JP2006248770A - シミュレーション装置、シミュレーション方法、及び設計支援プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 カールした柔軟媒体の搬送径路内における挙動を精度良くシミュレーションすることができる設計支援プログラムを提供する。
【解決手段】 運動計算処理前は、カールしている柔軟媒体を任意の形状で定義し、そのカールの形状を数値入力等により設定しておく。そして、運動計算処理の開始後に柔軟媒体の端部にカール形状が現れるように力を発生させる。そのために、柔軟媒体を質量をも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したモデルを作成し、カール部の各剛体要素同士が成す角度を求めると共に、前記カール部を定義していない部分は直線部と見なしその各剛体要素が成す角度を０°とする。運動計算処理では、これらの角度を基準角度とし、該基準角度に戻るように各剛体要素のバネの復元力を計算する。
【選択図】 図１５

Description

本発明は、紙やフィルムなどのシート状の柔軟媒体を搬送するための搬送経路の設計に利用可能なシミュレーション装置、シミュレーション方法、及び設計支援プログラムに関する。

複写機やレーザービームプリンタなどの装置に設置され、紙などのシート状の柔軟媒体を搬送する搬送経路を設計する際には、開発期間の短縮化や費用の低減化を目的として、搬送経路内を移動する柔軟媒体の挙動を計算機シミュレーションにより解析して画面上に描画することが行われている。

このようなシミュレーションの技術としては、柔軟媒体を有限要素法による有限要素で表現し、搬送経路内の搬送ガイドやローラとの接触判断を行い、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プログラムが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。

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、計算速度を向上させる手法も知られている。

柔軟媒体の運動を解析するにあたっては、上述のように、有限要素或いは質量−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）ことにより解析する、ニューマークのβ法、ウイルソンのθ法、オイラー法及びＫｕｔｔａ−ｍｅｒｓｏｎ法などが広く知られている。

ここで、柔軟媒体は剛体要素に分割され、その分割された各剛体要素間をバネで連結した柔軟媒体モデルを作成し、このモデルを用いて、元の形状からの変位に比例した力を発生させる。すなわち、元の形状は初期形状として描画した形状であって、外力により変形すると、この形状に戻そうとする復元力が働くことになる。
特開平１１−１９５０５２号公報 特開平１１−１１６１３３号公報

しかしながら、柔軟媒体のうち例えば紙は、内部の水分量や保存状態によって端部が浮き上がり、曲率をもったカールが発生する。このカール部分の剛性は、直線部分に比べて１．５〜２倍程度高いことが実験で知られている。このようなカールは、搬送径路上で思わぬ不具合を引き起こす原因となるため、上述したような搬送経路内のシミュレーション技術においては、直線の柔軟媒体の挙動に加え、カールした柔軟媒体の搬送径路内における挙動を精度良くシミュレーションすることが求められていた。

カールした柔軟媒体の挙動をシミュレーションする場合は、カール部分を円弧形状で画面に描画し、挙動計算をスタートした後に、柔軟媒体に変形が生じると、カールを有するスタート時の形状に戻るように復元力を発生させる、といった手法が考えられる。しかし、カールした柔軟媒体を搬送径路内に設定する際、カール部分を円弧形状で画面に描画すると、カールの高さよりも狭い搬送径路内では搬送ガイドに柔軟媒体が重なってしまうため、カール部分を描画することができない、という問題があった。

さらに、屈曲した搬送径路内に柔軟媒体を定義するときは、モデル作成時に柔軟媒体を曲線で定義しなければならない。柔軟媒体を曲線で定義した場合、その曲率がカール部分であれば曲率が保持されながら搬送径路を通過するシミュレーションを行うが、カール部分ではなく本来直線の柔軟媒体が曲げられたものであれば曲率は保持されず、直線に戻るようなシミュレーションを行う必要がある。これらの区別を精度良くシミュレーションすることが要求される。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、カールした柔軟媒体の搬送径路内における挙動を精度良くシミュレーションすることができるシミュレーション装置、シミュレーション方法、及び設計支援プログラムを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、搬送経路内を移動するシート状の柔軟媒体の挙動をシミュレーションするシミュレーション装置において、予め定義された搬送経路内の構成部品を表示画面上に表示する構成部品表示手段と、前記構成部品表示手段によって前記構成部品が表示される表示画面上において、前記搬送経路内で動作がシミュレーションされる柔軟媒体が配置される位置を設定する位置設定手段と、前記位置設定手段によって設定された柔軟媒体の端部の指定に応じて表示されるウインドウ画面上において、前記柔軟媒体のカール量として、カールの長さおよび高さを設定するカール量設定手段と、前記カール量設定手段によってカール量が設定された柔軟媒体のシミュレーションを実行するシミュレーション手段とを有することを特徴とする。

