(57)【要約】【課題】  板厚を薄くして振動領域を形成した圧電振動片について、材料のスペース効率を向上させて、得られる振動性能に比して全体を従来よりも小型にすることができ、その結果、小型の圧電デバイスを提供すること。【解決手段】  圧電材料をウエットエッチングして板厚の薄い振動領域３４を設けるようにした圧電振動片３１をパッケージ８０やケースに接合することにより形成される圧電デバイス３０であって、前記圧電材料の圧電振動片として利用される領域のほぼ全体をウエットエッチングすることにより、該ウエットエッチングによるエッチング異方性に基づいて、エッチング遅れを生じた領域３５，３６に、前記パッケージやケース側への接合部を設けるようにした圧電デバイス。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料をウエットエッチングして板厚の薄い振動領域を設けるようにした圧電振動片をパッケージやケースに接合することにより形成される圧電デバイスであって、
前記圧電材料の圧電振動片として利用される領域のほぼ全体をウエットエッチングすることにより、該ウエットエッチングによるエッチング異方性に基づいて、エッチング遅れを生じた領域に、前記パッケージやケース側への接合部を設けるようにした
ことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記エッチング遅れを生じた箇所として、前記エッチングした圧電材料の断面における傾斜角度が他の領域よりもゆるやかな箇所を選んで前記接合部としたことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記圧電振動片が矩形もしくは正方形である場合に、傾斜角度が他の領域よりもゆるやかな箇所として、互いに隣接する２辺のうち、いずれかの一辺の少なくとも両端付近を前記接合部とすることを特徴とする請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記互いに隣接する２辺のうち、断面における傾斜角度がよりゆるやかな方の一辺を選んで、該一辺の少なくとも両端付近を前記接合部とすることを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記接合部が２つ以上の複数箇所設けられ、これら複数の接合部のうち、より前記振動領域に近い接合部では、接着剤の塗布領域が前記圧電振動片の外縁からはみ出すようにようにしたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、箱状のパッケージや金属製の筒状ケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスの改良と該圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
従来の圧電デバイスは、パッケージ内に、例えば、圧電材料で形成した圧電振動片を収容している。
圧電振動片は、例えば水晶ウエハを矩形にカットして駆動用の電極を設けることにより形成されている。
【０００３】
このような構成の圧電デバイスは、例えば、図１３および図１３のＡ−Ａ線断面図である図１４に示すように構成されている（特許文献１参照）。
図において、圧電デバイス１は、パッケージ２に圧電振動片４を収容し、蓋体２ａを気密に封止して構成されている。
【０００４】
すなわち、パッケージ２に収容されている圧電振動片４は、水晶などの圧電材料を矩形にカットして、エッチングにより板厚を小さくし、振動領域７を形成して、該振動領域７の表裏に励振電極８，８を形成したものである。
各励振電極８，８は図１３に示すように一つの側縁に引き回されている。
図１４に示すように、パッケージ２の端部に設けた電極３上に導電性接着剤５を塗布し、その上に励振電極８，８の上記引き回し箇所である引出し電極を載せて、片持ち式に圧電振動片４を接合したものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２７８０８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した特許文献１では、圧電振動片４は、より高周波で発振させるために、一部の板厚を薄くし、高い周波数で振動する領域を作っている。
この場合、パッケージ２への接合を行う箇所は、接合固定領域となるため、上記振動領域７とは別に設けなければならない。このため、固定領域９を避けてエッチングすることで、板厚の薄い振動領域７を作っていた。
【０００７】
ところが、圧電材料、とりわけ水晶をウエットエッチングすると、エッチング異方性があり、エッチング対象とした領域全体が均一なスピードでエッチングされるわけではなく、その意味では、振動領域７とした領域内であっても、図１４のように均一な厚みとならず、むしろ厚みが変化する傾斜面となる。
