(57)【要約】      （修正有）【課題】約１８７〜２６４Ｖのような高い電圧であっても、比較的短いホットゾーン長さで使用できるイグナイターの提供。また１２０Ｖもしくは１０２Ｖ、および６、８、１２Ｖもしくは２４Ｖのような１００Ｖ以下の比較的低い電圧にも有用なイグナイターの提供。【解決手段】導電性材料および絶縁性材料の成分を含むセラミックイグナイター組成物が提供され、絶縁性材料成分は比較的高濃度の金属酸化物を含む。【選択図】図１
2008116192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの冷たい帯域（コールドゾーン）とその間に配置された熱い帯域（ホットゾーン）を含む焼成セラミックイグナイターであり、そのホットゾーンは：
（ａ）電気絶縁性材料；
（ｂ）半導体材料少くとも約３vol ％；および
（ｃ）約１０-2ohm-cmより小さい比抵抗を有する金属導体、
を含むホットゾーン組成物を含み、ホットゾーン組成物の少くとも約２１vol ％が金属酸化物絶縁性材料である、ホットゾーン組成物を含むイグナイター。
【請求項２】
絶縁性材料が少くとも約２５vol ％の金属酸化物を含有する請求項１記載のイグナイター。
【請求項３】
絶縁性材料が金属酸化物からなる請求項１記載のイグナイター。
【請求項４】
金属酸化物が酸化アルミニウムを含む請求項１〜３のいずれかに記載のイグナイター。
【請求項５】
金属酸化物が酸化アルミニウム、金属オキシ窒化物、酸化アルミニウムマグネシウムおよび酸化アルミニウムケイ素を含む請求項１〜４のいずれか記載のイグナイター。
【請求項６】
絶縁性材料が、窒化物、希土類酸化物、および希土類オキシ窒化物からなる群より選ばれる１つ以上の材料を含む請求項１〜４のいずれかに記載のイグナイター。
【請求項７】
絶縁性材料が窒化アルミニウムを含む請求項１〜４のいずれかに記載のイグナイター。
【請求項８】
半導体材料が炭化ケイ素である請求項１〜７のいずれかに記載のイグナイター。
【請求項９】
金属導体が二ケイ化モリブデンである請求項１〜８のいずれかに記載のイグナイター。
【請求項１０】
絶縁性材料約１５〜約５０vol ％；半導体材料０〜５０vol ％；および金属導電性材料２０〜７０vol ％を含むコールドゾーン組成物をさらに含む請求項１〜１０のいずれかに記載のイグナイター。
【請求項１１】
コールドゾーンの絶縁性材料は窒化アルミニウムもしくは酸化アルミニウム、もしくはそれらの混合物；コールドゾーンの半導体材料は炭化ケイ素；そしてコールドゾーンの導電性材料はＭｏＳｉ2 である請求項１０記載のイグナイター。
【請求項１２】
イグナイターが切り込み（ｓｌｏｔｔｅｄ）デザインを有する請求項１〜１１のいずれかに記載のイグナイター。
【請求項１３】
イグナイターが切り込みのない（ｓｌｏｔｌｅｓｓ）デザインを有する請求項１〜１１のいずれかに記載のイグナイター。
【請求項１４】
イグナイターが、絶縁体、導電性でホットゾーンの領域、一対の導電性領域の間に置かれた絶縁体領域を含み、その絶縁体領域はＡｌＮを含み、ホットゾーン領域よりも抵抗性である請求項１〜１１もしくは１３のいずれかに記載のイグナイター。
【請求項１５】
イグナイター領域がＡｌＮ，Ａｌ2 Ｏ3 およびＳｉＣを含む請求項１４記載のイグナイター。
【請求項１６】
イグナイターが絶縁体、導電性でホットゾーンを含み、その絶縁体領域は酸化的処理される請求項１〜１１もしくは１３のいずれかに記載のイグナイター。
【請求項１７】
イグナイターが、ＡｌＮ約３〜２５vol ％；Ａｌ2 Ｏ3   ６０〜９０vol ％；およびＳｉＣ  ５〜２０vol ％を含む絶縁体領域を含む請求項１３〜１６のいずれかに記載のイグナイター。
【請求項１８】
イグナイターが、ＡｌＮ約５〜２０vol ％；Ａｌ2 Ｏ3 約６５〜８５vol ％；およびＳｉＣ約８〜１５vol ％を含む絶縁体領域を含む請求項１３〜１６のいずれかに記載のイグナイター。
【請求項１９】
（ａ）電気絶縁性材料２５〜８０vol ％；
（ｂ）半導体材料３〜４５vol ％；
（ｃ）約１０-2ohm-cmより小さい比抵抗を有する金属導電体を含むホットゾーン組成物を有する焼成セラミックであり、
ホットゾーン組成物の少くとも約２１vol ％が金属酸化物絶縁性材料であるセラミック。
【請求項２０】
絶縁性材料が少くとも約５０vol ％の金属酸化物を含む請求項１９記載のセラミック。
【請求項２１】
絶縁性材料が少くとも約８０vol ％の金属酸化物を含む請求項１９記載のセラミック。
【請求項２２】
絶縁性材料が少くとも約９０％の金属酸化物を含む請求項１９記載のセラミック。
【請求項２３】
絶縁性材料が金属酸化物からなる請求項１９記載のセラミック。
【請求項２４】
金属酸化物が酸化アルミニウムを含む請求項１９〜２３のいずれかに記載のセラミック。
【請求項２５】
金属酸化物が酸化アルミニウムからなる請求項１９〜２３のいずれかに記載のセラミック。
【請求項２６】
金属酸化物が、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムマグネシウム、金属オキシ窒化物、および酸化アルミニウムケイ素から選ばれる１つ以上の材料を含む請求項１９〜２４のいずれかに記載のセラミック。
【請求項２７】
絶縁性材料が窒化物、希土類酸化物、および希土類オキシ窒化物からなる群より選ばれる１つ以上の材料を含む請求項１９〜２６のいずれかに記載のセラミック。
【請求項２８】
絶縁性材料が窒化アルミニウムを含む請求項１９〜２７のいずれかに記載のセラミック。
【請求項２９】
絶縁性材料がホットゾーン組成物の５０〜８０vol ％を含む請求項１９〜２８のいずれかに記載のセラミック。
【請求項３０】
半導体材料が炭化ケイ素を含む請求項１９〜２９のいずれかに記載のセラミック。
【請求項３１】
半導体材料がホットゾーン組成物の５〜３０vol ％を含む請求項１９〜３０のいずれかに記載のセラミック。
【請求項３２】
金属導体が二ケイ化モリブデンである請求項１９〜３１のいずれかに記載のセラミック。
【請求項３３】
二ケイ化モリブデンがホットゾーン組成物の６〜１６vol ％を含む請求項３２記載のセラミック。
【請求項３４】
絶縁性材料約１５〜５０vol ％；半導体材料０〜５０vol ％；および金属導電性材料２０〜７０vol ％を含む、コールドゾーン組成物をさらに含む請求項１９〜３３のいずれかに記載のセラミック。
【請求項３５】
コールドゾーンの絶縁性材料が窒化アルミニウムもしくは酸化アルミニウムまたはそれらの混合物であり；コールドゾーンの半導体材料が炭化ケイ素であり；そしてコールドゾーンの導電性材料がＭｏＳｉ2 である請求項３４記載のセラミック。
【請求項３６】
（ａ）電気絶縁性材料であり、その絶縁性材料は窒化物および金属酸化物を含む；ならびに、
（ｂ）約１０-2ohm-cmより小さい比抵抗を有する金属導体であり、ホットゾーン組成物は実質的に炭化物を含まない、
ことを含むホットゾーン組成物を有する焼成セラミック。
【請求項３７】
絶縁性材料が少くとも約５０vol ％の金属酸化物を含む請求項３６記載のセラミック。
