(57)【要約】  素子を形成する２、３、もしくは４以上の別個のセラミック層又は領域（２０、３０、４０）を射出成形することを含むセラミック素子の新規な製造方法を提供する。本発明の製造方法によって得ることのできるセラミック素子（１０）も提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック素子の３以上の部分を射出成形することを含む、セラミック素子の製造方法。
【請求項２】
前記セラミック素子は、異なるセラミック組成物を有する２以上の領域を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記セラミック素子は、異なるセラミック組成物を有する３以上の領域を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記２以上の領域は、電気抵抗及び／又は光伝送が異なるセラミック組成物を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記３以上の領域は、電気抵抗及び／又は光伝送が異なるセラミック組成物を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
２以上の射出成形素子部分が反対の角度に置かれることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
支持素子、電気接続デバイス、シールド、熱センサーデバイス、又は光学センサーデバイスが前記セラミック素子を含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
半導体デバイス、光学電気デバイス、又はセンシング素子が前記セラミック素子を含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
１以上のセラミック組成物を成形後のセラミック素子の少なくとも一部に適用することをさらに含む、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
１以上の金属組成物を成形後のセラミック素子の少なくとも一部に適用することをさらに含む、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
成形後のセラミック素子を緻密化することをさらに含む、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
成形後のセラミック素子の一部を除去することをさらに含む、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
セラミック素子の２以上の別個の部分を射出成形することを含み、その際、前記セラミック素子が、軸受、支持材、若しくは構造素子；電気的接続素子；シールド素子；熱、ガス、若しくは光センサー；半導体デバイス；光学電気デバイス；ガス注入デバイス；微小流体デバイス；又は圧電デバイスである、又はこれらのデバイスの構成部品である、セラミック素子の製造方法。
【請求項１４】
前記セラミック素子の３以上の別個の部分を射出成形する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記セラミック素子が、抵抗イグナイタデバイスの構成部品ではない、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の方法によって得られるセラミック素子。
【請求項１７】
前記素子が、異なる抵抗率及び／又は光伝送を有する２以上の領域を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記素子が、異なる抵抗率及び／又は光伝送を有する３以上の領域を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
２以上の射出成形素子部分が反対の角度に置かれる、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
支持素子、電気接続デバイス、シールド、熱センサーデバイス、又は光センサーデバイスが前記セラミック素子を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
半導体デバイス、光学電気デバイス、又はセンシング素子が前記セラミック素子を含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、本明細書に参考としてその全体が取り入れられている２００６年８月１６日に出願された米国特許出願第６０／８３８，６５２号の利益を請求するものである。
【０００２】
本発明は、素子を形成する２、３、もしくは４以上の別個のセラミック領域を射出成形することを含むセラミック素子の新規な製造方法を含む。本発明の製造方法によって得ることのできるセラミック素子も提供する。
【背景技術】
【０００３】
セラミック材料は、例えば熱的、光学的、又は電気的に送信又は検知を行うため、半導体デバイス、電気機能素子又はデバイス、光学電気デバイス、機械又は支持素子、及び他の機能素子を包含する非常に多くのアプリケーションに広く使われている。例えば、米国特許第４，９１９，６０９号；同第４，９９４，４１８号；同第５，０６４，６８４号；同第６，２７８，０８７号；同第６，５８２，６２９号；同第６，６５３，５５７号；同第６，７０２，４６６号；同第６，８３０，２２１号；同第６，８８８，１６９号；同第６，８９０，８７４号；及び同第６，９０８，８７２号、並びに米国特許出願公開第２００２／０１０９１５２号；同第２００３／０１６５３０３号；及び同第２００６／０１４０５３４号を参照されたい。
