JP2013181941A

JP2013181941A - ガスセルおよびガスセルのコーティング方法

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Publication number: JP2013181941A
Application number: JP2012047700A
Authority: JP
Inventors: Kimio Nagasaka; 公夫長坂; Shinobu Yokogawa; 忍横川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2032-03-05
Also published as: US9521958B2; JP5994293B2; US20130230673A1

Abstract

【課題】ガスセルの非緩和特性と温度特性を両立させる技術を提供する。
【解決手段】ガスセルは、内部にアルカリ金属原子が充填されるガスセルであって、極性基を有する化合物又は該化合物を含む材料により形成された内壁と、前記内壁をコーティングするコーティング層であって、前記極性基に化学結合する官能基と非極性基とを有する第１の分子により形成された第１のコーティング層と、前記第１のコーティング層上に、非極性の第２の分子により形成された第２のコーティング層とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスセルおよびガスセルのコーティング方法に関する。

生体の心臓等から発せられる磁場を検出する生体磁気測定装置として、光ポンピング式の磁気センサーが用いられている。特許文献１は、ガスセルと、ポンプ光と、プローブ光とを用いた磁気センサーを開示している。この磁気センサーにおいては、ガスセル内に封入された原子は、ポンプ光により励起され、スピンの偏極を生じる。ガスセルを透過したプローブ光の偏光面は磁場に応じて回転するので、プローブ光の偏光面の回転角を用いて磁場が測定される。また、ガスセルの内壁面をコーティングする方法として、例えば非特許文献１は、パラフィンを用いた非緩和コーティングセルを開示している。

特開２００９−２３６５９９号公報

M. A. Bouchiat and J. Brossel, "Relaxation of Optically Pumped Rb Atoms on Paraffin-Coated Walls", Physical Review, Vol.147, No.1, pp.41-54(1965)

ところで、非特許文献１に記載の技術では、コーティングの非緩和性能を表す指標として、原子のスピン偏極が消失する時間内にセル内壁に衝突する回数が使われている。その値は１０，０００回程度であり、磁場感度を向上させるにはパラフィンコーティングは十分な効果がある。しかし、セルを５０℃以上に加熱すると非緩和特性が劣化する問題があった。

パラフィン分子は比較的長い直鎖上の構造を持っているため、構成する原子間のファンデルワールス力が弱くても分子全体では強い引力が働く。しかしガスセル（主にホウ硅酸ガラスか石英で造られる）の内壁面はシラノール基に代表される極性基に覆われているため、パラフィン分子にはファンデルワールス力などの引力が働きつつも疎水効果によりむしろ剥離しやすい状態となり、加熱により容易に吸着状態が変化することが推測されている。

一方、パラフィンの物理吸着に対して、ガスセルの内壁との化学反応により結合させてコーティング層を形成するシラン系の材料も提案されている。具体的には、ＯＴＳ（オクタデシル・トリクロロ・シラン，Ｃ₁₈Ｈ₃₇Ｃ_l3Ｓｉ）等である。この材料は、温度特性は良好で約１５０℃の耐熱性が確認されている。しかしスピン偏極消失までの衝突回数は、最多でも２，１００回程度に止まりパラフィンに劣る。
本発明は、ガスセルの内壁の非緩和特性と耐熱性とを両立させる技術を提供する。

本発明は、内部にアルカリ金属原子が充填されるガスセルであって、極性基を有する化合物又は該化合物を含む材料により形成された内壁と、前記内壁をコーティングするコーティング層であって、前記極性基に化学結合する官能基と非極性基とを有する第１の分子により形成された第１のコーティング層と、前記第１のコーティング層上に、非極性の第２の分子により形成された第２のコーティング層とを有するガスセルを提供する。この構成によれば、ガスセルの内壁表面に存在する極性基と第１の分子の官能基とが化学結合することにより、ガスセルの内壁表面の極性基の露出が減少する。また、第１のコーティング層の上に非極性の第２の分子により更にコーティングがなされることにより、非緩和特性が高くなる。これにより、ガスセルの内壁の非緩和特性と耐熱性とを両立させることができる。

