JP2009137101A - 光線溶着装置及び光線溶着方法 - Google Patents

光線溶着装置及び光線溶着方法 Download PDF

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Abstract


【課題】 作業性の向上を図った上で第１の樹脂部材と第２の樹脂部材の溶着による良好な接合性を確保する。
【解決手段】
第１の樹脂部材１００の溶着部１０１を第２の樹脂部材２００の溶着部２０１に押し付けると共に透明材料によって形成された押さえ治具３と、押さえ治具及び第１の樹脂部材を透過する照射光線Ｒを第２の樹脂部材の溶着部に照射する光源２とを設け、押さえ治具に、第１の樹脂部材に接して該第１の樹脂部材の溶着部又は第２の樹脂部材の溶着部の少なくとも一方を加熱して軟化させ第１の樹脂部材の溶着部と第２の樹脂部材の溶着部とを密着させると共に透明材料によって形成された発熱体４を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は光線溶着装置及び光線溶着方法に関する。詳しくは、加熱することにより第１の樹脂部材の溶着部と第２の樹脂部材の溶着部を密着させて作業性の向上を図った上で第１の樹脂部材と第２の樹脂部材の溶着による良好な接合性を確保する技術分野に関する。
光線溶着装置によって第１の樹脂部材と第２の樹脂部材、例えば、レンズとランプボデイを溶着する光線溶着方法として、レンズの溶着部とランプボデイの溶着部を突き合わせた状態において、光源からレーザー光等の照射光線を出射し、互いの溶着部を溶着する方法がある。
このような光線溶着方法においては、レンズの溶着部とランプボデイの溶着部を突き合わせた状態において両者の間に隙間が生じていると、溶着時によるレンズとランプボデイとの間の良好な接合性が得られないが、突き合わせた状態において溶着部間に隙間を生じないようにするためには、溶着部の精度の高い面圧管理やレンズ及びランプボデイの高精度の設計が必要となり、その分、車輌用灯具の製造コストの高騰を来たしてしまう。
そこで、従来の光線溶着方法として、レンズをランプボデイに対して押さえ治具によって押し付けてレーザー光等の照射光線をレンズとランプボデイの接触面（溶着面）に照射し、両者を溶着する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載された車輌用灯具の光線溶着方法は、以下のような手順で行われる。
レンズとランプボデイの各一部は、溶着によって互いに接合される溶着部として設けられている。
例えば、ランプボデイの溶着部にレンズ側へ盛り上がる凸状に形成された肉盛部を設け、先ず、ヒーター等の発熱体を肉盛部の上方へ移動し肉盛部を加熱して軟化させる。肉盛部に対する加熱を終了すると、発熱体を肉盛部から離隔する方向へ移動する。肉盛部が軟化された状態においては、肉盛部が荷重を受けたときに容易に変形することが可能とされている。
次に、レンズをランプボデイに押さえ治具によって押し付ける。レンズをランプボデイに押し付けることにより、軟化されている肉盛部が、押し付けられたレンズの溶着部の形状に倣うように変形され、レンズの溶着部とランプボデイの溶着部（肉盛部）が密着される。
最後に、レンズの溶着部とランプボデイの溶着部が密着された状態において、レンズの外側からレーザー光等の照射光線を出射する。出射された照射光線は、透明材料によって形成されたレンズを透過してランプボデイの溶着部に達し、該ランプボデイの溶着部とレンズの溶着部が溶融されて溶着される。
特開２００６−２０５４４１号公報
ところが、特許文献１に記載された光線溶着装置及び光線溶着方法は、押さえ治具によってレンズをランプボデイに押し付ける前に、ヒーター等の発熱体を肉盛部の上方へ移動し肉盛部を加熱して軟化させ、加熱の終了後に発熱体を肉盛部から離隔する方向へ移動させる必要がある。
