(57)【要約】電気ハンダゴテまたは電気ハンダ吸取りゴテのコテ先に用いられるハンダ取扱い用コテ先２であって、銅または銅合金からなるコテ先芯材１０の先端部に、粉末冶金法によって製造された金属粒子焼結体からなるコテ先端部材２０を設ける。金属粒子焼結体には、鉄、ニッケルおよびコバルトの各粒子を適宜組み合わせた焼結基材と、必要に応じて銅、銀、錫、ホウ素および炭素の各粒子を適宜組み合わせた第１焼結補助材やバナジウム、ニオブ、タンタル、クロムおよびモリブデンの各粒子を適宜組み合わせた第２焼結補助材を用いる。
2004048024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気ハンダゴテまたは電気ハンダ吸取りゴテのコテ先に用いられるハンダ取扱い用コテ先であって、
銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に、粉末冶金法によって製造された金属粒子焼結体からなるコテ先端部材が設けられており、
前記金属粒子焼結体は、鉄、ニッケル、コバルトのうち少なくとも１種以上の元素を主要成分とすることを特徴とするハンダ取扱い用コテ先。
【請求項２】
前記金属粒子焼結体は、焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とから成り、前記焼結基材として、鉄粒子、ニッケル粒子およびコバルト粒子のうち少なくとも１種以上を用いたことを特徴とする請求項１記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項３】
前記焼結基材として使用される鉄粒子は、純度９９．５％以上の鉄粉であることを特徴とする請求項２記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項４】
前記焼結基材として使用される鉄粒子は、電界鉄紛またはカルボニル鉄紛であることを特徴とする請求項２または３記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項５】
前記金属粒子焼結体は、前記焼結基材の含有率が５５％乃至９９．９９％であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項６】
前記金属粒子焼結体は、焼結基材と焼結補助材とから成り、前記焼結補助材には少なくとも第１焼結補助材を含み、該第１焼結補助材として、銅粒子、銀粒子、錫粒子、ホウ素粒子および炭素粒子のうち少なくとも１種以上を用いたことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項７】
前記金属粒子焼結体は、前記第１焼結補助材の含有率が０．０１％乃至４０％であることを特徴とする請求項６記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項８】
前記焼結補助材に第２焼結補助材を含み、該第２焼結補助材として、バナジウム粒子、ニオブ粒子、タンタル粒子、クロム粒子、モリブデン粒子およびタングステン粒子のうち少なくとも１種以上を用いたことを特徴とする請求項６または７記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項９】
前記金属粒子焼結体は、前記第２焼結補助材の含有率が０．０１％乃至５％であることを特徴とする請求項８記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項１０】
前記金属粒子焼結体は、前記コテ先芯材の先端部に覆設されるキャップ形状であり、その肉厚は２００乃至８００μｍであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項１１】
前記金属粒子焼結体の密度が９５％以上であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項１２】
前記コテ先芯材を介して前記コテ先端部材を電気加熱する発熱体を備え、電気ハンダゴテまたは電気ハンダ吸取りゴテに交換可能に取付けられるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先を、交換可能なコテ先チップとして備えたことを特徴とする電気ハンダゴテ。
【請求項１４】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先を、交換可能な吸取りノズルとして備えたことを特徴とする電気ハンダ吸取りゴテ。
【請求項１５】
請求項２乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、
請求項２乃至９のいずれか１項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とをバインダーによって混練し、
加圧成形法によってコテ先端部材と略同形状またはコテ先端部材形状を包含する形状に成形して圧粉体となし、
この圧粉体を８００〜１３００℃の非酸化雰囲気中で焼成することにより金属粒子焼結体からなるコテ先端部材となし、
このコテ先端部材を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に接合する
ことを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、焼成後の金属粒子焼結体を、更に３００〜５００℃の温度でプリフォーム鍛造法または粉末鍛造法によって形状付与してコテ先端部材となすことを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項１７】
請求項２乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、
請求項２乃至９のいずれか１項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とをバインダーによって混練し、
加圧成形法によってコテ先端部材と略同形状またはコテ先端部材形状を包含する形状に成形して圧粉体となし、
この圧粉体を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に密着させ、
その密着状態を維持しつつ、８００℃以上且つ上記コテ先芯材の融点以下の非酸化雰囲気中で焼成することにより、金属粒子焼結体からなるコテ先端部材となすと同時に、このコテ先端部材を前記コテ先芯材の先端部に接合する
ことを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項１８】
請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記加圧成形法に替えて射出成形法を用いることを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項１９】
請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記加圧成形法に替えて、バインダーで混練することなく、金属粒子だけを粉末圧縮成形する方法を用いることを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項２０】
請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、焼成温度を前記焼結補助材の融点以上とする液相焼結法を用いることを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項２１】
請求項２乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、
請求項２乃至９のいずれか１項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とを冷間静水圧加圧または熱間静水圧加圧を含む工程によって成形と焼成を行って前記金属粒子焼結体となし、
その金属粒子焼結体を棒状または線状に塑性加工し、
それを更に機械加工してコテ先端部材となし、
このコテ先端部材を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に接合する
ことを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項２２】
請求項１５乃至２１のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記焼結基材および前記焼結補助材として用いられる粒子のうち、少なくとも２種以上の粒子を溶解法またはメカニカルアロイング法によって合金化した合金粒子を用いることを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項２３】
前記焼結基材、前記焼結補助材または前記合金粒子として、その粒径が２００μｍ以下のものを用いることを特徴とする請求項１５乃至２２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項２４】
前記焼結基材、前記焼結補助材または前記合金粒子として、その粒径が５０μｍ以下のものを用いることを特徴とする請求項２３記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項２５】
前記焼結基材、前記焼結補助材または前記合金粒子として、その粒径が１０μｍ以下のものを用いることを特徴とする請求項２４記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項２６】
前記焼結基材、前記焼結補助材または前記合金粒子として、超微粒子を用いることを特徴とする請求項２５記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、ハンダ取扱い用コテ先、詳しくは電気ハンダゴテのコテ先チップまたは電気ハンダ吸取りゴテの吸取りノズルであって、銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端にハンダによる侵食の防止策を施したハンダ取扱い用コテ先、及びその製造方法、更にそれを用いた電気ハンダゴテまたは電気ハンダ吸取りゴテに関するものである。
【背景技術】  電子工業における接続、接合にはハンダ付け法によって行われるのが一般的である。このハンダ付け法は、主にマスソルダリング法（一括ハンダ付け）と、マニュアルソルダリング法（手動ハンダ付け）に大別される。
マスソルダリング法は、素子や部品をプリント基板に搭載した後、溶融ハンダ中に浸漬するフローソルダリング法と、ハンダ粒子とフラックスをバインダー（添加剤）によって混練したハンダペーストをプリント基板の接合部分に印刷した後、素子や部品を載せて加熱、ハンダ付けするリフローソルダリング法とがあり、いずれも多数箇所を同時にハンダ付け出来る特徴がある。
一方、マニュアルソルダリング法は、電気ハンダゴテを使用してハンダ付けする方法で、従来から広く行われており、誰でも手軽に作業が出来るという特徴がある。そして、上記のマスソルダリング法で行った後のハンダ付け部の不良箇所を手直ししたり、マスソルダリング法でハンダ付け出来なかった部品の後付けをしたりするために、この電気ハンダゴテによるマニュアルソルダリング法が不可欠となっている。
従来の電気ハンダゴテ用のコテ先チップは、銅または銅合金から成り、その先端部にはハンダによる侵食を防止するための、厚さ数十ないし数百μｍの鉄めっきが施されている。そして、その鉄めっき部分にはハンダがコーティングされ、この部分でハンダ付け作業が行われるようになっている。
ところで、ハンダの主要成分は錫と鉛（Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだに代表されるＳｎ−Ｐｂ系ハンダ）であるのが通常であったが、近年、環境への配慮から鉛を主要成分としない、いわゆる鉛フリーハンダ（例えば、Ｓｎ−Ｃｕ系ハンダ、Ｓｎ−Ａｇ系ハンダ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系ハンダ等）が注目され、多用されるようになってきている。しかしこの鉛フリーハンダは、一般的にＳｎ−Ｐｂ系ハンダよりもハンダ付け性（ハンダのぬれ性や拡がり易さなど、良好なハンダ付けが得られやすい性質）に劣る傾向がある。ハンダのぬれ性を悪化させる主な原因として、鉛フリーハンダはＳｎ−Ｐｂ系ハンダよりも融点が２０〜４５℃程度高く、コテ先チップの先端が酸化し易くなることが挙げられる。このため、マニュアルソルダリング法によるハンダ付けの作業性が悪化し、その改善が求められていた。特に、鉛フリーハンダの採用によりマスソルダリング法でのハンダ付け不良が発生し易くなり、手直し頻度が増加傾向にあるため、その改善要求が強かった。
そこで本願出願人は、コテ先チップのハンダによる侵食を鉄めっき品とほぼ同じ程度に維持しながらも、そのハンダ付け性を改善する技術を先に発明した（特開２０００−３１７６２９号公報参照。）。この先願発明では、従来の鉄めっきに替えてコテ先チップの先端部に鉄−ニッケル合金めっきを施したり、鉄−ニッケル合金製の被覆部材（バルク材）を設けたりしてハンダ付け性を改善している。
また、ハンダ付けに関連する作業として、不要箇所のハンダを除去するハンダ除去作業があり、そのために電気ハンダ吸取りゴテが用いられている。電気ハンダ吸取りゴテは、内蔵したヒータ等の加熱手段により吸取りノズルを加熱し、この加熱された吸取りノズルの先端をハンダに当接してハンダを溶かすとともに、吸取りノズルの先端に開口した吸取り口から溶融ハンダを内部に吸引するものである。吸引は真空ポンプ等の吸引手段によって行われ、経路途中に設置したフィルタ付きタンクに溶融ハンダを貯溜する。
この電気ハンダ吸取りゴテの吸取りノズルの、加熱した先端部をハンダに当接し、溶融させるという機能や、熱伝導性を確保するためにハンダぬれ性が求められることは電気ハンダゴテのコテ先チップと同様であり、その先端部には同様の鉄めっきが施されている。そして電気ハンダゴテのコテ先チップと同様に、鉛フリーハンダを用いる場合であってもハンダぬれ性を確保しつつ侵食を防止することが求められている。
しかしながら、上記のように鉄−ニッケル合金めっきでは、コテ先チップや吸取りノズル（当明細書ではこれらを総称してハンダ取扱い用コテ先という）の先端部の酸化による寿命（ハンダのぬれ性が次第に低下し、ついにはぬれなくなったとき）は延びるものの、ハンダの侵食による寿命は鉄めっき品相当であった。ところが、鉛フリーハンダはＳｎ−Ｐｂ系ハンダよりも融点が高い等の理由でハンダ取扱い用コテ先への侵食量が多いという特徴がある。このため、鉛フリーハンダを用いた場合の侵食量増加に伴う寿命低下に関しては未だ課題を残すものであった。これに対し、鉄−ニッケル合金めっきのめっき時間を延長し、膜厚を増加させる対策も考えられるが、めっきは２０〜３０時間程度を要する処理であるところ、さらにその処理時間を延長するのは生産性を大きく阻害する。また、めっき排液は環境汚染物質となるのでその処理費用に伴うコストアップも招くものとなる。
また、ハンダ取扱い用コテ先の先端部に鉄−ニッケル合金製の被覆部材（バルク材）を設ける対策は、侵食量の増大に対する効果は望めるものの、次のような問題点があった。一般的にハンダのぬれ性と耐侵食性には相反する傾向があり、それらの特性はハンダの材質やコテ先端部の材質の影響が大きい。従って、ハンダの材質やコテ先端部の材質を考慮に入れながらハンダのぬれ性と耐侵食性とのバランス点を求めることが重要となる。従来、Ｓｎ−Ｐｂ系ハンダといえば殆どＳｎ−Ｐｂ共晶ハンダであったが、鉛フリーハンダには上記のように様々な種類がある。従って、ハンダ取扱い用コテ先の先端部に鉄−ニッケル合金製の被覆部材を設けたとき、使用するハンダの種類によってその特性が変化してしまう、という問題が発生する。これに対し、使用するハンダの種類に応じて最適な材質を選択しようとしても、その選択自由度が小さく、満足な結果を得ることができなかった。
本発明は、かかる事情に鑑み、鉛フリーハンダを使用したときのハンダ取扱い用コテ先のハンダによる侵食防止とハンダ付け性またはハンダ除去性とを高めるとともに、ハンダの種類に応じて最適なコテ先端部の材質を容易に得ることができ、更に環境汚染物質の排出を削減することのできるハンダ取扱い用コテ先及びその製造方法を提供することを目的とする。
【発明の開示】
請求項１の発明は、電気ハンダゴテまたは電気ハンダ吸取りゴテのコテ先に用いられるハンダ取扱い用コテ先であって、銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に、粉末冶金法によって製造された金属粒子焼結体からなるコテ先端部材が設けられており、前記金属粒子焼結体は、鉄、ニッケル、コバルトのうち少なくとも１種以上の元素を主成分とすることを特徴とする。
