JP6019135B2 - 充填剤および充填剤のシーリング構造の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、装置本体に形成した挿入孔とブッシュなどの挿入手段との隙間（シーリング空間）に注入充填する充填剤、充填剤のシーリング構造およびその製法に関する。

特許文献１には、冷却孔内に挿入したケーシング及び冷却孔内面の隙間に低融点金属より成る溶融金属材が充填固化されて伝熱層を形成する金型冷却構造及びその製造方法が開示されている。具体的には、ケーシングの外周面と冷却孔の内周面との間に、低融点合金（例えば、溶融半田材料）が流し込まれて、両者の間に空気層が介在しないようにしているとともに、低融点合金が冷えて固化することで冷却孔内にケーシングを固定するようにしている（段落番号〔００１２〕参照）。

特許文献２には、金型の溶湯冷却部位に挿通配置された先止まり状の外筒体及び内筒体により二重化構造に形成されて成る金型用溶湯冷却ピンが開示されている。具体的には、外筒体と内筒体との隙間に溶融金属が注入固化されている密着伝熱材を形成する金型用溶湯冷却ピンが開示されている（特許請求の範囲の請求項５参照）。

特許文献３には、伝熱部材の流出を防止して、金型の冷却効果の低下を防止することができる冷却ユニットが開示されている（「要約」の「課題」参照）。具体的には、冷却ブッシュの挿入に先立って、被冷却物の冷却孔内にサーモグリスなどの伝熱部材を充填しておいた場合にも、この伝熱部材が冷却孔から流出することを防止することができる（段落番号〔０００８〕参照）。

特許文献３では、伝熱部材が冷却ブッシュの外側面から連通部を通って冷却ブッシュの内側面に流出することを防止することができる。これにより、冷却ブッシュを被冷却物の冷却孔内に挿入する際に、外周溝により第１のシール部材が冷却ブッシュの軸線方向に移動してしまうことを防止する。第１のシール部材による密閉性を確保し、サーモグリスなどの伝熱部材を冷却孔から流出することを防止している（段落番号〔００１２〕参照）。なお、サーモグリスは耐熱グリスに銅やアルミニウムなどの金属粉末を混合した伝熱グリスである。

特開２００６−２８９３８２号公報 特開平９−２９４１６号公報 特開平２０１１−１０４６０４号公報

ところで、特許文献１のように、低融点金属をケーシングと冷却孔との隙間に流入し、固化させることで、冷却孔およびケーシングの密着性を向上させる技術が開示されている。
しかし、特許文献１では、例えば、ケーシングを交換などする際に、金型を低融点金属の融点以上の温度（６００度前後）に上げて低融点金属を取り出す作業が必要となる（段落番号〔００１９〕参照）。即ち、特許文献１では空気層が介在しないよう低融点金属を適量に固化させ、又は溶融させるのに労力を必要とし、使い勝手がよくない。

また、特許文献１において、金型の歪取りなどのメンテナンスを行う場合には、金型を加熱する際に低融点合金が溶けるので、ケーシング及び低融点合金の密着状態を阻害する可能性がある。そして、ケーシングが金型 (冷却孔の壁) へ固着する場合、低融点合金の収縮時における２次型割れ又はケーシングも破損する可能性があるので、上述した内膜としての機能を損なうことになる。

更に、特許文献２に係る密着伝熱材を形成する金型用溶湯冷却ピン及び特許文献３に係るサーモグリスで密閉する冷却ブッシュも、上述した特許文献１に挙げる課題を有する。 また、特許文献３に係る冷却ブッシュは、量産などする場合において、金型温度が耐熱グリスの耐熱温度以上になると、液化して洩れたりグリスの油分が気化して急膨張することも想定し得る。なお、グリスは、一般的に熱伝導が例えばステンレス鋼・鉄などより低い。

本発明の目的は、例えば、装置本体の挿入孔に挿入する挿入手段の熱伝導性を向上し得る充填剤、シーリング構造およびその製法を提供することにある。

本発明に係る充填剤は、液状のエポキシ樹脂と粉末状にした金属粉末と硬化剤との混合剤から成り、エポキシ樹脂が変成ポリアミンなどの硬化剤により硬化し、または、エポキシ樹脂が硬化剤により硬化するとともに、この硬化後の加熱によりエポキシ樹脂が炭化する。充填剤のうち金属粉末の含有比率は、８５−９５質量％とし、エポキシ樹脂の含有比率を１５−５質量％とする。変成ポリアミンなどの硬化剤については、エポキシ樹脂と金属粉末との混合物に対して３−１０質量％を含有させてもよい。充填剤は、エポキシ樹脂が硬化しない場合を考慮して、難燃剤を含有する。難燃剤としてはリン系難燃剤やハロゲン系難燃剤とする。難燃剤はエポキシ樹脂と金属粉末との混合物に対して０．５−１．０質量％を混合比（含有比）としてもよい。

