(57)【要約】脱着可能なチップ(20)を抜き取り可能に設けたはんだごて(10)であって、軸体(30)と、軸体(30)の上に配置されたフェライト製ボビン(32)と、フェライト製ボビン(32)に巻き付けられた磁気巻線(36)と、加熱要素(23)を備えた脱着可能なチップ(20)とを備え、加熱要素(23)を設けた脱着可能なチップ(20)がはんだごて(10)にセットされるときに磁気巻線(36)の周りに加熱要素が挿入できるように寸法が決定される。
2007510548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだごてと、加熱要素をその上に配置した脱着可能なチップとを備え、脱着可能なチップを有するはんだごてであって、
軸体と、
前記軸体に配置されるフェライト製ボビンと、
前記フェライト製ボビンに巻き付けられる磁気巻線とを備え、
前記加熱要素は、前記チップがはんだごてにセットされたときに、前記加熱要素が前記磁気巻線の周囲に受け取られるようにその寸法が決定されることを特徴とする脱着可能なチップを有するはんだごて。
【請求項２】
前記加熱要素は、内側の加熱合金層と、外側の銅層と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の脱着可能なチップを有するはんだごて。
【請求項３】
前記フェライト製ボビンおよび前記磁気巻線を覆うように前記軸体から伸びる軸体スリーブを、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の脱着可能なチップを有するはんだごて。
【請求項４】
前記チップから前記加熱要素を覆うように伸びるチップスリーブを、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の脱着可能なチップを有するはんだごて。
【請求項５】
前記チップスリーブは、ステンレス製であることを特徴とする請求項４に記載の脱着可能なチップを有するはんだごて。
【請求項６】
前記フェライト製ボビンおよび前記磁気巻線を覆うように前記軸体から伸びる軸体スリーブと、
前記チップから前記加熱要素を覆うように伸びるチップスリーブとを、さらに備え、
前記チップスリーブは前記軸体スリーブを覆うようにその寸法が決定されることを特徴とする請求項１に記載の脱着可能なチップを有するはんだごて。
【請求項７】
前記フェライト製ボビンの温度をキュリー温度以下に維持するために前記フェライト製ボビンに隣接して銅製の放熱部材を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の脱着可能なチップを有するはんだごて。
【請求項８】
前記チップの本体の直径寸法は0.25インチ未満であることを特徴とする請求項１に記載の脱着可能なチップを有するはんだごて。
【請求項９】
前記磁気巻線に接続される電源を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の脱着可能なチップを有するはんだごて。
【請求項１０】
前記電源は、500KHz未満の周波数で動作されることを特徴とする請求項９に記載の脱着可能なチップを有するはんだごて。
【請求項１１】
本体と、
前記本体から拡張される加熱要素とを備えるはんだごてのための脱着可能なチップであって、
前記加熱要素は、脱着可能なチップがはんだごてに配置されたときに、はんだごての軸体上のフェライト製ボビンに巻きつけられた磁気巻線の周囲に受け入れ可能にその寸法が決定されることを特徴とする脱着可能なチップ。
【請求項１２】
前記加熱要素は、内側の加熱合金層と、外側の銅層と、を備えることを特徴とする請求項１１に記載の脱着可能なチップ。
【請求項１３】
前記本体から伸びる本体スリーブを備え、前記本体スリーブは前記チップが前記はんだごてに配置されたときに、前記はんだごての軸体の周囲に受け入れ可能にその寸法が決定されることを特徴とする請求項１１に記載の脱着可能なチップ。
【請求項１４】
前記本体スリーブはステンレス鋼製であることを特徴とする請求項１３に記載の脱着可能なチップ。
