(57)【要約】【課題】  無機粒子充填材としてマグネシアに所定量のシリカを混合し、優れた熱伝導性と耐クラック性を発揮させる。【解決手段】  熱硬化性マトリックス樹脂のエポキシ樹脂１と、マグネシア３とシリカ２とを重量比で８５：１５〜５０：５０で混合した無機粒子充填材と、硬化剤と、を有する電気絶縁材料であって、所定量のシリカ２で熱膨張係数の上昇を抑え、マグネシア３で熱伝導率の向上を図ることを特徴とする。また、この電気絶縁材料で電気部材をモールドしたモールド電気機器では、複数種類の材料が絶縁層内に埋め込まれるものの、耐クラック性と放熱特性を向上させることができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂と、
マグネシアとシリカとを重量比で８５：１５〜５０：５０で混合した無機粒子充填材と、
硬化剤と、
を有することを特徴とする電気絶縁材料。
【請求項２】
前記無機粒子充填材を４５〜５１Ｖｏｌ％としたことを特徴とする請求項１に記載の電気絶縁材料。
【請求項３】
前記シリカよりも前記マグネシアの粒径を小さくしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気絶縁材料。
【請求項４】
受配電機器を構成する電気部材と、
前記電気部材を埋め込んだ絶縁層とを備え、
前記絶縁層は、エポキシ樹脂と、
マグネシアとシリカとを重量比で８５：１５〜５０：５０で混合した無機粒子充填材と、
硬化剤と、
を有する電気絶縁材料でモールドして設けたことを特徴とするモールド電気機器。
【請求項５】
前記電気部材は、真空バルブであることを特徴とする請求項４に記載のモールド電気機器。
【請求項６】
前記電気部材を構成する材料の熱膨張係数が、前記電気絶縁材料の同等以下であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のモールド電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、耐クラック性や熱伝導性などを向上し得る電気絶縁材料およびモールド電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、真空バルブのような電気部材をエポキシ樹脂でモールドしたモールド電気機器では、熱膨張係数の異なる複数の部材を絶縁層に埋め込むため、耐クラック性を向上させた電気絶縁材料が用いられている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、耐クラック性に影響する無機粒子充填材の真球状のシリカは、製造過程を考慮すれば、多量の樹脂を使用するモールド電気機器ではコスト的に不利となっていた。
【０００３】
一方、比較的安価な無機粒子充填材として、マグネシア（ＭｇＯ）が知られており、熱伝導性が優れていることから耐熱性を必要とする半導体の封止材料に多量に使用されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、熱膨張係数が１３．１ｐｐｍ／Ｋとシリカなどに比べて桁違いに大きく、耐クラック性を向上させるには限界があった。
【０００４】
このため、モールド電気機器においては、無機粒子充填材として、量産によるコスト低減の図れるマグネシアを用いても、シリカの作用を効果的に引出し、絶縁材料全体として熱膨張係数を抑制することができ、耐クラック性を向上させることのできるものが望まれていた。なお、最近のモールド電気機器は、大容量化の傾向にあり、大きな温度上昇を受けるので、優れた熱伝導性を保つことも必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５６２１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８８６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、無機粒子充填材としてマグネシアを用いても、優れた熱伝導性と耐クラック性を兼備した電気絶縁材料およびモールド電気機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、実施形態の電気絶縁材料は、エポキシ樹脂と、マグネシアとシリカとを重量比で８５：１５〜５０：５０で混合した無機粒子充填材と、硬化剤と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例に係る電気絶縁材料の成分を示す図。
【図２】本発明の実施例に係る電気絶縁材料でモールドした供試板の諸特性を示す図。
【図３】本発明の実施例に係る電気絶縁材料の放熱経路を説明する概略図。
【図４】本発明の実施例に係る電気絶縁材料でモールドしたモールド母線の構成を示す断面図。
【図５】本発明の実施例に係る電気絶縁材料でモールドしたモールド真空バルブの構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１０】
電気絶縁材料の成分と、この絶縁材料でモールドした供試板の熱膨張係数と熱伝導率の測定結果を図１、図２を参照して説明する。モールドは、一般注型であり、また、特性の測定は、関連のＪＩＳ規格に準拠した。
【００１１】
（比較例１）
比較例１は、無機粒子充填材としてシリカを用いた従来のエポキシ樹脂であり、熱膨張係数が２０．５ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋであった。シリカは、球状であり、その粒径は、１０〜５０μｍである。以下の比較例、実施例で同様である。
【００１２】
（比較例２）
