JP2000351417A - 自動倉庫 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 自動倉庫２への入庫時に、重要物か否かを確
認する手段を、入庫設定端末４８に設け、重要物はラッ
クの下段の重要物ゾーン４０へ入庫する。 【効果】 重要物の棚からの落下を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】この発明は自動倉庫に関し、特に地
震時に重要物が棚から落下することを防止することに関
する。

【０００２】

【従来技術】自動倉庫は、スタッカークレーン等の搬送
装置の走行経路の両側等に、例えば一対のラックを構築
して、物品を収容するものである。自動倉庫の耐震性に
関しては様々な検討がされているが、地震時の棚に対す
る物品の変位についてはほとんど検討されていない。

【０００３】

【発明の課題】この発明の基本的課題は、棚への物品の
入庫先の割付によって、地震時に貴重品（重要物）がラ
ックから落下して損傷することを防止することにある
（請求項１〜３）。請求項２の発明での追加の課題は、
そのための具体的な構成を提供し、特に入庫先の割付を
行えるようにすることにある。請求項３の発明での追加
の課題は、棚に対する物品の滑りを考慮した応力解析に
より、さらに自動倉庫のコストダウンと耐震性の向上と
を計ることにある。

【０００４】

【発明の構成】この発明は、搬送装置と高さ方向に複数
段の棚を有するラックとを備えた自動倉庫において、前
記ラックの下部を重要物ゾーンとして、重要物を該ゾー
ンに入庫するようにしたことを特徴とする。好ましく
は、物品の重要度を指定するための手段を設けて、該手
段での指定値に従って物品の入庫先を定める。

【０００５】好ましくは、自動倉庫のラックを、弾性体
により結合された複数の質点と、各質点に摩擦力で保持
された収容物品とのモデルに変換するとともに、ラック
の自重を前記の各質点に固定加重として分配し、次いで
該モデルに地震波を加えた際の応答をシミュレーション
することによりラック各部に加わる応力を求め、該応力
に耐えるようにラックの構成部材を算定し、該算定した
構成部材によりラックを構築する。

【０００６】

【発明の作用と効果】この発明の自動倉庫では、ラック
の下部を重要物ゾーンとし、重要物をこのゾーンに入庫
する。後述のように、ラックの下部では物品は地震時で
も棚に固定されたままで、棚に対してほとんど移動しな
い。このため地震時に重要物が棚から落下することを防
止できる（請求項１〜３）。請求項２の発明では、物品
が重要物であるか否かを指定できるようにし、重要物と
指定されたものを重要物ゾーンへ入庫するので、重要物
とそれ以外の物との入庫先の区別を容易に行い、確実に
重要物の地震時の落下を防止できる。

【０００７】請求項３の発明ではさらに、ラックを、弾
性体により結合された複数の質点と、各質点に摩擦力で
保持された収容物品とのモデルに変換し、ラックの自重
を前記の各質点に固定加重として分配して、該モデルに
地震波を加えた際の応答をシミュレーションすることに
よりラック各部に加わる応力を求め、該応力に耐えるよ
うにラックの構成部材を算定する。このため地震時のラ
ックに対する物品の運動によるせん断応力の減少を考慮
して、ラックを構築できる。この結果、耐震性が高く、
かつ過剰設計を除いてコストダウンしたラックを用いる
ことができる。

【０００８】

【実施例】

【０００９】

【地震時の挙動のシミュレーション】図１〜図６に、地
震時の自動倉庫の棚の物品の挙動のシミュレーションを
示す。図１，図２に、自動倉庫２のラックのモデル化を
示し、図３に、ラック４に対する物品の滑りを考慮する
ことにより、ラック４の設計を合理化し得る機構を示
す。また図４に、ラック４の地震波に対する挙動のシミ
ュレーションと部材の算定のアルゴリズムを示す。さら
に図５にシミュレーションにより得られたせん断応力の
値を示し、図６に各層でのラックに対する物品の変位の
シミュレーション結果を示す。

【００１０】図１にラック４のモデル化の過程を示す
と、自動倉庫２は個々のラック４の集合体で構成され、
自動倉庫２自体を１つの建築物と見なして、壁や屋根を
取り付ける。即ち実施例の自動倉庫２はビル式の自動倉
庫であるが、既存の建屋内に設置する自動倉庫でも良
い。また自動倉庫２の桁方向とスパン方向とを図１のよ
うに定める。耐震性の評価で重要なのはスパン方向の耐
震性で、評価項目としてはラック４の各層に働く層間の
せん断応力と、これに関係した値としての、各層の層間
変位や相対速度、相対加速度、並びにラック４に働く転
倒モーメント等がある。実施例ではこれ以外に、物品が
ラック４に対して滑ることを考慮するので、ラックに対
する物品の相対変位や相対速度、相対加速度も評価（シ
ミュレーション）した。

