(57)【要約】  抵抗性点火要素を信頼性よく囲む嵌合ブロック要素を含む新規な加熱システムが提供される。好ましい点火システムは、望ましくない水分およびその他材料が、点火要素のリード線部分と接触するのを防ぐ。
2010540881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック点火要素と、前記点火要素に固定され、それを囲む包囲ブロック要素とを含むセラミック点火システム。
【請求項２】
前記点火要素が、単一のリード線を含む請求項１に記載の点火システム。
【請求項３】
前記ブロック要素が、電気接地として機能する請求項１に記載の点火システム。
【請求項４】
前記ブロック要素が、電気接地として機能する請求項２に記載の点火システム。
【請求項５】
前記ブロック要素が、セラミック部分を含む請求項１に記載の点火システム。
【請求項６】
前記ブロック要素が、金属およびセラミック部分を含む請求項１に記載の点火システム。
【請求項７】
前記ブロック要素の近接端が金属であり、前記ブロック要素の遠位端がセラミック部分を含む請求項１に記載の点火システム。
【請求項８】
前記点火装置およびブロック要素が、ポッティングセメントまたは気密シーラントなしで固定されている請求項１に記載の点火システム。
【請求項９】
前記点火装置およびブロック要素が、前記要素を固定係合するように構成されている請求項１に記載の点火システム。
【請求項１０】
前記点火装置およびブロック要素が、金属ろう付けにより固定されている請求項１に記載の点火システム。
【請求項１１】
リードフレーム要素内に入れ子にされたセラミック点火要素と、
前記点火要素に固定され、それを囲むブロック要素と
を含むセラミック点火システム。
【請求項１２】
前記点火要素が、単一のリード線を含む請求項１１に記載の点火システム。
【請求項１３】
前記ブロック要素が、電気接地として機能する請求項１１に記載の点火システム。
【請求項１４】
前記リードフレームおよびブロック要素が、両方共、前記点火要素に金属ろう付けにより固定されている請求項１１に記載の点火システム。
【請求項１５】
（ａ）セラミック点火要素および前記点火要素を囲むブロック要素と結合したリードフレーム要素を含む組立体を提供する工程と、
（ｂ）前記組立体を熱処理して、前記リードフレームおよびブロック要素を、前記点火要素に固定する工程と
を含むセラミック点火システムを製造する方法。
【請求項１６】
前記熱処理によって、前記リードフレームおよびブロック要素が、ろう付け材料により、前記点火要素に溶融する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
単一の熱処理によって、前記リードフレーム要素および前記ブロック要素の両方が、前記点火要素に溶融する請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
点火燃料に配置された請求項１に記載の点火システムを含む加熱器具を含む加熱システム。
【請求項１９】
前記器具が、ガスコンロトップまたはガスグリルである請求項１８に記載の加熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、その全内容が本明細書に参照により援用される２００７年９月２３日出願の米国仮特許出願第６０／９９５０１７号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、概して、発熱体システムに関し、特に、装置の電気接触部分についてのシーリングの改善されたセラミック点火装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
セラミック点火装置は、ガス燃焼炉、コンロおよび衣類乾燥機等の特定の点火用途に用いられることが増えてきている。概して、米国特許第３，８７５，４７７号明細書、米国特許第３，９２８，９１０号明細書、米国特許第３，９７４，１０６号明細書、米国特許第４，２６０，８７２号明細書、米国特許第４，６３４，８３７号明細書、米国特許第４，８０４，８２３号明細書、米国特許第４，９１２，３０５号明細書、米国特許第５，０８５，２３７号明細書、米国特許第５，１９１，５０８号明細書、米国特許第５，２３３，１６６号明細書、米国特許第５，３７８，９５６号明細書、米国特許第５，４０５，２３７号明細書、米国特許第５，５４３，１８０号明細書、米国特許第５，７８５，９１１号明細書、米国特許第５，７８６，５６５号明細書、米国特許第５，８０１，３６１号明細書、米国特許第５，８２０，７８９号明細書、米国特許第５，８９２，２０１号明細書、米国特許第６，０２８，２９２号明細書および米国特許第６，０７８，０２８号明細書を参照のこと。
【０００４】
セラミック点火装置設計および性能は改善されたが、最適な機能を阻み得る問題が尚ある。継続している問題の１つに、水分またはその他流体の、点火装置リード線または接触部分への、すなわち、電気接触部が、典型的にはリードフレームを介して、点火要素と嵌合する場所への浸透がある。
【０００５】
浸透する流体は、周囲領域および周囲雰囲気からの水分、セラミック要素が点火するケロセン等の液体燃料をはじめとする様々な源から生じ得る。
【０００６】
調理環境は特に問題がある。ガスコンロ台で用いるセラミック点火装置は、ポットまたはコンロにあるその他装置から出る流出または巻き散った流体（例えば、液体、蒸気等）と接触することが多い。
