KR20060051987A

KR20060051987A - 설계 지원 방법 및 설계 지원 프로그램

Info

Publication number: KR20060051987A
Application number: KR1020050092786A
Authority: KR
Inventors: 기요시 오야마
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2005-10-04
Publication date: 2006-05-19
Also published as: US7421381B2; JP4095603B2; US20060074613A1; JP2006103878A; KR100673492B1

Abstract

본 발명은 이송 경로에서 이송되는 시트형 유연 매체 거동의 시뮬레이션을 수행함으로써, 이송 경로의 설계를 지원하도록 구성된 설계 지원 방법이며, 상기 유연 매체의 이송을 위해 이송 롤러의 이송 조건을 설정하기 위한 이송 조건 설정 단계와, 상기 이송 롤러를 포함한 이송 롤러 쌍의 유한 요소 모델을 준비하고, 상기 이송 롤러 쌍의 닙부에서의 상기 이송 롤러의 변형을 계산하기 위한 롤러 닙 계산 단계와, 상기 롤러 닙 계산 단계에서 준비된 상기 유한 요소 모델을 갖는 상기 이송 롤러 쌍에 의해 이송된 상기 유연 매체의 일부에 대해 상기 롤러 닙 계산 단계에서 계산된 상기 이송 롤러의 변형을 기초로 하여 시계열 방식으로 상기 유연 매체의 거동을 계산하고, 상기 롤러 닙 계산 단계에서 준비된 상기 유한 요소 모델을 갖는 이송 롤러 쌍에 의해 이송되지 않은 유연 매체의 일부에 대한 상기 유한 요소 모델을 준비하지 않고 시계열 방식으로 상기 유연 매체의 거동을 계산하기 위한 운동 계산 단계를 포함한다.

설계 지원 방법, 시트형 유연 매체, 이송 롤러 쌍, 롤러 닙부,

Description

설계 지원 방법 및 설계 지원 프로그램{DESIGN SUPPORT METHOD AND DESIGN SUPPORT PROGRAM}

도1은 본 발명의 설계 지원 프로그램의 흐름도.

도2는 이송 메카니즘 한정 단계의 화면 장치 또는 투시면을 설명하는 도면.

도3은 유연 매체 한정 단계를 설명하는 도면.

도4는 제1 발명을 기초로 한 분할 작동을 설명하는 도면.

도5는 이송 조건 한정 단계를 설명하는 도면.

도6은 이송 조건 한정 단계의 제어 작동을 설명하는 도면.

도7은 마찰 계수(μ)의 운동을 설명하는 도면.

도8은 운동 계산 단계의 흐름도.

도9는 결과 표시 단계에서 운동 화상 메뉴를 설명하는 도면.

도10은 결과 표시 단계에서 플롯 메뉴를 설명하는 도면.

도11a, 도11b 및 도11c는 롤러 닙 계산 단계의 흐름을 설명하는 도면.

도12는 탄성 롤러 한정 단계를 설명하는 도면.

도13은 파라미터 입력 투시면을 설명하는 도면.

도14는 탄성 롤러 한정 투시면 내의 닙부의 확대도.

도15는 롤러의 탄성재를 표현하는 화면 표시를 설명하는 도면.

도16은 가압 롤러 변경 조건을 설명하는 도면.

도17은 속도 변동의 메카니즘을 설명하는 도면.

본 발명은 복사기 등과 같은 장치에서 시트형 부재가 이송될 때 시뮬레이션을 사용하여 용지와 같은 시트형 부재의 거동을 해석함으로써 이송 경로의 최적 설계를 달성하는데 적절한 설계 지원 방법 및 설계 지원 프로그램에 관한 것이다.

이송 경로 설계에 있어서, 설계 대상의 기능이 대상이 실제로 제작되기 전에 다양한 조건 하에서 검증되는 것이 바람직한데, 이는 대상의 시험 제작을 위한 제작 및 시험 단계의 수가 감소될 수 있고, 시간 주기 및 비용의 전개가 감소될 수 있기 때문이다. 이를 위해 컴퓨터에 의해 이송 경로에서 용지의 거동을 시뮬레이션하기 위한 기술로서, 일본 특개평 제11-195052호(1999) 및 제11-116133호(1999)에 개시된 바와 같은 설계 지원 시스템이 제안되었다. 상기 기술은 유연 매체와 가이드 사이의 이송 저항 및 접촉 각도가, 유한 요소 방법에 의한 유한 요소로서 유연 매체를 표현하고 이송 경로 내의 롤러 및/또는 가이드와 유연 요소 사이의 접촉 조건을 판단하고 운동 방정식을 수치로 해결함으로써 평가되는 설계 지원 시스템이다.

또한, "기계 공학 국제 저널 일본 학회(JSME International Journal)"(가즈시 요시다 저, 96-1530, C(1997), 230-236면)에 개시된 바와 같이, 계산 속도가 질 량 및 스프링으로 유연 매체를 표현함으로서 개선되는 기술이 더 간단히 개시되어 있다.

