JPH0824005B2

JPH0824005B2 - 電気絶縁充填材料及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0824005B2
Application number: JP63273728A
Authority: JP
Inventors: 正文小舟; 久司釣
Original assignee: Tateho Chemical Industries Co Ltd
Current assignee: Tateho Chemical Industries Co Ltd
Priority date: 1988-10-28
Filing date: 1988-10-28
Publication date: 1996-03-06
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: JPH02121203A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、汎用シーズヒータの電気絶縁充填材料に関
し、特に高充填性が要求され、かつ中温および高温域で
使用される電気絶縁充填材料及びその製造方法に関す
る。

（従来技術及び発明が解決しようとする課題）従来より、マグネシアは高い熱伝導率および適当な硬
度を有することから、シーズヒータ用電気絶縁充填材料
として使用されている。

しかしながら、結晶成長したマグネシアは角柱状或い
は鱗片状の非球状体であるため、これをシーズヒータの
電気絶縁充填材料として使用した際には下記の問題点が
あった。すなわち、（１）マグネシア粉末の流動性が悪いため、充填に要
する時間が長くかかり、必然的にシーズヒータの生産能
率が低く、（２）充填工程のみによっては高密度な充填状態を得
ることは困難であり、（３）上述した角柱状或いは鱗片状のマグネシア粉末
では粒子が粒子エッジを有するために、充填および圧延
工程において金属パイプの内壁および発熱線を損傷して
しまうことがある等の欠点があった。

この問題を解消するための方法として従来より、機械
的手法或いは化学的手法による球状もしくは略球状のマ
グネシア粉体の製造方法（特開昭62−86604号）、或い
はさらに、球状もしくは略球状のマグネシア粉体と非球
状のマグネシア粉体とを混合してなる電気絶縁充填材料
が前記の技術的課題に対し、工業的規模の生産に有用な
材料であることが提案なされている（特開昭61−214389
号）。

一方、前記したマグネシアからなる充填材料は高温多
湿な雰囲気下で容易に吸湿してその絶縁性能が低下する
ために、その取扱いには慎重な注意が必要とされてい
る。これを解決するための方法としては、従来より、マ
グネシア粒子表面に活性アルミナの被覆層を形成した
後、熱処理によって耐湿性に優れたα−アルミナ層を得
る方法（特開昭60−240005号）がある。

また、電気絶縁充填材料の絶縁性能に関してはこれま
で、初期の絶縁抵抗値、および通電サイクル試験におい
て絶縁劣化速度の点から問題があった。これを解決する
ための方法として従来より、化学組成の改善、高充
填密度化および粒子の球状化（特開昭59−215690号）、
酸素含有量の高いニッケル酸化物Ni₂O₃を添加して
効果を向上せしめてなる方法（特開昭60−77305号）等
がある。

上記した従来技術の方法で得られた電気絶縁充填材料
はそれぞれ、従来品と比較して、高密度充填性能、吸湿
性或いは絶縁性に関してはそれぞれ改良されているが、
この全ての特性が同時に改良なされた電気絶縁充填材料
およびその製造方法は未だ発明なされていない。

さらに、シーズヒータの使用温度としては、現在のと
ころ低温から高温へ徐々に移行しており、このため電気
絶縁充填材料の熱時絶縁抵抗値を改善する必要も要求さ
れているのが実情である。

本発明は、上述の課題を鑑み発明なされたものであっ
て、その目的とするところは、高密度充填性能、耐湿性
および絶縁性（特に熱時絶縁抵抗値）の全てが格段に改
善された電気絶縁充填材料およびその製造方法を提供し
ようとするものである。

（課題を解決するための手段）本発明の電気絶縁充填材料は上述した課題および目的
に鑑み発明なされたものであって、ムライト（3Al₂O₃・
2SiO₂）粉末、ならびに球状、略球状及び非球状粒子か
ら構成したマグネシア粉末との混合粉体表面を、シリコ
ーンオイルで被覆したことを特徴とする電気絶縁充填材
料である。

また、本発明の電気絶縁充填材料は、前記マグネシア
粉末が、５重量％以上の球状若しくは略球状粒子と、残
部の非球状粒子とから構成した電気絶縁充填材料であ
る。

さらに、本発明の電気絶縁充填材料は、前記ムライト
の添加量が、マグネシア粉末に対して0.1〜30重量％、
シリコーンオイルの添加量が、ムライトとマグネシア粉
末との混合粉末に対して0.001〜２重量％である電気絶
縁充填材料である。

