(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟性のある基材と、前記基材に接合されたマイカ母材構造とより成る柔軟な電気絶縁性マイカテープであって、前記マイカ母材構造は、母材であるマイカと、絶縁性樹脂と、ナノクレイ小板と、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ及びそれらの混合物より成る群から選択され前記ナノクレイ小板内に添加された金属イオンとを含み、前記絶縁性樹脂及び前記ナノクレイ小板はマイカの周囲または内部に存在する電気絶縁性マイカテープ。
【請求項２】
前記絶縁性樹脂は、ポリエポキシド樹脂、スチレン化ポリエポキシド樹脂、ポリアミド、ポリエステル樹脂及び１、２−ポリブタジエン樹脂より成る群から選択される請求項１のマイカテープ。
【請求項３】
電圧耐久特性が７．５Ｋｖ／ｍｍ（１８８ボルト／ミル）で１０００時間より長い請求項１のマイカテープ。
【請求項４】
マイカがマイカのようなケイ酸塩またはマイカ亜塩素酸塩より成り、厚さが約０．００５乃至約０．３ｃｍである請求項１のマイカテープ。
【請求項５】
前記マイカは、白雲母、金雲母及びそれらの混合物より成る群から選択されるフレーク状のマイカのマイカであり、金属イオンが内部に添加されたナノクレイ小板をマイカフレークの周りまたはそれらの間に含み、厚さが０．０６乃至０．３ｃｍである請求項１のマイカテープ。
【請求項６】
前記ナノクレイ小板はモンモリロナイトより成る請求項１のマイカテープ。
【請求項７】
前記絶縁性樹脂は、マイカ及びナノクレイ小板の周囲または内部でポリマーを形成するように橋架け可能である請求項６のマイカテープ。
【請求項８】
請求項１乃至７のうち任意の一項の柔軟性のある電気絶縁性マイカテープが巻き付けられた導電性部材。
【請求項９】
厚さが最大０．０６３ｃｍで、電圧耐久特性が７．５Ｋｖ／ｍｍで１０００時間より長い電気絶縁性マイカテープが巻き付けられた請求項８の導電性部材。
【請求項１０】
請求項１乃至７のうち任意の一項の柔軟性のある電気絶縁性マイカテープが巻き付けられた金属コイル。
【請求項１１】
厚さが最大０．０６３ｃｍで、電圧耐久特性が７．５Ｋｖ／ｍｍで１０００時間より長い電気絶縁性マイカテープが巻き付けられた請求項１０の金属コイル。
【請求項１２】
電気絶縁材としての使用に好適な柔軟性のある電気絶縁性マイカテープを製造する方法であって、
（Ａ）マイカ、液状の絶縁性樹脂、ナノクレイ小板、及びＣｒ、Ｓｎ、Ｚｎ及びそれらの混合物より成る群から選択され前記ナノクレイ小板内に添加された金属イオンの混合物を用意し、
（Ｂ）前記混合物を基材に適用して、マイカ母材構造が前記基材上に接合し、前記絶縁性樹脂と前記ナノクレイ小板がマイカの周囲または内部に存在するようにし、
（Ｃ）電気絶縁性マイカテープを電気導体に巻き付け、
（Ｄ）液状の絶縁性樹脂を硬化させるステップより成るマイカテープの製造方法。
【請求項１３】
ステップ（Ａ）のマイカはマイカのようなケイ酸塩である請求項１２の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、高電圧マイカテープを提供するために、含浸エポキシ樹脂を用い、クロム、スズ及び亜鉛が内部に添加されたカリウム系マイカフレーク内のエポキシとクロム、エポキシとスズ、及びエポキシと亜鉛のイオン結合を利用する、絶縁耐力強化マイカテープに関する。これらのマイカテープ基板は、発電機ステータ及びロータにおいて広範囲の絶縁材として使用できる。絶縁耐力が大きいため、絶縁基板を非常に薄くして使用できる。
【０００２】
【背景情報】
The Condensed Chemical Dictionary, 6th Ed., Rheinhold Publishing, 1961, p. 752に記載されたＫＡｌ2ＡｌＳｉ3Ｏ10（ＯＨ）2（白雲母）またはＫＭｇ3ＡｌＳｉ3Ｏ10（ＯＨ）2（金雲母）のようなヒドロキシ含有ケイ酸カリウムアルミニウムの群と考えられるマイカは、絶縁耐力が特に高く、誘電損失が低く、抵抗率が高く、熱安定性とコロナ抵抗に優れているため、７Ｋｖを超える電気機械の高電圧対地電気絶縁材の重要な成分として長い間用いられている。例えば、米国特許第４，１１２，１８３号（発明者：Smith）及び４，２５４，３５１号（発明者：Smith et al.）に記載されるように、現在、マイカは、コイルの機械による巻き付けに必要な機械的健全性を備えた絶縁基板を提供する、柔軟で、しなやかなポリエチレングリコルテレフタレートのマットまたはガラス繊維に接合された大きな剥片またはフレークの形状で使用される。マイカフレークのテープは、コイルに巻き付けた後、真空圧含浸法（ＶＰＩ）により低粘度の液状絶縁樹脂を含浸させる場合が多い。このプロセスは、コイルを収容するチェンバを排気してマイカフレークテープに捕捉された空気及び湿分を除去した後、加圧下で樹脂を導入してマイカフレークテープに完全に樹脂を含浸させることにより空所をなくし、マイカフレーク母材内に樹脂状絶縁物を形成するものである。この樹脂は、その後、加熱サイクルの間硬化させる。ところが、実際、空所を完全になくすことは困難である。マイカフレークテープは、厚く、かさばって、コイルへの適用は容易でないが、このテープは、業界内で基本的な標準品としての位置を維持している。
