特開 2024-85107 構造物の製造方法、構造物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024085107

(43)【公開日】2024-06-26

(54)【発明の名称】構造物の製造方法、構造物

(51)【国際特許分類】

   B22F 5/10 20060101AFI20240619BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20240619BHJP

   B22F 10/38 20210101ALI20240619BHJP

   H05B 6/42 20060101ALI20240619BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240619BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240619BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20240619BHJP

【ＦＩ】

B22F5/10

B22F10/28

B22F10/38

H05B6/42

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y80/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022199457

(22)【出願日】2022-12-14

(71)【出願人】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】孫 岳

(72)【発明者】

【氏名】大塚 篤

(72)【発明者】

【氏名】松久 浩一郎

【テーマコード（参考）】

3K059

4K018

【Ｆターム（参考）】

3K059AA09

3K059AA10

3K059AD03

3K059CD48

3K059CD52

3K059CD72

4K018HA01

4K018KA32

(57)【要約】

【課題】冷却効率に優れた構造物を実現するのに有効な技術を提供する。
【解決手段】冷媒が流れる冷却管路１１と、冷却管路１１の内面に設けられた突起物１３と、を備える構造物１０の製造方法は、冷却管路の平均温度と最高温度の和を目的関数とし、目的関数の値が最小値となるように突起物１３の構造にかかる突起物構造パラメータを最適化する最適化工程Ｓ１～Ｓ６と、最適化工程Ｓ１～Ｓ６で最適化した突起物構造パラメータに基づいて金属付加製造装置により構造物１０を造形する造形工程Ｓ７と、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒が流れる冷却管路と、前記冷却管路の内面に設けられた突起物と、を備える構造物の製造方法であって、
前記冷却管路の平均温度と最高温度の和を目的関数とし、前記目的関数の値が最小値となるように前記突起物の構造にかかる突起物構造パラメータを最適化する最適化工程と、
前記最適化工程で前記突起物構造パラメータを最適化してなる形状モデルに基づいて、金属付加製造装置により前記構造物を造形する造形工程と、
を有する、構造物の製造方法。

【請求項2】

前記構造物は、高周波加熱用のコイルである、請求項１に記載の、構造物の製造方法。

【請求項3】

前記構造物は、前記冷却管路が環状をなし環内空間に被加熱体を挿入可能に構成される、請求項２に記載の、構造物の製造方法。

【請求項4】

前記構造物は、コイル外面を加熱面として前記冷却管路が被加熱体の被加熱面に沿って延びるように構成される、請求項２に記載の、構造物の製造方法。

【請求項5】

前記冷却管路は、複数の内面を有し、前記突起物は、前記最適化工程によって前記冷却管路の前記複数の内面のうちの内径側内面のみに前記冷却管路の中間地点よりも下流側の数が上流側の数を上回るように設けられる、請求項２に記載の、構造物の製造方法。

【請求項6】

前記突起物は、前記最適化工程によって前記冷却管路の軸方向の間隙を隔てて対向する一対配置とされ、且つ、一対の前記突起物と周方向に隣り合う別の一対の前記突起物との位置が前記軸方向にずれるように設けられる、請求項２に記載の、構造物の製造方法。

【請求項7】

一対の前記突起物は、互いに対向する対向面の間隔が前記冷却管路の下流側に向かうにつれて漸増するように開いた向きで配置される、請求項６に記載の、構造物の製造方法。

【請求項8】

一対の前記突起物は、前記冷却管路の流通空間の前記軸方向の中央を前記周方向に延びるように形成される周方向基準線が前記間隙に位置するように配置される、請求項６に記載の、構造物の製造方法。

【請求項9】

前記突起物構造パラメータは、前記突起物の数、形状、位置、向きの少なくとも１つである、請求項１～８のいずれか一項に記載の、構造物の製造方法。

【請求項10】

冷媒が流れる冷却管路と、前記冷却管路の内面に設けられた突起物と、を備える構造物あって、高周波加熱用のコイルとして構成されており、
前記冷却管路は、複数の内面を有し、前記突起物は、前記冷却管路の前記複数の内面のうちの内径側内面のみに前記冷却管路の中間地点よりも下流側の数が上流側の数を上回るように設けられている、構造物。

【請求項11】

前記構造物は、前記冷却管路が環状をなし環内空間に被加熱体を挿入可能に構成されている、請求項１０に記載の構造物。

【請求項12】

前記構造物は、コイル外面を加熱面として前記冷却管路が被加熱体の被加熱面に沿って延びるように構成されている、請求項１０に記載の構造物。

【請求項13】

前記突起物は、前記冷却管路の軸方向の間隙を隔てて対向する一対配置とされ、且つ、一対の前記突起物と周方向に隣り合う別の一対の前記突起物との位置が前記軸方向にずれるように設けられている、請求項１０に記載の構造物。

