JP4591275B2

JP4591275B2 - 半田ごて装置

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Publication number: JP4591275B2
Application number: JP2005232965A
Authority: JP
Inventors: 孝文遠藤; 陽平野上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: CN1911582A; CN1911582B; JP2007044737A

Description

この発明は、外部制御を要さない手付け作業に用いる半田ごて装置に関する。

半田材やコネクタ端子の半田メッキ部に、鉛（Ｐｂ）材を使用しない鉛フリー化が急速に進められている。Ｐｂ材はその軟化点が低いことから共晶半田材として好適であるが、現在はＰｂを用いないＺｎ系やＡｇ系が代替材としてＳｎと合金化される。他方、半田接続治具である半田ごてには、温度センサや振動センサが搭載されているものが市販されていることは周知である。

ところで微細パターンの半田付けにはその部位を確認する顕微鏡や拡大鏡が装備され、最適な部品接続環境温度下で迅速に半田付けを行なう必要があるものの半田材料の種類や半田付け部品の接続部の大きさの差異により、半田付け部位周辺の熱容量変化で半田ごて先端部の温度は変化している。

一般的に使用される半田ごて装置においては、従来から内部に温度センサを内蔵したものが公知であり、温度センサからの信号に基づき外部装置によって温度検知表示や温度設定が行なわれてきた。例えば、特開２００５−８１３７３号公報図３（特許文献１参照）では、複数のこて先の温度を統合して制御する半田ごての温度制御装置において、加熱パルスを加熱部に供給する制御を行いつつ、装置の小型、軽量化を図るために、加熱パルス発生部４と、加熱パルスを受けてこて先２４ａ，２４ｂを加熱する加熱部４０ａ，４０ｂと、温度センサ５２ａ，５２ｂと、加熱パルスをパルスの個数単位で各加熱部４０ａ，４０ｂに割り当てる制御部１０と、加熱部４０ａ，４０ｂへの加熱パルスの供給有無を切換えるスイッチング部６ａ，６ｂとを備え、制御部１０は、加熱パルスの所定個数分の期間を温度制御サイクルとし、この温度制御サイクルを所定の順序で加熱部４０ａ，４０ｂに割り付け、割り付けられた温度制御サイクルにおいて、こて先の温度に応じて、当該加熱部に供給する加熱パルス数を決定するように構成した半田ごての温度制御装置及びその制御方法が記載されている。

また、特開平１０−２４９５１７号公報図１（特許文献２参照）には、発熱電源として商用電源を用い、かつ温度表示装置を備えた半田ごてにおいて、商用電源をＯＦＦした後にはこて先温度が検出されず、温度表示機能も停止してしまうという欠点を除去するために、温度表示装置の電源となる商用電源を切った後においても、半田ごてに内蔵されたバッテリにより温度表示装置を作動させることによって、ヒータの現在温度を常温になるまで表示することができる半田ごての温度表示装置が開示されている。

すなわち、商用電源により発熱するヒータ２と、ヒータの温度を検知するセンサ３と、センサからの検知信号に基づいてヒータの温度を表示する温度表示装置とを備えた半田ごてにおいて、温度表示装置は、温度表示部１６と、商用電源ＯＦＦ時に温度表示部を作動させるためのバッテリ１１と、商用電源ＯＦＦ時に温度表示部に対する電源供給元をバッテリに切り換える電源判定部１２と、を備えたものが記載されている。

また、特開２００１−６２５６２号公報図１（特許文献３参照）には、きわめてシンプルな回路構成で、優れた制御性能を実現する半田ごての温度制御方法及びその装置として、ゼロボルト期間τを有する脈流を生成する電源回路１と、脈流パルスに基づいてゼロクロスパルスを発生させるゼロクロス検出部２と、ゼロクロスパルスを割込み端子ＩＮＴに受けると共に各部の動作を制御するマイコンユニット３と、半田ティップＴｉｐを加熱すると共にその温度を検出するヒータセンサ複合体４と、マイコンユニット３からの制御信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作をするスイッチング部５と、ヒータセンサ複合体４からのセンサ電圧を増幅する増幅部６とを備え、マイコンユニット３の出力に半田ティップＴｉｐの温度を表示する表示部９を設けたものが記載されている。

特開２００５−８１３７３号公報（第３図）

特開平１０−２４９５１７号公報（第１図）

特開２００１−６２５６２号公報（第１図）

しかし、特許文献１に記載のものでは、半田付け温度を表示するための表示部があるものの、手付け作業する半田ごて本体には表示部が無いので、微細な半田付けを要する場合には顕微鏡や拡大鏡を介して短時間で半田接続する必要があるので半田ごて本体から離れている表示部をリアルタイムに目視するには不充分であると言う課題もあった。

また、特許文献２に記載のものでは、こて先の温度を表示する温度表示装置を備えた半田ごてであるが、温度制御がなされているものの、半田ごての発熱を考慮した設計とした場合には半田ごてに収納する温度表示部１６が半田ごてのどの部位に構成されているかの開示が無い。

また、特許文献３に記載のものでは、半田付け温度を表示するための表示部があるものの、手付け作業する半田ごて本体には表示部が無いので、特許文献１同様、半田ごて本体から離れている表示部をリアルタイムに目視するには不充分である。

この発明は、上記のような課題・問題点を解消するためになされたもので、半田付け作業時の半田接続部位の温度変化をリアルタイムに作業者が認識することで半田接続の最適な温度を確認しながら半田付けすることにより、電気的接続品質の高い半田ごて装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る半田ごて装置は、こて先部と、前記こて先部に熱を生じさせる加熱部と、前記加熱部を支持するグリップ部と、前記こて先部に接触又は近接して設けられ、温度を検知する温度測定部と、前記グリップ部の内部に設けられ、所定の温度及び前記所定の温度を含む最適温度範囲を区分する上下限温度にそれぞれ対応する閾値を有する比較器で前記温度測定部の検知信号を比較した結果に基づき、論理回路で生成した複数の信号を出力する電子回路部と、前記グリップ部の外部から視認可能に前記グリップ部に設けられ、前記電子回路部により処理された前記複数の信号に対応してそれぞれ点灯する異なる色の光源を有する表示部と、を備え、前記電子回路部は、前記温度測定部で検知した温度が前記最適温度範囲であり且つ前記所定の温度と前記上限温度とで区分される適正範囲である場合は、前記表示部の光源を２色点灯させ、前記温度測定部で検知した温度が前記最適温度範囲であり且つ前記適正範囲でない場合は、前記表示部の光源を前記２色の内の１色点灯させることを特徴とするものである。