【０００４】
複合的なセラミック材料を製造プロセスで用いる場合を含めて、上記のような素子を製造することは難しいことがある。形状や凹凸が顕著なデバイスの製造が、大きな課題になることもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、セラミック素子の新規な製造方法が特に求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
セラミック材料を射出成形してセラミック素子を形成することを含むセラミックデバイス又は素子の新規な製造方法をこのたび提供する。そのような射出成形製造は、従来のやり方と比べて、高められた製造量とコスト効率を提供するだけでなく、良好な機械的強度を有するデバイスも提供できる。
【０００７】
さらに詳しくは、本発明の好ましい方法には、２以上の別個の層又は領域を射出成形してセラミック素子を形成することが含まれる。特に好ましい方法には、セラミック素子の３以上の別個の層又は領域の射出成形が含まれる。
【０００８】
射出成形され得るセラミック素子の別個の層と領域は、１以上の点で異なってもよい。例えば、セラミック素子の別個の領域を形成するために、別個のセラミック組成物を射出成形してもよい。別個のセラミック組成物は、１以上の異なるセラミック材料（例えば、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3等の金属酸化物、ＡｌＮ等の窒化物、Ｍｏ2Ｓｉ2及び他のＭｏ含有材料、ＳｉＡｌＯＮ、Ｂａ含有材料等）を含んでもよい。あるいは、別個のセラミック組成物が、同じ配合のセラミック材料（例えば、別個のセラミック材料の２成分、３成分、若しくはそれ以上の配合）を含んでもよいが、しかし、それらの配合成分の相対量は異なり、例えば、それぞれ別個のセラミック組成物の間で、１以上の配合成分は、少なくとも５、１０、２０、２５、又は３０体積％は異なる。
【０００９】
射出成形され得るセラミック素子の別個の層と領域は機能特性が異なってもよく、例えば、異なった領域は、電気抵抗、光伝送、熱膨張特性、及び／又は硬度が異なってもよい。
【００１０】
例えば、好ましいシステムでは、第１の領域と第２の領域の室温における抵抗率が少なくとも１０Ω・ｃｍ又は１０2Ω・ｃｍ異なる場合、又はさらに好適には、室温における抵抗率が少なくとも１０3Ω・ｃｍ又は１０4Ω・ｃｍ異なる場合は、セラミック素子領域（第１の領域）は、他の素子領域（第２の領域）と抵抗率が異なるとみなしてもよい。
【００１１】
好ましいシステムでは、第１の領域と第２の領域の熱膨張率が、別個のセラミック素子の領域間で、少なくとも約０．１×１０-6Ｋ-1異なる場合、さらに一般的には、熱膨張率が少なくとも約０．２×１０-6Ｋ-1異なる場合、少なくとも約０．５×１０-6Ｋ-1異なる場合、少なくとも約１×１０-6Ｋ-1異なる場合、又は少なくとも約２×１０-6Ｋ-1若しくは３×１０-6Ｋ-1異なる場合は、セラミック素子領域（第１の領域）は、他の素子領域（第２の領域）と熱膨張特性が異なるとみなしてもよい。
【００１２】
２以上の射出成形素子部分は、素子内部に別個に配置してあってもよく、例えば、複合的（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）部分の最長寸法が、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１２０、１５０、又は１８０度以上の角度で互いにそれぞれずらすように、例えば、２以上の領域が反対の角度で配置してあってもよい。
【００１３】
本発明の好ましい形態では、少なくとも２又は３以上のセラミック素子部分を、セラミック部品を製造するための単一の製造シーケンス、いわゆる「複合的ショット（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｓｈｏｔ）」射出成形プロセスで射出成形して、同一の製造シーケンスで、異なるセラミック組成物及び／又は異なる機能特性を有するセラミック素子の複合的部分を射出成形して素子を形成する。少なくとも特定の態様では、単一の製造シーケンスは、素子形成エリアから素子を除去することのない、及び／又は射出成形以外のプロセスによって素子部分へセラミック材料を付着することのない、順次セラミック材料の射出成形を適用することを含む。
【００１４】
例えば、ある態様では、第１の領域又は部分を射出成形することができ、第２ステップで、第１の部分の周りに、第１の部分に対して反対の角度であるが同じ面に伸びる第２の部分を射出成形することができ、第３ステップで、第１と第２の部分を含む本体に、第３の領域を射出成形によって適用することができる。第３の部分を別個の面、及び／又は第１と第２の部分の１つ又は両方に対して反対の角度で配置してもよい。
【００１５】
