WO2019093247A1 - 冷却回路の設計方法、プログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Abstract

この冷却回路の設計方法は、金型に設ける冷却回路の設計方法であって、設計目標値に基づく目的関数の値を所定の値にする冷却回路の設計パラメータの改善の方向性を示す指標となる感度を取得するステップと、取得した設計パラメータの感度に基づいて、冷却回路を設計するステップと、を備える。

Description

冷却回路の設計方法、プログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体

　この発明は、冷却回路の設計方法、プログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。

　従来、冷却回路の設計方法が知られている。このような冷却回路の設計方法は、たとえば、特開平８－１１１８２号公報に開示されている。

　特開平８－１１１８２号公報には、射出成形用金型の冷却配管最適化方法（冷却回路の設計方法）が開示されている。この特開平８－１１１８２号公報の冷却配管最適化方法では、冷却解析により得られた温度分布から熱溜まりを抽出して、熱溜まりをなくすように、配管の位置、数量、冷媒温度、構成材料などの設計パラメータを変更して冷却配管を設計している。

　また、従来では、金型製作において、金型の材料である金属の塊にドリル加工により穴をあけて、冷却回路を製作していた。このため、冷却回路は直線的な形状（比較的単純な形状）を組み合わせて形成されていた。一方、近年では、金属粉末を焼結させる方法（いわゆる金属３Ｄプリンタによる造形方法）により金型を作成することが可能となり、冷却回路の形状の自由度も高められている。このため、冷却回路を設計する際の自由度が高くなった分、最適な冷却配管を設計することが煩雑となっている。

特開平８－１１１８２号公報

　上記特開平８－１１１８２号公報のような冷却配管最適化方法（冷却回路の設計方法）は、熱溜まりをなくすように、配管の位置、数量、冷媒温度、構成材料などの設計パラメータを変更して冷却配管を設計しているため、設計を変更する際に、熱溜まり以外の部分に影響が生じるものと考えられる。たとえば、熱溜まりに冷却配管を配置する場合に、熱溜まりまでの経路においても冷却配管により冷却されるため、熱溜まりまでの経路中の周辺部分を冷却し過ぎて金型の温度を目標とする均一にすることが困難な場合がある。このため、冷却効果が得られる冷却回路を容易かつ精度よく設計することが困難であるという問題点がある。

　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、冷却効果が得られる冷却回路を容易かつ精度よく設計することが可能な冷却回路の設計方法、プログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することである。

　上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による冷却回路の設計方法は、金型に設ける冷却回路の設計方法であって、設計目標値に基づく目的関数の値を所定の値にする冷却回路の設計パラメータの改善の方向性を示す指標となる感度を取得するステップと、取得した設計パラメータの感度に基づいて、冷却回路を設計するステップと、を備える。

　この発明の第１の局面による冷却回路の設計方法では、上記のように、設計パラメータの改善の方向性を示す指標となる感度に基づいて、冷却回路を設計するステップを設ける。これにより、設計パラメータを感度に基づいて改善して冷却回路を設計することができるので、単に熱溜まりをなくすように設計パラメータを変更する場合と異なり、より適した冷却回路を設計することができる。つまり、設計パラメータの感度に基づいて熱溜まり以外の部分も考慮することができる。その結果、冷却効果が得られる冷却回路を容易かつ精度よく設計することができる。

　上記第１の局面による冷却回路の設計方法において、好ましくは、冷却回路を設計するステップにおいて、設計パラメータの感度分布に基づいて、冷却回路案を生成する。このように構成すれば、設計パラメータの改善の方向性を示す指標となる感度分布に基づいて、金型全体において適した状態の冷却回路を容易に設計することができる。

　上記第１の局面による冷却回路の設計方法において、好ましくは、冷却回路を設計するステップは、冷却回路設定不可領域を決定するステップと、設計パラメータの感度に基づいて、冷却回路設定不可領域を避けて冷却回路の配置を決定するステップとを含む。このように構成すれば、型部分（キャビティ）や、型から成形品を抜くための突出しピンや、機械的強度のために必要な部分などが配置され、冷却回路を配置することができない冷却回路設定不可領域を避けながら冷却回路を配置することができるので、確実に作成することが可能な金型の冷却回路を設計することができる。

　上記第１の局面による冷却回路の設計方法において、好ましくは、冷却回路を設計するステップは、冷却回路を複数の冷却回路要素に分割するステップと、設計パラメータの感度に基づいて、各冷却回路要素の配置を決定するステップとを含む。このように構成すれば、感度に基づいて、冷却効果が高い部分に個別に冷却回路要素を配置することができるので、配置した個々の冷却回路要素を接続することにより、容易に冷却効果の高い冷却回路を設計することができる。

