JP2007190573A

JP2007190573A - 半田鏝

Info

Publication number: JP2007190573A
Application number: JP2006009100A
Authority: JP
Inventors: Shigeyoshi Tanaka; 茂良田中
Original assignee: DEN ON INSTR CO Ltd; DEN-ON INSTRUMENTS CO Ltd
Current assignee: DEN ON INSTR CO Ltd; DEN-ON INSTRUMENTS CO Ltd
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2007-08-02

Abstract

【課題】高感度、即応タイプの半田鏝で、加熱チップを交換可能と、鏝を小型化する。温度検出接点３２をより先端に近づけ、使用時のわずかな温度低下も検出して良好なフィードバック特性を発揮する。
【解決手段】鏝本体１は、筒状のセラミックスヒーター２０の中空部２４に、シース型の温度センサー２６を挿入して、温度センサー２６の先端２７をセラミックスヒーター２０の先端２１からL_２１だけ先端側に突出させてある（ｂ）。加熱チップ４３は、セラミックヒーター２０を挿入する嵌合穴４５の先端側４６に温度センサー２６を挿入できる小径の先端嵌合穴４８を形成してある。鏝本体１のセラミックスヒーター２０を加熱チップ４３の嵌合穴４５に差し込み半田鏝を構成する（ａ）。温度センサー２６の先端２７が先端嵌合穴４８内に差し込まれ、セラミックスヒーター２０の発熱部２３が嵌合穴４５内に位置する。
【選択図】図１

Description

電子部品等を半田付けする半田鏝であって、とりわけ、温度の立ち上がり特性、熱回復特性を向上させた半田鏝に関する。

半田鏝で、できるだけ先端（半田に触れる部分）に近い部分に、発熱部及び温度センサーを配置した半田鏝は従来一般の半田鏝に比して、温度立ち上がり特性、熱回復特性に優れていた。従って、鏝の先端が微細な形状にもかかわらず、大きなラウンドを伴う、大型な電子部品を半田付けすることも簡単にできており、さらに高性能であった。よって、近年、高感度、即応答型の半田鏝として、広く使われていた。

このような半田鏝６６、は例えば、図５に示すように、筒状先端部６１内に、ヒーター６２及び温度検出部６３を収容し、筒状先端部６１の先端側に半田に当てる鏝先６４を一体に連設してあった。図中６５は、ヒーター６２に電源を供給するコネクターである。

昨今、鉛が生物に与える毒性が環境に悪いと考えられ、鉛を含まない無鉛半田が、多く使用されている。一般に、鏝先は銅でできていた為、無鉛半田を使用した場合には、含有する錫が銅へ浸食することにより、半田鏝の鏝先の消耗が激しく、頻繁な鏝先の掃除や取り換えが必要であった。

前記の高感度、即応答型の半田鏝６６でも、高溶融温度である無鉛半田の使用にも適しているが、高感度、即応答型の半田鏝６６では、ヒーターや温度検出部が埋め込まれ鏝先が一体に形成されていたので、交換費用が高価となる欠点があった。

また、一般の半田鏝では、加熱チップの交換タイプのものもあった（特許文献１）。
特開２００５−４０８６１

前記一般の加熱チップ交換タイプの半田鏝では、加熱チップの先端側にヒーターや温度センサーを配置することができず、高感度、即応答型の半田鏝６６で加熱チップ交換タイプの半田鏝は無かった。

前記のように、従来の高感度、即応タイプの半田鏝は、温度センサー及びヒーターを細い鏝先にできるだけ近づけることで、効果を実現可能としていたので、鏝先の内部に温度センサー及びヒーターを一体に埋め込む構造になっていた。然るにこの発明は、筒状のヒーターの中空貫通孔から先端側に温度センサーを突出させ、加熱チップの先端をヒーターの先端より突出させ、鏝本体を形成して、加熱チップをヒーターに取り付けたので、前記課題を解決し、非埋込型（加熱チップを交換可能）とした高感度、即応タイプの半田鏝を実現した。