以上のように、請求項１に係る発明によれば、こて先部に設置された温度測定部の温度情報を半田付け作業の視野範囲で認識できるのでリアルタイムで作業温度管理ができる利点がある。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１による半田ごて装置の要部断面構成図であり、図１において１は電子部品を半田接続する半田付け部（こて先部）であり、先端部１ａと芯部１ｂとからなる。２は半田付け部１に一部が装着されたセラミック基板（絶縁基板）、３はセラミック基板２の上面（主面）端部にパターン形成された測温素子（温度測定部）、４は半田付け部１の表面の一部を切り欠いて埋設したセラミック材で構成された第１加熱器（第１加熱部）、４ａは第１加熱器４の一方の面に貼り合わされたセラミック材で構成された第１絶縁板、４ｂは第１加熱器４の他方の面に貼り合わされたセラミック材で構成された第２絶縁板である。

５は第１加熱器４に対向するように半田付け部１の表面を切り欠いて埋設したセラミック材で構成された第２加熱器（第２加熱部）、５ａは第２加熱器５の一方の面に貼り合わされたセラミック材で構成された第３絶縁板、６はセラミック基板２の端部に配置した測温素子３の反対側端部に設置されたＩＣチップ（ＩＣ）、７はセラミック基板２上のＩＣチップ６の近傍に設置されたＬＥＤチップ（表示部）であり、光学波長の異なる３種類の光源で構成されている。８はセラミック基板２上に印刷された抵抗体（印刷抵抗）であり、９はＩＣチップ６、ＬＥＤチップ７及び抵抗体８を保護する透明エポキシ樹脂である。

また、１０はセラミック基板２の電子回路部に電源供給などを行なう３端子の接続ピン、１１は外部電源からの配線を一括処理する端子板であり、直流低電圧源は接続ピン１０に接続される。１２は半田付け作業時の取っ手となる握り手部（グリップ部）、１３はＬＥＤチップ７の上方に位置し、握り手部１２に貫通して設けた導光窓である。

また、１４は第１加熱器４の外側に第１加熱器４と接触して設けられた固定ブロック、１５は第２加熱器５の外側に設けられた収納ブロックであり、金属で構成された中空の切り欠きを設けた円板１５ａと円板１５ａの切り欠き側に貼り合せた耐熱性のシリコンゴムシート１５ｂからなる。

１６は切替レバー（操作部）であり、半田ごて外部に設けたつまみ１６ａ、収納ブロック１５を貫通する円柱棒１６ｂ及び円柱棒１６ｂと一体化され、収納ブロック１５の中空部に収容する円板１６ｃとからなる。１７は伸長ばねであり、切替レバー１６の円板１６ｃを第２加熱器５側に押し当てる弾性力を保持する。１８は握り手部１２から突出し、固定ブロック１４及び収納ブロック１５を強持（固定）する剛性の金属カバー（カバー）である。

１９は握り手部１２の発熱部（半田付け部１、第１加熱部４及び第２加熱部５）側先端内部に収納され、カバー１８の固定支点となると共に加熱部からの伝導・輻射熱を遮断、軽減する金属製の隔壁、２０は隔壁１９にカバー１８を固定する握り手部１２の先端内部２箇所に収納されたナット付きのネジである。なお、隔壁１９はネジ穴のほかにネジ穴と直交する領域にネジ穴を避けてセラミック基板２を挿入し、セラミック基板２を固定支持する中空の矩形穴を有する。従ってセラミック基板２は一端は半田付け部１に挿入され、中ほどで隔壁１９の矩形穴で支持され、他端は握り手部１２の中ほどの中空部に配置されることで発熱部からの熱遮断が行なわれる。なお、セラミック基板２と隔壁１９とはシリコン性の軟性接着剤（グリース）で接着させることでメインテナンス時の着脱性を確保する。図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。

次にセラミック基板２の上面に構成したパターン、部品配置について図２を用いて説明する。図２はセラミック基板２上面側の搭載部品の鳥瞰図である。図２において７Ｒは赤色発光ＬＥＤ（赤色ＬＥＤ）、７Ｂは青色発光ＬＥＤ（青色ＬＥＤ）、７Ｙは黄色発光ＬＥＤ（黄色ＬＥＤ）であり、１０ａはコモン（Ｃｏｍｍｏｎ）ピン、１０ｂはグランド（ＧＮＤ）ピン、１０ｃは外部出力用のモニター（Ｅｘｔｅｒｎａｌ）ピンである。図中、図１と同一符号は、同一または相当部分を示す。

また、図３はセラミック基板２の断面構成図であり、２１は金含有量約８％の有機金（メタルオルガニック金）ペーストを厚膜方式で印刷・焼成し、写真製版プロセスを経て膜厚（ｄ）が約０．１２７μｍ（０．００５ｍｉｌ）のパターン化された配線パターン、２２は配線パターン２１上に選択的に厚膜ガラスペーストを印刷し・焼成して配線パターン２１の剥がれなどを防止するための保護膜（ガラス保護膜）である。図中、図１又は図２と同一符号は、同一または相当部分を示す。

また、図４は、セラミック基板２の端部平面拡大図であり、測温素子３を構成するミアンダ形状パターンを示す。ミアンダ形状パターンは幅（Ｗ）は０．０２ｍｍ、ピッチは０．０６２５ｍｍ、１ターンの最短長さ１０ｍｍでパターンを幾重にも蛇状に形成し、ミアンダパターン長（Ｌ）を有する。このミアンダ形状パターンは配線パターン２１と同時にパターン形成される。