　この場合、好ましくは、冷却回路を設計するステップは、金型領域内の体積あたりの発熱の感度である体積発熱感度に基づいて、各冷却回路要素の初期位置を決定するステップを含む。このように構成すれば、体積発熱感度に基づいて、冷却要求が大きい位置に冷却回路要素を配置することができるので、冷却回路の初期位置を容易に決定することができる。また、体積発熱感度に基づいて冷却効果の高い位置に冷却回路の初期位置が設定されるので、感度に基づいて冷却回路の設計パラメータを変更する場合に、より迅速に収束させることができる。これにより、冷却回路の設計処理を迅速に行うことができる。

　冷却回路を設計するステップが体積発熱感度に基づいて各冷却回路要素の初期位置を決定するステップを含む構成において、好ましくは、各冷却回路要素の初期位置を決定するステップは、金型領域内を複数の配置領域に分割するステップと、体積発熱感度に基づいて、各配置領域に冷却回路要素を配置するステップと、配置された冷却回路要素間を接続するステップとを有する。このように構成すれば、金型領域内の分割された複数の配置領域にバランスよく冷却回路要素を配置することができるので、配置された冷却回路要素を接続することにより金型をバランスよく冷却することが可能な冷却回路を容易に設計することができる。

　この場合、好ましくは、各冷却回路要素の初期位置を決定するステップは、体積発熱感度に基づいて、冷却要求が大きい配置領域に配置する冷却回路要素の数が、冷却要求が小さい配置領域に配置する冷却回路要素の数よりも多くなるように、配置領域に配置する冷却回路要素の数を決定するステップを有する。このように構成すれば、冷却要求が大きい位置により多くの冷却回路要素を配置することができるので、冷却要求が大きい位置を効果的に冷却することが可能な冷却回路を容易に設計することができる。

　冷却回路を設計するステップが冷却回路を複数の冷却回路要素に分割するステップと各冷却回路要素の配置を決定するステップとを含む構成において、好ましくは、冷却回路を設計するステップは、冷却回路要素の位置の感度である位置感度に基づいて、各冷却回路要素の位置を移動させるステップを含む。このように構成すれば、位置感度に基づいて、冷却回路要素をより冷却効果の高い位置に移動させることができるので、冷却効果が得られる冷却回路を容易に精度よく設計することができる。

　この場合、好ましくは、冷却回路を設計するステップは、位置感度に所定の係数を乗じて、各冷却回路要素の移動量を決定するステップを含む。このように構成すれば、冷却回路要素を移動させる場合の移動量を位置感度と所定の係数とに基づいて容易に決定することができる。

　上記第１の局面による冷却回路の設計方法において、好ましくは、冷却回路を設計するステップにおいて、複数の感度に基づいて、冷却回路を設計する。このように構成すれば、複数の設計パラメータの各々に適した感度を用いて冷却回路を設計することができるので、冷却効果が得られる冷却回路を容易に設計することができる。

　この発明の第２の局面によるプログラムは、第１の局面による冷却回路の設計方法をコンピュータに実行させる。

　この発明の第２の局面によるプログラムでは、上記第１の局面による冷却回路の設計方法をコンピュータに実行させることにより、冷却効果が得られる冷却回路を容易かつ精度よく設計することができる。

　この発明の第３の局面によるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、第２の局面によるプログラムを記録している。

　この発明の第３の局面によるコンピュータ読み取り可能な記録媒体では、上記第２の局面によるプログラムを記録させることにより、冷却効果が得られる冷却回路を容易かつ精度よく設計することが可能なコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することができる。

　本発明によれば、上記のように、冷却効果が得られる冷却回路を容易かつ精度よく設計することができる。

一実施形態による冷却回路の設計方法を実施するための構成例を示したブロック図である。 一実施形態による冷却回路設計処理を説明するためのフロー図である。 金型モデルの例を示した模式的な図である。 図２の冷却回路初期位置決定処理を説明するためのフロー図である。 冷却回路初期位置決定処理を説明するための模式的な図である。 金型の温度分布の一例を示した図である。 金型の体積発熱感度分布の一例を示した図である。 図２の冷却回路更新処理を説明するためのフロー図である。 図２の金型強度評価処理を説明するためのフロー図である。

　以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

　図１～図９を参照して、一実施形態による冷却回路の設計方法について説明する。

　本実施形態による冷却回路の設計方法は、材料を成形する金型に設ける冷却回路の設計方法である。設計された金型により樹脂や金属などの材料が成形される。冷却回路は、金型および金型により成形された成形品を冷却するように構成されている。冷却回路により金型を効率よく冷却可能なように構成することにより、金型による成形時間の短縮や、金型の寿命を高めることが可能である。

