(57)【要約】【課題】優れた機械的強度を有し、かつ、振動等の外力による振動特性の変化を低減し、安定した振動特性を発揮することのできる振動子、発振器、電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】振動子１は、振動素子２と、振動素子２が搭載されているベース５１とを有している。振動素子２は、基端部において導電性接着材６３を介してベース５１に支持され、先端部において金属ワイヤー８２を介してベース５１に吊られている。金属ワイヤー８２の直径は、２０μｍ以上、７０μｍ以下程度である。【選択図】図１
2015088793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動素子と、
前記振動素子が搭載されているベースと、
を含み、
前記振動素子は、
一方の端側において固定部材を介して前記ベースに取り付けられ、
前記一方の端側とは前記振動素子の中心部を間に挟んで反対側に位置する他方の端側においてワイヤーを介して前記ベースに支持されていることを特徴とする振動子。
【請求項２】
前記振動素子は、前記他方の端側において前記ワイヤーによって吊るされている請求項１に記載の振動子。
【請求項３】
前記振動素子の平面視にて、
前記振動素子は、その中心と前記他方の端と結ぶ直線を前記中心を回転軸として−９０°以上＋９０°以下回転させた範囲に含まれる領域内にて前記ワイヤーによって吊るされている請求項２に記載の振動子。
【請求項４】
前記振動素子の平面視にて、
前記振動素子は、その中心と前記他方の端とを結ぶ直線を前記中心を回転軸として−６０°以上＋６０°以下回転させた範囲に含まれる領域内にて前記ワイヤーによって吊るされている請求項２に記載の振動子。
【請求項５】
前記振動素子の平面視にて、
前記振動素子は、その中心と前記他方の端とを結ぶ直線を前記中心を回転軸として−１５°以上＋１５°以下回転させた範囲に含まれる領域内にて前記ワイヤーによって吊るされている請求項２に記載の振動子。
【請求項６】
前記振動素子の平面視にて、
前記振動素子は、少なくとも、前記直線上にて前記ワイヤーによって吊るされている請求項３ないし５のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項７】
前記振動素子の平面視にて、
前記振動素子は、少なくとも、前記領域内の前記直線に対して線対称となる２箇所を前記ワイヤーによって吊るされている請求項３ないし６のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項８】
前記ワイヤーの直径は、２０μｍ以上、７０μｍ以下である請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動子と、
回路と、
を備えていることを特徴とする発振器。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動子を備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動子を備えていることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子、発振器、電子機器および移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、水晶振動素子と、この水晶振動素子を収容するパッケージとを有する振動子が開示されている。特許文献１の振動子では、水晶振動素子が１つの接着材によってパッケージに片持ち支持されている。そして、このように、水晶振動素子を１つの接着材で片持ち支持することで、熱膨張の影響を受け難く、優れた周波数特性を有する振動子となることが記載されている。しかしながら、水晶振動素子が片持ち支持された構成では、振動子に厚み方向の衝撃（振動）が加わると、その先端部（固定されている側とは反対の端部）が撓み変形し、発振周波数が安定しないという問題がある。発振周波数が安定しないと、位相ノイズが発生し、発振が不安定となる。
【０００３】
また、特許文献２〜４には、それぞれ、水晶振動素子と、この水晶振動子を収容するパッケージとを有する振動子が開示されている。特許文献２〜４の振動子では、水晶振動素子がワイヤーで吊られている。このように、水晶振動素子をワイヤーで吊ることで、振動子に厚み方向の衝撃が加わっても、振動素子が撓み変形し難く、発振周波数が安定すると考えられる。しかしながら、このような構成では、水晶振動子に衝撃が加わると、水晶振動素子が揺れてパッケージにぶつかり、破損してしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１９５６５２号公報
【特許文献２】特開２０１２−４６２５号公報
【特許文献３】特開２００５−１６７４７２号公報
【特許文献４】特開２０００−１６５１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、優れた機械的強度を有し、かつ、振動等の外力による振動特性の変化を低減し、安定した振動特性を発揮することのできる振動子、発振器、電子機器および移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本適用例の振動子は、振動素子と、
前記振動素子が搭載されているベースと、
を含み、
前記振動素子は、
一方の端側において固定部材を介して前記ベースに取り付けられ、
前記一方の端側とは前記振動素子の中心部を間に挟んで反対側に位置する他方の端側においてワイヤーを介して前記ベースに支持されていることを特徴とする。
これにより、振動素子をベースに強固に固定できるので優れた機械的強度を有する振動子となる。加えて、振動素子の撓み変形が低減されるため、振動等の外力による振動特性（発振周波数）の変化を低減でき、安定した振動特性を発揮することのできる振動子となる。
【０００７】
［適用例２］
本適用例の振動子では、前記振動素子は、前記他方の端側において前記ワイヤーによって吊るされていることが好ましい。
