JP2006103877A - 設計支援方法及び設計支援プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 柔軟媒体の挙動を数値シミュレーションする際に、柔軟媒体の搬送方向及び搬送速度を視覚的かつ直感的に理解可能にすること。
【解決手段】 搬送ローラの駆動条件を設定する搬送条件設定工程１０３と、搬送条件設定工程１０３で駆動条件を設定された搬送ローラの回転方向を表示する回転方向表示工程１０４（ａ）と、搬送条件設定工程１０３で駆動条件を設定された搬送ローラの周速を表示する周速表示工程１０４（ｂ）と、搬送条件設定工程１０３で設定された搬送ローラの駆動条件に基づいて、柔軟媒体の挙動を時系列的に求める運動計算工程１０５と、を有することを特徴とする設計支援方法。
【選択図】 図１６

Description

本発明は、設計支援方法及び設計支援プログラムに関し、特に詳しくは、複写機、ＬＢＰ（レーザービームプリンタ）などの装置において、紙、フィルム、などを含むシート状部材がその搬送経路内を搬送される時のシート状部材の挙動を計算機シミュレーションにより解析することにより、搬送経路の最適設計を行うために好適な設計支援方法及び設計支援プログラムに関する。

搬送経路の設計において、実際に物を作る前からさまざまな条件で設計物の機能を検討することは、試作品の製造、試験に要する工数を低減でき、開発期間及び費用を低減できるため好ましい。このような目的で搬送経路内の紙の挙動をコンピュータでシミュレーションする技術として、柔軟媒体を有限要素法による有限要素で表現し、搬送経路内のガイドやローラとの接触判断を行ない、運動方程式を数値的に解くことにより、柔軟媒体のガイドとの搬送抵抗や当接角を評価する設計支援システムが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

また、柔軟媒体をより簡易的に質量とバネにより表現することで、計算速度を向上する手法が公開されている（例えば、非特許文献１参照）。

柔軟媒体の運動を解くにあたっては、上述ように、有限要素あるいは質量−バネ系で離散的に表現された柔軟媒体の運動方程式を立て、解析対象時間を有限の幅を持つ時間ステップに分割し、時間０から時間ステップ毎に未知数である加速度、速度、変位を順次求める数値時間積分により達成され、ニューマークのβ法、ウイルソンのθ法、オイラー法、Ｋｕｔｔａ−ｍｅｒｓｏｎ法などが広く知られている。
特開平１１−１９５０５２号公報 特開平１１−１１６１３３号公報 吉田和司、機論、９６−１５３０、Ｃ（１９９７）、２３０‐２３６頁

しかしながら、数値時間積分により柔軟媒体の運動方程式を解く工程で費やす所要時間は、シミュレーションモデル規模や解析条件によっては数時間も要する場合がある。従って、数値時間積分の計算開始前に、シミュレーションモデルに入力ミスがないか確認しておく必要がある。

ここで、シミュレーションモデルには、搬送経路定義工程と搬送条件設定工程により入力された情報が含まれている。搬送経路定義工程の入力内容は、主に位置情報に関するものであり、直線ガイドであれば始点、終点の座標、円弧ガイドであれば中心座標、半径と始点角度、終点角度で表現され、搬送ローラの場合は中心座標、半径で表現されている。

一方、搬送条件設定工程の入力内容は、搬送ガイドであれば柔軟媒体との摩擦係数、搬送ローラの場合は柔軟媒体との摩擦係数に加え、柔軟媒体を搬送するための時系列的なローラ駆動条件が定義されている。

シミュレーションモデルを確認するにあたり、ガイドやローラの位置情報は、座標入力された数値をもとにディスプレイに線分や円弧、あるいは円で描画される。したがって、入力された数値をユーザーが読み取る必要がなく、視覚的に容易に確認作業を行うことができる。柔軟媒体との摩擦係数に関しては、数値入力する場合もあるが、通常、モデル上のオブジェクトの材質を指定すると、あらかじめデータベース化された材質ごとの属性が自動選択され、システムに取り込まれる仕組みになっている。したがって、ユーザーが確認作業する必要が無い。

しかしながら、搬送路上の柔軟媒体（以下紙を例に説明する）を所望の搬送条件で搬送するために設定された搬送ローラ駆動条件を確認する場合、以下のようなステップを踏む必要があり、その結果、確認作業が煩雑で判りにくいという問題があった。

