(57)【要約】【課題】力分割法により粒子挙動解析を行なう際に、力行列を構成する何れか１つのノードが全ノード分を纏めて解析結果のファイル出力を行なうことに起因する処理効率の低下を防止する。【解決手段】分割処理部２５０は、粒子を力行列を使用した力分割法により分割し、それぞれの分割部分を各ノードに割り当てる。それぞれのノードに設けられたデータ処理部２３０は、他のノードとの間で情報通信を行ないつつ、力分割法により割り当てられた分割部分について、粒子に作用する他の物質との間での相互作用力を考慮して粒子の挙動を計算する。行方向処理結果出力処理部２６０は、力行列における行方向ごとに、各ノードにより得られた解析結果を纏めて情報提示部２４０にファイル出力を行なう。【選択図】図３
2010072978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を力行列を使用した力分割法により分割し、それぞれの分割部分を各粒子挙動解析装置に割り当てる分割処理部と、
それぞれの前記粒子挙動解析装置に設けられた、他の前記粒子挙動解析装置との間で情報通信を行ないつつ、前記力分割法により割り当てられた前記分割部分について、粒子に作用する他の物質との間での相互作用力を考慮して前記粒子の挙動を計算する粒子挙動計算部と、
前記力行列における行方向ごとに、各粒子挙動解析装置により得られた解析結果を纏めて出力する行方向処理結果出力処理部と、
を備えた粒子挙動解析システム。
【請求項２】
前記行方向処理結果出力処理部は、前記力行列における行方向ごとに、前記力行列を構成する各粒子挙動解析装置の何れかに備えられている
請求項１に記載の粒子挙動解析システム。
【請求項３】
前記行方向処理結果出力処理部は、前記力行列における同一列の粒子挙動解析装置に備えられている
請求項２に記載の粒子挙動解析システム。
【請求項４】
前記力分割法により前記粒子の挙動を解析する際に当該行以外の各粒子挙動解析装置との間で情報通信を行なう主通信線とは別に、前記力行列における行方向の各粒子挙動解析装置との間で情報通信を行なう副通信線が設けられている
請求項１〜３の内の何れか一項に記載の粒子挙動解析システム。
【請求項５】
前記力行列における行方向の各粒子挙動解析装置は同一の筐体に収容されており、前記副通信線は前記筐体内にある
請求項４に記載の粒子挙動解析システム。
【請求項６】
前記行方向処理結果出力処理部は、前記力行列における行方向ごとに、前記力行列を構成する各粒子挙動解析装置とは別に備えられている
請求項１に記載の粒子挙動解析システム。
【請求項７】
前記力行列における行方向ごとの前記行方向処理結果出力処理部はそれぞれ、解析結果が粒子番号順に並ぶ順序で出力処理を行なう
請求項１〜６の内の何れか一項に記載の粒子挙動解析システム。
【請求項８】
それぞれの前記行方向処理結果出力処理部は、列方向に、解析結果が粒子番号順に並ぶ順序で出力処理を行なう
請求項７に記載の粒子挙動解析システム。
【請求項９】
他の粒子挙動解析装置との間で情報通信を行ないつつ、力分割法により割り当てられた分割部分について、粒子に作用する他の物質との間での相互作用力を考慮して前記粒子の挙動を計算する粒子挙動計算部と、
力分割法による粒子挙動解析を行なう際の力行列における行方向ごとに、各粒子挙動解析装置により得られた解析結果を纏めて出力する行方向処理結果出力処理部と
を備えた粒子挙動解析装置。
【請求項１０】
力分割法による粒子挙動解析を行なう際の力行列における行方向ごとに、力行列を構成する各粒子挙動解析装置とは別に、各粒子挙動解析装置により得られた解析結果を纏めて出力する行方向処理結果出力処理部
を備えた情報出力装置。
【請求項１１】
他の粒子挙動解析装置との間で情報通信を行ないつつ、力分割法により割り当てられた分割部分について、粒子に作用する他の物質との間での相互作用力を考慮して前記粒子の挙動を計算する粒子挙動計算部と、
力分割法による粒子挙動解析を行なう際の力行列における行方向ごとに、各粒子挙動解析装置により得られた解析結果を纏めて出力する行方向処理結果出力処理部と
してコンピュータを機能させるプログラム。
【請求項１２】
力分割法による粒子挙動解析を行なう際の力行列における行方向ごとに、各粒子挙動解析装置により得られた解析結果を纏めて出力する行方向処理結果出力処理部
としてコンピュータを機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子挙動解析システム、粒子挙動解析装置、情報出力装置、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
粉体や粒体（何れも個々の粒子の集合体の意味である）の挙動をシミュレーションにより解析する仕組みが考えられている。たとえば、プリンタ装置、ファクシミリ装置、またはそれらの機能を有する複合機などの画像形成装置において使用される粉体（トナー粒子やキャリア粒子など）などにおける、１種もしくは複数種の粒子が混合された状態での粒子の挙動をシミュレーションにより解析する。
【０００３】
たとえば、画像形成装置において電子写真方式を利用する場合、一般的には、感光ドラムなどの光導電性絶縁体上に一様な静電荷を与え、様々な手段によりこの光導電性絶縁体上に光像を照射することによって静電潜像を形成し、次いで、形成した潜像を現像器を用いて磁性粉体を用いて現像可視化し、紙などの記録媒体にトナー粉像を転写した後に定着させ、印刷物を得る。
【０００４】
このような電子写真方式による画像形成装置においては、容器に収容されている磁性粉体の攪拌や磁性ローラへの搬送、磁性ローラへの吸着、記録画像に応じて帯電され潜像が形成されている感光体への飛翔などの振る舞いが記録画像の画質に影響を与える。そこで、この磁性粉体の挙動の解析が電子写真装置本体や現像装置の開発にとって重要となる。
【０００５】
個々の粒子の挙動シミュレーションについては、個別要素法または離散粒子法と呼ばれる方法が普及されている。個別要素法は粉体を構成する個々の粒子の挙動を運動方程式に基づいて追跡することにより、精度よく粉体の挙動をシミュレートする方法である。粉体の性質を個々の粒子として取り扱う粒子挙動解析を粒子シミュレーションとも称する。
【０００６】
しかしながら、個別要素法に基づいた粒子挙動計算アルゴリズムでは、概ね粒子数の２乗で解析負荷が増大するので、粒子数が多くなると、計算量が膨大になり、いくら計算機の性能が向上したとはいっても、実際の系と同等の粒子数での計算を実行することは困難な場合が多い。
【０００７】
そこで、従来の粒子挙動シミュレーション方法として、計算時間の短縮を目的として、プログラムがインストールされた電子計算機を複数台使用し、各プログラムの並列化動作による分散処理を行なうことが提案されている（特許文献１，２を参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２６５１４３号公報
【特許文献２】特開２００７−１９３１５２号公報
【０００９】
特許文献１に記載の仕組みでは、マルチプロセッサによる並列処理を行なう際に、プロセッサの内の１つのプロセッサが、複数の処理対象ファイルを複数のファイル群に分け、組分ステップで分けた各ファイル群を複数のプロセッサの内の少なくとも１つ以上の対象プロセッサに割り当て、組分ステップで分けた各ファイル群に各々対応する読み出し用バッファをメインメモリに設定する。さらに、１つのプロセッサは、割当ステップでファイル群を割り当てた対象プロセッサに対し、処理プログラムの起動を指示し、不揮発性ストレージに対するデータの読出しおよび書込みを制御するストレージコントローラに対し、不揮発性ストレージに記憶された処理対象ファイルを設定ステップで処理対象ファイルが属するファイル群に対応付けられてメインメモリに設定された読出し用バッファに各々読み出す。これにより、不揮発性ストレージに記憶された複数の処理対象ファイルを読み出す際の時間を短縮することができ、処理時間の短縮や、処理効率の向上を図ることができるようにしている。
【００１０】
特許文献２に記載の仕組みでは、各粒子の磁気力、静電気力、接触力の各粒子間相互作用について、それぞれ各別の力マトリクスを用いて、特定プロセッサに分散して計算、特定プロセッサ間で通信し分散して計算した相互作用力の和を求め、各粒子の運動方程式を解いて位置座標を計算する。各粒子の位置座標を特定プロセッサに通信し、計算情報を更新し、所定の計算ステップに到達するまで、同様の処理を繰り返す。これにより、プロセッサ間通信量を低減させることができるようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、力分割法を適用して粒子挙動解析を行なう際に、解析結果の出力処理効率の低下を防止できる仕組みを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、粒子を力行列を使用した力分割法により分割し、それぞれの分割部分を各粒子挙動解析装置に割り当てる分割処理部と、それぞれの前記粒子挙動解析装置に設けられた、他の前記粒子挙動解析装置との間で情報通信を行ないつつ、前記力分割法により割り当てられた前記分割部分について、粒子に作用する他の物質との間での相互作用力を考慮して前記粒子の挙動を計算する粒子挙動計算部と、前記力行列における行方向ごとに、各粒子挙動解析装置により得られた解析結果を纏めて出力する行方向処理結果出力処理部と、を備えた粒子挙動解析システムである。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明においてさらに、前記行方向処理結果出力処理部は、前記力行列における行方向ごとに、前記力行列を構成する各粒子挙動解析装置の何れかに備えられている。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明においてさらに、前記行方向処理結果出力処理部は、前記力行列における同一列の粒子挙動解析装置に備えられている。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の内の何れか一項に記載の発明においてさらに、前記力分割法により前記粒子の挙動を解析する際に当該行以外の各粒子挙動解析装置との間で情報通信を行なう主通信線とは別に、前記力行列における行方向の各粒子挙動解析装置との間で情報通信を行なう副通信線が設けられている。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明においてさらに、前記力行列における行方向の各粒子挙動解析装置は同一の筐体に収容されており、前記副通信線は前記筐体内にある。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明においてさらに、前記行方向処理結果出力処理部は、前記力行列における行方向ごとに、前記力行列を構成する各粒子挙動解析装置とは別に備えられている。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の内の何れか一項に記載の発明においてさらに、前記力行列における行方向ごとの前記行方向処理結果出力処理部はそれぞれ、解析結果が粒子番号順に並ぶ順序で出力処理を行なう。