JP2006259393A - Simulation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物理的、生態的、あるいは社会的などのシステムの挙動を数式化若しくはモデル化し、ほぼ同じ法則に支配されるシステムの挙動をコンピュータ上で模擬して予測若しくは評価を行なうシミュレーション装置に係り、特に、複数のプロセスによって構成されるシステムの挙動をシミュレーションして予測若しくは評価するシミュレーション装置に関する。 The present invention provides a simulation apparatus that formulates or models the behavior of any physical, ecological, or social system, and simulates or predicts the behavior of the system governed by almost the same law on a computer. In particular, the present invention relates to a simulation apparatus that simulates and predicts or evaluates the behavior of a system constituted by a plurality of processes.
さらに詳しくは、本発明は、挙動解析の対象となるシステムを幾つかのプロセスに分割し、プロセス毎にシミュレーション・モジュール化し、各モジュールからのシミュレーション結果を統合してシステム全体の挙動解析を行なうシミュレーション装置に係り、特に、ボトルネックとなるシミュレーション・モジュールの影響を排し、より短い計算時間で統合シミュレーション結果を得るシミュレーション装置に関する。 More specifically, the present invention divides a system subject to behavior analysis into several processes, divides the system into simulation modules for each process, and integrates the simulation results from each module to perform behavior analysis of the entire system. In particular, the present invention relates to a simulation apparatus that eliminates the influence of a simulation module that becomes a bottleneck and obtains an integrated simulation result in a shorter calculation time.
物理的、生態的、あるいは社会的などのシステムの挙動を数式化若しくはモデル化し、ほぼ同じ法則に支配されるシステムの挙動をコンピュータ上で模擬すること、すなわちシミュレーションが広く利用されている。シミュレーション技術を利用することにより、さまざまな局面におけるシステムの挙動を現実に体験する前に予測することができ、得られたパラメータに基づいてシステムを制御し、システムのエラーを予測し、これを防止する制御を行なうことでエラーを回避することができる。 2. Description of the Related Art Simulations are widely used to formulate or model the behavior of any physical, ecological, or social system, and to simulate on a computer the behavior of a system that is governed by almost the same laws. By using simulation technology, the system behavior in various aspects can be predicted before actual experience, and the system can be controlled based on the obtained parameters to predict and prevent system errors. An error can be avoided by performing control.
例えば、粉体や粒体などの粒子を取り扱う分野では、粒子の挙動を把握することか必要であるが、このような粒子の挙動を試行錯誤の実験により把握するとなると、時間やコストの面で問題があった。そこで、粉体や粒体などの粒子の挙動を数式化若しくはモデル化し、ほぼ同じ法則に支配されるシステムの挙動をコンピュータ上でシミュレーションすることにより、粒子の挙動を現実に体験する前に予測することができる。また、投入する条件やパラメータを変えて、同じシミュレーション計算を繰り返し行なうことにより、さまざまな粒子組成や装置設計・制御体系の性能を評価することができる。 For example, in the field of handling particles such as powder and granules, it is necessary to grasp the behavior of particles. However, if such behavior of particles is to be grasped by trial and error experiments, it takes time and cost. There was a problem. Therefore, the behavior of particles such as powders and granules is formulated or modeled, and the behavior of the system governed by almost the same law is simulated on a computer, so that the behavior of the particles is predicted before actual experience. be able to. In addition, by changing the input conditions and parameters and repeatedly performing the same simulation calculation, it is possible to evaluate the performance of various particle compositions and apparatus design / control systems.
粉体を取り扱う装置の代表例として、電子写真技術を利用した複写機やプリンタなどの画像形成装置を挙げることができる。この場合、画像構成剤としてのトナー及びトナーを搬送するための磁性体からなるキャリアという2成分からなる現像剤を粉体挙動解析の対象として取り扱い、粉体挙動解析シミュレーションを適用することで、現実に画像形成実験を行なうことなく、形成される画像を予測し評価することができる。 As a typical example of an apparatus for handling powder, an image forming apparatus such as a copying machine or a printer using an electrophotographic technique can be cited. In this case, a toner consisting of two components, a toner as an image forming agent and a carrier made of a magnetic material for conveying the toner, is handled as an object of the powder behavior analysis, and a powder behavior analysis simulation is applied. Thus, it is possible to predict and evaluate the formed image without performing an image forming experiment.
粉体挙動解析の主な手法として、粉体毎の挙動を解析する個別要素法(例えば、非特許文献1を参照のこと)と、複数の粉体を等価な物性値を持つ流体モデルに置き換えて解析する方法などが挙げられる。
The main methods of powder behavior analysis are the individual element method (see
前者の個別要素法によれば、すべての粒子に作用するさまざまな力(例えば、弾性力や粘性力などの接触による作用力、ファンデルワース力や鏡像力、液架橋力などの外力)を基に運動方程式を立てて、粒子毎の挙動を解析するので、より現実に近い評価を行なうことができる。反面、取り扱う粒子数が膨大になると計算量が増大するという問題がある。計算コスト上見合わない場合には、後者の流体モデルを用いた解析方法が適宜採り入れられる。 According to the former discrete element method, various forces acting on all particles (for example, acting force by contact such as elastic force and viscous force, external force such as van der Worth force, mirror image force, and liquid bridge force) are used. Since the equation of motion is set up and the behavior of each particle is analyzed, a more realistic evaluation can be performed. On the other hand, there is a problem that the amount of calculation increases when the number of particles handled becomes enormous. If the calculation cost is not appropriate, the latter analysis method using the fluid model is adopted as appropriate.
