JP6060280B2 - ヒータ・センササブアセンブリ及び半田カートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、半田付け及び半田吸取りシステム用のヒータとこて先アセンブリに関する。より詳細には、本発明は、半田ごて又は半田吸取り器用のヒータ・センササブアセンブリに関する。当該ヒータ・センササブアセンブリは、高電流の利用を可能にするよう設計された電気部品の作業の使用に適合した高熱容量半田こて先又は半田吸取りこて先を必要とする環境での使用に適している。

太陽光発電に使用されるパワーコンディショナなどの電源供給部品と同様に、電気自動車やハイブリット電気自動車に使用されている特定の特殊自動車電気部品は、半田付けする際に高熱容量を必要とする。理由として、半田付け機器を加熱するのに必要な電流が非常に大きく、半田付けされる部分、時に基板のランドと呼ばれる部分は一般的に大きく、結果として部品が高熱容量を有するためである。

それゆえ、大電流が設計された大きな部品の分野の半田付けでは、半田がきちんと溶けなかったり、従来の半田付け装置では作業性が非常に悪かったりするという問題があった。ヒータ・センサ複合体は、センサ機能付きで２つのリード線で製作することができるので、高熱容量のヒータ・センサ複合体が必要とされる。

参照として含まれている米国特許第６，０５４，６７８号明細書（日本国特許第３，１２４，５０６号）に記載されている典型的な従来技術の半田ごてヒータアセンブリは、図１及び図２に示されている。従来技術に係る半田ごてヒータの主要部は、軸方向穴を持つ円筒状の絶縁管と、その上に取り付けられたヒータ・センサ複合体と、を有する。例えば、絶縁管は、アルミナ管であってもよい。先行技術のヒータ・センサ複合体の主要構成部を示す図１は、アルゴン溶接により、直線状の非加熱線４の先端に溶接されたコイル状の加熱線３の先端部を含む 。ベース又は加熱線３の基端部は、直線状の非加熱線５に溶接されている。加熱線３は、鉄−クロム合金からなる。鉄−クロム合金のうち、カンタルＤ（カンタル社製のカンタル線）が好ましい。その主要な構成要素の比率は、Ｆｅ＝７３．２、Ｃｒ＝２２．０及びＡｌ＝４．８である。Ｃｒ＝２２．０、Ａｌ＝５．８、Ｃｒ＝２２．０、Ａｌ＝５．３及びＣｒ＝２０．０、Ａｌ＝４．０などの様な代替物を使用することもできる。

図２は、半田ごてのこて先アセンブリに組み込まれる図１のヒータ・センサ複合体を示す。非加熱線４は、絶縁管の穴を通過する。加熱線３は、絶縁管の周囲に巻かれてコイルを形成する。これらの先端部は、熱電対を形成するために合わせて固定される。コイルは、絶縁管に固定される。熱電対を含むヒータアセンブリは、こて先９に挿入され固定される。そのこて先９の先端まで熱を伝えるために、こて先９は、ヒータアセンブリのコイルにわたる軸穴を持っている。この構成では、熱電対は、こて先温度を決定するために使用される。コイルは、可能な限り、こて先先端の近くに配置されている。

図３は、図１及び図２の従来技術の教えにしたがって作成されたヒータ・センサ複合体の機械的図面を示す。図３は、絶縁管の先端から約１．５ｍｍ離れ、且つ、熱電対の端から３．５ｍｍ以内の箇所から基端側に延びる約１０．５ｍｍの長さを有するコイルを示している。このアセンブリは、米国特許第６，０５４，６７８号明細書の図７に示されるようなハンドルアセンブリに使用するよう構成されている。この構造による製品は、市場に良く受け入れられている。結果として、この構造のカートリッジとともに使用される多くの数量のパワーステーションとハンドルが産業界に存在する。この構成は、電気回路基板や細線電気部品などの小さなワークで使用するのに適している。これらの種類のワークは、こて先の正確な温度制御とコイルへの電力の印加によるこて先の急速な加熱を必要としている。

米国特許第６，０５４，６７８号明細書

従来の技術である米国特許第６，０５４，６７８号明細書に沿った構成は、良く受け入れられ、非常に小さいワークの使用に適している一方で、半田付けカートリッジは、太陽光発電に使われるパワーコンディショナのような電源供給部品だけでなく、例えば、電気自動車やハイブリット電気自動車の使用のための電気部品のような大きいワークへの使用に向いていない。したがって、本発明は、大きな表面積を有するワークの使用のための高熱容量を持つヒータ・センサアセンブリの半田付けカートリッジの構造であって、従来の構造のカートリッジを使用するために構成された半田付けステーションに取り付けたベースにも使用できることを意図している。

本発明は、ヒータ・センサ複合体、又は、高熱容量と正確なこて先温度と制御機器を持つ半田付けカートリッジや半田吸取りシステムのサブアセンブリのためいくつかの構造を開示している。本発明の構成では、ヒータアセンブリのコイル部は、熱電対温度センサからコイルを分離するためにサブアセンブリの先端部から基端側に離されている。カートリッジ用の半田こて先は、高い熱容量を提供するために、厚い環状部分がヒータアセンブリのコイル部を取り囲むように基端側に延びてもよい。半田カートリッジは、ハンドルへの熱伝導を減らすために、ヒーターコイル線を、ハンドルとステーションとの接続部に接続するための異なるサイズや材料のコネクタ線を含んでもよい。