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明においてさらに、それぞれの前記行方向処理結果出力処理部は、列方向に、解析結果が粒子番号順に並ぶ順序で出力処理を行なう。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、他の粒子挙動解析装置との間で情報通信を行ないつつ、力分割法により割り当てられた分割部分について、粒子に作用する他の物質との間での相互作用力を考慮して前記粒子の挙動を計算する粒子挙動計算部と、力分割法による粒子挙動解析を行なう際の力行列における行方向ごとに、各粒子挙動解析装置により得られた解析結果を纏めて出力する行方向処理結果出力処理部とを備えた粒子挙動解析装置である。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、力分割法による粒子挙動解析を行なう際の力行列における行方向ごとに、力行列を構成する各粒子挙動解析装置とは別に、各粒子挙動解析装置により得られた解析結果を纏めて出力する行方向処理結果出力処理部を備えた情報出力装置である。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、他の粒子挙動解析装置との間で情報通信を行ないつつ、力分割法により割り当てられた分割部分について、粒子に作用する他の物質との間での相互作用力を考慮して前記粒子の挙動を計算する粒子挙動計算部と、力分割法による粒子挙動解析を行なう際の力行列における行方向ごとに、各粒子挙動解析装置により得られた解析結果を纏めて出力する行方向処理結果出力処理部としてコンピュータを機能させるプログラムである。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、力分割法による粒子挙動解析を行なう際の力行列における行方向ごとに、力行列を構成する各粒子挙動解析装置とは別に、各粒子挙動解析装置により得られた解析結果を纏めて出力する行方向処理結果出力処理部としてコンピュータを機能させるプログラムである。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１，２，９，１０，１１，１２に記載の発明によれば、力行列を構成する何れか１つの粒子挙動解析装置が全ての粒子挙動解析装置分を纏めて解析結果の出力処理を行なう場合に比べて、解析結果の出力処理効率の低下を防止することができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、本請求項３に係る発明の構成を有さない場合と比較して、各粒子挙動解析装置が行なう解析結果の出力処理時間を短縮できる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によれば、解析結果の出力処理用の情報通信が、解析処理用の計算情報の主通信帯域のみを使用した場合と比較して、処理効率はさらに向上する。
【００２７】
請求項５に記載の発明によれば、本請求項５に係る発明の構成を有さない場合と比較して、使い勝手がよくなる。
【００２８】
請求項６に記載の発明によれば、本請求項６に係る発明の構成を有さない場合と比較して、出力処理のオーバーヘッドが解析処理に及ぼす影響を削減できる。
【００２９】
請求項７に記載の発明によれば、本請求項７に係る発明の構成を有さない場合と比較して、行の各粒子挙動解析装置での解析結果に基づく情報提示をスムーズに行なうことができる。
【００３０】
請求項８に記載の発明によれば、本請求項８に係る発明の構成を有さない場合と比較して、全ての粒子挙動解析装置での解析結果に基づく情報提示をスムーズに行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下においては、解析対象粒子が存在する装置として、たとえば、プリンタ装置、ファクシミリ装置、またはそれらの機能を有する複合機などの画像形成装置を例に説明する。
【００３２】
解析対象粒子との関係においては、トナー粒子のみまたはキャリア粒子とトナー粒子からなる現像剤を用いる電子写真方式による画像形成装置の現像装置における現像剤挙動解析に着目する。ただしこれは一例であって、本実施形態の仕組みが適用される装置は画像形成装置に限定されない。
【００３３】
＜画像形成装置の概要＞
図１は、印刷装置（プリンタ）や複写装置（コピー機）などの電子写真方式の画像形成装置の一構成例を示す図である。図示のように、画像形成装置１は、感光体１０を中心として、その近傍に配された直流電源２２、交流バイアス電源２４、および帯電部２６を具備した帯電装置２０、レーザ光源３２やポリゴンミラー３４やモータ３６を具備した露光装置３０、図示しない攪拌機構を備えた現像装置４０、転写電源５２および転写部５４を具備した転写装置５０、およびブレード機構を持つクリーニング装置６０と、用紙搬送路上の後流側の所定位置に配されたロール機構を具備した定着装置７０とを備えている。
【００３４】
現像装置４０には、現像剤粒子１０２が充填されている。図では、１つの現像剤粒子１０２を便宜的に１つの丸で示している。実際には、現像剤粒子１０２はたとえば、それぞれ物性や粒径の異なる磁性体から構成されたキャリア粒子と非磁性のトナー粒子（たとえば黒色トナー粒子）とを含有して構成された２成分方式のものである。キャリア粒子とトナー粒子との対によって、全体として磁性粉体が形成されるようにしている。トナー粒子は、キャリア粒子に静電力により互いに吸着されている。一般的には、キャリア粒子の粒径の方がトナー粒子の粒径よりも大きい。なお、トナー粒子としては、磁性トナーを使用してもよい。
【００３５】
現像装置４０は、収納容器１０１内に、表面に現像剤粒子１０２を担持する担持ロールの一例である現像ロール１４０（マグロール、マグネットローラ、磁気搬送ローラとも言われる）を、周面が開口部１０１ａから少し突き出すように備える。現像ロール１４０内には、その内周縁に沿って、所定間隔で所定数のマグネット１４２が配置されている。
【００３６】
また、現像装置４０は、現像ロール１４０の近傍に、高さ規制部材や層形成部材として機能する規制ブレード１５０を備え、マグネット１４２による磁力線に沿ってできた現像剤粒子１０２の磁気ブラシ（穂立ち）の高さを規制するようになっている。
【００３７】
現像ロール１４０は、矢印Ｘ方向に回転される感光体１０とともに、感光体１０と対向する側のその表面の回転移動方向が、感光体１０の移動方向Ｘと同じ向き（矢印Ｙ方向）に回転される。感光体１０の移動方向Ｘと逆向きに回転駆動するようにしてもよい。
【００３８】
現像剤粒子１０２は、攪拌機能を持つ攪拌搬送ロール（図示せず）により攪拌され摩擦帯電されつつ現像ロール１４０側に搬送される。規制ブレード１５０によって現像剤粒子１０２の現像ロール１４０への吸着量が規制され一定の高さで現像ロール１４０の周縁に現像剤粒子１０２が付着する。キャリア粒子は、現像ロール１４０に内蔵されたマグネット１４２からの磁場により磁気ブラシを構成する。トナー粒子はキャリア粒子とともに、感光体１０に対向する部分まで搬送される。
【００３９】
画像形成装置１を複写装置として構成する場合、先ず、帯電装置２０によって、直流電源２２からの直流電圧に交流バイアス電源２４からの交流バイアス電圧を重畳させて帯電電位（初期電位）を生成し、この帯電電位で、感光体１０の表面を一様な表面電位に帯電させる。
【００４０】
この後、原稿を図示しない読取装置によってスキャンして得た画像データに従って感光体１０の表面に露光装置３０に備えられるレーザ光源３２から発せられるレーザ・ビームをモータ３６により回転駆動されるポリゴンミラー３４でスキャンすることによって、感光体１０表面を露光して所望の潜像電位からなる静電潜像を形成する。
【００４１】
続いて、現像装置４０は、図示しない攪拌機構において出力色のトナー粒子やキャリア粒子などでなる現像剤粒子１０２を混合しながら、その現像剤粒子１０２中のトナー粒子を感光体１０の表面に形成されている静電潜像に重畳することでトナー像を感光体１０の表面に形成させる。
【００４２】
すなわち、現像ロール１４０は、感光体１０に対向して設けられており、現像ロール１４０に吸着された現像剤粒子１０２のうちトナー粒子は、帯電されており、静電気力により感光体１０に吸着される。このとき、感光体１０の表面は、記録画像に応じて帯電されることで静電潜像が形成されており、トナー粒子は、感光体１０に形成された静電潜像に応じて吸着される。これによって、感光体１０の表面に形成された潜像は現像化される。現像処理後のキャリア粒子と、感光体１０側に飛翔されなかったトナー粒子とは、収納容器１０１内に回収される。
【００４３】
この後、転写装置５０は、感光体１０の表面に形成されているトナー像を、外部から搬送されてきた印刷用紙上に転写する。感光体１０と転写部５４とが対向する所定範囲を転写領域と称する。
【００４４】
転写済の用紙は定着装置７０側に搬送され、定着装置７０にて加熱溶融・圧着作用によりトナー像を転写体としての印刷用紙上に定着する。定着済の用紙は、図示しない排出装置によって、画像形成装置１の外に排紙される。
【００４５】
一方、クリーニング装置６０は、転写装置５０による転写後の感光体１０の表面に残留する残留トナーを除去する。清掃後の感光体１０の表面には残留電位が残っているが、帯電装置２０で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。
【００４６】
なお、カラー画像形成用の画像形成装置１を構成する場合、画像形成に関わる主要部の構成としては、たとえば転写装置５０にて直接に用紙に感光体１０のトナー像を転写体である用紙に転写させるのではなく、たとえば、Ｋ（黒），Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン）の出力色に対応する複数のエンジンを、たとえばＫ→Ｙ→Ｍ→Ｃの順にインライン状に配列し、Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃの画像を４つのエンジンで並列的（同時進行的）に処理する、すなわち配置位置に応じた時間を隔てて、１色ずつ中間転写ベルトに感光体１０のトナー像を転写（特に１次転写という）させ、その後、中間転写ベルト上のトナー像を用紙に転写（特に２次転写という）させるように構成したタンデム型のカラー画像形成装置にしてもよい。
【００４７】
このような電子写真プロセスでは、感光体１０に対する帯電、スキャンした原稿イメージの露光、現像すなわち感光体１０へのトナー重畳、用紙へのトナー転写およびトナー定着、感光体１０のクリーニングという複数の工程からなる。電子写真プロセスでは、たとえば、攪拌、現像、転写などの各プロセスにおいて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。キャリア粒子およびトナー粒子の挙動の解析が、電子写真装置本体や現像装置４０の開発にとって重要な要素となる。
【００４８】
たとえば、現像装置４０の解析では、攪拌プロセスや現像プロセスなどが解析対象となる。たとえば、規制ブレード１５０の攪拌搬送ロール側の所定範囲領域を層形成領域と称し、現像剤粒子１０２についての粒子挙動解析では、磁場および重力場の作用を考慮する。また、攪拌搬送ロールにより攪拌・搬送される所定範囲領域を攪拌搬送領域と称し、現像剤粒子１０２についての粒子挙動解析では、重力場の作用を考慮する。
