JP2001176366A

JP2001176366A - 安全機器部品及びその製造方法

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Publication number: JP2001176366A
Application number: JP35452799A
Authority: JP
Inventors: Saeki Nakamura; 才恵樹中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-06-29
Anticipated expiration: 2019-12-14
Also published as: JP4327965B2

Abstract

(57)【要約】【課題】キャパシタ等の抑制素子を配置することなく電
波障害を抑制出来る電波吸収体として機能する耐熱性、
耐トラッキング性に優れた樹脂複合体からなるケース形
状等の外装部品を備えた安全機器部品を提供する。【解決手段】ケース形状等の外装部品を形成する樹脂複
合体を熱硬化性樹脂に、フェライト材料、誘電体材料及
び、無機充填材を少なくとも一種以上を５０〜９０体積
％分散含有し、粉末加圧成形法を用いて成形、離型後、
所定の温度で加熱硬化して得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機器、電気回
路の過電流の防止、異常発熱による発火、火災等の防止
の為に使用されるサーモスタットや温度ヒューズ等の安
全機器部品において、各種素子を包囲するように形成さ
れたケース、チューブ、キャップ形状あるいはその封止
に用いられるディスク、蓋等の外装部品を形成する樹脂
複合体及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、サーモスタットに代表される安全
機器部品では、ＯＮ−ＯＦＦ時に発生する電波障害の抑
制用にキャパシタ等の抑制素子が使用されている。とこ
ろが、何年もの使用後のキャパシタの故障あるいは特性
劣化が原因で、電波障害が発生するといった問題があっ
た。英国における電波通信局の調査によると、電波障害
には季節的なピークがあり、頻繁に問題が起きているの
はセントラルヒーティング・ボイラ用サーモスタットで
あることが報告されている（１９９７年ＣＩＳＰＲ横須
賀会議報告；不要電波吸問題対策協議会編）。しかしな
がら、通常、サーモスタット等の安全機器部品に配置さ
れるキャパシタ等の抑制素子の特性劣化、故障の対策と
して、定期的な部品交換によるメンテナンス、あるいは
高品質な抑制素子が求められているが、いずれもコスト
ＵＰとなり現実的ではなかった。

【０００３】また、電気機器、電気回路部品に使用され
る安全機器部品のようにアークが発生する場所に使用さ
れる電気絶縁物には、耐熱性、耐難燃性、耐アーク性、
耐トラッキング性、耐絶縁性が要求される。従って、安
全機器部品における各種素子を収納するケースのような
外装部品としては耐熱性、耐難燃性に優れたフェノール
樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に無機物を充填し
た複合材料が多く使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記複合材
料からなる外装部品自体には電波障害を防止する作用が
ないため、放射電波を抑制するためには、電波障害を発
生させる各種素子を配置するケース等の外装部品内部
に、合成ゴムをマトリックスとした電波吸収シートを貼
付する必要があり、この場合、合成ゴムの耐熱性が低
く、長時間高温に曝される電気絶縁物においては使用す
ることができなかったといった問題があった。また、こ
れらに用いられる該複合材料は、一般に樹脂を加熱して
流動性を持たせ所定の金型内に充填し硬化させるといっ
た射出成形法で成形されている。この為、充填材の総量
が著しく制限されており、耐熱性すなわち荷重たわみ温
度が１２０〜１５０℃と低いといった問題があった。さ
らに、樹脂の配合比率が多い樹脂複合体では、高電圧が
印可されると、樹脂の表面が炭化されて導通路が発生
し、この導電路にそって電流がながれてしまうあるい
は、相対密度が低い場合では、成型体内部のボイド内に
発生する放電現象よりトラッキング現象を引き起こし易
く、その耐トラッキング性は１２５Ｖ程度と低い値しか
得られないといった問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者は、上記
課題を解消するために鋭意研究を繰り返したところ、絶
縁体からなる内に各種素子を配置してなる安全機器部品
において、少なくとも前記外装部品を、熱硬化性樹脂
に、フェライト材料、誘電体材料の少なくとも一種以上
を５０〜９０体積％分散含有した樹脂複合体で構成した
ことを特徴とする。また、この樹脂複合体を粉末加圧成
形法にて成形、離型後、所定の温度で加熱硬化すること
で成型することを特徴とする。これにより、キャパシタ
等の破損或いは特性劣化が生じても、電波の漏洩を抑制
出来る安全機器部品を提供するものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【０００７】本発明の安全機器部品の一例であるサーモ
スタットは図１に示す様な構造をとる。すなわち、樹脂
複合体からなるケース２および貫通孔を備えたピンガイ
ド１６で囲まれた容器中に接点開閉機構７を有し、周囲
温度の変化により皿形バイメタル１０が変形することに
より、ピン９が接点開閉機構７を上下させる。これによ
って端子５と６の間を電気が流れたり、止まったりす
る。

