(57)【要約】【課題】高密度且つ薄い表面層を有する加熱工具の先端部材を効率的に製造することが可能な方法を提供する。【解決手段】加熱工具の先端部材の製造方法は、溶融した接合材料に接触する先端面１０Ａを有する基体１０と、先端面１０Ａを被覆する表面層と、を備えた加熱工具の先端部材を製造するための方法である。この方法は、レーザ光８Ａを熱源として金属パウダー７を溶融させ、溶融した金属パウダー７を凝固させることにより、表面層を造形する造形ステップを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融した接合材料に接触する先端面を有する基体と、前記先端面を被覆する表面層と、を備えた加熱工具の先端部材を製造するための方法であって、
レーザ光、電子ビーム又は前記基体と電極との間で発生させたアーク放電を熱源として金属材料を溶融させ、溶融した前記金属材料を凝固させることにより、少なくとも前記表面層を造形する造形ステップを備えることを特徴とする、加熱工具の先端部材の製造方法。
【請求項２】
前記基体をテーブル上に設置する設置ステップと、
前記先端面が前記金属材料である金属パウダーにより覆われるように、前記テーブルに前記金属パウダーを供給する供給ステップと、をさらに備え、
前記先端面は、平面状であり、
前記造形ステップでは、前記先端面を覆う前記金属パウダーに前記レーザ光又は前記電子ビームを照射することにより又は前記アーク放電によって前記金属パウダーを溶融させることにより、前記先端面を被覆する前記表面層を造形することを特徴とする、請求項１に記載の加熱工具の先端部材の製造方法。
【請求項３】
前記造形ステップでは、造形物である前記表面層を支持するためのサポート材として前記基体が用いられることを特徴とする、請求項２に記載の加熱工具の先端部材の製造方法。
【請求項４】
前記造形ステップでは、前記基体を軸周りに回転させた状態で、曲面状の前記先端面に前記レーザ光を照射すると共に前記金属材料である第１金属パウダーを供給することにより、前記先端面を被覆する前記表面層を造形することを特徴とする、請求項１に記載の加熱工具の先端部材の製造方法。
【請求項５】
前記造形ステップでは、前記基体を軸周りに回転させた状態で、前記基体における前記表面層よりも基端側の部位に前記レーザ光を照射すると共に前記第１金属パウダーと異なる第２金属パウダーを供給することにより、前記表面層よりも前記接合材料に対するぬれ性が低い保護層をさらに造形することを特徴とする、請求項４に記載の加熱工具の先端部材の製造方法。
【請求項６】
前記造形ステップでは、ステンレス、チタン、クロム及びアルミニウム並びにこれらの酸化物からなる群より選択される少なくとも一種の材料からなる前記保護層を造形することを特徴とする、請求項５に記載の加熱工具の先端部材の製造方法。
【請求項７】
前記造形ステップでは、前記基体とは別体として前記表面層を造形し、
前記基体の前記先端面に前記表面層を接触させた状態で、前記基体及び前記表面層を加熱しつつ互いに密着する方向に加圧することにより、前記先端面に前記表面層を接合する接合ステップをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の加熱工具の先端部材の製造方法。
【請求項８】
前記造形ステップは、
第１ノズルから前記レーザ光を照射すると共に前記金属材料である第１金属材を供給することにより、前記第１金属材が溶融凝固した前記基体を造形するステップと、
第２ノズルから前記レーザ光を照射すると共に前記第１金属材よりも前記接合材料に対するぬれ性が高い第２金属材を供給することにより、前記第２金属材が溶融凝固した前記表面層を前記基体の前記先端面上に造形するステップと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の加熱工具の先端部材の製造方法。
【請求項９】
前記造形ステップでは、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金及びＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる群より選択される少なくとも一種の材料からなる前記表面層を造形することを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載の加熱工具の先端部材の製造方法。
【請求項１０】
前記加熱工具の先端部材として半田ゴテ用コテ先又は半田吸取器用ノズルを製造することを特徴とする、請求項１〜９の何れか１項に記載の加熱工具の先端部材の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の加熱工具の先端部材の製造方法により製造されることを特徴とする、加熱工具の先端部材。
【請求項１２】
溶融した接合材料に接触する先端面を有する基体と、
前記先端面を被覆する表面層と、を備え、
前記表面層は、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金及びＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる群より選択される少なくとも一種の材料からなると共に、９９％以上の密度を有することを特徴とする、加熱工具の先端部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱工具の先端部材の製造方法及び加熱工具の先端部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１，２に開示されるように、加熱工具の先端部材である半田ゴテ用のコテ先を製造するための種々の方法が知られている。半田ゴテ用のコテ先は、ヒータに接続される銅製の基体からなり、その先端部が半田などの溶融した接合材料に接触させるための作業部となっている。このコテ先の先端部に、鉄などの表面層をコーティングすることにより、半田に対するぬれ性を確保することができると共に、基体の内部への半田の侵食を防止することができる。
【０００３】
下記特許文献１には、銅製のコテ先基体の作業部にメッキにより純鉄の表面層を形成することについて記載されている。また下記特許文献２には、金属粉末射出成形（ＭＩＭ；Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）法により表面層のキャップを作製し、これをコテ先基体の作業部に接合させる方法について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１１２２７２号公報
【特許文献２】特許第４５４６８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１のように、メッキによりコテ先基体の作業部に表面層を形成する場合、鉄の析出速度が遅いため、表面層の形成に長時間を要するという問題がある。しかも、メッキによる形成方法では、コテ先基体の先端部のみに表面層を形成するためにマスキングなどの処理が必要となり、製造効率の面で問題がある。
【０００６】
上記特許文献２では、ＭＩＭ法により表面層のキャップが作製されるが、一般的なＭＩＭ法では、４００μｍ以下の厚さを有する表面層を作製するのは技術的に困難である。このため、表面層をさらに薄く形成することにより、コテ先の作業部から半田やワークへの熱伝導の効率をさらに改善する余地がある。またこの表面層は、焼結密度が９４〜９６％程度に留まり、半田の侵食の抑制面や温度特性への影響も同様に改善の余地がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その一の目的は、高密度で耐食性に優れ、メッキでは得られない高いぬれ性を有し、且つ薄い表面層を有する加熱工具の先端部材を効率的に製造することが可能な方法を提供することである。また本発明の他の目的は、高密度で耐食性に優れ、メッキでは得られない高いぬれ性を有する加熱工具の先端部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一局面に係る加熱工具の先端部材の製造方法は、溶融した接合材料に接触する先端面を有する基体と、前記先端面を被覆する表面層と、を備えた加熱工具の先端部材を製造するための方法である。この方法は、レーザ光、電子ビーム又は前記基体と電極との間で発生させたアーク放電を熱源として金属材料を溶融させ、溶融した前記金属材料を凝固させることにより、少なくとも前記表面層を造形する造形ステップを備える。
