(57)【要約】  第１の導体ゾーンと、抵抗ホットゾーンと、第２の導体ゾーンの全てを電気的な順序で有する、新規なセラミック抵抗イグナイタを提供する。好ましいイグナイタでは、第１の導体ゾーンの少なくとも大部分がセラミック絶縁体と接触しない。また、本発明の好ましいイグナイタは、イグナイタ長の少なくとも一部分について曲線断面形状を持つ。
2008519234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イグナイタ長の少なくとも一部について曲線断面形状を持つセラミックイグナイタであって、
電気的な順に、第１の導体ゾーンと、抵抗ホットゾーンと、第２の導体ゾーンを有し、
前記第１の導体ゾーンの少なくとも大部分がセラミック絶縁体と接触しないことを特徴とするセラミックイグナイタ。
【請求項２】
前記イグナイタは、前記イグナイタ長の少なくとも大部分について略一定の幅を持つ請求項１に記載のセラミックイグナイタ。
【請求項３】
前記第１及び第２の導体ゾーンを有する領域における前記イグナイタの幅が、前記ホットゾーンを有する領域における前記イグナイタの幅よりも広い請求項１に記載のセラミックイグナイタ。
【請求項４】
前記導体ゾーン領域内における前記イグナイタの幅が、前記ホットゾーン領域における前記イグナイタの幅の少なくとも略３倍広い請求項３に記載のセラミックイグナイタ。
【請求項５】
前記第１の導体ゾーンは、前記第２の導体ゾーン内に少なくとも部分的に囲まれる請求項１に記載のセラミックイグナイタ。
【請求項６】
前記イグナイタは略円形断面形状を持つ請求項１または２に記載のセラミックイグナイタ。
【請求項７】
前記第１の導体ゾーン及び前記第２の導体ゾーンは、前記ホットゾーンの反対側の端部と結合する請求項１に記載のセラミックイグナイタ。
【請求項８】
前記イグナイタの電気経路は、前記第１の導体ゾーン、前記ホットゾーン、前記第２の導体ゾーンの順に通じる請求項１に記載のセラミックイグナイタ。
【請求項９】
前記イグナイタがセラミック絶縁体領域に包含されない請求項１に記載のセラミックイグナイタ。
【請求項１０】
電気的な順に、第１の導体ゾーンと、抵抗ホットゾーンと、第２の導体ゾーンを有し、
前記第２の導体ゾーンが実質的に前記第１の導体ゾーンを囲むことを特徴とするセラミックイグナイタ。
【請求項１１】
前記第１の導体ゾーン長及び第２の導体ゾーン長の少なくとも一部分の間に、間隙領域が配置される請求項１０に記載のセラミックイグナイタ。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項に記載のイグナイタに、イグナイタ全体にわたって電流を印加することを含むことを特徴とする気体燃料の点火方法。
【請求項１３】
前記電流は、６、８、１０、１２、２４、１２０、２２０、２３０又は２４０ボルトの公称電圧を持つ請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１〜１１の何れか一項に記載のイグナイタを有することを特徴とする加熱装置。
【請求項１５】
前記装置は瞬間湯沸かし器である請求項１４に記載の加熱装置。
【請求項１６】
前記装置は調理装置である請求項１４に記載の加熱装置。
【請求項１７】
イグナイタ長の少なくとも一部について曲線断面形状を持つことセラミックイグナイタであって、
電気的な順に、第１の導体ゾーンと、抵抗ホットゾーンと、第２の導体ゾーンを有し、
２４ボルトより高い線間電圧に適合することを特徴とするセラミックイグナイタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一つの側面において、本発明は、内側の第１の導体ゾーンと、抵抗ホットゾーンと、外側の第２の導体ゾーンの全てを電気的な順序で有する、新規なセラミック抵抗イグナイタを提供する。好ましいイグナイタでは、第１の導体ゾーンの少なくとも大部分がセラミック絶縁体と接触しない。また、本発明の好ましいイグナイタは、略ロッド形状であり（例えば、略円形断面エリアのような曲線断面形状）、良好な機械的完全性及び時間−温度性能を持つ。
