特開 2023-46815 気密容器及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023046815

(43)【公開日】2023-04-05

(54)【発明の名称】気密容器及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 1/06 20060101AFI20230329BHJP

【ＦＩ】

H01S1/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021155614

(22)【出願日】2021-09-24

(71)【出願人】

【識別番号】000232243

【氏名又は名称】日本電気硝子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001232

【氏名又は名称】弁理士法人大阪フロント特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中島 一嘉

(57)【要約】

【課題】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、光透過部の平行度を高めることができる、気密容器及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第１，第２の主面５，６を有し、第１，第２の主面５，６間を貫通している第１，第２の貫通孔１３，１４が設けられており、かつ内側面８及び外側面７を有するセル本体２と、第１，第２の蓋部材３，４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み、第１の貫通孔１３が、入光面及び出光面の間に位置しており、内側面８の、第１の貫通孔１３に面している第１の内側面８ａが入光面に対向し、第２の内側面８ｂが出光面に対向しており、第３，第４の内側面８ｃ，８ｄが第１，第２の内側面８ａ，８ｂに接続されており、複数の第２の貫通孔１４が設けられており、少なくとも２つの第２の貫通孔１４が、第３，第４の内側面８ｃ，８ｄを挟み互いに対向していることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項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第１の貫通孔及び第２の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、前記第１の貫通孔及び前記第２の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、前記第１の貫通孔及び前記第２の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み、
前記第１の貫通孔が、前記入光面及び前記出光面の間に位置しており、前記内側面が、前記第１の貫通孔に面している第１から第４の内側面を有し、前記第１の内側面が前記入光面に対向しており、前記第２の内側面が前記出光面に対向しており、前記第３の内側面及び前記第４の内側面がそれぞれ、前記第１の内側面及び前記第２の内側面に接続されており、
複数の前記第２の貫通孔が設けられており、少なくとも２つの前記第２の貫通孔が、前記第３の内側面及び前記第４の内側面を挟み互いに対向している、気密容器。

【請求項2】

平面視において、前記入光面及び前記出光面が互いに対向し合う方向を第１の方向とし、前記第１の方向と直交する方向を第２の方向としたときに、前記セル本体が、前記第２の方向において、前記第１の貫通孔を挟み対向し合う第１の領域及び第２の領域を有し、
前記第１の貫通孔、前記第１の領域及び前記第２の領域のそれぞれの中央の、前記第１の方向における位置が同じであり、前記第１の領域及び前記第２の領域の前記第１の方向に沿う寸法が、前記第１の貫通孔の前記第１の方向に沿う寸法の８０％であり、
前記第１の領域及び前記第２の領域のそれぞれに、少なくとも１つの前記第２の貫通孔が設けられており、前記第１の領域における前記第２の貫通孔の総容積と、前記第２の領域における前記第２の貫通孔の総容積とが同じである、請求項１に記載の気密容器。

【請求項3】

平面視において、前記第１の貫通孔の中央を通り、かつ前記第１の方向と平行に延びる軸を第１の対称軸とし、前記第１の貫通孔の中央を通り、かつ前記第２の方向と平行に延びる軸を第２の対称軸としたときに、前記複数の第２の貫通孔が、前記第１の対称軸及び前記第２の対称軸のうち少なくとも一方に対して線対称に配置されている、請求項２に記載の気密容器。

【請求項4】

前記複数の第２の貫通孔が、前記第１の対称軸及び前記第２の対称軸の双方に対して線対称に配置されている、請求項３に記載の気密容器。

【請求項5】

前記複数の第２の貫通孔の平面視における形状がいずれも円形である、請求項１～４のいずれか１項に記載の気密容器。

【請求項6】

前記第２の貫通孔が２つ設けられている、請求項１～５のいずれか１項に記載の気密容器。

【請求項7】

平面視において、前記第１の貫通孔の中央が、前記セル本体の中央と一致しており、
平面視において、前記入光面及び前記出光面が互いに対向し合う方向を第１の方向とし、前記第１の方向と直交する方向を第２の方向としたときに、前記第１の貫通孔の前記第１の方向に沿う寸法が、前記第１の貫通孔の前記第２の方向に沿う寸法よりも大きい、請求項１～６のいずれか１項に記載の気密容器。

【請求項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。

【請求項9】

前記プリフォームに、前記第１の貫通孔及び前記複数の第２の貫通孔を形成するための複数の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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気密容器及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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（Ｎ_２）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。

【0004】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５－１８５９１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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。

