(57)【要約】【課題】ハンダ上がりを確実に防止し、特に産業用ロボットによる鉛フリーハンダを用いたハンダ付け作業の正確性をハンダ供給量の均一性を担保することで一層確保する。【解決手段】コテ先（１０）の基体（１２）表面全体に下地メッキとして施された鉄メッキ層（１４）と、ハンダとの接触面（Ｐ）を除く該鉄メッキ層の表面に施された硬質クロムメッキ層（１６）およびこれに重ねて施された黒色クロムメッキ層（１８）を有し、また、前記ハンダ接触面部分の鉄メッキ層上には、予備ハンダ（２２）と該予備ハンダを覆うように非耐熱樹脂（２４）が被着されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コテ先（１０）の基体（１２）表面全体に下地メッキとして施された純鉄メッキ層又は鉄ニッケル合金メッキ層（１４）と、ハンダとの接触面（Ｐ）を除く該鉄メッキ層の表面に施された硬質クロムメッキ層（１６）およびこれに重ねて施された黒色クロムメッキ層（１８）を有する、ことを特徴とする鉛フリーハンダ用コテ先。
【請求項２】
前記ハンダ接触面（Ｐ）部分の鉄メッキ層（１４）上に、予備ハンダ（２２）と該予備ハンダを覆うように非耐熱樹脂（２４）を被着した、ことを特徴とする請求項１に記載の鉛フリーハンダ用コテ先。
【請求項３】
前記基体（１２）は無酸素銅である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の鉛フリーハンダ用コテ先。
【請求項４】
前記鉄メッキ層（１４）は２００μｍ〜１５００μｍの膜厚を有する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の鉛フリーハンダ用コテ先。
【請求項５】
コテ先（１０）の基体（１２）表面全体に下地メッキとして鉄メッキ（１４）を施し、ハンダとの接触面（Ｐ）を除く鉄メッキ層の表面に硬質クロムメッキ（１６）およびこれに重ねて黒色クロムメッキ（１８）を施した、ことを特徴とする鉛フリーハンダ用コテ先の製造方法。
【請求項６】
鉄メッキ（１４）を施した基体（１２）のハンダ接触面（Ｐ）上に予備ハンダ（２２）を被着し、その上に該予備ハンダを覆う非耐熱樹脂（２４）を被着した、ことを特徴とする請求項５に記載の鉛フリーハンダ用コテ先の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハンダごてのコテ先およびその製造方法に関し、より詳細には、鉛フリーハンダを使用した低温のハンダ付け作業、特に産業用ロボットを用いて鉛フリーハンダを使用して行うハンダ付け作業において、コテ先の最先端以外にハンダが上がってくる現象の防止や薬品に対する耐腐食性を高めること等を図ることでハンダ付け作業の正確性・迅速性を確保することを目的とした鉛フリーハンダ用コテ先およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハンダ付けとは、ハンダ付け対象物とハンダ（以下「ハンダ付け対象物等」という。）がハンダ溶解温度まで温まった際に、金属表面に化合金属膜が生成され結合される金属溶接の一種であり、ハンダごての役割はハンダ付け対象物等をハンダ溶解温度まで温めるための熱量を供給することである。
【０００３】
従来からあるコテ先はハンダごて本体の先端に設けられた発熱体を備えたヒータ部に取り付けられて使用されるものであり、コテ先の基本構成である基体は銅素材を用いて例えばペン先形状に形成される。
【０００４】
コテ先の基体には熱伝導率が良好な銅材が用いられ、この銅材にはこれまで主としてタフピッチ銅や燐脱酸銅が用いられることが多かった。ここでコテ先を銅材のみで構成すると、銅材は加熱に対して酸化が激しく、またハンダの溶材である錫による侵食のために短期間の間に損耗してしまうといった問題があった。そのため銅材の保護を図り、また、ハンダとの濡れ性を高めるために、銅材の基体の表面全体には鉄メッキが施されるのが一般的である。
【０００５】