また、本発明に係るガスセルは、上記ガスセルにおいて、前記非極性基と前記第２の分子は有機物質であることとしてもよい。この構成によれば、ガスセルの内壁表面に存在する極性基と第１の分子の官能基とが化学結合することにより、ガスセルの内壁表面の極性基の露出が減少する。また、第１のコーティング層の上に有機物質により更にコーティングがなされることにより、非緩和特性が高くなる。これにより、ガスセルの内壁の非緩和特性と耐熱性とを両立させることができる。

また、本発明に係るガスセルは、上記ガスセルにおいて、前記第１の分子はシランカップリング剤であることとしてもよい。この構成によれば、ガスセルの内壁表面に存在する極性基とシランカップリング剤の官能基とが化学結合することにより、ガスセルの内壁表面の極性基の露出が減少する。また、第１のコーティング層の上に非極性の第２の分子により更にコーティングがなされることにより、非緩和特性が高くなる。これにより、ガスセルの内壁の非緩和特性と耐熱性とを両立させることができる。

また、本発明に係るガスセルは、上記ガスセルにおいて、前記第２の分子は炭化水素であることとしてもよい。この構成によれば、ガスセルの内壁表面に存在する極性基と第１の分子の官能基とが化学結合することにより、ガスセルの内壁表面の極性基の露出が減少する。また、第１のコーティング層の上に炭化水素により更にコーティングがなされることにより、非緩和特性が高くなる。これにより、ガスセルの内壁の非緩和特性と耐熱性とを両立させることができる。

また、本発明に係るガスセルは、上記ガスセルにおいて、前記炭化水素はパラフィンであることとしてもよい。この構成によれば、ガスセルの内壁表面に存在する極性基と第１の分子の官能基とが化学結合することにより、ガスセルの内壁表面の極性基の露出が減少する。また、第１のコーティング層の上にパラフィンにより更にコーティングがなされることにより、非緩和特性が高くなる。これにより、ガスセルの内壁の非緩和特性と耐熱性とを両立させることができる。

また、本発明は、内部にアルカリ金属原子が充填されるガスセルの内壁をコーティングするコーティング方法であって、極性基を有する化合物又は該化合物を含む材料により形成された前記内壁を、該極性基に化学結合する官能基と非極性基とを有する第１の分子でコーティングすることによってコーティング層を形成する第１のコーティング工程と、前記コーティング層上を、非極性の第２の分子でコーティングすることによってコーティング層を形成する第２のコーティング工程とを有するガスセルのコーティング方法を提供する。このコーティング方法によれば、ガスセルの内壁表面に存在する極性基と第１の分子の官能基とが化学結合することにより、ガスセルの内壁表面において極性基の露出が減少する。また、第１のコーティング層の上に非極性の第２の分子により更にコーティングがなされることにより、非緩和特性が高くなる。これにより、ガスセルの内壁の非緩和特性と耐熱性とを両立させることができる。

磁気測定装置１の構成を表すブロック図。ガスセルアレイ１０の外観図。ガスセルアレイ１０の上面図。ガスセルアレイ１０のIV−IV断面図。ガスセルアレイ１０のV−V断面図。ガスセルアレイ１０の製造工程を示すフローチャート。コーティング工程を示すフローチャート。ＯＴＳ分子がガラス板２の表面に吸着する過程を説明する図。ＯＴＳ分子の珪素とガラス板２の酸素との結合を説明する図。パラフィン分子がＯＴＳ分子に物理吸着した状態を示す図。コーティングされたガラス板２の断面図。切断されたガラス板を示す図。アンプルが収納されたガスセルアレイ１０を示す模式図。アルカリ金属ガスが拡散されたガスセルアレイ１０を示す模式図。変形例２に係るガスセルアレイ１５の外観図。ガスセルアレイ１５のXVI−XVI断面図。変形例７に係るガスセルアレイの製造工程を示すフローチャート。

