(57)【要約】【課題】セル法を適用して粒子挙動解析を行なう際に、メモリ使用量を低減する。【解決手段】各セルが解析領域内であるのか解析領域外であるのかの判別（解析領域内外判別）を行ない、解析対象小領域設定部２６０は、その解析領域内外判別結果に基づき、真に挙動解析が必要なセルを特定する。解析領域内において粒子が移動し得ない非移動領域に該当するセルを解析対象から除外し除外セルJSとし、本当に解析が必要なセルのみを解析対象セルKSに設定する。解析対象セルKSについてのみメモリの割当てを行ない、粒子と解析対象セルKSとの対応情報を作成し、近距離と遠距離の相互作用力計算に活用する。除外セルJSに関しては、粒子の対応付けを行なわない。除外セルJSも含む全てのセルについて粒子との対応情報を作成して解析を行なう比較例に比べて、除外セルJSの分だけ、メモリ使用量は少なくなる。【選択図】図４Ｂ
2010072379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子挙動解析の対象の領域である解析領域について複数の小領域に分割された各小領域内に含まれる粒子の挙動をそれぞれ計算する粒子挙動計算部と、
前記粒子挙動計算部での計算処理過程で使用されるデータを記憶する記憶部と、
前記解析領域を分割した各小領域の内、粒子が移動し得ない非移動領域に該当する小領域である除外小領域を除いた分を解析対象小領域に設定し、この解析対象小領域について粒子と小領域の対応情報を作成して粒子の挙動を計算するように前記粒子挙動計算部に指示する解析対象小領域設定部と、
を備えた粒子挙動解析装置。
【請求項２】
前記解析対象小領域設定部は、粒子が移動する境界を特定し得る移動境界特定情報を取り込み、この移動境界特定情報に基づいて、前記解析領域内において非移動領域があるか否かを判定し、非移動領域があるときには、その非移動領域に該当する小領域を解析対象から除外する解析対象外小領域特定部
を有する請求項１に記載の粒子挙動解析装置。
【請求項３】
前記小領域の一部が前記非移動領域に含まれるが残りは前記非移動領域に含まれないとき、その小領域を解析対象から除外するか否かの判定条件が定められており、
前記解析対象外小領域特定部は、判定対象となる小領域の一部が前記非移動領域に含まれるが残りは前記非移動領域に含まれないときには、前記判定条件に基づいて、当該小領域を解析対象から除外するか否かを判定する
請求項２に記載の粒子挙動解析装置。
【請求項４】
前記判定条件は、前記小領域に前記非移動領域が占める面積比率が閾値を超えるか否かである
請求項３に記載の粒子挙動解析装置。
【請求項５】
前記判定条件の変更を受け付ける変更受付部
をさらに備えた請求項３または４に記載の粒子挙動解析装置。
【請求項６】
前記解析対象小領域設定部は、
一部が前記非移動領域に含まれるが残りは前記非移動領域に含まれない小領域について、その小領域を解析対象から除外するか否かの指示を受け付ける領域設定受付部を有し、
前記領域設定受付部が受け付けた指示に従って当該小領域を解析対象から除外するか否かを決定する
請求項１〜５の内の何れか一項に記載の粒子挙動解析装置。
【請求項７】
前記除外小領域および／または前記解析対象小領域の情報を提示する解析領域情報提示部
をさらに備えた請求項１〜６の内の何れか一項に記載の粒子挙動解析装置。
【請求項８】
粒子挙動解析の対象の領域である解析領域を複数の領域に分割する解析領域分割部と、
前記解析領域分割部により分割された各分割解析領域について複数の小領域に分割された各小領域内に含まれる粒子の挙動をそれぞれ計算する粒子挙動計算部と、
前記粒子挙動計算部での計算処理過程で使用されるデータを記憶する記憶部と、
を備えた粒子挙動解析装置。
【請求項９】
前記解析領域分割部は、粒子が移動し得ない非移動領域の情報に基づいて、分割された各分割解析領域の中には前記非移動領域を含まないものがあるように、前記解析領域を複数の領域に分割する
請求項９に記載の粒子挙動解析装置。
【請求項１０】
粒子挙動解析の対象の領域である解析領域について複数の小領域に分割された各小領域内に含まれる粒子の挙動をそれぞれ計算する粒子挙動計算部と、
前記解析領域を分割した各小領域の内、粒子が移動し得ない非移動領域に該当する小領域である除外小領域を除いた分を解析対象小領域に設定し、この解析対象小領域について粒子と小領域の対応情報を作成して粒子の挙動を計算するように前記粒子挙動計算部に指示する解析対象小領域設定部と、
してコンピュータを機能させるプログラム。
【請求項１１】
粒子挙動解析の対象の領域である解析領域を複数の領域に分割する解析領域分割部と、
前記解析領域分割部により分割された各分割解析領域について複数の小領域に分割された各小領域内に含まれる粒子の挙動をそれぞれ計算する粒子挙動計算部と、
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、粒子挙動解析装置および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（特許文献１，２を参照）。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】