【背景技術】
【０００２】
セラミック材料は、例えば、ガス燃焼炉、ストーブ、衣服乾燥機におけるイグナイタとして、大いなる成功を謳歌してきた。セラミックイグナイタの製造は、導線によって電流が流されたときに高い抵抗を示し、高温を生じるセラミック成分の一部を通じて電子回路を構成することを含む。例えば、米国特許第6,028,292号、第5,801,361号、第5,405,237号及び第5,198,508号を参照されたい。
【０００３】
代表的なイグナイタは、一般に、高い抵抗を持つ「ホットゾーン」を備えた矩形形状の素子をイグナイタ先端部に有するとともに、イグナイタの反対側の端部からホットゾーンへと備えられた、導電性を有する１以上の「コールドゾーン」を有する。今日利用可能なイグナイタの一つ、ノートン  イグナイタ  プロダクツ  オブ  ミルフォード  Ｎ．Ｈ．から販売されているミニ−イグナイタは、１２ボルトから１２０ボルトを印加するように設計されており、窒化アルミニウム（AlN）、ケイ化モリブデン（MoSi2）及びシリコンカーバイド（SiC）を有する組成を持つ。
【０００４】
セラミックイグナイタには、高速すなわち速い時間−温度（すなわち、室温から点火の設計温度まで加熱する時間）、置換なしに長時間動作する十分なロバスト性を含む、様々な実行性能が要求される。しかし、従来の多くのイグナイタは、そのような要求を一貫して満たしていない。
【０００５】
火花点火システムは、セラミックイグナイタに代替するアプローチである。特に、ガスクッキングバーナーの点火に有用と言われるスパークイグナイタ（spark igniter）について、例えば、米国特許第5,911,572号を参照されたい。火花点火によって示される、一般的な一つの好ましい実行性能は、急速点火である。つまり、起動時に、スパークイグナイタは、ガスまたは他の燃料源を非常に急速に点火できる。
【０００６】
特定の用途においては、急速点火が決定的となることがある。例えば、「瞬間」湯沸かし器と呼ばれるものが、一般に普及しつつある。一般には、米国特許第6,167,845号、第5,322,216号及び第5,438,642号を参照されたい。これらのシステムは、湯を一定体積貯湯するよりも、水道の開栓（例えば、ユーザが蛇口を開位置にする）時に直ちに水を加熱することが重要である。このように、水を「オン」にするのとほぼ同時に湯を供給するように、水の開栓時に直ちに加熱することが重要である。そのような瞬間湯沸かし器は、一般にスパークイグナイタを利用してきた。現行のセラミックイグナイタの少なくとも大部分は、瞬間湯沸かし器で要求されるような、非常に急速な点火における商用に用いるには、あまりにも時間−温度性能が遅すぎた。
【０００７】
また、現在のセラミックイグナイタは、特にガスレンジ台上面などで使用されるイグナイタなどのように衝撃を受ける環境下において、使用中の破損に悩まされてきた。
【０００８】
そこで、新しいイグニッションシステムを有することが望まれている。特に、向上した時間−温度性能を有する新規なセラミックイグナイタを有することが望まれている。また、良好な機械的完全性を有する新規なイグナイタを有することが望まれている。
【発明の開示】
【０００９】
我々は、異なる抵抗率の領域の新規な構成を有するセラミックイグナイタをここに提供する。本発明のイグナイタは、急速な時間−点火温度値といった良好な点火実行性能だけでなく、顕著な機械的完全性も示すことができる。
【００１０】
特に、第１の導体ゾーンと、抵抗ホットゾーンと、第２の導体ゾーンの全てを電気的な順序で有する、新規なセラミック抵抗イグナイタを提供する。そこで、そのデバイスの使用中、第２の導体ゾーンに電気配線から電力を供給せず、第１の導体ゾーンに電気配線を通じて電力を印加することができる。
【００１１】
第１の導体ゾーンの少なくとも大部分はセラミック絶縁体と接触しないことが好ましい。セラミック絶縁体の欠如は、イグナイタシステムにおける急速な時間−点火温度値を促進する。