【０００３】
現在、対地用電気絶縁材としてのマイカの問題は、２つの領域、即ち、（１）マイカとポリマー絶縁材の間の界面における微視的な問題と、（２）マイカテープの各層にポリマー絶縁材を完全に充填するに必要なＶＰＩプロセスとに存在する。マイカの表面は、絶縁性樹脂により十分に「濡れて」いないため、問題となる領域である。従って、マイカの表面にある空所は、絶縁性樹脂の含浸前にコイルを排気しても完全になくならない傾向がある。マイカを表面処理するか、絶縁性樹脂に湿潤剤を加えても、この問題は、今日までのところ完全な解決に至っていない。これらの空所は、コイルの電気的性能及び機械的健全性の双方にとって重大な結果を招くことがある。空所は、電気的には部分放電の場所として作用し、機械的には、コイルの崩壊につながる離層が始まる場所となる場合がある。
【０００４】
最近、高電圧絶縁材としてのマイカ使用の必要性について疑問の声が出ている。Bjorklund et al., of ABB, in "A New Mica-Free Turn Insulator For Rotating HV Machines", the Conference Record of the 1994 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, June 5-8, 1994, pp. 482-484には、銅に巻き付ける絶縁材として、５０％のマイカフレークを含むアラミドベイパーの代わりに、薄く、製造が容易な樹脂エネメル用酸化クロム保護層を使用することが教示されている。酸化クロムの非線形性は、明らかに、自由電子の電荷の吸収に大きな影響を及ぼす。
【０００５】
良好な熱安定性を有する高い正電荷帯電材料で以前実験を行った人達がいる。Drljaca et al., in "Intercalation of Montmorillonite with Individual Chromium (III) Hydrolytic Oligomers", Inorganic Chemistry, vol. 31, No. 23, 1992, pp. 4894-4897には、収着性及び触媒特性を有する、クロムが挿入／添加されて支柱になるクレイ（粘土）が、ゼオライト、即ち、イオン交換水の軟化に用いるアルミノケイ酸ナトリウムまたはカルシウムの代替物として教示されている。"A New Method for Generating Chromium (III) Intercalated Clays", Inorganica ChemicaActa, 256, 1997, pp. 151-154において、Drljaca et al.は、さらに、モンモリロナイトのクレイ、Ａｌ2Ｏ3・４ＳｉＯ2・Ｈ2Ｏ、内へ添加するために平らなシートを形成する他の二量体ユニットとのＣｒ（ＩＩＩ）二量体の反応を開示している。
【０００６】
異なる領域では、依然としてクレイに関連があるが、Millerは、"Tiny Clay Particles pack Patent Properties Punch", Plastics World, Fillers, October 1997, pp. 36-38において、優れた機械的強度、耐熱性、難燃性及び気体遮断性を有する鉱物充填プラスチックナノ複合物を記載している。これらの複合物は、最初は、約０．５乃至２マイクロメートルの幅と、１ナノメートル（ｎｍ）、即ち、約０．００１マイクロメートルの厚さを有し、自動車のタイミングベルトに用いる、モンモリロナイトクレイの小板の束を含むナイロン材を用いていた。もっと最近では、かかる小板を他の樹脂に取り込もうとする試みがある。Millerは、さらに、高「アスペクト比」、即ち、厚さに比べて大きい幅を有し、配合時に小板とポリマーとの間に分子結合が形成された小板を記載している。Nancor Inc.及びAMCOL Intl.のようなクレイ製造業者は、化学的引き伸ばし、即ち、小板間の間隔を約４オングストローム、即ち、約０．００４マイクロメートルから、有機樹脂の分子が直接、イオン結合または共有結合により小板の表面に固着し、その後の重合／配合時に、小板が直接反応してポリマー構造になるような厚さに開いている。小板の束はまた、重合／配合を助けるためにクレイ製造業者により剥脱されて個々の小板になる。Millerは、分子の「尾部」が、親水性のクレイと疎水性の有機ポリマーとの間の不適応性を克服し、それらが直接、分子結合を形成できるようにする、即ち、ポリマーを直接ナノクレイ内に添加する化学的働きを有することを述べている。タイミングベルトだけでなく、さらに別の用途として、熱可塑性樹脂の気体遮断包装材、マイクロ波オーブンで使用可能な容器及びエポキシ樹脂回路板が考えられる。
