(57)【要約】  複合体テープ（５６）をＨＴＣ粒子で含浸するために使用される、本発明の一つの実施態様においては、複合体テープの織物層（５１）にＨＴＣ粒子を浸透させ、織物層（５１）を通して複合体テープの中に含浸樹脂を含浸させる。織物層の中に浸透させられたＨＴＣ粒子の少なくとも５％が、含浸樹脂によって、織物層から外に運ばれ、織物層に結合されたマイカ層（５２）の中へと運ばれる。いくつかの実施態様においては、含浸樹脂自体がＨＴＣ粒子を含む。【選択図】図１
2009532242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合体テープの織物層にＨＴＣ粒子を浸透させることと、
前記織物層を通して前記複合体テープの中へ含浸樹脂を含浸させることと、
を含んでなる、複合体テープをＨＴＣ粒子で含浸する方法であって：
織物層の中へ浸透させられたＨＴＣ粒子の少なくとも１％が、含浸樹脂によって、織物層から外へ、そして、織物層に結合されたマイカ層の中へ、運ばれる、
複合体テープをＨＴＣ粒子で含浸する方法。
【請求項２】
織物層をマイカ層に結合させた後に織物層への浸透が実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
織物層が、マイカ層が結合された側とは反対の側に樹脂バックコーティングを有し、それによって、樹脂バックコーティングがＨＴＣ粒子を織物層の内部に維持する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ＨＴＣ粒子が、小さい粒子の群及びより大きい粒子の群の混合物からなっていて、小さい粒子の群は、長さが５〜１００ｎｍでアスペクト比が１〜１０の粒子を含み、複合体テープ中のＨＴＣ粒子全体積の少なくとも５％を占め、そして、より大きい粒子の群は、一般的に、その長さが１００ｎｍより大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
小さい粒子の群が、圧倒的に、球状及び平板状の形状を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
含浸樹脂がＨＴＣ粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
かなりの量のＨＴＣ粒子が織物層／マイカ層界面に集積し、これによって、密に充填されたＨＴＣ粒子の領域が界面に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ＨＴＣ粒子が、織物層の中に浸透させられるときに、乾燥している、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ＨＴＣ粒子が、織物層の中に浸透させられるときに、樹脂及び溶媒の内の少なくとも一つと混合される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ＨＴＣ粒子が、酸化物、窒化物及び炭化物の内の少なくとも一つを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ＨＴＣ粒子が、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＢｅＯ、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣ及びＳｉＯ2の少なくとも一つを、化学量論的組成及び非化学量論的組成の混合で含んでなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ＨＴＣ粒子の長さが１〜１，０００ｎｍであり、高熱伝導性充填剤が３〜１００の間のアスペクト比を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
複合体テープの織物層に、より小さな粒子及びより大きな粒子の混合物を含んでなるＨＴＣ粒子を乾燥充填させること；
織物層の露出された表面を樹脂層でシールすること；及び
複合体テープを含浸樹脂で含浸すること；
を含んでなる、複合体テープをＨＴＣ粒子で含浸する方法であって：
樹脂層が含浸樹脂に可溶性であり；
含浸樹脂が、織物層から織物層に接着されたマイカ層の中へと流動し；
織物層中のＨＴＣ粒子の少なくとも５％が、含浸樹脂によって、マイカ層の中へと運ばれ、より小さい粒子の方がより大きい粒子よりも遠くに運ばれやすく、そして、ＨＴＣ粒子の約１０体積％が、織物層／マイカ層の界面に留まって、それにより、より高いＨＴＣ粒子濃度を有する領域を形成する、
方法。
【請求項１４】
ＨＴＣ粒子が酸化物、窒化物及び炭化物の内の少なくとも一つである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ＨＴＣ粒子が表面官能化されている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
より小さい粒子が表面官能化されていて、他のより小さい粒子との相互作用が制限されている、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ＨＴＣ粒子が複合体テープの０．１〜６５体積％を占めている、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
ＨＴＣ粒子が複合体テープの１〜２５体積％を占めている、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
織物層が少なくとも１種のガラスである、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
マイカ層を少なくとも１層の織物層と結合させること；
織物層にＨＴＣ粒子を充填すること；
織物層の露出表面を樹脂層でシールすること；及び
複合体テープを含浸樹脂で含浸すること；
を含んでなる、複合体テープの中のマイカ層を含浸するための方法であって：
織物層中のＨＴＣ粒子の少なくとも５％が、含浸樹脂によって前記マイカ層の中に運ばれる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、絶縁テープに関し、更に詳しくは、ＨＴＣ材料の複合体テープへの充填に関する。
【０００２】
本出願は、スミス（Ｓｍｉｔｈ）らによって、２００５年４月１５日に出願された、米国特許出願第１１／１０６，８４６号「高熱伝導性材料を有する絶縁紙（Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ  Ｐａｐｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｈｉｇｈ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」の一部継続出願である（この出願を参考として本明細書に組み入れる）。
【背景技術】
【０００３】
どのような形態の電気製品であれ、その使用には、導体を電気的に絶縁することが必要である。絶え間なく小型化が求められ、全ての電気及び電子システムの簡素化が要望されているので、それに対応する、より良好でコンパクトな絶縁材と絶縁系が必要とされている。
【０００４】
