JP2015060837A - ヒーターカートリッジ組品の製作方法およびヒーターカートリッジ組品 - Google Patents

Abstract

【課題】高い寸法精度や組付精度を維持しつつ、廉価で容易にヒーターカートリッジを量産すること。
【解決手段】高い品質を一定に維持しつつ、廉価に量産することのできるヒーターカートリッジ組品の製作方法およびヒーターカートリッジ組品を開示する。同ヒーターカートリッジ組品は、はんだづけ面を画定する先端部と突出コア２２を画定する基端部とを有するこて先１６と、強磁性材料の発熱体２４を備える。発熱体２４は、こて先１６の突出コア２２を覆う形状にするためにパンチプレスプロセスにより形成される。発熱体２４は、突出コア２２にろう付けされる。発熱体２４の外周にコイル巻３２が取付けられる。シールド４０がコイル巻３２と、発熱体２４と、こて先１６の基端部とに取付けられ、こて先組品が構成される。こて先組品は、円筒状スリーブ４８の先端部に挿入される。コイル巻３２は、円筒状スリーブ４８の基端部にあるコネクタ組品５０に接続される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒーターカートリッジ組品の製作方法およびヒーターカートリッジ組品に関する。

現在さまざまな種類の産業用や趣味用のはんだづけステーションが利用可能である。この分野において、こて先の温度制御は、はんだ接合部の品質に影響を与える重要な機能である。はんだ材料は、特定の適用分野に適合するように、異なる溶融温度や物理的性質を有する多くの種類を利用することができる。はんだづけはまた、はんだづけプロセスを助けるさまざまな種類の化学組成品を利用する。化学組成品は、フラックスや洗浄剤を含む。はんだづけのプロセスは、高い温度、腐食性物質、さまざまな金属のために、はんだづけステーションに接続されたはんだづけカートリッジの先端部に位置するこて先に対し、生来的に破壊的である。ゆえに、着脱可能なはんだづけカートリッジと共に、多くのはんだづけステーションとはんだづけハンドルとが提案されてきた。該カートリッジは、特定の種類のはんだづけ作業に適合する異なる形状を提供するのと同様に交換が容易になるように取り外すことのできるものである。

多くの適用分野では、こて先は、こて先の内部に配置された発熱体と温度センサとを有する構造を許容するサイズになっている。温度センサは、こて先の温度のフィードバックをはんだづけステーションへ提供する。はんだづけステーションは、所望の温度レベルを維持するために、発熱体への電力供給を調整することができる。こて先に温度センサを設ける構造の一例は、特許文献１に記載されている。

しかしながら、いくつかの微細なあるいはきめの細かいはんだづけ作業によっては、こて先のサイズは制約される。その結果、構造的な制約のために、こて先に温度センサを配置することができなくなっている。このような形式での要請のために、こて先の温度制御が、誘導電流加熱方法を用いた自己温度調整制御を提供するべく強磁性体のキュリー点の効用を利用することによって提供されることがある。誘導電流によるさまざまな自己温度調整こて先の構成、およびその作用の原理が、特許文献２および特許文献３に開示されている。上述した特許文献２、３のうち、特に特許文献３は、こて先に延設された延設部と、この延設部の外周に配置された発熱体と、発熱体の外周に配置されたコイル巻とを開示している。

米国特許第７６７９０３２号 米国特許第４２５６９４５号 米国特許第４７４５２６４号

上述のように、特許文献３には、いくつかの発熱体構造や、シールドの構造が開示されてはいる。しかしながら、いずれの構成も、高い寸法精度や組付精度を維持しつつ、廉価で量産しやすい構造とはいいがたいものであった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、高い寸法精度や組付精度を維持しつつ、廉価で容易に量産することのできるヒーターカートリッジ組品の製作方法およびヒーターカートリッジ組品を提供することを課題としている。

しかして、上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、誘導結合はんだづけステーションと使用するためのヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、はんだづけ面を画定する先端部と突出コアを画定する基端部とを有するこて先を形成し、強磁性材料の発熱体を前記こて先の前記突出コアを覆う形状にするために前記発熱体をパンチプレスプロセスにより形成し、前記発熱体を前記突出コアにろう付けし、コイル巻（coil winding）を前記発熱体の外周に取付け、シールドを前記コイル巻と、前記発熱体と、前記こて先の基端部とに取付けて、前記コイル巻と、前記発熱体と、前記こて先と、シールドとによってこて先組品を構成し、前記こて先組品をスリーブの先端部に挿入し、前記スリーブの基端部にあるコネクタ組品へ前記こて先組品のコイル巻を接続することを特徴とするヒーターカートリッジ組品の製作方法である。この態様では、パンチプレスプロセスで発熱体を形成することにより、小型の発熱体の製造が容易になる。よって、製品の小型化に寄与する。また、パンチプレスプロセスを採用することにより、発熱体の仕上げ加工等を可及的に簡素化、または省略することができる。よって、製造コストの低廉化に寄与する。さらに、発熱体が突出コアにろう付けされるので、発熱体の突出コアに対する伝熱効率が向上する。加えて、コイル巻と、発熱体と、こて先と、シールドとによってこて先組品を構成し、このこて先組品をスリーブの先端部に挿入することとしているので、作業性が向上し、組付作業も容易になる。