［紙送り方向の確認］
まず初めに、紙送り方向の確認作業方法について説明する。
１．送路をまたいでローラが対でモデル化され、一方が駆動ローラ、他方が従動ローラと定義されている場合、どちらのローラに駆動条件設定されているか（駆動ローラの確認）
２．駆動ローラに入力されているローラ回転速度の数値に付された符号が、仮に正を反時計回り、負を時計回りと定義されている場合、正負どちらの数値が入力されているか（駆動ローラ自体の回転方向の確認）
３．駆動ローラと従動ローラとのニップ部分、すなわち搬送路上の紙はどちらに搬送されるのか（搬送部での紙の搬送方向の確認）
紙送り方向を確認するだけでも、一つのローラ対に対してこのような作業をしなければならない。この作業を搬送方向の上流に設定されたローラ対から下流に向かって順次おこなっていく必要があり、視覚的直感的にモデル全体の紙送り方向を確認することができなかった。

［紙送り速度の確認］
次に、紙送り速度の確認作業方法について説明する。
１．搬送路をまたいでローラが対でモデル化され、一方が駆動ローラ、他方が従動ローラと定義されている場合、どちらのローラに駆動条件設定されているか（駆動ローラの確認）
２．駆動ローラに入力されている回転速度の数値はいくつか
３．駆動ローラのローラ径はいくつか
４．ローラ周速を計算（紙送り速度の確認）
駆動ローラの回転速度は、駆動系設計の観点から通常ローラ軸の単位時間あたりの回転数で表現される。各ローラ対ニップ部で紙を送り出す線速が同じであっても、各ローラ対の駆動ローラのローラ径が異なる場合、入力する回転数は異なる。したがって、搬送経路の上下流で隣り合うローラ周速の相対比較が判りづらく、数値時間積分による解析計算後に入力した数値の間違いが発覚する場合があった。

さらに、ある時間までは２００ｍｍ／ｓ、ある時間からは４００ｍｍ／ｓに増速、一定時間停止後、搬送方向が逆転して６００ｍｍ／ｓといった、時系列的に紙送り速度や紙送り方向が異なるモデルにおいては、確認作業にさらなる混乱をきたしていた。

このように、モデル内に駆動定義されたすべてのローラ回転方向やローラ周速を、時系列的かつ視覚的直感的に相対把握することが困難であるという問題がある。

このような問題を解決するため、本発明は、柔軟媒体の挙動を数値シミュレーションする際に、柔軟媒体の搬送方向及び搬送速度を視覚的かつ直感的に理解可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の設計支援方法は、シート状の柔軟媒体が搬送経路内を搬送されていく挙動をシミュレーションすることで、搬送経路の設計を支援する設計支援方法において、前記柔軟媒体を搬送する搬送ローラの駆動条件を設定する搬送条件設定工程と、前記搬送条件設定工程で前記駆動条件を設定された前記搬送ローラの回転方向を表示する回転方向表示工程と、前記搬送条件設定工程で前記駆動条件を設定された前記搬送ローラの周速を表示する周速表示工程と、前記搬送条件設定工程で設定された前記搬送ローラの駆動条件に基づいて、前記柔軟媒体の挙動を時系列的に求める運動計算工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明の設計支援プログラムは、シート状の柔軟媒体が搬送経路内を搬送されていく挙動をシミュレーションすることで、搬送経路の設計を支援するコンピュータ読み取り可能な設計支援プログラムにおいて、前記柔軟媒体を搬送する搬送ローラの駆動条件を設定する搬送条件設定工程と、前記搬送条件設定工程で前記駆動条件を設定された前記搬送ローラの回転方向を表示する回転方向表示工程と、前記搬送条件設定工程で前記駆動条件を設定された前記搬送ローラの周速を表示する周速表示工程と、前記搬送条件設定工程で設定された前記搬送ローラの駆動条件に基づいて、前記柔軟媒体の挙動を時系列的に求める運動計算工程と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、柔軟媒体を搬送する搬送ローラの駆動条件を設定する搬送条件設定工程と、搬送条件設定工程で駆動条件を設定された前記搬送ローラの回転方向を表示する回転方向表示工程と、搬送条件設定工程で駆動条件を設定された搬送ローラの周速を表示する周速表示工程と、搬送条件設定工程で設定された搬送ローラの駆動条件に基づいて、柔軟媒体の挙動を時系列的に求める運動計算工程とを有するので、柔軟媒体の搬送方向及び搬送速度が、視覚的かつ直感的に理解可能になる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照し具体的に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る設計支援方法における各工程の実行順の一例を説明するためのフローチャートである。図１に示されるように本発明の実施形態に係る設計支援方法は、搬送経路定義工程１０１、柔軟媒体モデル作成工程１０２、搬送条件設定工程１０３、搬送条件プレビュー表示工程１０４、運動計算工程１０５、結果表示工程１０６の６つの工程を順次実行することによって処理が行われる。

