(57)【要約】【課題】高電圧機器等の高分子製品において良好な機械的物性、電気的物性を付与できる絶縁性高分子含有材料組成物の製造方法及び絶縁性高分子含有材料組成物から構成される碍子を提供することにある。【解決手段】１０ｗｔ％から６０ｗｔ％の合成樹脂よりも熱伝導率の高い微粉末である無機物と、１０％から４５ｗｔ％の熱可塑性樹脂と、１０％から４５ｗｔ％の熱硬化性樹脂と、から構成される混合物を、常温混合工程（Ｓ１）、加熱混合工程（Ｓ２）、溶融混練工程（Ｓ３）及び射出成型及びプレス成型工程（Ｓ４）を順番に経て形成される絶縁性高分子含有材料組成物の製造方法及び絶縁性高分子含有材料組成物から構成される碍子に関する発明である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０ｗｔ％から６０ｗｔ％の合成樹脂よりも熱伝導率の高い微粉末である無機物と、１０％から４５ｗｔ％の熱可塑性樹脂と、１０％から４５ｗｔ％の熱硬化性樹脂とを常温下で混合し、
前記熱可塑性樹脂及び前記熱硬化性樹脂の表面に前記無機物を均一に付着させ、前記熱可塑性樹脂、前記熱硬化性樹脂及び前記無機物を混合する常温混合工程と、
前記常温混合工程により前記熱可塑性樹脂、前記熱硬化性樹脂及び前記無機物を混合した常温混合物を、前記熱可塑性樹脂の硬化する温度以下であって前記熱可塑性樹脂のガラス転移点近くの温度で軟化させ、混練する圧力により付着した無機物を前記熱可塑性樹脂又は前記熱可塑性樹脂の内部に取り込む加熱混合工程と、
前記加熱混合工程により前記熱可塑性樹脂、前記熱硬化性樹脂及び前記無機物を加熱しながら混練圧力により混合した加熱混合物を、前記熱可塑性樹脂の硬化する温度以下であって、前記熱可塑性樹脂及び前記熱可塑性樹脂が流動可能な温度下にあって、前期無機物の表面を前記熱可塑性樹脂及び前記熱可塑性樹脂がコーティングしながら流動する状態を形成する溶融混練工程と、
前記溶融混練工程により前記熱可塑性樹脂、前記熱硬化性樹脂及び前記無機物を流動化させながら混合した溶融混練物を、金型全体に均一に分散させた後、前記溶融混練物を加圧及び昇温して硬化させる射出成型及びプレス成型工程と、を含む絶縁性高分子含有材料組成物の製造方法。
【請求項２】
１０ｗｔ％から６０ｗｔ％の合成樹脂よりも熱伝導率の高い微粉末である無機物と、１０％から４５ｗｔ％の熱可塑性樹脂と、１０％から４５ｗｔ％の熱硬化性樹脂と、から構成される前記請求項１に記載した絶縁性高分子含有材料組成物から構成した碍子。
【請求項３】
絶縁性高分子含有材料組成物にケイ素成分を含むことを特徴とした前記請求項２に記載の碍子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性高分子含有材料組成物の製造方法及びその組成物を使用した碍子に関するものであって、例えば、電線と支持物の間を絶縁するために用いられる器具や点火プラグや電熱器において電気を絶縁する器具に使用される絶縁性高分子含有材料組成物及びその組成物を使用した碍子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から碍子は磁器又はガラスを素材として使用されてきており、耐アーク放電や耐熱衝撃に優れているものが多くある。しかしながら、機械的な強度が弱く、割れやすい等の欠点もあった。また、重いため高所等での取り扱いや作業性が悪い等の欠点があった。そのため、合成樹脂を使用した碍子が提案されてきている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、エポキシ化亜麻仁油（例えば、１００ｐｈｒ）に対し硬化剤としてフェノール樹脂（例えば、４０〜８０ｐｈｒ）を添加して混練し、その混練物を熱処理し、三次元架橋させて絶縁性高分子材料組成物を得る。この絶縁性高分子材料組成物を、碍子等の高分子製品に適用する。必要に応じて、前記のエポキシ化亜麻仁油、フェノール樹脂の他に、例えば、硬化促進剤としてイミダゾール類を用いたり、各種添加剤を用いた絶縁性高分子材料組成物及び碍子とする発明が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３５３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の絶縁性高分子材料組成物及び碍子は、軽く衝撃に強くとも高い機械的な強度に耐える製品ではなかった。また生分解性を有しているため環境による負荷は少ないが、塩害や紫外線等による経年劣化が懸念される。
【０００６】
本発明は、高電圧機器等の高分子製品において良好な機械的物性、電気的物性を付与できる絶縁性高分子含有材料組成物の製造方法及び絶縁性高分子含有材料組成物から構成される碍子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１０ｗｔ％から６０ｗｔ％の合成樹脂よりも熱伝導率の高い微粉末である無機物と、１０％から４５ｗｔ％の熱可塑性樹脂と、１０％から４５ｗｔ％の熱硬化性樹脂とを常温下で混合し、
