JP2003521663A

JP2003521663A - セラミック点火器及びその使用方法及びその製造方法

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Publication number: JP2003521663A
Application number: JP2001555746A
Authority: JP
Inventors: エー．ウィルケンス，クレイグ; エム．オルセン，ジェームス; エム．ハメル，スコット
Original assignee: サンーゴバンセラミックスアンドプラスティクス，インコーポレイティド
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2003-07-15
Anticipated expiration: 2021-01-25
Also published as: DE10195003B4; BR0107769A; GB0219724D0; BR0107769B1; EP1250554B1; DK200201040A; US6278087B1; AU3115301A; CA2395754C; SE525563C2; KR100433612B1; CN1397001A; NO20023528D0; DE10195003T1; AU774937B2; CZ20022597A3; EP1250554A1; KR20020074210A; MXPA02007238A; TR200201850T2

Abstract

(57)【要約】２つの低温領域と、それらの間に配置された高温領域とを有するセラミック点火器を提供する。ここでこの高温領域の電気的経路長さは０．５１ｃｍ〜約２ｃｍである。本発明の点火器は、点火器高温領域に全体に、効果的に電力密度を分散させることができ、早期の点火器の劣化及び破損をもたらすことがある独立した温度勾配をもたらさない。また本発明は、セラミック点火器を製造する新しい方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の背景］１．発明の分野本発明は、セラミック点火器及びこの点火器の改良された製造方法に関する。

【０００２】２．背景セラミック材料は、ガス焼成炉、ストーブ、衣類乾燥機、及び気体燃料の点火
を必要とする他の装置の点火器として非常に多く使用されている。セラミック点
火器の製造は、セラミック部品を通る電気回路を作ることを必要とする。このセ
ラミック部品の一部は抵抗が大きく、導線によって電圧を与えたときに温度が上
昇する。

【０００３】１つの従来の点火器であるＮｏｒｔｏｎＩｇｎｉｔｅｒＰｒｏｄｕｃｔｓ
、米国ニューハンプシャー州、ミルフォードから入手可能なＭｉｎｉ−Ｉｇｎｉ
ｔｅｒ（商標）は、１２Ｖ〜１２０Ｖの電圧を適用するように設計されており、
窒化アルミニウム（「ＡｌＮ」）、二ケイ素化モリブデン（「ＭｏＳｉ_２」）、
及び炭化ケイ素（「ＳｉＣ」）を含む組成を有する。

【０００４】Ｗｉｌｌｋｅｎｓ等の米国特許第５，７８６，５６５号明細書（以下では「’
５６５号特許明細書」とする）は、高度に有益なセラミック点火器を開示してい
る。これは、（ａ）それぞれが第１の端部を有する１対の導電性の部分、（ｂ）
前記導電性の部分の第１の端部のそれぞれの間に配置されており、且つこれらの
端部と電気的に接続されている抵抗性高温領域であって、０．５ｃｍ未満の長さ
の電気的な経路を有する抵抗性高温領域、及び（ｃ）前記高温領域に接触してい
る非導電性のヒートシンクを有する。

【０００５】セラミック点火系では様々な性質が求められる。これらの性質としては、高速
であること（室温から所望の温度まで加熱するのに必要な時間が短いこと）、及
び十分に耐久性があって交換なしで長期間にわたって操作できることを挙げるこ
とができる。しかしながら多くの従来の点火器は、このような要求を満たしてい
ない。従って、新しいセラミック点火器系を得ることが望ましい。

【０００６】［発明の概略］発明者等は、新しい高度に有益なセラミック点火器を得た。これは、長い操作
寿命を含む非常に優れた特性を示すことができる。

【０００７】予想外に、上述の’５６５号特許明細書で開示されているセラミック点火器は
、点火器の高温領域の「燃焼」によって破損する可能性があることが見出された
。上述のように、’５６５号特許明細書は、高温領域電気経路長さが０．５ｃｍ
未満と比較的短い点火器を開示している。理論に限定されることは望まないが、
このような点火器の操作の間に、高電源電圧でもたらされる電力密度が、大きい
温度勾配をもたらすと考えられる。この大きい温度勾配は、点火器高温領域の局
所的な領域の酸化を促進し、これが結果として早期にデバイスを破壊することが
あると考えられる。

【０００８】対称的に、本発明の点火器は、高温領域において比較的分散した電力密度を提
供することができ、それによって先端の加熱を提供しながら、独立した加熱領域
での望ましくない温度勾配を避けることができる。

【０００９】より特に、本発明の１つの面では、（ａ）それぞれの部分が第１の端部を有す
る１対の導電性部分、及び（ｂ）前記導電性の部分の第１の端部のそれぞれの間
に配置されており、且つこれらの端部と電気的に接続されている抵抗性高温領域
であって、０．５１ｃｍ〜２の長さの電気的な経路を有する高温領域を有するセ
ラミック点火器を提供する。

