JP3213004B2 - シルクスクリーン印刷による小型点火素子の活性金属の被覆 - Google Patents
シルクスクリーン印刷による小型点火素子の活性金属の被覆Info
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Description
【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は、セラミック点火素子（ceramic igniter
s）およびそれに必要な電気的接続物の製造方法に関す
るものである。セラミック点火素子に対する改良された
電気的接続物は、点火素子の電気的な伝導部にろう付け
用パッドを置いてシルクスクリーン印刷し、次いで、そ
のろう付け用パッドに電気リードワイヤーをろう付けす
ることにより製造される。慎重なシルクスクリーン印刷
は、ろう付け用パッド厚の好ましい制御をもたらす。薄
いろう付け用パッドが製造された場合には、熱衝撃に余
り影響されず、しかもセラミックの膨張誘起破壊が起こ
る傾向が少なくなる。
s）およびそれに必要な電気的接続物の製造方法に関す
るものである。セラミック点火素子に対する改良された
電気的接続物は、点火素子の電気的な伝導部にろう付け
用パッドを置いてシルクスクリーン印刷し、次いで、そ
のろう付け用パッドに電気リードワイヤーをろう付けす
ることにより製造される。慎重なシルクスクリーン印刷
は、ろう付け用パッド厚の好ましい制御をもたらす。薄
いろう付け用パッドが製造された場合には、熱衝撃に余
り影響されず、しかもセラミックの膨張誘起破壊が起こ
る傾向が少なくなる。
発明の背景 セラミック点火素子は、長年知られており、商業的に
使用されて来たが、その技術使用中の抵抗増加や点火素
子の電気的接続の早期破断に悩まされ続けてきた。セラ
ミック点火素子の製造には、セラミック構成要素を通る
電気的回路を構成することが必要であり、その一部が高
い抵抗を有するため、電流が電気リードからそれを流れ
る際に温度が上昇する。しかしながら、この電気リード
とセラミックとの間の導電性インターフェイスは、典型
的に前記リードとセラミックに起因する異質の熱膨張を
経験し、そのため割れが発生し易い。更に、望ましくな
い高い抵抗領域が、金属リードとセラミックとの間の反
応、結合された機械的および電気的な接続、機械的欠陥
或いは化学的な劣化、例えば酸化、の何れかによってし
ばしば生成される。そのような抵抗の増加は、問題であ
る。その理由は、点火素子は、例え、電圧低下時あるい
は最大需要期間中に標準作動電圧の85％（例えば、24.0
Vが20.4V）にまで電圧低下した場合でも、使用寿命全体
を通して燃料ガスを点火可能でなければならないからで
ある。もし、供給される電圧が極端に低下した場合、特
に古い点火素子は電気的接触が極端に劣化しており、不
十分な点火素子温度が結果として生じる。調和のとれた
固有抵抗と電気的継続性を達成することは、この分野に
おける継続する目標であった。
使用されて来たが、その技術使用中の抵抗増加や点火素
子の電気的接続の早期破断に悩まされ続けてきた。セラ
ミック点火素子の製造には、セラミック構成要素を通る
電気的回路を構成することが必要であり、その一部が高
い抵抗を有するため、電流が電気リードからそれを流れ
る際に温度が上昇する。しかしながら、この電気リード
とセラミックとの間の導電性インターフェイスは、典型
的に前記リードとセラミックに起因する異質の熱膨張を
経験し、そのため割れが発生し易い。更に、望ましくな
い高い抵抗領域が、金属リードとセラミックとの間の反
応、結合された機械的および電気的な接続、機械的欠陥
或いは化学的な劣化、例えば酸化、の何れかによってし
ばしば生成される。そのような抵抗の増加は、問題であ
る。その理由は、点火素子は、例え、電圧低下時あるい
は最大需要期間中に標準作動電圧の85％（例えば、24.0
Vが20.4V）にまで電圧低下した場合でも、使用寿命全体
を通して燃料ガスを点火可能でなければならないからで
ある。もし、供給される電圧が極端に低下した場合、特
に古い点火素子は電気的接触が極端に劣化しており、不
十分な点火素子温度が結果として生じる。調和のとれた
固有抵抗と電気的継続性を達成することは、この分野に
おける継続する目標であった。
セラミック点火素子のための電気的接続を製造する従
前の試みは、様々な結果をもたらした。例えば、U.S.Pa
tent No.3,875,477は、ｉ）電気的接触が行われる領域
で窒化珪素の部分に軽いサンドブラスト処理を行い、i
i）サンドブラスト処理されたターミナルエンド部にア
ルミニウム金属或いはアルミニウム合金を、溶融金属中
への浸漬或いは溶射により被覆し、そしてiii）耐火性