即ち、この発明は、基端側を把持部とし先端側を発熱部とする半田用の鏝において、以下のような構成とすることを特徴とする半田鏝である。
(1) 発熱部を有する鏝本体と発熱部に着脱可能な加熱チップとを有する。
(2) 前記発熱部は、筒状のヒーターの中空貫通孔に温度センサーを設置し、該温度センサーの先端部を、前記ヒーターの先端より突出させる。
(2) 前記発熱部を、前記加熱チップの嵌合穴に着脱可能に差し込む。

また、前記において、以下のような構成としたことを特徴とする半田鏝である。
(1) 筒状のヒーターをセラミックスヒーターとし、温度センサーを、ステンレス外皮を有するシース型センサーとする。
(2) 加熱チップの嵌合穴を、前記セラミックスヒーターの外径に合わせた大径部と該大径部の先端側に前記温度センサーの外径に対応させた小径部を形成した。

前記における「温度センサーの先端部は、前記ヒーターの先端より突出させる」とは、熱電対の素線を接続した温度検出接点が、ヒーターの先端より突出していることをいう。

この発明は、温度センサーの先端部をヒーターの先端より突出させたので、温度センサーを加熱チップの先端側に近づけることができ、高感度即応型の半田鏝を提供できる効果がある。また、筒状のヒーターの中空貫通孔に温度センサーを設置したので、ヒーターの径を小さくすることができ、半田鏝の小型化を実現できる。

また、高感度即応型の半田鏝とした場合に、加熱チップを分離可能とするので、半田鏝の交換を加熱チップのみとすることができ、半田鏝のランニングコストを軽減するとともに、加熱チップの交換作業も簡略化できるので、総体として、半田付け作業を効率化できる効果がある。

また、加熱チップの嵌合穴を、セラミックスヒーターの外径に合わせた大径部と該大径部の先端側に温度センサーの外径に対応させた小径部を形成した場合には、温度センサーの感度を高め、ヒーターの加熱を効率良く加熱チップに伝えることができるので、更に半田付け作業を効率化できる効果かある。

（１）鏝本体１は、筒状のセラミックスヒーター２０の中空部２４に、シース型の温度センサー２６を挿入して、温度センサー２６の先端２７をセラミックスヒーター２０の先端２１から突出させてある。加熱チップは、セラミックヒーター２０を挿入する嵌合穴４５の先端側４６に温度センサー２６を挿入できる小径の先端嵌合穴４８を形成してある。

鏝本体１のセラミックスヒーター２０を加熱チップの嵌合穴４５に差し込み、同時に温度センサー２６の先端２７が先端嵌合穴４８内に差し込まれる。この際、セラミックスヒーター２０の発熱部２３が嵌合穴４５内に位置する（図１（ｂ））。以上のようにして、半田鏝６０を構成する（図１（ａ））。

（２）この発明は、温度検出部をより先端に近づけることができたので（図１（ｂ））、図５に示すように、半田使用時のわずかな温度低下でも検出でき、良好なフィードバック特性を発揮できた。

図５は、この半田鏝６０の性能実験結果を示し、（ａ）が図４に示す従来例の加熱チップとヒーターが一体の半田鏝６６のデータであり、（ｂ）が本件発明の加熱チップ４２を取り外し可能とした半田鏝６０のデータであり、同一材質の加熱チップを取り付けてある。この実験は、プリント基板上に設けた特定のポイントで、一定時間間隔（２秒）で連続して半田付け作業をして、その時の加熱チップの温度変化を、加熱チップの外表面に取り付けた別の温度センサーで計測したものである（図示していない）。図中、各値は、
ｔ_１：電源投入時より、設定温度に達するまでの時間
ｃ_１：半田鏝を使用したときの加熱チップの低下温度
ｔ_２：半田鏝の使用を休止した時の温度の回復時間
を夫々表す。この数値はいずれも小さい方が性能の良い半田鏝として評価される。

図５（ａ）（ｂ）が示すように、この発明の半田鏝６０は、従来の加熱チップをヒーター及び温度センサーと一体に形成した半田鏝６６（図４）に比べても何ら劣らない同等な性能が得られた。

