(57)【要約】【課題】計算負荷を抑えつつ複数種の粒子群の充填構造を有する粒子モデルを模擬対象物の粒子充填構造に近い状態で作成可能な粒子モデル作成方法および装置を提供する。【解決手段】複数種の粒子群Ａ，Ｂの分布設定情報を準備する段階（１１）と、その分布設定情報のうち一部の属性情報Ｄｐ１を基に粒子群Ａ，Ｂの粒子数および粒径を併有する擬似単一属性の集合粒子群Ｃの粒子情報を作成する段階（１２）と、一部の属性情報Ｄｐ１および集合粒子群Ｃの粒子情報を基にモデリング実行空間Ｖ中に集合粒子群配置領域を設定する段階（１３）と、一部の属性情報Ｄｐ１および集合粒子群配置領域の設定情報Ｐｃｋ１と分布設定情報Ｄｐ２とに基づいて、空間Ｖ中における集合粒子群配置領域を、同種の粒子群毎の配置形態を特定する複数の個別粒子群配置領域に分割する段階（１４，１５）とを含む粒子モデル作成処理を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径分布が異なる複数種の粒子群の分布設定情報を準備する準備段階と、
前記複数種の粒子群の前記分布設定情報のうち各粒子の粒径を特定可能な一部の属性情報を基に、前記複数種の粒子群の粒子数および粒径を併有する擬似単一属性の集合粒子群の粒子情報を作成する集合粒子群情報作成段階と、
前記一部の属性情報および前記集合粒子群の粒子情報を基に、予め設定されたモデリング実行空間中に前記集合粒子群を各粒子毎に識別可能に配置する集合粒子群配置領域を設定する粒子配置領域設定段階と、
前記一部の属性情報および前記集合粒子群配置領域の設定情報と前記複数種の粒子群の分布設定情報とに基づいて、前記モデリング実行空間中における前記集合粒子群配置領域を、前記複数種のうち同種の粒子群毎の配置形態を特定する複数の個別粒子群配置領域に分割する配置領域分割段階と、を含む粒子モデル作成方法。
【請求項２】
前記粒子配置領域設定段階において、前記モデリング実行空間中に前記集合粒子群を各粒子毎に識別可能に配置する際、隣接する任意の一対の粒子の中心間距離を縮小するよう該一対の粒子のうち少なくとも一方の粒子を変形させる食込み処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の粒子モデル作成方法。
【請求項３】
前記集合粒子群情報作成段階において、前記一部の属性情報を含み前記集合粒子群を各粒子毎に識別可能に表現する集合粒子群の実体表現ファイルを作成しておき、
前記配置領域分割段階において、前記集合粒子群の実体表現ファイルに含まれる前記一部の属性情報と前記準備段階で作成した前記複数種の粒子群の前記分布設定情報とを基に、前記同種粒子群毎の粒子配置を特定する複数の粒子群毎の実体表現ファイルを作成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粒子モデル作成方法。
【請求項４】
前記複数種の粒子群の前記分布設定情報が、前記複数種の粒子群の粒径分布の種別と、前記複数種の粒子群の粒子形態と、各粒子の等体積の特定粒子形態相当の粒径を特定可能な前記一部の属性情報と、を含んでおり、
前記集合粒子群の実体表現ファイルが、前記一部の属性情報と、前記複数種の粒子群に共通する前記特定粒子形態と、を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の粒子モデル作成方法。
【請求項５】
前記配置領域分割段階において、前記集合粒子群配置領域内に配置される前記複数種の粒子群のうち一部の粒子群についての前記粒子群毎の配置領域を設定することにより、前記複数種の粒子群のうち残りの粒子群についての前記粒子群毎の配置領域を確定させることを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の粒子モデル作成方法。
【請求項６】
粒径分布が異なる複数種の粒子群の分布設定情報を入力する入力セクションと、
前記複数種の粒子群の分布設定情報のうち各粒子の粒径を特定可能な一部の属性情報を基に、前記複数種の粒子群の粒子数および粒径を併有する擬似単一属性の集合粒子群の粒子情報を作成する集合粒子群情報作成セクションと、
前記一部の属性情報および前記集合粒子群の粒子情報を基に、予め設定されたモデリング実行空間中に前記集合粒子群を各粒子毎に識別可能に配置する集合粒子群配置領域を設定する粒子配置領域設定セクションと、
前記一部の属性情報および前記集合粒子群配置領域の設定情報と前記複数種の粒子群の分布設定情報とに基づいて、前記モデリング実行空間中における前記集合粒子群配置領域を、前記複数種のうち同種の粒子群毎の粒子配置を特定する複数の個別粒子群配置領域に分割する配置領域分割セクションと、を備えた粒子モデル作成装置。
【請求項７】
前記粒子配置領域設定セクションは、前記モデリング実行空間中に前記集合粒子群を各粒子毎に識別可能に配置するとき、隣接する任意の一対の粒子の中心間距離を縮小するよう該一対の粒子のうち少なくとも一方の粒子を変形させる食込み処理を実行することを特徴とする請求項６に記載の粒子モデル作成装置。
【請求項８】
前記集合粒子群情報作成セクションは、前記一部の属性情報を含み前記集合粒子群を各粒子毎に識別可能に表現する集合粒子群の実体表現ファイルを出力し、