この構成によると、金属粒子焼結体が粉末冶金法で製造されるので、形状付与の自由度が大きく、完成形状に近い形状で製造することができる。そのため、切削加工の工程を短縮あるいは省略することができる。また、溶解法と異なり、鉄の融点まで温度を上げる必要がなく、エネルギー消費が節減され、環境負荷の軽減ともなる。そして、従来の鉄めっきを用いる場合のような排液処理も不要なので、環境への悪影響を低減し、省力化と大量生産とを可能にすることができる。
そして、金属粒子焼結体の主要成分が鉄、あるいはその同属元素であって鉄と特性の近いニッケルやコバルト、又はそれらの組み合わせとなっているので、ハンダの耐侵食性、ハンダぬれ性ともに高いコテ先チップを得ることができる。特に、鉄を基本とし、それにニッケルやコバルトを加えて主要成分としたものは、鉄のみを主要成分としたものよりも更に耐侵食性やハンダぬれ性を高めることができる。
請求項２の発明は、請求項１記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記金属粒子焼結体は、焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とから成り、前記焼結基材として、鉄粒子、ニッケル粒子およびコバルト粒子のうち少なくとも１種以上を用いたことを特徴とする。
このようにすると、鉄粒子、ニッケル粒子およびコバルト粒子のうち少なくとも１種以上を用いた焼結基材によって、金属粒子焼結体の主要成分が形成される。これらの粒子の配合比率を自在に調節することにより、要求される成分比率を容易に得ることができる。
請求項３の発明は、請求項２記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記焼結基材として使用される鉄粒子は、純度９９．５％以上の鉄粉であることを特徴とする。
このような高純度の鉄粒子として、電界鉄紛またはカルボニル鉄紛を用いる（請求項４）と良い。これらは金属紛の製造方法として周知の電解法またはカルボニル法によって得られる鉄粉である。電解法は鉄を含む硫酸鉄、塩化鉄などの水溶液から鉄を電界析出させ、この電界鉄を粉砕し仕上還元する方法である。電界鉄を用いることによって不純物による熱、電気伝導性の低下やハンダ付け性またはハンダ除去性の悪化を防止するとともに、金属粒子焼結体の密度を高めることもできる。鉄粒子に炭素、酸素、窒素或いは水素などの不純物を多量に含む場合は金属粒子焼結体の相対密度が９０％以下になるのに対し、高純度の鉄粉を使用すると９６％以上に高めることができる。
カルボニル法は、カルボニル鉄Ｆｅ（ＣＯ）５に水蒸気を加え鉄および炭酸ガスに熱分解し、粉末化する方法である。この方法は微紛製造に適しており、カルボニル鉄紛は本発明の焼結基材の成分として最適である。
請求項５の発明は、請求項２乃至４のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記金属粒子焼結体は、前記焼結基材の含有率が５５％乃至９９．９９％であることを特徴とする。
このようにすると、主要成分としての焼結基材の特性が有効に作用し、ハンダの耐侵食性やハンダぬれ性を充分高めることができる。なお、当明細書において成分比率を％で表すときは、特に記す場合を除き質量％とする。
請求項６の発明は、請求項２乃至５のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記金属粒子焼結体は、焼結基材と焼結補助材とから成り、前記焼結補助材には少なくとも第１焼結補助材を含み、該第１焼結補助材として、銅粒子、銀粒子、錫粒子、ホウ素粒子および炭素粒子のうち少なくとも１種以上を用いたことを特徴とする。
このようにすると、ハンダ付け性を更に向上させるとともに、比較的低温での焼結を行いながら高密度の金属粒子焼結体を得たり、耐侵食性の高い金属粒子焼結体を得たりすることができる。銅、銀および錫は比較的融点が低い（それぞれ１０８３℃、９６０℃、２３０℃）ので、焼結温度を比較的低温に設定しても焼結過程で溶融し、金属粒子の間隙を埋める液相焼結法（請求項１８参照）を可能にする。ホウ素は、固相焼結において、鉄族元素と侵入型の拡散形態を呈し、固体同士の相互拡散を助長するので、１１００℃以下という比較的低温での焼結を可能にする。炭素は、ハンダに対する耐侵食性を向上させ、寿命を大幅に延ばすことができる。
なお、金属粒子焼結体における第１焼結補助材の含有率は、０．０１％乃至４０％とする（請求項７）のが好適である。このようにすると、第１焼結補助材が少なすぎて効果が不十分であったり、多すぎて弊害をもたらしたりするようなことがなく、最適な添加量の設定とすることができる。
請求項８の発明は、請求項６または７記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記焼結補助材に第２焼結補助材を含み、該第２焼結補助材として、バナジウム粒子、ニオブ粒子、タンタル粒子、クロム粒子、モリブデン粒子およびタングステン粒子のうち少なくとも１種以上を用いたことを特徴とする。
このようにすることで、ハンダ取扱い用コテ先のハンダに対する耐侵食性を向上させることができる。元素周期律表Ｖ族ａのバナジウム、ニオブ及びタンタルやＶＩ族ａのクロム、モリブデン及びタングステンを添加すると、焼結体マトリックス中に高融点の粒子が分散するので格段の耐侵食性を期待することができ、コテ先の寿命を大幅に延ばすことができる。
また、第１焼結補助材として使用される炭素は、耐侵食性を向上させる一方で、コテ先のハンダぬれ性を比較的低下させやすい。従って、ハンダぬれ性確保のために炭素をあまり多く使用できない場合に、更に耐侵食性を高める手段として第２焼結補助材を用いると効果的である。
なお、金属粒子焼結体における第２焼結補助材の含有率は、０．０１％乃至５％とする（請求項９）のが好適である。このようにすると、第２焼結補助材が少なすぎて効果が不十分であったり、多すぎてハンダぬれ性を著しく低下させるようなことがなく、最適な添加量の設定とすることができる。
請求項１０の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記金属粒子焼結体は、前記コテ先芯材の先端部に覆設されるキャップ形状であり、その肉厚は２００乃至８００μｍであることを特徴とする。
このようにすると、キャップ形状の金属粒子焼結体からなるコテ先端部材を、コテ先芯材の先端部に覆設した後、ろう付け等によって接合するだけで、容易かつ短時間でハンダ取扱い用コテ先を製造することができる。しかも金属粒子焼結体の肉厚が２００乃至８００μｍと薄いので、追加工を行うことなくそのままコテ先端部材として使用しても、コテ先芯材からはんだへの熱伝導性を充分確保することができる。
請求項１１の発明は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記金属粒子焼結体の密度が９５％以上であることを特徴とする。
このように高密度の金属粒子焼結体とすることで、耐侵食性を一層向上させることができる。なお、９５％以上の高密度の金属粒子焼結体を製造する方法として、後述する射出成形法によって圧紛体を成形するのが好適である。
以上のように鉛フリーハンダに対する耐侵食性を高め、ハンダ付け性やハンダ除去性（以下ハンダ付け性等という）を向上させたハンダ取扱い用コテ先を備えた電気ハンダゴテや電気ハンダ吸取りゴテ（以下電気ハンダゴテ等という）は、このハンダ取扱い用コテ先を直接本体に固定したものはその本体の寿命を延ばし、本体に交換可能に取付けたもの（請求項１３及び１４）は、その交換周期を伸ばすことができる。また、高いハンダ付け性等によって作業効率を向上させることができる。
ハンダ取扱い用コテ先が交換可能となっている場合、ヒータ等の加熱部は本体側に設けても良いが、ハンダ取扱い用コテ先に、前記コテ先芯材を介して前記コテ先端部材を電気加熱する発熱体を備える（請求項１２）ようにしても良い。
このようにすると、ハンダ取扱い用コテ先の形状や大きさ、用途に応じて最適な発熱体の特性（例えばヒータ容量など）をハンダ取扱い用コテ先ごとに適用することができ、一層作業効率を向上させることができる。
請求項１５の発明は、請求項２乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、請求項２乃至９のいずれか１項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とをバインダーによって混練し、加圧成形法によってコテ先端部材と略同形状またはコテ先端部材形状を包含する形状に成形して圧粉体となし、この圧粉体を８００〜１３００℃の非酸化雰囲気中で焼成することにより金属粒子焼結体からなるコテ先端部材となし、このコテ先端部材を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に接合することを特徴とする。
このようにすると、焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とからなる金属粒子焼結体を容易に製造することができ、それを必要に応じて機械加工し、コテ先芯材の先端部にロウ付け等により接合するだけで容易にハンダ取扱い用コテ先を製造することができる。
請求項１６の発明は、請求項１５記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、焼成後の金属粒子焼結体を、更に３００〜５００℃の温度でプリフォーム鍛造法または粉末鍛造法によって形状付与してコテ先端部材となすことを特徴とする。
このようにすると、金属粒子焼結体の粒子間の微細な気孔を収縮させ、高密度化させることができ、高い耐侵食性を得ることができる。
請求項１７の発明は、請求項２乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、請求項２乃至９のいずれか１項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とをバインダーによって混練し、加圧成形法によってコテ先端部材と略同形状またはコテ先端部材形状を包含する形状に成形して圧粉体となし、この圧粉体を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に密着させ、その密着状態を維持しつつ、８００℃以上且つ上記コテ先芯材の融点以下の非酸化雰囲気中で焼成することにより、金属粒子焼結体からなるコテ先端部材となすと同時に、このコテ先端部材を前記コテ先芯材の先端部に接合することを特徴とする。
このようにすると、コテ先端部材とコテ先芯材とをロウ付け等により接合する工程が不要になるので、生産性を向上させることができる。
請求項１８の発明は、請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記加圧成形法に替えて射出成形法を用いることを特徴とする。
このようにすると、一般的に用いられる金型プレス法では困難な比較的複雑な形状であっても、容易に形状付与して圧粉体とすることができる。このような金属粉末射出成形法として、公知のＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）法が好適である。ＭＩＭ法によると、形状の自由度を高め、高精度の成形を行うことができる。例えば肉厚が２００〜８００μｍ程度の薄肉キャップ形状（請求項１０参照）のコテ先端部材であっても、完成品と同形状の金属粒子焼結体を得ることができる。つまり追加の機械加工を省略することができるので、生産性向上、コスト低減をはかることができる。
また小径の粒子を用いて高密度の金属粒子焼結体を得ることができる。例えば、金型プレス法が８０μｍ程度の粒子を用いて９０％以下の密度であるのに対し、ＭＩＭ法では１０μｍ以下の粒子を用いて９５％以上（例えば９６〜９９％）の密度を実現することができる（請求項１１参照）。
ところで、従来の金型プレス法や上記ＭＩＭ法では、通常、成形のために有機バインダーが用いられ、分散促進や射出成形に適する流動性付与がなされる。しかしこのバインダーは除去工程（通常は成形後４００〜６００℃程度に加熱する）及び焼成工程で完全に除去するのが難しく、金属粒子焼結体に残存し易い。これをコテ先として利用したとき、残存したバインダーが大気中の酸素と反応して炭化物等を生成し、ハンダ付け性等の低下を招く場合がある。
そこで請求項１９の発明は、請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記加圧成形法に替えて、バインダーで混練することなく、金属粒子だけを粉末圧縮成形する方法を用いることを特徴とする。
このようにすると、バインダーを用いないので、上述のようなハンダ付け性低下を確実に防止することができる。また、バインダーを除去する必要もなくなるので、その除去工程において発生するふくれ、亀裂、ボイド或いは変形などの欠陥を確実に防止することができる。
バインダーを用いない粉末圧縮成形法として、公知のＲＩＰ（Ｒｕｂｂｅｒ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法が好適である。ＲＩＰ法はゴムモールドのキャビティに粉末を充填し、上パンチと下パンチとにより粉末をゴム型とともに圧縮成形する粉末成形法である。粉末が圧縮されるとき、プレス軸方向だけでなく、ゴム型の変形によって側面方向からも圧縮される。成形時にバインダーや型潤滑材が不要であるほか、形状やサイズの自由度が大きく、高い寸法精度で成形することができる。
請求項２０の発明は、請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、焼成温度を前記焼結補助材の融点以上とする液相焼結法を用いることを特徴とする。
このようにすると、比較的低温での焼結を行いながら高密度の金属粒子焼結体を得ることができる。液相焼結法によると、焼結過程で融点の低い粒子が溶融し、金属粒子の間隙を埋めるので、高密度の金属粒子焼結体が得られ、優れたハンダ付け性またはハンダ除去性を得ることができる。また、比較的低温で焼結を行うので、省力化に貢献することができる。
請求項２１の発明は、請求項２乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、請求項２乃至９のいずれか１項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とを冷間静水圧加圧または熱間静水圧加圧を含む工程によって成形と焼成を行って前記金属粒子焼結体となし、その金属粒子焼結体を棒状または線状に塑性加工し、それを更に機械加工してコテ先端部材となし、このコテ先端部材を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に接合することを特徴とする。
このようにすると、金属粒子焼結体の粒子間の微細な気孔を収縮させ、高密度化させることができ、高い耐侵食性を得ることができる。
請求項２２の発明は、請求項１５乃至２１のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記焼結基材および前記焼結補助材として用いられる粒子のうち、少なくとも２種以上の粒子を溶解法またはメカニカルアロイング法によって合金化した合金粒子を用いることを特徴とする。
このようにすると、予め合金化された粒子を使用するので組織の均質性が向上する。また金属粒子の混練工程を簡略化することができ、生産性が向上する。メカニカルアロイング法は、金属を溶解することなく、ボールミルなどの機械を用いて合金粉末を製造する公知の方法である。メカニカルアロイング法は常温での合金化を行うので、融点の差が大きい金属同士でも合金粒子の製造を容易に行うことができる。
請求項２３の発明は、請求項１５乃至２２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記焼結基材、前記焼結補助材または前記合金粒子として、その粒径が２００μｍ以下のものを用いることを特徴とする。
このように小粒径の金属粒子を用いると、金属粒子焼結体の密度を高くすることができ、ハンダ付け性またはハンダ除去性、およびハンダ取扱い用コテ先の耐侵食性を向上させることができる。粒径はより小さく５０μｍ以下（請求項２４）、或いは更に小さく１０μｍ以下（請求項２５）であるとより望ましい。特に１０μｍ以下の鉄粒子は、上記カルボニル鉄粉として好適であり、上記ＭＩＭ法を行うにも好適である。また、更に粒径を小さくして超微粒子（いわゆるナノ粒子）を用いる（請求項２６）と、一層の高密度化をはかることができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第１実施形態にかかる電気ハンダゴテの部分正面図である。
