JPWO2020138357A1 - 光透過性部品の製造方法、及び、光透過性部品の製造システム - Google Patents

光透過性部品の製造方法、及び、光透過性部品の製造システム Download PDF

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Abstract

光透過性部品（１００）の製造方法は、光透過性の被加工体（１００ａ）を準備する準備工程（ＰＳ１）と、被加工体（１００ａ）の少なくとも一部を含む第１領域（ＡＲ１）を所定の温度以上に加熱する第１加熱工程（ＰＳ２）と、常温で被加工体（１００ａ）を透過し所定の温度以上で被加工体（１００ａ）に吸収される波長の光を第１加熱工程（ＰＳ２）で加熱された第１領域（ＡＲ１）の少なくとも一部を含む第２領域（ＡＲ２）に照射し、第２領域（ＡＲ２）を所定の温度より高い温度に加熱して、第２領域（ＡＲ２）の少なくとも一部の材質を当該加熱前と異なる状態とする第２加熱工程（ＰＳ３）と、を備える。

Description

本発明は、安定して光透過性部品を製造し得る光透過性部品の製造方法、及び、光透過性部品の製造システムに関する。
光ファイバに加工を施し、所定の機能を有する光ファイバを製造する製造システムが知られている。下記特許文献１には、光ファイバの一部をテーパ状にする加工機が記載されている。従って、この加工機は、光ファイバを加工して、所定の機能を有する光ファイバを製造する製造システムと理解し得る。
この加工機では、光ファイバの一部をテーパ状にするために、石英ガラスで吸収率の高い波長の光を発振する高出力のＣＯ２レーザを光ファイバに照射して、光ファイバの一部を加熱している。
米国特許出願公開第２０１５／０３７８１０２号明細書
しかし、ＣＯ２レーザ装置は、出力が不安定な傾向にあるため、安定して光透過性部品を製造し得る製造方法や製造システムが求められている。
そこで、本発明は、安定して光透過性部品を製造し得る光透過性部品の製造方法、及び、光透過性部品の製造システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の光透過性部品の製造方法は、光透過性の被加工体を準備する準備工程と、前記被加工体の少なくとも一部を含む第１領域を所定の温度以上に加熱する第１加熱工程と、常温で前記被加工体を透過し前記所定の温度以上で前記被加工体に吸収される波長の光を前記第１加熱工程で加熱された前記第１領域の少なくとも一部を含む第２領域に照射し、前記第２領域を前記所定の温度より高い温度に加熱して、前記第２領域の少なくとも一部の材質を当該加熱前と異なる状態とする第２加熱工程と、を備えることを特徴とするものである。
また、上記課題を解決するため、本発明の光透過性部品の製造システムは、光透過性の被加工体の少なくとも一部を含む第１領域を所定の温度以上に加熱可能な第１加熱部と、常温で前記被加工体を透過し前記所定の温度以上で前記被加工体に吸収される波長の光を前記所定の温度以上に加熱された前記第１領域の少なくとも一部を含む第２領域に照射し、前記第２領域を前記所定の温度より高い温度に加熱可能な第２加熱部と、を備え、前記第２加熱部が前記第２領域を前記所定の温度より高い温度に加熱する場合に、前記第２領域の少なくとも一部の材質が当該加熱前と異なる状態となることを特徴とするものである。
ガラス等の光透過性の部材は、温度が高くなると常温では透過する波長の光を吸収する性質を有する。このような波長の光を出射する光源として、半導体レーザ装置等の出力が安定した光源を用いることができる。従って、第２領域に安定して光による熱エネルギーを与えることができる。このように第２領域に熱エネルギーを与えることで、第２領域が所定の温度よりも高くなり、第２領域の少なくとも一部が加熱前と異なる状態となるまで、当該第２領域を安定して加熱することができる。つまり、第２領域を安定して加工することができる。従って、本発明の光透過性部品の製造方法、及び、光透過性部品の製造システムによれば、安定して光透過性部品を製造し得る。
また、上記光透過性部品の製造方法の前記第２加熱工程において、前記光を前記第２領域に集光させることが好ましい。また、光透過性部品の製造システムの第２加熱部は、前記光を前記第２領域に集光可能であることが好ましい。
光を第２領域に集光させることで、光のエネルギー密度を高くすることができ、第２領域を短時間で高温にすることができる。
また、上記光透過性部品の製造方法の前記第２加熱工程において、前記第２領域を前記第１領域の温度よりも高い温度に加熱することが好ましい。また、光透過性部品の製造システムの第２加熱部は、前記第２領域を前記第１領域の温度よりも高い温度に加熱可能であることが好ましい。
上記のように本発明では、安定した光を出射する光源を用いることができる。このような安定した光により高い温度まで加熱することで、高い温度での加工を安定して行うことができる。
また、上記光透過性部品の製造方法において、前記第２領域は、前記第１領域内に位置することとしてもよい。また、光透過性部品の製造システムにおいて、前記第２加熱部は、前記光を前記第１領域内に照射可能であることとしてもよい。
第２領域が第１領域内に位置することで、第２領域に光が照射された当初から第２領域全体が加熱される。従って、短時間に第２領域を加熱し得る。
また、上記光透過性部品の製造方法において、前記第２領域は、前記第１領域の少なくとも一部と前記第１領域以外の少なくとも一部とを含むこととしてもよい。また、光透過性部品の製造システムにおいて、前記第２加熱部は、前記第１領域の少なくとも一部と前記第１領域以外の少なくとも一部とに前記光を照射可能であることとしてもよい。
この場合、第２領域における第１領域と重なる領域が、光による加熱で所定の温度より高い温度とされ、この重なる領域からの熱伝導や輻射により、第２領域のうち第１領域と重ならない領域が所定の温度以上に加熱される。所定の温度以上になった領域は光を吸収するため、熱エネルギーが与えられ更に加熱される。このため、第２領域の一部に第１領域が含まれない場合であっても、熱伝導や輻射により所定の温度以上に加熱される領域が広がって、第２領域の全体が加熱される。このように第２領域が第１領域の少なくとも一部と第１領域以外の少なくとも一部とを含むことで、第１領域を被加工体の特定の一部にしか設定できない場合であっても、第１領域を起点として第１領域以外をも加熱することができる。
また、上記光透過性部品の製造方法の前記第２領域は前記被加工体の一部とされ、前記第２加熱工程において、前記所定の温度より高い温度に加熱される前記第２領域が前記第１領域とは異なる領域に移動するように、前記被加工体に照射される前記光の位置を移動させることが好ましい。また、光透過性部品の製造システムの前記第２領域は前記被加工体の一部とされ、前記第２加熱部は、前記所定の温度より高い温度に加熱される前記第２領域が前記第１領域とは異なる領域に移動するように、前記被加工体に照射される前記光の位置を移動させることが可能であることが好ましい。
このような構成とされることで、加熱される領域を広げることができる。例えば、光が照射される第２領域がスポット状の領域とされる場合、スポット状の第２領域を第１領域とは異なる領域に移動させることで、加工される領域を広げることができる。
また、前記被加工体に照射される光の位置が時間と共に移動される場合、上記光透過性部品の製造方法の前記第２加熱工程において、前記第２領域に照射される前記光の光路は、当該光によって照射される前記第２領域以外における前記所定の温度以上の領域と重ならないことが好ましい。またこの場合、光透過性部品の製造システムの前記第２加熱部は、前記第２領域に照射される前記光の光路が当該光によって照射される前記第２領域以外における前記所定の温度以上の領域と重ならないように前記光を出射可能であることが好ましい。
光路が所定の温度以上の領域と重なると、光が当該領域に吸収されるため、第２領域に照射される光のエネルギーが低下する。従って、光の光路が当該光によって照射される第２領域以外における所定の温度以上の領域と重ならないことで、第２領域を適切に加熱することができる。
また、上記光透過性部品の製造方法の前記第２加熱工程において、前記第２領域の少なくとも一部をアブレーションしてもよい。また、光透過性部品の製造システムの前記第２加熱部は、前記第２領域の少なくとも一部をアブレーション可能であってもよい。
この場合、第２領域が被加工体の表面を含めば、光透過性部品に溝等の凹部を形成することができ、第２領域が被加工体の内部であれば、ボイドを形成することができる。
また、上記光透過性部品の製造方法の前記第２加熱工程において、前記第２領域の少なくとも一部を変形させてもよい。
この場合、光透過性部品の一部にレンズ等を形成することができる。
また、上記光透過性部品の製造方法の前記第２加熱工程において、２つの前記被加工体を融着させてもよい。また、光透過性部品の製造システムの前記第２加熱部は、２つの前記被加工体を融着接続可能にさせてもよい。