そして、振動領域７とした領域内であっても、十分板厚が薄くならなかった箇所は、十分に振動しないので、無駄な部分が多く、スペース効率が悪く、得られる性能に比べて、圧電振動片４が大きくなってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、板厚を薄くして振動領域を形成した圧電振動片について、材料のスペース効率を向上させて、得られる振動性能に比して全体を従来よりも小型にすることができ、その結果、小型の圧電デバイスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的は、圧電材料をウエットエッチングして板厚の薄い振動領域を設けるようにした圧電振動片をパッケージやケースに接合することにより形成される圧電デバイスであって、前記圧電材料の圧電振動片として利用される領域のほぼ全体をウエットエッチングすることにより、該ウエットエッチングによるエッチング異方性に基づいて、エッチング遅れを生じた領域に、前記パッケージやケース側への接合部を設けるようにした圧電デバイスにより、達成される。
【００１０】
第１の発明の構成によれば、圧電振動片として利用される領域のほぼ全体を対象として、ウエットエッチングを行うので、従来のように、固定もしくは接合用の領域としてエッチング対象領域から最初から除外されている領域はない。このため、その分スペース効率が向上し、得られる性能に対して、全体の大きさは小型になる。
しかもエッチング領域の中で、エッチング異方性に基づいて、エッチングが遅れた領域は、十分に振動しないことから、このような領域を利用して接合部を設けるようにすれば、従来と同様にパッケージやケースに対して接合することができる。
かくして、板厚を薄くして振動領域を形成した圧電振動片について、材料のスペース効率を向上させて、得られる振動性能に比して全体を従来よりも小型にすることができる。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記エッチング遅れを生じた箇所として、前記エッチングした圧電材料の断面における傾斜角度が他の領域よりもゆるやかな箇所を選んで前記接合部としたことを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、エッチング領域の中で、エッチング異方性に基づいて、エッチングスピードの異なることに対応して、圧電材料の断面形状が傾斜した状態となる。この傾斜のうち、傾斜のゆるやかな箇所は、他の領域と比べると比較的振動に関与しない領域であるから、当該領域を接合部とすることで、より効率良くスペースを利用することができる。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明の構成において、前記圧電振動片が矩形もしくは正方形である場合に、傾斜角度が他の領域よりもゆるやかな箇所として、互いに隣接する２辺のうち、いずれかの一辺の少なくとも両端付近を前記接合部とすることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、前記一辺の少なくとも両端付近を接合部として利用することにより、効率良くスペースを利用して圧電振動片を片持ち支持することが容易となる。
【００１３】
第４の発明は、第３の発明の構成において、前記互いに隣接する２辺のうち、断面における傾斜角度がよりゆるやかな方の一辺を選んで、該一辺の少なくとも両端付近を前記接合部とすることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、前記互いに隣接する２辺のうち、断面における傾斜角度がよりゆるやかな方の一辺を選ぶことで、スペース効率を最も良好にすることができる。
【００１４】
第５の発明は、第１ないし４のいずれかの発明の構成において、前記接合部が２つ以上の複数箇所設けられ、これら複数の接合部のうち、より前記振動領域に近い接合部では、接着剤の塗布領域が前記圧電振動片の外縁からはみ出すようにようにしたことを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、より前記振動領域に近い接合部では、接着剤の塗布領域が前記圧電振動片の外縁からはみ出すようにすれば、可能な限り振動領域の動きを妨げることなく、かつ前記接着剤が圧電振動片の外縁に回りこんで、該圧電振動片の端面に付着することで、十分な接着面積を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１および図２は、本発明の圧電デバイスの第１の実施形態を示しており、図１は蓋体を除いて内部構造を露出した圧電デバイスの概略平面図、図２は図１のＢ−Ｂ線切断端面図であり、蓋体を配置して示すものである。
これらの図において、圧電デバイス３０は、パッケージ８０内に圧電振動片を収容した圧電振動子を示している。