図２は、図１の分解斜視図である。
図３は、本発明の第１実施形態にかかるコテ先チップの断面図である。
図４は、図３の分解斜視図である。
図５は、金属粒子焼結体を製造する際に用いる粒子の成分表である。
図６は、ハンダ取り扱い用コテ先を製造するための工程図である。
図７は、第１実施形態のコテ先チップの変形例の分解斜視図である。
図８は、ハンダ取り扱い用コテ先を製造するための工程図である。
図９は、第１実施形態のコテ先チップの変形例の部分斜視図である。
図１０は、液相焼結のメカニズムを示す断面模式図である。
図１１は、第１実施形態のコテ先チップの変形例の部分断面図である。
図１２は、第１実施形態のコテ先チップの変形例の斜視図である。
図１３は、ぬれ拡がり試験の試験要領を示す説明図である。
図１４は、ぬれ拡がり試験の試験結果を示すグラフである。
図１５は、寿命試験の試験要領を示す説明図である。
図１６は、寿命試験の試験結果を示すグラフである。
図１７は、本発明の第２実施形態にかかる電気ハンダ吸取りゴテの部分断面図である。
図１８は、第２実施形態の吸取りノズル付近の拡大断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明の第１実施形態を図１〜図１６によって説明する。図１は、電気ハンダゴテ１の先端部付近の正面図であり、図２はその分解斜視図である。電気ハンダゴテ１の先端部には、保護パイプ３に格納され、円錐状の先端が保護パイプ３から突出するコテ先チップ２（ハンダ取扱い用コテ先に相当）が設けられている。保護パイプ３は袋ナット４によって電気ハンダゴテ１のニップル６に固定されている。コテ先チップ２の、保護パイプ３に覆われた円柱状の胴部の内側には凹部１１（図３参照）が設けられている。その凹部１１に、電気ハンダゴテ１の本体７から突出したセラミックヒータ５が嵌合するように組み立てられている。セラミックヒータ５は、図外の電源スイッチをオンにすることにより発熱する発熱体で、図外のサーモスタット機構により、調節可能な所定の温度範囲を維持するようになっている。
図３は、図２におけるコテ先チップ２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であり、図４はコテ先チップ２の先端部の分解斜視図である。コテ先チップ２は、主に胴部が円柱状、先端が円錐状に形成されたコテ先芯材１０と、その先端部にロウ付けされたコテ先端部材２０からなる。コテ先芯材１０の材質は、熱伝導性や電気伝導性が高く、比較的廉価な銅または銅合金である。コテ先芯材１０の外側露出部には薄いクロムめっきが施されている。コテ先端部材２０は、その表面が直接ハンダと接触し、ハンダを溶融させる部分である。通常の使用形態では、コテ先端部材２０の先端部はハンダ層８に被覆されている。コテ先端部材２０は、鉄を主要成分とし、その他にニッケル、コバルト、銅、銀、錫、ホウ素、炭素、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデンおよびタングステンなどを選択的に所定の含有率で含有する部材であり、粉末冶金法によって製造された金属粒子焼結体からなる。その組成および製造方法については後に詳述する。また、コテ先端部材２０の形状は、その製造方法に応じた様々な形態として良い。それらの変形例についても後述する。
以上のような構造により、電気ハンダゴテ１は、図外の電源スイッチをオンとすることにより、セラミックヒータ５が発熱する。その熱は、コテ先チップ２の凹部１１からコテ先端部材２０の表面に素早く、効率良く伝達される。そして、コテ先端部材２０のハンダ層８において、ハンダの温度が融点を超えるとハンダが溶融し、新たに供給されるハンダとともにハンダ付けを行う。
ここで、コテ先端部材２０の先端部がハンダ層８に被覆されているので、ハンダ付けの際、溶融したハンダ層８が熱の媒体となって、ハンダ付け部に熱を供給し、良好なハンダ付けを行うことができる。コテ先端部材２０にハンダ層８を形成するためには、ハンダにぬれやすい性質、いわゆるハンダぬれ性が高いことが求められるが、このハンダぬれ性は良好なハンダ付けを得るための重要な性質である。コテ先端部材２０にハンダぬれ性がないと、ハンダ付け部に熱を供給する経路がコテ先端部材２０との接触点のみとなり、熱の伝達性が極めて悪化し、良好なハンダ付けが得られなくなるからである。
また、はんだ付けを多数回行うに従い、コテ先端部材２０の表面がはんだに侵食される、いわゆるハンダ喰われ現象が発生する。この侵食量は少ないのが望ましいが、温度が高いほど多くなるので、融点の高い鉛フリーハンダは、Ｓｎ−Ｐｂ系ハンダよりも不利な条件となる。また、同じ温度でも一般的に鉛フリーハンダはＳｎ−Ｐｂ系ハンダよりも錫の含有率が高い等の理由により、侵食量が多くなる。コテ先端部材２０は、従来の鉄めっきに比べて、充分大きな厚みを有するため、耐侵食性および寿命が大きく向上している。但し、厚過ぎると熱伝導性の低下量が大きくなるので、２００〜８００μｍ程度が好適である。
ハンダ付けに際し、コテ先の温度管理は重要で、Ｓｎ−Ｐｂ共晶ハンダ使用時には約３４０℃、鉛フリーハンダ使用時には約３８０℃（Ｓｎ−０．７％Ｃｕハンダの場合）になるように調整して使用する。温度を上げ過ぎたり、多数回はんだ付けを行ったりしたコテ先は、表面が黒色化してハンダぬれ性を喪失し、寿命となる。そのような場合や用途に応じてコテ先の形状や材質を変更したいときは、袋ナット４を弛めることにより図２の状態に分解し、コテ先チップ２を容易に交換することができる。
次に、コテ先チップ２の成分について説明する。図５は、コテ先端部材２０となる金属粒子焼結体を製造する際に用いる粒子の質量配分（％）を示す成分表である。表の縦軸は粒子の組み合わせ類別に付したタイプを示す。ここでは１６タイプを列挙しているが、特許請求の範囲内で他の好適な組み合わせとしても良い。横軸は使用する粒子の種類を示し、結果的に金属粒子焼結体の成分となる。粒子の種類は、大きく焼結基材と焼結補助材とに類別され、焼結補助材は更に第１補助材と第２補助材とに類別されている。焼結基材の粒子としては鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）及びコバルト（Ｃｏ）のうち少なくとも１種以上が選択される。タイプ１３乃至１５のものは、焼結基材のみからなる。タイプ１乃至１２のものには、焼結基材に加え、第１焼結補助材の粒子として、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）及び炭素（Ｃ）のうち少なくとも１種以上が選択される。タイプ１６のものは、タイプ１〜１５の各成分に、更に第２焼結補助材の粒子として、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）のうち少なくとも１種以上が選択されて添加される。
タイプ１〜１５の各欄の上段には使用する全粒子に対する各粒子の質量％を示し、下段括弧内には好適な範囲（一部省略）を示す。例えばタイプ３は、Ｆｅ−５．５％Ｃｕ−１．３％Ａｇという配分となっている。そして、各成分の好適な範囲としてはＣｕ：１〜１０％、Ａｇ：０．５〜２％であり、残部がＦｅとなっている。他のタイプの表記もこれに準ずる。これらの粒子は、各粒子の好適な範囲内でその使用量を決定して良いが、焼結補助材を用いる場合は、焼結基材の合計が５５〜９９．９９％の範囲内、第１焼結補助材の合計が０．０１〜４０％の範囲内、第２焼結補助材の合計が０．０１〜５％の範囲内、となるように調整される。例えばタイプ４の焼結補助材は、Ｃｕ：１０〜３８％、Ａｇ：２〜２０％の範囲内で決定して良いが、その合計が４０％を越えることのないように調整される。
焼結基材のＦｅ粒子は、Ｆｅがハンダの耐侵食性に勝れることから主要成分となっている。したがってタイプ１〜１６の全てにＦｅ粒子が用いられており、特にタイプ１３には、Ｆｅ粒子のみが用いられている。但し、従来の鉄めっき法でも知られているように、Ｆｅの不純物はハンダ付け性に悪影響を及ぼすので、Ｆｅ粒子は純度の高いものが望ましい。例えば純度９９．５％以上の鉄粉（公知の電解法やカルボニル法によって得ることができる）が好適である。Ｆｅ粒子の純度を高めることにより、熱、電気伝導性の低下を防ぎ、ハンダ付け性の悪化を防止するとともに、金属粒子焼結体の密度を高めることもできる。Ｆｅ粒子に炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）或いは水素（Ｈ）などの不純物を多量に含む場合は金属粒子焼結体の相対密度が９０％以下になるのに対し、高純度の鉄粉を使用すると９６％以上に高めることができる。
焼結基材としては、他にＮｉ粒子、Ｃｏ粒子が適宜選択される。Ｎｉ、Ｃｏは、周期律表ＶＩＩＩ族に属するＦｅ族である。従ってＮｉ粒子、Ｃｏ粒子はＦｅ粒子と類似した特性を有し、Ｆｅの代替基材となるほか、組み合わせによってはＦｅ粒子単体を用いるよりも優れた特性を示す。タイプ６、７、９、１１、１２、１４及び１５にはＮｉ粒子が、タイプ８、９及び１４にはＣｏ粒子が用いられ、そのうちタイプ９及び１４にはその両方が用いられている。
焼結基材としてＦｅ粒子とＮｉ粒子とを用いたＦｅ−Ｎｉ焼結合金は、Ｆｅのみの焼結品に比べてハンダ付け性が改善される（後述のぬれ拡がり試験参照）。その際のＮｉ粒子の添加量は５０％以下が望ましい。５０％を超えると耐侵食性が低下し、ハンダの侵食が急速に進行するようになる。
焼結基材としてＦｅ粒子とＣｏ粒子とを用いたＦｅ−Ｃｏ焼結合金は、焼結性を促進するほか、ハンダの侵食を抑止する作用がある。その際のＣｏ粒子の添加量は２０％以下が望ましい。２０％を超えるとハンダ付け性を低下させ、またコストアップとなる。
焼結補助材として１〜１０％のＣｕ粒子を用いる（タイプ１、３、４、５、７、８、９）ことは、ハンダ付け性を向上（後述のぬれ拡がり試験参照）する上、液相焼結を行うことによって高密度のＦｅ−Ｃｕ焼結合金を得ることができるので非常に有効である。液相焼結（Ｃｕの場合）は、後述するように、焼結温度をＣｕの融点である１０８３℃以上に設定し、焼結過程でＣｕを液相化する方法である。Ｃｕ粒子の添加量は１〜１０％が適量で、１％未満では作用効果が少なく、１０％を超えると液相焼結の際、Ｃｕ粒子の局部溶融によって成形品が変形し易くなる。
Ｃｕ粒子を１０％以上添加したＦｅ−Ｃｕ焼結合金としても良い（タイプ４）。但しこの場合は、前述の理由により焼結温度はＣｕの融点以下とする。このようにすると、耐侵食性は若干低下するが、熱伝導性やハンダ付け性が向上するので、耐侵食性よりもハンダ付け性を重視する場合に好適である。また、このＣｕ粒子の多いＦｅ−Ｃｕ焼結合金は、溶解法によるＦｅ−Ｃｕ合金に比べ、熱伝導性の低下が少ないという特徴がある。例えば、溶解法によるＦｅ−５０％Ｃｕ合金の電気伝導度は２０％ＩＡＣＳ以下であるのに対し、このＦｅ−Ｃｕ焼結合金は５０％ＩＡＣＳという高電気伝導度を示す。この関係は、熱伝導率においても比例関係にある。Ｃｕ粒子の添加量は４０％以下が望ましい。４０％を超えると耐侵食性が低下し、ハンダの侵食が急速に進行するようになる。
第１焼結補助材としてＡｇ粒子を用いる（タイプ２〜５、７〜９）と、Ａｇの融点はＣｕの融点よりも低い９６０℃なので、Ｃｕ粒子のみを用いる場合よりも更に低温で液相焼結による高密度のＦｅ−Ａｇ焼結合金を得ることができる。また、前記Ｃｕ粒子の多いＦｅ−Ｃｕ焼結合金（タイプ４）には、Ａｇ−２８％Ｃｕ（共晶温度７８０℃）の低融点粒子を用いても良い。Ａｇ粒子またはＡｇ−Ｃｕ粒子の添加量は０．５〜２０％が好適で、２０％を超えるとコストアップが大となる。
第１焼結補助材としてＳｎ粒子を用いる（タイプ５）と、ハンダ付け性が改善する上、Ｓｎの融点が２３０℃と低いので、更に低温での液相焼結を行うことができる。このようなＳｎ粒子の添加は、タイプ５のようにＣｕ粒子、Ａｇ粒子との同時添加も有効である。Ｓｎ粒子の添加量は５％以下が好適で、それを超えるとＦｅＳｎ２等の化合物生成によって金属粒子焼結体が脆弱化する。
第１焼結補助材としてＢ粒子を用いる（タイプ６）と、ＢはＦｅ族元素と侵入型の拡散形態を呈し、固体同士の相互拡散を助長するので、１１００℃以下という比較的低温での焼結を可能にする。Ｂ粒子の少量添加は、殆どハンダ付け性を悪化させないという特徴があり、その添加量は０．０１〜１％が好適である。これより少ないと効果が少なく、これを超えるとハンダ付け性を低下させ易くなる。Ｂ粒子単独での添加の他、Ｆｅ−Ｂ粒子、Ｎｉ−Ｂ粒子あるいはＣｕ−Ｂ粒子など、Ｂを含有する合金の粒子を添加しても良い。
第１焼結補助材として０．５（乃至は０．８）％程度のＣ粒子を用いる（タイプ１０〜１２）と、コテ先チップ２の耐侵食性が格段に向上し、寿命を大幅に延ばすことができる。
第２焼結補助材として、バナジウム粒子、ニオブ粒子、タンタル粒子、クロム粒子、モリブデン粒子およびタングステン粒子のうち少なくとも１種以上を用いると、焼結体マトリックス中に高融点の粒子が分散するので格段の耐侵食性を期待することができ、コテ先の寿命を大幅に延ばすことができる。また、ハンダぬれ性確保のために炭素をあまり多く使用できない場合に、更に耐侵食性を高める手段として第２焼結補助材を用いると効果的である。
以上の焼結基材、焼結補助材に用いる金属粒子は、その粒径が２００μｍ以下のもの、望ましくは５０μｍ以下のもの、より望ましくは１０μｍ以下、更に望ましくは超微粒子（いわゆるナノ粒子）が好適である。これら小粒径の金属粒子を用いることにより、金属粒子焼結体の密度を高くすることができ、ハンダ付け性や耐侵食性を向上させることができる。
次に、コテ先チップ２の製造方法について説明する。図６はコテ先チップ２を製造するための工程図である。工程Ｐ１で、焼結基材、焼結補助材およびバインダー（添加剤）を混合機で混練する。次に工程Ｐ２でプレス成形法やＭＩＭ法（金属粉末射出成形法）などによって加圧成形し、圧粉体となす（形状付与）。その形状は、コテ先端部材２０と略同形状である。その後、圧粉体を型から外し、工程Ｐ３において所定温度（８００〜１３００℃）の非酸化雰囲気中で焼成焼結を行い、金属粒子焼結体となす。次の工程Ｐ４でコテ先芯材１０との管合調整の機械加工を行い、コテ先端部材２０を完成させる。次に工程Ｐ５でコテ先芯材１０の先端部にコテ先端部材２０をロウ付けにより接合する。ロウ付けはＢＡｇ−７又はＢＡｇ−８の銀ロウを用いて６５０〜８５０℃で行われる。接合にはロウ付けの他、圧接等によっても良い。最後に工程Ｐ６で寸法精度調整のための仕上げ加工を行い、コテ先チップ２が完成する。
このように焼結によってコテ先端部材２０を製造する粉末冶金法は、形状付与の自由度が大きく、完成形状に近い形状で製造できるので、切削加工の工程を短縮あるいは省略することができる。また、溶解法と異なり、Ｆｅの融点まで温度を上げる必要がなく、エネルギー消費が節減され、環境負荷の軽減ともなる。そして、従来の鉄めっきを用いる場合のような排液処理も不要なので、環境への悪影響を低減し、省力化と大量生産とを可能にする。
特に、工程Ｐ２の成形をＭＩＭ法で行うようにすれば、形状の自由度を高め、高精度の成形を行うことができる。例えば肉厚が２００〜８００μｍ程度のコテ先端部材２０を高精度に成形し、完成品と同形状の金属粒子焼結体を得ることができる。つまり追加の機械加工を省略することができるので、生産性向上、コスト低減をはかることができる。
またＭＩＭ法によれば、小径の粒子を用いて高密度の金属粒子焼結体を得ることができる。例えば、１０μｍ以下の粒子（電界鉄紛あるいはカルボニル鉄粉が好適である）を用いて９６〜９９％の密度を実現することができる。
図７は、ＭＩＭ法によって成形するに好適なコテ先チップ２ｅの分解斜視図である。コテ先芯材１０ｅの先端はナイフエッジ状に成形されており、コテ先チップ２０ｅはこれに覆設されるキャップ形状（肉厚２００〜８００μｍ）になっている。このように鋭い角や深い凹部を持つ薄肉形状であっても、ＭＩＭ法によれば完成品形状で成形することができる。つまり追加の機械加工を省略することができるので、生産性向上、コスト低減をはかることができる。
また、図６の工程Ｐ１で、焼結基材、焼結補助材およびバインダーを混練するようにしているが、例えば公知のＲＩＰ（Ｒｕｂｂｅｒ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法を適用するなどしてバインダーを使用しないようにしても良い。ＲＩＰ法はゴムモールドのキャビティに粉末を充填し、上パンチと下パンチとにより粉末をゴム型とともに圧縮成形する粉末成形法である。粉末が圧縮されるとき、プレス軸方向だけでなく、ゴム型の変形によって側面方向からも圧縮される。成形時にバインダーや型潤滑材が不要なので、バインダーを使用することによる弊害（残留バインダーによるハンダ付け性の低下など）を確実に防止することができる。また形状やサイズの自由度が大きく、高い寸法精度で成形することができる。