これにより、効果的に、振動素子の撓み変形を低減することができる。加えて、振動素子に応力が生じるのを低減することができる。
【０００８】
［適用例３］
本適用例の振動子では、前記振動素子の平面視にて、
前記振動素子は、その中心と前記他方の端と結ぶ直線を前記中心を回転軸として−９０°以上＋９０°以下回転させた範囲に含まれる領域内にて前記ワイヤーによって吊るされていることが好ましい。
これにより、効果的に、振動素子の撓み変形を低減することができる。
【０００９】
［適用例４］
本適用例の振動子では、前記振動素子の平面視にて、
前記振動素子は、その中心と前記他方の端とを結ぶ直線を前記中心を回転軸として−６０°以上＋６０°以下回転させた範囲に含まれる領域内にて前記ワイヤーによって吊るされていることが好ましい。
これにより、より効果的に、振動素子の撓み変形を低減することができる。
【００１０】
［適用例５］
本適用例の振動子では、前記振動素子の平面視にて、
前記振動素子は、その中心と前記他方の端とを結ぶ直線を前記中心を回転軸として−１５°以上＋１５°以下回転させた範囲に含まれる領域内にて前記ワイヤーによって吊るされていることが好ましい。
これにより、さらに効果的に、振動素子の撓み変形を低減することができる。
【００１１】
［適用例６］
本適用例の振動子では、前記振動素子の平面視にて、
前記振動素子は、少なくとも、前記直線上にて前記ワイヤーによって吊るされていることが好ましい。
これにより、安定した姿勢で振動素子を支持することができる。
【００１２】
［適用例７］
本適用例の振動子では、前記振動素子の平面視にて、
前記振動素子は、少なくとも、前記領域内の前記直線に対して線対称となる２箇所を前記ワイヤーによって吊るされていることが好ましい。
これにより、安定した姿勢で振動素子を支持することができる。
【００１３】
［適用例８］
本適用例の振動子では、前記ワイヤーの直径は、２０μｍ以上、７０μｍ以下であることが好ましい。
これにより、効果的に、振動素子の撓み変形を低減することができる。
［適用例９］
本適用例の発振器は、本適用例の振動子と、
回路と、
を備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い発振器が得られる。
【００１４】
［適用例１０］
本適用例の電子機器は、本適用例の振動子を備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
［適用例１１］
本適用例の移動体は、本適用例の振動子を備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る振動子を示す平面図である。
【図２】図１に示す振動子の断面図であり、（ａ）が図１中のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）が図１中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】ＡＴカット水晶基板と水晶の結晶軸との関係を説明する図である。
【図４】図１に示す振動子が有する振動素子の平面図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が上面側から見た透過図である。
【図５】シミュレーション結果を示す図である。
【図６】シミュレーション結果を示す図である。
【図７】シミュレーション結果を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る振動子を示す平面図である。
【図９】シミュレーション結果を示す図である。
【図１０】金属ワイヤーの効果的な配置を説明するための平面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る振動子を示す平面図である。
【図１２】シミュレーション結果を示す図である。
【図１３】シミュレーション結果を示す図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係る振動子を示す平面図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係る振動子を示す平面図である。
【図１６】図１５に示す振動子の断面図である。
【図１７】本発明の発振器の第１実施形態を示す断面図である。
【図１８】本発明の発振器の第２実施形態を示す断面図である。
【図１９】本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
【図２０】本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
【図２１】本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。
【図２２】本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の振動子、発振器、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
１．振動子
まず、本発明の振動子について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動子を示す平面図である。図２は、図１に示す振動子の断面図であり、（ａ）が図１中のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）が図１中のＢ−Ｂ線断面図である。図３は、ＡＴカット水晶基板と水晶の結晶軸との関係を説明する図である。図４は、図１に示す振動子が有する振動素子の平面図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が上面側から見た透過図である。図５ないし図７は、それぞれ、シミュレーション結果を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中紙面手前側および図２中上側を「上側」と言い、図１中紙面奥側および図３中下側を「下側」と言う。
