JPH10500766A - 高電圧のセラミック点火器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 (a) 少なくとも約10¹⁰Ω・cmの抵抗率を有する電気絶縁性セラミックを50〜80体積％、(b) 約１〜約10⁸Ω・cmの抵抗率を有する半導電性材料を10〜45体積％、(c) 約10^-2Ω・cm未満の抵抗率を有する金属導電性材料を５〜25体積％、及び(d) 金属酸化物、金属酸窒化物、希土類酸化物、希土類酸窒化物、及びそれらの混合物からなる群より選択された抵抗率増加用成分を2.0〜20体積％、を含んでなる高温ゾーン組成物を有するセラミック点火器に120Ｖ〜230Ｖの線間電圧を印加する工程を含む加熱方法。

Description

【発明の詳細な説明】 高電圧のセラミック点火器 発明の背景 セラミック材料は、ガス燃焼炉、ストーブ、衣類ドライヤーの点火器として大 きな成功を収めている。セラミック点火器の製造は、セラミック部分を通る電気 回路の作成を必要とし、その一部は抵抗が高く、配線を通して給電されると温度 が高くなる。 従来の点火器の１つであるMini-Igniter（商標）（ニューハンプシャー州のミ ルホールドにあるノートン社より入手可能）は、48ボルトの印加にもかかわらず ８ボルトで設計され、窒化アルミニウム(AlN)、二ケイ化モリブデン(MoSi₂)、及 び炭化ケイ素(SiC)を含む組成を有する。Mini-Igniter（商標）の需要は増加し ているが、通常の24ボルトを超える定格電圧を有する小型点火器を必要とする用 途の数も増加している。しかしながら、そのような用途に使用した場合、24Ｖの Mini-Igniter（商標）は温度が暴走し、このため、通常の供給電圧（即ち、120 ボルト）から電圧を下げる目的で、コントロールシステムにトランスが必要であ る。したがって、線間電圧の変化を期待して120又は230Ｖの供給電圧の印加で設 計された小型の割合に高い電圧の点火器であって、高価なトランスを必要とせず 、下記の要件の組み合わせ（例えば、家電工業や加熱工業により提示）を保持す る点火器に対するニーズが存在している。 設計温度までの時間 ＜５秒間 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 1350℃ 設計電圧の110％での最高温度 1500℃ 高温ゾーンの長さ ＜1.5インチ パワー（Ｗ） 65〜100 これらの高い電圧の印加において使用されるアンペア数は、24ボルトの印加で 使用されるそれと同等であろうと考えられるため（即ち、約1.0アンペア）、高 い電圧は、点火器の抵抗を高めることによって実現されると思われる。 任意の物体の抵抗は、一般に次の的で表される。 Ｒｓ＝Ｒｙ×Ｌ／Ａ ここで、Ｒｓ＝抵抗、Ｒｙ＝抵抗率、 Ｌ＝導電体の長さ、Ａ＝導電体の横断面の面積 通常の12Ｖと24Ｖのヘアピン式点火器の１本の脚の長さは従来より約1.2イン チであるため、その商業的価値を落さなくて顕著に長くすることはできない。同 様に、約0.0010〜0.0025平方インチである比較的小型の点火器の横断面積は、製 造上の理由から多分低減され得ないであろう。したがって、小型の高電圧点火器 の抵抗の望まれる増加は、その抵抗率を高めることによって実現されることにな ると思われる。 Mini-Igniter（商標）は、１種の高い抵抗の材料(AlN)、１種の中位の抵抗の 材料(SiC)、及び１種の高い導電性の材料(MoSi₂)を含んでなるため、点火器の抵 抗率を高めるための１つの明らかな手段は、AlNを追加しながらそのMoSi₂とSiC の含有率を減らすことである。しかしながら、１つの試みとしての組成（約76体 積％のAlN、９体積％のMoSi₂、及び15体積％のSiCを含む）は、設計温度に到達 するのが遅いだけでなく（低いMoSi₂レベルによる）、大きな負の抵抗率温度係 数(NTCR)を有し、このため約1350℃を超えると温度が暴走するといった点で満足 できないことが分った。負の抵抗率温度係数は、点火器の温度が高くなるとその 抵抗が低下するこ とを意味する。