JP5699725B2 - ガスセル製造装置およびガスセルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスセル、ガスセル製造装置およびガスセルの製造方法の技術に関する。

光ポンピングを利用した磁気センサーが、ＭＲＩ（magnetic resonance imaging：磁気共鳴画像法）装置などに用いられている。この磁気センサーは、アルカリ金属などの原子を気体の状態で封入したセルを有する。このセルに対して、円偏光成分を有するポンプ光を照射すると、封入された原子が励起する。そして、このポンプ光に交差するように、直線偏光成分を有するプローブ光を照射すると、励起した原子は、外部から印加された磁場に応じてそのプローブ光に含まれる直線偏光の偏光面を回転させる。磁気センサーは、このセルを透過したプローブ光の偏光面の回転角を計測することで、磁場を測定する。

セルは、光を透過するため、少なくとも一部は透明な部材で構成される必要がある。またセルは、励起した原子を収容するため密封されなければならない。透明な部材で構成された容器内部を密封状態にする技術として、例えば、特許文献１には、外囲器に取り付けたガラス製の排気管の一部を電気的な加熱手段によって軟化させ（第１の工程）、排気管の軸方向に排気管を引き伸ばしてその外径を縮小させ（第２の工程）、縮小した部位を第１の工程以上の温度に再加熱することで溶融させ封止し（第３の工程）、溶融した部分を切断して（第４の工程）、電気的な加熱手段によって徐冷する（第５の工程）、画像表示装置の製造方法が記載されている。

特開平１０−６４４１４号公報

本発明は、排気用のガラス管を用いる場合に比べて、容積や収容する気体の濃度が均一な複数のガスセルを製造することを目的とする。

本発明は、複数のセルのそれぞれに設けられた各孔に対応する位置に、固体物質をそれぞれ配置する配置工程と、前記各孔に繋がる通気路を通して、前記各セルの内部の空間に気体を収容させる収容工程と、前記固体物質を溶融して当該固体物質に対応する前記孔を塞ぎ、前記空間を密封する密封工程とを備えることを特徴とするガスセルの製造方法を提供する。この構成によれば、排気用のガラス管を用いる場合に比べて、容積や収容する気体の濃度が均一な複数のガスセルを製造することができる。

上記製造方法において、前記各セルの前記孔から遠ざかるほど温度が低下する温度勾配を、当該セルの内壁に発生させる温度勾配発生工程を備えるとよい。この構成によれば、セルの内部の空間に収容させるべき物質が収容されなくなることを、温度勾配を発生させない場合に比べて抑制することができる。
また、上記製造方法において、凹部の設けられた板を、当該凹部に沿って前記各孔が配置されるように前記各セルに貼り合わせて、当該凹部により前記通気路を形成する形成工程と、 前記密封工程の後、通気路を形成した前記凹部を有する前記板を前記各セルから除去する除去工程とを備えるとよい。この構成によれば、この構成を有しない場合に比べて、完成したガスセルの構成を簡素にすることができる。
また、上記製造方法において、前記除去工程の後、前記固体物質により塞がれた孔を覆うように、前記各セルに板状の部材を接合して、前記空間の密封を補強する補強工程を備えるとよい。この構成によれば、通気路が除去されることで外部に曝される固体物質の密封を補強することができる。
また、上記製造方法において、前記各セルの内部の空間を隔てる隔壁を切断して、各セルを分離する分離工程を備えるとよい。この構成によれば、個別に配置して用いられる複数のガスセルをそれぞれ製造することができる。
また、上記製造方法において、第１の板と、前記第１の板に向かい合わせて配置され、厚み方向に貫通する孔が設けられている第２の板と、前記第１の板と前記第２の板との間に配置される前記隔壁とを互いに接合して、前記複数のセルを組み立てる組立工程を備えるとよい。この構成によれば、板の接合によりガスセルを製造することができる。
また、上記製造方法において、前記組立工程は、前記各セルのうち、少なくとも１つのセルの内部に前記気体を発生させる発生源を設置する設置工程を有し、前記収容工程は、設置された前記発生源に前記気体を発生させる発生工程を有するとよい。この構成によれば、複数のセルの各空間を通気路のみに繋いで外部空間から遮断した後に、各空間内に気体を発生させることができる。
また、上記製造方法において、前記複数のセルのうち、少なくとも１つのセルに対して２以上の孔が設けられているとよい。この構成によれば、空間内の気体の流れが滞りにくくなる。
また、上記製造方法において、前記通気路は、前記１つのセルに設けられた２以上の孔を繋いだ部分が他の部分よりも前記気体が通りにくいように縮径または閉塞させられているとよい。この構成によれば、空間内に通るべき気体が通気路に流れることを抑制することができる。
また、上記製造方法において、前記気体は、光により励起されると磁場に応じて直線偏光の偏光面を回転させる原子を含むとよい。この構成によれば、排気用のガラス管を用いる場合に比べて、磁場の測定に用いられるガスセルであって、容積や収容する気体の濃度が均一な複数のガスセルを製造することができる。

