JP7457018B2

JP7457018B2 - 車輌用前照灯の製造方法

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Publication number: JP7457018B2
Application number: JP2021528142A
Authority: JP
Inventors: 昌彦西崎
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2020-06-10
Publication date: 2024-03-27
Anticipated expiration: 2040-06-10
Also published as: WO2020255826A1; US20220260224A1; JPWO2020255826A1; CN114008380B; CN114008380A

Description

本発明は、投影レンズとレンズホルダーがレーザー溶着によって接合される車輌用前照灯についての技術分野に関する。

車輌用前照灯にはランプハウジングとカバーによって構成された灯具外筐の内部に灯具ユニットが配置され、灯具ユニットが投影レンズとレンズホルダーを有する所謂プロジェクタータイプがある。

このような車輌用前照灯には、投影レンズとレンズホルダーがレーザー溶着によって接合されるものがある（例えば、特許文献１参照）。レーザー溶着は小さい接合範囲で高い接合強度が得られる点や接着剤やネジ等の消耗材が必要なく製造コストを抑制することが可能な点等の利点を有しており、投影レンズとレンズホルダーの接合方法として広く普及している。

投影レンズは光源から出射される光を透過させるために透明にされ、配光性能を確保するために厚肉形状に形成し易いアクリルによって形成されることが多く、入射される光を制御する半球状の光制御部と光制御部から外方に張り出されたフランジ部とを有している。一方、投影レンズを保持するレンズホルダーは高い耐熱性を確保するためにポリカーボネイトによって形成されることが多く、レンズホルダーにはレーザー溶着においてレーザー光が照射されたときに熱を吸収する黒色顔料が含有されている。

レーザー溶着により投影レンズとレンズホルダーが接合される場合には、レーザー光が投影レンズのフランジ部を透過されてレンズホルダーの溶着面に照射され、黒色顔料がレーザー光によって反応しレンズホルダーにおいてレーザー光が照射された部分が発熱して溶融する。溶着面にレーザー光が照射されたときにはレンズホルダーにおいて発生した熱が投影レンズのフランジ部に伝達されフランジ部の一部が溶融され、レンズホルダーにおいて溶融された部分と投影レンズにおいて溶融された部分とが溶着されることにより接合される。

特開２０１３－８９４８３号公報

ところで、レーザー溶着によって投影レンズとレンズホルダーを接合することにより両者の高い接合強度を確保することが可能であるが、レンズホルダーは黒色顔料を含有するため黒色に形成されており、車輌用前照灯に入射される可能性のある太陽光にも反応する可能性がある。従って、車輌用前照灯の内部に太陽光が入射されると、入射された光量によってはレンズホルダーが意図せず溶融するおそれがある。

また、車輌用前照灯においては、被視認性の向上を図るために、レンズホルダーも投影レンズと同様に透明に形成されることが望まれている。

そこで、本発明車輌用前照灯は、投影レンズとレンズホルダーの高い接合強度を確保した上でレンズホルダーの溶融を防止すると共に被視認性の向上を図ることを目的とする。

第１に、本発明に係る車輌用前照灯の製造方法は、アクリルによって形成された投影レンズとポリカーボネイトによって形成されたレンズホルダーとがレーザー溶着によって接合される車輌用前照灯の製造方法であって、前記投影レンズが接合面を有し透明に形成され、前記レンズホルダーが前記接合面と接合される溶着面を有し透明に形成され、前記投影レンズを透過される１５５０ｎｍ～１６４０ｎｍの波長のレーザー光が前記溶着面に照射されることにより前記投影レンズと前記レンズホルダーが接合されるものである。

これにより、透明に形成された投影レンズを透過される１５５０ｎｍ～１６４０ｎｍの波長のレーザー光が透明に形成されたレンズホルダーの溶着面に照射されることにより投影レンズとレンズホルダーが接合される。

第２に、上記した本発明に係る車輌用前照灯の製造方法においては、レーザー光の光路上に集光レンズが配置されることが望ましい。

これにより、集光レンズによってレーザー光が集光された状態で投影レンズを透過されるため、投影レンズの入射面において光のエネルギー密度が低くなって発熱が生じ難くなると共にレンズホルダーの溶着面において光のエネルギー密度が高くなって発熱し易くなる。