【０００９】
上記加熱工具の先端部材の製造方法では、レーザ光、電子ビーム又は基体と電極との間で発生させたアーク放電を熱源として金属材料を溶融凝固させることにより、基体の先端面を被覆する表面層を造形する。この方法によれば、従来のようにメッキにより表面層を形成する場合に比べて、表面層の形成に要する時間をより短縮することが可能になり、製造効率をより向上させることができる。しかも、メッキに比べて使用可能な材料の種類が多いため、接合材料に対して高いぬれ性を有する任意の合金材料を選択し、その合金皮膜を表面層として造形することができる。またレーザ光、電子ビーム又はアーク放電の条件などを調整することにより、従来のＭＩＭ法の場合に比べてより薄い表面層を形成することも可能である。しかも、この方法によって造形される表面層は、ＭＩＭ法により形成される表面層に比べて高密度である。従って、上記方法によれば、短時間の造形処理によって高密度で且つ薄い表面層を有する加熱工具の先端部材を効率的に製造することができる。
【００１０】
上記加熱工具の先端部材の製造方法は、前記基体をテーブル上に設置する設置ステップと、前記先端面が前記金属材料である金属パウダーにより覆われるように、前記テーブルに前記金属パウダーを供給する供給ステップと、をさらに備えていてもよい。前記先端面は、平面状であってもよい。前記造形ステップでは、前記先端面を覆う前記金属パウダーに前記レーザ光又は前記電子ビームを照射することにより又は前記アーク放電によって前記金属パウダーを溶融させることにより、前記先端面を被覆する前記表面層を造形してもよい。
【００１１】
このように、パウダーベッド式の金属積層造形によって基体の先端面上に表面層を直接造形することにより、基体の先端面と表面層との間の高い密着性を確保することができる。
【００１２】
上記加熱工具の先端部材の製造方法において、前記造形ステップでは、造形物である前記表面層を支持するためのサポート材として前記基体が用いられてもよい。
【００１３】
これにより、造形物である表面層を支持するためのサポート材を別途準備する必要がなくなる。しかも、基体の先端面上に表面層が造形されたものが完成品となるため、通常の金属積層造形と異なり、造形物（表面層）をサポート材（基体）から取り外す作業が不要になる。従って、製造効率の向上の観点から好ましい。
【００１４】
上記加熱工具の先端部材の製造方法において、前記造形ステップでは、前記基体を軸周りに回転させた状態で、曲面状の前記先端面に前記レーザ光を照射すると共に前記金属材料である第１金属パウダーを供給することにより、前記先端面を被覆する前記表面層を造形してもよい。
【００１５】
このようなレーザーメタルデポジション式の金属積層造形によれば、金属パウダーにより覆われにくい曲面状の先端面にも表面層を容易に造形することができる。
【００１６】
上記加熱工具の先端部材の製造方法において、前記造形ステップでは、前記基体を軸周りに回転させた状態で、前記基体における前記表面層よりも基端側の部位に前記レーザ光を照射すると共に前記第１金属パウダーと異なる第２金属パウダーを供給することにより、前記表面層よりも前記接合材料に対するぬれ性が極めて低い又はぬれ性が無い保護層をさらに造形してもよい。また前記造形ステップでは、ステンレス、チタン、クロム及びアルミニウム並びにこれらの酸化物からなる群より選択される少なくとも一種の材料からなる前記保護層を造形してもよい。
【００１７】
これにより、基体の先端から基端側に向かって溶融した接合材料が流れるのを防止可能な加熱工具の先端部材を容易に製造することができる。
【００１８】
上記加熱工具の先端部材の製造方法において、前記造形ステップでは、前記基体とは別体として前記表面層を造形してもよい。上記加熱工具の先端部材の製造方法は、前記基体の前記先端面に前記表面層を接触させた状態で、前記基体及び前記表面層を加熱しつつ互いに密着する方向に加圧することにより、前記先端面に前記表面層を接合する接合ステップをさらに備えていてもよい。
【００１９】
これにより、基体と表面層との間における高い密着性を確保することが可能になる。
【００２０】
上記加熱工具の先端部材の製造方法において、前記造形ステップは、第１ノズルから前記レーザ光を照射すると共に前記金属材料である第１金属材を供給することにより、前記第１金属材が溶融凝固した前記基体を造形するステップと、第２ノズルから前記レーザ光を照射すると共に前記第１金属材よりも前記接合材料に対するぬれ性が高い第２金属材を供給することにより、前記第２金属材が溶融凝固した前記表面層を前記基体の前記先端面上に造形するステップと、を含んでいてもよい。
【００２１】
これにより、基体及び表面層を１つの工程で作製することができるため、製造時間を大幅に短縮することが可能になる。
【００２２】
上記加熱工具の先端部材の製造方法において、前記造形ステップでは、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金及びＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる群より選択される少なくとも一種の材料からなる前記表面層を造形してもよい。これにより、接合材料の一つである半田に対して高いぬれ性を有する表面層を造形することができる。
【００２３】
上記加熱工具の先端部材の製造方法においては、前記加熱工具の先端部材として半田ゴテ用コテ先又は半田吸取器用ノズルを製造してもよい。これにより、半田に対する高いぬれ性を有すると共に半田の侵食を防止可能な半田ゴテ用コテ先又は半田吸取器用ノズルを効率的に製造することができる。
【００２４】
本発明の他局面に係る加熱工具の先端部材は、上記加熱工具の先端部材の製造方法により製造されるものである。上記加熱工具の先端部材は、溶融した接合材料に接触する先端面を有する基体と、前記先端面を被覆する表面層と、を備えている。前記表面層は、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金及びＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる群より選択される少なくとも一種の材料からなると共に、９９％以上の密度を有する。
【００２５】
上記加熱工具の先端部材では、表面層の密度が９９％以上であるため耐食性に優れ、表面層が鉄又は上記鉄合金からなることにより半田などの接合材料に対して高いぬれ性を有する。従って、高密度で耐食性に優れ、メッキでは得られない高いぬれ性を有する加熱工具の先端部材を提供することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、高密度で耐食性に優れ、メッキでは得られない高いぬれ性を有し、且つ薄い表面層を有する加熱工具の先端部材を効率的に製造することが可能な方法を提供することができる。また高密度で耐食性に優れ、メッキでは得られない高いぬれ性を有する加熱工具の先端部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態１におけるレーザ照射装置を備えた金属積層造形装置の構成を示す模式図である。
【図２】電子ビームガンを備えた金属積層造形装置の構成を示す模式図である。
