(57)【要約】【課題】本発明の目的は、周波数微調整工程における周波数調整用金属膜の除去可能面積が小さくなった場合に、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望の周波数値まで調整できない恐れが生じない周波数調整方法を提供すること。【解決手段】レーザ又はイオンビームを、周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの第１のマスクの貫通孔の基部方向の開口辺縁にあたる部分から、周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの振動腕部先端方向に向かって、振動腕部の幅方向に沿って移動させつつ照射して周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂを除去する周波数粗調整工程と、周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂのうち、周波数粗調整工程で除去されていない部分にレーザ又はイオンビームを照射して周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂを除去し、音叉型水晶振動素子の共振周波数値を所望の周波数値に調整する周波数微調整工程とを備える音叉型水晶振動素子の周波数調整方法。【選択図】図９
2010109861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面が平面視略四角形であり平板状の基部と、前記基部の一辺より同一方向に延設された複数本の振動腕部とが一体で形成された音叉型の水晶片と、
前記振動腕部に設けられた励振用電極と、
前記振動腕部の一方の主面の先端部近傍に設けられた周波数調整用金属膜と、
前記基部に設けられた容器体接続用電極と、
前記励振用電極、前記周波数調整用金属膜、及び前記容器体接続用電極との間を電気的に接続した導配線パターンとにより構成される音叉型水晶振動素子の周波数調整方法において、
水晶基板に複数個の前記水晶片を形成し、前記水晶片の表面に、前記励振用電極と、前記容器体接続用電極と、前記導配線パターンと、前記水晶片の前記振動腕部の一方の主面の先端部近傍に前記周波数調整用金属膜とを所望のパターンで設け、音叉型水晶振動素子を形成する水晶振動素子形成工程と、
前記周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第１のマスクを、前記周波数調整用金属膜が設けられた前記振動腕部の主面と同一平面となる前記水晶基板の主面上に配置する第１のマスク配置工程と、
前記第１のマスク上から前記貫通孔内に露出している前記周波数調整用金属膜のうち、前記貫通孔の前記基部方向の開口縁にあたる部分にレーザ又はイオンビームを照射し、その後前記レーザ又はイオンビームの照射位置を、前記周波数調整用金属膜の前記貫通孔の前記基部方向の開口縁にあたる部分から、前記振動腕部の幅方向に沿って、前記振動腕部先端方向に向かって移動させて前記周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望する周波数値の近似値まで調整し、その後に前記第１のマスクを取り外す周波数粗調整工程と、
前記音叉型水晶振動素子を前記水晶基板から各個分離し、分離した前記音叉型水晶振動素子を、一方の主面に開口部を有する凹部を設けた容器体の、前記凹部内底面に形成された振動体接続用電極パッド上に、前記周波数調整用金属膜が前記開口部を向く形態で搭載する水晶振動素子搭載工程と、
前記周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第２のマスクを、容器体に搭載された前記音叉型水晶振動素子の主面上に配置する第２のマスク配置工程と、
前記第２のマスク上から前記貫通孔内に露出している前記周波数調整用金属膜のうち、前記周波数粗調整工程で除去されていない前記振動腕部先端側の部分にレーザ又はイオンビームを照射して前記周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望の周波数値に合わせ、その後に前記第２のマスクを取り外す周波数微調整工程と、
を備えることを特徴とする音叉型水晶振動素子の周波数調整方法。
【請求項２】
主面が平面視略四角形であり平板状の基部と、前記基部の一辺より同一方向に延設された複数本の振動腕部とが一体で形成された音叉型の水晶片と、
前記振動腕部に設けられた励振用電極と、
前記振動腕部の一方の主面の先端部近傍に設けられた周波数調整用金属膜と、
前記基部に設けられた容器体接続用電極と、
前記励振用電極、前記周波数調整用金属膜、及び前記容器体接続用電極との間を電気的に接続した導配線パターンとにより構成される音叉型水晶振動素子の周波数調整方法において、
水晶基板に複数個の前記水晶片を形成し、前記水晶片の表面に、前記励振用電極と、前記容器体接続用電極と、前記導配線パターンと、前記水晶片の前記振動腕部の一方の主面の先端部近傍に前記周波数調整用金属膜とを所望のパターンで設け、音叉型水晶振動素子を形成する水晶振動素子形成工程と、
前記周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第１のマスクを、前記周波数調整用金属膜が設けられた前記振動腕部の主面と同一平面となる前記水晶基板の主面上に配置する第１のマスク配置工程と、
前記第１のマスク上から前記貫通孔内に露出している前記周波数調整用金属膜の一方の長辺の一方の端部にレーザ又はイオンビームを照射し、その後前記レーザ又はイオンビームの照射位置を、前記周波数調整用金属膜の一方の長辺の一方の端部から、前記振動腕部の長さ方向に沿って、前記周波数調整用金属膜の他方の長辺方向に向って移動させて前記周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の発振周波数を所望する周波数値の近似値まで調整し、その後に前記第１のマスクを取り外す周波数粗調整工程と、
前記音叉型水晶振動素子を前記水晶基板から各個分離し、分離した前記音叉型水晶振動素子を、一方の主面に開口部を有する凹部を設けた容器体の、前記凹部内底面に形成された振動体接続用電極パッド上に、前記周波数調整用金属膜が前記開口部を向く形態で搭載する水晶振動素子搭載工程と、
前記周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第２のマスクを、容器体に搭載された前記音叉型水晶振動素子の主面上に配置する第２のマスク配置工程と、
前記第２のマスク上から前記貫通孔内に露出している前記周波数調整用金属膜のうち、前記周波数粗調整工程で除去されていない前記振動腕部先端側を含む部分にレーザ又はイオンビームを照射して前記周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望の周波数値に合わせ、その後に前記第２のマスクを取り外す周波数微調整工程と、
