(57)【要約】【課題】近年使われ始めたＳｎＡｇＣｕ系のようなＰｂフリーはんだ材料の溶融温度は高いものでは３６０〜３８０℃となり、それ故、浸食力も強い。従って、従来の小手先をそのまま使用すると、短時間で浸食されてしまい、使用不能となるため、小手先の取替え頻度が高くなる。【解決手段】銅基材の上に鉄メッキ層が形成され、さらに、その上にスズ層が形成されており、溶融はんだ材料に対して優れた耐浸食性を示す耐浸食性複合材料。スズ層をスズ粒子のショットコーティングにより形成するのが好ましい。【選択図】              なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅基材の上に鉄メッキ層が形成され、さらに、その上にスズ層が形成されており、溶融はんだ材料に対して耐浸食性を示すことを特徴とする耐浸食性複合材料。
【請求項２】
請求項１に記載の耐浸食性複合材料において、スズ層の露出した表面が粗面化されていることを特徴とする耐浸食性複合材料。
【請求項３】
請求項２に記載の耐浸食性複合材料において、スズ層の露出した表面の表面粗度（Ｒａ）が２〜５０μｍであることを特徴とする耐浸食性複合材料。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の耐浸食性複合材料において、スズ層の厚さが８〜２０μｍであることを特徴とする耐浸食性複合材料。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の耐浸食性複合材料において、スズ層と鉄メッキ層との間にははんだメッキ層が形成されていることを特徴とする耐浸食性複合材料。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の耐浸食性複合材料において、はんだの小手先部材として使用することを特徴とする耐浸食性複合材料。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載の耐浸食性複合材料の製造方法において、スズ層をスズ粒子のショットコーティングにより形成することを特徴とする耐浸食性複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐浸食性複合材料に関し、特に高温の溶融はんだ材料に対して優れた耐浸食性を示し、はんだ付け用小手先部材として適した耐浸食性複合材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のはんだ付け用小手先は、銅を基材としその上に鉄メッキ層が形成されており、銅基材により良好な熱伝導性が確保され、鉄メッキ層により溶融はんだ材料に対する良好な濡れ性と耐浸食性とが確保されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来ははんだ材料としてはＳｎＰｂといった鉛（Ｐｂ）を含有するものが一般的に使用されていたが、近年は環境規制の強化により人体などに有害なＰｂを含まないＰｂフリー材料（Ｐｂフリーはんだ材料）への転換が求められている。
しかしながら、ＳｎＡｇＣｕ系のようなＰｂフリーはんだ材料の溶融温度は高いものでは３６０〜３８０℃となり、それ故、浸食力も強い。
従って、従来の（銅基材＋鉄メッキ層）で構成された部材で構成した小手先をそのまま使用すると、短時間で浸食されてしまい、使用不能となるため、小手先の取替え頻度が高くなる。
一方、チタンは上記した高温でも浸食されないことが知られているが、チタンは非常に高価な素材なのでそれで小手先を構成すると材料コストが非常に高くなってしまう。また、銅に超硬材を埋め込んだ材料で小手先を構成したものも用いられているが、超硬材も非常に高価な素材なのでそれを使用して小手先を構成すると材料コストが非常に高くなってしまう。
【０００５】
それ故、本発明は、Ｐｂフリーの溶融はんだ材料と長時間接触していても浸食が進まず、しかも材料コストも安価で且つ製造も容易なはんだ付け用小手先の構成材料として適した新規な材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、スズ（Ｓｎ）がＰｂフリーはんだ材料に対して意外にも劇的に優れた耐浸食性を示すことを見出した。Ｐｂフリーはんだ材料には通常スズが主成分として含まれていることから濡れ性もよく、また、鉄メッキ層との密着性も良い。
上記知見に基づいて、本発明者は、スズ層を従来の小手先用構成部材の上に形成することにより、製造コストをそれほど上げずに、Ｐｂフリーの溶融はんだ材料に対しても優れた耐浸食性を示す、はんだ付け用小手先を製造することに成功した。
以下、具体的に本発明の内容を記載する。
【０００７】