【００１０】本発明の好ましい点火器は、高温領域の電気的な経路の長さが、０．６ｃｍ〜
１．５ｃｍ、より好ましくは０．６ｃｍ〜約１．２ｃｍ、更により好ましくは約
０．７〜０．９ｃｍである。本明細書の記載において使用する場合、「電気的な
経路の長さ」とは、点火器の導電性端部に電圧を印可したときに、電流が点火器
高温領域を通る最短経路の長さに言及している。

【００１１】そのような高温領域長さは、点火器の早期の劣化及び破損をもたらすことがあ
る隔離された温度勾配なしに、高温領域全体に電力密度を効果的に分散させるこ
とができる。更に、電気的な経路長さ（約２ｃｍまで）は結果として、系への過
剰な電力の供給を必要とせずに、効果的な加熱及び短時間で点火温度に達するこ
とを可能にする。

【００１２】また発明者等は、好ましくは高温領域は非直線の形状、例えばＵ字型の形状を
有し、それによって高温領域が、上部点火器幅に制限されずに、点火器長さのそ
れぞれの側の一部に沿って拡がっていることも見出した。そのような非直線状デ
ザインは、直線状の高温領域を有する相当する系と比較して、電力密度を高温領
域により効果的に拡散させ又は減少させると考えられる。

【００１３】本発明の点火器は好ましくは、高温領域と接触する非導電性部分（ヒートシン
ク）も有する。特にこの非導電性部分は好ましくは、導電性部分の間に配置され
又は挿入されており、且つ高温領域と接触している。

【００１４】本発明者等は、好ましくは高温領域のブリッジ高さ（以下で説明する長方形の
点火器の高温領域の幅）は、好ましくは少なくとも約０．０５ｃｍ、より好まし
くは少なくとも約０．０６ｃｍであることも見出した。０．０５ｃｍ〜０．４ｃ
ｍの高温領域ブリッジ高さが一般に好ましく、また０．０６ｃｍ〜約０．３ｃｍ
の高温領域ブリッジ高さがより好ましい。

【００１５】好ましくは本発明の点火器の高温領域は、伝導性の材料と絶縁性の材料を含有
する焼結組成物を含み、典型的に半導体材料を更に含む。本発明の点火器の伝導
性又は低温領域部分は、同様な成分の焼結組成物を含むが、伝導性材料の濃度が
比較的高い。

【００１６】本発明の点火器は、６、８、１２、２４及び１２０Ｖの公称電圧を含む幅広い
電圧範囲で適当に操作することができる。

【００１７】更に、本発明の点火器を作るための新しい方法を提供する。この方法は、単一
のビレット材料から複数の点火器を作ることを含む。これは、有意に比較的効率
的な点火器の製造を可能にする。セラミック点火器を作る本発明の好ましい方法
は、（ａ）複数の結合点火器要素を含む導電性セラミック体を提供すること、（
ｂ）それぞれの要素に、非導電性の材料を挿入すること、及び（ｃ）複数の点火
器要素を密にすることを含む。

【００１８】本発明の他の面を以下で説明する。

【００１９】［発明の詳細な説明］上述のように、本発明は２つの低温領域及び１つの高温領域を有する焼結セラ
ミック点火器要素を提供する。ここでこの高温領域の電気的経路長さは、０．５
１ｃｍ〜約２ｃｍである。より典型的には、この電気的経路長さは０．５１ｃｍ
よりもいくらか長く、例えば約０．６ｃｍ、０．７ｃｍ又は０．８ｃｍである。

【００２０】図１は、本発明の好ましい点火器１０を示している。この点火器は、低温領域
１４ａ及び１４ｂの間に配置され、これらと接触している高温領域部分１２を有
する。ヒートシンク１６は、これらの低温領域１４ａ及び１４ｂの間に配置され
ており、且つ高温領域１２と接触している。高温領域１２の反対側の低温領域の
端部１４ａ’及び１４ｂ’は、典型的にある種のリードフレームタイプの取り付
け部によって、電源に電気的に接続されている。

【００２１】図１で示されるように、高温領域１２は非直線状の、実質的にＵ字型の電気的
経路長さ「ｅ」（点線で示して最短経路を強調している）を有する。これは、点
火器のそれぞれの側面の長さ方向端部まで達している。上述のように、このよう
な非直線状の高温領域形状は、高温領域全体に電力密度を比較的効果的に分散さ
せ、点火器の操作寿命を促進すると考えられる。

【００２２】高温領域の寸法は、全体の高温領域電気的経路長さが示されている範囲内であ
れば、適当に変更させることができる。図１で示されている一般に長方形の点火
器のデザインでは、低温領域間の高温領域幅（図１では「ａ」として示されてい
る）は好ましくは、電気的な短絡又は他の欠陥を避けるのに十分なものである。
１つの好ましい系では、この距離は０．５ｃｍである。

