JP2005166359A - 車両灯具用ランプボディおよび車両用灯具 - Google Patents

車両灯具用ランプボディおよび車両用灯具 Download PDF

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Akihisa Yamada
晃久 山田
Daisuke Mochizuki
大介 望月
Hidetada Yasuma
英任 安間
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Koito Manufacturing Co Ltd
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Abstract

【課題】 ＰＣ製レンズに熱溶着できる、ＰＰに代わる新素材からなる車両灯具用ランプボディを提供する。
【解決手段】車両灯具用ランプボディ１０を、ポリカーボネ−ト樹脂（以下ＰＣという）８０〜５０重量％とポリトリメチレンテレフタレート樹脂（以下ＰＴＴという）２０〜５０重量％を主成分とし、ＰＣとＰＴＴの総重量に対し５〜１０重量％の充填材を添加したＰＣ/ＰＴＴアロイ材で構成する。ＰＣ/ＰＴＴアロイ材で構成したランプボディ１０は、ＰＣ製レンズ１２と熱溶着でき、ＰＰ製ランプボディと同程度の耐熱性，耐薬品性および曲げ剛性をもつので、レンズ１２とランプボディ１０を熱溶着工法で接合一体化でき、従来のホットメルト工法採用に伴う種々の問題を解決できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両灯具用ランプボディに係わり、特にポリカーボネ−ト樹脂（以下、ＰＣという）製レンズとの熱溶着が可能な新規な樹脂アロイ製の車両灯具用ランプボディに関する。
自動車用ヘッドランプにおけるレンズは、透明で強度および耐熱性が要求されることから、一般にＰＣ製とされ、一方、ヘッドランプにおけるランプボディは、耐熱性および耐薬品性に優れ、かつ強靭にして安価なポリプロピレン樹脂（以下、ＰＰという）製が一般的である。
しかし、ＰＰは極性をもたないため、他の樹脂製品（例えば、ＰＣ製レンズ）との接着性や溶着性が悪く、ＰＰ製ランプボディとＰＣ製レンズとを接着や熱溶着することは困難である。このため、従来では、両者を組み付け固定する方法としては、ランプボディ前面開口部の周縁部にレンズ側のシール脚が係合できるシール溝を形成し、ホットメルトを装填したシール溝にシール脚を挿入し、クリップや凹凸ランス係合やねじ等の機械的締結手段によって、両者間の係合部を固定保持することで封止するという、ホットメルト工法が採用されている。
しかし、前記したホットメルト工法では、ランプボディにシール溝を設ける関係上、シール溝が外観を損なうとか、特にランプボディ（シール溝）の形状が三次元的に複雑な場合には、ホットメルトがシール溝に沿って均一な厚さとならず、防水が不十分となる等の問題があることから、ＰＣ製レンズと熱溶着できる、ＰＰに代わるランプボディ新素材の開発が希求されていた。
そこで、発明者は、ＰＣ製レンズと熱溶着するためには、ランプボディを極性をもつ結晶性ポリエステル樹脂で構成すればよいと考えて、ＰＣとポリブチレンテレフタレート樹脂（以下、ＰＢＴＰという）のアロイ材（以下、ＰＣ／ＰＢＴＰアロイ材という），ＰＣとポリエチレンテレフタレート樹脂（以下、ＰＥＴＰという）のアロイ材（以下、ＰＣ／ＰＥＴＰアロイ材という）およびＰＣとポリトリメチレンテレフタレート樹脂（以下、ＰＴＴという）のアロイ材（以下、ＰＣ／ＰＴＴアロイ材という）の３種類の結晶性ポリエステル樹脂に注目した。