上述の充填剤は、その金属粉末が例えば銅・亜鉛などの粉末で、その粒径を１μｍよりも径大とする。例えば金型などの場合において、上述した金属粉末は、その粒径を４μｍ−１００μｍまたは４μｍ−５０μｍとしてもよい。ここで、酸化燃焼し易い亜鉛粉末などの場合は、空気中の酸素を遮断するため、亜鉛粉末を液状のエポキシ樹脂中で混合し、亜鉛粉末の表面をエポキシ樹脂で覆う処理を行う。また、金属粉末は、例えば粒径４０μｍの粒子と粒径４μｍの粒子を混合としても良い。更に、金属粉末は、ステンレス鋼粉末、鉄粉末、銅粉末、亜鉛粉末など単種類の粉末であっても、これらを適宜に組み合せて混合して構成した混合粉末でも良い。

本発明に係る装置本体のシーリング構造は、装置本体に形成された挿入孔に挿入され、且つ外径が挿入孔と対応する直径のブッシュと、挿入孔の内周面とブッシュの外周面との間のシーリング空間に充填固着した状態の金属粉末、または充填固着した充填剤を加熱処理して熱伝達効率の向上のためエポキシ樹脂を炭化させた状態の金属粉末を備える。装置本体の概念は、金型やエンジンなどを含む。金型の概念は、例えば溶湯に直接接触する溶湯冷却ピン（従来例においては外筒体）などを含む。

本発明に係るシーリング構造の製造方法は、装置本体に形成された挿入孔へ充填剤を充填するシーリング構造の製造方法であって、挿入孔へ上述した充填剤を充填する充填工程と、外径が挿入孔と対応する直径を有するブッシュを挿入孔へ挿入するブッシュ挿入工程と、ブッシュを挿入孔へ所定量だけ押込み、充填剤を硬化させて密着させる密着工程とからなることを特徴とする。また、上述したシーリング構造の製造方法は、密着工程の後に続いて、更に上記装置本体を加熱処理してエポキシ樹脂を炭化させる加熱工程を具備している。
また、装置本体に形成され、底部に半球部を有する挿入孔に挿入され且つ外径が挿入孔に対応する直径を有し、先端に挿入孔の半球部に対応する半球部を形成したブッシュを有する。このブッシュは、挿入孔への装着完了後、ブッシュの軸心が挿入孔の軸心と同一となる有底筒状を成している。
また、ブッシュの外周面には、極細の金属線を糸状にして所定ピッチの螺旋状に巻回している。ブッシュを挿入孔に挿入した時、金属線がスペーサとして働き、ブッシュの外周面と挿入孔の内周面との間に形成されるシーリング空間が環状空間として均等幅に保持される。
〔発明の作用及び効果〕

本発明に係る充填剤では、金属粉末を含み常温下で液化しているので、充填作業時における取扱が容易である。また、本発明に係る充填剤では、硬化剤として変性ポリアミンが好ましく、変性ポリアミンは液状で且つエポキシ樹脂の粘度を低くして常温で硬化させる。更に、本発明に係る充填剤では、難燃剤として毒素を含まないリン系難燃剤が好ましく難燃剤はエポキシ樹脂が固化しない場合にエポキシ樹脂を燃え難くする。

本発明に係る充填剤では、銅・亜鉛などの金属粉末の粒径を１μｍよりも径大とする場合、例えば４０μｍの粒子と４μｍの粒子を混合することによって４０μｍ同士の粒子間を４μｍの粒子で埋め密状態とし得る。本発明に係るシーリング構造並びにその製造方法では、挿通孔内に注入される充填剤を、挿入手段で押上げて挿入手段及び挿通孔の隙間に埋め尽くすように充填( いわゆる「エアー抜き」と同義) するので、空気溜りを生じることが防止されると共に、熱伝導性が向上する。

本発明に係る装置本体のシーリング構造およびその製造方法では、挿入手段及び挿通孔の隙間に硬化または炭化した充填剤すなわち上記隙間の全面を覆う硬化または炭化したエポキシ樹脂と混合した金属粉末が、挿入手段及び挿通孔を仕切るので、介在物である硬化した充填剤または炭化した充填剤が挿入手段及び挿通孔を確実に分断する。即ち、本発明によれば、挿入手段及び挿通孔を金属粉末または炭化したエポキシ樹脂と混合された金属粉末で介在させているので、熱伝達効率が向上し、装置本体の温度調整が良好となる。
また、ブッシュの外周面の螺旋状の金属線により、ブッシュの外周面と冷却孔の内周面との間に形成されるシーリング空間が環状空間として均等幅に保持される。このため、冷却水の冷熱がブッシュからシーリング空間の充填剤を介して金型（装置本体）側に均等に伝わる。また、金属線は硬化時にはエポキジ樹脂と一体なり、加熱時には炭化物と一体となって金型（装置本体）への熱伝導に貢献する。