また、本発明は、複数のセルのそれぞれに設けられた各孔に対応する位置に、固体物質をそれぞれ配置する配置手段と、前記各孔に繋がる通気路を通して、前記各セルの内部の空間に気体を収容させる収容手段と、前記固体物質を溶融して当該固体物質に対応する前記孔を塞ぎ、前記空間を密封する密封手段とを備えることを特徴とするガスセル製造装置を提供する。この構成によれば、排気用のガラス管を用いる場合に比べて、容積や収容する気体の濃度が均一な複数のガスセルを製造することができる。

実施形態に係る製造方法により製造されるガスセルの外観を示す図である。 実施形態に係る製造方法の主な製造工程を示すフロー図である。 組立工程の途中におけるガスセルの状態を示す図である。 組立工程が完了したときのガスセルの状態を示す図である。 天板に設けられた孔を拡大した概略図である。 配置工程におけるガスセルの状態を示す図である。 通気路板を示す図である。 通気路形成工程におけるガスセルの状態を示す図である。 収容工程におけるガスセルの状態を示す図である。 密封工程におけるガスセルの状態を示す図である。 密封工程が完了したときのガスセルの状態を示す図である。 通気路除去工程が完了したときのガスセルの状態を示す図である。 補強工程におけるガスセルの状態を示す図である。 分離工程におけるガスセルの状態を示す図である。 分離工程が完了した後のガスセルの状態を示す図である。 変形例に係る冷却工程におけるガスセルの状態を示す図である。 変形例に係る収容工程おけるガスセルの状態を示す図である。 変形例に係る収容工程おけるガスセルの状態を示す図である。 変形例に係るガスセルを製造するための製造装置の構成の一例を示す図である。

１．実施形態
図１は、本発明の実施形態に係る製造方法により製造されるガスセル９０の外観を示す図である。ガスセル９０の形状および配置などを説明するため、ガスセル９０が配置される空間をｘｙｚ右手系座標空間として表す。また、以下の図３以降の各図に示す座標記号のうち、内側が白い円の中に黒い円を描いた記号は、紙面奥側から手前側に向かう矢印を表している。また、これら各図に示す座標記号のうち、内側が白い円の中に交差する２本の線分を描いた記号は、紙面手前側から奥側に向かう矢印を表している。空間においてｘ成分が増加する方向を＋ｘ方向といい、ｘ成分が減少する方向を−ｘ方向という。同様に、ｙ、ｚ成分についても、＋ｙ方向、−ｙ方向、＋ｚ方向、−ｚ方向を定義する。なお、以下の実施形態では、−ｚ方向が重力方向である。

図２は、本発明の実施形態に係る製造方法の主な製造工程を示すフロー図である。本発明の実施形態に係る製造方法は、組立工程（ステップＳ１０１）、配置工程（ステップＳ１０２）、通気路形成工程（ステップＳ１０３）、収容工程（ステップＳ１０４）、密封工程（ステップＳ１０５）、通気路除去工程（ステップＳ１０６）、補強工程（ステップＳ１０７）、および分離工程（ステップＳ１０８）を含む。図１に示したガスセル９０は、補強工程の完了後、分離工程の開始前のものである。同図に示すガスセル９０は５個あり、＋ｙ方向に並べられている。以下、図２に示す各工程を、図１に示す矢線III−IIIから見た断面図を用いて説明する。

１−１．組立工程
図３は、組立工程の途中におけるガスセルの状態を示す図である。本発明の実施形態に係る製造方法の組立工程では、２つの側壁板２１と、４つの隔壁板２０とをそれぞれ融着により底板１０に接合する。底板１０、側壁板２１、および隔壁板２０は、ガラスなどの透明部材で形成された板である。そして、底板１０、側壁板２１、および隔壁板２０をこのように接合したら、これらに＋ｘ方向から前面板、−ｘ方向から後面板（いずれも図示せず）を、それぞれ融着により接合する。前面板および後面板はいずれもガラスなどの透明部材で形成された板である。これにより、＋ｚ方向に向いて開口し、＋ｙ方向に一列に並んだ５つの開口部を有する四角柱状の構造物が組み立てられる。なお、部材同士の接合には、上述したように、部材そのものの一部を加熱により溶融して接合する融着接合のほか、低融点ガラスやろう材を介する接合を適用してもよいし、加熱および電圧印加を用いて行う陽極接合や、紫外線などの光を照射することにより硬化する樹脂を用いた光学接合等を適用してもよい。また、部材同士の接合には、精密に研磨された各部材の接合面を加圧しつつ接触させて接合させるオプティカルコンタクトを適用してもよい。