好ましい態様のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、前記こて先は、鋳造された銅、銅合金、銀、および銀合金と、機械加工された銅、銅合金、銀、および銀合金と、焼結された銅、銅合金、銀、および銀合金とのグループから選択された材料から形成され、前記発熱体は鉄−ニッケル合金から形成される。この態様では、こて先が熱伝導率の高い材質で構成されているので、発熱体が突出コアとろう付けされることと相俟って、伝熱効率が高まり、はんだづけ作業のときの温度回復性能が高くなる。また、発熱体が鉄−ニッケル合金から形成されるので、ニッケルの含有量を変更するだけで、キュリー温度の設定を容易に変更することができる。よって、発熱体の品質管理や、仕様の設定、または変更が容易になる。

好ましい態様のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、前記発熱体の厚みが０．０５ｍｍから０．１５ｍｍの範囲になるように鉄−ニッケル合金材料のシートから前記発熱体が形成される。この態様では、１３．５６ＭＨｚ電源で通電されたときに最適な温度制御を提供する。

好ましい態様のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、前記突出コアへ前記発熱体を取り付ける前に、１０５０℃から１２００℃の間の水素雰囲気の炉で前記発熱体を加熱処理する。この態様では、加熱処理によって、発熱体の磁気特性を回復し、または強化することができる。すなわち、パンチプレスプロセスを用いた場合、鉄ニッケル合金材料の磁気特性が劣化する場合があるが、本態様の加熱処理により、発熱体の磁気特性は、好適に復元また向上する。

好ましい態様のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、鉄、鉄合金、焼結鉄、ニッケル、およびコバルト並びにそれらの合金から選択されたコーティング材料を前記こて先の前記先端部へコーティングする。この態様では、こて先の耐久性が向上する。

好ましい態様のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、前記コイル巻を、直径０．２ｍｍの銀、銅、またはニッケルメッキされた銅を絶縁したワイヤから、１３．５巻きから１８．５巻きの２層に形成する。この態様では、発熱体のインピーダンスが向上し、より高い昇温性能を発揮することができる。

好ましい態様のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、前記コイル巻を、直径０．１５ｍｍから０．２５ｍｍの銀、銅、またはニッケルメッキされた銅を絶縁したワイヤから形成する。

好ましい態様のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、予め巻回された前記コイル巻が前記突出コアの外周に装着される。この態様では、コイル巻の組付作業が容易になる。

好ましい態様のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、前記パンチプレスプロセスにおいて、基端部を閉じる端壁部を有する前記発熱体が形成される。この態様では、ろう付け時にろう材が発熱体からはみ出すのを規制する流れ止め機能を奏し、ろう付けが容易になるという利点がある。また、端壁部は、発熱体の磁束密度の向上に寄与する。

好ましい態様のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、前記パンチプレスプロセスにおいて、環状のフランジを先端に有する前記発熱体が形成される。この態様では、発熱体の本体部分とフランジとシールドとがコイル巻を囲繞し、もって磁束密度を高く維持することのできる組付構造を提供することができる。しかも、かかる組付構造を構成するフランジをパンチプレスプロセスにより、容易且つ精緻に製造することができる。さらに、上述のようなフランジや端壁部を備えた円筒形状の発熱体は、全体としてシルクハット形状を呈するピースであり、形状が安定する。よって、発熱体の形状の管理もしやすくなり、量産時に発熱体の品質のばらつきを抑制することができる。従って、プレス加工による発熱体の歩留まりも高くなる。また、発熱体の取扱が容易になる。加えて、コイル巻と、発熱体と、こて先と、シールドとによってこて先組品を構成し、このこて先組品をスリーブの先端部に挿入することとしているので、作業性が向上し、組付作業も容易になる。

好ましい態様のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、前記シールドは、シート状の磁性体を前記コイル巻の外周に巻き付けられることによって形成されたものである。この態様では、コイル巻の外周をシールドで被覆する作業が容易になり、作業性が向上する。よって製造コストの低廉化に寄与することができる。また、巻き付け作業によって、コイル巻を緊縛することができるので、コイル巻がばらけるのを抑制することができる利点もある。

また、本発明の第２の態様は、誘導結合はんだづけステーションと使用するためのヒーターカートリッジ組品において、はんだづけ面を画定する先端部と突出コアを画定する基端部とを有するこて先と、強磁性材料の発熱体を前記こて先の前記突出コアを覆う形状にするためパンチプレスプロセスにより形成され、前記突出コアにろう付けされた前記発熱体と、前記発熱体の外周に取付けられるコイル巻と、前記コイル巻と、前記発熱体と、前記こて先の基端部とに取付けられたシールドと、前記コイル巻と、前記発熱体と、前記こて先と、前記シールドとによって構成されるこて先組品が先端部に挿入されるスリーブと、前記スリーブの基端部に配置され、前記こて先組品の前記コイル巻と接続されるコネクタ組品とを具備していることを特徴とするヒーターカートリッジ組品である。この態様では、発熱体がパンチプレスプロセスで形成されるので、発熱体の小型化、低廉化が容易になる。よって、製品の小型化に寄与する。また、発熱体が突出コアにろう付けされるので、発熱体の突出コアに対する伝熱効率が向上する。

