マ イ ク ロメカ ト ロ ニクス(日本時計学会誌)Vol.56,No.207

論 文

SOI ウェハの陽極接合法による可視光領域用マイクロファブリペロー干渉計
土肥 徹次*，松本 潔**，下山 勲***中央大学，**東京大学（2012 年 6 月 5 日原稿受付）
Micro Fabry-Perot interferometer for visible light range fabricated by anodic bonding of SOI wafer
Tetsuji DOHI*, Kiyoshi MATSUMOTO**, and Isao SHIMOYAMA*** Chuo University, **The University of Tokyo
ABSTRACTThis paper reports on a micro Fabry-Perot interferometer (MFPI) fabricated by anodic bonding of an
SOI wafer. Since we design optical and mechanical characteristics of the MFPI by using matrix method,
our MFPI can be used in the wavelength ranging from visible light to near-infrared. The movable
capacitor with the half mirror of the MFPI was fabricated on the SOI wafer, and this SOI wafer was bonded
to the pyrex glass substrate by anodic bonding. The MFPI fabricated in this study can be used in wide
wavelength ranging from 550 nm to 950 nm. It transmits the light from 10 to 80 % in that range. The
gap of MFPI mirrors calculated by the peak wavelength of transmitting light was change from 1580 nm to1270 nm by applying the voltage from 0 to 180 V.

1. 研究の背景と目的
医療分野において，生命の基本素子は細胞であり，操作対象が小さくなればなるほど，より生命に対して本質的な医療行為が行えるということがいわれている．そのため，MEMS(Micro Electro
Mechanical Systems)技術への期待も高く，局所計測・治療，非侵襲化・低侵襲化など，幅広い分野での応用が望まれている．これらの応用分野のひとつに，微小分光デバイスがあげられる．光を利用した計測は非侵襲・低侵襲な計測法であるため，医療分野で幅広く利用されている．近年ではパルスオ
キシメータや光トモグラフィー（OCT : Optical Coherence Tomography）などで盛んに研究が行われている．血液などの体液の成分分析には吸光スペクトルを計測する方法が一般的であるが，埋込型センサに微小分光デバイスを搭載し，体内での局所的な生体情報を取得したいという要望や，ポイントオブ
ケアデバイスのセンサとしての需要も近年高まってきている．我々は血液の吸光スペクトルを計測できる微小な分光デバイスとして，マイクロファブリペロー干渉計(MFPI : Micro Fabry-Perot
Interferometer)の実現に向けて研究を進めてきた 1)~3)．カプセル内視鏡のような埋込型デバイスにおいて，画像を計測しならが血液の吸収スペクトルを計測することを最終目標としているため， 3 mm 以
下のサイズで，RGB 画像計測用の波長 400～700 nm の範囲と，血液の吸光スペクトル計測で利用される波長 700～1000 nm の範囲で利用することを想定している．そこで本研究では，可視光～近赤外線－1－

領域で使用可能なマイクロファブリペロー干渉計の試作手法の確立を目的として研究を行った．
Fig. 1 に示すように，ファブリペロー干渉計は 2枚のハーフミラーが光の波長と同程度の間隔で配置されており，この間隔を調節することで透過する光の波長を変化させることができる．ファブリ
ペロー干渉計を利用した分光法は，平行薄膜の間Fig. 1 Principle of the Fabry-Perot interferometer.

