JPS6311564A - 低膨脹性マイカ複合絶縁材料の製法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は低膨脹性を有し、耐熱性、機械的強度および電
気絶縁性に優れ、かつ製造に際し１０００℃付近の比較
的低温で焼成でき、機械加工が可能な低膨脹性マイカ複
合絶縁材料の製法に関する。

さらに詳しくは、耐熱衝撃性に優れ、車輌抵抗器用耐熱
絶縁支持部材、消弧材料、断熱材料などの他、不燃性、
耐熱性、電気絶縁性などが必要とされる機器の構造部材
として多くの用途に使用できる低膨脹性マイカ複合絶縁
材料の製法に関する。

［従来の技術およびその問題点］ 機械加工ができるマイカ複合絶縁材料に類似したものと
しては、マイカ粉末とガラス粉末とからなる混合物を金
型に入れ、ガラス粉末が溶融する湿度まで加熱し、同時
に加圧する、いわゆるポットプレス法で成形するマイカ
型造物が従来から知られている。マイカ型造物は、電気
絶縁性および寸法安定性に優れ、また機械加工が可能な
ため種々の形状を有する耐熱電気絶縁部品として従来か
・ら使用されてきた。

しかしこの材料においても問題があり、そのひとつは製
造工程において６００〜８００℃で加熱し、５００Ｋｇ
／ｃｉ以上の加圧力で加熱加圧成形する必要があるため
、比較的小形寸法形状品をつるためには適するが大形寸
法形状品の作製は設備的にも複雑困難であり、また厚物
寸法品はクラックなどが発生しやすく作製し難いと考え
られている。またマイカ型造物に使用されているガラス
粉末は、一般にはホウケイ酸鉛系の低融点ガラスが用い
られており、マイカ型造物の耐熱温度が３００〜５００
℃と低い。すなわちそれ以上の温度で使用するとガラス
が溶融しはじめるため、火膨れ、層間クラックなど形状
変化をきたす。したがって耐熱温度が低いため、使用範
囲を限定して用いられている。

また低融点ガラスには前記のとおりＰｂＯが多く含まれ
ているため、取り扱いには注意を必要とし、安全衛生面
からも問題を有する。また熱膨張率も大きく、一般には
８Ｘ１０’〜１２Ｘ１０−６／”Ｉｃである。

［発明が解決しようとする問題点１ 以上に説明したように、マイカ型造物は製造工程におい
て高温高圧で焼成する必要があるので、大型寸法形状品
の作成は設面および製法が複雑となり製品のコストが高
くなるという問題点や、厚物寸法品が作製し難い、低融
点ガラスが用いられているため耐熱温度が低い、熱膨張
率が大きいなどの問題点がある。

本発明は従来よりも熱膨張率が小さい材料でかつ大形寸
法形状品を容易にうることを目標に鋭意検討した結果、
本発明に用いる材料ならびにＩｌ製造工程見出したもの
である。

［問題点を解決するための手段］ 本発明はマイカ粉末、酸化亜鉛粉末、シリカ粉末、ホウ
酸粉末および酸化スズ粉末からなる構成原料を混合して
混合粉末を作製する工程、混合粉末を９４０〜１０５０
℃で加熱して焼成物を作製する工程、焼成物を粉砕し、
粉末として成形原料を作製する工程、成形原料と有機バ
インダーとを混合して成形材料を作製する工程、成形材
料を既知の成形法により成形体とする工程および成形体
を９４０〜１０５０℃で焼成することにより所望の形態
を有する焼成体とする工程からなる低膨脹性マイカ複合
絶縁材料の製法に関する。

［作用および実施例］ 本発明の低膨脹性マイカ複合絶縁材料の製法について説
明する。

まず構成原料であるマイカ粉末、酸化亜鉛粉末、シリカ
粉末、ホウ酸粉末および酸化スズ粉末が調製される。

マイカは耐熱性および電気絶縁性に優れ、また硬度が小
さいため機械加工が容易な原料であり、本発明では機械
加工性を付与するために用いられ、これが材料中に介在
すると機械加工時に材料がマイカの部分で破壊され、加
工が可能となる。

