WO2022014156A1 - 気密容器及びその製造方法 - Google Patents

気密容器及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2022014156A1
WO2022014156A1 PCT/JP2021/019340 JP2021019340W WO2022014156A1 WO 2022014156 A1 WO2022014156 A1 WO 2022014156A1 JP 2021019340 W JP2021019340 W JP 2021019340W WO 2022014156 A1 WO2022014156 A1 WO 2022014156A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hole
lid member
cell body
main surface
cell
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/019340
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
一嘉 中島
俊輔 岸本
Original Assignee
日本電気硝子株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電気硝子株式会社 filed Critical 日本電気硝子株式会社
Publication of WO2022014156A1 publication Critical patent/WO2022014156A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S1/00—Masers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the microwave range
    • H01S1/06—Gaseous, i.e. beam masers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/26—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using energy levels of molecules, atoms, or subatomic particles as a frequency reference

Definitions

  • the present invention relates to an airtight container and a method for manufacturing the same.
  • Atomic clocks are equipped with an atomic oscillator that oscillates based on energy transitions in alkali metal atoms such as cesium (Cs) and rubidium (Rb), and this atomic clock is an oscillator that can obtain highly accurate oscillation characteristics over the long term.
  • alkali metal atoms such as cesium (Cs) and rubidium (Rb)
  • Cs cesium
  • Rb rubidium
  • atomic oscillator Known as.
  • the operating principle of an atomic oscillator is divided into several methods, but an atomic oscillator using a quantum interference effect (CPT: Coherent Population Trapping) has a frequency stability that is about three orders of magnitude higher than that of a crystal oscillator. It has been known.
  • CPT Coherent Population Trapping
  • a gaseous alkali metal is enclosed in an atomic cell and used.
  • a buffer gas such as nitrogen (N 2 ), neon (Ne), or argon (Ar) is further enclosed in the atomic cell and used.
  • Patent Document 1 discloses an example of an atomic cell.
  • This atomic cell has a fuselage portion having a through hole and a pair of window portions that close the opening of the through hole.
  • a gaseous alkali metal is enclosed in an internal space surrounded by a fuselage and a pair of windows.
  • One of the pair of windows is the incident side window to which the excitation light is incident.
  • the other is the exit side window portion from which the excitation light is emitted.
  • joining by optical contact can be considered.
  • the optical contact depends on the state of the surface of the body and the window, it is difficult to make a stable bond, and the buffer gas existing inside the atomic cell leaks to the outside of the cell, so-called cell omission. May occur.
  • Bonding using an adhesive is also conceivable, but it is difficult to maintain high shielding properties, and helium (He) in the atmosphere may invade the inside of the atomic cell. Therefore, there is a problem that frequency fluctuation is likely to occur with the passage of time.
  • He helium
  • the fuselage portion and the window portion are joined by heat crimping, that is, by welding.
  • welding needs to be performed in the temperature range from the bending point to the softening point, and traces due to pressurization tend to remain on the surface of the window portion.
  • the pressure applied to the window portion and the body portion may leave traces of joining on the surface of the window portion. Therefore, the light transmission may be impaired.
  • An object of the present invention is to provide an airtight container and a method for manufacturing the same, which does not impair the light transmission even if an embodiment such as heat crimping that can effectively enhance the airtightness is adopted.
  • the airtight container according to the present invention has a first main surface and a second main surface facing each other, and is provided with a through hole penetrating between the first main surface and the second main surface.
  • a cell body having an inner surface and an outer surface connected to a first main surface and a second main surface, and one side of a through hole provided on the first main surface of the cell body.
  • a first lid member that closes the cell body and a second lid member that is provided on the second main surface of the cell body and closes the other side of the through hole, and the outer surface is a fire-made surface. It is characterized by including an incoming surface and an outgoing surface. Further, it is preferable that the inner surface is a fire-made surface.
  • the inner surface of the cell body includes a first inner surface and a second inner surface facing each other, and the outer surface includes a first outer surface and a second outer surface facing each other.
  • the outer side surface is an incoming surface, the second outer surface is an outgoing surface, and at least light is transmitted on the first outer surface, the first inner surface, the second outer surface, and the second inner surface. It is preferable that the portions are substantially parallel.
  • the inner surface of the cell body includes a first inner surface and a second inner surface facing each other, and the outer surface includes a first outer surface and a second outer surface facing each other.
  • the outer side surface is an incoming surface, the second outer surface is an outgoing surface, and at least light is transmitted on the first outer surface, the first inner surface, the second outer surface, and the second inner surface. It is preferable that all the portions are flat.
  • the cell body is made of glass.
  • first lid member and the second lid member are made of glass.
  • the cell is an atomic cell in which an alkali metal is sealed in the through hole.
  • the method for manufacturing an airtight container of the present invention is the method for manufacturing the airtight container, which comprises a step of forming a cell body from a preform by redraw molding and a first lid on a first main surface of the cell body. It is characterized by including a step of joining members and a step of joining a second lid member on a second main surface of the cell body.
  • the cell body and the first lid member and the second lid member are joined by heat crimping.
  • an airtight container and a method for manufacturing the same which does not impair the light transmission even if an embodiment such as heat crimping that can effectively enhance the airtightness is adopted.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an atomic cell according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • FIG. 4 is a front sectional view for explaining an example of a method of encapsulating an alkali metal in a first through hole of an atomic cell.
  • FIG. 5 is a perspective view of an atomic cell according to a modified example of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view for explaining an example of a step of preparing a preform in the method for manufacturing an airtight container of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an atomic cell according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view for explaining an example of a step of obtaining an intermediate in the method for manufacturing an airtight container of the present invention.
  • FIG. 8 is a front sectional view for explaining an example of a step of obtaining a cell body in the method for manufacturing an airtight container of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an atomic cell according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • the atomic cell 1 includes a cell body 2, a first lid member 3 and a second lid member 4.
  • the atomic cell 1 is an airtight container of the present invention.
  • the airtight container of the present invention is not limited to the atomic cell, and can be applied to a member that requires airtightness, such as a wavelength conversion member.
  • the cell body 2 has a first main surface 5 and a second main surface 6, an outer surface 7 and an inner surface 8.
  • the first main surface 5 and the second main surface 6 face each other.
  • the outer side surface 7 and the inner side surface 8 are connected to the first main surface 5 and the second main surface 6.
  • the cell body 2 is provided with a first through hole 13, a second through hole 14, and a communication portion 15.
  • the first through hole 13 is a through hole in the present invention.
  • the first through hole 13 and the second through hole 14 penetrate between the first main surface 5 and the second main surface 6.
  • the communication portion 15 is a portion that communicates the first through hole 13 and the second through hole 14.
  • the communication portion 15 is a groove portion connecting the first through hole 13 and the second through hole 14.
  • the communication portion 15 is open to the first main surface 5 side.
  • the arrangement of the communication unit 15 is not limited to the above.
  • the first through hole 13 has a rectangular shape
  • the second through hole 14 has a circular shape.
  • the shapes of the first through hole 13 and the second through hole 14 in a plan view are not limited to the above.
  • the shape of the first through hole 13 in a plan view may be, for example, a substantially rectangular shape or a polygonal shape other than a quadrangle.
  • the shape of the second through hole 14 in a plan view may also be a polygonal shape or the like.
  • the volume of the second through hole 14 is smaller than the volume of the first through hole 13. Specifically, the area of the portion of the second through hole 14 that is open to the first main surface 5 is larger than the area of the portion of the first through hole 13 that is open to the first main surface 5. Is also small. Similarly, the area of the portion of the second through hole 14 that is open to the second main surface 6 is smaller than the area of the portion of the first through hole 13 that is open to the second main surface 6. ..