【特許文献１】特開２００５−１２２３５４号公報
【特許文献２】特開２００７−２８６５１４号公報
【０００７】
たとえば、特許文献１では、粒子間相互作用力の計算にセル法を適用し、セルサイズを粒子間相互作用の有効距離に応じて最適化するようにしている。
【０００８】
特許文献２では、粒子間相互作用力の計算にセル法を適用し、セルサイズを粒径比および粒子密度に応じて最適化するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、セル法を適用して粒子挙動解析を行なう際に、メモリ使用量を従来技術よりも低減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】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、粒子挙動解析の対象の領域である解析領域について複数の小領域に分割された各小領域内に含まれる粒子の挙動をそれぞれ計算する粒子挙動計算部と、前記粒子挙動計算部での計算処理過程で使用されるデータを記憶する記憶部と、前記解析領域を分割した各小領域の内、粒子が移動し得ない非移動領域に該当する小領域である除外小領域を除いた分を解析対象小領域に設定し、この解析対象小領域について粒子と小領域の対応情報を作成して粒子の挙動を計算するように前記粒子挙動計算部に指示する解析対象小領域設定部と、を備えた粒子挙動解析装置である。
【００１１】
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、前記解析対象小領域設定部は、粒子が移動する境界を特定し得る移動境界特定情報を取り込み、この移動境界特定情報に基づいて、前記解析領域内において非移動領域があるか否かを判定し、非移動領域があるときには、その非移動領域に該当する小領域を解析対象から除外する解析対象外小領域特定部を有する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明においてさらに、前記小領域の一部が前記非移動領域に含まれるが残りは前記非移動領域に含まれないとき、その小領域を解析対象から除外するか否かの判定条件が定められており、前記解析対象外小領域特定部は、判定対象となる小領域の一部が前記非移動領域に含まれるが残りは前記非移動領域に含まれないときには、前記判定条件に基づいて、当該小領域を解析対象から除外するか否かを判定する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明においてさらに、前記判定条件は、前記小領域に前記非移動領域が占める面積比率が閾値を超えるか否かである。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の発明においてさらに、前記判定条件の変更を受け付ける変更受付部を有する。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の内の何れか一項に記載の発明においてさらに、前記解析対象小領域設定部は、一部が前記非移動領域に含まれるが残りは前記非移動領域に含まれない小領域について、その小領域を解析対象から除外するか否かの指示を受け付ける領域設定受付部を有し、前記領域設定受付部が受け付けた指示に従って当該小領域を解析対象から除外するか否かを決定する。
【００１６】
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、前記除外小領域および／または前記解析対象小領域の情報を提示する解析領域情報提示部をさらに備えている。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、粒子挙動解析の対象の領域である解析領域を複数の領域に分割する解析領域分割部と、前記解析領域分割部により分割された各分割解析領域について複数の小領域に分割された各小領域内に含まれる粒子の挙動をそれぞれ計算する粒子挙動計算部と、前記粒子挙動計算部での計算処理過程で使用されるデータを記憶する記憶部と、を備えた粒子挙動解析装置である。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項９に記載の発明においてさらに、前記解析領域分割部は、粒子が移動し得ない非移動領域の情報に基づいて、分割された各分割解析領域の中には前記非移動領域を含まないものがあるように、前記解析領域を複数の領域に分割する。