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。

プローブ光照射ユニット３０は、直線偏光成分を有するプローブ光を出力する。ガスセルの透過前後において、プローブ光の偏光面は、ファラデー効果により回転する。偏光面の回転角は、磁場Ｂの関数である。検出ユニット４０は、プローブ光の回転角を検出する。検出ユニット４０は、入射した光の光量に応じた信号を出力する光検出器と、信号を処理するプロセッサーと、データを記憶するメモリーとを有する。プロセッサーは、光検出器から出力された信号を用いて磁場Ｂの大きさを算出する。プロセッサーは、算出した結果を示すデータをメモリーに書き込む。こうして、ユーザーは、被測定物から発生する磁場Ｂの情報を得ることができる。また、ポンプ光とブローブ光を一本のビームで兼ねる非線形磁気光学も利用可能である。

図２は、ガスセルアレイ１０の外観図であり、図３は、ガスセルアレイ１０の上面図である。ここで、「上」とは図２のｚ軸正方向をいう。この例で、ガスセルアレイ１０は、ｘｙ平面上に２次元配置された複数（２×２個）のガスセルを有する。ガスセルは、内部にアルカリ金属ガスが封入された、直方体のセル（箱）である。ガスセルは、石英ガラスまたはホウケイ酸ガラス等、光透過性を有する材料を用いて形成される。また、ガスセルアレイ１０は、ｘｙ平面上において２×２個のガスセルを囲むように設けられたダミーセルを有する。中央の２×２個のガスセルは磁場の測定に寄与するセルであるが、ダミーセルは磁場の測定に寄与しないセルである。

図４は、ガスセルアレイ１０のIV−IV断面図である。この断面は、ｘｚ平面に平行である。この断面には、ガスセル１１０と、ガスセル１２０と、ダミーセル１３０とが示されている。ガスセル１１０とダミーセル１３０との間には、貫通孔１１１が設けられている。ガスセル１２０とダミーセル１３０との間には、貫通孔１２１が設けられている。

図５は、ガスセルアレイ１０のV−V断面図である。この断面は、ｘｙ平面に平行である。この断面には、ガスセル１１０と、ガスセル１２０と、ガスセル１４０と、ガスセル１５０と、ダミーセル１３０とが示されている。ガスセル１４０とダミーセル１３０との間には、貫通孔１４１が設けられている。ガスセル１５０とダミーセル１３０との間には、貫通孔１５１が設けられている。貫通孔１１１、貫通孔１２１、貫通孔１４１、および貫通孔１５１の機能については後述する。

２．製造方法
図６は、ガスセルアレイ１０の製造工程を示すフローチャートである。ステップＳ１００（コーティング工程）において、ガスセルアレイ１０を形成するためのガラス板にコーティング層が形成される。

図７は、ステップＳ１００に示すガスセルアレイ１０のコーティング工程を示すフローチャートである。ステップＳ３００（第１のコーティング工程）において、ＯＴＳ分子を用いてガスセルアレイ１０を形成するためのガラス板２の表面をコーティングする。ＯＴＳ分子は本発明に係る第１の分子の一例である。

図８は、ＯＴＳ分子がガラス板２の表面に吸着する過程を説明する図である。ガラス板２は、上述したように、石英ガラスやホウケイ酸ガラス等の材料を用いて形成される。これらの材料は、珪素と酸素を主成分とし、その表面の珪素に水酸基が結合されている（図８の（ａ）参照）。

