JPS5958706A - 耐熱性電気絶縁体 - 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】 本発明は、や［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、石綿などの絶縁基利
全、低融点ガラスなどの結）、ｑ剤により結着させて製
造されるか、あるいはアルミナなどの全屈酸化物に酸化
珪累などの焼結促進剤を必要に応じて添加し焼成して製
造されていた。このうち、雲母粉末全ホウ酸−鉛系の低
礪点ガラスにより結着させたいわゆる「マイカレックス
」が広く知られている。このマイカレックスは耐熱性及
び電気絶縁性に浸れているが、製造に１ＮＩｊ　Ｌ／て
、前記低融点ガラスの軟化温度以上すなわち５００〜８
００℃の温度に加熱しつつ２００〜１００（ｌ　ｋｇ、
Ａｘ２程度の圧力金加えることが必要とされ、また工程
的にも著しく諸雑であるため、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、雲母がガラスに侵食
され、作業性が低下するという欠点もあった。

また、絶縁基拐の結眉剤としては、低ｒ、ｔｌ＋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
塩用、アルミナゾル、シリカゲルなどのゾル類、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（１？　地−ｉ、＋４　ｊＺどのリン酸系結着剤
全単独に用いると、耐熱性（，４００〜５００℃まで）
および不燃性に優れた゛電気絶縁体が得られるが、耐水
性および湿潤時の１は気菌特性が劣り、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、リン酸系のみからなる結着剤に、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ｔ７、成形が困難になることがあった。

またアルミナゾル、シリカゲルなどのゾル系結着剤は、
結着に際して１０００〜１２０（’１℃程度の尚温処坤
が必要であり、マイカレックスと同様の間ｋ１１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しいため、緻密な製形品が得にくい
という欠点があった。

一方、アルミナ、ぺＩ７１７アなどの金属酸化物全焼成
してなる絶縁磁器は、高電圧、高周波、高温などの条件
下における電気絶縁を主目的としている。ところがこれ
らの金属酸化物からなる絶縁磁器は、ｉＭ造に際してか
なりの高温度で焼成する必要があるとともに、所望形状
への加工が容易ではないという欠点があり、また寸法イ
青度が得にくかったり、耐（＋ｌｌｊ　１４４性などの
機械的強度が弱かったり、あるいは毒性を有するなどの
欠点金持つものであり、充分に満足のいく絶縁磁器は得
られていなかった。

このような欠点全解決すべ（、本発明者らは鋭意研究し
た結果、酸化亜鉛と酸化チタンとの混合物に、　６＋、
＋（１℃以上の温度に加熱１．で得られる焼成物および
ホウ酸全必須成分とするにｌ酸物（以下この組成！Ｆ？
！ｌＪを結着剤と称する）を加圧下に加熱処理【２て結
着させるか、結着剤成分のほかに無機繊維、無機光てん
剤、または熱硬化性樹脂の少なくともｔ（＜ｔｔ’を含
む組成物全卵圧下に加熱処理して結着させることにより
、電気的特性、機械的／ｌ’＆性、耐熱性の曖れ、しか
も所望形状への加工が容易な電気絶縁体が高温・高圧で
の処理を“周することなく得られることを見いだして本
発明金′５シ成したものである。

本発明に用いられる酸化亜鉛源と酸化チタン源との混合
物を６００　’Ｃ，以上の温度に加熱して得られる焼成
物は次のようにして得られる。すなわち、酸化亜鉛を含
め加熱によって酸化亜鉛を生成する好ましくは１００メ
ツシユ以下の酸化亜鉛源と、酸化チタンを含め加熱によ
って酸化チタン全生成する好ましくはｌＯＯメツシュ以
下の酸化チタン源とを適当な混合機を用いて乾式混合法
によって得られた均一な混合物、または水などの媒体中
で適当な混合（Ｎｅ　ｆｆｉ用いて湿式混合法によって
混合させた後媒体金除去して得られた均一な混合物を、
′ｆｉ４気炉などの加熱炉中で、６００℃以上の温１廷
、好ましくは７００〜１４００℃、さらに好ましくは９
００〜１３００℃の温度で１５０時間〜Ｉ分間程度加熱
焼成することによって目的の焼成物が得られる。酸化亜
鉛源と酸化チタン源との加熱処Ｊ、！ＨｒｒｔＡ度が６
００℃未満であると、酸化亜鉛と酸化チタンとの焼成物
全イ（するのに時間がかかりすぎるため好ましくない。