【００１１】自動倉庫２での個々のラック４が、所定の
バネ定数のバネで相互に結合されているものとして、図
１の中段に示すように自動倉庫２を単純化する。次に自
動倉庫２を水平繋ぎ毎に１つの層と見なし、各層には上
下各１／２層分の範囲での質量が集中しているものとす
る。

【００１２】このように単純化したモデルに対して公知
の有限要素法により固有値解析を行い、１次固有周期Ｔ
を求める。また建築基準法やその施行令等に準拠して、
各層iの層せん断応力係数を求め、これに各層の重量を
加味して、層せん断応力Ｑiを求める。なおこの時点で
は地震力が小さいものとして、物品はラックに固定され
て滑らないものと仮定しておく。また添え字iは、層の
番号を示す。次に層せん断応力Ｑiの分布から外力Ｐiの
分布を求め、有限要素法により加わる外力に対するラッ
ク４の変形を求める。このようにして各層の変形を求め
て、層間の相対変位δiと層せん断応力Ｑiとの比から、
層剛性ｋiを求める。

【００１３】建築物に対して、０.０２等の一次モード
減衰比ζ1が一般に適用されており、 Ｃi＝ζ1×ｋi×Ｔ／π (1) として、層毎の減衰係数Ｃiを求める。ζ1は一次モード
減衰比、ｋiは前記の層剛性係数、Ｔはラック４の１次
固有周期である。ここまでの手順は建築物の保有水平体
力計算において、公知のことである。

【００１４】上記により、ラック４の１つの層に対して
１つの質点が対応し、層と層とが層剛性係数ｋiで接続
されていることを、弾性リンクで質点が結合されている
ことにより表現し、各質点に物品が所定の摩擦係数で保
持されているモデルが得られる。このようなモデルを串
団子モデルと呼ぶ。ここでの串団子モデルの特徴は、質
点に物品が固定されているのではなく、所定の摩擦係数
で結合されているものとして扱うことにある。なお物品
は１層に保持されているものとしても良いが、実施例で
はラックに対するパレットの滑りと、パレットに対する
物品の滑り等を考慮するため、２層に物品が保持され、
物品は摩擦力で相互に結合されているものとした。

【００１５】串団子モデルは、水平方向の地震波に対し
て、図１下部の台車モデル７と同等である。このモデル
では、地震波により振動する地盤に対応する駆動源２２
が振動して、この振動が弾性リンク１０を介して各台車
２０に加えられ、台車２０には摩擦力で保持された物品
が１層に、あるいは物品１６，１８のように多層に保持
されているものとする。ラック４の棚に対する物品の滑
りは、台車２０に対する物品１６，１８の滑りや、下層
の物品１６に対する上層の物品１８の滑りに変換され
る。

【００１６】図２に、棚３０にパレット３２を介して荷
物３４が多段に積まれている状態を示す。この状態を静
止摩擦係数μa，μb，μcに応じて、図２の右側のいず
れかの状態に分類する。右側上部のモデルは荷物３４間
の摩擦係数μcが、荷物３４とパレット３２との間の摩
擦係数μbよりも大きいので、多段に積まれた荷物３４
は１つのまとまったブロックとして振る舞い、棚３０と
パレット３２との間の滑り運動(摩擦係数μa）とパレッ
ト３２に対する荷物３４の滑り運動（摩擦係数μb）の
２種類を考慮する。図２の中段のモデルでは、荷物３４
間の摩擦係数μcが最も小さいので、パレット３２は棚
３０に固定されているものとし、多段に積まれた荷物３
４をモデル化のため２層あるいは３層に積まれているも
のとして、荷物３４間の滑りのみを考慮する。図２の下
段のモデルでは、パレット３２と棚３０との間の摩擦係
数μaが最も小さいものとし、棚３０に対するパレット
３２の滑り運動のみを考慮する。これらのモデルのいず
れを適用するかは、荷物３４の種類やパレット３２の有
無等に応じて個別に決定する。

