(57)【要約】【課題】ガスセル本体に生じるスジをなくして、良好な光学窓を有するガスセル本体の製造方法を提供する。【解決手段】この製造方法は、（ａ）中空部２を有するガラス管１を用意する工程と、（ｂ）ガラス管１を設定寸法に成形するための中型６をガラス管１内に配置する工程と、（ｃ）ガラス管１内に中型６を配置した状態でガラス管１を加熱成形する工程と、（ｄ）中型６を矩形状の圧電体基板により構成し、ガラス管１をバーナ７等で加熱して設定寸法に成形した後に、圧電体基板に電界を印加して該圧電体基板の厚さ方向の寸法を減少させた状態で該中型をガラス管から引き抜く工程と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス管を用意する工程と、該ガラス管の一端開口内に板状の中型を挿入する挿入工程と、前記ガラス管内に前記中型を配置した状態で該ガラス管を加熱して軟化させながら前記中型外面と密着するまで加圧する加熱加圧工程と、該加熱加圧工程終了後のガラス管から前記中型を引き抜く引抜き工程と、を備えたアルカリ金属蒸気を充填するガスセル本体の製造方法であって、
前記引抜き工程では、前記中型の厚さ寸法を減縮させて、前記ガラス管内壁と前記中型とが非接触な状態を作りながら、前記中型を前記ガラス管から引き抜くことを特徴とするガスセル本体の製造方法。
【請求項２】
前記引抜き工程では、前記中型として矩形状の圧電体基板を用い、該圧電体基板に電界を印加して該圧電体基板の厚さ寸法を減少させた状態でガラス管から引き抜くことを特徴とする請求項１に記載のガスセル本体の製造方法。
【請求項３】
前記加熱加圧工程では、前記中型として薄板矩形状の圧電体基板を用い、該圧電体基板に電界を印加して該圧電体基板の厚さ寸法を増加させつつ該ガラス管を加熱して軟化させながら前記圧電体基板外面と密着するまで加圧して収縮させ、
前記引抜き工程では、前記圧電体基板に対する電界の印加を中止して該圧電体基板を元の厚さに戻した状態で該中型をガラス管から引き抜くことを特徴とする請求項１に記載のガスセル本体の製造方法。
【請求項４】
前記加熱加圧工程では、前記中型として薄板矩形状の圧電体基板を用い、該圧電体基板に電界を印加して該圧電体基板の厚さ寸法を増加させつつ該ガラス管を加熱して軟化させながら前記圧電体基板外面と密着するまで加圧して収縮させ、
前記引抜き工程では、前記圧電体基板に異なる極性の電界を印加して該圧電体基板の厚さ寸法を減少させた状態でガラス管から引き抜くことを特徴とする請求項１に記載のガスセル本体の製造方法。
【請求項５】
前記圧電体基板は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）又はチタン酸バリウム（ＢＴＯ）又は水晶により構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のガスセル本体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセル本体の製造方法に関し、特に、ガスセル本体の製造過程において、ガスセル本体から中型を引き抜くときにガラス管側に形成される引抜スジの防止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信網や放送網等のディジタルネットワーク化が進み、これに伴い、伝送装置のクロック信号や放送局の基準周波数の生成に使用されるクロック源等に、高精度・高安定な発振器が必要不可欠なものとなっている。そのような発振器として、発振周波数の精度・安定度が高い原子発振器が多く用いられている。原子発振器では、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属原子を光と相互作用させる部位が必要であり、そのための構成要素として、これら原子を気密封入したガスセルを用いるのが一般的である。また、近年原子発振器の小型化の要求が高まり、この小型化に伴って、ガスセルも小型化、薄型化が余儀なくされている。ガスセルは、薄型化のために製造方法として図７に示す中型を使用してガスセルを製造することが行なわれている。