БЕСШНУРОВЫЙ ПАЯЛЬНИК Российский патент 2006 года по МПК B23K3/02 

Эта заявка является частичным продолжением заявки №09/726546 на патент США, поданной 18 августа 2000 г., в которой выдвигаются притязания на приоритет согласно предварительной заявке №60/149416 на патент США, поданной 18 августа 1999 г.

Настоящее изобретение относится к бесшнуровым электрическим устройствам, а более конкретно к паяльникам и жалам паяльников.

Во многих отраслях промышленности и у некоторых людей, увлеченных своим хобби, возникает необходимость вручную создавать электрические соединения между различными электрическими компонентами. Для создания таких соединений разработано огромное множество паяльников, применяемых во множестве приложений, начиная от ремонта печатных плат и кончая применением в промышленности телекоммуникаций и применением при изготовлении и ремонте электрического и электромеханического оборудования для тяжелой промышленности. Существующие паяльники могут различаться по источнику питания, применению, рабочим характеристикам, форме, размерам, температуре, типу жала, источнику нагрева, цене и портативности.

Независимо от размера или функциональных возможностей паяльника, существующие жала паяльников обычно подразделяют на два основных типа. Жало первого типа состоит из нагревательного элемента, окруженного неэлектропроводным пленочным материалом, поверх которого нанесено покрытие в виде теплопроводной металлической оболочки. Такое жало нагревают путем подачи электричества на нагревательный элемент. В зависимости от приложения, размер жала может изменяться в очень широких пределах. Также может изменяться и источник питания начиная от батареек с напряжением 2,4 В и кончая обычной сетевой розеткой сети переменного тока с напряжением 220 В. Независимо от источника питания протеканием тока к нагревательному элементу в типичном случае управляет выключатель в электрической цепи, ведущей к нагревательному элементу. Этот выключатель часто является ручным выключателем, расположенным на внешнем кожухе паяльника.

Жало паяльника другого типа представляет собой сплошное жало из теплопроводного материала, как правило металла, которое нагревается путем сжигания бутана. Такие паяльники в типичном случае портативны, а бутан подается из баллончика, находящегося внутри инструмента.

В связи с существующими типами жал паяльников имеется ряд проблем. Паяльники, которые следует включать в обычную электрическую розетку, не обладают мобильностью, а их использование ограничено. Не зависимо от типа жала время, обычно необходимое для достижения температур пайки, изначально находится в диапазоне от 10 до 60 секунд. Если паяльник не полностью охлаждается между его применениями, последующие применения могут и не потребовать столь длительного времени нагрева, но все равно нагрев происходит не сразу. Точно так же время, необходимое для желаемого охлаждения, может оказаться значительным, что создает для оператора опасность обжечься и/или спалить что-нибудь вокруг себя после отвода инструмента от рабочей поверхности и до охлаждения этого инструмента. Кроме того, металлические жала могут припаиваться к соединению, что приводит к повреждению соединения во время отвода жала и к необходимости дополнительного ремонта.

Существующие бесшнуровые паяльники снимают вопросы мобильности, характерные для паяльников, подключаемых к обычным розеткам, но создают дополнительные проблемы стоимости. Паяльники, работающие на бутане, требуют, чтобы оператор хранил и поддерживал в наличии очень горючий газ, и не устраняют другие недостатки, отмеченные выше. Существующие бесшнуровые паяльники с батарейным питанием в типичном случае могут обеспечить создание лишь 125 соединений до полной разрядки и способны дать выходную мощность лишь в диапазоне 15-35 ватт.

Чтобы гарантировать оператору возможность адекватного обзора стыка, на котором осуществляется пайка, электрические паяльники иногда оснащают маленькой лампочкой, расположенной на жале паяльника и предназначенной для освещения паяльника и соединения. В этих устройствах светом управляет тот же выключатель, который управляет протеканием тока к нагревательному элементу. Недостатком этой системы является невозможность использования света без нагревания жала паяльника. Это требует отдельного включения света оператором, если он или она хочет осветить окружающее пространство, не производя пайку или нагревание.