好ましい態様のヒーターカートリッジ組品において、前記こて先は、鋳造された銅、銅合金、銀、および銀合金と、機械加工された銅、銅合金、銀、および銀合金と、焼結された銅、銅合金、銀、および銀合金とのグループから選択された材料から形成され、前記発熱体は、発熱体の厚みが０．０５ｍｍから０．１５ｍｍの範囲になるように鉄−ニッケル合金材料のシートから形成され、前記コイル巻は、直径０．２ｍｍの銀、銅、ニッケルメッキされた銅の絶縁されたワイヤから、１３．５巻きから１８．５巻きで、２層に形成され、前記発熱体は、前記突出コアへ取り付けられる前に、１０５０℃から１２００℃の間の水素雰囲気の炉で加熱処理されている。この態様では、発熱体の厚みが０．０５ｍｍから０．１５ｍｍの範囲になるように鉄−ニッケル合金材料のシートから形成されているので、１３．５６ＭＨｚ電源で通電されたときに最適な温度制御を提供する。また、コイル巻が直径０．２ｍｍの銀、銅、ニッケルメッキされた銅の絶縁されたワイヤから、１３．５巻きから１８．５巻きで、２層に形成されているので、発熱体のインピーダンスが向上し、より高い昇温性能を発揮することができる。さらに、発熱体の磁気特性がパンチプレスプロセスの際に劣化していたとしても、発熱体の磁気特性を好適に復元また向上させ、所要の機能を発揮することができる。

好ましい態様のヒーターカートリッジ組品において、前記発熱体は、前記シールドの内周に向かって外周側に突出する環状のフランジを前記発熱体の先端に有する。この態様では、発熱体の本体部分とフランジとシールドとがコイル巻を囲繞し、もって磁束密度を高く維持することのできる組付構造を提供することができる。

好ましい態様のヒーターカートリッジ組品において、前記シールドは、シート状の磁性体を前記コイル巻の外周に巻き付けられていることによって形成されている。この態様では、コイル巻の外周をシールドで被覆する作業が容易になり、作業性が向上する。よって製造コストの低廉化に寄与することができる。また、巻き付け作業によって、コイル巻を緊縛することができるので、コイル巻がばらけるのを抑制することができる利点もある。

また、好ましい態様のヒーターカートリッジ組品において、前記発熱体は、当該発熱体の基端を閉じる端壁部を有する。この態様では、ろう付け時にろう材が発熱体からはみ出すのを規制する流れ止め機能を奏し、ろう付けが容易になるという利点がある。また、端壁部は、発熱体の磁束密度の向上に寄与する。さらに、上述のようなフランジや端壁部を備えた円筒形状の発熱体は、全体としてシルクハット形状を呈するピースであり、形状が安定する。よって、発熱体の形状の管理もしやすくなり、量産時に発熱体の品質のばらつきを抑制することができる。従って、プレス加工による発熱体の歩留まりも高くなる。また、発熱体の取扱いが容易になる。加えて、コイル巻と、発熱体と、こて先と、シールドとによってこて先組品を構成し、このこて先組品をスリーブの先端部に挿入することとしているので、作業性が向上し、組付作業も容易になる。

以下の図面は測定されるものではなく、むしろ一般的に本発明の原理を説明することに強調されるよう位置づけられている。前述の、および本発明の他の特徴や利点、ならびに本発明そのものは、好適で例示的な実施形態についての以下の説明から、それを添付の図面と共に読むことにより、一層完璧に理解されるであろう。

はんだづけステーション、ハンドル、および例示的なこて先を有するヒーターカートリッジ組品を図示する。 図１のヒーターカートリッジ組品の先端部の部分的な断面図である。 （Ａ）は、ヒーターカートリッジ組品の先端部の各構成部品の分解図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のヒーターカートリッジ組品のうち、発熱体を組み付けた後の組付工程を示す分解図である。 （Ａ）は、別の構造のヒーターカートリッジ組品の先端部の構成部品の一部を破断して示す要部拡大図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の各構成部品の分解図であり、（Ｃ）は、（Ａ）のヒーターカートリッジ組品のうち、発熱体を組み付けた後の組付工程を示す分解図である。 温度対ニッケル含有量グラフであり、図２、３および４で図示される強磁性の発熱体を形成するのに使用できる様々な鉄−ニッケル組成のキュリー点を表している。 一対の温度対時間のグラフであり、（Ａ）は、従来技術によるカートリッジの作業および温度回復、（Ｂ）は、本発明によるカートリッジの作業および温度回復をそれぞれ表している。

