(57)【要約】  形成された素子の１以上の層の押し出しを含む、セラミック抵抗イグナイタ素子の新規な製造方法を提供する。また、本発明の製造方法から得られるイグナイタ素子を提供する。
2008519235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック素子を押し出すことを含むことを特徴とする、抵抗イグナイタの製造方法。
【請求項２】
前記セラミック素子は、異なる抵抗率を持つ２以上の領域を有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記セラミック素子は、該素子の断面を通じて異なる抵抗率を持つ領域を有する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第１の屈折率を持つ領域の少なくとも一部分を除去して、異なる抵抗率を持つ第２の領域を露出させることをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の領域は、前記第２の領域よりも低い抵抗率を持つ請求項１に記載の方法。
【請求項６】
１以上のセラミック組成物を前記セラミック素子の少なくとも一部に付加することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記セラミック素子に導体セラミック組成物を付加する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記セラミック素子に異なる抵抗率を持つ少なくとも二つの異なるセラミック組成物を付加する請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記押し出されたセラミック素子を圧縮することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記イグナイタ内部の一部が除去される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
セラミックタイル素子と、該タイル素子をカットして複数のイグナイタ素子を提供する請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
セラミック素子を押し出すことによって得られたことを特徴とするセラミックイグナイタ素子。
【請求項１３】
前記素子は、異なる抵抗率を持つ２以上の領域を有する請求項１２に記載のセラミックイグナイタ素子。
【請求項１４】
第１の屈折率を持つ領域の少なくとも一部分を露出して、異なる抵抗率を持つ第２の領域を露出させた請求項１２に記載のセラミックイグナイタ素子。
【請求項１５】
前記第１の領域は、前記第２の領域よりも低い抵抗率を持つ請求項１４に記載のセラミックイグナイタ素子。
【請求項１６】
１以上のセラミック組成物が前記形成されたセラミック素子の少なくとも一部に付加された請求項１２に記載のセラミックイグナイタ素子。
【請求項１７】
前記イグナイタ素子は、前記イグナイタ長の少なくとも一部に対して略曲線断面形状を持つ請求項１２に記載のセラミックイグナイタ素子。
【請求項１８】
前記イグナイタ素子は、非円形断面形状を持つ請求項１２に記載のセラミックイグナイタ素子。
【請求項１９】
請求項１２〜１８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２０】
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１９に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１１〜１８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。
【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、形成された素子の１以上の層の押し出しを含む、セラミック抵抗イグナイタ素子の新規な製造方法を提供する。また、提供された本発明の製造方法から得られるイグナイタ素子を提供する。
【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6,582,629号、第6,278,087号、第6,028,292号、第5,801,361号、第5,786,565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（登録商標）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】
イグナイタの製造方法は、少なくとも二つの異なる低効率のセラミック組成物でダイを充填する、バッチタイプ処理を含んでいた。形成された未処理の素子は、高温高圧で圧縮される。上記の特許を参照されたい。また、米国特許第6,184,497号も参照されたい。
