(57)【要約】【課題】熱可塑性樹脂製のハウジング表面に複数の突起を設け、その突起を加熱および加圧することで、突起により他の部品を固定する方法において、レーザ光を用いた突起を加熱することで、短時間で突起による熱かしめを行うことが可能な固定方法を提供する。【解決手段】レーザ光を透過するガラス製の押圧板を介してレーザ光を高速走査しながら、光吸収性を有する樹脂製部材の突起にレーザ照射を行う。レーザ照射は、ガルバノスキャナを用いたレーザヘッドから、複数の突起に向かって順次照射する走査を、繰り返して高速に実施する。また、高速走査にて突起をレーザ光にて加熱する際に、同時にガラス製の押圧板にて突起を加圧する。これにより、複数の突起を同時に加熱、軟化させ、軟化した突起を押し潰して変形させる。その後にレーザ照射を停止して冷却することで、突起による熱かしめを行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光に対し吸光性の熱可塑性樹脂製部材からなる第１の突起、第２の突起および第３の突起を含む複数の突起を設けた第１部品に、前記第１部品と異なる第２部品を前記突起を用いて固定する部品の固定方法において、
ａ）載置台に、固定する第２部品を組み付けた状態の第１部品を設置する工程と、
ｂ）前記第２部品を固定する前記複数の突起の各先端上に、前記レーザ光に対して透光性の押圧板を重ねる行程と、
ｃ）前記レーザ光を前記押圧板を透過して前記複数の突起の各先端に照射する１単位照射を実施し、前記１単位照射を前記複数の突起に対して繰り返し照射し、前記複数の突起全体を同時に加熱軟化する工程と、
ｄ）前記押圧板を前記載置台に対して相対的に移動させて、前記軟化した複数の突起を同時に加圧変形する工程と、
ｅ）前記レーザ光の照射を実施しない状態で前記押圧板と前記複数の突起を離間する工程と、を含み、
前記工程ｃ）における前記複数の突起の各先端に照射する１単位照射は、レーザヘッドから照射するレーザ光の出射方向を変化させて第１の突起、第２の突起、第３の突起と順次各先端に対して照射を行うレーザ光走査を１単位とした照射であり、
前記工程ｃ）における繰り返し照射は、前記１単位照射を複数単位実施することで、前記複数の突起が昇温と降温を繰り返しながら前記複数の突起全体を加熱する高速走査であり、
前記レーザヘッドが、ガルバノスキャナを用いる、ことを特徴とする部品の固定方法。
【請求項２】
前記工程ｃ）における前記ガルバノスキャナが、レーザ光の焦合位置を３次元走査できる請求項１に記載の部品の固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性材料からなる部品に対して金属部品等の異なる部品を固定する際に、レーザ光を用いて熱可塑性突起を変形して取り付ける部品の固定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、樹脂製品同士を結合するとき、接着剤を用いた接合や接合界面を互いに溶着して結合する溶着による結合が行われている。しかしながら、結合する両者の種類、組合せによっては、接着剤や溶着では接合することが難しい場合がある。接着剤などでの接合が困難なときには、ねじ、リベットを用いて結合したり、熱かしめが行われている。また、ねじ、リベットを用いて結合したり、熱かしめを行う場合には、樹脂製品同士の結合のみでなく樹脂製品に金属材料などの異種材料を組み付けることも広く行われている。
【０００３】
例えば、車両用のドアミラーサイドターンや車両用信号灯において、樹脂性のランプハウスの内面に金属板配線を固定する場合には、熱かしめにて金属配線板を固定する方法が用いられている。特許文献１では、車両用灯具ハウジングのボス部を熱かしめにてフレキシブル基板を固定している。熱かしめにて固定する場合には、ランプハウジングの内面に上方に伸びる突起（ボス）をヒーターで軟化し、加圧することにより行われている。
【０００４】
また、特許文献２では、熱かしめを行う際に、ヒーターで軟化せずにレーザ光を用いて突起を加熱軟化することが記載されている。ワーク上に設置した突起を形成したワークピースに、開口を設けたワークピースを重ね合わせた後に、突起の上部からレーザ光を照射して加熱する。次に、ワークピースを移動し、加熱した突起を線形運動デバイスの下に位置するように移動する。続いて線形運動デバイスにて加圧して突起の上方端部を変形して再成形している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５２１５９号公報