【０００８】本発明では、上記ケース２、ピンガイド１
６などの外装部品を熱硬化性樹脂にフェライト材料、誘
電体材料のうち少なくとも１種以上を５０〜９０体積％
分散含有した樹脂複合体で形成してある。該樹脂複合体
は粉末加圧成形法を用いて成形、離型後、所定の温度で
加熱硬化して作製することにより、射出成形法では困難
であった充填材の配合比率を９０体積％まで高めること
が出来る。これにより、荷重たわみ温度が１８０℃以上
と耐熱性に優れ、耐トラッキング性（ＣＴＩ）が２５０
Ｖ以上である高い安全性と、放射電波の減衰量が２０ｄ
Ｂ以上の優れた特性を有する電波吸収体として機能し、
電波の漏洩を抑制出来る樹脂複合体からなる外装部品と
することができる。

【０００９】充填材の総量を５０〜９０体積％としたの
は、５０体積％以下であると加熱時に、ケース２、ピン
ガイド１６などの外装部品の変形が大きく寸法精度が保
てない上に、耐熱性すなわち、荷重たわみ温度が低くな
ってしまうからである。逆に充填材の配合量が９０体積
％より多くなると、充填材を分散するマトリックスであ
る残部の樹脂が少なくなりすぎて、ケース２、ピンガイ
ド１６などの外装部品の強度が著しく低下する。

【００１０】熱硬化性樹脂に充填材を添加する方法はな
んら制限が無く公知の方法を使用することができる。例
えば、熱硬化性樹脂に配合物をミキサーで混合し、ブラ
ベンダーで混練した後、粉砕する方法。あるいは、配合
物を加熱ロールで溶融混練後、粉砕する方法等が挙げら
れる。また、必要に応じて所定の粒度になるように造粒
し、あるいは分級して成型に用いても良い。さらに、樹
脂と混合した際に、充填材の表面改質を目的としてカッ
プリング剤をコートしても良い。

【００１１】また、加熱硬化の工程は、金型から離型
し、熱処理は８０〜２５０℃の範囲の温度で樹脂の性状
と充填材の配合量に合わせて行う。また、熱処理の際に
は場合によって、型治具を使用しても良い。

【００１２】しかしながら、上記以外の一般に知られて
いる樹脂の成型法、すなわち射出成形、トランスファー
成形、熱ロール法、圧延法、熱間プレス法、鋳込み成型
法等の所定の金型内あるいはロールで、樹脂を溶融した
状態で成型すると、上記のようなダレ、膨れ等の成形体
の変形といった不具合は避けられるが、一方、樹脂の流
動性が必要なことから、充填材の総量が著しく制限され
てしまう為、耐熱性、耐トラッキング性、電波吸収特性
の向上は望めず適切な方法でない。

【００１３】ここで、熱硬化性樹脂に混合するフェライ
ト材料及び誘電体材料は、それぞれ電波吸収特性におけ
る複素比透磁率、複素比誘電率を調整するために含有す
るもので、その含有量を増やすと電波吸収特性に重要な
影響を与える複素比透磁率、複素比誘電率を高めること
ができる。

【００１４】また、無機充填材を混合することも出来、
複素比誘電率の調整、熱伝導率の調整、強度補強、軽量
化を目的として配合される。

【００１５】このような樹脂複合体を構成する熱硬化性
樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹
脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、ポリイミド樹脂が使用出来、これらの中でも耐熱
性、寸法安定性、強度、コスト等の点からフェノール樹
脂が特に好適である。

【００１６】一方、フェライト材料としては例えば、Ｍ
ｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｃｕ
−Ｚｎ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｍｇフェライト、Ｍ
ｎ−Ｍｇ−Ａｌフェライト、Ｙ型六方晶フェライト、Ｚ
型六方晶フェライト、Ｍ型六方晶フェライト等が好適に
用いられる。

【００１７】さらに、誘電体材料としては、誘電率５以
上の材料、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＢａＴｉＯ₃、ＣａＴｉ
Ｏ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＭｇＴｉＯ₃、ＰｂＴｉＯ₃、ＰＺＴ
（ＰｂＺｒＴｉＯ₃）等が好適に用いられる。