【００１７】図３に荷物３４の滑り運動による応力の軽
減機構を示す。図の横軸は例えば層間の変位を示し、縦
軸は荷物から棚へのせん断応力を示すものとする。変位
が小さい間、荷物３４やパレット３２は棚３０と一体で
あるように振る舞うので、この間は物品から棚に及ぼさ
れるせん断応力は変位に比例して増大する。そしてせん
断応力が静止摩擦力に達すると物品は棚に対して滑り始
め、以降は動摩擦力がせん断応力の上限となる。図２の
ように物品を多層にモデル化する場合、摩擦係数の小さ
な面の上側の物品が先に滑り始め、次いで摩擦係数の大
きな面の上側の物品も滑り始めることになる。この場
合、摩擦係数の小さな面が下の面であれば、物品が滑り
始めることによって、上側の面に働くせん断応力が減少
し、上側の面での滑りが発生するのがより遅くなる。逆
に摩擦係数が小さい面が上側の面であれば、上側の面で
まず滑りが始まり、これによって下側の面に加わるせん
断応力が減少して、下側の面での滑りが始まるのが遅く
なる。棚に対する物品の滑りが始まることにより、物品
が棚に及ぼすせん断応力が減少し、この時点でラック４
が降伏域に達していないように構成部材を算定すれば、
自動倉庫２の倒壊等を防止することができる。

【００１８】図４に地震応答解析のアルゴリズムを示
す。図１に示したように、自動倉庫２を所定のバネ常数
で結合されたラック４に単純化し、各ラック４に対して
有限要素法により１次固有周期Ｔを求め、同様にラック
４の変形を有限要素法で求めて、層剛性ｋiを求める。
そして求めた層剛性ｋiを用いて、１次モード減衰比を
常用値等に仮定して１次減衰係数Ｃiを求める。これに
よってラック４は串団子モデルに変換され、水平方向の
運動のみを考慮することにより、台車モデル７へと単純
化される。有限要素法による層剛性ｋiの算出では、地
震波の振幅が小さいものとして、各物品が棚に固定され
て滑らないものと仮定した。台車モデル７では、棚とパ
レットの間の滑りやパレットと荷の間の滑り、あるいは
荷と荷との間の滑りを考慮し、これらの接触面のうちで
摩擦係数の小さな面を複数面取り出し、この面での滑り
を考慮する。この結果、棚に対するパレットと荷物の関
係は図１の下部右側の、台車２０に対する物品１６，１
８の関係に簡単化される。そして静止摩擦係数や動摩擦
係数は、収容する物品の種類に応じて定める。

【００１９】次に過去の実際の地震の波形を用いて、台
車モデル７の地震波に対する応答をシミュレーションす
る。シミュレーションには例えば機構解析を用い、地震
波応答に用い得る解析ソフトも市販されている。以下で
は、ラック４の高さを３０ｍとし、ラック４での水平繋
ぎの数に応じて７層で構成されているものとする。なお
ラック４の、自動倉庫としての実際の段数は１７段であ
る。またラック４の自重は４０ｔ、物品重量は１８０ｔ
とした。摩擦係数は種々の物品に対する経験値から
（０.４，０.３）〜（０.２，０.１）の範囲を考慮し、
（）内の先頭の０.４や０.２は静止摩擦係数で、後の
０.３や０.１は動摩擦係数である。シミュレーションで
は、簡単のため、棚に対して２層の物品が載置され、棚
と第１層の摩擦係数も、第１層と第２層との摩擦係数も
等しいものとした。また有限要素法により得られたラッ
ク４の１次固有周期Ｔは１.２６秒で、有限要素法で得
られた層剛性係数ｋiは表１の通りである。ただし有限
要素法に代えて、他の方法により１次固有周期や層剛性
係数を求めても良い。

【００２０】

【表１】 有限要素法で求めた層剛性係数層数 層剛性係数（tf/cm） ７ ６ ６ ７ ５ ８ ４ １０ ３ １５ ２ ３０ １ １００

【００２１】シミュレーションに用いた地震波の最大加
速度を表２に示す。これらのうちで最大の加速度はＥＩ
Centro地震の南北方向（ＮＳ）の地震波で、この地震波
に耐えることを自動倉庫２の設計目標とする。そこで得
られた台車モデル７に対して、表２の各地震波を加えた
際の、層せん断応力や最大層間変位や最大転倒モーメン
ト等をシミュレーションで求めた。また棚に対するパレ
ットや荷物の運動を調べるため、棚に対する荷物の相対
変位や相対速度や相対加速度を求めた。

【００２２】

【表２】 地震波の種類地震波 方向 最大加速度（gal） ＥＩCentro ＮＳ ３４１.７ (1940) ＥＷ ２１０.１ Ｔａｆｔ ＮＳ １５２.７ (1952) ＥＷ １７５.９ 八戸 ＮＳ ２２５.０ (1968) ＥＷ １８２.９