不安定な加熱による融着が行われると、被加工体同士が不安定に融着される傾向にある。特に融着面積が広い場合には、安定して加熱されることが求められる。上記のように本発明によれば、第２領域を安定して加熱することができるため、安定して被加工体同士を融着させることができ、安定して光透過性部品を製造することができる。
また、上記光透過性部品の製造方法の前記第２領域に前記光が照射される時点以降に前記第１加熱工程を停止することが好ましい。また、光透過性部品の製造システムの前記第２加熱部が前記第２領域に前記光を照射する時点以降に、前記第１加熱部は前記第１領域の加熱を停止可能であることが好ましい。
第１領域の加熱は、第２領域を加熱するためのきっかけとしての役割であるため、第２領域に光が照射される時点以降に第１領域の加熱が停止されることで、不要なエネルギーの消費を低減し得る。
また、上記光透過性部品の製造方法の第１加熱工程は、火炎、放電、ヒータ、及びレーザ光のいずれかにより行われてもよい。また、光透過性部品の製造システムの前記第１加熱部は、火炎放射装置、放電装置、ヒータ、及びレーザ光出射装置のいずれかを含んでもよい。
また、上記光透過性部品の製造方法の第２加熱工程において、前記被加工体に吸収される前記光を半導体レーザ又はファイバレーザから前記第２領域に向けて照射してもよい。
また、上記光透過性部品の製造方法の前記被加工体の材料は、ガラスを含んでもよい。
また、上記光透過性部品の製造方法の前記被加工体の形状は、円柱状であってもよい。
また、光透過性部品の製造システムの前記第２加熱部は、半導体レーザまたはファイバレーザであってもよい。
また、光透過性部品の製造システムは、前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方を撮影可能なカメラと、制御部と、を更に備え、前記制御部は、前記カメラが撮影した映像または画像に係る信号に基づいて、前記第１加熱部及び前記第２加熱部の少なくとも一方による前記被加工体の加熱を制御可能であることが好ましい。
このような制御により、第１領域や第２領域の位置をより正確に把握して、適切な位置を加熱することができる。
以上のように、本発明によれば、安定して光透過性部品を製造し得る光透過性部品の製造方法、及び、光透過性部品の製造システムが提供される。
本発明の第１実施形態の光透過性部品を示す図である。 図１の光透過性部品の製造方法の工程を示すフローチャートである。 被加工体を示す図である。 被加工体が加工機にセットされた様子を示す図である。 第１加熱工程の様子を示す図である。 第２加熱工程の様子を示すである。 第１実施形態の第２加熱工程の変形例を示す図である。 第１実施形態の第１加熱工程の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態の光透過性部品を示す図である。 光ファイバ加工融着機に光ファイバがセットされた様子を示す図である。 第１加熱工程の様子を示す図である。 第２加熱工程の様子を示すである。 第２実施形態の第２加熱工程の変形例を示す図である。 本発明の第３実施形態の光透過性部品を示す図である。 光ファイバ加工融着機に光ファイバがセットされた様子を示す図である。 第１加熱工程の様子を示す図である。 第２加熱工程の様子を示すである。 本発明の第４実施形態の光透過性部品を示す図である。 光ファイバ加工融着機に光ファイバがセットされた様子を示す図である。 第１加熱工程の様子を示す図である。 第２加熱工程の様子を示すである。
以下、本発明に係る光透過性部品の製造方法、及び、光透過性部品の製造システムの好適な実施形態について、図面を参照しながらそれぞれ詳細に説明する。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。なお、以下で参照する図面では、理解を容易にするために、各部材の寸法を変えて示す場合がある。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る光透過性部品を示す概念図である。図１に示すように、本実施形態では、円柱状の光透過性部品１００が例示される。本実施形態の光透過性部品１００は、ガラスから成り、内側部１０１と外側部１０２とを有する。内側部１０１と外側部１０２とは同じガラスから構成されているが、内側部１０１と外側部１０２とは、当該材質が異なる状態とされている。例えば、外側部１０２は緻密なガラスから成るが、内側部１０１は細かいボイドが多数形成されたガラスから成る。また例えば、外側部１０２は結晶に近い状態で分子が配列されたガラスから成るが、内側部１０１はひずみの多いガラスから成る。これらの例では、外側部１０２の方が内側部１０１よりも光の伝搬性が高い。また例えば、上記の内側部１０１のガラスの状態と、外側部１０２のガラスの状態とが入れ替わってもよい。この場合には、内側部１０１の方が外側部１０２よりも光の伝搬性が高い。
次に、図１に示す光透過性部品１００を製造する製造方法について説明する。
図２は、図１の光透過性部品１００の製造方法の工程を示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態の光透過性部品１００の製造方法は、準備工程ＰＳ１と、第１加熱工程ＰＳ２と、第２加熱工程ＰＳ３と、を備える。
＜準備工程ＰＳ１＞
本工程は、被加工体を準備する工程である。図３は、被加工体１００ａを示す図である。図３に示すように、本実施形態では、被加工体１００ａは、光透過性部品１００と同一形状のガラスから成る。このため、被加工体１００ａは光透過性の部材である。被加工体１００ａは、光透過性部品１００の外側部１０２と同じ状態の同じ材料からなる。従って、例えば上記のように外側部１０２が緻密なガラスから成る場合、被加工体１００ａは緻密なガラスから成る円柱状の部材とされる。
図４は、被加工体１００ａが加工機１にセットされた様子を示す図である。加工機１は、光透過性の被加工体１００ａを加工して、光透過性部品１００を製造する光透過性部品の製造システムである。図４に示すように、加工機１は、第１加熱部１０と、第２加熱部２０と、固定部３０と、カメラ４０と、制御部５０と、を主な構成として備える。
固定部３０は、被加工体１００ａを固定可能な部材である。固定部３０は、被加工体１００ａを固定できれば特に限定されない。本実施形態では、固定部３０は、円柱状の被加工体１００ａの端部をチャッキング又は固定可能な部材からなる。また、本実施形態の固定部３０は、固定される被加工体１００ａの長手方向に沿った方向及びこの方向に垂直な被加工体１００ａの径方向に移動可能とされ、さらに固定される被加工体１００ａの軸中心に回転可能な構成とされる。
第１加熱部１０は、光透過性の被加工体１００ａの一部である第１領域を所定の温度以上に加熱可能な装置である。この第１領域の詳細は後述される。本実施形態では、第１加熱部１０は、半導体レーザ装置を含む。第１加熱部１０は、常温でガラスに吸収される波長の光を出射する。第１加熱部１０が出射する光の波長は、例えば４μｍ〜１５μｍとされる。本実施形態の第１加熱部１０は、例えば、不図示の集光レンズ等を有しており、図４に示されるように、上記第１領域において集光する光を出射することができる。図４では理解の容易のために第１加熱部１０から光が出射されているように記載されているが、本工程においては、第１加熱部１０からは光が出射されない。第１加熱部１０が被加工体１００ａの第１領域を加熱する所定の温度は、例えば、被加工体１００ａが石英ガラスの場合では、１１００℃〜１８００℃とされる。
また、第１加熱部１０は、出射する光の集光位置を変化させることができる。例えば、被加工体１００ａの端面や表面に沿って第１加熱部１０を移動させることで、被加工体１００ａに照射する光の集光位置を変化させることができる。
なお、上記波長は、ＣＯ２レーザの波長（例えば、９．３μｍ〜１０．６μｍ）と概ね同じである。従って、第１加熱部１０として半導体レーザ装置の代わりにＣＯ２レーザ装置が用いられてもよい。ただし、ＣＯ２レーザ装置よりも半導体レーザ装置の方が、出射する光の強度が安定しているため好ましい。さらに、ＣＯ２レーザ装置よりも半導体レーザ装置の方が小型で、低消費電力、長寿命であるため好ましい。また、本実施形態と異なるが、第１加熱部１０は、上記第１領域を火炎により加熱する火炎放射装置としてのマイクロトーチや、上記第１領域を放電により加熱する一対の放電電極を含む放電装置や、ヒータや、上記とは異なる波長のレーザ光を出射するレーザ装置等で構成されてもよい。
