JP4827427B2 - Particle behavior analysis apparatus, control method, and program - Google Patents

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Description

本発明は、磁界が印加された領域内を移動する粒子の挙動を求める場合に好適な粒子挙動解析装置、制御方法、及びプログラムに関する。   The present invention relates to a particle behavior analysis apparatus, a control method, and a program suitable for obtaining the behavior of particles moving in a region to which a magnetic field is applied.

一般に、電子写真技術を利用して画像形成を行う複写機やプリンタ等の画像形成装置では、感光体の表面に形成した潜像に現像器により現像剤(トナー)を付着させ現像することで、可視像を形成することが行われている。この現像器内においてトナーの挙動を制御し適切な現像を行うために、マグネットローラが一般に用いられている。磁性粒子であるトナー自体もしくはトナーを搬送するためのキャリア粒子には、回転するマグネットローラが形成する磁界によって磁気力が働き、その磁気力によってトナーやキャリア粒子の挙動が適切に制御される。   In general, in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer that performs image formation using electrophotographic technology, a developer (toner) is attached to a latent image formed on the surface of a photoreceptor by a developing device, and developed. A visible image is formed. A magnet roller is generally used in order to control the behavior of the toner and perform appropriate development in the developing device. Magnetic force acts on the toner itself, which is magnetic particles, or carrier particles for conveying the toner, by a magnetic field formed by a rotating magnet roller, and the behavior of the toner and carrier particles is appropriately controlled by the magnetic force.

ところで、近年、上記のような磁界を印加した状態における粒子の挙動を解析するために、粒子挙動計算が行われており、電子写真の現象解明や現像器の構造最適化等に活用されつつある。磁界中の磁性粒子の挙動を解析する粒子挙動計算では、一般的に磁気力や粒子間接触力などの各粒子に働く力を基に、粒子の時間系列に沿った挙動を求める方法が行われているが、印加磁界によって粒子の挙動が異なるため、粒子に働く磁気力を精度良く求める必要がある。   By the way, in recent years, particle behavior calculation has been performed to analyze the behavior of particles in the state where the magnetic field as described above is applied, and it is being utilized for elucidating the phenomenon of electrophotography and optimizing the structure of the developing device. . In particle behavior calculations that analyze the behavior of magnetic particles in a magnetic field, a method is generally used to determine the behavior of particles along the time series based on the forces acting on each particle, such as magnetic force and interparticle contact force. However, since the behavior of particles varies depending on the applied magnetic field, it is necessary to accurately determine the magnetic force acting on the particles.

粒子に働く磁気力を求める方法としては、有限要素法などの数値計算を用いて求めた磁界データを基に、各磁性粒子の磁化や磁気力を求める方法がある。その際、粒子が印加磁界から受ける磁気力と粒子同士の磁気相互作用力に分けて計算する方法が用いられており、粒子挙動計算中の印加磁界は変化しないものとして扱う場合が多い。   As a method for obtaining the magnetic force acting on the particles, there is a method for obtaining the magnetization and magnetic force of each magnetic particle based on magnetic field data obtained by numerical calculation such as a finite element method. At that time, a method is used in which the calculation is performed by dividing the magnetic force received by the particle from the applied magnetic field and the magnetic interaction force between the particles. In many cases, the applied magnetic field during the particle behavior calculation is treated as not changing.

粒子に働く磁気力の具体的な計算方法について図13を参照しながら、その特徴のみを簡単に説明する。   A specific method for calculating the magnetic force acting on the particles will be briefly described with reference to FIG.

図13は、従来例に係る粒子挙動計算全体の処理プログラムの構成例を概略的に示す図である。   FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration example of a processing program for the entire particle behavior calculation according to the conventional example.

図13において、処理プログラムは、制御部1100、初期条件設定部1111、磁性粒子に働く磁気力の計算部1112、磁性粒子に働く磁気力以外の力の計算部1113、粒子の変位計算部1114、粒子挙動表示部1115を備えている。   In FIG. 13, the processing program includes a control unit 1100, an initial condition setting unit 1111, a magnetic force calculator 1112 acting on the magnetic particles, a force calculator 1113 other than the magnetic force acting on the magnetic particles, a particle displacement calculator 1114, A particle behavior display unit 1115 is provided.

制御部1100は、プログラムの処理全体を制御する。初期条件設定部1111は、粒子の初期配置や物性値、解析領域、印加磁界データ、並びに計算条件の設定を行う。磁性粒子に働く磁気力の計算部1112は、粒子に働く磁気力の計算を行う。磁性粒子に働く磁気力以外の力の計算部1113は、粒子に働く重力などの計算を行う。粒子の変位計算部1114は、各粒子に働く全ての力を基に運動方程式を解くことにより、各粒子の速度と変位を更新する。粒子挙動表示部1115は、時間系列に沿った粒子と構造物の位置を表示する。   The control unit 1100 controls the entire processing of the program. The initial condition setting unit 1111 sets initial particle arrangement, physical property values, analysis regions, applied magnetic field data, and calculation conditions. The magnetic force calculator 1112 acting on the magnetic particles calculates the magnetic force acting on the particles. A force calculation unit 1113 other than the magnetic force acting on the magnetic particles performs calculations such as gravity acting on the particles. The particle displacement calculator 1114 updates the velocity and displacement of each particle by solving the equation of motion based on all forces acting on each particle. The particle behavior display unit 1115 displays the positions of particles and structures along the time series.

他方、上述した、粒子が印加磁界から受ける磁気力と粒子同士の磁気相互作用力の具体的な計算方法に関する技術が開示されている(例えば、非特許文献1参照)。
永井他,JapanHardcopy’99論文集,185(1999)
On the other hand, the technique regarding the specific calculation method of the magnetic force which a particle | grain receives from an applied magnetic field mentioned above and the magnetic interaction force of particle | grains is disclosed (for example, refer nonpatent literature 1).
Nagai et al., JapanHardcopy '99 Proceedings, 185 (1999)

しかしながら、上記従来例で示した画像形成装置の現像器に装備されたトナー補給用のマグネットローラが軸中心に回転する場合など、所定の装置内で磁界を印加する磁界印加部が回転したり移動したりする場合には、各時間における磁界印加部の位置での磁界データを用いて磁性粒子の挙動を計算する必要があった。   However, the magnetic field applying unit for applying a magnetic field rotates or moves within a predetermined apparatus, such as when the magnet roller for toner replenishment provided in the developing device of the image forming apparatus shown in the above-described conventional example rotates about its axis. For example, it is necessary to calculate the behavior of the magnetic particles using the magnetic field data at the position of the magnetic field application unit at each time.

磁性粒子の挙動計算を上記従来例で実現するためには、予め磁界印加部の回転や移動に応じた複数の磁界データを用意しておく必要があるが、磁界解析に手間がかかるだけでなく、データが膨大となるといった課題がある。また、粒子挙動計算実行中に磁界印加部が任意に移動する場合には、磁界データを予め用意することはできない。   In order to realize the calculation of the behavior of magnetic particles in the above conventional example, it is necessary to prepare a plurality of magnetic field data corresponding to the rotation and movement of the magnetic field application unit in advance. There is a problem that the data becomes enormous. In addition, when the magnetic field application unit arbitrarily moves during the particle behavior calculation, magnetic field data cannot be prepared in advance.

また、粒子挙動解析の実行中に磁界印加部の位置を考慮した磁界計算を逐次行う方法が考えられるが、計算時間の点から実用的な方法ではない。   In addition, a method of sequentially performing a magnetic field calculation considering the position of the magnetic field application unit during the execution of the particle behavior analysis can be considered, but this is not a practical method from the viewpoint of calculation time.

また、計算結果の表示については、粒子と磁界データとを同時に表示することにより、磁界データ中における粒子の搬送状態などを表示することが要求される。そのためには、各時間の粒子挙動データと磁界データの組み合わせを保持しておく方法が考えられるが、データが膨大になるという問題があった。   In addition, regarding the display of the calculation result, it is required to display the particle conveyance state and the like in the magnetic field data by simultaneously displaying the particles and the magnetic field data. To that end, a method of holding a combination of particle behavior data and magnetic field data for each time is conceivable, but there is a problem that the data becomes enormous.

本発明の目的は、磁界印加部の移動や回転による磁界の変化を考慮した磁性体粒子の挙動を簡単かつ精度良く計算することを可能とし、解析結果である粒子挙動とそのときの磁界データを簡単に表示することを可能とした粒子挙動解析装置、制御方法、及びプログラムを提供することにある。   The object of the present invention is to make it possible to easily and accurately calculate the behavior of magnetic particles in consideration of changes in the magnetic field due to the movement and rotation of the magnetic field application unit, and to analyze the particle behavior as the analysis result and the magnetic field data at that time. An object of the present invention is to provide a particle behavior analysis apparatus, a control method, and a program that can be easily displayed.

上述の目的を達成するために、本発明の粒子挙動解析装置は、磁界印加手段により磁界が印加された領域内を移動する粒子の挙動解析を行う粒子挙動解析装置であって、基本磁界印加位置での磁界データを基本印加磁界の座標系から前記磁界印加手段の変位後の座標系に写像することで、前記磁界印加手段の変位後の座標系における磁界データを計算する磁界計算手段と、前磁界計算手段により計算した写像後の磁界データを基に前記粒子に働く磁気力を計算する磁気力計算手段と、前記磁気力計算手段により計算した磁気力と該磁気力以外の前記粒子に働く力とに基づいて、運動方程式を解くことにより、前記粒子の挙動である速度と変位を解析する粒子挙動解析手段と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the particle behavior analysis apparatus of the present invention is a particle behavior analysis apparatus for analyzing the behavior of particles moving within a region to which a magnetic field is applied by a magnetic field applying means, wherein a basic magnetic field application position is provided. A magnetic field calculation means for calculating the magnetic field data in the coordinate system after displacement of the magnetic field application means, by mapping the magnetic field data in the coordinate system of the basic applied magnetic field from the coordinate system after displacement of the magnetic field application means ; and the magnetic force calculating means for calculating a magnetic force acting on the basis of the magnetic field data after mapping calculated by serial magnetic field calculating means to said particles, acts on the particles other than the magnetic force and the magnetic energy calculated by said magnetic force calculation means And a particle behavior analysis means for analyzing the velocity and displacement, which are the behavior of the particles, by solving the equation of motion based on the force .

