JP2012006046A - レーザー溶着装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】折れ角が大きい（例えば、１２０〜１８０°）熱可塑性樹脂製レンズと熱可塑性樹脂製部材とをその外周部全周にわたり、レーザー溶着することが可能なレーザー溶着装置を提供する。
【解決手段】レーザー光に対し透過性を有する熱可塑性樹脂製レンズとレーザー光に対して吸収性を有する熱可塑性樹脂製部材とを当接させた状態で保持する装置と、熱可塑性樹脂製レンズを透過し、熱可塑性樹脂製レンズが当接した熱可塑性樹脂製部材を照射し、前記熱可塑性樹脂製部材とこれに当接した前記熱可塑性樹脂製レンズとを溶融するレーザー光を走査するガルバノミラーと、第２円弧に沿って任意の位置まで移動させられるガルバノスキャン光学系とを備えており、第２円弧は中心が第１円弧の中心又はその近傍に設定され、かつ半径が第１円弧の半径よりも大きく設定されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー溶着装置に係り、特にレーザー溶着に用いられるレーザー光を走査するガルバノミラーを含むガルバノスキャン光学系を備えたレーザー溶着装置に関する。
従来、レーザー光に対し透過性を有する熱可塑性樹脂製レンズとレーザー光に対し吸収性を有する熱可塑性樹脂製部材とをレーザー溶着するレーザー溶着装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１に記載のレーザー溶着装置においては、ロボットアームに固定されたレーザー射出部からのレーザー光が、熱可塑性樹脂製レンズを透過し、当該熱可塑性樹脂製レンズ裏面に当接した熱可塑性樹脂製部材を照射し、両者を溶融することで、レーザー溶着が行われる。
特開平１１−３４８１３２号公報
しかしながら、ロボットアームに固定されたレーザー射出部に代え、図１０に示すように、フレーム等（図示せず）に固定されたガルバノスキャン光学系２１０（例えば、レーザー溶着に用いられるレーザー光を走査するガルバノミラー等を含むガルバノスキャンヘッド）を用いる場合には、熱可塑性樹脂製レンズ２２０の折れ角φが大きいと（例えば、１２０〜１８０°）、ガルバノスキャン光学系２１０からのレーザー光の熱可塑性樹脂製レンズ２２０（表面）に対する入射角θが部分的に臨界角を超えてしまい、ガルバノスキャン光学系２１０からのレーザー光は部分的に熱可塑性樹脂製レンズ２２０に入射しない。このため、ガルバノスキャン光学系を単純に用いるだけでは、折れ角φが大きい（例えば、１２０〜１８０°）熱可塑性樹脂製レンズと熱可塑性樹脂製部材とをその外周部全周にわたり、レーザー溶着することができない、という問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、折れ角が大きい（例えば、１２０〜１８０°）熱可塑性樹脂製レンズと熱可塑性樹脂製部材とをその外周部全周にわたり、レーザー溶着することが可能なレーザー溶着装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、レーザー光に対し透過性を有し、かつ、第１円弧に近似される断面を含む熱可塑性樹脂製レンズとレーザー光に対し吸収性を有する熱可塑性樹脂製部材とをレーザー溶着するレーザー溶着装置において、前記熱可塑性樹脂製レンズと前記熱可塑性樹脂製部材とを当接させた状態で保持する装置と、前記熱可塑性樹脂製レンズを透過し、前記熱可塑性樹脂製レンズが当接した前記熱可塑性樹脂製部材を照射し、前記熱可塑性樹脂製部材とこれに当接した前記熱可塑性樹脂製レンズとを溶融するレーザー光を走査するガルバノミラーを含んでおり、かつ、第２円弧に沿って任意の位置まで移動させられるガルバノスキャン光学系と、を備えており、前記第２円弧は、中心が前記第１円弧の中心又はその近傍に設定され、かつ、半径が前記第１円弧の半径よりも大きく設定されていることを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、折れ角が大きい（例えば、１２０〜１８０°）熱可塑性樹脂製レンズと熱可塑性樹脂製部材とを入射角の制約条件との関係でその外周部全周のうち一部しかレーザー溶着することができない場合であっても、ガルバノスキャン光学系を第２円弧に沿って任意の位置まで移動させることで、入射角の制約条件を小さくすることが可能となる。このため、その移動後の位置でレーザー光を走査することで、その外周部全周のうち残りの部分をレーザー溶着することが可能となる。これにより、折れ角が大きい（例えば、１２０〜１８０°）熱可塑性樹脂製レンズと熱可塑性樹脂製部材とをその外周部全周にわたり、レーザー溶着すること（すなわち、シールラインを分割してレーザー溶着すること）が可能となる。