【０００７】
このように、性能特性を改善可能な新たなセラミック点火装置をもたらすことが必要とされている。望ましくない流体浸透および／または点火装置の電気接触部分の酸化に対する抵抗性の改善された新たなセラミック点火装置が特に必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
望ましくない水分浸透に対する抵抗性の大幅な改善を示し得る新たな発熱体が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一態様において、抵抗性点火要素を信頼性よく囲む嵌合ブロック要素を含む新規な加熱システムが提供される。好ましい点火システムは、望ましくない水分およびその他材料が、点火要素のリード線部分と接触するのを防ぐ。セラミック点火要素は多くの用途について好ましい。
【００１０】
ある好ましい態様において、単一のリード線を含む点火システムが提供される。かかる単一のリード線システムは、例えば、ブロック要素の少なくとも一部が、セラミックまたはポリマー材料等の非導体を含む電気接地として機能し得るブロック要素を適切に含む。
【００１１】
好ましいシステムにおいて、点火装置とブロック要素が嵌合すると、要素を、信頼性良く、望ましく配置する。例えば、そこでは、点火要素の高さおよび角度が、要素の嵌合により、点火要素に対して、要求通りに固定される。要素のかかる信頼性のある嵌合および配置により、システムの一定した点火性能を与えることができる。
【００１２】
特定の態様において、抵抗性点火要素は、ブロック要素と嵌合するように構成されている。例えば、抵抗性点火要素は、ブロック要素の対応の特徴部分と嵌合する１つ以上の溝またはフランジを含んでいてよいか、あるいは、その他取り付け具を用いてもよく、例えば、ねじ式または圧入係合を適切に用いてもよい。
【００１３】
好ましい実施形態において、包囲ブロック要素および抵抗性点火要素は、別個の異なる部分である。例えば、ブロックおよび点火要素は、ろう付けまたは取り付け具により嵌合していてよい。しかしながら、他の実施形態において、ブロックおよび点火要素は、単一の一体化部分であってよい。すなわち、要素は、通常の使用中、分離されない。例えば、ブロックおよび点火要素は、バッチまたは射出成形プロセスでセラミック材料から製造してよい。
【００１４】
ブロック要素は、例えば、焼結セラミック、金属等または金属とセラミックの両方を含む様々な材料から製造してよい。少なくとも一部が焼結セラミックで構成されたブロック要素は、特定の用途、例えば、本明細書に開示されたような単一のリード線設計に好ましいであろう。
【００１５】
本発明の点火システムの製造方法も提供され、これには、点火装置およびブロック要素を取り外し可能な固定係合で隣接させることが含まれていてよい。かかる方法にはまた、点火装置とブロック要素が一体形成された（例えば、単一セラミック要素）点火システムを形成することも含まれる。
【００１６】
本発明の点火システムを製造するのに特に好ましい方法には、リードフレームおよびブロック要素の点火要素への単一工程取り付けが含まれる。特に、かかる方法には、（ａ）セラミック点火要素および点火要素を囲むブロック要素と結合したリードフレーム要素を含む組立体を提供する工程と、（ｂ）組立体を熱処理して、リードフレームおよびブロック要素を、点火要素に固定する工程とが含まれる。熱処理によって、リードフレームおよびブロック要素が、ろう付け材料により、点火要素に溶融可能である。好ましくは、単一熱処理またはサイクルで、リードフレーム要素とブロック要素の両方が、点火要素に溶融する。
【００１７】
本発明には、燃料に点火する器具に配置された本発明の点火システムを含む加熱器具（例えば、ガス燃焼調理トップコンロ）を含んでいてよい加熱システムがさらに含まれる。特定の用途について、好ましくは、点火システムは、器具内に配置され、器具は点火装置を接地する役割を果たし、単一のリード線点火システムを用いることができる。
【００１８】
本発明の点火システムは、多数の用途において多大な有用性を有する。特に、本発明の点火装置は、流体が存在することの多い環境、例えば、日常的に、流体への露出が生じ得る調理トップガスバーナーを点火する調理環境において、特に有用である。
【００１９】
特に、調理環境において、ブロック要素は、電気接触部分を含む点火要素を、点火システムの短絡またはその他劣化または故障を生じ得る流体流出から保護することができる。
【００２０】
本発明のその他の態様は下記に開示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の点火システムの部分想像図を示す。
【図２】好ましいブロック要素を示す。
【図３】本発明のさらに好ましい点火システムを示す。
【図４】図３の線４Ａ−４Ａに沿った図を示す。
【図５Ａ】好ましい単一のリード線点火システムを示す（ブロック要素は想像図）。
【図５Ｂ】好ましい単一のリード線点火システムを示す（ブロック要素は想像図）。
【図６】本発明の好ましい二重リード線点火システムを示す（ブロック要素は想像図）。
【図７】加熱器具内に入れ子にされた点火システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