また、小型化を図った原子発振器の構造が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】ＵＳ６８０６７８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図７は従来の製造方法によるガスセル本体の製造方法を説明する模式図である。従来の製造方法では、図７（ａ）に示すように中空３１を有するガラス管３０に、図７（ｂ）に示すようにセラミックスや金属で構成された中型３２を配置して、図７（ｃ）のようにガラス管３０の外側からバーナ等の加熱手段３３により加熱加圧して成形する。そのとき中型３２の表面には凹凸３２ａがあるために、図７（ｄ）のように中型３２を加熱加圧したガラス管３０から矢印Ａ方向に引き抜く際に、スジ３４が発生するといった問題がある。ガスセルの表面は研磨により平坦にすることは可能であるが、この部分は光が透過する光学窓であるため、内面にスジ３４があると光が拡散したり光路が屈曲するといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑みて成されたものであり、中型を圧電体基板で構成して、中型をガラス管から引き抜くときに、圧電体基板を圧縮変形させた状態で、ガスセルの内壁と中型が非接触な状態を作ることにより、ガラス管に生じるスジをなくして、良好な光学窓を有するガスセル本体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００５】
［適用例１］ガラス管を用意する工程と、該ガラス管の一端開口内に板状の中型を挿入する挿入工程と、前記ガラス管内に前記中型を配置した状態で該ガラス管を加熱して軟化させながら前記中型外面と密着するまで加圧する加熱加圧工程と、該加熱加圧工程終了後のガラス管から前記中型を引き抜く引抜き工程と、を備えたアルカリ金属蒸気を充填するガスセル本体の製造方法であって、前記引抜き工程では、前記中型の厚さ寸法を減縮させて、前記ガラス管内壁と前記中型とが非接触な状態を作りながら、前記中型を前記ガラス管から引き抜くことを特徴とする。
【０００６】
従来の製造方法では、ガラス管に、セラミックスや金属で構成された中型を配置して、ガラス管の外側からバーナ等の加熱手段により加熱しながら加圧してガスセル本体を製造する。そのとき中型の表面には凹凸があるために、中型をガラス管から引き抜く際に、スジが発生するといった問題がある。そこで本発明では、中型を何らかの方法で変形した状態（一般的には薄くする）にして、中型とガラス管の内壁が接触しないようにして中型を引き抜く。これにより、ガラス管に生じるスジをなくして、良好な光学窓を有するガスセル本体を製造することができる。
【０００７】
［適用例２］前記引抜き工程では、前記中型として矩形状の圧電体基板を用い、該圧電体基板に電界を印加して該圧電体基板の厚さ寸法を減少させた状態でガラス管から引き抜くことを特徴とする。
【０００８】
本発明では中型を圧電体基板により構成する。圧電体は電圧或いは電界の極性に応じて、結晶構造が変化して伸縮する性質がある。この性質を利用して、ガラス管を加熱して設定寸法に成形した後に、圧電体基板に電界を印加して圧電体基板の厚さ方向の寸法を減少させた状態（薄くする）で中型をガラス管から引き抜く。これにより、ガラス管内壁と中型が非接触となるため、ガラス管に生じるスジをなくして、良好な光学窓を有するガスセル本体を製造することができる。
【０００９】
［適用例３］前記加熱加圧工程では、前記中型として薄板矩形状の圧電体基板を用い、該圧電体基板に電界を印加して該圧電体基板の厚さ寸法を増加させつつ該ガラス管を加熱して軟化させながら前記圧電体基板外面と密着するまで加圧して収縮させ、前記引抜き工程では、前記圧電体基板に対する電界の印加を中止して該圧電体基板を元の厚さに戻した状態で該中型をガラス管から引き抜くことを特徴とする。
【００１０】