図３に示す組立状態において、開口部の１つ（ここでは、最も−ｙ方向側の開口部）から空間１１に向けて、アンプル３０が投入され、その空間１１内に設置される。このアンプル３０は、その外郭に機械的、熱的な衝撃や、例えば短パルスレーザを照射するといった光学的な衝撃など、何らかのエネルギーが加えられることにより破損する材質で形成され、内部には混じり合うとアルカリ金属蒸気を発生させる２以上の物質が、互いに隔てられて格納されている。これらの物質とは、例えば、塩化物と還元剤などである。すなわち、このアンプル３０を空間１１内に設置する工程は、前記各セルのうち、少なくとも１つのセルの内部に前記気体を発生させる発生源を設置する設置工程の一例である。

なお、このアンプル３０の内部には、例えばアルカリ金属のアジ化物のように、それのみにジュール熱を加えたり、レーザー照射によって加熱をしたりすることでアルカリ金属蒸気を発生させる物質を封入してもよい。この場合には、アンプル３０の内部に２以上の物質を格納する必要はなく、単一種類の物質を格納してもよい。

図４は、組立工程が完了したときのガスセルの状態を示す図である。図３で、組み立てられた底板１０、側壁板２１、および隔壁板２０、ならびに前面板と後面板は、＋ｚ方向に開口した５つの開口部を有しており、この開口部を覆うように天板４０が貼りつけられる。天板４０（第２の板）は、底板１０（第１の板）と対向するように配置され、前面板、後面板、側壁版２１および隔壁板２０に融着接合される。これらの構成が接合して組み合わさることにより、構造物の内部は、同図に示すように、５つの空間１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄおよび１１ｅ（以下、特に区別の必要がない場合は、これらを総称して「空間１１」と記す）に仕切られる。

ここで、天板４０には、各空間１１のそれぞれに対応する位置に１つずつ孔４１が設けられている。図５は、天板に設けられたこの孔４１（図４に示すａ部）を拡大した概略図である。孔４１は、天板４０の＋ｚ方向側に設けられた大径部４１１と、この大径部４１１と同心で、天板４０の−ｚ方向側に設けられた小径部４１３とを有する。大径部４１１の直径は小径部４１３の直径よりも大きく、これらの大きさの違いにより段差４１２が形成される。すなわち天板４０は、第１の板に向かい合わせて配置され、厚み方向に貫通する孔が設けられている第２の板の一例である。そしてこの組立工程は、第１の板と、第１の板に向かい合わせて配置され、厚み方向に貫通する孔が設けられている第２の板と、第１の板と第２の板との間に配置される隔壁とを互いに接合して、複数のセルを組み立てる組立工程の一例である。

なお、大径部４１１および小径部４１３はいずれも＋ｚ方向に見たときに略円形の孔であるが、孔の形状はこれに限られず、楕円形や矩形、その他種々の多角形であってもよい。なお、孔４１は、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）または金（Ａｕ）などによりメッキされていてもよい。

１−２．配置工程
図６は、配置工程におけるガスセルの状態を示す図である。空間１１毎に天板４０に設けられた孔４１には、これに対応する位置にそれぞれ固体物質５０が配置される。この固体物質５０は、Ａｕ−ＳｎやＡｕ−Ｇｅなどを含む金系の合金はんだであり、形状が球形であってその直径が小径部４１３の直径よりも長いため、その一部が段差４１２に載って空間１１に落ちないように構成されている。そして、固体物質５０は、段差４１２に載った状態で、小径部４１３を完全には塞がない形状であるため、孔４１を介して空間１１と天板４０の＋ｚ方向側の空間とは通気している。つまり、大径部４１１は、固体物質５０を同図のｘｙ平面上における孔４１に対応する位置に位置決めする機能を果たし、段差４１２は、固体物質５０が空間１１に落下するのを防ぐ機能を果たすので、固体物質５０は、孔４１による通気を妨げない。なお、固体物質５０の形状は球形に限られず、直方体、立方体、正四面体などであってもよく、要するに小径部４１３を塞がない形状を有していればよい。また、固体物質５０の材質は金系の合金はんだに限られず、例えば低融点ガラスであってもよい。この場合、孔４１に施した上述のメッキはなくてもよい。