しかしながらコテ先の基体の表面に鉄メッキを施すのみでは、コテ先の先端に不溶解のスケールができて次のハンダを溶かす支障となることがあり、またフラックスの活性化によりコテ先の最先端以外にハンダが上がってくる現象が発生しハンダ付け作業を阻害することがあった。
そこでハンダとの接触面を除く鉄メッキ層の表面に硬質クロムメッキ層を形成し、ハンダが含有するフラックスに対する耐性を高めたコテ先なども使用されている。
【０００６】
また、例えば特許文献１や特許文献２の「半田こて先」のように鉄メッキを施した基体の最先端以外にクロムメッキ（硬質クロムメッキ）を施し、さらにこのコテ先全体にアルミニウムメッキなどを施した発明なども発案されている。
【０００７】
ところで近年では、環境問題への取り組みによる規制から、有鉛ハンダから鉛フリーハンダへの移行が増加してきている。鉛フリーハンダとは有鉛ハンダに比べ低温で作業を行うハンダであり、従来の一般的なハンダである有鉛ハンダの作業温度域が４５０度〜５００度以上のであるのに対し、鉛フリーハンダの作業温度域は３５０度付近となっている。これは一般的な有鉛ンダ自体の融点は１８０度〜２３０度であるものの、高い温度（４５０度〜５００度以上）で作業すればハンダが早く溶けるため、作業効率向上のために高温での作業が行われる一方、鉛フリーハンダの作業温度域が３５０度付近と低温であるのは、鉛フリーハンダで高温作業を行おうとしても、ハンダの高温酸化が顕著でかつ強固な酸化膜が形成されるためハンダを弾く現象が起き作業そのものができなくなってしまうこと、および、３８０度を超えたあたりから極端にコテ先の消耗度合いが加速し、生産ラインにおいては量産体制に入れないほどコストがかかってしまうこと等の理由によるものである。
【０００８】
また近年ではハンダ付け作業の自動化が拡大しており、精密かつ迅速なハンダ付けが要求される産業用ロボットによる鉛フリーハンダを用いたハンダ付け作業では、コテ先の最先端以外にハンダが上がってくることでハンダ付け作業を阻害する現象をより効果的に防止することが必要とされる。すなわち産業用ロボットを用いたハンダ付け作業ではハンダ付けに使用されるハンダ量が一定で、かつ、決められた狭小な範囲内で、さらに短時間のうちに比較的低温でハンダ付けをする必要があるが、基体に鉄メッキ層を形成しただけのコテ先などではフラックス中の塩素分に対する耐腐食性が十分ではなかった。また鉄メッキにさらに硬質クロムメッキ層を形成したコテ先でも、３５０度程度の領域では硬質クロムメッキの耐腐食性・耐薬品性が低いといった問題があった。
【特許文献１】実公昭４３−２９９５号公報
【特許文献２】実公昭４３−５８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように産業用ロボットを用いて鉛フリーハンダを使用して行うハンダ付け作業では、コテ先の所望の最先端部分にのみ最適量のハンダをのせて作業を行う必要があるが、従来からあるコテ先ではその最先端以外にハンダが上がってくる現象が続くとハンダ中のフラックスにより硬質クロムメッキ等が腐食してしまい、その結果として作業の正確性が損なわれることがあった。またコテ先の耐久性が低いと、頻繁にその交換を行う必要があり、また作業性も悪くなるためハンダ付けのコストが上昇してしまうといった問題もあった。
【００１０】
本発明は上記問題点を解決すべく創案されたもので、鉛フリーハンダを使用した低温のハンダ付け作業、特に産業用ロボットにより鉛フリーハンダを用いて行うハンダ付け作業において、コテ先の最先端以外にハンダが上がってくる現象をより一層有効に防止することで、コテ先の所望の最先端部分にのみ最適量のハンダがのるようにしてハンダ付け作業の正確性を確保し、また、コテ先の耐久性を高めることでハンダ付けのコストの上昇を抑えることが可能な鉛フリーハンダ用コテ先およ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】
【００１１】
上記目的を達成するため本発明は、コテ先（１０）の基体（１２）表面全体に下地メッキとして施された鉄メッキ層（１４）と、ハンダとの接触面（Ｐ）を除く該鉄メッキ層の表面に施された硬質クロムメッキ層（１６）およびこれに重ねて施された黒色クロムメッキ層（１８）を有する、ことを特徴とする鉛フリーハンダ用コテ先を提供する。