電子写真プロセスは、電子写真感光体に対する帯電及びスキャンした原稿イメージの露光、感光体表面の静電潜像へのトナー重畳すなわち現像、転写体へのトナー転写、転写したトナーの定着など複数のプロセスからなる。このようなシステムのシミュレーションを単一のシミュレータで行なおうとすると、装置が巨大化して現実的でなくなる。そこで、例えば露光・帯電、現像、転写、定着などのプロセス毎にシミュレーションをモジュール化し、各シミュレーション・モジュールからのシミュレーション結果を統合して画像形成装置全体の評価を行なうようにすればよい。 The electrophotographic process includes a plurality of processes such as charging of an electrophotographic photosensitive member and exposure of a scanned original image, toner superimposition or development on an electrostatic latent image on the surface of the photosensitive member, toner transfer to a transfer member, and fixing of the transferred toner. Consists of. If the simulation of such a system is performed with a single simulator, the apparatus becomes huge and unrealistic. Therefore, for example, a simulation may be modularized for each process such as exposure / charging, development, transfer, and fixing, and the simulation result from each simulation module may be integrated to evaluate the entire image forming apparatus.
シミュレーション・モジュール化することにより、分散処理などを取り入れて処理負荷を軽減するとともに、シミュレーション・モジュール毎の処理を並列化することができる。例えば、シミュレーション・モジュール毎の処理をグリッド・コンピュータで分散することができる。 By making a simulation module, it is possible to reduce the processing load by introducing distributed processing and to parallelize the processing for each simulation module. For example, the processing for each simulation module can be distributed by a grid computer.
例えば、シミュレーション対象の挙動を模擬する模擬演算手段、シミュレーション対象を特徴付ける初期データ及び模擬モジュール・システムの状態データを保持するデータベースから構成される模擬モジュール・システムを複数個備え、さらに模擬モジュール・システム間のデータ交換を行なう1つ以上の結合システムを備え、シミュレーションを行なうモジュール結合型シミュレーション方式について提案がなされている(例えば、特許文献1を参照のこと)。 For example, it includes a plurality of simulation module systems composed of simulation calculation means for simulating the behavior of the simulation target, initial data characterizing the simulation target, and a database holding the status data of the simulation module system. There has been proposed a module-coupled simulation method that includes one or more coupling systems for performing data exchange and performs simulation (see, for example, Patent Document 1).
他方、個々のプロセス毎にシミュレーション・モジュール化した場合、あるシミュレーション・モジュールの計算結果を別のシミュレーション・モジュールで使用するといった、モジュール間での連携関係があるため、各シミュレーション・モジュールの動作はある程度の範囲で同期がとれていることが好ましいと思料される。 On the other hand, when a simulation module is created for each process, there is a cooperative relationship between modules, such as using the calculation results of one simulation module in another simulation module, so the operation of each simulation module is somewhat It is thought that it is preferable that the synchronization is achieved within the range of
ここで、現像プロセスではより正確なシミュレーション結果を得たいといった場合には、個別要素法を用いて精緻な挙動解析を行なうことになる。ところが、現像シミュレーションではトナーのような微小粒子を極めて多くの粒子数で扱うことになる。その結果、現像プロセスのシミュレーション時間が、露光・帯電や転写、定着など他のプロセスのシミュレーション時間よりもきわめて長くなり、統合シミュレーション・システム全体として考えると計算時間のボトルネックとなってしまう、という問題が浮上する。 Here, when it is desired to obtain a more accurate simulation result in the development process, a detailed behavior analysis is performed using the individual element method. However, in development simulation, fine particles such as toner are handled with a very large number of particles. As a result, the simulation time for the development process is much longer than the simulation time for other processes such as exposure, charging, transfer, and fixing, and this is a bottleneck in calculation time when considered as an integrated simulation system as a whole. Emerges.
一般に、計算負荷と解析精度は反比例する。実時間シミュレーションが実行できないほど計算負荷が高い場合には、解析精度を犠牲にして計算負荷を減らすことも可能であるが、その場合、現像プロセスのシミュレーション計算を行なうこと自体の意味がなくなる。 In general, calculation load and analysis accuracy are inversely proportional. When the calculation load is so high that real-time simulation cannot be performed, it is possible to reduce the calculation load at the expense of analysis accuracy. However, in that case, it does not make sense to perform simulation calculation of the development process itself.
例えば、ネットワーク型共用メモリ上でメッセージ通信を行なうことにより、スケジューリング情報の交換などに伴う負荷を抑制し、解析精度を落とすことなく実時間シミュレーションを実現する分散型シミュレーション装置について提案がなされているが(例えば、特許文献2を参照のこと)、律速となるシミュレーション・モジュールの計算時間の問題を直接解決するものではない。 For example, a distributed simulation device has been proposed that realizes real-time simulation without reducing analysis accuracy by reducing the load associated with the exchange of scheduling information by performing message communication on a network-type shared memory. (For example, refer to Patent Document 2), it does not directly solve the problem of calculation time of a simulation module that is rate limiting.
本発明の目的は、複数のプロセスによって構成されるシステムの挙動をシミュレーションして予測若しくは評価することができる、優れたシミュレーション装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the outstanding simulation apparatus which can simulate or predict or evaluate the behavior of the system comprised by a some process.
本発明のさらなる目的は、挙動解析の対象となるシステムを幾つかのプロセスに分割し、プロセス毎にシミュレーション・モジュール化し、各モジュールからのシミュレーション結果を統合してシステム全体の挙動解析を好適に行なうことができる、優れたシミュレーション装置を提供することにある。 A further object of the present invention is to divide a system to be subjected to behavior analysis into several processes, make a simulation module for each process, and integrate the simulation results from each module to suitably analyze the behavior of the entire system. An object of the present invention is to provide an excellent simulation apparatus that can perform such a process.
本発明のさらなる目的は、電子写真方式の画像形成装置のシミュレーションを帯電・露光、現像、転写、定着などのプロセス毎にモジュール化し、各モジュールからのシミュレーション結果を統合して電子写真プロセス全体としての画像品質の予測や評価を好適に行なうことができる、優れたシミュレーション装置を提供することにある。 A further object of the present invention is to modularize a simulation of an electrophotographic image forming apparatus for each process such as charging / exposure, development, transfer, and fixing, and integrate the simulation results from each module as a whole electrophotographic process. An object of the present invention is to provide an excellent simulation apparatus capable of suitably predicting and evaluating image quality.