１−３．通気路形成工程
図７は、＋ｚ方向に向かって見たときの通気路板６０を示す図である。同図に示すように、通気路板６０の−ｚ方向側の表面には、＋ｙ方向に延びる溝６１が設けられている。この溝６１は、凹部の一例であり、通気路板６０の−ｚ方向側の表面に比べて凹んでいる。図８は、通気路形成工程におけるガスセルの状態を示す図である。同図に示すように、天板４０の＋ｚ方向側から通気路板６０を融着接合などにより貼り合わせると、天板４０の＋ｚ方向側の面と、通気路板６０の溝６１とにより、各孔４１を繋ぐ通気路６２が形成される。通気路６２とこれに繋がった各孔４１とを介して、５つの空間１１は互いに通気した状態となる。すなわちこの通気路形成工程は、凹部の設けられた板を、その凹部に沿って各孔が配置されるように各セルに貼り合わせて、その凹部により通気路を形成する形成工程の一例である。

なお、通気路形成工程が完了すると、５つの空間１１は通気路６２によって互いに通気しているが、通気路板６０の＋ｚ方向や底板１０の−ｚ方向などの外部空間とは遮断される。したがって、外部空間と遮断される前に、この各空間１１に、アルカリ金属原子のスピン偏極状態が維持される時間を伸ばす目的で、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、窒素（Ｎ_２）などの不活性ガスを封入してもよく、また、収容空間の内壁にパラフィンやシラン系材料などをコーティングしてもよい。また、上述した凹部は、溝６１のような一方向に延びるものに限らない。例えば、＋ｙ方向に並べた空間１１をさらに＋ｘ方向にも並べてマトリックス状にし、これに通気路版を貼り合わせる場合には、凹部は、長手方向を有する溝ではなく、広く薄く掘り下げた凹みであってもよい。要するに、凹部は、これに沿って各孔が配置されるように、これを有する板を各セルに貼り合わせて、通気路を形成するものであればよい。また、凹部は通気路板６０に設けるのではなく、天板４０側に設けてもよい。この場合、天板４０の＋ｚ方向側に凹部を設け、通気路板６０の平面と貼り合わせることにより、通気路を形成すればよい。通気路板６０のような板状の部材を天板４０に貼り合わせるのではなく、管状に形成された通気路を各孔４１に直接つなぎあわせてもよい。

１−４．収容工程
図９は、収容工程におけるガスセルの状態を示す図である。ガスセルの製造者は、上述したエネルギーとして、短パルスレーザー光３１をアンプル３０に与えることで、アンプル３０の外郭を破壊する。外郭が破壊されるとアンプル３０は使用済みの破損アンプル３２となり、空間１１ａに残る。そして、アンプル３０の内部に格納されていた物質が混ざることで生じる化学反応によってガス状のアルカリ金属原子（アルカリ金属蒸気）が生成し、空間１１ａには、このアルカリ金属蒸気が充満する。すなわち、アンプル３０の外郭を破壊してアルカリ金属蒸気を発生させるこの工程は、設置された発生源に、セルの外部から力を与えて気体を発生させる発生工程の一例である。このアルカリ金属蒸気は、孔４１を通って通気路６２に流れこみ、他の孔４１から他の空間１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅに拡散する。これにより、各空間１１にはアルカリ金属蒸気が収容される。

１−５．密封工程
図１０は、密封工程におけるガスセルの状態を示す図である。上述した収容工程の結果、各空間１１にアルカリ金属蒸気が収容された後、ガスセルの製造者はそれぞれの孔４１に配置された固体物質５０に対して＋ｚ方向側からレーザー光５１を照射する。これにより固体物質５０は溶融し、変形して孔４１の小径部４１３を塞ぐ密封材５２に変化する。固体物質５０は、レーザー照射による加熱で融かされて融液となる。この融液は、小径部４１３に落ち込むと、自身の表面張力によって形状が保持されるとともに周囲から急冷され、その形状のまま固化する。この固化した物質が密封材５２である。つまり、密封材５２は、小径部４１３を塞ぐものであり、これにより空間１１と通気路６２との通気は閉ざされ、空間１１は密封される。図１１は、密封工程が完了したときのガスセルの状態を示す図である。レーザー光５１を各固体物質５０にそれぞれ照射することで、同図に示すように、５つの空間１１はいずれも密封材５２によって密封される。

