JP2004154801A - はんだ吸取装置のノズル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】先端部に開口してはんだ吸取通路71が形成され、はんだを溶融するために加熱され、溶融はんだをはんだ吸取通路を介して吸い取るはんだ吸取装置のノズルである。はんだ吸取通路の内面は、はんだに濡れない材質32で形成される一方、先端部の外面は、はんだに濡れる材質33で形成されている。はんだに濡れない素材32として、Al若しくはAl合金、ステンレス、Ti又はカーボンファイバーのいずれかが採用され、はんだに濡れる素材33として、Feめっき、Niめっき、Fe−Ni合金めっきのいずれかが採用される。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだ吸取装置のノズルと、そのノズルを着脱可能に備えたはんだ吸取装置に関するものである。
【0002】
【発明の背景】
はんだ吸取装置は、電子基板等のはんだ付けの修正などに用いられており、加熱したノズルにて、基板等のはんだ付け部のはんだを溶かし、ポンプで発生した負圧によりそのはんだを吸い取る構成とされている。
【0003】
すなわち、はんだ吸取装置は、図3に示すように、ヒータ1を内蔵した加熱芯2と、この加熱芯2の先端部に当接して取り付けられるノズル3を備える。加熱芯2には、ステンレスパイプ4が貫通して設けられ、このステンレスパイプ4の先端部は、ノズル3の軸方向に形成された貫通穴7に連通する。このノズル3の貫通穴7と、前記ステンレスパイプ4の中心穴とで、はんだ吸取通路が形成される。はんだ吸取通路の基端部には、フィルター5を介して真空ポンプ6が接続される。
【0004】
したがって、図4に示すように、加熱芯2で加熱されたノズル3の先端を、電子基板8などのはんだ付け部9に当接してはんだを溶かすと共に、真空ポンプ6で発生した負圧により、ノズル先端に開口した吸込口(はんだ吸取通路7の先端開口)から溶融はんだを吸い取ることができる。吸引されたはんだは、はんだ吸取通路を介して、経路途中のフィルター5にて除去される。
【0005】
このようなはんだ吸取装置のノズル3に求められる性能としては、次のようなものが挙げられる。つまり、
(1)熱伝導がよいこと、
(2)はんだ通路がつまりにくいこと、
(3)交換可能なこと、
(4)はんだによる腐食が少ないこと
などを挙げることができる。
【0006】
また、別の視点からみて、相手基板8のはんだ付け部9への熱供給を効率よく行なうために、ノズル3の先端部分ははんだ濡れ性があることが求められる。それ故、図4に示すように、ノズル先端部にはんだメッキ10を施し、基板8のはんだ付け部9への熱伝導をよくすることが行われる。ノズル先端部がはんだと濡れ性のない素材であると、基板8のはんだが非常に溶けにくいために、実用的には使用できない。
【0007】
ところで、上記(1)の熱伝導がよいことは、ノズルに求められる必須条件である。よって、ノズル3の素材は、熱伝導のよい銅、或いは銅合金(電気伝導度IACSでは90%以上が望ましい)で構成されている。
【0008】
ところが、ノズル3を銅で作ると、図5に示すように、はんだとの腐食が起こる不都合がある。同図において、符号11が、はんだによる腐食部を示している。実験によると、数十回はんだを吸っただけで腐食が起こるのである。
【0009】
そこで、従来、図6に示すように、銅素材に鉄メッキ12を施したノズル3が知られている。しかし、ノズル3の先端穴径dはφ0.6〜φ2.0mmと非常に小さいため、ノズル3のはんだ吸取通路7の内部にはメッキがつかなかった。この部分は、化学メッキでメッキ液を流しながら、Ni−Pメッキを施すことも可能であるが、この場合も、小さな穴の内部にはメッキがつきにくく、また仮についたとしてもニッケルでは防食の効果が少なかった。具体的には、鉄メッキに比べ、ニッケルメッキは20〜30倍(もしニッケルメッキがつかず銅のままなら約200〜300倍)早く侵食されるのである。
【0010】
そこで、出願人は先に、図7に示すように、はんだ吸取通路7に鉄パイプ13をロー付けしたノズルを提案した(実公平7−35649号)。このノズル3は、はんだ吸取通路7の腐食を抑えるには有効であるが、はんだ吸取通路内ではんだが詰まるおそれがあった。この詰りの原因について、本件発明者は、鉄がはんだに濡れる素材であることに起因するものと考えた。
【0011】
また、従来、次のようなノズルも提案されている。そのノズルは、基体材料として、Alが6.0〜10wt%、Feが1.0〜6.0wt%、残部がCuの合金を使用するものである。しかし、この材料は、はんだと濡れにくいので、はんだによる侵食が起こりにくいが、後述するPbフリーはんだの場合には、浸食される場合があった。しかも、この合金は、熱伝導が悪く、最も熱伝導のよい組成の場合でも電気伝導度IACSが40%程度に過ぎず、実質的にはコテ先材料には不向きといえた。