유연 매체의 운동은 수치적 시간 적분에 의해 해결된다. 즉, 유연 매체의 운동은 유한 요소 또는 질량 스프링계에 의해 개별적으로 표현되는 유연 매체의 운동 방정식을 형성하고, 해석 대상 시간을 유한폭을 갖는 시간 단계로 분할하고, 시간 0으로부터 각각의 시간 단계에 대해 연속적으로 알려진 값인 가속도, 속도, 변위를 계산함으로서 해결된다. 유연 매체의 이동을 해결하기 위한 기술로는 NEWMARK β 방법, WILLSON θ 방법, 오일러 방법, KUTTA-MERSON 방법 등이 잘 알려져 있다.

또한 예를 들어, "기계 공학 국제 저널 일본 학회(JSME International Journal)"(노리아끼 오까모또 등 저, 67-654, C(2001), 185-192면)에 개시된 기술도 잘 알려져 있다. 상기 기술은 롤러와 같은 가압 하의 탄성 재료의 변형에 의해 발생되는 이송 속도의 단위값을 고려하여 변동률을 계산하는 유한 요소 모델을 사용하는 접촉 구조 해석 기술이다.

상기 기술에 따르면, 롤러는 도16에 도시된 바와 같이 압력에 의해 변형된다. 롤러와 용지(P) 사이의 접촉에 의해 발생되는 압력을 받기 쉬운 롤러(81)의 일부는 닙부(82)로 불리고, 유연 매체로서의 용지는 롤러(81)와 접촉하고 닙부(82)에서 이송된다. 롤러(81)는 화살표 a로 도시된 방향으로 구동된다. 롤러(81)가 도17에 도시된 바와 같이 Δφ로 회전되면, 닙부로부터 먼 비변형점에서 롤러의 주연부의 이동량(화살표 Lo)은 R x Δφ가 된다(R은 롤러의 반경이다).

그러나, 닙부(82)에서, 롤러의 표면은 화살표 b로 도시된 주연 방향으로 신장되므로, 롤러가 동일량(Δφ) 회전하더라도, 롤러 표면의 이동량(화살표 Ln)은 상술된 값보다 커진다. 따라서, 이송 속도는 닙부의 롤러의 신장에 대응하는 양만큼 빨라진다. 상기 속도 변동률은 롤러 등의 압력, 강도, 두께와 같은 파라미터에 의해 변경된다.

또한, 닙부(82)의 형상은 또한 한 쌍의 롤러(81, 83)의 상술된 파라미터에 따라 변경된다. 도16에 도시된 예시에서, 롤러(81)의 고무 두께는 롤러(83)의 고무 두께보다 두껍고, 롤러(81)의 강도는 롤러(83)의 강도와 대체로 동일하다. 두 롤러(81, 83)의 반경(R)은 동일하다. 따라서, 닙부(82)의 형상은 상방을 향해 볼록하고, 롤러의 반경(R) 보다 큰 반경을 갖는 원호와 유사하다.

이로써, 용지(P)가 롤러(81)에 의해 이송되면, 용지의 자세는 닙부의 입구의 화살표(84a) 및 출구의 화살표(84b)로 도시된 바와 같이, 닙부의 양 단부 부근의 곡선에 대해 대체로 접선을 따라 지향된다. 따라서, 닙부의 용지의 자세는 닙부의 형상에 따라 변경된다.

상술된 설계 지원 프로그램에서, 사용자는 롤러의 설계값을 입력함으로써 유연 매체 이송 속도를 설정할 수 있다. 그러나, 유연 매체 이송을 위한 롤러의 속도는 롤러 회전 속도 및 반경으로부터 의미있게 결정될 수 없다. 이러한 경우, 실제 설계에서 롤러의 목표 이송 속도는 얻어질 수 없고, 롤러 쌍 사이에 예기치 않은 신장 및 큰 이완이 발생되고 용지 걸림이 발생되어 화상 불량을 발생시킨다.

또한, 롤러들 사이의 닙부에서 유연 매체의 자세 변경은 평가될 수 없고 이 로써 닙부로의 유연 매체의 유도 방향 및 닙으로부터 유연 매체의 안내 방향은 유연 매체를 포획하는데 부적절해져서 용지 걸림이 발생된다.

롤러의 속도 변동은 고무와 같은 탄성재로 구성된 롤러가 롤러 닙부의 주연 길이를 변경시키는 압력에 의해 변형됨으로써 발생된다. 또한, 닙부의 유연 매체의 자세 변경은 탄성재의 형상이 압력에 의해 변경됨으로써 발생된다. 주연 길이 변경량 및 형태 변경량은 재료, 롤러의 강도, 고무층의 두께, 부하 등과 같은 인자에 의해 결정되고, 이로써 단순한 계산 방정식으로부터 이러한 값을 상술하는 것은 어렵다.

이러한 속도 변동 및 자세 변경을 평가함으로써 롤러 전후 등의 유연 매체의 포획, 유연 매체의 신장 및 이완과 같은 거동 시뮬레이션을 높은 정확성으로 수행할 필요가 있다.

종래 기술에서, 롤러의 탄성 변형에 의해 발생된 속도 변동률은 유한 요소 모델을 사용하여 접촉 구조 해석에 의해 평가될 수 있다.

