WO2017115567A1 - 解析装置、解析方法、解析プログラム、および記憶媒体 - Google Patents

解析装置、解析方法、解析プログラム、および記憶媒体 Download PDF

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WO2017115567A1
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裕之 梶屋
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株式会社Screenホールディングス
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    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]

Definitions

  • the present invention relates to an analysis apparatus, an analysis method, an analysis program, and a storage medium that analyze a conveyance state of a long belt-like base material using a computer.
  • a simulation apparatus that analyzes a conveyance state of printing paper, which is a flexible medium, using a computer is known.
  • the behavior of the flexible medium is simulated after the flexible medium is discretized into a spring-mass system.
  • a flexible medium model is created by connecting a plurality of rigid elements with springs, and the movement of the flexible medium is calculated in time series.
  • Both the conveyance path design support apparatus of Patent Document 1 and the simulation apparatus of Patent Document 2 are intended for conveyance of printing paper having a front end and a rear end (so-called sheet conveyance).
  • sheet conveyance printing sheets are supplied one by one from the feeder to the conveyance path.
  • roll-to-roll conveyance printing paper is preliminarily placed over the entire conveyance path in an initial state before conveyance. For this reason, the simulation method of the single wafer conveyance like patent document 1 and patent document 2 cannot be applied to roll to roll conveyance as it is.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and is intended for roll-to-roll conveyance that starts conveyance of a substrate from a state in which a long strip-shaped substrate is stretched over the entire conveyance path.
  • An object of the present invention is to provide an analysis device, an analysis method, an analysis program, and a storage medium that can accurately analyze the conveyance state of a material.
  • the first invention of the present application is an analysis device that analyzes a conveyance state of a long belt-shaped substrate using a computer, and sets a conveyance route of the substrate including a plurality of rollers
  • a setting unit a base material setting unit that sets the characteristics of the base material
  • a model creation unit that creates a virtual model of the transfer device based on the setting values of the path setting unit and the base material setting unit
  • an initial state calculation unit that calculates a force generated on the base material before the start of transport
  • a transport state analysis unit that analyzes the transport state of the base material after the start of transport.
  • the second invention of the present application is the analysis apparatus according to the first invention, wherein the virtual model is a three-dimensional model having a spread in a width direction perpendicular to a conveyance direction of a substrate.
  • a third invention of the present application is the analysis device according to the first invention or the second invention, wherein the path setting unit sets at least information on a position, a size, and a rotation direction for each of the plurality of rollers. To do.
  • the fourth invention of the present application is the analysis device according to any one of the first to third inventions, wherein the path setting unit can additionally set error information to some set values.
  • the fifth invention of the present application is the analysis device according to any one of the first to fourth inventions, wherein the path setting unit can set a characteristic change position for changing a characteristic of the substrate.
  • 6th invention of this application is an analyzer of any one invention from 1st invention to 5th invention, Comprising:
  • the said base material setting part sets the thickness of a base material, a width
  • the 7th invention of this application is an analyzer of any one invention from 1st invention to 6th invention, Comprising:
  • the said base material setting part can additionally set the information of an error to some setting values. .
  • An eighth invention of the present application is the analysis apparatus according to any one of the first to seventh inventions, wherein the initial state calculation unit makes contact with the roller of the base material with a substantially flat state as a natural state. The restoring force generated in the part to be calculated is calculated.
  • a ninth invention of the present application is the analysis apparatus according to any one of the first to eighth inventions, wherein the conveyance state analysis unit analyzes the conveyance state of the base material by mechanism analysis, and the mechanism analysis The stress and deformation generated in the base material which is one element are calculated by the finite element method.
  • a tenth invention of the present application is the analysis apparatus according to any one of the first to ninth inventions, wherein the virtual model includes a winding unit for feeding the substrate and a winding unit for winding the substrate.
  • the base material is wound in multiples with the same diameter.
  • An eleventh invention of the present application is an analysis method for analyzing a conveyance state of a long belt-shaped substrate using a computer, a) a step of setting a conveyance route of a substrate including a plurality of rollers, and b) a base A step of setting material properties, c) a step of creating a virtual model of the transfer device based on the set values of the steps a) and b), and d) a base material before the start of transfer in the virtual model And e) a step of analyzing the conveyance state of the base material after the start of conveyance.
  • the twelfth invention of the present application is the analysis method according to the eleventh invention, wherein the virtual model is a three-dimensional model having a spread in the width direction perpendicular to the conveyance direction of the substrate.
  • a thirteenth invention of the present application is the analysis method according to the eleventh invention or the twelfth invention, wherein in step a), information on position, size, and rotation direction is set for at least each of the plurality of rollers. To do.
  • 14th invention of this application is the analysis method of any one invention from 11th invention to 13th invention, Comprising: In the said process a), the information of an error can be additionally set to some setting values.
  • the fifteenth aspect of the present invention is the analysis method according to any one of the eleventh aspect to the fourteenth aspect, wherein in the step a), a characteristic change position for changing the characteristic of the substrate is set.
  • the sixteenth aspect of the present invention is the analysis method according to any one of the eleventh aspect to the fifteenth aspect, wherein at least the thickness, width, and Young's modulus of the base material are set in the step b).
  • the seventeenth invention of the present application is the analysis method according to any one of the eleventh to sixteenth inventions, and in the step b), error information can be additionally set to some set values.