【００４９】
攪拌搬送領域と層形成領域との間の現像剤粒子１０２が現像ロール１４０に磁気吸着される所定範囲領域をピックアップ領域と称し、現像剤粒子１０２についての粒子挙動解析では、磁場および重力場の作用を考慮する。
【００５０】
感光体１０と現像ロール１４０の各周縁が対向し現像作用の行なわれる範囲領域を現像ニップ領域と称し、現像剤粒子１０２についての粒子挙動解析では、電場、磁場、および重力場の作用を考慮する。現像剤粒子１０２の回収される所定範囲領域をピックオフ領域と称し、現像剤粒子１０２についての粒子挙動解析では、磁場および重力場の作用を考慮する。
【００５１】
感光体１０の表面は、記録画像に応じて帯電されており、トナー粒子は、静電力により感光体１０の表面に飛翔する。感光体１０の表面には、飛翔したトナー粒子が付着し、記録画像に応じたトナー像が形成される。このとき、トナー粒子の感光体１０への吸着のされ方によって、記録画像の画質が左右される。トナー粒子は、キャリア粒子により感光体１０に搬送されているので、トナー粒子の感光体１０への吸着のされ方は、現像ロール１４０と感光体１０との間の現像ニップ領域でのキャリア粒子およびトナー粒子の挙動により決定される。
【００５２】
また、転写装置５０における転写プロセスでは、感光体表面粗さや、感光体・中間転写ベルトや用紙などの転写体間の速度差、転写体の接触幅などの転写プロセスにおける条件パラメータを変更しながら、粉体挙動解析シミュレーションを繰り返し行なっていくことで、転写プロセスを再現しながら形成される画質の評価を行なう。因みに、転写プロセスについての粒子挙動解析では、現像剤粒子１０２（特にトナー粒子）に作用する電場および重力場を考慮する。
【００５３】
＜粒子挙動解析システム；第１実施形態＞
図２は、粒子挙動解析システムの第１実施形態を示すブロック図である。第１実施形態の粒子挙動解析システム２００Ａは、それぞれ粒子挙動解析機能を有する複数台の粒子挙動解析装置２０２がネットワーク接続されて構成されている。各粒子挙動解析装置２０２は、後述する第４実施形態とは異なり、計算処理を行なうコア部分（いわゆるＣＰＵの部分）が１つのシングルコアのものである。
【００５４】
各粒子挙動解析装置２０２は、主要の処理データを相互にネットワーク２０８を介して伝達し合い、粒子挙動解析処理を並列的に実行可能になっており、粒子挙動解析システム２００Ａとしては、事実上の並列型計算装置（クラスタ計算機）として構成されている。ネットワーク２０８は、通信状態がルーティング機能を持つネットワーク管理装置２０８ａで管理されるようになっている。
【００５５】
各粒子挙動解析装置２０２は、一例として、一般の電子計算機と同様のもので構成するのがよい。また、図示した例では、粒子挙動解析システム２００Ａを構成する各粒子挙動解析装置２０２の内の１台が全体を統括する計算管理ノードの機能を持つ主粒子挙動解析装置２０２ａとして機能するようになっている。主粒子挙動解析装置２０２ａに対して残りの粒子挙動解析装置２０２が、主粒子挙動解析装置２０２ａにより制御される副粒子挙動解析装置２０２ｂとしてネットワーク接続されている。
【００５６】
ここで、本実施形態の副粒子挙動解析装置２０２ｂは、詳細は後述するが、力分割法を適用する際に使用される力マトリクス（力行列）における行方向ごとに各副粒子挙動解析装置２０２ｂにより得られた解析結果を纏めて出力する機能部（行方向処理結果出力処理部）を具備する代表ノード用のもの（代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1）と、それ以外の一般ノード用のもの（一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2）とに分けられる。
【００５７】
なお、図では便宜的に、ネットワーク管理装置２０８ａから１本のネットワーク線を出し、そのネットワーク線上に主粒子挙動解析装置２０２ａと副粒子挙動解析装置２０２ｂとを接続する態様で示しているが、実際には、ネットワーク管理装置２０８ａに備えられる個別のポートに各粒子挙動解析装置２０２が接続され、各粒子挙動解析装置２０２間の通信は、このネットワーク管理装置２０８ａを介してなされるようになっている。
【００５８】
主粒子挙動解析装置２０２ａには、粒子挙動解析処理用の各種の操作を行なうためのキーボードやマウスなどの指示入力装置２１０と、処理結果を操作者に画像情報として提示する表示装置２１２とが接続されている。
【００５９】
このような基本構成のシステム構成を採ることで、複数種類の多体粒子間相互作用がある系について粒子挙動解析処理を行なうに当たり、各粒子の磁気相互作用、静電相互作用、または機械的相互作用（接触力；壁などと粒子間の接触力や粒子間接触）などの各相互作用について、予め定められた分割法を適用して並列処理にて挙動解析を実行する。なお、機械的相互作用は、たとえば、壁やその他の物体と粒子間の接触力や粒子間接触による接触力である。
【００６０】
たとえば、キャリア粒子についてはMaxwell方程式を基礎とした磁場解析法などを利用して磁気力を算出し、トナー粒子についてはクーロン力に着目した静電界解析を行ない、さらに、キャリア粒子、トナー粒子の接触力を粒子の接触量から算出し、最終的には、各作用力を組み合わせて運動方程式を解き、現像剤粒子１０２の挙動を高精度で予測する。
【００６１】
特に本実施形態では、各粒子挙動解析装置２０２において各相互作用の解析を行なう際、領域分割法（ＳＤ；Spatial Decomposition Method）や粒子分割法（ＰＤ；Particle Decomposition Method あるいはＲＤ；Replicated Data Method）ではなく力分割法（力マトリクスを用いたアルゴリズム）を用いて解析することで、全プロセッサ（本実施形態の各粒子挙動解析装置２０２）間の計算用データの通信量を低減させる。計算用データの通信量を低減させることで、多プロセッサ使用時のプログラムの並列化性能を向上させ、計算時間を大幅に短縮する。
【００６２】
なお、図２に示した粒子挙動解析システム２００Ａの基本構成では、事実上の並列型計算装置（クラスタ計算機）の構成で示したが、これは一例に過ぎない。図示を割愛するが、それぞれ粒子挙動解析機能を有する複数台の粒子挙動解析装置を第１ネットワークにてネットワーク接続されて並列型計算装置として構成されている複数の粒子挙動解析システムを、さらに、別の第２ネットワークで接続して構成されたものとしてもよい。この場合、各粒子挙動解析システムは、主要の処理データを相互に外部ネットワーク（第２ネットワーク）を介して伝達し合い、それぞれ対象の異なる粒子挙動解析処理を並列的に実行可能になり、このような変形例の粒子挙動解析システムとしては、事実上の並列型計算装置をネットワーク接続してなるグリッド型計算装置として構成される。
【００６３】
＜粒子挙動解析装置；第１実施形態＞
図３〜図３Ａは、第１実施形態の粒子挙動解析装置２０２の構成例を示すブロック図である。ここで、図３は、特に計算管理ノードの機能を具備した主粒子挙動解析装置２０２ａ（代表ノードの代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1を含む）について示している。図３Ａは、代表ノード以外の一般ノードの機能を具備した一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2について示している。
【００６４】
図３に示すように、主粒子挙動解析装置２０２ａは、指示入力装置２１０などを利用して処理対象データを取り込むデータ入力部２２０と、粒子挙動解析処理を行なうデータ処理部２３０と、処理結果を表示装置２１２などを利用して操作者に提示する情報提示部２４０とを備えている。データ入力部２２０と情報提示部２４０とは、主粒子挙動解析装置２０２ａの計算管理ノードに相当する部分に設けられている。
【００６５】
また、主粒子挙動解析装置２０２ａの計算管理ノードに相当する部分に、処理対象要素を力分割法により分割するに当たり、それぞれ計算装置で構成され力分割法による粒子挙動解析を行なう各計算システム（プロセッサとも称する；図１では粒子挙動解析装置２０２）に各分割部分を割り当てる分割処理部２５０を備えている。分割処理部２５０は、縦Ｎ・横Ｎの力マトリクスを使用するように設定する。
【００６６】
データ入力部２２０は、指示入力装置２１０を構成するキーボードやマウスを介して操作者より入力されるコマンドやデータを受け付け、データ処理部２３０に渡す。
【００６７】
データ処理部２３０は、データ入力部２２０から入力されたデータに基づいて後述する粒子挙動解析処理を行なう。データ処理部２３０は、より詳細には、データ受付部２３２、数値演算処理部２３４（粒子挙動計算部）、出力データ処理部２３６、データ記憶部２３８を有している。
【００６８】
データ処理部２３０は、副粒子挙動解析装置２０２ｂに含まれる。ここで、主粒子挙動解析装置２０２ａが代表ノードに該当するときには、図示のように、副粒子挙動解析装置２０２ｂとしては、代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1を含む。一方、主粒子挙動解析装置２０２ａが代表ノードに該当しないときには、代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1に代えて一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2にする。
【００６９】
データ受付部２３２は、図示を割愛したデータ記憶部を具備しており、データ入力部２２０から入力されたデータをデータ記憶部に記憶し、数値計算時に必要なデータを数値演算処理部２３４に供給する。データ受付部２３２のデータ記憶部には、たとえば、解析の対象としている現像装置４０の構成および現像剤粒子１０２の座標、物性値に関するデータなどが記憶される。
【００７０】
データ記憶部２３８は、相互作用を計算するためのパラメータ表のデータを記憶する装置であり、メモリバスを介して数値演算処理部２３４に接続される。ここで、データ記憶部２３８は、いわゆるＣＰＵと同一の半導体基板上に内蔵される内蔵メモリ（キャッシュメモリ：Cache Memoryとも称される）と同様の一時記憶部２３８ａと、いわゆるメインメモリとも称される外部の半導体製の記憶媒体（たとえば数１００ＭＢ〜数ＧＢ程度の容量のもの）、およびメインメモリより大容量（数１００ＧＢ以上）のハードディスク装置（ＨＤＤ）などの外部記憶装置２３８ｂとで構成される。周知のように、ＣＰＵのアクセスは、メインメモリよりもキャッシュメモリの方が高速である。
【００７１】
数値演算処理部２３４は、データ受付部２３２から供給されたデータに基づき、粒子の一例である現像剤粒子１０２（詳細にはキャリア粒子やトナー粒子）について、磁気相互作用、静電相互作用、または機械的相互作用（接触力）など、複数の相互作用を同時に考慮した粒子挙動を、力分割法を適用してシミュレーション処理にて解析する。数値演算処理部２３４は、その解析結果を出力データ処理部２３６に供給する。
【００７２】