그러나, 접촉 구조 해석이 롤러의 탄성 변형을 포함한 전체 이송 경로에 적용되면, 모델을 제조하고 계산을 수행하는데 긴 시간이 걸리고, 이로써 이송 경로의 설계 지원를 위한 설계 지원 프로그램으로 접촉 구조 해석을 합체하는 것이 실용적이지 않은 문제가 발생된다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 작은 계산 부하 및 짧은 시간으로 탄성재에 의해 형성된 한 쌍의 이송 롤러들 사이의 닙부의 변형에 의해 발 생된 유연 매체의 자세 변경 및 속도 변경을 계산하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이송 경로에서 이송되는 시트형 유연 매체의 거동의 시뮬레이션을 수행함으로서 이송 경로의 설계를 지원하도록 구성된 설계 지원 방법을 제공하며, 상기 방법은 유연 매체의 이송을 위해 이송 롤러의 이송 조건을 설정하는 이송 조건 설정 단계와, 이송 롤러 쌍의 닙부에서의 이송 롤러의 변형을 계산하고 이송 롤러를 포함한 이송 롤러 쌍의 유한 요소 모델을 준비하기 위한 롤러 닙 계산 단계와, 롤러 닙 계산 단계에서 준비된 유한 요소 모델을 갖는 이송 롤러 쌍에 의해 이송된 유연 매체의 일부에 대해 롤러 닙 계산 단계에서 계산된 이송 롤러의 변형을 기초로 하여 시계열 방식으로 유연 매체의 거동을 계산하고, 롤러 닙 계산 단계에서 준비된 유한 요소 모델을 갖는 이송 롤러 쌍에 의해 이송되지 않은 유연 매체의 일부에 대한 유한 요소 모델을 준비하지 않고 시계열 방식으로 유연 매체의 거동을 계산하기 위한 운동 계산 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 이송 경로에 이송된 시트형 유연 매체의 거동의 시뮬레이션을 수행함으로써 이송 경로의 설계를 지원하기 위한 컴퓨터를 판독할 수 있는 설계 지원 프로그램을 제공하고, 컴퓨터는 유연 매체 이송을 위한 이송 롤러의 이송 조건을 설정하기 위한 이송 조건 설정 단계와, 이송 롤러를 포함한 이송 롤러 쌍의 유한 요소 모델을 준비하고, 이송 롤러 쌍의 닙부에서 이송 롤러의 변형을 계산하기 위한 롤러 닙 계산 단계와, 롤러 닙 계산 단계에서 준비된 유한 요소 모델을 갖는 이송 롤러 쌍에 의해 이송된 유연 매체의 일부에 대해 롤러 닙 계산 단계에서 계산된 이송 롤러의 변형을 기초로 하여 시계열 방식으로 유연 매체의 거동을 계산 하고, 롤러 닙 계산 단계에서 준비된 유한 요소 모델을 갖는 이송 롤러 쌍에 의해 이송되지 않은 유연 매체의 일부에 대한 유한 요소 모델을 준비하지 않고 시계열 방식으로 유연 매체의 거동을 계산하기 위한 운동 계산 단계를 수행한다.

본 발명의 다른 목적 및 특징은 본 발명의 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 명백해질 것이다.

이제, 본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 설계 지원 프로그램의 처리의 다양한 단계를 수행하는 방법의 예를 설명하는 흐름도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 설계 지원 프로그램은 여섯 단계의 연속 수행에 의한 처리를 수행한다. 여기서 여섯 단계는 이송 경로 한정 단계(21), 유연 매체 모델 준비 단계(22), 이송 조건 설정 단계(23), 운동 계산 단계(24), 롤러 닙 계산 단계(25)(탄성 롤러가 사용되는 경우) 및 결과 표시 단계(26)를 포함한다. 부차적으로, 컴퓨터가 상기 단계들을 수행하게 하는 프로그램은 하드 디스크 또는 컴퓨터의 ROM에 저장된다.

도2는 프로그램의 투시면의 예를 도시한다. 투시면 또는 화면은 주로 단계를 절환하는 메뉴 바(1), 각각의 단계에 대한 부 정렬 메뉴(2), 한정된 이송 경로 및 결과가 표시되는 그래픽 화면(3) 및 필요한 경우, 수치를 입력하고 프로그램 메세지를 출력하는데 사용되는 명령 컬럼(4)으로 구성된다.

처리의 상세한 설명은 화면 정렬 관점에 따라 이하에서 설명될 것이다.

(이송 경로 한정 단계)

먼저, 이송 경로 한정 단계(21)가 설명될 것이다. 이송 경로를 한정하기 위해, 메뉴 바(1)에 있는 "이송 경로" 버튼이 눌려지면, 이송 경로 한정 단계(21)의 부 장치 메뉴(2)는 도2에 도시된 바와 같이 화면의 좌측에서 소정 범위 구역을 가지고 표시된다. 부 장치 메뉴(2)는 두 개의 롤러로 한 쌍의 이송 롤러를 한정하기 위한 롤러 쌍 한정 버튼(2A), 하나의 롤러만을 한정하기 위한 롤러 한정 버튼(2B) 및 직선 이송 가이드를 한정하기 위한 직선 가이드 한정 버튼(2C)을 표시할 수 있다. 또한, 원호 이송 가이드를 한정하기 위한 원호 이송 경로 한정 버튼(2D), 스플라인 곡선에 의해 이송 가이드를 한정하기 위한 스플라인 가이드 한정 버튼(2E), 유연 매체가 이송되는 경로를 통해 절환하기 위해 플래퍼를 한정하기 위한 플래퍼 한정 버튼(2F)도 표시될 수 있다. 또한, 이송 경로 내의 미리 정해진 위치에 유연 매체가 존재하는지의 여부를 검출하기 위한 센서를 한정하는 센서 한정 버튼(2G)도 표시될 수 있다.

