JPS58161209A - 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
全、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ｒｏｏ　−ｇｏｏ℃の
温度に加熱しつつ２００〜ＩＯθ□　ｋｇ　／ｃｍ２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
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漸削は、耐熱性（１Ｉｏｏ　−！
ｒｏｏ℃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１０θＯ〜／２０θ℃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、熱硬化性樹脂系結着剤
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、／３０−２００℃の
温度、１００〜３００ψ１２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
、耐アーク性などの而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、酸化亜鉛と酸化コバルトと
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を防止しうる電気絶縁体
を提供することを目的としている。

すなわち本発明は、無機質絶縁基材を、醸化亜鉛と酸化
コバ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ＩＬ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を提供１−る。

本発明において用いられる無機質絶縁基材としては、ガ
ラス繊維、マイカ、石綿、セラミックなどのクロス、マ
ット、ペーパー粉末、繊維が用いられ、これらは単独あ
るいは組合せて積層体として用いられる。無機質絶縁基
材には無機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、酸化珪素、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、窒化ホワ素、ガラス粉末、ケイ酸ジルコニウム
、カオリン、焼成りレー、チタン酸バリウム、タルク、
マイカ、ムライト、ジルコンサンド、シラスバルーン、
ハーミキエライト、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、酸化亜鉛と酸化コバルトとの固溶体および硼酸が用
いられる。また、酸化亜鉛と酸化コバルトとの固溶体お
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、これによって絶終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。

酸化亜鉛と酸化コバルトとの固溶体について説明する。

酸化亜鉛と酸化コバルトとの固溶体には、岩塩型構造、
ウルツァイト型構造およびスピネル型構造のものが知ら
れている。酸化コバルトに対して酸化亜鉛が固溶化する
と岩塩型構造をとり、酸化亜鉛の固溶限界は、／４’θ
θ℃で加熱した場合には酸化コバルトに対して、）Ｏｍ
ｏｌ　％程度である。一方、酸化亜鉛に対して醸化コバ
ルトが固溶化すると、ウルツァイト型構造をとり、酸化
亜鉛に対する酸化コバルトの固浴眠界は、　／’１００
℃で加熱した場合には、鹸化亜鉛に対してｚｍｏ：ｌチ
程度である。この固溶体の組成とその場合の格子定数と
の関係は、固溶体の組成ｋ（ｉ−５〕Ｃ００・Ｊｖｚル
Ｏで表わした場合に、たとえばｔ　−Ｑの時にはａ軸は
３．コｊｆＯＡ、Ｑ軸はＳ、コ０７Ａ程度であるが、Ｚ
−σ、２の時にはａ軸は３．コ！ｒｌｌＡ、Ｑ軸はＳ、
コθコなとなる。このように２ル２＋の固溶化によりａ
ｍはわずかに膨彊し、ａ軸はほとんど変化しないがわず
かに収縮する傾向を有する。このように組成によって格
子定数に大きな変化が見られない理由は、Ｃ０２与ｚ、
２＋のイオン半径がほぼ等しく、しかも両金属ともＭ２
＋−０２−間の共有結合性も同程度であるためと考えら
れる。

また酸化亜鉛と鹸化コバルトの固溶体を調製するＶＣ，
除して、加熱温度が１０００℃以下であると、スピネル
構造の固溶体が生成することがあり、その生成機構は以
下の式によるものであろうと考えられる。

ＣｏＯ−０ｏｔＯ，−１−ＺｎＯ−＋　ＺｍＯ−００，
Ｃｏ。

ば化亜鉛と酸化コバルトとの固溶体は、鮮やかな緑色を
有しており、その色調は固溶体の組成に応じて変化する
。たとえばｃｏｏ　：　ＺｎＯモル比が約７２７０前後
の場合には、鮮やかな緑色を呈し、酸化亜鉛の祉が多く
なればなる程、色調は淡緑色を示す。一方、Ｃｏｏ　：
　ＺｎＯモル比がｌ：５よりも酸化亜鉛の量か少なくな
ると、色調は黒味を帯びてくる。

