レーザ照射による樹脂部材の溶融接合方法
【課題】光透過性樹脂部材と光吸収性樹脂部材とをレーザ照射により溶融接合するにあたり、作業効率が良好で且つ溶融接合領域全域に亘って均一な接合状態を確保することができる溶融接合方法を提供することにある。
【解決手段】第１のレーザスキャンヘッド３０から発するレーザ光Ｌ１によって第１のレーザ走査経路Ｃ１を走査照射し、第２のレーザスキャンヘッド３５から発するレーザ光Ｌ２によって２レーザ走査経路Ｃ２を走査照射し、第１のレーザ走査経路Ｃ１及び第２レーザ走査経路Ｃ２においてレーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２がオーバーラップして走査照射する領域Ａ及びＢにおける走査照射速度を、レーザ光Ｌ１又はレーザ光Ｌ２が単独で走査照射する領域における走査照射速度の２倍の速度とした。
【解決手段】第１のレーザスキャンヘッド３０から発するレーザ光Ｌ１によって第１のレーザ走査経路Ｃ１を走査照射し、第２のレーザスキャンヘッド３５から発するレーザ光Ｌ２によって２レーザ走査経路Ｃ２を走査照射し、第１のレーザ走査経路Ｃ１及び第２レーザ走査経路Ｃ２においてレーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２がオーバーラップして走査照射する領域Ａ及びＢにおける走査照射速度を、レーザ光Ｌ１又はレーザ光Ｌ２が単独で走査照射する領域における走査照射速度の２倍の速度とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ照射によって樹脂部材同士を溶融接合する方法に関するものであり、詳しくは、光を透過する光透過性樹脂部材と光を吸収する光吸収性樹脂部材をレーザ光の照射により溶融接合する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を透過する光透過性樹脂部材と光を吸収する光吸収性樹脂部材をレーザ光の照射により溶融接合する方法としては、例えば、図１１に示す方法が提案されている。
【０００３】
それは、光透過性樹脂部材８０と光吸収性樹脂部材８１の夫々の溶融接合領域同士を対向配置して当接面を圧力Ｐで加圧状態に保持し、光透過性樹脂部材８０側からレーザ光８２を照射して該光透過性樹脂部材８０を透過したレーザ光８２を溶融接合領域（当接面）８３に沿って繰り返し高速走査を行う。
【０００４】
すると、光吸収性樹脂部材８１の溶融接合領域８３がレーザ光８２で加熱されて溶融し、その溶融部が熱膨張によって対向配置された光透過性樹脂部材８０に到達し、その熱で光透過性樹脂部材８０の溶融接合領域８３が溶融する。
【０００５】
その結果、光吸収性樹脂部材８１の溶融部と光透過性樹脂部材８０の溶融部とが融合することにより両者間の溶融接合部が形成される（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２７７８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年の車両用灯具（特に、前照灯）は、内部に複数の光源を収容して大型化及び異形化が進み、それを実現するために、複数の光源を収容する灯室を形成するハウジング及びカバーレンズも大型化が図られている。
【０００８】
そこで、上記光吸収性樹脂部材を車両用灯具を構成するハウジングに用い、光透過性樹脂部材を同様に車両用灯具を構成するカバーレンズに用い、両者を上記溶融接合方法によって接合固定して灯室を形成するものとする。
【０００９】
その場合、ハウジングとカバーレンズの夫々の溶融接合領域は、車両用灯具の大型化に伴っていずれも大口径の環状を呈している。そのため、固定された１つのレーザ光源から発せられるレーザ光を走査照射しても、場所によってはレーザ光源から溶融接合領域までの距離の差が大きいために、溶融接合領域の全域に亘って溶融接合に必要な照射エネルギーを付与することが難しい場合がある。
【００１０】
そのため、レーザ光源を溶融接合領域に沿って移動させながら、移動するレーザ光源から発せられるレーザ光で溶融接合領域全域に亘って溶融接合部を形成することが考えられる。但し、この場合、レーザ光源の機械的な移動が必要となるため、レーザ光源の移動に係わる機械的な移動機構が装置の複雑化を招くと共に、レーザ光源の移動に要する時間が作業効率の低下を招くことになる。
【００１１】
そこで、複数のレーザ光源を所定の位置に配置し、各レーザ光源から発せられるレーザ光が夫々個別に設定された照射領域を走査することにより、溶融接合領域の全域に亘って溶融接合部を形成することが考えられる。但し、この場合、溶融接合領域において、場所によっては２つのレーザ光が重なって照射される領域（オーバーラップ領域）が存在する。すると、そのオーバーラップ領域は他の領域に比べてレーザ光から受けるエネルギーが高くなり、部分的に過剰な加熱状態になる恐れがある。
【００１２】
この過剰な加熱は、光吸収性樹脂部材の溶融量を部分的に増大させて突出するバリを発生させると共に、発泡現象を発生させて接合信頼性を損なうことにもなる。
【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、光透過性樹脂部材と光吸収性樹脂部材とをレーザ照射により溶融接合するにあたり、作業効率が良好で且つ溶融接合領域全域に亘って均一な接合状態を確保することができる溶融接合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、環状の第１の接合面を備えた光吸収性樹脂部材と、環状の第２の接合面を備えた光透過性樹脂部材を、前記第１の接合面と前記第２の接合面が互いに環状の全領域に亘って対面接触して対面接触部を形成するように対向配置し、前記光吸収性樹脂部材と前記光透過性樹脂部材の両側から加圧して前記対面接触部に所定の圧力を加えて保持する工程と、前記光透過性樹脂部材側に配設された複数のレーザスキャンヘッドから発せられた各レーザ光が、前記光透過性樹脂部材を透過して前記対面接触部の予め設定された照射領域を繰り返し走査照射することにより環状の前記対面接触部全域を溶融接合する工程と、を有するレーザ照射による樹脂部材の溶融接合方法であって、前記各レーザ光は、出力パワー、スポット径及び前記繰り返し走査照射の周期が同一であり、且つ、前記対面接触部における各レーザ光の走査照射速度は、互いにオーバーラップして走査照射する領域の速度が夫々単独で走査照射する領域の２倍の速度であると同時に、前記単独で走査照射する領域の速度はいずれも同一である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、前記各レーザ光は、いずれも前記対面接触部以外の部分も走査し、その走査速度は夫々個別に設定され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、前記複数のレーザスキャンヘッドは２台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、前記光吸収性樹脂部材は、光源を装着する背面部と該背面部の一方の面から所定の高さに突出形成された環状の支台部を備えた、車両用灯具を構成するハウジングであり、前記光透過性樹脂部材は、光源からの光を透過して前方方向に向かって照射する意匠面部と該意匠面部の一方の面から立ち上がって所定の方向に延設された環状の脚部を備えた、車両用灯具を構成するカバーレンズであり、前記第１の接合面は前記支台部の上端面であり、前記第２の接合面は前記脚部の先端面であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、光吸収性樹脂部材の環状接合面と光透過性樹脂部材の環状接合面を互いに環状の全領域に亘って対面接触させて対面接触部を形成し、複数のレーザ光が環状の対面接触部の、予め設定された照射領域を繰り返し走査照射することにより対面接触部の全領域を溶融接合するようにしたものであり、対面接触部において各レーザ光がオーバーラップして走査照射する領域における走査照射速度を、各レーザ光が単独で走査照射する領域における走査照射速度の２倍の速度とした。
【００１９】
これにより、対面接触部の全領域を均一な照射エネルギーで溶融接合することができ、溶融接合部の全領域に亘って均一な接合状態を確保することができ。また、複数のレーザ光を用いて溶融接合するため、溶融接合作業の作業効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係わるカバーレンズの説明図である。
【図２】同じく、本発明の実施形態に係わるハウジングの説明図である。
【図３】同じく、本発明の実施形態に係わる車両用灯具の説明図である。
【図４】カバーレンズとハウジングの接合部に係わる部分説明図である。
【図５】同じく、カバーレンズとハウジングの接合部に係わる部分説明図である。
【図６】レーザ光の走査照射状態を示す説明図である。
【図７】レーザ光の走査照射による温度変化の状態を示すグラフである。
【図８】レーザ光の走査時間と走査位置の関係を示すチャートである。
【図９】レーザ光の走査経路と照射エネルギーとの関係を示すチャートである。
【図１０】レーザ光の走査経路と照射エネルギーとの関係を示す模式図である。
【図１１】従来例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１〜図１０は、レーザ光に対して透過性を有する光透過樹脂で形成された部品とレーザ光に対して吸収性を有する光吸収樹脂で形成された部品との部品同士の固定方法についての具体的な実施形態に係わる説明図である。
