JPS5958707A - 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ｆＴｆ：、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
造されるか、あるいはアルミナなどの金属酸化物に酸化
珪素などの焼結促進剤を必要に応じて添加して製造され
ていた。このうち、雲母粉末をホウ酸−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及び電気
絶縁性に是れでいるが、製造に際して、前記低融点ガラ
スの軟化温度以−ヒすなわち５００〜８００℃の温度に
加熱しつつ２００〜１０００　ｋｐ／Ｃｍ　　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（７Ｊ：るという欠点が
あった。またこれに加えて、結７＋１時に雲母と前記ガ
ラスとの間に反応が進行し、雲母がガラスに侵食され、
作業性が低下するという欠点もあった。

まだ、絶縁晶相の結着剤としては、低１独点ガラスのほ
かに、リン酸、金属の第一リン酸塩などのリン酸塩・＋
４［’ｉ、アルミナゾル、シリガゾルなどのゾルカレセ
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１Ｌとのリン酸系結着剤全単独に用い
ると耐熱性（４００〜５００℃まで）および不燃性に慶
れだ電気絶縁体が得られるが、耐水性及び湿潤時の電気
的特性が劣り、また絶縁基材とリン酸系結着剤とが化学
反応金起こすだめに結着効果が低下し、均一な成形品が
イＪｔられ殖いとい５次点があつ／ヒ。さらに、リン酸
系のみからなる結着剤に、熱硬化性樹脂からなる有機結
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、〒：ｆ剤の分解が生起し、
成形が困難になることがあった。

また、アルミナゾル、シリカゾルなどのゾル系結着剤は
、結イ１に際して１０００〜１２０（１”Ｃ程度の高温
処理が必快であり、マイカレックスと同様の問題があっ
た。またセメント系結洒剤においては、熱硬化性樹脂系
結着剤との併用が＃ｉ１４　Ｌいため、緻密な製品がイ
））に（いという欠点があった。

一方、アルミナ、ベリリアなどの金）４酸化物を焼成し
てなる絶縁磁器は、高電圧、高周波、高温などの条件下
における電気絶縁を主目的としている。ところが、これ
らの電気絶＃−ｉ′：磁器は製造に際してかｌ、【りの
高温度で焼成する必要があるとともに、所望形状への加
工か容易ではないという欠点があり、寸法精度が得にく
かったり、耐衝撃性などの機械的強度が弱かったり、あ
るいは前件を有するなどの欠点を持つものもあり、充分
に満足のいく絶縁磁器は得られていなかった。

このような欠点を解決するべく、本発明者らは鋭意研究
した結果、酸化亜鉛と酸化チタンとの焼成物およびホウ
酸金必須成分とする組成物を加圧下に加熱し２て結着さ
せるか、」−記組酸物成分のほかに無機４１：Ｋ　ｆイ
［；、無機光てん剤、または熱硬化性樹脂の少なくとも
１＃’Ｊｉ’ｆＣ含む組成物を加圧下に加熱して結着さ
せることにより、’ｊ１ｆｆ気的特性、機械的特性、１
制熱性の１・ψれた電気絶縁体が得られることを見出し
、この耐熱性１Ｌ気絶縁体については、本特許出願と同
日付の耐熱性電気絶縁体（１）と称する特許出願明細書
中に詳細に述べられている。

しかしながら、上記組成物を加圧下に加熱することによ
り結着させて得られた１次成形品を、使用時における寸
法安定性を得るだめさらに熱処理′？ｉｌ−施こすと、
得られた２次成形品にはしばしばゝ気ぷくれ′の発生と
いう現象がみられた。この気ふくれの発生は製品の品質
低下をもたらすことがあり、用途によっては使用に耐え
ない場合も生じ、その解決策が望まれた。この気ぶ（れ
の発生は熱処理時に発生するガスに起因するものと推測
されたため１次成形工程における温度、圧力、ガス抜き
条件などを種々変化させてゝ気ぷくれ“の発生防止を図
ったが、これらの製造架けを変化させるだけでは気ぷ（
れ発生の防止は困難なものであった。ところが、驚（べ
きことに、上記の酸化亜鉛と酸化チタンとの焼成物の代
りに、酸化亜鉛と酸化チタンと酸化マグネシウム、酸化
カルシウム、酸化バリウムの少な（とも１種とを含む現
酸物全使用することによって、上記の気ふくれの発生と
いう現象を抑制しうろことを見出して本発明を児成する
に至った。