を備えることを特徴とする音叉型水晶振動素子の周波数調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子内に搭載される音叉型水晶振動素子の周波数調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の一つである水晶振動子は、安定な周波数の信号発生源として、家電製品、コンピュータ、ＯＡ機器、自動車、携帯電話等に用いられている。特に、音叉型の外形形状を有し、表面に電極を形成した音叉型水晶振動素子を内部に搭載した水晶振動子は、腕時計を始め各種電子機器の時間基準信号源として大量に用いられている。
【０００３】
図１３は、従来の周波数調整方法が施される音叉型水晶振動素子の斜視図である。又、図１４は、その音叉型水晶振動素子を搭載する水晶振動子の分解斜視図である。
【０００４】
図１３に示すように、音叉型水晶振動素子１３０は、外形形状が音叉型の水晶片１３１と、その水晶片１３１の表面に設けられた励振用電極１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄ，１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃ，１３３ｄと、容器体接続用電極１３４ａ，１３４ｂと、導配線パターン１３５，１３７、及び周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂとにより概略構成される。
【０００５】
水晶片１３１は、平面視が概略四角形で平板状の基部１３１ａと、基部１３１ａの一辺から同一方向に突出して形成された第１の振動腕部１３１ｂ及び第２の振動腕部１３１ｃとにより一体で構成されている。
容器体接続用電極１３４ａ及び１３４ｂは、基部１３１ａの第１の振動腕部１３１ｂ及び第２の振動腕部１３１ｃが形成されている辺とは反対側にあたる辺の両端角部近傍に、基部１３１ａの一方の主面から他方の主面にわたって２個一対で設けられている。
【０００６】
励振用電極１３２ａは、後述する音叉型水晶振動素子の周波数調整方法の水晶振動素子搭載工程において、音叉型圧電振動素子１３０を容器体１４１の凹部１４２内に搭載した際に、凹部１４２の開口部側を向く第１の振動腕部１３１ｂの第１主面に設けられている。励振用電極１３２ｂは、第１の振動腕部１３１ｂの第１主面の反対側にあたる第２主面に設けられている（不図示）。励振用電極１３２ｃは、第２の振動腕部１３１ｃに対向する第１の振動腕部１３１ｂの第１側面に設けられている。励振用電極１３２ｄは、第１の振動腕部１３１ｂの第１側面の反対側にあたる第２側面に設けられている（不図示）。周波数調整用金属膜１３６ａは、第１の振動腕部１３１ｂの第１主面の先端部近傍に設けられている。
【０００７】
励振用電極１３３ａは、後述する音叉型水晶振動素子の周波数調整方法の水晶振動素子搭載工程において、音叉型圧電振動素子１３０を容器体１４１の凹部１４２内に搭載した際に、凹部１４２の開口部側を向く第２の振動腕部１３１ｃの第１主面に設けられている。励振用電極１３３ｂは、第２の振動腕部１３１ｃの第１主面の反対側にあたる第２主面に設けられている（不図示）。励振用電極１３３ｃは、第１の振動腕部１３１ｂに対向する第２の振動腕部１３１ｃの第１側面に設けられている（不図示）。励振用電極１３３ｄは、第２の振動腕部１３１ｃの第１側面の反対側にあたる第２側面に設けられている。周波数調整用金属膜１３６ｂは、第２の振動腕部１３１ｃの第１主面の先端部近傍に設けられている。
【０００８】
第１の振動腕部１３１ｂの励振用電極１３２ａと励振用電極１３２ｂは、電気的に接続されている。この励振用電極１３２ａと励振用電極１３２ｂは、第２の振動腕部１３１ｃに設けられた励振用電極１３３ｃ、励振用電極１３３ｄ、及び周波数調整用金属膜１３６ｂとも電気的に接続されており、更に、容器接続用電極１３４ｂとも電気的に接続されている。尚、この電気的な接続は、例えば導配線パターン１３５により行われている。
【０００９】
第２の振動腕部１３１ｃの励振用電極１３３ａと励振用電極１３３ｂは、電気的に接続されている。この励振用電極１３３ａと励振用電極１３３ｂは、第１の振動腕部１３１ｂに設けられた励振用電極１３２ｃ、励振用電極１３２ｄ、及び周波数調整用金属膜１３６ａとも電気的に接続されており、更に、容器接続用電極１３４ａにも電気的に接続されている。尚、この電気的な接続は、例えば導配線パターン１３７により行われている。これらにより音叉型水晶振動素子１３０が構成される。
【００１０】
この音叉型水晶振動素子１３０を振動させる場合、容器接続用電極１３４ａ及び１３４ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的にとらえると、第１の振動腕部１３１ｂの励振用電極１３２ｃと１３２ｄは＋（プラス）電位となり、励振用電極１３２ａと１３２ｂは−（マイナス）電位となり、＋から−に電界が生じる。一方、このときの第２の振動腕部１３１ｃの励振用電極は、第１の振動腕部１３１ｂの励振用電極に生じた極性とは反対の極性となる。これらの印加された電界により、第１の振動腕部１３１ｂ及び第２の振動腕部１３１ｃに伸縮現象が生じ、各振動腕部に設定した共振周波数の屈曲振動を得る。
【００１１】
このような音叉型水晶振動素子１３０は、図１４に示すように、一方の主面に開口部を有する凹部１４２を設けた容器体１４１の、凹部１４２内底面に形成された振動体接続用電極パッド１４３上に搭載されている。更に凹部１４２開口部は蓋体１４４により気密封止され、水晶振動子１４０となる。
【００１２】
このような音叉型水晶振動素子１３０には、その共振周波数値を所望する周波数値にするために周波数調整が施される。以下に、前記した音叉型水晶振動素子における従来の周波数調整方法を、図１５から図２０を用いて説明する。
【００１３】
（水晶振動素子形成工程）
図１５は、水晶基板内の各水晶片に励振用電極、容器体接続用電極、導配線パターン、及び周波数調整用金属膜を設けた状態を示す部分拡大図である。