本発明のさらなる目的は、ボトルネックとなるシミュレーション・モジュールの影響を排し、より短い計算時間で統合シミュレーション結果を得ることができる、優れたシミュレーション装置を提供することにある。 A further object of the present invention is to provide an excellent simulation apparatus that can eliminate the influence of a simulation module that becomes a bottleneck and obtain an integrated simulation result in a shorter calculation time.
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、実機上で行なわれる複数のプロセスからなる処理をシミュレーションするシミュレーション装置であって、前記複数のプロセスのうち少なくとも一部をそれぞれシミュレーション・モジュール化するシミュレーション計算部と、前記複数のプロセスのうち少なくとも一部のシミュレーションを実機上での処理動作に置換する実機プロセス置換部と、前記シミュレーション・モジュールにおけるシミュレーション結果を実機制御用のデータ形式に変換して、実機に対するデータ入力処理を制御する入力制御部と、実機プロセス置換部における出力情報を前記シミュレーション・モジュールでの入力形態に変換して読み出す出力情報読出部とを具備することを特徴とするシミュレーション装置である。 The present invention has been made in consideration of the above-described problems, and is a simulation apparatus that simulates processing including a plurality of processes performed on an actual machine, and at least a part of the plurality of processes is a simulation module. Simulation calculation unit, real process replacement unit that replaces at least some of the simulations with processing operations on the real machine, and the simulation results in the simulation module are converted to data format for real machine control And an input control unit that controls data input processing to the actual machine, and an output information reading unit that converts the output information in the actual machine process replacement unit into an input form in the simulation module and reads the information. Simulation device A.
システムの挙動を数式化若しくはモデル化し、ほぼ同じ法則に支配されるシステムの挙動をシミュレーションにより解析し、システムから得られる性能や品質を予測若しくは評価することが広く利用されている。 It is widely used to formulate or model the behavior of the system, analyze the behavior of the system governed by almost the same law by simulation, and predict or evaluate the performance and quality obtained from the system.
また、解析対象となるシステムが複数のプロセスで構成される場合、プロセス毎にシミュレーション・モジュール化し、各シミュレーション・モジュールからのシミュレーション結果を統合してシステム全体の性能や品質を予測若しくは評価することができる。シミュレーション・モジュール化することにより、処理を分散・並列化することができる。 In addition, when the system to be analyzed is composed of multiple processes, it is possible to predict or evaluate the performance and quality of the entire system by creating simulation modules for each process and integrating the simulation results from each simulation module. it can. By making a simulation and a module, the processing can be distributed and parallelized.
ところが、ある特定のシミュレーション・モジュールのみ計算時間が極めて膨大になると、システム全体のシミュレーションの計算時間のボトルネックとなってしまう。 However, if the calculation time is extremely large only for a specific simulation module, it becomes a bottleneck in the calculation time of the simulation of the entire system.
そこで、本発明では、実機上で行なわれる複数のプロセスからなる処理のシミュレーションを行なうために、プロセス毎にシミュレーション・モジュール化した際に、シミュレーション・システムの計算時間のボトルネックとなるプロセスに関しては、実機上での実験に置き換えることとした。 Therefore, in the present invention, in order to perform a simulation of a process consisting of a plurality of processes performed on an actual machine, when the process is modularized for each process, a process that becomes a bottleneck of the calculation time of the simulation system, It was decided to replace it with an experiment on a real machine.
このような場合、他のシミュレーション・モジュールによるシミュレーション結果に応じて入力条件を実機に設定したり、また、実機動作により得られた計測結果を他のシミュレーション・モジュールに対する入力条件として出力したりしなければならない。 In such a case, the input conditions must be set to the actual machine according to the simulation results from other simulation modules, and the measurement results obtained from the actual machine operation must be output as input conditions for other simulation modules. I must.
ここで、シミュレーション装置の結果を入力条件として実機に指示する作業や、逆に実機の出力結果をシミュレーション装置の入力条件に変換する作業を、操作者がその都度行なう場合には、操作者の操作技術によってシミュレーション装置全体の計算時間が大きく左右されることになる。 Here, if the operator performs the work of instructing the actual machine as the input condition as the input condition or the work of converting the output result of the real machine into the input condition of the simulation machine each time, the operation of the operator The calculation time of the entire simulation apparatus greatly depends on the technology.
これに対し、本発明に係るシミュレーション装置においては、実機上での処理を構成する各プロセスのシミュレーションを行なうシミュレーション・モジュールと、一部のシミュレーション・モジュールと置き換えられた実機の処理部の間には、入力制御部と出力情報読出部が介在する。入力制御部は、各シミュレーション・モジュールにおけるシミュレーション結果を、実機の制御に利用し易いデータ形式に変換して、実機に対するデータ入力処理を制御する。また、出力情報読出部は、実機動作における測定結果などからなる出力情報を、他のプロセスのシミュレーション・モジュールでの入力形態として利用し易いデータ形式に変換する。 On the other hand, in the simulation apparatus according to the present invention, between the simulation module that performs simulation of each process constituting the processing on the actual machine, and the processing unit of the actual machine that is replaced with a part of the simulation module. The input control unit and the output information reading unit are interposed. The input control unit converts the simulation result in each simulation module into a data format that can be easily used for controlling the actual machine, and controls the data input process for the actual machine. The output information reading unit converts the output information including measurement results in actual machine operation into a data format that can be easily used as an input form in a simulation module of another process.
例えば、トナーとキャリアからなる2成分系現像剤を扱い、露光・帯電、現像、転写、定着を含む電子写真プロセスのシミュレーションを行なうシミュレーション装置において、露光・帯電、現像、転写、定着の各プロセスをシミュレーション・モジュール化したとき、現像シミュレーションではトナーのような微小粒子をきわめて多くの粒子数で扱うことになり、現像プロセスのシミュレーション時間が統合シミュレーション・システム全体の計算時間のボトルネックとなる。 For example, in a simulation apparatus that handles a two-component developer consisting of toner and carrier and simulates an electrophotographic process including exposure / charging, development, transfer, and fixing, each process of exposure / charging, development, transfer, and fixing is performed. When the simulation is modularized, the development simulation handles minute particles such as toner with a very large number of particles, and the simulation time of the development process becomes a bottleneck of the calculation time of the entire integrated simulation system.
