JP2000317629A - 半田ごて用こて先 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 鉛フリー半田にも対応可能で、こて先の高温
酸化と、それに伴う半田の濡れ性の不良を防止する半田
ごて用こて先の提供。 【解決手段】 銅ないし銅合金製の基体の表面に、鉄−
ニッケル合金メッキが施されてなることを特徴とする半
田ごて用こて先である。なお、この鉄−ニッケル合金メ
ッキの皮膜硬度は、マイクロビッカース硬度で約３００
以下である。また、前記合金メッキ層の層厚は、例えば
約５０〜５００μｍとすることができる。一方、メッキ
の代わりに、銅ないし銅合金製の基体の先端部に、鉄−
ニッケル合金製の被覆部材（バルク材）を設けて構成し
てもよい。なお、前記鉄−ニッケル合金は、鉄が例えば
約５〜８０重量％とされてなる。ところで、半田ごて用
こて先のみならず、半田吸い取り機用のノズルにも適用
可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気半田ごてのこ
て先及び半田吸取機用のノズルに関し、特に、鉛フリー
半田にも支障なく使用できる新規な半田ごて用こて先及
び半田吸取機用ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半田ごてのこて先は、基端側の発熱部の
熱エネルギーを先端側の半田付け作業部分に伝える働き
をする。このため、こて先に使用される素材（基体）に
は、熱伝導性の良い材料が使用されなければならない。
しかも、こて先先端部の半田付け作業部分は、半田付け
作業がし易いように、半田が濡れる材質である必要があ
る。従って、半田ごてのこて先には、熱伝導性が高く、
半田濡れ性のよい材料が使用されなければならない。

【０００３】このようなことから、こて先には、従来よ
り銅（無酸素銅、タフピッチ銅、快削銅、銅合金を含
む）が一般的に使用されている。但し、銅は半田濡れ性
が良い代わりに、半田による摩耗が激しいので、銅にニ
ッケルメッキ又は鉄メッキを施されることが多いのが実
情である。

【０００４】そして、半田ごては、使用される半田に応
じてこて先温度を設定して使用される。通常、最も良い
半田付け温度は、半田の融点＋約５０℃程度とされてお
り、半田ごてのこて先の温度は、作業性を良くするた
め、更に約１００℃前後高く設定されるのが普通であ
る。

【０００５】一方、半田としては、通常、錫と鉛の合金
が使用され、６３％Ｓｎ−３７％Ｐｂの共晶半田が一般
的に使用されている。なお、この６３％Ｓｎ−３７％Ｐ
ｂ共晶半田の場合、その融点は１８３℃である。

【０００６】しかし、最近になって半田の主要成分であ
る鉛（Ｐｂ）が公害問題の対象として取り上げられるよ
うになり、半田合金のＰｂフリー化が急速に進められる
ようになった。それは家電製品や自動車等の廃棄物が不
法投棄されて、内蔵部品であるプリント基板等から酸性
雨等の外的要因によりＰｂが溶け出して、地中に浸透
し、地下水を汚染させることが、とくに米国で大きな社
会問題として取り上げられ、世界中でＰｂフリーが叫ば
れる様になったからである。

【０００７】この種のＰｂフリーの半田として、例え
ば、純錫（Ｓｎ）や、錫−銀（Ｓｎ−Ａｇ）共晶半田
や、錫−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）共晶半田等、種々
のものが開発されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記鉛
フリー半田は、その融点が従来の６３％Ｓｎ−３７％Ｐ
ｂ半田に比べ高い。例えば、純Ｓｎの融点は約２３２℃
であり、また、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の融点は約２１０〜
２３０℃である。このため、Ｐｂフリー半田を使用する
場合には、作業温度を高くする必要があり、３５０℃以
上に上げないと十分な半田付け性が得られない。ところ
が、高温環境下での使用では、こて先が酸化して黒ずみ
易く、濡れ性が悪くなり、半田付けの作業性を悪化させ
る問題があった。つまり、こて先の寿命は、通常、銅基
体上のニッケルメッキや鉄メッキが侵食され、基体の銅
まで半田が侵入した時とされるが、こて先作業部が黒く
なり、半田が濡れなくなったときも寿命となる。

