JPS60166238A

JPS60166238A - ガラス質絶縁体の製法

Info

Publication number: JPS60166238A
Application number: JP2016084A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Murakami; 村上　忠▲キ▼
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1984-02-06
Filing date: 1984-02-06
Publication date: 1985-08-29
Also published as: JPH0314786B2

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】〔発明の技術分野〕本発明は耐熱性、不燃性、電気絶縁性に優れた特性を有
し、かつ複雑な形状を比較的容易に製造しうる、優れた
成、形性を有するガラス質絶縁体の製法に関する。さら
に詳しくは、耐熱性、不燃性、電気絶縁性が必要とされ
る電気絶縁部品、たとえばスイッチボックス、碍子、ア
ークボックス、絶縁スヘーサーなどに好適に使用しうる
ガラス質絶縁体の製法に関する。

〔従来技術〕

従来から、合成樹脂材料が比較的複雑な形状を容易に成
形できるとともに、強度や電気絶縁特性などの点で愛れ
ているため、たとえば２００００以下というような低温
で使用される電気絶縁部品などに用いられている。しを
し、耐熱性や不燃性などが要求されるばあいには、この
種の材料は燃焼しやすく、また有毒ガスが発生したり、
発煙しやすく、その上高温になると強度や電気絶縁性な
どが著しく低下して使用にたえないものとなってしまう
。

一方、耐熱性に優れた材料の１つとしてセラミックス材
料があるが、このような材料は製造するのに通常１３０
０°０以上の高温加熱が必要である。

〔発明の概要〕

本発明者は、合成樹脂材料より耐熱性や不燃性などが必
要であり、セラミックス材料では耐熱性が過剰である前
記のごときスイッチボックス、碍子、アークボックス、
絶縁スペーサーなどの用途に対し、適切な耐熱性を有し
、電気絶縁性および成形性などに優れたものをつるべく
鋭意研究を重ねた結果、ガラス質粉末材料５０〜１００
部（重量部、以下同様）および無機質添加材料０〜５０
部からなる混合物１００部にエチルシリケートの加水分
解液を加え、該混合物に流動性を付与し、成形加工した
のち、ガラス質粉末材料が融着する温度で加熱すること
により、前記目的を達成しうろことを見出し、本発明を
完成した。

〔発明の実施態様〕

ガラス質材料は、ガラス製造時に所望の形体に加工して
使用するばあいと、ガラスカレットを粉末にして、金属
あるいは磁器などに塗布し、保護被膜して防食性、電気
絶縁性、気密性、美飾性などを高めたりするのに使用す
るばあいと、マイカ粉末、金属酸化物などと混合し、加
圧成形して複合化するための結合剤として用いるばあい
などがある。

本発明に用いるガラス質粉末材料としては、耐熱性が成
形品の使用条件にたえ、成形品の電気絶縁性が優れたも
ので、かつガラス質粉末材料の融着温度が３８０°Ｃ以
上であればとくに限定されるものではなく、通常使用さ
れているガラス質粉末が使用しうる。

一般にガラス質粉末を成形してブロックを作製し、これ
を加熱していくと、ガラスの融着温度に近づくにつれて
、収縮と同時に溶融しはじめ、さらに高温にすると流れ
はじめる。本発明にいうガラスの融着温度とは、ガラス
質粉末同士が融着しあい、強固に結着する最低温度をい
う。

同一組成のガラス質粉末材料のばあい、融着温度の範囲
が非常にせまく、所望の形態に加工したのちの加熱過程
で、温度管理が困難になるばあいがある。この温度管理
を容易にするため、融着温度が異なるガラス質粉末材料
を組合せて用いたり、ガラス質粉末材料に耐熱性や電気
絶縁性に優れた金属酸化物、金属チッ化物、金属複合酸
化物などの繊維状または粉末状の無機質添加材料を添加
して、複合させて用いたりすることが望ましい。