第２加熱部２０は、第１加熱部１０により加熱された上記の第１領域の少なくとも一部を含む第２領域に光を照射し、この第２領域を所定の温度より高い温度に加熱可能な装置であり、第２領域の少なくとも一部の材質を加熱前と異なる状態とし得る装置である。この第２領域の詳細は後述される。本実施形態では、第２加熱部２０そのものは、レーザ装置から成る。このようなレーザ装置としては半導体レーザやファイバレーザ装置を挙げることができ、半導体レーザまたはファイバレーザ装置から出射される波長の光は第２領域に照射される。従って、半導体レーザまたはファイバレーザ装置から直接出射される光の波長と第２領域に照射される光の波長とは、同一の波長である。本実施形態の第２加熱部２０は、例えば集光レンズ等を有しており、図４に示されるように、上記第２領域において集光する光を出射することができる。図４では理解の容易のために第２加熱部２０から光が出射されているように記載されているが、本工程においては、第２加熱部２０からは光が出射されない。また、第２加熱部２０は、常温でガラスを透過して、上記所定の温度以上でガラスに吸収される波長の光を出射する。従って、第２加熱部２０から出射する光は、常温で被加工体１００ａを透過し、上記所定の温度以上で被加工体１００ａに吸収される。このような波長の光としては、例えば、０．５から２．５μｍの波長の光を挙げることができる。このような波長の光は、ガラスの温度が１１００℃近傍から急激にガラスに吸収される。従って、上記のように、被加工体１００ａがガラスであり、第１領域が例えば１３００℃とされれば、第２加熱部２０から出射される光は、第１領域に吸収される。
また、第２加熱部２０は、出射する光の集光位置を変化させることができる。例えば、被加工体１００ａの径方向や長手方向に沿って第２加熱部２０を移動させることで、被加工体１００ａに照射する光の集光位置を変化させることができる。
カメラ４０は、被加工体１００ａの様子を撮影可能なカメラである。また、カメラ４０は、第１加熱部１０から光が被加工体１００ａに照射される様子や、第２加熱部２０から光が被加工体１００ａに照射される様子を撮影することが可能とされる。カメラ４０は、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＩｎＧａＡｓやＩｎＳｂの受光素子を用いた動画撮影可能なカメラとされる。ＩｎＧａＡｓやＩｎＳｂの受光素子を用いたカメラは、暗視カメラとして用いることが可能である。つまり、カメラ４０は、暗視カメラも含む。また、カメラ４０は、例えば、アモルファスシリコンを用いた非冷却マイクロボロメーターなどの二次元赤外線センサが用いられるものであってもよい。つまり、カメラ４０は、被加工体１００ａの温度分布を測定可能なサーモカメラを含む。なお、本実施形態では、カメラ４０には、映像をデジタル変換して適宜必要な画像処理を行う画像処理部が内蔵されている。また、カメラ４０が複数備えられていてもよい。
制御部５０は、カメラ４０が撮影した映像または画像に係る信号に基づいて、第１加熱部１０及び第２加熱部２０の少なくとも一方を制御可能な装置である。具体的には、制御部５０は、第１加熱部１０及び第２加熱部２０の少なくとも一方を制御することで、被加工体１００ａの加熱を調節可能な装置である。ここで、制御部５０は、例えば、マイクロコントローラ、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large-scale Integrated Circuit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの集積回路やＮＣ（Numerical Control）装置を用いることができる。また、制御部５０は、ＮＣ装置を用いた場合、機械学習器を用いたものであってもよく、機械学習器を用いないものであってもよい。制御部５０には、カメラ４０からの映像信号または画像信号が入力する。また、制御部５０は、第１加熱部１０、第２加熱部２０、及び固定部３０を制御する。具体的には、第１加熱部１０は、カメラ４０が撮影した映像や画像に係る信号に基づき、制御部５０が生成した制御信号により、光の出射、停止、出射する光のパワーの調整、光の出射位置、及び出射する光の集光位置の調節をする。また、第２加熱部２０は、カメラ４０が撮影した映像や画像に係る信号に基づき制御部５０が生成した制御信号により、光の出射、停止、出射する光のパワーの調整、光の出射位置、及び出射する光の集光位置の調節をする。また、固定部３０は、制御部５０からの制御信号により、固定される被加工体１００ａの長手方向に沿った方向及びこの方向に垂直な被加工体１００ａの径方向に移動し、また、固定される被加工体１００ａの軸中心に回転する。なお、制御部５０が複数に分かれて構成されてもよい。例えば、第１加熱部１０、第２加熱部２０、及び固定部３０が、別々の制御部で制御されてもよい。この場合、複数の制御部が図４に示す制御部５０となる。
このような加工機１にセットされた被加工体１００ａは、第１加熱部１０及び第２加熱部２０により後述のように加熱される。
＜第１加熱工程ＰＳ２＞
本工程は、被加工体１００ａの少なくとも一部を含む第１領域を所定の温度以上に加熱する工程である。被加工体１００ａが上記のように加工機１にセットされ、作業者が不図示のスイッチを入れると、加工機１は本工程を行う。図５は、本工程の様子を示す図である。本実施形態では、制御部５０からの制御信号により、固定部３０が移動して、所望の位置で停止する。次に、制御部５０からの制御信号により、図５に示すように第１加熱部１０から光１０Ｌが出射される。上記のように第１加熱部１０は集光する光を出射でき、光１０Ｌは互いに対向する被加工体１００ａの一方の端部の表面上に集光される。このとき、光１０Ｌの様子がカメラ４０で撮影され、撮影された映像に基づいて制御部５０が第１加熱部１０を制御し、光１０Ｌの集光位置が微調整される。こうして光１０Ｌは被加工体１００ａに照射される。上記のように第１加熱部１０は常温で被加工体１００ａに吸収される光を出射する。従って、図５に示されるように、被加工体１００ａに光１０Ｌが照射されると、光１０Ｌの少なくとも一部は被加工体１００ａに吸収されて、被加工体１００ａの一部が上記所定の温度以上に加熱される。第１加熱部１０により所定の温度以上に加熱された領域が点線で示される第１領域ＡＲ１である。本工程により、第１領域ＡＲ１は、例えば１３００℃程度に加熱される。また、第１加熱部１０は、被加工体１００ａの軸に対して、９０°以下の方向から第１領域に光を照射してもよい。
＜第２加熱工程ＰＳ３＞
本工程は、常温で被加工体１００ａを透過し上記所定の温度以上で被加工体１００ａに吸収される波長の光を第１加熱部１０により加熱された上記第１領域ＡＲ１の少なくとも一部を含む第２領域ＡＲ２に照射し、この第２領域ＡＲ２を前記所定の温度より高い温度に加熱して、第２領域ＡＲ２の少なくとも一部を加熱前と異なる状態とする工程である。本工程では、被加工体に吸収される光を第２加熱部２０である上記した半導体レーザ又はファイバレーザから第２領域ＡＲ２に向けて照射する。図６は本工程の様子を示す図である。本工程では、制御部５０は、第２加熱部２０を制御し、図６に示すように第２加熱部２０から光２０Ｌを出射させるとともに、第１加熱部１０を制御して、光１０Ｌの出射を停止させる。上記のように第２加熱部２０は集光する光を出射でき、第２加熱部２０から出射する光２０Ｌは、第１加熱工程ＰＳ２で所定の温度以上に加熱された第１領域ＡＲ１の少なくとも一部を含む第２領域ＡＲ２に集光される。図６では第２領域ＡＲ２が一点鎖線で示されている。このとき、光２０Ｌの様子がカメラ４０で撮影され、撮影された映像に基づいて制御部５０が第２加熱部２０を制御して、光２０Ｌの集光位置は微調整される。こうして光２０Ｌが第２領域ＡＲ２に照射される。第１領域ＡＲ１は、所定の温度以上であるため、第２領域ＡＲ２に照射された光２０Ｌのうち第１領域ＡＲ１と重なる領域に照射される光は、被加工体１００ａに吸収されて熱エネルギーとなる。このため、第１領域ＡＲ１における光２０Ｌが照射される領域は更に加熱され更に温度が高くなる。このように第１領域ＡＲ１における光２０Ｌが照射される領域の温度が高くなると、熱伝導や輻射により当該領域と隣接する領域も所定の温度以上に加熱される。このため、第２領域ＡＲ２のうち第１領域ＡＲ１と重なる領域と隣接する領域、すなわち第２領域ＡＲ２のうち第１領域ＡＲ１と重ならない領域も光２０Ｌを吸収して所定の温度よりも高い温度まで加熱される。こうして加熱される領域が広がって、光２０Ｌが照射される第２領域ＡＲ２の全体が所定の温度よりも高い温度まで加熱される。さらに、光２０Ｌが照射される領域と隣接する領域も、所定の温度より高い温度に加熱された他の領域からの熱伝導や輻射により所定の温度以上に加熱される。また、第２加熱部２０は、被加工体１００ａの軸に対して、９０°以下の方向から第２領域に光を照射してもよい。
本実施形態では、第２領域ＡＲ２は、光２０Ｌの照射により、第１加熱工程ＰＳ２において第１加熱部１０が加熱する第１領域ＡＲ１の温度よりも高い温度まで加熱される。第２領域ＡＲ２は、例えばガラスの融点以上まで加熱される。本工程では、当該加熱により第２領域ＡＲ２の材質が加熱前と異なる状態とされる。例えば、第２領域ＡＲ２にボイドが形成されたり、冷却後に第２領域ＡＲ２の分子の配列に歪が残ったりする。次に、本実施形態では、制御部５０は、固定部３０を制御して、固定部３０を被加工体１００ａの長手方向に移動させる。このため被加工体１００ａは図６において実線矢印で示されるように、長手方向に沿って移動する。被加工体１００ａの移動により、図６において破線矢印で示されるように、光２０Ｌが集光する被加工体１００ａの位置が時間と共に移動する。上記のように光２０Ｌが集光する領域と隣接する領域は所定の温度以上に加熱されるため、光２０Ｌが被加工体１００ａを移動することにより、新たに光２０Ｌが集光される第２領域ＡＲ２のうち既に所定の温度以上に加熱されている領域は、光２０Ｌを吸収して所定の温度よりも高い温度に加熱される。このため、所定の温度より高い温度に加熱されたその領域と隣り合う領域は、その領域からの熱伝導や輻射により所定の温度以上に加熱される。こうして、被加工体１００ａにおける光２０Ｌの集光位置の移動により移動する第２領域ＡＲ２が、次々と所定の温度よりも高い温度に加熱されて、加熱前と異なる状態とされる。こうして、内側部１０１が形成される。