本発明は、強磁性の発熱体の形成方法およびそれによって形成されたさまざまな発熱体の構成に関連する。これにより、はんだづけ温度の適用範囲のために改善された自己温度調整こて先を提供するための、誘導電流はんだづけステーションと共に使用できる取り外し可能なこて先の製作が可能になる。好ましいまたは例示的な実施形態が、強磁性の発熱体を形成する文脈で説明される。該強磁性の発熱体は、はんだごてのこて先および除はんだノズルの種々の構成として使用されうる。強磁性の発熱体は、パンチプレスを用いて形成され、強磁性体の平らなシートをスタンプして一般的な小さなシルクハット形状（tiny stove pipe top hat）、すなわち、基端部を閉じる端壁部を有し、環状のフランジを先端に有するキャップを形成する。発熱体は、こて先の基部側から延びる銅芯の上に配置され、ろう付けされるように構成されている。誘導コイルは、電磁シールドの中に閉じ込められる前に、発熱体の周囲に巻きつけられ、または配置される。発熱体の強磁性材料のニッケルの割合を変えることにより、特定の自己温度調整を得ることができ、その他のこて先組品の部品は相互に交換可能となる。

図１は、例示的なはんだごてのこて先１６を有するヒーターカートリッジ組品１４を受けるためのハンドル１２に接続されたはんだづけステーション１０を示している。カートリッジ組品１４は、こて先１６が摩耗したときや、特定のはんだづけ作業に別のこて先形状がより適しているとき、取り外して他のカートリッジ組品１４と交換できる。はんだづけステーション１０は高周波ＡＣ電流をヒーターカートリッジ組品１４に提供する。好ましい実施例では、はんだづけステーション１０は１３．５６ＭＨｚのＡＣ電流をヒーターカートリッジ組品１４に提供する。

以下の説明では、こて先１６のチップ側を仮に先端とし、その反対側を仮に基端とする。

ヒーターカートリッジ組品１４の構成部品は、ヒーターカートリッジ組品１４の先端の一部（後述するこて先組品）の断面図を提供する図２と、こて先組品の分解図を提供する図３（Ａ）、（Ｂ）とを参照して示される。こて先１６は、先端部を有する。図示のように先端部は、ダブルサイドの平らなはんだづけ面１８を画定している。この特定の構造のはんだづけ面１８の形状は例示であり、尖った形状、円形、曲がった先端あるいは平らな面を含む他の形状であってもよいことが理解されるべきである。こて先１６は、こて先１６の軸方向中間部分に段差２０（図３（Ａ））を区画する基端部を有する。基端部は、一般的に円柱状の突出コア２２を画定している。突出コア２２は、こて先１６の先端側と同心に形成されている。こて先１６は好ましくは鋳造または機械加工された銅、焼結された銅、銅合金、銀または銀合金から製造され、はんだづけ面１８を画定する先端部は、鉄、鉄合金、焼結された鉄、ニッケル、およびコバルト、あるいはこれらの材料の２つ以上の合金の薄い層で被覆されている。

図２および図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、発熱体２４はこて先１６の突出コア２２の全体を覆うように構成されている。発熱体２４はフランジ２６、中央円筒部２８、端壁部３０を有する。中央円筒部２８は、発熱体２４の本体を構成する。フランジ２６は、小さい。また、フランジ２６は、中央円筒部２８の先端に外向きに形成されている。端壁部３０は、平らな部位である。また、端壁３０は、中央円筒部２８の基端を塞ぐ。発熱体２４はこて先１６の突出コア２２の上にぴったりと嵌り、ろう付けされるように構成されている。リード線３６および３８を有するコイル巻３２は、発熱体２４の周囲に巻きつけられるか、あるいは別に形成された後、発熱体の上に挿入される。次にシールド４０がコイル巻３２と突出コア２２、こて先１６の一部の上に取り付けられる。シールド４０は、発熱体２４と共に、コイル巻３２により発生する電磁界を閉じ込めるための、コイル巻３２を囲む磁気バリアを形成する。シールド４０は、このように第一円筒部４２、テーパー部４４、および第二円筒部４６を含むことができる。こて先１６、発熱体２４、コイル巻３２、そしてシールド４０を組み合わせると、こて先組品が形成される。こて先組品の基端部（突出コア２２）は円筒状スリーブ４８（図１）の先端に挿入される。リード線３６および３８はそのスリーブ４８の中で軸方向に延び、スリーブの基端部にあるコネクタ組品５０につながる。スリーブ４８の基端部は、ハンドル１２の中の軸方向の開口部に挿入されて、はんだづけステーション１０の電源にコイル巻４２を接続するための電気接点を提供することを意図した既知のデザインのコネクタ組品５０を含む。

図４はヒーターカートリッジ組品１１４のその他の構成を示している。ヒーターカートリッジ組品１１４は、こて先１６と共に突出したコア２２、発熱体２４、コイル巻３２、そして、シールドと同一の構成を有する。主な違いはシールド１４０の形状である。図２および図３のヒーターカートリッジ組品１４が段になった構成のシールド４０を有するのに対し、（図４の）シールド１４０は、一定の直径の円筒状になっている。一定の直径の円筒状シールド１４０は、作製、およびコイル巻３２への取り付けが一層容易であり、磁気シールド性能を損ねることがない。

こて先１６は機械加工もしくは鋳造または焼結された銅、銅合金、銀または銀合金から形成されることができ、露出された先端部はメッキ、焼結、蒸着など既知の工法により例えば鉄または鉄合金で被覆される。

