JP6170265B1 - 冷却構造体用の有底型冷却管構造 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水を流入させるスリーブ５が熱膨張変形力あるは締付け変形力を受けた際、蛇腹辺６５ａ、６５ｂの微小な塑性変位を可能とする冷却構造体用の有底型冷却管構造を提供する。【解決手段】有端リング状のスペーサ１８を設けたので、スリーブ５の冷却孔３への挿入操作に伴い、スリーブ５と冷却孔３との間に均等幅の環状空隙１９を形成し、スリーブ５が冷却孔３に対して芯出しされて冷却孔３と同芯配置となり、冷却孔３に対する同芯性の確保が十全となる。また、スリーブ５が熱膨張変形力あるは締付け変形力を受けた際、スペーサおよび二枚の蛇腹辺６５ａ、６５ｂの相互の変形により二枚の蛇腹辺６５ａ、６５ｂの微小な塑性変位を許容させている。【選択図】図１０

Description

本発明は、金型などの冷却構造体に装着される有底型冷却管構造に関する。

金型などの冷却構造体にあっては、金型の冷却に用いる冷却孔の内部に、冷却水を受けるスリーブを有底型冷却管として挿入している。スリーブを設けることで、万一、金型にクラックが発生しても、冷却水が外部に漏れないようになっている。
この一例として、図１５（ａ）に示すように、金型５９の冷却孔６０に圧入拡管として装着するスリーブ６１がある。また、他の冷却構造では、図１５（ｂ）に示すように、スリーブ６１をＳＵＳ製管体として冷却孔６０に挿入し、冷却孔６０とスリーブ６１との間に生じる環状間隙６０ａには、銅粉グリスを充填している。

図１５（ａ）の冷却構造では、スリーブ６１は弾性限度内の変形のため、スプリングバックが発生し、冷却孔６０とスリーブ６１との間に二次的に隙間が生じる懸念がある。
また、図１５（ｂ）の冷却構造では、冷却孔６０とスリーブ６１との間の隙間が拡がって冷却性能が低下する不具合が生じる。これに伴い、冷却孔６０とスリーブ６１との芯ずれが生じて両者間の同芯性を保持することができず、両者間の熱伝達性能が低下する虞がある。併せて、４５０−５５０℃の使用温度付近でＳＵＳの鋭敏化現象が起こり、ＳＵＳ製管体を早期に破損させる不都合が生じる。

本発明の他の背景技術としては、下記の引用する特許文献１−４が例示として挙げられる。すなわち、特許文献１では、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設定し、かつ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している。

特許文献２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。

特許文献３では、スリーブの挿入に先立って、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。これにより、スリーブ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のシール部材がスリーブ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

特許文献４では、成形機のスリーブを断熱性で環状のスペーサを間に挟んで加熱バレルの周囲を取り囲むように配置している。互いに隣接するスペーサによって取り囲まれた中にリング状の空間を形成し、この空間に冷却媒体を送り込むことで、加熱バレルを冷却して内部過熱を防いでいる。

特開２００６−２８９３８２号公報 特開平９−２９４１６号公報 特開平２０１１−１０４６０４号公報 特開平２００４−３１４４００号公報

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℃前後）に上げて低融点金属を取り出す作業が必要となる。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、また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、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次型割れが生じ、あるいはケーシングも破損する可能性があるので、内膜としての機能を損なうことになる。

特許文献２に係る金型用溶湯冷却ピン、ならびに、特許文献３に係るサーモグリスで密閉するスリーブも、特許文献１に挙げる問題がある。とりわけ、特許文献３のスリーブでは、量産などの場合、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。

特許文献４では、スリーブの外周部に隣接するスペーサ間の環状空間を重視し、この空間に冷却媒体を送り込む構成のため、スペーサの同芯配置とは無関係である。

また、従来では、スリーブが高温度で使用時に受ける軸方向の熱膨張変形力ならびに、有底型冷却管が組付け時に受ける軸方向の締付け変形力に対して、変形回避機構を備えていないものである。このため、スリーブが熱膨張に起因する変形および締付け変形を生じ、スリーブの熱源に近い熱交換の激しい箇所の破損変形を起こして冷却効率の低下を招く虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされ、冷却孔への装着に伴い、冷却孔に対する同芯性を十全に確保できるとともに、併せて有底型冷却管の熱源に近い熱交換の激しい箇所での破損変形を防ぐ冷却構造体用の有底型冷却管を提供することにある。

（請求項１について）
冷却構造体に形成された冷却孔に環状空隙を介して挿入固定される銅製あるいは銅合金製の有底型冷却管を有する冷却構造体用の有底型冷却管構造であって、冷却孔の内底部に半球状の窪み部を形成し、有底型冷却管の外底部に半球状の突状部を設けている。
環状空隙には、金属粉末、エポキシ系樹脂および硬化剤を含む混合体の状態から揮発性溶媒で溶解されるようになっており、有底型冷却管の使用時には受熱により希酸素状態で固化炭化して灰状になる充填剤が注入充填されるようになっている。
有底型冷却管の外周面の単一箇所あるいは複数箇所に径方向の内部に断面くの字の周溝状に窪み、有底型冷却管の軸方向に塑性変形可能な複数枚の蛇腹辺を変形力吸収機構として設けている。有底型冷却管が使用時に受ける軸方向の熱膨張変形力ならびに、有底型冷却管が組付け時に受ける軸方向の締付け変形力を複数枚の蛇腹辺の微小な塑性変位で吸収させている。

請求項１では、スリーブが使用時に受ける熱膨張変形力ならびに、組付け時に受ける締付け変形力は、複数枚の蛇腹辺の微小な塑性変位で吸収される。
このため、有底型冷却管が熱膨張に起因する変形および締付け変形がなくなり、有底型冷却管の熱源に近い熱交換の激しい箇所の破損変形を防ぎ、冷却効率の低下を抑制し、スリーブの初期の良好な状態を長期間使用することができて長寿命化に資する。