また、請求項１に記載の発明によれば、ガルバノスキャン光学系は第２円弧に沿って移動させられるため、ガルバノスキャン光学系と熱可塑性樹脂製レンズ表面との間の距離が略一定となり、熱可塑性樹脂製レンズを透過して当該熱可塑性樹脂製レンズが当接した熱可塑性樹脂製部材を照射するガルバノスキャン光学系からのレーザー光のスポット径を略一定サイズに保つこと（すなわち、溶着条件を略一定に保つこと）が可能となる。この略一定サイズのスポット径のレーザー光により、熱可塑性樹脂製レンズと熱可塑性樹脂製部材とをその外周部全周にわたり、略均一にレーザー溶着することが可能となる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２円弧に沿って延びるカム溝が形成されたベース板をさらに備えており、前記ガルバノスキャン光学系は、前記カム溝に沿って移動する接触子を含んでいることを特徴とする。
請求項２に記載の発明によれば、第２円弧に沿って延びるカム溝及びこれに沿って移動する接触子の作用により、ガルバノスキャン光学系を第２円弧に沿って移動させることが可能となる。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２円弧の中心を揺動中心として揺動するアームと、前記アームに連結され、前記アームを揺動させるモータと、をさらに備えており、前記ガルバノスキャン光学系は、そのレーザー出射口を前記第２円弧の中心に向けた姿勢で、前記アームの前記揺動中心から前記第２円弧の半径分離れた箇所に固定されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明によれば、第２円弧の中心を揺動中心として揺動するアームの作用により、ガルバノスキャン光学系を、そのレーザー出射口を第２円弧の中心に向けた姿勢を保ったまま、第２円弧に沿って移動させることが可能となる。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２円弧に沿って延びるレールガイドをさらに備えており、前記ガルバノスキャン光学系は、前記レールガイドに沿ってガイドされて移動するように、前記レールガイドに取り付けられていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明によれば、第２円弧に沿って延びるレールガイドの作用により、ガルバノスキャン光学系を第２円弧に沿って移動させることが可能となる。
以上説明したように、本発明によれば、折れ角が大きい（例えば、１２０〜１８０°）熱可塑性樹脂製レンズと熱可塑性樹脂製部材とをその外周部全周にわたり、レーザー溶着することが可能なレーザー溶着装置を提供することが可能となる。
本発明の一実施形態であるレーザー溶着装置１０の概略構成図である。 レンズ２０の断面図である。 （ａ）レンズ２０とハウジング３０の断面図（突き当て前）、（ｂ）レンズ２０とハウジング３０の断面図（突き当て後）である。 ガルバノスキャン光学系４０の斜視図である。 （ａ）ガルバノスキャン光学系４０を円弧Ｃａ２に沿って移動させるための構成例、（ｂ）ガルバノスキャン光学系４０の側面図である。 図５（ａ）の断面図である。 ガルバノスキャン光学系４０を円弧Ｃａ２に沿って移動させるための構成例（変形例）である。 ガルバノスキャン光学系４０とアーム５４との関係を説明するための側面図である。 ガルバノスキャン光学系４０を円弧Ｃａ２に沿って移動させるための構成例（変形例）である。 熱可塑性樹脂製レンズ２２０の折れ角φが大きいと（例えば、１２０〜１８０°）、ガルバノスキャン光学系２１０からのレーザー光の熱可塑性樹脂製レンズ２２０に対する入射角との関係で、ガルバノスキャン光学系２１０からのレーザー光が熱可塑性樹脂製レンズ２２０に入射しないことを説明するための図である。