前記配置領域分割セクションは、前記集合粒子群の実体表現ファイルに含まれる前記一部の属性情報と前記複数種の粒子群の前記分布設定情報とを基に、前記同種粒子群毎の粒子配置を特定する複数の粒子群毎の実体表現ファイルを作成することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の粒子モデル作成装置。
【請求項９】
前記複数種の粒子群の前記分布設定情報が、前記複数種の粒子群の粒径分布の種別と、前記複数種の粒子群の粒子形態と、各粒子の等体積の特定粒子形態相当の粒径を特定可能な前記一部の属性情報と、を含んでおり、
前記集合粒子群の実体表現ファイルが、前記一部の属性情報と、前記複数種の粒子群に共通する前記特定粒子形態と、を含んでいることを特徴とする請求項８に記載の粒子モデル作成装置。
【請求項１０】
前記複数の個別粒子群配置領域のうちいずれか１つの個別粒子群配置領域と他の１つの個別粒子群配置領域とが隣接する面積を異種の粒子群が実質的に接触する面積として算出する接触面積算出セクションをさらに備えたことを特徴とする請求項６ないし請求項９のうちいずれか１項に記載の粒子モデル作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子モデル作成方法および粒子モデル作成装置に関し、特に模擬対象物の微小体積領域を粒子充填構造モデルで模擬する粒子モデル作成方法および粒子モデル作成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔性の製品の開発や各種製品の動作解析等に際して、その微小体積領域を模擬対象として粒子充填構造（粉体ミクロ構造）の仮想モデルである粒子モデルを作成することで、模擬対象物の性能の予測や評価に要する実験等の負荷を軽減可能にするシミュレーション技術が普及してきている。
【０００３】
そのような粒子モデルを作成する方法および装置としては、例えばセラミック焼結前材料等の対象製品を模擬するシミュレーション方法で、粒子群をモデリング実行空間内に配置し、重心が低い粒子から自然落下させ、その落下プロセスでの水平方向の自由度や既設置粒子を透過する条件を与えながら、最下部から粒子配置して粒子充填構造のモデルを作成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、その他の粒子充填構造のシミュレーション方法として、粒子群の各粒子の表面に複数の質点を配置するとともに、複数の粒子が相互に重ならないように複数の粒子をそれらの最大の直径より大きい間隔を隔てつつモデリング実行空間中に配置した後、各粒子表面の複数の質点間の相対位置を固定した状態で、複数の粒子の間に働く反発力を設定しつつ前記空間を圧縮するようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１９０５７６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１０５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述のような従来の粒子モデル作成方法および粒子モデル作成装置にあっては、モデリング実行空間内への粒子の充填率が高くなると、モデリングのための計算負荷が著しく増加してしまうという問題があった。そのため、充填率が高くなると、粒子同士の間に実際の密度や粒子充填構造では生じ得ない程度に大きな粒子配置空間の重なりが発生し易くなったり、模擬対象物の性能の予測や模擬評価等に役立つ粒子モデルの作成が実質的に困難になってしまったりするという問題があった。
【０００７】
具体的には、例えば全固体電池や固体電解質を用いるＬｉイオン電池等の性能に影響するその電極部等の粉体ミクロ構造の良し悪しを評価するような場合、粒子モデルが有効であると考えられるが、その場合、それぞれの粒径分布を持つ異種の粒子群（例えば、固体電解質の粒子群と電極活物質の粒子群）を高充填率で充填する粒子充填構造となる。しかし、従来の粒子モデル作成方法および装置では、そのような異種粒子群を高充填率でモデリングしようとすると、一部が重なりつつ互いに相違する粒子分布を持つ異種の粒子群を個別に粒子充填するモデリング作業となるために実際の粒子充填構造では生じ得ない程度に大きな配置空間の重なりが発生してしまったり、モデリングのための計算負荷が著しく増加してしまうためにモデル作成作業が実質的に困難になってしまったりしていた。
【０００８】
また、例えば充填粒子のうち隣り合う異種粒子間に実際の圧粉体等で生じ得る食込みを模擬したい場合や、高充填率の粒子充填構造中における異種粒子群間の接触面積を評価したい場合等に、モデル作成作業における前述のような困難さが顕著になっていた。
【０００９】
そこで、本発明は、計算負荷を抑えながらも、複数種の粒子群の粒子充填構造を有する粒子モデルを模擬対象物の実際の粒子充填構造に近い粒子配置状態で作成可能な粒子モデル作成方法および装置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】