これらの工程をコンピュータに実行させるためのプログラムは、コンピュータ内のハードディスクまたはＲＯＭに記憶されている。処理の流れの詳細を以下に説明する。

次に、図２に本設計支援方法における画面構成図の一例を示す。画面は主に工程の切り替えを行うメニューバー１、各工程のサブ構成メニュー２、定義した搬送経路や結果が表示されるグラフィカル画面３、システムメッセージの出力および必要に応じ数値入力を行う、コマンド欄４で構成される。

まず、搬送経路定義工程１０１について説明する。搬送経路の定義を行うため、メニューバー１中の「搬送経路」ボタンを押すと、搬送経路定義工程１０１のサブ構成メニュー２が図２に図示されるように画面の左側に所望の範囲領域を持って表示される。サブ構成メニュー２には、２つローラで１対の搬送ローラを定義するローラ対定義ボタン２Ａ、１つのローラを単独で定義するローラ定義ボタン２Ｂ、直線の搬送ガイドを定義する直線ガイド定義ボタン２Ｃ、円弧の搬送ガイドを定義する円弧ガイド定義ボタン２Ｄ、スプライン曲線で搬送ガイドを定義するスプラインガイド定義ボタン２Ｅ、柔軟媒体が搬送される経路の分岐を行うフラッパー（ポイント）を定義するフラッパー定義ボタン２Ｆ、柔軟媒体が搬送経路内の所定の位置にあるか否かを検出するセンサを定義するセンサ定義ボタン２Ｇ等を表示することができる。

これらの各ボタン２Ａ乃至２Ｇは、実際の複写機やプリンターの搬送経路を構成する部品である。したがって、紙などの印刷媒体の搬送経路を構成するために必要な部品の全てが揃っていることが望ましい。各構成部品の定義をサブ構成メニュー２およびコマンド欄４により実施すると、グラフィック画面３上に位置形状が反映される。

搬送経路定義工程１０１による搬送経路の定義が終了した後、柔軟媒体モデル作成工程１０２に移る。

本実施例においては、図２のメニューバー１中に設けられた「媒体定義」ボタンを選択することで柔軟媒体モデル作成工程１０２に移行することができる。柔軟媒体モデル作成へ移行した場合の画面表示例を図３に示す。メニューバー１中の「媒体定義」ボタンを押すことで実施された柔軟媒体モデル作成画面には、サブ構成メニュー２に媒体種選択画面２Ｉと分割法選択画面２Ｊが表示される。

ここで、まず搬送経路内での柔軟媒体の位置を決定するために、コマンド欄４から柔軟媒体の両端部の座標値の入力を促すメッセージが表示される。座標値はコマンド欄４で数値入力するか、マウス等計算機に付随するポインティングデバイスによってグラフィック画面３に直接指示することにより入力することができる。端部の座標を規定した時点で、グラフィック画面３上には両端部３１を結ぶ直線（破線）３２が引かれ、柔軟媒体がどのように搬送経路内に設置されているか確認できる。

柔軟媒体の配置がなされると、次に直線（破線）３２で表現されている柔軟媒体を複数のバネ−質量系に離散化する際の分割数ｎの入力を促すメッセージがコマンド欄４に表示されるので、前記コマンド欄４に所望の分割数ｎを入力する。本実施例では分割数を１０とした場合の一例が示されている。

媒体種選択画面２Ｉには代表的な紙種名が予め登録してあり、計算しようとしている柔軟媒体の種類をクリックして選択する。

搬送経路内での柔軟媒体の運動を計算するために必要な計算パラメータは、柔軟媒体のヤング率、密度、厚さなどの情報であり、媒体種選択画面２Ｉ中に表示される紙種には前記パラメータがデータベースとして割り当てられている。図３では媒体種に再生紙Ａを選択しているが、同操作により計算内部では再生紙Ａのヤング率５４０９Ｍｐａ、密度６．８×１０^−７ｋｇ／ｍｍ^３、紙厚０．０９５１ｍｍという値がデータベースから選択されることを意味する。

図４に等分割による柔軟媒体モデル作成例を示す。図３及び図４に示される「媒体定義」画面の分割法選択画面２Ｊ内の「等分割」を選択することで配置した柔軟媒体を等分割することができる。

具体的には、図３のグラフィック画面３に示された直線（破線）３２をこの操作によって等間隔で１０に区分する位置に質点３３が配置され、同時に質点間が回転バネ３４および並進バネ３５により連結されたモデルを作成し、グラフィック画面３に表示される（図４）。