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、粒子挙動解析の対象の領域である解析領域について複数の小領域に分割された各小領域内に含まれる粒子の挙動をそれぞれ計算する粒子挙動計算部と、前記解析領域を分割した各小領域の内、粒子が移動し得ない非移動領域に該当する小領域である除外小領域を除いた分を解析対象小領域に設定し、この解析対象小領域について粒子と小領域の対応情報を作成して粒子の挙動を計算するように前記粒子挙動計算部に指示する解析対象小領域設定部と、してコンピュータを機能させるプログラムである。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、粒子挙動解析の対象の領域である解析領域を複数の領域に分割する解析領域分割部と、前記解析領域分割部により分割された各分割解析領域について複数の小領域に分割された各小領域内に含まれる粒子の挙動をそれぞれ計算する粒子挙動計算部と、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】
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、セル法を適用して粒子挙動解析を行なう際に、本請求項１に係る発明を採用しない場合と比較して、メモリ使用量を低減できる。
【００２２】
請求項２に記載の発明によれば、非移動領域に該当する小領域を解析対象から除外する処理を自動的に行なうことができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、判定条件に従って、非移動領域に該当する小領域を解析対象から除外する処理を自動的に行なうことができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、小領域に非移動領域が占める面積比率に応じて、非移動領域に該当する小領域を解析対象から除外する処理を自動的に行なうことができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、非移動領域に該当する小領域を解析対象から除外する処理を行なう際の判定条件を変更できる。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、非移動領域に該当する小領域を解析対象から除外する処理を手動で行なうことができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明によれば、除外小領域および／または解析対象小領域の確認を行なうことができる。
【００２８】
請求項８に記載の発明によれば、セル法を適用して粒子挙動解析を行なう際に、本請求項８に係る発明を採用しない場合と比較して、メモリ使用量を低減できる。
【００２９】
請求項９に記載の発明によれば、セル法を適用して粒子挙動解析を行なう際に、本請求項９に係る発明を採用しない場合と比較して、メモリ使用量を低減できる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明によれば、セル法を適用して粒子挙動解析を行なう際に、本請求項１０に係る発明を採用しない場合と比較してメモリ使用量を低減できるプログラムを提供することが可能となる。
【００３１】
請求項１１に記載の発明によれば、セル法を適用して粒子挙動解析を行なう際に、本請求項１１に係る発明を採用しない場合と比較してメモリ使用量を低減できるプログラムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
＜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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
＜粒子挙動解析システム；基本＞
図２は、粒子挙動解析システムの基本構成を示すブロック図である。基本構成の粒子挙動解析システム２００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。
【００５５】
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２００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。
【００５６】
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２００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。
【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】
なお、図２に示した粒子挙動解析システム２００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。
【００６２】
＜粒子挙動解析装置；第１実施形態＞
図３は、粒子挙動解析装置２０２の第１実施形態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。
【００６３】
