JPS58100308A - 耐熱性電気絶縁体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、新規な耐熱性電気絶縁体に関する。

従来、耐熱性電気絶縁物は、雲母、石綿などの絶縁基材
を、低融点ガラスなどの結着剤により結着させて製造さ
れている。このうち、雲母粉末な硼酸−鉛系の低融点ガ
ラスにより結着させたいわゆる「マイカレックスコが広
く知られている。このマイカレックスは、耐熱性および
電気絶縁性には優れているが、製造に際して、前記低融
点ガラスの軟化温度以上すなわち５００〜８００℃の温
度に加熱しつつ２００〜１０００１ｉ＃／（−程度の圧
力を加えることが必要とされ、また工程的にも著しく繁
雑であるため、製造コストが高くなるという欠点があっ
た。またこれに加えて、結着時に雲母と前記ガラスとの
間に反応が進行し、雲母ががラスに侵蝕され、作業性が
低下するという欠点もあった。

また、絶縁基材の結着剤としては、低融点ガラスのほか
に、リン酸、金属の第一リン駿塩などのリン酸塩類、ア
ルぐナゾル、シリカゾルなどのゾル類、セメントなどが
用いられている。しかしながら、リン酸あるいはリン酸
塩類などのリン酸系結着剤は、耐熱性（４００〜５００
℃まで）および不燃性には優れているが、耐水性および
湿潤時の電気特性が劣り、また絶縁基材とリン酸系結着
剤とが化学反応を起こすため結着効果が低下し、均一な
成形品が得られ難いという欠点があった。さらにリン酸
系結着剤に、熱硬化性樹脂からなる有機系結着剤を混入
したものを結着剤として用いることもあるが、この場合
には、有機系結着剤の分解が生起し、成形が困難になる
ことがあった。

一方、アル建ナゾル、シリカゾルなどのゾル系結着剤は
、結着に際して１０００〜１２００℃程度の高温処理が
必要であり、マイカレックスと同様の問題があった。ま
たセメント系結着剤においては、熱硬化性［１１系結着
剤との併用が難かしいため、緻密な成形品が得にくいと
いう欠点があった。

このような欠点を解決するため、クリソタイル石綿など
の無機質像維またはこれに無機質充填剤に加えてなる絶
縁基体を、硼酸と、酸化亜鉛および（または）酸化カル
シウムとからなる粘着剤を用いて、１３０〜２００℃の
温度、ｉｏｏ〜３００ＫＦ／（１！ＩＬ”の圧力で加熱
加圧成形すること！ｔ％徴とする耐熱性電気絶縁体の製
造法が提案されている。しかしながら、この方法により
製造された電気絶縁体は、耐アーク性および貫層破壊電
圧などの面において完全には満足のいくものではなく、
さらに改良することが望まれている。また、このようＫ
して製造された電気絶縁体は用いた原料に基因して白色
であり、この電気絶縁体を着色しようとする場合には、
高価な無機顔料を使用しなければ着色することができな
いという欠点があった。無機顔料による電気絶縁体の着
色には、無機顔料の耐熱性および均一分散性という点で
問題がある。しかも、上記の電気絶縁体は白色であるた
め、この中に含まれる熱硬化性樹脂などの成分が変色し
たりすると、この変色が顕著に表われ、このため商品価
値が低下するという欠点があった。

本発明はこのような欠点を解決しようとするものであり
、絶縁基材の結着剤として、酸化亜鉛と酸化マグネシウ
ムとの固溶体および硼酸を用いることＫよって、絶縁基
材を結着させるに際して、高温高圧を喪することなく、
しかも絶縁基材を損傷させることなく、耐熱性、電気絶
縁性、機械的強度、耐アーク性、貫層破壊電圧性に優れ
、かつ着色することが容易な電気絶縁体を提供すること
を目的としている。

すなわち本発明は、無ＩＦ！Ａｍ維またはこれに無機充
填剤を添加してなる絶縁基材を、酸化亜鉛と酸化マグネ
シウムとの固溶体および硼酸そして場合により熱硬化性
樹脂が添加されてなる結着剤により結着してなる耐熱性
電気絶縁体を提供する。