【請求項14】

一対の前記突起物は、互いに対向する対向面の間隔が前記冷却管路の下流側に向かうにつれて漸増するように開いた向きで配置されている、請求項１３に記載の構造物。

【請求項15】

一対の前記突起物は、前記冷却管路の流通空間の前記軸方向の中央を前記周方向に延びるように形成される周方向基準線が前記間隙に位置するように配置されている、請求項１３に記載の構造物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、構造物に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、高周波加熱コイル（以下、単に「コイル」という。）が開示されている。コイルは、対象物に形成された穴部に挿入された状態で使用され、誘電加熱によりこの対象物を加熱する。このコイルを構成するパイプの冷却管路には複数の凸部が設けられている。凸部は、周方向に沿って均一に形成された三角錐状の突起物であり、コイルの強度を高めるとともに、パイプと冷媒との接触面積を増やしてコイルの冷却効率を高めることを目的としたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－２２００６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記構成のコイルは、パイプの冷却管路に設けられている突起物が冷媒の流量低下を生じさせる要因になる。このため、冷却管路に単に突起物を設けて冷媒との接触面積を増やしたとしても、単純に冷媒による冷却効率を最大化できるとは限らない。すなわち、突起物が冷却管路の流れを複雑化させるため温度ムラが生じ易く、冷媒入口から冷媒出口までの間で局所的に高温となる箇所が発生するおそれがある。例えば、コイルの冷媒出口側に高温部が局所的に形成されると、冷媒入口側の冷却効果に比べて冷媒出口側の冷却効果が大幅に下がることになり、コイル全体を冷却する効果が制限されることになる。このような問題は、コイルのような構造物のみならず、冷却管路を有する同種の構造物においても同様に生じ得る。

【0005】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、冷却効率に優れた構造物を実現するのに有効な技術を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、
冷媒が流れる冷却管路と、前記冷却管路の内面に設けられた突起物と、を備える構造物の製造方法であって、
前記冷却管路の平均温度と最高温度の和を目的関数とし、前記目的関数の値が最小値となるように前記突起物の構造にかかる突起物構造パラメータを最適化する最適化工程と、
前記最適化工程で前記突起物構造パラメータを最適化してなる最適化形状に基づいて、金属付加製造装置により前記構造物を造形する造形工程と、
を有する、構造物の製造方法、
にある。

【発明の効果】

【0007】

上述の態様の製造方法では、先ず、最適化工程を実行する。この最適化工程によれば、冷却管路の平均温度と最高温度の和である目的関数の値が最小値となるように突起物構造パラメータが最適化される。ここで、冷却管路の平均温度は、構造物に対する冷却性能が高いか否かを表す指標となる。また、冷却管路の最高温度は、冷却管路の局所的な高温状態を解消できるか否かを表す指標となる。このため、冷却管路の平均温度と最高温度の和を小さく抑えることができれば、構造物の全体にわたる冷却効率を高めるのに有効である。そこで、冷却管路の平均温度と最高温度の和である目的関数の値が最小値となるように突起物構造パラメータを最適化する。これにより、構造物の形状を冷却効率の高い最適化形状とすることができる。そして、最適化工程に引き続いて造形工程を実行することによって、冷却効率の高い構造物を実際に造形することができる。

【0008】

以上のごとく、上述の各態様によれば、冷却効率に優れた構造物を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態１の構造物の基本構成を示す斜視図。

【図2】図１のII-II線矢視断面図。

【図3】実施形態１の金属付加製造装置の構成を示す図。

【図4】図３中の最適形状設計装置のブロック図。

【図5】実施形態１の製造方法のフローチャート。

【図6】図５中の最適化工程で最適化された構造物の断面図。

【図7】図６の構造物の突起物を径方向外方からみた図。

【図8】図６の構造物の変更例について図７に対応した図。

【図9】実施形態２の構造物について図２に対応した断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、上述の態様の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