【００２３】高温領域ブリッジ高さ（図１では「ｂ」として示されている）も、上述のよう
に点火器の劣化及び破損をもたらすことがある過剰な局所的な加熱のような点火
器の欠陥を避けるのに十分な大きさであるべきである。上述のように好ましくは
、高温領域ブリッジ高さは少なくとも約０．０５ｃｍ、より好ましくは少なくと
も約０．０６ｃｍである。０．０５ｃｍ〜０．４ｃｍの高温領域ブリッジ高さが
一般に好ましく、０．０６ｃｍ〜約０．３ｃｍの高温領域ブリッジ高さがより好
ましく、０．０６〜０．０３５ｃｍから０．０４０ｃｍの高温領域ブリッジ高さ
が特に好ましい。０．０３５ｃｍ〜０．０４０ｃｍの高温領域ブリッジ高さが特
に適当であることが分かっている。本明細書の記載において使用する場合、「高
温領域ブリッジ高さ」という用語は、図１において大きさｂで例示されているよ
うに、一般に長方形の点火器の長手方向又は長い方向に対して平行に延びた高温
領域の寸法を意味していることを理解すべきである。

【００２４】点火器の長さ方向に延びる高温領域の「脚」は、全体の高温領域電気的経路長
さを約２ｃｍ以内に維持する大きさに限定される。

【００２５】高温領域１２、低温領域１４ａ及び１４ｂ、並びにヒートシンク非導電性領域
１６の組成物成分は、適当に変更することができる。これらの領域のために適当
な組成物は、Ｗｉｌｌｋｅｎｓ等の米国特許第５，７８６，５６５号明細書、及
びＡｘｅｌｓｏｎ等の米国特許第５，１９１，５０８号明細書で開示されている
。これら特許明細書の記載は、ここで参照して本明細書の記載に含める。

【００２６】より特に高温領域は、高温（すなわち１，３５０℃）抵抗率が約０．０１Ω・
ｃｍ〜約３．０Ω・ｃｍであり、室温抵抗率が約０．０１Ω・ｃｍ〜約３Ω・ｃ
ｍである。好ましい高温領域組成物は、電気的に絶縁性の材料及び金属導電体の
焼結組成物を含み、好ましくは更に半導体材料を含む。本明細書の記載において
使用する場合、電気的に絶縁性の材料とは、室温抵抗率が少なくとも約１０^１０ Ω・ｃｍの材料に言及している。本明細書の記載において使用する場合、金属導
電体又は導電性材料とは、室温抵抗率が約１０^−２Ω・ｃｍ未満の材料に言及し
ている。本明細書の記載において使用する場合、半導体性セラミック（又は「半
導体」）という用語は、室温抵抗率が約１０〜１０^８Ω・ｃｍのセラミックに言
及している。

【００２７】一般に、好ましい高温領域組成物は、（ａ）約５０〜約８０体積％（ｖｏｌ％
又はｖ／ｏ）の、抵抗率が少なくとも約１０^１０Ω・ｃｍの電気的に絶縁性の材
料；（ｂ）約５〜約４５ｖ／ｏの、抵抗率が約１０〜約１０^８Ω・ｃｍの半導体
材料；並びに（ｃ）約５〜約２５ｖ／ｏの、抵抗率が約１０^−２Ω・ｃｍ未満の
金属導電体を含む。好ましくは高温領域は、５０〜７０ｖ／ｏの電気的に絶縁性
のセラミック、１０〜４５ｖ／ｏの半導体性セラミック、及び６〜１６ｖ／ｏの
導電性材料を含む。ある種の好ましい態様では、導電性材料は、ＭｏＳｉ_２であ
り、これは好ましくは高温領域組成物の全成分に基づいて約９〜１５ｖｏｌ％の
量で存在し、より好ましくは高温領域組成物の全成分に基づいて約９〜１３ｖｏ
ｌ％の量で存在する。２４Ｖの点火器では、特に好ましい二ケイ素化モリブデン
含有率は、高温領域組成物の全成分に基づいて、約９．２〜９．５ｖｏｌ％であ
る。

【００２８】高温領域組成物の適当な電気的に絶縁性の材料成分としては、酸化アルミニウ
ムのような１又は複数の金属酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素又は窒化ホ
ウ素のような窒化物、希土類酸化物（例えばイットリア）、又は希土類酸窒化物
を挙げることができる。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）及び酸化アルミニウム（Ａ
ｌ_２Ｏ_３）は一般に好ましい。

【００２９】典型的に、金属導電体は、二ケイ素化モリブデン、二ケイ素化タングステン、
及び窒素化チタンのような窒化物、並びに炭化チタンのような炭化物からなる群
より選択される。二ケイ素化モリブデンは一般に好ましい。

【００３０】一般に好ましい半導体材料としては、炭化物、特に炭化ケイ素（ドープしたも
の又はドープしていないもの）、炭化ホウ素を挙げることができる。炭化ケイ素
は一般に好ましい。