図１および図２に示すように、振動子１は、振動素子２と、振動素子２を収容しているパッケージ５とを有している。なお、特に限定されないが、本実施形態の振動子１は、駆動周波数が数ｈｚ〜２００ｈｚ程度の低周波振動の振動子に好適に適用することができる。
【００１７】
以下、振動素子２およびパッケージ５について、順次詳細に説明する。
−振動素子−
図１に示すように、振動素子２は、略円形の平面視形状を有する圧電基板３と、圧電基板３の表面に形成された電極４とを有している。ただし、圧電基板３の形状としては円形に限定されず、例えば、矩形であってもよい。また、圧電基板３のサイズとしては特に限定されないが、直径を３ｍｍ〜６ｍｍ程度、厚みを３０μｍ〜５００μｍ程度とすることができる。
【００１８】
圧電基板３の構成材料としては、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料が挙げられる。これらの中でも、圧電基板３の構成材料としては、水晶を用いることが好ましい。水晶を用いることで、他の材料と比較して優れた周波数温度特性を有する振動素子２が得られる。なお、以下では、圧電基板３を水晶で構成した場合について説明する。
【００１９】
圧電基板３は、水晶基板であるため、図３に示すように、互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有している。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれ、電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。圧電基板３は、ＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θ回転させた平面に沿って切り出された「回転Ｙカット水晶基板」であり、たとえばθ＝３５°１５’だけ回転させた平面に沿って切り出された場合の基板は「ＡＴカット水晶基板」という。このような水晶基板を圧電基板３として用いることで、優れた温度特性を有する振動素子２となる。ただし、圧電基板３としては、厚みすべり振動を励振することができれば、ＡＴカットの水晶基板に限定されず、例えば、ＢＴカットの水晶基板を用いてもよい。
なお、以下では、角度θに対応してＸ軸まわりに回転したＹ軸およびＺ軸を、Ｙ’軸およびＺ’軸とする。すなわち、圧電基板３は、Ｙ’軸方向に厚みを有し、ＸＺ’面方向に広がりを有する。また、以下では、圧電基板３の＋Ｘ軸側の端を「基端」とし、−Ｘ軸側の端を「先端」とする。
【００２０】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、電極４は、圧電基板３の上面の中央部に設けられている略円形の励振電極４１と、励振電極４１から圧電基板３の上面の基端部まで引き出されている引出配線４２と、圧電基板３の下面の中央部に設けられている略円形の励振電極４３と、励振電極４３から圧電基板３の下面の基端部まで引き出されている引出配線４４とを有している。励振電極４１、４３は、ほぼ同じ形状をなし、圧電基板３を介して対向配置されている。同様に、引出配線４２、４４も、ほぼ同じ形状をなし、圧電基板３を介して対向配置されている。
【００２１】
励振電極４１、４３および引出配線４２、４４としては、導電性を有していれば特に限定されないが、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層（下地層）に、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）などの各被膜を積層した金属被膜で構成することができる。これにより、圧電基板３との密着性に優れた電極４が得られる。
【００２２】
また、圧電基板３の上面の先端部には、ボンディングパッド７１が形成されている。後述するように、振動素子２の先端部は、金属ワイヤー８２によって吊られた状態となっており、ボンディングパッド７１は、この金属ワイヤー８２と振動素子２との密着性を高めるために設けられる。これにより、振動素子２と金属ワイヤー８２との接合強度が高くなり、振動子１の機械的強度が向上する。
【００２３】
ボンディングパッド７１の構成としては、圧電基板３に金属ワイヤー８２を直接接合した場合と比較して、金属ワイヤー８２の接合強度を高くすることができれば特に限定されず、例えば、電極４と同様の構成とすることができる。ボンディングパッド７１を電極４と同様の構成とすることで、ボンディングパッド７１と電極４とを同一工程で形成することができ、振動子１の製造が簡単となる。
【００２４】
−パッケージ−
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、パッケージ５は、上面に開放する凹部５１１を有する箱状のベース５１と、凹部５１１の開口を塞いでベース５１に接合されている板状のリッド５２とを有している。このようなパッケージ５では、凹部５１１がリッド５２によって塞がれることにより収容空間Ｓが形成され、この収容空間Ｓに振動素子２が収納されている。収容空間Ｓは、例えば、減圧（真空）状態となっていてもよいし、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。
【００２５】
ベース５１の構成材料としては、特に限定されないが、酸化アルミニウム等の各種セラミックスを用いることができる。また、リッド５２の構成材料としては、特に限定されないが、ベース５１の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、ベース５１の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、コバール等の合金とするのが好ましい。なお、ベース５１とリッド５２の接合は、特に限定されず、例えば、ろう材、接着剤等を介して接合してもよいし、シームリングを介したシーム溶接等により接合してもよい。
【００２６】