なお、レーザー光５１は、＋ｚ方向側から−ｚ方向に照射していたが、この態様に限られず、例えば、−ｚ方向側から底板１０を通過して、＋ｚ方向に照射してもよい。

１−６．通気路除去工程
各空間１１が密封材５２によって密封された後、ガスセルの製造者は、切削機械などを用いることにより、通気路板６０を研磨ないし切削して天板４０から除去する通気路除去工程を行う。図１２は、通気路除去工程が完了したときのガスセルの状態を示す図である。同図に示すように、通気路板６０が除去されたため、通気路６２はなくなり、密封材５２が外部に曝される。すなわちこの通気路除去工程は、密封工程の後、通気路を形成した凹部を有する板を各セルから除去する除去工程の一例である。

１−７．補強工程
図１３は、補強工程におけるガスセルの状態を示す図である。密封材５２には、アルカリ金属蒸気を浸食する性質のものも含まれるため、これによる長期間の密封は不完全な場合がある。補強工程は、この密封材５２による空間１１の密封を補強する工程である。補強工程では、外部に曝された密封材５２を覆うように、孔４１の周囲に密封板７０が接合される。密封板７０はガラスなどの透明部材であってもよいし、樹脂などであってもよい。要するに密封板７０は、天板４０と融着などにより接合して、密封材５２が曝された状態よりもアルカリ金属蒸気を外部に通し難くすることができるものであればよい。すなわちこの補強工程は、除去工程の後、固体物質により塞がれた孔を覆うように、各セルに板状の部材を接合して、空間の密封を補強する補強工程の一例である。

１−８．分離工程
図１４は、分離工程におけるガスセルの状態を示す図である。分離工程は、空間１１を隔てる隔壁板２０を切断し、補強工程までに形成された構造物を、空間１１をそれぞれ有する複数のガスセル９０に分離する工程である。ガスセルの製造者は、同図において二点鎖線で示した４箇所を、ダイサーやカッター、ワイヤーソーなどの切断工具８０で切断する。図１５は、分離工程が完了した後のガスセルの状態を示す図である。隔壁板２０は切断工具８０により、隣接する２つの空間１１を切り離す方向に切断され、２枚の壁板２２になる。これにより空間１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅをそれぞれ有する５つのガスセル９０は、互いに分離されて完成する。すなわちこの分離工程は、各セルの内部の空間を隔てる隔壁を切断して、各セルを分離する分離工程の一例である。そして、上述した工程により製造されたガスセル９０は、光により励起されると磁場に応じて直線偏光の偏光面を回転させる原子を含む気体を収容した空間を外部の空間と隔てる壁を備え、その壁に設けられた孔は、溶融された固体物質により塞がれているガスセルの一例である。また、このガスセル９０は、固体物質により塞がれている孔を外部から覆うように、壁に板状の部材（密封板７０）が接合されているガスセルの一例である。

以上説明したように、本発明の製造方法は、容器に排気管を溶接して、そのガス管を加熱するとともに軸方向に引き伸ばしてその外径を縮小させ、縮小した部位を再加熱することで溶融させ封止するといった密封容器の製造方法に比べて、排気管を用いずに固体物質を溶融することで気体を収容する空間を密封するため、その空間の大きさが比較的抑えられる。また、気体を収容する各空間を通気路で繋いだ状態で、これらの各空間に気体を収容するため、各空間に収容する気体の濃度のバラつきが比較的抑えられる。

また、排気管の溶接工程や溶融切断工程が不要であるため、製造にかかる費用や時間が抑えられるほか、バーナーを使って溶融切断することがないので、バーナーに由来する燃焼ガスがガスセル内に混入する可能性もない。さらに、完成したガスセルには、排気管が溶接されていないため、配置の自由度が高く、デッドスペースになるこの排気管がない分、気体を収容する空間は小さくなる。

２．変形例
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下のように変形させて実施してもよい。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。

２−１．上述の実施形態において、収容工程で、各空間１１にアルカリ金属蒸気が収容され、これに続く密封工程で、各空間１１を密封材５２によって密封していたが、収容工程でアルカリ金属蒸気を収容した後、密封工程の前に、各空間１１を冷却して、アルカリ金属蒸気を結露させる冷却工程を行ってもよい。図１６は、この変形例に係る冷却工程におけるガスセルの状態を示す図である。この変形例において、底板１０の−ｚ方向側には、ペルティエ素子などの冷却手段３３が接触して配置される。収容工程により各空間１１にアルカリ金属蒸気が収容された後、冷却手段３３により底板１０を冷却する冷却工程が行われ、同図に破線で示すように、各空間１１に面した壁面に、収容されたアルカリ金属蒸気が結露する。すなわち、この冷却工程は、各セルを冷却し、収容工程により収容させた気体を、内部空間に面した壁に結露させる冷却工程の一例である。