本発明は、大きな表面積を有するワークや熱容量の大きなワークに使用可能である。

本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

半田付けカートリッジのための従来技術のヒータ・センサ複合体の概略図である。 図１のヒータ・センサ複合体を使った従来技術の半田付けカートリッジの先端部の概略図である。 従来の７０Ｗの半田付けシステムに使用される従来技術を示す図１及び図２の構造を採用したヒータ・センササブアセンブリの構成の機械的な図である。 本発明に係るヒータ・センササブアセンブリの構成の機械的な図である。 本発明に係る半田付けカートリッジの熱伝導こて先の側面図である。 本発明に係るヒータ・センササブアセンブリの機械的な図、及び、本発明に係る半田付けカートリッジにヒータ・センササブアセンブリが挿入される軸方向の穴を有する熱伝導性こて先の断面図である。 本発明に係るリターン線とコネクタ線の基端部を絶縁パイプの中に位置決めするためのプラグベースの斜視図である。 本発明に係る絶縁パイプ内のリターン線とコネクタ線を配置するためのプラグベースの断面端面図である。 本発明に係る半田付けカートリッジの概略的な側面図である。 本発明の半田付けカートリッジと半田付けカートリッジのハンドルの側面図である。 種々な温度測定位置を特定するためにハンドル内に挿入された本発明の実施の形態に係る半田付けカートリッジの側面図である。 従来の１５０Ｗ半田付けシステムアプリケーションに係るヒータ・センササブアセンブリの構成要素の機械的な図である。 本発明の７０Ｗ半田付けシステムカートリッジ用のヒータ・センササブアセンブリの構成要素の機械的な図である。 １５０Ｗの従来の半田付けシステムに沿った半田付けカートリッジの代替実施形態の側面図である。 １５０Ｗの従来の半田付けシステムに沿った半田付けカートリッジの代替実施形態の断面図である。 本発明の実施の形態に係る半田付けカートリッジの実施形態の側面図及び断面図である。 本発明に係る半田付けカートリッジのヒータ・センササブアセンブリの別の代替実施形態である。 本発明のヒータ・センササブアセンブリの概念を使用した半田吸取り器のアセンブリの側面断面図である。 本発明の実施形態に則る図１７の半田吸取りアセンブリのヒータ・センササブアセンブリの側断面図である。 図１１で示された場所の３つの異なったカートリッジの温度測定値を示す表である。なお、こて先は、５００℃まで加熱され、且つ、ハンドルは、ホルダに４５°傾けて入れられている。 直径０．８ｍｍの鉄−クロム合金コネクタ線を取り付けた３００Ｗの半田カートリッジに関し、図１１で示されるＡ−Ｄの位置での時間との関係の温度測定値を示すチャート１である。 直径０．７ｍｍのニッケルコネクタ線を取り付けた３００Ｗの半田カートリッジに関し、図１１で示されるＡ−Ｄの位置での時間との関係の温度測定値を示すチャート２である。 直径０．８ｍｍの鉄−クロム合金コネクタ線を取り付けた３００Ｗの半田カートリッジの図４及び図９に示される構造を持つ半田付けカートリッジ上又は内部の位置における時間ごとの温度測定値を示すチャート３である。 直径０．６ｍｍのニッケルコネクタ線を取り付けた３００Ｗの半田カートリッジの図４及び図９に示される構造を持つ半田カートリッジ上又は内部の位置における時間ごとの温度測定値を示すチャート４である。 図２２及び図２３に示される温度データの測定点を示す概略図である。 他の試験方法を表す概略図である。 図２５に示される試験方法の下で得られた温度データを示すグラフである。 図２５に示される試験方法の下で得られた温度データを示すグラフである。 図２５に示される試験方法の下で得られた温度データを示すグラフである。 図２５に示される試験方法の下で得られた温度データを示すグラフである。

従来技術のヒータ・センササブアセンブリ及び従来技術に係るカートリッジこて先の構造は、図１乃至図３に関して上述されている。これらは、さらに詳細には、参照にある米国特許第６，０５４，６７８号明細書に示されている。７０Ｗの電源で使用するように構成された半田付けカートリッジ用の従来技術のヒータ・センササブアセンブリの構造は、図３に示されている。

本発明に係る半田付けカートリッジは、図４に示される本発明の第１形態に係るヒータ・センササブアセンブリ２０を含む。関連する熱伝導こて先２２は、図５に示されている。ヒータ・センササブアセンブリ２０は、絶縁管２４と、リターン線２６と、熱電対２８と、加熱線３０と、を含む。加熱線３０は、絶縁管２４上の基端側から延びる基端部３２と、基端部３２とは反対側の先端部３６と、を有している。コイル３４は、基端部３２と先端部３６との間で、絶縁管２４に巻かれている。絶縁管２４は、好ましくは、軸方向の長さがコイル３４の約２倍の軸方向長さを有する。コイル３４の軸方向の中心位置が、絶縁管２４の軸方向の中心位置に略一致するように、コイル３４は、絶縁管２４に沿って配置される。コイル３４は、先端部３６に連なる巻線端３９を含む。上述の構成により、コイル３４の巻線端３９は、コイル３４の約半分の長さ分（例えば、少なくとも４ｍｍ）だけ、絶縁管２４の先端部から離間されている。したがって、加熱線３０の先端部３６の長さは、コイル３４の約半分の軸方向の長さである。本実施形態において、先端線は、先端部３６によって例示される。基端線は、基端部３２によって例示される。中央巻線部は、コイル３４によって例示される。管体は、絶縁管２４によって例示される。

加熱線３０は、好ましくは、スウェーデンのサンドビックマテリアルテクノロジから入手可能な「カンタル」ブランドのワイヤなどの鉄−クロム合金線材から形成される。本実施形態において、第１金属材料は、鉄−クロム合金線材によって例示される。代替的に、第１金属材料は、鉄−クロム合金以外の他のクロム合金（たとえば、ニッケル−クロム合金）であってもよい。

加熱線３０は、好ましくは、０．２ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下の直径を有する。コイル３４は、３０から３２巻で、約１８ｍｍ以上２０ｍｍ以下の軸方向の長さを有する。加熱線３０は、基端部３２において、導線３８に接続される。本実施形態において、第１非加熱線は、導線３８によって例示される。