上述したとおり、結合した点火装置およびブロック要素を含み、望ましくない水分またはその他環境上の浸透に対する抵抗性の大幅な改善を示し得るセラミック点火システムを提供する。
【００２３】
本発明の点火システムは、適切に、例えば、ほぼ矩形またはほぼ円柱（ロッド形）、テーパまたは狭い先端部分等の断面寸法が変化する円柱を含む様々な構成としてよい。
【００２４】
図面を参照すると、図１に、ブロック要素１４（ブロック要素は想像図で示されている）で囲まれた点火要素１２を含む好ましい点火システム１０を示す。
【００２５】
上述したとおり、要素１２および１４は、しっかりと入れ子として、ブロック要素１４が、望ましくない水分浸透から点火要素をシールする等、点火装置１２を、使用中の劣化から効率的に保護できるようにするのが好ましい。
【００２６】
ある好ましいシステムにおいて、点火システム１０は、点火要素１２およびブロック要素１４を固定するための任意の種類のシーラント材料、例えば、従来のシステムに用いられていたようなエポキシまたはポッティングシステム、あるいは、Ｈａｍｅｌらによる米国特許第６，９３３，４７１号明細書に開示されているようなセラモプラスチック材料（例えば、ガラス／マイカ）等の気密シーラントを含んでいない。すなわち、点火装置およびブロック要素は、リード線部分を含む点火要素を、圧入によりしっかりと嵌合して保護することができ、追加の取り付け材料（例えば、エポキシまたは気密シーラント）の使用を必要とすることなく、ねじ式係合またはその他係合を含むフランジを嵌合する。
【００２７】
他の実施形態において、点火装置およびブロック要素をさらに固定するのに必要であれば、エポキシまたは気密またはその他追加の取り付け材料を用いてもよい。ただし、このような追加の材料は、好ましいシステムを固定するのに必要ではない。
【００２８】
図２に、点火システムを、例えば、コンロトップガスバーナーを含む調理または加熱器具等の大き目のシステム内に点火システムを固定することのできる外側ねじ式係合１６を含む好ましいブロック要素１４を示す。好ましいブロック要素１４はまた、電気接続部分を含む、囲まれた点火要素を保護するのをさらに補助することのできるさらなるシールド部分１８も含む。
【００２９】
上述したとおり、ブロック要素１４は、ステンレス鋼、アルミニウムまたは様々な合金、または焼結セラミックまたは金属／セラミック複合体構造等の金属を含む様々な材料から製造することができる。例えば、ブロック要素１４は、絶縁焼結セラミックでコートされた金属核または枠構造を有していてよい。好ましい設計において、ブロック要素は、金属の第１の（下部または近接）部分および焼結セラミック上部（または遠位）部分を有していてよい。例えば、そこでは、セラミック上部は、電気絶縁されている（ヒートシンク）。
【００３０】
図３に、点火要素１２とブロック要素１４が嵌合した点火システム１０を示す。点火装置のテーパのついた先端の点火領域（または「ホットゾーン」）２０は、システム１０の使用中、抵抗加熱および液体またはガス状燃料の点火を行う。抵抗加熱を行うには、点火要素近接端２４に示されるリード線２２を介して、リードフレーム要素２６を通して供給される電力を、システム１０に供給してもよい。リード線２２は、点火装置ホットゾーン２０のある電気路を形成するセラミック導体ゾーン２８につながっている。上述したとおり、好ましいブロック要素１４は、ねじ式係合１６とフランジ１８の両方を含み、これらは、ガスコンロレンジトップまたはその他調理または加熱器具等の大き目の点火環境内に点火システム１０をしっかりと入れ子にする役割を果たすことができる。
【００３１】
図４に、ブロック要素１４が点火要素１２を囲んでいる切り欠き図で、点火システム１０を示す。要素１２は、導体ゾーン２８および絶縁体またはヒートシンク領域３０と連通しているホットゾーン２０を含む。使用中、電力は、リード線２２を介して点火装置に提供され、リードフレーム要素２６を通して供給される。図３および４の例示のシステムにおいて、点火装置１２およびブロック１４要素は、嵌合フランジおよび各要素の溝を通して、取り外し可能に固定されている。
【００３２】
図５Ａおよび５Ｂに、点火要素１２が、ブロック要素１４およびリードフレーム要素２６に固定された本発明の好ましい単一のリード線点火システム１０を示す。好ましいリードフレームおよび点火要素へのその取り付けは、Ｈａｍｅｌらによる米国特許第７，２４１，９７５号明細書に開示されている。単一のリード線２２は、図５Ａに示す連結点２３でのろう付け等によって、点火要素１０の導体領域に隣接している。ブロック１４は、図５Ｂに示すとおり、金属構造下部または近接部分１４Ａおよびセラミックまたはその他絶縁体上部または遠位部分１４Ｂを有するのが好ましい。非導体上部１４Ｂは、使用するために点火システムが取り付けられる筺体（例えば、ガス調理トップ）と係合し、点火システムのための電気接地を提供することができる。本明細書において、点火システムのブロック要素またはその他特徴部分の近接端は、リード線と嵌合する点火要素の末端に比較的近い部分であり、点火システムのブロック要素またはその他特徴部分の遠位端は、ホットまたは点火領域を含む点火要素の末端に比較的近い部分である。
【００３３】
リード線を点火要素またはリードフレームを点火またはブロック要素に固定するのに好適なろう付け材料は、市販されており、Ｈａｍｅｌらによる米国特許第７，２４１，９７５号明細書に開示されている。銀ペースト材料は、多くの用途にとって好ましいものとなり得る。