従って、押さえ治具による押さえ作業の前に、発熱体をランプボデイに対して離接する方向へ移動しなければならず、発熱体による加熱作業と押さえ治具による押さえ作業とを連続して行うことができず、作業性が悪く溶着作業に時間がかかると言う問題がある。
そこで、本発明光線溶着装置及び光線溶着方法は、作業性の向上を図った上で第１の樹脂部材と第２の樹脂部材の溶着による良好な接合性を確保することを課題とする。
光線溶着装置は、上記した課題を解決するために、第１の樹脂部材の溶着部を第２の樹脂部材の溶着部に押し付けると共に透明材料によって形成された押さえ治具と、前記押さえ治具及び前記第１の樹脂部材を透過する前記照射光線を前記第２の樹脂部材の前記溶着部に照射する光源とを設け、前記押さえ治具に、前記第１の樹脂部材に接して該第１の樹脂部材の前記溶着部又は前記第２の樹脂部材の前記溶着部の少なくとも一方を加熱して軟化させ前記第１の樹脂部材の前記溶着部と前記第２の樹脂部材の前記溶着部とを密着させると共に透明材料によって形成された発熱体を設けたものである。
光線溶着方法は、上記した課題を解決するために、透明材料によって形成された押さえ治具を用いて第１の樹脂部材の溶着部を第２の樹脂部材の溶着部に押し付ける押付工程と、前記押さえ治具によって前記第１の樹脂部材の前記溶着部を前記第２の樹脂部材の前記溶着部に押し付けた状態において、加熱することにより前記第１の樹脂部材の前記溶着部又は前記第２の樹脂部材の前記溶着部の少なくとも一方を軟化させて前記溶着部同士を密着する加熱工程と、光源から前記照射光線を前記押さえ治具及び前記第１の樹脂部材を透過させて前記第２の樹脂部材の前記溶着部に照射し前記第１の樹脂部材と前記第２の樹脂部材を溶着する溶着工程とを設けたものである。
従って、光線溶着装置及び光線溶着方法にあっては、押さえ治具によって第１の樹脂部材の溶着部が第２の樹脂部材の溶着部に押し付けられた状態において溶着部が加熱される。
本発明光線溶着装置は、照射光線に対して透過性を有し溶着部が設けられた第１の樹脂部材と前記照射光線に対して前記第１の樹脂部材に対する透過性より小さい透過性を有し溶着部が設けられた第２の樹脂部材とを前記照射光線によって溶着する光線溶着装置であって、前記第１の樹脂部材の前記溶着部を前記第２の樹脂部材の前記溶着部に押し付けると共に透明材料によって形成された押さえ治具と、前記押さえ治具及び前記第１の樹脂部材を透過する前記照射光線を前記第２の樹脂部材の前記溶着部に照射する光源とを備え、前記押さえ治具に、前記第１の樹脂部材に接して該第１の樹脂部材の前記溶着部又は前記第２の樹脂部材の前記溶着部の少なくとも一方を加熱して軟化させ前記第１の樹脂部材の前記溶着部と前記第２の樹脂部材の前記溶着部とを密着させると共に透明材料によって形成された発熱体を設けたことを特徴とする。
従って、押さえ治具による押さえ作業の前に溶着部を加熱する発熱体を第２の樹脂部材に対して離接する方向へ移動する必要がなく、発熱体による加熱作業と押さえ治具による押さえ作業とを連続して行うことができ、作業性の向上を図った上で第１の樹脂部材と第２の樹脂部材の溶着による良好な接合性を確保することができる。
請求項２に記載した発明にあっては、前記発熱体によって加熱された前記第１の樹脂部材の前記溶着部の温度が、ガラス転移温度以上、荷重たわみ温度未満になるようにしたので、溶着部を溶融することなく軟化させてゴム状の弾性を有する状態とすることができる。
請求項３に記載した発明にあっては、前記発熱体から赤外光を発するようにし、前記赤外光の波長領域を２．５μｍ以上３０μｍ以下としたので、第１の樹脂部材の溶着部及び第２の樹脂部材の溶着部が赤外光によっても軟化され得るため、加熱と赤外光による溶着部の軟化により溶着部同士の密着性の向上を図ることができる。