  • An eighteenth invention of the present application is the analysis method according to any one of the eleventh invention to the seventeenth invention, and in the step d), the substantially flat state is set as a natural state and the roller of the base material is contacted. The restoring force generated in the part is calculated.
  • the nineteenth invention of the present application is the analysis method according to any one of the eleventh invention to the eighteenth invention, and in the step e), the conveyance state of the substrate is analyzed using a finite element method.
  • a twentieth invention of the present application is the analysis method according to any one of the eleventh invention to the nineteenth invention, wherein the virtual model includes an unwinding unit for unwinding the substrate and a winding unit for unwinding the substrate.
  • the base material is wound in multiples with the same diameter.
  • 21st invention of this application is an analysis program, Comprising: By executing by a computer, the analysis method of any one invention from 11th invention to 20th invention is implement
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a hardware configuration of an analysis apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • This analysis apparatus 1 is an apparatus for analyzing the conveyance state of a long strip-like flexible base material.
  • an image is recorded on the surface of the printing paper by ejecting ink onto the surface of the printing paper while conveying the printing paper, which is a long belt-like base material, in the longitudinal direction.
  • the material used as an electrode is apply
  • the analysis device 1 has a function of creating a virtual model of such a substrate transport device on a computer and analyzing (simulating) the transport state of the substrate in the transport device.
  • the analysis apparatus 1 of this embodiment includes a computer main body 10, a disk reading unit 20, a display unit 30, and an input unit 40.
  • the disk reading unit 20, the display unit 30, and the input unit 40 are connected to the computer main body 10 so as to be communicable by wire or wirelessly.
  • the computer main body 10 includes an arithmetic processing unit 11 such as a CPU, a memory 12 such as a RAM, and a storage unit 13 such as a hard disk drive.
  • a computer program P for executing analysis processing is installed in the storage unit 13.
  • the computer program P is read from the storage medium D that can be read by a computer such as a CD or a DVD via the disk reading unit 20 and stored in the storage unit 13 in the computer main body 10.
  • functions necessary for analysis processing are realized in the computer main body 10.
  • the display unit 30 is a part for displaying various information related to the processing of the analysis apparatus 1.
  • a liquid crystal display is used.
  • the input unit 40 is a part for inputting various information to the computer main body 10.
  • a keyboard or a mouse is used for the input unit 40.
  • the user of the analysis apparatus 1 can instruct the computer main body 10 to execute analysis processing by operating the input unit 40 while checking the display unit 30.
  • the functions of the display unit 30 and the input unit 40 may be realized by a single device such as a touch panel display.
  • FIG. 2 is a block diagram conceptually showing functions realized in the analysis apparatus 1.
  • the analysis apparatus 1 of the present embodiment includes a path setting unit 51, a base material setting unit 52, a model creation unit 53, an initial state calculation unit 54, and a conveyance state analysis unit 55.
  • the functions of these units are realized by the computer main body 10 executing the computer program P read from the storage unit 13.
  • the path setting unit 51 information related to the transport route in the transport device to be analyzed is set.
  • the base material setting part 52 the characteristic of the conveyed base material is set.
  • the model creation unit 53 a virtual model of the transport device is created based on the set values of the path setting unit 51 and the base material setting unit 52.
  • the initial state calculation unit 54 calculates the force generated on the base material before the start of conveyance.
  • the conveyance state analysis part 55 the conveyance state of the base material after a conveyance start is analyzed.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the flow of processing when analyzing the transport state of the base material using the analysis apparatus 1.
  • the flow of analysis processing will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the user of the analysis apparatus 1 When performing the analysis process, first, the user of the analysis apparatus 1 operates the input unit 40 to start the computer program P. Based on the activated computer program P, the analysis apparatus 1 first requests the user to input information related to the substrate conveyance path.
  • the user operates the input unit 40 to input information related to the substrate transport path.
  • the substrate stretched over a plurality of rollers is transported in the longitudinal direction by the rotation of the rollers.
  • the user inputs the position, size, and rotation direction of each of the plurality of rollers.
  • the user also inputs the position of the unwinding unit that unwinds the substrate, the length of the substrate wound around the unwinding unit, and the position of the winding unit that winds up the substrate.
  • the path setting unit 51 stores the input information in the storage unit 13. Thereby, the conveyance path
  • the path setting unit 51 may be provided so that a set value such as a friction coefficient can be input in addition to the position, size, and rotation direction of each of the plurality of rollers. Further, the path setting unit 51 may be configured to additionally set error information to some setting values such as positions and sizes of a plurality of rollers. Further, a minute inclination of the surface of the roller with respect to the rotation axis may be additionally set as an error. If the error information is set, calculation considering the error can be performed in step S4 to be described later. Further, in step S5, which will be described later, it is possible to analyze the transport state in consideration of the error.
  • the substrate transport path is not limited to simple rollers for transport, but also includes a switching device such as a turn bar that switches the substrate transport direction, a correction device that corrects the meandering of the substrate, and the tension of the substrate. There are cases where a tension adjusting device or the like is provided.
  • the path setting unit 51 may be configured to further set information regarding these devices.
  • the analysis apparatus 1 requests the user to input information related to the characteristics of the substrate to be conveyed.
  • the user operates the input unit 40 to input information regarding the characteristics of the base material.
  • the user inputs, for example, the thickness, width, and Young's modulus (longitudinal elastic modulus) of the base material.