【請求項１５】
脱着可能なチップをその上に取り付けたはんだごて組立体であって、前記はんだごて組立体は、
軸体と、
前記軸体に配置されるフェライト製ボビンと、
前記フェライト製ボビンに巻き付けられる磁気巻線とを備え、
前記フェライト製ボビンおよび前記磁気巻線は、脱着可能なチップがはんだごてに配置されたときに、前記チップに配置された加熱要素の内部に受け取られるようにそれらの寸法が決定されることを特徴とする脱着可能なチップを有するはんだごて。
【請求項１６】
前記軸体が、前記フェライト製ボビンおよび前記磁気巻線を覆うように前記軸体から伸びる軸体スリーブを、さらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の脱着可能なチップを有するはんだごて組立体。
【請求項１７】
前記フェライト製ボビンの温度をキュリー温度以下に維持するために前記フェライト製ボビンに隣接して銅製の放熱部材を、さらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の脱着可能なチップを有するはんだごて組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだごてに関する。
【背景技術】
【０００２】
「発明の背景」
従来より、デラウエア  キャピタル  フォーメーション社（Delaware Capital Formation, Inc.)の子会社であるメトカル社（Metcal, Inc.）から、合金加熱要素が磁気ソレノイド巻きコイルの中に配置された温度自己制御式はんだごてシステムが開発されている。この構造は「電磁結合（solenoidal  coupling)」として知られている。このような設計の利点として磁力的に非常に効率的となることが挙げられる。このような電磁結合システムに関する事例は、米国特許第4,745,264号および第4,839,501号に開示されており、これらの特許はいずれも上記のデラウエア  キャピタル  フォーメーション社から提案されている。
【０００３】
しかしながら、電磁結合による設計は磁力的には非常に効率的であるが、熱的には残念ながらさほど効率的ではない。これは、その周囲に磁気ソレノイド巻きコイルを受け入れるように構成された加熱要素の比較的小さい直径(つまり、その小さい横断面の領域)であることに原因がある。このような小さい直径の加熱要素によれば、その小さい横断面の領域(そこでは熱が軸方向に伝導される)のために、比較的に高い熱抵抗(すなわち、低熱効率)が発生する。
【０００４】
このような低熱効率は、はんだごてが温度「自己制御」式である場合において特に顕著となる。これは、温度自己制御式の加熱要素は、内側の銅コアと(熱源として機能するが、銅がキュリー温度に達すると銅コアを通して電流を通電する状態になる)、外側の合金加熱層(そこでは、熱が発生される)を通常備えるという事実に基づく。低温状態では、電流は主として加熱要素の外側の合金層を通り抜ける。内側の銅コアは主に熱伝導体として機能する。したがって、加熱要素として十分に高い総合的な熱効率を維持するためには、銅コアの厚みを十分に大きく維持すること(その結果、十分に大きい断面積とする)が望ましい。しかし、大径の銅コアを用いるとかなり大きい本体直径を有するはんだごてチップとなってしまう。一方、チップの本体の直径は小さく(はんだ付け作業の間、はんだ作業面を見ることができるように)することが望ましい。
【０００５】
したがって、上記のような電磁結合の設計による低熱効率を補う目的で、高周波電源装置が通常必要になる。この理由は、加熱要素によって発生される総熱量は、加熱合金の表面積に加熱要素を通るワット密度を掛け合わせた関数であることに基づく。加熱層は比較的に小さい直径(周囲の磁気巻線内に適合するように)を有しているので、また加熱層は比較的に小さい表面積を有している。したがって、小さい表面積を有する合金加熱層は、より高いワット密度が必要となる。この結果、より高い周波数を有する電源装置が増加されたワット密度を発生するために必要となる。しかしながら、あいにくこのような高周波電源は高価となる傾向がある。