本発明において用いられる絶縁基材は、無機繊維または
無機繊維に無機充填剤を添加したものである。無機禮維
としては、ガラスクロス、ガラスマット、アスベストペ
ーノ臂−１石綿、セラミックファイツアーなどが用いら
れうる。またこれらの無機繊維を複数種組合せて積層体
として用いてもよい。無機充填剤としては、酸化亜鉛、
酸化チタン、酸化カルシウム、酸化スズ、酸化マグネシ
ウム、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化鉄、酸化ジル
コニウム、酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸
化鉄、弗化アルミニウム、弗化マグネシウム、゛窒化ホ
ク単、ガラス粉末、ケイ酸ジルコニウム、カオリン、焼
成りレー、チタン酸）９リウム、タルク、マイカ、ムラ
イト、ジルコンサイド、シラスバルーン、ノーミキュラ
イト、パーライトなどが挙げられる。

上記のような絶縁基材を結着させるための結着剤として
は、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体および硼酸
が用いられる。また、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの
固溶体および硼ＩＩＫ、必要に応じて、有機結着剤とし
て耐熱性の熱硬化性樹脂旨を添加して結着剤とすること
もできる。熱硬化性樹脂を添加することによって、絶縁
基材の微細隙間が充填され、これによって絶縁基材の結
着がより強固となり、得られる電気絶縁体の機械強度、
電気絶縁性および耐水性の向上を図ることができる。

酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体について説明す
る。

酸化亜鉛は六方晶系のウルツ鉱型構造であり、酸化マグ
ネシウムは立方晶系の岩塩型構造とそれぞれ結晶構造は
異なるが、原子価が等しい場合には、格子欠陥を伴わす
に固溶化が起こり、制限域がかなり広くなって、岩塩型
の酸化マグネシウム側ではｅ１１素配位数４の亜鉛が＃
素絵位数６のマグネシウムの格子位置に入って誘導型非
同形置換固溶体型の岩塩型固溶体が生成され、一方酸化
亜塩側ではウルツ鉱型の固溶体が生成され、中間領域で
は両回溶体の混合物が生Ｆｌｔする。このような酸化亜
鉛と酸化マグネシウムとの固溶体に関しては、たとえば
名古屋工業技術試験所報告第１６巻第５・６号（昭和４
２年６月発行）Ｋ詳述されている。

酸化狙鉛と酸化マグネシウムとの固溶体は、具体的には
、たとえば高純度酸化亜鉛と、たとえば高純度水酸化マ
グネシウム粉末とを充分く混合し、次いで７００〜１５
００℃の温度に加熱することＫよって得られる。この固
溶化は、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとを極めて広範囲
の重量割合で混合して加熱するごとによって生成される
。固溶体が生成されると、この固溶体中には遊離の酸化
亜鉛および酸化マグネシウムは存在せず、酸化マグネシ
ウムの格子定数が酸化亜鉛含量の増加に伴って連続的に
変化することがＸ、！１分析によって確かめられる。一
般にこの固溶体は６００℃以下の温度で加熱しても生成
せず、７００℃以上好ましくは９００℃以上の温度に加
熱することによって生成する。

固溶体を生成するだめの酸化亜鉛源としては、酸化亜鉛
粉末のほかに、たとえば水酸化亜鉛、炭酸亜鉛、塩基性
炭酸亜鉛、硝酸亜鉛、酢酸亜鉛などが挙げられる。また
酸化マグネシウム源としては、水酸化マグネシウム粉末
のはかに、たとえば酸化マグネシウム、炭酸マグネシウ
ム、塩基性炭酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、酢壇
マグネシウムなどが挙げられる。

酸化亜鉛−酸化マグネシウム固溶体を製造するに際して
、原料となる酸化亜鉛と酸化マグネシウムの混合割合は
、得られる電気絶縁体の目的に応じて極めて広範囲に変
化させることができる。たとえば貫層破壊電圧特性を重
視する場合には、Ｚ　ｎＯ／Ｍｇ　（ＯＨ）　２重量比
は８０／２０〜１０／９０好マシ＜は５０１５０〜１０
／９０の範囲内で変化させる。耐アーク特性を重視する
場合には、ＺｆｌＯ／Ｍｇ（ＯＨ）　ｚ比を５０１５０
〜１／９９、好マシくは２０／８Ｇ　−１７９９ノ間す
なわちマグネシウムリッチの範囲内で変化させる。曲げ
強度特性を重視する場合には、８０／２０〜１０／９０
好ましくは３０／７０〜１０／９０　ノ範囲内で変化さ
せる。

