WO2004048024A1

WO2004048024A1 - ハンダ取扱い用コテ先及びその製造方法、同コテ先を用いた電気ハンダゴテと電気ハンダ吸取りゴテ

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Publication number: WO2004048024A1
Application number: PCT/JP2003/014958
Authority: WO
Inventors: Takashi Nagase; Takashi Uetani; Yoshitomo Teraoka
Original assignee: Hakko Corporation
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2004-06-10
Also published as: US20040226982A1; AU2003284652A1; BR0316652A; US20040226981A1; CN100377821C; US7030339B2; CN1717293A; EP1586402B1; US7490751B2; EP1586402A1; JPWO2004048024A1; BRPI0316652B1; US20040222206A1; JP4546833B2; EP1586402A4

Abstract

　電気ハンダゴテまたは電気ハンダ吸取りゴテのコテ先に用いられるハンダ取扱い用コテ先２であって、銅または銅合金からなるコテ先芯材１０の先端部に、粉末冶金法によって製造された金属粒子焼結体からなるコテ先端部材２０を設ける。金属粒子焼結体には、鉄、ニッケルおよびコバルトの各粒子を適宜組み合わせた焼結基材と、必要に応じて銅、銀、錫、ホウ素および炭素の各粒子を適宜組み合わせた第１焼結補助材やバナジウム、ニオブ、タンタル、クロムおよびモリブデンの各粒子を適宜組み合わせた第２焼結補助材を用いる。

Description

明細書ハンダ取扱い用コテ先及びその製造方法、同コテ先を用いた電気ハンダゴテと電気ハンダ吸取りゴテ技術分野

本発明は、ハンダ取扱い用コテ先、詳しくは電気ハンダゴテのコテ先チップまたは電気ハンダ吸取りゴテの吸取りノズルであって、銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端にハンダによる侵食の防止策を施したハンダ取扱い用コテ先、及びその製造方法、更にそれを用いた電気ハンダゴテまたは電気ハンダ吸取りゴテに関するものである。背景技術

電子工業における接続、接合にはハンダ付け法によって行われるのが一般的である。このハンダ付け法は、主にマスソルダリング法（一括ハンダ付け）と、マニュアルソルダリング法 (手動ハンダ付け) に大別される。

マスソルダリング法は、素子や部品をプリント基板に搭載した後、溶融ハンダ中に浸漬するフローソルダリング法と、ハンダ粒子とフラックスをバインダー（添加剤）によって混練したハンダペーストをプリント基板の接合部分に印刷した後、素子や部品を載せて加熱、ハンダ付けするリフローソルダリング法とがあり、いずれも多数箇所を同時に八ンダ付け出来る特徴がある。

一方、マニュアルソルダリング法は、電気ハンダゴテを使用してハンダ付けする方法で、従来から広く行われており、誰でも手軽に作業が出来るという特徴がある。そして、上記のマスソルダリング法で行った後のハンダ付け部の不良箇所を手直ししたり、マスソルダリング法でハンダ付け出来なかった部品の後付けをしたりするために、この電気ハンダゴテによるマニュアルソルダリング法が不可欠となっている。

従来の電気ハンダゴテ用のコテ先チップは、銅または銅合金から成り、その先端部にはハンダによる侵食を防止するための、厚さ数十ないし数百 mの鉄めつきが施されている。そして、その鉄めつき部分にはハンダがコ一ティングされ、この部分でハンダ付け作業が行われるようになつている。

' ところで、ハンダの主要成分は錫と鉛（S n— P b共晶はんだに代表される S n 一 P b系ハンダ）であるのが通常であつたが、近年、環境への配慮から鉛を主要成分としない、いわゆる鉛フリーハンダ（例えば、 S n— C u系ハンダ、 S n— A g 系ハンダ、 S n— A g— C u系ハンダ等）が注目され、多用されるようになってきている。しかしこの鉛フリ一ハンダは、一般的に S n— P b系ハンダよりもハンダ付け性（ハングのぬれ性や拡がり易さなど、良好なハンダ付けが得られやすい性質）に劣る傾向がある。ハンダのぬれ性を悪化させる主な原因として、鉛フリ一ハンダは S n _ P b系ハンダょりも融点が 2 0〜 4 5 °C程度高く、コテ先チップの先端が酸化し易くなることが挙げられる。このため、マニュアルソルダリング法によるハンダ付けの作業性が悪ィ匕し、その改善が求められていた。特に、鉛フリ一ハンダの採用によりマスソルダリング法でのハンダ付け不良が発生し易くなり、手直し頻度が増加傾向にあるため、その改善要求が強かった。

そこで本願出願人は、コテ先チップのハンダによる侵食を鉄めつき品とほぼ同じ程度に維持しながらも、そのハンダ付け性を改善する技術を先に発明した（特開 2 0 0 0 - 3 1 7 6 2 9号公報参照。 ) 。この先願発明では、従来の鉄めつきに替えてコテ先チップの先端部に鉄一二ッケル合金めつきを施したり、鉄一二ッケル合金製の被覆部材（バルク材）を設けたりしてハンダ付け性を改善している。

また、ハンダ付けに関連する作業として、不要箇所のハンダを除去するハンダ除去作業があり、そのために電気ハンダ吸取りゴテが用いられている。電気ハンダ吸取りゴテは、内蔵したヒータ等の加熱手段により吸取りノズルを加熱し、この加熱された吸取りノズルの先端をハンダに当接してハンダを溶かすとともに、吸取りノズルの先端に開口した吸取り口から溶融ハンダを内部に吸引するものである。吸引は真空ポンプ等の吸引手段によって行われ、経路途中に設置したフィルタ付きタンクに溶融八ンダを貯溜する。

この電気ハンダ吸取りゴテの吸取りノズルの、加熱した先端部をハンダに当接し、溶融させるという機能や、熱伝導性を確保するためにハンダぬれ性が求められることは電気ハンダゴテのコテ先チップと同様であり、その先端部には同様の鉄めつきが施されている。そして電気ハンダゴテのコテ先チップと同様に、鉛フリーハンダを用いる場合であってもハンダぬれ性を確保しつつ侵食を防止することが求められている。

しかしながら、上記のように鉄—ニッケル合金めつきでは、コテ先チップや吸取りノズル（当明細書ではこれらを総称してハンダ取扱い用コテ先という）の先端部の酸化による寿命（ハングのぬれ性が次第に低下し、ついにはぬれなくなつたとき）は延びるものの、ハンダの侵食による寿命は鉄めつき品相当であった。ところが、鉛フリ一ハンダは S n― P b系ハンダょりも融点が高い等の理由でハンダ取扱い用コテ先への侵食量が多いという特徴がある。このため、鉛フリーハンダを用いた場合の侵食量増加に伴う寿命低下に関しては未だ課題を残すものであった。これに対し、鉄一ニッケル合金めつきのめっき時間を延長し、膜厚を増加させる対策も考えられるが、めっきは 2 0〜3 0時間程度を要する処理であるところ、さらにその処理時間を延長するのは生産性を大きく阻害する。また、めっき排液は環境汚染物質となるのでその処理費用に伴うコストアップも招くものとなる。

また、ハンダ取扱い用コテ先の先端部に鉄一ニッケル合金製の被覆部材（バルク材）を設ける対策は、侵食量の増大に対する効果は望めるものの、次のような問題点があった。一般的にハンダのぬれ性と耐侵食性には相反する傾向があり、それらの特性はハンダの材質ゃコテ先端部の材質の影響が大きい。従って、ハングの材質ゃコテ先端部の材質を考慮に入れながらハンダのぬれ性と耐侵食性とのバランス点を求めることが重要となる。従来、！！ー系ハンダとぃぇば殆ど！！ー？共晶ハングであつたが、鉛フリーハンダには上記のように様々な種類がある。従って、ハンダ取扱い用コテ先の先端部に鉄一二ッケル合金製の被覆部材を設けたとき、使用するハングの種類によってその特性が変化してしまう、という問題が発生する。これに対し、使用するハンダの種類に応じて最適な材質を選択しょうとしても、その選択自由度が小さく、満足な結果を得ることができなかった。