この低下は、抵抗が一定である場合よりも点火器の温度を高くす る。負の抵抗率温度係数が極端に過ぎる場合、その点火器は、定格電圧の85％で は昇温が遅くて低温であり、110％では不安定である。実際には、このような点 火器は定格の110％未満で暴走を呈することがあり、その場合、一定の電圧であ っても損傷（断線）が生じるまでアンペア値と温度が上昇を続ける。これとは反 対に、点火器にとっては、正の抵抗率温度係数(PTCR)又は適度な負の抵抗率温度 係数を有することが好ましい。正の抵抗率温度係数を有するセラミックは、その 温度が1000℃から1400℃まで高くなると抵抗率が増加するのに対し、適度な負の 抵抗率温度係数を有するセラミックは、その温度が1000℃から1400℃まで高くな るとその抵抗率が25％未満まで減少する。正の抵抗率温度係数又は適度な負の抵 抗率温度係数のいずれも、電圧の増加と共により漸増的な昇温を可能にすること ができ、このことは120Ｖ印加にとって非常に重要であり、というのは、先に説 明したように、点火器は広い電圧の範囲にわたって安定に動作する必要があるか らである。 米国特許第5405237号（Washburn特許）は、 (a) ５〜50体積％のMoSi₂及び (b) 50〜95体積％の、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、マグネシウムアルミネート、酸窒化ケイ素アルミニウム 、及びそれらの混合物を含む、セラミック点火器の加熱ゾーンに適切な組成を開 示している。 しかしながら、Washburn特許（及び比較される米国特許第5085804号）に開示 の各々の例は、(a) AlN 又はSi₃N₄、(b) MoSi₂、及び(c) SiC（一部の例はMgCO₃ も添加している）を使用しているに過ぎない。先に説明したように、これらの系 は、高電圧で安定な商用的に実施可能なセラミック点火器を製造する上で適度な 導電性で はないと考えられる。Washburn特許は50体積％のAlN、42.2体積％のSiC、及び7. 8体積％のMoSi₂からなる220Ｖの点火器を開示しているが、この点火器における 低いMoSi₂レベルは、この点火器がその設計温度に到達する速度を大きく制約す る。 したがって、本発明の目的は、高温で温度の暴走を呈さず、高電圧の印加にお いて上記の時間と温度の制約を満たす、高い抵抗の小型点火器の組成を見出すこ とである。 本発明の要旨 本発明によれば、高温ゾーン用組成物を有するセラミック点火器を通して120 Ｖ〜230Ｖの線間電圧を印加する工程を含む加熱方法が提供され、この組成物は 、 (a) 少なくとも約10¹⁰Ω・cmの抵抗率を有する電気絶縁性セラミックを50〜80 体積％、 (b) 約１〜約10⁸Ω・cmの抵抗率を有する半導電性材料を10〜45体積％、 (c) 約10^-2Ω・cm未満の抵抗率を有する金属導電性材料を５〜25体積％、及び (d) 金属酸化物、金属酸窒化物、希土類酸化物、希土類酸窒化物、及びそれら の混合物からなる群より選択された抵抗率増加用成分を2.0〜20体積％、 を含んでなる。 図面の説明 図１は、本発明の典型的な微細構造を示し、ここでAlNは灰色、SiCは薄い灰色 、MoSi₂は白色、及びアルミナ／アルミニウム酸窒化物の混合物は濃い灰色（そ のように考えられる。）である。 発明の詳細な説明 従来のAlN-MoSi₂-SiC系の加熱ゾーンにアルミナ、酸窒化アルミニウム、又は それらの混合物を添加することが、同等のAlNの割合よりも点火器の抵抗率を高 め、この結果、より多いMoSi₂割合の使用を可能にすると同時に、より高い電圧 の印加に必要な抵抗率を与えることが予想外に見出された。高いMoSi₂レベルを 使用できることは、より迅速な温度到達時間をもたらし、ある場合には、定格電 圧の85％〜110％の間まで電圧を高めるときに、温度の激しい増加が少ない。し たがって、本発明の点火器は、高い電圧の印加に必要な抵抗率と、加熱工業や家 電工業に必要な短い昇温時間の、双方を有する。 本発明のある態様において、抵抗率増加用成分は、アルミナと酸窒化アルミニ ウムの混合物である。