Как отмечалось выше, паяльники изначально используются для создания электропроводных соединений в разнообразном электрическом и электронном оборудовании. Визуальный контроль паяного соединения не всегда позволяет точно определить, правильно ли сформировано это соединение и является ли оно теперь электропроводным. Следовательно, тем операторам, которые хотят проверить полученное соединение или убедиться в целостности цепей электрической цепи между двумя другими точками этой цепи, приходится носить с собой отдельный прибор для контроля целостности цепей.

Таким образом, существует потребность в паяльнике, который можно быстро нагревать и охлаждать, минимизируя риск ожога оператора, возгорания в окружающем ее или его пространстве. В идеальном случае паяльник может быть портативным и может быть применен для создания большого количества соединений при высокой выходной мощности без необходимости повторной зарядки. Существует также потребность в портативном паяльнике, который также можно использовать как лампочку карманного фонарика и/или как прибор для контроля целостности цепей, уменьшая количество инструментов, которые оператору требуется носить с собой на место работы.

Вообще говоря, в настоящем изобретении предложен паяльник с графитовым жалом, имеющим две отдельные половины, которые электрически изолированы друг от друга. Половины жала соединены каждая с противоположными сторонами источника электропитания. Когда обе половины жала наложены на электропроводный материал, такой как материал, подлежащий пайке, электрическая цепь между половинами жала и источником электропитания оказывается замкнутой. Половины жала изготовлены из материала, обладающего большим электрическим удельным сопротивлением и малой теплопроводностью. Следовательно, жало может быстро достигать рабочих температур. Когда жало отводят от стыка, электрическая цепь разрывается, и материал жала быстро охлаждается.

Поскольку ток может течь лишь тогда, когда обе части жала подсоединены в электрическую цепь, отдельный выключатель не требуется. Кроме того, паяльник можно использовать, не ожидая, пока нагреется жало. Это жало также уменьшает риск ожога оператора и/или возгорания в окружающем ее или его пространстве, потому что жало нагревается и охлаждается быстро. Помимо этого, материал жала исключает риск прилипания жала на стыке. Материал жала также обеспечивает повышенные выходные мощности по сравнению с другими, известными портативными паяльниками, работающими от батарей, а также позволяет создать свыше 300 стыков каждый раз после полной зарядки.

В соответствии с дополнительными аспектами настоящего изобретения, в одном конкретном варианте осуществления паяльник дополнительно включает в себя лампочку, расположенную на корпусе, для освещения наконечника и соединения. Лампочкой управляет отдельный выключатель, что позволяет используемому инструменту освещать пространство, окружающее оператора, фактически, без нагрева жала. Этот аспект изобретения позволяет оператору избежать необходимости носить с собой отдельный источник света, когда оператор работает или намеревается работать в зонах, где нет достаточного освещения.

В соответствии с другими аспектами изобретения, предложен еще один конкретный вариант осуществления, в котором инструмент включает в себя электрический вывод, последовательно соединенный с лампочкой, источник питания и щуп для контроля целостности цепей. Этот аспект изобретения позволяет с помощью паяльника контролировать целостность цепей, накладывая вывод и щуп непосредственно на новое паяное соединение или на другую часть контролируемой цепи. Этот аспект изобретения позволяет оператору избежать необходимости носить с собой отдельный прибор для контроля целостности цепей.

Вышеизложенные аспекты и многие из преимуществ, присущие этому изобретению, станут более понятными при обращении к нижеследующему подробному описанию, если рассматривать его совместно с прилагаемыми чертежами, при этом:

на фиг.1 представлен вид одного конкретного варианта осуществления паяльника, выполненного в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.2 представлен вид спереди одного конкретного варианта осуществления жала паяльника, выполненного в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.3 представлен вид сбоку жала паяльника, изображенного на фиг.2;

на фиг.4 представлен вид с торца жала паяльника, изображенного на фиг.2; и

на фиг.5 представлена принципиальная схема цепи, предназначенной для использования с конкретным вариантом осуществления, показанным на фиг.1.

Обращаясь к фиг.1, отмечаем, что здесь показан конкретный вариант осуществления бесшнурового паяльника, выполненного в соответствии с настоящим изобретением. Паяльник 1 включает в себя жало 2, прикрепленное к корпусу 3, электрическую лампочку 4 расположенную на корпусе 3, для освещения жала 2 и окружающих рабочих поверхностей (не показаны), выключатель 5, расположенный на корпусе 3, для управления электрической лампочкой 4, вывод 6 для контроля целостности цепей и щуп 7 для контроля целостности цепей, расположенный на корпусе 3, а также средство 8 электропитания (см. фиг.5).

