专利名称：具有可拆卸的尖端的自调节温度的烙铁的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种烙铁。
背景技术：
特拉华(州)投资公司Metcal公司具有一种先进的自调节温度的烙铁系统，其中合金加热元件位于磁性螺管线圈内。这种结构被称为“螺线管耦合”。这种设计的优点是，磁性的效率十分高。可以在美国专利4,745,264和4,839,501中得到这种螺线管耦合系统的实例，它们均由特拉华(州)投资公司设计。
不幸的是，尽管螺线管耦合设计的磁性效率非常高，但是它们没有达到所希望的热效率。这是因为容纳于周围的磁性螺管线圈内的加热元件的相当小的尺寸(以及小的横截面)。由于它们的小的横截面(热量通过该横截面被轴向地传导)，这种小尺寸加热元件具有一个相当高的热电阻(也就是，低热效率)。
当烙铁的加热元件的温度“自调节”时，尤其可以要求这种低热效。这是因为这种自调节温度的加热元件通常包括内部铜芯(其适当的传导热量，但是当铜达到它的居里温度时仅仅传导穿过其的电流)和外部合金加热层(其中产生热量)。在低温时，电流主要通过加热元件的外部合金层。内部铜芯作为主要的热导体。因此，希望保持充分大的铜芯厚度(以及充分大的横截面)来保证加热元件的充分高的整个热效率。不幸的是，大直径的铜芯使得烙铁的尖端具有大的底座直径。相反，希望保持尖端的底座的直径较小(便于在焊接操作中观察)。
为了补偿这种螺线管耦合设计的低热效率，通常需要一种高频率电源。这是因为由加热元件产生的功率量是合金加热层的表面面积乘以通过那里的功率密度的函数。由于加热层具有相当小的直径(来适配在周围的磁性线圈中)，因此加热层也将具有相当小的表面面积。因此，表面面积小的合金加热层将需要较高的功率密度加热器。因此，将需要一种具有较高操作频率的电源来产生这种需要的增长的功率密度。不幸的是，这种高频率电源很昂贵。
如上所述，随着烙铁的尖端的底座的直径被设计成越来越小，螺线管耦合设计的低热效问题变得尤其突出。考虑到上述限制，很难设计一种具有热效的小直径尖端烙铁，其中磁性线圈缠绕在加热元件周围。在温度自调节的加热组件中，这是尤其正确的。另外，需要铁磁材料的外部套筒作为一种屏蔽，来最小化低电阻中的耦合并防止辐射物。
一种可选的设计具有位于磁性线圈周围的加热元件。这种系统的一个例子可在美国专利4,877,944中看出，该系统也由特拉华(州)投资公司设计。这种设计的一个优点是，它具有相当高的热效率。这是因为加热元件的相对较大的横截面(与上述的螺线管耦合设计相比)。如此，这种设计的一个优点是，它可以做得足够小以适配到小直径尖端的烙铁中。而且，当在这种设计中使用温度自调节的加热元件时，铜层位于合金加热器周围(也就是，上述螺线管耦合设计的反面)。因此，外部铜层具有较大的横截面(与上述螺线管耦合设计中的较小的铜芯相比)。铜层的这种较大的横截面增加该装置的整体热效率。
不幸的是，这种设计相比来说磁性效率较低。这是因为在磁性线圈的外部(也就是，加热元件的位置)的磁场密度低于磁性线圈内部(也就是，加热元件位于上述螺线管耦合设计的位置)上的磁场密度。因此，通常需要一种较高频率的电源来实现所希望的功率密度。
通常，烙铁的另一个问题是，它们的尖端随着时间推移会磨损，这就需要替换。在美国专利5,329,085中的螺线管耦合设计中的可替代尖端系统的一个例子也是由特拉华(州)投资公司设计。在这个系统中，磁性线圈缠绕在加热元件周围，并且加热元件和磁性线圈是筒或者轴的部分，其中可替代尖端容纳于该筒或轴内。
专利‘085系统的优点是，它使用了低频率(也就是，低费用)的电源。但是，不幸的是，加热元件的直径被做得相对较大，以容纳厚大的横截面的铜芯，因此可以使用这种低频率的电源。另外，需要铁磁材料的外部套筒作为屏蔽来最小化低电阻材料中的耦合并防止辐射物。