導線３８は、基端部３２及びリターン線２６に略平行に延びる。導線３８は、好ましくは、加熱線３０と同じ材料から形成される。導線３８は、好ましくは、０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の直径、又は、加熱線３０の直径の２倍以上４倍以下の直径を有する。本構成により、電源から電力を印加することによる発熱を、このコイル３４内に集中させる結果になる。

導線３８は、先端９１と、先端９１とは反対側の基端９２と、を含む。先端９１は、上述の如く、加熱線３０の基端部３２に接続される。図４は、導線３８の基端９２が、軸方向に延びる他のもう１つのコネクタ線７０と溶接されることを示す。コネクタ線７０は、導線３８よりも小さい直径を有する。本実施形態において、第１先端部は、導線３８の先端９１によって例示される。第１基端部は、基端９２によって例示される。

直径１．２ｍｍの導線３８の基端９２は、過剰な発熱を減らすため、導線３８より低い体積抵抗率を有する金属材料、リターン線２６と同じ材料、又は、ニッケル若しくはニッケル合金のいずれかの０．８ｍｍ以下の直径（例えば、直径０．７ｍｍ）のコネクタ線７０に結合することができる例である。本実施形態において、第３非加熱線は、コネクタ線７０によって例示される。

ヒータ・センサアセンブリ２０は、絶縁管２４に少なくとも部分的に挿入される非加熱リターン線２６を有する。非加熱リターン線２６は、絶縁管２４の先端まで、絶縁管２４を通って軸方向に延びる。リターン線２６の先端９３は、加熱線３０の先端に溶接されている。リターン線２６は、好ましくは、０．６ｍｍの直径を有するニッケル材料から形成されるが、より大きな直径のワイヤを使用することもできる。リターン線２６のニッケル材料を、加熱線３０の鉄−クロム合金材料に溶接することによって、熱電対２８が形成される。熱電対２８は、温度センサとして働く。本実施形態において、第２非加熱線は、リターン線２６によって例示される。第２先端部は、リターン線２６の先端９３によって例示される。第２金属材料は、ニッケル材料又はニッケル合金によって例示される。

図５は、熱伝導こて先２２の側面図を示す。熱伝導こて先２２は、好ましくは、銅、鉄又は鉄合金等の高熱伝導率を有する材料から形成される。図６は、ヒータ・センササブアセンブリ２０だけでなく、熱伝導こて先２２の断面図を示す。図５及び図６に示されるように、熱伝導こて先２２は、第１スリーブ部４２と、中央部４４と、こて先端部４６と、を有する。熱伝導こて先２２が使用されている間、半田は、こて先端部４６に付着する。中央部４４は、第１スリーブ４２とこて先端部４６との間に位置する。本実施形態において、スリーブは、第１スリーブ部４２によって例示される。

こて先端部４６の大部分は中実である一方で、熱伝導こて先２２は、第１スリーブ部４２及び中央部４４を通って、こて先端部４６の中に延びる軸穴４８を有する。軸穴４８は、ヒータ・センササブアセンブリ２０が熱伝導こて先２２の軸穴４８に差し込まれる時に熱電対２８をこて先の端部４６の中央部に受け入れるために、軸穴４８の先端部に円錐状のへこみを形成した略円筒形である。

ヒータ・センササブアセンブリ２０が、軸穴４８に差し込まれた時、第１スリーブ部４２は、コイル３４の基端半分を囲む。このとき、中央部４４が、絶縁管２４の露出した先端部だけでなく、コイル３４の先端半分を囲むように、こて先２２の大きさは定められる。中央部４４は、高い熱質量を提供するために、第１スリーブ部４２よりも大きな外径を有している。 熱伝導こて先２２は、それぞれの外側部の間に、傾斜した又は曲線的な移行部を含むことができる。しかしながら、この形状は、熱伝導こて先２２のコイル３４を囲む部分から先端部４６へと先端への熱の流れを促進するように意図されている。

図４乃至図６に係る構造は、３００Ｗの電源で動作する高熱容量半田付けカートリッジとして使用するのに適している 。図４乃至図６に係る構造は、熱電対２８でコイル３４からの熱の影響を避けると同時に、大きなワークの半田付けに適した熱特性と正確な温度制御を提供する。したがって、こて先温度センサとして熱電対２８を使用することにより、正確なフィードバック制御を可能にする。

好ましい実施形態では、絶縁管２４は、約３５ｍｍから４０ｍｍの軸方向の長さを有する。コイル３４の軸方向の長さは、約１９ｍｍである。この実施形態では、コイル３４の巻線端３９は、熱電対２８から約１０ｍｍ離れて位置決めされている。さらに、加熱線３０の基端部３２は、加熱線３０の直径の２倍以上４倍以下の直径を有する導線３８に溶接されている。図４に示される如く、導線３８の基端９２は、ニッケル又はニッケル合金などの違う材料から形成されたより小さい直径のコネクタ線７０に固定されてもよい。

図７及び図８は、プラグベース５０の斜視図及び断面図をそれぞれ示す。プラグベース５０は、基端部５２と、ステンレススチール管のハウジング６２（図９を参照）に挿入される、又は、隣接する先端部５４と、を有するよう構成されている。プラグベース５０は、好ましくは、ポリアミド材料から形成される。プラグベース５０は、軸方向に延びる部分円筒型の切り抜き部５６と、プラグベース５０の中心軸から外れた円筒型の切り抜き部５８を有している。リターン線２６は、プラグベース５０の中心と同軸に位置を定められる。同時に、コネクタ線７０の大きさは、切り抜き部５８に適合するように設定される。

図９は、本発明の組み立てられた半田カートリッジ６０の側面図である。図９に示すように、半田カートリッジ６０は、半田カートリッジ６０の先端部に熱伝導こて先２２の中央部４４及び先端部４６を有する。熱伝導こて先２２の第１スリーブ部４２（図５を参照）は、ハウジング６２内に収容されている。