【請求項３８】
絶縁性材料が窒化アルミニウムを含む請求項３６もしくは３７記載のセラミック。
【請求項３９】
金属酸化物が酸化アルミニウムを含む請求項３６〜３８のいずれかに記載のセラミック。
【請求項４０】
金属酸化物が酸化アルミニウム、酸化アルミニウムマグネシウム、金属オキシ窒化物、および酸化アルミニウムケイ素からなる群より選ばれる１つ以上の材料を含む請求項３６〜３９のいずれかに記載のセラミック。
【請求項４１】
絶縁性材料が窒化物、希土類酸化物、および希土類オキシ窒化物からなる群より選ばれる１つ以上の材料を含む請求項３６〜４０のいずれかに記載のセラミック。
【請求項４２】
ホットゾーン組成物が炭化ケイ素を実質的に含まない請求項３６〜４１のいずれかに記載のセラミック。
【請求項４３】
ホットゾーン組成物が約２vol ％以下の炭化物を含む請求項３６〜４２のいずれかに記載のセラミック。
【請求項４４】
ホットゾーン組成物が炭化物を全く含まない請求項３６〜４２のいずれかに記載のセラミック。
【請求項４５】
絶縁材料約１５〜５０vol ％；半導体材料０〜５０vol ％；および金属導電性材料２０〜７０vol ％、を含むコールドゾーン組成物をさらに含む請求項３６〜４４のいずれかに記載のセラミック。
【請求項４６】
コールドゾーンの絶縁性材料が窒化アルミニウムもしくは酸化アルミニウム、またはそれらの混合物であり；コールドゾーンの半導体材料が炭化ケイ素であり；そしてコールドゾーンの導電性材料がＭｏＳｉ2 である請求項４５記載のセラミック。
【請求項４７】
セラミックが、単一の高温焼成プロセスにより理論密度に対して約９５，９６，９７もしくは９８％に緻密化された請求項１７もしくは３６記載のセラミック。
【請求項４８】
請求項１〜１８のいずれかに記載のイグナイターに電流を加えることを含む気体燃料の点火方法。
【請求項４９】
電流が約１８７〜２６４Ｖの範囲の線間電圧を有する請求項４８記載の方法。
【請求項５０】
電圧が約６，８，１２，２４，１２０，２２０，２３０もしくは２４０Ｖである請求項４８もしくは４９記載の方法。
【請求項５１】
電圧が１００Ｖより小さい請求項４８もしくは４９記載の方法。
【請求項５２】
電圧が約６，８，１２，２４もしくは１０２Ｖであるか、または約６Ｖより小さい請求項４８記載の方法。
【請求項５３】
電圧が電池の電源により供給される請求項４８〜５２のいずれかに記載の方法。
【請求項５４】
セラミックが約１．２インチ（約３cm）以下のホットゾーン長さを有する請求項４８〜５３のいずれかに記載の方法。
【請求項５５】
イグナイターのホットゾーンが、気体燃料を点火するのに十分な温度に少くとも０．５時間、絶え間なく維持される請求項４８〜５３のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミックイグナイター組成物、さらに詳しくは導電性材料および絶縁性材料の成分を含む、そのような組成物に関し、その絶縁性材料成分は比較的高濃度の金属酸化物を含む。
【背景技術】
【０００２】
セラミック材料はガス焼成炉、ストーブおよび衣類乾燥器におけるイグナイターとして非常に好結果を得ている。セラミックイグナイター製造はセラミック成分により電気回路を構成することを必要とし、その１部は高抵抗性であり、電線により通電されると、温度が上昇する。
【０００３】
ニューハンプシャー州Milford のNorton Igniter Products より入手しうる、従来のイグナイターであるＭｉｎｉ−Ｉｇｎｉｔｅｒ（商標）は１２０Ｖ印加による１２Ｖに設計され、窒化アルミニウム（「ＡｌＮ」）、二ケイ化モリブデン（「ＭｏＳｉ2 」）、および炭化ケイ素（「ＳｉＣ」）を含む組成を有する。しかし、そのＭｉｎｉ−Ｉｇｎｉｔｅｒ（商標）は非常に有効な製品であるが、ある用途は１２０Ｖを超える電圧を必要とする。
【０００４】
特に、ヨーロッパにおいて、通常の電圧は２２０Ｖ（たとえば、イタリー）、２３０Ｖ（たとえば、フランス）、および２４０Ｖ（たとえば、英国）を含む。標準的なイグナイターの承認試験は特定の公称電圧（ｎｏｍｉｎａｌ  ｖｏｌｔａｇｅ）の８５％〜１１０％の範囲での使用を要求する。このように、ヨーロッパ全体での使用のために承認される単一のイグナイターについて、イグナイターは約１８７〜２６４Ｖ（すなわち、２２０Ｖの８５％、および２４０Ｖの１１０％）で使用できなければならない。現在のイグナイターは、このような高く、拡げられた電圧範囲を、特に比較的短いホットゾーン（ｈｏｔ  ｚｏｎｅ）（熱い帯域）長さ（たとえば、約１．２インチ（約３cm）以下）が使用される場合に、提供することは困難である。
【０００５】
たとえば、比較的高い電圧印加で、現在のイグナイターは温度暴走（ｒｕｎａｗａｙ）を受け得、したがって電圧を下げる制御システムにおいて変圧器を必要とする。したがって、特に約１８７〜２６４Ｖの範囲にわたる高い電圧印加のための比較的小さいイグナイターに対する必要性があり、それは高価な変圧器を必要としないが、線間電圧（ｌｉｎｅ  ｖｏｌｔａｇｅ）の変動を予測して、器具および加熱産業により設定される次の要件をなお備える：
温度までの時間(Time to temperature)(「ＴＴＴ」）  ＜５秒
設計電圧の８５％での最低温度                      １１００℃
設計電圧の１００％での設計温度                    １３００℃
設計電圧の１１０％での最高温度                    １５００℃
ホットゾーン長さ                                  ＜１．２〜１．５インチ
電力                                              ＜１００Ｗ
【０００６】
与えられるイグナイターの形状について、比較的高い電圧システムを与える１つの可能なルートは、イグナイターの抵抗（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を増加させることによる。いかなる物体の抵抗も式
Ｒs ＝Ｒy ×Ｌ／Ａ
により決定されるのが通常である。ここで、Ｒs ＝抵抗；Ｒy ＝比抵抗；Ｌ＝導体の長さ；およびＡ＝導体の断面積である。
【０００７】
現在のセラミックイグナイターの単一の脚（ｌｅｇ）長は約１．２インチ（３cm）であるので、脚長は、商業的な魅力を低下させないであまり増加され得ない。同様に、約０．００１０〜０．００２５平方インチの、比較的小さいイグナイターの断面積は製造上の理由でおそらく低下されないであろう。
【０００８】
米国特許第５，４０５，２３７号（「Ｗａｓｈｂｕｒｎ特許」）は、（ａ）ＭｏＳｉ2   ５〜５０vol ％、および（ｂ）炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、オキシ窒化アルミニウムケイ素、およびそれらの混合物からなる群より選ばれる材料５０〜９５vol ％を含む、セラミックイグナイターのホットゾーンに適した組成物を開示する。
【０００９】