隣接した付着セラミック組成物領域を良好に一体化（ｍａｔｉｎｇ）すると、複合的な領域素子の構成がしやすくなる。特に素子の３部分以上の射出成形（すなわち、いわゆる３ショット、又はそれ以上の射出成形プロセス）では、先に付着した第１と第２の部分と、第３（又はさらにそれ以上）の射出成形部分を良好に一体化することは、均質で効果的な素子を製造することを確保する上で重要となり得る。すなわち、先に付着した素子部分に対して第３の又はそれ以上の素子の射出成形部分を正確に配置することによって、製造したセラミック素子の所望の性能を得ることを確保できる。
【００１６】
セラミック素子の第２、第３、又はそれ以上の射出成形部分の良好な一体化は、射出成形によってセラミック材料を付着した部位から効果的に空気を除去することで促進することができる。例えば、付着部位から効果に空気を放出する（除去する）と、先に付着したセラミック素子部分と付着中のセラミックの良好な一体化が得られる。そのような放出は、セラミック材料を付着する一般的なエリアで若干負圧（真空ライン）に維持することを含む様々な方法で達成することができる。
【００１７】
先に付着した素子部分を変形させずに製造後の素子の構造的一体性を維持するように、第２、第３、及びさらにそれ以上の部分の射出成形をすべきであることも分かっている。
【００１８】
本発明の製造方法は、セラミックや他の材料を加えて成形セラミック素子を製造するさらなるプロセスを含んでもよい。なお、このさらなるプロセスは射出成形を含まない。例えば、１以上のセラミック層又は領域を、例えばセラミック組成物スラリーのディップコーティング、スプレーコーティングによって、形成後の素子に適用してもよい。例えば金属性組成物を適用する等、非セラミック材料を素子本体に適用してもよく、また金属性組成物をディップコーティングプロセス、スパッタリング、又は他の方法で付着してもよい。
【００１９】
形成後の素子に、所望ならば追加のプロセスを付加してもよい。特に、セラミック部分を含む形成後の素子は、例えば高温高圧下等で緻密化（焼結）したセラミック領域を有しても良い。形成後の素子のいろいろなエリアを、下層領域を露出させたり又はボイド領域を形成するために、例えばドリルで穴を開けたり又は他のプロセス等で除去してもよい。
【００２０】
本発明の方法は、本明細書に開示した１以上のセラミック素子を含む各種デバイスの製造に利用してもよい。本発明は、本明細書に開示した射出成形方法を使用することで得られるかもしくは得たデバイスと素子も含む。
【００２１】
さらに詳しく述べると、例えば、本発明は、軸受、支持材、若しくは構造素子；電気接続素子；シールド素子；熱若しくはガス（例えば酸素）センサー；又は光学センサーデバイスを含み得るデバイスを含み、また、これらのデバイスは、好適には本明細書に開示したように１以上のセラミック素子を含む。ある態様では、半導体デバイス、光学電気デバイス、又はセンシング素子は、本明細書に開示したように１以上のセラミック素子を含み得る。
【００２２】
特に好適なセラミック軸受、支持材、又は構造素子は、複合的で別個のセラミック領域（例えば、２、３、４以上の別個の領域）を含んでもよく、それらの複合的な領域は別個の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。それらの複合的な領域は、別個のセラミック組成物を複合的に射出成形して付着させることで形成する。形成した軸受素子中にＣＴＥ傾斜を形成することで、素子は、圧縮によりひきおこされるクラックやその他のそのような劣化への耐性だけでなく改良した疲労寿命を得ることができる。
【００２３】
特に好ましいセラミック軸受、支持材、又は構造素子は、複合的で別個のセラミック領域（例えば、２、３、４以上の別個の領域）を含む素子を含んでもよく、それらの複合的な領域は別個の密度を有し、例えば、素子の内部若しくはコアエリアに封じ込められた比較的低い密度のセラミック領域、又は内側の領域よりも比較的高い密度を有する外側のセラミック領域がある。
【００２４】
好適なセラミック軸受、支持材、又は構造素子は、複合的で別個のセラミック領域（例えば、２、３、４以上の別個の領域）を含む素子を含んでもよく、それらの複合的な領域は別個の硬度を有し、例えば、素子の内部若しくはコアエリア（例えば、アルミナコア領域のような主に金属酸化物のコア領域）に封じ込められた比較的柔らいセラミック領域、又は例えば、窒化物の外側領域、例えば窒化ケイ素を含む外側領域のような比較的大きな硬度を有する外側のセラミック領域がある。
【００２５】
本発明のさらなる好ましい素子とデバイスは、本明細書に開示したように複合的な射出成形方法によって製造してもよい圧電セラミック部品を含む。例えば、そのような好ましいデバイスは、１以上の電極として機能できる１以上の導電性セラミック領域で集積化した能動圧電素子を含んでも良い。本発明のさらに好ましいデバイスは、本明細書に開示した複合的で別個のセラミック領域を含む圧電アクチュエーターを含む。
【００２６】
上述のように、本発明の好ましいデバイスは、セラミックヒーティング素子で集積化したセラミックヒーター素子、又は火炎検出デバイスを含んでもよい酸素センサーデバイス等のセンサーデバイスも含む。
【００２７】
本発明のさらなる好ましいデバイスは、本明細書に開示したように、複合的で別個のセラミック領域を含む微小流体デバイスを含む。そのようなデバイスは、例えば、液体試料の１以上の搬送経路、及び液体試料の分析のための電気的及び／又は光学的な機能を含んでよい。
【００２８】
