接地壁絶縁体用の複合コーティング、その製造方法、及びそれから導かれる物品
【課題】一段階法で施工でき、多層材料から製造した絶縁体に比べて減少した厚さを有しながら、高い電圧に耐え得る絶縁層を備える電気物品を提供する。
【解決手段】電気絶縁層が熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有する金属酸化物ナノ粒子及びダイヤモンドナノ粒子からなる。熱硬化性ポリマーの好適な例は、ポリウレタン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアクリル樹脂等であるが、典型的な熱硬化性ポリマーはポリシロキサンポリマーである。
【解決手段】電気絶縁層が熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有する金属酸化物ナノ粒子及びダイヤモンドナノ粒子からなる。熱硬化性ポリマーの好適な例は、ポリウレタン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアクリル樹脂等であるが、典型的な熱硬化性ポリマーはポリシロキサンポリマーである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機、発電機などの電磁気装置における接地壁絶縁体用の複合コーティング、その製造方法、及びそれから導かれる物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気装置で使用される電気部品用の接地壁絶縁体は、一般に多層材料で製造されてきた。複数の層は、コロナ放電に対する高い抵抗性を容易にする。絶縁層はまた、電動機及び発電機のような電気装置の高電圧環境に耐え得るように高い破壊電圧値を有することが望ましい。複数の層は、一般に、ガラスから製造した繊維質裏材及び雲母から製造した追加層で構成されている。複数の層の使用は多大の時間及び費用を必要とする。加えて、複数の層の使用は一般に厚い絶縁体層を生じ、その結果として部品を大きくする。
【０００３】
したがって、一段階法で施工でき、多層材料から製造した絶縁体に比べて減少した厚さを有しながら高い電圧に耐え得る絶縁層を使用することが一般に望ましい。
【特許文献１】米国特許第５６５００３１号明細書
【特許文献２】米国特許第６６３２１０９号明細書
【特許文献３】米国特許第６７７８０５３号明細書
【特許文献４】米国特許第６８６４３０６号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００３／００１７３５１号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００４／０２６５５５１号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００５／００８０１７５号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００５／０１６１１４９号明細書
【特許文献９】国際公開第０１／８９８２７号パンフレット
【特許文献１０】特開昭５８−１４１２２２号公報
【非特許文献１】Ｃｏｌｉｎ Ｋｙｄｄ Ｃａｍｐｂｅｌｌ．“Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．２，ｐａｇｅｓ ２１１−２１６，Ｊｕｎｅ ２００２
【非特許文献２】Ｊｉａｎｗｅｎ Ｘｕ ａｎｄ Ｃ．Ｐ．Ｗｏｎｇａ）．“Ｌｏｗ−ｌｏｓｓ ｐｅｒｃｏｌａｔｉｖｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ”Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８７，０８２９０７，ｐａｇｅｓ ０８２９０７−１，２，３，２００５
【非特許文献３】Ｙ．Ｂａｉ，Ｚ．−Ｙ．Ｃｈｅｎｇ，Ｖ．Ｇｈａｒｔｉ，Ｈ．Ｓ．Ｘｕ，ａｎｄ Ｑ．Ｍ．Ｚｈａｎｇａ）．“Ｈｉｇｈ−ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ−ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｅｒａｍｉｃ−ｐｏｗｅｒ ｐｏｌｙｍｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ”Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７６，Ｎｏ．２５，ｐａｇｅｓ ３８０４−３８０６，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ Ａｐｒｉｌ ２８，２０００
【非特許文献４】Ｅ．Ａｕｌａｇｎｅｒ，Ｊ．Ｇｕｉｌｌｅｔ，Ｇ．Ｓｅｙｔｒｅ，Ｃ．Ｈａｎｔｏｃｈｅ，Ｐ．Ｌｅ Ｇｏｎｉｄｅｃ，Ｇ．Ｔｅｒｚｕｌｌｉ．“（ＰＶＤＦ／ＢａｔｉＯ３） ＡＮＤ （ＰＰ／ＢａＴｉＯ３） ＦＩＬＭＳ ＦＯＲ ＥＮＥＲＧＹ ＳＴＯＲＡＧＥ ＣＡＰＡＣＩＴＯＲＳ”１９９５ ＩＥＥＥ ５ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ．Ｐａｇｅｓ ４２３−４２７．１９９５
【非特許文献５】Ｄ．Ｄｉｍｏｓ．“ＰＥＲＯＶＳＫＩＴＥ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ ＦＯＲ ＨＩＧＨ−ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＣＡＰＡＣＩＴＯＲ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ１”．Ａｎｎｕａｌ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ．Ｖｏｌ．２８：３９７−４１９（Ｖｏｌｕｍｅ ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ｄａｔｅ Ａｕｇｕｓｔ １９９８）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書中には、電気部品と、電気部品上に設けられた電気絶縁層とを含んでなる物品であって、電気絶縁層が熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有するダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる物品が開示される。
【０００５】
本明細書中にはまた、電気部品上に電気絶縁層を設ける段階であって、電気絶縁層が熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有するダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる段階と、熱硬化性ポリマーを硬化させる段階とを含んでなる物品の製造方法も開示される。
【０００６】
本明細書中にはまた、熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含んでなる組成物であって、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有するダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる組成物も開示される。
【０００７】
本明細書中にはまた、ダイの中心内腔に固定子バーを送り込む段階であって、中心内腔が固定子バー上でのダイの相対運動を許すのに十分な形状を有している段階と、絶縁層が固定子バーの両面上に同時に設けられるように絶縁層をダイ中に押し出す段階であって、絶縁層が熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有するダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる段階と、固定子バーの全長に沿ってダイを移動させる段階とを含んでなる方法も開示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本明細書中で使用する「第一」、「第二」などの用語は、いかなる順序、数量又は重要度も表すわけではなく、むしろある構成要素を別の構成要素から区別するために使用されることに注意すべきである。単数形で記載したものは、数量の制限を意味するわけではなく、むしろ記載されたものの１以上が存在することを意味する。数量に関して使用される「約」という修飾語は、記載された値を含むと共に、（例えば、特定の数量の測定に関連する誤差の程度を含め）前後関係から指示される意味を有する。本明細書中に開示されるすべての範囲は、両端を含むと共に独立して結合可能であることに注意すべきである。
【０００９】
本明細書中には、電動機、発電機などの電気装置の電気部品を保護し絶縁するために使用できる絶縁層が開示される。本明細書中にはまた、電気装置で使用できる電気部品上に絶縁層を施工する方法も開示される。かかる電気部品の好適な例には、導電巻線、固定子バー、ステータピースの内面、などがある。絶縁層は、一般に熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含んでいる。一実施形態では、ナノサイズ充填材は金属酸化物とダイヤモンドとの組合せからなる。別の実施形態では、ナノサイズ充填材はダイヤモンドからなる。ナノサイズ充填材はまた、任意にはナノサイズ無機充填材及び／又はナノクレーを含んでいてもよい。
【００１０】
この絶縁層は、一般に他の市販の絶縁層の厚さ以下である約３０〜約３００マイクロメートルの厚さで電気部品上に施工できる点で有利である。絶縁層は、有利には約２５０〜約１０００メガパスカル（ＭＰａ）の圧縮力に耐えるのに有効な圧縮強さ及び硬さを有する。絶縁層を施工すれば、電気装置で一般に使用されている巻きテープ、雲母−ポリマー接地壁絶縁体、又はスロットライナー材料を排除する機会も得られる。絶縁層は、漬け塗り、吹付け塗装、押出し、共押出しなどの一段階法で容易に施工できる。それはまた、絶縁体層をさらに薄くする可能性を与えると共に、高電圧に耐える能力を有することでさらに丈夫な絶縁材料を与える。それはまた、ナノサイズ充填材を含まない他の比較絶縁材料に比べて顕著な耐コロナ性を示すと共に、向上した熱伝導性を示す。
【００１１】
有利な一実施形態では、絶縁層は室温で約１０５ギガパスカル（ＧＰａ）以下の弾性率を有するエラストマーからなる。このエラストマーは、一般に熱硬化性ポリシロキサン樹脂及びナノサイズ充填材を含んでいる。エラストマー絶縁層は、有利には室温での引張試験で約２００％以上の伸びを示すと同時に、発電機で普通に見られる温度で圧縮力又は引張力を受けた場合に実質的なクリープを示さない。
【００１２】
熱硬化性ポリマーは、一般に、ホモポリマー、星形ブロックコポリマーやグラフトコポリマーや交互ブロックコポリマーやランダムコポリマーのようなコポリマー、イオノマー、デンドリマー、又はこれらのポリマーの１種以上を含む組合せであり、共有結合で架橋されていてもよいポリマーからなる。熱硬化性ポリマーの好適な例は、ポリウレタン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン、ポリアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリーレート、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアジノフェノチアジン、ポリベンゾチアゾール、ポリピラジノキノキサリン、ポリピロメリトイミド、ポリキノキサリン、ポリベンゾイミタゾール、ポリオキシンドール、ポリオキソイソインドリン、ポリジオキソイソインドリン、ポリトリアジン、ポリピリダジン、ポリピペラジン、ポリピリジン、ポリピペリジン、ポリトリアゾール、ポリピラゾール、ポリカルボラン、ポリオキサビシクロノナン、ポリジベンゾフラン、ポリフタリド、ポリアセタール、ポリアンヒドリド、ポリビニルエーテル、ポリビニルチオエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルケトン、ポリハロゲン化ビニル、ポリビニルニトリル、ポリビニルエステル、ポリスルホネート、ポリスルフィド、ポリチオエステル、ポリスルホンアミド、ポリウレア、ポリホスファゼン、ポリシラザン、ポリブタジエン、ポリイソプレンなど、又はこれらの熱硬化性ポリマーの１種以上を含む組合せである。熱硬化性ポリマーのブレンドも使用できる。典型的な熱硬化性ポリマーはシリコーンポリマーである。本明細書中で使用するポリマーという用語は、小分子（例えば、モノマー、ダイマー、トライマーなど）、ホモポリマー又はコポリマーを意味するために使用される。
【００１３】
上述のように、熱硬化性ポリマーはエラストマーであってもよい。熱硬化性ポリマーの例は、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリシロキサン、ポリウレタンなど、又はこれらのエラストマーの１種以上を含む組合せである。典型的な熱硬化性ポリマーはポリシロキサンポリマー（以後はシリコーンポリマー）である。
【００１４】
絶縁層の製造で使用できるシリコーンポリマーは、一般に、反応させて熱硬化樹脂を形成する前には下記の式（Ｉ）を有する。