【００３４】
図５Ａに示すとおり、突出導体要素２２Ａを、ブロック要素１４と嵌合し、延在させることができ、それによって、点火要素と共に形成された回路の電気接地が形成され、本明細書で述べるとおり、単一のリード線を用いることが可能となる。
【００３５】
図６に、嵌合ブロック要素１４（想像図で示してある）およびリードフレーム要素２６を備えた点火要素１２を含む好ましいマルチリード線点火システム１０を示す。第１のリード線２２Ａが、電力をシステム１０に提供し、第２のリード線２２Ｂが、電気回路を完成し得る。
【００３６】
図７に、点火要素１２とブロック要素１４（ブロック要素は想像図で示してある）を備えた点火システム１０を含む加熱器具４０（特に、ガス燃焼調理トップユニット）を示す。点火システム１０は、器具装着アーム４２内に入れ子にされ、点火抵抗（ホットまたは点火）ゾーン２０が、ガス燃料ポート４４に近接し、点火システム１０の使用中に、ガス燃料に点火することができる。図７に示すとおり、ブロック要素を囲む入れ子フランジ１８は、ブロック要素（従って、点火システム）を、装着アーム４２に配置する。ブロック要素１４はまた、装着アーム４２等によって、加熱器具４０と嵌合して、電気接地を、点火要素システムに与えることもできる。
【００３７】
少なくとも特定の用途について、米国特許出願公開第２００６／０２１３８９７号明細書に記載されているような射出成形により製造された要素等、ロッド形または円柱形の抵抗焼結点火要素が好ましい。
【００３８】
本発明の点火要素のホットゾーン２０、導体ゾーン２８および絶縁体領域３０の構成は適切に変えてよいが、これらの領域の好適な構成は、Ｗｉｌｌｋｅｎｓらによる米国特許第５，７８６，５６５号明細書およびＡｘｅｌｓｏｎらによる米国特許第５，１９１，５０８号明細書に開示されている。
【００３９】
特に、ホットゾーンの構成は、ホットゾーンが、約０．０１オーム−ｃｍ〜約３．０オーム−ｃｍの高温（すなわち、１３５０℃）抵抗性および約０．０１オーム−ｃｍ〜約３オーム−ｃｍの室温抵抗性を示すようなものとしなければならない。
【００４０】
好ましいホットゾーンは、電気絶縁材料、金属導体および、任意でさらに好ましい実施形態において、さらに半導体材料の焼結組成物を含む。本明細書で用いる「電気絶縁材料」またはその変形の用語は、少なくとも約１０１０オーム−ｃｍの室温抵抗を有する材料のことを指し、「金属導体」、「導体材料」およびその変形の用語は、約１０−２オーム−ｃｍ未満の室温抵抗を有する材料を表わし、「半導体セラミック」、「半導体材料」またはその変形の用語は、約１０〜１０８オーム−ｃｍの室温抵抗を有する材料のことを指す。
【００４１】
概して、セラミック点火要素のホットゾーン用の例示の組成物は、（ａ）約５０〜約８０体積パーセント（体積％またはｖ／ｏ）の少なくとも約１０１０オーム−ｃｍの抵抗を有する電気絶縁材料、（ｂ）約５〜約４５ｖ／ｏの少なくとも約１０〜１０８オーム−ｃｍの抵抗を有する半導体材料、および（ｃ）約５〜約２５ｖ／ｏの約１０−２オーム−ｃｍ未満の抵抗を有する金属導体を含む。
【００４２】
好ましくは、ホットゾーンは、５０〜７０ｖ／ｏの電気絶縁材料、１０〜４５ｖ／ｏの半導体セラミックおよび６〜１６ｖ／ｏの導体材料を含む。
【００４３】
典型的に、金属導体は、ジケイ化モリブデン、ジケイ化タングステン、窒化チタン等の窒化物および炭化チタン等の炭化物からなる群から選択され、ジケイ化モリブデンが概して好ましい金属導体である。ある好ましい実施形態において、導体材料は、ＭｏＳｉ２であり、ホットゾーンの全体の組成物の約９〜１５体積％、より好ましくはホットゾーンの全体の組成物の約９〜１３体積％の量で存在している。
【００４４】
一般的に好ましい半導体材料は、点火装置１０のホット１２およびコールドゾーン１４ａ、１４ｂの全体の組成物の一部として含まれるとき、これらに限られるものではないが、炭化物、特に、炭化ケイ素（ドープおよび非ドープ）および窒化ホウ素を含む。窒化ケイ素が、セラミック点火装置１０に用いるのに一般的に好ましい半導体材料である。
【００４５】
ホットゾーン組成物の好適な電気絶縁材料成分は、これらに限られるものではないが、１つ以上の金属酸化物、例えば、酸化アルミニウム、窒化物、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素または窒化ホウ素、希土類酸化物（例えば、イットリア）または希土類酸窒化物を含む。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が一般に好ましい。
【００４６】
本発明の特に好ましいホットゾーン組成物は、酸化アルミニウムおよび／または窒化アルミニウム、ジケイ化モリブデンおよび炭化ケイ素を含む。少なくともある実施形態において、ジケイ化モリブデンは、９〜１２体積％の量で存在しているのが好ましい。
【００４７】
上述したとおり、本発明の点火要素はまた、リード線を点火装置に取り付けるための、ホットゾーンと電気接続された少なくとも１つ以上の低抵抗導体領域も含む。典型的に、ホットゾーンは、２つのコールドまたは導体ゾーン間に配置され、一般に、例えば、ＡｌＮおよび／またはＡｌ２Ｏ３またはその他絶縁材料、ＳｉＣまたはその他半導体材料およびＭｏＳｉ２またはその他導体材料を含む。
【００４８】