本明細書に開示したように、複合的なセラミック領域を含むガス注入デバイスも好ましい。例えば、好ましいガス注入器は、攻撃的な環境から内部の領域を保護するために、セラミック組成物でコーティングされるかもしくは封入される１以上の内部のセラミック領域（例えば、アルミナ等の１以上の金属酸化物を含む内部領域）を有してもよい。好ましい態様では、ガス注入器は、例えばイットリアを含む保護セラミック領域の少なくとも一部で封入した、アルミナ等の１以上の金属酸化物を含む１以上の内部領域を有してもよい。
【００２９】
本発明のデバイスは、本明細書に開示したように複合的で別個のセラミック領域を含む電気の静電放電デバイスも含む。本発明は、本明細書に開示したように複合的で別個のセラミック領域を含むジュエリー部品や物品も含む。
【００３０】
少なくとも特定の態様で、形成したセラミック素子又はデバイスは、例えばセラミックイグニッション素子のような抵抗発熱素子を含まない。
【００３１】
本発明の他の態様は、以下に開示する通りである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の軸受素子の模式図である。
【図２】本発明の発熱素子の模式図である。
【図３】本発明の火炎ロッド素子の模式図である。
【図４】本発明の熱電気素子の模式図である。
【図５】本発明の切刃システムの模式図である。
【図６】本発明の圧電セラミック素子の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
上述したように、新規な方法は、素子の１以上の層又は領域の射出成形を含むセラミック素子の製造のためにこのたび提供されたものである。
【００３４】
「射出成形した」、「射出成形」、又は他の同様の用語は、材料（ここではセラミック、又はセラミック前駆体材料）を、代表的には圧力下でセラミック素子の所望の形状の型内に射出、又は別法で送出し、代表的にはその後冷却して、続けて型の複製を保持した固化した素子を取り出す、といった一般的なプロセスを示す。
【００３５】
本発明の素子の射出成形による形成では、セラミック材料（例えばセラミック粉末混合物、分散体、又は他の形態物）、セラミック前駆体材料、又は組成物を、型用素子に送出してもよい。
【００３６】
本発明の好適な製造方法では、異なった抵抗率の領域を有する素子一体化物を、異なった抵抗率を有するセラミック材料又はセラミック前駆体材料を順次射出成形することによって形成してもよい。
【００３７】
したがって、例えば、ロッド形状等の所望のベース形状を規定する型用素子に、第１の抵抗率を有する材料を射出導入することで、ベース素子を形成してもよい。そのベース素子は、そのような第１の型から取り出して第２の別個の型用素子に置いてもよく、異なる抵抗率を有するセラミック材料、例えば、導電性セラミック材料を、第２の型に射出して、素子の導電性領域を提供することができる。同様の手法で、ベース素子を、そのような第２の型から取り出して、第３のさらに別個の型用素子に置いてもよく、そして異なる抵抗率を有するセラミック材料、例えば、抵抗高温ゾーンセラミック材料を、第３の型に射出して、素子の高抵抗領域を提供することができる。
【００３８】
ベースセラミック素子は、４又は５以上の別個の領域を含んだ付加的な別個のセラミック組成物領域を含んでもよい。例えば、そのような素子は、Ｗｉｌｌｋｅｎｓの米国特許出願公開第２００２／０１５０８５１号に開示されている。この公開明細書は、別個の電気抵抗率の４つのセラミック領域（比較的低抵抗率の導電性領域、中間的な抵抗のパワーブースター又は増大ゾーン、別個の抵抗のヒートシンク領域、及び比較的高電気抵抗の高温又はイグニッションゾーン）を有するセラミックイグナイターを記載している。それらの複合的で別個の領域は、本明細書に開示したように複数の複合的射出成形ステップによって製造してもよい。
【００３９】
また、上述した複数個の別個の型用素子を使用するよりも、むしろ、異なるセラミック材料を、同じ型用素子に順次送出、又は射出してもよい。例えば、所定体積の第１のセラミック材料を所望のベース形状を規定する型用素子に導入して、その後に、異なる抵抗率の第２のセラミック材料をその形成した後のベースに適用してもよい。
【００４０】
セラミック材料を、例えば１以上のセラミック粉末のような１以上のセラミック材料を含む液剤として、型用素子に送出（射出）してもよい。
【００４１】
例えば、１以上のセラミック粉末を、水性溶液、又は例えばアルコール等の１以上の混和性の有機溶媒を含む水性溶液と混合することで得られる例えばペーストのような、セラミック粉末のスラリー又はペースト状組成物を調整してもよい。ＭｏＳｉ2、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、及び／又はＡｌＮ等の１以上のセラミック粉末を、水の流体組成物中で、任意にセルロースエーテル溶媒、アルコール等の１以上の水混和性有機溶媒等の１以上の有機溶媒とともに、混合することで、押し出しに好ましいセラミックスラリー組成物を調整してもよい。またセラミックスラリーは、他の材料、例えば、１以上の有機可塑剤混合物を、任意に１以上の高分子バインダととともに、含んでもよい。
【００４２】
幅広い種類の形状形成性又は誘導性素子を、形成後の素子の所望の形状に対応した形状の部品とともに、素子の形成に使用してもよい。例えば、ロッド形状の素子を形成するために、セラミック粉末ペーストを円筒形のダイ部品に射出してもよい。支柱のような、又は長方形の素子を形成するために、長方形のダイを用いてもよい。
