JP4847256B2

JP4847256B2 - 情報処理装置及び情報処理装置の制御方法、及び、コンピュータプログラム

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Publication number: JP4847256B2
Application number: JP2006234361A
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Inventors: 栄嗣豊澤; 竜郎川上
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Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2011-12-28
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Description

本発明は、情報処理装置及び情報処理装置の制御方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体に関する。

複写機、LBP（レーザービームプリンタ）の記録紙、フィルム、などのシート状媒体(柔軟媒体)を含む部材を搬送するための搬送経路の設計では、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が必要である。これにより、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することが可能となる。

このような目的で搬送経路内の紙の挙動をシミュレーションする技術が提案されている（特許文献１を参照）。ここでは、柔軟媒体を有限要素法による有限要素で表現し、搬送経路内の柔軟媒体の搬送用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いて、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法が提案されている。

柔軟媒体の運動を解くにあたっては、上述のように、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る。そし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を行うことによって柔軟媒体の運動を解く。この解き方として、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。ここで、柔軟媒体とガイドといった２体間の接触においては、従来、対象となる被接触物の構造、配置、位置関係によらず、１つの摩擦係数μで定義していた。
特開２００４−２５８７７４号公報

上述の様な設計支援方法およびプログラムにおいて、搬送経路内の紙の挙動、ガイド抵抗等を精度良く表現するためには、紙と搬送ガイドとの摩擦を正確に扱う必要がある。特に、紙の端部と搬送ガイドとの接触や、紙の表裏と搬送ガイドとの接触での摩擦係数が異なる値を持つことから、その接触状況に応じて適した摩擦係数の設定を行う必要がある。

しかし、これまでは、柔軟媒体と搬送ガイドとの摩擦係数については、柔軟媒体の端部や表裏のいずれで接触するかにかかわりなく、各搬送ガイドごとに１つの摩擦係数が設定されていた。そのため、設計支援方法及び設計支援プログラムを情報処理装置において利用するユーザーは、柔軟媒体と各搬送ガイドとの接触の状況を予測し、使用する摩擦係数を条件に応じて各搬送ガイドごとに設定しなければならなかった。

このようにして各搬送ガイドごとに摩擦係数を設定する場合、対象となる搬送ガイドの数によっては多大の工数を要してしまう。通常、小型の複写機でも、設定する紙搬送経路内のガイドの数は、数十から場合によっては数百にのぼり、これらのガイドごとに、紙の表裏の接触を予測して、個々に摩擦係数を設定するのは、非常に煩雑でユーザーに対する負担が大きかった。

そこで、本発明は、少ない工数において搬送ガイドに対する柔軟媒体の接触部位に応じた摩擦係数の設定が可能な情報処理装置等を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、搬送経路における柔軟媒体の挙動をシミュレーションする情報処理装置であって、
前記柔軟媒体を質点と弾性体とによりモデル化する媒体モデル化手段と、
複数の搬送部材により前記搬送経路をモデル化する搬送経路モデル化手段と、
モデル化された前記柔軟媒体の、モデル化された前記搬送経路との接触部位に応じた摩擦係数を格納する格納手段と、
前記モデル化された柔軟媒体の、前記モデル化された搬送経路との接触部位を判定する判定手段と、
前記判定手段において判定された前記接触部位に応じた前記摩擦係数を前記格納手段より取得し、前記モデル化された搬送経路による、前記モデル化された柔軟媒体に対する摩擦力を算出する算出手段と
を備え、
前記接触部位には、前記モデル化された柔軟媒体の表面及び裏面が含まれ、
前記判定手段は、前記モデル化された柔軟媒体に含まれる前記質点のうち、少なくとも該モデル化された柔軟媒体の搬送方向の先端に位置する第１の質点以外の第２の質点が、前記モデル化された搬送経路と接触している場合に、前記第２の質点の前記搬送経路への接触時における位置と、該接触時の第２の質点に隣接する第３の質点の位置とで設定される第１のベクトルと、前記第２の質点の前記搬送経路への接触前における位置と、該接触前の第２の質点に隣接する第３の質点の位置とで設定される第２のベクトルとに基づいて、
前記第１のベクトルと前記第２のベクトルとで構成される角度が第１の角度よりも小さい場合に前記接触部位が前記モデル化された柔軟媒体の裏面と判定し、
前記第１のベクトルと前記第２のベクトルとで構成される角度が第１の角度よりも大きい場合に前記接触部位が前記モデル化された柔軟媒体の表面と判定することを特徴とする。

本発明によれば、少ない工数において搬送ガイドに対する柔軟媒体の接触部位に応じた摩擦係数の設定が可能な情報処理装置等を提供することができる。

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。本発明の実施形態は、複写機、LBPなどの記録紙、フィルム、などの柔軟媒体を含む部材を搬送する機構を有する装置において、該部材がその搬送経路内を搬送される時の柔軟媒体の挙動をシミュレーションする情報処理装置等に関連するものである。

図１は、本発明の実施形態に対応する、搬送経路における柔軟媒体の挙動のシミュレーションを行う情報処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