また、搬送経路内を移動するシート状の柔軟媒体の挙動をシミュレーションするシミュレーション装置のシミュレーション方法において、予め定義された搬送経路内の構成部品を表示画面上に表示する構成部品表示ステップと、前記構成部品表示ステップにおいて前記構成部品が表示される表示画面上において、前記搬送経路内で動作がシミュレーションされる柔軟媒体が配置される位置を設定する位置設定ステップと、前記位置設定ステップにおいて設定された柔軟媒体の端部の指定に応じて表示されるウインドウ画面上において、前記柔軟媒体のカール量として、カールの長さおよび高さを設定するカール量設定ステップと、前記カール量設定ステップにおいてカール量が設定された柔軟媒体のシミュレーションを実行するシミュレーションステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、カール部を有する柔軟媒体の搬送径路内における挙動を精度良くシミュレーションすることが可能になる。特に、搬送径路途中の、カール部の高さよりも狭い部分でも、柔軟媒体にカール部を設定することができるので、カール部を有する柔軟媒体の挙動シミュレーションを、搬送径路内のカール部の高さより狭い部分からスタートすることが可能になる。さらに、シミュレーションにおいて柔軟媒体の直線部とカール部との場合分けができるので、柔軟媒体の初期形状を任意の形状で作成したとしても、カール部を有する柔軟媒体の挙動を精度良く得ることができる。

本発明のシミュレーション装置、シミュレーション方法、及び設計支援プログラムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

［装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態に係るシミュレーション装置の構成を示すブロック図である。

このシミュレーション装置は、コンピュータで構成されており、ビデオＲＡＭ（ＶＲＡＭ）２０１、キーボード２０４、ポインティングデバイス（ＰＤ）２０５、ＣＰＵ２０６、ＲＯＭ２０８、ＲＡＭ２０９、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２１０、及びフロッピー（登録商標）ディスクドライブ（ＦＤＤ）２１１等の各デバイスが、Ｉ／Ｏバス（アドレスバス、データバス及び制御バスから成る）２０７を介して接続されている。

ＣＰＵ２０６は、ＲＯＭ２０８に記憶された制御プログラム（搬送経路の設計を支援するための、本発明に関連した設計支援プログラム等）に基づいて本装置の各ユニットを制御する。ＲＡＭ２０９は、設計支援プログラム等をＣＰＵ２０６が実行するときのワークエリアやエラー処理時の一時退避エリアとして用いられる。ハードディスクドライブ２１０及びフロッピー（登録商標）ディスクドライブ２１１は、搬送経路設計支援用のデータベースやアプリケーションプログラムなどの保存用に用いられる。

ビデオＲＡＭ２０１は、ディスプレイ装置２０２の画面に表示される文字やイメージを展開記憶するメモリであり、キーボード２０４は、入力に関する各種キーを備え、ポインティングデバイス２０５は、画面上でアイコンなどを指し示すためのマウス等である。

上記構成のシミュレーション装置に電源を投入すると、ＣＰＵ２０６はＲＯＭ２０８のブートプログラムに従って装置を初期化し、ＨＤＤ２１０からＯＳ（オペレーティング・システム）のロードを行い、その後に、以下で詳述する本実施の形態の処理を実現するために、設計支援プログラム等を動作させることになる。

なお、本発明に関連した設計支援プログラムは、ＲＯＭ２０８に記憶されているものとしたが、もちろんハードディスク２１０等に記憶させるようにしても良いし、記憶媒体によって本発明が限定されるものでもない。

［本実施の形態の処理］
湿度や物理的な力に起因して端部に曲率をもったカール部が形成された柔軟媒体の搬送経路内における挙動シミュレーションについて、以下、本実施の形態に係る一連の処理を説明する。なお、この一連の処理は、図１に示したシミュレーション装置の例えばＲＯＭ２０８に、本実施の形態に係る設計支援プログラムをＣＰＵ２０６で実行することにより実現される。