本発明に係る粒子モデル作成方法は、上記目的達成のため、粒径分布が異なる複数種の粒子群の分布設定情報を準備する準備段階と、前記複数種の粒子群の前記分布設定情報のうち各粒子の粒径を特定可能な一部の属性情報を基に、前記複数種の粒子群の粒子数および粒径を併有する擬似単一属性の集合粒子群の粒子情報を作成する集合粒子群情報作成段階と、前記一部の属性情報および前記集合粒子群の粒子情報を基に、予め設定されたモデリング実行空間中に前記集合粒子群を各粒子毎に識別可能に配置する集合粒子群配置領域を設定する粒子配置領域設定段階と、前記一部の属性情報および前記集合粒子群配置領域の設定情報と前記複数種の粒子群の分布設定情報とに基づいて、前記モデリング実行空間中における前記集合粒子群配置領域を、前記複数種のうち同種の粒子群毎の配置形態を特定する複数の個別粒子群配置領域に分割する配置領域分割段階と、を含むものである。
【００１１】
本発明の粒子モデル作成方法では、モデリング実行空間内に粒径分布の異なる複数種の粒子群を充填するにもかかわらず、複数種の粒子群の全体の配置領域を同種の粒子群をモデリング実行空間内に充填する場合と同程度の計算負荷で設定できることになる。したがって、粒径分布の異なる複数種の粒子群の粒子間に実際の密度や粒子充填構造では生じ得ない程度に大きな配置空間の重なりが発生したり、粒子モデルの作成が困難になるほど粒子充填構造の計算負荷が著しく増大したりすることがない。その結果、計算負荷を抑えながらも、複数種の粒子群の集合体で構成される模擬対象物の粒子モデルをその実際の粒子充填構造に近い粒子配置状態で作成できることになる。しかも、配置領域分割段階では、集合粒子群配置領域に配置される複数のうち一部の粒子群の配置領域が確定すれば、残りの粒子群の配置領域が確定することになることから、粒子群毎の配置領域の設定に要する計算負荷も軽減できることになる。
【００１２】
本発明に係る粒子モデル作成装置は、上記目的達成のため、粒径分布が異なる複数種の粒子群の分布設定情報を入力する入力セクションと、前記複数種の粒子群の分布設定情報のうち各粒子の粒径を特定可能な一部の属性情報を基に、前記複数種の粒子群の粒子数および粒径を併有する擬似単一属性の集合粒子群の粒子情報を作成する集合粒子群情報作成セクションと、前記一部の属性情報および前記集合粒子群の粒子情報を基に、予め設定されたモデリング実行空間中に前記集合粒子群を各粒子毎に識別可能に配置する集合粒子群配置領域を設定する粒子配置領域設定セクションと、前記一部の属性情報および前記集合粒子群配置領域の設定情報と前記複数種の粒子群の分布設定情報とに基づいて、前記モデリング実行空間中における前記集合粒子群配置領域を、前記複数種のうち同種の粒子群毎の粒子配置を特定する複数の個別粒子群配置領域に分割する配置領域分割セクションと、を備えたものである。
【００１３】
本発明の粒子モデル作成装置では、モデリング実行空間内に粒径分布の異なる複数種の粒子群を充填するにもかかわらず、複数種の粒子群の全体の配置領域を同種の粒子群をモデリング実行空間内に充填する場合と同程度の計算負荷で設定できることになる。したがって、粒径分布の異なる複数種の粒子群の粒子間に実際の密度や粒子充填構造では生じ得ない程度に大きな配置空間の重なりが発生したり、粒子モデルの作成が困難になるほど粒子充填構造の計算負荷が著しく増大したりすることを防止できる。その結果、計算負荷を抑えながらも、複数種の粒子群の集合体で構成される模擬対象物の粒子モデルをその実際の粒子充填構造に近い粒子配置状態で作成できることになる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、モデリング実行空間内に粒径分布の異なる複数種の粒子群を充填するにもかかわらず、粒径分布の異なる複数種の粒子群の粒子間に実際の密度や粒子充填構造では生じ得ない程度に大きな配置空間の重なりが発生したり、粒子モデルの作成が困難になるほど粒子充填構造の計算負荷が著しく増大したりすることを防止できる。その結果、計算負荷を抑えつつ、複数種の粒子群の粒子充填構造を有する粒子モデルを模擬対象物の実際の粒子充填構造に近い粒子配置状態で作成できる粒子モデル作成方法および粒子モデル作成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る粒子モデル作成装置で使用される粒子モデル作成方法の概略の手順を示す工程説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る粒子モデル作成装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る粒子モデル作成方法における配置領域分割段階の処理の流れの説明図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の一実施形態に係る粒子モデル作成方法における一部の属性情報および集合粒子群の粒子情報を基にモデリング実行空間中に集合粒子群を各粒子毎に識別可能に配置する粒子配置領域設定段階の模式説明図、図４（ｂ）は、一部の属性情報および集合粒子群配置領域の設定情報と複数種の粒子群の分布設定情報とに基づいて集合粒子群配置領域を複数の個別粒子群配置領域に分割する配置領域分割段階の模式説明図、図４（ｃ）は、２種類の粒子群を５つの粒径区分に分けた場合の各区分の粒子分布の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る粒子モデル作成方法における粒子配置領域設定段階で実行される隣接粒子間の食込み処理の説明図である。