非常に有用な付加的セラミック組成物およびシステムが米国特許第５，５１４，６３０および５，８２０，７８９号（両方ともWillkes らによる）に開示される。米国特許第５，５１４，６３０号はホットゾーン組成物はアルミナが２０vol ％を超えるべきでないと報告する。米国特許第５，７５６，２１５号は炭化ケイ素を２wt％まで含有する鉛層を含む付加的な焼成組成物を報告する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように、新規な、ホットゾーン用セラミックイグナイター組成物を有するのが望ましい。約１８７〜２６４Ｖのような高い電圧で、特に比較的短い、ホットゾーン長さで確実に使用できる、新規なイグナイター組成物を有するのが特に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、１８７〜２６４Ｖの範囲を含む、高電圧での使用に特に有効である新規なセラミック組成物を、ここに見出した。
【００１２】
さらに、本発明のセラミック組成物は、１２０Ｖ，１０２Ｖ，２４Ｖ，１２Ｖ，８Ｖもしくは６Ｖの印加を含む、比較的低い電圧印加にも特に有用である。本発明の組成物はきわめて効率的な電力消費を示し得、したがってこのような比較的低電圧印加に非常に有用である。
【００１３】
もっと具体的には、本発明の一態様において、本発明のホットゾーン用セラミック組成物は、少くとも３つの成分を含む：１）導電性材料；２）半導体材料；および３）絶縁性材料であり、その絶縁性材料成分はアルミナのような比較的高濃度の金属酸化物を含む。
【００１４】
このように高濃度（たとえば絶縁材料成分の少くとも約２５もしくは３０vol ％）の金属酸化物は、２２０，２３０および２４０Ｖを含む高い公称電圧を確実に与えうるセラミック物を提供する。
【００１５】
さらに、本発明の、熱い帯域のセラミック組成物は、約１８７〜約２６４Ｖを含む非常に幅広く、高い電圧範囲にわたって、線間電圧を確実に与えることを繰返して示した。したがって、本発明のイグナイターはヨーロッパ中で使用され得、ヨーロッパ諸国で利用されるいくつかの異なる高電圧の８５％〜１１０％で確実に使用しうる。さらに、ある従来の熱い帯域の組成物は特定の高電圧で確実な電圧を与えうるが、これらの組成物は、電圧が幅広い範囲にわたって変動する際に故障することが多い点も理解されるべきである。したがって、拡張された高電圧範囲にわたって、信頼しうる、長期の性能を付与する本発明組成物は著しい利点を示すことが明らかである。
【００１６】
本発明のホットゾーン組成物は上述のように、高電圧の用途に特に有用であるが、その組成物は１２０Ｖもしくは１０２Ｖ、もしくは１００Ｖ以下の印加のような、もっと低い電圧、たとえば６，８，１２もしくは２４Ｖ印加、を含む、比較的低電圧印加にも非常に有用であることがわかった。たとえば、本発明のイグナイターおよびホットゾーン組成物は電池を電源とする点火システムに使用されうる。本発明のセラミックの、ホットゾーン組成物は特にすぐれた電力消費効率を示し、それにより組成物およびイグナイターをそのような低電圧印加に特に有用にする。たとえば、後述する例６の結果を参照されたい。このような向上した電力消費効率は、発火システムにおいてもっと経済的な成分の使用も可能にし得、たとえば、比較的高価でない（比較的低グレード）変圧器が異なるホットゾーン組成物を含んだ匹敵しうるイグナイターに対して本発明のイグナイターとともに有効に使用されうる。
【００１７】
本発明のホットゾーンセラミック組成物およびイグナイターは、従来の系よりも低い熱拡散性および高い比熱も示し得、本発明組成物が長期間比較的多くの熱エネルギーを保持するのを可能にする。たとえば、後述する例６の結果を参照されたい。
【００１８】
本発明の好適なセラミックイグナイターは、
（ａ）少くとも約１０10ohm-cmの比抵抗を有する電気絶縁性材料；
（ｂ）約１〜約１０8 ohm-cmの比抵抗を有する半導体材料約３〜約４５vol ％、好ましくはホットゾーン組成物の約５〜約４５vol ％が半導体材料からなり；
（ｃ）約１０-2ohm-cmより小さい比抵抗を有する金属導電体、好ましくはホットゾーン組成物の約５〜約２５vol ％が金属導体からなる、
ことを含むホットゾーン組成物を有し、そしてそこではホットゾーン組成物の少くとも約２１vol ％は金属酸化物絶縁材料を含む。好適には、ホットゾーン組成物の少くとも約２５vol ％はアルミナのような金属酸化物絶縁性材料を含み、より好適には、ホットゾーン組成物の少なくとも約３０，４０，５０，６０，７０または８０は、アルミナなどの金属酸化物絶縁材料を含む。好適には、絶縁性材料の少くとも約２５vol ％はアルミナのような金属酸化物からなり、もっと好適には絶縁性材料の少くとも約３０，４０，５０，６０，７０，８０もしくは９０vol ％がアルミナのような金属酸化物からなる。さらに好適には、唯一の絶縁性材料成分が金属酸化物である。好適には、ホットゾーン組成物は、絶縁性材料の約２５〜約８０vol ％を含み、もっと好適にはホットゾーン組成物の約４０〜約７０vol ％は絶縁性材料からなる。
【００１９】
さらに、本発明の好適なセラミックイグナイターは、少くとも約１０10ohm-cmの比抵抗を有する電気絶縁性材料を含むホットゾーン組成物を有し、その絶縁性材料の大部分はアルミナのような金属酸化物；少くとも約３，４，５もしくは１０vol ％の量の、炭化ケイ素のような炭化物である半導体材料；ならびに金属導体から構成される。
【００２０】
本発明のさらなる態様において、本発明の好適なセラミックイグナイターは、ＳｉＣのような炭化物を実質的を有さないホットゾーン組成物を有する。このような組成物は金属導体、および少くとも１０10ohm-cmの比抵抗を有する電気絶縁体材料を含み、その絶縁材料の１部はアルミナのような金属酸化物、そして絶縁性材料成分は酸化物でない絶縁性材料、たとえばＡｌＮのような窒化物をさらに含む。このような組成物は、三元の絶縁材料／半導体材料／電気伝導性材料組成物について上述したのと、同一もしくは類似の量を含みうる。
【００２１】
本発明の熱い表面セラミックイグナイターは非常に小さいホットゾーン長さ、たとえば約１．５インチ（約３．８cm）以下、または約１．３，１．２もしくは１．０インチ以下、を有して製造され得、そしてイグナイターへの電力を測定する、いかなる種類の電子制御デバイスも用いないで、約１８７〜２６４Ｖを含む高電圧で確実に使用されうる。多脚形状のイグナイターに（たとえばヘアピン切り込みのデザイン）について、ホットゾーン長さは多脚イグナイターの単一脚に沿ったホットゾーン長さである。
【００２２】
さらに、本発明のイグナイターは約５もしくは４秒以下、または３，２．５もしくは２秒以下で、使用温度、たとえば約１３００℃、１４００℃、もしくは１５００℃、にすぐに加熱されうる。
【００２３】