良好な電気絶縁材は、それらの本来的な性質から、良好な断熱材ともなる傾向があるが、これは望ましいことではない。断熱挙動は、特に空冷式の電気装置及び構成部品の場合には、その構成部品、更には、その装置全体の効率及び耐久性を低下させる。最大の電気絶縁性と最小の断熱特性とを有する電気絶縁系を製造することができれば望ましい。
【０００５】
電気絶縁技術に影響する因子は多いが、絶縁体のその他の望ましい物理的特性を低下させることなく、熱伝導性能を上げることができれば、この分野で得られるメリットは一段と大きい。必要とされているのは、従来からの材料よりも高い熱伝導性を有するが、電気絶縁性及び構造的な完成度を始めとするその他の性能因子を損なうことがない、改良された電気絶縁材料である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電気絶縁材料はテープの形態で見られることが多いが、それら自体、種々の層を有している。これらのタイプのテープに共通しているのは、繊維層との界面に接着された紙層であり、これら２つの層は、樹脂で含浸されていることが多い。紙層は、高度に電気絶縁性である材料、例えばマイカ、から構成されているであろう。マイカテープにおける改良としては、米国特許第６，１０３，８８２号明細書に教示されているような触媒化マイカテープが挙げられる。テープにおける使用と無関係であっても関連していても、紙の熱伝導性を改良することができれば、電気系に顕著な改良がもたらされるであろう。従来技術に伴うその他の問題点も存在するが、それらについては本明細書を更に読めば明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述したことを念頭において、本発明の方法及び装置は、絶縁紙のホストマトリックスの上及び／又は中に高熱伝導性（ＨＴＣ）材料を混合することによって、なかんずく、絶縁紙の熱伝導性を増大する。本発明のＨＴＣ材料は、ナノ充填剤又は表面コーティングのような、種々のタイプのものであることが可能であって、ナノ充填剤及び表面コーティングの両方とも、それぞれが、種々の下部群を含む。ＨＴＣ材料は、紙が粗原料若しくは基質段階の状態にある段階、紙が形成されつつある段階、又は紙が形成された後の段階等の、種々の段階で、紙に添加することが可能である。マイカは、高い電気抵抗性を有するので、特別なタイプの絶縁紙基材である。
【０００８】
絶縁紙は、単独で又は他の材料と組み合わせて、絶縁テープを形成することができる。その他の材料は、典型的には、ガラス等の繊維質バッキングや樹脂含浸剤を含む。また、その他の材料をＨＴＣ材料と混合して、複合ＨＴＣ材料テープ製品を製造することも可能である。
【０００９】
本発明によるこれら及びその他の目的、特徴及び利点は、複合体テープの織物層にＨＴＣ粒子を浸透させ、織物層を通して複合体テープの中へ含浸樹脂を含浸させることにより、複合体テープをＨＴＣ粒子で含浸する具体的な実施態様により、与えられる。好適には、テープを電気物体に巻き付けた後に、織物層の中に浸透させられた、少なくとも１％のＨＴＣ粒子、より具体的には少なくとも５％の粒子が、織物層から、別の結合樹脂により織物層に接着されたマイカ層の中へ、テープ構造全体に含浸されている含浸樹脂によって、運ばれる。いくつかの実施態様においては、含浸樹脂自体にＨＴＣ粒子が含まれる。
【００１０】
具体的な実施態様においては、織物層への浸透は、織物層をマイカ層に結合させた後に実施されるが、織物層は、マイカ層が結合されている側とは反対の側に樹脂バックコーティングを有していて、それにより、樹脂バックコーティングがＨＴＣ粒子を織物層の内部に維持する。
【００１１】
また別な関連の実施態様においては、ＨＴＣ粒子が、小さい粒子の群及びより大きい粒子の群の混合物からなっていて、小さい粒子の群が、長さ５〜１００ｎｍ、アスペクト比１〜１０の粒子を含み、複合体テープのＨＴＣ粒子全体積の少なくとも５％を占め、より大きい粒子の群は、一般的に、長さが１００ｎｍより大きい。小さい粒子の群は、圧倒的に、球状及び平板状の形状を有している。
【００１２】
更に別な関連の実施態様においては、ＨＴＣ粒子の約１０体積％が、織物層／マイカ層の界面に集積し、それによって、界面に、密に充填されたＨＴＣ粒子の領域が創り出される。ＨＴＣ粒子は、織物層の中に浸透させられるときに乾燥しているか、又は、ＨＴＣ粒子は、織物層の中に浸透させられたときに、樹脂と混合される。ＨＴＣ粒子は、酸化物、窒化物及び炭化物の内の少なくとも一つ、より具体的には、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＢｅＯ、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣ又はＳｉＯ2を、化学量論的組成及び非化学量論的組成の混合で含み、長さが１〜１，０００ｎｍであり、高熱伝導性充填剤は３〜１００の間のアスペクト比を有している。
【００１３】
複合体テープをＨＴＣ粒子で含浸するために使用される本発明のまた別な実施態様においては、複合体テープの織物層にＨＴＣ粒子を乾燥充填するが、ＨＴＣ粒子には、小さな粒子と大きな粒子の混合物が含まれる。次いで、織物層の露出表面を樹脂層でシールし、複合体テープを含浸樹脂で含浸する。樹脂層は、含浸樹脂に可溶性であり、含浸樹脂は、織物層から、織物層に結合されたマイカ層の中へ、流動する。織物層中のＨＴＣ粒子の少なくとも５％が、含浸樹脂によってマイカ層の中へと運ばれるが、ここで、より小さい粒子は、より大きい粒子より、遠くへ運ばれる傾向があり、ＨＴＣ粒子の幾分かは、織物層／マイカ層の界面に留まって、それにより、ＨＴＣ粒子の濃度がより高い領域を形成する。ＨＴＣ粒子は、酸化物、窒化物及び炭化物の内の少なくとも一つである。
【００１４】
いくつかの実施態様においては、ＨＴＣ粒子が表面官能化されていて、例えば、より小さな粒子が表面官能化されて、他のより小さな粒子との間の相互作用が制限される。ＨＴＣ粒子は、複合体テープの０．１〜６５体積％、より具体的には１〜２５体積％、を占めている。テープ中のＨＴＣ粒子数は、浸透（ｐｅｒｃｏｌａｔｉｏｎ）構造がテープを形成し、横切るために十分なものとするべきであって、細孔が制限されているマイカの中より、織物中で大きくなるであろう。浸透構造は、連続的であってもよいが、テープ全体で異なった形態であってもよい。織物中での濃度は、充填樹脂での濃度に匹敵し、アスペクト比に関連する。その濃度は、マイカの中では、パーコレーションを起こさせるように存在する数が、細孔構造によって制限されるので、少なくなるであろう。マイカ紙中の細孔内部容積は、種々の多孔度の紙について、全体積の約５〜１５％の間であり、従って、マイカ層そのものにおける体積濃度の範囲は、（０．１〜６５％以上の係数をかけて）０．０１％〜１０％とすることができる。ＨＴＣ粒子のマイカ成分は、細孔構造に接近できる程度に十分に小さな寸法のものであって、５００ｎｍ未満であり、より好適な寸法は１００ｎｍ未満である。
【００１５】
複合体テープをＨＴＣ粒子で含浸させるために使用する、本発明の更に別な実施態様においては、マイカ層を少なくとも１層の織物層に結合させ、織物層にＨＴＣ粒子を充填する。次いで、織物層の露出表面を樹脂層でシールし、複合体テープを含浸樹脂で含浸する。織物層中のＨＴＣ粒子の少なくとも５％は、含浸樹脂によってマイカ層の中に運ばれる。
【００１６】
本発明のその他の実施態様も存在するが、それらは、詳細な説明を更に読めば明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