第３に、上記した本発明に係る車輌用前照灯の製造方法においては、レーザー光の光路上にアクリルによって形成されたフィルターが配置されることが望ましい。

これにより、投影レンズにおいて吸収されるレーザー光の波長成分が投影レンズの透過前にフィルターによって吸収される。

第４に、別の本発明に係る車輌用前照灯の製造方法は、アクリルによって形成された投影レンズとポリカーボネイトによって形成されたレンズホルダーとがレーザー溶着によって接合される車輌用前照灯の製造方法であって、前記投影レンズが溶着面を有し透明に形成され、前記レンズホルダーが前記溶着面と接合される接合面を有し透明に形成され、前記レンズホルダーを透過される１８５０ｎｍ～１９６０ｎｍの波長のレーザー光が前記溶着面に照射されることにより前記投影レンズと前記レンズホルダーが接合されるものである。

これにより、透明に形成されたレンズホルダーを透過される１８５０ｎｍ～１９６０ｎｍの波長のレーザー光が透明に形成された投影レンズの溶着面に照射されることにより投影レンズとレンズホルダーが接合される。

第５に、上記した別の本発明に係る車輌用前照灯の製造方法においては、レーザー光の光路上に集光レンズが配置されることが望ましい。

これにより、集光レンズによってレーザー光が集光された状態でレンズホルダーを透過されるため、レンズホルダーの入射面において光のエネルギー密度が低くなって発熱が生じ難くなると共に投影レンズの溶着面において光のエネルギー密度が高くなって発熱し易くなる。

第６に、上記した別の本発明に係る車輌用前照灯の製造方法においては、レーザー光の光路上にポリカーボネイトによって形成されたフィルターが配置されることが望ましい。

これにより、レンズホルダーにおいて吸収されるレーザー光の波長成分がレンズホルダーの透過前にフィルターによって吸収される。

本発明によれば、透明に形成された投影レンズ又はレンズホルダーを透過される所定の波長のレーザー光が透明に形成されたレンズホルダー又は投影レンズの溶着面に照射されることにより投影レンズとレンズホルダーが接合されるため、投影レンズとレンズホルダーの高い接合強度を確保した上でレンズホルダーの溶融を防止することができると共に被視認性の向上を図ることができる。

図２乃至図９と共に本発明車輌用前照灯の実施の形態を示すものであり、本図は、車輌用前照灯を示す断面図である。投影レンズとレンズホルダーを示す図である。アクリルの分光透過率を示すグラフ図である。ポリカーボネイトの分光透過率を示すグラフ図である。集光レンズとフィルターがレーザー光の光路上に配置された例を示す図である。図７乃至図９と共に投影レンズとレンズホルダーの接合部分の別の構成を示すものであり、本図は、投影レンズとレンズホルダーを示す図である。集光レンズとフィルターがレーザー光の光路上に配置された例を示す図である。保持部がフィルターの外周面を外周側から覆う構成にされた例を示す図である。保持部がフィルターの前面を前側から覆う構成にされた例を示す図である。

以下に、本発明車輌用前照灯を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。

＜車輌用前照灯の構成＞
先ず、車輌用前照灯１の構成について説明する（図１参照）。

車輌用前照灯１は、それぞれ車体の前端部における左右両端部に取り付けられて配置されている。

車輌用前照灯１は前端に開口を有するランプハウジング２とランプハウジング２の開口を閉塞するカバー３とを備えている。ランプハウジング２とカバー３によって灯具外筐４が構成され、灯具外筐４の内部の空間が灯室４ａとして形成されている。

灯室４ａには灯具ユニット５が配置されている。灯具ユニット５はブラケット６と配置ベース７と基板８と光源９とリフレクター１０とレンズホルダー１１と投影レンズ１２を有している。

ブラケット６は前後方向を向く板状の環状に形成され、透過孔６ａを有している。

配置ベース７は放熱性の高い金属材料によって形成され、ブラケット６の後面における下端側の部分に取り付けられている。配置ベース７はヒートシンクとして機能すると共に光源を配置する光源配置部として機能する。