前記融着温度の異なるガラス質粉末材料の組合せとして
は、融着温度が２０〜１００°Ｃ程度異なるガラス質粉
末材料を組合せて組成物を形成させると、加熱処理条件
の設定が容易となり、複雑な形状を有したものをえやす
くなる。

前記ガラス質粉末材料に無機質添加材料を添加するばあ
いには、加熱過程での温度管理を容易にし、製造を容易
にするとともに、耐熱性や強度などの向上をはかること
ができる。また、無機質添加材料の熱伝導率が優れてい
るばあいには、とくに厚物形状品の製造などにおいて、
外部と内部との温度を緩和し、均一加熱がしやすくなる
。

本発明に用いる無機質添加材料の具体例としては、チツ
化ボロン、アルミナ、マグネシアシリカなどの金属酸化
物あるいは金属チツ化物を好適に用いることができる。

またマイカ、ガラス繊維、各種セラミック繊維も好適に
用いることができる。

ガラス質粉末材料と無機質添加材料との混合物における
組成としては、ガラス質粉末材料が混合物１００部に対
して５０〜１００部であることが好ましく、５０〜８５
部であることがさらに好ましい。該割合が５０部未満に
なると、えられるガラス質絶縁体が多孔質となり、強度
も劣る傾向が生ずる。ガラス質粉末材料の割合が８５部
をこえると、ガラス質粉末材料のみからなるものと強度
や加温度操作のしやすさがほとんどかわらず、無機質添
加材料を添加した効果が明確にえられにくくなる傾向に
ある。無機質添加材料として熱伝導率のよいチツ化ボｐ
ンやアルミナなどを用いて、熱伝導率のよいガラス質絶
縁体をうるためには、混合物に対してチツ化ボｐンやア
ルミナなどを１５％（重態％、以下同様）程度添加する
ことが必要である。組成物に対する無機質添加材料の割
合が１５〜５０％のばあいには、加熱処理条件が容易と
なり、形状変化が少ないため、比較的複雑な形状のもの
や厚物をうるのに好適である。

つぎにガラス質粉末材料と無機質添加材料とからなる混
合物を所望の形態にする方法について説明する。

本発明においてはエチルシリケートの加水分解液を、ガ
ラス質粉末材料が融着し、強固に結着するまで形態を保
持する結合剤として用いる。

結合剤として、本発明に用いるエチルシリケートの加水
分解液以外のもの、たとえばリン酸およびリン酸塩、ア
ルカリケイ酸塩、シリカゾルなどが知られており、発明
者もこれらの結合剤について検討したが下記のごとき欠
点を有している。

すなわち、リン酸、リン酸塩はガラス質粉末材料と無機
質添加材料とからなる混合物と非常に反応しやすく、た
とえば無機質添加材料が塩基性酸化物のばあいには、混
合時ただちに反応して発泡したり、凝固物を形成したり
し、均一な組成物かえられない。したがってこの種の結
合剤のばあい、無機質添加材料が中性酸化物（アルミナ
など）か酸性酸化物（シリカなど）に限定されるという
問題がある。また低融点のホウケイ酸鉛系ガラスなどを
用いると、ただちに反応してガラスの構造を破壊して、
ガラスが１する特性、たとえば融着温度などが異なり、
極端なばあいには溶θしないものとなる。特公昭５７−
４５７０５号公報では結合剤にリン酸およびリン酸塩を
用いて低温焼結磁器をえているが、無機質添加材料がお
のずと限定されて用いられている。またこれらリン酸お
よびリン酸塩は一般には水溶液で使用されるため、所望
の形態にしたのちの加熱処理が困難となる。

アルカリケイ酸塩（水ガラス）は侵れた結合効果を発揮
するが、ナトリウムなどのアルカリ金属を含むため、耐
水性、電気絶縁性に問題を発生しやすく、また電気絶縁
部品に使用し、高圧を印加すると、イオン！イグレーシ
ョンをおこしやすい。