好ましくは、コールドまたは導体領域は、ホットゾーンにあるよりも、かなり高いパーセンテージの導体および／または半導体材料（例えば、ＳｉＣおよびＭｏＳｉ２）を有する。従って、コールドまたは導体領域の抵抗性は、嵌合ホットゾーン領域のわずか約１／５〜１／１０００であり、ホットゾーンのレベルまで温度が上がらない。より好ましいのは、コールドまたは導体ゾーン室温抵抗性は、嵌合ホットゾーンの室温抵抗性の５〜２０パーセントである。
【００４９】
本発明の点火要素に用いる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、窒化アルミニウムまたはその他絶縁体材料および約２０〜７０ｖ／ｏのＭｏＳｉ２およびＳｉＣまたはその他導体および半導体材料を、約１：１〜約１：３の体積比で含む。より好ましくは、コールドまたは導体ゾーン組成物は、約１５〜５０ｖ／ｏの酸化アルミニウムおよび／または窒化アルミニウム、約１５〜３０ｖ／ｏのＳｉＣおよび約３０〜７０ｖ／ｏのＭｏＳｉ２を含む。製造し易くするために、コールドゾーン組成物は、ホットゾーン組成物と同じ材料で形成されるのが好ましいが、半導体および導体材料の相対量は、コールドゾーンでは、ホットゾーンより多い。
【００５０】
点火要素に含まれる場合には、電気絶縁ヒートシンク領域は、十分な熱質量を与えて、ホットゾーンの対流冷却を緩和する組成物を含むのが適切である。ヒートシンク領域に好適なセラミック組成物は、少なくとも約９０体積％の窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、アルミナおよびこれらの混合物の少なくとも１つを含む組成物を含む。ＡｌＮ−ＭｏＳｉ２−ＳｉＣのホットゾーン組成物を用いる場合、少なくとも９０体積％の窒化アルミニウムおよび１０体積％までのアルミナを含むヒートシンク材料は、適合する熱膨張率および緻密化特性に好ましいものとなり得る。
【００５１】
本発明のセラミック点火システムは、これらに限られるものではないが、６、８、１２、２４、１２０、２２０、２３０または２４０ボルトの公称電圧を含む様々な電圧で用いることができる。本発明の好ましい点火装置は、室温から動作温度、例えば、約１３５０℃まで、約４秒以下、さらに３秒以下、さらに２．７５または２．５秒以下で即時に加熱される。
【００５２】
本発明の好ましい点火システムはまた、ホットゾーン領域１ｃｍ２当たり６０〜２００ワットのホットゾーン電力密度（表面負荷）で安定した点火温度を与えることができる。
【００５３】
セラミック構成部分の処理（すなわち、素地処理および焼結条件）および緻密化セラミックからの点火装置の作製は、従来の方法により行うことができる。典型的に、かかる方法は、その開示内容が本明細書に参照により明白に援用されるＷｉｌｌｋｅｎｓらによる米国特許第５，７８６，５６５号明細書およびＡｘｅｌｓｏｎらによる米国特許第５，１９１，５０８号明細書に実質的に従って実施される。
【００５４】
本発明の点火装置の寸法は、大きく変えてよく、点火装置の使用目的に基づいて選択してよい。例えば、好ましい点火装置の長さ（図１の長さ）は、適切に、約０．５〜約５ｃｍ、より好ましくは約１〜約３ｃｍとしてよく、点火装置最大断面幅は、適切に、約０．２〜約３ｃｍとしてよい。
【００５５】
同様に、導体およびホットゾーン領域の長さも適切に変えてよい。好ましくは、図１に示す構成の点火装置の第１の導体ゾーンの長さは、０．２ｃｍ〜２、３、４または５ｃｍ以上であってよい。第１の導体ゾーンのより典型的な長さは、約０．５〜約５ｃｍであろう。ホットゾーン電気路の全長（図１の長さ）は、適切に、約０．２〜５ｃｍ以上であってよい。
【００５６】
好ましいシステムにおいて、本発明の点火装置のホットまたは抵抗ゾーンは、公称電圧で約１４５０℃未満の最大温度、公称電圧の約１１０パーセントの最高線間電圧で約１５５０℃未満の最大温度、公称電圧の約８５パーセントの最低線間電圧で、約１３５０℃未満の最大温度まで加熱される。
【００５７】
ブロック要素はまた、異なる寸法を有していてよく、結合する点火要素の寸法と適合するものでなければならない。例えば、好ましいブロック要素の長さ（図２の長さｖ）は、適切に、約０．５〜約４ｃｍ、より好ましくは約１〜約３ｃｍであってよく、ブロック要素断面幅（図２の長さｙ）は、適切に、約０．２〜約３ｃｍであってよい。
【００５８】
点火装置は、例えば、Ｗａｓｈｂｕｒｎによる米国特許第５，４０５，２３７号明細書に開示されているような一般的に知られた手順に従って作製することができる。例示の条件については、後述の実施例１も参照のこと。上述したとおり、射出成形により製造された要素を含め、ロッド形または円柱形の点火要素が、多くの用途に好ましい。Ａｎｎａｖａｒａｐｕらによる米国特許出願公開第２００６／０２１３８９７号明細書を参照のこと。射出成形セラミック点火要素を製造する例示の手順については、後述する実施例２を参照のこと。
【００５９】
特に、ある製造方法において、素地点火装置の形成されたビレットに、第１の温間プレス（例えば、１５００℃未満、１３００℃等）の後、第２の高温焼結（例えば、１８００℃または１８５０℃）を行うことができる。第１の温間焼結によって、理論密度に対して約６５または７０％の緻密化がなされ、第２の高温焼結によって、理論密度に対して９９％を超える最終緻密化がなされる。
【００６０】
