(57)【要約】【課題】  接合面の各部に均一なレーザーエネルギーを与え、高気密の樹脂成形品を短時間に効率よく組み立てる。【解決手段】  車両用灯具１のボディ２とレンズ３のレーザー溶着にあたり、まず、ボディ２とレンズ３を接合状態に組み合わせ、ガルバノミラー１５を備えたレーザーヘッド１３に位置決めする。次に、ミラー１５によりレーザー光６を溶着ライン４に沿って走査し、レーザーエネルギーでボディ２とレンズ３の接合面５を溶着する。接合面５は、レーザー光６を第１角度で入射する第１部位Ａと、第１角度よりも大きい第２角度で入射する第２部位Ｂとを含む。溶着工程において、第１部位Ａと第２部位Ｂの両方がほぼ同量のレーザーエネルギーを受け取るように、レーザー光源１２の出力を制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を走査するミラーを備えたレーザーヘッドに対して、相接合する２つの樹脂成形品を位置決めする段取り工程と、
前記ミラーによりレーザー光を樹脂成形品の溶着ラインに沿って走査し、レーザーエネルギーで樹脂成形品の接合面を溶着する溶着工程とを備え、
前記樹脂成形品の接合面が、レーザー光を第１角度で入射する第１部位と、レーザー光を第１角度よりも大きい第２角度で入射する第２部位とを含み、
前記溶着工程が、第１部位と第２部位とがほぼ同量のレーザーエネルギーを受け取るようにレーザー光の強度を制御する段階を含むことを特徴とするレーザー溶着方法。
【請求項２】
前記溶着ラインが樹脂成形品の周縁部に環状に設定され、前記制御する段階が、溶着ライン上の少なくとも２点でレーザー光源の出力を切り替える手順を含む請求項１記載のレーザー溶着方法。
【請求項３】
前記制御する段階が、接合面の形状に基づいて第１および第２部位におけるレーザー光の入射角を求める手順と、該入射角の大きさに応じて第１および第２部位を照射するレーザー光の強度を決める手順とを含む請求項１または２記載のレーザー溶着方法。
【請求項４】
前記制御する段階が、第１および第２部位を照射するレーザー光の強度をミラーの向きに関連付けて記憶する手順を含む請求項３記載のレーザー溶着方法。
【請求項５】
前記制御する段階が、第１および第２部位を照射するレーザー光の強度を溶着ライン上の２つの位置に関連付けて記憶する手順を含む請求項３又は４記載のレーザー溶着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラーの変位によりレーザー光を走査して、樹脂成形品の接合面を溶着するレーザー溶着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガルバノミラーを備えたレーザーヘッドを用いて、車両用灯具のボディとレンズの接合面を溶着する方法が知られている。例えば、特許文献１に記載された溶着方法は、灯具ボディとレンズを相接合した状態でガルバノ式レーザーヘッドに位置決めする工程と、ミラーによりレーザー光を溶着ラインに沿って走査し、レーザーエネルギーによって接合面を溶着する工程とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１０２０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガルバノ式レーザー溶着法は、ミラーを角度制御し、レーザー光を高速で複数回照射することにより、灯具ボディとレンズの接合面全周をほぼ同時に溶融させることができる。このため、レーザー照射前に接合面の凹凸やボディまたはレンズの成形後の変形等により隙間が存在していた場合でも、凹凸部を潰し込むことによって、レーザー照射後には隙間のない高気密の車両用灯具を製作することができる。また、樹脂成形品の寸法精度の許容幅が広がるため、金型仕様の簡略化、セット取りに伴う成形加工費の削減などの利点もある。
【０００５】
ところが、従来のガルバノ式レーザー溶着方法によると、レーザーヘッド（ガルバノヘッド）を設備に固定し、ヘッド内のミラーだけを角度制御するため、ミラーの角度制御に伴ってレーザー光は円錐面内を移動し、樹脂成形品の接合面に斜めに入射する。すると、レーザー光の一部が治具や樹脂成形品の界面で反射し、接合面が受け取るレーザーエネルギーが低下する。特に、接合面が三次元形状である場合は、レーザー光の入射角が連続的に変化するため、接合面の部位に応じて、受け取るレーザーエネルギー量が変動し、エネルギー不足の部位に溶着不良が発生するという問題点があった。
【０００６】
図４は、従来のレーザー溶着方法による問題点を示す略図である。略図Ａ，Ｂは、灯具ボディ５１とレンズ５２の接合面における異なる部位５３Ａ，５３Ｂを示す。レーザー光５４は、ガルバノヘッド（図示略）から常時一定の強度で出射され、ミラーの角度制御に伴い、部位５３Ａにおいて相対的に浅い角度（例えばθａ＝２０°）で入射し、部位５３Ｂにおいて相対的に深い角度（例えばθｂ＝６０°）で入射する。図中、矢印はレーザー光５４が保有するエネルギーの大きさを面積で表している。
【０００７】