  • the user may input the base material damping coefficient and friction coefficient.
  • the base material setting unit 52 stores the input information in the storage unit 13. Thereby, the characteristics of the base material to be analyzed are set (step S2).
  • the base material setting unit 52 may be configured to additionally set error information to some setting values such as the thickness and width of the base material.
  • the base material setting unit 52 may be configured to additionally set periodic waviness of the shape of both side edges of the base material as an error.
  • the base material setting unit 52 may be configured to additionally set a curl in the transport direction, that is, a curved shape in an initial state, as an error. If the error information is set, calculation considering the error can be performed in step S4 to be described later. Further, in step S5, which will be described later, it is possible to analyze the transport state in consideration of the error.
  • step S1 and step S2 may be reversed. That is, after setting the characteristics of the base material, the transport path of the base material may be set.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the virtual model M.
  • the virtual model M of the present embodiment is a three-dimensional model having a conveyance direction of the base material 9 and a spread in the width direction perpendicular to the conveyance direction.
  • a virtual model M is configured by the unwinding unit 81, the plurality of rollers 82, the winding unit 83, and the base material 9.
  • the position, size, and rotation direction of each of the plurality of rollers 82 in the virtual model M are determined based on the set value of the path setting unit 51. Further, the width of the base material 9 in the virtual model M is determined based on the set value of the base material setting unit 52.
  • step S5 the transport state of the base material is analyzed using mechanism analysis and a finite element method. More specifically, the conveyance state of the base material is analyzed by mechanism analysis, and the deformation of the base material, which is an element of the mechanism analysis, and the stress generated in the base material are calculated by the finite element method.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the unwinding unit 81 of the virtual model M.
  • the end portion of the base material 9 is connected to the central axis 810 of the unwinding portion 81.
  • the base material 9 includes a connecting portion 9a extending radially outward from the central axis 810, and a winding portion 9b extending in an arc shape around the central axis 810 from the outer end portion of the connecting portion 9a.
  • the substrate is wound around the winding core roller in a spiral shape (gradually changing the diameter).
  • the base material 9 is also a model in which the base member 9 is wound in a multiple manner with the same diameter around the central axis in the winding portion 83 as well.
  • the unwinding portion 81 and the winding portion 83 do not necessarily have such a model, but a model in which the base material 9 is wound in multiple numbers with the same diameter in at least one of the unwinding portion 81 and the winding portion 83. If so, it is possible to reduce the calculation burden on the analysis processing.
  • the initial state calculation unit 54 calculates the force generated in the base material 9 before the start of conveyance in the virtual model M (step S4).
  • the initial tension and the restoring force before the start of conveyance loaded on the base material 9 are calculated using the finite element method. That is, the initial state calculation unit 54 calculates stress and deformation (strain) generated in the base material 9 due to bending by the roller 82.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration near the roller 82 in the virtual model M. When the base material 9 is curved, an elastic force is generated to return the base material 9 to a flat state. That is, the base material 9 in the virtual model M has a flat state as a natural state.
  • a restoring force F in a direction away from the roller 82 is generated at a portion of the base material 9 that contacts the roller 82 as indicated by a broken line arrow in FIG.
  • the initial state calculation part 54 calculates the restoring force F which generate
  • the calculated restoring force F is stored in the storage unit 13.
  • the initial state calculation unit 54 also calculates initial tension generated in various parts of the base material 9 in the initial state. For example, with the rotation of the unwinding unit 81 fixed, the substrate 9 is wound by a predetermined amount by rotating the winding unit 83 by a predetermined amount, and the initial tension before starting the conveyance applied to the substrate 9 is calculated. To do. The calculated initial tension is stored in the storage unit 13.
  • the transport state analysis unit 55 virtually starts transporting the base material 9 and analyzes the transport state of the base material 9 in the virtual model M (step S5). Specifically, the movement of the base material 9 accompanying the rotation of the unwinding unit 81, the plurality of rollers 82, and the winding unit 83 is analyzed using mechanism analysis and a finite element method. At that time, the restoring force F and the initial tension generated in the base material 9 in the initial state calculated in step S4 are taken into consideration. Further, even after the start of conveyance, the restoring force F is generated at the portion of the base material 9 that contacts the plurality of rollers 82. The conveyance state analysis unit 55 analyzes the conveyance state of the base material 9 in consideration of the restoring force F.
  • the analysis apparatus 1 analyzes the conveyance state of the base material 9 in consideration of the force generated in the base material 9 in the initial state. Thereby, the conveyance state of a long strip-shaped base material can be analyzed with high accuracy.
  • a three-dimensional model having not only a conveyance direction but also a width direction is created, and the conveyance state of the base material 9 is analyzed in the three-dimensional model. For this reason, the state of meandering or skewing of the base material 9 accompanying the expansion and contraction in the width direction of the base material 9 and the conveyance can also be analyzed.
  • FIG. 7 is a view showing a modification of the virtual model M created by the analysis apparatus 1.
  • a characteristic change position 84 for changing the Young's modulus of the base material 9 is set in the middle of the transport path.
  • the Young's modulus of the printing paper changes between before ink is ejected and after ink is ejected. Also, the Young's modulus of the printing paper changes before and after the ink is dried.
  • the characteristic change position 84 may be set as one of set values in the path setting unit 51 in step S1 described above, for example.