本発明の好適なホットゾーン組成物は劇的な高温能力、すなわち繰り返して高温にさらしても故障しない、を示す。このように本発明は、各燃料発火に伴ないイグナイターエレメントの更新された加熱を必要としない発火方法を含む。むしろ、イグナイターは即時の発火、たとえばフレームアウトの間に、を与えるように長期間、上昇した発火温度で連続的に作動されうる。もっと具体的には、本発明のイグナイターは、上昇した温度（たとえば、約８００℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃、１３００℃、１３５０℃等）で、冷却期間なしに長期間、たとえばそのような温度で少くとも２，５，１０，２０，３０，６０、もしくは１２０分間以上、作動されうる。
【００２４】
本発明のイグナイターは種々のデザインおよび形態を有しうる。好適なデザインは「切り込みのある」（“ｓｌｏｔｔｅｄ”）もしくは２つの脚のヘアピン系を含み得、そこでは導電性の脚は空隙が間にあり、ホットゾーン領域により橋かけされている。多くの用途に好適なのは、「切り込みのない」（“ｓｌｏｔｌｅｓｓ”）デザインであり、空隙領域を含まない。典型的なイグナイターデザインは導電性の脚の間に置かれ、抵抗性ホットゾーン領域と接触する絶縁体領域を有する。
【００２５】
本発明により使用される切り込みのないイグナイターデザイン（すなわち、中央イグナイター領域が一対の導電性領域の間に置かれ、抵抗性ホットゾーンと接触する非導電体もしくは絶縁体を含む）は、特にいわゆる「アーキング」（“ａｒｃｉｎｇ”）により早期に故障し得、電流は抵抗性のホットゾーン領域に流れるよりもむしろ、２つの導電体領域の間の、中央非導電体領域を横断する。すなわち、絶縁破壊が絶縁体領域を通って生じる間に置かれた非導電体領域を通る電流の、このような望ましくない「アーキング」は２００Ｖを超えるような比較的高い電圧印加でもっと一般的になる。
【００２６】
本発明者は、切り込みのないイグナイター系でこのような望ましくないアーキングを避けるためのいくつかの解決法を見出した。好適なストラテジーは絶縁体領域組成の窒化アルミニウム含量を増加し、そして相応じて酸化アルミニウム含量を低減させることである：ＡｌＮ含量のこのような増加は望ましくないアーキングを有効に避けうることが見出された。もう１つの解決法は形成された絶縁体領域の酸化を用意することである。このような酸化（たとえば、空気中での熱処理、化学的酸化体での処理）は絶縁体をもっと抵抗性で電気的に安定にすることが見出された。
【００２７】
本発明の他の態様は下に開示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
上述のように、第１の態様において、本発明は、２つのコールドゾーン（ｃｏｌｄｚｏｎｅ）（冷たい帯域）とその間に配置されたホットゾーンを含む焼成セラミックイグナイターを提供し、そのホットゾーンは：
（ａ）電気絶縁性材料；
（ｂ）半導体材料少くとも約３vol ％；および
（ｃ）約１０-2ohm-cmより小さい比抵抗を有する金属導体、
を含むホットゾーン組成物を含み、ホットゾーン組成物の少くとも約２１vol ％が金属酸化物絶縁性材料である。
【００２９】
焼成セラミックは、（ａ）電気絶縁性材料２５〜８０vol ％；（ｂ）半導体材料３〜４５vol ％；ならびに（ｃ）約１０-2ohm-cmより小さい比抵抗を有する金属導電体を含むホットゾーン組成を有してさらに提供され、ホットゾーン組成の少くとも約２１vol ％は金属酸化物絶縁性材料である。
【００３０】
さらなる焼成セラミックは、（ａ）電気絶縁性材料、その絶縁性材料は窒化物および金属酸化物を含み；ならびに（ｂ）約１０-2ohm-cmより小さい比抵抗を有する金属導電体を含むホットゾーン組成を有して提供され、そしてそのホットゾーン組成物は実質的に炭化物材料を有さない。
【００３１】
気体燃料を発火させる方法も提供され、本発明のイグナイターに電流を通じることを一般的に含む。
【００３２】
上述のように、セラミックホットゾーン組成物に有意の量の金属酸化物を添加することは２２０，２３０もしくは２４０Ｖを含む、高い公称電圧下で有効に使用されうるセラミックイグナイターを生じうることが意外にも見出された。さらに、これらのホットゾーン組成は非常に幅広い範囲の電圧にわたって有用であり得、そしてこのように比較的低い電圧印加、たとえば１２０Ｖもしくは１０２Ｖ、または６〜２４Ｖ印加のようななお低い電圧に対して使用されうる。
【００３３】
上述のように、そして下記の例で示されるように、本発明のホットゾーン組成物およびイグナイターは、きわめて良好な電力消費効率、ならびに従来の系よりも低い熱拡散率および高い比熱を示しうる。
【００３４】
いかなる理論にも縛られないで、そのような性質は、別々に、もしくは組合わせて、１００Ｖ以下の印加のような低い電圧印加で本発明のイグナイターの実施を容易にしうる。特に、そのような効率的な電力消費および／または熱拡散率特性は本発明のイグナイターを電池を電源とするイグナイターとして使用できるようにし、たとえばレクリェーション車等で使用されるバーベキューユニット、クッキング（グリル）および加熱ユニットのような、屋外もしくは携帯用の加熱もしくはクッキング器具に使用されうる。
【００３５】
絶縁性材料成分に使用するために適切な金属酸化物は、たとえば、酸化アルミニウム、金属オキシ窒化物を含み、たとえばオキシ窒化アルミニウム、オキシ窒化ケイ素、酸化アルミニウムマグネシウムおよび酸化アルミニウムケイ素を含む。本発明のために、金属オキシ窒化物は金属酸化物と考えられる。いくつかの態様において、金属酸化物は窒素成分を含まないのが好適であり、すなわち金属酸化物は窒素原子を含まない。酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）は通常、好適な金属酸化物である。異なる金属酸化物の混合物も所望であれば使用されうるが、もっと一般的には単一の金属酸化物が使用される。
【００３６】
本発明のために、電気絶縁性材料という文言は少くとも約１０10ohm-cmの室温比抵抗を有する材料をいう。本発明のホットゾーン組成物の電気絶縁性材料成分は１つ以上の金属酸化物のみで構成され得、あるいは絶縁性成分は金属酸化物に加えて他の材料を含有しうる。たとえば、絶縁性材料成分は窒化アルミニウム、窒化ケイ素もしくは窒化ホウ素のような窒化物；希土類酸化物（たとえば、イットリア）；または希土類オキシ窒化物を付加的に含有しうる。好適に絶縁性成分に添加される材料は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である。金属酸化物とともに窒化アルミニウムのような付加的な絶縁性材料の使用はホットゾーンに、望ましい熱膨張適性を与えるが、所望の高電圧能力は維持する。
【００３７】
上述のように、絶縁性材料成分は有意の部分として１以上の金属酸化物を含有する。もっと具体的には構成される絶縁性材料の少くとも約２５vol ％は１つ以上の金属酸化物で構成され、もっと好ましくは絶縁性材料の少くとも約３０，４０，５０，６０，７０，７５，８０，８５，９０，９５もしくは９８vol ％は１つ以上のアルミナのような金属酸化物で構成される。
【００３８】