すなわち、ミアンダ形状パターンは金（Ａｕ）導体なのでＡｕの導体抵抗（ρ）は２．４Ｘ１０^−８ Ωｍ（２０℃）であるが、メタルオルガニック金ペーストを用いたパターンでは１．５倍である。Ｌ／Ｗ比を設定して常温（２５℃）では１０ＫΩ近辺の抵抗値とする。また、Ａｕの温度係数（ＴＣＲ）は４Ｘ１０^−３／℃である。実験ではΔＴ（温度変化）が２２５℃で１．５倍以上の抵抗値増加があった。ミアンダパターン長（Ｌ）は図４に示すセラミック基板２の短軸側サイズが５ｍｍであるのに対して略４．３ｍｍ以内で配列可能である。また、ミアンダ折り曲げ部（ターン部）は幅広とし、パターン抵抗値調整領域が設けられている。

ちなみに導体パターンにＰｔを使用する場合、Ｐｔの導体抵抗（ρ）は１０．２Ｘ１０^−８ Ωｍ（２５℃）、４３Ｘ１０^−８ Ωｍ（１００℃）であり、メタルオルガニック白金ペーストを用いたパターンではそれぞれ１．５倍である。また、Ｐｔの温度係数（ＴＣＲ）は３．９Ｘ１０^−３／℃であり、ＪＩＳ規格などで使用される白金温度センサでは０℃〜２５０℃（ΔＴ２５０℃）で約１．８倍の抵抗値増加となり、０〜３００℃（ΔＴ３００℃）で２．０倍の抵抗値変化を示す。なお、導体や抵抗体などの温度による抵抗値変化は次式で表現される。
ＲＴ＝Ｒ_０（１＋ＴＣＲ・ΔＴ）
ここでＲＴ：抵抗値、Ｒ_０：初期抵抗値、ＴＣＲ：温度係数、ΔＴ：温度変化量。

図５は、セラミック基板２の端部断面図であり、２ａはセラミック単体部、２ｂはガラスグレーズ部、２３は保護膜２２上に設けられた導電パターンである。セラミック基板２はセラミック単体部２ａと膜厚約０．０５ｍｍの非晶質のガラスグレーズ部２ｂとからなり、ガラスグレーズ部２ｂは上部にパターン化される配線パターン２１のファイン性を保証するために設ける。また、導電パターン２３は、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）を材料とした導電ペーストを用いてディップ付け又はロールコータで塗布され、その後６００℃で焼成することにより導電パターン２３となる。この導電パターン２３は約０．２μｍの厚みでセラミック基板２の保護膜２２上のみならずセラミック基板２の側面及びセラミック基板２の主面の裏側（背面）の一部領域まで回り込んで形成される。なお、図中、図３と同一符号は、同一又は相当部分を示す。

次に動作について説明する。一般に制御部を半田ごての外部に保有する半田付け装置では、外部から加熱器の電力を制御することにより精度良く、こて先部の温度コントロールがなされている。しかし、一般の手作業の半田ごて（半田ごて装置）では部品の接続部の大きさや半田ごて自体の保有する熱容量などの差異により、こて先部（半田付け部）の最適温度は作業の時間経過とともに刻々と変化するので半田付けのための適正温度以下であっても半田付けされる場合がある。図６は半田ごての温度上昇曲線を示したものであり、Ｂ表示の半田付けの最適温度に対して、Ｒ表示の温度では半田付け温度が低いので濡れ性が悪化し接続不良の原因となり、Ｙ表示の温度では半田付け温度が高いので接続部品の耐熱劣化の原因となる。

半田ごては通常、決められた定格電力で設定されているので半田付け部の温度は無限時間後には飽和温度となる。一般的な温度上昇曲線は次式で表現される。
ΔＴ＝Ｐｄ・Ｒｔｈ・｛１−Ｅｘｐ（−ｔ／Ｃ・Ｒｔｈ）｝
ここでΔＴ：温度変化量、Ｐｄ：印加電力、ｔ：時間、Ｒｔｈ：半田ごての熱抵抗、Ｃ：半田ごての熱容量。
ただし、半田ごての場合には加熱器には巻き線導体などが用いられるので導体のＴＣＲは正特性を有する。そのため温度上昇中は、印加電力は徐々に減少していることになり、公称３０Ｗ定格の半田ごてであっても実使用時は２０Ｗ程度になる。このことから半田ごては飽和温度に達するまでに自己温度制御機能を有していると言える。

次に半田ごてに収納された測温素子３の温度変化に伴うアナログ信号変化を用いて表示器（表示部）に情報を表示する電子回路について述べる。図７は測温素子３（ＭＲ１で表示）からの検知信号を比較増幅し、表示器を点滅させる電子回路部のブロック図である。本実施の形態１では常温時１０ＫΩの温度測定部となる測温素子３の一端の電圧は電子回路との共用電圧を使用するので５Ｖである。従って前段に増幅器を用いて増幅し、比較回路を用いてＡ／Ｄ変換し、ＬＥＤ駆動回路を介して赤色ＬＥＤ（Ｒ）、青色ＬＥＤ（Ｂ）、黄色ＬＥＤ（Ｙ）を順次、もしくは同時に点灯させる。

すなわち、図８に示すように温度で抵抗値変化するＭＲ１（測温素子３）からのアナログ信号を２ＫΩの抵抗負荷で分圧し、その分圧電圧を非反転増幅器に入力する。この非反転増幅器の増幅率（Ａ）は５倍であり、この出力を所定の基準電圧と比較する。本実施の形態１では比較器には３個のアナログ入力ポートがあり、電位の立ち上がりにおいては、シュミット入力電圧値の約２．７６Ｖ、２．５６Ｖ、２．４７Ｖにそれぞれ閾値がある。また、電位の立下りにおいてはそれぞれ０．０２Ｖ下方に閾値がある。

比較器の出力はデジタル変換されてそれぞれ論理回路で構成されたＬＥＤ駆動回路で表示器のＬＥＤを点灯させる。本回路では赤色ＬＥＤはアナログ入力レベルで電位の立ち上がり時には２．７６Ｖ以上で点灯、青色ＬＥＤは２．４７Ｖ〜２．７６Ｖまでで点灯、黄色ＬＥＤは２．４７Ｖ以下で点灯する。なお、半田付けの適正範囲を指示するためアナログ入力レベル２．４７Ｖ〜２．５６Ｖ間では青色ＬＥＤと黄色ＬＥＤとは同時点灯する。