しかしながら、６００℃未満であってもかなりの長時間
にわたって酸化亜鉛源と１１１ｈ化チタン源と加熱すれ
ば焼成物をイ（）ることはできる。加熱焼成用の混合物
は加圧下に成形したものも用いることができる。

本明細書において、１−酸化亜鉛源と酸化チタン源との
混合物全６００℃以上の温度に加熱して得られる焼成物
」とは、酸化亜鉛源と酸化チタン源とが加熱によりそれ
ぞれ酸化亜鉛と酸化チタンとになり、しかも酸化亜鉛と
酸化チタンの少なくとも一部が加熱によって何らかの反
応奮起こして得られたもの（たとえば酸化亜鉛と酸化チ
タンとの固溶体）を意味するが、酸化亜鉛と酸化チタン
との単なる混合物は含まない。

酸化亜鉛と酸化チタンとの←を焼成物の製法ならびにそ
の電気的特性たとえば誘ｔｔｔ体損、誘電率、絶縁破壊
性などは詳細に検討されている。このような酸化亜鉛−
酸化チタン褥会貌酸物の電気的特性は、酸化亜鉛単独、
酸化チタン単独あるいは両者の単なる混合物の有する電
気的ｌ［ケ性とは全く異なることはすでに知られている
。

焼成物を製造するための酸化亜鉛源としては、酸化亜鉛
のほかに、例えば水酸化亜鉛、炭酸亜鉛、塩基性炭酸亜
鉛、硝酸亜鉛、酢酸亜鉛などがあげられる。また酸化チ
タン源としては、酸化チタンのほかに、水酸化チタンな
どがあげられる。

酸化亜鉛と酸化チタンとの焼成物全製造するに際して、
原料となる酸化亜鉛諒と酸化チタン源との混合割合は、
得られる電気絶、縁体の目的に応じて極めて広範囲に変
化さぜることかできるが、通常は酸化亜鉛が７０〜３０
モ／Ｉ／％、酸化チタンが（資）〜７０モルチの組成金
有するようにすることが好ましい。

本発明において、耐熱性電気絶縁体を製造するに際して
焼成物と併用されるホウ酸は、焼成物に対してモル比で
１　：　０．１〜８．０、の）ＩｉＬ囲であることが好
ましい。ホウ酸の使用割合が焼成物に対して０．１以下
の場合は４４）られる’ｒＧＬ気絶縁体の（ＱＡ城的特
性が不十分であり、またホウ酸の使用割合が５１成物に
対して８．０以上の場合には得られる電気絶縁体は耐水
性の点から好ましくｌよい。なお、上記のホウ酸の使用
割合の範囲内で、ホウ酸の一部分全酸化ホウ素で置換え
ることができる。後述するように、本発明の電気絶縁体
の製造条件下では、ホウ酸は一部脱水縮合するが、この
際に発生する水分が時として本発明の′、μ気＆！３　
ｉ’５、体にボイドを生成せしめることがあり、ホウ酸
の一部分を初めから酸化ホウ素で１μ換することによっ
て、ボイドの生成を抑制することができる。また、ホウ
酸を１００°Ｃ以上の温度で加熱して得られるメタホウ
酸類を主成分とする脱水縮合物もホウ酸の代りに用いる
ことができる。したがって、本明細壱における「ホウ１
ワ」には、ホウ酸単独の場合のほかにホウ酸の一部金酸
化ホウ素あるいはメタホウ酸Ｍなどで置換えたものも含
んで意味する。