この混合物は、アルミナを単に素地に添加することによっ て作成され得る。この場合、焼結の際に、アルミナの少なくとも一部が窒化アル ミニウムの一部と反応し、結晶質の酸窒化アルミニウムの相を生成すると考えら れる。セラミック中の酸窒化アルミニウム相の存在は、Ｘ線回折分析によって確 認されている。この結晶相への不純物の固溶は、粒界相の耐熱性を高め、温度が 上昇すると粒界相のイオン伝導率を低下させるものと考えられる。また、アルミ ナの添加は、粒成長を促進し、導電性相の一部を孤立させ、したがって抵抗率を 高めるものと考えられる。 アルミナが素地に添加される場合、任意の一般的なアルミナ粉末が選択される ことができる。一般に、素地に対してアルミナ粒子として約0.5〜18.5体積％、 好ましくは約0.5〜6.5体積％、より好ましくは約2.5〜3.5体積％の量で添加され る。典型的に、約0.1〜約10μｍの平均粒子サイズと、約0.2重量％以下の不純物 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の粒子サイズを有する。より好ましくは、アルコアＡ17焼成アルミナ（ア ーカンソー州のボーキサイトにあるアルコアインダストリアルケミカルズ社より 入手可能）が使用される。また、粉末以外の形態のアルミナが使用されてもよく 、限定されるものではないが、約２〜20体積％、好ましくは約２〜８体積％アル ミナを有する素地を作成する、ゾルゲル法のアルミナの中間物や窒化アルミニウ ムの部分的加水分解が挙げられる。 下記に示す例１〜３は、通常のAlN-MoSi₂-SiC系にそれぞれアルミナのみを添 加するが、その他の金属酸化物、金属酸窒化物、希土類酸化物（例、５体積％の イットリア）、希土類酸窒化物、及びそれらの混合物のような成分が本発明の素 地のアルミナの代わりに用いられても、やはり望ましい結果が得られるものと考 えられる。 一般に、高温ゾーンの組成物は、(a) 少なくとも約10¹⁰Ω・cmの抵抗率を有す る電気絶縁性セラミックを約50〜80体積％、(b) 約１〜約10⁸Ω・cmの抵抗率を 有する半導電性材料を約10〜約45体積％、(c) 約10^-2Ω・cm未満の抵抗率を有す る金属導電性材料を約５〜約25体積％、及び(d) 金属酸化物、金属酸窒化物、希 土類酸化物、希土類酸窒化物、及びそれらの混合物からなる群より選択された抵 抗率を高める成分を約2.0〜約20体積％、を含むべきである。好ましくは、高温 ゾーンは、50〜70体積％の電気絶縁性セラミック、20〜30体積％の半導電性セラ ミック、６〜12体積％の導電性材料、及び２〜８体積％の抵抗率増加用成分を含 んでなる。 本発明の目的に関し、電気絶縁性セラミック（又は絶縁性材料）は室温で少な くとも約10¹⁰Ω・cmの抵抗率を有するセラミックである。電気絶縁性セラミック の成分が高温ゾーン組成物の約70体積％より多くも存在する場合（導電性セラミ ックが約６体積％存在するとき）、得られる組成物は、過度に抵抗性であり、高 電圧において 目標の温度に到達するのに遅くて不満足である。この反対に、約50体積％よりも 少なく存在する場合（導電性セラミックが約６体積％存在するとき）、得られる セラミックは、高電圧において過度に導電性である。明らかなように、導電性セ ラミックの割合が６体積％を超えると、高温ゾーンはより導電性であり、絶縁性 セラミックの割合の上限と下限は、必要な電圧を達成するように適当に高められ ることもできる。典型的に、絶縁性材料は、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、及 び窒化ホウ素からなる群より選択された窒化物である。 一般的な市販のAlN原料粉末は、AlN粒子の皮膜状に約１重量％の酸素又は約1. 8重量％のアルミナを含むことが知られている。したがって、窒化アルミニウム が選択される場合、高温ゾーン組成物の所望のアルミナ含有率は、このアルミナ の不純物を考慮して計算されるべきである。例えば、約70体積％のAlNが使用さ れる場合、アルミナ不純物は高温ゾーン組成物の約1.5体積％である。 