添付の図面を参照して、例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。
【００１８】
本発明は、電気絶縁テープにおいて使用されるタイプのような紙絶縁体において使用される基材の内部及び上部に高熱伝導性（ＨＴＣ）材料を組み込む方法を提供する。絶縁テープは、マイカのようなホストマトリックスを含んでなることが多く、ホストマトリックスを成形して紙とし、次いで多くの場合、樹脂若しくは促進剤又はその両方で含浸する。含浸の前又は後に、テープにおいて使用される紙を、ガラス又はポリマーフィルムのような、高い引張強度のバッキング材に付着させる。絶縁テープのホストマトリックスは、極めて良好な電気絶縁体として機能する。しかし、同時に、熱をも遮断し、これは望ましくない副次的作用である。
【００１９】
従って、基材の熱伝導性を向上させることが望まれる。本明細書で使用するとき、「基材」という用語は、それから絶縁紙が形成されるホスト材料を指しており、それに対して、「マトリックス」という用語は、基材から製造された、より完全な紙要素を指している。本発明を説明する際に、これら二つの用語が、いくぶん互換的に使用されることもある。熱伝導性の向上は、誘電正接等の電気的性質や引張強度、凝集性等の基材の物理的特性を顕著に損なうことなく、達成されなければならない。物理的特性は、表面コーティングを有するいくつかの実施態様においては、その改良さえ可能である。更に、いくつかの実施態様においては、ＨＴＣ材料の添加によって、ホストマトリックスの電気抵抗性が向上することもあり得る。
【００２０】
ＨＴＣ材料は、絶縁紙製造における種々の段階の一つ又は複数において、基材又はマトリックスに添加することができる。絶縁紙の製造においては、異なった複数の段階が存在する。本発明の目的においては、それらを三つの段階に分離することができる。即ち、原料段階、スラリー段階、そして紙製品段階である。例えば、マイカ紙は、マイカから始まって、それを転化させてフレーク、次いでマイカフレークレットとし、次いで、これを液体と組み合わせてスラリーとし、次いで、これを機械に通してマイカ紙を製造する。
【００２１】
電気絶縁のために典型的に使用されている標準的なマイカ（白雲母、金雲母）に加えて、黒雲母、更には、カオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、クロライト等の、いくつかのその他のマイカ様アルミノシリケート物質もある。モンモリロナイトは、その構造の中に格子を有していて、その格子が、金属カチオン、有機化合物並びにモノマー及びポリマー等の、ＨＴＣ材料で容易に含浸されて、高い絶縁耐力の複合体を得ることができる。
【００２２】
ＨＴＣ材料の添加は、製造工程のいずれか又は全部において実施することができる。言うまでもないことであるが、それらの工程のそれぞれには、ＨＴＣ材料を添加することが可能な多様な副工程が含まれている。種々の工程においてＨＴＣ材料を適用するプロセスは、それら種々の工程におけるホストマトリックスの物理的特性の違いに適合しなければならない。例えば、ＨＴＣ材料をばらばらのマイカフレーク又はマイカフレークレットに添加することと、スラリー又は紙製品の中のマイカにその材料を添加することとの間には違いがある。ＨＴＣ材料は、更に、バッキング布等の仕上がり絶縁テープの他の構成部品部分又は層間結合樹脂の中に存在させてもよい。
【００２３】
絶縁紙を製造するプロセスでは、熱的、化学的及び機械的処理を個々に適用するか又はこれらの処理の組合せを適用するかにより、パルプを製造し、次いでシートに変形させて紙を作る。ＨＴＣ材料は、乾燥した形態か又は液体その他の媒体中の形態かのいずれかである原料段階で、添加することができる。ＨＴＣ材料を、乾燥したマイカフレークレットのような基材に添加し、混合して、例えば、基材の中に均質な分布を形成させる。加熱のような手段を使用して、ＨＴＣ材料を基材へ移送するための液状媒体を除去してもよい。
【００２４】
ＨＴＣ材料は、スラリー段階でマトリックスの中に組み込まれるが、液状キャリヤーの中に集塊（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｄ）するか又は集塊していない形態で、懸濁液にそれらを添加する。この段階におけるＨＴＣ材料の凝集は一般的には好ましくないが、ある場合には、凝集物の構造の性質に合わせて使用してもよい。界面活性剤、化学的な表面調製又はｐＨ調整を使用して、粒子が凝集しないように、或いはそれらが特定のやり方で凝集するようにしてもよい。ＨＴＣが、ある程度自己整列性であったり、外部の力で整列できたりする場合には、混合で完全に分散させる必要がないこともあり得る。
【００２５】
スラリー段階においては、充填剤は、粉体として、又は液相中の懸濁液として添加される。液体は、当技術分野で使用される種々のものであってよいが、典型的には水である。水そのものは、脱イオンしても脱塩してもよいし、或いはそのｐＨ値を調節するための添加剤を含んでいてもよい。
【００２６】
紙製品の中にＨＴＣ材料を添加するために、充填剤を適切な溶媒の中に懸濁液として組み入れてもよい。溶媒の例としては、ヘキサン、トルエン、メチルエチルケトン等の典型的な有機溶媒が挙げられる。同様にして、ＨＴＣ材料を、凝集されていない懸濁液として液体の中に均一に分布させることが望ましい。粒子の粒径分布を選択して、ホストマトリックス中におけるボイドのサイズ分布に関する所望の目的を達成させてもよい。ＨＴＣ材料のサイズ及び形状の分布を用いて、熱伝導性及びその他の物理的特性に影響を与えてもよく、また、そのような構成成分の異なる最密充填挙動又はそれらの異なる凝集挙動若しくは自己集合挙動を利用して、これらを達成することもできる。
【００２７】
スラリー又は紙製品の段階においては、溶媒には更に、後ほど含浸される樹脂の反応を加速するために使用可能な、ナフテン酸亜鉛、その他の金属塩又は有機金属化合物等の、１種又は複数の促進剤が含まれていてもよい。ＨＴＣ材料を、一般的な溶媒中の促進剤と共に又は促進剤と共に添加することもできる。
【００２８】
本発明においては、マイカ、ポリエステル等のホストマトリックス又は基材の中にＨＴＣ材料を挿入する。その他の基材構成部品としては、ガラスフレーク及びカプトン（Ｋａｐｔｏｎ）（商標）（このものはポリイミドである）、又はマイラー（Ｍｙｌａｒ）（商標）（このものはポリエステル例えばポリエチレンテレフタレートである）が挙げられる。ＨＴＣ材料は、外側及び内側表面のいずれか又は全部に適用することができる。フレークが、第一の工程における通常の基材ではあるが、いくつかのタイプの基材物質として、多層化されていても連続であってもよい複合体紙を形成することが可能な、種々の物理的組成、更には物理的組成の組合せを使用してもよい。
【００２９】