そして、実験と考察を重ねた結果、前記した３種の結晶性ポリエステル樹脂のうち、ＰＣ/ＰＴＴアロイ材がＰＣとの溶着性および耐薬品性に一番優れ、かつＰＰと同程度の物性をもつことが確認できたので、本発明を提案するに至ったものである。
本発明は前記した従来技術の問題点と前記した発明者の知見に基づいてなされたもので、その目的は、ＰＣ製レンズに熱溶着できる、ＰＰに代わる新素材からなる車両灯具用ランプボディおよび同ランプボディを備えた車両用灯具を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１に係る車両灯具用ランプボディにおいては、ＰＣとＰＴＴを主成分とする樹脂アロイ材（ＰＣ/ＰＴＴアロイ材）でランプボディを構成するようにした。
そして、具体的には、請求項２に示すように、前記樹脂アロイ材（ＰＣ/ＰＴＴアロイ材）におけるＰＣとＰＴＴの配合比は、ＰＣが８０〜５０重量％、ＰＴＴが２０〜５０重量％の範囲が望ましく、さらに、ＰＣとＰＴＴの総重量に対し５〜１０重量％の充填材を添加することが望ましい。
（作用）ＰＣ/ＰＴＴアロイ材から構成されたランプボディは、ＰＣ製レンズと熱溶着でき、ＰＰ製ランプボディと同程度の耐熱性および耐薬品性がある。
そして、ＰＣ/ＰＴＴアロイ材を構成するＰＣの配合比は、耐薬品性に影響し、ＰＣの配合比が多すぎる（８０重量％を超える）と、耐薬品試験において低負荷でクラックが発生し易く、耐薬品性が低い。一方、ＰＣの配合比が小さすぎる（５０重量％未満である）と、熱溶融しにくくなり溶着性が低下する。
また、ＰＣ/ＰＴＴアロイ材を構成するＰＴＴの配合比は、ＰＣとの溶着性に影響し、ＰＴＴの配合比が多すぎる（５０重量％を超える）と、ＰＣ/ＰＴＴアロイ材の溶融温度が高すぎて、ＰＣ製レンズとうまく溶着できない。一方、ＰＴＴの配合比が小さすぎる（２０重量％未満である）と、耐薬品性が低下し、溶着部にクラックが発生し、溶着部における防水性に難がある。
また、ＰＣ/ＰＴＴアロイ材に対しタルクやマイカや炭酸カルシウムといった充填材を添加することで、ＰＣ/ＰＴＴアロイ材の曲げ剛性を向上できるが、添加する充填材がＰＣとＰＴＴの総重量に対し１０重量％を超えると、曲げ弾性率の向上が図れる反面、耐衝撃強度が著しく低下する惧れがある。一方、添加する充填材がＰＣとＰＴＴの総重量に対し５重量％未満であると、曲げ弾性率が低すぎて、ランプボディの耐久性が劣る惧れがある。
請求項３に係る車両灯具用においては、前面側の開口する請求項１に記載のランプボディと、前記ランプボディの前面開口部を覆う、ポリカーボネ−ト樹脂で構成した前面レンズとを備え、前記ランプボディの前面開口部の周縁部と前記前面レンズの周縁部との付き合わせ部を熱溶着するように構成した。
（作用）ＰＣ/ＰＴＴアロイ材から構成されたランプボディと前面レンズ（例えばＰＣ製レンズ）との付き合わせ部を、例えば熱板溶着，振動（超音波振動を含む）溶着，レーザー溶着等の溶着工法によって、簡単に溶着一体化できる。
請求項４においては、請求項３に記載の車両用灯具において、前記付き合わせ部を、前記ランプボディの前面開口部の外側に周設したフランジ部と、前記前面レンズ周縁に周設したシール脚の先端部で構成し、前記フランジ部を、前記シール脚と直交する方向に対し後方に傾斜して延出するように構成し、前記付き合わせ部をレーザー溶着工法により熱溶着するように構成した。
た。
（作用）フランジ部とシール脚の先端部との付き合わせ部にレーザー光を照射して該付き合わせ部をレーザー溶着する際に、シール脚に対し斜めに入射したレーザー光は、フランジ部のシール脚先端部当接面に略垂直に照射されるので、入射レーザー光のほとんどが熱エネルギーに変換される。