【００３１】本発明の特に好ましい高温領域組成物は、酸化アルミニウム及び／又は窒化ア
ルミニウム、二ケイ素化モリブデン、並びに炭化ケイ素を含有する。上述のよう
に、少なくともいくらかの態様では、二ケイ素化モリブデンは９〜１２ｖｏｌ％
の量で存在する。２４Ｖの点火器のためには、特に好ましい二ケイ素化モリブデ
ン濃度は、高温領域組成物の全成分に基づいて、約９．２〜９．５ｖｏｌ％であ
る。

【００３２】上述のように、本発明の点火器は典型的に、少なくとも１つ又はそれよりも多
くの低抵抗低温領域も有する。これは、高温領域と電気的に接続されていて、導
線を点火器に接続することを可能にする。典型的に、高温領域組成物は、２つの
低温領域の間に配置されている。好ましくはそのような低温領域は、例えばＡｌ
Ｎ及び／又はＡｌ_２Ｏ_３又は他の絶縁性材料；ＳｉＣ又は他の半導体材料；並び
にＭｏＳｉ_２又は他の導電性材料からなっている。しかしながら低温領域は、高
温領域と比較したときに、導電性及び半導体性材料（例えばＳｉＣ及びＭｏＳｉ _２）の割合が有意に多い。従って、低温領域の抵抗率は典型的に、高温領域の抵
抗率の約１／５〜１／１，０００のみであり、高温領域ほどには温度が上昇しな
い。より好ましくは、低温領域の室温抵抗率は、高温領域の室温抵抗率の５〜２
０パーセントである。

【００３３】本発明の点火器で使用するための好ましい低温領域組成物は、約１５〜６５ｖ
／ｏの酸化アルミニウム、窒化アルミニウム又は他の絶縁性材料；及び約２０〜
７０ｖ／ｏのＭｏＳｉ_２及びＳｉＣ又は他の導電性及び半導体性材料を約１：１
〜約１：３の体積比で含有する。より好ましくは、低温領域は、約１５〜５０ｖ
／ｏのＡｌＮ及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、１５〜３０ｖ／ｏのＳｉＣ、及び３０〜７
０ｖ／０のＭｏＳｉ_２を含有する。製造を容易にするために、低温領域組成物は
、高温領域組成物と同じ材料で、半導体性及び導電性材料の量を比較的多くして
製造する。

【００３４】電気的に絶縁性のヒートシンク１６は、高温領域の対流冷却を緩和するのに十
分な熱量量を提供する組成物からできているべきである。更に、図１で示されて
いる系によって例示されるような２つの導電性の脚の間のインサートとして挿入
する場合、インサート１６は、長い低温領域の部分１４ａ及び１４ｂのための機
械的な支持体となり、点火器をより丈夫にする。いくらかの態様では、インサー
ト１６は、系の質量を減少させるためにスロットを有することができる。好まし
くは、電気的に絶縁性のヒートシンクは、室温抵抗率が少なくとも約１０^４Ω・
ｃｍであり、強度が少なくとも約１５０ＭＰａである。より好ましくは、ヒート
シンク材料の熱伝導率は、ヒートシンク全体を加熱し、導線に熱を伝導させる程
は大きくなく、且つ有益なヒートシンク機能をしない程は小さくない。ヒートシ
ンクのための適当なセラミック組成物としては、少なくとも約９０ｖｏｌ％の、
窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、アルミナ及びそれらの混合のうち
の少なくとも１つを含有する組成物を挙げることができる。ここで、ＡｌＮ−Ｍ
ｏＳｉ_２−ＳｉＣの高温領域組成物を使用する場合、少なくとも９０ｖｏｌ％の
窒化アルミニウム及び１０ｖｏｌ％までのアルミナを含有するヒートシンク材料
が、相当する熱膨張率及び圧縮特性のために好ましいことがある。好ましいヒー
トシンク組成物は、米国特許出願第０９／２１７，７９３号明細書で開示されて
いる。この特許出願明細書の記載は、ここで参照して本明細書の記載に含める。

【００３５】本発明のセラミック点火器は様々な電圧で使用することができ、例えば６、８
、１２、２４及び１２０Ｖの公称電圧で使用することができる。本発明の点火器
は、室温から例えば約１，３５０℃の操作温度まで、約４秒又はそれ未満、更に
３秒又はそれ未満、また更に２．７５若しくは２．５秒又はそれ未満で、迅速に
加熱することができる。

【００３６】本発明の点火器は、６０〜２００ワット／高温領域−ｃｍ^２の高温領域電力密
度（表面負荷）で、適当な点火温度を提供することができる。好ましい電力密度
としては、７０〜１８０ワット／ｃｍ^２、より好ましくは約７５〜１５０ワット
／ｃｍ^２を挙げることができる。