好ましい点火装置製造方法において、複数の固定または物理的に取り付けられた「潜在的な」点火要素を含むビレットシートが提供される。ビレットシートは、グリーン状態（約９６％または９８％理論密度を超えるまで緻密化されない）にあるが、好ましくは、約４０％または５０％理論密度を超え、適切には、９０または９５％理論密度まで、より好ましくは約６０〜７０％理論密度まで焼結されているホットおよびコールドゾーン組成物を有する。かかる部分緻密化は、適切には、温間プレス処理により、例えば、１５００℃未満、１３００℃等で、約１時間、加圧下、例えば、３０００ｐｓｉで、アルゴン雰囲気下でなされる。
【００６１】
ホットおよびコールドゾーン組成物が、理論密度の７５または８０パーセントを超えて緻密化される場合、ビレットは後の処理工程で切断が困難となるであろうことを見出した。さらに、ホットおよびコールドゾーン組成物が、約５０パーセント未満で緻密化される場合、組成物は、後の処理中に分解することが多い。ホットゾーン部分は、ビレットの厚さの一部を超えて延在しており、残りがコールドゾーンである。
【００６２】
ビレットは、比較的様々な形状および寸法のものであってよい。好ましくは、ビレットは、適切には、ほぼ正方形、例えば、９インチ×９インチの正方形またはその他好適な寸法または形状、例えば、矩形等である。ビレットは、好ましくは、ダイヤモンド切削工具等によって、部分へと切断される。好ましくは、これらの部分は実質的に等しい寸法を有する。例えば、９インチ×９インチのビレットについては、ビレットは、三分の一に切断し、得られる部分がそれぞれ、９インチ×３インチであるのが好ましい。
【００６３】
ビレットを、さらに切断して（適切には、ダイヤモンド切削工具で）、個々の点火装置とする。第１の切断は、ビレットを貫通してなされ、１つの点火要素が、近接する要素から物理的に分離される。交互の切断を、ビレット材料の長さを非貫通で行うと、絶縁ゾーン（ヒートシンク）を、各点火装置へ挿入することが可能となる。各切断部（貫通切断部と非貫通切断部の両方）は、例えば、約０．２インチ間隔があいていてよい。
【００６４】
ヒートシンクゾーンの挿入後、好ましくは理論密度の９９％を超えるまで、点火装置をさらに緻密化することができる。このようなさらなる焼結は、高温、例えば、１８００℃またはそれよりやや上で、熱間静水圧プレスで行うのが好ましい。
【００６５】
ビレットにいくつかの切断部を作製するのは、適切に、自動化プロセスで行うことができ、ビレットは、自動化システム、例えば、コンピュータ制御下で、配置され、切削工具により切断される。
【００６６】
緻密化されると、電気的接触が、図３および４に示すとおり、適切に、ホットゾーン領域より遠位の点火要素のコールド領域末端に適用される。電気的接触は、例えば、接着剤により、点火要素に固定されてもよい。リードフレームは、一般に、各接触に取り付けられ、図３、４および５に示すとおり、電源と連通可能である。
【００６７】
その後、ブロック要素は、上述したとおり、点火要素と係合させてもよい。リードフレームは一体化されるのが、一般に、好ましい。例えば、ある好ましい製造方法において、セラミック点火要素と結合するリードフレーム要素および点火要素を囲むブロック要素を含む組立体が提供される。組立体を熱処理すると、点火要素をリードフレームおよびブロック要素にろう付けすること等によって固定することができる。
【００６８】
既述のとおり、好ましい点火システム組立方法には、リードフレームおよびブロック要素を点火要素に取り付ける単一工程が含まれる。具体的には、かかる方法には、（ａ）セラミック点火要素および点火要素を囲むブロック要素と結合したリードフレーム要素を含む組立体を提供する工程と、（ｂ）組立体を熱処理して、リードフレームおよびブロック要素を、点火要素に固定する工程とが含まれ、熱処理によって、リードフレームおよびブロック要素を、ろう付け材料により、単一の（例えば、４００℃を超える冷却を介在することなく）熱サイクル溶融により、点火要素に溶融させることができる。
【００６９】
好適な射出成形製造方法において、異なる抵抗の領域（例えば、導体領域、絶縁体またはヒートシンク領域および高抵抗「ホット」ゾーン）を有する一体化点火要素を、異なる抵抗を有するセラミックまたはプレセラミック材料により形成してよい。
【００７０】
このように、例えば、ベース要素は、第１の抵抗を有するセラミック材料（例えば、絶縁体またはヒートシンク領域として機能し得るセラミック材料）を、ロッド形等所望のベース形状を画定している鋳型要素へ射出導入することにより形成してよい。ベース要素を、第１の鋳型から外し、第２の別の鋳型要素に入れて、異なる抵抗を有するセラミック材料−例えば、導体セラミック材料−を第２の鋳型へ射出して、点火要素の導体領域を与えることができる。同様のやり方で、ベース要素を第２の鋳型から外し、第３の異なる鋳型要素に入れて、異なる抵抗を有するセラミック材料−例えば、抵抗ホットゾーンセラミック材料−を第３の鋳型へ射出して、点火要素の抵抗ホットまたは点火領域を与えることができる。
【００７１】
この代わりに、複数の別の鋳型要素を用いるよりも、異なる抵抗性のセラミック材料を、同じ鋳型要素に、連続的に送出、または射出してもよい。例えば、所定体積の第１のセラミック材料（例えば、絶縁体またはヒートシンク領域として機能し得るセラミック材料）を、所望のベース形状を画定している鋳型要素に導入した後、異なる抵抗性を有する第２のセラミック材料を、形成したベースに適用してもよい。