本発明の目的に関し、半電導体セラミック（又は半導体材料）は室温で約１〜 10⁸Ω・cmの抵抗率を有するセラミックである。半導電性の成分が高温ゾーン組 成物の約45体積％より多く存在する場合（導電性セラミックが約６〜10体積％の とき）、得られる組成物は高電圧の印加に対して過度に導電性となる（絶縁性材 料の不足のため）。この反対に、約10体積％より少なく存在すると（導電性セラ ミックが約６〜10体積％のとき）、得られる組成物は過度に抵抗性となる（絶縁 性材料が多過ぎるため）。同様に、導電性材料のレベルがより高いと、所望の電 圧を得るためには、絶縁性材料と半導電性材料の割合においてより高い抵抗性の 混合物が必要である。典型的に、半導電性材料は、炭化ケイ素（ドーピングあり 又はなし）と炭化ホウ素からなる群より選択された炭化物である。 本発明の目的に関し、導電性材料は、室温で約10^-2Ω・cm未満の抵抗率を有す る材料である。導電性成分が高温ゾーンの約25体積％より多い量で存在する場合 、得られるセラミックは、高電圧の印加にとって過度に導電性となり、許容でき ない高温の点火器となる。この反対に約６体積％より少なく存在する場合、得ら れるセラミックは、高電圧の印加において過度に抵抗性となり、許容できない低 温の点火器となる。典型的に、導電性材料は、二ケイ化モリブデン、二ケイ化タ ングステン、窒化物の例えば窒化チタン、及び炭化物の例えば炭化チタンからな る群より選択される。 抵抗増加用成分が、高温ゾーン組成物の約2.0体積％より少ない量で存在する 場合、その抵抗を増加させる効果はそれ程大きくない。この反対に、約20体積％ よりも多い量で存在する場合、高温ゾーンは、高電圧の印加で迅速に昇温するに は過度に抵抗性となる。好ましくは、高温ゾーン組成物の約２〜８体積％、より 好ましくは約４〜５体積％を構成する。典型的に、金属酸化物、金属酸窒化物、 希土類酸化物、及び希土類窒化物からなる群より選択される。好ましくは、酸窒 化アルミニウムとアルミナからなる群より選択される。 好ましくは、米国特許第5045237号（Washburn特許）に開示の窒化アルミニウ ム、二ケイ化モリブデン、及び炭化ケイ素の成分割合が、本発明の点火器の高温 ゾーンを形成するために使用され、この特許は、本願でも広く参考にして取り入 れられている。AlN-SiC-MoSi₂系は、約0.001〜約100Ω・cmの抵抗率を有する点 火器を製造可能な適応性のある系であることが見出されている。原料粉末と焼結 セラミックの粒子(grain)の双方の粒子サイズがWashburn特許に記載のそれらと 同様であることが好ましい。 Washburn特許に記載の高温ゾーン／低温ゾーンの点火器の設計が 、本発明によって適切に利用されることができる。高温ゾーンは、ガス点火のた めの機能的加熱を提供する。一般に、これは少なくとも約0.04Ω・cmの抵抗率、 好ましくは1000〜1600℃の温度範囲で少なくとも約0.2Ω・cmの抵抗率を有する 。好ましくは、約50〜80体積％の窒化アルミニウム、約５〜25体積％のMoSi₂、 及び10〜45体積％のSiC（約１部のMoSi₂と約２部のSiCの体積比）、及び約2.0〜 20体積％の抵抗率増加用成分を含んでなる。より好ましくは、約50〜70体積％の 窒化アルミニウム、約６〜12体積％のMoSi₂、20〜30体積％のSiC（典型的に、約 ２部のSiCに対して約１部のMoSi₂の体積比）、及び約２〜８体積％の抵抗増加用 成分を含んでなる。１つの特に好ましい態様において、高温ゾーンは、約60体積 ％のAlN、11体積％のMoSi₂、25体積％のSiC、及び5.5体積％の酸窒化アルミニウ ム／アルミナの混合物を含んでなる。 好ましい態様において、緻密体された物体の高温ゾーンの成分の平均粒子サイ ズ（ｄ₅₀）は次の通りである。 ａ）絶縁性材料（即ち、AlN）：約２〜10μｍ ｂ）半導電性材料（即ち、SiC）：約１〜10μｍ ｃ）導電性材料（即ち、MoSi₂）：約１〜10μｍ ｄ）抵抗増加用成分（即ち、アルミナ／酸窒化アルミニウムの混合物）：約２ 〜10μｍ 図１は、本発明の微細構造を示している。 低温ゾーンはリード線の取り付けを用意する。