【０００７】
これらのプロセスはまた、トヨタ中央研究所のUsuki et al.により、米国特許第４，８８９，８８５号に一般的に記載されている。この特許では、アンモニウム塩、スルホニウム塩及びフォスフォニウム塩のような物質からの複合陽イオンが、クレイ鉱物の無機イオンとのイオン交換によりモンモリロナイトのようなクレイの層間距離を拡げるために使用されている。これにより、クレイ鉱物がポリマーを各層の間隔に入れ、クレイ鉱物の層とポリマーとをイオン結合により直接互いに接続することが可能となる。オニウム塩は、重合開始材となる分子スケルトンを有する。オニウム塩が樹脂の基本的構成単位となる分子スケルトンを有する場合、その塩は、フェノール樹脂のためのフェノール基、エポキシ樹脂のためのエポキシ基及びブタジエンアクリロニトリルゴムのためのポリブタジエン基を有する。トヨタ中央研究所のYano とUsuki等は、"Synthesis and Properties of Polyamide - Clay Hydrid", Journal of Polymer Science, Part A, Polymer Chemistry, vol. 31, 1993, pp. 2493-2498において、気体遮断フィルムとして用いるために、ポリアミド樹脂ハイブリッドにおける整列重点材としてドデシラミンのアンモニウム塩を内部に添加したモンモリロナイトクレイの使用を記載している。この文献では、ナトリウムタイプのモンモリロナイトを高温の水と混合してナトリウムを分散させた後、ドデシラミンのアンモニウム塩で置換して、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）と相互作用させることによりモンモリロナイトの小板を「開く」と思われる。内部に添加したモンモリロナイトは、その後、ポリアミド母材内にただ分散させて流延フィルムとし、モンモリロナイトがフィルム表面に平行に配向して気体の浸透を防ぐ障壁となるようにする。
【０００８】
小板の束の剥脱と内部へのポリマーの添加は、米国特許第５，６９８，６２４号（発明者：Beall et al.）に記載されている。この特許では、重合可能なモノマーが小板間に直接添加されるか、あるいは剥脱された材料と混合された後、重合される。開示された適当なポリマーは、特に、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン及びポリエポキシドである。この特許では、ナトリウムまたはカルシウムのモンモリロナイトのクレイの小板に有機アンモニウム分子が挿入されて小板内の厚さが増加した後、高せん断混合によりケイ酸塩の層を剥脱し、それらの層をその後直接母材ポリマーと混合して機械的強度及び／または耐高温特性が向上するようにする。ポリマーと小板との相互作用は何れも、ポリマーと、「開いた」ナノ小板との間の直接の相互作用であるように思える。この領域の他の特許には、米国特許第５，７２１，３０６号（発明者：Tsipursky et al.）第５，７６０，１２１号（発明者：Beall et al.）及び第５，８０４，６１３号（発明者：Beall et al.）がある。
【０００９】
かさばるだけでなく樹脂の湿潤が困難なためマイカフレークテープを使用しない傾向に追従して、１９９９年５月２６日付け米国特許出願第０９／３２０，２０２号（ＥＳＣＭ２８３１３９−００１９２；発明者：Smith and Emery）には、Ａｌ・Ｓｉ・Ｏ系物質の小板内の間隔に挿入されまたは添加されたＣｒ、ＳｎまたはＺｎを含むオリゴマーを、Ｃｒ、ＳｎまたはＺｎの存在下で重合するエポキシのような樹脂と相互作用させて、小板が樹脂混合物の約３乃至３５重量パーセントを構成する樹脂混合物を形成することが開示されている。この樹脂混合物は金属導体などの上に直接被覆されるため、マイカテープまたは他のマイカ系絶縁基材の使用が不要になる。モンモリロナイトクレイ（Ａｌ2Ｏ3・４ＳｉＯ2・Ｈ2Ｏ）は主要なＡｌ・Ｓｉ・Ｏ2物質であるが、マイカケイ酸塩は、本質的には樹脂混合物の充填剤である小板として用いられると説明されている。しかしながら、Ａｌ・Ｓｉ・Ｏ物質（マイカ）へのＣｒ、ＳｎまたはＺｎの挿入は困難であることがわかっており、そのためクレイ系の小板が好ましいことが判明している。