本発明は、かかる事情に鑑み、鉛フリーハンダを使用したときのハンダ取扱い用コテ先のハンダによる侵食防止とハンダ付け性またはハンダ除去性とを高めるとともに、ハンダの種類に応じて最適なコテ先端部の材質を容易に得ることができ、更に環境汚染物質の排出を削減することのできるハンダ取扱い用コテ先及びその製造方法を提供することを目的とする。発明の開示

請求項 1の発明は、電気ハンダゴテまたは電気ハンダ吸取りゴテのコテ先に用いられるハンダ取扱い用コテ先であって、銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に、粉末冶金法によつて製造された金属粒子焼結体からなるコテ先端部材が設けられており、前記金属粒子焼結体は、鉄、ニッケル、コバルトのうち少なくとも 1 種以上の元素を主成分とすることを特徴とする。

この構成によると、金属粒子焼結体が粉末冶金法で製造されるので、形状付与の自由度が大きく、完成形状に近い形状で製造することができる。そのため、切削加ェの工程を短縮あるいは省略することができる。また、溶解法と異なり、鉄の融点まで温度を上げる必要がなく、エネルギー消費が節減され、環境負荷の軽減ともなる。そして、従来の鉄めつきを用いる場合のような排液処理も不要なので、環境への悪影響を低減し、省力化と大量生産とを可能にすることができる。

そして、金属粒子焼結体の主要成分が鉄、あるいはその同属元素であって鉄と特性の近いニッケルやコバルト、又はそれらの組み合わせとなっているので、ハンダの耐侵食性、ハンダぬれ性ともに高いコテ先チップを得ることができる。特に、鉄を基本とし、それにニッケルやコバルトを加えて主要成分としたものは、鉄のみを主要成分としたものよりも更に耐侵食性やハンダぬれ性を高めることができる。請求項 2の発明は、請求項 1記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記金属粒子焼結体は、焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とから成り、前記焼結基材として、鉄粒子、ニッケル粒子およびコバルト粒子のうち少なくとも 1種以上を用いたことを特徴とする。

このようにすると、鉄粒子、ニッケル粒子およびコバルト粒子のうち少なくとも 1種以上を用いた焼結基材によって、金属粒子焼結体の主要成分が形成される。これらの粒子の配合比率を自在に調節することにより、要求される成分比率を容易に得ることができる。

請求項 3の発明は、請求項 2記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記焼結基材として使用される鉄粒子は、純度 9 9 . 5 %以上の鉄粉であることを特徴とする。このような高純度の鉄粒子として、電界鉄紛またはカルボ二ル鉄紛を用いる（請求項 4 ) と良い。これらは金属紛の製造方法として周知の電解法またはカルポニル法によって得られる鉄粉である。電解法は鉄を含む硫酸鉄、塩化鉄などの水溶液から鉄を電界析出させ、この電界鉄を粉碎し仕上還元する方法である。電界鉄を用いることによって不純物による熱、電気伝導性の低下やハンダ付け性またはハンダ除去性の悪化を防止するとともに、金属粒子焼結体の密度を高めることもできる。鉄粒子に炭素、酸素、窒素或いは水素などの不純物を多量に含む場合は金属粒子焼結体の相対密度が 9 0 %以下になるのに対し、高純度の鉄粉を使用すると 9 6 %以上に高めることができる。

力ルポニル法は、カルボニル鉄 F e ( C O) ₅に水蒸気を加え鉄および炭酸ガスに熱分解し、粉末化する方法である。この方法は微紛製造に適しており、カルポニル鉄紛は本発明の焼結基材の成分として最適である。

請求項 5の発明は、請求項 2乃至 4のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記金属粒子焼結体は、前記焼結基材の含有率が 5 5 %乃至 9 9 . 9 9 %であることを特徴とする。

このようにすると、主要成分としての焼結基材の特性が有効に作用し、ハングの耐侵食性やハンダぬれ性を充分高めることができる。なお、当明細書において成分比率を％で表すときは、特に記す場合を除き質量％とする。

請求項 6の発明は、請求項 2乃至 5のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記金属粒子焼結体は、焼結基材と焼結補助材とから成り、前記焼結補助材には少なくとも第 1焼結補助材を含み、該第 1焼結補助材として、銅粒子、銀粒子、錫粒子、ホウ素粒子および炭素粒子のうち少なくとも 1種以上を用いたことを特徴とする。

このようにすると、ハンダ付け性を更に向上させるとともに、比較的低温での焼結を行いながら高密度の金属粒子焼結体を得たり、耐侵食性の高い金属粒子焼結体を得たりすることができる。銅、銀および錫は比較的融点が低い（それぞれ 1 0 8 3 °C、 9 6 0 °C、 2 3 O t:) ので、焼結温度を比較的低温に設定しても焼結過程で溶融し、金属粒子の間隙を埋める液相焼結法（請求項 1 8参照）を可能にする。ホゥ素は、固相焼結において、鉄族元素と侵入型の拡散形態を呈し、固体同士の相互拡散を助長するので、 1 1 0 0 °C以下という比較的低温での焼結を可能にする。炭素は、ハンダに対する耐侵食性を向上させ、寿命を大幅に延ばすことができる。なお、金属粒子焼結体における第 1焼結補助材の含有率は、 0 . 0 1 %乃至 4 0 %とする（請求項 7 ) のが好適である。このようにすると、第 1焼結補助材が少なすぎて効果が不十分であつたり、多すぎて弊害をもたらしたりするようなことがなく、最適な添加量の設定とすることができる。

請求項 8の発明は、請求項 6または 7記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記焼結補助材に第 2焼結補助材を含み、該第 2焼結補助材として、バナジウム粒子、ニオブ粒子、タンタル粒子、クロム粒子、モリブデン粒子およびタングステン粒子のうち少なくとも 1種以上を用いたことを特徴とする。

このようにすることで、ハンダ取扱い用コテ先のハンダに対する耐侵食性を向上させることができる。元素周期律表 V族 aのバナジウム、ニオブ及びタンタルや VI族 aのクロム、モリブデン及びタングステンを添加すると、焼結体マトリックス中に高融点の粒子が分散するので格段の耐侵食性を期待することができ、コテ先の寿命を大幅に延ばすことができる。

また、第 1焼結補助材として使用される炭素は、耐侵食性を向上させる一方で、コテ先のハンダぬれ性を比較的低下させやすい。従って、ハンダぬれ性確保のために炭素をあまり多く使用できない場合に、更に耐侵食性を高める手段として第 2焼結補助材を用いると効果的である。

なお、金属粒子焼結体における第 2焼結補助材の含有率は、 0 . 0 1 %乃至 5 % とする（請求項 9 ) のが好適である。このようにすると、第 2焼結補助材が少なすぎて効果が不十分であつたり、多すぎてハンダぬれ性を著しく低下させるようなことがなく、最適な添加量の設定とすることができる。

請求項 1 0の発明は、請求項 1乃至 9のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記金属粒子焼結体は、前記コテ先芯材の先端部に覆設されるキヤップ形状であり、その肉厚は 2 0 0乃至 8 0 0 mであることを特徴とする。

このようにすると、キャップ形状の金属粒子焼結体からなるコテ先端部材を、コテ先芯材の先端部に覆設した後、ろう付け等によって接合するだけで、容易かつ短時間でハンダ取扱い用コテ先を製造することができる。しかも金属粒子焼結体の肉厚が 2 0 0乃至 8 0 0 imと薄いので、追加工を行うことなくそのままコテ先端部材として使用しても、コテ先芯材からはんだへの熱伝導性を充分確保することができる。

請求項 1 1の発明は、請求項 1乃至 1 0のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記金属粒子焼結体の密度が 9 5 %以上であることを特徴とする。このように高密度の金属粒子焼結体とすることで、耐侵食性を一層向上させることができる。なお、 9 5 %以上の高密度の金属粒子焼結体を製造する方法として、後述する射出成形法によって圧紛体を成形するのが好適である。以上のように鉛フリーハンダに対する耐侵食性を高め、ハンダ付け性やハンダ除去性（以下八ンダ付け性等という）を向上させた八ンダ取扱い用コテ先を備えた電気ハンダゴテや電気ハンダ吸取りゴテ（以下電気ハンダゴテ等という）は、このハンダ取扱い用コテ先を直接本体に固定したものはその本体の寿命を延ばし、本体に交換可能に取付けたもの（請求項 1 3及び 1 4 ) は、その交換周期を伸ばすことができる。また、高いハンダ付け性等によって作業効率を向上させることができる。ハンダ取扱い用コテ先が交換可能となっている場合、ヒータ等の加熱部は本体側に設けても良いが、ハンダ取扱い用コテ先に、前記コテ先芯材を介して前記コテ先端部材を電気加熱する発熱体を備える（請求項 1 2 ) ようにしても良い。