粉末冶金法による製造方法には他に様々な方法がある。図８は、焼結とコテ先芯材への接合を同時に行うことにより、図９に示すコテ先チップ２ａを製造するための工程図である。工程Ｐ１１で、焼結基材、焼結補助材およびバインダーを混合機で混練する。次に工程Ｐ１２でプレス成形法やＭＩＭ法などによって加圧成形し、圧粉体となす（形状付与）。その形状は、図９（ａ）の金属粒子焼結体２１ａと略同形状の円柱形である。その後、圧粉体を型から外し、コテ先芯材１０ａの先端部に密着させ、工程Ｐ１３において所定温度（８００以上且つ銅または銅合金からなるコテ先芯材の融点以下）の非酸化雰囲気中で焼成焼結を行い、金属粒子焼結体２１ａとなすと同時にコテ先芯材１０ａと接合する（図９（ａ）の状態）。最後に工程Ｐ１４で寸法精度調整のための仕上げ加工を行い、コテ先チップ２が完成する（図９（ｂ）の状態）。
このようにすると、コテ先端部材２０ａとコテ先芯材１０ａとをロウ付け等により接合する工程が不要になるので、生産性が向上する。
図６の工程Ｐ２あるいは図８の工程Ｐ１２に示す成形には、加圧しない常圧成形法もあるが加圧成形法を用いた方が圧粉体の密度が高く、それを焼結した金属粒子焼結体の密度を高めることができる。そして、液相焼結法を用いれば、更に高密度の金属粒子焼結体を得ることができる。液相焼結法は、焼結補助材に比較的融点の低い粒子（Ｃｕ粒子、Ａｇ粒子、Ａｇ−２８％Ｃｕの共晶粒子（共晶温度７８０℃）、Ｓｎ粒子など）を用いて、これらの融点以上の温度で焼結を行う方法である。
図１０に液相焼結のメカニズムを示す断面模式図を示す。図１０（ａ）は、図６の工程Ｐ２あるいは図８の工程Ｐ１２における、加圧前の状態を示す。この図に示すように、加圧前は焼結基材の粒子３１に焼結補助剤の粒子３２が分散混合しており、比較的大きな空隙３３が生じている。図１０（ｂ）は、工程Ｐ２あるいは工程Ｐ１２における、加圧成形後の状態を示す。この図に示すように、加圧成形後は焼結基材の粒子３１や焼結補助剤の粒子３２が塑性変形によって扁平となっており、粒子は密着するが、小さな間隙３３は残っている。図１０（ｃ）は、図６の工程Ｐ３あるいは図８の工程Ｐ１３において、液相焼結を行った後の状態を示す。この図に示すように、焼結基材の粒子３１は再結晶化によって生長し、空隙には焼結補助材の粒子３２が充填され、緻密性が向上している。これは、基材粒子３１同士の固体拡散に加え、焼結補助材の粒子３２が焼結温度で溶融し、焼結基材の粒子３１にぬれ現象が生じ、同時に界面張力によって空隙３３がその液体で充填されることによりなされる。
液相焼結法は、このように高密度の金属粒子焼結体を得ることができる他に、これを用いない場合に比べ、比較的低温で焼結を行うことができ、省力化に貢献することができる。
また、焼成後の金属粒子焼結体を、更に３００〜５００℃の温度でプリフォーム鍛造法または粉末鍛造法によって形状付与してコテ先端部材としても良い。これらは一般的に知られた方法なので詳細説明は省略するが、これらの方法を用いれば、粒子間の微細な気孔を収縮させ、高密度化させることができる。
他の焼結法として、冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）や熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）を含む工程によって成形と焼成を行っても良い。これらも一般的に知られた方法なのでその詳細説明は省略するが、これらの方法を用いる場合は金属粒子焼結体を棒状または線状に塑性加工し、それを更に機械加工してコテ先端部材２０とする。図１１（ａ）、（ｂ）は、このようにして得られたコテ先チップの先端部の断面図である。コテ先チップ２ｂ、２ｃは、コテ先芯材１０ｂ、１０ｃの先端に、前記ＣＩＰやＨＩＰによって得られたコテ先端部材２０ｂ、２０ｃをロウ付けによって接合したものである。
更に他の焼結法として、二層焼結法を用いても良い。図１２は、二層焼結法を用いた場合のコテ先チップ２ｄの分解斜視図である。コテ先端部材２０ｄは、第１層２２と第２層２３とによって構成されている。第１層２２は、前記焼結基材と焼結補助材との混合によるもので、第２層２３は、Ｃｕ粒子またはＣｕ−Ｃｒ粒子による焼結である。コテ先端部材２０ｄは、このように２層となった金属粒子焼結体となっており、直接形状付与することも可能で、また図９（ａ）に示す金属粒子焼結体２１ａのような焼結体とした後、機械加工によって図１２に示すコテ先端部材２０ｄとすることも可能である。そして、これを銅パイプからなるコテ先芯材１０ｄにロウ付けすることによりコテ先チップ２ｄが得られる。コテ先芯材１０ｄに銅パイプを用いることにより、内面加工を不要とし、省力化がはかられている。
次に、当実施形態のコテ先チップ２のハンダ付け性の評価結果について説明する。評価は、ぬれ拡がり試験にて行った。
図１３は、ぬれ拡がり試験の試験要領を示す説明図である。試験片９０は、１５．８ｍｍ×２１．４ｍｍ×厚さ１．０ｍｍの金属粒子焼結体である。比較用として、同サイズのＦｅめっき（銅板に１．５ｍｍ狙いでＦｅめっきし、そのめっき層を１．０ｍｍ削り出したもの）も準備した。希釈フラックス９２はイソプロパノールで１０倍に希釈したフラックス（ＨＡＫＫＯ  ００１（商品名）を使用）である。溶融させる糸ハンダ９４は、φ１ｍｍ×４０ｍｍのＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕで、予めφ４０ｍｍの丸棒に巻き付けて癖つけを施したものである。
試験は、以下の要領で実施した。試験片９０上に、希釈フラックス９２を２０μｌ滴下し、その上に糸ハンダ９４を載置する。その状態で３００〜４１０℃に加熱し、３０秒ハンダを溶融させた。その後冷却し、糸ハンダ９４の拡がり面積を測定した。拡がり面積が大きいほど、ハンダぬれ性が高い、即ちハンダ付け性が良好であることを示す。
次表は７種類の試験片９０（試料１０１〜１０７）の成分表である。
2004048024.tif 000003
試料１０１は比較のために上記方法で準備したＦｅめっき層の板である。試料１０２〜１０７は、表中に示す各成分の粒子をＭＩＭ法で成形し、焼成したものである。試料１０２〜１０７は、この順に、図５に示すタイプ１０、１２、１１、１３、１５及び１にそれぞれ対応するものである。試料１０２〜１０４は、ＭＩＭ法で通常使用される炭素鋼の鉄粉を材料としている。一方、試料１０５〜１０７は、高純度のカルボニル鉄粉（「＊Ｆｅ」で表している）を材料としている。ｎ数は、各試料につきｎ＝３で行った。
図１４は、ぬれ拡がり試験結果を示すグラフである。横軸に温度（℃）、縦軸に溶融したハンダの拡がり面積（ｍｍ２）を示す。このグラフに示す通り、試料１０１（Ｆｅめっき）の拡がり面積（３６０℃で６６．９ｍｍ２）に対し、試料１０７（＊Ｆｅ−５Ｃｕ）が最も拡がり面積が大きく、次いで試料１０６（＊Ｆｅ−１０Ｎｉ）、試料１０４（Ｆｅ−４２Ｎｉ−０．５Ｃ）の順に大きな拡がり面積であった。試料１０３（Ｆｅ−８Ｎｉ−０．５Ｃ）、試料１０５（＊Ｆｅ）は試料１０１とほぼ同等であり、試料１０２（Ｆｅ−０．５Ｃ）はやや不利な結果となった。
以上の結果から、高純度の鉄粉を用い、ＮｉやＣｕを添加したもののハンダ付け性がＦｅめっきに対し格段に向上することが確認できた。またＮｉの添加量を増大させるに伴ってハンダ付け性がより向上すること、ＣｕはＮｉよりも少量の添加で効果が大であること等が確認できた。
次に、当実施形態のコテ先チップ２の耐侵食性価結果について説明する。評価は侵食試験により行った。侵食試験は、上記ぬれ拡がり試験で効果が大であった試料１０４、試料１０６、試料１０７について行った。これらの試料をＭＩＭ法によって図３に示すコテ先端部材２０の形状に成形し、焼成し、これをコテ先芯材１０にロウ付けして図３に示すコテ先チップ２を製作した。また比較用にＦｅめっきによるコテ先チップ２（試料１０１）も製作した。
図１５は、侵食試験の試験装置を概略的に図示したものである。装置は、上記のようにして製作された各コテ先チップ２が装着された電気ハンダゴテ１と、これにハンダを供給するハンダ送り装置９６とからなる。ハンダ送り装置９６の先端からは糸ハンダ９８（ぬれ拡がり試験と同じφ１ｍｍのＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕを使用した）が矢印方向に自動的に送出されるようになっている。電気ハンダゴテ１は、糸ハンダ９８の送出方向に垂直な面に対し３０°傾斜して固定されている。コテ先チップ２の先端角は１８°である。
コテ先チップ２の設定温度を４００℃とし、ハンダ送り装置９６（設定温度３０℃）から糸ハンダ９８を３秒に１回５ｍｍづつ送出した。糸ハンダ９８が送出される度にその先端がコテ先チップ２に当接し、溶融する。それとともにコテ先チップ２が僅かに侵食される。この送出を８０００回行った後、コテ先チップ２の侵食量を測定した。ｎ数は、各試料につきｎ＝２で行った。
図１６は、侵食試験の結果を示すグラフである。縦軸にコテ先チップ２の侵食量（μｍ）を示す。試料１０６（＊Ｆｅ−１０Ｎｉ）が試料１０１（Ｆｅめっき）とほぼ同程度の少い侵食量であった。試料１０４（Ｆｅ−４Ｎｉ−０．５Ｃ）と試料１０７（＊Ｆｅ−５Ｃｕ）とはそれより多い侵食量であった。
以上のぬれ拡がり試験と侵食試験とによって、試料１０６（＊Ｆｅ−１０Ｎｉ）が、耐侵食性を従来並としつつ、ハンダ付け性を従来よりも格段に向上させることができることを確認できた。従って、試料１０６を備えたコテ先チップ２は、耐侵食性を低下させることなくハンダ付け性を向上させることができる。
また各成分比率を変更することによりハンダ付け性や耐侵食性を調節することができることが確認できた。上記の試験には含まれていないが、ハンダ付け性を低下させることなく耐侵食性を向上させることも成分調整によって可能である。
更に、上記試料１０１、試料１０４、試料１０６及び試料１０７について、ビッカース硬さ試験を行った。コテ先チップ２は硬度が大きすぎると小さな衝撃で折れ易くなり、小さすぎると曲がり易くなる。ビッカース硬さはハンダ付け性と寿命に次いで重要な特性である。硬さの測定条件は加重５Ｎ、８秒で行った。ｎ数は、各試料につきｎ＝３で行った。
次表はビッカース硬さ試験結果を示す表である。
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試料１０６は試料１０１に対しやや硬く、試料１０４や試料１０７は試料１０１に対して８割程度の硬度であった。以上の結果から、ビッカース硬さは耐侵食性とと相関が大であり、硬いほど耐侵食性が高いことが確認できた。また試料１０６（＊Ｆｅ−１０Ｎｉ）はビッカース硬さの面からもコテ先端部材２０として好適であることが確認できた。
次に、本発明の第２実施形態を図１７および図１８によって説明する。図１７は、電気ハンダ吸取りゴテ６０の部分断面図である。図において、本体ケース６１の上部には前ホルダ６５と後ホルダ６６との間に着脱自在に嵌込まれたタンク６４を備える。タンク６４は外部から観察できるように耐熱ガラス等の透明体からなる筒体で、吸引された溶融ハンダを貯溜する。タンク６４の後端には、グラスウールからなるフィルタ６８が設けられ、このフィルタ６８を介して後ホルダ６６と連通している。後ホルダ６６には真空チューブ６３が接続されており、図外の真空ポンプによってタンク６４内を減圧し得るようになっている。
前ホルダ６５にはタンク６４と連通する輸送パイプ７９の後端が差し込まれている。輸送パイプ７９はステンレス製である。電気ハンダ吸取りゴテ６０の先端棒状部には、内孔に輸送パイプ７９を貫通させた銅製の加熱芯７０と、その内部に設けられたセラミックヒータ７１と、加熱芯７０の外周面を覆う保護パイプ７２と、直接ハンダに当接し、溶融し、吸取る吸取りノズル５１（ハンダ取扱い用コテ先に相当）からなる。加熱芯７０の先端部におねじ７５が形成されるとともに、吸取りノズル５１の後端にはそれと螺合するめねじ５８が形成されており、吸取りノズル５１を着脱、交換可能としている。吸取りノズル５１の先端部には貫通孔５５（図１８参照）が設けられ、輸送パイプ７９と連通している。セラミックヒータ７１は、リード線６２を介して図外の電源コードに接続されている。
本体ケース６１に設けられた図外の真空吸引スイッチをオンにすると、図外の真空ポンプによってタンク６４内および輸送パイプ７９内が減圧される。また、セラミックヒータ７１の電源をオンにすると吸取りノズル５１の先端が加熱される。この加熱した先端部をハンダに当接することによってハンダが溶融する。そして、溶融したハンダが吸取り口５４（図１８参照）から吸取りノズル５１を介して輸送パイプ７９内に吸取られる。吸取られた溶融ハンダは、タンク６４内に送られ、貯溜される。タンク６４は着脱可能となっており、貯溜量の増加に伴い、適宜交換することができる。
図１８は、図１７における吸取りノズル５１付近の拡大断面図である。吸取りノズル５１は、銅または銅合金からなるコテ先芯材５２と、先端部に設けられ、金属粒子焼結体からなるコテ先端部材５３からなる。コテ先端部材５３の内部には貫通孔５５が形成されており、先端は外部に開口して溶融ハンダを吸取る吸取り口５４となり、後端は輸送パイプ７９に接続されている。従来の電気ハンダ吸取りゴテの吸取りノズルの先端外周面には鉄めっきが施されるとともに、内部には貫通孔を形成するための鉄パイプが嵌挿されていた。しかし本発明の当実施形態のようにすれば、コテ先端部材５３を吸取りノズル５１の先端部に設けるだけで、鉄めっきが不要となり、生産性を向上させるとともに環境汚染物質の排出が削減される。
そして、この吸取りノズル５１は、第１実施形態のコテ先チップ２と同様、ハンダぬれ性を確保するとともに従来の鉄めっき品に比べて鉛フリーハンダに対しても耐侵食性が高く、寿命を延ばすことができる。
コテ先端部材５３の焼結成分や、吸取りノズル５１の製造方法等は、第１実施形態のコテ先チップ２に準ずる。
以上、第１実施形態に示すコテ先チップ２とそれを用いた電気ハンダゴテ１、または第２実施形態に示す吸取りノズル５１とそれを用いた電気ハンダ吸取りゴテ６０、及びそれらの製造方法について述べたが、本発明は以上のものに限定するものではなく、特許請求の範囲内で適宜変形して良い。
例えば、コテ先端部材２０やコテ先端部材５３の成分は、図５や試料１０２〜１０７に示すものに限定するものではなく、適用するハンダの種類や用途（耐侵食性重視或いはハンダ付け性重視など）に応じて適宜選択、調整して良い。
電気ハンダゴテ１に備えるセラミックヒータ５や電気ハンダ吸取りゴテ６０に備えるセラミックヒータ７１は、各実施形態では本体側に固定されているが、これをコテ先チップ２や吸取りノズル５１に内蔵し、これらと共に交換可能としても良い。こうすることによってコテ先チップ２や吸取りノズル５１の形状や熱容量に応じて最適な特性（ヒータ容量など）のヒータを用いることができる。
焼結基材や焼結補助材となる各粒子は、それぞれ独立した粒子を混合させるものに限定するものではない。そのうちの一部または全部を合金化し、その合金の粒子を使用するようにしても良い。合金化するには、溶解法或いはメカニカルアロイング（ＭＡ）法を適用すると良い。
【産業上の利用可能性】  以上説明したことから明らかなように、本発明のハンダ取扱い用コテ先は、銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に、粉末冶金法によって製造された金属粒子焼結体からなるコテ先端部材が設けられており、前記金属粒子焼結体は、鉄、ニッケル、コバルトのうち少なくとも１種以上の元素を主要成分とすることを特徴とするので、鉛フリーハンダを使用したときのハンダ取扱い用コテ先のハンダによる侵食防止とハンダ付け性またはハンダ除去性を高めるとともに、ハンダの種類に応じて最適なコテ先端部の材質を容易に得ることができ、更に環境汚染物質の排出を削減することができる。
【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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【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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【手続補正書】
【提出日】平成17年5月26日(2005.5.26)
【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】
電気ハンダゴテまたは電気ハンダ吸取りゴテのコテ先に用いられるハンダ取扱い用コテ先であって、
銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に、粉末冶金法によって製造された金属粒子焼結体からなるコテ先端部材が設けられており、
前記金属粒子焼結体は、鉄、ニッケル、コバルトのうち少なくとも１種以上の元素を主要成分とすることを特徴とするハンダ取扱い用コテ先。
【請求項２】