【００１８】尚、いずれの材料も非常に比重が大きく、
成形体を常圧で熱硬化する際、その温度条件を制御する
ことで、樹脂中に含まれる揮発成分の気化や硬化反応に
伴う生成ガスによって、成形体内部に微細な気孔が発生
するが、熱硬化時の温度をコントロールすることで、気
孔を成形体内部に残留させることができ、相対密度を制
御し軽量化を図ることもできる。ここで、複合体の強度
を維持する観点から樹脂複合体の相対密度は理論密度の
９５％以上、好ましくは９７％以上の範囲とする。こ
こで、相対密度が９５％未満になると、樹脂複合体の強
度が著しく低下するため、成形体の肉厚を薄くできず実
用的でない。

【００１９】また、軽量化を目的として、種々の比重の
軽い無機充填材を混合しても良く、シリカ、硅砂、酸化
カルシウム、ガラス繊維、ガラスフレーク、ケイ酸カル
シウム、タルク、クレー、マイカ、カオリン、モンモリ
ロナイト、ベントナイト、活性白土、セピオライト、イ
モゴライト、セリサリト、ガラス繊維、ガラスビーズ、
中空体のガラスバルーンあるいは、シリカバルーン、シ
ラスバルーン等を要求特性に応じて使用できる。

【００２０】また、本発明の樹脂複合体からなる安全機
器部品においては、図２に示す様にケ−ス断面２０を観
察した場合、熱硬化性樹脂２１の中に存在するフェライ
ト材料、誘電体材料、無機充填材からなる充填材２２が
特定方向に配向していないことが好ましい。また、本発
明の樹脂複合体中には気孔２３が存在する。一方、射出
成形、トランスファー成形、熱ロール法、圧延法、熱間
プレス法、鋳込み成形法で作製された電波吸収体では、
例えば図３に示すように、ケ−ス断面２４を観察する
と、熱硬化性樹脂樹脂２５の流動方向への充填材２６の
配向等が発生する。充填材２６の配向は、特にアスペク
ト比が大きいフレーク状、針状、繊維状の充填材で顕著
に現れ、特定の面から入射する電波に対する電波吸収特
性は良好であるが、それ以外の面では、電波吸収特性が
低下し、また機械的強度が低下するという問題があっ
た。本発明の樹脂複合体では、粉末加圧成形によって配
向を無くすことにより、従来の電波吸収体で起きていた
これらの問題を解決できる。

【００２１】本発明の安全機器部品の使用形態として
は、例えば、図１の様な電気機器、電気回路の過電流の
防止、異常発熱による発火、火災等の防止の為に使用さ
れるサーモスタットや温度ヒューズ等の安全機器部品に
おいて、各種素子を包囲するように形成されたケース、
チューブ、キャップ形状あるいはその封止に用いられる
ディスク、蓋等の外装部品である。

【００２２】

【実施例】実施例１フェライト材料の配合量が異なる樹脂複合体を作製し、
０．００１ＧＨｚ〜１ＧＨｚの電波に対する放射電波の
強度を調べる実験を行った。

【００２３】本実験にあたり、樹脂複合体を形成する熱
硬化性樹脂にはレゾール型フェノール樹脂、フェライト
材料にはＮｉ−Ｚｎフェライトを用いた。これらを配合
し、常温で成形圧０．５ｔｏｎ／ｃｍ²〜８ｔｏｎ／ｃ
ｍ²として粉末加圧成形、離型後、８０〜２５０℃で加
熱硬化し、図１に示したケース２、ピンガイド１６を作
製し、成形体の保形性、及び破壊強度を確認した。尚、
試験片の肉厚は、1ｍｍとした。また、破壊強度につい
てはケース２側面に４０ＭＰａの応力をかけ、その破壊
を確認した。破壊しなかったときを○、破壊したときを
×とした。

【００２４】次に、得られたケース２、ピンガイド１６
を、サーモスタットのケースとして用いて、放射電界強
度の減衰量を測定した。放射電界強度が減衰したときを
○、全く減衰しなかったときを×とした。また、荷重た
わみ温度（ＪＩＳＫ６９１１）、耐トラッキング性
（ＩＥＣＰｕｂ．１１２−１９７９）の測定、また１
００００回ＯＮ−ＯＦＦを繰り返し、サーモスタットが
故障するまでの作動回数の確認も行った。結果を表１に
示す。