（請求項２について）
小球状の金属製あるいは合成樹脂製のボールを複数枚の蛇腹辺の間に複数配置し、ボールを蛇腹辺に二点接触させるている。これと同時に、ボールを冷却孔の内周面に一点接触により当接させ、有底型冷却管が熱膨張変形力あるは締付け変形力を受けた際、ボールおよび複数枚の蛇腹辺の相互の変形により複数枚の蛇腹辺の微小な塑性変位を許容させるように設定している。この状態で、冷却孔に対する有底型冷却管の同芯配置を維持させている。

請求項２では、請求項１と同様に、有底型冷却管が熱膨張に起因する変形および締付け変形がなくなり、熱源に近い熱交換の激しい箇所の破損変形を防ぎ、冷却効率の低下を抑制することができる。

（請求項３について）
弾性変形可能な合成樹脂により形成された有端リング状のスペーサを複数枚の蛇腹辺の間に嵌合配置し、スペーサの外表面の全面を冷却孔の内周面に当接させている。有底型冷却管が熱膨張変形力あるは締付け変形力を受けた際、スペーサおよび複数枚の蛇腹辺の相互の変形により複数枚の蛇腹辺の微小な塑性変位を許容させるように設定している。併せて、冷却孔に対する有底型冷却管の同芯配置を維持させている。
このように構成しても、請求項１と同様な効果が得られる。

（請求項４について）
有端リング状のスペーサに代わって、金属材料から成るスペーサを設けている。このように構成したスペーサでも、請求項３と同一の効果を得ることができる。

（請求項５について）
有端リング状のスペーサを使用時の受熱により充填剤と同化消失する合成樹脂材料により形成している。併せて、スペーサを有底型冷却管の外周面に嵌着し、冷却孔に対する有底型冷却管の同芯配置を維持させている。

請求項５では、スペーサの合成樹脂材料として、例えばＰＰまたはＡＢＳなどの材質を適用することにより、金型冷却機構の稼働時に合成樹脂材料が５００℃付近で希酸素雰囲気の環境下で炭化する。炭化したスペーサは、環状空隙内の充填剤と渾然一体化して混ざり合って同化消失するため、廃棄処理時にスペーサを別部材として区分けする必要がなくなる利点がある。

（請求項６について）
有端リング状のスペーサを金属材料から構成し、スペーサを有底型冷却管の外周面に嵌着し、冷却孔に対する有底型冷却管の同芯配置を維持させている。このように構成したスペーサでも、請求項３と同一の効果を得ることができる。

（請求項７について）
有底型冷却管の内周面には、複数の縦溝が有底型冷却管の軸方向に沿うように形成されているとともに、有底型冷却管の内底面には、径寸法が大小異なる複数の周溝を同芯状に形成している。
請求項７では、複数の縦溝や周溝により、内周面に凹凸形状が形成されて、有底型冷却管の内周面積および内底面積が広くなるため、冷却水に対する接触領域が増加して、冷却性能の向上が可能となる。

（請求項８について）
有底型冷却管の内底面には、錐体状の整流突起体が有底型冷却管に流入する冷却水を受けるように立設されている。
請求項８では、有底型冷却管内に冷却水が流入する際、この冷却水を整流突起体が受けるので、冷却水を整流突起体の表面に沿わせて澱みなく円滑に流すことができる。

（請求項９について）
整流突起体の外表面には、整流突起体の頂点から基端部に向けて複数の流水溝を形成している。このため、有底型冷却管内に冷却水が流入する際、冷却水を整流突起体の流水溝に沿わせて澱みなく円滑に流すことができる。

（請求項１０について）
冷却孔の窪み部には、切欠き部を有する有底短筒状のカラーが嵌め込まれている。冷却孔に対する有底型冷却管の挿入時、有底型冷却管の突状部がカラーの内底部に挿嵌されるようになっている。

請求項１０では、冷却孔に対する有底型冷却管の挿入時に、冷却孔に対する有底型冷却管の同芯配置が可能となる。また、冷却孔の窪み部にカラーを嵌め込む際、冷却孔の窪み部に存する空気を押し出して切欠き部から逃がすエア抜き効果が得られる。

（請求項１１について）
有底型冷却管は、両端が開口された長尺管と短尺有底管とから成り、長尺管および短尺有底管のいずれか一方の開口端部を径小に形成した縮径端部としている。縮径端部を他方の開口端部内に嵌合接続し、長尺管の外周面と短尺有底管の外周面とが面一となるように設定している。

請求項１１では、径寸法に比べて軸長が大きな長尺となる細長な有底型冷却管とする場合に好都合である。すなわち、径小・長尺となる細長な有底型冷却管は、押出し成型で一度に形成することが難しいため、長尺管と短尺有底管とから構成したものである。一方の縮径端部を他方の開口端部内に嵌合接続することで、有底型冷却管を簡素な構成で素早く実現させることができる。

（請求項１２について）
冷却孔における上面開口部の内面には、雌ねじ部が刻設されており、雄ねじ部を有して且つ面取り状テーパ部を形成した栓体を雌ねじ部に螺進させる。これにより、面取り状テーパ部が冷却孔内の有底型冷却管の上面開口端部を押圧し、弾性域を超えて外方に拡開変形させて冷却孔の内周面に水密状態に当接させる構造を成す。

請求項１２では、栓体を冷却孔の雌ねじ部に螺進させることで、面取り状テーパ部が有底型冷却管の上面開口端部を押圧して拡開変形させて冷却孔の内周面に水密状態に当接させている。このため、有底型冷却管の上面開口端部が冷却孔の内周面に加圧圧着するようになり、冷却孔に対して有底型冷却管を止水状態で完全に同芯配置とすることが可能となる。