【特許文献２】特開２０００−３０９０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２のレーザ光による固定方法では、レーザ光照射による突起の加熱と、加熱した突起の変形を異なる装置で行わなければならない。一般に、突起を用いて部品固定を実施する場合には製品には複数の突起が形成されており、複数の突起をかしめることにより固定を実施する。特許文献２の方法にて、複数の突起を連続してかしめ固定する場合には、個々の突起毎に、レーザ照射および加圧による突起変形をワークを移動して実施しなければならないため、装置が大がかりになるという問題がある。また、ワークの移動を正確に制御しなければならないため、時間がかかるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記の問題点を解決して、短い時間で部品固定を実施できる部品の固定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明によれば、
レーザ光に対し吸光性の熱可塑性樹脂製部材からなる第１の突起、第２の突起および第３の突起を含む複数の突起を設けた第１部品に、前記第１部品と異なる第２部品を前記突起を用いて固定する部品の固定方法において、
ａ）載置台に、固定する第２部品を組み付けた状態の第１部品を設置する工程と、
ｂ）前記第２部品を固定する前記複数の突起の各先端上に、前記レーザ光に対して透光性の押圧板を重ねる行程と、
ｃ）前記レーザ光を前記押圧板を透過して前記複数の突起の各先端に照射する１単位照射を実施し、前記１単位照射を前記複数の突起に対して繰り返し照射し、前記複数の突起全体を同時に加熱軟化する工程と、
ｄ）前記押圧板を前記載置台に対して相対的に移動させて、前記軟化した複数の突起を同時に加圧変形する工程と、
ｅ）前記レーザ光の照射を実施しない状態で前記押圧板と前記複数の突起を離間する工程と、を含む。
【０００９】
また、前記工程ｃ）における前記複数の突起の各先端に照射する１単位照射は、レーザヘッドから照射するレーザ光の出射方向を変化させて第１の突起、第２の突起、第３の突起と順次各先端に対して照射を行うレーザ光走査を１単位とした照射であり、
前記工程ｃ）における繰り返し照射は、前記１単位照射を複数単位実施することで、前記複数の突起が昇温と降温を繰り返しながら前記複数の突起全体を加熱する高速走査であり、前記レーザヘッドが、ガルバノスキャナを用いる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、本発明の製造方法によれば、短時間で部品固定を行うことができる。また、特許文献２の方法に比べて、載置台（ワーク）の移動装置を省略することができるので、部品固定装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態の固定部品同士を組み付ける状態を示す要部の組み立て斜視図である。
【図２】図２は、固定作業を行う作業テーブル上に、ランプハウジングと電極端子を組み付けた状態でセットする工程を概略的に説明する断面図である。
【図３】図３は、レーザー照射装置を用いてレーザ光を繰り返し照射する工程を概略的に説明する断面図である。
【図４】図４は、複数の突起の軟化、変形する工程を概略的に説明する断面図である。
【図５】図５は、本実施形態により、異なる部品のかしめ固定を実施した部品間の固定状態を確認した試験サンプルの側面写真である。
【図６】図６は、レーザ照射装置を用いたレーザ光の繰り返し照射（高速走査）を概略的に示す斜視図である。
【図７】図７は、レーザ照射位置における温度の時間変化を概略的に示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の実施形態である固定方法を実施した製品を説明する概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態であるレーザ光を用いた部品の固定方法について、車両用のＬＥＤ光源を用いたテールランプを例にして、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
