JPS58194758A - 無機物複合体の製造方法 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、電気絶縁物に適する無機物複合体の＃遣方法
に関する。

〔技来技術の説明〕

現在、電気絶縁物は生産性および機械加工性の観点から
有機系複合材料が多用される。し〃・し壱機系倹合材料
を用いた電気物は耐熱性に劣り、高温での絶縁抵抗およ
び優れた鋳電特性が得られず、使用範囲が限定される欠
点がある。ま九無機材料を用いた電気絶縁物は１１熱性
があり、熱に対して寸法変化が極めて小さく、かつｍ湿
緻に対する電気特性が安定している反面、マイカ等のよ
うに強度が低く、またアルミナ磁器、ジルコニウム磁器
尋のように切削加工、穴明は加工婢の機械加工性が悪い
欠点がめった。

特に従来の無機材料を用いた一気絶縁物の製造方法ｒよ
、成型方法が限定されることがら袂雑な形状に製造する
ことが内鑵であり、成＃１時から焼結後の寸法変化のバ
ラツキが大きく、しかも高い焼成温度を必要とすること
から製造コストが為い尋の欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明１よ、上記欠点を解消するもので、（イ）機械加
工性があり、耐熱性に優れ、（ロ）　所望の絶縁抵抗、
銹電率尋の電気特性を具備する 無機物資合体を、 （ハ）複雑な形状に製造する仁とができ、に）ＩＩＩＱ
１寸法に対する最終製品の寸法精度を高く製造すること
ができ、 （ホ）低温焼成によシ低コストに製造し得る製造方法を
提供することを目的とする。

〔発明０＠旨〕 本発明は、ガラス状無機物とこのガラス状無機物の鮎化
龜鯵ではｆ＃融しない針状無機物または繊維状無Ｉｋ物
とを含む混合物を混練する混練工程と、この混合物を〃
「定形状に成型する成型工程と、この成型された混合物
を上記ガラス状無機物の軟化温度以上であって上記釘状
無機＠また社繊維状無機ｆＩｋＪＯ＃Ｉ融しない温度で
焼成する焼成工程とを含むこと【特徴とする。

なお上記成型工程の成型法は、圧縮加圧成製法、ロール
成型性、押出成蓋法、１九は射出成型法の中から一５ｔ
ｘｔｔ良いずれか１つの成型法であることが好ましい。

１ 筐良上記針状無機物はメタケイ酸カルシウムであること
が好ましい。

壇た上記線維状無機物はチタン酸カリウム系繊維または
ケイ附・マグネシウム系線維であることが好筐しい。

さらに上記混練工程で混練される混合物には、針状無機
物、酬維状九（＠物、およびガラス状無機物以外のこの
混合物の成型性または焼結性を向上させあるいは無機物
複合体の１４を率を変更する第三の添加物を含ませるこ
ともできる。

〔補足説明〕

本発明をさらに補足奴明すると、針状無債物は天然産の
メタケイ酸カルシウムに代表される無機物である。この
メタケイ酸カルシウムは、化学式Ｏａ　８１０Ｂを主成
分とする針状性の物質で、径に対する長さの比が１０倍
以上あり、明るい白色の針状の結晶形状を有する無機物
である。特に耐熱性に優れその融点は約１５００℃であ
り、天然物であることからガラスパウダと同程度以下の
低価格である。天然針状性のメタケイ酸カルシウムとし
てウオラストナイト（ｗｏｌｌａａｔｏｎｉｔｅ、　Ｎ
　ｙ　ｏ　ｏ製）が−例として挙げられる。