本発明光線溶着方法は、照射光線に対して透過性を有し溶着部が設けられた第１の樹脂部材と前記照射光線に対して前記第１の樹脂部材に対する透過性より小さい透過性を有し溶着部が設けられた第２の樹脂部材とを前記照射光線によって溶着する光線溶着方法であって、透明材料によって形成された押さえ治具を用いて前記第１の樹脂部材の前記溶着部を前記第２の樹脂部材の前記溶着部に押し付ける押付工程と、前記押さえ治具によって前記第１の樹脂部材の前記溶着部を前記第２の樹脂部材の前記溶着部に押し付けた状態において、加熱することにより前記第１の樹脂部材の前記溶着部又は前記第２の樹脂部材の前記溶着部の少なくとも一方を軟化させて前記溶着部同士を密着する加熱工程と、光源から前記照射光線を前記押さえ治具及び前記第１の樹脂部材を透過させて前記第２の樹脂部材の前記溶着部に照射し前記第１の樹脂部材と前記第２の樹脂部材を溶着する溶着工程とを備えたことを特徴とする。
従って、押さえ治具による押さえ作業の前に溶着部を加熱する発熱体を第２の樹脂部材に対して離接する方向へ移動する必要がなく、発熱体による加熱作業と押さえ治具による押さえ作業とを連続して行うことができ、作業性の向上を図った上で第１の樹脂部材と第２の樹脂部材の溶着による良好な接合性を確保することができる。
請求項５に記載した発明にあっては、前記溶着工程の後工程として、加熱することにより前記第１の樹脂部材と前記第２の樹脂部材をアニールするアニール工程を備えたので、溶着工程に連続してアニール工程を行うことができ、アニール工程を行うための専用の設備が必要とならず、製造コストの低減を図ることができる。
以下に、本発明光線溶着装置及び光線溶着方法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。
光線溶着装置１は光源２と押さえ治具３を備えている（図１参照）。
光源２は照射光線Ｒ、例えば、レーザー光を出射する。
押さえ治具３は、図示しない設備に支持されている。押さえ治具３は第１の樹脂部材１００を第２の樹脂部材２００に押し付ける役割を果たす。
第１の樹脂部材１００は、第２の樹脂部材２００との溶着時に光源２から出射される照射光線Ｒに対して透過性を有する樹脂材料、例えば、アクリルやポリカーボネート等の透明な材料によって形成されている。第１の樹脂部材１００は、例えば、ランプボデイの開口面を閉塞するレンズ（アウターレンズ）であるが、ランプボデイの内部に配置される灯具ユニットを構成するインナーレンズ、所定の部材を遮蔽して見栄えの向上等を図るエクステンション、所定の各部が取り付けられるブラケット等であってもよい。
第２の樹脂部材２００は、第１の樹脂部材１００より照射光線Ｒに対して透過性が小さく吸収性を有する樹脂材料、例えば、ＡＢＳ（acrylonitrile butadiene styrene）樹脂、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ＡＳＡ（Acrylonitrile Styrene Acrylate）樹脂等によって形成されている。第２の樹脂部材２００は、例えば、ランプボデイであるが、エクステンションや所定の各部が取り付けられるブラケット等であってもよい。
第１の樹脂部材１００の外周部は第２の樹脂部材２００の外周部に溶着によって接合される部分であり、第１の樹脂部材１００の外周部における第２の樹脂部材２００に接合される部分は溶着部１０１として形成され、第２の樹脂部材２００の外周部における第１の樹脂部材１００に接合される部分は溶着部２０１として形成されている。
第１の樹脂部材１００と第２の樹脂部材２００の溶着時に光源２から出射される照射光線Ｒは、４００ｎｍ乃至１６００ｎｍの波長を有する光線であり、レーザー光のような単一波長の光線や白熱球から出射される複数波長の光線をも含む。照射光線Ｒを出射する光源２としては、例えば、単一のレーザー光源、複数のレーザー光源、レーザー光源と白熱球の光源との組み合わせ、レーザー光源とハロゲンランプの光源との組み合わせ等が用いられる。