【0007】

そこで、胴体部及び窓部をガラスとした上で、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、ガラスの屈伏点から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り、これにより、双方の窓部において、接合の痕跡の残り具合が異なることがある。そのため、励起光が入射する部分及び出射する部分における平行度が損なわれ、光透過性が損なわれるおそれがある。

【0008】

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、光透過部の平行度を高めることができる、気密容器及びその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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第１の貫通孔及び第２の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、第１の貫通孔及び第２の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、第１の貫通孔及び第２の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み、第１の貫通孔が、入光面及び出光面の間に位置しており、内側面が、第１の貫通孔に面している第１から第４の内側面を有し、第１の内側面が入光面に対向しており、第２の内側面が出光面に対向しており、第３の内側面及び第４の内側面がそれぞれ、第１の内側面及び第２の内側面に接続されており、複数の第２の貫通孔が設けられており、少なくとも２つの第２の貫通孔が、第３の内側面及び第４の内側面を挟み互いに対向していることを特徴とする。

【0010】

平面視において、入光面及び出光面が互いに対向し合う方向を第１の方向とし、第１の方向と直交する方向を第２の方向としたときに、セル本体が、第２の方向において、第１の貫通孔を挟み対向し合う第１の領域及び第２の領域を有し、第１の貫通孔、第１の領域及び第２の領域のそれぞれの中央の、第１の方向における位置が同じであり、第１の領域及び第２の領域の第１の方向に沿う寸法が、第１の貫通孔の第１の方向に沿う寸法の８０％であり、第１の領域及び第２の領域のそれぞれに、少なくとも１つの第２の貫通孔が設けられており、第１の領域における第２の貫通孔の総容積と、第２の領域における第２の貫通孔の総容積とが同じであることが好ましい。この場合、平面視において、第１の貫通孔の中央を通り、かつ第１の方向と平行に延びる軸を第１の対称軸とし、第１の貫通孔の中央を通り、かつ第２の方向と平行に延びる軸を第２の対称軸としたときに、複数の第２の貫通孔が、第１の対称軸及び第２の対称軸のうち少なくとも一方に対して線対称に配置されていることがより好ましい。そしてこの場合、複数の第２の貫通孔が、第１の対称軸及び第２の対称軸の双方に対して線対称に配置されていることがさらに好ましい。

【0011】

複数の第２の貫通孔の平面視における形状がいずれも円形であることが好ましい。

【0012】

第２の貫通孔が２つ設けられていることが好ましい。

【0013】

平面視において、第１の貫通孔の中央が、セル本体の中央と一致しており、平面視において、入光面及び出光面が互いに対向し合う方向を第１の方向とし、第１の方向と直交する方向を第２の方向としたときに、第１の貫通孔の第１の方向に沿う寸法が、第１の貫通孔の第２の方向に沿う寸法よりも大きいことが好ましい。

【0014】

本発明に係る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する。

【0015】

プリフォームに、第１の貫通孔及び複数の第２の貫通孔を形成するための複数の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。

【発明の効果】

【0016】

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、光透過部の平行度を高めることができる、気密容器及びその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】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】図１中のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。

【図3】図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。

【図4】参考例のセル本体の断面図である。

【図5】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6】本発明の第１の実施形態におけるセル本体の領域を説明するための、図３に示す断面に相当する部分を示す断面図である。

【図7】本発明の第１の実施形態の第１の変形例におけるセル本体の、図３に示す断面に相当する部分を示す断面図である。

【図8】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9】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10】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。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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。

【0019】

（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。

【0020】

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。

【0021】

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２の主面６に接続されている。さらに、外側面７は、第１の主面５に接続されている。

【0022】

セル本体２には、第１の貫通孔１３と、２つの第２の貫通孔１４とが設けられている。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。２つの第２の貫通孔１４は、第１の貫通孔１３を挟み、互いに対向している。さらに、セル本体２には、２つの連通部１５が設けられている。各連通部１５は、第１の貫通孔１３及び各第２の貫通孔１４を連通させている。なお、連通部１５は少なくとも１つ設けられていればよい。第１の貫通孔１３及び少なくとも１つの第２の貫通孔１４が連通していればよい。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

各第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、各第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、各第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。

【0026】

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。

【0027】

図３に示すように、内側面８は、第１の貫通孔１３に面している。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。第１の内側面８ａは第１の外側面７ａに対向している。第２の内側面８ｂは第２の外側面７ｂに対向している。