酸化亜鉛−酸化マグネシウム固溶体は、白色であるが、
この固溶体に酸化コノ々ルト、酸化ニッケルなどの金属
酸化物な適量さらに固溶化させることによって容易圧着
色することができる。たとえば、“原料として、１２．
７重量％の酸化ニッケル、５９．６１量多の酸化マグネ
シウム、２７．７重量％の酸化亜鉛の混合物を１０００
℃で２時間焼成すると、緑黄色を有する醸化亜鉛−酸化
マグネシウムー酸化ニッケル固溶体が得られる。含有さ
せるべ館金属酸化物の種類および量を変化させるごとに
よって、グリーン、ピンク、赤、茶、黄色などの様々な
色を固溶体に与えることができる。

本発明におい【用いられる有機結着剤としての耐熱性の
熱硬化性樹脂としては、たとえばフェノール樹脂、ニー
キシ樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド４１１１．メラミ
ン樹脂、Ｉリエステル樹脂などが挙げられ、これらの熱
硬化性樹脂を単独であるいは組合せて使用する。

本発ＥＩＩＩにおいては、絶縁基材の結着剤として。

酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体および硼酸、場
合により熱硬化性樹脂の混合物を用いるが、硼酸と前記
固溶体とのモル比は０．５〜８．０であることが好まし
い。

なお本明細書において、硼酸と酸化亜鉛−酸化マグネシ
ウム固溶体とのモル比とは以下の意味で使用する。すな
わち、たとえば水酸化マグネシウムを酸化マグネシウム
源として用い、酸化亜鉛を酸化亜鉛源として用いると、
水酸化マグネシウムは加熱によって水が散逸するのに対
して、一方酸化亜鉛はそのままの分子量で残存して同溶
体を形成する。ここで水酸化マグネシウム６０９および
酸化亜鉛４０１１な原料とした場合について考えると、
固溶体中には酸化マグネシウムは６ｏ＜ｐ＞ｘ酸化マグ
ネシウム分子ｉｔ　（４０，３０）／水酸化マグネシウ
ム分子量（５８，３２）　＝　４１．４６　ｍｌ存在し
、これを便宜上モル数に直すと１．０２８モルとなる。

また酸化亜鉛は、そのままの重量で前記固溶体中に存在
するため、これを便宜上モル数に直すと０．４９モルと
なる。したがって水酸化マグネシウム６０ｇおよび酸化
亜鉛４ｏＩＩを加熱することにより生Ｆｉ５ｔ−ｇ″る
固溶体は、１．０２８　＋　０．４９　＝　１．５１８
モルに相当すると便宜上考えることができる。一方、硼
酸の１モルは６１．８１１であると考えることができる
から、硼酸と…溶体とは、上記のような考え方により、
所望のぞル比で混合することができる。

結着剤混合物は、使用に際して１００メツシュ以下好ま
しくは２００メツシユ以下にして用いることが望ましい
。

本発明においては、絶縁基材の結着剤として、酸化亜鉛
と酸化マグネシウムとの固溶体および硼酸の混合物を用
いて電気絶縁体を得ているが、結着剤として、酸化亜鉛
、酸化マグネシウムおよび硼酸の単なる混合物を用いて
得られた電気絶縁体と比較して、明らかに１曲げ強度特
性、貫層破壊電圧特性などの特性面で顕著な効果が認め
られる。

このことは、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体を
、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの単なる混合物に代え
て用いることＫよって曲げ強度、貫層破壊電圧特性が顕
著に改善されることを意味している。

本発明による耐熱性電気絶縁体においては、核絶繊体１
００菖量部に対して、無機繊維またはこれに無機充填剤
を添加してなる絶縁基材は５〜９０電量部好ましくは２
０〜７ＳｉｌＥ量部であり、酸化亜鉛と酸化マグネシウ
ムとの固溶体および硼酸からなる無機結着剤は５〜８０
重量部、好ましくは加〜６０重量部であり、熱硬化性樹
脂からなる有機結着剤は０〜３０部好ましくは２〜２０
部であり、無機充填剤は０〜７０部好ましくは５〜５０
部である。

絶縁基材が５重量部以下であると、得られる電気絶縁体
の機械的強度が低下し、一方９０１１量部以上になると
、基材の結着が充分にできず機械的強度が低下するため
好ましくない。また、無機結着剤が５重量部以下である
と、得られる電気絶縁体の耐熱性が低下し、一方（資）
重量部以上になると機械的強度が低下して好ましくない
、また、有機結着剤を添加しなくとも満足な特性１に有
する電気絶縁体が得られるが、有機結着剤が２重量部以
上含まれると、得られる電気絶縁体の耐水性および機械
的強度が向上するため好ましく、一方その含量が加重置
部以上となると耐熱性が低下するため好筐しくない。

