(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス材料からなるベース基板と、下面全体に接合膜が被膜され、間にキャビティが形成されるように接合膜を介してベース基板に陽極接合されたガラス材料からなるリッド基板と、キャビティ内に収容された状態でベース基板の上面に接合された圧電振動片と、ベース基板の下面に形成された外部電極と、ベース基板を貫通するように形成され、圧電振動片と外部電極とを電気的に接続する貫通電極と、を備える圧電振動子を製造する方法であって、
前記ベース基板と前記リッド基板とを陽極接合する際に、
前記貫通電極が形成された前記ベース基板の上面に前記圧電振動片を接合した後、該圧電振動片が前記キャビティ内に収容されるように前記リッド基板をベース基板に重ねる重ね合わせ工程と、
接合温度で内部のイオンが移動可能な材料からなるダミー材を電極板上に載置すると共に、前記ベース基板をダミー材側にした状態で重ね合わせた前記両基板をダミー材上に載置し、前記貫通電極と前記電極板との間に前記ダミー材を挟むセット工程と、
前記接合温度まで加熱した後、前記電極板と前記接合膜との間に接合電圧を印加する印加工程と、を行うことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記ダミー材として、前記ベース基板と熱膨張係数が略等しいものを用いることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合された２枚の基板の間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が封止された表面実装型（ＳＭＤ）の圧電振動子の製造方法、該製造方法によって製造される圧電振動子、該圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等として水晶等を利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが知られているが、その１つとして、表面実装型の圧電振動子が知られている。この種の圧電振動子としては、一般的に圧電振動片が形成された圧電基板を、ベース基板とリッド基板とで上下から挟み込むように接合した３層構造タイプのものが知られている。この場合、圧電振動片は、ベース基板とリッド基板との間に形成されたキャビティ（密閉室）内に収容されている。
【０００３】
また、近年では、上述した３層構造タイプのものではなく、２層構造タイプのものも開発されている。このタイプの圧電振動子は、ベース基板とリッド基板とが直接接合されることで２層構造になっており、両基板の間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が収容されている。この２層構造タイプの圧電振動子は、３層構造のものに比べて薄型化を図ることができる等の点において優れており、好適に使用されている。
【０００４】
ところで、この２層構造タイプの圧電振動子を製造する際、リッド基板の下面（接合面）に形成された接合膜を利用して、ベース基板とリッド基板とを陽極接合している。具体的には、両基板を重ね合わせた後、陽極接合装置の電極板上にセットする。続いて、ベース基板を加熱しながら接合膜と電極板との間に電圧を印加する。この際、ベース基板を加熱することで、ベース基板内のイオンが流動性を有する。よって、これに併せて接合膜と電極板との間に電圧を印加すると、ベース基板内に電流が流れる。これにより、接合膜とベース基板との界面に電気化学的な反応が生じさせることができ、両者をそれぞれ強固に密着して陽極接合することができる。
【０００５】
ところで、このタイプの圧電振動子として、接合膜が接合面だけでなく、リッド基板の下面全体に形成されているものが知られている（例えば、特許文献１）。この圧電振動子の一例を、図面を参照して簡単に説明する。図１８及び図１９示すように、圧電振動子２００は、互いに接合されたベース基板２０１及びリッド基板２０２と、両基板２０１、２０２の間に形成されたキャビティＣ内に封止された圧電振動片２０３と、を備えている。圧電振動片２０３は、例えば音叉型の振動片であって、キャビティＣ内においてベース基板２０１の上面にマウントされている。
ベース基板２０１及びリッド基板２０２は、例えばガラス基板である。両基板２０１、２０２のうちベース基板２０１には、該基板２０１を貫通するスルーホール２０４が形成されている。そして、このスルーホール２０４内には、該スルーホール２０４を塞ぐように導電部材が埋め込まれて貫通電極２０５を形成している。この貫通電極２０５は、ベース基板２０１の下面に形成された外部電極２０６に電気的に接続されていると共に、キャビティＣ内にマウントされている圧電振動片２０３に電気的に接続されている。また、リッド基板２０２の下面全体には、接合膜２０７が形成されており、この接合膜２０７を利用して、両基板２０１、２０２が陽極接合されている。
【特許文献１】特開平６−２８３９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、リッド基板２０２の下面全体に接合膜２０７が形成されている圧電振動子２００を製造する場合には、陽極接合時に以下の課題がまだ残されていた。具体的に説明すると、まず陽極接合時には、図２０に示すように、重ね合わせたベース基板２０１及びリッド基板２０２を電極板２０８上にセットした後、全体を接合温度（例えば、１００〜２００℃）に加熱しながら、接合膜２０７と電極板２０８との間に接合電圧（例えば、０．５〜５．０ｋＶ）を印加する必要がある。
【０００７】
このとき、ベース基板２０１に形成された貫通電極２０５は、電極板２０８に直接接触しているので、接合膜２０７と電極板２０８との間に接合電圧を印加すると、接合膜２０７と貫通電極２０５との間にも同程度の電圧が作用してしまう場合があった。特にこの貫通電極２０５は、接合膜２０７に近接している圧電振動片２０３と電気的に接続されている。そのため、接合膜２０７から、圧電振動片２０３を介して貫通電極２０５に放電現象（火花放電）が発生してしまう恐れがあった。
【０００８】
その結果、放電を受けた貫通電極２０５が溶融してしまうという問題があった。このため、圧電振動片２０３と外部電極２０６との導電性が不確実になる可能性があった。加えて、貫通電極２０５が溶融するとスルーホール２０４を封止することができないので、キャビティＣ内の気密性を確保することができない可能性もあった。