ＯＴＳ分子は、ガラス板２の水酸基に化学結合する官能基と、非極性基とを有している。ＯＴＳ分子は、シクロヘキサン、ヘキサンやクロロホルム等の溶剤に分散した状態で、ガラス板２の表面に塗布される。ＯＴＳ分子は、ガラス板２の表裏両面に塗布される。ＯＴＳ分子がガラス板２の水酸基に到達すると、ＯＴＳ分子の塩素と水酸基の水素が脱離し（図８の（ｂ）参照）、ＯＴＳ分子の珪素とガラス板２の酸素とが結合する（図８の（ｃ）参照）。この結合により、ＯＴＳ分子により第１のコーティング層が形成される。

図９はＯＴＳ分子の珪素とガラス板２の酸素との他の結合態様を示す図である。珪素とガラス板２の表面の酸素との結合の態様は、ＯＴＳ分子のそれぞれで異なり、図８の（ｃ）に示したものに限らず、図９に示すように、ガラス板２表面の酸素が珪素から脱離して、ＯＴＳ分子の２つの珪素と脱離した酸素とが結合する場合もある。

再び図７を参照する。ＯＴＳ分子によって第１のコーティング層が形成されると、ステップＳ３１０（第２のコーティング工程）において、パラフィン分子をＯＴＳ層（第１のコーティング層）の表面に気相蒸着し、パラフィン層（第２のコーティング層）を形成する。パラフィン層は、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。パラフィン分子も、ＯＴＳ分子と同様にガラス板２の表裏両面に塗布される。

図１０は、パラフィン分子がＯＴＳ分子に物理吸着した状態を示す図である。パラフィン分子は非極性分子であるが、分子量が大きいためＯＴＳ分子の非極性基との間に強い分子間引力が生じ、この引力によって物理吸着する。また、この分子間引力の作用によりパラフィン分子を複数層に渡って堆積することが可能で、層の厚さの調整が可能である。

図１１は、コーティングされたガラス板２の断面図である。第１のコーティング工程によって、ガラス板２の表面に第１のコーティング層２ａが形成され、更にその上に第２のコーティング工程によって第２のコーティング層２ｂが形成される。これらのコーティング層を適度な層厚に調整できれば、ガラス板２の表面の極性基の露出が軽減し、スピン偏極の非緩和性能の向上が見込める。

再び図６を参照する。ステップＳ１１０（切断工程）において、コーティング層が形成されたガラス板２が切断される。

図１２は、切断されたガラス板を示す図である。ガラス板１１およびガラス板１２は、ガスセルアレイ１０の上面および下面を形成する部材である。ここで、「上」とは図２のｚ軸正方向をいい、「下」とはｚ軸負方向をいう。ガラス板２１、ガラス板２２、ガラス板２３、およびガラス板２４は、ガスセルアレイ１０の外部側面を形成する部材である。「外部側面」とはｘｙ平面に垂直であり、外部に露出している面をいう。ガラス板３１、ガラス板３２、ガラス板３３、ガラス板３４、ガラス板３５、ガラス板４１、およびガラス板４２は、ガスセルを形成する部材である。ガラス板３４およびガラス板３５には、貫通孔（貫通孔１１１、貫通孔１２１、貫通孔１４１、および貫通孔１５１）となる溝（凹部）が設けられている。この例では、ガラス板３１、ガラス板３２、およびガラス板３３がｘｚ平面に平行な壁面を形成する。ガラス板３１、ガラス板３２、およびガラス板３３は、ｙ軸座標が大きくなる向きにこの順番で配置される。ガラス板３４、ガラス板３５、ガラス板４１、およびガラス板４２はｙｚ平面に平行な壁面を形成する。

再び図６を参照する。ステップＳ１２０（組立工程）において、切断されたガラス板が組み立てられる。この時点では、次にアンプルを収納するため、少なくとも１面が開放された状態まで組み立てられる。例えば、ガスセルアレイ１０の上面を形成するガラス板１１以外のすべての部材が組み立てられる。組み立てにおいては、ガラス板同士が、例えば、溶着、または接着材による接着により接合される。
ステップＳ１３０（アンプル収納工程）において、ガスセルアレイ１０内のダミーセル１３０にアンプルが収納される。アンプルは、開放されている面から収納される。