また線維状無機物はチタン酸カリウム系繊維またはケイ
敵マグネシウム系繊維に代表される無機物である。この
チタン酸カリウム系繊維は、化学式に２０・ｎＴｌＯ２
あるいはに２０　・ｎＴｉＯ２・ｍＨ２Ｏで表わされ、
径に対する長さの比が１０倍以上の上記針状無機物より
細径の線維形状を有する１、ただし上記ｎ％　ｒａ　Ｆ
ｉ必ずしも整トでなくてもよい。この柚のチタン酸カリ
ウム系繊維は、近年安価に量産される製法が開発され、
Ｉ＃を細径に対する繊維量の比が１０００以上もあるも
のも容易に得られるようになっている。上記チタン酸カ
リウム系繊維には、チタン酸カリウム繊維を酸処理して
得られる水和酸化チタン繊維（ｒｉｏ２・ｍＨ２０）お
よびこれを焼成して得られる二酸化チタン繊維（’ｒ１
ｏ２）もチタン酸カリウム繊維＃ｉｊ４体として含まれ
る。この水和チタン酸カリウム＃！ｍはもとより水和酸
化チタン繊維においても水分子が焼成段階で取除かれ安
定した無機物となる。

さらに上記以外のチタン酸カリウム繊維誘導体としては
、チタン酸カリウム繊維を出発原料としてこのチタン酸
カリウム繊維とバリウム、ストロンチウム等とを反応さ
せて合成される繊維状のチタン酸バリウムあるいはチタ
ン酸ストロンチウム尋がある。

上記チタン酸カリウム系繊維は、特に耐熱性と機械的強
度に優れその融点は約１５００℃であり、その引張強ｔ
Ｌ＃′ｉガラス繊維の約３倍にも及ぶ性質がある。

またケイ酸マグネシウム系繊維は、一般に石綿と呼ばれ
るが、この石綿は天然針状および繊維状ケイ酸鉱物の総
称である。この石綿の中で本発明に特に重要なものはケ
イ酸マグネシウム系の温石綿（Ｈａ　Ｍｇｓ　Ｓｉ２０
ｐ　）である。この温石綿は径に対する長さの比が１０
倍以上あり、長いものでは５１に及ぶ。また温石綿は約
５００℃で構造水を失い始め、８００℃でも繊維構造を
保持する灰白色の低価格の鉱物である。

上記針状、繊維状無機物としては、メタケイ酸カルシウ
ム、チタン酸カリウム系繊維、お４びケイ酸マグネシウ
ム系繊維に限らず、アルミナ（ム１２０５）、炭化ケイ
素（ｓｔｃ）、窒化ケイ素（ｓ１ｓＭ４）、窒化ホウ素
（ＢＭ　）等の耐熱性に優れた無機物が挙げられる。１
友針状、繊維状の結晶形状には、これらの形状に類似す
る細管状、短ざく状の結晶形状４含まれる。また針状無
機物には天然産に限らず人工的に製造される無機物も含
まれる。

上述の針状無機物および繊維状無機物は、耐熱性に優れ
強度が＾い特長があるが、それぞれ単独で成型物になシ
得る温度が為く、この高い温度でそれぞれ焼成すると、
針状あるいは繊維形態が崩れ、一般的な無機質焼結物と
同様に機械加工性等が劣るようになる。

ま九ガラス状無機物としては、一般ガラスが全て考えら
れるが、代表的なガラス状無機物として第１表に示され
るものがある。仁れらの各種ガラス状無機物は、第２表
に示す特性を有する。

このガラス状無機物の選択は、以下に述べる無機物資合
体の用途によ）なされる。

本発明の無機物複合体の製法は、前記針状無機物または
繊維状無機物とガラス状無機物とを所望の混合比で混練
し、また必要あれば第三の添加物を添加して混練して混
合物をつくり、この混合物を所望の杉状に成型したのち
、上記ガラス状無機−の軟化ｆＭ贋以上であって、針状
無機物または繊維状無機物の＃＃Ｌない温度で焼成する
ことにより無機物像合体を得るものである。

上記製法で得られる無機物像合体の焼結成型性はガラス
状無機物により付与され、また機械的強康は針状無機物
または―維状勲機物により付与され、その結果として無
機物複合体に優れた機械加工性が生じる。

