JP2006062123A - 車輌用灯具のレーザ溶着方法及びレーザ溶着装置 - Google Patents

車輌用灯具のレーザ溶着方法及びレーザ溶着装置 Download PDF

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Kazuhiro Yamazaki
一廣 山▲崎▼
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Abstract

【課題】 互いの溶着部同士を確実に接触ないしは接触に近い状態にして、レーザ溶着が確実に為されるようにすることを課題とする。
【解決手段】 車輌用灯具における全周に亘って溶着部１２、２１が形成されている２つの樹脂部材１０、２０をレーザ溶着する方法であって、レーザ溶着の全工程に亘って一方の部材２０を他方の部材１０に対して上記溶着部以外の部分で押さえつけている状態で、少なくともほぼ接触した状態にある上記２つの溶着部にレーザ照射を行っている部分の近傍部分において一方の部材を他方の部材に押圧してレーザ照射を行っている部分に先行した２つの溶着部を少なくとも近接した状態にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は新規な車輌用灯具のレーザ溶着方法及びレーザ溶着装置に関する。詳しくは、車輌用灯具のレンズとハウジングのように大型部材の周縁部のレーザ溶着を確実に行う技術に関する。
レーザ溶着は、接着剤を使用する接着のように環境への配慮が無用である、超音波溶着や熱板溶着のように互いの溶着箇所の形状に制約を受けないなどの利点を有し、車輌灯具の分野においても、構成部材の接合にレーザ溶着を使用することが行われつつある。
ところで、レーザ溶着は互いの接合部が接触しているか近接していないと熱が一方の部材から他方の部材に伝わらず、溶着が困難である。
そのような事情に鑑みて、互いに溶着される２つの部材の一方を他方に対して押圧して確実なレーザ溶着を為す技術として特許文献１及び特許文献２に示されたものが提案されている。
すなわち、特許文献１及び特許文献２に示されたものにあっては、レーザ照射部に近接した状態でレーザ照射部と共に移動する部分的押圧治具を設け、該部分的押圧治具によって２つの部材の溶着部同士を密接した状態にして、確実なレーザ溶着を為そうとするものである。
特表平９−５１０９３０号公報 特開平１１−１７０３７１号公報
ところで、上記特許文献１及び特許文献２では、図示されているように、互いにレーザ溶着される２つの部材の大きさが比較的小さく、且つ、互いの溶着部が一つの平面内で延びているもの同士の溶着が予定されている。このようなものにあっては、一箇所を押さえれば、全体を密着させることが比較的容易である。
しかしながら、車輌用灯具、例えば、近時の自動車用灯具は、ヘッドランプ、標識灯を問わず、大型化している。そのため、これら車輌用灯具に使用される部材、例えば、レンズ、ハウジング、エクステンション等は大型化している。このような大型の部材にあっては、離型後に歪みが生じやすく、互いに溶着される溶着部が設計通りに形成されているとは限らない。そのため、一箇所で無理矢理（治具による押圧によって）密着させれば、他の部位ではかえって互いの間隔が大きくなってしまう問題がある。特に、車輌用灯具の上記した部材は互いの溶着部が３次元的広がりを以て延びているので、これを上記特許文献１及び特許文献２に示されたように、一箇所の部分的押圧によって密着或いは密着に近い状態にすることは難しい。
そこで、本発明は、車輌用灯具のレンズとハウジングのように大型部材の周縁部のレーザ溶着にあたって互いの溶着部同士を確実に接触ないしは接触に近い状態にして、レーザ溶着が確実に為されるようにすることを課題とする。
本発明車輌用灯具のレーザ溶着方法は、上記した課題を解決するために、レーザ溶着の全工程に亘って一方の部材を他方の部材に対して上記溶着部以外の部分で押さえつけている状態で、少なくともほぼ接触した状態にある上記２つの溶着部にレーザ照射を行っている部分の近傍部分（以下、「部分的押圧部分」という）において一方の部材を他方の部材に押圧してレーザ照射を行っている部分に先行した２つの溶着部を少なくとも近接した状態にするものである。