【００１０】
金属が内部に添加されたモンモリロナイトクレイを含む樹脂は流延／浸漬用樹脂として極めて有用であるが、マイカテープがかさばらないように、またマイカテープに付随するマイカ湿潤の問題を解決するように内部添加技術をマイカの技術と融合する必要が依然として存在する。
【００１１】
【発明の概要】
従って、本発明の主要な目的は、高い電圧保護特性と、高い電圧耐久特性を備えると共に薄い断面の形で適用可能な改良型の低コスト高電圧の含浸マイカフレークまたはマイカテープの電気絶縁材を提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、電圧耐久特性が劇的に改善されるため薄い断面の形で適用可能な低コストの高電圧電気絶縁材を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、Smithの‘１８３特許に示されるスズ及びクロム化合物の利点及びSmithの‘３５１特許に示されるクロム及び亜鉛化合物の利点の一部を利用すると共に、薄い断面の形で適用可能な低コストの高電圧電気絶縁材を提供することにある。
【００１４】
本発明の上記及び他の目的は、柔軟性のある基材と、前記基材に接合されたマイカ母材構造とより成る柔軟な電気絶縁性マイカテープであって、前記マイカ母材構造は、母材であるマイカと、絶縁性樹脂と、ナノクレイ小板と、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ及びそれらの混合物より成る群から選択され前記ナノクレイ小板内に添加された金属イオンとを含み、前記絶縁性樹脂及び前記ナノクレイ小板はマイカの周囲または内部に存在する電気絶縁性マイカテープの提供により達成される。マイカテープは、厚さが０．０６乃至０．３ｃｍ、好ましくは０．００５乃至０．３ｃｍであり、７Ｋｖまたはそれより高い発電機のような回転電機のための金属コイルとなりうる導体上に巻き付けられる。カオリナイトのようなマイカケイ酸塩を、厳密にマイカである母材の全部または一部と置き換えることが可能である。Ｃｒ、ＳｎまたはＺｎの少なくとも１つを内位添加された別のナノクレイ小板を、マイカと絶縁性樹脂の混合物に、マイカ重量を基準として最大５０重量パーセント添加することにより、電気的特性をさらに向上させることができる。
【００１５】
本発明はまた、電気絶縁材としての使用に好適な柔軟性のある電気絶縁性マイカテープを製造する方法であって、マイカ、液状の絶縁性樹脂及びＣｒ、Ｓｎ、Ｚｎ及びそれらの混合物より成る群から選択される金属イオンの混合物を用意し、前記混合物を基材に適用して、マイカ母材構造が基材上に接合して、絶縁性樹脂と金属イオンがマイカの周囲または内部に密在するようにし、マイカテープを電気導体に巻き付け、絶縁性樹脂を硬化させるステップより成るマイカテープの製造方法にある。
【００１６】
マイカ母材構造に含浸させるために特に有用な樹脂は、無溶剤ポリエポキシド（エポキシ）樹脂、スチレン化ポリエキシド樹脂、ポリエステル樹脂及び１、２−ポリブタジエン樹脂であり、これら全てはＣｒ、Ｓｎ及びＺｎの触媒存在下で相互作用し重合することができる。巻き付け用テープとして用いた場合のこれらのマイカ絶縁部材の電圧耐久特性は、７．５Ｋｖ／ｍｍ（１８８ボルト／ミル）において１０００時間より長く、１８８ボルト／ミルにおいて一般的に２８００−３０００時間の格段に大きい範囲内にある。例えば、未充填エポキシ樹脂の通常範囲は１８８ボルト／ミルで１０００時間であるため、本発明の巻き付け用テープを最大３５Ｋｖの電圧用に０．０６３ｃｍ（０．０２５インチ）より薄い厚さに適用可能である。
【００１７】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図１は、導体１４を複数回巻いたコイル１３を示す。導体１４の各巻部分は、本質的に、銅のバーまたはワイヤーのような導体が絶縁材１５で包まれたものである。絶縁材１５の各巻き付け部分は、好ましくは、接合樹脂絶縁材を含浸させた繊維シートまたはストリップから製造される。接合樹脂絶縁材はただ、未硬化のワニスまたは樹脂の被覆より成るが、それは接合樹脂で処理した繊維材料の包装物より成るのが好ましい。樹脂で処理したガラス繊維布、紙クロスを用いると、同じように満足な結果が得られる。絶縁材の各巻き付け部分に適用してそれらを接合する樹脂は、フェノール樹脂、アルキド樹脂、メラミン樹脂などのような樹脂、またはこれらの任意の２つまたはそれ以上の混合物である。
【００１８】