（装置構成例）
　本実施形態による冷却回路の設計方法は、コンピュータ１にプログラム３ａを実行させることにより実施することができる。冷却回路の設計方法は、たとえば、図１に示すような装置構成によって実施可能である。コンピュータ１は、プログラム３ａを実行可能に構成されている。コンピュータ１にプログラム３ａを実行させることにより、冷却回路設計装置１００が構成されている。コンピュータ１にプログラム３ａを実行させることにより行われる処理の一部または全部が、専用の演算回路等のハードウェアによって行われてもよい。

　図１の構成例では、コンピュータ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などからなる１または複数のプロセッサ２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）および記憶装置などを含んだ記憶部３とを備える。記憶装置は、たとえば、ハードディスクドライブや半導体記憶装置などである。

　コンピュータ１は、記憶部３に記憶されたプログラム３ａをプロセッサ２に実行させることにより、冷却回路の設計を行うことが可能である。プログラム３ａは、記録媒体７から読み出される他、インターネットなどのネットワークやＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの伝送経路８を介して外部サーバなどから提供されてもよい。記録媒体７は、光学ディスク、磁気ディスク、不揮発性半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、プログラム３ａが記録されている。

　記憶部３には、プログラム３ａの他、冷却回路の設計を行うために利用される各種の設計用データ３ｂが記憶されている。設計用データ３ｂは、金型データ（分割状態、突き出しピンなどの金型内に含まれるものも含む）、成形品の形状データ、設計に用いる数値データ、設計条件のデータなどが記憶されている。

　また、コンピュータ１は、液晶表示装置などの表示部４、キーボードおよびマウスなどの入力装置からなる入力部５、記録媒体７からプログラム３ａや各種データを読み取るための読取部６を備えている。読取部６は、記録媒体７の種類に応じたリーダ装置などである。設計条件のデータは、入力部５を用いてユーザが入力することができる。設計用データ３ｂは、ユーザが作成した記録媒体から読み出したり、ユーザが外部サーバなどに作成しておいて、伝送経路８を介して外部サーバから取得したりしてもよい。

（冷却回路の設計方法）
　次に、冷却回路の設計方法について説明する。本実施形態では、金型１０に設ける冷却回路２０の設計を行う。本実施形態の冷却回路の設計方法では、一例として、図３に示すように、金型１０のモデルを用いて、金型１０の冷却回路２０の設計を行う。金型１０のモデルは、３次元的に複数の微小要素に分割される。そして、複数の微小要素について、互いの影響を考慮しながらシミュレーションを行うことにより、冷却回路の解析および設計を行う。なお、図３に示す金型１０のモデルは、説明の便宜のため単純な形状の構成例を示すが、実際には、金型１０のモデルは所望の成形品の形状を反映した形状を有する。

　ここで、本実施形態では、冷却回路の設計方法は、設計目標値に基づく目的関数の値を所定の値にする冷却回路２０の設計パラメータの改善の方向性を示す指標となる感度を取得するステップと、取得した設計パラメータの感度に基づいて、冷却回路２０を設計するステップと、を備える。

　また、冷却回路の設計方法は、設計目標として、成形品外形部１１の表面温度が均一な状態となることを設定する。そして、設計目標を実現するための原因側（設計パラメータの条件）を求める。具体的には、初期状態の解析条件に対して、順解析を実施する。つまり、金型１０の初期状態に対して、シミュレーションを行い、金型１０の状態を解析する。そして、順解析の結果と、設計目標値との差から導かれる目的関数を設定する。目的関数を最小化または最大化するような設計パラメータの感度を逆解析により求める。求めた設計パラメータの感度に基づいて、冷却回路を設計する。

　設計パラメータは、冷却回路２０の位置、冷却回路２０の径、冷却回路２０に流す冷媒の温度、冷却回路２０に流す冷媒の流量、金型１０の材料（熱伝導率）を含む。また、感度としては、流量、流れの向き、開口率、温度、面加熱量、熱通過率、発熱量、材料熱伝導率、位置が逆解析により得られる。

　また、金型設計において、冷却回路２０の位置設計は無限自由度である分布量と言える。ここで、１回の随伴数値シミュレーションにより任意の境界条件の変化に対する設計目標値への影響度（感度）を求めることが可能である。

　一例として、目的関数（設計目標）を式（１）のようなＪとする。

ただし、Φは設計対象であり、Ω_Tはターゲット領域であり、Ｖ_Tはターゲットの全体積である。
そして、設計パラメータが微小変化した場合の目的関数（設計目標）の変化は、式（２）のように表される。

ただし、Γ_uは流速規定境界であり、Γ_Tは温度規定境界であり、Γ_qは熱流束規定境界であり、Γ_Kは熱通過率規定境界であり、Γ_Mは拡散物質発生規定境界であり、Γ_Cfは圧力損失係数規定境界であり、Γは全規定境界であり、Ωは発熱領域、固体領域、拡散物質を含む全設計空間である。

