(57)【要約】【課題】立体的な三次元形状の意匠面を有するレンズであっても、ハウジングとの溶着接合を確実に且つ効率的に行うことが可能なレーザ溶着方法を提供することにある。【解決手段】レンズとハウジングに相対的な押圧を加える機能と該押圧を加えた状態でレンズとハウジングの溶着部に照射するレーザ光の光路制御を行う機能を有し、一方の面全体をレンズの光出射面と同一の形状のレンズ密着面５１とすると共に他方の面をレーザ光が入射するレーザ光入射面５２とする透明治具５０を、レーザ光に対して所望の導光路を形成するように適宜な部分に適宜な肉厚設定が施された形状とした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項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の当接面に相対的な押圧を加える機能と、該押圧を加えた状態で前記当接面を熱溶着して環状の溶着部を形成するレーザ光の光路制御を行う機能を有する透明治具を用いた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、
前記透明治具は、一方の面全体を前記レンズの光出射面と同一の形状として該光出射面に密着させると共に他方の面をレーザ光の入射面とし、レーザ光に対して所望の導光路を形成するように適宜な部分に適宜な肉厚設定が施された形状としたことを特徴とする車両用灯具の製造方法。
【請求項２】
前記レーザ光は、レーザスキャンヘッドから放射されると共に該レーザスキャンヘッドは前記環状の溶着部の全周において貼着された撓みのない面を想定し、その想定面のうちの略平坦部分の略平坦面の略中央部上方に位置し、
前記透明治具は、前記レーザスキャンヘッドのレーザ光放射部と前記溶着部を結ぶ距離が、同一方向において前記レーザスキャンヘッドのレーザ光放射部と前記略平坦面を拡大した拡大平坦面を結ぶ距離よりも長くなる方向においては、該溶着部近傍の上部の肉厚を厚くして厚肉部を形成す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。
【請求項３】
前記透明治具の前記レーザ光が導光される導光路の長さは、５ｍｍ以上１５以下であ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。
【請求項４】
前記透明治具は、屈折率が前記レンズの屈折率と同一か或いは前記レンズの屈折率に近似した屈折率を有する材料で形成されてい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。
【請求項５】
前記レーザ光は、１つの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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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をレーザ溶着するレーザ溶着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
その溶着方法は、図１１にあるように、レーザ光に対して透過性を有すると共に裏面の外周部に、先端部に環状接合面８０を有する環状リブ８１が形成されてなるレンズ８２と、レーザ光に対して吸収性を有すると共にレンズの環状接合面８０が当接する環状接合面８３を備えたハウジング８４を、互いの環状接合面８０、８３同士を全周に亘って当接させた状態で加圧保持する。
【０００４】
レンズ８２とハウジング８４の加圧方法は例えば、ハウジング８４を、固定された透明押さえ部８５に表面が当接してなるレンズ８２に向かって突き上げ、透明押さえ部８５で制止されたレンズ８２の環状接合面８０に突き上げたハウジング８４の環状接合面８３を突き当てる。
【０００５】
レーザ光による溶着は、ガルバノスキャン光学系から出射されたレーザ光（Ｒａｙ）を透明押さえ部８５及びレンズ８２を透過させてレンズ８２とハウジング８４の互いの環状接合面８０、８３同士の当接部に沿って走査照射し、該当接部をレーザ光（Ｒａｙ）の光エネルギーで相互溶融することにより互いに溶着接合するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−６０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のレーザ照射による溶着方法においては、透明押さえ部とレンズは一般的に屈折率が同一か或いは近似した材料で形成される。それと同時に、透明押さえ部とレンズの夫々の少なくともレーザ光の走査領域となるレーザ光透過部は、途中に空気層が介在することによる導光効率の低下が生じないように、レンズの上面と透明押さえ部のレンズ側の面（光出射面）が面接触した状態に保持される。また、透明押さえ部は、一般的に均一な肉厚に形成される。