本発明に係る金型冷却シーリング構造の概要図である（実施例１）。 図１に示すブッシュと共に示す挿入孔の断面図である。 図２に示すブッシュをある位置までロックナットで締め込んでいる状態の断面図である。 図３に示すロックナットを所定量さらに締め込んだ装着完了状態の断面図である。 図１に示す金型冷却シーリング構造における昇温試験結果のグラフ図である。 ブッシュと共に示す挿入孔の断面図である（変形例）。

以下、本発明を実施するための形態について、具体化した一実施例を充填剤を用いてシーリングする充填剤のシーリング構造並びにその製造方法について説明する。

〔実施例１の構成〕
本発明に係る充填斉１は、液状のエポキシ樹脂と粉末状にされた金属粉末と硬化剤とを混合した混合剤から成り、液状のエボキシ樹脂が硬化剤によって硬化し、または液状のエボキシ樹脂が硬化剤によって硬化すると共にこの硬化後の加熱処理によってエポキシ樹脂が炭化する。このエポキシ樹脂は、芳香族エポキシ樹脂・脂肪族エポキシ樹脂・脂環式エポキシ樹脂などにおけるそれぞれの液状のエポキシ樹脂（以下、単に「液状エポキシ樹脂」ともいう）である。そして、これらの液状エポキシ樹脂は、例えばビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂またはビスフェノールＡＤ型液状エポキシ樹脂などが好ましく、これらより更に低粘度のビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂がより好ましい。

エポキシ樹脂は、低融点金属よりも硬化収縮率が低く、且つポリエステルよりも接着力が強い。ここで、低融点金属は、例えば亜鉛、スズ、鉛などである。また、エポキシ樹脂の硬化収縮率は０．１％であり、低融点金属（合金）たとえばハンダ等の硬化（凝固）収縮率１−２％程度であるので、エポキシ樹脂の方が低融点金属よりも硬化収縮率が低い。エポキシ樹脂の接着力は約２０ｍＰａ−４０ｍＰａであり、ポリエステル樹脂またはウレタン樹脂の接着力は約１０ｍＰａ−２０ｍＰａである。即ち、エポキシ樹脂は、接着力がウレタン樹脂などよりも約２倍ほど強い。

本発明に係る充填剤は、これらの液状エポキシ樹脂を主剤とすると共に、粉末状の金属粉末と液状または粉末状などの硬化剤とから成る。本発明において、液状のエポキシ樹脂は、金属粉末を繋ぐいわゆる接着剤として使用している。一方、金属粉末はサーモグリスよりも熱伝導率が高い、例えばステンレス鋼・鉄・亜鉛・銅などの粉末である。これらのなかでも、金属粉末は、例えば錆止めには亜鉛粉末が好ましく、または熱伝導を重視すれば銅粉末が好ましい。

一般的に亜鉛は、鉄よりも早くイオン化して酸化するので、その酸化被膜により錆の発生を防止する。即ち、亜鉛粉末は、上述したイオン化傾向より鉄・銅などへの防錆効果があり、熱伝導も鉄・ステンレス鋼などよりも良い。一方、酸化燃焼し易い亜鉛粉末などの場合は、空気中の酸素を遮断する必要がある。そのため、本発明では、亜鉛粉末を液状のエポキシ樹脂中で混合し、亜鉛粉末の表面をエポキシ樹脂で覆う処理を行う。なお、この混合処理する際、液状の硬化剤を併せて加えるようにしても良い。

なお、サーモグリスの熱伝導率は約８．２Ｗ／ｍ・Ｋであり、この熱伝導率よりも高い金属であるステンレス鋼（２４Ｗ／ｍ・Ｋ）・鉄（８４Ｗ／ｍ・Ｋ）・亜鉛（３８３Ｗ／ｍ・Ｋ）・銅（４０３Ｗ／ｍ・Ｋ）などの粉末が好ましい。また、液状エポキシ樹脂および金属粉末の質量比（含有比）は、実験結果より、金属粉末を８５−９５質量％以上とし、液状エポキシ樹脂を１５−５質量％以下とするが好ましい。

金属粉末は、その粒径を１μｍよりも径大とする。金型８０などの場合には、例えば後述する挿入孔およびブッシュの隙間（例えば０．１ｍｍ−０．５ｍｍ程度の間隔) を考慮し、金属粉末の粒径を４μｍ−１００μｍとするが好ましい。より好ましくは、実験結果より、金属粉末の粒径を４μｍ−５０μｍとすべきである。また、金属粉末は、例えば４０μｍの粒子と４μｍの粒子を混合することにより、４０μｍ同士の粒子間を４μｍの粒子で埋め密状態とする。更に、金属粉末は、ステンレス鋼・鉄・亜鉛・銅粉末など単一種類の粉末であっても、これらを適宜に組合せた複合体としてもよい。