（ａ）はスリーブを備えた有底型冷却管構造を示す縦断面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う横断面図である（実施例１）。 （ａ）はスリーブを備えた有底型冷却管構造を示す縦断面図、（ｂ）は図２（ａ）のＥ−Ｅ線に沿う横断面図、（ｃ）は図２（ａ）のＫ−Ｋ線に沿う横断面図である（実施例２）。 （ａ）はスリーブの内底部を示す展開図、（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う横断面図、（ｃ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う縦断面図である（実施例３）。 （ａ）はスリーブを備えた有底型冷却管構造を示す簡略的な縦断面図（実施例４）、（ｂ）は有底型冷却管と短筒状のカラーとの分解斜視図（実施例４）、（ｃ）はカラーの製造過程を示す斜視図である（実施例４の変形例）。 長尺管と短尺有底管とから成るスリーブの縦断面図である（実施例５）。 フランジ部の拡開変形前のスリーブを示す縦断面図である（実施例６）。 フランジ部の拡開変形後のスリーブを示す縦断面図である（実施例６）。 （ａ）、（ｂ）はスリーブに設けるスペーサを示す斜視図である（スペーサの変形例）。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）はスリーブに設けるスペーサを示す斜視図である（スペーサの変形例）。 （ａ）は有底型冷却管構造を示す簡略的な縦断面図、（ｂ）−（ｄ）はスリーブの蛇腹辺が塑性変位する態様を示す簡略図である（実施例７）。 有底型冷却管構造を示す部分的縦断面図である（実施例８）。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は金属製のボールを用いた場合の蛇腹辺が塑性変形する態様を示す縦断面図、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は合成樹脂製のボールを用いた場合の蛇腹辺が塑性変形する態様を示す縦断面図である（実施例９）。 （ａ）は蛇腹辺に合成樹脂製のスペーサを用いた場合の有底型冷却管構造を示す部分的縦断面図、（ｂ）はスペーサの平面図、（ｃ）はスペーサの斜視図である（実施例９）。 （ａ）は有底型冷却管構造におけるスリーブを示す概略的縦断面図、（ｂ）はスペーサの斜視図である（実施例１０）。 （ａ）、（ｂ）は冷却用のスリーブを金型の冷却孔に装着した構造を示す縦断面図である（従来例）。

本発明では、有底型冷却管としてのスリーブにおいて、外周面の単一箇所あるいは複数箇所に有端リング状のスペーサを設けている。冷却孔への挿入時に、スリーブと冷却孔との間に均等幅となる環状空隙を形成し、併せて、スリーブが冷却孔に対して芯出しされて冷却孔と同芯配置とすることを技術的特徴とする。

以下、本発明の実施例１について図１（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
本発明に係る冷却構造体用の有底型冷却管構造は、冷却構造体としての金型冷却機構に適用されている。金型冷却機構の金型２はＳＵＳ系またはＳＫＤ系金属により形成され、冷却対象物として鋳物を型造るキヤビティ面（図示せず）と、このキヤビティ面の反対面側（「型面」とも称する）に金型２を冷却する冷却孔３を有底筒状空間として形成している。

この冷却孔３において、段付き状に形成された上部を径大な開口部３ａとしている。冷却孔３は、上端３ｃから下端３ｄに到る軸方向の全長にわたって連続して同一径のストレートに設定されており、冷却孔３の内底部は半球状の窪み部４を形成している。
なお、冷却孔３は、その孔径が後述する有底型冷却管（以後、単にスリーブ５と称す）と同一径といえども、スリーブ５の外径と対応するというべきであり、スリーブ５を挿入できるように、スリーブ５の外径よりも若干径大となっている。スリーブ５は、例えば２００ｍｍ−３００ｍｍの長尺管であり、厚みは外径寸法によって異なるが略０．３ｍｍから０．５ｍｍの範囲としている。

開口部３ａの内周面には雌ねじ部６が形成され、開口部３ａと冷却孔３の上端部との境界に設けられた段部７には、スライドパイプ８の鍔部８ａがロウ付けなどの溶着手段により固定されている。すなわち、スライドパイプ８は、上端開口部に鍔部８ａを一体形成し、短尺でストレートなスカート管部８ｂを所定深さの冷却孔３内に遊嵌させている。

金型冷却機構９は、冷却孔３内に後述する環状空隙１９を介して遊嵌状態に挿入配置され、所定の長さ寸法を有する有底型冷却管としてのスリーブ５と、このスリーブ５を挿入手段として冷却孔３の所定位置で確実に位置決めするロックナット１０と、スリーブ５に接続される配管継手１１を有している。これら配管継手１１とスリーブ５とは、通水媒体としての冷却水をスリーブ５に連続的に供給して排出する通水冷却循環経路の一部を構成する。

スリーブ５は、その外形を冷却孔３と同一形状としており、スリーブ５を冷却孔３へ挿入配置した後、その軸芯Ｐ１が冷却孔３の軸芯Ｐ２（図１（ａ）の二点鎖線参照）と同一となる管状体を成す。スリーブ５は、ストレート部５Ａと、その上端側に開放端部５Ｂが形成され、開放端部５Ｂをスライドパイプ８の外周面に外嵌固定している。
斯かるスリーブ５は、純銅あるいは銅合金（例えば、Ｃｕに対して０．０１重量％〜０．３重量％以内で、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐのうち一種または二種以上の添加を許容）により断面円形状に押出し成型されている。

スリーブ５の外底部には、冷却孔３の窪み部４に対応して嵌合する半球状の突状部１２が一体的に形成されている。また、突状部１２を含むスリーブ５の軸方向長さは、窪み部４を含む冷却孔３の軸方向の長さＬ１よりも短く設定されている。