【0028】

図１に示すように、一方の上記連通部１５は、第３の内側面８ｃの一部において開口している。他方の連通部１５は、第４の内側面８ｄの一部において開口している。

【0029】

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２つの第２の貫通孔１４の一方側、並びに２つの連通部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２つの第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、円板状または矩形板状等であってもよい。

【0030】

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の外側面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（Ｎ_２）やネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）を用いることができる。

【0031】

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み、２つの第２の貫通孔１４が、第３の内側面８ｃ及び第４の内側面８ｄを挟み互いに対向していることにある。それによって、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、光透過部の平行度を高めることができる。この詳細を以下において説明する。

【0032】

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。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。

【0033】

もっとも、外側面及び内側面が互いに対向している部分が略平行ではない場合には、セル本体における光が入射または出射する部分の厚みは不均一になる。この場合、光が原子セル１を通過する位置により、光が原子セル１を通過する距離は異なる。例えば、原子発振器の製品の製造ばらつきにより、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位置にもばらつきが生じる。そのため、通過した光の信号の状態にもばらつきが生じる。

【0034】

例えば、第２の貫通孔１４を１つだけ設けた場合には、リドロー成形等の加熱成形時において、内側面８に歪みが生じるおそれがある。そのため、上記のように、外側面７及び内側面８が互いに対向している部分が略平行ではなくなるおそれがある。より具体的には、第１の外側面７ａ及び第１の内側面８ａ並びに第２の外側面７ｂ及び第２の内側面８ｂが略平行ではなくなるおそれがある。これは、第１の貫通孔１３の周囲の構成が非対称であるためと考えられる。

【0035】

これに対して、本実施形態においては、図３に示すように、２つの第２の貫通孔１４が、第３の内側面８ｃ及び第４の内側面８ｄを挟み互いに対向している。それによって、第１の貫通孔１３の周囲の構成における対称性を高めることができる。これにより、リドロー成形等の加熱成形時において、内側面８に歪みが生じ難い。よって、セル本体２における光透過部の平行度を高めることができる。光透過部の平行度が高いとは、例えば、第１の外側面７ａと平行な面を基準面としたときに、第１の内側面８ａ、第２の内側面８ｂ及び第２の外側面７ｂのいずれもが、該基準面と平行に近いことをいう。原子セル１のセル本体２では、第１の外側面７ａと、第１の内側面８ａ、第２の内側面８ｂ及び第２の外側面７ｂとは略平行である。なお、本発明でいう略平行とは、平面同士のなす角の角度が０．５°以下であることをいう。略平行である場合、上記角度は、０．２°以下であることが好ましい。

【0036】

本実施形態において、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における光透過部の平行度は影響され難い。よって、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、光透過部の平行度を高めることができる。そして、上記平行度が高いことにより、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。よって、原子発振器の製品の製造ばらつきにより、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、光検出器よって安定的に取得することができる。

【0037】

なお、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、またはビスマス系ガラス等を用いることができる。

【0038】

無鉛ガラスとしては、例えば、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ ５０％～７０％、Ａｌ_２Ｏ_３ １０％～２０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０％～１０％、ＭｇＯ ０％～５％、ＣａＯ １５％～３０％、Ｒ_２Ｏ（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％～５％、及びＰ_２Ｏ_５ 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。

【0039】

有鉛ガラスとしては、例えば、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ １０％～４５％、ＰｂＯ ４０％～７５％、及びＫ_２Ｏ ０．５％～１０％を含有する、鉛系ガラスを用いることができる。

【0040】

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、Ｂｉ_２Ｏ_３ ５％～８０％、Ｂ_２Ｏ_３ ５％～３５％、ＺｎＯ ０％～２０％、ＳｉＯ_２ 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。

【0041】

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より好ましい。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の熱膨張係数を整合させることができ、剥離を回避する等の接合の安定性を高めることができる。従って、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。

【0042】

本実施形態において光透過部の平行度を高めることができる効果の詳細を、本実施形態及び比較例におけるセル本体を比較することにより示す。比較例のセル本体１０２は、図４に示すように、第２の貫通孔１４が１つのみ設けられている点において本実施形態と異なる。図４中の破線は、第１の外側面７ａと平行の基準面を示す。

【0043】

ガラス組成で、質量％表記で、ＳｉＯ_２ ５５％、Ａｌ_２Ｏ_３ １２％、Ｂ_２Ｏ_３ ５％、ＭｇＯ ２％、ＣａＯ ２５％、Ｎａ_２Ｏ １％を含有するアルミノ珪酸塩系ガラスを用いて、本実施形態及び比較例のセル本体を、リドロー成形により作製した。