好ましくは、これもAlN，SiC、 及びMoSi₂を含んでなる。しかしながら、高温ゾーンよりも、導電性材料と半導 電性材料（即ち、SiCとMoSi₂）のかなり高い割合を有する。したがって、この部 分は、一般に、高温ゾーン組成物の抵抗率のわずか約１／５〜１／20の抵抗率を 有し、高温ゾーンに現れるレベルまでは昇温しない。好ましくは、約20〜65体積 ％の窒化アルミニウム、及び約20〜70体積％のMoSi₂とSiC（約１：１〜約１：３ の体積比）を含む。より好ましくは、低温ゾーンは、約60体積％のAlN、20体積 ％のSiC、及び20体積％のMoSi₂を含んでなる。この部分は高い抵抗率を必要とし ないため、低温ゾーンは、本発明の高温ゾーンに必要な酸窒化アルミニウム相を 含む必要はない。 点火器の寸法がその特性と性能に影響を及ぼすことが分っている。一般に、高 温ゾーンの１本の脚の長さは約0.700インチを上廻るべきであるが（低温の対流 ガスの流れがその温度にさ程影響しないように十分な大きさを与えるため）、約 1.500インチを下廻るべきである（十分な機械的強度を与えるため）。その幅は 、十分な強度と製造容易性を与えるため、約0.04インチを上廻るべきである。同 様に、その厚さは、十分な強度と製造容易性を与えるため、約0.03インチを上廻 るべきである。好ましくは、本発明の２本の脚のヘアピン型点火器は、一般に、 全体の１本の脚の長さが約1.25〜約2.00インチであり、約0.001〜約0.005平方イ ンチ（より好ましくは、0.0025平方インチを下廻る）の高温ゾーン横断面を有す る。120Ｖの印加について設計されたある態様において、高温ゾーンは、１本の 脚の長さが約1.25インチ、厚さが約0.03インチ、幅が約0.047インチ（即ち、約0 .00141平方インチの横断面）である。また、これらの寸法の変化が、いろいろな 定格電圧を有する本発明の点火器を提供し得ることが見出されている。具体的に は、表１は、約60体積％のAlN、約11体積％のSiC、約25体積％のMoSi₂、及び約 ４体積％の酸窒化アルミニウム／アルミナの混合物の高温ゾーンを使用した、あ る電圧に必要な点火器の高温ゾーンの組成物を示す。 セラミック成分の二次加圧（即ち、素地の調製と焼結条件）、及び緻密化され たセラミックからの点火器の作成は、任意の一般的な方法によって行うことがで きる。一般に、このような方法は、Washburn特許に実質的にしたがって行われる 。より高い焼結温度（即ち、約1800℃より高い）は、点火器の窒化アルミニウム 成分のより大きい粒成長を生じさせ、孤立した導電性成分をより多く生じさせ、 したがってより高い抵抗率をもたらす傾向にあることが見出されている。しかし ながら、焼結温度を約1820℃より高くすることは、点火器間のバラツキが大きく なり、破壊靭性が小さくなることが経験されている。 本発明の点火器の重要な特長は、従来の小型点火器よりも高い抵抗率と適切な 負の抵抗率温度係数を有することである。これらの点火器の適度な負の抵抗率温 度係数によって得られる適度な昇温性向は、輻射放熱による降温性向によって適 切にバランスされ、それによって自己制御性、温度安定性、高電圧の点火器が得 られるものと考えられる。120Ｖの態様において、プロセスの変動に極めて非感 受性であることが見出されており、即ち、丈夫である。高温ゾーンの抵抗は約10 0〜300Ωであるように設計可能である。本発明の120Ｖ点火器のもう１つの特性 は、通常の24Ｖ点火器のそれと匹敵する。例えば、本発明の点火器は、約25〜35 Ｗ／cm²の単位放射面あたりの電力負荷（power load）、約65〜85Ｗの電力消費 、約400〜 500MPaの室温曲げ強度、及び少なくとも0.2Ω・cmの抵抗率を有する。230Ｖの印 加において、程度の低い負の抵抗率温度係数は、高い電圧下でより安定に動作し 、通常の点火器の性能要件を依然として発揮することを可能にする。120Ｖと23 Ｖの態様のいずれも上記の性能基準を満たす。 ここで、全てのセラミック点火器と同様に、本発明の選択された組成物の一部 は、その動作範囲が限られていると思われる。