【００４３】
型用素子にセラミック材料を送出した後に、規定されたセラミックパーツを、例えば、溶媒（水性及び／又は有機）キャリアを除去するのに十分な時間、５０℃又は６０℃よりも高温で、好適に乾燥してもよい。
【００４４】
上述したように、先に付着した第１と第２の部分と、第３の（あるいはさらに続く）射出成形部分の良好な一体化を含む複合的な射出成形セラミック領域の良好な一体化により、製造される素子の出来栄えと品質をさらに良くできることが分かった。続くモールド部分の正確な配置に加えて、隣接する別個のセラミック領域の特性の組み合わせが、より高い品質の素子形成を保証できる。例えば、別個の領域のセラミック組成物に使われるバインダ組成物が、成分、粘度、及び他の特性において類似していることが望ましい。
【００４５】
第１の付着したセラミック組成物領域は、バインダ組成物とともにグリーン（生）の状態で適用されるので、比較的強化された構造的一体性を有し、それによって、続いて行う隣接したセラミック領域の射出成形で変形を起こりにくくする、ということも望ましい。例えば、最初に付着するセラミック組成物は、例えば、付着したセラミック領域に優れた構造的一体性を提供することができる例えばポリプロピレン等の高分子等のバインダ付加物を含んでもよい。最初に付着した領域は、続いて適用される隣接したセラミック領域と一体化し且つそれに対する良好な付着力を提供するような形状（例えば平行線模様の表面）で形成してもよい。
【００４６】
上述したように、射出成形を通じてセラミック材料を付着させる箇所で効果的に空気を除去することによって、セラミック素子の第２、第３又はそれ以上の射出成形部分の良好な一体化を促進できる。例えば、付着箇所から効果に空気を放出する（除去する）と、先に付着したセラミック素子部分と付着させるセラミック材料が良好に一体化することを助けることができる。そのような放出は、セラミック材料を付着する一般的なエリアで若干負圧（真空ライン）に維持することを含む様々な方法で達成することができる。加えて、セラミック材料の搬送速度は、効果的な空気除去を妨げるレベルを超えるべきではない。
【００４７】
先に付着した素子部分を変形させずに製造素子の構造的一体性を維持するように、第２、第３、及びさらにそれ以上の部分の射出成形をすべきであることも分かった。
【００４８】
以下の例は、好ましい射出成形プロセスを記載するものである。
【００４９】
図面を参照すると、図１は、軸受素子１０の断面図であり、それぞれ熱膨張特性が異なる（すなわち、熱膨張係数（ＣＴＥ）が異なる）複合的（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）で別個のセラミック領域２０、３０、及び４０を有している。例えば、その素子は、外側領域１０が比較的小さいＣＴＥを有し、中間領域２０が比較的中間的なＣＴＥ値を有し、内部又はコア領域３０が比較的最も高いＣＴＥ値を有している。
【００５０】
図２は、熱板（ヒータープレート）素子５０の上面図であり、同心のセラミック領域６０、７０、及び８０を含む。熱板素子５０は、例えば、自動車のシガレットライターであってもよい。図２に表したように、熱板素子５０は、介在した抵抗（高温）ゾーン７０とともに、導電性ゾーン６０及び８０を含んでもよい。
【００５１】
図３は、セラミックフレームロッド、又は炎検知器１００を模式的に示したもので、複合的で別個のセラミック領域１１０、１２０、及び１４０を含む。領域１１０は電気的に導電性で、領域１２０は、加熱素子、特にイグナイターを提供する抵抗（高温）ゾーンである。炎検知素子１４０は、領域１１０及び１２０から、ボイドエリア１３０によって離間されている。検知素子１４０は、好適には、使用するときに炎とグラウンド間に回路を形成する導電性セラミック領域である。
【００５２】
図４に、導電体領域１６０、Ｎ−型領域１７０、Ｐ−型領域１８０、及び支持部分１９０の複合的で別個のセラミック領域を含む熱電気セラミック素子１５０を模式的に示す。
【００５３】
図５に、絶縁領域２１０、２４０、及び２７０、導電性領域２２０及び２８０、抵抗（高温）領域２３０及び２６０、並びに刃表面２９０（好適には絶縁組成物）の複合的で別個のセラミック領域を含む熱切刃２００を模式的に示す。
【００５４】
図６に、複合的で別個のセラミック領域を含んでよい圧電セラミック素子３００を示す。圧電セラミック素子３００は、好適には、電極領域３１０及び圧電セラミックロッド領域３２０を含む圧電セラミックオシレーターロッド素子でもよい。そのような素子３００は、好適には、振動素子が円筒形の圧電セラミックオシレーターロッド３００を含むセラミックジャイロデバイス（様々な動作を検出できるデバイス）の構成部品であってもよい。あるシステムの使用において、電圧が圧電セラミックオシレーターロッドに加えられると、そのロッドはねじれるように振動する。ロッド３００が回転するとき、そのロッドは回転速度に比例した電圧を出力できる。
【００５５】
上述のように、図１〜図６の素子とデバイスは、素子を形成する複合的なセラミック組成物の射出成形によって得られる。このような射出成形プロセスで素子を形成するとき、その形成した素子を所望に応じてさらに加工してもよい。例えば、形成した素子を、例えば高温高圧を含む条件下等で、さらに緻密化してもよい。
【００５６】