【００１５】
【化１】
式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６は同一の又は相異なるものであり、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６の１以上は架橋に先立って反応性官能基であり、ｍ及びｎは０を含む任意の整数であるが、ｍ及びｎの両方が同時に０である場合を除く。一般的には、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６の１以上が反応性を有することが好ましいが、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６の２つ又は好ましくは３つが化学的反応性を有することが一般に望ましい。ｍ及びｎの和は約１〜約５００００であることが一般に望ましい。式（Ｉ）中にＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５又はＲ６として存在し得る基の好適な例は、アルキル、アリール、アラルキル、フルオロアルキル、ビニルアルキル、アミノアルキル、ビニル、エポキシ、ヒドリド、シラノール、アミン、カルビノール（ヒドロアルキル）、メタクリレート、アクリレート、メルカプト、ハロアルキル、ハロゲン、カルボキシレート、アセトキシ、アルコキシなどである。典型的な反応性官能基はビニル又はエポキシである。典型的な非反応性官能基はアルキル、フルオロアルキル又はフェニルである。典型的なシリコーンポリマーは、メチル、フェニル及びヒドロキシル官能基を有する縮合硬化シリコーンである。市販のシリコーンポリマーの１種は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ社（ウォーターフォード、米国ニューヨーク州）から市販のＭＣ５５０ＢＫＨ（登録商標）である。ＭＣ５５０ＢＫＨ（登録商標）は、７８ｗｔ％の補強材を含んでいる。この補強材はナノサイズでなく、８０：２０の重量比の溶融シリカ及びガラス繊維からなっている。本発明の対象であるナノサイズ充填材は、次いでこの材料に添加される。
【００１６】
熱硬化性ポリマーは、反応させて熱硬化ポリマーを形成する前には約７５〜約５０００００グラム／モル（ｇ／モル）の数平均分子量を有することが一般に望ましい。一実施形態では、熱硬化性ポリマーは、反応させて熱硬化ポリマーを形成する前には約１５０〜約１０００００ｇ／モルの数平均分子量を有することが一般に望ましい。別の実施形態では、熱硬化性ポリマーは、反応させて熱硬化ポリマーを形成する前には約３００〜約７５０００ｇ／モルの数平均分子量を有することが一般に望ましい。さらに別の実施形態では、熱硬化性ポリマーは、反応させて熱硬化ポリマーを形成する前には約４５０〜約５００００ｇ／モルの数平均分子量を有することが一般に望ましい。熱硬化性ポリマーの典型的な数平均分子量は、反応させて熱硬化ポリマーを形成する前には約７５〜約５０００ｇ／モルである。
【００１７】
熱硬化性ポリマーは、絶縁層の総重量を基準にして約５０〜９８ｗｔ％の量で使用することが一般に望ましい。一実施形態では、熱硬化性ポリマーは、絶縁層の総重量を基準にして約５５〜約９０ｗｔ％の量で使用することが望ましい。別の実施形態では、熱硬化性ポリマーは、絶縁層の総重量を基準にして約６０〜約８５ｗｔ％の量で使用することが望ましい。さらに別の実施形態では、熱硬化性ポリマーは、絶縁層の総重量を基準にして約６５〜約８０ｗｔ％の量で使用することが望ましい。
【００１８】
熱硬化性ポリマーは、架橋密度を高めるため、シランのような反応性前駆体と任意に混合できる。好適なシランは、クロロシラン、ビニルシラン、ビニルアルコキシシラン、アルキルアセトキシシランなどである。クロロシランの好適な例は、メチルトリクロロシラン及びジメチルジクロロシランである。ジメチルジクロロシランは、約１〜約３５モル％のヒドロキシル基を有することが一般に望ましい。一実施形態では、ジメチルジクロロシランは約２〜約１５モル％のヒドロキシル基を有することが望ましい。一実施形態では、ジメチルジクロロシランは約４〜約８モル％のヒドロキシル基を有することが望ましい。
【００１９】
反応性前駆体は、熱硬化性ポリマーの総重量を基準にして約０．１〜５０ｗｔ％の量で使用することが一般に望ましい。一実施形態では、反応性前駆体は、熱硬化性ポリマーの総重量を基準にして約０．５〜約４０ｗｔ％の量で使用することが望ましい。別の実施形態では、反応性前駆体は、熱硬化性ポリマーの総重量を基準にして約１〜約３０ｗｔ％の量で使用することが望ましい。さらに別の実施形態では、反応性前駆体は、熱硬化性ポリマーの総重量を基準にして約１．２〜約２５ｗｔ％の量で使用することが望ましい。
【００２０】
絶縁層は、ナノサイズでない補強材を任意に含んでいてもよい。この補強材は、約５００ナノメートル（ｎｍ）以上の粒子寸法を有する充填材である。好適な補強材は、溶融シリカや結晶性シリカや天然ケイ砂や各種のシラン被覆シリカのようなシリカ粉末、タルク（繊維状タルク、モジュラータルク、針状タルク及び層状タルクを含む）、ガラス球（中空及び中実）及び表面処理ガラス球、カオリン（硬質カオリン、軟質カオリン及びか焼カオリンを含む）、雲母（金属化雲母及び配合ブレンドに良好な物理的性質を付与するためにアミノシラン、アクリロイルシラン、ヘキサメチレンジシラザン又は熱硬化性ポリマーに類似した化学組成のコーティングで表面処理した雲母を含む）、長石及びカスミ石閃長岩、ケイ酸塩球、セノスフィア、フィライト、アルミノケイ酸塩（アルモスフィア）（シラン化及び金属化アルミノケイ酸塩を含む）、石英、ケイ石、パーライト、トリポリ、けいそう土、炭化ケイ素、硫化モリブデン、硫化亜鉛、ケイ酸アルミニウム（ムライト）、合成ケイ酸カルシウム、ケイ酸ジルコニウム、チタン酸バリウム、亜鉄酸バリウム、硫酸バリウム及び重晶石、ガラスフレークやフレーク状炭化ケイ素や二ホウ化アルミニウムのようなフレーク状充填材及び補強材、ケイ酸アルミニウムや酸化アルミニウムや酸化マグネシウムや硫酸カルシウム半水塩の１種以上を含むブレンドから導かれるもののような加工無機繊維、合成補強繊維（ポリエチレンテレフタレート繊維のようなポリエステル繊維、ポリビニルアルコール繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリベンゾイミダゾール繊維、ポリイミド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、ホウ素繊維、炭化ケイ素のようなセラミック繊維、アルミニウムやホウ素やケイ素の混合酸化物からの繊維を含む）、単結晶繊維又は「ホイスカー」（炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、炭化ホウ素繊維を含む）、ガラス繊維（Ｅガラス、Ａガラス、Ｃガラス、ＥＣＲガラス、Ｒガラス、Ｓガラス、Ｄガラス、ＮＥガラスのような紡織ガラス繊維、ガラス繊維及び石英を含む）など、又はこれらの補強材の１種以上を含む組合せである。
【００２１】
典型的な補強材は溶融シリカ及びガラス繊維である。溶融シリカとガラス繊維との重量比は、約１：５〜約１０：１であることが一般に望ましい。一実施形態では、溶融シリカとガラス繊維との重量比は約１：３〜約８：１である。別の実施形態では、溶融シリカとガラス繊維との重量比は、約１：１〜約６：１である。溶融シリカとガラス繊維との典型的な重量比は、約４：１である。
【００２２】
存在する場合、補強材は絶縁層の総重量を基準にして約２０〜約９０ｗｔ％の量で使用される。一実施形態では、補強材は絶縁層の総重量を基準にして約３０〜約８５ｗｔ％の量で使用されることが望ましい。別の実施形態では、補強材は絶縁層の総重量を基準にして約５０〜約８０ｗｔ％の量で使用されることが望ましい。補強材の典型的な量は、絶縁層の総重量を基準にして約７８ｗｔ％である。
【００２３】
上述の通り、絶縁層はナノサイズ充填材を含んでいる。ナノサイズ充填材は、粒子の１以上の代表長さの平均最大寸法が約２００ｎｍ以下であるものである。代表長さは、直径、面の一辺、長さなどがある。ナノサイズ充填材は、整数で定義される次元を有する形状を有していてもよい。例えば、粒子は一次元、二次元又は三次元の形状を有する。これらはまた、整数で定義されない次元を有する形状を有していてもよい（例えば、これらはフラクタルの形態で存在し得る）。ナノサイズ充填材は、球、フレーク、繊維、ホイスカーなどの形態、又は上述の形態の１以上を含む組合せで存在し得る。これらの充填材の断面形状は、円形、楕円形、三角形、長方形、多角形、又はこれらの形状の１以上を含む組合せでよい。市販の充填材は、絶縁層中への配合前に又は絶縁層中への配合後にも、凝集体又は集合体の形態で存在し得る。凝集体は２以上の充填材粒子が互いに物理的に接触したものからなる一方、集合体は２以上の凝集体が互いに物理的に接触したものからなる。
【００２４】
一実施形態では、ナノサイズ充填材は約２００ナノメートル以下の平均粒度を有するダイヤモンドナノ粒子からなる。別の実施形態では、ダイヤモンドナノ粒子は約７５ナノメートル以下の平均粒度を有する。さらに別の実施形態では、ダイヤモンドナノ粒子は約５０ナノメートル以下の平均粒度を有する。さらに別の実施形態では、ダイヤモンドナノ粒子は約２５ナノメートル以下の平均粒度を有する。典型的なナノサイズ充填材は、約５０ナノメートルの平均粒度を有するダイヤモンドナノ粒子である。
【００２５】
ダイヤモンドナノ粒子は、絶縁層の総重量を基準にして約１〜約５０ｗｔ％の量で添加できる。別の実施形態では、ダイヤモンドナノ粒子は、絶縁層の総重量を基準にして約３〜約４０ｗｔ％の量で添加できる。さらに別の実施形態では、ダイヤモンドナノ粒子は、絶縁層の総重量を基準にして約５〜約３０ｗｔ％の量で添加できる。ダイヤモンドナノ粒子の典型的な量は、絶縁層の総重量を基準にして約１５ｗｔ％の量である。
【００２６】
上述の通り、ナノサイズ充填材は、ダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子（ナノサイズ金属酸化物）とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる。一実施形態では、ナノサイズ金属酸化物はセラミック（即ち、化学的又は機械化学的に合成した金属酸化物粉末）の形態を有していてもよい。絶縁層中で使用できるナノサイズ金属酸化物は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属及び他の商業的に使用される金属の金属酸化物である。金属酸化物の好適な例は、酸化カルシウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化銅、酸化アルミニウム（例えば、アルミナ及び／又はヒュームドアルミナ）、二酸化ケイ素（例えば、シリカ及び／又はヒュームドシリカ）など、或いはこれらの金属酸化物の１種以上を含む組合せである。炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化鉄など、又はこれらの金属炭化物の１種以上を含む組合せのようなナノサイズ金属炭化物も、絶縁層に使用できる。典型的な金属酸化物は、ヒュームドアルミナ、アルミナ、ヒュームドシリカ、シリカ、及びこれらの金属酸化物の１種以上を含む組合せである。
【００２７】
金属酸化物及び炭化物は、一般に約１〜約１０００平方メートル／グラム（ｍ２／ｇ）の範囲内の表面積を有する粒子である。この範囲内では、金属酸化物及び炭化物は約５ｍ２／ｇ以上、具体的には約１０ｍ２／ｇ以上、さらに具体的には約１５ｍ２／ｇ以上の表面積を有することが一般に望ましい。やはりこの範囲内では、約９５０ｍ２／ｇ以下、具体的には約９００ｍ２／ｇ以下、さらに具体的には約８７５ｍ２／ｇ以下の表面積が望ましい。
【００２８】
ナノサイズ金属酸化物及び炭化物粒子は、約０．２〜約２．５グラム／立方センチメートルの範囲内のかさ密度、約３〜約７グラム／立方センチメートルの真密度、及び約１０〜約２５０オングストロームの平均細孔径を有することが一般に望ましい。
【００２９】
市販のナノサイズ金属酸化物の例は、いずれもＮａｎｏＳｃａｌｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから市販のＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化カルシウム、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化カルシウムプラス、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化セリウム、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化マグネシウム、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化マグネシウムプラス、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化チタン、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化亜鉛、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化ケイ素、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化銅、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化アルミニウム及びＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化アルミニウムプラスである。市販のナノサイズ金属炭化物の例は、いずれもＰｒｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから市販の炭窒化チタン、炭化ケイ素、炭化ケイ素−窒化ケイ素及び炭化タングステンである。
