(57)【要約】【課題】本発明は、高温における使用時にも、濡れ性に優れ、消耗されにくいハンダコテのコテ先を提供することを主な目的とする。【解決手段】保持部、ヒーターおよびハンダ材料誘導・保持部を備えたハンダコテにおいて、ハンダ材料加熱部を耐熱性多孔質体により構成したことを特徴とするハンダコテ；および耐熱性多孔質体により構成したことを特徴とする接合用溶融金属供給ノズル。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
把持部、ヒーターおよび接合用金属材料誘導・保持部を備えた金属接合用機器において、接合用金属材料誘導・保持部を耐熱性多孔質体により構成したことを特徴とする金属接合用機器。
【請求項２】
耐熱性多孔質体が、セラミック多孔質体或いは金属多孔質体である請求項１に記載の金属接合用機器。
【請求項３】
耐熱性多孔質体の孔径が、0.001〜100μmの範囲内にある請求項１に記載の金属接合用機器。
【請求項４】
耐熱性多孔質体の孔径が、0.01〜50μmの範囲内にある請求項３に記載の金属接合用機器。
【請求項５】
耐熱性多孔質体の空孔率(体積基準)が、15〜60％の範囲内にある請求項１に記載の金属接合用機器。
【請求項６】
耐熱性多孔質体の空孔率(体積基準)が、25〜50％の範囲内にある請求項５に記載の金属接合用機器。
【請求項７】
耐熱性多孔質体が、1000℃以上の耐熱性を有する請求項１に記載の金属接合用機器。
【請求項８】
耐熱性多孔質体の空孔内に予め接合用金属材料を含浸してなる請求項１に記載の金属接合用機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンダコテ、ノズル付金属接合機器などの金属接合用機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
同種または異種の2以上の部材(母材)をその融点よりも低い温度に加熱した状態で、溶融した接合用金属材料(軟ろう或いは硬ろう)を部材のすき間に流入させることにより、部材間の接合を行うハンダ付乃至ろう付(以下においては、特に必要でない限り、「ハンダ付」をもって代表させる)は、広範な工業生産技術を支える極めて重要な手法である。このハンダ付作業においては、濡れ性の良いコテを用いて、溶融ハンダを接合すべき部材間に誘導し、接合部を形成させている。
【０００３】
従来、ハンダ付用のコテの材料としては、溶融ハンダとの濡れ性に優れた銅、或いは鉄系のメッキ層を形成した銅などが用いられてきた。しかしながら、この濡れ性が良いという性質は、必然的にハンダにより比較的容易に侵食されて、消耗しやすいという欠点を伴う。
【０００４】
特に、近年環境汚染の危険性を回避するために開発された鉛フリーハンダは、その融点が従来のハンダよりも高いため、高温に加熱されたコテがより激しく消耗されるという新たな問題点が生じている。従って、この問題点に対処し得る新たな技術の開発が切望されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明は、高温における使用時にも、ハンダに対する濡れ性に優れ、かつ消耗されにくいハンダコテを提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記の課題を解決するために、鋭意研究を行った結果、ハンダコテのコテ先(接合用金属材料誘導・保持部)として、耐熱性多孔質体を使用する場合には、その目的を達成しうることを見出した。
【０００７】
すなわち、本発明は、下記の金属接合用機器を提供する。
１．把持部、ヒーターおよび接合用金属材料誘導・保持部を備えた金属接合用機器において、接合用金属材料誘導・保持部を耐熱性多孔質体により構成したことを特徴とする金属接合用機器。
２．耐熱性多孔質体が、セラミック多孔質体或いは金属多孔質体である上記項１に記載の金属接合用機器。
３．耐熱性多孔質体の孔径が、0.001〜100μmの範囲内にある上記項１に記載の金属接合用機器。
４．耐熱性多孔質体の孔径が、0.01〜50μmの範囲内にある上記項３に記載の金属接合用機器。
５．耐熱性多孔質体の空孔率(体積基準)が、15〜60％の範囲内にある上記項１に記載の金属接合用機器。
６．耐熱性多孔質体の空孔率(体積基準)が、25〜50％の範囲内にある上記項５に記載の金属接合用機器。