すなわち、本実施の形態の設計支援プログラムは、紙やフィルムを含むシート状の柔軟媒体が搬送ガイドや搬送ローラで構成される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プログラムである。そして、この設計支援プログラムにより実行される上記シミュレーション装置は、搬送ガイドや搬送ローラを含む搬送経路の機構部品を定義する処理と、柔軟媒体を任意の形状で定義する処理と、柔軟媒体にカール部を設定する処理と、搬送経路に配置された柔軟媒体を質量をも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引っ張り及び回転の復元力を発生させる処理と、搬送条件となる搬送ローラの駆動方法、並びに搬送ローラ及び搬送ガイドと柔軟媒体との摩擦係数を設定する処理とを実行し、その後、これら全ての処理に基づいて、カール部を有する柔軟媒体の挙動を数値シミュレーションによって時系列的に求め、これによって得られた柔軟媒体の挙動をディスプレイ装置２０２に表示する。以下、このような本実施の形態のシミュレーション装置の処理について、詳細に説明する。

＜搬送機構の定義＞
図２は、搬送機構を定義する処理の際に表示される画面の一例を示す画面表示図である。

同図に示すように、本画面は、主な処理の切り替えを行うメニューバー１と、各処理のサブ構成メニュー２と、定義した搬送経路や処理結果が表示されるグラフィカル画面３と、プログラムメッセージの出力や必要に応じて数値入力を行うためのコマンド欄４とで構成される。

まず、搬送経路を定義する。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１ａを押すと、搬送経路の定義処理のサブ構成メニュー２が図２に示す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つローラで一対の搬送ローラを定義するローラ対定義ボタン２Ａと、１つのローラを単独で定義するローラ定義ボタン２Ｂと、直線の搬送ガイドを定義する直線ガイド定義ボタン２Ｃと、円弧の搬送ガイドを定義する円弧ガイド定義ボタン２Ｄと、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と、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と、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〜２Ｇは、実際の複写機やプリンタ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上にその位置形状が反映される。

＜柔軟媒体の定義＞
次に、柔軟媒体を定義する。図２のメニューバー１中に設けられた「媒体定義」ボタン１ｂを選択することで、カール部を有する柔軟媒体のモデル定義へ移行することができる。

図３は、柔軟媒体を定義する処理の際に表示される画面の一例を示す画面表示図である。この画面では、予め上述のとおり定義された搬送経路内の構成部品が表示されている。

メニューバー１の「媒体定義」ボタン１ｂが選択されたことを検出することによって、図３に示すように、サブ構成メニュー２には、描画形状選択画面２Ｉ、媒体種選択画面２Ｊ、及び分割法選択画面２Ｋが表示される。ここで、まず搬送経路内での柔軟媒体が初期位置として配置される位置及び形状を決定するために、描画図形選択画面２Ｉ内の「直線」の選択が検出されると、柔軟媒体における両端部の座標値の入力を促すメッセージがコマンド欄４に表示される。

前記座標値は、コマンド欄４にキーボード２０４から数値入力するか、ポインティングデバイス２０５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可能である。柔軟媒体の両端部の座標を指定した時点で、グラフィック画面３上には両端部２１を結ぶ直線（破線）２２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を確認することができる。

なお、柔軟媒体の描画図形として、搬送ガイドと同様に「円弧」や「スプライン」の形状で作成することも可能である。

＜カール部の定義＞
図４は、柔軟媒体にカール部を定義する処理の際に表示される画面の一例を示す画面表示図であり、図５は、カール部の定義に使用するカール定義画面を示す画面表示図である。また、図６は、カール部の形状（カール量）を設定する処理を説明するための説明図である。

柔軟媒体を上述の手順により定義してモデル作成した後は、カール定義ボタン２Ｌを押すと、図４に示すような表示画面が表示され、柔軟媒体の端部を選択するように促されるので、既に作成している柔軟媒体における、カール部の定義を行いたい端部３１をポインティングデバイス２０５でクリックする。

端部３１の選択が検出されると、例えば図５にような、端部３１からの水平距離を入力するためのボックス３２と、カール部の高さを入力するためのボックス３３とが配置されたカール定義画面がウインドウとして表示される。この図５の画面において、ボックス３２とボックス３３に数値を入力することでカール形状が決定される。図５の例では、端部３１からの水平距離に１０ｍｍ、高さに５ｍｍを入力している。