このようにすると、ハンダ取扱い用コテ先の形状や大きさ、用途に応じて最適な発熱体の特性（例えばヒータ容量など）をハンダ取扱い用コテ先ごとに適用することができ、一層作業効率を向上させることができる。

請求項 1 5の発明は、請求項 2乃至 1 2のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、請求項 2乃至 9のいずれか 1項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とをバインダ一によつて混練し、加圧成形法によってコテ先端部材と略同形状またはコテ先端部材形状を包含する形状に成形して圧粉体となし、この圧粉体を 8 0 0〜1 3 0 0 °Cの非酸ィ匕雰囲気中で焼成することにより金属粒子焼結体からなるコテ先端部材となし、このコテ先端部材を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に接合することを特徴とする。

このようにすると、焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とからなる金属粒子焼結体を容易に製造することができ、それを必要に応じて機械加工し、コテ先芯材の先端部にロウ付け等により接合するだけで容易にハンダ取扱い用コテ先を製造することができる。

請求項 1 6の発明は、請求項 1 5記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、焼成後の金属粒子焼結体を、更に 3 0 0〜5 0 の温度でプリフォーム鍛造法または粉末鍛造法によって形状付与してコテ先端部材となすことを特徴とする。このようにすると、金属粒子焼結体の粒子間の微細な気孔を収縮させ、高密度ィ匕させることができ、高い耐侵食性を得ることができる。

請求項 1 7の発明は、請求項 2乃至 1 2のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、請求項 2乃至 9のいずれか 1項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とをバインダ一によつて混練し、加圧成形法によってコテ先端部材と略同形状またはコテ先端部材形状を包含する形状に成形して圧粉体となし、この圧粉体を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に密着させ、その密着状態を維持しつつ、 8 0 0 °C以上且つ上記コテ先芯材の融点以下の非酸化雰囲気中で焼成することにより、金属粒子焼結体からなるコテ先端部材となすと同時に、このコテ先端部材を前記コテ先芯材の先端部に接合することを特徴とする。

このようにすると、コテ先端部材とコテ先芯材とをロウ付け等により接合するェ程が不要になるので、生産性を向上させることができる。

請求項 1 8の発明は、請求項 1 5乃至 1 7のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記加圧成形法に替えて射出成形法を用いることを特徴とする。

このようにすると、一般的に用いられる金型プレス法では困難な比較的複雑な形状であっても、容易に形状付与して圧粉体とすることができる。このような金属粉末射出成形法として、公知の M I M (Metal Injection Molding) 法が好適である。 M I M法によると、形状の自由度を高め、高精度の成形を行うことができる。例えば肉厚が 2 0 0 ~ 8 0 0 m程度の薄肉キャップ形状（請求項 1 0参照）のコテ先端部材であっても、完成品と同形状の金属粒子焼結体を得ることができる。つまり追加の機械加工を省略することができるので、生産性向上；コスト低減をはかることができる。

また小径の粒子を用いて高密度の金属粒子焼結体を得ることができる。例えば、金型プレス法が 8 0 z/m程度の粒子を用いて 9 0 %以下の密度であるのに対し、 M I M法では 1 0 m以下の粒子を用いて 9 5 %以上（例えば 9 6〜9 9 %) の密度を実現することができる（請求項 1 1参照）。

ところで、従来の金型プレス法や上記 M I M法では、通常、成形のために有機バインダ一が用いられ、分散促進や射出成形に適する流動性付与がなされる。しかしこのバインダーは除去工程（通常は成形後 4 0 0〜6 0 0 °C程度に加熱する）及び焼成工程で完全に除去するのが難しく、金属粒子焼結体に残存し易い。これをコテ先として利用したとき、残存したバインダーが大気中の酸素と反応して炭化物等を生成し、ハンダ付け性等の低下を招く場合がある。

そこで請求項 1 9の発明は、請求項 1 5乃至 1 7のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記加圧成形法に替えて、バインダーで混練することなく、金属粒子だけを粉末圧縮成形する方法を用いることを特徴とする。このようにすると、バインダーを用いないので、上述のようなハンダ付け性低下を確実に防止することができる。また、バインダーを除去する必要もなくなるので、その除去工程において発生するふくれ、亀裂、ポイド或いは変形などの欠陥を確実に防止することができる。

バインダーを用いない粉末圧縮成形法として、公知の R I P (Rubber Isostatic Pressing) 法が好適である。 R I P法はゴムモールドのキヤビティに粉末を充填し、上パンチと下パンチとにより粉末をゴム型とともに圧縮成形する粉末成形法である。粉末が圧縮されるとき、プレス軸方向だけでなく、ゴム型の変形によって側面方向からも圧縮される。成形時にバインダーや型潤滑材が不要であるほか、形状やサイズの自由度が大きく、高い寸法精度で成形することができる。

請求項 2 0の発明は、請求項 1 5乃至 1 9のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、焼成温度を前記焼結補助材の融点以上とする液相焼結法を用いることを特徴とする。

このようにすると、比較的低温での焼結を行いながら高密度の金属粒子焼結体を得ることができる。液相焼結法によると、焼結過程で融点の低い粒子が溶融し、金属粒子の間隙を埋めるので、高密度の金属粒子焼結体が得られ、優れたハンダ付け性またはハンダ除去性を得ることができる。また、比較的低温で焼結を行うので、省力化に貢献することができる。

請求項 2 1の発明は、請求項 2乃至 1 2のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、請求項 2乃至 9のいずれか 1項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とを冷間静水圧加圧または熱間静水圧加圧を含む工程によつて成形と焼成を行つて前記金属粒子焼結体となし、その金属粒子焼結体を棒状または線状に塑性加工し、それを更に機械加工してコテ先端部材となし、このコテ先端部材を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に接合することを特徴とする。

このようにすると、金属粒子焼結体の粒子間の微細な気孔を収縮させ、高密度化させることができ、高い耐侵食性を得ることができる。

請求項 2 2の発明は、請求項 1 5乃至 2 1のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記焼結基材および前記焼結補助材として用いられる粒子のうち、少なくとも 2種以上の粒子を溶解法またはメカニカルァロイング法によって合金化した合金粒子を用いることを特徴とする。

このようにすると、予め合金化された粒子を使用するので組織の均質性が向上する。また金属粒子の混練工程を簡略化することができ、生産性が向上する。メカ二カルァロイング法は、金属を溶解することなく、ポールミルなどの機械を用いて合金粉末を製造する公知の方法である。メカニカルァロイング法は常温での合金化を行うので、融点の差が大きい金属同士でも合金粒子の製造を容易に行うことができる。

請求項 2 3の発明は、請求項 1 5乃至 2 2のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記焼結基材、前記焼結補助材または前記合金粒子として、その粒径が 2 0 0 z m以下のものを用いることを特徴とする。

このように小粒径の金属粒子を用いると、金属粒子焼結体の密度を高くすることができ、ハンダ付け性またはハンダ除去性、およびハンダ取扱い用コチ先の耐侵食性を向上させることができる。粒径はより小さく 5 0 i m以下（請求項 2 4 ) 、或いは更に小さく 1 0 m以下（請求項 2 5 ) であるとより望ましい。特に 1 0 m 以下の鉄粒子は、上記カルボニル鉄粉として好適であり、上記 M I M法を行うにも好適である。また、更に粒径を小さくして超微粒子（いわゆるナノ粒子）を用いる (請求項 2 6 ) と、一層の高密度化をはかることができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1実施形態にかかる電気ハンダゴテの部分正面図である。図 2は、図 1の分解斜視図である。

