JP2018097985A - ヒーター - Google Patents

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智之 長谷川
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Abstract

【課題】ボビンに対するヒーター線の取り付けを簡単に行うことができるヒーターを提供する。【解決手段】電気抵抗発熱式の電熱線を発熱体として用いたヒーターであって、このヒーターが、電気絶縁性を有する柱状の外形を成すボビン11と、通電により発熱するヒーター線20とを有し、該ヒーター線20は、互いに並行する2本の線条からなっていて、該2本の線条が、前記ボビン11の外周に互いの位相をずらして螺旋状に巻かれると共に、そのヒーター線20における螺旋の巻始め端で相互に連ならせる。【選択図】図2

Description

本発明は、電気抵抗発熱式の電熱線を発熱体として用いたヒーターに関するものである。
例えば、半導体チップ等の電子部品のはんだ付けを行う場合、ヒーターが取り付けられたはんだ鏝が使用されている。このヒーターは、前記はんだ鏝の先端部分に内蔵され、該ヒーターを発熱させることにより、はんだ鏝の鏝先部が加熱されてはんだ付けが行われるように成っている。この種のヒーターは、一般に、特許文献1に開示されているように構成されている。
前記特許文献1に開示されたはんだ鏝用ヒーターは、該文献1の図1及び図2に示すように、電気絶縁性の円柱形状のボビン2と、ボビン2に取り付けられた電気抵抗発熱式の電熱線(ヒーター線)8とを有している。
前記ヒーター線8は、ボビン2の外周面に螺旋巻きされていると共に、該ヒーター線8の巻き始端が、ボビン2の先端側(文献1の図1及び図2の左側)の導孔10を通じて、該ボビン2の基端側(文献1の図1及び図2の右側)の端面に開口する一方の発熱体用挿通孔9から導出され、また、ヒーター線8の巻き終端が、ボビン2の基端側の導孔10を通じて、該ボビン2の基端面に開口する他方の発熱体用挿通孔9から導出されている。このようにして、前記ヒーター線8が、ボビン2に取り付けられ、不図示の電源に接続されるように成っている。
ところが、前記従来のヒータ−においては、前記ヒーター線8が、比較的硬い素材で形成されているため、該ヒーター線8を折り曲げながらボビン2に形成された細い発熱体用挿通孔9に通す作業は、困難なものであった。
実開昭61−88684号公報
本発明は、前述のような事情に鑑みて為されたもので、その技術的課題は、ボビンに対するヒーター線の取り付けを簡単に行うことできるヒーターを提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明のヒーターは、電気絶縁性を有する柱状のボビンと、通電により発熱するヒーター線とを有し、該ヒーター線は、互いに並行する2本の線条からなっていて、該2本の線条が、前記ボビンの外周に互いの位相をずらして螺旋状に巻かれると共に、螺旋の巻始め端で相互に連なっていることを特徴とする。
本発明の具体的構成態様によれば、前記ヒーター線には螺旋状の巻き癖がつけられ、前記ボビンにおける前記ヒーター線が巻かれる部分から基端部までの外径は、前記ヒーター線の螺旋の内径よりも小さく形成され、前記ヒーター線の螺旋の内部に前記ボビンを基端部側から挿入することにより、該ヒーター線が前記ボビンに取り付けられている。
本発明においては、前記ヒーター線は、1本の線材を2つに折り曲げることにより形成されていることが好ましい。
また、本発明において、前記ヒーター線における2本の線条の螺旋の巻終わり端には、ボビンの外部を延びる通電用のリード線が、該ボビンの外部でそれぞれ接続されている。
本発明において、前記ヒーターは、温度センサーを有し、該温度センサーは、異種の金属線を互いに接合し、接合箇所を温度検出部とした熱電対から成っていて、前記温度検出部に、前記金属線より熱伝導性に優れた金属素材から成る熱伝導体が取り付けられていることでもよい。