加えて、異なる組成物又は特性（例えば異なる抵抗率）のセラミック領域を、射出成形以外の方法で、形成したベース素子に適用してもよく、例えば、所望に応じて、デバイス領域に適切なマスクをした領域を提供するために、ベース素子をセラミック組成物スラリーにディップコートしてもよい。そのようなディップコートを適用するために、セラミック組成物のスラリー又は他の流体状組成物を好適に使用してもよい。スラリーは、水、及び／又は例えばアルコールのような極性有機溶媒キャリア、並びに適用されるセラミック組成物の均質層の形成を促進するための１以上の添加剤を含んでも良い。例えば、スラリー組成物は、１以上の有機の乳化剤、可塑剤、及び分散剤を含んでも良い。それらのバインダ材料は、その後にセラミック素子を緻密化する間に熱的に好適に除去してもよい。
【００５７】
特に、本発明の方法は、特定のアプリケーションの要望にあわせて様々な形状をもったセラミック素子とデバイスの製造を容易にすることができる。特定の形状を提供するために、セラミック組成物（例えばセラミックペースト）を射出し得る適切な形状導出性型用素子を使用する。
【００５８】
本発明の素子を形成するために、広く様々なセラミック組成物を使用してもよい。例えば、上述のように、異なる抵抗率のセラミック組成物を特定の素子に使用してもよい。一般的に非常に好適な抵抗（高温）ゾーン又は領域のセラミック組成物は、１）導電性材料、２）半導体材料、及び３）絶縁材料、の２以上の成分を含む。導電性（冷却）及び絶縁性（ヒートシンク）領域は、同じ成分からなってもよいが、成分の比率は異ならせる。代表的な導電性材料は、例えば、ケイ化モリブデン、ケイ化タングステン、例えば窒化チタンのような窒化物、及び例えば炭化チタンのような炭化物を含む。代表的な半導体は、例えば炭化ケイ素（ドープしたもの及びドープしてないもの）及び炭化ホウ素のような炭化物を含む。代表的な絶縁材料は、例えばアルミナのような金属酸化物、又は例えばＡｌＮ及び／又はＳｉ3Ｎ4のような窒化物を含む。
【００５９】
本明細書において参照したとき、電気的な絶縁材料とは、室温における抵抗が少なくとも約１０10Ω・ｃｍの材料を示す。本発明の素子の電気的な絶縁材料の成分は、もっぱら又は主として、１以上の金属窒化物及び／又は金属酸化物を含んでもよく、又は代わりに、絶縁成分は、金属酸化物又は金属窒化物に加えて、いくつかの材料を含んでもよい。例えば、絶縁材料成分は、付加的に、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン、若しくは窒化ボロン；希土類酸化物（例えばイットリア）；又は希土類オキシ窒化物を含んでもよい。絶縁成分への好ましい添加材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である。
【００６０】
本明細書において参照したとき、半導体セラミック（又は「半導体」）は、室温での抵抗が約１０Ω・ｃｍ〜１０8Ω・ｃｍの間にあるセラミックである。半導体成分が、高温ゾーン組成物の約４５ｖ／ｏより多く存在する場合（導電性セラミックは約６〜１０ｖ／ｏの範囲のとき）、得られる組成物は、高電圧アプリケーションには導電率が高すぎることになる（絶縁体の欠如のため）。反対に、半導体材料が約１０ｖ／ｏ未満で存在する場合（導電性セラミックは約６〜１０ｖ／ｏの範囲のとき）、得られる組成物は抵抗が高すぎることになる（絶縁体が多すぎるため）。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。代表的には、半導体は、炭化ケイ素（ドープしたもの及びドープしてないもの）、及び炭化ホウ素からなる群からの炭化物である。炭化ケイ素が一般的に好ましい。
【００６１】
本明細書において参照したとき、導電材料は、室温での抵抗が約１０-2Ω・ｃｍ未満である材料である。導電成分の量が、高温ゾーン組成物の３５ｖ／ｏより多く存在する場合、高温ゾーン組成物の得られるセラミック、得られるセラミックは、導電性が高すぎることになる。代表的に、導電体は、ケイ化モリブデン、ケイ化タングステン、及び例えば窒化チタンのような窒化物、並びに例えば炭化チタンのような炭化物からなる群から選ばれる。ケイ化モリブデンが一般的に好ましい。
【００６２】
一般的に、好ましい高温（抵抗）ゾーン組成物は、（ａ）約５０ｖ／ｏ〜約８０ｖ／ｏの少なくとも約１０10Ω・ｃｍの抵抗を有する電気絶縁材料；（ｂ）約０（半導体材料を使わない場合）〜約４５ｖ／ｏの約１０Ω・ｃｍ〜約１０8Ω・ｃｍの抵抗率を有する半導体材料；及び（ｃ）約５ｖ／ｏ〜約３５ｖ／ｏの約１０-2Ω・ｃｍ未満の抵抗率を有する金属導体を含む。好ましくは、高温ゾーンは、５０ｖ／ｏ〜７０ｖ／ｏの電気絶縁セラミック、１０〜４５ｖ／ｏの半導体セラミック、及び６〜１６ｖ／ｏの導電性材料を含む。少なくともあるアプリケーションでは、特に好ましいホットゾーン組成物は、１０ｖ／ｏのＭｏＳｉ2、２０ｖ／ｏのＳｉＣ、及び平衡量のＡｌＮ又はＡｌ2Ｏ3を含む。
【００６３】