なお黒色クロムメッキは、硬質クロムめっきとは異なり、金属クロムと酸化クロム（クロムの低級酸化物）とからなっており、厚く付けることはできずまた硬度も低くなるが、低いハンダ濡れ性、高い耐食性および熱吸収性を有する。
【００１２】
ここで、前記ハンダ接触面（Ｐ）部分の鉄メッキ層（１４）上に、予備ハンダ（２２）と該予備ハンダを覆うように非耐熱樹脂（２４）を被着する、ことが好ましい。
【００１３】
なお、前記基体（１２）は無酸素銅であり、また、前記鉄メッキ層（１４）は２００μｍ〜１５００μｍの膜厚を有する、ものとする。
【００１４】
また本発明は、コテ先（１０）の基体（１２）表面全体に下地メッキとして鉄メッキ（１４）を施し、ハンダとの接触面（Ｐ）を除く鉄メッキ層の表面に硬質クロムメッキ（１６）およびこれに重ねて黒色クロムメッキ（１８）を施した、ことを特徴とする鉛フリーハンダ用コテ先の製造方法を提供する。
【００１５】
ここで、鉄メッキ（１４）を施した基体（１２）のハンダ接触面（Ｐ）上に予備ハンダ（２２）を被着し、その上に該予備ハンダを覆う非耐熱樹脂（２４）を被着する、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、表面全体に鉄メッキを施した基体の最先端（ハンダとの接触面）を除く鉄メッキ層の表面に、硬質クロムメッキおよびこれに重ねて黒色クロムメッキを施すことで、その低い濡れ性（高いハンダ弾き性）によりハンダ上がりを確実に防止できるとともに、硬質クロムより高い耐薬品性によりより効果的に腐食を防ぐことができ、特に産業用ロボットによるハンダ付け作業の正確性をハンダ供給量の均一性を担保することでより一層確保すると同時に、コテ先の消耗を大幅に低減させ生産ラインにおけるトータルコストの低減を実現することができる。
なお、硬質クロムメッキおよび黒色クロムメッキの二重メッキは、主に作業温度域が３５０度程度の鉛フリーハンダ付け作業に上記の優れた効果を発揮するものである。
【００１７】
ここで前記ハンダ接触面部分の鉄メッキ層上に、予備ハンダと該予備ハンダを覆うように非耐熱樹脂を被着することで、コテ先最先端のハンダ接触面が使用開始前に空気と接触することによる酸化を防止することができるだけでなく、コテ先の製造時においてこの部分にメッキ層を形成しないためのマスキングとすることもできる。
【００１８】
なお基体にタフピッチ銅などを用いた場合では、銅素材内部の酸素が熱膨張することで鉄メッキを押し上げ膨れを生じさせコテ先の熱伝導を低下させることがあったところ、基体に無酸素銅を用いてやると、無酸素銅はピンホール、亀裂、ガス発生なく鉄メッキの密着性が非常に良く、高温時でも鉄メッキ組織に膨れ剥離（年輪状の断層）が発生することがなく、断層に起因して発生するメッキ剥離やハンダ濡れ性の低下を回避することができる。
また、鉄メッキ層の膜厚を２００μｍ〜１５００μｍとすることで、コテ先の長寿命化と製造コストの低減をバランスすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、有鉛ハンダに比べ低温（３５０度付近）で作業が行われる鉛フリーハンダを用いたハンダ付け作業、特に産業用ロボットを用いて鉛フリーハンダを使用して行うハンダ付け作業の正確性・迅速性を確保するための鉛フリーハンダ用コテ先およびその製造方法に関するものである。以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
まず図１に産業用ロボットアーム先端に備えられるハンダごて本体３１とこれに取り付けられて用いられる本発明の鉛フリーハンダ用コテ先１０を示した。このハンダごて本体３１はプログラムに従い所定の動作を行うロボットアーム３３の先端部分に取り付けられており、ロボットアーム先端から丸棒状のヒータ部３５が伸長している。なおロボットアーム３３からは電源コードがヒータ部へと伸びている。