本発明のヒーターによれば、ヒーター線が、互いに並行する2本の線条からなっていて、これら2本の線条が、前記ボビンの外周に互いの位相をずらして螺旋状に巻かれると共に、その螺旋の巻始め端で相互に連なった状態で前記ボビンの外周に取り付けられているため、前記ヒーター線を、従来のように、ボビンに形成した細い挿通孔に挿通する作業を一切行う必要がなく、ボビンに対するヒーター線の取り付け作業を簡単に行うことができる。
第1実施形態のヒーターをはんだ鏝に内蔵した状態の要部断面図である。 第1実施形態のヒーターを示す正面図である。 第1実施形態のヒーターに用いるボビンの右側面図である。 前記ボビンの左側面図である。 温度センサーを示す分解斜視図である。 第1実施形態のヒーターをヒーターケースに収容し、それをはんだ鏝に内蔵した状態を示す要部断面図である。 前記ヒーターケースにヒーターを収容する前の状態を示す概略斜視図である。 第1実施形態におけるボビンの変形例を示す正面図である。 第2実施形態のヒーターをはんだ鏝に内蔵した状態の要部断面図である。 第2実施形態のヒーターを示す側面図である。 シーズヒーターを示す斜視図である。
以下に、本発明に係るヒーターについて、図面を用いて詳細に説明する。
図1及び図2は、前記ヒーター10Aの第1実施形態を示すものである。このヒーター10Aは、はんだ鏝1Aの先端部分に内蔵した状態で使用するもので、該ヒーター10Aを発熱させることで、はんだ鏝1Aの先端にある鏝先部2を加熱し、はんだ付けを行うように構成されている。なお、本実施形態で示すヒーター10Aは、自動はんだ付け装置に用いられるはんだ鏝に内蔵してもよく、或いは、手動操作式の手持ちのはんだ鏝に内蔵してもよい。
図1に示すように、前記はんだ鏝1Aは、ステンレス等の金属からなる筒状の鏝胴部3と、この鏝胴部3に連結された前記鏝先部2と、鏝先部2を加熱する前記ヒーター10Aとを有している。前記鏝先部2は、はんだ付け作業を行うための先端部2aを有し、この先端部2aは、次第に先が細くなる先端形状を成している。
また、鏝先部2の内部には、前記ヒーター10Aを収容する為の収容部4が設けられている。前記収容部4は、鏝胴部3側に設けられた円形の断面形状を有する第1収容部4aと、該第1収容部4aよりも前方(先端部2a側)に位置して、内径が第1収容部4aの内径よりも小さい第2収容部4bとを有している。前記第2収容部4bの先端は、深さ方向(図1において左側)に向けて先窄まり状を成す円錐面状に形成されている。なお、鏝胴部3には、前記はんだ鏝1Aが手動のものであれば柄が取り付けられ、自動式であればロボットハンド等が取り付けられる。
前記ヒーター10Aは、柱状を成して軸L方向に延びるボビン11と、通電により発熱する前記ヒーター線20と、鏝先部2の先端部2aの温度を検出する温度センサ30とを有している。
前記ボビン11は、セラミック等の電気絶縁性を有する単一の素材によって一体に形成されたもので、丸棒状の主体部12と、この主体部12の軸L方向の一端側(先端側)だけに形成されたフランジ部13とを有している。前記主体部12は、その外周に前記ヒーター線20が巻かれた部分であって、該主体部12の先端側から基端側にかけて同一径に形成されている。また、前記フランジ部13は、主体部12と同心円状に配された薄板円環状に形成されている。
前記ボビン11の構成をさらに説明すると、該ボビン11は、前記フランジ部13からさらに前方(図1及び図2の左側)に突出する突出部14を有している。前記突出部14は、前記主体部12よりも小径の略丸棒状に形成されていて、前記主体部12及びフランジ部13と同心円状に配されている。また、図2又は図3に示すように、この突出部14の先端面には断面略コ字状の凹溝15が、該突出部14を直径方向に横切るように形成されている。この凹溝15の溝幅は略均一幅に形成され、その溝深さは、前記突出部14の軸線L方向長さ(フランジ部13からの突出長さ)の略半分程度と成っている。