図示のように、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。
【００６４】
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。
【００６５】
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（以下メモリとも称する）を有する。データ処理部２３０は、副粒子挙動解析装置２０２ｂに含まれる。
【００６６】
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。
【００６７】
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、力分割法や領域分割法など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。
【００６８】
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（MBUS）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。
【００６９】
また、主粒子挙動解析装置２０２ａは、計算管理ノードに相当する部分に、処理対象要素を予め定められた分割法により分割し、各計算システム（プロセッサとも称する；図２では粒子挙動解析装置２０２）に各分割部分を割り当てる境界設定機能を具備した分割処理部２５０を備えている。
【００７０】
本実施形態のデータ処理部２３０と分割処理部２５０は、単純な力分割法のみの適用よりも計算負荷を低減できるように、周期境界条件を導入した処理を行なうようにする。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。
【００７１】
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。一方、解析対象領域サイズとの関係においては、分割法を問わず、解析対象領域サイズが大きければ、その領域内に存在する解析対象粒子数が増えると考えられるので、解析対象領域サイズに応じて計算負荷が増える。
【００７２】
ここで、解析精度を低減せずに計算負荷を低減する方法として、領域分割法に周期境界条件を導入する手法がある。この周期境界条件を導入する手法では、解析領域を想定して解析を行なうに当たり、注目領域に対して仮想的に予め定められた形状の解析領域（複写領域）が１次元方向に繰り返し配置されているものとして、粒子運動や磁気相互作用の処理を行なう。具体的には、注目領域の上下面は通常の固定境界として粒子との機械的相互作用が発生するものとするが、注目領域の奥行き方向の境界（ロールであれば軸方向の側面）は粒子との機械的相互作用はなく、粒子が通過できるものとする。ただし、境界を超えて注目領域外に移動した粒子は、その時点の運動状態を保持したまま反対側の複写領域に配置させる。また、奥行き方向の境界近傍の粒子には注目領域外（つまり複写領域）に仮想的に存在する粒子からの磁気相互作用などを受けるものとする。
【００７３】
本実施形態の手法においては、力分割法を適用する際には、このような周期境界条件の考え方を導入する。
【００７４】
本実施形態の数値演算処理部２３４は、分割法が何であるかを問わず、解析領域（計算対象領域）を複数の小領域に分割し、分割した各小領域内に含まれる粒子の挙動を計算するセル法を適用して挙動解析を行なう。
【００７５】
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。
【００７６】
各プロセッサのデータ処理部２３０は、個々の粒子の挙動を運動方程式に基づいて追跡する個別要素法を適用した粒子挙動解析手法を適用する。また、少なくとも、個別要素法を適用する際には、領域分割法、力分割法、粒子分割法、またはこれらを任意に組み合わせた方法、さらにはその他の分割法の何れかを適用した複数コンピュータによる並行処理を適用する。領域分割法は、処理対象要素である解析領域（計算対象領域）を分割して、分割した領域別にその領域内に存在する全粒子を各プロセッサに割り当てていく手法である。粒子分割法は、処理対象要素である計算対象粒子を所定数ずつ分割して各プロセッサに割り当てていく手法である。力分割法は、力マトリックスを用いたアルゴリズムを利用する手法である。
【００７７】
分割処理部２５０は、解析対象の装置の全体について、纏めて分割対象とするのではなく、解析対象領域を複数の領域に分割し、この分割した各解析対象領域の別に、さらに領域分割法や粒子分割法や力分割法などを適用するのがよい。たとえば現像装置４０の全体について解析する場合、攪拌搬送領域、ピックアップ領域、層形成領域、現像ニップ領域、ピックオフ領域の別に解析を行なうようにするとよい。
【００７８】