「ＨＴＣ材料」という用語は、ホストマトリックスの熱伝導性を上昇させる粒子を指している。一つの実施態様においては、それらは、約１〜１，０００ｎｍの寸法を有するナノ充填剤である。これらは球状であっても平板状であってもよく、或いはウィスカー、棒状又はナノチューブのように高いアスペクト比を有していてもよく、及びそれらに関連する集合形態、例えば、凝集体、フィブリル構造のデンドライト、ロープ状、束状、網状及びその他の形態であってもよい。それに加えて、ＨＴＣ材料は、更に、ダイヤモンド様被覆物（ＤＬＣ）のような被覆物、及び種々の金属酸化物、窒化物、炭化物、並びにホストマトリックスに適用することが可能な、化学量論的又は非化学量論的組成の混合を指す。後に説明するが、ＨＴＣ材料を組み合わせることも可能であって、例えば、ナノ、メソ又はマイクロ球状物と棒状物との組合せ、又はナノ、メソ、又はマイクロ粒子の上のＤＬＣ又は金属酸化物被覆物とすることも可能である。ダイヤモンド様被覆物と区別される、種々の形態のダイヤモンドナノ充填剤が存在してもよいということを指摘するのもまた重要である。多くの紙絶縁体が全て結局は樹脂で含浸されるので、含浸後にＨＴＣ材料がマトリックスの熱伝導性を向上させることが、それらの実施態様の目的である。含浸後には、粒子が、ホストマトリックス粒子の表面上の若しくは含浸樹脂との又はこれらの組合せの、熱伝導性ネットワークの形成によって、熱伝導性の上昇を起こす可能性がある。含浸樹脂は、また、それ自体のＨＴＣ材料をも有していて、それが、絶縁紙に付加されたＨＴＣ材料と共に、又は独立して、機能してもよい。
【００３０】
従って、ＨＴＣ材料には、更に、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛及びダイヤモンドのような、ナノ、メソ及びマイクロ無機ＨＴＣ−材料、更には高い熱伝導性を与えるその他のものが含まれる。これらの材料は、種々の結晶学的及び形態学的な形状を有していてもよく、また、直接的に又はキャリヤー液体として作用する溶媒を介して、ホストマトリックスと共に加工することができる。ＨＴＣ材料が、例えば紙製品のような段階でマトリックスに添加される場合には、溶媒が好ましい送達系となりうる。
【００３１】
ＨＴＣ材料は、一つの実施態様においてはデンドリマーであり、また別な実施態様においては、３〜１００又はそれ以上、より好ましくは１０〜５０の範囲、のアスペクト比（平均横寸法と平均縦寸法との比率）を有する、高アスペクト比の粒子を始めとする、所定のサイズと形状とを有するナノ又はマイクロ無機充填剤である。
【００３２】
一つの実施態様においては、所望の形状及び粒径分布、並びに選択された表面特性及びバルクフィラー特性を有する、ナノ、メソ及びマイクロ無機充填剤の表面被覆物は、相互に補完的である。このことが、ホストマトリックスのより良好な浸透を可能とし、必要なバルク特性を維持しながら、独立した相互関連性が独立して制御される。
【００３３】
形状に関しては、本発明では、ホストマトリックスの中への浸透を促進させるために、自然に棒状物及び平板状物となる傾向を有する形状を使用するが、棒状物が最も好ましい実施態様であり、それには、天然に産出されるものに加えて合成的に製造された物質も含まれる。棒状物とは、平均アスペクト比が約５以上、好ましい実施態様では１０以上、より好ましい実施態様では１００以下、の粒子と定義される。一つの実施態様においては、その棒状物の軸の長さは、およそ１０ｎｍ〜１００ミクロンの範囲である。溶媒を使用して仕上げられたホストマトリックスに添加する場合には、より小さな棒状物の方がホストマトリックスにより良好に浸透するであろう。
【００３４】
多くのマイクロ粒子は、球状、楕円体状及び円盤状の形状を形成するが、それらのものは、ある種の条件下では均等に分布する能力が低く、そのために凝集されたフィラメント状構造を取りやすく、そのことが、浸透が起きる濃度を低下させる。浸透を向上させることによって、基材の熱的性質を向上させたり、或いはそれとは別に、基材に添加すべきＨＴＣ材料の量を減少させたりすることができる。更に、浸透を促進させることによって、避けるべき集塊が起きるのではなく、むしろ、基材の内部におけるＨＴＣ材料のより均一な分布が得られることとなり、それによって、望ましくない界面、不完全な粒子の濡れ及びマイクロボイドの形成等を有する可能性がより低い、より均質の製品が得られる。同様にして、凝集されたフィラメント状又はデンドリマー状構造は、より高いアスペクト比粒子から形成された球状の（密度の高い）凝集物又は集塊物よりも、むしろ、高い熱伝導性を与える。
【００３５】
一つの実施態様においては、デンドリマーは、分離した有機−デンドリマー複合体を含んでなるが、そこでは、有機−無機界面は、デンドリマーコア−シェル構造とは分離していない。デンドリマーは、中心のコアの上に形成された、一種の三次元、ナノスケールのコア−シェル構造である。コアは、有機材料のものでも無機材料のものでもよい。中心のコアの上に形成させることによって、同心的なシェルを順次加えていくことにより、デンドリマーが形成される。シェルは、分岐された分子群からなり、それぞれの分岐されたシェルが世代と呼ばれる。典型的には、使用される世代の数は１〜１０であり、より外側のシェル中の分子群の数は、世代が進むにつれて、指数的に増加する。分子群の組成は精密に合成することが可能であって、外側の群は、反応性官能基であってよい。デンドリマーは、ホストマトリックスとも、更には相互の間でも、結合することができる。従って、それらはＨＴＣ材料としてホストに添加してもよい。
【００３６】
一般的には、デンドリマーが大きい程、フォノン輸送要素として機能する能力も高くなる。しかしながら、それが材料に浸透する能力及びその潜在浸透能力は、そのサイズが大きくなると低下する可能性があり、そのため、構造と要求される性能とのバランスを得るための最適なサイズが探索される。他のＨＴＣ材料と同様に、デンドリマーには溶媒を添加して、マイカやガラステープ等の基材へのそれらの浸透を助けることができる。多くの実施態様においては、デンドリマーは、種々の異なった分子群を有する種々の世代を有するものが使用されるであろう。
【００３７】
市販されている有機デンドリマーポリマーとしては、ポリアミド−アミンデンドリマー（ＰＡＭＡＭ）、ポリプロピレン−イミンデンドリマー（ＰＰＩ）、ＰＡＭＡＭの内部構造と有機−ケイ素の外部構造とを有するデンドリマーであるＰＡＭＡＭ−ＯＳ等が挙げられる。前の二つは、アルドリッチ  ケミカル（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ）（商標）から、最後の一つはダウ−コーニング（Ｄｏｗ−Ｃｏｒｎｉｎｇ）（商標）から入手可能である。
【００３８】
同様の要求が、相互に又は基材と反応させることが可能な無機−有機デンドリマーについても存在する。この場合、デンドリマーの表面には、先に特定されたものと同様の反応性基を含み、これらは、デンドリマー−デンドリマー、デンドリマー−有機、デンドリマー−ハイブリッド、及びデンドリマー−ＨＴＣマトリックスの反応のいずれかを起こさせることが可能となるであろう。このケースにおいては、デンドリマーは、無機コアと有機シェルとを有するか、又はその逆であって、関心のある有機若しくは無機反応性基又は配位子のいずれかを含む。従って、無機シェルを有する有機コアを有していることもまた可能であって、更に、一般的なゾル−ゲル化学反応に含まれるものと類似の無機反応に関与することが可能な、ヒドロキシル、シラノール、ビニル−シラン、エポキシ−シラン及びその他の基等の反応性基が含まれる。
【００３９】
分子群は、分子群相互間又は基材との反応性によって選択することができる。しかしながら、他の実施態様において、デンドリマーのコア構造は、熱伝導性を向上させる能力によって選択されるが、その例としては、以下において説明する金属酸化物が挙げられる。
【００４０】
また別な実施態様においては、本発明は、有機−無機複合体に基づく新規な電気絶縁材料を提供する。熱伝導性は、誘電性（誘電率及び誘電損失）等の他の絶縁特性、導電性、絶縁耐力及び電圧耐久性、熱安定性、引張モジュラス、曲げモジュラス、衝撃強度並びに熱耐久性、更にはその他の因子、例えば、粘弾性及び熱膨張率、並びに総括絶縁性に悪影響を与えることなく、最適化される。有機相及び無機相は、特性と性能との適切なバランスが達成されるように、構築され、選択される。
