JPS6115527B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は特に耐熱性、不燃性を必要とする電気
機器の絶縁部材、例えば電気炉などに使用される
絶縁スペーサー絶縁ワツシヤ、さらには車両用制
御器の絶縁仕切り板、などを適用できる耐熱絶縁
物の製造方法に関する。 ところで従来公知の耐熱絶縁物として、無機質
繊維（ガラス繊維等）を用い正硼酸を必須成分と
し、これに亜鉛およびカルシウムの酸化物および
水酸化物から選ばれた少なくとも一つの化合物
（酸化亜鉛、酸化カルシウム、水酸化亜鉛および
水酸化カルシウムを以下充填効果物質と略記す
る）を絶縁基材として130〜200℃の加熱下で100
〜300Kg/cm²の加圧力で製造する方法が特開昭50―
84899で知られている。 これに開示されている製造方法によれば正硼酸
を加熱加圧条件下で急激に分解させることによ
り、例えば一部構造水を放出して、メタ硼酸ある
いは四ホウ酸などに分解した時溶融状態を呈し、
この溶融物が結合剤として働き、雲母粉末などを
結着させ、さらに結合剤の成分として添加されて
いる充填効果物質と溶融物が反応し亜鉛ならびに
カルシウムの含水ホウ酸塩を形成し、吸湿などに
より溶融物が元の正硼酸に戻らないように可逆性
を無くし、耐水性などを向上させると同時に、さ
らに融点の高いものにして、絶縁物を得ている。 本発明者らは上記のような従来公知の製造方法
を詳細に検討した結果つぎのような欠陥があるこ
とが判明した。 従来の製造方法によれば、加熱加圧成形時、正
硼酸の急激な分解に伴う発生水分を加圧力を除く
ことにより成形物中から取り除き、再び加圧する
という、いわゆるガス抜き操作を数回繰返し製造
しているが、ガス抜き操作が複雑で、かつ成形に
要する時間が長くかかり、生産性に乏しいと同時
に、ガス抜き操作を誤まると、ほとんどクラツ
ク、ハガレなどの欠陥を有するものが多々現われ
易く、作業性の悪いものであつた。 さらに従来の製造方法におけるガス抜き操作に
ついて検討した結果を述べると、まずこの操作を
省略した場合、正硼酸の分解に伴う発生水分が成
形物中に存在することになり、発生水分ならびに
その蒸気圧のため、特に成形物の中心部がしまり
の悪い多孔質なものとなり、クラツクやハガレな
どの欠陥を有するものが多々現われ易い。特に成
形物の厚さが５mmを越える場合など上記欠隔が顕
著に現われ易い。 すなわち従来の製造方法においては、ガス抜き
操作は必要不可決な製造条件であることが判明す
ると同時にこの操作の良否によつて製造される絶
縁物の特性が左右されるといつても過言ではな
い。 しかるに従来の製造方法では、絶縁物の厚さ、
大きさなどにより、それに適したガス抜き操作が
とられているが絶縁物の厚さが例えば10mmを越え
る場合など５〜６回の操作回数を必要とし成形時
間も30分も要している。 ガス抜き操作としては成形物が150〜160℃に到
達してから行なうことが一般的であり、この温度
範囲を離脱した場合得られた絶縁物が多孔質でか
つしまりが不均一であるため、電気的機械的特性
が低くかつバラツキの大きいものとなる。例えば
成形物の温度が150℃未満の場合、正硼酸が90℃
から分解をはじめ、130℃程度から一部溶融を呈
しはじめているが、雲母粉末などを十分結着させ
る量まで到らず、この状態でガス抜きが行われる
ことになり、絶縁物は当然結着不良を生じたり、
クラツクの発生したものが多く、したがつてしま
りのよい均一な絶縁物を得ることは難しい。 さらに、この状態でガス抜き操作を行なつたも
のは、後のガス抜き操作を行なつても、しまりの
よい絶縁物を得ることが難しい。 一方、成形物の温度が160℃を越えてガス抜き
操作を行なつた場合についてであるが、160℃を
越えるような温度では、すでに正硼酸が大部分分
解しており、その時の発生水分ならびに蒸気圧に
より、溶融した状態の結合剤は絶縁物内部で、空
隙の大きい部分など動き易いところへ片寄つた流
れを起しており、極端な場合は外部へ流出し内部
は空隙の多いものになる等、非常に不均一な状態
となつており、このような状態でガス抜き操作を
おこなつても結合剤の硬化も始まつており、不均
一性を改善することは出来ず、むしろ層間接着不
良の原因となる。 さらにガス抜き操作は、絶縁物の形状以外に、
金型温度、加圧力にも左右される。 以上のごとく従来の製造方法においても、ガス