また、ベース５１およびリッド５２は、それぞれ、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、テンパックスガラス、パイレックスガラス（ただし「パイレックス」は登録商標）等の各種ガラス材料で構成することもできる。これにより、パッケージ５を安価に製造することができる。ベース５１およびリッド５２をガラス材料で構成した場合、これらを接合する方法として、陽極接合を用いることができる。陽極接合を用いる場合には、ベース５１とリッド５２との間に、アルミニウムやシリコン等の陽極接合可能な材料で構成されている接合膜を配置すればよい。
【００２７】
図２（ｂ）に示すように、ベース５１の凹部５１１の底面には接続端子６１１、６２１が形成され、ベース５１の下面には実装端子６１２、６２２が形成されている。また、ベース５１には底部を貫通する貫通電極６１３、６２３が形成されており、貫通電極６１３によって接続端子６１１と実装端子６１２とが電気的に接続され、貫通電極６２３によって接続端子６２１と実装端子６２２とが電気的に接続されている。
接続端子６１１、６２１、実装端子６１２、６２２および貫通電極６１３、６２３としては、それぞれ、導電性を有していれば特に限定されず、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層（下地層）に、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）などの被膜を積層した金属被膜で構成することができる。
【００２８】
また、凹部５１１の底面にはボンディングパッド７５が形成されている。ボンディングパッド７５は、金属ワイヤー８２とベース５１との密着性を高めるために設けられる。これにより、金属ワイヤー８２の接合強度が高くなる。ボンディングパッド７５の構成としては、ベース５１に金属ワイヤー８２を直接接合した場合と比較して、ベース５１と金属ワイヤー８２との接合強度を高くすることができれば、特に限定されず、例えば、接続端子６１１、６２１や外部端子６１２、６２２と同様の構成とすることができる。ボンディングパッド７５を接続端子６１１、６２１や外部端子６２１、６２２と同様の構成とすることにより、ボンディングパッド７５を接続端子６１１、６２１や外部端子６２１、６２２と同一工程で形成することができ、振動子１の製造が簡単となる。
以上、パッケージ５について説明した。
【００２９】
次に、このようなパッケージ５に対して振動素子２がどのように搭載されているかを詳細に説明する。
振動素子２は、その基端部（＋Ｘ軸側の端部）にて、導電性接着材（固定部材）６３によって凹部５１１の底面に接着・固定されている（取り付けられている）。導電性接着材６３は、引出電極４４と接続端子６１１とに接触して設けられており、これにより、励振電極４３と接続端子６１１とが電気的に接続されている。なお、導電性接着材６３としては、接着性と導電性を有していれば特に限定されず、例えば、金属フィラー（銀粒子、銅粒子等の金属微粒子）やカーボンファイバー等の導電性粒子を混合したシリコーン系、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系等の接着材を用いることができる。
【００３０】
一方、引出電極４２と接続端子６２１とは、導電性を有する金属ワイヤー８１を介して電気的に接続されている。金属ワイヤー８１は、ワイヤーボンディング法によって形成することができる。本実施形態では、導電性接着材６３の上方に位置する領域にて金属ワイヤー８１を引出配線４２に接合しているため、ワイヤーボンディング時に効率的に超音波をかけることができ、金属ワイヤー８１を引出配線４２の接合を十分な強度で行うことができる。
【００３１】
また、振動素子２の先端部（−Ｘ軸側の端部）は、金属ワイヤー（ワイヤー）８２で吊られている。金属ワイヤー８２は、ワイヤーボンディング法によって形成することができる。このような金属ワイヤー８２は、その一端が圧電基板３上のボンディングパッド７１と接合されており、他端がベース５１上のボンディングパッド７５に接合されている。このように、振動素子２の先端部を金属ワイヤー８２で吊ることで、先端部のＹ軸方向への変位が低減される。そのため、振動子１にＹ’軸方向の衝撃（振動）Ｇが加わったときの振動素子２の撓み変形が低減され、発振周波数の変化を低減することができる。これにより、振動子１は、外的振動（例えば地震、周囲の工事現場から発生する振動、近くを通過する大型車により齎される振動等）の影響を受け難く、安定した周波数特性を有するものとなる。
【００３２】
振動素子２と導電性接着材６３との接合部Ｖ１および振動素子２と金属ワイヤー８２との接合部Ｖ２は、Ｙ’軸方向からの平面視にて、圧電基板３の中心Ｏと交わりＸ軸に平行な直線Ｌ１上に位置している。すなわち、接合部Ｖ１、Ｖ２は、圧電基板３の中心Ｏを間に挟んでＸ軸方向に対向配置されている。接合部Ｖ１、Ｖ２をこのような配置とすることで、導電性接着材６３と金属ワイヤー８２とで振動素子２を安定して支持することができる。具体的には、振動素子２を左右（直線Ｌ１の両側）のバランスがとれた状態で支持することができるため、前述したような衝撃Ｇが加わった場合に、振動素子２に直線Ｌ１まわりの回転モーメントが実質的に発生しない。したがって、振動素子２の撓み変形をより効果的に低減することができる。
【００３３】
さらには、振動素子２の先端部が金属ワイヤー８２で吊られた状態では、振動素子２の先端部は、Ｘ’軸、Ｙ’軸およびＺ’軸の各軸方向の自由度を有する。そのため、振動素子２に応力が残存するのを低減でき、また、パッケージ５の熱膨張等によって生じる内部応力も振動素子２に伝達され難い。したがって、環境温度の影響を受け難く、安定した発振周波数を有する振動子１となる。
【００３４】
また、振動子１では、振動素子２の基端部を支持する導電性接着材６３と、先端部を支持する金属ワイヤー８２とのバネ力をほぼ等価に設定することが好ましい。言い換えると、導電性接着材６３が振動素子２を下側へ引っ張る力と、金属ワイヤー８２が振動素子２を上側へ引っ張る力とをほぼ等しくすることが好ましい。これにより、振動素子２内に応力が発生することをより効果的に低減することができる。