【００４１】
マイクロ及びナノＨＴＣ粒子は、自己凝集して、棒状物及び平板状物といった所望の形状になれるような能力を基準にして選択すればよい。粒子は、本来的な自己集合能力から選択すればよいが、そのプロセスは、電場、磁場、音波、超音波、ｐＨ調整、界面活性剤の使用及びその他の方法等の外力によって増強して、粒子の電荷分布を始めとする、粒子表面電荷状態に変化を与えてもよい。一つの具体的な実施態様においては、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、ダイヤモンド等の、表面被覆物の例示となる粒子を自己集合させて所望の形状とする。この方法においては、所望の棒状の形状物は、最初に高熱伝導性材料から作るか、又はホストマトリックスの中への組み込みの際に集合させることができる。
【００４２】
多くの実施態様においては、同一の用途においても、ＨＴＣ−材料のサイズと形状とが変えられる。同一の製品の中で、広範なサイズと形状とが使用される。各種の長短可変なアスペクト比のＨＴＣ−材料を使用することにより、ホストマトリックスの熱伝導性を向上させるとともに、物理的特性及び性能が向上される可能性がある。しかしながら、観察されるべき一つの側面は、設計上そのようにしたのでなければ、粒子の長さが、基材／絶縁体の層の間で橋かけが起きるほど長くてはならないということである。更に、種々の形状と長さとは、より均質な体積充填と充填密度とを与え、その結果、より均質なマトリックスが生じるので、ＨＴＣ−材料の浸透安定性が改良されるであろう。サイズ及び形状を混合させた場合、一つの実施態様においては、より長い粒子がより棒状の形状であるのに対して、より小さな粒子は、より球状、平板状、又は円板状、更には直方体状である。例えば、ＨＴＣ材料を含むマトリックスは、体積で、低くて約０．１％から高くて６５％、より好ましくは約１から始めて２５体積％までの範囲、のＨＴＣ材料を含むことができる。
【００４３】
関連する実施態様においては、ＨＴＣ材料が決められたサイズ及び形状の分布を有していてもよい。いずれの場合においても、高い熱伝導性を有する構造的に安定な分離した二相複合体を達成するための体積充填の有無に拘らず、高熱伝導性を与えるバルク結合（ｂｕｌｋ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ）（即ち、いわゆる浸透）構造が達成されるように、充填剤粒子の濃度及び相対濃度を選択する。また、別な関連する実施態様においては、ＨＴＣ材料を配向させることによって熱伝導性が向上する。更にまた別な実施態様においては、ＨＴＣ材料を表面被覆することによって、フォノンの輸送が促進される。これらの実施態様は、他の実施態様から独立して実施してもよいし、或いは関連づけられてもよい。例えば、デンドリマーを、熱硬化性、熱可塑性材料等の他のタイプの高度構造化材料と組み合わせる。これらは、ホストマトリックス全体に均一に分散され、ＨＴＣ材料がフォノンの散乱を抑制し、フォノンのためのマイクロスケールの橋かけを与えて、ＨＴＣ材料の間での良好な熱伝導性界面が形成されるようにする。高度構造化材料が整列され、それによって、熱伝導性が単一方向に増加し、局部的に又は全体として異方性の電気絶縁材料が得られる。また別な実施態様においては、ＨＴＣは、高熱伝導性を有する金属酸化物、炭化物又は窒化物及び混合系で、熱伝導性が低い充填剤を表面被覆することによって達成されるが、これらの高熱伝導性物質は、所定の内部特性を有する充填剤に物理的又は化学的に付着させられ、そのような付着は、化学的蒸着及び物理的蒸着のようなプロセスによるか、更にはプラズマ処理によって達成される。
【００４４】
表面官能基の添加には、ホストマトリックスとの化学反応に利用できる、ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシド、シラン又はビニルの各基を使用することができる。これらの官能基は、無機充填剤の表面の上に元々存在していてもよいし、或いは、湿式化学法、プラズマ重合法を始めとする非平衡プラズマ蒸着法、化学的蒸着法及び物理的蒸着法、スパッターイオンプレーティング法、並びに電子及びイオンビーム蒸発法を用いて適用してもよい。
【００４５】
選択された粒径及び形状分布と組み合わせたときに、粒子誘電率を系の誘電率を制御するように選択しながら、絶縁系全体の熱伝導性及び導電性を制御した所定の浸透構造を与える、金属−酸化物、−窒化物、−炭化物及び混合系のような、有機表面被覆物及び無機表面被覆物を生成させることができる。
【００４６】
反応性表面官能基は、無機被覆物に元々備わっている表面基から形成させてもよいし、或いは更なる有機被覆物を塗布することによって得てもよい。被覆物のいずれも、ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシド、シラン、ビニル及びその他の基を含んでいてよく、それらはホストマトリックスとの化学反応に用いることができる。これらの単一又は多様な表面被覆物及び表面官能基は、湿式化学法、プラズマ重合を始めとする非平衡プラズマ法、化学的蒸着法及び物理的蒸着法、スパッターイオンプレーティング法、並びに電子及びイオンビーム蒸発法を用いて付加することができる。
【００４７】
ダイヤモンド様炭素被覆物（ＤＬＣ）は、高硬度、低摩擦及び化学的不活性を示し、電気絶縁のための高い電気抵抗率（約１０13Ｏｈｍ・ｃｍ）と高熱伝導性（＞１，０００Ｗ／ｍＫ）とを合わせもつことができる。ＤＬＣを製造するには、プラズマアシスト化学的蒸着法（ＰＡＣＶＤ）、物理的蒸着法（ＰＶＤ）、イオンビーム蒸着法（ＩＢＤ）等の、いくつかの方法がある。一般的には、ＤＬＣは、厚みが１ミクロン未満であって、非晶質の炭素及び炭化水素からなっていて、そのため混合ｓｐ2及びｓｐ3結合を有している。その結合比は、プロセスパラメーター、例えばガス比及びＤＣ電圧、を変化させることによって変えることが可能であり、それによって特性を変化させることができる。結合比は、例えば、ラマン分光光度法を使用して直接測定することができる。
【００４８】
比較的大きな領域を、極めて速やかに被覆することができる。例えば、ＰＩＣＶＤ低圧非平衡プロセスを使用すれば、数分の間に、ガラス布表面の面積約１平方フィートに２０〜１００ｎｍの被覆物を適用することができる。被覆物パラメーターを制御又は最適化して、例えば被覆物の際の応力を、低下させるためには、無垢の基材又は他の被覆物を有する基材にＤＬＣを適用することができる。ＤＬＣは連続であってもよいし、或いは被覆面に空隙があってもよい。例えば、含浸樹脂をより良好に結合させるためには、空隙がある方が有利である。
【００４９】
熱伝導性においては、その構造要素の長さを、熱輸送を担っているフォノンの分布よりも短いか又は同程度になるようにすることによって、フォノン輸送が促進され、フォノン散乱が抑制される。ＨＴＣ粒子状物質が大きい程、それら自体の本質として、フォノン輸送を実際に増大させることができるものの、ＨＴＣ材料が小さい程、ホストマトリックスの性質を変更させて、それにより、フォノン散乱の変化に影響を与えることができる。このことは、ナノ粒子を使用することによって更に促進させることができる。ナノ粒子のマトリックスは、高熱伝導性を示すこと、及び、その粒径がこの効果を維持するに十分であって、更には、フォノン散乱を抑制させるのに必要とされる長さ要件を満たしていることが知られている。長短両範囲の周期を有する反応デンドリマー格子及びマトリックスから生成させることが可能な梯子構造又は秩序のあるネットワーク構造を始めとする、より高い秩序を有する構造を選択することも考えておく必要がある。