ここで翻って、前述の金型冷却機構９を参照すると、冷却孔３の開口部３ａ内に配置されたロックナット１０の内周面には、雌ねじ部１０ａを形成し、外周面には、雌ねじ部６に螺合する雄ねじ部１０ｂを設けている。六角レンチなどの専用具を用いて、ロックナット１０を雌ねじ部６に螺進させて締め付けることにより、環状のシール部材１３が押圧変形されて段部７に対するシール性を強化する。

金型冷却機構９の配管継手１１は、接続管部１１ａ、取付管部１１ｂおよび案内管部１１ｃから成り、案内管部１１ｃには、冷却水の流入パイプ１４および流出パイプ１５が連結されている。接続管部１１ａの外周面に形成された雄ねじ部１１ｄは、スライドパイプ８の内周面に設けた雌ねじ部８ｃに螺合されている。

接続管部１１ａの下端には、スライドパイプ８内を挿通し、スリーブ５内に同芯配置された吸込みパイプ１６および吐出パイプ１７が二重管体として接続されている。吸込みパイプ１６は、スライドパイプ８内を挿通し、その一部がスリーブ５内の同芯線に沿って突き出ている。吐出パイプ１７は、吸込みパイプ１６内を同軸状態で挿通し、その下端部はスリーブ５の突状部１２付近まで延出している。

さて、スリーブ５の外周面には、単一箇所あるいは複数箇所に有端リング状のスペーサ１８を設け、冷却孔３への挿入時に、スリーブ５の外周面と冷却孔３の内周面との間に均等な環状空隙１９を形成する。
環状空隙１９には、充填剤（図示せず）が良熱伝導材料として注入充填される。この充填剤は、例えば、金属粉末、エポキシ系樹脂および硬化剤を含む混合体から成っており、使用時には当該混合体が揮発性溶媒で溶解されるように設定されている。注入充填時に液体状などである充填剤は、使用時には受熱により希酸素雰囲気下で固化炭化して灰状になる。
なお、硬化剤として用いるポリアミン系（例えば変成ポリアミン）は液状であるが、粉末状の硬化剤を用いてもよい。充填剤の混合体には、難燃剤として燐系やハロンゲン系などの物質を加えてもよい。

スペーサ１８の配置に伴い、スリーブ５が冷却孔３に対して芯出しされて冷却孔３と同芯配置となるように設定している。実施例１の場合、スペーサ１８は互いに所定の間隔を置きながら軸方向に沿って上下二箇所に設けているが、スペーサ１８は三箇所あるいは多数箇所に設定してもよい。

この場合、スペーサ１８の内周長は、スリーブ５の外周全長の半分よりも若干大きく設定されている。なお、スペーサ１８の横断面形状については、円形は勿論、楕円形、方形、矩形あるいは五角形や六角形などの多角形であってもよい。スペーサ１８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の多様な素材から最適なものを選択して形成してもよい。この断面形状は、スリーブ５について適用可能である。

上記構成において、冷却源を水道水とした場合、水道水は冷却水として蛇口を介して流入口１５に入り、配管継手１１の案内管部１１ｃ、取付管部１１ｂおよび接続管部１１ａを順に通って吐出パイプ１７からスリーブ５内に流出する。スリーブ５内に流出した冷却水は、吸込みパイプ１６に流入し、接続管部１１ａ、取付管部１１ｂおよび案内管部１１ｃを通って流出パイプ１５から外部に排出される。

冷却水がスリーブ５内に流出して吸込みパイプ１６に流入する循環過程で、冷却水がスリーブ５を介して金型２と継続的に熱交換されて金型２を冷やす。すなわち、スリーブ５内に送られる冷却水は、キャビティに溶湯を注湯された金型２を冷却し、熱交換で熱せられた冷却水は、スリーブ５内から配管継手１１および流出パイプ１５を介して外部に排出される。

〔実施例１の効果〕
実施例１では、有端リング状のスペーサ１８を設けたので、スリーブ５の冷却孔３への挿入操作に伴い、スリーブ５が冷却孔３に対して芯出しされて冷却孔３と同芯配置となり、冷却孔３に対する同芯性の確保が十全となる。また、スリーブ５が銅製あるいは銅合金製のため熱伝導性が優れ、冷却孔３に沿って変形し易くて密着性もよくなる。

また、有端リング状のスペーサ１８の内周長は、スリーブ５の外周全長の半分よりも若干大きく設定されている。このため、スペーサ１８の内周長は、冷却孔３に対するスリーブ５の同芯配置可能な最小限の長さで済み、簡素な構造で材料の節約となる。

図２は本発明の実施例２を示す。
実施例２におけるスリーブ５の内底面には、図２（ａ）に示すように、錐体状の整流突起体２０がスリーブ５に流入する冷却水を受けるように立設されている。すなわち、整流突起体２０の頂部は、吐出パイプ１７の流出口１７ａに図示上下に同軸となるように対向状態に配されている。この場合の錐体状とは、錐台状、円錐状、三角錐状、四角錐状および多角錐状を含む立体的概念である。

この整流突起体２０の外表面には、図２（ｃ）に示すように、整流突起体２０の頂点から基端部に向けて複数の流水溝２１を形成している。整流突起体２０は、スリーブ５および冷却孔３の軸芯Ｐ１、Ｐ２（図１（ａ）参照）の双方に同軸となるように配置している。
また、スリーブ５の内周面には、図２（ｂ）に示すように、複数の縦溝２２がスリーブ５の軸方向に沿うように延出形成されている。縦溝２２については、所定の軸長Ｈにわたって延出形成したが、スリーブ５の全長あるいは部分的に形成してもよい。