すなわち、カール部は、図６に示すように、柔軟媒体の直線部に接する円弧と想定され、前記端部３１からの水平距離（カールの長さ）とカールの高さを数値入力することにより、その円弧の半径３４、角度３５及び長さ３６を図形計算によって求めることができるので、カール形状を設定することができる。

図７は、カール部の定義に使用する他のカール定義画面を示す画面表示図である。

このカール定義方法によれば、同画面において、柔軟媒体の直線部の先端３７、通過点３８、及びカール部の先端３９の順にピックする。これにより３点を通る円弧のカール部が設定される。

図８は、カール定義後に表示される画面例を示す画面表示図である。

同図に示すように、カール部４０を設定した端部は、カール部を設定していない部分と区別されて描画される。また、カール部４０は、図８の例のように、その高さよりも狭い搬送径路内に定義されることも考えられるため、後述する運動計算処理（搬送経路内での柔軟媒体の運動を計算する処理）の開始前では仮の線で描画され、搬送ガイドやローラとは干渉していない。

このように、運動計算処理の開始前では、カール部の形状を数値入力等により決定して例えば仮の線で描画しておく。そして、後述するように、運動計算処理の開始後にカール部の形状が現れるように復元力を発生させる。

なお、カール部を定義した端部とカール部を定義していない端部とを区別するために、仮の線で描画せずとも、端部をマーキングしたり、色分けしたりする方法でも構わない。

＜カール部を有する柔軟媒体の弾性体としての定義＞
図９は、柔軟媒体を複数の剛体要素に分割する処理の際に表示される画面の一例を示す画面表示図である。

上述したように柔軟媒体が定義されると、次に、柔軟媒体を複数のバネ−質量系に離散化する際の分割数又は分割サイズの入力を促すメッセージがコマンド欄４に表示される。図９の例では、直線で柔軟媒体を定義し、分割数を１０とし、さらに分割法選択画面２Ｋにおいて「等分割」を選択した場合の一例が示されている。

同図において、各質点５１の間を結ぶ回転バネ５２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５３は引っ張り剛性を表現する。両バネ５２，５３の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と並進バネ定数ｋｓは、ヤング率Ｅ、幅ｗ、紙厚ｔ及び質点間の距離ΔＬを用いて、次式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、次式によって計算される。

［数２］
ｍ＝Ｌｗｔρ／（ｎ−１）
以上の作業により、柔軟媒体がプログラム上で曲げと引っ張りの力に反応する弾性体としてモデル定義されることになる。

図１０は、カール部の分割処理を説明するための説明図である。

同図に示すように、カール部が分割されると（図１０の例では、カール部を４等分した例）、端部からの水平距離及び高さにより決定したカール部の形状と分割数に応じて、各剛体要素同士が成す角度５４が算出される。一方、カール部を定義した部分以外は直線部であり、剛体要素の角度は一律０°となっている。

これらの全ての剛体要素が成す角度を復元力計算のための基準角度、すなわち復元力が０の状態である、として格納する。そして、後述する運動計算処理を開始すると、任意の形状で定義された柔軟媒体は、各剛体要素が前記基準角度に戻るような復元力を発生する。

次に、柔軟媒体の媒体種の選択について説明する。本実施の形態の媒体種選択画面２Ｊには、代表的な柔軟媒体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ポインティングデバイス２０５でクリックして選択する。後述する運動計算処理に必要となるパラメータは、柔軟媒体のヤング率、密度、及び厚さの情報であり、媒体種選択画面２Ｊ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。

本実施の形態では、媒体種に再生紙Ａを選択しているが、これによって、前記パラメータとして、再生紙Ａのヤング率５４０９Ｍｐａ、密度６．８×１０−７ｋｇ／ｍｍ３、紙厚０．０９５１ｍｍという値がデータベースから選択されることになる。

なお、カール部は、直線部に比べて剛性が上がるという物理的データに基づいて、自動的に回転バネの剛性に係数を乗じて直線部よりも高いバネ剛性が設定される。再生紙Ａの例では、直線部に対してカール部のバネ剛性が１．６倍になっている。

＜搬送条件と摩擦係数の設定＞
前述したような、柔軟媒体のモデル定義によってバネ−質量要素への離散化が行われた後に、搬送条件の設定を行う。この搬送条件設定処理では、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、及び搬送ガイドや搬送ローラと柔軟媒体との接触時の摩擦係数を定義する。