【０００５】
そのような製造方法がセラミックイグナイタの製造に効果的である一方、バッチタイプ処理は作業能率及びコスト効率に関して本質的な限界を示している。
【０００６】
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。
【０００７】
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、セラミック抵抗素子を製造する新規な方法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】
【０００８】
我々は、セラミック材料を押し出し、それによってセラミック素子を形成することを含む、セラミックイグナイタ素子の新規な製造方法をここに提供する。そのような押し出し加工は、優れた機械強度を有するイグナイタを提供するだけでなく、ダイキャスト法のような先行アプローチに対して優れた作業能率及びコスト効率を与えることができる。
【０００９】
特に、本発明の好ましい方法は、１以上の層を押し出して、セラミック素子を形成することを含む。複数の層が押し出される場合、それらの層は形成された素子において異なる伝導率を持つ領域を与えるため、異なる低効率を持つことが好ましい。例えば、１）任意の絶縁体（ヒートシンク）、２）導体ゾーン、３）抵抗ホットゾーン及び４）第２の導体ゾーンの連続する層の１以上の共押し出しによって素子を形成してもよい。燃料点火用の露出した抵抗ホットゾーンを提供するために、第２の導体ゾーンをイグナイタの一部にのみ付加してもよい。
【００１０】
また、本発明の好ましい方法は、セラミック材料を押し出すステップを含む単一のプロセスにおいて複数のイグナイタ素子を形成することを含むことが好ましい。
【００１１】
そのような好ましい方法の一つの側面において、複数の作動イグナイタ素子を、１以上のビレットまたはタイル素子から製造することができ、そのようなビレットまたはタイル素子を、セラミック材料を押し出すことによって生成する。例えば、１以上のセラミックタイル素子をセラミック材料の押し出しまたは共押し出しによって生成することができる。その後、そのタイル素子を、押し出しプロセスにおいて使用されたバインダ若しくは他のキャリアを除去するために熱処理してもよく、さらに選択的にそのタイル素子を（高温高圧などで）圧縮し、そしてその圧縮されたタイル素子をカットして、所望の大きさのイグナイタ形状の素子を提供する。そのようなステップを代わりのシーケンスで実行してもよい。例えば、圧縮に先行して、タイル素子をカットして所望の大きさのイグナイタ形状の素子を形成し、選択的に、それによって生成された未処理状態のイグナイタ素子を高温高圧で圧縮してもよい。
【００１２】
本発明の製造方法は、形成されたセラミック素子を生成するために、セラミック材料を加える追加のプロセスを含んでもよい。例えば、１以上のセラミック層を、セラミック組成スラリをディップコーティング、スプレーコーティングなどによって形成された素子に付加してもよい。
【００１３】
本発明の方法によって得られるセラミック素子は、全て電気的に連続した、第１の導体ゾーン、抵抗ホットゾーン及び第２の導体ゾーンを有することが好ましい。ある好ましい実施態様では、後述するように、第１の導体ゾーンはイグナイタ素子の内側エリア内に位置し、外側に位置する第２の導体ゾーンによって少なくとも一部が覆われ、若しくは包まれる。好ましくは、そのデバイスの使用中、電気配線の使用を通じて第１若しくは第２の導体ゾーン（しかし代表的には、両方の導体ゾーンではなく）に電力を印加することができる。少なくとも幾つかの好ましい用途に対して、第１の導体ゾーンの少なくとも主要部は、セラミック絶縁体（ヒートシンク）と接しない。セラミック絶縁体領域のそのような欠如は、イグナイタの時間−点火温度性能を向上させることができる。
【００１４】
本発明の特に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％、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。そのようなロッド構成は、非常に高い断面係数を提供し、そのためイグナイタの機械的完全性を強化することができる。
【００１５】
本発明の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。
【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、湯沸かし器を含む、商用及び居住用ビルの暖房ユニットを含む。
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60/623478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、素子の１以上の層の押し出しを含む、セラミックイグナイタ素子の新規な製造方法がここに提供される。