また、本発明の粒子挙動解析装置は、磁界印加手段により磁界が印加された領域内を移動する粒子の挙動解析を行う粒子挙動解析装置であって、基本印加磁界の座標系に粒子位置を写像し、前記粒子位置での磁界データを前記磁界印加手段の変位後の座標系に逆写像することで、前記磁界印加手段の変位後の座標系における磁界データを計算する磁界計算手段と、前記磁界計算手段により計算した逆写像後の磁界データを基に前記粒子に働く磁気力を計算する磁気力計算手段と、前記磁気力計算手段により計算した磁気力と該磁気力以外の前記粒子に働く力とに基づいて、運動方程式を解くことにより、前記粒子の挙動である速度と変位を解析する粒子挙動解析手段と、を備えることを特徴とする。 The particle behavior analysis device of the present invention is a particle behavior analysis device analyze behavior of particles moving within a region where the magnetic field is applied by the magnetic field applying means, the particles located in the coordinate system of the basic magnetic field applied A magnetic field calculation means for calculating the magnetic field data in the coordinate system after displacement of the magnetic field application means by mapping and inversely mapping the magnetic field data at the particle position to the coordinate system after displacement of the magnetic field application means; and the magnetic force calculating means for calculating a magnetic force acting magnetic field data after the inverse mapping calculated by the magnetic field calculating means to the particles based on, acts on the particles other than the magnetic force and the magnetic energy calculated by said magnetic force calculation means And a particle behavior analysis means for analyzing the velocity and displacement, which are the behavior of the particles, by solving the equation of motion based on the force .

本発明によれば、磁界印加手段が変位する場合において、磁界印加手段による磁界の変化を考慮した粒子の挙動を、基本印加磁界データと磁界印加手段の変位後の磁界データを基に、簡単かつ精度良く計算することができる。   According to the present invention, when the magnetic field applying means is displaced, the behavior of the particles considering the change of the magnetic field by the magnetic field applying means can be simply and based on the basic applied magnetic field data and the magnetic field data after the displacement of the magnetic field applying means. It is possible to calculate with high accuracy.

また、磁界データの大きさ或いは粒子数に応じて、磁界計算手段及び第2の磁界計算手段のうち、計算時間の短い磁界計算手段を選択し、選択された磁界計算手段により計算した磁界データを基に粒子に働く磁気力を計算するため、全体の粒子挙動計算に要する時間を短縮することが可能となる。 Further, the magnetic field calculation means having a short calculation time is selected from the magnetic field calculation means and the second magnetic field calculation means in accordance with the size of the magnetic field data or the number of particles, and the magnetic field data calculated by the selected magnetic field calculation means is selected. Since the magnetic force acting on the particles is calculated based on the base, it is possible to reduce the time required for calculating the whole particle behavior.

また、磁界印加手段の変位に伴って変化する磁界データと解析結果である粒子挙動とを、簡単に表示することができる。   Moreover, the magnetic field data which changes with the displacement of the magnetic field applying means and the particle behavior which is the analysis result can be easily displayed.

また、本発明を電子写真方式の画像形成装置の現像剤挙動解析に適用することにより、画像形成装置の現像剤補給手段における現像剤挙動、画像形成装置の現像剤清掃手段における現像剤挙動を予測することができる。   Also, by applying the present invention to the developer behavior analysis of an electrophotographic image forming apparatus, the developer behavior in the developer replenishing means of the image forming apparatus and the developer behavior in the developer cleaning means of the image forming apparatus are predicted. can do.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態では、磁界印加部により磁界が印加された領域内を移動する粒子の挙動を解析する粒子挙動解析装置において、2次元断面内における粒子、磁界印加部、及び関連部材を基にした粒子挙動計算について説明する。ここで、磁界印加部はある軸を中心に回転しているものとする。また、磁性粒子の磁化の大きさは粒子ごとに一定とする。また、磁界データは節点と要素から構成された有限要素モデルで表すものとする。
[First Embodiment]
In the first embodiment of the present invention, in a particle behavior analysis apparatus that analyzes the behavior of particles moving in a region to which a magnetic field is applied by a magnetic field application unit, particles in a two-dimensional cross section, a magnetic field application unit, and related The particle behavior calculation based on the member will be described. Here, it is assumed that the magnetic field application unit rotates around a certain axis. The magnitude of magnetization of the magnetic particles is constant for each particle. The magnetic field data is expressed by a finite element model composed of nodes and elements.

図1は、本実施の形態に係る粒子挙動解析装置の処理プログラムの構成例を概略的に示す図であり、(a)は粒子挙動計算全体の処理プログラムを示す図、(b)は粒子に働く磁気力の計算部を構成する処理プログラムを示す図である。   FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration example of a processing program of a particle behavior analysis apparatus according to the present embodiment, where (a) is a diagram illustrating a processing program for the entire particle behavior calculation, and (b) is a diagram illustrating particles. It is a figure which shows the processing program which comprises the calculation part of the working magnetic force.

図1(a)において、処理プログラムは、制御部100、初期条件設定部111、磁性粒子に働く磁気力の計算部112a、磁性粒子に働く磁気力以外の力の計算部113、粒子の変位計算部114、粒子挙動表示部115を備えている。図1(a)の構成は、磁性粒子に働く磁気力の計算部112a以外は基本的に上記図13の構成と同じであるので、簡単に説明する。   In FIG. 1A, the processing program includes a control unit 100, an initial condition setting unit 111, a magnetic force calculation unit 112a acting on the magnetic particles, a force calculation unit 113 other than the magnetic force acting on the magnetic particles, and a particle displacement calculation. Unit 114 and particle behavior display unit 115. The configuration of FIG. 1A is basically the same as the configuration of FIG. 13 except for the magnetic force calculator 112a acting on the magnetic particles, and will be described briefly.

初期条件設定部111は、粒子の初期配置や半径、比重、磁気特性などの物性値、解析領域を構成する構造物の形状、寸法、位置、印加磁界データ(磁界や磁界の空間微分など)、並びに時間ステップなどの計算条件、更に不図示の磁界印加部の移動情報の設定を行う。磁性粒子に働く磁気力の計算部112aは、各磁性粒子の磁気特性(磁化や磁気モーメントなど)及び印加磁界データを基に、粒子に働く磁気力の計算を行う。   The initial condition setting unit 111 is an initial particle arrangement, radius, specific gravity, physical property values such as magnetic characteristics, the shape, size, position, and applied magnetic field data (such as magnetic field and spatial differentiation of the magnetic field) of the structure constituting the analysis region, In addition, calculation conditions such as time steps, and movement information of a magnetic field application unit (not shown) are set. The magnetic force calculator 112a acting on the magnetic particles calculates the magnetic force acting on the particles based on the magnetic characteristics (magnetization, magnetic moment, etc.) of each magnetic particle and the applied magnetic field data.

磁性粒子に働く磁気力以外の力の計算部113は、粒子に働く重力などの計算を行う。粒子の変位計算部114は、各粒子に働く全ての力を基に運動方程式を解くことにより、各粒子の速度と変位を更新する。粒子挙動表示部115は、時間系列に沿った粒子と構造物の位置を表示する。   The force calculation unit 113 other than the magnetic force acting on the magnetic particles performs calculations such as gravity acting on the particles. The particle displacement calculator 114 updates the velocity and displacement of each particle by solving the equation of motion based on all the forces acting on each particle. The particle behavior display unit 115 displays the positions of particles and structures along the time series.

なお、実際の計算では、初期条件設定部111と、磁性粒子に働く磁気力の計算部112a〜粒子挙動表示部115による処理を繰り返すことにより、粒子の挙動を求めることができる。   In the actual calculation, the behavior of the particles can be obtained by repeating the processing by the initial condition setting unit 111 and the calculation unit 112a to the particle behavior display unit 115 of the magnetic force acting on the magnetic particles.

以下では、図1(b)に示す磁性粒子に働く磁気力の計算部112aを構成する各部について説明する。   Below, each part which comprises the calculation part 112a of the magnetic force which acts on the magnetic particle shown in FIG.1 (b) is demonstrated.

図1(b)において、磁性粒子に働く磁気力の計算部112aは、磁界印加部の移動後の座標系の設定部116、磁界データの写像の計算部117、粒子の磁化の計算部118、印加磁界による磁気力の計算部119、粒子による磁気力の計算部120を備えている。   In FIG. 1B, the magnetic force calculating unit 112a acting on the magnetic particles includes a coordinate system setting unit 116 after the magnetic field applying unit is moved, a magnetic field data mapping calculating unit 117, a particle magnetization calculating unit 118, A magnetic force calculation unit 119 by an applied magnetic field and a magnetic force calculation unit 120 by particles are provided.

磁界印加部の移動後の座標系の設定部116は、現在の時間と磁界データの移動情報に基づいて、磁界印加部の移動後の座標系を求める。磁界データの写像の計算部117は、基本磁界印加位置での有限要素法などによる節点座標と磁界データを、基本印加磁界の座標系から磁界印加部の移動後の座標系に写像することにより、磁界印加部の移動後の磁界データを作成する。   The coordinate system setting unit 116 after the movement of the magnetic field application unit obtains the coordinate system after the movement of the magnetic field application unit based on the current time and the movement information of the magnetic field data. The magnetic field data mapping calculation unit 117 maps the node coordinates and magnetic field data by the finite element method or the like at the basic magnetic field application position from the basic applied magnetic field coordinate system to the coordinate system after movement of the magnetic field application unit. Magnetic field data after the movement of the magnetic field application unit is created.

粒子の磁化の計算部118は、各粒子の磁化ベクトルと磁気モーメントを求める。ここでは、粒子の磁化の大きさは一定であると仮定しているので、その値を用いればよい。印加磁界による磁気力の計算部119は、各粒子の磁気モーメントと粒子に印加されている磁界を用いて、各粒子に働く磁気力を求める。粒子による磁気力の計算部120は、各粒子の磁気モーメントを用いて、各粒子に働く磁気力を求める。   The particle magnetization calculator 118 obtains the magnetization vector and magnetic moment of each particle. Here, since it is assumed that the magnitude of the magnetization of the particles is constant, the value may be used. The magnetic force calculation unit 119 by the applied magnetic field calculates the magnetic force acting on each particle by using the magnetic moment of each particle and the magnetic field applied to the particle. The magnetic force calculation unit 120 by particles obtains the magnetic force acting on each particle using the magnetic moment of each particle.

なお、印加磁界による磁気力の計算部119、及び粒子による磁気力の計算部120において、粒子が印加磁界から受ける磁気力と粒子同士の磁気相互作用力の具体的な計算方法については、例えば上記非特許文献1などに記載されている。以下に、非特許文献1に記載されている式を示す。   In addition, in the calculation unit 119 of the magnetic force by the applied magnetic field and the calculation unit 120 of the magnetic force by the particle, a specific calculation method of the magnetic force that the particle receives from the applied magnetic field and the magnetic interaction force between the particles is, for example, Non-Patent Document 1 and the like. The formula described in Non-Patent Document 1 is shown below.