また、本発明車輌用灯具のレーザ溶着装置は、上記した課題を解決するために、一方の部材を他方の部材に対して上記溶着部以外の部分で押さえつける全体的押圧治具と、レーザ照射部と、レーザ照射部と共に移動し、レーザ照射部によりレーザ照射を行っている部分の近傍部分（以下、「部分的押圧部分」という）において一方の部材を他方の部材に押圧する部分的押圧治具とを備え、上記全体的押圧治具によってレーザ溶着の全工程に亘って一方の部材を他方の部材に対して上記溶着部以外の部分で押さえつけている状態にすると共に、上記部分的押圧治具によってレーザ照射部によってレーザ照射を行っている部分に近接した部分に先行した２つの溶着部を少なくとも近接した状態にするものである。
従って、本発明にあっては、先ず、レーザ溶着の全工程において一方の部材を他方の部材に対して全体的に押さえつけると共に、部分的押圧によってレーザ照射部に先行する部分で溶着部同士を少なくとも近接させるので、確実なレーザ溶着が為される。
本発明車輌用灯具のレーザ溶着方法は、車輌用灯具における全周に亘って溶着部が形成されている２つの樹脂部材をレーザ溶着する方法であって、レーザ溶着の全工程に亘って一方の部材を他方の部材に対して上記溶着部以外の部分で押さえつけている状態で、少なくともほぼ接触した状態にある上記２つの溶着部にレーザ照射を行っている部分の近傍部分（以下、「部分的押圧部分」という）において一方の部材を他方の部材に押圧してレーザ照射を行っている部分に先行した２つの溶着部を少なくとも近接した状態にすることを特徴とする。
また、本発明車輌用灯具のレーザ溶着装置は、車輌用灯具における全周に亘って溶着部が形成されている２つの樹脂部材をレーザ溶着する装置であって、一方の部材を他方の部材に対して上記溶着部以外の部分で押さえつける全体的押圧治具と、レーザ照射部と、レーザ照射部と共に移動し、レーザ照射部によりレーザ照射を行っている部分の近傍部分において一方の部材を他方の部材に押圧する部分的押圧治具とを備え、上記全体的押圧治具によってレーザ溶着の全工程に亘って一方の部材を他方の部材に対して上記溶着部以外の部分で押さえつけている状態にすると共に、上記部分的押圧治具によってレーザ照射部によってレーザ照射を行っている部分に近接した部分に先行した２つの溶着部を少なくとも近接した状態にすることを特徴とする。
従って、本発明にあっては、一方の部材を溶着部以外の部分で全体的に他方の部材に押圧しながら、レーザ照射している部分の近辺を部分的に押圧するので、これからレーザを照射しようとする部分で互いの溶着部同士が密着ないしは密着に近い状態となり、確実にレーザ溶着が為される。
請求項２に記載した発明にあっては、現在レーザ溶着を行っている部分に先行した溶着部を部分的に押圧するので、既に溶着されている部分とレーザ照射しようとしている部分を挟んだ先行部分とが密着状態となるので、これから溶着しようとする溶着部同士が確実に密着ないし密着に近い状態となる。
請求項３に記載した発明にあっては、レーザ照射部から３ｍｍ乃至１０ｍｍの範囲内に位置している部分を部分的に押圧するので、部分的押圧がレーザ照射の邪魔になることがないと共に、部分的な押圧効果が十分に発揮される。
請求項４に記載した発明にあっては、上記２つの樹脂部材がレンズとハウジングであるので、全体的押圧と部分的押圧を行う利点が遺憾なく発揮される。
以下に、本発明車輌用灯具のレーザ溶着方法及びレーザ溶着装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。なお、図示した実施の形態は本発明をハウジングとレンズとのレーザ溶着に適用したものである。
ハウジング１０は前方に開口した凹部１１を有しており、開口縁部に溶着部として前方を向いた溶着面１２を有する。該ハウジング１０は熱可塑性を有すると共にレーザ吸収の良い樹脂材料で形成されている。レーザ吸収を良くするには、当該樹脂材料そのものがレーザ吸収性の良いものでも良いし、或いは、レーザ吸収性の良い材料を混練りしたものであっても良い。レーザ吸収性の良い材料を混練りする場合、溶着面１２及びその近辺にのみレーザ吸収性の良い材料が偏在するようにすれば、材料費を低減することができる。或いは、溶着面１２の表面にレーザ吸収剤を塗布等の方法により添着しても良い。