【００７２】
セラミック材料は、１つ以上のセラミック粉末等１つ以上のセラミック材料を含む流体処方として、鋳型要素へ送出して（射出して）よい。
【００７３】
例えば、１つ以上のセラミック粉末を、水溶液またはアルコール等の１つ以上の混和性有機溶媒を含有する水溶液と混合することにより作製されたペーストのように、セラミック粉末のスラリーまたはペースト状組成物を作製してよい。押出しに好ましいセラミックスラリー組成物は、ＭｏＳｉ２、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３および／またはＡｌＮ等の１つ以上のセラミック粉末を、水の流体組成物中で、任意で、セルロースエーテル溶媒、アルコール等といった１つ以上の水混和性有機溶媒等の１つ以上の有機溶媒と共に、混合することにより調製してよい。セラミックスラリーはまた、その他の材料、例えば、１つ以上の有機可塑剤化合物を、任意で、１つ以上のポリマーバインダーと共に含有していてもよい。
【００７４】
様々な成形または誘導要素を用いて、形成された点火装置の所望に形状に対応する構成の要素により、点火要素を形成してよい。例えば、ロッド形要素を形成するには、セラミック粉末ペーストを、円柱ダイ要素へ射出してもよい。支柱状または矩形の点火要素を形成するには、矩形ダイを用いてもよい。セラミック材料を鋳型要素に送出した後、画定されたセラミック部分は、適切に、例えば、５０℃または６０℃を超えて、溶媒（水性および／または有機）担体を除去するのに十分な時間にわたって乾燥してよい。
【００７５】
以下の実施例２には、点火要素を形成するのに好ましい射出成形プロセスが記載されている。
【００７６】
上述したとおり、本発明の点火装置は、炉および調理器具、ベースボードヒーター、ボイラー、コンロトップおよび屋内または屋外ガスグリル等の気相燃料点火用途を含む多くの用途に用いてよい。
【００７７】
本発明の点火装置はまた、例えば、様々なシステムにおいて発熱体として用いることを含むその他の用途に用いてもよい。具体的には、本発明の点火装置は、赤外線源（すなわち、ホットゾーンが赤外出力を与える）として、例えば、炉またはグロープラグ、分光装置を含むモニタリングまたは検出装置等の発熱体として利用することができる。
【００７８】
本発明の好ましい点火システムは、グロープラグとして知られた発熱体とは異なる。特に、よく用いられるグロープラグは、比較的低温、例えば、約８００℃、９００℃または１０００℃の最大温度まで加熱され、燃料の直接点火よりも、ある容積の空気を加熱することが多いが、本発明の好ましい点火装置は、少なくとも約１２００℃、１３００℃または１４００℃という最大高温を与えて、燃料の直接点火を行うことができる。本発明の好ましい点火装置はまた、ガス燃焼チャンバを与えるのに、グロープラグシステムでは典型的に用いられる気密シーリングを、要素周囲またはその一部に含む必要がない。さらに、本発明の多くの好ましい点火装置は、比較的高い線間電圧、２４ボルトを超える線間電圧、６０ボルト以上または１２０ボルト以上、例えば、２２０、２３０および２４０ボルトで有用であるが、グロープラグは、典型的に、１２〜２４ボルトの電圧でしか用いられない。
【００７９】
以下の限定されない実施例は、本発明を例示するものである。本明細書で言及した文献は全て、その全内容が本明細書に参照により援用される。
【実施例】
【００８０】
実施例１：点火装置の製造
本発明の点火要素は、適切には、次のようにして作製される。
【００８１】
ホットゾーンおよびコールドゾーン組成物を、第１の点火装置用に調製した。ホットゾーン組成物は、７０．８体積％（全ホットゾーン組成物を基準として）のＡｌＮ、２０体積％（全ホットゾーン組成物を基準として）のＳｉＣおよび９．２体積％（全ホットゾーン組成物を基準として）のＭｏＳｉ２を含んでいた。コールドゾーン組成物は、２０体積％（全コールドゾーン組成物を基準として）のＡｌＮ、２０体積％（全コールドゾーン組成物を基準として）のＳｉＣおよび６０体積％（全コールドゾーン組成物を基準として）のＭｏＳｉ２を含んでいた。コールドゾーン組成物を、ホットダイプレスに充填し、ホットゾーン組成物を、同じダイのコールドゾーン組成物の上に充填した。組成物のこの組み合わせを、加熱および加圧して一緒に緻密化し、点火装置を得た。
【００８２】
実施例２：追加の点火装置製造
抵抗性組成物（２２体積％ＭｏＳｉ２、残りＡｌ２Ｏ３）と絶縁組成物（５体積％ＳｉＣ、残りＡｌ２Ｏ３）の粉末を、有機バインダー（約６〜８重量％の植物性ショートニング、２．４重量％のポリスチレンおよび２〜４重量％のポリエチレン）と混合して、約６２体積％が固体の２つのペーストを形成した。２つのペーストを、共射出成形機の２つのバレルに入れた。第１のショットで、半シリンダ形キャビティが絶縁ペーストで充填されて、シリンダの長さに沿って伸びるフィンを備えた支持ベースが形成された。その部分を第１のキャビティから取り出し、第２のキャビティに入れ、第２のショットで、第１のショットとの境界の体積およびキャビティ壁核が導体ペーストで充填された。成形部分は、２つの脚部を分離する絶縁体を備えたヘアピン形導体を形成する。ロッドを、室温で、添加した１０〜１６重量％の１０重量％を溶解する有機溶媒中で部分的に脱バインダーした。その部分を、Ｎ２等の不活性ガスを流して、３００〜５００℃で６０時間、熱により脱バインダーして、残渣バインダーの残りを除去した。脱バインダーした部分を理論の９５〜９７％まで１８００〜１８５０℃、アルゴン中で緻密化した。緻密化した部品を、グリットブラストにより清浄にした。点火装置の２つの脚部を、１２０Ｖの電圧で、電源に接続するとき、ホットゾーンは、約１３０７℃の温度となった。