図１５において、水晶片１３１は、水晶基板１５０にフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて複数個形成される。その後、これら水晶片１３１の表面に、励振用電極１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄ，１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃ，１３３ｄと、容器体接続用電極１３４ａ，１３４ｂと、導配線パターン１３５，１３７と、周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂとを所望のパターンで形成し、複数個の音叉型水晶振動素子１３０を形成する。これら各励振用電極、容器体接続用電極、導配線パターン及び周波数調整用金属膜は、フォトリソグラフィ技術により形成され、例えばＣｒ層の上にＡｕ層が設けられた構造となっている。又、周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂは、Ａｕ層の上に、更にＡｇ層やＡｌ層等の金属層が設けられた構造とすることもある。
【００１４】
（第１のマスク配置工程）
図１６は、水晶基板に第１のマスクを配置した状態を示す部分拡大図である。
図１６に示すように、各音叉型水晶振動素子１３０の周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂに対応する部分に貫通孔１６１が設けられている第１のマスク１６０を、各振動腕部１３１ｂ，１３１ｃの第１主面と同一平面となる水晶基板１５０の主面上に配置する。第１のマスク１６０は例えば金属製である。第１のマスク１６０は、後の周波数粗調整工程における周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂの除去の際に、周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂと隣り合う励振用電極１３２ａ，１３３ａを除去しないように、励振用電極１３２ａ，１３３ａ近傍の周波数用金属膜１３６ａ，１３６ｂの一部分までを遮蔽するマスクパターンとなっている。
【００１５】
（周波数粗調整工程）
図１７は、周波数粗調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。尚、図１７は図１６のＡ部分を拡大して示している。
図１７に示すように、第１のマスク１６０上から貫通孔１６１内に露出している周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂの振動腕部１３１ｂ，１３１ｃの先端側短辺端部の一方の角部近傍にレーザ又はイオンビームを照射する。尚、図１７の二点鎖線円はレーザ又はイオンビームの照射位置及び照射径を表し、Ｋ１は最初の照射位置と照射径を示す。その後レーザ又はイオンビームの照射位置を、Ｋ１から、基部１３１ａ方向へ向かって、振動腕部１３１ｂ，１３１ｃの幅方向に沿ってＫ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４・・・と図１７に示した矢印のように移動しつつ、周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂにレーザ又はイオンビームを照射する。これにより、周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂを除去し、音叉型水晶振動素子１３０の共振周波数を所望する周波数値の近似値まで調整する。この各音叉型水晶振動素子１３０の周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂの除去が終了した後、水晶基板１５０から第１のマスク１６０を取り外す。
【００１６】
（水晶振動素子搭載工程）
図１８は、水晶振動素子を容器体に搭載した状態を示す平面図である。
周波数調整用電極膜１３６ａ，１３６ｂのＢ部分に周波数粗調整が施された音叉型水晶振動素子１３０を水晶基板１５０から各個分離する。この音叉型水晶振動素子１３０を、図１８に示すように、一方の主面に開口部を有する凹部１４２を設けた容器体１４１に搭載する。尚、その搭載形態は、周波数粗調整工程が施された周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂが設けられている各振動腕部の第１主面が凹部１４２の開口部側を向くように、凹部１４２内底面に形成された振動体接続用電極パッド１４３上に搭載する形態となっている。
【００１７】
（第２のマスク配置工程）
図１９は、容器体に搭載された水晶振動素子上に第２のマスクを配置した状態を示す平面図である。
図１９に示すように、周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂに対応する部分に貫通孔１９１が設けられている第２のマスク１９０を、容器体１８０に搭載された音叉型水晶振動素子１３０の主面上に配置する。第２のマスク１９０は、後の周波数微調整工程における周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂの除去の際に、周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂと隣り合う励振用電極１３２ａ，１３３ａを除去しないように、励振用電極１３２ａ，１３３ａ近傍の周波数用金属膜１３６ａ，１３６ｂの一部分までを遮蔽するマスクパターンとなっている。
【００１８】
（周波数微調整工程）
図２０は、周波数微調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。尚、図２０は、図１９のＣ部分を拡大して示した。
この第２のマスク１９０上から貫通孔１９１内に露出している周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂのうち、周波数粗調整工程で除去されていない基部側のＤ部分にレーザ又はイオンビームを照射する。図２０の二点鎖線円ｋ１は周波数微調整工程における最初の照射位置と照射径を示す。その後レーザ又はイオンビーム照射位置を、ｋ１から基部１３１ａ方向へ向かって、振動腕部１３１ｂ，１３１ｃの幅方向に沿ってｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４・・・と、図２０に示した矢印のように移動しつつ、周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂにレーザ又はイオンビームを照射する。これにより、周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂを除去し、音叉型水晶振動素子１３０の共振周波数を所望の周波数値に調整する。この周波数調整用金属膜１３６ａ，１３６ｂの除去終了後、第２のマスク１９０を取り外す（例えば、特許文献１、特許文献２又は特許文献３を参照。）。
【００１９】
【特許文献１】特開２００２−１６４７５９号公報
【特許文献２】特開２００３−１３３８７９号公報