【００３７】セラミック成分の処理（すなわち未焼成体加工及び焼結の条件）及び高密化し
たセラミックからの点火器の調製は、従来の方法で行うことができる。典型的に
、そのような方法は、実質的にＷｉｌｌｋｅｎｓ等の米国特許第５，７８６，５
６５号明細書及びＡｘｅｌｓｏｎ等の同第５，１９１，５０８号明細書の記載に
従って行うことができる。

【００３８】好ましくは、点火器は本発明の方法によって製造する。これらの方法は一般に
、複数の点火器、例えば少なくとも５個の点火器、より典型的に少なくとも１０
個又は２０個の点火器、更により典型的には少なくとも約５０、６０、７０、８
０、９０又は１００個の点火器を、単一のシート材料（ビレット）から同時に作
ることを含む。より典型的に、約１００又は２００個までの点火器を適当に実質
的に同時に作る。

【００３９】より特に、本発明の好ましい点火器の製造方法では、複数の結合された又は物
理的に付着した「潜在的な」点火器要素を有するビレットシートを提供する。ビ
レットシートは、未焼成の状態の（理論密度の９６％又は９８％超まで高密化さ
れていない）高温領域及び低温領域を有するが、これらは好ましくは理論密度の
約４０％又は５０％超で、理論密度の９０又は９５％まで適当に焼結されており
、より好ましくは約６０〜７０％まで焼結されている。そのような部分的な高密
化は、例えば１，３００℃のように１，５００℃未満で、約１時間にわたって、
３，０００ｐｓｉのような圧力下で、アルゴン雰囲気における熱間圧縮処理をお
こなうことによって適当に達成される。ビレットが高温領域及び低温領域を有す
る場合、組成物を理論密度の７５又は８０％超まで高密化すると、ビレットを続
く処理工程で切断することが困難であることが分かっている。更に、高温領域及
び低温領域組成物を約５０％未満に高密化する場合、続く処理の間に組成物が劣
化することが多い。高温領域部分は、ビレットの厚さ部分にわたって拡がってお
り、残部は低温領域である。

【００４０】ビレットは、比較的多様な形状及び大きさであってよい。好ましくは、ビレッ
トは適当に実質的に正方形、例えば９インチ×９インチの正方形、又は他の適当
な大きさ又は形状、例えば長方形等であってよい。その後、ビレットを好ましく
は、例えばダイヤモンド切断工具によって、部分に切断する。好ましくはこれら
の部分は実質的に同じ大きさを有する。例えば９インチ×９インチのビレットで
は、好ましくはビレットを３つに切り分け、得られるそれぞれの部分が９インチ
×３インチになるようにする。

【００４１】その後ビレットを更に切断して（好ましくはダイヤモンド切断工具によって）
、個々の点火器を提供する。第１の切断は、ビレットにわたって行って、１つの
点火器要素を隣接する要素から物理的に分離する。続く切断では、ビレットの長
さ全体にわたっては行わずに、絶縁領域（ヒートシンク）をそれぞれの点火器に
挿入することを可能にする。それぞれの切断（全体にわたって行う切断及び全体
にわたっては行わない切断）は、例えば約０．２インチの間隔を開けて行うこと
ができる。

【００４２】ヒートシンク領域の挿入の後で、点火器を更に高密化すること、好ましくは理
論密度の９９％超まで高密化することができる。そのような更なる焼結は、好ま
しくは高温、例えば１，８００℃又はそれをわずかに超える温度で、高温静水圧
圧縮によって行う。

【００４３】ビレットに行う複数の切断は、自動手段によって適当に達成することができる
。ここでは、例えばコンピューター制御の自動機構によって、ビレットを配置し
且つ切断工具で切断する。

【００４４】図２は、本発明の点火器製造方法で加工されるビレットを示している。示され
ているように、ビレット１０は、高温組成物領域１２と低温組成物領域１４とを
有し、また高温組成物領域と低温組成物領域の界面１６を有する。好ましくは図
２で示されている製造段階において、高温及び低温領域組成物は未焼成の段階で
あるが、好ましくは理論密度の約４０％〜約９５％、より好ましくは理論密度の
約５０％〜約７０％まで高密化されている。

【００４５】好ましくはビレット１０は、適当に実質的に等しい寸法を有し、すなわち好ま
しくは図２で示される寸法ｇ及びｈはほぼ等しく、例えば上述のように９インチ
×９インチである。

【００４６】その後、例えばダイヤモンド切断工具によって、ビレット１０を好ましくは部
分に切断する。好ましくはこれらの部分は実質的に同じ寸法を有する。例えば、
図２で示されているように、好ましくはビレット１０は、線１８ａ及び１８ｂに
沿って３つに切断する。