前記針状無＋１に物またｔｉ線維状無機物とガラス状無
機物とを混練するときの混合比は、最終製品として得ら
れる無機ｅ＃法合体の用途により定められる。この混合
比は、針状または繊維状無機物２〜ｓｏｂ量−に対して
ガラス状無機物９８〜５０重量−の範囲が望ましい。針
状ま九は繊維状無機物を２１１未満にし、ガラス状無機
物が９８重量％を超えると、得られる無機物資合体は、
機械的強度に乏しく、機械加工性の劣るものになる。ま
た、針状または繊維状無機物が５０重量−を超えて、ガ
ラス状無機物ｔ−５０重量−未満にすると、焼結成型性
の良くない無機物複合体となる。また混練ｔま、常温常
圧下で各無機物が均一に混合されるまで行われる。

また第三〇佑加物としては、上記機械的特性および焼結
成型性を損わない範囲で、好ましくは上記混合比におい
て２０重量嚢以下で添加する。この添加物としては混合
物の成型性または混合物の焼結性を向上させ、あるいは
無機物複合体の誘電特性を変更させる物質が望ましい。

この焼結性を向上させる添加物を加えて混練すれば、焼
成＠度を低くすることができ、かつ！！ｆｆの高い無機
物資合体を得ることができる。

なお無機物複合体の誘電特性を変更する方法としてｔま
、上述の第五の添加物として誘電率會烏くする二酸化チ
タン粉末または鱒電率會低くする不つ＃１尋の無機物質
が選ばれる他に、混練時に所望の誘電特性を有するガラ
ス状無機物を選択する方法を採ってもよい。このときの
ガラス状無機物としては、一般的な電気的なｔ気絶細柱
を得る場合には、第２ｗ＆に示すように誘電率５８の罵
ガラスが選択され、また低い誘電率が要求される場合に
は、例えば同じく誘電率＆５６のＤガラスが選択され、
さらＫｊＩＩｌｌいｉｉ８電率が要求される場合には、
ＰｂＯｌＢａＯ％Ｏ含南普の多いガラスが選択される。

これにより任意に所望の誘電率を有する無機物複合体′
に製造することができる。

この混練された混合ｗＥＦｉ、最終製品の用途によシ各
軸の形状、例えば板状、棒状、パイプ状等に成型するこ
とができる。すなわち必要によシ前記混練時にさらに夕
飯の物質を第三の添加物として添加すれば、針状無機物
またＦｉ繊維状無機物がからみ合うことがら混練物にい
わゆる「コシ」ができ、通常の無Ｍ＆物粉体の混練物よ
り容易に粘土状の町重体が祷られる。この通常の無機物
粉体に可塑性を付与する場合には、有機高分子系の増粘
剤あるい、社可塑剤を添加する必要があるが、本発明で
は混線物の重蓋比で２０　％以下の少量の物質、例えば
樟脳、パラフィン、鉱油、澱粉、スチレン、メチルアル
コール、エチルアルコール、ポリビニルアルコール等を
添加することにより容易に可塑性が付与され、一時成ｍ
￥ｒ答易にすることがてきる。これらの物質の選択に轟
シ、特に常温常圧下で揮発するものが望ましいが、一時
成型時を友はその直後に加熱工程を含む場合にはこの隈
夛でなく、他の例えばセルロース系の添加剤や水を加え
、加工度を上げることもできる。

この少量の物質で可塑性が付与できることから、成型物
の焼成による寸法収縮を小さくすることが可能となり、
成型物の設計が容易になるとともに最終製品の寸法ＮＩ
ＷＬを向上させることができる。