本発明に用いられるマイカ粉末は粒径が１０ρ以下のも
のが好ましく、構成原料中の比率が２０．４〜５１．０
％（重量％、以下同様）であるのが好ましい。

該比率が２０．４％未満のばあい、えられる焼成体の機
械加工性が劣るようになり、また５１．０％をこえると
機械加工性を有するものの、他の特性たとえば熱膨張率
が大きくなり、また機械的強度などが劣るようになり、
ざらには多孔質となりやすいため高い湿度の中での電気
絶縁性などが劣る結果となり、使用し難い材料となる。

マイカ粉末以外の構成原料としては酸化亜鉛、シリカ、
ホウ酸、酸化スズの各粉末が使用される。

これらの構成原料を９４０〜１０５０℃で焼成すること
により、それを用いた成形体は１０００℃付近の低温加
熱で焼成でき、えられる焼成体は緻密質で低膨脹性、耐
熱性、電気絶縁性および機械的強度に優れたものとなる
。

酸化亜鉛粉末の構成原料中の比率は１７．７〜４０．８
％であるのが好ましい。該比率が１７．７％未満のばあ
い、えられる焼成体が緻密質でなく機械的強度、電気絶
縁性などの特性が劣るようになり、また４０．８％をこ
えても緻密質の焼成体がえられず機械的強度、電気絶縁
性などが劣るようになる。なお酸化亜鉛粉末は粒径０．
８〜１．５漆の一般に市販されているものを好適に用い
ることができるが、水酸化亜鉛、炭酸亜鉛など加熱によ
り醇化亜鉛となるものであれば、いずれのものでも使用
できる。

シリカ粉末の構成原料中の比率は１０，２〜２０．４％
であるのが好ましい。該比率が１０．２％未満または２
０．４％をこえたばあい、緻密質の焼成体をうることが
できないため機械的強度、電気絶縁性などが劣るように
なる。なおシリカｔ５）末は市販品を振動ミルなどで粒
径１０−以下に粉砕したものを好適に使用することがで
きる。

ホウ酸粉末の構成原料中の比率は８．２〜２９．４％で
あるのが好ましい。該比率が８．２％未満のばあい、機
械的強度に優れた焼成体がえられず、また２９．４％を
こえても機械的強度および電気絶縁性に優れた焼成体が
えられ難い。なおホウ酸粉末は、正ホウ酸を原料とした
ものが好ましく、市販品を振動ミルなどで粒径１０項以
下に粉砕したものを好適に使用することができる。ホウ
酸粉末はメタホウ酸、無水ホウ酸などから加水分解によ
り正ホウ酸としたものであれば本発明に用いることがで
きる。

酸化スズ粉末の構成原料中の比率は２．０〜１０２％で
あるのが好ましい。該比率が２０％未満のばあい、添加
する効果が乏しく緻密質の焼成体をうろことができない
ため、機械的強度、電気絶縁性などが劣るようになる。

また１０．２％をこえても緻密質の焼成体をうることが
できないため、□域内強度、電気絶縁性などが劣るよう
になる。なお酸化スズ粉末は酸化第二スズの粉末が好ま
しく、市販品を振動ミルなどで１０．ｃａ以下の粒径に
粉砕したものが好適に使用しつる。

これらの構成原料をボールミルなどで均一な組成となる
ように混合することによってえられる混合粉末を磁製容
器などに充填し、９４０〜１０５０℃で加熱し焼成物か
えられる。加熱温度が９４０℃未満のばあい、均一な焼
成物かえられず、また１０５０℃をこえるとガラス質が
増加して好ましくない。焼成物は充填時よりも嵩が小さ
くなり、塊となっている。構成原料がこの加熱過程で相
互に反応し、新しい化合物となり、たとえば５Ｚ口０・
２Ｂ２０３．β−ＺｎＯ−８２０３、Ｚｎ２ＳｉＯ４あ
るいは酸化スズとの化合物などが認められる。これらは
低膨脹性、耐熱性、電気絶縁性などを有したものである
と考えられる。またマイカも一部結晶状態で確認される
が、これら構成原料間の反応形態についての詳細は不明
である。これらの化合物を含む焼成物を粗粉砕したのち
、ざらに撮動ミルなどを用いて粒径が好ましくは１０−
以下となるように粉砕して成形原料かえられる。

つぎに成形原料にたとえばメチルセルロース、ポリビニ
ルアルコール、でんぷんなどの有機バインダーを適量加
え、濡潰機などを用いて均一な組成となるように充分混
合し成形材料がえられる。