　式（２）に対して、随伴問題および境界条件を設定することにより、境界条件の微小変化に伴う目的関数の第一変分は制御可能な境界積分項のみで表される。随伴問題を境界条件のもとで、シミュレーションにより解くことにより、目的関数の変化（感度）を求めることが可能である。感度は、金型の各微小要素について、それぞれ求められる。

（冷却回路設計処理）
　図２を参照して、冷却回路設計処理の概略について説明する。なお、冷却回路設計処理は、コンピュータ１（プロセッサ２）により実行される。また、冷却回路設計処理の各処理の詳細については後述する。

　図２に示すように、ステップＳ１において、冷却回路の初期位置を決定する。冷却回路の初期位置は、感度に基づいて決定される。ステップＳ２において、冷却回路を感度に基づいて変更して更新する。つまり、現在の冷却回路の位置に対して解析を行い、感度を算出する。そして、感度に基づいて、冷却回路の設計パラメータを改善し、冷却回路を変更する。

　ステップＳ３において、冷却における設計目標を満たすか否かを判断する。冷却における設計目標を満たせば、ステップＳ４に進み、設計目標を満たさなければ、ステップＳ２に戻る。つまり、設計目標が満たされるまで、ステップＳ２の処理が繰り返される。ステップＳ４において、金型の機械的強度が評価される。

　ステップＳ５において、金型の機械的強度における設計目標を満たすか否かを判断する。金型の機械的強度における設計目標を満たせば、冷却回路設計処理が終了される。設計目標を満たさなければ、ステップＳ６において、設計条件が変更される。具体的には、機械的強度を確保するための部分が冷却回路設定不可領域として追加される。その後、ステップＳ１に戻る。

　このように、設計目標を満たすように、順解析と、逆解析による感度の算出と、感度に基づく冷却回路２０の設計とが繰り返し行われる。コンピュータ１は、解析結果および設計結果を、表示部４に表示する。

　また、冷却回路設計処理では、複数の感度に基づいて、冷却回路２０を設計する。具体的には、位置感度に基づいて冷却回路位置を設計する。また、温度感度に基づいて冷媒温度を設計する。また、流量感度に基づいて冷媒流量を設計する。また、熱伝導率感度に基づいて鋼材分布を設計する。なお、複数の感度を用いる場合、競合する場合には、優先度を設定して冷却回路を設計する。

（冷却回路初期位置決定処理）
　図３～図７を参照して、図２のステップＳ１における冷却回路初期位置決定処理について説明する。冷却回路初期位置決定処理では、設計パラメータの感度分布に基づいて、冷却回路案を生成する。また、冷却回路初期位置決定処理は、冷却回路設定不可領域を決定するステップと、設計パラメータの感度に基づいて、冷却回路設定不可領域を避けて冷却回路２０の配置を決定するステップとを含む。また、冷却回路初期位置決定処理は、冷却回路２０を複数の冷却回路要素２３に分割するステップと、設計パラメータの感度に基づいて、各冷却回路要素２３の配置を決定するステップとを含む。また、冷却回路初期位置決定処理は、金型領域内の体積あたりの発熱の感度である体積発熱感度に基づいて、各冷却回路要素２３の初期位置を決定するステップを含む。また、冷却回路初期位置決定処理は、金型領域内を複数の配置領域１６ａ～１６ｈに分割するステップと、体積発熱感度に基づいて、各配置領域１６ａ～１６ｈに冷却回路要素２３を配置するステップと、配置された冷却回路要素２３間を接続するステップとを有する。また、冷却回路初期位置決定処理は、体積発熱感度に基づいて、冷却要求が大きい配置領域に配置する冷却回路要素２３の数が、冷却要求が小さい配置領域に配置する冷却回路要素２３の数よりも多くなるように、配置領域１６ａ～１６ｈに配置する冷却回路要素２３の数を決定するステップを有する。

　具体的には、図４のステップＳ１１において、冷却回路設定不可領域を決定する。冷却回路設定不可領域は、図３に示すように、金型１０の外、成形品外形部１１、ランナー１２、突出しピン１３を通す部分、各表面（金型１０、成形品外形部１１、ランナー１２、突出しピン１３を通す部分）から所定の距離以内の部分、分割された金型１０ａおよび１０ｂにおいて各金型１０ａおよび１０ｂの移動を伴う部分などが設定される。また、冷却回路設定不可領域は、機械的強度のために必要な部分が設定される。

　図４のステップＳ１２において、冷却回路入口２１および冷却回路出口２２の設定不可領域を決定する。冷却回路入口２１および冷却回路出口２２の設定不可領域は、冷却回路設定不可領域と同様に設定される。また、冷却回路入口２１および冷却回路出口２２の設定不可領域は、金型１０に冷媒を送る外部の要因によっても設定される。