【００８３】
実施例３  点火システム製造
図５Ａおよび５Ｂに示すような点火装置とブロック要素を含む単一のリード線点火システムを次のようにして作製する。
【００８４】
ロッド形の一体化点火要素を、上記の実施例２に記載したとおりにして作製する。形成された焼結点火要素を、米国特許第７，２４１，９７５号明細書の実施例２に概して記載されているとおり、銀ろう付け箔と共に、ステンレス鋼リードフレーム要素に装着する。リードフレーム要素も図５Ａおよび５Ｂに示されている。
【００８５】
外側ねじを備え、図５Ｂに示すとおり、ステンレス鋼と上部焼結セラミック絶縁体組成物の両方を含むブロック要素を、リードフレーム／点火要素組立体に装着する。銀ろう付けを、ブロック要素と接触する点火要素領域に適用する。点火システムを約８００℃で１０分間、真空オーブン中、約１×１０−３トルで、加熱することにより、組み立てた点火システムを溶融する（ろう付けリフロー）。その熱処理によって、リードフレームの点火要素へのシーリングと、点火装置とブロック要素のシーリングの両方にろう付けリフローを行うことができる。
【００８６】
本発明を特定の実施形態を参照して詳細に説明してきた。しかしながら、当業者であれば、この開示内容を考慮すれば、本発明の趣旨および範囲内で修正および改善を行えるものと考えられる。
【図１】
2010540881.tif 000003
【図２】
2010540881.tif 000004
【図３】
2010540881.tif 000005
【図４】
2010540881.tif 000006
【図５Ａ】
2010540881.tif 000007
【図５Ｂ】
2010540881.tif 000008
【図６】
2010540881.tif 000009
【図７】
2010540881.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成22年4月27日(2010.4.27)
【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】
セラミック点火要素と、前記点火要素に固定され、それを囲む包囲ブロック要素とを含むセラミック点火システム。
【請求項２】
前記点火要素が、単一のリード線を含む請求項１に記載の点火システム。
【請求項３】
前記ブロック要素が、電気接地として機能する請求項１または２に記載の点火システム。
【請求項４】
前記ブロック要素が、セラミック部分を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項５】
前記ブロック要素が、金属およびセラミック部分を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項６】
前記ブロック要素の近接端が金属であり、前記ブロック要素の遠位端がセラミック部分を含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項７】
前記点火装置およびブロック要素が、ポッティングセメントまたは気密シーラントなしで固定されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項８】
前記点火装置およびブロック要素が、金属ろう付けにより固定されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項９】
リードフレーム要素内に入れ子にされたセラミック点火要素と、
前記点火要素に固定され、それを囲むブロック要素と
を含むセラミック点火システム。
【請求項１０】
前記点火要素が、単一のリード線を含む請求項９に記載の点火システム。
【請求項１１】
前記ブロック要素が、電気接地として機能する請求項９または１０に記載の点火システム。
【請求項１２】
前記リードフレームおよびブロック要素が、両方共、前記点火要素に金属ろう付けにより固定されている請求項９〜１１のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項１３】
（ａ）セラミック点火要素および前記点火要素を囲むブロック要素と結合したリードフレーム要素を含む組立体を提供する工程と、
（ｂ）前記組立体を熱処理して、前記リードフレームおよびブロック要素を、前記点火要素に固定する工程と
を含むセラミック点火システムを製造する方法。
【請求項１４】
前記熱処理によって、前記リードフレームおよびブロック要素が、ろう付け材料により、前記点火要素に溶融し、好ましくは、単一の熱処理によって、前記リードフレーム要素および前記ブロック要素の両方が、前記点火要素に溶融する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
点火燃料に配置された請求項１〜１２のいずれか一項に記載の点火システムを含む加熱器具を含み、好ましくは、前記器具が、ガスコンロトップまたはガスグリルである加熱システム。
【国際調査報告】
2010540881.tif 000011