成形材料を油圧プレスなどにより常温で加圧成形または
ディニアリングエクストルーダによる可塑成形などの既
知の成形法により所望の成形体が作製される。

えられた成形体を通常は６０〜１００℃で３〜５時間乾
燥したのち、バインダーを脱脂するために３００〜６５
０℃、好ましくは５５０〜６５０℃で加熱する。加熱時
間は成形体の形状によって異なるので適宜調整される。

ついで９４０〜１０５０℃で加熱することにより焼成体
かえられる。加熱温Ｉｆｆが９４０℃未満のばあい、緻
密な焼成体がえられず、また１０５０℃をこえると焼成
体が多孔質となりゃすく形状変化も大きくなる。

本発明をさらに実施例に基づき詳細に説明するが、本発
明はかかる実施例のみに限定されるものではない。

実施例１ マイカ粉末として合成マイカ粉末（粒径８〜１０−１大
竹碍子■製）　　２８４．１ｇ　、酸化亜鉛粉末（粒径
０．８〜１．５−１堺化学工業側製）　　３０３．５ｇ
、シリカ粉末（粒径３〜８−１電気化学工業■製）１８
２、ＩＱ　、正ホウ酸粉末（粒径５〜１０ＡＩＩ１１、
石津製薬■製）　　１２１．４（Ｊ　、酸化スズ粉末（
粒径６〜８ｕｍ、５津製薬■ｌ　）　４７．３Ｑを調合
し、ボールミルで３時間混合して混合粉末を作製した。

つぎに混合粉末を、アルミナ製容器に入れ電気炉を用い
て１０００℃で３時間加熱して焼成物をえた。

この焼成物を描潰機で約４０〜６０メツシユに粉砕した
のら、振動ミルで粒径５〜８虜に粉砕し、成形原料とし
た。

成形原料４００９にメチルセルロース４ｇを添加し、ざ
らに水３０ｄを加え、温情１で３０分間混合して成形材
料とした。

えられた成形材料を直径１１０Ｍ％高さ　１００＃１＋
１１の金型に充填し、３００ｋＱ／ｃｄの加圧力で１分
間、常温で加圧し、厚さ約１９Ｍ、直径約１１０順の成
形体を作製した。成形体を６０〜１００℃で３時間乾燥
して水分を除去した。

つぎに電気炉に入れ、６００℃で１時間、１０００℃で
１時間加熱し、焼成体を作製した。えられた焼成体は厚
さ方向で１０〜１２％、径方向で１５〜１７％程度収縮
を？し、金属片でたたくと澄んだ金属音を発した。

この焼成体の機械的強度、電気絶縁性、熱膨張率、機械
加工性および熱変形温度を測定した。機械的強度として
は曲げ強さを評価した。曲げ強さ試料としては、原厚さ
で幅１０ｓ１、長さ７０ｍに切断加工したものを試験片
として、三点曲げ試験法により常温で測定した。支点間
距離は５０ｍである。

電気絶縁性は、厚さ５１１１１１、幅２０間、長さ４０
Ｍに切断加工したものを試料としＪＩＳに６９１１（熱
硬化性プラスチックの一般試験法）　　５．１２項に準
じ、常態（Ｖ温約２５℃）ならびに２５℃、相対湿度９
０％の雰囲気中に１００時間放置後の絶縁抵抗を測定し
た。測定器は５００■ポータプルメガ−を用いた。

熱膨張率は厚さ５ｍｌ、幅５８ｍ、長さ５０＃Ｉｌに切
断加工したものを試料とし４０℃から５００℃までの平
均熱膨張率を測定した。

機械加工性は、原厚さで幅５０履、長さＳＯＮの切断加
工したものを試料とし、直径１０１＋１１１（７）　Ｊ
ｆｌ硬ドリルで貫通孔を複数個設ける試験を行なうと同
時に、原厚さで幅１５ＩｎｌＲ１長さ５０．に切断加工
したものを試料とし、試料の一端をチャックではさみ直
径１０ｍ１長さ４０Ｍの丸棒加工を旋盤で行なった。い
ずれもカケ、ワレなどが発生せず所定の寸法に加工でき
たものについては、加工性を良とし、なかでもとくに正
確に加工できたものを優と判断した。

また一部、カケ、ワレなどが発生したがはと／Ｖど所定
の寸法に加工できたものについては加工性可と判断した
。それ以外は、加工性不可と判断した。

熱変形温度は、厚さ５Ｉｌｌ１１１幅２０．、長さ２０
履に切断加工したものを試験片とし、寸法ｆｉ’ｆ後、
電気炉に入れ、形状変化をきたしはじめる最低温度を調
べた。形状変化は寸法測定、実体顕微鏡によるｎ￥Ｘな
どにより、変形、ワレ、クラックさらには溶融状態など
を含めて判断した。

