JPS58161207A - 着色された耐熱性電気絶縁体 - 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、新規な鮮やかに着色された耐熱性電気絶縁体
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
ｔ、低低融点ノウラスどの結着剤により結着させて製造
されている。このうち、雲母粉末を硼酸−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」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２００〜１００ＯＫυ偽２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、雲母がガラスに侵蝕され、作票性が低
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、金属の第一リン酸塩などのリン酸塩類、ア
ルミナゾル、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
″ｃｔ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、成形が固唾にな
ることがあった。

一方、アルミナゾル、シリカゾルなどのゾル系結着剤は
、結着に際して１０００〜１２００℃程度の筒温処理が
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。

熱硬化性樹脂系結着剤との併用が難しいため、緻密な成
形品が得に（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′Ｘ繊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、１００〜３００　Ｋｙ／ｃｒｎ２の圧力で加熱
加圧成形することを特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、このように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
しなげ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加熱により褐色系に変色する
ことがあり、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
ムと酸化コノ々ルトとの固溶体および硼酸を用いること
によって、絶縁基材を結着させるに際して、高温高圧を
要することな（、しかも絶縁基材を損傷させることなく
、耐熱性、！気絶縁性１機械的強度、耐アーク性に優れ
、かつ鮮やかに着色されて変色による商品価値の低下な
防止し５る電気絶縁体を提供することを目的としている
。

Ｊ−なわち本発明は、無機質絶縁基材を、酸化亜鉛と酸
化マグネシウムとＩｆ化コ／々ルト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＃やかに着色された耐熱性電気絶
縁体を提供する。

本発明において用いられる絶塚基材としては、ガラス繊
維、マイカ、石綿、セラミックなどのクロス、マット、
ペーノソー粉末、繊維が用いラレ、これらは単独ちるい
は組合せて積、一体として用いられる。無機質絶縁基材
には、無蛾充填剤を添加してもよく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、＃Ｒ化珪累、酸
化鉄、酸化ジルコニウム、水酸化カルシウム、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、窒化ホウ素、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）々リウム、タルク
、マイカ、ムライト、ジルコンサンド、シラスノ々ルー
ン、ノ々−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酸化コノ々ルトとの
固溶体および硼酸が用いられる。複だ、酸化亜鉛と酸化
マグネシウムと酸化コノ々ルトとの固溶体および硼酸に
、必要に応じて、有機結着剤として耐熱性の熱硬化性樹
脂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
の同上を図ることができる。

酸化亜鉛、酸化マグネシウムおよび酸化コノ々ルトとの
固溶体について説明する。

この固溶体は、岩塩型構造、スピネル型構造およびウル
ツアイト型構造をとることができる。岩塩型固溶体は生
成する領域がかなり広く、ウルツアイト型固溶体は非常
にせまい。三成分の状態図に示されるように、岩塩型系
単−固溶体の生成する領域は、ＭｇＯからＣａＯ側へ半
楕円形状に延びており、またＣｏＱｊ副辺からＺｎＯ側
へ延びる領域では岩塩型固溶体とＣｏ０Ｃｏ２０３系の
スピネル固溶体が共存する。スピネル固溶体の生成領域
がＺｎＯ側へ延びる理由は、４配位選択性の強いｚｎ２
＋が存在すると、スピネル（ｚｎ、ｃｏ）ＯＣｏ２０３
型の固溶体が生成しやすくなるためであると考えられる
。

固溶体を生成するための酸化亜鉛源としては。

酸化亜鉛粉末の他に、たとえば水酸化亜鉛、炭酸亜鉛、
１基性炭酸亜鉛、硝酸亜鉛、酢酸亜鉛などが挙げられろ
。また酸化マグネシウム源としては水酸化マグネシウム
粉末の他に、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
愼マグネシウムなどがｌ挙げられる。また酸化コ・々ル
ト源としては、酸化コノモルト粉末の他にたとえば水酸
化コ・々ルト、炭酸コ・セルト、塩基性炭酸コ・２ルト
、硝酸コノセルト、硫酸コノ々ルトなどが／挙げられる
。

酸化亜鉛−酸化マグネシウムー酸化コノ々ルト固溶体は
、具体的には、たとえば高純度酸化亜鉛粉末、酸化マグ
ネシウム粉末、酸化コノモルト粉末とを所望割合で充分
に混合し、次いでこの混合物を１０００〜１５００℃の
温度に加熱することＫよって調製される。