で高アルミナタイプの電気的絶縁性のセメントを使用す
る方法が開示されている。U.S.Patent No.3,928,910
は、セラミック（SiC）本体の物理的スロットに高温の
火炎或いはプラズマ溶射によって挿入されたリードをそ
れぞれスロットに固定することを意図するだけでなく、
その点火素子のターミナル部分に完全にないしは連続し
て包み込むために接着された電気リードを有するガス点
火素子が開示されている。U.S.Patent No.3,928,910
は、簡単な機械的なスクリューとナットの組立部品がセ
ラミック本体に機械的に開けられた孔を通して置かれた
珪化モリブデンを含むセラミック点火素子が開示されて
いる。しかしながら、これら先行技術のそれぞれの接続
手段は、意図した使用の実質的な抵抗の増加、例えば、
少なくとも100,000回オン／オフサイクル後に約５％の
増加、或いは商業的な再生産性の失敗のどちらの問題に
悩まされている。
前の試みは、様々な結果をもたらした。例えば、U.S.Pa
tent No.3,875,477は、ｉ）電気的接触が行われる領域
で窒化珪素の部分に軽いサンドブラスト処理を行い、i
i）サンドブラスト処理されたターミナルエンド部にア
ルミニウム金属或いはアルミニウム合金を、溶融金属中
への浸漬或いは溶射により被覆し、そしてiii）耐火性
で高アルミナタイプの電気的絶縁性のセメントを使用す
る方法が開示されている。U.S.Patent No.3,928,910
は、セラミック（SiC）本体の物理的スロットに高温の
火炎或いはプラズマ溶射によって挿入されたリードをそ
れぞれスロットに固定することを意図するだけでなく、
その点火素子のターミナル部分に完全にないしは連続し
て包み込むために接着された電気リードを有するガス点
火素子が開示されている。U.S.Patent No.3,928,910
は、簡単な機械的なスクリューとナットの組立部品がセ
ラミック本体に機械的に開けられた孔を通して置かれた
珪化モリブデンを含むセラミック点火素子が開示されて
いる。しかしながら、これら先行技術のそれぞれの接続
手段は、意図した使用の実質的な抵抗の増加、例えば、
少なくとも100,000回オン／オフサイクル後に約５％の
増加、或いは商業的な再生産性の失敗のどちらの問題に
悩まされている。
EP−Ａ−0486009は、 （ａ）リードワイヤー、 （ｂ）セラミック基板、および （ｃ）ろうパッド、を含み、 前記リードワイヤーとセラミック基板がろうパッドに
よって電気的に接続するように置かれたことを特徴とす
るセラミック点火素子、 を開示している。
よって電気的に接続するように置かれたことを特徴とす
るセラミック点火素子、 を開示している。
EP−Ａ−0486009は、また、点火素子を製造する方法
であって、 （ａ）電気的な伝導性のあるセラミック基板の表面にろ
う材を供給してろうパッドを作る工程、 （ｂ）少なくとも約500℃の温度で溶けるはんだの手段
で該ろうに電気的リードをはんだ付けする工程、を含
み、 前記ろう材がブラシをかける手段によって供給されるこ
とを特徴とする方法を開示している。このEP−Ａ−0486
009の実施例１に示されているように、この方法では、
ろうパッドの厚みが約200μという結果となる。
であって、 （ａ）電気的な伝導性のあるセラミック基板の表面にろ
う材を供給してろうパッドを作る工程、 （ｂ）少なくとも約500℃の温度で溶けるはんだの手段
で該ろうに電気的リードをはんだ付けする工程、を含
み、 前記ろう材がブラシをかける手段によって供給されるこ
とを特徴とする方法を開示している。このEP−Ａ−0486
009の実施例１に示されているように、この方法では、
ろうパッドの厚みが約200μという結果となる。
マサセチュッツ州、ワーセスターのノートン社は、電
気的接触が、100,000回オン／オフサイクル後に接触抵
抗において約２％変動以下を有するセラミック点火素子
を製造した。これらの点火素子は、（ｉ）電気的接触が
なされる部分が少なくとも20重量％の珪化モリブデン量
を有するセラミック点火素子を形成し、（ii）それらの
部分に本体の活性な金属ろうをペイントし、（iii）500
℃以上の温度の溶融ろうの手段によって電気リードをパ
ッドにろう付けすることで準備される。しかしながら、
ろう材とセラミックとの間の熱膨張の不均衡は、しばし
ば、ろう材に亀裂を生じ、電気的接続の欠陥に繋がるこ
とになる。
気的接触が、100,000回オン／オフサイクル後に接触抵
抗において約２％変動以下を有するセラミック点火素子
を製造した。これらの点火素子は、（ｉ）電気的接触が
なされる部分が少なくとも20重量％の珪化モリブデン量
を有するセラミック点火素子を形成し、（ii）それらの
部分に本体の活性な金属ろうをペイントし、（iii）500