以下、本発明の一実施形態であるレーザー溶着装置について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態のレーザー溶着装置１０は、レンズ２０とこのレンズ２０に組み合わされて車両用灯具（例えば、車両後部の左右両側にそれぞれ配置されるリアコンビネーションランプ）を構成するハウジング３０とをレーザー溶着するための装置であり、図１に示すように、ガルバノスキャン光学系４０等を備えている。
レンズ２０は、レーザー光に対し透過性を有する熱可塑性樹脂製レンズである。レンズ２０は、第１レンズ部２１と、第１レンズ部２１に対し１２０〜１８０°の折れ角φをなすように屈曲レンズ部２２を介して第１レンズ部２１に連続する第２レンズ部２３と、を含んでいる。図１、図２に示すように、レンズ２０は、円弧Ｃａ１（本発明の第１円弧に相当）に近似される断面を含んでいる。なお、折れ角φとは、灯具の意匠面（レンズ２０表面）の曲げ角（車両のボディラインの曲げ角）を意味する。
図３（ａ）に示すように、レンズ２０裏面の外周部には、先端に環状接合面２４ａを含む環状リブ２４が形成されている。
ハウジング３０は、レーザー光に対し吸収性を有する熱可塑性樹脂製部材である。図３（ａ）に示すように、ハウジング３０は、レンズ２０裏面の外周部（環状接合面２４ａ）が当接する環状接合面３１を含んでいる。
レンズ２０とハウジング３０とは加圧され、レンズ２０（環状接合面２４ａ）とハウジング３０（環状接合面３１）とがその全周にわたり互いに当接（密着）した状態で保持されている。例えば、レンズ２０とハウジング３０とは、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、ハウジング３０（環状接合面３１）を図示しない機構を用いてレンズ２０に対し突き上げ、表面の外周部に透明押さえ部６０が当接したレンズ２０の裏面（環状接合面２４）にハウジング３０（環状接合面３１）を突き当てることで、互いに当接（密着）した状態で保持される。
ガルバノスキャン光学系４０としては、例えば、レンズ２０を透過し、レンズ２０（環状接合面２４ａ）が当接したハウジング３０（環状接合面３１）を照射し、ハウジング３０とこれに当接したレンズ２０とを溶融するレーザー光Ｒａｙ（図３（ａ）参照）を走査するガルバノミラー等（図示せず）を含むガルバノスキャンヘッドを用いることが可能である。
図４に示すように、ガルバノスキャン光学系４０の側面には、ガルバノ固定板５１に形成されたネジ穴５１ａ（図４中４箇所を例示）に挿入されたビス５２が螺合する固定ビス穴４２（図４中４箇所を例示）が形成されている。また、ガルバノスキャン光学系４０の側面には、ガルバノ固定板５１に形成された位置決めピン穴（図示せず）に挿入される位置決めピン４３が固定されている。
ガルバノ固定板５１は、位置決めピン穴（図示せず）に位置決めピン４３が挿入されて位置決めされるとともに、ネジ穴５１ａに挿入されたビス５２を固定ビス穴４２に螺合することで、ガルバノスキャン光学系４０にビス止め固定されている。
ガルバノ固定板５１のガルバノスキャン光学系４０が固定された側とは反対側の面には、当該面に対し直角の方向に延びるボルト５１ｂ（本発明の接触子に相当）が固定されている。
図５（ａ）、図６に示すように、ベース板５２には、円弧Ｃａ２（中心Ｃ２が円弧Ｃａ１の中心Ｃ１又はその近傍に設定され、かつ、半径Ｒ２が円弧Ｃａ１の半径Ｒ１よりも大きく設定された円弧Ｃａ２。図１参照。本発明の第２円弧に相当）に沿って延びるカム溝５２ａ（ベース板５２の厚み方向に貫通している。図６参照）が形成されている。
ガルバノスキャン光学系４０は、ベース板５２の一方の面側からボルト５１ｂをカム溝５２ａに挿入して他方の面側から突出させるとともに、当該突出したボルト５１ｂに固定用ナット５３を螺合することで、ベース板５２に固定されている（図６参照）。
上記構成によれば、固定用ナット５３を緩めることで、ガルバノスキャン光学系４０を、カム溝５２ａ（すなわち、円弧Ｃａ２）に沿って任意の位置（例えば、位置Ｐ１、Ｐ２。図１参照）まで移動させることが可能となる。そして、固定用ナット５３を締め付けることで、ガルバノスキャン光学系４０を、そのレーザー出射口４１を円弧Ｃａ２の中心Ｃ２に向けた姿勢で、移動後の位置に固定することが可能となる。