実施例２では、スリーブ５内に冷却水が流入する際、この冷却水を整流突起体２０が受けるので、冷却水を整流突起体２０の表面に沿わせて澱みなく円滑に流すことができる。また、スリーブ５内に冷却水が流入する際、冷却水を整流突起体２０の流水溝２１に沿わせて澱みなく円滑に流すことができる。
さらに、複数の縦溝２２により、内周面に凹凸形状が形成されて、スリーブ５の実質的な内周面積が広くなり、冷却水に対する接触領域が増加するため、冷却性能を向上させることができる。

図３は本発明の実施例３を示す。
実施例３では、実施例２の縦溝２２に加えて、スリーブ５の内底面に、互いの径寸法が大小異なる複数の周溝２３を同芯配置となるように形成している（図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照）。

実施例３では、複数の縦溝２２および周溝２３により、スリーブ５の実質的な内底面積が広くなり、冷却水に対する接触領域が増加するため、冷却性能の向上を図ることができる。なお、互いに同芯配置となる複数の周溝２３に代わって、螺旋状の条溝としてのスパイラル溝を形成してもよい。

図４は本発明の実施例４を示す。
実施例４では、冷却孔３の窪み部４には、切欠き部２４ａを有する有底短筒状のカラー２４が嵌め込まれている（図４（ａ）、（ｂ）参照）。冷却孔３に対するスリーブ５の挿入時、スリーブ５の突状部１２がカラー２４の内底部２４ｅに挿嵌されるようになっている。

実施例４では、冷却孔３に対するスリーブ５の挿入時に、冷却孔３に対するスリーブ５の同芯配置が可能となる。また、冷却孔３の窪み部４にカラー２４を嵌め込む際、冷却孔３の窪み部４に存する空気を押し出して切欠き部２４ａから逃がすエア抜き効果が得られる。
なお、実施例４の変形例としてカラー２５を作製する場合、図４（ｃ）に示すように、上下複数枚（例えば、二枚）の帯板２５ａの間に円盤部２５ｂを一体に形成した板材２５ｄを用意する。この板材２５ｄを押出し成型により、二箇所の切欠き部２５ｅを有するカラー２５としてもよい。

図５は本発明の実施例５を示す。
実施例５におけるスリーブ５は、両端が開口された長尺管２６ａと短尺有底管２６ｂとから成り、長尺管２６ａの開口端部を径小に形成した縮径端部２６ｃとしている。
縮径端部２６ｃを短尺有底管２６ｂの開口端部内に溶接や冷し嵌めなどの固定手段で嵌合接続し、長尺管２６ａの外周面と短尺有底管２６ｂの外周面とが面一となるように設定している。

実施例５では、とりわけ、径寸法に比べて軸長が大きな長尺なスリーブ５とする場合に有効である。すなわち、径小で長尺となる細長なスリーブ５は、押出し成型で一度に形成することが難しいため、長尺管２６ａと短尺有底管２６ｂとから構成し、縮径端部２６ｃを短尺有底管２６ｂの開口端部２６ｄ内に嵌合接続したものである。

これにより、実質的に径小・長尺となったスリーブ５を簡素な構成で素早く実現させることができる。なお、上記とは逆に、縮径端部２６ｃを短尺有底管２６ｂに形成し、この縮径端部２６ｃを長尺管２６ａの開口端部内に溶接や冷し嵌めなどの固定手段で嵌合接続してもよい。

図６および図７は本発明の実施例６を示す。実施例６が実施例１と異なるところは、図６に示すように、ロックナット１０が栓体としてスライドパイプ８を一体的に連続形成し、スリーブ５の開放端部５Ｂに幅狭なフランジ部５ｅを上面開口端部として設けたことである。この場合、スライドパイプ８は、スリーブ５の内周面に沿って密着状態で、軸方向Ｚおよび回転方向Ｔにそれぞれ摺動可能に配されている。

ロックナット１０がスライドパイプ８に対して境界となる外側面には、フランジ部５ｅの角部５ｆに対向する面取り状テーパ部１０ｅを形成している。この面取り状テーパ部１０ｅは、その径寸法Ｄ１を図示上部に向かって次第に拡開する傾斜部を有している。

この状態で、図７に示すように、ロックナット１０を冷却孔３における開口部３ａの雌ねじ部６に締め付けて図示下方Ｆに螺進させる。これにより、ロックナット１０の面取り状テーパ部１０ｅがフランジ部５ｅの角部５ｆに当たって角部５ｆが押圧され、弾性域を超えて外方に拡開変形する。この結果、変形されたフランジ部５ｅが冷却孔３の内周面３ｓに水密状態に当接する。

実施例６では、栓体としてのロックナット１０を冷却孔３の雌ねじ部６に螺進させることで、面取り状テーパ部１０ｅがスリーブ５のフランジ部５ｅを押圧する。これにより、フランジ部５ｅの角部５ｆが弾性域を超えて外方に拡開変形して冷却孔３の内周面３ｓに水密状態に当接する。この結果、スリーブ５のフランジ部５ｅが冷却孔３の内周面３ｓに加圧圧着するようになり、冷却孔３に対してスリーブ５を止水状態としたまま完全に同芯配置させることが可能となる。

〔変形例〕
図８および図９は本発明に係るスペーサ１８の変形例を示す。
図８（ａ）に示す変形例１では、有端リング状のスペーサ１８に代わって、両端に径方向Ｍに指向する突部１８ｅ、１８ｆを有するスペーサ１８Ａを設けている。スリーブ５の外周面には、突部１８ｅ、１８ｆに対応する底付き孔５ｊ、５ｋを形成している。スペーサ１８Ａを外方に若干拡開して突部１８ｅ、１８ｆを底付き孔５ｊ、５ｋに係合させることで、スペーサ１８Ａがスリーブ５に装着される構成としている。