本発明では中型を圧電体基板により構成する。圧電体は電圧或いは電界の極性に応じて、結晶構造が変化して伸縮する性質がある。この性質を利用して、まず、圧電体基板（中型）に電界を印加して圧電体基板の厚さ方向の寸法を増加させた状態でガラス管を加熱して設定寸法に成形する。次に、ガラス管が冷却して略成形が固着した状態で圧電体基板に印加した電界を遮断して、圧電体基板を元の厚さに戻した状態で中型をガラス管から引き抜く。これにより、ガラス管の厚さを電界の強さにより制御することができると共に、電界を遮断するだけでガラス管内壁と中型が非接触となるため、ガラス管に生じるスジをなくして、良好な光学窓を有するガスセル本体を製造することができる。
【００１１】
［適用例４］前記加熱加圧工程では、前記中型として薄板矩形状の圧電体基板を用い、該圧電体基板に電界を印加して該圧電体基板の厚さ寸法を増加させつつ該ガラス管を加熱して軟化させながら前記圧電体基板外面と密着するまで加圧して収縮させ、
前記引抜き工程では、前記圧電体基板に異なる極性の電界を印加して該圧電体基板の厚さ寸法を減少させた状態でガラス管から引き抜くことを特徴とする。
【００１２】
本発明では中型を圧電体基板により構成する。圧電体は電圧或いは電界の極性に応じて、結晶構造が変化して伸縮する性質がある。この性質を利用して、まず、圧電体基板（中型）に電界を印加して圧電体基板の厚さ方向の寸法を増加させた状態でガラス管を加熱して設定寸法に成形する。次に、ガラス管が冷却して略成形が固着した状態で圧電体基板に印加した電界を反転させて、圧電体基板の厚さを減少させた状態で中型をガラス管から引き抜く。これにより、ガラス管から中型を引く抜くときに中型の厚さを減少させるので、ガラス管内壁と中型の空間が大きくなり中型を引き抜きやすくすると共に、ガラス管に生じるスジをなくして、良好な光学窓を有するガスセル本体を製造することができる。
【００１３】
［適用例５］前記圧電体基板は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）又はチタン酸バリウム（ＢＴＯ）又は水晶により構成されていることを特徴とする。
【００１４】
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）又はチタン酸バリウム（ＢＴＯ）又は水晶は、圧電体として最も一般的な材質である。従って、入手も容易であり、且つ比較的コストも安価である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
従来のガスセル製造方法では、ガラス管に、セラミックスや金属で構成された中型を配置して、ガラス管の外側からバーナ等の加熱手段により加熱して成形してガスセル本体を製造する。そのとき中型の表面には凹凸があるために、中型を成形されたガラス管から引き抜く際に、スジが発生するといった問題がある。そこで本発明では、中型を何らかの方法で変形した状態（一般的には薄くする）にして、中型とガラス管の内壁が接触しないようにして中型を引き抜く。これにより、ガスセル本体に生じるスジをなくして、良好な光学窓を有するガスセル本体を製造するものである。
【００１６】
図１は本発明のガスセル本体の第１の実施形態に係る製造方法を示す模式図である。この製造方法は、（ａ）中空部２を有するガラス管１を用意する工程と、（ｂ）ガラス管１の一端開口内に板状の中型６を挿入する挿入工程と、（ｃ）ガラス管１内に中型６を配置した状態でガラス管１をバーナ７等で加熱して軟化させながら中型外面６ａと密着するまで加圧する加熱加圧工程と、（ｄ）加熱加圧工程終了後のガラス管１から中型６を引き抜く引抜工程と、を備えている。
図１を参照して更に詳細に説明するため図４のフローチャートに基づいて説明する。尚、製造工程の主たる工程のみを説明するため、全ての工程を説明するわけではない。また、中型を圧電体基板により構成し、説明では電極５ａにプラスの極性を印加した場合に中型６の厚みが減少し、電極５ａにマイナスの極性を印加した場合に中型６の厚みが増加するものとする。以下、同様とする。
【００１７】