Figure 0004827427
fex(i)、fin(i) は、それぞれ、粒子iに働く印加磁界から受ける磁気力と他の粒子から受ける磁気力を表し、M(i)は、粒子iの磁気モーメントを表し、H0(i)、H(j)は、粒子iの位置における磁界印加部が形成する磁界と粒子jが形成する磁界を表している。なお、H(j)は、粒子jの磁気モーメントM(j)の関数である。式1、式2から分かるように、粒子に働く磁気力を求めるためには、各粒子の磁気モーメントと粒子の位置における磁界の空間微分が必要となる。
Figure 0004827427
f ex (i) and f in (i) represent the magnetic force received from the applied magnetic field acting on the particle i and the magnetic force received from other particles, respectively, M (i) represents the magnetic moment of the particle i, H 0 (i) and H (j) represent the magnetic field formed by the magnetic field application unit at the position of the particle i and the magnetic field formed by the particle j. H (j) is a function of the magnetic moment M (j) of the particle j. As can be seen from Equations 1 and 2, in order to obtain the magnetic force acting on the particles, the magnetic moment of each particle and the spatial differentiation of the magnetic field at the particle position are required.

次に、本実施の形態の特徴である磁界印加部の移動後の座標系の設定部116と磁界データの写像の計算部117について図2〜図5を参照しながら詳細に説明する。詳細説明の前に、まず粒子挙動解析装置の構成を説明する。   Next, the coordinate system setting unit 116 and the magnetic field data mapping calculation unit 117 after the movement of the magnetic field application unit, which is a feature of the present embodiment, will be described in detail with reference to FIGS. Prior to detailed description, the configuration of the particle behavior analysis apparatus will be described first.

図2は、粒子挙動解析装置の構成例を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the particle behavior analysis apparatus.

図2において、粒子挙動解析装置は、CPU200、RAM201、表示装置202、入力部203、外部記憶装置204、バス205を備えている。更に、RAM201は、プログラム格納部201a、計算条件データ格納部201b、粒子データ格納部201c、現在の時間データ格納部201d、基本磁界印加位置での磁界データ格納部201e、磁界印加部の移動後の座表系データ格納部201f、粒子の磁化状態データ格納部201g、写像後の印加磁界データ格納部201h、粒子中心の磁界データ格納部201j、粒子に働く力データ格納部201kを備えている。   In FIG. 2, the particle behavior analysis apparatus includes a CPU 200, a RAM 201, a display device 202, an input unit 203, an external storage device 204, and a bus 205. Further, the RAM 201 includes a program storage unit 201a, a calculation condition data storage unit 201b, a particle data storage unit 201c, a current time data storage unit 201d, a magnetic field data storage unit 201e at the basic magnetic field application position, and a magnetic field application unit after the movement. A coordinate system data storage unit 201f, a particle magnetization state data storage unit 201g, an applied magnetic field data storage unit 201h after mapping, a particle center magnetic field data storage unit 201j, and a force data storage unit 201k acting on particles are provided.

上記各部の構成を詳述すると、CPU200は、中央処理装置であり、バス205を介して接続された上記各部を制御する。また、CPU200は、上記図1に示した処理プログラムの実行を制御するものであり、後述の各フローチャートに示す処理を実行させる。RAM201の各格納部201a〜201kには、上記図1に示した処理プログラム、計算条件データ、粒子データ、現在の時間データ、基本磁界印加位置での磁界データ、磁界印加部の移動後の座表系データ、粒子の磁化状態データ、写像後の印加磁界データ、粒子中心の磁界データ、粒子に働く力データがそれぞれ格納される。   The configuration of each unit will be described in detail. The CPU 200 is a central processing unit and controls each unit connected via the bus 205. The CPU 200 controls the execution of the processing program shown in FIG. 1 and causes the processing shown in each flowchart described later to be executed. In each of the storage units 201a to 201k of the RAM 201, the processing program, the calculation condition data, the particle data, the current time data, the magnetic field data at the basic magnetic field application position, and the table after the movement of the magnetic field application unit shown in FIG. System data, particle magnetization state data, applied magnetic field data after mapping, particle center magnetic field data, and force data acting on particles are stored.

表示装置202は、ディスプレイ等から構成されており、CPU200の制御により、粒子挙動解析に関わる表示すべきデータを表示する。また、不図示のプリンタにより粒子挙動解析に関わるデータの印刷出力が可能である。入力部203は、キーボードやマウス等から構成されており、操作者から外部入力されたデータを本装置内に入力する。外部記憶装置204は、ハードディスク等から構成されており、各種データを記憶する。   The display device 202 includes a display or the like, and displays data to be displayed related to particle behavior analysis under the control of the CPU 200. In addition, data related to particle behavior analysis can be printed out by a printer (not shown). The input unit 203 includes a keyboard, a mouse, and the like, and inputs data externally input by the operator into the apparatus. The external storage device 204 is composed of a hard disk or the like and stores various data.

ここで、上記各格納部201a〜201kに格納される各データの内容を説明する。計算条件データとは、時間ステップ、計算実時間など、計算条件に関する値である。粒子データとは、各粒子の位置座標、速度、半径、質量、比透磁率等の磁気特性、ヤング率や摩擦係数などの物性値である。現在の時間データとは、時間系列における現在の状態を表す時間である。基本磁界印加位置での磁界データとは、基本磁界印加位置の座標系、予め有限要素法などにより求めた磁界や磁界の空間微分等の磁界データ、回転速度や回転中心などの磁界印加部の移動情報である。   Here, the content of each data stored in each said storage part 201a-201k is demonstrated. The calculation condition data is a value related to calculation conditions such as time step and calculation real time. The particle data refers to physical properties such as magnetic properties such as position coordinates, velocity, radius, mass, and relative magnetic permeability of each particle, Young's modulus, and friction coefficient. The current time data is time representing the current state in the time series. The magnetic field data at the basic magnetic field application position is the coordinate system of the basic magnetic field application position, the magnetic field data such as the magnetic field or the spatial differentiation of the magnetic field previously obtained by the finite element method, the movement of the magnetic field application unit such as the rotation speed and the rotation center, etc. Information.

磁界印加部の移動後の座表系データとは、基本印加磁界の座標系と磁界印加部の移動情報を基に求めた、磁界印加部の移動後の座標系である。粒子の磁化状態データとは、各粒子の磁化ベクトルもしくは磁気モーメントである。写像後の印加磁界データとは、基本磁界印加位置での磁界データを磁界印加部の移動後の座標系に写像することにより求めた写像後の磁界データである。粒子中心の磁界データとは、写像後の印加磁界データを用いて求めた粒子中心に働く磁界データである。粒子に働く力データとは、各粒子に働く磁気力、接触力、重力などの合力として求められる値である。   The coordinate system data after movement of the magnetic field application unit is a coordinate system after movement of the magnetic field application unit obtained based on the coordinate system of the basic applied magnetic field and the movement information of the magnetic field application unit. The magnetization state data of particles is the magnetization vector or magnetic moment of each particle. The applied magnetic field data after mapping is magnetic field data after mapping obtained by mapping the magnetic field data at the basic magnetic field application position to the coordinate system after the magnetic field application unit is moved. The magnetic field data at the particle center is magnetic field data acting on the particle center obtained using the applied magnetic field data after mapping. The force data acting on the particles is a value obtained as a resultant force such as magnetic force, contact force, and gravity acting on each particle.

図3は、上記図1に示した磁界印加部の移動後の座標系の設定部116と磁界データの写像の計算部117で実行される処理の手順を示すフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of processing executed by the coordinate system setting unit 116 and the magnetic field data mapping calculation unit 117 after the movement of the magnetic field application unit shown in FIG.

図3において、上記図2に示した粒子挙動解析装置の構成を参照しながら、磁界印加部の移動後の座標系の設定と、磁界データの写像の計算の処理手順を説明する。   In FIG. 3, the processing procedure for setting the coordinate system after moving the magnetic field application unit and calculating the mapping of the magnetic field data will be described with reference to the configuration of the particle behavior analysis apparatus shown in FIG.

(1)まず、磁界印加部の移動後の座標系の設定部116において、現在の時間データ格納部201dと基本磁界印加位置での磁界データ格納部201eにそれぞれ格納されたデータを基に、磁界印加部の回転中心座標と回転角度を用いて、磁界印加部の移動後の座標系を求め、磁界印加部の移動後の座標系データ格納部201fに格納する(ステップS301)。   (1) First, in the coordinate system setting unit 116 after movement of the magnetic field application unit, the magnetic field is based on the data stored in the current time data storage unit 201d and the magnetic field data storage unit 201e at the basic magnetic field application position, respectively. The coordinate system after the movement of the magnetic field application unit is obtained using the rotation center coordinates and the rotation angle of the application unit, and stored in the coordinate system data storage unit 201f after the movement of the magnetic field application unit (step S301).

(2)次に、磁界データの写像の計算部117において、基本磁界印加位置での磁界データ格納部201eと磁界印加部の移動後の座標系データ格納部201fにそれぞれ格納されたデータを基に、磁界データの節点座標、及び節点上の磁界ベクトルや磁界の空間微分を磁界印加部の移動後の座標系に写像し、写像後の印加磁界データ格納部201hに格納する(ステップS302〜ステップS303)。   (2) Next, in the magnetic field data mapping calculation unit 117, based on the data respectively stored in the magnetic field data storage unit 201e at the basic magnetic field application position and the coordinate system data storage unit 201f after the movement of the magnetic field application unit. Then, the node coordinates of the magnetic field data, the magnetic field vector on the node, and the spatial differentiation of the magnetic field are mapped to the coordinate system after the magnetic field application unit is moved, and stored in the applied magnetic field data storage unit 201h after the mapping (steps S302 to S303). ).

(3)ステップS302〜ステップS303の処理を、節点の数だけ繰り返す(ステップS304)。   (3) The processing from step S302 to step S303 is repeated for the number of nodes (step S304).

(4)次に、磁界データの写像の計算部117において、基本磁界印加位置での磁界データ格納部201eと磁界印加部の移動後の座標系データ格納部201fにそれぞれ格納されたデータを基に、要素上の磁界ベクトルと磁界の空間微分を磁界印加部の移動後の座標系に写像し、写像後の印加磁界データ格納部201hに格納する(ステップS305〜ステップS306)。なお、具体的には、ベクトルを定義している座標(要素の重心座標など)を写像することにより、要素上のベクトル値を写像する。   (4) Next, in the magnetic field data mapping calculation unit 117, based on the data stored in the magnetic field data storage unit 201e at the basic magnetic field application position and the coordinate system data storage unit 201f after movement of the magnetic field application unit, respectively. Then, the magnetic field vector on the element and the spatial differential of the magnetic field are mapped to the coordinate system after the magnetic field application unit is moved and stored in the applied magnetic field data storage unit 201h after the mapping (steps S305 to S306). Specifically, the vector value on the element is mapped by mapping the coordinates defining the vector (such as the barycentric coordinates of the element).

(5)ステップS305〜ステップS306の処理を、要素の数だけ繰り返す(ステップS307)。   (5) Steps S305 to S306 are repeated by the number of elements (step S307).

なお、一般には、磁界ベクトルや磁界の空間微分は節点もしくは要素のみに定義されているので、上記処理手順において、ステップS303、ステップS306のどちらかを実施すればよい。   In general, since the magnetic field vector and the spatial differentiation of the magnetic field are defined only at the nodes or elements, either step S303 or step S306 may be performed in the above processing procedure.