【００１２】
一つの側面において、本発明の好ましいイグナイタは、イグナイタ長（例えば、電気配線がイグナイタに貼り付けられたところから抵抗ホットゾーンまでの長さ）の少なくとも一部に沿って曲線断面形状を有する。特に、好ましいイグナイタは、イグナイタ長の少なくとも一部、例えば、イグナイタ長の略10％、40％、60％、80％、90％について、あるいはイグナイタ長全体にわたって、略楕円形、円形若しくは他の曲線断面形状を有してもよい。ロッド形状のイグナイタ素子を提供する略円形断面形状が特に好ましい。
【００１３】
また、本発明はイグナイタ長の少なくとも一部に対して非曲面あるいは非円形断面形状を有するイグナイタも提供する。
【００１４】
本発明の特に好ましいイグナイタは、様々な構成を有することができる。好ましい構成では、導体シャフト素子が導体チューブ内に配置され、そのシャフト素子とチューブ素子の両方がホットゾーンのキャップまたは端部領域と結合する。
【００１５】
特に、好ましいイグナイタは、好ましくは第１の導体ゾーンが、断面的に重なる導体ゾーン間に配置された抵抗（ホット）ゾーンとともに、周囲を囲う第２の導体ゾーン内にある、同軸設計のゾーンを含む。そのような構成において、第１及び第２の導体ゾーンは、それら導体ゾーンの一方または両方と結合し、中間に配置されたセラミック絶縁体領域によって適切に分離される。あるいは、また時に好ましくは、間に配置された間隙（空気）領域が二つの導体ゾーンを分離してもよい。そのような構成において、第１の導体ゾーンの少なくとも一部は、図において例示されたイグナイタ構成のように、例えば、第１の導体ゾーン長の約10,20,30,40,50,60,70,80または90％以下が外側の導体イグナイタ領域と断面的に重なるように、第２の導体ゾーンによって囲まれ、あるいは第２の導体ゾーン内に入れ子にされる。
【００１６】
本発明のセラミックイグナイタは、6,8,10,12,24,120,220,230及び240ボルトの公称電圧を含む、広範囲の公称電圧で採用することができる。
【００１７】
本発明のイグナイタは様々なデバイス及び加熱システムの点火に有用である。特に、ここに述べるような焼結セラミックイグナイタ素子を有する加熱システムが提供される。特定の加熱システムは、ガス調理ユニット、商用及び居住用ビルの暖房ユニット、及び瞬間湯沸かし器のような非常に高速な点火を必要とする様々な加熱ユニットを含む。
本発明の他の側面は、以下に開示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本願は、2004年10月28日に出願された、米国特許出願第60/623389号について優先権を主張し、その明細書は参照としてここに組み込まれる。
【００１９】
上記のように、導体（コールド）領域及び抵抗（ホット）領域の新規な構成を含むセラミックイグナイタシステムが提供される。
【００２０】
特に、本発明の好ましいイグナイタは、急速な時間−温度値を示すことができる。ここで言うように、「時間−温度」という用語または同様の用語は、イグナイタのホットゾーンが室温（およそ25℃）から約1000℃の燃料（例、ガス）点火温度まで上昇する間の時間を表す。特定のイグナイタにおける時間−温度値は、二色高温計を用いて適切に求められる。本発明の特定の好ましいイグナイタは、約3秒以下、場合によっては約2秒以下の時間−温度値を示す。
【００２１】
ここで図を参照する。図１は、好ましいイグナイタシステム１０の部分ファントム図を示す。ここでは、導体コア素子１２が抵抗ホットゾーン１４と、抵抗ホットゾーン１４がイグナイタ１０の外側下部２０を形成する第２の導体ゾーンと、順々に結合する。
【００２２】
また、図２に、抵抗ホットゾーン１４と結合した、内部に置かれた導体コア素子１２を通じて電力がイグナイタシステム１０に入る場合の電気経路を明確に見ることができる。導体素子１２の近接端１２ａは、使用中にイグナイタに電力を供給する電気配線（図示せず）にロウ付けするなどを通じて貼付してもよい。イグナイタの近接端１０ａを、米国特許公開2003/0080103号公報に開示されているように、セラモプラスチック（ceramoplastic）封止材が導体素子の近接端１２ａを囲むというように、様々な固定具に適切に取り付けることができる。