前記熱可塑性樹脂及び前記熱硬化性樹脂の表面に前記無機物を均一に付着させ、前記熱可塑性樹脂、前記熱硬化性樹脂及び前記無機物を混合する常温混合工程と、
前記常温混合工程により前記熱可塑性樹脂、前記熱硬化性樹脂及び前記無機物を混合した常温混合物を、前記熱可塑性樹脂の硬化する温度以下であって前記熱可塑性樹脂のガラス転移点近くの温度で軟化させ、混練する圧力により付着した無機物を前記熱可塑性樹脂又は前記熱可塑性樹脂の内部に取り込む加熱混合工程と、
前記加熱混合工程により前記熱可塑性樹脂、前記熱硬化性樹脂及び前記無機物を加熱しながら混練圧力により混合した加熱混合物を、前記熱可塑性樹脂の硬化する温度以下であって、前記熱可塑性樹脂及び前記熱可塑性樹脂が流動可能な温度下にあって、前期無機物の表面を前記熱可塑性樹脂及び前記熱可塑性樹脂がコーティングしながら流動する状態を形成する溶融混練工程と、
前記溶融混練工程により前記熱可塑性樹脂、前記熱硬化性樹脂及び前記無機物を流動化させながら混合した溶融混練物を、金型全体に均一に分散させた後、前記溶融混練物を加圧及び昇温して硬化させる射出成型及びプレス成型工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上の特徴により、本発明の絶縁性高分子含有材料組成物により成型された成型物は、機械的強度を増している。また、本成型物は、有機物の中でも熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を含有し、更に無機物であるシリカを多く含むため、機械的強度だけでなく絶縁性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の製造工程の概略を示す概要図である。
【図２】実施形態の懸垂碍子の正面を現す概要図である。
【図３】実施形態の長幹碍子の正面を現す概要図である。
【図４】実施形態の点火プラグ正面を現す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明にかかる絶縁性高分子含有材料組成物及びその組成物を使用した碍子について、図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態及び図面は、本発明の実施形態の一部を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。
【００１１】
（製造工程）  
図１を参照し、本発明の縁性高分子含有材料組成物についての製造工程を以下に説明する。
＜常温混合工程（Ｓ１）＞
一例として表１に示すようにフライアッシュ等の約１０〜６０ｗｔ％の無機物の微粉末を、微粉砕した約２０〜５０ｗｔ％の熱硬化性樹脂粉及び約２０〜５０ｗｔ％の熱硬化性樹脂を混合した混合物を常温下で攪拌して常温混合物を生成する。例えば、約１０〜６０ｗｔ％のフライアッシュ、約２０〜５０ｗｔ％の熱可塑性樹脂としてポリエチレン樹脂及び熱硬化性樹脂として約２０〜５０ｗｔ％シリコン樹脂を混合する。
尚、これら混合する際の配合は、適宜用途に応じ必要とする物性値に合わせて変更することが可能であり、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の配合は、からず１：１でなくとも良く、１：９〜９：１の間であっても良い。また、必ずしも熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を使用する必要はなく、無機物と熱可塑性樹脂及び無機物と熱硬化性樹脂の組み合わせであっても良い。
【表１】
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【００１２】
その他に熱可塑性樹脂は、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ノボラック型フェノール樹脂及びアクリルニトリルブタジエンスチレン等がある。
また、その他に熱硬化性樹脂は、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、レゾール型フェノール樹脂、ユリア樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂がある。
【００１３】
更に、これら樹脂だけでなく、エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックであるポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテル・ケトン、ポリテトラフルオロエチレン及び変性ポリフェニンレネーテル等を使用しても良い。
また、用途に応じて助剤（難燃材、強化材、滑材、可塑剤、紫外線吸収剤、着色剤、帯電防止剤、抗菌剤、改築材等の内から成型物の用途に応じて選択される。）が添加される。
【００１４】