이러한 버튼들(2A 내지 2G)은 복사기, 프린터 등의 실제 이송 경로를 구성하는 부품이다. 따라서, 용지와 같은 유연 매체의 이송 경로를 구성하는데 요구되는 모든 부품이 준비되는 것이 바람직하다. 구성 부품의 한정이 부 장치 메뉴에 의해 수행되면, 위치 형태는 그래픽 화면(3) 상에 반영된다.

더 상세히 설명하면, 롤러 쌍 한정 버튼(2A)이 선택되면, 두 개의 롤러 각각의 직경, 재료, 위치 및 압력이 선택되거나 필요한 경우 설정될 수 있다. 유사하게는, 롤러 한정 버튼(2B)이 선택되면, 하나의 롤러의 직경, 재료 및 위치가 설정 될 수 있다.

직선 가이드 한정 버튼(2C)이 선택되면, 가이드의 길이, 위치 및 재료가 설정될 수 있고, 유사하게는 원호 가이드 한정 버튼(2D)은 원호의 중심 위치 및 반경을 설정할 수 있다. 스플라인 가이드 한정 버튼(2E)이 선택되면, 가이드의 형태는 곡선 상의 몇몇 지점을 한정함으로써 결정될 수 있고, 가이드의 재료도 설정될 수 있다.

플래퍼 한정 버튼(2F) 또는 센서 한정 버튼(2G)이 선택되면, 플래퍼 또는 센서의 위치는 선택되거나 설정될 수 있다.

(유연 매체 모델 준비 단계)

이송 경로 한정 단계(21)의 이송 경로 한정이 종료된 후, 유연 매체 모델 준비 단계(22)가 개시된다.

도시된 실시예에서, 도2의 메뉴 바(1)에 제공된 "매체 한정" 버튼이 선택됨으로써, 유연 매체 모델 준비가 개시될 수 있다. 유연 매체 모델 준비의 화면 표시의 예시가 도3에 도시된다. 메뉴 바(1)의 "매체 한정" 버튼을 누름으로써 수행되는 유연 매체 모델 준비 화면에서, 매체 종류 선택 화면(2I) 및 분할 방법 선택 화면(2J)이 부 장치 메뉴(2)에 표시된다.

여기서, 먼저 이송 경로의 유연 매체의 위치를 결정하기 위해, 유연 매체의 양 단부의 좌표값 입력을 요구하는 메세지가 명령 컬럼(4)에 표시된다. 좌표값은 명령 컬럼(4)에 수치로 입력될 수 있거나 또는 컴퓨터에 제공되는 마우스와 같은 포인팅 장치에 의해 그래픽 화면(3)에 지시를 직접 제공함으로써 입력될 수 있다. 단부의 좌표값이 지시될 때, 양 단부(31)들 사이에 연결된 직선(꺾은 선)이 그래픽 화면(3)에 그려지고 이로써 유연 매체가 이송 경로에 어떻게 위치되는지 확인할 수 있다.

유연 매체가 위치된 후, 직선(꺽은 선)(32)으로 표현되는 유연 매체의 분리 또는 분할 시, 복수의 질량계로의 분할 수(n)의 입력을 명령하는 메세지가 명령 컬럼(4)에 표시되므로, 소정 분할 수(n)는 명령 컬럼(4)에 입력된다. 도시된 실시에에서, 분할 수가 10인 경우의 예시가 도시된다.

다양한 종류의 대표 용지의 명칭이 유연 매체 종류 선택 화면(2I)에 사전에 등록되었고, 이로써 계산될 유연 매체는 작동을 클릭함으로써 선택될 수 있다.

이송 경로에서의 유연 매체 운동을 계산하는데 요구되는 계산 파라미터는 이송 경로에서 유연 매체의 운동을 계산하는데 요구되는 계산 파라미터에 대한 정보 및 유연 매체의 영률, 밀도 및 두께에 대한 정보이며, 이러한 파라미터들은 데이터 베이스로서 유연 매체 선택 화면(2I)에 표시된 용지 종류에 지정된다. 도3에서, 대표 재생 용지인 EN100DK가 유연 매체로 선택되지만, 이는 EN100DK의 5409 Mpa 영률, 6.8 x10^-7 kgf/mm³의 밀도 및0.0951 mm의 용지 두께 값이 데이터 베이스로부터 선택되는 것을 의미한다.

도4는 동일 분할에 의한 유연 매체 모델 준비의 예시를 도시한다. 도3 및 도4에 도시된 "매체 한정" 화상의 분할 방법 선택 화면(2J)에서 "동일 분할"을 선택함으로써, 설치 유연 매체는 동일하게 분할된다.