車両用のテールランプは、概略箱形状に形成された熱可塑性樹脂材料からなるランプハウジング２１と、このランプハウジング２１の箱形状の開口を覆う図示しないアウターレンズとでテールランプを取り付ける車両に適した形状に組立られる。ランプハウジング２１と図示しないアウターレンズとで囲まれる灯室内には、テールランプのＬＥＤ光源およびこのＬＥＤ光源が取り付けられる一対の電極端子２２が取付けられる。電極端子２２は金属板からなり、一方の電極端子２２ａに図示しないＬＥＤの一方の端子が溶接等により接続され、他方の電極端子２２ｂに図示しないＬＥＤの他方の端子が溶接等により接続される。
【００１４】
図１は、本実施形態の部品の組み立て手順の一部を示す斜視図であり、車両用のＬＥＤ光源を用いたテールランプのランプハウジング２１と電極端子２２との組み付けを行う関係について、その要部を簡略化して示している。なお、符合３２は押圧板であり、押圧板については後述する。
【００１５】
（ステップ１）
最初にランプハウジング２１および電極端子２２を用意する。ランプハウジング２１が第１の部品に相当し、電極端子２２が第２の部品に相当する。ランプハウジング２１は、吸光性の熱可塑性樹脂により形成された概略箱状の容器形状であり、その底部内面に円柱形状の突起２４が複数個形成されている。図１においては４個の突起２４（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ）が所定の間隔を隔てて形成されている。
電極端子２２は、メッキを施した金属により形成されており、直線状に形成された２枚の電極端子を示しており、それぞれの電極端子２２ａ、２２ｂには突起２４に対応する位置に円形状の貫通孔２３（２３ａ，２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ）が形成されている。
【００１６】
図２は、固定作業を行う作業テーブル３１上に、ランプハウジング２１と電極端子２２を組み付けた状態でセットする工程を説明するための断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に示している。一方の電極端子２２ａは、第１の突起２４ａが第１の貫通孔２３ａを貫通し、第２の突起２４ｂが第２の貫通孔２３ｂを貫通するようにして所定の位置に取り付けが行われている。この段階における取付けは、ランプハウジング２１と電極端子２２は脱着可能な状態となっている。他方の電極端子２２ｂは、第３の突起２４ｃが第３の貫通孔２３ｃを貫通し、第４の突起２４ｄが第４の貫通孔２３ｄを貫通するようにして所定の位置に取り付けが行われている。
【００１７】
作業テーブル３１の上方には、電極端子２２を組み付けたランプハウジング２１と対向するように、透光性の材料、例えばガラスからなる押圧板３２が位置する。押圧板３２は加圧装置３３により保持され、作業テーブル３１と押圧板３２との距離を短縮および延伸可能なものとされている。押圧板３２はレーザ光１２を透過する材料からなるので押圧板３２を通してレーザ光１２をランプハウジング２１に照射することができる。
【００１８】
（ステップ２）
次に、ステップ１で用意した作業テーブル３１上の電極端子２２を組み付けたランプハウジング２１に対し、加圧装置３３を用いて押圧板３２を下降させ、押圧板３２と突起２４を当接するようにして重ね合わせる。突起２４の夫々の高さは、押圧板３２の作業テーブル３１側表面と突起２４の夫々の押圧板３２側の先端とが、同時に接触するように調整されている。突起２４の夫々の高さを調整する代わりに、押圧板３２の作業テーブル３１側表面を段差のある平面に形成して、突起２４の夫々の押圧板３２側の先端とが、同時に接触するように調整しても良い。
【００１９】
（ステップ３）
次に、図３に示すように、レーザ照射装置１０を用いてレーザ光２１を繰り返し照射する。レーザ光１２は、図２のように押圧板３２を通って突起２４の先端に向けて照射する。レーザ光１２の繰り返し照射については後に詳述するが、レーザ光１２を複数の突起２４を順に繰り返し照射することで、繰り返しの都度、突起の温度を上昇させ、複数の突起２４をほぼ同時に加熱軟化することができる。なお、レーザ光２１の繰り返し照射による加熱を実施している時には、加圧装置３３を用いて押圧板３２に圧力Ｐを加えて突起２４を先端から加圧を行う。
【００２０】
（ステップ４）