【００３０】
典型的な種類のナノサイズ充填材は、下記の式（II）で表されるフェライト系ナノサイズ粒子である。
(ＭｅＯ)ｘ(Ｆｅ２Ｏ３)１００−ｘ （II）
式中、「ＭｅＯ」は任意の二価フェライト生成金属酸化物又は２種以上の二価金属酸化物を含む組合せであり、「ｘ」は５０モル％未満である。フェライト生成二価金属酸化物の好適な例は、酸化鉄（ＦｅＯ）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、セリア（Ｃｅ２Ｏ３）などである。単一金属酸化物、多重金属酸化物及びドープト酸化物も、絶縁層中で使用するために想定されている。
【００３１】
市販のフェライト生成金属酸化物の好適な例は、３０〜８０ｎｍの平均最大寸法を有する酸化亜鉛である。上述の市販のフェライト生成金属酸化物のすべては、セントウェルシュプール（オーストリア）を本拠地とするＡｄｖａｎｃｅｄ Ｐｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社から得ることができる。
【００３２】
市販の金属酸化物の他の例は、約２０ｎｍ以下の粒度を有するセリア、約２０ｎｍ以下の粒度を有するガドリニウムドープトセリア、約２０ｎｍ以下の粒度を有するサマリウムドープトセリアなど、又は上述の市販の金属酸化物の１種以上を含む組合せである。セリアを含む上述の市販のフェライト生成金属酸化物のすべては、アトランタ（米国、ジョージア州）を本拠地とするＭｉｃｒｏｃｏａｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社から得ることができる。
【００３３】
市販のフェライト系ナノサイズ充填材の好適な例は、ＮａｎｏＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．から製造販売されているＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４である。Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４に関する微結晶サイズは１２ｎｍであり、比表面積は４５平方メートル／グラム（ｍ２／ｇ）であり、相当球直径は４７ｎｍである。
【００３４】
フェライト系ナノサイズ充填材を使用する場合、これらは絶縁層の総重量を基準にして約２〜約１５ｗｔ％の量で使用できる。一実施形態では、フェライト系ナノサイズ充填材は絶縁層の総重量を基準にして約３〜約１２ｗｔ％の量で使用される。別の実施形態では、フェライト系ナノサイズ充填材は絶縁層の総重量を基準にして約４〜約１２ｗｔ％の量で使用される。典型的な実施形態では、フェライト系ナノサイズ充填材は絶縁層の総重量を基準にして約５ｗｔ％の量で使用される。
【００３５】
他のナノサイズ充填材の好適な例は、石綿、粉砕ガラス、カオリンや他の粘土鉱物、シリカ、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム（白亜）、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、ケイ酸アルミニウム、硫酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸ナトリウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム（バライト）、雲母、タルク、アルミナ三水塩、石英及びウォラストナイト（ケイ酸カルシウム）のようなナノサイズ無機充填材である。雲母が典型的なナノサイズ無機充填材である。
【００３６】
使用できる雲母の例は、アナンダイト、アンナイト、バイオタイト（黒雲母）、バイタイト、ボロムスコバイト、セラドナイト、チェルニカイト、クリントナイト（脆雲母）、エフェサイト、フェリアンナイト、グラウコナイト（海緑石）、ヘンドリックサイト、キノシタライト、レピドライト（リシア雲母）、マストミライト、ムスコバイト（白雲母）、ナンピンガイト、パラゴナイト（ソーダ雲母）、フロゴパイト（金雲母）、ポリリチオナイト、プライスウェルカイト、ロスコウライト（バナジン雲母）、シデロフィライト、ソジウムフロゴパイト、テニオライト（縞状雲母）、バーミキュライト（ヒル石）、ウォネサイト及びチンワルダイトである。
【００３７】
典型的な形態の雲母は、フロゴパイト（ＫＭｇ３ＡｌＳｉ３Ｏ１０(ＯＨ)２）又はムスコバイト（Ｋ２Ａｌ４[Ｓｉ６Ａｌ２Ｏ２０](ＯＨ，Ｆ)４）である。フロゴパイト又はムスコバイト或いはその両方には、これらを約５００〜約８５０℃の加熱する操作が施される。この加熱により、雲母結晶は部分的に脱水され、結晶中に天然に結合した水の一部を放出する。これが起こる場合、雲母は部分的に剥離して小さな粒子を生じる。次いで、雲母を粉砕することで小さなナノサイズ充填材粒子が得られる。好適な形態の市販の雲母は、ＶｏｎＲｏｌｌ Ｉｓｏｌａ社からの雲母ダストである。
【００３８】
ナノクレー（ナノサイズ粘土）のようなナノサイズ充填材も、絶縁物に使用できる。ナノクレーは一般に板状物質であり、粘土鉱物は一般にスメクタイト、バーミキュライト及びハロイサイト粘土から選択される。スメクタイト粘土自体は、モンモリロナイト、サポナイト、バイデライト、ノントライト、ヘクトライトなど、及びこれらの粘土の１種以上を含む組合せから選択できる。典型的な粘土鉱物は、多層アルミノケイ酸塩であるモンモリロナイト粘土である。ナノクレー小板は、一般に、約３〜約３０００オングストロームの厚さ及び平面方向で約０．０１〜約１００マイクロメートルのサイズを有している。ナノクレーのアスペクト比は、一般に約１０〜約１００００程度である。それぞれの粘土小板は、ギャラリー（即ち、小板同士を結合する様々なイオンを含む粘土小板の平行層間の空間）で隔離されている。かかる物質の１つは、Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｌａｙ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社から市販のＣＬＯＩＳＩＴＥ（登録商標）１０Ａであり、その小板は約０．００１マイクロメートル（１０オングストローム）の厚さ及び平面方向で約０．１５〜約０．２０マイクロメートルのサイズを有している。
【００３９】
一実施形態では、ナノサイズ充填材、ナノサイズ無機充填材及び／又はナノクレーの組合せを絶縁層に使用できる。かかる組合せを使用する場合、それは絶縁層の総重量を基準にして約１〜約８０ｗｔ％の量で絶縁層に添加できる。一実施形態では、ナノサイズ充填材、ナノサイズ無機充填材及び／又はナノクレーの組合せは、絶縁層の総重量を基準にして約２〜約７５ｗｔ％の量で絶縁層に添加できる。別の実施形態では、ナノサイズ充填材、ナノサイズ無機充填材及び／又はナノクレーの組合せは、絶縁層の総重量を基準にして約３〜約７０ｗｔ％の量で絶縁層に添加できる。典型的な絶縁層は、絶縁層の総重量を基準にして約５ｗｔ％の量で金属酸化物ナノサイズ充填材を含むものである。別の典型的な絶縁層は、絶縁層の総重量を基準にして約２０ｗｔ％の量で雲母ダストを含むものである。
【００４０】
一実施形態では、特定の化学組成のナノサイズ充填材を同じ化学組成のマイクロメートルサイズ充填材と共に絶縁層に添加することが望ましい場合がある。一般に、マイクロメートルサイズ充填材は約５００ｎｍ以上の平均最大寸法を有する。例えば、約２００ｎｍ以下の平均最大寸法のナノサイズ粒子を有する雲母ダストを、約５０マイクロメートルの平均粒度を有するマイクロメートルサイズ充填材と共に絶縁層に添加することができる。
【００４１】
一般に、同じ化学組成を有するマイクロメートルサイズ充填材と共にナノサイズ充填材を使用する場合、ナノサイズ充填材は、ナノサイズ及びマイクロメートルサイズ充填材の組合せの総重量を基準にして約５０ｗｔ％以下、さらに具体的には約６０ｗｔ％以下、さらに一段と具体的には７０ｗｔ％以下を占めることが一般に望ましい。
【００４２】
上述の通り、ナノサイズ充填材の形状は特に限定されず、例えば、球状、不規則形状、板状又はホイスカー状などであってもよい。ナノサイズ充填材は、一般に１以上の代表長さについて約２００ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。一実施形態では、ナノサイズ充填材は約１５０ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。別の実施形態では、ナノサイズ充填材は約１００ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。さらに別の実施形態では、ナノサイズ充填材は約７５ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。さらに別の実施形態では、ナノサイズ充填材は約５０ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。
【００４３】
上述の通り、ナノサイズ充填材は一般に約２００ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。一実施形態では、ナノサイズ充填材の９０％超が約２００ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。別の実施形態では、ナノサイズ充填材の９５％超が約２００ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。さらに別の実施形態では、ナノサイズ充填材の９９％超が約２００ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。二モード又はさらに高次モードの粒度分布も使用できる。
【００４４】
ナノサイズ充填材は、絶縁層の総重量を基準にして約１〜約８０ｗｔ％の量で使用できる。一実施形態では、ナノサイズ充填材は絶縁層の総重量を基準にして約３〜約７５ｗｔ％の量で使用できる。別の実施形態では、ナノサイズ充填材粒子は絶縁層の総重量を基準にして約５〜約７０ｗｔ％の量で使用できる。さらに別の実施形態では、ナノサイズ充填材粒子は絶縁層の総重量を基準にして約６〜約６０ｗｔ％の量で使用できる。典型的な実施形態では、ナノサイズ充填材粒子は絶縁層の総重量を基準にして約２０ｗｔ％の量で使用できる。
【００４５】
一実施形態では、ナノサイズ充填材は、熱硬化性ポリマーとの結合を容易にするためにシランカップリング剤で被覆できる。硬化性ポリマー樹脂コーティングに使用する充填材は、テトラメチルクロロシラン、ヘキサジメチレンジシラザン、γ−アミノプロポキシシランなど、又はこれらのシランカップリング剤の１種以上を含む組合せのようなシランカップリング剤で処理することが一般に望ましい。シランカップリング剤は、一般にナノサイズ充填材と熱硬化性ポリマーとの相容性を高めて絶縁層の機械的性質を向上させる。
【００４６】
絶縁層中には溶媒を任意に使用できる。溶媒は粘度調整剤として使用でき、或いはナノサイズ充填材の分散及び／又は懸濁を容易にするために使用できる。液状非プロトン性極性溶媒（例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチロラクトン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、ニトロメタン、ニトロベンゼン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドンなど、又はこれらの溶媒の１種以上を含む組合せ）が一般に望ましい。極性プロトン性溶媒（例えば、特に限定されないが、水、メタノール、アセトニトリル、ニトロメタン、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールなど、又はこれらの極性プロトン性溶媒の１種以上を含む組合せ）も使用できる。他の無極性溶媒（例えば、ベンゼン、トルエン、塩化メチレン、四塩化炭素、ヘキサン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなど、又はこれらの溶媒の１種以上を含む組合せ）も使用できる。１種以上の非プロトン性極性溶媒及び１種以上の無極性溶媒を含む共溶媒も使用できる。典型的な溶媒はキシレン又はＮ−メチルピロリドンである。
【００４７】
溶媒を使用する場合、それは絶縁層の総重量の約１〜約５０ｗｔ％の量で使用できる。一実施形態では、溶媒を使用する場合、それは絶縁層の総重量の約３〜約３０ｗｔ％の量で使用できる。さらに別の実施形態では、溶媒を使用する場合、それは絶縁層の総重量の約５〜約２０ｗｔ％の量で使用できる。熱硬化性ポリマーの硬化前、硬化中及び／又は硬化後に溶媒を蒸発させることが一般に望ましい。
【００４８】