【００２３】
光透過樹脂及び光吸収樹脂の夫々には種々の種類のものが考えられ、光透過樹脂で形成される部品及び光吸収樹脂で形成される部品の夫々の種類についても多岐に亘っている。
【００２４】
そこで、本実施形態においては、部品の具体的な用途例として車両用灯具を想定し、光透過樹脂を例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）とし、光吸収樹脂を例えばＡＳＡ（アクリロニトリルスチレンアクリレート）とすると共に、ＰＭＭＡ樹脂で形成される部品を例えばカバーレンズとし、ＡＳＡ樹脂で形成される部品を例えばハウジングとする。
【００２５】
そこで、ＰＭＭＡからなり車両用灯具１を構成するカバーレンズ１０は、図１（カバーレンズの説明図）に示すように、光源からの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の一方の面から立ち上がって所定の方向に延設された環状の脚部１２を備えている。
【００２６】
一方、ＡＳＡからなり車両用灯具１を構成するハウジング２０は、図２（ハウジングの説明図）に示すように、光源を装着する背面部２１と該背面部２１の一方の面から所定の高さに突出形成された環状の支台部２２を備えている。
【００２７】
そして、車両用灯具１は、図３（車両用灯具の説明図）に示すように、光源２が装着されたハウジング２０とカバーレンズ１０とが気密封止されて閉空間からなる灯室３が形成され、該灯室３内に前記光源２が収容されてなる構成からなる。
【００２８】
そこで、以下に、カバーレンズ１０とハウジング２０とをレーザ光の照射により気密封止して固定する封止固定方法について詳細に説明する。
【００２９】
まず、図４（カバーレンズとハウジングの接合部に係わる部分説明図）のように、光透過性のカバーレンズ１０と光吸収性のハウジング２０とを、カバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａとハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａとが互いに環状の全領域に亘って対面接触するように対向配置し、カバーレンズ１０とハウジング２０の両側から圧力Ｐを印加してその接触面同士に所定の圧力が加わった状態に加圧保持する。
【００３０】
その後、図５（カバーレンズとハウジングの接合部に係わる部分説明図）に示すように、対向配置したカバーレンズ１０とハウジング２０の該カバーレンズ１０側の上方に配設されたレーザスキャンヘッド（図示せず）からカバーレンズ１０の脚部１２に向かってレーザ光Ｌを照射する。
【００３１】
レーザスキャンヘッドからカバーレンズ１０の脚部１２に向けて出射したレーザ光Ｌは、光透過樹脂のＰＭＭＡからなるカバーレンズ１０の意匠面部１１及び脚部１２を透過して該脚部１２の先端面１２ａから出射し、その出射光が該先端面１２ａに対面接触した、光吸収樹脂のＡＳＡからなるハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａに到達照射される。
【００３２】
すると、ハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａ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２２ｂ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カバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａ側に膨出する。
【００３３】
このとき、カバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａとハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａとは互いに加圧保持状態にある。そのため、カバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａ側に膨出した溶融部２２ｂは、該溶融部２２ｂの熱膨張力がそのままカバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａに伝わり、その熱膨張力を受けた脚部１２先端面１２ａの近傍に溶融部２２ｂの熱が伝達されてその部分が加熱溶融し、溶融部１２ｂが形成される。
【００３４】
すると、ハウジング２０の支台部２２の溶融部２２ｂとカバーレンズ１０の脚部１２の溶融部１２ｂとが相溶融状態となり、その溶融部２２ｂ、１２ｂ同士が融合して溶融接合部４を形成する。
【００３５】
なお、ハウジング２０の支台部２２とカバーレンズ１０の脚部１２は、上述したように、いずれも環状に形成されている。そのため、支台部２２の溶融部２２ｂと脚部１２の溶融部１２ｂとの融合により形成される溶融接合部４も同様に環状に形成される。
【００３６】
ところで、車両用灯具は搭載する車種によって大きさが異なり、それに伴って環状の溶融接合部４の大きさも異なるものとなる。一般的には大型車種には大型の灯具が搭載され、それに伴って溶融接合部４の大きさも大きくなる。
【００３７】
溶融接合部４の大きさが大きくなると、１台のレーザスキャンヘッドからのレーザ光では、該溶融接合部４を環状全域に亘って形成するために必要な照射エネルギーを付与することが困難となる場合がある。その場合は、適宜な場所に複数のレーザスキャンヘッドを配設して夫々のレーザスキャンヘッドからのレーザ光によって溶融接合部４を環状全域に亘って形成することが考えられる。
【００３８】
このとき、各レーザスキャンヘッドは図６（レーザ光の走査照射状態を示す説明図）に示すように、カバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａ（図示せず）とハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａとの環状の対面接触部に沿ってレーザ光を照射する環状のレーザ光走査照射経路（以下、「レーザ走査経路」と略称する）Ｃに対して、予めレーザ光の走査照射領域が設定されており、全てのレーザスキャンヘッドからのレーザ光によって環状のレーザ走査経路Ｃの全領域が走査照射されるように設定されている。そのため、配置されるレーザスキャンヘッドの数は、各レーザスキャンヘッドから発せられるレーザ光の出力パワー、各レーザスキャンヘッドから溶融接合部までの距離及び角度、全走査照射領域が位置する広さ、溶融接合作業の作業効率等を考慮して設定される。
【００３９】
本実施形態では、第１のレーザスキャンヘッド３０と第２のレーザスキャンヘッド３５の２台のレーザスキャンヘッドが、対向配置したカバーレンズ１０とハウジング２０の該カバーレンズ１０側の上方の適宜の位置に配設され、第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１が、環状のレーザ走査経路Ｃに対してＰ１とＰ４の間の部分（第１レーザ光走査照射経路（以下、「第１のレーザ走査経路」と略称する）Ｃ１）の照射領域を走査し、第２のレーザスキャンヘッド３５からのレーザ光Ｌ２が、環状のレーザ走査経路Ｃに対してＱ１とＱ４の間の部分（第２レーザ光走査照射経路（以下、「第２のレーザ走査経路」と略称する）Ｃ２）の照射領域を走査する。
【００４０】
また、第１のレーザ走査経路Ｃ１と第２のレーザ走査経路Ｃ２には、互いにオーバーラップする領域Ａ、Ｂが２箇所存在する。そのうち領域Ａにおいては、第１のレーザ走査経路におけるＰ１とＰ２の間の部分の照射領域と第２のレーザ走査経路Ｃ２におけるＱ１とＱ２の間の部分の照射領域とがオーバーラップし、領域Ｂにおいては、第１のレーザ走査経路におけるＰ３とＰ４の間の部分の照射領域と第２のレーザ走査経路Ｃ２におけるＱ３とＱ４の間の部分の照射領域とがオーバーラップしている。
【００４１】
そこで、第１のレーザスキャンヘッド３０から出射したレーザ光Ｌ１は、第１のレーザ走査経路Ｃ１をＰ１の位置から順次走査照射されてＰ２、Ｐ３の位置を経てＰ４の位置に至り、Ｐ４の位置からＰ１の位置に戻る。そして、このような環状の走査照射が所定の回数繰り返し行われる。同様に、第２のレーザスキャンヘッド３５から出射したレーザ光Ｌ２は、第２のレーザ走査経路Ｃ２をＱ１の位置から順次走査照射されてＱ２、Ｑ３の位置を経てＱ４の位置に至り、Ｑ４の位置からＱ１の位置に戻る。そして、このような環状の走査照射が所定の回数繰り返し行われる。
【００４２】
図７は、レーザ光が照射されるハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａにおける、レーザ光の走査照射による温度変化の状態を示すグラフである。
【００４３】
第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１が第１のレーザ走査経路Ｃ１をＰ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ１の順に走査照射する周期（Ｔｎ）においてレーザ光の照射時の照射エネルギーを受けて上昇した温度が次の周期（Ｔｎ＋１）でレーザ光が照射されるまでは下降する。但し、下降温度は、前回の周期（Ｔｎ）における下降温度になるまでに次の周期（Ｔｎ＋１）のレーザ光照射が行われるため、前回の周期（Ｔｎ）における下降温度よりも高い温度を維持する。
【００４４】
