(57)【要約】  １つの構成において、本発明は、絶縁テープ層１６の間の界面に高めた導体を用意することにより電気的絶縁体１３からの熱流を改良する。テープ１６は高い熱伝導性（ＨＴＣ）材料で表面被覆され、テープ２３の層の界面に熱が周囲２４に到達するための通路が用意される。表面被覆によりテープ層を通過する熱の放射が増加する。
2008503060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い熱伝導性層で表面被覆された絶縁テープであり、前記高い熱伝導性層が前記絶縁テープの頭部表面、底部表面および側面に被覆されている絶縁テープと、前記絶縁テープにより巻き付かれた電気的物体であり、前記絶縁テープが前記電気的物体に対する絶縁を生じ、前記電気的物体が熱を生じる電気的物体とからなる電気的物体に巻き付いた絶縁テープにおいて、前記絶縁テープの包囲が重なりを形成し、第１ラップの前記テープの頭部表面の一部が次のラップの前記テープの底部表面の少なくとも一部と接触し、前記第１ラップと前記次のラップの間に界面を形成し、前記電気的物体からの熱が前記絶縁テープを通過して前記界面に移動し、前記高い熱伝導性層が前記界面に沿って、前記次のラップに向かって急速に熱を分散する作用をすることを特徴とする絶縁テープ。
【請求項２】
前記高い熱伝導性層の伝導率が１〜１００Ｗ／ｍＫである請求項１記載の絶縁テープ。
【請求項３】
前記高い熱伝導性層の熱伝導率が４０〜８０Ｗ／ｍＫである請求項２記載の絶縁テープ。
【請求項４】
前記電気的物体に巻き付いた前記絶縁テープの半径方向の熱伝導率が０.５〜１０Ｗ／ｍＫである請求項１記載の絶縁テープ。
【請求項５】
前記電気的物体に巻き付いた前記絶縁テープの半径方向の熱伝導率が１〜８Ｗ／ｍＫである請求項４記載の絶縁テープ。
【請求項６】
前記高い熱伝導性層が厚さ約２０〜２００ｎｍの直接的表面被覆である請求項１記載の絶縁テープ。
【請求項７】
前記直接的表面被覆がダイアモンド類似被覆である請求項６記載の絶縁テープ。
【請求項８】
前記直接的表面被覆が化学量および非化学量の混合組合せを有するＡｌ２Ｏ３，ＡｌＮ、ＭｇＯ２、ＺｎＯ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、およびＳｉＯ２の少なくとも１種である請求項６記載の絶縁テープ。
【請求項９】
前記高い熱伝導性層が約０.０５〜１.０ミルの樹脂状被覆であり、前記樹脂状被覆が高い熱伝導性が負荷され、約３〜１００のアスペクト比を有する請求項１記載の絶縁テープ。
【請求項１０】
前記高い熱伝導性層が高い熱伝導性が負荷された薄い基板層であり、厚さ約０.５〜３.０ミルを有する請求項１記載の絶縁テープ。
【請求項１１】
前記基板層が雲母、ガラス、およびポリマー皮膜からなる群から選択され、前記高い熱伝導性材料がシリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、炭化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛およびダイアモンドおよび約１〜１０００ｎｍの大きさのデンドリマーからなる群から選択される請求項１０記載の絶縁テープ。
【請求項１２】
前記電気的物体上の前記絶縁テープの包囲がハーフラップ法および二重ハーフラップ法の少なくとも１つで包囲される請求項１記載の絶縁テープ。
【請求項１３】
電気的絶縁テープの少なくとも１つの表面に高い熱伝導性層が表面被覆されている電気的絶縁テープを有する電気的絶縁テープの表面上の高い熱伝導性被覆において、前記高い熱伝導性層が直接的表面被覆、高い熱伝導性材料が充填された樹脂層および基板層の少なくとも１つを有し、前記電気的絶縁テープを物体に重ねた方法で巻き付けた場合に、前記電気的絶縁テープの層の間に界面が形成され、前記高い熱伝導性層が前記界面に沿って連続し、前記高い熱伝導性層の熱伝導率が１〜１００Ｗ／ｍＫであり、前記高い熱伝導性層により前記電気的絶縁テープの層の間および界面に沿って移動する熱の消費速度が増加することを特徴とする高い熱伝導性被覆。
【請求項１４】
前記高い熱伝導性層が前記電気的絶縁テープの頭部表面、および底部表面の少なくとも１つに被覆される請求項１３記載の高い熱伝導性被覆。
【請求項１５】
高い熱伝導性層が頭部表面、底部表面および長手方向の側面に被覆される請求項１４記載の高い熱伝導性被覆。
【請求項１６】
前記直接的表面被覆がダイアモンド類似被覆である請求項１３記載の高い熱伝導性被覆。
【請求項１７】
前記直接的表面被覆が化学量および非化学量の混合した組合せを有するＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＯ２、ＺｎＯ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣおよびＳｉＯ２の少なくとも１種である請求項１６記載の高い熱伝導性被覆。
【請求項１８】