そして、アルカリ金属蒸気が結露した後に、上述した密封工程が行われる。このように、アルカリ金属蒸気を結露させることにより、空間１１と通気路６２とに含まれるガス状態のアルカリ金属原子の濃度は一時的に低下する。そして、その状態で各空間１１を密封することにより、磁気センサーとして用いられることのない通気路６２に残存するアルカリ金属原子の量は、抑制される。なお、冷却手段３３は、ペルティエ素子に限られず、例えば冷媒を循環させる装置など種々の冷却装置を用いてもよい。冷却手段３３が冷却するのは底板１０に限られず、空間１１に面したいずれかの壁面が冷却されればよい。

また、冷却手段３３による冷却工程に加えて、または、これに代えて、加熱手段を用いてセルやセルの外部空間を加熱する加熱工程を行ってもよい。例えば、加熱手段は、空間１１に面したいずれかの壁面と比べて高温になるように通気路６２を加熱して、通気路６２に残存するアルカリ金属原子を、空間１１に面した上述の壁面に移動させ易くしてもよい。つまり、冷却手段３３や加熱手段は、各セルの孔から遠ざかるほど温度が低下する温度勾配を、そのセルの内壁に発生させればよい。すなわち、これら冷却手段３３や加熱手段により行われる工程は、各セルの孔から遠ざかるほど温度が低下する温度勾配を、そのセルの内壁に発生させる温度勾配発生工程の一例である。

２−２．上述の実施形態において、天板４０には、各空間１１のそれぞれに対応する位置に１つずつ孔４１が設けられていたが、１つの空間１１に対応する位置には、２以上の孔４１が設けられていてもよい。図１７は、この変形例に係る収容工程おけるガスセルの状態を示す図である。同図に示すように、天板４０は、空間１１ａおよび空間１１ｅに対応する位置に、それぞれ孔４１が１つずつ設けられており、空間１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに対応する位置に、それぞれ孔４１が２つずつ設けられている。

１つの空間１１に対して２つ孔４１が設けられていると、例えば、そのうちのいずれか一方の近隣における気圧が、他方の近隣における気圧に比べて高い場合、その一方の孔４１が空間１１にとって、気体の入口となり、他方の孔４１が空間１１にとって気体の出口となる。つまり、このように、１つの空間１１につき２以上の孔を設けることにより、外気圧の差によってその孔４１いずれかが入口となりそれ以外の孔４１が出口となるので、１つの空間１１につき１つの孔を設けた場合に比べて、気体が空間１１を通りやすくなる。したがって、収容工程において、アルカリ金属原子を空間１１に収容させやすい。

なお、ここでは、２以上の孔を設けた空間１１は、−ｙ方向の端と＋ｙ方向の端の空間１１ａおよび空間１１ｅではなく、空間１１ｂ，１１ｃ，１１ｄであったが、これに限られない。要するに、複数のセルのうち、少なくとも１つのセルに対して２以上の孔が設けられていればよい。

また、１つの空間１１につき２以上の孔を設けた場合において、その２以上の孔をその空間１１の外部で繋ぐ通気路を縮径させたり、閉塞させたりしてもよい。図１８は、この変形例に係る収容工程おけるガスセルの状態を示す図である。同図に示す空間１１ｂ，１１ｃ，１１ｄには、孔４１がそれぞれ２つずつ設けられている。そして、通気路６２のうち、空間１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに設けられた各１対の孔４１をその外部でそれぞれ繋ぐ部分には、それぞれ突起部６３が設けられている。

この突起部６３により、この通気路６２は縮径させられているため、この部分は、他の突起部６３が設けられていない部分に比べて圧力損失が大きく、気体が通りにくくなっている。そのため、空間１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの内部では、同図に矢印で示した気流が生じやすい。つまり、突起部６３を設けることで、空間１１に設けられた２以上の孔４１を外部で繋ぐ通気路が、いわゆるバイパスとして機能し難くなり、空間１１内の気体の循環や押出流れが促されるので、この構成を備えない場合に比べて、収容工程におけるアルカリ金属蒸気の収容が容易になる。なお通気路６２は、突起部６３により閉塞させられていてもよい。すなわち、この変形例における通気路６２は、１つのセルに設けられた２以上の孔を繋いだ部分が他の部分よりも気体が通りにくいように縮径または閉塞させられている通気路の一例である。

２−３．上述の実施形態において、重力方向を−ｚ方向としていたが、本発明の重力方向はこれに限られず、また本発明は、重力のかからない環境にも適用可能である。この場合であっても、孔４１の大径部４１１が固体物質５０の位置決めをし、固体物質５０が溶融されると小径部４１３に流れこみ、これを塞ぐように各部分が構成されていればよい。