本実施の形態の特徴は、基本印加磁界データを磁界印加部の移動後の座標系に写像することにより、磁界印加部の移動や回転に伴って変化する磁界データを求めることである。以下、該処理について図4及び図5を参照しながら更に詳細に説明する。   The feature of this embodiment is that magnetic field data that changes with movement and rotation of the magnetic field application unit is obtained by mapping the basic applied magnetic field data to the coordinate system after the movement of the magnetic field application unit. Hereinafter, this process will be described in more detail with reference to FIGS.

図4は、磁界印加部の回転に伴って磁界印加部が形成する磁界が変化する状態を示す図であり、(a)は基本磁界印加座標系の磁界データを示す図、(b)は磁界印加部の中心座標を中心に磁界印加部を時計回りに60度回転した後の印加磁界データを示す図である。   4A and 4B are diagrams illustrating a state in which the magnetic field formed by the magnetic field application unit changes as the magnetic field application unit rotates. FIG. 4A illustrates the magnetic field data of the basic magnetic field application coordinate system, and FIG. It is a figure which shows the applied magnetic field data after rotating the magnetic field application part 60 degree | times clockwise centering on the center coordinate of an application part.

図4において、401は、粒子挙動解析対象となる装置内に配設されたマグネットロールなどの磁界印加部を表し、402は、磁界印加部が形成する磁界データを表し、403は、粒子を表している。   In FIG. 4, 401 represents a magnetic field application unit such as a magnet roll disposed in an apparatus to be subjected to particle behavior analysis, 402 represents magnetic field data formed by the magnetic field application unit, and 403 represents particles. ing.

図5は、磁界データの写像計算を説明する図であり、(a)は基本磁界印加座標系の磁界データを示す図、(b)は磁界印加部の中心座標を中心に磁界印加部を時計回りに60度回転した後の印加磁界データを示す図である。   5A and 5B are diagrams for explaining mapping calculation of magnetic field data. FIG. 5A is a diagram showing magnetic field data of the basic magnetic field application coordinate system, and FIG. 5B is a diagram showing the magnetic field application unit around the center coordinates of the magnetic field application unit. It is a figure which shows the applied magnetic field data after rotating around 60 degree | times.

図5において、501は、要素分割モデルを表し、502は、各要素の重心に定義された磁界ベクトルを表し、401は、磁界印加部を表し、403は、粒子を表している。   In FIG. 5, 501 represents an element division model, 502 represents a magnetic field vector defined at the center of gravity of each element, 401 represents a magnetic field application unit, and 403 represents particles.

このように、図4(a)の基本印加磁界の座標系と図4(b)の60度回転後の座標系を用いて、図5(a)の基本印加磁界データを60度回転後の座標系に写像することにより、60度回転後の印加磁界データを求める。そして、写像後の磁界データを用いて粒子に働く磁気力を求めることにより、磁界印加部の回転を考慮した磁気力を簡単に求めることができる。   Thus, using the coordinate system of the basic applied magnetic field in FIG. 4A and the coordinate system after the rotation of 60 degrees in FIG. 4B, the basic applied magnetic field data in FIG. By mapping to the coordinate system, the applied magnetic field data after 60 degrees rotation is obtained. And the magnetic force which considers rotation of a magnetic field application part can be easily calculated | required by calculating | requiring the magnetic force which acts on particle | grains using the magnetic field data after mapping.

また、上記図1に示した粒子挙動表示部115では、表示装置202に対する、時間系列に沿った粒子の表示に加えて、時間系列に沿った磁界データの表示も可能にすることができる。この場合にも、本実施の形態の印加磁界データの計算が適用可能である。   Further, the particle behavior display unit 115 shown in FIG. 1 can display the magnetic field data along the time series on the display device 202 in addition to displaying the particles along the time series. Also in this case, the calculation of the applied magnetic field data of the present embodiment can be applied.

具体的には、各時間の粒子の位置情報に加えて、各時間の磁界印加部の位置情報もしくは磁界印加部の移動情報を用いて、表示したい時間における印加磁界データを、回転後の座標系に基本印加磁界データを写像することによって求め、そのデータの等高線や等高面を粒子と同時に表示装置202に表示する。   Specifically, in addition to the position information of the particles at each time, the position information of the magnetic field application unit or the movement information of the magnetic field application unit at each time is used to display the applied magnetic field data at the time to be displayed in the coordinate system after rotation. The basic applied magnetic field data is obtained by mapping the data, and the contour lines and contours of the data are displayed on the display device 202 simultaneously with the particles.

図6は、磁界印加部が60度回転したときの粒子挙動表示の例を示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a particle behavior display when the magnetic field application unit rotates 60 degrees.

図6において、601は、表示装置202に表示される60度回転後の粒子群を表している。該表示方法を用いることにより、各時間の印加磁界データを予め用意しておく必要がなく、粒子挙動計算結果と基本印加磁界データを用意するだけで、粒子の位置と磁界データの両方を表示装置202に表示することが可能となる。また、各粒子に働く磁気力も同様の方法で表示装置202に表示することが可能である。   In FIG. 6, reference numeral 601 denotes a particle group after being rotated by 60 degrees displayed on the display device 202. By using the display method, it is not necessary to prepare the applied magnetic field data for each time in advance, and only the particle behavior calculation result and the basic applied magnetic field data are prepared. 202 can be displayed. Also, the magnetic force acting on each particle can be displayed on the display device 202 by the same method.

なお、上記説明では、磁界印加部が回転する例を説明したが、並進移動や並進と回転の両方の移動など、磁界印加部の変位が分かる場合には、上述した本実施の形態の方法を適用することが可能である。   In the above description, the example in which the magnetic field application unit rotates has been described. However, when the displacement of the magnetic field application unit is known, such as translational movement or both translational and rotational movements, the method of the present embodiment described above is used. It is possible to apply.

また、上記説明では、印加磁界データの写像を粒子の磁気力計算ごとに毎回行うとしているが、時間ステップが磁界印加部の速度に比べて小さく、磁界印加部の移動に伴う磁界の変化が無視できる場合には、写像計算を毎回行う必要はない。例えば、粒子計算10ステップごとに1回の写像計算を行う方法や、写像計算後の磁界印加部の総移動距離が閾値を超えた場合にだけ写像計算を行う方法など、写像計算の回数を減らすことにより、計算実時間を短縮することが可能である。   In the above description, the applied magnetic field data is mapped every time the magnetic force of the particle is calculated. However, the time step is smaller than the speed of the magnetic field application unit, and the change in the magnetic field accompanying the movement of the magnetic field application unit is ignored. If possible, it is not necessary to perform the mapping calculation every time. For example, the number of mapping calculations is reduced, such as a method of performing mapping calculation once every 10 steps of particle calculation, or a method of performing mapping calculation only when the total moving distance of the magnetic field application unit after mapping calculation exceeds a threshold. As a result, the calculation real time can be shortened.

また、上記説明では、2次元での粒子挙動計算について説明したが、3次元での粒子挙動計算にも容易に適用することができる。   In the above description, the particle behavior calculation in two dimensions has been described. However, it can be easily applied to the particle behavior calculation in three dimensions.

また、粒子が軟磁性体の場合など、印加磁界や周りの粒子が形成する磁界によって粒子が磁化される場合についても、上述した本実施の形態の方法を適用することが可能である。具体的には、粒子の磁化の計算部118において、磁界印加部の移動後の座標系に写像した磁界データを用いて各粒子の位置における磁界を求める。   The method of the present embodiment described above can also be applied to the case where the particle is magnetized by an applied magnetic field or a magnetic field formed by surrounding particles, such as when the particle is a soft magnetic material. Specifically, the particle magnetization calculator 118 obtains the magnetic field at the position of each particle using the magnetic field data mapped to the coordinate system after the magnetic field applying unit is moved.

なお、粒子の磁気モーメントM(i)と磁化Jm(i)は、例えば上記非特許文献1などに記載された以下の式を用いればよい。 The magnetic moment M (i) and the magnetization J m (i) of the particles may use the following formulas described in Non-Patent Document 1, for example.

Figure 0004827427
ここで、V(i) は粒子iの体積を表し、μ0とμ(i)は真空の透磁率と粒子iの比透磁率を表している。なお、式4は粒子を球形として求めた磁化である。
Figure 0004827427
Here, V (i) represents the volume of the particle i, and μ0 and μ (i) represent the vacuum permeability and the relative permeability of the particle i. Equation 4 is the magnetization obtained by determining the particles as spherical.

次に、本実施の形態の粒子挙動解析の具体例として、電子写真方式の画像形成装置における現像剤挙動解析について説明する。   Next, as a specific example of the particle behavior analysis of the present embodiment, a developer behavior analysis in an electrophotographic image forming apparatus will be described.

図7は、電子写真方式の画像形成装置の要部の構成を示す概略図である。   FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of an electrophotographic image forming apparatus.

図7において、画像形成装置は、感光体ドラム1211、現像装置1212、転写部材1213、クリーニング装置1214、帯電部材1215、現像ホッパ1216、マグネットローラ1217を備えている。   In FIG. 7, the image forming apparatus includes a photosensitive drum 1211, a developing device 1212, a transfer member 1213, a cleaning device 1214, a charging member 1215, a developing hopper 1216, and a magnet roller 1217.

感光体ドラム1211は、レーザ光によりドラム表面に潜像が形成される。現像装置1212は、感光体ドラム1211上の潜像に現像剤であるトナーで現像を行い可視化する。転写部材1213は、感光体ドラム1211上の可視像を用紙に転写する。クリーニング装置1214は、感光体ドラム1211上に残留したトナーを清掃する。帯電部材1215は、感光体ドラム1211を所定電位に帯電する。   The photosensitive drum 1211 forms a latent image on the drum surface by laser light. The developing device 1212 develops and visualizes the latent image on the photosensitive drum 1211 with toner as a developer. The transfer member 1213 transfers the visible image on the photosensitive drum 1211 to a sheet. The cleaning device 1214 cleans the toner remaining on the photosensitive drum 1211. The charging member 1215 charges the photosensitive drum 1211 to a predetermined potential.

現像ホッパ1216は、補給用のトナーを収容する。現像ホッパ1216内には、トナーを補給するためのマグネットローラ1217が装備されており、マグネットローラ1217が回転することにより現像装置1212内にトナーが補給される。該マグネットローラ1217に対して上述した粒子挙動解析装置による粒子挙動解析を適用することにより、現像ホッパ1216内や現像装置1212内のトナーの搬送状態を予測することができる。   The developing hopper 1216 contains replenishing toner. The developing hopper 1216 is provided with a magnet roller 1217 for replenishing toner, and the toner is replenished into the developing device 1212 by rotating the magnet roller 1217. By applying the particle behavior analysis by the above-described particle behavior analyzer to the magnet roller 1217, it is possible to predict the toner conveyance state in the developing hopper 1216 and the developing device 1212.

