JP5941714B2 - 車両用灯具の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用灯具及び車両用灯具の製造方法に関するものであり、詳しくは、車両用灯具を構成するレンズとハウジングがレーザ溶着されてなる車両用灯具及びそのレーザ溶着方法に関する。
従来、車両用灯具を構成するレンズとハウジングをレーザ照射により溶着する方法については、例えば、特許文献１に具体的な方法が開示されている。
その溶着方法とは、図９にあるように、一端開口を有するハウジング８０の開口端面をハウジング８０側の溶着面とし、レーザ透過性を有するプラスチックからなり溶着脚８１を有するレンズ８２の溶着脚８１の先端面をレンズ８２側の溶着面とし、互いの溶着面同士を接触させた状態でレーザヘッド８６からのレーザ光８３をレンズ８２の溶着脚を通して接触部に照射することにより互いの溶着面を溶融して溶着接合するものである。
この場合、レンズ８２の溶着面とハウジング８０の溶着面の一方又は両方に微細な凸凹を形成し、レーザ溶着の際に互いの溶着面同士を相対的な押圧状態とすることにより押し潰された凸部の潰れカス８４、８５がレーザ光８３を吸収して加熱・溶融され、溶融した潰れカス８４、８５が溶着面同士の加熱・溶融と共に相溶融状態となって溶着面同士の溶着接合を強固なものとする、というものである。
特開２００５−３３９９８９号公報
ところで、上述のレーザ照射による溶着方法は、レンズ８２の溶着面の全面とハウジング８０の溶着面の全面の夫々の全面同時が対峙した状態でレーザ溶着を行うものである。その場合、レーザ光８３は、エネルギー分布が中央部で高く外周部で低いガウス分布となるため、対峙した溶着面同士の中央部には強い光エネルギーが照射されるが端部には中央部に比較して弱い光エネルギーが照射される。
すると、溶着面同士の中央部が相溶融状態であっても端部は一方又は両方の溶着面が未溶融状態となる可能性がある。そのため、溶着面同士を相対的な押圧状態にしてレーザ照射しても、確実な溶着接合が確保できない恐れがある。
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、レーザ照射によってレンズとハウジングが確実に溶着接合されてなる車両用灯具の溶着方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、レーザ光に対して透過性を有する光透過樹脂からなるレンズに設けられた環状のリブの先端部と、レーザ光に対して吸収性を有する光吸収樹脂からなるハウジングに設けられた環状の支台部の上部とを前記レンズを透過したレーザ光により溶着接合するレーザ溶着工程に関わる車両用灯具の製造方法であって、前記リブは先端部の両縁部に面取り部が形成され、前記レーザ光はガウス分布からなる光エネルギー分布を有し、前記リブの先端部の幅は、前記レーザ光のピーク光エネルギーに対する相対光エネルギーが２５％以上の円状領域の直径に相当し、前記面取り部の夫々の面取り量は、前記レーザ光のピーク光エネルギーに対する相対光エネルギーが２５％以上５０％未満の環状領域の幅に相当することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記面取り部の面取り面は、平面又は外側に凸状の湾曲面であることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２において、前記リブ先端部の前記面取り部以外の面は、平面又は所定の曲率半径のＲ面からなることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、前記リブ先端部の幅は、１．８〜３．０ｍｍの範囲にあることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、前記レーザ光は、ガルバノスキャナ方式のレーザスキャンヘッドを用いて走査されることを特徴とするものである。
光透過樹脂からなるレンズに設けられた環状のリブの先端部と、光吸収樹脂からなるハウジングに設けられた環状の支台部の上部とを、ガウス分布からなる光エネルギー分布を有するレーザ光により溶着接合するにあたり、リブの幅をレーザ光のピーク光エネルギーに対する相対光エネルギーが２５％以上の円状領域の直径に相当する幅とし、リブの先端部の両縁部に面取り部を形成してその面取り量をレーザ光のピーク光エネルギーに対する相対光エネルギーが２５％以上５０％未満の環状領域の幅に相当する量とした。