本発明の好適なホットゾーン組成物は、１つの金属酸化物および１つの金属窒化物のみの組合わせ、特にアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の組合わせ、である絶縁性材料成分を含有するものを含む。好適には金属酸化物はその組合わせの主要部分であり、たとえばそこでは絶縁性成分は、少くとも約５０，５５，６０，７０，８０，８５，９０，９５もしくは９８vol ％の、アルミナのような金属酸化物を含み、残りは窒化アルミニウムのような金属窒化物である。
【００３９】
本発明の好適なホットゾーン組成物は、絶縁性材料成分がもっぱらアルミナのような１つ以上の金属酸化物から構成されるものも含む。
【００４０】
アルミナがホットゾーン組成物からなる未焼成体に添加されるとき、いかなる従来のアルミナ粉末も選ばれうる。通常、約０．１〜約１０μｍの平均粒径、およびわずか約０．２vol ％の不純物を有するアルミナ粉末が使用される。好ましくはアルミナは約０．３〜約１０μｍの粒径を有する。もっと好ましくは、アーカンサス州Bauxite のAlcoa Industrial Chemicalsから入手しうるＡｌｃｏａ仮焼アルミナが使用される。さらに、アルミナは粉末以外の形態で導入され得、ゾル−ゲル法アルミナ、および窒化アルミナの部分加水分解物を含むが、これらに限定されない。
【００４１】
一般的に、好適なホットゾーン組成物は、（ａ）少くとも１０10ohm-cmの比抵抗を有する電気絶縁性材料約５０〜約８０vol ％；（ｂ）約１０〜１０8 ohm-cmの比抵抗を有する半導体材料約５〜約４５vol ％；および（ｃ）約１０-2ohm-cmより小さい比抵抗を有する金属導体約５〜約２５vol ％を含む。好ましくはホットゾーンは電気絶縁性セラミック５０〜７０vol ％、半導体セラミック１０〜４５vol ％、および導電性材料６〜１６vol ％を含む。
【００４２】
もし電気絶縁性セラミック成分がホットゾーン組成物の約８０vol ％より多く存在すると、得られる組成物は抵抗性が大きくなりすぎて、高電圧での目標温度に達するのにあまりにも遅い。逆に、もしそれが約５０vol ％より少く存在すると（たとえば導電性セラミックが約８vol ％存在するとき）、得られるセラミックは高電圧であまりに導電性となる。明らかに、導電性セラミック部分が８vol ％を超えると、ホットゾーンはもっと導電性であり、絶縁性部分の上および下限は必要とする電圧を得るのに適切に上昇されうる。
【００４３】
上述のように、本発明のさらなる態様において、セラミックホットゾーン組成物はＳｉＣのような炭化物、もしくは好ましくは他の半導体材料を少くとも実質的に含有しないで提供される。このような組成物は金属導体、および少くとも約１０10ohm-cmの比抵抗を有する電気絶縁性材料を含み、絶縁性材料の大部分はアルミナのような金属酸化物で構成され、そして絶縁性成分は酸化物でない材料、たとえばＡｌＮのような窒化物をさらに含有する。好ましくは、そのような組成物は約５vol ％より少ない炭化物、もっと好ましくは組成物は約２，１もしくは０．５vol ％より少ない炭化物、またはもっと好ましくは、このようなホットゾーン組成物は炭化物、もしくは他の半導体材料を全く含有しない。
【００４４】
本発明のために、半導体セラミック（すなわち、「半導体」）は約１０〜１０8 ohm-cmの室温比抵抗を有するセラミックである。もし半導体成分がホットゾーン組成物の約４５vol ％より多く存在すると（導電性セラミックが約６〜１０vol ％の範囲であるとき）、得られる組成物は高電圧印加に導電性すぎるようになる（絶縁体の不足による）。逆に、もしそれが約１０vol ％より少なく存在すると（導電性セラミックが約６〜１０vol ％の範囲であるとき）、得られる組成物はあまりに抵抗性となる（多すぎる絶縁体による）。さらに、比較的高い導体含量で、絶縁体および半導体部分のもっと抵抗性混合物が、所望の電圧を得るのに必要である。通常、半導体は、炭化ケイ素（ドープおよびドープなし）、および炭化ホウ素からなる群より選ばれる炭化物である。炭化ケイ素が通常、好適である。
【００４５】
本発明のために、導電性材料は約１０-2ohm-cmより小さい室温比抵抗を有するものである。もし導電性成分がホットゾーン組成物の約２５vol％より多い量で存在すると、得られるセラミックは高電圧印加のためにはあまりに導電性となり、受け入れられない熱いイグナイターをもたらす。逆に、もしそれが約６vol％より少なく存在すると、得られるセラミックは高電圧印加にはあまりに抵抗性となり、受け入れられない冷たいイグナイターをもたらす。通常、導体は二ケイ化モリブデン、二ケイ化タングステン、および窒化チタンのような窒化物、および炭化チタンのような炭化物からなる群より選ばれる。二ケイ化モリブデンが通常、好適である。
【００４６】
本発明の特に好適なホットゾーン組成物は酸化アルミニウム、二ケイ化モリブデン、および炭化ケイ素を含み、窒化アルミニウムは絶縁性材料成分の付加材料として任意に使用される。
【００４７】
Ｗａｓｈｂｕｒｎ特許（米国特許第５，４０５，２３７号）に記載されるように、ホットゾーン／コールドゾーンイグナイターのデザインは、本発明により適切に使用されうる。ホットゾーンは気体発火のための機能的加熱を付与する。高電圧印加（たとえば１８７〜２６４Ｖ）に対して、ホットゾーンは１０００〜１６００℃の温度範囲で約１〜３ohm-cmの比抵抗を有するのが好ましい。特に好適なホットゾーン組成物は、Ａｌ2Ｏ3約５０〜８０vol％、ＭｏＳｉ2約５〜２５vol％およびＳｉＣ１０〜４５vol％を含む。もっと好ましくは、それは酸化アルミニウム約６０〜８０vol％、ＭｏＳｉ2約６〜１２vol％、およびＳｉＣ１５〜３０vol％を含む。１つの特に好適な態様において、ホットゾーンはＡｌ2Ｏ3約６６vol％、ＭｏＳｉ2１４vol％、およびＳｉＣ２０vol％を含む。
【００４８】
好適な態様において、緻密化体のホットゾーン成分の平均粒径は次のとおりである：
ａ）絶縁体（たとえばＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮ等）: 約２〜１０μm;
ｂ）半導体（たとえば、ＳｉＣ）：約１〜１０μm；および
ｃ）導体（たとえば、ＭｏＳｉ2）：約１〜１０μm。
【００４９】
図１はＡｌ2Ｏ3、ＳｉＣおよびＭｏＳｉ2の焼成混合物からなる本発明の好適なホットゾーン組成物についての微細構造を示す。図１に示されるように、組成物は比較的均一な成分配置を有し、すなわち成分は組成物全体に良好に分布されており、そして微細構造は単一組成成分の大きな領域（たとえば３０、４０もしくは５０μm幅）を少なくとも本質的に欠いている。さらに導電性材料（ＭｏＳｉ2）成分領域は密着した、明確な端を有し、羽毛状ではない。
【００５０】
図２は金属酸化物を含まない、従来のホットゾーン組成物の微細構造を示す。図２において、導電性材料（ＭｏＳｉ2）成分領域ははっきりとした境界を有さず、代わりに拡散しており、「羽毛状」である。
【００５１】