請求項１によれば、レンズとランプボディ間を接合固定する方法として、ホットメルト工法に代わり熱溶着工法を採用できるので、以下の効果がある。
レンズ側のシール脚とランプボディ側の周縁部を付き合わせて熱溶着するだけで両者の付き合わせ部を簡単かつ確実に封止固定できるので、レンズとランプボディ間の組み付け工程が簡単となる。特に、ランプボディの形状が三次元的に複雑な形状であっても、レンズとランプボディ間の付き合わせ部（接合部）を確実に封止できるので、防水性に関しても問題がない。
また、従来のホットメルト工法に不可欠であったシール溝やホットメルトやクリップや凹凸ランス係合やねじ等の機械的締結手段を一切省くことができ、それだけ灯具の構成が簡潔となるとともに、灯具の外観もスマートで見栄えも良好となる。
請求項２よれば、ＰＰ製ランプボディと同程度の耐熱性，耐薬品性および曲げ剛性が確保できるので、ＰＰ製ランプボディを備えた灯具と遜色のない耐久性に優れた灯具が提供される。
請求項３によれば、主にヘッドランプに広く使用されるＰＣ製レンズとの熱溶着が可能となり、安価でデザイン性の優れた車両用灯具を提供できる。
請求項４によれば、レーザー照射光はフランジ部のシール脚先端部当接面に略垂直に入射するので、熱エネルギーへの変換効率に優れ、それだけ短時間で熱溶着ができる。
次に、本発明の好適な実施形態について、本発明の実施例を示す添付図面を参照しながら説明する。
図１〜４は本発明の第１の実施例を示し、図１は本発明を適用した自動車用ヘッドランプの縦断面図、図２はレンズとランプボディ間の付き合わせ部の拡大断面図、図３はレンズとランプボディ間のレーザー溶着工程を示す図、図４は本発明の第１の実施例であるＰＣ／ＰＴＴアロイ材の配合比と物性を第１，第２の比較例とともに対比して示す図である。
図１において、符号１０は、前面の開口する容器状のランプボディで、ランプボディ１０の前面開口部の外側にはフランジ部１１が周設されている。そして、このフランジ部１１には、前面レンズであるレンズカバー１２の周縁に周設されたシール脚１３が熱溶着されることで、レンズカバー１２がランプボディ１０に接合固定されている。即ち、ランプボディ１０の前面開口部に、該開口部を覆うようにレンズカバー１２が接合固定されて、自動車用ヘッドランプの灯室Ｓが画成されている。
符号１６は、光源であるＨ４バルブ１４を挿着一体化し、灯室Ｓ内に収容されているリフレクターで、図示しないエイミング機構によって、その光軸Ｌを上下左右方向に傾動調整できるように構成されている。符号１６ａは、リフレクター１６に設けられている有効反射面である。符号１５は、バルブ１４の口金１４ａに一体に設けられた焦点リングで、リフレクター１６のバルブ挿着孔１７に設けられた線ばね１９によって、焦点リング１５がバルブ挿着孔１７に係合するように固定保持されている。符号２０は、ランプボディ１０のバルブ交換用開口部１０ａとバルブ１４の口金１４ａ間に介装された防水用のゴムカバー、符号２２は、バルブの口金１４ａの後端部に接続された給電用コード接続用のコネクタである。符号２４は、リフレクター１６とランプボディ１０間の隙間を隠すエクステンションリフレクターである。
また、前記したように、ヘッドランプを構成するレンズカバー１２とランプボディ１０間は、従来では採用されていないレーザー溶着等の熱溶着工法（図２、３参照）によって、レンズカバー１２（のシール脚１３）とランプボディ１０（のフランジ部１１）の付き合わせ部が溶着一体化されることで、封止固定されている。