また、図1−図4に示すように、ボビン11の内部には、該ボビン11を軸L方向に貫通する一対のセンサ取付孔16a,16bが形成されている。このセンサ取付孔16a,16bは、前記温度センサー30を形成する2つの金属線31,32を挿通するためのもので、該センサ取付孔16a,16bの一端は、前記主体部12の基端側の端面に開口し、他端は、突出部14における前記凹溝15の溝底15aに開口している。
次いで、前記ヒーター線20について説明する。
図2のように、前記ヒーター線20は、互いに並行する2本の線条20A,20Bからなっている。そして、これら2本の線条20A,20Bが、前記ボビン11の外周に、互いの位相をずらして螺旋状に巻かれると共に、その螺旋の巻始め端20aで相互に連なっている。前記ヒーター線20は、分断された2本の線条20Aと20Bとを、ボビン11に巻いたあと接続しても良いが、本実施形態では、図2に示すように、単一の線条を二つに折り曲げ、その折曲部を、前記螺旋の巻始め端20aとして前記ボビン11の主体部12の先端側に配し、その状態で、該主体部12の基端側に向けて二重螺旋状に巻付けられている。
また、前記2本の線条20A,20Bの巻き終わり端20bは、前記主体部12の外周面上で、周方向に略180°異なる位置からそれぞれ後方側(鏝胴部3側)に延びており、該巻終わり端20bには、前記ボビン11の外部を延びる通電用のリード線21,21が、該ボビン11の外部でそれぞれ接続され、このリード線21,21によって不図示の電源に接続されるようになっている。前記ヒーター線20に対するリード線21の接続手段としては、例えば、レーザー溶接等のスポット溶接が採用され、図1及び図2の符号22は、ヒーター線20とリード線21とを点接合して成る接続部を示している。なお、前記ヒーター線20を構成する線材としては、例えば、電気抵抗で発熱するニクロム線等を用いることができる。また、前記リード線21,21には、例えば、銅線を芯線としたものにニッケルめっきを施したニッケルめっき銅線等を用いることができる。
前記ヒーター線20はこのようにしてボビン11に取り付けられているので、従来のように、前記ボビン11に、ヒーター線20を挿通するための孔を穿設したり、該ヒーター線20をそのような孔に折り曲げながら挿通する作業を必要とせず、該ヒーター線20のボビン11への取付けが非常に簡単になる。
前記ヒーター線20は、ボビン11に巻き付けることによって該ボビン11に取り付けても良いが、本実施形態では、前記ヒーター線20に予め螺旋状の巻き癖を付けておき、螺旋形状が維持されたこのヒーター線20の螺旋の中空部に、前記ボビン11の主体部12をその基端側から挿入し、折曲部20aを、前記フランジ部13に当たるか近接する位置まで相対的に移動させることにより、ボビン11にヒーター線20を取り付けている。この場合、ボビン11における前記ヒーター線20が巻かれる部分から基端部までの外径(即ち、主体部12の外径)は、ヒーター線20の螺旋の内径よりも小さく形成される。これにより、前記ヒーター線20をボビン11に巻く手間が省かれ、その取り付けが一層容易になる。
前記温度センサー30は、図5に示すように、異なる2種の金属線31,32の先端側を接合して成る熱電対であり、この接合部分が温度検出部33として形成されている。この温度センサー30の端子(金属線31,32の基端側)は、不図示の制御装置に接続されていて、該制御装置で前記鏝先部2(先頭部2a)の温度が計測されると共に、計測された温度情報に基づいてヒーター線20を流れる電流が制御され、鏝先部2の先頭部2aの温度が調整される。
前記温度検出部33の外面には、図1、図2、図5に示すように、前記2種の金属線31,32の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導体34が取り付けられている。この熱伝導体34には、例えば、銀や銅、金、アルミニウム等のような熱伝導率に優れた金属が使用される。本実施形態では、円筒等の中空状をした熱伝導体34の内部に前記温度検出部33を収容し、該熱伝導体34を側面方向に押圧することによりかしめて温度検出部33に圧着している。そうすることで、図2に概略的に示したように、該熱伝導体34は潰れて扁平化し、温度検出部33に対して直接密着した状態で取り付けられるため、温度検出部33の全体が該熱伝導体34によって覆われることになる。