【０００６】
上述したように、はんだごてのチップの本体の直径が小さくなればなるほど、電磁結合による設計に基づく低熱効率がより顕著となる。したがって、上述した制約に鑑みて、磁気巻線が加熱要素に巻き付けられたはんだごてチップにおいて、小さい直径のチップを備えたはんだごては熱効率を良く設計することは困難となる。このことは、温度自己制御式の加熱要素を備えた組立体の場合に特に当てはまることになる。さらに、強磁性体からなる外側のスリーブが、低い抵抗素材との間での電磁結合を最小にし、かつ熱放散を防止するためのシールド部材として必要となる。
【０００７】
上記の設計に代えて磁気巻線の周りに加熱要素を配置させるものがある。デラウエア  キャピタル  フォーメーション社の米国特許第4,877,944号にはこの代替案が提案されている。この設計の利点は、比較的に熱効率が良好なことである。この理由としては（上述した電磁結合の設計と比べると）加熱要素は比較的に大きな横断面を備えることが挙げられる。すなわち、この提案になる設計の利点は、小さい直径のはんだこてチップをはんだごてに収納できる程度に小さくすることができることである。この設計において温度自己制御式の加熱要素を使用する場合には、銅層は合金製ヒーターの周り(即ち、上述された電磁結合の設計とは正反対となる)に配置される。このため外側の銅層は、(上述された電磁結合の設計におけるより小さい銅コアと比べると)より大きな横断面領域を備えることができる。このような銅層の大きな横断面の領域は、装置全体の総合的な熱効率を増加させることができる。
【０００８】
しかしあいにく、この設計は磁力的にはあまり効率的でない。この理由は、磁場密度が磁気巻線の内側（即ち、上記の電磁結合の設計に基づき配置される加熱要素が設けられる部位）よりも、磁気巻線の外側(即ち、加熱要素が設けられる部位で）でより低くなることによる。従って、より高い周波数の電源装置が必要なワット密度を達成するために通常必要となる。
【０００９】
さらに、はんだごての別の問題として、はんだごてチップが時間経過に伴い擦り減る傾向があるので交換が必要となる点がある。取り替えが可能なはんだごてチップシステムに関する事例としてはデラウエア  キャピタル  フォーメーション社の米国特許第5,329,085号に提案されている電磁結合設計のシステムがある。このシステムでは磁気巻線は加熱要素に対して巻きつけられ、加熱要素と磁気巻線の両方が取替え可能となるチップが受け取られるようにしたカートリッジまた軸体の一部として構成されている。
【００１０】
この米国特許第5,329,085号のシステムの利点は、低周波(即ち、安値な)電源装置を使用できることである。しかしながら、あいにく加熱要素は、このような低周波電源装置を使用可能とするために厚い大きい横断面の領域を有する銅コアを収容する構成となるのでかなり直径が大きくなってしまう。さらに強磁性体の外側のスリーブが、低い抵抗素材との間での電磁結合を最小にし、かつ熱放散を防止するためのシールド部材として必要となる。
【００１１】
上記の従来技術における制約に鑑みて、低周波電源装置で動作でき小さな本体直径を有する取り替え可能なチップを備えた温度自己制御式はんだごてが望まれている。
【特許文献１】米国特許第4,745,264号明細書
【特許文献２】米国特許第4,839,501号明細書
【特許文献３】米国特許第4,877,944号明細書
【特許文献４】米国特許第5,329,085号明細書
【発明の開示】
【００１２】
「発明の概要」
本発明による脱着可能なチップ付き温度自己制御式はんだごてによれば、軸体と、軸体に配置されるフェライト製ボビンと、フェライト製ボビンに巻き付けられる磁気巻線とを含むはんだごてと、加熱要素をその上に配置した脱着可能なチップとを備え、チップがはんだごてに配置されたときに、加熱要素が磁気巻線の周囲に受け取られるようにその寸法が決定されることを特徴としている。
【００１３】
また、望ましい形態によれば、加熱要素は、内側の加熱合金層と、外側の導体層と、を備えることを特徴としている。また、望ましい形態によれば、外側の導体層は銅製であるが本発明はこの構成のみに限定されない。例えば、熱的および電気的に良導体であるあらゆる素材が使用されうる。