【０００９】また、Ｐｂフリー半田の特徴として、濡れ
性、拡がり性が共晶半田に比べて悪いことが、こて先の
酸化を加速させている。これは、例えば次のようにし
て、起こる。すなわち、作業時にこて先のクリーニング
として、こて先をスポンジ等でぬぐうことがあるが、こ
の時、こて先の表面から大部分の半田が一緒に除去され
ている。そして、共晶半田の場合は、次に半田を送った
時に、また新しい半田でこて先を覆うことができるが、
Ｐｂフリー半田の場合は、一部分しか半田がまわらない
ため、半田の入れ替わりが起こらず、半田で覆われてい
ない部分は、やがて下地の鉄メッキ部分が露出して酸化
したり、フラックスが焼け付いて炭化したりするのであ
る。通常、こて先の半田メッキ部分は、覆われた半田に
よって、熱の伝導を良くしているので、濡れ性がなくな
れば、こて先に送られた半田は球状になって著しく作業
性が悪くなったり、作業できなくなったりする。

【００１０】なお、フラックスは、半田付けを行うとき
には、不可欠なものであり、糸半田の場合、ロジン（松
やに）に少量の活性剤を添加したものが使用されてい
る。ロジンの主成分であるアビエチン酸は、常温では不
活性であるが１７０℃以上で活性となる。また、フラッ
クスの活性範囲の上限は、研究の結果、約３５０℃であ
ることが分かってきた。つまり、約３５０℃以上で半田
付けすると、フラックスの効果が減少したり、炭化して
こて先に焼き付いてしまうのである。

【００１１】一般的に使用されている錫−鉛の共晶半田
の場合は、前記活性範囲で半田付けすることができる
が、融点の高い半田を使ったり、こて先温度を４００℃
以上に設定して作業した場合には、焼付きが起こり易
い。よって、Ｓｎ−Ｓｂ系（融点２３５〜２４０℃）や
Ｐｂ−Ａｇ−Ｓｎ系（融点約３０９℃）の高温半田や、
前記鉛レス半田では、焼き付きが起こり易い。

【００１２】このように、鉛レス半田では、従来の錫−
鉛共晶半田に比べて、半田濡れ性や拡がり性が悪く、銅
製基体の表面に鉄メッキを施した従来の半田ごてでは、
鉛フリー半田には対応できず、数回の半田付け作業しか
できなかった。

【００１３】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
のであり、その主たる目的は、半田こて先が約３５０℃
以上の作業環境においても、ヤニ入り半田合金（特にフ
ラックス）の劣化による濡れ性及び拡がり性の悪化を抑
制すると共に、純銅ないし銅合金製のこて先の高温酸化
をも抑制して、比較的長期間に渡って良好な半田付け作
業を可能とする半田ごて用こて先を提供することにあ
る。そして、これにより、Ｐｂフリー半田にも十分対応
可能な半田ごて用こて先を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半田ごて用こて先は、こて先先端部の表面
が、鉄−ニッケル合金とされてなることを特徴とする。
具体的には、例えば、銅ないし銅合金製の基体の表面
に、鉄−ニッケル合金メッキが施されてなることを特徴
とする半田ごて用こて先である。なお、この鉄−ニッケ
ル合金メッキの皮膜硬度は、マイクロビッカース硬度で
約３００以下である。また、前記合金メッキ層の層厚
は、例えば約５０〜５００μｍとすることができる。一
方、メッキの代わりに、銅ないし銅合金製の基体の先端
部に、鉄−ニッケル合金製の被覆部材（バルク材）を設
けて構成してもよい。なお、前記鉄−ニッケル合金は、
鉄が例えば約５〜８０重量％とされてなる。ところで、
本発明は、半田ごて用こて先のみならず、半田吸い取り
機用のノズルにも適用可能である。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明の半田ごて用こて先は、
こて先先端部の表面が、鉄−ニッケル合金とされてな
る。鉄−ニッケル合金とした理由は、以下のとおりであ
る。

【００１６】図３は、各金属が半田に侵食される量を測
定したグラフである。具体的には、一定量の糸半田をこ
て先に送ったときのこて先の侵食量を示しており、横軸
は一般的に使用されるこて先温度帯とし、こて先温度の
変化による侵食量の測定結果を示している。