図１１及び図１２は、本実施の形態に係る搬送条件設定処理の際に表示される画面の一例を示す画面表示図である。

メニューバー１中の「搬送条件」ボタン１ｃを押すと、サブ構成メニュー２に、駆動条件、摩擦係数及び搬送ローラを定義する画面が表示される。図１１では、搬送ローラの駆動制御の入力例を示しており、今、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１１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搬送ローラを選択する。必要な搬送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１２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、時間と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３にグラフを作成、表示することができる。本実施の形態では、０〜１秒までに直線的に搬送ローラの回転数を０〜１２０ｒｐｍまで上昇させ、１〜３秒までは１２０ｒｐｍを維持、３〜４秒の間に１２０ｒｐｍ〜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１２に示すようにグラフィック画面３に表示されている。

摩擦係数を定義する場合も、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に表示してある搬送ローラ又は搬送ガイドを個々に選択し、それら選択された搬送ローラ又は搬送ガイド毎に柔軟媒体との摩擦係数μをコマンド欄４より入力する。柔軟媒体の質点と搬送ローラ又は搬送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、前記入力された摩擦係数μにより、図１３のように柔軟媒体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。

＜運動計算処理＞
次に、搬送経路内での柔軟媒体の運動を計算する運動計算処理について、図１４を参照して説明する。

図１４は、本実施の形態に係る運動計算処理を示すフローチャートである。

まずステップＳ６１では、運動計算の実時間Ｔと、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Δｔとを設定する。以降ステップＳ６２〜ステップＳ６７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Δｔ毎に計算され、ＲＡＭ２０９に結果が保存される。

ステップＳ６２では、Δｔ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サイクル終わる毎にその計算結果（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。

続くステップＳ６３では、柔軟媒体を形成する各質点に働く力を定義する。この力には、回転モーメント、引っ張り力で表される復元力、接触力、摩擦力、重力、空気抵抗力、及びクーロン力があり、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加わる力として定義する。

次のステップＳ６４では、前記ステップＳ６３で求めた各質点に働く力の合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Δｔ秒後の加速度を計算し、さらにステップＳ６５では速度を、ステップＳ６６では変位を計算する。すなわち、ステップＳ６５では、加速度にΔｔを乗算し、さらに初速度を加算することでΔｔ秒後の速度を計算し、ステップＳ６６では、速度にΔｔを乗算し、さらに初期変位を加算することでΔｔ秒後の変位を計算する。

なお、本実施の形態ではステップＳ６３〜ステップＳ６６の一連のΔｔ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。

そして、ステップＳ６７では、計算時刻がステップＳ６１で設定した実時間Ｔに到達したか否かを判断し、到達していれば当該運動計算処理を終了する。到達していない場合は再度ステップＳ６２に戻り、時間積分を繰り返す。

＜カール部を定義した柔軟媒体の挙動シミュレーションの概要＞
上述したようにカール部を定義した後に運動計算を行うと、図１０を用いて説明したように、カール部においては、設定されたカール部の形状で復元力が０となるように、カール部の形状を基準とした復元力が発生し、柔軟媒体に定義したカール部の形状が現れる。また、カールを定義していない部分は直線部と見なされ、直線形状で復元力０となるように復元力が発生し、直線に戻るような挙動となる。

この点について、図１５のフローチャートを用いて説明する。図１５は、ＣＰＵ２０６がＲＯＭ２０６からＲＡＭ２０９に読み出されたプログラムに基づいて実行される、カール部を定義した柔軟媒体の挙動シミュレーションの概要を示すフローチャートであり、上記詳述した本実施の形態の処理の特徴部分を表している。

まず、前述したように、ＣＰＵ２０６は、ユーザの操作に応じて柔軟媒体の定義の設定を行った後、カール部の形状定義の設定を行う（ステップＳ１１１）。次に柔軟媒体を剛体要素に分割する（ステップＳ１１２）。ここで、柔軟媒体は、カール部を定義した端部以外は直線部である。直線部では各剛体要素が成す角度は０°であり、この角度０°が基準角度として格納される（ステップＳ１１３）。一方、カール部を定義した端部では、そのカール形状が決定しているため、各剛体要素同士が成す角度として該カール形状に対応した０°以外の角度が基準角度としてＲＡＭ２０９に格納される（ステップＳ１１４）。