【特許文献３】特開２００３−３１８６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、周波数調整に使用できる周波数調整用金属膜の面積は、第１のマスク及び第２のマスクにより周波数調整用金属膜の一部分が遮蔽されているので、周波数調整用金属膜全体に比べ小さくなっている。又、周波数粗調整工程おける周波数調整用金属膜の除去される面積が大きいと、後の周波数微調整工程で除去できる周波数調整用金属膜の面積が更に小さくなる。
【００２１】
周波数調整用金属膜の除去した面積あたりの周波数調整量は、振動腕部先端側に設けられている部分が、基部側に設けられている部分に比べ大きくなっている。よって、周波数調整用金属膜を振動腕部先端側から、基部方向に向かって、振動腕部の幅方向に沿って周波数粗調整工程及び周波数微調整工程を行った場合、後の周波数微調整工程を、周波数調整用金属膜の比較的周波数調整量が小さい基部側に設けられた部分でのみ行わなければならない。更に、前記のような条件により、周波数微調整工程で除去できる周波数調整用金属膜の面積が小さくなると、周波数微調整工程における周波数調整量が足りなくなり、水晶振動素子の共振周波数を所望の周波数値までに合わせることが困難になる恐れがある。
【００２２】
本発明の目的は、音叉型水晶振動素子の周波数調整方法において、マスクにより周波数調整用金属膜の除去可能な面積が小さくなり、更に周波数微調整工程における周波数調整用金属膜の除去可能な面積が小さくなった場合にも、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望の周波数値まで調整できない恐れが生じない周波数調整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】
【００２３】
前記課題を解決するため、本発明は、主面が平面視略四角形であり平板状の基部と、この基部の一辺より同一方向に延設された２本の振動腕部とが一体で形成された音叉型の水晶片と、この振動腕部に設けられた励振用電極と、振動腕部の一方の主面の先端部近傍に設けられた周波数調整用金属膜と、基部に設けられた容器体接続用電極と、これら励振用電極、周波数調整用金属膜、及び容器体接続用電極との間を電気的に接続した導配線パターンとにより構成される音叉型水晶振動素子の周波数調整方法において、
水晶基板に複数個の水晶片を形成し、この水晶片の表面に、励振用電極と、容器体接続用電極と、導配線パターンと、水晶片の振動腕部の一方の主面先端部近傍に周波数調整用金属膜とを所望のパターンで設け、音叉型水晶振動素子を形成する水晶振動素子形成工程と、
この周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第１のマスクを、周波数調整用金属膜が設けられた振動腕部の主面と同一平面となる水晶基板の主面上に配置する第１のマスク配置工程と、
この第１のマスク上から貫通孔内に露出している周波数調整用金属膜のうち、貫通孔の基部方向の開口縁にあたる部分にレーザ又はイオンビームを照射し、その後レーザ又はイオンビームの照射位置を、周波数調整用金属膜の貫通孔の基部方向の開口縁にあたる部分から、振動腕部の幅方向に沿って、振動腕部先端方向に向かって移動させて周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望する周波数値の近似値まで調整し、その後に第１のマスクを取り外す周波数粗調整工程と、
音叉型水晶振動素子を水晶基板から各個分離し、分離した音叉型水晶振動素子を、一方の主面に開口部を有する凹部を設けた容器体の、凹部内底面に形成された振動体接続用電極パッド上に、周波数調整用金属膜が前記開口部を向く形態で搭載する水晶振動素子搭載工程と、
周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第２のマスクを、容器体に搭載された音叉型水晶振動素子の主面上に配置する第２のマスク配置工程と、
この第２のマスク上から貫通孔内に露出している周波数調整用金属膜のうち、周波数粗調整工程で除去されていない振動腕部先端側の部分にレーザ又はイオンビームを照射して周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望の周波数値に合わせ、その後に第２のマスクを取り外す周波数微調整工程とを備えることを特徴とする。
【００２４】
又、本発明は、主面が平面視略四角形であり平板状の基部と、この基部の一辺より同一方向に延設された２本の振動腕部とが一体で形成された音叉型の水晶片と、この振動腕部に設けられた励振用電極と、振動腕部の一方の主面の先端部近傍に設けられた周波数調整用金属膜と、基部に設けられた容器体接続用電極と、これら励振用電極、周波数調整用金属膜、及び容器体接続用電極との間を電気的に接続した導配線パターンとにより構成される音叉型水晶振動素子の周波数調整方法において、
水晶基板に複数個の水晶片を形成し、この水晶片の表面に、励振用電極と、容器体接続用電極と、導配線パターンと、水晶片の振動腕部の一方の主面の先端部近傍に周波数調整用金属膜とを所望のパターンで設け、音叉型水晶振動素子を形成する水晶振動素子形成工程と、
周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第１のマスクを、周波数調整用金属膜が設けられた振動腕部の主面と同一平面となる水晶基板の主面上に配置する第１のマスク配置工程と、
この第１のマスク上から貫通孔内に露出している周波数調整用金属膜の一方の長辺の一方の端部にレーザ又はイオンビームを照射し、その後レーザ又はイオンビームの照射位置を、周波数調整用金属膜の一方の長辺の一方の端部から、振動腕部の長さ方向に沿って、周波数調整用金属膜の他方の長辺方向に向って移動させて周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の発振周波数を所望する周波数値の近似値まで調整し、その後に第１のマスクを取り外す周波数粗調整工程と、
音叉型水晶振動素子を水晶基板から各個分離し、分離した音叉型水晶振動素子を、一方の主面に開口部を有する凹部を設けた容器体の、凹部内底面に形成された振動体接続用電極パッド上に、周波数調整用金属膜が前記開口部を向く形態で搭載する水晶振動素子搭載工程と、
周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第２のマスクを、容器体に搭載された音叉型水晶振動素子の主面上に配置する第２のマスク配置工程と、