図１において、ＣＰＵ１０１は、ＨＤ（ハードディスク）１０３に格納されているＯＳ、アプリケーションプログラム等を実行し、ＲＡＭ１０２にプログラムの実行に必要な情報、ファイル等を一時的に格納する制御を行う。ＲＡＭ１０２は、ＣＰＵ１０１の主メモリ、ワークエリア等として機能する。ＨＤ１０３は、アプリケーションプログラム、ドライバプログラム、ＯＳ、制御プログラムが格納される。また、発明の実施形態に対応する設計支援のためのプログラムや、計算に必要な柔軟媒体の種類に依存する物性パラメータ、紙の厚さ、密度、剛性およびガイドとの摩擦係数が格納されている。なお、ＨＤ１０３は、シミュレーションによる計算結果として出力される物理量を保存するためにも利用される。

なお、本実施形態では、記録紙（普通紙、再生紙、専用紙を含む）やＯＨＰなど、電子写真方式による印刷処理に利用される記録媒体を、「柔軟媒体」と呼ぶこととする。

ディスプレイ１０４は、操作部１０９から入力したコマンドや、外部から取得した情報等を表示するための表示手段である。また、ディスプレイ１０４には、ユーザーが定義した搬送経路や紙の配置が表示され、シミュレーションモデルの形状を確認可能となっている。更に、シミュレーションの計算結果を表示したり、柔軟媒体の挙動アニメーションや、柔軟媒体やガイドに働く力、速度、加速度、位置をグラフ表示することもできる。

ネットワークインターフェイス（以下、Ｉ／Ｆという）１０５は、ネットワークに接続するための通信インターフェイスである。ＲＯＭ１０６には、基本Ｉ／Ｏプログラム等のプログラムを記憶する。外部記憶ドライブ１０７は、メディア１０８に記憶されたプログラム等を本コンピュータシステムにロードすることができる。記録媒体としてのメディア１０８は、所定のプログラムおよび関連データを格納する。

操作部１０９は、本装置の操作者が、指示入力を行うためのユーザインタフェースであり、キーボードやマウスで構成される。操作部１０９により、柔軟媒体の搬送経路の設定、ローラによる搬送条件の設定、或いは、紙種の指定が可能である。なお、この設定に応じて、ＨＤ１０３に格納されている物性パラメータが呼び出され、計算に利用される。システムバス１１０は、装置内のデータの流れを司るものである。

次に、図２のフローチャートを参照して、発明の実施形態に対応する処理の流れを説明する。

本実施形態では、ディスプレイ１０４に表示された搬送経路の設計支援用画面をユーザーが参照し、操作部１０９を利用して入力を行うことで定義された柔軟媒体モデルとガイドについて、ＣＰＵ１０１による柔軟媒体の挙動等の演算処理が行われる。この際、ステップＳ２０１に示すように、柔軟媒体モデルとガイドとの間での接触発生の有無が判定される。ここで、接触が発生していると判定されると（ステップＳ２０１において「ＹＥＳ」）、ステップＳ２０２において接触の種類が判定される。接触が発生していない場合には、接触が生じたか否かの監視が継続される。

ステップＳ２０２では、柔軟媒体の接触部位につき、柔軟媒体の端部とガイドとの接触なのか、或いは、柔軟媒体の端部以外とガイドとの接触なのか、が判定される。もし、柔軟媒体の端部とガイドとの接触と判定される（ステップＳ２０２において「ＹＥＳ」）と、ステップＳ２０３の処理が行われる。一方、柔軟媒体の端部以外とガイドとの接触と判定されると（ステップＳ２０２において「ＮＯ」）、ステップＳ２０４の処理が行われる。

ステップＳ２０３では、柔軟媒体の端部とガイドとの接触部について、端部とガイドとの接触に対応する摩擦係数μ１のデータがＨＤ１０３からＲＡＭ１０２に読み出され、摩擦力が算出される。

一方、ステップＳ２０４では、ガイドと接触する柔軟媒体の端部以外が、柔軟媒体の表面と裏面とのいずれの面であるかが判定される。もし、柔軟媒体の表面とガイドとの接触と判定された場合には（ステップＳ２０４において「ＹＥＳ」）、ステップＳ２０５の処理が行われる。一方、柔軟媒体の裏面とガイドとの接触と判定された場合には（ステップＳ２０４において「ＮＯ」）、ステップＳ２０６の処理が行われる。

ステップＳ２０５では、柔軟媒体の表面とガイドとの接触部について、表面とガイドとの接触に対応する摩擦係数μ３のデータがＨＤ１０３からＲＡＭ１０２に読み出され、摩擦力が算出される。

ステップＳ２０６は、柔軟媒体の裏面とガイドとの接触部について、裏面とガイドとの接触に対応する摩擦係数μ２のデータがＨＤ１０３からＲＡＭ１０２に読み出され、摩擦力が算出される。

なお、図２に示す処理において、ステップＳ２０２での判定で、柔軟媒体端部以外とガイドとの接触と判定された場合に（ステップＳ２０２において「ＮＯ」）、ステップＳ２０４において柔軟媒体の接触面の判定を行わなくても良い。その場合、柔軟媒体の端部以外について、予め所望の摩擦係数を設定しておき、該摩擦係数のデータをＨＤ１０３からＲＡＭ１０２に読み出して、摩擦力が算出することができる。また、ステップＳ２０１の判定後、ステップＳ２０２での柔軟媒体端部とガイドとの接触判定を行うことなく、ステップＳ２０４の処理に移っても良い。