【0011】

なお、本形態を説明するための図面では、特にことわらない限り、構造物の環状部の径方向をＸ方向とし、環状部の軸方向をＹ方向とし、環状部の周方向をＺ方向とする。

【0012】

（実施形態１）
１．構造物１０の基本構成
図１に示されるように、実施形態１の構造物１０は、冷媒が流れる冷却管路１１を有するコイルである。特に、本形態の構造物１０は、冷却管路１１が環状をなし環内空間２０に、円柱形状の被加熱体Ｗを挿入可能に構成された高周波加熱用のコイルとして形成されている。構造物１０には、誘導加熱電源（図示省略）より送られる高周波の交流電流が流れる。そして、構造物１０に交流電流が流れると、環内空間２０に挿入された被加熱体Ｗの周りに磁界が発生し、このときに生じる電磁場が被加熱体Ｗの内部に渦電流を誘導する。これより、構造物１０と被加熱体Ｗとの物理的な接触なしに、被加熱体Ｗを誘導加熱することができる。

【0013】

構造物１０の冷却管路１１には、２つの接続管路１４，１５が接続されている。冷却管路１１内の流通空間１２には、構造物１０を冷却するための冷媒が流れる。この冷媒は、接続管路１４側の流入口１２ａを通じて流通空間１２に流入したのち、この流通空間１２から接続管路１５側の流出口１２ｂを通じて流出する。

【0014】

図２に示されるように、構造物１０の冷却管路１１は、複数の内面（図２では４つの内面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）を有し、これら複数の内面によって流通空間１２が区画されている。内面１１ａは、複数の内面のうちの内径側内面であり、内面１１ｂは、複数の内面のうちの外径側内面である。内面１１ｃ，１１ｄは、複数の内面のうちの軸方向内面である。冷却管路１１のうち内周壁面１１ｅを含む対向部Ｈは、被加熱体Ｗに対向する部位である。この対向部Ｈは、冷却管路１１の中で最も高温となる高温部である。その理由として、最も内側の部位である対向部Ｈに交流電流が流れ易いこと、内周壁面１１ｅが被加熱体Ｗの加熱時の熱輻射の影響を受け易いこと、などが挙げられる。

【0015】

図２に示されるように、冷却管路１１の内面１１ａのみに複数の突起物１３が設けられている。本形態では、一対の突起物１３が冷却管路１１の内面１１ａにＹ方向に並置して設けられている。冷却管路１１の内面１１ａに突起物１３を設けることにより、突起物１３の無い場合に比べて構造物１０の強度を高めることができる。

【0016】

２．金属付加製造装置１０１の構成
図３に示される金属付加製造装置（以下、単に「製造装置」という。）１０１は、上記構成の構造物１０を製造するためのものである。本形態では、製造装置１０１として粉末床溶融結合方式を採用する場合について例示している。この製造装置１０１は、層状に積層配置された材料粉末としての金属粉末Ｓに、金属粉末Ｓを溶融することができる種々の光ビーム１４０ａの照射を繰り返すことによって、内部空間を有する構造物１０を製造する装置である。このときの内部空間が冷媒の流通空間１２となる。なお、粉末床溶融結合方式に代えて、ＬＭＤ方式やＤＭＰ方式を含む指向性エネルギー堆積方式を採用することも可能である。

【0017】

製造装置１０１は、チャンバ１１０、支持装置１２０、粉末供給装置１３０、光ビーム照射装置１４０、加熱装置１５０及び制御装置１６０を備えている。

【0018】

チャンバ１１０は、内部の空気を、例えば、Ｈｅ（ヘリウム）やＮ_２（窒素）、Ａｒ（アルゴン）等の不活性ガスに置換可能に構成されている。支持装置１２０は、付加製造物である構造物１０を支持するためのものであり、付加製造用容器１２１、昇降テーブル１２２及びベース１２３を備えている。昇降テーブル１２２には、ベース１２３を介して構造物１０を加熱するための加熱装置１５０が内蔵されている。加熱装置１５０は、各種のヒータによって構成されており、光ビーム１４０ａのように金属粉末Ｓを溶融させることがない。粉末供給装置１３０は、金属粉末Ｓを付加製造用容器１２１に運搬するためのものであり、粉末収納容器１３１、供給テーブル１３２及びリコータ１３３を備えている。

【0019】

光ビーム照射装置１４０は、リコートされた金属粉末Ｓに光ビーム１４０ａを照射することにより、金属粉末Ｓを融点以上の温度に加熱する。これにより、金属粉末Ｓは溶融してその後凝固し（又は焼結し）、一体化された層からなる構造物１０が付加製造される。光ビーム照射装置１４０は、レーザ発振器１４１と、レーザヘッド１４２と、レーザ発振器１４１から発振された光ビーム１４０ａ（例えば、近赤外レーザ光）をレーザヘッド１４２に伝送する光ファイバ１４３と、を備えている。光ビーム照射装置１４０によれば、予め設定されたプログラムに従って、光ビーム１４０ａの照射位置を移動することにより、三次元の構造物１０を付加製造することができる。