この第２のマスク上から貫通孔内に露出している周波数調整用金属膜のうち、周波数粗調整工程で除去されていない振動腕部先端側を含む部分に、レーザ又はイオンビームを照射して周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望の周波数値に合わせ、その後に第２のマスクを取り外す周波数微調整工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、周波数微調整工程における周波数調整用金属膜の除去を、除去した面積あたりの周波数調整量が大きい周波数調整用金属膜の振動腕部先端側部分を含めた箇所で実施できる。よって、各マスクにより周波数調整用金属膜の一部分が遮蔽され、周波数調整に使用できる周波数調整用金属膜の面積が小さくなった場合や、更に周波数粗調整工程時で除去した面積の影響により、周波数微調整工程で除去できる周波数調整用金属膜の面積が小さくなった場合でも、周波数微調整工程において周波数調整量が不足することがなく、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望する周波数値に合わせることができる。
【００２６】
したがって、本発明は、マスクにより周波数調整用金属膜の除去可能部分が小さく、特に周波数微調整工程における周波数調整用金属膜の除去可能面積が小さくなった場合にも、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望の周波数値まで調整できない恐れが生じない音叉型水晶振動素子の周波数調整方法を提供する効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明の各実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法を、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態に係る周波数調整方法が施される音叉型水晶振動素子を示した斜視図である。図２は、本発明の第一の実施形態に係る周波数調整方法が施された音叉型水晶振動素子を搭載した水晶振動子の分解斜視図である。尚、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に各部分の厚み寸法は誇張して図示している。
【００２９】
図１に示すように、音叉型水晶振動素子１０は、平面視外形形状が音叉型の水晶片１１と、その水晶片１１の表面に設けられた励振用電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと、容器体接続用電極１４ａ，１４ｂと、導配線パターン１５，１７、及び周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂとにより概略構成される。
【００３０】
水晶片１１は、平面視が概略四角形で平板状の基部１１ａと、基部１１ａの一辺から同一方向に突出して形成された第１の振動腕部１１ｂ及び第２の振動腕部１１ｃとにより一体で構成されている。
容器体接続用電極１４ａ及び１４ｂは、基部１１ａの第１の振動腕部１１ｂ及び第２の振動腕部１１ｃが形成されている辺とは反対側にあたる辺の両端角部近傍に、基部１１ａの一方の主面から他方の主面にわたって２個一対で設けられている。
【００３１】
励振用電極１２ａは、後述する音叉型水晶振動素子の周波数調整方法の水晶振動素子搭載工程において、音叉型圧電振動素子１０を容器体２２の凹部２１内に搭載した際に、凹部２１の開口部側を向く第１の振動腕部１１ｂの第１主面に設けられている。励振用電極１２ｂは、第１の振動腕部１１ｂの第１主面の反対側にあたる第２主面に設けられている（不図示）。励振用電極１２ｃは、第２の振動腕部１１ｃに対向する第１の振動腕部１１ｂの第１側面に設けられている。励振用電極１２ｄは、第１の振動腕部１１ｂの第１側面の反対側にあたる第２側面に設けられている（不図示）。周波数調整用金属膜１６ａは、第１の振動腕部１１ｂの第１主面の先端部近傍に設けられている。
【００３２】
励振用電極１３ａは、後述する音叉型水晶振動素子の周波数調整方法の水晶振動素子搭載工程において、音叉型圧電振動素子１０を容器体２２の凹部２１内に搭載した際に、凹部２１の開口部側を向く第２の振動腕部１１ｃの第１主面に設けられている。励振用電極１３ｂは、第２の振動腕部１１ｃの第１主面の反対側にあたる第２主面に設けられている（不図示）。励振用電極１３ｃは、第１の振動腕部１１ｂに対向する第２の振動腕部１１ｃの第１側面に設けられている（不図示）。励振用電極１３ｄは、第２の振動腕部１１ｃの第１側面の反対側にあたる第２側面に設けられている。周波数調整用金属膜１６ｂは、第２の振動腕部１１ｃの第１主面の先端部近傍に設けられている。
【００３３】
第１の振動腕部１１ｂの励振用電極１２ａと励振用電極１２ｂとは、電気的に接続されている。この励振用電極１２ａと励振用電極１２ｂは、第２の振動腕部１１ｃに設けられた励振用電極１３ｃ、励振用電極１３ｄ、及び周波数調整用金属膜１６ｂとも電気的に接続されおり、更に、容器接続用電極１４ａとも電気的に接続されている。尚、この電気的な接続は、例えば導配線パターン１５により行われている。
【００３４】
第２の振動腕部１１ｃの励振用電極１３ａと励振用電極１３ｂとは、電気的に接続されている。この励振用電極１３ａ及び１３ｂは、第１の振動腕部１１ｂに設けられた励振用電極１２ｃ、励振用電極１２ｄ、及び周波数調整用金属膜１６ａとも電気的に接続されており、更に、容器接続用電極１４ｂとも電気的に接続されている。尚、この電気的な接続は、例えば導配線パターン１７により行われている。これらにより音叉型水晶振動素子１０は構成されている。
【００３５】
この音叉型水晶振動素子を動作させる場合、容器接続用電極１４ａ及び１４ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的にとらえると、第１の振動腕部１１ｂの励振用電極１２ｃと１２ｄは＋（プラス）電位となり、励振用電極１２ａと１２ｂは−（マイナス）電位となり、＋から−に電界が生じる。一方、このときの第２の振動腕部１１ｃの励振用電極は、第１の振動腕部１１ｂの励振用電極に生じた極性とは反対の極性となる。これらの印加された電界により、第１の振動腕部１１ｂ及び第２の振動腕部１１ｃに伸縮現象が生じ、各振動腕部に設定した共振周波数の屈曲振動を得る。
【００３６】
音叉型水晶振動素子１０は、図２に示すように、一方の主面に開口部を有する凹部２１を設けた容器体２２の、凹部２１内底面に形成された素子接続用電極パッド２３上に搭載されている。更に凹部２１開口部は蓋体２４により気密封止され、水晶振動子２０となる。
【００３７】
このような音叉型水晶振動素子１０には、その共振周波数値を所望する周波数値にするために周波数調整が施される。
以下に本発明の第一の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法を、図３から図１０を用いて説明する。尚、各図は音叉型水晶振動素子を構成する振動腕部の第１主面側から見た平面図である。又、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。
【００３８】
（水晶振動素子形成工程）