次に、図３乃至図１９を参照して、本実施形態に対応する情報処理装置を利用した設計支援処理の詳細を説明する。なお、図３乃至図１９のそれぞれに示す表示画面及びフローチャートは、ＨＤ１０３に格納された画面表示用のデータ、画面表示用プログラムを含む設計支援処理処理プログラムをＲＡＭ１０２に読み出し、ＣＰＵ１０１が実行することで実現される。

まず、図３は、ディスプレイ１１４に表示される、本発明の実施形態に対応する設計支援画面の一例を示す図である。図３において、３００は、設計画面全体を示している。画面３００の上端には、メニューバー３０１が表示され、メニューボタン３０２から３０６が表示されている。

ファイルボタン３０２は、既に作成済みの設計ファイルを開いて編集したり、新規の設計ファイルを作成する場合に操作されるボタンである。搬送経路ボタン３０３は、画面３００内の表示領域３２０内で搬送経路を作成する場合に選択されるボタンである。媒体定義ボタン３０４は、画面３００内の表示領域３２０内で、搬送経路内を搬送される柔軟媒体を定義する場合に選択されるボタンである。搬送条件ボタン３０５は、設定された搬送経路内を定義された柔軟媒体が搬送される際の条件を設定する場合に操作されるボタンである。結果表示３０６は、処理結果を表示する場合に操作されるボタンである。

図３では、ユーザーが複数の搬送部材により前記搬送経路をモデル化するために、メニューバー３０１中の搬送経路ボタン３０３を選択した場合を示している。この搬送経路ボタン３０３の操作に応じて、搬送経路をモデル化し定義するためのボタンで構成された画面が、画面３００の左側に、サブ構成メニュー３１０として表示される。

サブ構成メニューには、実際の複写機やLBPの搬送経路をレイアウトするための構成部材を表す以下のボタンが含まれる。よって、ここで記載するものは、あくまで例示であって、これ以外のボタンが含まれても良く、柔軟媒体の搬送経路を構成するために必要な構成部材の全てが揃っていることが望ましい。

ローラ対定義ボタン３１１は、２つのローラで１対の搬送ローラを定義する。ローラ定義ボタン３１２は、１つのローラを単独で定義する。直線ガイド定義ボタン３１３は、直線の搬送ガイドを定義する。円弧ガイド定義ボタン３１４は、円弧の搬送ガイドを定義する。スプラインガイド定義ボタン３１５は、スプライン曲線で搬送ガイドを定義する。フラッパー定義ボタン３１６は、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。センサ定義ボタン３１７は、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。

ユーザーは、これらのボタンを操作することで、表示領域３２０内に、搬送ローラや搬送ガイドなどを配置して、搬送経路のレイアウトを作成することができる。図３では、ローラ対定義ボタン３１１が選択され、表示領域３２０内にローラ対３４１乃至３４４が配置された場合を示している。また、直線ガイド定義ボタン３１３、円弧ガイド定義ボタン３１４及びスプラインガイド定義ボタン３１５が選択され、紙ガイド３４５乃至３４８が配置された場合を示している。

また、表示領域３２０は、ユーザーの操作に基づき、搬送経路をレイアウトしたり、演算結果を表示するための画像表示領域である。また、コマンド領域３３０は、システムメッセージを出力したり、ユーザーが所定の数値入力を行うための領域である。

搬送経路のレイアウトが終わると、次は、柔軟媒体のモデル化が行われる。ユーザーは、柔軟媒体の定義を行う場合に、図３のメニューバー３０１内の媒体定義ボタン３０４を選択する。この媒体定義ボタン３０４が選択されると、図４に示されるようにサブ構成メニュー３１０に表示される内容が変化する。図４は、本発明の実施形態に対応する設計支援画面の他の一例を示す図であって、媒体定義ボタン３０４が選択された場合の画面の表示例を示す図である。

図４では、媒体定義ボタン３０４の表示色が変更され、媒体定義ボタン３０４の選択状態が表示されている。また、サブ構成メニュー３１０には、描画形状選択領域４０１、媒体種選択領域４０２及び分割法選択領域４０３が表示される。

まず、描画形状選択領域４０１には、柔軟媒体の形状を設定するために使われるコマンドボタンが表示される。図４では、直線、円弧、スプラインが選択可能な例として示されているが、これらは一例であって、他の選択肢が含まれても良い。例えば、フリーハンド入力例を選択可能としてもよい。

次に、媒体種選択領域４０２には、柔軟媒体を選択するためのボタンが表示されている。ここでは、柔軟媒体として、再生紙A、再生紙B、再生紙C、普通紙A、普通紙B、普通紙C、OHPが選択可能になっている。各媒体には、媒体固有の特性に合わせたデータがそれぞれリンクされ、ＨＤ１０３に格納されている。なお、媒体種選択領域４０２における媒体の種別の表示形態は、図４に示すものに限られることはなく、例えば、非コート紙、コート紙のような表現とされてもよいし、厚さ、坪量、商品名などで表現してもよい。

さらに、分割法選択領域４０３では、配置された柔軟媒体の搬送シミュレーションを行うための要素分割方法を選択するためのボタンが表示されている。ここでは、要素分割方法として、等分割、不等分割、自動が選択可能となっている。