前記金属粒子焼結体は、焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とから成り、前記焼結基材として、鉄粒子、ニッケル粒子およびコバルト粒子のうち少なくとも１種以上を用いたことを特徴とする請求項１記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項３】
前記焼結基材として使用される鉄粒子は、純度９９．５％以上の鉄粉であることを特徴とする請求項２記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項４】
前記焼結基材として使用される鉄粒子は、電解鉄粉またはカルボニル鉄粉であることを特徴とする請求項２または３記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項５】
前記金属粒子焼結体は、前記焼結基材の含有率が５５％乃至９９．９９％であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項６】
前記金属粒子焼結体は、焼結基材と焼結補助材とから成り、前記焼結補助材には少なくとも第１焼結補助材を含み、該第１焼結補助材として、銅粒子、銀粒子、錫粒子、ホウ素粒子および炭素粒子のうち少なくとも１種以上を用いたことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項７】
前記金属粒子焼結体は、前記第１焼結補助材の含有率が０．０１％乃至４０％であることを特徴とする請求項６記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項８】
前記焼結補助材に第２焼結補助材を含み、該第２焼結補助材として、バナジウム粒子、ニオブ粒子、タンタル粒子、クロム粒子、モリブデン粒子およびタングステン粒子のうち少なくとも１種以上を用いたことを特徴とする請求項６または７記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項９】
前記金属粒子焼結体は、前記第２焼結補助材の含有率が０．０１％乃至５％であることを特徴とする請求項８記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項１０】
前記金属粒子焼結体は、前記コテ先芯材の先端部に覆設されるキャップ形状であり、その肉厚は２００乃至８００μｍであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項１１】
前記金属粒子焼結体の密度が９５％以上であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項１２】
前記コテ先芯材を介して前記コテ先端部材を電気加熱する発熱体を備え、電気ハンダゴテまたは電気ハンダ吸取りゴテに交換可能に取付けられるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先を、交換可能なコテ先チップとして備えたことを特徴とする電気ハンダゴテ。
【請求項１４】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先を、交換可能な吸取りノズルとして備えたことを特徴とする電気ハンダ吸取りゴテ。
【請求項１５】
請求項２乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、
請求項２乃至９のいずれか１項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とをバインダーによって混練し、
加圧成形法によってコテ先端部材と略同形状またはコテ先端部材形状を包含する形状に成形して圧粉体となし、
この圧粉体を８００〜１３００℃の非酸化雰囲気中で焼成することにより金属粒子焼結体からなるコテ先端部材となし、
このコテ先端部材を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に接合する
ことを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、焼成後の金属粒子焼結体を、更に３００〜５００℃の温度でプリフォーム鍛造法または粉末鍛造法によって形状付与してコテ先端部材となすことを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項１７】
請求項２乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、
請求項２乃至９のいずれか１項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とをバインダーによって混練し、
加圧成形法によってコテ先端部材と略同形状またはコテ先端部材形状を包含する形状に成形して圧粉体となし、
この圧粉体を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に密着させ、
その密着状態を維持しつつ、８００℃以上且つ上記コテ先芯材の融点以下の非酸化雰囲気中で焼成することにより、金属粒子焼結体からなるコテ先端部材となすと同時に、このコテ先端部材を前記コテ先芯材の先端部に接合する
ことを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項１８】
請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記加圧成形法に替えて射出成形法を用いることを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項１９】
請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記加圧成形法に替えて、バインダーで混練することなく、金属粒子だけを粉末圧縮成形する方法を用いることを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項２０】
請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、焼成温度を前記焼結補助材の融点以上とする液相焼結法を用いることを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項２１】
請求項２乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、
請求項２乃至９のいずれか１項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とを冷間静水圧加圧または熱間静水圧加圧を含む工程によって成形と焼成を行って前記金属粒子焼結体となし、
その金属粒子焼結体を棒状または線状に塑性加工し、
それを更に機械加工してコテ先端部材となし、
このコテ先端部材を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に接合する
ことを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項２２】
請求項１５乃至２１のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記焼結基材および前記焼結補助材として用いられる粒子のうち、少なくとも２種以上の粒子を溶解法またはメカニカルアロイング法によって合金化した合金粒子を用いることを特徴とするハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項２３】
前記焼結基材、前記焼結補助材または前記合金粒子として、その粒径が２００μｍ以下のものを用いることを特徴とする請求項１５乃至２２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項２４】
前記焼結基材、前記焼結補助材または前記合金粒子として、その粒径が５０μｍ以下のものを用いることを特徴とする請求項２３記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項２５】
前記焼結基材、前記焼結補助材または前記合金粒子として、その粒径が１０μｍ以下のものを用いることを特徴とする請求項２４記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【請求項２６】
前記焼結基材、前記焼結補助材または前記合金粒子として、超微粒子を用いることを特徴とする請求項２５記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法。
【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、ハンダ取扱い用コテ先、詳しくは電気ハンダゴテのコテ先チップまたは電気ハンダ吸取りゴテの吸取りノズルであって、銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端にハンダによる侵食の防止策を施したハンダ取扱い用コテ先、及びその製造方法、更にそれを用いた電気ハンダゴテまたは電気ハンダ吸取りゴテに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子工業における接続、接合にはハンダ付け法によって行われるのが一般的である。このハンダ付け法は、主にマスソルダリング法（一括ハンダ付け）と、マニュアルソルダリング法（手動ハンダ付け）に大別される。
【０００３】
マスソルダリング法は、素子や部品をプリント基板に搭載した後、溶融ハンダ中に浸漬するフローソルダリング法と、ハンダ粒子とフラックスをバインダー（添加剤）によって混練したハンダペーストをプリント基板の接合部分に印刷した後、素子や部品を載せて加熱、ハンダ付けするリフローソルダリング法とがあり、いずれも多数箇所を同時にハンダ付け出来る特徴がある。
【０００４】
一方、マニュアルソルダリング法は、電気ハンダゴテを使用してハンダ付けする方法で、従来から広く行われており、誰でも手軽に作業が出来るという特徴がある。そして、上記のマスソルダリング法で行った後のハンダ付け部の不良箇所を手直ししたり、マスソルダリング法でハンダ付け出来なかった部品の後付けをしたりするために、この電気ハンダゴテによるマニュアルソルダリング法が不可欠となっている。
【０００５】
従来の電気ハンダゴテ用のコテ先チップは、銅または銅合金から成り、その先端部にはハンダによる侵食を防止するための、厚さ数十ないし数百μｍの鉄めっきが施されている。そして、その鉄めっき部分にはハンダがコーティングされ、この部分でハンダ付け作業が行われるようになっている。
【０００６】
ところで、ハンダの主要成分は錫と鉛（Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだに代表されるＳｎ−Ｐｂ系ハンダ）であるのが通常であったが、近年、環境への配慮から鉛を主要成分としない、いわゆる鉛フリーハンダ（例えば、Ｓｎ−Ｃｕ系ハンダ、Ｓｎ−Ａｇ系ハンダ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系ハンダ等）が注目され、多用されるようになってきている。しかしこの鉛フリーハンダは、一般的にＳｎ−Ｐｂ系ハンダよりもハンダ付け性（ハンダのぬれ性や拡がり易さなど、良好なハンダ付けが得られやすい性質）に劣る傾向がある。ハンダのぬれ性を悪化させる主な原因として、鉛フリーハンダはＳｎ−Ｐｂ系ハンダよりも融点が２０〜４５℃程度高く、コテ先チップの先端が酸化し易くなることが挙げられる。このため、マニュアルソルダリング法によるハンダ付けの作業性が悪化し、その改善が求められていた。特に、鉛フリーハンダの採用によりマスソルダリング法でのハンダ付け不良が発生し易くなり、手直し頻度が増加傾向にあるため、その改善要求が強かった。
【０００７】
そこで本願出願人は、コテ先チップのハンダによる侵食を鉄めっき品とほぼ同じ程度に維持しながらも、そのハンダ付け性を改善する技術を先に発明した（特許文献１参照）。この先願発明では、従来の鉄めっきに替えてコテ先チップの先端部に鉄−ニッケル合金めっきを施したり、鉄−ニッケル合金製の被覆部材（バルク材）を設けたりしてハンダ付け性を改善している。
【０００８】
また、ハンダ付けに関連する作業として、不要箇所のハンダを除去するハンダ除去作業があり、そのために電気ハンダ吸取りゴテが用いられている。電気ハンダ吸取りゴテは、内蔵したヒータ等の加熱手段により吸取りノズルを加熱し、この加熱された吸取りノズルの先端をハンダに当接してハンダを溶かすとともに、吸取りノズルの先端に開口した吸取り口から溶融ハンダを内部に吸引するものである。吸引は真空ポンプ等の吸引手段によって行われ、経路途中に設置したフィルタ付きタンクに溶融ハンダを貯溜する。
【０００９】
この電気ハンダ吸取りゴテの吸取りノズルの、加熱した先端部をハンダに当接し、溶融させるという機能や、熱伝導性を確保するためにハンダぬれ性が求められることは電気ハンダゴテのコテ先チップと同様であり、その先端部には同様の鉄めっきが施されている。そして電気ハンダゴテのコテ先チップと同様に、鉛フリーハンダを用いる場合であってもハンダぬれ性を確保しつつ侵食を防止することが求められている。
【特許文献１】特開２０００−３１７６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記のように鉄−ニッケル合金めっきでは、コテ先チップや吸取りノズル（当明細書ではこれらを総称してハンダ取扱い用コテ先という）の先端部の酸化による寿命（ハンダのぬれ性が次第に低下し、ついにはぬれなくなったとき）は延びるものの、ハンダの侵食による寿命は鉄めっき品相当であった。ところが、鉛フリーハンダはＳｎ−Ｐｂ系ハンダよりも融点が高い等の理由でハンダ取扱い用コテ先への侵食量が多いという特徴がある。このため、鉛フリーハンダを用いた場合の侵食量増加に伴う寿命低下に関しては未だ課題を残すものであった。これに対し、鉄−ニッケル合金めっきのめっき時間を延長し、膜厚を増加させる対策も考えられるが、めっきは２０〜３０時間程度を要する処理であるところ、さらにその処理時間を延長するのは生産性を大きく阻害する。また、めっき排液は環境汚染物質となるのでその処理費用に伴うコストアップも招くものとなる。
【００１１】
また、ハンダ取扱い用コテ先の先端部に鉄−ニッケル合金製の被覆部材（バルク材）を設ける対策は、侵食量の増大に対する効果は望めるものの、次のような問題点があった。一般的にハンダのぬれ性と耐侵食性には相反する傾向があり、それらの特性はハンダの材質やコテ先端部の材質の影響が大きい。従って、ハンダの材質やコテ先端部の材質を考慮に入れながらハンダのぬれ性と耐侵食性とのバランス点を求めることが重要となる。従来、Ｓｎ−Ｐｂ系ハンダといえば殆どＳｎ−Ｐｂ共晶ハンダであったが、鉛フリーハンダには上記のように様々な種類がある。従って、ハンダ取扱い用コテ先の先端部に鉄−ニッケル合金製の被覆部材を設けたとき、使用するハンダの種類によってその特性が変化してしまう、という問題が発生する。これに対し、使用するハンダの種類に応じて最適な材質を選択しようとしても、その選択自由度が小さく、満足な結果を得ることができなかった。
【００１２】
本発明は、かかる事情に鑑み、鉛フリーハンダを使用したときのハンダ取扱い用コテ先のハンダによる侵食防止とハンダ付け性またはハンダ除去性とを高めるとともに、ハンダの種類に応じて最適なコテ先端部の材質を容易に得ることができ、更に環境汚染物質の排出を削減することのできるハンダ取扱い用コテ先及びそ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】
【００１３】
上記課題を解決するための請求項１の発明は、電気ハンダゴテまたは電気ハンダ吸取りゴテのコテ先に用いられるハンダ取扱い用コテ先であって、銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に、粉末冶金法によって製造された金属粒子焼結体からなるコテ先端部材が設けられており、前記金属粒子焼結体は、鉄、ニッケル、コバルトのうち少なくとも１種以上の元素を主成分とすることを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、金属粒子焼結体が粉末冶金法で製造されるので、形状付与の自由度が大きく、完成形状に近い形状で製造することができる。そのため、切削加工の工程を短縮あるいは省略することができる。また、溶解法と異なり、鉄の融点まで温度を上げる必要がなく、エネルギー消費が節減され、環境負荷の軽減ともなる。そして、従来の鉄めっきを用いる場合のような排液処理も不要なので、環境への悪影響を低減し、省力化と大量生産とを可能にすることができる。
【００１５】