【0020】

制御装置１６０は、製造装置１０１の作動を統括的に制御するためのものである。この制御装置１６０は、後述する最適形状設計装置１７０と通信可能に接続されている。この制御装置１６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース等を主要構成部品とするマイクロコンピュータによって構成されている。

【0021】

なお、上記の製造装置１０１は、既知のものであり、その更なる詳細な構成や機能については、例えば、特開２０２２－７４５６４号公報に記載の「付加製造装置１」の説明が参照される。

【0022】

３．最適形状設計装置１７０の構成
最適形状設計装置１７０は、後述の「最適化工程」を実行するための装置である。図４に示されるように、この最適形状設計装置１７０は、初期モデル設定部１７１と、最適化処理部１７２と、判定部１７３と、を少なくとも備えている。この最適形状設計装置１７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース等を主要構成部品とするマイクロコンピュータによって構成されている。

【0023】

初期モデル設定部１７１は、構造物１０の初期モデルを設定するためのものである。最適化処理部１７２は、初期モデル設定部１７１で設定した初期モデルについて、突起物１３の構造にかかる突起物構造パラメータＰを最適化する機能を有する。この機能を実現するために、最適化処理部１７２は既知の熱流動解析プログラムを搭載している。

【0024】

本形態では、冷却管路１１の平均温度Ｔａと最高温度Ｔｂの和を目的関数ｆ（Ｔａ，Ｔｂ）としている。平均温度Ｔａ及び最高温度Ｔｂはいずれも、冷却管路１１全体を複数のメッシュに分割して、熱流動解析プログラムによる熱流動解析を実行することで導出される。このとき、平均温度Ｔａは、冷却管路１１全体の複数のメッシュの温度の平均値とされる。また、最高温度Ｔｂは、冷却管路１１全体の複数のメッシュの温度を比較したときの最も高い値とされる。

【0025】

なお、上述の説明では、冷却管路１１全体を複数のメッシュに分割して熱流動解析を実行するようにしているが、例えば、冷却管路１１のうちの高温部（図２中の「対向部Ｈ」を参照）に対象を絞り、この高温部のみを複数のメッシュに分割して熱流動解析を実行するようにしても良い。すなわち、目的関数ｆ（Ｔａ，Ｔｂ）の対象は、冷却管路１１の全体であっても良いし、或いは冷却管路１１の一部であっても良い。

【0026】

突起物構造パラメータＰは、熱流動解析前に予め選定される。この突起物構造パラメータＰとして、例えば、突起物１３の数、形状（幅、長さ、高さなどを含む）、位置、向きのうちの少なくも１つのパラメータを採用することができる。なお、突起物１３の構造を特定することができれば、必要に応じて、これらのパラメータ以外のものを突起物構造パラメータＰとしても良い。

【0027】

最適化処理部１７２は、選定した突起物構造パラメータＰの条件を初期状態に設定した状態で、熱流動解析を実行する。また、この最適化処理部１７２は、判定部１７３の判定結果に応じて、突起物構造パラメータＰの条件を初期状態から変更して、熱流動解析を再度実行する。すなわち、この最適化処理部１７２は、判定部１７３の判定結果が満足するものとなるまで、突起物構造パラメータＰの条件を変更して熱流動解析を繰り返す。

【0028】

判定部１７３は、最適化処理部１７２の処理結果として作成された形状モデルが、設定された目標値を満たすか否かを、具体的には目的関数ｆ（Ｔａ，Ｔｂ）の演算値Ｔｃが最小値であるか否かを判定する。演算値Ｔｃが最小値であるか否かの判定は、例えば、突起物構造パラメータＰの条件を変更したときに導出される複数の演算値Ｔｃを比較することで行う。この場合、複数の演算値Ｔｃの中で相対的に最も小さい値が最小値となる。

【0029】

なお、このような判定方法に代えて、別の判定方向を採用することもできる。例えば、目的とする最小値としての固定値（閾値）を予め設定しておく。そして、演算値Ｔｃがこの固定値に達したか或いはこの固定値を下回ったことを条件に、演算値Ｔｃが最小値であると判定する。

【0030】

判定部１７３は、最適化処理部１７２で作成された形状モデルが目標値を満たすと判定したときに、当該モデルが構造物１０の最適化形状モデルとする。この最適化形状モデルは、突起物構造パラメータを最適化してなる形状モデルである。一方で、この判定部１７３は、最適化処理部１７２で作成された形状モデルが目標値を満たしていないと判定したときに、当該モデルが構造物１０の最適化形状モデルでないとし、最適化処理部１７２で突起物構造パラメータＰの条件を変更して熱流動解析を再度実行することを促す。そして、判定部１７３は、最適化形状モデルに基づいて前記構成の製造装置１０１により構造物１０を造形することを促す。