【００２３】
図２に示すように、イグナイタ１０の電気経路は、導体コア素子１２から抵抗ホットゾーン１４を通じ、その後外側の、囲っている導体領域１６を通じている。
【００２４】
図１及び図２に示すように、最初に、内側導体ゾーン１２が、ホットゾーン１４と導体ゾーンの遠位端部１２ｃで結合されるまで、間隙１８によって他のイグナイタエリアから隔離される。さらに上記のように、図１及び図２に示すような好ましいシステムでは、第１の導体ゾーンの近接端部１２ａは、特定の先行システムで採用されているセラミックヒートシンク（絶縁体）エリアと接触しない。少なくとも多くの用途について、適切なイグナイタは如何なる絶縁体またはヒートシンク領域も含まなくてよく、異なる抵抗率を持つ二つの領域のみを持つ。すなわち、イグナイタは導体（コールド）ゾーンと高抵抗（ホット）ゾーンのみを含む。
【００２５】
上記のように、そのような、第１の導体ゾーン長の少なくとも大部分においてセラミック絶縁体が存在しないことは、イグナイタの時間−温度性能の向上を含む非常に大きな利点を与えることができる。ここで言うように、「第１の導体ゾーン長の大部分」は、電気配線が貼付された点からホットゾーンと結合するまでを計測した導体ゾーンの長さ（図２で距離ａによって表される）の少なくとも約４０％がセラミック絶縁材料と接触しないことを示す。電気配線が貼付された点からホットゾーンと結合するまでを計測した導体ゾーンの少なくとも約50,60,70,80,90または95％若しくは全長（図２で距離ａによって表される）がセラミック絶縁体材料と接触しないことが特に好ましい。特に好ましいシステムでは、第１の導体ゾーン長の少なくとも大部分が、図１及び２で例示されたイグナイタにおいて一般的に図示される間隙エリア１８に対するように露出される。
【００２６】
図１に例示するとともに上述したように、イグナイタ長の少なくとも大部分が、図２において長さａで示されるような、イグナイタ長の少なくとも一部に沿って、曲線断面形状を有する。図１は、イグナイタ１０がイグナイタのほぼ全長について略円形断面形状を有し、ロッド形状のイグナイタ素子を提供する場合の特に好ましい構成を示す。しかし、上記のように、好ましいシステムは、イグナイタ長（図２でイグナイタ長ａとして例示される）の約10,20,30,40,50,60,70,80または90％以下が曲線断面形状を有するといった、イグナイタの一部分のみが曲線断面形状を有する場合のものも含む。そのような設計では、イグナイタ長のバランスが外側エッジとともに輪郭を持つ。
【００２７】
図３に、他の好ましいイグナイタ３０を示す（断面図）。間に置かれた第１の導体ゾーン３２は、近接端３２ａ（上記のように電気配線が貼付されていてもよい）から抵抗ゾーン２８まで伸び、間に置かれた間隙領域３８とともに、第２の導体ゾーン３６内に囲まれる。
【００２８】
図４に、さらなる好ましいイグナイタ４０を示す（断面図）。中間に置かれた第１の導体ゾーン４２は、近接端４２ａ（上記のように電気配線が貼付されていてもよい）から抵抗ホットゾーン４４まで伸び、導体ゾーン４２と４６の間に置かれた間隙領域４８とともに、第２の導体ゾーン４６内に囲まれる。図４に示すように、第１の導体ゾーン４２は、イグナイタ長にわたって異なる幅a'を持ち、それはイグナイタの抵抗ゾーンへ向かって減少する。内側すなわち第１の導体ゾーンの幅を異なる変化のさせ方をしてもよい。例えば、イグナイタの近接端における第１の導体ゾーンの幅に対して、イグナイタの抵抗ホットゾーンへ向かう方が、第１の導体ゾーンの幅が広くなっていてもよい。
【００２９】
図５は、本発明の他の好ましいイグナイタ５０の半分（断面）図を示す。イグナイタ５０は、抵抗ホットゾーン５２の先端部と結合し、外側の第２の導体ゾーン５６で囲われ、中に置かれた第１の導体ゾーン５３を有する。第１及び第２の導体ゾーンは、間隙５８によって少なくとも部分的に分離される。イグナイタの電導経路は、第１の導体ゾーン５３からホットゾーン５２を通じ、囲っている第２の導体ゾーン５６を通じてその後ゾーン５４へと通じる。