【0012】
ところで、最近、環境対策として鉛フリー化がさけばれており、はんだも急速に変化してきている。つまり、従来のSn−37%Pb共晶はんだから、Sn主成分のはんだ(Sn−3.5Ag−0.7Cuはんだ、Sn−0.7%Cuはんだ、Sn−3.5%Agはんだ等)に変わりつつある。ところが、これらのPbフリーはんだは、図8に示すように、従来のSn−37%Pbはんだに比べて高温時の腐食が早くなることが実験で確認されている。従来のはんだでも金属の侵食を起こすのははんだ中のスズであり、Pbフリーはんだの場合、スズが主成分になったことで、侵食速さが増したと考えられる。
【0013】
また、Pbフリーはんだの他の特徴として「融点が高いこと」と「溶融時の粘性が高い」ことも分かっている。よって、Pbフリーはんだを吸い取ると、従来のはんだに比べて、つまり易いことになる。それらのことを考慮すると、はんだ吸取通路は、はんだと濡れ性がないことが望ましいといえる。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑みて、本件発明者は鋭意研究の結果、長期に亘ってはんだ除去作業を円滑に行うためのノズルは、次のようなものであるとの結論に至り、本件発明を完成した。すなわち、そのノズルは、ノズル先端部のはんだ濡れ性は確保して、はんだの溶融を容易にする一方、はんだ吸取通路は逆に、はんだ濡れ性をなくして、はんだのつまりを防止するものである。そして、そのようなノズルは、熱伝導がよく、はんだによる腐食を最小限に抑えるものである。
【0015】
具体的には、本発明のはんだ吸取装置のノズルは、先端部に開口してはんだ吸取通路が形成され、はんだを溶融するために加熱され、溶融はんだをはんだ吸取通路を介して吸い取るはんだ吸取装置のノズルにおいて、前記はんだ吸取通路の内面は、はんだに濡れない材質で形成される一方、前記先端部の外面は、はんだに濡れる材質で形成されていることを基本的構成とする。
【0016】
また、好ましくは上記構成に加えて、熱伝導率の高い基体と、その基体にはめ込まれた芯材と、基体の外周面に施されるめっき層とからなり、基体は、銅又は銅合金から形成され、芯材は、前記はんだに濡れない素材として、Al若しくはAl合金、ステンレス、Ti又はカーボンファイバーのいずれかから形成され、めっき層は、前記はんだに濡れる素材として、Feめっき、Niめっき、Fe−Ni合金めっきのいずれかから形成されていることを特徴とするはんだ吸取装置のノズルである。
【0017】
さらに好ましくは上記構成に加えて、前記はんだに濡れない素材から形成された円柱状の芯材が、円筒状の基体の中心部にはめ込まれて一体化された複合材料を切削した後、その外周面に、前記はんだに濡れる素材のめっき層を施して形成されることを特徴とするはんだ吸取装置のノズルである。
なお、前記はんだに濡れない素材からなる芯材は、少なくともはんだ吸取通路の内面に表面改質処理が施されているものとすることもできる。
【0018】
或いは、本発明のはんだ吸取装置のノズルは、前記基本的構成に加えて、熱伝導率の高い基体と、その基体の外周面に施されるめっき層とからなり、基体は、前記はんだに濡れない素材として、Al合金又はカーボンファイバーのいずれかから形成され、めっき層は、前記はんだに濡れる素材として、Feめっき、Niめっき、Fe−Ni合金めっきのいずれかから形成されているから形成されていることを特徴とする。
【0019】
そして、好ましくはこの構成に加えて、前記カーボンファイバーとして、炭素中にAl又はその合金等の金属を含浸させた炭素基金属複合材料が利用されることを特徴とするはんだ吸取装置のノズルである。
【0020】
また、本発明は、上記各ノズルだけでなく、そのいずれかのノズルを着脱可能に備えることを特徴とするはんだ吸取装置である。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のはんだ吸取装置のノズルについて、実施例に基づき、更に詳細に説明する。なお、共通する部分には、図面中において同じ符号を使用する場合がある。
【0022】
まず、本発明のノズル3が適用されるはんだ吸取装置であるが、このはんだ吸取装置全体の構成は、上述したような公知のものを使用することができる。念のため、簡単に説明しておくと、はんだ吸取装置は、図3に示すように、ヒータ1を内蔵した加熱芯2を備える。加熱芯2は、先端部が円錐状に形成されており、この加熱芯2の先端部に、ノズル3の基端部が当接されて取り付けられる。
【0023】
ノズル3は、先端部3aが先細の円錐状に形成される一方、基端部3bは段付き円柱状に形成されており、軸心に沿って貫通穴71,72が形成されている。この貫通穴は、段付き穴とされ、先端側の小径穴71は、はんだ吸取通路とされ、基端側の大径穴72は、パイプ4が挿入される部分となる。さらに、この大径穴72の基端部は、基端側に行くに従って拡径したテーパ部73に形成されており、このテーパ部73は、ノズル3の外周面にまで達して形成されている。そして、このテーパ部73に加熱芯2の円錐状の先端部が当接されて、加熱芯2にノズル3が取り付けられることになる。