図３は、水晶基板内の各水晶片に励振用電極、容器体接続用電極、導配線パターン、及び周波数調整用金属膜を設けた状態を示す部分拡大図である。
図３に示すように、音叉型の平面視外形を有する水晶片１１は、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、水晶基板３０に複数個形成されている。これら水晶片１１の表面に、励振用電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと、容器体接続用電極１４ａ，１４ｂと、導配線パターン１５，１７と、周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂとを所望のパターンで形成し、複数個の音叉型水晶振動素子１０を形成する。これら各励振用電極、容器体接続用電極、導配線パターン及び周波数調整用金属膜は、フォトリソグラフィ技術により形成され、Ｃｒ層の上にＡｕ層が設けられた構造となっている。又、周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂは、Ａｕ層の上に更にＡｇ層やＡｌ層等の金属層が設けられた構造とすることもある。
【００３９】
（第１のマスク配置工程）
図４は、水晶基板に第１のマスクを配置した状態を示す部分拡大図である。
図４に示すように、各音叉型水晶振動素子１０の周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂに対応する部分に貫通孔４１が設けられている第１のマスク４０を、各振動腕部１１ｂ，１１ｃの第１主面と同一平面となる水晶基板３０の主面上に配置する。第１のマスク４０は例えば金属製である。第１のマスク４０は、後の周波数粗調整工程における周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの除去の際に、周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂと隣り合う励振用電極１２ａ，１３ａを除去しないように、励振用電極１２ａ，１３ａ近傍の周波数用金属膜１６ａ，１６ｂの一部分までを遮蔽するマスクパターンとなっている。
【００４０】
（周波数粗調整工程）
図５は、周波数粗調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。尚、図５は、図４のＥ部分を拡大して示したものである。図６は、周波数粗調整工程後の水晶基板の状態を示す部分拡大図である。
この第１のマスク４０上から貫通孔４１内に露出している周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂのうち、貫通孔４１の基部１０ａ方向の開口辺縁にあたる部分にレーザ又はイオンビームを照射する。尚、図５の二点鎖線円はレーザ又はイオンビームの照射位置及び照射径を表し、Ｍ１は最初の照射位置と照射径を示す。その後、このレーザ又はイオンビームの照射位置を、Ｍ１から、周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの振動腕部先端方向に向かって、振動腕部１１ｂ，１１ｃの幅方向に沿ってＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４・・・と図５に示した矢印のように移動しつつ、周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂにレーザ又はイオンビームを照射する。これにより周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂを除去し、音叉型水晶振動素子１０の発振周波数を所望する周波数値より低い近似値まで調整する。この水晶基板３０内の各音叉型水晶振動素子１０の周波数調整用金属膜の除去が終了した後、第１のマスク４０を水晶基板３０より取り外す。図６において、各音叉型水晶振動素子１０の周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂにおけるＦ部分は、周波数粗調整工程により除去された部分を示している。
【００４１】
（水晶振動素子搭載工程）
図７は、水晶振動素子を容器体に搭載した状態を示す平面図である。
周波数粗調整工程が施された各音叉型水晶振動素子１０を、水晶基板３０から各個分離する。その音叉型水晶振動素子１０を、図７に示すように、一方の主面に開口部を有する凹部２１を設けた容器体２２内に搭載する。尚、その搭載形態は、周波数粗調整工程が施された周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂが設けられている各振動腕部の第１主面が、凹部２１の開口部側を向くように、凹部２１内底面に形成された振動体接続用電極パッド２３上に搭載する形態となっている。
【００４２】
（第２のマスク配置工程）
図８は、容器体に搭載された水晶振動素子上に第２のマスクを配置した状態を示す平面図である。
図８に示すように、周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂに対応する部分に貫通孔８１が設けられている第２のマスク８０を、容器体２２に搭載された音叉型水晶振動素子１０の主面上に配置する。第２のマスク８０は例えば金属製である。第２のマスク８０は、後の周波数微調整工程における周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの除去の際に、周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂと隣り合う励振用電極１２ａ，１３ａを除去しないように、励振用電極１２ａ，１３ａ近傍の周波数用金属膜１６ａ，１６ｂの一部分までを遮蔽するマスクパターン形状となっている。
【００４３】
（周波数微調整工程）
図９は、周波数微調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。尚、図９は図８のＧ部分を拡大して示したものである。図１０は、周波数微調整工程後の容器体に搭載された水晶振動素子の状態を示す平面図である。