本発明に係る硬剤は、変性ポリアミンが好ましく、変性ポリアミドアミン・変性脂肪
族ポリアミン・変性脂環式ポリアミンなどが含まれる。この変性ポリアミンは、液状となり、エポキシ樹脂の粘度を低くして常温で硬化させる。この硬化剤は、実験結果より、エポキシ樹脂及び金属粉末の混合物に対して３−１０質量％を含有するが好ましい。アミン系硬化剤によるエポキシ樹脂の硬化は、一級アミンの活性水素とエポキシ基が反応して二級アミンがエポキシ基と反応して進行する。

そして、この硬化物が橋架高分子になるためには、硬化剤は一分子中に活性水素が3 個以上必要で、アミノ基が２個以上必要である。即ち、エポキシ樹脂は、分子中にエポキシ基を２個以上持った化合物（主剤）と、分子中に活性水素（−ＮＨ₂ 、−ＮＨ、−ＣＯＮＨ−など）を２個以上持った化合物（硬化剤としてポリアミド、ポリアミンなど）とが付加反応重合して、立体構造（三次元編目状構造）を形成して硬化する。なお、アミンによる硬化速度は、アミンの種類・配合量・エポキシ樹脂の種類などによって異なる。

本発明に係る難燃剤は、主剤（液化エポキシ樹脂）が硬化しない場合にエポキシ樹脂を燃え難くするもので、リン系難燃剤またはハロゲン系難燃剤などが好ましい。また、液状または粉末状などの難燃剤は、実験結果より、液状エポキシ樹脂及び金属粉末の混合物に対して０．５−１．０質量％を含有することが好ましい。ここで、難燃剤は、ハロゲン系またはリン系などが挙げられる。毒素が含有されるハロゲン系には、更に臭素系・フッ素系・塩素系などが挙げられる。この臭素系では、ペンタブロモジフェニルエーテルなどが挙げられる。毒素がないリン系では、三酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の無機物の難燃剤などがより好ましい。

（充填剤を用いてシーリングするシーリング構造）
以下、図１乃至図４に基づいて、本発明の一実施例である充填剤を用いる金型冷却シーリング構造およびその製造方法について説明する。ここで、本実施例は、シーリング構造を金型冷却機構に適用する例である。図２に示すように、金型８０（装置本体に含まれる冷却対象物）は、鋳物を型造るキヤビティ面８１Ａと、このキヤビティ面８１Ａの反対面８１Ｂ（以下、「型面」ともいう）側に金型８０を冷却する冷却孔８２（挿入孔）を備える。

この冷却孔８２には、その上部にネジ部８３が形成されていると共に、このネジ部８３に連続して同一径の孔部８２Ａが形成されている。冷却孔８２の底部は、半球状の半球部８２Ｂとなっている。なお、冷却孔８２は、その孔径が後述するブッシュ１２と同一径といっても、ブッシュ１２の外半径と対応していると言うべきであり、ブッシュ１２を挿入できるように、若干だけ径大となっている。また、冷却孔８２の内周面には、開口する際に生じるツールマークなどの凹凸があり、ブッシュ１２との隙間１４（図１及び図４参照）が生じる。

（金型冷却機構の概略構成）
図１に示す金型冷却機構１０は、上述した冷却孔８２内に挿入するブッシュ１２と、この挿入手段であるブッシュ１２を冷却孔８２の所定位置で確実に位置決めするロックナット２２と、ブッシュ１２に接続される配管継手２４を備える。この配管継手２４及びブッシュ１２は、通水媒体である冷却媒体を連続的に供給し及び排出する通水経路（冷却回路と同義）の一部を構成する。

（ブッシュに関する構成）
図１乃至図４に示すように、ブッシュ１２は、その外形が冷却孔８２と同一形状となっている。このブッシュ１２は、冷却孔８２へ装着完了した後において、その軸心が冷却孔８２の軸心Ｐ（図２の一点鎖線参照）と同一の有底筒状である（図１及び図３参照) 。即ち、ブッシュ１２には、ストレート部１２Ａと、その基端側に開放口１２Ｂ（図３参照）が形成されている。

一方、図２に示すように、ブッシュ１２は、冷却孔８２の半球部８２Ｂに対応するように、その先端に半球部１２Ｃが形成されている。また、ブッシュ１２は、その軸方向長さが、孔部８２Ａ及び半球部８２Ｂの長さＬ１（図２の二点鎖線参照）よりも若干長くなっている。図３に示すように、ブッシュ１２は、その開放口１２Ｂに対して着脱可能に連結されるツバ部１８を備える。この場合、例えば図示しない密閉手段（ネジカラーなど）を介して装着する。なお、ツバ部１８は、ブッシュ１２に溶融手段（ロウ付けなどの概念を含む溶接）で溶着させても良い。