さらに可塑性が容易に付与されることから、各種の成型
法を採り入れることができ、この成型法としては次に述
べる方法がある。

■　圧縮加圧成型法 この成型法は、無機物粉体の成型に最も利用される方法
であシ、通常の無機物粉体の場合ＫＦｉ成槃物の強ｆ′
に得るために、酢酸繊維素、ポリビニル−ｆルコールな
どの為分子物質ｔ−絵加しているが、本宛−の出発原料
の混合−を成型するには添加物を加えなくても成型物の
強度が得られる。また添加ｖＩＪを加える場合でも水勢
で十分であり、為分子添加物を加えなくてもよい。

■　ロールＩ！ｉ、ｔＩｉ法 この成型法ｉよ、可塑性を有するものでないと成型でき
ないが、本発明の出発原料の混合物を成型するには、＃
Ｎ述の少量の物質を添加して混練し、可塑性の生じた混
練ａ＃ＩＪを広く知られたプラスチック成型用のロール
成型ｌＩを用いて、通常の成型条件で容易に板状にする
ことができる。

■　押出成型法 この成型法も、ロール成型法と同様に可塑性を有するも
のでないとａｍできないが、本発明の出発原料の混合物
ｔｉｎするには、前述の少量の物質を添加して混練し、
可塑性の生じた混練物を広く知られたプラスチック成型
用の押出成型ｍｔ用いて、通常の成型条件て容易に柱状
、パイプ状、筐たは棒状等にすることができる。

■　射出成型法 本発明の出発原料の混合物を成型するには、−ｊ述の少
量の物質を添加して混練し、可塑性の生じ次混練物を広
く知られたグラスチック成型用の射出成型機を用いて、
通常の成型条件で種々の形状をつくり出すことができる
。％に円柱状金型を用いて、円柱を射出成型すれば、円
柱軸方向に針状または繊維状無機物の長径を配向させる
ことかで睡る。

次に成型された混合物は、ガラス状無機物の軟化する温
度以上であって、針状無機物ま九Ｆｉ鈑維状無機物の溶
融しない温度て焼成する。この焼成１１ニ一般の無！！
１１焼結体の焼成ｉｉ度に比べて、低いｍ度であること
から、焼成エネルギーを低誠（２焼成設備を簡素化し得
る。また針状無機物または繊維状無機物の融点以下で焼
成されるため、針状無機物または繊維状無機物がその緒
特性を損うことなく、轡方性の固体ガラス状無機物中に
混在［。

て無機物複合体が形成される。これによシ切削、穴明は
加工尋の機械加工のできる無機物複合体が祷られる。

また上記焼成段階の焼成物の寸法収縮は、針状無機物ま
たは線維状無機物の存在によって極めて小さく抑えられ
るため、製品の寸法ａｔは一段と向トし、麹麹な形状の
無機物複合体の製造に際してもクランクや慢み等の発生
が少ない特長がおる。

特に、焼成時に加圧すれば、その効果はより顕著になる
。また前述したように針状無機物または線維状ｌ＃機物
の長径が特定方向に配向するように成ｍφ件を拓・ｊ岬
すれは、この無機物の配向方向の寸法収縮はより一層小
さく抑えらね、さらに寸法積置を向上させることができ
る。さらに、本発明の焼成偏塵で結晶化させることがで
きるカラス状無機物を選択すれば、この焼成温度以上の
耐熱性を南°する無機物複合体が得られる。