더 자세하게는, 질량점(33)은 도3의 그래픽 화면(3)에 나타난 직선(꺾은 선)(32)이 이러한 방식으로 열 개의 섹션으로 등거리로 분할되는 위치에 배열된다. 동시에, 질량점이 회전 스프링(34) 및 병진 스프링(35)에 의해 서로 연결된 모델이 준비되고, 상기 모델은 그래픽 화면(3)에 표시된다(도2).

질량점들 사이에서 연결되는 회전 스프링(34)은 유연 매체가 탄성체와 관련될 때, 굽힘 강성(flexural rigidity)을 표현하고, 병진 스프링(35)은 인장 강성(tensile rigidity)를 표현한다. 양 스프링의 스프링 상수는 탄성 이론으로부터 유도될 수 있다. 회전 스프링의 스프링 상수(KR) 및 병진 스프링의 스프링 상수(KS)는 영률(E), 폭(W), 용지 두께(T) 및 질량점들 사이의 거리(ΔL)를 사용하여 이하의 방정식(1-1) 및 (1-2)에 의해 제공된다.

유연 매체의 길이가 L, 폭이 M, 용지 두께가 T, 밀도가 ρ, 분할 수가 N이라고 가정하면, 질량점의 질량(M)은 이하의 방정식(2)으로부터 계산된다.

M = LWTρ/(N-1) (2)

이러한 방식으로, 유연 매체는 프로그램에서 장력 및 굽힘력에 반동하는 탄성체로 모델 설계된다.

(이송 조건 설정 단계)

유연 매체 모델 준비에 의한 스프링 질량 요소로의 분리가 종료된 후, 이송 조건 설정 단계(23)가 개시된다. 이송 조건 설정 단계(23)에서는 이송 롤러의 구동 조건, 이송 경로를 절환하기 위한 플래퍼의 제어, 유연 매체와 롤러 사이의 접촉에 의해 발생된 마찰 계수 및 이송 가이드가 한정된다.

도5는 이송 조건 설정 단계(23)의 수행을 설명하는 도면이다. 메뉴 바(1) 내의 "이송 조건" 버튼이 눌려지면, 구동 조건, 마찰 계수, 탄성 롤러를 한정하기 위한 화면이 부 장치 메뉴(2)에 표시된다. 도5는 롤러의 구동 제어 입력 예시를 도시하며, 부 장치 메뉴(2)에서 "롤러" 구동 조건을 선택하는 단계가 도시된다(도5에서, 부 장치 메뉴(2)의 롤러부는 역으로 표시된다).

롤러가 부 장치 메뉴(2)에서 선택되는 조건에서, 구동 조건이 한정되는 롤러는 그래픽 화면(3)에 표시되는 이송 롤러로부터 선택된다. 도6에 도시된 바와 같이 소정 롤러가 선택될 때 그리고 롤러의 회전수가 특성점으로서 명령 컬럼(4)에 입력될 때, 롤러의 회전수를 시간에 대해 표시하는 그래프가 그래픽 화면(3)에 표시된다.

예를 들어, (시간 및 회전수)의 조합을 포함한 특성점이 명령 컬럼(4)으로부터 필요에 따라 입력될 때, 그래프가 준비되어 그래픽 화면 상에 표시된다.

도시된 실시예에서, 롤러의 회전수가 0초에서 1초 동안 0 에서 120 rpm으로 선형으로 증가되고, 1초에서 3초 동안 120 rpm으로 유지되고 3초에서 4초 사이에 120 rpm에서 0 rpm으로 감소된다. 가로 좌표는 시간을 나타내고, 세로 좌표는 롤 러의 회전수를 나타내는 그래프로 도시된 결과가 도6의 그래픽 화면(3)에 표시된다.

경로의 절환에 사용되는 플래퍼의 제어 한정은 세로 좌표가 롤러 회전수에서 각도로 변경된 것을 제외하고는, 롤러의 제어 한정과 유사하다. 플래퍼의 경우, 각도는 초기 각도 0도로부터 변경된 각도로 입력되거나 또는 절대 기준선에 대한 각도로 입력될 수 있다. 운동량이 시각적으로 그리고 직관적으로 이해 및 용이하게 판단될 수 있다는 관점에서, 정상 작동 하의 플래퍼의 각도가 기본이 되는 것이 바람직하다.

마찰 계수의 한정에 있어서, 부 장치 메뉴(2)의 구동 조건의 "마찰 계수"가 선택되는 조건에서, 그래픽 화면(3) 상에 표시된 롤러 또는 가이드는 개별적으로 선택되고, 선택된 롤러 또는 가이드와 용지 사이의 마찰 계수(μ)는 명령 컬럼(4)으로부터 입력된다. 이러한 방식으로 입력된 마찰 계수(μ)에서, 도7에 입력된 바와 같이, 마찰력(μN)(N은 유연 매체의 질량점과 롤러 또는 가이드 사이의 접촉 계산에 의해 얻어진 수직 항력)은 용지 이송 방향에 대향하는 방향으로 작용한다.

(운동 계산 단계)

다음, 운동 계산을 수행하는 예시가 도8에 도시된 흐름도를 참조하여 설명될 것이다. 먼저, 블록(41)에서 유연 매체의 운동을 계산하는 실제 시간(T) 및 운동 방정식의 해결을 계산하는데 사용되는 수치적 시간 적분의 시간 피치(ΔT)가 수치로 설정된다.