前記樹脂被覆がシリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、炭化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、およびダイアモンドおよび大きさ約１〜１０００ｎｍのデンドリマーからなる群から選択される高い熱伝導性材料で充填されている請求項１３記載の高い熱伝導性被覆。
【請求項１９】
前記基板層が雲母、ガラス、およびポリマー皮膜からなる群から選択され、前記高い熱伝導性材料がシリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、炭化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、およびダイアモンドおよび大きさ約１〜１０００ｎｍのデンドリマーからなる群から選択される請求項１３記載の高い熱伝導性被覆。
【請求項２０】
電気的物体に包囲された電気的絶縁テープであり、前記テープに表面被覆された高い熱伝導性被覆を有する電気的絶縁テープにおいて、前記テープの少なくとも頭部表面および底部表面が被覆され、前記テープが前記電気的物体を包囲し、前記テープの少なくとも１／４が前記テープの次の層により包囲され、前記テープの層の間の接触が界面を形成し、前記界面が前記テープの表面上に前記高い熱伝導性被覆から実質的に均一に形成され、前記高い熱伝導性被覆が化学量および非化学量の混合した組合せを有するＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＯ２、ＺｎＯ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣおよびＳｉＯ２の少なくとも１種を有し、前記高い熱伝導性層の熱伝導率が１〜１００Ｗ／ｍＫであることを特徴とする電気的絶縁テープ。
【請求項２１】
前記テープが界面で樹脂で部分的に含浸することができる請求項２０記載のテープ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関係する出願の引用
本願はＳｍｉｔｈ等により２００４年６月１５日に出願した米国出願６０／５８００２３による優先権を主張し、その内容は引用により本発明に含まれる。
【０００２】
発明の分野
本発明の分野は電気的絶縁テープの表面被覆に関する。
【０００３】
背景
任意の形の電気機器の使用とともに、電気的絶縁導体に対する必要が存在する。大きさを連続的に減少し、すべての電気装置および電子装置を能率的にする動きとともに、より良好でコンパクトな絶縁体および絶縁装置を見出すことが相当して必要である。
【０００４】
よい電気的絶縁体はまさにその性質によりよい断熱体になりがちであるが、これは好ましくない。特に空気冷却した電気的装置および部品にとって、断熱特性は部品および全体として装置の効率および耐久性を低下する。電気的絶縁特性が最大で、断熱特性が最小である電気的絶縁装置を製造することが期待される。
【０００５】
電気的絶縁体はしばしばテープの形で登場し、テープはそれ自体多くの層を有する。これらの種類のテープに共通するのは、繊維層と界面で結合した紙層であり、両方の層は樹脂で含浸される傾向がある。１つの好ましい種類の絶縁材料は雲母テープである。雲母テープの改良は米国特許第６１０３８８２号に記載される触媒活性雲母テープを含む。雲母テープはきわめて良好な電気的絶縁を生じるために、導体の周りに巻きつけることができる。この例は図１に示される。ここにはコイル１３が示され、コイルは複数の導体１４の湾曲を有し、前記導体はここに示される例ではベークライトコイルである。湾曲絶縁体１５は、樹脂で含浸されてもよい、繊維シートまたはストリップから製造される。湾曲１４を複合体雲母テープ１６の１個以上の層で包囲することによりコイルの基本的絶縁が用意される。この複合体テープは紙または配置された小さい雲母フレークのフェルトであってもよい。複合体は、曲げやすい裏張りシート１８を有してもよく、前記シートは例えばガラス繊維布またはポリエチレングリコールテレフタレートマットからなり、液体樹脂状結合剤により結合した、一般にフレーク２０の雲母の層を有する。一般に複数の層の複合体テープ１６を電圧の要求に応じてコイルに巻きつける。良好な耐磨耗性を付与し、密な絶縁を保証するために、コイルに丈夫な繊維材料、例えばガラス繊維等からなる外側テープ２１の巻きつけを適用する。
【０００６】
一般には、高い電圧コイルに一般に使用するために、１６個以上の層を使用して、コイルに、多層の雲母テープ１６を巻きつける。残念ながら、この絶縁の量は熱を消費する複雑さに加えられる。必要なことは、従来の方法より高く熱を伝導することができるが、電気的絶縁および他の性能特性を損なわない電気的絶縁である。技術水準での他の問題が存在するが、その一部は更に説明すると明らかになるであろう。
【０００７】
発明の要約
前記のことを考慮して、本発明の方法および装置は、特に、テープ層の界面が熱導体として作用する両立する方法で物体に巻きつける絶縁テープの表面被覆を容易にする。表面被覆は界面に沿ったフォノンの移動に貢献する高い熱伝導性（ＨＴＣ）材料からなる。