考虑到前述的现有技术的限制，希望设计出一种具有可替换尖端的自调节温度的烙铁，可替换尖端具有可以在低频电源操作的小的底座直径。
发明内容
本发明提供一种具有可拆卸尖端的烙铁，其包括烙铁，烙铁包括轴、位于轴上的铁氧体绕线管以及缠绕在铁氧体绕线管周围的磁性线圈，以及具有位于其上的加热元件的可拆卸尖端，其中当可拆卸尖端位于烙铁上时，加热元件的尺寸使其可以套在磁性线圈周围。
在优选的方面，加热元件包括内部加热合金层以及外部导电层。在优选的方面，外部导电层由铜制成，但是本发明不限制于此。例如，任何合适的热传导材料和导电材料都可以被使用。
可任选的是，本发明还包括从铁氧体绕线管和磁性线圈上的轴延伸的第一套筒，以及从加热元件上的可拆卸尖端延伸的第二套筒。优选的是，可拆卸尖端上的套筒的尺寸被设计为容纳在轴上的套筒上。在可选的实施例中，从可拆卸尖端延伸的套筒可以由不锈钢制成。
在其它可选的实施例中，本发明可以包括连接到它的磁性线圈的电源。根据本发明，这种电源可以在小于500KHz的频率下运行。但是，本发明并不限于会使用的较高频率的电源。如果较高频率的电源的成本将来连续下降，那么这是尤其正确的。
在另一个方面中，本发明提供一种用于烙铁的可拆卸尖端，其包括主体以及从主体延伸的加热元件，其中加热元件的尺寸被设计成当可拆卸尖端位于烙铁上时其可以容纳在磁性线圈上，该磁性线圈缠绕在轴上的铁氧体绕线管周围。
在另一方面，本发明提供一种烙铁组件，该烙铁组件被构造成在其上容纳可拆卸尖端，包括轴、位于轴上的铁氧体绕线管以及缠绕在铁氧体绕线管周围的磁性线圈，其中当可拆卸尖端位于烙铁上时，铁氧体绕线管和磁性线圈的尺寸被设计成容纳在位于可拆卸尖端上的加热元件内。
因此，本发明提供一种烙铁系统，其中烙铁的尖端容易被拆卸(和替换)，其中磁性线圈位于烙铁的轴上，其中加热元件位于可拆卸尖端自身上，并且其中磁性线圈(在烙铁的轴上)容纳在加热元件内(在可替换尖端上)。
本发明具有大量的优点，包括但不限制于下述内容。
第一，它的尖端容易被拆卸并可快速替换。
第二，通过使它的热传导铜层位于内部加热合金层周围(反过来位于它的磁性线圈周围)，本发明提供一种热传导材料的大的横截面。这使本发明具有热效率，从而允许使用低频(也就是，低成本)发电机。
第三，现存的系统通常具有位于烙铁的主体自身中的加热器。这种普通设计的问题是，在加热器和烙铁的尖端之间有热电阻。相反，本发明提供一种位于可拆卸尖端自身上的加热元件。因此，尖端和加热元件之间的热电阻的问题被避免，或者基本上被减少。因此，本发明得到更加一致的焊接性能，以及对尖端的更好的热传递。
第四，通过加热元件与尖端本身之间的这种低热电阻，可以在比现存系统低的温度下操作本发明的加热系统，从而延长加热元件的寿命。在传统的系统中，加热器位于烙铁主体(不是尖端)上。因此，这种传统的系统需要在较高的温度操作它们的加热器，从而保证从加热器到烙铁的尖端的足够的热转移。在筒形加热器的情况下这是十分正确的，其中该筒形加热器通常包括其中的各种电绝缘材料。
第五，本发明的一个惊人的优点是，较低频率的感应耦合的可重复性被改进。因此，根据本系统，在低频，不同的可替换尖端都倾向于在相同功率输出附近操作。而且，通过在低频提供这种增加的磁耦合，可以容许磁性线圈和加热元件之间的距离的轻微的增长。因此，本发明的套筒中套筒(sleeve in sleeve)的设计更容易被构建成可接受的机械误差。换句话说，在磁性线圈和加热元件之间的较大的容许间隙导致了套筒中套筒设计不紧密的配合。
第六，通过它的磁性线圈位于烙铁的轴上，本发明避免了当尖端被替换时替换磁性线圈的要求。
第七，通过使它的加热元件位于它的磁性线圈周围，外部铜层和本加热元件的合金加热层作为磁屏蔽。
第八，本发明的可选的套筒中套筒的设计提供了对它的磁性线圈的双重物理保护。另外，套筒中套筒的设计提供一种拆卸/连接尖端到磁性线圈组件的容易的方式。