副粒子挙動解析装置２０２ｂの部分は、本実施形態の特徴部分として、解析対象の小領域（セル）を数値演算処理部２３４に設定する解析対象小領域設定部２６０と、解析領域情報提示部２７０を備える。解析対象小領域設定部２６０は、解析対象外小領域特定部２６２と変更受付部２６４と手動領域設定受付部２６６を有する。解析対象外小領域特定部２６２は、各セルが解析領域内であるのか解析領域外であるのかの判別（解析領域内外判別）を行ない、解析対象小領域設定部２６０は、その解析領域内外判別結果に基づき、真に挙動解析が必要なセルを特定する。
【００７９】
解析対象小領域設定部２６０は、粒子サイズに基づいてセルサイズ（小領域の大きさ）を自動設定するとよい。また、解析対象小領域設定部２６０は、セルサイズからカットオフ距離（範囲）を自動設定してもよい。また、解析対象小領域設定部２６０は、カットオフ距離からセルサイズ（範囲）を自動設定してもよい。また、解析対象小領域設定部２６０は、粒子間に作用する相互作用毎の有効距離を定め、その相互作用の有効距離の最大値と最小値に応じてセルサイズを自動設定してもよい。
【００８０】
解析対象外小領域特定部２６２には、データ受付部２３２から、解析対象装置（たとえば現像装置４０）の構成の情報が入力される。この解析対象装置の構成の情報には、粒子が移動する境界を特定し得る情報（移動境界特定情報）を含む。たとえば、現像装置４０の場合、収納容器１０１内の現像剤粒子１０２が移動し得ない領域（非移動領域と称する）に該当する部材（現像ロール１４０や攪拌搬送ロールなど）の位置情報である。
【００８１】
解析対象外小領域特定部２６２は、データ受付部２３２からの移動境界特定情報に基づいて解析領域内において非移動領域があるか否かを自動的に判定し、非移動領域があるときには、その非移動領域に該当するセルを解析対象から除外する。たとえば、現像装置４０において、現像剤粒子１０２は現像ロール１４０よりも外側では移動できるが、現像ロール１４０内には移動し得ない。このような場合、現像ロール１４０が対応付けられる部分のセルについては、解析対象から除外する。
【００８２】
解析対象小領域設定部２６０は、解析対象外小領域特定部２６２により特定された解析対象から除外するセル（除外セルJSと称する）を除くセル（解析対象セルKSと称する）にメモリの割当てを行ない、除外セルJSに関しては、メモリの割当てを行なわない。その分、本実施形態におけるメモリ使用量は削減される。
【００８３】
解析対象小領域設定部２６０は、解析対象セルKSと除外セルJSの情報を解析領域情報提示部２７０に通知する。解析領域情報提示部２７０は、情報提示部２４０を介して、解析対象セルKSおよび／または除外セルJSの情報を表示装置２１２などを利用して操作者に提示する。
【００８４】
手動領域設定受付部２６６は、操作者から除外セルJSの指定を受け付け、その情報を解析対象外小領域特定部２６２に通知する。たとえば、切分け条件に基づく解析対象外領域設定部２６２での切り分け後に、操作者が手動で変更してもよい。たとえば、大方は、非移動領域が占める面積比率に応じて解析対象外領域設定部２６２により決めるが、細かな部分は、実体に合わせて手動で区別する。解析領域が複雑な形状の場合に、面積比率は多く解析対象外領域設定部２６２では除外セルJSに該当させたものを、解析精度を重視する観点から、手動領域設定受付部２６６を介した操作者の指示に従って解析対象セルKSに変更する。また逆に、解析領域が複雑な形状の場合に、面積比率は少なく解析対象外領域設定部２６２では解析対象セルKSに該当させたものを、メモリ使用量削減を重視する観点から、手動領域設定受付部２６６を介した操作者の指示に従って除外セルJSに変更する。
【００８５】
解析対象外小領域特定部２６２は、解析対象セルKSと除外セルJSの情報を数値演算処理部２３４に通知する。数値演算処理部２３４は、セル法を適用して挙動解析を行なう際に、解析対象外小領域特定部２６２により設定された解析対象セルKSのみに着目して解析を行なう。
【００８６】
［処理例：第１実施形態］
［解析対象セルと除外セルの切分け手法］
図３Ａは、解析対象セルKSと除外セルJSを切り分ける手法を説明する図である。セルの全体が非移動領域に該当する場合に限らず、セルの一部は非移動領域に含まれるが残りは非移動領域に含まれない場合もある。このようなセルの場合、そのセルを除外セルJSと解析対象セルKSの何れに該当させるかは、予め定められた判定条件に基づいて決めればよい。その判定条件（切分け条件）は、予め解析対象外領域設定部２６２に設定しておいてもよいし、変更受付部２６４を介して操作者より変更を受け付けるようにしてもよい。
【００８７】
たとえば、解析対象外小領域特定部２６２は、図３Ａ（２）に示すように、セルが少しでも非移動領域を含むときには除外セルJSにしてもよい。また解析対象外小領域特定部２６２は、逆に、図３Ａ（３）に示すように、セルの一部のみが非移動領域を含む場合には除外セルJSにしない（つまり解析対象セルKSにする）ようにしてもよい。
【００８８】