また、上述の実施形態において、孔４１は、大径部４１１、段差４１２、および小径部４１３を有していたが、孔４１は、これらを有していなくてもよい。要するに、溶融される前の固体物質５０が、孔４１に対応する位置に配置され、その固体物質５０が溶融されることでこれに対応する孔４１が塞がれるのであれば、孔４１の構造や固体物質５０の形状はどのようなものであってもよい。

２−４．上述の実施形態において、ガスセル９０の空間１１には、アルカリ金属原子を含む気体が収容されたが、他の気体が収容されてもよい。要するに各空間１１には、光により励起されると磁場に応じて直線偏光の偏光面を回転させる原子を含む気体が収容されていればよい。

２−５．上述の実施形態において、ガスセルの製造者は、切削機械などを用いることにより、通気路板６０を研磨ないし切削して天板４０から除去する通気路除去工程を行っていたが、通気路６２がガスセル９０に接合されたままの状態で使用されてもよいのであれば、通気路除去工程は無くてもよい。この場合、通気路を除去した部分に密封板７０を接合する補強工程も不要である。

２−６．上述の実施形態において、ガスセルの製造者は、同図において二点鎖線で示した４箇所を、ダイサーやカッターなどの切断工具８０で切断する分離工程を行っていたが、各ガスセル９０は切り離されていない状態で使用されてもよいのであれば、分離工程は無くてもよい。

２−７．上述の実施形態において、固体物質５０の材質は、Ａｕ−Ｓｎなど金系の合金であったが、これに限られない。要するに固体物質５０は、溶融されて孔４１を塞ぐ固体物質であればよい。

２−８．上述の実施形態において、底板１０、側壁板２１、および隔壁板２０を接合したあとで、これらに前面板、および後面板を接合していたが、接合の順序はこれに限られない。また、各板を接合するのではなく、透明樹脂と鋳型とを用いた射出成形によって、組立工程において組み立てられるガスセルの構造を成形してもよい。

２−９．上述の実施形態において、アンプル３０は、外郭に衝撃などのエネルギーが加えられることにより破損する材質で形成されていたが、この材質以外の材質で形成されていてもよい。例えば、一定の時間が経過すると破損する材質で形成されていてもよい。この場合、収容工程が開始される時点でアンプル３０からアルカリ金属蒸気が発生するように時間の調整がされていれば、セルの外部からアンプル３０に対して操作をする必要はない。アンプル３０を破損させる仕組みは、その材質によるものでなくてもよく、例えば、予め決められたタイミングでアンプル３０に衝撃を加える装置をアンプル３０に付随して設置してもよい。

また、組立工程において空間１１ａには、アンプル３０が設置されたが、設置する物体は、収容工程においてアルカリ金属蒸気を発生させる発生源であればアンプルでなくてもよい。さらに、アルカリ金属蒸気を発生させる発生源は、各空間１１のいずれかではなく、通気路形成工程の結果、通気路６２となる部分に設置されてもよい。要するに、光により励起されると磁場に応じて直線偏光の偏光面を回転させる原子を含む気体を収容工程において発生させる発生源が、組立工程において少なくとも１つのセルの内部、または形成工程を経て通気路となる部分に設置されていればよい。

２−１０．本発明は、上記のガスセル９０を製造するための製造装置としても特定され得る。図１９は、ガスセル９０を製造する製造装置１００の構成の一例を示す図である。この製造装置１００は、組立手段１０１、配置手段１０２、通気路形成手段１０３、収容手段１０４、密封手段１０５、通気路除去手段１０６、補強手段１０７、および分離手段１０８を備える。

組立手段１０１は、上述した透明部材（底板１０、側壁板２１、隔壁板２０、前面板、および後面板）やアンプル３０を、それぞれ予め決められた位置に搬送する搬送装置と、搬送された透明部材同士を加熱して融着させる加熱装置と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備えた制御部によってこれらを制御する制御装置とを有する。制御装置の制御の下、透明部材が配置され、アンプル３０が設置され、加熱装置により透明部材同士の融着接合が行われて、図４に示した構造物が組み立てられる。なお、上述した変形例に示すようにこの組立手段１０１は射出成形を行う装置であってもよい。

配置手段１０２は、天板４０の各孔４１に固体物質５０を配置する搬送装置とこれを制御する制御装置を有する。制御装置の制御の下、図６に示したように固体物質５０が配置される。

通気路形成手段１０３は、通気路板６０を天板４０に対向する位置に位置決めする位置決め装置と、天板４０と通気路板６０とを加熱して融着させる加熱装置と、これらを制御する制御装置とを有する。制御装置の制御の下、図８に示したように通気路６２が形成される。