  • a plurality of characteristic change positions 84 may be set on the transport route of the virtual model M. Further, a characteristic change position for changing a characteristic (for example, a friction coefficient) other than the Young's modulus of the base material 9 may be set in the middle of the conveyance path.
  • a characteristic change position for changing a characteristic for example, a friction coefficient
  • the analysis apparatus of the present invention may analyze not only the conveyance of printing paper but also the conveyance of a long band-shaped substrate such as a film, an electrolyte membrane for a chemical battery or a metal foil, and thin glass.

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Abstract

この解析装置では、まず、基材の搬送経路に関する情報と、基材の特性とを設定する。次に、これらの設定値に基づいて、搬送装置の仮想モデルを作成する。そして、作成された仮想モデルにおいて、搬送開始前の基材に生じる力を計算する。その後、初期状態において基材に生じる力を考慮しつつ、搬送開始後の基材の搬送状態を解析する。これにより、ロールトゥロール搬送における基材の搬送状態を、精度よく解析できる。

Description

解析装置、解析方法、解析プログラム、および記憶媒体
 本発明は、長尺帯状の基材の搬送状態をコンピュータを用いて解析する解析装置、解析方法、解析プログラム、および記憶媒体に関する。
 従来、柔軟媒体である印刷用紙の搬送状態をコンピュータを用いて解析するシミュレーション装置が知られている。例えば、特許文献1の搬送経路設計支援装置では、柔軟媒体をバネ-質量系に離散化した上で、柔軟媒体の挙動をシミュレーションしている。また、特許文献2のシミュレーション装置では、複数の剛体要素間をバネで連結することによって柔軟媒体のモデルを作成し、柔軟媒体の運動を時系列に計算している。
特開2007-102428号公報 特開2010-282650号公報
 特許文献1の搬送経路設計支援装置および特許文献2のシミュレーション装置は、いずれも、前端および後端を有する印刷用紙の搬送(いわゆる枚葉搬送)を対象としている。枚葉搬送の場合、フィーダから搬送経路に1枚ずつ印刷用紙が供給される。一方、商業用のインクジェットプリンタでは、複数のローラの間で長尺帯状の印刷用紙を長手方向に搬送(いわゆるロールトゥロール搬送)しつつ、印刷を行う。ロールトゥロール搬送の場合、搬送前の初期状態において、予め搬送経路の全域に印刷用紙が掛け渡される。このため、特許文献1および特許文献2のような枚葉搬送のシミュレーション手法を、そのままロールトゥロール搬送に適用することはできない。
 また、印刷装置以外にも、長尺帯状の基材をロールトゥロール搬送しながら基材を処理する種々の装置が提案されている。これらの装置においても、基材の搬送状態を精度よく解析することが求められている。
 本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、搬送経路の全域に長尺帯状の基材が掛け渡された状態から基材の搬送を開始するロールトゥロール搬送を対象として、基材の搬送状態を精度よく解析できる解析装置、解析方法、解析プログラム、および記憶媒体を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するため、本願の第1発明は、長尺帯状の基材の搬送状態をコンピュータを用いて解析する解析装置であって、複数のローラを含む基材の搬送経路を設定するパス設定部と、基材の特性を設定する基材設定部と、前記パス設定部および前記基材設定部の設定値に基づき、搬送装置の仮想モデルを作成するモデル作成部と、前記仮想モデルにおいて、搬送開始前の基材に生じる力を計算する初期状態計算部と、搬送開始後の基材の搬送状態を解析する搬送状態解析部と、を備える。
 本願の第2発明は、第1発明の解析装置であって、前記仮想モデルは、基材の搬送方向に対して垂直な幅方向の広がりをもつ三次元モデルである。
 本願の第3発明は、第1発明または第2発明の解析装置であって、前記パス設定部は、少なくとも、複数の前記ローラのそれぞれについて、位置、大きさ、および回転の向きの情報を設定する。
 本願の第4発明は、第1発明から第3発明までのいずれか1発明の解析装置であって、前記パス設定部は、一部の設定値に、誤差の情報を追加設定可能である。
 本願の第5発明は、第1発明から第4発明までのいずれか1発明の解析装置であって、前記パス設定部は、基材の特性を変化させる特性変化位置を設定可能である。
 本願の第6発明は、第1発明から第5発明までのいずれか1発明の解析装置であって、前記基材設定部は、少なくとも、基材の厚さ、幅、およびヤング率を設定する。
 本願の第7発明は、第1発明から第6発明までのいずれか1発明の解析装置であって、前記基材設定部は、一部の設定値に、誤差の情報を追加設定可能である。
 本願の第8発明は、第1発明から第7発明までのいずれか1発明の解析装置であって、前記初期状態計算部は、略平坦な状態を自然状態として、基材の前記ローラに接触する部分に発生する復元力を算出する。