そして、周期（Ｔｎ＋１）でのレーザ光の照射による温度上昇は、その前の周期（Ｔｎ）におけるレーザ光の照射による温度上昇よりも高くなる。このようなレーザ光の照射周期（Ｔ）を繰り返すことにより温度が徐々に上昇し、ハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａにおけるレーザ光照射部が加熱溶融される。
【００４５】
また、第２のレーザスキャンヘッド３５からのレーザ光Ｌ２においても、上記第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１と同様に、図７の温度上昇履歴を経てハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａにおけるレーザ光照射部が加熱溶融される。
【００４６】
ところで、第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１と、第２のレーザスキャンヘッド３５からのレーザ光Ｌ２の出力パワー及びスポット径を同一とし、第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１が第１のレーザ走査経路Ｃ１上を走査照射する速度と、第２のレーザスキャンヘッド３５からのレーザ光Ｌ２が第２のレーザ走査経路Ｃ２上を走査照射する速度とを同一とした場合、レーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及びＢには、第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１と第２のレーザスキャンヘッド３５からのレーザ光Ｌ２の夫々の１周期の走査照射で、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２による２回のレーザ光照射が行われ、レーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及び領域Ｂを除いた領域は、レーザ光Ｌ１又はレーザ光Ｌ２のいずれかによる１回のレーザ光照射が行われる。
【００４７】
そのため、レーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及びＢを除いた領域に照射されたレーザ光が到達する、ハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａにおけるレーザ光照射部が受ける照射エネルギーをＥ（Ｊ／ｍｍ２）とすると、レーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及びＢに照射されたレーザ光が到達する、ハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａにおけるレーザ光照射部が受ける照射エネルギーは２Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）となる。
【００４８】
その結果、ハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａにおけるオーバーラップ領域Ａ及びＢは他の領域の２倍の照射エネルギー２Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）を受け、他の領域よりも温度上昇が大きくなって過熱状態となり、部分的に発泡現象が生じて溶融接合の接合強度が低下し、信頼性の低下を招くことになる。
【００４９】
また、ハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａにおける過熱状態の部分は、加熱溶融の溶融量が所定の量よりも多くなり、正規の溶融接合領域からはみ出してバリを発生することになる。
【００５０】
そこで、本発明においては、第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１と、第２のレーザスキャンヘッド３５からのレーザ光Ｌ２の出力パワー及びスポット径を同一とすると共に、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２がレーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及びＢを走査照射する速度を、レーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及びＢを除く部分を走査照射する速度の２倍の速度とした。
【００５１】
つまり、レーザ光の走査照射速度が２倍になると単位面積当たりの照射エネルギーは１／２となることを利用するものである。
【００５２】
これにより、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２の夫々の１周期の走査照射によって、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２が重複して照射されるオーバーラップ領域Ａ及びＢが受ける照射エネルギーとオーバーラップ領域Ａ及びＢ以外の部分が受ける照射エネルギーが同じ照射エネルギーとなるようにした。
【００５３】
以下に、図８(レーザ光の走査時間と走査位置の関係を示すチャート)を参照して具体的に説明する。この図において、横軸はレーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２の夫々の走査時間（周期）を表し、縦軸は走査位置を示している。また、破線はレーザ光Ｌ１を示し、実線はレーザ光Ｌ２を示している。
【００５４】
図８より、破線で示すレーザ光Ｌ１は、第１のレーザ走査経路のＰ１の位置から走査を開始し、Ｐ１〜Ｐ２の間はＶの速度で走査し、Ｐ２〜Ｐ３の間は（１／２）Ｖ（Ｐ１〜Ｐ２間の速度の１／２の速度）の速度で走査し、Ｐ３〜Ｐ４の間はＶ（Ｐ１〜Ｐ２間の速度と同一の速度）の速度で走査する。
【００５５】
一方、実線で示すレーザ光Ｌ２は、第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ１の位置から、レーザ光Ｌ１の走査開始と同時に走査を開始し、Ｑ１〜Ｑ２の間はＶの速度で走査し、Ｑ２〜Ｑ３の間は（１／２）Ｖ（Ｑ１〜Ｑ２間の速度の１／２の速度）の速度で走査し、Ｑ３〜Ｑ４の間はＶ（Ｑ１〜Ｑ２間の速度と同一の速度）の速度で走査する。
【００５６】
この場合、レーザ光Ｌ１の走査経路Ｐ１〜Ｐ４の距離は、レーザ光Ｌ２の走査経路Ｑ１〜Ｑ４の距離よりも長い。そのため、レーザ光Ｌ１がＰ４の位置に到達する時間はレーザ光Ｌ２がＱ４の位置に到達する時間よりも遅れる。
【００５７】
そのため、レーザ光Ｌ１が走査経路Ｐ４〜Ｐ１の走査開始位置まで戻る速度と、レーザ光Ｌ２が走査経路Ｑ４〜Ｑ１の走査開始位置まで戻る速度とを同一速度とすると、レーザ光Ｌ１が走査開始位置Ｐ１に戻る時間は、光Ｌ２が走査開始位置Ｑ１に戻る時間よりも遅くなる。
【００５８】
つまり、レーザ光Ｌ１の走査周期がレーザ光Ｌ２の走査周期よりも長くなる。すると、一定の時間内にレーザ光Ｌ１が第１のレーザ走査経路Ｃ１上を走査する走査回数と、レーザ光Ｌ２が第２のレーザ走査経路Ｃ２上を走査する走査回数とが異なるものとなる。その結果、レーザ光Ｌ１が第１のレーザ走査経路Ｃ１に照射する照射エネルギーとレーザ光Ｌ２が第２のレーザ走査経路Ｃ２に照射する照射エネルギーが異なるものとなり、環状の溶融接合部において均一な接合状態を得ることができなくなる。このことは、信頼性の低下に繋がるものとなる。
【００５９】
そこで、レーザ光Ｌ１が走査経路の、位置Ｐ４〜走査開始位置Ｐ１まで戻る速度Ｕ１を、レーザ光Ｌ２が走査経路の、位置Ｑ４〜走査開始位置Ｑ１まで戻る速度Ｕ２よりも速くすることにより、レーザ光Ｌ１が走査開始位置Ｐ１に戻る時間と、レーザ光Ｌ２が走査開始位置Ｑ１に戻る時間が同時になるようにした。
【００６０】
これにより、レーザ光Ｌ１の走査周期とレーザ光Ｌ２の走査周期が同一となり、一定の時間内にレーザ光Ｌ１が第１のレーザ走査経路Ｃ１上を走査する走査回数と、レーザ光Ｌ２が第２のレーザ走査経路Ｃ２上を走査する走査回数とが同一となる。その結果、レーザ光Ｌ１によって第１のレーザ走査経路Ｃ１に照射される照射エネルギーとレーザ光Ｌ２によって第２のレーザ走査経路Ｃ２に照射される照射エネルギーが同一となり、環状の溶融接合部の全域に亘って均一な接合状態を得ることができ、高い信頼性を確保することができる。
【００６１】
なお、レーザ光Ｌ１の第１のレーザ走査経路Ｃ１におけるＰ１〜Ｐ４の間及びレーザ光Ｌ２の第２のレーザ走査経路Ｃ２におけるＱ１〜Ｑ４の間は溶融接合に寄与する領域であり、レーザ光Ｌ１の第１のレーザ走査経路Ｃ１におけるＰ４〜Ｐ１の間及びレーザ光Ｌ２の第２のレーザ走査経路Ｃ２におけるＱ４〜Ｑ１の間は溶融接合に寄与しない領域である。
【００６２】
したがって、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２の夫々の走査周期を同一にするために、レーザ光Ｌ１の第１のレーザ走査経路Ｃ１におけるＰ４〜Ｐ１の間の走査速度（Ｕ１）及びレーザ光Ｌ２の第２のレーザ走査経路Ｃ２におけるＱ４〜Ｑ１の間の走査速度（Ｕ２）を夫々個別に適宜な速度に設定しても溶融接合部の接合状態には何ら関係することはない。
【００６３】
図９はレーザ光の走査経路と照射エネルギーとの関係を示すチャート、図１０はレーザ光の走査経路と照射エネルギーとの関係を模式的に表した説明図である。
【００６４】
