第6回 もっとクリアに高品質への飽くなき挑戦
2010年7月
日本酒は米を麹菌で糖に分解し、その糖を酵母でアルコールに変えて醸造されます。白米を使った「清酒」がつくられるようになった江戸時代の初期の頃からは、より高品質な清酒を求めて精米技術や温度管理が発展しました。一方、エレクトロニクス産業においては、温度などの環境条件に左右されず高精度の信号をつくり出すことが高品質化の重要な課題となっています。エプソントヨコムでは、QMEMSにより、安定性や精度において優れた特性を持つ水晶デバイスをつくり続けています。
繊細な酒米を磨きに磨いて品質を高める
日本酒の醸造過程には実に多くの管理要素があり、たったひとつが微妙に違うだけで品質は大きく変わってきます。なかでも重要なのが、精米歩合と温度管理。日本酒は精米すればするほど雑味が省かれ、澄んだ味わいとなることから、生活が豊かになった江戸時代以降、精米技術が発展しました。それまでの、木臼を用い人力に頼った精米では、精米歩合（玄米に対する精白米の質量）90％程度がやっとであったのが、石臼を用いて水車の動力を取り入れたハイパワーな精米機が登場したことで、精米歩合も処理能力も飛躍的に向上したのです。とはいえ、わずか数ミリの米粒を砕かないように磨いでいくのは至難の業。水車精米でも精米歩合は80％程度であり、現在の吟醸酒のような50％以下の精米歩合が実現するのは、明治期になって。搗き方式ではなく、研磨方式の精米機が導入されるのを待たねばなりませんでした。
五感をセンサに温度をコントロール
もうひとつの管理要素である温度管理は、勘と経験がものをいいました。たとえば麹づくりは、30℃前後に保たれた麹室で、約48時間かけて麹を繁殖させます。麹菌は、温度が低すぎると増殖せず、逆に高すぎると死滅してしまうため、発生する熱をうまく逃がしつつ最適な温度環境を維持しなければなりません。そのため、杜氏たちは皮膚感覚や匂いといった五感を頼りにおよその温度を捉え、麹を攪拌することで微妙な温度調整を行いました。また、江戸の町では、温度変化の少ない地下に麹室がつくられたこともあったようです。こうした工夫は、麹づくり以外の発酵工程でも随所で見られます。
水晶発振器と麹室
一方、水晶発振器においては、周波数精度をいかに小さく抑えるかが重要課題です。このため、さまざまな振動片のカット方法やより高品質な水晶発振素子の開発はもとより、電気回路をうまく利用したり、あたかも日本酒づくりの麹室のように水晶発振素子に温度変化を与えないよう恒温槽を用いた水晶発振器（OCXO）も製品化されています。
現在の水晶発振器は、周波数安定度順に、SPXO、TCXO、OCXOの3タイプに大別されます。
このなかで、1ppm（×10-6）超の精度が求められるインフラ分野に用いられているのが、温感素子と水晶発振回路を組み合わせたTCXO（温度補償水晶発振器）。水晶振動子の持つ論理的な温度特性を補償することで、周波数変動を抑えた製品であり、周波数安定度ではOCXOに次ぐ精度となりますが、消費電力やサイズにおいて有用性が高いことから、携帯電話やGPS、およびその基地局やネットワークといった移動通信システムに採用されています。
時代を先取りTCXOを進化させたQMEMS
もちろん、水晶デバイスにおける信号の安定性や精度は、水晶発振器の構造のみならず、その“心臓”として使われる水晶発振素子の特性にも大きく影響されます。それは、良質な清酒を醸すためにはよく精製された酒米が必要なのと、どこか似ているかもしれません。酒づくりのプロフェッショナルたちは、究極の清酒米を目指して精米技術を高めました。エプソントヨコムでは、より高品質な水晶発振素子の開発を目指し、QMEMSの3次元的な微細加工制御技術を用いて、従来の機械加工とは比較にならないほど温度特性バラツキの少ないフォトATを実現。フォトATを用いたTCXOは、今や、精度においてOCXOの領域に達しようとしています。
進化し続けるエプソントヨコムのTCXOは、家庭内基地局（フェムトセル）などの基幹系ネットワーク機器に新たなソリューションを提供する水晶デバイスとして期待されています。
QMEMSを用いた温度補償水晶発振器
TG-5021BA |
TG-5021CG |
TG-5025CG |
TG-5500CA |
|
| 公称周波数範囲 | 13MHz～52MHz | 10MHz～40MHz | ||
| 周波数初期偏差 （×10-6） |
±2.0 | ±1 | ||
| 周波数温度特性 （×10-6） |
±2.0 | ±0.5 | ±0.1 | |
| 動作温度範囲 | -30℃～+85℃ | 0℃～+70℃ | ||
| 電源電圧 | 2.8V±0.14V | 1.8V±0.1V | 3.3V | |
| 消費電流（Max） | 2.0mA | 4mA Max. | ||
| 外形寸法 | 2.1×1.7×0.75t mm | 2.5×2.0×0.8t mm | 7.0×5.0×1.5t mm | |
QMEMS温度補償水晶発振器（TCXO）
- 小型薄型SMD
- 携帯電話向けに最適（GSM、CDMA、WCDMA、GPS）
- 低電圧（1.8V対応）
- 低ノイズ
- 鉛フリー