そして、金属粒子焼結体の主要成分が鉄、あるいはその同族元素であって鉄と特性の近いニッケルやコバルト、又はそれらの組み合わせとなっているので、ハンダの耐侵食性、ハンダぬれ性ともに高いコテ先チップを得ることができる。特に、鉄を基本とし、それにニッケルやコバルトを加えて主要成分としたものは、鉄のみを主要成分としたものよりも更に耐侵食性やハンダぬれ性を高めることができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記金属粒子焼結体は、焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とから成り、前記焼結基材として、鉄粒子、ニッケル粒子およびコバルト粒子のうち少なくとも１種以上を用いたことを特徴とする。
【００１７】
このようにすると、鉄粒子、ニッケル粒子およびコバルト粒子のうち少なくとも１種以上を用いた焼結基材によって、金属粒子焼結体の主要成分が形成される。これらの粒子の配合比率を自在に調節することにより、要求される成分比率を容易に得ることができる。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項２記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記焼結基材として使用される鉄粒子は、純度９９．５％以上の鉄粉であることを特徴とする。
【００１９】
このような高純度の鉄粒子として、電解鉄粉またはカルボニル鉄粉を用いる（請求項４）と良い。これらは金属粉の製造方法として周知の電解法またはカルボニル法によって得られる鉄粉である。電解法は鉄を含む硫酸鉄、塩化鉄などの水溶液から鉄を電解析出させ、この電解鉄を粉砕し仕上還元する方法である。電解鉄を用いることによって不純物による熱、電気伝導性の低下やハンダ付け性またはハンダ除去性の悪化を防止するとともに、金属粒子焼結体の密度を高めることもできる。鉄粒子に炭素、酸素、窒素或いは水素などの不純物を多量に含む場合は金属粒子焼結体の相対密度が９０％以下になるのに対し、高純度の鉄粉を使用すると９６％以上に高めることができる。
【００２０】
カルボニル法は、カルボニル鉄Ｆｅ(ＣＯ)５に水蒸気を加え鉄および炭酸ガスに熱分解し、粉末化する方法である。この方法は微粉製造に適しており、カルボニル鉄粉は本発明の焼結基材の成分として最適である。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項２乃至４のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記金属粒子焼結体は、前記焼結基材の含有率が５５％乃至９９．９９％であることを特徴とする。
【００２２】
このようにすると、主要成分としての焼結基材の特性が有効に作用し、ハンダの耐侵食性やハンダぬれ性を充分高めることができる。なお、当明細書において成分比率を％で表すときは、特に記す場合を除き質量％とする。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項２乃至５のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記金属粒子焼結体は、焼結基材と焼結補助材とから成り、前記焼結補助材には少なくとも第１焼結補助材を含み、該第１焼結補助材として、銅粒子、銀粒子、錫粒子、ホウ素粒子および炭素粒子のうち少なくとも１種以上を用いたことを特徴とする。
【００２４】
このようにすると、ハンダ付け性を更に向上させるとともに、比較的低温での焼結を行いながら高密度の金属粒子焼結体を得たり、耐侵食性の高い金属粒子焼結体を得たりすることができる。銅、銀および錫は比較的融点が低い（それぞれ１０８３℃、９６０℃、２３０℃）ので、焼結温度を比較的低温に設定しても焼結過程で溶融し、金属粒子の間隙を埋める液相焼結法（請求項２０参照）を可能にする。ホウ素は、固相焼結において、鉄族元素と侵入型の拡散形態を呈し、固体同士の相互拡散を助長するので、１１００℃以下という比較的低温での焼結を可能にする。炭素は、ハンダに対する耐侵食性を向上させ、寿命を大幅に延ばすことができる。
【００２５】
なお、金属粒子焼結体における第１焼結補助材の含有率は、０．０１％乃至４０％とする（請求項７）のが好適である。このようにすると、第１焼結補助材が少なすぎて効果が不十分であったり、多すぎて弊害をもたらしたりするようなことがなく、最適な添加量の設定とすることができる。
【００２６】
請求項８の発明は、請求項６または７記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記焼結補助材に第２焼結補助材を含み、該第２焼結補助材として、バナジウム粒子、ニオブ粒子、タンタル粒子、クロム粒子、モリブデン粒子およびタングステン粒子のうち少なくとも１種以上を用いたことを特徴とする。
【００２７】
このようにすることで、ハンダ取扱い用コテ先のハンダに対する耐侵食性を向上させることができる。元素周期律表ＶＡ族のバナジウム、ニオブ及びタンタルやVIＡ族のクロム、モリブデン及びタングステンを添加すると、焼結体マトリックス中に高融点の粒子が分散するので格段の耐侵食性を期待することができ、コテ先の寿命を大幅に延ばすことができる。
【００２８】
また、第１焼結補助材として使用される炭素は、耐侵食性を向上させる一方で、コテ先のハンダぬれ性を比較的低下させやすい。従って、ハンダぬれ性確保のために炭素をあまり多く使用できない場合に、更に耐侵食性を高める手段として第２焼結補助材を用いると効果的である。
【００２９】
なお、金属粒子焼結体における第２焼結補助材の含有率は、０．０１％乃至５％とする（請求項９）のが好適である。このようにすると、第２焼結補助材が少なすぎて効果が不十分であったり、多すぎてハンダぬれ性を著しく低下させるようなことがなく、最適な添加量の設定とすることができる。
【００３０】
請求項１０の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記金属粒子焼結体は、前記コテ先芯材の先端部に覆設されるキャップ形状であり、その肉厚は２００乃至８００μｍであることを特徴とする。
【００３１】
このようにすると、キャップ形状の金属粒子焼結体からなるコテ先端部材を、コテ先芯材の先端部に覆設した後、ろう付け等によって接合するだけで、容易かつ短時間でハンダ取扱い用コテ先を製造することができる。しかも金属粒子焼結体の肉厚が２００乃至８００μｍと薄いので、追加工を行うことなくそのままコテ先端部材として使用しても、コテ先芯材からはんだへの熱伝導性を充分確保することができる。
【００３２】
請求項１１の発明は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先において、前記金属粒子焼結体の密度が９５％以上であることを特徴とする。
【００３３】
このように高密度の金属粒子焼結体とすることで、耐侵食性を一層向上させることができる。なお、９５％以上の高密度の金属粒子焼結体を製造する方法として、後述する射出成形法によって圧粉体を成形するのが好適である。
【００３４】
以上のように鉛フリーハンダに対する耐侵食性を高め、ハンダ付け性やハンダ除去性（以下ハンダ付け性等という）を向上させたハンダ取扱い用コテ先を備えた電気ハンダゴテや電気ハンダ吸取りゴテ（以下電気ハンダゴテ等という）は、このハンダ取扱い用コテ先を直接本体に固定したものはその本体の寿命を延ばし、本体に交換可能に取付けたもの（請求項１３及び１４）は、その交換周期を伸ばすことができる。また、高いハンダ付け性等によって作業効率を向上させることができる。
【００３５】
ハンダ取扱い用コテ先が交換可能となっている場合、ヒータ等の加熱部は本体側に設けても良いが、ハンダ取扱い用コテ先に、前記コテ先芯材を介して前記コテ先端部材を電気加熱する発熱体を備える（請求項１２）ようにしても良い。
【００３６】
このようにすると、ハンダ取扱い用コテ先の形状や大きさ、用途に応じて最適な発熱体の特性（例えばヒータ容量など）をハンダ取扱い用コテ先ごとに適用することができ、一層作業効率を向上させることができる。
【００３７】
請求項１５の発明は、請求項２乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、請求項２乃至９のいずれか１項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とをバインダーによって混練し、加圧成形法によってコテ先端部材と略同形状またはコテ先端部材形状を包含する形状に成形して圧粉体となし、この圧粉体を８００〜１３００℃の非酸化雰囲気中で焼成することにより金属粒子焼結体からなるコテ先端部材となし、このコテ先端部材を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に接合することを特徴とする。
【００３８】
このようにすると、焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とからなる金属粒子焼結体を容易に製造することができ、それを必要に応じて機械加工し、コテ先芯材の先端部にロウ付け等により接合するだけで容易にハンダ取扱い用コテ先を製造することができる。
【００３９】
請求項１６の発明は、請求項１５記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、焼成後の金属粒子焼結体を、更に３００〜５００℃の温度でプリフォーム鍛造法または粉末鍛造法によって形状付与してコテ先端部材となすことを特徴とする。
【００４０】
このようにすると、金属粒子焼結体の粒子間の微細な気孔を収縮させ、高密度化させることができ、高い耐侵食性を得ることができる。
【００４１】
請求項１７の発明は、請求項２乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、請求項２乃至９のいずれか１項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とをバインダーによって混練し、加圧成形法によってコテ先端部材と略同形状またはコテ先端部材形状を包含する形状に成形して圧粉体となし、この圧粉体を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に密着させ、その密着状態を維持しつつ、８００℃以上且つ上記コテ先芯材の融点以下の非酸化雰囲気中で焼成することにより、金属粒子焼結体からなるコテ先端部材となすと同時に、このコテ先端部材を前記コテ先芯材の先端部に接合することを特徴とする。
【００４２】
このようにすると、コテ先端部材とコテ先芯材とをロウ付け等により接合する工程が不要になるので、生産性を向上させることができる。
【００４３】
請求項１８の発明は、請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記加圧成形法に替えて射出成形法を用いることを特徴とする。
【００４４】
このようにすると、一般的に用いられる金型プレス法では困難な比較的複雑な形状であっても、容易に形状付与して圧粉体とすることができる。このような金属粉末射出成形法として、公知のＭＩＭ（Metal Injection Molding）法が好適である。ＭＩＭ法によると、形状の自由度を高め、高精度の成形を行うことができる。例えば肉厚が２００〜８００μｍ程度の薄肉キャップ形状（請求項１０参照）のコテ先端部材であっても、完成品と同形状の金属粒子焼結体を得ることができる。つまり追加の機械加工を省略することができるので、生産性向上、コスト低減をはかることができる。
【００４５】
また小径の粒子を用いて高密度の金属粒子焼結体を得ることができる。例えば、金型プレス法が８０μｍ程度の粒子を用いて９０％以下の密度であるのに対し、ＭＩＭ法では１０μｍ以下の粒子を用いて９５％以上（例えば９６〜９９％）の密度を実現することができる（請求項１１参照）。
【００４６】
ところで、従来の金型プレス法や上記ＭＩＭ法では、通常、成形のために有機バインダーが用いられ、分散促進や射出成形に適する流動性付与がなされる。しかしこのバインダーは除去工程（通常は成形後４００〜６００℃程度に加熱する）及び焼成工程で完全に除去するのが難しく、金属粒子焼結体に残存し易い。これをコテ先として利用したとき、残存したバインダーが大気中の酸素と反応して炭化物等を生成し、ハンダ付け性等の低下を招く場合がある。
【００４７】
そこで請求項１９の発明は、請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記加圧成形法に替えて、バインダーで混練することなく、金属粒子だけを粉末圧縮成形する方法を用いることを特徴とする。
【００４８】
このようにすると、バインダーを用いないので、上述のようなハンダ付け性低下を確実に防止することができる。また、バインダーを除去する必要もなくなるので、その除去工程において発生するふくれ、亀裂、ボイド或いは変形などの欠陥を確実に防止することができる。
【００４９】
バインダーを用いない粉末圧縮成形法として、公知のＲＩＰ（Rubber Isostatic Pressing）法が好適である。ＲＩＰ法はゴムモールドのキャビティに粉末を充填し、上パンチと下パンチとにより粉末をゴム型とともに圧縮成形する粉末成形法である。粉末が圧縮されるとき、プレス軸方向だけでなく、ゴム型の変形によって側面方向からも圧縮される。成形時にバインダーや型潤滑材が不要であるほか、形状やサイズの自由度が大きく、高い寸法精度で成形することができる。
【００５０】
請求項２０の発明は、請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、焼成温度を前記焼結補助材の融点以上とする液相焼結法を用いることを特徴とする。
【００５１】
このようにすると、比較的低温での焼結を行いながら高密度の金属粒子焼結体を得ることができる。液相焼結法によると、焼結過程で融点の低い粒子が溶融し、金属粒子の間隙を埋めるので、高密度の金属粒子焼結体が得られ、優れたハンダ付け性またはハンダ除去性を得ることができる。また、比較的低温で焼結を行うので、省力化に貢献することができる。
【００５２】
請求項２１の発明は、請求項２乃至１２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法であって、請求項２乃至９のいずれか１項に記載の焼結基材、または焼結基材と焼結補助材とを冷間静水圧加圧または熱間静水圧加圧を含む工程によって成形と焼成を行って前記金属粒子焼結体となし、その金属粒子焼結体を棒状または線状に塑性加工し、それを更に機械加工してコテ先端部材となし、このコテ先端部材を銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に接合することを特徴とする。
【００５３】
このようにすると、金属粒子焼結体の粒子間の微細な気孔を収縮させ、高密度化させることができ、高い耐侵食性を得ることができる。
【００５４】
請求項２２の発明は、請求項１５乃至２１のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記焼結基材および前記焼結補助材として用いられる粒子のうち、少なくとも２種以上の粒子を溶解法またはメカニカルアロイング法によって合金化した合金粒子を用いることを特徴とする。
【００５５】
このようにすると、予め合金化された粒子を使用するので組織の均質性が向上する。また金属粒子の混練工程を簡略化することができ、生産性が向上する。メカニカルアロイング法は、金属を溶解することなく、ボールミルなどの機械を用いて合金粉末を製造する公知の方法である。メカニカルアロイング法は常温での合金化を行うので、融点の差が大きい金属同士でも合金粒子の製造を容易に行うことができる。
【００５６】
請求項２３の発明は、請求項１５乃至２２のいずれか１項に記載のハンダ取扱い用コテ先の製造方法において、前記焼結基材、前記焼結補助材または前記合金粒子として、その粒径が２００μｍ以下のものを用いることを特徴とする。
【００５７】
このように小粒径の金属粒子を用いると、金属粒子焼結体の密度を高くすることができ、ハンダ付け性またはハンダ除去性、およびハンダ取扱い用コテ先の耐侵食性を向上させることができる。粒径はより小さく５０μｍ以下（請求項２４）、或いは更に小さく１０μｍ以下（請求項２５）であるとより望ましい。特に１０μｍ以下の鉄粒子は、上記カルボニル鉄粉として好適であり、上記ＭＩＭ法を行うにも好適である。また、更に粒径を小さくして超微粒子（いわゆるナノ粒子）を用いる（請求項２６）と、一層の高密度化をはかることができる。
【発明の効果】
【００５８】
