JPS6019605B2 - 耐熱性電気絶縁体 - Google Patents

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、雲母、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
れている。このうち、雲母粉末を棚酸−鉛系の低融点ガ
ラスにより結着させたいわゆる「マィカレックス」が広
く知られている。このマィカレックスは、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５００〜８０００○の
温度に加熱しつつ２００〜１０００ｋ９／の程度の圧力
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、雲母がガラスに侵触され、作業性が低
下するという欠点もあった。また、絶系該基材の結着剤
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（４００〜５００００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ＩＪカゾルなどのゾル系結着剤は、結
着に際して１０００〜１２００００程度の高温処理が必
要であり、マィ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、繊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
リソタィ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、棚酸と、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、
１３０〜２００００の温度、１００〜３００ｋｇ／ｃ虎
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、耐アーク性および
貢層破壊電圧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
分が変色したりすると、この変色が顕著に表われ、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の固
溶体および棚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、貴層破壊電圧性に優れ、かつ着
色することが容易な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、無機繊維またはこれに無機充填剤を
添加してなる絶縁基材を、酸化亜鉛と酸化マグネシウム
との固熔体および棚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縁基材は、無機繊維または
無機繊維に無機充填剤を添加したものである。無機繊維
としては、ガラスクロス、ガラスマット、アスベストベ
ーパー、石綿、セラミックファイバーなどが用いられう
る。またこれらの無機繊維を複数種組合せて積層体と，
して用いてもよい。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、酸化ジルニ
ウム、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、発化マグネシウム、窒化ホウ素、
ガラス粉末、ケイ酸ジルコニウム、カオリン、焼成クレ
ー、チタン酸バリウム、タルク、マイ力、ムライト、ジ
ルコンサイド、シラスバルーン、バーミキユライト、／
ｆーラィ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
ネシウムとの固溶体および棚酸が用いられる。

また、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体および棚
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、絶縁基村の微細隙間が充
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
水性の向上を図ることができる。酸化亜鉛と酸化マグネ
シウムとの固港体について説明する。

酸化亜鉛は六方晶系のウルッ鉱型構造であり、酸化マグ
ネシウムは立方品系の岩塩型構造とそれぞれ結晶構造は
異なるが、原子価が等しい場合には、格子欠陥を伴わず
に固溶化が起こり、制限城がかなり広くなって、岩塩型
の酸化マグネシウム側では酸素配位数４の亜鉛が酸素萱
己位数６のマグネシウムの格子位置に入って誘導型非同
形置換団溶体型の岩塩型固溶体が生成され、一方酸化亜
鉛側ではウルッ鉱型の固溶体が生成され、中間領域では
両固港体の混合物が生成する。

このような酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体に関
しては、たとえば名古屋工業技術試験所報告第１掠奪第
５・６号（昭和４２王６自発行）に詳述されている。酸
化亜鉛と酸化マグネシウムとの固漆体は、具体的には、
たとえば高純度酸化亜鉛と、たとえば高純度水酸化マグ
ネシウム粉末とを充分に混合し、次いで７００〜１５０
０℃の温度に加熱することによって得られる。

この固溶体は、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとを極めて
広範囲の重量割合で混合して加熱することによって生成
される。固溶体が生成されると、この固溶体中には遊離
の酸化亜鉛および酸化マグネシウムは存在せず、酸化マ
グネシウムの格子定数が酸化亜鉛含量の増加に伴って連
続的に変化することがＸ線分析によって確かめられる。
一般にこの固港体は６００ｏｏ以下の温度で加熱しても
生成せず、７００℃以上好ましくは９００ｑｏ以上の温
度に加熱することによって生成する。固港体を生成する
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。また酸化マグネシウム
源としては、水酸化マグネシウム粉末のほかに、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、硝酸マグネネシウム、酢酸マグネシウムな
どが挙げられる。酸化亜鉛一酸化マグネシウム固溶体を
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。

たとえば貴層破壊電圧特性を重視する場合には、Ｚｎ○
／Ｍｇ（ＯＨ）２重量比は８０／２０〜１０／９政守ま
しくは５０／５０〜１０／９０の範囲内で変化させる。
耐アーク特性を重視する場合には、Ｚｎ○／Ｍｇ（ＯＨ
）２比を５０／５０〜１／９９好ましくは２０／８０〜
〜１／９９の間すなわちマグネシウムリッチの範囲内で
変化させる。曲げ強度特性を重視する場合には、８０／
２０〜１０／９城守まし〈は３０／７０〜１０／９０の
範囲内で変化させる。酸化亜鉛一酸化マグネシウム固溶
体は、白色であるが、この固溶体に酸化コバルト、酸化
ニッケルなどの金属酸化物を適量さらに固溶化させるこ
とによって容易に着色することができる。