℃以上の温度の溶融ろうの手段によって電気リードをパ
ッドにろう付けすることで準備される。しかしながら、
ろう材とセラミックとの間の熱膨張の不均衡は、しばし
ば、ろう材に亀裂を生じ、電気的接続の欠陥に繋がるこ
とになる。
従って、本発明は、商業的に流動性のある改良された
セラミック点火素子を製造することを目的とし、 （ｉ）十分な使用の後でも望ましい接触抵抗を維持し、
そして、 （ii）ろう材において望ましい熱的膨張特性を有するも
のである。
セラミック点火素子を製造することを目的とし、 （ｉ）十分な使用の後でも望ましい接触抵抗を維持し、
そして、 （ii）ろう材において望ましい熱的膨張特性を有するも
のである。
発明の概要 本発明によれば、 ａ）リードワイヤー、 ｂ）セラミック基板、および ｃ）約150μｍ未満の厚みを有するろうパッド、 を含み、このリードワイヤーとセラミック基板が、ろう
パッドによって電気的に接続にあるように置かれたセラ
ミック点火素子を提供するものである。
パッドによって電気的に接続にあるように置かれたセラ
ミック点火素子を提供するものである。
同様に、本発明によれば、電気的伝導セラミック基板
から成る改良されたセラミック点火素子を製造する方法
を提供するもので、 ａ）電気的な電導セラミック基板上にあるろう材をシル
クスクリーン印刷することにより、ろうパッドを作る工
程、および 4b）少なくとも約500℃の温度で溶けるはんだの手段で
該ろうに電気的リードをはんだ付けする工程、 を含む方法から成る。
から成る改良されたセラミック点火素子を製造する方法
を提供するもので、 ａ）電気的な電導セラミック基板上にあるろう材をシル
クスクリーン印刷することにより、ろうパッドを作る工
程、および 4b）少なくとも約500℃の温度で溶けるはんだの手段で
該ろうに電気的リードをはんだ付けする工程、 を含む方法から成る。
図面の簡単な説明 図１は、本発明によるろうパッドにはんだ付けされた
接続リードを有する好ましい点火素子の平面図である。
接続リードを有する好ましい点火素子の平面図である。
望ましい実施形態の説明 理論に拘束される訳ではないが、従来のセラミック基
板上にろうを塗装する方法では、要求された電気的接続
を行うのに必要以上にろうを堆積させていたと考えられ
る。温度変動の間にこの過剰なろうによって起こる体積
の変化は、ろう材の下にあるセラミックの破壊や回路の
破損を引き起こすに十分であると考えられる。そのよう
な温度変動は、点火素子の製造過程および使用中に起こ
ると考えらる。セラミック上にろう材を高度に制御され
た状態でシルクスクリーン印刷することによって、ろう
材を十分に薄く、かつ幅狭い寸法に仕上げることができ
るため、過剰なろう材の堆積を防止し、しかもろうパッ
ドの熱膨張で誘起された破壊および電気的接続欠陥を回
避することができる。従って、本発明の点火素子は、所
望の長期間の接触抵抗を維持（ろう材の使用により）す
るだけでなく、所望の熱膨張特性（ろう材の薄さによ
り）を有するものである。
板上にろうを塗装する方法では、要求された電気的接続
を行うのに必要以上にろうを堆積させていたと考えられ
る。温度変動の間にこの過剰なろうによって起こる体積
の変化は、ろう材の下にあるセラミックの破壊や回路の
破損を引き起こすに十分であると考えられる。そのよう
な温度変動は、点火素子の製造過程および使用中に起こ
ると考えらる。セラミック上にろう材を高度に制御され
た状態でシルクスクリーン印刷することによって、ろう
材を十分に薄く、かつ幅狭い寸法に仕上げることができ
るため、過剰なろう材の堆積を防止し、しかもろうパッ
ドの熱膨張で誘起された破壊および電気的接続欠陥を回
避することができる。従って、本発明の点火素子は、所
望の長期間の接触抵抗を維持（ろう材の使用により）す
るだけでなく、所望の熱膨張特性（ろう材の薄さによ
り）を有するものである。
セラミック上のろう材のシルクスクリーン印刷は、従
来のシルクスクリーン印刷の如何なる方法でも達成しう
る。一つの態様として、マサチューセッツ州、バーリン
トンのdeHaart社で入手可能なModel ＃SP−SA−５シル
クスクリーンユニットが使用される。しかしながら、こ
のユニットが使用された場合は、点火素子にろうパター
ンの適切な記録を確実にするためにセラミック点火素子
に対して最初にイニシャライズされなければならない。
このイニシャライズの方法は、マサチューセッツ州、バ
ーリントンのdeHaart社で入手可能な真鍮製の入れ子（n
est）が、前記ユニットの印刷テーブル上の真空ベース
プレート上に埋め込まれた。超音波洗浄された点火素子
要素は、次いでテーブル上に置かれ、真空中に保持され
るか、軽度の粘着テープで保持される。同時に、ニュー
ハンプシャー州、メリマックのRIV社で入手可能なポリ
