JP2001219268A - 高周波半田鏝 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 半田鏝の電源を入れてからの待ち時間を少な
くし、半田付したときに製品についた半田が持ち去る熱
を早く補いもとの温度に復帰させる。また、オートメー
ションの半田付工程において鏝先の温度制御を円滑、か
つ早くする。加えて、省エネルギ、省資源、品質管理、
保守作業の削減をする。 【解決手段】 磁性体の鏝先を高周波で加熱することに
より、その金属の正の抵抗温度係数から温度の自己回復
性を適応して電源を入れたときには早く使用温度にな
り、半田付の後も早くもとの温度に復帰する。この自己
回復性は過度な温度になることをも防ぐ働きがあり製品
品質の向上に有効である。高周波半田鏝を実現するため
にコイルの巻き方を考案し、高周波にしたことで生ずる
問題を解決し、加えて、鏝先に鉄として省資源化及び保
守管理の省力化をし、発熱体である鏝先がコイルの中に
あること、鏝先にキャプを付けることで省エネを図る。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の技術分野】

【０００１】本発明は製品の製造工程の半田付に関する
半田鏝の発明である。電気工学的には「高周波加熱」ま
たは「高周波電磁加熱」の技術分野に属し、日本電気学
会発行の電気工学ハンドブックを「表皮効果」と「浸透
の深さ」をキーワードにして検索すると文献にたどるこ
とができる。

【０００２】高周波電流の流れるコイル内に金属を配置
するとき金属の表面より次の式で求める浸透の深さまで
に電流が集中してくる。その浸透の深さδは ただし、 ρｔは被加熱物のｔ［℃］の固有抵抗
［Ωｍ］ μ０は透磁率［Ｈ／ｍ］ μｓは被加熱物の比透磁率 ｆは高周波電流の周波数［Ｈｚ］ また、 ρｔ＝ρｏ（１＋αｏ（ｔ−ｔｏ）） ・・・・・・・・（２） ｔｏはρｏ、αｏを測定した時の温度 である。従って、鏝先のコイル部分はこの浸透の深さよ
り少し多い目までが磁性体金属であれば本発明の高周波
半田鏝を実現することができる。また、これより深い部
分は別の金属にしてもよい。例えば、鉄の直径８ｍｍの
鏝先に対して６ｍｍの穴を空け中央に銅を入れても鉄と
して（１）式は扱うことができる。

【０００３】磁性体金属にコイルを巻いた場合、その磁
性体金属の抵抗は発明者が導いた次の式になる。なお、
トランスと同じ考え方で金属の抵抗をＲ２と表記する。 ただし、 ｂ：巻幅 ［ｍ］ Ｄ：被加熱物の直径 ［ｍ］ この巻幅で導線をＮ回巻いてコイルとした場合のコイル
の端子（リード線）からみた抵抗Ｒ１はトランスと同様
に Ｒ１＝Ｎ・Ｎ・Ｒ２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４） となる。つまり、トランスの１次側から２次抵抗を見た
場合、巻線の巻数Ｎの自乗に比例する。

【０００４】この発明に関係して（２）式は半田鏝の使
用温度をｔ［℃］と考えると鏝先の温度が上がると共に
ρｔは増加する。このことから（３）式を見るとＲ２は
増加する。従って、ｔ［℃］で半田鏝の定格を決めて設
計しておくと電源を入れる室温では定格時より抵抗が小
さいことになり高周波半田鏝は急速に温度を上げてゆく
特質を持っている。また、半田付で半田が製品に付いて
熱を持ち去ったときに鏝先の温度が下がっても抵抗が小
さくなって鏝先の温度を上げようとする自己制御性を持
っている。 〔図面の簡単な説明〕

【０００５】以下に図をおって本発明の高周波半田鏝の
実施例について説明する。この発明の高周波半田鏝を図
１に示す。高周波半田鏝は少なくとも高周波電流が流れ
る浸透の深さの数倍の厚みの部分が磁性体金属である鏝
先１に耐熱性、断熱性、絶縁性材料であるテフロン、シ
リコーン等の材料および絶縁耐力は少し低いが乾燥状態
では絶縁体である耐火耐熱セメント作ったボビン２を配
設し、このボビンに耐熱性、絶縁性の高いテフロン、シ
リコーン、ポリエステルをコーテングした導線３を巻い
たコイル４を配設する。