【0044】

第１の外側面７ａ及び第１の内側面８ａがなす角の角度をθ１とし、第１の外側面７ａ及び第２の内側面８ｂがなす角の角度をθ２とし、第１の外側面７ａ及び第２の外側面７ｂがなす角の角度をθ３とする。本実施形態においては、θ１、θ２及びθ３のいずれもが０．１°であった。これに対して、比較例では、θ１は０．５°であり、θ２及びθ３は１°であった。このように、本実施形態においては、光透過部における平行度を高めることを確認でき、光透過性をより確実に高めることができる。

【0045】

本実施形態においては、光透過性及び気密性を両立することができる。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。

【0046】

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。

【0047】

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、水晶また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の熱膨張係数を整合させることができ、剥離を回避する等の接合の安定性を高めることができる。

【0048】

図５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における一方の第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。これに限られず、双方の第２の貫通孔１４にアンプル１９等を配置しても構わない。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。

【0049】

以下において、本発明における好ましい構成を示す。

【0050】

図６は、第１の実施形態におけるセル本体の領域を説明するための、図３に示す断面に相当する部分を示す断面図である。セル本体２は第１の領域Ｃ１及び第２の領域Ｃ２を有する。具体的には、平面視において、入光面及び出光面が互いに対向し合う方向を第１の方向ｙとし、第１の方向ｙと直交する方向を第２の方向ｘとしたときに、第１の領域Ｃ１及び第２の領域Ｃ２は、第２の方向ｘにおいて、第１の貫通孔１３を挟み互いに対向している。第１の貫通孔１３、第１の領域Ｃ１及び第２の領域Ｃ２のそれぞれの中央の、第１の方向ｙにおける位置は同じである。第１の領域Ｃ１及び第２の領域Ｃ２の第１の方向ｙに沿う寸法は、第１の貫通孔１３の第１の方向ｙに沿う寸法の８０％である。

【0051】

第１の領域Ｃ１及び第２の領域Ｃ２のそれぞれに、少なくとも１つずつの第２の貫通孔１４が設けられており、第１の領域Ｃ１における第２の貫通孔１４の総容積と、第２の領域Ｃ２における第２の貫通孔１４の総容積とが同じであることが好ましい。それによって、第１の貫通孔１３の周囲の構成における対称性をより確実に高めることができ、リドロー成形等の加熱成形時において、より確実に内側面８に歪みを生じ難くすることができ、これにより外側面７及び内側面８が互いに対向している部分を略平行にできる。従って、光透過部の平行度をより確実に高めることができる。

【0052】

図６に示すように、平面視において、第１の貫通孔１３の中央を通り、かつ第１の方向ｙと平行に延びる軸を第１の対称軸Ｏｙとし、第１の貫通孔１３の中央を通り、かつ第２の方向ｘと平行に延びる軸を第２の対称軸Ｏｘとする。複数の第２の貫通孔１４が、第１の対称軸Ｏｙ及び第２の対称軸Ｏｘのうち少なくとも一方に対して線対称に配置されていることが好ましい。それによって、第１の貫通孔１３の周囲の構成における対称性を効果的に高めることができ、リドロー成形等の加熱成形時において、より確実に内側面８に歪みを生じ難くすることができ、これにより外側面７及び内側面８が互いに対向している部分を略平行にできる。従って、光透過部の平行度をより確実に高めることができる。

【0053】

本実施形態のように、複数の第２の貫通孔１４が、第１の対称軸Ｏｙ及び第２の対称軸Ｏｘの双方に対して線対称に配置されていることがより好ましい。それによって、第１の貫通孔１３の周囲の構成における対称性をより一層高めることができ、リドロー成形等の加熱成形時において、より確実に内側面８に歪みを生じ難くすることができ、これにより外側面７及び内側面８が互いに対向している部分を略平行にできる。従って、光透過部の平行度をより確実に高めることができる。なお、第２の貫通孔１４が第２の対称軸Ｏｘに対して線対称に配置されているとは、本実施形態のように、第２の貫通孔１４が第２の対称軸Ｏｘ上に配置されており、かつ第２の貫通孔１４の形状が第２の対称軸Ｏｘに対して線対称である場合も含む。

【0054】

複数の第２の貫通孔１４の平面視における形状が同じであることが好ましい。それによって、第１の貫通孔１３の周囲の構成における対称性をより確実に高めることができ、リドロー成形等の加熱成形時において、より確実に内側面８に歪みを生じ難くすることができ、これにより外側面７及び内側面８が互いに対向している部分を略平行にできる。従って、光透過部の平行度をより確実に高めることができる。