図８（ｂ）に示す変形例２では、有端リングのスペーサ１８に代わって、Ｃ型リング１８Ｂを設け、スリーブ５に周方向に形成された周溝５ｇに嵌め込むことで、Ｃ型リング１８Ｂをスリーブ５に装着する構成としている。

図９（ａ）に示す変形例３では、有端リングのスペーサ１８に代わって、スリーブ５の外周面に周方向に沿って間欠形成した複数の突辺スペーサ１８Ｃを設けている。この突辺スペーサ１８Ｃはスリーブ５の軸方向Ｗに指向していてもよいし、軸方向Ｗに対して傾斜状態に配されてもよい。

図９（ｂ）に示す変形例４では、有端リングのスペーサ１８に代わって、スパッタリングやメッキなどにより、スリーブ５の外周面に周方向に沿って形成した隆起帯スペーサ１８Ｄを設けている。

図９（ｃ）に示す変形例５では、有端リング状のスペーサ１８に代わって、スリーブ５の外周面に周方向に沿って嵌合溝５ｈを形成し、嵌合溝５ｈに配置した複数の金属球体をスペーサ５ｍとして設けている。金属球体のスペーサ５ｍは、嵌合溝５ｈに滑動自在に嵌合してもよく、あるいは溶着などの取付手段で固定しておいてもよい。スペーサ５ｍの金属球体としては、金材、銀材、銅材、アルミニウム材、これらの合金あるいはステンレス鋼材などから形成してもよい。

なお、冷却構造体の概念は、実施例１で示す金型２は勿論、エンジンなどを含む。冷却構造体には、例えば、建物のワンフロア内に収容する規模の大きな装置に組み込まれたスーパーコンピュータのＣＰＵなども含む。
この一方、本発明では、冷却の場合に限らず、冷却構造体を使用前に加温して予熱する場合にも適用可能である。この一例として、金型交換後あるいは金型の運転開始時などに、例えば１００℃程度の湯をスリーブ５に通水させてもよい。

金型の概念としては、例えば、溶湯に直接接触する溶湯冷却ピンや外筒体などを含む考えである。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し、且つ冷却孔を有するからである。すなわち、本発明では、スリーブ５を溶湯冷却ピンの冷却孔内に挿入するようにしてもよい。また、金型は、例えば、固定側の金型に配置される湯口装置あるい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。すなわち、本発明では、スリーブ５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してもよい。

図１０は本発明の実施例７を示す。この実施例７が実施例１と異なるところは、有端リング状のスペーサ１８に代わって、変形力吸収機構６５を設けたことである。
変形力吸収機構６５では、図１０（ａ）に示すように、スリーブ５の外周面の単一箇所あるいは複数箇所（実施例７では一箇所）に径方向の内部に断面くの字を成す周溝状に窪むベローズ状の二枚の蛇腹辺６５ａ、６５ｂを設けている。蛇腹辺６５ａ、６５ｂの製作は、例えば当接ローラを用いた転造あるいは型を用いたプレス加工で行っている。

二枚の蛇腹辺６５ａ、６５ｂは、スリーブ５の軸方向（長手方向）に微小変位範囲で塑性変形可能になった変形力吸収機構６５として機能する。由来、スリーブ５が使用時に軸方向の熱膨張変形力を受け、あるいは、部材間の寸法が幾何学的に適合していないことなどにより、組付け時に軸方向の締付け変形力を受けることがある。この際に受ける熱膨張変形力および締付け変形力は、二枚の蛇腹辺６５ａ、６５ｂの微小な塑性変位で吸収させるように設定されている。

スリーブ５が軸方向の引張力を受けた際には、蛇腹辺６５ａ、６５ｂの間が拡開するように塑性変位し、図１０（ｃ）の通常時から図１０（ｂ）のように伸長変形する。また、スリーブ５が軸方向の圧縮力を受けた際には、蛇腹辺６５ａ、６５ｂの間が塑性変位で縮むことにより、図１０（ｄ）に示すように縮小変形する。この際に受ける蛇腹辺６５ａ、６５ｂの軸方向の拡縮変位は僅かなものである（熱膨張変位量程度）。

実施例７では、スリーブ５が使用時に受ける熱膨張変形力ならびに、組付け時に受ける締付け変形力は、二枚の蛇腹辺６５ａ、６５ｂの微小な塑性変位で吸収される。
このため、長尺なスリーブ５が熱膨張に起因する変形および締付け変形がなくなり、熱源に近い熱交換の激しい箇所の破損変形を防ぎ、冷却効率の低下を抑制し、スリーブ５の初期の良好な状態を長期間使用することができて長寿命化に資する。
なお、環状空隙１９に充填剤が注入充填されている場合、注入時の充填剤は液状などであり、使用時の充填剤は、受熱により液状などから固化炭化した灰状になるため、蛇腹辺６５ａ、６５ｂが軸方向に微小変位を行う際の妨げにはならない。

図１１および図１２は本発明の実施例８を示す。この実施例８が実施例７と異なるところは、金属製（鉄、スチールを含む）または合成樹脂製の材料から小球状に形成されたボール６６を二枚の蛇腹辺６５ａ、６５ｂの間に複数配置したことである。
この場合、図１１に示すように、各ボール６６を蛇腹辺６５ａ、６５ｂに対して二点接触させると同時に、ボール６６を冷却孔３の内周面３ｓに一点接触により当接させ、全体として三点接触状態に配置している。

スリーブ５が熱膨張変形力あるいは締付け変形力を受けた際、ボール６６および二枚の蛇腹辺６５ａ、６５ｂの相互の変形により、二枚の蛇腹辺６５ａ、６５ｂの塑性変形による軸方向の微小変位を許容させるように設定している。この設定に伴って、冷却孔３に対するスリーブ５の同芯配置を維持可能にさせている。