また、前記熱伝導体34は、ダイヤモンド粉末から成る無機粒子を成分とする伝熱層でコーティングすることが望ましい。このように、前記熱伝導体34の表面に優れた熱伝導率を有するダイヤモンド粉末を配設することで、該熱伝導体34の伝熱性がより高めることができる。熱伝導体34に伝熱層をコーティングする場合、例えば、アルコール系溶剤中にダイヤモンド粉末を練り込み、ダイヤモンド粉末が混合された混合溶液を熱伝導体34に付着させる。それから、上記熱伝導体34を常温にて自然乾燥させることで、該熱伝導体34の表面に上記伝熱層がコーティングされる。なお、一般的にダイヤモンドは、約600℃付近から黒鉛化が始まり、それよりも高温になると次第に炭化していく物性を有しているが、通常はんだ鏝は、ダイヤモンドの炭化温度よりも低い約500℃以下程度で使用されるので、ダイヤモンド粉末が炭化することなく、前記伝熱層による高い熱伝導性が維持される。なお、アルコール系溶剤としては、例えば、セラミック材料の粉末を混ぜた高耐熱セラミック接着剤が用いられる。また、前記ダイヤモンド粉末の粒度やアルコール系溶剤に対する配分量、混合溶液の乾燥時間等は、温度センサー30を使用する環境等により適宜決定される。
前記温度センサー30をボビン11に取り付ける場合、図1及び図2に示すように、一方の金属線31を、前記凹溝15の溝底15aに開口する一方の前記センサ取付孔16a内に挿通し、主体部12の基端側の端面から延出させる。これと同様に、他方の金属線32も、前記溝底15aに開口する他方のセンサ取付孔16b内に挿通して、主体部12の基端側の端面から延出させる。そして、前記熱伝導体34で被覆された温度検出部33を、前記突出部14の凹溝15内に配設することで、前記ボビン11に温度センサー30が取り付けられる。このとき、前記熱伝導体34は、前記凹溝15から非突出状態で該凹溝15内に収容されている。
前記の如く、ボビン11にヒーター線20と温度センサー30とが取り付けられたヒーター10Aは、図1に示すように、前記収容部4の第1収容部4aに、該ボビン11の主体部12及びフランジ部13が収容されると共に、第2収容部4bに、該ボビン11の突出部14の収容され、前記突出部14は、先端面が前記第2収容部4bの傾斜する底壁(図1の左側)に突き当たっている。このように、第1収容部4aよりもさらに前方に形成された第2収容部4bに、前記温度センサー30を有する突出部14が収容され、該温度センサー30が、はんだ付け作業を行う前記鏝先部2の先頭部2aにより近い位置に配されていることにより、実際の先頭部2aの温度がより正確に、応答性良く検出される。
また、前記収容部4には、前記ボビン11の回りの隙間を埋めるように、例えば、セラミック、マグネシア、アルミナ等からなる粉末状をした電気絶縁性の充填材17が充填されている。それにより、主体部12の外周に螺旋巻きされたヒーター線20が、前記第1収容部4aの内周面に対して非接触の状態に保持される。前記充填材17は、突出部14の凹溝15内にも流入し、前記温度センサー30の温度検出部33及び熱伝導体34の周りを埋めている。
また、収容部4内において、前記主体部12の基端側には、該収容部4の開口を封止するための電気絶縁性の蓋材18が取り付けられている。蓋材18は、円形の薄板状を成しており、中心部に穿設された中心孔18aと、この中心孔18aの周りに穿設された2つの通孔18b,18bと有している。そして、前記中心孔18aを通って、主体部12の基端側が鏝胴部3の内部空間まで延びていると共に、一対の通孔18b,18bを通って、ヒーター線20の巻き終端20b側の2本の線条が、該鏝胴部3の内部空間に延びている。このようにして、はんだ鏝1Aの先端部分に、前記ヒーター10Aが内蔵されている。
また、前記温度センサー30は、その温度検出部33に、高い熱伝導率を有する熱伝導体34が取り付けられていることで、該温度検出部33に対する熱の伝導が高められているため、測定対象箇所である鏝先部2(先端部2a)の温度の変化に応答性良く追従でき、前記温度センサー30による温度測定精度の向上が図られる。
