JP2006103878A - 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、搬送ローラ対のニップ部の変形による柔軟媒体の速度変化及び姿勢変化を、小さな計算負荷かつ短時間で計算すること。
【解決手段】 弾性体で形成された搬送ローラ対７２及び７３を駆動することによって柔軟媒体を搬送するとき、搬送ローラ対７２及び７３に対して有限要素モデルを作成し、搬送ローラ対７２及び７３のニップ部における搬送ローラの変形を求め、求められたニップ部における搬送ローラの変形に基づいて、柔軟媒体の挙動を時系列的に求める。
【選択図】 図１７

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、例えば、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。

またローラを構成するゴム等の弾性体が圧力を受けて変形することによって生じる搬送速度の称呼値に対する変動率を計算するために、有限要素モデルによる接触構造解析手法が知られている（例えば、非特許文献２参照）。

この手法によると押圧力によりローラは図１６のような変形を生じる。ローラ８１が紙Ｐと接触して圧力を受ける部分がニップ８２であり、柔軟媒体である紙はニップ８２でローラ８１と固着して搬送される。ここでローラ８１は矢印ａ方向に駆動されている。そして図１７のようにローラ８１が△φだけ回転したとき、ニップから遠く変形のない地点のローラ円周の移動量（矢印Ｌｏ）は、ローラの半径をＲとすると、Ｒ×△φとなる。

しかし、ニップ８２では表面が矢印Ｂに示すように円周方向に伸ばされることから、ローラ表面の移動量（矢印Ｌｎ）は同じ△φ回転した場合上式で算出したものより大きくなる。従って、搬送速度はニップ内のローラの伸び分だけ速くなる。この速度変動率はゴムの厚さ、硬さ、押圧力、などのパラメータにより変化する。

また、ニップ８２の形状もローラ対８１、８３の上記に示すパラメータにより変化する。図１６に示した例ではローラ８１のゴム厚さがローラ８３より大きく、硬さは同等である。そして両ローラとも半径はＲと同径である。従ってニップ８２の形状は上に凸で、形状はローラ半径Ｒよりも大きい半径の円弧に近い形状となっている。

この結果、紙Ｐがローラ８１によって搬送されている時の紙の姿勢は、ニップ入口側が矢印８４ａ、出口側が矢印８４ｂに示すように、ニップ両端部付近の曲線の接線方向に近くなる。従ってニップ部の紙の姿勢も、ニップ形状により変化する。
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 岡本紀明他、機論、６７−６５４、Ｃ（２００１）、１８５−１９２頁

上述の様な設計支援プログラムにおいて、柔軟媒体を搬送する速度はユーザが各ローラに対して、設計値を入力することで設定することになる。しかし、ローラが柔軟媒体を搬送する速度はローラの半径と回転数から一義的に決定されないことがあり、実際の設計時においてローラの搬送速度は狙いどおりの値にならず、予期せぬローラ対間での引っ張り合いや大きな弛みが生じてジャムや画像不良を起こすことがあった。

また、ローラニップ部での柔軟媒体の姿勢変化が予測できず、ニップ部への柔軟媒体の導入方向およびローラニップ部通過後の案内方法が不適正で柔軟媒体がひっかかりジャムが発生することがあった。

ローラの速度変動はローラを構成するゴム等の弾性体が押圧力を受けて変形し、ローラニップ部の周長が変わることが要因である。また、ローラニップ部での柔軟媒体の姿勢変化は押圧力による弾性体の形状変化が要因である。この周長変化や形状変化はローラの材質や硬さ、ゴム層の厚さ、荷重などの要因から決定される量であり、単純な公式から数値の特定は困難である。

このような速度変動及び姿勢変化を予測して、柔軟媒体に生じる引張りやたるみ、ローラ前後の柔軟媒体のひっかかりといった挙動シミュレーションをより高精度に行いたいという要求があった。