ちなみに、金属製のボール６６の場合、スリーブ５が軸方向の引張力を受けた際には、蛇腹辺６５ａ、６５ｂの間が拡開して伸長変形し、図１２（ａ）の通常時からボール６６を図１２（ｂ）のように冷却孔３の内周面３ｓに強く押圧する。
また、スリーブ５が圧縮力を受けた際には、塑性変形により蛇腹辺６５ａ、６５ｂの間が縮むことにより、図１２（ｃ）のように蛇腹辺６５ａ、６５ｂがボール６６の外表面に沿って縮小変形する。

合成樹脂製のボール６６の場合、スリーブ５が軸方向の引張力を受けた際には、蛇腹辺６５ａ、６５ｂの間が拡開して伸長変形し、図１２（ｄ）の通常時からボール６６を図１２（ｅ）のように冷却孔３の内周面３ｓに強く押圧する。
また、スリーブ５が圧縮力を受けた際には、塑性変形により蛇腹辺６５ａ、６５ｂの間が縮むことにより、図１２（ｆ）のように蛇腹辺６５ａ、６５ｂがボール６６の外表面を弾性変形させて変形して縮小変形する。このように構成した実施例８でも、実施例７と同様な効果が得られる。
なお、図１２（ａ）−（ｆ）では、ボール６６と蛇腹辺６５ａ、６５ｂとの挙動を把握する上での容易性から、挙動の態様を誇張して描いている。

図１３は本発明の実施例９を示す。この実施例９が実施例８と異なるところは、ボール６６に代わって、有端リング状のスペーサ６７を二枚の蛇腹辺６５ａ、６５ｂの間に嵌合配置したことである（図１３（ａ）参照）。
有端リング状のスペーサ６７は、図１３（ｂ）、（ｃ）に示すように、弾性変形可能な合成樹脂により形成されており、スペーサ６７の外表面の全面を冷却孔３の内周面３ｓに当接させている。

スリーブ５が熱膨張変形力あるいは締付け変形力を受けた際、スペーサ６７の弾性変形および二枚の蛇腹辺６５ａ、６５ｂの塑性変形による相互変形を行う。これにより、二枚の蛇腹辺６５ａ、６５ｂが塑性変形による軸方向の微小変位を許容させるように設定している。これに伴い、冷却孔３に対するスリーブ５の同芯配置を維持可能としている。実施例９でも、実施例７と同様な効果が得られる。蛇腹辺６５ａ、６５ｂは二枚に限らず、三枚や四枚など複数枚だけ設けてもよい。

実施例９の変形例としてスペーサ６７を合成樹脂に代わって、第１実施例のスペーサ１８と同様に、銅などを含む金属材料により形成してもよい。金属材料のなかでも、ハンダなどの低融点金属によりスペーサ６７を形成した場合、アルミ鋳造における低融点金属は、金型最適温度（３００℃付近）で融解する。
このため、鋳造製品の量産後に抜き取ったスリーブ５におけるスペーサ６７の状態を目視することにより検知可能となる。この結果、熱電対や温度センサーなどの高価な検知手段を用いることなく、低融点のスペーサ６７を金型内部の実体温度を検知する簡易型温度センサーとして利用することができる。

図１４は本発明の実施例１０を示す。この実施例１０が実施例７−９と異なるところは、スリーブ５にスライドパイプ８および鍔部８ａを一体化するとともに、合成樹脂材料から有端リング状のスペーサ６８を形成したことである。

この場合、スリーブ５の上端開口部５ｓの近傍に変形力吸収機構６５の蛇腹辺６５ａ、６５ｂを形成している。このため、蛇腹辺６５ａ、６５ｂが鍔部８ａの上端開口部５ｓに近接し、冷却孔３に対するスリーブ５の挿脱時に、手指を掛けるための引掛け部として利用することができる（図１４（ａ）参照）。

また、図１４（ｂ）に示すスペーサ６８は、スリーブ５の外周面に嵌着され、軸方向に沿って離間状態に配置されている。すなわち、スペーサ６８の両端部６８ｘ、６８ｙを弾性変形により拡開した状態にしてスリーブ５に嵌め込んで解放する。解放後にスペーサ６８が弾性力によりスリーブ５の外周面に巻き締まって嵌着される。
スペーサ６８の合成樹脂材料として、例えばＰＰまたはＡＢＳなどの材質を適用することにより、金型冷却機構９の稼働時に合成樹脂材料が５００℃付近で希酸素雰囲気の環境下で炭化する。

炭化したスペーサ６８は、環状空隙１９内の充填剤と渾然一体化して混ざり合って同化消失するため、廃棄処理時にスペーサ６８を別部材として分別する必要がなくなる利点がある。この場合、冷却孔３に対するスリーブ５の同芯性は、スリーブ５の挿入時にスペーサ１８により確保され、一旦確保された両者の同芯性は、スペーサ６８が同化消失した後も維持されるものとする。このことは、実施例９によるスペーサ６７についても同様である。

実施例１０の変形例としてスペーサ６８を合成樹脂に代わって、第１実施例のスペーサ１８と同様に、銅などを含む金属材料により形成してもよい。金属材料のなかでも、ハンダなどの低融点金属によりスペーサ６８を形成した場合、アルミ鋳造における低融点金属は、金型最適温度（３００℃付近）で融解する。このため、実施例１０の変形例でも、実施例９の変形例と同様な効果が得られる。
なお、このスペーサ６８は、図１０（ａ）に示す変形力吸収機構６５を有する実施例７のスリーブ５の外周面に嵌合配置してもよい。