更に、放電現象が発生した場合、接合膜２０７に電流が十分に流れないので、ベース基板２０１とリッド基板２０２との陽極接合に影響を与えてしまうという問題があった。このため、両基板を確実に封止できず、やはりキャビティＣ内の気密を確保しにくかった。
【０００９】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、リッド基板の下面全体に接合膜を形成した上で陽極接合を行い、キャビティ内の気密を確保すると共に、圧電振動片と外部電極との安定した導電性を確保した高品質な２層構造タイプの表面実装型の圧電振動子を製造する製造方法を提供することである。また、該製造方法によって製造された圧電振動子、該圧電振動子を有する発振器、電子機器、電波時計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る圧電振動子の製造方法は、ガラス材料からなるベース基板と、下面全体に接合膜が被膜され、間にキャビティが形成されるように接合膜を介してベース基板に陽極接合されたガラス材料からなるリッド基板と、キャビティ内に収容された状態でベース基板の上面に接合された圧電振動片と、ベース基板の下面に形成された外部電極と、ベース基板を貫通するように形成され、圧電振動片と外部電極とを電気的に接続する貫通電極と、を備える圧電振動子を製造する方法であって、前記ベース基板と前記リッド基板とを陽極接合する際に、前記貫通電極が形成された前記ベース基板の上面に前記圧電振動片を接合した後、該圧電振動片が前記キャビティ内に収容されるように前記リッド基板をベース基板に重ねる重ね合わせ工程と、接合温度で内部のイオンが移動可能な材料からなるダミー材を電極板上に載置すると共に、前記ベース基板をダミー材側にした状態で重ね合わせた前記両基板をダミー材上に載置するセット工程と、前記接合温度まで加熱した後、前記電極板と前記接合膜との間に接合電圧を印加する印加工程と、を行うことを特徴とするものである。
【００１１】
この発明に係る圧電振動子の製造方法においては、ベース基板とリッド基板とを陽極接合する際に、まず貫通電極が形成されたベース基板の上面に圧電振動片を接合した後、リッド基板をベース基板に重ねる重ね合わせ工程を行う。この際、圧電振動片がキャビティ内に収容されるように両基板を重ね合わせる。続いて、ダミー材を電極板上に載置すると共に、ベース基板をダミー材側にした状態で重ね合わせた両基板をダミー材上に載置するセット工程を行う。続いて、接合温度まで加熱した後、電極板と接合膜との間に接合電圧を印加する印加工程を行う。これにより、ベース基板とリッド基板とが互いに陽極接合された２層構造タイプの表面実装型の圧電振動子を製造することができる。
【００１２】
特に、ダミー材として、接合温度で内部のイオンが移動可能な材料からなるものを用いる。従って、加熱工程及び印加工程によって、接合温度まで加熱すると共に、電極板と接合膜との間に駆動電圧を印加することで、電極板と接合膜とに挟み込まれているベース基板及びダミー材には、局所的にイオン（荷電粒子）の移動が生じ電流が流れる。これに対して、貫通電極には接合膜が接触しておらず、貫通電極が電極板と接合膜との間に挟まれていないので、接合膜と電極板との間に電圧が印加された場合であっても、イオン移動が生じることはない。しかも、貫通電極と電極板との間にダミー材が挟まれているので、電極板から貫通電極に対して直接的に電流が流れることがない。つまり、印加工程の際、接合膜と電極板との間に接合電圧を印加しても、貫通電極に電流が流れることがなく、接合膜との間には接合電圧ほど大きな電位差は生じ得ない。このため、接合膜と貫通電極との間で従来、頻発していた放電現象（火花放電）の発生を抑制することができる。
【００１３】
これにより、放電現象による貫通電極の溶融を防止することができる。このため、圧電振動片と外部電極との安定した導電性を確保できると共に、キャビティ内の気密を確保できる。よって、圧電振動子の高品質化を図ることができる。
加えて、放電現象を抑制することで、接合膜及びベース基板内に流れる電流を十分確保することができる。従って、陽極接合によって両者をそれぞれ強固に密着させることができ、両基板の接合面においても気密性を確保することができる。
また、単にベース基板と電極板との間にダミー材を挟むだけの簡単な方法であるので、従来の設備を利用することができる。そのため、低コストで実施することができる。
【００１４】
また、本発明に係る圧電振動子の製造方法は、前記ダミー材として、前記ベース基板と熱膨張係数が略等しいものを用いることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明に係る圧電振動子の製造方法においては、ダミー材として、ベース基板と熱膨張係数が略等しいものを用いる。よって、印加工程時に加熱した際、ベース基板とダミー材とが同じように熱膨張する。従って、一方だけが過度に膨張してしまい、ベース基板の一部がダミー材から浮いた状態になる等の恐れがない。つまり、ベース基板とダミー材とを密着させた状態で印加工程を実施することができる。これにより、より確実にベース基板とリッド基板との陽極接合を実施することができ、圧電振動子の更なる高品質化を図ることができる。
【００１６】
また、本発明に係る圧電振動子は、上記本発明の圧電振動子の製造方法で製造されたことを特徴とするものである。
【００１７】
この発明に係る圧電振動子においては、上述した製造方法で製造されているので、キャビティ内の気密を確実に維持することができると共に、圧電振動片と外部電極との安定した導電性を確保した高品質な圧電振動子とすることができる。
【００１８】
また、本発明に係る発振器は、上記本発明の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
また、本発明に係る電子機器は、上記本発明の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
また、本発明に係る電波時計は、上記本発明の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１９】
この発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、高品質化された圧電振動子を備えているので、同様に高品質化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る圧電振動子の製造方法によれば、キャビティ内の気密を確実に維持できると共に、圧電振動片と外部電極との安定した導電性を確保した高品質な２層構造タイプの表面実装型の圧電振動子を製造することができる。