図 3は、本発明の第 1実施形態にかかるコテ先チップの断面図である。

図 4は、図 3の分解斜視図である。

図 5は、金属粒子焼結体を製造する際に用いる粒子の成分表である。

図 6は、ハンダ取り扱い用コテ先を製造するための工程図である。

図 7は、第 1実施形態のコテ先チップの変形例の分解斜視図である。

図 8は、ハンダ取り扱い用コテ先を製造するための工程図である。

図 9は、第 1実施形態のコテ先チップの変形例の部分斜視図である。

図 1 0は、液相焼結のメカニズムを示す断面模式図である。

図 1 1は、第 1実施形態のコテ先チップの変形例の部分断面図である。

図 1 2は、第 1実施形態のコテ先チップの変形例の斜視図である。

図 1 3は、ぬれ拡がり試験の試験要領を示す説明図である。

図 1 4は、ぬれ拡がり試験の試験結果を示すグラフである。

図 1 5は、寿命試験の試験要領を示す説明図である。

図 1 6は、寿命試験の試験結果を示すグラフである。

図 1 7は、本発明の第 2実施形態にかかる電気ハンダ吸取りゴテの部分断面図で

¾) O o

図 1 8は、第 2実施形態の吸取りノズル付近の拡大断面図である。

2 発明を実施するための最良の形態

本発明の第 1実施形態を図 1〜図 1 6によって説明する。図 1は、電気ハンダゴテ 1の先端部付近の正面図であり、図 2はその分解斜視図である。電気ハンダゴテ 1の先端部には、保護パイプ 3に格納され、円錐状の先端が保護パイプ 3から突出するコテ先チップ 2 (ハンダ取扱い用コテ先に相当）が設けられている。保護パイプ 3は袋ナツト 4によって電気ハンダゴテ 1のニップル 6に固定されている。コテ先チップ 2の、保護パイプ 3に覆われた円柱状の胴部の内側には凹部 1 1 (図 3参照）が設けられている。その凹部 1 1に、電気ハンダゴテ 1の本体 7から突出したセラミックヒータ 5が嵌合するように組み立てられている。セラミックヒータ 5は、図外の電源スィッチをオンにすることにより発熱する発熱体で、図外のサ一モス夕ット機構により、調節可能な所定の温度範囲を維持するようになっている。

図 3は、図 2におけるコテ先チップ 2の ΙΙΙ—ΙΠ断面図であり、図 4はコテ先チップ 2の先端部の分解斜視図である。コテ先チップ 2は、主に胴部が円柱状、先端が円錐状に形成されたコテ先芯材 1 0と、その先端部にロウ付けされたコテ先端部材 2 0 らなる。コテ先芯材 1 0の材質は、熱伝導性や電気伝導性が高く、比較的廉価な銅または銅合金である。コテ先芯材 1 0の外側露出部には薄いクロムめつきが施されている。コテ先端部材 2 0は、その表面が直接ハンダと接触し、ハンダを溶融させる部分である。通常の使用形態では、コテ先端部材 2 0の先端部はハンダ層 8に被覆されている。コテ先端部材 2 0は、鉄を主要成分とし、その他にニッケル、コバルト、銅、銀、錫、ホウ素、炭素、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロ. ム、モリブデンおよびタングステンなどを選択的に所定の含有率で含有する部材であり、粉末冶金法によって製造された金属粒子焼結体からなる。その組成および製造方法については後に詳述する。また、コテ先端部材 2 0の形状は、その製造方法に応じた様々な形態として良い。それらの変形例についても後述する。

以上のような構造により、電気ハンダゴテ 1は、図外の電源スィッチをオンとすることにより、セラミックヒータ 5が発熱する。その熱は、コテ先チップ 2の凹部 1 1からコテ先端部材 2 0の表面に素早く、効率良く伝達される。そして、コテ先端部材 2 0のハンダ層 8において、ハンダの温度が融点を超えるとハングが溶融し、新たに供給されるハンダとともにハンダ付けを行う。

ここで、コテ先端部材 2 0の先端部がハンダ層 8に被覆されているので、ハンダ付けの際、溶融したハンダ層 8が熱の媒体となって、ハンダ付け部に熱を供給し、良好なハンダ付けを行うことができる。コテ先端部材 2 0にハンダ層 8を形成するためには、ハンダにぬれやすい性質、いわゆるハンダぬれ性が高いことが求められるが、このハンダぬれ性は良好なハンダ付けを得るための重要な性質である。コテ先端部材 2 0にハンダぬれ性がないと、ハンダ付け部に熱を供給する経路がコテ先端部材 2 0との接触点のみとなり、熱の伝達性が極めて悪化し、良好なハンダ付けが得られなくなるからである。

また、はんだ付けを多数回行うに従い、コテ先端部材 2 0の表面がはんだに侵食される、いわゆるハンダ喰われ現象が発生する。この侵食量は少ないのが望ましいが、温度が高いほど多くなるので、融点の高い鉛フリーハンダは、 3 ]1—？13系ハンダよりも不利な条件となる。また、同じ温度でも一般的に鉛フリーハンダは S n —P b系ハンダよりも錫の含有率が高い等の理由により、侵食量が多くなる。コテ先端部材 2 0は、従来の鉄めつきに比べて、充分大きな厚みを有するため、耐侵食性および寿命が大きく向上している。但し、厚過ぎると熱伝導性の低下量が大きくなるので、 2 0 0〜 8 0 0 / m程度が好適である。

ハンダ付けに際し、コテ先の温度管理は重要で、 S n— P b共晶ハンダ使用時には約 3 4 0 °C、鉛フリーハンダ使用時には約 3 8 0 （S n— 0 . 7 % C uハンダの場合）になるように調整して使用する。温度を上げ過ぎたり、多数回はんだ付けを行ったりしたコテ先は、表面が黒色化してハンダぬれ性を喪失し、寿命となる。そのような場合や用途に応じてコテ先の形状や材質を変更したいときは、袋ナツト 4を弛めることにより図 2の状態に分解し、コテ先チップ 2を容易に交換すること

4 ができる。

次に、コテ先チップ 2の成分について説明する。図 5は、コテ先端部材 20となる金属粒子焼結体を製造する際に用いる粒子の質量配分（％) を示す成分表である。表の縦軸は粒子の組み合わせ類別に付したタイプを示す。ここでは 16タイプを列挙しているが、特許請求の範囲内で他の好適な組み合わせとしても良い。横軸は使用する粒子の種類を示し、結果的に金属粒子焼結体の成分となる。粒子の種類は、大きく焼結基材と焼結補助材とに類別され、焼結補助材は更に第 1補助材と第 2補助材とに類別されている。焼結基材の粒子としては鉄（Fe) 、ニッケル（N i) 及びコバルト（Co) のうち少なくとも 1種以上が選択される。タイプ 13乃至 1 5のものは、焼結基材のみからなる。タイプ 1乃至 12のものには、焼結基材に加え、第 1焼結補助材の粒子として、銅（Cu) 、銀（Ag) 、錫（Sn) 、ホウ素

(B) 及び炭素（C) のうち少なくとも 1種以上が選択される。タイプ 16のものは、タイプ 1〜15の各成分に、更に第 2焼結補助材の粒子として、バナジウム

(V) 、ニオブ (Nb) 、タンタル (Ta) 、クロム (C r) 、モリブデン (M o) およびタングステン（W) のうち少なくとも 1種以上が選択されて添加される。タイプ 1〜 15の各欄の上段には使用する全粒子に対する各粒子の質量％を示し、下段括弧内には好適な範囲（一部省略）を示す。例えばタイプ 3は、 Fe— 5. 5 Cu- 1. 3 %Agという配分となっている。そして、各成分の好適な範囲としては Cu： 1〜10%、 Ag： 0. 5〜2%であり、残部が F eとなっている。他のタイプの表記もこれに準ずる。これらの粒子は、各粒子の好適な範囲内でその使用量を決定して良いが、焼結補助材を用いる場合は、焼結基材の合計が 55〜9 9. 99%の範囲内、第 1焼結補助材の合計が 0. 01〜40%の範囲内、第 2焼結補助材の合計が 0. 01〜5%の範囲内、となるように調整される。例えばタイプ 4の焼結補助材は、 Cti : 10〜38%、 Ag : 2〜 20%の範囲内で決定して良いが、その合計が 40%を越えることのないように調整される。