【００３５】
金属ワイヤー８２の直径としては、特に限定されず、金属ワイヤー８２の材質や振動素子２の質量等によっても異なるが、２０μｍ以上、７０μｍ以下程度であることが好ましく、５５μｍ以上、６５μｍ以下程度であることがより好ましい。これにより、金属ワイヤー８２によって振動素子２を適度な力で吊ることができ、上記効果をより向上させることができる。
以上、振動素子１の構成について詳細に説明した。
【００３６】
−シミュレーション−
次に、振動子１の効果を確認するために行ったシミュレーション結果を説明する。このシミュレーションは、従来型の振動子としてのＳＡＭ−１と、振動子１としてのＳＡＭ−２、ＳＡＭ−３とを比較することで行った。
ＳＡＭ−１は、直径が８ｍｍ、厚みが０．１６７ｍｍのＡＴカット水晶基板からなる圧電基板３を用い、圧電基板３の基端部（＋Ｘ軸側の端部）をポリイミド系接着材である導電性接着材６３で固定した構成となっている。なお、導電性接着材６３のヤング率は４．０×１０３ＭＰａである。ＳＡＭ−２は、ＳＡＭ−１の構成に加えて、圧電基板３の先端部（−Ｘ軸側の端部）をＡｕで構成された金属ワイヤー８２でベースに吊った構成としている。金属ワイヤー８２の接合部Ｖ２は、平面視で直線Ｌ１上に位置している。なお、金属ワイヤー８２の直径は２６μｍである。一方、ＳＡＭ−３は、金属ワイヤー８２の直径を６０μｍとした以外はＳＡＭ−２と同様の構成である。
【００３７】
このようなＳＡＭ−１、ＳＡＭ−２、ＳＡＭ−３の各々に対してＹ’軸方向に０．０〜０．１ＭＰａ相当の振動を与えたときの圧電基板３の応力分布を図５〜図７に示す。図５がＳＡＭ−１のシミュレーション結果を示し、図６がＳＡＭ−２のシミュレーション結果を示し、図７がＳＡＭ−３のシミュレーション結果を示している。また、図５〜図７では、それぞれ、右側が基端で左側が先端となる。
【００３８】
これら結果から分かるように、ＳＡＭ−２およびＳＡＭ−３の方が、ＳＡＭ−１よりも圧電基板３の撓みが小さく、応力分布の幅が小さい。したがって、振動子１によって上述の効果が発揮されていることが明らかである。さらには、ＳＡＭ−２とＳＡＭ−３とを比べた場合、ＳＡＭ−３の方が圧電基板３の中央領域（励振電極４１、４３を形成する振動領域）における応力分布がより均一となっている。前述したような撓み変形による発振周波数の変化は、特に振動領域の撓み変形が効いてくるため、ＳＡＭ−３の方がＳＡＭ−２よりも外力による発振周波数の変化が小さく、より優れた周波数特性を発揮することができると言える。
なお、ポリイミド系接着材に替えてシリコーン系接着材を用いた場合も、上記と同様の結果となった。シリコーン系接着材のヤング率は６．０×１０３ＭＰａである。
【００３９】
＜第２実施形態＞
図８は、本発明の第２実施形態に係る振動子を示す平面図である。図９は、シミュレーション結果を示す図である。図１０は、金属ワイヤーの効果的な配置を説明するための平面図である。
以下、第２実施形態の振動子について前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態の振動子は、圧電素子の先端部を吊る金属ワイヤーの数が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動子と同様である。なお、図８では、前述した実施形態の振動子と同様の構成には同一符号を付してある。
【００４０】
図８に示すように、本実施形態の振動子１では、振動素子２の先端部が３本の金属ワイヤー８２、８３、８４で吊られている。金属ワイヤー８２の配置は、前述した第１実施形態と同様である。金属ワイヤー８３は、Ｙ’軸方向から見た平面視にて、直線Ｌ１を中心を回転軸として＋１５°回転させた直線Ｌ１１上に位置する部位を吊っており、金属ワイヤー８４は、直線Ｌ１を中心Ｏを回転軸として−１５°回転させた直線Ｌ１２上に位置する部位を吊っている。また、圧電素子２の金属ワイヤー８３との接合部Ｖ３と金属ワイヤー８４との接合部Ｖ４とは、平面視にて、直線Ｌ１に対して線対称となるように位置している。さらには、接合部Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、それぞれ、平面視にて、中心Ｏと同心的な同一円の円周上に位置している。
なお、金属ワイヤー８３、８４の直径としては、特に限定されず、金属ワイヤー８２と同様に、２０μｍ以上、７０μｍ以下であることが好ましく、５５μｍ以上、６５μｍ以下であることがより好ましい。
【００４１】
このように、振動素子２の先端部を３本の金属ワイヤー８２、８３、８４で吊ることによって、衝撃Ｇが加わった時の振動素子２の撓み変形をより効果的に低減することができる。特に、本実施形態のように、接合部Ｖ３、Ｖ４を直線Ｌ１に対して線対称に配置することで、振動素子２をバランスがとれた状態で支持することができるため、衝撃Ｇが加わった場合に、振動素子２に直線Ｌ１まわりの回転モーメントが実質的に発生しない。したがって、振動素子２の撓み変形をより効果的に低減することができる。
【００４２】
−シミュレーション−
次に、本実施形態の振動子１の効果を確認するために行ったシミュレーション結果を説明する。このシミュレーションは、本実施形態の振動子１としてのＳＡＭ−４を従来の振動子としてのＳＡＭ−１と比較することで行った。
ＳＡＭ−４は、ＳＡＭ−３の構成に加えて、圧電基板３の先端部をＡｕで構成されている金属ワイヤー８３、８４でベースに吊った構成としている。金属ワイヤー８３の接合部Ｖ３は、平面視で直線Ｌ１１上に位置し、金属ワイヤー８４の接合部Ｖ４は、平面視で直線Ｌ１２上に位置している。なお、金属ワイヤー８３、８４の直径は、金属ワイヤー８２と同じく６０μｍである。
【００４３】
このようなＳＡＭ−４に対して、ＳＡＭ−１と同様にＹ’軸方向に０．０〜０．１ＭＰａ相当の振動を与えたときの圧電基板３の応力分布を図９に示す。この結果から分かるように、ＳＡＭ−４の方が、ＳＡＭ−１よりも圧電基板３の撓みが小さく、応力分布の幅が小さい。したがって、本実施形態の振動子１によって上述の効果が発揮されていることが明らかである。