【００２０】
ここで代表して参照するように、「押し出し」、「押し出す」若しくは同様の他の用語は、ダイエレメントのような形状誘導部材を通じて材料を押し出すか、若しくは進行させる、一般的なプロセスを表す。ここでそのダイは、例えばポリマー、金属、その組み合わせ等で適切に形成される。本発明のイグナイタ素子の押し出し形成において、セラミック材料（セラミック粉末混合物、分散体若しくは他の形成物など）またはセラミック前駆体若しくは組成物を、形状誘導素子を通じて進行させてもよい。適切には、押し出される材料を、形状誘導素子を出た後に矯正または硬化させてもよい。
【００２１】
ここで図を参照する。図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の好ましい製造方法を示す。図１Ａに示すように、イグナイタ素子１０は、異なる抵抗率を持つ複数の層の共押し出しによって製造される。好ましいシステムでは、内側層は導体層１２であり、中間層はより高い抵抗率を持つホットゾーン層１４であり、露出した外側層は第２の導体層１６である。
【００２２】
イグナイタ素子の押し出しを、セラミック組成物の流動形成を行い、所望の構成のイグナイタを提供するダイエレメントを通じてセラミック形成を進めることによって行ってもよい。
【００２３】
例えば、１以上のセラミックパウダを、水溶液若しくはアルコール等のような１以上の混合有機溶媒を含む水溶液に混合することによって得られるペーストのような糊状組成物、またはセラミックパウダのスラリを準備してもよい。MoSi2、SiC、Al2O3及び／又はAlNなどの１以上のセラミックパウダを、水及び選択的にセルロース・エーテル溶媒、アルコール等のような１以上の水混合有機溶媒といった１以上の有機溶媒を加えた流体組成物に混合することによって、押し出しに対して好ましいセラミックスラリ組成物を準備してもよい。またセラミックスラリは、他の材料、例えば１以上の有機可塑剤混合物を、選択的に１以上の高分子バインダーとともに含んでもよい。
【００２４】
形状を形成し、または導出する非常に様々な素子を、押し出されたイグナイタの所望の形状に対応する構成の素子とともに、イグナイタ素子を形成するために採用することができる。例えば、ロッド形状の素子を形成するために、セラミックパウダーペーストをシリンドリカル状のダイエレメントを通じて押し出してもよい。竹馬状または矩形状のイグナイタ素子を形成するために、矩形ダイを採用してもよい。
【００２５】
押し出しの後、適切に形作られたイグナイタを、例えば50℃または60℃以上で、溶媒（水及び／又は有機）キャリアを除去するのに十分な時間の間乾燥させてもよい。
【００２６】
以下に、イグナイタ素子を形成する好ましい押し出しプロセスの例を述べる。
【００２７】
図１Ｂに示すように、導体層１６の一部を抵抗ホットゾーン１４を露出させるために除去してもよい。露出されたホットゾーンの長さ（図１Ｂにおいて"a"で示される長さ）は、ターゲットとする電圧に対して最適な性能を提供するように変えることができる。
【００２８】
そして、イグナイタ素子１０を、所望のように処理することができる。例えば、図１Ｃに示すように、内部中空領域１８を備えるように、コアに穴を開けてもよい。また、形成されたイグナイタ１０を、さらに温度と圧力を含む条件下などで圧縮してもよい。
【００２９】
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に入る場合の適切なイグナイタの電気経路を示す。導体素子１２の近接端１２ａと導体素子１０の１０ａが、使用中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される。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、様々な固定具に取り付けることができる。また、イグナイタの近接端を囲むために、金属固定具を適切に採用してもよい。
【００３０】
図２に示すように、イグナイタ１０の図示された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、そして外側の、囲っている導体領域１６へ通じる。また、イグナイタは、電気経路が反対向きに通り、抵抗ホットゾーン１４を通じ、その後導体コア素子１２を通じて導体領域１６へ通じることによっても構成できる。
【００３１】
図１Ｃ及び図２に示すように、最初に、内部導体ゾーン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１Ｃ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。
【００３２】