まず、図１（ａ）のようにガスセル本体の素材となる中空部２を有するガラス管１を用意する（Ｓ１）。次に、図１（ｂ）のように、ガラス管１を図示しない治具により固定して（Ｓ２）、中空部２内部に中型６を挿入する（Ｓ３）。そして、ガラス管１を上下で挟むように電極５ａ、５ｂを配置して（Ｓ４）、電極５ａにスイッチ３を介して電源４のプラス側と接続する。また、電極５ｂは電源４のマイナス側と接続する。このとき、スイッチ３はＯＦＦ状態として、電極５ａ、５ｂには電界を与えない状態とする。このときは、中型６は圧電体基板が本来持つ大きさの状態である。次に、図１（ｃ）のようにガラス管１をバーナ７で加熱しながら、図示しない治具でガラス管１を加圧成形して（Ｓ５）中型６の厚さになるように成形する。成形が終了すると（Ｓ６のＹ）、バーナ７を消灯して加熱を停止して（Ｓ７）、ガラス管１が冷却するのを待つ。次に、図１（ｄ）のようにガラス管１が完全に固まる直前にスイッチ３をＯＮして電極５ａ、５ｂ間に電界を印加する（Ｓ８）。この電界は、中型６が厚み方向で収縮する極性である。それにより、中型６は破線６ｂのように厚み方向が収縮する。その結果、中型６ｂとガラス管１の内壁１ａ、１ｂが非接触となる。この状態のままガラス管１を固まらせて中型６をガラス管１から引き抜く（Ｓ９）。その結果、図１（ｅ）のようにガラス管１の内壁１ａ、１ｂには中型６が接触しないために、スジ等のないガスセル本体が製造できる。
即ち、本実施形態では中型６を圧電体基板により構成する。圧電体は電圧或いは電界の極性に応じて、結晶構造が変化して伸縮する性質がある。この性質を利用して、ガラス管１を加熱して設定寸法に成形した後に、圧電体基板（中型６）に電界を印加して圧電体基板の厚さ方向の寸法を減少させた状態（薄くする）で中型６をガラス管１から引き抜く。これにより、ガラス管１内壁１ａ、１ｂと中型６が非接触となるため、ガスセル本体に生じるスジをなくして、良好な光学窓を有するガスセル本体を製造することができる。尚、ガラス管１の内径が中型６より大きいガラス管を使用したが、ガラス管１の内径が中型６より小さいガラス管を使用しても構わない。そのときは、ガラス管１に中型６を挿入するときは、ガラス管１を加熱しながら潰した状態にして挿入する。以下、同様とする。
【００１８】
図２は本発明のガスセル本体の第２の実施形態に係る製造方法を示す模式図である。同じ構成要素には図１と同じ参照番号を付し、詳細に説明するため図５のフローチャートに基づいて説明する。まず、図２（ａ）のようにガスセル本体の素材となる中空部２を有するガラス管１を用意する（Ｓ１０）。次に、図２（ｂ）のように、ガラス管１を図示しない治具により固定して（Ｓ１１）、中空部２内部に中型６を挿入する（Ｓ１２）。そして、ガラス管１を上下で挟むように電極５ａ、５ｂを配置して（Ｓ１３）、電極５ａにスイッチ３を介して電源４のマイナス側と接続する。また、電極５ｂは電源４のプラス側と接続する。このとき、スイッチ３はＯＮ状態として、電極５ａ、５ｂには電界を与えた状態とする。このときは、中型６は厚みが増加する状態である（Ｓ１４）。次に、図２（ｃ）のようにガラス管１をバーナ７で加熱しながら、図示しない治具でガラス管１を加圧して（Ｓ１５）中型６の厚さになるように成形する。成形が終了すると（Ｓ１６のＹ）、バーナ７を消灯して加熱を停止して（Ｓ１７）、ガラス管１が冷却するのを待つ。次に、図２（ｄ）のようにガラス管１が完全に固まる直前にスイッチ３をＯＦＦして電極５ａ、５ｂ間に電界を停止する（Ｓ１８）。電界を停止すると、中型６は本来の厚みに戻る。それにより、中型６とガラス管１の内壁１ａ、１ｂが非接触となる。この状態のままガラス管１を固形させ、中型６をガラス管１から引き抜く（Ｓ１９）。その結果、図２（ｅ）のようにガラス管１の内壁１ａ、１ｂには中型６が接触しないために、スジ等のないガスセル本体が製造できる。
即ち、本実施形態では中型６を圧電体基板により構成する。圧電体は電圧或いは電界の極性に応じて、結晶構造が変化して伸縮する性質がある。この性質を利用して、まず、圧電体基板（中型６）に電界を印加して圧電体基板の厚さ方向の寸法を増加させた状態でガラス管１を加熱して設定寸法に成形する。次に、ガラス管１が冷却して略成形が固着した状態で圧電体基板に印加した電界を遮断して、圧電体基板を元の厚さに戻した状態で中型６をガラス管１から引き抜く。これにより、ガラス管１の厚さを電界の強さにより制御することができると共に、電界を遮断するだけでガラス管内壁１ａ、１ｂと中型６が非接触となるため、ガラス管１に生じるスジをなくして、良好な光学窓を有するガスセル本体を製造することができる。
【００１９】