　ステップＳ１３において、冷却回路２０を設定しない順解析用のモデルを作成する。つまり、冷却回路２０以外の要素（成形品外形部１１、ランナー１２、突出しピン１３を通す部分）が設定された状態の金型１０のモデルが作成される。ステップＳ１４において、順解析を実行する。具体的には、冷却回路２０を設定せずに作成された金型１０のモデルに対して順解析を行い、金型１０の状態が解析される。

　ステップＳ１５において、設計目標を入力する。設計目標は、たとえば、成形品外形部１１の表面温度を均一（所定の範囲内）にするなどの目標が設定される。ステップＳ１６において、逆解析に基づいて感度を取得する。具体的には、設定された設計目標と順解析の結果とに基づいて、差を０にするための各設計パラメータの方向性（感度）が求められる。

　ステップＳ１７において、取得した感度に基づいて、冷却回路の入口および出口を決定する。具体的には、図５（Ａ）に示すように、金型領域内の体積発熱感度に基づいて、冷却回路入口２１および冷却回路出口２２が決定される。ここで、体積発熱感度は、金型領域内の体積あたりの発熱の感度を表す。また、体積発熱感度は、負の値であれば、吸熱すべき位置を示し、小さくなるほど、冷却要求が大きくなる。一方、体積発熱感度は、正の値であれば、加熱すべき位置を示し、大きくなるほど、加熱要求が大きくなる。冷却回路入口２１および冷却回路出口２２の決定方法の一例として、体積発熱感度が負の値であり一番小さい値を有する位置を最有力候補とする。また、冷却回路入口２１および冷却回路出口２２の設定不可領域を考慮して、設定可能領域において最も小さい体積発熱感度を有する位置を、冷却回路入口２１および冷却回路出口２２として設定する。

　ステップＳ１８において、取得した感度に基づいて各配置領域１６ａ～１６ｈに配置する冷却回路要素２３の数を決定する。図５（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、配置領域１６ａ～１６ｈは、互いに平行にサンプリング面として設定される。配置領域１６ａ～１６ｈは、所定の間隔を隔てて複数設定される。なお、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）と同様に、金型１０を側面から見た図であり、図５（Ｃ）は、金型１０を下面から見た図である。各サンプリング面において、体積発熱感度が小さいサンプリング面には、多くの冷却回路要素２３が配置されるように設定する。また、体積発熱感度が大きいサンプリング面には、少ない冷却回路要素２３が配置されるように設定する。図５に示す例では、配置領域１６ａ、１６ｂ、１６ｇおよび１６ｈには、１つの冷却回路要素２３が配置される。また、配置領域１６ｃおよび１６ｆには、２つの冷却回路要素２３が配置される。また、配置領域１６ｄおよび１６ｅには、３つの冷却回路要素２３が配置される。つまり、体積発熱感度が小さく、冷却要求が高い配置領域に対して多くの冷却回路要素２３が配置される。

　ステップＳ１９において、取得した感度に基づいて各冷却回路要素２３の位置を決定する。具体的には、各配置領域において、体積発熱感度が小さい位置に冷却回路要素２３が配置される。１つの配置領域において複数の冷却回路要素２３を配置する場合は、バランスを考慮して、複数の冷却回路要素２３が配置される。また、冷却回路要素２３は、冷却回路設定不可領域を避けて配置される。

　ステップＳ２０において、配置した各冷却回路要素２３を接続する。具体的には、冷却回路２０の長さが所定の距離以上となるように、各冷却回路要素２３を接続する。この場合、各冷却回路要素２３は、冷却回路設定不可領域を避けて接続される。ステップＳ２１において、金型１０の順解析用モデルを更新する。そして、設計目標を満たすか、設定した繰り返し数に到達した場合に冷却回路初期位置決定処理が終了する。設計目標を満たさない場合は、ステップＳ１３～Ｓ２１を繰り返す。ただし、２回目以降は、ステップＳ１７をスキップする。

　ここで、冷却回路２０を設けずに順解析した場合の温度分布は、図６の例のようになる。また、この順解析と、設計目標とに基づいて逆解析を行って取得した体積発熱感度分布は、図７の例のようになる。図７に示す体積発熱感度分布を用いて冷却回路初期位置を決定することにより、熱溜まり以外の部分についても、容易に冷却回路の位置を決定することが可能である。

（冷却回路更新処理）
　図８を参照して、図２のステップＳ２における冷却回路更新処理について説明する。冷却回路更新処理では、設計パラメータの感度分布に基づいて、冷却回路案を生成する。また、冷却回路更新処理は、冷却回路設定不可領域を決定するステップと、設計パラメータの感度に基づいて、冷却回路設定不可領域を避けて冷却回路２０の配置を決定するステップとを含む。また、冷却回路更新処理は、冷却回路２０を複数の冷却回路要素２３に分割するステップと、設計パラメータの感度に基づいて、各冷却回路要素２３の配置を決定するステップとを含む。また、冷却回路更新処理は、冷却回路要素２３の位置の感度である位置感度に基づいて、各冷却回路要素２３の位置を移動させるステップを含む。また、冷却回路更新処理は、位置感度に所定の係数を乗じて、各冷却回路要素２３の移動量を決定するステップを含む。