これにより、支台部の上部とリブの先端部とのレーザ照射による相溶融状態において、リブの先端部が支台部の上部に沈み込んで溶着接合が強固なものとなる。
車両用灯具の縦断面説明図である。 レンズの断面説明図である。 ハウジングの断面説明図である。 レーザ光の光エネルギー分布を示す図である。 リブの断面説明図である。 同じく、リブの断面説明図である。 同じく、リブの断面説明図である。 溶着方法の説明図である。 従来例の説明図である。
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図８を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
車両用灯具１は、例えば、図１（車両用灯具の縦断面説明図）に示すように、レンズ１０とハウジング２０とで密閉空間の灯室３０が形成され、灯室３０内に光源４０が収容された構成とされる。
レンズ１０は図２（レンズの断面説明図）のように、光源４０からの出射光や後述するハウジング２０との溶着工程で用いられるレーザ光に対して透過性を有する光透過樹脂（例えば、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）樹脂）、ポリカーボネート樹脂等）からなり、光源４０からの出射光を透過して前方方向に向かって照射する意匠面部１１と該意匠面部１１の一方の面の環状の縁部から立ち上がって所定の方向に延設された環状のリブ１２を備えている。
一方、ハウジング２０は図３（ハウジングの断面説明図）のように、レーザ光に対して吸収性を有する光吸収樹脂（例えば、ＡＳＡ（アクリロニトリルスチレンアクリレート）樹脂等）からなり、有底開口の底部２１に光源４０を装着する光源装着部２２を有する共に開口２３の環状の開口端部に環状の支台部２４を備えている。
そして、ハウジング２０の環状の支台部２４にレンズ１０の環状のリブ１２をレーザ光により溶着することで密閉空間からなる灯室３０を形成し、ハウジング２０の底部２１の光源装着部２２に光源４０を装着して該光源４０を灯室３０内に収容する。
そこで、ハウジング２０の支台部２４にレンズ１０のリブ１２を環状の全周に亘ってレーザ溶着するにあたっては、レーザ光の光エネルギー分布とリブ１２の先端形状寸法との最適化が図られる。
まず、レーザ溶着に用いられるレーザ光は、図４（レーザ光の光エネルギー分布）に示すように、光エネルギー分布が中央部で高く外周部で低いガウス分布を呈するものである。そこで、溶着に際しては、レーザ光の光エネルーが強い部分を用い、光エネルギーのピーク値を１００％としたときの、相対光エネルギーが１００％〜２５％の範囲の領域を使用する。
つまり、図４の光エネルギー分布において相対光エネルギーが２５％以上となるレーザ光の円状領域（直径Ｄ１）が、レンズ１０のリブ１２の幅ｄと同一となるように設定する。すると、レーザ光の照射時には、リブ１２にはレーザ光の相対光エネルギーの２５％以上の部分が照射されることになり、相対光エネルギーが２５％未満と弱く溶着に寄与しにくい部分は溶着には用いられず、これにより一定以上の溶着効率が確保される。
ちなみに、相対光エネルギーが５０％以上となる円状領域（直径Ｄ２）はＤ２＝Ｄ１×０．７、つまりＤ１の７０％の径となる。
また、ハウジング２０の支台部２４の上面（溶着面）２５とで溶着部を形成するリブ１２の先端面（溶着面）１３は、上記背景技術における課題として述べたように、互いの溶着面が全面において対峙接触した状態でレーザ溶着を行うと、中央部には強い光エネルギーが照射されるが端部には中央部に比較して弱い光エネルギーが照射されることになり、溶着面同士を相対的な押圧状態にしてレーザ照射しても、ハウジングの溶融部に対するレンズの溶融部の沈み込みが未溶融状態の端部によって抑制され、確実な溶着接合が確保できない恐れがある。
そこで本発明においては、図５（リブの断面説明図）のように、幅ｄのリブ１２の先端両縁に環状に沿う面取りを施して面取り部１４を形成し、リブ１２の先端両縁から夫々幅方向の距離ｗの位置から立ち上がって幅方向の外側に傾斜する傾斜面１５を形成している。また、リブ先端面１３の幅ｄは、支台部上面２５の幅よりも狭い。
リブ１２の傾斜面１５が立ち上がるリブ１２の先端両縁からの距離ｗは、図４の光エネルギー分布において相対光エネルギーが２５％以上で５０％未満となるレーザ光の環状領域（環状幅Ｄ３）と同一となるように設定する。