このツバ部１８は、図３に示すように、ブッシュ１２の開放口１２Ｂへ挿入する挿入部１９と、挿入部１９よりも径大な外ネジ２０を備える。この外ネジ２０は、冷却孔８２のネジ部８３に噛合するよう形成されている。なお、挿入部１９は、ツバ部１８がブッシュ１２に装着できるように、開放口１２Ｂの直径よりも若干径小となるように形成されている。

また、図３に示すように、ツバ部１８には、その外ネジ２０に対応する中央に、六角レンチ孔１８Ａ（以下、「レンチ孔」という）が形成されている。このレンチ孔１８Ａには、図示しない六角レンチが挿入される。また、ツバ部１８には、レンチ孔１８Ａに連通する雌ネジの内ネジ１８Ｂが形成されている。この内ネジ１８Ｂは、図１に示すように、配管継手２４のネジ部３４Ａが噛合するよう形成されている。

即ち、内ネジ１８Ｂは、ネジ部３４Ａに対応するように形成されている。ここで、ブッシュ1 2 は、例えば軟鉄で成形された高張力鋼板などで、一体成型、例えばプレス成型により形成されている。なお、ブッシュ１２は、プレス成型の他に、例えばスエージング加工または中ぐり加工などにより成形してもよい。

（ロックナットの構成）
図３に示すロックナット２２は、外ネジ２０の緩み防止用ナットで、冷却孔８２のネジ部８３に噛合するよう形成されている。ロックナット２２には、その中央に六角レンチ孔２２Ａ（以下、「レンチ孔」という）が形成されている。この六角レンチ孔２２Ａはツバ部１８のレンチ孔１８Ａと同一形状になっている。そのため、ブッシュ１２及びロックナット２２を締結などする場合、図示しない六角レンチをレンチ孔１８Ａ及び２２Ａに挿入し、同時に締結などを行うことができる。

（配管継手の構成）
図１に示す配管継手２４は、冷却媒体たとえば水をブッシュ１２内へ連続的に給水する給水コネクタ２８と、この給水コネクタ２８に連通する給水パイプ３０と、熱変換された排水を排水源に送る排水コネクタ３２と、この排水コネクタ３２に連通する排水パイプ３４を備える。給水コネクタ２８には、図示しない水源（例えば水道の蛇口など）から導出される通水配管( 図示省略) が接続される。なお、給水パイプ３０は、図１に示す装着後の配管継手２４において、ブッシュ１２の半球部１２Ｃ付近まで延設されている。

配管継手２４には、レンチ孔１８Ａ及び２２Ａ（図３参照）に挿入により支持する円柱状の支持パイプ２６が配置されている。上述した排水パイプ３４は、支持パイプ２６の下部で支持パイプ２６よりも径小となっている。そして、排水パイプ３４には、その外周面にネジ部３４Ａが形成されている。即ち、配管継手２４は、その支持パイプ２６がレンチ孔１８Ａ及び２２Ａ（図３参照）に挿入できるような円柱となっている。

（金型冷却シーリング構造の製造方法） 図１に示す金型冷却機構１０における金型冷却シーリング構造の製造方法 (具体的には組立手順）を説明する。この製法は、冷却孔８２へ上述した充填剤Ｓ（図２参照）を注入充填する充填工程と、ブッシュ１２を冷却孔８２へ挿入するブッシュ挿入工程（図３参照）と、ブッシュ１２を冷却孔８２に締込み（「押込み」と同義）密着させる密着工程（図４参照）より成る。なお、この組付け後は、配管継手２４をブッシュ１２に装着させる。

（充填工程）
充填工程は、図２に示すように、予め計算などで決められた充填量（例えば３ｇ−５ｇ）の充填剤Ｓを冷却孔８２へ流し込み充填する。この充填量は、図４に示すように、ブッシュ１２を冷却孔８２へ締め込む状態（「押込む状態」と同義）において、ネジ部８３の最下端付近まで満ちるよう予め設定されている。

ここで、本実施例では、充填作業時において液状の充填剤Ｓを使用するので、その取扱が容易である。即ち、本実施例によれば、常温下で液化している充填剤Ｓを、冷却孔８２内に注入するという簡易な工程で行うことができる。

（ブッシュ挿入工程）
次に、ブッシュ挿入工程は、図２の２点鎖線に示すブッシュ１２を冷却孔８２内に差し込む。この際、図３に示すように、充填剤Ｓはブッシュ１２の外周面と冷却孔８２の内周面との間に生じるシーリング空間（例えば０．１ｍｍ−０．５ｍｍ程度の隙間）から空気を上方に押し上げつつ上昇する。ブッシュ１２を冷却孔８２へ挿入する前後に、ツバ部１８を装着する。