絶縁材の各巻き付け部分は、コイルが高圧発電機に取り付けられると導体とアースとの間に存在する過酷な電圧傾度に耐えるには不適当である。従って、導体の各巻き部分１４の周りに少なくとも１つのマイカテープを巻き付けて、コイルの対地絶縁を行う。本発明のマイカテープは、テープ１６である。このような複合テープ１６は、小さなマイカフレークを付着させた紙またはフェルトであるか、または、例えばガラス繊維のクロスまたはポリエチレングリコルテレフタレートのマットのしなやかな基材シート１８を、液状樹脂結合剤により通常、フレーク２０より成るマイカの層に接合したものである。このテープは、半分が重なるか当接するかまたは他の態様で適用される。一般的に、複合テープ１６の複数の層を、電圧条件に応じてコイルの周りに巻き付ける。耐摩耗性を向上させ、絶縁材を堅く固定するため、例えばガラス繊維などの強靭な繊維材料の外側テープ２１をコイルに巻き付ける。
【００１９】
マイカフレークそれ自体は、ＫＡｌ2ＡｌＳｉ3Ｏ10（ＯＨ）2（白雲母）またはＫＭｇ3ＡｌＳｉ3Ｏ10（ＯＨ）2（金雲母）若しくはこれらの２つの混合物から選択される「厳密にマイカの」構造物であり、これらには、紙付着または紙フェルト化プロセス時または基材への接着時においてＣｒ、Ｓｎ及びＺｎの金属イオンのうち少なくとも１つを内部に添加する。マイカは、部分放電に対する高い耐久性のために電圧耐久特性が改善されており、絶縁材料の寿命が長いという点で特異である。現在は、この保護作用を担当する機構は電子的であって物理的なものではないと思われている。部分放電（「電子なだれ」と呼ばれることもある）による高エネルギーの電子は、ケイ酸塩の格子通路内に保持されるＫ+イオンのアレイにより発生する強い正の電界により速度を弱められ、脱勢される。高電圧絶縁系統においてマイカの保護特性を主として生ぜしめるのは、この効果である。
【００２０】
本明細書の説明において後で明らかになるように、本発明の思想及び技術的アプローチはこの電子抑制機構に基づく。マイカが自由電子を捕捉する１つの機構は、格子通路におけるＫ+イオンの存在による。これらのイオンは通常、非常に堅く保持され、自由電子を非常に効果的に捕捉する。
【００２１】
通常、遷移金属イオンは、電荷が大きくサイズが小さいため、電荷／サイズ比が非常に大きい。このため、これらの格子通路のＫ+イオンをＣｒ、ＳｎまたはＺｎの陽イオンで置き換えると、マイカ単独の場合よりも部分放電に対する保護がより効果的な（従って、電圧耐久特性が長い）絶縁材が得られる。これは、これらの金属イオンの電荷／半径比が大きいため、絶縁材の損傷を起こす原因となる高速電子がより効果的に抑制されるためである。
【００２２】
上述した厳密にマイカである構造に加えて、ある特定の例では、「マイカのような」ケイ酸塩としてここで定義する同様な構造を、厳密にマイカである構造（白雲母または金雲母のような）の部分的または完全な代替物として用いることができる。マイカのようなケイ酸塩の例には、カオリナイト、Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2・２Ｈ2Ｏ、ハロイサイト、Ａｌ2Ｏ3・３ＳｉＯ2・２Ｈ2Ｏ、およびクロライト、（Ｍｇ、Ｆｅ、Ａｌ）6（Ｓｉ、Ａｌ）4Ｏ10（ＯＨ）8が含まれる。従って、マイカはこれらのマイカのようなケイ酸塩を０パーセントから１００パーセントの割合で含むことができる。しかしながら、コストが低いため厳密に全部がマイカである構造の方が好ましい。
【００２３】
オプションとして、マイカ重量を基準として最大６０重量パーセント（２０乃至５０重量パーセントが非常に有用な範囲である）のＣｒ、Ｓｎ、Ｚｎを内部に添加したナノクレイ小板をマイカに添加することができる。図２で示すように、ナノクレイ小板は通常、マイカフレークよりも格段に小さく、マイカフレークの周囲またはそれらの間に位置させることができる。本発明の１つの特徴は、選択した金属を内部に添加したナノクレイ小板を従来のマイカテープ材料と共に用いてマイカの層内に、複合層内でのＶＰＩ樹脂のより良好な混合を可能にする新しい副構造を提供することである。望ましい目標は、マイカ層内に、ＶＰＩ樹脂がナノクレイ小板の層内に添加されるため有機／無機相の密接な分子分散が得られるナノ複合構造の領域を形成することである。加えて、内部に添加される金属（Ｃｒ、ＳｎまたはＺｎのうちの少なくとも１つ）が存在するため、エポキシＶＰＩ樹脂がさらに触媒硬化して、電気的及び機械的特性、引張り及び熱的特性が改善される。
【００２４】