質点間を結ぶ回転バネ３４は、柔軟媒体を弾性体と見なした際の曲げ剛性を表現し、また並進バネ３５は引張り剛性を表現する。両バネ定数は弾性理論から導くことが可能である。回転バネ定数ｋｒ、並進バネ定数ｋｓはヤング率Ｅ、幅ｗ、紙厚ｔおよび質点間の距離△Ｌを用いて以下に示される式（１−１）、式（１−２）によって与えられる。

質点の質量ｍは柔軟媒体の長さＬ、幅ｗ、紙厚ｔ、密度ρ、分割数ｎとすると、以下に示される式（２）により計算される。
ｍ＝Ｌｗｔρ／（ｎ−１） （２）

以上の作業により、柔軟媒体がシステム上で曲げと引張りの力に反応する弾性体としてモデル定義される。

柔軟媒体モデル作成工程１０２によってバネ−質量要素への離散化が行われた後に搬送条件設定工程１０３に移る。搬送条件設定工程１０３では、搬送ローラの駆動条件、および搬送ガイド、ローラと柔軟媒体との接触時の摩擦係数を定義する。

図５に搬送条件設定工程１０３の実施説明図を示す。メニューバー１中の「搬送条件」ボタンを押すとサブ構成メニュー２に駆動条件および摩擦係数を定義する画面が現れる。同図ではローラの駆動制御の入力例を示しており、サブ構成メニュー２の駆動制御「ローラ」を選択する。サブ構成メニュー２の駆動制御「ローラ」を選択した状態で、グラフィック画面３に表示してある搬送ローラの中から駆動条件を定義するローラを選択する。

同図ではグラフィック画面３に配置されたローラ対のうち、最下部に位置するローラ対３６の画面下側のローラ３６ａを選択した段階（図５において、グラフィック画面３のローラ３６ａの形状が強調表示されている）である。選択が終了した時点でコマンド欄４に搬送経路定義工程１０１で入力された座標情報と半径情報が表示される。

続いて、コマンド欄４に時系列的な駆動条件を表現するための特徴点の入力を行うが、本実施例では以下の定義条件でシステムが組まれている。コマンド欄４に、開始Ｔ、終了Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、回転数の入力が促される。ここで開始Ｔは、解析計算開始時間を０として、駆動を開始するまでの時間を秒数で数値入力する。終了Ｔは、同様に駆動を停止する時間を数値入力する。

回転数は、回転方向が時計回りであれば負の数値、反時計回りであれば正の数値として回転方向を表現し、与える数値は定義するローラ軸の一分間あたりの回転数を入力する。Ｔ１、Ｔ２は所望の回転数に到達するまでに一定時間を要する場合のみ、その秒数を数値入力し、例えばＴ１に１と入力すると開始Ｔから１秒後に所定の回転数となり、Ｔ２に１と入力すると終了Ｔの１秒前に所定の回転数から立下げ、終了Ｔで停止する。

図６に示すように、コマンド欄４の開始Ｔ、終了Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、回転数をそれぞれ、０、４、１、１、−１１９．３７と入力すると、駆動ローラ３６ａの時系列的な駆動条件を、グラフィック画面３にグラフ作成、表示することができる。

本実施例では立上げ時間０から１秒までに直線的にローラの回転数を０から１１９．３７ｒｐｍまで時計回りに上昇させ、１から３秒までは１１９．３７ｒｐｍを維持、立下げ時間１秒で４秒の時点で０ｒｐｍ、すなわち３から４秒の間に１１９．３７ｒｐｍから０に減速するように特徴点の入力を行った結果がグラフ表示されている。

他の駆動ローラについても同様の手順で時系列的な駆動に関する搬送条件を設定することができる。

駆動条件設定以外の搬送条件設定工程１０３についても、代表的な摩擦係数定義に関して説明する。

摩擦係数の定義もサブ構成メニュー２の駆動条件で「摩擦係数」を選択した状態で、図５のグラフィック画面３に表示してあるローラまたはガイドを個々に選択し、それら選択されたローラ又はガイド毎に紙との摩擦係数μをコマンド欄４より入力する。ここで入力されたμにより、柔軟媒体の質点とローラまたはガイドとの接触計算により得られる垂直抗力をＮとすると、図７のように紙の搬送方向とは逆向きに摩擦力μＮが働くように設定される。以上の動作により運動計算させるシミュレーションモデルの設定が完了する。