図１に透視的に示したヒータ部３５は軸方向長さが５ｃｍ程度で外径が５ｍｍ程度のステンレス製の円筒３７の中に、配線３９、温度センサ４１、発熱体４３を収容した構造を有している。なお発熱体４３はヒータ部３５の先端部分に配置されている。温度センサ４１は発熱体から所定の距離（例えば１ｃｍ）だけ離れた位置に配置され、後述するコテ先先端の温度が適切な作業温度となるように発熱体への通電を制御するための温度データを、ハンダ付け作業を管理するコンピュータ（図示せず）に伝達する。またヒータ部３５のロボットアーム３３への取り付け部分近傍には、後述する本発明の鉛フリーハンダ用コテ先を着脱自在に取り付けるための袋ナット４５が止着されている。この袋ナット４５を左回転させて緩めることでコテ先１０の取り付け・取り外しが行われ、袋ナットを右回転させて締め付けることで袋ナット内に差し込んだコテ先１０の末端部分がヒータ部３５に固定される。
【００２１】
以上に説明したハンダごて本体３１に取り付けられて使用される本発明の鉛フリーハンダ用コテ先１０の具体的な実施例について図１および図２を参照して以下に説明する。図２は本実施例の鉛フリーハンダ用コテ先の構造を説明するために図１で丸枠で囲んだ部分を軸方向に一部切断した状態の断面図である。
鉛フリーハンダ用コテ先１０は前述したヒータ部３５に挿入される胴部５１と、胴部の先端に取り付けられた先端がペン先形状をした基体１２とから構成され、上記ハンダごて本体３１のヒータ部３５に取り付けて使用されるカートリッジ構造となっている。
【００２２】
胴部５１は内径が６ｍｍ程度で軸方向長さが４ｃｍ程度の薄肉の円筒形状を有しており、その材質には熱伝導率の小さい金属、例えばステンレスが用いられている。胴部５１は丸棒状のヒータ部３５の外周に嵌挿され、ヒータ部の先端が最深部まで達すると同時に胴部末端部分（後端）が袋ナット４５に挿入され、袋ナットを右回転させることでこれに止着される。
【００２３】
胴部５１の先端に取り付けられる基体１２は、筒状の胴部に嵌挿することができる太さ（外径が７ｍｍ弱）の３ｃｍ程度の長さの中実円柱状の元部５３と、先端に行くに従い縮径する２ｃｍ程度の長さのペン先形状の先端部５５とからその外形が構成されている。なお元部５３はその長さの半分程度までが胴部５１に嵌挿されており、また元部は胴部に嵌挿した際に段差が発生しないようにその部分が胴部の肉厚分だけ径を小さくしている。なお先端部５５の形状は本実施例ではペン先形状をしているがこれに限られるものではなく、用途に応じてハンダ付けに最適な様々な形状とすることができるのは勿論である。
【００２４】
この基体１２の素材には無酸素銅が用いられ、その表面全体には下地メッキとして鉄メッキ１４が２００μｍ〜１５００μｍの膜厚で施されている。この鉄メッキ１４はハンダとの濡れ性を高めるためのものであり、所定の均一な膜厚を確保することで製品の長寿命化と良好な熱放出をバランスしている。
また鉄メッキ１４が施された基体１２はその先端部の最先端４ｍｍ程度の範囲がハンダとの接触面Ｐとなっている。この接触面Ｐを除く鉄メッキ層１４の表面には硬質クロムメッキ層１６およびこれに重ねて黒色クロムメッキ層１８が形成されている。硬質クロムメッキ層１６および黒色クロムメッキ層１８の膜厚は合わせて５μｍ〜２０μｍ程度となっている。この硬質クロムメッキ１６は耐磨耗性およびハンダが含有するフラックスが対する耐食性を高めるため等のものであるが、鉛フリーハンダの作業温度である３５０度程度の領域では硬質クロムメッキの耐腐食性・耐薬品性が低いために、これに重ねて黒色クロムメッキ層１８が形成されている。黒色クロムメッキ１８の低い濡れ性（高いハンダ弾き性）およびより高い耐食性・耐薬品性により腐食を防いでハンダ上がりを確実に防止し、産業用ロボットによるハンダ付け作業の正確性をハンダ供給量の均一性を担保することでより一層確保すると同時に、コテ先の消耗を大幅に低減させ生産ラインにおけるトータルコストの低減を実現することができる。
【００２５】
さらに鉄メッキ１４が施されたコテ先最先端の接触面Ｐには、予備ハンダ２２とこの予備ハンダを覆うように非耐熱樹脂２４が被着されている。予備ハンダ２２とは接触面Ｐの鉄メッキ１４が露出して酸化してしまうことを防ぎ、また、コテ先１０使用当初にハンダとコテ先最先端の接触面Ｐとのなじみをよくするためのものである。非耐熱性樹脂２４としては例えばポリ塩化ビニルが用いられる。この樹脂は予備ハンダ２２を保護するとともに、コテ先１０の製造時においてこの部分にメッキ層を形成しないためのマスキングとして機能する。