従来技術として、ローラの弾性変形による速度変動率は有限要素モデルによる接触構造解析で予測することができる。

しかし、接触構造解析をローラの弾性変形を含めて搬送経路全体に対して適用するとモデル作成や計算に多大な時間を要し、搬送経路の設計を支援する設計支援プログラムへの盛り込みという点で実用的でないという問題があった。

このような問題を解決するため、本発明は、弾性体で形成された搬送ローラ対のニップ部の変形による柔軟媒体の速度変化及び姿勢変化を、小さな計算負荷かつ短時間で計算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搬送条件を設定する搬送条件設定工程と、前記搬送ローラを含む搬送ローラ対に対して有限要素モデルを作成し、前記搬送ローラ対のニップ部における前記搬送ローラの変形を求めるローラニップ計算工程と、前記ローラニップ計算工程で有限要素モデルを作成された前記搬送ローラ対によって前記柔軟媒体が搬送される部分については、前記ローラニップ計算工程で求められた前記搬送ローラの変形に基づいて前記柔軟媒体の挙動を時系列的に求め、前記ローラニップ計算工程で有限要素モデルを作成された前記搬送ローラ対によって前記柔軟媒体が搬送されない部分については、有限要素モデルを作成することなく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搬送条件を設定する搬送条件設定工程と、前記搬送ローラを含む搬送ローラ対に対して有限要素モデルを作成し、前記搬送ローラ対のニップ部における前記搬送ローラの変形を求めるローラニップ計算工程と、前記ローラニップ計算工程で有限要素モデルを作成された前記搬送ローラ対によって前記柔軟媒体が搬送される部分については、前記ローラニップ計算工程で求められた前記搬送ローラの変形に基づいて前記柔軟媒体の挙動を時系列的に求め、前記ローラニップ計算工程で有限要素モデルを作成された前記搬送ローラ対によって前記柔軟媒体が搬送されない部分については、有限要素モデルを作成することなく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。

以上述べたように本発明によれば、搬送ローラ対のニップ部における搬送ローラの変形による速度変化及び姿勢変化を、小さな計算負荷かつ短時間で計算できる。

この結果、柔軟媒体に生じる引張りやたるみ、ローラニップによる柔軟媒体の姿勢変化によるひっかかりといった挙動シミュレーションを、設計支援の実用レベルで、より高精度に行うことができる。

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おける設計支援プログラムの処理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設計支援プログラムは搬送経路定義工程２１、柔軟媒体モデル作成工程２２、搬送条件設定工程２３、運動計算工程２４、弾性ローラを扱う場合はローラニップ計算工程２５、結果表示工程２６、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。なお、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。

次に、図２に本プログラムの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、プログラ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。

処理の詳細について、画面構成図をもとに以下に説明する。

［搬送経路定義工程］
まず、搬送経路定義工程２１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２１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、紙などの柔軟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。

より具体的に説明すると、ローラ対定義ボタン２Ａを選択すると、二つのローラの径、材質、位置、押圧力、などを必要に応じて選択あるいは設定することができる。同様にローラ定義ボタン２Ｂを選択すると、単独ローラの径、材質、位置などを設定できる。

直線ガイド定義ボタン２Ｃを選択すると、ガイドの長さ、位置、材質などを設定でき、同様に円弧ガイド定義ボタン２Ｄは円弧の中心位置、半径などを設定できる。スプラインガイド定義ボタン２Ｅを選択すると、曲線上の数点を定義することでガイド形状を決定し、材質などを設定できる。

フラッパー定義ボタン２Ｆ、センサ定義ボタン２Ｇ、を選択するとそれぞれの位置を選択あるいは設定することができる。

［柔軟媒体モデル作成工程］
搬送経路定義工程２１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２２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では媒体種に代表的な再生紙であるＥＮ１００ＤＫを選択しているが、同操作により計算内部ではＥＮ１００ＤＫのヤング率５４０９ＭＰａ、密度６．８×１０^−７ｋｇｆ／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２）。

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、柔軟媒体がプログラ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。