無機物は、微粉末状のフライアッシュを使用しており、表２にフライアッシュの一般的な成分の割合を示す成分表を示す。フライアッシュは、主にシリカとアルミナから構成されている。また、微粉末は１００μｍ以下、最も良いのは４５μｍ以下の微粉末である。
また、無機物はフライアッシュの他に、シリカ、アルミナ、ドロマイト、石英及びセラミック粉体を使用しても良い。
【表２】
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【００１５】
上述の攪拌した作用により樹脂の表面に無機物の微粉末がほぼ均一に付着する。この付着作用は、攪拌に伴う樹脂等の振動による摩擦により帯電する静電気またはワンデルワ−ルス力により無機物の粉体を吸着するものと考えられる。 これら熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂は、１０ｍｍ以下としても良いが、５ｍｍ以下のペレットや微粉末とするのが最も良い。
【００１６】
＜加熱混練工程（Ｓ２）＞
Ｓ１の工程により生成された常温混合物を混合した有機物の樹脂の軟化温度下で加熱混練する。このとき 、樹脂の表面にほぼ均一に付着した無機物の微粉末が樹脂よりも熱伝導率が高いため、先に軟化温度まで昇温して樹脂との間に温度差が発生し、昇温した無機物の微粉末を介して有機物の樹脂に熱エネルギーを供給して軟化させる。また、有機物の樹脂のガラス転移温度以上になると、電子がブラウン運動により振動して軟化し始める。
【００１７】
また、上記のように無機物の微粉末からの熱エネルギーにより有機物である樹脂が軟化した状態で混練する際の圧力が作用し、この混練する際の圧力と自己せん断熱の作用により凝集した無機物の微粉末を分散させながら軟化した有機物である樹脂内に無機物の微粉末を押し込み、加熱混合物を生成する 。
【００１８】
＜溶融混練工程（Ｓ３）＞  
Ｓ２による加熱混合物を、有機物である熱硬化性樹脂の溶融温度下で加熱混練して溶融混合物を生成する。これにより加熱混合物の有機物自体は、外部から直接付与される熱や無機物の微粉末を介して付与される熱や自己せん断熱により溶融して流動状態になる。このとき、有機物の樹脂と無機物の微粉末の界面では熱エネルギーの授受により浸漬熱が助長される。これにより多くの無機物の微粉末が溶融した有機物の樹脂に取り込まれて無機物の微粉末の表面に有機物である熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂がコーティングされた状態になる。
【００１９】
この結果、無機物の微粉末は、その表面に有機物である熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂がコーティングされることにより、溶融した熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂との親和性が高くなる。そして、溶融した熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂の中に無機物の微粉末を均一に分散させることができる。 この際、熱硬化性樹脂の熱硬化が起こらないように温度条件及び熱可塑性樹脂の選定をする必要がある。
【００２０】
尚、この溶融混練工程（Ｓ３）においては、溶融した有機物である熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂は、無機物であるフライアッシュの微粉末と熱伝導率が異なるために常に温度差があり、溶融した有機物である熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂は、無機物であるフライアッシュの微粉末からの熱エネルギーの供給状態が継続されることになる。
【００２１】
＜射出成型及びプレス成型工程（Ｓ４）＞   
射出成型及びプレス成型工程（Ｓ４）は、溶融混練工程（Ｓ３）による溶融混合物の加熱及び混練状態を継続しつつ、温度を上昇させて熱硬化性樹脂が流動する温度により、平衡状態化させ、有機物である熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂に無機物の微粉末であるフライアッシュが均一に分散させる。そして、熱硬化性樹脂の働きにより流動性が良く、金型全体まで行き渡る。そして、加熱及び圧力を掛けて熱硬化性樹脂の硬化と共に無機物及び有機物が均一に分散し混合した絶縁性高分子含有材料組成物を生成する。
【００２２】
有機物に対して熱伝導率が高い無機物の微粉末を使用し、加熱時に両者間に温度差を生じ、熱エネルギーを授受させることにより浸漬熱を助長させた状態で混練圧や自己せん断熱を作用させることにより、省エネルギーと、有機物である熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂の濡れ性 、有機物である熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂に対する無機物の微粉末の付着性及び浸漬性を高め、高比率で無機物の微粉末を混合させると共に均一分散した状態とすることができる。