なおこの樹脂は、コテ先１０を初めて使用するために予熱することでひび割れて剥がれるため、これにヤニ入りハンダなどでさらに十分な（予備）ハンダをしてからコテ先は使用されることになる。
【００２６】
次に本発明の鉛フリーハンダ用コテ先１０の製造方法について説明する。図３は本発明のコテ先の製造工程を示したフロー図である。
【００２７】
［素材加工］
まず円柱状の無酸素銅を後に行われるメッキ処理によるメッキ厚を考慮した寸法で素材加工を行い基体１２を製作し、次に行われる鉄メッキ処理に向けて表面の研磨を行う。
【００２８】
［鉄メッキ処理］
前処理を行った基体１２に鉄メッキ層１４を形成する。一定以上の膜厚を確保し、かつ、メッキ厚のバラツキをなくすために、無段階で電流値を上昇させてソフトスタートを行う定電圧自動整流器を用い２３時間程度の長時間をかけてメッキ処理を行う。なお手動整流器により電流値を段階的に上げて一定以上の膜厚を確保すると、電流値が変わった点における鉄メッキ層にメッキの剥離やハンダ濡れ性不良が発生するおそれがある。
【００２９】
［仕上げ加工］
鉄メッキ処理を施した基体１２をコテ先最先端のメッキ厚が２００μｍ〜１５００μｍの膜厚となるように考慮しながら、最終仕上げ寸法通りに仕上げ加工する。
【００３０】
［予備ハンダ処理、マスキング処理］
仕上げ加工を行った基体１２の最先端部分を、機械研磨・化学研磨を行った上で、強活性のフラックスでハンダ処理を行い鉄メッキ１４層の上に予備ハンダ２２を被着する。さらに基体１２最先端部分をポリ塩化ビニルでマスキングして形状を保護し、後のクロムメッキに備える。
【００３１】
［硬質クロムメッキ処理］
ハンダ上がり防止のため、ハンダ接触面Ｐ以外に耐摩耗性、耐食性に優れたハンダ濡れ性のない硬質クロムメッキ１６を施す。
【００３２】
［黒色クロムメッキ処理］
ハンダ上がり防止をより確実にするため、フラックスに対する耐食性が硬質クロムメッキ１６よりも優れた黒色クロムメッキ１８を、ハンダ接触面Ｐ以外に、すなわち硬質クロムメッキ層１６に重ねて施す。
【００３３】
［胴部取り付け］
各種メッキ処理を施した基体を筒状の胴部５１に嵌挿して取り付け製品を完成する。
【００３４】
以上説明した本発明の鉛フリーハンダ用コテ先によれば、コテ先の最先端以外にハンダが上がってくる現象を有効に防止することができ、これによりコテ先の最先端部分（ハンダ接触面）にのみ最適量のハンダがのるようにしてハンダ付け作業を行うことができるので、ハンダ付け作業、特に、産業用ロボットにより鉛フリーハンダを用いて行う低温のハンダ付け作業の正確性を確保することが可能となる。また、フラックスに対するコテ先の耐久性を一層高めることができるので、ハンダ付けのコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ハンダごて本体とこれに取り付けられて用いられる本発明の鉛フリーハンダ用コテ先を示した斜視図である。
【図２】本実施例の鉛フリーハンダ用コテ先の構造を説明するために図１で丸枠で囲んだ部分を軸方向に一部切断した状態の断面斜視図である。
【図３】本発明のコテ先の製造工程を示したフロー図である。
【符号の説明】
【００３６】
Ｐ    ハンダ接触面
１０  こて先
１２  基体
１４  鉄メッキ層
１６  硬質クロムメッキ層
１８  黒色クロムメッキ層
２２  予備ハンダ
２４  非耐熱樹脂
３１  ハンダごて本体
３３  ロボットアーム
３５  ヒータ部
３７  円筒
３９  配線
４１  温度センサ
４３  発熱体
４５  袋ナット
５１  胴部
５３  元部
５５  先端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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