以下に本発明による耐熱性電気絶縁体の製造方法を説明
する。

まず、高純度酸化亜鉛と、高純度水酸化マグネシウム粉
末と、必要に応じて着色用の金属酸化物とを所望割合で
混合し、次いで７００〜１５００℃の温度に加熱するこ
とＫよって、酸化亜鉛−酸化マグネシウム系固溶体な１
Ｉｉｌ！ｌｌ！する。この固溶体に硼酸を混合し、必要
に応じて熱硬化性樹脂をさらに添加し、これらの混合物
を無機繊維またはこれに無機充填剤を添加してなる絶縁
基材上に均一に散布し、次いでこれを加熱しながら加圧
することＫよって耐熱性゛（気絶縁体を製造する。

酸化亜鉛−酸化マグネシウム固溶体、硼酸、熱硬化性樹
脂の各結着剤成分は、絶縁基材上に散布する前に、光分
圧混合し、さらに、Ｎ−ルミルなどにより１００メツシ
ユ以下にする。

結着剤が散布された絶縁基材は、金型に入れられ、１３
０〜２００℃の成形温度で、１００〜３００ＫＦ／／ｃ
１Ｎ２の成形圧力のもとで約１０−ω分間加熱加圧され
て、耐熱性電気絶縁体が得られる。

成形温度は、１３０℃以下であると無機結着剤の流動性
が良好ではないため、得られる絶縁体の強度が低下する
ため好ましくなく、また２００℃以上であると、急撒に
硼酸の脱水が起こり、発泡の原因となるため好ましくな
い。

成形圧力は、１００Ｋｐ／抛２以下であると緻密な絶縁
体が得られないため好ましくな（、また３００１’１／
ｃｍ”以上としても得られる絶縁体の特性に変化はなく
、高圧を加えることによる効果が特にない。

成形時間は、成形温度および成形圧力に応じて変化する
が、おおよそ１０〜６０分程度である。

このようにして電気絶縁体が得られた後に、使用目的お
よび使用条件に応じて、寸法安定性を得るため、加圧下
あるいは無圧下で、好ましくは成形温度以上の温度で、
後処理することが望ましい。

以下本発明を実施例により説明するが、本発明は以下の
実施例に限定されるものではない。

実施例１ 噴化亜鉛粉末（ＺｎＯ）と水酸化マグネシウム（Ｍｇ（
Ｏｎ）２）　　とを重量比で９０　：　１００割合で混
合し、これを電気炉中で９００℃で２時間焼成し、酸化
亜鉛と酸化マグネシウムの固溶体なり４製した。この固
溶体と硼ｅ１１（Ｈ３ＢＯ３）とを１：３０モル比で混
合して無機結着剤とした。電気絶縁体１００部中には、
毛無機９維５１．１重量部、無機債着剤４０．９部、エ
ポキシ粥目旨およびシリコンワニスの混合物ｔ８ｊｔ着
部を使用した。このうち、無機結着剤と有機樹脂は予じ
め混合し、次いでゼールミルにより粉砕して１００メツ
シユ以下として使用した。

ｅ轍基材として、ガラスチョップストランドマットを１
５０Ｘ１５０ｍ”Ｈ切断したものを１０枚用意し、この
マット１枚ごとＫつき、上記のよ５Ｋｔ。

て調製した結着剤を散布し、上下にガラスクロスマット
２枚を重ねて積層した。これを金型に入れ、１７０℃の
温度にセットし、２００Ｋｐ／ｓ＋２の圧力で（９）分
間加圧加熱することによって、電気絶縁体を製造した。

実施例２ 酸化亜鉛と水酸化マグネシウムとを、重量比で８０：２
０の割合で混合し、これＱ　９００℃で２時間焼成して
、酸化亜鉛と酸イヒマグネシウムとの固溶体を調製した
。この固溶体を用いて実施例１と同様にして電気絶縁体
を製造した。

実施例３ 酸化亜鉛と水酸化マグネシウムとを、重量比で５０：５
０の割合で混合し、これを９００℃で２時間焼成し、酸
化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体を調製した。この
固溶体を用いて実施例１と同様にして電気絶縁体を製造
した。

実施例４ 酸化亜鉛と水酸化マグネシウムとを、重量比で３０　：
　７０の割合で混合し、これを９００℃で２時間焼成し
、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体を調製した。

この固溶体を用いて実施例１と同様にして電気絶縁体を
製造した。

実施例５ 酸化亜鉛と水酸化マグネシウムとを、重量比で１０　：
９０の割合で混合し、これ４Ｉ：９００℃で２時間焼成
し、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体を調製した
。この固層体を用いて実施例１と同様にして電気絶縁体
を製造した。

