部26の摺動時には適度な摩擦抵抗を受ける。これによって付加質量10は、ある摩擦係数以上の力が作用すると移動する(滑る)こととなる。このような構成の摺動材25によれば、地表面加速度がやや大きい中地震から制振効果を発揮させることができる。なお、地表面加速度の小さな小地震から制振効果を発揮させるためには、ローラーベアリングのような、摩擦係数が、フッ素樹脂よりもさらに小さな摺動部材(図示せず)を使用すればよい。また、挟持部23の断面をコ字状とし、その上部に市販のリニアガイドのガイド部を固定し、他方を付加質量に固定してもよい。
【0019】
図1および
図4の(a)に示すように、ガイド部材22には、付加質量10の摺動範囲を制限するストッパ機構30が設けられている。ストッパ機構30は、ガイド部材22に形成された長孔31と、長孔31内を移動するピン32とを備えて構成されている。長孔31は、ガイド部材22の側面に、長手方向(X軸方向)に沿って長く形成されている。長孔31は、ダンパー50の許容変位量よりも短い長さで形成されている。ピン32は、移動部26をX軸方向に貫通して設けられており、両端部が、長孔31,31を貫通してガイド部材22の外側に突出している。ピン32が長孔31の長手方向端部に当接することで、移動部26および付加質量10の摺動が規制される。
【0020】
図4の(a)に示すように、挟持部材23は、ガイド部材22の底面から下方に延在したプレート材にて構成されている。各プレート材は、腕木3の厚さと同等の寸法の間隔を隔てて配置されており、互いに対向する面で、腕木3の両側面を挟み込んでいる。プレート材の下側の両端部は、斜めに面取りされている。挟持部材23は、腕木3のせい(高さ)と同等の高さ寸法(Z軸方向の寸法)を備えており、挟持部材23の下端と、腕木3の下端が同一レベルになっている。挟持部材23の長さ(X軸方向長さ)は、はね出し部5,5間の長さ寸法に合わされている。挟持部材23の両端部が、はね出し部5,5の側面にそれぞれ当接することで、挟持部材23のX軸方向へのずれ移動が規制されている。これによって、挟持部材23は、ボルト等で固定する必要はない。
【0021】
なお、より一層強固に固定したい場合は、
図4の(b)に示すように、挟持部材23(プレート材)の高さ寸法(Z軸方向の寸法)を、腕木3のせいより長くしておき、下端部を下方に突出させて、ボルト固定するなどして、固定してもよい。このようにすれば、腕木3にボルト孔などの加工を施すことなく、固定用治具20を強固に固定できる。
【0022】
図1および
図2に示すように、ダンパー50は、付加質量10の摺動方向(X軸方向)に減衰力を発生させるように配置されている。本実施形態では、ダンパー50は、付加質量10の摺動方向に沿って配置されている。ダンパー50の一端は、付加質量10の側面10aに設けられたブラケット11に連結されている。ブラケット11は、付加質量10の両側の側面10a,10aにそれぞれ設けられている(
図2参照)。ダンパー50の他端は、挟持部材23の側面に設けられたブラケット27に連結されている。付加質量10に設けられたブラケット11は下方に延在しており、ブラケット11の下端部およびダンパー50は、腕木3の側方に位置している。
【0023】
ダンパー50は、等価粘性減衰として評価したときに過減衰となるように減衰係数が設定されている。ダンパー50は、広範囲の振動数帯域で制振効果を発揮させるために、一般的なチューンド・マス・ダンパー(TMD)からバネを無くして周期を無限大とし、ダンパー50の減衰係数が通常よりも大きく、過減衰となるような減衰を与えるようになっている。ダンパー50は、例えばオイルダンパーからなり、バネをなくして周期を無限大としているが、仮に制振装置を固有周期10秒の1質点系としたときの減衰定数として評価した場合、100%より大きい減衰となるようにする。なお、本実施形態では、オイルダンパーを用いているが、これにこだわる必要はなく、大きな減衰を与えるものであれば、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。
【0024】
以上のような付加質量10と固定用治具20とダンパー50とが一体化されてなるラック制振装置1は、
図5に示すように、荷の積み下ろしを行うスタッカクレーンのスライド式フォーク55で、設置位置に揚重されて設置される。スライド式フォーク55は、対向する腕木3,3間に挿入可能な幅寸法(Y軸方向寸法)を備えている。スライド式フォーク55は、付加質量10の底面を支持面として、ラック制振装置1を支持する。スライド式フォーク55は、設置位置の開口部前方から後方の腕木3,3位置に向かって延伸し、ラック制振装置1を所望の平面位置に移動させた後、腕木3,3上に降下させる。このとき、挟持部材23の下側の両端部が斜めに面取りされているので、はね出し部5,5間にスムーズに案内して配置することができる。スライド式フォーク55には、制振装置位置出し治具56が着脱可能に設けられている。制振装置位置出し治具56は、付加質量10を挟み込むように、付加質量10の前後両面に当接している。この制振装置位置出し治具56を設置すれば、地震などにより付加質量10が移動して残留変位が生じたときに、スタッカクレーンを用いて遠隔操作により付加質量10の原点復帰が可能となる。