また、本発明の電気絶縁充填材料の製造方法は、球
状、略球状及び非球状粒子から構成したマグネシア粉末
にムライト（3Al₂O₃・2SiO₂）粉末を混合した後、この
混合粉体にシリコーンオイルを添加混合して、混合粉体
表面をシリコーンオイルで被覆することを特徴とする電
気絶縁充填材料の製造方法である。

さらに、本発明の電気絶縁充填材料の製造方法は、前
記マグネシア粉末が、５重量％以上の球状若しくは略球
状粒子と、残部の非球状粒子とから構成した電気絶縁充
填材料の製造方法である。

さらにまた、本発明の電気絶縁充填材料の製造方法
は、上記製造方法において、前記ムライトの添加量が、
マグネシア粉末に対して0.1〜30重量％、シリコーンオ
イルの添加量が、ムライトとマグネシア粉末との混合粉
末に対して0.001〜２重量％である電気絶縁充填材料の
製造方法である。

本発明者は、上述した高充填性を有する球状、略球状
及び非球状粒子から構成したマグネシア粉末を基材と
し、高温において高い絶縁抵抗値を示すムライト粉末の
添加効果と、溌水性および流動性の改善を付与するシリ
コーンオイルの添加効果とにより相互作用により、マグ
ネシアを主成分とする電気絶縁充填材料の高充填性、耐
湿性および絶縁性の全てが格段に改善されることを知見
して本発明を完成したものである。すなわち、上記基
材、添加剤のいずれかが欠如した状態、或いは混合操作
が不十分なため、溌水性の発現が均一に行われていない
状態では、初期の目的とする高充填性、耐湿性および絶
縁性を得ることは困難である。

以下、本発明の電気絶縁充填材料及びその製造方法に
ついて、より具体的に説明する。

まず、予め電気絶縁充填材料として球状、略球状及び
非球状粒子から構成したマグネシア粉末を調製するので
あるが、この構成割合としては、５重量％以上の球状若
しくは略球状粒子と、残部の非球状粒子とから構成する
のが好ましい。その理由は、５重量％以下では非球状粒
子のみからなる電気絶縁充填材料と物性面（充填性能）
において顕著な差がみられないからである。

ここで、本発明において用いる球状もしくは略球状の
マグネシア粒子とは、完全に球状となった粒子ならびに
球状に近似する粒子をも含めたものを意味し、単結晶或
いは多結晶からなるものである。

この球状もしくは略球状のマグネシア粒子を得る方法
としては、公知の機械的或いは化学的な製造方法から、
適宜選択すれば良い。例えば、機械的方法として、バッ
ジ式ミルを用い粒子間の衝突を利用し摩砕する方法（特
開昭59−215690号）、流動層造粒機および回転ミキサー
を用いる方法と火災溶射による方法（特開昭61−214389
号）など、また、化学的方法として、市販の非球状マグ
ネシア粉を酸処理或いは酸処理後アルカリ処理する方法
（特開昭62−38604号）などの中から適宜選択して使用
すれば良い。尚、上述した製法以外でも得られた球状も
しくは略球状体が、要するに前述した技術課題を解決で
きるようなマグネシア粒子であれば、本発明の材料とし
て使用可能である。

また、このマグネシア粉末としては、その純度が90重
量％以上であれば良く、電融マグネシア粉末、及び／又
は焼結マグネシア粉末が使用可能である。

次に、この予め電気絶縁充填材料として調製したマグ
ネシア粉末に、ムライト（3Al₂O₃・2SiO₂）粉末を混合
するのであるが、この絶縁性能の改良剤として使用する
ムライト粉末としては、好ましくは、シリマナイト族鉱
物（シリマナイト、アンダリュサイト及びカイヤナイ
ト）を高温焼成しムライト化したもの、或いはカオリン
族鉱物とアルミナとの混合物から合成したものを焼成し
てムライト化したものの中から適宜選択されるが、これ
以外の方法で得られるムライトを用いることも勿論可能
である。

このムライトとしては、成分的には特に、アルカリ成
分（Na₂O＋K₂O）が0.1重量％以下、好ましくは0.05重量
％以下、粒度的には、最大粒子径が150μｍかつ45μｍ
以下の微粉が30％以内で含まれることが好ましい。

また、このムライトの添加量としては、マグネシア粉
末に対して0.1〜30重量％であるのが、絶縁性およびシ
ーズヒータとして本来要求される特性の観点から好まし
い。すなわち、その添加量が、0.1重量％以下では、絶
縁性能において十分な効果を得ることが困難であり、30
重量％以上では、熱伝導率の低下をきたしてしまい、ひ
いてはシーズヒータ性能を劣化させるからである。