【図３】実施形態１に係る加熱工具の先端部材の製造方法の流れを示すフローチャートである。
【図４】基体の先端面を覆う金属パウダーにレーザ光又は電子ビームを照射する様子を示す模式図である。
【図５】基体の先端面に表面層が造形された様子を示す模式図である。
【図６】基体の先端面に表面層を積層する様子を示す模式図である。
【図７】実施形態１で用いられる半田ゴテ用コテ先の基体を示す模式図である。
【図８】実施形態２に係る加熱工具の先端部材の製造方法を説明するための模式図である。
【図９】実施形態２に係る加熱工具の先端部材の製造方法の流れを示すフローチャートである。
【図１０】実施形態３に係る加熱工具の先端部材の製造方法を説明するための模式図である。
【図１１】実施形態３に係る加熱工具の先端部材の製造方法の流れを示すフローチャートである。
【図１２】実施形態４に係る加熱工具の先端部材の製造方法を説明するための模式図である。
【図１３】実施形態４に係る加熱工具の先端部材の製造方法の流れを示すフローチャートである。
【図１４】実施形態５に係る加熱工具の先端部材の製造方法を説明するための模式図である。
【図１５】実施形態５に係る加熱工具の先端部材の製造方法を説明するための模式図である。
【図１６】実施形態５に係る加熱工具の先端部材の製造方法を説明するための模式図である。
【図１７】実施形態５に係る加熱工具の先端部材の製造方法を説明するための模式図である。
【図１８】実施形態６に係る加熱工具の先端部材の製造方法を説明するための模式図である。
【図１９】その他実施形態における半田ゴテ用コテ先の基体を示す模式図である。
【図２０】その他実施形態における半田ゴテ用コテ先の基体を示す模式図である。
【図２１】その他実施形態における表面層の形状を示す模式図である。
【図２２】その他実施形態における表面層の形状を示す模式図である。
【図２３】その他実施形態における表面層の形状を示す模式図である。
【図２４】その他実施形態における吸取器用ノズルの基体を示す模式図である。
【図２５】その他実施形態における表面層のキャップを示す模式図である。
【図２６】その他実施形態における表面層のキャップを示す模式図である。
【図２７】その他実施形態における表面層のキャップを示す模式図である。
【図２８】実施例においてコテ先基体の先端面に造形した表面層の顕微鏡写真である。
【図２９】上記表面層の拡大顕微鏡写真である。
【図３０】表面層を造形したコテ先基体の先端部を断面観察した写真である。
【図３１】図３０における表面層と基体との界面部分の拡大写真である。
【図３２】メッキ法により形成した表面層を断面観察した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。
【００２９】
（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る加熱工具の先端部材の製造方法について、図１〜図７を参照して説明する。本実施形態に係る加熱工具の先端部材の製造方法は、溶融した半田（接合材料）に接触する先端面１０Ａを有する基体１０と、先端面１０Ａを被覆する表面層３０と、を備えた半田ゴテ用コテ先（加熱工具の先端部材）を製造するための方法であり、この表面層３０をパウダーベッド式の金属積層造形により造形する。まず、この方法に用いられる金属積層造形装置１の構成について、図１を参照して説明する。
【００３０】
［金属積層造形装置］
図１に示すように、金属積層造形装置１は、真空チャンバー２と、造形テーブル３と、金属パウダー供給部５，６と、照射部８と、コントロールユニット９と、を主に備えている。
【００３１】
真空チャンバー２は、金属積層造形を行うための空間２Ａが設けられた筐体により構成されている。真空チャンバー２には、前面側に扉（図示しない）が設けられており、この扉を開閉することによりチャンバーへの基体１０の出し入れを行うことができる。この扉には、空間２Ａ内の様子を外部から観察するための窓部が設けられていてもよい。
【００３２】
真空チャンバー２には、排気管を介して真空ポンプ（図示しない）が接続されており、当該真空ポンプにより空間２Ａ内を減圧して所定の真空状態にすることができる。また真空チャンバー２には、アルゴン（Ａｒ）や窒素（Ｎ２）などの不活性ガスの供給源及び水素（Ｈ２）などの還元ガスの供給源が配管を介して接続されており、空間２Ａ内にこれらの不活性ガス及び還元ガスを流入可能となっていてもよい。空間２Ａ内の雰囲気ガス全体に対する還元ガスの割合は、例えば５〜１０％にすることができる。これにより、還元ガスを含む雰囲気下において表面層３０を造形することができるため、表面層３０の最表層における酸化を防ぎ、半田に対してぬれ性を有する表面層３０を造形することができる。
【００３３】
造形テーブル３は、金属積層造形を行うための部分であり、真空チャンバー２内の底部に設置されている。造形テーブル３は、平坦なテーブル面３ＡＡを有するテーブル本体３Ａと、テーブル本体３Ａを支える複数本（本実施形態では２本）の支持脚３Ｂと、テーブル面３ＡＡ上に配置された支持用治具３Ｃと、を有している。造形テーブル３は、コントロールユニット９により上下移動可能に構成されており、これによりテーブル面３ＡＡの上下方向の位置を自在に変更することができる。
【００３４】
図１に示すように、テーブル面３ＡＡには、半田ゴテ用コテ先の基体１０が設置される。支持用治具３Ｃは、テーブル面３ＡＡに設置された基体１０の姿勢を一定に保持するための部材であり、図１に示すように基体１０が挿入される支持用孔３ＣＣが厚み方向に貫通するように設けられている。支持用治具３Ｃは、例えばボルト（図示しない）などの締結部材によりテーブル本体３Ａに固定されている。支持脚３Ｂは、テーブル本体３Ａの下面（テーブル面３ＡＡと反対側の面）に上端が接続されている。図１に示すように、金属積層造形装置１は、支持用治具３Ｃの上面３１側の領域において金属積層造形の原料となる金属パウダー７が敷き詰められるように構成されており、この領域がパウダーベッド部３Ｄとなっている。
【００３５】
金属パウダー供給部５，６は、金属積層造形の原料である金属パウダー７をパウダーベッド部３Ｄに供給するために設けられている。図１に示すように、金属パウダー供給部５，６は、真空チャンバー２の内部において、造形テーブル３よりも上方で且つ造形テーブル３の両サイドに配置されている。
【００３６】
金属パウダー供給部５，６は、金属パウダー７を内部に収容可能なタンクにより構成されている。そして、金属パウダー供給部５，６は、図１中点線矢印で示すように、下部に設けられた供給口５Ａ，６Ａから金属パウダー７をパウダーベッド部３Ｄに向けて供給する。また金属積層造形装置１は、棒状のスキージ７Ａをさらに備え、このスキージ７Ａをパウダーベッド部３Ｄ側にスライドさせることにより、金属パウダー７の層の上面を平らに均すことができる。
【００３７】
照射部８は、レーザ照射装置により構成されており、図１に示すように造形テーブル３に向かってレーザ光８Ａ（例えばファイバーレーザ）を照射する。照射部８は、レーザ光８Ａを発生させるレーザ発振器２２と、偏向レンズ２３と、集光レンズ２４と、を有している。
【００３８】
レーザ発振器２２で発生させたレーザ光８Ａは、集光レンズ２４により金属パウダー７への焦点を合わすことができると共に、偏向レンズ２３により金属パウダー７上を自在に走査することができる。
【００３９】
また照射部は、レーザ照射装置により構成されるものに限定されず、電子ビームガンにより構成されるものであってもよい。図２に示すように、電子ビームガンとしての照射部８１は、造形テーブル３に向かって電子ビーム８ＡＡを照射する。照射部８１は、真空チャンバー２の上部に取り付けられた筒状の電子カラム２１と、電子ビーム８ＡＡを発生させるフィラメント２１Ａと、フォーカスコイル２１Ｂと、ディフレクションコイル２１Ｃと、を有している。
【００４０】