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の導体ゾーン長の少なくとも大部分」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ｂによって表される）の少なくとも４０％がセラミック絶縁体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50,60,70,80,90または95％若しくは全長（図２で距離ｂ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１Ｃ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。
【００３３】
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。
【００３４】
図１に例示するとともに上述したように、少なくともある好ましいシステムについては、イグナイタ長の少なくとも大部分が、図２において長さｂ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、好ましいシステムは、イグナイタ長（図２でイグナイタ長ｂ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。
【００３５】
図３Ａ〜Ｄは、イグナイタ素子２０が、絶縁体（ヒートシンク）内部層２４内に囲われる導体コア領域２２の押し出しによって形成される、本発明の他の好ましいイグナイタの製造方法を示す。
【００３６】
図３Ｂに示すように、第２の外部導体層２６を押し出されたイグナイタ素子に付加し、続いて図３Ｃに示すような抵抗ホットゾーン領域２８の塗布を行うことができる。上記のように、セラミック層２６及び２８は、複数の方法の何れかで付加することができる。好ましい塗布方法は、コートしないイグナイタ領域を適切にマスキングしつつ、セラミック組成スラリでのイグナイタ素子のディップコーティングを行うことである。
【００３７】
そのようなディップコーティング塗布について、セラミック組成のスラリまたは他の流体状組成物を適切に採用することができる。スラリは、水及び／又はアルコール等の極性有機溶媒と、付加されるセラミック組成物の単一層の形成を促進する１以上の添加剤を有してもよい。例えば、スラリは、１以上の有機乳化剤、可塑剤及び分散剤を有してもよい。次に行うイグナイタ素子の圧縮中に、これらのバインダー材料を熱して、適切に除去してもよい。
【００３８】
ディップコーティングを、イグナイタ素子をセラミック組成スラリに浸すことによって行ってもよい。ディップコーティングのための好ましいディップコーティングプロセス及びセラミック組成スラリを、後で例示する。
【００３９】
図３Ｄに示すように、間隙領域３０を備えるよう穴を開けることなどにより、セラミック絶縁体領域２４を少なくとも部分的に除去してもよい。そこで、図３Ｄに示すように、間に置かれた第１の導体ゾーン２２は、近接端２２ａ（上記のように電気配線が貼付されていてもよい）から第２の導体ゾーン２６と結合した抵抗ゾーン２８まで伸び、部分的に除去された絶縁層２４の上に位置し、間隙領域３０の間に置かれる。
【００４０】
図４は、周囲を囲う抵抗ゾーン４２（図３Ｃに示した抵抗ゾーン２８等）とともに絶縁体セラミックコアを共押し出しすることによって得られる本発明の他の好ましいイグナイタ４０を示す。ここで導体ゾーン４４は、イグナイタ素子を導体セラミック組成物にディップコーティングすることなどによって付加することができる。図４に示すように、緻密化後の加工によるか、未処理状態のうちにイグナイタ面に平面４６を形成してもよい。図３Ｄにおけるイグナイタ２０に関して述べたように、間隙領域４８を備えるよう穴を開けることなどにより、セラミック絶縁体領域を少なくとも部分的に除去してもよく、より好ましくは、最終的なイグナイタ素子の少なくとも部分的な除去を、中空チューブ素子を共押し出しすることによって行ってもよい。
【００４１】
重要な点は、本発明の方法が特定用途のために所望される様々な構成のイグナイタを容易に製造できることにある。特定の構成を提供するため、適切な形状誘導ダイが採用され、そのダイを通じてセラミック組成物（セラミックペースト等）が押し出される。
【００４２】
例えば、略正方形のプロファイルを持つダイを採用して、図５Ａ及び図５Ｂに示されるイグナイタ素子５０を生成することができる。イグナイタ素子５０は、四角状の断面形状（特に、図５Ｂ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５２と、同様の四角状の外側導体ゾーン５４と、ホットゾーン（図５Ａ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。
【００４３】