次に、この混合粉末にシリコーンオイルを添加混合し
て、粉末粒子表面を均一にシリコーンオイルで被覆する
のであるが、この溌水性および流動性の改良剤として使
用するシリコーンオイルとしては、ジメチル系でその分
子構造は下記の通りである。

また、このシリコーンオイルは、撥水性以外にも充填
材料の流動性を改善するため、その粘性が重要であり、
粘度（25℃）10〜100cs、比重（25℃）0.930〜0.970、
及び粘度温度係数0.54〜0.60の範囲にあるのが好まし
い。

さらにまた、このシリコーンオイルの添加量として
は、上記ムライトとマグネシア粉末との混合粉末に対し
て0.001〜２重量％であるのが、撥水性、流動性、絶縁
性の観点から好ましい。すなわち、添加量が0.001重量
％以下では、撥水性および流動性について十分な効果を
得ることが困難であり、２重量％以上では、常温におけ
る粉体の流動性が著しく低下し、高温で加熱分解される
時に発生する炭素による絶縁抵抗値の劣化が著しいから
である。

上記したシリコーンオイルの添加によって、マグネシ
アを主成分とする充填材料の常温付近における吸湿を防
止できるともに、これ自体シーズヒータ用充填物として
用いられ、シーズヒータ製造時において高温加熱された
後に、無機質充填物の表面にSiO₂被膜が形成される。従
って、シリコーンオイルに含まれる有機質の分解後も、
このSiO₂被膜の形成により充填材料の耐湿性が失われな
いため、このシリコーンオイルを添加して調製した充填
材料を用いれば、初期および通電サイクル後の電気絶縁
抵抗値の変化が極めて低く、理想的なシーズヒータを提
供できるものである。

（実施例）電気絶縁充填材料の主成分として、鉱石系電融マグネ
シア粉末を70重量％、海水系焼結マグネシア粉末を30重
量％の比率で混合し、これをマグネシア粉末とした。そ
の化学組成を下記の第１表に示した。尚、このマグネシ
ア粉末は、摩砕処理による球状もしくは略球状粒子20重
量％と、未処理の非球状粒子80重量％とから構成され、
さらに、最大粒子径355μｍ、充填密度2.40g/cm³、及び
流動度180sec/100gに調整されている。

つづいて、この調製した電融マグネシア粉末からそれ
ぞれ下記の電気絶縁充填材料を調製した。

Ａ…カイヤナイト粉末を約1650℃で１時間焼成してムラ
イト化した後、150μｍ以下の粒度に粉砕したムライト
粉末2.0重量％を、上記の電融マグネシア粉末に加えて
混合し、さらに、この混合粉末にジメチルシリコーンオ
イルを0.03重量％加えて混合しで調製したものＢ…カイヤナイト粉末を約1650℃で１時間焼成してムラ
イト化した後、150μｍ以下の粒度に粉砕したムライト
粉末2.0重量％を、上記の電融マグネシア粉末に加えて
混合して調製したものＣ…上記の電融マグネシア粉末にジメチルシリコーンオ
イルを0.03重量％加えて混合して調製したものＤ…上記の電融マグネシア粉末のみで調製したものこれら４種類の電気絶縁充演材料A,B,C,およびＤにつ
いてそれぞれ、充填密度ならびに流動度の測定を実施し
た。この結果を下記の第２表に示す。尚、この測定には
Boeh Model AP901122タップ密度測定装置（ASTM.D.3477
に準ずる）を使用した。

第２表から明らかなように、本発明の電気絶縁充填材
料は、従来の電気絶縁充填材料と比較しても、添加処理
を行うことによっても基材の充填性を損なうことがな
い。

次に、これら４種類の電気絶縁充填材料A,B,C,および
Ｄをそれぞれ、発熱線（ニクロム線、商品名「ニクロム
５」）と、外径7.5mm、肉厚0.5mm、長さ700mmの金属パ
イプ（NCF2P、商品名「インコロイ800」）との間隙に充
填し、圧延減径、焼鈍の各工程を経た後、金属パイプの
両端を低融点ガラスで封口した。このようにしてそれぞ
れ、外径6.5mm、ヒータ全長785mm、有効発熱長585mmの
試料A,B,C,およびＤを作成した。

次に、この各試料を用いて以下に示す通電サイクル試
験を実施した。すなわち、電力密度10W/cm²、金属パイ
プ表面温度約900℃で、（20分通電−10分休止）／サイ
クルの条件での熱時絶縁抵抗値をそれぞれ測定した。こ
の結果を第１図に示した。