フィラメント２１Ａは、電子カラム２１内の上部に配置されている。フィラメント２１Ａで発生させた電子ビーム８ＡＡは、フォーカスコイル２１Ｂにより金属パウダー７への焦点を合わすことができると共に、ディフレクションコイル２１Ｃにより金属パウダー７上を自在に走査することができる。
【００４１】
コントロールユニット９は、金属積層造形装置１の動作を制御するための部分である。コントロールユニット９は、表示部９４と、制御部９５と、電源部９３と、を有している。制御部９５は、造形テーブル３の上下移動、金属パウダー供給部５，６による金属パウダー７の供給動作、及び照射部８，８１によるレーザ光８Ａ及び電子ビーム８ＡＡの照射などを制御する。表示部９４は、操作者が金属積層造形の処理状況（例えばレーザ光や電子ビームの出力、処理時間など）を目視確認するためのモニターである。電源部９３は、金属積層造形装置１の各種動作に必要な電力を供給する。
【００４２】
［加熱工具の先端部材の製造方法］
次に、上記金属積層造形装置１を用いて実施される、本実施形態に係る加熱工具の先端部材の製造方法について、図３に示すフローチャートに沿って説明する。以下の説明では、レーザ照射装置により構成される照射部８を備えた金属積層造形装置１（図１）を用いた方法についてのみ説明するが、電子ビームガンにより構成される照射部８１を備えた金属積層造形装置（図２）を用いた方法も実施可能である。
【００４３】
まず、半田ゴテ用コテ先の基体１０を準備する準備ステップＳ１０が行われる。このステップＳ１０で準備される基体１０は、図７に示すように、略円柱形状を有すると共に、先端１０ＡＡ側が軸方向に対して斜めに切断された形状を有している。この切断面が平面状の先端面１０Ａとなっている。
【００４４】
基体１０の内部には、基端１０ＡＢ側（先端１０ＡＡと反対側）に開口する中空部１１が軸方向に沿って設けられており、この中空部１１にヒータ（図示しない）を挿入可能となっている。基体１０は、ヒータの熱を半田及びワークに対して高効率に伝達するため良好な熱伝導性を有することが好ましく、例えば無酸素銅などの材料からなっている。また基体１０は、銅合金からなっていてもよい。
【００４５】
図７に示すように、基体１０の表面には、表面層３０よりも半田に対するぬれ性が極めて低い又は半田に対するぬれ性が無い表面保護層１２が形成されている。表面保護層１２は、基体１０の内部への半田の侵食を防止すると共に、半田付け時の高温下における銅の酸化を防止する目的で形成されている。表面保護層１２は、先端面１０Ａを含む基体１０の表面全体に亘って形成されている。
【００４６】
表面保護層１２としては、例えば以下のような構成を採用することができる。表面保護層１２は、基体１０の表面に直接形成されたＦｅ層（厚み１０〜５０μｍ）と、当該Ｆｅ層上に形成されたＣｒ層（厚み１〜１０μｍ）と、により構成されていてもよい。また表面保護層１２は、基体１０の表面に直接形成されたＦｅ層（厚み１０〜５０μｍ）と、当該Ｆｅ層上に形成されたアルミ拡散層と、により構成されていてもよい。また表面保護層１２は、基体１０の表面に直接形成されたＦｅ層（厚み１０〜５０μｍ）と、当該Ｆｅ層上に形成されたＮｉ層（厚み５〜５０μｍ）と、当該Ｎｉ層上に形成されたアルミ拡散層と、により構成されていてもよい。また表面保護層１２は、基体１０の表面に直接形成されたＮｉ層（厚み５〜５０μｍ）と、当該Ｎｉ層上に形成されたアルミ拡散層と、により構成されていてもよい。
【００４７】
なお、本発明は、表面保護層１２が予め表面に形成された基体１０を準備する場合には限定されない。例えば、表面保護層１２が形成されていない基体１０を準備し、後述のプロセスによって基体１０の先端面１０Ａに表面層３０を造形した後、表面層３０をマスキングし、その後表面層３０以外の部分において半田に対するぬれ性が極めて低い又は半田に対するぬれ性が無い表面保護層１２を形成することも可能である。
【００４８】
次に、基体１０を造形テーブル３上に設置する設置ステップＳ２０が行われる。このステップＳ２０では、上記ステップＳ１０で準備された基体１０が支持用治具３Ｃの支持用孔３ＣＣ内に挿入されると共に、テーブル本体３Ａ上に設置される。図１に示すように、基体１０は、基端がテーブル面３ＡＡに接触すると共に先端面１０Ａが照射部８側に向くように、テーブル面３ＡＡに対して所定の角度（例えば４５°）で傾斜した姿勢で設置される。このとき、図１に示すように、基体１０の先端面１０Ａと支持用治具３Ｃの上面３１とが略面一になる。
【００４９】
次に、造形テーブル３に金属パウダー７（金属材料）を供給する供給ステップＳ３０が行われる。このステップＳ３０では、造形テーブル３の両サイドに配置された金属パウダー供給部５，６から、金属積層造形の原料である金属パウダー７がパウダーベッド部３Ｄに供給される。
【００５０】
金属パウダー７としては、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金及びＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる群より選択される少なくとも一種の材料からなる粉末を用いることができる。「Ｆｅ−Ｃｏ系合金」とは、Ｆｅを主成分として含有すると共に、Ｃｏを合金成分として含有するものを意味する。「Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃ系合金」、「Ｆｅ−Ｎｉ系合金」及び「Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金」も同様である。
【００５１】
本実施形態では、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる金属パウダー７としてマルエージング鋼の粉末が用いられる。代表的なマルエージング鋼は、１７質量％以上１９質量％以下のニッケルと、８．５質量％以上９．５質量％以下のコバルトと、４．５質量％以上５．２質量％以下のモリブデンと、０．６質量％以上０．８質量％以下のチタンと、０．０５質量％以上０．１５質量％以下のアルミニウムと、０．０５質量％以下のクロムと、０．５質量％以下の銅と、０．０３質量％以下の炭素と、を含有し、残部鉄及び不純物からなるものであり、半田に対する良好なぬれ性を有する。特に、平均粒径が２０μｍであるマルエージング鋼の粉末は、表面層３０の金属積層造形に適している。またＦｅ−Ｃｏ−Ｃ系合金からなる金属パウダー７としては、例えば３質量％のコバルトと、０．６５質量％の炭素と、を含有し、残部鉄及び不純物からなるものを用いることができる。なお、金属パウダー７は、表面層３０において半田に対する良好なぬれ性を付与することができるものであればよく、これらの材料に限定されない。
【００５２】
支持用治具３Ｃの上面３１及び基体１０の先端面１０Ａ上に金属パウダー７が敷き詰められた後、スキージ７Ａをパウダーベッド部３Ｄ側にスライドさせることにより、金属パウダー７の層の上面が平らに均される。これにより、図１に示すように、支持用治具３Ｃ及び基体１０上に均一な厚みを有する金属パウダー７の層が形成され、基体１０の先端面１０Ａ全体が金属パウダー７により覆われた状態となる。
【００５３】
次に、基体１０の先端面１０Ａを被覆する表面層３０を造形する造形ステップＳ４０が行われる。このステップＳ４０では、レーザ発振器２２で発生させたレーザ光８Ａを偏向レンズ２３によって走査することにより、図４に示すように基体１０の先端面１０Ａを覆う金属パウダー７に対してレーザ光８Ａを照射する。これにより、レーザ光８Ａの照射時の運動エネルギーが熱エネルギーに変換され、当該熱エネルギーによって金属パウダー７が溶融する。そして、溶融した金属パウダー７が凝固することにより、図５に示すように先端面１０Ａを被覆する表面層３０が造形される。即ち、レーザ光を熱源として金属パウダー７を溶融させ、溶融した金属パウダー７を凝固させることにより、表面層３０が造形される。
【００５４】