【００５０】
ナノ、メソ、マイクロ、及びそれよりも大きい寸法の粒子にＤＬＣを適用することによって、高熱伝導性粒子のサイズ及び形状を設計することが可能となるので、天然由来若しくは創り出された浸透効果から、有益性を得ることが可能である。一つの例においては、ＤＬＣを適用して、ガラス繊維又は多くの繊維の表面を準連続的に被覆する。被覆により所望の特性が向上されるように、被覆をする前の繊維の表面を選択する。次いで、その繊維を機械的又はその他の手段によって破断し、所望の寸法分布を有する、ＤＬＣで被覆された短い棒状物とする。また、別な例においては、ＤＬＣ被覆を、表面対厚み比が大きいフレーク形状の粒子に適用するが、そのような粒子の例は、マイカフレークレット及びＢＮ粒子である。
【００５１】
多結晶及び単結晶ナノ粒子の形態においては、それらの粒子は、担体粒子、例えばシリカ、の表面と会合していてもよい。シリカそのものは、熱伝導性の強い材料ではないが、表面被覆を加えることによって、より高度に熱伝導性となりうる。しかしながら、シリカ及び他のそのような材料は、先にも述べたように、棒形状の粒子に容易に成形できるという有利な性質を有している。このような方法で、種々のＨＴＣの特性を一つの製品の中に組み込むことができる。これらの被覆は更に、後者の樹脂含浸及び絶縁テープのガラス成分に適用してもよい。
【００５２】
更に、流体の流れの場、電場及び磁場をＨＴＣ材料に印加して、それらを分散させることもできる。交流電場又は静電場を使用することによって、棒及び平板形状の物を、マイクロスケールで整列させることができる。このことによって、異なる方向には異なる熱的性質を有する材料が創り出される。電場を作ることは、絶縁された電気導体を横切って電極を取り付ける方法、材料又は絶縁系の中心に導体を使用する方法等の、当技術分野で公知の種々の方法によって達成できる。
【００５３】
また別な実施態様においては、本発明は、有機−無機複合体に基づく新規な電気絶縁系を提供する。種々の無機及び有機構成成分の間の界面を化学的及び物理的に親密にして、異種の相の間に高度に物理的な連続性を確保し、機械的に強く、高電圧及び低電圧用途のいずれで使用したときでも、電気絶縁系の作動中に故障を起こしにくい界面を得る。そのような材料は、界面の一体性を高めることが、電力定格の上昇、絶縁系の電圧応力の上昇、絶縁厚みの低下といった利点を与え、高い熱伝達を達成する、高電圧及び低電圧の電気絶縁状況における用途を有している。
【００５４】
具体的な実施態様においては、ナノ、メソ、及びマイクロ無機充填剤への種々の表面処理を使用して、無機表面にマトリックスに対する親和性を与えることができる種々の表面官能基を導入したり、ホストマトリックスとの間で化学反応を起こさせたりする。表面官能基としては、ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシド、シラン又はビニルの各基が挙げられ、これらはホストの有機マトリックスとの化学反応に利用できる。これらの官能基は、湿式化学法、非平衡プラズマ法、化学的蒸着法及び物理的蒸着法、スパッターイオンプレーティング法並びに電子及びイオンビーム蒸発法を使用して適用すればよい。
【００５５】
一つの実施態様においては、本発明は、マイカのようなホストマトリックスと、そのホストマトリックス中に含浸されたＨＴＣ材料とを含んでなるＨＴＣ紙を提供する。ＨＴＣ材料は、ナノ充填剤、ホストマトリックス上に直接的に施されたダイヤモンド様被覆物、及びナノ充填剤上に施されたダイヤモンド様被覆物のうち、少なくとも一つからなる。
【００５６】
一つの具体的な実施態様においては、ＨＴＣ材料はＨＴＣ紙の０．１〜６５体積％を占め、更なる一つの具体的な実施態様においては、ＨＴＣ材料はＨＴＣ紙の１〜２５体積％を占める。ＨＴＣ紙の抵抗率は、約１０12〜１０16Ｏｈｍ・ｃｍであり、樹脂含浸後のその紙の熱伝導性は、０．５Ｗ／ｍＫより大きい。
【００５７】
他の具体的な実施態様においては、ナノ充填剤は５より大きいアスペクト比を有し、デンドリマーを含んでいてもよい。ナノ充填剤をＨＴＣ電気絶縁テープの中に組み込んでもよいし、また、テープの他の構成成分がＨＴＣ材料を含んでいてもよい。
【００５８】
また別な実施態様においては、本発明は、含浸されたＨＴＣ材料を有するマイカ紙層、ガラス繊維バッキング層、及びマイカ紙層とガラス繊維バッキング層との間の界面を含んでなる電気絶縁テープを提供する。樹脂は、マイカ紙層及びガラス繊維バッキング層を通して含浸させる。ＨＴＣ材料は、ナノ充填剤、ホストマトリックス上に直接的に施されたダイヤモンド様被覆物、及びナノ充填剤上に施されたダイヤモンド様被覆物のうち、少なくとも一つからなり、マイカ紙の１〜２５体積％を占める。
【００５９】
更にまた別な実施態様においては、本発明は、基材を得る工程、及びその基材の上にＨＴＣ材料を添加する工程を含んでなる、ＨＴＣ紙を製造するための方法であって、ＨＴＣ材料が、ナノ充填剤を含む溶媒を基材の上に導入し、次いで溶媒を蒸発させる方法、及び、ナノ充填剤を乾燥粉体（ここで、乾燥粉体はポリマーを含む）として基材に添加し、次いで乾燥粉体を基材の上で溶融させる方法のうち、少なくとも一つの方法によって、基材の中に挿入されたナノ充填剤を含んでいる方法が提供される。次いで、基材から紙製品を製造する。ナノ充填剤は、例えばＤＬＣによって、表面被覆されていてもよく、また、ＨＴＣ紙を、ＨＴＣ電気絶縁テープの中に組み入れてもよい。
【００６０】
また別な実施態様においては、マイカ等の基材を得る工程、及び、その基材にＨＴＣ材料を添加する工程を含んでなる、ＨＴＣ紙を製造するための方法を含む。次いで、基材を、析出法によって基材の上に分散された、ＤＬＣのような表面被覆物を含んでなる紙製品とする。
【００６１】
また別な実施態様では、基材を得る工程、及び、その基材を製紙用スラリーに添加する工程を含んでなるＨＴＣ紙を製造するための方法が提供される。ＨＴＣ材料が基材の中に混合されるようなＨＴＣ材料を製紙用スラリーに添加し、そのスラリーを製紙プロセスに掛ける。しばしば、この時点で、基材をそれ自体によりよく結合させるためのポリマーを存在させる。ＨＴＣ材料は、溶媒としてそのスラリーを使用することによって基材の中に混合されたナノ充填剤を含んでなる。
【００６２】
また別な実施態様においては、形成された電気絶縁紙製品であるホストマトリックスを得る工程、及びそのホストマトリックスの上にＨＴＣ材料を含浸する工程を含んでなる、ＨＴＣ紙を製造するための方法が提供される。ＨＴＣが紙を構成する材料に結合するように、ＨＴＣ材料が基材の中に混合される。ＨＴＣ材料がナノ充填剤である場合には、ナノ充填剤は、溶媒と混合し、その溶媒をホストマトリックスの上に含浸させ、そして溶媒を蒸発させることによって、ＨＴＣ材料に添加される。ＨＴＣ材料がＤＬＣである場合には、析出法によってホストマトリックスに添加する。
【００６３】
次いで、この紙をＨＴＣ電気絶縁テープの中に組み入れることができる。ＨＴＣ材料は、テープに組み込まれる前の紙に、その全部又は一部を添加することもできるし、或いは、ＨＴＣ材料は、紙がテープに組み込まれた後にその全部又は一部を添加することもできる。