【０００８】
ＨＴＣ材料は多くの種類の材料からなり、その構成は一般的カテゴリーの直接的表面被覆、ＨＴＣ充填樹脂状被覆または層およびＨＴＣ材料が充填された基板層を含む。直接的表面被覆はＤＬＣおよび種々の酸化物、炭化物および窒化物を含む。ＨＴＣ充填樹脂状層は有機および無機表面被覆を有するナノ、メソおよびミクロ充填剤のようなＨＴＣ材料を含む。ＨＴＣ材料が充填された基板は雲母、ガラス、およびポリマーおよびポリアミドのような皮膜を含む。これらの被覆および層の厚さはＤＬＣに関するナノメートルから、１個以上の充填された基板に対する樹脂に関するミルの割合まで変動できる。
【０００９】
本発明によるこれらおよび他の目的、特徴および利点は、高い熱伝導性層で表面被覆された絶縁テープからなる、電気的物体に巻きつけて張り付けた絶縁体による具体的な構成により提供される。しかしテープの少なくとも頭部表面と底部表面が被覆され、具体的な構成ではテープの頭部表面、底部表面および側面が被覆されている。テープを重ねて巻きつける場合は、側面の被覆が特に有利である。電気的物体は絶縁テープにより包囲され、この場合に絶縁テープは電気的物体に対する電気的絶縁を提供し、電気的物体が熱を生じ、熱は絶縁テープをとおりテープ層の界面に移動し、高い熱伝導性層が界面に沿って熱を急速に次のラップに分散する作用をする。
【００１０】
一部の構成においては、高い熱伝導性層は厚さ約２０〜２００ｎｍの直接的表面被覆である。直接的表面被覆はダイアモンド類似被覆または混合した化学量および非化学量の組み合わせを有するＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＯ２、ＺｎＯ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、およびＳｉＯ２の少なくとも１種であってもよい。他の構成において、高い熱伝導性層は樹脂状被覆であり、約０．０５〜１．０ミルを有する。更に他の構成において、高い熱伝導性層は高い熱伝導性層が充填された薄い基板層であり、厚さ約０．５〜３．０ミルを有する。基板層を雲母、ガラス、およびポリマー皮膜からなる群から選択する場合は、高い熱伝導性材料はシリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、炭化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、ダイアモンド、および大きさ約１〜１０００ｎｍのデンドリマーからなる群から選択される。これらの構成は独立にまたは組み合わせて使用できる。
【００１１】
他の構成において、本発明は電気的絶縁テープの少なくとも１個の表面に高い熱伝導性層が表面被覆された電気的絶縁テープからなる、電気的絶縁テープ上の高い熱伝導性被覆を提供する。高い熱伝導性層は直接的表面被覆、高い熱伝導性材料が充填された樹脂状層、および基板層の少なくとも１種を有する。電気的絶縁テープが重ねて物体を包囲する場合は、電気的絶縁テープの層の間に界面が形成され、この界面に沿って高い熱伝導性層が連続する。高い熱伝導性層の熱伝導率は１〜１００Ｗ／ｍＫであり、電気的絶縁テープの層の間および界面に沿って移動する熱の消費速度が高い熱伝導性層により増加する。
【００１２】
本発明の他の構成が存在するが、これは更に説明していくと明らかになる。
【００１３】
図面の簡単な説明
本発明を以下の図面に示された実施例により詳細に説明する。
図１はステーターコイルを包囲する絶縁テープの使用を示す。
図２はハーフラップテープ適用の例の簡略化した横断面図を示す。
図３は二重ハーフラップテープ適用の例の簡略化した横断面図を示す。
図４は本発明の１つの構成による包囲されたテープの表面界面に沿った熱流の通路を示す。
図５はＤＬＣを有するテープ界面の拡大した形式の図を示す。
【００１４】
発明の詳細な説明
本発明はテープ層の間の界面が熱導体として作用するように両立する方法で物体を包囲する絶縁テープの表面被覆を提供する。表面被覆は界面のフォノン移動を助ける高い熱伝導性（ＨＴＣ）材料からなる。
【００１５】
技術水準において、熱がテープ層を直接通過して消費されなければならなかった。熱はテープ層界面をほとんど通過せず、この位置は実際に熱が層の間を通過するので、熱を閉じ込める傾向があった。本発明の開発は界面での熱流を増加し、装置全体が熱をより有効に消費する。
【００１６】
ＨＴＣ材料は多くの種類からなっていてよい。一部の構成は一般的なカテゴリーの直接的表面被覆、ＨＴＣ充填樹脂状被覆または層、およびＨＴＣ材料が充填された基板層を含む。これらのカテゴリーのそれぞれの詳しい説明は以下に議論する。すべての構成において、それぞれが、基本的な電気的強度を有効に減少しないことを保証するために、十分に高い抵抗および誘電強度を有することが重要である。
【００１７】