ステップ３にてレーザ光１２による複数の突起２４の加熱と加圧を同時に実施し、複数の突起２４の温度が熱可塑性樹脂材料の軟化温度を超えると軟化し、加圧により変形する。図４は、複数の突起２４の軟化、変形した後の状態を示している。複数の突起２４が変形して突起先端が円柱形状から円盤形状に拡がって、電極端子２２の貫通孔２３よりも大きな径となったところで、押圧板３２による突起２４への加圧を停止する。また、レーザ光１２の照射も停止する。突起２４に対する加熱および加圧を停止したことで、突起２４は先端が円盤形状に変形した状態で冷却され、固化し、電極端子２２がランプハウジング２１に固定される。図５は、突起２４の変形により、異なる部品のかしめ固定の状態を確認するために、電極端子２２の代わりに透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡと表記）を用いて、上記したステップ１からステップ４を行うかしめ試験のを実施したサンプルの側面写真である。
【００２１】
次にレーザ照射装置１０およびレーザ照射装置１０を用いたレーザ光２１の繰り返し照射について説明する。
【００２２】
（レーザ照射装置１０）
図６は、ガルバノスキャナを用いたレーザ照射装置１０の構成を概略的に示すダイアグラムである。制御装置１６に含まれるレーザ発振器１８に接続された光ファイバ１７の先端から出射するレーザ光に対して、焦点調整用光学系１３が配置される。焦点調整用光学系は、可動レンズを含み、光路上の焦点位置を調整することができる。焦点調整用光学系１３から出射するレーザビームに対し、第１のガルバノミラ１４が配置され、例えば被照射面内のｘ方向走査を行う。第１のガルバノミラ１４で反射されたレーザビームに対して第２のガルバノミラ１５が配置され、例えば被照射面内のｙ方向走査を行う。
【００２３】
制御装置１６は、レーザ発振器１８、ガルバノミラ１４、１５、焦点調整用光学系１３の制御を行なう。出射レーザ光は、ガルバノミラ１４，１５によって、ｘｙ面内で２次元走査が行えると共に、焦点調整用光学系１３の調整により、焦点距離を制御してｚ方向に焦点位置を移動することもできる。即ち、レーザビームの焦合位置は３次元走査できる。ガルバノミラは軽量であり、高速走査が可能である。レーザヘッド１１には、焦点調整用光学系１３およびガルバノミラ１４、１５が内蔵され、レーザヘッド１１も小型、軽量とすることができる。
【００２４】
レーザ発振器１８としては、例えばＹＡＧ２倍波ないし３倍波のレーザ発振器、半導体レーザ、ファイバレーザ等を用いることができる。２次元走査のみであれば、焦点調整光学系の代わりに、ｆθレンズを備えたスキャンヘッドを用いることもできる。
【００２５】
レーザヘッド１１を図３のように、作業テーブル３１および押圧板３２の上方に設置している。レーザヘッド１１は、上記したように複数のガルバノミラを用いたガルバノスキャナを用いており、小型、軽量化が可能であるので、レーザ照射装置１０を用いた固定装置全体を小型化することができる。
【００２６】
ガルバノスキャナを用いたレーザ照射装置１０から吸光性樹脂で形成されたランプハウジング２１に向かってレーザ光２１を３次元走査しながら高速で走査が可能である。なお、本明細書における走査には、連続したした照射を行いながら照射方向を変える走査のみでなく、断続的な照射を行いながら照射方向を変える走査も含む。例えば、図８のように多数の突起２４に向かって、隣接する突起を順にレーザ光を照射する。この順にレーザ光の照射方向を変更しながら照射することも本明細書において、レーザ光の走査として説明する。
【００２７】
図７は、レーザ照射位置における温度の時間変化を概略的に示すグラフである。１回のレーザビーム照射に対して、温度は上昇し、照射終了から下降を始める。照射前の温度まで降温する前に、次のレーザビームが照射し、温度が上昇する。繰り返しレーザビーム照射により、平均温度は次第に上昇する。一つの突起２４から次の突起２４にレーザ照射位置を変えると、タイミングが僅かにずれた形で、同様の温度変化が生じる。複数の突起２４に対して順に走査しながらレーザ光照射を行う１単位の照射を、複数単位実施することで、１単位で照射する複数の突起全体がほぼ均一に、さらにはほぼ同時に加熱できることは明らかである。
【００２８】