基板８は配置ベース７の上面に配置され、図示しない所定の回路パターンを有している。基板８は図示しない電源回路に接続されている。

光源９は基板８の上面に搭載され、上方へ向けて光を出射する出射面を有している。光源９としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が用いられている。光源９には電源回路から基板８を介して駆動電流が供給される。

リフレクター１０は下端部が配置ベース７の後端部における上面に取り付けられ、内面が反射面１０ａとして形成されている。リフレクター１０は光源９から出射された光を反射面１０ａで前方へ向けて反射する機能を有している。

レンズホルダー１１はポリカーボネイトによって透明に形成され、後端部がブラケット６の前面に取り付けられている。レンズホルダー１１は軸方向が前後方向にされた略円筒状の保持部１３と保持部１３の後端部から外方に張り出されたフランジ状の被取付部１４とを有し、被取付部１４がブラケット６に取り付けられている。レンズホルダー１１の内部の空間は光通過空間１１ａとして形成されている。

保持部１３の前面は溶着面１３ａとして形成されている。

投影レンズ１２はアクリルによって透明に形成され、前方に凸の略半球状に形成された光制御部１５と光制御部１５の後端部から外方に張り出されたフランジ部１６とから成る。フランジ部１６は後面が接合面１６ａとして形成され前面が入射面１６ｂとして形成されている。投影レンズ１２とレンズホルダー１１はレーザー溶着によって接合されている。

上記のように構成された車輌用前照灯１において、光源９から光が出射されると、出射された光はリフレクター１０の反射面１０ａで反射されブラケット６の透過孔６ａとレンズホルダー１１の光通過空間１１ａを通って投影レンズ１２の光制御部１５に入射され、光制御部１５によって平行光にされてカバー３を透過され前方へ向けて照射される。

＜投影レンズとレンズホルダーの接合＞
次に、投影レンズ１２とレンズホルダー１１の接合について説明する（図２乃至図４参照）。

投影レンズ１２とレンズホルダー１１の接合は接合面１６ａと溶着面１３ａがレーザー溶着により溶着されることにより行われる（図２参照）。レーザー溶着は所定の波長のレーザー光が投影レンズ１２のフランジ部１６に形成された入射面１６ｂへ向けて出射され、レーザー光が入射面１６ｂから入射されてフランジ部１６を透過されホルダー１１の溶着面１３ａに照射されることにより行われる。このときレーザー光は、例えば、溶着面１３ａに直交するＰ方向から溶着面１３ａに照射される。レーザー光が溶着面１３ａに照射されると、保持部１３の溶着面１３ａを含む部分が発熱して溶融され、発生した熱がフランジ部１６の接合面１６ａを含む部分に伝達されて溶融され、溶融された両部分が溶着される。

レーザー光の波長は１５５０ｎｍ～１６４０ｎｍの範囲にされている。この範囲の波長のレーザー光について、図３及び図４のグラフ図を参照して説明する。尚、以下においては、１５５０ｎｍ～１６４０ｎｍの範囲の波長を波長Ａとして説明する。

図３は、投影レンズ１２の材料であるアクリルの分光透過率を示すグラフ図であり、例として、厚さが３ｍｍのアクリルについてのデータである。図３において、横軸は波長であり、縦軸は透過率である。図３のＡ１に示すように、波長Ａのレーザー光は、アクリルに関して６０％以上の高い透過率にされている。

図４は、レンズホルダー１１の材料であるポリカーボネイトの分光透過率を示すグラフ図であり、例として、厚さが３ｍｍのポリカーボネイトについてのデータである。図４において、横軸は波長であり、縦軸は透過率である。図４のＡ２に示すように、波長Ａのレーザー光は、１６００ｎｍ付近において透過率が約１０％以下の極小にされ、ポリカーボネイトに関して低い透過率にされている。