以下、図４を利用した入力の流れを説明する。まず、搬送経路内での柔内媒体の形状を設定するために、描画図形選択領域４０１のいずれかのコマンドが指定される。図４では、「直線」が選択された場合を示しているが、「円弧」、「スプライン形状」を選択することも当然に可能である。次に、指定された形状の柔軟媒体の表示位置の指定を行うために、画面３００下方のコマンド領域３３０に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。両端部は、始点と終点とで区別される。両端部の座標値は、操作部１０９のうちキーボードを利用して、コマンド領域３３０に数値を直接入力することで行うことができる。また、操作部１０９のうちマウス等のポインティングデバイスを利用して、表示領域３２０内でいずれかの位置を指定することにより行ってもよい。このとき、先に指定した位置を始点とし、後で指定した位置を終点とすることができる。

端部の座標の指定により柔軟媒体の表示位置が決定され、表示領域３２０内に両端部４１１ａ及び４１１ｂを結ぶ直線（破線）４１２が表示される。ここで、直線４１２は、柔軟媒体を示し、端部４１１ａ及び４１１ｂはそれぞれ柔軟媒体の両端を示している。これにより、ユーザーは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できる。図４では、配置済のローラ対３４１及び３４２と紙ガイド３４５とに対し、紙ガイド３４５側に一方の端部４１１ａが配置されている。また、ローラ対３４１に柔軟媒体４１２が挟持された状態でローラ対３４１を越えた地点に他方の端部４１１ｂを配した例として示されている。

次に、要素の分割が行われる。柔軟媒体４１２が配置されると、分割法選択領域４０２において分割法の選択が行われる。図４では、「等分割」が選択された場合を示している。「等分割」が選択されると、図５に示すように、表示領域３２０内の柔軟媒体４１２に表示が変更される。図５は、本発明の実施形態に対応する設計支援画面の他の一例を示す図であって、柔軟媒体のモデル化の一例を示す図である。

まず、コマンド領域３３０には、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、または分割サイズ：ｓの入力を促すメッセージが表示される。ここで、分割数とは、両端部で特定される柔軟媒体を均等分割する際の分割数に相当する。また、分割サイズとは、両端部で特定される柔軟媒体を分割する際の、バネの長さに相当する。図５では、直線で柔軟媒体を定義し、分割数ｎ＝１０とした場合の表示例を示している。

質点５０１間を結ぶ回転バネ５０２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５０３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ΔＬを用いて以下に示される式１から式３によって与えられる。

ｋｒ＝Ｅｗｔ³／１２ΔＬ・・・（式１）
ｋｓ＝Ｅｗｔ／ΔＬ・・・（式２）
ΔＬ＝｛（ｘ₂−ｘ₁）²＋（ｙ₂−ｙ₁）²｝^1/2／ｎ・・・（式３）
また、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４により計算される。

ｍ＝Ｌｗｔρ／（ｎ−１）・・・（式４）
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。

続いて、柔軟媒体の表裏の設定について図６を参照して説明する。図６は、柔軟媒体の表裏の設定を説明するための図である。

図４を参照して既に説明したように、本実施形態では、始点と終点を特定して柔軟媒体のを定義することができる。図６において、始点を柔軟媒体先端６０１とし、終点を柔軟媒体後端６０２とすると、柔軟媒体を構成する質点は、柔軟媒体先端６０１から柔軟媒体後端６０２に向かって、昇順で質点番号付けが行われる。

また、柔軟媒体を構成する各質点間を結ぶベクトル６０３が図６に示すように作成される。ここで、各質点の位置を支点として、質点間を結ぶベクトルを左回りに９０度回転させたベクトル６０４の方向が柔軟媒体の表面とみなし、ベクトル６０４の逆方向の側を柔軟媒体の裏面とみなすこととする。なお、柔軟媒体端部の入力、指示の順番と、柔軟媒体の質点番号付けの関係は逆であっても良く、また各質点間を結ぶベクトルの回転方向についても、逆であっても良い。

次に柔軟媒体の種類の選択について説明する。図５のサブ構成メニュー３１０に示すように、媒体種選択領域４０２には選択可能な柔軟媒体の種別が表示される。従って、ユーザーは媒体種選択領域４０２に表示されているいずれかの種別を選択することができる。

なお、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、媒体種選択領域４０２中に表示される紙種には、対応する当該パラメータがＨＤ１０３に格納されている。図５では、媒体種に「再生紙A」が選択された場合を示しているが、この選択操作に応じて、情報処理装置内では、再生紙Aのヤング率、密度、紙厚という値がＨＤ１０３からＲＡＭ１０２に読み出され、演算が実行されることとなる。

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は、搬送条件の設定が行われる。ユーザーは、そのためにメニューバー３０１内の搬送条件ボタン３０５を選択することができる。この搬送条件の設定では、搬送ローラの駆動条件、柔軟媒体とローラとの摩擦係数、そして、本発明にあたる柔軟媒体と搬送ガイドとの摩擦係数が定義されることとなる。

図７を参照して、搬送条件を設定する際の流れを説明する。図７は、本発明の実施形態に対応する設計支援画面の他の一例を示す図であって、搬送条件を設定する際の画面表示例を示す図である。