本発明はテープ層の界面の熱伝導性を改良するので、物体に塗装した場合にテープの重なりが有利である。本発明はすべての種類の重なるテープに適用できるが、テープ巻きつけの典型的な例はハーフラップ、二重ハーフラップの適用である。図２はハーフラップテープ適用の簡略化された横断面図の例を示す。図３は二重ハーフラップテープ適用を示す類似の横断面図である。テープ１６は前の層１１または層１２の上に部分的に層をなしている。図２および３に示されるように、層は場合により均一な表面を形成し、方法を繰り返すことができる。
【００１８】
コイルからの熱が外部に放射しようとするが、テープにより閉鎖される。本発明はテープ層の界面に高めた導体を提供することによりコイルからの熱流を改良する。図４に示されるように、コイル１３からの熱２２は外部に、絶縁テープに放射される。技術水準では熱はコイルから外部に垂直方向に放射を継続しなければならない。しかし本発明の１つの構成では、テープが高い熱伝導性（ＨＴＣ）材料で表面被覆され、テープ２３の層の間の界面は熱が周囲２４に到達する通路が用意される。熱はテープ層により放射を継続するが、本発明は装置の全体的熱消費を増加する。該当するＨＴＣ被覆は、この規模で理解するためには小さすぎるので、この図には示されていない。
【００１９】
本発明の１つの構成において、ＨＴＣ材料がテープの両面に被覆される。これは図４に示される界面での熱の伝導を助けるだけでなく、テープ層の間の熱伝導も助ける。熱がテープ層の頭部表面から放出するので、次の層の隣接する底部表面は急速に熱を吸収する。テープが物体を物理的に包囲するので、テープの層を互いにかなり緊密に保持できる。技術水準では、熱が１つのテープ層から次の層に移行するにつれてフォノン伝導が遅くなるので、この界面はフォノンの熱伝導を遅らせた。電気的絶縁テープに頭部および底部ＨＴＣ表面被覆を提供することにより、フォノンがより速くテープの次の層に伝導する。
【００２０】
この例が図５に示される。この構成ではテープ１６がダイアモンド類似被覆（ＤＬＣ）で表面被覆される。物体から放射する熱はテープ層を、その頭部表面２２で離れる。界面が２つの隣接するＨＴＣ層を有するので、一部の熱はテープ２３の層の間の界面に導入する。テープの１つの表面のみの被覆はなお界面の通路を生じるが、効率が低いことを記載する。テープ１６の縁部も、スケールで示した場合に著しく薄いけれども、被覆される。
【００２１】
熱２２がテープの外部に、ＤＬＣに放射されるので、１％の熱が隣接するＤＬＣ被覆に伝導され、テープの次の層２５に導入される。ＤＬＣは一般にナノメートルのスケールで測定されるので、図５に示されるＤＬＣは誇張されている。図５に示されるように、テープの側面を被覆するために、通常の技術の１つ、直接的表面被覆、または樹脂状被覆法を選択するが、充填基板層は選択しない。
【００２２】
すでに議論したように、電気的絶縁テープはいくつかの異なる下部層を有することができる。前記の例は、電気的絶縁層、例えば雲母、および強度層、例えばガラスを含む。テープは樹脂で含浸される傾向を有し、樹脂は特有の下部層を均一化するために役立つが、下部界面はなお存在できる。本発明は従ってテープの種々の表面下部層に適用することができ、これにより下部層の間の熱伝導性が改良する。テープを完全に形成する前に下部層を被覆することが必要であるが、下部層表面の被覆は前記の同じ材料および同じ方法により実施できる。
【００２３】
種々の表面被覆がテープの改良されたまたは減少した物理的特性を付与できる。例えば樹脂状表面層によりテープの表面摩擦または粘着性を高めることができる。これは塗装した際のおよび装置の運転中のテープの滑りを低下できる。摩擦および粘着性のような性質の変化は選択されるＨＴＣ材料の種類に依存する。巻きつける前および後の両方にテープを樹脂で含浸することが一般に行われるが、本発明は特に巻きつける前にテープを表面被覆する。
【００２４】
表面被覆の熱伝導率は塗装される被覆の種類に依存して変動する。しかし値の範囲はほぼ１〜１００Ｗ／ｍＫであり、より有利に４０〜８０Ｗ／ｍＫの範囲である。これは使用されるテープの種類および他の要因、例えばテープ内部の樹脂の含浸に依存して、約０．５〜１０Ｗ／ｍＫ、より有利に１〜８Ｗ／ｍＫの範囲の巻きつけたテープの半径方向の体積熱伝導率を生じる。
【００２５】
テープを直接表面被覆するために、本発明を実現する多くの直接的表面ＨＴＣ被覆、例えばダイアモンド類似被覆（ＤＬＣ）および種々の酸化物、窒化物、炭化物およびホストマトリックスに塗装できる化学量および非化学量の混合組み合わせが存在する。酸化物、窒化物および炭化物の例はＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＯ２、ＺｎＯ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣおよびＳｉＯ２を含む。他のＨＴＣ被覆は通常の技術の１つで明らかにされ、ＨＴＣ被覆の付加的な種類は技術の進歩が続く限り開発される。
【００２６】