【００４７】ビレット１０は更に切断して（好ましくはダイヤモンド切断工具で）、点火器
２２のような、個々の結合されていない点火器要素を提供する。１回の切断は、
ビレットの長さ全体にわたって行い（例えば切断２４）、それぞれの交互の切断
（例えば切断２６）は、ビレット材料の長さ全体にわたっては行わずに、電気的
に絶縁性の領域（ヒートシンク）のぞれぞれの点火器への挿入、例えば開口２８
を通る挿入を可能にする。それぞれの切断２４及び２６は、例えば０．２インチ
の間隔であることが適当である。

【００４８】ヒートシンク領域を挿入した後で、好ましくは理論密度の９９％超まで、上述
のように、好ましくは約１，８１５℃の温度で、高温静水圧圧縮によって、点火
器を更に高密化することができる。

【００４９】本発明の点火器は、多くの用途、例えば炉、調理器具、床板加熱器、ボイラー
及びストーブのような気相燃料点火の用途で使用することができる。

【００５０】以下の限定をしない例は本発明の説明である。ここで言及されている全ての文
献は、参照してその全てを本明細書の記載に含める。

【００５１】例１本発明の点火器は、以下のようにして調製及び試験した。

【００５２】高温及び低温領域組成物を、ここで点火器Ａとして言及する第１の点火器のた
めに調製した。高温領域組成物は７０．８体積％（全高温領域組成物に基づく）
のＡｌＮ、２０体積％（全高温領域組成物に基づく）のＳｉＣ、及び９．２体積
％（全高温領域組成物に基づく）のＭｏＳｉ_２を含有していた。低温領域組成物
は、２０体積％（全低温領域組成物に基づく）のＡｌＮ、２０体積％（全低温領
域組成物に基づく）のＳｉＣ、及び６０体積％（全低温領域組成物に基づく）の
ＭｏＳｉ_２を含有していた。低温領域組成物は、高温ダイ圧縮ダイに装填し、高
温領域組成物は、このダイの低温領域組成物の上に装填した。これらの組成物の
組み合わせを、共に熱及び圧力によって高密化して、点火器Ａを提供した。

【００５３】高温領域及び低温領域組成物を、ここで点火器Ｂとして言及する第２の点火器
のために調製した。点火器Ｂは、点火器Ａと同じ形状及び高温領域組成を有する
。点火器Ｂの低温領域組成物の成分は、点火器Ａの成分と同じ（ＡｌＮ、ＳｉＣ
及びＭｏＳｉ_２）であるが、点火器Ｂの低温領域は、点火器Ｂの高温領域の抵抗
とほぼ等しい抵抗率を有する。点火器Ａでのように、点火器Ｂの低温領域組成物
は、高温ダイ圧縮ダイに装填し、高温領域組成物は、このダイの低温領域組成物
の上に装填した。これらの組成物の組み合わせを、共に熱及び圧力によって高密
化して、点火器Ｂを提供した。

【００５４】形成された点火器Ａ及びＢは、１２Ｖで使用した。点火器Ａでは、抵抗加熱は
、図３に示すように、点火器の高温領域に集中していた。点火器Ｂでは、図４に
示すように、点火器の低温領域と高温領域の両方が熱くなった。

【００５５】例２７つの追加の点火器（下記の表において試料１〜７として表す）を、上述の例
１の点火器Ａで説明したのと同じ高温領域及び低温領域組成物で調製した。試料
１〜７のそれぞれの高温領域は様々であり、ｃｍ^２で表されるこれらの高温領域
は、下記の表で示されている。全体の抵抗（下記の「全抵抗」、Ωで表す）、高
温領域の抵抗（下記の「高温領域抵抗」、Ωで表す）、低温領域の抵抗（下記の
「低温領域抵抗」、Ωで表す）をそれぞれ測定して、下記の表に示している。

【００５６】

【表１】

【００５７】これらの結果は、Ｒ_ｈｏｔ≧１．５（Ｒ_ｃｏｌｄ）の高温領域抵抗（Ｒ_ｈｏｔ）と低温領域抵抗（Ｒ_ｃｏｌｄ）の最小相対抵抗が、点火器試料の先端加熱を達
成するのに最適であることを示した。

【００５８】本発明は、特定の態様を参照して詳細に説明してきた。しかしながら、当業者
は、本明細書の記載を考慮して、本発明の本質及び範囲内で変更及び改良を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の好ましい点火器を示している。