したがって本発明においてもガラス質粉末材料、無機質
添加材料およびこれら混合物を結着する結合剤にアルカ
リ金属を含むものは好ましくない。

シリカゾルは結合力が弱く、また水を溶媒にしているた
め所望の形態に加工したのちの乾燥が難しく、クランク
、割れを発生しやすい。

コレラの検討の結果、エチルシリケートの加水分解液を
結合剤として用いることが最適であるとの結論をえてい
る。

本発明に用いるエチルシリケートの加水分解液としては
、シリカ含有率１０〜６０％のものが適している。その
理由はつぎのとおりである。

（１）ガラス質粉末材料および無機質添加材料と急激な
反応をおこさないため、これら混合物の制限がほとんど
ない。そのため用途の特性に応じた組成物がえやすい。

（２）エチルシリケートの加水分解液は精密成形用の結
合剤に適するため、特別に可塑剤を添加する必要がない
。

（８）溶媒がほとんどアルコール類であるため、低温で
除去でき、クランク、割れなどの欠陥が発生しにくい。

（４）高温耐熱性（１０００°Ｃ以上）を必要とするば
あいには、融着温度がそれに近似のガラス質粉末材料を
組合せて結着させると、エチルシリケート自体かシリカ
ガラスとなるため強固な結着効果を発揮し、高温耐熱性
に優れたガラス質絶縁体をうろことができる。

ガラス質粉末材料またはガラス質粉末材料と無機質添加
材料とからなる混合物１００部に対し、エチルシリケー
トの加水分解液１５〜４０部を加え、該組成物を金型内
に流し込み、あるいは加圧して型造し、金型内で硬化さ
せる。

つぎに脱型し、常温から約３０００ｏまで徐々に加熱し
て乾燥する。つぎにガラスの融着温度以上に加熱して焼
結する。このようにしてガラス質絶縁体がｆＭ造される
。

つぎに本発）ＪＩＪの製法全実施例にもとづきさらに詳
細に説明する。

実施例１ＰｂＯ７５，４８％、Ａ７Ｆ３１Ｌ３６％、Ｂ２０３７
．０６％、５１０２６．１０％からなる融着温度が６８
０６０で２００メツシヱを通過するガラス粉末８５部と
粒度６０〜２００メツシユの合成マイカ粉末（Ｋｕ、３
（ＪｕＳｉ３０□。）？２）　１５部とをボールミルで
６時間混合し、混合物を調製した。えられた混合物を播
漬機で混合しながら、シリカ含有率２０％のエチルシリ
ケートの加水分解液を滴下し、前記混合物をしめった状
態にした。該加水分解液の量は、混合物１００部に対し
て２０部であった。

えられたスラリーを高さ５０ｍｍ、巾１２５ｍｍ　、長
さ１２５ｍｍの金型に充填し、５　Ｑ　ｋｐ／ｃ　ｍで
１０分間常温加圧したのち、枠と押金とをしゃこ万力で
固定し、その状態で２４時間放置した。そののち金型を
はずし、厚さ約５ｍｍの板状硬化物をえた。

これらの処理をおえだ硬化物を乾燥器に入れ、４０°０
から６００°Ｏまで２００部間隔で昇温させた。各温度
における保持時間は、いずれも３時間であった。

つぎに硬化物を電気炉に入れ、昇温速度３°Ｃ／分で常
温から４８０°Ｃまで加熱し、４８０°０で３時間保持
えられたガラス質絶縁体は、たたくと金属音を発し、白
色を呈していた。この絶縁体の曲げ強さおよび電気絶縁
抵抗率を下記方法により測定した。

その結果を組成とともに第１表に示す。

（曲げ強さ）Ｊ工Ｓ　Ｏ２２１０の６．３頂に準じて測定。

（電気絶縁抵抗率）Ｊ工ｓ　Ｋ６９１１の５．１３　、３項に準じて、常態
、２５°０．９０％ＲＨの条件で表面抵抗率および体積
抵抗率を測定。

なおガラス質粉末材料の融着湿度は、粒度２００〜６０
０メツシユのガラス質粉末材料を一定のブロックに成形
し、熱伝導率の良好な金属板上にのせ、段階的に加熱し
て走査型電子顕微鏡で粉末の形状を観察し、粉末同士が
融着しあう最低温度を測定した。