まず、図９において、横軸はレーザ走査経路の位置、縦軸はレーザ光による照射エネルギーを表している。また、（ａ）はレーザ光Ｌ１が走査する第１のレーザ走査経路Ｃ１上の位置における該レーザ光Ｌ１による照射エネルギーを表し、（ｂ）はレーザ光Ｌ２が走査する第２のレーザ走査経路Ｃ２上の位置における該レーザ光Ｌ２による照射エネルギーを表し、（ｃ）は、レーザ走査経路Ｃの領域におけるレーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２による照射エネルギーを示している。
【００６５】
（ａ）において、レーザ光Ｌ１が走査照射する第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ２〜Ｐ３の間が受ける照射エネルギーをＥ（Ｊ／ｍｍ２）とすると、第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ１〜Ｐ２及びＰ３〜Ｐ４の間が受ける照射エネルギーは、Ｐ２〜Ｐ３間が受ける照射エネルギーの半分の（１／２）Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）となる。
【００６６】
同様に、（ｂ）においては、レーザ光Ｌ２が走査照射する第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ２〜Ｑ３の間が受ける照射エネルギーはＥ（Ｊ／ｍｍ２）となり、第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ１〜Ｑ２及びＱ３〜Ｑ４の間が受ける照射エネルギーは、Ｑ２〜Ｑ３間が受ける照射エネルギーの半分の（１／２）Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）となる。
【００６７】
このとき、（ａ）の第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ１〜Ｐ２の間と、（ｂ）の第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ１〜Ｑ２の間はレーザ走査経路Ｃにおいてはオーバーラップ領域Ａであり、同様に、（ａ）の第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ３〜Ｐ４の間と、（ｂ）の第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ３〜Ｑ４の間はレーザ走査経路Ｃにおいてはオーバーラップ領域Ｂである。
【００６８】
そのため、レーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及びＢの夫々は、１周期のレーザ照射の間にレーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２による２回のレーザ照射を受ける。その結果、オーバーラップ領域Ａ及びＢにおける照射エネルギーは、レーザ光Ｌ１による照射エネルギー（１／２）Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）と、レーザ光Ｌ２による照射エネルギー（１／２）Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）を加算したＥ（Ｊ／ｍｍ２）となる。
【００６９】
その結果、環状のレーザ走査経路Ｃの全領域における照射エネルギー分布は、（ｃ）に示すように、レーザ走査経路Ｃの全領域に亘ってＥ（Ｊ／ｍｍ２）の均一の照射エネルギー分布となる。
【００７０】
図１０は、レーザ光Ｌ１が走査照射する第１のレーザ走査経路Ｃ１おける照射エネルギーと、レーザ光Ｌ２が走査照射する第２のレーザ走査経路Ｃ２における照射エネルギーを走査経路の径の大きさで表したものである。
【００７１】
レーザ光Ｌ１が走査照射する第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ２〜Ｐ３の間が受ける照射エネルギーをＤ（径）で表すと、第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ１〜Ｐ２及びＰ３〜Ｐ４の間が受ける照射エネルギーは、Ｐ２〜Ｐ３間が受ける照射エネルギーの半分の（１／２）Ｄ（径）で表される。
【００７２】
同様に、レーザ光Ｌ２が走査照射する第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ２〜Ｑ３の間が受ける照射エネルギーはＤ（径）となり、第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ１〜Ｑ２及びＱ３〜Ｑ４の間が受ける照射エネルギーは、Ｑ２〜Ｑ３間が受ける照射エネルギーの半分の（１／２）Ｄ（径）となる。
【００７３】
このとき、第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ１〜Ｐ２の間と、第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ１〜Ｑ２の間はレーザ走査経路Ｃにおいてはオーバーラップ領域Ａであり、同様に、第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ３〜Ｐ４の間と、第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ３〜Ｑ４の間はレーザ走査経路Ｃにおいてはオーバーラップ領域Ｂである。
【００７４】
そのため、レーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及びＢの夫々は、１周期のレーザ照射の間にレーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２による２回のレーザ照射を受ける。その結果、オーバーラップ領域Ａ及びＢにおける照射エネルギーは、レーザ光Ｌ１による照射エネルギー（１／２）Ｄ（径）と、レーザ光Ｌ２による照射エネルギー（１／２）Ｄ（径）を加算したＤ（径）となる。
【００７５】
その結果、環状のレーザ走査経路Ｃの全領域における照射エネルギー分布は、レーザ走査経路Ｃの全域に亘ってＤ（径）の均一の照射エネルギー分布となる。
【００７６】
このように本発明では、第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１による照射と第２のレーザスキャンヘッド３５からのレーザ光Ｌ２による照射により、カバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａとハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａとの環状の対面接触部の全領域に亘って均一の照射エネルギーを付与することができる。
【００７７】
その結果、カバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａとハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａとの環状の対面接触部の全領域に亘って均一の溶融接合部を形成することができ、信頼性の高い車両用灯具を実現することができる。
【００７８】
それと同時に、複数のレーザスキャンヘッドを用いた複数のレーザ光により溶融接合を行うため、接合作業の作業効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１… 車両用灯具
２… 光源
３… 灯室
４… 溶融接合部
１０… カバーレンズ
１１… 意匠面部
１２… 脚部
１２ａ… 先端面
１２ｂ… 溶融部
２０… ハウジング
２１… 背面部
２２… 支台部
２２ａ… 上端面
２２ｂ… 溶融部
３０… 第１のレーザスキャンヘッド
３５… 第２のレーザスキャンヘッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ照射によって樹脂部材同士を溶融接合する方法に関するものであり、詳しくは、光を透過する光透過性樹脂部材と光を吸収する光吸収性樹脂部材をレーザ光の照射により溶融接合する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を透過する光透過性樹脂部材と光を吸収する光吸収性樹脂部材をレーザ光の照射により溶融接合する方法としては、例えば、図１１に示す方法が提案されている。
【０００３】
それは、光透過性樹脂部材８０と光吸収性樹脂部材８１の夫々の溶融接合領域同士を対向配置して当接面を圧力Ｐで加圧状態に保持し、光透過性樹脂部材８０側からレーザ光８２を照射して該光透過性樹脂部材８０を透過したレーザ光８２を溶融接合領域（当接面）８３に沿って繰り返し高速走査を行う。
【０００４】
すると、光吸収性樹脂部材８１の溶融接合領域８３がレーザ光８２で加熱されて溶融し、その溶融部が熱膨張によって対向配置された光透過性樹脂部材８０に到達し、その熱で光透過性樹脂部材８０の溶融接合領域８３が溶融する。
【０００５】
その結果、光吸収性樹脂部材８１の溶融部と光透過性樹脂部材８０の溶融部とが融合することにより両者間の溶融接合部が形成される（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２７７８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年の車両用灯具（特に、前照灯）は、内部に複数の光源を収容して大型化及び異形化が進み、それを実現するために、複数の光源を収容する灯室を形成するハウジング及びカバーレンズも大型化が図られている。