【００６４】
樹脂の中に充填されるＨＴＣ材料は、種々の物質であって、それらを添加することによって、樹脂と物理的及び／又は化学的に相互作用するか、反応して、熱伝導性を改良することができる。ＨＴＣ材料は、一つの実施態様においてはデンドリマーであり、また別な実施態様においては、３〜１００又はそれ以上、より好ましくは１０〜５０の範囲、のアスペクト比（平均横寸法と平均縦寸法との比率）を有する、高アスペクト比の粒子を始めとする、所定のサイズと形状とを有するナノ又はマイクロ無機充填剤である。
【００６５】
ここまで説明してきたように、充填された樹脂を、マイカ−ガラステープやマイカ−ポリマーテープのような、複合体テープに適用してもよい。複合体テープの熱伝導性は、言うまでもないことではあるが、部分的には、マイカ層の熱伝導性による制限を受ける。しかしながら、マイカは比較的密度が高く、樹脂中に充填されたＨＴＣ材料は、マイカ層の中へは、テープ中の残り物ほどには容易には、移動しないであろう。
【００６６】
このことを克服するために、一つの実施態様においては、本発明は、樹脂を含浸させるより前に、先ず、多孔性媒体中のボイドに、ＨＴＣ粒子を充填することにより、複合体テープをＨＴＣ充填された樹脂で含浸する方法を提供する。ここで、多孔性媒体は、複合体テープにおいては、織物バッキング、例えばガラス又は１層又は複層のポリマー層、並びに織物及び／又は織物構造の中に組み込まれた、有機及び無機繊維である。一つの実施態様においては、これは、織物層が複合体テープの残りのものに結合されるより前に、先ず、多孔質のマイカ紙成分中のボイドに充填又は部分的に充填することにより、実施されるが、工学的な見地からは、粒子は、完全に乾燥したテープの段階で添加してもよい。ボイドは、乾燥したＨＴＣ粒子で充填される。ＨＴＣ材料は、溶媒のようなキャリヤー液状媒体によるか、樹脂含浸によるか、又は例えば真空含浸によって、多孔質媒体に挿入することもできる。これらの方法は、マイカの中に含浸されるべき粒子が、この段階では、確実に入っていかないようにしなければならないという場合には、ガラス織物又は多孔質相単独に適用する。真空含浸法を使用することによって、接触点にある粒子を結合するに十分な接着力（これによって、構造的な強度が与えられ、それに続く含浸工程がより容易になるのだが）を保持しつつ、樹脂含量を最小限とすることができる。複合体テープの多孔質媒体の中にＨＣＴ材料を挿入させるための、その他の方法としては、種々の方法、例えば粉体噴霧、散布、当技術分野で公知のその他の方法を使用することによる乾燥充填法が挙げられる。一つの実施態様においては、次いで、充填された織物層を、後ほど添加される含浸樹脂への浸透性があり、場合によっては含浸樹脂に可溶性であり、かつＨＴＣ粒子を保持する役目を果たす、半多孔性のコーティングでシールする。コーティングは、層又はフィルムであってよく、それ自体、ＨＴＣを充填した樹脂コンパウンドであってもよい。具体的な実施態様においては、充填が、終点において、自由空間の充填比率を最大とするように、これを達成するためには、粒子の可動性が必要であることを認識しつつ、次に、マイカの最適充填を達成しながら、最適化された密度を維持することを考慮しなければならない。
【００６７】
織物層に乾燥粒子を充填することに加えて、粒子をいくぶんかの量の結合樹脂と混合してもよいが、これらの樹脂は、後に添加される含浸樹脂に可溶性のものである。結合樹脂は、取扱いの際に織物中のボイドに粒子を保持するために存在させてもよく、ガラス織物層を複合体テープ中のマイカ紙層に結合させるために使用してもよく、それによってＨＴＣ粒子の粉立ちや機械的な損失を避けることもできる。従って、粒子をその位置に保持するためのバックコーティングは、使用される結合樹脂の量に依存して、さほど重要ではなくなるであろうが、それでもなお確実性を上げるために使用することもできる。結合樹脂と混合された粒子は、混じりけのない乾燥粒子の代わりとして或いは、それに加えて使用することもできる。本明細書で使用するとき、「ＨＴＣ材料」及び「ＨＴＣ粒子」という用語は、ある程度互換的に使用される。「材料」という用語は、ものが何からできているかを指している傾向があるのに対して、「粒子」という用語は、（例えばナノ充填剤のように）ある種の粒子様の形態にある物質を指すが、これら二つの用語には重なりがあることも多い。
【００６８】
織物に充填するために使用されるＨＴＣ粒子のサイズは、一部は、含浸された樹脂の中で可動性があること、更に一部は、比較的静止していることという、二重の目的に合わせて選択される範囲となるであろう。この方法においては、含浸樹脂が添加されたときに、より小さい粒子が含浸樹脂と共に多孔性のマイカ層の中に運ばれ、一方、より大きい粒子は、織物層の中に分散されたままとなる傾向があるであろう。より小さな粒子とは、本明細書で説明するＨＴＣ粒子の５〜１００ｎｍの範囲に入るものであろう。マイカ層中に含浸するためには、より小さい粒子の形状は、約１〜５の範囲のアスペクト比を有する楕円又は平板状であるのが好ましい。小さい粒子範囲の下限にある粒子は、１〜１０又はそれ以上のアスペクト比を有することができるが、それでもなお、マイカ層中への含浸性は良好である。より小さい粒子である粒子の総合的な割合は、考慮すべき他の因子にも大きく依存するであろうが、複合体テープ構造体中の粒子の総量の少なくとも５体積％とするべきである。
【００６９】
可能であるならば、それらのより小さい粒子を、マイカ層のより近くに位置させるべきである。このことは、何段階かに分けて粒子を織物に添加することによって実施可能である。しかしながら、これを押し進めることには、織物とマイカ層との間のボイドに、更にはマイカ層そのもののボイドの中に粒子を添加することが含まれる。
【００７０】
より高いアスペクト比を有するより大きな粒子は、樹脂含浸の位置により近いところに留まっている傾向があり、そのため、織物層の中で粒子の均等な分布を維持するには、それらの粒子を十分な割合で存在させることが重要である。しかしながら、比較的に大きな粒子の幾分かは、織物／マイカ界面へ運ばれる可能性がある。それら、更にはより小さな粒子の幾分かは、マイカ層の中に浸透せず、従って、界面においては、局部的な粒子密度がより高くなるであろう。界面において粒子の密度が上がると、実際には弱くなる傾向がある、層間の熱伝導性に寄与するだけではなく、テープ面内の横方向の熱伝導性も上げるであろう。
【００７１】
粒子は、表面官能性を有していて、種々の目的を達することができる。例えば、互いに相互作用せず、従って、より良好に分散するように官能化させることもできる。その他の表面官能化としては、含浸樹脂にグラフトし又は自己凝集する能力が挙げられる。しかしながら、少なくとも、より小さな粒子の場合には、それがマイカ層の中に浸透した後で、このことが起きるようにするべきである。それとは逆に、より大きな粒子は、表面官能化させて、凝集し及び／又は樹脂に速やかにグラフトさせて、織物層の中における均質な分散という目的を達成させてもよい。
【００７２】
含浸樹脂そのものは、含浸に先立って、その中に粒子を充填している必要はないが、実際にそれらを含んでいてもよい。粒子は、種々の形状及びサイズのものであってよく、樹脂にグラフトしていても、していなくてもよい。いくつかの実施態様においては、含浸に先立って樹脂中に充填された粒子は、先に説明したように、織物層の中で粒子の均質な分散を保つことを目的とした比較的により大きな充填剤粒子の機能を強化するか、或いはそれに代わってもよい。充填された樹脂を、特殊な技術と組み合わせて、表面の官能化に使用してもよいが、そこでは、樹脂が、シード粒子を導入して、充填テープの中で構成ブロック粒子を取り込んで樹枝型構造を作り出す。