絶縁層を製造する一方法では、混合を容易にするため、高レベルの剪断作用下で熱硬化性ポリマーをナノサイズ充填材とブレンドする。熱硬化性ポリマーとナノサイズ充填材との混合物に加えられる剪断作用のレベルは、熱硬化性ポリマー中への充填材の分散を容易にするのに有効なものである。剪断操作中に付与されるエネルギーは、約０．００１〜約１０キロワット時／キログラム（ｋＷｈｒ／ｋｇ）である。一実施形態では、剪断操作中に付与されるエネルギーは約０．０１〜約８ｋＷｈｒ／ｋｇである。別の実施形態では、剪断操作中に付与されるエネルギーは約０．１〜約６ｋＷｈｒ／ｋｇである。さらに別の実施形態では、剪断操作中に付与されるエネルギーは約０．５〜約４ｋＷｈｒ／ｋｇである。
【００４９】
剪断作用は、メルトブレンディング操作中に加えることができ、或いは混合物への超音波エネルギーの適用のような他の手段で加えることもできる。メルトブレンディング装置の好適な例は、一軸押出機や二軸押出機などの押出機、バスニーダー、ロールミル、ペイントミル、ヘリコーン、ワーリングブレンダー、ヘンシェルミキサー、バンバリーなど、又はこれらのメルトブレンダーの１以上を含む組合せである。熱硬化性ポリマー中へのナノサイズ充填材の懸濁及び／又は分散を容易にするため、超音波ブレンディングも実施できる。ナノサイズ充填材の懸濁を容易にするためには、凝集体及び集合体の両方を破壊して小さな粒子にすることが望ましい。
【００５０】
上述の通り、絶縁層は導電巻線又は固定子バーのような電気部品上或いはステータピースの内面上に設けられ、硬化が施される。一実施形態では、電気部品は銅からなる。巻線上への絶縁層の配設前又は配設中に、熱硬化性ポリマーとナノサイズ充填材との混合物に開始剤及び／又は架橋触媒を添加できる。絶縁層は、漬け塗り、吹付け塗り、静電塗装、はけ塗り、スピンコーティング、射出成形、共押出しなど、又はこれらの方法の１以上を含む組合せで巻線上に施工できる。
【００５１】
一実施形態では、絶縁層は導電巻線又はステータのような電気部品上或いはステータピースの内面上に複数の段階で配設できる。例えば、第一の段階で一定厚さの絶縁層を電気部品上に設ける一方、第二の段階で別の厚さの第二の絶縁層を第一の層上に配設できる。一実施形態では、第一の絶縁層は第二の絶縁層と異なる組成を有していてもよい。次いで、一層有効な架橋を容易にするため、絶縁層に熱処理を施すか、或いはＵＶ硬化及び／又はマイクロ波硬化のような電磁放射処理を施すことができる。
【００５２】
例示的な一実施形態では、熱硬化性樹脂を含む絶縁層を固定子バーのような複雑な賦形品上に押し出すことができる。上述の通り、絶縁層は熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材は約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有する金属酸化物ナノ粒子及びダイヤモンドナノ粒子からなる。この方法は、長さ及び２以上の側面を有する複雑な賦形品をダイの中心内腔に送り込む段階を含んでいて、中心内腔は複雑な賦形品に沿ってのダイの移動又はダイを通しての複雑な賦形品の移動を許すのに十分な形状を有している。上述のナノ粒子を含む１種以上の熱硬化性材料をダイを通して押し出すことで、複雑な賦形品の両面上に熱硬化性材料を同時に設ける。一実施形態では、複雑な賦形品の全長に沿ってダイを移動させる。別の実施形態では、ダイを通して複雑な賦形品の全長を移動させる結果、それが絶縁層で被覆される。
【００５３】
絶縁層を施工するための例示的な装置は、米国特許第５６５００３１号（Ｂｏｌｏｎら）に記載されている。その開示内容全体は援用によって本明細書の内容の一部をなす。ただし、本発明の言葉が引用文献の言葉と矛盾することがあるが、そのような場合には本発明の言葉が引用文献の矛盾する言葉に優先する。この装置は中心内腔を有するダイを含んでいて、中心内腔は複数の側面及び長さを有する複雑な賦形品に沿ってのダイの移動及びダイを通しての複雑な賦形品の送りを許すのに十分な形状を有している。この装置はまた、複雑な賦形品の長さに沿って押出ダイを移動させる手段、及びたわみ継手手段でダイに連結された１以上の押出機も含んでいる。
【００５４】
一実施形態では、絶縁層中の熱硬化性ポリマーを約１００〜約２５０℃の温度で硬化させることができる。別の実施形態では、絶縁層を約１２０〜約２２０℃の温度で硬化させることができる。さらに別の実施形態では、絶縁層を約１４０〜約２００℃の温度で硬化させることができる。典型的な実施形態では、絶縁層を約１８０℃の温度で硬化させることができる。
【００５５】
絶縁層は約２５〜約３００マイクロメートル（μｍ）の厚さを有することが一般に望ましい。一実施形態では、絶縁層は約３０〜約２７５μｍの厚さを有することが望ましい。別の実施形態では、絶縁層は約４０〜約２５０μｍの厚さを有することが望ましい。さらに別の実施形態では、絶縁層は約５０〜約２２５μｍの厚さを有することが望ましい。
【００５６】
絶縁層は、約２５〜約３００μｍの厚さで約０．７５キロボルト（ｋＶ）以上の破壊電圧を有する点で有利である。一実施形態では、絶縁層に関する破壊電圧は約２ｋＶ以上である。さらに別の実施形態では、絶縁層に関する破壊電圧は約３ｋＶ以上である。さらに別の実施形態では、絶縁層に関する破壊電圧は約４ｋＶ以上である。
【００５７】
一実施形態では、絶縁層は約１キロボルト以上の絶縁破壊強さを有すると共に、１００分を超える時間にわたる３キロヘルツの周波数で５０００ボルトの印加電圧に対して耐コロナ性を有する。別の実施形態では、絶縁層は約１キロボルト以上の絶縁破壊強さを有すると共に、２００分を超える時間にわたる３キロヘルツの周波数で５０００ボルトの印加電圧に対して耐コロナ性を有する。
【００５８】
絶縁層は、一般に他の市販の絶縁層の厚さ以下である約３０〜約３００マイクロメートルの厚さで電気部品上に施工できる点で有利である。絶縁層は、有利には約２５０〜約１０００メガパスカル（ＭＰａ）の圧縮力に耐えるのに有効な圧縮強さ及び硬さを有する。絶縁層を施工すれば、電気装置で一般に使用されている巻きテープ、雲母−ポリマー接地壁絶縁体又はスロットライナー材料を排除する機会も得られる。
【００５９】
上述の通り、有利な一実施形態では、絶縁層は室温でエラストマー挙動を示す熱硬化性ポリマーを含んでいてもよい。室温でエラストマー挙動を示す熱硬化性ポリマーを絶縁材に使用する場合、絶縁層は室温での引張試験で測定して約１０５ＧＰａ以下の弾性率を有することが望ましい。絶縁層は、約２００％以上の破断点伸びを有する。一実施形態では、絶縁層は約３００％以上の破断点伸びを有する。別の実施形態では、絶縁層は約５００％以上の破断点伸びを有する。さらに別の実施形態では、絶縁層は約７００％以上の破断点伸びを有する。
【００６０】
絶縁層は、略室温（２３℃）以上の温度で約２０００時間までの時間にわたり引張応力又は圧縮応力を受けた場合に実質的にクリープを示さないことが望ましい。一実施形態では、絶縁層は室温で約２０００時間までの時間にわたり約１００キログラム／平方センチメートル以上の引張力又は圧縮力を受けた場合にその原長の１０％未満のクリープを示す。別の実施形態では、絶縁層は室温で約２０００時間までの時間にわたり約１００キログラム／平方センチメートル以上の引張力又は圧縮力を受けた場合にその原長の１５％未満のクリープを示す。
【００６１】
別の実施形態では、絶縁層は１５５℃で１０００時間にわたり１０キロポンド／平方インチ（１０ｋｐｓｉ）（約７００キログラム重／平方センチメートル）の変形力を受けた場合にその原長の約１０％以下のクリープを示す。さらに別の実施形態では、絶縁層は１５５℃で１０００時間にわたり１０キロポンド／平方インチ（１０ｋｐｓｉ）（約７００キログラム重／平方センチメートル）の変形力を受けた場合に約６％以下のクリープを示す。さらに別の実施形態では、絶縁層は１５５℃で１０００時間にわたり１０キロポンド／平方インチ（１０ｋｐｓｉ）（約７００キログラム重／平方センチメートル）の変形力を受けた場合に約３％以下のクリープを示す。
【００６２】
エラストマーを含む絶縁層は、２４時間超の時間にわたり運転された発電機で普通に見られる温度で普通に見られる引張応力又は圧縮応力を受けた場合に実質的にクリープを示さない。このように絶縁層が高温でクリープを回避できることにより、それは発電機で使用される固定子バー及び他の部品上で有用である。
【００６３】
以上、例示的な実施形態に関して本発明を説明してきたが、当業者であれば、本発明の技術的範囲から逸脱せずに様々な変更及び同等物による構成要素の置換をなし得ることが理解されよう。加えて、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるため、本発明の本質的な範囲から逸脱せずに多くの修正を行うことができる。したがって、本発明はこの発明を実施するために想定される最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を包含するものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機、発電機などの電磁気装置における接地壁絶縁体用の複合コーティング、その製造方法、及びそれから導かれる物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気装置で使用される電気部品用の接地壁絶縁体は、一般に多層材料で製造されてきた。複数の層は、コロナ放電に対する高い抵抗性を容易にする。絶縁層はまた、電動機及び発電機のような電気装置の高電圧環境に耐え得るように高い破壊電圧値を有することが望ましい。複数の層は、一般に、ガラスから製造した繊維質裏材及び雲母から製造した追加層で構成されている。複数の層の使用は多大の時間及び費用を必要とする。加えて、複数の層の使用は一般に厚い絶縁体層を生じ、その結果として部品を大きくする。
【０００３】
したがって、一段階法で施工でき、多層材料から製造した絶縁体に比べて減少した厚さを有しながら高い電圧に耐え得る絶縁層を使用することが一般に望ましい。
【特許文献１】米国特許第５６５００３１号明細書
【特許文献２】米国特許第６６３２１０９号明細書
【特許文献３】米国特許第６７７８０５３号明細書
【特許文献４】米国特許第６８６４３０６号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００３／００１７３５１号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００４／０２６５５５１号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００５／００８０１７５号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００５／０１６１１４９号明細書
【特許文献９】国際公開第０１／８９８２７号パンフレット
【特許文献１０】特開昭５８−１４１２２２号公報
【非特許文献１】Ｃｏｌｉｎ Ｋｙｄｄ Ｃａｍｐｂｅｌｌ．“Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．２，ｐａｇｅｓ ２１１−２１６，Ｊｕｎｅ ２００２
【非特許文献２】Ｊｉａｎｗｅｎ Ｘｕ ａｎｄ Ｃ．Ｐ．Ｗｏｎｇａ）．“Ｌｏｗ−ｌｏｓｓ ｐｅｒｃｏｌａｔｉｖｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ”Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８７，０８２９０７，ｐａｇｅｓ ０８２９０７−１，２，３，２００５
【非特許文献３】Ｙ．Ｂａｉ，Ｚ．−Ｙ．Ｃｈｅｎｇ，Ｖ．Ｇｈａｒｔｉ，Ｈ．Ｓ．Ｘｕ，ａｎｄ Ｑ．Ｍ．Ｚｈａｎｇａ）．“Ｈｉｇｈ−ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ−ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｅｒａｍｉｃ−ｐｏｗｅｒ ｐｏｌｙｍｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ”Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７６，Ｎｏ．２５，ｐａｇｅｓ ３８０４−３８０６，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ Ａｐｒｉｌ ２８，２０００
【非特許文献４】Ｅ．Ａｕｌａｇｎｅｒ，Ｊ．Ｇｕｉｌｌｅｔ，Ｇ．Ｓｅｙｔｒｅ，Ｃ．Ｈａｎｔｏｃｈｅ，Ｐ．Ｌｅ Ｇｏｎｉｄｅｃ，Ｇ．Ｔｅｒｚｕｌｌｉ．“（ＰＶＤＦ／ＢａｔｉＯ３） ＡＮＤ （ＰＰ／ＢａＴｉＯ３） ＦＩＬＭＳ ＦＯＲ ＥＮＥＲＧＹ ＳＴＯＲＡＧＥ ＣＡＰＡＣＩＴＯＲＳ”１９９５ ＩＥＥＥ ５ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ．Ｐａｇｅｓ ４２３−４２７．１９９５