【００１４】
任意の構成として、さらに、フェライト製ボビンおよび磁気巻線を覆うように軸体から伸びる第１（軸体）スリーブと、チップから加熱要素を覆うように伸びる第２スリーブを備えることを特徴としている。望ましくは、第２（チップ）スリーブは第１スリーブに挿入できる直径寸法を有する。また、任意の構成として、第２スリーブはステンレス鋼製である。
【００１５】
任意の構成として、本発明は磁気巻線に接続される電源装置を備える。本発明によれば、電源装置は500KHz未満の周波数で動作される。しかしながら本発明はこの構成のみに限定されずより高い周波数の電源装置も使用されうる。このことは、将来的に高い周波数の電源装置の価格が下がる傾向の場合において当てはまる。
【００１６】
他の形態として、本発明によれば、はんだごてのための脱着可能なチップであって、本体と、本体から伸びる加熱要素とを含み、加熱要素は、脱着可能なチップがはんだごてに配置されたときに、はんだごての軸体上のフェライト製ボビンに巻きつけられた磁気巻線の周囲に受け入れ可能にその寸法が決定されることを特徴としている。
【００１７】
他の形態として、本発明によれば、脱着可能なチップをその上に設けたはんだごて組立体であって、軸体と、軸体に配置されるフェライト製ボビンと、フェライト製ボビンに巻き付けられる磁気巻線とを含み、フェライト製ボビンおよび磁気巻線は、着脱可能なチップがはんだごてに配置されたときに、チップに配置された加熱要素の内部に挿入可能となるようにそれらの寸法が決定されることを特徴としている。
【００１８】
このようにして、本発明によれば、加熱要素が脱着可能なチップ自体に設けられ、磁気巻線がはんだごての軸体に設けられ、そして磁気巻線（はんだごての軸体上に設けられた)が加熱要素（脱着可能なチップ上に設けられた）の内部に受け入れられることで、チップが簡単に脱着（及び交換）できるはんだごてシステムが提供される。
【００１９】
本発明には、以下のような多くの利点があり、これらの他にも利点がある。
【００２０】
第１に、はんだごてのチップが容易に脱着可能、かつ短時間で取替え可能である。
【００２１】
第２に、熱伝導性の銅層を内側の加熱合金層の周囲に配置する（換言すれば、磁気巻線の周りに配置する)ことで、本発明によれば導電体による大きな横断面領域が提供されることになる。この結果、本発明によれば熱効率が向上されるので低い周波数(即ち、それほど高価ではない)発電装置の使用が可能となる。
【００２２】
第３に、既存のはんだごてシステムによれば、はんだごて自体の本体内に加熱要素（ヒーター）を通常配置している。これらの従来構成によるはんだごてのヒーターとチップの間には熱抵抗があるという共通の問題点がある。これとは対照的に、本発明によれば脱着可能なチップ自体に加熱要素が配置されている。このため、チップと加熱要素の間の熱抵抗の問題は回避または実質的に減少されることになる。この結果、本発明によればチップの一貫した状態およびはんだ熔融性能が確保される。
【００２３】
第４に、加熱要素とチップ自体の間において低い熱抵抗を有することで、既存のシステムのはんだごてよりも低温度で加熱要素を使用することが可能となる結果、加熱要素の製品寿命を伸ばすことができる。従来のシステムでは、ヒーターははんだごて本体(チップ側ではない)に配置される。このため、このような従来システムによれば十分なヒーター発熱をはんだごてのチップまで熱伝達するためにはより高い温度でヒーターを加熱することが必要となる。このことは、特にカートリッジ式ヒーターの場合に特に当てはまるので、様々な状態で電気絶縁材を設けることが必要となる。
【００２４】
第５に、本発明における顕著な利点として、低い周波数で電磁結合を繰り返し達成することができる点である。したがって、本発明のシステムによれば異なる取替え可能なチップを、ほぼ同じ電力出力おなじ低周波数で作動させることができる。さらに、増加された電磁結合を低周波数で実現可能にすることで、磁気巻線と加熱要素間の距離に自由度をもたらすことが可能となる。したがって、本発明のスリーブ設計は機械的な許容範囲が増すこととなる。言い換えれば、スリーブ対スリーブの設計において磁気巻線と加熱要素間でのより許容範囲の大きな構造を採用できるようになる。