好ましい低温又は導電性ゾーン領域は、例えばＡｌＮ及び／又はＡｌ2Ｏ3又は他の絶縁材料；ＳｉＣ若しくは他の半導体材料；並びにＭｏＳｉ2又は他の導電材料からなる領域を含む。しかしながら、低温ゾーン領域は、高温ゾーンよりも著しく高い割合の導電性及び半導体材料（例えばＳｉＣ及びＭｏＳｉ2）を有するであろう。少なくともあるアプリケーションで、好ましい低温ゾーン組成物には、約１５ｖ／ｏ〜６５ｖ／ｏの酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、又は他の絶縁体材料；並びに約２０ｖ／ｏ〜７０ｖ／ｏのＭｏＳｉ2及びＳｉＣ又は他の導電性及び半導体材料が約１：１〜約１：３の体積比で含まれる。多くのアプリケーションで、より好ましくは、低温ゾーンは、約１５ｖ／ｏ〜５０ｖ／ｏのＡｌＮ及び／又はＡｌ2Ｏ3、１５ｖ／ｏ〜３０ｖ／ｏのＳｉＣ、並びに３０ｖ／ｏ〜７０ｖ／ｏのＭｏＳｉ2を含む。特定の素子の製造を容易にするためには、好ましくは、低温ゾーン組成物は、高温ゾーン組成物と同じ材料で形成される。ただし、半導体材料および導電性材料の相対量は、高温ゾーンよりも低温ゾーンの方が大きい。あるアプリケーションでは特に好ましい低温ゾーン組成物は、２０ｖ／ｏ〜３５ｖ／ｏのＭｏＳｉ2、４５ｖ／ｏ〜６０ｖ／ｏのＳｉＣ、並びに平衡量のＡｌＮ及び／又はＡｌ2Ｏ3を含有する。
【００６４】
素子の絶縁セラミック領域は、導電性ゾーン若しくは高温ゾーン又はこれらのゾーンの両方と一体化してもよい。好ましくは、焼結した絶縁領域は少なくとも約１０14Ω・ｃｍの室温抵抗率と、少なくとも１０4Ω・ｃｍの動作温度での抵抗率とを有し、そして少なくとも１５０ＭＰａの強度を有する。好ましくは、絶縁領域は、動作（点火）温度で、高温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。好適な絶縁組成物は、１以上の窒化アルミニウム、アルミナ、及び窒化ボロンを少なくとも約９０ｖ／ｏ含む。あるアプリケーションでは、特に好ましい絶縁組成物は、６０ｖ／ｏのＡｌＮ；１０ｖ／ｏのＡｌ2Ｏ3；及び平衡量のＳｉＣからなる。
【実施例】
【００６５】
以下の本発明の限定をしない例で本発明を説明する。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。
【００６６】
例１：デバイスの製造
抵抗組成物（２２ｖｏｌ％のＭｏＳｉ2、残りはＡｌ2Ｏ3）と、絶縁組成物（１００ｖｏｌ％のＡｌ2Ｏ3）の粉末を、有機バインダ（約６ｗｔ％〜８ｗｔ％の植物性ショートニング、２．４ｗｔ％のポリスチレン、及び２〜４ｗｔ％のポリエチレン）と混合し、固形分約６２ｖｏｌ％の２つのペーストを形成した。これらの２つのペーストを、共射出成形機の２つのバレルに充填した。最初のショットでは、シリンダ長に沿って連続するフィンを備えた支持ベースを形成する絶縁ペーストで、半シリンダ形状のキャビティを満たした。第１のキャビティからパーツを取り出し、そのパーツを第２のキャビティに置き、そして２番目のショットでは、最初のショットとキャビティ壁のコアで境界を形作られた容積を導電ペーストで満たした。成形後のパーツは、２つの足を分離する絶縁体を備えたヘアピン状の導体を形成した。次いで、このロッドを、加えられた１０ｗｔ％〜１６ｗｔ％の１０ｗｔ％を溶出する有機溶媒中において、室温で部分的に脱バインダ処理した。次いで、このパーツを、３００℃〜５００℃で６０時間、不活性ガス（Ｎ2）のフロー中で熱的に脱バインダ処理して、残りのバインダを除去した。脱バインダ処理されたパーツを、アルゴン中で１８００℃〜１８５０℃で理論密度の９５％〜９７％に緻密化した。その緻密化したパーツをグリットブラストで洗浄した。イグナイタデバイスの２つの足を３６Ｖの電圧の電源に接続したとき、高温ゾーンは約１３００℃に達した。
【００６７】
例２：他のデバイスの製造
抵抗組成物（２２ｖｏｌ％のＭｏＳｉ2、残りはＡｌ2Ｏ3）と、絶縁組成物（５ｖｏｌ％のＳｉＣ、残りはＡｌ2Ｏ3）の粉末を、有機バインダ（約６ｗｔ％〜８ｗｔ％の植物性ショートニング、２．４ｗｔ％のポリスチレン、及び２〜４ｗｔ％のポリエチレン）と混合し、固形分約６２ｖｏｌ％の２つのペーストを形成した。これらの２つのペーストを、共射出成形機の２つのバレルに充填した。最初のショットでは、シリンダ長に沿って連続するフィンを備えた支持ベースを形成する絶縁ペーストで、半シリンダ形状のキャビティを満たした。第１のキャビティからパーツを取り出し、そのパーツを第２のキャビティに置き、そして２番目のショットでは、最初のショットとキャビティ壁のコアで境界を形作られた容積を導体ペーストで満たした。成形後のパーツは、２つの足を分離する絶縁体を備えたヘアピン状の導体を形成した。次いで、このロッドを、加えられた１０ｗｔ％〜１６ｗｔ％の１０ｗｔ％を溶出する有機溶媒中において、室温で部分的に脱バインダ処理した。次いで、このパーツを、３００℃〜５００℃で６０時間、Ｎ2のような不活性ガスのフロー中で熱的に脱バインダ処理して、残りのバインダを除去した。脱バインダ処理されたパーツを、アルゴン中で１８００℃〜１８５０℃で理論密度の９５％〜９７％に緻密化した。その緻密化したパーツをグリットブラストで洗浄した。イグナイタの２つの足を１２０Ｖからの電圧の電源に接続したとき、高温ゾーンは約１３０７℃に達した。
【００６８】
例３：他のデバイスの製造