【０００８】
ところで、レンズは光源からの出射光を透過して外部に照射する意匠面となり、車両用灯具の意匠・デザインによっては平面形状或いは立体的な三次元形状をなすものがある。また、レーザ光を出射するガルバノスキャン光学系は、１つのガルバノスキャン光学系からのレーザ光によって環状の溶着領域全体を照射溶着する方法と、複数のガルバノスキャン光学系を用いて環状の溶着領域を複数の領域に区画した各区画領域を夫々のガルバノスキャン光学系からのレーザ光によって照射溶着する方法がある。
【０００９】
そのうち、特に、立体的な三次元形状の意匠面を有するレンズとハウジングの溶着を１つのガルバノスキャン光学系を用いて行う場合、レンズのレーザ光透過部に面接触する透明押さえ部の光出射面もレンズの意匠面がそのまま反映された三次元形状を呈し、対向するガルバノスキャン光学系側の面（光入射面）も同様にレンズの意匠面がそのまま反映された三次元形状を呈する。
【００１０】
設置されたガルバノスキャン光学系の、透明押さえ部の光入射面のレーザ光透過部における接面に対する仰角が小さい場合、言い換えると、透明押さえ部の光入射面のレーザ光透過部における法線に対するガルバノスキャン光学系の設置方向の角度が大きい場合、ガルバノスキャン光学系から出射されて前記レーザ光透過部に照射されたレーザ光は、該レーザ光透過部における入射角が大きいために該レーザ光透過部に到達する前のスポット面積よりも拡大されたスポット面積で照射される。
【００１１】
すると、透明押さえ部の光入射面のレーザ光透過部に到達したレーザ光は、拡大されたスポット面積のまま透明押さえ部内及びレンズ内を導光されてレンズとハウジングの互いの環状接合面同士の当接部に到達し、当接部を照射溶着する。
【００１２】
しかしながら、当接部に照射されるレーザ光はスポット面積が拡大されているため光エネルギー密度が低くなっており、そのため溶着効率も低下することになる。
【００１３】
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、立体的な三次元形状の意匠面を有するレンズであっても、ハウジングとの溶着接合を確実に且つ効率的に行うことが可能なレーザ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】
【００１４】
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の当接面に相対的な押圧を加える機能と、該押圧を加えた状態で前記当接面を熱溶着して環状の溶着部を形成するレーザ光の光路制御を行う機能を有する透明治具を用いた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、  前記透明治具は、一方の面全体を前記レンズの光出射面と同一の形状として該光出射面に密着させると共に他方の面をレーザ光の入射面とし、レーザ光に対して所望の導光路を形成するように適宜な部分に適宜な肉厚設定が施された形状としたことを特徴とするものである。
【００１５】
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、前記レーザ光は、レーザスキャンヘッドから放射されると共に該レーザスキャンヘッドは前記環状の溶着部の全周において貼着された撓みのない面を想定し、その想定面のうちの略平坦部分の略平坦面の略中央部上方に位置し、前記透明治具は、前記レーザスキャンヘッドのレーザ光放射部と前記溶着部を結ぶ距離が、同一方向において前記レーザスキャンヘッドのレーザ光放射部と前記略平坦面を拡大した拡大平坦面を結ぶ距離よりも長くなる方向においては、該溶着部近傍の上部の肉厚を厚くして厚肉部を形成することを特徴とするものである。
【００１６】
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、前記透明治具の前記レーザ光が導光される導光路の長さは、５ｍｍ以上１５以下であることを特徴とするものである。