本発明のイグナイターは種々の形態を有しうる。好適なデザインは、馬蹄もしくはヘアピンのデザインのような切り込み系である。真直ぐな棒の形状（切り込みなし）も好適に使用され、コールド端、またはイグナイターの対向端の末端接続用端を有する。
【００５２】
本発明のイグナイターは、イグナイターに導線を接続させるために、ホットゾーンと電気的に接続された少なくとも１つの低比抵抗コールドゾーン領域をさらに含むのが通常である。通常、ホットゾーン組成物は２つのコールドゾーンの間に配置される。好ましくは、このようなコールドゾーン領域は、たとえば、ＡｌＮおよび／またはＡｌ2Ｏ3もしくは他の絶縁材料；ＳｉＣもしくは他の半導体材料；ならびにＭｏＳｉ2もしくは他の導体材料から構成される。しかし、コールドゾーン領域はホットゾーンよりも、導電性および半導電性材料の著しく高い割合を有する。したがって、コールドゾーン領域はホットゾーン組成物の比抵抗の約１／５〜１／１０００しか有さず、ホットゾーンのレベルの温度に上昇しないのが通常である。好適なコールドゾーン組成物は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムもしくは他の絶縁体材料約１５〜６５vol％；ならびにＭｏＳｉ2およびＳｉＣ約２０〜７０vol％：または他の導電性および半導電性材料約１：１〜約１：３（容量比）を含む。もっと好適には、コールドゾーンはＡｌＮおよび／またはＡｌ2Ｏ3約１５〜５０vol％、ＳｉＣ１５〜３０vol％ならびにＭｏＳｉ2３０〜７０vol％を含む。製造の容易さから、好ましくはコールドゾーン組成物はホットゾーン組成物と同一の材料で形成されるが、半導電性および導電性材料の相対量はもっと大きい。
【００５３】
本発明のイグナイターに用いるために特に好適なコールドゾーン組成物は、ＭｏＳｉ2６０vol％、ＳｉＣ２０vol％およびＡｌ2Ｏ3２０vol％を含む。本発明のイグナイターに用いるために特に好適なコールドゾーン組成物は、ＭｏＳｉ2３０vol％、ＳｉＣ２０vol％およびＡｌ2Ｏ3５０vol％を含む。
【００５４】
上述のように、切り込みのないイグナイターのデザインは２つの導電性脚の間に置かれた非導電性領域を含むのが好ましい。好適には、焼成した絶縁体領域は、室温で少なくとも１０14ohm-cmの比抵抗、作動温度で少なくとも１０4ohm-cmの比抵抗、ならびに少なくとも約１５０ＭＰａの強度を有する。好適には、切り込みのない系の、間に置かれた絶縁体領域は、ホットゾーン領域の比抵抗より少なくとも２桁の大きさで大きい、作動温度での比抵抗を有する。適した絶縁体組成物は少なくとも１つ以上の窒化アルミニウム、アルミナ、および窒化ホウ素を少なくとも９０vol％含む。通常、好適な絶縁体組成物は、１）ＡｌＮおよび／またはＡｌ2Ｏ3および２）ＳｉＣとの混合物である。好ましくはその組成物はＡｌＮおよびＡｌ2Ｏ3の混合物を少なくとも約９０vol％含む。
【００５５】
上述のように、切り込みのないデザインにおいてアーキングを避けるために、好適には絶縁組成物は、他の抵抗性材料、特にＡｌ2Ｏ3のような金属酸化物に加えて、ＡｌＮを含む。ＡｌＮの添加は絶縁体領域のこのような絶縁破壊の発生を防止しうることが見出された。本発明者は、絶縁体組成物におけるＡｌＮの使用はイグナイター使用時の望ましくない絶縁破壊を防止し得るが、他の高抵抗性材料の添加はこのような態様でアーキングを低減しないことを意外にも見出した。
【００５６】
本発明の好適な絶縁体組成物はＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＣからなる。このようなＡｌＮ／Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＣ絶縁体組成物において、好ましくはＡｌＮはＡｌ2Ｏ3に対し少なくとも約１０、１５、２０、２５、もしくは３０vol％の量で存在する。本発明の切り込みのないイグナイターに使用するために一般的に好適な絶縁体組成物は、約３〜２５vol％、もっと好ましくは約５〜２０vol％、なおもっと好ましくは約１０〜１５vol％の量のＡｌＮ；６０〜９０vol％、もっと好ましくは約６５〜８５vol％、なおもっと好ましくは７０〜８０vol％、さらにもっと好ましくは７５〜８０vol％の量のＡｌ2Ｏ3；ならびに５〜２０vol％、好ましくは８〜１５vol％の量のＳｉＣを含む。本発明の切り込みのないイグナイターのために、特に好適な絶縁体組成物はＡｌＮ１３vol％；Ａｌ2Ｏ3７７vol％；ならびにＳｉＣ残り、からなる。
【００５７】
上述のように、本発明のイグナイターの絶縁体についての酸化処理も望ましくない絶縁破壊を防止しうることが見出された。たとえば、イグナイターは空気中で長い時間、たとえば０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９もしくは１時間以上、たとえば約１３００〜１７００℃、好ましくは約１５００〜１６００℃で加熱され、絶縁体領域の有効な酸化処理を与えうる。しかし、このような酸化処理は、付加的な処理を伴い、酸化後に導電性脚の再調製を必要とする。
【００５８】
イグナイターの寸法はその性質および性能に影響しうる。一般に、ホットゾーンの単一脚長は、約０．５インチ（約１．３cm）より大きい（冷却用対流ガス流がその温度にあまり作用しないほど十分な質量を与えるため）が、約１．５インチ（約３．８cm）より小さく（十分な機械的丈夫さ（ruggedness）を与えるため）あるべきである。その幅は、十分な強度および製造の容易さを与えるために約０．１インチ（約０．２５cm）より大きくあるべきである。同様に、その厚さは十分な強度および製造の容易さを与えるために約０．０２インチ（約０．０５cm）より大きくあるべきである。好適には、本発明のイグナイターは、全単一脚長で通常、約１．２５〜約２．００インチであり、約０．００１〜約０．００５平方インチ（もっと好ましくは０．００２５平方インチより小さい）のホットゾーン断面積を有し、そして２脚ヘアピンのデザインである。
【００５９】
１８７〜２６４Ｖの電圧にわたって有用で、Ａｌ2Ｏ3約６６vol％、ＳｉＣ約２０vol％，およびＭｏＳｉ2約１３．３vol％のホットゾーン組成を有する、好適な２脚ヘアピンイグナイターに関して、次のイグナイター寸法が好適である；長さ約１．１５インチ；個々の脚幅約０．０４７インチ；および厚さ約０．０３０インチ。そのデザインおよび組成は６，８，１２，２４，１０２もしくは１２０Ｖのような、比較的低電圧の印加に対しても有用である。
【００６０】
好適な「切り込みのない」イグナイターデザインは、全長約１．２５〜２．００インチ、ホットゾーン長さ約０．１〜約１．２インチ、ホットゾーン断面積約０．００１〜約０．００５平方インチを有する。比較的低い電圧印加に対して、好適なのは０．５インチより小さいような、比較的短いホットゾーン長さであるのが通常である。
【００６１】
図３Ａは導電性（コールドゾーン）脚１２および１４、Ｕ字型ホットゾーン１６、ならびに導電性脚１２および１４の間に置かれた「切り込み」（”slot”）もしくは空隙１８を有する、好適な切り込みイグナイター系１０を示す。ここで言及されるようにホットゾーン長さは図３において距離ｘとして、イグナイター長さｙ、ならびにホットゾーンおよびイグナイター幅ｚとともに示される。電流は導電性ゾーン１２および１４の端１２’および１４’でそれぞれ導線によりイグナイター１０に供給されうる。