【非特許文献５】Ｄ．Ｄｉｍｏｓ．“ＰＥＲＯＶＳＫＩＴＥ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ ＦＯＲ ＨＩＧＨ−ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＣＡＰＡＣＩＴＯＲ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ１”．Ａｎｎｕａｌ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ．Ｖｏｌ．２８：３９７−４１９（Ｖｏｌｕｍｅ ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ｄａｔｅ Ａｕｇｕｓｔ １９９８）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書中には、電気部品と、電気部品上に設けられた電気絶縁層とを含んでなる物品であって、電気絶縁層が熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有するダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる物品が開示される。
【０００５】
本明細書中にはまた、電気部品上に電気絶縁層を設ける段階であって、電気絶縁層が熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有するダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる段階と、熱硬化性ポリマーを硬化させる段階とを含んでなる物品の製造方法も開示される。
【０００６】
本明細書中にはまた、熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含んでなる組成物であって、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有するダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる組成物も開示される。
【０００７】
本明細書中にはまた、ダイの中心内腔に固定子バーを送り込む段階であって、中心内腔が固定子バー上でのダイの相対運動を許すのに十分な形状を有している段階と、絶縁層が固定子バーの両面上に同時に設けられるように絶縁層をダイ中に押し出す段階であって、絶縁層が熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有するダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる段階と、固定子バーの全長に沿ってダイを移動させる段階とを含んでなる方法も開示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本明細書中で使用する「第一」、「第二」などの用語は、いかなる順序、数量又は重要度も表すわけではなく、むしろある構成要素を別の構成要素から区別するために使用されることに注意すべきである。単数形で記載したものは、数量の制限を意味するわけではなく、むしろ記載されたものの１以上が存在することを意味する。数量に関して使用される「約」という修飾語は、記載された値を含むと共に、（例えば、特定の数量の測定に関連する誤差の程度を含め）前後関係から指示される意味を有する。本明細書中に開示されるすべての範囲は、両端を含むと共に独立して結合可能であることに注意すべきである。
【０００９】
本明細書中には、電動機、発電機などの電気装置の電気部品を保護し絶縁するために使用できる絶縁層が開示される。本明細書中にはまた、電気装置で使用できる電気部品上に絶縁層を施工する方法も開示される。かかる電気部品の好適な例には、導電巻線、固定子バー、ステータピースの内面、などがある。絶縁層は、一般に熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含んでいる。一実施形態では、ナノサイズ充填材は金属酸化物とダイヤモンドとの組合せからなる。別の実施形態では、ナノサイズ充填材はダイヤモンドからなる。ナノサイズ充填材はまた、任意にはナノサイズ無機充填材及び／又はナノクレーを含んでいてもよい。
【００１０】
この絶縁層は、一般に他の市販の絶縁層の厚さ以下である約３０〜約３００マイクロメートルの厚さで電気部品上に施工できる点で有利である。絶縁層は、有利には約２５０〜約１０００メガパスカル（ＭＰａ）の圧縮力に耐えるのに有効な圧縮強さ及び硬さを有する。絶縁層を施工すれば、電気装置で一般に使用されている巻きテープ、雲母−ポリマー接地壁絶縁体、又はスロットライナー材料を排除する機会も得られる。絶縁層は、漬け塗り、吹付け塗装、押出し、共押出しなどの一段階法で容易に施工できる。それはまた、絶縁体層をさらに薄くする可能性を与えると共に、高電圧に耐える能力を有することでさらに丈夫な絶縁材料を与える。それはまた、ナノサイズ充填材を含まない他の比較絶縁材料に比べて顕著な耐コロナ性を示すと共に、向上した熱伝導性を示す。
【００１１】
有利な一実施形態では、絶縁層は室温で約１０５ギガパスカル（ＧＰａ）以下の弾性率を有するエラストマーからなる。このエラストマーは、一般に熱硬化性ポリシロキサン樹脂及びナノサイズ充填材を含んでいる。エラストマー絶縁層は、有利には室温での引張試験で約２００％以上の伸びを示すと同時に、発電機で普通に見られる温度で圧縮力又は引張力を受けた場合に実質的なクリープを示さない。
【００１２】
熱硬化性ポリマーは、一般に、ホモポリマー、星形ブロックコポリマーやグラフトコポリマーや交互ブロックコポリマーやランダムコポリマーのようなコポリマー、イオノマー、デンドリマー、又はこれらのポリマーの１種以上を含む組合せであり、共有結合で架橋されていてもよいポリマーからなる。熱硬化性ポリマーの好適な例は、ポリウレタン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン、ポリアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリーレート、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアジノフェノチアジン、ポリベンゾチアゾール、ポリピラジノキノキサリン、ポリピロメリトイミド、ポリキノキサリン、ポリベンゾイミタゾール、ポリオキシンドール、ポリオキソイソインドリン、ポリジオキソイソインドリン、ポリトリアジン、ポリピリダジン、ポリピペラジン、ポリピリジン、ポリピペリジン、ポリトリアゾール、ポリピラゾール、ポリカルボラン、ポリオキサビシクロノナン、ポリジベンゾフラン、ポリフタリド、ポリアセタール、ポリアンヒドリド、ポリビニルエーテル、ポリビニルチオエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルケトン、ポリハロゲン化ビニル、ポリビニルニトリル、ポリビニルエステル、ポリスルホネート、ポリスルフィド、ポリチオエステル、ポリスルホンアミド、ポリウレア、ポリホスファゼン、ポリシラザン、ポリブタジエン、ポリイソプレンなど、又はこれらの熱硬化性ポリマーの１種以上を含む組合せである。熱硬化性ポリマーのブレンドも使用できる。典型的な熱硬化性ポリマーはシリコーンポリマーである。本明細書中で使用するポリマーという用語は、小分子（例えば、モノマー、ダイマー、トライマーなど）、ホモポリマー又はコポリマーを意味するために使用される。
【００１３】
上述のように、熱硬化性ポリマーはエラストマーであってもよい。熱硬化性ポリマーの例は、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリシロキサン、ポリウレタンなど、又はこれらのエラストマーの１種以上を含む組合せである。典型的な熱硬化性ポリマーはポリシロキサンポリマー（以後はシリコーンポリマー）である。
【００１４】
絶縁層の製造で使用できるシリコーンポリマーは、一般に、反応させて熱硬化樹脂を形成する前には下記の式（Ｉ）を有する。
【００１５】
【化１】
式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６は同一の又は相異なるものであり、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６の１以上は架橋に先立って反応性官能基であり、ｍ及びｎは０を含む任意の整数であるが、ｍ及びｎの両方が同時に０である場合を除く。一般的には、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６の１以上が反応性を有することが好ましいが、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６の２つ又は好ましくは３つが化学的反応性を有することが一般に望ましい。ｍ及びｎの和は約１〜約５００００であることが一般に望ましい。式（Ｉ）中にＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５又はＲ６として存在し得る基の好適な例は、アルキル、アリール、アラルキル、フルオロアルキル、ビニルアルキル、アミノアルキル、ビニル、エポキシ、ヒドリド、シラノール、アミン、カルビノール（ヒドロアルキル）、メタクリレート、アクリレート、メルカプト、ハロアルキル、ハロゲン、カルボキシレート、アセトキシ、アルコキシなどである。典型的な反応性官能基はビニル又はエポキシである。典型的な非反応性官能基はアルキル、フルオロアルキル又はフェニルである。典型的なシリコーンポリマーは、メチル、フェニル及びヒドロキシル官能基を有する縮合硬化シリコーンである。市販のシリコーンポリマーの１種は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ社（ウォーターフォード、米国ニューヨーク州）から市販のＭＣ５５０ＢＫＨ（登録商標）である。ＭＣ５５０ＢＫＨ（登録商標）は、７８ｗｔ％の補強材を含んでいる。この補強材はナノサイズでなく、８０：２０の重量比の溶融シリカ及びガラス繊維からなっている。本発明の対象であるナノサイズ充填材は、次いでこの材料に添加される。
【００１６】
熱硬化性ポリマーは、反応させて熱硬化ポリマーを形成する前には約７５〜約５０００００グラム／モル（ｇ／モル）の数平均分子量を有することが一般に望ましい。一実施形態では、熱硬化性ポリマーは、反応させて熱硬化ポリマーを形成する前には約１５０〜約１０００００ｇ／モルの数平均分子量を有することが一般に望ましい。別の実施形態では、熱硬化性ポリマーは、反応させて熱硬化ポリマーを形成する前には約３００〜約７５０００ｇ／モルの数平均分子量を有することが一般に望ましい。さらに別の実施形態では、熱硬化性ポリマーは、反応させて熱硬化ポリマーを形成する前には約４５０〜約５００００ｇ／モルの数平均分子量を有することが一般に望ましい。熱硬化性ポリマーの典型的な数平均分子量は、反応させて熱硬化ポリマーを形成する前には約７５〜約５０００ｇ／モルである。
【００１７】
熱硬化性ポリマーは、絶縁層の総重量を基準にして約５０〜９８ｗｔ％の量で使用することが一般に望ましい。一実施形態では、熱硬化性ポリマーは、絶縁層の総重量を基準にして約５５〜約９０ｗｔ％の量で使用することが望ましい。別の実施形態では、熱硬化性ポリマーは、絶縁層の総重量を基準にして約６０〜約８５ｗｔ％の量で使用することが望ましい。さらに別の実施形態では、熱硬化性ポリマーは、絶縁層の総重量を基準にして約６５〜約８０ｗｔ％の量で使用することが望ましい。
【００１８】
熱硬化性ポリマーは、架橋密度を高めるため、シランのような反応性前駆体と任意に混合できる。好適なシランは、クロロシラン、ビニルシラン、ビニルアルコキシシラン、アルキルアセトキシシランなどである。クロロシランの好適な例は、メチルトリクロロシラン及びジメチルジクロロシランである。ジメチルジクロロシランは、約１〜約３５モル％のヒドロキシル基を有することが一般に望ましい。一実施形態では、ジメチルジクロロシランは約２〜約１５モル％のヒドロキシル基を有することが望ましい。一実施形態では、ジメチルジクロロシランは約４〜約８モル％のヒドロキシル基を有することが望ましい。
【００１９】
反応性前駆体は、熱硬化性ポリマーの総重量を基準にして約０．１〜５０ｗｔ％の量で使用することが一般に望ましい。一実施形態では、反応性前駆体は、熱硬化性ポリマーの総重量を基準にして約０．５〜約４０ｗｔ％の量で使用することが望ましい。別の実施形態では、反応性前駆体は、熱硬化性ポリマーの総重量を基準にして約１〜約３０ｗｔ％の量で使用することが望ましい。さらに別の実施形態では、反応性前駆体は、熱硬化性ポリマーの総重量を基準にして約１．２〜約２５ｗｔ％の量で使用することが望ましい。
【００２０】