出力データ処理部２３６は、数値演算処理部２３４での計算結果を受け取り、数値演算処理部２３４での計算結果を表示データに変換し、表示装置２１２に供給する。表示装置２１２は、出力データ処理部２３６から供給された表示データに基づく処理結果画像を表示する。実際には確認困難な現像剤粒子１０２の挙動を視覚的に把握できるように、現像剤粒子１０２の挙動予測を可視化して表示装置２１２上に表示するのである。
【００７３】
さらに本実施形態の特徴部分として、図３に示すように、代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1の部分は、行方向処理結果出力処理部２６０を備える。行方向処理結果出力処理部２６０は、自身が属する同一行の各一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2の出力データ処理部２３６から、それぞれの解析結果を取得する。そして、行方向処理結果出力処理部２６０は、自身の出力データ処理部２３６からの解析結果を含めて、当該行の各解析結果を纏めて計算管理ノードの情報提示部２４０にファイル出力する。
【００７４】
また、図３Ａに示すように、一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2は、代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1における行方向処理結果出力処理部２６０を備えていない。出力データ処理部２３６は、それぞれの解析結果を、自身が属する同一行の代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1の行方向処理結果出力処理部２６０にファイル転送する。
【００７５】
［ファイル出力処理の問題点］
図４〜図４Ａは、本実施形態を適用しない比較例の力分割法における、各ノードで取得された解析結果を出力するファイル出力処理の問題点を説明する図である。
【００７６】
たとえば、遠距離力や近距離力など複数の粒子の相互作用を計算する場合に、領域分割法を使わず力分割法を適用した粒子挙動解析処理とすることで解析処理時間を短縮する。ただし、このような力分割法を適用した粒子挙動解析処理とすると、近距離力を計算するために粒子情報（座標）は毎ステップ通信するため、領域分割を適用した場合と比較すると通信負荷は大きくなり高い並列化性能が得られない。
【００７７】
なお、分割法を適用して複数のコンピュータで並列化処理を行なうと通信負荷が大きくなるのは、力分割法に限った話ではない。並列処理における一般的な問題点として、複数プロセッサを用いた場合に、並列数に応じて全処理時間における計算用データ通信時間の比率が増大し、並列化の効果が飽和するようになる。
【００７８】
各ノードの数値演算処理部２３４は、粒子挙動を力分割法を適用してシミュレーション処理にて解析した処理結果（解析結果）を出力データ処理部２３６に供給する。各ノードの出力データ処理部２３６は、解析結果のファイル出力のため、力マトリクスを構成する何れか１つの計算ノード（ここでは主粒子挙動解析装置２０２ａ）の出力データ処理部２３６に、それぞれの解析結果を転送する。主粒子挙動解析装置２０２ａを構成する副粒子挙動解析装置２０２ｂの出力データ処理部２３６は、自身を含む各副粒子挙動解析装置２０２ｂの解析結果を纏めてファイル出力する。
【００７９】
つまり、図４に示すように、比較例の粒子挙動解析システム２００Ｘにおける力分割による並列処理では、１つの計算ノード（ＣＰＵ）が各粒子挙動解析装置２０２の解析結果を纏めてファイル出力を行なうため、その計算ノードは、計算用データの通信負荷だけでなく、ファイル出力データの通信負荷も加わってしまい、大きなオーバーヘッドが生じる。このため、その計算ノードは、他のノードに比べて挙動解析処理時間が長く掛る。この影響は、粒子挙動解析システム２００全体に及ぶので、全体としての挙動解析処理時間が長く掛ることになる。
【００８０】
さらに、図４Ａに示すように、比較例の粒子挙動解析システム２００Ｘにおける計算用ノード（粒子挙動解析装置２０２）間を接続する通信線（ネットワーク２０８）の帯域は、計算用データとファイル出力用データの両者によって使われれる。計算速度に大きな影響を及ぼす計算用データ通信帯域が、ファイル出力用データの通信にも使われるため、並列計算性能の低下が発生する。結果的には、挙動解析処理時間が長く掛ることになる。
【００８１】
本実施形態では、力分割法で使用される力マトリクスの特質に着目して、従前よりもファイル出力（ファイル書込み処理）の通信負荷を軽減できる手法を採る。具体的には、力マトリクスにおける行方向ごとに、各粒子挙動解析装置２０２により得られた解析結果を纏めてファイル出力を行なうことにする。つまり、力マトリクスを用いた並列処理において、ファイル出力を行なう際に、同一行内の並列計算要素（粒子挙動解析装置２０２）でファイル出力データを集合させるために通信を行ない、行ごとにファイル出力処理を行なう。
【００８２】
ここで、行ごとにファイル出力処理を行なうノード（ＣＰＵ、粒子挙動解析装置２０２）を何れに担当させるかで、様々なシステム態様を採り得る。第１実施形態では、このファイル出力を担当するものを、力マトリクスを構成する当該行に属する何れかの粒子挙動解析装置２０２にする。このような力マトリクスを構成するノードの内、１行分の解析結果を纏めてファイル出力を行なうノードを特に代表ノードと称し、その代表ノードの粒子挙動解析装置２０２を代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1とする。代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1以外の粒子挙動解析装置２０２を一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2と称する。
【００８３】
［処理例：第１実施形態］
図５は、第１実施形態の粒子挙動解析システム２００Ａのファイル出力処理を説明する図である。
【００８４】
ここでは、特許文献２の図７〜図１２と同様に、３２粒子を１６個のプロセッサ（１６台の粒子挙動解析装置２０２：１６ＣＰＵと記す）で並列計算する場合の処理例を示す。力分割法を用いて粒子挙動解析を行なう仕組みそのものについては特許文献２に記載のものと同様で良く、ここではその説明を割愛する。後述する他の実施形態のファイル出力処理の説明においても同様である。
【００８５】
各ノードの数値演算処理部２３４は、粒子挙動を力分割法を適用してシミュレーション処理にて解析した処理結果（解析結果）を出力データ処理部２３６に供給する。力マトリクスを構成する各行の各副粒子挙動解析装置２０２ｂの内、代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1（代表ノード）を除く一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2（一般ノード）の出力データ処理部２３６は、解析結果のファイル出力のため、同一行の代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1の行方向処理結果出力処理部２６０に、それぞれの解析結果を転送する。
【００８６】
代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1の行方向処理結果出力処理部２６０は、自身の出力データ処理部２３６からの解析結果と、各一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2の解析結果を纏めて、計算管理ノードの情報提示部２４０にファイル出力する。つまり、第１実施形態のファイル出力処理では、力マトリクスの行方向で出力用データを通信し、各代表ノードがファイル出力を行なう。
【００８７】
各行の代表ノード（代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1）は、当該行に関しての出力ファイル中では、解析結果が粒子番号順に並ぶ順序で出力処理を行なうようにする。つまり、解析結果データが粒子番号順に並ぶ順序でファイル出力を行なう。各行の代表ノード（代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1）は、順番に、各行の解析結果をファイル出力する。
【００８８】
各行の代表ノードの割当て方と各行の代表ノードからのファイル出力順序の組合せとしては、様々な組合せを採り得る。図５は、最も好適な例を示したものであり、各行の代表ノードは、力マトリクスにおいて列方向に同じ位置のものとしている。図示した例では、ノード＃０が０行目のデータ出力＃０（粒子＃０〜７のデータ）を担当する。よって、ノード＃１の出力データ処理部２３６とノード＃０の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃２，３についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃２の出力データ処理部２３６とノード＃０の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃４，５についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃３の出力データ処理部２３６とノード＃０の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃６，７についてファイル出力用のデータ通信がある。これにより、ノード＃０には、自身の担当分である粒子＃０，１を含む粒子＃０〜７の解析結果が集約される。
【００８９】
また、ノード＃４が２行目のデータ出力＃１（粒子＃８〜１５のデータ）を担当する。よって、ノード＃５の出力データ処理部２３６とノード＃４の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃１０，１１についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃６の出力データ処理部２３６とノード＃４の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃１２，１３についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃７の出力データ処理部２３６とノード＃４の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃１４，１５についてファイル出力用のデータ通信がある。これにより、ノード＃４には、自身の担当分である粒子＃８，９を含む粒子＃８〜１５の解析結果が集約される。
【００９０】