なお、電子写真方式の画像形成装置では、クリーニング装置1214内にも回転するマグネットローラが配設されることがあり、該マグネットローラに対しても上述した粒子挙動解析装置による粒子挙動解析を適用することが可能である。   In the electrophotographic image forming apparatus, a rotating magnet roller may be disposed in the cleaning device 1214, and the particle behavior analysis by the particle behavior analysis device described above is applied to the magnet roller. It is possible.

以上説明したように、本実施の形態によれば、磁界印加部が回転する場合において、基本印加磁界データと磁界印加部の回転情報を用いることで、磁界印加部の回転に伴う磁界の変化を考慮した磁性粒子の挙動を簡単かつ精度良く計算することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, when the magnetic field application unit rotates, by using the basic applied magnetic field data and the rotation information of the magnetic field application unit, the change of the magnetic field accompanying the rotation of the magnetic field application unit can be reduced. It is possible to easily and accurately calculate the behavior of the magnetic particles in consideration.

特に粒子挙動計算においては、一般に計算の時間ステップが小さく、計算ステップ数が膨大になることが多いため、粒子挙動をより精度良く計算するためには各時間の磁界データが必要となる。その場合でも各時間の磁界データを精度良く求めることが可能になり、結果として粒子の挙動を簡単かつ精度良く求めることができる。   In particular, in the particle behavior calculation, since the time step of calculation is generally small and the number of calculation steps is often enormous, magnetic field data for each time is required to calculate the particle behavior more accurately. Even in such a case, it is possible to obtain magnetic field data at each time with high accuracy, and as a result, the behavior of particles can be obtained easily and with high accuracy.

また、磁界印加部の移動に追従して印加磁界データを変更することができるため、磁界印加部が粒子や部材から力を受けることにより移動する場合など、磁界印加部の動きが予め予測できない場合にも、磁界印加部の移動後の座標系を求めることにより、磁界印加部の移動後の磁界データを精度良く求めることが可能となる。   Also, since the applied magnetic field data can be changed following the movement of the magnetic field application unit, the movement of the magnetic field application unit cannot be predicted in advance, such as when the magnetic field application unit moves by receiving a force from a particle or member. In addition, by obtaining the coordinate system after the movement of the magnetic field application unit, the magnetic field data after the movement of the magnetic field application unit can be obtained with high accuracy.

また、解析結果である粒子挙動と磁界印加部の移動に伴って変化する磁界データを、簡単に表示することができる。   Moreover, the magnetic field data which changes with the movement of the particle | grain behavior and magnetic field application part which are analysis results can be displayed easily.

また、本発明を電子写真方式の画像形成装置の現像剤挙動解析に適用することにより、回転可能なマグネットローラを有する現像ホッパや現像装置やクリーニング装置などのように、マグネットローラを用いて現像剤の挙動を制御する装置に対して、現像剤挙動を予測することができる。   Further, by applying the present invention to the developer behavior analysis of an electrophotographic image forming apparatus, a developer using a magnet roller such as a developing hopper having a rotatable magnet roller, a developing apparatus, or a cleaning apparatus is used. The developer behavior can be predicted for a device that controls the behavior of the developer.

[第2の実施の形態]
本発明の第2の実施の形態では、上述した第1の実施の形態で説明した基本印加磁界データの写像を行う代わりに、粒子の写像を行うことにより、磁界印加部の移動を考慮した粒子に働く磁気力を求めることを実現するものである。
[Second Embodiment]
In the second embodiment of the present invention, instead of performing the mapping of the basic applied magnetic field data described in the first embodiment, the particles are mapped so that the movement of the magnetic field applying unit is taken into account. It is possible to obtain the magnetic force acting on the

上述した第1の実施の形態では、基本印加磁界データを磁界印加部の移動後の座標系に写像することにより、磁界印加部の移動に伴って変化する磁界を求めている。しかしながら、基本印加磁界データの節点や要素数が多い場合には、1回の写像計算に時間を要するため、計算全体に要する時間が膨大になる場合がある。特に粒子挙動計算においては、一般に計算の時間ステップが小さく、計算ステップ数が膨大になることが多いため、1回の写像計算に要する時間をなるべく小さくすることにより、総計算時間を短くすることが求められる。本実施の形態はこのような問題を解決するためのものである。   In the first embodiment described above, the magnetic field that changes with the movement of the magnetic field application unit is obtained by mapping the basic applied magnetic field data to the coordinate system after the movement of the magnetic field application unit. However, when the number of nodes and the number of elements of the basic applied magnetic field data is large, time is required for one mapping calculation, and thus the time required for the entire calculation may be enormous. In particular, in particle behavior calculation, since the time step of calculation is generally small and the number of calculation steps is often enormous, the total calculation time can be shortened by reducing the time required for one mapping calculation as much as possible. Desired. This embodiment is for solving such a problem.

本実施の形態の粒子挙動解析装置及び処理プログラムの構成は、上述した第1の実施の形態と基本的に同じであるので、共通部分は第1の実施の形態の構成を流用する。また、本実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同様に、2次元断面内における粒子、磁界印加部、及び関連部材を基にした粒子挙動計算を行うものであり、磁界印加部はある軸を中心に回転し、磁界データは節点と要素から構成された有限要素モデルで表すものとする。   Since the configuration of the particle behavior analysis apparatus and the processing program of the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment described above, the common portion uses the configuration of the first embodiment. In the present embodiment, similarly to the first embodiment described above, the particle behavior calculation based on the particles in the two-dimensional cross section, the magnetic field application unit, and the related members is performed. The magnetic field application unit Is rotated around a certain axis, and magnetic field data is represented by a finite element model composed of nodes and elements.

図8は、本実施の形態に係る粒子挙動解析装置の処理プログラムの構成例を概略的に示す図であり、(a)は粒子挙動計算全体の処理プログラムを示す図、(b)は粒子に働く磁気力の計算部を構成する処理プログラムを示す図である。   FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration example of a processing program of the particle behavior analysis apparatus according to the present embodiment, where (a) is a diagram showing a processing program for the entire particle behavior calculation, and (b) is a diagram of particles. It is a figure which shows the processing program which comprises the calculation part of the working magnetic force.

図8(a)において、処理プログラムは、制御部100、初期条件設定部111、磁性粒子に働く磁気力の計算部112b、磁性粒子に働く磁気力以外の力の計算部113、粒子の変位計算部114、粒子挙動表示部115を備えている。磁性粒子に働く磁気力の計算部112b以外の要素は、上述した第1の実施の形態(図1(a))の対応するものと同一なので、説明を省略する。   8A, the processing program includes a control unit 100, an initial condition setting unit 111, a magnetic force calculation unit 112b acting on the magnetic particles, a force calculation unit 113 other than the magnetic force acting on the magnetic particles, and a particle displacement calculation. Unit 114 and particle behavior display unit 115. Since the elements other than the magnetic force calculator 112b acting on the magnetic particles are the same as those in the first embodiment (FIG. 1A) described above, description thereof is omitted.

図8(b)において、磁性粒子に働く磁気力の計算部112bは、磁界印加部の移動後の座標系の設定部116、粒子の磁化の計算部118、粒子の磁界データ計算部711、印加磁界による磁気力の計算部119、粒子による磁気力の計算部120を備えている。粒子の磁界データ計算部711以外の要素は、上述した第1の実施の形態(図1(b))の対応するものと同一なので、説明を省略する。   In FIG. 8B, the magnetic force calculating unit 112b acting on the magnetic particles includes a coordinate system setting unit 116 after moving the magnetic field applying unit, a particle magnetization calculating unit 118, a particle magnetic field data calculating unit 711, and an application. A magnetic force calculation unit 119 using a magnetic field and a magnetic force calculation unit 120 using particles are provided. Since the elements other than the particle magnetic field data calculation unit 711 are the same as those in the first embodiment (FIG. 1B) described above, the description thereof is omitted.

粒子の磁界データ計算部711は、基本印加磁界の座標系に粒子位置を写像し、写像後の粒子位置での磁界データを磁界印加部の移動後の座標系に逆写像することにより、磁界印加部の移動後の座標系における磁界データを求める。   The particle magnetic field data calculation unit 711 maps the particle position to the coordinate system of the basic applied magnetic field, and reversely maps the magnetic field data at the particle position after mapping to the coordinate system after the movement of the magnetic field application unit, thereby applying the magnetic field. Magnetic field data in the coordinate system after moving the part is obtained.

図9は、粒子挙動解析装置の構成例を示すブロック図である。   FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of the particle behavior analysis apparatus.

図9において、粒子挙動解析装置は、CPU200、RAM201、表示装置202、入力部203、外部記憶装置204、バス205を備えている。RAM201が備える写像後の粒子画像データ格納部201m以外の要素は、上述した第1の実施の形態(図2)の対応するものと同一なので、説明を省略する。   In FIG. 9, the particle behavior analysis apparatus includes a CPU 200, a RAM 201, a display device 202, an input unit 203, an external storage device 204, and a bus 205. Since elements other than the particle image data storage unit 201m after mapping included in the RAM 201 are the same as the corresponding ones in the first embodiment (FIG. 2) described above, description thereof is omitted.

写像後の粒子座標データ格納部201mは、磁界印加部の移動後の座標系から、基本印加磁界の座標系に粒子座標を写像して得られる座標を格納する。   The particle coordinate data storage unit 201m after mapping stores coordinates obtained by mapping particle coordinates from the coordinate system after movement of the magnetic field applying unit to the coordinate system of the basic applied magnetic field.

次に、本実施の形態の特徴である粒子に働く磁気力計算112bの処理について図8〜図10を参照しながら詳細に説明する。   Next, the processing of the magnetic force calculation 112b acting on the particles, which is a feature of the present embodiment, will be described in detail with reference to FIGS.

図10は、磁性粒子に働く磁気力の計算部112bで実行される処理の手順を示すフローチャートである。   FIG. 10 is a flowchart showing a procedure of processes executed by the magnetic force calculator 112b acting on the magnetic particles.

図10において、上記図9に示した粒子挙動解析装置の構成を参照しながら、粒子に働く磁気力計算の処理手順を説明する。   In FIG. 10, the processing procedure for calculating the magnetic force acting on the particles will be described with reference to the configuration of the particle behavior analysis apparatus shown in FIG.

(1)まず、磁界印加部の移動後の座標系の設定部116において、現在の時間データ格納部201dと基本磁界印加位置での磁界データ格納部201eにそれぞれ格納されたデータを基に、磁界印加部の回転中心座標と回転角度を用いて、磁界印加部の移動後の座標系を求め、磁界印加部の移動後の座標系データ格納部201fに格納する(ステップS301)。   (1) First, in the coordinate system setting unit 116 after movement of the magnetic field application unit, the magnetic field is based on the data stored in the current time data storage unit 201d and the magnetic field data storage unit 201e at the basic magnetic field application position, respectively. The coordinate system after the movement of the magnetic field application unit is obtained using the rotation center coordinates and the rotation angle of the application unit, and stored in the coordinate system data storage unit 201f after the movement of the magnetic field application unit (step S301).