このように波長Ａのレーザー光は、アクリルに関して高い透過率を有し、ポリカーボネイトに関して低い透過率を有している。従って、波長Ａのレーザー光が投影レンズ１２の入射面１６ｂへ向けて出射されたときに、投影レンズ１２に対するレーザー光の高い透過率が確保されると共にレンズホルダー１１に対するレーザー光の高い吸収率が確保され、溶着面１３ａに十分な光量のレーザー光が照射されて溶着面１３ａにおいて十分な発熱量が生じ、溶着面１３ａと接合面１６ａにおける良好な溶融状態が確保される。

尚、上記した１５５０ｎｍ～１６４０ｎｍの範囲の波長Ａのレーザー光を用いてレーザー溶着を行う場合において、レーザー光の照射装置によっては波長Ａのレーザー光が照射されるときに１６４０ｎｍを超える波長の光が僅かながら含まれている可能性がある。このような１６４０ｎｍを超える波長の光が照射されると、レーザー光が入射面１６ｂからフランジ部１６に入射されたときにレーザー光の一部がアクリルによって形成されたフランジ部１６に吸収され、発熱により入射面１６ｂが変形するおそれがある。

そこで、レーザー光の光路上にレーザー光を集光する集光レンズ１７が配置されてもよい（図５参照）。レーザー光の光路上に集光レンズ１７が配置されることにより、レーザー光が集光レンズ１７によって集光され溶着面１３ａに焦点を結ぶ状態で照射される。

このとき集光レンズ１７によってレーザー光が集光された状態で投影レンズ１２のフランジ部１６を透過されるため、入射面１６ｂにおいて光のエネルギー密度が低くなって発熱が生じ難くなると共に溶着面１３ａにおいて光のエネルギー密度が高くなって発熱し易くなる。従って、入射面１６ｂの熱による変形を防止することができると共に投影レンズ１２とレンズホルダー１１の高い接合強度を確保することができる。

また、レーザー光の光路上に投影レンズ１２と同じ材料であるアクリルによって形成されたフィルター１８が配置されてもよい（図５参照）。レーザー光の光路上にフィルター１８が配置されることにより、レーザー光がフィルター１８を透過される。

このときフランジ部１６において吸収されるレーザー光の波長成分がフランジ部１６の透過前にフィルター１８によって吸収されるため、フランジ部１６にはこの波長成分の光が入射されず、入射面１６ｂの熱による変形を防止することができる。

また、集光レンズ１７とフィルター１８を組み合わせて使用することにより、入射面１６ｂの熱による変形の大きな防止効果を得ることができると共に投影レンズ１２とレンズホルダー１１の高い接合強度を確保することができる。

尚、フィルター１８は投影レンズ１２と同じ材料であるアクリルによって形成されており、１６４０ｎｍを超える波長の光による発熱によってフィルター１８が変形する可能性があるため、フィルター１８に変形が生じフィルター１８の機能が低下した場合にはフィルター１８を新たなフィルター１８に交換することが望ましい。

＜まとめ＞
以上に記載した通り、車輌用前照灯１にあっては、投影レンズ１２を透過される１５５０ｎｍ～１６４０ｎｍの波長Ａのレーザー光が溶着面１３ａに照射されることによりアクリルによって形成された透明な投影レンズ１２とポリカーボネイトによって形成された透明なレンズホルダー１１とが接合される。

従って、透明に形成された投影レンズ１２を透過される波長Ａのレーザー光が透明に形成されたレンズホルダー１１の溶着面１３ａに照射されることにより投影レンズ１２とレンズホルダー１１が接合される。これにより、レンズホルダー１１が透明であり見栄えが良く太陽光による溶融も生じ難いため、投影レンズ１２とレンズホルダー１１の高い接合強度を確保した上でレンズホルダー１１の溶融を防止することができると共に被視認性の向上を図ることができる。

＜投影レンズとレンズホルダーの別の構成＞
以下に、投影レンズとレンズホルダーの接合部分における別の構成について説明する（図６参照）。

別の構成に係るレンズホルダー１１Ａはポリカーボネイトによって透明に形成され、別の構成に係る投影レンズ１２Ａはアクリルによって透明に形成されている。レンズホルダー１１Ａは保持部１３の外周面における上端部が入射面１３ｂとして形成されている。レンズホルダー１１Ａには溶着面１３ａに変えて接合面１３ｃが形成され、投影レンズ１２Ａには接合面１６ａに変えて溶着面１６ｃが形成されている。接合面１３ｃと溶着面１６ｃは前後方向に対して傾斜され、対向して位置されている。

