(57)【要約】簡単な構造で伝熱性の向上を図ることができる先端チップを提供する。取外し可能な先端チップを備えたはんだごてであり、その取外し可能な先端チップは、はんだごての加熱アセンブリの先端側の加熱端部に取外し可能に固定されている。先端チップはチップキャップの内部に先細りの伝熱性のチップコアを有している。上記チップコアが有するコア係合面は上記加熱端部の突出部と係合し合うための窪みを持つことができる。また、コア係合面は上記チップキャップの後方面に存在できる。取外し可能な先端チップを簡単に着脱できる加熱アセンブリは、締付けボルト付きスリーブ、コイルばねスリーブ、またはスロット付き圧縮可能なスリーブを備えることができる。従って先端チップは磨耗した後交換でき、熱アセンブリユニットはそれが焼き切れるまで交換の必要はない。この先端チップを製造し使用する方法もまた開示されている。
2008500184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだごて又ははんだ除去装置用の交換可能な先端チップであって、
上記先端チップの先端部を形成するチップキャップと、
上記チップキャップに固定された伝熱性のチップコアとを備え、
上記チップコアは、はんだごての加熱アセンブリの加熱端部の加熱端面と密着に係合し、上記加熱端部から該チップコアに良好な熱伝導がなされるように構成された基端面を有することを特徴とする先端チップ。
【請求項２】
上記チップキャップは金属粒子焼結製であることを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項３】
上記チップキャップの本体部はたがね型形状、円錐型形状、ナイフ型形状、または斜面型形状であることを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項４】
上記チップコアは銅、銅合金、銀、または銀合金からなることを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項５】
当該先端チップははんだ除去装置用の先端チップであり、上記チップキャップは中央開口部を有し、上記チップコアは上記中央開口部と連通する吸引通路を有することを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項６】
上記加熱端部と上記加熱部端面と略等しい外径であることを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項７】
上記加熱部端面は上記チップキャップの後端面と同一面に存在することを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項８】
上記基端面は、上記加熱部端面の突出部を受容し該突出部と係合する窪みを有することを特徴とする請求項１に記載の先端チップ。
【請求項９】
上記突出部は矩形棒状、円錐状、またはリブ状であることを特徴とする請求項８記載の先端チップ。
【請求項１０】
上記チップキャップは金属鉄、鉄−ニッケル合金、鉄−銅−ニッケル−銀合金、または鉄−炭素合金を含むことを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項１１】
上記チップキャップは金属射出成形によるものであることを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項１２】
上記チップキャップの長さは５〜２０ｍｍであり、基部開口径は２〜１０ｍｍであり、肉厚は２００〜８００μｍであることを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項１３】
上記チップキャップはＦｅ−１％Ｃｕ−０．５％Ｎｉ−０．３％Ａｇを含むことを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項１４】
上記チップコアは上記チップキャップの内面全体を覆うことを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項１５】
上記チップキャップの外側先端部には錫またははんだコーティングが施されていることを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項１６】
上記チップキャップの外側後部本体部はクロム層を有することを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項１７】
上記基端面は平坦であることを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項１８】
上記チップキャップは外向きに突出した基端部を有することを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項１９】
上記基端部はフランジであり、該フランジは上記チップキャップの基端縁の周囲に延びていることを特徴とする請求項１８記載の先端チップ。
【請求項２０】
上記チップキャップはその先端部に錫めっきが施され、該錫めっきの基端側外表面の残り部分にクロムめっきが施されていることを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項２１】
上記チップキャップは金属射出成形および焼結によって形成された金属粒子焼結体であり、該金属粒子焼結体は鉄粒子、およびニッケル、コバルト、銅、銀、炭素、錫、およびホウ素粒子のうちの少なくとも１つからなる組成を有することを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項２２】
はんだごて又ははんだ除去装置からなるはんだ加熱装置であって、
チップキャップ、該チップキャップ内に固定された伝熱性のチップコア、係合部および基端部を有する先端チップと、
先端に係合部を有する係合用のスリーブと、
上記スリーブの基端部を細長いはんだごて又ははんだ除去装置用の加熱アセンブリに取り外し可能に保持するための機械的な保持手段とを備え、
上記加熱アセンブリは、ロッドと、該ロッドの端部に設けられた加熱端部とを備え、上記先端チップの基端部と上記スリーブの先端部とが係合した状態となっており、上記ロッドが上記スリーブに覆われ、チップコアが上記加熱端部に向き合いかつ熱的に連通するとともに、上記先端チップを当該加熱アセンブリから取外して交換できるように構成され、
上記チップコアは、上記保持手段が保持状態にあるとき、上記加熱端部の係合面である加熱端部係合面に密着に係合するコア係合面を有することを特徴とするはんだ加熱装置。
【請求項２３】
上記チップキャップはＦｅ−１％Ｃｕ−０．５％Ｎｉ−０．３％Ａｇを含むことを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項２４】
上記チップコアは銅、銅合金、銀、または銀合金であることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項２５】
上記チップコアは上記チップキャップの内面全体を覆っていることを特徴とする請求項２２に記載のはんだ加熱装置。
【請求項２６】
上記先端チップの外側先端部には錫またははんだコーティングが施されており、上記チップキャップの外側後部本体部はクロム層を有することを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項２７】
上記加熱部係合面および上記コア係合面は双方とも平坦であることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項２８】
上記加熱部係合面および上記コア係合面のうち、一方は突出部を有し、他方は該突出部を受容してそれと係合する窪みを有することを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項２９】
上記加熱部係合面および上記コア係合面のうち、一方は隆起部を有し、他方は該隆起部を受容してそれと係合するスロットを有することを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項３０】
上記コア係合面は上記加熱端部係合面と同じ構造および寸法であることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項３１】
上記ロッドは中空領域を有し、上記加熱アセンブリは、先端部が上記中空領域内に配置されたヒータを備えるとともに、該ヒータ前方の上記中空領域内に温度センサを備えることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項３２】
上記チップキャップにはロッドのコーティングとは異なる材料からなるコーティングが施されていることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項３３】
上記先端チップの基端部は外向きに突出していることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項３４】
上記スリーブの上記先端部は内向きに延びていることを特徴とする請求項３３記載のはんだ加熱装置。
【請求項３５】
上記スリーブの上記先端部はリップまたはタブであることを特徴とする請求項３４記載のはんだ加熱装置。
【請求項３６】
上記先端チップの上記基端部は上記チップキャップの基端縁の周囲に延びるフランジであることを特徴とする請求項３３記載のはんだ加熱装置。
【請求項３７】
上記スリーブの上記先端部は該スリーブの内向きに配置されたリップまたはタブであり、上記先端チップの上記基端部は上記チップキャップの外向きに配置されたフランジであることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項３８】
上記保持手段は上記スリーブの基端部の周りにコイルばねを備えるものであることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項３９】
上記保持手段は上記加熱アセンブリに設けられたねじ付き部材に螺合するナットを含むことを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項４０】
上記スリーブはばねを備え、上記保持手段は該ばねの端部を含むことを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項４１】
上記ばねの端部は、上記加熱アセンブリの角度の付いたスロット内に嵌め込まれるように構成されていることを特徴とする請求項４０記載のはんだ加熱装置。
【請求項４２】
上記保持手段はクランプを備えることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項４３】
上記クランプはコイルばねであることを特徴とする請求項４２記載のはんだ加熱装置。
【請求項４４】
上記スリーブは、その基端部で係合するためのスロット端部が形成される少なくとも１つのスロットを備えることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項４５】
上記保持手段は上記スロット端部を圧縮するためのコイルばねを備えることを特徴とする請求項４４に記載のはんだ加熱装置。
【請求項４６】
上記保持手段は上記スロット付端部を圧縮するものであることを特徴とする請求項４４記載のはんだ加熱装置。
【請求項４７】
上記保持手段は締付けボルトを備えることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項４８】
上記先端チップは斜面型形状、円錐型形状、たがね型形状、またはナイフ型形状であることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項４９】
上記チップキャップは金属粒子焼結製であることを特徴とする請求項２２に記載のはんだ加熱装置。
【請求項５０】
上記金属粒子焼結製のチップキャップは金属粒子焼結基材または焼結基材および焼結添加材を含むことを特徴とする請求項４９記載のはんだ加熱装置。
【請求項５１】
上記チップキャップは金属射出成形によるものであることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項５２】
上記チップキャップは約３００℃から４００℃の作業温度で使用されるように適合されていることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項５３】
上記チップキャップの長さは５〜２０ｍｍであり、上記基端部の開口部の直径は２〜１０ｍｍであり、肉厚は２００〜８００ｍｍであることを特徴とする請求項２２に記載のはんだ加熱装置。
【請求項５４】
上記チップキャップはその先端部に錫めっきが施され、該錫めっきの基端部外表面の残りの部分にクロムめっきが施されていることを特徴とする請求項２２に記載のはんだ加熱装置。
【請求項５５】
上記スリーブは、該スリーブの先端部から離れて設けられるとともに該スリーブの基端部に係る少なくとも１つの長手方向スロットを有することを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項５６】
上記スリーブは、その先端が係合のための上記先端部となっている細長いコイルばねを備えており、上記保持手段がその基端部に設けられていることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項５７】
上記保持手段は上記基端部にタブを備えていることを特徴とする請求項５６記載のはんだ加熱装置。
【請求項５８】
上記スリーブの上記先端部は上記先端チップの上記基端部と係合されていることを特徴とする請求項５６記載のはんだ加熱装置。
【請求項５９】
上記スリーブは径方向把持型の分割スリーブであることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項６０】
上記先端チップは中央吸引開口部を有し、これによりはんだ除去装置用のチップキャップとなっていることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項６１】
上記スリーブはステンレス鋼からなり、その長さは１０〜１００ｍｍであり、直径は３〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項６２】
上記先端チップが交換できるように、該先端チップの上記基端部と上記スリーブの上記先端部とは分離可能となっていることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項６３】
上記先端チップの上記基端部と上記スリーブの上記先端部とは、上記スリーブの上記先端部が上記先端チップの上記基端部に掛かることによって係合し合うことを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項６４】
上記保持手段は、上記スリーブの上記基端部に固定されて上記加熱アセンブリに設けられたねじ付き部材に螺合するナットを備えることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項６５】
上記保持手段は上記スリーブの基端部内面にねじを備えることを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項６６】
上記先端チップの上記基端部は上記チップキャップと一体的に形成されているフランジを有することを特徴とする請求項２２記載のはんだ加熱装置。
【請求項６７】
はんだごてまたははんだ除去装置用の交換可能な先端チップを製造する方法であって、
基部開口部を有するチップキャップを準備する準備工程と、
上記基部開口部にコア係合面を有するチップコアが上記チップキャップ内に形成されるように、上記基部開口部から伝熱材を少なくとも実質的に上記チップキャップに充填する充填工程とを含むことを特徴とする先端チップ製造方法。
【請求項６８】
上記コア係合面は平面状であることを特徴とする請求項６７記載の先端チップ製造方法。
【請求項６９】
上記コア係合面は上記チップキャップの後方面と同一面にあることを特徴とする請求項６７記載の先端チップ製造方法。
【請求項７０】
上記コア係合面は、はんだごての加熱アセンブリの突出部を受容するとともに該突出部に適合するように構成された、窪みを有することを特徴とする請求項６７記載の先端チップ製造方法。
【請求項７１】
上記窪みは円錐型に作られているかまたはスロットを形成していることを特徴とする請求項７０記載の先端チップ製造方法。
【請求項７２】
上記伝熱材は金属粉体または金属粉体とバインダからなることを特徴とする請求項６７記載の先端チップ製造方法。
【請求項７３】
上記チップキャップは該チップキャップと略同形状の圧粉体からなることを特徴とする請求項７２記載の先端チップ製造方法。
【請求項７４】
上記充填工程後に、上記略キャップ形状の圧粉体と上記伝熱材の粉体とを一緒に焼結する工程をさらに含むことを特徴とする請求項７３記載の先端チップ製造方法。
【請求項７５】
上記焼結後に、鍛造、機械加工および研磨のうちの少なくとも１つによって上記コア係合面を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項７３記載の先端チップ製造方法。
【請求項７６】
上記充填工程後、上記チップキャップの先端部に錫又ははんだでコーティングし、その外表面の残りの部分をクロムでコーティングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項６７記載の先端チップ製造方法。
【請求項７７】
上記充填工程は、溶融状態の上記伝熱材を上記チップキャップに充填する工程を含むことを特徴とする請求項６７に記載の先端チップ製造方法。
【請求項７８】
上記充填工程は上記伝熱材を鋳造する工程を含むことを特徴とする請求項６７記載の先端チップ製造方法。
【請求項７９】
上記充填工程は、上記伝熱材がロッド状またはブロック状であるものを含むことを特徴とする請求項６７記載の先端チップ製造方法。
【請求項８０】
上記伝熱材は銅、銅合金、銀、または銀合金であることを特徴とする請求項６７記載の先端チップ製造方法。
【請求項８１】
上記準備工程は上記チップキャップを焼結する工程を含み、上記充填工程は充填される伝熱材が粉体であるものを含み、上記充填工程後、上記伝熱材が充填された焼結製の上記チップキャップを焼結する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６７記載の先端チップ製造方法。
【請求項８２】
焼結製の上記チップキャップを備え、上記伝熱材はロッド状またはブロック状であり、これらを上記チップキャップ内で溶融させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項６７記載の先端チップ製造方法。
【請求項８３】
上記充填工程は上記伝熱材を上記チップキャップ内に押し込むプレス工程を含むことを特徴とする請求項６７記載の先端チップ製造方法。
【請求項８４】
上記プレス工程において上記コア係合面が形成されることを特徴とする請求項８３記載の先端チップ製造方法。
【請求項８５】
上記プレス工程後、上記コア係合面を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項８３記載の先端チップ製造方法。
【請求項８６】
上記チップキャップは内部にはんだ吸引スリーブを備え、これにより上記先端チップははんだ除去装置用の先端チップとなっていることを特徴とする請求項６７記載の先端チップ製造方法。
【請求項８７】
はんだごてまたははんだ除去装置用の取外し可能な先端チップであって、
作業部である先端部と開口基部とを有する本体部を備えるとともに、上記開口基部から延出して該開口基部を取り囲むフランジを有するチップキャップと、
上記本体部に設けられ、該本体部および上記フランジの内面を覆う伝熱性のチップコアとを備え、
上記チップコアは、細長い加熱アセンブリの先端側の加熱端部に対向し、係合するコア係合面を有し、
該コア係合面は、上記加熱端部に形成された突出部を受容する窪みを有することを特徴とする先端チップ。
【請求項８８】
上記チップキャップは伝熱性の上記チップコアを通って延びる吸引通路を形成する内部スリーブを有し、これにより当該先端チップははんだ除去装置の取外し可能な先端チップとなっていることを特徴とする請求項８７記載の先端チップ。
【請求項８９】
上記本体部はたがね型形状、円錐型形状、ナイフ形形状、または斜面型形状であり、上記チップキャップの長さは５〜２０ｍｍであり、肉厚は２００〜８００μｍであることを特徴とする請求項８７記載の先端チップ。
【請求項９０】
上記チップコアは除去はんだ通過通路を有し、これによって当該先端チップははんだ除去装置の取外し可能な先端チップとなっていることを特徴とする請求項８７記載の先端チップ。
【請求項９１】
上記コアは銅、銅合金、銀、または銀合金であり、上記チップキャップは金属射出成形および焼結を使って製造された金属粒子焼結体であることを特徴とする請求項８７記載の先端チップ。
【請求項９２】
上記チップキャップには、その作業部である先端部に錫またははんだめっきが施され、その外面の残りの部分にクロムめっきが施されていることを特徴とする請求項８７記載の先端チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交換可能な先端チップを備えたはんだごてに関する。
【背景技術】
【０００２】
はんだ付けは電子産業において構成部材同士を接続し接着してしっかりとした電気接続を行うための方法である。はんだ付けは大別して２つのカテゴリーに分類できる、すなわち、マスはんだ付け（バッチはんだ付け）およびマニュアルはんだ付けである。マスはんだ付けにはウェーブはんだ付けまたはフローはんだ付けがあり、この場合、電気素子または構成部材がプリント基板に搭載されてこのプリント基板がはんだと選択的に接触されるように溶融はんだ槽を通される。マスはんだ付けにはさらにリフローはんだ付け（ＳＭＴ）もあり、この場合、はんだ粒子およびフラックスがバインダまたは添加材と混合されてはんだペーストを形成する。このはんだペーストは回路基板上に印刷され、そして電気素子がこの回路基板上に搭載され加熱されてはんだ付けされる。これらの方法は何れも複数の点を同時にはんだ付けすることが可能である。
【０００３】
電気はんだごてを使うマニュアルはんだ付けは個々のユーザーがはんだ付け作業を行えるようにするものである。マニュアルはんだ付けは上述のマスはんだ付け方法の後に利用でき、局所的なはんだ付けの欠陥を修復したりマスはんだ付け方法でははんだ付けできない部分をはんだ付けしたりするものである。
【０００４】
電気はんだごてのための従来のはんだごての先端チップは銅または銅合金でできており、これらの前端部は３０〜５０μｍ乃至は５００〜８００μｍの厚みで鉄めっきされ、はんだによる銅の侵食を防止するようになっている。そしてこのような鉄めっきされた領域ははんだでコーティングまたは濡らされて、これを使ってはんだ付け作業が行われる。
【０００５】
従来、はんだの主成分は錫および鉛（Ｓｎ−Ｐｂはんだであり、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだがその代表例である）であることが一般的であった。しかしながら、近年では環境問題により、鉛はあまり一般的には使用されずいわゆる鉛フリーはんだがより頻繁に使用されるようになっている。鉛フリーはんだの例としてはＳｎ−Ｃｕはんだ、Ｓｎ−Ａｇはんだ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだが挙げられる。