【００２５】
第６に、磁気巻線をはんだごての軸体に配置することで、本発明のチップが取り替えられるときに磁気巻線を取り替える必要がなくなる。
【００２６】
第７に、加熱要素を磁気巻線の周りに配置することで、外側の銅層と加熱要素の合金加熱層とが磁気遮蔽部材として機能することとなる。
【００２７】
第８に、本発明の任意のスリーブ  イン  スリーブ設計によれば磁気巻線が物理的に二重に保護されることとなる。さらに、このスリーブ  イン  スリーブ設計によれば、チップを磁気巻線組立体から容易に取り除くかまたは取り付けるための方法が提供される。
【００２８】
そして、最後に, 任意のスリーブ  イン  スリーブ設計によれば電源の接地接続におけるチップの信頼度が改善されるが、このことははんだごてでは重要な事項である。従来からの設計では、電気抵抗増加の主要原因はチップとスリーブ(または他の補助的装置)との間で発生する酸化状態の発生である。これとは対照的に、本発明によれば軸体への接続は、「チップ対スリーブ」間の接続状態から「スリーブ対軸体」の間の接続状態になる結果、酸化物の生成がなくなるので接触抵抗による温度を低くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図1は、本発明のはんだごてに脱着可能なチップが組み立てられた状態を示す断面側面図である。また、図2は、チップが取り外される様子を示した分解組立図である。
【００３０】
本発明によれば着脱可能なチップ20を備えたはんだごて10が提供される。はんだごて10は、フェライト製ボビン32をその上に取り付けた軸体30を含んでいる。磁気巻線36は、フェライト製ボビン32に巻き付けられる。
【００３１】
また、脱着可能なチップ20も提供される。脱着可能なチップ20は、加熱要素23を拡張て設けた本体21を含んでいる。望ましくは、加熱要素23は、筒状の外側の層24で囲まれた筒状の内側の合金層22を含む。脱着可能なチップ20が、はんだごて10にセットされるときに加熱要素23は、内側の合金加熱層22が磁気巻線36の周りに受け入れられるようにその寸法が決定される。
【００３２】
フェライト製ボビン32は、加熱層22と磁気巻線36との間で形成される磁気回路のリラクタンスを改善することで電磁結合状態を極めて良好にする。フェライト製ボビン32は、加熱層22のキュリー温度よりも高いキュリー温度を備える。フェライト製ボビン32のこのようなより高いキュリー温度により、ボビン32を強磁性の状態に保持できはんだごて10または加熱要素23の動作温度状態が保証される。
【００３３】
フェライト製ボビン32は、通常非熱導電性物質から作られているので、フェライト製ボビン32に隣接して任意の熱発散部材37が設けられる場合がある。熱発散部材37は、フェライト製ボビン32からの発熱を奪うことでフェライト製ボビン32の温度を低下させて、フェライト製ボビン32をキュリー温度以下に維持する。
【００３４】
様々な実施形態によれば、軸体30は１つまたは複数の部材としてはんだごてのハンドルから拡張されて設けられることになる。様々な望ましい実施形態では、軸体30はステンレス鋼から作られるが、この他にも種々の金属材料が使用される。
【００３５】
望ましい実施形態では、軸体30は筒状のスリーブ38を含み、このスリーブ38がフェライト製ボビン32および磁気巻線36を覆う（この結果、これらを保護する）ように拡張される。このスリーブ38はステンレス鋼から作られるが、この他にも種々の金属材料が使用される。スリーブ38は、任意の構成として単に軸体30の一部として設けても良い。
【００３６】
望ましくは、チップ20の本体21は銅またはあらゆる他の熱導体から作られる。望ましくは本体21の末端の部分は少なくとも鉄メッキされる。このような鉄メッキは、使用中のはんだ熔融時にチップ20の銅コアを保護できるようになる。この鉄メッキを銅コア製のはんだごてに施すことは従来技術である。