また、ノード＃８が２行目のデータ出力＃２（粒子＃１６〜２３のデータ）を担当する。よって、ノード＃９の出力データ処理部２３６とノード＃８の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃１８，１９についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃１０の出力データ処理部２３６とノード＃８の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃２０，２１についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃１１の出力データ処理部２３６とノード＃８の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃２２，２３についてファイル出力用のデータ通信がある。これにより、ノード＃８には、自身の担当分である粒子＃１６，１７を含む粒子＃１６〜２３の解析結果が集約される。
【００９１】
また、ノード＃１２が３行目のデータ出力＃２（粒子＃２４〜３１のデータ）を担当する。よって、ノード＃１３の出力データ処理部２３６とノード＃１２の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃２６，２７についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃１４の出力データ処理部２３６とノード＃１２の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃２８，２９についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃１５の出力データ処理部２３６とノード＃１２の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃３０，３１についてファイル出力用のデータ通信がある。これにより、ノード＃１２には、自身の担当分である粒子＃２４，２５を含む粒子＃２４〜３１の解析結果が集約される。
【００９２】
各行方向処理結果出力処理部２６０は、情報提示部２４０がその行の各ノードでの解析結果に基づく情報提示をスムーズに行なうように、それぞれが担当する出力ファイル中で、データが粒子番号順に並ぶ順序でファイル出力を順次行なう。また、各行方向処理結果出力処理部２６０は、たとえば、データ出力＃０→データ出力＃２→データ出力＃３→データ出力＃１などのように、解析結果が粒子番号順に並ばない順序で出力処理を行なってもよい。各行方向処理結果出力処理部２６０は、好ましくは、情報提示部２４０が全てのノードでの解析結果に基づく情報提示をスムーズに行なうように、データ出力＃０→データ出力＃１→データ出力＃２→データ出力＃３のように、列方向にも、解析結果が粒子番号順に並ぶ順序で出力処理を行なうようにする。
【００９３】
図示しないが、各行の代表ノードは、力マトリクスにおいて、列方向にそれぞれ異なる位置のものとしてもよい。たとえば、ノード＃０が０行目のデータ出力＃０（粒子＃０〜７のデータ）を担当し、ノード＃５が１行目のデータ出力＃１（粒子＃８〜１５のデータ）を担当し、ノード＃１０が２行目のデータ出力＃２（粒子＃１６〜２３のデータ）を担当し、ノード＃１５が３行目のデータ出力＃３（粒子＃２４〜３１のデータ）を担当する。この場合においても、好ましくは、各行方向処理結果出力処理部２６０は、列方向にも、解析結果が粒子番号順に並ぶ順序で出力処理を行なうようにする。
【００９４】
［処理例：比較例と第１実施形態の対比］
図５Ａは、比較例と第１実施形態の各ファイル出力処理の対比を説明する図である。第１実施形態を適用しない比較例のファイル出力処理では、各計算ノードはＮステップ目について並列処理による数値計算を行なってから（Ｓ１１０）、ノード＃０にファイル出力のためのデータ通信を行なう（Ｓ１１２）。その後、ノード＃０では、自身を含む全ての計算ノード分を纏めてファイル出力処理を行なう（Ｓ１１４）。その後、各計算ノードは（Ｎ＋１）ステップ目について並列処理による数値計算を行なう（Ｓ１１６）。以下同様である。
【００９５】
一方、第１実施形態のファイル出力処理では、各計算ノードはＮステップ目について並列処理による数値計算を行なう（Ｓ１２０）。この後、行ごとに、それぞれの代表ノードにファイル出力のためのデータ通信を並行して行なう（Ｓ１２２）。たとえば、ノード＃０と同一行の他の計算ノード（＃１〜＃３）は、ノード＃０にファイル出力のためのデータ通信を行なう（Ｓ１２２_#0 ）。ノード＃４と同一行の他の計算ノード（＃５〜＃７）は、ノード＃４にファイル出力のためのデータ通信を行なう（Ｓ１２２_#4 ）。ノード＃８と同一行の他の計算ノード（＃９〜＃１１）は、ノード＃８にファイル出力のためのデータ通信を行なう（Ｓ１２２_#8 ）。図示しないが、ノード＃１２と同一行の他の計算ノード（＃１３〜＃１５）は、ノード＃１２にファイル出力のためのデータ通信を行なう（Ｓ１２２_#12）。
【００９６】
その後、各代表ノードでは、自身を含む同一行の計算ノード分を纏めてファイル出力処理を順番に行なう（Ｓ１２４）。たとえば、ノード＃０では、自身を含む各計算ノード（＃０〜＃３）分を纏めてファイル出力処理を行なう（Ｓ１２４_#0 ）。その後、ノード＃４では、自身を含む各計算ノード（＃４〜＃７）分を纏めてファイル出力処理を行なう（Ｓ１２４_#4 ）。その後、ノード＃８では、自身を含む各計算ノード（＃８〜＃１１）分を纏めてファイル出力処理を行なう（Ｓ１２４_#8 ）。図示しないが、その後、ノード＃１２では、自身を含む各計算ノード（＃１２〜＃１５）分を纏めてファイル出力処理を行なう（Ｓ１２４_#12）。
【００９７】
その後、各計算ノードは（Ｎ＋１）ステップ目について並列処理による数値計算を行なう（Ｓ１２６）。以下同様である。
【００９８】
このように、第１実施形態のファイル出力処理では、力マトリクスの行ごとに、力マトリクスを構成する何れかの計算ノードを代表ノードとし、力マトリクスの行方向で出力用データを通信し、各代表ノードが順番にファイル出力を行なう。つまり、第１実施形態では、ファイル出力処理を複数の代表ノードで分散処理している点で、ファイル出力処理を１つのノードで集中処理している比較例と異なる。これにより、１つのノードが、他の１５台の計算ノードからのファイル出力用データを受け取り１６台分を纏めてファイル出力を行なう比較例に比べて、代表ノード当たり３台分の通信で済むので、通信待ち時間は短縮される。また、ファイル出力は、データが粒子番号順に並ぶ順序で、各代表ノードにて出力処理を順次行なうので、各ノードが行なうファイル出力処理時間も短縮される。
【００９９】
全体としては、ファイル出力の際のオーバーヘッドが小さくなるので、ファイル出力間隔を小さくしても（高頻度のファイル出力条件でも）挙動解析処理の遅延は抑制される。
【０１００】
また、第１実施形態では、行ごとのファイル出力処理を行なうノードを、力マトリクスの行方向ごとに、行の何れかのノードとしているので、システム規模は比較例（従前）と変わりない。システム規模を大きくしなくても、力マトリクスを構成する何れか１つのノードが、全てのノード分を纏めてファイル出力処理を行なうことに起因する処理効率の低下は防止される。
【０１０１】
＜粒子挙動解析システム；第２実施形態＞
図６は、粒子挙動解析システムの第２実施形態を示すブロック図である。第２実施形態の粒子挙動解析システム２００Ｂは、行ごとのファイル出力を担当する行方向処理結果出力処理部２６０を、力マトリクスを構成する当該行に属する何れかの粒子挙動解析装置２０２にではなく、別のプロセッサに配置するものである。つまり、粒子挙動解析を行なう計算ノードとは別に、行ごとにファイル出力処理を行なうノード（ファイル出力ノードと称する）を備えるものである。このファイル出力ノードを担当する装置を情報出力装置と称する。
【０１０２】
すなわち、第２実施形態の粒子挙動解析システム２００Ｂは、それぞれ粒子挙動解析機能を有する複数台の一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2の他に、ファイル出力ノードとなる情報出力装置２０４を備える。力マトリクスを構成する計算ノードとは別に、ファイル出力処理のみを非同期で行なうファイル出力ノードを用意しているのである。力マトリクスを構成する計算ノードは、１行分を纏めたファイル出力処理を行なわない。その他の点は、第１実施形態と同様である。
【０１０３】
＜粒子挙動解析装置；第２実施形態＞
図７は、第２実施形態の粒子挙動解析システム２００Ｂに使用される粒子挙動解析装置２０２の構成例を示すブロック図である。ここでは、特に計算管理ノードの機能を具備した主粒子挙動解析装置２０２ａについて示している。粒子挙動解析装置２０２には、行方向処理結果出力処理部２６０を備える必要はないので、全てが一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2となる。
【０１０４】
一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2の出力データ処理部２３６は、解析結果のファイル出力のため、自身が属する行のファイル出力を担当する情報出力装置２０４に、それぞれの解析結果を転送する。
【０１０５】
＜情報出力装置；第２実施形態＞
図７Ａは、第２実施形態の粒子挙動解析システム２００Ｂに使用される情報出力装置２０４の構成例を示すブロック図である。
【０１０６】
各行のファイル出力を担当するそれぞれの情報出力装置２０４は、行方向処理結果出力処理部２６０を備える。行方向処理結果出力処理部２６０の機能は、第１実施形態のものと概ね同様である。
【０１０７】
すなわち、行方向処理結果出力処理部２６０は、自身が担当する行の各一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2の出力データ処理部２３６からの解析結果を纏めて、計算管理ノードの情報提示部２４０にファイル出力する。つまり、第２実施形態のファイル出力処理では、力マトリクスの行方向で出力用データを通信する点で第１実施形態と同様であるが、各代表ノードに代えて、力マトリクスを構成する計算ノードとは別のファイル出力ノードがファイル出力を行なう。
【０１０８】
各行のファイル出力ノード（情報出力装置２０４）は、当該行に関しての出力ファイル中では、解析結果が粒子番号順に並ぶ順序で出力処理を行なうようにする。つまり、解析結果データが粒子番号順に並ぶ順序でファイル出力を行なう。各行のファイル出力ノードは、順番に、各行の解析結果をファイル出力する。
【０１０９】
［処理例：第２実施形態］
図８は、第２実施形態の粒子挙動解析システム２００Ｂのファイル出力処理を説明する図である。
【０１１０】
各ノードの数値演算処理部２３４は、粒子挙動を力分割法を適用してシミュレーション処理にて解析した処理結果（解析結果）を出力データ処理部２３６に供給する。力マトリクスを構成する各行の一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2（一般ノード）の出力データ処理部２３６は、解析結果のファイル出力のため、その行のファイル出力処理を担当する情報出力装置２０４の行方向処理結果出力処理部２６０にそれぞれの解析結果を転送する。
【０１１１】