実施例２ マイカ粉末として合成マイカ粉末３８１．９０．９化亜
鉛粉末２５８．９ｇ、シリカ粉末１５５．３（１、正ホ
ウ酸粉末１０３．６！１１　、酸化スズ粉末４７．７ｇ
を調合し、ボールミルで３時間混合して混合粉末を作製
した。

これら構成原料は実施例１と同じものである。

以下実施例１と同様にして焼成物、成形原料、成形材料
、成形体ついで焼成体としたのら、機械的強度、電気絶
縁性、熱膨張率、機械加工性および熱変形温度を測定し
た。その結果を第１表に示す。

実施例３ マイカ粉末として合成マイカ粉末５００．０ｇ５Ｈ化亜
鉛粉末２００．０ｇ　、シリカ粉末１００．００　、正
ホウ酸粉末１６０．０ｇ　、　［１化スズ粉末２０．０
（ｌを調合し、ボールミルで３時間混合して混合粉末を
作製した。

これら構成原料は実施例１と同じものである。

以下実施例１と同様にして焼成物、成形原料、成形材料
、成形体ついで焼成体としたのら、機械的強度、電気絶
縁性、熱膨張率、機械加工性および熱変形温度を測定し
た。その結果を第１表に示す。

実施例４ マイカ粉末として合成マイカ粉末２００ｇ、　ｌ！ＩＩ
化亜鉛粉末４００Ｑ、シリカ粉末２００（１、正ホウ酸
粉末８０Ｑ、酸化スズ粉末１００ｇを調合し、ボールミ
ルで３時間混合して混合粉末を作製した。これら構成原
料は実施例１と同じものである。

以下実施例１と同様にして焼成物、成形原料、成形材料
、成形体ついで焼成体としたのち、懇械的強度、電気絶
縁性、熱膨張率、機械加工性および熱変形温度を測定し
た。その結果を第１表（こ示す。

実施例５ マイカ粉末として合成マイカ粉末３００ｇ、酸化亜鉛粉
末１５０ｇ、シリカ粉末１００１；ｌ、正ホウ酸粉末２
５０９、酸化スズｔＳ）末５０（＋を調合し、ボールミ
ルで３時間混合して混合粉末を作製した。これら構成原
料は実施例１と同じものである。

以下実施例１と同様にして焼成物、成形原料、成形材料
、成形体ついで焼成体としたのち、機械的強度、電気絶
縁性、熱膨張率、機械加工性および熱変形温度を測定し
た。その結果を第１表に示す。

実施例６ 実施例５と同じ混合粉末を作製し、アルミナ製容器に入
れ、電気炉を用いて９４０℃で５時間加熱して焼成物を
えた。

この焼成物を描潰機で約４０〜６０メツシユに粉砕した
のち、振動ミルで５〜８虜に粉砕し成形原料とした。

えられた成形原料４０００にメチルセルロース４ｇを添
加しさらに水３０ｄを加え、嬬潰機で３０分間混合し、
成形材料とした。

以下実流例１と同様にして、厚さ約２０ｍｍ、直径約１
１０１の成形体を作製した。成形体を６０〜１００℃で
３時間乾燥して水分を除去した。

つぎに電気炉に入れ、６００℃で１時間、９４０℃で５
時間加熱し、焼成体を作製した。

以下実施例１と同様にして機械的強度、電気絶縁性、熱
膨張率、機械加工性および熱変形温度を測定した。その
結果を第１表に示す。

実施例７ 実施例４と同じ混合粉末を作製し、アルミナ製容器に入
れ、電気炉を用いて１０５０℃で３０分間加熱して焼成
物をえた。

この焼成物を播潰機で約４０〜６０メツシユに粉砕した
のち、振動ミルで５〜８ρに粉砕し成形原料とした。

えられた成形原料４００（ｌにメチルセルロース４９を
添加しさらに水３０ｄを加え、播潰機で３０分間混合し
、成形材料とした。

以下実施例１と同様にして、厚さ約１８ｍｍ、直径約１
１０１１１ｍの成形体を作製した。成形体を６０〜１０
０℃で３時間乾燥して水分を除去した。

つぎに電気炉に入れ、６００℃で１時間、１０５０℃で
３０分間加熱し、焼成体を作製した。

以下実膿例１と同様にして機械的強度、電気絶縁性、熱
膨張率、機械加工性および熱変形温度を測定した。その
結果を第１表に示す。

比較例１ 実施例１のマイカ粉末を除いた組成とした以外は、実施
例１と同様にして焼成体を作製し、機械的強度、電気絶
縁性、熱膨張率、機械加工性および熱変形温度を測定し
た。その結果を第１表に示す。