次に、搬送条件プレビュー表示工程１０４のアルゴルについて順を追って説明する。

［回転方向表示工程］
まず、ローラの回転方向を表示する回転方向表示工程１０４（ａ）について、図８から図１１を用いて説明する。

なお、図８から図１１は、図５を用いて搬送条件設定されたローラ対３６を拡大したものである。図中、下側に配置されたローラ３６ａに駆動条件が設定され、対向するローラ３６ｂは従動ローラとして駆動条件は定義されていない。

ステップ１：駆動ローラ３６ａの中心Ｏ１と、従動ローラ３６ｂの中心Ｏ２を結ぶベクトルＶ１を、それぞれの座標値から計算する（図８）。
ステップ２：駆動ローラ３６ａの半径Ｒ１および、駆動ローラ３６ａの中心Ｏ１、ベクトルＶ１から、駆動ローラ３６ａと従動ローラ３６ｂの交点座標Ｐを計算する（図９）。
ステップ３：回転方向を示す矢印の書出し基準Ｐ１を、Ｏ１−Ｐ１：Ｐ１−Ｐが所定の比率となるように計算する。本実施例では１：１の中点として表示している（図１０）。
ステップ４：Ｐ１を基準にＯ１を中心とした円弧を所定の角度θで左右に描画し、回転方向を示す円弧端に矢じりを付記する。回転方向は、時系列的なローラ回転数入力値の符号から、指定時間ごとに求める（図１１）。

［周速表示工程］
続いて、ローラ周速を表示する周速表示工程１０４（ｂ）について、図１２および図１３を用いて説明する。

ステップ１：駆動ローラ３６ａの中心Ｏ１の座標値を、ローラ周速を数値表示するための数値書出し基準に定義する（図１２）。
ステップ２：駆動ローラ３６ａの半径Ｒ１とローラ回転数からローラ周速を計算する。ローラ周速は、時系列的なローラ回転数入力値から、指定時間ごとに求める。本実施例では、ローラ半径８ｍｍ、ローラ回転速度−１１９．３７ｒｐｍより、ローラ周速＝２×８×π×｜−１１９．３７｜／６０＝１００ｍｍ／ｓが求まる。
ステップ３：ステップ２で求めたローラ周速値をＯ１基準で時系列的に描画する（図１３）。

上述した回転方向表示工程１０４（ａ）により求めた矢印と、周速表示工程１０４（ｂ）により求めた周速を同一時間軸で描画すると、図１４のように一対のローラに対して搬送部に相当するローラニップ付近の紙搬送方向と紙搬送速度を表現することができる。

次に、搬送条件プレビュー表示工程１０４のユーザー操作方法について説明する。

搬送条件のプレビュー表示を行うため、図１５に示すようにメニューバー１中の「条件確認」ボタンを押すと、サブ構成メニュー２に「周速計算」２１Ａが表示される。

このボタンをクリックして選択すると、シミュレーションモデル内に定義されたすべての駆動ローラ３６ａ、３７ａ、３８ａ、３９ａから、特徴点入力された数値の最大値を検出し、最大値までのすべての駆動ローラの回転方向と周速を計算する。これらの計算は、設計支援システムの計算機機能を利用して行われ、時系列的な駆動ローラの回転方向と周速を瞬時に計算することができる。計算結果は、設計支援システム内の記憶装置に記憶される。

コマンド欄４に「計算終了＞」の文字が表示されたことを確認後、サブ構成メニュー２のプレビュー２１Ｂを選択する。ここで、再生ボタン２１Ｃをクリックすると、図１６に示すようにグラフィック画面３に時系列的な駆動ローラ回転方向と紙送り速度が、駆動ローラ特徴点で入力された最大時刻まで連続表示される。

連続表示中、コマンド欄４にはグラフィック画面３に描画されている時点の時刻が表示される。ある時刻における駆動条件のみ確認したい場合は、再生ボタン２１Ｃをクリックして連続表示した後、一時停止ボタン２３Ｃをクリックするか、あるいはコマンド欄４に直接所望の時刻を数値入力してもよい。また、巻戻しボタン２２Ｃや早送りボタン２４Ｃにより、状況に応じた描画操作をすることができ、駆動状態の確認効果を高めることができる。

以上の操作により、駆動設定した時間範囲内において、シミュレーションモデル内に描画されているすべてのローラ対に対し、どちらのローラが駆動するのか、ローラニップ付近の搬送経路において紙はどちらに搬送されるのか、その時の搬送速度はいくつなのかが、視覚的、相対的、また直感的に理解可能になる。

次に、運動計算を行う運動計算工程１０５の一例を図１７のフローチャートを用いて説明する。まずブロック４１で柔軟媒体の運動を計算する実時間Ｔおよび運動方程式の解を数値的に求める際に使用する数値時間積分の時間刻み△ｔを設定する。