そこで、本発明によれば、この現像部のみを実機に置き換える。そして、入力制御部は、他のシミュレーション・モジュールにおけるシミュレーション結果に応じて、現像部の入力装置に対する入力条件を制御する。ここで言う入力制御部は、他のシミュレーション・モジュールからの入力情報を、粉体量や種類、現像バイアスの電圧、周波数、振幅、波形、現像ローラのモータ回転速度、現像プロセスにおける温度や湿度などの環境パラメータに変換する。 Therefore, according to the present invention, only the developing unit is replaced with an actual machine. The input control unit controls the input conditions for the input device of the developing unit according to the simulation result in the other simulation module. The input control unit here refers to input information from other simulation modules such as powder amount and type, developing bias voltage, frequency, amplitude, waveform, developing roller motor rotation speed, temperature and humidity in the developing process, etc. To environment parameters
また、現像部からは、出力情報として、粉体位置情報、粉体帯電量、温度や湿度などの環境パラメータなどが得られる。出力情報読出部は、これらの出力情報を、画像情報などのように、他のプロセスのシミュレーション・モジュールでの入力形態として利用し易いデータ形式に変換する。また、出力情報読出部からの出力情報は、現像部へのフィードバックとして入力制御部にも展開される。 Further, from the developing unit, as positional information, powder position information, powder charge amount, environmental parameters such as temperature and humidity, and the like are obtained. The output information reading unit converts the output information into a data format that can be easily used as an input form in a simulation module of another process, such as image information. The output information from the output information reading unit is also developed in the input control unit as feedback to the developing unit.
本発明によれば、挙動解析の対象となるシステムを幾つかのプロセスに分割し、プロセス毎にシミュレーション・モジュール化し、各モジュールからのシミュレーション結果を統合してシステム全体の挙動解析を好適に行なうことができる、優れたシミュレーション装置を提供することができる。 According to the present invention, a system to be subjected to behavior analysis is divided into several processes, each process is made into a simulation module, and simulation results from each module are integrated to suitably perform behavior analysis of the entire system. It is possible to provide an excellent simulation apparatus capable of
また、本発明によれば、電子写真方式の画像形成装置のシミュレーションを帯電・露光、現像、転写、定着などのプロセス毎にモジュール化し、各モジュールからのシミュレーション結果を統合して電子写真プロセス全体としての画像品質の予測や評価を好適に行なうことができる、優れたシミュレーション装置を提供することができる。 In addition, according to the present invention, a simulation of an electrophotographic image forming apparatus is modularized for each process such as charging / exposure, development, transfer, and fixing, and the simulation result from each module is integrated to form an entire electrophotographic process. It is possible to provide an excellent simulation apparatus capable of suitably predicting and evaluating the image quality.
また、本発明によれば、ボトルネックとなるシミュレーション・モジュールの影響を排し、より短い計算時間で統合シミュレーション結果を得ることができる、優れたシミュレーション装置を提供することができる。 Further, according to the present invention, it is possible to provide an excellent simulation apparatus that can eliminate the influence of a simulation module that becomes a bottleneck and obtain an integrated simulation result in a shorter calculation time.
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。 Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed description based on embodiments of the present invention described later and the accompanying drawings.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明は、複数のプロセスによって構成されるシステムの挙動をシミュレーションして予測若しくは評価するシミュレーション装置に関する。以下では、電子写真技術を利用した複写機やプリンタなどの画像形成装置において、トナーとキャリアからなる2成分系現像剤を解析対象粒子としてその粉体挙動を解析するシミュレーション装置について取り扱う。 The present invention relates to a simulation apparatus that simulates and predicts or evaluates the behavior of a system constituted by a plurality of processes. Hereinafter, in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer using electrophotographic technology, a simulation apparatus that analyzes a powder behavior using a two-component developer composed of toner and a carrier as analysis target particles will be dealt with.
電子写真プロセスは、電子写真感光体に対する帯電及びスキャンした原稿イメージの露光、感光体表面の静電潜像へのトナー重畳すなわち現像、転写体へのトナー転写、転写したトナーの定着など複数のプロセスからなる。本発明では、露光・帯電、現像、転写などのプロセス毎にシミュレーションをモジュール化し、各シミュレーション・モジュールからのシミュレーション結果を統合して画像形成装置全体の評価を行なうようにする。 The electrophotographic process includes a plurality of processes such as charging of an electrophotographic photosensitive member and exposure of a scanned original image, toner superimposition or development on an electrostatic latent image on the surface of the photosensitive member, toner transfer to a transfer member, and fixing of the transferred toner. Consists of. In the present invention, a simulation is modularized for each process such as exposure / charging, development, transfer, etc., and the simulation results from the simulation modules are integrated to evaluate the entire image forming apparatus.
まず、電子写真プロセスについて説明する。図5には、電子写真プロセスの機能的構成を模式的に示している。 First, the electrophotographic process will be described. FIG. 5 schematically shows a functional configuration of the electrophotographic process.