(2)次に、粒子の磁界データ計算部711において、粒子データ格納部201cと磁界印加部の移動後の座標系データ格納部201fにそれぞれ格納されたデータを基に、磁界印加部の移動後の座標系から、基本印加磁界の座標系に粒子座標を写像し、写像後の粒子座標データ格納部201mに格納する(ステップS901)。   (2) Next, in the particle magnetic field data calculation unit 711, after the movement of the magnetic field application unit, based on the data stored in the particle data storage unit 201 c and the coordinate system data storage unit 201 f after the movement of the magnetic field application unit, respectively. The particle coordinates are mapped from the coordinate system to the coordinate system of the basic applied magnetic field, and stored in the particle coordinate data storage unit 201m after the mapping (step S901).

(3)次に、粒子の磁界データ計算部711において、基本印加磁界データ格納部201eと写像後の粒子座標データ格納部201mにそれぞれ格納されたデータを基に、写像後の粒子座標における磁界の空間微分を求め、写像後の印加磁界データ格納部201hに格納する(ステップS902)。   (3) Next, in the particle magnetic field data calculation unit 711, based on the data respectively stored in the basic applied magnetic field data storage unit 201e and the mapped particle coordinate data storage unit 201m, the magnetic field data in the mapped particle coordinates Spatial differentiation is obtained and stored in the applied magnetic field data storage unit 201h after mapping (step S902).

(4)次に、粒子の磁界データ計算部711において、基本磁界印加位置での磁界データ格納部201e、磁界印加部の移動後の座標系データ格納部201f、写像後の印加磁界データ格納部201hにそれぞれ格納されたデータを基に、写像後の印加磁界の空間微分を磁界印加部の移動後の座標系に逆写像することにより、写像前の粒子の座標における印加磁界の空間微分を求め、粒子中心の磁界データ格納部201jに格納する(ステップS903)。   (4) Next, in the magnetic field data calculation unit 711 of the particles, the magnetic field data storage unit 201e at the basic magnetic field application position, the coordinate system data storage unit 201f after movement of the magnetic field application unit, and the applied magnetic field data storage unit 201h after mapping Based on the data stored in each, the spatial differential of the applied magnetic field after mapping is inversely mapped to the coordinate system after movement of the magnetic field application unit, thereby obtaining the spatial differential of the applied magnetic field at the coordinates of the particle before mapping, The data is stored in the magnetic field data storage unit 201j at the particle center (step S903).

(5)次に、印加磁界による磁気力の計算部119において、磁性粒子の磁化状態データ格納部201gと粒子中心の磁界データ格納部201jにそれぞれ格納されたデータを基に、印加磁界による粒子に働く磁気力を計算し、粒子に働く力データ格納部201kに足し合わせる(ステップS904)。   (5) Next, in the calculation unit 119 of the magnetic force by the applied magnetic field, the particle by the applied magnetic field is converted based on the data respectively stored in the magnetization state data storage unit 201g of the magnetic particles and the magnetic field data storage unit 201j at the particle center. The acting magnetic force is calculated and added to the force data storage unit 201k acting on the particles (step S904).

(6)ステップS901〜ステップS904の処理を、粒子の数だけ繰り返す(ステップS905)。   (6) The processes in steps S901 to S904 are repeated for the number of particles (step S905).

本実施の形態の特徴は、粒子座標を基本印加磁界の座標系に写像することにより、基本印加磁界の座標系における粒子位置での磁界データを求め、磁界データを磁界印加部の移動後の座標系に逆写像することにより、磁界印加部の移動を考慮した磁気力を求めることである。以下、該処理について図4及び図11を参照しながら更に詳細に説明する。   The feature of this embodiment is that by mapping the particle coordinates to the coordinate system of the basic applied magnetic field, magnetic field data at the particle position in the coordinate system of the basic applied magnetic field is obtained, and the magnetic field data is the coordinates after moving the magnetic field applying unit. By inversely mapping to the system, the magnetic force in consideration of the movement of the magnetic field application unit is obtained. Hereinafter, this process will be described in more detail with reference to FIGS.

図11は、磁界データの写像計算を説明する図であり、(a)は基本印加磁界の座標系への粒子位置の写像を示す図、(b)は移動後の磁界印加部の座標系への磁界データの逆写像を示す図である。   11A and 11B are diagrams for explaining calculation of mapping of magnetic field data. FIG. 11A is a diagram showing mapping of particle positions on the coordinate system of the basic applied magnetic field, and FIG. 11B is a diagram showing the coordinate system of the magnetic field application unit after movement. It is a figure which shows the reverse mapping of the magnetic field data.

図11において、401は、磁界印加部を表し、403は、写像前の粒子を表している。501は、要素分割モデルを表し、502は、各要素の重心に定義された磁界ベクトルを表している。1001と1003は、基本印加磁界の座標系に写像した粒子と磁界データ(磁界の空間微分)を表し、1002と1004は、磁界印加部の移動後の座標系に逆写像した粒子と磁界データ(磁界の空間微分)を表している。   In FIG. 11, 401 represents a magnetic field application unit, and 403 represents particles before mapping. Reference numeral 501 represents an element division model, and 502 represents a magnetic field vector defined at the center of gravity of each element. Reference numerals 1001 and 1003 denote particles and magnetic field data (spatial differential of the magnetic field) mapped to the coordinate system of the basic applied magnetic field, and reference numerals 1002 and 1004 denote particles and magnetic field data inversely mapped to the coordinate system after movement of the magnetic field application unit ( (Spatial differential of magnetic field).

本実施の形態の手法を用いて計算した写像後の粒子1001と磁界印加部401の相対位置は、図4(b)に示した粒子403と磁界印加部401の相対位置と同じである。そのため、粒子1001の位置での磁界の空間微分を求め、それを磁界印加部の移動後の座標系(磁界印加部の中心座標を中心に時計回りに60度回転した座標系)に逆写像することにより、図4(b)に示した粒子403の位置における磁界の空間微分を求めることができる。   The relative position between the particle 1001 after mapping and the magnetic field application unit 401 calculated using the method of the present embodiment is the same as the relative position between the particle 403 and the magnetic field application unit 401 shown in FIG. Therefore, the spatial differential of the magnetic field at the position of the particle 1001 is obtained, and it is reverse-mapped to the coordinate system after the movement of the magnetic field application unit (coordinate system rotated 60 degrees clockwise around the center coordinate of the magnetic field application unit). Thus, the spatial differentiation of the magnetic field at the position of the particle 403 shown in FIG. 4B can be obtained.

また、粒子挙動表示部115において、任意の位置における磁界を求める際にも、本実施の形態の印加磁界データの計算を適用することが可能である。具体的には、磁界印加部の移動情報、求めたい時間と位置のデータを基に、本実施の形態の写像計算と逆写像計算を行うことにより、各時間での任意の位置における磁界データを求めることが可能となる。   Further, when the particle behavior display unit 115 obtains a magnetic field at an arbitrary position, the calculation of the applied magnetic field data of the present embodiment can be applied. Specifically, by performing the mapping calculation and the inverse mapping calculation of the present embodiment based on the movement information of the magnetic field application unit and the time and position data to be obtained, the magnetic field data at an arbitrary position at each time is obtained. It can be obtained.

なお、上記説明では、印加磁界データの写像を各時間ステップにおける粒子の磁気力計算ごとに行うとしているが、時間ステップが磁界印加部の速度に比べて小さい場合や時間ステップあたりの粒子の移動が小さい場合など、時間ステップあたりの磁界変化が無視できる場合には、写像計算を毎回する必要はない。例えば、粒子計算10ステップごとに1回の写像計算を行う方法や、写像計算後の磁界印加部の総移動距離もしくは粒子の最大移動距離が閾値を超えた場合にだけ写像計算を行う方法など、写像計算の回数を減らすことにより計算実時間を短縮することが可能である。   In the above description, the applied magnetic field data is mapped for each particle magnetic force calculation at each time step. However, when the time step is smaller than the speed of the magnetic field application unit, or when the particle moves per time step. If the magnetic field change per time step is negligible, such as when it is small, there is no need to perform mapping calculation every time. For example, a method of performing mapping calculation once every 10 steps of particle calculation, a method of performing mapping calculation only when the total moving distance of the magnetic field application unit after mapping calculation or the maximum moving distance of particles exceeds a threshold, etc. It is possible to shorten the calculation real time by reducing the number of mapping calculations.

以上説明したように、本実施の形態によれば、磁界印加部の回転に伴い変化する磁界データに応じた粒子に働く磁気力を、基本印加磁界データと磁界印加部の移動情報を用意することにより、簡単に求めることができる。   As described above, according to the present embodiment, the magnetic force acting on the particles according to the magnetic field data that changes with the rotation of the magnetic field applying unit, the basic applied magnetic field data and the movement information of the magnetic field applying unit are prepared. Thus, it can be easily obtained.

特に、本実施の形態では、写像計算と逆写像計算を粒子数と同じ回数だけ行うことにより、磁界印加部の回転に伴う磁界の変化を考慮した粒子挙動を計算することが可能となる。その結果として、印加磁界データ量に比べて粒子数が少なく、粒子の写像計算に要する時間が磁界データの写像に比べて短い場合には、上述した第1の実施の形態に比べて全体の計算時間を短縮することが可能となる。   In particular, in this embodiment, by performing the mapping calculation and the inverse mapping calculation as many times as the number of particles, it is possible to calculate the particle behavior considering the change in the magnetic field accompanying the rotation of the magnetic field application unit. As a result, when the number of particles is small compared to the applied magnetic field data amount and the time required for the particle mapping calculation is short compared to the magnetic field data mapping, the total calculation is performed as compared with the above-described first embodiment. Time can be shortened.

[第3の実施の形態]
本発明の第3の実施の形態では、粒子挙動解析装置の処理プログラムが、上述した第1の実施の形態における磁性粒子に働く磁気力の計算部112aと、上述した第2の実施の形態における磁性粒子に働く磁気力の計算部112bの両方を備え、更に印加磁界データの大きさや粒子数に応じて両計算部を使い分けることにより、計算時間の短い方法を選択する方法を実現する。
[Third Embodiment]
In the third embodiment of the present invention, the processing program of the particle behavior analysis apparatus includes the calculation unit 112a for the magnetic force acting on the magnetic particles in the first embodiment described above, and the above-described second embodiment. A method of selecting a method with a short calculation time is realized by including both the magnetic force calculation unit 112b acting on the magnetic particles, and using both calculation units according to the magnitude of the applied magnetic field data and the number of particles.

図12は、本実施の形態に係る粒子挙動解析装置の処理プログラムの構成例を概略的に示す図である。   FIG. 12 is a diagram schematically illustrating a configuration example of a processing program of the particle behavior analysis apparatus according to the present embodiment.