本発明に係る圧電振動子によれば、上述した方法で製造されているので、高品質化の図られた圧電振動子とすることができる。
また、本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計によれば、上述した圧電振動子を備えているので、同様に高品質化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る一実施形態を、図１から図１４を参照して説明する。
本実施形態の圧電振動子１は、図１から図４に示すように、ベース基板２とリッド基板３とで２層に積層された箱状に形成されており、内部のキャビティＣ内に圧電振動片４が収容された表面実装型の圧電振動子１である。
なお、図４においては、図面を見易くするために後述する励振電極１５、引き出し電極１９、２０、マウント電極１６、１７及び重り金属膜２１の図示を省略している。
【００２２】
圧電振動片４は、図５から図７に示すように、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。
この圧電振動片４は、平行に配置された一対の振動腕部１０、１１と、該一対の振動腕部１０、１１の基端側を一体的に固定する基部１２と、一対の振動腕部１０、１１の外表面上に形成されて一対の振動腕部１０、１１を振動させる第１の励振電極１３と第２の励振電極１４とからなる励振電極１５と、第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４に電気的に接続されたマウント電極１６、１７とを有している。
また、本実施形態の圧電振動片４は、一対の振動腕部１０、１１の両主面上に、該振動腕部１０、１１の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部１８を備えている。この溝部１８は、振動腕部１０、１１の基端側から略中間付近まで形成されている。
【００２３】
第１の励振電極１３と第２の励振電極１４とからなる励振電極１５は、一対の振動腕部１０、１１を互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極であり、一対の振動腕部１０、１１の外表面に、それぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている。具体的には、図７に示すように、第１の励振電極１３が、一方の振動腕部１０の溝部１８上と他方の振動腕部１１の両側面上とに主に形成され、第２の励振電極１４が、一方の振動腕部１０の両側面上と他方の振動腕部１１の溝部１８上とに主に形成されている。
【００２４】
また、第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４は、図５及び図６に示すように、基部１２の両主面上において、それぞれ引き出し電極１９、２０を介してマウント電極１６、１７に電気的に接続されている。そして圧電振動片４は、このマウント電極１６、１７を介して電圧が印加されるようになっている。
なお、上述した励振電極１５、マウント電極１６、１７及び引き出し電極１９、２０は、例えば、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の導電性膜の被膜により形成されたものである。
【００２５】
また、一対の振動腕部１０、１１の先端には、自身の振動状態を所定の周波数の範囲内で振動するように調整（周波数調整）を行うための重り金属膜２１が被膜されている。なお、この重り金属膜２１は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜２１ａと、微小に調整する際に使用される微調膜２１ｂとに分かれている。これら粗調膜２１ａ及び微調膜２１ｂを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部１０、１１の周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができる。
【００２６】
このように構成された圧電振動片４は、図２から図４に示すように、ベース基板２の上面に、図示しない導電性接着剤で接合されている。より具体的には、ベース基板２の上面にパターニングされた引き回し電極３６、３７上に、一対のマウント電極１６、１７がそれぞれ接触した状態で接合されている。これにより、圧電振動片４は、マウント電極１６、１７と引き回し電極３６、３７とがそれぞれ電気的に接続された状態となっている。
【００２７】
上記リッド基板３は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明の絶縁基板であり、図１、図３及び図４に示すように、板状に形成されている。そして、リッド基板３の下面側（ベース基板２が接合される接合面側）には、圧電振動片４が収まる矩形状の凹部３ａが形成されている。この凹部３ａは、両基板２、３が重ね合わされたときに、後述するベース基板２の凹部２ａと共に、圧電振動片４を収容するキャビティＣを形成する。また、リッド基板３の下面側には、導電性材料（例えば、アルミニウム）により、陽極接合用の接合膜３ｂが全体にパターニングされている。そして、リッド基板３は、この接合膜３ｂを利用して、凹部３ａをベース基板２側に対向させた状態で該ベース基板２に対して陽極接合されている。
【００２８】
上記ベース基板２は、リッド基板３と同様にガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明な絶縁基板であり、図１から図４に示すように、リッド基板３に対して重ね合わせ可能な大きさで板状に形成されている。このベース基板２の上面側（リッド基板３が接合される接合面側）には、図２から図４に示すように、キャビティＣを形成する凹部２ａが設けられている。より詳しく説明すると、凹部２ａは、ベース基板２上にマウントされた圧電振動片４の先端側に設けられている。よって、圧電振動片４の一対の振動腕部１０、１１は、ベース基板２から浮いた状態になる。この凹部２ａにより、圧電振動片４の一対の振動腕部１０、１１の振動に必要な振動ギャップを確保することができる。
【００２９】