なお上記説明では、無機物複合体の用途を電気絶縁物を
例にして述べ友が、電気絶縁物に限らずｌｄ！桑材層材
料他の材料にも応用することができる。

〔発明の効果〕

以上述べ友ように、本発明によれば、 （イ）針状無機物または繊維状無機物が最終製品中に溶
融されずに混在することにより、切削加工、ドリルによ
る穴明は加工等の機械加工が可能となり、かつ設計寸法
に対する最終製品の寸法ｆｌ［が＾く、 （ロ）また出発原料の無機物の混合比を変えることによ
り、上記機械加工性および電気特性を製品用途に応じて
可変に選定することができ、０→　またカラス状無機物
のみ結晶化することにより、焼成温度以上の温度に対し
ても耐熱性があり、機械的強度が高く、しかもｔ！湿度
に対して智、気勢性が安定し得る、 に）　また焼成前に所望の形状が決められることにより
、初雑な形態にも製造することができ、ＧＯさらに低温
焼成により、省エネルギーで焼　　、゛１成設備を簡素
化して製造し得る 優れた効果がある、 〔実施例による説明〕 以下本宛桐の一様を明確にするたりに、実施例ｔ７ＦＬ
、てさらに具体的に説明するが、ここに示す例はあくま
で本−例であってこれにより本発明の範囲を限定するも
のではない。

（実施？１１１） 出発＃Ｉ科として、平均径α１μｍ、平均長８０μｍの
ナタン除カリウム練雑（Ｋ２Ｏ・６Ｔｉ０２　）と第２
衆に示し一１５ｍガラスパウダとメチルアルコールとｆ
：Ｓ対６対１０重量比で配合し、混合Ｉｌを用いて各原
料が均一に混合するまで常温常圧下で混練する。

次にこの混練した混合−を押出成８！！機のホソノくに
入れてグイより２０箇径の棒状に押出成製する４、この
棒中に含有されるメチルアルコールを常温常圧ドで１０
分間放置して揮発させる。

次にこの棒會酸化雰囲気状態の焼成炉に入れ、焼成温度
７００℃で１時間常圧丁で焼成し棒状無機物像合体を侍
た。

（実施例２） 出発原料として、平均径ＩＬ２μｍ、平均長１１０μｍ
のメタケイ酸カルシウム（ウオラストナイト）と＃＋２
表に示したムガラスパウダとホウ酸（Ｈｓ　ＢＯｓ　）
１に５対６対１０重蓋比で配合し、実施例１と一様に混
練する。

次にこの混練した混合物を金型に入れ、１５０℃に加熱
し、１５分間２０に４／−に加圧圧縮して、厚さ２箇の
２５　ｃｎｒ　Ｘ　２５　（１１１の大きさの平板ｔ−
得る。

次にこの平＆を加圧圧縮機の上に載置して、この半板の
両面から１００Ｋｆ／−の圧力を加え、温度ケア００℃
まで昇温させ、１００麺／−１７００℃で１時間保持し
た後、自然冷却して取出し□平板状無機物複合体を得た
。

（実施例５） 出発原料として、平均径１２μｍ、平均長８０　ｐｍの
テタ／酸バリウム繊維（ＢａＴｉＯ３）と鉛ガラスＣｐ
ｂ　ｏ　２９．５　ｆｂ金含有パウダとスチレンとを２
対７対１０重量比で配合し、実施例１と同様に混練する
。

次にこの混練した混合物を射出成型機のホッパに人ｎ１
射出Ｓ會１５０℃に加熱して厚さ２−の直径１０ｃｍの
円盤を得る。次にこの円盤を常圧下、２００℃で１時間
再加熱してスチレンを逸散させた後、酸化雰囲気状態の
焼成炉に入ｔ１、焼成温度６０（１℃で２吟関常圧下で
焼成し、円盤状無機物複合体を得た。

（実施例４） 出発原料として、平均極α１μｍ、平均長１５０μｍの
チタン敵カリウム繊維水和物（２に２０・１１Ｔｉ０２
・３Ｈ２０）と第２表に示した鳶ガラスパウダと二酸化
チタン粉末（Ｔｉ０２）ｔ−３対６対１０重Ｉ比で配合
し、実施例１と一様に混練する。次にこの混合物に２５
重ｉｔｓの水（Ｈ２Ｏ）を加えて３本ロールで粘稠な杉
状を保つように混練する。