抜き操作は、必要不可決な製造条件であり、操作
が複雑である。 特にガス抜き操作が人力により、行われる場合
非常に製造管理が困難であり、操作ミスによる不
良が多々発生する危険があることが判明した。ま
た従来の製造方法においては、例えば20mm以上の
厚さを有する絶縁物を得ることが、非常に難し
く、ガス抜き操作を厳密におこなつても、表面部
と内部のしまり度合が不均一であり、20mm未満の
成形物しか得られないことも判明した。またガス
抜き操作を行なつて得た絶縁物においても厚さの
バラツキ（最大厚さと最小厚さの差）が大きく厚
さの均一性の面でも欠陥を有している。 しかるに本発明者らは、従来の製造方法に伴う
欠陥、すなわち (1) ガス抜き操作を要するため、製造工程および
操作が複雑であり、かつ成形時間が長くかゝ
り、生産性に欠ける。 (2) 製造管理が人力による場合、ガス抜き操作の
タイミングが非常に難しいため不良発生の危険
が大きい。 (3) 絶縁物の厚物品の成形が困難である。 などの問題点に着眼し、従来の欠陥を排析するこ
とができる製造方法を見い出すべく種々実験を行
ない鋭意研究を重ねた結果、従来の正硼酸に代え
て無水硼酸と正硼酸の混在物を用いることによ
り、前記従来の製造方法に伴う欠陥を排析できる
事実を見い出し、この発明を完成した。 すなわち従来の製造方法に伴う最大の欠陥は、
正硼酸が加熱加圧下で分解し、その際発生する水
分ならびに蒸気圧のため、それを除去するガス抜
き操作と、それに伴う操作の複雑さが欠陥に関係
する原因であり、本発明は発生する水分を化学的
に処理することでガス抜き操作を必要としない製
造方法に改善することにより、従来の欠陥を解決
したものである。 本発明をさらに詳しく説明する。 本発明では従来の正硼酸を主体に用いたものを
無水硼酸と正硼酸の混在物を用いた。無水硼酸は
公知のごとく水分を取り込んで、それ自体四硼酸
メタ硼酸などを経て最終的には、正硼酸になる。
本発明はこの性質を最大限に利用し、しかも変性
途中の結着効果を有効に活用したわけである。 すなわち混在物の１つである正硼酸が従来と同
様に加熱加圧下で分解し、水分を発生し溶融する
が、この発生水分を混在物のもうひとつの無水硼
酸が直に取り込み、溶融するため従来のごとく、
正硼酸の分解にともなう発生水分を、ガス抜き操
作など強制的に除去する方法をとらなくても、成
形物内部で発生水分が化学的に処理されるため、
ガス抜き操作は不必要となる。しかるに本発明で
は、ガス抜き操作がないため、操作が簡単とな
り、ガス抜きによる温度低下（従来ではガス抜き
操作するたびに20〜30℃の温度低下があり回復に
相当の時間を要していた。）がないため、加熱加
圧成形時間が著しく短縮でき、かつ得られた絶縁
物は従来より均一なしまりを有するため、電気的
機械的特性のバラツキが小さくなり、従来発生し
ていたクラツク、ハガレならびにしまり不良が完
全に無くなつた。また20mm以上の厚さを有する絶
縁物も容易に得ることも可能となつた。 つぎに本発明を製造工程の順序に従つて説明す
る。結合剤として無水硼酸１モルに対して正硼酸
0.4〜７モルの混合比で用いる。正硼酸が0.4モル
未満では、無水硼酸単独の影響が現われ、溶融し
がたくなり得られた絶縁物は、多孔質なものとな
り好しくない。正硼酸が７モルを越えると発生水
分を従来と同様にガス抜き操作により強制的に除
去しないと多孔質なものとなり好しくない。した
がつて本発明においては、無水硼酸に混合する。
正硼酸の量は、おのずと限定される。つぎに無水
硼酸ならびに正硼酸の混在物100重量部に対し
て、酸化亜鉛、酸化カルシウムならびに水酸化亜
鉛、水酸化カルシウムなどから選ばれた少なくと
も一つの充填効果物質を５〜150重量部添加して
用いられるが、この充填効果物質は、従来と同様
な効果を示し、無水硼酸、ならびに正硼酸の変成
に伴う溶融物と反応し、亜鉛ならびにカルシウム
の含水ホウ酸塩を形成し、吸湿などにより溶融物
が正硼酸に戻らないように可逆性を無くし、耐水
性を向上させると同時に、さらに融点の高いもの
にして絶縁物を得ている。充填効果物質が５重量
部より少ないと耐水性、耐熱性が劣り、添加した
効果が余りなく、150重量部を越えて添加しても
前記５〜150重量部添加した効果以上に耐水性な
らびに耐熱性は期待できず、むしろ相対的に無水
硼酸と正硼酸の量が減少するため結着効果が減ぜ
られ、絶縁物がハガレあるいは多孔質なものとな