マーメッシュスクリーンが、当該設備におけるスクリー
ンと点火素子間の高さを調整するために該ユニットのス
クリーン印刷位置に低く置かれる。フィーラーゲージ
が、離間距離を約0.0015インチ（38.1ミクロン）に最初
に調整するために使用される。この距離は、更に追加的
な0.020インチ（508ミクロン）をスクリーンのスナップ
バックを許容するために後退される。スクイジー圧力が
約20psi下回る（downforce）ようセットされる。このス
クリーンは、次いでスクイジー入れ子設備と分離するよ
うセットするために外枠から取り外される。スクイジー
前部は、約0.001インチ（25.4ミクロン）離間するよう
調整され、一方、スクイジー後部は、約0.016インチ（4
06.4ミクロン）離間するよう調整されが、両者はフィー
ラーゲージおよびマイクロメーターダイアルでセットす
る。このスクリーンは、次いでスクイジー枠に再配備さ
れる。入れ子設備に各要素と共にスクリーンパターンの
記録は、印刷テーブル上のｘ−ｙ軸マイクロメーターダ
イアル調整器を使用する。点火素子ブランクは、設備内
に置かれ、スクリーン印刷のために適切な粘性を有する
ろうペーストが、ヘラ型のスクリーンに適用される。こ
のユニットは、次いで点火され、ろうが点火素子ブラン
クに適用される。このブランクは、次いで視覚で検査さ
れ、更に点火素子脚部、好ましくは脚部の端部約0.25イ
ンチ（6350ミクロン）以内を被覆するための中心位置に
ｘ−ｙ軸調整がなされる。このプロセスは、更に適切な
記録が達成されるまで繰り返される。本発明によるシル
クスクリーン印刷から製造されたろうパッドは、典型的
には約150ミクロン以下、好ましくは115ミクロン以下、
更に好ましくは80ミクロン以下の厚さを有している。理
論に拘束される訳ではないが、この減厚されたパッド
は、熱衝撃の期間中もろうパッドの熱膨張反応を軽減す
る。
来のシルクスクリーン印刷の如何なる方法でも達成しう
る。一つの態様として、マサチューセッツ州、バーリン
トンのdeHaart社で入手可能なModel ＃SP−SA−５シル
クスクリーンユニットが使用される。しかしながら、こ
のユニットが使用された場合は、点火素子にろうパター
ンの適切な記録を確実にするためにセラミック点火素子
に対して最初にイニシャライズされなければならない。
このイニシャライズの方法は、マサチューセッツ州、バ
ーリントンのdeHaart社で入手可能な真鍮製の入れ子（n
est）が、前記ユニットの印刷テーブル上の真空ベース
プレート上に埋め込まれた。超音波洗浄された点火素子
要素は、次いでテーブル上に置かれ、真空中に保持され
るか、軽度の粘着テープで保持される。同時に、ニュー
ハンプシャー州、メリマックのRIV社で入手可能なポリ
マーメッシュスクリーンが、当該設備におけるスクリー
ンと点火素子間の高さを調整するために該ユニットのス
クリーン印刷位置に低く置かれる。フィーラーゲージ
が、離間距離を約0.0015インチ（38.1ミクロン）に最初
に調整するために使用される。この距離は、更に追加的
な0.020インチ（508ミクロン）をスクリーンのスナップ
バックを許容するために後退される。スクイジー圧力が
約20psi下回る（downforce）ようセットされる。このス
クリーンは、次いでスクイジー入れ子設備と分離するよ
うセットするために外枠から取り外される。スクイジー
前部は、約0.001インチ（25.4ミクロン）離間するよう
調整され、一方、スクイジー後部は、約0.016インチ（4
06.4ミクロン）離間するよう調整されが、両者はフィー
ラーゲージおよびマイクロメーターダイアルでセットす
る。このスクリーンは、次いでスクイジー枠に再配備さ
れる。入れ子設備に各要素と共にスクリーンパターンの
記録は、印刷テーブル上のｘ−ｙ軸マイクロメーターダ
イアル調整器を使用する。点火素子ブランクは、設備内
に置かれ、スクリーン印刷のために適切な粘性を有する
ろうペーストが、ヘラ型のスクリーンに適用される。こ
のユニットは、次いで点火され、ろうが点火素子ブラン
クに適用される。このブランクは、次いで視覚で検査さ
れ、更に点火素子脚部、好ましくは脚部の端部約0.25イ
ンチ（6350ミクロン）以内を被覆するための中心位置に
ｘ−ｙ軸調整がなされる。このプロセスは、更に適切な
記録が達成されるまで繰り返される。本発明によるシル
クスクリーン印刷から製造されたろうパッドは、典型的
には約150ミクロン以下、好ましくは115ミクロン以下、
更に好ましくは80ミクロン以下の厚さを有している。理
論に拘束される訳ではないが、この減厚されたパッド
は、熱衝撃の期間中もろうパッドの熱膨張反応を軽減す
る。
パッドは、典型的には約3.6mm2以下、好ましくは約2.