画面３００において、メニューバー３０１内の「搬送条件」ボタン３０５が選択されると、サブ構成メニュー３１０に駆動条件選択領域７０１と摩擦係数選択領域７０２とが表示される。

駆動条件選択領域７０１には、駆動条件の設定対象を選択するためのボタンが表示される。ここでは、駆動条件の設定対象としては「ローラ」及び「フラッパ」が選択可能である。図７では、「ローラ」が選択された場合を示している。この場合、表示領域３２０内に表示されているローラのうち、駆動条件を定義するローラを選択することができる。

例えば、図７では、ローラ３４１と３４２とが表示されており、操作部１０９のマウスを利用して、何れかを選択することができる。なお、図７では、駆動条件の設定対象として「フラッパ」も選択可能であるが、表示領域３２０には表示されていない。なお、柔軟媒体の搬送制御のために、ローラやフラッパ以外の要素が必要とされる場合には、当該要素を更なる選択肢として駆動条件選択領域７０１に追加することができる。

表示領域３２０においてローラを選択すると、該ローラについてコマンド領域３３０に「時間」と「ローラの回転数」とを入力することができる。この入力により、図８に示すようなグラフ８０１が表示領域３２０内に表示される。図８は、本発明の実施形態に対応する設計支援画面の他の一例を示す図である。グラフ８０１は、コマンド領域３３０に（時間、回転数）の組からなる特徴点を随時入力した結果として作成されたものである。グラフ８０１では、縦軸がローラーの回転数（ｒｐｍ）を示し、横軸が時間（秒）を示している。

以下、図８に示すようなグラフ８０１を作成するための入力例を説明する。まず、（時間、回転数）：（０、０）が入力される。これは初期状態の設定入力であり、時間：０において回転数：０である。

次にグラフ８０１では、１秒後までに直線的にローラの回転数を１２０ｒｐｍまで上昇しているが、このために（時間、回転数）：（１、１２０）が入力される。これにより、１秒後の回転数が１２０ｒｐｍとなる。それ以前に入力された（０、０）とは直線で結ばれる。

グラフ８０１では、１秒から３秒までは１２０ｒｐｍの回転数が維持されている。従って、（時間、回転数）：（３、１２０）が入力される。これにより、３秒後までの回転数が１２０ｒｐｍとなり、それ以前に入力された（１、１２０）とは直線で結ばれる。

グラフ８０１では、３から４秒の間に１２０ｒｐｍから０まで回転数が減速している。従って、（時間、回転数）：（４、０）が入力される。これにより、４秒後における回転数が０ｒｐｍとなり、それ以前に入力された（３、１２０）とは直線で結ばれる。

以上と同様にして、図７の表示領域３２０に含まれる他のローラーについても、駆動条件を設定することができる。

次に、図９を参照して、柔軟媒体とローラとの接触時の摩擦係数の設定について説明する。図９は、本発明の実施形態に対応する設計支援画面の他の一例を示す図であって、柔軟媒体とローラとの接触時の摩擦係数を設定する際の画面表示例を示す。図９は、ほぼ図７と同様であるが、図３と同様の搬送経路が表示領域３２０に表示されている点で、まず異なっている。

また、図９では、サブ構成メニュー３１０の摩擦係数選択領域７０２において、「ローラ」が選択されている。このとき画面３００の下方のコマンド領域３３０では、表示領域３２０内のいずれかのローラを選択して該ローラについての摩擦係数μを入力することができる。図９では、カーソル９０１を利用してローラー３４２が選択された場合を示している。また、「ガイド」が選択された場合には、同様にして表示領域３２０内のいずれかのガイドを選択して、該ガイドについての摩擦係数μをコマンド領域３３０に入力することができる。

ここで得られる摩擦係数μに基づく柔軟媒体に働く摩擦力につき、図１０を参照して説明する。図１０は、柔軟媒体に係る摩擦力を説明するための図面である。

図１０において、質点１００１と１００２とがガイド３４６と接している。ここで、コマンド領域３３０に入力された摩擦係数μに基づき、柔軟媒体の質点とローラ３４２との接触により得られる垂直抗力をＮとすると、柔軟媒体の搬送方向とは逆向きに摩擦力μＮが働くこととなる。ここで、搬送方向は、図９においてローラ３４２からガイド３４６に向かう方向としてしている。

次に、図１１を参照して、柔軟媒体とガイドとの接触時の摩擦係数の設定について説明する。図１１は、本発明の実施形態に対応する設計支援画面の他の一例を示す図であって、柔軟媒体とガイドとの接触時の摩擦係数を設定する際の画面表示例を示す。

サブ構成メニュー３１０の摩擦係数選択領域７０２で「ガイド」が選択され、表示領域３２０内のガイドのいずれかが選択されると、図１１に示すように、ガイドの種類を選択する選択領域１１０１が新たに表示される。なお、図１１では、カーソル９０１で示されるガイド３４６が選択されている。この選択領域１１０１では、ガイドの種類を、「ＰＣ−ＰＥＴ」及び「シルバートップ」の中から選択することができる。