酸化亜鉛−酸化マグネシウムー酸化コノ々ルト固溶体を
製造するに際して、原料となる酸化亜鉛と酸化マグネシ
ウムと酸化コノモルトの混合割合は、得られる電気絶縁
体の目的、色に応じて極めて広範囲に変化させることが
できる。

本発明において、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、エ
ポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン
樹脂、ポリエステル樹脂などが挙げられ、これらの熱硬
化樹脂を単独あるいは組合せて使用する。

本発明においては絶縁基材として、酸化亜鉛。

Ｗ化マグネシウムおよび酸化コノモルトとの固溶体およ
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
とが望ましい。

なお、本明細書において、硼１波と、酸化亜鉛−酸化マ
グネシウムー酸化コ、？ルト固柵体とのモル比は、以下
の意味で使用する。すなわち、水酸化マグネシウムｗｒ
ｅ化マグネシウム源として用い。

酸化亜鉛を酸化亜鉛源、醸化コノ々ルト馨酸化コノ々ル
ト源として用いると、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、一方嘔化亜鉛、酸化コ・々
ルトはそのままの分子量で存在して固溶体を形成する。

ここで水酸化マグネシウム５ｇ、酸化亜鉛９０９および
酸化コ・々シト５！１ｙａ１′原料として用いた用台に
ついて考えると、固溶体中には、酸化マグネシウムは５
　（！ｊ）　Ｘ　酸化マグネシウム分子量＜　４０．３
０　）７水酸化マグネシウム分子量（５８，３２）　＝
　３．４６．９　　存在し、これ馨便宜上モル数に直す
と、（ＬＯ８６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１．１０６モルとなる。一方酸化コノ々ルト
は０．０６７モルである。したがって、水酸化マグネシ
ウム５Ｌｆｆ化亜鉛９（）９および酸化コ・々シト５ｇ
を加熱することにより生成する固躍体は、０．０８６　
＋　１．１０６　＋　０．０６７　＝　１．２５９モル
に相当ｊろと便宜上考えることができる。一方、硼酸の
１モルは６１．８ｇであると考えることができるから、
硼酸と固溶体とは、上記のような考え方により、所望の
モル数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メツシユ以下、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
。

本発明による耐熱性電気絶縁体においては、該絶縁体１
００重量部に対して、無機質絶縁基材は５〜９０重量部
好ましくは２０〜７５重量部であり、酸化亜鉛と酸化マ
グネシウムと酸化コノモルトとの固溶体および硼酸から
なる無機結着剤は５〜８０重世部、好ましくは９〜６０
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型骨部以下であると、得られる電気絶縁体
の機械的強度が低下し、一方９０重量部以上になると、
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８０重、
閘゛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、万機結着剤ン添加しなくとも満足な特性を有す
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ましくない。

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
末と高純＝Ｖ化コノ々ルト粉末とを所望割合で混合し、
次いで１０００〜１５００℃の温度に加熱することによ
って、酸化亜鉛−酸化マグネシウムー酸化コノ々ルト系
固溶体を調製する。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
無機實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によって耐熱性電気絶縁体を製造す
る。

職化亜鉛−酸化マグネシウムー酸化コノ々ルト固溶体、
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、光分に混合し、さらにボールミルなどによ
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、１００〜３００　Ｋｐ／ｃ
ｒｎ２の成形圧力のもとで約１０〜６０分間加熱加圧さ
れて、耐熱性電気絶縁体が匍られる。

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、侍られる絶縁体の強度が低下する
ため好ましく７よ（、また２００℃以上であると、急激
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、１ＱＱＫｐ／ａｍ２以下であると緻密な絶
縁体か得られないため好ましくな（、また３００ＫＰ／
ｃｍ２以上としても得られる絶縁体の時性に変化はな（
、制圧を加えることによる効果が竹にない。

成りし時間は、成形温度および成形圧力に応じて変化ｊ
るか、Ｂおよそ１０〜印分程度である。

このようにして電気絶縁体が得られた後に、使用目的お
よび使用条即に応じて、寸法安定性を得るため、加圧下
あるいは無圧下で、好ましくは成形温同以−ヒの温度で
、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１・土ない。

実梅例１ 酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ）と酸化マグネシウム（ＭｇＯ）
とＣβ化コノ々シルトＣ００）とＹモルパーセント比で
０．９８　：　０．０１　：　０．０１の割合で湿式混
合し、１００℃で予備乾燥した後、これを電気炉中で１
２００℃で２時間焼成し、酸化亜鉛と酸化マグネシウム
と酸化コノモルトとの固溶体を調製した。この固溶体は
鮮やかな黄緑色ケ呈していた。次いでこの固溶体と硼ｔ
Ｗ　（Ｈ３ＢＯ３）と？１：３０モル比で混合して無機
結着剤とした。