例えば、少なくとも約1.1Ω・cm の高温ゾーン抵抗率と約1.22インチ未満の単一脚長さを有する本発明の一部のヘ アピン型点火器において、不安定性が1600℃で現われることが見出されている。 さらに、本発明の点火器が約1620℃に達したとき、それらを保護する最初から存 在する酸化物コーティングが溶融し、続いて破壊することが経験されている。 本発明の実用性は次の実施例と比較的によってさらに理解されるであろうが、 本発明はこれらの例に限定されるものではない。本発明の目的に関し、「安定な 」点火器とは、所与の電圧で実質的に一定の抵抗率と一定の温度を保つものであ る。例１ 約60体積部のAlN、約11体積部のMoSi₂、約25体積部のSiC、及び約４体積部のA l₂O₃を含む高温ゾーン組成物を、高速剪断ミキサー中で配合した。同様にして、 約20体積部のAlN、約20体積部のMoSi₂、約60体積部のSiCを含む低温ゾーン組成 物を配合した。次いでこれらの粉末配合物を、ホットプレスの備えつきのスペー スに充填し、ホットプレスし、理論密度の約60％のビレットを作成した。次いで このビレットを、未焼結の状態で機械加工し、約3.00×2.00×0.20インチの２ゾ ーンのタイル状物を作成した。次に、この機械 加工したタイル状物を高温で等方プレスし、タイル状物を1790℃の30000psiで１ 時間処理した。このHIP処理の後、緻密なタイル状物をダイヤモンド加工し、ヘ アピン式の点火器を得た（即ち、単一脚長さ1.5インチ×厚さ0.030インチ×脚幅 0.047インチであって、スロット幅が0.060インチ）。 この点火器は120Ｖで良好な性能を示した。これは、十分に高い抵抗率（1300 ℃で0.3±0.05Ω・cm）、短い昇温時間（1100℃まで４秒間）を有し、132Ｖまで 安定であった。例２ 例１と同様にして点火器を調製し、但し、組成を60体積％のAlN、10体積％のM oSi₂、25体積％のSiC、及び５体積％のアルミナ（スミトモAKP-30）とした。 この点火器は230Ｖで良好な性能を示した。これは十分に高い抵抗率（1300℃ で1.2Ω・cm）と短い昇温時間（1100℃まで５秒間）を有し、250Ｖまで安定であ った。例３ 比較例２で調製したタイル状物を95℃の温度で20分間にわたって水に曝した。 これらのタイル状物を乾燥すると、AlNの加水分解によって生じた約１％の重量 増加を示し、これは約900℃まで加熱するとアルミナを生成した。次いでこのタ イル状物を例１と同様にして緻密化させ、点火器を作成した。 この点火器は150Ｖで良好な性能を呈した。これは十分な抵抗率（1300℃で0.4 Ω・cm）と短い昇温時間（1100℃まで５秒未満）を有し、約180Ｖまで安定であ った。比較例１ 例１と同様な仕方で点火器を調製し、但し、組成は66〜71体積％のAlN、8.5〜 ９体積％のMoSi₂、及び20.5〜25体積％のSiCとし た。この組成にはアルミナを全く使用しなかった。 120Ｖの印加において、この点火器は中程度の昇温時間を有した（1100℃まで ６〜７秒間）。比較例２ 比較例１と同様な仕方で点火器を調製し、但し、タイル状物を1815℃の雰囲気 温度で緻密化させた。 230Ｖの印加において、この点火器は昇温が遅いだけでなく（1100℃まで10秒 間）、245Ｖで不安定であった。比較例３ 例１と同様な仕方で点火器を調製し、但し、組成を65体積％のAlN、10体積％ のMoSi₂、及び25体積％のSiCとした。この組成物にはアルミナを全く使用しなか った。 120Ｖの印加において、この点火器はわずか約0.1Ω・cmの抵抗率を有すること が分り、わずか約90Ｖで1300℃に到達した。これは、例１よりも少ないMoSi₂と 、例２と同じMoSi₂濃度を有するにもかかわらず、この低い抵抗率を有した。 本発明の点火器は、炉、調理器、パイプ式暖房器、ボイラー、ストーブなどの ガス燃料着火器具のような数多くの用途に使用されることができる。