図面に基づきこの発明の実施例を説明する。

［１］半田鏝の構成

（１）この発明の半田鏝６０は、鏝本体１に加熱チップ４２を着脱可能に取り付けて構成する（図１（ａ））。

（２）把持部２は先端３が若干大径にラッパ状に開いた筒状で、内部に先端８側に開口した収容穴１０を形成した支持材７を収容し、支持材７の基端部９を、把持部２の基端部４に固定してある。支持材７の外周と把持部２の内周との間には隙間が設けてあり、把持部２に温度が伝わらないようになっている。

支持材７には同軸で先端８側に開いた収容穴１０が形成され、収容穴１０内に、操作軸部１２が摺動自在に取付られ、操作軸部１２の基端１４と収容穴１０の底との間に、中空部（温度センサー２６を層通するスペース）を有する弾性材１７（弾力性を有する樹脂材料又は各種バネ）が介装されている。操作軸部１２は耐熱樹脂で形成されている。

操作軸部１２内にはヒーター用のリード線１６、１６が埋設され、リード線は１６弾性体１６は、支持材７の基端９部を通過して端子３６、３６に至っている。端子３６、３６から温度制御装置（図示していない。把持部２内又は半田鏝６０の外部に位置する）を介して、外部電源コード（図示していない）に接続される。

操作軸部１２の先端１３に、筒状のセラミックスヒーター２０を取り付ける。セラミックスヒーター２０は、耐熱基部の先端部外周部に細径部が形成され、この細径部に発熱部を巻いてある。セラミックスヒーター２０の耐熱基部の外周はＤ_１３、内周Ｄ_１２で形成され、セラミックヒーター２０の中空部２４（径Ｄ_１２）と操作軸部１２の中空部１８（径Ｄ_１２）は、同軸で連通している。セラミックスヒーター２０の外周面は、発熱部２３の外周面も含めて面一に形成されている。

（３）温度センサー２６は、シース型で、外径Ｄ_１１（ここでは例えば、Ｄ_１１＝１ｍｍ）のステンレス外皮（シース）２９内に、クロメル線（素線）３０とアルメル線（素線）３１とが絶縁状態で並列して配置され、両素線３０、３１は先端３０ａ、３１ａで接合され、温度検出接点３２を形成する。両素線３０、３１に基端３０ｂ、３１ｂはステンレス外皮２９の開口部（基端側）２９ａに嵌挿された栓３３を貫通して基端２８側に取り出されている。ステンレス外皮２９内には、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）粉末からなる絶縁粉末３４が充填され、ステンレス外皮２９の内部を電気的に絶縁して、両素線３０、３１の安定を保っている。

このような温度センサー２６を把持部２の支持材７の収容部１０内を貫通させ、さらに弾性材１７の中空部１８、操作軸部１２の収容穴１５、セラミックスヒーター２０の中空部２４を貫通して、温度センサー２６の先端２７をセラミックスヒーター２０の先端２１から長さＬ_２１（ここでは例えば、Ｌ_２１＝２ｍｍ）だけ先端側に突出させる。突出部分に温度検出接点３２が含まれている。また、温度センサー２６の基端２８は把持部２の基端４側に位置し、栓３３から基端側に延びた両素線３０、３１の基端３０ｂ、３１ｂは、把持部２内の端子３７に接続する。以上のようにして、鏝本体１を構成する（図１（ｂ））。

端子３７からリード線を取り出して、把持部２内又は半田鏝の外部に設けた温度制御部（図示していない）に取り込まれ、設定温度に基づき、発熱部２３のＯＮ・ＯＦＦ又は供給電流量が制御され、また、必要であれば、現状の温度が表示される。

このようなシース型の温度センサー２６は直径Ｄ_１１が１ｍｍ前後の極細型のものまで製作が可能である。この発明でも、極細型の温度センサー２６を使用することによって、操作軸部１２やセラミックスヒーター２０の収容部１５、中空部２４を貫いた構造により半田鏝６０の先端側に温度センサー２６の先端２７部（温度検出接点３２）を近づけることができ、かつセラミックスヒーターを小径に形成することができる。よって、良好なフィールドバック性能を、維持することができた。