図６Ａ及び図６Ｂに示されるような、コア導体ゾーン６２と外側導体ゾーン６４を持つ素子６０を形成するために、不整形な曲線形状プロファイルを持つダイを採用してもよい。コア導体ゾーン６２と外側導体ゾーン６４はそれぞれ不整形な曲線断面形状を有する。
【００４４】
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ｂ）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ｃ）は、適切には約0.2cm〜約3cmとすることができる。
【００４５】
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ｄ）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。一般的に好ましくは、ホットゾーンの高さ（図２の長さｅ）を約0.1cm〜約2cmとし、ホットゾーンの電気経路長の合計（図２の長さｆ）を約0.2cm〜5cm以上とし、抵抗ゾーンの経路長の合計（図２において点線で示す）を約0.5cm〜3.5cmとすることができる。
【００４６】
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。
【００４７】
上記のように、本発明の好ましい方法は、セラミック材料の押し出しステップを含む単一の一般的なプロセスで複数のイグナイタ素子を形成することも含む。
【００４８】
例えば、図７に示すように、セラミック材料を対応するダイエレメントを通じて押し出すことにより、セラミックタイル素子７０を与えることができる。そのタイル素子は、好ましくは各層又は各領域が異なる電気抵抗率を持つタイルの複数の層又は領域の共押し出しを通じて形成される。そこで、図７に例示されるように、タイル素子の複数の領域は、導体領域７２と相対的に高い抵抗を持つ「ホット」すなわち点火領域７４とを提供するために共押し出しされる。
【００４９】
図７に示された矢印は、タイル素子の共押し出しされる方向を表す。セラミックタイル素子７０は様々な大きさを持つことができ、5,10,15,20,30,40,50,80,100若しくはそれ以上の別個のイグナイタ素子を提供するよう、適切にスライスされる。ある実施態様に対して、適切には、タイル素子は、タイルをスライスした後に形成されるイグナイタ素子と同じ厚さを持つ。他の実施態様では、図９Ａ〜図９Ｃに関して以下に述べるように、複数のタイルが一体となっている場合、そのタイル素子の厚さは、続いて形成されるイグナイタ素子の厚さの一部分のみであってもよい。
【００５０】
押し出しに続き、押し出されたセラミック材料内に存在するバインダ及び他の有機物を熱的処理などによって除去することができる。その後、押し出し方向（図７において矢印で示された押し出し方向）に直交する方向でイグナイタ素子７０をスライスすることなどによって、イグナイタ素子を所望の大きさに形成することができる。上記のように、所望の場合、高温高圧でイグナイタ素子を圧縮してもよい。また所望の場合、例えば、内部エリアを除去して、スロットの周りに電気経路を備える「スロット」と呼ばれるイグナイタのデザインを形成する場合、イグナイタ素子に所望の他の処理を行ってもよい。
【００５１】
図８は、セラミック材料を対応するダイエレメントを通じて押し出すことにより、タイル素子９０を与えることができる、他の好ましい方法を示す。そのタイル素子は、好ましくは各層又は各領域が異なる電気抵抗率を持つタイルの複数の層又は領域の共押し出しを通じて形成される。そこで、図８に例示するように、タイル素子の複数の領域は、導体領域８６と相対的に高い抵抗を持つ「ホット」すなわち点火領域８８とを提供するために共押し出しされる。
【００５２】
図８に示された矢印は、タイル素子の共押し出しされる方向を表す。極細線８２は、形成されたタイル素子８０を二つの別個の部品にカットできる場所を示す。その後、各タイル部品をさらにスライスして（示された矢印と直交する方向など）、個々のイグナイタ素子を提供することができる。図８に示された実施態様では、形成されたイグナイタ素子は、内部ヒートシンクすなわち絶縁体領域８４（図７に関して上述したスロット構成というより）を含む。タイル素子をスライスする前若しくはスライスした後に、セラミック材料を高温高圧等で圧縮してもよい。
【００５３】
図９Ａ〜図９Ｃは、複数のイグナイタ素子を形成するために、複数のタイルまたはビレットを生成し、一体化させた、さらに他の好ましい製造プロセスを示す。特に、図９Ａに示すように、セラミックタイル又はビレット素子９０は、セラミック材料を対応するダイを通じて共押し出しすることによって形成され、導体領域９２と相対的に高い抵抗を持つ「ホット」すなわち点火領域９４を含む。図９Ｂに示すように、別のセラミックタイル若しくはビレット素子９６は、セラミック材料を対応するダイを通じて共押し出しすることによって形成され、絶縁体すなわちヒートシンク領域９８を含む。図９Ａ及び図９Ｂに示される矢印は、タイル素子が共押し出しされる方向を表す。押し出されたセラミック材料のバインダ及び他の有機物を、その形成されたタイル素子の熱的処理によって除去することができる。