抵抗組成物（２２ｖｏｌ％のＭｏＳｉ2、２０ｖｏｌ％のＳｉＣ、残りはＡｌ2Ｏ3）と、絶縁組成物（２０ｖｏｌ％のＳｉＣ、残りはＡｌ2Ｏ3）の粉末を、約１５ｗｔ％のポリビニルアルコールと混合し、固形分約６０ｖｏｌ％の２つのペーストを形成した。これらの２つのペーストを、共射出成形機の２つのバレルに充填した。最初のショットでは、支持ベースを形成する絶縁ペーストで、砂時計形状の断面を持つキャビティを満たした。第１のキャビティからパーツを取り出し、そのパーツを第２のキャビティに置き、そして２番目のショットでは、最初のショットとキャビティ壁のコアで境界を形作られた容積を導体ペーストで満たした。そして、２つの足を分離する絶縁体を備えたヘアピン状の導体を形成する成形したパーツを、加えられた１０ｗｔ％〜１６ｗｔ％の１０ｗｔ％を溶出する水道水中において、部分的に脱バインダ処理した。次いで、このパーツを、５００℃で２４時間、不活性ガス（Ｎ2）のフロー中で熱的に脱バインダ処理して、残りのバインダを除去した。脱バインダ処理されたパーツを、アルゴン中で１８００℃〜１８５０℃で理論密度の９５％〜９７％に緻密化した。その緻密化したパーツをグリットブラストで洗浄した。イグナイタの２つの足を４８Ｖの電圧の電源に接続したとき、高温ゾーンは約１３００℃に達した。
【００６９】
例４：他のデバイスの製造
抵抗組成物（２０ｖｏｌ％のＭｏＳｉ2、５ｖｏｌ％のＳｉＣ、７４ｖｏｌ％のＡｌ2Ｏ3、及び１ｖｏｌ％のＧｄ2Ｏ3）と、導電性組成物（２８ｖｏｌ％のＭｏＳｉ2、７ｖｏｌ％のＳｉＣ、６４ｖｏｌ％のＡｌ2Ｏ3、及び１ｖｏｌ％のＧｄ2Ｏ3）と、絶縁組成物（１０ｖｏｌ％のＭｏＳｉ2、８９ｖｏｌ％のＡｌ2Ｏ3、及び１ｖｏｌ％のＧｄ2Ｏ3）の粉末を、１０ｗｔ％〜１６ｗｔ％の有機バインダ（約６ｗｔ％〜８ｗｔ％の植物性ショートニング、２ｗｔ％〜４ｗｔ％のポリスチレン、及び２ｗｔ％〜４ｗｔ％のポリエチレン）と混合し、固形分含量約６２ｖｏｌ％〜６４ｖｏｌ％の３つのペーストを形成した。これらの３つのペーストを、共射出成形機のバレルに充填した。最初のショットでは、支持ベースを形成する絶縁ペーストで、砂時計形状の断面を持つキャビティを満たした。第１のキャビティからパーツ取り出し、そのパーツを第２のキャビティに置いた。２番目のショットでは、最初のショットとキャビティ壁で境界を形作られた容積の底側半分を導電性ペーストで満たした。第２のキャビティからパーツを取り出し、そのパーツを第３のキャビティに置いた。３番目のショットでは、最初のショット、２番目のショット、及びキャビティ壁で境界を形作られた容積を、絶縁体で分離され、かつ絶縁体によって分離された導体の足に接続されたヘアピン形状の抵抗を形成する抵抗ペーストで満たした。その成形したパーツを、加えられた１０ｗｔ％〜１６ｗｔ％の１０ｗｔ％を溶出するｎ−プロピルブロマイド中において、部分的に脱バインダ処理した。そしてそのパーツを、５００℃で２４時間、Ａｒ又はＮ2のフロー中で熱的に脱バインダ処理して、残りのバインダを除去し、１大気圧のアルゴン中で１７５０℃で理論密度の９５％〜９７％に緻密化した。イグナイタの２つの導電性の足を１２０Ｖの電圧の電源に接続したとき、高温ゾーン（すなわち抵抗ゾーン）は１３００℃に達した。
【００７０】
例５：他のデバイスの製造
抵抗組成物（２１．５ｖｏｌ％のＭｏＳｉ2、５ｖｏｌ％のＳｉＣ、残りはＡｌ2Ｏ3）と、導電性組成物（２８ｖｏｌ％のＭｏＳｉ2、７ｖｏｌ％のＳｉＣ、残りはＡｌ2Ｏ3）と、絶縁組成物（１０ｖｏｌ％のＭｏＳｉ2、残りはＡｌ2Ｏ3）の粉末を、約１２ｗｔ％のパラフィンワックスベースのバインダと混合し、固形分含量約６４ｖｏｌ％の３つのペーストを形成した。ワックス組成物の融点が高いものほど、グリーンの（成形されたままの）最初のショット、すなわち、支持部材（この場合は絶縁成分）の熱的安定性の増加に使われた。これらの３つのペーストを、成形フレームをそれぞれのショットに対応した３つのキャビティに取り付けた共射出成形機のバレルに充填した。最初のショットでは、支持部材を形成する絶縁ペーストで、両方向の長さにそって先細りのほぼ長方形の断面を持つキャビティを満たした。第１のキャビティからパーツを取り出し、そのパーツを第２のキャビティに置いた。２番目のショットでは、最初のショットとキャビティ壁で境界を形作られた容積を導体ペーストで満たした。第２のキャビティからパーツを取り出し、そのパーツを第３のキャビティに置いた。３番目のショットでは、最初のショット、２番目のショット、及びキャビティ壁で境界を形作られた容積を、絶縁支持体で分離され、かつ絶縁支持体によって分離された導電部に接続されたヘアピン形状部を形成する抵抗ペーストで満たした。その成形したパーツを、加えられた１２ｗｔ％のバインダの３ｗｔ％〜４ｗｔ％を除去する水道水中において、部分的に脱バインダ処理した。そしてそのパーツを、３００℃〜５００℃で２４時間、Ａｒのフロー中で熱的に脱バインダ処理して、残りのバインダを除去し、最大圧力３０００ｐｓｉの下で１７５０℃でガス圧力焼結によって理論密度の９７％よりも高密度に緻密化した。その緻密化したイグナイタの導電性の足を１２Ｖの電圧の電源に接続したとき、高温ゾーン（すなわち抵抗ゾーン）は１２８０℃〜１３２０℃に達した。
【００７１】
本発明を、その特定の実施態様を参照して詳細に説明してきた。しかし、当然のことながら、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い得ることが理解されるであろう。
【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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【国際調査報告】
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