実施例２Ｐｂ０６７．０７％、Ｂ２ｏ３１，５．６９％、５ｔｏ
２１５　、５４％、Ｚ　ｒ　Ｏ２３，７０％からなる融
着温度が５５０°Ｃで２００メツシユを通過するガラス
粉末５０部と粒度１００〜２００メツシユの一般に市販
されているアルミナ粉末５０部とを用い、最終の加熱温
度が６５０００で３時間加熱した以外は、実施例１と同
様にしてガラス質絶縁体をえた。

えられたガラス質絶縁体の曲げ強さおよび電気絶縁抵抗
率を実施例１と同様にして測定した。その結果を組成と
ともに第１表に示す。

実施例６ｐｂｏ　６３．６４％、Ｚｎ０９．９４％、：５２ｏ３
１４．１８％、５ｔｏ２１２．２４％からなる融着温度
が５６００Ｃで２００メツシユを通過するガラス粉末７
０部と粒度６０〜２００メツシユのジルコンサンド（ｚ
ｒＯ２・５ｔｏ２）５０部とをボールミルで６時間混合
し、混合物を調製した。えられた混合物を播漬機で混合
しながら、シリカ含有率６０％のエチルシリナートの加
水分解液を滴下し、前記混合物を常態で流動性をおびた
状態にした。該加水分解液の量は、混合物１００部に対
して６５部であった。

えられたスラリーを高さ５０ｍｍ　、巾１２５ｎ１ｍ　
、長さ１２５ｍｍの金型に流し込み、金型全体をアルミ
箔で完全につつみ、常態で２４時間放置した。ついで金
型をはずし、厚さ約５ｍｍの板状硬化物をえた。そのの
ち最終加熱温度が６６０°Ｏで３時間加熱した以外は、
実施例１と同様にしてガラス質絶縁体をえた。

実施例４市販の無鉛ガラス（日本フェロ−■製のＡ３１２７）を
購入し、粉砕して２００メツシユを通過するガラス粉末
をえた。このガラスの融着温度は６５０°Ｃであった。

えられたガラス粉末を用いて、最終加熱温度が７５０°
Ｃで６時間加熱した以外は実施例１と同様にして、ガラ
ス質絶縁体をえた。

実施例５実施例２で用いた融着温度５５０°Ｃのガラス質粉末材
料と実施例６で用いた融着温度５６０°０のガラス質粉
末材料とを同重量混合した混合物を播潰機で混合しなが
ら、シリカ含有率１０％のエチルシリケートの加水分解
液を滴下し、混合物をしめった状態にした。該加水分解
液の量は、混合物１００部に対して１５部であった。

えられたスラリーを用いて、最終加熱温度６４０°０で
６時間加熱した以外は実施例１と同様にして、ガラス質
絶縁体をえた。

実施例６ＰｂＯ６９，５４％、Ｚｎ０１５．９０％、Ｂ２Ｏ３３
，３８％、Ｓｉｎ□２．３９％、００３０４　［１，５
６％からなる融着温度が４６０°Ｏで２００メツシユを
通過するガラス粉末８０部と主成分がＭｇＱと８１０２
とからなり、繊維の粒度が７０〜２００メツシユの陽イ
オン繊維（カナダ、ヘッドマン社製）２０部とを播漬機
で６０分間混合し、混合物を調製した。播潰機で混合し
ながら、該混合物１００部に対してシリカ含有率１０％
のエチルシリケートの加水分解液３０部を滴下し、該混
合物をしめった状態にした。そののち、最終加熱温度が
５６０°０で６時間加熱した以外は実施例１と同様にし
て、ガラス質絶縁体をえた。