なお、本実施形態では、図６のように、光２０Ｌは被加工体１００ａの側面から入射し、光２０Ｌの集光する位置が被加工体１００ａの長手方向に沿って移動する。このため、本実施形態では、第２領域ＡＲ２に照射される光２０Ｌの光路は、光２０Ｌによって照射される第２領域ＡＲ２以外における所定の温度以上に加熱された領域と重ならない。
また、移動する第２領域ＡＲ２が所定の温度以上に加熱されるため、光２０Ｌが集光する位置の移動が適切な速度とされることが好ましい。例えば被加工体１００ａが石英ガラスであれば、当該速度が２ｍ/s以下であることが好ましい。
なお、光２０Ｌが集光する被加工体１００ａの位置が、図６の破線矢印に沿って移動されれば、当該位置は時間と共に移動しなくてもよい。例えば、被加工体１００ａが図６の実線矢印で示される方向に移動と停止を繰り返し、その結果、光２０Ｌが集光する被加工体１００ａの位置が移動と停止を繰り返してもよい。
また、第１加熱工程ＰＳ２において第１領域ＡＲ１が所定の温度以上に加熱され、第２加熱工程ＰＳ３において、第２領域ＡＲ２が所定の温度より高い温度に加熱されれば、第２加熱工程ＰＳ３で加熱される第２領域ＡＲ２の温度は、第１加熱工程ＰＳ２で加熱される第１領域ＡＲ１の温度よりも低くても高くてもよい。第１加熱工程ＰＳ２で加熱される第１領域ＡＲ１の温度が第２加熱工程ＰＳ３で加熱される第２領域ＡＲ２の温度よりも高い場合、第１加熱工程ＰＳ２では第１領域ＡＲ１が所定の温度より高い温度に加熱されることになる。
固定部３０が被加工体１００ａの長手方向に沿って一定距離移動したところで、第２加熱工程を止めて、チャッキングにより被加工体１００ａの内側部１０１が形成されていない端部を切断して、図１に示す内側部１０１が形成された光透過性部品１００が製造される。
以上説明したように、本実施形態の光透過性部品１００の製造方法は、準備工程ＰＳ１と、第１加熱工程ＰＳ２と、第２加熱工程ＰＳ３と、を備える。準備工程ＰＳ１では、光透過性の被加工体１００ａを準備する。第１加熱工程ＰＳ２では、被加工体１００ａの少なくとも一部を含む第１領域ＡＲ１を所定の温度以上に加熱する。第２加熱工程ＰＳ３では、常温で被加工体１００ａを透過し所定の温度以上で被加工体１００ａに吸収される波長の光２０Ｌを第１加熱工程ＰＳ２で加熱された第１領域ＡＲ１の少なくとも一部を含む第２領域ＡＲ２に照射し、第２領域ＡＲ２を所定の温度より高い温度に加熱して、第２領域ＡＲ２の少なくとも一部の材質を加熱前と異なる状態とする。
また、本実施形態の光透過性部品１００の製造システムである加工機１は、第１加熱部１０と、第２加熱部２０とを備える。第１加熱部１０は、光透過性の被加工体１００ａの少なくとも一部を含む第１領域ＡＲ１を所定の温度以上に加熱可能な装置である。第２加熱部２０は、常温で被加工体１００ａを透過し所定の温度以上で被加工体１００ａに吸収される波長の光を所定の温度以上に加熱された第１領域ＡＲ１の少なくとも一部を含む第２領域ＡＲ２に照射し、第２領域ＡＲ２を所定の温度より高い温度に加熱可能な装置であり、第２領域ＡＲ２の少なくとも一部の材質を加熱前と異なる状態とし得る装置である。
上記のように本実施形態の光透過性部品１００の製造方法、及び、光透過性部品１００の製造システムでは、光透過性の部材に対して、常温で透過して所定の温度以上で吸収される波長の光を出射する第２加熱部２０の光源として、ＣＯ２レーザ装置よりも出力が安定した半導体レーザ装置等の光源を用いることができる。従って、本実施形態の光透過性部品１００の製造方法、及び、光透過性部品１００の製造システムによれば、第２領域ＡＲ２に安定して光による熱エネルギーを与えることができる。このように第２領域ＡＲ２に熱エネルギーを与えることで、第２領域ＡＲ２の少なくとも一部が加熱前と異なる状態となるまで、当該第２領域ＡＲ２を安定して加熱することができる。つまり、第２領域ＡＲ２を安定して加工することができる。また、上記第１領域ＡＲ１は少なくとも光２０Ｌによる加熱が開始されるまで加熱されればよく、その後は光２０Ｌによる加熱を行えばよい。従って、第１領域ＡＲ１を加熱するための熱源である第１加熱部１０の安定性が然程重要ではなく、第１加熱部１０として半導体レーザ装置が用いられなくてもよい。従って、本発明の光透過性部品１００の製造方法、及び、光透過性部品１００の製造システムである加工機１によれば、安定して光透過性部品１００を製造することができる。
なお、本実施形態とは異なるレーザ装置は、励起光源として用いられる半導体レーザと、励起光源から出射される光のパワーを調整する増幅器といった他の部材をレーザ装置の内部に備えることがある。この場合、レーザ装置から出射される光は、励起光源から出射される光を上記の増幅器等の他の部材で光のパワーを調整した後の光となる。ここで、レーザ装置が励起光源及び他の部材を備えると、レーザ装置全体が大きくなり得、また、レーザ装置を融着機に搭載することが困難になり得る。また、当該レーザ装置全体が大きくなると、融着機の小型化が実現困難になり得る。しかしながら、本実施形態では、第２領域ＡＲ２に照射される光の波長は、第２加熱部２０として用いられる半導体レーザまたはファイバレーザ装置から直接照射される光と同一である。従って、本実施形態のレーザ装置は、第２加熱部２０そのものとなり得る。これにより、本実施形態とは異なるレーザ装置が励起光源及び他の部材を内部に備える場合に比べて、本実施形態のレーザ装置全体は小さくなり得、また、本実施形態のレーザ装置を融着機に搭載することが容易になり得る。また、上述の通り、レーザ装置全体が小さくなるので、融着機の小型化が実現可能となり得る。
また、本実施形態では、第２加熱工程ＰＳ３において、加工機１の第２加熱部２０は、光２０Ｌを第２領域ＡＲ２に集光させている。このため、第２領域ＡＲ２において、光のエネルギー密度を高くすることができ、第２領域ＡＲ２を短時間で高温にすることができる。また、光２０Ｌが集光されておらず光のエネルギー密度が低い位置では、光２０Ｌにより被加工体１００ａが所定の温度以上に加熱されることが抑制される。従って、光２０Ｌが集光する位置以外で光２０Ｌが吸収されることを抑制でき、所望の位置を加熱前と異なる状態にし得る。
また、本実施形態では第２加熱工程ＰＳ３において、第２加熱部２０は、第２領域ＡＲ２を第１領域ＡＲ１の温度よりも高い温度に加熱する。上記のように本実施形態では、安定した光を出射する光源を第２加熱部２０として用いることができる。このような安定した光により高い温度まで加熱することで、高い温度での加工を安定して行うことができる。
また、本実施形態では第２領域ＡＲ２は、第１領域ＡＲ１の少なくとも一部と第１領域ＡＲ１以外の少なくとも一部とを含む。このため、本実施形態では、加工機１の第２加熱部２０は、第１領域ＡＲ１の少なくとも一部と第１領域ＡＲ１以外の少なくとも一部とに光２０Ｌを照射可能である。この場合、上記のように、第２領域ＡＲ２における第１領域ＡＲ１と重なる領域が、光による加熱で所定の温度より高い温度とされ、この重なる領域からの熱伝導や輻射により、第２領域ＡＲ２のうち第１領域ＡＲ１と重ならない領域が所定の温度以上に加熱される。所定の温度以上になった領域は光を吸収するため、熱エネルギーが与えられ更に加熱される。このため、本実施形態のように第２領域ＡＲ２の一部に第１領域ＡＲ１が含まれない場合であっても、熱伝導や輻射により所定の温度以上に加熱される領域が広がって、第２領域ＡＲ２の全体が加熱される。このように第２領域ＡＲ２が第１領域ＡＲ１の少なくとも一部と第１領域ＡＲ１以外の少なくとも一部とを含むことで、第１領域ＡＲ１を被加工体の特定の一部にしか設定できない場合であっても、第１領域ＡＲ１を起点として第１領域ＡＲ１以外をも加熱することができる。例えば、本実施形態のように、第１加熱部１０が被加工体１００ａの表面近傍しか加熱できない場合、第２領域ＡＲ２を被加工体１００ａの表面を含みその内側の領域まで拡大することができる。
また、本実施形態では、第２領域ＡＲ２は被加工体１００ａの一部とされ、第２加熱工程ＰＳ３において、第２加熱部２０により所定の温度より高い温度に加熱される第２領域が第１領域とは異なる領域に移動するように、被加工体１００ａに照射される光の位置が移動されることが可能である。従って、本実施形態のように、第２領域ＡＲ２がスポット状の領域であっても、当該移動により加熱される領域を広げて、図１に示される内側部１０１を形成することができる。