比較例２は、無機粒子充填材を全てマグネシアに置き換えたものであり、熱膨張係数が２５．２ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率が１．６Ｗ／ｍ・Ｋであった。マグネシアは、角を丸めた程度であり、その粒径は、シリカと同様に、１０〜５０μｍである。以下の実施例で同様である。その結果、熱伝導率は、比較例１の約３倍となり良好であったが、熱膨張係数が大きく上昇し、後述するモールド電気機器に埋め込まれる電気部材よりも大きいものであった。
【００１３】
（実施例１）
実施例１では、無機粒子充填材としてマグネシアとシリカを重量比８５：１５で混合し、エポキシ樹脂に充填した。無機粒子充填材の体積分率は、５１Ｖｏｌ％である。その結果、熱膨張係数は、２３．０ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率は、１．４Ｗ／ｍ・Ｋであった。熱膨張係数は、後述するモールド電気機器に埋め込まれる電気部材と比べて同様となり、熱伝達率は、比較例１の約３倍であった。
【００１４】
（実施例２）
実施例２では、マグネシアとシリカを重量比５０：５０で混合し、エポキシ樹脂に充填した。無機粒子充填材の体積分率は、実施例１と同様の５１Ｖｏｌ％である。その結果、熱膨張係数、熱伝導率とも良好であった。
【００１５】
（実施例３）
実施例３では、マグネシアとシリカを実施例２と同様に重量比で５０：５０で混合し、エポキシ樹脂に充填した。無機粒子充填材の体積分率は、４５Ｖｏｌ％である。その結果、熱膨張係数が２３．０ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・Ｋであった。熱伝導率は、比較例１の約１．６倍である。
【００１６】
次に、マグネシアを充填した固体物の放熱経路を図３を用いて説明する。エポキシ樹脂１には、所定量のシリカ２とマグネシア３が充填されており、熱の伝達は点線で示すように、近接するマグネシア３相互間を伝わって行われるものと考えられる。このような経路を保つには、マグネシア３とシリカ２の比率を、重量比で８５：１５〜５０：５０、これらを合わせた無機粒子充填材の体積分率を、４５〜５１Ｖｏｌ％とすることが好ましい。なお、無機粒子充填材が６０Ｖｏｌ％を超えると、樹脂の粘土が上昇し、モールド作業に適さなくなる。また、マグネシア３の粒径をシリカ２よりも小さくすれば、マグネシア３が均一に分散拡大し、熱伝達を良好にする。
【００１７】
これらのことより、他分野で多量に使用され、量産効果でコスト的に工業的価値のあるマグネシア３に所定量のシリカ２を混合することによって熱膨張係数の上昇を抑えつつ、良好な熱伝導率を保つことができる。このような電気絶縁材料でモールドすれば、優れた耐クラック性と熱伝導性を有するものとなる。
【００１８】
（モールド電気機器）
先ず、図４の構成を説明する。図４は、棒状のアルミニウムからなる中心導体４の周りに、実施例１の成分からなる電気絶縁材料を用いて絶縁層５を設けたモールド母線である。絶縁層５の軸方向両端は、テーパ状の界面接続部となっている。絶縁層５の外周には、接地層を設けてもよい。アルミニウムの熱膨張係数は、２３．０ｐｐｍ／Ｋであり、前述したように、絶縁層５と同様にすることができるので、耐クラック性を向上させることができる。また、絶縁層５からの放熱特性が向上するので、大容量化を図ることができる。電気絶縁材料の熱膨張係数は、電気部材と同等か僅かに大きいのが好ましい。なお、中心導体４にアルミニウムよりも熱膨張係数が小さい電気銅を用いることができる。
【００１９】
次に、図５の構成を説明する。図５は、接離自在の一対の接点を有する真空バルブ６に黄銅からなる電界緩和リング７を設け、実施例１の成分からなる電気絶縁材料を用いて絶縁層８を設けたモールド真空バルブである。絶縁層８の軸方向両端は、テーパ状の界面接続部となっている。絶縁層５の外周には、接地層を設けてもよい。黄銅の熱膨張係数は、１８．０〜２３．０ｐｐｍ／Ｋであり、絶縁層８と比べて同等以下であるので、耐クラック性の向上が図れる。また、発熱をし易い接点からの放熱を促進させることができる。真空バルブ６には、アルミナ磁器、鉄合金など多数の材料が用いられているが、熱膨張係数を制御することにより、耐クラック性を向上させることができる。
【００２０】
ここで、中心導体４や真空バルブ６は、受配電機器を構成する電気部材である。この電気部材を絶縁層５、８に埋め込んだものがモールド電気機器となる。
【００２１】
上記実施例の電気絶縁材料によれば、マグネシア３に所定量のシリカ２を混合した無機粒子充填材を熱硬化性マトリックス樹脂のエポキシ樹脂１に充填しているので、熱膨張係数の上昇を抑えつつ、良好な熱伝達率を保つことができる。また、この電気絶縁材料で電気部材をモールドしたモールド電気機器では、複数種類の材料が埋め込まれるものの、耐クラック性と放熱特性を向上させることができる。
【００２２】
上記実施例では、マグネシア３に混合する無機粒子充填材にシリカ２を用いて説明したが、アルミナ、窒化ホウ素などを用いることができる。また、ゴム粒子などの柔軟粒子を混合すれば、靱性を向上させることができる。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２４】
１  エポキシ樹脂
２  シリカ
３  マグネシア
４  中心導体
５、８  絶縁層
６  真空バルブ
７  電界緩和リング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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