絶縁層は、ナノサイズでない補強材を任意に含んでいてもよい。この補強材は、約５００ナノメートル（ｎｍ）以上の粒子寸法を有する充填材である。好適な補強材は、溶融シリカや結晶性シリカや天然ケイ砂や各種のシラン被覆シリカのようなシリカ粉末、タルク（繊維状タルク、モジュラータルク、針状タルク及び層状タルクを含む）、ガラス球（中空及び中実）及び表面処理ガラス球、カオリン（硬質カオリン、軟質カオリン及びか焼カオリンを含む）、雲母（金属化雲母及び配合ブレンドに良好な物理的性質を付与するためにアミノシラン、アクリロイルシラン、ヘキサメチレンジシラザン又は熱硬化性ポリマーに類似した化学組成のコーティングで表面処理した雲母を含む）、長石及びカスミ石閃長岩、ケイ酸塩球、セノスフィア、フィライト、アルミノケイ酸塩（アルモスフィア）（シラン化及び金属化アルミノケイ酸塩を含む）、石英、ケイ石、パーライト、トリポリ、けいそう土、炭化ケイ素、硫化モリブデン、硫化亜鉛、ケイ酸アルミニウム（ムライト）、合成ケイ酸カルシウム、ケイ酸ジルコニウム、チタン酸バリウム、亜鉄酸バリウム、硫酸バリウム及び重晶石、ガラスフレークやフレーク状炭化ケイ素や二ホウ化アルミニウムのようなフレーク状充填材及び補強材、ケイ酸アルミニウムや酸化アルミニウムや酸化マグネシウムや硫酸カルシウム半水塩の１種以上を含むブレンドから導かれるもののような加工無機繊維、合成補強繊維（ポリエチレンテレフタレート繊維のようなポリエステル繊維、ポリビニルアルコール繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリベンゾイミダゾール繊維、ポリイミド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、ホウ素繊維、炭化ケイ素のようなセラミック繊維、アルミニウムやホウ素やケイ素の混合酸化物からの繊維を含む）、単結晶繊維又は「ホイスカー」（炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、炭化ホウ素繊維を含む）、ガラス繊維（Ｅガラス、Ａガラス、Ｃガラス、ＥＣＲガラス、Ｒガラス、Ｓガラス、Ｄガラス、ＮＥガラスのような紡織ガラス繊維、ガラス繊維及び石英を含む）など、又はこれらの補強材の１種以上を含む組合せである。
【００２１】
典型的な補強材は溶融シリカ及びガラス繊維である。溶融シリカとガラス繊維との重量比は、約１：５〜約１０：１であることが一般に望ましい。一実施形態では、溶融シリカとガラス繊維との重量比は約１：３〜約８：１である。別の実施形態では、溶融シリカとガラス繊維との重量比は、約１：１〜約６：１である。溶融シリカとガラス繊維との典型的な重量比は、約４：１である。
【００２２】
存在する場合、補強材は絶縁層の総重量を基準にして約２０〜約９０ｗｔ％の量で使用される。一実施形態では、補強材は絶縁層の総重量を基準にして約３０〜約８５ｗｔ％の量で使用されることが望ましい。別の実施形態では、補強材は絶縁層の総重量を基準にして約５０〜約８０ｗｔ％の量で使用されることが望ましい。補強材の典型的な量は、絶縁層の総重量を基準にして約７８ｗｔ％である。
【００２３】
上述の通り、絶縁層はナノサイズ充填材を含んでいる。ナノサイズ充填材は、粒子の１以上の代表長さの平均最大寸法が約２００ｎｍ以下であるものである。代表長さは、直径、面の一辺、長さなどがある。ナノサイズ充填材は、整数で定義される次元を有する形状を有していてもよい。例えば、粒子は一次元、二次元又は三次元の形状を有する。これらはまた、整数で定義されない次元を有する形状を有していてもよい（例えば、これらはフラクタルの形態で存在し得る）。ナノサイズ充填材は、球、フレーク、繊維、ホイスカーなどの形態、又は上述の形態の１以上を含む組合せで存在し得る。これらの充填材の断面形状は、円形、楕円形、三角形、長方形、多角形、又はこれらの形状の１以上を含む組合せでよい。市販の充填材は、絶縁層中への配合前に又は絶縁層中への配合後にも、凝集体又は集合体の形態で存在し得る。凝集体は２以上の充填材粒子が互いに物理的に接触したものからなる一方、集合体は２以上の凝集体が互いに物理的に接触したものからなる。
【００２４】
一実施形態では、ナノサイズ充填材は約２００ナノメートル以下の平均粒度を有するダイヤモンドナノ粒子からなる。別の実施形態では、ダイヤモンドナノ粒子は約７５ナノメートル以下の平均粒度を有する。さらに別の実施形態では、ダイヤモンドナノ粒子は約５０ナノメートル以下の平均粒度を有する。さらに別の実施形態では、ダイヤモンドナノ粒子は約２５ナノメートル以下の平均粒度を有する。典型的なナノサイズ充填材は、約５０ナノメートルの平均粒度を有するダイヤモンドナノ粒子である。
【００２５】
ダイヤモンドナノ粒子は、絶縁層の総重量を基準にして約１〜約５０ｗｔ％の量で添加できる。別の実施形態では、ダイヤモンドナノ粒子は、絶縁層の総重量を基準にして約３〜約４０ｗｔ％の量で添加できる。さらに別の実施形態では、ダイヤモンドナノ粒子は、絶縁層の総重量を基準にして約５〜約３０ｗｔ％の量で添加できる。ダイヤモンドナノ粒子の典型的な量は、絶縁層の総重量を基準にして約１５ｗｔ％の量である。
【００２６】
上述の通り、ナノサイズ充填材は、ダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子（ナノサイズ金属酸化物）とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる。一実施形態では、ナノサイズ金属酸化物はセラミック（即ち、化学的又は機械化学的に合成した金属酸化物粉末）の形態を有していてもよい。絶縁層中で使用できるナノサイズ金属酸化物は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属及び他の商業的に使用される金属の金属酸化物である。金属酸化物の好適な例は、酸化カルシウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化銅、酸化アルミニウム（例えば、アルミナ及び／又はヒュームドアルミナ）、二酸化ケイ素（例えば、シリカ及び／又はヒュームドシリカ）など、或いはこれらの金属酸化物の１種以上を含む組合せである。炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化鉄など、又はこれらの金属炭化物の１種以上を含む組合せのようなナノサイズ金属炭化物も、絶縁層に使用できる。典型的な金属酸化物は、ヒュームドアルミナ、アルミナ、ヒュームドシリカ、シリカ、及びこれらの金属酸化物の１種以上を含む組合せである。
【００２７】
金属酸化物及び炭化物は、一般に約１〜約１０００平方メートル／グラム（ｍ２／ｇ）の範囲内の表面積を有する粒子である。この範囲内では、金属酸化物及び炭化物は約５ｍ２／ｇ以上、具体的には約１０ｍ２／ｇ以上、さらに具体的には約１５ｍ２／ｇ以上の表面積を有することが一般に望ましい。やはりこの範囲内では、約９５０ｍ２／ｇ以下、具体的には約９００ｍ２／ｇ以下、さらに具体的には約８７５ｍ２／ｇ以下の表面積が望ましい。
【００２８】
ナノサイズ金属酸化物及び炭化物粒子は、約０．２〜約２．５グラム／立方センチメートルの範囲内のかさ密度、約３〜約７グラム／立方センチメートルの真密度、及び約１０〜約２５０オングストロームの平均細孔径を有することが一般に望ましい。
【００２９】
市販のナノサイズ金属酸化物の例は、いずれもＮａｎｏＳｃａｌｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから市販のＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化カルシウム、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化カルシウムプラス、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化セリウム、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化マグネシウム、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化マグネシウムプラス、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化チタン、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化亜鉛、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化ケイ素、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化銅、ＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化アルミニウム及びＮＡＮＯＡＣＴＩＶＥ（商標）酸化アルミニウムプラスである。市販のナノサイズ金属炭化物の例は、いずれもＰｒｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから市販の炭窒化チタン、炭化ケイ素、炭化ケイ素−窒化ケイ素及び炭化タングステンである。
【００３０】
典型的な種類のナノサイズ充填材は、下記の式（II）で表されるフェライト系ナノサイズ粒子である。
(ＭｅＯ)ｘ(Ｆｅ２Ｏ３)１００−ｘ （II）
式中、「ＭｅＯ」は任意の二価フェライト生成金属酸化物又は２種以上の二価金属酸化物を含む組合せであり、「ｘ」は５０モル％未満である。フェライト生成二価金属酸化物の好適な例は、酸化鉄（ＦｅＯ）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、セリア（Ｃｅ２Ｏ３）などである。単一金属酸化物、多重金属酸化物及びドープト酸化物も、絶縁層中で使用するために想定されている。
【００３１】
市販のフェライト生成金属酸化物の好適な例は、３０〜８０ｎｍの平均最大寸法を有する酸化亜鉛である。上述の市販のフェライト生成金属酸化物のすべては、セントウェルシュプール（オーストリア）を本拠地とするＡｄｖａｎｃｅｄ Ｐｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社から得ることができる。
【００３２】
市販の金属酸化物の他の例は、約２０ｎｍ以下の粒度を有するセリア、約２０ｎｍ以下の粒度を有するガドリニウムドープトセリア、約２０ｎｍ以下の粒度を有するサマリウムドープトセリアなど、又は上述の市販の金属酸化物の１種以上を含む組合せである。セリアを含む上述の市販のフェライト生成金属酸化物のすべては、アトランタ（米国、ジョージア州）を本拠地とするＭｉｃｒｏｃｏａｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社から得ることができる。
【００３３】
市販のフェライト系ナノサイズ充填材の好適な例は、ＮａｎｏＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．から製造販売されているＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４である。Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４に関する微結晶サイズは１２ｎｍであり、比表面積は４５平方メートル／グラム（ｍ２／ｇ）であり、相当球直径は４７ｎｍである。
【００３４】
フェライト系ナノサイズ充填材を使用する場合、これらは絶縁層の総重量を基準にして約２〜約１５ｗｔ％の量で使用できる。一実施形態では、フェライト系ナノサイズ充填材は絶縁層の総重量を基準にして約３〜約１２ｗｔ％の量で使用される。別の実施形態では、フェライト系ナノサイズ充填材は絶縁層の総重量を基準にして約４〜約１２ｗｔ％の量で使用される。典型的な実施形態では、フェライト系ナノサイズ充填材は絶縁層の総重量を基準にして約５ｗｔ％の量で使用される。
【００３５】
他のナノサイズ充填材の好適な例は、石綿、粉砕ガラス、カオリンや他の粘土鉱物、シリカ、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム（白亜）、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、ケイ酸アルミニウム、硫酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸ナトリウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム（バライト）、雲母、タルク、アルミナ三水塩、石英及びウォラストナイト（ケイ酸カルシウム）のようなナノサイズ無機充填材である。雲母が典型的なナノサイズ無機充填材である。
【００３６】
使用できる雲母の例は、アナンダイト、アンナイト、バイオタイト（黒雲母）、バイタイト、ボロムスコバイト、セラドナイト、チェルニカイト、クリントナイト（脆雲母）、エフェサイト、フェリアンナイト、グラウコナイト（海緑石）、ヘンドリックサイト、キノシタライト、レピドライト（リシア雲母）、マストミライト、ムスコバイト（白雲母）、ナンピンガイト、パラゴナイト（ソーダ雲母）、フロゴパイト（金雲母）、ポリリチオナイト、プライスウェルカイト、ロスコウライト（バナジン雲母）、シデロフィライト、ソジウムフロゴパイト、テニオライト（縞状雲母）、バーミキュライト（ヒル石）、ウォネサイト及びチンワルダイトである。
【００３７】
典型的な形態の雲母は、フロゴパイト（ＫＭｇ３ＡｌＳｉ３Ｏ１０(ＯＨ)２）又はムスコバイト（Ｋ２Ａｌ４[Ｓｉ６Ａｌ２Ｏ２０](ＯＨ，Ｆ)４）である。フロゴパイト又はムスコバイト或いはその両方には、これらを約５００〜約８５０℃の加熱する操作が施される。この加熱により、雲母結晶は部分的に脱水され、結晶中に天然に結合した水の一部を放出する。これが起こる場合、雲母は部分的に剥離して小さな粒子を生じる。次いで、雲母を粉砕することで小さなナノサイズ充填材粒子が得られる。好適な形態の市販の雲母は、ＶｏｎＲｏｌｌ Ｉｓｏｌａ社からの雲母ダストである。
【００３８】