【００１７】
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、前記透明治具は、屈折率が前記レンズの屈折率と同一か或いは前記レンズの屈折率に近似した屈折率を有する材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
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、１つの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。
【発明の効果】
【００１９】
レンズとハウジングに相対的な押圧を加える機能と該押圧を加えた状態でレンズとハウジングの溶着部に照射するレーザ光の光路制御を行う機能を有し、一方の面全体をレンズの光出射面と同一の形状のレンズ密着面とすると共に他方の面をレーザ光が入射するレーザ光入射面とする透明治具を、レーザ光に対して所望の導光路を形成するように適宜な部分に適宜な肉厚設定が施された形状とした。
【００２０】
これにより、溶着部に照射されるレーザ光のスポットが、レーザ光放射部におけるスポット面積と大きく異なることがなく、且つほぼ光エネルギー密度が均一なものとなる。その結果、レーザ光の照射により均一な溶着状態の溶着部を形成することが可能となって溶着の確実性が確保されて高い信頼性を得ることができる。それと共にレーザ光の照射による溶着効率が向上して製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】車両用灯具の縦断面説明図である。
【図２】レンズの断面説明図である。
【図３】ハウジングの断面説明図である。
【図４】透明治具の説明図である。
【図５】透明治具をセットした状態を示す説明図である。
【図６】図５の部分説明図である。
【図７】レーザ光の照射状態を示す説明図である。
【図８】図７の部分説明図である。
【図９】本実施形態に係わるレーザ光の光路追跡図である。
【図１０】従来例に係わるレーザ光の光路追跡図である。
【図１１】従来例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図１０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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
次に、レンズ１０とハウジング２０の溶着方法について具体的に説明する。
【００２８】
まず、図４（透明治具の説明図）に示すように、レーザ光に対して透過性を有し、一方の面（レンズ密着面）５１全体がレンズ１０の、車両用灯具１を構成したときに光源４０からの光を灯具外に出射する面となる光出射面１３（図１及び図２参照）と同一の形状からなる透明治具５０を準備する。透明治具５０の他方の面（レーザ光入射面）５２はレンズ密着面５１とは異なる形状を呈している。つまり、透明治具５０は全体の肉厚が均一ではなく、レーザ光に対して所望の導光路を形成するように適宜な部分に適宜な肉厚設定が施される。
【００２９】
なお、透明治具５０は、屈折率がレンズ１０の屈折率と同一か或いはレンズ１０の屈折率に近似した屈折率を有する材料で形成されている。
【００３０】
次に、図５（透明治具をセットした状態を示す説明図）及び図６（図５の部分説明図）
に示すように、固定した状態の透明治具５０のレンズ密着面５１に光出射面１３を密着した状態でレンズ１０を透明治具５０に抱持する。同時に、レンズ１０とハウジング２０を対向配置してレンズ１０のリブ１２の先端面（接着面）１４とハウジング２０の支台部２４の上面（溶着面）２５を対峙させて互いに当接させ、ハウジング２０をレンズ１０側に押圧して互いの溶着面１４、２５同士を相対的な押圧状態に保持する。
【００３１】
次に、図７（レーザ光の照射状態を示す説明図）及び図８（図７の部分説明図）に示すように、透明治具５０の上方に配設された１つのガルバノスキャナ方式のレーザスキャンヘッド５５から、透明治具５０の、レンズ１０のリブ１２の上方近傍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。
【００３２】
