(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端部のコアが中空であり、それ以外の部分のコアの少なくとも一部が中実である光ファイバを用いた導光部材であって、
他方の端部が光の入射側であり、
前記一方の端部のコアには中空の開口部を塞ぐキャップ部材が接続されており、
前記キャップ部材は前記コアと同じ材質の物質からなっており、
照射面においてリング状の照射形状の光を照射する、導光部材。
【請求項２】
前記キャップ部材の厚みは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である、請求項１に記載されている導光部材。
【請求項３】
前記他方の端部のコアが中実である、請求項１又は２に記載されている導光部材。
【請求項４】
前記一方の端部のコアの外径は、中実であるコアの外径よりも大きい、請求項１から３のいずれか一つに記載されている導光部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ及び導光部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被加工物にレーザ光を照射して加工（溶着、はんだ付け、露光、孔開け等）を行うレーザ加工装置が種々開発されてきた。レーザ加工を行う際に、レーザ光を集中させてスポット状に照射すること以外に、例えば照射面での照射形状がリング状になるようにレーザ照射を行う加工装置もいくつか提案がなされている（例えば、特許文献１−３）。
【０００３】
レーザ光の照射形状をリング状にする加工としては、被加工物の溶着部位がリング状である場合にリング状レーザ光を被加工物の溶着部位に照射することにより一括溶着させる溶着加工や、はんだ付け対象が基板に設けられた環状端子とその内部に挿入された電子部品の棒状端子とであるような場合に、リング状のレーザを環状端子の部分に照射してはんだ付けを行うはんだ付け加工などが挙げられる。そして、このはんだ付け加工においては、環状端子と棒状端子との間の隙間を通してレーザービームが電子部品に照射されないため、電子部品の一部が焼けて変質するという問題を回避することができることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２８４２８号公報
【特許文献２】特開２００６−２２９０７５号公報
【特許文献３】特開２０１１−１４３４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１−３に記載された従来の技術は、コーンレンズのような特殊の形をした高価なレンズを１つあるいは複数使用し、このレンズで円形のレーザービームをリング状のレーザービームに光学的に変換するため光学系の構成が複雑で高価になることが避けられなかったり、集光部材とこの集光部材を回転させる回転機構とを備えた構造を有しているため装置が大きくなり高価になってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リング状の照射形状を安価に実現できる光ファイバ及び導光部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光ファイバは、一方の端部のコアが中空であり、それ以外の部分のコアの少なくとも一部が中実である構成を有している。
【０００８】
他方の端部のコアが中実であってもよい。
【０００９】
前記一方の端部のコアの外径は、中実であるコアの外径よりも大きいものであってもよい。
【００１０】
本発明の第１の導光部材は、上記の光ファイバを用い、他方の端部が光の入射側であり、前記一方の端部のコアには中空の開口部を塞ぐキャップ部材が接続されている構成を有している。前記キャップ部材の厚みは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明の第２の導光部材は、光ファイバを用いた導光部材であって、光ファイバの出射側の端部には透光性の先端部材が接続されており、前記先端部材の出射面には、透光領域と少なくとも一つの不透光領域とが存しており、前記不透光領域のうちの少なくとも一つは前記透光領域に囲繞されている構成を有している。すなわち、不透光領域は一つ又は複数存していて、そのうちの少なくとも一つが透光領域に囲繞されている構成である。
【００１２】
前記不透光領域は前記先端部材の出射面に形成された窪みであってもよい。
【００１３】