実施例６ 有機結着剤としてのエポキシ樹力旨およびシリコンワニ
スを用いない以外は、実施例１と同様にして電気絶縁体
を製造した。

実施例７ 酸化亜鉛粉末（ｚｎｏ）と、水酸化マグネシウム粉末（
Ｍｇ（ＯＨ）２）と、−酸化ニッケル（ＮｌＯ）とを重
量比で、２７．７　：　５９．６　：　１２．７の割合
で混合し、これを電気炉で１０００℃で２ｗ１間焼成し
、酸化亜鉛−酸化マグネシウムー酸化ニッケル固溶体を
調製した。この固層体は鮮やかな緑黄色を示した。この
固溶体を用いて、実施例１と同様にして電気絶縁体を製
造した。

実施例８ 酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ）と、水酸化マグネシウム粉末（
Ｍｇ（ＯＨ）、）と、−酸化コバルト（ＣｏＯ）とを重
量比で、４２．４　：　５２．０　：　５．６の割合で
混合し、これを電気炉中で１０００℃で２５８間焼成し
、酸化亜鉛−酸化マグネシウムー酸化コバルト固溶体を
調製した。この固溶体は鮮やかな藤色な示した。この固
溶体を用いて、実施例１と同様にして電気絶縁体を製造
した。

比較例１ 酸化亜鉛粉末（ｚｎｏ）を９００℃で２時間電気炉中で
焼成し、これと硼酸とを１＝３のモル比で混合して無機
結着剤を調製した。この無機結着剤を用いた以外は、実
施例１と同様にして電気絶縁体を製造した。

比較例２ 水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）を９００℃で２
時間電気炉中で焼成し、これと硼酸と’ｔ’ｔ：３のモ
ル比で混合して無機結着剤とした。この無機結着剤を用
いた以外は、実施例１と同様にして電気絶縁体を製造し
た。

比較例３ 無機結着剤として、硼酸のみを用いた以外は、実施例１
と同様にして電気絶縁体を製造した。

比較例４ 酸化並鉛粉末（ｚｎｏ）と水酸化マグネシウム粉末（ｇ
ｇ（ｏｎ）、）　　と１それぞれ別々に９００℃で２時
間電気炉で焼成し、得られた酸化亜鉛粉末と酸化マグネ
シウム粉末とを１重量比で５０：５０の割合で混合した
。この混合物と硼酸とｔ／１：３のモル比で混合してな
る結着剤を無機結着剤として用いた以外は実施例１と同
様にして電気絶崎体を製造しへごのようＫして得られた
各電気絶縁体の諸物性１［’＆、ＪＩ８に６９１１熱硬
化性プラスチツクの一般試験方法に準じて測足し、結果
を表１に示す。ただし、湿潤時の体積抵抗と表面抵抗に
ついては、−気絶縁体を湿度９６．５％の室内に２４時
間放置した後にｌｌｊ定を行なった。

表１から、絶−基材の結着剤として、酸化亜鉛と資化マ
グネシウムとの固溶体および硼酸からなる無機績嶺剤に
４合により熱硬化性樹脂を添加したものを用いることに
より、耐熱性、電気絶縁性、横線的強度、耐アーク性、
ｋ＃破壊電圧性に優れしかも群やかな色彩を有する電気
４１ｇ轍体が非琳な高部高圧を要することなく得られる
ことがわかる。

また、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体ｔ１喰化
唾給と酸化マグネシウムとの率なる混合物に代えて、環
磯結着剤として用いることにより、特に曲げ強度および
貫１−破壊戒圧特性が顕著に改善されることがわかる。

さらに、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体にある
檀の金属酸化物乞−櫨あるいは２４以上固溶化させるこ
とによって鮮やかな色彩を有する電気絶縁体が容易に得
られることがわかる。

出願人代理人　　　猪　　股　　　　　清３５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、無機繊維または無機繊維に無機充填剤を添加してな
   る絶縁基材を、酸化亜鉛と醸化！グネシウムとの固溶体
   および硼酸からなる結着剤により結着してなる耐熱性電
   気絶縁体。 ２、無機繊維または無機線維に無機充填剤を添加してな
   る絶縁基材を、酸化亜鉛と酸化！グネシウムとの固溶体
   、硼酸および熱硬化性樹脂からなる結着剤により結着し
   てなる耐熱性電気絶縁体。