次に半田ごての加熱部について説明する。図９は、実施の形態１による半田ごての加熱部の上方平面図であり、一部周辺搭載部品との位置関係を参考明示している。図９において、１１ａは端子板１１の両面に設けられた商用電源用接続ランド、４１は第１加熱器４の上下に貼り合わされてある第１絶縁板４ａ及び第２絶縁板４ｂを取り去った状態の第１加熱器４の内部発熱部パターン（抵抗パターン）、４２は内部発熱部パターン４１の両端部に設けられた多数のスルーホールメッキ穴、３１は端子板１１に配線された２線の商用電源ケーブル、３２は端子板１１に配線された低電圧源ケーブルであり、３２ａは直流電源供給用のコモンケーブル、３２ｂはグランドケーブル、３２ｃはモニターケーブルであり、それぞれのケーブルは半田ごてと外部電源とのインターフェースとなる。図中、図１と同一符号は、同一または相当部分を示す。

また、５１は一端にニッケルメッキした突起端子を有し、０．１５ｍｍの厚さの圧延銅板にホーロ絶縁膜を施したブスバーであり、その突起端子はスルーホールメッキ穴４２の一部に挿入され、銀蝋で内部発熱部パターン４１と電気接続され、他端は商用電源ケーブル３１ａと端子版１１で接続される。なお、内部発熱部パターン４１は第１加熱器４の両面に対向して設けられている。

５２は両端にニッケルメッキした突起端子を有し、０．１５ｍｍの厚さの圧延銅板にホーロ絶縁膜を施し第一加熱器４と第２加熱器５との電気接続を行なうための中継ブスバーであり、一端の突起端子はスルホールメッキ穴４２ｂの一部に挿入され、銀蝋で内部発熱部パターン４１と電気接続され、他端は第２加熱器５の発熱部パターンに接続される。

５３はブスバー５１に準じた構成のブスバーであり、突起端子は第２加熱器５の発熱部パターンに接続され、他端は商用電源ケーブル３１ｂと端子板１１で接続される。

図１０は、実施の形態１による半田ごて装置の加熱部の下方平面図であり、一部周辺搭載部品との位置関係を参考明示している。図１０において６１は第２加熱器５に貼り合わされてある第３絶縁板５ａを取り去った状態の第２加熱器５の内部発熱部パターン（抵抗パターン）、６２は内部発熱部パターン６１の両端部に設けられた多数のスルーホールメッキ穴である。なお、内部発熱部パターン６１は第２加熱器５の両面に対向して設けられている。

また、中継ブスバー５２の第２加熱器５側の突起端子はスルーホールメッキ穴６２ｂの一部に挿入され、ブスバー５３の突起端子はスルーホールメッキ穴６２ａの一部に挿入される。なお、ブスバー５１、５３及び中継ブスバー５２は本実施の形態１ではホーロ絶縁膜としたがポリミドなどの耐熱材を用いた絶縁膜でも良い。図中、図１又は図９と同一符号は、同一または相当部分を示す。

図１１は商用電源を用いた場合の加熱部の電気回路であり、図１１ａは、公称実効値２０Ｗの半田ごての場合を示しており、図１１ｂは、公称実効値３０Ｗの半田ごての場合を示している。また、本実施の形態１では連続したミアンダ形状の抵抗体の発熱部を有する平面パターンであるので、例えば５００Ωと表示した１個の抵抗値ブロックは図１１ｃに示すように１００Ωと表示した分割化された直列抵抗と考えても良い。

次に加熱部の構成について述べる。図１１ａに示した２０Ｗの半田ごてについては第１加熱器４の並列回路と第２加熱器５の並列回路とを直列に組み合わせたものである。個々の抵抗値ブロックは５００Ωであるのでセラミック材で構成された基板の両面にそれぞれ５００Ωのミアンダ形状のパターンを測温素子３の形成と同様のプロセスで形成する。

測温素子３の抵抗値は高抵抗値としたが、加熱器の発熱部を形成するミアンダパターンにおいては、１ブロック当たりの抵抗値は５００Ωなのでファインパターンを必要とせず、セラミック材素地に直接パターン形成する。また、比較的大電力を扱うため保温層となるガラスグレーズ部２ｂ層は無いほうが好ましい。一般に抵抗値は以下の式で表される、
Ｒ_０＝α・ρ・Ｌ／（Ｗ・ｄ）
ここでＲ_０：抵抗値、ρ：導体抵抗、Ｗ：導体幅、Ｌ：導体長、ｄ：導体膜厚、α：メタルオルガニック金ペーストなどを使用した場合の実験に基づく抵抗率調整係数（１．５）

加熱器に流れる導電電流は比較的大きいので使用するメタルオルガニック金ペーストは、金含有量が約３０％程度の有機金（メタルオルガニック金）ペーストを使用し、厚膜方式で印刷・焼成し、写真製版プロセスを経て導体膜厚（ｄ）が約０．４５μｍのミアンダパターンを作製する。測温素子３の場合は５ｍｍ幅のセラミック基板２内の端部周辺にミアンダ形状パターンを収納したが、第１加熱器４や第２加熱器５は加熱領域が広いのでパターン形成領域も広く容易に形成可能である。このパターン作製工程を繰り返しそれぞれの加熱器４及び加熱器５の両面にミアンダパターンで形成する。また、穴あけ部は無電解銅及び電解ニッケルメッキを施してスルーホールメッキ部（スルーホールめっき穴）とする。

なお、本実施の形態１ではメタルオルガニック金ペーストを使用したが、メタルオルガニック白金（Ｐｔ）ペーストやロジウム（Ｒｈ）などの他の導体ペーストを使用してもＴＣＲの若干差異があっても同等の効果がある。また、ミアンダパターンとはせず温度係数は小さいが酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）抵抗ペーストを使用しても相応の効果がある。