【図６】比較例の粒子モデル作成方法を実行する場合の処理手順の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１から図５に、本発明の一実施形態の粒子モデル作成方法を実行するシミュレーションプログラムを搭載した粒子モデル作成装置の概略構成とその概略の処理手順を示している。
【００１８】
なお、本実施形態のシミュレーションプログラムは、粒径分布の異なる複数種の粒子群からなる粒子充填構造モデルによって模擬可能な任意の模擬対象物の性能や劣化の予測、評価等のために使用されるものであり、その模擬対象物の微小体積領域をモデリング実行空間としてその空間中に指定した複数種の粒子群をそれぞれに指定された充填率と、粒径（粒子径）の中心値および粒径ばらつきとで、充填するようになっている。
【００１９】
本実施形態における模擬対象物は、圧粉体の粉体ミクロ構造を有する固形物、例えば全固体電池の正極側または負極側の電極層であり、本発明にいう複数種の粒子群は、例えばその電極層における固体電解質の粒子群である第１の粒子群と、その電極層における電極活物質の粒子群である第２の粒子群とによって構成されるものである。
【００２０】
まず、本実施形態の粒子モデル作成装置の構成について説明する。
【００２１】
図１および図２に示すように、本実施形態の粒子モデル作成装置１０は、複数の機能部として、入力セクション１１、集合粒子群情報作成セクション１２、粒子配置領域設定セクション１３、配置領域分割セクション１４、および、充填構造出力セクション１５を含んで構成されている。
【００２２】
粒子モデル作成装置１０の詳細なハードウェア構成は、図示しないが、粒子モデル作成装置１０は、入力セクション１１から充填構造出力セクション１５までの複数の機能部の機能を発揮させるための複数の制御プログラムが搭載されたコンピュータで構成されている。例えば、この粒子モデル作成装置１０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および入出力インターフェースがバスで接続された制御部と、データやファイルの取込みが可能なデータ入力部と、キーボードやポインティングデバイス等の操作入力部と、画像表示および画像ファイル出力が可能な出力部とを備えている。
【００２３】
入力セクション１１は、粒径分布が互いに異なる複数種の粒子群の分布設定情報として、第１の粒子群Ａの分布設定情報と第２の粒子群Ｂの分布設定情報とを、ＣＰＵでの解釈が可能な形式で入力するデータ入力部となっている。
【００２４】
この入力セクション１１では、第１および第２の粒子群Ａ，Ｂの粒子分布の設定情報として、粒径分布で分別される第１の粒子群Ａであるか第２の粒子群Ｂであるかの種別と、第１および第２の粒子群Ａ，Ｂの共通属性となる特定粒子形態、例えば各粒子の粒径を同体積の球の直径（球相当径）もしくは同体積の多面体の代表粒子径で表すときのその球状もしくは多面体状の粒子形態が設定情報として入力される。さらに、入力セクション１１では、第１の粒子群Ａについての中心粒径（平均粒径）、粒径のばらつき、および、モデリング実行空間内への充填率に相当する頻度と、第２の粒子群Ｂについての中心粒径、粒径のばらつき、および、頻度とが、それぞれの設定値として入力されるようになっている。
【００２５】
このような入力セクション１１への入力情報は、第１および第２の粒子群Ａ，Ｂの粒子分布を図１（ａ）に示すような２つのヒストグラム、すなわち、粒子群Ａ，Ｂのそれぞれにおける粒径のばらつき範囲内で粒径に応じた充填率（離散化時の細分化された粒径区分毎の充填率）を示す情報に相当する。なお、特定粒子形態が、予め設定されている場合は、その特定粒子形態を入力する必要はない。また、特定粒子形態は、模擬対象物の実際の粒子を形状的にまたは性能的に模擬する形態であって、球体やそれに近い多面体以外に、楕円体、円柱状、円板状その他の回転体形状、他の多面体等のいずれであってもよい。
【００２６】
また、入力セクション１１は、入力情報を基に、２種類の粒子分布設定情報Ｄｐ１，Ｄｐ２を出力するようになっている。
【００２７】
粒子分布設定情報Ｄｐ１は、第１および第２の粒子群Ａ，Ｂの分布設定情報のうち各粒子の粒径を特定可能な一部の属性情報を含むものの、第１および第２の粒子群Ａ，Ｂを分別可能な種別に関する属性情報（粒子群毎の粒径分布）を含まない設定情報（設定情報の一部）である。
【００２８】
粒子分布設定情報Ｄｐ２は、第１および第２の粒子群Ａ，Ｂの分布設定情報のうち各粒子の粒径を特定可能な一部の属性情報のみならず、第１および第２の粒子群Ａ，Ｂを分別可能な種別に関する属性情報を含む設定情報（設定情報の全部）である。すなわち、粒子分布設定情報Ｄｐ２は、複数種の粒子群Ａ，Ｂの粒径分布の種別と、複数種の粒子群Ａ，Ｂの粒子形態と、各粒子の等体積の特定粒子形態相当の粒径を特定可能な前記一部の属性情報とを含んでいる。
【００２９】
集合粒子群情報作成セクション１２は、粒子分布設定情報Ｄｐ１（各粒子の粒径を特定可能な一部の属性情報）を基に、図１（ｂ）に示すように第１および第２の粒子群Ａ，Ｂの粒子数および粒径を併有する擬似単一属性の集合粒子群Ｃの粒子情報を作成するようになっている。
【００３０】