焼結基材の F e粒子は、 F eがハンダの耐侵食性に勝れることから主要成分とな

5 つている。したがってタイプ 1〜16の全てに F e粒子が用いられており、特に夕イブ 13には、 F e粒子のみが用いられている。但し、従来の鉄めつき法でも知られているように、 F eの不純物はハンダ付け性に悪影響を及ぼすので、 F e粒子は純度の高いものが望ましい。例えば純度 99. 5%以上の鉄粉（公知の電解法や力ルポニル法によって得ることができる）が好適である。 Fe粒子の純度を高めることにより、熱、電気伝導性の低下を防ぎ、ハンダ付け性の悪化を防止するとともに、金属粒子焼結体の密度を高めることもできる。 Fe粒子に炭素（C) 、酸素（〇）、窒素（N) 或いは水素（H) などの不純物を多量に含む場合は金属粒子焼結体の相対密度が 90 %以下になるのに対し、高純度の鉄粉を使用すると 96 %以上に高めることができる。

焼結基材としては、他に N i粒子、 Co粒子が適宜選択される。 N i、 Coは、周期律表 Vin族に属する Fe族である。従って N i$立子、 Co粒子は Fe粒子と類似した特性を有し、 Feの代替基材となるほか、組み合わせによっては Fe粒子単体を用いるよりも優れた特性を示す。タイプ 6、 7、 9、 11、 12、 14及び 15には1^ 1粒子が、タイプ 8、 9及び 14には Co粒子が用いられ、そのうち夕イブ 9及び 14にはその両方が用いられている。

焼結基材として F e粒子と N i粒子とを用いた F e— N i焼結合金は、 F eのみの焼結品に比べてハンダ付け性が改善される（後述のぬれ拡がり試験参照）。その際の N i粒子の添加量は 50 %以下が望ましい。 50 %を超えると耐侵食性が低下し、ハンダの侵食が急速に進行するようになる。

焼結基材として F e粒子と C o粒子とを用いた F e _C o焼結合金は、焼結性を促進するほか、ハングの侵食を抑止する作用がある。その際の Co粒子の添加量は 20%以下が望ましい。 20%を超えるとハンダ付け性を低下させ、またコストァップとなる。

焼結補助材として 1〜10%の Cu粒子を用いる（タイプ 1、 3、 4、 5、 7、 8、 9) ことは、ハンダ付け性を向上（後述のぬれ拡がり試験参照）する上、液相焼結を行うことによつて高密度の F e— C u焼結合金を得ることができるので非常に有効である。液相焼結（Cuの場合）は、後述するように、焼結温度を Cuの融点である 1083 以上に設定し、焼結過程で Cuを液相化する方法である。 Cu 粒子の添加量は 1〜 10 %が適量で、 1 %未満では作用効果が少なく、 10 %を超えると液相焼結の際、 C u粒子の局部溶融によつて成形品が変形し易くなる。

Cu粒子を 10%以上添加した Fe_Cu焼結合金としても良い（タイプ 4) 。但しこの場合は、前述の理由により焼結温度は Cuの融点以下とする。このようにすると、耐侵食性は若干低下するが、熱伝導性やハンダ付け性が向上するので、耐侵食性よりもハンダ付け性を重視する場合に好適である。また、この Cu粒子の多い Fe— Cu焼結合金は、溶解法による Fe— Cu合金に比べ、熱伝導性の低下が少ないという特徴がある。例えば、溶解法による Fe— 50%Cu合金の電気伝導度は 20% I ACS以下であるのに対し、この F e— Cu焼結合金は 50 % I AC Sという高電気伝導度を示す。この関係は、熱伝導率においても比例関係にある。 Cu粒子の添加量は 40%以下が望ましい。 40%を超えると耐侵食性が低下し、ハンダの侵食が急速に進行するようになる。

第 1焼結補助材として A g粒子を用いる（タイプ 2〜5、 7〜9) と、 Agの融点は Cuの融点よりも低い 960°Cなので、 Cu粒子のみを用いる場合よりも更に低温で液相焼結による高密度の F e— Ag焼結合金を得ることができる。また、前記 Cu粒子の多い F e_Cu焼結合金（タイプ 4) には、 Ag— 28%Cu (共晶温度 780°C) の低融点粒子を用いても良い。八8粒子または八 —〇11粒子の添加量は 0. 5〜20%が好適で、 20%を超えるとコストアップが大となる。第 1焼結補助材として Sn粒子を用いる（タイプ 5) と、ハンダ付け性が改善する上、 S nの融点が 230でと低いので、更に低温での液相焼結を行うことができる。このような S n$立子の添加は、タイプ 5のように Cu粒子、 Ag粒子との同時添加も有効である。 S n粒子の添加量は 5 %以下が好適で、それを超えると F e S n ₂等の化合物生成によって金属粒子焼結体が脆弱化する。第 1焼結補助材として B粒子を用いる（タイプ 6) と、 Bは Fe族元素と侵入型の拡散形態を呈し、固体同士の相互拡散を助長するので、 1100°C以下という比較的低温での焼結を可能にする。 B粒子の少量添加は、殆ど八ンダ付け性を悪化させないという特徴があり、その添加量は 0. 01〜1%が好適である。これより少ないと効果が少なく、これを超えるとハンダ付け性を低下させ易くなる。 B$立子単独での添加の他、 Fe—B粒子、 N i— B粒子あるいは Cu— B粒子など、 Bを含有する合金の粒子を添加しても良い。

第 1焼結補助材として 0. 5 (乃至は 0. 8) %程度の C粒子を用いる（タイプ 10〜12) と、コテ先チップ 2の耐侵食性が格段に向上し、寿命を大幅に延ばすことができる。

第 2焼結補助材として、バナジウム粒子、ニオブ粒子、タンタル粒子、クロム粒子、モリブデン粒子および夕ングステン粒子のうち少なくとも 1種以上を用いると、焼結体マトリックス中に高融点の粒子が分散するので格段の耐侵食性を期待することができ、コテ先の寿命を大幅に延ばすことができる。また、ハンダぬれ性確保のために炭素をあまり多く使用できない場合に、更に耐侵食性を高める手段として第 2焼結補助材を用いると効果的である。

以上の焼結基材、焼結補助材に用いる金属粒子は、その粒径が 200 m以下のもの、望ましくは 50 zm以下のもの、より望ましくは 10 m以下、更に望ましくは超微粒子（いわゆるナノ粒子）が好適である。これら小粒径の金属粒子を用いることにより、金属粒子焼結体の密度を高くすることができ、ハング付け性ゃ耐侵食性を向上させることができる。

次に、コテ先チップ 2の製造方法について説明する。図 6はコテ先チップ 2を製造するための工程図である。工程 P 1で、焼結基材、焼結補助材およびバインダー (添加剤）を混合機で混練する。次に工程 P 2でプレス成形法や MI M法（金属粉末射出成形法）などによって加圧成形し、圧粉体となす（形状付与）。その形状は、コテ先端部材 20と略同形状である。その後、圧粉体を型から外し、工程 P 3にお

8 いて所定温度（8 0 0〜 1 3 0 0 °C) の非酸化雰囲気中で焼成焼結を行い、金属粒子焼結体となす。次の工程 P 4でコテ先芯材 1 0との管合調整の機械加工を行い、コテ先端部材 2 0を完成させる。次に工程 P 5でコテ先芯材 1 0の先端部にコテ先端部材 2 0をロウ付けにより接合する。口ゥ付けは B A g _ 7又は B A g— 8の銀ロウを用いて 6 5 0〜8 5 0 °Cで行われる。接合にはロウ付けの他、圧接等によつても良い。最後に工程 P 6で寸法精度調整のための仕上げ加工を行い、コテ先チップ 2が完成する。

このように焼結によってコテ先端部材 2 0を製造する粉末冶金法は、形状付与の自由度が大きく、完成形状に近い形状で製造できるので、切削加工の工程を短縮あるいは省略することができる。また、溶解法と異なり、 F eの融点まで温度を上げる必要がなく、エネルギー消費が節減され、環境負荷の軽減ともなる。そして、従来の鉄めつきを用いる場合のような排液処理も不要なので、環境への悪影響を低減し、省力化と大量生産とを可能にする。

特に、工程 P 2の成形を M I M法で行うようにすれば、形状の自由度 ¾高め、高精度の成形を行うことができる。例えば肉厚が 2 0 0〜8 0 0 m程度のコテ先端部材 2 0を高精度に成形し、完成品と同形状の金属粒子焼結体を得ることができる。つまり追加の機械加工を省略することができるので、生産性向上、コスト低減をはかることができる。