たとえば、原料として、１２．７重量％の酸化ニッケル
、５９．６重量％の酸化マグネシウム、２７．０重量％
の酸化亜鉛の混合物を１０００ごＣで２時間焼成すると
、緑黄色を有する酸化亜鉛一酸化マグネシウム一酸化ニ
ッケル固港体が得られる。含有させるべき金属酸化物の
種類および量を変化させることによって、グリーン、ピ
ンク、赤、茶、黄色などの様々な色を固溶体に与えるこ
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、ェポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリィミド樹脂
、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粗合せて使用する
。

本発明においては、絶縁基村の結着剤として、酸化亜鉛
と酸化マグネシウムとの固溶体および棚酸、場合により
熱硬化性樹脂の混合物を用いるが、棚酸と前記固溶体と
のモル比は０．５〜８．０であることが好ましい。

なお本明細書において、側酸と酸化亜鉛一酸化マグネシ
ウム間溶体とのモル比とは以下の意味で使用する。

すなわち、たとえば水酸化マグネシウムを酸化マグネシ
ウム源として用い、酸化亜鉛を酸化亜鉛源として用いる
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、一方酸化亜鉛はそのままの分子量で残存して
固溶体を形成する。ここで水酸化マグネシウム６０夕お
よび酸化亜鉛４０夕を原料とした場合について考えると
、固溶体中には酸化マグネシウムは６０（の ×酸化マ
グネシウム分子量（４０．３０）／水酸化マグネシウム
分子量（５８．３２）＝４１．４６タ存在し、これを便
宜上モル数に直すと１．０２８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０．４９モルとなる。した
がって水酸化マグネシウム６０夕および酸化亜鉛４０夕
を加熱することにより生成する固溶体は、１．０２８十
０．４９＝１．５１８モルに相当すると便宜上考えるこ
とができる。一方、棚酸の１モルは６１．８夕であると
考えることができるから、棚酸と固溶体とは、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メッシュ以下
好ましくは２００メッシュ以下にして用いることが望ま
しい。本発明においては、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の固溶体および棚酸の混合
物を用いて電気絶縁体を得ているが、結着剤として、酸
化亜鉛、酸化マグネシウムおよび棚酸の単なる混合物を
用いて得られた電気絶縁体と比較して、明らかに、曲げ
強度特性、貴層破壊電圧特性などの特性面で顕著な効果
が認められる。

このことは、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体を
、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの単なる混合物に代え
て用いることによって曲げ強度、賢層破壊電圧特性が顕
著に改善されることを意味している。本発明による耐熱
性電気絶縁体においては、該絶縁体１０の重量部に対し
て、無機繊維またはこれに無機充填剤を添加してなる絶
茶瀦基材５〜９の重量部好ましくは２０〜７５重量部で
あり、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固熔体および棚
酸からなる無機結着剤は５〜８の重量部、好ましくは２
０〜６の重量部であり、熱硬化性樹脂からなる有機結着
剤は０〜３碇部好ましくは２〜２碇部であり、無機充填
剤は０〜７＄部好ましくは５〜５碇郭である。

絶縁基材が５重量部以下であると、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８の重量部以上になる
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２重量部ら久上含まれると、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２の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、高純度水酸化マグネシウム粉
末と、必要に応じて着色用の金属酸化物とを所望割合で
混合し、次いで７００〜１５００ｏｏの温度に加熱する
ことによって、酸化亜鉛一酸化マグネシウム系団溶体を
調製する。

この固熔体に棚酸を混合し、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繊維またはこれ
に無機充填剤を添加してなる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。酸化亜鉛一酸化マグネシウム
固溶体、棚酸、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メッシュ以下にする。

結着剤が散布された絶系鱗基材は、金型に入れられ、１
３０〜２００ｏｏの成形温度で、１００〜３００ｋ９／
地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得られる。

成形温度は、１３０ｑｏ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
るため好ましくなく、また２００ｑｏ以上であると、急
激に棚酸の脱水が起こり、発泡の原因となるため好まし
くない。

成形圧力は、１００ｋ９／ｃ鰭以下であると繊密な絶縁
体が得られないため好ましくなく、また３００ｋ９／彬
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特にない。

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１０〜６０分程度である。

このようにして電気絶体が得られた後に、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は
ない。実施例 １酸化亜鉛粉末（Ｚｎ○）と水素化マグ
ネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）とを重量比で９０：１０の
割合で混合し、これを電気炉中で９００℃で２時間焼成
し、酸化亜鉛と酸化マグネシウムの固溶体を調製した。