【０００８】
そこで、上記光吸収性樹脂部材を車両用灯具を構成するハウジングに用い、光透過性樹脂部材を同様に車両用灯具を構成するカバーレンズに用い、両者を上記溶融接合方法によって接合固定して灯室を形成するものとする。
【０００９】
その場合、ハウジングとカバーレンズの夫々の溶融接合領域は、車両用灯具の大型化に伴っていずれも大口径の環状を呈している。そのため、固定された１つのレーザ光源から発せられるレーザ光を走査照射しても、場所によってはレーザ光源から溶融接合領域までの距離の差が大きいために、溶融接合領域の全域に亘って溶融接合に必要な照射エネルギーを付与することが難しい場合がある。
【００１０】
そのため、レーザ光源を溶融接合領域に沿って移動させながら、移動するレーザ光源から発せられるレーザ光で溶融接合領域全域に亘って溶融接合部を形成することが考えられる。但し、この場合、レーザ光源の機械的な移動が必要となるため、レーザ光源の移動に係わる機械的な移動機構が装置の複雑化を招くと共に、レーザ光源の移動に要する時間が作業効率の低下を招くことになる。
【００１１】
そこで、複数のレーザ光源を所定の位置に配置し、各レーザ光源から発せられるレーザ光が夫々個別に設定された照射領域を走査することにより、溶融接合領域の全域に亘って溶融接合部を形成することが考えられる。但し、この場合、溶融接合領域において、場所によっては２つのレーザ光が重なって照射される領域（オーバーラップ領域）が存在する。すると、そのオーバーラップ領域は他の領域に比べてレーザ光から受けるエネルギーが高くなり、部分的に過剰な加熱状態になる恐れがある。
【００１２】
この過剰な加熱は、光吸収性樹脂部材の溶融量を部分的に増大させて突出するバリを発生させると共に、発泡現象を発生させて接合信頼性を損なうことにもなる。
【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、光透過性樹脂部材と光吸収性樹脂部材とをレーザ照射により溶融接合するにあたり、作業効率が良好で且つ溶融接合領域全域に亘って均一な接合状態を確保することができる溶融接合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、環状の第１の接合面を備えた光吸収性樹脂部材と、環状の第２の接合面を備えた光透過性樹脂部材を、前記第１の接合面と前記第２の接合面が互いに環状の全領域に亘って対面接触して対面接触部を形成するように対向配置し、前記光吸収性樹脂部材と前記光透過性樹脂部材の両側から加圧して前記対面接触部に所定の圧力を加えて保持する工程と、前記光透過性樹脂部材側に配設された複数のレーザスキャンヘッドから発せられた各レーザ光が、前記光透過性樹脂部材を透過して前記対面接触部の予め設定された照射領域を繰り返し走査照射することにより環状の前記対面接触部全域を溶融接合する工程と、を有するレーザ照射による樹脂部材の溶融接合方法であって、前記各レーザ光は、出力パワー、スポット径及び前記繰り返し走査照射の周期が同一であり、且つ、前記対面接触部における各レーザ光の走査照射速度は、互いにオーバーラップして走査照射する領域の速度が夫々単独で走査照射する領域の２倍の速度であると同時に、前記単独で走査照射する領域の速度はいずれも同一である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、前記各レーザ光は、いずれも前記対面接触部以外の部分も走査し、その走査速度は夫々個別に設定され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、前記複数のレーザスキャンヘッドは２台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、前記光吸収性樹脂部材は、光源を装着する背面部と該背面部の一方の面から所定の高さに突出形成された環状の支台部を備えた、車両用灯具を構成するハウジングであり、前記光透過性樹脂部材は、光源からの光を透過して前方方向に向かって照射する意匠面部と該意匠面部の一方の面から立ち上がって所定の方向に延設された環状の脚部を備えた、車両用灯具を構成するカバーレンズであり、前記第１の接合面は前記支台部の上端面であり、前記第２の接合面は前記脚部の先端面であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、光吸収性樹脂部材の環状接合面と光透過性樹脂部材の環状接合面を互いに環状の全領域に亘って対面接触させて対面接触部を形成し、複数のレーザ光が環状の対面接触部の、予め設定された照射領域を繰り返し走査照射することにより対面接触部の全領域を溶融接合するようにしたものであり、対面接触部において各レーザ光がオーバーラップして走査照射する領域における走査照射速度を、各レーザ光が単独で走査照射する領域における走査照射速度の２倍の速度とした。
【００１９】
これにより、対面接触部の全領域を均一な照射エネルギーで溶融接合することができ、溶融接合部の全領域に亘って均一な接合状態を確保することができ。また、複数のレーザ光を用いて溶融接合するため、溶融接合作業の作業効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係わるカバーレンズの説明図である。
【図２】同じく、本発明の実施形態に係わるハウジングの説明図である。
【図３】同じく、本発明の実施形態に係わる車両用灯具の説明図である。
【図４】カバーレンズとハウジングの接合部に係わる部分説明図である。
【図５】同じく、カバーレンズとハウジングの接合部に係わる部分説明図である。
【図６】レーザ光の走査照射状態を示す説明図である。
【図７】レーザ光の走査照射による温度変化の状態を示すグラフである。
【図８】レーザ光の走査時間と走査位置の関係を示すチャートである。
【図９】レーザ光の走査経路と照射エネルギーとの関係を示すチャートである。
【図１０】レーザ光の走査経路と照射エネルギーとの関係を示す模式図である。
【図１１】従来例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１〜図１０は、レーザ光に対して透過性を有する光透過樹脂で形成された部品とレーザ光に対して吸収性を有する光吸収樹脂で形成された部品との部品同士の固定方法についての具体的な実施形態に係わる説明図である。
【００２３】
光透過樹脂及び光吸収樹脂の夫々には種々の種類のものが考えられ、光透過樹脂で形成される部品及び光吸収樹脂で形成される部品の夫々の種類についても多岐に亘っている。
【００２４】
そこで、本実施形態においては、部品の具体的な用途例として車両用灯具を想定し、光透過樹脂を例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）とし、光吸収樹脂を例えばＡＳＡ（アクリロニトリルスチレンアクリレート）とすると共に、ＰＭＭＡ樹脂で形成される部品を例えばカバーレンズとし、ＡＳＡ樹脂で形成される部品を例えばハウジングとする。
【００２５】
そこで、ＰＭＭＡからなり車両用灯具１を構成するカバーレンズ１０は、図１（カバーレンズの説明図）に示すように、光源からの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の一方の面から立ち上がって所定の方向に延設された環状の脚部１２を備えている。
【００２６】
一方、ＡＳＡからなり車両用灯具１を構成するハウジング２０は、図２（ハウジングの説明図）に示すように、光源を装着する背面部２１と該背面部２１の一方の面から所定の高さに突出形成された環状の支台部２２を備えている。
【００２７】
そして、車両用灯具１は、図３（車両用灯具の説明図）に示すように、光源２が装着されたハウジング２０とカバーレンズ１０とが気密封止されて閉空間からなる灯室３が形成され、該灯室３内に前記光源２が収容されてなる構成からなる。
【００２８】
そこで、以下に、カバーレンズ１０とハウジング２０とをレーザ光の照射により気密封止して固定する封止固定方法について詳細に説明する。
【００２９】
まず、図４（カバーレンズとハウジングの接合部に係わる部分説明図）のように、光透過性のカバーレンズ１０と光吸収性のハウジング２０とを、カバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａとハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａとが互いに環状の全領域に亘って対面接触するように対向配置し、カバーレンズ１０とハウジング２０の両側から圧力Ｐを印加してその接触面同士に所定の圧力が加わった状態に加圧保持する。
【００３０】
その後、図５（カバーレンズとハウジングの接合部に係わる部分説明図）に示すように、対向配置したカバーレンズ１０とハウジング２０の該カバーレンズ１０側の上方に配設されたレーザスキャンヘッド（図示せず）からカバーレンズ１０の脚部１２に向かってレーザ光Ｌを照射する。
【００３１】
レーザスキャンヘッドからカバーレンズ１０の脚部１２に向けて出射したレーザ光Ｌは、光透過樹脂のＰＭＭＡからなるカバーレンズ１０の意匠面部１１及び脚部１２を透過して該脚部１２の先端面１２ａから出射し、その出射光が該先端面１２ａに対面接触した、光吸収樹脂のＡＳＡからなるハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａに到達照射される。