また M I M法によれば、小径の粒子を用いて高密度の金属粒子焼結体を得ることができる。例えば、 1 0 m以下の粒子（電界鉄紛あるいはカルボニル鉄粉が好適である）を用いて 9 6〜9 9 %の密度を実現することができる。

図 7は、 M I M法によって成形するに好適なコテ先チップ 2 eの分解斜視図である。コテ先芯材 1 0 eの先端はナイフエッジ状に成形されており、コテ先チップ 2 0 eはこれに覆設されるキャップ形状（肉厚 2 0 0〜8 0 0 ) になっている。このように鋭い角や深い凹部を持つ薄肉形状であっても、 M I M法によれば完成品形状で成形することができる。つまり追加の機械加工を省略することができるので、生産性向上、コスト低減,をはかることができる。

また、図 6の工程 P 1で、焼結基材、焼結補助材およびパインダーを混練するようにしているが、例えば公知の R I P (Rubber Isostatic Pressing) 法を適用するなどしてバインダーを使用しないようにしても良い。 R I P法はゴムモールドのキャビティに粉末を充填し、上パンチと下パンチとにより粉末をゴム型とともに圧縮成形する粉末成形法である。粉末が圧縮されるとき、プレス軸方向だけでなく、ゴム型の変形によつて側面方向からも圧縮される。成形時にバインダーや型潤滑材が不要なので、バインダーを使用することによる弊害（残留バインダーによるハンダ付け性の低下など）を確実に防止することができる。また形状やサイズの自由度が大きく、高い寸法精度で成形することができる。

粉末冶金法による製造方法には他に様々な方法がある。図 8は、焼結とコテ先芯材への接合を同時に行うことにより、図 9に示すコテ先チップ 2 aを製造するための工程図である。工程 P 1 1で、焼結基材、焼結補助材およびバインダーを混合機で混練する。次に工程 P 1 2でプレス成形法や M I M法などによつて加圧成形し、圧粉体となす（形状付与）。その形状は、図 9 ( a ) の金属粒子焼結体 2 1 aと略同形状の円柱形である。その後、圧粉体を型から外し、コテ先芯材 1 0 aの先端部に密着させ、工程 P 1 3において所定温度（8 0 0以上且つ銅または銅合金からなるコテ先芯材の融点以下）の非酸化雰囲気中で焼成焼結を行い、金属粒子焼結体 2 1 aとなすと同時にコテ先芯材 1 0 aと接合する（図 9 ( a ) の状態）。最後にェ程 P 1 4で寸法精度調整のための仕上げ加工を行い、コテ先チップ 2が完成する (図 9 ( b ) の状態）。

このようにすると、コテ先端部材 2 0 aとコテ先芯材 1 0 aとをロウ付け等により接合する工程が不要になるので、生産性が向上する。

図 6の工程 P 2あるいは図 8の工程 P 1 2に示す成形には、加圧しない常圧成形法もあるが加圧成形法を用いた方が圧粉体の密度が高く、それを焼結した金属粒子焼結体の密度を高めることができる。そして、液相焼結法を用いれば、更に高密度の金属粒子焼結体を得ることができる。液相焼結法は、焼結補助材に比較的融点の低い粒子（Cu粒子、 Ag粒子、 Ag— 28%Cuの共晶粒子（共晶温度 78 0°C) 、 Sn粒子など）を用いて、これらの融点以上の温度で焼結を行う方法である。

図 10に液相焼結のメカニズムを示す断面模式図を示す。図 10 (a) は、図 6 の工程 P 2あるいは図 8の工程 P 12における、加圧前の状態を示す。この図に示すように、加圧前は焼結基材の粒子 31に焼結補助剤の粒子 32が分散混合しており、比較的大きな空隙 33が生じている。図 10 (b) は、工程 P 2あるいは工程 P 12における、加圧成形後の状態を示す。この図に示すように、加圧成形後は焼結基材の粒子 31や焼結補助剤の粒子 32が塑性変形によって扁平となっており、粒子は密着するが、小さな間隙 33は残っている。図 10 (c) は、図 6の工程 P 3あるいは図 8の工程 P 13において、液相焼結を行った後の状態を示す。この図に示すように、焼結基材の粒子 31は再結晶化によって生長し、空隙には焼結補助材の粒子 32が充填され、緻密性が向上している。これは、基材粒子 31同士の固体拡散に加え、焼結補助材の粒子 32が焼結温度で溶融し、焼結基材の粒子 31にぬれ現象が生じ、同時に界面張力によって空隙 33がその液体で充填されることによりなされる。

液相焼結法は、このように高密度の金属粒子焼結体を得ることができる他に、これを用いない場合に比べ、比較的低温で焼結を行うことができ、省力化に貢献することができる。

また、焼成後の金属粒子焼結体を、更に 300〜500°Cの温度でプリフォーム鍛造法または粉末鍛造法によって形状付与してコテ先端部材としても良い。これらは一般的に知られた方法なので詳細説明は省略するが、これらの方法を用いれば、粒子間の微細な気孔を収縮させ、高密度化させることができる。

他の焼結法として、冷間静水圧加圧 (C I P) や熱間静水圧加圧（H I P) を含む工程によって成形と焼成を行っても良い。これらも一般的に知られた方法なのでその詳細説明は省略するが、これらの方法を用いる場合は金属粒子焼結体を棒状または線状に塑性加工し、それを更に機械加工してコテ先端部材 20とする。図 11 (a) 、 (b) は、このようにして得られたコテ先チップの先端部の断面図である。コテ先チップ 2 b、 2 cは、コテ先芯材 10 b、 10 cの先端に、前記 C I Pや H I Pによって得られたコテ先端部材 2 Ob, 20 cをロウ付けによって接合したものである。

更に他の焼結法として、二層焼結法を用いても良い。図 12は、二層焼結法を用いた場合のコテ先チップ 2 dの分解斜視図である。コテ先端部材 20 dは、第 1層 22と第 2層 23とによって構成されている。第 1層 22は、前記焼結基材と焼結補助材との混合によるもので、第 2層 23は、 Cu粒子または Cu— C r粒子による焼結である。コテ先端部材 20 dは、このように 2層となった金属粒子焼結体となっており、直接形状付与することも可能で、また図 9 (a) に示す金属粒子焼結体 21 aのような焼結体とした後、機械加工によって図 12に示すコテ先端部材 2 0 dとすることも可能である。そして、これを銅パイプからなるコテ先芯材 10 d にロウ付けすることによりコテ先チップ 2 dが得られる。コテ先芯材 10 dに銅パイブを用いることにより、内面加工を不要とし、省力化がはかられている。

次に、当実施形態のコテ先チップ 2のハンダ付け性の評価結果について説明する。評価は、ぬれ拡がり試験にて行った。

図 13は、ぬれ拡がり試験の試験要領を示す説明図である。試験片 90は、 15. 8mmX 21. 4mmX厚さ 1. 0mmの金属粒子焼結体である。比較用として、同サイズの Feめっき（銅板に 1. 5mm狙いで F eめっきし、そのめつき層を 1. 0mm削り出したもの）も準備した。希釈フラックス 92はイソプロパノールで 1 0倍に希釈したフラックス（HAKKO 001 (商品名）を使用）である。溶融させる糸ハンダ 94は、 φ lmmX40mmの Sn— 3. 0 Ag- 0. 5 Cuで、予め φ 40mmの丸棒に巻き付けて癖つけを施したものである。

試験は、以下の要領で実施した。試験片 90上に、希釈フラックス 92を 20 1滴下し、その上に糸ハンダ 94を載置する。その状態で 300〜410°Cに加熱し、 30秒ハンダを溶融させた。その後冷却し、糸ハンダ 94の拡がり面積を測定した。拡がり面積が大きいほど、ハンダぬれ性が高い、即ちハンダ付け性が良好であることを示す。

次表は 7種類の試験片 90 (試料101〜107) の成分表である。

( Fe」は高純度の Feであることを示す。）

試料 101は比較のために上記方法で準備した Feめっき層の板である。試料 1 02〜107は、表中に示す各成分の粒子を M IM法で成形し、焼成したものである。試料 102〜107は、この順に、図 5に示すタイプ 10、 12、 11、 13、 15及び 1にそれぞれ対応するものである。試料 102〜 104は、 MI M法で通常使用される炭素鋼の鉄粉を材料としている。一方、試料 105~107は、高純度のカルポニル鉄粉 ( 「*Fe」で表している）を材料としている。 n数は、各試料につき n= 3で行った。