り、好しくなく前記範囲が望ましい。 結合剤の作成は好ましくは先ず無水硼酸と正硼
酸を混合し、さらに充填効果物質を添加しさらに
混合して得る。混合機としては擂潰機、ボールミ
ルなど通常の混合手段が特別の制限なく用いられ
る。 つぎに絶縁物の骨材となる雲母粉末であるが、
本発明には合成雲母粉末、天然雲母粉末を用いる
ことができる。 雲母粉末と前記結合剤との混合方法であるが結
合剤の作成と同じような方法で絶縁基材を作るこ
とができる。 雲母粉末と結合剤の重量比率は、雲母粉末100
重量部に対して40〜100重量部の範囲が好適であ
る。 結合剤が40重量部より少ないと緻密な絶縁物が
得られず電気的、機械的特性が劣ることになり好
しくなく、また100重量部を越えて加えると相対
的に雲母粉末の量が少なくなり、特に機械的特性
すなわち強度面が劣ることになり、従つて前記範
囲が望ましい。 つぎに絶縁基材を加熱加圧して絶縁成形物を得
る過程であるが絶縁基材を150〜250℃に加熱し、
加圧力30〜300Kg/cm²で加熱加圧成形する。 加熱加圧成形時間は、５〜10分程度である。 ところで、絶縁基材を加熱する温度を150〜250
℃にしたのは、150℃未満の場合は溶融物が十分
形成されず、結着力が乏しいものとなり、緻密な
絶縁成形物を得ることができない。また250℃と
押えたのはそれ以上の温度でも絶縁成形物の作成
は可能であるが高温成形となるため製造が複雑と
なり、かつ経費が高くつくためである。最も好適
な温度は170〜200℃である。 以上の製造工程を経て絶縁成形品を得る。 つぎに絶縁成形物を加熱処理するが、この工程
は、絶縁成形物中に多少残つている水分ならびに
充填効果物質との反応をさらに進め、耐水性なら
びに熱的により安定にするために行なうものであ
る。 加熱処理は、150〜300℃の温度で３〜５時間程
度行なう。150〜300℃の範囲での選択は、耐熱絶
縁物の使用目的に応じ適宜行なうもので、150℃
より低い加熱温度では処理の効果がなく、300℃
までの温度で前記目的が十分達成される。300℃
を越えて処理しても温度を上げた効果は期待でき
ない。 また加熱処理に際しては、前記加熱温度まで
徐々に温度を上げて処理することが好ましく、さ
らには加圧力を加えて加熱処理を行なつてもよ
い。 以上のように工程を経て得られた絶縁物は350
℃程度の温度でも強度劣化が少なく耐熱性に優れ
かつ電気絶縁物にも優れた有用な耐熱絶縁物であ
る。 以下実施例を挙げて、この発明を具体的に説明
する。 実施例１〜実施例11 第１表に示す絶縁基材ならびに重量比、および
製造方法で耐熱絶縁物を得て、その特性を調べ
た。 絶縁物の骨材として、雲母粉末は合成雲母粉末
（弗素金雲母粉末）、天然雲母粉末（金雲母粉末）
を用い、粒度60〜200メツシユのものを使用し
た。 無水硼酸としては試薬１級（石津製薬）のもの
を用いた。正硼酸としては、工業薬品（ボラツク
ス20頭馬車印、USA）を用いた。いずれも粒度
100μ以下にしたものを使用した。 酸化亜鉛（堺化学製）、酸化カルシウム（和光
純薬）、水酸化亜鉛（石津製薬）、水酸化カルシウ
ム（石津製薬）はいずれも試薬１級で１〜10μの
粒度のものを用いた。 結合剤の作成は無水硼酸と正硼酸を先ず混合
し、ついで充填効果物質を添加し、さらに混合し
て作成した。装置としては石川式擂潰機を用い、
混合時間は15分〜20分程度であつた。つぎに雲母
粉末を加え同様に混合して絶縁基材を作成した。 加熱加圧装置としては厚さ150mm、幅500mm、長
さ500mmの鉄製金型板（電熱ヒーターならびに冷
却管を内蔵したもの）を上下に設けた300トンプ
レスを用いた。さらに金型板間に高さ50mm、幅
300mm、長さ300mmの枠付金型を挿入し、この金型
の温度を所定の温度まで昇温した。枠付金型には
離型シリコン（信越化学製KS―61）を塗布し
た。ついで絶縁基材を金型間に挿入し、所定の加
圧をおこない５分間連続加熱加圧成形して加圧を
除き、金型間よりとりだして、厚さ約５mm、幅
300mm、長さ300mmの絶縁成形物を得た。 つぎに絶縁成形物を常温から所定温度まで２
℃/minの昇温速度で昇温させ３〜５時間保持し
た後、徐冷してとりだし、本発明品を得た。 得られた絶縁物の試験方法であるが、絶縁物の
厚さはマイクロメーター（1/100mm）で最大厚さ
と最小厚さを測定し、その差で示した。吸水率、
曲げ強さ絶縁破壊電圧、絶縁抵抗および耐アーク