この実施例では、選択された金属が内部に添加されたナノクレイを、マイカ紙の最初の製造時にマイカフレークに添加することにより、これらのナノサイズのクレイ粒子が大きなマイカフレークの周囲または内部に密在するようにする。ナノクレイは、マイカ紙製造プロセスに水性エマルジョンとして加えることができる。この紙プロセスは既に水性プロセスであるため、このナノクレイエマルジョンは内部添加物質をマイカフレークと混合する便利な方法である。逆に、内部に添加されたナノクレイを結合樹脂（例えば、エポキシ）と共に有機溶液としてマイカ紙に加えて、マイカフレーク間に含浸可能な「マイカ結合」組成物とすることができる。これらの例ではいずれも、マイカ層内の添加された金属促進剤（Ｃｒ、ＳｎまたはＺｎの少なくとも１つ）の存在が、マイカテープの含浸に使用するＶＰＩ樹脂の引張り及び機械的特性及び熱ひずみ温度（ＨＤＴ）を改善すると予想される。改善されるこれら特性の全体的な利益により、グランドウォール絶縁層の厚さを減少（２５％以上も）することが可能となり、その結果、発電機コイルの熱伝達特性が向上し、コンパクトな設計が可能となる。これらの用途に有用なナノクレイは、例えば、Ａｌ・Ｓｉ・Ｏ物質、好ましくはモンモリロナイト（Ａｌ2Ｏ3・４ＳｉＯ2・Ｈ2Ｏ）である。
【００２５】
図２を参照して、図示の理想化された柔軟なマイカテープ１６は、柔軟なガラス繊維基材１８が絶縁性樹脂１７を含むマイカ２０の母材構造を支持するものであり、金属を内位添加されたナノクレイ小板１９が均質的に分布しており、内部に添加された金属イオンを一般的に点１２で示す。図３は、モーターの一実施例を断面図で示す。モーターは、絶縁コイル２３を収容したスロット２２を有する金属アーマチャー２８が、スロット２５を有する金属ステータ２４で取り囲まれ、これらのスロット２５はステータの周面の周りの２６で示す位置にある。ステータのスロットは絶縁コイル２７を含む。コイル基材２３、２７上に被覆された全ての絶縁物は、本発明の樹脂組成物より成ることができる。図４は、発電機の一実施例を断面図で示す。発電機は、絶縁コイル３３を含むスロット３２を備えた金属ロータ３１のような基材部品が、周面３６でスロット３５を有する金属ステータ３４により取り囲まれたものである。ステータのスロットは絶縁コイル３７を含み、図示はしないが、内部の冷却チャンネルを有する。コイル３３、３７上に被覆した全ての絶縁物は、本発明の樹脂組成物により形成可能である。
【００２６】
本発明において含浸絶縁性樹脂として使用可能な１つのタイプの樹脂組成物は、二価フェノール１モルにつき１乃至２モルまたはそれ以上のモル数のエピクロロヒドリンを用いて、約５０℃のアルカリ媒体内においてエピクロロヒドリンを二価フェノールと反応させることにより得ることができる。反応を行わせるために数時間加熱を継続した後、生成物を洗浄して塩と塩基とを除去する。生成物は、単純な１つの化合物でなくて、一般的に、グリシジルポリエーテルの錯混合物であり、ビスフェノールＡタイプのエポキシドのジグリシジルエーテルかまたはビスフェノールＦタイプのエポキシドのジグリシジルエーテルである。本発明に用いるビスフェノールエポキシドは、１より大きい１、２−エポキシ当量を有する。それらは一般的に、ジエポキシドである。エポキシ当量は、グリシジルエーテルの平均分子に含まれる１，２−エポキシ基の平均数を言う。
【００２７】
本発明に有用な他のグリシジルエーテル樹脂は、エピハロヒドリンをアルデヒド、例えばフェノールホルムアルデヒド凝縮液と反応させて調製したノボラックのポリグリシジルエーテルを含む。脂環式エポキシ樹脂もグリシジルエーテルエポキシ樹脂と同様に有用であり、これらは共に非グリシジルエーテルエポキシドであって、これら全ては当該技術分野において周知であり、米国特許第４，２５４，３５１号に詳細に記載され、この特許では、本発明にとって有用なエポキシ化ポリブタジエンが記載されている。液晶熱硬化性（ＬＣＴ）構造に基づくエポキシ樹脂も有用である。これらのタイプのエポキシ樹脂の例は、米国特許第５，９０４，９８４号（発明者：Smith et al.）に記載されている。これらの上述した樹脂組成物は全て、以下においてポリエポキシド樹脂として定義し、説明する。
【００２８】
他の有用な樹脂には、ポリエステル及び１−２、ポリブタジエンが含まれ、これらは当該技術分野において周知である。一般的に、ポリエステル樹脂は大きな群の合成樹脂であり、ほとんど全てを二塩基酸を二価アルコールと反応させて製造する。小数であるが、グリセロールまたはクエン酸のような三官能化モノマーを用いる場合がある。用語「ポリエステル樹脂」は、マレイン酸のような不飽和二塩基酸から作る生成物に特に用いる。不飽和ポリエステル樹脂は、橋かけによりさらに重合することができる。通常の温度において適当な過酸化物触媒で生じる可能性のある重合の第２段階の間、スチレンのような別の不飽和モノマーを添加することが多い。無水マレイン酸及びフマル酸は普通の不飽和酸成分であり、一方、無水フタル酸またはアジピン酸もしくはアゼライン酸はそれらに対応する飽和物質である。