　具体的には、図８のステップＳ３１において、冷却回路２０を複数の冷却回路要素２３に分割する。この際に、各冷却回路要素２３の連続性を維持するために、各冷却回路要素２３の隣り合う要素番号を記憶しておく。

　ステップＳ３２において、冷却回路設定不可領域を決定する。冷却回路設定不可領域は、図３に示すように、金型１０の外、成形品外形部１１、ランナー１２、突出しピン１３を通す部分、各表面（金型１０、成形品外形部１１、ランナー１２、突出しピン１３を通す部分）から所定の距離以内の部分、分割された金型１０ａおよび１０ｂにおいて各金型１０ａおよび１０ｂの移動を伴う部分などが設定される。また、冷却回路設定不可領域は、機械的強度のために必要な部分が設定される。

　ステップＳ３３において、順解析を実行する。具体的には、冷却回路初期位置決定処理により決定された金型１０のモデルに対して順解析を行い、金型１０の状態が解析される。ステップＳ３４において、設計目標を定義する。設計目標は、たとえば、成形品外形部１１の表面温度を均一（所定の範囲内）にするなどの目標が設定される。

　ステップＳ３５において、逆解析に基づいて感度を取得する。具体的には、設定された設計目標と順解析の結果とに基づいて、差を０にするための各設計パラメータの方向性（感度）が求められる。なお、冷却回路更新処理では、複数の感度のうち、冷却回路要素２３に対する位置感度を用いる。位置感度は、金型１０内における移動方向の指標を示すベクトルとして表される。

　ステップＳ３６において、取得した感度（位置感度）に基づいて、各冷却回路要素２３の移動量を決定する。移動量は、たとえば、位置感度（ｘ，ｙ，ｚ）×係数αとして求められる。そして、各冷却回路要素２３の元の座標位置に移動量が加算されて、新たな座標位置が求められる。なお、係数αは、変更可能である。ステップＳ３７において、移動させた冷却回路要素２３と、冷却回路設定不可領域とが接触（干渉）するか否かが判断される。接触すれば、ステップＳ３８に進み、接触しなければ、ステップＳ３９に進む。

　ステップＳ３８において、冷却回路設定不可領域と接触する冷却回路要素２３の移動量を変更する。具体的には、係数αの値を変更して、移動量を変更する。つまり、移動によって、冷却回路要素２３と、冷却回路設定不可領域との接触が生じる場合、該当する冷却回路要素２３の係数αを小さくして、移動量を小さくする。その後、ステップＳ３７に戻る。

　ステップＳ３９において、冷却回路要素２３間の距離が所定値よりも大きいか否かを判断する。つまり、各冷却回路要素２３の移動により、隣接する（接続される）冷却回路要素２３間の距離が開きすぎたか否かが判断される。距離が大きい場合、ステップＳ４０に進み、距離が大きくない場合、ステップＳ４１に進む。ステップＳ４０において、開きすぎた冷却回路要素２３間に新たな冷却回路要素２３を追加生成する。この際に、冷却回路要素２３の数が更新される。また、各冷却回路要素２３の隣接する連結情報が更新される。

　ステップＳ４１において、各冷却回路要素２３の位置を更新する。ステップＳ４２において、更新された冷却回路要素２３の位置に基づいて、金型１０の順解析用モデルを更新する。

（金型強度評価処理）
　図８を参照して、図２のステップＳ４における金型強度評価処理について説明する。金型強度評価処理では、設計された冷却回路２０が設けられた状態の金型１０の機械的強度の評価を行う。つまり、冷却回路２０が最適化された金型１０において、必要な機械的強度が満たされていることを確認する。

　ステップＳ５１において、金型部の有限要素モデルを作成する。この場合に、冷却回路部分は、空洞部として、強度を有さない空間とする。ステップＳ５２において、成形品の材料の流動解析を行い成形中の材料圧力を取得する。たとえば、樹脂を成形する場合は、成形品（製品）の樹脂流動解析を行い、成形中の樹脂圧力を求める。

　ステップＳ５３において、材料圧力に基づいて金型部の構造解析を実行する。たとえば、樹脂を成形する場合は、成形品の樹脂圧力を金型１０と製品表面とが接する面に荷重として付与して、金型部の構造解析を行う。ステップＳ５４において、金型部の応力・歪・強度・安全率を評価する。そして、機械的強度が、設計目標を満足しない場合、冷却回路２０の位置を変更して強度を高める検討を行うため、機械的強度が弱い箇所、および、応力が集中している箇所を、冷却回路設定不可領域として設定する。これにより、機械的強度を高めるために必要な位置に冷却回路２０が配置されるのを回避することが可能である。