発熱体２４は、鉄ニッケル合金材料のシートから、パンチプレスで最終的な形状に形成される。例示の実施例では、０．１２ｍｍ厚の鉄ニッケル合金材料のシートが０．１ｍｍ厚の発熱体２４にパンチプレスされて形成される。パンチプレスプロセスの結果として、鉄ニッケル合金材料の磁気特性が劣化する。磁気特性は好ましくは、加熱処理や焼鈍プロセスにより復元される。焼鈍プロセスは水素雰囲気中の炉で行われ、発熱体２４は、１０５０℃から１２００℃の間に少なくとも２０分から約４時間ほどまで加熱され、その後、除冷される。発熱体２４は好ましくは０．０５ｍｍから０．１５ｍｍの厚みを有し、この範囲は１３．５６ＭＨｚ電源で通電されたときに最適な温度制御を提供する。

こて先１６の温度は、はんだづけステーションによりコイル巻３２が通電されて発熱体が励起されたされたときに、発熱体２４の鉄ニッケル合金のキュリー温度により制御される。図５は図３および図４に示される強磁性の発熱体２４を形成するのに使用されうる様々な鉄ニッケル組成のキュリー点を示す温度対ニッケル含有量グラフを提示する。図５のグラフに提示された情報の利益を以て、発熱体２４の鉄ニッケル合金のニッケル含有量を変化させることにより、ひとつのはんだづけステーション用に様々な自己温度調整ヒーターカートリッジ組品１４を形成することができる。よって、こて先温度の好適な範囲のため、所望のヒーター温度のためのニッケル含有量（重量比）が下記の表に提示される。

上記のように、コイル巻３２は発熱体２４の上に形成されても、予めコイルを巻き、その後誘導を形成する発熱体２４の上に装着されてもよい。好ましい実施例では、コイル巻３２は１３．５巻きから１８．５巻きで、２層に形成される。また、ワイヤ直径がおおよそ０．１５ｍｍから０．２５ｍｍ、好ましくは約０．２ｍｍで、絶縁された銀、銅、またはニッケルメッキされた銅（ＮＰＣ）のワイヤから形成される。結果物のコイル巻３２は、室温で５ＭＨｚのＡＣ電流で通電されたとき、１５Ωから３０Ωのインピーダンス（Ｚ）を有する。

シールド４０とシールド１４０は好ましくは鉄または鉄合金から作られ、０．０３ｍｍから０．１５ｍｍの範囲の全体の厚さを有する。シールド４０は対になった円筒状のものが中央部で結合されてもよく、また、こて先１６の基端部に巻いた薄いシートから形成されてもよい。円筒状のスリーブ４８は好ましくはステンレス鋼など熱伝導性の低い材料で形成された円筒である。

ここに提供されるヒーターカートリッジ組品１４のためのこて先組品の構成は、こて先１６の先端部に、好ましい伝熱（heat transfer）を提供する。コイル巻３２に通電された高周波電流と、その結果、発熱体２４に誘導された急速な振動磁場とが、渦電流を起こし、さらにこの渦電流の表皮効果により、ジュール加熱を起こす。発熱体２４をこて先１６と一体的に形成された突出コア２２にろう付けすると、発熱体２４から突出コア２２へ伝熱のための大きな表面積を作る。こて先１６は、高い熱伝導の銅または銅合金材料から形成されているため、発熱体２４を形成する強磁性材料のキュリー温度まで、均一にそして効率的に加熱される。

ここに提供されるヒーターカートリッジ組品１４のためのこて先組品の構成は、発熱体２４の材料の適切な選択によって、こて先温度の自己調整こて先温度を変更する機能に要するコストを低廉なものにし、このより低い製造コストをこて先１６、コイル巻３２、およびシールド４０または１４０の複数の構造体に提供する利点もある。また、上記複数の構造体は、こて先温度の全範囲にわたって一定している。さらに、発熱体２４をシート状の材料からスタンプして形成することは、発熱体２４を形成する強磁性体の形状や厚みの品質管理を向上する一方、芯がこて先とは別に形成され、芯に強磁性被覆が固着したこて先と比較するとより安価である。最後に、こて先１６、発熱体２４、コイル巻３２およびシールド４０は、これらがここに表されているように組み合わさった場合、発熱体２４の上にコイル巻３２の設置について微細にコントロールすることができるとともに、シールド４０のテーパー部４４によりコイル巻３２を規制することができる。かかる規制は、製造工程の統一性を増し、それによる結果として、こて先の温度は、発熱体２４を形成する同じ材料を有する複数のヒーターカートリッジ組品１４の間で一定となる。