  • the second through hole 14 and the communication portion 15 do not necessarily have to be provided.
  • the outer surface 7 of the cell body 2 includes a first outer surface 7a, a second outer surface 7b, a third outer surface 7c, and a fourth outer surface 7d.
  • the first outer surface 7a and the second outer surface 7b face each other.
  • the third outer surface 7c and the fourth outer surface 7d face each other and are connected to the first outer surface 7a and the second outer surface 7b.
  • the first outer surface 7a and the second outer surface 7b have a planar shape.
  • the third outer surface 7c and the fourth outer surface 7d have a curved surface shape.
  • the outer shape of the cell body 2 in a plan view is substantially elliptical.
  • the shape of the outer shape of the cell body 2 in a plan view is not limited to the above, and may be, for example, a rectangle or the like.
  • the term "planar view” refers to the direction seen from above in FIG.
  • the inner side surface 8 is a surface surrounding the first through hole 13.
  • the portion of the first main surface 5 where the first through hole 13 is open is a portion to which the first main surface 5 and the inner surface 8 are connected.
  • the inner side surface 8 includes a first inner side surface 8a, a second inner side surface 8b, a third inner side surface 8c, and a fourth inner side surface 8d.
  • the first inner side surface 8a and the second inner side surface 8b face each other.
  • the third inner surface 8c and the fourth inner surface 8d face each other and are connected to the first inner surface 8a and the second inner surface 8b.
  • the first inner surface 8a, the second inner surface 8b, the third inner surface 8c, and the fourth inner surface 8d have a planar shape.
  • the communication portion 15 is open at a part of the fourth inner side surface 8d.
  • the first lid member 3 is joined to the first main surface 5.
  • the first lid member 3 closes one side of the first through hole 13 and the second through hole 14, and the communication portion 15.
  • the second lid member 4 is joined to the second main surface 6.
  • the second lid member 4 closes the other side of the first through hole 13 and the second through hole 14.
  • the first lid member 3 and the second lid member 4 and the cell body 2 have the same shape in a plan view and are substantially elliptical.
  • the shape of the first lid member 3 and the second lid member 4 may be any shape that can close the first through hole 13, the second through hole 14, and the communication portion 15.
  • the shape of the first lid member 3 and the second lid member 4 may be, for example, a disk shape or a rectangular plate shape.
  • the atomic cell 1 is a container in which an alkali metal or a buffer gas is sealed, and is used by enclosing a gaseous alkali metal or a buffer gas in a first through hole 13 of the atomic cell 1.
  • the atomic cell 1 is used for an atomic oscillator. As shown in FIG. 1, the light A emitted from the light source is incident on the atomic cell 1 and passes through the first through hole 13. Then, the light B is emitted from the atomic cell 1.
  • the first outer surface 7a is an incoming light surface
  • the second outer surface 7b is an outgoing light surface. The light A incident from the first outer surface 7a irradiates the alkali metal in the first through hole 13.
  • the light B is emitted from the second side surface 7b.
  • the light B emitted from the atomic cell 1 is incident on the photodetector.
  • the signal is acquired.
  • the alkali metal cesium (Cs) or rubidium (Rb) can be used.
  • the buffer gas nitrogen (N 2 ), neon (Ne), or argon (Ar) can be used.
  • the outer surface 7 of the cell body 2 is a fire-making surface and includes an in-light surface and an out-light surface.
  • the fire-made surface means a smooth surface formed by heat molding such as redraw molding.
  • the arithmetic mean roughness (Ra) of the fire-made surface is 1 nm or less.
  • the outer surface 7 but also the inner surface 8 is a fire-making surface. Therefore, even when light is incident on the first through hole 13 and when light is emitted from the first through hole 13, light scattering is unlikely to occur. Therefore, the light transmission can be further improved.
  • the portions that transmit light on the first outer surface 7a, the first inner surface 8a, the second outer surface 7b, and the second inner surface 8b are substantially parallel. Thereby, the thickness of the portion of the cell body 2 where the light is incident can be made uniform, and the thickness of the portion where the light is emitted can be made uniform. Further, it is preferable that at least the portions of the first outer surface 7a, the first inner surface 8a, the second outer surface 7b, and the second inner surface 8b that transmit light are flat. Thereby, the distance through which the light passes through the atomic cell 1 can be made uniform. Therefore, the signal of light passing through the atomic cell 1 can be stably acquired by the photodetector.
  • substantially parallel as used in the present invention means that the angle formed by the planes including the opposing side surfaces is 0.5 degrees or less, more preferably 0.2 degrees or less.
  • the portion of the atomic cell 1 that transmits light also varies.
  • the entire first outer surface 7a, the first inner surface 8a, the second outer surface 7b, and the second inner surface 8b are substantially parallel and are substantially parallel. It is flat.
  • the cell body 2, the first lid member 3 and the second lid member 4 are made of the same glass.
  • the material of the cell body 2 is not limited to the above, and any material may be used as long as the outer surface 7 can be a fire-made surface and has light transmission.
  • the material of the first lid member 3 and the second lid member 4 is not limited to the above, and may be made of, for example, metal, crystal, silicon, or the like.
  • it is preferable that the cell body 2, the first lid member 3 and the second lid member 4 are made of glass. As a result, the coefficients of thermal expansion of the cell body 2, the first lid member 3 and the second lid member 4 can be brought close to each other, and the stability of joining can be improved.
  • the glass used for the cell body 2 is not particularly limited, and for example, lead-free glass, leaded glass, bismuth-based glass, or the like can be used.
  • the lead-free glass for example, as a glass composition, SiO 2 50% to 60%, Al 2 O 3 10% to 16%, B 2 O 30 % to 8%, MgO 0% to 5%, by mass%, CaO 16% ⁇ 30%, R 2 O (R is, Li, represents at least one selected from Na and K) containing 0% to 2%, and P 2 O 5 0% to 3% alumino Silicate glass can be used.
  • a lead-based glass having a glass composition containing SiO 2 10% to 45%, PbO 40% to 75%, and K 2 O 0.5% to 10% by mass is used.
  • a lead-based glass having a glass composition containing SiO 2 10% to 45%, PbO 40% to 75%, and K 2 O 0.5% to 10% by mass is used.
  • the bismuth glass for example, as a glass composition, in mass%, Bi 2 O 3 5% ⁇ 80%, B 2 O 3 5% ⁇ 35%, ZnO 0% ⁇ 20%, SiO 2 0% ⁇ 20% , And glass containing 0% to 30% SrO can be used.
  • the cell body 2, the first lid member 3 and the second lid member 4 have the same glass composition. It is more preferable that the cell body 2, the first lid member 3 and the second lid member 4 have the same glass composition. As a result, the coefficients of thermal expansion of the cell body 2, the first lid member 3 and the second lid member 4 can be brought close to each other, and the stability of joining can be improved. Therefore, the airtightness of the atomic cell 1 can be effectively increased.
  • the glass of "the glass composition of the same system” means that the upper three components contained as a glass composition coincide with each other. Further, in the present invention, the glass having the same glass composition has the same components contained as the glass composition, and the difference in the content of each component of the other glass with respect to the composition of one glass is +5. Includes those in the range of% to -5%.
  • FIG. 4 is a front sectional view for explaining an example of a method of enclosing an alkali metal in the first through hole of an atomic cell.
  • the second through hole 14 in the cell body 2 is provided for arranging the ampoule 19 or the like in which the alkali metal M is sealed.
  • the ampoule 19 is broken and the gaseous alkali metal is discharged into the second through hole 14. Will be done.