ここで、粒子分布設定情報Ｄｐ１に含まれる各粒子の粒径を特定可能な一部の属性情報とは、第１および第２の粒子群Ａ，Ｂの共通属性である特定粒子形態、例えば球もしくはそれに近い多面体と、各粒子のその特定粒子形態相当の粒径値である。すなわち、粒子分布設定情報Ｄｐ１は、複数種の粒子群Ａ，Ｂに共通する属性情報として特定粒子形態を含んでいる。
【００３１】
モデル作成に必要な集合粒子群Ｃの粒子数は、例えば特定粒子形態における第１および第２の粒子群Ａ，Ｂの全粒子の粒径（粒径と粒子形態に応じた体積）とモデリング実行空間内への充填率とから算出される。
【００３２】
また、特定粒子形態相当の粒径値は、両粒子群Ａ，Ｂのそれぞれの中心粒径および粒径のばらつきとそれぞれのモデリング実行空間内への充填率に相当する頻度との設定値に基づいて、モデル作成に必要な粒子数分の集合粒子群Ｃの各粒子について算出される。
【００３３】
そして、これらの算出結果と前記特定粒子形態とによって、第１および第２の粒子群Ａ，Ｂの粒子数（総和）および粒径（全粒子の粒径）を併有し、その全粒子が特定粒子形態を有する点で共通する擬似単一属性ということができる集合粒子群Ｃの粒子情報が作成される。この集合粒子群Ｃの各粒子の粒子情報には、各粒子の識別情報、例えば識別番号である粒子ＩＤが付されるようになっている。
【００３４】
集合粒子群情報作成セクション１２は、これら集合粒子群Ｃの各粒子の粒子情報を、前記一部の属性情報を含み集合粒子群Ｃを各粒子毎に識別可能に表現する集合粒子群Ｃの実体表現ファイル、例えばｓｔｅｐファイルＦ１として出力するようになっている。なお、ｓｔｅｐファイルとは、ＳＴＥＰ規格として知られるＩＳＯ １０３０３（ＪＩＳ Ｂ ３７００）シリーズの規格群に基づき、コンピュータによる解読が可能なファイル形式で作成された電子情報であり、特定のシステムに依存しないものである。
【００３５】
粒子配置領域設定セクション１３は、ｓｔｅｐファイルＦ１として集合粒子群情報作成セクション１２から出力された前記一部の属性情報および集合粒子群Ｃの各粒子の粒子情報に基づいて、図１（ｃ）に示すように、予め設定されたモデリング実行空間Ｖ中に集合粒子群Ｃの各粒子を配置する集合粒子群配置領域、すなわち、モデリング実行空間Ｖ中で集合粒子群Ｃの粒子に占有される領域の情報（以下、粒子充填情報という）Ｐｃｋ１を設定する。なお、モデリング実行空間Ｖは、粒子充填構造のモデリングを実行するための粒子充填可能な仮想空間である。
【００３６】
モデリング実行空間Ｖ中に集合粒子群Ｃの各粒子を配置し粒子充填する手法としては、従来の各種の粒子充填法（例えば、特開２０１０−２３６９８９号公報または前記特許文献１，２参照）を用いることができる。また、粒子充填情報Ｐｃｋ１で実体表現された集合粒子群配置領域内の各粒子は、前記粒子ＩＤによって個々に識別可能であるから、集合粒子群Ｃの各粒子が集合粒子群配置領域内に個々に識別可能な状態で配置されることになる。
【００３７】
また、粒子配置領域設定セクション１３は、モデリング実行空間Ｖ中に集合粒子群Ｃを各粒子毎に識別可能に配置するとき、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、隣接する任意の一対の粒子Ｐ１，Ｐ２の中心間距離を両粒子Ｐ１，Ｐ２の半径（球相当半径）の和より小さい距離に縮小するように、これら一対の粒子Ｐ１，Ｐ２のうち少なくとも一方の粒子を変形させる食込み処理を実行するようになっている。
【００３８】
この食込み処理は、例えば固体間の接触に関する公知のヘルツ（Ｈｅｒｔｚ）の接触理論やその簡易計算手法等を用いて、あるいは更に分子動力学的手法を併用して、予め食込み形状パターン（食込み率は許容範囲内の設定入力によって設定されてもよい）を準備しておき、その食込み形状パターンを用いて実行することができる。
【００３９】
一方、配置領域分割セクション１４は、粒子配置領域設定セクション１３からの粒子充填情報Ｐｃｋ１（一部の属性情報および集合粒子群配置領域の設定情報）と粒子分布設定情報Ｄｐ２（第１および第２の粒子群Ａ，Ｂの分布設定情報）とに基づいて、モデリング実行空間Ｖ中における集合粒子群配置領域を、第１の粒子群Ａの粒子配置領域と第２の粒子群Ｂの粒子配置領域とに分割するようになっている。
【００４０】
具体的には、配置領域分割セクション１４は、モデリング実行空間Ｖ中の集合粒子群配置領域内に配置された全ての粒子を、その一部の属性情報で特定される粒径および前記粒子ＩＤと、第１および第２の粒子群Ａ，Ｂの分布設定情報から算出される粒子群毎の各粒子の粒径および粒径区分毎の粒子数とに基づいて、第１粒子群Ａに属する粒子であるか第２粒子群Ｂに属する粒子であるかの種別を明確にする振分け処理を実行する。
【００４１】
そして、集合粒子群配置領域内の全ての粒子が第１粒子群Ａまたは第２粒子群Ｂのいずれかに振り分けられると、モデリング実行空間Ｖ中における集合粒子群配置領域が、第１および第２の粒子群Ａ，Ｂのうち同種の粒子群毎の粒子配置を特定する複数の個別粒子群配置領域に分割されるようになっている。
【００４２】
より具体的には、配置領域分割セクション１４は、集合粒子群Ｃの実体表現ファイルＦ１に含まれる一部の属性情報と第１および第２の粒子群Ａ，Ｂの粒子分布設定情報Ｄｐ２とを基に、同種粒子群毎の粒子配置を特定する複数の分割ｓｔｅｐファイルＦ２，Ｆ３を作成する。
【００４３】
この配置領域分割セクション１４での配置領域の分割処理は、図３に模式的に示すような粒子属性分割ソフト処理となっている。