すると、レーザスキャンヘッド５５から透明治具５０の、レンズ１０のリブ１２の上方近傍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１４から出射し、その出射光が該先端面１４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に到達して照射する。
【００３３】
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１４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１４側に膨出する。
【００３４】
このとき、レンズ１０のリブ１２の先端面１４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１４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１４に伝わり、その熱膨張力を受けたリブ１２先端面１４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。その結果、ハウジング２０の支台部２４の溶融部とレンズ１０のリブ１２の溶融部とが融合して溶着接合が行われる。
【００３５】
ここで、レンズ１０とハウジング２０の溶着方法について更に詳細に説明する。この説明では特に、全体の肉厚が均一な透明治具６０を用いた従来の溶着方法と、全体の肉厚が均一ではない透明治具５０を用いた本発明（実施形態）の溶着方法の違いを検証する。
【００３６】
本実施形態の溶着方法は、上述したように、レーザ光Ｌの放射、及びレンズ１０のリブ１２の先端面（接着面）１４とハウジング２０の支台部２４の上面（溶着面）２５の立体的な三次元形状をなす環状の当接面（溶着部）２８への走査は、１つのガルバノスキャナ方式のレーザスキャンヘッド５５を用いて行われ、該レーザスキャンヘッド５５は環状の溶着部２８の上方に設置される（図７及び図８参照）。
【００３７】
レーザスキャンヘッド５５は、立体的な三次元形状をなす環状の溶着部２８の全周において貼着された撓みのない面を想定し、その想定面のうちの略平坦部分の面（略平坦面）の略中央部上方に位置し、透明治具５０は、レーザスキャンヘッド５５のレーザ光放射部と溶着部２８を結ぶ距離が、同一方向においてレーザスキャンヘッド５５のレーザ光放射部と前記略平坦面を拡大した拡大平坦面を結ぶ距離よりも長くなる方向においては、透明治具５０の該溶着部２８近傍の上部の肉厚を厚くして厚肉部５３を形成（図７参照）している。
【００３８】
なお、上記、レーザスキャンヘッド５５のレーザ光放射部と溶着部２８を結ぶ距離が、同一方向においてレーザスキャンヘッド５５のレーザ光放射部と前記略平坦面を拡大した拡大平坦面を結ぶ距離よりも長くなる方向に位置する溶着部２８は、車両用灯具を車両に装着したときに車両の側方に回り込む部分を意味する。
【００３９】
そこで、図９（レーザ光の光路追跡図）に示すように、レーザスキャンヘッド（図示せず）から放射されて透明治具５０の厚肉部５３に照射されたスポット径φＤのレーザ光Ｌ１は、透明治具５０のレーザ光入射面５２から入射角αで透明治具５０内に屈折入射し、溶着部２８方向に向かう。
【００４０】
このとき、レーザ光Ｌ１は透明治具５０内の距離Ｍを導光されると共に入射角αでレーザ光入射面５２に投影された長軸Ａ１の楕円形状で導光される。そして、更にレンズ１０の意匠面部１１及びレンズ１０のリブ１２を導光して溶着部２８に照射される。
【００４１】
このとき、溶着部２８はレーザ光Ｌ１の導光方向に対して傾斜面となっている。そのため、長軸Ａ１の楕円形状で導光されたレーザ光Ｌ１はＡ１より長い長軸Ａ２として照射される。
【００４２】
なお、透明治具５０のレーザ光Ｌ１が導光される導光路の長さは、透明治具５０の強度を確保すると同時に導光損失を極力少なくするために５ｍｍ以上１５以下であることが好ましい。
【００４３】
一方、従来の溶着方法は、上記本実施形態の溶着方法と同様に、レーザ光の放射、及びレンズ１０のリブ１２の先端面（接着面）１４とハウジング２０の支台部２４の上面（溶着面）２５の立体的な三次元形状をなす環状の当接面（溶着部）２８への走査は、１つのガルバノスキャナ方式のレーザスキャンヘッド５５を用いて行われ、該レーザスキャンヘッド５５は環状の溶着部２８の上方に設置される（図７及び図８参照）。
【００４４】
透明治具６０は、上記本実施形態の透明治具５０とは異なり、全体の肉厚を均一に形成している。
【００４５】