具体的には、圧電デバイス３０のパッケージ８０は、複数の基板を積層して形成した例を示しており、例えば、セラミックのグリーンシートが利用されている。グリーンシートは、例えば、所定の溶液中にセラミックパウダを分散させ、バインダを添加して生成される混練物をシート状の長いテープ形状に成形し、これを所定の長さにカットして得られるものである。
【００１６】
パッケージ８０は、このようなグリーンシートを複数積層し、焼結して形成することができる。この場合、上に重ねる基板は、上述したグリーンシートを板状として、内部の材料を除去して、枠状として、図２の内部空間Ｓを形成したもので、この内部空間Ｓ（図２参照）を利用して、圧電振動片３１を収容するようにしている。このパッケージ８０には、セラミックやガラスあるいはコバールなどの金属で形成された蓋体５１が低融点ガラスやニッケルなどを介して接合されている。これにより、パッケージ８０は気密に封止されている。
【００１７】
すなわち、下層の基板上には、例えば、銀・パラジウムなどの導電ペーストもしくはタングステンメタライズなどの導電ペーストなどを用いて、必要とされる導電パターンを形成後に、積層した基板を焼結をした後で、ニッケルおよび金もしくは銀などを順次メッキして、電極部３２，３２が形成されている。図２に示すように、電極部３２は、パッケージ８０の底面に露出した実装端子４１，４１と図示しない導電パターンにより接続されている。この電極部３２と実装端子４１とを接続するための導電パターンは、パッケージ８０の形成時に利用されるキャスタレーション（図示せず）の表面に形成して、パッケージ８０の外面を引き回してもよいし、あるいは積層基板を貫通する図示しない導電スルーホールなどにより接続してもよい。
【００１８】
圧電振動片３１は、後述するように、例えば圧電材料により形成されたウエハを矩形に加工したタイプである。この圧電材料として、例えば、この実施形態では水晶が使用されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。
また、この実施形態では、特に、圧電チップのタイプとして、強度を持たせるために周縁を枠状に残して、内側について材料厚みを薄く加工することにより、高い周波数で発振するのに適した振動領域を形成した所謂逆メサ型の振動片が用いられている。
【００１９】
図１および図２において、圧電振動片３１の周縁部３３は、材料厚みが厚く、強度が高いが、振動には関与しない領域である。これとは逆に符号３４で示す領域は、特に材料厚みを薄く加工することにより、振動し易くした領域であり、駆動電圧を印加するための駆動用の電極を形成して、積極的に励振させる領域である。
すなわち、圧電振動片３１には、駆動用の電極として、励振電極４５が形成されている。励振電極４５は、圧電チップの積極的に振動させようとする領域に形成され、圧電材料に駆動電圧を印加することで、材料内に効率よく電界を生じさせ、励振するためのものである。励振電極４５は、図示しない圧電チップの裏面にも同様の形態で形成され、それぞれ圧電振動片３１の表面と裏面における長さ方向の端部において、かつその幅方向の端部にそれぞれ形成された接続電極である引出し電極４６，４６に対して、各別に接続されている。引出し電極４６，４６は、圧電振動片３１の側面を回り込んで、裏面にも形成されている。
【００２０】
このような圧電振動片３１は、図１に示されているように、パッケージ８０側の各電極部３２，３２の上に導電性接着剤４３，４３を塗布し、その上に圧電振動片３１の図１で説明した各引出し電極４６，４６が形成されている基端部もしくは一端部を載置して、これら導電性接着剤４３，４３を硬化させることにより片持ち式に接合されている。
すなわち、導電性接着剤４３，４３としては、所定の合成樹脂でなるバインダー成分に、銀粒子などの導電粒子を添加したものを使用することができる。したがって、導電性接着剤４３は、圧電振動片３１をパッケージ８０に対して、電気的かつ機械的に接合しており、このため、圧電振動片３１の引出し電極４６，４６は、圧電振動片の接合部として機能する箇所である。
このような構造により、パッケージ８０の外部から実装端子４１，４１を介して供給された駆動電圧は、パッケージ８０側の電極部３２，３２から導電性接着剤４３，４３および圧電振動片３１の引出し電極４６，４６を介して、励振電極４５に印加される。したがって、圧電振動片３１の振動領域３４は圧電作用により励振されることで、駆動されるようになっている。
【００２１】
ここで、圧電振動片３１を構成する圧電材料においては、できるだけ振動領域３４を大きく形成するようにすれば、スペース効率が向上する。つまり、必要な振動を得ると同時に全体の大きさを小さくすることで小型化を図ることができる。
しかしながら、従来はパッケージ８０に対して、圧電振動片３１を固定するための接合領域である引出し電極４６，４６を形成するために、圧電振動片３１を構成する図示の矩形の圧電材料の全体に対して、先ず、この接合領域を除外した上で、上記振動領域３４を形成するためのエッチングを行っていた。
【００２２】
ところが、特定の圧電材料をウエットエッチングすると、例えば水晶を用いた場合、これをフッ酸溶液にてエッチングすると、エッチング異方性に起因して圧電材料の領域によりエッチングスピードの相違が見られる。