なお、本明細■において、焼成物におけるモル数は以下
の意味で使用する。すなわち、例えば酸化ｊｌＪ＋鉛諒
として酸化１Ｆ鉛′ｆｆ：６０ｇ用い、酸化チタン源と
して酸化チタン４０ｇ’？ｃ用いて焼成物を製造したと
すると、実賀的に１００　ｇの勾）・、酸物が得られ、
その中に含ま１する酸化亜鉛をモル数に直すと、酸化亜
鉛の駄（６ｕｇ）／酸化亜鉛の分子ｂｋ（泪、３８）＝
０．７３７モルとなり、酸化チタンをモル数に直すと、
酸化チタンのｋｋ（４０ｇ　）　／酸化チタンの分子ｊ
Ａ：　（７９，９０）　＝　０．５０１モルとなる。し
たがって、この焼成物１００　ｇは０．７３７　＋　０
．５０１　＝　１．２３８　モ／Ｌ’に相当すると便宜
上考えることができる。一方、ホウ酸の１モルは６１．
８ｇであると考えることができるから、焼成物とホウ酸
とは、上（、己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。

本発明において用いられる無機繊維としては、例えばガ
ラスクロス、ガラスマット、アスベストペーノξ−１石
π吊、−ヒラミックファイバー、ブータン酸カリ繊維な
どがあげられる。

また、本発明において用いられる無機光てん剤としては
、例えば酸化カルシウム、酸化スズ、酸化マグネシウム
、酸化アルミニウム、嘗′羨化亜鉛、酸化チタン、酸化
珪素、酸化鉄、酸化ジルコニウム、水酸化カルシウム、
水酸化アルミニウム、水酸化鉄、弗化アルミニウム、弗
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、焼成りレー、チタン酸バリウム、
タルク、マイカ（震は）、ムライト、ジルコンサンド、
シラスバルーン、パーミュキュライト、パーライトなど
があげられる。

さらに、本発明において用いられる熱硬化性樹脂として
は、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹
脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂
などがあげしれる。

本発明において、結着剤成分以外に、上記の無機繊維、
無機光てん剤、またはｈ）シ硬化性樹脂の少なくとも１
棟を含む組成物を加圧下髪こ加熱処理することによって
、結着剤だけ全加圧下に加熱処理して得られる電気絶縁
体に（らべで、広範囲の物性を有する電気絶縁体金得る
ことができる。たとえば、結着剤と無機繊維および（ま
だは）無機光てん剤との混合系全加圧下に加熱して結着
させることによって、結着７ｉ１Ｊだけを結着させたも
のよりも月１途によっては機械的特性がより好ましい電
気ボΔ縁体が得られる。また、結着剤と熱硬化性樹脂と
の混合系全加圧下に加Ｎ１シして結着させることによっ
て、結着剤だけを結着させたものにくらべて一般に耐熱
性は劣るとはいえ、用途によっては機械的特性、電気的
特性及び耐水性的に好ましい電気絶縁体が得られる。従
って、結着剤と上記の結着剤以外の成分の混合割合は、
結着剤の組成、結着剤以外の成分の種類および得られる
電気絶縁物の用途によって広範囲に変えうるものである
が、通常は電気絶縁体１００重敗部に対して、結着剤は
５〜９９．８部、結着剤以外の成分は９５〜０．２部の
範囲が好ましい。結着剤が５部以下であると、Ｋ４にら
れる′「１元気絶縁体の＋９）　＋４的強度が低下し、
一方９９．８部以上であると、結着剤以外の成分の所期
の効果が発揮され＃ＩＦい。

