JP2013172811A - ガスセルの封止方法およびガスセル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスセルの封止方法は、ガスセルに設けられた排気孔の一部を塞ぐ位置又は該排気孔を覆う位置に栓基材を配置するとともに、該排気孔と該栓基材との間に、溶融した状態で該排気孔と前記栓基材との空隙を塞ぐ量の封止材であって、溶融していない状態で該排気孔と該栓基材との空隙の一部を保つ形状の封止材を配置する配置工程と、前記排気孔と前記栓基材との空隙から前記ガスセル内を排気する排気工程と、前記封止材を加熱して溶融させるとともに、前記栓基材が前記排気孔に押し付けられる方向に力を加える加熱・加圧工程と、前記封止材を冷却し、該封止材が冷却により硬化することによって前記排気孔を封止する冷却工程とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明はガスセルを封止する工程において封止材の収縮によるクラックの発生を軽減する技術を提供することを目的とする。
(1)構成
図1は、一実施形態に係る磁気測定装置1の構成を表すブロック図である。磁気測定装置1は、心臓から発生する磁場(心磁)または脳から発生する磁場(脳磁)等、生体から発生する磁場を、生体の状態の指標として測定する生体状態測定装置である。磁気測定装置1は、ガスセルアレイ10と、ポンプ光照射ユニット20と、プローブ光照射ユニット30と、検出ユニット40とを有する。ガスセルアレイ10は、複数のガスセルを有する。ガスセル内には、アルカリ金属ガス(例えば、セシウム(Cs))が封入されている。ポンプ光照射ユニット20は、アルカリ金属原子と相互作用するポンプ光(例えば、セシウムのD1線に相当する波長894nmの光)を出力する。ポンプ光は円偏光成分を有する。ポンプ光が照射されると、アルカリ金属原子の最外殻電子が励起され、スピン偏極が生じる。スピン偏極したアルカリ金属原子は、被測定物が生じる磁場Bによって歳差運動をする。一つのアルカリ金属原子のスピン偏極は、時間の経過とともに緩和するが、ポンプ光がCW(Continuous Wave)光であるので、スピン偏極の形成と緩和は、同時平行的かつ連続的に繰り返される。その結果、原子の集団全体としてみれば、定常的なスピン偏極が形成される。
図7は、ガスセル11の製造工程を示すフローチャートである。ステップS10(コーティング工程)において、ガスセル11の内壁にコーティング層が形成される。コーティング層には、例えばパラフィンが用いられる。コーティング層は、ドライプロセスまたはウェットプロセスにより塗布される。ステップS20(アンプル収納工程)において、ガスセル11にアンプルが収納される。アンプルの内部にはアルカリ金属固体が封入されている。ステップS30(封止工程)において、ガスセル11は封止される。ガスセル11の封止は、真空状態で行われる。
ステップS50(気化工程)において、アンプル内のアルカリ金属固体が気化される。具体的には、ガスセル11を加熱することによりアルカリ金属固体を加熱し、気化させる。
ステップS60(拡散工程)において、アルカリ金属ガスが拡散される。具体的には、ある温度(室温より高い温度が望ましい)で一定時間保持することにより、アルカリ金属ガスが拡散される。
図10は、第2の実施形態に係るガスセル11Bの排気管112Bの断面図である。本実施形態に係るガスセル11Bが、上述した第1の実施形態に係るガスセル11と異なる点は、排気管112に代えて、排気管112Bを備える点と、ガスセル11Bの製造工程においてプラグ12に代えて石英棒121Bとフリットシール玉122Bとを用いる点である。以下の説明においては、上述した第1の実施形態と同様の構成要素及び工程については、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。
図13は、第3の実施形態に係るガスセル11Cの排気管112Cの断面図である。本実施形態に係るガスセル11Cが、上述した第1の実施形態に係るガスセル11と異なる点は、排気管112に代えて、排気管112Cを備える点と、ガスセル11Cの製造工程において、プラグ12に代えて、ガラスリッド16とフリットシールのスポットS1,S2,…とを用いる点である。以下の説明においては、上述した第1の実施形態と同様の構成要素及び工程については、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。以下、変形例をいくつか説明する。以下の変形例のうち2つ以上のものが組み合わせて用いられてもよい。
ガスセルの製造方法は、図7で例示したものに限定されない。図7に示した工程に別の工程が加えられてもよい。または、工程の順番が入れ替えられてもよいし、工程のうち一部が省略されてもよい。例えば、コーティング工程が省略されてもよい。