前記先端部材は、前記光ファイバと接続される第１の部分と、前記出射面を有する第２の部分とを備えており、前記第１の部分は四角柱からなっていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光ファイバおよび導光部材は、簡単な構造で照射面においてリング状の照射形状の光を照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１に係る光ファイバの模式的な斜視図である。
【図２】実施形態１に係る光ファイバの模式的な平面図である。
【図３】実施形態１に係る光ファイバの一方の端部の端面を示す模式的な図である。
【図４Ａ】実施形態１に係る光ファイバから出射された光の照射形状である。
【図４Ｂ】図４ＡのＣ−Ｃ線における光の強度分布を示す図である。
【図５】実施形態１に係る導光部材の模式的な平面図である。
【図６】実施形態２に係る導光部材の模式的な平面図である。
【図７】実施形態３に係る導光部材の模式的な平面図である。
【図８】実施形態３に係る導光部材の出射端面を示す模式的な図である。
【図９】実施形態４に係る導光部材の模式的な平面図である。
【図１０】実施形態４に係る導光部材の出射端面を示す模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。
【００１７】
（実施形態１）
実施形態１に係る光ファイバを図１，２に示す。本実施形態の光ファイバ１００は、一方の端部のコア１０が中空であり、他方の端部のコア２０及び両端の間の中間部分のコア３０が中実である。中実とは、中身が詰まっていることであり、中空とは逆の状態である。中空である一方の端部のコア１０は、中実である中間部分のコア３０および他方の端部のコア２０よりも外径が大きくなっている。
【００１８】
コアはクラッド５０に囲繞されているが、両方の端部のコア１０，２０は光の入射および出射のため、クラッド５０が除去されている。クラッド５０はコアよりも屈折率が低い材質からなっており、光をコアの中に閉じ込める役割をする。コアには、石英や、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＳなどのプラスチックを用いることができるが、加工用の高エネルギーのレーザ光の伝搬には石英を用いることが好ましい。クラッド５０の外側をさらに保護被覆で覆ってもよい。石英のコアにウレタンアクリレート系等の紫外線硬化樹脂をクラッドに用いると、クラッドが保護被覆を兼ねる場合がある。
【００１９】
本実施形態の光ファイバ１００においては、一方の端部のコア１０に中空部分４０があるので、軸方向に沿って一方の端部のコア１０の端面を観察すると、図３に示すようにリング状、すなわち二つの同心円に挟まれた部分にコア材質が存していてその内側は中空な何もない部分となっている。
【００２０】
本実施形態の光ファイバ１００は、他方の端部側が入射側であり、一方の端部側が出射側である。図４Ａに示されているのは、本実施形態の光ファイバ１００の一方の端部から出射された光が光軸に垂直な平面に照射された照射形状である。照射された光はリング形状となり、図４Ｂに示すような強度分布となる。すなわち、他方の端部のコア２０に入射した光は、中実な中間部分のコア３０を通って行き一方の端部の中空部分４０に達すると、中空部分４０はコアよりも屈折率が低いので、光は中空部分４０とコアの界面で反射してコアの中のみを進んでいき、出射端からリング形状の光として出射される。中空部分４０の他方の端部側の端（中実部分との境界部分）は、光が入射側へ反射しないように光軸に対して（９０度−臨界角）以下の角度の円錐の頂点の形状であることが好ましい。
【００２１】
本実施形態に係る光ファイバ１００を作成する方法は種々あるが、中実なコアを有する光ファイバの端部にコアが中空な光ファイバ（円筒形の光ファイバ）を融着させる方法を例として挙げることができる。この方法では、中空な光ファイバの一端を熱で溶かして孔を塞ぐと共に、外径を中実なコアと同程度にして中実なコアを有する光ファイバと熱融着させる。この方法であれば、中空なコアの外径と中実なコアの外径とを任意に選ぶことができる。
【００２２】
本実施形態に係る光ファイバ１００を用いると、光ファイバ以外の部材（特殊なレンズや光学操作系装置）を特に利用することなく低コストで簡単に照射形状をリング形とすることができる。光源としてレーザ発生装置を用いることにより、本実施形態に係る光ファイバ１００によってリング状の加熱を容易に行うことができる。上述のようにリング状に加熱を行い、その中央部分は加熱を行いたくない加工は種々存在するので、そのような加工に本実施形態に係る光ファイバ１００は使用することができる。また、一方の端部のコア１０の外径および内径は、上述の作成方法を用いれば他方の端部のコア２０及び中間部分のコア３０の径にかかわらず自由に設定することが可能であるので、被加工物の加熱部分の大きさに応じて一方の端部のコア１０の外径および内径を容易に設定することができる。