また、本実施形態では、第２加熱工程ＰＳ３において、第２領域ＡＲ２の少なくとも一部がアブレーションされるまで、第２加熱部２０から出射される光２０Ｌのパワーを上げて第２領域ＡＲ２が加熱されてもよい。この場合、第２領域ＡＲ２にボイドを多数形成することができる。多数のボイドが形成されることにより、光を散乱させる機能や、伝搬する光を局所的に強度低下させる機能の部位を光透過性部品１００に形成することも可能である。
また、本実施形態では、第２領域ＡＲ２に光２０Ｌが照射される時点以降に第１加熱工程が停止されてもよい。つまり、加工機１の第２加熱部２０が第２領域ＡＲ２に光２０Ｌを照射する時点以降に、第１加熱部１０は第１領域ＡＲ１の加熱を停止してもよい。第１領域ＡＲ１の加熱は、第２領域ＡＲ２を加熱するためのきっかけとしての役割であるため、第２領域ＡＲ２に光が照射される時点以降に第１領域ＡＲ１の加熱が停止されることで、不要なエネルギーの消費を低減し得る。
なお、本実施形態では、光透過性部品１００の内側部１０１が直線状に形成され、第２加熱工程ＰＳ３では、第２領域ＡＲ２が被加工体１００ａの長手方向に沿って移動した。しかし、内側部１０１は直線状でなくてもよい。例えば、光透過性部品の内側部１０１が螺旋状に形成されてもよい。図７は、このような光透過性部品の製造をするための、第２加熱工程ＰＳ３の変形例を示す図である。図７に示されるように、この場合、第２加熱工程ＰＳ３において、第２加熱部２０から出射する光２０Ｌの集光位置が、被加工体１００ａの中心軸からずれた位置とされる。そして制御部５０からの制御信号により、固定部３０は、被加工体１００ａを実線矢印で示される長手方向に沿って移動させるとともに、被加工体１００ａの中心軸を中心に被加工体１００ａを周方向に回転させる。このため、第２加熱部２０から出射する光２０Ｌの集光位置が破線矢印で示される螺旋状に移動する。こうして、内側部１０１が螺旋状に形成された光透過性部品を製造することができる。
また、本実施形態では、被加工体１００ａの第２領域ＡＲ２に照射される光２０Ｌの光路は、光２０Ｌの集光位置であり光２０Ｌが照射される第２領域ＡＲ２以外における所定の温度以上の領域と重ならない。光２０Ｌの光路が所定の温度以上の領域と重なると、光２０Ｌが当該領域に吸収されるため、第２領域ＡＲ２に照射される光のエネルギーが低下する。従って、上記のように光２０Ｌの光路が光２０Ｌによって照射される第２領域ＡＲ２以外における所定の温度以上の領域と重ならないことで、第２領域に照射される光のエネルギーの低下が抑制され第２領域ＡＲ２を適切に加熱することができる。
また、上記のように内側部１０１が螺旋状に形成される場合、第２加熱工程ＰＳ３において、固定部３０が被加工体１００ａを長手方向に沿って移動させるとともに、第２加熱部２０から出射する光２０Ｌの集光位置が被加工体１００ａの長手方向に沿ってみる場合に円を描くように第２加熱部２０が制御されてもよい。このような工程によっても、内側部１０１が螺旋状に形成された光透過性部品を製造することができる。また、この場合であっても、上記のように被加工体１００ａの第２領域ＡＲ２に照射される光２０Ｌの光路は、光２０Ｌの集光位置である第２領域ＡＲ２以外で所定の温度以上の領域と重ならないことが好ましい。従って、第２加熱部２０からの光２０Ｌは、被加工体１００ａの長手方向に非垂直な方向から被加工体１００ａに入射されることが好ましく、被加工体１００ａの軸に対して９０°以下の方向から入射されることがより好ましい。
また、本実施形態では、第２領域ＡＲ２は、第１領域ＡＲ１の少なくとも一部と第１領域ＡＲ１以外の少なくとも一部とを含む。しかし、第２領域ＡＲ２は、第１領域ＡＲ１内に位置することとしてもよい。図８は第１加熱工程ＰＳ２の変形例を示す図である。本変形例では、第１加熱部１０がヒータを含んで構成される。本変形例の第１加熱工程ＰＳ２では、第１加熱部１０が、被加工体１００ａを長手方向に沿った所定の領域を所定の温度以上に加熱する。つまり、図８に示すように、本変形例では、第１領域ＡＲ１が被加工体１００ａを長手方向に沿った所定の領域である。そして、本変形例では、第１加熱工程ＰＳ２が行われている最中に、第２加熱工程ＰＳ３が上記実施形態と同様にして行われる。ただし、本変形例では、第２領域ＡＲ２が被加工体１００ａの側面の一部を含む領域とされる。このとき、第２加熱部２０は、第２領域ＡＲ２の温度が第１領域ＡＲ１の温度よりも高い温度となるパワーの光２０Ｌを第２領域ＡＲ２に照射する。本変形例によれば、第２領域ＡＲ２は、第１領域ＡＲ１内に位置するため、第２領域ＡＲ２に光が照射された当初から第２領域ＡＲ２全体が加熱される。従って、上記実施形態よりも短時間に第２領域ＡＲ２を加熱し得る。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図９から図１４を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略される。
図９は、本実施形態に係る光透過性部品を示す概念図である。図９に示されるように、本実施形態では、光透過性部品として光ファイバ１１０が例示される。本実施形態の光ファイバ１１０は、光ファイバ１１０ａと光ファイバ１１０ｂとからなる。本実施形態では、光ファイバ１１０ａ，１１０ｂは、それぞれコア１１１と、コア１１１を囲むクラッド１１２と、クラッド１１２を被覆する被覆層１１３とを有する。コア１１１は例えばドーパントが添加された石英からなり、クラッド１１２はコア１１１よりも屈折率の低い石英ガラスからなる。なお、本実施形態の光ファイバ１１０ａ，１１０ｂはシングルコアファイバとされるが、光ファイバ１１０ａ，１１０ｂはマルチクラッドファイバ、マルチコアファイバであってもよい。
光ファイバ１１０ａ及び光ファイバ１１０ｂは、それぞれ一方の端部近傍において、被覆層１１３が剥離されている。本実施形態の光ファイバ１１０は、光ファイバ１１０ａ及び光ファイバ１１０ｂの被覆層１１３が剥離された一方の端部同士が融着接続可能とされている。
互いに融着接続される前の光ファイバ１１０ａ及び光ファイバ１１０ｂは、それぞれコア１１１を光が伝搬する光透過性の被加工体であり、光ファイバ１１０ａと光ファイバ１１０ｂとが融着接続されてなる光ファイバ１１０は、光ファイバ１１０ａと光ファイバ１１０ｂとに渡りコア１１１を光が伝搬する光透過性部品である。
次に、光ファイバ１１０ａと光ファイバ１１０ｂとを融着接続して、光ファイバ１１０を製造する製造方法について説明する。
本実施形態の光ファイバ１１０の製造方法の工程を示すフローチャートは、第１実施形態の図２で示したフローチャートと同様とされる。
＜準備工程ＰＳ１＞
本実施形態では、本工程において、光ファイバ１１０ａと光ファイバ１１０ｂとを準備する。また、本実施形態では、光ファイバ１１０ａ及び光ファイバ１１０ｂの一方の端部近傍における被覆層１１３を剥離し、光ファイバ１１０ａ、１１０ｂの各コア１１１の位置を調心する。
図１０は、光ファイバ１１０ａ及び光ファイバ１１０ｂが光ファイバ加工融着機にセットされた図である。光ファイバ加工融着機２は、光ファイバの加工や融着接続を可能な機器であり、本実施形態では、光透過性の被加工体である光ファイバ１１０ａと光ファイバ１１０ｂとを融着接続して、光透過性部品である光ファイバ１１０を製造する光透過性部品の製造システムである。図１０に示すように、光ファイバ加工融着機２は、第１加熱部１０と、第２加熱部２０と、光ファイバ固定部３０ａ，３０ｂと、カメラ４０と、制御部５０と、を主な構成として備える。ここで、カメラ４０が１つ記載されているが、カメラ４０が２つ以上備えられても良い。また、第１加熱部１０、第２加熱部２０が対向しているように記載されているが、第１加熱部１０、第２加熱部２０が同じ側に位置してもよい。
光ファイバ固定部３０ａは、一方の光ファイバ１１０ａを固定する部材であり、光ファイバ固定部３０ｂは、他方の光ファイバ１１０ｂを固定する部材である。それぞれの光ファイバ固定部３０ａ，３０ｂは、光ファイバを固定できれば特に限定されない。例えば、それぞれの光ファイバ固定部３０ａ，３０ｂは、板状部材にＶ溝が形成された部材と抑え部材とからなり、このＶ溝に光ファイバを配置して、抑え部材で光ファイバを抑える構成とされる。なお、図では光ファイバ固定部３０ａ，３０ｂが簡易に記載されている。
また、光ファイバ固定部３０ａ，３０ｂは、固定された光ファイバ１１０ａ，１１０ｂの長手方向に沿った方向、及び光ファイバ１１０ａ，１１０ｂの径方向に移動可能とされる。さらに、光ファイバ固定部３０ａ，３０ｂは、固定された光ファイバ１１０ａ，１１０ｂの軸中心に回転可能な構成とされる。
図１０に示されるように、光ファイバ１１０ａが一方の光ファイバ固定部３０ａに固定され、光ファイバ１１０ｂが他方の光ファイバ固定部３０bに固定された状態で、光ファイバ１１０ａの一方の端部と光ファイバ１１０ｂの一方の端部とが互いに対向した状態とされる。この状態で光ファイバ１１０ａの一方の端部と光ファイバ１１０ｂの一方の端部とが接していてもよいが、わずかに離間してもよい。こうして、一方の端部近傍における被覆層１１３が剥離された光ファイバ１１０ａ，１１０ｂは光ファイバ加工融着機２にセットされる。