さらに解析対象外小領域特定部２６２は、図３Ａ（４）に示すように、セルサイズに対する非移動領域が占める面積比率に応じて決めてもよい。面積比率に応じて決める場合、セルサイズに対する非移動領域が占める面積比率が予め定められた閾値を超えるか否かで判定すればよい。たとえば、閾値を「半分」として、非移動領域が占める面積比率が、セルの半分以上（または半分を超える）のときは除外セルJSに、半分に満たない（または半分以下の）ときは解析対象セルKSにする。
【００８９】
さらに手動領域設定受付部２６６は操作者からの指示に基づいて、図３Ａ（５）に示すように、解析対象外小領域特定部２６２により非移動領域が占める面積比率に基づき解析対象セルKSに設定されたものの内、一部を除外セルJSに変更する。
【００９０】
［処理の具体例］
図４〜図４Ｂは、粒子の相互作用力を解析する手法を説明する図である。ここで、図４は第１および第２比較例を説明する図である。図４Ａは第２比較例を適用したときの問題点を説明する図である。図４Ｂは第１実施形態の処理の仕組みを説明する図である。
【００９１】
個別要素法に基づく粒体挙動計算では、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、メモリ使用量も膨大になる。因みに、個別要素法とは、粉体を形成する各粒子に作用する力を全て求め、その作用力による各粒子の運動方程式を逐次解くことで粒体挙動を解析するものである。
【００９２】
粒子に作用する力としては、重力のような外力の他、壁と粒子間の接触および粒子間接触による接触力が考えられる。その力の大きさは、接触モデルに従って計算される。各粒子の接触状態を計算するためには、各粒子間の距離を計算する必要がある。そのため、粒子挙動計算において粒子間相互作用力判定の計算負荷が大きくなる。一般的には、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乗で計算負荷が増大する（図４（１）参照）。そのため、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。
【００９３】
このような不具合を解消するために、種々の方法が提案されている。たとえば、計算対象領域を小領域に分割し、接触判定（距離計算）を実施する粒子を、着目する粒子のある小領域とその近傍の小領域内に存在する粒子に制限する方法である（図４（２）参照）。図４（２）において、着目粒子（図中の黒丸）を含む小領域およびその周辺の８セルや１５セルを含む領域に含まれる粒子を距離計算の対象粒子とする。それ以外の粒子は、距離計算を実施しない。
【００９４】
本実施形態では、解析対象小領域設定部２６０は、分割法が何であるかを問わず、解析領域（計算対象領域）を複数の小領域に分割し、数値演算処理部２３４は、分割された小領域内に含まれる粒子の挙動を計算するセル法を適用して挙動解析を行なう。
【００９５】
セル法を適用すると、相互作用計算粒子の探索領域が限定され、解析負荷は軽減されるし処理の高速化も図られる。たとえば、計算負荷は概ね粒子数に比例して増大するようになる。
【００９６】
しかしながら、解析領域内に、粒子が移動し得ない領域がある場合、その領域は実際には非解析領域に該当する。しかし、セル法を適用すると、実際には粒子が移動し得ない非解析領域のセルにまでセル番号の対応付けやメモリ確保が必要となり、無駄になってしまう。特に大規模解析では、メモリ不足となることがある。解析領域が複雑な形状の場合、たとえば、矩形領域でないときなど、不必要なメモリが多く確保されてしまう。
【００９７】
たとえば、図４Ａ（１）は、直交座標系でセルを設定した場合の例である。矩形の解析領域内に、粒子が入り込むことのできない比較的大きな矩形の構造体が存在している。この場合、セル法では、その構造体も含むようにセルを設定するため、全てが構造体となるセルが発生することもある。その部分は、計算に使われない無駄なセルとなる。図示した例では、無駄なセルが半分以上を占めるようになっており、無駄なメモリを使用してしまう。
【００９８】
図４Ａ（２）は、円筒座標系でセルを設定した場合の例である。現像ロール１４０の周囲における粒子挙動を解析する場合に相当する。
【００９９】
円形の解析領域内に、粒子が入り込むことのできない比較的大きな円形の構造体（たとえば現像ロール１４０）が存在している。この場合、セル法では、現像ロール１４０も含むようにセルを設定するため、全てが現像ロール１４０となるセルが発生する。その部分は、計算に使われない無駄なセルとなる。図示した例では、無駄なセルが半分以上を占めるようになっており、無駄なメモリを使用してしまう。
【０１００】
このような無駄を省くため、実際には粒子が移動し得ない領域を除くように解析領域を設定することも考えられる。しかしながら、その領域形状が複雑な場合には、その設定が困難になる。
【０１０１】
一方、第１実施形態では、多種類粒子の相互作用力（遠距離，遠距離）の計算にセル法を適用するに当たり、解析対象小領域設定部２６０は、解析領域内において粒子が移動し得ない非移動領域（非解析領域）に該当するセルを解析対象から除外し、本当に解析が必要なセルのみを解析対象セルKSに設定する。