このステップＳ４０では、基体１０の先端面１０Ａ全体に亘ってレーザ光８Ａを走査することにより、当該先端面１０Ａ全体を被覆する表面層３０が造形される。またこの造形処理は、真空チャンバー２内をアルゴン若しくは窒素ガスなどの不活性ガス及び水素ガスなどの還元ガスを含む雰囲気下にした状態で行われる。
【００５５】
その後、表面層３０の厚みが所望の値に達するまで、上記供給ステップＳ３０及び造形ステップＳ４０を繰り返す。具体的には、表面層３０の厚みが所望の値に未到達である場合には（Ｓ５０：ＮＯ）、造形テーブル３を一段下降させた後、図６に示すように支持用治具３Ｃの上面３１及び表面層３０の上面３０Ａを覆うように金属パウダー７を再度敷き詰める。そして、図６に示すように、表面層３０の上面３０Ａを覆う金属パウダー７に対してレーザ光８Ａを照射することにより表面層３０を順次積層する。表面層３０の厚みは、５０μｍ以上１ｍｍ以下の範囲内に設定することが可能であり、例えば２００μｍに設定することができる。
【００５６】
そして、表面層３０の厚みが所望の値に達すると（Ｓ５０：ＹＥＳ）、続いて取出ステップＳ６０が行われる。このステップＳ６０では、レーザ光８Ａの照射などを停止した後、真空チャンバー２の前面扉を開き、上記金属積層造形によって表面層３０が先端面１０Ａを被覆するように造形された半田ゴテ用コテ先４０（図６）がチャンバー外に取り出される。
【００５７】
ここで、通常の金属積層造形では、造形中においてテーブル本体３Ａ上に配置される板状のサポート材により造形物が支持され、完成した造形物を当該サポート材と共に真空チャンバー２から取り出した後、この造形物をサポート材から取り外すステップをさらに行う必要がある。これに対して、本実施形態では、表面層３０の造形中において、基体１０が当該表面層３０（造形物）を支持するためのサポート材として利用されている。そして、上述の通り基体１０と表面層３０とが一体となった半田ゴテ用コテ先４０（図６）が完成品として取り出されるため、上記取出ステップＳ６０の後に表面層３０（造形物）を基体１０（サポート材）から取り外すステップを行う必要がない。
【００５８】
通常の金属積層造形では、完成した造形物をサポート材から取り外す作業の煩雑さが問題となるのに対して、本実施形態ではこの作業を行う必要がなく、製造効率の面で好ましい。以上のようにして半田ゴテ用コテ先４０が製造され、本実施形態に係る加熱工具の先端部材の製造方法が完了する。
【００５９】
［加熱工具の先端部材］
本実施形態に係る加熱工具の先端部材である半田ゴテ用コテ先４０は、上記本実施形態に係る加熱工具の先端部材の製造方法により製造されるものであり、基体１０と、表面層３０と、を備えている。基体１０は、溶融した半田に接触する先端面１０Ａを有する。表面層３０は、先端面１０Ａを被覆する。
【００６０】
表面層３０は、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金及びＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる群より選択される少なくとも一種の材料からなっており、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなっている。特に、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃ系合金及びＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる表面層３０は、メッキ法では形成が困難であるが、上記金属積層造形法を用いることにより容易に形成することができる。これにより、半田に対する良好なぬれ性を得ることができる。
【００６１】
また表面層３０は、上記金属積層造形法により形成されるため、９９％以上の密度を有している。上述のように、レーザ光８Ａの照射により溶融させた金属パウダー７を凝固させて表面層３０を造形することにより、ＭＩＭ法などに比べて高い密度を達成することができる。これにより、基体１０の耐侵食性を高めることができる。
【００６２】
［実施形態１の特徴及び作用効果］
以上のように、本実施形態に係る加熱工具の先端部材の製造方法は、溶融した半田（接合材料）に接触する先端面１０Ａを有する基体１０と、先端面１０Ａを被覆する表面層３０と、を備えた半田ゴテ用コテ先４０（加熱工具の先端部材）を製造するための方法である。この方法は、レーザ光８Ａを熱源として金属パウダー７（金属材料）を溶融させ、溶融した金属パウダー７を凝固させることにより、表面層３０を造形する造形ステップＳ４０を備える。
【００６３】
上記製造方法は、基体１０を造形テーブル３上に設置する設置ステップＳ２０と、先端面１０Ａが金属パウダー７により覆われるように、造形テーブル３に金属パウダー７を供給する供給ステップＳ３０と、を備えている。先端面１０Ａは、平面状である。造形ステップＳ４０では、先端面１０Ａを覆う金属パウダー７にレーザ光８Ａを照射することにより、先端面１０Ａを被覆する表面層３０を造形する。造形ステップＳ４０では、造形物である表面層３０を支持するためのサポート材として基体１０が用いられる。
【００６４】
上記製造方法によれば、メッキにより表面層を形成する場合に比べて、表面層の形成に要する時間をより短縮することが可能になり、製造効率をより向上させることができる。またレーザ光８Ａの出力や金属パウダー７の粒径サイズなどを調整することにより、ＭＩＭ法の場合に比べてより薄い表面層３０を形成することも可能である。しかも、この方法により形成される表面層３０は、ＭＩＭ法により形成される表面層に比べて高密度である（密度９９％以上）。また基体１０の先端面１０Ａ上に表面層３０を直接造形することにより、基体１０と表面層３０との間の高い密着性を確保することもできる。
【００６５】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る加熱工具の先端部材の製造方法について、図８及び図９を参照して説明する。実施形態２に係る加熱工具の先端部材の製造方法においては、曲面状の先端面６０Ａを有する基体６０が準備され、この先端面６０Ａに対して第１金属パウダー４２の供給とレーザ光４４Ａの照射を同時に行うことにより、先端面６０Ａを被覆する表面層６２が造形される。以下、図９に示すフローチャートに沿って上記実施形態１と異なる点についてのみ詳細に説明する。
【００６６】
まず、準備ステップＳ７０では、図８に示す基体６０が準備される。この基体６０は、図８に示すように、基端６０ＡＢから先端６０ＡＡに向かって軸方向に延びる形状を有しており、当該先端６０ＡＡ側が円錐形状となっている。また基体６０において、円錐形状の頂点付近の円錐面が曲面状の先端面６０Ａとなっている。基体６０は、上記実施形態１と同様に、銅又は銅合金などの良好な熱伝導性を有する材料からなると共に、基体６０の内部への半田の侵食や銅の酸化を防止するための表面保護層１２（図７）が表面全体に形成されている。
【００６７】
次に、設置ステップＳ８０では、上記ステップＳ７０で準備された基体６０の基端６０ＡＢ側に駆動装置６１が接続される。この駆動装置６１は、例えばモータなどの回転機構やスライド機構を有している。これにより、図８中矢印に示すように、基体６０を軸周りに回転させつつ軸方向に移動させることができる。
【００６８】
次に、造形ステップＳ９０では、まず、レーザノズル４１を基体６０の先端６０ＡＡ付近に位置させる。レーザノズル４１は、レーザ光源４４、金属パウダー供給源４５及びガス供給源４６に各々接続されている。そして、レーザノズル４１は、レーザ光源４４で発生させたレーザ光４４Ａをノズル先端４１Ａから放出すると共に、金属パウダー供給源４５から供給された第１金属パウダー４２及びガス供給源４６から供給されたシールドガス４３をノズル先端４１Ａから噴出する。このシールドガス４３は、金属材料の酸化を防止する目的で用いられる。また図８に示すように、レーザ光４４Ａはレーザノズル４１の軸中心付近を通過し、その周囲を第１金属パウダー４２が通過し、さらにその周囲をシールドガス４３が通過する。