図１１では、「ＰＣ−ＰＥＴ」が選択された場合を示している。この選択により、該搬送ガイドと柔軟媒体端部との摩擦係数μ１と、該搬送ガイドと柔軟媒体端部以外の裏面との摩擦係数μ２と、該搬送ガイドと柔軟媒体端部以外の表面との摩擦係数μ３との、３つの摩擦係数が設定される。これらの摩擦係数は、ＨＤ１０３に格納されており、搬送ガイドの種類が選択されると、対応する摩擦係数のセットがＨＤ１０３からＲＡＭ１０２に読み出されて、演算に使用される。

次に、柔軟媒体と搬送ガイドとの間の摩擦力について説明する。図１２は、柔軟媒体と図１１で選択された搬送ガイド３４６との間で働く摩擦力について説明するための図である。図１２に示すように、柔軟媒体の質点１００２と搬送ガイド３４６の摩擦力の導出方法は、柔軟媒体の質点と搬送ガイド３４６との接触計算により得られる垂直抗力をＮとすると、紙の搬送方向とは逆向きに摩擦力μ１Ｎが働くこととなる。また、柔軟媒体の質点１００１と搬送ガイド３４６の摩擦力の導出方法は、柔軟媒体の質点と搬送ガイド３４６との接触により得られる垂直抗力をＮとすると、紙の搬送方向とは逆向きに摩擦力μ２Ｎが働くこととなる。

この摩擦力の導出に際し、柔軟媒体の端部と搬送ガイド３４６との接触か、柔軟媒体端部以外の表面と搬送ガイド３４６との接触か、或いは、柔軟媒体端部以外の裏面と搬送ガイド３４６との接触か、の判定が必要となる。この判定の流れは、図２で説明したステップＳ２０１、Ｓ２０２及びＳ２０４における処理に対応する。そして、この判定結果に応じて、搬送ガイド３４６の種類選択時に設定された摩擦係数μ１乃至μ３のいずれかが、ステップＳ２０３、Ｓ２０５及びＳ２０６において適用されることとなる。

なお、ＨＤ１０３には、図１９に示すように、搬送ガイドの種別ごとに柔軟媒体との接触部位に応じた摩擦係数μのテーブル１９００が格納されている。図１９のテーブル１９００では、種別１９０１に、搬送ガイドの種別が登録される。摩擦係数端部１９０２には、種別１９０１に対応する種別の搬送ガイドと柔軟媒体の端部との摩擦係数が登録される。摩擦係数裏面１９０３には、種別１９０１に対応する種別の搬送ガイドと柔軟媒体の裏面との摩擦係数が登録される。摩擦係数表面１９０４には、種別１９０１に対応する種別の搬送ガイドと柔軟媒体の表面との摩擦係数が登録される。なお、ここでは、搬送ガイドの種別毎の摩擦係数を示したが、更に、柔軟媒体の種別に応じて摩擦係数を細分化しても良い。

まず、柔軟媒体端部と搬送ガイドとの接触と、柔軟媒体端部以外と搬送ガイドとの接触の判定について説明する。まず、図１３は、柔軟媒体端部と搬送ガイドとの接触判定を説明するための図である。本実施形態では、図１３に示すように、柔軟媒体先端から後端に向かって質点番号付け（質点１乃至質点５）がされており、垂直抗力Ｎに対応するベクトル１３０１の方向が柔軟媒体の表面であることが定義されている。そして、図１３における柔軟媒体と搬送ガイド３４６の接触状況では、柔軟媒体端部の質点１が搬送ガイド３４６と接触しており、柔軟媒体端部の質点１と隣接する質点２は搬送ガイドと接触していない。この状況から、柔軟媒体端部と搬送ガイドとの接触と判断される。この場合、柔軟媒体端部と搬送ガイドとの摩擦係数μ１を利用して摩擦力が計算される。

次に、図１４は、柔軟媒体端部以外と搬送ガイドとの接触判定を説明するための図である。この図１４に示すように、柔軟媒体端部の質点１が搬送ガイド３４６と接触しており、さらに柔軟媒体端部の質点１と隣接する質点２も搬送ガイド３４６と接触している場合には、柔軟媒体端部以外と搬送ガイドとの接触と判断される。この場合、柔軟媒体端部以外と搬送ガイドとの摩擦係数μ２又はμ３を利用して摩擦力が計算されることになる。

次に、柔軟媒体の表裏と搬送ガイドとの接触判定について説明する。図１５は、柔軟媒体の表裏と搬送ガイドとの接触判定を説明するための図である。図１５において、質点１乃至質点５は現在の各質点位置を示す。また、質点１’乃至質点５’は直近の各質点位置を示す。

まず、ある質点、例えば図１５の場合は質点３が搬送ガイド３４６に接触したと判定されると、その質点３について、接触時点での質点３の位置から、接触前の質点３’の位置へのベクトル１５０１が作成される。このとき、ベクトル１３０２は、質点３と質点４とを結ぶベクトルである。

そして、質点３を支点に左回りを正として、ベクトル１３０２とベクトル１５０１のなす角１５０２が０〜１８０度の範囲内であれば、柔軟媒体の裏面と搬送ガイド３４６との接触と判断する。この場合、搬送条件設定機能において自動設定されている柔軟媒体裏面と搬送ガイド３４６との摩擦係数μ２を利用して摩擦力の計算が行われる。