【0055】

複数の第２の貫通孔１４の平面視における形状が、円形であることがより好ましい。この場合には、第１の貫通孔１３の周囲の構成における対称性を容易に、かつより確実に高めることができ、リドロー成形等の加熱成形時において、より確実に内側面８に歪みを生じ難くすることができ、これにより外側面７及び内側面８が互いに対向している部分を略平行にできる。従って、光透過部の平行度をより確実に高めることができる。

【0056】

第１の領域Ｃ１及び第２の領域Ｃ２のそれぞれに、１つずつの第２の貫通孔１４が設けられていることがさらに好ましい。この場合には、第１の領域Ｃ１における第２の貫通孔１４の総容積と、第２の領域Ｃ２における第２の貫通孔１４の総容積とを容易に同じにすることができる。双方の総容積を同じとした場合には、上述したように、リドロー成形等の加熱成形時において、より確実に内側面８に歪みを生じ難くすることができ、これにより外側面７及び内側面８が互いに対向している部分を略平行にできる。従って、光透過部の平行度をより確実に高めることができる。

【0057】

平面視において、第１の貫通孔１３の中央が、セル本体２の中央と一致しており、平面視において、第１の貫通孔１３の第１の方向ｙに沿う寸法が、第１の貫通孔１３の第２の方向ｘに沿う寸法と等しいことが好ましい。この場合には、第２の貫通孔１４の、内側面８の歪みに対する影響が小さい。

【0058】

なお、第１の領域Ｃ１及び第２の領域Ｃ２には、それぞれ複数の第２の貫通孔１４が設けられていてもよい。この例を以下において示す。

【0059】

（変形例）
図７は、第１の実施形態の第１の変形例におけるセル本体の、図３に示す断面に相当する部分を示す断面図である。本変形例においては、第１の領域Ｃ１及び第２の領域Ｃ２に、それぞれ２つの第２の貫通孔が設けられている。第１の領域Ｃ１における２つの第２の貫通孔１４は、第２の対称軸Ｏｘに対して線対称に配置されている。同様に、第２の領域Ｃ２における２つの第２の貫通孔１４も、第２の対称軸Ｏｘに対して線対称に配置されている。さらに、第１の領域Ｃ１の２つの第２の貫通孔１４及び第２の領域Ｃ２の２つの第２の貫通孔は、第１の対称軸Ｏｙに対して線対称に配置されている。本変形例においては、全ての第２の貫通孔１４の容積は同じである。本変形例においても、第１の実施形態と同様に、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、光透過部の平行度を高めることができる。

【0060】

（製造方法）
図８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９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１０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。

【0061】

気密容器としての原子セル１の製造方法において、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８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。

【0062】

次に、プリフォーム２２に、第１の孔部２３及び複数の第２の孔部２４を設ける。図８に示す例においては、プリフォーム２２に、２つの第２の孔部２４を設ける。より具体的には、得ようとするセル本体２の第１の領域Ｃ１に相当する部分と、第２の領域Ｃ２に相当する部分とに、１つずつ第２の孔部２４を設ける。

【0063】

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、ドリルによる切削加工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。

【0064】

次に、図９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９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及び複数の第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。

【0065】

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、上記の通りリドロー成形により形成されている。そのため、外側面７は火造り面である。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９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。

【0066】

なお、プリフォーム２２に第１の孔部２３及び複数の第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及び複数の第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及び複数の第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及び複数の第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。

【0067】

次に、図１０に示すように、第１の貫通孔１３及び各第２の貫通孔１４を連通させるように、複数の連通部１５を設ける。複数の連通部１５は、例えば、ドリルによる切削加工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。もっとも、少なくとも１つの連通部１５を設ければよい。

【0068】

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及び複数の第２の貫通孔１４の一方側、並びに複数の連通部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及び複数の第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。

【0069】

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の少なくとも１つの第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。

【0070】

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、光透過部の平行度が損なわれ難い。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。

【0071】

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における光透過部の平行度は損なわれ難い。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。

【0072】

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。

【0073】

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における光透過部の平行度は損なわれ難い。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。

【0074】

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。

【0075】

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、Ｂｉ_２Ｏ_３ ３９％、Ｂ_２Ｏ_３ ２３．７％、ＺｎＯ １４．１％、Ａｌ_２Ｏ_３ ２．７％、ＣｕＯ ２０％、Ｆｅ_２Ｏ_３ ０．６％とすることができる。

【0076】

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、樹脂、溶剤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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【符号の説明】

【0079】

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
１０２…セル本体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】