【００２５】表１で分かる様に、フェライトの含有量が
５０体積％未満（Ｎｏ．１）であると成形体の変形、角
のダレ等の発生あるいは相対密度が低いことから、破壊
強度、耐トラッキングが低い結果となった。また、放射
電波の減衰がほとんど無く不適である。また、フェライ
ト材料の含有量が９０体積％より多い場合（Ｎｏ．２）
は、破壊強度が小さくなりすぎて不適である。また、相
対密度が９５体積％より低い場合（Ｎｏ．３）も、破壊
強度が低いため不適である。また、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３
のサンプルは、熱による変形、破損が原因でサーモスタ
ットとして作動しなかった。

【００２６】一方、本発明の範囲内（Ｎｏ．４〜Ｎｏ．
６）では、すべて荷重たわみ温度１８０℃以上、耐トラ
ッキング２５０Ｖ以上で且つ放射電波の減衰効果があっ
た。また、１００００回以上ＯＮ−ＯＦＦを繰り返して
も故障せずにサーモスタットとしての機能を維持した。

【００２７】

【表１】

【００２８】実施例２フェライト材料としてＭｎ−Ｚｎフェライト、誘電体材
料としてＢａＴｉＯ₃、熱硬化性樹脂にエポキシ樹脂
を、均一混合した後、５０℃で３時間撹拌しながら乾燥
して造粒した。これを成形圧２ｔｏｎ／ｃｍ²として常
温で加圧成形し、８０〜２５０℃で加熱硬化し、ケース
２、ピンガイド１６を作製し、実施例１と同様の実験を
行った。

【００２９】表２で分かる様に、Ｍｎ−Ｚｎフェライト
とＢａＴｉＯ₃の含有量の合計が５０体積％未満（Ｎ
ｏ．７）であると成形体の変形、角のダレ等の発生ある
いは相対密度が低いことから、破壊強度、耐トラッキン
グが低い結果となった。また、放射電波の減衰がほとん
ど無く不適である。また、Ｍｎ−ＺｎフェライトとＢａ
ＴｉＯ₃の含有量の合計が９０体積％より多い場合（Ｎ
ｏ．８）は、破壊強度が小さくなりすぎて不適である。
また、相対密度が９５体積％より低い場合（Ｎｏ．３）
も、破壊強度が低いため不適である。また、Ｎｏ．１〜
Ｎｏ．３のサンプルは、熱による変形、破損が原因でサ
ーモスタットとして作動しなかった。

【００３０】一方、本発明の範囲内（Ｎｏ．１０〜Ｎ
ｏ．１２）では、すべて荷重たわみ温度１８０℃以上、
耐トラッキング２５０Ｖ以上で且つ放射電波の減衰効果
があった。また、１００００回以上ＯＮ−ＯＦＦを繰り
返しても故障せずにサーモスタットとしての機能を維持
した。

【００３１】

【表２】

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、熱硬化性樹脂にフェラ
イト材料、誘電体材料を少なくとも１種以上を５０〜９
０体積％分散含有した複合材を、粉末加圧成形法を用い
て成形、離型後、所定の温度で加熱硬化することで、耐
熱性、耐トラッキング性に優れ、且つ電波障害を抑制出
来る電波吸収体として機能する樹脂複合体からなる外装
部品を備えた安全機器部品を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の安全機器部品の一例であるサーモスタ
ットを示す断面図である。

【図２】本発明の安全機器部品の外装部における断面の
模式図である。

【図３】従来の安全機器部品の外装部における断面の模
式図である。

【符号の説明】

１：サーモスタット２：ケース３：スルーホール４：導電材５，６：端子７：接点開閉機構８：皿形バイメタル９：ピン１０：キャップ１１：開口縁１２：環状縁面１３：内端１４：外縁１５：内底面端縁部１６：ピンガイド２０：ケース断面２１：熱硬化性樹脂２２：充填材２３：気孔２４：ケース断面２５：熱硬化性樹脂２６：充填材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁体からなる外装部品内に各種素子を配
置してなる安全機器部品において、少なくとも前記外装
部品が、熱硬化性樹脂に、フェライト材料、誘電体材料
のうち少なくとも一種以上を５０〜９０体積％分散含有
した樹脂複合体で形成されていることを特徴とする安全
機器部品。
【請求項２】前記樹脂複合体の荷重たわみ温度が１８０
℃以上、耐トラッキング性（ＣＴＩ）が２５０Ｖ以上で
あることを特徴とする安全機器部品。
【請求項３】前記樹脂複合体の相対密度が９５％以上で
あることを特徴とする請求項１、２記載の安全機器部
品。
【請求項４】上記原料を、粉末加圧成形法により成形
し、離型後、所定の温度で加熱硬化して所定形状とする
ことを特徴とする請求項１〜３記載の安全機器部品の製
造方法。