ＤＬＣを絶縁テープの表面に直接添加するために、化学蒸着および物理蒸着を使用することができ、その際ＤＬＣがメタン、エタンまたは他の水素を有するもののような低分子炭化水素を含有する非平衡無線周波数またはマイクロ波励起真空または気圧プラズマ内部で形成される。ガス混合物条件およびプラズマ作業条件を調節することにより、ｓｐ２およびｓｐ３電子軌道結合状態のバランスを変化することによるＤＬＣの混成状態を変動することにより、ＤＬＣの熱伝導率を調節できる。結合状態はラマン分光分析およびＸ線光電子分光分析を使用して測定できる。真空プラズマ蒸着の場合はバッチ法を達成でき、ｌ気圧プラズマ蒸着の場合は連続法を使用できる。
【００２７】
テープ表面上のＤＬＣの厚さは適用により変動できる。しかし大部分の構成はマトリックスの平均表面上に２０〜２００ｎｍの厚さ、特に５０〜１００ｎｍの厚さの被覆を使用する。化学蒸着法は本質的に露出表面上に厚い被覆を堆積し、露出表面に類似するマトリックスの体積を堆積する。これは通常の技術により調節できる。
【００２８】
ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）は高い硬度、低い摩擦、化学的不活性を有し、高い電気抵抗（約１０１３Ωｃｍ）と高い熱伝導率（１０００Ｗ／ｍＫより大きい）を組み合わせることができる。プラズマ補助化学蒸着（ＰＡＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）およびイオンビーム堆積（ＩＢＤ）のようなＤＬＣを製造するいくつかの方法が存在する。一般にＤＬＣは１ミクロン未満の厚さであり、ｓｐ２およびｓｐ３混成結合を生じる非晶質炭素および炭化水素からなる。処理パラメーター、例えばガスの割合、プラズマエネルギー、およびＤＣ電圧の変動により結合比を変動し、特性の変化を生じることができる。結合比は、例えばラマン分光分析を使用して直接測定できる。
【００２９】
比較的大きい面積をかなり速く被覆できる。例えばＰＡＣＶＤ低圧非平衡法を使用して約１平方フィートの面積のガラス布表面に数分で２０〜１００ｎｍの被覆を塗装できる。例えば被覆中の応力を減少するように被覆パラメーターを調節または最適化するために、ＤＬＣを他の被覆を有する１個以上の露出基板に塗装できる。ある程度はＤＬＣ被覆の厚さによりこの種の表面被覆は以下に議論する他の種類の表面被覆と並んで容易に使用される。
【００３０】
テープ表面はＨＴＣ材料が充填された薄い樹脂層で被覆することができる。被覆および層の語は本発明の表面被覆を言及する場合にある程度交換可能に使用されるが、それは被覆がテープの最も外側の層を形成するものとして理解されるからである。樹脂層の厚さは約０.０５〜１.０ミルである。前記層はロール塗布、または噴霧被覆のような種々の方法およびローラー法、ナイフエッジ、またはゲートエッジ等のような他の技術により適用できる。
【００３１】
本発明に使用されるように、樹脂の語はすべての樹脂および変性エポキシドおよび混成エポキシドを含むが、これらに限定されないエポキシ樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、ポリイミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルイミド、ビスマレイミド、シリコーン、ポリシロキサン、ポリブタジエン、シアネートエステル、炭化水素等およびこれらの樹脂の均一ブレンドに関する。この樹脂の定義は添加剤、例えば架橋剤、促進剤、他の触媒および加工助剤を含む。液晶熱硬化性樹脂（ＬＣＴ）および１，２−ビニルポリブタジエンのような特定の樹脂は低い分子量特性を良好な架橋特性と結合する。
【００３２】
樹脂に充填されるＨＴＣ材料は、樹脂と物理的および／または化学的に相互作用または反応して熱伝導率を改良するように添加できる多くの物質からなる。１つの構成において、ＨＴＣ材料はデンドリマーおよび他のコア−シェル化学物質であり、他の構成においてＨＴＣ材料は３〜１００、より有利に１０〜５０のアスペクト比（縦方向の平均寸法に対する横方向の平均寸法の比）を有する高いアスペクト比の粒子を含む、決められた大きさまたは形を有するナノまたはミクロ無機充填剤である。
【００３３】
関係する構成において、ＨＴＣ材料は決められた大きさおよび形状の分布を有することができる。両方の場合に、充填剤粒子の濃度および相対的濃度は、高めた熱伝導性を有する構造的に安定な、不連続な二相複合体を達成するために高い熱伝導性を付与するかさの大きい結合（またはいわゆる穿孔）構造体を達成できるように選択される。他の関係する構成において、ＨＴＣ材料の配列は熱伝導性を高める。更に他の構成において、ＨＴＣ材料の表面被覆はフォノンの移動を高める。これらの構成は他の構成と別に存在するかまたは全体的に結合していてもよい。例えばデンドリマーを他の種類のきわめて構造化された材料、例えば熱硬化性材料、熱可塑性材料および液晶系と結合する。これらはＨＴＣ材料がフォノンの散乱を減少し、ＨＴＣ材料の間に良好な熱伝導性界面を生じるフォノンのためのミクロスケールの橋を生じるように、樹脂マトリックスにより均一に分配される。きわめて構造化された材料は、局在化されたまたはかさの大きい異方性電気的絶縁材料を生じるために、１つの方向にまたは複数の方向に熱伝導性が増加するように配列する。他の構成において、低い熱伝導性充填剤の表面被覆によりＨＴＣが達成される。低い熱伝導性充填剤は、金属酸化物、炭化物または窒化物および決められたバルク特性を有する充填剤に物理的にまたは化学的に結合した高い熱伝導性を有する混合系を含有する。この結合は化学蒸着および物理蒸着のような方法により、およびプラズマ処理により達成される。