投影レンズ１２Ａとレンズホルダー１１Ａの接合は溶着面１６ｃと接合面１３ｃがレーザー溶着により溶着されることにより行われる。レーザー溶着は所定の波長のレーザー光がレンズホルダー１１Ａの保持部１３に形成された入射面１３ｂへ向けて出射され、レーザー光が保持部１３を透過され投影レンズ１２Ａの溶着面１６ｃに照射されることにより行われる。このときレーザー光は、例えば、溶着面１６ｃに直交するＰ方向から溶着面１６ｃに照射される。レーザー光が溶着面１６ｃに照射されると、フランジ部１６の溶着面１６ｃを含む部分が発熱して溶融され、発生した熱が保持部１３の接合面１３ｃを含む部分に伝達されて溶融され、溶融された両部分が溶着される。

レーザー光の波長は１８５０ｎｍ～１９６０ｎｍの範囲にされている。この範囲の波長のレーザー光について、図３及び図４のグラフ図を参照して説明する。尚、以下においては、１８５０ｎｍ～１９６０ｎｍの範囲の波長を波長Ｂとして説明する。

図３のＢ１に示すように、波長Ｂのレーザー光は、１９００ｎｍ付近において透過率が約１０％の極小にされ、アクリルに関して低い透過率にされている。図４のＢ２に示すように、波長Ｂのレーザー光は、１９００ｎｍ付近において透過率が６０％以上の極大にされ、ポリカーボネイトに関して高い透過率にされている。

このように波長Ｂのレーザー光は、アクリルに関して低い透過率を有し、ポリカーボネイトに関して高い透過率を有している。従って、波長Ｂのレーザー光がレンズホルダー１１Ａの入射面１３ｂへ向けて出射されたときに、レンズホルダー１１Ａに対するレーザー光の高い透過率が確保されると共に投影レンズ１２Ａに対するレーザー光の高い吸収率が確保され、溶着面１６ｃに十分な光量のレーザー光が照射されて溶着面１６ｃにおいて十分な発熱量が生じ、接合面１３ｃと溶着面１６ｃにおける良好な溶融状態が確保される。

尚、波長Ｂのレーザー光を用いる場合において、レーザー光の照射装置によっては波長Ｂのレーザー光が照射されるときに１９６０ｎｍを超える波長の光が僅かながら含まれている可能性があり、レーザー光が入射面１３ｂから保持部１３に入射されたときにレーザー光の一部がポリカーボネイトによって形成された保持部１３に吸収され、発熱により入射面１３ｂが変形するおそれがある。

そこで、レーザー光の光路上にレーザー光を集光する集光レンズ１７が配置されてもよい（図７参照）。レーザー光の光路上に集光レンズ１７が配置されることにより、レーザー光が集光レンズ１７によって集光され溶着面１６ｃに焦点を結ぶ状態で照射される。

このとき集光レンズ１７によってレーザー光が集光された状態でレンズホルダー１１Ａの保持部１３を透過されるため、入射面１３ｂにおいて光のエネルギー密度が低くなって発熱が生じ難くなると共に溶着面１６ｃにおいて光のエネルギー密度が高くなって発熱し易くなる。従って、入射面１３ｂの熱による変形を防止することができると共に投影レンズ１２Ａとレンズホルダー１１Ａの高い接合強度を確保することができる。

また、レーザー光の光路上にレンズホルダー１１Ａと同じ材料であるポリカーボネイトによって形成されたフィルター１９が配置されてもよい（図７参照）。レーザー光の光路上にフィルター１９が配置されることにより、レーザー光がフィルター１９を透過される。

このとき保持部１３において吸収されるレーザー光の波長成分が保持部１３の透過前にフィルター１９によって吸収されるため、保持部１３にはこの波長成分の光が入射されず、入射面１３ｂの熱による変形を防止することができる。