また、このベース基板２には、該ベース基板２を貫通する一対のスルーホール３０、３１が形成されている。この際、一対のスルーホール３０、３１は、キャビティＣ内に収まるように形成されている。より詳しく説明すると、本実施形態のスルーホール３０、３１は、マウントされた圧電振動片４の基部１２側に一方のスルーホール３０が位置し、振動腕部１０、１１の先端側に他方のスルーホール３１が位置するように形成されている。そして、これら一対のスルーホール３０、３１には、該スルーホール３０、３１を埋めるように一対の貫通電極３２、３３が形成されている。これら貫通電極３２、３３は、スルーホール３０、３１を完全に塞いでキャビティＣ内の気密を維持していると共に、引き回し電極３６、３７と外部電極３８、３９とを導通させる役割を担っている。
【００３０】
一対の引き回し電極３６、３７は、一対の貫通電極３２、３３のうち、一方の貫通電極３２と圧電振動片４の一方のマウント電極１６とを電気的に接続すると共に、他方の貫通電極３３と圧電振動片４の他方のマウント電極１７とを電気的に接続するように、ベース基板２の上面に導電性材料（例えば、アルミニウム）により、パターニングされている。より詳しく説明すると、一方の引き回し電極３６は、圧電振動片４の基部１２の真下に位置するように一方の貫通電極３２の真上に形成されている。また、他方の引き回し電極３７は、一方の引き回し電極３６に隣接した位置から、振動腕部１０、１１に沿って該振動腕部１０、１１の先端側に引き回しされた後、他方の貫通電極３３の真上に位置するように形成されている。
そして、これら一対の引き回し電極３６、３７上には、圧電振動片４がマウントされている。これにより、圧電振動片４の一方のマウント電極１６が、一方の引き回し電極３６を介して一方の貫通電極３２に導通し、他方のマウント電極１７が、他方の引き回し電極３７を介して他方の貫通電極３３に導通するようになっている。
【００３１】
また、ベース基板２の下面には、図１、図３及び図４に示すように、一対の貫通電極３２、３３に対してそれぞれ電気的に接続される外部電極３８、３９が形成されている。つまり、一方の外部電極３８は、一方の貫通電極３２及び一方の引き回し電極３６を介して圧電振動片４の第１の励振電極１３に電気的に接続されている。また、他方の外部電極３９は、他方の貫通電極３３及び他方の引き回し電極３７を介して、圧電振動片４の第２の励振電極１４に電気的に接続されている。また、図３に示すように、圧電振動片４の一対の振動腕部１０、１１の先端側に形成された外部電極３９は、ベース基板２を下面から見た際、該振動腕部１０、１１の先端と重ならないように形成されている。
【００３２】
このように構成された圧電振動子１を作動させる場合には、ベース基板２に形成された外部電極３８、３９に対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、圧電振動片４の第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４からなる励振電極１５に電流を流すことができ、一対の振動腕部１０、１１を接近・離間させる方向に所定の周波数で振動させることができる。そして、この一対の振動腕部１０、１１の振動を利用して、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等として利用することができる。
【００３３】
次に、上述した圧電振動子１を、図８に示すフローチャートを参照しながら、ベース基板用ウエハ（ベース基板）４０とリッド基板用ウエハ（リッド基板）５０とを利用して一度に複数製造する製造方法について以下に説明する。なお、本実施形態では、ウエハ状の基板を利用して圧電振動子１を一度に複数製造するが、これに限られたものではなく、予めベース基板２及びリッド基板３の外形に寸法を合わせたものを加工して、一度に一つのみ製造する等しても構わない。
【００３４】
初めに、圧電振動片作製工程を行って図５から図７に示す圧電振動片４を作製する（Ｓ１０）。具体的には、まず水晶のランバート原石を所定の角度でスライスして一定の厚みのウエハとする。続いて、このウエハをラッピングして粗加工した後、加工変質層をエッチングで取り除き、その後ポリッシュ等の鏡面研磨加工を行って、所定の厚みのウエハとする。続いて、ウエハに洗浄等の適切な処理を施した後、該ウエハをフォトリソグラフィ技術によって圧電振動片４の外形形状でパターニングすると共に、金属膜の成膜及びパターニングを行って、励振電極１５、引き出し電極１９、２０、マウント電極１６、１７、重り金属膜２１を形成する。これにより、複数の圧電振動片４を作製することができる。
【００３５】
また、圧電振動片４を作製した後、共振周波数の粗調を行っておく。これは、重り金属膜２１の粗調膜２１ａにレーザ光を照射して一部を蒸発させ、重量を変化させることで行う。なお、共振周波数をより高精度に調整する微調に関しては、マウント後に行う。これについては、後に説明する。
【００３６】
次に、後にリッド基板３となるリッド基板用ウエハ５０を、陽極接合を行う直前の状態まで作製する第１のウエハ作製工程を行う（Ｓ２０）。まず、ソーダ石灰ガラスを所定の厚みまで研磨加工して洗浄した後に、エッチング等により最表面の加工変質層を除去した円板状のリッド基板用ウエハ５０を形成する（Ｓ２１）。次いで、図９に示すように、リッド基板用ウエハ５０の下面に、エッチング等により行列方向にキャビティＣ用の凹部３ａを複数形成する凹部形成工程を行う（Ｓ２２）。
次いで、凹部３ａが形成されたリッド基板用ウエハ５０の下面全体に、蒸着やスパッタリング等の方法により導電性の接合膜３ｂを形成する接合膜形成工程を行う（Ｓ２３）。この時点で、第１のウエハ作製工程が終了する。
【００３７】
次に、上記工程と同時或いは前後のタイミングで、後にベース基板２となるベース基板用ウエハ４０を、陽極接合を行う直前の状態まで作製する第２のウエハ作製工程を行う（Ｓ３０）。まず、ソーダ石灰ガラスを所定の厚みまで研磨加工して洗浄した後に、エッチング等により最表面の加工変質層を除去した円板状のベース基板用ウエハ４０を形成する（Ｓ３１）。
【００３８】
次いで、ベース基板用ウエハ４０の上面に、エッチング等により行列方向にキャビティＣ用の凹部２ａを複数形成する凹部形成工程を行う（Ｓ３２）。この際、凹部２ａを、圧電振動片４の振動腕部１０、１１の先端側に位置するように形成する。
【００３９】