［搬送条件設定工程］
柔軟媒体モデル作成によってバネ−質量要素への離散化が行われた後に搬送条件設定工程２３に移る。搬送条件設定工程２３では、搬送ローラの駆動条件、搬送経路の分岐を行うフラッパーの制御、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２３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、摩擦係数および弾性ローラ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の駆動条件「ローラ」を選択した段階（図５において、サブ構成メニュー２のローラの部分が反転表示されている）である。

サブ構成メニュー２の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。必要なローラの選択が終了した時点でコマンド欄４に特徴点の入力として時間とローラの回転数を入力すると、図６に示されるようにグラフィック画面３に時間に対するローラの回転数を示すグラフが表示される。

例えば、コマンド欄４から（時間、回転数）の組から成る特徴点を随時入力すると、グラフィック画面にグラフを作成、表示することができる。

本実施例では０→１秒までに直線的にローラの回転数を０から１２０ｒｐｍまで上昇させ、１から３秒までは１２０ｒｐｍを維持、３から４秒の間に１２０ｒｐｍから０に減速するように特徴点の入力を行った。その結果として横軸に時間、縦軸にローラの回転数を取ったグラフが図４のグラフィック画面３に表示されている。

分岐経路に使用するフラッパーの制御定義も基本的には縦軸が回転数から角度になるだけで、ローラと同様である。フラッパーの場合、角度は、初期の角度を０度としてそこからの変位角度を持って入力しても良いし、絶対的な基準線に対する角度を持って入力しても良い。視覚的に直感的に理解しやすく、その動き量がわかりやすいと言う点からみればフラッパーの通常時の角度を基準にすることは好ましい。

摩擦係数の定義もサブ構成メニュー２の駆動条件の中の「摩擦係数」を選択した状態で、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。

［運動計算工程］
次に、運動計算を行う一例を図８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（すなわち前回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２４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］
結果表示工程２６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９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、動画メニューは再生ボタン５１、停止ボタン５２、ポーズボタン５３、早送りボタン５４、巻き戻しボタン５５を有している。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。

結果表示工程２６の後にグラフ表示工程に移る。図１０に本実施例におけるプロット画面を示す。プロットメニューからグラフ化したい質点の加速度、速度、変位、抵抗のいずれかの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。

［ローラニップ計算工程］
搬送条件設定工程２３においてローラの回転数を定義するが、現実にはローラがゴム等の弾性体により構成される場合、柔軟媒体を搬送する速度がローラの半径と回転数から一義的に決定されない。また、ローラを通過する柔軟媒体の姿勢がローラニップの形状で変化する。このような場合の扱いについて説明する。

このメカニズムは図１６、図１７で説明したように従来技術である有限要素モデルによる接触構造解析により明らかになっている。

本発明では、少なくともローラニップ部を含むローラ対の部分に対して限定的に有限要素モデルを作成し、接触構造解析により速度変動率とニップ形状を求めて運動計算工程２４に反映させる。

すなわち、有限要素モデルの作成及び解析には時間がかかるので、少なくともローラニップ部を含むローラ対の部分に対して限定的に有限要素モデルを作成することで、計算負荷を低減させている。

なお、ローラ対のローラニップ部近傍の部分に対して有限要素モデルを作成してもよいし、ローラ対全体に対して有限要素モデルを作成してもよい。

この場合のフローを図１１で説明する。図１１（ａ）は、ゴム等の弾性体により構成されるローラ（以降、弾性ローラと呼ぶ）対が柔軟媒体Ｐを狭持した状態の有限要素モデルの一例である。モデルはゴムの厚さ、ヤング率、押圧力、などのパラメータを与えて接触解析が行なわれた状態である。

公知の接触解析が行なわれた後、モデルの各節点６１のうち、ローラ周面部に相当する節点６１ａを公知の自由表面上の節点抽出によって抽出する（図１１（ｂ）参照）。そして、抽出した節点座標からニップ部における周方向歪みを算出する。この歪み値が前述した速度変化率に相当する。