つまり、レーザ光の照射時には、リブ１２の傾斜面１５にはレーザ光の相対光エネルギーの２５％以上で５０％未満の部分が照射されることになる。言い換えると、光エネルギー分布において相対光エネルギーが５０％以上となるレーザ光の円状領域（直径Ｄ２）が、レンズ１０のリブ１２の幅ｄに対して（ｄ−２ｗ）と同一となるように設定される。なお、レーザ光の分布パターンを示すスポット径は、リブ先端中央部（ｄ−２ｗ）の幅に対し１．３倍以上のものを用いる。
この場合、ガウス分布からなるレーザ光の光エネルギー分布より、リブ１２の先端部において相対光エネルギー５０％以上のレーザ光が照射される領域の幅（ｄ−２ｗ）は、上述のようにリブ１２の幅ｄの７０％の幅の部分となる。つまり、リブ１２の傾斜面１５が立ち上がるリブ１２の先端両縁からの距離ｗは、リブ１２の幅の１５％の距離となる。なお、リブ１２の先端面１３から、傾斜面１５がリブ１２の側面１６に交差する位置までの距離ｖは、リブ１２の傾斜面１５が立ち上がるリブ１２の先端両縁からの距離ｗと同一である。
つまり、傾斜面１５は、リブ１２の先端両縁を面取り量（Ｃ）をｗとする面取りで形成した面取り面である。なお、リブ１２の先端中央部の、相対光エネルギー５０％以上のレーザ光が照射される幅（ｄ−２ｗ）の部分、すなわち先端中央部は支台部２４に沈み込み溶着する部分となる。この先端中央部は本実施形態のように平面に限られるものではなく、図６（リブの断面説明図）のように、所定の曲率半径のＲ形状としてもよい。更に、傾斜面は本実施形態のように平面に限られるものではなく、図７（リブの断面説明図）のように、所定の曲率半径Ｒの凸状の湾曲面あるいは曲率半径Ｒを有しない凸状の湾曲面であってもよい。
また、リブ１２の幅ｄは、成形時の成形樹脂量の省量化、車両用灯具を構成したときの強度等を考慮して、１．８〜３．０ｍｍの範囲で設定される。１．８ｍｍより小さいと溶着部の面積が小さくなり溶着強度が低下して好ましくない。２．５ｍｍを超えると大型の車両用灯具の全周囲に対して離れた固定位置からレーザ照射を行うと、離れた溶着箇所においてはエネルギー量が低下して溶着性が低減する。３．０ｍｍを超えるためにはレーザ光のスポット径を３．５ｍｍφ以上と大きくしなければならない。レーザ光のスポット径をこれよりも大きくすると、レーザ発生装置の大型化によるコストアップが顕著になる。また、車両用灯具のシール幅が広くなり灯具全体の重量を重くすることになるので好ましくないからである。
次に、レンズ１０とハウジング２０の溶着方法について説明する。
まず、図８（ａ）のように、上述のレンズ１０とハウジング２０を対向配置して夫々の溶着面１３、２５同士を対峙させて互いに当接させ、互いの溶着面１３、２５同士を相対的な押圧状態に保持する。
次に、図８（ｂ）に示すように、対向配置したレンズ１０とハウジング２０の該レンズ１０側の上方に配設された、ガルバノスキャナ方式のレーザスキャンヘッド（図示せず）からレンズ１０のリブ１２に向かって環状にレーザ光Ｌを照射する。このレーザ照射は環状のリブ１２に沿って複数回繰り返して走査される。
すると、レーザスキャンヘッドからレンズ１０のリブ１２に向けて出射したレーザ光Ｌは、レーザ光Ｌを透過する光透過樹脂からなるレンズ１０の意匠面部１１及びリブ１２を透過して該リブ１２の先端面１３から出射し、その出射光が該先端面１３に対面接触した、光吸収樹脂からなるハウジング２０の支台部２４の上面２５に到達照射する。
すると、ハウジング２０の支台部２４の上面２５の、リブ１２の先端面１３が接触する領域近傍のレーザ光Ｌが照射された部分は、該レーザ光Ｌのエネルギーを吸収して発熱し溶融する。この溶融部は、熱膨張により体積が増加し、その体積増加分が対面接触したレンズ１０のリブ１２の先端面１３側に膨出する。
このとき、レンズ１０のリブ１２の先端面１３とハウジング２０の支台部２４の上面２５とは互いに押圧保持状態にある。そのため、レンズ１０のリブ１２の先端面１３側に膨出した溶融部は、該溶融部の熱膨張力がそのままレンズ１０のリブ１２の先端面１３に伝わり、その熱膨張力を受けたリブ１２先端面１３の近傍に溶融部の熱が伝達されてその部分が加熱溶融し、溶融部が形成される。
すると、ハウジング２０の支台部２４の溶融部とレンズ１０のリブ１２の溶融部とが相溶融状態となり、その溶融部同士が融合して溶融接合部５０を形成する。それと同時に、押圧によってレンズ１０のリブ１２の先端部の途中までがハウジング２０の支台部２４の溶融接合部５０に沈み込む。
