マイカの用途と加工|電気絶縁から化粧品まで幅広い応用

マイカの用途と加工

マイカの電気絶縁性と耐熱性の特性

 

マイカ(雲母)は層状ケイ酸塩鉱物の一種で、電気絶縁性と耐熱性において他の材料では代替できない優れた特性を持っています。主成分はSiO₂、Al₂O₃、K₂Oおよび結晶水で構成され、鉱物学的には含有成分によって約6種類に分類されますが、電気絶縁材料として利用されるのは主にマスコバイト(硬質マイカ)とフロゴパイト(軟質マイカ)の2種類です。

 

参考）マイカとは
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硬質マイカは透明または淡黄色を呈し、絶縁破壊電圧が18〜25kV/0.1mmという高い電気絶縁性能を持ち、熱分解温度は600〜800℃に達します。特に電気絶縁性に優れることから、主に電気絶縁製品に使用されています。一方、軟質マイカは特に耐熱性に優れており、連続使用温度がMAX400℃、瞬間使用温度がMAX450℃という高温環境でも性能を維持できるため、主に耐熱・耐火材料として活用されています。

 

参考）無料DL 耐熱絶縁素材　マイカについて　専門企業が詳細まで説…
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マイカの最大の特徴は、平面状の層が弾力性のあるフィルムのように薄く剥がれることです。この剥離性と合わせて、耐酸性・耐アルカリ性にも優れ、加熱後の強度や絶縁抵抗の低下がほとんどなく、高湿度雰囲気でも極めて高い電気絶縁性を示すという複合的な特性が、産業用途での価値を高めています。

 

参考）絶縁素材「集成マイカ（雲母）」の素材特性と加工方法 山田製作…
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マイカの産業用途と電気機器への応用

マイカは耐熱性や電気絶縁性が高く、強靭で弾力性に優れ、加工がしやすいことから、他の材料では代替できない特長として様々な産業分野で活かされています。最も代表的な用途がマイカヒーターで、発熱物のニクロム線を絶縁材であるマイカで挟み込み、高温接着剤による熱圧成形で一体化したものです。加熱物に直接接触させて使用するため、熱効率が良く、昇温速度が早いという利点があります。

 

参考）雲母（うんも）の様々な用途
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穴あけ・切りかけ加工なども可能なため、アイロン、ポット、コーヒーメーカーなどの家庭電化製品にも多く使用されています。また、工業・業務用ヒーターとしても幅広く活用され、絶縁性能は100MΩ以上/DC500V、耐電圧性能はAC1500V/1分間という高い性能を実現しています。

 

参考）マイカヒーター｜サントレーディング
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電気絶縁用途としては、各種電熱器具、ヒータエレメントや抵抗器、コイル層間、プロジェクター光源周辺の絶縁部品、シガーライターのソケット部の絶縁製品などに使用されています。耐火電線用マイカテープ、ボイラー覗き窓、レーダー関連部材としての用途もあり、高電圧モーターの主絶縁材としても重要な役割を果たしています。さらに、ガラス窓の代替や耐熱製品の内部確認窓としても利用され、金属加工用の切削油(金属などの切削加工を行う際に、摩擦抑制と冷却のために使用する油)にも配合されています。

 

参考）鉱産物
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マイカの化粧品と塗料への用途

マイカは化粧品分野でも重要な役割を果たしており、肌の透明感を高めて化粧品の使い心地をよくする安全な成分として広く使用されています。マイカは化粧品の形を保つために使われる体質顔料で、他の顔料や塗料の増量剤として機能し、着色性や強度などを改善するための混合剤として用いられます。

 

参考）マイカは肌の透明感を高めて化粧品の使い心地をよくする安全な顔…
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ファンデーションなどメイク用のアイテムでは、すべすべ感や伸びのよさなどを付与する目的で配合され、白粉にも使用されることがあります。マイカの透明性や光沢は、化粧品や塗料にパール調の輝きを与える顔料としても活用されており、電気・建材・化粧品など多様な分野でその機能性と意匠性が高く評価されています。

 

参考）マイカ
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特に二酸化チタンをコーティングした雲母(titan coated mica)は、パール塗料や絵具の金属色として使われます。合成雲母を基板とした真珠顔料も開発されており、天然雲母には鉄等の有色不純物が含まれているため光沢、彩度、透過色に課題がありましたが、合成雲母を基板としたアルティミカなどの製品は、これらの課題を解決した究極の真珠顔料として評価されています。化粧品用途では、密着感向上、透明感付与、滑り感付与などの効果をもたらし、塗料用途では耐熱性向上、滑り性向上、クラック防止などの機能を発揮します。

 

参考）マイカ - 株式会社セイシン企業
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マイカの粉砕と集成マイカ製造加工

マイカの加工は、用途に応じて様々な形態に加工されますが、工業用材料としては板状に加工したマイカプレートと、粉末状にしたマイカパウダーがあります。現在の主流は、パウダーを接着剤で板状に固めた集成マイカで、粉砕したマイカを紙状に加工し何重にも重ねてテープ状やシート状にしたものです。

 