即ち、レンズカバー１２は、クリアーなＰＣ材で構成され、一方、ランプボディ１０は、ＰＣ材と熱溶着可能な、黒色を帯びたＰＣ／ＰＴＴアロイ材（顔料としてカーボンブラックを含むＰＣ／ＰＴＴアロイ材）で構成されている。そして、図２に拡大して示すように、熱溶着用のレーザー光（例えば、波長：８０８ｎｍ）がクリアーなレンズカバー１２を介してシール脚１３とランプボディ１０側のフランジ部１１との付き合わせ部に照射されて、この付き合わせ部が熱溶着されるようになっている。
図３は、シール脚１３とフランジ部１１との付き合わせ部の溶着工程を示している。まず、図２および図３（ａ）に示すように、レーザー照射光は、ＰＣ材で構成したクリアーなレンズカバー１２（シール脚１３）を透過して付き合わせ部１１，１３ａの界面に至ると、図３（ｂ）に示すように、フランジ部１１ではＰＣ／ＰＴＴアロイ材に含まれるカーボンブラックがレーザー光を吸収し、その表層部が発熱する。そして、図３（ｃ）に示すように、フランジ部１１の表層部が溶融するとともに、フランジ部１１の溶融部の熱がシール脚先端部１３ａに伝達される。このため、図３（ｄ）に示すように、シール脚先端部１３ａも溶融して、付き合わせ部１１，１３ａが熱溶着される。図３（ｄ）における符号Ｘは、溶着部を示す。
なお、実際の熱溶着工程では、図２の左上方向に配置されている図示しないレーザー光照射部を、レーザー光を照射しつつフランジ部１１の延在するランプボディ１０の前面開口部の周方向に沿って走行して元の位置まで周回させることで、ランプボディ１０の前面開口部を取り囲むフランジ部１１とシール脚先端部１３ａの付き合わせ部をエンドレスな環状の溶着部Ｘによって確実かつ簡単に封止することができる。
また、本実施例では、ランプボディ１０の前面開口部周縁に周設されたフランジ部１１は、図２に示すように、シール脚の延出方向Ａと垂直な方向Ｂに対しθだけ後方に傾斜するように延出形成され、一方、レンズカバー１２のシール脚の先端部（端面）１３ａもフランジ部１１の傾斜θに倣う傾斜面で構成されて、シール脚１３に対し斜めに入射した熱溶着用のレーザー光が両付き合わせ部１１，１３ａの界面に対し正対する方向から入射するように構成されているので、溶着効率が非常によい。
ランプボディ１０を構成するＰＣ／ＰＴＴアロイ材は、図４の実施例１に示すように、ＰＣ７０重量％、ＰＴＴ３０重量％、ＰＣとＰＴＴの総重量に対して４重量％のゴムと０．４重量％の熱安定剤が添加された配合比で構成されている。
一方、比較例１は、結晶ポリエステル樹脂であるＰＣ／ＰＢＴＰアロイ材で、ＰＣ７０重量％、ＰＢＴＰ３０重量％、ＰＣとＰＢＴＰの総重量に対して４重量％のゴムと０．４重量％の熱安定剤が添加された配合比で構成されている。
また、比較例２は、結晶ポリエステル樹脂であるＰＣ／ＰＥＴＰアロイ材で、ＰＣ７０重量％、ＰＥＴＰ３０重量％、ＰＣとＰＥＴＰの総重量に対して４重量％のゴムと０．４重量％の熱安定剤が添加された配合比で構成されている。
そして、ＰＣ／ＰＴＴアロイ材の物性として、まず曲げ弾性率は２１１９ＭＰａで、従来のランプボディの素材として一般に用いられているＰＰ材の曲げ弾性率よりは劣るものの、比較例１，２と同等もしくはそれ以上の曲げ弾性率を有する。
また、ＰＣ／ＰＴＴアロイ材の低荷重に対するたわみ温度は、比較例１，２と同等もしくはそれ以上の１３７℃で、ＰＰ材における目標値（１３０℃以上）より高く、耐熱性に優れている。
また、耐ガソリン性は３０００秒以上で、比較例１，２より優れるとともに、ＰＰ材における目標値（１１００秒以上）よりもはるかに高く、耐ガソリン性に優れている。
また、耐ＣＰＣ性は３６００秒以上で、比較例１，２と同等もしくはそれ以上で、ＰＰ材における目標値（３６００秒以上）と同等である。