一方、ベクトル１３０２とベクトル１５０１のなす角１５０２が１８０〜３６０度の範囲内であれば、柔軟媒体の表面と搬送ガイド３４６との接触と判断する。この場合、搬送条件設定機能において自動設定されている柔軟媒体表面と搬送ガイド３４６との摩擦係数μ３をもとに摩擦力の計算が行われる。

なお、上記では、柔軟媒体端部と搬送ガイドとの接触判定及び摩擦力の導出と、柔軟媒体の表裏と搬送ガイドとの接触判定及び摩擦力の導出と、の両方を行ったが、いずれか一方のみを行っても良い。

次に、本実施形態に対応する柔軟媒体の挙動の計算処理の一例について、図１６のフローチャートを参照して説明する。まずステップＳ１６０１で柔軟媒体の挙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Δｔを設定する。

以降は、ステップＳ１６０２乃至Ｓ１６０７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、ＲＡＭ１０２のワークエリアに結果が保存される。

ステップＳ１６０２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、初期変位が設定される。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。

ステップＳ１６０３で、は柔軟媒体を形成する各質点に働く力が定義される。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が、最終的に柔軟媒体にかかる力として定義される。

ステップＳ１６０４では、ステップＳ１６０３で求められ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、Δｔ秒後の加速度が計算される。

同様にしてステップＳ１６０５では速度を、ステップＳ１６０６では変位を計算する。本実施形態ではステップＳ１６０３乃至ステップＳ１６０６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。ステップＳ１６０７では計算時刻がステップＳ１６０１で設定した実時間Ｔに到達したか否かが判断される。もし、実時間Ｔに到達していれば（ステップＳ１６０７で「ＹＥＳ」）、運動計算機能を終了する。一方、実時間Ｔに到達していない場合は（ステップＳ１６０７で「ＮＯ」）、再度ステップＳ１６０２に戻り時間積分を繰り返す。

ここでの結果表示は、例えば図１７及び図１８に示すような形態で提示される。これらの図面に示すように、メニューバー３０１中の「結果表示」ボタン３０６が選択されると、サブ構成メニュー３１０に、動画メニュー１７０１とプロットメニュー１７０２とが表示され、結果表示の形態を選択することができる。

図１７は、動画メニュー１７０１を選択して結果表示を行う場合の一例を示す図である。動画メニュー１７０１には、再生ボタン１７１１、停止ボタン１７１２、ポーズボタン１７１３、早送りボタン１７１４、巻き戻しボタン１７１５が含まれる。これらのボタンを操作することにより、表示領域３２０内で、柔軟媒体１７２０の挙動を可視化できる。

図１８は、プロットメニュー１７０２を選択して結果表示を行う場合の一例を示す図である。プロットメニュー１７０２では、グラフ化したい質点の加速度、速度、変位、抵抗のいずれかを選択して、表示領域３２０内に時系列グラフ１８０１を表示することができる。

以上のように、本実施形態によれば、柔軟媒体と搬送ガイドとの接触について、柔軟媒体の接触部が端部なのか、それとも柔軟媒体の端部以外の表裏なのかを判定し、その結果に応じて、使用する摩擦係数を選択することができる。即ち、柔軟媒体端部と搬送ガイドとの摩擦係数と、柔軟媒体の端部以外の表面と搬送ガイドとの摩擦係数と、柔軟媒体の端部以外の裏面と搬送ガイドとの摩擦係数と、をそれぞれあるいは両方とも設定できる。

これにより、搬送ガイドに対する摩擦係数の設定に要する工数を大幅に削減することができる。また、柔軟媒体の接触部位が、その端部と端部以外とで混在する場合であっても、柔軟媒体が大きく屈曲し、柔軟媒体の表面と裏面が同様のガイドに接触する場合にであっても、柔軟媒体とガイドとの摩擦を正確に扱うことができる。よって、柔軟媒体の挙動や、ガイド抵抗等をより精度良く評価することが可能となる。

また、実際に物を作る前からさまざまな条件で搬送経路の機能評価が可能となり、特に柔軟媒体のモデル化方針に関し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、比較的精度の良い計算結果を導くことが可能となる。

［その他の実施形態］
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インタフェイス機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。

また、本発明の目的は、前述した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、システムに供給し、そのシステムがプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。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形態の機能を実現し、その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。また、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働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した機能が実現される場合も含まれる。

さらに、以下の形態で実現しても構わない。すなわち、記憶媒体から読み出されたプログラムコードを、コンピュータに挿入された機能拡張カ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込む。そして、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行って、前述した機能が実現される場合も含まれる。