この園溶体と棚酸（日３Ｂ０３）とを１：３のモル比で
混合して無機結着剤としたｂ電気絶縁体１００部中には
、無機繊維５１．１重量部、無機結着剤４０．９部、ェ
ポキシ樹脂およびシリコンワニスの混合物を８重量部を
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メッシュ
以下として使用した。絶寮菱基材として、ガラスチョッ
プストランドマットを１５０×１５０肋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、
１７０ｏｏの温度にセットし、２００ｋｇ／地の圧力で
３０分間加圧加熱することによって、電気絶縁体を製造
した。実施例 ２ 酸化亜鉛と水酸化マグネシウムとを、重量比で８０：２
０の割合で混合し、これを９００午０で２時間焼成して
、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体を調製した。

この固溶体を用いて実施例１と同様にして電気絶縁体を
製造した。実施例 ３ 酸化亜鉛と水酸化マグネシウムとを、重量比で５０：５
０の割合で混合し、これを９００００で２時間焼成し、
酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固熔体を調製した。

この固溶体を用いて実施例１と同様にして電気絶縁体を
製造した。実施例 ４ 酸化亜鉛と酸化マグネシウムとを、重量比で３０：７０
の割合で混合し、これを９００つ○で２時間焼成し、酸
化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体を調製した。

この間綾体を用いて実施例１と同様にして電気絶縁体を
製造した。実施例 ５ 酸化亜鉛と水酸化マグネシウムとを、重量比で１０：９
０の割合で混合し、これを９００ｑｏで２時間焼成し、
酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体を調製した。

この固済体を用いて実施例１と同様にして電気絶縁体を
製造した。実施例 ６ 有機結着剤としてのェポキシ樹脂およびシリコンワニス
を用いない以外は、実施例１と同様にして電気絶縁体を
製造した。

実施例 ７ 酸化亜鉛粉末（Ｚｎ○）と、水酸化マグネシウム粉末（
Ｍｇ（ＯＨ）２）と、一酸化ニッケル（Ｎｉ○）とを重
量比で、２７．７：５９．６：１２．７の割合で混合し
、これを電気炉で１０００００で２時間焼成し、酸化亜
鉛一酸化マグネシウム一酸化ニッケル固溶体を調製した
。

この固溶体は鮮やかな緑黄色を示した。この固溶体を用
いて、実施例１と同様にして電気絶縁体を製造した。実
施例 ８酸化亜鉛粉末（Ｚｎ○）と、水酸化マグネシウ
ム粉末（Ｍｇ（ＯＨ）２）と、一酸化コバルト（ＣＯＯ
）とを重量比で、４２．４：５２．０：５．６の割合で
混合し、これを電気炉中で１０００ｑｏで２時間焼成し
、酸化亜鉛一酸化マグネシウム一酸化コバルト団溶体を
調製した。

この固熔体は鮮やかな藤色を示した。この固熔体を用い
て、実施例１と同様にして電気絶縁体を製造した。比較
例 １ 酸化亜鉛粉末（Ｚｎ○）を９００ｏｏで２時間電気炉中
で焼成し、これと棚酸とを１：３のモル比で混合して無
機結着剤を調製した。

この無機結着剤を用いた以外は、実施例１と同様にして
電気絶縁体を製造した。比較例 ２ 水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）を９００００で
２時間電気炉中で焼成し、これと棚酸とを１：３のモル
比で混合して無機結着剤とした。

この無機結着剤を用いた以外は、実施例１と同様にして
電気絶縁体を製造した。比較例 ３ 無機結着剤として、剛酸のみを用いた以外は、実施例１
と同様にして電気絶縁体を製造した。

比較例 ４酸化亜鉛粉末（Ｚｎ○）と水酸化マグネシウ
ム粉末（Ｍｇ（ＯＨ）２）とをそれぞれ別々に９００ｏ
ｏで２時間電気炉で焼成し、得られた酸化亜鉛粉末と酸
化マグネシウム粉末とを、重量比で５０：５０の割合で
混合した。

この混合物と棚酸とを１：３のモル比で混合してなる結
着剤を無機結着剤として用いた以外は実施例１と同様に
して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、ＪＩＳＫ６９１１熱硬化性プ
ラスチックの一般試験方法に準じて測定し、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
絶縁体を湿度９６．５％の室内に２４時間放置した後に
測定を行なった。船 表１から、絶系露基材の結着剤として、酸化亜鉛と酸化
マグネシウムとの岡溶体および棚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、電気絶縁体、機械的強度、耐アーク性
、貴層破壊電圧性に健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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 無機繊維または無機繊維に無機充填剤を添加してな
   る絶縁基材を、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体
   および硼酸からなる結着剤により結着してある耐熱性電
   気絶縁体。 ２ 無機繊維または無機繊維に無機充填剤を添加してな
   る絶縁基材を、酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの固溶体
   、硼酸および熱硬化性樹脂からなる結着剤により結着し
   てなる耐熱性電気絶縁体。