次いで、ベース基板用ウエハ４０に、一対の貫通電極３２、３３を複数形成する貫通電極形成工程を行う（Ｓ３３）。具体的には、まず、一対のスルーホール３０、３１を、サンドブラスト法やプレス加工等の方法で複数形成する。そして、これら複数の一対のスルーホール３０、３１内に、一対の貫通電極３２、３３を形成する。この一対の貫通電極３２、３３により、一対のスルーホール３０、３１を封止すると共に、ベース基板用ウエハ４０の上面側から下面側との電気導通性が確保される。
【００４０】
次に、ベース基板用ウエハ４０の上面に導電性材料をパターニングして、図１０及び図１１に示すように、各一対の貫通電極３２、３３にそれぞれ電気的に接続された引き回し電極３６、３７を複数形成する引き回し電極形成工程を行う（Ｓ３４）。なお、図１０及び図１１に示す点線Ｍは、後に行う切断工程で切断する切断線を図示している。この時点で第２のウエハ作製工程が終了する。
【００４１】
次に、作製した複数の圧電振動片４を、それぞれ引き回し電極３６、３７を介してベース基板用ウエハ４０の上面に接合するマウント工程を行う（Ｓ４０）。これにより、圧電振動片４は、マウント電極１６、１７と引き回し電極３６、３７とが電気的に接続された状態となる。よって、この時点で圧電振動片４の一対の励振電極１５は、一対の貫通電極３２、３３に対してそれぞれ導通した状態となる。
【００４２】
マウント工程後、重ね合わせた２枚のウエハ４０、５０を図示しない陽極接合装置に入れ陽極接合する接合工程を行う（Ｓ５０）。より具体的には、まず、ベース基板用ウエハ４０に対してリッド基板用ウエハ５０を重ね合わせる重ね合わせ工程を行う（Ｓ５１）。具体的には、図示しない基準マーク等を指標としながら、両ウエハ４０、５０を正しい位置にアライメントする。これにより、マウントされた圧電振動片４が、両ウエハ４０、５０で囲まれるキャビティＣ内に収容された状態となる。
【００４３】
続いて、図１２に示すように、ダミー材Ｒを金属治具（電極板）Ｊ上に載置すると共に、ベース基板用ウエハ４０をダミー材Ｒ側にした状態で重ね合わせた両ウエハ４０、５０をダミー材Ｒ上に載置するセット工程を行う（Ｓ５２）。この際、ダミー材Ｒとして、接合温度で内部のイオンが移動可能な材料からなるものを用いる。具体的には、例えばベース基板用ウエハ４０と同一材料であるガラス材料を用いる。また、金属治具Ｊとしては、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）等を用いる。なお、図１２では、説明のために両ウエハ４０、５０全体でなく、圧電振動子１の一つに相当する部分を示している。
【００４４】
次いで、セットされたベース基板用ウエハ４０及びダミー材Ｒを接合温度（例えば、２００度から３００度）まで加熱した後、金属治具Ｊと接合膜３ｂとの間に接合電圧（例えば、０．５〜５．０ｋＶ）を印加する印加工程を行う（Ｓ５３）。すると、接合膜３ｂとベース基板用ウエハ４０との界面に電気化学的な反応が生じ、両者がそれぞれ強固に密着して陽極接合される。
【００４５】
これにより、圧電振動片４をキャビティＣ内に封止することができ、ベース基板用ウエハ４０とリッド基板用ウエハ５０とが接合した図１３に示すウエハ体６０を得ることができる。なお、図１３においては、図面を見易くするために、ウエハ体６０を分解した状態を図示しており、リッド基板用ウエハ５０に形成された接合膜３ｂの図示を省略している。また、図１３に示す点線Ｍは、後に行う切断工程で切断する切断線を図示している。
【００４６】
そして、上述した陽極接合が終了した後、ベース基板用ウエハ４０の下面に導電性材料をパターニングして、一対の貫通電極３２、３３にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極３８、３９を複数形成する外部電極形成工程を行う（Ｓ６０）。この工程により、外部電極３８、３９を利用してキャビティＣ内に封止された圧電振動片４を作動させることができる。
【００４７】
次に、ウエハ体６０の状態で、キャビティＣ内に封止された個々の圧電振動子１の周波数を微調整して所定の範囲内に収める微調工程を行う（Ｓ７０）。具体的に説明すると、ベース基板用ウエハ４０の下面に形成された一対の外部電極３８、３９に電圧を印加して圧電振動片４を振動させる。そして、周波数を計測しながらベース基板用ウエハ４０を通して外部からレーザ光を照射し、重り金属膜２１の微調膜２１ｂを蒸発させる。これにより、一対の振動腕部１０、１１の先端側の重量が変化するので、圧電振動片４の周波数を、公称周波数の所定範囲内に収まるように微調整することができる。
【００４８】
周波数の微調が終了後、接合されたウエハ体６０を図１３に示す切断線Ｍに沿って切断して小片化する切断工程を行う（Ｓ８０）。その結果、互いに陽極接合されたベース基板２とリッド基板３との間に形成されたキャビティＣ内に圧電振動片４が封止された、図１に示す２層構造タイプの表面実装型の圧電振動子１を一度に複数製造することができる。
なお、切断工程（Ｓ８０）を行って個々の圧電振動子１に小片化した後に、微調工程（Ｓ７０）を行う工程順序でも構わない。但し、上述したように、微調工程（Ｓ７０）を先に行うことで、ウエハ体６０の状態で微調を行うことができるので、複数の圧電振動子１をより効率よく微調することができる。よって、スループットの向上化を図ることができるので好ましい。
【００４９】
その後、内部の電気特性検査を行う（Ｓ９０）。即ち、圧電振動片４の共振周波数、共振抵抗値、ドライブレベル特性（共振周波数及び共振抵抗値の励振電力依存性）等を測定してチェックする。また、絶縁抵抗特性等を併せてチェックする。そして、最後に圧電振動子１の外観検査を行って、寸法や品質等を最終的にチェックする。これをもって圧電振動子１の製造が終了する。
【００５０】
特に、ダミー材Ｒとして、接合温度で内部のイオンが移動可能なガラス材料からなるものを用いる。従って、加熱工程及び印加工程によって、接合温度まで加熱すると共に、金属治具Ｊと接合膜３ｂとの間に駆動電圧を印加することで、金属治具Ｊと接合膜３ｂとに挟み込まれているベース基板用ウエハ４０及びダミー材Ｒには、局所的にイオン（荷電粒子）の移動が生じ電流が流れる。より具体的には、接合膜３ｂが陽極側、ダミー材Ｒが陰極側に接続されている場合、図１４に示すように、ベース基板用ウエハ４０及びダミー材Ｒを形成するガラス材料内のナトリウムイオンが接合膜３ｂ側からダミー材Ｒ側に移動すると共に、電子が反対方向に移動する。
【００５１】