以降ブロック４２〜４７が数値時間積分のループであり、柔軟媒体の運動は初期時間から△ｔ毎に計算され、記憶装置に結果が保存される。

ブロック４２は△ｔ秒後の計算を行う際に必要な初期加速度、初期速度、初期変位を設定する。これらの値は１サイクル終わるごとにその計算結果（すなわち全快のサイクルの計算値を初期値とする）が投入される。

ブロック４３は柔軟媒体を形成する各質点に働く力を定義する。力には回転モーメント、引張り力、接触力、摩擦力、重力、空気抵抗力、クーロン力があり、個々の質点に対し働く力を計算した後その合力を最終的に柔軟媒体にかかる力として定義する。

ブロック４４はブロック４３で求めた質点に働く力を質点の質量で除し、さらに初期加速度を加算することで、△ｔ秒後の加速度を計算する。

同様にしてブロック４５では速度を、ブロック４６では変位を計算する。

本実施例ではブロック４３〜ブロック４６の一連の△ｔ秒後の物理量計算にＥｕｌｅｒの時間積分手法を採用しているが、Ｋｕｔｔａ−ｍｅｒｓｏｎ、Ｎｅｗｍａｒｋ−β法、Ｗｉｌｌｓｏｎ−θ法等、他の時間積分手法を採用しても良い。ブロック４７では計算時刻がブロック４１で設定した実時間Ｔに到達したか否かを判断し、到達していれば運動計算工程１０５を終了する。到達していない場合は再度ブロック４２に戻り時間積分を繰り返す。

結果表示工程１０６はメニューバー１中の「結果表示」ボタンを押すとサブ構成メニュー２に動画メニューとプロットメニューが表示される。図１８に本実施例における動画メニュー画面の一例を示す。サブ構成メニュー２の中には動画とプロットを大きく選択できるようになっており、動画メニューボタンは図１６と同様に構成され、同ボタンによりグラフィック画面３で柔軟媒体の挙動を可視化できる。

図１９には、プロット画面の一実施例を示す。プロットメニューからグラフ化したい計算結果を選択すると、グラフィック画面３に時系列グラフが表示される。本実施例では、所望のガイドにかかる反力をプロット表示したものである。

以上、搬送経路定義工程１０１、柔軟媒体モデル作成工程１０２、搬送条件設定工程１０３、搬送条件プレビュー表示工程１０４、運動計算工程１０５、結果表示工程１０６の順に、本実施例の設計支援方法におけるフローを説明した。

本実施例によれば、搬送条件プレビュー表示工程を設け、搬送方向を矢印表示、ローラ回転数を紙送り速度に換算してローラ周速表示することにより、数値積分計算前にシミュレーションモデルの駆動条件設定を容易に確認できるようになる。したがって、駆動条件入力ミスによるモデル解析に費やす工数を飛躍的に減少することができ、種々の搬送経路の設計が効率的に行えるようになる。

次に、搬送条件プレビュー表示工程１０４の実施例２について、図２０から図２２を用いて説明する。

なお、ローラ回転方向を表示するためのアルゴルについては、図８から図１１を用いて説明した実施例１と同じであり、周速表示工程１０４（ｂ）以外の各工程のフローに関しても実施例１と同じであるため、説明を割愛する。ここでは、実施例２の周速表示工程１０４（ｂ）について説明する。

［周速表示工程］
ステップ１：駆動ローラ１３６ａの円で閉じられた内側部分を、ローラ周速を階調表示するための階調塗りつぶし領域１３６ｃに定義する（図２０）。
ステップ２：駆動ローラ１３６ａの半径Ｒ２とローラ回転数からローラ周速を計算する。ローラ周速は、時系列的なローラ回転数入力値から、指定時間ごとに求める。本実施例では、ローラ半径８ｍｍ、ローラ回転速度−１１９．３７ｒｐｍより、ローラ周速＝２×８×π×｜−１１９．３７｜／６０＝１００ｍｍ／ｓが求まる。
ステップ３：シミュレーションモデル内に定義されたすべての駆動ローラから、ステップ２で求めたローラ周速の最大値Ｖを検出する。本実施例ではＶ＝１５０ｍｍ／ｓとする。
ステップ４：階調数をｎとすると、Ｖ／ｎで一階調の階調幅を決定する。本実施例では、ｎ＝５とし、一階調幅３０ｍｍ／ｓが求まる。
ステップ５：時間に対するローラ周速の変化を、各ローラ周速に相当する階調で、階調塗りつぶし領域１３６ｃに描画する（図２１）。