【００２３】
＜導光部材＞
本実施形態に係る光ファイバ１００を用いた導光部材を図５に示す。この導光部材は、本実施形態に係る光ファイバ１００の一方の端部のコア１０の端面にキャップ部材６０が接続されていて中空部分４０の開口を塞いでいる。キャップ部材６０は、光ファイバのコアと同じ材質の物質からなっていることが好ましい。キャップ部材６０の厚みは、出射光のリング形状を保持し、出射光の強度を低下させない厚みである。具体的には０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下の厚みであることが好ましい。キャップ部材６０が接続されることにより、一方の端部のコア１０の中空部分４０に外部から異物が混入してしまうことが防止される。キャップ部材６０は光ファイバに融着させてもよいし、接着剤を用いて光ファイバに接着させても良いし、機械的に押さえつけて接続してもよい。
【００２４】
（実施形態２）
実施形態２に係る光ファイバ及びそれを用いた導光部材を図６に示す。本実施形態の光ファイバ１１０は、中空部分４１が一方の端部のコア１１および中間部分のコア３１に存していて、他方の端部のコア２１が中実である。また実施形態１と同様にコアはクラッド５１に囲繞されていて、一方の端部のコア１１の端面にキャップ部材６０が接続されている。
【００２５】
本実施形態に係る光ファイバ１１０は、中空な光ファイバの他方の端部のコア２１を溶融させて中実にすれば作成できる。あるいは、中空な光ファイバの他方の端部側に中実な短い光ファイバを融着させることにより作成することができる。本実施形態に係る光ファイバ１１０においては、他方の端部のコア２１に入射した光が中間部分のコア３１において中空部分４１へは出て行かず、断面がリング形状のコア材質の内部のみを通過していき、一方の端部のコア１１の出射端面から出て行く。その光はキャップ部材６０を通過して、光軸に垂直な面においてリング形状の光として出射される。本実施形態においても、中空部分４１の他方の端部側の端は、光が入射側へ反射しないように光軸に対して（９０度−臨界角）以下の角度の円錐の頂点の形状であることが好ましい。
【００２６】
実施形態２に係る光ファイバ１１０およびそれを用いた導光部材も実施形態１に係る光ファイバ１００および導光部材と同様に、低コストで簡単に照射形状をリング形とすることができる。
【００２７】
（実施形態３）
実施形態３に係る導光部材を図７，８に示す。本実施形態に係る導光部材は、光ファイバ１２０の光の出射端に透光性の先端部材７０を接続させたものである。光ファイバ１２０は、一方の端部のコア１２から他方の端部のコア２２までコアは連続して中実であり、クラッド５２を有している。先端部材７０は透光性の部材、例えば石英やガラス、透明なプラスチック等からなっており、光ファイバ１２０のコアと同じ材質であることが好ましい。光ファイバ１２０と先端部材７０との接続は融着や接着による接続が好ましい。
【００２８】
本実施形態では先端部材７０は光ファイバ１２０の中心軸と同軸かつ径が一方の端部のコア１２よりも大きい円柱形であって、光ファイバ１２０との接続面の反対側の面（光の出射面）側には円錐形の窪み８１（円錐の底面が光の出射面と同じ面に位置する）が形成されている。光ファイバ１２０から出射された光は、先端部材７０内において先端部材７０の横断面全体を通過するように拡がる。
【００２９】
先端部材７０の光の出射面を観察すると、図８に示すように、窪み８１を取り囲んでリング状の透光領域８３が存している。ここで、窪み８１の円錐形状は中心軸に対して（９０度−臨界角）以下の角度に設定されているため、光ファイバ１２０から先端部材７０に入った光は、窪み８１の表面（円錐の側面）において反射されてこの部分からは光が出ていかない。すなわち、窪み８１の部分が不透光領域となる。不透光領域は透光領域８３に囲繞されており、先端部材７０から出射される光は光軸に垂直な平面においてリング形状となる。すなわち、先端部材７０によってリング状の透光領域８３と同じ形状の出射光となり照射される。
【００３０】
本実施形態に係る導光部材は、用途に応じて様々な導光用の光ファイバを用いることができる。その光ファイバには中空部分は不要である。すなわち、光ファイバは既存の光ファイバをそのまま使用することができる。出射される光の形状、照射範囲は先端部材７０の形状及び大きさによって調節することができる。従って所望の形状、照射範囲の光を照射する導光部材を容易に作成でき、低コストで提供できる。