図12において、処理プログラムは、制御部100、初期条件設定部111、磁気力計算方法の選択部1311、磁性粒子に働く磁気力の計算部112a、磁性粒子に働く磁気力の計算部112b、磁性粒子に働く磁気力以外の力の計算部113、粒子の変位計算部114、粒子挙動表示部115を備えている。磁気力計算方法の選択部1311以外の要素は、上述した第1の実施の形態(図1(a))、第2の実施の形態(図8(a))の対応するものと同一なので、説明を省略する。   In FIG. 12, the processing program includes a control unit 100, an initial condition setting unit 111, a magnetic force calculation method selection unit 1311, a magnetic force calculation unit 112a acting on magnetic particles, a magnetic force calculation unit 112b acting on magnetic particles, and a magnetic force. A force calculation unit 113 other than the magnetic force acting on the particles, a particle displacement calculation unit 114, and a particle behavior display unit 115 are provided. Elements other than the selection unit 1311 of the magnetic force calculation method are the same as the corresponding ones of the first embodiment (FIG. 1A) and the second embodiment (FIG. 8A) described above. Description is omitted.

磁気力計算方法の選択部1311は、計算粒子数と磁界データの節点数や要素数を比較し、計算時間の短い方法を選択する。具体的には、粒子数から見積もった予測計算時間と磁界データ量から見積もった予測計算時間とを比較し、予測計算時間の短い方法を選択すればよい。   The magnetic force calculation method selection unit 1311 compares the number of calculated particles with the number of nodes and the number of elements of the magnetic field data, and selects a method with a short calculation time. Specifically, the prediction calculation time estimated from the number of particles and the prediction calculation time estimated from the magnetic field data amount may be compared to select a method with a short prediction calculation time.

なお、磁気力計算方法の選択部1311は、粒子計算の前処理において1回行えばよいが、計算の途中で粒子数が変化する場合には、粒子数が変化したときに磁気力計算方法の選択部1311による処理を行うことで、常に計算時間の短い方法を選択することが可能となる。   The magnetic force calculation method selection unit 1311 may be performed once in the pre-processing of the particle calculation. However, when the number of particles changes during the calculation, the selection of the magnetic force calculation method is performed when the number of particles changes. By performing processing by the selection unit 1311, it is possible to always select a method with a short calculation time.

以上説明したように、本実施の形態によれば、磁界データ量や粒子数に応じて計算時間の短い磁気力計算方法を選択することができ、その結果、全体の粒子挙動計算に要する時間を短縮することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to select a magnetic force calculation method with a short calculation time according to the magnetic field data amount and the number of particles, and as a result, the time required for calculating the entire particle behavior is reduced. It can be shortened.

[他の実施の形態]
また、本発明の目的は、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
[Other embodiments]
In addition, an object of the present invention is to supply a storage medium storing software program codes for realizing the functions of the embodiments to a system or apparatus, and a computer (or CPU, MPU, etc.) of the system or apparatus as a storage medium. This can also be achieved by reading and executing the stored program code.

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。   In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the program code and the storage medium storing the program code constitute the present invention.

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−RW、DVD+RW、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。   Examples of the storage medium for supplying the program code include a floppy (registered trademark) disk, a hard disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a CD-R, a CD-RW, a DVD-ROM, a DVD-RAM, and a DVD. -RW, DVD + RW, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM, etc. can be used. Alternatively, the program code may be downloaded via a network.

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。   Further, by executing the program code read by the computer, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but also an OS (operating system) running on the computer based on the instruction of the program code. A case where part or all of the actual processing is performed and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing is also included.

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。   Further, after the program code read from the storage medium is written in a memory provided in a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer, the function expansion is performed based on the instruction of the program code. This includes the case where the CPU or the like provided in the board or function expansion unit performs part or all of the actual processing, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing.

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した各実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているOSなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した各実施の形態の機能が実現される場合も、本発明に含まれることは言うまでもない。   Further, by executing the program code read out by the computer, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but also the OS running on the computer based on the instruction of the program code is actually Needless to say, the present invention also includes a case in which the functions of the above-described embodiments are realized by performing part or all of the processing and the processing.

この場合、上記プログラムは、該プログラムを記憶した記憶媒体から直接、又はインターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続された不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることにより供給される。   In this case, the program is supplied by downloading directly from a storage medium storing the program or from another computer or database (not shown) connected to the Internet, a commercial network, a local area network, or the like.

上記プログラムの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、OS(オペレーティングシステム)に供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。   The form of the program may be in the form of object code, program code executed by an interpreter, script data supplied to an OS (operating system), and the like.

本発明の第1の実施の形態に係る粒子挙動解析装置の処理プログラムの構成例を概略的に示す図であり、(a)は粒子挙動計算全体の処理プログラムを示す図、(b)は粒子に働く磁気力の計算部を構成する処理プログラムを示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows roughly the structural example of the processing program of the particle behavior analyzer which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (a) is a figure which shows the processing program of the whole particle behavior calculation, (b) is particle | grains It is a figure which shows the processing program which comprises the calculation part of the magnetic force which acts on. 粒子挙動解析装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a particle behavior analyzer. 磁界印加部の移動後の座標系の設定部と磁界データの写像の計算部で実行される処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process performed by the setting part of the coordinate system after the movement of a magnetic field application part, and the calculation part of the mapping of magnetic field data. 磁界印加部の回転に伴って磁界印加部が形成する磁界が変化する状態を示す図であり、(a)は基本磁界印加座標系の磁界データを示す図、(b)は磁界印加部の中心座標を中心に磁界印加部を時計回りに60度回転した後の印加磁界データを示す図である。It is a figure which shows the state in which the magnetic field which a magnetic field application part forms with rotation of a magnetic field application part, (a) is a figure which shows the magnetic field data of a basic magnetic field application coordinate system, (b) is the center of a magnetic field application part It is a figure which shows the applied magnetic field data after rotating the magnetic field application part 60 degree | times clockwise centering on a coordinate. 磁界データの写像計算を説明する図であり、(a)は基本磁界印加座標系の磁界データを示す図、(b)は磁界印加部の中心座標を中心に磁界印加部を時計回りに60度回転した後の印加磁界データを示す図である。It is a figure explaining the mapping calculation of magnetic field data, (a) is a figure which shows the magnetic field data of a basic magnetic field application coordinate system, (b) is 60 degree | times clockwise with a magnetic field application part centering on the center coordinate of a magnetic field application part. It is a figure which shows the applied magnetic field data after rotating. 磁界印加部が60度回転したときの粒子挙動表示の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a particle behavior display when a magnetic field application part rotates 60 degree | times. 電子写真方式の画像形成装置の要部の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of an electrophotographic image forming apparatus. 本発明の第2の実施の形態に係る粒子挙動解析装置の処理プログラムの構成例を概略的に示す図であり、(a)は粒子挙動計算全体の処理プログラムを示す図、(b)は粒子に働く磁気力の計算部を構成する処理プログラムを示す図である。It is a figure which shows roughly the example of a structure of the processing program of the particle behavior analyzer which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, (a) is a figure which shows the processing program of the whole particle behavior calculation, (b) is particle | grains It is a figure which shows the processing program which comprises the calculation part of the magnetic force which acts on. 粒子挙動解析装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a particle behavior analyzer. 磁性粒子に働く磁気力の計算部で実行される処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process performed in the calculation part of the magnetic force which acts on a magnetic particle. 磁界データの写像計算を説明する図であり、(a)は基本印加磁界の座標系への粒子位置の写像を示す図、(b)は移動後の磁界印加部の座標系への磁界データの逆写像を示す図である。It is a figure explaining the mapping calculation of magnetic field data, (a) is a figure which shows the mapping of the particle position to the coordinate system of a basic applied magnetic field, (b) is the magnetic field data to the coordinate system of the magnetic field application part after a movement. It is a figure which shows a reverse mapping. 本発明の第3の実施の形態に係る粒子挙動計算全体の処理プログラムの構成例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structural example of the processing program of the whole particle behavior calculation which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 従来例に係る粒子挙動計算全体の処理プログラムの構成例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structural example of the processing program of the whole particle behavior calculation which concerns on a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

112a 磁性粒子に働く磁気力の計算部
112b 磁性粒子に働く磁気力の計算部
115 粒子挙動表示部(表示手段)
116 磁界印加部の移動後の座標系の設定部(座標系設定手段)
117 磁界データの写像の計算部(磁界計算手段)
118 粒子の磁化の計算
119 印加磁界による磁気力の計算部(磁気力計算手段)
120 粒子による磁気力の計算
711 粒子の磁界データ計算部(磁界計算手段)
1211 感光体ドラム(担持体)
1214 クリーニング装置(現像剤清掃手段)
1217 マグネットローラ(磁界印加手段、現像剤補給手段)
1311 磁気力計算方法の選択
112a Calculation unit of magnetic force acting on magnetic particles 112b Calculation unit of magnetic force acting on magnetic particles 115 Particle behavior display unit (display means)
116 Coordinate system setting unit (coordinate system setting means) after movement of magnetic field application unit
117 Calculation section of magnetic field data mapping (magnetic field calculation means)
118 Calculation Unit for Magnetization of Particles 119 Calculation Unit for Magnetic Force by Applied Magnetic Field (Magnetic Force Calculation Means)
120 Calculation unit of magnetic force by particle 711 Magnetic field data calculation unit of particle (magnetic field calculation means)
1211 Photosensitive drum (carrier)
1214 Cleaning device (developer cleaning means)
1217 Magnet roller (magnetic field applying means, developer supply means)
1311 Selection part of magnetic force calculation method

Claims (11)