【００２３】
絶縁性高分子含有材料組成物は、溶融状態のまま、又は必要に応じて溶融した絶縁性高分子含有材料組成物中に混在する空気を脱気した後に、射出成型機から溶融温度を維持したまま、押出し成型機のホッパー部に供給し、以降に述べる碍子等の金型内に注入し、温度を熱硬化性樹脂の硬化する温度まで、溶融温度より１０℃若しくは２０℃前後昇温し、圧力を維持し２０秒若しくは３０秒にてプレス成型を行い碍子等の製品を成型する。熱硬化性樹脂がメラミン樹脂の場合には、金型の成形時の温度は、約１２０℃から１６０℃であり、硬化温度約１８０℃、圧力４から１２ＭＰａにより２０秒若しくは３０秒にて成型を行う。
これにより、有機物の中でも熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を含有し、更に無機物を含んだ絶縁性高分子含有材料組成物により構成した成型品を得ることが可能である。
【００２４】
この絶縁性高分子含有材料組成物による成型した成型物は、ＪＩＳ−Ｋ−７１１３によるプラスチックの引っ張り試験では、最大荷重約１３３９Ｎ、引っ張り強度約１３．３９Ｎ／ｍｍ２を実現している。またＪＩＳ−Ｋ−６９１１によるプラスチックの圧縮試験では、最大荷重約５５８０Ｎ、圧縮強度約３４．６Ｎ／ｍｍ２を実現している。またＪＩＳ−Ｋ−６９１１によるプラスチックの曲げ試験では、最大曲げ荷重約５２．５Ｎ、圧縮強度約３１．５Ｎ／ｍｍ２を実現している。このときの配合は、フライアッシュ６０ｗｔ％、ＰＥＴ２０ｗｔ％及びシリコン樹脂ｗｔ％である。
【００２５】
このように本発明の絶縁性高分子含有材料組成物により成型された成型物は、機械的強度を増している。また、本成型物は、有機物の中でも熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を含有し、更に無機物であるシリカを多く含むため、機械的強度だけでなく絶縁性に優れている。
【００２６】
（碍子）
図２から図４を参照し、本発明の縁性高分子含有材料組成物から形成された碍子について説明する。
図２に示す成型物は、懸垂碍子１０の一例であり、図２は懸垂碍子１０の正面を現している。懸垂碍子１０は、上端に割ピン部１１を装着したボールソケット１２を設け、下方に皿状になった碍子本体１３を備えている。碍子本体１３は、上述の製造方法により成型された縁性高分子含有材料組成物が使用されている。そのため、懸垂碍子１０の碍子本体１３は、磁器に比較して軽量であり、従来の樹脂製の碍子よりも機械的強度及び絶縁性に優れている。
【００２７】
図３に示す成型物は、長幹碍子２０の一例であり、図３は長幹碍子２０の正面を現している。長幹碍子２０は、上端と下端に支持金具２３、２４を装着し、その間を皿状になった複数の碍子本体２１を連結して構成している。碍子本体２１は、上述の製造方法により成型された縁性高分子含有材料組成物が使用されている。そのため、長幹碍子２０の碍子本体２１は、磁器に比較して軽量であり、従来の樹脂製の碍子よりも機械的強度及び絶縁性に優れている。
【００２８】
図４は、内燃機関に使用される点火プラグ３０であり、図４は点火プラグ３０の正面を現している。点火プラグ３０は、下端にある火花ギャップ３３において火花を発生させてて混合気に点火させる器具である。点火プラグ３０は、本体となる主体金具３４に電力を受ける中心導体であるターミナル３２が接続され、そのターミナル３２の下方に、絶縁体である碍子本体３１が設けられている。碍子本体３１は、上述の製造方法により成型された縁性高分子含有材料組成物が使用されている。以上のような構成により、点火プラグ３０は、磁器に比較して軽量であり、従来の樹脂製の碍子よりも機械的強度及び絶縁性に優れている。
【００２９】
尚、絶縁強度を上げるために、上述により成型した碍子本体１３、２１、３１に後から絶縁性の高いエポキシ樹脂やウレタン樹脂等をコーティングしても良い。
また、上述したプレス成型工程（Ｓ４）の際に、上述した金属のボールソケット１２、支持金具２３、２４及び主体金具３４等の金属をインサートして成型しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
碍子以外にも磁器に代替えとし、半導体磁器や高圧が印可される絶縁性材料として適用が可能である。また絶縁材料だけでなく機械的な強度を増すような成形材料にも使用が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１０…懸垂碍子、１１…割ピン部、１２…ボールソケット、
１３、２１、３１…碍子本体、２０…長幹碍子、２３、２４…支持金具、
３０…点火プラグ、３２…ターミナル、３３…火花ギャップ、３４…主体金具、
Ｓ１…常温混合工程、Ｓ２…加熱混練工程、Ｓ３…溶融混練工程、
Ｓ４…射出成型及びプレス成型工程。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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