6mm2以下、更に好ましくは約2.2mm2以下の露出した表面
領域を有している。最も好ましくは、パッドは、長さ約
1.524mm（0.06インチ），幅約0.508mm（0.02インチ）に
よって特徴ずけされた露出した表面領域を有している。
実用的には、ろうパッドの露出した表面領域は、できる
限り少なくすべきであり、パッドが、セラミック要素の
製造プロセスで残された機械加工による疵に接触しない
ことを確実にするために点火素子脚部端部の中心にある
ようにしたことを見出したものである。
6mm2以下、更に好ましくは約2.2mm2以下の露出した表面
領域を有している。最も好ましくは、パッドは、長さ約
1.524mm（0.06インチ），幅約0.508mm（0.02インチ）に
よって特徴ずけされた露出した表面領域を有している。
実用的には、ろうパッドの露出した表面領域は、できる
限り少なくすべきであり、パッドが、セラミック要素の
製造プロセスで残された機械加工による疵に接触しない
ことを確実にするために点火素子脚部端部の中心にある
ようにしたことを見出したものである。
本発明で使用されるろう組成は、セラミック点火素子
高い伝導部を伴って電気的接続部を形成するこの分野で
の従来の如何なるろう組成であってもよい。セラミック
に対し要求された高度の粘着性を得るために、ろうは典
型的にセラミック材料に濡れ、かつ反応する活性金属を
含んでおり、ろうに含まれるフィラーメタルによって接
着性が付与される。特に活性金属の例として、チタニウ
ム、ジルコニウム、ニオビウム、ニッケル、パラジウム
及び金が含まれている。活性金属は、好ましくは、チタ
ニウム、ジウニウムである。この活性金属に加えて、ろ
う材は、１種ないし２種以上の銀、銅、インジウム、
錫、鉛、カドミウムおよびリンのようなフィラーメタル
を含んでいる。好ましくは、フィラーメタル混合物が使
用される。最も好ましくは、ろう材が、活性金属として
チタニウムからなり、かつフィラーメタルとして銅と銀
の混合物からなる。一般に、ろう材は、約0.1と約５ウ
エイトパーセント（“w/o"）の間の活性金属と約99.9と
約95w/oの間のフィラーメタルを含んでいる。このよう
に適切なろう材は、商業的にはウイスコンシン州、カダ
フィーのルーカス−ミルホート社の取引名Lucanexおよ
びカルフォルニア州、ベルモントのウエスゴ社Cusil、C
usinで入手可能である。本発明で有用と見出された特殊
なろう材は、Lucanex 721およびCusil Brazeを含んで
おり、それぞれの物は約70.5w/oの銀、約27.5w/oの銅、
および約2.0w/oのチタニウムを含んでいる。
高い伝導部を伴って電気的接続部を形成するこの分野で
の従来の如何なるろう組成であってもよい。セラミック
に対し要求された高度の粘着性を得るために、ろうは典
型的にセラミック材料に濡れ、かつ反応する活性金属を
含んでおり、ろうに含まれるフィラーメタルによって接
着性が付与される。特に活性金属の例として、チタニウ
ム、ジルコニウム、ニオビウム、ニッケル、パラジウム
及び金が含まれている。活性金属は、好ましくは、チタ
ニウム、ジウニウムである。この活性金属に加えて、ろ
う材は、１種ないし２種以上の銀、銅、インジウム、
錫、鉛、カドミウムおよびリンのようなフィラーメタル
を含んでいる。好ましくは、フィラーメタル混合物が使
用される。最も好ましくは、ろう材が、活性金属として
チタニウムからなり、かつフィラーメタルとして銅と銀
の混合物からなる。一般に、ろう材は、約0.1と約５ウ
エイトパーセント（“w/o"）の間の活性金属と約99.9と
約95w/oの間のフィラーメタルを含んでいる。このよう
に適切なろう材は、商業的にはウイスコンシン州、カダ
フィーのルーカス−ミルホート社の取引名Lucanexおよ
びカルフォルニア州、ベルモントのウエスゴ社Cusil、C
usinで入手可能である。本発明で有用と見出された特殊
なろう材は、Lucanex 721およびCusil Brazeを含んで
おり、それぞれの物は約70.5w/oの銀、約27.5w/oの銅、
および約2.0w/oのチタニウムを含んでいる。
本発明のセラミック部は、点火素子の分野で通常使用
されているどんなセラミックでもよい。好ましくは、セ
ラミックは、窒化アルミ、硅化モリブデン、および炭化
珪素からなる。より好ましくは、U.S.Pat.No.5,045,237
（Washburn patent）に開示されている窒化アルミ（Al
N），硅化モリブデン（MoSi2）および炭化珪素（SiC）
の混合物が使用され、上記特許明細書の開示内容の全て
は本発明の参照として取り入れた。
されているどんなセラミックでもよい。好ましくは、セ
ラミックは、窒化アルミ、硅化モリブデン、および炭化
珪素からなる。より好ましくは、U.S.Pat.No.5,045,237
（Washburn patent）に開示されている窒化アルミ（Al
N），硅化モリブデン（MoSi2）および炭化珪素（SiC）
の混合物が使用され、上記特許明細書の開示内容の全て
は本発明の参照として取り入れた。
この点火素子は、好ましくは、約40〜70ボリュームパ
ーセント（v/o）の窒化物セラミックと約30〜60v/oのMo
Si2および約1:3〜3:1の量的比率にあるSiCから成る。よ
り好ましい点火素子は、ウオシュバーン特許に開示され
た種々の組成を有している。図１は、本発明による点火
素子を示すもので、点火素子10の化学組成は、中間部14
を通じて高度の抵抗部12から高度の伝導部16まで様々に
変化する。しかしながら、好ましくは、中間部14は、製
造の簡略化のために省略する。この点火素子は、本発明
によれば２つの活性金属ろうパッド18および18′が電気
リード20および20′にそれぞれはんだ付けされている。
ーセント（v/o）の窒化物セラミックと約30〜60v/oのMo
Si2および約1:3〜3:1の量的比率にあるSiCから成る。よ
り好ましい点火素子は、ウオシュバーン特許に開示され
た種々の組成を有している。図１は、本発明による点火