略図Ａの場合、レーザー光５４は、まず、治具５５の入射面で反射してエネルギーＥ１を失い、次に、治具５５の出射面で反射してエネルギーＥ２を失い、続いて、レンズ５２の表面（意匠面）で反射してエネルギーＥ３を失い、その後、ボディ５１とレンズ５２の接合面で反射してエネルギーＥ４を失う。入射角の浅い部位５３Ａでは、各反射面におけるエネルギー損失量が比較的少量であるため、部位５３Ａが受け取ったエネルギーＥ５の大きさ（エネルギー透過率）は、治具５５に達する前の初期エネルギーＥ０の８５．８％程度であり、この程度のエネルギー量を各部均等に取得できれば、接合面全体の溶着状態が良好となる。
【０００８】
しかし、入射角の深い部位５３Ｂでは、略図Ｂに示すように、レーザー光５４が治具５５の入射面、治具５５の出射面、レンズ５２の表面、ボディ５１とレンズ５２の接合面で順次反射し、各面の反射に伴って比較的多量のエネルギーＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４を損失する。この結果、部位５３Ｂが受け取るエネルギーＥ５の大きさは、初期エネルギーＥ０の６９．９％にまで低下し、エネルギー不足が発生する。エネルギー不足を回避するために、レーザー出力を全体的に高く設定すると、今度は、エネルギーが充足している他の部位が必要以上に潰し込まれ、この部位に余計なバリが発生する。
【０００９】
なお、特許文献１は、溶着不良を回避するために、レーザー光の入射角度に応じてガルバノミラーの走査速度を制御する技術を提案している（段落００４３参照）。しかし、走査速度を制御する方法によると、特に、樹脂成形品の接合面が三次元形状である場合に、一周あたりの走査時間が長くなり、レーザー光の連続周回走査を伴う溶着工程に多くの時間がかかり、樹脂成形品の組立効率が低下するという問題点がある。
【００１０】
本発明の目的は、接合面の各部に均一なレーザーエネルギーを与え、高気密の樹脂成形品を短時間に効率よく組み立てることができるレーザー溶着方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、次のようなレーザー溶着方法を提供する。
（１）レーザー光を走査するミラーを備えたレーザーヘッドに対して相接合する２つの樹脂成形品を位置決めする段取り工程と、ミラーによりレーザー光を樹脂成形品の溶着ラインに沿って走査し、レーザーエネルギーで樹脂成形品の接合面を溶着する溶着工程とを備え、樹脂成形品の接合面が、レーザー光を第１角度で入射する第１部位と、レーザー光を第１角度よりも大きい第２角度で入射する第２部位とを含み、溶着工程が、第１部位と第２部位とがほぼ同量のレーザーエネルギーを受け取るように、レーザー光の強度を制御する段階を含むことを特徴とするレーザー溶着方法。
【００１２】
（２）樹脂成形品の溶着ラインが、該成形品の周縁部に環状に設定され、レーザー光の強度を制御する段階が、溶着ライン上の少なくとも２点でレーザー光源の出力を切り替える手順を含むことを特徴とするレーザー溶着方法。
【００１３】
（３）レーザー光の強度を制御する段階が、接合面の形状に基づいて第１、第２部位におけるレーザー光の入射角を求める手順と、該入射角の大きさに応じて第１、第２部位に出射するレーザー光の強度を決める手順とを含むことを特徴とするレーザー溶着方法。
【００１４】
（４）レーザー光の強度を制御する段階が、第１、第２部位を照射するレーザー光の強度をミラーの向きに関連付けて記憶する手順を含むことを特徴とするレーザー溶着方法。
【００１５】
（５）レーザー光の強度を制御する段階が、第１および第２部位を照射するレーザー光の強度を溶着ライン上の２つの位置に関連付けて記憶する手順を含むことを特徴とするレーザー溶着方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のレーザー溶着方法は、入射角度の大きい部位と小さい部位とがほぼ同量のレーザーエネルギーを受け取るようにレーザー光の強度を制御するので、接合面の各部に均一なレーザーエネルギーを与え、高気密の樹脂成形品を短時間に効率よく組み立てることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態を示すレーザー溶着システムの概観図である。
【図２】図１のシステムにより実行されるレーザー溶着方法の工程図である。
【図３】図２のレーザー溶着方法による作用効果を示す概略図である。
【図４】従来のレーザー溶着方法による問題点を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すレーザー溶着システム１１は、車両用灯具１のボディ２とレンズ３の溶着に用いられている。ボディ２はＡＳＡ、ＡＢＳ等の光吸収性樹脂で成形され、レンズ３がアクリル、ポリカーボネート等の光透過性樹脂で成形されている。車両用灯具１の周縁部には無端環状の溶着ライン４が設定され、ボディ２とレンズ３の接合面５がレーザー光６により溶着ライン４に沿って溶着される。
【００１９】
レーザー溶着システム１１には、レーザー光源１２とレーザーヘッド１３と制御装置１４とが設けられている。レーザーヘッド１３は、灯具生産設備に固定的に設置され、レーザー光６をＸ，Ｙ軸方向に走査するためのガルバノミラー１５（複数のうち１つを図示）と、レーザー光６の焦点位置をＺ軸方向に調整するための光学系（図示略）とを内蔵している。そして、制御装置１４がレーザー光源１２の出力とミラー１５の向きと焦点位置とを制御し、溶着ライン４に沿ってレーザー光６を３次元走査できるようになっている。