７．耐熱性多孔質体が、1000℃以上の耐熱性を有する上記項１に記載の金属接合用機器。
８．耐熱性多孔質体の空孔内に予め接合用金属材料を含浸してなる上記項１に記載の金属接合用機器。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属接合用機器における耐熱性多孔質体の空孔内にハンダ材料が含浸されており、また耐熱性多孔質体の表面がハンダ材料により覆われているので、ハンダ材料の種類の如何に関わらず、常に良好な濡れ性が得られる。
【０００９】
また、融点の高い鉛フリーハンダを使用する場合にも、ハンダ誘導・保持部を形成する多孔質体が常に液状の膜により覆われ、保護された状態にあるので、高温の大気雰囲気中においても、多孔質体の消耗が抑制される。
【００１０】
さらに、ハンダ材料加熱部の空孔内に存在するハンダ材料が、使用時に熱伝導率の高い融液となるので、ハンダ材料加熱部の熱伝導率が、公知のハンダ材料加熱部に比して、著しく高くなり、加熱効率が大幅に改善される。
【００１１】
本発明によるハンダコテおよび接合用溶融金属供給ノズルは、手動操作のみならず、自動化ハンダ付ラインにおいても、使用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明において、溶融ハンダを誘導ないし供給して、被接合部材間に接合部を形成させる金属材料誘導・加熱部を、耐熱性多孔質体により構成する。耐熱性多孔質体としては、金属系多孔質体、セラミックス系多孔質体が例示される。
【００１３】
金属系多孔質体の具体例としては、タングステン、タングステン合金、銅、銅合金、鉄合金(インコネル、ステンレス鋼)などの金属粉末の焼結体；ポーラスメタル(連通気孔タイプ)などが挙げられる。
【００１４】
セラミックス系多孔質体の具体例としては、アルミナ焼結体、シリカ焼結体、アルミナ−シリカ焼結体、ムライト焼結体、ジルコニア焼結体などが挙げられる。
【００１５】
金属系多孔質体およびセラミックス系多孔質体は、ハンダ材料の種類、融点などにもよるが、ハンダ材料との接触下において、1000℃以上の耐熱性を有していることがより好ましい。多孔性を示す特性としては、孔径0.001〜100μm程度(好ましくは0.01〜50μm程度、より好ましくは0.1〜5μm程度)、体積基準の空孔率15〜60％程度(好ましくは20〜50％程度、より好ましくは30〜40％程度)である。なお、多孔質体中の“孔”は、不定形であるので、ここにいう“孔径”とは、“孔”が球状であると仮定した場合の換算値を意味する。
【００１６】
耐熱性多孔質体は、特定組成のハンダ材料を用いる接合操作を開始する前に、予めその空孔内に同一組成或いは近似する組成のハンダ材料を含浸させておくことが特に好ましい。空孔内に予めハンダ材料を含浸させた多孔質体をハンダ材料誘導・加熱部として使用する場合には、多孔質体材料自体に対する濡れ性の低いハンダ材料を使用しても、円滑に作業を開始し、進行させることができる。耐熱性多孔質体に対するハンダ材料の事前含浸は、任意の方法によって行うことができる。例えば、多孔質体に対する溶融ハンダ材料の濡れ性が良好である場合には、常圧或いは加圧下に耐熱性多孔質体を溶融ハンダ材料に浸積するだけで、ハンダ材料が気孔内に容易に浸入する。或いは、多孔質体に対する溶融ハンダ材料の濡れ性があまり良好でない場合には、耐熱性多孔質体を減圧状態において脱気した後或いは脱気することなく、溶融ハンダを気孔内に加圧下に浸入させることにより、所定の含浸を行うことができる。
【００１７】
図１は、コテ先(接合用金属材料誘導・保持部)を耐熱性多孔質体により構成した本発明の第1の実施態様によるハンダコテを用いて、プリント基板に電気部品の端子をハンダ付する操作を示す模式図である。この場合には、多孔質体からなるコテ先には、予めハンダを含浸しておく。図１に示すハンダコテにおいて、コテ先以外の構成要素は、従来のハンダコテと異なるところはない。また、ハンダ付操作自体も、従来の手法と異なるところはない。
【００１８】