【０００６】導線を多層に巻く場合は耐熱性、絶縁性の
高いシリコーン、ガラスクロスなどを用いた層間絶縁フ
ィルム５を挟み、最後にも外周を絶縁する耐熱性、絶縁
性の高い、テフロン、シリコーン、ガラスクロスを巻き
込むか、または絶縁性は少し低いが乾燥状態では絶縁体
である耐火耐熱セメントを注形した外周絶縁物６を設け
てコイルは完成する。

【０００７】鏝先は固定ネジ８によりステンレス板、鉄
板などを使ったホルダ７に固定ネジ８で固定されてい
る。

【０００８】コイルからはガラスクロスなどで絶縁され
たリード線９が出ており、ホルダの内部に導かれニギリ
（握り）１０の後方から高周波電源に接続されている。

【０００９】最後にコイルを保護ためにステンレス板、
鉄板、珪素鋼板などの金属でできた保護カバー１１で覆
い保護カバー固定ネジ１２でホルダ７に固定し他の一端
はカシメリング１３で固定する。このように高周波半田
鏝は基本構成される。

【００１０】半田鏝の鏝先は１８０℃程度から３００℃
近い温度までになりコイルを作る導線は低温半田用の半
田鏝では絶縁樹脂がコータィングされたものが使える
が、２３０℃以上の高温半田用の半田鏝では裸導線を使
うことになる。以下に導線の巻き方に関する発明につい
て記述する。

【００１１】図２はボビン２（１図は側板の付いたも
の、この図は側板のないもの）に裸導線を巻く第１の製
作方法を示している。裸導線を巻く場合は巻回間の絶縁
を考慮する必要がありガラスウールやシリコンフィルム
でできた巻回間絶縁板１４をボビンに裸導線が一周する
間に３カ所以上挿入し、巻くに従い巻回間絶縁板を裸導
線の上に下にと挟み込むように巻き取り高周波加熱コイ
ル（以下コイルと称する）とする。この方法は比較的に
小電力で高温半田付の半田鏝に適し、手巻きに適する。

【００１２】図３はボビン２に裸導線を巻く第２の方法
である。巻回間の絶縁のために磁器やガラスまたはテフ
ロンやシリコーンで出来た巻回間絶縁管１５をボビンに
裸導線が一周する間に３カ所以上挿入して巻きりコイル
とする。この方法はガラスや磁器を使うことができてき
るため大電力で高温半田付の半田鏝に適応する。

【００１３】図４はボビン２に裸導線を巻く第３の方法
である。巻回間の絶縁のためにガラスウールやシリコー
ンで比較的硬くできた糸または線、すなわち、巻回間絶
縁糸１６を裸導線と共に巻き取りコイルとする。この方
法は半田鏝の電力定格の範囲で広く採用できる。また、
機械巻きに効果を発する方法である。

【００１４】図５はボビン２に裸導線を巻く第４の方法
である。ボビンに溝を施す。この巻回間絶縁溝１７に沿
って裸導線が一周する直前で次の溝へとスライドしなが
ら巻き取る。また、通常のボビンを使った場合や、溝付
ボビンを使っても２層目の裸導線を固定するためには溝
の付いた裸導線固定具１８を使用する必要がある。この
裸導線固定具をボビンに填め込んでその溝に裸導線を同
様に巻き取る。この方法は小電力から大電力の半田鏝に
適用出来る。また、機械巻きに効果を発するが半田鏝の
定格電力の違いでポビンの部品数は増大する。

【００１５】図７はボビン支持具１９に関する図であ
る。鏝先１にボビン２を直接接触させるのではなく空気
を断熱材として使うことによってコイル不必要な熱が伝
わりにくくしたものである。ボビン支持具にはセラミッ
クやステンレス板を使用している。

【００１６】図８は磁束漏れ防止コア２０に関する図で
ある。ボビン２に導線を巻き、外周絶縁フィルム６（ま
たは外周絶縁クロス）の周囲にフェライトコアなどの磁
性材を配設して高周波磁束の周辺への漏れを少なくし電
子機器などへの影響、通信機器への雑音の影響などを防
ぐようにしている。このコアはコイルの両端より長いも
のを使用し大気空間に出る磁束をできるだけ吸収させて
いる。