最后，可选的套筒中套筒的设计改进了尖端到地的连接的可靠性，这对于烙铁是很重要的。根据先前的设计，电阻的主要来源在尖端和套筒(或者其它阻挡装置)之间被氧化。相反，本发明的优势在于从“尖端对套筒”点(在先前的设计中)到“套筒对轴”连接点移动电连接点，从而减小连接温度和氧化物形成的速率。
图1是本发明的烙铁和可拆卸尖端的组装好的部分侧视图。
图2是对应于图1的分解图。
具体实施例方式
图1是具有位于其上的可拆卸尖端的烙铁轴的组装图。图2是具有被拆卸的尖端的分解图。
本发明提供一种具有可拆卸尖端20的烙铁10。烙铁10包括具有安装在其上的铁氧体绕线管32的轴30。磁性线圈36缠绕在铁氧体绕线管32周围。
还提供一种可拆卸尖端20。可拆卸尖端20包括具有从那里延伸的加热元件23的主体21。最优选的是，加热元件23包括围绕圆柱形外层24的圆柱形内部合金加热层22。当可拆卸尖端20位于烙铁10上时，加热元件23的尺寸被设计为使得内部合金加热元件22容纳于磁性线圈36周围。
通过改进形成在加热层22和磁性线圈36之间的磁路，铁氧体绕线管32明显地改进磁耦合。铁氧体绕线管32具有高于加热层22的居里温度的居里温度。铁氧体绕线管32的这种较高的居里温度保证，当在烙铁10或者加热元件23的操作温度下绕线管32保留铁磁体。
由于铁氧体绕线管32通常由热非导电材料制成，因此可选的热散布器37可以邻近于铁氧体绕线管32。热散布器37从绕线管32带走热量，从而减小绕线管32的温度，从而保证它的温度低于它的居里温度。
在不同的实施例中，轴30可以是从一片、多片、烙铁手柄延伸的轴。在各种优选实施例中，轴30可以由不锈钢制成，但并不限制于此。
在优选实施例中，轴30可以包括在铁氧体绕线管32和磁性线圈36上延伸(并从而保护)的圆柱形套筒38。套筒38可以由不锈钢制成，但并不限制于此。可选的是，套筒38可以仅是轴30的一部分。
尖端20的主体21优选的由铜或者其它合适热导体制成。优选的是，至少主体21的远端是电镀铁的。在使用过程中这种镀铁保护尖端20的铜芯不在焊料中溶解。对铜芯烙铁尖端镀铁是本领域所公知的。
尖端20的加热元件23包括圆柱形内部合金加热层22和圆柱形外部铜(或者其它合适的导电材料)层24。
在不同的实施例中，加热层22可以由铁-镍合金制成，但是并不限制于此。尤其是，应当理解在不限制本发明的范围时，其它的材料也是合适的。例如，加热层22也可以由铁-钴合金制成。
在不同的实施例中，外层24不需要由铜制成。例如，外层24也可以由其它合适的热传导材料制成，包括但不限制于铝和铜合金。
在优选实施例中，尖端20还包括套筒25。可以看出，套筒25的尺寸被设计为当尖端20位于到烙铁组件10的远端上时，其在套筒38和轴30的一部分上延伸，如图1的装配图所示。
在优选实施例中，套筒25由合适的导电性(但是非热导电)材料制成，例如不锈钢。套筒25是电导体的一个优点是，它提供一种用于烙铁的接地路径。尽管不锈钢可以用于套筒25，但是本发明并不限制于此。例如，较新的高温塑料，可以替代使用液晶聚合物，包括但不限制于此。如果使用这种塑料，它们最好被镀镍，因此它们是电导体。在不同的优选实施例中，套筒25可以由不同的铁磁体或者非铁磁材料制成。
在可选实施例中，轴30或者尖端20的底座的直径尺寸从大约0.150到0.375英寸的范围变化。在优选实施例中，尖端20的底座的直径与轴30的直径相等。优选的是，尖端20的底座的直径小于0.25英寸。
如图1所示，电源50连接到电源磁性线圈36。如上所述，使用铁氧体绕线管32改进了烙铁10的磁性效率，从而减小了对于这种高频电源的需求。因此，可以使用具有这种设计的低频电源。结果是，在优选实施例中，电源50可在小于500KHz的频率下操作。使用低频电源的优点是它们都不昂贵。