素子を示すもので、点火素子10の化学組成は、中間部14
を通じて高度の抵抗部12から高度の伝導部16まで様々に
変化する。しかしながら、好ましくは、中間部14は、製
造の簡略化のために省略する。この点火素子は、本発明
によれば２つの活性金属ろうパッド18および18′が電気
リード20および20′にそれぞれはんだ付けされている。
高度の抵抗部12は、一般に少なくとも温度範囲1000〜
1600℃において少なくとも約0.04ohm−cm、好ましくは
少なくとも約0.07ohm−cmの固有抵抗を有している。そ
れは、好ましくは、約50〜70v/oの窒化物セラミックお
よび30〜50v/oのMoSi2およびMoSi2の約１重量部に対し
てSiC約２重量部の重量比率にあるSiCから成る。
1600℃において少なくとも約0.04ohm−cm、好ましくは
少なくとも約0.07ohm−cmの固有抵抗を有している。そ
れは、好ましくは、約50〜70v/oの窒化物セラミックお
よび30〜50v/oのMoSi2およびMoSi2の約１重量部に対し
てSiC約２重量部の重量比率にあるSiCから成る。
前記中間部14が存在する場合には、好ましくは、約50
〜70v/oの窒化物セラミックおよび30〜50v/oのMoSi2お
よび重量比率で約1:1にあるSiCから成る。
〜70v/oの窒化物セラミックおよび30〜50v/oのMoSi2お
よび重量比率で約1:1にあるSiCから成る。
高度の伝導部16は、一般に100〜800℃の温度範囲で約
0.005 ohm−cm以下、好ましくは約0.003 ohm−cm以下
の固有抵抗を有している。それは、好ましくは、約30〜
55v/oの窒化物セラミックおよび45〜70v/oのMoSi2およ
び重量比率で約1:1〜2:3にあるSiCから成る。
0.005 ohm−cm以下、好ましくは約0.003 ohm−cm以下
の固有抵抗を有している。それは、好ましくは、約30〜
55v/oの窒化物セラミックおよび45〜70v/oのMoSi2およ
び重量比率で約1:1〜2:3にあるSiCから成る。
このセラミック点火素子の抵抗組成として使用のため
に好適な窒化物は、窒化硅素、窒化アルミ、窒化ボロ
ン、およびそれらの混合物を含んでいる。好まし窒化物
は窒化アルミである。
に好適な窒化物は、窒化硅素、窒化アルミ、窒化ボロ
ン、およびそれらの混合物を含んでいる。好まし窒化物
は窒化アルミである。
本発明の電気的なワイヤーリードは、従来よりはんだ
によってろうパッドに接続されている。はんだは、等級
を落とすことなく使用中に約485℃の温度に維持される
べきであり、しかも低い固有抵抗を有していなければな
らない。一般に、約500℃の融点、好ましくは約600℃を
越える融点を有するはんだが使用される。好適なはんだ
は、典型的には以下の組成をw/oとして含んでいる。
によってろうパッドに接続されている。はんだは、等級
を落とすことなく使用中に約485℃の温度に維持される
べきであり、しかも低い固有抵抗を有していなければな
らない。一般に、約500℃の融点、好ましくは約600℃を
越える融点を有するはんだが使用される。好適なはんだ
は、典型的には以下の組成をw/oとして含んでいる。
上述した他の金属は、アルミニウム、錫、インジウ
ム、リン、カドミウム、およびニッケルから選択される
１種またはそれ以上の金属を含んでいる。好適なはんだ
は、商業的にはオハヨウ州、シンシナテイのJ.W.Harris
社で入手可能な取引名Safety−Silv 45である。ここで
有用と判断された特殊なはんだは、名目上45w/oの銀、3
0w/oの銅、および25w/oの亜鉛を含んでいる。他の特殊
なはんだは、Safety−Silv 1200を含めて、各目上56％
の銀、22％の銅、17％の亜鉛、および５％の錫を含んで
おり、またSafety−Silv 1577は、名目上25％の銀、5
2.5％の銅、22.5％の亜鉛を含んでいる。
ム、リン、カドミウム、およびニッケルから選択される
１種またはそれ以上の金属を含んでいる。好適なはんだ
は、商業的にはオハヨウ州、シンシナテイのJ.W.Harris
社で入手可能な取引名Safety−Silv 45である。ここで
有用と判断された特殊なはんだは、名目上45w/oの銀、3
0w/oの銅、および25w/oの亜鉛を含んでいる。他の特殊
なはんだは、Safety−Silv 1200を含めて、各目上56％
の銀、22％の銅、17％の亜鉛、および５％の錫を含んで
おり、またSafety−Silv 1577は、名目上25％の銀、5
2.5％の銅、22.5％の亜鉛を含んでいる。
ろうパッドにリードワイヤをはんだ付けする際に、は
んだを直接ワイヤーろうパッドインターフェイス（フラ
ックスで被覆された）に導入することが有益であること
を見いだした。トーチがこのインターフェイスに加熱の
ために適用される場合、はんだはワイヤーに向かって流
れ、そして伝導性の結合部のろう付けされた領域を強化
する。幾つかの態様において、加熱源として酸素アセチ
レントーチが使用される。他の態様においては、コネチ
カット州、オールドセイブルックのmta/Schunk Automa
tion社で入手可能な水素を利用しているMicrofflame S
oldering加熱システムが使用される。
んだを直接ワイヤーろうパッドインターフェイス（フラ
ックスで被覆された）に導入することが有益であること
を見いだした。トーチがこのインターフェイスに加熱の
ために適用される場合、はんだはワイヤーに向かって流
れ、そして伝導性の結合部のろう付けされた領域を強化
する。幾つかの態様において、加熱源として酸素アセチ
レントーチが使用される。他の態様においては、コネチ
カット州、オールドセイブルックのmta/Schunk Automa
tion社で入手可能な水素を利用しているMicrofflame S
oldering加熱システムが使用される。
点火素子がシルクスクリーンされた後で、それらは典
型的にはグラファイト設備でセラミックにろうを融合さ
せるために加熱される。一般的に、点火素子は、約0.01