従って、第１の樹脂部材１００は上記のような４００ｎｍ乃至１６００ｎｍの波長を有する照射光線Ｒに対して透過性を有する樹脂材料によって形成され、第２の樹脂部材２００は上記のような４００ｎｍ乃至１６００ｎｍの波長を有する照射光線Ｒに対して吸収性を有する樹脂材料によって形成されている。
押さえ治具３は、上下方向へ移動可能とされている。押さえ治具３は、例えば、第１の樹脂部材１００の形状に対応して稍湾曲された扁平な形状に形成され、ガラス材料、例えば、石英ガラスによって形成され、光源２から出射されるレーザー光に対して高い透過性を有している。
押さえ治具３の厚み方向における一方の面には発熱体４が設けられている。
発熱体４は、例えば、インジウム酸化物とスズ酸化物の混合物によって形成された透明導電膜であり、光源２から出射されるレーザー光に対して高い透過性を有している。発熱体４は、例えば、ランプボデイである第２の樹脂部材２００の開口縁の形状に対応して環状に形成されている。
押さえ治具３には発熱体（透明導電膜）４に通電を行うための一対の電極５、５が設けられ、該電極５、５の一部はそれぞれ発熱体４に接続されている。電極５、５は、例えば、押さえ治具３の外周面に設けられている。
押さえ治具３の下方には受け台６が配置されている。受け台６は第２の樹脂部材２００を受ける上方に開口された受け凹部６ａを有している。
以下に、第１の樹脂部材１００と第２の樹脂部材２００を溶着する光線溶着方法における作業工程について説明する（図２乃至図５参照）。
先ず、受け台６の受け凹部６ａに第２の樹脂部材２００を載置し、該第２の樹脂部材２００上に第１の樹脂部材１００を載置する。第２の樹脂部材２００上に第１の樹脂部材１００を載置することにより、第１の樹脂部材１００の溶着部１０１が第２の樹脂部材２００の溶着部２０１に突き当てられる（図２参照）。
このとき第１の樹脂部材１００と第２の樹脂部材２００の成形精度によっては、溶着部１０１と溶着部２０１の間に隙間Ｓが生じている場合がある。従って、次に、隙間Ｓを消失させる以下の作業が行われる。
第１の樹脂部材１００を押さえ治具３によって第２の樹脂部材２００に押し付ける（押付工程）（図３参照）。このとき第１の樹脂部材１００に押さえ治具３に設けられた発熱体４が接する。
次いで、電極５、５を介して発熱体４に通電を行い該発熱体４を発熱させて加熱を行う（加熱工程）。発熱体４が発熱すると、発生した熱が第１の樹脂部材１００に伝達されて該第１の樹脂部材１００の溶着部１０１が軟化する。発熱体４に発生した熱は第１の樹脂部材１００を介して第２の樹脂部材２００の溶着部２０１にも伝達される可能性があり、この場合には第２の樹脂部材２００の溶着部２０１も軟化する。
発熱体４によって加熱されたときの第１の樹脂部材１００の溶着部１０１の温度は、ガラス転移温度以上、荷重たわみ温度未満になるようにされている。従って、溶着部１０１を溶融することなく軟化させてゴム状の弾性を有する状態とすることができる。
このとき発熱体４の発熱に伴って該発熱体４からは、例えば、２．５μｍ〜３０μｍの波長領域の赤外光が発せられる。赤外光は第１の樹脂部材１００又は第２の樹脂部材２００に吸収されるが、例えば、ポリカーボネート等によって形成された第１の樹脂部材１００には主に遠赤外光が吸収され、ＡＢＳ樹脂等によって形成された第２の樹脂部材２００には主に近赤外光が吸収される。従って、第１の樹脂部材１００の溶着部１０１及び第２の樹脂部材２００の溶着部２０１は、発熱体４の発熱に伴って発せられる赤外光によっても軟化され得る。
発熱体４の発熱時には、上記したように、押さえ治具３によって第１の樹脂部材１００が第２の樹脂部材２００に押し付けられているため、溶着部１０１、２０１が軟化に伴って密着される。このとき、上記したように、発熱体４からは２．５μｍ〜３０μｍの波長領域の赤外光が発せられ、第１の樹脂部材１００の溶着部１０１及び第２の樹脂部材２００の溶着部２０１が赤外光によっても軟化され得るため、加熱と赤外光による溶着部１０１、２０１の軟化により溶着部１０１と溶着部２０１の密着性の向上を図ることができる。