【図２】図２は、本発明の点火器製造方法の概略を示している。

【図３】図３は、例１の結果を示している。

【図４】図４は、例１の結果を示している。

【手続補正書】

【提出日】平成１４年８月１２日（２００２．８．１２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【００５８】本発明は、特定の態様を参照して詳細に説明してきた。しかしながら、当業者
は、本明細書の記載を考慮して、本発明の本質及び範囲内で変更及び改良を行う
ことができる。また、本発明の態様としては以下のものを挙げることができる。（態様１）（ａ）それぞれが第１の端部を有する一対の導電性部分、及び（ｂ）前記導電性部分の第１の端部のそれぞれの間に配置され、且つこれらの
端部のそれぞれと電気的に接続された抵抗性高温領域、を有し、ここで前記高温領域の電気的経路長さが０．５１ｃｍ〜２ｃｍである、
セラミック点火器要素。（態様２）非導電性のヒートシンク材料が前記高温領域に接触している、態
様１に記載の点火器要素。（態様３）前記ヒートシンクが、前記導電性部分の間に配置されている、態
様２に記載の点火器要素。（態様４）前記導電性の部分のそれぞれが、前記高温領域から同じ方向に延
びて一対の脚を形成しており、且つ前記非導電性のヒートシンク材料が、これら
の脚の間に配置されている、態様２に記載の点火器要素。（態様５）前記高温領域の電気的経路長さが少なくとも０．６ｃｍである、
態様１に記載の点火器要素。（態様６）前記高温領域の電気的経路長さが０．６〜１．５ｃｍである、態
様１に記載の点火器要素。（態様７）前記高温領域の電気的経路長さが０．７〜０．９ｃｍである、態
様１に記載の点火器要素。（態様８）前記高温領域が非直線状である、態様１に記載の点火器要素。（態様９）前記高温領域が実質的にＵ字型である、態様１に記載の点火器要
素。（態様１０）前記高温領域が、電気的に絶縁性の材料と金属導電性材料を含
有する組成物を含む、態様１に記載の点火器要素。（態様１１）半導体材料を更に含む、態様１０に記載の点火器要素。（態様１２）前記高温領域組成物が、（ａ）２５〜８０ｖｏｌ％の電気的に絶縁性の材料、（ｂ）３〜４５ｖｏｌ％の半導体材料、（ｃ）５〜２５ｖｏｌ％の金属導電体、を含有する、態様１０に記載の点火器要素。（態様１３）前記高温領域組成物が、約９．２〜９．５ｖｏｌ％の量のＭｏ
Ｓｉ_２を含有する、態様１２に記載の点火器要素。（態様１４）前記導電性部分の室温抵抗率が、前記高温領域の室温抵抗率の
約５〜２０％である、態様１に記載の点火器要素。（態様１５）前記高温領域の室温抵抗率が、前記低温領域部分の室温抵抗率
の少なくとも約１．５倍である、態様１に記載の点火器要素。（態様１６）態様１に記載の点火器要素に電流を流すことを含む、気体燃料
の点火方法。（態様１７）前記電流の公称電圧が６、８、１２、２４又は１２０Ｖである
、態様１６に記載の方法。（態様１８）（ａ）それぞれが第１の端部を有する一対の導電性部分、及び（ｂ）前記導電性部分の第１の端部のそれぞれの間に配置され、且つこれらの
端部のそれぞれと電気的に接続された抵抗性高温領域、を有し、ここで前記高温領域が６０〜２００Ｗ／ｃｍ^２の表面負荷で安定な点火
器温度を与える、セラミック点火器要素。（態様１９）前記高温領域の電気的経路長さが、０．５１〜２ｃｍである、
態様１８に記載の点火器要素。（態様２０）態様１８に記載の点火器要素に電流を流すことを含む、気体燃
料の点火方法。（態様２１）前記高温領域における電力密度が、６０〜２００Ｗ／ｃｍ^２で
ある、態様２０に記載の方法。（態様２２）前記電流の公称電圧が６、８、１２、２４又は１２０Ｖである
、態様２０に記載の方法。（態様２３）（ａ）複数の結合点火器要素を含む導電性セラミック体を提供
すること、（ｂ）それぞれの要素に、非導電性材料を挿入すること、（ｃ）前記複数の点火器要素を高密化すること、を含む、セラミック点火器の製造方法。（態様２４）高密化の前に、前記点火器要素を、隣接する点火器要素から物
理的に分離する、態様２３に記載の方法。（態様２５）それぞれの点火器要素にスロットを作ること、及び電気的に絶
縁性の材料をこのスロットに挿入することを更に含む、態様２４に記載の方法。（態様２６）前記スロットが、前記点火器要素の長さ全体にわたっては延び
ていない、態様２４に記載の方法。（態様２７）前記点火器要素を、前記スロットの形成の間に、隣接する要素
から物理的に分離することを含む、態様２５に記載の方法。（態様２８）前記セラミック体が、少なくとも約２０個の結合した点火器要
素を有する、態様２３に記載の方法。（態様２９）前記セラミック体が、少なくとも約５０個の結合した点火器要
素を有する、態様２３に記載の方法。（態様３０）前記セラミック体が、少なくとも約１００個の結合した点火器
要素を有する、態様２３に記載の方法。（態様３１）工程（ａ）において、導電性のセラミック体が未焼成の状態で
ある、態様２３に記載の方法。（態様３２）未焼成の前記導電性セラミック体が、理論密度の約５０％〜約
７０％に高密化されている、態様３１に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者オルセン，ジェームスエム．アメリカ合衆国，ニューハンプシャー 03087，ウインドハム，ベーコンヒルロード 23 (72)発明者ハメル，スコットエム．アメリカ合衆国，ニューハンプシャー 03086，ウィルトン，ミッチェルヒルロード 91