１ 金型
３ 金型の冷却孔
３ａ 金型の開口部
３ｓ 冷却孔の内周面
４ 冷却孔の窪み部
５ スリーブ（有底型冷却管）
５ｅ フランジ部（上面開口端部）
８ スライドパイプ
９ 金型冷却機構
１２ スリーブの突状部
１８、６７、６８ スペーサ
１９ 環状空隙
２０ 整流突起
２１ 流水溝
２２ 縦溝
２３ 周溝
２４ カラー
２６ａ 長尺管
２６ｂ 短尺有底管
２６ｃ 縮径端管
２６ｄ 開口端部
６５ 変形力吸収機構６５
６５ａ、６５ｂ 蛇腹辺

Claims (12)

1. 冷却構造体に形成された所定の深さの冷却孔に環状空隙を介して同芯配置される銅製あるいは銅合金製の有底型冷却管を有する冷却構造体用の有底型冷却管構造であって、
   前記冷却孔の内底部に半球状の窪み部を形成し、前記有底型冷却管の外底部に半球状の突状部を設けており、
   前記環状空隙には、金属粉末、エポキシ系樹脂および硬化剤を含む混合体の状態から揮発性溶媒で溶解されるようになっており、前記有底型冷却管の使用時には受熱により希酸素雰囲気下で固化炭化して灰状になる充填剤が注入充填されるようになっており、
   前記有底型冷却管の外周面の単一箇所あるいは複数箇所に径方向の内部に断面くの字の周溝状に窪み、前記有底型冷却管の軸方向に塑性変形可能な複数枚の蛇腹辺を変形力吸収機構として設け、
   前記有底型冷却管が使用時に受ける前記軸方向の熱膨張変形力ならびに、前記有底型冷却管が組付け時に受ける前記軸方向の締付け変形力を前記複数枚の蛇腹辺の微小な塑性変位で吸収させることを特徴とする冷却構造体用の有底型冷却管構造。
2. 金属製または合成樹脂製の材料から小球状に形成されたボールを前記複数枚の蛇腹辺の間に複数配置し、前記ボールを前記蛇腹辺に二点接触させると同時に、前記ボールを前記冷却孔の内周面に一点接触により当接させ、前記有底型冷却管が前記熱膨張変形力あるは前記締付け変形力を受けた際、前記ボールおよび前記複数枚の蛇腹辺の相互の変形により前記複数枚の蛇腹辺の前記微小な塑性変位を許容させるように設定するとともに、前記冷却孔に対する前記有底型冷却管の同芯配置を維持させたことを特徴とする請求項１に記載の冷却構造体用の有底型冷却管構造。
3. 弾性変形可能な合成樹脂により形成された有端リング状のスペーサを前記複数枚の蛇腹辺の間に嵌合配置し、前記スペーサの外表面の全面を前記冷却孔の内周面に当接させ、前記有底型冷却管が前記熱膨張変形力あるは前記締付け変形力を受けた際、前記スペーサおよび前記複数枚の蛇腹辺の相互の変形により前記複数枚の蛇腹辺の前記微小な塑性変位を許容させるように設定するとともに、前記冷却孔に対する前記有底型冷却管の同芯配置を維持させたことを特徴とする請求項１に記載の冷却構造体用の有底型冷却管構造。
4. 前記有端リング状のスペーサに代わって、金属材料から成るスペーサを設けたことを特徴とする請求項３に記載の冷却構造体用の有底型冷却管構造。
5. 有端リング状のスペーサを使用時の受熱により前記充填剤と同化消失する合成樹脂材料により形成し、前記スペーサを前記有底型冷却管の外周面に嵌着し、前記冷却孔に対する前記有底型冷却管の同芯配置を維持させたことを特徴とする請求項１に記載の冷却構造体用の有底型冷却管構造。
6. 有端リング状のスペーサを金属材料から構成し、前記スペーサを前記有底型冷却管の外周面に嵌着し、前記冷却孔に対する前記有底型冷却管の同芯配置を維持させたことを特徴とする請求項１に記載の冷却構造体用の有底型冷却管構造。
7. 前記有底型冷却管の内周面には、複数の縦溝が前記有底型冷却管の軸方向に沿うように形成されているとともに、前記有底型冷却管の内底面には、径寸法が大小異なる複数の周溝を同芯状に形成していることを特徴とする請求項１に記載の冷却構造体用の有底型冷却管構造。
8. 前記有底型冷却管の内底面には、錐体状の整流突起体が前記有底型冷却管に流入する冷却水を受けるように立設されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却構造体用の有底型冷却管構造。
9. 前記整流突起体の外表面には、前記整流突起体の頂点から基端部に向けて複数の流水溝を形成していることを特徴とする請求項８に記載の冷却構造体用の有底型冷却管構造。
10. 前記冷却孔の前記窪み部には、切欠き部を有する有底短筒状のカラーが嵌め込まれており、前記冷却孔に対する前記有底型冷却管の挿入時、前記有底型冷却管の前記突状部が前記カラーの内底部に挿嵌されることを特徴とする請求項１に記載の冷却構造体用の有底型冷却管構造。
11. 前記有底型冷却管は、両端が開口された長尺管と短尺有底管とから成り、前記長尺管および前記短尺有底管のいずれか一方の開口端部を径小に形成した縮径端部とし、前記縮径端部を他方の開口端部内に嵌合接続し、前記長尺管の外周面と前記短尺有底管の外周面とが面一となるように設定したことを特徴とする請求項１に記載の冷却構造体用の有底型冷却管構造。
12. 前記冷却孔における上面開口部の内面には、雌ねじ部が刻設されており、雄ねじ部を有して且つ面取り状テーパ部を形成した栓体を前記雌ねじ部に螺進させることにより、前記面取り状テーパ部が前記冷却孔内の前記有底型冷却管の上面開口端部を押圧し、弾性域を超えて外方に拡開変形させて前記冷却孔の内周面に水密状態に当接させる構造を成すことを特徴とする請求項１に記載の冷却構造体用の有底型冷却管構造。