　（本実施形態の効果）
　次に、本実施形態の効果について説明する。

　本実施形態では、上記のように、設計パラメータの改善の方向性を示す指標となる感度に基づいて、冷却回路２０を設計するステップを設ける。これにより、設計パラメータを感度に基づいて改善して冷却回路２０を設計することができるので、単に熱溜まりをなくすように設計パラメータを変更する場合と異なり、より適した冷却回路２０を設計することができる。つまり、設計パラメータの感度に基づいて熱溜まり以外の部分も考慮することができる。その結果、冷却効果が得られる冷却回路２０を容易かつ精度よく設計することができる。

　また、本実施形態では、上記のように、冷却回路２０を設計するステップにおいて、設計パラメータの感度分布に基づいて、冷却回路案を生成する。これにより、設計パラメータの改善の方向性を示す指標となる感度分布に基づいて、金型１０全体において適した状態の冷却回路２０を容易に設計することができる。

　また、本実施形態では、上記のように、冷却回路２０を設計するステップは、冷却回路設定不可領域を決定するステップと、設計パラメータの感度に基づいて、冷却回路設定不可領域を避けて冷却回路２０の配置を決定するステップとを含む。これにより、成形品外形部１１や、型から成形品を抜くための突出しピン１３や、機械的強度のために必要な部分などが配置され、冷却回路２０を配置することができない冷却回路設定不可領域を避けながら冷却回路２０を配置することができるので、確実に作成することが可能な金型１０の冷却回路２０を設計することができる。

　また、本実施形態では、上記のように、冷却回路２０を設計するステップは、冷却回路２０を複数の冷却回路要素２３に分割するステップと、設計パラメータの感度に基づいて、各冷却回路要素２３の配置を決定するステップとを含む。これにより、感度に基づいて、冷却効果が高い部分に個別に冷却回路要素２３を配置することができるので、配置した個々の冷却回路要素２３を接続することにより、容易に冷却効果の高い冷却回路２０を設計することができる。

　また、本実施形態では、上記のように、冷却回路２０を設計するステップは、金型領域内の体積あたりの発熱の感度である体積発熱感度に基づいて、各冷却回路要素２３の初期位置を決定するステップを含む。これにより、体積発熱感度に基づいて、冷却要求が大きい位置に冷却回路要素２３を配置することができるので、冷却回路２０の初期位置を容易に決定することができる。また、体積発熱感度に基づいて冷却効果の高い位置に冷却回路２０の初期位置が設定されるので、感度に基づいて冷却回路２０の設計パラメータを変更する場合に、より迅速に収束させることができる。これにより、冷却回路２０の設計処理を迅速に行うことができる。

　また、本実施形態では、上記のように、各冷却回路要素２３の初期位置を決定するステップは、金型領域内を複数の配置領域１６ａ～１６ｈに分割するステップと、体積発熱感度に基づいて、各配置領域１６ａ～１６ｈに冷却回路要素２３を配置するステップと、配置された冷却回路要素２３間を接続するステップとを有する。これにより、金型領域内の分割された複数の配置領域１６ａ～１６ｈにバランスよく冷却回路要素２３を配置することができるので、配置された冷却回路要素２３を接続することにより金型１０をバランスよく冷却することが可能な冷却回路２０を容易に設計することができる。

　また、本実施形態では、上記のように、各冷却回路要素２３の初期位置を決定するステップは、体積発熱感度に基づいて、冷却要求が大きい配置領域１６ｃ～１６ｆに配置する冷却回路要素２３の数が、冷却要求が小さい配置領域１６ａ、１６ｂ、１６ｇ、１６ｈに配置する冷却回路要素２３の数よりも多くなるように、配置領域１６ａ～１６ｈに配置する冷却回路要素２３の数を決定するステップを有する。これにより、冷却要求が大きい位置により多くの冷却回路要素２３を配置することができるので、冷却要求が大きい位置を効果的に冷却することが可能な冷却回路２０を容易に設計することができる。

　また、本実施形態では、上記のように、冷却回路２０を設計するステップは、冷却回路要素２３の位置の感度である位置感度に基づいて、各冷却回路要素２３の位置を移動させるステップを含む。これにより、位置感度に基づいて、冷却回路要素２３をより冷却効果の高い位置に移動させることができるので、冷却効果が得られる冷却回路２０を容易に精度よく設計することができる。

　また、本実施形態では、上記のように、冷却回路２０を設計するステップは、位置感度に所定の係数を乗じて、各冷却回路要素２３の移動量を決定するステップを含む。これにより、冷却回路要素２３を移動させる場合の移動量を位置感度と所定の係数とに基づいて容易に決定することができる。