これに対して、貫通電極３２、３３には接合膜３ｂが接触しておらず、貫通電極３２、３３が金属治具Ｊと接合膜３ｂとの間に挟まれていないので、接合膜３ｂと金属治具Ｊとの間に電圧が印加された場合であっても、イオン移動が生じることはない。しかも、貫通電極３２、３３と金属治具Ｊとの間にダミー材Ｒが挟まれているので、金属治具Ｊから貫通電極３２、３３に対して直接的に電流が流れることがない。つまり、印加工程の際、接合膜３ｂと金属治具Ｊとの間に接合電圧を印加しても、貫通電極３２、３３に電流が流れることがなく、接合膜３ｂとの間には接合電圧ほど大きな電位差は生じ得ない。このため、接合膜３ｂと貫通電極３２、３３との間で従来、頻発していた放電現象（火花放電）の発生を抑制することができる。
【００５２】
これにより、放電現象による貫通電極３２、３３の溶融を防止することができる。このため、圧電振動片４と外部電極３８、３９との安定した導電性を確保できると共に、キャビティ内の気密を確保できる。よって、圧電振動子１の高品質化を図ることができる。
加えて、放電現象を抑制することで、接合膜３ｂ及びベース基板用ウエハ４０内に流れる電流を十分確保することができる。従って、陽極接合によって両者をそれぞれ強固に密着させることができ、両ウエハ４０、５０の接合面においても気密性を確保することができる。
また、単にベース基板用ウエハ４０と金属治具Ｊとの間にダミー材Ｒを挟むだけの簡単な方法であるので、従来の設備を利用することができる。そのため、低コストで実施することができる。
【００５３】
更に、本実施形態においては、ダミー材Ｒとして、ベース基板用ウエハ４０と同一材料であるガラス材料を用いる。よって、印加工程時に加熱した際、ベース基板用ウエハ４０とダミー材Ｒとが同じように熱膨張する。従って、一方だけが過度に膨張してしまい、ベース基板用ウエハ４０の一部がダミー材Ｒから浮いた状態になる等の恐れがない。つまり、ベース基板用ウエハ４０とダミー材Ｒとを密着させた状態で印加工程を実施することができる。これにより、より確実にベース基板用ウエハ４０とリッド基板用ウエハ５０との陽極接合を実施することができ、圧電振動子１の更なる高品質化を図ることができる。
【００５４】
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図１５を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図１５に示すように、圧電振動子１を、集積回路１０１に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器１００は、コンデンサ等の電子部品１０２が実装された基板１０３を備えている。基板１０３には、発振器用の上記集積回路１０１が実装されており、この集積回路１０１の近傍に、圧電振動子１が実装されている。これら電子部品１０２、集積回路１０１及び圧電振動子１は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
【００５５】
このように構成された発振器１００において、圧電振動子１に電圧を印加すると、該圧電振動子１内の圧電振動片４が振動する。この振動は、圧電振動片４が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路１０１に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路１０１によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子１が発振子として機能する。
また、集積回路１０１の構成を、例えば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。
【００５６】
上述したように、本実施形態の発振器１００によれば、キャビティＣ内の気密が確実で、圧電振動片４と外部電極３８、３９との安定した導電性を確保した高品質な圧電振動子１を備えているので、発振器１００自体も同様に高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な周波数信号を得ることができる。
【００５７】
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図１６を参照して説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子１を有する携帯情報機器１１０を例にして説明する。始めに本実施形態の携帯情報機器１１０は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。
【００５８】
次に、本実施形態の携帯情報機器１１０の構成について説明する。この携帯情報機器１１０は、図１６に示すように、圧電振動子１と、電力を供給するための電源部１１１とを備えている。電源部１１１は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部１１１には、各種制御を行う制御部１１２と、時刻等のカウントを行う計時部１１３と、外部との通信を行う通信部１１４と、各種情報を表示する表示部１１５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部１１６とが並列に接続されている。そして、電源部１１１によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。
【００５９】
制御部１１２は、各機能部を制御して音声データの送信及び受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部１１２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、該ＲＯＭに書き込まれたプログラムを読み出して実行するＣＰＵと、該ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等とを備えている。
【００６０】
計時部１１３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及びインターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子１とを備えている。圧電振動子１に電圧を印加すると圧電振動片４が振動し、該振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部１１２と信号の送受信が行われ、表示部１１５に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。