次にこの発明の実施の形態１による半田ごて装置の全体製造工程を図１２を用いて説明する。セラミック基板２（グレーズ基板と表示）表面に測温素子３（ＭＲ１）を形成すると同時に電子回路パターンを形成する。次にセラミック基板２の裏面にベタパターンやパターン配線などの所望のパターンを形成する。

次に常温における測温素子３の抵抗値を測定し、所定値と比較する。例えば規格値である１０ＫΩの抵抗値に対して通常±３％程度の初期抵抗値のばらつきが製造時に発生するので抵抗値が規格値よりも高い場合には連続したミアンダ形状パターンの一部を厚膜金ペーストなどで筆塗りし、焼成することにより隣接パターンを短絡させ抵抗値を規格値に入れる。抵抗値が規格値よりも低い場合にはパターン抵抗値を上げる必要があるので図４に示すミアンダ形状パターンの折り曲げ領域にある導体パターンを削除する。

すなわち、抵抗値調整領域にある導体パターンを選択エッチングもしくはレーザーカット法でパターン削除する。次に電子回路で半導体やＩＣで構成する基準電位を設定する抵抗体、シュミット回路などの１００ＫΩ以上で構成できる抵抗体を除き、増幅器の増幅率設定用の抵抗体や所定の基準電位を調整するトリマー抵抗体（ＴＲＭ）などは厚膜印刷抵抗体パターンで酸化ルテニウム抵抗体材料を用いて構成する。これらの印刷抵抗体は温度係数は±１００ｐｐｍ程度なので温度変化に伴う抵抗値変動は少ない。

次に測温素子３を含む配線パターン２１保護のため保護膜２２を形成する。その後、保護膜２２上と、絶縁基板２上の電子回路のグランドパターンの一部を含むセラミック基板２の端部側面及び裏面（背面）端部周辺にディップ印刷で導電膜を形成し、焼成後導電パターン（帯電防止膜）２３とする。

次にトリマー抵抗体（図８ではＴＲＭで表示）をレーザートリムにより抵抗体の抵抗値をＵｐさせる、もしくは電圧パルストリミング法で抵抗値をＤｏｗｎさせる。例えば基準電位が５Ｖでない場合、基準電位を設定する半導体（ＩＣ）構成の抵抗体の抵抗値のロットばらつきがあっても所定の基準電圧に対応させるために必要に応じ特別に抵抗値の調整を行なう。

次に増幅器、比較器（Ａ／Ｄ変換器）、駆動回路及びＬＥＤチップをセラミック基板２にダイボンドし、ワイヤボンドする。ここで増幅器、比較器およびＬＥＤの駆動回路は１チップのＩＣで構成するので、ＩＣと３個のＬＥＤチップを実装するためのダイボンド、ワイヤボンドを行い、その後、樹脂封止を行う。なお、樹脂封止材はエポキシ樹脂のほかに透明であればシリコン樹脂を使用しても良く、表示部の点灯色が少ない場合には比較器の入力ポート数が減るので高精度の分解能を必要としないためＩＣに増幅器を内蔵しなくても良い。

次にセラミック基板２を半田付け部１の部材に挿入し、第１加熱器４及び第２加熱器５をカバー１８で押し当て、カバー１８を隔壁１９で固定し、握り手部１２に挿入し、ケーブル配線などを行い、最終的に半田ごて装置としての構成部品を組み立てる。その場合に半田付け部１とセラミック基板２の測温素子３が設置されたセラミック基板２の端部とは厳密に接触する必要はなく、測温素子３は半田付け部１に近接していれば輻射熱でもって測温機能を満足する。また、半田付け部１は本実施の形態１では半田ごて装置の熱抵抗（Ｒｔｈ）を大きくするため、隔壁１９と分離させた場合について説明したが、半田付け部１を握り手部１２側に延長して隔壁１９とを一体化構成としても良い。その場合、握り手部１２は両側からパッチン式嵌合としても良い。

なお、本実施の形態１では比較器入力ポートを３種類とすることにより、表示器の発光色を赤、青、黄色の３種類で説明したが、必ずしも３種類にする必要はなく、半田付けの適正温度のみを単色で表示することにより電子回路部を簡素化できるようにしてもよく、温度測定部３に正特性サーミスタ、負特性サーミスタあるいは熱電対などのよりＴＣＲの大きいディスクリート素子を個別に構成しても表示回路の分解能向上には効果がある。

実施の形態２．
実施の形態１では電子回路は固定の増幅率の増幅器を使用したが、実施の形態２では、比較器における表示部となるＬＥＤ表示器間の点灯電圧分解能を向上させる手段について図１３を用いて説明する。図１３は実施の形態２による半田ごて装置の増幅器周辺の増幅回路であり、図１３においてＭＲ１は測温素子３、ＭＲ２は温度補正抵抗素子であり、ＭＲ１同様に温度変化により抵抗値が変化する。このＭＲ２は常温時０．５ＫΩとし、増幅器入力側に配置することにより、各温度により増幅器の増幅率が変化する温度可変型増幅器が構成される。

図１４は各温度におけるＭＲ１や、ＭＲ２の抵抗値の変化を一覧表にしたものでこの電子回路では実使用温度を２００℃〜３２０℃とした場合、基準電圧を２００℃時２．３８Ｖ、２４０℃時２．１５Ｖ、２６０℃時２．０４と設定することで増幅器の増幅率を固定した場合に比べて０．１Ｖの分解能の向上がある。

また、図１５はＭＲ２をセラミック基板２に配置したパターンを示しており、ＭＲ１に近接して設置されており、ＭＲ１とＭＲ２は同一工程でパターン化するのでＴＣＲも同一であり、精度の高い温度補償と分解能向上効果がある。

なお、本実施の形態２では増幅器入力にＭＲ２を適用し、高温側の増幅率を低下させたが増幅器入力負荷抵抗（２ＫΩ）や増幅器出力抵抗（６ＫΩ）に適用しても相応の効果があり、それぞれの抵抗値を選択することによりさらに大きな分解能の向上が可能である。