第１図から明らかなように、本発明の電気絶縁充填材
料（すなわちムライトおよびシリコーンオイルを添加し
て調製したもの）を用いて作成した試料Ａは、ムライト
のみを添加して調製した充填材料を用いて作成した試料
Ｂ、シリコーンオイルのみを添加して調製した充填材料
を用いて作成した試料Ｃ、および電融マグネシアのみか
らなる従来の充填材料を用いて作成した試料Ｄと比較し
て、初期の絶縁抵抗値が高く、かつ2000サイクルを経た
後も絶縁劣化が少なく極めて高い値を示した。また、試
料Ｂ及びＣの結果から、本発明の材料特性は、二種類の
添加剤、すなわち、ムライトとシリコーンオイルとの相
互作用によって発揮されることが明らかである。

尚、本実施例においては、電気絶縁充填材料の主成分
として、電融マグネシアと焼結マグネシアと混合粉末を
用いたが、これに代えて、電融マグネシア粉末単独、或
いは焼結マグネシア単独でも、上記実施例と同様な傾向
があり、本発明に使用可能であることが判明している。

また、本実施例において用いた主成分のマグネシア
は、96.0〜97.0重量％と極めて高純度のものを用いた
が、これに代えて、使用するマグネシア粉末の純度が90
重量％以上であれば、上記実施例と同様な傾向があり、
本発明に使用可能であることが判明している。

さらにはまた、ムライト添加剤として、上記実施例に
用いたカイヤナイト以外でも、アンダリュサイトおよび
シリマナイトの焼成品、およびカオリン族鉱物のアルミ
ナとの混合物から合成した焼成品の中から選択したムラ
イト粉末を用いても同様な傾向があり、本発明に使用可
能であることが判明している。

（作用・効果）上述したように、本発明の電気絶縁充填材料及びその
製造方法によれば、高い熱伝導率のマグネシアを主成分
として、このマグネシアを球状、略球状及び非球状粒子
から構成し、これに熱時の絶縁性に優れたムライトを添
加し、この混合粒子表面に、撥水性を有しかつ流動性の
改善を付与するシリコーンオイルを添加して被覆してい
るので、基材の形状及び前記添加剤の添加効果による相
互作用により、マグネシアを主成分とする電気絶縁充填
材料の充填性能、耐湿性および絶縁性の全てが格段に改
善された優れた電気絶縁充填材料を簡単に提供できるも
のである。

すなわち、本発明の電気絶縁充填材料及びその製造方
法によれば、（１）シーズヒータの製造工程における金属、パイプ
ならびに発熱線の損傷がなく、かつ高充填密度が可能
で、（２）長期間の材料の保管においても吸湿による品質
の劣化がなく、初期および通電サイクル後の絶縁抵抗値
が格段に優れた電気絶縁充填材料を簡単に提供でき、（３）さらには、主成分のマグネシアがその純度が90
重量％以上であれば使用可能であるので、価格的に安価
な鉱石系原料が使用可能となりコスト的にも安価な充填
材料を提供できる等の幾多の作用効果を奏する優れた発
明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電気絶縁充填材料を用いて作成した
シーズヒータと、従来の電気絶縁充填材料を用いて作成
したシーズヒータとにおける熱時絶縁抵抗値と通電サイ
クルとの関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ムライト（3Al₂O₃・2SiO₂）粉末、ならび
に球状、略球状及び非球状粒子から構成したマグネシア
粉末との混合粉体表面を、シリコーンオイルで被覆した
電気絶縁充填材料であって、前記マグネシア粉末が、５
重量％以上の球状若しくは略球状粒子と、残部の非球状
粒子とから構成するとともに、前記ムライトの添加量
が、マグネシア粉末に対して0.1〜30重量％、シリコー
ンオイルの添加量が、ムライトとマグネシア粉末との混
合粉末に対して0.001〜２重量％であり、前記シリコー
ンオイルが、粘度（25℃）10〜100cs、比重（25℃）0.9
30〜0.970、及び粘度温度係数0.54〜0.60の範囲にある
ものであることを特徴とする電気絶縁充填材料。
【請求項２】５重量％以上の球状若しくは略球状粒子
と、残部の非球状粒子とから構成したマグネシア粉末
に、マグネシア粉末に対して0.1〜30重量％のムライト
（3Al₂O₃・2SiO₂）粉末を混合した後、この混合粉体に
ムライトとマグネシア粉末との混合粉末に対して0.001
〜２重量％で、粘度（25℃）10〜100cs、比重（25℃）
0.930〜0.970、及び粘度温度係数0.54〜0.60ののシリコ
ーンオイルを添加混合して、混合粉体表面をシリコーン
オイルで被覆することを特徴とする電気絶縁充填材料の
製造方法。