【0031】

そして、判定部１７３の判定結果として得られた最適化形状モデルに基づいて、前記構成の製造装置１０１により構造物１０が造形される。

【0032】

４．構造物１０の製造方法
本形態の、構造物１０の製造方法は、図５のステップＳ１からステップＳ７までの各ステップを順次実行することによって達成される。なお、これらのステップに対して、必要に応じて１または複数のステップが追加されてもよいし、或いは複数のステップが適宜に統合されてもよい。

【0033】

ステップＳ１からステップＳ６までに対応した工程は、冷却管路１１の平均温度Ｔａと最高温度Ｔｂの和を目的関数ｆとし、この目的関数ｆの値が最小値となるように突起物構造パラメータＰを最適化する最適化工程である。この最適化工程は、前記の最適形状設計装置１７０によって実行される。

【0034】

ステップＳ１によれば、初期モデル設定部１７１において構造物１０の初期モデルが設定される。本形態では、構造物１０の冷却管路１１の内面に突起物１３を備える形状が初期モデルとされる。ステップＳ２は、ステップＳ１に引き続いて実行される。このステップＳ２によれば、最適化処理部１７２において目的関数ｆが設定される。本形態では、目的関数ｆとして、冷却管路１１の平均温度Ｔａと最高温度Ｔｂの和を採用している。ステップＳ３は、ステップＳ２に引き続いて、或いはステップＳ２と並行して、或いはステップＳ２の前に実行される。このステップＳ３によれば、最適化処理部１７２において突起物構造パラメータＰが適宜に選定される。

【0035】

ステップＳ４は、ステップＳ３に引き続いて実行される。このステップＳ４によれば、最適化処理部１７２において、ステップＳ３で選定した突起物構造パラメータＰの条件が初期状態に設定される。ステップＳ５は、ステップＳ４に引き続いて実行される。このステップＳ５によれば、最適化処理部１７２において、ステップＳ４で突起物構造パラメータＰの条件が初期状態に設定されたときの熱流動解析が実行される。

【0036】

なお、熱流動解析を行う場合には、例えば、構造物１０で生じる電磁場についての情報、冷却管路１１の内周壁面１１ｅの温度、冷媒の入口温度、冷媒の出口温度、冷媒流量、冷媒の物性値などを用いるのが好ましい。

【0037】

ステップＳ６は、ステップＳ５に引き続いて実行される。このステップＳ６によれば、判定部１７３において、目的関数ｆの値が最小であるか否かが判定される。目的関数ｆの値が最小である場合（ステップＳ６の「Ｙｅｓ」の場合）にステップＳ７にすすみ、そうでない場合（ステップＳ６の「Ｎｏ」の場合）にステップＳ４に戻る。このとき、ステップＳ４によれ、突起物構造パラメータＰの条件が初期状態から変更されて熱流動解析が再度実行される。

【0038】

ステップＳ７に対応した工程は、最適化工程で突起物構造パラメータＰを最適化してなる形状モデルに基づいて構造物１０を造形する造形工程である。この造形工程は、前記の製造装置１０１によって実行される。ステップＳ７によれば、最適形状の構造物１０を製造することができる。

【0039】

次に、図５中の最適化工程で最適化された構造物の構成を、図６～図８を参照しつつ説明する。

【0040】

図６に示される構造物１０では、前記最適化工程によって、冷却管路１１の内径側内面１１ａのみに複数の突起物１３が設けられている。冷却管路１１の内部には、Ｚ１方向の冷媒流れが形成される。

【0041】

５．突起物構造パラメータＰの具体例
本例では、突起物構造パラメータＰが、「突起物１３の数」、「突起物１３の位置」、「突起物１３の向き」である場合について説明する。突起物１３の数を、後述のように「２６」としている。突起物１３の位置の条件として、後述のように「周方向位置（Ｚ方向の位置）」、及び「軸方向位置（Ｙ方向の位置）」を採用している。突起物１３の向きの条件として、後述のように「突起物１３を径方向外方からみたときの向き」を採用している。なお、突起物構造パラメータＰとして「突起物１３の形状（例えば、突起物１３の立設高さなど）」を採用することもできる。

【0042】

複数の突起物１３は、一対の突起物１３Ａと、一対の突起物１３Ｂと、一対の突起物１３Ｃと、一対の突起物１３Ｄと、一対の突起物１３Ｅと、一対の突起物１３Ｆと、一対の突起物１３Ｇと、によって構成されている。したがって、突起物１３の数が「２６」とされている。