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
た酸化コバルト源としては、酸化コバルト粉末のほかに
、たとえば、水酸化コバルト、炭酸コバルト、塩基性炭
酸コバルト、硝酸コバルト、硫酸コバルトなどが挙げら
れる。

酸化亜鉛と酸化コバルトとの固溶体は、具体的には、た
とえば高純度の酸化亜鉛粉末と酸化コバルト粉末とｔ所
望割合で充分に混合し、次いでこの混合物’ｉ　１００
０〜／！００℃の温度に加熱することによって調製され
る。

酸化亜鉛−酸化コバ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コバルトの混合割合は、得られ
る電気絶縁体の目的と色に応じて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
化性樹脂を単独で、あるいは組合せて使用する。

本発明においては、絶Ｈ基材の結着材として、酸化亜鉛
と酸化コバ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ｏ、ｓ　−ｇ、θであることが好ましい。

なお、本明細書において、硼酸と酸化唾鉛−酸化コバル
ト固溶体とのモル比とは以下の意味で使用する。すなわ
ち、酸化コバルトを酸化コバルト源として用い、酸化亜
鉛を酸化亜鉛源として用いる。ここで、たとえば酸化亜
鉛ｑｏｇおよび酸化コバルト１０ｇを原料とした場合に
ついて考えると、固溶体中には、酸化亜鉛が／、１０６
モル、一方、酸化コバルトは（７，／、７．７モル存在
することになる。したがって、酸化亜鉛９０ｇおよび酸
化コバルトｉｏｐを加熱すること罠より、生成する固溶
体は、ｉ、ｉｏｔ。

十〇、／、？Ｊ　−／、２３９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＆／、ｔｌ
ｌ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メツシユ以下、
好ましくは、コθＯメツシュ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ｉ
ｏｏ重量部に対して、無機質絶縁基材は３〜ｑｏ重量部
好ましくはｍ〜７５重量部であり、酸化亜鉛と酸化コバ
ルトとの固溶体および硼酸からなる無機結着剤はＳ−ざ
０重量部、好ましくは：ｗ−１ｒＯ重量部であり、熱硬
化性樹脂からなる有機結着剤は０−３０部好ましくはコ
ーＪ部であり、無機充填剤は０〜７０部好ましくはＳ　
−ＳＯ部である。

絶縁基材が５１祉部以下であると、得られる電気絶縁体
の機械的強度が低下し、一方９０重１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、一方ざ０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を有する電
気絶縁体が得られるが、有機結着剤が一重量部以上含ま
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２０重量部以
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、高純度酸化コバルト粉末を、
所望割合で混合し、次いで／θ００−１３００℃の温度
に加熱することによって、酸化亜鉛−酸化コバルト系固
溶体音調製する。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
機質絶縁基材上に均一に散布し、次いでこれ全加熱しな
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
。

酸化唾鉛−酸化コバルト固溶体、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、充分に混
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
θ〜２０θ℃の成形温度で、ＩＯθ〜ＪＯＯゆ／ｃｒｎ
２の成形圧力のもとで約１０−／、０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、ｉ、ｉｏ℃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
るため好ましくすく、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、１００　ｋｇ　７ｃｍ２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く、また３００　
ｋｇ／１ｗｒ”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＊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ｌＯ〜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■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イるが、本発明は以下の
実施例に限定されるものではない。

実櫂例／ 酸化亜鉛粉末（ＺｍＯ）と酸化コバル）　（Ｃ０Ｏ）と
をモルパーセント比で、０．９ｇ　：θ、０２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７２００℃で２時間焼成し、酸化亜鉛とν化コバルト
の固溶体を調製した。この固溶体は鮮やかな淡緑色全型
していた。次いでこの固溶体と硼酸ＣＨｓＢＯｓ）とを
／：３のモル比で混合して無機結着剤とした。