そして、図示しない六角レンチなどで外ネジ２０（図３参照）をネジ部８３に締込む。図３に示すように、ロックナット２２の締付表面が金型８０の型面８１Ｂと面一になるまで、ロックナット２２及びブッシュ１２を更に締込む。この面一までの締込みでは、ブッシュ１２における半球部１２Ｃの頂点から冷却孔８２における半球部１２Ｃの内面頂点までの隙間（距離Ｌ２）となる。

この際には、充填剤Ｓがブッシュ１２及び冷却孔８２の隙間の空気を、冷却孔８２のネジ部８３の直前まで更に押上げる。充填剤Ｓには、上述したように粉末状の金属粉末が含まれている。しかし、この金属粉末は、ブッシュ１２び冷却孔８２の隙間よりも微小な４μｍ−５０μｍであるので、上記隙間を流動する。

（密着工程） l 密着工程では、ブッシュ１２を冷却孔８２へ更に隙間（距離Ｌ２）に相当する所定量まで締込むと、図４に示すように、ロックナット２２が金型の型面８１Ｂよりも距離Ｌ２まで入り込み、ブッシュ１２は締結される。即ち、ブッシュ１２及び冷却孔８２の隙間が均一となり、充填剤Ｓはブッシュ１２及び冷却孔８２の隙間全面を覆うよう上記隙間の空気を更に上方へ押し上げ、冷却孔８２におけるネジ部８３の最下端付近まで更に押上げる (図４参照) 。

（密着工程）
そして、充填剤Ｓ中には硬化剤が含有されているので、１５℃−４０℃程度の環境温度下では、エポキシ樹脂は２時間−２４時間程度で硬化する。なお、１５℃以下でも時間をかければ硬化するが、可能な限り１５℃−４０℃程度の温度下で放置するのが望ましい。この硬化によって、充填剤Ｓはブッシュ１２及び冷却孔８２の隙間であるシーリング空間内で固着する。

本実施形態においては、ブッシュ１２と冷却孔８２との間のシーリング空間としての隙間（例えば０．１ｍｍ−０．５ｍｍ程度の間隔）よりも、寸法精度が高い例えば０．０１ｍｍ−０．０９ｍｍなどの間隔に設定しなくて良い。即ち、本実施例によれば、上記隙間を液状の充填剤Ｓで充填する（填剤Ｓが隙間形状にそれぞれ対応して隙間を埋める）ので、冷却孔８２またはブッシュ１２の精度誤差に余裕（幅）ができ、製品管理が行い易くなるとともに、作業能率などが向上する。

また、本実施形態においては、冷却孔８２内に注入される充填剤Ｓをブッシュ１２で押上げ上記隙間に埋め尽くすように充填固化( いわゆる「エアー抜き」と同義) するので、空気溜りの発生を防止して熱伝導性を向上させることができる。更に、本実施例においては、この密着状態でブッシュ1 2 及び冷却孔８２を仕切るので、介在物である硬化した充填剤Ｓ（図１及び図４参照）がブッシュ１２及び冷却孔８２を確実に分断する。

即ち、本実施例おいては、ブッシュ１２及び冷却孔８２の隙間全面を覆うよう固着した充填剤Ｓ（金属粉末など）がブッシュ１２を冷却孔８２へ接触しないように構成しているので、膜としての充填剤Ｓにより水漏れが防止される。従って本実施例によれば、ブッシュ１２及び冷却孔８２の隙間（シーリング空間）に充填固着させた金属粉末などを介在させているので、ブッシュ１２と冷却孔８２との間の熱伝達効率が向上し、金型８０の温度調整が良好となる。

（加熱工程）
加熱工程では、上述した密着工程の後（図４参照）に、金型８０を加熱処理して硬化したエポキシ樹脂を炭化させる。この加熱工程は、図３に示す状態の金型８０を入熱し、エポキシ樹脂の炭化が始まる略２５０℃−６００℃まで昇温させる。すなわち、金型８０の温度が３００℃程度になると、エポキシ樹脂の水素・酸素などの気体成分が分子の隙間より外部に放出されるとともに、残された炭素などは炭化される。
なお、金型８０の場合には、その鋳造過程で入熱するので、入熱工程ないしは加熱工程は必要に応じて設ければよい。

ここで、エポキシ樹脂は液体の状態では、２００℃で燃え易くなるが、硬化したエポキシ樹脂は火種がない状態では燃え難く、更なる温度上昇により炭化する。即ち、充填剤では、金属粉末の繋ぎとして混合したエポキシ樹脂が加熱処理により炭化する。そのため、本実施例では、熱伝導の高い金属粉末（銅・亜鉛などの粉末）がシーリング空間内でブッシュ１２及び冷却孔８２の隙間全面を覆うように残るので、熱伝達効率が更に向上し、金型８０の温度調整が更に良好となる。