収容手段１０４は、例えば外部からアンプル３０に短パルスレーザ３１を照射する照射装置と、これを制御する制御装置を有する。制御装置の制御の下、図９に示したようにアンプル３０が破壊されて破損アンプル３２となり、各空間１１内にアルカリ金属蒸気が収容される。

密封手段１０５は、各孔４１に配置された固体物質５０に対してレーザー光５１をそれぞれ照射する照射装置と、これを制御する制御装置を有する。制御装置の制御の下、図１１に示したように各固体物質５０は融けて密封材５２に変化し、各孔４１を塞ぐ。

通気路除去手段１０６は、透明部材を切削する切削装置と、これを制御する制御装置を有する。制御装置の制御の下、図１２に示したように通気路板６０は切削されて天板４０から除去される。

補強手段１０７は、複数の密封板７０を各孔４１に対応する位置に搬送する搬送装置と、搬送された密封板７０を加熱して天板４０のうち、各孔４１の周辺部分に融着させる加熱装置と、これらを制御する制御装置を有する。制御装置の制御の下、図１３に示したように各密封板７０は天板４０と融着接合し各孔４１を塞ぐ。

分離手段１０８は、隔壁板２０を切断する切断装置と、これを制御する制御装置を有する。制御装置の制御の下、図１５に示したように隔壁板２０がそれぞれ切断され、各ガスセル９０は分離される。

１０…底板、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ…空間、２０…隔壁板、２１…側壁板、２２…壁板、３０…アンプル、３１…短パルスレーザー光、３２…破損アンプル、３３…冷却手段、４０…天板、４１…孔、４１１…大径部、４１２…段差、４１３…小径部、５０…固体物質、５１…レーザー光、５２…密封材、６０…通気路板、６１…溝、６２…通気路、６３…突起部、７０…密封板、８０…切断工具、９０…ガスセル。

Claims (11)

1. 複数のセルのそれぞれに設けられた各孔に対応する位置に、固体物質をそれぞれ配置する配置工程と、
   前記各孔に繋がる通気路を通して、前記各セルの内部の空間に気体を収容させる収容工程と、
   前記固体物質を溶融して当該固体物質に対応する前記孔を塞ぎ、前記空間を密封する密封工程と
   を備えることを特徴とするガスセルの製造方法。
2. 前記各セルの前記孔から遠ざかるほど温度が低下する温度勾配を、当該セルの内壁に発生させる温度勾配発生工程
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のガスセルの製造方法。
3. 凹部の設けられた板を、当該凹部に沿って前記各孔が配置されるように前記各セルに貼り合わせて、当該凹部により前記通気路を形成する形成工程と、
   前記密封工程の後、通気路を形成した前記凹部を有する前記板を前記各セルから除去する除去工程と
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のガスセルの製造方法。
4. 前記除去工程の後、前記固体物質により塞がれた孔を覆うように、前記各セルに板状の部材を接合して、前記空間の密封を補強する補強工程
   を備えることを特徴とする請求項３に記載のガスセルの製造方法。
5. 前記各セルの内部の空間を隔てる隔壁を切断して、各セルを分離する分離工程
   を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のガスセルの製造方法。
6. 第１の板と、前記第１の板に向かい合わせて配置され、厚み方向に貫通する孔が設けられている第２の板と、前記第１の板と前記第２の板との間に配置される前記隔壁とを互いに接合して、前記複数のセルを組み立てる組立工程
   を備えることを特徴とする請求項５に記載のガスセルの製造方法。
7. 前記組立工程は、前記各セルのうち、少なくとも１つのセルの内部に前記気体を発生させる発生源を設置する設置工程を有し、
   前記収容工程は、設置された前記発生源に前記気体を発生させる発生工程を有する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のガスセルの製造方法。
8. 前記複数のセルのうち、少なくとも１つのセルに対して２以上の孔が設けられている
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のガスセルの製造方法。
9. 前記通気路は、前記１つのセルに設けられた２以上の孔を繋いだ部分が他の部分よりも前記気体が通りにくいように縮径または閉塞させられている
   ことを特徴とする請求項８に記載のガスセルの製造方法。
10. 前記気体は、光により励起されると磁場に応じて直線偏光の偏光面を回転させる原子を含む
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のガスセルの製造方法。
11. 複数のセルのそれぞれに設けられた各孔に対応する位置に、固体物質をそれぞれ配置する配置手段と、
    前記各孔に繋がる通気路を通して、前記各セルの内部の空間に気体を収容させる収容手段と、
    前記固体物質を溶融して当該固体物質に対応する前記孔を塞ぎ、前記空間を密封する密封手段と
    を備えることを特徴とするガスセル製造装置。

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