　また、本実施形態では、上記のように、冷却回路２０を設計するステップにおいて、複数の感度に基づいて、冷却回路２０を設計する。これにより、複数の設計パラメータの各々に適した感度を用いて冷却回路２０を設計することができるので、冷却効果が得られる冷却回路２０を容易に設計することができる。

　（変形例）
　なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

　たとえば、上記実施形態では、体積発熱感度に基づいて冷却回路の初期位置を決定する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、体積発熱感度以外の感度に基づいて、冷却回路の初期位置を決定してもよい。

　また、上記実施形態では、冷却回路の初期位置をプログラムにより自動で決定する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ユーザが任意の初期位置の冷却回路を設定してもよい。

　また、上記実施形態では、位置感度に基づいて冷却回路を移動させる構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、位置感度以外の感度に基づいて、冷却回路を移動させてもよい。

　また、上記実施形態では、冷却回路要素を配置する配置領域を面状（二次元的）に設定する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、配置領域を立体形状（三次元的）に設定してもよいし、線状（一次元的）に設定してもよい。

　また、上記実施形態では、設計目標として金型の型部分の表面温度が均一な状態となることを設定する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、設計目標として、金型の温度が所定の温度以下（所定の温度以上）となるように設定してもよい。

　また、上記実施形態では、金型に１つの冷却回路が設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、金型に複数の冷却回路を設けてもよい。この場合、複数の冷却回路の互いの影響を考慮して、複数の冷却回路を並行して設計することが好ましい。

　また、上記実施形態では、金型の機械的強度を評価する処理を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、金型の機械的強度を評価する処理を行わなくてもよい。

　また、上記実施形態では、説明の便宜上、コンピュータの処理動作を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、コンピュータの処理動作を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

　１　コンピュータ
　３ａ　プログラム
　７　記録媒体
　１０　金型
　１６ａ～１６ｈ　配置領域
　２０　冷却回路
　２１　冷却回路入口（冷却回路要素）
　２２　冷却回路出口（冷却回路要素）
　２３　冷却回路要素

Claims (12)

1. 　金型に設ける冷却回路の設計方法であって、
   　設計目標値に基づく目的関数の値を所定の値にする冷却回路の設計パラメータの改善の方向性を示す指標となる感度を取得するステップと、
   　取得した前記設計パラメータの感度に基づいて、冷却回路を設計するステップと、を備える、冷却回路の設計方法。
2. 　前記冷却回路を設計するステップにおいて、前記設計パラメータの感度分布に基づいて、冷却回路案を生成する、請求項１に記載の冷却回路の設計方法。
3. 　前記冷却回路を設計するステップは、冷却回路設定不可領域を決定するステップと、前記設計パラメータの感度に基づいて、前記冷却回路設定不可領域を避けて冷却回路の配置を決定するステップとを含む、請求項１または２に記載の冷却回路の設計方法。
4. 　前記冷却回路を設計するステップは、冷却回路を複数の冷却回路要素に分割するステップと、前記設計パラメータの感度に基づいて、各冷却回路要素の配置を決定するステップとを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の冷却回路の設計方法。
5. 　前記冷却回路を設計するステップは、金型領域内の体積あたりの発熱の感度である体積発熱感度に基づいて、各冷却回路要素の初期位置を決定するステップを含む、請求項４に記載の冷却回路の設計方法。
6. 　前記各冷却回路要素の初期位置を決定するステップは、金型領域内を複数の配置領域に分割するステップと、前記体積発熱感度に基づいて、各配置領域に冷却回路要素を配置するステップと、配置された冷却回路要素間を接続するステップとを有する、請求項５に記載の冷却回路の設計方法。
7. 　前記各冷却回路要素の初期位置を決定するステップは、前記体積発熱感度に基づいて、冷却要求が大きい配置領域に配置する冷却回路要素の数が、冷却要求が小さい配置領域に配置する冷却回路要素の数よりも多くなるように、配置領域に配置する冷却回路要素の数を決定するステップを有する、請求項６に記載の冷却回路の設計方法。
8. 　前記冷却回路を設計するステップは、冷却回路要素の位置の感度である位置感度に基づいて、各冷却回路要素の位置を移動させるステップを含む、請求項４～７のいずれか１項に記載の冷却回路の設計方法。
9. 　前記冷却回路を設計するステップは、前記位置感度に所定の係数を乗じて、各冷却回路要素の移動量を決定するステップを含む、請求項８に記載の冷却回路の設計方法。
10. 　前記冷却回路を設計するステップにおいて、複数の感度に基づいて、冷却回路を設計する、請求項１～９のいずれか１項に記載の冷却回路の設計方法。
11. 　請求項１～１０のいずれか１項に記載された冷却回路の設計方法をコンピュータに実行させる、プログラム。
12. 　請求項１１に記載のプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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