図２は、本発明の第２の実施態様による金属接合用機器とその操作状況の概要を示す図面である。本実施態様による金属接合用機器は、ホットメルトガンに類似する構造を有しており、その操作もホットメルトガンの操作に類似している。すなわち、把持部(図示せず)に接続した移動機構(図示せず)により或いは手動により、上下および水平方向へ移動させることが可能である。ハンダ付操作は、金属接合用機器を下降させた状態で、予め溶融させたハンダ(接合用溶融金属)を吐出機構内の供給路を経て、多孔質体からなるノズル(接合用金属材料誘導・加熱部)の吐出穴から接合部に供給することにより、行う。所定のハンダ付操作が終了すると、金属接合用機器を上昇させる。なお、溶融ハンダを所定の温度に保持するために、必要に応じて、多孔質体の周囲に温度保持用ヒーターを設けることができる。同様のハンダ付操作を繰り返し行う場合には、金属接合用機器の直下に次の被接合部を位置させる様に、金属接合用機器および／または次の被接合部を順次移動させればよい。この場合には、ハンダ付操作を自動化方式で行うことが好適である。
【００１９】
図３は、図２に示すと同様の金属接合用機器を用いて、斜め方向に移動させることにより、角継手をろう付する手法を概略的に示す図面である。ろう材は、接合部材のすき間に流入して、良好な接合部が形成される。
【実施例】
【００２０】
以下に、実施例を示し、本発明の特徴とするところをさらに明確にする。実施例１
(a)濡れ性試験
粒径約8μmのタングステン粉末を焼結して得た円柱状多孔質体(直径5.5mm×高さ8mm、球状換算孔径約1μm、空孔率約30％)を約250℃で溶融した鉛フリーハンダ(組成：Sn99.3%-Cu0.7％)に浸漬した後、大気圧下におくことにより、多孔質体の空孔内にハンダを含浸させた。
【００２１】
得られたハンダ含浸多孔質体の外観を示す写真を図４として示す。このハンダ含浸多孔質体を再度溶融ハンダに浸漬したところ、非常に良好な濡れ性を示した。
(b)耐消耗性試験
上記(a)と同様のタングステンの円柱状多孔質体を上記(1)と同様のハンダ50gとともに耐熱性容器に収容した後、昇温し、Ar98%-H22％のガス雰囲気中において650℃で20時間保持した。
【００２２】
その結果、処理後の円柱状多孔質体の直径には、有意な減少は認められなかった。
(c)熱伝導率
上記(a)と同様にして得たハンダ含浸タングステン円柱状多孔質体の熱伝導率は、約15.2(cgs単位：at300℃)であった。この値は、Cuの熱伝導率0.94の約16倍である。
(d)実用試験
上記(a)と同様にして得たタングステン円柱状多孔質体を市販のハンダコテのコテ先と同様の形状に加工した後、鉛フリーハンダ(Sn99.3%-Cu0.7％)に浸漬した。このハンダ含浸コテ先を市販のハンダコテのコテ先に取り替えて、ハンダ操作を行ったところ、ハンダの流れが非常に良好であり、円滑に操作を行うことができ、良質の接合部が形成された。
比較例１
実施例１と同様のタングステンの円柱状多孔質体を予めハンダ含浸を行うことなく、実施例１と同様のハンダに浸漬した。その外観を示す写真を図５として示す。ハンダに対する濡れ性をほとんど示さないことが明らかである。
比較例２
Fe-0.2％Cの円柱体(直径6.4mm×高さ8mm) と実施例１と同様のハンダ50gとを耐熱性容器に収容した後、昇温し、Ar98%-H22％のガス雰囲気中において650℃で20時間保持した。
【００２３】
その結果、当初の直径6.4mmが、侵食による消耗のため、平均直径6.2mmにまで減少していた。
【００２４】
実施例１(a)の耐消耗性試験と本比較例による同種の試験との対比から、耐侵食性を改善するためにFeメッキを施している従来のハンダコテに比して、本発明によるハンダコテが、高度の耐消耗性を備えていることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による一実施態様の概略を示す面図である。
【図２】本発明による他の一実施態様の概略を示す図面である。
【図３】本発明によるさらに他の一実施態様の概略を示す図面である。
【図４】実施例１で得られたタングステン焼結多孔質体(事前のハンダ含浸あり)の優れた濡れ性を示す写真である。
【図５】比較例１で得られたタングステン焼結多孔質体(事前のハンダ含浸なし)の低い濡れ性を示す写真である。
【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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