図示した例では、ノード＃１６が０行目のデータ出力＃１６（粒子＃０〜７のデータ）を担当する。よって、ノード＃０の出力データ処理部２３６とノード＃１６の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃０，１についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃１の出力データ処理部２３６とノード＃１６の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃２，３についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃２の出力データ処理部２３６とノード＃１６の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃４，５についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃３の出力データ処理部２３６とノード＃１６の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃６，７についてファイル出力用のデータ通信がある。これにより、ノード＃１６には、０行目の粒子＃０〜７の解析結果が集約される。
【０１１２】
また、ノード＃１７が２行目のデータ出力＃１７（粒子＃８〜１５のデータ）を担当する。よって、ノード＃４の出力データ処理部２３６とノード＃１７の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃８，９についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃５の出力データ処理部２３６とノード＃４の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃１０，１１についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃６の出力データ処理部２３６とノード＃１７の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃１２，１３についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃７の出力データ処理部２３６とノード＃１７の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃１４，１５についてファイル出力用のデータ通信がある。これにより、ノード＃１７には、１行目の粒子＃８〜１５の解析結果が集約される。
【０１１３】
また、ノード＃１８が２行目のデータ出力＃１８（粒子＃１６〜２３のデータ）を担当する。よって、ノード＃８の出力データ処理部２３６とノード＃１８の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃１６，１７についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃９の出力データ処理部２３６とノード＃１８の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃１８，１９についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃１０の出力データ処理部２３６とノード＃１８の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃２０，２１についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃１１の出力データ処理部２３６とノード＃１８の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃２２，２３についてファイル出力用のデータ通信がある。これにより、ノード＃１８には、２行目の粒子＃１６〜２３の解析結果が集約される。
【０１１４】
また、ノード＃１９が３行目のデータ出力＃１９（粒子＃２４〜３１のデータ）を担当する。よって、ノード＃１２の出力データ処理部２３６とノード＃１９の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃２４，２５についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃１３の出力データ処理部２３６とノード＃１９の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃２６，２７についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃１４の出力データ処理部２３６とノード＃１９の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃２８，２９についてファイル出力用のデータ通信がある。ノード＃１５の出力データ処理部２３６とノード＃１９の行方向処理結果出力処理部２６０との間で、粒子＃３０，３１についてファイル出力用のデータ通信がある。これにより、ノード＃１９には、３行目の粒子＃２４〜３１の解析結果が集約される。
【０１１５】
情報出力装置２０４の行方向処理結果出力処理部２６０は、各一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2の解析結果を纏めて、計算管理ノードの情報提示部２４０にファイル出力する。つまり、第２実施形態のファイル出力処理では、力マトリクスの行方向で出力用データを通信する点で第１実施形態と同様であるが、力マトリクスを構成する計算ノードとは別に設けられた各行のファイル出力ノード（ノード＃１６〜＃１９）がファイル出力を行なう。力マトリクスを構成する各計算ノードは、ファイル出力用のデータ通信を行なうけれども、ファイル出力処理を行なわない。そのため、ファイル出力処理のオーバーヘッドが挙動解析処理に及ぼす影響は無くなり、全体としての挙動解析処理時間が短縮される。
【０１１６】
各行の情報出力装置２０４（ノード＃１６〜＃１９）は、当該行に関しての出力ファイル中では、解析結果が粒子番号順に並ぶ順序で出力処理を行なうようにする。つまり、解析結果データが粒子番号順に並ぶ順序でファイル出力を行なう。各行の代表ノード（代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1）は、順番に、各行の解析結果をファイル出力する。
【０１１７】
図示した例では、各行方向処理結果出力処理部２６０は、たとえば、データ出力＃０→データ出力＃２→データ出力＃３→データ出力＃１などのように、解析結果が粒子番号順に並ばない順序で出力処理を行なってもよい。各行方向処理結果出力処理部２６０は、好ましくは、データ出力＃０→データ出力＃１→データ出力＃２→データ出力＃３のように、列方向にも、解析結果が粒子番号順に並ぶ順序で出力処理を行なうようにする。
【０１１８】
［処理例：比較例と第２実施形態の対比］
図８Ａおよび図８Ｂは、比較例（第１実施形態）と第２実施形態の各ファイル出力処理の対比を説明する図である。ここで、図８Ａは比較例（第１実施形態）の同期処理を示すフローチャートであり、図８Ｂは第２実施形態の非同期処理を示すフローチャートである。処理ステップを２００番台で示し、第１実施形態と同様の処理ステップには、第１実施形態と同様の１０番台と１番台の番号を付す。
【０１１９】
図８Ａに示すように、第２実施形態を適用しない比較例（第１実施形態）のファイル出力処理では、各計算ノードはＮステップ目について並列処理による数値計算を行ない（Ｓ２２０）、さらに、行ごとに、それぞれの代表ノードにファイル出力のためのデータ通信を並行して行なう（Ｓ２２２_#0 ，Ｓ２２２_#4 ，Ｓ２２２_#8 ，Ｓ２２２_#12）。
【０１２０】
その後、各代表ノードでは、自身を含む同一行の計算ノード分を纏めてファイル出力処理を順番に行なう（Ｓ２２４_#0 ，Ｓ２２４_#4 ，Ｓ２２４_#8 ，Ｓ２２４_#12）。このとき、第１実施形態でも示したように、各行の代表ノードでのファイル出力処理は、順番に行なうことになる。この各代表ノードにおけるファイル出力処理の期間は、数値計算処理を行なうことはできない。そのため、各代表ノードにおけるファイル出力処理の完了後に、（Ｎ＋１）ステップ目について並列処理による数値計算を行なう（Ｓ２２６）ので、ファイル出力処理と並列処理による数値計算処理とは同期した処理となる。
【０１２１】
一方、図８Ｂに示すように、第２実施形態のファイル出力処理では、各計算ノードはＮステップ目について並列処理による数値計算を行なう（Ｓ２３０）。この後、行ごとに、それぞれの行のファイル出力ノード（情報出力装置２０４）の行方向処理結果出力処理部２６０にファイル出力のためのデータ通信を並行して行なう。なお、図ではファイル出力ノード＃１６〜＃１９を、代表ノード＃１６〜＃１９と記す。
【０１２２】
その後、各ファイル出力ノードの行方向処理結果出力処理部２６０では、同一行の各計算ノード分を纏めてファイル出力処理を順番に行なう（Ｓ２３４）。たとえば、ファイル出力ノード＃１６では、各計算ノード（＃０〜＃３）分を纏めてファイル出力処理を行なう（Ｓ１２４_#16 ）。その後、ファイル出力ノード＃１７では、各計算ノード（＃４〜＃７）分を纏めてファイル出力処理を行なう（Ｓ１２４_#17）。その後、ファイル出力ノード＃１８では、各計算ノード（＃８〜＃１１）分を纏めてファイル出力処理を行なう（Ｓ１２４_#18）。その後、ファイル出力ノード＃１９では、各計算ノード（＃１２〜＃１５）分を纏めてファイル出力処理を行なう（Ｓ１２４_#19）。
【０１２３】
各計算ノードでは、ファイル出力ノードでのファイル出力処理と並行して、（Ｎ＋１）ステップ目について並列処理による数値計算を行なう（Ｓ２３６）。以下同様である。
【０１２４】
このように、第２実施形態のファイル出力処理では、力マトリクスの行ごとに、力マトリクスを構成する各計算ノードとは別にファイル出力処理専用のファイル出力ノードを用意して、力マトリクスの行方向で出力用データを通信し、各ファイル出力ノードが順番にファイル出力を行なう。つまり、第２実施形態では、ファイル出力処理を複数のファイル出力ノードで分散処理している点で、ファイル出力処理を１つのノードで集中処理している比較例と異なる。これにより、１つのノードが、他の１５台の計算ノードからのファイル出力用データを受け取り１６台分を纏めてファイル出力を行なう比較例に比べて、ファイル出力ノード当たり４台分の通信で済むので、通信待ち時間は短縮される。また、ファイル出力は、データが粒子番号順に並ぶ順序で、各代表ノードにて出力処理を順次行なうので、各ノードが行なうファイル出力処理時間も短縮される。
【０１２５】
加えて、力マトリクスを構成する各計算ノードとは別にファイル出力処理専用のファイル出力ノードを設けているので、解析結果をファイル出力ノードに転送した後には、各計算ノードでのデータ処理とファイル出力ノードでのファイル出力処理は非同期で処理し得る。ファイル出力ノードではファイルデータの入出力を各計算ノードのバックグラウンドで処理し、各計算ノードでは次のステップの計算を開始する。これにより、ファイル出力処理のオーバーヘッドが挙動解析処理に及ぼす影響は削減され、第１実施形態よりも、全体としての挙動解析処理時間は短縮される。
【０１２６】