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）それぞれが第１の端部を有する一対の導電性部分、及
び（ｂ）前記導電性部分の第１の端部のそれぞれの間に配置され、且つこれらの
端部のそれぞれと電気的に接続された抵抗性高温領域、を有し、ここで前記高温領域の電気的経路長さが０．５１ｃｍ〜２ｃｍである、
セラミック点火器要素。
【請求項２】非導電性のヒートシンク材料が前記高温領域に接触している
、請求項１に記載の点火器。
【請求項３】前記ヒートシンクが、前記導電性部分の間に配置されている
、請求項２に記載の点火器。
【請求項４】前記導電性の部分のそれぞれが、前記高温領域から同じ方向
に延びて一対の脚を形成しており、且つ前記非導電性のヒートシンク材料が、こ
れらの脚の間に配置されている、請求項２に記載の点火器。
【請求項５】前記高温領域の電気的経路長さが少なくとも０．６ｃｍであ
る、請求項１に記載の点火器。
【請求項６】前記高温領域の電気的経路長さが０．６〜１．５ｃｍである
、請求項１に記載の点火器。
【請求項７】前記高温領域の電気的経路長さが０．７〜０．９ｃｍである
、請求項１に記載の点火器。
【請求項８】前記高温領域が非直線状である、請求項１に記載の点火器。
【請求項９】前記高温領域が実質的にＵ字型である、請求項１に記載の点
火器。
【請求項１０】前記高温領域が、電気的に絶縁性の材料と金属導電性材料
を含有する組成物を含む、請求項１に記載の点火器。
【請求項１１】半導体材料を更に含む、請求項１０に記載の点火器。
【請求項１２】前記高温領域組成物が、（ａ）２５〜８０ｖｏｌ％の電気的に絶縁性の材料、（ｂ）３〜４５ｖｏｌ％の半導体材料、（ｃ）５〜２５ｖｏｌ％の金属導電体、を含有する、請求項１０に記載の点火器。
【請求項１３】前記高温領域組成物が、約９．２〜９．５ｖｏｌ％の量の
ＭｏＳｉ_２を含有する、請求項１２に記載の点火器。
【請求項１４】前記導電性部分の室温抵抗率が、前記高温領域の室温抵抗
率の約５〜２０％である、請求項１に記載の点火器。
【請求項１５】前記高温領域の室温抵抗率が、前記低温領域部分の室温抵
抗率の少なくとも約１．５倍である、請求項１に記載の点火器。
【請求項１６】請求項１に記載の点火器に電流を流すことを含む、気体燃
料の点火方法。
【請求項１７】前記電流の公称電圧が６、８、１２、２４又は１２０Ｖで
ある、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】（ａ）それぞれが第１の端部を有する一対の導電性部分、
及び（ｂ）前記導電性部分の第１の端部のそれぞれの間に配置され、且つこれらの
端部のそれぞれと電気的に接続された抵抗性高温領域、を有し、ここで前記高温領域が６０〜２００Ｗ／ｃｍ^２の表面負荷で安定な点火
器温度を与える、セラミック点火器要素。
【請求項１９】前記高温領域の電気的経路長さが、０．５１〜２ｃｍであ
る、請求項１８に記載の点火器。
【請求項２０】請求項１８に記載の点火器に電流を流すことを含む、気体
燃料の点火方法。
【請求項２１】前記高温領域における電力密度が、６０〜２００Ｗ／ｃｍ ^２である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】前記電流の公称電圧が６、８、１２、２４又は１２０Ｖで
ある、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】（ａ）複数の結合点火器要素を含む導電性セラミック体を
提供すること、（ｂ）それぞれの要素に、非導電性材料を挿入すること、（ｃ）前記複数の点火器要素を高密化すること、を含む、セラミック点火器の製造方法。
【請求項２４】高密化の前に、前記点火器要素を、隣接する点火器要素か
ら物理的に分離する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】それぞれの点火器要素にスロットを作ること、及び電気的
に絶縁性の材料をこのスロットに挿入することを更に含む、請求項２４に記載の
方法。
【請求項２６】前記スロットが、前記点火器要素の長さ全体にわたっては
延びていない、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】前記点火器要素を、前記スロットの形成の間に、隣接する
要素から物理的に分離することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】前記セラミック体が、少なくとも約２０個の結合した点火
器要素を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】前記セラミック体が、少なくとも約５０個の結合した点火
器要素を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】前記セラミック体が、少なくとも約１００個の結合した点
火器要素を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】工程（ａ）において、導電性のセラミック体が未焼成の状
態である、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】未焼成の前記導電性セラミック体が、理論密度の約５０％
〜約７０％に高密化されている、請求項３１に記載の方法。