そこで、図１０（レーザ光の光路追跡図）に示すように、レーザスキャンヘッド（図示せず）から放射されて上記本実施形態と同一方向で透明治具６０に照射されたスポット径φＤのレーザ光Ｌ２は、透明治具６０のレーザ光入射面６２から入射角βで透明治具６０内に屈折入射し、溶着部２８方向に向かう。
【００４６】
このとき、レーザ光Ｌ２は透明治具６０内の距離Ｎを導光されると共に入射角βでレーザ光入射面６２に投影された長軸Ｂ１の楕円形状で導光される。そして、更にレンズ１０の意匠面部１１及びレンズ１０のリブ１２を導光して溶着部２８に照射される。
【００４７】
このとき、溶着部２８はレーザ光Ｌ２の導光方向に対して傾斜面となっている。そのため、長軸Ｂ１の楕円形状で導光されたレーザ光Ｌ２はＢ１より長い長軸Ｂ２として照射される。
【００４８】
そこで、上述の、本実施形態の溶着方法と従来の溶着方法を比較すると、従来の溶着方法では全体の肉厚を均一に形成した透明治具６０を用い、本実施形態では、レーザ光に対して所望の導光路を形成するように適宜な部分に適宜な肉厚設定が施された透明治具５０を用いた。
【００４９】
すると、レーザスキャンヘッドのレーザ光放射部と溶着部を結ぶ距離が、同一方向においてレーザスキャンヘッドのレーザ光放射部と上記拡大平坦面を結ぶ距離よりも長い位置に位置する溶着部に向かうように放射されたレーザ光は、本実施形態においては透明治具５０のレーザ光入射面５２に入射角αで投影され、従来例においては透明治具６０のレーザ光入射面６２に本実施形態の入射角αよりも大きい角度の入射角βで投影される。
【００５０】
したがって、透明治具６０のレーザ光入射面６２に投影されるレーザ光Ｌ２と透明治具５０のレーザ光入射面５２に投影されるレーザ光Ｌ１は形状がいずれも楕円形状を呈するものであるが、入射角βが入射角αよりも大きい分、透明治具６０のレーザ光入射面６２に投影されるレーザ光Ｌ２の方が長軸の長い楕円形状となる。
【００５１】
そのため、透明治具５０内を導光されるレーザ光Ｌ１は長軸Ａ１の楕円形状であるのに対し、透明治具６０内を導光されるレーザ光Ｌ２は長軸Ａ１より長い長軸Ｂ１の楕円形状となる。
【００５２】
その結果、溶着部２８に照射されるレーザ光Ｌ２はレーザ光１よりも長軸の長い楕円形状となる。つまり、溶着部２８に照射されるレーザ光Ｌ２のスポットはレーザ光Ｌ１のスポットよりも面積が大きくなり、そのため光エネルギー密度が小さく溶着効率が低いものとなってしまう。
【００５３】
それと同時に、従来の透明治具６０を用いた場合は図１０にあるように、特に、溶着部２８に照射されるレーザ光Ｌ２の楕円のスポット形状が、短軸Ｃを挟んで両側の長さ、言い換えると面積が異なるものとなり、光エネルギー密度が異なるものとなる。その結果、レーザ光Ｌ２による溶着部２８の溶着状態が不均一なものとなり、溶着の確実性が損なわれて信頼性を確保することができない。
【００５４】
これに対し本実施形態では図９にあるように、レーザ光Ｌ１に対して所望の導光路を形成するように適宜な部分に適宜な肉厚設定が施された透明治具５０を用いることにより、溶着部２８に照射されるレーザ光Ｌ１のスポットが、レーザスキャンヘッドからの放射時のスポット面積と大きく異なることがなく、且つ短軸Ｅを挟んで両側の長さ、言い換えると面積がほぼ同一となって光エネルギー密度が均一なものとなる。その結果、レーザ光Ｌ１の照射により均一な溶着状態の溶着部２８を形成することが可能となって溶着の確実性が確保されて高い信頼性を得ることができる。それと共にレーザ光Ｌ１の照射による溶着効率が向上して製造コストの低減を図ることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１…  車両用灯具
１０…  レンズ
１１…  意匠面部
１２…  リブ
１３…  光出射面
１４…  先端面（溶着面）
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）
２８…  当接面（溶着部）
３０…  灯室
４０…  光源
５０…  透明治具
５１…  レンズ密着面
５２…  レーザ光入射面
５３…  厚肉部
５５…  レーザスキャンヘッド
６０…  透明治具
６２…  レーザ光入射面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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