Если говорить подробнее, то корпус 3 представляет собой удлиненный, по существу, трубчатый элемент из жесткого теплостойкого материала, такого как пластик или любые другие материалы, известные специалистам в данной области техники. Специалисты в данной области техники поймут, что конфигурацию корпуса можно изменять в широких пределах для применения в разных приложениях.

Обращаясь к фиг.2, 3 и 4, отмечаем, что жало 2 включает в себя два электрода 9 и 10, электрически изолированные друг от друга изолятором 11, расположенным между ними. В случае конкретного варианта осуществления, показанного на фиг.2, 3 и 4, электроды 9 и 10 имеют полуцилиндрические формы поперечного сечения. В продольном направлении каждый электрод сужен на конус под углом А вдоль своей дистальной трети, а затем срезан под углом В на дистальном конце, вследствие чего образует плоскую наклонную поверхность для наложения на стык, который нужно спаять. Специалисты в данной области техники поймут, что размер и форму жала также можно изменять для применения в разных приложениях пайки.

Электроды 9 и 10 предпочтительно выполнены из графита или материала, содержащего графит. Например, приемлемые результаты получены с помощью батарейных электродов, содержащих графит, таких как батарейные электроды, которые можно получить из модели №1209 батареи Eveready® для фонарей, работающих в сверхтяжелых режимах, изготавливаемой фирмой Eveready Battery Company, Inc., штат Огайо, США. В альтернативном варианте, электроды могут быть выполнены из других материалов, которые с точки зрения пропускания тока являются полупроводниками и которые обладают низкой теплопроводностью, например из германия и кремния. Электрическое удельное сопротивление материалов жала должно составлять, по меньшей мере, 1500 мкОм·см (мкОм·см), а в предпочтительном варианте превышает 3000 мкОм·см, тогда как теплопроводность должна быть менее 10 британских тепловых единиц в час на фут-градус Фаренгейта (БТЕ/час·фут·°F; 17,3073 Вт/м К), а предпочтительно находится в диапазоне от 1 до 10 БТЕ/час·фут·°F (1,73073 Вт/м К - 17,3073 Вт/м К). При подаче электричества материал электродов достигает температуры приблизительно 600°F (315,56°C) за несколько секунд и остается твердым при температурах, превышающих примерно 1000°F (537,78°C). Кроме того, материал электродов предпочтительно имеет прочность на сжатие и растяжение, достаточную для того, чтобы обеспечить изготовление электродов с допусками менее 1 мм, жестко удерживаемых на месте корпусом 3 и накладываемых на соединение, которое нужно спаять, без механического повреждения. Жало должно иметь плотность в диапазоне от 1,5 до 1,75 г/см² и минимальную прочность на изгиб 1500 фунтов-сил на квадратный дюйм (фн-с/кв.д; 10,343 кПа).

В одном конкретном варианте осуществления изолятор 11 выполнен из слюды. В альтернативном варианте изолятор 11 может быть выполнен из твердого диэлектрического материала, который может выдерживать температуры, превышающие примерно 1000°F (537,78°C), не изменяя свое состояние.

Жало 2 обычным образом - предпочтительно с возможностью открепления - прикреплено к корпусу 3. Специалисты в данной области техники поймут, что средства крепления жала к корпусу и открепления жала от корпуса можно изменять в широких пределах для применения в разных приложениях пайки. Наличие отсоединяемого жала также обеспечивает возможность использовать разные жала для разных приложений с одним и тем же инструментом. После закрепления электроды 9 и 10 оказываются по отдельности электрически соединенными обычным образом с положительной и отрицательной клеммами средства 8 электропитания. Можно использовать множество средств 8 электропитания, включая перезаряжаемые или не перезаряжаемые батареи или низкое напряжение, получаемое из сетевого напряжения через трансформатор. Средства электропитания в соответствии с фиг.1 представляют собой пару никель-кадмиевых батареек, находящихся внутри корпуса 3, которые обеспечивают номинальное напряжение 2,4 вольт и 700-750 миллиампер-часов. По выбору, электроды 9 и 10 могут быть электрически изолированы от средства 8 электропитания с помощью выключателя или других средств прерывания протекания тока в электрической цепи.