【００３０】
図６は、本発明のさらなるイグナイタ６０を示す。先端の抵抗ゾーンエリアにおけるそのイグナイタの幅若しくは断面エリアは、導体ゾーンエリアにおけるイグナイタの幅若しくは断面エリアに対して減少する。例えば、イグナイタの第１の導体ゾーンエリア６２は、ホットゾーン６４の最小断面エリア若しくは幅（図６における幅ｇ）よりも少なくとも2,3,4,5,6,7,8,9または10倍広い最大断面エリア若しくは幅（図６における幅ｆ）を持つ。
【００３１】
同様に、図５を参照すると、イグナイタ５０の最大断面エリアは、ホットゾーン５２の最小断面エリアよりも少なくとも2倍広くてもよく、イグナイタの最大断面エリアが、ホットゾーン５２の最小断面エリアよりも少なくとも3,4,5,6,7,8,9または10倍広いことがより好ましい。
【００３２】
ホットゾーンエリアの幅または断面エリアのそのような減少により、導体及びホットゾーンを形成するために使用される組成物の差異を小さくすることができる。そのことは、異なるゾーンの組成物の熱膨張係数の良好なマッチングを含む、異なるゾーンの結合を改善する利点を与えることができ、イグナイタのひび割れ若しくはその他の潜在的な劣化を避けることができる。
【００３３】
特に、ホットゾーンエリアの幅または断面エリアのそのような減少は、ホットゾーンエリアに、相対的に導電性が良く、少なくとも導体ゾーンに使用されるセラミック材料に近いセラミック組成物を使用することを可能とする。これらのシステムでは、セラミック材料そのものよりも、むしろホットゾーンの幅の減少が抵抗加熱を提供する。
【００３４】
上記のように、曲線断面形状が多くの用途に対して好ましい一方、本発明の好ましいイグナイタは、イグナイタ長の少なくとも一部に対して非曲線状または非円形状の断面形状を有してもよい。例えば、イグナイタ長（図２でイグナイタ長ａとして例示される）の少なくとも約10,20,30,40,50,60,70,80または90％以下が非曲線状または非円形状の断面形状を有するか、イグナイタの全長（図２でイグナイタ長ａとして例示される）が非曲線状または非円形状の断面形状を有する。
【００３５】
図７Ａ及び図７Ｂに示されるイグナイタ素子７０によって例示されるような、略正方形（非曲面状）プロファイルを有するイグナイタを採用してもよい。イグナイタ７０は、四角状の断面形状（特に、図７Ｂに明確に示されるような略正方形の断面形状）を持つ矩形状若しくは竹馬状のコア導体ゾーン７２と、同様の四角状の外側導体ゾーン５４と、ホットゾーン（図７Ａの断面図ではホットゾーンは図示されていない）を有する。
【００３６】
図８Ａ及び図８Ｂに示されるイグナイタ素子８０によって例示されるような、不整形な曲線（非円形状）形状プロファイルを持つイグナイタを採用してもよい。イグナイタ８０は、コア導体ゾーン８２と外側導体ゾーン８４を有し、それぞれ不整形な曲線断面形状を有する。
【００３７】
本発明のイグナイタの大きさは、非常に広範囲に変えることができ、イグナイタの使用意図に基づいて選択することができる。例えば、好ましいイグナイタの長さ（図２の長さａ）は、適切には約0.5cm〜約5cmとすることができ、より好ましくは約1cm〜約3cmとすることができる。イグナイタの断面の幅（図２の長さｂ）は、適切には約0.2cm〜約3cmとすることができる。
【００３８】
同様に、導体及びホットゾーン領域の長さも適切に変えることができる。好ましくは、図１及び図２に示した構成のイグナイタの第１の導体ゾーンの長さ（図２の長さｃ）は、0.2cmから2,3,4若しくは5cm以上とすることができる。第１の導体ゾーンのより代表的な長さは、約0.5cm〜約5cmである。ホットゾーンの高さ（図２の長さｄ）を約0.1cm〜約2,3,4若しくは5cmとし、ホットゾーンの電気経路長の合計（図２において点線で示す）を約0.2cm〜2cm以上とし、ホットゾーンの経路長の合計を約1.5cm〜2cmとすることが、一般的に好ましい。