【0043】

突起物１３Ａは、内径側内面１１ａを径方向基準線Ｌに相当する位置から時計まわり方向に角度ａだけ移動した位置に設けられている。突起物１３Ｂは、内径側内面１１ａを突起物１３Ａに相当する位置から時計まわり方向に角度ｂだけ移動した位置に設けられている。突起物１３Ｃは、内径側内面１１ａを突起物１３Ｂに相当する位置から時計まわり方向に角度ｃだけ移動した位置に設けられている。突起物１３Ｄは、内径側内面１１ａを突起物１３Ｃに相当する位置から時計まわり方向に角度ｄだけ移動した位置に設けられている。突起物１３Ｅは、内径側内面１１ａを突起物１３Ｄに相当する位置から時計まわり方向に角度ｅだけ移動した位置に設けられている。突起物１３Ｆは、内径側内面１１ａを突起物１３Ｅに相当する位置から時計まわり方向に角度ｆだけ移動した位置に設けられている。突起物１３Ｇは、内径側内面１１ａを突起物１３Ｆに相当する位置から時計まわり方向に角度ｇだけ移動した位置に設けられている。

【0044】

６．制約条件の具体例
最適化工程における処理を極力簡易化するために、制約条件を設定するのが好ましい。本例では、冷却管路１１の内径側内面１１ａのみに内径側内面１１ａを設けること、全ての突起物１３の形状（幅、長さ、高さなどを含む）を同じにすること、突起物１３を一対単位で配置すること、各一対の突起物１３の間のＹ方向の間隔を同じにすること、各一対の突起物１３を周方向基準線Ｍ（図７を参照）に対して線対称に配置すること、各一対の突起物１３を概ね「ハの字」に配置すること、などを制約条件としている。周方向基準線Ｍは、冷却管路１１の流通空間１２のＹ方向の中央をＺ方向に延びるように形成される仮想線である。なお、制約条件の種類や数は本例のものに限定されるものではなく、必要に応じて、制約条件の種類や数を適宜に変更することができる。

【0045】

７．突起物構造パラメータＰの最適化の具体例
７－１．突起物１３の周方向位置の最適化
複数の突起物１３は、前記最適化工程によって、その周方向位置が最適化されている。具体的には、図６に示されるように、冷却管路１１の内径側内面１１ａのみに冷却管路１１の中間地点１１ｆよりも下流側の数が上流側の数を上回るように突起物１３が設けられている。すなわち、第６突起物１３Ｆを除いて突起物１３の数をカウントすると、冷却管路１１の中間地点１１ｆよりも下流側の突起物１３の数が１０つであり、中間地点１１ｆよりも上流側の突起物１３の数が２つである。

【0046】

このように、突起物１３の周方向位置の最適化によって、冷却管路１１の中間地点１１ｆよりも下流側に突起物１３を集中させると、冷却管路１１の下流側で冷媒の乱流を増大させる効果が得られる。冷却管路１１の内周壁面１１ｅの温度は流出口１２ｂに近いほど高くなるため、冷却管路１１の下流側で乱流を増大させることで、冷却管路１１の冷却効果を高めるのに有効である。

【0047】

ここで、突起物１３の周方向位置を最適化する過程の一例について、図６を用いて説明する。先ず、初期状態の角度条件として、角度ａ～ｇをいずれも「４５°」に設定しておく。そして、初期状態での演算値Ｔｃを導出する。その後、角度ａ～ｇのうちの少なくとも１つについての角度条件を、予め設定された最適化アルゴリズムにしたがって変更しながら、或いはランダムに変更しながら、そのときの演算値Ｔｃの導出を繰り返す。そして、導出した複数の演算値Ｔｃの中で最小の演算値Ｔｃに対応した角度条件を最適な条件とする。

【0048】

７－２．突起物１３の軸方向位置の最適化
複数の突起物１３は、前記最適化工程によって、軸方向位置が最適化されている。具体的には、図７に示されるように、突起物１３は、軸方向であるＹ方向の間隙１３ａを隔てて対向するように一対配置されている。そして、一対の突起物１３Ｂは、一対の突起物１３Ｃに対してＹ方向の右寄りにずれている。同様に、一対の突起物１３Ａは、一対の突起物１３Ｂに対してＹ方向の左寄りにずれている。

【0049】

このように、突起物１３の軸方向位置の最適化によって、一対の突起物１３とＺ方向に隣り合う別の一対の突起物１３との位置をＹ方向である軸方向にずらすと、冷媒との干渉によって、冷却管路１１の内部を径方向外方からみたときに冷媒が流通空間１２を蛇行して流れるようにすることができる。これにより、冷媒の乱流を増大させることができ、冷却管路１１の冷却効果が更に高まる。