そして、前述したように、ＣＰＵ２０６は、運動計算（シミュレーション）の開始（ステップＳ１１５）に応じて、前記ステップＳ１１３、Ｓ１１４で格納した角度に対して、角度の差が生じると、その角度に戻るように各質点に復元力を発生させる（ステップＳ１１６）。

これにより、柔軟媒体の初期形状を任意の曲線形状で定義した場合でも、運動計算の１ステップ目から直線部は直線に戻ろうとし、カール部は定義したカール形状に戻ろうとする挙動が見られる。

図１６は、カール部を定義した柔軟媒体の挙動シミュレーションの一例を示す概念図である。同図において、点線で示した柔軟媒体２２は運動計算処理を開始する前の形状である。運動計算処理を開始すると、柔軟媒体２２の剛体要素が成す角度が前記の基準角度に戻ろうとし、運動計算開始後の柔軟媒体２２Ａが搬送ガイド１００に接触している。その後も、運動計算処理は、設定した実時間Ｔに達するまで前述の通り行われる。

このように、運動計算処理の開始前において、カール部の形状を数値入力等により決定しておき、運動計算処理の開始後にカール部の形状が現れるように復元力を発生させるのである。これにより、搬送経路途中の、カール部の高さよりも狭い部分でも、柔軟媒体にカール部を設定して支障なく描画することができる。

＜結果表示処理＞
図１７は、本実施の形態に係る結果表示処理の際に表示される画面の一例を示す画面表示図である。

結果表示はメニューバー１中の「結果表示」ボタン１ｄを押すと、図１７に示すようにサブ構成メニュー２には、動画メニューとプロットメニューが表示される。サブ構成メニュー２の中では、動画とプロットの内容を選択できるようになっている。動画メニューは、再生ボタン７１、停止ボタン７２、ポーズボタン７３、早送りボタン７４、及び巻き戻しボタン７５を有している。これらの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することができる。

結果表示処理の後は、グラフ表示処理を行う。図１８は、本実施の形態に係るグラフ表示処理の際に表示される画面の一例を示す画面表示図である。

このグラフ表示処理では、サブ構成メニュー２の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、及び抵抗のいずれかの計算結果を選択すると、図１８に示すように、グラフィック画面３に時系列グラフが表示される。

＜実施の形態の利点＞
（１）例えば、カール部の高さとカール部の端部からの水平距離を数値入力することにより、柔軟媒体上のカール部を定義するようにしたので、カール部の高さよりも狭い搬送径路内でもカール部を円弧で描画せずに設定することができ、搬送径路内の途中の任意の地点に柔軟媒体を設置することができる。

（２）搬送径路途中の、カール部の高さよりも狭い部分でも、柔軟媒体にカール部を設定することができるので、カール部を有する柔軟媒体の挙動シミュレーションを、搬送径路内のカール部の高さより狭い部分からスタートすることが可能になり、運動計算の開始前のモデル作成の負荷を軽減させることができる。そして、このシミュレーションにより、カールが原因の柔軟媒体の詰まりなどの不具合を容易に予測することが可能になる。したがって、シミュレーション上の詳細な知識を有さない設計者であっても、実際に実物を作製する前からカールという悪条件で搬送経路の機能評価が可能になる。

（３）運動計算の開始前は、カール部での各剛体要素同士が成す角度を算出し、カール部を定義していない部分を直線部と見なしてその各剛体要素が成す角度を０°と算出し、運動計算の開始後は、これら算出された角度を復元力０の状態であるとして、回転バネの復元力を計算するようにしたので、運動計算における柔軟媒体の直線部とカール部の場合分けが可能となり、柔軟媒体の初期形状を任意の形状で作成したとしても、カールした柔軟媒体の挙動を精度良く得ることができる。

（４）カール部を定義した柔軟媒体の端部には、カールを設定していない場合と区別するためのマーキングを行うようにしたので、カール部を定義した部分とそうでない部分を明確に区別することができ、モデル作成時のミスを防ぐことが可能になる。

（５）カールした部分は直線部よりも剛性が上がるという物理的実験データに基づいて、自動的に回転バネの剛性に係数を乗じ、直線部よりも高いバネ剛性を設定するようにしたので、より実現象に近いシミュレーションが可能となり、実際の使用環境で起こり得る不具合の予測を精度良く行うことができ、最適な搬送経路設計が可能になる。