 本願の第9発明は、第1発明から第8発明までのいずれか1発明の解析装置であって、前記搬送状態解析部は、機構解析により基材の搬送状態を解析し、前記機構解析の一要素である基材に生じる応力および変形を有限要素法により算出する。
 本願の第10発明は、第1発明から第9発明までのいずれか1発明の解析装置であって、前記仮想モデルは、基材を繰り出す巻き出し部および基材を巻き取る巻き取り部を含み、前記仮想モデル内の前記巻き出し部および前記巻き取り部の少なくとも一方において、基材は同一の径で多重に巻かれている。
 本願の第11発明は、長尺帯状の基材の搬送状態をコンピュータを用いて解析する解析方法であって、a)複数のローラを含む基材の搬送経路を設定する工程と、b)基材の特性を設定する工程と、c)前記工程a)および前記工程b)の設定値に基づき、搬送装置の仮想モデルを作成する工程と、d)前記仮想モデルにおいて、搬送開始前の基材に生じる力を計算する工程と、e)搬送開始後の基材の搬送状態を解析する工程と、を有する。
 本願の第12発明は、第11発明の解析方法であって、前記仮想モデルは、基材の搬送方向に対して垂直な幅方向の広がりをもつ三次元モデルである。
 本願の第13発明は、第11発明または第12発明の解析方法であって、前記工程a)では、少なくとも、複数の前記ローラのそれぞれについて、位置、大きさ、および回転の向きの情報を設定する。
 本願の第14発明は、第11発明から第13発明までのいずれか1発明の解析方法であって、前記工程a)では、一部の設定値に、誤差の情報を追加設定可能である。
 本願の第15発明は、第11発明から第14発明までのいずれか1発明の解析方法であって、前記工程a)において、基材の前記特性を変化させる特性変化位置を設定する。
 本願の第16発明は、第11発明から第15発明までのいずれか1発明の解析方法であって、前記工程b)では、少なくとも、基材の厚さ、幅、およびヤング率を設定する。
 本願の第17発明は、第11発明から第16発明までのいずれか1発明の解析方法であって、前記工程b)では、一部の設定値に、誤差の情報を追加設定可能である。
 本願の第18発明は、第11発明から第17発明までのいずれか1発明の解析方法であって、前記工程d)では、略平坦な状態を自然状態として、基材の前記ローラに接触する部分に発生する復元力を算出する。
 本願の第19発明は、第11発明から第18発明までのいずれか1発明の解析方法であって、前記工程e)では、有限要素法を用いて、基材の搬送状態を解析する。
 本願の第20発明は、第11発明から第19発明までのいずれか1発明の解析方法であって、前記仮想モデルは、基材を繰り出す巻き出し部および基材を巻き取る巻き取り部を含み、前記仮想モデル内の前記巻き出し部および前記巻き取り部の少なくとも一方において、基材は同一の径で多重に巻かれている。
 本願の第21発明は、解析プログラムであって、コンピュータによって実行されることにより、第11発明から第20発明までのいずれか1発明の解析方法を実現させる。
 本願の第1発明~第21発明によれば、初期状態において基材に生じる力を考慮しつつ、基材の搬送状態を解析できる。
 特に、本願の第2発明および第12発明によれば、基材の幅方向の伸縮または蛇行の様子を解析できる。
 特に、本願の第4発明および第14発明によれば、誤差を考慮した基材の搬送状態を解析できる。
 特に、本願の第5発明および第15発明によれば、搬送の途中で基材の特性が変化したときの基材の搬送状態を解析できる。
 特に、本願の第7発明および第17発明によれば、誤差を考慮した基材の搬送状態を解析できる。
 特に、本願の第10発明および第20発明によれば、渦巻き状に基材が巻かれたモデルを作成する場合よりも、解析処理の演算負担を減らすことができる。
解析装置のハードウエア構成を示した図である。 解析装置において実現される機能を、概念的に示したブロック図である。 解析処理の流れを示したフローチャートである。 仮想モデルの例を示した図である。 仮想モデルの巻き出し部の構成を示した図である。 仮想モデルのローラ付近の構成を示した図である。 仮想モデルの変形例を示した図である。
 以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
 <1.解析装置の構成>
 図1は、本発明の一実施形態に係る解析装置1のハードウエア構成を示した図である。この解析装置1は、長尺帯状の柔軟な基材の搬送状態を解析するための装置である。例えば、商業印刷用のインクジェットプリンタでは、長尺帯状の基材である印刷用紙を長手方向に搬送しながら、印刷用紙の表面にインクを吐出することによって、印刷用紙の表面に画像を記録する。また、化学電池の製造工程では、長尺帯状の基材である電解質膜または金属箔を長手方向に搬送しながら、基材の表面に電極となる材料を塗布する。また、印刷および燃料電池以外の分野においても、長尺帯状の基材を搬送する種々の搬送装置が知られている。解析装置1は、このような基材の搬送装置の仮想モデルをコンピュータ上で作成し、当該搬送装置における基材の搬送状態を解析(シミュレーション)する機能を有する。
 図1に示すように、本実施形態の解析装置1は、コンピュータ本体10、ディスク読取部20、表示部30、および入力部40を有する。ディスク読取部20、表示部30、および入力部40は、それぞれ、コンピュータ本体10との間で、有線または無線により通信可能に接続されている。
 コンピュータ本体10は、CPU等の演算処理部11、RAM等のメモリ12、およびハードディスクドライブ等の記憶部13を有する。記憶部13には、解析処理を実行するためのコンピュータプログラムPが、インストールされている。コンピュータプログラムPは、例えば、CDまたはDVDなどのコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体Dからディスク読取部20を介して読み取られ、コンピュータ本体10内の記憶部13に記憶される。コンピュータ本体10にコンピュータプログラムPがインストールされると、コンピュータ本体10内において、解析処理に必要な機能が実現される。