なお、ポリイミド系接着材に替えてシリコーン系接着材を用いた場合も、上記と同様の結果となった。シリコーン系接着材のヤング率は６．０×１０３ＭＰａである。
以上のような第２実施形態の振動子によっても、前述した第１実施形態の振動子と同様の効果を発揮することができる。
【００４４】
本実施形態の振動子１では、直線Ｌ１上に接合部Ｖ２が位置し、直線Ｌ１１上に接合部Ｖ３が位置し、直線Ｌ１２上に接合部Ｖ４が位置しているが、各接合部Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の位置はこれに限定されない。ただし、図１０に示すように、圧電基板３の中心Ｏと先端とを結ぶ直線Ｌ２を中心Ｏを回転軸として−９０°以上、＋９０°以下回転させた範囲に含まれる領域を領域Ｓ１とし、直線Ｌ２を中心Ｏを回転軸として−６０°以上、＋６０°以下回転させた範囲に含まれる領域を領域Ｓ２とし、直線Ｌ２を中心Ｏを回転軸として−１５°以上、＋１５°以下回転させた範囲に含まれる領域を領域Ｓ３としたとき、接合部Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、それぞれ、領域Ｓ１内に位置していることが好ましく、領域Ｓ２内に位置していることがより好ましく、領域Ｓ３内に位置していることがさらに好ましい。これにより、上述した効果を効果的に発揮することができる。このことは、後述する第３実施形態でも同様である。
【００４５】
また、本実施形態の振動子１では、３本の金属ワイヤー８２、８３、８４によって振動素子２の先端部を吊っているが、金属ワイヤーの数としては、これに限定されない。例えば、金属ワイヤー８２を省略してもよいし、金属ワイヤー８２、８３、８４に加えて１本以上の金属ワイヤーを追加してもよい。このことは、後述する第３実施形態でも同様である。
【００４６】
＜第３実施形態＞
図１１は、本発明の第３実施形態に係る振動子を示す平面図である。図１２および図１３は、それぞれ、シミュレーション結果を示す図である。
以下、第３実施形態の振動子について前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第３実施形態の振動子は、圧電素子の先端部を吊るための金属ワイヤーの数が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動子と同様である。なお、図１１では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
【００４７】
図１１に示すように、本実施形態の振動子１では、振動素子２の先端部が３本の金属ワイヤー８２、８３、８４で吊られている。金属ワイヤー８２の配置は、前述した第１実施形態と同様である。また、金属ワイヤー８３は、平面視にて、直線Ｌ１を中心Ｏを回転軸として＋６０°回転させた直線Ｌ１３上に位置する部位を吊っており、金属ワイヤー８４は、直線Ｌ１を中心Ｏを回転軸として−６０°回転させた直線Ｌ１４上に位置する部位を吊っている。また、圧電素子２の金属ワイヤー８３、８４との接合部Ｖ３、Ｖ４は、平面視にて、直線Ｌ１に対して線対称となるように位置している。また、接合部Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、それぞれ、平面視にて、中心Ｏと同心的な同一円の円周上に位置している。
【００４８】
金属ワイヤー８３、８４の直径としては、特に限定されず、金属ワイヤー８２と同様に、２０μｍ以上、７０μｍ以下であることが好ましく、５５μｍ以上、６５μｍ以下であることがより好ましい。
このように、振動素子２の先端部を３本の金属ワイヤー８２、８３、８４で吊ることによって、衝撃Ｇが加わった時の振動素子２の撓み変形をより効果的に低減することができる。
【００４９】
特に、本実施形態のように、接合部Ｖ３、Ｖ４を直線Ｌ１に対して線対称に配置することで、振動素子２をバランスがとれた状態で支持することができるため、衝撃Ｇが加わった場合に、振動素子２に直線Ｌ１まわりの回転モーメントが実質的に発生しない。したがって、振動素子２の撓み変形をより効果的に低減することができる。特に、金属ワイヤー８２、８３、８４を６０°間隔で配置することで、振動素子２の先端部を広く支持することができ、より安定した状態で支持することができる。
【００５０】
−シミュレーション−
次に、本実施形態の振動子１の効果を確認するために行ったシミュレーション結果を説明する。このシミュレーションは、本実施形態の振動子１としてのＳＡＭ−５、ＳＡＭ−６をＳＡＭ−１と比較することで行った。
ＳＡＭ−５は、ＳＡＭ−２と同様の構成とし、さらに、圧電基板３の先端部をＡｕで構成されている金属ワイヤー８３、８４でベースに吊った構成としている。金属ワイヤー８３の接合部Ｖ３は、平面視で直線Ｌ１３上に位置し、金属ワイヤー８４の接合部Ｖ４は、平面視で直線Ｌ１４上に位置している。金属ワイヤー８３、８４の直径は、金属ワイヤー８２と同じく２６μｍである。一方、ＳＡＭ−６は、金属ワイヤー８２、８３、８４の直径をそれぞれ６０μｍとした以外はＳＡＭ−５と同様の構成である。
【００５１】
このようなＳＡＭ−５およびＳＡＭ−６に対して、ＳＡＭ−１と同様にＹ’軸方向に０．０〜０．１ＭＰａ相当の振動を与えたときの圧電基板３の応力分布を図１２および図１３に示す。図１２がＳＡＭ−５のシミュレーション結果を示し、図１３がＳＡＭ−６のシミュレーション結果を示す。この結果から分かるように、ＳＡＭ−５およびＳＡＭ−６の方が、ＳＡＭ−１よりも圧電基板３の撓みが小さく、応力分布の幅が小さい。したがって、本実施形態の振動子１によって上述の効果が発揮されていることが明らかである。さらには、ＳＡＭ−５とＳＡＭ−６とを比べた場合、金属ワイヤー８２、８３、８４の直径が太いＳＡＭ−６の方が圧電基板３の中央領域における応力分布がより均一である。したがって、ＳＡＭ−６の方がＳＡＭ−５よりも外力による発振周波数の変化が小さく、より優れた周波数特性を発揮することができると言える。