なお、二本のボルト５１ｂを用いれば（図５参照）、ガルバノスキャン光学系４０を、そのレーザー出射口４１を円弧Ｃａ２の中心Ｃ２に向けた姿勢を保ったまま、カム溝５２ａ（すなわち、円弧Ｃａ２）に沿って任意の位置まで移動させることが可能となる。
これにより、位置Ｐ１（図１参照）においては、折れ角φが大きい（例えば、１２０〜１８０°）レンズ２０とハウジング３０とを入射角の制約条件との関係でその外周部全周のうち一部しかレーザー溶着することができない場合であっても、ガルバノスキャン光学系４０を円弧Ｃａ２に沿って任意の位置（例えば位置Ｐ２。図１参照）まで移動させることで、入射角の制約条件を小さくすることが可能となる。このため、その移動後の位置でレーザー光を走査することで、その外周部全周のうち残りの部分をレーザー溶着することが可能となる。これにより、折れ角φが大きい（例えば、１２０〜１８０°）レンズ２０とハウジング３０とをその外周部全周にわたり、レーザー溶着することが可能となる。
位置Ｐ１としては、例えば、当該位置Ｐ１に位置したガルバノスキャン光学系４０からのレーザー光Ｒａｙがレンズ２０表面の外周部全周を走査するように、かつ、その全周走査されるレーザー光Ｒａｙの第１レンズ部２１及び屈曲レンズ部２２に対する入射角θが臨界角（例えば６０°）よりも小さくなるような位置が選定される（図１参照）。
すなわち、位置Ｐ１としては、例えば、当該位置Ｐ１に位置したガルバノスキャン光学系４０からのレーザー光Ｒａｙがレンズ２０表面の外周部全周を走査するように、かつ、その全周走査されるレーザー光Ｒａｙが少なくとも第１レンズ部２１及び屈曲レンズ部２２を透過するとともに第１レンズ部２１裏面及び屈曲レンズ部２２裏面それぞれに当接したハウジング３０（環状接合面３１）を照射し、当該ハウジング３０（環状接合面３１）とこれに当接した第１レンズ部２１及び屈曲レンズ部２２とを溶融して接合するような位置が選定される。
一方、位置Ｐ２としては、例えば、当該位置Ｐ２に位置したガルバノスキャン光学系４０からのレーザー光Ｒａｙがレンズ２０表面の外周部全周を走査するように、かつ、その全周走査されるレーザー光Ｒａｙの第２レンズ部２３及び屈曲レンズ部２２に対する入射角θが臨界角（例えば６０°）よりも小さくなるような位置が選定される（図１参照）。
すなわち、位置Ｐ２としては、例えば、当該位置Ｐ２に位置したガルバノスキャン光学系４０からのレーザー光Ｒａｙがレンズ２０表面の外周部全周を走査するように、かつ、その全周走査されるレーザー光Ｒａｙが少なくとも第２レンズ部２３及び屈曲レンズ部２２を透過するとともに第２レンズ部２３裏面及び屈曲レンズ部２２裏面それぞれに当接したハウジング３０（環状接合面３１）を照射し、当該ハウジング３０（環状接合面３１）とこれに当接した第２レンズ部２３及び屈曲レンズ部２２とを溶融して接合するような位置が選定される。
以上説明したように、上記構成のレーザー溶着装置１０によれば、折れ角φが大きい（例えば、１２０〜１８０°）レンズ２０とハウジング３０とを入射角の制約条件との関係でその外周部全周のうち一部しかレーザー溶着することができない場合であっても、ガルバノスキャン光学系４０を円弧Ｃａ２に沿って任意の位置（例えば、位置Ｐ１、位置Ｐ２。図１参照）まで移動させることで、入射角の制約条件を小さくすることが可能となる。このため、その移動後の位置でレーザー光を走査することで、その外周部全周のうち残りの部分をレーザー溶着することが可能となる。これにより、折れ角φが大きい（例えば、１２０〜１８０°）レンズ２０とハウジング３０とをその外周部全周にわたり、レーザー溶着すること（すなわち、シールラインを分割してレーザー溶着すること）が可能となる。
また、上記構成のレーザー溶着装置１０によれば、ガルバノスキャン光学系４０は円弧Ｃａ２に沿って移動させられるため、ガルバノスキャン光学系４０とレンズ２０表面との間の距離（ワークディスタンスとも称される）が略一定となり、レンズ２０を透過して当該レンズ２０が当接したハウジング３０を照射するガルバノスキャン光学系４０からのレーザー光のスポット径を略一定サイズに保つこと（すなわち、溶着条件を略一定に保つこと）が可能となる。この略一定サイズのスポット径のレーザー光により、レンズ２０とハウジング３０とをその外周部全周にわたり、略均一にレーザー溶着することが可能となる。
なお、ガルバノスキャン光学系４０を、エアシリンダや電動アクチュエータを用いて横方向に移動させるとともに、カムの変位量によって高さ方向に移動させるようにしてもよい。