【００６９】
造形ステップＳ９０では、駆動装置６１を駆動させることにより基体６０を軸周りに回転させた状態で、曲面状の先端面６０Ａにレーザ光４４Ａを照射すると共に第１金属パウダー４２を供給する。これにより、レーザ光４４Ａの照射によって先端面６０Ａが加熱され、加熱された先端面６０Ａに第１金属パウダー４２が供給されることにより、当該第１金属パウダー４２が溶融する。そして、溶融した第１金属パウダー４２が先端面６０Ａ上で凝固することにより、曲面状の先端面６０Ａ全体を被覆する表面層６２が造形される。即ち、本実施形態では、レーザ光４４Ａを熱源として第１金属パウダー４２（金属材料）を溶融させ、溶融した第１金属パウダー４２を凝固させることにより表面層６２が造形される。また駆動装置６１によって基体６０を軸方向に移動させつつ上記造形処理を行うことにより、図８に示すように先端から軸方向に一定の幅を有する表面層６２を造形することができる。
【００７０】
以上のように、実施形態２に係る加熱工具の先端部材の製造方法では、基体６０の先端面６０Ａにレーザ光４４Ａを照射すると共に第１金属パウダー４２を供給するレーザーメタルデポジション式の金属積層造形が行われる。これにより、上記実施形態１の場合と異なり、金属パウダーによって覆われにくい曲面状の先端面６０Ａにおいても表面層６２を容易に造形することができる。
【００７１】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係る加熱工具の先端部材の製造方法について、図１０及び図１１を参照して説明する。実施形態３に係る加熱工具の先端部材の製造方法は、基本的に上記実施形態２と同様に実施されるが、表面層６２を造形した後、表面層６２よりも半田に対するぬれ性が極めて低い又は半田に対するぬれ性が無い保護層６３をさらに造形する点で異なっている。以下、図１１に示すフローチャートに沿って上記実施形態２と異なる点についてのみ詳細に説明する。
【００７２】
まず、準備ステップＳ１００では、上記実施形態２と同様に、曲面状の先端面６０Ａを有すると共に、先端６０ＡＡ側が円錐形状となった先細り状の基体６０を準備する（図１０）。ここで、実施形態３では、基体６０の内部への半田の侵食や銅の酸化を防止するための表面保護層１２（図７）が表面に形成されていない基体６０を準備する。
【００７３】
その後、上記実施形態２と同様に、基体６０を駆動装置６１に接続し（設置ステップＳ１１０）、先端面６０Ａに対してレーザ光４４Ａの照射と第１金属パウダー４２の供給を同時に行うことにより、先端面６０Ａを被覆する表面層６２を造形する（造形ステップＳ１２０）。
【００７４】
この造形ステップＳ１２０では、表面層６２を造形した後、以下のようにして保護層６３をさらに造形する。具体的には、図１０に示すように、駆動装置６１を駆動させることにより基体６０を軸周りに回転させつつ軸方向に移動させた状態で、基体６０における表面層６２よりも基端６０ＡＢ側の部位にレーザ光４４Ａを照射すると共に第２金属パウダー４５（第１金属パウダー４２と異なる金属パウダー）を供給する。これにより、レーザ光４４Ａの照射によって基体６０が加熱され、加熱された基体６０に第２金属パウダー４５が供給されることにより、当該第２金属パウダー４５が溶融する。そして、溶融した第２金属パウダー４５が凝固することにより、表面層６２よりも基端６０ＡＢ側の円錐面上に保護層６３が造形される。
【００７５】
保護層６３は、溶融した半田がコテ先の先端から基端側へ上がるのを防止するための層であり、表面層６２よりも半田に対するぬれ性が極めて低くなっている（又は半田に対するぬれ性が無いものとなっている）。具体的には、保護層６３は、ステンレス、チタン、クロム及びアルミニウム並びにこれらの酸化物からなる群より選択される少なくとも一種の材料からなる。保護層６３は、上記群より選択される一種の材料からなっていてもよいし、上記群から選択される複数種の材料からなっていてもよい。
【００７６】
以上のように、本実施形態に係る加熱工具の先端部材の製造方法では、基体６０の先端面６０Ａを被覆する表面層６２に加えて、保護層６３をさらに造形する。これにより、基体６０の先端６０ＡＡから基端６０ＡＢへ半田が流れるのを防止可能な半田ゴテ用コテ先を製造することができる。また上記実施形態１，２と異なり、基体６０の表面に表面保護層１２（図７）を予め形成する工程を省略することもできる。
【００７７】
（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４に係る加熱工具の先端部材の製造方法について、図１２及び図１３を参照して説明する。実施形態４に係る加熱工具の先端部材の製造方法では、基体１０と、金属積層造形により造形した表面層３０と、を各々別体として準備し、その後、基体１０と表面層３０とを互いに接合することにより、半田ゴテ用コテ先が製造される。以下、図１３に示すフローチャートに沿って本実施形態に係る加熱工具の先端部材の製造方法を順に説明する。
【００７８】
まず、準備ステップＳ１４０では、上記実施形態１と同様に、図７に示す基体１０が準備される。
【００７９】
次に、造形ステップＳ１５０では、金属積層造形によって表面層３０を造形することにより、当該表面層３０が基体１０とは別体として準備される。具体的には、図１に示すパウダーベッド式の金属積層造形装置１において、基体１０を支持するための支持用治具３Ｃをテーブル本体３Ａから取り外す。そして、造形対象である表面層３０の三次元形状のデータをコントロールユニット９に入力する。その後、テーブル面３ＡＡ上への金属パウダー７の敷き詰め、照射部８からのレーザ光８Ａの照射、造形テーブル３の下降を繰り返す。これにより、金属パウダー７が溶融凝固した金属層が順に積層され、入力データに合った形状の表面層３０を造形することができる。表面層３０は、基体１０の先端を覆うキャップ形状を有している。
【００８０】
次に、図１２に示す接合装置１００を用いて、上記ステップＳ１５０で造形したキャップ状の表面層３０を基体１０の先端面１０Ａに接合する接合ステップＳ１６０が行われる。まず、この接合装置１００の構成について、図１２を参照して説明する。
【００８１】
接合装置１００は、ＡｒやＮ２などの不活性ガス及びＨ２などの還元ガスを含む雰囲気下において基体１０と表面層３０とを互いに接合させるための装置である。図１２に示すように、接合装置１００は、加熱用コイル１０１と、筒体１０２と、ガス通路形成ブロック１０３と、接合用ブロック１０５と、を主に備えている。
【００８２】
筒体１０２は、基体１０と表面層３０との接合を行うための空間１０２Ａを内部に有しており、一方の開口端がガス通路形成ブロック１０３により塞がれている。ガス通路形成ブロック１０３は、ＡｒやＮ２などの不活性ガス及びＨ２などの還元ガスが通過するガス通路１０３Ａが内部に形成された部材であり、当該ガス通路１０３Ａは空間１０２Ａと連通している。このため、図１２中矢印に示すように、ＡｒやＮ２などの不活性ガス及びＨ２などの還元ガスを、ガス通路１０３Ａを介して空間１０２Ａ内に流入させることができる。
【００８３】
接合用ブロック１０５は、基体１０の先端を押し付けるための部材であり、図１２に示すように上面が基体１０の先端形状に沿って切り込まれている。加熱用コイル１０１は、誘導加熱により基体１０及び表面層３０を加熱するものであり、筒体１０２の外周部に巻回されている。図１２に示すように、加熱用コイル１０１は、接合用ブロック１０５と略同じ高さ位置になるように配置されている。
【００８４】
接合ステップＳ１６０では、まず、ガス通路１０３Ａを介して空間１０２Ａ内にＡｒやＮ２などの不活性ガス及びＨ２などの還元ガスを流入させることにより、空間１０２Ａ内が還元雰囲気とされる。次に、図１２に示すように、接合用ブロック１０５の切込傾斜面１０５Ａに沿って表面層３０を配置し、当該表面層３０の内面に対して先端面１０Ａが密着するように基体１０を表面層３０のキャップ内に挿入する。