また、図１１（ｃ）に示すように抽出した周面の節点座標からローラニップ部の近似曲線６２を得る。近似曲線化は例えばスプライン補間により行う。この曲線をローラニップ部における柔軟媒体の搬送経路として定義することで、柔軟媒体のローラニップによる姿勢変化に対応する。

上記ローラニップ計算工程２５のフローによる弾性ローラの影響を加味した操作工程について、図１２、１３により説明する。まず、メニューバー１の「搬送条件」ボタンを押し、サブ構成メニュー２の「弾性ローラ」の定義ボタン７１が押された状態でグラフィック画面３に表示されている搬送ローラの中から弾性ローラ定義したいローラ７２を選択する。

ローラの選択後は図１３に示す画面が表示され、各パラメータの入力を行う。パラメータには駆動ローラ直径、従動ローラ直径、ゴムの厚さ、ヤング率、押圧力などがあるが、速度変動率やローラニップ部姿勢に影響を及ぼすすべてのパラメータが考慮できることが望ましい。

入力完了後、パラメータの値が代入され自動的に有限要素モデルが生成され接触解析が行なわれる。そして、まず予測される速度変動率の計算結果７４が表示される。例えば、駆動ローラ直径に６０ｍｍ、従動ローラ直径に６０ｍｍ、押付け力に１００ｋｇｆ、駆動ローラゴム厚さに２．５ｍｍ、従動ローラゴム厚さに２ｍｍ、ゴムヤング率に１．５ＭＰａと入力し、計算結果は１．０５５となっている。

選択したローラの回転数を１２０ｒｐｍと定義した場合、搬送速度の称呼値は６０×３．１４×１２０＝２２６０８ｍｍ／ｍｉｎとなるが、速度変動率を考慮した結果、２２６０８×１．０５５＝２３８５１ｍｍ／ｍｉｎとなる。選択されたローラには、新たな速度変動率が考慮された搬送速度が定義される。

次に、ローラニップ計算工程２５の結果を反映して搬送経路定義工程２１で定義したローラニップ部が更新されて定義される。

このように、本実施形態は、ローラニップ計算工程２５で有限要素モデルを作成されたローラ対によって柔軟媒体が搬送される部分については、ローラニップ計算工程２５で求められたローラニップ部におけるローラの変形に基づいて、運動計算工程２４において柔軟媒体の挙動を時系列的に求めるものである。

また、運動計算工程２４において、ローラニップ計算工程２５で有限要素モデルを作成されたローラ対によって柔軟媒体が搬送されない部分については、有限要素モデルを作成することなく柔軟媒体の挙動を時系列的に求めるものである。

図１２の範囲７３を拡大したものを図１４に示す。本例ではローラニップ７５に示す形状になっている。ローラニップを考慮したローラは図１５の７６ように他のローラと区別しやすく色分けするなど表示方法を変え、速度変動率はコマンド欄４、あるいはローラの近傍に表示される。

このように、弾性ローラの変形による速度変動率を考慮して搬送条件を再定義し、運動計算工程２４により柔軟媒体の挙動計算を行うことにより、柔軟媒体に生じる張力やたるみといった挙動シミュレーションをより高精度に行うことができる。

本発明の設計支援プログラムのフロー図である。 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。 第一の発明に基づく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。 摩擦係数μの動作説明図である。 運動計算工程のフロー図である。 結果表示工程における動画メニューの説明図である。 結果表示工程におけるプロットメニューの説明図である。 ローラニップ計算工程のフローの説明図である。 弾性ローラ定義ステップの説明図である。 パラメータ入力画面の説明図である。 弾性ローラ定義画面のローラニップ部拡大図である。 ローラの弾性体表現時の画面表示説明図である。 ローラ押付け時の変形状態説明図である。 速度変動のメカニズム説明図である。