【００２０】
この実施形態のレーザー溶着方法は、図２に示すように、段取り工程（Ｓ２０）と溶着工程（Ｓ３０）とからなっている。段取り工程では、治具７（図３参照）を用いてボディ２とレンズ３を相接合する状態に組み合わせ、ミラー１５を備えたレーザーヘッド１３に位置決めする。ここで、ボディ２とレンズ３の接合面５は、図１に示すように車体外面に適合する三次元形状であり、溶着ライン４には、レーザーヘッド１３のレーザー出射部から相対的に遠い部位４ａと相対的に近い部位４ｂとが設けられている。
【００２１】
図２に示すように、溶着工程では、ガルバノミラー１５によりレーザー光６を溶着ライン４に沿って走査し、レーザーエネルギーによってボディ２とレンズ３の接合面５を溶着する。具体的には、まず、接合面５の形状に基づいて、接合面５の少なくとも２つの部位におけるレーザー光６の入射角を目算または制御装置１４の演算機能により求め、入射角の大きさに応じて、各部位を照射するレーザー光６の強度を決定する（Ｓ３１）。
【００２２】
ここで、接合面５の部位としては、図３に示すように、レーザー光６を第１角度（θａ）で入射する第１部位５Ａと、レーザー光６を第１角度よりも大きい第２角度（θｂ）で入射する第２部位５Ｂとを例示できる。図１に示す車両用灯具１の場合では、溶着ライン４上の部位４ａが第１部位５Ａに対応し、レーザー光６をヘッド１３から相対的に浅い（小さい）角度で入射し、溶着ライン４上の部位４ｂが第２部位５Ｂに対応し、レーザー光６を相対的に深い（大きい）角度で入射する。
【００２３】
レーザー光６の強度が決まると、次に、レーザーヘッド１３が第１および第２部位５Ａ，５Ｂに出射するレーザー光６の強度をガルバノミラー１５の向き（傾動角度）に関連付けて制御装置１４のメモリに記憶する（Ｓ３２）。あるいは、部位５Ａ，５Ｂに出射するレーザー光６の強度を溶着ライン上の部位４ａ、部位４ｂを含む複数位置に関連付けて記憶する（Ｓ３３）。こうすれば、レーザー光６の周回走査を高速で連続的に行うことができる。
【００２４】
周回走査の過程では、制御装置１４が溶着ライン４上の少なくとも２点でレーザー光源１２の強度を切り替える（Ｓ３４）。これにより、例えば図１に示すように、レーザー光６が溶着ライン４上の部位４ａから部位４ｂに移行する点１７でレーザー光源１２の出力が「低」から「高」に切り替わり、部位４ｂから部位４ａに移行する点１８で光源１２の出力が「高」から「低」に切り替わる。図１に２つの切替点１７，１８を例示したが、入射角度の変動幅が大きい接合面５では、切替点の数をさらに増やすことができる。また、入射角度が急変する複数点でレーザー光６の強度を段階的に切り替えたり、接合面５の三次元形状に合わせてレーザー光６の強度を連続的に切り替えたりすることもできる。
【００２５】
以上の手順（Ｓ３１〜Ｓ３４）によって、溶着工程では、入射角度の大きい部位と小さい部位とがほぼ同量のエネルギーを受け取るようにレーザー光６の強度が制御される（Ｓ３５）。例えば、図３に示すように、入射角度が浅い（θａ＝２０°）部位５Ａと入射角度が深い（θｂ＝６０°）部位５Ｂが同等量のエネルギーＥ０を受け取るように、部位５Ｂを照射するときのレーザー光源１２の出力を部位５Ａのときよりも２３％増強する。
【００２６】
こうすれば、入射角度の深い部位５Ｂにおいて、レーザー光６の反射に伴うエネルギー損出量（Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３＋Ｅ４）を補い、入射角度の浅い部位５Ａと同様に、エネルギー透過率を初期エネルギーＥ０の８５．８％にまで高めることができる。この結果、接合面５の各部に均一なレーザーエネルギーを与え、灯具全周の接合面５を良好な状態に密着させて、高気密の車両用灯具１を製作できる。また、速度制御による方法と比較して、レーザー光６の連続周回走査を終始高速に行い、溶着工程時間を短縮して、車両用灯具１を効率よく組み立てることもできる。
【００２７】
なお、ボディ２およびレンズ３は樹脂成形品の一例に過ぎない。本発明の方法をリフレクタやエクステンションのレーザー溶着に適用したり、車両用灯具以外の各種樹脂成形品に応用したりすることも可能である。また、レーザー光源１２の出力制御を手動、自動のいずれで行うこともでき、レーザー光６の入射角をセンサーで検知することもできる。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の構成や手順を適宜に変更して実施することも可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１    車両用灯具
２    ボディ
３    レンズ
４    溶着ライン
５    接合面
６    レーザー光
７    治具
１１    レーザー溶着システム
１２    レーザー光源
１３    レーザーヘッド
１４    制御装置
１５    ガルバノミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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