本発明のヒーター10Aは、図6及び図7に示すように、筒状のヒーターケース40に収容してカートリッジ化し、ヒーターケース40ごと前記鏝先部2の収容部4に収容することもできる。この例では、前記ヒーターケース40はステンレス等の金属で形成され、その外径は、前記収容部4の第1収容部4aの内径よりも僅かに小さく形成されている。また、ヒーターケース40の先端(図6、図7の左側)に、前記ボビン11の突出部14が挿通される挿通孔41が設けられ、ヒーターケース40を前記収容部4a内に収容した状態で、前記挿通孔41を通じて、前記突出部14が第2収容部4b内に収容されるように成っている。
前記ヒーターケース40の内部には、ヒーター10Aとヒーターケース40とを絶縁する為の前記充填材17が充填され、ヒーターケース40の基端部(図6、図7の右側)には、該ヒーターケース40の開口を閉塞する蓋材42が取り付けられている。図7に示すように、この蓋材42には、板厚方向に貫通する4つの通孔42a,42bが設けられ、そのうち、図の上下に位置する一対の通孔42a,42aから、前記ヒーター線20が鏝胴部3内に導出され、図の左右に位置する一対の通孔42b,42bから、前記温度センサー30の金属線31,32が鏝胴部3内に導出されている(図6参照)。この図6及び図7の例では、ヒーターケース40が収容部4から取り外し可能に成っていて、該ヒーターケース40ごと交換することで、前記ヒーター10Aも取り替えられるように成っている。
なお、第1実施形態のヒーター10Aでは、前記ボビン11の突出部14に凹溝15を設け、当該凹溝15内部に、温度センサー30の温度検出部33(熱伝導体34)を収容しているが、図8の変形例に示すように、突出部14の先端に凹溝15を設けることなく、前記突出部14の先端面を、平坦な面として形成し、この平坦面上に温度検出部33を配することも可能である。この場合には、温度検出部33(熱伝導体34)が鏝先部2に接触することによって測定温度に誤差を生じることもあるが、前記制御装置の制御回路で誤差を補償することができる。
図9及び図10は、本発明のヒーターの第2実施形態を示すもので、この第2実施形態のヒーター10Bが、前記第1実施形態のヒーター10Aと相違する点は、ボビン50が、筒状のインナーボビン60と、その外側に嵌合された筒状のアウターボビン70とから成っている点である。
前記インナーボビン60は、軸L方向に略同一径を成して延びる部材であって、このインナーボビン60の内部に、前記軸L方向に延びる一対のセンサ取付孔16a,16bが形成され、該インナーボビン60の先端に前記凹溝15が設けられており、該凹溝15の溝底15aに、前記センサ取付孔16a,16bが開口している。
前記温度センサー30は、2つの金属線31,32を、凹溝15側からセンサ取付孔16a,16bに挿通して、これら金属線31,32を、当該センサ取付孔16a,16bを通じてインナーボビン60の基端側(図9及び図10の右側)から導出させ、温度検出部33及び熱伝導体35を前記凹溝15内に収容することにより、前記インナーボビン60に取り付けられている。
一方、アウターボビン70は、前記インナーボビン60より長さが短く形成されていて、このアウターボビン70の外周面に前記ヒーター線20が取り付けられている。該ヒーター線20は、第1実施形態と同様に、アウターボビン70の先端側に折曲部20a(巻き始端)を配置した状態で、該アウターボビン70の外周に2重螺旋状に巻回され、その螺旋の巻き終端20bが、アウターボビン70の外部を通じて鏝胴部3側に導出されている。