【００１７】この図より明らかなとおり、いずれの金属
においても、こて先温度が高くなる程、侵食量が多くな
り、また半田の濡れ性が良い材料程、侵食量が多くなる
ことが分かる。

【００１８】半田の濡れ性は、その金属の結晶構造、表
面状態（酸化皮膜の出来易さ）、金属の純度、金属の硬
度等、種々の要因から決まってくるが、一番大きな要因
は半田の錫との金属間化合物の出来易さによるものと考
えられる。

【００１９】鉄の場合、その金属間化合物は、低温域で
はFeSn₂ であるが、約４００℃以上の高温域になると、
FeSnに変化し始め、特に４５０℃以上になると、その変
化が顕著になる。この現象は、図３からも読み取れる。
鉄の侵食量は、こて先温度が４００℃を越えると増加し
始め、４５０℃を境に急激に増加している。また、銅や
金等は、侵食量が鉄・ニッケルに比べ、１００倍近くあ
り、侵食というより、溶解ということができる。

【００２０】このように、一般的には、半田濡れ性と半
田耐侵食性は、相反する関係にある。ところが、鉄−ニ
ッケル合金（図示例では鉄５８％合金）の場合、耐侵食
性（侵食量）は鉄とほぼ同じであるのに、半田濡れ性は
鉄よりも良いという興味深い結果が得られた。錫との金
属間化合物の生成過程で、純金属にはない現象が起こっ
ていることに起因するものと思われる。

【００２１】なお、銅基体にニッケルメッキしたこて先
は、半田濡れ性が改善されるが、鉄メッキしたこて先と
比べて、侵食量が約２０倍となるので、寿命が約１／２
０となってしまう。

【００２２】このようなことから、本発明では、銅基体
に鉄−ニッケル合金部分を設けたこて先を開発するに至
ったものである。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の半田ごて用こて先について、
更に詳細に説明する。図１は、本発明の半田ごて用こて
先の一実施例の概略構造を示す断面図である。

【００２４】この発明のこて先は、銅ないし銅合金を基
体１としており、少なくとも先端側の半田付け作業部分
３に、半田濡れ性の良い鉄−ニッケルメッキの皮膜２が
設けられている。

【００２５】この実施例のこて先は、基端側が棒状に形
成される一方、先端側は、先端側に行くに従って先細と
なる略円錐形状に形成されている。そして、このこて先
は、発熱体４によって加熱されて使用される。つまり、
こて先先端部の半田付け作業部分３は、こて先の基端側
に設けられた発熱体４からの熱を熱伝導によって伝えれ
て加熱される。なお、発熱体４としては、例えばセラミ
ックヒーターが使用される。

【００２６】ところで、発熱体４は、こて先の内部に設
けることもできるし、こて先の外周部に配置してもよ
い。つまり、図１（ａ）に示すように、こて先基端部に
基端面に開口して発熱体差込穴５を形成し、その差込穴
５に、こて先の基端部から発熱体４を差し込んで、こて
先を内側から加熱する構成としてもよい。或いは同図
（ｂ）に示すように、こて先の基端側の外周部に発熱体
４を配置して、こて先を外側から加熱する構成としても
よい。

【００２７】鉄−ニッケルメッキは、こて先の外周部全
体に施してもよいが、こて先先端部の半田付け作業部分
３だけに施してもよい。なお、通常、半田付け作業部分
３以外の箇所には、半田濡れ性のない表面処理、例えば
クロムメッキを施している。

【００２８】鉄−ニッケル合金皮膜２は、マイクロビッ
カース硬度Ｈｖ＝３００以下の軟らかいもので、展延性
がよく、表面酸化膜の除去が比較的容易である。この皮
膜は、硫酸第一鉄（２００〜３００ｇ／ｌ）をベースに
した光沢剤等の有機化合物をほとんど使用しないメッキ
浴で得られる。

【００２９】なお、鉄−ニッケル合金の組成割合も、適
宜に設定されるが、例えば、鉄が約５〜８０重量％、好
ましくは約１０〜８０重量％、更に好ましくは１０〜６
０重量％程度とされる。