  • the alkali metal M may be gasified by heating.
  • the gaseous alkali metal passes through the communication portion 15 and diffuses into the first through hole 13.
  • the method of enclosing the alkali metal in the atomic cell 1 is not limited to the above.
  • the alkali metal may be gasified by heating after the alkali metal is placed directly in the atomic cell 1.
  • the alkali metal may be directly encapsulated in the atomic cell 1 in a gaseous state.
  • FIG. 5 is a perspective view of an atomic cell according to a modified example of the first embodiment.
  • the first through hole 13 and the second through hole 14 directly communicate with each other. Therefore, in this modification, the communication portion is not provided.
  • the first through hole 13 and the second through hole 14 are continuously opened from the first main surface 5 to the second main surface 6 on the fourth inner surface surface 8d, and the first through hole 13 and the second through hole 14 are continuously opened.
  • the main surface 5 to the second main surface 6 are continuously communicated with each other.
  • FIG. 6 is a perspective view for explaining an example of a process of preparing a preform in a method for manufacturing an airtight container.
  • FIG. 7 is a perspective view for explaining an example of a step of obtaining an intermediate in a method for manufacturing an airtight container.
  • FIG. 8 is a front sectional view for explaining an example of a process of obtaining a cell main body in a method for manufacturing an airtight container.
  • the cell body 2 is formed by redraw molding.
  • the preform 22 used for redraw molding is prepared by cutting or the like.
  • the shape of the outer shape of at least a part of the preform 22 and the shape of the outer shape of the cell body 2 to be obtained have a similar relationship.
  • the preform 22 is provided with a first hole 23 and a second hole 24.
  • the shape of the first hole portion 23 and the shape of the first through hole 13 of the cell body 2 to be obtained have a similar relationship.
  • the shape of the second hole portion 24 and the shape of the second through hole 14 of the cell body 2 to be obtained have a similar relationship.
  • the first hole 23 and the second hole 24 can be formed by, for example, drilling, ultrasonic processing, or the like.
  • the first hole 23 and the second hole 24 may be through holes or may not be through holes.
  • the preform 22 does not necessarily have to be provided with the first hole 23 and the second hole 24.
  • the intermediate 25 is then obtained by cutting the stretched portion of the preform 22.
  • the DD line in FIG. 7 indicates that the preform 22 is cut.
  • the cutting can be performed by, for example, a dicing saw or a glass cutter.
  • the intermediate 25 has a first through hole 13 and a second through hole 14.
  • the first through hole 13 of the intermediate 25 is formed from the first hole 23 in the preform 22.
  • the second through hole 14 of the intermediate 25 is formed from the second hole 24 in the preform 22.
  • the intermediate 25 has an outer surface 7 and an inner surface 8. Since the intermediate body 25 is formed by redraw molding, the outer surface 7 is a fire-made surface. Further, by performing redraw molding in a state where the first hole portion 23 is formed in the preform 22, the inner side surface 8 can also be made into a fire-made surface. By repeating the steps shown in FIG. 7, a plurality of intermediates 25 are obtained from one preform 22.
  • the intermediate 25 may be provided with the first through hole 13 and the second through hole 14. .
  • the preform 22 is provided with the first hole 23 and the second hole 24.
  • the inner side surface 8 can be used as a fire-making surface.
  • the steps of providing the first through hole 13 and the second through hole 14 in each intermediate 25 can be reduced. Therefore, productivity can be increased.
  • a communication portion 15 is provided so as to communicate the first through hole 13 and the second through hole 14.
  • the communication portion 15 can be formed by, for example, drilling, ultrasonic processing, or the like.
  • the communication portion 15 is formed by providing a groove in the portion between the first through hole 13 and the second through hole 14 on the first main surface 5. As a result, the cell body 2 is obtained.
  • the first lid member 3 and the second lid member 4 shown in FIG. 1 are prepared.
  • the first main surface 5 of the cell body 2 and the first lid member 3 are joined.
  • one side of the first through hole 13 and the second through hole 14 and the communication portion 15 are closed by the first lid member 3.
  • the second main surface 6 of the cell body 2 and the second lid member 4 are joined.
  • the other side of the first through hole 13 and the second through hole 14 is closed by the second lid member 4.
  • the atomic cell 1 shown in FIG. 1 is obtained.
  • an ampoule or the like in which the alkali metal is enclosed may be arranged in the cell body 2 before joining the cell body 2 and both lid members. Specifically, for example, the second main surface 6 of the cell body 2 and the second lid member 4 are joined. Next, an ampoule or the like is arranged in the second through hole 14 of the cell body 2. After that, the first main surface 5 of the cell body 2 and the first lid member 3 are joined. When joining the first main surface 5 of the cell body 2 and the first lid member 3, buffer gas is introduced into the first through hole 13 and the second through hole 14, and this buffer gas atmosphere is introduced. To join.
  • the alkali metal in the atomic cell 1 may be in a solid state before gasification, in a gaseous state, or in a state enclosed in an ampoule. .. When the atomic cell 1 is used, it is sufficient that the gaseous alkali metal is sealed in the first through hole 13.
  • the cell body 2 is joined to the first lid member 3 and the second lid member 4 by heat crimping.
  • traces of pressurization may remain on the surfaces of the first lid member 3 and the second lid member 4.
  • the present invention is suitable when heat crimping is used for the above bonding. Moreover, the airtightness of the atomic cell 1 can be effectively enhanced.
  • the first lid member 3, the second lid member 4 and the temperature range of the glass material constituting the first lid member 3 and the second lid member 4 to a temperature range equal to or higher than the bending point and lower than the softening point. It is preferable to heat the cell body 2 and apply a load. When applying a load, the cell body 2 and the first lid member 3 and the second lid member 4 are sandwiched.
  • the pressure in the heat crimping is preferably 1 kPa or more, and more preferably 10 kPa or more. Thereby, the airtightness of the atomic cell 1 can be effectively increased. Moreover, in the present embodiment, the light transmittance in the atomic cell 1 is not easily impaired.
  • the pressure in heat crimping is preferably 0.5 MPa or less, more preferably 0.1 MPa or less.
  • each of the above-mentioned joint surfaces may be polished before joining.
  • the arithmetic mean roughness (Ra) of the joint surface is preferably 0.3 nm or less, more preferably 0.2 nm or less, and further preferably 0.1 nm or less.
  • the joining may be performed by a method other than heat crimping.
  • the cell body 2 may be joined to the first lid member 3 and the second lid member 4 by optical contact.
  • the first main surface 5 and the second main surface 6 of the cell body 2 and the joining surface of the first lid member 3 and the second lid member 4 are polished.
  • the arithmetic mean roughness (Ra) of the joint surface of the first lid member 3, the second lid member 4, and the cell body 2 is preferably 1 nm or less, more preferably 0.6 nm or less, and 0. It is more preferably 0.4 nm or less.
  • the heating temperature is preferably not less than the glass transition temperature of the glass constituting the first lid member 3, the second lid member 4 and the cell body 2, more preferably 400 ° C. or less, and more preferably 300 ° C. or less.
  • the pressurizing pressure in the optical contact is preferably 10 MPa or more, more preferably 100 MPa or more. Thereby, the airtightness of the atomic cell 1 can be effectively increased. Moreover, as described above, the light transmittance in the atomic cell 1 is not easily impaired.
  • the pressure in the optical contact is preferably 300 MPa or less, more preferably 200 MPa or less.
  • the cell body 2 and the first lid member 3 and the second lid member 4 may be joined by anode joining.
  • the anode bonding can be performed, for example, at a temperature of 300 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.