感光体の表面を帯電器によって一様な表面電位に帯電させた後、原稿をスキャンして得た画像データに従って感光体表面にレーザ・ビームをスキャンすることによって露光して所望の潜像電位からなる静電潜像を形成する。続いて、攪拌器においてトナー集中度を整えながら、現像器はトナーを静電潜像に重畳してトナー像を形成し、転写器は外部から搬送されてきた転写体(印刷用紙)上にトナー像を転写する。そして、定着器により加熱溶融・圧着作用によりトナー像を転写体上に定着してから、画像形成装置の外に排紙する。転写後の感光体表面は、残留トナーをクリーナによって除去する。清掃後の感光面には残留電位が残っているが、初期電位を印加してから次の電子写真プロセスに利用される。 After charging the surface of the photoconductor to a uniform surface potential with a charger, the surface of the photoconductor is exposed by scanning a laser beam in accordance with image data obtained by scanning a document, and a desired latent image potential is obtained. Forming an electrostatic latent image. Subsequently, while adjusting the toner concentration level in the stirrer, the developing unit superimposes the toner on the electrostatic latent image to form a toner image, and the transfer unit transfers the toner onto the transfer body (printing paper) conveyed from the outside. Transfer the image. Then, the toner image is fixed on the transfer body by the heat melting and pressure bonding action by the fixing device, and then discharged out of the image forming apparatus. Residual toner is removed from the surface of the photoreceptor after the transfer by a cleaner. Although the residual potential remains on the photosensitive surface after cleaning, it is used for the next electrophotographic process after the initial potential is applied.
図6には、現像プロセスを中心に装置構成を図解している。 FIG. 6 illustrates the apparatus configuration with a focus on the development process.
感光体13の回りには、回転方向bに沿って順に中間転写ベルト14、ブラシローラ34、帯電ローラ36、現像ユニット12が設けられている。中間転写ベルト14、ブラシローラ34、帯電ローラ36はいずれも感光体13の感光面に当接している。また、帯電ローラ36と現像ユニット12との間には、感光面をライン露光するLEDアレイヘッド40が配置されている。
Around the
現像ユニットは、感光体13に相対するように配設された現像ローラ38と、現像ローラ38の下方に位置し、現像ローラ38に2成分系現像剤を供給するスクリュー・フィーダ39A及び39Bと、現像ローラ38とスクリュー・フィーダ39A及び39Bとを収容する筐体37とを備える。2成分系現像剤は、トナーと磁性キャリア粒子とを主用成分として含有している。筐体37の感光体13に相対する部分には開口部37Aが設けられている。
The developing unit includes a developing
現像ローラ38は、感光体13の感光面との間に間隙すなわち現像ギャップが形成されるように配設されている。現像ローラ38は、円柱状のマグネット・ロール38Bと、マグネット・ロール38Bに被せられたスリーブ38Aとを有する。マグネット・ロール38Bは、円柱状であって画像形成装置本体に対して固定され、スリーブ38Aは、マグネット・ロール38Bの軸線の回りを、感光体13の回転方向bと同じ反時計回り方向、すなわち感光体13との対向部において感光体13に相対するアゲインスト方向に回転している。これにより、現像ローラ38から感光体13へのトナーの転移効率が高められている。
The developing
マグネット・ロール38Bは、フェライトや希土類磁石合金などの磁性材料の粉末を円柱状又は円筒状に成形したマグローラであり、N極とS極とが所定のパターンで配設されるように着磁しつつ燒結することにより形成される。その着磁パターンとして、感光体13に相対する部分が現像極S1であり、スリーブ38Aの回転方向に沿って現像極S1の隣にピックオフ極N1が位置し、その隣にピックアップ極N2、トリミング極S2、搬送極N3の順で磁極が配置されるパターンなどが挙げられる。なお、現像極S1とトリミング極S2はいずれもS極であり、ピックオフ極N1、ピックアップ極N2、搬送極N3はいずれもN極である。
The
現像極S1における現像ニップに対応する部分は、法線方向磁束密度Brの変化が±5[mT]になるように着磁されている。ここで、搬送極N3とトリミング極S2との境界部を0度とし、時計回りの方向を正の角度とすると、240〜270度の部分に現像ニップが位置し、前記現像ニップ部を包含するように現像極S1が形成されている。そして、マグネット・ロール38Bにおける角度240〜270度の部分においては法線方向磁束密度Brの変化が±5[mT]である。これは、マグネット・ロール38Bにおける現像ニップの部分における法線方向磁束密度Brの変化が±5[mT]になるように着磁されていることを示す。マグネット・ロール38Bは、さらに法線方向磁気拘束力Frの極小値が現像ニップに位置するように着磁されている。
The portion corresponding to the developing nip in the developing pole S1 is magnetized so that the change in the normal direction magnetic flux density Br becomes ± 5 [mT]. Here, assuming that the boundary between the transport pole N3 and the trimming pole S2 is 0 degree and the clockwise direction is a positive angle, the development nip is located at a part of 240 to 270 degrees and includes the development nip part. Thus, the development pole S1 is formed. The change in the normal magnetic flux density Br is ± 5 [mT] at the angle of 240 to 270 degrees in the
トリミング極S2の対向部には、トリミング極S2と協働して磁気ブラシの高さを揃えるトリミング・ブレード41が現像ローラ38に向かって延びている。現像ローラ38には、マイナスの現像バイアス電圧が印加されている。
A
現像モードにおいて、感光体13は一定速度で反時計回りに回転するので、その感光面は帯電ローラ36によってマイナスに帯電される。次いで、感光面の帯電面がLEDアレイヘッド40によって露光されることにより、帯電面の露光部分の電位が低下して静電潜像が形成される。そして、現像ユニット12において、現像ローラ38によって、感光体13と同様にマイナス電圧に帯電されたトナーが感光面に形成された静電潜像すなわち帯電面の電位低下部に電気的に付着されて現像され、トナー画像が形成される。感光面上に付着したトナーは、トナーと逆極性のプラスの転写電圧が印加された転写ローラ32によって中間転写ベルト14に向かって電気的に引き寄せられる。これによって、感光面13A上のトナー像が、感光体13から中間転写ベルト14へと転写される。
In the developing mode, the
スリーブ38Aが回転すると、スクリュー・フィーダ39A、39Bで筐体37内部に供給された現像剤は、ピックアップ極N2によってスリーブ38Aの表面に吸着される。ここで、スリーブ38Aの表面には、搬送極N3から現像極S1に向かう磁界、ピックオフ極N1から現像極S1に向かう磁界、ピックアップ極N2からトリミング極S2に向かう方向の磁界、及び搬送極N3からトリミング極S2に向かう磁界が形成され、しかも現像剤は、磁性キャリア粒子の表面にトナーが付着した構造を有している。したがって、図7に示すように、スリーブ38Aの表面に吸着された現像剤は、スリーブ38Aの表面において磁力線の方向に配列され、穂立ちして磁気ブラシを形成する。
When the