33Pa（0.0001Torr）以下の圧力を有する炉で約810℃と
約890℃の間の温度で約６〜10分間加熱される。選択的
に、それらは約50ppm以下の濃度の酸素を含んだアルゴ
ン雰囲気を有する連続ベルト炉で加熱されてもよい。本
発明の点火素子は、例えば炉や調理用機器のようなガス
状燃料点火装置への適用例を含む多くの用途に使用され
る。本発明の実施は、以下の実施例および比較例に限定
されることはない。
型的にはグラファイト設備でセラミックにろうを融合さ
せるために加熱される。一般的に、点火素子は、約0.01
33Pa（0.0001Torr）以下の圧力を有する炉で約810℃と
約890℃の間の温度で約６〜10分間加熱される。選択的
に、それらは約50ppm以下の濃度の酸素を含んだアルゴ
ン雰囲気を有する連続ベルト炉で加熱されてもよい。本
発明の点火素子は、例えば炉や調理用機器のようなガス
状燃料点火装置への適用例を含む多くの用途に使用され
る。本発明の実施は、以下の実施例および比較例に限定
されることはない。
実施例 実施例 １ 図１に示したような２重脚のヘアピン（Ｕ型）セラミ
ック点火素子がウオシュバーン特許の教示に従って窒化
アルミ、炭化硅素および硅化モリブデンで用意された。
このセラミックの組成はw/oで以下の通りである。
ック点火素子がウオシュバーン特許の教示に従って窒化
アルミ、炭化硅素および硅化モリブデンで用意された。
このセラミックの組成はw/oで以下の通りである。
窒化アルミ 炭化硅素 硅化モリブデン 伝導部 50 30 20 抵抗部 60 13 27 次に、活性金属のろう付けペースト、Lucas−Mihaupt
社で製造されたLucanex 721が、金属の粉末状ろうを融
合するために耐火性の金属炉で高真空下で875℃で約６
分間加熱され、化学的にセラミック基板と反応させた。
ろう材は、次いで、厚さ約150μｍを有するパッドを形
成するためにそれぞれの脚の1000um ｘ 2500umの領域
をシルクスクリーンした。
社で製造されたLucanex 721が、金属の粉末状ろうを融
合するために耐火性の金属炉で高真空下で875℃で約６
分間加熱され、化学的にセラミック基板と反応させた。
ろう材は、次いで、厚さ約150μｍを有するパッドを形
成するためにそれぞれの脚の1000um ｘ 2500umの領域
をシルクスクリーンした。
それぞれのろうパッドに従来の銅製の電気的ワイヤー
を接着するために、Safety−Silv 45はんだ材が使用さ
れた。はんだ付けは、熱源として酸素アセチレントーチ
を使用して実施した。はんだワイヤーは、接合部に流れ
込むように標準銀はんだフラックス中に浸漬され、そし
て接合される表面を清浄化して銀はんだが溶けるよう許
容し、ろう材のパッドワイヤーインターフェイスに流れ
込ませる。熱が除去され、接合部は、はんだが冷却で硬
化されるまで追加的に５秒間その状態に維持される。
を接着するために、Safety−Silv 45はんだ材が使用さ
れた。はんだ付けは、熱源として酸素アセチレントーチ
を使用して実施した。はんだワイヤーは、接合部に流れ
込むように標準銀はんだフラックス中に浸漬され、そし
て接合される表面を清浄化して銀はんだが溶けるよう許
容し、ろう材のパッドワイヤーインターフェイスに流れ
込ませる。熱が除去され、接合部は、はんだが冷却で硬
化されるまで追加的に５秒間その状態に維持される。
このプロセスで製造されたセラミック点火素子は、可
視的な20倍の双眼顕微鏡でろうパッドのクラックを検査
した。ろうパッド部で約0.4％以下の割れが観察され
た。
視的な20倍の双眼顕微鏡でろうパッドのクラックを検査
した。ろうパッド部で約0.4％以下の割れが観察され
た。
比較例 ろうが単にセラミック基板上でブラシ掛けされた以外
は、実施例１と全じ方法が繰り返された。得られたパッ
ドは、厚さ約200μｍで9.0mm2の領域を有していた。次
いで、この方法で製造されたセラミック点火素子は、ろ
うパッド部の割れを上述のように検査した。ろうパッド
部で約30％の割れが観察された。これらの割れは、はん
だ付けプロセスにおいて要求された熱に起因する熱衝撃
によって引き起こされたろうパッド部の量的膨張による
ものと考えられる。
は、実施例１と全じ方法が繰り返された。得られたパッ
ドは、厚さ約200μｍで9.0mm2の領域を有していた。次
いで、この方法で製造されたセラミック点火素子は、ろ
うパッド部の割れを上述のように検査した。ろうパッド
部で約30％の割れが観察された。これらの割れは、はん
だ付けプロセスにおいて要求された熱に起因する熱衝撃
によって引き起こされたろうパッド部の量的膨張による
ものと考えられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23Q 7/22 615
Claims (1)
- 【請求項１】ａ）第１及び第２の導電性端部と高抵抗性
中間部を有し、該導電性端部が30体積％と55体積％の間
の窒化物セラミックを含む、セラミック基体と、 ｂ）前記セラミック基材の各導電性端部に設けられたろ
うパッドであって、約150μｍ以下の厚さを有しかつ約9
5重量％〜約99.9重量％の銀、銅、インジウム、錫、亜
鉛、鉛、カドミウム及び燐からなる群から選ばれる少な
くとも１種を含むろうパッドと を含むセラミックス点火素子。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/144,078 | 1993-10-28 | ||
| US144,078 | 1993-10-28 | ||
| US08/144,078 US5705261A (en) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | Active metal metallization of mini-igniters by silk screening |