電気絶縁体１００部中には絶縁基材５１．１重量部。

無機結着剤４０．９重量部、エポキシ樹脂およびシリコ
ンフェスの混合物を８Ｎ量部χ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、次いでボールミル
により粉砕して１００メツシユ以下として使用した。

絶縁基材として、ガラスチョップストランドマットを１
５０　Ｘ　１５Ｑａｉ＋２に切断したものを１０枚用意
し、このマット１枚ごとにつき、上記のようにして調製
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２００ＫＭ−２の圧力で側分間加圧加熱して、
鮮やかな黄緑色ヲ有する電気絶縁体馨製造した。

実施例２ 酸化亜鉛と酸化マグネシウムと酸化コノモルトとを、モ
ルノミ−セント比で０．９０　：　０．０５　：　０．
０５比の割合で湿式混合し１００℃で予備乾燥後これを
１２００℃で２時間焼成して、酸化亜鉛と酸化マグネシ
ウムと酸化コノモルトとの固溶体乞調製した。この固溶
体は鮮やかな黄緑色を呈していた。次いでこの固溶体を
用いて、実施例１と同様にして鮮やかな黄緑色乞有する
電気絶縁体を製造した。

実１商例３ 酸化１１Ｌ鉛と酸化マグネシウムと酸化コノ々ルトとケ
モルパーセント比でＣＬＲＯ：　０．１０　：　０．１
０の割合で混合し、これ４１２００℃で２時間焼成し、
酸化亜鉛と酸化マグネシウムと酸化コ・々ルトとの固溶
体をＭＩＡＩ製した。この固溶体は鮮やかな黄緑色を呈
していた。次いでこの固溶体を用いて実施例１と同様に
して鮮やかな黄緑色Ｚ有する電気絶縁体を製造した。

央殉例４ 有機結着剤としてエポキシ（ｖ１脂およびシリコンワニ
ス２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５ 酸化亜鉛、酸化マグネシウムおよび酸化コ・々ルトとを
モルノに一セント比で０．９８　：　０．０１　：　０
．０１の比の割合で湿式混合し、１００℃で予備乾燥後
これを１２００℃で２時間焼成して酸化亜鉛、酸化マグ
ネシウムおよび酸化コ、Ｓルトの固壱体を調製した。

この固溶体は鮮やかな黄緑色を呈していた。この固溶体
と硼酸とを、１：３０モル比で混合し無機結着剤とした
。この無機結着剤と白色の合成マイカ粉末（６０メツシ
ユ以下）を重量比で、４０：６０の比の割合で摺潰機に
より充分良く混合した後１５０×１５０１１１１２の大
きさの金型に入れ、１７０℃、２００に９／儂２の圧力
で領分間加圧加熱して、鮮やかな黄緑色を有する電気絶
縁体を得た。

実施例６ 実施例５と同様の方法で無機結着剤を調製した後、この
無機結着剤と白色の合成マイカ粉末（６０メツシユ以下
）を重量比で、４０　：　６０の比の割合で混合した後
、さらにエフ＋５キシ樹ｌｅｉ￥を全軍量の５％添加し
、さらに摺潰機で充分良く混合した。

以下は、実晦例５と同様の操作を行って、＃やかな黄緑
色を頁する電気絶縁体Ｚ得た。

このようにして得られた各電気絶縁体の諸物性値を、Ｊ
ＩＳＫ６９１１熱硬化性プラスチックの一般試験方法に
準じて測定し、その結果を表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電気絶
縁体Ｚ湿度９６．５％の室内に冴時間放置した後に測定
を行った。

表１から、絶縁基材の結着剤として、酸化亜鉛と酸化マ
グ上シウムと酸化コ・々ルトとの固溶体および硼酸から
なる無機結着剤に場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１機械的強
度、耐アーク性に優れしかも鮮やかな色彩’ｋＷする電
気絶縁体が非常な高温高圧暑要することなく得られるこ
とがわかる。

出願人代理人　　　猪　　股　　　　　清（１８）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、無機質絶縁基材を、酸化亜鉛と酸化マグネシウムと
   酸化コノモルトの固溶体および硼酸からなる結着剤によ
   り結着してなる着色された耐熱性電気絶縁体。 ２、無機質絶縁基材を、酸化亜鉛と酸化マグネシウムと
   酸化コ・々ルトの固溶体、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着色された耐熱性電気絶
   縁体。