なお、第２実施形態では、力マトリクスを構成する粒子挙動解析装置２０２とは別に設ける情報出力装置２０４を、行ごとに用意していたが、このことは必須ではない。行ごとに纏めてファイル出力を行なうものであれば良く、１台の情報出力装置２０４が、各行のファイル出力を行なってもよい。
【０１２７】
＜粒子挙動解析システム；第３実施形態＞
図９は、粒子挙動解析システムの第３実施形態を示すブロック図である。第３実施形態の粒子挙動解析システム２００Ｃは、力分割法により粒子の挙動を解析する際に当該行以外の各計算ノードとの間で情報通信を行なう主通信線とは別に、力マトリクスにおける行方向の各計算ノードとの間で情報通信を行なう副通信線を行ごとに設けたものである。
【０１２８】
すなわち、第３実施形態の粒子挙動解析システム２００Ｃは、それぞれ粒子挙動解析機能を有する複数台の粒子挙動解析装置２０２が副通信線の一例であるサブネットワーク２０９_1にてネットワーク接続されて並列型計算装置として構成されている複数の粒子挙動解析システム２００が、さらに、主通信線の一例であるメインネットワーク２０９_2で接続されて構成されている。構成的には、事実上の並列型計算装置をネットワーク接続してなるグリッド型計算装置に近いものである。
【０１２９】
サブネットワーク２０９_1は、通信状態がルーティング機能を持つネットワーク管理装置２０８_1で管理されるようになっている。メインネットワーク２０９_2は、通信状態がルーティング機能を持つネットワーク管理装置２０８_2で管理されるようになっている。
【０１３０】
なお、図では便宜的に、ネットワーク管理装置２０８_2から１本のネットワーク線を出し、そのネットワーク線上に主粒子挙動解析システム２００ａおよび副粒子挙動解析システム２００ｂ（詳細にはネットワーク管理装置２０８_1）を接続する態様で示しているが、実際には、ネットワーク管理装置２０８_2に備えられる個別のポートに各粒子挙動解析システム２００のネットワーク管理装置２０８_1が接続され、各粒子挙動解析システム２００間の通信は、ネットワーク管理装置２０８_2を介してなされるようになっている。
【０１３１】
第３実施形態では、サブネットワーク２０９_1とメインネットワーク２０９_2の通信仕様は不問とする。たとえば、通信プロトコルが同じものでもよいし異なるものでもよい。また、通信速度は、同じものでもよいし、異なるものでもよい。
【０１３２】
図示した例では、粒子挙動解析システム２０１を構成する各粒子挙動解析システム２００のうちの１つ（１つの並列計算装置）が全体を統括する主粒子挙動解析システム２００ａとして機能するようになっており、この主粒子挙動解析システム２００ａに対して残りの粒子挙動解析システム２００が、主粒子挙動解析システム２００ａにより制御される副粒子挙動解析システム２００ｂ１，２００ｂ２，…としてメインネットワーク２０９_2で接続されている。
【０１３３】
主粒子挙動解析システム２００ａは、第１実施形態の構成における指示入力装置２１０および表示装置２１２を備えた主粒子挙動解析装置２０２ａを備えて構成されている。一方、各副粒子挙動解析システム２００ｂは、全てが副粒子挙動解析装置２０２ｂで構成されている。
【０１３４】
粒子挙動解析システム２００ａ，２００ｂ１，２００ｂ２，…は、第１実施形態で説明したように、各相互作用の解析を行なう際、粒子分割法ではなく力分割法を用いて解析する。
【０１３５】
粒子挙動解析システム２００Ｃは、主要の処理データを相互にサブネットワーク２０９_1およびメインネットワーク２０９_2を介して伝達し合い、粒子挙動解析処理を並列的に実行する。ここで、サブネットワーク２０９_1が、力マトリクスとの行方向のデータ通信の他、行方向のファイル出力処理に寄与するように、計算ノードを割り当てる。基本的な考え方は、粒子挙動解析システム２００ａ，２００ｂ１，２００ｂ２，…に属する各計算ノードは、力マトリクスの行方向に、同一位置のものとなるように割り当てる。
【０１３６】
たとえば、特許文献２の図７〜図１２と同様に、３２粒子を１６個のプロセッサで並列計算する場合は、１行分の計算ノードは４つになるので、２つの粒子挙動解析システム２００（２００ａ，２００ｂ１，２００ｂ２，２００ｂ３）で粒子挙動解析システム２００Ｄを構成し、各粒子挙動解析システム２００ａ，２００ｂ１，２００ｂ２，２００ｂ３を力マトリクスの行方向に割り当てる。
【０１３７】
［処理例：第３実施形態］
図１０〜図１０Ａは、は、第３実施形態の粒子挙動解析システム２００Ｃのファイル出力処理を説明する図である。
【０１３８】
各ノードの数値演算処理部２３４は、粒子挙動を力分割法を適用してシミュレーション処理にて解析した処理結果（解析結果）を出力データ処理部２３６に供給する。力マトリクスを構成する各行の各副粒子挙動解析装置２０２ｂの内、代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1（代表ノード）を除く一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2（一般ノード）の出力データ処理部２３６は、解析結果のファイル出力のため、同一行の代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1の行方向処理結果出力処理部２６０に、サブネットワーク２０９_1を使って、ファイル出力用のデータ通信を行ない、それぞれの解析結果を転送する。
【０１３９】
これにより、図１０に示すように、ノード＃０には、自身の担当分である粒子＃０，１を含む粒子＃０〜７の解析結果が集約される。ノード＃１には、自身の担当分である粒子＃８，９を含む粒子＃８〜１５の解析結果が集約される。ノード＃２には、自身の担当分である粒子＃１６，１７を含む粒子＃１６〜２３の解析結果が集約される。ノード＃３には、自身の担当分である粒子＃２４，２５を含む粒子＃２４〜３１の解析結果が集約される。以下、第１実施形態と同様である。
【０１４０】
図１０Ａに示すように、各粒子挙動解析システム２００（２００ａ，２００ｂ１，２００ｂ２，２００ｂ３）では、ファイル出力処理時に、行を跨るファイル出力通信を行なうことはない。ファイル出力用データが計算データ通信用のメインネットワーク２０９_2の通信帯域を使うことはなく、挙動解析処理では通常通り並列処理を実施する。計算速度に大きな影響を及ぼす計算用データ通信帯域が、ファイル出力用データの通信に使われることがないため、ファイル出力処理を起因とする、並列計算性能の低下や挙動解析処理時間が長く掛ることもない。
【０１４１】
＜粒子挙動解析システム；第４実施形態＞
図１１は、粒子挙動解析システムの第４実施形態を示すブロック図である。第４実施形態の粒子挙動解析システム２００Ｄは、第３実施形態に対する変形例である。具体的には、第３実施形態の粒子挙動解析システム２００ａ，２００ｂ１，２００ｂ２，…のそれぞれを、複数のコア部分（いわゆるＣＰＵの部分）を１つの筐体（半導体チップ）に収容したマルチコアを有する粒子挙動解析装置２０２に置き換えて構成している。よって、サブネットワーク２０９_1の部分は筐体外部に出ることはなく、事実上、同一の筐体に収容された内部配線２０９_3となっている。
【０１４２】
たとえば、特許文献２の図７〜図１２と同様に、３２粒子を１６個のプロセッサで並列計算する場合は、１行分の計算ノードは４つになるので、同一の筐体に４つのＣＰＵを収容したクワッドコア（Quad Core ：４コア）ＣＰＵを有する粒子挙動解析装置２０２を４台使用し、各粒子挙動解析装置２０２（つまりクワッドコアＣＰＵ＃０〜＃３）を力マトリクスの行方向に割り当てる。
【０１４３】
［処理例：第４実施形態］
図１２〜図１２Ａは、第４実施形態の粒子挙動解析システム２００Ｄのファイル出力処理を説明する図である。
【０１４４】
各ノードの数値演算処理部２３４は、粒子挙動を力分割法を適用してシミュレーション処理にて解析した処理結果（解析結果）を出力データ処理部２３６に供給する。力マトリクスを構成する各行の各副粒子挙動解析装置２０２ｂの内、代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1（代表ノード）を除く一般副粒子挙動解析装置２０２ｂ_2（一般ノード）の出力データ処理部２３６は、解析結果のファイル出力のため、同一行の代表副粒子挙動解析装置２０２ｂ_1の行方向処理結果出力処理部２６０に、内部配線２０９_3を使って、ファイル出力用のデータ通信を行ない、それぞれの解析結果を転送する。
【０１４５】
これにより、図１２に示すように、ノード＃０には、自身の担当分である粒子＃０，１を含む粒子＃０〜７の解析結果が集約される。ノード＃１には、自身の担当分である粒子＃８，９を含む粒子＃８〜１５の解析結果が集約される。ノード＃２には、自身の担当分である粒子＃１６，１７を含む粒子＃１６〜２３の解析結果が集約される。ノード＃３には、自身の担当分である粒子＃２４，２５を含む粒子＃２４〜３１の解析結果が集約される。以下、第１実施形態と同様である。
【０１４６】
図１２Ａに示すように、マルチコアで構成された粒子挙動解析装置２０２ａ，２０２ｂ（つまりクワッドコアＣＰＵ＃０〜＃３）では、ファイル出力処理時に、行を跨るファイル出力通信を行なうことはない。ファイル出力用データが計算データ通信用のメインネットワーク２０９_2の通信帯域を使うことはなく、挙動解析処理では通常通り並列処理を実施する。第３実施形態と同様に、計算速度に大きな影響を及ぼす計算用データ通信帯域がファイル出力用データの通信に使われることがないため、ファイル出力処理を起因とする、並列計算性能の低下や挙動解析処理時間が長く掛ることもない。第３実施形態と異なり、ファイル出力処理用のデータ通信線は、筐体（半導体チップ）内の内部配線２０９_3で設けられているので、利用者がその通信線を設ける必要がなく、第３実施形態よりも使い勝手がよい。粒子挙動解析システム２００Ｄもコンパクトになる。
【０１４７】
＜粒子挙動解析装置；計算機構成＞
図１３は、各粒子挙動解析装置２０２や情報出力装置２０４の他の構成例を示すブロック図である。この構成は、ソフトウェアを実行するマイクロプロセッサなどから構築されるパーソナルコンピュータなどの電子計算機を利用したもので、粒子挙動解析を行なう粒子挙動解析装置２０２のより現実的なハードウェア構成を示している。
【０１４８】
すなわち、本実施形態において、粒子の挙動を解析する仕組みは、ハードウェア処理回路により構成することに限らず、その機能を実現するプログラムコードに基づき電子計算機（コンピュータ）を用いてソフトウェア的に実現することも可能である。よって、本実施形態に係る仕組みを、電子計算機（コンピュータ）を用いてソフトウェアで実現するために好適なプログラムあるいはこのプログラムを格納したコンピュータ読取可能な記録媒体（記憶媒体）が発明として抽出される。ソフトウェアにより実行させる仕組みとすることで、既存のコンピュータシステムのハードウェアの変更を伴うことなく、粒子挙動解析の計算処理手順などが容易に変更されることとなる。
【０１４９】
前述の一連の粒子挙動解析処理（ファイル出力処理を含む）はハードウェアまたはソフトウェアの単独に限らずその両者の複合構成によっても実現され得る。ソフトウェアによる処理を実行する場合、処理手順を示したプログラムを、ハードウェアに組み込まれたコンピュータ内の記憶媒体に組み込んで（インストールして）実行させたり、各種処理が実行可能な汎用の電子計算機にプログラムを組み込んで実行させる。