【００１７】図９は高周波半田鏝の鏝先に関する図であ
る。鉄でできた鏝先１に高周波電流に影響を与えない直
径で中をくり貫き銅棒２１を埋め込んで熱が鏝先の半田
付部に伝わり安くし、さらに半田が高周波電流の流れる
部分に入り込まないようにアルミまたはガラスクロスま
たはテフロン樹脂やシリコーン樹脂などのキャップ２２
をかぶせ、また、さらに鏝先の半田付をする部分を電気
亜鉛メッキして半田が乗りやすくし、その他の部分は酸
化や劣化消耗が進み難くするために四三酸化鉄にする表
面処理を施すか、またはクロームメッキを施す。四三酸
化鉄の処理は価格が安いが熱の放射率が高く鏝先から大
気中に放射する損失は大きい。クロームメッキの価格は
高いが放射率が小さく放射損失は少ない。四三酸化鉄処
理やクロームメッキは鏝先の高周波電流の流れる部分が
不明瞭な酸化や劣化消耗をして高周波電流の定格を変化
させないためでもある。

【００１８】また、キャップ２２は大気への熱が放射や
対流で逃げないようにして熱効率を改善している。

【００１９】図１０は熱伝対取付図である。鏝先の半田
付をする部分に近い位置に温度測定をする熱伝対２３を
埋め込み、高周波半田鏝の早い加熱性を生かして測定温
度と所定の温度になるように高周波電流を制御するため
の鏝先である。

【００２０】図１１は放熱板の配設図である。鏝先側に
内ボビン２４を設けコイル側に外ボビン２６を設け二つ
のボビンの途中に短冊の形状に切った銅製の放熱板２５
を挿入して、鏝先側から伝わる熱をコイルに伝わり難く
するためサイドに逃がし、さらに保護カバーに放熱板固
定ネジ２７で固定して逃がしている。熱の逃がし方の別
の方法として放熱板のサイドを扇形にして保護カバー内
に逃がすだけの方法もある。

【００２１】これらの図は鏝先が丸形で示しているが角
形であろうが楕円形であろうが同様の考え方で製作す
る。また、導線、裸導線は縒り線も含む。

【従来の説明】

【００２２】従来の半田鏝は雲母でできた筒にニクロー
ム線を巻き、その上に絶縁のための雲母を巻いて、この
筒を半田鏝先の一部に覆うようにはめ込みニクローム線
に電流を流して半田鏝先を加熱する方式であった。また
鏝先の交換と雲母の筒の製造偏差を考慮して空気層も経
由して熱を鏝先に伝えている。

【発明が解決しようとする課題】

【００２３】従来の半田鏝の最大の欠点はニクローム線
を電流で加熱し、熱抵抗のある雲母と空気層を介して鏝
先に間接的に熱を伝えて加熱する方式である。従って、
電気回路的に説明すると抵抗である雲母と空気層を通し
てコンデンサである熱容量の大きい鏝先を加熱するため
大きい時定数を持っており、電源を入れてからの待ち時
間が長く掛かる欠点があった。従来の半田鏝はこの欠点
を解決するためにバイメタルや電子回路で制御する必要
があった。

【００２４】また、半田付をすると製品に付いた半田が
熱を持ち去るから鏝先の温度が下がる。また大気へ対流
と放射により熱が放散して鏝先の温度が下がる。この温
度低下を補うために雲母と空気層を介して熱を供給する
ためヒータの温度は相当に高く隙間からニクローム線ヒ
ータの見えるものでは台所で使う電熱のように光ってい
るものもある。そのようにヒータと鏝先の間に３００℃
程度の温度差を設けて鏝先に熱を伝えている。

【００２５】従来の半田鏝の内部は雲母の筒にニクロー
ム線を巻いて、その外側も雲母が巻いてあるだけであ
る。従って、ヒータの熱の半分は鏝先に伝わり、半分は
保護カバー（または保持カバー）に伝わっていると考え
られる。作業者は半田鏝の温度ほ自分の頬に保護カバー
部を近づけて半田付温度になったことを確認することか
らも５０％近いエネルギーを大気中に捨てていると考え
られる。