블록 42 내지 47은 수치적 시간 적분의 루프이며, 유연 매체의 운동은 초기 시간으로부터 매시간(ΔT)마다 계산되고, 계산된 결과는 기억 장치에 저장된다.

블록 42에서, ΔT초가 설정된 후 계산을 수행하기 위해 초기 가속도, 초기 속도 및 초기 변위가 요구된다. 상기 값과 관련하여, 하나의 사이클이 종료될 때마다, 계산된 결과가 입력된다(즉, 이전 사이클에서 계산된 값이 초기값으로 사용된다).

블록 43에서, 유연 매체를 한정하는 질량점 상에 작용하는 힘이 한정된다. 상기 힘은 회전 모멘트, 장력, 접촉력, 마찰력, 중력, 공기 저항력, 쿨롱 힘을 포함하고, 각각의 질량점 상의 작용력이 계산된 후, 그 결과힘은 최종적으로 유연 매체에 작용하는 힘으로 한정된다.

블록 44에서, ΔT초 후의 가속도는 질량점 상의 작용력이 질량점의 질량으로 분할되고, 초기 가속도를 더함으로써 계산된다.

유사하게는, 블록 45에서는 속도가 계산되고 블록 46에서는 변위가 계산된다.

도시된 실시예에서, 블록 43 내지 46에서 ΔT초 후의 물리량 계산을 위해 EULAR 시간 적분 기술이 사용되었지만, KUTTA-MERSON 방법, NETMARK-β 방법, WILLSON-θ 방법 등의 다른 시간 적분 기술이 사용될 수 있다. 블록 47에서, 계산 시간이 블록 41의 실제 시간(T)에 도달하였는지의 여부가 판단된다. 도달한 경우, 운동 계산 단계는 종료된다. 도달하지 않은 경우, 프로그램은 블록 42로 다시 복귀하여 시간 적분이 반복된다.

(결과 표시 단계)

결과 표시 단계(26)에서, 메뉴 바(1)의 "결과 표시" 버튼이 눌려지면, 운동 화상 메뉴 및 플롯 메뉴가 부 장치 메뉴(2)에 표시된다. 도9는 도시된 실시예에 따른 운동 메뉴 화면 예시를 도시한다. 부 장치 메뉴(2)에서, 운동 화상 및 플롯은 확대되어 선택될 수 있고, 운동 화상 메뉴는 재생 버튼(51), 정지 버튼(52), 일시 정지 버튼(53), 빨리 감기 버튼(54) 및 되감기 버튼(55)을 포함한다. 상기 버튼들을 사용하여, 유연 매체의 거동이 그래픽 화면(3) 상에 시각화될 수 있다.

결과 표시 단계(26)가 종료된 후, 그래프 표시 단계가 개시된다. 도10은 도시된 실시예에 따른 플롯 화면을 도시한다. 그래프로 제공될 질량점의 변위 및 저항, 속도 및 가속도의 계산 결과가 플롯 메뉴로부터 선택되면, 시계열 그래프가 그래픽 화면(3) 상에 표시된다.

(롤러 닙 계산 단계)

이송 조건 설정 단계(23)에서, 롤러의 회전수가 한정되지만, 롤러가 실제로 고무와 같은 탄성재로 구성되면, 유연 매체의 이송 속도는 롤러의 회전수 및 반경으로부터 의미있게 결정되지 않는다. 또한, 롤러들 사이를 통과하는 유연 매체의 자세는 롤러 닙부의 형상에 의해 변경된다. 이러한 경우의 처리가 설명될 것이다.

본 메카니즘은 도16 및 도17과 관련되어 설명되는 통상의 유한 요소 모델을 사용한 접촉 구조 해석에 의해 명백해진다.

본 발명에서, 유한 요소 모델은 적어도 하나의 롤러 닙부를 포함하는 롤러 쌍의 일부에 대해 한정적으로 준비되고, 속도 변동률 및 닙 형상이 접촉 구조 해석에 의해 계산되고, 얻어진 결과가 운동 계산 단계(24)에 반영된다.

즉, 유한 요소 모델의 준비 및 해석에 긴 시간이 요구되므로, 적어도 하나의 롤러 닙부를 포함한 롤러 쌍의 일부에 대한 유한 요소 모델을 한정적으로 준비함으로써 계산 부하가 생성된다.

부차적으로는, 유한 요소 모델이 롤러 닙부의 부근에 롤러 쌍의 일부에 대해 준비되거나 또는 유한 요소 모델이 전체 롤러 쌍에 대해 준비될 수 있다.

이러한 경우의 흐름이 도11a 내지 11c를 참조하여 설명될 것이다. 도11a는 유연 매체(P)가 고무와 같은 탄성재로 구성된 롤러(이하, "탄성 롤러") 쌍에 의해 핀치(pinch)되는 유한 요소 모델의 예시를 도시한다. 상기 모델에서, 접촉 해석은 고무의 압력, 영률 및 두께와 같은 소정 파라미터에 의해 수행된다.