この第２のマスク８０上から貫通孔８１内に露出している周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂのうち、周波数粗調整工程で除去されていない振動腕部先端側のＨ部分にレーザ又はイオンビームを照射する。この周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂのＨ部分は、振動腕部先端側の領域となっている。図９のｍ１は周波数微調整工程における最初の照射位置と照射径を示す。その後レーザ又はイオンビームの照射位置を、ｍ１から振動腕部の先端方向へ向かって、振動腕部１１ｂ，１１ｃの幅方向に沿ってｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４・・・と、図９に示した矢印のように移動しつつ、周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂにレーザ又はイオンビームを照射する。これにより、周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂを除去し、音叉型水晶振動素子１０の共振周波数値を所望の周波数値に調整する。尚、周波数微調整工程におけるレーザ又はイオンビームの照射径は、周波数粗調整工程におけるレーザ又はイオンビームの照射径よりも小さくしている。これにより、周波数粗調整工程における１回の照射により除去する量に比べ、周波数調整用金属膜を微少量ずつ除去することができ、正確に所望の周波数値にまで調整できる。この周波数調整用金属膜の除去が終了した後、第２のマスク８０を取り外す。図１０において、周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂにおけるＨ部分は、周波数微調整工程により除去された部分を示している。
【００４４】
前記した本発明の第１の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法によって、周波数微調整工程における周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの除去を、除去する面積あたりの周波数調整量が比較的大きい周波数調整用金属膜の振動腕部１１ｂ，１１ｃ先端側部分で実施できる。よって、各マスクにより周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの一部分が遮蔽され、周波数調整に使用できる周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの面積が小さくなった場合や、更に周波数粗調整工程による周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの除去された面積が大きくなり、その影響で周波数微調整工程における除去ができる面積が小さくなった場合でも、周波数微調整工程において周波数調整量が不足することがなく、音叉型水晶振動素子１０の共振周波数を所望する周波数値に合わせることができる。
【００４５】
（第二の実施形態）
以下に、本発明の第二の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法について説明する。
図１１は、本発明の第二の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法における、周波数粗調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。図１２は、本発明の第二の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法における、周波数微調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。尚、図１１は、第一の実施形態における図５と同じ箇所を拡大して示したものである。又、図１２は、第一の実施形態における図９と同じ箇所を拡大して示したものである。
第二の実施形態と第一の実施形態との違いは、周波数粗調整工程及び周波数微調整におけるレーザ又はイオンビームの照射位置及びその移動方向である。
【００４６】
尚、本発明の第二の実施形態に係る周波数調整方法が施される音叉型水晶振動素子、及び本発明の第二の実施形態に係る周波数調整方法が施された音叉型水晶振動素子を搭載した水晶振動子は、第一の実施形態に示した音叉型水晶振動素子１０及び水晶振動子２０と同じである。
又、本発明の第二の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法における、水晶振動素子形成工程、第１のマスク配置工程、水晶振動素子搭載工程、及び第２のマスク配置工程は、本発明の第一の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法と同じである。
【００４７】
本発明の第二の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法では、第１のマスク配置工程後の周波数粗調整工程において、この第１のマスク４０上から貫通孔４１内に露出している周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの長辺Ｗの一方の端部近傍にレーザ又はイオンビームを照射する。図１１のＮ１は周波数粗調整工程における最初の照射位置と照射径を示す。その後レーザ又はイオンビームの照射位置を、Ｎ１から長辺Ｗに対向する長辺Ｙの方向に向かって、振動腕部１１ｂ，１１ｃの長さ方向に沿ってＮ１，Ｎ２，Ｎ３・・・と、図１１に示した矢印のように移動しつつ、周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂにレーザ又はイオンビームを照射する。このようにして周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂを除去し、音叉型水晶振動素子１０の発振周波数を所望する周波数値の近似値まで調整する。この水晶基板３０内の各音叉型水晶振動素子１０の周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの除去が終了した後、水晶基板３０から第１のマスク４０を取り外す。
【００４８】
又、本発明の第二の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法では、第２のマスク配置工程後の周波数微調整工程において、図１２のように、第２のマスク８０上から貫通孔８１内に露出している周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂのうち、周波数粗調整工程で除去されたＩ部分以外のＪ部分にレーザ又はイオンビームを照射する。周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂのＪ部分は、振動腕部先端側を含む領域となっている。図１２のｎ１は周波数微調整工程における最初の照射位置と照射径を示す。その後レーザ又はイオンビームの照射位置を、ｎ１から基部方向へ向かって、振動腕部１１ｂ，１１ｃの長さ方向に沿ってｎ１，ｎ２，ｎ３・・・と、図１２に示した矢印のように移動しつつ、周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂにレーザ又はイオンビームを照射する。これにより周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂを除去し、音叉型水晶振動素子１０の共振周波数値を所望の周波数値に調整する。この音叉型水晶振動素子１０の周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの除去が終了した後、第２のマスク８０を取り外す。