なお、ポリイミド系接着材に替えてシリコーン系接着材を用いた場合も、上記と同様の結果となった。シリコーン系接着材のヤング率は６．０×１０３ＭＰａである。
以上のような第３実施形態の振動子によっても、前述した第１実施形態の振動子と同様の効果を発揮することができる。
【００５２】
＜第４実施形態＞
図１４は、本発明の第４実施形態に係る振動子を示す平面図である。
以下、第４実施形態の振動子について前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第４実施形態の振動子は、金属ワイヤー８１が省略されていること以外は、前述した第１実施形態の振動子と同様である。なお、図１４では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
【００５３】
図１４に示すように、本実施形態の振動子１では、振動素子２の引出配線４２が圧電基板３の上面の先端部へ引き出されている。そして、振動素子２の先端部は、金属ワイヤー８２によって吊るされている。ここで、金属ワイヤー８２は、その一端が引出配線４２に接合されており、他端が接続端子６２１に接続されている。このような構成によれば、金属ワイヤー８２によって、振動素子２の先端部をベース５１に吊ることができるとともに、引出配線４２と接続端子６２１との電気的な接続を行うことができる。また、引出配線４２がボンディングパッド７１を兼ね、接続端子６２１がボンディングパッド７５を兼ねるため、ボンディングパッド７１、７５を省略することができる。そのため、振動子１の構成の簡易化および小型化を図ることができる。
以上のような第４実施形態の振動子によっても、前述した第１実施形態の振動子と同様の効果を発揮することができる。
【００５４】
＜第５実施形態＞
図１５は、本発明の第５実施形態に係る振動子を示す平面図である。図１６は、図１５に示す振動子の断面図である。
以下、第５実施形態の振動子について前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第５実施形態の振動子は、振動素子の先端部を支持する金属ワイヤーの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動子と同様である。なお、図１５および図１６では、それぞれ、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
【００５５】
図１５および図１６に示すように、本実施形態の振動子１では、金属ワイヤー８２の両端がベース５１に接合されており、金属ワイヤー８２がＵ字状に湾曲した形状となっている。そして、この金属ワイヤー８２の頂部に振動素子２の先端部が載置されている。すなわち、金属ワイヤー８２は、振動素子２の先端部を下側から支えている。振動素子２は、金属ワイヤー８２に接合されておらず、摺動可能となっている。そのため、振動素子２の先端部は、Ｘ’軸、Ｙ’軸およびＺ’軸の各軸方向の自由度を有している。
以上のような第５実施形態の振動子によっても、前述した第１実施形態の振動子と同様の効果を発揮することができる。
【００５６】
２．発振器
次に、本発明の振動子を適用した発振器について説明する。
＜第１実施形態＞
図１７は、本発明の発振器の第１実施形態を示す断面図である。
図１７に示すように、発振器１００は、前述した振動子１と、回路素子１１０と、加熱素子１２０と、これらを収容するパッケージ１３０とを有している。
【００５７】
パッケージ１３０は、上面に開放する凹部１４１を有する箱状のベース１４０と、凹部１４１の開口を塞いでベース１４０に接合されている板状のリッド１５０とを有している。そして、パッケージ１３０の内部空間ＳＳに、振動子１と回路素子１１０と加熱素子１２０とが気密的に収容されている。パッケージ１３０の内部空間ＳＳは、例えば、減圧（真空）状態となっていてもよいし、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。
なお、ベース１４０およびリッド１５０の構成材料としては、例えば、前述したベース５１およびリッド５２と同様の材料を用いることができる。
【００５８】
凹部１４１の底面には支持柱１６１を介して架台１６２が固定されている。そして、支持柱１６１によって形成された架台１６２と凹部１４１の底面との間のスペースに回路素子１１０が配置されている。回路素子１１０は、導電性接着材等によって凹部１４１の底面に固定されている。回路素子１１０は、振動子１を発振させる発振回路や、加熱素子１２０の温度制御を行う制御回路などを備えている。
【００５９】
回路素子１１０は、凹部１４１の底面に形成されている複数の内部端子１７１に金属ワイヤー（ボンディングワイヤー）１７２を介して電気的に接続されている。複数の内部端子１７１には、振動子１に電気的に接続されているものや、加熱素子１２０に電気的に接続されているものや、パッケージ１３０の下面に形成されている外部端子１７３に接続されているものが含まれている。
【００６０】
また、架台１６２からは接続板１６３が立設しており、この接続板１６３に振動子１が載置・固定されている。また、接続板１６３によって形成された振動子１と架台１６２との間のスペースには加熱素子１２０が配置されている。振動子１の下面には金属層である熱伝導層１２１が設けられており、加熱素子１２０は、この熱伝導層１２１に樹脂接着剤などによって固定されている。これにより、加熱素子１２０から発生する熱が効率よく振動子１に伝わる。加熱素子１２０としては、熱を発生させることができれば特に限定されず、例えば、パワートランジスターを用いることができる。加熱素子１２０は、振動子１の下面に設けられている接続端子１７４に金属ワイヤー（ボンディングワイヤー）１７５を介して電気的に接続されている。接続端子１７４は、図示しない配線を介して所定の内部端子１７１に電気的に接続されている。
このような構成の発振器１００によれば、加熱素子１２０で発生させた熱によって振動子１（振動素子２）を所定の恒温状態に保つことが可能となる。そのため、使用環境の温度変化による周波数の変動を低減することができる。