レンズ２０は透明でレーザ透過性の良い熱可塑性樹脂、例えば、アクリル樹脂、ポーリカーボネート等で形成される。レンズ２０の周縁部には溶着部として後面を向いた溶着面２１が形成されている。このレンズ２０が上記ハウジング１０の前側に重ね合わされ、両者の溶着面１２、２１同士がレーザ溶着される。
レーザ溶着を行うに際して、ハウジング１０はハウジング治具３０に保持される。ハウジング治具３０の上面にはハウジング１０の後面の形状にほぼ倣う形状をした凹部３１が形成され、該凹部３１内にハウジング１０の周辺部を除く部分が収納された状態で、保持される。
ハウジング治具３０によって保持されたハウジング１０の上にレンズ２０が重ね合わされる。この時、ハウジング１０の溶着面１２の上にレンズ２０の溶着面２１が接触するように重ね合わせられる。しかしながら、型成形後の歪み等により、ハウジング１０及びレンズ２０共に僅かながら変形があり、２つの溶着面１２、２１が全周に亘ってピッタリと密着することは少ない。
そこで、全体的押圧治具４０によってレンズ２０の前面を押圧してレンズ２０の溶着面２１をハウジング１０の溶着面１２に押しつける。全体的押圧治具４０の下面にはレンズ２０の周縁部を除いた部分２２の形状にほぼ倣う形状をした凹部４１が形成されており、該凹部４１内にレンズ２０の周縁部を除いた部分２２が収まるようになっている。全体的押圧治具４０によってレンズ２０をハウジング１０の方へと押圧すると、全体的押圧治具４０の凹部４１内面によってレンズ２０の周縁部を除く部分２２が押圧され、これによって、レンズ２０の溶着面２１がハウジング１０の溶着面１２に密接又は近接した状態とされる。
レーザ溶着は、レーザ光５１を照射するレーザ照射部であるレーザヘッド５０を互いに重ね合わされている溶着面１２、２１に沿って移動させることによって行われる。例えば、図２に示すように、レーザ光５１をレンズ２０の周縁部２３を前方から透過させて、ハウジング１０の溶着面１２にスポットを結ぶように照射する。これによって、レーザ光５１がハウジング１０の溶着面１２で吸収されて、該溶着面１２が発熱され、且つ、溶融し、さらに、熱伝導によって、レンズ２０の溶着面２１も発熱、且つ、溶融され、これによって、２つの溶着面１２、２１が相溶状態となり、融合し、そして、融着する。そして、溶着面１２、２１が冷却されることによって、両者が固定状態となる。
そして、本発明にあっては、レーザ照射部であるレーザヘッド５０（図１では矢印方向へ進行する）と共に且つレーザヘッド５０に先行して溶着面１２、２１に沿って移動する部分的押圧治具６０が設けられている。部分的押圧治具６０はローラ６１を有しており、該ローラ６１がレンズ２０の周縁部２３の前面を下方へ押圧しながらレーザヘッド５１に先行して行く。上記したように、全体的押圧治具４０による押圧と共に部分的押圧治具６０による押圧によって、ハウジング１０の溶着面１２とレンズ２０の溶着面と２１とは密着した状態又は０．１ｍｍ以下に近接した状態となる。従って、レーザ光５１の照射によってハウジング１０の溶着面１２に生じた発熱はレンズ２０の溶着面２１に確実に伝わり、ハウジング１０の溶着面１２とレンズ２０の溶着面２１とが確実にレーザ溶着される。
上記部分的押圧治具６０によって押圧する箇所（部分的押圧部分）とレーザヘッド５１によるレーザ光の照射が行われている位置との間の間隔ｌ（図１参照）は３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であることが好ましい。３ｍｍ以下であると、部分的押圧治具６０がレーザ光５１を遮ってしまう惧れがあり、１０ｍｍ以上離れていると、２つの溶着面１２、２１間の間隔を０．１ｍｍ以下とすることができない場合がある。また、部分的押圧治具６０によって押圧する箇所はレーザヘッド５１に先行するレンズ２０の周縁部２３の前面、すなわち、溶着面２１の前側、が望ましいが、レーザヘッド５１の走行方向を横切る方向でレーザヘッド５１に近接した箇所であっても構わない。