  • Anode bonding can be performed, for example, in an atmospheric pressure atmosphere.
  • Anode bonding can be performed, for example, at a voltage of 250 V or more and 300 V or less. In this case, the voltage may be increased depending on the alkali content in the glass composition.
  • the anode bonding can be performed under a pressure of 0.1 MPa or more and 0.3 MPa or less, for example. In this case, the pressure may be increased according to the thickness of the cell body 2, the first lid member 3, and the second lid member 4.
  • the cell body 2 may be joined to the first lid member 3 and the second lid member 4 by laser sealing.
  • Laser sealing is preferably performed using a glass frit.
  • the glass frit for example, bismuth-based glass can be used.
  • the glass composition of bismuth-based glass is, for example, in mol%, Bi 2 O 3 39%, B 2 O 3 23.7%, ZnO 14.1%, Al 2 O 3 2.7%, CuO 20%, Fe. 2 O 3 can be 0.6%.
  • a paste containing a glass frit and, if necessary, a vehicle and a solvent is prepared.
  • this paste is applied and glazed (heat-treated) on the first main surface 5 and the second main surface 6 of the cell body 2 to form a frame-shaped sealing material layer.
  • the first lid member 3 and the second lid member 4 are placed on the first main surface 5 and the second main surface 6 of the cell body 2 on which the sealing material layer is formed, respectively.
  • the sealing material layer can be arranged between the first main surface 5 and the second main surface 6 of the cell body 2 and the first lid member 3 and the second lid member 4.
  • the frame-shaped sealing material layer may be formed on the side of the first lid member 3 and the second lid member 4.
  • the sealing material may be applied to both the first main surface 5 and the second main surface 6 of the cell body 2 and the first lid member 3 and the second lid member 4.
  • laser light is irradiated through the first lid member 3 to heat and melt one of the sealing material layers.
  • laser light is applied through the second lid member 4 to heat and melt the other sealing material layer.
  • the first main surface 5 and the second main surface 6 of the cell body 2 and the first lid member 3 and the second lid member 4 are air-sealed. Can be joined.
  • the laser light for example, a semiconductor laser having a wavelength of 808 nm and a wavelength of 3 W to 20 W can be used.
  • the cell body 2 may be joined to the first lid member 3 and the second lid member 4 by using an adhesive such as a resin adhesive or an inorganic adhesive.
  • the airtight container of the present invention When used as an atomic cell, it can be used, for example, as an atomic oscillator that makes a resonance transition of an alkali metal by utilizing the quantum interference effect of two types of light having different wavelengths. However, it may be used for an atomic oscillator that makes a resonance transition of an alkali metal by utilizing a double resonance phenomenon caused by light and microwave, and is not particularly limited.
  • the airtight container of the present invention is not limited to the atomic cell, and can be applied to a member that requires airtightness, such as a wavelength conversion member.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

加熱圧着等の、気密性を効果的に高めることができる態様を採用しても、光透過性を損なうことがない、気密容器及びその製造方法を提供する。　対向し合う第１の主面５及び第２の主面６を有し、第１の主面５及び第２の主面６間を貫通している第１の貫通孔１３（貫通孔）が設けられており、かつ第１の主面５及び第２の主面６に接続されている内側面８及び外側面７を有する、セル本体２と、セル本体２の第１の主面５上に設けられており、第１の貫通孔１３の一方側を塞いでいる第１の蓋部材３と、セル本体２の第２の主面６上に設けられており、第１の貫通孔１３の他方側を塞いでいる第２の蓋部材４とを備え、外側面７が火造り面であり、かつ入光面及び出光面を含むことを特徴とする。

Description

気密容器及びその製造方法
　本発明は、気密容器及びその製造方法に関する。
　原子時計は、セシウム（Ｃｓ）やルビジウム（Ｒｂ）等のアルカリ金属原子におけるエネルギー遷移に基づいて発振する原子発振器を備えており、この原子発振器は、長期的に高精度な発振特性が得られる発振器として知られている。原子発振器の動作原理は、いくつかの方式に区別されるが、量子干渉効果（ＣＰＴ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｐｐｉｎｇ）を利用した原子発振器は、水晶発振器と比較して３桁程度高い周波数安定性を有することが知られている。
　このような原子発振器では、原子セル内にガス状のアルカリ金属が封入されて用いられる。また、原子発振器として必要な性能を確保するため、原子セル内には、さらに窒素（Ｎ２）やネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）などのバッファガスが封入されて用いられている。
　下記の特許文献１には、原子セルの一例が開示されている。この原子セルは、貫通孔を有する胴体部と、貫通孔の開口を塞ぐ１対の窓部とを有する。胴体部及び１対の窓部により囲まれた内部空間内に、ガス状のアルカリ金属が封入されている。１対の窓部のうち一方が、励起光が入射する入射側窓部である。他方が、励起光が出射する出射側窓部である。
特開２０１５－１８５９１１号公報
　胴体部及び窓部の接合には、例えば、オプティカルコンタクトによる接合が考えられる。しかしながら、オプティカルコンタクトは胴体部及び窓部の表面の状態に依存するため、安定的に接合することが困難であり、原子セルの内部に存在するバッファガスがセル外部に漏洩する、いわゆるセル抜けが生じることがある。接着剤を用いた接合も考えられるが、高い遮蔽性を維持することは困難であり、大気中のヘリウム（Ｈｅ）が原子セルの内部に侵入するおそれがある。そのため、時間経過による周波数変動が生じ易いという問題がある。