【００３２】
すると、ハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａ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２２ｂ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カバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａ側に膨出する。
【００３３】
このとき、カバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａとハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａとは互いに加圧保持状態にある。そのため、カバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａ側に膨出した溶融部２２ｂは、該溶融部２２ｂの熱膨張力がそのままカバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａに伝わり、その熱膨張力を受けた脚部１２先端面１２ａの近傍に溶融部２２ｂの熱が伝達されてその部分が加熱溶融し、溶融部１２ｂが形成される。
【００３４】
すると、ハウジング２０の支台部２２の溶融部２２ｂとカバーレンズ１０の脚部１２の溶融部１２ｂとが相溶融状態となり、その溶融部２２ｂ、１２ｂ同士が融合して溶融接合部４を形成する。
【００３５】
なお、ハウジング２０の支台部２２とカバーレンズ１０の脚部１２は、上述したように、いずれも環状に形成されている。そのため、支台部２２の溶融部２２ｂと脚部１２の溶融部１２ｂとの融合により形成される溶融接合部４も同様に環状に形成される。
【００３６】
ところで、車両用灯具は搭載する車種によって大きさが異なり、それに伴って環状の溶融接合部４の大きさも異なるものとなる。一般的には大型車種には大型の灯具が搭載され、それに伴って溶融接合部４の大きさも大きくなる。
【００３７】
溶融接合部４の大きさが大きくなると、１台のレーザスキャンヘッドからのレーザ光では、該溶融接合部４を環状全域に亘って形成するために必要な照射エネルギーを付与することが困難となる場合がある。その場合は、適宜な場所に複数のレーザスキャンヘッドを配設して夫々のレーザスキャンヘッドからのレーザ光によって溶融接合部４を環状全域に亘って形成することが考えられる。
【００３８】
このとき、各レーザスキャンヘッドは図６（レーザ光の走査照射状態を示す説明図）に示すように、カバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａ（図示せず）とハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａとの環状の対面接触部に沿ってレーザ光を照射する環状のレーザ光走査照射経路（以下、「レーザ走査経路」と略称する）Ｃに対して、予めレーザ光の走査照射領域が設定されており、全てのレーザスキャンヘッドからのレーザ光によって環状のレーザ走査経路Ｃの全領域が走査照射されるように設定されている。そのため、配置されるレーザスキャンヘッドの数は、各レーザスキャンヘッドから発せられるレーザ光の出力パワー、各レーザスキャンヘッドから溶融接合部までの距離及び角度、全走査照射領域が位置する広さ、溶融接合作業の作業効率等を考慮して設定される。
【００３９】
本実施形態では、第１のレーザスキャンヘッド３０と第２のレーザスキャンヘッド３５の２台のレーザスキャンヘッドが、対向配置したカバーレンズ１０とハウジング２０の該カバーレンズ１０側の上方の適宜の位置に配設され、第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１が、環状のレーザ走査経路Ｃに対してＰ１とＰ４の間の部分（第１レーザ光走査照射経路（以下、「第１のレーザ走査経路」と略称する）Ｃ１）の照射領域を走査し、第２のレーザスキャンヘッド３５からのレーザ光Ｌ２が、環状のレーザ走査経路Ｃに対してＱ１とＱ４の間の部分（第２レーザ光走査照射経路（以下、「第２のレーザ走査経路」と略称する）Ｃ２）の照射領域を走査する。
【００４０】
また、第１のレーザ走査経路Ｃ１と第２のレーザ走査経路Ｃ２には、互いにオーバーラップする領域Ａ、Ｂが２箇所存在する。そのうち領域Ａにおいては、第１のレーザ走査経路におけるＰ１とＰ２の間の部分の照射領域と第２のレーザ走査経路Ｃ２におけるＱ１とＱ２の間の部分の照射領域とがオーバーラップし、領域Ｂにおいては、第１のレーザ走査経路におけるＰ３とＰ４の間の部分の照射領域と第２のレーザ走査経路Ｃ２におけるＱ３とＱ４の間の部分の照射領域とがオーバーラップしている。
【００４１】
そこで、第１のレーザスキャンヘッド３０から出射したレーザ光Ｌ１は、第１のレーザ走査経路Ｃ１をＰ１の位置から順次走査照射されてＰ２、Ｐ３の位置を経てＰ４の位置に至り、Ｐ４の位置からＰ１の位置に戻る。そして、このような環状の走査照射が所定の回数繰り返し行われる。同様に、第２のレーザスキャンヘッド３５から出射したレーザ光Ｌ２は、第２のレーザ走査経路Ｃ２をＱ１の位置から順次走査照射されてＱ２、Ｑ３の位置を経てＱ４の位置に至り、Ｑ４の位置からＱ１の位置に戻る。そして、このような環状の走査照射が所定の回数繰り返し行われる。
【００４２】
図７は、レーザ光が照射されるハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａにおける、レーザ光の走査照射による温度変化の状態を示すグラフである。
【００４３】
第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１が第１のレーザ走査経路Ｃ１をＰ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ１の順に走査照射する周期（Ｔｎ）においてレーザ光の照射時の照射エネルギーを受けて上昇した温度が次の周期（Ｔｎ＋１）でレーザ光が照射されるまでは下降する。但し、下降温度は、前回の周期（Ｔｎ）における下降温度になるまでに次の周期（Ｔｎ＋１）のレーザ光照射が行われるため、前回の周期（Ｔｎ）における下降温度よりも高い温度を維持する。
【００４４】
そして、周期（Ｔｎ＋１）でのレーザ光の照射による温度上昇は、その前の周期（Ｔｎ）におけるレーザ光の照射による温度上昇よりも高くなる。このようなレーザ光の照射周期（Ｔ）を繰り返すことにより温度が徐々に上昇し、ハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａにおけるレーザ光照射部が加熱溶融される。
【００４５】
また、第２のレーザスキャンヘッド３５からのレーザ光Ｌ２においても、上記第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１と同様に、図７の温度上昇履歴を経てハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａにおけるレーザ光照射部が加熱溶融される。
【００４６】
ところで、第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１と、第２のレーザスキャンヘッド３５からのレーザ光Ｌ２の出力パワー及びスポット径を同一とし、第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１が第１のレーザ走査経路Ｃ１上を走査照射する速度と、第２のレーザスキャンヘッド３５からのレーザ光Ｌ２が第２のレーザ走査経路Ｃ２上を走査照射する速度とを同一とした場合、レーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及びＢには、第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１と第２のレーザスキャンヘッド３５からのレーザ光Ｌ２の夫々の１周期の走査照射で、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２による２回のレーザ光照射が行われ、レーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及び領域Ｂを除いた領域は、レーザ光Ｌ１又はレーザ光Ｌ２のいずれかによる１回のレーザ光照射が行われる。
【００４７】
そのため、レーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及びＢを除いた領域に照射されたレーザ光が到達する、ハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａにおけるレーザ光照射部が受ける照射エネルギーをＥ（Ｊ／ｍｍ２）とすると、レーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及びＢに照射されたレーザ光が到達する、ハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａにおけるレーザ光照射部が受ける照射エネルギーは２Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）となる。
【００４８】