次に、変形例について説明する。
図７、図８に示すように、ガルバノスキャン光学系４０は、円弧Ｃａ２の中心Ｃ２を揺動中心として揺動するアーム５４に固定されていてもよい。
図７に示すように、ガルバノスキャン光学系４０は、そのレーザー出射口４１を円弧Ｃａ２の中心Ｃ２に向けた姿勢で、アーム５４の揺動中心Ｃ２から円弧Ｃａ２の半径Ｒ２分離れた箇所に固定されている。
アーム５４には、当該アーム５４を揺動させるモータ（例えばステッピングモータ。図示せず）が連結されている。
本変形例によれば、円弧Ｃａ２の中心を揺動中心Ｃ２として揺動するアーム５４の作用により、ガルバノスキャン光学系４０を、そのレーザー出射口４１を円弧Ｃａ２の中心Ｃ２に向けた姿勢を保ったまま、円弧Ｃａ２に沿って任意の位置（例えば、位置Ｐ１、Ｐ２。図１参照）まで移動させることが可能となる。
また、図９に示すように、ガルバノスキャン光学系４０は、円弧Ｃａ２に沿って延びるレールガイド５５に沿ってガイドされて移動するように、当該レールガイド５５に取り付けられていてもよい。
本変形例によれば、円弧Ｃａ２に沿って延びるレールガイド５５の作用により、ガルバノスキャン光学系４０を円弧Ｃａ２に沿って移動させることが可能となる。
次に、変形例について説明する。
上記実施形態では、熱可塑性樹脂製部材がハウジング３０の例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、熱可塑性樹脂製部材はリフレクタ等の車両用灯具構成部材、その他電子部品の小物部品等であってもよい。
上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。
１０…レーザー溶着装置、２０…レンズ、２１…第１レンズ部、２２…屈曲レンズ部、２３…第２レンズ部、２４…環状リブ、２４ａ…環状接合面、３０…ハウジング、３１…環状接合面、４０…ガルバノスキャン光学系、４１…レーザー出射口、５１…ガルバノ固定板、５２…ベース板、５２ａ…カム溝、５３…固定用ナット、５４…アーム、５５…レールガイド

Claims (4)

  1. レーザー光に対し透過性を有し、かつ、第１円弧に近似される断面を含む熱可塑性樹脂製レンズとレーザー光に対し吸収性を有する熱可塑性樹脂製部材とをレーザー溶着するレーザー溶着装置において、
    前記熱可塑性樹脂製レンズと前記熱可塑性樹脂製部材とを当接させた状態で保持する装置と、
    前記熱可塑性樹脂製レンズを透過し、前記熱可塑性樹脂製レンズが当接した前記熱可塑性樹脂製部材を照射し、前記熱可塑性樹脂製部材とこれに当接した前記熱可塑性樹脂製レンズとを溶融するレーザー光を走査するガルバノミラーを含んでおり、かつ、第２円弧に沿って任意の位置まで移動させられるガルバノスキャン光学系と、
    を備えており、
    前記第２円弧は、中心が前記第１円弧の中心又はその近傍に設定され、かつ、半径が前記第１円弧の半径よりも大きく設定されていることを特徴とするレーザー溶着装置。
  2. 前記第２円弧に沿って延びるカム溝が形成されたベース板をさらに備えており、
    前記ガルバノスキャン光学系は、前記カム溝に沿って移動する接触子を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のレーザー溶着装置。
  3. 前記第２円弧の中心を揺動中心として揺動するアームと、
    前記アームに連結され、前記アームを揺動させるモータと、
    をさらに備えており、
    前記ガルバノスキャン光学系は、そのレーザー出射口を前記第２円弧の中心に向けた姿勢で、前記アームの前記揺動中心から前記第２円弧の半径分離れた箇所に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザー溶着装置。
  4. 前記第２円弧に沿って延びるレールガイドをさらに備えており、
    前記ガルバノスキャン光学系は、前記レールガイドに沿ってガイドされて移動するように、前記レールガイドに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザー溶着装置。
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