以上説明したように、本実施形態は、誘導結合はんだづけステーション１０と使用するためのヒーターカートリッジ組品１４の製作方法、またはヒーターカートリッジ組品１４に係る。上述した各態様では、パンチプレスプロセスで発熱体２４を形成することにより、小型の発熱体２４の製造が容易になる。よって、製品の小型化に寄与する。また、発熱体２４の形状の管理もしやすくなり、量産時に発熱体２４の品質のばらつきを抑制することができる。さらに、発熱体２４が突出コア２２にろう付けされるので、発熱体２４の突出コア２２に対する伝熱効率が向上する。また、パンチプレスプロセスを採用することにより、発熱体２４の仕上げ加工等を可及的に簡素化、または省略することができる。よって、製造コストの低廉化に寄与する。さらに、コイル巻３２と、発熱体２４と、こて先１６と、シールド４０（１４０）とによって、図２、または図４（Ａ）に示すこて先組品を構成し、このこて先組品をスリーブとしてのハンドル１２の先端部に挿入することとしているので、作業性が向上し、組付作業も容易になる。

また、本実施形態では、こて先１６は、鋳造、機械加工、または焼結された銅、銅合金、銀、または銀合金のグループから選択された材料から形成され、発熱体２４は、鉄−ニッケル合金から形成される。このため本実施形態では、こて先１６が熱伝導率の高い材質で構成されているので、発熱体２４が突出コア２２とろう付けされることと相俟って、伝熱効率が高まり、はんだづけ作業のときの温度回復性能が高くなる。また、発熱体２４が鉄−ニッケル合金から形成されるので、ニッケルの含有量を変更するだけで、キュリー温度の設定を容易に変更することができる。よって、発熱体２４の品質管理や、仕様の設定、または変更が容易になる。

また、本実施形態では、発熱体２４の厚みが０．０５ｍｍから０．１５ｍｍの範囲になるように鉄−ニッケル合金材料のシートから発熱体２４が形成される。このため本実施形態では、１３．５６ＭＨｚ電源で通電されたときに最適な温度制御を提供する。

また、本実施形態では、突出コア２２へ発熱体２４を取り付ける前に、１０５０℃から１２００℃の間の水素雰囲気の炉で発熱体２４を加熱処理する。このため本実施形態では、加熱処理、詳細には、磁性焼鈍によって、発熱体２４の磁気特性を回復し、または強化することができる。すなわち、パンチプレスプロセスを用いた場合、鉄ニッケル合金材料の磁気特性が劣化する場合があるが、加熱処理により、発熱体２４の磁気特性は、好適に復元また向上する。

また、本実施形態では、鉄、鉄合金、焼結鉄、ニッケル、およびコバルト並びにそれらの合金から選択されたコーティング材料をこて先１６の先端部へコーティングする。このため本実施形態では、こて先１６の耐久性が向上する。

また、本実施形態では、コイル巻３２を、直径０．２ｍｍの銀、銅、またはニッケルメッキされた銅を絶縁したワイヤから、１３．５巻きから１８．５巻きの２層に形成する。このため本実施形態では、発熱体２４のインピーダンスが向上し、より高い昇温性能を発揮することができる。

また、本実施形態では、コイル巻３２が直径０．１５ｍｍから０．２５ｍｍの銀、銅、またはニッケルメッキされた銅を絶縁したワイヤから形成される。なお、図２、図４に示す例において、コイル巻３２の軸方向長さ（コイル長）Ｌは、発熱体２４の軸方向長さＬｈに対し、半分以下に設定されている。これによりシールド性の高いエリアで磁束を生成することが可能になる。一方シールド４０は、発熱体２４の軸方向長さＬｈの全長にわたってコイル巻３２を被覆している。

また、本実施形態では、予め巻回されたコイル巻３２が突出コア２２の外周に装着される。このため本実施形態では、コイル巻３２の組付作業が容易になる。

また、本実施形態では、パンチプレスプロセスにおいて、発熱体２４の基端を閉じる端壁部３０を有する発熱体２４が形成される。このため本実施形態では、ろう付け時にろう材が発熱体２４からはみ出すのを規制する流れ止め機能を奏し、ろう付けが容易になるという利点がある。

すなわち、ろう付けのプロセスでは、ろう材を発熱体の内周部に入れ、こて先１６の先端部が下向きになるように、こて先１６と発熱体２４の組品を配置し溶接するという作業を含む。その場合、上記各作業において、発熱体２４に入れたろう材が端壁部３０によって保持されるので、作業性が向上し、効率化を図ることができる。加えて、端壁部３０は、発熱体２４の磁束密度の向上にも寄与する。さらに、端壁部３０は、突出コア２２の端壁面２３にろう付けされる。このように、突出コア２２の基端面２３に端壁部３０が当接することにより、ろう付けによる効果と相俟って、発熱体２４と突出コア２２との接触面積が広くなり、伝熱効率も高くなる。

また、本実施形態では、パンチプレスプロセスにおいて、環状のフランジ２６を先端に有する発熱体２４が形成される。本実施形態では、フランジ２６は、発熱体２４の本体を構成する中央円筒部２８の先端に外向きに一体形成されている。また、フランジ２６は、発熱体２６の組付時に外周がシールド４０の内周に向かって突出する。このため本実施形態では、発熱体２４の本体部分とフランジ２６とシールド４０とがコイル巻３２を囲繞し、もって磁束密度を高く維持することのできる組付構造を提供することができる。しかも、かかる組付構造を構成するフランジ２６をパンチプレスプロセスにより、容易且つ精緻に製造することができる。