・・えられたガラス質絶縁体の曲げ強さおよび電気絶縁
抵抗率を実施例１と同様にして測定した。その結果を組
成とともに第１表に示す。

実施例７実施例６で月４いたガラス質粉末材料６５部と粒度２０
０〜６００メツシユで熱伝導率の優れたチツ化ボ四ン粉
末６５部とをボールミルで６時間混合して、混合物を調
製した。さらに該混合物１００部を播油機で混合しなが
ら、シリカ含有率２０％のエチルシリケートの加水分解
液６５部を滴下し、前記混合物を常態で流動性をおびた
状態にした。

えられた泥しよう物を実施例３と同様の方法で直径２５
ｍｍ、長さ５ＤＤｍｍの管に流し込み、さらにアルミ箔
で完全につつみ１．常態で２４時間放置した。

そののち管から硬化物をとりだし、実施例６と同様にし
てガラス質絶縁体をえた。

えられたガラス質絶縁体を長さ方向に対して２０ｍｍ間
隔で切断し、倍率５〜６０倍の実体顕微鏡で観察し、ク
ラック、割れなどの有無をしらぺた。

その結果、外部および内部とも、クラッタ、割れなどの
発生はみとめられなかった。

比較例１実施例１・において、ガラス質粉末材料を４５部、無機
質添加材料を５５部に変更し、これらがら調製された混
合物１００部に対し、エチルシリケートの加水分解液を
４０部用いた以外は実施例１と同様にして、ガラス質絶
縁体をえた。

えられたガラス質絶縁体の曲げ強さおよび電気絶縁抵抗
率を実施例１と同様にして測定した。その結果を組成と
ともに第１表にします。

比較例２実施例６で用いた無機質添加材料（陽イオン繊維）を用
いなかった以外は実施例６と同様にして、ガラス質絶縁
体を切断したところ、内部に肉眼で判別できるクランク
がみとめられた。

〔発明の効果〕

第１表に示すように、本発明によるガラス質絶縁体は、
曲げ強さ６５０〜６５０ｋｇ１０ｍ２の値を示し、優れ
た電気絶縁性を有するものである。また該ガラス質絶縁
体は、いうまでもなく不燃性であり、前記スイッチボッ
クス、碍子、アークボックス、絶縁スペーサーなどの用
途に好適に用いることができる。

本発明によるガラス質絶縁体は、エチルシリケートでス
ラリーにしたものに、たとえば金属を浸漬させ、付着・
焼付けすることにより、金属表面に優れた電気絶縁被膜
として形成させることができる。また本発明では、低温
加熱で複雑な形状を有したガラス質絶縁体が製造でき、
また不要のガラス質粉末材料も再生させることができる
ため、原料コストが低減でき、経済的効果が大きい。

代理人　大岩増雄　（ほか２名）

Claims

【特許請求の範囲】（１）ガラス質粉末材料５０〜１００重量部および無機
質添加材料０〜５０重量部からなる混合物１００重量部
にエチルシリケートの加水分解液を加え、該混合物に流
動性を付与し、成形加工したのちガラス質粉末材料が融
着する温度で加熱することを特徴とするガラス質絶縁体
の製法。（２）前記ガラス質粉末材料が、融着温度６８０８Ｃ以
上を有するガラス質粉末材料である特許請求の範囲第（
１）項記載の製法。（８）前記無機質添加材料が、繊維状あるいは粉末状の
耐熱性、電気絶縁性に優れた金属酸化物、金属チツ化物
または金属複合酸化物である特許請求の範囲第（１）項
記載の製法。（４）前記ガラス質粉末材料が融着温度の異なる複数種
のガラス質粉末材料からなる特許請求の範囲第（１）項
、第（２）項または第（３）項記載の製法。（５）前記エチルシリケートの加水分解液におけるシリ
カ含有率が１０〜３０重量％である特許請求の範囲第（
１）項記載の製法。