第１加熱部１０は、第１実施形態の第１加熱部１０と同様の構成とされる。従って、第１加熱部１０は、光ファイバ１１０ａ，１１０ｂの一部である第１領域を所定の温度以上に加熱する部材である。本実施形態の第１領域の詳細は後述される。第１加熱部１０が出射する光の波長は、例えば第１実施形態の第１加熱部１０が出射する波長と同様とされ、第１加熱部１０が出射する光は、常温でコア１１１及びクラッド１１２に吸収される。図１０では理解の容易のために第１加熱部１０から光が出射されているように記載されているが、本工程では第１加熱部１０からは光が出射されない。
第２加熱部２０は、第１実施形態の第２加熱部２０と同様の構成とされる。従って、第２加熱部２０は、第１加熱部１０により加熱された上記の第１領域の少なくとも一部を含む第２領域に光を照射し、この第２領域を所定の温度より高い温度に加熱して、第２領域の少なくとも一部を加熱前と異なる状態とする部材である。本実施形態の第２領域の詳細は後述される。第２加熱部２０が出射する光の波長は、例えば第１実施形態の第２加熱部２０が出射する波長と同様とされ、第２加熱部２０から出射する光は、常温で光ファイバ１１０ａ，１１０ｂのコア１１１及びクラッド１１２を透過し、上記所定の温度以上でコア１１１及びクラッド１１２に吸収される。本実施形態の第２加熱部２０は、第２加熱部２０から出射する光によって、光ファイバ１１０ａ，１１０ｂを融着接続可能にさせている。図１０では理解の容易のために第２加熱部２０から光が出射されているように記載されているが、本工程では第２加熱部２０からは光が出射されない。
カメラ４０は、光ファイバ１１０ａの端部及び光ファイバ１１０ｂの端部の様子を撮影するカメラであり、第１実施形態のカメラと同様の構成とされる。従って、カメラ４０で撮影される画像に基づいて、後述する制御部５０が光ファイバ固定部３０ａ，３０ｂの位置を制御する。これにより、光ファイバ１１０ａの端部と光ファイバ１１０ｂの端部とを対向させて、光ファイバ１１０ａと光ファイバ１１０ｂとを調心することができる。また、カメラ４０は、第１加熱部１０から光が光ファイバ１１０ａ及び光ファイバ１１０ｂに照射される様子や、第２加熱部２０から光が光ファイバ１１０ａ及び光ファイバ１１０ｂに照射される様子を撮影することが可能とされる。
制御部５０は、第１実施形態の制御部５０と同様の構成とされるが、本実施形態では、制御部５０は、光ファイバ固定部３０ａ，３０ｂの位置を調整することができる。本実施形態の光ファイバ固定部３０ａ，３０ｂは、固定される光ファイバ１１０ａ，１１０ｂの長手方向に沿った方向及びこの方向に垂直な光ファイバ１１０ａ，１１０ｂの径方向に移動可能とされ、さらに固定される光ファイバ１１０ａ，１１０ｂを軸中心に回転可能な構成とされる。従って、上記のカメラで撮影される画像に基づいて、光ファイバ固定部３０ａ，３０ｂを制御して、光ファイバ１１０ａと光ファイバ１１０ｂとを調心することができる。
＜第１加熱工程ＰＳ２＞
本実施形態では、本工程において、光ファイバ１１０ａ，１１０ｂの端部の一部を含む第１領域を所定の温度以上に加熱する。光ファイバ１１０ａ及び光ファイバ１１０ｂが上記のように光ファイバ加工融着機２にセットされ、作業者が不図示のスイッチを入れると、制御部５０は本工程を行う。図１１は、本工程の様子を示す図である。第１実施形態と同様にして、第１加熱部１０から光１０Ｌが出射される。第１加熱部１０から出射した光１０Ｌは、互いに対向する光ファイバ１１０ａの一方の端部及び光ファイバ１１０ｂの一方の端部におけるクラッド１１２の表面に集光される。こうして光１０Ｌがクラッド１１２に照射される。そして、光ファイバ１１０ａの一方の端部及び光ファイバ１１０ｂに一方の端部におけるクラッド１１２の表面の一部が上記所定の温度以上に加熱される。本実施形態では、第１加熱部１０により所定の温度以上に加熱されたクラッド１１２の領域が点線で示される第１領域ＡＲ１である。本実施形態では、第１領域ＡＲ１は例えば１３００℃とされる。
＜第２加熱工程ＰＳ３＞
図１２は本実施形態における本工程の様子を示す図である。図１２に示されるように、第２加熱部２０から出射する光２０Ｌは、第１加熱工程ＰＳ２で所定の温度以上に加熱された第１領域ＡＲ１の少なくとも一部を含む第２領域ＡＲ２に集光される。第２領域ＡＲ２は一点鎖線で示される。こうして光２０Ｌが第２領域ＡＲ２に照射される。光２０Ｌが光ファイバ１１０ａ，１１０ｂに照射されると、第１実施形態と同様にして、光ファイバ１１０ａ，１１０ｂにおける光２０Ｌが集光する第２領域ＡＲ２の全体が所定の温度よりも高い温度まで加熱される。
本実施形態では、光２０Ｌが集光する第２領域ＡＲ２は、石英ガラスの融点以上まで加熱される。従って、少なくとも第２領域ＡＲ２において、光ファイバ１１０ａと光ファイバ１１０ｂとが融着接続される。こうして、第２領域ＡＲ２が所定の温度より高い温度に加熱されて、第２領域ＡＲ２の少なくとも一部が加熱前と異なる状態とされる。
次に、本実施形態では、制御部５０は、第２加熱部２０を制御して、第２加熱部２０から出射する光２０Ｌが集光する位置を時間と共に移動させる。具体的には図１２において破線矢印で示す軌跡を辿るように第２領域ＡＲ２を移動させる。ただし、図１２の軌跡は一例であり、当該軌跡には限定されない。こうして、光２０Ｌによって照射される第２領域ＡＲ２が石英ガラスの融点以上に加熱され、当該第２領域ＡＲ２が移動することで、光ファイバ１１０ａと光ファイバ１１０ｂとは、第２領域ＡＲ２の移動の軌跡に沿って互いに融着接続される。
こうして、被加工体である光ファイバ１１０ａと光ファイバ１１０ｂとが融着接続されてなる光透過性部品としての光ファイバ１１０が製造される。
本実施形態の光透過性部品の製造方法、及び、光透過性部品の製造システムによれば、第２領域ＡＲ２を安定して加熱することができるため、安定して被加工体である光ファイバ１１０ａと光ファイバ１１０ｂとを融着接続でき、安定して光透過性部品である光ファイバ１１０を製造することができる。
なお、本実施形態では、第２加熱工程ＰＳ３において、光２０Ｌは、光ファイバ１１０ａ，１１０ｂの端部における一部に集光されて、光２０Ｌが集光されて成る第２領域ＡＲ２が移動することで、光ファイバ１１０ａと光ファイバ１１０ｂとが融着された。図１３は、本実施形態の第２加熱工程ＰＳ３の変形例を示す図である。本変形例では、光２０Ｌが第１領域ＡＲ１の全体を含む光ファイバ１１０ａ，１１０ｂの端部の全体に集光されてもよい。この変形例では、光ファイバ１１０ａ，１１０ｂの端部の全体が第２領域ＡＲ２となる。なお、図１３では、線が重なることにより図が煩雑となることを避けるため、第２領域ＡＲ２が僅かに小さめに記載されている。このような変形例によれば、上記実施形態のように光ファイバ１１０ａ，１１０ｂの端部において、光２０Ｌの集光位置を移動させる必要がない。従って、本変形例によれば、制御部５０の負担を軽減して、短時間で第２加熱工程を終えることができる。ただし、本変形例における第２領域ＡＲ２の面積は本実施形態の第２領域ＡＲ２の面積より大きいため、第２加熱部２０から出射される光のパワーが大きいことが好ましい。
なお、本実施形態においても、第１加熱工程ＰＳ２において、上記変形例の光２０Ｌのように光１０Ｌが光ファイバ１１０ａ，１１０ｂの端部の全体に照射され、光ファイバ１１０ａ，１１０ｂの端部の全体が所定の温度以上に加熱されてもよい。この場合に、光２０Ｌは、図１２に示す上記実施形態のように照射されてもよく、上記変形例のように照射されてもよい。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１４から図１７を参照して詳細に説明する。なお、上記実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。
図１４は、本実施形態に係る光透過性部品を示す概念図である。図１４に示すように、本実施形態では、光透過性部品として光ファイバ１２０が例示される。本実施形態の光ファイバ１２０は、光ファイバの先端にボールレンズ１２１が形成された光ファイバであり、ボールレンズド光ファイバと呼ばれる場合がある。この光ファイバ１２０は、上記のように先端にボールレンズ１２１が形成された点を除き、第２実施形態の光ファイバ１１０ａ，１１０ｂと同様の構成とされる。従って、光ファイバ１２０は、光がコア１１１とボールレンズ１２１とを光が伝搬する光透過性部品である。
次に、ボールレンズ１２１が形成された光ファイバ１２０を製造する製造方法について説明する。
本実施形態の光ファイバ１２０の製造方法の工程を示すフローチャートは、第１実施形態の図２で示したフローチャートと同様とされる。
＜準備工程ＰＳ１＞
本実施形態では、本工程において、光ファイバ１２０ａを準備する。この光ファイバ１２０ａは、第２実施形態の光ファイバ１１０ａ，１１０ｂと同様の構成とされ、コア１１１を光が伝搬する光透過性の被加工体である。本実施形態では、第２実施形態と同様に光ファイバ１２０ａの一方の端部近傍における被覆層１１３を剥離する。
図１５は、光ファイバ１２０ａが光ファイバ加工融着機２にセットされた図である。光ファイバ加工融着機２は、本実施形態では、光透過性の被加工体である光ファイバ１２０ａを加工して光透過性部品である光ファイバ１２０を製造する光透過性部品の製造システムである。