磁界印加手段により磁界が印加された領域内を移動する粒子の挙動解析を行う粒子挙動解析装置であって、
基本磁界印加位置での磁界データを基本印加磁界の座標系から前記磁界印加手段の変位後の座標系に写像することで、前記磁界印加手段の変位後の座標系における磁界データを計算する磁界計算手段と、
前記磁界計算手段により計算した写像後の磁界データを基に前記粒子に働く磁気力を計算する磁気力計算手段と、
前記磁気力計算手段により計算した磁気力と該磁気力以外の前記粒子に働く力とに基づいて、運動方程式を解くことにより、前記粒子の挙動である速度と変位を解析する粒子挙動解析手段と、
を備えることを特徴とする粒子挙動解析装置。
A particle behavior analyzer for analyzing the behavior of particles moving within a region to which a magnetic field is applied by a magnetic field applying means,
Magnetic field calculation for calculating magnetic field data in the coordinate system after displacement of the magnetic field applying means by mapping the magnetic field data at the basic magnetic field application position from the coordinate system of the basic applied magnetic field to the coordinate system after displacement of the magnetic field applying means Means,
Magnetic force calculation means for calculating the magnetic force acting on the particles based on the magnetic field data after mapping calculated by the magnetic field calculation means;
Particle behavior analysis means for analyzing the velocity and displacement of the particles by solving a motion equation based on the magnetic force calculated by the magnetic force calculation means and the force acting on the particles other than the magnetic force. ,
A particle behavior analysis apparatus comprising:
磁界印加手段により磁界が印加された領域内を移動する粒子の挙動解析を行う粒子挙動解析装置であって、
基本印加磁界の座標系に粒子位置を写像し、前記粒子位置での磁界データを前記磁界印加手段の変位後の座標系に逆写像することで、前記磁界印加手段の変位後の座標系における磁界データを計算する磁界計算手段と、
前記磁界計算手段により計算した逆写像後の磁界データを基に前記粒子に働く磁気力を計算する磁気力計算手段と、
前記磁気力計算手段により計算した磁気力と該磁気力以外の前記粒子に働く力とに基づいて、運動方程式を解くことにより、前記粒子の挙動である速度と変位を解析する粒子挙動解析手段と、
を備えることを特徴とする粒子挙動解析装置。
A particle behavior analyzer for analyzing the behavior of particles moving within a region to which a magnetic field is applied by a magnetic field applying means,
The magnetic field in the coordinate system after the displacement of the magnetic field applying means is mapped by mapping the particle position to the coordinate system of the basic applied magnetic field and inversely mapping the magnetic field data at the particle position to the coordinate system after the displacement of the magnetic field applying means. A magnetic field calculation means for calculating data;
Magnetic force calculation means for calculating the magnetic force acting on the particles based on the magnetic field data after reverse mapping calculated by the magnetic field calculation means;
Particle behavior analysis means for analyzing the velocity and displacement of the particles by solving a motion equation based on the magnetic force calculated by the magnetic force calculation means and the force acting on the particles other than the magnetic force. ,
A particle behavior analysis apparatus comprising:
前記磁界印加手段の変位後の座標系を求める座標系設定手段を更に備えることを特徴とする請求項1又は2記載の粒子挙動解析装置。   The particle behavior analysis apparatus according to claim 1 or 2, further comprising coordinate system setting means for obtaining a coordinate system after displacement of the magnetic field applying means. 前記基本印加磁界の座標系に粒子位置を写像し、前記粒子位置での磁界データを前記磁界印加手段の変位後の座標系に逆写像することで、前記磁界印加手段の変位後の座標系における磁界データを計算する第2の磁界計算手段と、
前記磁界データの大きさ或いは粒子数に応じて、前記磁界計算手段及び前記第2の磁界計算手段のうち、計算時間の短い磁界計算手段を選択する選択手段とを更に備え、
前記磁気力計算手段は、前記選択手段により選択された磁界計算手段により計算した磁界データを基に前記粒子に働く磁気力を計算することを特徴とする請求項記載の粒子挙動解析装置。
In the coordinate system after displacement of the magnetic field applying means, the particle position is mapped to the coordinate system of the basic applied magnetic field, and the magnetic field data at the particle position is inversely mapped to the coordinate system after displacement of the magnetic field applying means. Second magnetic field calculation means for calculating magnetic field data;
According to the magnitude of the magnetic field data or the number of particles, the magnetic field calculation means and the second magnetic field calculation means, further comprising a selection means for selecting a magnetic field calculation means having a short calculation time,
2. The particle behavior analysis apparatus according to claim 1, wherein the magnetic force calculation means calculates a magnetic force acting on the particles based on magnetic field data calculated by the magnetic field calculation means selected by the selection means.
前記磁界計算手段により計算した磁界データと、前記挙動解析手段により解析した粒子の挙動とを表示する表示手段を更に備えることを特徴とする請求項1又は2記載の粒子挙動解析装置。   3. The particle behavior analysis apparatus according to claim 1, further comprising display means for displaying the magnetic field data calculated by the magnetic field calculation means and the behavior of the particles analyzed by the behavior analysis means. 前記粒子挙動解析装置で挙動解析する粒子は、担持体に形成した潜像を現像剤で可視化して画像形成を行う画像形成装置の現像剤補給手段における現像剤または前記画像形成装置の現像剤清掃手段における現像剤であることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の粒子挙動解析装置。   The particles whose behavior is analyzed by the particle behavior analyzer are visualized by a developer on a latent image formed on a carrier, and a developer in a developer replenishing unit of an image forming apparatus that forms an image or a developer cleaning of the image forming apparatus. 6. The particle behavior analysis apparatus according to claim 1, wherein the particle behavior analysis apparatus is a developer in the means. 前記磁界印加手段の変位は、回転、移動、回転と移動を含む群から選択されることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の粒子挙動解析装置。   4. The particle behavior analyzing apparatus according to claim 1, wherein the displacement of the magnetic field applying means is selected from a group including rotation, movement, rotation and movement. 磁界印加手段により磁界が印加された領域内を移動する粒子の挙動解析を行う粒子挙動解析装置の制御方法であって、
基本磁界印加位置での磁界データを基本印加磁界の座標系から前記磁界印加手段の変位後の座標系に写像することで、前記磁界印加手段の変位後の座標系における磁界データを計算する磁界計算工程と、
前記磁界計算工程により計算した写像後の磁界データを基に前記粒子に働く磁気力を計算する磁気力計算工程と、
前記磁気力計算工程により計算した磁気力と該磁気力以外の前記粒子に働く力とに基づいて、運動方程式を解くことにより、前記粒子の挙動である速度と変位を解析する粒子挙動解析工程と、
を備えることを特徴とする制御方法。
A control method of a particle behavior analyzer for analyzing the behavior of particles moving within a region to which a magnetic field is applied by a magnetic field applying means,
Magnetic field calculation for calculating magnetic field data in the coordinate system after displacement of the magnetic field applying means by mapping the magnetic field data at the basic magnetic field application position from the coordinate system of the basic applied magnetic field to the coordinate system after displacement of the magnetic field applying means Process,
A magnetic force calculation step of calculating a magnetic force acting on the particles based on the magnetic field data after mapping calculated by the magnetic field calculation step;
A particle behavior analysis step of analyzing the velocity and displacement of the particles by solving an equation of motion based on the magnetic force calculated by the magnetic force calculation step and the force acting on the particles other than the magnetic force; ,
A control method comprising:
磁界印加手段により磁界が印加された領域内を移動する粒子の挙動解析を行う粒子挙動解析装置の制御方法であって、
基本印加磁界の座標系に粒子位置を写像し、前記粒子位置での磁界データを前記磁界印加手段の変位後の座標系に逆写像することで、前記磁界印加手段の変位後の座標系における磁界データを計算する磁界計算工程と、
前記磁界計算工程により計算した逆写像後の磁界データを基に前記粒子に働く磁気力を計算する磁気力計算工程と、
前記磁気力計算工程により計算した磁気力と該磁気力以外の前記粒子に働く力とに基づいて、運動方程式を解くことにより、前記粒子の挙動である速度と変位を解析する粒子挙動解析工程と、
を備えることを特徴とする制御方法。
A control method of a particle behavior analyzer for analyzing the behavior of particles moving within a region to which a magnetic field is applied by a magnetic field applying means,
The magnetic field in the coordinate system after the displacement of the magnetic field applying means is mapped by mapping the particle position to the coordinate system of the basic applied magnetic field and inversely mapping the magnetic field data at the particle position to the coordinate system after the displacement of the magnetic field applying means. A magnetic field calculation process for calculating data;
A magnetic force calculation step for calculating a magnetic force acting on the particles based on the magnetic field data after reverse mapping calculated by the magnetic field calculation step;
A particle behavior analysis step of analyzing the velocity and displacement of the particles by solving an equation of motion based on the magnetic force calculated by the magnetic force calculation step and the force acting on the particles other than the magnetic force; ,
A control method comprising:
磁界印加手段により磁界が印加された領域内を移動する粒子の挙動解析を行う粒子挙動解析装置の制御方法をコンピュータに実行させるコンピュータ読み取り可能なプログラムであって、
基本磁界印加位置での磁界データを基本印加磁界の座標系から前記磁界印加手段の変位後の座標系に写像することで、前記磁界印加手段の変位後の座標系における磁界データを計算する磁界計算手順と、
前記磁界計算手順により計算した写像後の磁界データを基に前記粒子に働く磁気力を計算する磁気力計算手順と、
前記磁気力計算手順により計算した磁気力と該磁気力以外の前記粒子に働く力とに基づいて、運動方程式を解くことにより、前記粒子の挙動である速度と変位を解析する粒子挙動解析手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
A computer-readable program for causing a computer to execute a control method of a particle behavior analysis apparatus that performs behavior analysis of particles moving within a region to which a magnetic field is applied by a magnetic field application means,
Magnetic field calculation for calculating magnetic field data in the coordinate system after displacement of the magnetic field applying means by mapping the magnetic field data at the basic magnetic field application position from the coordinate system of the basic applied magnetic field to the coordinate system after displacement of the magnetic field applying means Procedure and
A magnetic force calculation procedure for calculating a magnetic force acting on the particles based on the magnetic field data after mapping calculated by the magnetic field calculation procedure;
A particle behavior analysis procedure for analyzing the velocity and displacement of the particles by solving a motion equation based on the magnetic force calculated by the magnetic force calculation procedure and the force acting on the particles other than the magnetic force; ,
A program that causes a computer to execute.
磁界印加手段により磁界が印加された領域内を移動する粒子の挙動解析を行う粒子挙動解析装置の制御方法をコンピュータに実行させるコンピュータ読み取り可能なプログラムであって、
基本印加磁界の座標系に粒子位置を写像し、前記粒子位置での磁界データを前記磁界印加手段の変位後の座標系に逆写像することで、前記磁界印加手段の変位後の座標系における磁界データを計算する磁界計算手順と、
前記磁界計算手順により計算した逆写像後の磁界データを基に前記粒子に働く磁気力を計算する磁気力計算手順と、
前記磁気力計算手順により計算した磁気力と該磁気力以外の前記粒子に働く力とに基づいて、運動方程式を解くことにより、前記粒子の挙動である速度と変位を解析する粒子挙動解析手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
A computer-readable program for causing a computer to execute a control method of a particle behavior analysis apparatus that performs behavior analysis of particles moving within a region to which a magnetic field is applied by a magnetic field application means,
The magnetic field in the coordinate system after the displacement of the magnetic field applying means is mapped by mapping the particle position to the coordinate system of the basic applied magnetic field and inversely mapping the magnetic field data at the particle position to the coordinate system after the displacement of the magnetic field applying means. Magnetic field calculation procedure for calculating data,
A magnetic force calculation procedure for calculating the magnetic force acting on the particles based on the magnetic field data after inverse mapping calculated by the magnetic field calculation procedure;
A particle behavior analysis procedure for analyzing the velocity and displacement of the particles by solving a motion equation based on the magnetic force calculated by the magnetic force calculation procedure and the force acting on the particles other than the magnetic force; ,
A program that causes a computer to execute.
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