すなわち、本発す」による耐熱性電気絶縁体は、（８）
酸化］１１鉛と、酸化チタンと、酸化マグネシウム、酸
化カルシウム、酸化バリウムの少な（とも１種の化合物
とからなる混合物’ｅ　６００　℃以上の温度に加熱し
て得られる焼成物および（ｂ）ホウ酸を必須成分とする
組成物（以下この組成物を結着剤と称する）を加圧下に
加熱して結着させるか、結着剤成分のほかに（ｃ）無機
繊維、無機光てん剤、または熱硬化性樹脂の少なくとも
１神金含む組成物を加圧下に加熱して結着させることに
より得られる。この耐熱性電気絶縁体は、電気的特性、
機械的特性、耐熱性に浸れ、しかも所望形状への加工が
容易でかつ後加工工程で熱処理という操作を行なっても
気ぶくれ現象のみられないといつ唆れた性質を有する。

本発明に用いられる焼成物は次のようにして製造される
。すなわち、酸化亜鉛を含め加熱によって酸化亜鉛を生
成する好ましくは１００メツシュ以下の酸化亜鉛発生源
と、酸化チタンを含め加熱によって酸化チタン全生成す
る好ましくは１００メツシユ以下の酸化チタン発生源と
、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウムを
含め加熱によってこれらの酸化物をそれぞれ生成する酸
化マグネシウム源、１１錠北方ルシウム源、酸化バリウ
ム源の少な（とも１成分とを乾式法または湿式法により
均一に混合して得られた混合物ケ、１［Ｌ気炉などの加
熱炉中で、６００℃以上の温度好ましくは７００〜１４
００℃、さらに好ましくは９００〜１３００℃の温度で
１５０時間　〜加分間程度加熱焼成することによって、
目的の焼成物が得られる。」二記焼成温度が６００℃未
満であると、焼成物を得るのに時間がかかりすぎるため
好ましくない。しかしながら６００℃未６（１であって
もかなりの長時間にわたって焼成すれば、所望の焼成物
’に？！＋ることもできる。

不明？Ｉ＋＋＋嚇において、［酸化亜鉛源と、酸化チタ
ン源と、酸化マグネシウム源、酸化カルシウム源、Ｃ藻
化バリウム諒からなる群から辺ばれた少な（とも１種と
からなる混合物全６００℃以」二の温度に加熱して得ら
れる焼成物」とは、酸化亜鉛源は加熱により酸化亜鉛と
なり、酸化チタン源は加熱により酸化チタンとなり、酸
化マグネシウム源、酸化カルシウム源、酸化バリウム源
は加熱によりそれぞれ酸化マグネシウム、酸化カルシウ
ム、酸化〕々リウムとなり、しかも、少なくとも一部の
、酸化亜鉛と、酸化チタンと、酸化マグネシウム、酸化
カルシウム、酸化バリウムの少なくとも１種とが加熱に
よって伺らかの反応奮起こして得られたもの（たとえば
上記各成分の固溶体）を意味するが、しかし上記各成分
の単なる混合物は含まない。

焼成物を製造するだめの酸化亜鉛源と（２ては、酸化亜
鉛のほかに、たとえば水酸化亜鉛、炭酸亜鉛、塩基性炭
酸亜鉛、硝酸亜鉛、酢酸亜鉛などがあげられる。また酸
化チタン源としては、酸化チタンのほかに、水１゛１に
化チタンなどがあげられる。さらに、酸化マグネシウム
源、１ｉｉ２化カルシウム曽、酸化バリウム源と１−て
は、そ」１．ぞれ酸化マグネシウム、酸化カルシウム、
酸化バリウムのほかに、それぞれの金属の水酸化物、炭
酸塩、硝酸地、有様酸塩などがあげられる。

本発明で使用される焼成物の製造に際して、原料となる
各成分の混合割合は、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が、まず、醸
化亜鉛と酸化チタンの混合割合は、通常は酸化亜鉛が７
０〜３０モルチ、酸化チタンが３０〜７０モル係の範囲
が好ましい。まだ、上記アルカリ土類金属酸化物の混合
割合は、酸化亜鉛と酸化チタンとの総重縫１００部に対
して１部〜３０部の範囲、特に２部〜１５部の範囲が好
ましい。

アルカリ土類金属酸化物の１４・が１部より少ないと気
ぶくれ防止にそれほど効果がなく、■）部よりも多いと
得られる′＋ｆｔ気絶縁体の耐水性が低下する傾向がみ
られる。