（４）加熱チップ４２は、円筒状の基端部４３に、尖った先端部４４が連設された一体の構造となっている。基端部４３には、セラミックスヒーター２０を挿入できる径Ｄ_２３（ここでは例えば、Ｄ_２３＝３．１ｍｍ）の嵌合穴４５が形成してある。嵌合穴４５は長さ（深さ）Ｌ_２３で、基端４７側に開口し、セラミックスヒーター２０の発熱部２３を包含できる長さで形成する。

また、嵌合穴４５の先端４６側に嵌合穴４５と同軸の先端嵌合穴４８を連通連設して、先端嵌合穴４８に温度センサー２６の先端部２７を収容可能とする。先端嵌合穴４８は径Ｄ_２１（例えば、Ｄ_２１＝１．１ｍｍ）で形成する（図１（ｂ））。

ここで、従来の一般的な加熱チップ交換式の半田鏝の場合、嵌合穴４５は焼き付け防止の目的で、嵌合穴４５の内面にステンレス製の皮膜を施してあったが、この発明の嵌合穴４５は、取り分けて、皮膜を形成しない加熱チップ４２の材質のままとしてある。この発明では、熱伝導効率が向上したことにより、発熱部２３の長さを、従来より短くできるので、嵌合穴４５の内径Ｄ_２３をセラミックヒーターの外径Ｄ_１３より３〜１０％程度大きくすることにより、焼きつき現象を回避できる。

また、加熱チップ４２のみを交換することを容易とする為に、嵌合穴４５の直径Ｄ_２３はセラミックスヒーター２０の直径Ｄ_１３（＝例えば３ｍｍ）に対して、３〜１０％程度大きめに形成する。即ち、
Ｄ_２３＝Ｄ_１３×（１．０３〜１．１）
としてある。同様に、先端嵌合穴４８の直径Ｄ_２１も温度センサー２６の直径Ｄ_１１に対して、３〜１０％程度大きめに係止する。即ち、
Ｄ_２１＝Ｄ_１１×（１．０３〜１．１）
としてある。ここで、３％以下とした場合には、加熱チップ４２の加熱・冷却による膨張・収縮により、径が変化する場合があり、抜き差しができなくなるおそれがあり、１０％以上とした場合には、発熱部２３の熱が有効に加熱チップ４２に伝わらないおそれや、加熱チップ４２の温度が温度センサー２６に正確に伝わらないおそれがあるからである。

同様にして、セラミックスヒーター２０の中空部の内周Ｄ_１２は、例えばＤ_１２＝１．１ｍｍで形成され、内周Ｄ_１２と、ここに挿通する温度センサー２６の外周Ｄ１１の関係も、
Ｄ_１２＝Ｄ_１１×（１．０３〜１．１）
としてある。

また、この加熱チップ４２は、例えば、銅中にわずかに鉄製分を混入した銅鉄合金製で形成し、嵌合穴４５にステンレス製の皮膜を形成しない場合であっても、４５０℃で２０００時間の使用条件であっても焼きつき現象を起こさないことも確認された。また、嵌合穴４５の径Ｄ_２３、先端嵌合穴４８の径Ｄ_２１を前記のように、Ｄ_１１、Ｄ_１３に対して大径に形成した場合であっても有効に温度を計測できると共に、熱伝導性を大きく損なうことなく充分な加熱特性が得られた（図５）。

（５）以上のように形成された鏝本体１の先端部（セラミックスヒーター２０の先端２１側）に、矢示５６方向に加熱チップ４２を取り付けて（図１（ｂ）、図３）、嵌合穴４５にセラミックスヒーター２０の発熱部２３が位置し、先端嵌合穴４８に温度センサー２６の先端２８が収容される。この際、温度センサー２６の先端２８は、加熱チップ４２の先端部（尖るように徐々に径が細くなっている部分）４４側に位置している。