比較例２ マイカ粉末と低融点ガラス粉末とで構成された市販の寸
法が厚さ１５＋＋＋ｍ、幅２００ｍｍ＋　、長さ２００
ｍ１１のマイカ型造物（マイカレックス、日本マイカル
タ工業■製）を購入し、実施例１と同様にして機械的強
度、電気絶縁性、熱膨張率、機械加工性および熱変形温
度を測定した。その結果を第１表に示す。

［以下余白］ 本発明の製法によってえられる低膨脹性マイカ複合絶縁
材料は、９４０〜１０５０℃の比較的低温で焼成でき、
また成形体は常温でえられるため、製法が簡単である。

実施例１〜７でえられた焼成体はとくに熱膨張率が小さ
く、３．９Ｘ　１０−’〜５．５Ｘ　１０−８　／”Ｃ
であり、曲げ強さが６１０〜８６０ｋＱ／　ｃｍと優れ
、かつ電気絶縁抵抗も常態で５０００８０以上、９０％
Ｒ１１中で８０８Ω以上と高い値を示す。

比較例１はマイカ粉末を用いないばあいであるが機械的
強度および電気絶縁性に優れ熱膨張率も２．８ｘ　１０
−’　／　”Ｃと小さいが機械加工性が劣る。

比較例２は、マイカ粉末と低融点ガラス粉末とをガラス
が溶融する温度で加圧してえられるものであるが、本発
明の製法によりえられる材料に比べて熱膨張率が１１．
５Ｘ　１０−６　／”Ｃと大ぎく、熱変形温度が４５０
℃と低い。

なお本実施例では、マイカ粉末として合成マイカＦ５）
末を用いたが、さらにコスト低減のためには、白雲母、
金雲母などの天然マイカも構成原料として使用できるこ
とはいうまでもない。

（発明の効果］ 本発明の製法によれば、マイカ粉末、酸化亜鉛粉末、シ
リカ粉末、ホウ酸粉末および酸化スズ粉末を構成原料と
し、これらを加熱により反応させた焼成物としたのち、
常温で成形し９４０〜１０５０℃の温度で加熱すること
により、とくに熱膨張率が小さり、機械加工性を有し、
機械的強度、電気絶縁性などの特性に優れた材料がえら
れる。

また常温で成形が可能で、焼成体が１０００℃付近の比
較的低温でえられる。ため製法が従来よりも簡単であり
大型寸法形状品、厚物寸法品などもえやすく、かつ原料
が比較的安価であることと相まって製品コストが低い。

したがって本発明の製法によってえられる低膨脹性マイ
カ複合絶縁材料は、耐熱性、耐熱衝撃性の必要な車輌抵
抗器用耐熱絶縁支持部材、消弧材料、断熱材料などの他
、電気絶縁性、礪域内強！腹が必要どされる機器の構造
部材として有用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイカ粉末、酸化亜鉛粉末、シリカ粉末、ホウ酸
   粉末および酸化スズ粉末からなる構成原料を混合して混
   合粉末を作製する工程、混合粉末を９４０〜１０５０℃
   で加熱して焼成物を作製する工程、焼成物を粉砕し、粉
   末として成形原料を作製する工程、成形原料と有機バイ
   ンダーとを混合して成形材料を作製する工程、成形材料
   を既知の成形法により成形体とする工程および成形体を
   ９４０〜１０５０℃で焼成することにより所望の形態を
   有する焼成体とする工程からなる低膨脹性マイカ複合絶
   縁材料の製法。
2. （２）前記構成原料の組成比率がマイカ粉末２０．４〜
   ５１．０重量％、酸化亜鉛粉末１７．７〜４０．８重量
   ％、シリカ粉末１０．２〜２０．４重量％、ホウ酸粉末
   ８．２〜２９．４重量％、酸化スズ粉末２．０〜１０．
   ２重量％である特許請求の範囲第（１）項記載の製法。