 表示部30は、解析装置1の処理に関わる種々の情報を表示するための部位である。表示部30には、例えば、液晶ディスプレイが使用される。入力部40は、コンピュータ本体10に対して種々の情報を入力するための部位である。入力部40には、例えば、キーボードまたはマウスが使用される。解析装置1のユーザは、表示部30を確認しながら、入力部40を操作することによって、コンピュータ本体10に解析処理の実行を指示することができる。
 なお、表示部30および入力部40の機能は、タッチパネル式のディスプレイなどの単一のデバイスにより、実現されていてもよい。
 図2は、解析装置1において実現される機能を、概念的に示したブロック図である。図2に示すように、本実施形態の解析装置1は、パス設定部51、基材設定部52、モデル作成部53、初期状態計算部54、および搬送状態解析部55を有する。これらの各部の機能は、コンピュータ本体10が、記憶部13から読み出されたコンピュータプログラムPを実行することによって実現される。
 パス設定部51では、解析対象となる搬送装置内の搬送経路に関する情報が設定される。基材設定部52では、搬送される基材の特性が設定される。モデル作成部53では、パス設定部51および基材設定部52の設定値に基づいて、搬送装置の仮想モデルが作成される。初期状態計算部54では、搬送開始前の基材に生じる力が計算される。搬送状態解析部55では、搬送開始後の基材の搬送状態が解析される。
 図3は、解析装置1を用いて、基材の搬送状態を解析するときの処理の流れを示したフローチャートである。以下では、図2および図3を参照しつつ、解析処理の流れについて説明する。
 解析処理を行うときには、まず、解析装置1のユーザが、入力部40を操作して、コンピュータプログラムPを起動させる。解析装置1は、起動したコンピュータプログラムPに基づいて、まず、ユーザに、基材の搬送経路に関する情報の入力を要求する。
 ユーザは、入力部40を操作して、基材の搬送経路に関する情報を入力する。基材の搬送装置では、複数のローラに掛け渡された基材が、ローラの回転によって、長手方向に搬送される。ユーザは、例えば、複数のローラの各々の位置、大きさ、および回転の向きを入力する。また、ユーザは、基材を繰り出す巻き出し部の位置、巻き出し部に巻かれた基材の長さ、基材を巻き取る巻き取り部の位置も入力する。パス設定部51は、入力された情報を、記憶部13に記憶させる。これにより、複数のローラによる基材の搬送経路が設定される(ステップS1)。
 なお、パス設定部51は、複数のローラの各々の位置、大きさ、および回転の向きの他、摩擦係数等の設定値を入力可能に設けてもよい。また、パス設定部51は、複数のローラの位置および大きさなどの一部の設定値に、誤差の情報を追加設定できるようになっていてもよい。また、ローラの表面の回転軸に対する微小な傾きなどを、誤差として追加設定できるようになっていてもよい。誤差の情報を設定すれば、後述するステップS4において、誤差を考慮した計算を行うことができる。また、後述するステップS5において、誤差を考慮した搬送状態の解析を行うことができる。
 また、基材の搬送経路には、搬送用の単純なローラだけではなく、基材の搬送方向を切り替えるターンバーなどの切り替え装置、基材の蛇行を補正する補正装置、および基材の張力を調整する張力調整装置などが設けられる場合がある。パス設定部51は、これらの装置に関する情報を、さらに設定できるようになっていてもよい。
 次に、解析装置1は、ユーザに、搬送される基材の特性に関する情報の入力を要求する。ユーザは、入力部40を操作して、基材の特性に関する情報を入力する。ユーザは、例えば、基材の厚さ、幅、およびヤング率(縦弾性係数)を入力する。また、ユーザは、これらの情報の他に、基材の減衰係数および摩擦係数を入力してもよい。基材設定部52は、入力された情報を、記憶部13に記憶させる。これにより、解析対象となる基材の特性が設定される(ステップS2)。
 なお、基材設定部52は、基材の厚さおよび幅などの一部の設定値に、誤差の情報を追加設定できるようになっていてもよい。また、基材設定部52は、基材の両側縁部の形状の周期的なうねりを、誤差として追加設定できるようになっていてもよい。また、基材設定部52は、搬送方向のカール、すなわち初期状態での湾曲形状などを、誤差として追加設定できるようになっていてもよい。誤差の情報を設定すれば、後述するステップS4において、誤差を考慮した計算を行うことができる。また、後述するステップS5において、誤差を考慮した搬送状態の解析を行うことができる。
 なお、ステップS1とステップS2の順序は、逆であってもよい。すなわち、基材の特性を設定した後に、基材の搬送経路を設定してもよい。
 基材の搬送経路および基材の特性が設定されると、次に、モデル作成部53が、搬送装置の仮想モデルMを作成する(ステップS3)。図4は、仮想モデルMの例を示した図である。図4に示すように、本実施形態の仮想モデルMは、基材9の搬送方向および搬送方向に対して垂直な幅方向の広がりをもつ三次元モデルである。図4の例では、巻き出し部81、複数のローラ82、巻き取り部83、および基材9により、仮想モデルMが構成されている。
 仮想モデルM中の複数のローラ82の各々の位置、大きさ、および回転の向きは、パス設定部51の設定値に基づいて決定される。また、仮想モデルM中の基材9の幅は、基材設定部52の設定値に基づいて決定される。
 後述するステップS5では、機構解析と有限要素法(Finite Element Method)を用いて基材の搬送状態が解析される。より詳細には、機構解析により基材の搬送状態を解析し、機構解析の一要素である基材の変形および基材に生じる応力を、有限要素法により算出する。