レーザ照射による加熱と変形を行う複数の突起２４が、図１に示す第１の突起２４ａ、第２の突起２４、第３の突起２４ｃおよび第４の突起２４ｄの４つの突起のみとした場合、ガルバノミラの駆動により照射位置を走査して、４つの突起にレーザ光１２を照射する。１回の走査で第１の突起２４ａ、第２の突起２４、第３の突起２４ｃおよび第４の突起２４ｄの順に照射し、２回目の走査で第１の突起２４ａ、第２の突起２４、第３の突起２４ｃおよび第４の突起２４ｄの順に照射する。この走査を繰り返し実施する。このとき４つの突起２４が配置された平面をｘｙ平面とする。図６の構成において、第１のガルバノミラ１４がｘ方向の走査を行ない、第２のガルバノミラ１５がｙ方向の走査を行なう。焦点調整用光学系１３が、焦点距離を制御してｚ方向に焦点位置の移動を行なう。
【００２９】
１回目の走査の時間では、図７に示したようにレーザ光照射が行われている短時間で昇温する。１回目の走査にて対象の突起へのレーザ光照射を終えた後から２回目のレーザ光照射が行われるまでの間は温度の下降を始める。繰り返し照射は、次の回の走査による照射開始が、前の回の走査開始の時点の温度まで下降する前に照射を実施する。これにより、複数の突起２４はレーザ光の繰り返し照射によって徐々に加熱され、軟化温度よりも十分高温に達し、変形可能な状態になる。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態の部品の固定方法によれば、小型のレーザヘッドのレーザ照射装置で済むので、固定装置を大型化することがない。また、レーザ光照射の対象物であるランプハウジングを精密に制御しながら移動させる必要がないので、作業テーブルに高価で大型の移動機構を設ける必要がなくなり固定装置の小型化を図ることができる。また、個々の突起を加熱変形するのではなく、複数の突起を同時に加熱変形することができるので短時間で固定することが可能となる。
【００３１】
多数の突起を設けて部品を固定する例について説明する。図８は、本発明の実施形態である固定方法を実施したランプハウジング２１を示す。ランプハウジング２１には図８のように多数の突起２４が形成され、ＬＥＤを搭載した電極端子２３が設置されている。図８において、レーザ光の走査状態を４つの矢線で示し、また、図面をわかりやすくするために押圧板３２は省略している。
【００３２】
上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。例えば突起で固定する部品を１部品とした例にて説明したが、突起にて積層した２部品を固定することもできる。突起の形状も円柱状に限るものではなく、先端を変形することにより固定できるならば、他の形状であっても良い。これらの変形例も本発明に包含される。本発明は上述した実施形態の具体例に限定的に解釈されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明について、上記実施の形態では、熱可塑性樹脂製部材がランプハウジング２１の例について説明したが、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、その他のケースなどの部品であっても良い。また、熱可塑性樹脂製部材に取り付ける部品として金属製の電極端子２３の例について説明したが、金属板に限らず、他の小物部品等であってもよい。このように、複数の部品を固定するものならば、車両用灯具に限られるものではなく、他の一般照明、野外照明等の電子機器や、各種ケースなどに利用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０    レーザ照射装置
１１    レーザヘッド
１２    レーザ光
１３    焦点調節用光学系
１４    第１ガルバノミラ
１５    第２ガルバノミラ
１６    制御装置
１７    光ファイバ
１８    レーザ発振器
２１    第１部品（ハウジング）
２２    第２部品（電極端子）
２３    貫通孔
２４    突起
２４１    第１突起
２４２    第２突起
２４３    第３突起
２４４    第４突起
２７    
３１    載置台（作業テーブル）
３２    押圧板
３３    加圧装置
Ｐ  圧力
【図１】
2015150769.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015150769.tif 000005
【図４】
2015150769.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2015150769.tif 000009
【図８】
2015150769.tif 000010