具体的には、水晶の場合、機械軸Ｘ、電気軸Ｙ、光学軸Ｚに関して、エッチングの進行上、次のようなエッチング異方性を示す。
すなわち、図３に示すように、エッチング後は、右側の傾斜面３６と左側の傾斜面３８で大きく傾斜角度が異なる結果となり、右側にはほとんど振動に関与しない大きな傾斜面が形成される。
【００２３】
このため、振動領域３４が適切な材料厚みにエッチングできた時点で、その周辺にエッチング遅れにより材料厚みのエッチングが遅れて進行した傾斜面が形成され、そのような領域はほとんど振動に関与しない領域となる。このため、従来のように、圧電振動片を形成すべき圧電材料に対して、引出し電極を形成すべき接合領域を最初から除外し、残りの領域にエッチングを施すと、当該エッチングを施した領域にさらに振動に関与しない傾斜面でなる領域が形成され、実際の振動領域は、全体との対比において、きわめて限られた領域となってしまう。
【００２４】
そこで、この実施形態では、圧電振動片３１として利用する圧電材料の全体にウエットエッチングを施し、その中でエッチングが遅れることで傾斜面となった領域３５について、当該傾斜面３５を含んだ領域に、図示のように引出し電極４６，４６を形成することで、スペース効率を向上させている。
つまり、圧電振動片３１を構成する矩形の圧電材料においては、図１で示すように４つの辺ａ（短辺），ｂ（長辺），ｃ（短辺），ｄ（長辺）がある。このうち一つの短辺である辺ａに近い傾斜面３５とこれに隣接するひとつの長辺である辺ｂに近い傾斜面３６とは、他の２辺である辺ｃ，ｄにそれぞれ近い傾斜面３７，３８と比べて傾斜の角度が小さくゆるやかである。言い換えれば、平面視において、傾斜面３５と傾斜面３６は他の傾斜面３７，３８よりも傾斜面の占める面積が大きい。
そこで、この実施形態では、緩やかな傾斜面である３５，３６のうち、傾斜面３５に近い辺ａの両端部に接合部である引出し電極４６，４６を設ける。これにより、接合部が振動領域３４から大きく離れるので、その振動を妨げることを極力回避することができる。
【００２５】
本実施形態の圧電デバイス３０は以上のように構成されており、圧電振動片３１として利用される領域のほぼ全体を対象として、ウエットエッチングを行うので、従来のように、固定もしくは接合用の領域としてエッチング対象領域から最初から除外されている領域はない。このため、その分スペース効率が向上し、得られる性能に対して、全体の大きさは小型になる。
しかもエッチング領域の中で、エッチング異方性に基づいて、エッチングが遅れた領域は、十分に振動しないことから、このような領域を利用して接合部である引出し電極４６，４６を設けるようにしている。
かくして、板厚を薄くして振動領域を形成した所謂逆メサ型圧電振動片について、材料のスペース効率を向上させて、得られる振動性能に比して全体を従来よりも小型にすることができる。
【００２６】
図４は、第１の実施形態の変形例を示している。
図４において、図１および図２で用いた符号と同一の符号を付した箇所は、共通する構成であるから重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
この変形例の圧電デバイス３０−１では、圧電振動片３１の上面の引出し電極４６を利用して、パッケージ８０に対して接合をする構成である。その他の点は第１の実施形態で説明した事項とおなじである。
【００２７】
図５は、第２の実施形態を示す概略平面図である。
図５の圧電デバイス３０−２において、第１の実施形態（図１および図２）の圧電デバイス３０と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
この圧電デバイス３０−２が第１の実施形態と相違するのは、接合部の形成箇所だけである。
【００２８】
すなわち、圧電デバイス３０−２では、辺ｂに隣接した傾斜面３６を利用して、該辺ｂの両端部に引出し電極４６，４６を形成している。
すなわち、傾斜面３６も他の傾斜面である傾斜面３７，３８と比べると、緩やかな傾斜面であるから、これを利用して引出し電極４６，４６を設けて接合部としても、振動領域３４から比較的大きな距離を置くことができる。ただしこの距離は第１の実施形態の方が大きい。しかしながら、辺ａの寸法がきわめて小さい場合には、短絡を避ける上で、この実施形態は有効である。
したがって、この実施形態も第１の実施形態と同様の作用効果を発揮する。
【００２９】
図６および図７は、第３の実施形態を示しており、図６はその概略平面図、図７は図６のＣ−Ｃ線切断端面図である。
図６および図７の圧電デバイス３０−３において、第１の実施形態（図１および図２）の圧電デバイス３０と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
【００３０】
この圧電デバイス３０−３に使用される圧電振動片３１−１は、図７から明らかなように、図１の圧電振動片３１と異なり、引出し電極４６−１，４６−２が辺ａの端面を回り込んでいない。