′透気絶縁体１００部中には絶縁基材５７．７重量部、
無機結着剤弘０．９部、エポキシ樹脂およびシリコンフ
ェスの混合物をｆｆ−直−ｉ部を開用した。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ｌＯＯメツシュ以下とじて使用した。

絶縁基材としてガラスチョップストランドマットを／り
θ×／左θＨ２に切断したものをｉｏ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、２
００　ｋｇ　１０ｒ？の圧力で、１０分間加圧加熱して
、鮮やかな淡緑色を有する緑色の電気絶縁体を製造した
。

実施例λ 酸化亜鉛と酸化コバルトとを、モルパーセント比でθ、
ｑθ：　０．１０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
醸化コバルトとの固溶体を調製した。この固溶体は鮮や
かな緑色を呈していた。次いでこの固溶体を用いて実施
例１と同様にして、鮮やかな緑色を有する電気絶縁体を
製造した。

実施例３ 酸化亜鉛と酸化コバルトとを、モルパーセント比で０．
ｔ　：　０．２の割合で混合し、これを７９０℃で２時
間焼成し、酸化亜鉛と酸化コバルトとの固溶体を調製し
た。この固溶体は鮮やかな濃緑色を呈していた。次いで
この固溶体を用いて実施例／と同様にして鮮やかな青緑
色を有する電気絶縁体を製造した。

実施例１ 有機結着剤としてエポキシ樹脂およびシリコンフェスを
用いない以外は、実施例１と同様にして、鮮やかな淡緑
色を有する電気絶縁体を製造した。

実施例５ 酸化亜鉛と酸化コバルトとをモルパーセント比で、０．
９ｇ　：　０．０２の比の割合で湿式混合し、１００℃
で予備乾燥後、これを１０００℃でコ時間暁成して酸化
亜鉛と酸化コバルトの固溶体を調製した。この固溶体は
鮮やか７：ｃ淡緑色を呈していた。次いでこの固溶体と
硼酸とを／：３のモル比で混合Ｌｍ機結着剤とした。こ
の無機結着剤と白色金ｂｉマイカ粉末（６０メツシユ以
下）を重量比でｌ／−０：４０の比の割合で捕潰機によ
り充分良く混合した後／ｋＯＸ／！；Ｏｗｎ”の大きさ
の金型に入れ／’７０℃、コ０θｋｇ／ｃｒｎ”の圧力
で３０分間加圧加熱して、鮮やかな淡緑色を有する電気
絶縁体を製造した。

実施例６ 実施例左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（６′。

メツシュ以下）を重量化でＱ−０：６０の比の割合で混
合後、さらにエポキシ樹脂を全重量の！ｒ４添加しさら
に挿潰機で充分良く混合した。以下は実施例りと同様の
操作を行って、鮮やかな淡緑色を有する電気絶縁体を製
造した。

このようにして得られた各電気絶縁体の諸物性値をＪＩ
ＳＫ４９／／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／に示す。ただし、湿潤時の
体積抵抗と表面抵抗については、電気絶縁体を湿度９６
．５チの室内に２を時間放置した後に測定を行った。

表Ｉから、絶縁基材の結着剤として、酸化亜鉛と酸化コ
バ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、機械的強度、耐アーク性に優れ
、しかも鮮やかな色彩を有する′電気絶縁体が非常な高
温高圧を要することなく得られることがわかる。

出顔人代理゛人　　　猪　　股　　　　　清（／ｌ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 へ無機質絶縁基材を、酸化亜鉛と酸化コバルトとの固溶
   体および硼酸からなる結着剤により結着してなる着色さ
   れた耐熱性電気絶縁体。 コ、無機質絶給基材を、酸化亜鉛と酸化コバルトとの固
   溶体、硼酸および熱硬化性樹脂からなる結着剤により結
   着してなる着色された耐熱性電気絶縁体。