次いで、光源２から照射光線Ｒを出射し押さえ部材３及び第１の樹脂部材１００を透過させて第２の樹脂部材２００の溶着部２０１に照射する（図５参照）。照射光線Ｒによって第１の樹脂部材１００の溶着部１０１と第２の樹脂部材２００の溶着部２０１が溶融されて両者が溶着される（溶着工程）。
照射光線Ｒは溶着部１０１、２０１の形状（環状）に沿って照射され、第１の樹脂部材１００の溶着部１０１と第２の樹脂部材２００の溶着部２０１の全面が溶着される。
次に、上記した溶着工程の後工程として、第１の樹脂部材１００と第２の樹脂部材２００を加熱することによりアニールするアニール工程を行う。具体的には、溶着後の冷却速度を低下させるために第１の樹脂部材１００と第２の樹脂部材２００に対する加熱量を順次低減する作業を行う。アニール工程を行うことにより、第１の樹脂部材１００及び第２の樹脂部材２００の溶着後における歪みの発生を防止することができる。
上記したように、押さえ治具３によって第１の樹脂部材１００を第２の樹脂部材２００に押し付けた状態において、溶着工程に連続してアニール工程を行うことにより、アニール工程を行うための専用の設備が必要とならず、製造コストの低減を図ることができる。
最後に、押さえ治具３を第１の樹脂部材１００から上方へ離隔して第１の樹脂部材１００に対する押圧を解除し、溶着によって接合された第１の樹脂部材１００と第２の樹脂部材２００を受け台６から取り出す。
以上に記載した通り、光線溶着装置１にあっては、押さえ治具３によって第１の樹脂部材１００を第２の樹脂部材２００に押し付けた状態で溶着部１０１、２０１を軟化させて密着し第１の樹脂部材１００と第２の樹脂部材２００を溶着するようにしているため、押さえ治具３による押さえ作業の前に溶着部２０１を加熱する発熱体を第２の樹脂部材２００に対して離接する方向へ移動する必要がなく、発熱体４による加熱作業と押さえ治具３による押さえ作業とを連続して行うことができ、作業性の向上を図った上で第１の樹脂部材１００と第２の樹脂部材２００の溶着による良好な接合性を確保することができる。
また、第１の樹脂部材１００と第２の樹脂部材２００の溶着前に溶着部１０１、２０１を軟化させて密着するようにしているため、溶着部１０１、２０１の精度の高い面圧管理や第１の樹脂部材１００及び第２の樹脂部材２００の高精度の設計を必要とせず、車輌用灯具の製造コストの低減を図ることができる。
さらに、溶着部１０１、２０１の間に隙間が生じた状態で溶着時に照射光線Ｒが照射された場合には、照射光線Ｒによって加熱された溶着部２０１から溶着部１０１への良好な熱伝達が行われず、溶着部２０１の温度上昇が大きくなり白色の泡が生じて溶着部位の見栄えの低下を来たすおそれがあるが、光線溶着装置１にあっては、第１の樹脂部材１００と第２の樹脂部材２００の溶着前に溶着部１０１、２０１を軟化させて密着するようにしているため、白色の泡の発生を防止して車輌用灯具の見栄えの向上を図ることができる。
加えて、第１の樹脂部材１００と第２の樹脂部材２００の溶着前に溶着部１０１、２０１を軟化させて密着するようにしているため、溶着部１０１、２０１間に隙間Ｓが存在していた場合においても、隙間Ｓの１／１００ｍｍ単位での消失を行うことが可能となる。
尚、上記には、押さえ治具３を石英ガラスによって形成した例を示したが、押さえ治具３は発熱体４から発生する熱の影響を受けない範囲でガラス材料によって形成されていればよく、例えば、押さえ治具３の少なくとも発熱体４が設けられた部分がガラス材料によって形成されていればよい。
また、発熱体４に通電するための電極５、５は押さえ治具３における照射光線Ｒの透過範囲以外の部分の任意の位置に設けることが可能である。尚、電極５、５は少なくとも一部が発熱体４に接続されている。