　そこで、胴体部及び窓部の接合には、加熱圧着、すなわち溶着により接合することが考えられる。しかしながら、溶着は、屈伏点～軟化点の温度域において行う必要があり、窓部の表面に加圧による痕跡が残りがちである。なお、溶着以外の接合においても、窓部と胴体部とに加える圧力により、窓部の表面に接合の痕跡が残るおそれがある。そのため、光透過性が損なわれるおそれがある。
　本発明の目的は、加熱圧着等の、気密性を効果的に高めることができる態様を採用しても、光透過性を損なうことがない、気密容器及びその製造方法を提供することにある。
　本発明に係る気密容器は、対向し合う第１の主面及び第２の主面を有し、第１の主面及び第２の主面間を貫通している貫通孔が設けられており、かつ第１の主面及び第２の主面に接続されている内側面及び外側面を有する、セル本体と、セル本体の第１の主面上に設けられており、貫通孔の一方側を塞いでいる第１の蓋部材と、セル本体の第２の主面上に設けられており、貫通孔の他方側を塞いでいる第２の蓋部材とを備え、外側面が火造り面であり、かつ入光面及び出光面を含むことを特徴としている。また、内側面が火造り面であることが好ましい。
　セル本体の内側面が、互いに対向し合う第１の内側面及び第２の内側面を含み、外側面が、互いに対向し合う第１の外側面及び第２の外側面を含み、第１の外側面が入光面であり、第２の外側面が出光面であり、第１の外側面、第１の内側面、第２の外側面及び第２の内側面における、少なくとも光を透過させる部分が略平行であることが好ましい。
　セル本体の内側面が、互いに対向し合う第１の内側面及び第２の内側面を含み、外側面が、互いに対向し合う第１の外側面及び第２の外側面を含み、第１の外側面が入光面であり、第２の外側面が出光面であり、第１の外側面、第１の内側面、第２の外側面及び第２の内側面における、少なくとも光を透過させる部分がいずれも平面状であることが好ましい。
　セル本体がガラスにより構成されていることが好ましい。
　第１の蓋部材及び第２の蓋部材が、ガラスにより構成されていることが好ましい。
　貫通孔内に、アルカリ金属が封入されている、原子セルであることが好ましい。
　本発明の気密容器の製造方法は、上記気密容器を製造する方法であって、リドロー成形により、プリフォームからセル本体を形成する工程と、セル本体の第１の主面上に第１の蓋部材を接合する工程と、セル本体の第２の主面上に第２の蓋部材を接合する工程とを備えることを特徴としている。
　プリフォームに孔部を形成した後に、リドロー成形によりセル本体を形成する工程を行うことが好ましい。
　セル本体と、第１の蓋部材及び第２の蓋部材とを、加熱圧着により接合することが好ましい。
　本発明によれば、加熱圧着等の、気密性を効果的に高めることができる態様を採用しても、光透過性を損なうことがない、気密容器及びその製造方法を提供することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る原子セルを示す斜視図である。 図２は、図１中のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。 図３は、図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。 図４は、原子セルの第１の貫通孔内にアルカリ金属を封入する方法の例を説明するための正面断面図である。 図５は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る原子セルの斜視図である。 図６は、本発明の気密容器の製造方法における、プリフォームを用意する工程の一例を説明するための斜視図である。 図７は、本発明の気密容器の製造方法における、中間体を得る工程の一例を説明するための斜視図である。 図８は、本発明の気密容器の製造方法における、セル本体を得る工程の一例を説明するための正面断面図である。
　以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
　（原子セル）
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る原子セルを示す斜視図である。図２は、図１中のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。図３は、図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。
　図１に示すように、原子セル１は、セル本体２と、第１の蓋部材３と第２の蓋部材４とを備える。原子セル１は、本発明の気密容器である。もっとも、本発明の気密容器は原子セルには限定されず、例えば波長変換部材等の、気密性が求められる部材に適用することができる。
　図２に示すように、セル本体２は、第１の主面５及び第２の主面６並びに外側面７及び内側面８を有する。第１の主面５及び第２の主面６は対向し合っている。外側面７及び内側面８は、第１の主面５及び第２の主面６に接続されている。
　セル本体２には、第１の貫通孔１３と、第２の貫通孔１４と、連通部１５とが設けられている。第１の貫通孔１３は、本発明における貫通孔である。第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４は、第１の主面５及び第２の主面６間を貫通している。連通部１５は、第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４を連通させている部分である。本実施形態では、連通部１５は、第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４を接続している溝部である。連通部１５は、第１の主面５側に開口している。もっとも、連通部１５の配置は上記に限定されない。
　図１及び図３に示すように、平面視において、第１の貫通孔１３は、矩形の形状を有し、第２の貫通孔１４は円形の形状を有する。なお、第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４の平面視における形状は上記に限定されない。第１の貫通孔１３の平面視における形状は、例えば、略矩形状の形状であってもよく、四角形以外の多角形状の形状であってもよい。第２の貫通孔１４の平面視における形状も、多角形状等であってもよい。
　第２の貫通孔１４の容積は、第１の貫通孔１３の容積よりも小さい。具体的には、第２の貫通孔１４における第１の主面５に開口している部分の面積は、第１の貫通孔１３における第１の主面５に開口している部分の面積よりも小さい。同様に、第２の貫通孔１４における第２の主面６に開口している部分の面積は、第１の貫通孔１３における第２の主面６に開口している部分の面積よりも小さい。なお、第２の貫通孔１４及び連通部１５は必ずしも設けられていなくともよい。
　図１に示すように、セル本体２の外側面７は、第１の外側面７ａ、第２の外側面７ｂ、第３の外側面７ｃ及び第４の外側面７ｄを含む。第１の外側面７ａ及び第２の外側面７ｂは対向し合っている。第３の外側面７ｃ及び第４の外側面７ｄは対向し合っており、かつ第１の外側面７ａ及び第２の外側面７ｂに接続されている。第１の外側面７ａ及び第２の外側面７ｂは平面状の形状を有する。他方、第３の外側面７ｃ及び第４の外側面７ｄは曲面状の形状を有する。セル本体２の平面視における外形の形状は、略楕円形である。もっとも、セル本体２の平面視における外形の形状は上記に限定されず、例えば、矩形等であってもよい。本明細書において平面視とは、図１における上方から見る方向をいう。
　内側面８は、第１の貫通孔１３を囲んでいる面である。第１の主面５において第１の貫通孔１３が開口している部分は、第１の主面５及び内側面８が接続されている部分である。内側面８は、第１の内側面８ａ、第２の内側面８ｂ、第３の内側面８ｃ及び第４の内側面８ｄを含む。第１の内側面８ａ及び第２の内側面８ｂは対向し合っている。第３の内側面８ｃ及び第４の内側面８ｄは対向し合っており、かつ第１の内側面８ａ及び第２の内側面８ｂに接続されている。第１の内側面８ａ、第２の内側面８ｂ、第３の内側面８ｃ及び第４の内側面８ｄは平面状の形状を有する。上記連通部１５は、第４の内側面８ｄの一部において開口している。
　第１の主面５上に、上記第１の蓋部材３が接合されている。第１の蓋部材３は、第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４の一方側、並びに連通部１５を塞いでいる。第２の主面６上に、上記第２の蓋部材４が接合されている。第２の蓋部材４は、第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４の他方側を塞いでいる。本実施形態において、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４と、セル本体２との平面視における形状は同じであり、略楕円形である。もっとも、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４の形状は、第１の貫通孔１３、第２の貫通孔１４及び連通部１５を塞ぐことができる形状であればよい。第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４の形状は、例えば、円板状又は矩形板状等であってもよい。
　原子セル１は、アルカリ金属やバッファガスが封入される容器であり、原子セル１の第１の貫通孔１３内にガス状のアルカリ金属やバッファガスが封入されて用いられる。原子セル１は、原子発振器に用いられる。図１に示すように、光源から出射された光Ａが原子セル１に入射し、第１の貫通孔１３を通る。そして、原子セル１から光Ｂが出射する。具体的には、本実施形態では、第１の外側面７ａが入光面であり、第２の外側面７ｂが出光面である。第１の外側面７ａから入射した光Ａは、第１の貫通孔１３内のアルカリ金属に照射される。そして、光Ｂが第２の側面７ｂから出射する。原子セル１から出射した光Ｂは、光検出器に入射する。これにより、信号が取得される。なお、アルカリ金属としては、セシウム（Ｃｓ）やルビジウム（Ｒｂ）を用いることができる。バッファガスとしては、窒素（Ｎ２）やネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）を用いることができる。