【手続補正書】 【提出日】１９９７年６月１０日 【補正内容】 請求の範囲 １．(a) 少なくとも10¹⁰Ω・cmの抵抗率を有する電気絶縁性セラミックを50〜 80体積％、 (b) １〜10⁸Ω・cmの抵抗率を有する半導電性材料を10〜45体積％、 (c) 10^-2Ω・cm未満の抵抗率を有する金属導電性材料を５〜25体積％、及び (d) 金属酸化物、金属酸窒化物、希土類酸化物、希土類酸窒化物、及びそれら の混合物からなる群より選択された抵抗率増加用成分を2.0〜20体積％、 を含んでなる高温ゾーン組成物を有するセラミック点火器に120Ｖ〜230Ｖの線間 電圧を印加する工程を含む加熱方法。 ２．(a) 少なくとも10¹⁰Ω・cmの抵抗率を有する電気絶縁性セラミック粒子を 50〜80体積％、 (b) １〜10⁸Ω・cmの抵抗率を有する半導電性セラミック粒子を10〜45体積％ 、 (c) 10^-2Ω・cm未満の抵抗率を有する金属導電性材料の粒子を５〜25体積％、 及び (d) 金属酸化物、金属酸窒化物、希土類酸化物、希土類酸窒化物、及びそれら の混合物からなる群より選択された抵抗率増加用成分を2.0〜20体積％、 を含んでなり、緻密化させてセラミックを生成させるための素地。 ３．(a) 本質的に窒化アルミニウムからなる電気絶縁性材料を50〜80体積％、 (b) 炭化ホウ素、炭化ケイ素、及びそれらの混合物からなる群より選択された 半導電性材料を10〜45体積％、 (c) 二ケイ化モリブデン、二ケイ化タングステン、窒化チタン、及びそれらの 混合物からなる群より選択された金属導電性材料を５〜25体積％、及び (d) 酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、及びそれらの混合物からなる群 より選択され、２〜10μｍの平均粒子サイズを有する抵抗率増加用成分を0.5〜1 8.5体積％、 を含んでなる高温ゾーン組成物を有する焼結されたセラミック。 ４．(a) 本質的に窒化アルミニウムからなる電気絶縁性材料を50〜80体積％、 (b) 炭化ホウ素、炭化ケイ素、及びそれらの混合物からなる群より選択された 半導電性材料を10〜45体積％、 (c) 二ケイ化モリブデン、二ケイ化タングステン、窒化チタン、及びそれらの 混合物からなる群より選択された金属導電性材料を５〜25体積％、及び (d) 酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、及びそれらの混合物からなる群 より選択された抵抗率増加用成分を２〜20体積％、 を含んでなる高温ゾーン組成物を有する焼結されたセラミック。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベイトマン，リンダ エス. アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01562，スペンサー，レッジ アベニュ 19

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．(a) 少なくとも約10¹⁰Ω・cmの抵抗率を有する電気絶縁性セラミックを50 〜80体積％、 (b) 約１〜約10⁸Ω・cmの抵抗率を有する半導電性材料を10〜45体積％、 (c) 約10^-2Ω・cm未満の抵抗率を有する金属導電性材料を５〜25体積％、及び (d) 金属酸化物、金属酸窒化物、希土類酸化物、希土類酸窒化物、及びそれら の混合物からなる群より選択された抵抗率増加用成分を2.0〜20体積％、 を含んでなる高温ゾーン組成物を有するセラミック点火器に120Ｖ〜230Ｖの線間 電圧を印加する工程を含む加熱方法。 ２．電気絶縁性セラミックが、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、及び窒化ホウ 素からなる群より選択された請求項１に記載の方法。 ３．半導電性材料が、炭化ケイ素と炭化ホウ素からなる群より選択された請求 項２に記載の方法。 ４．金属導電性材料が、二ケイ化モリブデン、二ケイ化タングステン、及び窒 化チタンからなる群より選択された請求項３に記載の方法。 ５．電気絶縁性材料が窒化アルミニウムである請求項４に記載の方法。 ６．半導電性材料が炭化ケイ素である請求項５に記載の方法。 ７．金属導電性材料が二ケイ化モリブデンである請求項６に記載の方法。 ８．窒化アルミニウムが、高温ゾーン組成物の50〜70体積％を構成する請求項 ７に記載の方法。 ９．炭化ケイ素が、高温ゾーン組成物の20〜30体積％を構成する請求項８に記 載の方法。 １０．二ケイ化モリブデンが、高温ゾーン組成物の６〜12体積％を構成する請 求項９に記載の方法。 １１．抵抗率増加用成分が、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、及びそ れらの混合物からなる群より選択された請求項１０に記載の方法。 １２．抵抗率増加用成分が、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、及びそ れらの混合物からなる群より選択された請求項４に記載の方法。 １３．抵抗率増加用成分が、高温ゾーン組成物の２〜８体積％を構成する請求 項１２に記載の方法。 １４．抵抗率増加用成分が、高温ゾーン組成物の約４体積％を構成する請求項 １２に記載の方法。 １５．高温ゾーン組成物が、２〜10μｍの平均粒子サイズを有する粒子として 存在する抵抗率増加用成分を0.5〜18.5体積％含む請求項１２に記載の方法。 １６．高温ゾーン組成物が、２〜10μｍの平均粒子サイズを有する粒子として 存在する抵抗率増加用成分を0.5〜6.5体積％含む請求項１１に記載の方法。 １７．線間電圧が120Ｖであり、高温ゾーン組成物が0.050平方インチ未満の横 断面積と1.5インチ未満の１本の脚の長さを有する請求項１２に記載の方法。 １８．線間電圧が230Ｖであり、高温ゾーン組成物が0.050平方インチ未満の横 断面積と1.5インチ未満の１本の脚の長さを有する請求項１２に記載の方法。 １９．(a) 少なくとも約10¹⁰Ω・cmの抵抗率を有する電気絶縁性 セラミック粒子(grain)を50〜80体積％、 (b) 約１〜約10⁸Ω・cmの抵抗率を有する半導電性セラミック粒子を10〜45体 積％、 (c) 約10^-2Ω・cm未満の抵抗率を有する金属導電性材料の粒子を５〜25体積％ 、及び (d) 金属酸化物、金属酸窒化物、希土類酸化物、希土類酸窒化物、及びそれら の混合物からなる群より選択された抵抗率増加用成分を2.0〜20体積％、 を含んでなり、緻密化させてセラミックを生成させるための素地。 ２０．抵抗率増加用成分がアルミナである請求項１９に記載の素地。 ２１．電気絶縁性セラミックが窒化アルミニウムであり、アルミナが本質的に その窒化アルミニウム粒子の皮膜として存在する請求項２０に記載の素地。 ２２．アルミナの0.5〜18.5体積％が、２〜10μｍの平均サイズを有する粒子 として存在する請求項２０に記載の素地。 ２３．(a) 本質的に窒化アルミニウムからなる電気絶縁性材料を50〜80体積％ 、 (b) 炭化ホウ素、炭化ケイ素、及びそれらの混合物からなる群より選択された 半導電性材料を10〜45体積％、 (c) 二ケイ化モリブデン、二ケイ化タングステン、窒化チタン、及びそれらの 混合物からなる群より選択された金属導電性材料を５〜25体積％、及び (d) 酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、及びそれらの混合物からなる群 より選択され、約２〜10μｍの平均粒子サイズを有する抵抗率増加用成分を0.5 〜18.5体積％、 を含んでなる高温ゾーン組成物を有する焼結されたセラミック。 ２４．(a) 本質的に窒化アルミニウムからなる電気絶縁性材料を50〜80体積％ 、 (b) 炭化ホウ素、炭化ケイ素、及びそれらの混合物からなる群より選択された 半導電性材料を10〜45体積％、 (c) 二ケイ化モリブデン、二ケイ化タングステン、窒化チタン、及びそれらの 混合物からなる群より選択された金属導電性材料を５〜25体積％、及び (d) 酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、及びそれらの混合物からなる群 より選択された抵抗率増加用成分を２〜20体積％、 を含んでなる高温ゾーン組成物を有する焼結されたセラミック。