すなわち、図８に簡単に示すように、水晶ウエハ６０から多数個の圧電チップ６１，６１，６１，を切り出す場合において、先に電極部を形成してしまい、その後個片にカットすると、図７のように切断面である辺ａの端面には、電極膜がつかない。このような工程を経て製造されたものが、第３実施形態の圧電振動片３１−１である。
【００３１】
また、図６に示すように、引出し電極４６−１と引出し電極４６−２を比較すると、引出し電極４６−１の方がより振動領域３４に近い。
このため、引出し電極４６−１においては、導電性接着剤４３−１を上から落とし込むように塗布し、塗布領域が上面の電極面に触れつつ、圧電振動片３１−１の外縁からはみ出すようにすることで、外縁の外側を回り込んで、パッケージの電極部３２に触れるようにしている。
一方、他方の引出し電極４６−２では図１と同様に裏面で接合されている。
【００３２】
本実施形態は以上のように構成されており、振動領域３４に、より近い方の引出し電極４６−１の接合箇所を少しでも外側にしてより離すことにより、Ｑ値の上昇を抑えることができる。他の作用効果については、第１の実施形態と同じである。
【００３３】
図９は、第４の実施形態を示す概略平面図である。
図９において、図１および図２で用いた符号と同一の符号を付した箇所は、共通する構成であるから重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
第４の実施形態の圧電デバイス３０−４は、ほとんど第１の実施形態と同じであるが、
圧電振動片３１の先端付近を接着剤６５により追加固定することにより、さらに、Ｑ値の上昇を抑えることができる。他の作用効果については、第１の実施形態と同じである。
【００３４】
図１０および図１１は、第５の実施形態を示しており、図１０はその概略平面図、図１１は図１０のＤ−Ｄ線切断端面図、図１２は圧電振動片の裏面図である。
図１０および図１１の圧電デバイス３０−５において、第１の実施形態（図１および図２）の圧電デバイス３０と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
【００３５】
この実施形態の圧電振動片３１−２は、他の圧電振動片と異なり、図１２に示すように裏面に対となる駆動電極７１−１（ＩＮ），７１−２（ＯＵＴ）が形成され、それぞれ角隅部にひきまわされた引出し電極４６−１，４６−２を備えている。
一方、図１０の電極６８はグランド電極であり、その接続電極が６６である。接続電極６６は導電性接着剤６７によりパッケージ８０の電極部４１−２（グランド）側に接続されている。
このように、３端子方式の圧電振動片３２−２の場合においても、各接続部である引出し電極を全て、傾斜面３５と傾斜面３６の領域に形成することにより、第１の実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。
【００３６】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
本発明は、ＡＴカット圧電振動片だけでなく、圧電基板にＩＤＴ（櫛歯型電極）を形成してなる所謂弾性表面波素子（ＳＡＷチップ）をパッケージに接合するＳＡＷデバイスと呼ばれる圧電デバイスにも適用することができる。
また、圧電振動片は、実施形態に示した箱状のパッケージに限らず、プラグに接続して、金属製の円筒状ケースに収容するタイプのものにも適用できる。
また、この発明は、箱状の収容容器としてのパッケージを利用し、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの概略平面図。
【図２】図１のＢ−Ｂ線切断端面図。
【図３】図１のＥ−Ｅ線切断端面図。
【図４】第１の実施形態の変形例に係る圧電デバイスの概略断面図。
【図５】第２の実施形態に係る圧電デバイスの概略平面図。
【図６】第３の実施形態に係る圧電デバイスの概略平面図。
【図７】図６のＣ−Ｃ線切断端面図。
【図８】水晶ウエハから圧電チップを多数個形成する様子を示す概略図。
【図９】第４の実施形態に係る圧電デバイスの概略平面図。
【図１０】第５の実施形態に係る圧電デバイスの概略平面図。
【図１１】図１０のＤ−Ｄ線切断端面図。
【図１２】図１０の圧電デバイスに使用される圧電振動片の裏面図。
【図１３】従来の圧電デバイスの概略平面図。
【図１４】図１３のＡ−Ａ線概略断面図。
【符号の説明】
【００３８】
３０・・・圧電デバイス、３１・・・圧電振動片、３２，３２・・・電極部、３４・・・振動領域、３５，３６，３７，３８・・・傾斜面、４５・・・励振電極、４６，４６・・・引出し電極（接合部）、ａ，ｂ，ｃ，ｄ・・・辺、８０・・・パッケージ
【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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