実施の形態３．
実施の形態１では、収納ブロック１５や切替レバー１６について詳細説明を行わなかったが、通常の半田ごては加熱部に収納された巻き線抵抗や本実施の形態１で説明した発熱部を用いた場合でも、常温では一定の抵抗値しか設定できないため単一電力の供給であったのに対して実施の形態３では、上記収納ブロック１５や切替レバー１６を用いた電力切替式の半田ごて装置について図１に戻り説明する。

図１において、単一電力供給では収納ブロック１５や切替レバー１６は固定ブロック１４と同一のもので良いのに対して、電力切替式では、切替レバー１６を操作し、これを押す（ＰＵＳＨする）ことにより、第２加熱器５を押し上げる。第２加熱器５の一方はセラミック基板２の裏面と接触し、図１０に示すようにセラミック基板２の裏面にパターン形成された短絡領域（短絡パターン）と導通し、両面にパターン形成された第２加熱器５の一方のミアンダパターン発熱部の一部領域が短絡される。

すなわち、図１１ｃに示すようにミアンダパターン発熱部の略４／５の領域が短絡されて１００Ωの抵抗値となり、加熱部としてのトータル抵抗値は３３３Ωとなる。これは公称３０Ｗの半田ごてとなる。従って２０Ｗの半田ごてとして用いる場合には切替レバー１６はＰＵＬＬされ、円柱棒１６ｂと円板１６ｃは、耐熱性のシリコンゴムシート１５ｂの弾力により収納ブロック１５の中空部に収納される。３０Ｗの半田ごてとして用いる場合には切替レバー１６をＰＵＳＨして伸長ばね１７の弾性でもって第２加熱器５を押し上げる。従って、３０Ｗの半田ごてとして使用する場合には加熱部はセラミック基板２とも強固に接触するので第２加熱器５からの発熱スピードが向上する。

次に切替レバー１６を用いた場合の電子回路について述べる。半田ごての定格を変更する目的は比較的高温を要する半田付けを行なう場合と通常温度で半田付けを行なう場合とがあるが、表示器（表示部）においては、半田禁止温度、半田付け温度、高温表示の３種類が主体なので切替操作があっても操作に応じた最適な温度を表示する必要がある。実施の形態１では、図８に示すように一律の基準電位を設け、その閾値電圧で温度表示したが、実施の形態３では切替レバー１６を用いて定格の切替が行なわれても最適温度表示を行なう方法について説明する。

図１６は図８に示す比較器の入力部である基準電位設定回路にアナログスイッチ（ＡＳ）とスイッチ回路（ＳＷ）とを付加したものである。図８では２０Ｗの定格とし、半田付け禁止温度を２００℃、最適温度を２４０℃、高温表示を２６０℃としたが、３０Ｗの場合では２２０℃を半田付け禁止温度、２６０℃を最適温度、２８０℃を高温表示に設定する場合について述べる。

図１４に示すように２２０℃におけるＢ点電圧は２．６６Ｖ、２６０℃におけるＢ点電圧は２．４７Ｖ、２８０℃におけるＢ点電圧は２．３９Ｖなので赤色ＬＥＤ（７Ｒ）では０．１Ｖ（２００→２２０℃）、青色ＬＥＤ（７Ｂ）では０．０９Ｖ（２４０→２６０℃）、黄色ＬＥＤ（７Ｙ）では０．０８Ｖ（２６０→２８０℃）の基準電位の差異が生まれる。この場合には約０．１Ｖの電位のシフトであるので基準電位設定時に簡易的に一律に０．１Ｖのダミー電位を設け、アナログスイッチ（ＡＳ）を開閉して電位切替を行なう。

次にスイッチ回路（ＳＷ）の構成について説明する。まず、図１０に示すように接続ピン１０が設けられたセラミック基板２の裏面側のグランド端子ランドから直接第２加熱器５側に向かってパターン配線し、第２加熱器５の一方の端部上方位置にランドを設ける。また、第２加熱器５の他方の端部上方位置にもランドを設け、このランドからセラミック基板２のグランド端子とは反対側の端部に向かってパターン配線する。加えて、図１０に示すようにセラミック基板２の裏面側には第２加熱器５のミアンダパターンが形成されている領域の上方の一部領域に短絡パターンが設けられている。

これらのランドを設けたパターン配線や短絡パターンは、セラミック基板２の裏面パターニング工程で同時に形成され、後工程で図５に示すＩＴＯで形成された背面地導体部と導通される。この背面地導体部は導電パターン２３としてセラミック基板２主面（表面）の保護膜を塗布しない領域で図１６に示すスイッチ入力端子と接続されている。このスイッチ入力端子はアナログスイッチ入力の４７ＫΩでプルアップされた回路のグランド接続端子として用いる。

次に第２加熱器５側の構成について説明する。図１０に示すように第２加熱器５のセラミック基板２側に面するミアンダパターンの一部はセラミック基板２の短絡パターンの下方に位置し、第２加熱器５の両端部にはセラミック基板２裏面に配置されたランドに対応する位置に第２加熱器５側のランドをそれぞれ設け、内部発熱部パターン６１を避けるように両ランド間をパターン配線する。

以上から切替レバー１６をＰＵＳＨすることにより、第２加熱器５の発熱部の一部は短絡すると共に図１６で示すスイッチ機能が動作する。なお、第２加熱器５の第３絶縁板５ａを取り去り、切替レバー１６のつまみ１６ａ、円柱棒１６ｂ及び円板１６ｃをセラミック材などの絶縁物による一体化構成とし、円板１６ｃの上面にセラミック基板２裏面にパターン化した短絡パターンと同一形状のパターンを作製し、短絡板１６ｃとすることにより、さらに３０Ｗより大きい定格電力の大きい半田ごて装置を実現することが可能である。

次に実施の形態１では増幅器は増幅率（Ａ）５倍の固定型とし、実施の形態２では増幅器を温度可変型としたのであるが、温度可変型であっても定格切替時のダミー電圧（０．１Ｖ）による表示温度の適正について検証する。図１４又は図１７に示すように各色の２００→２２０℃、２４０℃→２６０℃、２６０→２８０℃の温度変化では各電位差はそれぞれ０．１２Ｖ、０．１１Ｖ、０．０９Ｖであり、基準電位設定のダミー電圧を０．１Ｖとして一律に決めても有効であることが判る。