ナノクレー（ナノサイズ粘土）のようなナノサイズ充填材も、絶縁物に使用できる。ナノクレーは一般に板状物質であり、粘土鉱物は一般にスメクタイト、バーミキュライト及びハロイサイト粘土から選択される。スメクタイト粘土自体は、モンモリロナイト、サポナイト、バイデライト、ノントライト、ヘクトライトなど、及びこれらの粘土の１種以上を含む組合せから選択できる。典型的な粘土鉱物は、多層アルミノケイ酸塩であるモンモリロナイト粘土である。ナノクレー小板は、一般に、約３〜約３０００オングストロームの厚さ及び平面方向で約０．０１〜約１００マイクロメートルのサイズを有している。ナノクレーのアスペクト比は、一般に約１０〜約１００００程度である。それぞれの粘土小板は、ギャラリー（即ち、小板同士を結合する様々なイオンを含む粘土小板の平行層間の空間）で隔離されている。かかる物質の１つは、Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｌａｙ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社から市販のＣＬＯＩＳＩＴＥ（登録商標）１０Ａであり、その小板は約０．００１マイクロメートル（１０オングストローム）の厚さ及び平面方向で約０．１５〜約０．２０マイクロメートルのサイズを有している。
【００３９】
一実施形態では、ナノサイズ充填材、ナノサイズ無機充填材及び／又はナノクレーの組合せを絶縁層に使用できる。かかる組合せを使用する場合、それは絶縁層の総重量を基準にして約１〜約８０ｗｔ％の量で絶縁層に添加できる。一実施形態では、ナノサイズ充填材、ナノサイズ無機充填材及び／又はナノクレーの組合せは、絶縁層の総重量を基準にして約２〜約７５ｗｔ％の量で絶縁層に添加できる。別の実施形態では、ナノサイズ充填材、ナノサイズ無機充填材及び／又はナノクレーの組合せは、絶縁層の総重量を基準にして約３〜約７０ｗｔ％の量で絶縁層に添加できる。典型的な絶縁層は、絶縁層の総重量を基準にして約５ｗｔ％の量で金属酸化物ナノサイズ充填材を含むものである。別の典型的な絶縁層は、絶縁層の総重量を基準にして約２０ｗｔ％の量で雲母ダストを含むものである。
【００４０】
一実施形態では、特定の化学組成のナノサイズ充填材を同じ化学組成のマイクロメートルサイズ充填材と共に絶縁層に添加することが望ましい場合がある。一般に、マイクロメートルサイズ充填材は約５００ｎｍ以上の平均最大寸法を有する。例えば、約２００ｎｍ以下の平均最大寸法のナノサイズ粒子を有する雲母ダストを、約５０マイクロメートルの平均粒度を有するマイクロメートルサイズ充填材と共に絶縁層に添加することができる。
【００４１】
一般に、同じ化学組成を有するマイクロメートルサイズ充填材と共にナノサイズ充填材を使用する場合、ナノサイズ充填材は、ナノサイズ及びマイクロメートルサイズ充填材の組合せの総重量を基準にして約５０ｗｔ％以下、さらに具体的には約６０ｗｔ％以下、さらに一段と具体的には７０ｗｔ％以下を占めることが一般に望ましい。
【００４２】
上述の通り、ナノサイズ充填材の形状は特に限定されず、例えば、球状、不規則形状、板状又はホイスカー状などであってもよい。ナノサイズ充填材は、一般に１以上の代表長さについて約２００ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。一実施形態では、ナノサイズ充填材は約１５０ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。別の実施形態では、ナノサイズ充填材は約１００ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。さらに別の実施形態では、ナノサイズ充填材は約７５ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。さらに別の実施形態では、ナノサイズ充填材は約５０ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。
【００４３】
上述の通り、ナノサイズ充填材は一般に約２００ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。一実施形態では、ナノサイズ充填材の９０％超が約２００ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。別の実施形態では、ナノサイズ充填材の９５％超が約２００ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。さらに別の実施形態では、ナノサイズ充填材の９９％超が約２００ｎｍ以下の平均最大寸法を有する。二モード又はさらに高次モードの粒度分布も使用できる。
【００４４】
ナノサイズ充填材は、絶縁層の総重量を基準にして約１〜約８０ｗｔ％の量で使用できる。一実施形態では、ナノサイズ充填材は絶縁層の総重量を基準にして約３〜約７５ｗｔ％の量で使用できる。別の実施形態では、ナノサイズ充填材粒子は絶縁層の総重量を基準にして約５〜約７０ｗｔ％の量で使用できる。さらに別の実施形態では、ナノサイズ充填材粒子は絶縁層の総重量を基準にして約６〜約６０ｗｔ％の量で使用できる。典型的な実施形態では、ナノサイズ充填材粒子は絶縁層の総重量を基準にして約２０ｗｔ％の量で使用できる。
【００４５】
一実施形態では、ナノサイズ充填材は、熱硬化性ポリマーとの結合を容易にするためにシランカップリング剤で被覆できる。硬化性ポリマー樹脂コーティングに使用する充填材は、テトラメチルクロロシラン、ヘキサジメチレンジシラザン、γ−アミノプロポキシシランなど、又はこれらのシランカップリング剤の１種以上を含む組合せのようなシランカップリング剤で処理することが一般に望ましい。シランカップリング剤は、一般にナノサイズ充填材と熱硬化性ポリマーとの相容性を高めて絶縁層の機械的性質を向上させる。
【００４６】
絶縁層中には溶媒を任意に使用できる。溶媒は粘度調整剤として使用でき、或いはナノサイズ充填材の分散及び／又は懸濁を容易にするために使用できる。液状非プロトン性極性溶媒（例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチロラクトン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、ニトロメタン、ニトロベンゼン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドンなど、又はこれらの溶媒の１種以上を含む組合せ）が一般に望ましい。極性プロトン性溶媒（例えば、特に限定されないが、水、メタノール、アセトニトリル、ニトロメタン、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールなど、又はこれらの極性プロトン性溶媒の１種以上を含む組合せ）も使用できる。他の無極性溶媒（例えば、ベンゼン、トルエン、塩化メチレン、四塩化炭素、ヘキサン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなど、又はこれらの溶媒の１種以上を含む組合せ）も使用できる。１種以上の非プロトン性極性溶媒及び１種以上の無極性溶媒を含む共溶媒も使用できる。典型的な溶媒はキシレン又はＮ−メチルピロリドンである。
【００４７】
溶媒を使用する場合、それは絶縁層の総重量の約１〜約５０ｗｔ％の量で使用できる。一実施形態では、溶媒を使用する場合、それは絶縁層の総重量の約３〜約３０ｗｔ％の量で使用できる。さらに別の実施形態では、溶媒を使用する場合、それは絶縁層の総重量の約５〜約２０ｗｔ％の量で使用できる。熱硬化性ポリマーの硬化前、硬化中及び／又は硬化後に溶媒を蒸発させることが一般に望ましい。
【００４８】
絶縁層を製造する一方法では、混合を容易にするため、高レベルの剪断作用下で熱硬化性ポリマーをナノサイズ充填材とブレンドする。熱硬化性ポリマーとナノサイズ充填材との混合物に加えられる剪断作用のレベルは、熱硬化性ポリマー中への充填材の分散を容易にするのに有効なものである。剪断操作中に付与されるエネルギーは、約０．００１〜約１０キロワット時／キログラム（ｋＷｈｒ／ｋｇ）である。一実施形態では、剪断操作中に付与されるエネルギーは約０．０１〜約８ｋＷｈｒ／ｋｇである。別の実施形態では、剪断操作中に付与されるエネルギーは約０．１〜約６ｋＷｈｒ／ｋｇである。さらに別の実施形態では、剪断操作中に付与されるエネルギーは約０．５〜約４ｋＷｈｒ／ｋｇである。
【００４９】
剪断作用は、メルトブレンディング操作中に加えることができ、或いは混合物への超音波エネルギーの適用のような他の手段で加えることもできる。メルトブレンディング装置の好適な例は、一軸押出機や二軸押出機などの押出機、バスニーダー、ロールミル、ペイントミル、ヘリコーン、ワーリングブレンダー、ヘンシェルミキサー、バンバリーなど、又はこれらのメルトブレンダーの１以上を含む組合せである。熱硬化性ポリマー中へのナノサイズ充填材の懸濁及び／又は分散を容易にするため、超音波ブレンディングも実施できる。ナノサイズ充填材の懸濁を容易にするためには、凝集体及び集合体の両方を破壊して小さな粒子にすることが望ましい。
【００５０】
上述の通り、絶縁層は導電巻線又は固定子バーのような電気部品上或いはステータピースの内面上に設けられ、硬化が施される。一実施形態では、電気部品は銅からなる。巻線上への絶縁層の配設前又は配設中に、熱硬化性ポリマーとナノサイズ充填材との混合物に開始剤及び／又は架橋触媒を添加できる。絶縁層は、漬け塗り、吹付け塗り、静電塗装、はけ塗り、スピンコーティング、射出成形、共押出しなど、又はこれらの方法の１以上を含む組合せで巻線上に施工できる。
【００５１】
一実施形態では、絶縁層は導電巻線又はステータのような電気部品上或いはステータピースの内面上に複数の段階で配設できる。例えば、第一の段階で一定厚さの絶縁層を電気部品上に設ける一方、第二の段階で別の厚さの第二の絶縁層を第一の層上に配設できる。一実施形態では、第一の絶縁層は第二の絶縁層と異なる組成を有していてもよい。次いで、一層有効な架橋を容易にするため、絶縁層に熱処理を施すか、或いはＵＶ硬化及び／又はマイクロ波硬化のような電磁放射処理を施すことができる。
【００５２】
例示的な一実施形態では、熱硬化性樹脂を含む絶縁層を固定子バーのような複雑な賦形品上に押し出すことができる。上述の通り、絶縁層は熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材は約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有する金属酸化物ナノ粒子及びダイヤモンドナノ粒子からなる。この方法は、長さ及び２以上の側面を有する複雑な賦形品をダイの中心内腔に送り込む段階を含んでいて、中心内腔は複雑な賦形品に沿ってのダイの移動又はダイを通しての複雑な賦形品の移動を許すのに十分な形状を有している。上述のナノ粒子を含む１種以上の熱硬化性材料をダイを通して押し出すことで、複雑な賦形品の両面上に熱硬化性材料を同時に設ける。一実施形態では、複雑な賦形品の全長に沿ってダイを移動させる。別の実施形態では、ダイを通して複雑な賦形品の全長を移動させる結果、それが絶縁層で被覆される。
【００５３】
絶縁層を施工するための例示的な装置は、米国特許第５６５００３１号（Ｂｏｌｏｎら）に記載されている。その開示内容全体は援用によって本明細書の内容の一部をなす。ただし、本発明の言葉が引用文献の言葉と矛盾することがあるが、そのような場合には本発明の言葉が引用文献の矛盾する言葉に優先する。この装置は中心内腔を有するダイを含んでいて、中心内腔は複数の側面及び長さを有する複雑な賦形品に沿ってのダイの移動及びダイを通しての複雑な賦形品の送りを許すのに十分な形状を有している。この装置はまた、複雑な賦形品の長さに沿って押出ダイを移動させる手段、及びたわみ継手手段でダイに連結された１以上の押出機も含んでいる。
【００５４】
一実施形態では、絶縁層中の熱硬化性ポリマーを約１００〜約２５０℃の温度で硬化させることができる。別の実施形態では、絶縁層を約１２０〜約２２０℃の温度で硬化させることができる。さらに別の実施形態では、絶縁層を約１４０〜約２００℃の温度で硬化させることができる。典型的な実施形態では、絶縁層を約１８０℃の温度で硬化させることができる。
【００５５】
絶縁層は約２５〜約３００マイクロメートル（μｍ）の厚さを有することが一般に望ましい。一実施形態では、絶縁層は約３０〜約２７５μｍの厚さを有することが望ましい。別の実施形態では、絶縁層は約４０〜約２５０μｍの厚さを有することが望ましい。さらに別の実施形態では、絶縁層は約５０〜約２２５μｍの厚さを有することが望ましい。
【００５６】
絶縁層は、約２５〜約３００μｍの厚さで約０．７５キロボルト（ｋＶ）以上の破壊電圧を有する点で有利である。一実施形態では、絶縁層に関する破壊電圧は約２ｋＶ以上である。さらに別の実施形態では、絶縁層に関する破壊電圧は約３ｋＶ以上である。さらに別の実施形態では、絶縁層に関する破壊電圧は約４ｋＶ以上である。
【００５７】
一実施形態では、絶縁層は約１キロボルト以上の絶縁破壊強さを有すると共に、１００分を超える時間にわたる３キロヘルツの周波数で５０００ボルトの印加電圧に対して耐コロナ性を有する。別の実施形態では、絶縁層は約１キロボルト以上の絶縁破壊強さを有すると共に、２００分を超える時間にわたる３キロヘルツの周波数で５０００ボルトの印加電圧に対して耐コロナ性を有する。
【００５８】