【００２６】製品に付いた半田が持ち去る熱によって半
田鏝のの温度が下がらないように鏝先のサイズを大きく
して蓄熱し、大気への対流と放射によって熱を逃がして
鏝先の温度バランスを取り製品に影響しない温度に保っ
ているのである。蓄熱のためにサイズを大きくすると当
然こと電源を入れてからの待ち時間はより延びることに
なる。

【発明の効果】

【００２７】本発明の高周波半田鏝はコイルと鏝先の間
には耐熱性、断熱性、絶縁性を持つボビンが存在するが
コイルからエネルギーは電磁力で鏝先に供給するため雲
母や空気層があったとしても熱抵抗は存在しない。

【００２８】また、本発明の高周波半田鏝の鏝先に鉄を
使う場合、温度が上がると高周波的に見た抵抗は増大す
る。それは半田付作業の温度に達するまでは抵抗が小さ
いということであり、使用温度以下では抵抗が小さいか
ら電力は多く入ることになる。このことは、電源を入れ
てからの待ち時間は特別に制御することなく短くなる。
これは鉄の抵抗温度係数が正の数で比較的大きいために
可能になり、自己制御性を持っている。自己制御性が大
きい場合ニクローム線ヒータを持つ半田鏝よりも少ない
大気への対流と放射による熱バランスは少なくてすむこ
とになる。さらに自己制御性は高周波による鏝先の加熱
とあいまって鏝先を過度に加熱する分を抑えるためコイ
ルを作る材料にテフロンやシリコーンも構成材料として
適用できるようになる。

【００２９】さらに、半田付により半田が製品に付いて
熱を持ち去ってゆくと鏝先の温度は下がる。この時、鏝
先の金属の抵抗温度係数が正で比較的大きいことは半田
が持ち去った分、鏝先の温度が下がって抵抗値が小さく
なり電力が多い目に鏝先に注入され次の工程のために早
く鏝先の温度を適正に回復する性能を持っている。

【００３０】さらに、従来の半田鏝に比べて製品が持ち
去る熱で温度が極端に下がることを防止するため大きい
鏝先にしているが、本発明は比較的小さい鏝先が使用出
来ること、直接鏝先に電力を注入することの長所を生か
すと比較的速い温度の制御を可能する。

【００３１】銅の鏝先に高価な熱伝対を埋め込んでも銅
がフラックスや空気中の酸素で早く消耗するため経済性
に問題があるが鉄の鏝先は銅の１０倍程度の寿命があり
取付の効果を発揮する。

【００３２】本発明の高周波半田鏝は自己温度制御性を
持っているため鏝先温度が極端に上昇して製品を加熱し
て品質を下げることも少なくなり品質管理を向上させる
ことになる。さらに、この特性は鏝先の酸化や消耗を抑
え保守管理の省力化に役立つことになる。

【００３３】本発明は鏝先が断熱性のボビンの中に入っ
ていること、比較的小さい鏝先でよいことから周囲への
対流や放射の損失が少なく省エネルギーの効果も大き
い。また、鏝先の半田付するところに近い部分は鉄を用
いるためさらに鏝先の酸化や消耗を抑えられ、半田付す
るちかくの部分に熱伝対を埋め込んでも経済性は成り立
ち、埋め込んだところが銅のように早く酸化や消耗をし
てゆかない。

【００３４】本発明の高周波半田鏝は従来のニクロム線
ヒータを用いる半田鏝に比べて保護カバーにあたる部分
の温度が低く半田付作業者の保護カバーによる火傷は軽
傷になる。