从图1和图2中看出，当尖端20位于烙铁10上时，套筒38最好容纳在套筒25内。同时，套筒38和25提供用于磁性线圈36和铁氧体绕线管32的物理保护。另外，外部铜层24和套筒25一起作为磁性线圈36的磁屏蔽。
该可拆卸尖端设计的另一个优点是，加热层22和磁性线圈36之间的耦合在低频更优。因此，合金加热层22和磁性线圈36之间的小的物理气隙可以足够大，从而本发明可以在可接受的容许误差内构造。尤其是，在尖端20和烙铁10之间的配合可以刚好足够松动以使得尖端20可以从烙铁10拆卸，而不会粘着烙铁。而且，电源50可以是低频(也就是，成本不高的)电源。
权利要求
1.一种具有可拆卸尖端的烙铁，包括烙铁，包括轴；位于轴上的铁氧体绕线管；缠绕在铁氧体绕线管周围的磁性线圈；以及可拆卸尖端，具有位于其上的加热元件，其中加热元件的尺寸被设计成当可拆卸尖端位于烙铁上时其可以容纳在磁性线圈周围。
2.如权利要求1所述的具有可拆卸尖端的烙铁，其中加热元件包括内部加热合金层；以及外部铜层。
3.如权利要求1所述的具有可拆卸尖端的烙铁，还包括在铁氧体绕线管和磁性线圈上从轴延伸的套筒。
4.如权利要求1所述的具有可拆卸尖端的烙铁，还包括在加热元件上从可拆卸尖端延伸的套筒。
5.如权利要求4所述的具有可拆卸尖端的烙铁，其中套筒由不锈钢制成。
6.如权利要求1所述的具有可拆卸尖端的烙铁，还包括在铁氧体绕线管和磁性线圈上从轴延伸的套筒；以及在加热元件上从可拆卸尖端延伸的套筒，其中可拆卸尖端上的套筒的尺寸被设计成可容纳在轴上的套筒上。
7.如权利要求1所述的具有可拆卸尖端的烙铁，还包括邻近于铁氧体绕线管设置的铜热散布器，以保持铁氧体绕线管的温度低于它的居里温度。
8.如权利要求1所述的具有可拆卸尖端的烙铁，其中尖端的底座直径的尺寸小于0.25英寸。
9.如权利要求1所述的具有可拆卸尖端的烙铁，还包括连接到磁性线圈的电源。
10.如权利要求9所述的具有可拆卸尖端的烙铁，其中电源在低于500KHz的频率下操作。
11.一种用于烙铁的可拆卸尖端，包括主体；以及从主体延伸的加热元件，加热元件的尺寸被设计成当可拆卸尖端位于烙铁上时，加热元件可容纳在磁性线圈上，磁性线圈围绕在烙铁的轴上的铁氧体绕线管周围。
12.如权利要求11所述的可拆卸尖端，其中加热元件包括内部加热合金层；以及外部铜层。
13.如权利要求11所述的可拆卸尖端，还包括从主体延伸的套筒，其中该套筒的尺寸被设计成当可拆卸尖端位于烙铁上时该套筒可装在烙铁的轴上。
14.如权利要求13所述的可拆卸尖端，其中套筒由不锈钢制成。
15.一种烙铁组件，被构造成在其上容纳可拆卸尖端，该烙铁组件包括轴；位于轴上的铁氧体绕线管；以及缠绕在铁氧体绕线管周围的磁性线圈，其中铁氧体绕线管和磁性线圈的尺寸被设计成当可拆卸尖端位于烙铁上时，其容纳在位于可拆卸尖端上的加热元件内。
16.如权利要求15所述的烙铁，其中该轴还包括在铁氧体绕线管和磁性线圈上延伸的套筒。
17.如权利要求15所述的烙铁，还包括邻近于铁氧体绕线管设置的铜热散布器，以保持铁氧体绕线管的温度低于它的居里温度。
全文摘要
一种具有可拆卸尖端(20)的烙铁(10)，包括烙铁(10)，该烙铁包括轴(30)；位于轴(30)上的铁氧体绕线管(32)；缠绕在铁氧体绕线管(32)周围的磁性线圈(36)；以及具有位于其上的加热元件(23)的可拆卸尖端(20)，其中加热元件(23)的尺寸被设计成当可拆卸尖端(20)位于烙铁(10)上时，其套在磁性线圈(36)周围。
文档编号B23K3/047GK1894069SQ200480037521
公开日2007年1月10日 申请日期2004年10月27日 优先权日2003年11月7日
发明者M·考威尔, K·李, M·卡尔洛马格诺 申请人:特拉华资本形成公司