普通用いるグリコールは、エチレン、プロピレン、ジエチレン、ジプロピレン及びある特定のブチレングリコールである。添加する重合可能なモノマーは、スチレン、ビニールトルエン、ジアリルフタレートまたはメチルメタアクリレートである。不飽和ポリエステル樹脂の他に、他の重要なタイプが存在する。１つの大きな群はアルキド樹脂である。これらは、多くのタイプの変成、通常は不飽和脂肪酸を含むことにより、飽和酸とアルコールモノマーから作られる。さらに、これらの樹脂の簡単な説明については、Rose, The Condensed Chemical Dictionary, 6th ed., pp. 909-911 (1961)を参照されたい。
【００２９】
Ｃｒ、ＳｎまたはＺｎ及びそれらの混合物を含むようにするため利用される有用なオリゴマーは、二量体の構造でもよい。これらのオリゴマーは、Drljaca et al.によりInorganic Chemistry, vol. 31, No. 23, pp. 4894-4897 (1992)に詳細に記載されるように、例えば三量体、開いた四量体及び閉じた四量体構造のような他の周知の構造でよい。通常、オリゴマーはＣｒ、Ｓｎ、Ｚｎまたはそれらの混合物を含むように調製される。これは、一般的に、水溶液中において、強酸（即ち、過塩素酸）を金属塩（硝酸クロム、塩化スズ水和物、硝酸亜鉛水和物と反応させることにより達成可能である。他の特に有用なオリゴマーは、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）またはエチルアルコールのような非水溶性の有機溶媒を用いてナノクレイ構造に容易に適用可能なＣｒ（ＩＩＩ）２、４−ペンタンジオネートのような金属２、４−ペンタンジオネートである。周知のように、またDrljaca et al., in Inorganica ChimicaActa, 256 (1997), pp. 151-154に記載されるように、これらのオリゴマーは、オプションとして、互いに反応せせることにより、厚さが約０．０００４乃至０．０００９マイクロメートル（４乃至９オングストローム）の平坦なシート状の二量体チェーンを形成することができる。
【００３０】
小板状で、それらの構成小板間に間隔があり、拡張可能な固体状のＡｌ・Ｓｉ・Ｏ系物質、例えば、未変成白雲母マイカ、金雲母マイカまたはモンモリロナイトのようなクレイタイプのケイ酸塩、またはそれらの混合物は、構成小板間の間隔をさらに「開く」、即ち拡張するように内部添加処理を行うことができる。通常の前ステップとして、これらのマイカまたはクレイ小板は、アミン、アンモニウム塩のようなオニウム塩または他の化学物質と接触させて化学処理することが可能であり、添加されるこれら化学物質の量は、マイカまたはクレイの層間距離を拡げ、それらの物質の親水性を低くし、疎水性を増加させて、一般的に疎水性のポリマー物質がマイカまたはクレイと容易に相互作用できるようにする量である。
【００３１】
その後、金属を含むオリゴマーは、開いたＡｌ・Ｓｉ・Ｏ系物質、例えば、白雲母ＫＡｌ2ＡｌＳｉ3Ｏ10（ＯＨ）2、金雲母ＫＭｇ3ＡｌＳｉ3Ｏ10（ＯＨ）2、またはモンモリロナイトＡｌ2Ｏ3・４ＳｉＯ2・Ｈ2Ｏに挿入、即ち内部に添加される。これは、１つの方法において、オリゴマーを含む金属を、例えば、ケトンクロム（ＩＩＩ）２、４−ペンタンジオネートのような適当な溶媒中で溶解した後、Ａｌ・Ｓｉ・Ｏ2系物質を十分な時間の間その溶液と接触させ、その後乾燥させることにより実行される。
【００３２】
「開いた」Ａｌ・Ｓｉ・Ｏ物質内に位置する、金属を含むオリゴマーに、その後、それ自身及びＡｌ・Ｓｉ・Ｏ物質内の金属を含むオリゴマーと重合可能な適当な樹脂組成物を内部に添加する。内部に添加されたマイカ、クレイなどは、適当な樹脂組成物と混合される。樹脂に対するＡｌ・Ｓｉ・Ｏ2の範囲は、マイカテープを含浸可能にするため、約３乃至３５重量パーセント、好ましくは５乃至２０重量パーセントである。加熱すると、マイカ絶縁部材に含浸されていたであろう樹脂組成物が、橋かけによりＡｌ・Ｓｉ・Ｏ物質の周り及びその内部にポリマーを形成する。
【００３３】
その結果得られる組成物は、マイカ紙またはマイカテープに含浸可能であり、この紙またはテープはその後，例えば、ワイヤー、コイル、電子部品などの電気的部材の周りに巻き付けることができる。絶縁効果は飛び抜けており、巻線に厚さ０．０６ｃｍに適用すればよいようなものである。開発が完了すれば、これらの新規な絶縁テープは、グランドウォールの厚さを現在レベルを劇的に超えた値まで劇的に減少させるように使用できる。最後に、発電機コイルのための絶縁システム、即ち０．００５ｃｍ（０．００２インチ）の厚さのシステムは、この開発の結果となりうるものである。これらのテープの非常に大きい絶縁耐力により、極端に薄い絶縁層を使用できる。