【0024】
加熱芯2には、ステンレスパイプなどの細長いパイプ4が貫通して設けられ、このパイプ4の先端部は、上述したように、ノズル3に形成された前記大径穴72に挿入される。これにより、パイプ4と、ノズル3の前記小径穴71とが連通状態となり、ノズル3の小径穴71とパイプ4の中心穴とで、はんだ吸取通路が構成される。
【0025】
はんだ吸取通路の基端部には、フィルター5を介して真空ポンプ6が接続される。また、加熱芯2の内部には、ヒータ1が配置され、このヒータ1から加熱芯2を介してノズル3に伝熱される。そして、本発明のノズル3は、はんだ吸取通路(穴71と72の内、少なくとも71)の内面が、はんだに濡れない材質で形成される一方、ノズル3の先端部の外面は、はんだに濡れる材質で形成されている。
【0026】
図1は、本発明のノズル3の第1実施例を示す図であり、(a)はノズルの断面図、(b)はそのノズルを製作のための複合材料を示している。
この実施例の場合、基端部3bが段付き円筒状で、その先端部3aの外周面が略円錐状の先細に形成された基体31を中心的に備える。この基体31の中心部には、軸方向に沿って円筒状の貫通穴31aが形成され、その貫通穴31aに、略円筒状の芯材32がはめ込まれて固定され、基体31と一体化されている。
【0027】
この芯材32の中心部には、軸方向に沿って段付きの貫通穴71,72が形成されている。この貫通穴の内、基端側の大径穴72は、上述したようにパイプ4の先端部が挿入可能とされ、そのパイプ4の先端部は、芯材32の先端側の小径穴71と連通して、はんだ吸取通路を構成する。芯材32の前記小径穴71は、ノズル3先端面へ開口され、その開口部71aが溶融はんだの吸込口として機能する。なお、基体31の基端部は、加熱芯2の先端部が当接される円錐状に形成されている。
【0028】
基体31は、熱伝導のよい素材、つまり熱伝導率の高い素材により形成される。例えば、銅、或いは銅合金などによって形成されている。一方、芯材32は、はんだに濡れない素材により形成される。例えば、Al(アルミニウム)若しくはAl合金、ステンレス、Ti(チタン)又はカーボンファイバーなどにより形成される。なお、はんだ吸取通路の内面などに適宜、表面改質処理を施してもよい。例えば、Alやその合金に対しては、アルマイト処理を施し、ステンレスに対しては、酸化処理や窒化処理を施すことなどが考えられる。
【0029】
基体31の外周面には、めっき層33が形成される。このめっき層33は、少なくとも基体31の先端部、具体的には先端側の円錐状外周面と先端面からなるはんだ付け作業部に施される。図示例では、先端面を含んだ外周面の全域にめっき層33が形成されている。このめっき層33は、はんだに濡れる素材により形成される。例えば、Fe(鉄)めっき、Ni(ニッケル)めっき、Fe−Ni合金などのいずれかが施される。
【0030】
ところで、本実施例のノズル3は、具体的には例えば、次のような方法で製作することができる。つまり、図1(b)に示すように、はんだに濡れない素材から形成された円柱状の芯材32xが、熱伝導のよい円筒状の基体31xの中心部にはめ込まれて一体化された複合材料を用いることができる。このような複合材料を切削して、上述したノズル3の形状に仕上げた後、そのノズル3の外周面に、前記はんだに濡れる素材のめっき層33を施すのである。
【0031】
図2は、本発明のノズルの第2実施例を示す断面図である。
この実施例の場合、基体34が熱伝導がよくて、はんだに濡れない素材により形成されている。例えば、カーボンファイバー或いはアルミ合金などにより形成される。このノズル3の形状は、前記第1実施例における基体31と芯材32とを一体化したような形状である。つまり、外周部は、基端部3bが段付き円筒状で、先端部3aが先細の円錐状に形成され、中心に形成された軸方向の貫通穴は、段付き穴71,72とされ、その基端部73が円錐状に形成されている。
【0032】
Al合金又はカーボンファイバーから形成された基体34には、前記第1実施例の場合と同様に、少なくとも先端外周部に、めっき層33が形成される。本実施例では、先端面を含んだ外周面全体に、めっき層33が形成される。このめっき層33は、はんだに濡れる素材から形成される。例えば、Feめっき、Niめっき、Fe−Ni合金めっきなどから形成される。
【0033】
ところで、本実施例において、基体34をカーボンファイバーで構成する場合には、金属を含浸させることで、めっきを容易にした材料が望ましい。例えば、炭素と金属が相互に入り混じり、炭素成分の体積比率が過半数を占め、残りがアルミニウム若しくはその合金、又は、銅若しくはその合金などからなる炭素基金属複合材料を利用することができる。この炭素と金属の複合材は、カーボンファイバー(CF)を炭素マトリックス中に分散させた後、その内部に溶融金属として、例えばアルミニウムなどの低融点金属を含浸させたものであり、例えば10〜20質量%程度の金属が含浸されてなる。
