[发明专利]同轴的陶瓷点火器及其制造方法

说明书

本申请要求于2007年12月29日提交的美国临时申请号61/009,507的权益，该申请通过引用以其全文结合在此。

技术领域

本发明提供了新的同轴陶瓷加热元件。本发明进一步提供了用于制造同轴的陶瓷加热元件的新方法，包括(1)将一种预成型的或硬化的材料区与一种或多种具有流动性的材料的一个区结合在一起，(2)使该具有流动性的材料固化、胶化、干燥或另外凝固或硬化。优选地，将该元件随后烧结以由此形成以一种整体的同轴加热元件。还在此提供了同轴加热元件如点火器和电热塞，它们是从本发明的制造方法可得到的。

背景技术

陶瓷材料已经享有巨大成功，如在例如燃气点火的加热炉、火炉以及干衣机中的点火器。陶瓷点火器的生产包括通过陶瓷组分构建一种电路，该组分的一部分在通过引线通电时是高度电阻性的并且温度会升高。参见，例如美国专利公布2006/0131295以及美国专利6,028,292、5,801,361、5,405,237、和5,191,508。

典型点火器总体上是矩形的元件，其中在加热元件尖端处具有一个高电阻性的“热区”而相反的热元件末端提供了一个或多个导电性的“冷区”。目前可得的点火器，迷你型加热元件自MilfordN.H的诺顿(Norton)点火器产品可得，这种点火器被设计成用于12伏特到120伏特之间的应用，并且包括一种组合物，该组合物包括氮化铝(″AIN″)，二硅化钼(″MoSi₂″)和碳化硅(″SiC″)。

要求陶瓷点火器系统的多种性能特性，包括高的速度以及快的温度到达时间(即从室温加热到用于点火的设计温度的时间)以及足以运行延长的时间段而不用更换的牢固性。然而，许多常规点火器并不始终满足此类要求。此外，目前的陶瓷点火器还已经在使用过程中遭遇破裂，特别是在可能持续撞击的环境中，例如用于燃气炉台等的点火器。

火花点火系统是对陶瓷点火器提出的一种可替代的方法。参见例如美国专利号5,911,572，说到一种具体的火花点火器对于一种燃气烹饪燃烧器的点火是有用的。火花点火总体上展现的一种良好的性能特性是快速点火。就是说，一旦激活，火花点火器可以非常快速地点燃燃气或其他燃料源。

在某些应用中，快速点火可能是关键性的。例如，所谓的“快热式”热水器正得到日益增加的欢迎度。概括地说，参见美国专利号6,167,845、5,322,216、和5,438,642。并非储存固定量的经过加热的水，这些系统将在打开水管线后(例如，使用者将水龙头旋转到打开位置)基本上立即加热水。因此，要求在打开水之后基本上立即加热以在水被打“开”时基本上同时地输送加热过的水。这种快热式热水系统已经普遍利用了火花点火器。对于商业上用于极度快速的点火应用(如快热式热水器所要求的)至少许多目前的陶瓷点火器已经提供了太慢的温度到达时间的性能。

已经提供了同轴的陶瓷点火器来着手解决对于快速点火的需要。然而，目前的同轴点火器的设计致使在点火器表面处或附近产生了大部分的焦耳加热。其结果是，该点火器对外部冷却和老化作用变得更敏感。此外，目前的同轴点火器制造方法(如滑移浇铸所有的层)遭遇了再现性和一致性的问题。当滑移浇铸所有这些层时，可能存在一日到一日以及每个模具到每个模具的尺寸变化，如果存在，它们将影响如此形成的点火器的性能和一致性。

发明内容

现在提供了新的同轴的陶瓷加热元件以及用于生产同轴的陶瓷加热元件的方法。本发明的同轴的加热元件配备有一个导电核心区，该核心区在该加热元件的远端延伸进入一个电阻性热区中，由此使该核心导电区以及该电阻性热区之间的界面移动离开该加热元件的远侧尖端。换言之，形成热区的电阻性区延伸进入该中央核心之中。其结果是，该加热元件的性能得到改进。例如，本发明的同轴加热元件设计启动了中央加热，这可以提供许多益处，如对外部冷却以及老化作用的改进的耐受性。此外，该电阻性通道的长度被增大，由此提供了进一步的益处，例如使用一种更低电阻率(更高的PTC)材料的能力，这减小了该点火器的加热时间。本发明的同轴加热元件设计的增大的通路长度还可以允许更高的操作电压。随着通路长度变得更短，最后该材料的电阻率要求是如此高，这样使得难以一致地制造这些加热元件。因此，本发明提供的延长的通路长度设计进一步允许更一致的加热元件的制造。

本发明的方法还提供了另外的优点，例如允许核心和外部区域(如核心和外部导电区)在相对于彼此相同的水平或高度处形成。