　本実施形態の特徴は、セル本体２の外側面７が火造り面であり、かつ入光面及び出光面を含むことにある。本明細書において、火造り面とは、リドロー成形等の加熱成形によって形成された平滑な面をいう。具体的には、本明細書において、火造り面の算術平均粗さ（Ｒａ）は１ｎｍ以下である。原子セル１においては、入光面及び出光面が火造り面であり、平滑であるため、入光面及び出光面において光の散乱が生じ難く、光透過性を高めることができる。加えて、入光面及び出光面がセル本体２の外側面７に含まれるため、加熱圧着等により加えられる圧力により、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４の表面に接合の痕跡が残ったとしても、原子セル１の光透過性は影響され難い。従って、本実施形態においては、加熱圧着等の、気密性を効果的に高めることができる態様を採用しても、光透過性を損なうことがない。なお、本明細書における算術平均粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１：２０１３に基づく。
　気密性を高められることにより、大気中のＨｅが原子セル１の内部に侵入し難い。さらに、原子セル１の内部に封入されているバッファガスのセル抜けが生じ難い。それによって、原子発振器における発振周波数の経時変化を生じ難くすることができる。
　原子セル１においては、外側面７だけでなく、内側面８も火造り面である。よって、第１の貫通孔１３に光が入射するとき、及び第１の貫通孔１３から光が出射するときにおいても、光の散乱が生じ難い。よって、光透過性をより一層高めることができる。
　第１の外側面７ａ、第１の内側面８ａ、第２の外側面７ｂ及び第２の内側面８ｂにおける、少なくとも光を透過させる部分が略平行であることが好ましい。それによって、セル本体２における光が入射する部分の厚みを均一にすることができ、かつ光が出射する部分における厚みを均一にすることができる。さらに、第１の外側面７ａ、第１の内側面８ａ、第２の外側面７ｂ及び第２の内側面８ｂにおける、少なくとも光を透過させる部分がいずれも平面状であることが好ましい。それによって、光が原子セル１を通過する距離を均一にすることができる。従って、原子セル１を通過する光の信号を、光検出器よって安定的に取得することができる。なお、本発明でいう略平行とは、対向する側面が含まれる平面同士のなす角度が０．５度以下、より好ましくは０．２度以下であることをいう。
　なお、原子発振器の製品によって、光源と原子セル１との位置関係にばらつきが生じる場合には、原子セル１における光を透過させる部分にもばらつきが生じることとなる。ここで、本実施形態の原子セル１においては、第１の外側面７ａ、第１の内側面８ａ、第２の外側面７ｂ及び第２の内側面８ｂの全体が、略平行であり、かつ平面状である。それによって、上記のようなばらつきが生じる場合においても、製品毎において、光が原子セル１を通過する距離を均一にすることができる。従って、原子セル１を通過する光の信号を、光検出器よって、より確実に、安定的に取得することができる。
　本実施形態では、セル本体２、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４は、同じガラスにより構成されている。なお、セル本体２の材料は上記に限定されず、外側面７を火造り面とすることができ、かつ光透過性を有する材料であればよい。第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４の材料は上記に限定されず、例えば、金属、水晶又はシリコン等により構成されていてもよい。もっとも、セル本体２、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４は、ガラスにより構成されていることが好ましい。それによって、セル本体２、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４の熱膨張係数を互いに近づけることができ、接合の安定性を高めることができる。
　セル本体２に用いられるガラスとしては、特に限定されず、例えば、無鉛ガラス、有鉛ガラス、又はビスマス系ガラス等を用いることができる。
　無鉛ガラスとしては、例えば、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２　５０％～６０％、Ａｌ２Ｏ３　１０％～１６％、Ｂ２Ｏ３　０％～８％、ＭｇＯ　０％～５％、ＣａＯ　１６％～３０％、Ｒ２Ｏ（Ｒは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫから選択される少なくとも１種を表す）０％～２％、及びＰ２Ｏ５　０％～３％を含有する、アルミノ珪酸塩系ガラスを用いることができる。
　有鉛ガラスとしては、例えば、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２　１０％～４５％、ＰｂＯ　４０％～７５％、及びＫ２Ｏ　０．５％～１０％を含有する、鉛系ガラスを用いることができる。
　ビスマス系ガラスとしては、例えば、ガラス組成として、質量％で、Ｂｉ２Ｏ３　５％～８０％、Ｂ２Ｏ３　５％～３５％、ＺｎＯ　０％～２０％、ＳｉＯ２　０％～２０％、及びＳｒＯ　０％～３０％を含有する、ガラスを用いることができる。
　セル本体２、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４は、同系統のガラス組成を有することが好ましい。セル本体２、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４は、同じガラス組成を有することがさらに好ましい。それによって、セル本体２、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４の熱膨張係数を互いに近づけることができ、接合の安定性を高めることができる。よって、原子セル１の気密性を効果的に高めることができる。なお、本明細書において「同系統のガラス組成」のガラスとは、ガラス組成として含有される上位３成分が互いに一致することを指す。また、本発明において、「同じガラス組成」のガラスとは、互いにガラス組成として含有される各成分が一致し、一方のガラスの組成に対して他方のガラスの各成分の含有量の差が＋５％～－５％の範囲内であるものを含む。
　図４は、原子セルの第１の貫通孔内にアルカリ金属を封入する方法の例を説明するための正面断面図である。セル本体２における第２の貫通孔１４は、アルカリ金属Ｍが封入されたアンプル１９等を配置するために設けられている。第２の貫通孔１４内に配置されたアンプル１９に、原子セル１の外側からレーザー光Ｌを照射することにより、アンプル１９を割り、ガス状のアルカリ金属が第２の貫通孔１４内に放出される。なお、アンプル１９内に固体状のアルカリ金属Ｍが封入されている場合には、加熱によりアルカリ金属Ｍをガス化させてもよい。ガス状のアルカリ金属は、連通部１５を通り、第１の貫通孔１３内にも拡散する。もっとも、アルカリ金属を原子セル１内に封入する方法は上記に限定されない。例えば、アルカリ金属を原子セル１内に直接的に配置した後に、加熱によりアルカリ金属をガス化させてもよい。あるいは、アルカリ金属をガス状の状態において、原子セル１内に直接封入してもよい。
　（変形例）
　図５は、第１の実施形態の変形例に係る原子セルの斜視図である。本変形例においては、第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４が直接的に連通している。よって、本変形例では、連通部は設けられていない。第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４は、第４の内側面８ｄにおいて、第１の主面５から第２の主面６に至るまで連続的に開口しており、かつ第１の主面５から第２の主面６に至るまで連続的に連通している。
　以下、気密容器としての原子セル１の製造方法の一例について説明する。
　（製造方法）
　図６は、気密容器の製造方法における、プリフォームを用意する工程の一例を説明するための斜視図である。図７は、気密容器の製造方法における、中間体を得る工程の一例を説明するための斜視図である。図８は、気密容器の製造方法における、セル本体を得る工程の一例を説明するための正面断面図である。
　気密容器としての原子セル１の製造方法においては、セル本体２をリドロー成形により形成する。具体的には、図６に示すように、リドロー成形に用いるプリフォーム２２を、切削加工等によって用意する。平面視において、プリフォーム２２の少なくとも一部の外形の形状と、得ようとするセル本体２の外形の形状とは、相似の関係を有する。
　次に、プリフォーム２２に、第１の孔部２３及び第２の孔部２４を設ける。平面視において、第１の孔部２３の形状と、得ようとするセル本体２の第１の貫通孔１３の形状とは、相似の関係を有する。同様に、平面視において、第２の孔部２４の形状と、得ようとするセル本体２の第２の貫通孔１４の形状とは、相似の関係を有する。第１の孔部２３及び第２の孔部２４は、例えば、ドリルや超音波加工等により形成することができる。第１の孔部２３及び第２の孔部２４は、貫通孔であってもよく、あるいは、貫通孔ではなくともよい。なお、プリフォーム２２には、第１の孔部２３及び第２の孔部２４を必ずしも設けなくともよい。
　次に、図７に示すように、プリフォーム２２を加熱し、引き延ばす。次に、プリフォーム２２における引き延ばされた部分を切断することにより、中間体２５を得る。図７中のＤ－Ｄ線は、プリフォーム２２が切断されていることを示す。上記切断は、例えば、ダイシングソーやガラスカッターにより行うことができる。中間体２５は、第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４を有する。中間体２５の第１の貫通孔１３は、プリフォーム２２における第１の孔部２３から形成される。中間体２５の第２の貫通孔１４は、プリフォーム２２における第２の孔部２４から形成される。
　さらに、中間体２５は、外側面７及び内側面８を有する。中間体２５は、リドロー成形により形成されていることによって、外側面７は火造り面とされている。さらに、プリフォーム２２に第１の孔部２３が形成された状態においてリドロー成形を行うことによって、内側面８をも火造り面とすることができる。図７に示す工程を繰り返すことにより、１個のプリフォーム２２から複数の中間体２５を得る。