以上から、半田ごての表示温度を半田ごての定格にあったように表示することで１台の半田ごて装置であっても適切な温度表示が可能となる。

実施の形態４．
実施の形態１乃至３では電子回路の信号系回路の構成を主体に説明を行なったが、この発明に係る半田ごて装置では加熱部に比較的大電流が流れる加熱回路と、加熱回路に接近して搭載された電子回路部と、半田付け部１を含む筐体（カバー１８、握り手部１２など）との相互作用で発生するノイズや帯電による問題点の対策方法について説明する。

この発明の実施の形態４について図１８を用いて説明する。図１８は実施の形態４による半田ごて装置の筐体線路を含む電源等価回路である。まず、半田付け部１の摩擦などで発生する静電気については筐体と電子回路グランド間を高抵抗を介して設置する。このようにすることにより、高い尖頭電圧を有する静電気に対して半田ごてに収納されている電子回路の静電破壊を防止し、半田付けされる部品の保護とを兼用する。

また、加熱部に流れる商用電源から混入するノイズに対しては、セラミック基板２に塗布された帯電防止膜（ＩＴＯ膜）を電子回路部のグランドラインと接続することにより防止する。すなわち、３０Ｗの大電力印加においてはＳＷがＯＮされるので測温素子３の周辺においては測温素子３の上方、端部両側面に加えてセラミック基板２背面にもグランドラインが存在することになるので電子回路の配線パターンとで形成される大きな浮遊容量が生まれ、ディスクリートの容量を搭載しなくとも外部ノイズを軽減する。

以上から半田ごて内部に電子回路を収納してもＩＴＯ膜で構成されたグランドパターン（帯電・ノイズ除去パターン）で静電気や混入ノイズに対する電子回路の誤動作を防止することが可能である。

実施の形態５．
実施の形態１乃至４では、商用電源を用いた加熱部について説明したが、単電源化を図るには図１９に示すように５Ｖの直流電流を用いても良くこの場合には発熱部パターンはミアンダパターンではなく、通常の矩形パターンで所望の抵抗値を導出する。図１９では、１ブロックの抵抗値は１．２５Ωであり、２０Ｗの半田ごての場合にはそのトータル抵抗値は１．２５Ωとし、３０Ｗの半田ごての場合にはトータル抵抗値は０．８３３Ωとなる。

以上から、加熱部に直流電源を用いることにより図２０に示すように外部配線インターフェースが２線式となる。

なお、この発明の実施の形態１乃至５において、絶縁基板２、第１加熱器４、第２加熱器５、第１絶縁板４ａ、第２絶縁板４ｂ及び第３絶縁板５ａに使用した素材はセラミック材としたが、これに限らず、フォルステライトやステアタイトなどはセラミック材と同等の耐熱と加工精度があり使用可能である。

また、第１絶縁板４ａ、第２絶縁板４ｂ及び第３絶縁板５ａは単なる耐熱材であれば良いのでポリミド材や雲母材を用いて絶縁シートとしての代用も可能である。

なお、絶縁基板２は基材に鉄板を使用し、ホーロエナメルなどの上薬を施したホーロ基板やソルダーレジストを両面塗布したアルミ基板などの金属基板を使用しても絶縁基板としての効果を奏する。

実施の形態６．
実施の形態１乃至５において表示器（表示部）７はセラミック基板２上に搭載したが、表示器をセラミック基板２以外に搭載する場合について図２１を用いて説明する。図２１は、実施の形態６による半田ごて装置の表示器７を搭載したＬＥＤボードの外観図であり、図２１において７１はＬＥＤボードであり、燐青銅板の打ち抜きパターン７１ａと各色ＬＥＤのカソード線路となるＬＥＤリード７１Ｒ、７１Ｂ、７１Ｙ及び共通線路７１Ｃからなる。これらは燐青銅板の打ち抜きでもって形成されＬＥＤリード７１Ｒ、７１Ｂ、７１Ｙ及び７１Ｃは折り曲げて使用する。また、各色ＬＥＤのアノードは打ち抜きパターン７１ａと導電性ダイボンド樹脂で共通接続される。

なお、燐青銅板のリードを含む各パターンはワイヤボンド方式で表示器７と接続できるように表面は銀メッキ塗装が施されている。８１はＬＥＤボード７１を支える支持台、８２はＬＥＤチップ（表示器）７を保護するシリコン樹脂である。

図２２は、実施の形態６による半田ごて装置の要部断面構成図であり、あらかじめＬＥＤボード７１の各ＬＥＤリードを所定の印刷抵抗ランドとワイヤボンドする。ＬＥＤボード７１は組立時ＬＥＤリードを曲げ、リードの弾性力で導光窓１３に挿入・固定する。なお、図中、図１又は図２１と同符号は、同一又は相当部分を示す。以上から導光窓１３に表示器７を挿入することにより外部への光の放射を容易に行なうことができ、外部からの不要異物などの混入をも防止できる効果がある。

なお、本実施の形態１乃至６において、定格電力の切替を行なうに当たってはそれに伴う表示部の最適温度表示の移行をグリップ部内に搭載されたＩＣ（半導体）の電気回路部でクローズするようにしたが、図２３に示すようにＩＣチップ６内の増幅器出力６ｃ端子から直接外部モニター用信号を接続ピン１０ｃに送出し、外部装置から定格電力を変更入力しても良いがこの発明の主旨ではない。

実施の形態７．
また、図２４に示すように固定ブロック１４に代えて、第１絶縁板４ａ上にダミー発熱基板を設置し、その上面にはミアンダパターンを、下面にはベタパターン（矩形パターン）を形成し、ダミー発熱基板の終端に設けたスルーホール部を介してそれぞれのパターンを直列接続することにより、ダミー基板上面に設けられたミアンダパターンを冷却用短絡板で常時短絡しておくことにより、以下のような効果を奏する。