【0050】

また、図７に示されるように、各一対の突起物１３は、仮想線である周方向基準線Ｍが間隙１３ａに位置するように配置されている。すなわち、冷却管路１１を径方向外方からみたとき、流通空間１２のＹ方向の中央が各一対の突起物１３の間に位置するようになっている。これにより、一対の突起物１３の間の間隙１３ａに直線状の第１の冷媒流れＦａが形成され、しかも、第１の冷媒流れＦａが周方向基準線Ｍに沿って冷却管路１１の全周に連続的に形成される。このとき、相対的に流速が高い第１冷媒流れＦａを周方向基準線Ｍに沿って連続して形成させることにより、冷却管路１１の流通空間１２において冷媒流量が低下するのを抑制するのに効果がある。このため、前記最適化工程では、冷却管路１１を径方向外方からみたとき、各一対の突起物１３の間隙１３ａの位置が流通空間１２のＹ方向の中央（周方向基準線Ｍ）から外れないように、周方向基準線Ｍに対するＹ方向のずれ量（「ピッチ」、或いは「オフセット」ともいう。）を設定するのが好ましい。

【0051】

７－３．突起物１３の向きの最適化
構造物１０の複数の突起物１３は、前記最適化工程によって、突起物１３の向きが最適化されている。具体的には、図７に示されるように、複数の突起物１３は、同一形状の四角柱であり、径方向外方からみたときの形状がいずれも略長方形をなすように構成されている。そして、各一対の突起物１３は、互いに対向する対向面の間隔が冷却管路１１の下流側に向かうにつれて漸増するように開いた向きで配置されている。すなわち、各一対の突起物１３は、概ね「ハの字」の配置とされている。

【0052】

このように、突起物１３の向きの最適化によって、一対の突起物１３を下流側が開くような向きで配置すると、図７に示されるように、第１の冷媒流れＦａに加えて、各突起物１３のＹ方向の外側領域に外方に向かう第２の冷媒流れＦｂが形成される。このとき、第２の冷媒流れＦｂは、一対の突起物１３を下流側が開くような向きで配置しており、冷媒が各突起物１３の外側の斜面に干渉することが要因で形成される。これにより、冷媒の乱流を増大させることができ、冷却管路１１の冷却効果が更に高めるのに効果がある。

【0053】

本例において、各一対の突起物１３は、前述の制約条件によって、各突起物１３Ａと周方向基準線Ｍがなす角度αと、各突起物１３Ｂと周方向基準線Ｍがなす角度βと、各突起物１３Ｃと周方向基準線Ｍがなす角度γと、が同じ角度となるように配置されている。また、前述の制約条件によって、複数の突起物１３が同一形状の四角柱とされている。

【0054】

なお、突起物１３の形状は、四角柱に限定されるものではなく、必要に応じて各種の形状を採用することができる。例えば、図８に示されるように、各突起物１３を径方向外方からみたときの形状を略三角形としてもよい。また、突起物１３のその他の形状として、円錐や角錐などの形状を採用してもよい。さらに、各一対の突起物１３の配置や向きは、図６及び図７に示されるものに限定されるものではない。

【0055】

８．制約条件の解除
なお、前述の制約条件の全部或いは一部を必要に応じて解除することもできる。例えば、複数の突起物１３のうちの少なくとも１つを別形状にしたり、突起物１３を一つ単位で配置したり、各一対の突起物１３の間のＹ方向の間隔を異ならせたり、各一対の突起物１３を「ハの字」の配置と別配置にしたり、各突起物１３Ａの角度αと、各突起物１３Ｂの角度βと、各突起物１３Ｃの角度γのそれぞれを個別に設定したり、突起物１３を冷却管路１１の内径側内面１１ａと外径側内面１１ｂの両方に設けたりしても良い。

【0056】

９．作用効果
上述の実施形態１によれば、以下のような作用効果が得られる。

【0057】

実施形態１の製造方法では、先ず、最適化工程を実行する。この最適化工程によれば、冷却管路１１の平均温度Ｔａと最高温度Ｔｂの和である目的関数ｆの値（演算値Ｔｃ）が最小値となるように突起物構造パラメータＰが最適化される。ここで、冷却管路１１の平均温度Ｔａは、構造物１０に対する冷却性能が高いか否かを表す指標となる。また、冷却管路１１の最高温度Ｔｂは、冷却管路１１の局所的な高温状態を解消できるか否かを表す指標となる。このため、冷却管路１１の平均温度Ｔａと最高温度Ｔｂの和を小さく抑えることができれば、構造物１０の全体にわたる冷却効率を高めるのに有効である。そこで、演算値Ｔｃの値が最小値となるように突起物構造パラメータＰを最適化する。これにより、構造物１０の形状を冷却効率の高い最適化形状とすることができる。そして、最適化工程に引き続いて造形工程を実行することによって、冷却効率の高い構造物１０を実際に造形することができる。