また、耐アルコール性はＰＰ材における目標値（３６００秒以上）および比較例１，２における値と同じ値で、ＰＰ材および規格例１，２と同程度の耐アルコール性をもつ。
さらに、ＰＣ材との溶着性については、２２０℃で溶着できることから、ＰＣ材との溶着性に優れ、図２，３に示すようなレーザー溶着の他、熱板溶着，振動（超音波振動を含む）溶着等の所定の熱溶着工法によって、ＰＣ製レンズカバー１２とＰＣ／ＰＴＴアロイ製ランプボディ１０を溶着できる。一方、比較例１は２２０℃でＰＣ材と溶着できるものの、比較例２やＰＰ材では、２２０℃でＰＣ材と溶着できず、実施例１に比べると溶着性が劣る。
図５は本発明の第２，第３，第４の実施例であるＰＣ／ＰＴＴアロイ材のそれぞれの配合比と物性を示す図である。
第２の実施例であるランプボディ１０を構成するＰＣ／ＰＴＴアロイ材は、ＰＣ７０重量％、ＰＴＴ３０重量％、ＰＣとＰＴＴの総重量に対し４重量％のゴムと０．４重量％の熱安定剤と５重量％の充填材（タルク）が添加された配合比で構成されている。
そして、第２の実施例のＰＣ／ＰＴＴアロイ材の物性として、まず曲げ弾性率は、２５１０ＭＰａで、第１の実施例のＰＣ／ＰＴＴアロイ材の曲げ弾性率２１１９ＭＰａよりも高く、曲げ剛性により優れている。
また、低荷重に対するたわみ温度は１３６℃で、ＰＰ材における目標値１３０℃以上より高く、耐熱性に優れている。
また、耐ガソリン性は３６００秒以上で、ＰＰ材における目標値１１００秒以上よりはるかに高く、耐ガソリン性に優れている。また、耐ＣＰＣ性および耐アルコール性はいずれもＰＰ材における目標値と同じ３６００秒以上で、ＰＰ材と同程度の耐ＣＰＣ性および耐アルコール性をもつ。
さらに、ＰＣ材と２２０℃で溶着できることから、ＰＣ材との溶着性にも優れ、レーザー溶着，熱板溶着，振動（超音波振動を含む）溶着等の所定の熱溶着工法によって、ＰＣ製レンズカバー１２とＰＣ／ＰＴＴアロイ製ランプボディ１０を溶着できる。
また、第３の実施例であるランプボディ１０を構成するＰＣ／ＰＴＴアロイ材は、ＰＣ７０重量％、ＰＴＴ３０重量％、ＰＣとＰＴＴの総重量に対し４重量％のゴムと０．４重量％の熱安定剤と１０重量％の充填材（タルク）が添加された配合比で構成されている。即ち、第２の実施例よりも充填材（タルク）の添加量が多い配合比となっている。
そして、第３の実施例のＰＣ／ＰＴＴアロイ材の物性として、まず曲げ弾性率は３０２４ＭＰａで、第２の実施例のＰＣ／ＰＴＴアロイ材の曲げ弾性率よりも高く、曲げ剛性により一層優れている。
また、低荷重に対するたわみ温度は１３８℃で、ＰＰ材における目標値１３０℃以上より高く、耐熱性に優れている。
また、耐ガソリン性は２５４８秒以上で、ＰＰ材における目標値（１１００秒以上）より高く、耐ガソリン性に優れている。
また、耐ＣＰＣ性および耐アルコール性はいずれもＰＰ材における目標値と同じ３６００秒以上で、ＰＰ材と同程度の耐ＣＰＣ性および耐アルコール性をもつ。
さらに、ＰＣ材と２２０℃で溶着できることから、ＰＣ材との溶着性にも優れ、レーザー溶着，熱板溶着，振動（超音波振動を含む）溶着等の所定の熱溶着工法によって、ＰＣ製レンズカバー１２とＰＣ／ＰＴＴアロイ製ランプボディ１０を溶着できる。
また、第４の実施例であるランプボディ１０を構成するＰＣ／ＰＴＴアロイ材は、ＰＣ７０重量％、ＰＴＴ３０重量％、ＰＣとＰＴＴの総重量に対し０．４重量％の熱安定剤と１０重量％の充填材（タルク）が添加された配合比で構成されている。即ち、ゴムを添加しない点のみ第３の実施例と相違する。
そして、第４の実施例のＰＣ／ＰＴＴアロイ材の物性として、まず曲げ弾性率は３０８１ＭＰａで、実施例の中で最も曲げ剛性に優れている。