【0034】
また、このような材料としては、例えば特開2001−118960号、特開2001−58255号、特開2001−7265号、特開2000−203973号の各公報に掲載の複合材料も使用することができる。この際、ヤング弾性率が低く(例えば30GPa以下)、熱伝導率が高く(例えば100W/(m・K)以上)、線膨張率が低い(例えば12×10−5/℃以下)ものが好適に使用される。
【0035】
【発明の効果】
以上詳述したとおり本発明のはんだ吸取装置のノズルによれば、ノズル先端部のはんだ濡れ性は確保して、はんだの溶融を容易にする一方、はんだ吸取通路は逆に、はんだ濡れ性をなくして、はんだのつまりを防止することができる。しかも、熱伝導がよく、はんだによる腐食を最小限に抑える材料によれば、長期に亘ってはんだ除去作業を円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のノズルの第1実施例を示す図であり、(a)はノズルの断面図、(b)はその素材としての複合材料である。
【図2】本発明のノズルの第2実施例を示す断面図である。
【図3】はんだ吸取装置の概略を示す図である。
【図4】従来のノズルの使用状態を示す図である。
【図5】従来のノズルの腐食状態を示す断面図である。
【図6】従来のノズルの一例を示す断面図である。
【図7】従来のノズルの他の例を示す断面図である。
【図8】はんだの種類による腐食量の違いを示す概略図である。
【符号の説明】
1 セラミックヒーター
2 加熱芯
3 ノズル
4 ステンレスパイプ
5 フィルター
6 真空ポンプ
3b 基端部
3a 先端部
31 基体
31x 基体
32 芯材
32x 芯材
33 めっき層
34 基体
71 小径穴
71a 吸込口
72 大径穴
Claims (7)
- 先端部に開口してはんだ吸取通路が形成され、はんだを溶融するために加熱され、溶融はんだをはんだ吸取通路を介して吸い取るはんだ吸取装置のノズルにおいて、
前記はんだ吸取通路の内面は、はんだに濡れない材質で形成される一方、前記先端部の外面は、はんだに濡れる材質で形成されている
ことを特徴とするはんだ吸取装置のノズル。 - 熱伝導率の高い基体と、その基体にはめ込まれた芯材と、基体の外周面に施されるめっき層とからなり、
基体は、銅又は銅合金から形成され、
芯材は、前記はんだに濡れない素材として、Al若しくはAl合金、ステンレス、Ti又はカーボンファイバーのいずれかから形成され、
めっき層は、前記はんだに濡れる素材として、Feめっき、Niめっき、Fe−Ni合金めっきのいずれかから形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のはんだ吸取装置のノズル。 - 前記はんだに濡れない素材から形成された円柱状の芯材が、円筒状の基体の中心部にはめ込まれて一体化された複合材料を切削した後、その外周面に、前記はんだに濡れる素材のめっき層を施して形成される
ことを特徴とする請求項2に記載のはんだ吸取装置のノズル。 - 前記はんだに濡れない素材からなる芯材は、少なくともはんだ吸取通路の内面に表面改質処理が施されている
ことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のはんだ吸取装置のノズル。 - 熱伝導率の高い基体と、その基体の外周面に施されるめっき層とからなり、
基体は、前記はんだに濡れない素材として、Al合金又はカーボンファイバーのいずれかから形成され、
めっき層は、前記はんだに濡れる素材として、Feめっき、Niめっき、Fe−Ni合金めっきのいずれかから形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のはんだ吸取装置のノズル。 - 前記カーボンファイバーとして、炭素中にAl又はその合金等の金属を含浸させた炭素基金属複合材料が利用される
ことを特徴とする請求項5に記載のはんだ吸取装置のノズル。 - 請求項1から請求項6までのいずれかに記載のノズルを着脱可能に備える
ことを特徴とするはんだ吸取装置。
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Cited By (3)
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-
2002
- 2002-11-05 JP JP2002321445A patent/JP2004154801A/ja active Pending
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