【0058】

以上のごとく、上述の実施形態１によれば、冷却効率に優れた構造物１０を実現することができる。

【0059】

また、構造物１０の冷却効率を向上させることによって、冷媒の温度を制御するための設備を小型化するとともに冷媒の使用量を削減することが可能になる。その結果、構造物１０の冷却にかかるコストを削減することができる。

【0060】

以下、上述の実施形態１に関連する他の実施形態について図面を参照しつつ説明する。他の実施形態において、実施形態１の要素と同一の要素には同一の符号を付しており、当該同一の要素についての説明は省略する。

【0061】

（実施形態２）
図９に示される構造物１０Ａは、実施形態１の構造物１０の変形例である。構造物１０Ａは、高周波加熱用のコイルである点で実施形態１と一致しているが、被加熱体Ｗが円筒形状である点と、冷却管路１１の外径側内面に複数の突起物１３が設けられている点で、実施形態１と相違している。

【0062】

被加熱体Ｗが円筒形状であるため、この被加熱体Ｗの加熱のためにその筒内空間Ｗａに構造物１０Ａを挿入する必要がある。そして、被加熱体Ｗに対向する対向部Ｈを高温部とするために、本形態では、電磁コア３０に構造物１０Ａを組み込んで一体化している。構造物１０Ａを単体で使用すると、最も内側の内周部に交流電流が流れ易く高温部になり易いが、構造物１０Ａを電磁コア３０と一体化することで高温部（即ち、交流電流が流れ易い部位）を内周部から外周部へと移動させることができる。また、本形態では、対向部Ｈの位置に合わせて、冷却管路１１の外径側内面に複数の突起物１３を設けるようにしている。

【0063】

その他は、実施形態１と同様である。

【0064】

実施形態２によれば、冷却効率に優れた構造物１０Ａを実現することができる。

【0065】

その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
１０．変形態様
本開示は、上述の形態に準拠して記述されているが、本開示は当該形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【0066】

上述の形態の構造物１０，１０Ａの形状は、被加熱体の形状との関係に応じて適宜に変更可能である。例えば、構造物１０Ａのように、構造物のコイル外面を加熱面とする場合には、被加熱体の形状に応じて構造物の形状を適宜に変更し、冷却管路１１が被加熱体の被加熱面に沿って延びるように構成するのが好ましい。典型的には、以下のような変更例を採用することができる。

【0067】

第１の変更例は、プレート状の被加熱体の片面を被加熱面とする例である。この場合、冷却管路１１が例えば環状のコイル或いは渦巻型平面巻きのコイルを形成するような構造物を採用することができる。この構造物をコイルの開口平面が被加熱体の被加熱面と概ね平行となるように近接させて配置する。すなわち、コイル軸線が被加熱面の法線方向に延びるように構造物を配置する。このとき、冷却管路１１は、突起物１３が被加熱体の被加熱面側に位置するように配置されるのが好ましい。これにより、この構造物をプレート状の被加熱体の加熱に適切に使用できる。

【0068】

第２の変更例は、凹凸部を有する不定形の被加熱体を加熱する例である。この場合、冷却管路１１が被加熱体の被加熱面の凹凸形状に倣って不規則的に延びるコイルを形成するような異形状の構造物を採用することができる。これにより、この構造物を不定形の被加熱体の加熱に適切に使用できる。

【0069】

上述の形態では、構造物１０，１０Ａの適用対象が高周波加熱用のコイルである場合について例示したが、これに代えて、金型や熱交換器を適用対象としても良い。

【符号の説明】

【0070】

１０，１０Ａ：構造物、 １１：冷却管路、 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ：内面、 １１ａ：内径側内面、 １１ｆ：中間地点、 １２：流通空間、 １３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆ，１３Ｇ：突起物、１３ａ：間隙、 ２０：環内空間、 ｆ（Ｔａ，Ｔｂ）：目的関数、 Ｍ：周方向基準線、 Ｔａ：平均温度、 Ｔｂ：最高温度、 Ｐ：突起物構造パラメータ、 Ｓ１～Ｓ６：最適化工程、 Ｓ７： 造形工程、 Ｗ：被加熱体 Ｙ：軸方向、 Ｚ：周方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】