参考）ヤマグチマイカ｜マイカとは｜マイカの概要
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集成マイカの製造工程は、まずマイカ原鉱を粉砕して紙状に抄造することでマイカペーパーが得られます。一般的には白マイカを2〜6メッシュに粗粉砕して、800℃前後の温度で焼成し、湿式粉砕します。使用する用途別に水簸分級して薄片状マイカを製造し、このマイカペーパーに適量の接着剤を含浸させて、板状に加熱圧縮した集成マイカ板(積層板)と、補強材と貼り合わせることでテープ状に加工した集成マイカテープが作られます。

 

参考）https://www.san-esugypsum.co.jp/product/inorganic-materials/mica/
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集成マイカには硬質焼成集成マイカ、硬質無焼成集成マイカ及び軟質集成マイカの3種類があり、マイカ箔とも呼ばれます。集成マイカをシリコーン接着剤で一体化にした材料は、高温加熱による発煙と臭気がほとんどなく、加熱後の強度や絶縁抵抗の低下がほとんどありません。耐水性に優れ、高湿度雰囲気で極めて高い電気絶縁性を示し、縁端強度が強く、ヒータ線等の巻線作業における作業性は極めて優れています。

 

参考）JISC2250:2008 電気絶縁用マイカ製品通則
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JISC2250:2008 電気絶縁用マイカ製品通則
この規格では、電気絶縁用マイカ製品の種類や製造方法について詳細な技術基準が定められており、集成マイカの分類と品質要求事項が記載されています。

 

マイカの打抜き加工とレーザー加工技術

マイカ製品の精密加工技術として、打抜きプレス加工とレーザー加工が主要な手法として確立されています。打抜きプレス加工は、マイカ板を様々な形状に打ち抜く技術で、金型を用いて被加工材を加圧し、顧客の望まれる形状に加工します。自社で金型設計を行うことで設計時間を短縮し、スピーディーな対応が可能となり、設計費を抑えることでコストパフォーマンスが向上します。

 

参考）技術紹介｜（株）岡部マイカ工業所
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集成マイカ加工品では、少量品(機械加工・レーザー加工)から量産品(打抜品)まで幅広く対応しており、耐熱性、絶縁性からマイカヒーターの素材や断熱板、絶縁板として使用されています。レーザー加工技術は1枚から作製が可能で、図面1枚で短納期対応ができるという利点があります。

 

参考）株式会社 東西
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切削加工技術も活用されており、マシニングセンタ、フライス、旋盤を用いて加工されますが、マイカは脆くて加工が難しい材料であるため、長年培ったノウハウが必要とされます。切削加工やレーザー加工、刃型による打ち抜き加工はある程度可能ですが、マイカ特有の脆性や層状構造により、加工条件の最適化が重要となります。最大製作可能寸法は500mm×500mmまで対応でき、製品厚さはt0.5mm〜1.0mmの範囲で製造されています。また、パイプ形状も可能で、集成マイカの特性を活かした多様な形状への加工が実現されています。

 

参考）http://www.shigemoto.co.jp/material/mica/
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マイカの天然雲母と合成雲母の違い

マイカには天然雲母と合成雲母の2種類があり、それぞれ異なる特性と用途を持っています。天然雲母は世界各地で産出され、産業用のマイカは中国、カナダ、フィンランドなど、いたるところでさまざまな色合いのものが採掘されています。グリーンマイカの色合いが美しいもので市場に出回っているものの多くが、ブラジルのミナスジェライス州やマダガスカル、タンザニアなどのアフリカ諸国、インドなどで産出されており、日本でもペグマタイト鉱床から主に採掘されています。

 

参考）グリーンマイカとは？産地・硬度と天然石の特徴
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天然雲母は、インド・スリランカの硬質及び軟質の天然雲母として輸入販売されており、ブロック、スクラップ、フレーク、各種加工品の形態で提供されています。しかし、天然雲母には鉄等の有色不純物が含まれているため、光沢、彩度、透過色に課題があります。

 

参考）PEARL-GLAZE®/ULTIMICA® - 日本光研工…
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合成雲母は中国から輸入されており、フッ素金雲母として製造されています。合成マイカの仕様は、長方形で最大200 x 53 x 1t mmまたは76 x 76 mm、丸形で最大Φ75mm、厚みは0.02〜2.0mmの範囲で生産されています。合成雲母を基板とした製品は、天然雲母の課題を解決しており、より高純度で均質な特性を実現しています。
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合成マイカの製造方法では、溶融体から結晶を成長させる方法が採用され、結晶が大きいだけでなく、結晶性に優れているため、粉砕するとアスペクト比の大きい合成マイカ粉末が容易に得られます。従来法で得た合成マイカはアスペクト比40以下の合成マイカ粉末しか得られませんでしたが、改良された製造方法で得た合成マイカからは、アスペクト比50〜1000の粉末が容易に得られるようになりました。合成雲母は天然雲母に比べて品質が安定しており、高い電気絶縁性母に比べて品質が安定しており、高い電気絶縁性や透明性が求められる用途で特に重宝されています。

 

参考）https://www.mdpi.com/2076-3417/13/24/13155/pdf?version=1702294253
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