【０００６】
Ｓｎ−Ｐｂはんだに比べると、鉛フリーはんだにより良好なはんだ接合を実現することはより困難である。なぜなら鉛フリーはんだは比較的はんだ濡れ性が低く、はんだが拡散しにくいからである。はんだ濡れ性が低いことの主な原因としては、融点がＳｎ−Ｐｂはんだよりも２０〜４５℃高く、はんだごての先端チップがより酸化しやすいという事実が挙げられる。その結果、マニュアルはんだ付けにおけるはんだ付け作業が煩雑となっていた。はんだ付け不良は鉛フリーはんだを用いるマニュアルはんだ付けでより生じやすく、そのためより頻繁な修復が必要とされる。本出願人ははんだごての先端チップの鉛フリーはんだに対する耐食性を、鉛ありのはんだを使って従来の鉄めっきされたはんだごての先端チップで経験していた耐食性と実質的に同程度に維持しつつはんだ付け性能を改善するための技術を発明した。このことは、「半田ごて用こて先」という名称で１９９９年５月１０日に出願された特開２０００−３１７６２９号公報に記載されている。この発明は、同公報に記載されているように、従来の鉄めっきの代わりに、Ｆｅ−Ｎｉ合金めっきをはんだごての先端チップの前端部に施すか、またはＦｅ−Ｎｉ合金の部材（バルク材）で覆い、はんだ付け性能を向上させている。
【０００７】
さらに、はんだ付けに関連した作業にははんだ除去があり、この場合、（電気）はんだ吸引装置を使って不要なはんだを取り除く。これらの装置は内蔵ヒータなどによって加熱される吸引ノズルを持っており、加熱された吸引ノズルの末端ははんだと接触されることでこれを溶かす。溶かされたはんだは吸引ノズルの端部にある開口部を通ってはんだ除去装置の内部へと吸引される。吸引は真空ポンプなどによって行われ、溶かされたはんだは吸引通路に設けられたフィルタを持つタンク（またはカプセル）内に貯溜される。
【０００８】
加熱された先端チップがはんだに接触する際のはんだを溶かす機能、および良好な熱伝達特性を維持するための良好なはんだ濡れ性の要件に関して、電気はんだ除去装置の吸引ノズルは電気はんだごての先端チップに類似しており、典型的には同様の鉄めっきがその前端部に施される。電気はんだごての先端チップと同様に、鉛フリーはんだを使ってもはんだ除去装置の先端チップの侵食が防止され、はんだの濡れ性が維持される。
【０００９】
はんだごての先端チップは磨耗が早いため、ほとんどの工業用はんだごては先端チップが侵食されたり他の形で磨耗したりすると、その度にはんだごて全体を交換するのではなく、必要に応じて先端チップのみを交換できるように設計されている。以下に説明するように、基本的に従来技術では３つの異なるタイプの交換可能な先端チップが知られている。
【００１０】
第１のタイプは、細長い先端チップが細長いヒータ内部に取外し可能に保持されているものである。その一例が特許文献１（Ｔａｎｇら）に開示されている（この特許、および本開示中のいずれに言及されている他の特許、発行物、および出願もすべてその全体を本願で参照文献として援用する）。
【００１１】
第２のタイプは、例えば、特許文献２（Ｅｉｓｅｌｅら）に提示されている。これは温度センサおよびヒータ上に取り付けられてはんだごて本体から延びている先端チップを備えている。
【００１２】
第３のタイプは、特許文献３（Ｍｉｙａｚａｋｉ）および特許文献４（Ｋｕｒｐｉｅｌａら）に提示されている。これらに提示されている構成は、先端チップセンサおよびヒータを備えた全体加熱ユニットであり、先端チップセンサおよびヒータが一体型装置として内蔵されているため第２のタイプよりも伝熱性が良い。このユニットでは、鉄めっきされた銅製先端チップが磨耗すると加熱ユニット全部が交換される。加熱ユニットはスリーブ内に押し込めるかソケット内に押し込め収容することができる、言わば内蔵ヒータを持つ複合型先端部である。
【００１３】
はんだごての例としては、特許文献５（Ａｂｂｏｔｔ）、特許文献６（Ｐａｔｅｅ）、特許文献７（Ｍａｔｓｕｚａｗａ）、特許文献８（Ｓｔａｃｃｏｎｉ）、特許文献９（Ｂｏｌｌら）、特許文献１０（Ｎａｇａｓｅら）、特許文献１１（Ｄｕｎｈａｍら）、特許文献１２（Ｓｉｎｅｓら）、特許文献１３（Ｋｏｎｉｓｈｉら）、１９９４年１１月３０日に公告された特許文献１４、特許文献１５（Ｎａｇａｓｅら）、および特許文献１６（Ｕｅｔａｎｉら）が挙げられる。
【特許文献１】米国特許第５，４２２，４５７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２４８，０７６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，０５４，６７８号明細書
【特許文献４】米国特許第６，２１５，１０４号明細書
【特許文献５】米国特許第１，６６７，６１８号明細書
【特許文献６】米国特許第２９，０３９号明細書
【特許文献７】特開２０００−２８８７２３号公報
【特許文献８】米国特許第４，５６８，８１９号明細書
【特許文献９】米国特許第６，０１９，２７０号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００４／０２２６９８１号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，７９３，１１４号明細書
【特許文献１２】米国特許第６，５１３，６９７号明細書
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００５／００９２７２９号明細書
【特許文献１４】登録実用新案第２０８０１８７号公報
【特許文献１５】米国特許出願公開第２００４／０２２２２０６号明細書
【特許文献１６】米国特許出願公開第２００５／００１１８７６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、最初の２つのタイプの先端チップは、最初のタイプのように先端チップがヒータの開口部内に配置されているか、第２のタイプのようにヒータ上に配置されている構成を持っている。はんだ付け作業のための熱はヒータから先端部を通って作業領域へと伝導される。これら２つのタイプの構成ではヒータと先端部との間に隙間または間隙がある。従って、伝熱性は先端チップヒータ複合型構成を持つ第３のタイプのはんだごてよりも劣る。しかし不利なことに、第３のタイプの交換可能な複合型ヒータアセンブリは作業費用が高い、なぜなら先端チップが磨耗するとヒータおよびユニットもまた交換しなければならないからである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
交換可能なチップキャップを備えるはんだごて又ははんだ除去装置を本願で開示する。交換可能なチップキャップははんだごて又ははんだ除去装置の加熱アセンブリの前方の熱伝導コア端部に取り付けられる。伝熱性ペースト、粉末、またははんだのような低溶融温度材料をチップキャップと前方端部との間に挟持することでそれらの間の伝熱性を向上できる。交換可能なチップキャップを簡単に取外しまた取付けられる加熱アセンブリは締付けボルトを持つスリーブ、コイルばねスリーブ、またはスロット付き圧縮可能スリーブを備えることができる。従ってチップキャップは故障すると交換でき、加熱アセンブリユニットはその性能が劣化したときにだけ交換すればよい。例えば、チップキャップ（または後で説明する交換可能な「先端チップ」）は約１０，０００から４０，０００箇所のはんだ付けに使用した後交換でき、加熱アセンブリユニットは約１０，０００から４０，０００箇所のはんだ付けに使用した後で交換できる。
【００１６】
チップキャップは金属粒子焼結製であり得、焼結基材、または焼結基材および焼結添加材を備えており、焼結基材は鉄、ニッケルおよび／またはコバルト粒子を含んでいる。主成分として鉄、ニッケルおよび／コバルト（これらは鉄に類似の特性を持つ同じグループの要素である）またはそれらの組み合わせを持つ焼結合金を使うことで、はんだに対する耐食性が良好ではんだ濡れ性が良好なはんだごて用チップキャップを作成できる。特に焼結材料が、ニッケル粒子が添加された鉄粒子に基づくものである場合、鉄粒子単独の場合と比較してより向上した耐食性およびはんだ濡れ性が得られる。
【００１７】
焼結基材に使用される上述の鉄粒子は好ましくは純度が９９．５％を上回る鉄粉末が良い。このようにすると、不純物による伝熱性および導電性の低下およびはんだ付け性不良またははんだ除去性不良が回避される。一方、金属粒子焼結本体または部材の密度は有利なことに高くなる。もし鉄粒子が炭素、酸素、窒素、または水素のような不純物を大量に含んでいる場合は、これに応じた金属粒子焼結部材の密度は約９０％にしかならない場合がある。一方、もし高純度の鉄粒子を使用する場合、得られる密度は９６％以上に高まる。
【００１８】
金属粒子焼結チップキャップの焼結基材（鉄粒子、ニッケルおよび／またはコバルト）はチップキャップの６０％から９９．９９重量％を構成し得る。このことで、主な成分としての役割を果たす焼結基材の特性を有効に使えるようになる。これによりはんだ耐食性およびはんだ濡れ性が著しく改善される。
【００１９】
金属粒子焼結製のチップキャップは焼結基材および焼結添加材を含むことができ、添加材は銅粒子、銀粒子、錫粒子、ホウ素粒子、および炭素粒子から選択される。このことで、比較的低温で焼結することによってより改善されたはんだ付け性能のみならず高密度の金属粒子焼結本体または部材を作成できるようになり、また本体または部材は良好な耐食性を持つようになる。銅、銀、および錫は融点が比較的低く、すなわち、それぞれ１０８３℃、９６１℃、および２３２℃である。従って、たとえ焼結温度が比較的低温に設定されたとしても少なくとも錫粒子が焼結プロセスで溶け、液相焼結させて粒子間の間隙を充填する。固相焼結では、ホウ素が鉄族の要素間で格子間に拡散されて互いの内部で固体の相互拡散を促進して１１００℃という比較的低温での焼結を可能とする。炭素が含まれているとはんだ耐食性を改善でき先端チップの耐用寿命を大幅に延長することができる。
【００２０】
金属粒子焼結製のチップキャップの中の焼結添加材の含有量は０．０１〜４０重量％でよい。こうすることにより、焼結添加材の量が少な過ぎることなく、またその効果が不十分になることなく、また多過ぎて欠陥を招くということなく最良の添加量を設定することが可能となる。
【００２１】
あるいは、チップキャップは交換可能な吸引ノズルとして、やはり同様に加熱部を備えまた真空吸引機能を備えている本体に設けることができる。このようにして作成された電気はんだごてまたは電気はんだ除去装置を使えば、鉛フリーはんだをはんだ付けまたは除去する際に先端チップを交換する回数を減らすことが可能である。加えて、この構成により、技能のあまり高くない作業者であっても作業性を向上させ、高品質のはんだ付けおよびはんだ除去作業を簡単に行うことができる。
【００２２】
はんだごて用のチップキャップを備えた構成に加えて、本願の他の発明ははんだを取り扱い用チップキャップの製造方法である。焼結基材、または焼結基材および焼結添加材は、バインダと混合できる。バインダ材料は約４０重量％、または１０〜４０重量％の範囲で焼結基材および焼結添加材と混合できると思われる。所望の形状と実質的に同じ形状、またはその形状を包含する形状をプレス成形によって圧粉体として形成する。この圧粉体を非酸化性（不活性ガス）雰囲気中で８００〜１３００℃で焼結して所望の金属粒子焼結製の先端チップを作成する。
【００２３】
金属粒子焼結製の先端チップの製造プロセスにおける一工程として、これをさらに３００℃から５００℃の温度で予備成形鍛造または粉末鍛造によって成形することで、はんだごて前方部材を作成することがある。これにより粒子と金属粒子焼結キャップとの間の微細な間隙が少なくなり、その結果密度が高くなり耐食性が向上する。
【００２４】
さらに、プレス成形の代わりに射出成形を用いてチップキャップを形成することができる。このようにして圧粉体を、たとえプレス成形によって作成が困難な比較的複雑な形状であっても簡単に成形することができる。これにより、その後に必要とされる機械加工が少なくなるかまたは省略できるため生産性を高めることができる。
【００２５】
あるいは、本発明によると液相焼結を使うことができる。液相焼結では焼成温度は焼結添加材の融点未満である。これにより比較的低温で焼結することによって高密度の金属粒子焼結製チップキャップが形成できる。換言すれば、液相焼結によれば、融点のより低い粒子が焼結プロセスで溶融して金属粒子間の間隙を充填する。その結果、高密度の金属粒子焼結製チップキャップ作成でき、良好なはんだ付け性およびはんだ除去性が得られる。焼結が比較的低温で行われるため電力の節約もまた実現される。
【００２６】
本発明のチップキャップを製造する他の方法は、溶融プロセスによって焼結基材および焼結添加材を合金化する工程、および粒子を顆粒化して合金粒子を作成する工程を含んでいる。その結果、金属粒子混合プロセスを簡素化でき、生産性が高められる。
【００２７】
本発明のさらなる製造方法は、使用される焼結基材、焼結添加材または合金粒子の粒子サイズが２００μｍを上回らないことを特徴とする。あるいは、使用される粒子は５０μｍを上回らない。さらには、超微粒子を焼結基材、焼結添加材または合金粒子として用いることができる。より細かな金属粒子を使うことによって、金属粒子焼結体の最終的な密度を高めることができる。加えて、はんだ付け性またははんだ除去性を向上させることが可能となり、先端チップの耐食性を向上させることが可能となる。
【００２８】
しかしながら、プレスまたは押し出しプロセスを使って厚みが約１０００μｍ未満のチップキャップを形成することは困難である。また、これらの方法を使って形成されるチップキャップの密度は一般に９０パーセント未満になると思われる。従って、金属射出成形を使って本発明のチップキャップを形成することが望ましい。この方法を使えば、チップキャップの肉厚みは２００〜８００μｍとでき、焼結後の密度は９６〜９７％とできる。
【００２９】
従って、本発明の１つの側面は、はんだごてとしてのはんだ加熱装置であって、係合部および基端部を有するチップキャップ、先端に係合部を有する係合用のスリーブ、および細長い加熱アセンブリにスリーブの基端部を取外し可能に保持するための機械的な保持手段を備えており、細長い加熱アセンブリは、端部に先細りの加熱端部を有するロッドを備えており、上記先端チップの基端部と上記スリーブの先端部とが係合した状態となっており、上記ロッドが上記スリーブに覆われ、上記チップキャップは取付状態において上記加熱端部の側面と熱的に連通しており、そのチップキャップは加熱端部から取外して交換できるようになっている。このはんだ加熱装置はさらに、保持手段が加熱端部にチップキャップを保持する場合にチップキャップと加熱端部との間に挟持される伝熱材を備えることができる。保持手段は、スリーブの基端部に固定され加熱アセンブリのねじ付き部材に螺合するナットを備えることができる。あるいは、保持部材はスリーブの基端側内面にねじを備えることができる。チップキャップは斜面型、円錐型、たがね型、またはナイフ型形状とすることができる。
【００３０】
交換可能な構成部材として、チップキャップに代えて、伝熱性のチップコアで充填されたチップキャップを備える先端部としても良い。チップコアはヒータスリーブの加熱部端面と離脱可能に係合するような寸法とされ構成されている後方面を有している。
【００３１】
本発明の交換可能な先端チップの１つの側面によると、はんだごて（またははんだ除去装置）としてのはんだ加熱装置は、加熱部端面を有する加熱端部を備える細長い加熱アセンブリ、加熱用のチップコアおよびチップコアに固定されたチップキャップを備える交換可能な先端チップを備え、上記チップコアは、上記加熱部端面と係合するように構成されるとともに上記加熱端部から当該チップコアへ熱伝導がなされるように構成されている。チップキャップは金属粒子焼結チップキャップであり得、チップコアは銅、銅合金、銀または銀合金コアであり得る。加熱アセンブリとしてはセラミックヒータ、抵抗線ヒータ、またはヒータカートリッジを備え得る。加熱部端面は突出部を持ち得、基端面面はこの突出部を受容するように構成された窪みを持ち得る。基端面はチップキャップの端面の同一面に存在する。はんだ加熱装置はさらに、先端チップを加熱端部に離脱可能に保持するための機械的な保持手段（例えばスリーブ）を備え得る。
【００３２】
本発明のさらなる側面によると、取外し可能なはんだごて（又ははんだ除去装置）の先端チップは、作業部である先端部と開放基部とを有する本体部と、上記開放基部から延出して該開放基部を取り囲むフランジを有するチップキャップと、上記本体部にあり細長い加熱アセンブリの先端側の加熱端部に対向し、係合するように構成された後方面を有する伝熱性チップコアを備えている。本体部はたがね型形状、円錐型形状、ナイフ型形状、または斜面型形状を持ち得る。チップキャップは直径２〜１０ｍｍの開口基部を持ち得る。チップキャップは２００〜８００μｍの肉厚を持ち得る。チップコア後方面はチップキャップのフランジの後方面の同一面に存在し得、および／またはチップコア後方面は加熱アセンブリの加熱端部の突出部を受容する窪みを備え得る。チップキャップは吸引開口部を備えることができ、チップコアははんだ除去通路を備えることができ、これによって先端チップは取外し可能なはんだ除去装置の先端チップとなっている。
【００３３】
本発明のさらに他の側面に従うと、はんだごて（またははんだ除去装置）をアセンブリする方法は、チップコアの後方面が加熱端部の前端部ヒータ面と係合関係にある状態で、チップキャップおよびその中の伝熱性チップコアを備える先端部をはんだごての加熱端部にこれに向かい合うように離脱可能に取り付ける工程を含み得る。取り付ける工程は、前端部がチップキャップに接続されているコイルばねの後端部を加熱アセンブリに取り付ける工程を含み得る。取り付ける工程はスリーブにナットをねじ込む工程を含み得る。取り付ける工程は拡張可能な把持スリーブを加熱アセンブリの前端部の上をスライドさせる工程を含み得る。はんだごては加熱ユニットおよび電気コネクタを備え得て、この加熱ユニットはヒータおよび温度センサを備えている。後方面はチップキャップの後端部の同一面に存在し得る。
【００３４】
本発明の他の目的および利点は、本発明が属する分野の当業者にとって添付の図面とともに上述の記載からより明らかとなるであろう。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の先端チップによれば、簡単な構造でありながら伝熱性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１を参照すると、本発明のはんだごての全体図が符号１００で描かれている。はんだごて１００は、一般に符号１１０で示されている加熱アセンブリ１１０（または加熱ユニット）、コネクタアセンブリ１２０、交換可能なチップキャップ１３０、および加熱アセンブリ１１０の銅または銅合金１５４の先細りの作業先端部１５０にチップキャップ１３０を離脱可能に保持するための保持アセンブリ１４０を備えている。加熱アセンブリ１１０はまた、加熱ユニット１５６および温度センサ１６０も備えることができる。加熱アセンブリ１１０は交換のためにコネクタアセンブリ１２０から取り外すことができる。コネクタアセンブリ１２０の前端部にスナップばめされて、例えばオーリング１７０によってそこに保持される。図１のはんだごて１００およびその構成、構成部材、および作業はおそらく、２００２年１０月４日に出願された「先端チップおよび電気はんだごて」という名称の米国特許出願シリアル番号第１０／２６４，７１８号（米国特許出願公開第２００４／００６５６５３号）、および２００２年１０月１４日に出願された米国特許出願シリアル番号第１０／６８６，４３９号（米国特許出願公開第２００４／０１９５２２８号）からよりよく理解できるであろう。本願で説明するチップキャップの発明は当業者にとって明らかなように多くの他の従来のまたは既存のはんだごてに使用できる。それらのうちの２つの例が、「はんだごて用先端チップおよびその製造方法」という名称の米国特許出願シリアル番号第０８／７９８，４６７号、米国特許第５，５７９，８３３号（Ｗｉｊｋｓｔｒｏｍ）、および米国特許第６，３８６，４２３号（Ａｌｄｅｒら）に開示されている。
【００３７】
オーリング１７０は加熱アセンブリ１１０の端部にあるスロット１８０にスナップばめされる。コネクタアセンブリ１２０に挿入されると、加熱アセンブリ１１０はコネクタアセンブリ１２０を通じて電源に電力コード１９０を介して電気的に接合される。コネクタアセンブリ１２０はオーリング１７０と電気接触子との両方を中に持つソケット開口部２００を持っている。これによりユーザーは、電気接触が行われるまで加熱アセンブリ１１０をソケット開口部内に挿入できる。そして、オーリング１７０がスロット内にある状態で加熱アセンブリ１１０が中に保持される。コネクタのソケット開口部２００から加熱アセンブリ１１０を離脱させるには、ユーザーはこれを引き抜く。これは、例えば、米国特許第６，７１０，３０５号（Ｌｉｎｄｅｍａｎｎら）に提示されている。チップキャップ１３０の内面にある、図８に示され本開示では後でより詳細に説明する伝熱材２２０が、作業先端部１５０からチップキャップ１３０への良好な熱伝導を提供する。
【００３８】
チップキャップ１３０は上側部または冠部２３０を備えており、これは厚みが実質的に一定で内部および外部の表面が作業先端部１５０の外側表面に一致するような形状とされている薄い壁を持つものである。上側または冠部２３０は公知のまたは当業者にとって明らかなどのような形状にでも構成でき、例えば、図１２および図１３に示すようなたがね型形状２４０、図９、図１４および図１５に示すような円錐型形状、図１０に示すような斜面型形状２６０、および図１１に示すようなナイフ型形状２７０などがある。例えば図８に示すようなリップ、フランジまたはリム２８０が冠部２３０の基部から延びて、好ましくはその全周にわたって基部開口部２８４のまわりに延びている。しかしながら、フランジを省略すること、または連続的な全周フランジの代わりに間隙のあけられた１つ以上のタブを設けることもまた本発明の範囲内である。
【００３９】
加熱アセンブリ１１０はまた、全周グリップまたはハンドル３００も備えている。グリップまたはハンドル３００はゴム、エラストマーおよびプラスチックから形成でき、好ましい材料は抗菌材料と混合されたプラスチック材料である。これは米国特許第６，７１０，３０４号（Ｙｏｋｏｏ）、ならびに２００３年１月２２日に出願された米国特許出願第１０／３４８，６８４号（米国特許出願公開第２００５−０１０１６９１  Ａ１号）に記載されている。
【００４０】
保持アセンブリ１４０は作業先端部１５０にチップキャップ１３０をしっかりと保持することで、それらの間に挟持されている伝熱材２２０を通って良好な熱伝導が行われるようにする。さらに、保持アセンブリ１４０は、チップキャップ１３０が侵食によって磨耗するとユーザーによって簡単に取りはずしして新しいチップキャップに交換できるように設計されている。作業先端部１５０にチップキャップ１３０を保持する好ましいアセンブリは図２および図３に最も良く示されている。これらを参照すると、基部フランジ３２０を有するスリーブ３１０が設けられている。スリーブ３１０は、加熱ユニット１５６を覆うのに十分な長さと内径を持っており、例えば、長さは１０〜１００ｍｍであり得、直径は３〜２０ｍｍであり得、ステンレス鋼から製造することができる。スリーブはその前端部に内側に突出しているタブまたはフランジを有している。
【００４１】