ハウジング６２は、熱伝導こて先２２の第１スリーブ部４２を確実に受け入れるための第１直径部６４と、中央の近くに配置されたテーパ部６６と、既存のハンドル内で適切に使用できるように、直径約５．５ｍｍの外径サイズを有する基端側の円筒部６８を持つ。第１直径部６４は、熱伝導こて先２２に固定される。基端側の円筒部６８は、リターン線２６（図４を参照）とコネクタ線７０（図４を参照）の基端とを、ハンドルの電気接点に相互に接続させるための少なくとも２つの電気接点を含んでいてもよい（図示せず）。ハウジング６２は、好ましくは、剛性を提供すること及びハンドルの基端方向に熱を伝導しないことを目的として、ステンレススチールから形成される。本実施形態において、先端部は、第１直径部６４によって例示される。

図１０は、ハウジング６２の基端部の円筒部分６８（図９を参照）が標準ハンドル７２に挿入された半田カートリッジ６０を示す。図示される如く、ハウジング６２の基端円筒部６８（図９を参照）の縮径は、カートリッジ６０が既存のハンドルで使われるために必要である。ハンドルは、より大きい直径のカートリッジを受け入れるよう再設計されてもよい。それによって、カートリッジ６０のハウジング６２は、均一な直径の管からなることができると考えられる。

標準ハンドル７２は、１５０Ｗの電力の供給下で加熱動作をする半田ごてに利用される一般的な細いハンドル部品であってもよい。図４を参照して説明されたコネクタ線７０は、標準ハンドル７２を通じて作業者の手に伝達される熱を低減するので、半田カートリッジ６０が１５０Ｗよりも大きな電源に接続されるように設計されていても、作業者は、過度の高温に妨げられることなく、長期間に亘って半田付け作業を行うことができる。作業者は、使い慣れたハンドルと同じ太さの標準ハンドル７２を使用することができるので、作業者は、熱容量の大きなワークに対する半田付け作業を効率的に行うことができる。

コネクタ線７０は、導線３８よりも細いので、既存の半田ごてに利用されていたハンドル部材が、標準ハンドル７２として利用可能であり、且つ、既存の半田ごてに利用されていたプラグがコネクタ線に接続される。したがって、半田カートリッジ６０は、標準ハンドル７２に組み付けられる。したがって、半田ごては、廉価に製造される。

図１１は、標準的な半田カートリッジを示す。標準的な半田カートリッジは、ハンドルに挿入されている。ハンドルには、位置Ａ−Ｆが付されている。位置Ａ−Ｆは、半田カートリッジの様々な位置での温度の計測ができるように配置されたセンサの位置を示す。後述するように、様々なカートリッジの各々の温度測定は、表１（図１９を参照）に表されている。

図１２は、従来の１５０Ｗの半田付けシステムのヒータ・センササブアセンブリ１２０を示す。ヒータ・センササブアセンブリ１２０は、絶縁管１２４を通って絶縁管１２４の先端に軸方向に延びる非加熱リターン線１２６を有する。リターン線１２６の先端は、加熱線１３０の先端に溶接されている。リターン線１２６は、好ましくは、０．６ｍｍの直径を有するニッケル材料から形成されるが、より大きな直径のワイヤを使用することもできる。リターン線１２６のニッケル材料を、加熱線１３０の鉄−クロム合金材料に溶接することによって、熱電対１２８が形成される。熱電対１２８は、温度センサとして動作する。加熱線１３０は、絶縁管１２４の基端部からコイル１３４に延びる基端部１３２と先端部１３６を有する。コイル１３４は、絶縁管１２４に巻かれている。

絶縁管１２４の軸方向の長さは、好ましくは、コイル１３４の約２倍である。本実施形態では、コイル１３４は、絶縁管１２４の中央から先端側に８から１０ｍｍ寄って位置し、且つ、熱電対１２８から約５ｍｍ離れた位置で終端となる。加熱線１３０の基端は、加熱線１３０の直径の２倍以上４倍以下の直径を持つ導線１３８に溶接されている。

図１３は、７０Ｗの半田システムのヒータ・センササブアセンブリ３２０の改善バージョンを図示している。ヒータ・センササブアセンブリ３２０は、絶縁管３２４を通って、絶縁管３２４の先端部まで軸方向に延びる非加熱リターン線３２６を有する。リターン線３２６の先端部３９１は、加熱線３３０の先端部３３６に溶接される。リターン線３２６は、好ましくは、０．６ｍｍの直径のニッケル材料から形成されるが、さらに大きな直径も使用できる。リターン線３２６のニッケル材料を、加熱線３３０の鉄−クロム合金材料に溶接することによって、熱電対３２８が形成される。熱電対３２８は、温度センサとして動作する。加熱線３３０は、絶縁管３２４の基端位置からコイル３３４及び先端部３３６へ延びる基端部３３２を有する。

加熱線３３０は、絶縁管３２４の基端位置からコイル３３４に延びる基端部３３２と、基端部３３２とは反対側の先端部３３６と、を有している。基端部３３２と先端部３３６との間のコイル３３４は、絶縁管３２４に巻回される。コイル３３４は、加熱線３３０の先端部３３６へ連なる巻線端３９２を含む。

絶縁管３２４は、好ましくは、約２５ｍｍから３０ｍｍの軸方向の長さを有する。コイル３３４の軸方向の長さは、約８ｍｍである。本実施形態では、コイル３３４の巻線端３９２は、熱電対３２８から約６．５ｍｍ離れて配置される。