以下に本発明による耐熱性電気絶縁体の製造方法全説明
する。

まず、微粉砕した酸化亜鉛などのへＶ化」１１．鉛発生
源と酸化チタンなどの酸化チタン発生１ｌＩｒｊとを所
望の割合で均一に混合し、次いで６００℃以上の温度好
ましくは６００〜１４００℃で１５０時間〜：幻分間程
度、さらに好ましくは９００〜１３００℃で５時間〜１
時間程度加熱焼成することによって酸化亜鉛と酸化チタ
ンとの焼成物ｔｓｌｔ！ｊ←ｒる。得られた焼成物全粉
砕し、これに所望のＬｊｋのホウ酸を混合し、さらにこ
の混合物ｉｙｌ？−ルミルなどにより１００メツシユ以
下に粉砕して、結着剤だけからなる成形組成物を得る。

結着剤以外に無槻尤てん剤または熱硬化性樹脂の少なく
ともｌ　Ｊｏｌｔ　ｋ　”ＦＫむ成形組成物は、焼成物
、ホウ酸、および無（幾充てん剤または熱硬化性樹脂の
少な（とも１神全所望叶ずつ混合してからボールミルな
どにより１００メ〃ユ以下に粉砕して調製する。無機１
俄維を含む成形利料は、無機繊維に」二記の各押成形組
成物全均一に散布して心１製する。

上記のようにして得られた成形組成物を、金型に入れら
れ、１３（１〜２００℃の成形温度で、１００〜３００
　ｋｇ／１ｗ＋２の成形圧力のもとで、約１０〜６０分
間加熱加圧すると、耐熱性電気絶縁体が得られる。

成形温度は、１３０℃以下であると、得られる絶縁体の
強度が低下するだめ好ましくなく、また２００℃以上で
あると、急激にホウ酸の脱水が起こり、発泡の原因とな
るために好ましくない。

成形圧力は、１００−μ２以下であると緻密な絶縁体が
得られないために好ましくなく、まだ３００ｋｐ／１ｗ
ｒ２以上としても得られる絶縁体の特性に変化はなく、
高圧全卵えることによる効果が特にない。

耐熱性電気絶縁体を加温加圧条件下に製造すると、結着
剤中に含まれるホウ酸あるいは熱硬化性（０、ｌ脂など
の熱分解などによりガス状物が発生する、　　だめ、製
造中に′ｉ［気絶縁体に加える圧力を一時的に解放して
ガス抜きを行なうことが頃ましい。

成形時間は、成形温度及び成形圧力に応じて変化するが
、おおよそ１０〜６０分程没である。

このようにして電気絶縁体が得られた後に、使用目的及
び使用条件に応じて、寸法安定性を得るだめに、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 ２０（ｌメツシュ以下の酸化亜鉛２モルと２（１０メツ
シユ以下のアナターゼ型酸化チタン１モルとを約１０倍
量の蒸留水に懸濁させてから高速ミキサーで十分に混合
させた後、混合物ｆｚＦ取した。次いで混合物を電気窯
１７７Ａ−乾燥中１１０℃で十分に乾燥させてからルツ
ｙｌＦに取り、電気マツフル炉中で１２００℃で２時間
以上加熱焼成することにより、酸化亜鉛と酸化チタンと
の焼成物を得た。この焼成物を抽潰機にて２０（）メツ
シュ以下に粉砕した。この粉砕した焼成物１０部と２０
０メツシユ以下に粉砕されたホウ酸δ部とを均一に混合
させて、結着剤だけからなる成形組成物を得た。

この成形組成物５０ｇを１α径９（：ｍの丸型金型に投
入し、１７０℃、３００　ｋｇμで５分間加圧加熱した
。

次いで１分間圧力を解放してガス抜きを行った。

その後、１００ｋｇμの圧力で１分間加熱した後圧力’
ｒ　ｊｆＮＦ放して１分間のガス抜きを行なった。この
操作を２回繰り返した。次いで２００　ｋｇ／ｃニーの
圧力加熱全１分間行ない、同様に１分間ガス抜きを行な
った。この操作全２回繰り収した。さらに３００ｋｇμ
の圧力下で同様に加圧加；ｊ・Ｊ（とガス抜き操作全２
回繰り返した。結局、それぞれの圧力で計７回のガス抜
き操作を行なった後、最終的に３００に９ｚ−の圧力で
、最初の金型セットの時点から１時間ホットプレスする
ことによって一次成形品が得られた。−次成形品は電気
炉中、３００　’Ｃで５時間加熱処理して、厚さ約３ｍ
ｍの物性評価用の２次成形品を得た。この成形品は、従
来のアルミナ磁器絶縁体と比軟して所望形状への加工が
著しく各局であった。