【００４４】
すなわち、配置領域分割セクション１４は、まず、粒子分布設定情報Ｄｐ２と粒子充填情報Ｐｃｋ１（粒子ＩＤを含む）を読み込んで、各粒子の粒径や体積を把握する。このとき、各粒子の粒径は、全粒径ばらつき範囲を複数の粒径区間に区分した場合における各粒径区間での平均粒径としてもよいし、粒子群毎の分布が集中する平均粒径（中心粒径）付近でその区分を細分化してもよい。また、隣接する粒子間の距離に相当するものとして、体積分率や分散に関する設定値を取り込むようにしてもよい。
【００４５】
次いで、粒子分布設定情報Ｄｐ２で指定された粒径分布条件となるように、集合粒子群Ｃの全粒子群の中から粒子分布設定情報Ｄｐ２で指定された粒子群Ａ，Ｂの粒子群毎の粒径分布となり得る粒径の組合せを探索する。そして、探索した粒子群Ａ，Ｂの粒径の分布を粒子ＩＤと関連付けて、粒子充填情報Ｐｃｋ１で特定される集合粒子群配置領域内において同種粒子群毎の粒子配置領域内に振り分けられる粒子群ＩＤを特定する複数の分割ｓｔｅｐファイルＦ２，Ｆ３を作成する。
【００４６】
これにより、モデリング実行空間Ｖ中の集合粒子群配置領域内に配置される全ての粒子を、その一部の属性情報で特定される粒径および前記粒子ＩＤと、第１および第２の粒子群Ａ，Ｂの分布設定情報から算出される粒子群毎の各粒子の粒径および粒径区分毎の粒子数とに基づいて、第１粒子群Ａに属する粒子であるか第２粒子群Ｂに属する粒子であるかの種別を明確にする振分けができる。
【００４７】
充填構造出力セクション１５は、配置領域分割セクション１４からの複数の分割ｓｔｅｐファイルＦ２，Ｆ３を基に、モデリング実行空間Ｖ中の集合粒子群配置領域のうち同種の粒子群ＡまたはＢ毎の粒子配置を特定する複数の粒子群毎の種別配置状態を、例えば図１（ｅ）に示すように異なる粒子色（同図中では白色と黒色）を有する種別配置情報Ｐｃｋ２として出力することができるようになっている。
【００４８】
前述の集合粒子群情報作成セクション１２および粒子配置領域設定セクション１３は、複数種の粒子群Ａ，Ｂのそれぞれの粒径分布を表す２つのヒストグラム情報（複数種の粒子属性表現）に相当する粒子分布設定情報Ｄｐ１を複数種の粒子群Ａ，Ｂの共通の属性に基づいてマージし、擬似単一属性の集合粒子群Ｃの粒子情報を作成するマージセクション１０Ａを構成している。また、前述の入力セクション１１、配置領域分割セクション１４および充填構造出力セクション１５は、マージセクション１０Ａと協働して、複数種の粒子群Ａ，Ｂの粒子分布設定情報Ｄｐ２に対応する粒子群毎の個別粒子群配置領域（粒子群毎の充填領域）を計算負荷を抑えつつ迅速に算出する解析セクション１０Ｂを構成している。
【００４９】
粒子モデル作成装置１０は、さらに、複数の個別粒子群配置領域のうちいずれか１つの粒子群ＡまたはＢの配置領域と他の１つの粒子群ＢまたはＡの配置領域とが隣接する面積を異種の粒子群Ａ，Ｂが実質的に接触する面積として算出可能な特性評価ソフトを搭載し、接触面積算出が可能な特性評価セクション１６（接触面積算出セクション）として機能し得るようにすることもできる。この場合、多数の接触点によって形成される多数のポリゴン（例えば三角形）で形成される平面で代用してもよいし、粒径や食込み率、他の粒子間の作用を併せて考慮した接触面積（ここでは、固体電解質粒子群と電極活物質粒子群との接触面積）とすることもできる。
【００５０】
次に、本実施形態の粒子モデル作成装置１０を用いて実行される一実施形態の粒子モデル作成方法と本実施形態における作用について説明する。
【００５１】
本実施形態で粒子モデルを作成する際には、まず、粒径分布が異なる複数種の粒子群Ａ，Ｂの分布設定情報を、入力セクション１１への入力可能で、かつ、ＣＰＵでの解釈が可能な入力情報として準備する（準備段階）。
【００５２】
ここでの第１および第２の粒子群Ａ，Ｂの粒子分布の設定情報は、前述のように、粒径分布で分別される第１の粒子群Ａであるか第２の粒子群Ｂであるかの種別と、第１および第２の粒子群Ａ，Ｂの共通属性となる特定粒子形態と、第１および第２の粒子群Ａ，Ｂについての粒子群毎の中心粒径と粒径のばらつき、ならびにモデリング実行空間Ｖ内への充填率に相当する頻度とを含む。ただし、特定粒子形態が、予め設定されている場合は、その特定粒子形態を入力する必要はない。
【００５３】
次いで、複数種の粒子群Ａ，Ｂの分布設定情報のうち各粒子の粒径を特定可能な前記一部の属性情報を基に、複数種の粒子群Ａ，Ｂの粒子数および粒径を併有する擬似単一属性の集合粒子群Ｃの粒子情報を、例えばｓｔｅｐファイルＦ１として作成する（集合粒子群情報作成段階）。すなわち、前記一部の属性情報と複数種の粒子群Ａ，Ｂに共通する特定粒子形態とを含み、集合粒子群Ｃを各粒子毎に粒子ＩＤにより識別可能に表現する実体表現ファイルとして、ｓｔｅｐファイルＦ１を作成する。
【００５４】
次いで、ｓｔｅｐファイルＦ１に含まれる前記一部の属性情報および集合粒子群Ｃの各粒子の粒子情報を基に、予め設定されたモデリング実行空間Ｖ中に集合粒子群Ｃを各粒子毎に識別可能に配置する集合粒子群配置領域を設定する（粒子配置領域設定段階）。
【００５５】
例えば、図４（ａ）に便宜的に簡単な２次元の模式図で示すように、粒子ＩＤとして粒子番号（図中で粒子を示す円内の番号１−２７）を付した集合粒子群Ｃを、モデリング実行空間Ｖ中に各粒子毎に粒子番号により識別可能に配置し、モデリング実行空間Ｖ中における集合粒子群Ｃの全体の配置領域を設定する。