以上説明したことから明らかなように、本発明のハンダ取扱い用コテ先は、銅または銅合金からなるコテ先芯材の先端部に、粉末冶金法によって製造された金属粒子焼結体からなるコテ先端部材が設けられており、前記金属粒子焼結体は、鉄、ニッケル、コバルトのうち少なくとも１種以上の元素を主要成分とすることを特徴とするので、鉛フリーハンダを使用したときのハンダ取扱い用コテ先のハンダによる侵食防止とハンダ付け性またはハンダ除去性を高めるとともに、ハンダの種類に応じて最適なコテ先端部の材質を容易に得ることができ、更に環境汚染物質の排出を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
本発明の第１実施形態を図１〜図１６によって説明する。図１は、電気ハンダゴテ１の先端部付近の正面図であり、図２はその分解斜視図である。電気ハンダゴテ１の先端部には、保護パイプ３に格納され、円錐状の先端が保護パイプ３から突出するコテ先チップ２（ハンダ取扱い用コテ先に相当）が設けられている。保護パイプ３は袋ナット４によって電気ハンダゴテ１のニップル６に固定されている。コテ先チップ２の、保護パイプ３に覆われた円柱状の胴部の内側には凹部１１（図３参照）が設けられている。その凹部１１に、電気ハンダゴテ１の本体７から突出したセラミックヒータ５が嵌合するように組み立てられている。セラミックヒータ５は、図外の電源スイッチをオンにすることにより発熱する発熱体で、図外のサーモスタット機構により、調節可能な所定の温度範囲を維持するようになっている。
【００６０】
図３は、図２におけるコテ先チップ２のIII−III断面図であり、図４はコテ先チップ２の先端部の分解斜視図である。コテ先チップ２は、主に胴部が円柱状、先端が円錐状に形成されたコテ先芯材１０と、その先端部にロウ付けされたコテ先端部材２０からなる。コテ先芯材１０の材質は、熱伝導性や電気伝導性が高く、比較的廉価な銅または銅合金である。コテ先芯材１０の外側露出部には薄いクロムめっきが施されている。コテ先端部材２０は、その表面が直接ハンダと接触し、ハンダを溶融させる部分である。通常の使用形態では、コテ先端部材２０の先端部はハンダ層８に被覆されている。コテ先端部材２０は、鉄を主要成分とし、その他にニッケル、コバルト、銅、銀、錫、ホウ素、炭素、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデンおよびタングステンなどを選択的に所定の含有率で含有する部材であり、粉末冶金法によって製造された金属粒子焼結体からなる。その組成および製造方法については後に詳述する。また、コテ先端部材２０の形状は、その製造方法に応じた様々な形態として良い。それらの変形例についても後述する。
【００６１】
以上のような構造により、電気ハンダゴテ１は、図外の電源スイッチをオンとすることにより、セラミックヒータ５が発熱する。その熱は、コテ先チップ２の凹部１１からコテ先端部材２０の表面に素早く、効率良く伝達される。そして、コテ先端部材２０のハンダ層８において、ハンダの温度が融点を超えるとハンダが溶融し、新たに供給されるハンダとともにハンダ付けを行う。
【００６２】
ここで、コテ先端部材２０の先端部がハンダ層８に被覆されているので、ハンダ付けの際、溶融したハンダ層８が熱の媒体となって、ハンダ付け部に熱を供給し、良好なハンダ付けを行うことができる。コテ先端部材２０にハンダ層８を形成するためには、ハンダにぬれやすい性質、いわゆるハンダぬれ性が高いことが求められるが、このハンダぬれ性は良好なハンダ付けを得るための重要な性質である。コテ先端部材２０にハンダぬれ性がないと、ハンダ付け部に熱を供給する経路がコテ先端部材２０との接触点のみとなり、熱の伝達性が極めて悪化し、良好なハンダ付けが得られなくなるからである。
【００６３】
また、はんだ付けを多数回行うに従い、コテ先端部材２０の表面がはんだに侵食される、いわゆるハンダ喰われ現象が発生する。この侵食量は少ないのが望ましいが、温度が高いほど多くなるので、融点の高い鉛フリーハンダは、Ｓｎ−Ｐｂ系ハンダよりも不利な条件となる。また、同じ温度でも一般的に鉛フリーハンダはＳｎ−Ｐｂ系ハンダよりも錫の含有率が高い等の理由により、侵食量が多くなる。コテ先端部材２０は、従来の鉄めっきに比べて、充分大きな厚みを有するため、耐侵食性および寿命が大きく向上している。但し、厚過ぎると熱伝導性の低下量が大きくなるので、２００〜８００μｍ程度が好適である。
【００６４】
ハンダ付けに際し、コテ先の温度管理は重要で、Ｓｎ−Ｐｂ共晶ハンダ使用時には約３４０℃、鉛フリーハンダ使用時には約３８０℃（Ｓｎ−０．７％Ｃｕハンダの場合）になるように調整して使用する。温度を上げ過ぎたり、多数回はんだ付けを行ったりしたコテ先は、表面が黒色化してハンダぬれ性を喪失し、寿命となる。そのような場合や用途に応じてコテ先の形状や材質を変更したいときは、袋ナット４を弛めることにより図２の状態に分解し、コテ先チップ２を容易に交換することができる。
【００６５】
次に、コテ先チップ２の成分について説明する。図５は、コテ先端部材２０となる金属粒子焼結体を製造する際に用いる粒子の質量配分（％）を示す成分表である。表の縦軸は粒子の組み合わせ類別に付したタイプを示す。ここでは１６タイプを列挙しているが、特許請求の範囲内で他の好適な組み合わせとしても良い。横軸は使用する粒子の種類を示し、結果的に金属粒子焼結体の成分となる。粒子の種類は、大きく焼結基材と焼結補助材とに類別され、焼結補助材は更に第１補助材と第２補助材とに類別されている。焼結基材の粒子としては鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）及びコバルト（Ｃｏ）のうち少なくとも１種以上が選択される。タイプ１３乃至１５のものは、焼結基材のみからなる。タイプ１乃至１２のものには、焼結基材に加え、第１焼結補助材の粒子として、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）及び炭素（Ｃ）のうち少なくとも１種以上が選択される。タイプ１６のものは、タイプ１〜１５の各成分に、更に第２焼結補助材の粒子として、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）のうち少なくとも１種以上が選択されて添加される。
【００６６】
タイプ１〜１５の各欄の上段には使用する全粒子に対する各粒子の質量％を示し、下段括弧内には好適な範囲（一部省略）を示す。例えばタイプ３は、Ｆｅ−５．５％Ｃｕ−１．３％Ａｇという配分となっている。そして、各成分の好適な範囲としてはＣｕ：１〜１０％、Ａｇ：０．５〜２％であり、残部がＦｅとなっている。他のタイプの表記もこれに準ずる。これらの粒子は、各粒子の好適な範囲内でその使用量を決定して良いが、焼結補助材を用いる場合は、焼結基材の合計が５５〜９９．９９％の範囲内、第１焼結補助材の合計が０．０１〜４０％の範囲内、第２焼結補助材の合計が０．０１〜５％の範囲内、となるように調整される。例えばタイプ４の焼結補助材は、Ｃｕ：１０〜３８％、Ａｇ：２〜２０％の範囲内で決定して良いが、その合計が４０％を越えることのないように調整される。
【００６７】
焼結基材のＦｅ粒子は、Ｆｅがハンダの耐侵食性に勝れることから主要成分となっている。したがってタイプ１〜１６の全てにＦｅ粒子が用いられており、特にタイプ１３には、Ｆｅ粒子のみが用いられている。但し、従来の鉄めっき法でも知られているように、Ｆｅの不純物はハンダ付け性に悪影響を及ぼすので、Ｆｅ粒子は純度の高いものが望ましい。例えば純度９９．５％以上の鉄粉（公知の電解法やカルボニル法によって得ることができる）が好適である。Ｆｅ粒子の純度を高めることにより、熱、電気伝導性の低下を防ぎ、ハンダ付け性の悪化を防止するとともに、金属粒子焼結体の密度を高めることもできる。Ｆｅ粒子に炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）或いは水素（Ｈ）などの不純物を多量に含む場合は金属粒子焼結体の相対密度が９０％以下になるのに対し、高純度の鉄粉を使用すると９６％以上に高めることができる。
【００６８】
焼結基材としては、他にＮｉ粒子、Ｃｏ粒子が適宜選択される。Ｎｉ、Ｃｏは、周期律表VIII族に属するＦｅ族である。従ってＮｉ粒子、Ｃｏ粒子はＦｅ粒子と類似した特性を有し、Ｆｅの代替基材となるほか、組み合わせによってはＦｅ粒子単体を用いるよりも優れた特性を示す。タイプ６、７、９、１１、１２、１４及び１５にはＮｉ粒子が、タイプ８、９及び１４にはＣｏ粒子が用いられ、そのうちタイプ９及び１４にはその両方が用いられている。
【００６９】
焼結基材としてＦｅ粒子とＮｉ粒子とを用いたＦｅ−Ｎｉ焼結合金は、Ｆｅのみの焼結品に比べてハンダ付け性が改善される（後述のぬれ拡がり試験参照）。その際のＮｉ粒子の添加量は５０％以下が望ましい。５０％を超えると耐侵食性が低下し、ハンダの侵食が急速に進行するようになる。
【００７０】
焼結基材としてＦｅ粒子とＣｏ粒子とを用いたＦｅ−Ｃｏ焼結合金は、焼結性を促進するほか、ハンダの侵食を抑止する作用がある。その際のＣｏ粒子の添加量は２０％以下が望ましい。２０％を超えるとハンダ付け性を低下させ、またコストアップとなる。
【００７１】
焼結補助材として１〜１０％のＣｕ粒子を用いる（タイプ１、３、４、５、７、８、９）ことは、ハンダ付け性を向上（後述のぬれ拡がり試験参照）する上、液相焼結を行うことによって高密度のＦｅ−Ｃｕ焼結合金を得ることができるので非常に有効である。液相焼結（Ｃｕの場合）は、後述するように、焼結温度をＣｕの融点である１０８３℃以上に設定し、焼結過程でＣｕを液相化する方法である。Ｃｕ粒子の添加量は１〜１０％が適量で、１％未満では作用効果が少なく、１０％を超えると液相焼結の際、Ｃｕ粒子の局部溶融によって成形品が変形し易くなる。
【００７２】
Ｃｕ粒子を１０％以上添加したＦｅ−Ｃｕ焼結合金としても良い（タイプ４）。但しこの場合は、前述の理由により焼結温度はＣｕの融点以下とする。このようにすると、耐侵食性は若干低下するが、熱伝導性やハンダ付け性が向上するので、耐侵食性よりもハンダ付け性を重視する場合に好適である。また、このＣｕ粒子の多いＦｅ−Ｃｕ焼結合金は、溶解法によるＦｅ−Ｃｕ合金に比べ、熱伝導性の低下が少ないという特徴がある。例えば、溶解法によるＦｅ−５０％Ｃｕ合金の電気伝導度は２０％ＩＡＣＳ以下であるのに対し、このＦｅ−Ｃｕ焼結合金は５０％ＩＡＣＳという高電気伝導度を示す。この関係は、熱伝導率においても比例関係にある。Ｃｕ粒子の添加量は４０％以下が望ましい。４０％を超えると耐侵食性が低下し、ハンダの侵食が急速に進行するようになる。
【００７３】
第１焼結補助材としてＡｇ粒子を用いる（タイプ２〜５、７〜９）と、Ａｇの融点はＣｕの融点よりも低い９６０℃なので、Ｃｕ粒子のみを用いる場合よりも更に低温で液相焼結による高密度のＦｅ−Ａｇ焼結合金を得ることができる。また、前記Ｃｕ粒子の多いＦｅ−Ｃｕ焼結合金（タイプ４）には、Ａｇ−２８％Ｃｕ（共晶温度７８０℃）の低融点粒子を用いても良い。Ａｇ粒子またはＡｇ−Ｃｕ粒子の添加量は０．５〜２０％が好適で、２０％を超えるとコストアップが大となる。
【００７４】
第１焼結補助材としてＳｎ粒子を用いる（タイプ５）と、ハンダ付け性が改善する上、Ｓｎの融点が２３０℃と低いので、更に低温での液相焼結を行うことができる。このようなＳｎ粒子の添加は、タイプ５のようにＣｕ粒子、Ａｇ粒子との同時添加も有効である。Ｓｎ粒子の添加量は５％以下が好適で、それを超えるとＦｅＳｎ２等の化合物生成によって金属粒子焼結体が脆弱化する。
【００７５】
第１焼結補助材としてＢ粒子を用いる（タイプ６）と、ＢはＦｅ族元素と侵入型の拡散形態を呈し、固体同士の相互拡散を助長するので、１１００℃以下という比較的低温での焼結を可能にする。Ｂ粒子の少量添加は、殆どハンダ付け性を悪化させないという特徴があり、その添加量は０．０１〜１％が好適である。これより少ないと効果が少なく、これを超えるとハンダ付け性を低下させ易くなる。Ｂ粒子単独での添加の他、Ｆｅ−Ｂ粒子、Ｎｉ−Ｂ粒子あるいはＣｕ−Ｂ粒子など、Ｂを含有する合金の粒子を添加しても良い。
【００７６】
第１焼結補助材として０．５（乃至は０．８）％程度のＣ粒子を用いる（タイプ１０〜１２）と、コテ先チップ２の耐侵食性が格段に向上し、寿命を大幅に延ばすことができる。
【００７７】
第２焼結補助材として、バナジウム粒子、ニオブ粒子、タンタル粒子、クロム粒子、モリブデン粒子およびタングステン粒子のうち少なくとも１種以上を用いると、焼結体マトリックス中に高融点の粒子が分散するので格段の耐侵食性を期待することができ、コテ先の寿命を大幅に延ばすことができる。また、ハンダぬれ性確保のために炭素をあまり多く使用できない場合に、更に耐侵食性を高める手段として第２焼結補助材を用いると効果的である。
【００７８】
以上の焼結基材、焼結補助材に用いる金属粒子は、その粒径が２００μｍ以下のもの、望ましくは５０μｍ以下のもの、より望ましくは１０μｍ以下、更に望ましくは超微粒子（いわゆるナノ粒子）が好適である。これら小粒径の金属粒子を用いることにより、金属粒子焼結体の密度を高くすることができ、ハンダ付け性や耐侵食性を向上させることができる。
【００７９】
次に、コテ先チップ２の製造方法について説明する。図６はコテ先チップ２を製造するための工程図である。工程Ｐ１で、焼結基材、焼結補助材およびバインダー（添加剤）を混合機で混練する。次に工程Ｐ２でプレス成形法やＭＩＭ法（金属粉末射出成形法）などによって加圧成形し、圧粉体となす（形状付与）。その形状は、コテ先端部材２０と略同形状である。その後、圧粉体を型から外し、工程Ｐ３において所定温度（８００〜１３００℃）の非酸化雰囲気中で焼成焼結を行い、金属粒子焼結体となす。次の工程Ｐ４でコテ先芯材１０との管合調整の機械加工を行い、コテ先端部材２０を完成させる。次に工程Ｐ５でコテ先芯材１０の先端部にコテ先端部材２０をロウ付けにより接合する。ロウ付けはＢＡｇ−７又はＢＡｇ−８の銀ロウを用いて６５０〜８５０℃で行われる。接合にはロウ付けの他、圧接等によっても良い。最後に工程Ｐ６で寸法精度調整のための仕上げ加工を行い、コテ先チップ２が完成する。
【００８０】
このように焼結によってコテ先端部材２０を製造する粉末冶金法は、形状付与の自由度が大きく、完成形状に近い形状で製造できるので、切削加工の工程を短縮あるいは省略することができる。また、溶解法と異なり、Ｆｅの融点まで温度を上げる必要がなく、エネルギー消費が節減され、環境負荷の軽減ともなる。そして、従来の鉄めっきを用いる場合のような排液処理も不要なので、環境への悪影響を低減し、省力化と大量生産とを可能にする。
【００８１】
特に、工程Ｐ２の成形をＭＩＭ法で行うようにすれば、形状の自由度を高め、高精度の成形を行うことができる。例えば肉厚が２００〜８００μｍ程度のコテ先端部材２０を高精度に成形し、完成品と同形状の金属粒子焼結体を得ることができる。つまり追加の機械加工を省略することができるので、生産性向上、コスト低減をはかることができる。
【００８２】
またＭＩＭ法によれば、小径の粒子を用いて高密度の金属粒子焼結体を得ることができる。例えば、１０μｍ以下の粒子（電解鉄粉あるいはカルボニル鉄粉が好適である）を用いて９６〜９９％の密度を実現することができる。
【００８３】
図７は、ＭＩＭ法によって成形するに好適なコテ先チップ２ｅの分解斜視図である。コテ先芯材１０ｅの先端はナイフエッジ状に成形されており、コテ先チップ２０ｅはこれに覆設されるキャップ形状（肉厚２００〜８００μｍ）になっている。このように鋭い角や深い凹部を持つ薄肉形状であっても、ＭＩＭ法によれば完成品形状で成形することができる。つまり追加の機械加工を省略することができるので、生産性向上、コスト低減をはかることができる。
【００８４】
また、図６の工程Ｐ１で、焼結基材、焼結補助材およびバインダーを混練するようにしているが、例えば公知のＲＩＰ（Rubber Isostatic Pressing）法を適用するなどしてバインダーを使用しないようにしても良い。ＲＩＰ法はゴムモールドのキャビティに粉末を充填し、上パンチと下パンチとにより粉末をゴム型とともに圧縮成形する粉末成形法である。粉末が圧縮されるとき、プレス軸方向だけでなく、ゴム型の変形によって側面方向からも圧縮される。成形時にバインダーや型潤滑材が不要なので、バインダーを使用することによる弊害（残留バインダーによるハンダ付け性の低下など）を確実に防止することができる。また形状やサイズの自由度が大きく、高い寸法精度で成形することができる。
【００８５】
粉末冶金法による製造方法には他に様々な方法がある。図８は、焼結とコテ先芯材への接合を同時に行うことにより、図９に示すコテ先チップ２ａを製造するための工程図である。工程Ｐ１１で、焼結基材、焼結補助材およびバインダーを混合機で混練する。次に工程Ｐ１２でプレス成形法やＭＩＭ法などによって加圧成形し、圧粉体となす（形状付与）。その形状は、図９（ａ）の金属粒子焼結体２１ａと略同形状の円柱形である。その後、圧粉体を型から外し、コテ先芯材１０ａの先端部に密着させ、工程Ｐ１３において所定温度（８００以上且つ銅または銅合金からなるコテ先芯材の融点以下）の非酸化雰囲気中で焼成焼結を行い、金属粒子焼結体２１ａとなすと同時にコテ先芯材１０ａと接合する（図９（ａ）の状態）。最後に工程Ｐ１４で寸法精度調整のための仕上げ加工を行い、コテ先チップ２が完成する（図９（ｂ）の状態）。