実施例２ 酸化Ｏ１１１１部ルとアナターゼ型１１り化チタン１モ
ルを用いた以外は実施例１と全く同様に成型組成物の調
製、成形及び後処理全行なって、ノ９．さ約３１＃Ｉｎ
の物性Ｎｆ価用の２次成形品金得た。

実施例 実施例１で調製した成形組成物粉末５１０部と２００メ
ツシユ以下のマイカ１０部と全均一に混合して、無磯充
てん剤入りの成形組成物をｉｉｌ”！Ｉ　、Ｊ＋、＋し
た。この成形組成物全実施例１と全く同様に成形及び後
処理して、物性評価用の２次成形品’ｒ：　＃４ｎだ。

実施例１で婢興した成形組成物粉末９５部と２００メツ
シユ以下に粉砕したエポキシ（１１１脂５部と４均−に
混合して、熱硬化性樹脂入りの成型組成物？調製した。

この成形組成物全実施例１と全く同様に成形して１次成
形品をイ）すた。１次成形品は？は気炉中２００℃で５
時間熱処理して物１１部評価用の２次成形品を得だ。

実施例５ ガラスチョツプドストランドマットｋ　１．５０　Ｘ１
５０曲　　に切断したもの１ｆｌＯ枚用意し、このマッ
ト１枚ごとに、実施例１でＡ１１４製した結着剤だけか
らなる成形組成物粉末を散布し、上下にガラスクロスマ
ット２枚金爪ねてｉ：ｉｔ層した。散布＋Ａ、はガラス
繊維総垂騎と同じ市喰であった。得られた積層品を金型
に入れ、１７０℃のｄｌｒ度にセットし、２（＋（１ｋ
ｇｌｃ♂の圧力で４０分加圧加熱処］４１　ｆ行なった
。この間数回ガス抜きを行なった。このようにしてイ（
４られた１次成形品は３００℃で５１情間加熱処理して
、物性ｔｔ′Ｆ価用の２次成形品を得だ。

実）面倒６ 実施例１で調製した結着剤だけからなる成形組成物粉末
９４部、２００メツシユ以下に粉砕されたエポキシ樹脂
１０部、２００メツシユ以下に粉砕された熱硬化けシリ
コン樹脂２部の３者全均一に混合して得られた混合粉末
５３部を、実施例５と全く同様にしてガラス繊維４７部
に散布し、得られた積層品全実施例５と全く同様に成形
して、１次成形品をイ【）だ。１次成形品は２００℃で
５時間熱処理して物７．１評価用の２次成形品を得た。

このようにして得られた各電気絶縁体についてイ１ｔら
れた物性値全表１に示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸化亜鉛源と酸化チタン源との混合物を６００℃以
   上の温度に加熱して得られる焼成物およびホウ酸を心情
   成分とする組成物を加圧下に加熱して結着させてなる耐
   熱性電気絶縁体。 ２、　ｒｊセ化亜鉛諒と１１セ化チタン源との混合物音
   ６００℃以上の温度で加熱して得られるにｔ’６成物お
   よびホウ酸全必須成分とする組成物と、無偵Ｒ維、炸機
   充てん剤、熱硬化性樹脂からなるイ１）・から選ばり、
   た少な（とも１独材料と全加圧下に加熱して結ＺＩ＋１
   させてなる耐熱性電気絶縁体。