【００５６】
実際には、モデリング実行空間Ｖ中に集合粒子群Ｃをランダム粒子充填構造にすべく、従来の各種の粒子充填法（例えば、特開２０１０−２３６９８９号公報または前記特許文献１，２に記載される粒子充填方法）によって、集合粒子群Ｃの各粒子を粒子ＩＤによって個々に識別しながらモデリング実行空間Ｖ中に順次配置していく。
【００５７】
この段階では、また、モデリング実行空間Ｖ中に集合粒子群Ｃを各粒子毎に識別可能に配置する際に、隣接する任意の一対の粒子Ｐ１，Ｐ２（図５（ａ）または図５（ｂ）参照）の中心間距離を縮小するように、これら一対の粒子Ｐ１，Ｐ２のうちいずれか一方を変形させ、あるいは、一対の粒子Ｐ１，Ｐ２の双方を変形させる食込み処理を実行する。ただし、図４（ａ）においては、食込み率が小さいものとして、集合粒子群Ｃの各粒子を食込みの無い形状で示している。
【００５８】
次いで、前記一部の属性情報および粒子充填情報Ｐｃｋ１（集合粒子群配置領域の設定情報）と複数種の粒子群Ａ，Ｂの分布設定情報である粒子分布情報ＤＰ２とに基づいて、モデリング実行空間Ｖ中における集合粒子群Ｃの配置領域を、複数種の粒子群Ａ，Ｂの同種粒子群毎の配置形態を特定する複数の個別粒子群配置領域に分割する（配置領域分割段階）。
【００５９】
例えば、図４（ｂ）に便宜的に簡単な２次元の模式図で示すように、モデリング実行空間Ｖ中における集合粒子群Ｃの配置領域を、同図中に白色で示す第１の粒子群Ａの配置領域と，同図中に黒色（クロスハッチング）で示す第２の粒子群Ｂの配置領域に分割する。
【００６０】
具体的には、粒子分布設定情報Ｄｐ２で指定された粒径分布条件となるように、集合粒子群Ｃの全粒子群の中から粒子分布設定情報Ｄｐ２で指定された粒子群Ａ，Ｂの粒子群毎の粒径分布となり得る粒径の組合せを探索する。そして、探索した粒子群Ａ，Ｂの粒径の分布を粒子ＩＤと関連付けて、粒子充填情報Ｐｃｋ１で特定される集合粒子群配置領域内において同種粒子群毎の粒子配置領域内に振り分けられる粒子群ＩＤを特定する複数の分割ｓｔｅｐファイルＦ２，Ｆ３を作成する。すなわち、配置領域分割段階において、集合粒子群ＣのｓｔｅｐファイルＦ１に含まれる前記一部の属性情報と準備段階で作成した複数種の粒子群Ａ，Ｂの粒子分布設定情報Ｄｐ２とを基に、複数種の粒子群Ａ，Ｂの同種粒子群毎の配置形態を特定する複数の分割ｓｔｅｐファイルＦ２，Ｆ３（複数の粒子群毎の実体表現ファイル）を作成する。
【００６１】
ここで、図４（ｃ）に示すように、複数種の粒子群Ａ，Ｂの粒径分布が重なる粒径区間ｄ３，ｄ４については、任意の片方の粒子群、例えば第１の粒子群Ａについて粒径区間ｄ３，ｄ４に属する複数の粒子おけるランダム粒子充填が完了すれば、残りの片方の粒子群、例えば第２の粒子群Ｂについても、粒径区間ｄ３，ｄ４に属する複数の粒子おけるランダム粒子充填（配置のための探索処理）が実質的に完了することになる。この場合、残りの粒子群Ｂの各粒径区分ｄ３，ｄ４内での粒子配置が相違しても、結果的に得られる粒子充填構造が実質的に同一だからである。
【００６２】
このように、集合粒子群ＣのｓｔｅｐファイルＦ１から各粒子の形態および粒径に応じた体積が算出でき、粒子充填情報Ｐｃｋ１で集合粒子群配置領域が設定されると、モデリング実行空間Ｖ内に配置される各粒子が識別可能になる。また、その配置領域分割段階において、集合粒子群配置領域内に配置される複数種の粒子群Ａ，Ｂのうち一部の粒子群Ａについての粒子群毎の配置領域を設定することにより、複数種の粒子群Ａ，Ｂのうち残りの粒子群Ｂについての前記粒子群毎の配置領域を確定させることができる。したがって、複数種の粒子群Ａ，Ｂの分布設定情報を基に、粒子充填情報Ｐｃｋ１に対応する集合粒子群配置領域が複数の個別粒子群配置領域に容易に分割可能となる。
【００６３】
次いで、充填構造出力セクション１５にて、配置領域分割セクション１４からの複数の分割ｓｔｅｐファイルＦ２，Ｆ３を基に、モデリング実行空間Ｖ中の粒子群毎の種別配置領域を種別配置情報Ｐｃｋ２の表現形態で出力する。
【００６４】
さらに、特性評価セクション１６で接触面積の算出処理を行う場合には、複数のうちいずれか１つの粒子群ＡまたはＢの配置領域と他の１つの粒子群ＢまたはＡの配置領域とが隣接する面積を、異種の粒子群である第１および第２の粒子群Ａ，Ｂが実質的に接触する接触面積として算出する（接触面積算出段階）。
【００６５】
このような本実施形態の粒子モデル作成装置１０とそれを用いた一実施形態の粒子モデル作成方法においては、モデリング実行空間Ｖ内に粒径分布の異なる複数の粒子群Ａ，Ｂを充填するにもかかわらず、複数の粒子群Ａ，Ｂの全体の配置領域を集合粒子群Ｃの配置領域として、同種の粒子群をモデリング実行空間Ｖ内に充填する場合と同程度の計算負荷で設定することができる。したがって、粒径分布の異なる複数の粒子群Ａ，Ｂの粒子間に実際の密度や粒子充填構造では生じ得ない程度に大きな配置空間の重なりが発生したり、粒子モデルの作成が困難になるほど粒子充填構造の計算負荷が著しく増大したりすることを防止できる。その結果、複数種の粒子群Ａ，Ｂの集合体を充填した粒子充填構造を有する粒子モデルを模擬対象物の実際の粒子充填構造に近い粒子配置状態で作成可能な粒子モデルの作成方法および装置となる。
【００６６】