ピックアップ極N2の近傍においてスリーブ38Aの表面に形成された磁気ブラシは、図7中において矢印で示すように、スリーブ38Aが回転するのに伴い、トリミング極S2→搬送極N3→現像極S1→ピックオフ極N1へと紙面右から左に向かって搬送される。そして、トリミング極S2を通過するときに磁気ブラシの高さが整えられ、現像極S1近傍で磁気ブラシ上のトナーが感光体13に転移して、スリーブ38Aの表面にはほとんど磁性キャリアだけになった磁気ブラシが残る。ほとんど磁性キャリアだけになった磁気ブラシは、スリーブ38Aの回転に伴い、ピックオフ極N1でスリーブ38Aの表面から脱落して筐体37内に戻る。
As shown by the arrow in FIG. 7, the magnetic brush formed on the surface of the
現像モードでは、このようにスリーブ38Aが回転することにより、ピックアップ極N2では常に新鮮な現像剤が補充されて現像極S1に搬送され、現像極S1にてトナーが感光体13に転移して感光面13Aの潜像が現像される。
In the developing mode, the
画像形成装置の評価は、実機上で画像形成処理を繰り返すことによって、帯電器、露光器、攪拌器、現像器、定着器、転写器など各機能部品の設計仕様や条件パラメータを評価することもできる。この場合、仕様を変更する度に改めて実験しなければならず、時間やコストの面で問題がある。これに対し、帯電・露光、現像、転写、定着などの各プロセスの物理モデルにより、現像剤の挙動を粉体挙動解析によりシミュレーションすることによって、現実に画像形成実験を行なうことなく、形成される画像の品質を予測し、これに基づいて画像形成装置の構成やそのプロセスを評価することができる。 The image forming apparatus can be evaluated by repeating the image forming process on the actual machine to evaluate the design specifications and condition parameters of each functional component such as a charger, exposure device, stirrer, developing device, fixing device, and transfer device. it can. In this case, it is necessary to experiment again every time the specification is changed, which is problematic in terms of time and cost. On the other hand, the behavior of the developer is simulated by powder behavior analysis based on the physical model of each process such as charging / exposure, development, transfer, and fixing, so that it can be formed without actually performing an image formation experiment. The image quality can be predicted, and the configuration and process of the image forming apparatus can be evaluated based on the predicted image quality.
本実施形態では、これらのプロセス毎にシミュレーションをモジュール化し、各シミュレーション・モジュールからのシミュレーション結果を統合して画像形成装置全体の評価を行なうようにしている。 In this embodiment, the simulation is modularized for each of these processes, and the simulation result from each simulation module is integrated to evaluate the entire image forming apparatus.
図4には、統合シミュレーション装置の機能構成を模式的に示している。図示の例では、4個のシミュレーション・モジュール#1〜#4で構成される。各シミュレーション・モジュール#1〜#4は、例えば、電子写真プロセスにおける露光・帯電、現像、転写、定着などの各プロセスのシミュレーション・モジュールに相当する。
FIG. 4 schematically shows a functional configuration of the integrated simulation apparatus. In the example shown in the figure, it is composed of four
ところが、ある特定のシミュレーション・モジュールのみ計算時間が極めて膨大になると、システム全体のシミュレーションの計算時間のボトルネックとなってしまう。例えば、電子写真プロセスのシミュレーション装置において、現像プロセスではより正確なシミュレーション結果を得たいといった場合には、トナーのような微小粒子をきわめて多くの粒子数で扱うことから、計算時間が極めて膨大となり、統合シミュレーション装置全体の計算時間のボトルネックとなる。 However, if the calculation time is extremely large only for a specific simulation module, it becomes a bottleneck in the calculation time of the simulation of the entire system. For example, in a simulation apparatus for an electrophotographic process, when it is desired to obtain a more accurate simulation result in the development process, the calculation time becomes extremely large because minute particles such as toner are handled with an extremely large number of particles. It becomes a bottleneck of the calculation time of the whole integrated simulation apparatus.
そこで、実機上で行なわれる複数のプロセスからなる処理のシミュレーションを行なうために、プロセス毎にシミュレーション・モジュール化した際に、シミュレーション・システムの計算時間のボトルネックとなるプロセスに関しては、実機上での実験に置き換えることが考えられる。 Therefore, in order to simulate the process consisting of multiple processes performed on the actual machine, when the process is modularized for each process, the process that becomes the bottleneck of the simulation system calculation time is It is possible to replace it with an experiment.
図3には、実機上で行なわれる複数のプロセスからなる処理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、計算時間のボトルネックとなるプロセスのシミュレーションを実機で置き換えた装置構成を模式的に示している。図示の例では、シミュレーション対象となる実機上では#1〜#4からなる処理プロセスを実行する場合に、#1〜#3に関してはシミュレーション・モジュール化する一方、シミュレーション計算を行なうとボトルネックとなる処理プロセス#4に関しては、シミュレーション・モジュール化せず、実機上での処理#4に置き換える。例えば、電子写真プロセスにおける現像プロセスがこれに相当する。 FIG. 3 schematically shows an apparatus configuration in which a simulation of a process that becomes a bottleneck in calculation time is replaced with an actual machine in a simulation apparatus that simulates processing including a plurality of processes performed on the actual machine. In the example shown in the figure, when a processing process consisting of # 1 to # 4 is executed on an actual machine to be simulated, # 1 to # 3 are made into a simulation module, while a simulation calculation becomes a bottleneck. Processing process # 4 is not made into a simulation module, but is replaced with processing # 4 on an actual machine. For example, a developing process in an electrophotographic process corresponds to this.