本発明において耐熱性電気絶縁体全製造するに際して焼
成′吻と併用されるホウ酸は、焼成物に含まれる酸化亜
鉛と酸化チタンとの総モル数に対して、モル比で１　：
　０．１〜８．０の範囲であることが好ましい。ホウ酸
の使用割合が０．１以下の場合には得られる電気絶縁体
の機械的強度が不十分であり、またホウ酸の使用割合が
８．０以上の場合には得られる’ｒｌｆ気絶縁体の耐水
性の点から好ましくない。なお、」−記のホウ酸の使用
割合の範囲内で、ホウ酸の一部分全酸化ホウ素で置換え
ることができ、そうすることによって、本発明に使用さ
ハ、≦焼成物に含まれるアルカリ土類金Ｐ、Ｓ酸化物の
効果と相まって、気ぷ（れの発生防止に役立てることが
できる。また、ホウｍ、　ｅ　ｔｏｏ　℃以上の温度で
加熱してイ；ｔられるメタホウ酸類金主成分とするホウ
酸の脱水縮合物もポウ酸の代りに用いることができる。

したがって本明細岩における［−ホウ酸」には、ホウ酸
単独の場合のほかに、ホウ酸の一部全酸化ホウ素あるい
はメタホウ酸類などで１４換えたものも含んで意味する
。

なお、本明細曹において、焼成物中の酸化亜鉛と酸化チ
タンのモル数は次の意味で使用する。すなわち、た′と
えば酸化亜鉛源として酸化亜鉛ｔ６０ｇ用い、酸化チタ
ン源とじて酸化チタン４０　ｇ　’（（用い、酸化カル
シウム源として酸化カルシウムｆ　５　ｇ用いて焼成物
全製造したとすると、実質的に１０５ｇの焼成物が得ら
れ、その中に含まｔする酸化亜鉛をモル数に直すと、酸
化亜鉛のｔ（６０５’）／酸化亜鉛の分子！！、（８１
−３８）　＝　０−７３７モルとなり、酸化チタンをモ
ル数に直すと、酸化チタンの量（４０５’）／酸化チタ
ンの分子量（７９，９０）　＝　０．５０１モルとかり
、また酸化カルシウム数に直すと、酸化カルシウムの１
ｔ（５ｙ−）／Ｉ￥ｉ２化カルシシカルシウムｉ’、　
（５６，０５）　＝　０．（１８９モルとなる。したが
って、この焼成物１０５ｙ−は０．７３７　＋　０．５
０１　＋０．０８９　＝１．３２７モルに相当すると便
宜上考えることができる。一方、示つ岐の１モルは６１
．８　ｉであると悶えろことができるから、焼成物中に
含まれる酸化亜鉛と酸化チタンの総モル数に対するポウ
１１のモル数の割合は、」：紀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。

本発明において用いられる無機繊維としては、たとえば
ガラスクロス、ガラスマット、アスベストペーパー、石
Ｍ、セラミックファイノ々−１チタン酸カリ律Ｈａ　ｙ
工どが挙らｆする。

また、本発明において用いられる無桧充てん剤の例とし
ては、たとえば酸化カルシウム、酸化スズ、酸化マグネ
シウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸
化珪素、酸化鉄、酸化ジルコニウム、水酸化カルシウム
、水ｒ′区化アルミニウム、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、チタン酸バリ
ウム、タルク、マイカ（雲母）、ムシイト、ジルコンサ
ンド、シラスバルーン、パーミュキュライト、パーライ
トなどがあげられる。

さらに、本発明に用いられる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
があげられる。

本発明において、結着剤成分以外に、上記の無機繊維、
無機光てん剤、熱硬化性樹脂からなる群から選ばれた少
な（とも１　ｇｉの材料を含む組成物を加圧下に加熱し
て結着させることによって、結着剤だけを加圧下に加熱
して得られる電気絶縁体に（らべて、広範囲の物性を有
する電気絶縁体金得ることができる。たとえば、結着剤
と無機繊維および（または）無機光てん剤との混合系を
加圧下に加熱処理することによって、結着剤だけを結着
させたものよりも用途によっては機械的特性がより好ま
しい電気絶縁体が得られる。また、結着剤と熱硬化性樹
脂との混合系を加圧下に加熱して結着させることによっ
て、結着剤だけを結着させたものにくらべて一般に耐熱
性は劣るとはいえ、用途によっては機械的特性、１１イ
気的特性及び耐水性的に好ましい電気絶縁体が得られる
。したがって、結着剤と上記の結着剤以外の成分の混合
割合は、結着剤の組成、結着剤以外の成分の種類及び得
られる電気絶縁体の用途によって広範囲に変えうるもの
であるが、通常は電気絶縁体１００Ｍ鼠部に対して、結
λ”り剤は５〜９９．８部、結着剤以外の成分は１３５
〜０．２部の範囲が好ましい。結着剤が５部以下である
ど、得られる電気絶縁体の機械的強度が低下し、９９．
８部以上であると、結着剤以外の成分の所期の効果が発
揮され蛯い。