| PCT/US1994/011433 WO1995012093A2 (en) | 1993-10-28 | 1994-10-17 | Active metal metallization of mini-igniters by silk screening |
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|---|---|
| JPH09504359A JPH09504359A (ja) | 1997-04-28 |
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ID=22506951
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|---|---|
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| JP (1) | JP3213004B2 (ja) |
| KR (1) | KR100231080B1 (ja) |
| AU (1) | AU1396195A (ja) |
| CA (1) | CA2173739C (ja) |
| DE (1) | DE69411392T2 (ja) |
| ES (1) | ES2119381T3 (ja) |
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| US5786565A (en) * | 1997-01-27 | 1998-07-28 | Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation | Match head ceramic igniter and method of using same |
| JP3688429B2 (ja) * | 1997-04-25 | 2005-08-31 | 株式会社東芝 | 電子部品実装用基板および電子部品実装基板 |
| JP3541702B2 (ja) * | 1998-01-16 | 2004-07-14 | 株式会社デンソー | セラミック−金属接合体及びその製造方法 |
| JP2000058237A (ja) * | 1998-06-05 | 2000-02-25 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒ―タ及びそれを用いた酸素センサ |
| US6078028A (en) * | 1999-02-19 | 2000-06-20 | Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc. | Solderless ceramic igniter having a leadframe attachment |
| DE19956767A1 (de) * | 1999-11-25 | 2001-05-31 | Nanogate Gmbh | Siliziumcarbid-Element |
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| EP1749616A1 (de) * | 2005-08-05 | 2007-02-07 | Grillo-Werke AG | Verfahren zum Lichtbogen- oder Strahllöten/-schweissen von Werkstücken gleicher oder verschiedener Metalle oder Metalllegierungen mit Zusatzwerkstoffen aus Sn-Basis-Legierungen; Draht bestehend aus einer Zinn-Basis-Legierung |
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| GB0810406D0 (en) | 2008-06-06 | 2008-07-09 | Kanthal Ltd | Electrical resistance heating elements |
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| US20120048963A1 (en) | 2010-08-26 | 2012-03-01 | Alexza Pharmaceuticals, Inc. | Heat Units Using a Solid Fuel Capable of Undergoing an Exothermic Metal Oxidation-Reduction Reaction Propagated without an Igniter |
| EP4272744A3 (en) | 2015-03-11 | 2024-01-24 | Alexza Pharmaceuticals, Inc. | Use of antistatic materials in the airway for thermal aerosol condensation process |
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-
1993
- 1993-10-28 US US08/144,078 patent/US5705261A/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-10-17 EP EP95905292A patent/EP0725916B1/en not_active Expired - Lifetime
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- 1996-01-16 US US08/587,171 patent/US5564618A/en not_active Expired - Lifetime
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