【００８５】
次に、加熱用コイル１０１を用いて誘導加熱することにより、基体１０及び表面層３０を拡散接合が可能な温度にまで昇温させる。そして、図１２に示すように、基体１０を下方に押し付けて加圧することにより、基体１０の先端面１０Ａと表面層３０との接合面において原子の拡散が起こり、先端面１０Ａに表面層３０が接合される。
【００８６】
以上のように、本実施形態に係る加熱工具の先端部材の製造方法では、基体１０の先端面１０Ａに表面層３０を接触させた状態で、基体１０及び表面層３０を加熱しつつ互いに密着する方向に加圧することにより、先端面１０Ａに表面層３０を接合する。これにより、基体１０と表面層３０との間における高い密着性を確保することが可能になる。なお、上記接合方法は、金属積層造形法により形成した表面層（キャップ）３０だけでなく、プレス法やＭＩＭ法により形成した表面層を用いて実施することも可能である。しかし、プレス法やＭＩＭ法では表面層を形成するための金型が必要であるのに対して、本実施形態による金属積層造形法では金型が不要である。このため、本実施形態によれば、プレス法やＭＩＭ法を用いる場合に比べて、多様な形状を有する表面層の形成への対応が容易になる。
【００８７】
（実施形態５）
次に、本発明の実施形態５に係る加熱工具の先端部材の製造方法について、図１４〜図１７を参照して説明する。実施形態５に係る加熱工具の先端部材の製造方法では、上記実施形態２，３で説明したようなレーザノズルを用いたデポジション式の金属積層造形により、表面層１１２だけでなく基体１１３及び表面層１１２を共に造形することにより、１つの工程で半田ゴテ用コテ先を製造する。
【００８８】
実施形態５の造形ステップでは、まず、基体１１３を造形するステップが行われる。このステップでは、図１４に示すように、レーザノズル４１ＡＡ（第１ノズル）を横方向に移動させつつ、当該レーザノズル４１ＡＡからレーザ光４４Ａを照射すると共に、第１金属材４９（銅粉）及びシールドガス４３を噴出する。第１金属材４９はレーザ光４４Ａの熱エネルギーにより溶融し、溶融した第１金属材４９が凝固する。これにより、図１４に示すように、銅基体部１１０が積層造形される。
【００８９】
また図１４に示すように、銅基体部１１０の表面にクロム基体部１１１が同様に積層造形される。具体的には、クロム基体部１１１の造形位置においてレーザノズル４１ＡＡを退避させると共に、他のレーザノズル４１ＡＢを当該造形位置に移動させる。そして、このレーザノズル４１ＡＢからレーザ光を照射すると共にクロム粉を噴出する。これにより、噴出されたクロム粉がレーザ光の熱エネルギーにより溶融し、溶融したクロム粉が凝固することにより、銅基体部１１０の表面を覆うようにクロム基体部１１１が造形される。
【００９０】
そして、図１４〜図１７に示すように、銅基体部１１０及びクロム基体部１１１を軸方向に積層する。これにより、先端面１１３Ａを有すると共に、銅基体部１１０及びクロム基体部１１１により構成される基体１１３が造形される。図１７に示すように、基体１１３の基端側には、ヒータを挿入するための中空部１１３Ｂが形成される。
【００９１】
次に、表面層１１２を基体１１３の先端面１１３Ａ上に造形するステップが行われる。このステップでは、まず、基体１１３の積層造形に用いられたものと異なるレーザノズル４１ＡＣ（第２ノズル）を造形位置に移動させる。そして、基体１１３の先端面１１３Ａ付近において、レーザノズル４１ＡＣからレーザ光４４Ａを照射すると共に第１金属材４９よりも半田に対するぬれ性が高い第２金属材４９Ａ（Ｆｅ粉、Ｆｅ−Ｃｏ系合金粉、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃ系合金粉、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金粉など）を供給する。そして、レーザ光４４Ａの熱エネルギーにより第２金属材４９Ａを溶融させ、溶融した第２金属材４９Ａを凝固させる。これにより、図１７に示すように、基体１１３の先端面１１３Ａを被覆する表面層１１２が造形される。
【００９２】
以上のように、本実施形態に係る加熱工具の先端部材の製造方法では、造形ステップにおいて、異種金属材料からなる金属材（第１金属材４９、第２金属材４９Ａ）を異なる位置で噴出しつつレーザ光４４Ａの照射によってこれを溶融凝固させることにより、基体１１３及び表面層１１２を共に造形することができる。このため、コテ先全体（基体１１３及び表面層１１２）を１つの工程で作製することができ、製造時間を大幅に短縮することが可能になる。
【００９３】
（実施形態６）
次に、本発明の実施形態６に係る加熱工具の先端部材の製造方法について、図１８を参照して説明する。実施形態６に係る加熱工具の先端部材の製造方法では、上記実施形態１で説明したようなパウダーベッド式の金属積層造形法で複数の金属材料を組み合わせて銅製のベース部材１２２上に積層することにより、一つの工程によって大量に異なる種類の半田ゴテ用コテ先を製造することができる。
【００９４】
図１８に示すように、まず、テーブル面３ＡＡ上に複数のベース部材１２２が並べられる。ベース部材１２２は、銅製のものであり、ヒータが挿入される中空部１２２Ａが設けられている。また複数のベース部材１２２は、各々同じ形状を有していてもよい。図１８に示すように、ベース部材１２２は、中空部１２２Ａの開口がテーブル面３ＡＡ側に向くように、テーブル面３ＡＡに対して略垂直に起立した姿勢で並べられる。なお、ベース部材１２２としては、表面処理が施されていない銅製のものが用いられてもよいし、例えばＮｉ層（厚さ５μｍ）などが表面に形成されたものが用いられてもよい。
【００９５】
次に、ベース部材１２２上へ金属パウダーを敷き詰め、当該金属パウダーをレーザ光の照射により溶融凝固させ、その後造形テーブル３を下降させる、というプロセスを繰り返す。これにより、金属パウダーが溶融凝固した複数の造形層１３０（１３０Ａ、１３０Ｂ・・・１３０Ｅ）がベース部材１２２の上面１２２Ｂにおいて順に積層される。
【００９６】
具体的には、造形層１３０Ａ〜１３０Ｄの形成においては、まず銅粉を敷き詰めてレーザ光を照射することにより銅造形部１３１を形成し、その後、ＳＵＳ粉を敷き詰めてレーザ光を照射することによりＳＵＳ造形部１３２を形成することにより、一層の造形層１３０を形成する。また造形層１３０Ｅの形成においては、まず、銅粉を敷き詰めてレーザ光を照射することにより銅造形部１３１を形成し、その後、鉄粉（又は鉄合金粉）を敷き詰めてレーザ光を照射することにより、鉄造形部１３３を形成する。鉄造形部１３３の形成用の鉄合金粉としては、例えば３質量％のコバルトと、０．６質量％の炭素と、を含有し、残部鉄及び不純物からなるものを用いることができる。
【００９７】
これにより、基体１２０（ベース部材１２２、銅造形部１３１、ＳＵＳ造形部１３２）と、基体１２０の先端面を被覆する表面層１２１（鉄造形部１３３）と、を備えた半田ゴテ用コテ先を製造することができる。この方法によれば、一つの工程によって大量の半田ゴテ用コテ先を短時間で製造することができるため、製造効率を大幅に向上させることが可能になる。しかも、図１８に示すように、先端形状が互いに異なる異種の半田ゴテ用コテ先（図１８左側は先端が曲面状であり、図１８右側は先端が平面状である）を一つの工程によって製造することができる。
【００９８】
（その他実施形態）
最後に、本発明のその他実施形態について説明する。
【００９９】
上記実施形態１では、レーザ光８Ａを金属パウダー７に照射する場合について説明したがこれに限定されず、電子ビームを金属パウダー７に照射してもよい。また基体１０と電極との間で発生させたアーク放電を熱源として金属パウダー７を溶融させることにより、表面層３０を造形してもよい。
【０１００】