【００３４】
関係する構成において、ＨＴＣ材料は、実質的に好ましくない微視的界面、変動可能な粒子の湿潤、およびミクロボイド形成を含まない、実質的に樹脂を有する均一な混合物を形成する。これらの均一な材料は、従来の電気的絶縁材料でのフォノンの波長またはフォノン平均自由通路より短い長さスケールで分離しない連続相材料を形成する。
【００３５】
すべての場合に、構造部品の長さスケールが熱の移動に原因するフォノンの分布より短いかまたは等しいことが保証されることにより、フォノンの移動が増加し、フォノンの散乱が減少する。長いＨＴＣ粒子材料は自分だけで実際にフォノンの移動を増加することができる。しかし小さいＨＴＣ材料は樹脂マトリックスの性質を変更することができ、これによりフォノン散乱の変化に影響する。これはナノ粒子の使用により更に促進することができ、ナノ粒子マトリックスは高い熱伝導性を示し、この効果を維持するために十分な粒度であることを保証し、フォノン散乱の減少に対する長さスケールの要求を満たすことが知られている。
【００３６】
ナノ粒子の寸法がポリマーまたはネットワークセグメント長さ（典型的に１〜５０ｎｍ）の程度であるかまたはこれより小さい、直鎖状または架橋ポリマーおよび熱硬化性樹脂に無機ナノ粒子を導入することにより連続的二相有機−無機混成物を形成できる。これはこれを生じることができる以下の３つの方法またはメカニズムを含むが、これらに限定されない。（ｉ）側鎖グラフト、（ｉｉ）例えば２つのポリマー鎖末端の間の包括的グラフト、および（ｉｉｉ）いくつかのポリマー分子を含む架橋グラフト。これらの無機ナノ粒子は緊密な共有結合した混成有機−無機均一材料を形成するために反応性表面を有する。これらのナノ粒子は以下のものの１つであってもよい。アルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、他の金属酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、および他の金属窒化物、炭化珪素、および他の炭化物、天然および合成に由来するダイアモンド、それぞれのタイプの任意の種々の物理的形状、他の金属炭化物、化学量および非化学量の混成混合酸化物、窒化物、および炭化物。更にこれらのナノ粒子はホスト有機ポリマーまたはネットワークとの反応に関与することができる種々の表面官能基を導入するために表面処理される。樹脂中のＨＴＣ材料の体積％は約６０体積％までまたはそれ以上、より有利に約３５体積％までであってよい。より高い体積充填はマトリックスに対するより高い構造的安定性を生じる傾向を有する。しかし粒度分布、形状分布、粒子結合の程度、および配列の調節によりＨＴＣ材料は１体積％以下ほど小さく占有できる。それにもかかわらず、構造的安定性の理由で、穿孔を生じるために必要な最低量より大きい量を添加することが有用である。従って樹脂は穿孔構造およびＨＴＣ特性を損傷せずに物理的歪みおよび変形に耐えることができ、これが樹脂の表面被覆に特に重要である。
【００３７】
多くの構成において、同じ使用の内部でＨＴＣ材料の大きさおよび形状が変動する。同じ生成物中で多くの大きさおよび形状の範囲が使用される。ＨＴＣ材料の多様な長いまたは短い変動可能なアスペクト比は樹脂マトリックスの熱伝導性を高め、場合によっては物理的特性および性能を高める。しかし観察すべき１つのアスペクトは、粒子の長さが絶縁特性を生じる限りで得られないことである。より均一なマトリックスを生じるより均一な体積の充填および充填密度を提供することにより多様な形状および長さがＨＴＣ材料の穿孔安定性を改良する。大きさと形状を混合する場合に、１つの構成では長い粒子がより棒形であり、一方小さい粒子はより楕円状、板片状、または円盤状、および立方体である。例えば樹脂を含有するＨＴＣ材料は１０〜５０ｎｍの直径の楕円形を約５５〜６５体積％および１０〜５０μｍの長さの棒を約１５〜２５体積％含有し、樹脂１０〜３０体積％を含有する。
【００３８】
本発明は、形状に関して、高めた穿孔に関して天然の棒および板片に向かう傾向を有する形状を利用し、棒は人工的に処理された材料および天然に形成された材料を含む最も有利な構成である。棒は平均アスペクト比約５以上、特に１０以上を有する粒子として定義されるが、特に有利には１００以下である。１つの構成において、棒の軸方向の長さは約１０ｎｍ〜１００ミクロンの範囲である。棒が小さいほど樹脂マトリックスを良好に穿孔し、樹脂の粘度に関する逆の効果は少ない。
【００３９】