　なお、プリフォーム２２に第１の孔部２３及び第２の孔部２４を設けない場合には、それぞれの中間体２５に第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４を設けてもよい。もっとも、プリフォーム２２に第１の孔部２３及び第２の孔部２４を設けることが好ましい。それによって、上記のように、内側面８を火造り面とすることができる。加えて、各中間体２５に第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４を設ける工程を削減できる。よって、生産性を高めることができる。
　次に、図８に示すように、第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４を連通させるように、連通部１５を設ける。連通部１５は、例えば、ドリルや超音波加工等により形成することができる。本実施形態においては、第１の主面５における第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４の間の部分に、溝を設けることによって、連通部１５を形成する。これにより、セル本体２を得る。
　一方で、図１に示した第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４を用意する。次に、セル本体２の第１の主面５と第１の蓋部材３とを接合する。このとき、第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４の一方側、並びに連通部１５を、第１の蓋部材３により塞ぐ。さらに、セル本体２の第２の主面６と第２の蓋部材４とを接合する。このとき、第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４の他方側を、第２の蓋部材４により塞ぐ。以上により、図１に示す原子セル１を得る。
　なお、アルカリ金属を原子セル１に封入する際には、セル本体２と双方の蓋部材とを接合する前に、アルカリ金属が封入されたアンプル等をセル本体２内に配置すればよい。具体的には、例えば、セル本体２の第２の主面６と第２の蓋部材４とを接合する。次に、セル本体２の第２の貫通孔１４内にアンプル等を配置する。その後、セル本体２の第１の主面５と第１の蓋部材３とを接合する。なお、セル本体２の第１の主面５と第１の蓋部材３との接合に際しては、第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４内にバッファガスを導入し、このバッファガス雰囲気において接合を行う。本発明においては、原子セル１内におけるアルカリ金属はガス化前の固体等の状態であってもよいし、ガス状の状態であってもよいし、アンプルに封入された状態であってもよい。原子セル１の使用時に、第１の貫通孔１３内にガス状のアルカリ金属が封入されていればよい。
　セル本体２と、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４との接合は、加熱圧着により行うことが好ましい。この場合には、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４の表面において、加圧の痕跡が残る場合もある。これに対して、本実施形態においては、入光面及び出光面はセル本体２の外側面７に含まれるため、光透過性が損なわれ難い。よって、上記接合に加熱圧着を用いる場合に、本発明は好適である。しかも、原子セル１の気密性を効果的に高めることができる。
　加熱圧着においては、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４を構成するガラス材料の屈伏点以上、軟化点以下の温度域まで、第１の蓋部材３、第２の蓋部材４及びセル本体２を加熱し、荷重を印加することが好ましい。荷重を加える際には、セル本体２と、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４を挟持する。加熱圧着における圧力は、１ｋＰａ以上とすることが好ましく、１０ｋＰａ以上とすることがより好ましい。それによって、原子セル１の気密性を効果的に高めることができる。しかも、本実施形態においては、原子セル１における光透過性は損なわれ難い。なお、加熱圧着における圧力は、０．５ＭＰａ以下であることが好ましく、０．１ＭＰａ以下であることがより好ましい。
　加熱圧着により上記接合を行う場合には、セル本体２の第１の主面５及び第２の主面６、並びに第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４の接合面を研磨する必要はない。よって、生産性を高めることができる。もっとも、上記各接合面を、接合前に研磨してもよい。この場合、接合面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．３ｎｍ以下であることが好ましく、０．２ｎｍ以下であることがより好ましく、０．１ｎｍ以下であることがさらに好ましい。なお、上記接合は、加熱圧着以外の方法により行ってもよい。
　セル本体２と、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４との接合は、オプティカルコンタクトにより行ってもよい。この場合には、接合前に、セル本体２の第１の主面５及び第２の主面６、並びに第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４の接合面を研磨する。第１の蓋部材３、第２の蓋部材４及びセル本体２の接合面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、１ｎｍ以下であることが好ましく、０．６ｎｍ以下であることがより好ましく、０．４ｎｍ以下であることがさらに好ましい。加熱温度としては、第１の蓋部材３、第２の蓋部材４及びセル本体２を構成するガラスのガラス転移温度以下とすることが好ましく、４００℃以下とすることがより好ましく、３００℃以下とすることがさらに好ましい。また、オプティカルコンタクトにおける加圧の圧力としては、１０ＭＰａ以上とすることが好ましく、１００ＭＰａ以上とすることがより好ましい。それによって、原子セル１の気密性を効果的に高めることができる。しかも、上記のように、原子セル１における光透過性は損なわれ難い。なお、オプティカルコンタクトにおける圧力は、３００ＭＰａ以下であることが好ましく、２００ＭＰａ以下であることがより好ましい。
　セル本体２と、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４との接合は、陽極接合により行ってもよい。陽極接合は、例えば、３００℃以上、３５０℃以下の温度で行うことができる。陽極接合は、例えば、大気圧雰囲気下で行うことができる。陽極接合は、例えば、２５０Ｖ以上、３００Ｖ以下の電圧で行うことができる。この場合、ガラス組成中のアルカリ含有量により電圧を増加させてもよい。また、陽極接合は、例えば、０．１ＭＰａ以上、０．３ＭＰａ以下の加圧下で行うことができる。この場合、セル本体２、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４の厚みに応じて圧力を大きくしてもよい。
　セル本体２と、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４との接合は、レーザーシールにより行ってもよい。レーザーシールは、ガラスフリットを用いて行うことが好ましい。ガラスフリットとしては、例えば、ビスマス系ガラスを用いることができる。ビスマス系ガラスのガラス組成は、例えば、モル％で、Ｂｉ２Ｏ３　３９％、Ｂ２Ｏ３　２３．７％、ＺｎＯ　１４．１％、Ａｌ２Ｏ３　２．７％、ＣｕＯ　２０％、Ｆｅ２Ｏ３　０．６％とすることができる。
　レーザーシールによる接合の一例では、まず、ガラスフリットと、必要に応じてビークル及び溶剤とを含むペーストを用意する。次に、このペーストをセル本体２の第１の主面５及び第２の主面６上に塗布及びグレーズ（加熱処理）し、額縁状の封着材料層を形成する。次に、封着材料層を形成したセル本体２の第１の主面５及び第２の主面６上に、それぞれ、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４を載置する。これにより、セル本体２の第１の主面５及び第２の主面６と第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４との間に封着材料層を配置することができる。なお、額縁状の封着材料層は、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４側に形成してもよい。あるいは、セル本体２の第１の主面５及び第２の主面６と第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４との両方に封着材料を塗布してもよい。次に、レーザー光を、第１の蓋部材３を通して照射し、一方の封着材料層を加熱溶融する。同様に、レーザー光を、第２の蓋部材４を通して照射し、他方の封着材料層を加熱溶融する。これらにより、封着材料層を軟化変形させることにより、セル本体２の第１の主面５及び第２の主面６と第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４とを気密封着して接合することができる。なお、レーザー光としては、例えば、波長８０８ｎｍ、３Ｗ～２０Ｗの半導体レーザーを用いることができる。
　また、セル本体２と、第１の蓋部材３及び第２の蓋部材４との接合は、樹脂接着剤や無機接着剤等の接着剤を用いて行ってもよい。
　本発明の気密容器を原子セルとして用いる場合、例えば、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果を利用してアルカリ金属を共鳴遷移させる原子発振器に用いることができる。もっとも、光及びマイクロ波による二重共鳴現象を利用してアルカリ金属を共鳴遷移させる原子発振器に用いてもよく、特に限定されない。なお、本発明の気密容器は原子セルには限定されず、例えば波長変換部材等の、気密性が求められる部材に適用することもできる。
１…原子セル
２…セル本体
３…第１の蓋部材
４…第２の蓋部材
５…第１の主面
６…第２の主面
７…外側面
７ａ～７ｄ…第１～第４の外側面
８…内側面
８ａ～８ｄ…第１～第４の内側面
１３…第１の貫通孔
１４…第２の貫通孔
１５…連通部
１９…アンプル
２２…プリフォーム