ところが、図3に示した装置構成を採用する場合、他のシミュレーション・モジュールによるシミュレーション結果に応じて入力条件を実機に設定したり、また、実機動作により得られた計測結果を他のシミュレーション・モジュールに対する入力条件として出力したりしなければならない。 However, when the apparatus configuration shown in FIG. 3 is adopted, the input condition is set in the actual machine according to the simulation result by another simulation module, and the measurement result obtained by the actual machine operation is set in the other simulation module. Or output as an input condition for.
図3に示した例では、シミュレーション・モジュールと実機との間には操作者が介在している。このような場合、シミュレーション装置の結果を入力条件として実機に指示する作業や、逆に実機の出力結果をシミュレーション装置の入力条件に変換する作業を、操作者がその都度行なう場合には、操作者の操作技術によってシミュレーション装置全体の計算時間が大きく左右されることになる。 In the example shown in FIG. 3, an operator is interposed between the simulation module and the actual machine. In such a case, when the operator performs the work of instructing the actual machine as the input condition of the result of the simulation apparatus or the work of converting the output result of the real machine into the input condition of the simulation apparatus each time, the operator The calculation time of the entire simulation apparatus greatly depends on the operation technique.
図1には、実機上で行なわれる複数のプロセスからなる処理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、計算時間のボトルネックとなるプロセスを実機で置き換えた装置についてのさらに他の構成例を模式的に示している。 FIG. 1 schematically shows still another configuration example of an apparatus in which a process that becomes a bottleneck in calculation time is replaced with a real machine in a simulation apparatus that simulates processing including a plurality of processes performed on the real machine. Yes.
図示のシミュレーション装置は、シミュレーション対象となる実機上では#1〜#4からなる処理プロセスを実行する場合に、#1〜#3に関してはシミュレーション・モジュール化する一方、シミュレーション計算を行なうとボトルネックとなる処理プロセス#4に関しては、シミュレーション・モジュール化せず、実機上での処理#4に置き換えている。 The simulation apparatus shown in the figure performs a simulation module on # 1 to # 3 when executing a processing process consisting of # 1 to # 4 on a real machine to be simulated, while a simulation calculation causes a bottleneck. The processing process # 4 is replaced with the processing # 4 on the actual machine without being made into a simulation module.
同図に示すように、実機上での処理を構成する各プロセスのシミュレーションを行なうシミュレーション・モジュールと、一部のシミュレーション・モジュールと置き換えられた実機の処理部の間には、入力制御部と出力情報読出部が介在する。入力制御部は、各シミュレーション・モジュールにおけるシミュレーション結果を、実機の制御に利用し易いデータ形式に変換して、実機に対するデータ入力処理を制御する。また、出力情報読出部は、実機動作における測定結果などからなる出力情報を、他のプロセスのシミュレーション・モジュールでの入力形態として利用し易いデータ形式に変換する。 As shown in the figure, there is an input control unit and an output between the simulation module that performs simulation of each process that constitutes the processing on the actual machine and the processing unit of the actual machine that is replaced with some simulation modules. An information reading unit is interposed. The input control unit converts the simulation result in each simulation module into a data format that can be easily used for controlling the actual machine, and controls the data input process for the actual machine. The output information reading unit converts the output information including measurement results in actual machine operation into a data format that can be easily used as an input form in a simulation module of another process.
図2には、電子写真プロセスを行なう画像形成装置についてのシミュレーションするシミュレーション装置において、計算時間のボトルネックとなるプロセスを実機で置き換えた装置構成例を模式的に示している。 FIG. 2 schematically shows an apparatus configuration example in which a process that becomes a bottleneck in calculation time is replaced with a real machine in a simulation apparatus that performs simulation for an image forming apparatus that performs an electrophotographic process.
既に述べたように、電子写真プロセスは、露光・帯電、現像、転写、定着などのプロセスからなる。図示のシミュレーション装置は、露光・帯電、転写、定着に関してはシミュレーション・モジュール化している。一方、現像シミュレーションではトナーのような微小粒子をきわめて多くの粒子数で扱うことになり、現像プロセスのシミュレーション時間が統合シミュレーション・システム全体の計算時間のボトルネックとなるので、シミュレーション・モジュール化せず、現実の画像形成装置上での現像プロセスに置き換えている。 As described above, the electrophotographic process includes processes such as exposure / charging, development, transfer, and fixing. The simulation apparatus shown in the figure is a simulation module for exposure / charging, transfer, and fixing. On the other hand, in the development simulation, fine particles such as toner are handled with a very large number of particles, and the simulation time of the development process becomes a bottleneck of the calculation time of the entire integrated simulation system. It is replaced with a development process on an actual image forming apparatus.
入力制御部としての入力情報変換装置及び入力装置は、露光・帯電、転写、定着の各シミュレーション・モジュールにおけるシミュレーション結果に応じて、現像部の入力装置に対する入力条件を制御する。具体的には、他のシミュレーション・モジュールからの入力情報に基づいて、粉体量・種類制御装置は粉体量や種類を、電源制御装置は現像バイアスの電圧、周波数、振幅、波形を、モータ回転制御部は現像ローラのモータ回転速度を、温湿度制御装置は現像プロセスにおける温度や湿度などの環境パラメータを、それぞれ制御する。 The input information conversion device and the input device as the input control unit control the input conditions for the input device of the developing unit according to the simulation results in the exposure / charging, transfer, and fixing simulation modules. Specifically, based on input information from other simulation modules, the powder amount / type control device displays the powder amount and type, the power supply control device displays the development bias voltage, frequency, amplitude, waveform, and motor. The rotation control unit controls the motor rotation speed of the developing roller, and the temperature / humidity control device controls environmental parameters such as temperature and humidity in the developing process.