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
１−る。

まず、微粉砕した酸化亜鉛などの酸化亜鉛発生源と酸化
チタンなどの酸化チタン発生源と、上記のアルカリ土類
金属酸化物などのアルカリ土類金属酸化物発生源の少な
くとも１種の化合物とを所望の割合で均一に混合し、次
いで６００℃以上の温度好ましくは６００〜１４（１０
℃で１５０時間〜加分間程度、さらに好１しくは９００
〜１３００℃で５時間〜１時間程度加熱焼成することに
よって、焼成物を調製する。得られた焼成物を粉砕し、
これに所望の鼠のポウ酸を混合し、さらにこの混合物全
セールミルなどにより１００メツシユ以下に粉砕して、
結着剤だけからなる成形組成物音４４）る。結着剤以外
に無機光てん剤または熱硬化性樹脂の少なくとも１抽を
含む成形組成物は、焼成物、ホウ酸、及び無機光てん剤
まだは熱硬化性樹脂の少なくとも１４ｉ１ｆ　ｋ　ｔ”
Ｊ’を蹟Ｊ、ｌ：ずつ混合してから？−ルミルなどによ
り１００メツシユ以下に粉砕して調製する。無機繊維を
含む成形組成物は、無（ｋｋ繊Ｒｆ（に上記の各種成形
組成物を均一に散布して調製′１″る。

上記のようにして得られた成形組成物は、金型に入れら
れ、１３０〜２００℃の成形Ｔ１１＾度で、ＩＱＱ〜３
００　ｋｇμ２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イυられる。

成形１Ｍ１度は、１：１０℃以下であると、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、急激にホウ酸の脱水が起こり、発泡の原
因となるために好ましく１．１：い。

成形圧力は、１．００ｋｐ声２以下であると緻密な絶縁
体が得られないだめに好ましくなく、まだ３（１０ｋｇ
／ＧｒｒＬ２以上としても得られる絶縁体の特性に変化
はな（、品用を加えることによる効果は特にない。

耐熱性電気絶縁体を加温加圧条件下に製造１−ると、結
オ、を剤中によまれるホウ酸あるいは熱硬化性４１ｉ、
Ｉ脂ンエどの熱分解などによりガス状物が発生するため
、製造中に電気絶縁体に加える圧力１一時的に解放して
ガス抜きを行なうことが望ましい。

成形時間は、成形ｒｔｒＡ　１３を及び成形圧力によっ
て変化１゛るか、おおよそ１０〜ｆ３０分程度である。

このようにして１１主気絶縁体が得られた後に、使用目
的及び使用条件に応じて、寸法安定性ｆｆ１（！ｉるた
めに、加圧下あるいは無圧下で、好ましくは成形温度以
上の５００℃までの温度範囲内で１時間〜Ｕ時間程度後
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
実施例に限定されろものではない。

実施例１ ２００メツシユ以下の熱化亜鉛と２００メツシユ以下の
酸化チタンをモル比で２：１の割合で含む混合物１００
重Ｕ゛部に２００メツシユ以下の酸化カルシウム５重量
部全均一に混合させて得られた混合物を、′電気マツフ
ル炉中で１２００℃で２時間以上加熱焼成することによ
り、はぼ無色で半溶融状態の１−・１い酸化前（イ）と
酸化チタンと酸化ノ１ルシウムとからなる焼成物を得た
。この焼成物を捕潰機にて２００メツシユ以下に粉砕し
た。この焼成物’７０部と２００メツシユ以下に粉砕さ
れたホウ酸乙部と全均一に混合させて、結着剤だＩｔｊ
から１１（る成形組成物を得だ。

この成形組成物約５０　ｇ　’ｇ）直径９偶の元型金型
に投入し、１７０℃の４１１度、３００ｋｇ／１ｒｎ２
の圧力下で約１時間加圧加熱して結着させに二。この間
、成形物に加える圧力を解放゛して１分間のガス抜き全
７回行なった。このようにして得られた１次成形品は、
後処理と１．て、３００℃で５時間加熱処理して、厚さ
約３ｍｍの物性評価用の２次成形品金得た。上記の成形
条件で得られた５個の２次成形品には気ぷ（れ現象は観
察されなかった。またこの成形物は従来のアルミナ磁器
絶縁体と比較して所望形状への加工が著しく容易であっ
た。