多くのミクロ粒子が楕円状および円盤状形を形成し、これらの形は所定の条件下で一様に分配する能力を低下し、穿孔を生じる濃度を減少する凝集したフィラメント構造を生じることができる。穿孔を増加することにより、エポキシ樹脂の熱特性を高めることができるか、または選択的にエポキシ樹脂に添加することが必要なＨＴＣ材料の量を減少できる。増加した穿孔はエポキシ樹脂内部で、回避すべき凝集より一様なＨＴＣ材料の分布を生じ、好ましくない界面、不完全な粒子の湿潤および微細なボイド形成を有することが少ない、より均一な生成物を作成する。同様に高いアスペクト比の粒子から形成された、凝集したフィラメント構造または樹脂状構造、むしろ球状（緻密な）凝集物または凝結物は高めた熱伝導性を付与する。
【００４０】
反応性表面官能基は無機被覆に固有の表面基から形成することができるか、または付加的な有機被覆を塗装することにより達成することができ、その両方はヒドロキシル基、カルボキシル基、アミン基、エポキシ基、シラン基、ビニル基およびホスト有機マトリックスとの化学反応に利用できる他の基を含むことができる。これらの１つまたは複数の表面被覆および表面官能基は以下の方法の１つを使用して塗装できる。湿式化学法、プラズマ重合および化学蒸着および物理蒸着を含む非平衡プラズマ法、およびスパッタイオン注入および電子ビーム蒸発法およびイオンビーム蒸発法。
【００４１】
テープ表面に塗装できる第３の種類の被覆はＨＴＣ粒子が充填された基板である。基板の種類は典型的にテープ層として使用されるものであり、例えば雲母、ガラス、およびポリマーおよびポリアミドのような皮膜である。ＨＴＣ材料は基板に内部分散される。これらの被覆の厚さは一般に１ミルの程度である。前記の樹脂のような樹脂はこの薄い基板層に含浸することができる。これらの層はフィルムとして商業的に入手できる。
【００４２】
ＨＴＣ材料は、主に種々の組合せでのナノ、メソおよびミクロの大きさの充填剤からなり、充填剤はその上にＤＬＣを有することができる。ナノ充填剤はＨＴＣ基板０.１〜６５体積％を有し、他の有利な構成において、ナノ充填剤はＨＴＣ基板１〜２５体積％を有する。ナノ充填剤は多くの場合に、前記樹脂状被覆に充填されたＨＴＣ材料と同じものを有する材料の１つのカテゴリーである。
【００４３】
ナノ充填剤は約１〜１０００ｎｍの寸法を有し、実際にはメソ充填剤およびミクロ充填剤であってもよい。これらは楕円状、板片状であってもよく、またはホイスカー、棒またはナノチューブのような高いアスペクト比を有してもよく、その該当する組み立てられた形は凝集物、小繊維、樹枝状結晶、ロープ、束、およびネットおよび他の形状であってもよい。更にナノ充填剤はダイアモンド類似被覆（ＤＬＣ）および種々の酸化物、窒化物、炭化物およびホストマトリックスに塗装できる化学量および非化学量の混合組合せのようなそれ自身の被覆を有することができる。ナノ充填剤を、ナノ、メソまたはミクロ球または棒の組合せのように、ＤＬＣまたはナノ、メソまたはミクロ粒子上の酸化物被覆と組み合わせることができる。ダイアモンド類似被覆と異なる種々の形のダイアモンドナノ充填剤が存在してもよいことを記載することが重要である。これらの種類の被覆は前記の樹脂状被覆に使用される樹脂に充填されたＨＴＣ材料に使用できる。
【００４４】
ナノ充填剤材料はナノ、メソ、およびミクロ無機ＨＴＣ材料、例えばシリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、炭化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、ダイアモンド、および高い熱伝導性を生じるほかの材料を有する。これらの材料は多くの結晶学的および形態学的形を有することができ、ホストマトリックスと一緒に、直接または溶剤を介してまたは担体液として作用する液体樹脂系中で処理できる。ＨＴＣ材料を被覆法または含浸法により放出する場合は、液体または低粘性樹脂系は有利な放出系であってもよい。
【００４５】
１つの構成において、ナノ充填剤はデンドリマーである。他の構成において、ナノ充填剤は、アスペクト比（縦方向の平均寸法に対する横方向の平均寸法の比）３〜１００またはそれ以上、より有利に１０〜５０を有する高いアスペクト比を有する、決められた大きさまたは形を有する、ナノ、メソ、またはミクロ無機充填剤である。
【００４６】
形に関して、本発明はホストマトリックス中の増加した穿孔のために天然の棒および板片に向かう傾向を有する形を利用し、棒は最も有利な構成において天然に形成される材料のほかに人工的に処理される材料を含む。棒は平均アスペクト比約５またはそれ以上、有利に１０またはそれ以上を有する粒子として定義されるが、より有利には１００以下である。１つの構成において、棒の軸方向の長さは約１０ｎｍ〜１００ミクロンの範囲である。溶剤を使用して完成したホストマトリックスに添加する場合は、より小さい棒がホストマトリックスを良好に穿孔する。
【００４７】