なお、本発明の目的は、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによって達成される。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。又は、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティング・システム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。

実施の形態に係るシミュレーション装置の構成を示すブロック図である。 搬送機構を定義する処理の際に表示される画面の一例を示す画面表示図である。 柔軟媒体を定義する処理の際に表示される画面の一例を示す画面表示図である。 柔軟媒体にカール部を定義する処理の際に表示される画面の一例を示す画面表示図である。 カール部の定義に使用するカール定義画面を示す画面表示図である。 カール部の形状を決定する処理を説明するための説明図である。 カール部の定義に使用する他のカール定義画面を示す画面表示図である。 カール定義後に表示される画面例を示す画面表示図である。 柔軟媒体を複数の剛体要素に分割する処理の際に表示される画面の一例を示す画面表示図である。 カール部の分割処理を説明するための説明図である。 実施の形態に係る搬送条件設定処理の際に表示される画面の一例を示す画面表示図である。 実施の形態に係る搬送条件設定処理の際に表示される別画面の一例を示す画面表示図である。 搬送条件設定処理時の摩擦係数の説明図である。 実施の形態に係る運動計算処理を示すフローチャートである。 カール部を定義した柔軟媒体の挙動シミュレーションの概要を示すフローチャートである。 カール部を定義した柔軟媒体の挙動シミュレーションの一例を示す概念図である。 実施の形態に係る結果表示処理の際に表示される画面の一例を示す画面表示図である。 実施の形態に係るグラフ表示処理の際に表示される画面の一例を示す画面表示図である。

符号の説明

１ メニューバー
２ サブ構成メニュー
３ グラフィック画面
４ コマンド欄
２２ 柔軟媒体
４０ カール部を示す仮線
５１ 質点
５２ 回転バネ
５３ 並進バネ
５４ カール部の剛体要素が成す角度
１００ 搬送経路
２０４ キーボード
２０５ ポインティングデバイス（ＰＤ）
２０６ ＣＰＵ
２０８ ＲＯＭ
２０９ ＲＡＭ
２１０ ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）

Claims (6)

1. 搬送経路内を移動するシート状の柔軟媒体の挙動をシミュレーションするシミュレーション装置において、
   予め定義された搬送経路内の構成部品を表示画面上に表示する構成部品表示手段と、
   前記構成部品表示手段によって前記構成部品が表示される表示画面上において、前記搬送経路内で動作がシミュレーションされる柔軟媒体が配置される位置を設定する位置設定手段と、
   前記位置設定手段によって設定された柔軟媒体の端部の指定に応じて表示されるウインドウ画面上において、前記柔軟媒体のカール量として、カールの長さおよび高さを設定するカール量設定手段と、
   前記カール量設定手段によってカール量が設定された柔軟媒体のシミュレーションを実行するシミュレーション手段とを有することを特徴とするシミュレーション装置。
2. 前記シミュレーション手段は、シミュレーションの開始に応じて、前記カール量設定手段によって設定された柔軟媒体の部分に対してカールの形状に戻ろうとする復元力を働かせることを特徴とするシミュレーション装置。
3. 搬送経路内を移動するシート状の柔軟媒体の挙動をシミュレーションするシミュレーション装置のシミュレーション方法において、
   予め定義された搬送経路内の構成部品を表示画面上に表示する構成部品表示ステップと、
   前記構成部品表示ステップにおいて前記構成部品が表示される表示画面上において、前記搬送経路内で動作がシミュレーションされる柔軟媒体が配置される位置を設定する位置設定ステップと、
   前記位置設定ステップにおいて設定された柔軟媒体の端部の指定に応じて表示されるウインドウ画面上において、前記柔軟媒体のカール量として、カールの長さおよび高さを設定するカール量設定ステップと、
   前記カール量設定ステップにおいてカール量が設定された柔軟媒体のシミュレーションを実行するシミュレーションステップとを有することを特徴とするシミュレーション装置のシミュレーション方法。
4. 前記シミュレーションステップにおいて、シミュレーションの開始に応じて、前記カール量設定ステップにおいて設定された部分に対してカールの形状に戻ろうとする復元力を働かせることを特徴とする請求項３に記載のシミュレーション装置のシミュレーション方法。
5. 請求項３または請求項４に記載のシミュレーション方法をシミュレーション装置に実行させるプログラム。
6. 請求項５に記載のプログラム記憶する記憶媒体。

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