【００３５】

【図面の簡単な説明】

【図１】高周波半田鏝の基本的な図

【図２】巻回間の絶縁板挿入図

【図３】巻回間の絶縁管挿入図

【図４】巻回間の絶縁糸挿入図

【図５】巻回間の絶縁溝加工図

【図６】裸導線固定具の図

【図７】ボビン支持具の取付図

【図８】磁束漏れ防止コア取り付け図

【図９】鏝先図

【図１０】熱伝対取付図

【図１１】放熱板配設図

【符号の説明】

１は鏝先 ２はボビン ３は導線または裸導線 ４はコイル ５は層間絶縁フィルム ６は外周絶縁物 ７はホルダ ８は鏝先固定ネジ ９はリード線 １０はにぎり １１は保護カバー １２は保護カバー固定ネ
ジ １３はカシメリング １４は巻回間絶縁板 １５は巻回間絶縁管 １６は巻回間絶縁糸 １７は巻回間絶縁溝 １８は裸導線固定具 １９はボビン支持具 ２０は磁束漏れ防止コア ２１は銅棒 ２２はキャップ ２３は熱伝対 ２４は内ボビン ２５は放熱板 ２６は外ボビン ２７は放熱板固定ネジ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐熱性、断熱性、絶縁性材料で作ったボ
   ビンに耐熱絶縁導線または耐熱絶縁樹脂コーティング導
   線を巻いたコイルに少なくともコイルに対向する部分が
   磁性体である鏝先を挿入し、このコイルに高周波電流を
   流して鏝先を加熱する高周波半田鏝。
2. 【請求項２】 耐熱性、断熱性、絶縁性材料で作ったボ
   ビンに裸導線を巻くときに耐熱性、絶縁性のフィルムを
   短冊に切ったものを、裸導線を巻くに従って裸導線の
   下、次の裸導線の上、と交互にフィルムを上下し裸導線
   の間にいれながら巻いたコイルに少なくともコイルに対
   向する部分が磁性体である鏝先を挿入し、このコイルに
   高周波電流を流して鏝先を加熱する高周波半田鏝。
3. 【請求項３】 耐熱性、断熱性、絶縁性材料で作ったボ
   ビンに耐熱性、絶縁性の短い管を裸導線にはめ込で絶縁
   間隔を取りながら裸導線を巻き取ってできたコイルに少
   なくともコイルに対向する部分が磁性体である鏝先を挿
   入し、このコイルに高周波電流を流して加熱する高周波
   半田鏝。
4. 【請求項４】 耐熱性、断熱性、絶縁性材料で作ったボ
   ビンに耐熱性、絶縁性の絶縁間隔をとる糸と共に裸導線
   を巻いてなるコイルに少なくともコイルに対向する部分
   が磁性体である鏝先を挿入し、このコイルに高周波電流
   を流して加熱する高周波半田鏝。 【請求項４】 耐熱性、断熱性、絶縁性材料の材料で作
   ったボビン裸導線を填め込む固定溝を施すか、又は裸導
   線を固定する目的で溝の付いた裸導線固定具をボビンに
   填め込んで、その上に裸導線を巻回間の絶縁間隔をとり
   ながら巻いたコイルに少なくともコイルに対向する部分
   が磁性体である鏝先を挿入し、このコイルに高周波電流
   を流して加熱する高周波半田鏝。
5. 【請求項５】 鏝先からボビンに伝わる熱を少なくする
   ため鏝先からボビンを浮かすボビン支持具を設けた高周
   波半田鏝
6. 【請求項６】 コイルから出る高周波磁束漏れを少なく
   するためコイルの周囲に磁性体を設けるか、または保護
   カバーを磁性体にした高周波半田鏝
7. 【請求項７】 鏝先の高周波電流の流れる浸透の深さに
   影響を与えない鏝先の中側をくり貫いて銅棒を埋め込ん
   だ鏝先を使った高周波半田鏝
8. 【請求項８】 鏝先に付いた半田が高周波電流の流れる
   部分に入り込まないようにアルミまたは耐熱樹脂のキャ
   ップをかぶせた高周波半田鏝
9. 【請求項９】 鉄でできた鏝先の半田付に使う部分に電
   気亜鉛メッキを施し、その他の部分を四三酸化鉄にする
   処理するか、またはクロームメッキを施した鏝先を使っ
   た高周波半田鏝
10. 【請求項１０】 鉄でできた鏝先の半田付する部分に近
    い位置に熱伝対を埋め込んだ鏝先を使った高周波半田鏝
11. 【請求項１１】 導線を巻くボビンを二重にし内ボビン
    と外ボビンの間に銅板を設けて鏝先からコイルに伝わる
    熱をコイルの外部に逃がすようにしてなる高周波半田
    鏝。