実施例２ 実施例１の酸化力ルシウム５重風部の代りに、酸化マグ
ネシウム５重斌部を用いた以外は実施例１と全（同様に
処理して、酸化亜鉛と酸化チタンと酸化マグネシウムと
からなる焼成物を得た。この焼成物７０部とホウ酸５部
との混合物を実施例１と全く同様に成形及び後処理を行
なって、厚さ約３ｒｎｍの物性評価用の２次成形品全イ
１）だ。上記の成形条件下で得られた５個の２次成形品
には気ふくれ現象は観察されなかった。

実施例３ 実施例１の酸化カルシウム５重量部の代りに、酸化バリ
ウム５重量部金剛いた以外は実施例１と全く同様に処理
して、酸化亜鉛と酸化チタンと酸化バリウムとからなる
焼成物金得た。この焼成物７０部とホウ酸５部との混合
物全実施例１と全（同様に成形及び後処理を行なって１
．厚さ約３朋の物性評価用の２次成形品を得た。上記の
成形条件下で得られた５個の２次成形品には気ふくれ現
象は観察されなかった。

実施例４ 実施例１で調製した成形組成物粉末９０部と２００メツ
シユ以下のマイカ１０部とを均一に混合して、無機光て
ん剤入りの成形組成物を調製した。この成形組成換金実
施例１と全（同様に成形及び後処理を行なって、厚さ約
３市の物性評価用の２次成形品を得た。上記の成形条件
下で得られた５個の２次成形品には気ぷ（れ現象は観察
されなかった。

実施例５ 実施例１で調製した成形組成物粉末９５部と２００メツ
シユ以下に粉砕したエポキシ樹脂５部とを均一に混合し
て、熱硬化性樹脂入りの成形組成物を調製した。この成
形組成物全実施例１と全（同様に成形し、て１次成形品
金得た。１次成形品は電気炉中２００℃で５時間熱処理
して物性評価用の２次成形品を得た。上記の成形条件下
で得られた５個の２次成形品に気ぶ（れ現象は観察され
なかった。

実施例６ ガラスチヨツプドストランドマツト全１５０　Ｘ１５０
　＋ｔ＋ｍ２　に切断したもの全１０枚用意し、このマ
ット１枚ごとに、実施例１で調製した結着剤だけからな
る成形組成物粉末を散布し、上下にガラスクロスマット
２枚を重ねて積層した。散布縫はガラス繊維総重、ｂｔ
と同じであった。得られた積層品を金型に入れ、１７０
℃の温度にセットし、２００ｋｐ／ｃ１ｎ２の圧力で４
０分間加圧加熱処Ｊｉｊｉ　（（行なった。この間、圧
力ｋＮ’Ｆ放して１分間ずつ数回のガス抜きを行なった
。このようにして得られた１次成形品は３００℃で５時
間加熱処理して、物性評価用の２次成形品を得た。上記
の成形条件下で得られた５個の２次成形品には気ふくれ
現象は１現察され１よかった。

実施例７ 実施例１で調製した結着剤だけからなる成形組成物粉末
９４部、２００メツシユ以下に粉砕されたエポキシ樹脂
１０部、２００メツシユ以下に粉砕された熱硬化性シリ
コン樹脂２部の３者を均一に混合して得られた混合粉末
５３部を実施例６と全（同様にしてガラス繊維４７部に
散布し、イ！Ｉられた積層品を実施例６と全く同様に成
形して１次成形品を得た。

１次成形品は２００℃で５時間熱処理して物性評価用の
２次成形品を得た。上ｉｔＬの成形条件下で得られた５
個の２次成形品には気ぶ（れ現象は観察されなかった。

このようにして得られた各電気絶縁体について得られた
物性値を表１に示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　（ａ）（１）酸化亜鉛源と、（１１）酸化チタン
   源と、（Ｉｌ＋）酸化マグネシウム源、酸化カルシウム
   源、酸化ノ々リウム源からなる群から選ばれた少なくと
   も１種の化合物とからなる混合物音６００℃以上の温度
   に加熱して得られる焼成物および（ｂ）ホウ【クラ必須
   成分とする組成物を、加圧下に加熱して結着させてなる
   耐熱性電気絶縁体。 ２、　（Ａ）（＋＞酸化亜鉛源と（１り酸化チタン源と
   、（ｌｉｔ）酸化マグネシウム源、酸化カルシウム源、
   酸化ノ々リウム源からなる群から選ばれた少なくとも１
   種の化合物とからなる混合物ｆ　６００℃以上の温度に
   加熱して得られる焼成物、（ｂ）ホウ酸および（ｃ）無
   機繊維、無機光てん剤、熱硬化性樹脂からなる群から選
   ばれた少なくとも１棹全必煩成分とする組成物を、加圧
   下に加熱して結着させてなる耐熱性電気絶縁体。