実施例１で説明した回転方向表示工程１０４（ａ）により求めた矢印と、本実施例の周速表示工程１０４（ｂ）により求めた階調を同一時間軸で描画すると、図２２および図２３のように搬送部に相当するローラニップ付近の紙搬送方向と階調幅ごとの紙搬送速度を視覚的に表現することができる。同図において、１３１は階調分布情報であり、ステップ４の結果をもとに、各階調に対応するローラ周速範囲が判るように、条件分布を並列表記している。

本実施例では、階調表示方法として単位面積あたりのドット数を用いているが、別の濃度階調表示方法あるいは色階調による表示方法を用いてもよい。

本実施例によれば、搬送条件プレビュー表示工程１０４を設け、搬送方向を矢印表示、ローラ回転数を紙送り速度に換算して階調分布表示することにより、視覚的直感的に駆動入力設定条件を確認することができる。

また、図２４には実施例１のローラ周速の数値表示、及び実施例２のローラ周速の階調分布表示を併用した例を示す。両者の工程を同時に適用可能なことは、各実施例のアルゴル説明により明らかである。本実施例によれば、実施例２の階調分布表示により感覚的におおまかなローラ周速が理解でき、微細なローラ周速まで確認したい場合は実施例１のローラ周速の数値を参照することができる。

図２５を用いて実施例３を説明する。同図は、実施例１の図１８で説明した結果表示工程１０６の動画メニューにより、グラフィック画面３に柔軟媒体の挙動をアニメーション表示した状態を示している。サブ構成メニュー２の「動画」ボタンをクリックすると、運動計算工程による計算から得られた時系列的な柔軟媒体挙動と共に、搬送条件プレビュー表示工程１０４による実施例１および実施例２のアルゴルから得られた時系列的なローラ駆動条件が、グラフィック画面３に同一時間軸でアニメーション表示される。

このように、結果表示工程１０６の柔軟媒体挙動表示においても、駆動条件プレビュー表示結果を合わせて描画することで、柔軟媒体挙動確認の理解度が向上する。例えば、ローラが回転して紙が搬送されているのか、ローラは停止しているのに上下流のローラに支配され、スリップして紙が搬送されているのかなどの判断が容易に可能になる。

本発明の実施形態に係る設計支援方法のフロー図である。 搬送機構定義工程の画面構成説明図である。 柔軟媒体定義工程の説明図である。 柔軟媒体定義工程の分割動作説明図である。 搬送条件定義工程の説明図である。 搬送条件定義工程の制御動作の説明図である。 搬送条件定義工程の摩擦係数μの動作説明図である。 本発明の回転方向表示工程の説明図である。 本発明の回転方向表示工程の説明図である。 本発明の回転方向表示工程の説明図である。 本発明の回転方向表示工程の説明図である。 実施例１の周速表示工程の説明図である。 実施例１の周速表示工程の説明図である。 実施例１の周速表示工程の説明図である。 搬送条件プレビュー表示工程の周速計算説明図である。 搬送条件プレビュー表示工程の操作方法説明図である。 運動計算工程のフロー図である。 結果表示工程の動画メニューの説明図である。 結果表示工程のプロットメニューの説明図である。 実施例２の周速表示工程の説明図である。 実施例２の周速表示工程の説明図である。 実施例２の周速表示工程の説明図である。 第二の搬送条件プレビュー表示工程の操作方法説明図である。 第三の搬送条件プレビュー表示工程の操作方法説明図である。 実施例３における結果表示工程の動画メニューの説明図である。

符号の説明

１ メニューバー
２ サブ構成メニュー
２Ａ ローラ対定義ボタン
２Ｂ ローラ定義ボタン
２Ｃ 直線ガイド定義ボタン
２Ｄ 円弧ガイド定義ボタン
２Ｅ スプラインガイド定義ボタン
２Ｆ フラッパー定義ボタン
２Ｇ センサ定義ボタン
２Ｉ 媒体種選択画面
２Ｊ 分割法選択画面
３ グラフィック画面
４ コマンド欄
２１Ａ 周速計算選択ボタン
２１Ｂ プレビュー選択ボタン
２１Ｃ 再生ボタン
２２Ｃ 巻戻しボタン
２３Ｃ 一時停止ボタン
２４Ｃ 早送りボタン
３１ 柔軟媒体の端部座標
３２ 柔軟媒体の表現線
３３ 質点
３４ 回転バネ
３５ 並進バネ
３６ ローラ対３６
３６ａ 駆動ローラ３６ａ
３６ｂ 従動ローラ３６ｂ
３７ａ 駆動ローラ３７ａ
３８ａ 駆動ローラ３８ａ
３９ａ 駆動ローラ３９ａ
４１ 運動計算工程のブロック４１
４２ 運動計算工程のブロック４２
４３ 運動計算工程のブロック４３
４４ 運動計算工程のブロック４４
４５ 運動計算工程のブロック４５
４６ 運動計算工程のブロック４６
４７ 運動計算工程のブロック４７
１０１ 搬送経路定義工程
１０２ 柔軟媒体モデル定義工程
１０３ 搬送条件設定工程
１０４ 搬送条件プレビュー表示工程
１０４（ａ） 回転方向表示工程
１０４（ｂ） 周速表示工程
１０５ 運動計算工程
１０６ 結果表示工程
１３１ 階調分布情報
１３６ ローラ対１３６
１３６ａ 駆動ローラ１３６ａ
１３６ｂ 従動ローラ１３６ｂ
１３７ａ 駆動ローラ１３７ａ
１３８ａ 駆動ローラ１３８ａ
１３９ａ 駆動ローラ１３９ａ