잘 알려진 접촉 해석이 수행된 후, 모델의 다양한 노드점(61)들 사이에서, 롤러의 주연부에 대응하는 노드점(61a)이 자유면 상의 알려진 노드점 추출에 의해 추출된다(도11b 참조). 추출된 노드점 좌표값으로부터 닙부에서 주연 방향으로의 변형이 계산된다. 상기 변형값은 상술된 속도 변동률에 대응한다.

또한, 도11c에 도시된 바와 같이, 롤러 닙부의 근사 곡선이 주연면 상의 추출된 노드점 좌표값으로부터 얻어진다. 근사 곡선의 획득은 스플라인 보간법에 의해 수행된다. 롤러 닙부의 유연 매체에 대한 이송 경로로 상기 곡선을 한정함으로써, 롤러 닙부의 유연 매체의 자세 변경이 결정된다.

이제, 롤러 닙 계산 단계(25)의 흐름을 기초로 한 탄성 롤러의 영향(influence)이 추가되는 작동 단계가 도12 및 도13을 참조하여 설명될 것이다. 먼저, 메뉴 바(1)의 "이송 조건" 버튼이 눌려지고, 부 장치 메뉴(2) 내의 "탄성 롤 러" 한정 버튼(71)이 눌려지는 조건에서, 탄성 롤러 한정이 수행되는 롤러(72)는 그래픽 화면(3) 상에 표시된 이송 롤러들 사이에서 선택된다.

롤러가 선택된 후, 도13의 화면이 표시되고, 다양한 파라미터가 입력된다. 파라미터가 구동 롤러 직경, 피동 롤러 직경, 고무 두께, 영률 및 압력을 포함하지만, 롤러 닙부의 자세 및 속도 변경률의 영향에 작용하는 모든 파라미터가 고려될 수 있는 것이 바람직하다.

입력이 완료된 후, 파라미터 값은 유한 요소 모델을 자동 준비하기 위해 입력되어 접촉 해석이 수행된다. 그 후, 평가된 속도 변동률의 계산 결과(74)가 표시된다. 예를 들어, 60 mm, 60 mm, 100 kgf, 2.5 mm, 2 mm 및 1.5 Mpa가 구동 롤러 직경, 피동 롤러 직경, 압력, 구동 롤러 고무 두께, 피동 롤러 고무 두께 및 영률로 각각 입력되면, 계산 결과는 1.055이다.

선택된 롤러의 회전수가 120 rpm으로 한정되면, 이송 속도의 단위값은 60 x 3.14 x 120 = 22608 mm/min이다. 그러나 상기 값은 속도 변동률이 고려되어, 22608 x 1.055 = 23851 mm/min이 된다. 선택된 롤러와 관련하여, 새로운 속도 변동이 고려되는 이송 속도가 한정된다.

그 후, 이송 경로 한정 단계(21)에서 한정된 롤러 닙부는 롤러 닙 계산 단계(25)의 결과를 반영함으로써 한정된다.

이러한 방식으로, 도시된 실시예에 따르면, 유한 요소 모델이 롤러 닙 계산 단계(25)에서 준비되는 롤러 쌍에 의해 이송된 유연 매체의 일부와 관련하여, 유연 매체의 거동은 롤러 닙 계산 단계(25)에서 계산된 롤러 변형을 기초로 하여 계산된 다. 유연 매체의 거동은 운동 계산 단계(24)에서 시계열 방식으로 계산된다.

또한, 운동 계산 단계(24)에서는, 유한 요소 모델이 롤러 닙 계산 단계(25)에 제공되는 롤러 쌍에 의해 이송되지 않은 유연 매체의 일부와 관련하여, 유연 매체의 거동은 유한 요소 모델의 준비없이 시계열 방식으로 계산된다.

도14는 도12의 범위(73)를 도시하는 확대도이다. 도시된 예시에서, 롤러 닙부(75)는 도14에 도시된다. 롤러 닙부가 고려되는 롤러의 속도 변동률은 명령 컬럼(4) 상에, 또는 롤러가 도15의 76으로 도시된 다른 롤러와 용이하게 구분하도록 다른 롤러의 색과 상이한 색으로 나타내는 표시 방법을 변경함으로써 롤러의 부근 위치 상에 표시된다.

이러한 방식으로, 탄성 롤러의 변형에 의해 속도 변동률을 다시 고려하여 이송 조건을 한정하고, 운동 계산 단계(24)의 유연 매체 거동 계산을 수행함으로써, 유연 매체의 신장 및 이완과 같은 유연 매체의 거동 시뮬레이션은 높은 정확성을 가지고 수행될 수 있다.

본 발명에 따르면, 복사기 등과 같은 장치에서 시트형 부재가 이동될 때 시뮬레이션을 사용하여 용지와 같은 시트형 부재의 거동을 해석함으로써 이송 경로의 최적 설계를 달성한다.