【0025】
以上のようなラック制振装置1によれば、付加質量の質量を制振対象物の全質量の5%以上と大きくし制振対象物の固有振動数と非同調の状態で支持し、ダンパーにより多大な減衰性能を与えることで、付加質量10の変形を抑え効果的に振動エネルギーを消費することができる。これによって、従来のようなラック構造体への同調作業が不要となり作業手間が低減される。また、荷の積載状態に関わらず(荷の荷重増減に関わらず)常に制振効果を発揮できる。
図6にラック頂部の応答加速度を示したグラフを示す。制振装置無しの場合(
図6の(a)参照)と本実施形態のラック制振装置1有りの場合(
図6の(b)参照)とを比較した。ラック制振装置1の付加質量10の質量は、ラックの積載物の全質量の10%とした。ラック頂部の応答加速度は、制振装置無しの条件で最大1966.2(cm/s
2)であるときに、ラック制振装置1有りの条件で最大884.2(cm/s
2)となる。つまり、ラック制振装置1を設けたことによって、ラック頂部の応答加速度の最大値を50%以下に低減することができた。
【0026】
次に、
図7を参照しながら付加質量の質量を変えて検討した地震応答解析結果を説明する。摩擦係数は1%で計算した。
【0027】
この地震応答解析では、付加質量がなしの場合(case1)を基準として、その他の場合(case2〜11)について、同じ条件で地震応答解析を行い、ラックの頂部の加速度、速度および変位の減少率を算出した。
case2は、付加質量の質量Mが、全質量(制振対象とするラックと積載物(最大積載荷重)の質量)の5%で、c=10.40N/(cm/s)(=1.06kgf/kine)である。
case3は、付加質量の質量Mが、全質量の5%で、c=25.01N/(cm/s)(=2.55kgf/kine)である。
case4は、付加質量の質量Mが、全質量の5%で、c=50.01N/(cm/s)(=5.10kgf/kine)である。
case5は、付加質量の質量Mが、全質量の5%で、c=100.03N/(cm/s)(=10.20kgf/kine)である。
case6は、付加質量の質量Mが、全質量の10%で、c=25.01N/(cm/s)(=2.55kgf/kine)である。
case7は、付加質量の質量Mが、全質量の10%で、c=50.01N/(cm/s)(=5.10kgf/kine)である。
case8は、付加質量の質量Mが、全質量の10%で、c=100.03N/(cm/s)(=10.20kgf/kine)である。
case9は、付加質量の質量Mが、全質量の15%で、c=25.01N/(cm/s)(=2.55kgf/kine)である。
case10は、付加質量の質量Mが、全質量の15%で、c=50.01N/(cm/s)(=5.10kgf/kine)である。
case11は、付加質量の質量Mが、全質量の15%で、c=100.03N/(cm/s)(=10.20kgf/kine)である。
【0028】
加速度Gal(cm/s
2)を検討すると、
図7に示すように、付加質量の質量Mが、全質量の5%の場合は、約38〜42%の低減が認められ、付加質量の質量Mが、全質量の10%の場合は、約54〜55%の低減が認められ、付加質量の質量Mが、全質量の15%の場合は、約54〜61%の低減が認められる。これより、付加荷重の質量Mが大きいほど、加速度の低減率が高いと考えられ、付加質量の質量Mが、全質量の20%であってもさらなる低減効果が得られると推測できる。
【0029】
速度kine(cm/s)を検討すると、付加質量の質量Mが、全質量の5%の場合は、約33〜44%の低減が認められ、付加質量の質量Mが、全質量の10%の場合は、約46〜51%の低減が認められ、付加質量の質量Mが、全質量の15%の場合は、約53〜59%の低減が認められる。これより、付加荷重の質量Mが大きいほど、速度の低減率が高いと考えられ、付加質量の質量Mが、全質量の20%であってもさらなる低減効果が得られると推測できる。
【0030】
変位cmを検討すると、付加質量の質量Mが、全質量の5%の場合は、約23〜39%の低減が認められ、付加質量の質量Mが、全質量の10%の場合は、約36〜51%の低減が認められ、付加質量の質量Mが、全質量の15%の場合は、約52〜58%の低減が認められる。これより、付加荷重の質量Mが大きいほど、速度の低減率が高いと考えられ、付加質量の質量Mが、全質量の20%であってもさらなる低減効果が得られると推測できる。なお、
図7に示してはいないが、付加質量の質量Mが、全質量の5%より小さい場合は、変位量(ストローク)が大きくなりすぎて好ましくない。
【0031】
以上のことより、付加質量の質量は、制振対象とするラックと積載物(最大積載荷重)との全質量の5%〜20%とするのが好ましいことが分かった。
【0032】