【００３７】
チップ20の加熱要素23は、筒状の内側の合金加熱層22と筒状の外側の銅層24(または、他の適当な導電性材料)を含む。
【００３８】
様々な実施形態では、加熱層22は鉄ニッケル合金から作られるが、この合金に限定されない。特に、他の材料も本発明の請求の範囲に規定される範囲で使用できることが理解されよう。例えば、加熱層22を鉄コバルト合金から作っても良い。
【００３９】
様々な実施形態では、外側の層24を銅から作る必要はない。例えば、外側の層24はアルミニウム合金および銅合金を含む他の導電体の熱導電体材料から作られるであろう。
【００４０】
望ましい実施形態によれば、チップ20はさらにスリーブ25を含む。図1のはんだごての組立体から分かるように、スリーブ25は、チップ20がはんだごて10に挿入されると軸体30の一部から拡張されたスリーブ38の端部がはんだごてに入る寸法に決定されている。
【００４１】
望ましい実施形態によれば、スリーブ25は、ステンレス鋼などの電気的に導電性の（しかし、熱的には非導電性) 素材から作られる。スリーブ25が電気的に導電性を備える利点としては接地接続がはんだごてに可能となることがある。スリーブ25としてはステンレス鋼が使用できるが、本発明はこれに限定されず、例えばより新しい耐熱樹脂、液晶ポリマー樹脂などがこの代わりに使用できることとなる。このような樹脂材料が使用される場合には、これらをニッケルメッキして電気的に導電性を持たせると良い。また、様々な望ましい実施形態によれば、スリーブ25は様々な強磁性または非強磁性の素材で作られるであろう。
【００４２】
任意の実施形態によれは、軸体30およびチップ20の本体の少なくともいずれかの直径は、およそ0.150〜0.375インチに設定される。望ましい実施形態によれば、チップ20の本体の直径は軸体30の直径と同じであると良い。望ましくは、チップ20の本体の直径は0.25インチ未満であると良い。
【００４３】
図1において模式図的に図示されるように、電源装置50は磁気巻線36への通電を行うように接続されている。上記のように、フェライト製ボビン32を使用することによりはんだごて10の磁気効率が改善される結果、高周波数の電源装置はあまり必要でなくなる。したがって、この設計のはんだごてでは低周波数の電源装置を使用することができる。この結果、望ましい実施形態では電源装置50は、500KHz未満の周波数を備えることとなる。このように低い周波数の電源装置を使用できるようになる利点として、これらが安価であることが挙げられる。
【００４４】
図1と図2に図示したように、チップ20がはんだごて10にセットされると、望ましくはスリーブ38はスリーブ25中に受け取られるように構成されている。これらのスリーブ38、25の双方は、磁気巻線36とフェライト製ボビン32を物理的に保護できるようになる。さらに、外側の銅の層24とスリーブ25はともに磁気巻線36の磁気遮蔽部材として機能する。
【００４５】
本発明による脱着可能なチップ設計におけるはんだごてのさらなる利点としては、加熱層22と磁気巻線36の間での電磁結合は低い周波数で良好となることである。したがって、加熱層22と磁気巻線36の間の隙間の許容範囲が大きくなり、十分な物理的な空気間隙を確保できる。特に、十分にゆるくチップ20とはんだごて10の間でクリアランスを設けることでチップ20をははんだごて10から焼付なしで取り外すことができる。この上、電源装置50として低周波(即ち、安価のもの)電源を使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】は、本発明のはんだごてと脱着可能なチップとが組み立てられた様子を示す断面側面図である。
【図２】は、図1に対応する分解組立図である。
【図１】
2007510548.tif 000003
【図２】
2007510548.tif 000004
【国際調査報告】
2007510548.tif 000005
2007510548.tif 000006
2007510548.tif 000007