Claims (13)

1. シート状の柔軟媒体が搬送経路内を搬送されていく挙動をシミュレーションすることで、搬送経路の設計を支援する設計支援方法において、
   前記柔軟媒体を搬送する搬送ローラの駆動条件を設定する搬送条件設定工程と、
   前記搬送条件設定工程で前記駆動条件を設定された前記搬送ローラの回転方向を表示する回転方向表示工程と、
   前記搬送条件設定工程で前記駆動条件を設定された前記搬送ローラの周速を表示する周速表示工程と、
   前記搬送条件設定工程で設定された前記搬送ローラの駆動条件に基づいて、前記柔軟媒体の挙動を時系列的に求める運動計算工程と、
   を有することを特徴とする設計支援方法。
2. 前記搬送ローラの形状情報及び搬送ガイドの形状情報を定義する搬送経路定義工程を有することを特徴とする請求項１記載の設計支援方法。
3. 前記柔軟媒体を質量を持った複数の剛体要素に分割し、各剛体要素間をバネで連結することで、弾性体表現する柔軟媒体モデル作成工程を有することを特徴とする請求項１記載の設計支援方法。
4. 前記運動計算工程により得られた前記柔軟媒体の挙動を表示する結果表示工程を有することを特徴とする請求項１記載の設計支援方法。
5. 前記結果表示工程において、前記搬送条件設定工程で前記駆動条件を設定された前記搬送ローラに対し、前記搬送ローラ回転方向及び周速の時系列的な情報を、前記柔軟媒体の挙動と並列表示することを特徴とする請求項４記載の設計支援方法。
6. 前記回転方向表示工程及び周速表示工程において表示する前記搬送ローラの回転方向及び周速を、前記運動計算工程前に一括表示する搬送条件プレビュー表示工程を有することを特徴とする請求項１記載の設計支援方法。
7. 前記回転方向表示工程において、前記搬送ローラのニップ近傍に回転方向を矢印表示することを特徴とする請求項１記載の設計支援方法。
8. 前記周速表示工程において、前記搬送ローラ近傍に周速を数値表示することを特徴とする請求項１記載の設計支援方法。
9. 前記周速表示工程において、前記搬送ローラの周速情報に応じて前記搬送ローラを階調表示することを特徴とする請求項１記載の設計支援方法。
10. 前記周速表示工程において、前記搬送ローラの周速情報に基づき、任意に設定された階調数と前記搬送ローラ周速情報の最大値から一階調の階調幅を算出し、前記搬送ローラを階調表示することを特徴とする請求項９記載の設計支援方法。
11. 前記周速表示工程において、単位面積あたりのドット数を変えることで階調表示を行うことを特徴とする請求項９記載の設計支援方法。
12. 前記周速表示工程において、色階調による階調表示を行うことを特徴とする請求項９記載の設計支援方法。
13. シート状の柔軟媒体が搬送経路内を搬送されていく挙動をシミュレーションすることで、搬送経路の設計を支援するコンピュータ読み取り可能な設計支援プログラムにおいて、
    前記柔軟媒体を搬送する搬送ローラの駆動条件を設定する搬送条件設定工程と、
    前記搬送条件設定工程で前記駆動条件を設定された前記搬送ローラの回転方向を表示する回転方向表示工程と、
    前記搬送条件設定工程で前記駆動条件を設定された前記搬送ローラの周速を表示する周速表示工程と、
    前記搬送条件設定工程で設定された前記搬送ローラの駆動条件に基づいて、前記柔軟媒体の挙動を時系列的に求める運動計算工程と、
    をコンピュータに実行させることを特徴とする設計支援プログラム。

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