【００６２】
図３Ｂは、導電性（コールドゾーン）脚２２および２４、間に置かれた絶縁体領域２６、およびＵ字型ホットゾーン２８を有する、切り込みのない好適なイグナイター系を示す。切り込みのない系で、ここに言及されるように、ホットゾーン長さは、図３に距離ｘとして、イグナイター長さｙ、ならびにホットゾーンおよびイグナイター幅ｚとともに示される。電流は導電性端２２’および２４’で導線によりイグナイター２０に供給されうる。
【００６３】
図３Ｃおよび３Ｄは、さらに、本発明に係るイグナイターの切り込みのない適切なデザインを示す。図３Ｃおよび３Ｄにおいて、参照番号は図３Ｂのものに対応し、すなわち図３Ｃおよび３Ｄにおいて、切り込みのないイグナイター系は導電性系脚２２および２４を有し、それらは間に絶縁体領域２６およびホットゾーン２８を有する。
【００６４】
本発明のイグナイターの特に好適なホットゾーン組成物は、ＭｏＳｉ2約１４％、ＳｉＣ約２０％、Ａｌ2Ｏ3残り、を含む。このような組成物は、好ましくは約０．５インチのホットゾーン長さを有する、切り込みのないイグナイター系に好適に使用される。さらに好適なホットゾーン組成物は、ＭｏＳｉ2約１６％、ＳｉＣ約２０％、Ａｌ2Ｏ3残り、を含む。このような組成物は、好ましくは約０．１〜１．６インチのホットゾーン長さを有する、切り込みのないイグナイター系に好適に使用される。上述のように、１００Ｖ以下の印加のような、比較的低い電圧に対して、通常、０．５インチより小さいような、比較的短いホットゾーン長さが好ましい。
【００６５】
一般に、本発明の熱い表面セラミックイグナイターはきわめて小さなホットゾーン長さ、たとえば約１．５インチ以下、もしくはさらに約１．４、１．３、１．２、１．１、１．０、０．９、０．８インチ以下で、製造され得、そして約２２０〜２４０Ｖを含む高電圧の範囲で、イグナイターへの電力を測定するいかなる種類の電子制御デバイスも不存在下で確実に使用されうる。
【００６６】
特に気体が燃料であるときに、セラミックイグナイターの重要な性能特性は温度までの時間（「ＴＴＴ」）、すなわちイグナイターのホットゾーンが室温から燃料（気体）発火温度に上昇するための時間である。本発明のイグナイターは、作動温度、たとえば１３００℃、１４００℃もしくは１５００℃に、約５もしくは４秒以下、さらに３秒以下、またはさらに２．７５、２．５、２．２５もしくは２秒以下ですぐに加熱しうる。
【００６７】
本発明のホットゾーン組成物は重大な酸化もしくは焼尽の問題なしに、非常に高温能力（たとえば１７５０℃まで）を示すことがわかった。試験された従来の糸は１６００℃に繰返し曝される際に故障した。対照的に、本発明の好適なホットゾーン組成物は高温、たとえば１４５０℃で、３０秒オン、３０秒オフの５０，０００サイクルでの寿命試験に生残る。さらに本発明のイグナイターは従来の組成物に対して、このような加熱試験サイクルで、減少したアンペア数および温度変動を有意に示すことがわかった。
【００６８】
上述のように、本発明はセラミックイグナイターの更新された加熱を必要としない発火方法を含む。むしろ、イグナイターは長期間、燃料発火に十分な上昇温度で、一定のオン／オフ（すなわち加熱／冷却）サイクルの必要なしに、作動されうる。
【００６９】
セラミック成分の処理（すなわち未焼成体処理および焼成条件）および緻密化したセラミックからのイグナイターの作製は常法によりなされうる。通常、このような方法は実質的にＷａｓｈｂｕｒｎ特許に従って実行される。例示的な条件については後述の例も参照されたい。ホットゾーン組成物の焼成は、比較的高温で、たとえば１８００℃もしくはその少し上で、実施されるのが好ましい。通常、焼成の圧力下、一軸プレス（ホットプレス）もしくは等方ホットプレス（ＨＩＰ）で実施される。
【００７０】
さらに、本発明のホットゾーン組成物は従来の組成物と異なり、単一の高温（たとえば少なくとも約１８００もしくは１８５０℃）一軸プレスで有効に緻密化されうることが意外にも見出された。
【００７１】
従来のホットゾーン組成物は２つの個別的焼成の手段、すなわち第１の高温（たとえば１３００℃のような１５００℃未満）、つづいて第２の高温焼成（たとえば１８００もしくは１８５０℃）を要求した。第１の高温焼成は理論密度の約６５〜７０％の緻密化を与え、そして第２の高温焼成は理論密度に対して９９％より大きい最終緻密化を与える。従来のホットゾーン組成物は受け入れられる電気的特性を備えるために９９％を超える密度を要求した。
【００７２】
本発明に係るホットゾーン組成物の単一高温焼成は理論密度に対して少なくとも約９５、９６もしくは９７％の密度を与えうる。しかも、理論密度に対して少なくとも９９％より小さい密度（理論密度に対して、約９５、９６、９７もしくは９８％のような）を有する、そのような本発明のホットゾーン組成物は、確かな受け入れられうる電気的特性を示す。たとえば、後述の例５に記載される結果を参照されたい。
【００７３】
本発明のイグナイターは多くの用途で使用され得、炉および調理用器具、ベースボードヒーター、ボイラー、およびストーブ上部のような気相燃料発火用途を含む。上述のように、本発明のイグナイターは、電池を電源とする系、たとえば料理用ユニットもしくは加熱用ユニットにも使用され得、そこでは発火は６、８もしくは２４Ｖの電池、さらには６Ｖ以下の系のようなもっと低電圧の系により、電力を供給される。
【００７４】
さらに、本発明のイグナイターは種々の系における加熱用エレメントとしての使用を含む、他の用途にも使用されうる。１つの好適な使用において、本発明のイグナイターは赤外線源（すなわちホットゾーンは赤外線出力を与える）として、たとえば炉における加熱エレメント、または分光計デバイス等を含む監視もしくは検出デバイスにおけるグロープラグ、として利用される。
【実施例】
【００７５】
次の非限定的な例は本発明の例示である。ここで引用されたすべての文献は引用によりここに全体を組入れられる。
【００７６】
（例１）
本発明のイグナイターが、次のように作製され、そして高電圧で試験された。
【００７７】
ホットゾーンおよびコールドゾーン組成物が調製された。ホットゾーン組成物はＡｌ2Ｏ3６６容量部、ＭｏＳｉ2１４部容量部、およびＳｉＣ２０容量部を含み、高せん断ミキサーで混合された。コールドゾーン組成物はＡｌ2Ｏ3約５０容量部、ＭｏＳｉ2約３０容量部、およびＳｉＣ約２０容量部を含み、高せん断ミキサーで混合された。コールドゾーン組成物はホットプレスのダイに装入され、そしてホットゾーン組成物は同一ダイ内のコールドゾーン組成物の上部に装入された。組成物の組合わせはアルゴン中で３０００psiで、１３００℃、１時間、一緒にホットプレスされ、理論密度の約６０〜７０％のビレットを形成した。ついで、ビレットは２．０インチ（約５cm）×２．０インチ×０．２５０インチ（約６mm）のタイルに機械加工された。ついで、タイルは１７９０℃で１時間、３０，０００psiで等方ホットプレス（ＨＩＰ）された。ＨＩＰ後に、緻密化タイルは所望のヘアピン形状に機械加工された。形成されたイグナイターは、２３０Ｖで良好に作用し、約１．５ohm-cmの良好な比抵抗、約４秒の発火温度までの時間を有し、そして少なくとも２８５Ｖ（２８５Ｖの試験電圧が試験装置の限度であった）までの安定性を示し、このようにイグナイターが高い公称電圧で、高い線間電圧の幅広い範囲にわたって有効であることを示した。