図１５に示されるように、本実施形態では、光ファイバ１２０ａが一方の光ファイバ固定部３０ａに固定される。この状態で光ファイバ１２０ａの一方の端部は、第１加熱部１０からの光１０Ｌと第２加熱部２０からの光２０Ｌが照射される位置に配置される。こうして、一方の端部近傍における被覆層１１３が剥離された光ファイバ１２０ａは光ファイバ加工融着機２にセットされる。なお、本実施形態では、他方の光ファイバ固定部３０ｂは光ファイバ加工融着機２に備えられていなくてもよい。このため、図１５では、光ファイバ固定部３０ｂが省略されている。なお、図１５では理解の容易のために第１加熱部１０及び第２加熱部２０から光が出射されているように記載されているが、本工程では、第１加熱部１０、第２加熱部２０からは光が出射されない。
＜第１加熱工程ＰＳ２＞
図１６は、本工程を示す図である。本実施形態では、本工程では、第２実施形態において光ファイバ１１０ａ，１１０ｂの端部の一部を含む第１領域が所定の温度以上に加熱されたのと同様に、光ファイバ１２０ａの端部の一部を含む第１領域が所定の温度以上に加熱される。
＜第２加熱工程ＰＳ３＞
図１７は本実施形態における本工程の様子を示す図である。図１７に示されるように、第２加熱部２０から出射する光２０Ｌは、第１加熱工程ＰＳ２で所定の温度以上に加熱された第１領域ＡＲ１の少なくとも一部を含む第２領域ＡＲ２に集光される。本実施形態では、光２０Ｌは、第１領域ＡＲ１の全体を含む光ファイバ１２０ａの端部の全体に集光される。なお、図１７では、線が重なることにより図が煩雑となることを避けるため、第２領域ＡＲ２が僅かに小さめに記載されている。このため第２領域ＡＲ２のうち第１領域ＡＲ１と重なる領域から加熱されて、上記説明のように加熱される範囲が広がり、第２領域ＡＲ２全体が所定の温度よりも高い温度まで加熱される。本実施形態では、第２領域ＡＲ２全体をコア１１１、クラッド１１２を形成する石英の融点よりも高い温度まで加熱する。そして、流動化した石英の表面張力により石英が球状に変形する。こうして、第２領域ＡＲ２が加熱前と異なる状態とされる。
そして、第２加熱部からの光２０Ｌの照射を停止することで、光ファイバの先端にボールレンズが形成された光透過性部品としての光ファイバ１２０が製造される。
本実施形態の光透過性部品の製造方法、及び、光透過性部品の製造システムでは、第２領域ＡＲ２は安定して加熱されるため、第２領域ＡＲ２の少なくとも一部が安定して変形される。従って、光透過性部品である光ファイバ１２０の一部にボールレンズ１２１を安定して形成することができる。なお、光ファイバ１２０の一部が変形される場合、当該変形により形成されるものはボールレンズ１２１に限定されない。
なお、本実施形態において、第１加熱工程ＰＳ２において、図１７に示す光２０Ｌのように光１０Ｌが光ファイバ１２０ａの端部の全体に照射され、光ファイバ１２０ａの端部の全体が所定の温度以上に加熱されてもよい。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１８から図２１を参照して詳細に説明する。なお、上記実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。
図１８は、本実施形態に係る光透過性部品を示す概念図である。図１８に示されるように、本実施形態では、光透過性部品として光ファイバ１３０が例示される。本実施形態の光ファイバ１３０では、所定の区間において被覆層１１３が剥離され、当該区間にクラッドモード光ストリッパ１３１が形成されている。本実施形態のクラッドモード光ストリッパ１３１は、クラッド１１２において螺旋状の溝状に形成された部位である。クラッドモード光ストリッパ１３１は、クラッド１１２を伝搬する不要なクラッドモード光を外部に放射する。この光ファイバ１３０は、上記のように所定の区間において被覆層１１３が剥離されクラッドモード光ストリッパ１３１が形成された点を除き、第２実施形態の光ファイバ１１０ａ或いは光ファイバ１１０ｂと同様の構成とされる。また或いは、この光ファイバ１３０は、第２実施形態の光ファイバ１１０における被覆層１１３が剥離された光ファイバ１１０ａと光ファイバ１１０ｂとの接続部分にクラッドモード光ストリッパ１３１が形成されたものであってもよい。従って、光ファイバ１３０は、光がコア１１１を伝搬する光透過性部品である。
次に、クラッドモード光ストリッパ１３１が形成された光ファイバ１３０を製造する製造方法について説明する。
本実施形態の光ファイバ１３０の製造方法の工程を示すフローチャートは、第１実施形態の図２で示したフローチャートと同様とされる。
＜準備工程ＰＳ１＞
本実施形態では、本工程において、光ファイバ１３０ａを準備する。この光ファイバ１３０ａは、第２実施形態の光ファイバ１１０ａ，１１０ｂと同様の構成とされ、コア１１１を光が伝搬する光透過性の被加工体である。本実施形態では、光ファイバ１３０ａの長手方向における一部の区間において、被覆層１１３を剥離する。
図１９は、光ファイバ１２０ａが光ファイバ加工融着機２にセットされた図である。光ファイバ加工融着機２は、本実施形態では、光透過性の被加工体である光ファイバ１３０ａを加工して光透過性部品である光ファイバ１３０を製造する光透過性部品の製造システムである。
図１９に示されるように、本実施形態では、光ファイバ１３０ａの被覆層１１３が剥離された区間の一方側が一方の光ファイバ固定部３０ａに固定され、光ファイバ１３０ａの被覆層１１３が剥離された区間の他方側が他方の光ファイバ固定部３０ｂに固定される。このとき被覆層１１３が剥離された区間に第１加熱部１０及び第２加熱部２０から光が照射される位置となるように、光ファイバ１３０ａは光ファイバ固定部３０ａ，３０ｂに固定される。図１９では理解の容易のために第１加熱部１０から光が出射されているように記載されているが、本工程では第１加熱部１０からは光が出射されない。こうして、一部区間における被覆層１１３が剥離された光ファイバ１３０ａは光ファイバ加工融着機２にセットされる。ここで、図１９では、第１加熱部１０、第２加熱部２０が対向しているように記載されているが、第１加熱部１０、第２加熱部２０が同じ側にあってもよい。
＜第１加熱工程ＰＳ２＞
図２０は、本工程を示す図である。本実施形態では、本工程において、第２実施形態において光ファイバ１１０ａ，１１０ｂの端部の一部を含む第１領域が所定の温度以上に加熱されたのと同様に、光ファイバ１３０ａの被覆層１１３が剥離された区間におけるクラッド１１２の一部を含む第１領域が所定の温度以上に加熱される。
＜第２加熱工程ＰＳ３＞
図２１は本実施形態における本工程の様子を示す図である。図２１に示されるように、第２加熱部２０から出射する光２０Ｌは、第１加熱工程ＰＳ２で所定の温度以上に加熱された第１領域ＡＲ１の少なくとも一部を含む第２領域ＡＲ２に集光される。本実施形態では、光２０Ｌは、クラッド１１２の一部に集光され、第２領域ＡＲ２全体が所定の温度よりも高い温度まで加熱される。本実施形態では、石英がアブレーションされる温度まで第２領域ＡＲ２を加熱する。従って、光２０Ｌが集光される第２領域ＡＲ２は凹状に加工される。こうして、第２領域ＡＲ２が加熱前と異なる状態とされる。
次に、制御部５０は、光ファイバ１３０ａが軸中心に回転しながら長手方向に沿って移動するように、光ファイバ固定部３０ａ，３０ｂを移動させる。従って、光２０Ｌが集光する第２領域ＡＲ２は、光ファイバ１３０ａ上を図２１に破線矢印で示されるように移動する。この第２領域ＡＲ２の移動に伴い、クラッド１１２は、螺旋状の溝が形成され、当該溝がクラッドモード光ストリッパ１３１となる。
こうして、クラッドモード光ストリッパ１３１が形成された光透過性部品としての光ファイバ１３０が製造される。
本実施形態の光透過性部品の製造方法、及び、光透過性部品の製造システムでは、第２領域ＡＲ２は安定して加熱されるため、第２領域ＡＲ２の少なくとも一部が安定してアブレーションされる。従って、光透過性部品である光ファイバ１３０の一部にクラッドモード光ストリッパ１３１を安定して形成することができる。なお、光ファイバ１２０の一部がアブレーションされる場合、当該アブレーションにより形成されるものはクラッドモード光ストリッパ１３１に限定されない。
なお、本実施形態においても、第１加熱工程ＰＳ２において、光ファイバ１３０ａにおけるクラッドモード光ストリッパ１３１が形成される区間全体に光１０Ｌが照射されて、当該区間全体が所定の温度以上に加熱されてもよい。
以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、第１加熱部１０が被加工体の一部を所定の温度以上に加熱する例を主に示したが、各実施形態で注釈したように、第１加熱部１０は第２加熱部２０で加熱される領域全体を加熱してもよい。すなわち、第２領域ＡＲ２が第１領域ＡＲ１内であってもよい。また、第１加熱部１０は、被加工体全体を加熱してもよい。