【００６１】
＜第２実施形態＞
図１８は、本発明の発振器の第２実施形態を示す断面図である。
以下、第２実施形態の発振器について前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態の発振器は、振動子が上下反転して配置されていること、支持柱および架台が省略されていること以外は、前述した第１実施形態の発振器と同様である。なお、図１７では前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００６２】
図１８に示すように、ベース１４０の凹部１４１の底面からは接続板１６３が立設しており、この接続板１６３に振動子１が載置・固定されている。振動子１は、リッド５２が下側に位置するように上下逆さまの姿勢で接続板１６３に固定されている。そして、接続板１６３によって形成された振動子１と凹部１４１の底面との間のスペースに回路素子１１０が配置されている。
以上のような第２実施形態の発振器によっても、前述した第１実施形態の発振器と同様の効果を発揮することができる。
【００６３】
３．電子機器
次に、本発明の振動子を適用した電子機器について説明する。
図１９は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する振動子１が内蔵されている。
【００６４】
図２０は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、フィルター、共振器等として機能する振動子１が内蔵されている。
【００６５】
図２１は、本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
【００６６】
ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
【００６７】
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、デ−タ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなディジタルスチルカメラ１３００には、フィルター、共振器等として機能する振動子１が内蔵されている。
【００６８】
なお、本発明の振動素子を備える電子機器は、図１９のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図２０の携帯電話機、図２１のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等に適用することができる。
【００６９】
４．移動体
次に、本発明の振動子を適用した移動体について説明する。
図２２は、本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。自動車１５００には振動子１が搭載されている。振動子１は、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。
【００７０】
以上、本発明の振動子、発振器、電子機器および移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した実施形態では、発振器として、振動子と、回路素子（発振回路）と、加熱素子とを有する構成について説明したが、発振器としては、振動子と、回路素子（発振回路）とを有していればよく、加熱素子は省略してもよい。
また、前述した実施形態では、振動素子の外形を構成する圧電基板がフラットな形状をなしているが、圧電基板の形状としては、これに限定されず、所謂「メサ型」や「逆メサ型」であってもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１……振動子  ２……振動素子  ３……圧電基板  ４……電極  ４１、４３……励振電極  ４２、４４……引出配線  ５……パッケージ  ５１……ベース  ５２……リッド  ６３……導電性接着材  ７１、７５……ボンディングパッド  ８１、８２、８３、８４……金属ワイヤー  ５１１……凹部  ６１１、６２１……接続端子  ６１２、６２２……実装端子  ６１３、６２３……貫通電極  １００……発振器  １１０……回路素子  １２０……加熱素子  １２１……熱伝導層  １３０……パッケージ  １４０……ベース  １４１……凹部  １５０……リッド  １６１……支持柱  １６２……架台  １６３……接続板  １７１……内部端子  １７３……外部端子  １７４……接続端子  １１００……パーソナルコンピューター  １１０２……キーボード  １１０４……本体部  １１０６……表示ユニット  １１０８……表示部  １２００……携帯電話機  １２０２……操作ボタン  １２０４……受話口  １２０６……送話口  １２０８……表示部  １３００……ディジタルスチルカメラ  １３０２……ケース  １３０４……受光ユニット  １３０６……シャッターボタン  １３０８……メモリー  １３１０……表示部  １３１２……ビデオ信号出力端子  １３１４……入出力端子  １４３０……テレビモニター  １４４０……パーソナルコンピューター  １５００……自動車  Ｏ……中心  Ｓ……収容空間  ＳＳ……内部空間  Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４……接合部  θ……角度  Ｌ１、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４……直線
【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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【図２１】
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【図２２】
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