さらに、発熱体４は、第２の樹脂部材２００の溶着部２０１を加熱することができる位置であれば押さえ治具３の何れの位置に設けられていてもよく、第１の樹脂部材１００に接する側の面における全体又は一部に設けることができる。
上記した最良の形態において示した各部の形状及び構造は、何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過ぎず、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。
図２乃至図５と共に本発明光線溶着装置及び光線溶着方法の最良の形態を示すものであり、本図は、光線溶着装置により溶着が行われている状態を示す概略断面図である。 第１の樹脂部材の溶着部が第２の樹脂部材の溶着部に突き合わされた状態を示す概略拡大断面図である。 発熱体による加熱が行われている状態を示す概略拡大断面図である。 発熱体による加熱により溶着部が密着された状態を示す概略拡大断面図である。 溶着部が溶着されている状態を示す概略拡大断面図である。
符号の説明
１…光線溶着装置、２…光源、３…押さえ治具、４…発熱体、１００…第１の樹脂部材、１０１…溶着部、２００…第２の樹脂部材、２０１…溶着部

Claims (5)

  1. 照射光線に対して透過性を有し溶着部が設けられた第１の樹脂部材と前記照射光線に対して前記第１の樹脂部材に対する透過性より小さい透過性を有し溶着部が設けられた第２の樹脂部材とを前記照射光線によって溶着する光線溶着装置であって、
    前記第１の樹脂部材の前記溶着部を前記第２の樹脂部材の前記溶着部に押し付けると共に透明材料によって形成された押さえ治具と、
    前記押さえ治具及び前記第１の樹脂部材を透過する前記照射光線を前記第２の樹脂部材の前記溶着部に照射する光源とを備え、
    前記押さえ治具に、前記第１の樹脂部材に接して該第１の樹脂部材の前記溶着部又は前記第２の樹脂部材の前記溶着部の少なくとも一方を加熱して軟化させ前記第１の樹脂部材の前記溶着部と前記第２の樹脂部材の前記溶着部とを密着させると共に透明材料によって形成された発熱体を設けた
    ことを特徴とする光線溶着装置。
  2. 前記発熱体によって加熱された前記第１の樹脂部材の前記溶着部の温度が、ガラス転移温度以上、荷重たわみ温度未満になるようにした
    ことを特徴とする請求項１に記載の光線溶着装置。
  3. 前記発熱体から赤外光を発するようにし、
    前記赤外光の波長領域を２．５μｍ以上３０μｍ以下とした
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光線溶着装置。
  4. 照射光線に対して透過性を有し溶着部が設けられた第１の樹脂部材と前記照射光線に対して前記第１の樹脂部材に対する透過性より小さい透過性を有し溶着部が設けられた第２の樹脂部材とを前記照射光線によって溶着する光線溶着方法であって、
    透明材料によって形成された押さえ治具を用いて前記第１の樹脂部材の前記溶着部を前記第２の樹脂部材の前記溶着部に押し付ける押付工程と、
    前記押さえ治具によって前記第１の樹脂部材の前記溶着部を前記第２の樹脂部材の前記溶着部に押し付けた状態において、加熱することにより前記第１の樹脂部材の前記溶着部又は前記第２の樹脂部材の前記溶着部の少なくとも一方を軟化させて前記溶着部同士を密着する加熱工程と、
    光源から前記照射光線を前記押さえ治具及び前記第１の樹脂部材を透過させて前記第２の樹脂部材の前記溶着部に照射し前記第１の樹脂部材と前記第２の樹脂部材を溶着する溶着工程とを備えた
    ことを特徴とする光線溶着方法。
  5. 前記溶着工程の後工程として、加熱することにより前記第１の樹脂部材と前記第２の樹脂部材をアニールするアニール工程を備えた
    ことを特徴とする請求項４に記載の光線溶着方法。
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