【００７８】
（例２）
さらなるホットゾーン組成物がＡｌ2Ｏ3６７容量部、ＭｏＳｉ2１３容量部、およびＳｉＣ２０容量部を含んで調製され、高せん断ミキサーで混合された。上述の例１と同一のコールドゾーンが調製され、ホットおよびコールドゾーン組成物は例１に記載されるのと同一手順により、処理され、イグナイターが形成された。形成されたイグナイターは例１のイグナイターについて記載されたのと同様な性能の結果を示し、高い公称電圧で、高い線間電圧の幅広い範囲にわたって有効であることを示した。
【００７９】
（例３）
さらなるホットゾーン組成物がＡｌ2Ｏ3６６．７容量部、ＭｏＳｉ2１３．３容量部、およびＳｉＣ２０容量部を含んで調製され、高せん断ミキサーで混合された。上述の例１と同一のコールドゾーンが調製され、ホットおよびコールドゾーン組成物は例１に記載されるのと同一手順により、処理され、イグナイターが形成された。形成されたイグナイターは例１のイグナイターについて記載されたのと同様な性能の結果を示し、高い公称電圧で、高い線間電圧の幅広い範囲にわたって有効であることを示した。
【００８０】
（例４）
さらなるホットゾーン組成物がＡｌ2Ｏ3６６．４容量部、ＭｏＳｉ2１３．６容量部、およびＳｉＣ２０容量部を含んで調製され、高せん断ミキサーで混合された。上述の例１と同一のコールドゾーンが調製され、ホットおよびコールドゾーン組成物は例１に記載されるのと同一手順により、処理され、イグナイターが形成された。形成されたイグナイターは例１のイグナイターについて記載されたのと同様な性能の結果を示し、高い公称電圧で、高い線間電圧の幅広い範囲にわたって有効であることを示した。
【００８１】
（例５）
本発明のさらなるイグナイターが、次のように作製され、そして高電圧で試験された。
【００８２】
ホットゾーンおよびコールドゾーン組成物が調製された。ホットゾーン組成物はＡｌ2Ｏ3約６６容量部、ＭｏＳｉ2約１４部容量部、およびＳｉＣ約２０容量部を含み、高せん断ミキサーで混合された。コールドゾーン組成物はＡｌ2Ｏ3約５０容量部、ＭｏＳｉ2約３０容量部、およびＳｉＣ約２０容量部を含み、高せん断ミキサーで混合された。コールドゾーン組成物はホットプレスのダイに装入され、そしてホットゾーン組成物は同一ダイ内のコールドゾーン組成物の上部に装入された。組成物の組合わせはアルゴン中で３０００psiで、１８００℃、１時間、一緒にホットプレスされ、理論密度の約９７％のビレットを形成した。ついで、ビレットは２．０インチ（約５cm）×２．０インチ×０．２５０インチ（約６mm）のタイルに機械加工された。ついで、これらのタイルは直接に（ＨＩＰなし）ヘアピン形状を有するイグナイターエレメントに機械加工された。形成されたイグナイターは、２３０Ｖで良好に作用し、約１ohm-cmの良好な比抵抗、約５秒の発火温度までの時間を有し、そして少なくとも２８５Ｖ（２８５Ｖの試験電圧が試験装置の限度であった）までの安定性を示し、このようにイグナイターが高い公称電圧で、高い線間電圧の幅広い範囲にわたって有効であることを示した。
【００８３】
（例６）
本発明のイグナイターの電力消費量が設定電圧での電流を測定することにより測定された。本発明のイグナイターは、異なるホットゾーン組成を有する、比較できるイグナイトに対して大きな電力効率を一貫して示した。
【００８４】
具体的には、Ａｌ2Ｏ3約６５容量部、ＭｏＳｉ2約１５容量部、およびＳｉＣ約２０容量部のホットゾーン組成を持つ、本発明に係る切り込みを有するイグナイターは、１２０Ｖで０．２５〜０．３５Ａを必要とした。
【００８５】
ＡｌＮ７７容量部、ＭｏＳｉ2約１３容量部、およびＳｉＣ約１０容量部のホットゾーン組成を持つ、切り込みを有する比較のイグナイターは、１２０Ｖで０．５Ａ〜０．６Ａを必要とした。
【００８６】
（例７）
熱拡散率および比熱値が本発明のイグナイター、ならびに異なるホットゾーン組成を持つ、比較しうるイグナイターについて測定された。本発明のイグナイターは異なるホットゾーン組成を持つ比較しうるイグナイターより低い熱拡散率および高い比熱を一貫して示した。
【００８７】
特定の温度での次の熱拡散率値は、Ａｌ2Ｏ3６６．７容量部、ＭｏＳｉ2約１３．３容量部、およびＳｉＣ約２０容量部のホットゾーン組成を持つ、本発明に係る、切り込みのあるイグナイターについて測定された：
【００８８】
【表１】
2008116192.tif 000003
【００８９】
特定の温度での次の熱拡散率値は、ＡｌＮ７０容量部、ＭｏＳｉ2約１０容量部、およびＳｉＣ約２０容量部を持つ、切り込みのある比較のイグナイターについて測定された：
【００９０】
【表２】
2008116192.tif 000004
【００９１】
本発明はその特定の態様について詳細に説明された。しかし、この開示を考慮して、当業者は、本発明の精神および範囲内で変更および改良しうることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の好適な三元系のホットゾーン組成物の微細構造を示し、Ａｌ2Ｏ3は灰色、ＳｉＣは淡灰色、そしてＭｏＳｉ2は白色である。
【図２】金属酸化物を含まない従来のホットゾーン組成物の微細構造を示し、ＡｌＮは灰色、ＳｉＣは淡灰色、そしてＭｏＳｉ2は白色である。
【図３Ａ】好適な「切り込みのある」イグナイターのデザインを示す。
【図３Ｂ】好適な「切り込みのない」イグナイターのデザインを示す。
【図３Ｃ】好適な「切り込みのない」イグナイターのデザインを示す。
【図３Ｄ】好適な「切り込みのない」イグナイターのデザインを示す。
【図１】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月19日(2007.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの冷たい帯域（コールドゾーン）とその間に配置された熱い帯域（ホットゾーン）を含む焼成セラミックイグナイターであり、そのホットゾーンは：
（ａ）電気絶縁性材料；
（ｂ）半導体材料少くとも約３vol ％；および
（ｃ）１０-2ohm-cmより小さい比抵抗を有する金属導体、
を含むホットゾーン組成物を含み、ホットゾーン組成物の少くとも３０vol ％が金属酸化物絶縁性材料であり、コールドゾーンは：
（１）絶縁性材料約１５〜５０vol ％；
（２）半導体材料０〜５０vol ％；および
（３）金属導電性材料２０〜７０vol ％、
を含むコールドゾーン組成物を含む、焼成セラミックイグナイター。
【外国語明細書】
2008116192000001.pdf