前記ヒーター10Bのインナーボビン60及びアウターボビン70の重なった部分は、前記収容部4の第1収容部4aに収容されていると共に、前記凹溝15が設けられたインナーボビン60の先端側は第2収容部4bに収容されている。前記収容部4にボビン50を収容した状態で、第2収容部4bの底壁に、インナーボビン60における先端面が突き当たっている。また、前記収容部4には、第1実施形態と同じく、電気絶縁性の充填材17が充填されると共に、該収容部4の開口縁に、該開口を封止する前記蓋材18が取り付けられている。そして、蓋材18に設けられた中心孔18aを介して、前記インナーボビン60及びアウターボビン70の重なった部分が鏝胴部3の内部空間に導出され、アウターボビン70の外周に巻かれたヒーター線20の巻き終端20b側が、該蓋材18の一対の通孔18b,18bを介して鏝胴部3の内部へと延びている。このようにして、はんだ鏝1Bの先端部分に、第2実施形態のヒーター10Bが内蔵される。
以上、本発明に係るヒーターについて説明してきたが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない範囲で様々な設計変更が可能であることは言うまでもない。
温度センサー30が取り付けられた前記熱伝導体34は、筒状をしたものを前記温度検出部33に対してかしめ付けることで取り付けられているが、これに限らず、例えば、金属素材を溶接やろう付け等により取り付けてもよい。
また、鏝先部2の温度を検出する必要がなければ、前記温度センサー30を省略することもできる。
また、図6及び図7に示す例では、前記ヒーターケース40は、その先端に挿通孔41を有しているが、図11に示すように、挿通孔41を設けることなく、前記基端部のみが開口する有底筒状のものとし、その内部に前記ヒーター10Aを収容してカートリッジ化(完全封入化)したシーズヒーターとすることも可能である。このように形成したシーズヒーターは、はんだ鏝に内蔵して使用するだけでなく、例えば、管等の容器に絶縁状態で収容して、それを水や油等を加熱する投げ込みヒーターとして用いたり、或いは、成形装置等の金型加熱用ヒーターとして用いることもでき、使用環境等に合わせた処理を行うことで複数の用途に用いることができる。
10A,10B ヒーター
11,50 ボビン
20 ヒーター線
20a 巻始め端(折曲部)
20b 巻終わり端
30 温度センサー
31,32 金属線
33 温度検出部
34 熱伝導体

Claims (5)

  1. 電気絶縁性を有する柱状のボビンと、通電により発熱するヒーター線とを有し、該ヒーター線は、互いに並行する2本の線条からなっていて、該2本の線条が、前記ボビンの外周に互いの位相をずらして螺旋状に巻かれると共に、螺旋の巻始め端で相互に連なっていることを特徴とするヒーター。
  2. 前記ヒーター線には螺旋状の巻き癖がつけられ、前記ボビンにおける前記ヒーター線が巻かれる部分から基端部までの外径は、前記ヒーター線の螺旋の内径よりも小さく形成され、前記ヒーター線の螺旋の内部に前記ボビンを基端部側から挿入することにより、該ヒーター線が前記ボビンに取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載のヒーター。
  3. 前記ヒーター線は、1本の線材を2つに折り曲げることにより形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のヒーター。
  4. 前記ヒーター線における2本の線条の螺旋の巻終わり端には、ボビンの外部を延びる通電用のリード線が、該ボビンの外部でそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載のヒーター。
  5. 前記ヒーターは、温度センサーを有し、該温度センサーは、異種の金属線を互いに接合して、接合箇所を温度検出部とした熱電対から成っていて、前記温度検出部に、前記金属線より熱伝導性に優れた金属素材から成る熱伝導体が取り付けられていることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載のヒーター。
JP2016239764A 2016-12-09 2016-12-09 ヒーター Pending JP2018097985A (ja)

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