Когда оба электрода 9 и 10 наложены на электропроводный или полупроводниковый материал, такой как припой, происходит замыкание электрической цепи, идущей от положительной клеммы средства 8 электропитания через электрод 9, через электропроводный или полупроводниковый материал, на который наложено жало, через электрод 10 к отрицательной клемме средства 8 электропитания. Протекание тока вызывает нагревание электродов 9 и 10 до температуры примерно 600°F или более в течение нескольких секунд, что позволяет в дальнейшем использовать инструмент таким же образом, как обычный паяльник. При такой компоновке предлагаемое устройство обеспечивает переменный ток, по мощности эквивалентный подводу примерно 25-50 ватт тепла к стыку, который надо спаять. Дополнительным свойством предпочтительного материала для электродов является то, что его нельзя припаять к соединению во время использования. Когда оператор устройства хочет завершить нагревание, это устройство можно отвести от электропроводного или полупроводникового материала путем прерывания протекания тока. Когда подача тока прервана, электроды в течение нескольких секунд охлаждаются до температуры, безопасной для контакта с человеческой кожей или одеждой.

Устройство - по выбору - включает в себя обычную электрическую лампочку 4, например лампочку накаливания, или светоизлучающий диод. Как показано на фиг.1, лампочка 4 расположена на корпусе 3 таким образом, что излучаемый ею свет будет освещать жало 2 и окружающую его рабочую зону во время использования. Как показано на фиг.5, лампочка 4 обычно электрически соединена со средством 8 электропитания, а управляет ею выключатель 5. Когда выключатель 5 замыкают, замыкается и цепь, идущая от одной клеммы средства 8 электропитания через выключатель 5, через электрическую лампочку 4 к клемме противоположной полярности средства 8 электропитания, что обеспечивает освещение посредством электрической лампочки 4 без подачи электричества к жалу 2. Поскольку электрическую лампочку 4 можно включать, не нагревая жало 2, эту лампочку можно использовать для освещения пространства, окружающего оператора, без риска случайного ожога оператора или возгорания близлежащих сгораемых материалов.

Как показано на фиг.1, устройство может быть дополнительно - по выбору - снабжено узлом для контроля целостности цепей, имеющим вывод 6 для контроля целостности цепей и щуп 7 для контроля целостности цепей. Вывод 6 дополнительно включает в себя провод 12, например провод калибра 26, проходящий от корпуса 3, находящегося на одном конце провода, и имеющий зажим 13 типа "крокодил", прикрепленный к дистальному концу провода 12. Щуп 7 для контроля целостности цепей представляет собой щуп, аналогичный тем, которые используются в обычной электрической контрольной аппаратуре, например, короткий жесткий электропроводный иглообразный щуп. Специалисты в данной области техники легко поймут, что в рамках объема притязаний и назначения изобретения вывод для контроля целостности цепей и щуп для контроля целостности цепей могут быть выполнены из любого электропроводного материала. Как показано на фиг.5, вывод 6 для контроля целостности цепей электрически соединен со средством 8 электропитания с помощью цепи, проходящей через электрическую лампочку 4. Щуп 7 соединен с клеммой противоположной полярности средства 8 питания. Обращаясь к фиг.5, отмечаем, что жало соединено последовательно со средством 8 питания. Параллельно жалу предусмотрен проводник 20. Лампочка 4 и выключатель 5 расположены последовательно вдоль проводника 20. Вывод 6 соединен с проводником 20 в соединении 22, находящемся между лампочкой 4 и выключателем 5. Этот узел используется для контроля цепи путем прикрепления зажима 13 типа "крокодил" к одной стороне контролируемой цепи и прикосновения щупом 7 к противоположной стороне цепи. Если контролируемая цепь электрически неразрывна, то ток потечет от средства 8 электропитания через электрическую лампочку 4, через вывод 6 для контроля целостности цепей, через контролируемую цепь, через щуп 7 для контроля целостности цепей и обратно в средство 8 электропитания, вследствие чего обеспечивается замыкание цепи и свечение электрической лампочки 4. Свечение электрической лампочки 4 быстро демонстрирует целостность контролируемой цепи. Этот конкретный вариант осуществления полезен, в частности, для бесшнуровых паяльников, поскольку оператор может проконтролировать паяное соединение, не нуждаясь в получении или ношении с собой отдельного инструмента.