ヒータ・センササブアセンブリ３２０は、導線３３８を含む。導線３３８は、加熱線３３０の基端部３３２に接続される先端部３９３を含む。加熱線３３０の基端部３３２は、加熱線３３０の２倍以上４倍倍以下の直径を有する導線３３８に溶接されている。導線３３８は、加熱線３３０と同様に、鉄−クロム合金材料から形成されてもよい。例えば、加熱線３３０は、０．２ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下の直径を有してもよい。絶縁管３２４の先端の熱電対３２８とコイル３３４の巻線端３９２との間で、加熱線３３０は、最後の４つの巻き線に１．２ｍｍのより広いピッチを有することができる。

図１４Ａは、従来の１５０Ｗの半田カートリッジ４１０の構成要素としてのヒータ・センササブアセンブリ４２０の側面図である。図１４Ｂは、従来の１５０Ｗの半田カートリッジ４１０の構成要素としてのヒータ・センササブアセンブリ４２０の側面断面図である。図１４Ａの側面図では、半田カートリッジ４１０の先端部の熱伝導こて先４２２の先端部は、ハウジング４６２から延びるよう図示されている。ハウジング４６２は、先端の円筒部４６４と基端の円筒部４６８と、その間の中央の移行部４６６と、を含む。基端の円筒部４６８は、コネクタアセンブリ４８０で終端となる。ハウジング４６２は、好ましくは、ステンレススチールなどの低熱伝導能力を有する剛性金属材料から形成される。

図１４Ｂの断面図に示すように、熱伝導こて先は、ハウジング４６２の先端筒部４６４の内径に圧入される中空円筒断面部を持つスリーブ部４４２を含む。スリーブ部４４２の基端は、少なくともヒータ・センササブアセンブリ４２０の加熱線４３０のコイル部４３４の基端に延びる。熱伝導こて先４２２のスリーブ部４４２は、ヒータ・センササブアセンブリ４２０の先端を包む。ヒータ・センササブアセンブリの実施形態について上で述べたように、コイル４３４の先端は、コイル４３４の約半分の軸方向の長さ分だけ、ヒータ・センササブアセンブリ４２０の先端の熱電対４２８から離れている。コイル４３４は、絶縁管４２４の周りに巻かれている。絶縁管４２４を通して軸方向に通過するリターン線４２６は、好ましくは、０．６ｍｍの直径を有するニッケル材料で形成されるが、より大きい直径も使うことができる。加熱線４３０は、好ましくは、０．３ｍｍの鉄−クロム合金から形成される。導線４３８の直径に比べて小さな直径を有する加熱線４３０によってコイル４３４で発生する熱が、コイル４３４付近に集中されるよう、加熱線４３０の基端は導線４３８に溶接される。導線４３８は、さらに好ましくは、鉄−クロム合金から形成される。導線４３８は、好ましくは、０．８ｍｍの直径を有する。導線４３８及びリターン線４２６は、ハウジング４６２の基端円筒部４６８内でポリテトラフルオロエチレンやポリイミドから形成される絶縁チューブ４８２の内部に包まれてもよい。

図１５は、本発明のヒータ・センササブアセンブリ５２０の実施形態の側面断面図である。図１５に示されるヒータ・センササブアセンブリ５２０は、３００Ｗの半田カートリッジの構成要素として構築される。半田カートリッジ５１０の先端の熱伝導こて先５２２の先端部は、ハウジング５６２から延びるように図示されている。ハウジング５６２は、第１先端の円筒部５６４と、移行部５６６と、基端の円筒部５７０と、を含む。基端の円筒部５７０は、コネクタアセンブリ５８０で終わる。ハウジング５６２は、好ましくは、ステンレススチールなどの低熱伝導能力を有する剛性金属材料から形成される。

図１５の断面図に示すように、熱伝導こて先５２２は、第１スリーブ部５４２と、中央部５４４と、こて先先端５４６と、を有する。こて先先端５４６の大半は中実である。熱伝導こて先５２２は、第１スリーブ部５４２及び中央部５４４を通り、こて先先端５４６に延びる軸穴５４８を有する。ヒータ・センササブアセンブリ５２０が、熱伝導こて先５２２の軸穴５４８に差し込まれるときに熱電対５２８を受け入れるため、軸穴５４８は、円錐型のへこみをこて先端部５４６の中心に形成する略円筒形状である。

ヒータ・センササブアセンブリ５２０が軸穴５４８に差し込まれたとき、第１スリーブ部５４２が、コイル５３４の基端半分を囲み、且つ、中央部５４４が、絶縁管５２４の露出した先端部と同様にコイル５３４の先端半分を囲むように、こて先５２２の大きさは設定される。 中央部分５４４は、高い熱質量を提供するため、第１スリーブ部５４２より大きな外径を有している。熱伝導こて先５２２は、各外側部分間に傾斜した又は曲線的な移行部を含むことができる。当該構成は、熱伝導こて先５２２のコイル５３４を囲む部分からこて先先端５４６の先端側へ熱の流れを促進することを意図している。

ヒータ・センササブアセンブリの実施形態に関して上記したように、コイル５３４の先端は、ヒータ・センササブアセンブリの先端の熱電対５２８から離れている。コイル５３４は、絶縁管５２４の周りに巻かれている。絶縁管５２４を通って軸方向に貫通するリターン線５２６は、好ましくは、０．６ｍｍの直径のニッケル材料から形成されるが、より大きな直径のワイヤを使用することもできる。加熱線５３０は、好ましくは、０．４ｍｍから０．４５ｍｍの鉄−クロム合金から形成される。加熱線５３０の基端部は、導線５３８に溶接される。導線５３８は、好ましくは、鉄−クロム合金材料から形成される。好ましくは、導線５３８は、１．２ｍｍの直径を有する。導線５３８の直径と比較して加熱線５３０の直径が小さいので、コイル５３４の発熱は、コイル５３４付近に制限される。

導線５３８は、好ましくは、導線５３８より低体積抵抗率の金属材料、ニッケル又はニッケル合金から形成されるコネクタ線７０に基端で接続されている。コネクタ線７０及びリターン線５２６は、ポリイミドやポリテトラフルオロエチレン材料からなる絶縁チューブ５８２によって内包されてもよい。絶縁チューブ５８２は、ハウジング５６２の基端円筒部５７０内に配置される。コネクタ線７０及びリターン線５２６は、コネクタアセンブリ５８０に終端を有する。