【０１５０】
粒子挙動解析機能をコンピュータに実行させるプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体を通じて配布される。あるいは、このプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭではなくＦＤ（フレキシブルディスク）に格納されてもよい。また、ＭＯドライブを設け、ＭＯに前記プログラムを格納してもよく、またフラッシュメモリなどの不揮発性の半導体メモリカードなど、その他の記録媒体にプログラムを格納してもよい。さらに、ソフトウェアを構成するプログラムは、記録媒体を介して提供されることに限らず、有線あるいは無線などの通信網を介して提供されてもよい。たとえば、他のサーバなどからインターネットなどのネットワークを経由してプログラムをダウンロードして取得したり、あるいは更新したりしてもよい。さらに、粒子挙動解析を行なう機能を実現するプログラムコードを記述したファイルとしてプログラムが提供されるが、この場合、一括のプログラムファイルとして提供されることに限らず、コンピュータで構成されるシステムのハードウェア構成に応じて、個別のプログラムモジュールとして提供されてもよい。
【０１５１】
たとえば、コンピュータシステム９００は、コントローラ部９０１と、ハードディスク装置、ＦＤドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、半導体メモリコントローラなどの、記録媒体からデータを読み出したり記録したりするための記録・読取制御部９０２を有する。また、コンピュータシステム９００は、ユーザインタフェースをなす機能部としての操作部９０３と、各機能部との間のインタフェース機能をなすインタフェース部（ＩＦ部）９０９を有する。なお、解析処理結果を印刷出力してユーザに提示する構成とするべく、処理結果を出力媒体（たとえば印刷用紙）に出力する画像形成部を設けてもよい。
【０１５２】
コントローラ部９０１は、ＣＰＵ９１２、読出専用の記憶部であるＲＯＭ９１３、随時書込みおよび読出しが可能であるとともに揮発性の記憶部の一例であるＲＡＭ９１５、不揮発性の記憶部の一例であるＲＡＭ（ＮＶＲＡＭと記述する）９１６を有している。
【０１５３】
操作部９０３は、操作者による操作を受け付けたり、表示装置を具備し各種の情報を提示したりするためのものである。操作部９０３の指示入力装置としてはたとえば、操作パネルの操作キーを利用してもよいし、キーボードやマウスなどを利用してもよい。操作部９０３の表示装置としてはたとえば、たとえば、操作パネルを利用してもよいし、ＣＲＴやＬＣＤなどでなるその他のディスプレイ部を利用してもよい。なお、表示面上にタッチパネルを有するディスプレイ部とすることで、表示だけでなく、指先やペンなどで情報を入力する構成としてもよい。
【０１５４】
インタフェース部９０９としては、処理データや制御データの転送経路であるシステムバス９９１の他、たとえば、ネットワークとの間の通信データの受け渡しを仲介する通信ＩＦ部９９９を有している。通信ＩＦ部９９９は、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどの外部のネットワーク網に接続されることにより、他のコンピュータシステム９００とデータ送受信を行なう。これにより、予め定められた分割法を適用して、複数のコンピュータシステム９００の協働処理による並列処理を実行することで、解析時間を短縮する。インタフェース部９０９は、図示しないがこの他にもたとえば、画像形成部や他のプリンタとのインタフェース機能をなすプリンタＩＦ部などを備える。
【０１５５】
このような構成により、操作部９０３を介した操作者による指令にて、粒子挙動解析方法を実行するプログラムが記憶されているＣＤ−ＲＯＭなどの読取可能な記録媒体からＲＡＭ９１５に粒子挙動解析プログラムがインストールされ、また操作部９０３を介した操作者による指令や自動処理にて粒子挙動解析プログラムが起動される。
【０１５６】
ＣＰＵ９１２は、システムバス９９１を介してシステム全体の制御を行ない、粒子挙動解析プログラムに従って粒子挙動解析方法に伴う計算処理を行なう。ＲＯＭ９１３は、ＣＰＵ９１２の制御プログラムなどを格納する。ＲＡＭ９１５は、ＳＲＡＭやフラッシュメモリなどで構成され、プログラム制御変数や各種処理のためのデータなどを格納する。また、ＲＡＭ９１５は、アプリケーションプログラムに従って演算して得たデータや外部から取得したデータなどを一時的に格納する領域を含んでいる。処理結果はＲＡＭ９１５やハードディスクなどの記憶装置に格納され、また、処理結果の情報などが操作パネルやＣＲＴやＬＣＤなどの表示装置に出力される。
【０１５７】
なお、ここでは、粒子挙動解析装置２０２の制御構成をコンピュータにてソフトウェア上で実現する構成例で説明しているが、本実施形態の粒子挙動解析を実現するための制御構成の各部（機能ブロックを含む）の具体的手段は、ハードウェア、ソフトウェア、通信手段、これらの組み合わせ、その他の手段を用いることができ、このこと自体は当業者において自明である。また、機能ブロック同士が複合して１つの機能ブロックに集約されてもよい。また、コンピュータにプログラム処理を実行させるソフトウェアは、組合せの態様に応じて分散してインストールされる。
【０１５８】
たとえば、粒子挙動解析処理のための各機能部分の全ての処理をソフトウェアで行なうのではなく、これら機能部分の一部を専用のハードウェアにて行なう処理回路９０８を設けてもよい。ソフトウェアで行なう仕組みは、並列処理や連続処理に柔軟に対処し得るものの、その処理が複雑になるに連れ、処理時間が長くなるため、処理速度の低下が問題となる。これに対して、ハードウェア処理回路で構築すると、処理が複雑であっても、処理速度の低下を防ぐことができ、高いスループットを得ることができる高速化を図ったアクセラレータシステムが構築される。
【０１５９】
たとえば、処理回路９０８としては、前記実施形態で示したデータ処理部２３０を構成する、データ受付部２３２に相当するデータ受付部９０８ａ、数値演算処理部２３４に相当する数値演算処理部９０８ｂ、出力データ処理部２３６に相当する出力データ処理部９０８ｃなどをハードウェアで構成するとよい。また、ファイル出力処理の通信負荷を軽減するための機能部である行方向処理結果出力処理部２６０に相当する行方向処理結果出力処理部９０８ｄをハードウェアで構成してもよい。また、全体を統括する主粒子挙動解析装置２０２ａを構成する場合であれば、分割処理部２５０に相当する分割処理部９０８ｘをハードウェアで構成するとよい。
【０１６０】
以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で前記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１６１】
また、前記の実施形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０１６２】
ファイル出力処理の通信負荷を軽減する前記実施形態の仕組みは、たとえば、電子写真方式の転写装置における転写プロセスや、現像装置４０における攪拌プロセスや現像プロセス、クリーニング装置における清掃プロセスにも適用してよい。また、粒子種や作用力を問わず、あらゆる粒子（粉体）を取り扱うシステムのシミュレーションにも同様に適用してよい。電子写真方式以外では、岩石などの落石シミュレーション、ホッパー内の粉の流動シミュレーション、製薬用製剤装置内の粉末体の流動シミュレーションなどへ適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６３】
【図１】電子写真方式の画像形成装置の一構成例を示す図である。
【図２】粒子挙動解析システムの第１実施形態を示すブロック図である。
【図３】計算管理ノードの機能を具備した第１実施形態の主粒子挙動解析装置の構成例を示す図である。
【図３Ａ】代表ノード以外の一般ノードの機能を具備した第１実施形態の一般副粒子挙動解析装置の構成例を示す図である。
【図４】本実施形態を適用しない比較例の力分割法におけるファイル出力処理の問題点を説明する図（その１）である。
【図４Ａ】本実施形態を適用しない比較例の力分割法におけるファイル出力処理の問題点を説明する図（その２）である。
【図５】第１実施形態の粒子挙動解析システムのファイル出力処理を説明する図である。
【図５Ａ】比較例と第１実施形態の各ファイル出力処理の対比を説明する図である。
【図６】粒子挙動解析システムの第２実施形態を示すブロック図である。
【図７】第２実施形態の粒子挙動解析装置の構成例を示すブロック図である。
【図７Ａ】第２実施形態の情報出力装置の構成例を示すブロック図である。
【図８】第２実施形態の粒子挙動解析システムのファイル出力処理を説明する図である。
【図８Ａ】比較例（第１実施形態）のファイル出力処理（同期処理）を説明するフローチャートである。
【図８Ｂ】第２実施形態のファイル出力処理（非同期処理）を説明するフローチャートである。
【図９】粒子挙動解析システムの第３実施形態を示すブロック図である。
【図１０】第３実施形態の粒子挙動解析システムのファイル出力処理を説明する図（その１）である。
【図１０Ａ】第３実施形態の粒子挙動解析システムのファイル出力処理を説明する図（その２）である。
【図１１】粒子挙動解析システムの第４実施形態を示すブロック図である。
【図１２】第４実施形態の粒子挙動解析システムのファイル出力処理を説明する図（その１）である。
【図１２Ａ】第４実施形態の粒子挙動解析システムのファイル出力処理を説明する図（その２）である。
【図１３】粒子挙動解析装置や情報出力装置を、電子計算機を利用して構成するときの構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１６４】
１…画像形成装置、１０…感光体、２０…帯電装置、３０…露光装置、４０…現像装置、５０…転写装置、６０…クリーニング装置、７０…定着装置、１０２…現像剤粒子、１４０…現像ロール、２００…粒子挙動解析システム、２０２…粒子挙動解析装置、２０４…情報出力装置、２０８…ネットワーク（通信線）、２０９_1…サブネットワーク（副通信線）、２０９_2…メインネットワーク（主通信線）、２０９_3…内部配線（副通信線）、２１０…指示入力装置、２１２…表示装置、２２０…データ入力部、２３０…データ処理部、２３２…データ受付部、２３４…数値演算処理部（粒子挙動計算部）、２３６…出力データ処理部、２３８…データ記憶部、２４０…情報提示部、２５０…分割処理部、２６０…行方向処理結果出力処理部、９００…コンピュータシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１０Ａ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１２Ａ】
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【図１３】
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