次にこの混練し友混合物會押出成型機のホツノ（に入れ
てダイより１０−角の肉厚１■の角）（イブ會押出成型
する。次にこの角・きイブＶを常圧下で２００℃に保た
れた長さ２０隋のトンネル炉の中を１５ｆｌＩＩＺ分の
速度で走行させて、再加熱し含有する水分を逸散させた
後、酸化雰囲気状態の焼成炉に入れ、常圧上焼成温度４
５０℃で１時間焼成し、さらに続いて常圧下焼成温ｆ７
００℃で５時間焼成【１、角パイプ状無機物複合体を得
た。

（実施例の各特性） 上述した実施例１〜４の無機物複合体の各特性′５ｒ調
べたところ、第５表の結果が得られた。

纂　　５　　＃！ 特計出願４代理人　弁理士　井　出　直　孝　　　　　
　６・。

（はか１名） 手続補正書 昭和５７年６月　７日 昭和５７年特許■第７８０２９号 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　東京都目黒区大岡山１丁目３５番２２号名　
称　　ニッカン工業株式会社 代表者　緒井宜夫 ４、代理人 ５、補正命令の日付　（自発補正） ６、補正により増加する発明の数　　なし７、補正の対
象 ８、補正の内容 ＋１１　　明細書第２頁第１５行目 「〔技来技術の説明〕」を 「〔従来技術の説明〕」と補正する。

（２）明細書第２頁第１８行目 「−・・・を用いた電気物は・−−−−−Ｊを「・・−
・・−を用いた電気絶縁物は・・−・」と補正する。

（３）明細書第１３頁第３行目 「・−・−・・一般的な電気的な電気絶縁性を・・−・
−・」を［−・−−一般的な電気絶縁性を・−・・・」
と補正する。

手続補正書 昭和５８年４り／３日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、　事件の表示 昭和５７年特許願第７８０２９号 ２、　発明の名称 無機物複合体の製造方法 ３、　　？＃正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　東京都目黒区大岡山１丁目３５番２２号名　
称　　ニソカン工業株式会社 代表者　　諸　井　宜　夫 ４、代理人 ８、補正の内容 （１１明細書第７頁最終行目 「−一、窒化ケイ素（Ｓｉｉ　Ｍ４　）　、Ｊを、ｒ　
−−−、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ＋）、Ｊと補正する。

（２）　　明細書第１４頁第５行目 ｒ　−−−−−、一時成型を容易に−−−−−−−Ｊを
［、−火成型を容易に−−−−−−Ｊと補正する。

（３）明細書第１４頁第７行目 ［、一時成型時または」を ［、−火成型時または」と補正する。

＋１

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ガラス状無機物とこのガラス状無機物の軟化
   温度では溶融しない針状無機−ま九は繊維状無機−とを
   含む混合物を混線する混練１寝と、この混合物を所定形
   状に成型する成型工程と、この成型された混合物を上記
   ガラス状態ｆ！＆物の軟化＆４度以上であって上記針状
   無機物またＦｉ線維状無機物の＃ＭＬない温皺で焼成す
   る焼成工程とを含む無機物複合体の製造方法。
2. （２）　　成型工程の成型法は圧縮加圧成型法、ロール
   成型法、押出成型法、または射出成型法の中から選ばれ
   たいずれか１つの成型法である特許請求の範囲第（１）
   項記載の無機物複合体の製造方法。
3. （３）　　針状無機物はメタケイ酸カルシウムである特
   許請求の範囲第（１１項１九は第（２）項記載の無機物
   複合体の製造方法。
4. （４）　　縁線状無機物はチタン販カリウム系繊維また
   はケイ敞マグネシウム畢稙維である特許請求の範囲第（
   １１項ないし第（３）項のいずれかに記載の無機物複合
   体の製造方法。
5. （５）混練工程で混線される混合物には、針状無機物、
   縁維状無−物、およびガラス状無機物以外のこの混合物
   の成型法または焼結性を向上させあるいは無機−複合体
   の騎電卓を賀更する第三の添加物が含まれる特許請求の
   範囲第（１）項ないし第（４）項のいずれかに記載の無
   機物複合体の製造方法。