【００２３】図５，図６にＥＩCentro地震のＮＳ波に対
するシミュレーション結果を示す。図５は各物品が棚に
固定されて、棚と一体であると仮定した場合のせん断応
力を１とし、これとの比を示す。摩擦力を（０.４，０.
３）とし、１次モード減衰比を０.０２とすると、摩擦
力が十分大きく物品が滑らないが１次モード減衰比が
０.０５である場合と、ほぼ同等のせん断応力となる。
また摩擦力を（０.２，０.１）とし１次モード減衰比を
０.０２とすると、摩擦力が十分大きく減衰比が０.１〜
０.１５の場合と、ほぼ同等の結果となる。なお摩擦係
数を（０.２，０.１）からより小さくしても、せん断応
力はあまり低下しなかった。物品の棚に対する滑りによ
るせん断応力の減少は、層の位置とは余り関係せず、ど
の層でも滑りが無い場合の５０〜８０％の範囲となっ
た。言い換えれば棚に対する物品の滑りを考慮すること
により、物品を真の重量の５０〜８０％の固定重量（棚
に固定された重量）と見なして良いことが分かった。

【００２４】図６に、２つの摩擦係数の条件での、棚に
対する物品の最大変位を層毎に示す。摩擦係数を（０.
４，０.３）と仮定すると、第５層までは物品の滑りが
ＥＩCentro地震のＮＳ波でもほとんど生じず、物品の滑
りは第６層と第７層に集中した。それでも図５に示した
ように、物品全体から棚に働くせん断応力は約２０％減
少した。摩擦係数を（０.２，０.１）とすると、物品の
滑りは第４層付近から顕著になり、これに伴って図５に
示したように、物品からラックに働くせん断応力は６０
％〜６０％弱に減少した。図６から明らかなように、ラ
ック４のうちで滑りが生じるのは主として高層部であ
り、低層部、特にラック４の下半分〜したから／３の範
囲では、物品の滑り運動がほとんどないものとして良
い。シミュレーションで求めた最大層せん断応力等に耐
えるようにラック４の各部材を算定し、必要に応じて建
築基準法に準拠した２次設計等を行い、自動倉庫２を設
計する。

【００２５】

【重要物ゾーン】このようにして構築した自動倉庫２の
ラック４に対して重要物ゾーンを設け、重要物をラック
の下部に収容することにより、地震時の落下を防止す
る。図７に重要物ゾーン４０を示す。４２は重要物以外
のその他のゾーンで、ラック４に短期出庫ゾーン４３等
の他の観点からのゾーンを設ける場合、短期出庫ゾーン
４３内の重要物ゾーン４０ａとそれ以外の重要物ゾーン
４０ｂとをそれぞれラック４の下部に設けるようにす
る。図６に示したように、ラック４に対する地震時の物
品の変位は、ラック４の下半分では小さく、特に下部１
／３では無視できるので、重要物ゾーン４０は例えばラ
ック４の最下段を含むように構成し、好ましくはラック
４の下半分、特に下部１／３の範囲に含まれるように設
ける。

【００２６】図７において、４４は搬送機器のスタッカ
ークレーン、４６は入庫ステーション、４８は入庫設定
端末で、図示しない自動倉庫制御部（それ自体としては
公知の倉庫コンピュータ）と結合されて、入庫に関する
設定を行う。また入庫設定端末４８は、キーボード等の
入力手段と画面とを備えている。５０は出庫ステーショ
ンである。

【００２７】図８に入庫端末４８での入庫設定画面の例
を示し、図９に入庫設定のアルゴリズムを示す。入庫設
定では、例えば品番を指定すると、それに対応する品
名，自動倉庫２への入荷先，１パレット当たりの標準数
量，重要物か否か、あるいは重要度のランク、重量物か
ら否か、あるいは重量などのデフォルト値が、自動倉庫
制御部の品番ファイルに記憶されており、入庫設定時に
ここから読み出される。図８の場合、重要物ではなく、
かつ軽量物であるとのデフォルト値が表示され、これに
対して重要物であると指定すると、ラック４の重要物ゾ
ーン４０へ入庫先が指定される。また重量物であると入
力すると、同様に重要物ゾーン４０へ入庫先が指定され
る。これらのデータの入力後に確定アイコンにクリック
すると、「設定ＯＫ」が表示され、取消アイコンにクリ
ックすると、入庫設定作業をやり直すことになる。