（昇温試験結果）
図５に基づき、充填剤Ｓの熱伝達効率における試験結果を説明する。図５に示す昇温試験結果は、図示しない温度センサーをブッシュ1 2 及び冷却孔8 2 の半球部1 2 Ｃ及び８２Ｂ（図３参照）にそれぞれ装着しての測定結果である。また、この試験グラフは、室温２２℃からの開始であり、時間経過と温度の関係を示す。更に、熱の伝わり方は、ブッシュ１２中の水からブッシュ１２を経て充填剤Ｓ及びセンサーに向かう経路である。

図５中の白抜き三角は、ブッシュ１２も充填剤Ｓも無い状態での冷却孔８２のみの結果であり、この結果数値が最高の熱伝達効率である。図５中の白抜き四角は、ステンレス鋼製のブッシュで且つ市販のサーモグリスを用いた場合の結果数値である。図５中の黒丸印は、スチール製のブッシュで且つ充填剤Ｓを用いた場合の結果数値である。そして、図５に示すように、サーモグリスよりも充填剤Ｓを用いる場合の方が、冷却孔８２のみの結果数値（最高の熱伝達効率）に最も近い近傍に所在する。

本実施例によれば、ブッシュ1 2 及び冷却孔8 2 の隙間全面を覆う炭化したエポキシ樹脂と混合された金属粉末が、ブッシュ1 2 及び冷却孔８２を確実に分断するので、ブッシュ１２が冷却孔８２に接触することがなく、たとえ金型８０が型割れしても冷却媒体が冷却孔８２へと流出することを防止し得る。

なお、通水工程は、上述した加熱工程の後に、図１に示す配管継手２４をブッシュ１２に装着する。即ち、配管継手２４の装着は、図１に示すように、給水パイプ３０をブッシュ１２内へ挿入すると共に、支持パイプ２６をロックナット２２及びツバ部１８のレンチ孔１８Ａ及び２２Ａ（図３参照）に挿入する。その後、配管継手２４のネジ部３４Ａをブッシュ１２の内ネジ１８Ｂへ噛合させる。なお、ネジ部３４Ａは、内ネジ１８Ｂに締結されるため、支持パイプ２６からの水漏れが防止される。

また、給水コネクタ2 8 は図示しない通水配管を介して例えば水道の蛇口などに接続すると共に、排水コネクタ3 2 は図示しない通水配管を介して例えば排水場に導出させる。即ち、通水経路は、配管継手２４をブッシュ１２に装着すると共に、給水コネクタ２８及び排出コネクタ３２をそれぞれの通水配管に接続させることによって完成する。

水道からの水は、図１に示すように、給水コネクタ２８及び給水パイプ３０を介して筒状のブッシュ１２に連続して送出され、排出パイプ３４及び排出コネクタ３２を介して排出する（図１の矢印参照）。即ち、ブッシュ１２内へ送られる水は、溶湯入湯時などの金型８０を冷却する。また、熱変換された（即ち、熱せられた）水は、ブッシュ１２内から排出パイプ３４を経て外部へ排出される。

金型８０の歪取りなどのメンテナンスを行う際、ブッシュ１２及び冷却孔８２の隙間に存する炭化したエポキシ樹脂と混合された金属粉末は、例えばブラシなどを用いて洗い流せば良い。即ち、本実施例では、ブッシュ１２及び冷却孔８２の隙間全面に硬化された金属粉末または炭化したエポキシ樹脂と混合された金属粉末を、簡単に洗い流せるので、例えば従来例のように冷却孔及び金型用溶湯冷却ピンの隙間に溶解金属を介在させる構成に比べ、交換時などの労力が軽減でき使い勝手が良くなる。

ここで、装置本体の概念は、実施例に示す金型またはエンジンなどを含む。また、装置本体には、図示しないスーパーコンピュータ（例えば建物のワンフロア内に収容する大きさの装置）のＣＰＵなども含む。即ち、本発明は、このＣＰＵなどを冷却する装置本体にも適用できる。一方、本発明では、冷却の場合のみならず、装置本体を予熱する温暖用にも適用できる。金型交換後あるいは金型の始運転時などに、例えば１００℃程度の湯を本発明のシーリング構造におけるブッシュに通水させても良い。

金型の概念は、例えば溶湯に直接接触する溶湯冷却ピン（従来例においては外筒体）などを含む。この溶湯冷却ピンは、金型の鋳造時における型の一部を構成するものとなり、且つ冷却孔を有するからである。即ち、本発明では、そのブッシュを溶湯冷却ピンの冷却孔内に挿入するようにしても良い。また、金型は、例えば固定側の金型に配置される湯口装置または可動側の金型に配置される分流子などを含む概念である。即ち、本発明では、ブッシュ装置を金型本体または分流子などに形成される冷却孔へ装着するようにしても良い。