【０１０２】
数値演算処理部２３４は、解析対象外小領域特定部２６２により設定された解析対象セルKSの情報に基づき、解析対象セルKSについてのみメモリの割当てを行ない、粒子と解析対象セルKSとの対応情報を作成し、近距離と遠距離の相互作用力計算に活用する。除外セルJSに関しては、粒子の対応付けを行なわない。除外セルJSも含む全てのセルについて粒子との対応情報を作成して解析を行なう比較例に比べて、除外セルJSの分だけ、メモリ使用量は少なくなる。
【０１０３】
たとえば、解析対象領域をＮ×Ｎセルに分けたときの各セルについてのメモリ使用量をｍ０とすると、第１実施形態を適用しない場合は、総メモリ使用量Ｍ０はｍ０×Ｎ×Ｎとなる。一方、第１実施形態を適用すると、たとえば除外セルJSの数がｍ１であれば、解析対象セルKSの数は「ｍ０−ｍ１」であり、総メモリ使用量Ｍ２は（ｍ０−ｍ１）×Ｎ×Ｎとなる。ｍ１×Ｎ×Ｎだけメモリ使用量が少なくなる。
【０１０４】
たとえば、セルの番号付けと、そのセルに含まれる粒子番号の対応付けは、従来であれば、図４Ｂ（１）に示す比較例のように、解析領域を小領域に分けた各セルの全てについて行なわれる。そのため、上から２番目かつ左から２番目、上から２番目かつ左から３番目、上から３番目かつ左から２番目、上から３番目かつ左から３番目が計算領域外のセルであるが、この計算領域外のセルにまでセルの番号付けやメモリ割当てがなされる。たとえば、２次元のメモリ割当てを適用する場合、上から２番目、左から４番目のセルには、ＩＮ（４，２）が番号付けされメモリが割り当てられる。計算領域外の４つのセルにも番号付けがされるが、粒子数はゼロで、粒子ＩＤが付されるものはなく、メモリが無駄になる。
【０１０５】
これに対して、第１実施形態では、解析領域内の計算領域外のセルには、番号付けやメモリ割当てを行なわない。たとえば、図４Ｂ（２）に示すように、２次元のメモリ割当てを適用する場合、上から２番目、左から４番目のセルには、ＩＮ（２，２）が番号付けされメモリが割り当てられる。図４Ｂ（３）に示すように、１次元のメモリ割当てを適用する場合、上から２番目、左から４番目のセルには、ＩＮ（６）が番号付けされメモリが割り当てられる。何れも、計算領域外の４つのセルには番号付けがされず、メモリが無駄になることはない。
【０１０６】
＜粒子挙動解析装置；第２実施形態＞
図５は、粒子挙動解析装置２０２の第２実施形態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。
【０１０７】
第２実施形態は、解析領域を、複数の領域に分割して、その分割解析領域ごとにセル法を適用するものである。つまり、分割解析領域ごとセル分割し、粒子とセルの対応付けを行なう。このとき、第１実施形態の仕組みを適用すると、さらに好ましい。以下では、第１実施形態と組み合わせた例で説明する。
【０１０８】
第２実施形態の副粒子挙動解析装置２０２ｂは、解析領域を複数の領域に分割する解析領域分割部２８０を備えている。解析領域分割部２８０は、分割した各分割解析領域の情報を解析対象小領域設定部２６０に通知する。解析対象小領域設定部２６０は、解析領域分割部２８０によって分割された分割解析領域ごとに、第１実施形態と同様の手法を適用する。
【０１０９】
解析領域分割部２８０には、データ受付部２３２から、解析対象装置（たとえば現像装置４０）の構成の情報が入力される。この解析対象装置の構成の情報には、粒子が移動する境界を特定し得る情報（移動境界特定情報）を含む。たとえば、現像装置４０の場合、収納容器１０１内の現像剤粒子１０２が移動し得ない非移動領域に該当する部材（現像ロール１４０や攪拌搬送ロールなど）の位置情報である。
【０１１０】
解析領域分割部２８０は、解析領域を複数の領域に分割するに当たり、粒子が移動し得ない非移動領域の情報に基づいて、分割解析領域の中には、非移動領域（非解析領域）が含まれないものが存在する程度に小さい領域に分割する。各分割解析領域のサイズは全てを同じにする必要はない。また、各分割解析領域は、直交座標系で分割してもよいし（形状を四角形にする）、円筒座標系で分割してもよい。
【０１１１】
たとえば、解析領域分割部２８０は、データ受付部２３２からの移動境界特定情報に基づいて解析領域内において非移動領域があるか否かを自動的に判定する。そして、非移動領域があるときには、解析領域分割部２８０は、各分割解析領域の中には、非移動領域を一切含まないものがあるように、分割サイズを設定して、解析領域を複数の領域に分割する。
【０１１２】
［処理例：第２実施形態］
図５Ａは、第２実施形態の処理の仕組みを説明する図である。図５Ａ（１）に示すように、解析領域が複雑な場合、たとえば、解析領域内に非移動領域が点在している場合、解析領域内外の判別が困難となり、セルと粒子の対応付けが容易ではない。
【０１１３】
これに対して、第２実施形態では、図５Ａ（２）に示すように、解析領域を複数の領域に分割して、分割解析領域ごとにセル分割し、粒子とセルの対応付けを行なう。