【００７３】
最初に織物に充填し、次いでマイカに含浸する方法は、大量のＨＴＣ材料をマイカの中に輸送するであろうから、いくつかの実施態様においては、マイカ層を、当業界で現在使用されているものよりも、薄くしたり厚くしたりすることができる。このことによって、複合体テープを、高い絶縁耐力、電圧耐久性及び熱伝導性を有するが、厚みの薄いものとすることが可能となるであろう。これによって、テープが何層も、電気導体の上に巻き付けられるので、テープ層全体の厚みを減らしたり、又はテープ層全体の厚みが同じで層の数を増やしたりすることができる。
【００７４】
図１を参照すると、本発明で使用される典型的な複合体テープ５６が示されている。マイカ層５２は、多くのマイカフレーク５４からなり、このマイカフレークは、この図が示唆するより遥かに高い密度で、層状に詰め込まれている。マイカ層は、結合樹脂を用いて、ガラス織物層５１のような織物バッキングに結合されている。充填剤粒子は、樹脂含浸に先立って、複合体テープ構造体のどの部分に添加されてもよい。特に乾燥させた充填剤粒子が使用される場合には、追加のバッキング５８を、一方又は両方の面の上に存在させてもよい。図示した層は、説明の目的で様式化させたものであり、正確な縮尺にはなっていない。二つの層５２、５１は、結合樹脂５５で互いに結合される傾向があり、これが、追加の充填剤粒子が添加される場所となりうる。そのテープ全体を、後で、その織物から含浸樹脂で含浸させる。典型的な含浸樹脂は、ミカラスティック（Ｍｉｃａｌａｓｔｉｃ）（商標）樹脂である。
【００７５】
複合体テープをＨＴＣ粒子で含浸するために使用される、本発明の一つの実施態様においては、複合体テープの織物層にＨＴＣ粒子を浸透させ、織物層を通して複合体テープの中へ含浸樹脂を含浸させることを提供する。織物層の中へ浸透させたＨＴＣ粒子の少なくとも１％、より具体的には粒子の５％が、含浸樹脂によって織物層から外へ、そして、織物層に結合されたマイカ層の中へ、運ばれる。いくつかの実施態様においては、含浸樹脂自体がＨＴＣ粒子を含有する。
【００７６】
具体的な実施態様においては、織物層への浸透は、織物層をマイカ層に結合させた後に実施されるが、織物層は、マイカ層が結合される側とは反対の側の上に樹脂バックコーティングを有していてもよく、それにより、樹脂バックコーティングがＨＴＣ粒子を織物層の内部に維持することができる。
【００７７】
また別な関連の実施態様においては、ＨＴＣ粒子は、小さい粒子の群及びより大きい粒子の群の混合物からなっていて、小さい粒子の群は、長さ５〜１００ｎｍ、アスペクト比１〜１０の粒子を含み、複合体テープ中のＨＴＣ粒子全体積の少なくとも５％を占め、より大きい粒子の群は、一般的に、その長さが１００ｎｍより大きい。小さい粒子の群は、圧倒的に、球状及び平板状の形状からなっている。
【００７８】
更に別な関連の実施態様においては、ＨＴＣ粒子の約１０体積％が、織物層／マイカ層の界面に集積し、それによって界面に、密に充填されたＨＴＣ粒子の領域が創り出される。ＨＴＣ粒子は、それが織物層の中に浸透させられたときに乾燥しているか、又は織物層の中に浸透させられたときに樹脂と混合される。ＨＴＣ粒子は、酸化物、窒化物及び炭化物の内の少なくとも１種、より具体的には、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＢｅＯ、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣ又はＳｉＯ2、を化学量論的及び非化学量論的組成の混合で含んでなり、長さが１〜１，０００ｎｍであり、高熱伝導性充填剤は３〜１００の間のアスペクト比を有している。
【００７９】
複合体テープをＨＴＣ粒子で含浸するために使用される本発明のまた別な実施態様においては、複合体テープの織物層にＨＴＣ粒子を乾燥充填するが、ＨＴＣ粒子には、より小さな粒子とより大きな粒子との混合物が含まれる。次いで、その織物層の露出表面を樹脂層でシールし、複合体テープを含浸樹脂で含浸する。樹脂層は含浸樹脂に可溶性であり、含浸樹脂が、織物層から、織物層に結合されたマイカ層の中に流動する。織物層の中の少なくとも５％のＨＴＣ粒子が、含浸樹脂によって、マイカ層の中へと運ばれ、そこで、小さい方の粒子は、大きい方の粒子より、より遠くへ運ばれる傾向があり、ＨＴＣ粒子のいくつかは、織物層／マイカ層の界面に留まって、それにより、ＨＴＣ粒子の濃度がより高い領域を創り出す。ＨＴＣ粒子は、酸化物、窒化物及び炭化物の内の少なくとも一つである。
【００８０】
いくつかの実施態様においては、ＨＴＣ粒子は表面官能化されていて、例えば、より小さな粒子が表面官能化されて、他の小さな粒子との間の相互作用が制限される。ＨＴＣ粒子が、複合体テープの０．１〜６５体積％、より具体的には１〜２５体積％、を占めている。
【００８１】
複合体テープをＨＴＣ粒子で含浸するために使用される、本発明の更に別な実施態様においては、マイカ層を少なくとも１層の織物層に結合させ、ＨＴＣ粒子を織物層に充填する。次いで、樹脂層で織物層の露出表面をシールし、複合体テープを含浸樹脂で含浸し、その後、テープが導体又はその他の電気装置を絶縁するために使用される。織物層中のＨＴＣ粒子の少なくとも５％は、含浸樹脂によってマイカ層の中に運ばれる。
【００８２】
多孔質媒体について、主としてテープのための織物層及びマイカ紙の点から、説明してきたが、本発明は、回路基板及びプレスボード積層体用の層状絶縁複合体等にも適用され、そこでは、粒子をよりよく充填をするための、ガラスの充填剤粒子の充填を達成することが可能となるであろう。
【００８３】
主として電気産業における使用について、本発明の説明をしてきたが、本発明はその他の分野においても同様に適用することができる。熱伝達性の向上を必要としている産業でも同様に、本発明から利益を得るであろう。例えば、石油及びガスを含むエネルギー産業、化学産業、プロセス産業、製造業、並びに自動車産業及び宇宙産業である。本発明のその他の対象としては、パワーエレクトロニクス、従来からのエレクトロニクス、及び集積回路等が挙げられるが、それらの分野では、構成要素の高密度化の要求が高まることによって、局所的及び大面積での熱の除去を効率的にする必要が生じたものである。更に、本発明の特定の実施態様について詳細に説明してきたが、本発明の教示全体を考慮すれば、それらの詳細に対して種々の修正又は代替えが開発できるであろうということは、当業者のよく認識するところであろう。従って、開示されている具体的な組合せは、単に説明のためだけのものであって、添付された特許請求項の全体及びそれらの全ての等価物で与えられる本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明を用いて使用される複合体テープの横断面を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
５１  織物
５２  マイカ層
５４  マイカフレーク
５５  結合樹脂
５６  複合体テープ
５８  バッキング
【図１】
2009532242.tif 000003
【国際調査報告】
2009532242.tif 000004
2009532242.tif 000005