Как показано на фиг.1, имеются концевые колпачки 14 и 15 для защиты жала 2 и вывода 16 для контроля целостности цепей от повреждения. Концевые колпачки прикреплены с возможностью открепления к корпусу 3 обычными средствами, например, с помощью фрикционной посадки, зажима, резьбовых поверхностей, и т.д.

Хотя проиллюстрирован и описан предпочтительный конкретный вариант осуществления, следует понять, что в рамках объема притязаний изобретения возможно внесение различных изменений.

Конкретные варианты осуществления изобретения, в которых заявляется право или привилегия на исключительную собственность, охарактеризованы нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение может быть использовано при изготовлении и ремонте электронного, электрического и электромеханического оборудования. Прикрепленное к корпусу жало состоит из двух электродов, каждый из которых имеет электрическое удельное сопротивление 1500 мкОм·см или более, теплопроводность, меньшую или равную, чем 10 БТЕ/час·фут·°F (1,73073 Вт/м·К), прочность на изгиб, по меньшей мере, 1500 фн-с/кв.д (10,343 кПа) и плотность от примерно 1,5 до 1,75 г/см². Электроды электрически изолированы друг от друга расположенным между ними изолятором. Каждый электрод отдельно электрически соединен с положительной и отрицательной клеммами средства электропитания в виде батареи. Корпус представляет собой трубчатый элемент из любого жесткого теплостойкого материала. Материал жала быстро охлаждается до безопасной температуры при разрыве электрической цепи, при этом позволяет получить большую выходную мощность, чем у других портативных паяльников с батарейным питанием. 5 н. и 21 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Узел жала для паяльника, запитываемого с помощью средства электропитания, содержащий два электрода, каждый из которых имеет электрическое удельное сопротивление 1500 мкОм·см или более, теплопроводность, меньшую, чем 10 британских тепловых единиц в час на фут-градус Фаренгейта (БТЕ/час·фут·F) (17,3073 Вт/м·К), или равную этой величине, прочность на изгиб, по меньшей мере, примерно 1500 фунтов-сил на квадратный дюйм (фн-с/кв.д) (10,343 кПа) и плотность от примерно 1,5 до 1,75 г/см², и каждый электрически изолирован от другого изолятором, расположенным между электродами, причем каждый из электродов имеет конфигурацию, обеспечивающую отдельное электрическое соединение с положительной и отрицательной клеммами средства электропитания.2. Узел жала по п.1, в котором каждый электрод имеет теплопроводность от 1 до 10 БТЕ/час·фут·F (1,73073 Вт/м·К - 17,3073 Вт/м·К).3. Узел жала по п.1, в котором каждый электрод имеет электрическое удельное сопротивление более 3000 мкОм·см.4. Узел жала по п.3, в котором каждый электрод имеет теплопроводность от 1 до 10 БТЕ/час·фут·F (1,73073 Вт/м·К - 17,3073 Вт/м·К).5. Паяльник, запитываемый с помощью средства электропитания, содержащий паяльное жало, содержащее два электрода, каждый из которых имеет электрическое удельное сопротивление 1500 мкОм·см или более, теплопроводность, меньшую, чем 10 БТЕ/час·фут·F (17,3073 Вт/м·К), или равную этой величине, прочность на изгиб, по меньшей мере, примерно 1500 фн-с/кв.