また、低荷重に対するたわみ温度は１３３℃で、第１〜第３の実施例より低いが、ＰＰ材における目標値１３０℃以上より高く、耐熱性に優れている。
また、耐ガソリン性は１６５９秒以上で、実施例の中では最も低いが、ＰＰ材における目標値（１１００秒以上）より高く、耐ガソリン性に優れている。
また、耐ＣＰＣ性および耐アルコール性はいずれもＰＰ材における目標値と同じ３６００秒以上で、ＰＰ材と同程度の耐ＣＰＣ性および耐アルコール性をもつ。
さらに、ＰＣ材と２２０℃で溶着できることから、ＰＣ材との溶着性にも優れ、レーザー溶着，熱板溶着，振動（超音波振動を含む）溶着等の所定の熱溶着工法によって、ＰＣ製レンズカバー１２とＰＣ／ＰＴＴアロイ製ランプボディ１０を溶着できる。
なお、前記した第２，第３、第４の実施例では、ＰＣ／ＰＴＴアロイ材に含まれる充填材としてタルクを用いたが、タルクに限られるものではなく、マイカや炭酸カルシウムであってもよい。また、充填材は一種類に限られるものではなく、タルク，マイカ，炭酸カルシウムの少なくとも二種以上であってもよい。
また、充填材はＰＣ／ＰＴＴアロイ材の曲げ弾性率を向上させる上で有効であることから、充填材の添加量を調整することで、要求される曲げ弾性率に応じたＰＣ／ＰＴＴアロイ材（ランプボディ）にすることができる。
また、前記した実施例では、本発明を自動車用ヘッドランプに適用した実施例について説明したが、アクリル樹脂製レンズとＰＣ／ＰＴＴアロイ製ランプボディを溶着により接合一体化した標識灯その他の灯具にも広く適用できる。
本発明を適用した自動車用ヘッドランプの縦断面図である。 レンズカバーとランプボディ間の付き合わせ部の拡大断面図である。 レンズとランプボディ間のレーザー溶着工程を示す図である。 本発明の第１の実施例であるＰＣ／ＰＴＴアロイ材の配合比および物性を第１，第２の比較例のそれと比較して示す図である。 本発明の第２，第３、第４の実施例であるＰＣ／ＰＴＴアロイ材の配合比および物性を示す図である。
符号の説明
１０ ランプボディ
１１ ランプボディの前面開口部周縁に形成したフランジ部
１２ レンズカバー
１３ レンズカバーのシール脚
１３ａ レンズカバーのシール脚先端部

Claims (4)

  1. ポリカーボネ−ト樹脂とポリトリメチレンテレフタレート樹脂を主成分とする樹脂アロイ材で構成されたことを特徴とする車両灯具用ランプボディ。
  2. 前記樹脂アロイ材は、ポリカーボネート樹脂が８０〜５０重量％、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂が２０〜５０重量％の配合比で、ポリカーボネート樹脂とポリトリメチレンテレフタレート樹脂の総重量に対し５〜１０重量％の充填材が添加されて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両灯具用ランプボディ。
  3. 前面側の開口する請求項１に記載のランプボディと、前記ランプボディの前面開口部を覆う、ポリカーボネ−ト樹脂で構成された前面レンズとを備え、前記ランプボディの前面開口部の周縁部と前記前面レンズの周縁部との付き合わせ部が熱溶着されたことを特徴とする車両灯具用。
  4. 前記付き合わせ部は、前記ランプボディの前面開口部の外側に周設されたフランジ部と、前記前面レンズ周縁に周設されたシール脚の先端部で構成され、前記フランジ部は、前記シール脚と直交する方向に対し後方に傾斜して延出する構造で、前記付き合わせ部がレーザー溶着工法により熱溶着されたことを特徴とする車両灯具用。
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