１つの構成において、本発明は電気的物体を包囲した絶縁テープを提供し、高い熱伝導性層で表面被覆される絶縁テープからなる。テープの少なくとも１つの頭部表面および底部表面が被覆されるが、特別の構成では、テープの頭部表面、底部表面および側面が被覆される。テープを重ねて包囲する場合は、側面被覆が１つの特別な構成である。電気的物体を絶縁テープにより包囲し、この場合に絶縁テープは電気的物体に対する電気的絶縁を提供し、電気的物体が熱を発生する。この熱は絶縁テープをとおりテープ層の界面に移動する。引き続き熱伝導性層が界面に沿って、次のラップに急速に熱を分散する作用をする。これは平面内および通常は平面に向かう熱の移動を含む。
【００４８】
関係する構成において、高い熱伝導性層の伝導率は１〜１００Ｗ／ｍＫであり、より有利な範囲は４０〜８０Ｗ／ｍＫである。電気的物体を包囲した絶縁テープの半径方向の熱伝導率は０.５〜１０Ｗ／ｍＫであり、より有利な範囲は１〜８Ｗ／ｍＫである。
【００４９】
一部の構成において、高い熱伝導性層は厚さ約２０〜２００ｎｍの直接的表面被覆である。直接的表面被覆はダイアモンド類似被覆、または化学量および非化学量の混合組合せを有するＡｌ２Ｏ３，ＡｌＮ、ＭｇＯ２、ＺｎＯ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣおよびＳｉＯ２の少なくとも１種であってもよい。他の構成において、高い熱伝導性層は約０.０５〜１.０ミルを有する樹脂状被覆である。更に他の構成において、高い熱伝導性層は高い熱伝導性材料が充填された薄い基板層であり、厚さ約０.５〜３.０ミルである。基板層は雲母、ガラス、およびポリマー皮膜からなる群から選択され、高い熱伝導性材料は、約１〜１０００ｎｍの大きさの、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、炭化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、ダイアモンド、およびデンドリマーからなる群から選択される。これらの構成は独立にまたは組み合わせて使用できる。
【００５０】
他の構成において、本発明は、電気的絶縁テープの表面上の高い熱伝導性被覆を提供し、電気的絶縁テープの少なくとも１つの表面に高い熱伝導性層で表面被覆される電気的絶縁テープを有する。高い熱伝導性層は直接的表面被覆、高い熱伝導性層が充填された樹脂層および基板層の少なくとも１種を有する。電気的絶縁テープが重ねて物体を包囲する場合は、電気的絶縁テープの層の間に界面が形成され、高い熱伝導性層が界面に沿って連続する。高い熱伝導性層の熱伝導率は１〜１００Ｗ／ｍＫであり、電気的絶縁テープの層の間および界面に沿って移動する熱の消費速度が高い熱伝導性層により増加する。
【００５１】
一部の構成において、テープに含浸される樹脂はテープ層の間に存在し、従って前記界面は更に付加的な樹脂の層を有することができる。この樹脂層は連続的または半連続的である。半連続的層を得るために、これは樹脂を含浸する圧力を調節するような多くの技術により実施することができる。界面に樹脂の半連続的層を形成する他の技術は、界面で樹脂を半分含浸できるテープを使用することである。
【００５２】
他の構成において、本発明は、テープに表面被覆された高い熱伝導性被覆を有する、電気的物体を包囲した電気的絶縁テープを提供し、少なくともテープの頭部表面および底部表面が被覆される。テープは電気的物体を包囲し、テープの少なくとも１／４がテープの次の層により包囲され、テープの層の間の接触が界面を形成する。界面はテープの表面上の高い熱伝導性被覆から実質的に均一に形成され、高い熱伝導性被覆は、化学量および非化学量の混合組合せを有するＡｌ２Ｏ３，ＡｌＮ、ＭｇＯ２、ＺｎＯ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣおよびＳｉＯ２の少なくとも１種を有し、高い熱伝導性層の熱伝導率は１〜１００Ｗ／ｍＫである。
【００５３】
本発明の具体的な構成を詳細に説明したが、開示内容の全体的思想を考慮して、この詳細の多くの変形および変更が開発できることは当業者に認識される。従って開示された具体的な配置は例として示したにすぎず、本発明の範囲を限定するものでなく、本発明は請求の範囲およびその相当物の完全な広い幅を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】ステーターコイルを包囲する絶縁テープの使用を示す図である。
【図２】ハーフラップテープ適用の例の簡略化した横断面図である。
【図３】二重ハーフラップテープ適用の例の簡略化した横断面図である。
【図４】本発明の１つの構成による包囲されたテープの表面界面に沿った熱流の通路を示す図である。
【図５】ＤＬＣを有するテープ界面の拡大した形式の図である。
【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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【国際調査報告】
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