【００２８】ここで重要物か否か、重量物か否かのデフ
ォルト値を変更すると、その旨が品番ファイルに書き込
まれ、例えば「１回以上、あるいは３回以上、その品番
に付いてデフォルト値変更した」等のルールに応じて、
品番ファイルでの重要物か否か、重量物から否かのデー
タが変更される。なお品番ファイル等に、重要物か否か
等のデフォルト値を記憶させておくと、同じ品番で同じ
重要度の物品は同等に扱われ、重要物か否かの管理を一
貫して行うことができる。また重要物の管理では、重要
物であるか否かのみでなく、重要度に例えば５段階のラ
ンク等を与えても良い。

【００２９】図８、図９では、入庫設定時に重要物ゾー
ン４０と他のゾーン４２への入庫先の割付を行う例を示
したが、重要物ゾーン４０と他のゾーン４２間の入庫先
の変更を、棚卸しやラック内での物品の移動などの機会
を用いて行っても良い。さらに重要物から否かは、入庫
設定時に図８の端末画面で確認するようにしたが、品番
ファイル等のデフォルト値に従い、非対話的にかつ自動
的に重要物か否かを指定するようにしても良い。

【００３０】重量物を重要物ゾーン４０へ入庫するため
の処理は行わなくても良く、重量物の入庫先は、重要物
ゾーン４０とは区別してラック４の下部に設けた、重量
物ゾーンとしても良い。重量物を重要物ゾーン４０へ入
庫するのは、地震時に重量物へ働く地震力を減少させる
ことにより、結果的にラック４に働く水平応力等の地震
力を減少させて、自動倉庫２の耐震性を増すと共に、重
量物の落下による２次的な被害を防止するためである。

【００３１】実施例の特徴を、以下に列記する。 1) ラックに対する物品の滑りも考慮して、過去の地震
波に対する応答をシミュレーションし、このシミュレー
ション結果に基づいて、構成部材を算定してある。 2) これらの結果、自動倉庫の総重量の大部分を占める
収容物品からの水平応力に対して、必要な水平耐力を２
０〜５０％削減できる。 3) 重要物の落下を防止できる。特にラック４の上部で
は地震時に物品はラックに対して相当にシフトし、落下
の危険性があるが、下部では強震時でも物品はラック４
に対してほとんどシフトせず、重要物の落下を防止でき
る。 4) 重量物の落下による２次的被害を防止すると共に、
地震力を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例での自動倉庫のモデル化の手順を示す
工程図

【図２】 実施例での荷物とパレットのモデル化を示す
図

【図３】 実施例での、自動倉庫の倒壊防止メカニズム
を示す特性図

【図４】 実施例での地震応答解析のアルゴリズムを示
すフローチャート

【図５】 実施例での、地震応答解析の結果を示す特性
図で、荷滑りによるせん断応力の減少を示す

【図６】 実施例での解析結果を示す特性図で、層別の
荷の最大変位を示す

【図７】 実施例の自動倉庫での重要物ゾーンの配置を
示す斜視図

【図８】 実施例での入庫設定画面を示す図

【図９】 実施例での、入庫設定時の入庫先の割付を示
すフローチャート

【符号の説明】

２ 自動倉庫 ４ ラック ７ 台車モデル １０ 弾性リンク １６，１８ 物品 ２０ 台車 ２２ 駆動源 ３０ 棚 ３２ パレット ３４ 荷物 ４０ 重要物ゾーン ４４ スタッカークレーン ４６ 入庫ステーション ４８ 入庫設定端末 ５０ 出庫ステーション

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 搬送装置と高さ方向に複数段の棚を有す
   るラックとを備えた自動倉庫において、 前記ラックの下部を重要物ゾーンとして、重要物を該ゾ
   ーンに入庫するようにしたことを特徴とする、自動倉
   庫。
2. 【請求項２】 物品の重要度を指定するための手段を設
   けて、該手段での指定値に従って物品の入庫先を定める
   ようにしたことを特徴とする、請求項１の自動倉庫。
3. 【請求項３】 ラックを、弾性体により結合された複数
   の質点と、各質点に摩擦力で保持された収容物品とのモ
   デルに変換するとともに、ラックの自重を前記の各質点
   に固定加重として分配し、次いで該モデルに地震波を加
   えた際の応答をシミュレーションすることによりラック
   各部に加わる応力を求め、該応力に耐えるようにラック
   の構成部材を算定し、該算定した構成部材によりラック
   を構築してなることを特徴とする、請求項１または２の
   自動倉庫