ここで、突出コア２２は、発熱体２４の軸方向長さＬｈよりも若干（例えば、０．３ｍｍ程度）長く設定されている。そのため、上述のように発熱体２４を突出コア２２に組み付けて、突出コア２２の基端面２３に端壁部３０が当接したとき、フランジ２６がこて先１６の段差２０に対し、ごく僅かな隙間を隔てて対向する。この隙間は、ろう材の漏れを防止する機能を奏し得る。また、これとは別に、突出コア２２の基端面２３に端壁部３０が当接した状態で、フランジ２６がこて先１６の段差２０と当接し、ろう付けされる構造を採用してもよい。その場合には、一層、伝熱効率が高くなり、機械的強度も向上する。

フランジ２６は、シールド４０、１４０の先端と面一になっていてもよく、あるいは、図２、図４（Ａ）の例に示すように、シールド４０、１４０の基端側に、若干入り込む位置にあってもよい。また、フランジ２６の外周縁は、図２、図４の例に示すように、シールド４０、１４０の先端側内周面に対し、近接しているか、または好ましくは接合している。

このように、本実施形態の発熱体２４は、中央円筒部２８と、フランジ２６と、端壁部３０とを一体に有する、シルクハット形状を呈するピースである。よって、発熱体２４の形状が安定し、歩留まりが高くなる。またプレス加工による発熱体２４の取扱が容易になる。

また、本実施形態では、シールド４０、１４０は、シート状の磁性体をコイル巻３２の外周から巻き付けて取り付ける態様を含んでいる。このため本実施形態では、コイル巻３２の外周をシールド４０、１４０で被覆する作業が容易になり、作業性が向上する。よって製造コストの低廉化に寄与することができる。また、巻き付け作業によって、コイル巻３２を緊縛することができるので、コイル巻３２がばらけるのを抑制することができる利点もある。なお、シート状の磁性体をコイル巻３２の外周から巻き付けた場合には、図３、図４に示すように、シールド４０、１４０には、例えば０．２ｍｍ程度の隙間４１、１４１が軸方向に沿って形成される場合があるが、そのような隙間４１、１４１ができたとしても、磁気シールド性に影響が生じることはない。

また、円筒状スリーブ４８によって、シールド４０を押さえつける態様を採用してもよい。その場合には、シールド４０がコイル巻３２を緊縛する作用をさらに高めることができる。加えて、円筒状スリーブ４８でシールド４０自身も固定されるので、シールド４０による磁気シールド機能も一層高くなる。

本発明によるはんだづけカートリッジの向上した性能を説明するために、図６は、一対の温度対時間のグラフで、本発明および従来技術によるはんだづけカートリッジの作業および温度回復を表している。これらのグラフは、本発明によるはんだづけカートリッジはMetcalおよびOk Internationalの“Smart Heat”はんだづけカートリッジと比較された。比較対象の詳細はwww.okinternational.comおよび12151 Monarch Street, Garden Grove, California, U.S.A.に所在のあるOk Internationalから入手できる。Metcalはんだづけカートリッジは、図１から図３に図示されているものと一般的に同様なダブルサイドの平らなはんだづけ面構造を先端に有している。Metcalカートリッジでは、こて先は、空洞を有し、空洞には基端部に強磁性被覆を含む芯が挿入され、さらに励起コイルにより囲まれる。

図６の一対の温度対時間のグラフでは、Metcalはんだづけカートリッジの性能はグラフの上側に、本発明によるはんだづけカートリッジの性能はグラフの下側に、それぞれ表されている。それぞれのグラフでは、こて先は設計された温度まで加熱され、同一の連続したはんだづけタスクに使用された。グラフに表されている通り、本発明のはんだづけカートリッジはそれぞれのはんだづけタスクに対しより速い温度回復データを示している。

当業者は、ここに開示された事項は例示的であり、実際のパラメータは本発明が使用されるプロセスおよび材料の特定のアプリケーションに依存することは容易に理解される。ゆえに、前述の実施例は一例として提示されているのみで、添付の請求項およびその均等の範囲内において、発明は具体的に説明されていること以外で実施されてもよい。

１０ はんだづけステーション
１２ ハンドル（スリーブの一例）
１４、１１４ 自己温度調整ヒーターカートリッジ組品
１６ こて先
２０ 基端部
２２ 突出コア
２４ 発熱体
２６ フランジ
３０ 端壁部
３２ コイル巻
３６ リード線
４０ シールド
４８ 円筒状スリーブ
５０ コネクタ組品

Claims (16)