図１３は、アンプルが収納されたガスセルアレイ１０を示す模式図である。図１３は、図５と同様の断面を示している。アンプル２００の内部にはアルカリ金属固体３００が封入されている。

再び図６を参照する。ステップＳ１４０（封止工程）において、ガスセルアレイ１０は封止される。この例で、ガスセル内には、アルカリ金属ガスに加え、必要に応じて、希ガス等の不活性ガス（バッファーガス）が封入される。その場合、ガスセルアレイ１０の封止は、不活性ガス雰囲気の中で行われる。具体的には、不活性ガス雰囲気の中で、開放されている面の部材（例えば上面を構成するガラス板１１）が接合される。

ステップＳ１５０（アンプル破壊工程）において、アンプル２００が破壊される。具体的には、アンプル２００に焦点を合わせたレーザー光がアンプル２００に照射され、アンプルに穴が開けられる。
ステップＳ１６０（気化工程）において、アンプル２００内のアルカリ金属固体が気化される。具体的には、ガスセルアレイ１０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Ｓ１７０（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１４は、アルカリ金属ガスが拡散されたガスセルアレイ１０を示す模式図である。図１４は、図５と同様の断面を示している。図１４において、白丸はアルカリ金属ガスの原子を模式的に示している。拡散工程において、アルカリ金属ガスは、ダミーセル１３０から、貫通孔１１１、貫通孔１２１、貫通孔１４１、および貫通孔１５１を介して、ガスセル１１０、ガスセル１２０、ガスセル１４０、およびガスセル１５０に拡散される。拡散工程の時間を十分にとれば、すべてのガスセルに対してほぼ均一にアルカリ金属ガスが拡散する。

ところで、ＯＴＳ分子のみでコーティング層を形成した場合は、耐熱性に優れているものの、スピン偏極消失までの衝突回数は、２，１００回程度に止まりパラフィンに劣る。この原因として、ＯＴＳを構成するアルキル基での遮蔽が不十分であり、ガラス表面やＯＴＳ分子の酸素原子を起点とする極性部、酸素や二酸化炭素等の常磁性不純物の露出等が、アルカリ金属原子の吸着エネルギーを増大させていることが考えられる。それに対しこの実施形態では、ガスセルの内壁にＯＴＳ層を形成することにより、ガスセルの内壁表面の極性基の露出が軽減され、かつ、ＯＴＳ層の上にパラフィン層を形成することにより、ガスセル内壁の非緩和特性を高くすることができる。

３．他の実施形態
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。

３−１．変形例１
上述の実施形態では、ガスセルの内壁の極性基に化学結合する官能基と非極性基とを有する第１の分子として、ＯＴＳを用いたが、そのアルキル基の炭素数はこの限りではない。第１の分子は、例えば、ジクロロ・ジメチル・シランや、ジクロロ・オクタデシル・シロキサン、あるいは、メチル・トリクロロ・シラン等の、他のシランカップリング剤であってもよい。また、第１の分子は、いわゆるアンカー効果を発現する分子であればよく、シランカップリング剤に限らない。

また、上述の実施形態では、非極性の第２の分子としてパラフィンを用いたが、第２の分子はパラフィンに限らない。例えば、他の炭化水素であってもよい。第２の分子は、非極性の分子であればどのようなものであってもよい。

また、上述の実施形態では、石英ガラスやホウケイ酸ガラス等の材料で形成されたガスセル（ガスセルアレイ）を用いたが、ガスセルを形成する材料は石英ガラスやホウケイ酸ガラスに限らない。極性基を有する化合物又は該化合物を含む材料により形成された内壁を備えるガスセルであればどのようなものであってもよい。