請求項１の発明は、銅基材の上に鉄メッキ層が形成され、さらに、その上にスズ層が形成されており、溶融はんだ材料に対して耐浸食性を示すことを特徴とする耐浸食性複合材料である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の耐浸食性複合材料において、スズ層の露出した表面が粗面化されていることを特徴とする耐浸食性複合材料である。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２に記載の耐浸食性複合材料において、スズ層の露出した表面の表面粗度（Ｒａ、ＪＩＳ規格における算出平均粗さ）が２〜５０μｍであることを特徴とする耐浸食性複合材料である。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の耐浸食性複合材料において、スズ層の厚さが８〜２０μｍであることを特徴とする耐浸食性複合材料である。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の耐浸食性複合材料において、スズ層と鉄メッキ層との間にははんだメッキ層が形成されていることを特徴とする耐浸食性複合材料である。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の耐浸食性複合材料において、はんだの小手先部材として使用することを特徴とする耐浸食性複合材料である。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の耐浸食性複合材料の製造方法において、スズ層をスズ粒子のショットコーティングにより形成することを特徴とする耐浸食性複合材料の製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の耐浸食性複合材料は、従来の小手先部材の表面にスズ層を形成したものであり、Ｐｂフリーの溶融はんだ材料の濡れ性を劣化させずに、劇的に改善された耐浸食性を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本発明の複合材料をはんだ付け用小手先部材として使用する場合について説明する。
典型的なはんだ小手は、合成樹脂等で構成された把手と、電気ヒーターを内蔵したヒーター部とが一体に形成されており、該ヒーター部の先端に丸棒状で先端が尖った形状の小手先が取り付けられている。はんだ付けの際には、この小手先が加熱された後に、はんだ材料が供給されることで、小手先に接触する部位にあるはんだ材料が溶融する。
丸棒状の銅材の先端を切削加工にて所望の形状に尖らせ、さらに、メッキにより鉄メッキ層を表面に形成したり、更にその上にはんだメッキ層を形成したものが市販されている。
本発明では、かかる市販品を入手して被加工用の小手先として利用できる。
【００１６】
鉄メッキ層の上にスズ層を形成する。
Ｐｂフリーのはんだ材料として現在市販されているものはいずれもスズを主成分として含んでいるので、小手先の最表層をスズで構成すると、溶融はんだ材料に含まれるスズとの相性が良く、溶融はんだ材料のはんだ濡れ性を劣化させないものと考えられる。
スズ層を構成するスズ（Ｓｂ、金属）は純度が高いものが好ましく、９９重量％以上の純度ものがより好ましい。
【００１７】
スズ層の露出した表面が粗面化されているのが好ましい。溶融はんだ材料と接触するスズ層の表面が粗面化されて微細な凹部が無数に形成されると、溶融はんだ材料が凹部に入り難くなり、結果として、粗面化されていない場合よりもスズ層が浸食され難くなり、小手先の寿命がその分だけ長くなると考えられる。
表面粗度（Ｒａ）は、実際のはんだ作業を想定した溶融はんだ材料における濡れ性の試験結果を考慮して適宜決めればよいが、スズ系はんだ材料の場合には２〜５０μｍの範囲が好ましく、２〜１０μｍがより好ましい。
表面粗度（Ｒａ）は、例えば、株式会社小坂研究所製の商品名：サーフコーダーＤＡＦ１０００型という面粗度測定機械（接触式または非接触式の測定子により検出）を利用して測定できる。
【００１８】
スズ層を後述するショットコーティングにより形成する場合には、スズ粒子の粒径、ショット圧力や形成されるスズ層の厚さを適宜調整して、スズ層の露出した表面で付与したい所望の表面粗度（Ｒａ）を達成することになる。
しかしながら、スズ層を後述するメッキなどにより形成する場合には、スズ層は薄いので、スズ層の露出した表面を粗面化するには銅基材の表面を予め粗面化する。粗面化するには、酸処理（酸洗い）、ガラスビーズ、カーボランダム等によるショットピーニング、プレス等によるテンプル加工、エンボス加工、シボ加工などの加工方法を利用して行う。ショットピーニングに用いるガラスビーズ、カーボランダム等の粒子としては１００〜４００メッシュ篩粒子を用いるのが好ましい。なお、銅基材の表面粗度（Ｒａ)の値より、スズで構成される最表層の表面粗度（Ｒａ）の値は若干小さくなるので、露出した表面で付与したい所望の表面粗度（Ｒａ）より若干大きくなるように銅基材の表面粗度（Ｒａ）を調整することになる。
【００１９】
スズ層の厚さは８〜２０μｍが好ましい。
上記上限を設けたことによりスズ層の脆化による剥離の危険性が確実に防止され、上記下限を設けたことにより溶融はんだ材料に対する最低限の耐浸食性が確保される。
スズ層は、ショットコーティング、メッキ、溶射などの周知の金属被覆方法により形成できるが、ショットコーティングが好ましい。浸食による食われが一層有効に防止されるからである。
ショットコーティングによりスズ層を形成すると、鉄メッキ層に対してスズ粒子が衝突する際の衝撃とその際に発生する熱により鉄メッキ層とスズ層の境界の密着性が向上したためと考えられる。