また、配置領域分割段階では、集合粒子群配置領域に配置される複数のうち第１の粒子群Ａの配置領域が確定すれば、残りの第２の粒子群Ｂの配置領域が確定することになり、粒子群毎の配置領域の設定に要する計算負荷も軽減できることになる。
【００６７】
しかも、本実施形態では、食込み処理を実行するので、例えば粉体をプレスして圧粉体としたような模擬対象物である場合でも、その粉体粒子間に生じ得る粒子間の食込み変形をも十分に考慮できることになり、模擬対象物の性能の予測や評価により有効なものとなる。
【００６８】
また、本実施形態では、ｓｔｅｐファイルＦ１に含まれる一部の属性情報と、集合粒子群配置領域の設定情報である粒子充填情報Ｐｃｋ１と、粒子群毎の分別が可能な粒子分布設定情報Ｄｐ２とに基づいて、集合粒子群配置領域が同種粒子群毎の個別粒子群配置領域に分割されて、それら同種粒子群毎の粒子配置を特定する複数の実体表現ファイルＦ２，Ｆ３が作成される。したがって、複数種の粒子群Ａ，Ｂの粒径分布の種別毎の体積や充填形態を容易に把握できるとともに、異種の粒子で構成される模擬対象の構成要素間の接触面積等も容易に把握可能となる。
【００６９】
さらに、本実施形態では、集合粒子群ＣのｓｔｅｐファイルＦ１から各粒子の形態および粒径に応じた体積が算出でき、集合粒子群配置領域が粒子充填情報Ｐｃｋ１として設定されると、モデリング実行空間Ｖ内に配置される各粒子が識別可能になる。したがって、粒子分布設定情報Ｄｐ２を基に集合粒子群配置領域が複数の粒子群毎の実体表現ファイルＦ２，Ｆ３に容易に分割可能となる。
【００７０】
加えて、接触面積算出段階の処理を実行すれば、異なる粒子群の間の接触面積を容易に把握できる。
【００７１】
このようにして本実施形態で作成される粒子モデルは、模擬対象物の微小体積領域における粒子充填構造の多様なばらつきを実際の粒子充填構造に近い粒子配置状態で表現でき、模擬対象物の性能予測や評価等に有効な粒子モデルとなり得る。
【００７２】
ちなみに、図６に示すような比較例の場合、次のような問題が残る。この比較例は、一部が重なりつつ互いに相違する粒子分布を持つ複数種の粒子群Ａ，Ｂについて、粒子作成ソフト３１で個別にｓｔｅｐファイルを作成し、両粒子群Ａ，Ｂの２つのｓｔｅｐファイルをメッシャソフト（解析ソフト）３２によって同種粒子群毎に粒子充填するモデリングおよび解析作業を行うものである。この場合、高充填率の設定にすると、実際の粒子充填構造では生じ得ない程度に大きな配置空間の重なりが発生してしまう可能性が高くなるか、または、計算時間がきわめて長時間となってしまうために模擬対象物の性能の予測や模擬評価等に役立つ粒子モデルの作成が実質的に困難になってしまうことになる。
【００７３】
これに対し、本発明では、前述のように、計算負荷を抑えながらも、複数種の粒子群の粒子充填構造を有する粒子モデルを模擬対象物の実際の粒子充填構造に近い粒子配置状態で作成可能である。したがって、本発明は、模擬対象物の微小体積領域を粒子充填構造モデルで模擬する粒子モデル作成方法および粒子モデル作成装置全般に有用である。
【００７４】
なお、前述の一実施形態においては、２種類の粒子群を用いる粒子充填構造の粒子モデルを作成するものとして説明したが、本発明は、３種類以上の粒子群を用いる粒子充填構造の粒子モデルを作成する場合にも適用できることはいうまでもない。
【００７５】
また、本発明は、粒子間に液体や液状の流動性物質が存在する場合にも適用でき、例えば異なる複数種の粒子および溶剤を含むペースト状の材料を延展させて成膜される模擬対象物の溶剤除去後の構造等を模擬する場合にも有効である。したがって、本発明は、ガス透過性を有する圧粉体等に限らず、粒径分布の異なる複数種の粒子群の粒子充填構造で模擬可能な任意の素子や製品のシミュレーションに適用可能である。
【００７６】
さらに、本発明の粒子モデル作成装置では、要求される粒子充填率が所定値を超えて大きくなり、粒子間の食込みが生じざるを得なくなるような場合に発明方法の手順に従った粒子モデル作成処理がなされるシミュレーションプログラムとなっていてもよく、要求される充填率が所定値に満たない低充填率時（隣り合う任意の一対の粒子間に十分な隙間が存在するとき）には従来と同様な方法での粒子モデル作成がなされるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１０…粒子モデル作成装置、１１…入力セクション、１２…集合粒子群情報作成セクション、１３…粒子配置領域設定セクション、１４…配置領域分割セクション、１５…充填構造出力セクション、１６…特性評価セクション（接触面積算出セクション）、Ａ…第１の粒子群、Ｂ…第２の粒子群、Ｃ…集合粒子群、Ｄｐ１…粒子分布設定情報（一部の属性情報）、Ｄｐ２…粒子分布設定情報（複数種の粒子群の粒子分布情報）、Ｆ１…ｓｔｅｐファイル（集合粒子群の実体表現ファイル）、Ｆ２，Ｆ３…分割ｓｔｅｐファイル（複数の粒子群毎の実体表現ファイル）、Ｐ１，Ｐ２…粒子（隣接する一対の粒子）、Ｐｃｋ１…粒子充填構造（集合粒子群配置領域の設定情報）、Ｐｃｋ２…種別配置情報、Ｖ…モデリング実行空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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