３−２．変形例２
図１５は、変形例１に係るガスセルアレイ１５の外観図である。図１６は、ガスセルアレイ１５のXVI−XVI断面図である。ガスセルアレイの形状は、実施形態で説明したものに限定されない。ガスセルアレイ１５は、ダミーセル１３０に代わりダミーセル１６０を有している。ダミーセル１６０は、ガスセル群との位置関係が、ガスセルアレイ１０のダミーセル１３０とは異なっている。なお、ダミーセルとは、磁場の測定に寄与しないセルであって、アンプルを収納するためのセルをいう。ガスセルアレイ１５は、ガスセル１１０、ガスセル１２０、ガスセル１４０、ガスセル１５０、およびダミーセル１６０を有している。ガスセル１１０、ガスセル１２０、ガスセル１４０、およびガスセル１５０を含むセル群は、ｘｙ平面上に２次元配置（マトリクス状に配置）される。このセル群に対して、ダミーセル１６０は、セル群の上（ｚ軸正方向、すなわち、セル群が属する平面に垂直な方向）に積まれている。ガスセルアレイ１５によれば、ガスセルアレイ１０と比較して、ｘｙ平面上のサイズを小さくすることができる。また、ｘｙ平面に平行な成分を有する光を入射させた場合、ダミーセルを通過させないぶん、光のｘｙ平面に平行な成分の減衰量が、ガスセルアレイ１０と比較して少なくなる。

図１６に示すように、この例で、ガスセル１１０およびガスセル１２０は、ダミーセル１６０と接続された貫通孔１１２および貫通孔１２２を有する。この断面図には示されていないが、ガスセル１４０およびガスセル１５０も、ダミーセル１６０と接続された貫通孔を有する。

３−３．変形例３
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２００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２００（が収納されたガスセルアレイ全体）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２００が破壊する程度の熱が加えられる。

また、アンプルの破壊はレーザー光の照射によるものに限定されない。力学的な衝撃や振動を与えることにより、アンプル２００をアンプル収容室５３の内壁に衝突させ、アンプルを破壊してもよい。別の例で、アンプル２００に熱応力を発生させる熱を与え、この熱応力によりアンプル２００を破壊してもよい。

３−４．変形例４
ガスセルアレイの製造方法は、図６で例示したものに限定されない。図６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、コーティング工程と切断工程の順番が入れ替えられてもよい。この場合、ガラス板はまず切断され、切断後に、コーティング層が形成される。別の例で、コーティング層の形成後に、その一部を剥離する工程が導入されてもよい。この場合、ガラス板のうち、他のガラス板との接合部分のコーティング層が剥離される。または、ガラス板のうち外部に露出している面のコーティング層が剥離されてもよい。

別の例で、封止工程は、真空下で行われてもよい。この場合、ガスセルは内部に不活性ガスを有さず、アルカリ金属ガスだけを有する。

３−５．変形例５
ダミーセルの形状は実施形態で説明したものに限定されない。ダミーセルは、アンプルの破片を保持するための凹部を有してもよい。凹部は、磁場の測定への影響を最小化するため、例えばコーナー部分に設けられる。凹部は、組立前にガラス板に形成されていてもよいし、穴の開いたガラス板に凹部となる部分を接合することにより形成されてもよい。また、移動（持ち運び）の際にアンプルの破片が動かないように、粘着性の物質が凹部に溜められていてもよい。

３−６．変形例６
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。

３−７．変形例７
図１７は、変形例７に係るガスセルアレイの製造工程を示すフローチャートである。図１７に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１００乃至ステップＳ１２０の処理は、上述した実施形態において図６に示したそれと同様であり、ここではその詳細な説明を省略する。この例で、ガスセルアレイは、ダミーセルを有さない。ガスセルアレイの一部は、ガラス管を通じてリザーバーに接続される。リザーバーには、アルカリ金属化合物の固体が入れられる。ステップＳ２１０（気化工程）において、リザーバーは加熱される。リザーバーの加熱によってアルカリ金属化合物が分解され、アルカリ金属ガスが発生する。ステップＳ２２０（拡散工程）において、アルカリ金属ガスは、ガラス管を介してガスセルに拡散する。ガスセルに達したアルカリ金属ガスは、貫通孔を介して各セルに拡散する。十分な時間が経過した後、ガラス管を加熱して切断し、ガスセルを封止する。なお、このガスセルアレイは、ダミーセルを有していてもよい。

