2011年10月

テレビやパソコン、腕時計などの中で静かに時を刻み続ける水晶デバイス。現在では「産業の塩」と称されるほど、エレクトロニクス業界に欠かせないデバイスへと成長した。エプソントヨコムは、その水晶デバイスのトップ・メーカーである。同社の事業の屋台骨を支えているのが、水晶材料にMEMS加工を施した独自技術「QMEMS」だ。この技術を駆使することで、これまで水晶デバイスの小型化と高性能化の両方を実現してきた。最先端技術であるQMEMSだが、その起源は1970年代前半までさかのぼる。30有余年のエンジニアたちの努力によって誕生したのがQMEMSである。このQMEMSストーリー“微の歴史”は、QMEMSの起源となる技術が生まれた当時の状況に始まり、QMEMSを生み出すべく苦闘したエンジニアたちの活躍を綴った物語である。第1回目は、世界初のクオーツ式腕時計が誕生した直後から、QMEMSの起源となる技術の開発前夜までを追った。

諏訪湖のほとりの企業が競争を制す

図3：クオーツアストロンに採用された音叉型水晶振動子
新規に開発した音叉構造を採用することなどで、直径4.3mm×長さ18.5mmへの小型化に成功した。型番は「Cal.35SQ用」。振動周波数は8.192kHzである。

世界初のクオーツ式腕時計の実用化と、音叉型水晶振動子の開発は、多くのエンジニアが流した汗と涙の結晶である。しかし、それは決して終わりではなかった。現在も続く、長い長い戦いの始まりにすぎなかった。

小型化の方法は分かっていた

エンジニアたちに休息のときはない。世界を驚かせたクオーツ式腕時計だったが、ひとたび実用化してしまえば、それが日常と化す。エンド・ユーザーは、もっともっと良いものを欲しがる。それは今も昔も変わらない。

クオーツアストロンを世に送り出した翌年の1970年には早くも、水晶振動子の開発チームにさらなる小型化の厳命が下った。目的は、商品性をより高めると同時に、耐衝撃性や量産性に優れたクオーツ式腕時計を開発することにあった。クオーツアストロンは、画期的な商品だったが外形寸法が若干大きかった。クオーツ式腕時計を普及させるには、さらなる小型化が不可欠と判断。しかし、クオーツ式腕時計を小型化するには、直径4.3mm×長さ18.5mmの水晶振動子（Cal.35SQ用）では大きすぎた。ムーブメント^*に収めることができなかったのである。

* ムーブメントとは、時計の中に収められている動作機構のこと。

苦労に苦労を重ね、やっと実用化にこぎつけた小型の音叉型水晶振動子。普通であれば、「やっと、大変な開発が終わったところなのに・・・。そんな簡単に、さらなる小型化できるわけない」といった声が開発チームから上がっても不思議ではないところだ。しかし、開発チームから後ろ向きの発言は一切なかった。すぐさま行動を起こしたのだ。

その理由は何だったのだろうか。1972年から水晶デバイスの開発に携わった高田晴夫氏は、当時をこう回想する。「私自身はまだ、水晶振動子の開発にかかわっていなかったが、水晶振動子の開発チームは、小型化の方法を最初から分かっていた。音叉型水晶振動子を小型化するには、振動周波数を高めればいい。原理を考えれば、当たり前のことである」（同氏）。

クオーツアストロンで採用していた音叉型水晶振動子の振動周波数は8.192kHz。これを2倍に高めれば、長さは1/√2倍になる。つまり、16.384kHzに高めれば、長さが約0.7倍になる計算だ。振動周波数を高めること自体は難しくない。事実、1970年当時のクオーツ式置き時計には、振動周波数が100k～200kHzの水晶振動子、放送局の設備にはMHzオーダーの水晶振動子が使われていた。

方針は決まった。振動周波数を2倍にして、音叉型水晶振動子をひと回り小さくすればいい。そうすれば、間違いなく小型クオーツ式腕時計のムーブメントに収められるはずだ。意気揚々に作業に取りかかる開発チーム。しかしその直後に、1つの難題が開発チームに重くのしかかることになる。

半導体技術の進化が救う

難題とは、消費電力が増えてしまうことである。消費電力が増大すれば、腕時計の電池駆動時間が短くなる。電池交換が頻繁に必要なクオーツ式腕時計に商品性がないことなど自明の理だ。何とかして、消費電力を下げなければならない。

実は、「振動周波数を高めれば、消費電力が増大する」ことは、開発に着手する前から原理的に分かっていた。水晶振動子の消費電力は、振動周波数の2乗に比例して増える。つまり、振動周波数を2倍にすれば、消費電力は4倍になる。消費電力を削減することは一筋縄ではいかない。しかし、ほかに小型化する術（すべ）がなかったのだ。

開発チームは、途方に暮れた。「何かいい手はないか」。手詰まり感が漂い始めた1971年。海の向こうのアメリカから朗報が届いた。ある半導体メーカーが新しい半導体技術を開発したという一報である。

開発チームは、藁にも縋る（わらにもすがる）思いで、この一報に飛びついた。実際のところ、消費電力について、クオーツアストロンにメスを入れるとしたら、発振や分周といった機能を担う電子回路にあることは薄々気付いていた。クオーツアストロンに搭載していた電子回路は、バイポーラ・チップなどを組み合わせたハイブリッド回路である。これを新しい半導体技術に切り替えれば、消費電力を削減できるかもしれない。

担当者は、すぐさまアメリカに飛んだ。異国の地で目にしたものは、まったく新しい技術だった。

次から次へと小型品を世に送り出す

順風満帆に思われたが…

開発は、順風満帆に進んだ。エンジニアたちが思い描くストーリー通りに開発を進めることができたからだ。ビジネスも好調だった。1974年に入社した水晶デバイスのエンジニアである禰宜田六己は、「当時、諏訪精工舎は、時計用の音叉型水晶振動子において小型化の面でも、低コスト化の面でも、品ぞろえの面でも、競合他社を圧倒していた」と当時を振り返る。

開発も、ビジネスも、すべてが順調に進んでいると思われた。少なくとも、表面上は・・・。しかし、このときエンジニアたちは苦悩していた。そして、クオーツアストロンの開発からわずか5年後の1974年。遂に、その問題が顕在化することになる。

山下勝己（テクニカル・ライター）

（次回へ続く）

interview

	1963年に諏訪精工舎に入社。1972年ごろから、2000年に退社するまでの約28年間、水晶デバイスの開発に携わる。東京都の新宿で生まれ育った同氏が、諏訪精工舎に入社した理由は、「無類の電車好き」にある。「その当時、中央本線の甲府と上諏訪間が電化された。その電車にどうしても乗りたかったので、決まりかけていた航空機メーカーへの入社をあきらめ、諏訪精工舎を選んだ」（同氏）という。
	1974年当時諏訪精工舎の子会社であった松島工業（現在のセイコーエプソン伊那事業所）に入社。 入社直後から水晶デバイスの開発に従事しており、水晶デバイス開発暦は今年で37年となる。 現在（2011年9月）はTDBU製造技術部副主幹として後進の指導にあたる。

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