図 14は、ぬれ拡がり試験結果を示すグラフである。横軸に温度（°C) 、縦軸に溶融したハンダの拡がり面積（mm²) を示す。このグラフに示す通り、試料 10 1 (Feめっき）の拡がり面積（360 で66. 9 mm²) に対し、試料 107 (*Fe— 5 Cu) が最も拡がり面積が大きく、次いで試料 106 (*F e_ 10 N i) 、試料 104 (F e— 42N i— 0. 5 C) の順に大きな拡がり面積であつた。試料 103 (F e— 8N i— 0. 5 C) 、試料 105 (* F e) は試料 101 とほぼ同等であり、試料 102 (Fe-0. 5 C) はやや不利な結果となった。以上の結果から、高純度の鉄粉を用い、 N iや Cuを添加したもののハンダ付け性が F eめっきに対し格段に向上することが確認できた。また N iの添加量を増大させるに伴ってハンダ付け性がより向上すること、 Cuは N iよりも少量の添加で効果が大であること等が確認できた。

次に、当実施形態のコテ先チップ 2の耐侵食性価結果について説明する。評価は侵食試験により行った。侵食試験は、上記ぬれ拡がり試験で効果が大であった試料 104、試料 106、試料 107について行った。これらの試料を M I M法によつて図 3に示すコテ先端部材 20の形状に成形し、焼成し、これをコテ先芯材 10にロウ付けして図 3に示すコテ先チップ 2を製作した。また比較用に F eめっきによるコテ先チップ 2 (試料 101) も製作した。

図 1 5は、侵食試験の試験装置を概略的に図示したものである。装置は、上記のようにして製作された各コテ先チップ 2が装着された電気ハンダゴテ 1と、これにハンダを供給するハンダ送り装置 96とからなる。ハンダ送り装置 96の先端からは糸ハンダ 98 (ぬれ拡がり試験と同じ φ lmmの S n— 3. 0 Ag- 0. 5 Cu を使用した）が矢印方向に自動的に送出されるようになっている。電気ハンダゴテ 1は、糸ハンダ 98の送出方向に垂直な面に対し 30° 傾斜して固定されている。コテ先チップ 2の先端角は 18° である。

コテ先チップ 2の設定温度を 400°Cとし、ハンダ送り装置 96 (設定温度 3 0V) から糸ハンダ 98を 3秒に 1回 5mmづっ送出した。糸ハンダ 98が送出される度にその先端がコテ先チップ 2に当接し、溶融する。それとともにコテ先チップ 2が僅かに侵食される。この送出を 8000回行った後、コテ先チップ 2の侵食量を測定した。 n数は、各試料につき n = 2で行った。図 16は、侵食試験の結果を示すグラフである。縦軸にコテ先チップ 2の侵食量 (urn) を示す。試料 106 (*Fe— 10Ni)が試料 101 (F eめっき）とほぼ同程度の少ぃ侵食量であった。試料 104 (Fe— 4Ni— 0. 5 C) と試料 107 (* F e - 5 Cu) とはそれより多い侵食量であった。

以上のぬれ拡がり試験と侵食試験とによって、試料 106 (*Fe— 10Ni) が、耐侵食性を従来並としつつ、ハンダ付け性を従来よりも格段に向上させることができることを確認できた。従って、試料 106を備えたコテ先チップ 2は、耐侵食性を低下させることなくハンダ付け性を向上させることができる。

また各成分比率を変更することによりハンダ付け性ゃ耐侵食性を調節することができることが確認できた。上記の試験には含まれていないが、ハンダ付け性を低下させることなく耐侵食性を向上させることも成分調整によつて可能である。

更に、上記試料 101、試料 104、試料 106及び試料 107について、ビッカース硬さ試験を行った。コテ先チップ 2は硬度が大きすぎると小さな衝撃で折れ易くなり、小さすぎると曲がり易くなる。ピツカ一ス硬さはハンダ付け性と寿命に次いで重要な特性である。硬さの測定条件は加重 5N、 8秒で行った。 n数は、各試料につき n = 3で行つた。

次表はビッカース硬さ試験結果を示す表である。

試料 106は試料 101に対しやや硬く、試料 104や試料 107は試料 101 に対して 8割程度の硬度であった。以上の結果から、ピッカース硬さは耐侵食性とと相関が大であり、硬いほど耐侵食性が高いことが確認できた。また試料 106 ( * F e— 1 O N i ) はビッカース硬さの面からもコ^ ¹先端部材 2 0として好適であることが確認できた。

次に、本発明の第 2実施形態を図 1 7および図 1 8によって説明する。図 1 7は、電気ハンダ吸取りゴテ 6 0の部分断面図である。図において、本体ケース 6 1の上部には前ホルダ 6 5と後ホルダ 6 6との間に着脱自在に嵌込まれたタンク 6 4を備える。タンク 6 4は外部から観察できるように耐熱ガラス等の透明体からなる筒体で、吸引された溶融ハンダを貯溜する。タンク 6 4の後端には、グラスウールからなるフィルタ 6 8が設けられ、このフィルタ 6 8を介して後ホルダ 6 6と連通している。後ホルダ 6 6には真空チューブ 6 3が接続されており、図外の真空ポンプによってタンク 6 4内を減圧し得るようになつている。

前ホルダ 6 5にはタンク 6 と連通する輸送パイプ 7 9の後端が差し込まれている。輸送パイプ 7 9はステンレス製である。電気ハンダ吸取りゴテ 6 0の先端棒状部には、内孔に輸送パイプ 7 9を貫通させた銅製の加熱芯 7 0と、その内部に設けられたセラミックヒータ 7 1と、加熱芯 7 0の外周面を覆う保護パイプ 7 2と、直接ハンダに当接し、溶融し、吸取る吸取りノズル 5 1 (ハンダ取扱い用コテ先に相当）からなる。加熱芯 7 0の先端部におねじ 7 5が形成されるとともに、 P及取りノズル 5 1の後端にはそれと螺合するめねじ 5 8が形成されており、吸取りノズル 5 1を着脱、交換可能としている。吸取りノズル 5 1の先端部には貫通孔 5 5 (図 1 8参照）が設けられ、輸送パイプ 7 9と連通している。セラミックヒータ 7 1は、リード線 6 2を介して図外の電源コードに接続されている。

本体ケース 6 1に設けられた図外の真空吸引スィッチをオンにすると、図外の真空ポンプによってタンク 6 4内および輸送パイプ 7 9内が減圧される。また、セラミックヒー夕 7 1の電源をオンにすると吸取りノズル 5 1の先端が加熱される。この加熱した^ 5端部をハングに当接することによってハンダが溶融する。そして、溶融したハンダが吸取り口 5 4 (図 1 8参照）から吸取りノズル 5 1を介して輸送パイブ 7 9内に吸取られる。吸取られた溶融ハンダは、タンク 6 4内に送られ、貯溜される。タンク 6 4は着脱可能となっており、貯溜量の増加に伴い、適宜交換することができる。

図 1 8は、図 1 7における吸取りノズル 5 1付近の拡大断面図である。吸取りノズル 5 1は、銅または銅合金からなるコテ先芯材 5 2と、先端部に設けられ、金属粒子焼結体からなるコテ先端部材 5 3からなる。コテ先端部材 5 3の内部には貫通孔 5 5が形成されており、先端は外部に開口して溶融ハンダを吸取る吸取り口 5 4 となり、後端は輸送パイプ 7 9に接続されている。従来の電気ハンダ吸取りゴテの吸取りノズルの先端外周面には鉄めつきが施されるとともに、内部には貫通孔を形成するための鉄パイプが嵌挿されていた。しかし本発明の当実施形態のようにすれば、コテ先端部材 5 3を吸取りノズル 5 1の先端部に設けるだけで、鉄めつきが不要となり、生産性を向上させるとともに環境汚染物質の排出が削減される。

そして、この吸取りノズル 5 1は、第 1実施形態のコテ先チップ 2と同様、ハンダぬれ性を確保するとともに従来の鉄めつき品に比べて鉛フリ一ハンダに対しても耐侵食性が高く、寿命を延ばすことができる。