【００８６】
このようにすると、コテ先端部材２０ａとコテ先芯材１０ａとをロウ付け等により接合する工程が不要になるので、生産性が向上する。
【００８７】
図６の工程Ｐ２あるいは図８の工程Ｐ１２に示す成形には、加圧しない常圧成形法もあるが加圧成形法を用いた方が圧粉体の密度が高く、それを焼結した金属粒子焼結体の密度を高めることができる。そして、液相焼結法を用いれば、更に高密度の金属粒子焼結体を得ることができる。液相焼結法は、焼結補助材に比較的融点の低い粒子（Ｃｕ粒子、Ａｇ粒子、Ａｇ−２８％Ｃｕの共晶粒子（共晶温度７８０℃）、Ｓｎ粒子など）を用いて、これらの融点以上の温度で焼結を行う方法である。
【００８８】
図１０に液相焼結のメカニズムを示す断面模式図を示す。図１０（ａ）は、図６の工程Ｐ２あるいは図８の工程Ｐ１２における、加圧前の状態を示す。この図に示すように、加圧前は焼結基材の粒子３１に焼結補助材の粒子３２が分散混合しており、比較的大きな空隙３３が生じている。図１０（ｂ）は、工程Ｐ２あるいは工程Ｐ１２における、加圧成形後の状態を示す。この図に示すように、加圧成形後は焼結基材の粒子３１や焼結補助材の粒子３２が塑性変形によって扁平となっており、粒子は密着するが、小さな間隙３３は残っている。図１０（ｃ）は、図６の工程Ｐ３あるいは図８の工程Ｐ１３において、液相焼結を行った後の状態を示す。この図に示すように、焼結基材の粒子３１は再結晶化によって生長し、空隙には焼結補助材の粒子３２が充填され、緻密性が向上している。これは、基材粒子３１同士の固体拡散に加え、焼結補助材の粒子３２が焼結温度で溶融し、焼結基材の粒子３１にぬれ現象が生じ、同時に界面張力によって空隙３３がその液体で充填されることによりなされる。
【００８９】
液相焼結法は、このように高密度の金属粒子焼結体を得ることができる他に、これを用いない場合に比べ、比較的低温で焼結を行うことができ、省力化に貢献することができる。
【００９０】
また、焼成後の金属粒子焼結体を、更に３００〜５００℃の温度でプリフォーム鍛造法または粉末鍛造法によって形状付与してコテ先端部材としても良い。これらは一般的に知られた方法なので詳細説明は省略するが、これらの方法を用いれば、粒子間の微細な気孔を収縮させ、高密度化させることができる。
【００９１】
他の焼結法として、冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）や熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）を含む工程によって成形と焼成を行っても良い。これらも一般的に知られた方法なのでその詳細説明は省略するが、これらの方法を用いる場合は金属粒子焼結体を棒状または線状に塑性加工し、それを更に機械加工してコテ先端部材２０とする。図１１（ａ）、（ｂ）は、このようにして得られたコテ先チップの先端部の断面図である。コテ先チップ２ｂ、２ｃは、コテ先芯材１０ｂ、１０ｃの先端に、前記ＣＩＰやＨＩＰによって得られたコテ先端部材２０ｂ、２０ｃをロウ付けによって接合したものである。
【００９２】
更に他の焼結法として、二層焼結法を用いても良い。図１２は、二層焼結法を用いた場合のコテ先チップ２ｄの分解斜視図である。コテ先端部材２０ｄは、第１層２２と第２層２３とによって構成されている。第１層２２は、前記焼結基材と焼結補助材との混合によるもので、第２層２３は、Ｃｕ粒子またはＣｕ−Ｃｒ粒子による焼結である。コテ先端部材２０ｄは、このように２層となった金属粒子焼結体となっており、直接形状付与することも可能で、また図９（ａ）に示す金属粒子焼結体２１ａのような焼結体とした後、機械加工によって図１２に示すコテ先端部材２０ｄとすることも可能である。そして、これを銅パイプからなるコテ先芯材１０ｄにロウ付けすることによりコテ先チップ２ｄが得られる。コテ先芯材１０ｄに銅パイプを用いることにより、内面加工を不要とし、省力化がはかられている。
【００９３】
次に、当実施形態のコテ先チップ２のハンダ付け性の評価結果について説明する。評価は、ぬれ拡がり試験にて行った。
【００９４】
図１３は、ぬれ拡がり試験の試験要領を示す説明図である。試験片９０は、１５．８ｍｍ×２１．４ｍｍ×厚さ１．０ｍｍの金属粒子焼結体である。比較用として、同サイズのＦｅめっき（銅板に１．５ｍｍ狙いでＦｅめっきし、そのめっき層を１．０ｍｍ削り出したもの）も準備した。希釈フラックス９２はイソプロパノールで１０倍に希釈したフラックス（ＨＡＫＫＯ  ００１（商品名）を使用）である。溶融させる糸ハンダ９４は、φ１ｍｍ×４０ｍｍのＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕで、予めφ４０ｍｍの丸棒に巻き付けて癖つけを施したものである。
【００９５】
試験は、以下の要領で実施した。試験片９０上に、希釈フラックス９２を２０μｌ滴下し、その上に糸ハンダ９４を載置する。その状態で３００〜４１０℃に加熱し、３０秒ハンダを溶融させた。その後冷却し、糸ハンダ９４の拡がり面積を測定した。拡がり面積が大きいほど、ハンダぬれ性が高い、即ちハンダ付け性が良好であることを示す。
【００９６】
次表は７種類の試験片９０（試料１０１〜１０７）の成分表である。
【００９７】
【表１】
2004048024.tif 000023
【００９８】
試料１０１は比較のために上記方法で準備したＦｅめっき層の板である。試料１０２〜１０７は、表中に示す各成分の粒子をＭＩＭ法で成形し、焼成したものである。試料１０２〜１０７は、この順に、図５に示すタイプ１０、１２、１１、１３、１５及び１にそれぞれ対応するものである。試料１０２〜１０４は、ＭＩＭ法で通常使用される炭素鋼の鉄粉を材料としている。一方、試料１０５〜１０７は、高純度のカルボニル鉄粉（「＊Ｆｅ」で表している）を材料としている。ｎ数は、各試料につきｎ＝３で行った。
【００９９】
図１４は、ぬれ拡がり試験結果を示すグラフである。横軸に温度（℃）、縦軸に溶融したハンダの拡がり面積（ｍｍ２）を示す。このグラフに示す通り、試料１０１（Ｆｅめっき）の拡がり面積（３６０℃で６６．９ｍｍ２）に対し、試料１０７（＊Ｆｅ−５Ｃｕ）が最も拡がり面積が大きく、次いで試料１０６（＊Ｆｅ−１０Ｎｉ）、試料１０４（Ｆｅ―４２Ｎｉ―０．５Ｃ）の順に大きな拡がり面積であった。試料１０３（Ｆｅ―８Ｎｉ―０．５Ｃ）、試料１０５（＊Ｆｅ）は試料１０１とほぼ同等であり、試料１０２（Ｆｅ−０．５Ｃ）はやや不利な結果となった。
【０１００】
以上の結果から、高純度の鉄粉を用い、ＮｉやＣｕを添加したもののハンダ付け性がＦｅめっきに対し格段に向上することが確認できた。またＮｉの添加量を増大させるに伴ってハンダ付け性がより向上すること、ＣｕはＮｉよりも少量の添加で効果が大であること等が確認できた。
【０１０１】
次に、当実施形態のコテ先チップ２の耐侵食性価結果について説明する。評価は侵食試験により行った。侵食試験は、上記ぬれ拡がり試験で効果が大であった試料１０４、試料１０６、試料１０７について行った。これらの試料をＭＩＭ法によって図３に示すコテ先端部材２０の形状に成形し、焼成し、これをコテ先芯材１０にロウ付けして図３に示すコテ先チップ２を製作した。また比較用にＦｅめっきによるコテ先チップ２（試料１０１）も製作した。
【０１０２】
図１５は、侵食試験の試験装置を概略的に図示したものである。装置は、上記のようにして製作された各コテ先チップ２が装着された電気ハンダゴテ１と、これにハンダを供給するハンダ送り装置９６とからなる。ハンダ送り装置９６の先端からは糸ハンダ９８（ぬれ拡がり試験と同じφ１ｍｍのＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕを使用した）が矢印方向に自動的に送出されるようになっている。電気ハンダゴテ１は、糸ハンダ９８の送出方向に垂直な面に対し３０°傾斜して固定されている。コテ先チップ２の先端角は１８°である。
【０１０３】
コテ先チップ２の設定温度を４００℃とし、ハンダ送り装置９６（設定温度３０℃）から糸ハンダ９８を３秒に１回５ｍｍづつ送出した。糸ハンダ９８が送出される度にその先端がコテ先チップ２に当接し、溶融する。それとともにコテ先チップ２が僅かに侵食される。この送出を８０００回行った後、コテ先チップ２の侵食量を測定した。ｎ数は、各試料につきｎ＝２で行った。
【０１０４】
図１６は、侵食試験の結果を示すグラフである。縦軸にコテ先チップ２の侵食量（μｍ）を示す。試料１０６（＊Ｆｅ−１０Ｎｉ）が試料１０１（Ｆｅめっき）とほぼ同程度の少い侵食量であった。試料１０４（Ｆｅ−４Ｎｉ−０．５Ｃ）と試料１０７（＊Ｆｅ−５Ｃｕ）とはそれより多い侵食量であった。
【０１０５】
以上のぬれ拡がり試験と侵食試験とによって、試料１０６（＊Ｆｅ−１０Ｎｉ）が、耐侵食性を従来並としつつ、ハンダ付け性を従来よりも格段に向上させることができることを確認できた。従って、試料１０６を備えたコテ先チップ２は、耐侵食性を低下させることなくハンダ付け性を向上させることができる。
【０１０６】
また各成分比率を変更することによりハンダ付け性や耐侵食性を調節することができることが確認できた。上記の試験には含まれていないが、ハンダ付け性を低下させることなく耐侵食性を向上させることも成分調整によって可能である。
【０１０７】
更に、上記試料１０１、試料１０４、試料１０６及び試料１０７について、ビッカース硬さ試験を行った。コテ先チップ２は硬度が大きすぎると小さな衝撃で折れ易くなり、小さすぎると曲がり易くなる。ビッカース硬さはハンダ付け性と寿命に次いで重要な特性である。硬さの測定条件は加重５Ｎ、８秒で行った。ｎ数は、各試料につきｎ＝３で行った。
【０１０８】
次表はビッカース硬さ試験結果を示す表である。
【０１０９】
【表２】
2004048024.tif 000024
【０１１０】
試料１０６は試料１０１に対しやや硬く、試料１０４や試料１０７は試料１０１に対して８割程度の硬度であった。以上の結果から、ビッカース硬さは耐侵食性とと相関が大であり、硬いほど耐侵食性が高いことが確認できた。また試料１０６（＊Ｆｅ−１０Ｎｉ）はビッカース硬さの面からもコテ先端部材２０として好適であることが確認できた。
【０１１１】
次に、本発明の第２実施形態を図１７および図１８によって説明する。図１７は、電気ハンダ吸取りゴテ６０の部分断面図である。図において、本体ケース６１の上部には前ホルダ６５と後ホルダ６６との間に着脱自在に嵌込まれたタンク６４を備える。タンク６４は外部から観察できるように耐熱ガラス等の透明体からなる筒体で、吸引された溶融ハンダを貯溜する。タンク６４の後端には、グラスウールからなるフィルタ６８が設けられ、このフィルタ６８を介して後ホルダ６６と連通している。後ホルダ６６には真空チューブ６３が接続されており、図外の真空ポンプによってタンク６４内を減圧し得るようになっている。
【０１１２】
前ホルダ６５にはタンク６４と連通する輸送パイプ７９の後端が差し込まれている。輸送パイプ７９はステンレス製である。電気ハンダ吸取りゴテ６０の先端棒状部には、内孔に輸送パイプ７９を貫通させた銅製の加熱芯７０と、その内部に設けられたセラミックヒータ７１と、加熱芯７０の外周面を覆う保護パイプ７２と、直接ハンダに当接し、溶融し、吸取る吸取りノズル５１（ハンダ取扱い用コテ先に相当）からなる。加熱芯７０の先端部におねじ７５が形成されるとともに、吸取りノズル５１の後端にはそれと螺合するめねじ５８が形成されており、吸取りノズル５１を着脱、交換可能としている。吸取りノズル５１の先端部には貫通孔５５（図１８参照）が設けられ、輸送パイプ７９と連通している。セラミックヒータ７１は、リード線６２を介して図外の電源コードに接続されている。
【０１１３】
本体ケース６１に設けられた図外の真空吸引スイッチをオンにすると、図外の真空ポンプによってタンク６４内および輸送パイプ７９内が減圧される。また、セラミックヒータ７１の電源をオンにすると吸取りノズル５１の先端が加熱される。この加熱した先端部をハンダに当接することによってハンダが溶融する。そして、溶融したハンダが吸取り口５４（図１８参照）から吸取りノズル５１を介して輸送パイプ７９内に吸取られる。吸取られた溶融ハンダは、タンク６４内に送られ、貯溜される。タンク６４は着脱可能となっており、貯溜量の増加に伴い、適宜交換することができる。
【０１１４】
図１８は、図１７における吸取りノズル５１付近の拡大断面図である。吸取りノズル５１は、銅または銅合金からなるコテ先芯材５２と、先端部に設けられ、金属粒子焼結体からなるコテ先端部材５３からなる。コテ先端部材５３の内部には貫通孔５５が形成されており、先端は外部に開口して溶融ハンダを吸取る吸取り口５４となり、後端は輸送パイプ７９に接続されている。従来の電気ハンダ吸取りゴテの吸取りノズルの先端外周面には鉄めっきが施されるとともに、内部には貫通孔を形成するための鉄パイプが嵌挿されていた。しかし本発明の当実施形態のようにすれば、コテ先端部材５３を吸取りノズル５１の先端部に設けるだけで、鉄めっきが不要となり、生産性を向上させるとともに環境汚染物質の排出が削減される。
【０１１５】
そして、この吸取りノズル５１は、第１実施形態のコテ先チップ２と同様、ハンダぬれ性を確保するとともに従来の鉄めっき品に比べて鉛フリーハンダに対しても耐侵食性が高く、寿命を延ばすことができる。
【０１１６】
コテ先端部材５３の焼結成分や、吸取りノズル５１の製造方法等は、第１実施形態のコテ先チップ２に準ずる。
【０１１７】
以上、第１実施形態に示すコテ先チップ２とそれを用いた電気ハンダゴテ１、または第２実施形態に示す吸取りノズル５１とそれを用いた電気ハンダ吸取りゴテ６０、及びそれらの製造方法について述べたが、本発明は以上のものに限定するものではなく、特許請求の範囲内で適宜変形して良い。
【０１１８】
例えば、コテ先端部材２０やコテ先端部材５３の成分は、図５や試料１０２〜１０７に示すものに限定するものではなく、適用するハンダの種類や用途（耐侵食性重視或いはハンダ付け性重視など）に応じて適宜選択、調整して良い。
【０１１９】
電気ハンダゴテ１に備えるセラミックヒータ５や電気ハンダ吸取りゴテ６０に備えるセラミックヒータ７１は、各実施形態では本体側に固定されているが、これをコテ先チップ２や吸取りノズル５１に内蔵し、これらと共に交換可能としても良い。こうすることによってコテ先チップ２や吸取りノズル５１の形状や熱容量に応じて最適な特性（ヒータ容量など）のヒータを用いることができる。
【０１２０】
焼結基材や焼結補助材となる各粒子は、それぞれ独立した粒子を混合させるものに限定するものではない。そのうちの一部または全部を合金化し、その合金の粒子を使用するようにしても良い。合金化するには、溶解法或いはメカニカルアロイング（ＭＡ）法を適用すると良い。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる電気ハンダゴテの部分正面図である。
【図２】図１の分解斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかるコテ先チップの断面図である。
【図４】図３の分解斜視図である。
【図５】金属粒子焼結体を製造する際に用いる粒子の成分表である。
【図６】ハンダ取り扱い用コテ先を製造するための工程図である。
【図７】第１実施形態のコテ先チップの変形例の分解斜視図である。
【図８】ハンダ取り扱い用コテ先を製造するための工程図である。
【図９】第１実施形態のコテ先チップの変形例の部分斜視図である。
【図１０】液相焼結のメカニズムを示す断面模式図である。
【図１１】第１実施形態のコテ先チップの変形例の部分断面図である。
【図１２】第１実施形態のコテ先チップの変形例の斜視図である。
【図１３】ぬれ拡がり試験の試験要領を示す説明図である。
【図１４】ぬれ拡がり試験の試験結果を示すグラフである。
【図１５】寿命試験の試験要領を示す説明図である。
【図１６】寿命試験の試験結果を示すグラフである。
【図１７】本発明の第２実施形態にかかる電気ハンダ吸取りゴテの部分断面図である。
【図１８】第２実施形態の吸取りノズル付近の拡大断面図である。
【符号の説明】
【０１２２】
２，２ａ〜２ｅ    コテ先チップ（ハンダ取扱い用コテ先）
５    セラミックヒータ（発熱体）
１０，１０ａ〜１０ｅ    コテ先芯材
２０，２０ａ〜２０ｅ    コテ先端部材
５１    吸取りノズル（ハンダ取扱い用コテ先）
５２    コテ先芯材
５３    コテ先端部材
７１    セラミックヒータ（発熱体）
【国際調査報告】
2004048024.tif 000025
2004048024.tif 000026