【００２０】
ショットコーティングする場合には、スズ粒子の粒径は２０〜６０μｍが好ましい。噴射圧力は、上記した合金化や粗面化作用を考慮すると、２〜６ｋｇ／ｃｍ2が好ましい。上記数値は、いずれも、上記した密着性等を考慮した上で設定されたものである。
スズ粒子の形状は球状のもの、多角形状のものなど種々のものを使用することができ、その形状は特に限定されない。
ショットコーティング装置としては、スズ粒子を所定の圧力で噴射し得る構成のものであれば如何なるものをも使用可能であり、遠心作用によりスズ粒子を噴射する遠心式ブラスト加工装置、スズ粒子を打撃して噴射する平打式のブラスト加工装置、圧縮空気等の気体流と共にスズ粒子を噴射するエア式のブラスト加工装置等、既知の各種ブラスト加工装置を使用することができる。
【００２１】
溶融はんだ材料と接触させてはんだ付け作業をする作業部位には、先端部では鉄メッキ層の上にはんだメッキ層を従来と同様に形成してからスズ層を形成するのが好ましい。このはんだメッキ層を形成することにより濡れ性が一層向上する。
なお、はんだメッキ層の厚さは１０〜５００μｍが好ましい。
また、非作業部位には、クロムメッキ層を形成するのが好ましい。クロムメッキ層を形成することで、フラックスやスズによる腐蝕やハンダ上がりを抑制でき、作業効率を上げるだけでなく寿命も延ばせる。
【実施例１】
【００２２】
市販の小手先（銅基材＋鉄メッキ層＋はんだメッキ層（鉛無し）またはクロムメッキ層、φ６．５×４１）（太陽電機産業株式会社製、商品名：PX-60RT-5K)を２個入手し、試験片とした。試験片１（スズ層有り）ははんだメッキ層の上に、以下の条件でエア式のブラスト加工装置を用いてショットコーティングしてスズ層を形成したものであり、本発明品に相当し、試験片２（スズ層無し）ははんだメッキ層の上には何も形成しておらず、従来品に相当する。
【表１】
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図１は試験片１（スズ層有り）の断面の金属組織の写真であり、図２は試験片１（スズ層有り）の断面の金属組織の顕微鏡写真であり、図３はスズ層の存在を示すＥＰＭＡによる断面のＸ線写真である。
図４は、試験片１（スズ層有り）と試験片２（スズ層無し）の粗さ曲線(F.profile)である。測定倍率は縦２００００、横２００に、Cutoffを０．８ｍｍ、E.lengthを４．０００ｍｍに、S.lengthを０．８００ｍｍにそれぞれ設定した。また、図の表示倍率は縦１０００、横２０と設定した。
解析結果によれば、試験片１（スズ層有り）のＲａは２．１１μｍ、試験片２（スズ層無し）のＲａは０．２１μｍであった。
【００２３】
（浸食試験）
Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系（Ｐｂフリー）はんだ材料（千住金属株式会社製、商品名：Ｍ７０５）を３６０℃で溶融し、その溶融はんだ材料中に試験片を下端から３ｍｍだけ一定時間（1秒間）浸漬させ、続いて一定時間（１秒間）経過後引き上げて空中に待機させる（浸漬−待機）繰り返し試験を合計１００時間にわたって実施した。
その後、試験片１，２の断面の金属組織の顕微鏡写真を比較した。
試験片１（スズ層有り）は浸食現象が確認されなかったのに対して、試験片２（スズ層無し）は浸食現象が確認された。
【００２４】
（濡れ性試験）
試験片をはんだ小手の小手先として実際に使用した。即ち、内蔵するヒーターにより小手先を３６０℃に加熱し、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系（Ｐｂフリー）はんだ材料（千住金属株式会社製、商品名：Ｍ７０５）を糸はんだとして小手先に供給して、試験片である小手先の表面に対する溶融はんだ材料の濡れ状態を目視観察したところ、濡れ性はいずれの試験片も同じようであり、スズメッキ層を形成したことによる濡れ性の劣化は認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の耐侵食性複合材料ではんだの小手先を構成すると、Ｐｂフリーのはんだ材料に長時間接触しても寿命が長くなる。しかも、本発明の耐侵食性複合材料は、市販品の小手先（銅基体＋鉄メッキ層）の上にＳｎメッキ層を形成するだけで製造できるので、材料費も安く済み、しかも製造の手間がかからない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例で用いた試験片１（スズ層有り）の断面の金属組織の顕微鏡写真である。
【図２】図１のスズ層付近の断面の金属組織の拡大顕微鏡写真である。
【図３】スズ層の存在を示すＥＰＭＡによる断面のＸ線写真である。
【図４】試験片１（スズ層有り）と試験片２（スズ層無し）の粗さ曲線である。
【図５】実施例の浸食試験で用いた試験片１（スズ層有り）と試験片２（スズ層無し）のそれぞれの試験後の断面の金属組織の顕微鏡写真である。
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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