1. 誘導結合はんだづけステーションと使用するためのヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、
   はんだづけ面を画定する先端部と突出コアを画定する基端部とを有するこて先を形成し、
   強磁性材料の発熱体を前記こて先の前記突出コアを覆う形状にするために前記発熱体をパンチプレスプロセスにより形成し、
   前記発熱体を前記突出コアにろう付けし、
   コイル巻を前記発熱体の外周に取付け、
   シールドを前記コイル巻と、前記発熱体と、前記こて先の基端部とに取付けて、前記コイル巻と、前記発熱体と、前記こて先と、シールドとによって、こて先組品を構成し、
   前記こて先組品をスリーブの先端部に挿入し、
   前記スリーブの基端部にあるコネクタ組品へ前記こて先組品のコイル巻を接続する
   ことを特徴とするヒーターカートリッジ組品の製作方法。
2. 請求項１に記載のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、
   前記こて先は、鋳造された銅、銅合金、銀、および銀合金と、機械加工された銅、銅合金、銀、および銀合金と、焼結された銅、銅合金、銀、および銀合金とのグループから選択された材料から形成され、
   前記発熱体は鉄−ニッケル合金から形成されることを特徴とするヒーターカートリッジ組品の製作方法。
3. 請求項１または２に記載のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、
   前記発熱体の厚みが０．０５ｍｍから０．１５ｍｍの範囲になるように鉄−ニッケル合金材料のシートから前記発熱体が形成されることを特徴とするヒーターカートリッジ組品の製作方法。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、
   前記突出コアへ前記発熱体を取り付ける前に、１０５０℃から１２００℃の間の水素雰囲気の炉で前記発熱体を加熱処理することを特徴とするヒーターカートリッジ組品の製作方法。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、
   鉄、鉄合金、焼結鉄、ニッケル、およびコバルト並びにそれらの合金から選択されたコーティング材料を前記こて先の前記先端部へコーティングすることを特徴とするヒーターカートリッジ組品の製作方法。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、
   前記コイル巻を、直径０．２ｍｍの銀、銅、またはニッケルメッキされた銅を絶縁したワイヤから、１３．５巻きから１８．５巻きの２層に形成することを特徴とするヒーターカートリッジ組品の製作方法。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、
   前記コイル巻を、直径０．１５ｍｍから０．２５ｍｍの銀、銅、またはニッケルメッキされた銅を絶縁したワイヤから形成することを特徴とするヒーターカートリッジ組品の製作方法。
8. 請求項１から７の何れか１項に記載のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、
   予め巻回された前記コイル巻が前記突出コアの外周に装着されるヒーターカートリッジ組品の製作方法。
9. 請求項１から８の何れか１項に記載のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、
   前記パンチプレスプロセスにおいて、基端部を閉じる端壁部を有する前記発熱体が形成されることを特徴とするヒーターカートリッジ組品の製作方法。
10. 請求項１から９の何れか１項に記載のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、
    前記パンチプレスプロセスにおいて、環状のフランジを先端に有する前記発熱体が形成されることを特徴とするヒーターカートリッジ組品の製作方法。
11. 請求項１から１０の何れか１項に記載のヒーターカートリッジ組品の製作方法であって、
    前記シールドは、シート状の磁性体を前記コイル巻の外周に巻き付けることによって形成されたものであることを特徴とするヒーターカートリッジ組品の製作方法。
12. 誘導結合はんだづけステーションと使用するためのヒーターカートリッジ組品であって、
    はんだづけ面を画定する先端部と突出コアを画定する基端部とを有するこて先と、
    強磁性材料の発熱体を前記こて先の前記突出コアを覆う形状にするためパンチプレスプロセスにより形成され、前記突出コアにろう付けされた前記発熱体と、
    前記発熱体の外周に取付けられるコイル巻と、
    前記コイル巻と、前記発熱体と、前記こて先の基端部とに取付けられたシールドと、
    前記コイル巻と、前記発熱体と、前記こて先と、前記シールドとによって構成されるこて先組品が先端部に挿入されるスリーブと、
    前記スリーブの基端部に配置され、前記こて先組品の前記コイル巻と接続されるコネクタ組品と
    を具備していることを特徴とするヒーターカートリッジ組品。
13. 請求項１２に記載のヒーターカートリッジ組品において、
    前記こて先は、鋳造された銅、銅合金、銀、および銀合金と、機械加工された銅、銅合金、銀、および銀合金と、焼結された銅、銅合金、銀、および銀合金とのグループから選択された材料から形成され、
    前記発熱体は、発熱体の厚みが０．０５ｍｍから０．１５ｍｍの範囲になるように鉄−ニッケル合金材料のシートから形成され、
    前記コイル巻は、直径０．２ｍｍの銀、銅、ニッケルメッキされた銅の絶縁されたワイヤから、１３．５巻きから１８．５巻きで、２層に形成され、
    前記発熱体は、前記突出コアへ取り付けられる前に、１０５０℃から１２００℃の間の水素雰囲気の炉で加熱処理されていることを特徴とするヒーターカートリッジ組品。
14. 請求項１２または１３に記載のヒーターカートリッジ組品において、前記発熱体は、当該発熱体の基端を閉じる端壁部を有することを特徴とするヒーターカートリッジ組品。
15. 請求項１２から１４の何れか１項に記載のヒーターカートリッジ組品において、
    前記発熱体は、前記シールドの内周に向かって外周側に突出する環状のフランジを前記発熱体の先端に有することを特徴とするヒーターカートリッジ組品。
16. 請求項１２から１５の何れか１項に記載のヒーターカートリッジ組品において、
    前記シールドは、シート状の磁性体を前記コイル巻の外周に巻き付けることによって形成されたものであることを特徴とするヒーターカートリッジ組品。
    

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