チップキャップ１３０を作業先端部１５０の所定の位置に取り付けるために、ここで図３を参照する。スリーブ３１０をチップキャップ１３０上を図の左側に向かってスライドさせ、そして加熱アセンブリ１１０の作業先端部１５０の細いロッド部３４０上をスライドさせる。スリーブ３１０のリップまたはタブ３３０がチップキャップ１３０のフランジ２８０に係合し、チップキャップ１３０を作業先端部１５０へと引っ張る。そしてナット３５０をチップキャップ１３０およびスリーブ３１０上をスライドさせ、その後、図３に見られるように加熱アセンブリ１１０のねじ付き部３６０に螺合させる。所定の位置に螺合されると、チップキャップ１３０は図２に示されるように作業先端部１５０にしっかりと保持される。はんだ付け作業によりチップキャップ１３０が磨耗した後にこれを取り外すには、ナット３５０のねじを緩めて、ナット、スリーブ３１０、およびチップキャップ１３０を取外す。そして交換用チップキャップを所定の位置に取り付ければ良い。
【００４２】
第１の他の例の保持アセンブリは図５の符号３７０で示される圧縮可能な把持型のスリーブである。この図に示すように、スリーブ３７０は後部のフランジ３８０、およびフランジ３８０に係る１つ以上の長手方向スロット３９０を有する。チップキャップ１３０は好ましくはスリーブ３７０の前端部に固定される。短いコイルばね４００をスリーブ３７０の後部に固定できる。このスリーブ３７０およびチップキャップ１３０は加熱アセンブリ１１０のロッド部３４０に沿って所定の位置にスライドさせ、スロット付きスリーブ３７０の半径方向のたわみおよびコイルばね４００の把持によってスリーブがロッド３４０の所定の位置に保持される。チップキャップを取り外すには、ユーザーによってスリーブ３７０とチップキャップとの結合体を作業先端部１５０から引き抜き、取外して新しいものと交換する。あるいは、チップキャップ１３０とスリーブ３７０とを別々の構成部材としてもよい。
【００４３】
さらに他の例は圧縮可能な部材４１０であり、好ましくは細長いコイルばねであり、これはその前端部がフランジ２８０またはチップキャップ１３０の後部に固定できるものである。コイルばね４１０はその後端部にコイルばね端部タブ４２０を持っている。はんだごてにチップキャップ１３０を搭載するには、図７に示すようなばねチップキャップユニットをロッド部３４０にスライドさせコイルばね４１０の端部タブ４２０を加熱アセンブリ１１０のカラー４５０にあるＬ字状角度のスロット４４０にはめ込み、ばね４１０のバイアスに向かって内側に押しスロットのＬ部内に回転させる。その後ばね４１０がその圧縮状態から開放されると、ばねは張力によってスロット４４０に保持され、それによりチップキャップ１３０が作業末端先端部１５０の所定の位置に離脱可能に保持される。あるいは、あまり好ましくはないが、コイルばね４１０およびチップキャップ１３０を２つの別々の構成部材として作成し適切な手段によって一緒に取り付けおよび接続することができる。
【００４４】
チップキャップ１３０の長さは５ｍｍから２０ｍｍであり得る。２０ｍｍを超えないことが好ましい、なぜなら焼結製造プロセス中にひずみがかかり作成に必要な金型の費用が高くなるからである。ほとんどの形状では、基部開口部２８４の肉厚は約２μｍから８００μｍであり得る。好ましくはその作業部表面にはんだめっき４６０を持っている。このはんだめっき４６０は、例えば、錫めっきであり得る。チップキャップ１３０の後部の非作業部はクロムめっき４７０としてチップキャップ１３０の有効作業領域を超えてはんだが上がってくるのを防止できる。クロムめっき４７０の前または後に錫めっき４６０を行うことができ、または錫めっきをユーザーによって行ってもよい。
【００４５】
図１２および図１３に示すようなたがね型構成の場合、その上に施されているはんだめっき４６０は４ｍｍの区間４８０に延びることができこの距離は１〜１０ｍｍで変動し得る。クロムめっき４９０が６ｍｍ距離で延びている状態では好ましい寸法は４ｍｍであり、図１３に示す全長４９４は１０ｍｍとなる。フランジの内径５００は４ｍｍであり得、外径５１０は５ｍｍであり得る。図１４および図１５に示すような円錐型先端部のタイプの場合、符号５２０、５３０、５４０、５５０、および５６０で示される寸法はそれぞれ６．５ｍｍ、０．５ｍｍ、７ｍｍ、２．５ｍｍおよび３．５ｍｍであり得る。
【００４６】
細いチップキャップ１３０は金属射出成形によってまたはプレス成形法によって作成できる。これらの方法およびさまざまな好ましい他の材料は本開示では後で説明する。
【００４７】
チップキャップ１３０の内側表面および作業先端部１５０の外側表面は同じ形状および寸法でなければならない。たとえ正確な製造技術をもってしても、もしチップキャップ１３０がただ単に作業先端部に取り付けられただけでは間隙が存在することになるであろう。これらの間隙は伝熱性を低くする。キャップを正確に製造しその結果間隙がないようにするとコストが非常に高くなると思われる。さらに、はんだごて１００は約３００〜４００℃という高温下で使用されるため、接触領域で金属拡散が起こってこれら２つが互いに接合され、チップキャップ１３０が実質的に作業先端部から取り外せなくなる。
【００４８】
従って、本発明は有利なことにまた独自に、チップキャップ１３０と作業ツール１５０との間に伝熱材２２０を挟持する（図８）ものである。伝熱材２２０はチップキャップ１３０と作業先端部１５０との間に完全な伝熱性接触を提供して、それらのすべての間隙を充填するものである。伝熱材２２０はまたチップキャップ１３０が作業先端部１５０に接触しないようにし金属拡散が起こる可能性を防ぐものである。
【００４９】
この間隙を充填するには十分な品質の伝熱材２２０を提供する必要がある。例えば、伝熱材２２０は直径４ｍｍの作業先端部の周りおよびチップキャップ１３０の９ｍｍの長さに沿って１ｍｍの間隙を充填するようなものであり得る。従って、伝熱材２２０が比重１１．３４の鉛であった場合、伝熱性鉛材料の量は０．１４ｇとなると考えられる。好ましい範囲は０．０１〜１０ｇの間であり得、より好ましくは０．１〜１ｇの範囲である。しかしながら、必要とされる正確な量を計量することは困難である。さらに、比重は材料により異なり、また間隙の大きさにより使用される量は異なるであろう。
【００５０】
使用できる伝熱材２２０には基本的には２つのタイプがある。１つは使用中に溶けるタイプで、他のタイプは使用中に固化するタイプである。はんだのように使用中に溶けるタイプはより簡単に間隙を覆う。しかしながらこれには、はんだが溶けた状態にあるときにチップキャップ１３０を交換しなければならないという問題点がある。これは、温度が室温に低下するとはんだが固化してしまい、そうなるとチップキャップ１３０を取外して交換することができなくなるからである。使用中に溶ける伝熱材２２０の例としては、Ｓｎ（融点２３２℃）（以降、Ｍ．Ｐ．２３２Ｃとする）、Ｓｎ−３７Ｐｂ（Ｍ．Ｐ．１８３Ｃ）、Ｂｉ（Ｍ．Ｐ．２７１Ｃ）、Ｓｎ−０．７Ｃｕ（Ｍ．Ｐ．２２７Ｃ）、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７Ｃｕ（Ｍ．Ｐ．２１７Ｃ）、Ｓｎ−９Ｚｎ（Ｍ．Ｐ．１９８Ｃ）、Ｓｎ−５８Ｂｉ（Ｍ．Ｐ．１３８Ｃ）、Ｉｎ（Ｍ．Ｐ．１５６Ｃ）、およびＰｂ（Ｍ．Ｐ．２３７Ｃ）が挙げられる。これらの金属および金属合金は一般にはんだと呼ばれ（ただしＢｉおよびＩｎは除く）、インラインはんだまたはペーストはんだとして市販されている。これらの材料が使用される場合、これらは塗布されるときに粉末またはペースト状であるとより良い。好ましい溶融温度は１００℃から３５０℃である。溶融温度がより低いと先端チップを交換するときにユーザーがやけどするのを防止でき好ましい。溶融温度よりももっと重要なことは、伝熱材２２０がある特定の金属と簡単に反応しないことである、なぜならこれらは溶融されるときにキャップの内面またはＳｎ−９Ｚｎのようにすぐ酸化する材料と接触するからである。
【００５１】
伝熱材２２０はチップキャップ１３０の内側表面に塗布されるときは多数の形態であり得る。（あるいは、適切であれば、この材料はチップキャップ１３０の内部への塗布の代わりにまたはそれに加えて作業先端部１５０の先端部表面に塗布できる）。この材料ははんだのような溶融温度の低い金属であり得る。金属状態の場合、フラックスと混合されており市販されているペーストはんだが数多くある。それは炭素、アルミニウム、銅、または銀粒子、或いは熱伝導率が０．０１〜１．０の間（例えば０．４８１４Ｗ／ｍＫ）であってもよい。粉末形状の場合、粒子サイズは好ましくは１〜２０μｍである。第３の状態は良好な伝熱性を持つゲル形状である。ゲル組成物は、アルコール、油、フラックス、またはパラフィンワックスのような有機溶媒を伝熱材２２０に混合してこれをゲルまたはペースト状とすることによって作成できる。ペーストまたはゲルタイプはキャップに塗布する場合に粉末状タイプよりも取り扱いが簡単である。
【００５２】
伝熱材２２０が粉末状態の場合、スプーンのような道具を使ってまたは１つ以上のタブレットの形状でチップキャップ１３０内に挿入できる。伝熱材２２０がペースト状態の場合、搾り出しチューブから、射出注射器から、ドロッパから塗布でき、または綿棒を使って塗布できる。ゲルがチップキャップ１３０内に挿入された後、チップキャップは作業先端部１５０の端部に両者の間隙がすべて充填されるまで押し込まれる。
【００５３】
伝熱材２２０は一般に粉体形状の場合よりもゲル状態にある場合の方がより塗布が簡単である。例えば、まず最初に、搾り出しチューブを材料２２０で充填しその後チューブからゲル材料を搾り出してキャップ１３０内に塗布する。必要十分な量の材料を塗布するよりも、過度な量の材料を塗布しその後キャップの端部で側面から漏れ出る余剰の伝熱材２２０をふき取るのが好ましい。
【００５４】
伝熱材２２０を提供する重要性は、図１６において全体を符号６００で示すグラフから理解できる。このグラフを参照すると、本願のチップキャップ発明において伝熱材を使った場合（実線）、および伝熱材を使わなかった場合（点線）の時間に対する先端チップの温度が示されている。
【００５５】
グラフ６００は以下の試験の結果から作成されたものである。同じはんだごてを使った金属射出成形加工（ＭＩＭ）焼結合金製チップキャップ（タイプＴ７−２．４Ｄ）の実際の先端チップ温度を計測した。具体的には、１つのサンプルは伝熱材を全く使わずに作業先端部に直接固定したＭＩＭチップキャップ（１３０）を持つものであった。他のサンプルはＭＩＭチップキャップと作業先端部との間にビスマスの伝熱材を使った。直径が１．６ｍｍのＳｎ−Ｐｂ共晶はんだワイヤを使った。チップキャップ温度は該チップキャップに伝熱材を用いない状態ではんだごてを約４０６℃に設定することによって制御した。一回のはんだ付けにつき５ｍｍのはんだワイヤを繰り出した。はんだ付けサイクルは３秒ではんだ付け回数は３０回であった。はんだ付け作業は、銅で被覆した紙基材のフェノール樹脂印刷配線板（Ｓｕｎｈａｙａｔｏ製＃１６）から切り取った１ｃｍ×１ｃｍ片について行った。チップキャップの先端から約２ｍｍのところにスポット溶接されたＫ型熱電対によって温度を計測した。
【００５６】
グラフ６００に見られるように、伝熱材を用いたサンプルは他のサンプルよりも優秀であった、なぜなら（１）温度の立上がり速度がより速い、（２）最高温度が約１６℃高い、そして（３）はんだ付け中の温度低下がより小さいからである。温度低下がより小さいと好ましい。一般に、先端チップ温度は３５０℃〜４００℃に設定される。例えば３８０℃で用いられるはんだを使えば、先端チップの温度をたった１０℃下げるだけでもより大きな努力が必要である。
【００５７】
先端チップの温度をより高くすると、その先端チップの侵食がより大きくなり、寿命が短くなることは公知である。このことを図１７のグラフ６２０に示す。例えば、Ｓｎ−０．７Ｃｕの場合、先端部温度が４００℃から３５０℃に低下すると、侵食の量は半分に減る。それにより先端チップの寿命を約２倍に延ばすことが可能となる。この特徴は鉄めっきされた先端チップに適用されるのみならず本発明のもののような（ＭＩＭ）チップキャップ１３０にも適用される。一般に、どのような金属性先端チップも当該グラフのような特徴を有する。
【００５８】
先端チップの温度が低くされると、濡れ性低下の問題や先端チップが酸化されるという問題も改善される。高温ではんだ付けを行うと、例えばカバーパターン回路と錫との間に金属化合物がより厚く成長しやすくなる。Ｃｕ６Ｓｎ７化合物ははんだ接合部内部で成長して接合の信頼性は低くなる。結局、より低温でのはんだ付けは多くの利点を持っている。このことは、図１７のグラフ６２０と同様に「鉛フリーはんだによるはんだごての破損およびいかにしてはんだごての破損を小さくするか」という名称の日本の論文に詳細に記載されている。この論文は、日本溶接協会のマイクロ接合委員会がスポンサーとなった２００４年２月５日の「マイクロ接合およびアセンブリ技術およびエレクトロニクス」の第１０回シンポジウムで発表されたものである。この論文は２００４年の「マイクロ接合およびアセンブリ技術およびエレクトロニクスの第１０回シンポジウムの進行」の第１０巻に掲載されたものである。
【００５９】
ＭＩＭチップキャップ１３０の利点の１つは、鉛フリーはんだをはじめとするさまざまなはんだとともに使えることである。チップキャップの好ましい材料組成物はユーザーの必要性によって異なるであろう。材料ははんだによる良好な濡れ性ならびに溶融はんだによる侵食に対して良好な耐性を持つべきである。一例としては良好な濡れ性を持つＭＩＭチップキャップが挙げられる。いくつかのＭＩＭチップキャップは濡れ性はより良くなるものの鉄めっきからなる通常の先端チップよりも寿命が短くなる。他のものは寿命はよりよくなるものの、鉄めっきからなる通常の先端チップよりも濡れ性が低下することになる。
【００６０】
好ましい材料として２つ挙げられる。はんだ付け性が良好な材料としては、（ａ）Ｆｅ−２〜５０ｗｔ％Ｎｉ合金（ＭＩＭおよび焼結によって製造された鉄−ニッケル合金）、（ｂ）Ｆｅ−０．５〜１０ｗｔ％Ｃｕ−０．１〜５ｗｔ％Ｎｉ−０．１〜１．０ｗｔ％Ａｇ合金（ＭＩＭおよび焼結によって製造された鉄−銅−ニッケル−銀合金）が挙げられ、好ましくはＦｅ−１ｗｔ％Ｃｕ−０．４ｗｔ％Ｎｉ−０．３ｗｔ％Ａｇ（鉄−１ｗｔ％銅−０．４ｗｔ％ニッケル−０．３ｗｔ％銀合金）である。耐食特性が良好な材料としては、Ｆｅ−０．０５〜１ｗｔ％Ｃ（ＭＩＭおよび焼結によって製造される鉄−炭素合金）が挙げられ、好ましくはＦｅ−０．４ｗｔ％Ｃ（鉄−０．４ｗｔ％炭素合金）である。
【００６１】
従来、先端チップからはんだがはみ出てしまってはんだ付けがあまり有効でなくまたあまり正確でなくなることを防止するために、先端チップの後部にクロムめっきが施された。残念ながら、多数のはんだ付け作業によって、クロムめっきは徐々に侵食された。これははんだ中の錫がクロムめっきを侵食するからである（鉄めっきも同じ）。さらに、フラックス中の活性剤のほとんどは塩素を含んでおり、これもやはりクロムめっきを侵食し得る。従って、従来技術における先端チップのクロムめっき部分は塩素フラックスのみならず錫はんだによっても侵食が早かった。加えて、先端チップとめっき材料との間に隙間を作ることなくクロムめっきを施すことは困難であった。さらに、クロムめっきに使用される６価クロムはガンの原因となり人間および他の生物の健康を損なうとして知られている。
【００６２】
従って、本発明は従来のクロムめっきに取って代わるものを提供する。具体的には、フレーム溶射またはプラズマ溶射コーティングを使うことでセラミックス、サーメットなどのさまざまな材料、および融点の高い金属を作業先端部１５０に溶射する。性能がよく銅チップコアに対して密着性のよい金属としては、ＳＵＳ３１６ステンレス鋼およびモリブデン（Ｍｏ）が挙げられる。性能のよいセラミックの例としては、Ａｌ２Ｏ３−２．５％ＴｉＯ２、６２％ＣａＯ−３３％ＳｉＯ２、ＺｒＯ２−８％Ｙ２Ｏ３、７０％Ａｌ２Ｏ３−２９％ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３−４０％ＴｉＯ２、ＺｒＯ２−２０％ＭｇＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＺｒＯ２−４％ＣａＯ、およびＺｒＯ２−ＣｅＯ３が挙げられる。
【００６３】
セラミックコーティングまたはめっきを使用する場合、セラミックの密着性および耐食性は、先に下地をコーティングすることにより改善される。下地の例としては、Ｎｉ−Ｃｒ、ＳＵＳ３１６、Ｃｒ−Ｍｏが挙げられる。溶射コーティングは材料を多孔にするので封止コーティングを使えば孔を閉じることができる。
【００６４】
フレーム溶射コーティングの温度は一般に低すぎてセラミックまたは融点の高い金属を溶射できないため、プラズマ溶射コーティングが好ましいコーティング技術である。
【００６５】
先端チップは、基部および前方延出部１５０を持つ銅または銅合金のチップコアを持つことができる。前方延出部は取外し可能に取り付けられた本発明のチップキャップ１３０を持つことができる。先端チップ１５０はまず最初に脱脂によりきれいにされる、すなわち、アセトンおよび／または脱脂剤を使ってその表面から油を取り除く。
【００６６】
先端チップ１５０の表面はスチールグリットブラストによって凹凸がつけられる。スチールグリットの粒径は約１０〜２５０μｍであり、好ましくはその平均は８０μｍでありモース硬度１０である。噴射機の出力は約３．７〜４０ｋｇｆ／ｃｍ２として良く、噴射時間は約１０秒として良い。噴射後、先端チップの表面を清浄して表面からスチールを取り除く。スチールが残っていると表面がさびる虞があるからである。清浄はジェットエア噴射によって行うことができる。
【００６７】
プラズマ溶射コーティングを行うには、先端チップ１５０を回転機に搭載し、５０〜５００ｒｐｍの間で回転させれば良い。溶射材料用の射出ノズルを回転中の先端チップから約１００ｍｍのところに配置すれば良い。射出ノズルの内部の温度は１，０００〜１０，０００℃にまで達する。溶射はベースの先端チップのコアから他方へと右に向かって移動させそして左に戻すサイクルを約３サイクル行う。例えば、ＳＵＳ３１６Ｌを溶射コーティング材料として使うと、基材はそれぞれのサイクルで蒸着された２０μｍのＳＵＳ３１６Ｌの層を持つことになると考えられる。
【００６８】
下地コーティングを基材の表面に施してプラズマ溶射トップコーティング材料の接着をより強くすることができる。もしセラミック材料が金属（銅）基材上に溶射されると、基材の金属表面への接着が弱くなる可能性がある。このことは特に、セラミックトップコーティング用の製品が高温で使われて（はんだ付けのような）、熱に対する膨張率の違いにより剥離を起こす場合に当てはまる。従って、下地コーティングに使われる材料はトップコーティングの膨張率と基材（例えば銅）の膨張率との間の膨張率を持つべきである。Ｎｉ−２０％Ｃｒは下地コーティング材料に用いることができる。耐熱性下地コーティングに用いることができる他の材料としては、（１）Ｎｉ−２３％Ｃｏ−１７％Ｃｒ−２％Ａｌ−０．５％Ｙ、および（２）Ｃｏ−３２％Ｎｉ−２１％Ｃｒ−８％Ａｌ−０．５％Ｙが挙げられる。下地コーティングは上述のトップコーティングの場合と同じ技術を使って塗布できる。
【００６９】
材料のフレーム溶射コーティングまたはプラズマ溶射コーティングは溶射された材料を多孔性にする場合がある。孔を閉じるまたは覆うために、本願では特定のコーティング剤を封止剤として使用できる。例としてはＳｉＯ２およびＺｒＯ２であり、これらは１８０℃で３０分間加熱することによって硬化させることができる。
【００７０】
ＳＵＳ３１６およびＭｏに加えて、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉもコーティングする金属材料として好適である。機能し得る金属は塩素フラックスに関して耐性を持たねばならず、錫はんだによって侵食されてはならず、先端チップとコーティングされた材料との間に隙間なくコーティングされなければならない。また材料ははんだ濡れ性をもってはならない。ＳＵＳ３１６およびＴｉのような材料はそれらの表面上に強い酸化膜を持っている。従って、これらの材料は濡れ性を持たないためはんだの錫と金属化合物を形成することはない。これらのタイプの金属は濡れ性を持たない膜の材料として使用できる。すべてのセラミックははんだ濡れ性を持たない。しかしながら、金属は銅基材への接着という点でセラミックよりも有利である。
【００７１】
上述のように、セラミックは有利なことにはんだによる濡れ性をもたないが、金属基材にはあまり良好に接着しない。この問題点を解決するために、上述のように下地コーティングを施すことができる。以下の材料が下地コーティングとして使用できる。
【００７２】
【表１】
2008500184.tif 000003
【００７３】
次に、チップキャップ１３０の成分を説明する。以下の表は金属粒子焼結製のチップキャップ１３０の製造に使用される粒子の重量（％）の含有量を示している成分表である。表の縦軸は粒子の異なる組み合わせに割り当てられた「タイプ」を示している。ここでは１１個のタイプを例として挙げたが、他の好ましい組み合わせも本発明の範囲内で使ってよい。横軸は金属粉末焼結製のチップキャップの組成に実際に使用される粉末のタイプを示している。粒子のタイプはおおまかには焼結基材および焼結添加材に分類できる。鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、およびコバルト（Ｃｏ）のうちの少なくとも１つが焼結基材の粒子として選択される。タイプ９から１１は焼結基材のみを使用している。タイプ１から８では、焼結基材に加えて、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）、および炭素（Ｃ）のうちの少なくとも１つから選択された焼結添加材が使われている。それぞれの列の上半分には、全量に対する使用粒子の重量％が示されており、下半分には、好ましい範囲（タイプ９から１１を除く）がかっこ内に示されている。
【００７４】
【表２】
2008500184.tif 000004
【００７５】
例えば、タイプ１の組成は９３．２％Ｆｅ／５．５％Ｃｕ／１．３％Ａｇである。成分のそれぞれの好ましい範囲はＦｅ：８８−９８．５％、Ｃｕ：１−１０％、Ａｇ：０．５−２％である。タイプ２−１１についての記載も同じ表記法に従っている。使用されたこれらの粒子の量は粒子のそれぞれについての好ましい範囲内で決定してよいが、焼結添加材を使用する場合、これは焼結材料の全量が６０−９９．９９％の範囲内となり、焼結添加材の全量が０．０１−４０％の範囲となるように調整される。例えば、タイプ２における焼結添加材の量はＣｕ：１０−３８％およびＡｇ：２−２０％の範囲内で決定できるが、これらはその全体が４０％を上回らないように選択される。
【００７６】
焼結基材を構成している鉄粒子に関して、鉄は耐食性を良好にするのに重要な（または必要不可欠な）主な成分である。その結果、鉄粒子はタイプ１−１１のすべてに使われており、タイプ９では、鉄粒子だけが使われている。しかしながら、従来の鉄めっき法からも知られているように、鉄中の不純物ははんだ性能に悪影響を与えるため、鉄粒子には９９．５％もの純度を持つ鉄粉体が使われる。鉄粒子が高い純度を持っていると、熱および電気伝導の損失が回避でき、はんだ付け性が改善され、金属粒子焼結製チップキャップの密度が高くなる。もし鉄粒子が炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、または水素（Ｈ）のような不純物を大量に含んでいれば、これに対応する金属粒子焼結体の密度は９０％を超えることはないが、本発明では高純度の鉄粉体を使っており密度が９６％にまで高められる。
【００７７】
ニッケル粒子およびコバルト粒子もまた焼結基材としては適切な選択である。ニッケルおよびコバルトは鉄族、すなわち周期表の第VIII族に属している。従って、ニッケル粒子およびコバルト粒子は鉄粒子に類似の性質を持っており、これらは鉄の代わりの材料として使えるのみならず、これらをある特定の組み合わせとした場合には鉄粒子を単独で使った場合の特性よりもより良い特性が得られることが実証されている。ニッケル粒子はタイプ４、５、および１０で使用されており、コバルト粒子はタイプ６で使用されており、これら両方がタイプ７および１１で使用されている。