部分的押圧治具は上記した６０のようにローラ６１を備えたものに限らない。例えば、図３に示すように、支持部７１の下面に形成された球状の凹部７２に球体７３を転動自在に支持したもの７０であっても良い。このような部分的押圧治具７０であれば、球体７３がレンズ２０の前面を転動することによってスムーズな移動が可能であり、また、方向性が問題にならない。すなわち、上記部分的押圧治具６０のようにローラ６１を転動させるものにあっては、ローラ６１の接地面６１ａの延びる方向を走行方向に一致させておかなければならず、３次元的な広がりを有する溶着面１２、２１に沿って移動するためには、絶えず、その向きを調整してやらなければならない。いわゆる舵取りが必要である。ところで、図３に示す部分的押圧治具７０にあっては、球体７３の接地面７３ａの延びる方向は面的に広がっているので、走行方向を変える場合でも、いちいち舵取りをする必要が無く、溶接装置にとっては、制御対象が減少することになり、好適である。
なお、上記した実施の形態では、部分的押圧治具がレーザヘッドと共に移動する例を説明したが、部分的押圧治具はレーザ溶着工程の全工程に亘ってレーザヘッドと共に移動する必要はなく、部分的押圧を必要とする箇所においてのみ押圧するようにしても良い。
また、上記した実施の形態では、本発明を自動車用灯具のハウジング１０とレンズ２０との接合に適用した例を示したが、本発明の適用範囲が上記したものに限定されることを意味するものではない。例えば、ハウジングやレンズ以外でも、エクステンション、インナーレンズ等他の部材と接合される大型の部材があり、これらの部材をレーザ溶着するのに本発明は好適である。
その他、上記した実施の形態において示した各部の形状及び構造は、いずれも本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
車輌用灯具における各部材間、特に大型の部材間の接合に好適である。
レーザ溶着中の状態を示す概略側面図である。 要部の概略断面図である。 部分的押圧治具の変形例を示す概略断面図である。
符号の説明
１０…ハウジング（他方の部材）、１２…溶着面（溶着部）、２０…レンズ（一方の部材）、２１…溶着面（溶着部）、４０…全体的押圧治具、５０…レーザヘッド（レーザ照射部）、６０…部分的押圧治具、７０…部分的押圧治具

Claims (5)

  1. 車輌用灯具における全周に亘って溶着部が形成されている２つの樹脂部材をレーザ溶着する方法であって、
    レーザ溶着の全工程に亘って一方の部材を他方の部材に対して上記溶着部以外の部分で押さえつけている状態で、
    少なくともほぼ接触した状態にある上記２つの溶着部にレーザ照射を行っている部分の近傍部分（以下、「部分的押圧部分」という）において一方の部材を他方の部材に押圧してレーザ照射を行っている部分に先行した２つの溶着部を少なくとも近接した状態にする
    ことを特徴とする車輌用灯具のレーザ溶着方法。
  2. 上記部分的押圧部分がレーザ溶着を行っている部分に先行した部分である
    ことを特徴とする請求項１に記載の車輌用灯具のレーザ溶着方法。
  3. 上記部分的押圧部分はレーザ溶着を行っている部分から３ｍｍ乃至１０ｍｍの範囲内に位置している
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車輌用灯具のレーザ溶着方法。
  4. 上記２つの樹脂部材がレンズとハウジングである
    ことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の車輌用灯具のレーザ溶着方法。
  5. 車輌用灯具における全周に亘って溶着部が形成されている２つの樹脂部材をレーザ溶着する装置であって、
    一方の部材を他方の部材に対して上記溶着部以外の部分で押さえつける全体的押圧治具と、
    レーザ照射部と、
    レーザ照射部と共に移動し、レーザ照射部によりレーザ照射を行っている部分の近傍部分において一方の部材を他方の部材に押圧する部分的押圧治具とを備え、
    上記全体的押圧治具によってレーザ溶着の全工程に亘って一方の部材を他方の部材に対して上記溶着部以外の部分で押さえつけている状態にすると共に、上記部分的押圧治具によってレーザ照射部によってレーザ照射を行っている部分に近接した部分に先行した２つの溶着部を少なくとも近接した状態にする
    ことを特徴とする車輌用灯具のレーザ溶着装置。
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