Claims

이송 경로에서 이송되는 시트형 유연 매체 거동의 시뮬레이션을 수행함으로써, 이송 경로의 설계를 지원하도록 구성된 설계 지원 방법이며,

상기 유연 매체의 이송을 위해 이송 롤러의 이송 조건을 설정하기 위한 이송 조건 설정 단계와,

상기 이송 롤러를 포함한 이송 롤러 쌍의 유한 요소 모델을 준비하고, 상기 이송 롤러 쌍의 닙부에서의 상기 이송 롤러의 변형을 계산하기 위한 롤러 닙 계산 단계와,

상기 롤러 닙 계산 단계에서 준비된 상기 유한 요소 모델을 갖는 상기 이송 롤러 쌍에 의해 이송된 상기 유연 매체의 일부에 대해 상기 롤러 닙 계산 단계에서 계산된 상기 이송 롤러의 변형을 기초로 하여 시계열 방식으로 상기 유연 매체의 거동을 계산하고, 상기 롤러 닙 계산 단계에서 준비된 상기 유한 요소 모델을 갖는 상기 이송 롤러 쌍에 의해 이송되지 않은 상기 유연 매체의 일부에 대한 상기 유한 요소 모델을 준비하지 않고 시계열 방식으로 상기 유연 매체의 거동을 계산하기 위한 운동 계산 단계를 포함하는 설계 지원 방법.
제1항에 있어서, 상기 롤러 닙 계산 단계에서 상기 이송 롤러 쌍의 상기 닙부의 유한 요소 모델이 설정되고, 상기 닙부의 변형은 상기 이송 롤러 쌍에 작용하는 적어도 하나의 부하, 상기 이송 롤러의 외경, 상기 이송 롤러의 탄성체의 두께, 상기 탄성체의 영률 및 상기 이송 롤러와 상기 유연 매체 사이에 작용하는 마찰 계수를 포함한 입력 조건을 기초로 하는 유한 요소 방법에 의해 계산되는 설계 지원 방법.
제1항에 있어서, 상기 롤러 닙 계산 단계에서, 상기 이송 롤러쌍의 상기 닙부에서의 상기 유연 매체의 자세는 상기 이송 롤러가 신장되는 방향에 수직인 단면에서 이차원 유한 요소 모델의 상기 이송 롤러의 주연면을 표현하는 복수의 노드점의 좌표값을 추출하고, 상기 이송 경로의 일부로서 상기 닙부의 형상을 한정하기 위해 상기 이송 롤러의 주연면을 표현하는 상기 복수의 노드점의 좌표값을 기초로 하여 근사 곡선을 얻음으로써 결정되는 설계 지원 방법.
제1항에 있어서, 상기 롤러 닙 계산 단계에서, 상기 유연 매체의 이송 속도는 상기 이송 롤러가 신장되는 방향에 수직인 단면에서, 이차원 유한 요소 모델의 상기 이송 롤러의 상기 닙부의 주연 변형값을 기초로 하여 이송 속도 변동률을 계산함으로써 결정되는 설계 지원 방법.
제1항에 있어서, 상기 이송 롤러의 형상에 대한 정보 및 이송 가이드 형상에 대한 정보를 한정하기 위한 이송 경로 한정 단계를 더 포함하는 설계 지원 방법.
제1항에 있어서, 상기 유연 매체를 각각 질량을 갖는 복수의 강성 요소로 분 할하고, 스프링으로 상기 강성 요소를 서로 연결함으로써 탄성체를 표현하기 위한 유연 매체 모델 준비 단계를 더 포함하는 설계 지원 방법.
제1항에 있어서, 상기 운동 계산 단계에서 얻어진 상기 유연 매체의 거동에 대한 결과 표시 단계를 더 포함하는 설계 지원 방법.
제1항에 있어서, 상기 롤러 닙 계산 단계에서, 상기 닙부에서의 상기 유연 매체의 이송 속도 및/또는 자세가 결정되는 설계 지원 방법.
제1항에 있어서, 상기 이송 조건 설정 단계에서의 상기 이송 롤러의 이동 조건은 상기 이송 롤러의 구동 조건 및 상기 이송 롤러의 마찰 계수를 포함하는 설계 지원 방법.
이송 경로에서 이송되는 시트형 유연 매체의 거동 시뮬레이션을 수행함으로써 이송 경로의 설계를 지원하기 위한 컴퓨터를 판독할 수 있는 설계 지원 프로그램이며,

상기 유연 매체 이송을 위한 이송 롤러의 이송 조건을 설정하기 위한 이송 조건 설정 단계와,

상기 이송 롤러를 포함한 이송 롤러 쌍의 유한 요소 모델을 준비하고, 상기 이송 롤러쌍의 닙부에서의 상기 이송 롤러의 변형을 계산하기 위한 롤러 닙 계산 단계와,

상기 롤러 닙 계산 단계에서 준비된 상기 유한 요소 모델을 갖는 상기 이송 롤러 쌍에 의해 이송된 상기 유연 매체의 일부에 대해 상기 롤러 닙 계산 단계에서 계산된 상기 이송 롤러의 변형을 기초로 하여 시계열 방식으로 상기 유연 매체의 거동을 계산하고, 상기 롤러 닙 계산 단계에서 준비된 상기 유한 요소 모델을 갖는 상기 이송 롤러 쌍에 의해 이송되지 않은 유연 매체의 일부에 대해 상기 유한 요소 모델을 준비하지 않고 시계열 방식으로 상기 유연 매체의 거동을 계산하기 위한 운동 계산 단계를 포함하는 설계 지원 프로그램.