さらに、ラック制振装置1をラックの腕木3(パレット載置部)上に固定するので、付加質量10と固定用治具20とダンパー50とを予め一体化することで、荷の積み下ろしを行うスタッカクレーンを利用してラック制振装置1の設置を容易に行える。さらに、前記のような構成の挟持部材23によれば、パレットを載置するための腕木3に加工を施すことなく、付加質量10を備えたラック制振装置1をラック2に固定することができる。これによって、本実施形態に係るラック制振装置1は、新設のラックのみならず既設のラックにも容易に設置することができる。
【0033】
また、ガイド部材22と摺動材25を設けたことで、付加質量10の摺動をガイドでき、摺動方向を直線状に保持できるとともに、摺動を円滑に行うことができる。さらに、摺動材25を適宜選択すれば、種々の揺れに対する制振効果を得ることができる。
【0034】
また、ガイド部材22に、ストッパ機構30を設けたことで、付加質量10が摺動部分から逸脱して落下するのを防止できる。さらに、ピン32が長孔31の端部に衝突する際には、衝突ダンパーとしても効果も期待できる。また、ダンパー50の変位(伸縮量)を許容量以内に抑えることもできる。
【0035】
次に、本発明の第二実施形態に係るラック制振装置を、添付した
図8乃至
図10を参照しながら説明する。ラック制振装置1’は、第一付加質量10’の上に、第二付加質量60と、第二付加質量60を第一付加質量10’に固定する第二固定用治具70と、第二ダンパー90とがさらに設けられている。第一付加質量10’は、可能な限り質量を小さくし、固定用治具20およびダンパー50と一体化されている。第一付加質量10’は、固定用治具20によってX軸方向に摺動可能に、腕木3,3上に固定されている。固定用治具20およびダンパー50は、第一実施形態のものと同等であるので同じ符号を付して説明を省略する。
【0036】
第一付加質量10’と第二付加質量60の質量(ラック制振装置1’が複数設けられている場合は、全ての第一付加質量10’と第二付加質量60を合わせた質量)を合わせると、制振対象とするラックと積載物(最大積載荷重)との全質量の5%〜20%の質量となるように設定されている。第一付加質量10’の質量は可能な限り小さくし、残りの質量を第二付加質量60の質量とすることが好ましい。
【0037】
第二付加質量60は、第二固定用治具70によって第一付加質量10’の摺動方向(X軸方向)と直交する水平方向(Y軸方向)に摺動可能に支持されている。
図10に示すように、第二固定用治具70は、第一付加質量10’に固定される固定部71と、第二付加質量60に固定される移動部76とを備えている。移動部76は、固定部71に対してY軸方向に摺動する部材である。移動部76は、断面矩形の角パイプにて構成されており、第二付加質量60の底面に固定されている。移動部76の側面には、ストッパ機構30を固定するための、貫通孔(図示せず)が形成されている。
【0038】
固定部71は、第一付加質量10’上に固定されるガイド部材72を備えてなる。ガイド部材72は、断面コ字状を呈する溝型鋼を、上方に開口するように配置して構成されている。ガイド部材72は、その底面が第一付加質量10’上に載置されている。ガイド部材72は、溶接あるいは図示しないボルト等によって第一付加質量10’に固定されている。ガイド部材72の内側には、移動部76を移動可能に支持する摺動材25が設けられている。摺動材25は、第一実施形態のものと同等であるので同じ符号を付して説明を省略する。
【0039】
図9および
図10に示すように、ガイド部材72には、第二付加質量60の摺動範囲を制限するストッパ機構30が設けられている。ストッパ機構30は、ガイド部材72に形成された長孔31と、長孔31内を移動するピン32とを備えて構成されている。すなわち、ストッパ機構30は、第一実施形態のものと比較して方向が違うのみであって構成は同等である。また、固定部71と移動部76を市販のリニアガイドに置き換えてもよい。
【0040】
図9に示すように、第二ダンパー90は、第二付加質量60の摺動方向(Y軸方向)に沿って配置されている。第二ダンパー90の一端は、第二付加質量60の側面60aに設けられたブラケット61に連結されている。ブラケット61は、第二付加質量60の両側の側面60a,60aにそれぞれ設けられている(
図8参照)。第二ダンパー90の他端は、第二固定用治具70のガイド部材72の側面に設けられたブラケット75に連結されている。第二ダンパー90は、ダンパー50と同等の構成となっており、過減衰となるように減衰係数が設定されている。なお、第二ダンパー90もオイルダンパーに限定されるものではなく、他の方式のダンパーでもよい。
【0041】
以上のような構成のラック制振装置1’によれば、第一実施形態のラック制振装置1と同等の作用効果を得られるほかに、水平1方向(X軸方向)に摺動可能な付加質量10’の上には、直交する方向(Y軸方向)に摺動可能な第二付加質量60を設けたことによって、水平方向(XY平面上)のあらゆる方向の揺れを効率的に制振できるので、制振効果を高めることができる。
【0042】
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、前記実施形態ではラックの最上段にラック制振装置1,1’を設置しているが、最上段に限定されるものではなく、ラックの上部であれば、最上段よりも下の段であっても制振効果を得ることができる。