ガスセルの形状は実施形態で説明したものに限定されない。実施形態では、ガスセルの形状が直方体である例を説明したが、ガスセルの形状は、直方体以外の多面体、または、円柱等、一部に曲面を有するものであってもよい。例えば、ガスセルは、アルカリ金属原子が凝固する温度以下に温度が低下したときにアルカリ金属固体を溜めるためのリザーバー(金属溜まり)を有していてもよい。なお、アルカリ金属は、少なくとも測定時にガス化していればよく、常にガス状態である必要はない。
アンプル破壊工程の具体的内容は、実施形態で説明したものに限定されない。アンプルは、熱膨張係数が異なる2つの材料が張り合わされた部分を有してもよい。この場合、アンプル破壊工程においては、レーザー光照射に代わり、アンプル(が収納されたガスセル全体)が加熱される。加熱の際は、熱膨張係数の違いによりアンプルが破壊する程度の熱が加えられる。また、力学的な衝撃や振動を与えることにより、アンプルを主室111の内壁に衝突させ、アンプルを破壊してもよい。
上述の実施形態および変形例において、ガスセルにアルカリ金属原子を導入する際に固体状態で導入する例を説明した。しかし、ガスセルにアルカリ金属原子を導入するときの状態は、固体に限定されない。アルカリ金属原子は、固体、液体、または気体のうち、どの状態でガスセルに導入されてもよい。また、アンプルの代わりにカプセルが用いられてもよい。
また、上述の第1及び第2の実施形態では、栓基材として円柱の形状の石英棒を用いたが、栓基材の形状はこれに限らず、例えば、平板形状や他の形状であってもよい。
また、上述の第2の実施形態では、嵌合穴112bと排気路112cとはともに円筒形状であったが、嵌合穴と排気路の形状は円筒形状に限らず、例えば角柱の形状等、他の形状であってもよい。
ガスセル11の用途は、磁気センサーに限定されない。例えば、ガスセル11は、原子発振器に用いられてもよい。
上述の実施形態では、栓基材の熱膨張係数が排気管112の熱膨張係数より低い場合について説明したが、これに限らず、栓基材の熱膨張係数が、排気管の熱膨張係数と同等の材料で構成されてもよい。
上述の第1及び第2の実施形態では、加熱・加圧工程において、プラグ12に対して力を加えたが、これに限らず、プラグ12を固定し、ガスセル11をプラグ側へ押すことによって、排気管112と石英棒121との空隙が小さくなる方向に力を加えるようにしてもよい。また、上述の第3の実施形態では、加熱・加圧工程において、ガスセル11に対して力を加えたが、これに限らず、ガスセル11を固定し、ガラスリッド16をガスセル11側へ押すことによって、ガラスリッド16を排気穴112dに押し付けてもよい。
Claims (6)
- ガスセルに設けられた排気孔の一部を塞ぐ位置又は該排気孔を覆う位置に栓基材を配置するとともに、該排気孔と該栓基材との間に、溶融した状態で該排気孔と前記栓基材との空隙を塞ぐ量の封止材であって、溶融していない状態で該排気孔と該栓基材との空隙の一部を保つ形状の封止材を配置する配置工程と、
前記排気孔と前記栓基材との空隙から前記ガスセル内を排気する排気工程と、
前記封止材を加熱して溶融させるとともに、前記栓基材が前記排気孔に押し付けられる方向に力を加える加熱・加圧工程と、
前記封止材を冷却し、該封止材が冷却により硬化することによって前記排気孔を封止する冷却工程と
を備えることを特徴とするガスセルの封止方法。 - 前記排気孔は、内径が前記栓基材よりも大きい第1の部分と該栓基材よりも小さい第2の部分とを有し、
前記配置工程においては、前記栓基材を前記第1の部分に配置するとともに、前記封止材を前記栓基材と前記第2の部分との間に配置し、
前記加熱・加圧工程においては、前記第1の部分に配置された前記栓基材を前記第2の部分に押し当てる
ことを特徴とする請求項1に記載のガスセルの封止方法。 - 前記排気孔は管状であり、かつ一部が狭窄した形状である
ことを特徴とする請求項2に記載のガスセルの封止方法。 - 前記配置工程においては、前記栓基材の一部又は全部が前記封止材でコーティングされた栓基材を前記排気孔に配置する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のガスセルの封止方法。 - 前記栓基材は、前記排気孔の内径よりも大きく、
前記配置工程においては、前記栓基材が前記排気孔を覆う面において高さが異なる複数のスポットが前記封止材により形成された栓基材を、前記排気孔を覆う位置に配置する
ことを特徴とする請求項1に記載のガスセルの封止方法。 - 排気孔を有するガスセルと、
前記排気孔の一部を塞ぐ位置又は該排気孔を覆う位置に設けられた栓基材と、
前記ガスセルが封止される前の状態においては前記排気孔と前記栓基材との空隙の一部を塞ぎ、加熱により溶融するとともに前記栓基材が前記排気孔に押し付けられる方向に力が加わることによって肉薄に変形し、その後冷却により硬化して前記排気孔を封止する封止材と
を備えることを特徴とするガスセル。
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