２３…第１の孔部
２４…第２の孔部
２５…中間体

Claims (10)

  1. 　対向し合う第１の主面及び第２の主面を有し、前記第１の主面及び前記第２の主面間を貫通している貫通孔が設けられており、かつ前記第１の主面及び前記第２の主面に接続されている内側面及び外側面を有する、セル本体と、
    　前記セル本体の前記第１の主面上に設けられており、前記貫通孔の一方側を塞いでいる第１の蓋部材と、
    　前記セル本体の前記第２の主面上に設けられており、前記貫通孔の他方側を塞いでいる第２の蓋部材と、
    を備え、
    　前記外側面が火造り面であり、かつ入光面及び出光面を含む、気密容器。
  2. 　前記内側面が火造り面である、請求項１に記載の気密容器。
  3. 　前記セル本体の前記内側面が、互いに対向し合う第１の内側面及び第２の内側面を含み、前記外側面が、互いに対向し合う第１の外側面及び第２の外側面を含み、
    　前記第１の外側面が入光面であり、前記第２の外側面が出光面であり、
    　前記第１の外側面、前記第１の内側面、前記第２の外側面及び前記第２の内側面における、少なくとも光を透過させる部分が略平行である、請求項１又は２に記載の気密容器。
  4. 　前記セル本体の前記内側面が、互いに対向し合う第１の内側面及び第２の内側面を含み、前記外側面が、互いに対向し合う第１の外側面及び第２の外側面を含み、
    　前記第１の外側面が入光面であり、前記第２の外側面が出光面であり、
    　前記第１の外側面、前記第１の内側面、前記第２の外側面及び前記第２の内側面における、少なくとも光を透過させる部分がいずれも平面状である、請求項１～３のいずれか１項に記載の気密容器。
  5. 　前記セル本体がガラスにより構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の気密容器。
  6. 　前記第１の蓋部材及び前記第２の蓋部材が、ガラスにより構成されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の気密容器。
  7. 　前記貫通孔内に、アルカリ金属が封入されている、原子セルである、請求項１～６のいずれか１項に記載の気密容器。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の気密容器を製造する方法であって、
    　リドロー成形により、プリフォームから前記セル本体を形成する工程と、
    　前記セル本体の前記第１の主面上に前記第１の蓋部材を接合する工程と、
    　前記セル本体の前記第２の主面上に前記第２の蓋部材を接合する工程と、
    を備える、気密容器の製造方法。
  9. 　前記プリフォームに孔部を形成した後に、リドロー成形により前記セル本体を形成する工程を行う、請求項８に記載の気密容器の製造方法。
  10. 　前記セル本体と、前記第１の蓋部材及び前記第２の蓋部材とを、加熱圧着により接合する、請求項８又は９に記載の気密容器の製造方法。
PCT/JP2021/019340 2020-07-17 2021-05-21 気密容器及びその製造方法 WO2022014156A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-122905 2020-07-17
JP2020122905A JP7491112B2 (ja) 2020-07-17 2020-07-17 気密容器及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022014156A1 true WO2022014156A1 (ja) 2022-01-20

Family

ID=79555127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/019340 WO2022014156A1 (ja) 2020-07-17 2021-05-21 気密容器及びその製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7491112B2 (ja)
WO (1) WO2022014156A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013143498A (ja) * 2012-01-11 2013-07-22 Seiko Epson Corp 原子発振器用の光学モジュールおよび原子発振器
JP2015053304A (ja) * 2013-09-05 2015-03-19 セイコーエプソン株式会社 原子セル、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体
JP2017534559A (ja) * 2014-10-07 2017-11-24 ショット アクチエンゲゼルシャフトＳｃｈｏｔｔ ＡＧ 高められた強度を有する合わせガラス
JP2020113616A (ja) * 2019-01-10 2020-07-27 国立研究開発法人情報通信研究機構 量子光学装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5892320B2 (ja) 2012-01-11 2016-03-23 セイコーエプソン株式会社 原子発振器用の光学モジュールおよび原子発振器
JP6841190B2 (ja) 2017-08-31 2021-03-10 セイコーエプソン株式会社 周波数信号生成装置および周波数信号生成システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013143498A (ja) * 2012-01-11 2013-07-22 Seiko Epson Corp 原子発振器用の光学モジュールおよび原子発振器
JP2015053304A (ja) * 2013-09-05 2015-03-19 セイコーエプソン株式会社 原子セル、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体
JP2017534559A (ja) * 2014-10-07 2017-11-24 ショット アクチエンゲゼルシャフトＳｃｈｏｔｔ ＡＧ 高められた強度を有する合わせガラス
JP2020113616A (ja) * 2019-01-10 2020-07-27 国立研究開発法人情報通信研究機構 量子光学装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP7491112B2 (ja) 2024-05-28
JP2022019207A (ja) 2022-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11711938B2 (en) Sealed devices comprising transparent laser weld regions
US10457595B2 (en) Laser welded glass packages
US8089200B2 (en) Piezoelectric vibrating devices and methods for manufacturing same
US10669198B2 (en) Vacuum glass panel, glass window, and method for producing vacuum glass panel
EP1295157A1 (en) Composite diamond window
JP2009212416A (ja) ガスセルの製造方法及びガスセル
WO2019161370A1 (en) Laser welded sheets, laser welding methodology, and hermetically sealed devices incorporating the same
US20040187437A1 (en) Laminated strength-reinforced window assemblies
KR20210097046A (ko) 전자 디바이스를 패키징하기 위한 유리 웨이퍼를 제조하는 방법, 및 이 방법에 따라 제조된 전자 부품
WO2022014156A1 (ja) 気密容器及びその製造方法
WO2022018951A1 (ja) 原子セル及びその製造方法
JP2013038727A (ja) 気密パッケージおよびその製造方法。
JP2023046815A (ja) 気密容器及びその製造方法
US11515221B2 (en) Housing for an optoelectronic device, and method for producing same, and lid for a housing
KR20190022448A (ko) 기밀 패키지 및 그 제조 방법
WO2021024619A1 (ja) 原子セル用ガラス、原子セル、及び原子セルの製造方法
WO2017156048A1 (en) Sealed devices comprising transparent laser weld regions
JP2023084853A (ja) 気密パッケージ、電子装置及び気密パッケージ用の蓋材
WO2023053688A1 (ja) 電子装置および電子装置の製造方法
KR20220073802A (ko) 접합체의 제조방법 및 접합체의 제조장치
US9388037B2 (en) Device using glass substrate anodic bonding
CN104541191A (zh) 形成气密密封光纤到芯片连接的方法
CN114981227A (zh) 接合体的制造方法以及接合体
JP2020183794A (ja) ダイヤフラム構成体、ダイヤフラム装置及びダイヤフラム構成体の製造方法、並びに、ガラス構造体
JPS59148378A (ja) ガスレ−ザ管の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21843428

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21843428

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1