JPS6311566A - 低膨脹性マイカ複合電気絶縁材料の製法 - 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１８機械的強度および
電気絶縁性に浸れ、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
複合電気絶縁材料の製法に関する。

さらに詳しくは、耐熱衝撃性に優れているため、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
カ複合電気絶縁材料の製法に関する。

［従来の技術およびその問題点コ 機械加工ができるマイカ複合電気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温度まで加熱し、
同時に加圧する、いわゆるホ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（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、５００ｋｑ
　／−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う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
寸法量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
られでおり、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Ｂｘ
ｌｏ−ｓ〜１２ｘ　１０−’　／　℃である。

［１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
の作製は整備および製法が複雑となり、製品のコス１へ
が高くなるという問題点や、厚物寸法量が作製しがたい
、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型寸
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製造工程を見出したもので
ある。

［問題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
酸粉末および酸化チタン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９４０〜１０５
０℃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
態を右する焼成体とする工程からなる低膨脹性マイカ複
合電気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電気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チタン粉末が調整される。

マイカは耐熱性および電気絶縁性に優れ、また硬Ｉｆｆ
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１０μｍ以下の
ものが好ましく、構成原料中の比率が２０４〜５１．０
％（重量％、以下同様）であるのが好ましい。

該比率が２０４％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、さ
らには多孔質と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、酸化チタン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って
、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ｆ質か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ｏ、ａ＝　ｉ
、ｓμｍ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酸
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。なおシリカ粉末は市販品を撮動ミルなどで粒径１
０μｍ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かえられず、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か
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１０μｌ
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。

酸化チタン粉末の構成原料中の比率は２０〜１０．２％
であるのが好ましい。該比率が２．０％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、ビ１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。なお酸化チタン粉末は市販品をそのまま
使用できる。

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５Ｚｎ０・
２８２０３　。

β−２ｎＯ−Ｂ２Ｏ３、Ｚｎ２ＳｉＯ４，あるいは酸化
チタン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１０μｍ以下と
なるように粉砕して成形原料がえられる。

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示加
え、温情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℃で乾燥し、溶媒
である水などを除去したのち、バインダーを脱脂するた
めに３００〜６５０℃、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。

加熱温度が９４０℃未満のばあい、緻密な焼成体かえら
れず、また１０５０℃をこえると一部ガラス化がはじま
るため焼成体の形状変化が大きくなる。

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８〜１０μｍ、
大竹碍子＠’ＩＪ）　　２ｇ４．１（１、酸化亜鉛粉末
（粒径０８〜１．５μｍ、堺化学工業（作製）　　３０
３．５９、シリカ粉末（粒径３〜８μｍ、電気化学工業
作製）　　１８２．ＩＱ　、正ホウ酸粉末（粒径５〜１
０μｌ、石津製薬■製）　　１２１．４ｇ　、酸化チタ
ン粉末（粒径０．８〜１．］ｃｚｎ＋　、６津製薬ｖ７
Ｉａ　）　４７．３ｇヲＵＡ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。

この焼成物を捕潰磯で約４０〜６０メツシコに粉砕した
のら、撮動ミルで粒径５〜８μｍに粉砕し、成形原料と
した。

成形原料４００ｇにメチルセルロース４ｇを添加し、さ
らに水３０ｄを加え、播潰機で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１１０厘、高さ　１００Ｍの金
型に充填し、３００ｋｇ／ｃｉの加圧力で１分間、常温
で加圧し、厚さ約１９層、直径約１１０ｍ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
を呈し、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１０ＩＮＲ１長さ１０＃Ｉ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５０１Ｍである。

電気絶縁性は、厚さ５ｒＭＡ、幅２０ｍ、長さ４０ｍ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（室温的２５℃）ならびに２５℃、相対湿度９０％
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５００ｖポータプルメガ−を用いた。

熱膨張率は厚さ５ｊＱ１幅５Ｎ、長さ５ＯＮＲ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５０−１長さ５０．の切断加
工したものを試料とし、直径１０ａｌ＋の超硬ドリルで
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１５ｍ、長さ５０ｍ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１０順、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ほとんど所定の
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。

熱変形湿度は、厚さ５１Ｍ、幅２０ａｌ、長さ２０ｍに
切断加工したものを試験片とし、寸法測定後、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、実体顕微鏡による観察などにより、
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３８１．９ｇ、　酸化
亜鉛粉末２５ｇ、９１Ｊ　、シリカ粉末１５５．３１：
Ｉ　、正ホウ酸粉末１０３．６ｇ、酸化チタン粉末４７
．７（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３ マイカ粉末として合成マイカ粉末５００．０（１，１化
亜鉛粉末２００．０ｇ、シリカ粉末１００．０（１、正
ホウ酸粉末１６０．０ｇ、酸化チタン粉末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ち、機械的強度、電気絶
縁性、熱験脹率、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２００９、酸化亜鉛粉
末４００ｇ、シリカ粉末２００９、正ホウ酸粉末ａｏｇ
、酸化ヂタン粉末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、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１００（１、正ホウ酸粉末２５
０ｇ、酸化チタン粉末５０ｇ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。

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

えられた成形原１４４０００にメチルセルロース４Ｑを
添加しさらに水３０ｄを＋ｌｌＪえ、捕潰機で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２０１、直径約１１
０ｍｍ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。

以下実り例１と同様にして機械的強度、電気絶縁性、熱
膨張率、ｄ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。

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

えられた成形原料４００Ｑにメチルセルロース４ｇを添
加しさらに水３０ｍｅを加え、闇潰機で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１８１１１１、直径
約１１０Ｉｌｉｌ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、１０５０℃で
３０分間加熱し、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。

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Ｉｋｔ！＠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１５ｍｍ、幅２００ｍｍ　１長さ２００ｍｍの
マイカ型造物（マイカレックス、日本マイカルタ工業ｔ
ｍ￥Ｊ）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電気
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曲げ強さが６ｏｏｋｇ
／′ｃｉ　〜８４０ｋ（Ｊ／　ｃｔｉと優れ、かつ電気
絶縁抵抗も常態で５０００８Ω以上、９０％ｆｌＨ中で
７５　ＨΩ以上と高い値を示す。また熱膨張率が小さく
、４．０×１０−６〜５．６Ｘ　１０−６　／／　℃で
ある。

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ｉ率も２．９ｘ　１０
−６　／　℃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ｒｆｉ率が１
１．５Ｘ　１０−８　／　”Ｃと大きく、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粉末を
用いたが、さらにコスト低減のためには、白雪母、金雲
ｆｆｉ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、酸化チタン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、機械加工性を有し、低膨脹性、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℃の付近の比
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
カ複合電気絶縁材料は、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、機械的強度が必要とされる機器の構
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
   粉末および酸化チタン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
   電気絶縁材料の製法。
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％、酸化チタン粉末２．０〜１０
   ．２重量％である特許請求の範囲第（１）項記載の製法
   。