すなわち、表示部の高温表示時などにおいて半田ごての急速冷却が必要な場合には、冷却用つまみをＰＵＬＬすることにより、加熱器を流れる電流を制限することが可能となり、大容量をＯＮ／ＯＦＦするスイッチが不要となり、コンパクトな半田ごて装置が構成できる。これはあらかじめ積層した第１絶縁板４ａと第１加熱器４において第１絶縁板４ａにスルーホール部を設け第１加熱器４のスルーホールメッキ穴４２と電気接続することにより、ブスバー５１からの電力を第１加熱器４に供給する。

図２５は本発明の実施の形態７による半田ごて装置の加熱部の回路図である。図２５では、常用２０Ｗの半田ごてに対して１．５ＫΩのダミー抵抗が付加され、高温表示時などで半田付け部１の急速冷却が必要な場合には５Ｗの半田ごて装置となる。

なお、この発明の実施の形態１乃至７において、短絡パターンなどは矩形パターンとしたが、矩形パターンを再分割して発熱領域の均一性を確保することによりさらに安定した温度上昇・下降を有する半田ごて装置を実現できる。

この発明の実施の形態１による半田ごて装置の要部断面構成図である。この発明の実施の形態１による半田ごて装置のセラミック基板塔載部品の鳥瞰図である。この発明の実施の形態１による半田ごて装置のセラミック基板の断面図である。この発明の実施の形態１による半田ごて装置の測温抵抗素子のパターン図である。この発明の実施の形態１による半田ごて装置のセラミック基板の端部断面図である。半田ごての温度上昇曲線を説明する図である。この発明の実施の形態１による半田ごて装置の電子回路部のブロック図である。この発明の実施の形態１による半田ごて装置の電子回路の回路図である。この発明の実施の形態１による半田ごて装置の加熱部周辺の部分配置図である。この発明の実施の形態１による半田ごて装置の加熱部周辺の部分配置図である。この発明の実施の形態１による半田ごて装置の加熱部の回路図である。この発明の実施の形態１による半田ごて装置の製造フローである。この発明の実施の形態２による半田ごて装置の増幅回路である。この発明の実施の形態２による半田ごて装置の各温度における電子回路の各部の諸元、電位などを説明する図である。この発明の実施の形態２による半田ごて装置の温度補正抵抗素子を含む測温抵抗素子のパターン図である。この発明の実施の形態３による半田ごて装置の切替スイッチを用いた基準電位回路の説明図である。この発明の実施の形態３による半田ごて装置の切替スイッチを用いた基準電位回路の説明図である。この発明の実施の形態４による半田ごて装置の電源等価回路図である。この発明の実施の形態５による半田ごて装置の加熱部の回路図である。この発明の実施の形態５による半田ごて装置の外観図である。この発明の実施の形態６による半田ごて装置の表示器を搭載したＬＥＤボードの外観図である。この発明の実施の形態６による半田ごて装置の要部断面構成図である。この発明の実施の形態１乃至６などによる半田ごて装置のＩＣチップのパッド配置図である。この発明の実施の形態７による半田ごて装置の部分断面図である。この発明の実施の形態７による半田ごて装置の加熱部の回路図である。

符号の説明

１半田付け部（こて先部）、１ａ先端部、１ｂ芯部、２絶縁基板（セラミック基板）、２ａセラミック単体部、２ｂガラスグレーズ部、３測温素子（温度測定部）、４第１加熱器、４ａ第１絶縁板、４ｂ第２絶縁板、５第２加熱器、５ａ第３絶縁板、６ＩＣチップ（ＩＣ）、７ＬＥＤチップ（表示部）、７Ｒ赤色ＬＥＤ、７Ｂ青色ＬＥＤ、７Ｙ黄色ＬＥＤ、８電子部品（抵抗体）、９樹脂（透明樹脂）、１０接続ピン、１０ａコモンピン、１０ｂグランドピン、１０ｃモニターピン、１１端子板、１１ａ商用電源用接続ランド、１２握り手部（グリップ部）、１３導光窓、１４固定ブロック、１５収納ブロック、１５ａ円板、１５ｂシリコンゴムシート、１６切替レバー（操作部）、１６ａつまみ、１６ｂ円柱棒、１６ｃ円板（短絡板）、１７伸長ばね、１８カバー、１９隔壁、２０ネジ（ナット付きネジ）、２１配線パターン、２２保護膜、２３導電パターン、３１商用電源ケーブル、３２低電圧源ケーブル、３２ａコモンケーブル、３２ｂグランドケーブル、３２ｃモニターケーブル、４１内部発熱部パターン（抵抗パターン）、４２スルーホールメッキ穴、５１ブスバー、５２中継ブスバー、５３ブスバー、６１内部発熱部パターン（抵抗パターン）、６２スルーホールメッキ穴、７１ＬＥＤボード、７１ａ打ち抜きパターン、７１Ｒ赤色ＬＥＤのカソードリード、７１Ｂ青色ＬＥＤのカソードリード、７１Ｙ黄色ＬＥＤのカソードリード、７１Ｃ共通アノードリード（共通リード）、８１支持台、８２樹脂モールド（樹脂）。

Claims

こて先部と、
前記こて先部に熱を生じさせる加熱部と、
前記加熱部を支持するグリップ部と、
前記こて先部に接触又は近接して設けられ、温度を検知する温度測定部と、
前記グリップ部の内部に設けられ、所定の温度及び前記所定の温度を含む最適温度範囲を区分する上下限温度にそれぞれ対応する閾値を有する比較器で前記温度測定部の検知信号を比較した結果に基づき、論理回路で生成した複数の信号を出力する電子回路部と、
前記グリップ部の外部から視認可能に前記グリップ部に設けられ、前記電子回路部により処理された前記複数の信号に対応してそれぞれ点灯する異なる色の光源を有する表示部と、
を備え、
前記電子回路部は、前記温度測定部で検知した温度が前記最適温度範囲であり且つ前記所定の温度と前記上限温度とで区分される適正範囲である場合は、前記表示部の光源を２色点灯させ、前記温度測定部で検知した温度が前記最適温度範囲であり且つ前記適正範囲でない場合は、前記表示部の光源を前記２色の内の１色点灯させることを特徴とする半田ごて装置。