その結果、ハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａにおけるオーバーラップ領域Ａ及びＢは他の領域の２倍の照射エネルギー２Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）を受け、他の領域よりも温度上昇が大きくなって過熱状態となり、部分的に発泡現象が生じて溶融接合の接合強度が低下し、信頼性の低下を招くことになる。
【００４９】
また、ハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａにおける過熱状態の部分は、加熱溶融の溶融量が所定の量よりも多くなり、正規の溶融接合領域からはみ出してバリを発生することになる。
【００５０】
そこで、本発明においては、第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１と、第２のレーザスキャンヘッド３５からのレーザ光Ｌ２の出力パワー及びスポット径を同一とすると共に、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２がレーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及びＢを走査照射する速度を、レーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及びＢを除く部分を走査照射する速度の２倍の速度とした。
【００５１】
つまり、レーザ光の走査照射速度が２倍になると単位面積当たりの照射エネルギーは１／２となることを利用するものである。
【００５２】
これにより、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２の夫々の１周期の走査照射によって、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２が重複して照射されるオーバーラップ領域Ａ及びＢが受ける照射エネルギーとオーバーラップ領域Ａ及びＢ以外の部分が受ける照射エネルギーが同じ照射エネルギーとなるようにした。
【００５３】
以下に、図８(レーザ光の走査時間と走査位置の関係を示すチャート)を参照して具体的に説明する。この図において、横軸はレーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２の夫々の走査時間（周期）を表し、縦軸は走査位置を示している。また、破線はレーザ光Ｌ１を示し、実線はレーザ光Ｌ２を示している。
【００５４】
図８より、破線で示すレーザ光Ｌ１は、第１のレーザ走査経路のＰ１の位置から走査を開始し、Ｐ１〜Ｐ２の間はＶの速度で走査し、Ｐ２〜Ｐ３の間は（１／２）Ｖ（Ｐ１〜Ｐ２間の速度の１／２の速度）の速度で走査し、Ｐ３〜Ｐ４の間はＶ（Ｐ１〜Ｐ２間の速度と同一の速度）の速度で走査する。
【００５５】
一方、実線で示すレーザ光Ｌ２は、第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ１の位置から、レーザ光Ｌ１の走査開始と同時に走査を開始し、Ｑ１〜Ｑ２の間はＶの速度で走査し、Ｑ２〜Ｑ３の間は（１／２）Ｖ（Ｑ１〜Ｑ２間の速度の１／２の速度）の速度で走査し、Ｑ３〜Ｑ４の間はＶ（Ｑ１〜Ｑ２間の速度と同一の速度）の速度で走査する。
【００５６】
この場合、レーザ光Ｌ１の走査経路Ｐ１〜Ｐ４の距離は、レーザ光Ｌ２の走査経路Ｑ１〜Ｑ４の距離よりも長い。そのため、レーザ光Ｌ１がＰ４の位置に到達する時間はレーザ光Ｌ２がＱ４の位置に到達する時間よりも遅れる。
【００５７】
そのため、レーザ光Ｌ１が走査経路Ｐ４〜Ｐ１の走査開始位置まで戻る速度と、レーザ光Ｌ２が走査経路Ｑ４〜Ｑ１の走査開始位置まで戻る速度とを同一速度とすると、レーザ光Ｌ１が走査開始位置Ｐ１に戻る時間は、光Ｌ２が走査開始位置Ｑ１に戻る時間よりも遅くなる。
【００５８】
つまり、レーザ光Ｌ１の走査周期がレーザ光Ｌ２の走査周期よりも長くなる。すると、一定の時間内にレーザ光Ｌ１が第１のレーザ走査経路Ｃ１上を走査する走査回数と、レーザ光Ｌ２が第２のレーザ走査経路Ｃ２上を走査する走査回数とが異なるものとなる。その結果、レーザ光Ｌ１が第１のレーザ走査経路Ｃ１に照射する照射エネルギーとレーザ光Ｌ２が第２のレーザ走査経路Ｃ２に照射する照射エネルギーが異なるものとなり、環状の溶融接合部において均一な接合状態を得ることができなくなる。このことは、信頼性の低下に繋がるものとなる。
【００５９】
そこで、レーザ光Ｌ１が走査経路の、位置Ｐ４〜走査開始位置Ｐ１まで戻る速度Ｕ１を、レーザ光Ｌ２が走査経路の、位置Ｑ４〜走査開始位置Ｑ１まで戻る速度Ｕ２よりも速くすることにより、レーザ光Ｌ１が走査開始位置Ｐ１に戻る時間と、レーザ光Ｌ２が走査開始位置Ｑ１に戻る時間が同時になるようにした。
【００６０】
これにより、レーザ光Ｌ１の走査周期とレーザ光Ｌ２の走査周期が同一となり、一定の時間内にレーザ光Ｌ１が第１のレーザ走査経路Ｃ１上を走査する走査回数と、レーザ光Ｌ２が第２のレーザ走査経路Ｃ２上を走査する走査回数とが同一となる。その結果、レーザ光Ｌ１によって第１のレーザ走査経路Ｃ１に照射される照射エネルギーとレーザ光Ｌ２によって第２のレーザ走査経路Ｃ２に照射される照射エネルギーが同一となり、環状の溶融接合部の全域に亘って均一な接合状態を得ることができ、高い信頼性を確保することができる。
【００６１】
なお、レーザ光Ｌ１の第１のレーザ走査経路Ｃ１におけるＰ１〜Ｐ４の間及びレーザ光Ｌ２の第２のレーザ走査経路Ｃ２におけるＱ１〜Ｑ４の間は溶融接合に寄与する領域であり、レーザ光Ｌ１の第１のレーザ走査経路Ｃ１におけるＰ４〜Ｐ１の間及びレーザ光Ｌ２の第２のレーザ走査経路Ｃ２におけるＱ４〜Ｑ１の間は溶融接合に寄与しない領域である。
【００６２】
したがって、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２の夫々の走査周期を同一にするために、レーザ光Ｌ１の第１のレーザ走査経路Ｃ１におけるＰ４〜Ｐ１の間の走査速度（Ｕ１）及びレーザ光Ｌ２の第２のレーザ走査経路Ｃ２におけるＱ４〜Ｑ１の間の走査速度（Ｕ２）を夫々個別に適宜な速度に設定しても溶融接合部の接合状態には何ら関係することはない。
【００６３】
図９はレーザ光の走査経路と照射エネルギーとの関係を示すチャート、図１０はレーザ光の走査経路と照射エネルギーとの関係を模式的に表した説明図である。
【００６４】
まず、図９において、横軸はレーザ走査経路の位置、縦軸はレーザ光による照射エネルギーを表している。また、（ａ）はレーザ光Ｌ１が走査する第１のレーザ走査経路Ｃ１上の位置における該レーザ光Ｌ１による照射エネルギーを表し、（ｂ）はレーザ光Ｌ２が走査する第２のレーザ走査経路Ｃ２上の位置における該レーザ光Ｌ２による照射エネルギーを表し、（ｃ）は、レーザ走査経路Ｃの領域におけるレーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２による照射エネルギーを示している。
【００６５】
（ａ）において、レーザ光Ｌ１が走査照射する第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ２〜Ｐ３の間が受ける照射エネルギーをＥ（Ｊ／ｍｍ２）とすると、第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ１〜Ｐ２及びＰ３〜Ｐ４の間が受ける照射エネルギーは、Ｐ２〜Ｐ３間が受ける照射エネルギーの半分の（１／２）Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）となる。
【００６６】
同様に、（ｂ）においては、レーザ光Ｌ２が走査照射する第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ２〜Ｑ３の間が受ける照射エネルギーはＥ（Ｊ／ｍｍ２）となり、第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ１〜Ｑ２及びＱ３〜Ｑ４の間が受ける照射エネルギーは、Ｑ２〜Ｑ３間が受ける照射エネルギーの半分の（１／２）Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）となる。
【００６７】
このとき、（ａ）の第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ１〜Ｐ２の間と、（ｂ）の第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ１〜Ｑ２の間はレーザ走査経路Ｃにおいてはオーバーラップ領域Ａであり、同様に、（ａ）の第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ３〜Ｐ４の間と、（ｂ）の第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ３〜Ｑ４の間はレーザ走査経路Ｃにおいてはオーバーラップ領域Ｂである。
【００６８】
そのため、レーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及びＢの夫々は、１周期のレーザ照射の間にレーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２による２回のレーザ照射を受ける。その結果、オーバーラップ領域Ａ及びＢにおける照射エネルギーは、レーザ光Ｌ１による照射エネルギー（１／２）Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）と、レーザ光Ｌ２による照射エネルギー（１／２）Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）を加算したＥ（Ｊ／ｍｍ２）となる。