さらに別の例で、本変形例の製造方法は、ガスセルアレイではなく単体のガスセルの製造に用いられてもよい。この場合、ダミーセルは形成されず、ガスセル内にアルカリ金属固体が直接（アンプルを用いずに）収納されてもよい。また、ガスセルはガラス成型により製造されてもよく、また、ガラス加工により形成されてもよい。単体のガスセルの場合も、上述の実施形態と同様に、ＯＴＳ分子等の第１の分子によって内壁がコーティングされた後に、その上からパラフィン等の第２の分子によって更にコーティングされることにより、ガスセルの内壁の極性基の露出が減少し、スピン偏極の非緩和性能の向上が見込まれる。

３−８．変形例８
レーザー光の照射による貫通孔形成の代わりに、光照射により熱応力を発生させ、この熱応力でアンプル２００を割断する工程が用いられてもよい。この方法によれば、光照射により貫通孔を形成する場合と比較して、脱ガス（工程中にガラス等から放出されるガス）が減少し、センサーの特性が向上する場合がある。この場合において、ナノ秒以下のパルス幅を有するレーザーが用いられてもよい。さらに、アンプル２００の割断を容易にするため、アンプル２００に応力集中部（例えば、傷）を形成してもよい。

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、アンプルの変わりにカプセルが用いられてもよい。

３−９．変形例９
ガスセルの用途は、磁気センサーに限定されない。例えば、ガスセルは、原子発振器に用いられてもよい。

１…磁気測定装置、１０…ガスセルアレイ、１１…ガラス板、１２…ガラス板、１５…ガスセルアレイ、２０…ポンプ光照射ユニット、２１…ガラス板、２２…ガラス板、２３…ガラス板、２４…ガラス板、３０…プローブ光照射ユニット、３１…ガラス板、３２…ガラス板、３３…ガラス板、３４…ガラス板、３５…ガラス板、４０…検出ユニット、４１…ガラス板、４２…ガラス板、１１０…ガスセル、１１１…貫通孔、１１２…貫通孔、１２０…ガスセル、１２１…貫通孔、１２２…貫通孔、１３０…ダミーセル、１４０…ガスセル、１４１…貫通孔、１５０…ガスセル、１５１…貫通孔、１６０…ダミーセル、３００…アルカリ金属固体。

Claims

内部にアルカリ金属原子が充填されるガスセルであって、
極性基を有する化合物又は該化合物を含む材料により形成された内壁と、
前記内壁をコーティングするコーティング層であって、前記極性基に化学結合する官能基と非極性基とを有する第１の分子により形成された第１のコーティング層と、
前記第１のコーティング層上に、非極性の第２の分子により形成された第２のコーティング層と
を具備することを特徴とするガスセル。
前記非極性基と前記第２の分子は有機物質である
ことを特徴とする請求項１に記載のガスセル。
前記第１の分子はシランカップリング剤である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセル。
前記第２の分子は炭化水素である
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。
前記炭化水素はパラフィンである
ことを特徴とする請求項４に記載のガスセル。
内部にアルカリ金属原子が充填されるガスセルの内壁をコーティングするコーティング方法であって、
極性基を有する化合物又は該化合物を含む材料により形成された前記内壁を、該極性基に化学結合する官能基と非極性基とを有する第１の分子でコーティングすることによってコーティング層を形成する第１のコーティング工程と、
前記コーティング層上を、非極性の第２の分子でコーティングすることによってコーティング層を形成する第２のコーティング工程と
を具備することを特徴とするガスセルのコーティング方法。