また、現像部には、感光体に現像されたトナー像を撮像する形成画像撮像装置や、現像剤の帯電量を測定する帯電量測定装置、現像プロセスにおける温湿度などの環境パラメータを測定する温湿度測定装置などの測定装置が配設されている。これらの測定装置は、現像部の出力装置として、それぞれ粉体位置情報、粉体帯電量、温度・湿度を出力する。出力情報読出部としての画像情報変換装置は、これらの出力情報を、画像情報などのように、他のプロセスのシミュレーション・モジュールでの入力形態として利用し易いデータ形式に変換する。また、出力情報読出部からの出力情報は、現像部へのフィードバックとして入力制御部にも展開される。 In addition, the developing unit includes a formed image imaging device that captures a toner image developed on the photoconductor, a charge amount measuring device that measures the charge amount of the developer, and a temperature that measures environmental parameters such as temperature and humidity in the development process. A measuring device such as a humidity measuring device is provided. These measuring devices output powder position information, powder charge amount, temperature / humidity as output devices of the developing unit, respectively. The image information conversion device as the output information reading unit converts the output information into a data format that can be easily used as an input form in a simulation module of another process, such as image information. The output information from the output information reading unit is also developed in the input control unit as feedback to the developing unit.
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。 The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can make modifications and substitutions of the embodiment without departing from the gist of the present invention.
本明細書では、電子写真プロセス方式の画像形成装置における挙動解析に本発明に係るシミュレーション手法を適用した場合を例にとって説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。複数のシミュレーション・モジュールを統合してシステム全体の評価を行なう他の形態の統合シミュレーション装置に対しても、一部のシミュレーションが計算時間のボトルネックとなる場合には、同様に本発明を適用することができる。 In this specification, the case where the simulation method according to the present invention is applied to behavior analysis in an electrophotographic process type image forming apparatus has been described as an example. However, the gist of the present invention is not limited to this. The present invention is similarly applied to another type of integrated simulation apparatus that evaluates the entire system by integrating a plurality of simulation modules when a part of the simulation becomes a bottleneck in calculation time. be able to.
また、図1及び図2に示した実施形態では、実機上で行なわれる処理のシミュレーションを行なう際に、複数のプロセスのうち1つについてのシミュレーションを実機に置き換え、その他のすべてのプロセスをシミュレーション・モジュール化しているが、実機に置き換えるプロセスは必ずしも1つには限定されない。本発明では、シミュレーション・モジュールと実機動作の混在により統合シミュレーションを行なうことに意義があるという点を十分理解されたい。 In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, when simulating the processing performed on the actual machine, the simulation for one of the plurality of processes is replaced with the actual machine, and all other processes are simulated. Although modularized, the process of replacing with an actual machine is not necessarily limited to one. In the present invention, it should be fully understood that it is meaningful to perform integrated simulation by mixing simulation modules and actual machine operations.
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。 In short, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the description of the present specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the claims should be taken into consideration.
12…現像ユニット
13…感光体
14…中間転写ベルト
32…転写ローラ
34…ブラシローラ
36…帯電ローラ
37…筐体
38…現像ローラ
39…スクリュー・フィーダ
40…LEDアレイヘッド
41…トリミング・ブレード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Developing
Claims (6)
前記複数のプロセスのうち少なくとも一部をそれぞれシミュレーション・モジュール化するシミュレーション計算部と、
前記複数のプロセスのうち少なくとも一部のシミュレーションを実機上での処理動作に置換する実機プロセス置換部と、
前記シミュレーション・モジュールにおけるシミュレーション結果を実機制御用のデータ形式に変換して、実機に対するデータ入力処理を制御する入力制御部と、
実機プロセス置換部における出力情報を前記シミュレーション・モジュールでの入力形態に変換して読み出す出力情報読出部と、
を具備することを特徴とするシミュレーション装置。 A simulation device for simulating processing consisting of a plurality of processes performed on an actual machine,
A simulation calculation unit for simulating and modularizing at least a part of the plurality of processes,
An actual process replacement unit that replaces at least a part of the plurality of processes with a processing operation on an actual machine;
An input control unit that converts a simulation result in the simulation module into a data format for actual machine control and controls a data input process for the actual machine;
An output information reading unit that reads and converts the output information in the actual process replacement unit into the input form in the simulation module;
A simulation apparatus comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載のシミュレーション装置。 The actual machine process replacement unit replaces one or more processes that become a bottleneck in calculation time with processing operations on the actual machine when each process performed on the actual machine is made into a simulation module.
The simulation apparatus according to claim 1.
前記シミュレーション計算部は、露光・帯電、転写、定着のうち少なくとも1つのプロセスをシミュレーション・モジュール化し、
前記実機プロセス置換部は、前記シミュレーション計算部によってシミュレーション・モジュール化されなかったプロセスについてのシミュレーションを実機上での処理動作に置換する
ことを特徴とする請求項1に記載のシミュレーション装置。 A simulation apparatus for simulating an electrophotographic process including exposure / charging, development, transfer, and fixing,
The simulation calculation unit simulates and modularizes at least one process of exposure / charging, transfer, and fixing,
The simulation apparatus according to claim 1, wherein the actual machine process replacement unit replaces a simulation of a process that has not been made into a simulation module by the simulation calculation unit with a processing operation on the actual machine.
前記実機プロセス置換部は、現像プロセスのシミュレーションを実機上での処理動作に置換する
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。 The simulation calculation unit simulates and processes exposure / charging, transfer, and fixing processes,
The simulation apparatus according to claim 3, wherein the actual machine process replacement unit replaces a development process simulation with a processing operation on an actual machine.
ことを特徴とする請求項4に記載のシミュレーション装置。 The input control unit receives input information from other simulation modules, such as powder quantity and type, development bias voltage, frequency, amplitude, waveform, development roller motor rotation speed, environment such as temperature and humidity in the development process, etc. Convert to parameters,
The simulation apparatus according to claim 4.
ことを特徴とする請求項4に記載のシミュレーション装置。
The output information reading unit inputs the environmental parameters such as powder position information, powder charge amount, temperature and humidity obtained by measuring the development process performed on the actual machine in the simulation module of other processes. Convert to form,
The simulation apparatus according to claim 4.
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