【００３０】また、鉄−ニッケル合金メッキ層２の層厚
ｔは、特に問わないが、余りに厚くすると、熱伝導性が
悪くなることを考慮して、例えば約１〜１０００μｍ、
好ましくは約５０〜５００μｍ、更に好ましくは約１０
０〜５００μｍ程度に設定される。

【００３１】なお、メッキは、通常、湿式で行われる
が、厚さ約数Å〜数μｍ程度のイオンプレーティング
や、厚さ約１μｍ〜１ｍｍ程度の溶射等の乾式でメッキ
することも可能である。

【００３２】ところで、こて先先端部に鉄−ニッケルメ
ッキを施すことによらず、こて先先端部に、鉄−ニッケ
ル合金製の被覆部材６をロウ付け又は圧接等によって一
体的に固着してもよい。例えば、図２（ａ）に示すよう
に、こて先先端部を傾斜面に形成し、その傾斜面に沿っ
て鉄−ニッケル合金のバルク材６１をロウ付け又は圧接
してもよい。また、同図（ｂ）に示すように、こて先先
端部を段付きの略円錐台形状とし、その先端部に略三角
錐形状のバルク材６２をキャップ状にロウ付け又は圧接
して取り付ける等してもよい。

【００３３】上記各実施例では、この発明を半田ごての
こて先に適用した例について説明したが、本発明は、半
田吸い取り機用のノズルにも適用可能である。すなわ
ち、半田吸取機の吸取ノズルの先端部の表面に、鉄−ニ
ッケル合金メッキを施したり、或いは鉄−ニッケル合金
製のバルク材をロウ付け又は圧接して取り付けて構成す
る。そして、そのノズルをヒーターで加熱しつつ、ノズ
ル先端を除去すべき半田に当てて溶融させ、溶融半田を
真空ポンプで吸引するのである。鉄−ニッケル合金メッ
キを施すことで、Ｐｂフリーの半田の吸い取り除去に好
適に使用することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したとおり、この発明の半田ご
て用こて先によれば、３５０℃以上の比較的高い作業温
度でも、良好な半田付けを比較的長期間に渡って実現可
能である。よって、比較的融点が高い鉛フリー半田にも
十分対応可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半田ごて用こて先の一実施例を示す図
である。

【図２】本発明の半田ごて用こて先の他の実施例を示す
図である。

【図３】各金属が半田に侵食される量を測定したグラフ
である。

【符号の説明】

１ 基体 ２ 鉄−ニッケル合金部分（鉄−ニッケル合金皮膜等） ３ 半田付け作業部分 ４ 発熱体 ５ 発熱体差込穴 ６ 鉄−ニッケル合金材 ６１ バルク材（被覆部材） ６２ バルク材（被覆部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 1/018 Ｂ２３Ｋ 1/018 Ａ Ｃ２２Ｃ 19/03 Ｃ２２Ｃ 19/03 Ｇ Ｌ 38/00 ３０２ 38/00 ３０２Ｘ 38/08 38/08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 こて先先端部の表面が、鉄−ニッケル合
   金とされてなることを特徴とする半田ごて用こて先。
2. 【請求項２】 銅ないし銅合金製の基体の表面に、鉄−
   ニッケル合金メッキが施されてなることを特徴とする請
   求項１に記載の半田ごて用こて先。
3. 【請求項３】 前記鉄−ニッケル合金メッキは、皮膜硬
   度がマイクロビッカース硬度で約３００以下であること
   を特徴とする請求項２に記載の半田ごて用こて先。
4. 【請求項４】 前記合金メッキ層の層厚が、約５０〜５
   ００μｍとされてなることを特徴とする請求項２又は請
   求項３に記載の半田ごて用こて先。
5. 【請求項５】 銅ないし銅合金製の基体の先端部に、鉄
   −ニッケル合金製の被覆部材が設けられてなることを特
   徴とする請求項１に記載の半田ごて用こて先。
6. 【請求項６】 前記鉄−ニッケル合金は、鉄が約５〜８
   ０重量％とされてなることを特徴とする請求項１から請
   求項５までのいずれかに記載の半田ごて用こて先。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６までのいずれかに
   記載の半田ごて用こて先において、このこて先は、半田
   吸い取り機用のノズルとされてなることを特徴とする半
   田吸い取り機用ノズル。