また、集光レンズ１７とフィルター１９を組み合わせて使用することにより、入射面１３ｂの熱による変形の大きな防止効果を得ることができると共に投影レンズ１２Ａとレンズホルダー１１Ａの高い接合強度を確保することができる。

尚、フィルター１９はレンズホルダー１１Ａと同じ材料であるポリカーボネイトによって形成されており、１９６０ｎｍを超える波長の光による発熱によってフィルター１９が変形する可能性があるため、フィルター１９に変形が生じフィルター１９の機能が低下した場合にはフィルター１９を新たなフィルター１９に交換することが望ましい。

また、波長Ｂのレーザー光を用いて投影レンズ１２Ａとレンズホルダー１１Ａのレーザー溶着による接合を行う場合に、レーザー光がレンズホルダー１１Ａを透過されて投影レンズ１２Ａに照射される構成であればよく、例えば、保持部１３がフランジ部１６の外周面を外周側から覆う構成にしてレーザー溶着を行うことが可能である（図８参照）。この場合には投影レンズ１２Ａにおけるフランジ部１６の外周面が溶着面１６ｃとして形成され、レンズホルダー１１Ａにおける溶着面１６ｃに接する面が接合面１３ｃとして形成される。このときレーザー光は、例えば、溶着面１６ｃに直交するＰ方向から溶着面１６ｃに照射される。

さらに、波長Ｂのレーザー光を用いて投影レンズ１２Ａとレンズホルダー１１Ａのレーザー溶着による接合を行う場合に、例えば、保持部１３がフランジ部１６の前面を前側から覆う構成にしてレーザー溶着を行うことも可能である（図９参照）。この場合には投影レンズ１２Ａにおけるフランジ部１６の前面が溶着面１６ｃとして形成され、レンズホルダー１１Ａにおける溶着面１６ｃに接する面が接合面１３ｃとして形成される。このときレーザー光は、例えば、溶着面１６ｃに直交するＰ方向から溶着面１６ｃに照射される。

上記したように、車輌用前照灯１における別の構成にあっては、レンズホルダー１１Ａを透過される１８５０ｎｍ～１９６０ｎｍの波長Ｂのレーザー光が溶着面１６ｃに照射されることによりアクリルによって形成された透明な投影レンズ１２Ａとポリカーボネイトによって形成された透明なレンズホルダー１１Ａとが接合される。

従って、透明に形成されたレンズホルダー１１Ａを透過される波長Ｂのレーザー光が透明に形成された投影レンズ１２Ａの溶着面１６ｃに照射されることにより投影レンズ１２Ａとレンズホルダー１１Ａが接合される。これにより、レンズホルダー１１Ａが透明であり見栄えが良く太陽光による溶融も生じ難いため、投影レンズ１２Ａとレンズホルダー１１Ａの高い接合強度を確保した上でレンズホルダー１１Ａの溶融を防止することができると共に被視認性の向上を図ることができる。

１…車輌用前照灯、１１…レンズホルダー、１２…投影レンズ、１３ａ…溶着面、１６ａ…接合面、１６ｂ…入射面、１７…集光レンズ、１８…フィルター、１９…フィルター、１１Ａ…レンズホルダー、１３ｂ…入射面、１３ｃ…接合面、１２Ａ…投影レンズ、１６ｃ…溶着面

Claims

アクリルによって形成された投影レンズとポリカーボネイトによって形成されたレンズホルダーとがレーザー溶着によって接合される車輌用前照灯の製造方法であって、
前記投影レンズが溶着面を有し透明に形成され、
前記レンズホルダーが前記溶着面と接合される接合面を有し透明に形成され、
前記レンズホルダーを透過される１８５０ｎｍ～１９６０ｎｍの波長のレーザー光が前記溶着面に照射されることにより前記投影レンズと前記レンズホルダーが接合される
車輌用前照灯の製造方法。
レーザー光の光路上に集光レンズが配置された
請求項１に記載の車輌用前照灯の製造方法。
レーザー光の光路上にポリカーボネイトによって形成されたフィルターが配置された
請求項１又は請求項２に記載の車輌用前照灯の製造方法。