 図5は、仮想モデルMの巻き出し部81の構成を示した図である。この仮想モデルMでは、基材9の端部は、巻き出し部81の中心軸810に接続されている。基材9は、中心軸810から径方向外側へ延びる接続部9aと、接続部9aの外側の端部から、中心軸810を中心として円弧状に延びる巻き付け部9bとを有する。実際の基材搬送装置の巻き出し部81では、巻き芯ローラの周囲に基材が渦巻き状に(徐々に径を変化させながら)巻き付けられる。しかしながら、この仮想モデルMでは、基材9同士の摩擦を考慮しておらず、基材9の巻き付け部9bが、中心軸810を中心とする同一の径で、多重に巻かれている。したがって、基材9の搬送が進んでも、巻き出し部81から基材9が繰り出される位置は変化しない。このようにすれば、渦巻き状に基材が巻かれたモデルを作成する場合よりも、解析処理にかかる演算負担を減らすことができる。
 なお、本実施形態では、巻き取り部83においても、基材9は、同様に中心軸を中心とする同一の径で多重に巻かれたモデルとなっている。巻き出し部81および巻き取り部83は、必ずしもこのようなモデルでなくてもよいが、巻き出し部81および巻き取り部83の少なくとも一方において、基材9を同一の径で多重に巻いたモデルとすれば、解析処理にかかる演算負担を減らすことができる。
 仮想モデルMが作成されると、続いて、初期状態計算部54が、仮想モデルMにおいて、搬送開始前の基材9に生じる力を計算する(ステップS4)。この計算においては、有限要素法を用いて、基材9に負荷される搬送開始前の初期張力および復元力を計算する。すなわち、初期状態計算部54は、ローラ82での曲げにより基材9に生じる応力および変形(ひずみ)を計算する。図6は、仮想モデルM中のローラ82付近の構成を示した図である。基材9が湾曲すると、基材9を平坦に戻そうとする弾性力が発生する。すなわち、仮想モデルM中の基材9は、平坦な状態を自然状態としている。したがって、基材9のローラ82に接触する部分には、図6中に破線矢印で示したように、ローラ82から離れる方向の復元力Fが発生する。初期状態計算部54は、このように、初期状態の基材9の各所に発生する復元力Fを、有限要素法を用いて算出する。算出された復元力Fは、記憶部13に記憶される。
 また、初期状態計算部54は、初期状態の基材9の各所に発生する初期張力も算出する。例えば巻き出し部81の回転を固定した状態で、巻き取り部83を所定量だけ回転させることにより基材9を所定量だけ巻き取り、基材9へ負荷される搬送開始前の初期張力を算出する。算出された初期張力は、記憶部13に記憶される。
 その後、ユーザは、入力部40を操作して、解析処理を開始する旨のコマンドを入力する。すると、搬送状態解析部55が、仮想モデルMにおいて、基材9の搬送を仮想的に開始させるとともに、基材9の搬送状態を解析する(ステップS5)。具体的には、巻き出し部81、複数のローラ82、および巻き取り部83の回転に伴う基材9の動きを、機構解析と有限要素法を用いて解析する。その際、ステップS4において算出された、初期状態において基材9に生じる復元力Fおよび初期張力が考慮される。また、搬送開始後も、基材9の複数のローラ82に接触する部分には、復元力Fが発生する。搬送状態解析部55は、当該復元力Fを考慮しつつ、基材9の搬送状態を解析する。
 このように、この解析装置1では、初期状態において基材9に生じる力を考慮しつつ、基材9の搬送状態を解析する。これにより、長尺帯状の基材の搬送状態を、精度よく解析することができる。特に、本実施形態の解析装置1では、搬送方向だけではなく、幅方向の広がりをもつ三次元モデルを作成し、当該三次元モデルにおいて基材9の搬送状態を解析する。このため、基材9の幅方向の伸縮および搬送に伴う基材9の蛇行または斜行の様子も解析できる。
 <2.変形例>
 以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
 図7は、解析装置1により作成される仮想モデルMの変形例を示した図である。図7の仮想モデルMでは、搬送経路の途中に、基材9のヤング率を変化させる特性変化位置84が設定されている。インクジェットプリンタでは、インクを吐出する前とインクを吐出した後とで、印刷用紙のヤング率が変化する。また、インクの乾燥の前後でも、印刷用紙のヤング率が変化する。図7の仮想モデルMでは、このような搬送途中における基材9のヤング率の変化を考慮した解析を行うことができる。なお、特性変化位置84は、例えば、上述したステップS1において、パス設定部51における設定値の1つとして、設定すればよい。また、仮想モデルMの搬送経路上に、複数の特性変化位置84を設定してもよい。また、搬送経路の途中に、基材9のヤング率以外の特性(例えば摩擦係数)を変化させる特性変化位置を設定してもよい。
 本発明の解析装置は、印刷用紙の搬送だけではなく、フィルム、化学電池用の電解質膜または金属箔、薄板ガラスなどの長尺帯状の基材の搬送を解析するものであってもよい。
 また、上記の実施形態および変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
 1 解析装置
 9 基材
 9a 接続部
 9b 巻き付け部
 10 コンピュータ本体
 11 演算処理部
 12 メモリ
 13 記憶部
 20 ディスク読取部
 30 表示部
 40 入力部
 51 パス設定部
 52 基材設定部
 53 モデル作成部
 54 初期状態計算部
 55 搬送状態解析部
 81 巻き出し部
 82 ローラ
 83 巻き取り部
 84 特性変化位置
 810 中心軸
 D 記憶媒体
 F 復元力
 M 仮想モデル
 P コンピュータプログラム
 

Claims (22)

  1.  長尺帯状の基材の搬送状態をコンピュータを用いて解析する解析装置であって、
     複数のローラを含む基材の搬送経路を設定するパス設定部と、