【００３９】
好ましいシステムでは、本発明のイグナイタのホット若しくは抵抗ゾーンは、公称電圧で約1450℃未満の最高温度まで熱くなり、公称電圧の約110％の上限電圧で約1550℃未満の最高温度まで熱くなり、公称電圧の約85％の下限電圧で約1350℃未満の最高温度まで熱くなる。
【００４０】
本発明のイグナイタを形成するために、様々な組成物を採用することができる。一般的に好ましいホットゾーンの組成物は、１）導体材料、２）半導体材料、３）絶縁材料の少なくとも３成分を含む。導体（コールド）及び絶縁体（ヒートシンク）領域は、同一の成分からなるものでもよいが、その成分は異なる割合で存在する。代表的な導体材料は、例えばケイ化モリブデン、ケイ化タングステン、窒化チタンなどの窒化物、及び炭化チタンなどの炭化物を含む。代表的な半導体は、炭化ケイ素（ドープされたもの、未ドープのもの）及び炭化ホウ素などの炭化物を含む。代表的な絶縁材料は、AlN及び／又はSi3N4などの窒化物またはアルミナなどの金属酸化物を含む。
【００４１】
ここで参照する、電気絶縁材料という用語は、少なくとも1010Ωcmの室温抵抗率を持つ材料を示す。本発明のイグナイタの電気絶縁材料成分は、単に、若しくは主として１以上の金属窒化物及び／又は金属酸化物からなる。あるいは、その絶縁成分は、金属酸化物または金属窒化物に加えて材料を有してもよい。例えば、絶縁材料成分は、窒化アルミニウム（AlN）、窒化ケイ素若しくは窒化ホウ素などの窒化物、希土類酸化物（例えば、イットリア）、希土類酸窒化物をさらに含んでもよい。絶縁成分の好ましい追加材料は窒化アルミニウム（AlN）である。
【００４２】
ここで参照する、半導体セラミック（又は「半導体」）は、約10Ωcmから108Ωcm間の室温抵抗率を持つセラミックである。半導体成分がホットゾーン組成物の約45v/oよりも多く存在する場合（導体セラミックが約6-10v/oの範囲に含まれる場合）、得られた組成物は、高電圧の用途に対して導電性が高くなり過ぎる（絶縁体の欠如による）。反対に、半導体材料が約10v/oよりも少量しか存在しない場合（導体セラミックが約6-10v/oの範囲に含まれる場合）、得られた組成物は、抵抗率が高くなり過ぎる（絶縁体が多過ぎることによる）。さらに、導体のレベルが高くなるにつれて、所望の電圧を達成するために、絶縁体と半導体の混合比率をより抵抗率が高くなるようにすることが必要となる。代表的に、半導体は、炭化ケイ素（ドープされたもの、未ドープのもの）及び炭化ホウ素からなるグループからの炭化物である。炭化ケイ素が一般的に好ましい。
【００４３】
ここで参照する、導体材料は、約10-2Ωcm未満の室温抵抗率を持つものである。導体成分がホットゾーン組成物の約35v/oよりも多量に存在する場合、得られたホットゾーン組成物のセラミック、得られたセラミックは、導電性が高くなり過ぎる。代表的に、導体は、ケイ化モリブデン、ケイ化タングステン、窒化チタンなどの窒化物、及び炭化チタンなどの炭化物からなるグループから選択される。ケイ化モリブデンが一般的に好ましい。
【００４４】
一般に、好ましいホット（抵抗）ゾーン組成物は、（ａ）少なくとも1010Ωcmの抵抗率を持つ電気絶縁材料を約50v/o〜約80v/oと、（ｂ）約10Ωcmから108Ωcm間の抵抗率を持つ半導体材料を約5v/o〜約45v/oと、（ｃ）約10-2Ωcm未満の抵抗率を持つ金属導体を約5v/o〜約35v/o含む。好ましくは、ホットゾーンは、電気絶縁材料を50-70v/oと、半導体セラミックを10-45v/oと、導体材料を6-16v/o含む。特に好ましい、本発明のイグナイタで使用されるホットゾーン組成物は、MoSi2を10v/oと、SiCを20v/oと、平衡するAlN又はAl2O3を含む。
【００４５】