【００３４】
本発明を、以下の例につきさらに説明する。
【００３５】
例 １
金属陽イオン内部添加ナノクレイの調製
金属陽イオンを内部に添加したナノクレイは、金属オリゴマーをＭＥＫのような溶媒中で溶解した後、ナノクレイ粉末を添加し、約１２時間攪拌することにより調製した。典型的な成分量は以下の通りである。
金属オリゴマー                   ８グラム
メチルエチルケトン（ＭＥＫ） ４００グラム
ナノクレイ粉末                 ４０グラム
【００３６】
得られた溶液を、攪拌後、濾過し、その結果得られた金属陽イオンを内部に添加したナノクレイ生成物を６０℃で真空の下に乾燥させた。表１は、この手順で得た３つのナノクレイの詳細を示す。亜鉛を内部に添加した生成物（即ち、ナノクレイ「Ｇ」）の場合、溶解性が良好なためブチルセロゾルブをＭＥＫの代わりに用いた。
【００３７】
表 １
ナノクレイの調製
添加クレイの表示   金属オリゴマー             内位添加金属陽イオン
ナノクレイＤ  ジ−ｎ−ブチルビス（２，４    Ｓｎ4+
ペンタンジオネートスズ
ナノクレイＥ  クロム（ＩＩＩ）２，４−      Ｃｒ3+
ペンタンジオネート
ナノクレイＧ  亜鉛（ＩＩ）２，４−          Ｚｎ2+
ペンタンジオネートハイドレート
【００３８】
マイカテープのサンプルの調製 
マイカ接合組成物を表２の３つの例で示すように調整した。
表 ２
改良型マイカテープ樹脂の組成
例 １ 
ＤＥＲ ６６１＊         ８０ 部
ＤＥＲ ３３２＊         ２０ 部
ナノクレイＤ           ７．５部
ＭＥＫ                １５０ 部
トルエン              １５０ 部
例 ２ 
ＤＥＲ ６６１＊         ８０ 部
ＤＥＲ ３３２＊         ２０ 部
ナノクレイＥ           ７．５部
ＭＥＫ                １５０ 部
トルエン              １５０ 部
例 ３ 
ＤＥＲ ６６１＊         ８０ 部
ＤＥＲ ３３２＊         ２０ 部
ナノクレイＧ           ７．５部
ＭＥＫ                １５０ 部
トルエン              １５０ 部
＊Dow ChemicalのビスフェノールＡエポキシ樹脂
使用したエポキシ樹脂（ＤＥＲ６６１及びＤＥＲ ３３２）は、Dow Chemicalから市販されているビスフェノールＡ樹脂である。
【００３９】
マイカシートのサンプル（２１．６ｃｍ×２７．９ｃｍ（８．５インチ×１１インチ）は、計量した樹脂溶液をマイカシートとガラス布の積層体に適用して調製した。通常、１枚のガラス繊維シートと１枚のマイカ紙のシートとを上方装填型はかりの上に配置した。
表２に示すマイカ接合溶液をマイカ紙に滴下により添加したが、その添加は、マイカ接合溶液の固体成分に基づく添加重量が最終の基材の所望の樹脂成分に到達するまで行った。
最終のマイカテープの樹脂含有量が５パーセント、１０パーセントまたは１５パーセント（重量比）になるように量を選択した。空気中で１０分乃至１５分間乾燥させた後、６分間の間１５０℃で余分の溶媒を除去した。その後、マイカシートのサンプルを、柔軟性及び銅導体の周りへの巻き付け容易性につきチェックした。
【００４０】
上述したように調製したマイカテープは、短期の絶縁破壊電圧特性では少なくとも２３％、長期の電圧耐力特性では２００％以上の改善で示されるような絶縁耐力が強化された特性を示すと予想される。
【００４１】
本発明を特定の実施例につき詳細に説明したが、当業者は、本願の開示全体に鑑みて種々の設計変更を想到できるであろうことがわかる。従って、図示説明した特定の実施例は本発明の範囲を例示するだけで限定するものでなく、この範囲は頭書の特許請求の範囲及び任意且つ全ての均等物の全幅を与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、コイルの周りに巻き付けられる樹脂含浸マイカテープ１６を示す。
【図２】  図２は、本発明のマイカテープの理想的な断面を示す。
【図３】  図３は、本発明のマイカテープ絶縁材を巻き付けて絶縁したコイルを含むモーターの理想的な断面図である。
【図４】  図４は、本発明のマイカテープ絶縁材を巻き付けて絶縁したコイルを含む発電機の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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