図１６は、半田付けカートリッジ５１０（図１５を参照）に使用することができるヒータ・センササブアセンブリの代替実施形態を示す。図１６のヒータ・センササブアセンブリは、加熱線５３０と、絶縁管５２４に巻かれるコイル５３４と、を含む。加熱線５３０の基端は、加熱線５３０より大きな直径の導線５３８に溶接されている。なお、導線５３８は、加熱線５３０と同じ材料から形成される。好ましくは、加熱線５３０は、０．４ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下の直径の鉄−クロム合金から形成される。導線５３８は、１．２ｍｍの直径の鉄−クロム合金から形成される。

コイル５３４の先端は、ヒータ・センササブアセンブリの先端の熱電対５２８から１０ｍｍから１２ｍｍ離れている。熱電対５２８とコイル５３４の先端との間で延びる先端線５９０は、加熱線５３０と同じ材料、従って好ましくは、鉄−クロム合金から形成される。加熱線５３０は、加熱線５３０の直径より大きい直径を有する先端線５９０に接続されている。加熱線５３０は、好ましくは、０．４ｍｍの直径を有する。この場合、先端線５９０は、少なくとも０．５ｍｍの直径を有する。先端線５９０の直径は、好ましくは、０．５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下の範囲である。先端線５９０のより大きな直径は、先端線５９０内の熱の発生を低減することに加えて、コイル５３４から熱電対５２８への先端線５９０に沿った熱伝達を減少させる。図１６に示すように、導線５３８は、基端において、好ましくは、ニッケルかニッケル合金から形成されたコネクタ線７０に接続される。

図１７及び図１８は、半田吸取りアセンブリ６００の使用に適している代替構成のヒータ・センササブアセンブリ６１０を示している。図１７及び図１８に示されるように、ヒータ・センササブアセンブリ６１０の中央管６０２は、負圧源又はバキュームに接続された、加熱したこて先の先端部に接して液体化された半田が通過可能にするようにしなければならない。したがって、リターン線は、絶縁管やパイプ内に同軸に取り付けることはできない。そのため、図示の如く、加熱線６３０は、金属又はセラミックの中空の中央管６０２に巻きつけられたコイル６３４を有している。中央管６０２は、外周面６９１と、内周面６９２と、を含む。加熱線６３０は、外周面６９１を取り巻き、コイル６３４を形成する。内周面６９２は、溶融された半田の吸引経路を規定する。リターン線６２６は、好ましくは、コイル６３４下の中空の中央管６０２の外周に沿って配置された絶縁体を含むフラット線であるニッケル線であり、内周面６９２とコイル６３４との間で中央管６０２の長手軸の延設方向に延びてもよく、又、リターン線６２６は、中央管６０２の壁厚に設けられた穴を通ってもよい。リターン線６２６は、好ましくは、コイル６３４の軸方向の長さの０．５倍以上１倍以下の軸方向の長さ分だけ、コイル６３４から中央管６０２の先端の方向に延びている。本実施形態において、中空管は、中央管６０２によって例示される。第２非加熱線は、リターン線６２６によって例示される。

加熱線６３０は、コイル６３４の先端から離れて熱電対６２８を形成するため、コイル６３４の先端から延びてリターン線６２６の先端部と接続して終わる先端部を有している。

ヒータ・センササブアセンブリ６１０は、ノズルこて先６２４まで延びる熱伝導部材６２２の軸方向凹部に挿入される。熱伝導部材６２２は、その先端部分が平面か円錐型の表面で終端し、取り換え可能ノズル６２４の基端で類似した平面か円錐型の表面と嵌合する。熱伝導部材６２２及びノズル６２４は、好ましくは、銅や鉄などの高熱伝導性材料から形成される。熱伝導部材６２２及びノズル６２４の一部は、ステンレススチール等の低熱伝導性材料から形成されたハウジング６６２内に隠されている。

加熱線６３０のコイル６３４は、好ましくは、０．３ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下の直径を有する鉄−クロム合金線から形成される。加熱線６３０の基端は、同じ材料の導線６３８に接続されてもよい。導線６３８は、加熱線６３０の直径よりかなり大きな直径を有してもよい。例えば、導線６３８は、０．６ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の直径を有する。導線６３８の基端それ自体が異なった材料、例えば、導線６３８の直径より小さいニッケルやニッケル合金から形成されたコネクタ線６７０に接続されてもよい。例えば、導線６３８が、１．２ｍｍの直径を有するならば、コネクタ線６７０は、０．７ｍｍの直径を有してもよい。また、加熱線６３０の先端は、同様の材料から形成されている加熱線６３０より大きな直径を有する先端線に接続されていてもよい。

半田吸取りアセンブリ６００は、線を電源（図示せず）にさらに接続するため、リターン線６２６及び導線６３８又はコネクタ線６７０それぞれに用いられる電気的接点を持つベースアセンブリ６５０を含む。中央管６０２を通って延伸するパイプの基端は、負圧またはバキューム（図示せず）に接続されるのに適しているニップル６０４を有する。

上記の本発明の構成は、発熱を半田付けこて先（あるいは、半田除去ノズル）の先端側へと集中させ、高出力３００Ｗの半田付けシステムのハンドル組品の熱を減らし、温度を感知する熱電対を発熱コイルから離すことにより、計測した温度がより正確に半田付けこて先（あるいは、半田除去ノズル）の実際の温度を反映するために、特に有効である。半田付けカートリッジの基端への熱伝導を最小にする点に関して、再び図１１を参照すると、関連した半田付けカートリッジ６０を有する標準ハンドル７２が示されている。