【００５４】
その後、図９Ｃに示すように、二つの素子９０の間に素子９６を積層した３タイル部材のように、複数のタイル素子を一体化することができる。その部材１００をカットして、個々のイグナイタ素子が提供される。上記のように、所望の場合、イグナイタ素子を高温高圧で圧縮してもよい。
【００５５】
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）絶縁体材料のうちの２以上の成分を含む。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。代表的な絶縁体材料は、AlN及び／又はSi3N4などのアルミニウムまたは窒化物の金属酸化物を含む。
【００５６】
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、その絶縁材料は、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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
一般に、好ましいホット（抵抗）ゾーン組成物は、（ａ）約50v/o〜約80v/oの少なくとも1010Ωcmの抵抗率を持つ電気絶縁材料と、（ｂ）約0v/o（半導体材料が使用されない場合）〜約45v/oの約10Ωcmから108Ωcm間の抵抗率を持つ半導体材料と、（ｃ）約5v/o〜約35v/oの約10-2Ωcm未満の抵抗率をを持つ金属導体を含む。好ましくは、ホットゾーンは、50-70v/oの電気絶縁材料と、10-45v/oの半導体セラミックと、6-16v/oの導体材料を含む。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、10v/oのMoSi2と、20v/oのSiCと、平衡するAlN又はAl2O3を含む。
【００６０】
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、約15〜50v/oのAlN及び／又はAl2O3と、15〜30v/oのSiCと、30〜70v/oのMoSi2を含む。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。
【００６１】
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、20〜35v/oのMoSi2と、45〜60v/oのSiCと、平衡するAlN及び／又はAl2O3の何れかを含む。
【００６２】
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。
【００６３】
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、60v/oのAlNと、10v/oのAl2O3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、80v/oのAlNと、20v/oのSiCを含む。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、24Ｖ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。
【００６７】
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。
【００６８】
例１：イグナイタの製造
抵抗組成物（15vol％のMoSi2、20vol％のSiC、残りはAl2O3）の粉末と、絶縁組成物（20vol％のSiCと80vol％のAl2O3）を約16wt％の水及び5wt％のメチルセルロース(Dow A4M)と混合し、二つのペーストを形成した。シリンドリカルコアを形成する絶縁体ペーストとシリンドリカルシースを形成する導体ペーストの二つのペーストをピストン押し出し器の容器に充填した。その二つの混合物を共押し出しして、直径約0.300"の同軸クラッドロッドを形成した。そしてそのロッドを65℃で硬化し、水分を除去して、1-3"の長さにカットした。そのサンプルをディップコートして、導体組成物（30vol％のMoSi2、20vol％のSiC、残りはAl2O3）のスラリでその長さの半分を覆った。そのスラリは、分散剤と、イソプロピルアルコール、PEG400（乳化剤、ステアリン酸の反応生成物）、SANTICIZER160（可塑剤、ブチルベンジル）、BUTVAR B76（モンサント、ポリビニル・ブチラール）、111M分散剤（ダーバン（DARVAN））を含む低粘度のベース液を含む。コートされたサンプルを、1200℃でアルゴン雰囲気中で予備焼結してバインダを燃焼させ、窒化ホウ素でコートするとともに、ガラス熱間等方圧（glass-hot isostatic press）下で１時間、1750℃で圧縮した。圧縮されたパーツをサンドブラストにより洗浄して、曲面の反対側に溝をカットして電気回路を形成した。その溝はコートされていない端部の部分長に1/8"から1/4"短くした。ここで溝で分離された、コートされた端部の二つの面は、イグナイタの二本の足を形成し、60ボルトの電源に接続すると約1200℃に達した。