     基材の特性を設定する基材設定部と、
     前記パス設定部および前記基材設定部の設定値に基づき、搬送装置の仮想モデルを作成するモデル作成部と、
     前記仮想モデルにおいて、搬送開始前の基材に生じる力を計算する初期状態計算部と、
     搬送開始後の基材の搬送状態を解析する搬送状態解析部と、
    を備えた解析装置。
  2.  請求項1に記載の解析装置であって、
     前記仮想モデルは、基材の搬送方向に対して垂直な幅方向の広がりをもつ三次元モデルである解析装置。
  3.  請求項1または請求項2に記載の解析装置であって、
     前記パス設定部は、少なくとも、複数の前記ローラのそれぞれについて、位置、大きさ、および回転の向きの情報を設定する解析装置。
  4.  請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の解析装置であって、
     前記パス設定部は、一部の設定値に、誤差の情報を追加設定可能である解析装置。
  5.  請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の解析装置であって、
     前記パス設定部は、基材の特性を変化させる特性変化位置を設定可能である解析装置。
  6.  請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の解析装置であって、
     前記基材設定部は、少なくとも、基材の厚さ、幅、およびヤング率を設定する解析装置。
  7.  請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の解析装置であって、
     前記基材設定部は、一部の設定値に、誤差の情報を追加設定可能である解析装置。
  8.  請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の解析装置であって、
     前記初期状態計算部は、略平坦な状態を自然状態として、基材の前記ローラに接触する部分に発生する復元力を算出する解析装置。
  9.  請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の解析装置であって、
     前記搬送状態解析部は、機構解析により基材の搬送状態を解析し、前記機構解析の一要素である基材に生じる応力および変形を有限要素法により算出する解析装置。
  10.  請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の解析装置であって、
     前記仮想モデルは、基材を繰り出す巻き出し部および基材を巻き取る巻き取り部を含み、
     前記仮想モデル内の前記巻き出し部および前記巻き取り部の少なくとも一方において、基材は同一の径で多重に巻かれている解析装置。
  11.  長尺帯状の基材の搬送状態をコンピュータを用いて解析する解析方法であって、
     a)複数のローラを含む基材の搬送経路を設定する工程と、
     b)基材の特性を設定する工程と、
     c)前記工程a)および前記工程b)の設定値に基づき、搬送装置の仮想モデルを作成する工程と、
     d)前記仮想モデルにおいて、搬送開始前の基材に生じる力を計算する工程と、
     e)搬送開始後の基材の搬送状態を解析する工程と、
    を有する解析方法。
  12.  請求項11に記載の解析方法であって、
     前記仮想モデルは、基材の搬送方向に対して垂直な幅方向の広がりをもつ三次元モデルである解析方法。
  13.  請求項11または請求項12に記載の解析方法であって、
     前記工程a)では、少なくとも、複数の前記ローラのそれぞれについて、位置、大きさ、および回転の向きの情報を設定する解析方法。
  14.  請求項11から請求項13までのいずれか1項に記載の解析方法であって、
     前記工程a)では、一部の設定値に、誤差の情報を追加設定可能である解析方法。
  15.  請求項11から請求項14までのいずれか1項に記載の解析方法であって、
     前記工程a)において、基材の前記特性を変化させる特性変化位置を設定する解析方法。
  16.  請求項11から請求項15までのいずれか1項に記載の解析方法であって、
     前記工程b)では、少なくとも、基材の厚さ、幅、およびヤング率を設定する解析方法。
  17.  請求項11から請求項16までのいずれか1項に記載の解析方法であって、
     前記工程b)では、一部の設定値に、誤差の情報を追加設定可能である解析方法。
  18.  請求項11から請求項17までのいずれか1項に記載の解析方法であって、
     前記工程d)では、略平坦な状態を自然状態として、基材の前記ローラに接触する部分に発生する復元力を算出する解析方法。
  19.  請求項11から請求項18までのいずれか1項に記載の解析方法であって、
     前記工程e)では、機構解析により基材の搬送状態を解析し、前記機構解析の一要素である基材に生じる応力および変形を有限要素法により算出することで、基材の搬送状態を解析する解析方法。
  20.  請求項11から請求項19までのいずれか1項に記載の解析方法であって、
     前記仮想モデルは、基材を繰り出す巻き出し部および基材を巻き取る巻き取り部を含み、
     前記仮想モデル内の前記巻き出し部および前記巻き取り部の少なくとも一方において、基材は同一の径で多重に巻かれている解析方法。
  21.  コンピュータによって実行されることにより、請求項11から請求項20までのいずれか1項に記載の解析方法を実現させる解析プログラム。
  22.  請求項21に記載の解析プログラムが記録された、コンピュータにより読み取り可能な記憶媒体。
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