また、上記実施形態では、第２加熱工程ＰＳ３において、第２加熱部２０から光２０Ｌが照射されると、第１加熱部１０からの光１０Ｌの照射が停止された。つまり、第２加熱工程ＰＳ３が開始されると、第１加熱工程ＰＳ２が停止された。しかし、第２加熱工程ＰＳ３以降も第１加熱工程ＰＳ２が継続して行われてもよい。例えば、上記のように第１加熱部１０が第２加熱部２０で加熱される領域全体を加熱する場合、第１領域ＡＲ１が第１加熱部１０で加熱されながら、第１領域ＡＲ１内の一部の領域が第２加熱部２０により加熱されてもよい。
また、上記実施形態では、第２加熱工程ＰＳ３において、第２加熱部２０から出射される光２０Ｌが集光された。しかし、第２加熱部２０から出射される光２０Ｌが集光されず、例えば、コリメート光とされてもよい。
上記実施形態では、第２加熱工程ＰＳ３において、第２領域ＡＲ２が第１加熱工程ＰＳ２で加熱される第１領域ＡＲ１の温度よりも高い温度に加熱された。しかし、第１加熱工程ＰＳ２で加熱される第１領域ＡＲ１の温度が、第２加熱工程ＰＳ３で加熱される第２領域ＡＲ２の温度よりも高くてもよい。この場合、第１加熱工程ＰＳ２で加熱される第１領域ＡＲ１は、被加工体の一部であることが好ましい。
また、上記実施形態では、光透過性部品の製造システムは、第１加熱部１０及び第２加熱部２０をそれぞれ１つ備えていたが、第１加熱部１０及び第２加熱部２０の少なくとも一方が複数であってもよい。例えば、第２加熱部２０が複数備えられる場合、複数の第２領域ＡＲ２に同時に光２０Ｌを照射することができる。
また、被加工体の形状は特に限定されず、例えば、板状、円錐状、角柱状、角錐状等の部材であってもよい。また、光透過性部品１００の材料は、ガラスを含んでいればよい。従って、被加工体１００ａの材料もガラスを含むことになる。また、光透過性部品の材料は光透過性の材料であれば特に限定されず、樹脂であってもよい。
また、上記光透過性部品の製造システムは、第１加熱部１０と、第２加熱部２０とを備えていればよく、固定部３０や光ファイバ固定部３０ａ、３０ｂ、カメラ４０、制御部５０は必須の構成ではない。
また、上記光透過性部品の製造システムは、光透過性部品の製造装置としての上記の加工機１に限定されず、第１加熱部１０と、第２加熱部２０と、固定部３０と、カメラ４０と、制御部５０とが、１つの装置内に組み込まれていなくてもよい。例えば、制御部５０が別の場所に配置され、ネットワークを介して第１加熱部１０と、第２加熱部２０と、カメラ４０とに接続されていてもよい。
本発明によれば、安定して光透過性部品を製造し得る光透過性部品の製造方法、及び、光透過性部品の製造システムが提供され得、光ファイバを用いるシステム等といった光透過性部品を用いる技術分野において利用することができる。

Claims (22)

  1. 光透過性の被加工体を準備する準備工程と、
    前記被加工体の少なくとも一部を含む第１領域を所定の温度以上に加熱する第１加熱工程と、
    常温で前記被加工体を透過し前記所定の温度以上で前記被加工体に吸収される波長の光を前記第１加熱工程で加熱された前記第１領域の少なくとも一部を含む第２領域に照射し、前記第２領域を前記所定の温度より高い温度に加熱して、前記第２領域の少なくとも一部の材質を当該加熱前と異なる状態とする第２加熱工程と、
    を備える
    ことを特徴とする光透過性部品の製造方法。
  2. 前記第２領域は、前記第１領域内に位置する
    ことを特徴とする請求項１に記載の光透過性部品の製造方法。
  3. 前記第２領域は、前記第１領域の少なくとも一部と前記第１領域以外の少なくとも一部とを含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の光透過性部品の製造方法。
  4. 前記第２領域は前記被加工体の一部とされ、
    前記第２加熱工程において、前記所定の温度よりも高い温度に加熱される前記第２領域が前記第１領域とは異なる領域に移動するように、前記被加工体に照射される前記光の位置を移動させる
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光透過性部品の製造方法。
  5. 前記第２加熱工程において、前記第２領域に照射される前記光の光路は、当該光によって照射される前記第２領域以外における前記所定の温度以上の領域と重ならない
    ことを特徴とする請求項４に記載の光透過性部品の製造方法。
  6. 前記第２加熱工程において、前記第２領域の少なくとも一部をアブレーションする
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光透過性部品の製造方法。
  7. 前記第２加熱工程において、前記第２領域の少なくとも一部を変形させる
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光透過性部品の製造方法。
  8. 前記第２加熱工程において、２つの前記被加工体を融着させる
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光透過性部品の製造方法。
  9. 前記第２領域に前記光が照射される時点以降に前記第１加熱工程を停止する
    ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光透過性部品の製造方法。
  10. 前記第２加熱工程において、前記被加工体に吸収される前記光を半導体レーザ又はファイバレーザから前記第２領域に向けて照射する
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光透過性部品の製造方法。
  11. 前記被加工体の材料は、ガラスを含む
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光透過性部品の製造方法。
  12. 前記被加工体の形状は、円柱状である
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光透過性部品の製造方法。
  13. 光透過性の被加工体の少なくとも一部を含む第１領域を所定の温度以上に加熱可能な第１加熱部と、
    常温で前記被加工体を透過し前記所定の温度以上で前記被加工体に吸収される波長の光を前記所定の温度以上に加熱された前記第１領域の少なくとも一部を含む第２領域に照射し、前記第２領域を前記所定の温度より高い温度に加熱可能な第２加熱部と、
    を備え、
    前記第２加熱部が前記第２領域を前記所定の温度より高い温度に加熱する場合に、前記第２領域の少なくとも一部の材質が当該加熱前と異なる状態となる
    ことを特徴とする光透過性部品の製造システム。
  14. 前記第２加熱部は、前記光を前記第１領域内に照射可能である
    ことを特徴とする請求項１３に記載の光透過性部品の製造システム。
  15. 前記第２加熱部は、前記第１領域の少なくとも一部と前記第１領域以外の少なくとも一部とに前記光を照射可能である
    ことを特徴とする請求項１３に記載の光透過性部品の製造システム。
  16. 前記第２領域は前記被加工体の一部とされ、
    前記第２加熱部は、前記所定の温度よりも高い温度に加熱される前記第２領域が前記第１領域とは異なる領域に移動するように、前記被加工体に照射される前記光の位置を移動させることが可能である
    ことを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載の光透過性部品の製造システム。
  17. 前記第２加熱部は、前記第２領域に照射される前記光の光路が当該光によって照射される前記第２領域以外における前記所定の温度以上の領域と重ならないように前記光を出射可能である
    ことを特徴とする請求項１６に記載の光透過性部品の製造システム。
  18. 前記第２加熱部は、前記第２領域の少なくとも一部をアブレーション可能である
    ことを特徴とする請求項１３から１７のいずれか１項に記載の光透過性部品の製造システム。
  19. 前記第２加熱部は、２つの前記被加工体を融着接続可能である
    ことを特徴とする請求項１３から１８のいずれか１項に記載の光透過性部品の製造システム。
  20. 前記第２加熱部が前記第２領域に前記光を照射する時点以降に、前記第１加熱部は前記第１領域の加熱を停止可能である
    ことを特徴とする請求項１３から１９のいずれか１項に記載の光透過性部品の製造システム。
  21. 前記第２加熱部は、半導体レーザまたはファイバレーザである
    ことを特徴とする請求項１３から２０のいずれか１項に記載の光透過性部品の製造システム。
  22. 前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方を撮影可能なカメラと、
    制御部と、
    を更に備え、
    前記制御部は、前記カメラが撮影した映像または画像に係る信号に基づいて、前記第１加熱部及び前記第２加熱部の少なくとも一方による前記被加工体の加熱を制御可能である
    ことを特徴とする請求項１３から２１のいずれか１項に記載の光透過性部品の製造システム。


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