【００７８】
Ｆｅ−Ｎｉ焼結合金は、鉄粒子およびニッケル粒子の両方を焼結基材として使用しており、鉄単独の場合に比べてはんだ付け性が改善された焼結生成物を生成する。この場合、添加されるニッケル粒子の量は５０％を上回らないのが好ましい。ニッケル粒子の量が５０％を超えると耐食性が低下し、はんだによる侵食が急速に進む。
【００７９】
Ｆｅ−Ｃｏ焼結合金は、鉄粒子およびコバルト粒子を焼結基材として使用しており、焼結性を促進しはんだによる侵食を抑制する。この場合、添加されるコバルト粒子の量は２０％を上回らないのが好ましい。２０％を超えるとはんだ付け性が低下するとともにコスト高となる。
【００８０】
焼結添加材として１〜１０％の銅粒子を使用すると（タイプ１、３、５、６および７）、はんだ濡れ性が改善されるのみならず、液相焼結により高密度Ｆｅ−Ｃｕ焼結合金が生成され、非常に効率的である。液相焼結（この場合は銅）は、焼結温度が銅の融点である１０８３℃よりも高く設定されて、銅が焼結プロセス中に液体化される方法である。好ましくは、１〜１０％の銅粒子が添加される。１％を下回ると効果が小さく、１０％を上回ると液相焼結の際に銅粒子が局所的に溶融することから、形成される生成物が変形し易くなる。
【００８１】
１０％を超える銅粒子が添加されているＦｅ−Ｃｕ焼結合金を使っても良い（タイプ２）。但しこの場合、上述の理由により温度は銅の融点未満に設定される。このように調製されると、耐食性はわずかに低下するものの伝熱性およびはんだ付け性が改善されるため、耐食性よりもはんだ付け性がより重要な場合に好適である。さらに、大量の銅粒子を含んだこのＦｅ−Ｃｕ焼結合金は溶解合金よりも伝熱性の低下が少ないことが特徴である。例えば、導電率が２０％ＩＡＣＳを上回らない溶液Ｆｅ−５０％Ｃｕ合金と比較すると、これらのＦｅ−Ｃｕ焼結合金は５０％ＩＡＣＳという高い導電率を示す。この関係は伝熱性についても当てはまる。銅粒子の添加は４０％を上回らないのが好ましい。一般に、４０％を上回るとはんだによる侵食が大きくなる。
【００８２】
焼結添加材として銀を使うと（タイプ１、２、３、５、６および７）、銅粒子が単独で使用される場合よりも低い温度での液相焼結で高密度Ｆｅ−Ａｇ焼結合金が得られる。これは、銀の融点が銅の融点よりも低い９６０℃だからである。さらに、上述のように大量の銅粒子を持つＦｅ−Ｃｕ焼結合金では（タイプ２）、Ａｇ−２８％Ｃｕ（共晶温度７８０℃）の低融点粒子をつかってよい。０．５〜２０％の銀粒子または銀−銅粒子を添加することが好ましい。２０％を超えるとコスト高となる。
【００８３】
焼結添加材として錫粒子を使う場合（タイプ３）、はんだ付け性が改善される。加えて、錫は２３２℃という低い融点を持つため、より低い温度で液相焼結を行わせることができる。このようにして錫粒子を添加するという観点からすると、タイプ３のように銅粒子および銀粒子を同時に添加することもまた有効である。しかしながら、錫粒子の添加は５％を上回らないことが好ましい。この量を超えるとＦｅＳｎ２のような化合物が形成され、金属粒子焼結体の強度が低下する。
【００８４】
焼結添加材としてホウ素粒子を使用する場合（タイプ４）、ホウ素は鉄族の要素の格子間に拡散されて、互いの固相拡散を促進し、１１００℃という比較的低温で焼結を行わせる。少量のホウ素粒子を添加するとはんだ付け性に実質的に悪影響を及ぼさないという利点があり、０．０１〜１％を添加するのが好ましい。この割合を下回ると効果が小さくなり、反対にこの範囲の上限を超えると、はんだ付け性が低下する傾向がある。ホウ素粒子を単独で添加することに加えて、Ｆｅ−Ｂ粒子、Ｎｉ−Ｂ粒子、またはＣｕ−Ｂ粒子のようなホウ素含有合金の粒子を添加してもよい。
【００８５】
焼結添加材として約０．８％の炭素粒子を使うと（タイプ８）、はんだごてチップキャップの耐食性が大幅に改善され、その寿命が大幅に長くなる。
【００８６】
焼結基材および焼結添加材に使用される金属粒子は２００μｍを上回らない適切な粒子サイズを持っており、好ましくは５０μｍ未満であり、より好ましくは、超微粒子（いわゆるナノ粒子）である。このような小径の粒子を用いることで、金属粒子焼結体の密度を高められると同時に耐食性およびはんだ付け性も高めることができる。
【００８７】
ここで、チップキャップの製造方法を説明する。第１の工程では、焼結基材、焼結添加材、およびバインダ（添加剤）がミキサで混合される。第２の工程では、この混合物が圧縮成形、射出成形などで加圧成形されて圧粉体（成形体）が形成される。圧粉体の形状はチップキャップの完成形状と略同形である。その後、金型から圧粉体を取り除き、続く第３の工程で、圧粉体が所定の温度（８００〜１３００℃）で非酸素雰囲気中において焼結されて金属粒子焼結体が形成される。第４の工程で、この焼結体を機械加工してはんだごて先端部に合致させて、チップキャップが完成する。
【００８８】
粉末冶金を使ってチップキャップを焼結することでその形状に柔軟性を持たせることができ、最終的な形状に近い形状を作成できるため、最終的な研磨工程を削減または省略することができる。さらに溶解法と比較すると、圧粉体を鉄の融点まで加熱する必要がないため使用されるエネルギー量が少なくなり環境への影響が小さくなる。また、従来の鉄めっきが行われていた場合のように廃液処理が不要となるため、環境破壊が抑制され、エネルギーが節約され大量生産が可能となる。
【００８９】
第２の工程における成形は無圧力成形でも良く、この場合、圧力は印加されない。一方、圧力成形は圧粉体の密度を高めるため焼結金属粒子焼結体の密度が高められる。そして液相焼結を用いることにより、より密度の高い金属粒子焼結体を得ることが可能である。液相焼結は、比較的融点の低い粒子（銅粒子、銀粒子、Ａｇ−２８％Ｃｕ共晶粒子（共晶温度７８０℃）、錫粒子など）が焼結添加材に使われ、焼結がこれらの融点よりも高い温度で行われる方法である。
【００９０】
焼結添加材粒子が焼結基材粒子と混合された、圧力が加えられる前の状体では、比較的大きな間隙が形成されている。圧力成形の後、焼結基材粒子および焼結添加材粒子は可塑的に変形されることで平たくされ、粒子が互いにぴったりと接触するがやはり小さな間隙が残る。液相焼結後、再結晶化の結果、焼結基材粒子が成長し、間隙は焼結剤粒子によって充填されこれら粒子が稠密性を高める。これは、基材粒子自身の固相拡散に加えて、焼結添加材粒子が焼結温度で溶けて焼結基材粒子を濡れさせると同時に、この液化による表面張力によって間隙が充填されるからである。このような高密度金属粒子焼結体を作成することに加えて、液相焼結は比較的低温での焼結を可能とするためエネルギーの削減となる。
【００９１】
さらに、本開示から当業者にとって明らかであろうが、金属粒子焼結体の焼結後、この焼結体は３００〜５００℃で鍛造または粉末鍛造を行うことによってさらに成形してチップキャップを製造することができる。これらの方法を使うことによって、粒子間の微細な間隙を小さくできこれにより粒子密度が高くなる。
【００９２】
本発明の交換可能なチップキャップの概念ははんだごて及びはんだ除去装置の両方に採用できる。はんだ除去装置にこれらを採用した場合の例を図１８および図１９に示す。図１８に示されているのははんだ除去装置７００であり、これは（中央開口部７１４を有する）チップキャップ７１０、（作業先端部を有する）加熱コア７２０、ヒータおよびセンサ７３０、固定パイプまたはスリーブ７４０、（スリーブに一体的に形成されている）ナット７５０、ねじ付き部材７６０、および（図外の）真空ポンプが（図外の）フィルタを介して加える吸引力を伝えるステンレス製吸引パイプ７７０を備えるものである。他の実施態様は図１９に符号８００によって示されている。この図面を参照すると、チップキャップ８１０、チップコア８２０、ステンレス製吸引パイプ８３０、スリーブ８４０、およびセンサおよびヒータ８５０が示されている。米国特許第４，９９７，１２１号（Ｙｏｓｈｉｍｕｒａ）を参照のこと。
【００９３】
作業先端部の先細りの先端チップコア上に交換可能なチップキャップを被せる代わりとして、チップキャップ内に固定されたチップコアを備える交換可能な先端チップを設けるようにしても良い。このことは、これらの実施態様がチップキャップの境界面とチップコアの外面との間に高い寸法上および形状的な精度を有するという点で上述の交換可能なチップキャップよりも有利である。もしこれらが正確に成形され寸法決めされなければ、これらの間に隙間が生じて銅チップコアからチップキャップの作業面への伝熱性が低下する。加えて、複合型先端チップヒータカートリッジにおいては、多くの構成を用意しなければならない。なぜならチップキャップへの伝熱性が低いと、はんだ付け性を維持するために、チップキャップの肉厚を厚くすることができないからである。
【００９４】
従って、図２０を参照すると、交換可能な先端部９００は上述した焼結チップキャップのようなチップキャップ９１０を持っており内部にチップコア９２０が形成された状態となっている。そして接触面９３０、本実施態様では平面状の平たい面であるが、これがヒータスリーブ９５０の（平たい平面状の）面９４０に係合しこれに向かい合う。ヒータスリーブ９５０は、すでに説明した実施態様から明らかなようにヒータ９６０および温度センサ９７０を取り囲んだ状態で示されている。先端部９００は、この交換可能な先端チップの実施態様について当業者にとって明らかであるように適合された交換可能なチップキャップの実施態様について本願に開示されているいずれかの技術および構成によってスリーブの平たい平面状の表面に取り外し可能に固定できる。一例を図３１に示し後で説明する。
【００９５】
従って、図２０に描かれているような先端チップ９００は、簡素な平面状接触面９３０を持っており、これがヒータスリーブ９５０の前部と接触することでヒータ９６０から先端部へと効率的な熱伝導が行われる。チップキャップ９１０はＭＩＭ焼結製チップキャップであり得、チップコア９２０は銅、銅合金、銀、または銀合金からなる。先端チップ９００は、この先端チップが磨耗した場合、センサヒータを交換することなく安価に交換できる。先端チップは個別包装で販売または単一の包装または容器内に複数の先端チップが梱包されて販売され得る。
【００９６】
チップコアとヒータスリーブとの間の平面状の面９３０、９４０は間にまったく隙間なく直接接触し合う。従って、先端チップおよびスリーブが互いに密接した状態で強制的に保持される場合、これら２つの表面間にさらに別の伝熱材を挟持させる必要はない。
【００９７】
ここで図２０の先端部を製造するためのプロセスを、図２１−図２３を参照して説明する。キャップ形状とされた圧粉体９７０を金属射出成形によって製造する。圧粉体の金属粉体の組成は、ＵＳ２００４−００２２２２０６  Ａ１号として発行されている米国特許出願第１０／７１９，００１号に開示されており、またＵＳ２００５−００１１８７６  Ａ１号として発行されている米国特許出願第１０／８５５，８００号にも開示されている。組成の１つの実施態様の好ましい例としては、Ｆｅ−１％Ｃｕ−０．５％Ｎｉ−０．３Ａｇが挙げられる。銅、銅合金、または銀の金属粉体９８０をキャップ形状の圧粉体内に押し込み同時に一緒に焼結させる。金属粉体単独の代わりに、金属粉体とバインダとの化合物の混合物を使ってもよい。粉体によって充填された圧粉体は図２２に示すように、金型９９０で約１４００℃で加熱することによって焼結させることができる。
【００９８】
銅粉体はチップキャップ９７０内で溶け、チップキャップの内部構成に従ってこれを充填する。その後、チップキャップ開口端部における銅チップコアの表面がプレス機または鍛造機によって平面状の面、または窪みのある面として作成される。必要に応じてさらに機械加工または研磨を行っても良い。
【００９９】
先端チップを製造するのにあまり好ましくはない他の方法としては、チップコアをまず最初に形成し、その後チップキャップをその上から従来のこて先めっきのようなやり方で「コーティング」する。
【０１００】
最後に、図２３を参照して、錫またははんだ１０００をこの先端チップの作業先端部にコーティングし、続いて約１０〜５０μｍの厚みのクロム層１０１０を、チップキャップの作業先端部を除いてめっきする。このめっき工程は通常の先端チップについて行われるものと同様で良い。
【０１０１】
ここで、図２０に示す先端チップおよび作業先端部の他の例または変形例を説明する。第１の変形例を図２４に示す。この図は、先細り（または円錐型）の窪み１０２０を有する先端チップを示しており、先細りの角度は約９０℃から１８０℃であり得る。この構成により、先端チップとヒータスリーブとの接触面積を図２０に示す平面状の面の場合よりも広くすることができる。
【０１０２】
さらに他の例または変形例を図２０に示す。この図面を参照して、先端チップはヒータスリーブの円筒型突出部１０４０と接触するための円筒型ボア１０３０を有している。センサ１０５０はこの突出部内に有利に配置させることができる。この構成は良好な温度応答性を提供する、なぜなら、センサと先端作業部との間の距離が近くなるほど、センサが先端作業部の温度をより速く検出して加熱の調整が行われるからである。これを図２５および図２６に示す。
【０１０３】
さらに他の例を図２７および図２８に示す。そして、ここでＭａｓａｋｉによる、ＵＳ２００４−０２３２１３２  Ａ１号として発行された出願シリアル番号第１０／８７４，８５６号を参照する。この実施態様は、ヒータスリーブに細長い先端部（または隆起部）１０６０を備えており、これが先端部の後方面にある対応する細長い溝（またはスロット１０７０）、より明確に言えばチップコアにはまり込む。この隆起−スロット係合により先端チップを一定の方向および配置に維持し、このことは機械に内蔵されたはんだごてならびに手で把持するはんだごてにとっても有利となり得る。図２４〜図２８では、加熱アセンブリが例としてセラミックヒータ構成として描かれている。当業者にとって明らかであるように、電機抵抗配線ヒータ、カートリッジヒータ、または他のタイプのヒータであってもよい。ここで、米国特許第６，０５４，６７８号（Ｍｉｙａｚａｋｉ）を参照のこと。
【０１０４】
ここで、銅製のチップコアを製造するための他の技術について説明する。図２９を参照して、溶融させた銅１０９０を（焼結ＭＩＭ）チップキャップ１１１０内に注ぎ込むことができる。あるいは、溶融させた銅をチップキャップ内にすくい入れてもよい。その後、溶融させた銅を冷却によってチップキャップ内で固化させることができるが、これによってチップキャップと固化させた銅製チップコアとの間に望ましくない隙間が絶対に形成されることはない。ここで米国特許第１，３５０，１８１号（Ｒｅｍａｎｅ）を参照のこと。これは非電気ガスはんだごての鉄マントル内で銅の鋳造または溶融を行うことを開示している。
【０１０５】
図２１を参照して、キャップが圧粉体から焼結されるときに同時に銅粉体を溶融させることができると上述した。一方、図３０に示すような製造方法は、キャップ１０２０を焼結させてからこれを銅粉体または銅粉体およびバインダ化合物（または銅ロッド、銅ブロック）で充填するものである。銅粉体または銅粉体とバインダとの混合物がチップキャップ内に充填された後、充填されたチップキャップが溶融または焼結されてキャップ内部の銅を溶融させ、固定させる。ここで図３０および３１を参照すると、銅は加熱によって溶融されている。チップコアは銅粉体、銅粉体とバインダとの混合物、銅、銅合金または銀のような伝熱性のよい材料からなるロッドまたはブロックを、真空または減圧雰囲気中で炉内で加熱することにより焼結製チップキャップ内で溶融させることによって製造される。
【０１０６】
図３２は、プレス機械を使って銅ブロックを焼結ＭＩＭのチップキャップに鍛造する工程を示している。図示されるように、銅ブロック１１３０は金型１１４０内に保持されているチップキャップ内に配置され、銅ブロックにプレス押圧子１１５０で押圧される。これによりチップコアの平坦面が形成される。その後、所望の形状を有するプレス押圧子１１６０を最上面に押し付けて、チップコア係合面の、図３２の右側に描かれているような円錐状の表面のような所望の構成を形成する。
【０１０７】
図３３は図３２の他の例を示しており、金型１１８０の中に保持されたチップキャップ内に、その内面形状と略同形の銅塊１１７０が予め配置されている。そして、予め成形されている銅塊の平坦な表面の最上部に対して所望の形状を持つプレス押圧子１１９０が押し付けられて銅塊をチップキャップ内部にしっかりと押し付ける。これにより銅の所望の表面構造が形成される。換言すれば、図３２は銅製チップコアがプレス機を使って鍛造法により形成される工程を示している。焼結ＭＩＭのチップキャップは金型１１４０内に保持され、銅ブロック１１３０はキャップ内に配置されそしてこの銅ブロックはプレス力を伴う鍛造によってキャップの内面と同じ形状に形成される。先端チップ後部の接触面形状を形成するのに鍛造工程は何度か繰り返して行う必要がある場合がある。さらに、図３３はあらかじめ成形された銅塊を示しており、これはチップキャップ内面の形状と略同形に予め形成されている。これにより、予め成形されていない銅ブロックよりも小さな力で鍛造工程を行うことができる。
【０１０８】
ここで図３４を参照しなければならない。ここでは、先端チップとヒータスリーブ間の接触面のコーティングが開示されている。チップコアおよびヒータスリーブは両方とも良好な伝熱性を持つ材料から作成されねばならない。このような材料の例としては、銅、銀、銅合金および銀合金が挙げられる。一般に、銅が最も望ましい、なぜなら他の材料よりも安価で良好な伝熱性を有するからである。しかしながら、銅は通常高温に加熱されると酸化し、その酸化が伝熱性を低下させる。従って銅材料を表面処理することが望ましい。
【０１０９】
採用できるコーティング法としては、銀メッキ、金メッキ、ニッケルめっき、およびクロムめっきが挙げられる。さらに、米国特許出願シリアル番号第１０／７１９，００１号、公報番号ＵＳ２００４−０２２２２０６  Ａ１号に開示されているようなＡｇ−Ａｌ−Ｃｕ合金コーティングもまた有効である。銀めっきまたは金メッキは伝熱性という面ではより好適である。しかしながら、チップコアおよびヒータスリーブの両面に同じ種類のめっきを施すと、これらの表面が互いに接着してしまい、また銀メッキまたは錫めっきを採用した場合には金属拡散により一体化してしまう虞がある。
【０１１０】
先端チップをクロム１２４０でめっきするとその鉄合金チップキャップを酸化からも銅製チップコアのはんだとの濡れ又はははんだとの接着からも防ぐことができる。一方、ヒータスリーブは好ましくはクロムめっき、銀メッキ、金メッキ、またはＡｇ−Ａｌ−Ｃｕ合金層コーティング１２５０でコーティングできる。
【０１１１】
上述したようにチップキャップは、取外し可能なチップキャップを保持するために採用されるのと類似のまたは同一の構造などによってヒータスリーブに取り外し可能に固定できる。一例を図３５に示す、ここで先端チップはステンレス製保持パイプ１２６０およびナット１２７０によって取外し可能にヒータスリーブに取り付けられている。
【０１１２】
取り外し可能な先端チップの概念ははんだ除去装置にも採用でき、その一例は日本国特許出願第０２−１０８３９８号に示されている（出願人：Ｈａｋｋｏ株式会社、および発明者：Ｙｏｓｈｉｍｕｒａ  Ｈｉｒｏｓｈｉ）。そこに記載されているはんだ除去装置は図３６および図３７の装置１３００によって示されているようにはんだ除去装置用の取外し可能な先端チップ１３１０を備えるよう適合されている。これを参照すると、保持パイプ１３２０、ナット１３３０、加熱アセンブリ１３４０、フィルタパイプ１３５０、およびフィルタ本体１３６０が描かれている。保持パイプおよびナットアセンブリのさらなる説明は本願では関連するアセンブリの開示によってなされている。加えて、本願で開示するようなチップキャップのためのいずれの他の保持アセンブリでもこのはんだ除去装置用の取外し可能な／交換可能な先端チップに適合させることができる。
【０１１３】
図３８は図３６および図３７のはんだ除去装置用先端チップ１３１０を形成する方法を描いている。本体部１４１０、狭い中央スリーブ１４２０、基部フランジ１４３０、および端部開口部を持つ一体的に形成されたＭＩＭチップキャップ１４００が支持体または金型１４５０に配置されている。内側リング１４６０がスリーブ１４２０上に配置され、溶融銅など１４７０がチップキャップ１４００と内側リング１４６０との間の空間に注ぎ込まれ、硬化されてチップコアを形成する。
【０１１４】
あるいは、ＭＩＭチップキャップ１５００は、図３９に描かれているように支持体または金型１５１０内に配置し銅製チップコア１５２０をその中に挿入できる。そして図４０に矢印で示されるようにプレス押圧子１５３０を銅製チップコアに押し付け、チップキャップ内にチップコアを形成する。このようにして図４１に示されるように形成された先端チップ１３１０は、次いで支持体または金型１５１０から取外される。本開示から当業者にとって明らかとなるような先端チップおよび他の先端チップ形状を製造するための他の方法は本願に含まれる。
【０１１５】
上述の詳細な説明から、当業者の専門分野に入る本発明の多数の変更、適用、および変形があることは明らかであろう。本発明の範囲は、本願で開示される異なる種類または実施態様からの要素のどのような組み合わせ、ならびにサブアセンブリ、アセンブリ、およびその方法も含むものである。しかしながらかかる変形はすべて、本発明の精神から逸脱することなくその範囲内に含まれるよう意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明のはんだごての正面断面図である。
【図２】独立して描かれている図１のはんだごての加熱アセンブリの正面図である。
【図３】図２の加熱アセンブリの前方部の分解斜視図である。
【図４】図２の加熱アセンブリの第１の他の例を示す図である。
【図５】図４の加熱アセンブリの前方部の分解斜視図である。
【図６】図２の加熱アセンブリの第２の例を示す図である。
【図７】図６の加熱アセンブリの前方部の分解図である。
【図８】加熱アセンブリの前方端部の拡大分解斜視図であり、チップキャップおよび伝熱材を断面で示す。
【図９】本発明の第１の他の例のチップキャップの正面図である。
【図１０】第２の他の例のチップキャップの正面図である。
【図１１】第３の他の例のチップキャップの正面図である。
【図１２】第４の他の例のチップキャップまたは図１のチップキャップの正面図である。
【図１３】図１２の線１３−１３に沿った断面図である。
【図１４】第５の他の例のチップキャップの正面図である。
【図１５】図１４の線１５−１５に沿った断面図である。
【図１６】図８に示すようなチップキャップの伝熱材を備える場合と備えない場合とを比較した温度特性のグラフである。
【図１７】温度特性を示すグラフである。
【図１８】取り外し可能なはんだ除去チップキャップを使った本発明のはんだ除去装置の前端部の拡大断面図である。
【図１９】図１８のはんだ除去装置の他の例を示す図である。
【図２０】本発明の加熱アセンブリの前方部の拡大断面図であり、交換可能な先端チップの実施例を示す。
【図２１】図２０の先端チップの製造プロセスの予備工程を描いている側面図である。
【図２２】製造プロセスの後工程を示す図である。
【図２３】製造プロセスのさらなる工程を示す図である。
【図２４】他の例の交換可能な先端チップの実施態様を示す、図２０に対応する図面である。
【図２５】さらに他の実施態様を示す図２０に対応する図面である。
【図２６】挿入位置にある図２５の実施態様の図である。
【図２７】さらに他の実施態様の図２０に対応する図である。
【図２８】図２７の先端チップの末端図である。
【図２９】先端チップの他の製造プロセスの第１の工程を示す、図２１に対応する図である。
【図３０】図２９の製造プロセスの後工程を示す図である。
【図３１】さらに他の製造プロセスを示す図である。