【０１１４】
また、図５Ａ（３）に示すように、分割解析領域の中には非移動領域が含まれないものが存在する程度に小さい領域に分割して、その分割解析領域ごとにセル分割し、粒子とセルの対応付けを行なってもよい。
【０１１５】
このように、第２実施形態では、解析領域を複数の分割解析領域に分割し、分割解析領域ごとにセル法を適用して挙動解析を行なうようにしている。解析領域が複雑な場合においても、セル法の適用が容易で、しかも、分割解析領域ごとの挙動解析においては、第２実施形態を適用しない場合よりもセル数は少なくて済むので、メモリ使用量は低減するし、処理は短時間で済む（処理の高速化）。また、第２実施形態を適用しない場合よりも、非移動領域に該当するセル数は少なくなるので、無駄なメモリ使用量も少なくなる。
【０１１６】
第１実施形態と組み合わせると、分割解析領域内に存在する非移動領域の形状は、第２実施形態を適用しない場合よりも簡易になると考えられるので、第１実施形態の適用も容易になる。
【０１１７】
＜粒子挙動解析装置；計算機構成＞
図６は、各粒子挙動解析装置２０２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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
前述の一連の粒子挙動解析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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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、および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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
たとえば、処理回路９０８としては、それぞれ図３や図５に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、セル法の適用に当たってメモリ使用量を削減するための機能部である解析対象小領域設定部２６０に相当する解析対象小領域設定部９０８ｄや解析領域分割部２８０に相当する解析領域分割部９０８ｅ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、図３や図５に示した分割処理部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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
セル法を適用するに当たってメモリ使用量を低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】
【０１３３】
【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基本構成を示すブロック図である。
【図３】粒子挙動解析装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図３Ａ】解析対象セルと除外セルを切り分ける手法を説明する図である。
【図４】第１比較例および第２比較例を説明する図である。
【図４Ａ】第２比較例を適用したときの問題点を説明する図である。
【図４Ｂ】第１実施形態の処理の仕組みを説明する図である。
【図５】粒子挙動解析装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図５Ａ】第２実施形態の処理の仕組みを説明する図である。
【図６】粒子挙動解析装置を、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】
【０１３４】
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、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、２０２ａ…主粒子挙動解析装置、２０２ｂ…副粒子挙動解析装置、２０８…ネットワーク、２０８ａ…ネットワーク管理装置、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…解析対象小領域設定部、２６２…解析対象外小領域特定部、２６４…変更受付部、２６６…手動領域設定受付部、２７０…解析領域情報提示部、２８０…解析領域分割部、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４Ｂ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６】
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