【００４９】
前記した本発明の第２の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法によっても、周波数微調整工程における周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの除去を、除去した面積あたりの周波数調整量が比較的大きい振動腕部１１ｂ、１１ｃ先端側部分を含めた部分で実施できる。よって、各マスクにより周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの一部分が遮蔽され、周波数調整に使用できる周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの面積が小さくなった場合や、更に周波数粗調整工程の影響により周波数微調整工程で除去できる周波数調整用金属膜１６ａ，１６ｂの面積が小さくなった場合でも、周波数微調整工程において周波数調整量が不足することがなく、音叉型水晶振動素子１０の共振周波数を所望する周波数値に合わせることができる。
【００５０】
尚、前記したもの以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、本発明の各実施形態に係る音叉型水晶振動素子において、その振動腕部に、振動腕部主面に開口する溝や貫通孔が設けられていても構わない。又、周波数粗調整工程及び周波数微調整工程におけるレーザ又はイオンビームの照射移動方向については、前記実施形態に示したものに限定されるものではなく、本発明における作用効果が奏されるのであれば、変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係る音叉型水晶振動素子を示した斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る音叉型水晶振動素子を搭載した水晶振動子の分解斜視図である。
【図３】水晶基板内の各水晶片に励振用電極、容器体接続用電極、導配線パターン、及び周波数調整用金属膜を設けた状態を示す部分拡大図。
【図４】水晶基板に第１のマスクを配置した状態を示す部分拡大図である。
【図５】本発明の第一の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数粗調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。
【図６】本発明の第一の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数粗調整工程後の水晶基板の状態を示す部分拡大図である。
【図７】水晶振動素子を容器体に搭載した状態を示す平面図である。
【図８】容器体に搭載された水晶振動素子上に第２のマスクを配置した状態を示す平面図である。
【図９】本発明の第一の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数微調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。
【図１０】本発明の第一の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数微調整工程後の容器体に搭載された水晶振動素子の状態を示す平面図である。
【図１１】本発明の第二の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数粗調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。
【図１２】本発明の第二の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数微調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。
【図１３】従来の音叉型水晶振動素子を示した斜視図である。
【図１４】従来の音叉型水晶振動素子を搭載した水晶振動子の分解斜視図である。
【図１５】従来の水晶基板内の各水晶片に励振用電極、容器体接続用電極、導配線パターン、及び周波数調整用金属膜を設けた状態を示す部分拡大図である。
【図１６】従来の水晶基板に第１のマスクを配置した状態を示す部分拡大図である。
【図１７】従来の音叉型水晶振動素子の周波数粗調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。
【図１８】従来の水晶振動素子を容器体に搭載した状態を示す平面図である。
【図１９】従来の容器体に搭載された水晶振動素子上に第２のマスクを配置した状態を示す平面図である。
【図２０】従来の音叉型水晶振動素子の周波数微調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０・・・音叉型水晶振動素子
１１・・・水晶片
１１ａ・・・基部
１１ｂ・・・第１の振動腕部
１１ｃ・・・第２の振動腕部
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ・・・励振用電極
１４ａ，１４ｂ・・・容器体接続用電極
１５，１７・・・導配線パターン
１６ａ，１６ｂ・・・周波数調整用金属膜
２０・・・水晶振動子
２１・・・容器体
２２・・・凹部
２３・・・素子接続用電極パッド
２４・・・蓋体
３０・・・水晶基板
４０・・・第１のマスク
４１，８１・・・貫通孔
８０・・・第２のマスク
Ｆ，Ｉ・・・周波数粗調整工程時の周波数調整用金属膜の除去部分
Ｈ，Ｊ・・・周波数微調整工程時の周波数調整用金属膜の除去部分
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３・・・周波数粗調整工程時のレーザ又はイオンビームの照射位置及び照射径
ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４，ｎ１，ｎ２，ｎ３・・・周波数微調整工程時のレーザ又はイオンビームの照射位置及び照射径
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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