【００３１】
（実施形態４）
図９，１０に示す実施形態４に係る導光部材は、先端部材７５の構成が実施形態３と異なっており、光ファイバ１２０は実施形態３と同じであるので、先端部材７５について以下説明を行う。
【００３２】
本実施形態の先端部材７５は、光ファイバ１２０と接続される第１の部分７４と、出射面を有する第２の部分７２とを備えている。いずれも透光性の材質からなっている。第１の部分７４は、光ファイバ１２０の中心軸と同軸かつ短径が一方の端部のコア１２よりも大きい角柱である。第２の部分７２は第１の部分７４と同軸であって横断面は第１の部分７４よりも面積が大きく、第１の部分７４と相似形の角柱の角部分を丸くした形状を全体としては有しており、光の出射面は後述するようにさらに別の構造を有している。
【００３３】
第１の部分７４により、光軸と垂直な面内において光の分布が第１の部分７４の横断面全体に拡がると共に当該面内における光の強度分布が均一になる。第１の部分７４から光が第２の部分７２に入ると、光の分布は第２の部分７２の横断面全体にさらに拡がる。
【００３４】
第２の部分７２は、出射面に透光領域８６，８６，・・と不透光領域とを備えており、透光領域８６，８６，・・は６ヶ存していて、それぞれ出射面上に存しているリング形状の面である。不透光領域は、透光領域８６，８６，・・のリング形状の内側に存している第１の窪み８２，８２，・・と、隣合う透光領域８６，８６同士の間に存している第２の窪み８４，８４，・・との２種類の窪みからなっている。第１の窪み８２，８２，・・は円錐形状の窪みであって底面部分である開口部が透光領域８６，８６，・・に囲繞されている。第２の窪み８４，８４，・・はＶ溝状の窪みであって、幅と深さが隣合う透光領域８６，８６間の距離（リング外縁同士の距離）によって変化している。
【００３５】
第１の窪み８２，８２，・・、第２の窪み８４，８４，・・共に、光ファイバ１２０の中心軸に対して（９０度−臨界角）以下の角度になるようにその斜面が設定されているため、第２の部分７２の内部から光がその斜面に入射しても、光は反射されてそれらの窪みからは出射されない。
【００３６】
本実施形態の導光部材は、光軸に垂直な面においてリング形状である光が、３ヶずつ２列、合計６ヶ出射される。これにより、６ヶの被加熱物を同時に加熱することができ、実施形態３の導光部材に比べて、多数の被加熱物を６倍の速さで加熱することができる。また、一つの光源で一度に６つの加熱や光照射などの加工を行うことができる。
【００３７】
（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。
【００３８】
先端部材に設けられる不透光領域は、円錐形状やＶ溝形状の窪みに限定されず、光が反射する領域であれば形状や反射原理がどのようなものであっても構わない。
【００３９】
実施形態３，４の先端部材の出射端面に、実施形態１，２と同様のキャップ部材を接続しても構わない。また、実施形態３，４の先端部材の形状も特に限定されず、透光領域は円形のリング形状ではなくても良く、楕円形や多角形のリング形状であってもよいし、リング形状以外の形状でもよい。
【００４０】
実施形態４において先端部材の第１の部分と第２の部分とは、透光性の同じ材質からなっていても良いし、異なる材質からなっていてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０，１１      一方の端部のコア
２０，２１      他方の端部のコア
６０            キャップ部材
７０，７５      先端部材
７２            第２の部分
７４            第１の部分
８１            窪み
８２            第１の窪み
８３，８６      透光領域
８４            第２の窪み
１００          光ファイバ
１１０          光ファイバ
１２０          光ファイバ
【図１】
0006448486.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
0006448486.tif 000008
【図７】
0006448486.tif 000009
【図８】
0006448486.tif 000010
【図９】
0006448486.tif 000011
【図１０】
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