【００６９】
その結果、環状のレーザ走査経路Ｃの全領域における照射エネルギー分布は、（ｃ）に示すように、レーザ走査経路Ｃの全領域に亘ってＥ（Ｊ／ｍｍ２）の均一の照射エネルギー分布となる。
【００７０】
図１０は、レーザ光Ｌ１が走査照射する第１のレーザ走査経路Ｃ１おける照射エネルギーと、レーザ光Ｌ２が走査照射する第２のレーザ走査経路Ｃ２における照射エネルギーを走査経路の径の大きさで表したものである。
【００７１】
レーザ光Ｌ１が走査照射する第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ２〜Ｐ３の間が受ける照射エネルギーをＤ（径）で表すと、第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ１〜Ｐ２及びＰ３〜Ｐ４の間が受ける照射エネルギーは、Ｐ２〜Ｐ３間が受ける照射エネルギーの半分の（１／２）Ｄ（径）で表される。
【００７２】
同様に、レーザ光Ｌ２が走査照射する第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ２〜Ｑ３の間が受ける照射エネルギーはＤ（径）となり、第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ１〜Ｑ２及びＱ３〜Ｑ４の間が受ける照射エネルギーは、Ｑ２〜Ｑ３間が受ける照射エネルギーの半分の（１／２）Ｄ（径）となる。
【００７３】
このとき、第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ１〜Ｐ２の間と、第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ１〜Ｑ２の間はレーザ走査経路Ｃにおいてはオーバーラップ領域Ａであり、同様に、第１のレーザ走査経路Ｃ１のＰ３〜Ｐ４の間と、第２のレーザ走査経路Ｃ２のＱ３〜Ｑ４の間はレーザ走査経路Ｃにおいてはオーバーラップ領域Ｂである。
【００７４】
そのため、レーザ走査経路Ｃのオーバーラップ領域Ａ及びＢの夫々は、１周期のレーザ照射の間にレーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２による２回のレーザ照射を受ける。その結果、オーバーラップ領域Ａ及びＢにおける照射エネルギーは、レーザ光Ｌ１による照射エネルギー（１／２）Ｄ（径）と、レーザ光Ｌ２による照射エネルギー（１／２）Ｄ（径）を加算したＤ（径）となる。
【００７５】
その結果、環状のレーザ走査経路Ｃの全領域における照射エネルギー分布は、レーザ走査経路Ｃの全域に亘ってＤ（径）の均一の照射エネルギー分布となる。
【００７６】
このように本発明では、第１のレーザスキャンヘッド３０からのレーザ光Ｌ１による照射と第２のレーザスキャンヘッド３５からのレーザ光Ｌ２による照射により、カバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａとハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａとの環状の対面接触部の全領域に亘って均一の照射エネルギーを付与することができる。
【００７７】
その結果、カバーレンズ１０の脚部１２の先端面１２ａとハウジング２０の支台部２２の上端面２２ａとの環状の対面接触部の全領域に亘って均一の溶融接合部を形成することができ、信頼性の高い車両用灯具を実現することができる。
【００７８】
それと同時に、複数のレーザスキャンヘッドを用いた複数のレーザ光により溶融接合を行うため、接合作業の作業効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１… 車両用灯具
２… 光源
３… 灯室
４… 溶融接合部
１０… カバーレンズ
１１… 意匠面部
１２… 脚部
１２ａ… 先端面
１２ｂ… 溶融部
２０… ハウジング
２１… 背面部
２２… 支台部
２２ａ… 上端面
２２ｂ… 溶融部
３０… 第１のレーザスキャンヘッド
３５… 第２のレーザスキャンヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の第１の接合面を備えた光吸収性樹脂部材と、環状の第２の接合面を備えた光透過性樹脂部材を、前記第１の接合面と前記第２の接合面が互いに環状の全領域に亘って対面接触して対面接触部を形成するように対向配置し、前記光吸収性樹脂部材と前記光透過性樹脂部材の両側から加圧して前記対面接触部に所定の圧力を加えて保持する工程と、
前記光透過性樹脂部材側に配設された複数のレーザスキャンヘッドから発せられた各レーザ光が、前記光透過性樹脂部材を透過して前記対面接触部の予め設定された照射領域を繰り返し走査照射することにより環状の前記対面接触部全域を溶融接合する工程と、を有するレーザ照射による樹脂部材の溶融接合方法であって、
前記各レーザ光は、出力パワー、スポット径及び前記繰り返し走査照射の周期が同一であり、
且つ、前記対面接触部における各レーザ光の走査照射速度は、互いにオーバーラップして走査照射する領域の速度が夫々単独で走査照射する領域の２倍の速度であると同時に、前記単独で走査照射する領域の速度はいずれも同一であることを特徴とするレーザ照射による樹脂部材の溶融接合方法。
【請求項２】
前記各レーザ光は、いずれも前記対面接触部以外の部分も走査し、その走査速度は夫々個別に設定されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射による樹脂部材の溶融接合方法。
【請求項３】
前記複数のレーザスキャンヘッドは２台であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ照射による樹脂部材の溶融接合方法。
【請求項４】
前記光吸収性樹脂部材は、光源を装着する背面部と該背面部の一方の面から所定の高さに突出形成された環状の支台部を備えた、車両用灯具を構成するハウジングであり、
前記光透過性樹脂部材は、光源からの光を透過して前方方向に向かって照射する意匠面部と該意匠面部の一方の面から立ち上がって所定の方向に延設された環状の脚部を備えた、車両用灯具を構成するカバーレンズであり、
前記第１の接合面は前記支台部の上端面であり、前記第２の接合面は前記脚部の先端面で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レーザ照射による樹脂部材の溶融接合方法。
【請求項１】
環状の第１の接合面を備えた光吸収性樹脂部材と、環状の第２の接合面を備えた光透過性樹脂部材を、前記第１の接合面と前記第２の接合面が互いに環状の全領域に亘って対面接触して対面接触部を形成するように対向配置し、前記光吸収性樹脂部材と前記光透過性樹脂部材の両側から加圧して前記対面接触部に所定の圧力を加えて保持する工程と、
前記光透過性樹脂部材側に配設された複数のレーザスキャンヘッドから発せられた各レーザ光が、前記光透過性樹脂部材を透過して前記対面接触部の予め設定された照射領域を繰り返し走査照射することにより環状の前記対面接触部全域を溶融接合する工程と、を有するレーザ照射による樹脂部材の溶融接合方法であって、
前記各レーザ光は、出力パワー、スポット径及び前記繰り返し走査照射の周期が同一であり、
且つ、前記対面接触部における各レーザ光の走査照射速度は、互いにオーバーラップして走査照射する領域の速度が夫々単独で走査照射する領域の２倍の速度であると同時に、前記単独で走査照射する領域の速度はいずれも同一であることを特徴とするレーザ照射による樹脂部材の溶融接合方法。
【請求項２】
前記各レーザ光は、いずれも前記対面接触部以外の部分も走査し、その走査速度は夫々個別に設定されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射による樹脂部材の溶融接合方法。
【請求項３】
前記複数のレーザスキャンヘッドは２台であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ照射による樹脂部材の溶融接合方法。
【請求項４】
前記光吸収性樹脂部材は、光源を装着する背面部と該背面部の一方の面から所定の高さに突出形成された環状の支台部を備えた、車両用灯具を構成するハウジングであり、
前記光透過性樹脂部材は、光源からの光を透過して前方方向に向かって照射する意匠面部と該意匠面部の一方の面から立ち上がって所定の方向に延設された環状の脚部を備えた、車両用灯具を構成するカバーレンズであり、
前記第１の接合面は前記支台部の上端面であり、前記第２の接合面は前記脚部の先端面で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レーザ照射による樹脂部材の溶融接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−２２９２２（Ｐ２０１３−２２９２２Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２４３７（Ｐ２０１１−１６２４３７）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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