コテ先端部材 5 3の焼結成分や、吸取りノズル 5 1の製造方法等は、第 1実施形態のコテ先チップ 2に準ずる。

以上、第 1実施形態に示すコテ先チップ 2とそれを用いた電気ハンダゴテ 1、または第 2実施形態に示す吸取りノズル 5 1とそれを用いた電気ハンダ吸取りゴテ 6 0、及びそれらの製造方法について述べたが、本発明は以上のものに限定するものではなく、特許請求の範囲内で適宜変形して良い。

例えば、コテ先端部材 2 0ゃコテ先端部材 5 3の成分は、図 5や試料 1 0 2〜1 0 7に示すものに限定するものではなく、適用するハンダの種類や用途（耐侵食性重視或いはハンダ付け性重視など）に応じて適宜選択、調整して良い。

電気ハンダゴテ 1に備えるセラミックヒー夕 5や電気ハンダ吸取りゴテ 6 0に備えるセラミックヒータ 7 1は、各実施形態では本体側に固定されているが、これをコテ先チップ 2や吸取りノズル 5 1に内蔵し、これらと共に交換可能としても良い。こうすることによってコテ先チップ 2や吸取りノズル 5 1の形状や熱容量に応じて最適な特性（ヒータ容量など）のヒータを用いることができる。

焼結基材ゃ焼結補助材となる各粒子は、それぞれ独立した粒子を混合させるものに限定するものではない。そのうちの一部または全部を合金化し、その合金の粒子を使用するようにしても良い。合金化するには、溶解法或いはメカニカルァロイング（MA) 法を適用すると良い。産業上の利用可能性

以上説明したことから明らかなように、本発明のハンダ取扱い用コテ先は、銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に、粉末冶金法によって製造された金属粒子焼結体からなるコテ先端'部材が設けられており、前記金属粒子焼結体は、鉄、二ッケル、コバルトのうち少なくとも 1種以上の元素を主要成分とすることを特徴とするので、鉛フリ一ハンダを使用したときのハンダ取扱い用コテ先のハンダによる侵食防止とハンダ付け性またはハンダ除去性を高めるとともに、ハングの種類に応じて最適なコテ先端部の材質を容易に得ることができ、更に環境汚染物質の排出を削減することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 電気ハンダゴテまたは電気八ンダ吸取りゴテのコテ先に用いられるハンダ取扱い用コテ先であって、

銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に、粉末冶金法によって製造された金属粒子焼結体からなるコテ先端部材が設けられており、

前記金属粒子焼結体は、鉄、ニッケル、コバルトのうち少なくとも 1種以上の元素を主要成分とすることを特徴とするハンダ取扱い用コテ先。

2 . 前記金属粒子焼結体は、焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とから成り、前記焼結基材として、鉄粒子、ニッケル粒子およびコバルト粒子のうち少なくとも 1種以上を用いたことを特徴とする請求項 1記載のハンダ取扱い用コテ先。

3 . 前記焼結基材として使用される鉄粒子は、純度 9 9 . 5 %以上の鉄粉であることを特徴とする請求項 2記載のハンダ取扱い用コテ先。

4. 前記焼結基材として使用される鉄粒子は、電界鉄紛または力ルポニル鉄紛であることを特徴とする請求項 2または 3記載のハンダ取扱い用コテ先。

5 . 前記金属粒子焼結体は、前記焼結基材の含有率が 5 5 %乃至 9 9 . 9 9 %であることを特徴とする請求項 2乃至 4のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先。

6 . 前記金属粒子焼結体は、焼結基材と焼結補助材とから成り、前記焼結補助材には少なくとも第 1焼結補助材を含み、該第 1焼結補助材として、銅粒子、銀粒子、錫粒子、ホウ素粒子および炭素粒子のうち少なくとも 1種以上を用いたことを特徴とする請求項 2乃至 5のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先。

7 . 前記金属粒子焼結体は、前記第 1焼結補助材の含有率が 0 . 0 1 %乃至 4 0 %であることを特徴とする請求項 6記載のハンダ取扱い用コテ先。

8 . 前記焼結補助材に第 2焼結補助材を含み、該第 2焼結補助材として、バナジゥム粒子、ニオブ粒子、タンタル粒子、クロム粒子、モリブデン粒子およびタンダステン粒子のうち少なくとも 1種以上を用いたことを特徴とする請求項 6または 7 記載のハンダ取扱い用コテ先。

9 . 前記金属粒子焼結体は、前記第 2焼結補助材の含有率が 0 . 0 1 %乃至 5 % であることを特徴とする請求項 8記載のハンダ取扱い用コテ先。

1 0 . 前記金属粒子焼結体は、前記コテ先芯材の先端部に覆設されるキャップ形状であり、その肉厚は 2 0 0乃至 8 0 0 zmであることを特徴とする請求項 1乃至 9のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先。

1 1 . 前記金属粒子焼結体の密度が 9 5 %以上であることを特徴とする請求項 1 乃至 1 0のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先。

1 2 . 前記コテ先芯材を介して前記コテ先端部材を電気加熱する発熱体を備え、電気ハンダゴテまたは電気ハンダ吸取りゴテに交換可能に取付けられるように構成されたことを特徴とする請求項 1乃至 1 1のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先。

1 3 . 請求項 1乃至 1 2のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先を、交換可能なコテ先チップとして備えたことを特徴とする電気ハンダゴテ。

1 4. 請求項 1乃至 1 2のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先を、交換可能な吸取りノズルとして備えたことを特徴とする電気ハンダ吸取りゴテ。

1 5 . 請求項 2乃至 1 2のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、

請求項 2乃至 9のいずれか 1項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とをバインダーによって混練し、

加圧成形法によってコテ先端部材と略同形状またはコテ先端部材形状を包含する形状に成形して圧粉体となし、

この圧粉体を 8 0 0〜1 3 0 0 °Cの非酸化雰囲気中で焼成することにより金属粒子焼結体からなるコテ先端部材となし、

このコテ先端部材を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に接合することを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。

1 6 . 請求項 1 5記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、焼成後の金属粒子焼結体を、更に 3 0 0〜 5 0 0 の温度でプリフォーム鍛造法または粉末鍛造法によって形状付与してコテ先端部材となすことを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。

1 7 . 請求項 2乃至 1 2のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、

この圧粉体を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に密着させ、その密着状態を維持しつつ、 8 0 0 °C以上且つ上記コテ先芯材の融点以下の非酸化雰囲気中で焼成することにより、金属粒子焼結体からなるコテ先端部材となすと同時に、このコテ先端部材を前記コテ先芯材の先端部に接合する

ことを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。

1 8 . 請求項 1 5乃至 1 7のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記加圧成形法に替えて射出成形法を用いることを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。

1 9 . 請求項 1 5乃至 1 7のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記加圧成形法に替えて、バインダーで混練することなく、金属粒子だけを粉末圧縮成形する方法を用いることを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。

2 0 . 請求項 1 5乃至 1 9のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、焼成温度を前記焼結補助材の融点以上とする液相焼結法を用いることを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。

2 1 . 請求項 2乃至 1 2のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、

請求項 2乃至 9のいずれか 1項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とを冷間静水圧加圧または熱間静水圧加圧を含む工程によって成形と焼成を行って前記金属粒子焼結体となし、

その金属粒子焼結体を棒状または線状に塑性加工し、

それを更に機械加工してコテ先端部材となし、

2 2 . 請求項 1 5乃至 2 1のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記焼結基材および前記焼結補助材として用いられる粒子のうち、少なくとも 2種以上の粒子を溶解法またはメカニカルァロイ.ング法によって合金化した合金粒子を用いることを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。

2 3 . 前記焼結基材、前記焼結補助材または前記合金粒子として、その粒径が 2 0 0 m以下のものを用いることを特徴とする請求項 1 5乃至 2 2のいずれか 1項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法。

2 4. 前記焼結基材、前記焼結補助材または前記合金粒子として、その粒径が 5 0 m以下のものを用いることを特徴とする請求項 2 3記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法。

2 5 . 前記焼結基材、前記焼結補助材または前記合金粒子として、その粒径が 1 0 a m以下のものを用いることを特徴とする請求項 2 4記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法。

2 6 . 前記焼結基材、前記焼結補助材または前記合金粒子として、超微粒子を用いることを特徴とする請求項 2 5記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法。