以上のように、本発明のイグナイタは、ホット（抵抗）ゾーンと電気的に接続され、イグナイタへの導線の取り付けを可能とする相対的に抵抗率の低いコールドゾーン領域を有する。好ましいコールドゾーン領域は、例えば、AlN及び／又はAl2O3、又は他の絶縁材料と、SiC又は他の半導体材料と、MoSi2又は他の導体材料からなるものを含む。しかし、コールドゾーン領域は、ホットゾーンよりも導体及び半導体材料（例えば、SiC及びMoSi2）の占めるパーセンテージが非常に高い。好ましいコールドゾーン組成物は、約15〜65v/oの酸化アルミニウム、窒化アルミニウム若しくは他の絶縁材料と、約20〜70v/oのMoSi2及びSiC又は他の導体及び半導体材料を約1:1〜約1:3の体積比で含む。多くの用途において、より好ましくは、コールドゾーンは、AlN及び／又はAl2O3を約15〜50v/oと、SiCを15〜30v/oと、MoSi2を30〜70v/o含む。製造の容易化のために、コールドゾーン組成物をホットゾーン組成物と同じ材料で形成し、半導体及び導体材料の相対的な量を増やすことが好ましい。
【００４６】
特に好ましい、本発明のイグナイタで使用されるコールドゾーン組成物は、MoSi2を20〜35v/oと、SiCを45〜60v/oと、平衡するAlN及び／又はAl2O3の何れかを含む。
【００４７】
少なくともある用途では、本発明のイグナイタは、導電しない（絶縁体又はヒートシンク）領域を適切に含むが、本発明の特定の好ましいイグナイタは、上記のように、第１の導体ゾーン長の少なくとも大部分と接触する、孤立したセラミック絶縁体を持たない。
【００４８】
そのようなヒートシンクゾーンは、採用される場合、導体ゾーン又はホットゾーン、若しくはその両方と結合してもよい。好ましくは、焼結された絶縁体領域は、室温で少なくとも約1014Ωcmの抵抗率と、動作温度で少なくとも約104Ωcmの抵抗率を有し、また少なくとも150MPaの強度を持つ。絶縁体領域は、動作（点火）温度でホットゾーン領域の抵抗率よりも少なくとも２桁大きい抵抗率を有することが好ましい。適切な絶縁体組成物は、一以上の窒化アルミニウム、アルミナ及び窒化ホウ素を少なくとも約90v/o含む。本発明のイグナイタの特に好ましい絶縁体組成物は、AlNを60v/oと、Al2O3を10v/oと、平衡するSiCからなる。本発明のイグナイタで使用される、他の好ましいヒート組成物は、AlNを80v/oと、SiCを20v/o含む。
【００４９】
セラミック成分の処理（すなわち、未処理の部材と焼結条件）及び圧縮されたセラミックからイグナイタの作成は、従来の方法により、上記のように行うことができる。代表的には、そのような方法を、ウィルキンスによる米国特許第5,786,565号及びアクセルソン等による米国特許第5,191,508号に開示された方法にほぼ従って実行する。
【００５０】
簡潔に言えば、第１の加熱圧縮に続く、第２の高温焼結（例えば、1800℃または1850℃）という二つの分離した焼結手順を用いることができる。第１の焼結は、理論密度に対して約55％〜70％の圧縮を行い、第２の高温焼結は、理論密度に対して最終的に99％より大きい圧縮を行う。
【００５１】
高密度セラミックイグナイタの本体が形成されると、間隙領域（図１及び図２に示される領域１８など）を、機械的なドリル加工によって形成してもよい。適切な製造法を、以下の例１に記述する。
【００５２】
本発明のイグナイタは、加熱炉などの気相燃料点火用途、調理器具、ベースボードヒータ、ボイラー、コンロを含む、多くの用途に使用できる。特に、本発明のイグナイタは、ガス加熱炉だけでなくコンロのガスバーナーの着火源として使用することができる。
【００５３】
上記のように、本発明のイグナイタは、瞬間湯沸かし器などにおける加熱する燃料（ガス）の点火のように、急速な点火が有益か必要とされる場合に特に有用である。
【００５４】
また本発明のイグナイタは、液体燃料（例えば、灯油、ガソリン）を気化して点火する場合、例えば、車両のアドバンスヒーティング(advance heating)を提供する車両（例えば車）ヒータの点火用にも、特に適している。
【００５５】