本実施例では、ブッシュ１２を任意の締付け完了位置( 装着完了位置と同義) 例えばロックナット２２の締付表面が金型８０の型面８１Ｂと面一になるようにしても良い。また本実施例では、その緩み止めを、ツバ部１８の外ネジ２０に対し簡易な仮付け溶接などとしても良い。更に、本発明では挿入手段をブッシュとする例であるが、挿入手段はスリーブ・ピン・ケーシングなどであっても良い。

図６は本発明における実施例の変形例である。この変形例が実施例と異なるところは、ブッシュ１２の外周面には、極細（径寸法が例えば０．１ｍｍから０．５ｍｍ程度）の金属線１２Ｅを糸状にして所定ピッチの螺旋状に巻回したことである。ブッシュ１２を冷却孔８２に挿入した時、金属線１２Ｅがスペーサの役割を果たす。このため、ブッシュ１２の外周面と冷却孔８２の内周面との間に形成されるシーリング空間が環状空間として均等幅に保持される。このため、冷却水の冷熱がブッシュ１２からシーリング空間の充填剤を介して金型８０（装置本体）側に均等に伝わる。また、金属線１２Ｅは硬化時にはエポキジ樹脂と一体なり、加熱時には炭化物と一体となって金型８０（装置本体）に対する熱伝導に貢献する。
なお、金属線１２Ｅは金材、銀材、銅材、アルミニウム材、ステンレス鋼材あるいはフェルトなどから形成しても良い。

１０…金型冷却機構( シーリング構造) 、１２…ブッシュ（挿入手段）、１２Ｅ…金属線、８０…金型（装置本体）、８２…冷却孔（挿入孔）、Ｓ…充填剤

Claims (7)

1. 液状のエポキシ樹脂と粉末状の金属粉末と硬化剤とから成り、上記エポキシ樹脂が上記硬化剤によって硬化し、または上記エポキシ樹脂が上記硬化剤によって硬化すると共にこの硬化後の加熱処理によって上記エポキシ樹脂が熱伝達効率の向上のため炭化する充填剤を備え、
   装置本体に形成され、底部に半球部を有する挿入孔に挿入され且つ外径が上記挿入孔に対応する直径を有し、先端に上記挿入孔の上記半球部に対応する半球部を形成した有底筒状のブッシュにおいて、上記ブッシュの外周面と上記挿入孔の内周面との間に隙間として生じたシーリング空間に上記充填剤が充填されるようになっており、上記エポキシ樹脂が空気中の酸素と遮断状態で炭化するように構成して成る充填剤。
2. 上記硬化剤を変成ポリアミンとすることを特徴とする請求項１に記載の充填剤。
3. 難燃剤を更に含む請求項１あるいは請求項２の何れか一つに記載の充填剤。
4. 上記難燃剤をリン系難燃剤またはハロゲン系難燃剤とする請求項３に記載の充填剤。
5. 上記金属粉末は、その粒径を１μｍよりも径大とする請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の充填剤。
6. 液状のエポキシ樹脂と粉末状の金属粉末と硬化剤とから成り、上記エポキシ樹脂が上記硬化剤によって硬化し、または上記エポキシ樹脂が上記硬化剤によって硬化すると共にこの硬化後の加熱処理によって上記エポキシ樹脂が炭化する充填剤を備え、装置本体に形成され、底部に半球部を有する挿入孔に上記充填剤を充填する充填剤のシーリング構造の製造方法であって、
   上記挿入孔に上記充填剤を充填する充填工程と、
   外径が上記挿入孔に対応する直径を有し、先端に上記挿入孔の上記半球部に対応する半球部を形成したブッシュを上記挿入孔に挿入し、上記ブッシュは有底筒状を成し、上記挿入孔への装着完了後、上記ブッシュの軸心が上記挿入孔の軸心と同一となるブッシュ挿入工程と、
   上記ブッシュを上記挿入孔へ所定量押込み、上記エポキシ樹脂を硬化させて密着させる密着工程とから成り、
   上記密着工程の後に、上記装置本体を加熱処理して上記エポキシ樹脂を炭化させる加熱工程を更に設けることを特徴とする充填剤のシーリング構造の製造方法。
7. 上記ブッシュの外周面には、極細の金属線を糸状にして所定ピッチの螺旋状に巻回し、上記ブッシュを上記挿入孔に挿入した時、上記金属線がスペーサとして働き、上記ブッシュの外周面と上記挿入孔の内周面との間に形成されるシーリング空間が環状空間として均等幅に保持されることを特徴とする請求項６に記載の充填剤のシーリング構造の製造方法。

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