本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するプログラムコードが格納されることになる。

本発明の実施形態に対応する情報処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。本発明の実施形態に対応する摩擦係数の設定処理のフローチャートである。本発明の実施形態に対応する設計支援画面の一例を示す図である。本発明の実施形態に対応する設計支援画面の他の一例を示す図である。本発明の実施形態に対応する設計支援画面の他の一例を示す図である。本発明の実施形態に対応する、柔軟媒体の表裏の設定を説明するための図である。本発明の実施形態に対応する設計支援画面の他の一例を示す図である。本発明の実施形態に対応する設計支援画面の他の一例を示す図である。本発明の実施形態に対応する設計支援画面の他の一例を示す図である。本発明の実施形態に対応する、柔軟媒体に係る摩擦力を説明するための図面である。本発明の実施形態に対応する設計支援画面の他の一例を示す図である。本発明の実施形態に対応する、柔軟媒体と図１１で選択された搬送ガイド３４６との間で働く摩擦力について説明するための図である。本発明の実施形態に対応する、柔軟媒体端部と搬送ガイドとの接触判定を説明するための図である。本発明の実施形態に対応する、柔軟媒体端部以外と搬送ガイドとの接触判定を説明するための図である。本発明の実施形態に対応する、柔軟媒体の表裏と搬送ガイドとの接触判定を説明するための図である。本発明の実施形態に対応する、柔軟媒体の挙動の計算処理の一例のフローチャートである。本発明の実施形態に対応する結果表示の一例を示す図である。本発明の実施形態に対応する結果表示の他の一例を示す図である。本発明の実施形態に対応する摩擦係数テーブルのデータ構造の一例を示す図である。

Claims

搬送経路における柔軟媒体の挙動をシミュレーションする情報処理装置であって、
前記柔軟媒体を質点と弾性体とによりモデル化する媒体モデル化手段と、
複数の搬送部材により前記搬送経路をモデル化する搬送経路モデル化手段と、
モデル化された前記柔軟媒体の、モデル化された前記搬送経路との接触部位に応じた摩擦係数を格納する格納手段と、
前記モデル化された柔軟媒体の、前記モデル化された搬送経路との接触部位を判定する判定手段と、
前記判定手段において判定された前記接触部位に応じた前記摩擦係数を前記格納手段より取得し、前記モデル化された搬送経路による、前記モデル化された柔軟媒体に対する摩擦力を算出する算出手段と
を備え、
前記接触部位には、前記モデル化された柔軟媒体の表面及び裏面が含まれ、
前記判定手段は、前記モデル化された柔軟媒体に含まれる前記質点のうち、少なくとも該モデル化された柔軟媒体の搬送方向の先端に位置する第１の質点以外の第２の質点が、前記モデル化された搬送経路と接触している場合に、前記第２の質点の前記搬送経路への接触時における位置と、該接触時の第２の質点に隣接する第３の質点の位置とで設定される第１のベクトルと、前記第２の質点の前記搬送経路への接触前における位置と、該接触前の第２の質点に隣接する第３の質点の位置とで設定される第２のベクトルとに基づいて、
前記第１のベクトルと前記第２のベクトルとで構成される角度が第１の角度よりも小さい場合に前記接触部位が前記モデル化された柔軟媒体の裏面と判定し、
前記第１のベクトルと前記第２のベクトルとで構成される角度が第１の角度よりも大きい場合に前記接触部位が前記モデル化された柔軟媒体の表面と判定する
ことを特徴とする情報処理装置。
前記接触部位には、前記モデル化された柔軟媒体の端部が含まれることを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
前記判定手段は、前記モデル化された柔軟媒体に含まれる前記質点のうち、該モデル化された柔軟媒体の搬送方向の先端に位置する第１の質点のみが、前記モデル化された搬送経路と接触している場合に、前記接触部位が前記モデル化された柔軟媒体の端部であると判定することを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
搬送経路における柔軟媒体の挙動をシミュレーションする情報処理装置の制御方法であって、
媒体モデル化手段が、前記柔軟媒体を質点と弾性体とによりモデル化する媒体モデル化工程と、
搬送経路モデル化手段が、複数の搬送部材により前記搬送経路をモデル化する搬送経路モデル化工程と、
判定手段が、前記モデル化された柔軟媒体の、前記モデル化された搬送経路との接触部位を判定する判定工程と、
算出手段が、モデル化された前記柔軟媒体の、モデル化された前記搬送経路との接触部位に応じた摩擦係数を格納する格納手段より、前記判定工程において判定された前記接触部位に応じた前記摩擦係数を取得し、前記モデル化された搬送経路による、前記モデル化された柔軟媒体に対する摩擦力を算出する算出工程と
を備え、
前記接触部位には、前記モデル化された柔軟媒体の表面及び裏面が含まれ、
前記判定工程では、前記モデル化された柔軟媒体に含まれる前記質点のうち、少なくとも該モデル化された柔軟媒体の搬送方向の先端に位置する第１の質点以外の第２の質点が、前記モデル化された搬送経路と接触している場合に、前記第２の質点の前記搬送経路への接触時における位置と、該接触時の第２の質点に隣接する第３の質点の位置とで設定される第１のベクトルと、前記第２の質点の前記搬送経路への接触前における位置と、該接触前の第２の質点に隣接する第３の質点の位置とで設定される第２のベクトルとに基づいて、
前記第１のベクトルと前記第２のベクトルとで構成される角度が第１の角度よりも小さい場合に前記接触部位が前記モデル化された柔軟媒体の裏面と判定し、
前記第１のベクトルと前記第２のベクトルとで構成される角度が第１の角度よりも大きい場合に前記接触部位が前記モデル化された柔軟媒体の表面と判定する
ことを特徴とする情報処理装置の制御方法。
コンピュータを請求項１乃至３のいずれか１項に記載の情報処理装置の各手段として機能させるためのコンピュータプログラム。