【００６１】
通信部１１４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９、増幅部１２０、音声入出力部１２１、電話番号入力部１２２、着信音発生部１２３及び呼制御メモリ部１２４を備えている。
無線部１１７は、音声データ等の各種データを、アンテナ１２５を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部１１８は、無線部１１７又は増幅部１２０から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部１２０は、音声処理部１１８又は音声入出力部１２１から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部１２１は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。
【００６２】
また、着信音発生部１２３は、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部１１９は、着信時に限って、音声処理部１１８に接続されている増幅部１２０を着信音発生部１２３に切り替えることによって、着信音発生部１２３において生成された着信音が増幅部１２０を介して音声入出力部１２１に出力される。
なお、呼制御メモリ部１２４は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部１２２は、例えば、０から９の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。
【００６３】
電圧検出部１１６は、電源部１１１によって制御部１１２等の各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に、その電圧降下を検出して制御部１１２に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部１１４を安定して動作させるために必要な最低限の電圧として予め設定されている値であり、例えば、３Ｖ程度となる。電圧検出部１１６から電圧降下の通知を受けた制御部１１２は、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９及び着信音発生部１２３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１１７の動作停止は、必須となる。更に、表示部１１５に、通信部１１４が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。
【００６４】
即ち、電圧検出部１１６と制御部１１２とによって、通信部１１４の動作を禁止し、その旨を表示部１１５に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部１１５の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×（バツ）印を付けるようにしても良い。
なお、通信部１１４の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部１２６を備えることで、通信部１１４の機能をより確実に停止することができる。
【００６５】
上述したように、本実施形態の携帯情報機器１１０によれば、キャビティＣ内の気密が確実で、圧電振動片４と外部電極３８、３９との安定した導電性を確保した高品質な圧電振動子１を備えているので、携帯情報機器自体も同様に高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な時計情報を表示することができる。
【００６６】
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図１７を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図１７に示すように、フィルタ部１３１に電気的に接続された圧電振動子１を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県（４０ｋＨｚ）と佐賀県（６０ｋＨｚ）とに、標準の電波を送信する送信所（送信局）があり、それぞれ標準電波を送信している。４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した２つの送信所で日本国内を全て網羅している。
【００６７】
以下、電波時計１３０の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ１３２は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの搬送波にＡＭ変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ１３３によって増幅され、複数の圧電振動子１を有するフィルタ部１３１によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子１は、上記搬送周波数と同一の４０ｋＨｚ及び６０ｋＨｚの共振周波数を有する水晶振動子部１３８、１３９をそれぞれ備えている。
【００６８】
更に、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路１３４により検波復調される。続いて、波形整形回路１３５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１３６でカウントされる。ＣＰＵ１３６では、現在の年、積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、ＲＴＣ１３７に反映され、正確な時刻情報が表示される。
搬送波は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚであるから、水晶振動子部１３８、１３９は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
【００６９】