上述の複数回の繰り返しのレーザ照射では、主にレーザ光の光エネルギーが５０％以上の領域がリブ１２の中央部の幅（ｄ−２ｗ）の範囲に照射されてその領域を含めた近傍が加熱溶融され、レーザ光の光エネルギーが２５％以上で５０％の未満の領域が照射されたリブ１２の傾斜面（幅ｗ）の根元側は、溶融まではいかないが余熱が蓄積される。
そして、レーザ光Ｌによる次の複数回の繰り返しの照射によって、図８（ｃ）のように、それまでの複数回の繰り返しのレーザ照射で余熱が蓄積されたリブ１２の傾斜面（幅ｗ）１５の部分も次の繰り返しのレーザ照射で加熱溶融し、レンズ１０のリブ１２の先端部全体の溶融部とハウジング２０の支台部２４の溶融部とが相溶融状態となり、その溶融部同士が融合して溶融接合部５０を形成する。それと同時に、押圧によってレンズ１０のリブ１２の先端部全体がハウジング２０の支台部２４の溶融接合部５０に沈み込む。
これにより、レンズ１０のリブ１２とハウジング２０の支台部２４の夫々の溶着面１３、２５同士の溶着接合が強固なものとなってレンズ１０とハウジング２０が確実に気密固定され、高い信頼性を確保することができる。
以上説明したように、本発明はハウジング２０の支台部２４とでレーザ照射による溶着接合部を形成するリブ１２の先端部形状を、両縁部に面取り部１４を設けた両縁部面取り形状とした。そして、リブ１２に沿って環状に走査されるレーザ光による最初の複数回の繰り返し照射において、リブ１２の先端部の中央部にレーザ光の相対光エネルギー５０％以上の部分を照射してリブ１２の先端中央部を加熱溶融し、最初の複数回の繰り返しのレーザ照射で余熱されたリブ１２の両縁の面取り部１４に、レーザ光の走査タイミングをずらした次の複数回の繰り返しのレーザ照射において、レーザ光の相対光エネルギー２５％以上５０％未満の部分を照射してリブ１２の両縁部の面取り部１４を加熱溶融した。
これにより、リブ１２の中央部と両縁部の面取り部１４がいずれも確実に加熱溶融されると共にリブ１２の先端部全体が均等に加熱溶融され、リブ１２の先端部全体が、ハウジング２０の支台部２４との相溶融状態にある溶融接合部５０を介して該支台部２４内に沈み込み、レンズ１０のリブ１２とハウジング２０の支台部２４の夫々の溶着面１３、２５同士の溶着接合を強固なものとすることができる。
１… 車両用灯具
１０… レンズ
１１… 意匠面部
１２… リブ
１３… 先端面（溶着面）
１４… 面取り部
１５… 傾斜面
１６… 側面
２０… ハウジング
２１… 底部
２２… 光源装着部
２３… 開口
２４… 支台部
２５… 上面（溶着面）
３０… 灯室
４０… 光源
５０… 溶融接合部

Claims (5)

  1. レーザ光に対して透過性を有する光透過樹脂からなるレンズに設けられた環状のリブの先端部と、レーザ光に対して吸収性を有する光吸収樹脂からなるハウジングに設けられた環状の支台部の上部とを前記レンズを透過したレーザ光により溶着接合するレーザ溶着工程に関わる車両用灯具の製造方法であって、
    前記リブは先端部の両縁部に面取り部が形成され、
    前記レーザ光はガウス分布からなる光エネルギー分布を有し、
    前記リブの先端部の幅は、前記レーザ光のピーク光エネルギーに対する相対光エネルギーが２５％以上の円状領域の直径に相当し、
    前記面取り部の夫々の面取り量は、前記レーザ光のピーク光エネルギーに対する相対光エネルギーが２５％以上５０％未満の環状領域の幅に相当することを特徴とする車両用灯具の製造方法。
  2. 前記面取り部の面取り面は、平面又は外側に凸状の湾曲面であることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具の製造方法。
  3. 前記リブ先端部の前記面取り部以外の面は、平面又は所定の曲率半径のＲ面からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用灯具の製造方法。
  4. 前記リブ先端部の幅は、１．８〜３．０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用灯具の製造方法。
  5. 前記レーザ光は、ガルバノスキャナ方式のレーザスキャンヘッドを用いて走査されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の車両用灯具の製造方法。
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