図３は本発明のガスセル本体の第３の実施形態に係る製造方法を示す模式図である。同じ構成要素には図１と同じ参照番号を付し、詳細に説明するため図６のフローチャートに基づいて説明する。まず、図３（ａ）のようにガスセル本体の素材となる中空部２を有するガラス管１を用意する（Ｓ２０）。次に、図３（ｂ）のように、ガラス管１を図示しない治具により固定して（Ｓ２１）、中空部２内部に中型６を挿入する（Ｓ２２）。そして、ガラス管１を上下で挟むように電極５ａ、５ｂを配置して（Ｓ２３）、電極５ａにスイッチ１２の中点を介して電源１０のマイナス側又は電源１１のプラス側と接続する。また、電極５ｂは電源１０と１１の共通端子と接続する。このとき、スイッチ１２は電源１１側に接続された状態として、電極５ａ、５ｂには電界を与えた状態とする。このときは、中型６は厚みが増加する状態である（Ｓ２４）。次に、図３（ｃ）のようにガラス管１をバーナ７で加熱しながら、図示しない治具でガラス管１を成形して（Ｓ２５）中型６の厚さになるように成形する。成形が終了すると（Ｓ２６のＹ）、バーナ７を消灯して加熱を停止して（Ｓ２７）、ガラス管１が冷却するのを待つ。次に、図３（ｄ）のようにガラス管１が完全に固形化する直前にスイッチ１２を電源１１側に切り替えて電極５ａ、５ｂ間の電界を反転する（Ｓ２８）。電界を反転すると、中型６は破線６ａのように厚み方向が収縮する。その結果、中型６ａとガラス管１の内壁１ａ、１ｂが非接触となる。この状態のままガラス管１を固形させ、中型６をガラス管１から引き抜く（Ｓ２９）。その結果、図３（ｅ）のようにガラス管１の内壁１ａ、１ｂには中型６が接触しないために、スジ等のないガスセル本体が製造できる。
即ち、本実施形態では中型６を圧電体基板により構成する。圧電体は電圧或いは電界の極性に応じて、結晶構造が変化して伸縮する性質がある。この性質を利用して、まず、圧電体基板（中型６）に電界を印加して圧電体基板の厚さ方向の寸法を増加させた状態でガラス管１を加熱して設定寸法に成形する。次に、ガラス管１が冷却して略成形が固着した状態で圧電体基板に印加した電界を反転させて、圧電体基板の厚さを減少させた状態で中型６をガラス管１から引き抜く。これにより、ガラス管１から中型６を引く抜くときに中型の厚さを減少させるので、ガラス管内壁１ａ、１ｂと中型６の空間が大きくなり中型６を引き抜きやすくすると共に、ガスセル本体に生じるスジをなくして、良好な光学窓を有するガスセル本体を製造することができる。
【００２０】
尚、本発明の圧電体としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）又はチタン酸バリウム（ＢＴＯ）又は水晶を使用する。これらは、圧電体として最も一般的な材質である。従って、入手も容易であり、且つ比較的コストも安価である。また、中型として本発明では圧電体基板を使用したが、厚さ方向が伸縮するものであれば圧電体基板に限定するものではない。
また、圧電体基板が厚さ方向に収縮する際に、圧電体基板の幅方向がその分増加するので、予め、その増加分を見越して圧電体基板の幅方向の寸法を短くすることも有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のガスセル本体の第１の実施形態に係る製造方法を示す模式図である。
【図２】本発明のガスセル本体の第２の実施形態に係る製造方法を示す模式図である。
【図３】本発明のガスセル本体の第３の実施形態に係る製造方法を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第３の実施形態を説明するフローチャートである。
【図７】従来の製造方法によるガスセル本体の製造方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  ガラス管、２  中空部、３  スイッチ、４、１０、１１  電源、５  電極、６  中型、７  バーナ、１２  切換スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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