【図３２】さらに他の製造プロセスを示す図である。
【図３３】さらに他の製造プロセスを示す図である。
【図３４】先端チップおよび加熱アセンブリのためのコーティングを示す、図２０に対応する図である。
【図３５】加熱アセンブリの前方部の図３に対応する分解斜視図であって、図２０または図２５の先端チップを示す図である。
【図３６】本発明の取り外し可能なはんだ除去装置の先端チップの実施態様を使ったはんだ除去装置の側断面図である。
【図３７】図３６の前端部の分解斜視図であり、はんだ除去装置の先端チップが取り外されている状態を示す。
【図３８】図３６および図３７のはんだ除去装置の先端チップを製造するためのプロセスを示す図である。
【図３９】図３６および図３７に描かれているはんだ除去装置の先端チップの他の製造プロセスの前段を示す図である。
【図４０】図３９に続く製造プロセスを示す。
【図４１】図４０に続く製造プロセスを示す。
【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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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
2008500184.tif 000042
【図３９】
2008500184.tif 000043
【図４０】
2008500184.tif 000044
【図４１】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年11月24日(2006.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだごて又ははんだ除去装置用の交換可能な先端チップであって、
上記先端チップの先端部を形成するチップキャップと、
上記チップキャップに固定された伝熱性のチップコアとを備え、
上記チップコアは、はんだごての加熱アセンブリの加熱端部の加熱端面と密着に係合し、上記加熱端部から該チップコアに良好な熱伝導がなされるように構成された基端面を有することを特徴とする先端チップ。
【請求項２】
上記チップキャップは金属粒子焼結製であることを特徴とする請求項１記載の先端チップ。
【請求項３】
上記チップコアは銅、銅合金、銀、または銀合金からなることを特徴とする請求項１または２記載の先端チップ。
【請求項４】
上記基端面は、上記加熱部端面の突出部を受容し該突出部と係合することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の先端チップ。
【請求項５】
上記チップキャップは金属鉄、鉄−ニッケル合金、鉄−銅−銀合金、鉄−銅−ニッケル−銀合金、または鉄−炭素合金を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の先端チップ。
【請求項６】
上記チップキャップは（３８〜９８．５％）Ｆｅ−（０〜５０％）Ｎｉ−（１〜１０％）Ｃｕ−（０．５〜２％）Ａｇを含むことを特徴とする請求項５記載の先端チップ。
【請求項７】
上記チップキャップの外側先端部には錫またははんだコーティングが施されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の先端チップ。
【請求項８】
上記チップキャップの外側後部本体部はクロム層を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の先端チップ。
【請求項９】
上記チップキャップは金属射出成形および焼結によって形成された金属粒子焼結体であり、該金属粒子焼結体は鉄粒子、ニッケルおよびコバルトのうちの少なくとも１つからなる焼結基材６０％以上と、銅、銀、炭素、錫、およびホウ素粒子のうちの少なくとも１つからなる焼結添加材とからなる組成を有することを特徴とする請求項２乃至８の何れか１項に記載の先端チップ。
【請求項１０】
はんだごて又ははんだ除去装置からなるはんだ加熱装置であって、
請求項１乃至９の何れか１項に記載の先端チップと、
先端に係合部を有する係合用のスリーブと、
上記スリーブの基端部を細長いはんだごて又ははんだ除去装置用の加熱アセンブリに取り外し可能に保持するための機械的な保持手段とを備え、
上記先端チップは上記スリーブに係合する基端部を有し、
上記加熱アセンブリは、ロッドと、該ロッドの端部に設けられた加熱端部とを備え、上記先端チップの基端部と上記スリーブの先端部とが係合した状態となっており、上記ロッドが上記スリーブに覆われ、チップコアが上記加熱端部に向き合いかつ熱的に連通するとともに、上記先端チップを当該加熱アセンブリから取外して交換できるように構成され、
上記チップコアは、上記保持手段が保持状態にあるとき、上記加熱端部の係合面である加熱端部係合面に密着に係合するコア係合面を有することを特徴とするはんだ加熱装置。
【請求項１１】
上記ロッドは中空領域を有し、上記加熱アセンブリは、先端部が上記中空領域内に配置されたヒータを備えるとともに、該ヒータ前方の上記中空領域内に温度センサを備えることを特徴とする請求項１０記載のはんだ加熱装置。
【請求項１２】
上記チップキャップにはロッドのコーティングとは異なる材料からなるコーティングが施されていることを特徴とする請求項１０または１１記載のはんだ加熱装置。
【請求項１３】
上記スリーブの上記係合部は、該スリーブの内向きへの絞込みもしくは内向きに配置されたリップまたはタブであり、上記先端チップの上記基端部は上記チップキャップの外向きに配置されたフランジであることを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載のはんだ加熱装置。
【請求項１４】
上記保持手段は上記スリーブの基端部の周りにコイルばねを備えるものであることを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載のはんだ加熱装置。
【請求項１５】
上記スリーブはばねを備え、上記保持手段は該ばねの端部を保持することを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載のはんだ加熱装置。
【請求項１６】
上記スリーブは、その基端部で係合するためのスロット端部が形成される少なくとも１つのスロットを備えることを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載のはんだ加熱装置。
【請求項１７】
上記保持手段は上記スロット付端部を圧縮するものであることを特徴とする請求項１６記載のはんだ加熱装置。
【請求項１８】
上記スリーブは、その先端が係合のための上記先端部となっている細長いコイルばねを備えており、上記保持手段がその基端部に設けられていることを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載のはんだ加熱装置。
【請求項１９】
上記先端チップは中央吸引開口部を有し、これによりはんだ除去装置用のチップキャップとなっていることを特徴とする請求項１０乃至１８の何れか１項に記載のはんだ加熱装置。
【請求項２０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の先端チップを製造する方法であって、
基部開口部を有するチップキャップを準備する準備工程と、
上記基部開口部にコア係合面を有するチップコアが上記チップキャップ内に形成されるように、上記基部開口部から伝熱材を少なくとも実質的に上記チップキャップに充填する充填工程とを含むことを特徴とする先端チップ製造方法。
【請求項２１】
上記伝熱材は金属粉体または金属粉体とバインダからなることを特徴とする請求項２０記載の先端チップ製造方法。
【請求項２２】
上記チップキャップは該チップキャップと略同形状の圧粉体からなり、上記充填工程後に、上記略キャップ形状の圧粉体と上記伝熱材の粉体とを一緒に焼結する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２１記載の先端チップ製造方法。
【請求項２３】
上記チップキャップは該チップキャップと略同形状の圧粉体からなり、上記焼結後に、鍛造、機械加工および研磨のうちの少なくとも１つによって上記コア係合面を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項２０記載の先端チップ製造方法。
【請求項２４】
上記充填工程後、上記チップキャップの先端部に錫又ははんだでコーティングし、その外表面の残りの部分をクロムでコーティングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０乃至２３の何れか１項に記載の先端チップ製造方法。
【請求項２５】
上記充填工程は、溶融状態の上記伝熱材を上記チップキャップに充填する工程を含むことを特徴とする請求項２０記載の先端チップ製造方法。
【請求項２６】
上記充填工程は上記伝熱材を鋳造する工程を含むことを特徴とする請求項２０記載の先端チップ製造方法。
【請求項２７】
上記充填工程は、上記伝熱材がロッド状またはブロック状であるものを含むことを特徴とする請求項２６記載の先端チップ製造方法。
【請求項２８】
上記準備工程は上記チップキャップを焼結する工程を含み、上記充填工程は充填される伝熱材が粉体であるものを含み、上記充填工程後、上記伝熱材が充填された焼結製の上記チップキャップを焼結する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０記載の先端チップ製造方法。
【請求項２９】
焼結製の上記チップキャップを備え、上記伝熱材はロッド状またはブロック状であり、これらを上記チップキャップ内で溶融させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０記載の先端チップ製造方法。
【請求項３０】
上記充填工程は上記伝熱材を上記チップキャップ内に押し込むプレス工程を含むことを特徴とする請求項２０記載の先端チップ製造方法。
【請求項３１】
上記プレス工程において上記コア係合面が形成されることを特徴とする請求項３０記載の先端チップ製造方法。
【請求項３２】
上記チップキャップは内部にはんだ吸引スリーブを備え、これにより上記先端チップははんだ除去装置用の先端チップとなっていることを特徴とする請求項２０乃至３１の何れか１項に記載の先端チップ製造方法。
【請求項３３】
上記伝熱材は銅、銅合金、銀、または銀合金であることを特徴とする請求項２０乃至３２の何れか１項に記載の先端チップ製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交換可能な先端チップを備えたはんだごてに関する。
【背景技術】
【０００２】
はんだ付けは電子産業において構成部材同士を接続し接着してしっかりとした電気接続を行うための方法である。はんだ付けは大別して２つのカテゴリーに分類できる、すなわち、マスはんだ付け（バッチはんだ付け）およびマニュアルはんだ付けである。マスはんだ付けにはウェーブはんだ付けまたはフローはんだ付けがあり、この場合、電気素子または構成部材がプリント基板に搭載されてこのプリント基板がはんだと選択的に接触されるように溶融はんだ槽を通される。マスはんだ付けにはさらにリフローはんだ付け（ＳＭＴ）もあり、この場合、はんだ粒子およびフラックスがバインダまたは添加材と混合されてはんだペーストを形成する。このはんだペーストは回路基板上に印刷され、そして電気素子がこの回路基板上に搭載され加熱されてはんだ付けされる。これらの方法は何れも複数の点を同時にはんだ付けすることが可能である。
【０００３】
電気はんだごてを使うマニュアルはんだ付けは個々のユーザーがはんだ付け作業を行えるようにするものである。マニュアルはんだ付けは上述のマスはんだ付け方法の後に利用でき、局所的なはんだ付けの欠陥を修復したりマスはんだ付け方法でははんだ付けできない部分をはんだ付けしたりするものである。
【０００４】
電気はんだごてのための従来のはんだごての先端チップは銅または銅合金でできており、これらの前端部は３０〜５０μｍ乃至は５００〜８００μｍの厚みで鉄めっきされ、はんだによる銅の侵食を防止するようになっている。そしてこのような鉄めっきされた領域ははんだでコーティングまたは濡らされて、これを使ってはんだ付け作業が行われる。
【０００５】
従来、はんだの主成分は錫および鉛（Ｓｎ−Ｐｂはんだであり、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだがその代表例である）であることが一般的であった。しかしながら、近年では環境問題により、鉛はあまり一般的には使用されずいわゆる鉛フリーはんだがより頻繁に使用されるようになっている。鉛フリーはんだの例としてはＳｎ−Ｃｕはんだ、Ｓｎ−Ａｇはんだ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだが挙げられる。
【０００６】
Ｓｎ−Ｐｂはんだに比べると、鉛フリーはんだにより良好なはんだ接合を実現することはより困難である。なぜなら鉛フリーはんだは比較的はんだ濡れ性が低く、はんだが拡散しにくいからである。はんだ濡れ性が低いことの主な原因としては、融点がＳｎ−Ｐｂはんだよりも２０〜４５℃高く、はんだごての先端チップがより酸化しやすいという事実が挙げられる。その結果、マニュアルはんだ付けにおけるはんだ付け作業が煩雑となっていた。はんだ付け不良は鉛フリーはんだを用いるマニュアルはんだ付けでより生じやすく、そのためより頻繁な修復が必要とされる。本出願人ははんだごての先端チップの鉛フリーはんだによる耐食性を、鉛ありのはんだを使って従来の鉄めっきされたはんだごての先端チップで経験していた耐食性と実質的に同程度に維持しつつはんだ付け性能を改善するための技術を発明した。このことは、「半田ごて用こて先」という名称で１９９９年５月１０日に出願された特開２０００−３１７６２９号公報に記載されている。この発明は、同公報に記載されているように、従来の鉄めっきの代わりに、Ｆｅ−Ｎｉ合金めっきをはんだごての先端チップの前端部に施すか、またはＦｅ−Ｎｉ合金の部材（バルク材）で覆い、はんだ付け性能を向上させている。
【０００７】
さらに、はんだ付けに関連した作業にははんだ除去があり、この場合、（電気）はんだ吸引装置を使って不要なはんだを取り除く。これらの装置は内蔵ヒータなどによって加熱される吸引ノズルを持っており、加熱された吸引ノズルの末端ははんだと接触されることでこれを溶かす。溶かされたはんだは吸引ノズルの端部にある開口部を通ってはんだ除去装置の内部へと吸引される。吸引は真空ポンプなどによって行われ、溶かされたはんだは吸引通路に設けられたフィルタを持つタンク（またはカプセル）内に貯溜される。
【０００８】
加熱された先端チップがはんだに接触する際のはんだを溶かす機能、および良好な熱伝達特性を維持するための良好なはんだ濡れ性の要件に関して、電気はんだ除去装置の吸引ノズルは電気はんだごての先端チップに類似しており、典型的には同様の鉄めっきがその前端部に施される。電気はんだごての先端チップと同様に、鉛フリーはんだを使ってもはんだ除去装置の先端チップの侵食が防止され、はんだの濡れ性が維持される。
【０００９】
はんだごての先端チップは磨耗が早いため、ほとんどの工業用はんだごては先端チップが侵食されたり他の形で磨耗したりすると、その度にはんだごて全体を交換するのではなく、必要に応じて先端チップのみを交換できるように設計されている。以下に説明するように、基本的に従来技術では３つの異なるタイプの交換可能な先端チップが知られている。
【００１０】
第１のタイプは、細長い先端チップが細長いヒータ内部に取外し可能に保持されているものである。その一例が特許文献１（Ｔａｎｇら）に開示されている（この特許、および本開示中のいずれに言及されている他の特許、発行物、および出願もすべてその全体を本願で参照文献として援用する）。
【００１１】
第２のタイプは、例えば、特許文献２（Ｅｉｓｅｌｅら）に提示されている。これは温度センサおよびヒータ上に取り付けられてはんだごて本体から延びている先端チップを備えている。
【００１２】
第３のタイプは、特許文献３（Ｍｉｙａｚａｋｉ）および特許文献４（Ｋｕｒｐｉｅｌａら）に提示されている。これらに提示されている構成は、先端チップセンサおよびヒータを備えた全体加熱ユニットであり、先端チップセンサおよびヒータが一体型装置として内蔵されているため第２のタイプよりも伝熱性が良い。このユニットでは、鉄めっきされた銅製先端チップが磨耗すると加熱ユニット全部が交換される。加熱ユニットはスリーブ内に押し込めるかソケット内に押し込め収容することができる、言わば内蔵ヒータを持つ複合型先端部である。
【００１３】
はんだごての例としては、特許文献５（Ａｂｂｏｔｔ）、特許文献６（Ｐａｔｅｅ）、特許文献７（Ｍａｔｓｕｚａｗａ）、特許文献８（Ｓｔａｃｃｏｎｉ）、特許文献９（Ｂｏｌｌら）、特許文献１０（Ｎａｇａｓｅら）、特許文献１１（Ｄｕｎｈａｍら）、特許文献１２（Ｓｉｎｅｓら）、特許文献１３（Ｋｏｎｉｓｈｉら）、１９９４年１１月３０日に公告された特許文献１４、特許文献１５（Ｎａｇａｓｅら）、および特許文献１６（Ｕｅｔａｎｉら）が挙げられる。
【特許文献１】米国特許第５，４２２，４５７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２４８，０７６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，０５４，６７８号明細書
【特許文献４】米国特許第６，２１５，１０４号明細書
【特許文献５】米国特許第１，６６７，６１８号明細書
【特許文献６】米国特許第２９，０３９号明細書
【特許文献７】特開２０００−２８８７２３号公報
【特許文献８】米国特許第４，５６８，８１９号明細書
【特許文献９】米国特許第６，０１９，２７０号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００４／０２２６９８１号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，７９３，１１４号明細書
【特許文献１２】米国特許第６，５１３，６９７号明細書
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００５／００９２７２９号明細書
【特許文献１４】登録実用新案第２０８０１８７号公報
【特許文献１５】米国特許出願公開第２００４／０２２２２０６号明細書
【特許文献１６】米国特許出願公開第２００５／００１１８７６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、最初の２つのタイプの先端チップは、最初のタイプのように先端チップがヒータの開口部内に配置されているか、第２のタイプのようにヒータ上に配置されている構成を持っている。はんだ付け作業のための熱はヒータから先端部を通って作業領域へと伝導される。これら２つのタイプの構成ではヒータと先端部との間に隙間または間隙がある。従って、伝熱性は先端チップヒータ複合型構成を持つ第３のタイプのはんだごてよりも劣る。しかし不利なことに、第３のタイプの交換可能な複合型ヒータアセンブリは作業費用が高い、なぜなら先端チップが磨耗するとヒータおよびユニットもまた交換しなければならないからである。
【００１５】
本発明は、上記のような事情に鑑み、簡単な構造で伝熱性の向上を図ることができる先端チップ、同先端チップを備えたはんだ加熱装置および同先端チップの製造方法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】
【００１６】
上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、はんだごて又ははんだ除去装置用の交換可能な先端チップであって、上記先端チップの先端部を形成するチップキャップと、上記チップキャップに固定された伝熱性のチップコアとを備え、上記チップコアは、はんだごての加熱アセンブリの加熱端部の加熱端面と密着に係合し、上記加熱端部から該チップコアに良好な熱伝導がなされるように構成された基端面を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の先端チップにおいて、上記チップキャップは金属粒子焼結製であることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の先端チップにおいて、上記チップコアは銅、銅合金、銀、または銀合金からなることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の先端チップにおいて、上記基端面は、上記加熱部端面の突出部を受容し該突出部と係合することを特徴とする。
【００２０】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の先端チップにおいて、上記チップキャップは金属鉄、鉄−ニッケル合金、鉄−銅−銀合金、鉄−銅−ニッケル−銀合金、または鉄−炭素合金を含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の先端チップにおいて、上記チップキャップは（３８〜９８．５％）Ｆｅ−（０〜５０％）Ｎｉ−（１〜１０％）Ｃｕ−（０．５〜２％）Ａｇを含むことを特徴とする。
【００２２】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６の何れか１項に記載の先端チップにおいて、上記チップキャップの外側先端部には錫またははんだコーティングが施されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項８に係る発明は、請求項１乃至７の何れか１項に記載の先端チップにおいて、上記チップキャップの外側後部本体部はクロム層を有することを特徴とする。
【００２４】
請求項９に係る発明は、請求項２乃至８の何れか１項に記載の先端チップにおいて、上記チップキャップは金属射出成形および焼結によって形成された金属粒子焼結体であり、該金属粒子焼結体は鉄粒子、ニッケルおよびコバルトのうちの少なくとも１つからなる焼結基材６０％以上と、銅、銀、炭素、錫、およびホウ素粒子のうちの少なくとも１つからなる焼結添加材とからなる組成を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項１０に係る発明は、はんだごて又ははんだ除去装置からなるはんだ加熱装置であって、請求項１乃至９の何れか１項に記載の先端チップと、先端に係合部を有する係合用のスリーブと、上記スリーブの基端部を細長いはんだごて又ははんだ除去装置用の加熱アセンブリに取り外し可能に保持するための機械的な保持手段とを備え、上記先端チップは上記スリーブに係合する基端部を有し、上記加熱アセンブリは、ロッドと、該ロッドの端部に設けられた加熱端部とを備え、上記先端チップの基端部と上記スリーブの先端部とが係合した状態となっており、上記ロッドが上記スリーブに覆われ、チップコアが上記加熱端部に向き合いかつ熱的に連通するとともに、上記先端チップを当該加熱アセンブリから取外して交換できるように構成され、上記チップコアは、上記保持手段が保持状態にあるとき、上記加熱端部の係合面である加熱端部係合面に密着に係合するコア係合面を有することを特徴とする。
【００２６】
請求項１１に係る発明は、請求項１０記載のはんだ加熱装置において、上記ロッドは中空領域を有し、上記加熱アセンブリは、先端部が上記中空領域内に配置されたヒータを備えるとともに、該ヒータ前方の上記中空領域内に温度センサを備えることを特徴とする。
【００２７】
請求項１２に係る発明は、請求項１０または１１記載のはんだ加熱装置において、上記チップキャップにはロッドのコーティングとは異なる材料からなるコーティングが施されていることを特徴とする。