【００６９】
例２：イグナイタの製造
導体組成物（30vol％のMoSi2、20vol％のSiC、残りはAl2O3）の粉末と、絶縁組成物（20vol％のSiCと80vol％のAl2O3）を約16wt％の水及び5wt％のメチルセルロース(Dow A4M)と混合し、二つのペーストを形成した。シリンドリカルコアを形成する導体ペーストとシリンドリカルシースを形成する絶縁体ペーストの二つのペーストをピストン押し出し器の容器に充填した。その二つの混合物を共押し出しして、直径約0.300"の同軸クラッドロッドを形成した。そしてそのロッドを65℃で硬化し、水分を除去して、1-3"の長さにカットした。そのサンプルをディップコートして、導体組成物（30vol％のMoSi2、20vol％のSiC、残りはAl2O3）のスラリでその長さの半分を覆い、残りの半分を抵抗組成物（15vol％のMoSi2、20vol％のSiC、残りはAl2O3）のスラリで覆った。そのスラリは、分散剤と、イソプロピルアルコール、PEG400、SANTICIZER160、BUTVAR B76、111M分散剤を含むような低粘度のベース液を含む。コートされたサンプルを、1200℃でアルゴン雰囲気中で予備焼結してバインダを燃焼させ、窒化ホウ素でコートするとともに、ガラス熱間等方圧（glass-hot isostatic press）下で１時間、1750℃で圧縮した。圧縮されたパーツをサンドブラスト洗浄し、導体層でコートされた端部にロッドの先端から1/8"カットして電気回路を形成した。絶縁層で分離された、カットされた端部のコアと外側面は、イグナイタの二本の足を形成し、60ボルトの電源に接続すると約1200℃に達した。
【００７０】
例３：他のイグナイタの製造
抵抗組成物（15vol％のMoSi2、20vol％のSiC、残りはAl2O3）と絶縁組成物（20vol％のSiCと80vol％のAl2O3）を形成するセラミックの混合粉末を、約16wt％の水及び約5wt％のメチルセルロース(Dow A4M)と別個に混合し、二つのセラミックペーストを形成した。その二つのペーストを、二層共押し出しダイにフィードするよう組み立てられたピストン押し出し器の容器に充填した。絶縁体ペーストはコアを形成し、導体ペーストは約0.015インチの厚みを持つ表面層を形成した。共押し出しされたロッドは、約0.25インチの外径を有した。そしてそのロッドを65℃で硬化し、水分を除去して、1.25インチの長さにカットした。そのサンプルを脱脂し(debind)、圧縮した。圧縮されたパーツをサンドブラストにより洗浄して、端部から1/8インチ対辺に溝をカットして電気回路を形成した。
【００７１】
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】
【００７２】
【図１Ａ】本発明の好ましい製造方法を表す図である。
【図１Ｂ】本発明の好ましい製造方法を表す図である。
【図１Ｃ】本発明の好ましい製造方法を表す図である。
【図２】図１Ｃの線１−１に沿った断面図である。
【図３Ａ】本発明の他の好ましい製造方法を表す図である。
【図３Ｂ】本発明の他の好ましい製造方法を表す図である。
【図３Ｃ】本発明の他の好ましい製造方法を表す図である。
【図３Ｄ】本発明の他の好ましい製造方法を表す図である。
【図４】本発明の他の好ましいイグナイタを示す図である。
【図５Ａ】本発明の他の好ましいイグナイタを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａの線５Ｂ−５Ｂに沿って表される図である。
【図６Ａ】本発明の他の好ましいイグナイタを示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａの線６Ｂ−６Ｂに沿って表される図である。
【図７】本発明の他の好ましいイグナイタ及び製造方法を示す図である。
【図８】本発明の他の好ましいイグナイタ及び製造方法を示す図である。
【図９Ａ】本発明のさらなる好ましいイグナイタ及び製造方法を示す図である。
【図９Ｂ】本発明のさらなる好ましいイグナイタ及び製造方法を示す図である。
【図９Ｃ】本発明のさらなる好ましいイグナイタ及び製造方法を示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【国際調査報告】
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