図１１は、３つの異なったカートリッジ構造で温度測定がされたＡ，Ｂ，Ｃ，Ｆ，Ｅ，Ｆと書かれた６つの識別ポイントを含む。識別ポイントＡは、テーパ部６６が差し込まれる樹脂製のニップル部の先端に付されている。識別ポイントＢは、ニップル部の基端（識別ポイントＡからの距離：約１０ｍｍ）に付されている。識別ポイントＣは、円筒部６８を取り囲むゴム製の絶縁カバーの先端部分（識別ポイントＡからの距離：約２０ｍｍ）に付されている。識別ポイントＤは、絶縁カバーの中央部分（識別ポイントＡからの距離：約３０ｍｍ）に付されている。識別ポイントＥは、絶縁カバーの基端部分に付されている。識別ポイントＦは、識別ポイントＥよりもハンドルの基端側部分に付されている。

それぞれの場合において、こて先は、５００℃まで加熱される。ハンドルは、ホルダに４５度の角度で設置されている。 試験の結果は表１に示されている。表１の温度測定結果にあるように、加熱線から延びる１．２ｍｍの導線の基端へのニッケルコネクタ線７０（図４を参照）の追加は、コネクタ線７０の０．８ｍｍ鉄−クロム合金の使用と比べてでさえ、３００Ｗの電源を用いる半田カートリッジのＡ〜Ｄの場所で測定された温度の相当な低下という結果になる。ニッケル線を有する３００Ｗのカートリッジの温度は、ニッケルコネクタ線を含まない１５０Ｗの温度測定よりもさらに低い。

直径０．８ｍｍの鉄−クロム合金コネクタ線を有する３００Ｗの半田カートリッジと直径０．７ｍｍのニッケルコネクタ線を有する３００Ｗの半田カートリッジとの間のテスト比較は、さらに添付のチャート１及びチャート２（図２０及び図２１を参照）に反映されており、時間との関係として様々な温度測定を示す。チャート１において、直径０．８ｍｍの鉄−クロム合金コネクタ線を有する３００Ｗの半田カートリッジのＡ〜Ｄの箇所での温度測定をグラフ化している。

チャート２において、直径０．７ｍｍのニッケルコネクタ線を有する３００Ｗの半田カートリッジのＡ〜Ｄの箇所での温度測定をグラフ化している。これらのグラフに反映されているように、それぞれの温度は、ニッケルコネクタ線構造の方が全てにおいてより低く、ニッケル線がより小さい直径でも、鉄−クロム合金と比較してニッケルの使用の利点を実証している。 これらのグラフは、約２，０００秒後に温度が安定していることも示す。

直径０．８ｍｍの鉄−クロム合金コネクタ線を有する３００Ｗの半田カートリッジと直径０．６ｍｍのニッケルコネクタ線を有する３００Ｗの半田カートリッジとの間の違いをさらに示すため、添付のチャート３及びチャート４（図２２及び図２３を参照）は、図４、９及び１５に示される構成を持つ半田カートリッジ上又は内部での時間の経過による様々な温度測定をグラフで示す。図２４は、図２２及び図２３に示される識別ポイントＡ〜Ｇの位置を概略的に示す。識別ポイントＡは、こて先端部から約６．５ｍｍ離れた位置でのこて先の表面上の測定点である。識別ポイントＢは、識別ポイントＡから２〜３ｍｍ離れた位置に設定された測定点である。識別ポイントＣは、ニップルの外表面に設定された測定点である。識別ポイントＤは、ニップル内部に設定された測定点である。識別ポイントＥは、ニップルに接続されるハンドルカバー先端の外表面に設定された測定点である。識別ポイントＦは、ハンドルカバー内部に設定された測定点である。識別ポイントＧは、図４を参照して説明された導線３８、コネクタ線７０に対応するカートリッジ６０のハウジング６２上の位置に設定された測定点である。

チャート３及びチャート４は、半田カートリッジのこて先が水中に配置され、３００Ｗの半田カートリッジでこて先温度が５００℃に設定されている時に得られた測定値に基づいている。チャート３は、直径０．８ｍｍの鉄−クロム合金コネクタ線を持つ半田カートリッジのグラフを示す。チャート４は、直径０．６ｍｍのニッケルコネクタ線を持つ半田カートリッジのグラフを示す。識別ポイントＡに示されているように、両方のカートリッジの水中のこて先温度は、１２５℃で安定した。半田カートリッジの長さに沿った様々な点での温度測定は、おおよそより低いニッケルコネクタ線カートリッジと同様であった。しかしながら、直径０．８ｍｍの鉄−クロム合金コネクタ線（チャート３）及び直径０．６ｍｍのニッケルコネクタ線（チャート４）のうち一方への直径１．２ｍｍの鉄−クロム合金導線の接合箇所では、ニッケルコネクタ線を持つ半田カートリッジは、識別ポイントＧで示すように鉄−クロム合金コネクタ線カートリッジより一貫して約２０℃低かった。

図２５は、本発明者等が行った他の試験を表す概略図である。図２５に示される半田カートリッジは、図１６に関連して説明されたヒータ・センササブアセンブリを内蔵している。

本発明者等は、基板及びこて先先端それぞれに熱電対を取り付けた。その後、本発明者等は、こて先先端の温度を４５０℃に設定し、半田付けを行った。

図２６乃至図２９それぞれは、半田付けの間に熱電対によって測定された温度変化を表すチャートである。図２６乃至図２９それぞれのデータは、鉄−クロム線から形成されたコイル５３４及び先端線５９０を有する半田カートリッジから得られている。しかしながら、図２６乃至図２９それぞれのデータは、コイル５３４及び先端線５９０の寸法において相違する試験条件の下で得られている。

図２６のデータに関し、コイル線５３４の直径は、０．４ｍｍであった。先端線５９０の直径は、０．５ｍｍであった。先端線５９０の長さ（すなわち、熱電対５２８からコイル５３４までの距離）は、１１ｍｍであった。