本発明の好ましいイグナイタは、グロープラグとして知られる加熱素子とは異なる。とりわけ、非常によく用いられるグロープラグは、相対的に低い温度、例えば最高約800℃、900℃または1000℃で熱し、それにより、直接燃料を点火するよりも、むしろ多量の空気を熱する。一方、本発明の好ましいイグナイタは、少なくとも約1200℃、1300℃又は1400℃といったより高い最高温度を与え、直接燃料を点火することができる。また本発明の好ましいイグナイタは、代表的にはグロープラグシステムで用いられるような、素子または少なくともそのガス燃焼室を備える部分周囲の機密シールを必要としない。さらにまた、本発明の好ましいイグナイタの多くは、相対的に高い線間電圧、例えば、24ボルトより高く、60ボルト若しくはそれ以上、又は120ボルト若しくは220、230及び240ボルトを含むそれ以上の電圧で利用できる。一方、グロープラグは代表的に12ボルトから24ボルトでのみ用いられる。
【００５６】
以下に、本発明の限定をしない例を示す。ここで述べる全ての文書は、参照としてその全体がここに組み込まれる。
【００５７】
例１：イグナイタの製造
本発明のイグナイタを以下のように準備することができる。ホットゾーンとコールドゾーンの組成物を、第１のイグナイタに対して準備する。ホットゾーン組成物は、Al2O3を70.8体積％（ホットゾーン組成物の全体に基づいて）と、SiCを20体積％（ホットゾーン組成物の全体に基づいて）と、MoSi2を9.2体積％（ホットゾーン組成物の全体に基づいて）有する。コールドゾーン組成物は、MoSi2をを20体積％（コールドゾーン組成物の全体に基づいて）と、SiCを20体積％（コールドゾーン組成物の全体に基づいて）と、Al2O3を60体積％（コールドゾーン組成物の全体に基づいて）有する。コールドゾーン組成物は、熱間プレス型に充填され、ホットゾーン組成物は同じ型内においてコールドゾーン組成物の上に充填される。
【００５８】
その組成物の組み合わせは、固体二層ブロック（solid bilayer block）を提供する熱及び圧力下でともに圧縮される。直径0.25インチのシリンダを、導体の下部と結合するホットゾーンキャップ領域を持つブロックから機械加工した。そして、図１及び図２における間隙１８として示されるように、導体領域から除去したチャンネルを提供するよう、イグナイタに機械的にドリル加工した。
【００５９】
機械的ドリル加工手順により準備されたイグナイタに、50ボルトの電圧を印加し、抵抗ゾーン温度が1073℃となった。同じイグナイタに40ボルトの電圧を印加し、942℃の温度を得た。
【００６０】
本発明を、その特定の実施態様を用いて詳細に説明してきた。しかし、当業者は、この開示を考慮して、本発明の精神及び範囲内で修正及び改良を行えることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の好ましいイグナイタの部分ファントム図である。
【図２】図１の線２−２に沿った断面図である。
【図３】本発明の他の好ましいイグナイタの断面図である。
【図４】本発明のさらに他の好ましいイグナイタの断面図である。
【図５】本発明のさらに他の好ましいイグナイタを示す図である。
【図６】本発明のさらに他の好ましいイグナイタを示す図である。
【図７Ａ】本発明のさらに他の好ましいイグナイタを示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａの線７Ｂ−７Ｂに沿って示した図である。
【図８Ａ】本発明のさらに他の好ましいイグナイタを示す図である。
【図８Ｂ】図７Ａの線８Ｂ−８Ｂに沿って示した図である。
【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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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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