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
２１ 搬送経路定義工程
２２ 柔軟媒体モデル定義工程
２３ 搬送条件設定工程
２４ 運動計算工程
２５ ローラニップ計算工程
２６ 結果表示工程
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
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
５１ 再生ボタン
５２ 停止ボタン
５３ ポーズボタン
５４ 早送りボタン
５５ 巻き戻しボタン
６１ 接触解析の節点
６２ ローラ周面の近似曲線
７１ 「弾性ローラ」の定義ボタン
７２ 弾性ローラ定義するローラ
７３ ローラ対拡大領域
７４ 速度変動率計算結果
７５ ローラニップ部
８１ 駆動ローラ
８２ ローラニップ部
８３ 従動ローラ
８４ ローラニップによる柔軟媒体の姿勢変化

Claims (10)

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、前記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搬送条件を設定する搬送条件設定工程と、
   前記搬送ローラを含む搬送ローラ対に対して有限要素モデルを作成し、前記搬送ローラ対のニップ部における前記搬送ローラの変形を求めるローラニップ計算工程と、
   前記ローラニップ計算工程で有限要素モデルを作成された前記搬送ローラ対によって前記柔軟媒体が搬送される部分については、前記ローラニップ計算工程で求められた前記搬送ローラの変形に基づいて前記柔軟媒体の挙動を時系列的に求め、前記ローラニップ計算工程で有限要素モデルを作成された前記搬送ローラ対によって前記柔軟媒体が搬送されない部分については、有限要素モデルを作成することなく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. 前記ローラニップ計算工程において、前記搬送ローラ対の前記ニップ部の有限要素モデルを設定し、前記搬送ローラ対に作用する荷重、前記搬送ローラの外径、前記搬送ローラの前記弾性体の厚さ、前記弾性体のヤング率、及び前記搬送ローラと前記柔軟媒体の間に作用する摩擦係数の少なくともいずれかを含む入力条件をもとに、有限要素法の接触解析により前記ニップ部の変形の計算を行うことを特徴とする請求項１に記載の設計支援方法。
3. 前記ローラニップ計算工程において、前記搬送ローラが延伸する方向に対して垂直な断面における２次元の前記有限要素モデルの前記搬送ローラ周面を表す複数の節点座標を抽出し、前記搬送ローラ周面を表す複数の節点座標を近似曲線化して前記搬送ローラ対の前記ニップ部の形状を搬送経路として定義することで、前記搬送ローラ対の前記ニップ部での前記柔軟媒体の姿勢を規定することを特徴とする請求項１又は２記載の設計支援方法。
4. 前記ローラニップ計算工程において、前記搬送ローラが延伸する方向に対して垂直な断面における２次元の前記有限要素モデルの前記搬送ローラ対の前記ニップ部の周方向歪み値から搬送速度変化率を算出することで、前記柔軟媒体の搬送速度を規定することを特徴とする請求項１乃至３に記載の設計支援方法。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 前記ローラニップ計算工程において、前記柔軟媒体の搬送速度、及び／又は前記ニップ部での前記柔軟媒体の姿勢を規定することを特徴とする請求項１記載の設計支援方法。
9. 前記搬送条件設定工程において設定される前記搬送ローラの搬送条件は、前記搬送ローラの駆動条件、及び摩擦係数を含むことを特徴とする請求項１記載の設計支援方法。
10. 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搬送条件を設定する搬送条件設定工程と、
    前記搬送ローラを含む搬送ローラ対に対して有限要素モデルを作成し、前記搬送ローラ対のニップ部における前記搬送ローラの変形を求めるローラニップ計算工程と、
    前記ローラニップ計算工程で有限要素モデルを作成された前記搬送ローラ対によって前記柔軟媒体が搬送される部分については、前記ローラニップ計算工程で求められた前記搬送ローラの変形に基づいて前記柔軟媒体の挙動を時系列的に求め、前記ローラニップ計算工程で有限要素モデルを作成された前記搬送ローラ対によって前記柔軟媒体が搬送されない部分については、有限要素モデルを作成することなく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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