絶縁層は、一般に他の市販の絶縁層の厚さ以下である約３０〜約３００マイクロメートルの厚さで電気部品上に施工できる点で有利である。絶縁層は、有利には約２５０〜約１０００メガパスカル（ＭＰａ）の圧縮力に耐えるのに有効な圧縮強さ及び硬さを有する。絶縁層を施工すれば、電気装置で一般に使用されている巻きテープ、雲母−ポリマー接地壁絶縁体又はスロットライナー材料を排除する機会も得られる。
【００５９】
上述の通り、有利な一実施形態では、絶縁層は室温でエラストマー挙動を示す熱硬化性ポリマーを含んでいてもよい。室温でエラストマー挙動を示す熱硬化性ポリマーを絶縁材に使用する場合、絶縁層は室温での引張試験で測定して約１０５ＧＰａ以下の弾性率を有することが望ましい。絶縁層は、約２００％以上の破断点伸びを有する。一実施形態では、絶縁層は約３００％以上の破断点伸びを有する。別の実施形態では、絶縁層は約５００％以上の破断点伸びを有する。さらに別の実施形態では、絶縁層は約７００％以上の破断点伸びを有する。
【００６０】
絶縁層は、略室温（２３℃）以上の温度で約２０００時間までの時間にわたり引張応力又は圧縮応力を受けた場合に実質的にクリープを示さないことが望ましい。一実施形態では、絶縁層は室温で約２０００時間までの時間にわたり約１００キログラム／平方センチメートル以上の引張力又は圧縮力を受けた場合にその原長の１０％未満のクリープを示す。別の実施形態では、絶縁層は室温で約２０００時間までの時間にわたり約１００キログラム／平方センチメートル以上の引張力又は圧縮力を受けた場合にその原長の１５％未満のクリープを示す。
【００６１】
別の実施形態では、絶縁層は１５５℃で１０００時間にわたり１０キロポンド／平方インチ（１０ｋｐｓｉ）（約７００キログラム重／平方センチメートル）の変形力を受けた場合にその原長の約１０％以下のクリープを示す。さらに別の実施形態では、絶縁層は１５５℃で１０００時間にわたり１０キロポンド／平方インチ（１０ｋｐｓｉ）（約７００キログラム重／平方センチメートル）の変形力を受けた場合に約６％以下のクリープを示す。さらに別の実施形態では、絶縁層は１５５℃で１０００時間にわたり１０キロポンド／平方インチ（１０ｋｐｓｉ）（約７００キログラム重／平方センチメートル）の変形力を受けた場合に約３％以下のクリープを示す。
【００６２】
エラストマーを含む絶縁層は、２４時間超の時間にわたり運転された発電機で普通に見られる温度で普通に見られる引張応力又は圧縮応力を受けた場合に実質的にクリープを示さない。このように絶縁層が高温でクリープを回避できることにより、それは発電機で使用される固定子バー及び他の部品上で有用である。
【００６３】
以上、例示的な実施形態に関して本発明を説明してきたが、当業者であれば、本発明の技術的範囲から逸脱せずに様々な変更及び同等物による構成要素の置換をなし得ることが理解されよう。加えて、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるため、本発明の本質的な範囲から逸脱せずに多くの修正を行うことができる。したがって、本発明はこの発明を実施するために想定される最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を包含するものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気部品と、
電気部品上に設けられた電気絶縁層と
を含んでなる物品であって、電気絶縁層が熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有するダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる、物品。
【請求項２】
電気部品が銅からなる、請求項１記載の物品。
【請求項３】
絶縁層が室温での引張試験で測定して約２００％以上の伸びを有する、請求項１記載の物品。
【請求項４】
熱硬化性ポリマーが下記の構造（Ｉ）を有する、請求項１記載の物品。
【化１】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６は同一の又は相異なるものであり、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６の１以上は架橋に先立って反応性官能基であり、ｍ及びｎは０を含む任意の整数であるが、ｍ及びｎの両方が同時に０である場合を除く。）
【請求項５】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及び／又はＲ６が反応性官能基であり、アルキル、アリール、アラルキル、フルオロアルキル、ビニルアルキル、アミノアルキル、ビニル、エポキシ、ヒドリド、シラノール、アミン、カルビノール、メタクリレート、アクリレート、メルカプト、ハロアルキル、ハロゲン、カルボキシレート、アセトキシ、アルコキシ、又はこれらの官能基の１種以上を含む組合せからなる、請求項４記載の物品。
【請求項６】
絶縁層が、室温で約２４時間までの時間にわたり約１００キログラム／平方センチメートル以上の引張力又は圧縮力を受けた場合にその原長の１０％未満のクリープを示す、請求項１記載の物品。
【請求項７】
金属酸化物ナノ粒子が下記の式（II）を有する、請求項１記載の物品。
(ＭｅＯ)ｘ(Ｆｅ２Ｏ３)１００−ｘ （II）
（式中、ＭｅＯは任意の二価フェライト生成金属酸化物又は２種以上の二価金属酸化物を含む組合せであり、「ｘ」は５０モル％未満である。）
【請求項８】
Ｍｅが金属を表し、該金属が鉄、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マグネシウム、カルシウム、又はこれらの金属の１種以上を含む組合せである、請求項７記載の物品。
【請求項９】
金属酸化物ナノ粒子が式Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を有する、請求項１記載の物品。
【請求項１０】
ダイヤモンドナノ粒子が約５０ナノメートル以下の平均粒度を有する、請求項１記載の物品。
【請求項１１】
電気絶縁層が、約２５〜約３００マイクロメートルの厚さ及び約０．７５キロボルト以上の絶縁破壊強さを有する、請求項１記載の物品。
【請求項１２】
絶縁層が、約１キロボルト以上の絶縁破壊強さを有すると共に、１００分を超える時間にわたる３キロヘルツの周波数で５０００ボルトの印加電圧に対して耐コロナ性を有する、請求項１記載の物品。
【請求項１３】
絶縁層が、１５５℃で１０００時間にわたり約７００キログラム重／平方センチメートルの変形力を受けた場合にその原長の約１０％以下のクリープを示す、請求項１２記載の物品。
【請求項１４】
物品の製造方法であって、
電気部品上に電気絶縁層を設ける段階であって、電気絶縁層が熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有するダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる段階と、
熱硬化性ポリマーを硬化させる段階と
を含んでなる方法。
【請求項１５】
絶縁層が、漬け塗り、吹付け塗り、静電塗装、はけ塗り、スピンコーティング、又はこれらの方法の１以上を含む組合せで電気部品上に設けられる、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
ダイの中心内腔に固定子バーを送り込む段階であって、中心内腔が固定子バー上でのダイの相対運動を許すのに十分な形状を有している段階と、
絶縁層が固定子バーの両面上に同時に設けられるように絶縁層をダイ中に押し出す段階であって、絶縁層が熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有するダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる段階と、
固定子バーの全長に沿ってダイを移動させる段階と
を含んでなる方法。
【請求項１７】
固定子バーが発電機固定子バーである、請求項１６記載の方法。
【請求項１】
電気部品と、
電気部品上に設けられた電気絶縁層と
を含んでなる物品であって、電気絶縁層が熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有するダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる、物品。
【請求項２】
電気部品が銅からなる、請求項１記載の物品。
【請求項３】
絶縁層が室温での引張試験で測定して約２００％以上の伸びを有する、請求項１記載の物品。
【請求項４】
熱硬化性ポリマーが下記の構造（Ｉ）を有する、請求項１記載の物品。
【化１】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６は同一の又は相異なるものであり、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６の１以上は架橋に先立って反応性官能基であり、ｍ及びｎは０を含む任意の整数であるが、ｍ及びｎの両方が同時に０である場合を除く。）
【請求項５】
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及び／又はＲ６が反応性官能基であり、アルキル、アリール、アラルキル、フルオロアルキル、ビニルアルキル、アミノアルキル、ビニル、エポキシ、ヒドリド、シラノール、アミン、カルビノール、メタクリレート、アクリレート、メルカプト、ハロアルキル、ハロゲン、カルボキシレート、アセトキシ、アルコキシ、又はこれらの官能基の１種以上を含む組合せからなる、請求項４記載の物品。
【請求項６】
絶縁層が、室温で約２４時間までの時間にわたり約１００キログラム／平方センチメートル以上の引張力又は圧縮力を受けた場合にその原長の１０％未満のクリープを示す、請求項１記載の物品。
【請求項７】
金属酸化物ナノ粒子が下記の式（II）を有する、請求項１記載の物品。
(ＭｅＯ)ｘ(Ｆｅ２Ｏ３)１００−ｘ （II）
（式中、ＭｅＯは任意の二価フェライト生成金属酸化物又は２種以上の二価金属酸化物を含む組合せであり、「ｘ」は５０モル％未満である。）
【請求項８】
Ｍｅが金属を表し、該金属が鉄、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マグネシウム、カルシウム、又はこれらの金属の１種以上を含む組合せである、請求項７記載の物品。
【請求項９】
金属酸化物ナノ粒子が式Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を有する、請求項１記載の物品。
【請求項１０】
ダイヤモンドナノ粒子が約５０ナノメートル以下の平均粒度を有する、請求項１記載の物品。
【請求項１１】
電気絶縁層が、約２５〜約３００マイクロメートルの厚さ及び約０．７５キロボルト以上の絶縁破壊強さを有する、請求項１記載の物品。
【請求項１２】
絶縁層が、約１キロボルト以上の絶縁破壊強さを有すると共に、１００分を超える時間にわたる３キロヘルツの周波数で５０００ボルトの印加電圧に対して耐コロナ性を有する、請求項１記載の物品。
【請求項１３】
絶縁層が、１５５℃で１０００時間にわたり約７００キログラム重／平方センチメートルの変形力を受けた場合にその原長の約１０％以下のクリープを示す、請求項１２記載の物品。
【請求項１４】
物品の製造方法であって、
電気部品上に電気絶縁層を設ける段階であって、電気絶縁層が熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有するダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる段階と、
熱硬化性ポリマーを硬化させる段階と
を含んでなる方法。
【請求項１５】
絶縁層が、漬け塗り、吹付け塗り、静電塗装、はけ塗り、スピンコーティング、又はこれらの方法の１以上を含む組合せで電気部品上に設けられる、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
ダイの中心内腔に固定子バーを送り込む段階であって、中心内腔が固定子バー上でのダイの相対運動を許すのに十分な形状を有している段階と、
絶縁層が固定子バーの両面上に同時に設けられるように絶縁層をダイ中に押し出す段階であって、絶縁層が熱硬化性ポリマー及びナノサイズ充填材を含み、ナノサイズ充填材が約２００ナノメートル以下の平均最大寸法を有するダイヤモンドナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子とダイヤモンドナノ粒子との組合せからなる段階と、
固定子バーの全長に沿ってダイを移動させる段階と
を含んでなる方法。
【請求項１７】
固定子バーが発電機固定子バーである、請求項１６記載の方法。
【公開番号】特開２００７−１８１８１４（Ｐ２００７−１８１８１４Ａ）
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００６−３１７２２１（Ｐ２００６−３１７２２１）
【出願日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１７２２１（Ｐ２００６−３１７２２１）
【出願日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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