なお、上述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは７７．５ＫＨｚの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計１３０を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の圧電振動子１を必要とする。
【００７０】
上述したように、本実施形態の電波時計１３０によれば、キャビティＣ内の気密が確実で、圧電振動片４と外部電極３８、３９との安定した導電性を確保した高品質な圧電振動子１を備えているので、電波時計自体も同様に高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定して高精度に時刻をカウントすることができる。
【００７１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００７２】
例えば、上記実施形態では、圧電振動片４の一例として振動腕部１０、１１の両面に溝部１８が形成された溝付きの圧電振動片４を例に挙げて説明したが、溝部１８がないタイプの圧電振動片でも構わない。但し、溝部１８を形成することで、一対の励振電極１５に所定の電圧を印加させたときに、一対の励振電極１５間における電界効率を上げることができるので、振動損失をより抑えて振動特性をさらに向上することができる。つまり、ＣＩ値（Crystal Impedance）をさらに低くすることができ、圧電振動片４のさらなる高性能化を図ることができる。この点において、溝部１８を形成する方が好ましい。
また、上記実施形態では、音叉型の圧電振動片４を例に挙げて説明したが、音叉型に限られるものではない。例えば、厚み滑り振動片としても構わない。
【００７３】
また、上記実施形態では、ベース基板２に凹部２ａを形成することで、圧電振動片４の一対の振動腕部１０、１１の振動ギャップを確保したが、これに限らない。例えば、凹部２ａを形成せず、引き回し電極３６、３７上にバンプを形成し、バンプ接合しても構わない。バンプ接合によれば、圧電振動片４をベース基板２の上面から浮かすことができ、振動に必要な最低限の振動ギャップを自然と確保することができる。
【００７４】
また、上記実施形態では、ダミー材Ｒとして、ベース基板用ウエハ４０と同一材料のガラス材料を用いたが、これに限られるものではない。ダミー材Ｒは、接合温度で内部のイオンが移動可能な材料からなるものであれば構わない。
但し、ダミー材Ｒは、上記実施形態で用いた材料のように、熱膨張係数がベース基板用ウエハ４０と略等しいものが好ましい。これによれば、上述したようにベース基板用ウエハ４０とダミー材Ｒとが同じように熱膨張することにより、圧電振動子１の更なる高品質化を図ることができる。
更に、ダミー材Ｒは、陽極接合可能なガラスであることが好ましい。陽極接合可能なガラスは、平常時は絶縁性であるが、接合温度まで加熱されるとイオン移動が活発になる。そのため、接合工程時に、ベース基板用ウエハ４０と共に適度な導電性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る圧電振動子の一実施形態を示す外観斜視図である。
【図２】図１に示す圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ線に沿った圧電振動子の断面図である。
【図４】図１に示す圧電振動子の分解斜視図である。
【図５】図１に示す圧電振動子を構成する圧電振動片の上面図である。
【図６】図５に示す圧電振動片の下面図である。
【図７】図５に示す断面矢視Ｂ−Ｂ図である。
【図８】図１に示す圧電振動子を製造する際の流れを示すフローチャートである。
【図９】図８に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、リッド基板の元となるリッド基板用ウエハに複数の凹部及び接合膜を形成した状態を示す図である。
【図１０】図８に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、ベース基板の元となるベース基板用ウエハに凹部、貫通電極及び引き回し電極を形成した状態を示す図である。
【図１１】図１０に示す状態のベース基板用ウエハの全体図である。
【図１２】図８に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、重ね合わせたベース基板用ウエハ及びリッド基板用ウエハを陽極接合している状態で、図２に示すＡ−Ａ線に沿った断面を示す図である。
【図１３】図８に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、圧電振動片をキャビティ内に収容した状態でベース基板用ウエハとリッド基板用ウエハとが陽極接合されたウエハ体の分解斜視図である。
【図１４】図１２に示す状態のベース基板及びダミー材内でのイオン移動の様子を説明するための図である。
【図１５】本発明に係る発振器の一実施形態を示す構成図である。
【図１６】本発明に係る電子機器の一実施形態を示す構成図である。
【図１７】本発明に係る電波時計の一実施形態を示す構成図である。
【図１８】従来の圧電振動子の内部構造図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。
【図１９】図１８に示す圧電振動子の断面図である。
【図２０】図１８に示す圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、重ね合わせたベース基板及びリッド基板を電極板上にセットし、接合膜と電極板とに所定の電圧を印加している様子を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１…圧電振動子
２…ベース基板
３…リッド基板
３ｂ…接合膜
４…圧電振動片
３２、３３…貫通電極
４０…ベース基板用ウエハ（ベース基板）
５０…リッド基板用ウエハ（リッド基板）
１００…発振器
１０１…発振器の集積回路
１１０…携帯情報機器（電子機器）
１１３…電子機器の計時部
１３０…電波時計
１３１…電波時計のフィルタ部
Ｃ…キャビティ
Ｒ…ダミー材
Ｊ…金属治具（電極板）
【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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