図２７のデータに関し、コイル線５３４の直径は、０．４５ｍｍであった。先端線５９０の直径は、０．４５ｍｍであった。先端線５９０の長さは、１１ｍｍであった。

図２８のデータに関し、コイル線５３４の直径は、０．４５ｍｍであった。先端線５９０の直径は、０．４５ｍｍであった。先端線５９０の長さは、９ｍｍであった。

図２９のデータに関し、コイル線５３４の直径は、０．４５ｍｍであった。先端線５９０の直径は、０．４５ｍｍであった。先端線５９０の長さは、６ｍｍであった。

図２６乃至図２９の間でのデータの顕著な差異は見出されない。図２６乃至図２９のデータサンプリングの間に行われた半田付け作業も好適に行われたことから、０．４５ｍｍ以下の直径を有する加熱線５３０は、好適に利用可能であることが検証された。なお、３００Ｗクラスの高出力電源で使用した場合、加熱線５３０の直径が、０．２ｍｍを下回ると、加熱線５３０の断線が生じやすくなるので、実用的でないことも本試験中に確認された。

本試験によって、熱電対５２８からコイル５３４までの距離が、５ｍｍ以上の値に設定されても、半田付け作業が好適に行われることが実証された。

上述の説明において用いられた「加熱線」との用語は、半田を溶融させるのに十分な熱を発することができる線材を意味してもよい。「非加熱線」との用語は、加熱線が発する熱よりも十分に低い熱量を発する線材全般を意味し、電気エネルギの供給下において、熱を全く発さない線材を意味しない。「加熱線」及び「非加熱線」との用語に係るこれらの定義は、上述の説明の理解を容易にすることを目的とし、上述の技術原理を何ら制限しない。したがって、「加熱線」及び「非加熱線」に対して、他の定義が与えられてもよい。

当業者は、ここでの開示は典型例を意味しており、実際のパラメータ及び材料は、本発明の方法及び材料を使う具体的用途によって決まることを容易に理解するであろう。前述の実施例は添付の請求項によってのみ定義される発明の範囲の例として示されている。

上述の実施形態の原理は、半田を利用する様々な技術分野に適用される。

Claims (13)

1. 管体と、
   熱電対を形成する先端線と、前記先端線とは反対側の基端線と、を有し、前記先端線と前記基端線との間で前記管体を取り巻く中央巻線部を形成する第１金属材料製の加熱線と、
   前記基端線に接続される第１先端部と、前記第１先端部とは反対側の第１基端部と、を含む前記第１金属材料製の第１非加熱線と、
   前記先端線に接続され、前記熱電対を形成する第２先端部を有する第２金属材料製の第２非加熱線と、
   前記第１基端部に接続される第３非加熱線と、を備え、
   前記第３非加熱線は、前記第２金属材料と同一又は前記第１金属材料よりも低い体積抵抗率を有する金属材料から形成される
   ヒータ・センササブアセンブリ。
2. 前記管体は、絶縁管であり、
   前記第２非加熱線は、前記絶縁管に、少なくとも部分的に挿入される
   請求項１に記載のヒータ・センササブアセンブリ。
3. 前記第１金属材料は、クロム合金材料であり、
   前記第２金属材料は、ニッケル又はニッケル合金材料である
   請求項１又は２に記載のヒータ・センササブアセンブリ。
4. 前記第１非加熱線は、前記加熱線の直径よりも２倍以上４倍以下の大きさの直径を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒータ・センササブアセンブリ。
5. 前記第３非加熱線は、前記第１非加熱線よりも小さな直径を有する
   請求項１乃至４に記載のヒータ・センササブアセンブリ。
6. 前記中央巻線部は、前記管体の約半分の長さを有し、
   前記中央巻線部の軸方向の中心位置は、前記管体の軸方向の中心位置に略一致する
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヒータ・センササブアセンブリ。
7. 前記先端線は、前記中央巻線部を形成する前記第１金属材料よりも太い線材から形成される
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヒータ・センササブアセンブリ。
8. 前記第１非加熱線は、０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の直径を有し、
   前記加熱線は、０．２ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下の直径を有し、
   前記第３非加熱線は、０．８ｍｍ以下の直径を有する
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヒータ・センササブアセンブリ。
9. 前記中央巻線部は、１８ｍｍ以上２０ｍｍ以下の軸方向の長さを有し、
   前記中央巻線部は、前記熱電対から少なくとも４ｍｍ離間している
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載のヒータ・センササブアセンブリ。
10. 前記管体は、約３５ｍｍ以上４０ｍｍ以下の軸方向の長さを有し、
    前記中央巻線部は、約１９ｍｍの軸方向の長さを有し、
    前記中央巻線部は、前記先端線に連なる巻線端を含み、
    前記巻線端は、前記熱電対から約１０ｍｍ離れている
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載のヒータ・センササブアセンブリ。
11. 前記管体は、半田の吸引経路を規定する中空管であり、
    前記第２非加熱線は、前記吸引経路から外れた位置において、前記中空管の軸方向に延びる
    請求項１に記載のヒータ・センササブアセンブリ。
12. 半田付けに用いられるこて先と、
    前記こて先に固定される先端部と、少なくとも２つの電気的接点を有する基端部と、を含むハウジングと、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のヒータ・センササブアセンブリと、を備え、
    前記ヒータ・センササブアセンブリは、前記ハウジング内に据え付けられる
    半田カートリッジ。
13. 前記こて先は、半田が付着するこて先先端と、前記ハウジングに接続されるスリーブと、前記こて先先端と前記スリーブとの間に位置する中央部と、を含み、
    前記こて先先端、前記スリーブ及び前記中央部は、前記ヒータ・センササブアセンブリが収容される軸穴を規定する
    請求項１２に記載の半田カートリッジ。

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