【００２８】
請求項１３に係る発明は、請求項１０乃至１２の何れか１項に記載のはんだ加熱装置において、上記スリーブの上記係合部は、該スリーブの内向きへの絞込みもしくは内向きに配置されたリップまたはタブであり、上記先端チップの上記基端部は上記チップキャップの外向きに配置されたフランジであることを特徴とする。
【００２９】
請求項１４に係る発明は、請求項１０乃至１２の何れか１項に記載のはんだ加熱装置において、上記保持手段は上記スリーブの基端部の周りにコイルばねを備えるものであることを特徴とする。
【００３０】
請求項１５に係る発明は、請求項１０乃至１２の何れか１項に記載のはんだ加熱装置において、上記スリーブはばねを備え、上記保持手段は該ばねの端部を保持することを特徴とする。
【００３１】
請求項１６に係る発明は、請求項１０乃至１２の何れか１項に記載のはんだ加熱装置において、上記スリーブは、その基端部で係合するためのスロット端部が形成される少なくとも１つのスロットを備えることを特徴とする。
【００３２】
請求項１７に係る発明は、請求項１６記載のはんだ加熱装置において、上記保持手段は上記スロット付端部を圧縮するものであることを特徴とする。
【００３３】
請求項１８に係る発明は、請求項１０乃至１２の何れか１項に記載のはんだ加熱装置において、上記スリーブは、その先端が係合のための上記先端部となっている細長いコイルばねを備えており、上記保持手段がその基端部に設けられていることを特徴とする。
【００３４】
請求項１９に係る発明は、請求項１０乃至１８の何れか１項に記載のはんだ加熱装置において、上記先端チップは中央吸引開口部を有し、これによりはんだ除去装置用のチップキャップとなっていることを特徴とする。
【００３５】
請求項２０に係る発明は、請求項１乃至９の何れか１項に記載の先端チップを製造する方法であって、基部開口部を有するチップキャップを準備する準備工程と、上記基部開口部にコア係合面を有するチップコアが上記チップキャップ内に形成されるように、上記基部開口部から伝熱材を少なくとも実質的に上記チップキャップに充填する充填工程とを含むことを特徴とする。
【００３６】
請求項２１に係る発明は、請求項２０記載の先端チップ製造方法において、上記伝熱材は金属粉体または金属粉体とバインダからなることを特徴とする。
【００３７】
請求項２２に係る発明は、請求項２１記載の先端チップ製造方法において、上記チップキャップは該チップキャップと略同形状の圧粉体からなり、上記充填工程後に、上記略キャップ形状の圧粉体と上記伝熱材の粉体とを一緒に焼結する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００３８】
請求項２３に係る発明は、請求項２０記載の先端チップ製造方法において、上記チップキャップは該チップキャップと略同形状の圧粉体からなり、上記焼結後に、鍛造、機械加工および研磨のうちの少なくとも１つによって上記コア係合面を形成する工程をさらに備えることを特徴とする。
【００３９】
請求項２４に係る発明は、請求項２０乃至２３の何れか１項に記載の先端チップ製造方法において、上記充填工程後、上記チップキャップの先端部に錫又ははんだでコーティングし、その外表面の残りの部分をクロムでコーティングする工程をさらに含むことを特徴とする。
【００４０】
請求項２５に係る発明は、請求項２０記載の先端チップ製造方法において、上記充填工程は、溶融状態の上記伝熱材を上記チップキャップに充填する工程を含むことを特徴とする。
【００４１】
請求項２６に係る発明は、請求項２０記載の先端チップ製造方法において、上記充填工程は上記伝熱材を鋳造する工程を含むことを特徴とする。
【００４２】
請求項２７に係る発明は、請求項２６記載の先端チップ製造方法において、上記充填工程は、上記伝熱材がロッド状またはブロック状であるものを含むことを特徴とする。
【００４３】
請求項２８に係る発明は、請求項２０記載の先端チップ製造方法において、上記準備工程は上記チップキャップを焼結する工程を含み、上記充填工程は充填される伝熱材が粉体であるものを含み、上記充填工程後、上記伝熱材が充填された焼結製の上記チップキャップを焼結する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００４４】
請求項２９に係る発明は、請求項２０記載の先端チップ製造方法において、焼結製の上記チップキャップを備え、上記伝熱材はロッド状またはブロック状であり、これらを上記チップキャップ内で溶融させる工程をさらに含むことを特徴とする。
【００４５】
請求項３０に係る発明は、請求項２０記載の先端チップ製造方法において、上記充填工程は上記伝熱材を上記チップキャップ内に押し込むプレス工程を含むことを特徴とする。
【００４６】
請求項３１に係る発明は、請求項３０記載の先端チップ製造方法において、上記プレス工程において上記コア係合面が形成されることを特徴とする。
【００４７】
請求項３２に係る発明は、請求項２０乃至３１の何れか１項に記載の先端チップ製造方法において、上記チップキャップは内部にはんだ吸引スリーブを備え、これにより上記先端チップははんだ除去装置用の先端チップとなっていることを特徴とする。
【００４８】
請求項３３に係る発明は、請求項２０乃至３２の何れか１項に記載の先端チップ製造方法において、上記伝熱材は銅、銅合金、銀、または銀合金であることを特徴とする。
【００４９】
上記各発明に示される交換可能なチップキャップは、はんだごて又ははんだ除去装置の加熱アセンブリの前方の熱伝導コア端部に取り付けられる。伝熱性ペースト、粉末、またははんだのような低溶融温度材料をチップキャップと前方端部との間に挟持することでそれらの間の伝熱性を向上できる。交換可能なチップキャップを簡単に取外しまた取付けられる加熱アセンブリは締付けボルトを持つスリーブ、コイルばねスリーブ、またはスロット付き圧縮可能スリーブを備えることができる。従ってチップキャップは故障すると交換でき、加熱アセンブリユニットはその性能が劣化したときにだけ交換すればよい。例えば、チップキャップ（または後で説明する交換可能な「先端チップ」）は約１０，０００から４０，０００箇所のはんだ付けに使用した後交換でき、加熱アセンブリユニットは約１０，０００から４０，０００箇所のはんだ付けに使用した後で交換できる。
【００５０】
チップキャップは金属粒子焼結製であり得、焼結基材、または焼結基材および焼結添加材を備えており、焼結基材は鉄、ニッケルおよび／またはコバルト粒子を含んでいる。主成分として鉄、ニッケルおよび／コバルト（これらは鉄に類似の特性を持つ同じグループの要素である）またはそれらの組み合わせを持つ焼結合金を使うことで、はんだに対する耐食性が良好ではんだ濡れ性が良好なはんだごて用チップキャップを作成できる。特に焼結材料が、ニッケル粒子が添加された鉄粒子に基づくものである場合、鉄粒子単独の場合と比較してより向上した耐食性およびはんだ濡れ性が得られる。
【００５１】
焼結基材に使用される上述の鉄粒子は好ましくは純度が９９．５％を上回る鉄粉末が良い。このようにすると、不純物による伝熱性および導電性の低下およびはんだ付け性不良またははんだ除去性不良が回避される。一方、金属粒子焼結本体または部材の密度は有利なことに高くなる。もし鉄粒子が炭素、酸素、窒素、または水素のような不純物を大量に含んでいる場合は、これに応じた金属粒子焼結部材の密度は約９０％にしかならない場合がある。一方、もし高純度の鉄粒子を使用する場合、得られる密度は９６％以上に高まる。
【００５２】
金属粒子焼結チップキャップの焼結基材（鉄粒子、ニッケルおよび／またはコバルト）はチップキャップの６０％から９９．９９重量％を構成し得る。このことで、主な成分としての役割を果たす焼結基材の特性を有効に使えるようになる。これによりはんだ耐食性およびはんだ濡れ性が著しく改善される。
【００５３】
金属粒子焼結製のチップキャップは焼結基材および焼結添加材を含むことができ、添加材は銅粒子、銀粒子、錫粒子、ホウ素粒子、および炭素粒子から選択される。このことで、比較的低温で焼結することによってより改善されたはんだ付け性能のみならず高密度の金属粒子焼結本体または部材を作成できるようになり、また本体または部材は良好な耐食性を持つようになる。銅、銀、および錫は融点が比較的低く、すなわち、それぞれ１０８３℃、９６１℃、および２３２℃である。従って、たとえ焼結温度が比較的低温に設定されたとしても少なくとも錫粒子が焼結プロセスで溶け、液相焼結させて粒子間の間隙を充填する。固相焼結では、ホウ素が鉄族の要素間で格子間に拡散されて互いの内部で固体の相互拡散を促進して１１００℃という比較的低温での焼結を可能とする。炭素が含まれているとはんだ耐食性を改善でき先端チップの耐用寿命を大幅に延長することができる。
【００５４】
金属粒子焼結製のチップキャップの中の焼結添加材の含有量は０．０１〜４０重量％でよい。こうすることにより、焼結添加材の量が少な過ぎることなく、またその効果が不十分になることなく、また多過ぎて欠陥を招くということなく最良の添加量を設定することが可能となる。
【００５５】
あるいは、チップキャップは交換可能な吸引ノズルとして、やはり同様に加熱部を備えまた真空吸引機能を備えている本体に設けることができる。このようにして作成された電気はんだごてまたは電気はんだ除去装置を使えば、鉛フリーはんだをはんだ付けまたは除去する際に先端チップを交換する回数を減らすことが可能である。加えて、この構成により、技能のあまり高くない作業者であっても作業性を向上させ、高品質のはんだ付けおよびはんだ除去作業を簡単に行うことができる。
【００５６】
はんだごて用のチップキャップを備えた構成に加えて、本願の他の発明ははんだを取り扱い用チップキャップの製造方法である。焼結基材、または焼結基材および焼結添加材は、バインダと混合できる。バインダ材料は約４０重量％、または１０〜４０重量％の範囲で焼結基材および焼結添加材と混合できると思われる。所望の形状と実質的に同じ形状、またはその形状を包含する形状をプレス成形によって圧粉体として形成する。この圧粉体を非酸化性（不活性ガス）雰囲気中で８００〜１３００℃で焼結して所望の金属粒子焼結製の先端チップを作成する。
【００５７】
金属粒子焼結製の先端チップの製造プロセスにおける一工程として、これをさらに３００℃から５００℃の温度で予備成形鍛造または粉末鍛造によって成形することで、はんだごて前方部材を作成することがある。これにより粒子と金属粒子焼結キャップとの間の微細な間隙が少なくなり、その結果密度が高くなり耐食性が向上する。
【００５８】
さらに、プレス成形の代わりに射出成形を用いてチップキャップを形成することができる。このようにして圧粉体を、たとえプレス成形によって作成が困難な比較的複雑な形状であっても簡単に成形することができる。これにより、その後に必要とされる機械加工が少なくなるかまたは省略できるため生産性を高めることができる。
【００５９】
あるいは、本発明によると液相焼結を使うことができる。液相焼結では焼成温度は焼結添加材の融点未満である。これにより比較的低温で焼結することによって高密度の金属粒子焼結製チップキャップが形成できる。換言すれば、液相焼結によれば、融点のより低い粒子が焼結プロセスで溶融して金属粒子間の間隙を充填する。その結果、高密度の金属粒子焼結製チップキャップ作成でき、良好なはんだ付け性およびはんだ除去性が得られる。焼結が比較的低温で行われるため電力の節約もまた実現される。
【００６０】
本発明のチップキャップを製造する他の方法は、溶融プロセスによって焼結基材および焼結添加材を合金化する工程、および粒子を顆粒化して合金粒子を作成する工程を含んでいる。その結果、金属粒子混合プロセスを簡素化でき、生産性が高められる。
【００６１】
本発明のさらなる製造方法は、使用される焼結基材、焼結添加材または合金粒子の粒子サイズが２００μｍを上回らないことを特徴とする。あるいは、使用される粒子は５０μｍを上回らない。さらには、超微粒子を焼結基材、焼結添加材または合金粒子として用いることができる。より細かな金属粒子を使うことによって、金属粒子焼結体の最終的な密度を高めることができる。加えて、はんだ付け性またははんだ除去性を向上させることが可能となり、先端チップの耐食性を向上させることが可能となる。
【００６２】
しかしながら、プレスまたは押し出しプロセスを使って厚みが約１０００μｍ未満のチップキャップを形成することは困難である。また、これらの方法を使って形成されるチップキャップの密度は一般に９０パーセント未満になると思われる。従って、金属射出成形を使って本発明のチップキャップを形成することが望ましい。この方法を使えば、チップキャップの肉厚みは２００〜８００μｍとでき、焼結後の密度は９６〜９７％とできる。
【００６３】
従って、本発明の１つの側面は、はんだごてとしてのはんだ加熱装置であって、係合部および基端部を有するチップキャップ、先端に係合部を有する係合用のスリーブ、および細長い加熱アセンブリにスリーブの基端部を取外し可能に保持するための機械的な保持手段を備えており、細長い加熱アセンブリは、端部に先細りの加熱端部を有するロッドを備えており、上記先端チップの基端部と上記スリーブの先端部とが係合した状態となっており、上記ロッドが上記スリーブに覆われ、上記チップキャップは取付状態において上記加熱端部の側面と熱的に連通しており、そのチップキャップは加熱端部から取外して交換できるようになっている。このはんだ加熱装置はさらに、保持手段が加熱端部にチップキャップを保持する場合にチップキャップと加熱端部との間に挟持される伝熱材を備えることができる。保持手段は、スリーブの基端部に固定され加熱アセンブリのねじ付き部材に螺合するナットを備えることができる。あるいは、保持部材はスリーブの基端側内面にねじを備えることができる。チップキャップは斜面型、円錐型、たがね型、またはナイフ型形状とすることができる。
【００６４】
交換可能な構成部材として、チップキャップに代えて、伝熱性のチップコアで充填されたチップキャップを備える先端部としても良い。チップコアはヒータスリーブの加熱部端面と離脱可能に係合するような寸法とされ構成されている後方面を有している。
【００６５】
本発明の交換可能な先端チップの１つの側面によると、はんだごて（またははんだ除去装置）としてのはんだ加熱装置は、加熱部端面を有する加熱端部を備える細長い加熱アセンブリ、加熱用のチップコアおよびチップコアに固定されたチップキャップを備える交換可能な先端チップを備え、上記チップコアは、上記加熱部端面と係合するように構成されるとともに上記加熱端部から当該チップコアへ熱伝導がなされるように構成されている。チップキャップは金属粒子焼結チップキャップであり得、チップコアは銅、銅合金、銀または銀合金コアであり得る。加熱アセンブリとしてはセラミックヒータ、抵抗線ヒータ、またはヒータカートリッジを備え得る。加熱部端面は突出部を持ち得、基端面面はこの突出部を受容するように構成された窪みを持ち得る。基端面はチップキャップの端面の同一面に存在する。はんだ加熱装置はさらに、先端チップを加熱端部に離脱可能に保持するための機械的な保持手段（例えばスリーブ）を備え得る。
【００６６】
本発明のさらなる側面によると、取外し可能なはんだごて（又ははんだ除去装置）の先端チップは、作業部である先端部と開放基部とを有する本体部と、上記開放基部から延出して該開放基部を取り囲むフランジを有するチップキャップと、上記本体部にあり細長い加熱アセンブリの先端側の加熱端部に対向し、係合するように構成された後方面を有する伝熱性チップコアを備えている。本体部はたがね型形状、円錐型形状、ナイフ型形状、または斜面型形状を持ち得る。チップキャップは直径２〜１０ｍｍの開口基部を持ち得る。チップキャップは２００〜８００μｍの肉厚を持ち得る。チップコア後方面はチップキャップのフランジの後方面の同一面に存在し得、および／またはチップコア後方面は加熱アセンブリの加熱端部の突出部を受容する窪みを備え得る。チップキャップは吸引開口部を備えることができ、チップコアははんだ除去通路を備えることができ、これによって先端チップは取外し可能なはんだ除去装置の先端チップとなっている。
【００６７】
本発明のさらに他の側面に従うと、はんだごて（またははんだ除去装置）をアセンブリする方法は、チップコアの後方面が加熱端部の前端部ヒータ面と係合関係にある状態で、チップキャップおよびその中の伝熱性チップコアを備える先端部をはんだごての加熱端部にこれに向かい合うように離脱可能に取り付ける工程を含み得る。取り付ける工程は、前端部がチップキャップに接続されているコイルばねの後端部を加熱アセンブリに取り付ける工程を含み得る。取り付ける工程はスリーブにナットをねじ込む工程を含み得る。取り付ける工程は拡張可能な把持スリーブを加熱アセンブリの前端部の上をスライドさせる工程を含み得る。はんだごては加熱ユニットおよび電気コネクタを備え得て、この加熱ユニットはヒータおよび温度センサを備えている。後方面はチップキャップの後端部の同一面に存在し得る。
【００６８】
本発明の他の目的および利点は、本発明が属する分野の当業者にとって添付の図面とともに上述の記載からより明らかとなるであろう。
【発明の効果】
【００６９】
本発明の先端チップによれば、簡単な構造でありながら伝熱性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７０】
図１を参照すると、本発明のはんだごての全体図が符号１００で描かれている。はんだごて１００は、一般に符号１１０で示されている加熱アセンブリ１１０（または加熱ユニット）、コネクタアセンブリ１２０、交換可能なチップキャップ１３０、および加熱アセンブリ１１０の銅または銅合金１５４の先細りの作業先端部１５０にチップキャップ１３０を離脱可能に保持するための保持アセンブリ１４０を備えている。加熱アセンブリ１１０はまた、加熱ユニット１５６および温度センサ１６０も備えることができる。加熱アセンブリ１１０は交換のためにコネクタアセンブリ１２０から取り外すことができる。コネクタアセンブリ１２０の前端部にスナップばめされて、例えばオーリング１７０によってそこに保持される。図１のはんだごて１００およびその構成、構成部材、および作業はおそらく、２００２年１０月４日に出願された「先端チップおよび電気はんだごて」という名称の米国特許出願シリアル番号第１０／２６４，７１８号（米国特許出願公開第２００４／００６５６５３号）、および２００２年１０月１４日に出願された米国特許出願シリアル番号第１０／６８６，４３９号（米国特許出願公開第２００４／０１９５２２８号）からよりよく理解できるであろう。本願で説明するチップキャップの発明は当業者にとって明らかなように多くの他の従来のまたは既存のはんだごてに使用できる。それらのうちの２つの例が、「はんだごて用先端チップおよびその製造方法」という名称の米国特許出願シリアル番号第０８／７９８，４６７号、米国特許第５，５７９，８３３号（Ｗｉｊｋｓｔｒｏｍ）、および米国特許第６，３８６，４２３号（Ａｌｄｅｒら）に開示されている。
【００７１】
オーリング１７０は加熱アセンブリ１１０の端部にあるスロット１８０にスナップばめされる。コネクタアセンブリ１２０に挿入されると、加熱アセンブリ１１０はコネクタアセンブリ１２０を通じて電源に電力コード１９０を介して電気的に接合される。コネクタアセンブリ１２０はオーリング１７０と電気接触子との両方を中に持つソケット開口部２００を持っている。これによりユーザーは、電気接触が行われるまで加熱アセンブリ１１０をソケット開口部内に挿入できる。そして、オーリング１７０がスロット内にある状態で加熱アセンブリ１１０が中に保持される。コネクタのソケット開口部２００から加熱アセンブリ１１０を離脱させるには、ユーザーはこれを引き抜く。これは、例えば、米国特許第６，７１０，３０５号（Ｌｉｎｄｅｍａｎｎら）に提示されている。チップキャップ１３０の内面にある、図８に示され本開示では後でより詳細に説明する伝熱材２２０が、作業先端部１５０からチップキャップ１３０への良好な熱伝導を提供する。
【００７２】
チップキャップ１３０は上側部または冠部２３０を備えており、これは厚みが実質的に一定で内部および外部の表面が作業先端部１５０の外側表面に一致するような形状とされている薄い壁を持つものである。上側または冠部２３０は公知のまたは当業者にとって明らかなどのような形状にでも構成でき、例えば、図１２および図１３に示すようなたがね型形状２４０、図９、図１４および図１５に示すような円錐型形状、図１０に示すような斜面型形状２６０、および図１１に示すようなナイフ型形状２７０などがある。例えば図８に示すようなリップ、フランジまたはリム２８０が冠部２３０の基部から延びて、好ましくはその全周にわたって基部開口部２８４のまわりに延びている。しかしながら、フランジを省略すること、または連続的な全周フランジの代わりに間隙のあけられた１つ以上のタブを設けることもまた本発明の範囲内である。
【００７３】
加熱アセンブリ１１０はまた、全周グリップまたはハンドル３００も備えている。グリップまたはハンドル３００はゴム、エラストマーおよびプラスチックから形成でき、好ましい材料は抗菌材料と混合されたプラスチック材料である。これは米国特許第６，７１０，３０４号（Ｙｏｋｏｏ）、ならびに２００３年１月２２日に出願された米国特許出願第１０／３４８，６８４号（米国特許出願公開第２００５−０１０１６９１  Ａ１号）に記載されている。
【００７４】
保持アセンブリ１４０は作業先端部１５０にチップキャップ１３０をしっかりと保持することで、それらの間に挟持されている伝熱材２２０を通って良好な熱伝導が行われるようにする。さらに、保持アセンブリ１４０は、チップキャップ１３０が侵食によって磨耗するとユーザーによって簡単に取りはずしして新しいチップキャップに交換できるように設計されている。作業先端部１５０にチップキャップ１３０を保持する好ましいアセンブリは図２および図３に最も良く示されている。これらを参照すると、基部フランジ３２０を有するスリーブ３１０が設けられている。スリーブ３１０は、加熱ユニット１５６を覆うのに十分な長さと内径を持っており、例えば、長さは１０〜１００ｍｍであり得、直径は３〜２０ｍｍであり得、ステンレス鋼から製造することができる。スリーブはその前端部に内側に突出しているタブまたはフランジを有している。
【００７５】
チップキャップ１３０を作業先端部１５０の所定の位置に取り付けるために、ここで図３を参照する。スリーブ３１０をチップキャップ１３０上を図の左側に向かってスライドさせ、そして加熱アセンブリ１１０の作業先端部１５０の細いロッド部３４０上をスライドさせる。スリーブ３１０のリップまたはタブ３３０がチップキャップ１３０のフランジ２８０に係合し、チップキャップ１３０を作業先端部１５０へと引っ張る。そしてナット３５０をチップキャップ１３０およびスリーブ３１０上をスライドさせ、その後、図３に見られるように加熱アセンブリ１１０のねじ付き部３６０に螺合させる。所定の位置に螺合されると、チップキャップ１３０は図２に示されるように作業先端部１５０にしっかりと保持される。はんだ付け作業によりチップキャップ１３０が磨耗した後にこれを取り外すには、ナット３５０のねじを緩めて、ナット、スリーブ３１０、およびチップキャップ１３０を取外す。そして交換用チップキャップを所定の位置に取り付ければ良い。
【００７６】
第１の他の例の保持アセンブリは図５の符号３７０で示される圧縮可能な把持型のスリーブである。この図に示すように、スリーブ３７０は後部のフランジ３８０、およびフランジ３８０に係る１つ以上の長手方向スロット３９０を有する。チップキャップ１３０は好ましくはスリーブ３７０の前端部に固定される。短いコイルばね４００をスリーブ３７０の後部に固定できる。このスリーブ３７０およびチップキャップ１３０は加熱アセンブリ１１０のロッド部３４０に沿って所定の位置にスライドさせ、スロット付きスリーブ３７０の半径方向のたわみおよびコイルばね４００の把持によってスリーブがロッド３４０の所定の位置に保持される。チップキャップを取り外すには、ユーザーによってスリーブ３７０とチップキャップとの結合体を作業先端部１５０から引き抜き、取外して新しいものと交換する。あるいは、チップキャップ１３０とスリーブ３７０とを別々の構成部材としてもよい。