続いて、ステンレス製で筒状の先端部カバー５１をセラミックスヒーター２０を覆うように着脱可能に取り付け、先端部カバー５１は、基端５２を把持部２の先端３に着脱可能に取り付け、先端部４４は径を絞って細径として、加熱チップ４２に係止して、加熱チップ４２がセラミックスヒーター２０から抜けないようになっている。

以上のようにして、この発明の半田鏝６０を構成する（図１（ａ））。この半田鏝６０は使用時には通常の半田鏝と同様に、加熱チップの先端で半田を解かして使用する。弾性材１７により、加熱チップ４２の先端に適度の押し圧力を加えることができる。

加熱チップ４２を交換する場合には、先端部カバー５１を取り外して、矢示５５方向に加熱チップ４２を引き抜けば容易に取り外し、加熱チップ４２を容易に交換できる（図３）。

［２］他の実施例
前記実施例において、セラミックスヒーター２０の径Ｄ_１３＝３ｍｍ、温度センサー２６の径Ｄ_１１＝１ｍｍとしたが、他の大きさで形成することもできる（図示していない）。

また、前記実施例において、円筒型のセラミックスヒーターを使用したが、他のヒーター、例えば、円筒型の絶縁材料中にコイルを埋め込んだ巻き線型のヒーターを使用することもできる（図示していない）。

この発明の実施例で、(a)は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大断面図であるである。同じく温度センサーの拡大断面図である。同じく加熱チップの着脱を表す縦断面図である。従来の半田鏝の縦断面図である。半田鏝のフィードバック特性を表すグラフで、（ａ）が従来の一体型の半田鏝、（ｂ）がこの発明の半田鏝の場合である。

符号の説明

１鏝本体
２把持部
３把持部の先端
４把持部の基端
７支持材
８支持材の先端
９支持材の基端
１０支持材の収容穴
１２操作軸部
１３操作軸部の先端
１４操作軸部の基端
１５操作軸部の収容穴
１６リード線
１７弾性材
１８弾性材の中空部
２０セラミックスヒーター
２１セラミックスヒーターの先端
２２セラミックスヒーターの基端
２３セラミックスヒーターの発熱部
２４セラミックスヒーターの中空部
２６温度センサー
２７温度センサーの先端
２８温度センサーの基端
２９温度センサーのステンレス外皮
３０温度センサーのクロメル線
３１温度センサーのアルメル線
３２温度センサーの温度検出接点（温度検出部）
３３温度センサーの栓
３４温度センサーの絶縁粉末
３６端子（ヒータ用）
３７端子（温度センサー）
３８端子
４０鏝本体
４２加熱チップ
４３加熱チップの基端部
４４加熱チップの先端部
４５加熱チップの嵌合穴（大径部）
４８加熱チップの先端嵌合穴（小径部）
５１先端部カバー
５２先端部カバーの先端
５３先端部カバーの基端
６０半田鏝
６１筒状先端部（従来例）
６２ヒータ（従来例）
６３温度検出部（従来例）
６４鏝先（従来例）
６６半田鏝（従来例）

Claims

基端側を把持部とし先端側を発熱部とする半田用の鏝において、以下のような構成とすることを特徴とする半田鏝。
(1) 発熱部を有する鏝本体と発熱部に着脱可能な加熱チップとを有する。
(2) 前記発熱部は、筒状のヒーターの中空貫通孔に温度センサーを設置し、該温度センサーの先端部を、前記ヒーターの先端より突出させる。
(2) 前記発熱部を、前記加熱チップの嵌合穴に着脱可能に差し込む。
以下のような構成としたことを特徴とする請求項１記載の半田鏝。
(1) 筒状のヒーターをセラミックスヒーターとし、温度センサーを、ステンレス外皮を有するシース型センサーとする。
(2) 加熱チップの嵌合穴を、前記セラミックスヒーターの外径に合わせた大径部と該大径部の先端側に前記温度センサーの外径に対応させた小径部を形成した。