上記実施形態１では、図７に示す形状を有する基体１０を用いる場合について説明したが、図１９及び図２０に示すように、図７の基体１０と同様に平面状の先端面９０Ａ，９１Ａを有する他の種類の基体９０，９１を用いることも可能である。図１９に示すようにワークに対して線接触、面接触及び点接触させることが可能なナイフ型の基体９０が用いられてもよいし、図２０に示すようにワークに対して線接触及び面接触が可能なマイナスドライバー型の基体９１が用いられてもよい。
【０１０１】
また表面層３０としては、図２１〜図２３に示す形状のものを造形することもできる。図２１に示すＶ字状の溝３０ＡＡを有する表面層３０では、半田付けの際にリード線Ｌとの接触面積が大きくなり、熱伝導性をより向上させることができる。図２２に示す窪み３０ＡＢを有する表面層３０では、窪み３０ＡＢの部分に半田３０ＡＣを貯めることができる。また図２３に示す門型の窪み３０ＡＤを有する表面層３０では、半田付け時においてチップ部品Ｃの除去などの作業を容易に行うことができる。このように、溝や窪みを有する形状など、機械加工では作製が困難な複雑な形状を有する表面層３０を容易に造形することができるため、様々な半田付けの用途に適したコテ先の先端構造を得ることができる。このような表面層３０の形状のバリエーションは、上記実施形態１〜６のいずれにおいても実現可能である。
【０１０２】
本発明は、上記実施形態１〜６で説明したような半田ゴテ用コテ先４０を製造する方法に限定されず、他の加熱工具の先端部材として、半田の吸取器用ノズルを製造する方法に適用することもできる。この場合、図１に示す金属積層造形装置１において、半田ゴテ用コテ先の基体１０に代えて吸取器用ノズルの基体９２（図２４）を造形テーブル３上に設置する。そして、基体９２の先端面９２Ａを覆うように金属パウダー７を供給し、当該金属パウダー７にレーザ光８Ａを照射する。これにより、上記実施形態１で説明した半田ゴテ用コテ先４０の場合と同様に、基体９２の先端面９２Ａを被覆する表面層を金属積層造形によって形成することができる。また上記実施形態２〜６で説明した方法も、同様に吸取器用ノズルの製造に適用することができる。
【０１０３】
上記実施形態４では、拡散接合により基体１０と表面層３０とを接合する場合について説明したがこれに限定されず、ロウ付接合などの他の接合方法により基体１０と表面層３０とを接合してもよい。具体的には、ＴｉロウやＡｌ−Ｓｉロウを用いて基体１０と表面層３０とを接合することも可能である。但し、銀ロウなどの半田にぬれるロウ材は、半田ゴテの使用中に半田によって侵食されて表面層３０が脱落してしまうため、好ましくない。
【０１０４】
また上記実施形態４では、図７に示す形状の基体１０を用いる場合について説明したが、他の形状の基体を用いることも可能である。例えば、図１９及び図２０に示す形状の基体９０，９１が用いられる場合には、これらの先端部を挿入可能な挿入部９０ＢＢ，９１ＢＢを有するキャップ状の表面層９０Ｂ，９１Ｂ（図２５、図２６）が金属積層造形により作製される。また図８に示すように、先端６０ＡＡ側が円錐形状である基体６０が用いられる場合には、当該円錐形状の先端部を挿入可能な挿入部６０ＣＣを有するキャップ状の表面層６０Ｃが金属積層造形により作製される（図２７）。
【０１０５】
またプラズマ粉体肉盛溶接法（ＰＴＡ；Ｐｌａｓｍａ  Ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ  Ａｒｃ）により表面層が造形されてもよい。この方法では、基体１０と、基体１０上に配置された電極との間でアーク放電を発生させ、プラズマ発生用ガスを供給することにより、基体１０と電極との間にプラズマアークを発生させる。そして、プラズマアーク中に金属パウダー（金属材料）を供給し、当該金属パウダーを溶融させつつ基体１０の先端面１０Ａ上へ移行させることにより、肉盛金属からなる表面層３０を形成することができる。この方法では、基体１０と電極との間で発生させたアーク放電が、金属パウダーを溶融凝固させるための熱源となる。
【０１０６】
またレーザークラッディングにより表面層３０が形成されてもよい。この方法では、肉盛用の金属材料として金属パウダー又は金属ワイヤーを使用し、レーザ光の照射により加熱された基体１０の先端面１０Ａに金属パウダー又は金属ワイヤーを供給することにより、表面層３０を形成することができる。
【０１０７】
またレーザ光や電子ビーム方式の金属積層造形だけでなく、アーク溶接方式の金属積層造形により表面層３０が形成されてもよい。アーク溶接の方式としては、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  Ｉｎｅｒｔ  Ｇａｓ）溶接が用いられてもよい。
【実施例】
【０１０８】
半田ゴテ用コテ先の基体１０の先端面１０Ａを覆う表面層３０を金属積層造形法により造形する実験を以下の通り行った。
【０１０９】
金属積層造形装置として、図１に示すものを用いた（ＥＯＳ社製のＥＯＳＩＮＴ  Ｍ２８０）。半田ゴテ用コテ先の基体としては、図７に示す形状を有する銅製のものであって、表面にＦｅ層（厚さ２０μｍ）及びアルミ拡散層を形成したものを用いた。金属パウダーとしては、平均粒径が２０μｍであり、上記実施形態で説明した代表的な成分組成を有するマルエージング鋼の粉末を用いた。
【０１１０】
２００Ｗのファイバーレーザを熱源として用い、ビーム径をφ０．１ｍｍとした。チャンバー内は、窒素雰囲気とし、酸素濃度を０．５％以下とした。厚さ４０μｍの層を５層積層することにより、厚さ２００μｍの表面層の造形を試みた。
【０１１１】
図２８は、表面層３０を基体１０の先端面１０Ａ上に造形した半田ゴテ用コテ先の外観を示す写真である（倍率：４０倍）。図２９は、表面層３０の部分の拡大写真である（倍率：１２０倍）。このように、金属積層造形法により先端面１０Ａを覆う表面層３０を造形することができた。
【０１１２】
図３０は、表面層３０を造形した基体１０の先端部を断面観察した写真である。図３１は、図３０における表面層３０と基体１０との界面部分の拡大写真である。図３２は、参考例としてＦｅめっきにより形成した表面層の断面観察写真である。
【０１１３】
図３１から分かるように、基体１０と表面層３０との間に隙間が生じておらず、基体１０と表面層３０との間の高い密着性が確保されていることが分かった。また図３１及び図３２の対比から明らかなように、金属積層造形法により形成した表面層３０（図３１）では、Ｆｅめっきにより形成した表面層３００（図３２）と同様に空隙が殆ど見られず、高い密度が達成されていることが分かった。
【０１１４】
また１５個の基体１０に対して４０μｍの造形層を５層積層するのに要する時間は２分３２秒であった。よって、表面層の形成に数時間要するメッキ法に比べて、大幅に時間が短縮されることが分かった。以上の結果より、金属積層造形法を用いることによって、高密度で且つ基体に対する高い密着性を有する表面層を短時間で造形することにより、高品質な半田ゴテ用コテ先を大量生産できる可能性が示唆された。
【０１１５】
今回開示された実施形態及び実施例は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１６】
１  金属積層造形装置
２  真空チャンバー
３  造形テーブル
５，６  金属パウダー供給部
７  金属パウダー（金属材料）
８  照射部
８Ａ，４４Ａ  レーザ光
９  コントロールユニット
１０  基体
１０Ａ  先端面
３０  表面層
４０  半田ゴテ用コテ先（加熱工具の先端部材）
４１  レーザノズル
４１ＡＡ  第１ノズル
４１ＡＣ  第２ノズル
４２  第１金属パウダー
４３  シールドガス
４５  第２金属パウダー
４９  第１金属材
４９Ａ  第２金属材
６３  保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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