【００７７】
さらに他の例は圧縮可能な部材４１０であり、好ましくは細長いコイルばねであり、これはその前端部がフランジ２８０またはチップキャップ１３０の後部に固定できるものである。コイルばね４１０はその後端部にコイルばね端部タブ４２０を持っている。はんだごてにチップキャップ１３０を搭載するには、図７に示すようなばねチップキャップユニットをロッド部３４０にスライドさせコイルばね４１０の端部タブ４２０を加熱アセンブリ１１０のカラー４５０にあるＬ字状角度のスロット４４０にはめ込み、ばね４１０のバイアスに向かって内側に押しスロットのＬ部内に回転させる。その後ばね４１０がその圧縮状態から開放されると、ばねは張力によってスロット４４０に保持され、それによりチップキャップ１３０が作業末端先端部１５０の所定の位置に離脱可能に保持される。あるいは、あまり好ましくはないが、コイルばね４１０およびチップキャップ１３０を２つの別々の構成部材として作成し適切な手段によって一緒に取り付けおよび接続することができる。
【００７８】
チップキャップ１３０の長さは５ｍｍから２０ｍｍであり得る。２０ｍｍを超えないことが好ましい、なぜなら焼結製造プロセス中にひずみがかかり作成に必要な金型の費用が高くなるからである。ほとんどの形状では、基部開口部２８４の肉厚は約２μｍから８００μｍであり得る。好ましくはその作業部表面にはんだめっき４６０を持っている。このはんだめっき４６０は、例えば、錫めっきであり得る。チップキャップ１３０の後部の非作業部はクロムめっき４７０としてチップキャップ１３０の有効作業領域を超えてはんだが上がってくるのを防止できる。クロムめっき４７０の前または後に錫めっき４６０を行うことができ、または錫めっきをユーザーによって行ってもよい。
【００７９】
図１２および図１３に示すようなたがね型構成の場合、その上に施されているはんだめっき４６０は４ｍｍの区間４８０に延びることができこの距離は１〜１０ｍｍで変動し得る。クロムめっき４９０が６ｍｍ距離で延びている状態では好ましい寸法は４ｍｍであり、図１３に示す全長４９４は１０ｍｍとなる。フランジの内径５００は４ｍｍであり得、外径５１０は５ｍｍであり得る。図１４および図１５に示すような円錐型先端部のタイプの場合、符号５２０、５３０、５４０、５５０、および５６０で示される寸法はそれぞれ６．５ｍｍ、０．５ｍｍ、７ｍｍ、２．５ｍｍおよび３．５ｍｍであり得る。
【００８０】
細いチップキャップ１３０は金属射出成形によってまたはプレス成形法によって作成できる。これらの方法およびさまざまな好ましい他の材料は本開示では後で説明する。
【００８１】
チップキャップ１３０の内側表面および作業先端部１５０の外側表面は同じ形状および寸法でなければならない。たとえ正確な製造技術をもってしても、もしチップキャップ１３０がただ単に作業先端部に取り付けられただけでは間隙が存在することになるであろう。これらの間隙は伝熱性を低くする。キャップを正確に製造しその結果間隙がないようにするとコストが非常に高くなると思われる。さらに、はんだごて１００は約３００〜４００℃という高温下で使用されるため、接触領域で金属拡散が起こってこれら２つが互いに接合され、チップキャップ１３０が実質的に作業先端部から取り外せなくなる。
【００８２】
従って、本発明は有利なことにまた独自に、チップキャップ１３０と作業ツール１５０との間に伝熱材２２０を挟持する（図８）ものである。伝熱材２２０はチップキャップ１３０と作業先端部１５０との間に完全な伝熱性接触を提供して、それらのすべての間隙を充填するものである。伝熱材２２０はまたチップキャップ１３０が作業先端部１５０に接触しないようにし金属拡散が起こる可能性を防ぐものである。
【００８３】
この間隙を充填するには十分な品質の伝熱材２２０を提供する必要がある。例えば、伝熱材２２０は直径４ｍｍの作業先端部の周りおよびチップキャップ１３０の９ｍｍの長さに沿って１ｍｍの間隙を充填するようなものであり得る。従って、伝熱材２２０が比重１１．３４の鉛であった場合、伝熱性鉛材料の量は０．１４ｇとなると考えられる。好ましい範囲は０．０１〜１０ｇの間であり得、より好ましくは０．１〜１ｇの範囲である。しかしながら、必要とされる正確な量を計量することは困難である。さらに、比重は材料により異なり、また間隙の大きさにより使用される量は異なるであろう。
【００８４】
使用できる伝熱材２２０には基本的には２つのタイプがある。１つは使用中に溶けるタイプで、他のタイプは使用中に固化するタイプである。はんだのように使用中に溶けるタイプはより簡単に間隙を覆う。しかしながらこれには、はんだが溶けた状態にあるときにチップキャップ１３０を交換しなければならないという問題点がある。これは、温度が室温に低下するとはんだが固化してしまい、そうなるとチップキャップ１３０を取外して交換することができなくなるからである。使用中に溶ける伝熱材２２０の例としては、Ｓｎ（融点２３２℃）（以降、Ｍ．Ｐ．２３２Ｃとする）、Ｓｎ−３７Ｐｂ（Ｍ．Ｐ．１８３Ｃ）、Ｂｉ（Ｍ．Ｐ．２７１Ｃ）、Ｓｎ−０．７Ｃｕ（Ｍ．Ｐ．２２７Ｃ）、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７Ｃｕ（Ｍ．Ｐ．２１７Ｃ）、Ｓｎ−９Ｚｎ（Ｍ．Ｐ．１９８Ｃ）、Ｓｎ−５８Ｂｉ（Ｍ．Ｐ．１３８Ｃ）、Ｉｎ（Ｍ．Ｐ．１５６Ｃ）、およびＰｂ（Ｍ．Ｐ．２３７Ｃ）が挙げられる。これらの金属および金属合金は一般にはんだと呼ばれ（ただしＢｉおよびＩｎは除く）、インラインはんだまたはペーストはんだとして市販されている。これらの材料が使用される場合、これらは塗布されるときに粉末またはペースト状であるとより良い。好ましい溶融温度は１００℃から３５０℃である。溶融温度がより低いと先端チップを交換するときにユーザーがやけどするのを防止でき好ましい。溶融温度よりももっと重要なことは、伝熱材２２０がある特定の金属と簡単に反応しないことである、なぜならこれらは溶融されるときにキャップの内面またはＳｎ−９Ｚｎのようにすぐ酸化する材料と接触するからである。
【００８５】
伝熱材２２０はチップキャップ１３０の内側表面に塗布されるときは多数の形態であり得る。（あるいは、適切であれば、この材料はチップキャップ１３０の内部への塗布の代わりにまたはそれに加えて作業先端部１５０の先端部表面に塗布できる）。この材料ははんだのような溶融温度の低い金属であり得る。金属状態の場合、フラックスと混合されており市販されているペーストはんだが数多くある。それは炭素、アルミニウム、銅、または銀粒子、或いは熱伝導率が０．０１〜１．０の間（例えば０．４８１４Ｗ／ｍＫ）であってもよい。粉末形状の場合、粒子サイズは好ましくは１〜２０μｍである。第３の状態は良好な伝熱性を持つゲル形状である。ゲル組成物は、アルコール、油、フラックス、またはパラフィンワックスのような有機溶媒を伝熱材２２０に混合してこれをゲルまたはペースト状とすることによって作成できる。ペーストまたはゲルタイプはキャップに塗布する場合に粉末状タイプよりも取り扱いが簡単である。
【００８６】
伝熱材２２０が粉末状態の場合、スプーンのような道具を使ってまたは１つ以上のタブレットの形状でチップキャップ１３０内に挿入できる。伝熱材２２０がペースト状態の場合、搾り出しチューブから、射出注射器から、ドロッパから塗布でき、または綿棒を使って塗布できる。ゲルがチップキャップ１３０内に挿入された後、チップキャップは作業先端部１５０の端部に両者の間隙がすべて充填されるまで押し込まれる。
【００８７】
伝熱材２２０は一般に粉体形状の場合よりもゲル状態にある場合の方がより塗布が簡単である。例えば、まず最初に、搾り出しチューブを材料２２０で充填しその後チューブからゲル材料を搾り出してキャップ１３０内に塗布する。必要十分な量の材料を塗布するよりも、過度な量の材料を塗布しその後キャップの端部で側面から漏れ出る余剰の伝熱材２２０をふき取るのが好ましい。
【００８８】
伝熱材２２０を提供する重要性は、図１６において全体を符号６００で示すグラフから理解できる。このグラフを参照すると、本願のチップキャップ発明において伝熱材を使った場合（実線）、および伝熱材を使わなかった場合（点線）の時間に対する先端チップの温度が示されている。
【００８９】
グラフ６００は以下の試験の結果から作成されたものである。同じはんだごてを使った金属射出成形加工（ＭＩＭ）焼結合金製チップキャップ（タイプＴ７−２．４Ｄ）の実際の先端チップ温度を計測した。具体的には、１つのサンプルは伝熱材を全く使わずに作業先端部に直接固定したＭＩＭチップキャップ（１３０）を持つものであった。他のサンプルはＭＩＭチップキャップと作業先端部との間にビスマスの伝熱材を使った。直径が１．６ｍｍのＳｎ−Ｐｂ共晶はんだワイヤを使った。チップキャップ温度は該チップキャップに伝熱材を用いない状態ではんだごてを約４０６℃に設定することによって制御した。一回のはんだ付けにつき５ｍｍのはんだワイヤを繰り出した。はんだ付けサイクルは３秒ではんだ付け回数は３０回であった。はんだ付け作業は、銅で被覆した紙基材のフェノール樹脂印刷配線板（Ｓｕｎｈａｙａｔｏ製＃１６）から切り取った１ｃｍ×１ｃｍ片について行った。チップキャップの先端から約２ｍｍのところにスポット溶接されたＫ型熱電対によって温度を計測した。
【００９０】
グラフ６００に見られるように、伝熱材を用いたサンプルは他のサンプルよりも優秀であった、なぜなら（１）温度の立上がり速度がより速い、（２）最高温度が約１６℃高い、そして（３）はんだ付け中の温度低下がより小さいからである。温度低下がより小さいと好ましい。一般に、先端チップ温度は３５０℃〜４００℃に設定される。例えば３８０℃で用いられるはんだを使えば、先端チップの温度をたった１０℃下げるだけでもより大きな努力が必要である。
【００９１】
先端チップの温度をより高くすると、その先端チップの侵食がより大きくなり、寿命が短くなることは公知である。このことを図１７のグラフ６２０に示す。例えば、Ｓｎ−０．７Ｃｕの場合、先端部温度が４００℃から３５０℃に低下すると、侵食の量は半分に減る。それにより先端チップの寿命を約２倍に延ばすことが可能となる。この特徴は鉄めっきされた先端チップに適用されるのみならず本発明のもののような（ＭＩＭ）チップキャップ１３０にも適用される。一般に、どのような金属性先端チップも当該グラフのような特徴を有する。
【００９２】
先端チップの温度が低くされると、濡れ性低下の問題や先端チップが酸化されるという問題も改善される。高温ではんだ付けを行うと、例えばカバーパターン回路と錫との間に金属化合物がより厚く成長しやすくなる。Ｃｕ６Ｓｎ７化合物ははんだ接合部内部で成長して接合の信頼性は低くなる。結局、より低温でのはんだ付けは多くの利点を持っている。このことは、図１７のグラフ６２０と同様に「鉛フリーはんだによるはんだごての破損およびいかにしてはんだごての破損を小さくするか」という名称の日本の論文に詳細に記載されている。この論文は、日本溶接協会のマイクロ接合委員会がスポンサーとなった２００４年２月５日の「マイクロ接合およびアセンブリ技術およびエレクトロニクス」の第１０回シンポジウムで発表されたものである。この論文は２００４年の「マイクロ接合およびアセンブリ技術およびエレクトロニクスの第１０回シンポジウムの進行」の第１０巻に掲載されたものである。
【００９３】
ＭＩＭチップキャップ１３０の利点の１つは、鉛フリーはんだをはじめとするさまざまなはんだとともに使えることである。チップキャップの好ましい材料組成物はユーザーの必要性によって異なるであろう。材料ははんだによる良好な濡れ性ならびに溶融はんだによる侵食に対して良好な耐性を持つべきである。一例としては良好な濡れ性を持つＭＩＭチップキャップが挙げられる。いくつかのＭＩＭチップキャップは濡れ性はより良くなるものの鉄めっきからなる通常の先端チップよりも寿命が短くなる。他のものは寿命はよりよくなるものの、鉄めっきからなる通常の先端チップよりも濡れ性が低下することになる。
【００９４】
好ましい材料として２つ挙げられる。はんだ付け性が良好な材料としては、（ａ）Ｆｅ−２〜５０ｗｔ％Ｎｉ合金（ＭＩＭおよび焼結によって製造された鉄−ニッケル合金）、（ｂ）Ｆｅ−０．５〜１０ｗｔ％Ｃｕ−０．１〜５ｗｔ％Ｎｉ−０．１〜１．０ｗｔ％Ａｇ合金（ＭＩＭおよび焼結によって製造された鉄−銅−ニッケル−銀合金）が挙げられ、好ましくはＦｅ−１ｗｔ％Ｃｕ−０．４ｗｔ％Ｎｉ−０．３ｗｔ％Ａｇ（鉄−１ｗｔ％銅−０．４ｗｔ％ニッケル−０．３ｗｔ％銀合金）である。耐食特性が良好な材料としては、Ｆｅ−０．０５〜１ｗｔ％Ｃ（ＭＩＭおよび焼結によって製造される鉄−炭素合金）が挙げられ、好ましくはＦｅ−０．４ｗｔ％Ｃ（鉄−０．４ｗｔ％炭素合金）である。
【００９５】
従来、先端チップからはんだがはみ出てしまってはんだ付けがあまり有効でなくまたあまり正確でなくなることを防止するために、先端チップの後部にクロムめっきが施された。残念ながら、多数のはんだ付け作業によって、クロムめっきは徐々に侵食された。これははんだ中の錫がクロムめっきを侵食するからである（鉄めっきも同じ）。さらに、フラックス中の活性剤のほとんどは塩素を含んでおり、これもやはりクロムめっきを侵食し得る。従って、従来技術における先端チップのクロムめっき部分は塩素フラックスのみならず錫はんだによっても侵食が早かった。加えて、先端チップとめっき材料との間に隙間を作ることなくクロムめっきを施すことは困難であった。さらに、クロムめっきに使用される６価クロムはガンの原因となり人間および他の生物の健康を損なうとして知られている。
【００９６】
従って、本発明は従来のクロムめっきに取って代わるものを提供する。具体的には、フレーム溶射またはプラズマ溶射コーティングを使うことでセラミックス、サーメットなどのさまざまな材料、および融点の高い金属を作業先端部１５０に溶射する。性能がよく銅チップコアに対して密着性のよい金属としては、ＳＵＳ３１６ステンレス鋼およびモリブデン（Ｍｏ）が挙げられる。性能のよいセラミックの例としては、Ａｌ２Ｏ３−２．５％ＴｉＯ２、６２％ＣａＯ−３３％ＳｉＯ２、ＺｒＯ２−８％Ｙ２Ｏ３、７０％Ａｌ２Ｏ３−２９％ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３−４０％ＴｉＯ２、ＺｒＯ２−２０％ＭｇＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＺｒＯ２−４％ＣａＯ、およびＺｒＯ２−ＣｅＯ３が挙げられる。
【００９７】
セラミックコーティングまたはめっきを使用する場合、セラミックの密着性および耐食性は、先に下地をコーティングすることにより改善される。下地の例としては、Ｎｉ−Ｃｒ、ＳＵＳ３１６、Ｃｒ−Ｍｏが挙げられる。溶射コーティングは材料を多孔にするので封止コーティングを使えば孔を閉じることができる。
【００９８】
フレーム溶射コーティングの温度は一般に低すぎてセラミックまたは融点の高い金属を溶射できないため、プラズマ溶射コーティングが好ましいコーティング技術である。
【００９９】
先端チップは、基部および前方延出部１５０を持つ銅または銅合金のチップコアを持つことができる。前方延出部は取外し可能に取り付けられた本発明のチップキャップ１３０を持つことができる。先端チップ１５０はまず最初に脱脂によりきれいにされる、すなわち、アセトンおよび／または脱脂剤を使ってその表面から油を取り除く。
【０１００】
先端チップ１５０の表面はスチールグリットブラストによって凹凸がつけられる。スチールグリットの粒径は約１０〜２５０μｍであり、好ましくはその平均は８０μｍでありモース硬度１０である。噴射機の出力は約３．７〜４０ｋｇｆ／ｃｍ２として良く、噴射時間は約１０秒として良い。噴射後、先端チップの表面を清浄して表面からスチールを取り除く。スチールが残っていると表面がさびる虞があるからである。清浄はジェットエア噴射によって行うことができる。
【０１０１】
プラズマ溶射コーティングを行うには、先端チップ１５０を回転機に搭載し、５０〜５００ｒｐｍの間で回転させれば良い。溶射材料用の射出ノズルを回転中の先端チップから約１００ｍｍのところに配置すれば良い。射出ノズルの内部の温度は１，０００〜１０，０００℃にまで達する。溶射はベースの先端チップのコアから他方へと右に向かって移動させそして左に戻すサイクルを約３サイクル行う。例えば、ＳＵＳ３１６Ｌを溶射コーティング材料として使うと、基材はそれぞれのサイクルで蒸着された２０μｍのＳＵＳ３１６Ｌの層を持つことになると考えられる。
【０１０２】
下地コーティングを基材の表面に施してプラズマ溶射トップコーティング材料の接着をより強くすることができる。もしセラミック材料が金属（銅）基材上に溶射されると、基材の金属表面への接着が弱くなる可能性がある。このことは特に、セラミックトップコーティング用の製品が高温で使われて（はんだ付けのような）、熱に対する膨張率の違いにより剥離を起こす場合に当てはまる。従って、下地コーティングに使われる材料はトップコーティングの膨張率と基材（例えば銅）の膨張率との間の膨張率を持つべきである。Ｎｉ−２０％Ｃｒは下地コーティング材料に用いることができる。耐熱性下地コーティングに用いることができる他の材料としては、（１）Ｎｉ−２３％Ｃｏ−１７％Ｃｒ−２％Ａｌ−０．５％Ｙ、および（２）Ｃｏ−３２％Ｎｉ−２１％Ｃｒ−８％Ａｌ−０．５％Ｙが挙げられる。下地コーティングは上述のトップコーティングの場合と同じ技術を使って塗布できる。
【０１０３】
材料のフレーム溶射コーティングまたはプラズマ溶射コーティングは溶射された材料を多孔性にする場合がある。孔を閉じるまたは覆うために、本願では特定のコーティング剤を封止剤として使用できる。例としてはＳｉＯ２およびＺｒＯ２であり、これらは１８０℃で３０分間加熱することによって硬化させることができる。
【０１０４】
ＳＵＳ３１６およびＭｏに加えて、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉもコーティングする金属材料として好適である。機能し得る金属は塩素フラックスに関して耐性を持たねばならず、錫はんだによって侵食されてはならず、先端チップとコーティングされた材料との間に隙間なくコーティングされなければならない。また材料ははんだ濡れ性をもってはならない。ＳＵＳ３１６およびＴｉのような材料はそれらの表面上に強い酸化膜を持っている。従って、これらの材料は濡れ性を持たないためはんだの錫と金属化合物を形成することはない。これらのタイプの金属は濡れ性を持たない膜の材料として使用できる。すべてのセラミックははんだ濡れ性を持たない。しかしながら、金属は銅基材への接着という点でセラミックよりも有利である。
【０１０５】
上述のように、セラミックは有利なことにはんだによる濡れ性をもたないが、金属基材にはあまり良好に接着しない。この問題点を解決するために、上述のように下地コーティングを施すことができる。以下の材料が下地コーティングとして使用できる。
【０１０６】
【表１】
2008500184.tif 000046
【０１０７】
次に、チップキャップ１３０の成分を説明する。以下の表は金属粒子焼結製のチップキャップ１３０の製造に使用される粒子の重量（％）の含有量を示している成分表である。表の縦軸は粒子の異なる組み合わせに割り当てられた「タイプ」を示している。ここでは１１個のタイプを例として挙げたが、他の好ましい組み合わせも本発明の範囲内で使ってよい。横軸は金属粉末焼結製のチップキャップの組成に実際に使用される粉末のタイプを示している。粒子のタイプはおおまかには焼結基材および焼結添加材に分類できる。鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、およびコバルト（Ｃｏ）のうちの少なくとも１つが焼結基材の粒子として選択される。タイプ９から１１は焼結基材のみを使用している。タイプ１から８では、焼結基材に加えて、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）、および炭素（Ｃ）のうちの少なくとも１つから選択された焼結添加材が使われている。それぞれの列の上半分には、全量に対する使用粒子の重量％が示されており、下半分には、好ましい範囲（タイプ９から１１を除く）がかっこ内に示されている。
【０１０８】
【表２】
2008500184.tif 000047
【０１０９】
例えば、タイプ１の組成は９３．２％Ｆｅ／５．５％Ｃｕ／１．３％Ａｇである。成分のそれぞれの好ましい範囲はＦｅ：８８−９８．５％、Ｃｕ：１−１０％、Ａｇ：０．５−２％である。タイプ２−１１についての記載も同じ表記法に従っている。使用されたこれらの粒子の量は粒子のそれぞれについての好ましい範囲内で決定してよいが、焼結添加材を使用する場合、これは焼結材料の全量が６０−９９．９９％の範囲内となり、焼結添加材の全量が０．０１−４０％の範囲となるように調整される。例えば、タイプ２における焼結添加材の量はＣｕ：１０−３８％およびＡｇ：２−２０％の範囲内で決定できるが、これらはその全体が４０％を上回らないように選択される。
【０１１０】
焼結基材を構成している鉄粒子に関して、鉄は耐食性を良好にするのに重要な（または必要不可欠な）主な成分である。その結果、鉄粒子はタイプ１−１１のすべてに使われており、タイプ９では、鉄粒子だけが使われている。しかしながら、従来の鉄めっき法からも知られているように、鉄中の不純物ははんだ性能に悪影響を与えるため、鉄粒子には９９．５％もの純度を持つ鉄粉体が使われる。鉄粒子が高い純度を持っていると、熱および電気伝導の損失が回避でき、はんだ付け性が改善され、金属粒子焼結製チップキャップの密度が高くなる。もし鉄粒子が炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、または水素（Ｈ）のような不純物を大量に含んでいれば、これに対応する金属粒子焼結体の密度は９０％を超えることはないが、本発明では高純度の鉄粉体を使っており密度が９６％にまで高められる。
【０１１１】
ニッケル粒子およびコバルト粒子もまた焼結基材としては適切な選択である。ニッケルおよびコバルトは鉄族、すなわち周期表の第VIII族に属している。従って、ニッケル粒子およびコバルト粒子は鉄粒子に類似の性質を持っており、これらは鉄の代わりの材料として使えるのみならず、これらをある特定の組み合わせとした場合には鉄粒子を単独で使った場合の特性よりもより良い特性が得られることが実証されている。ニッケル粒子はタイプ４、５、および１０で使用されており、コバルト粒子はタイプ６で使用されており、これら両方がタイプ７および１１で使用されている。
【０１１２】
Ｆｅ−Ｎｉ焼結合金は、鉄粒子およびニッケル粒子の両方を焼結基材として使用しており、鉄単独の場合に比べてはんだ付け性が改善された焼結生成物を生成する。この場合、添加されるニッケル粒子の量は５０％を上回らないのが好ましい。ニッケル粒子の量が５０％を超えると耐食性が低下し、はんだによる侵食が急速に進む。
【０１１３】
Ｆｅ−Ｃｏ焼結合金は、鉄粒子およびコバルト粒子を焼結基材として使用しており、焼結性を促進しはんだによる侵食を抑制する。この場合、添加されるコバルト粒子の量は２０％を上回らないのが好ましい。２０％を超えるとはんだ付け性が低下するとともにコスト高となる。
【０１１４】
焼結添加材として１〜１０％の銅粒子を使用すると（タイプ１、３、５、６および７）、はんだ濡れ性が改善されるのみならず、液相焼結により高密度Ｆｅ−Ｃｕ焼結合金が生成され、非常に効率的である。液相焼結（この場合は銅）は、焼結温度が銅の融点である１０８３℃よりも高く設定されて、銅が焼結プロセス中に液体化される方法である。好ましくは、１〜１０％の銅粒子が添加される。１％を下回ると効果が小さく、１０％を上回ると液相焼結の際に銅粒子が局所的に溶融することから、形成される生成物が変形し易くなる。