性はJIS Ｋ 6911の熱硬化性プラスチツク一般試
験法に準じてもとめた。 耐トラツキング性は絶縁物を厚さ３mm幅25mm長
さ50mmの寸法に切断したものを試料としデイツプ
トラツク法により測定た。火膨れ試験は原厚さで
幅100mm、長さ300mmの形状に切断したものを試料
とし、350℃に昇温した電気炉内に直接投入し、
１時間保持した後炉外に取り出しクラツク、膨
れ、ソリなどを観察した。 上記のように測定された結果を第２表に示す。 実施例 12 実施例１と同じ絶縁基材であるものを金型温度
200℃、加圧力50Kg/cm²で10分間連続加熱加圧成形
をした後、金型より取り出し、厚さ25mm、幅300
mm、長さ300mmの絶縁成形物を得た。つぎに絶縁
成形物を常温から200℃まで、0.5℃/minの昇温
速度で上昇させ、５時間保持後徐冷して取り出し
絶縁物を得た。 この絶縁物も同じように試験をおこない、特性
を第２表に示す。 比較例 １ 従来の絶縁基材ならびに製造方法に基き、厚さ
約５mm、幅300mm、長さ300mmの絶縁物を作成し、
製造方法及び特性を検討した結果をそれぞれ第１
表及び第２表に示す。 比較例 ２ 従来の絶縁基材ならびに製造方法に基き、厚さ
約25mm、幅300mm、長さ300mmの絶縁物を作成し、
製造方法及び特性を検討した結果をそれぞれ第１
表及び第２表に示す。 比較例 ３ 従来の絶縁基材を実施例１と同じようにガス抜
き操作なしで、厚さ約５mm、幅300mm、長さ300mm
の絶縁物を作成し、製造方法及び特性を測定した
結果をそれぞれ第１表及び第２表に示す。

【表】

【表】

【表】 以上のごとく本発明の方法による耐熱絶縁物は
従来の製造方法に比べ、ガス抜き操作が不必要と
なるため、製造方法が簡単となり、成形時間が短
縮されると同時に得られた絶縁物は緻密でかつ均
一性に優れるため、機械的、電気的特性が向上
し、かつ厚さのバラツキが著しく減少させること
ができたため、本発明による効果は極めて大き
い。また従来の絶縁基材ならびに製造方法では得
られなかつた厚物品も容易に製造可能となり、従
来、薄物品を積重ねて用いた個所へ適用でき、組
立工数を減ずることができるようになつた。 また、本発明により得られた絶縁物は、耐熱性
耐燃性に優れ、かつ電気絶縁性、機械的強度に富
み、かつ安価な耐熱絶縁物であるため実用的価値
は極めて大きい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸化亜鉛、水酸化亜鉛、酸化カルシウム及び
   水酸化カルシウムからなる群より選ばれた少なく
   とも一つの化合物、無水硼酸ならびに正硼酸から
   なる結合剤を雲母粉末と混合し絶縁基材を作成す
   る工程、前記絶縁基材を金型間に挿入し、加圧成
   形する工程、前記加圧成形工程により得られた絶
   縁成形物を加熱処理する工程を含むことを特徴と
   する耐熱絶縁物の製造方法。 ２ 無水硼酸と正硼酸の混在比が無水硼酸１モル
   に対して正硼酸0.4モルから７モルである特許請
   求の範囲、第１項記載の耐熱絶縁物の製造方法。 ３ 結合剤として無水硼酸と正硼酸の混合物100
   重量部に酸化亜鉛、水酸化亜鉛、酸化カルシウム
   からなる群より選ばれた少なくとも一つの化合物
   ５〜150重量部添加したものを用いるようにした
   特許請求の範囲第１項記載の耐熱絶縁物の製造方
   法。 ４ 雲母粉末100重量部に対して結合剤40〜100重
   量部に組合わせた絶縁基材を用いるようにした特
   許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
   載の耐熱絶縁物の製造方法。 ５ 絶縁基材を加圧下で150〜250℃加熱すること
   を特徴とす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耐熱絶縁物の製造方法。 ６ 絶縁基材を加熱加圧成形するに際し、30〜
   300Kg/cm²の加圧力を加えるようにした特許請求の
   範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の耐熱
   絶縁物の製造方法。 ７ 絶縁成形物を加熱処理するに際し150〜300℃
   に加熱するようにした特許請求の範囲第１項ない
   し第６項のいずれかに記載の耐熱絶縁物の製造方
   法。