д (10,343 кПа) и плотность от примерно 1,5 до 1,75 г/см², и каждый электрически изолирован от другого изолятором, расположенным между электродами, причем каждый из электродов отдельно электрически соединен с положительной и отрицательной клеммами средства электропитания.6. Паяльник по п.5, в котором каждый электрод имеет теплопроводность от 1 до 10 БТЕ/час·фут·F (1,73073 Вт/м·К - 17,3073 Вт/м·К).7. Паяльник по п.5, в котором каждый электрод имеет электрическое удельное сопротивление более 3000 мкОм·см.8. Паяльник по п.7, в котором каждый электрод имеет теплопроводность от 1 до 10 БТЕ/час·фут·F (1,73073 Вт/м·К - 17,3073 Вт/м·К).9. Паяльное устройство, содержащее жало, прикрепленное корпусу, и средство электропитания, причем жало жестко удерживается на месте посредством корпуса и состоит из двух электродов, каждый из которых имеет электрическое удельное сопротивление 1500 мкОм·см или более, теплопроводность, меньшую, чем 10 БТЕ/час·фут·F (1,73073 Вт/м·К), или равную этой величине, прочность на изгиб, по меньшей мере, примерно 1500 фн-с/кв.д (10,343 кПа) и плотность от примерно 1,5 до 1,75 г/см², и каждый электрически изолирован от другого изолятором, расположенным между электродами, причем каждый из электродов отдельно электрически соединен с положительной и отрицательной клеммами средства электропитания, а корпус представляет собой удлиненный, по существу, трубчатый элемент из любого жесткого теплостойкого материала.10. Устройство по п.9, в котором каждый электрод имеет теплопроводность от 1 до 10 БТЕ/час·фут·F (1,73073 Вт/м·К - 17,3073 Вт/м·К).11. Устройство по п.9, в котором каждый электрод имеет электрическое удельное сопротивление более 3000 мкОм·см.12. Устройство по п.11, в котором каждый электрод имеет теплопроводность от 1 до 10 БТЕ/час·фут·F (1,73073 Вт/м·К - 17,3073 Вт/м·К),13. Паяльное устройство, содержащее средство электропитания и паяльное жало, содержащее два электрода, электрически соединенное со средством электропитания таким образом, что через один из электродов паяльного жала может передаваться ток, причем жало имеет электрическое удельное сопротивление 1500 мкОм·см или более, прочность на изгиб, по меньшей мере, примерно 1500 фн-с/кв.д (10,343 кПа) и плотность от примерно 1,5 до 1,75 г/см².14. Устройство по п.13, в котором жало имеет теплопроводность, меньшую, чем 10 БТЕ/час·фут·F (17,3073 Вт/м·К), или равную этой величине.15. Устройство по п.14, в котором жало имеет электрическое удельное сопротивление более 3000 мкОм·см.16. Устройство по п.13, в котором жало имеет электрическое удельное сопротивление более 3000 мкОм·см.17. Устройство по п.13, в котором жало включает в себя графит.18. Устройство по п.13, в котором средство электропитания включает в себя, по меньшей мере, одну батарею.19. Устройство по п.13, которое также содержит корпус, изготовленный из теплостойкого материала.20. Паяльный инструмент, содержащий корпус, аккумуляторное средство электропитания, связанное с корпусом, причем аккумуляторное средство электропитания включает в себя положительную и отрицательную клеммы, и паяльное жало, содержащее два электрода, связанное с корпусом, причем паяльное жало соединено с положительной или отрицательной клеммой, при этом паяльное жало изготовлено из материала, имеющего электрическое удельное сопротивление 1500 мкОм·см или более, прочность на изгиб, по меньшей мере, примерно 1500 фн-с/кв.д (10,343 кПа) и плотность от примерно 1,5 до 1,75 г/см².21. Паяльный инструмент по п.20, в котором корпус изготовлен из теплостойкого материала.22. Паяльный инструмент по п.20, в котором аккумуляторное средство электропитания включает в себя, по меньшей мере, одну батарею.23. Паяльный инструмент по п.20, в котором паяльное жало имеет теплопроводность, меньшую, чем 10 БТЕ/час·фут·F (17,3073 Вт/м·К), или равную этой величине.24. Паяльный инструмент по п.20, в котором паяльное жало имеет электрическое удельное сопротивление более 3000 мкОм·см.25. Паяльный инструмент по п.24, в котором паяльное жало имеет теплопроводность, меньшую, чем 10 БТЕ/час·фут·F (17,3073 Вт/м·К), или равную этой величине.26. Паяльный инструмент по п.20, в котором паяльное жало включает в себя графит.