【０１１５】
１０％を超える銅粒子が添加されているＦｅ−Ｃｕ焼結合金を使っても良い（タイプ２）。但しこの場合、上述の理由により温度は銅の融点未満に設定される。このように調製されると、耐食性はわずかに低下するものの伝熱性およびはんだ付け性が改善されるため、耐食性よりもはんだ付け性がより重要な場合に好適である。さらに、大量の銅粒子を含んだこのＦｅ−Ｃｕ焼結合金は溶解合金よりも伝熱性の低下が少ないことが特徴である。例えば、導電率が２０％ＩＡＣＳを上回らない溶液Ｆｅ−５０％Ｃｕ合金と比較すると、これらのＦｅ−Ｃｕ焼結合金は５０％ＩＡＣＳという高い導電率を示す。この関係は伝熱性についても当てはまる。銅粒子の添加は４０％を上回らないのが好ましい。一般に、４０％を上回るとはんだによる侵食が大きくなる。
【０１１６】
焼結添加材として銀を使うと（タイプ１、２、３、５、６および７）、銅粒子が単独で使用される場合よりも低い温度での液相焼結で高密度Ｆｅ−Ａｇ焼結合金が得られる。これは、銀の融点が銅の融点よりも低い９６０℃だからである。さらに、上述のように大量の銅粒子を持つＦｅ−Ｃｕ焼結合金では（タイプ２）、Ａｇ−２８％Ｃｕ（共晶温度７８０℃）の低融点粒子をつかってよい。０．５〜２０％の銀粒子または銀−銅粒子を添加することが好ましい。２０％を超えるとコスト高となる。
【０１１７】
焼結添加材として錫粒子を使う場合（タイプ３）、はんだ付け性が改善される。加えて、錫は２３２℃という低い融点を持つため、より低い温度で液相焼結を行わせることができる。このようにして錫粒子を添加するという観点からすると、タイプ３のように銅粒子および銀粒子を同時に添加することもまた有効である。しかしながら、錫粒子の添加は５％を上回らないことが好ましい。この量を超えるとＦｅＳｎ２のような化合物が形成され、金属粒子焼結体の強度が低下する。
【０１１８】
焼結添加材としてホウ素粒子を使用する場合（タイプ４）、ホウ素は鉄族の要素の格子間に拡散されて、互いの固相拡散を促進し、１１００℃という比較的低温で焼結を行わせる。少量のホウ素粒子を添加するとはんだ付け性に実質的に悪影響を及ぼさないという利点があり、０．０１〜１％を添加するのが好ましい。この割合を下回ると効果が小さくなり、反対にこの範囲の上限を超えると、はんだ付け性が低下する傾向がある。ホウ素粒子を単独で添加することに加えて、Ｆｅ−Ｂ粒子、Ｎｉ−Ｂ粒子、またはＣｕ−Ｂ粒子のようなホウ素含有合金の粒子を添加してもよい。
【０１１９】
焼結添加材として約０．８％の炭素粒子を使うと（タイプ８）、はんだごてチップキャップの耐食性が大幅に改善され、その寿命が大幅に長くなる。
【０１２０】
焼結基材および焼結添加材に使用される金属粒子は２００μｍを上回らない適切な粒子サイズを持っており、好ましくは５０μｍ未満であり、より好ましくは、超微粒子（いわゆるナノ粒子）である。このような小径の粒子を用いることで、金属粒子焼結体の密度を高められると同時に耐食性およびはんだ付け性も高めることができる。
【０１２１】
ここで、チップキャップの製造方法を説明する。第１の工程では、焼結基材、焼結添加材、およびバインダ（添加剤）がミキサで混合される。第２の工程では、この混合物が圧縮成形、射出成形などで加圧成形されて圧粉体（成形体）が形成される。圧粉体の形状はチップキャップの完成形状と略同形である。その後、金型から圧粉体を取り除き、続く第３の工程で、圧粉体が所定の温度（８００〜１３００℃）で非酸素雰囲気中において焼結されて金属粒子焼結体が形成される。第４の工程で、この焼結体を機械加工してはんだごて先端部に合致させて、チップキャップが完成する。
【０１２２】
粉末冶金を使ってチップキャップを焼結することでその形状に柔軟性を持たせることができ、最終的な形状に近い形状を作成できるため、最終的な研磨工程を削減または省略することができる。さらに溶解法と比較すると、圧粉体を鉄の融点まで加熱する必要がないため使用されるエネルギー量が少なくなり環境への影響が小さくなる。また、従来の鉄めっきが行われていた場合のように廃液処理が不要となるため、環境破壊が抑制され、エネルギーが節約され大量生産が可能となる。
【０１２３】
第２の工程における成形は無圧力成形でも良く、この場合、圧力は印加されない。一方、圧力成形は圧粉体の密度を高めるため焼結金属粒子焼結体の密度が高められる。そして液相焼結を用いることにより、より密度の高い金属粒子焼結体を得ることが可能である。液相焼結は、比較的融点の低い粒子（銅粒子、銀粒子、Ａｇ−２８％Ｃｕ共晶粒子（共晶温度７８０℃）、錫粒子など）が焼結添加材に使われ、焼結がこれらの融点よりも高い温度で行われる方法である。
【０１２４】
焼結添加材粒子が焼結基材粒子と混合された、圧力が加えられる前の状体では、比較的大きな間隙が形成されている。圧力成形の後、焼結基材粒子および焼結添加材粒子は可塑的に変形されることで平たくされ、粒子が互いにぴったりと接触するがやはり小さな間隙が残る。液相焼結後、再結晶化の結果、焼結基材粒子が成長し、間隙は焼結剤粒子によって充填されこれら粒子が稠密性を高める。これは、基材粒子自身の固相拡散に加えて、焼結添加材粒子が焼結温度で溶けて焼結基材粒子を濡れさせると同時に、この液化による表面張力によって間隙が充填されるからである。このような高密度金属粒子焼結体を作成することに加えて、液相焼結は比較的低温での焼結を可能とするためエネルギーの削減となる。
【０１２５】
さらに、本開示から当業者にとって明らかであろうが、金属粒子焼結体の焼結後、この焼結体は３００〜５００℃で鍛造または粉末鍛造を行うことによってさらに成形してチップキャップを製造することができる。これらの方法を使うことによって、粒子間の微細な間隙を小さくできこれにより粒子密度が高くなる。
【０１２６】
本発明の交換可能なチップキャップの概念ははんだごて及びはんだ除去装置の両方に採用できる。はんだ除去装置にこれらを採用した場合の例を図１８および図１９に示す。図１８に示されているのははんだ除去装置７００であり、これは（中央開口部７１４を有する）チップキャップ７１０、（作業先端部を有する）加熱コア７２０、ヒータおよびセンサ７３０、固定パイプまたはスリーブ７４０、（スリーブに一体的に形成されている）ナット７５０、ねじ付き部材７６０、および（図外の）真空ポンプが（図外の）フィルタを介して加える吸引力を伝えるステンレス製吸引パイプ７７０を備えるものである。他の実施態様は図１９に符号８００によって示されている。この図面を参照すると、チップキャップ８１０、チップコア８２０、ステンレス製吸引パイプ８３０、スリーブ８４０、およびセンサおよびヒータ８５０が示されている。米国特許第４，９９７，１２１号（Ｙｏｓｈｉｍｕｒａ）を参照のこと。
【０１２７】
作業先端部の先細りの先端チップコア上に交換可能なチップキャップを被せる代わりとして、チップキャップ内に固定されたチップコアを備える交換可能な先端チップを設けるようにしても良い。このことは、これらの実施態様がチップキャップの境界面とチップコアの外面との間に高い寸法上および形状的な精度を有するという点で上述の交換可能なチップキャップよりも有利である。もしこれらが正確に成形され寸法決めされなければ、これらの間に隙間が生じて銅チップコアからチップキャップの作業面への伝熱性が低下する。加えて、複合型先端チップヒータカートリッジにおいては、多くの構成を用意しなければならない。なぜならチップキャップへの伝熱性が低いと、はんだ付け性を維持するために、チップキャップの肉厚を厚くすることができないからである。
【０１２８】
従って、図２０を参照すると、交換可能な先端部９００は上述した焼結チップキャップのようなチップキャップ９１０を持っており内部にチップコア９２０が形成された状態となっている。そして接触面９３０、本実施態様では平面状の平たい面であるが、これがヒータスリーブ９５０の（平たい平面状の）面９４０に係合しこれに向かい合う。ヒータスリーブ９５０は、すでに説明した実施態様から明らかなようにヒータ９６０および温度センサ９７０を取り囲んだ状態で示されている。先端部９００は、この交換可能な先端チップの実施態様について当業者にとって明らかであるように適合された交換可能なチップキャップの実施態様について本願に開示されているいずれかの技術および構成によってスリーブの平たい平面状の表面に取り外し可能に固定できる。一例を図３５に示し後で説明する。
【０１２９】
従って、図２０に描かれているような先端チップ９００は、簡素な平面状接触面９３０を持っており、これがヒータスリーブ９５０の前部と接触することでヒータ９６０から先端部へと効率的な熱伝導が行われる。チップキャップ９１０はＭＩＭ焼結製チップキャップであり得、チップコア９２０は銅、銅合金、銀、または銀合金からなる。先端チップ９００は、この先端チップが磨耗した場合、センサヒータを交換することなく安価に交換できる。先端チップは個別包装で販売または単一の包装または容器内に複数の先端チップが梱包されて販売され得る。
【０１３０】
チップコアとヒータスリーブとの間の平面状の面９３０、９４０は間にまったく隙間なく直接接触し合う。従って、先端チップおよびスリーブが互いに密接した状態で強制的に保持される場合、これら２つの表面間にさらに別の伝熱材を挟持させる必要はない。
【０１３１】
ここで図２０の先端部を製造するためのプロセスを、図２１−図２３を参照して説明する。キャップ形状とされた圧粉体９７０を金属射出成形によって製造する。圧粉体の金属粉体の組成は、ＵＳ２００４−００２２２２０６  Ａ１号として発行されている米国特許出願第１０／７１９，００１号に開示されており、またＵＳ２００５−００１１８７６  Ａ１号として発行されている米国特許出願第１０／８５５，８００号にも開示されている。組成の１つの実施態様の好ましい例としては、Ｆｅ−１％Ｃｕ−０．５％Ｎｉ−０．３Ａｇが挙げられる。銅、銅合金、または銀の金属粉体９８０をキャップ形状の圧粉体内に押し込み同時に一緒に焼結させる。金属粉体単独の代わりに、金属粉体とバインダとの化合物の混合物を使ってもよい。粉体によって充填された圧粉体は図２２に示すように、金型９９０で約１４００℃で加熱することによって焼結させることができる。
【０１３２】
銅粉体はチップキャップ９７０内で溶け、チップキャップの内部構成に従ってこれを充填する。その後、チップキャップ開口端部における銅チップコアの表面がプレス機または鍛造機によって平面状の面、または窪みのある面として作成される。必要に応じてさらに機械加工または研磨を行っても良い。
【０１３３】
先端チップを製造するのにあまり好ましくはない他の方法としては、チップコアをまず最初に形成し、その後チップキャップをその上から従来のこて先めっきのようなやり方で「コーティング」する。
【０１３４】
最後に、図２３を参照して、錫またははんだ１０００をこの先端チップの作業先端部にコーティングし、続いて約１０〜５０μｍの厚みのクロム層１０１０を、チップキャップの作業先端部を除いてめっきする。このめっき工程は通常の先端チップについて行われるものと同様で良い。
【０１３５】
ここで、図２０に示す先端チップおよび作業先端部の他の例または変形例を説明する。第１の変形例を図２４に示す。この図は、先細り（または円錐型）の窪み１０２０を有する先端チップを示しており、先細りの角度は約９０℃から１８０℃であり得る。この構成により、先端チップとヒータスリーブとの接触面積を図２０に示す平面状の面の場合よりも広くすることができる。
【０１３６】
さらに他の例または変形例を図２５および図２６に示す。この図面を参照して、先端チップはヒータスリーブの円筒型突出部１０４０と接触するための円筒型ボア１０３０を有している。センサ１０５０はこの突出部内に有利に配置させることができる。この構成は良好な温度応答性を提供する、なぜなら、センサと先端作業部との間の距離が近くなるほど、センサが先端作業部の温度をより速く検出して加熱の調整が行われるからである。これを図２５および図２６に示す。
【０１３７】
さらに他の例を図２７および図２８に示す。そして、ここでＭａｓａｋｉによる、ＵＳ２００４−０２３２１３２  Ａ１号として発行された出願シリアル番号第１０／８７４，８５６号を参照する。この実施態様は、ヒータスリーブに細長い先端部（または隆起部）１０６０を備えており、これが先端部の後方面にある対応する細長い溝（またはスロット１０７０）、より明確に言えばチップコアにはまり込む。この隆起−スロット係合により先端チップを一定の方向および配置に維持し、このことは機械に内蔵されたはんだごてならびに手で把持するはんだごてにとっても有利となり得る。図２４〜図２８では、加熱アセンブリが例としてセラミックヒータ構成として描かれている。当業者にとって明らかであるように、電機抵抗配線ヒータ、カートリッジヒータ、または他のタイプのヒータであってもよい。ここで、米国特許第６，０５４，６７８号（Ｍｉｙａｚａｋｉ）を参照のこと。
【０１３８】
ここで、銅製のチップコアを製造するための他の技術について説明する。図２９を参照して、溶融させた銅１０９０を（焼結ＭＩＭ）チップキャップ１１１０内に注ぎ込むことができる。あるいは、溶融させた銅をチップキャップ内にすくい入れてもよい。その後、溶融させた銅を冷却によってチップキャップ内で固化させることができるが、これによってチップキャップと固化させた銅製チップコアとの間に望ましくない隙間が絶対に形成されることはない。ここで米国特許第１，３５０，１８１号（Ｒｅｍａｎｅ）を参照のこと。これは非電気ガスはんだごての鉄マントル内で銅の鋳造または溶融を行うことを開示している。
【０１３９】
図２１を参照して、キャップが圧粉体から焼結されるときに同時に銅粉体を溶融させることができると上述した。一方、図３０に示すような製造方法は、キャップ１０２０を焼結させてからこれを銅粉体または銅粉体およびバインダ化合物（または銅ロッド、銅ブロック）で充填するものである。銅粉体または銅粉体とバインダとの混合物がチップキャップ内に充填された後、充填されたチップキャップが溶融または焼結されてキャップ内部の銅を溶融させ、固定させる。ここで図３０および３１を参照すると、銅は加熱によって溶融されている。チップコアは銅粉体、銅粉体とバインダとの混合物、銅、銅合金または銀のような伝熱性のよい材料からなるロッドまたはブロックを、真空または減圧雰囲気中で炉内で加熱することにより焼結製チップキャップ内で溶融させることによって製造される。
【０１４０】
図３２は、プレス機械を使って銅ブロックを焼結ＭＩＭのチップキャップに鍛造する工程を示している。図示されるように、銅ブロック１１３０は金型１１４０内に保持されているチップキャップ内に配置され、銅ブロックにプレス押圧子１１５０で押圧される。これによりチップコアの平坦面が形成される。その後、所望の形状を有するプレス押圧子１１６０を最上面に押し付けて、チップコア係合面の、図３２の右側に描かれているような円錐状の表面のような所望の構成を形成する。
【０１４１】
図３３は図３２の他の例を示しており、金型１１８０の中に保持されたチップキャップ内に、その内面形状と略同形の銅塊１１７０が予め配置されている。そして、予め成形されている銅塊の平坦な表面の最上部に対して所望の形状を持つプレス押圧子１１９０が押し付けられて銅塊をチップキャップ内部にしっかりと押し付ける。これにより銅の所望の表面構造が形成される。換言すれば、図３２は銅製チップコアがプレス機を使って鍛造法により形成される工程を示している。焼結ＭＩＭのチップキャップは金型１１４０内に保持され、銅ブロック１１３０はキャップ内に配置されそしてこの銅ブロックはプレス力を伴う鍛造によってキャップの内面と同じ形状に形成される。先端チップ後部の接触面形状を形成するのに鍛造工程は何度か繰り返して行う必要がある場合がある。さらに、図３３はあらかじめ成形された銅塊を示しており、これはチップキャップ内面の形状と略同形に予め形成されている。これにより、予め成形されていない銅ブロックよりも小さな力で鍛造工程を行うことができる。
【０１４２】
ここで図３４を参照しなければならない。ここでは、先端チップとヒータスリーブ間の接触面のコーティングが開示されている。チップコアおよびヒータスリーブは両方とも良好な伝熱性を持つ材料から作成されねばならない。このような材料の例としては、銅、銀、銅合金および銀合金が挙げられる。一般に、銅が最も望ましい、なぜなら他の材料よりも安価で良好な伝熱性を有するからである。しかしながら、銅は通常高温に加熱されると酸化し、その酸化が伝熱性を低下させる。従って銅材料を表面処理することが望ましい。
【０１４３】
採用できるコーティング法としては、銀メッキ、金メッキ、ニッケルめっき、およびクロムめっきが挙げられる。さらに、米国特許出願シリアル番号第１０／７１９，００１号、公報番号ＵＳ２００４−０２２２２０６  Ａ１号に開示されているようなＡｇ−Ａｌ−Ｃｕ合金コーティングもまた有効である。銀めっきまたは金メッキは伝熱性という面ではより好適である。しかしながら、チップコアおよびヒータスリーブの両面に同じ種類のめっきを施すと、これらの表面が互いに接着してしまい、また銀メッキまたは錫めっきを採用した場合には金属拡散により一体化してしまう虞がある。
【０１４４】
先端チップをクロム１２４０でめっきするとその鉄合金チップキャップを酸化からも銅製チップコアのはんだとの濡れ又はははんだとの接着からも防ぐことができる。一方、ヒータスリーブは好ましくはクロムめっき、銀メッキ、金メッキ、またはＡｇ−Ａｌ−Ｃｕ合金層コーティング１２５０でコーティングできる。
【０１４５】
上述したようにチップキャップは、取外し可能なチップキャップを保持するために採用されるのと類似のまたは同一の構造などによってヒータスリーブに取り外し可能に固定できる。一例を図３５に示す、ここで先端チップはステンレス製保持パイプ１２６０およびナット１２７０によって取外し可能にヒータスリーブに取り付けられている。
【０１４６】
取り外し可能な先端チップの概念ははんだ除去装置にも採用でき、その一例は日本国特許出願第０２−１０８３９８号に示されている（出願人：Ｈａｋｋｏ株式会社、および発明者：Ｙｏｓｈｉｍｕｒａ  Ｈｉｒｏｓｈｉ）。そこに記載されているはんだ除去装置は図３６および図３７の装置１３００によって示されているようにはんだ除去装置用の取外し可能な先端チップ１３１０を備えるよう適合されている。これを参照すると、保持パイプ１３２０、ナット１３３０、加熱アセンブリ１３４０、フィルタパイプ１３５０、およびフィルタ本体１３６０が描かれている。保持パイプおよびナットアセンブリのさらなる説明は本願では関連するアセンブリの開示によってなされている。加えて、本願で開示するようなチップキャップのためのいずれの他の保持アセンブリでもこのはんだ除去装置用の取外し可能な／交換可能な先端チップに適合させることができる。
【０１４７】
図３８は図３６および図３７のはんだ除去装置用先端チップ１３１０を形成する方法を描いている。本体部１４１０、狭い中央スリーブ１４２０、基部フランジ１４３０、および端部開口部を持つ一体的に形成されたＭＩＭチップキャップ１４００が支持体または金型１４５０に配置されている。内側リング１４６０がスリーブ１４２０上に配置され、溶融銅など１４７０がチップキャップ１４００と内側リング１４６０との間の空間に注ぎ込まれ、硬化されてチップコアを形成する。
【０１４８】
あるいは、ＭＩＭチップキャップ１５００は、図３９に描かれているように支持体または金型１５１０内に配置し銅製チップコア１５２０をその中に挿入できる。そして図４０に矢印で示されるようにプレス押圧子１５３０を銅製チップコアに押し付け、チップキャップ内にチップコアを形成する。このようにして図４１に示されるように形成された先端チップ１３１０は、次いで支持体または金型１５１０から取外される。本開示から当業者にとって明らかとなるような先端チップおよび他の先端チップ形状を製造するための他の方法は本願に含まれる。
【０１４９】
上述の詳細な説明から、当業者の専門分野に入る本発明の多数の変更、適用、および変形があることは明らかであろう。本発明の範囲は、本願で開示される異なる種類または実施態様からの要素のどのような組み合わせ、ならびにサブアセンブリ、アセンブリ、およびその方法も含むものである。しかしながらかかる変形はすべて、本発明の精神から逸脱することなくその範囲内に含まれるよう意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明のはんだごての正面断面図である。
【図２】独立して描かれている図１のはんだごての加熱アセンブリの正面図である。
【図３】図２の加熱アセンブリの前方部の分解斜視図である。
【図４】図２の加熱アセンブリの第１の他の例を示す図である。
【図５】図４の加熱アセンブリの前方部の分解斜視図である。
【図６】図２の加熱アセンブリの第２の例を示す図である。
【図７】図６の加熱アセンブリの前方部の分解図である。
【図８】加熱アセンブリの前方端部の拡大分解斜視図であり、チップキャップおよび伝熱材を断面で示す。
【図９】本発明の第１の他の例のチップキャップの正面図である。
【図１０】第２の他の例のチップキャップの正面図である。
【図１１】第３の他の例のチップキャップの正面図である。
【図１２】第４の他の例のチップキャップまたは図１のチップキャップの正面図である。
【図１３】図１２の線１３−１３に沿った断面図である。
【図１４】第５の他の例のチップキャップの正面図である。
【図１５】図１４の線１５−１５に沿った断面図である。
【図１６】図８に示すようなチップキャップの伝熱材を備える場合と備えない場合とを比較した温度特性のグラフである。
【図１７】温度特性を示すグラフである。
【図１８】取り外し可能なはんだ除去チップキャップを使った本発明のはんだ除去装置の前端部の拡大断面図である。
【図１９】図１８のはんだ除去装置の他の例を示す図である。
【図２０】本発明の加熱アセンブリの前方部の拡大断面図であり、交換可能な先端チップの実施例を示す。
【図２１】図２０の先端チップの製造プロセスの予備工程を描いている側面図である。
【図２２】製造プロセスの後工程を示す図である。
【図２３】製造プロセスのさらなる工程を示す図である。
【図２４】他の例の交換可能な先端チップの実施態様を示す、図２０に対応する図面である。
【図２５】さらに他の実施態様を示す図２０に対応する図面である。
【図２６】挿入位置にある図２５の実施態様の図である。
【図２７】さらに他の実施態様の図２０に対応する図である。
【図２８】図２７の先端チップの末端図である。
【図２９】先端チップの他の製造プロセスの第１の工程を示す、図２１に対応する図である。
【図３０】図２９の製造プロセスの後工程を示す図である。
【図３１】さらに他の製造プロセスを示す図である。
【図３２】さらに他の製造プロセスを示す図である。
【図３３】さらに他の製造プロセスを示す図である。
【図３４】先端チップおよび加熱アセンブリのためのコーティングを示す、図２０に対応する図である。
【図３５】加熱アセンブリの前方部の図３に対応する分解斜視図であって、図２０または図２５の先端チップを示す図である。
【図３６】本発明の取り外し可能なはんだ除去装置の先端チップの実施態様を使ったはんだ除去装置の側断面図である。
【図３７】図３６の前端部の分解斜視図であり、はんだ除去装置の先端チップが取り外されている状態を示す。
【図３８】図３６および図３７のはんだ除去装置の先端チップを製造するためのプロセスを示す図である。
【図３９】図３６および図３７に描かれているはんだ除去装置の先端チップの他の製造プロセスの前段を示す図である。
【図４０】図３９に続く製造プロセスを示す。
【図４１】図４０に続く製造プロセスを示す。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３６】
2008500184.tif 000048
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３７】
2008500184.tif 000049
【国際調査報告】
2008500184.tif 000050