隔を変化させることで分光できるため，微小化が容易であり，MEMS 技術との相性も良く，微小な分光デバイスとして多くの研究がなされてきた 4)~12)．例えば，通信の分野における波長分割(WDM:
Wavelength Division Multiplexing)による大容量伝送の波長分割デバイスとして利用されたり 4), 5)，圧力・温度センサ 6)や，CO2 及び H2O ガス濃度センサ 7), 8)として利用されたりしてきた．しかし，これらのファブリペロー干渉計の研究では，使用される光の波長が 1.1 μm 以上の近赤外線領域で使用され，可視光領域で利用することができなかった．これは，MEMS 技術で代表的な材料である Si，代表的なアクチュエータである静電アクチュエータ，代表的な試作方法である犠牲層エッチングと 1.1 μm 以上の波長領域との相性は良いが，波長が短い可視光～近赤外線の領域では相性が悪く，問題点になってしまうからである．具体的には，Si は 1.1 μm 以下の波長の吸収係数が大きく，波長 1.1 μm 以下の光をほとんど透過しないため，Si 基板をそのままでは利用することができない．また，静電アクチュエータとして並行平板型の静電アクチュエータが広く利用されているが，このアクチュエータは初期間
隔の 2/3 までの範囲でしか制御を行うことができないという制限があり，波長 1.1 μm 以下での使用が困難になっている．最後に犠牲層エッチングについては，狭い間隔を試作する際に発生するスティク
ションの問題や，可視光領域用の高い平坦度を持つ可動ハーフミラー構造を作ることが困難であるという問題があった．これに対して，波長 1.1 μm 以下の範囲で利用できるものとして，900～1000 nm程度の範囲の可変波長レーザにおける可変波長反射鏡の研究 9), 10)や，可視光領域用の研究 11)も行われている．しかし，これらの短い波長領域用のファブリペロー干渉計では，誘電体多層膜によるハーフ
ミラーが利用されているため，可視光～近赤外線の領域で使用可能ではあるが，利用できる波長の範囲が約 100 nm 程度と狭くなってしまう．
そこで，本研究では SOI(Silicon On Insulator)ウェハの陽極接合とロストウェハプロセスを用いることで上記の問題を克服し，波長 1.1 μm 以下の可視光～近赤外線の領域で使用可能なマイクロファブリ
ペロー干渉計を実現する．

2. マイクロファブリペロー干渉計の特性と設計
本研究では血液などの吸光スペクトル計測に利用可能なマイクロファブリペロー干渉計の実現を－2－

目標とするため，
分光分析器で利用されている 400～1000 nm の波長で使用できることを目標としている．そこで，まずファブリペロー干渉計の光学特性を理論的に導出し，波長 400～1000 nm の範囲で分光できるように光学設計を行う．さらにこの結果を利用して，マイクロファブリペロー干渉計の機械構造を設計する．
2.1 ファブリペロー干渉計の光学特性
Fig. 2 Schematic view of the MFPI.

Fig. 1 に示すように，ファブリペロー干渉計に振幅 a0，波長の光 L0 が入射角で入射したとする．
ハーフミラーでの振幅透過率を t，振幅反射率を r，ハーフミラー間の媒質の屈折率を n，ハーフミラ
ーの間隔を h とすると．透過する光の波長透過率

Fig. 3 Schematics of the matrix method of the MFPI.

T は，式(1)で表される 12)．ここで，強度反射率を
R = r2 と し た ． 式 (1) に お い て ， 透 過 光 は
sin(2nhcos/) = 0 で最大となる．また，強度反射率 R が高くなるほど波長の選択性が強くなることがわかる．なお，この透過光が最大となる時の干渉の次数 m は，式(2)によって求められる．
T

1
4 R sin 2 (2 nh cos   )1
(1  R) 2

m  2nhcosθ  (m = 1, 2 ,3 ...)

(1)

Fig. 4 Relationship between gap of two mirrors and lighttransmittance of the MFPI.

(2)

これより，2 次の干渉によって透過光のピーク波長を 400～1000 nm に変化させるためには，ハーフミラーの間隔も h = 400～1000 nm とすればよく，4 次の干渉光の場合にはハーフミラーの間隔を h =1200～1600 nm とすればよいことが求まる．ただし，入射角は単純化のためとして計算を行った．
次にこの結果を，実際に試作するマイクロファブリペロー干渉計に適応し，ミラー間隔と透過光強度の関係を試算する．本研究で試作するマイクロファブリペロー干渉計の概略図を Fig. 2 に示す．ここで，マイクロファブリペロー干渉計の透過光強度は，Fig. 3 のような多層膜としてモデル化して，マトリックス法 13)により計算を行う．マトリックス法では，電場と磁場の境界条件からマトリックス
を求め，マトリックスの積によって多層膜の特性を導出できる．計算式を式(3)に示す．

－3－

 E0   4  cos  j     1
 H 0   j 1  iZ 0  j sin  j

iZ 0 j 1 sin  j    E4    cos  j   H 4 (3)

ここで，第 j 層中の電場および磁場をそれぞれ Ej，Hj とし，真空の光学インピーダンスを Z0，第 j 層の膜厚を dj，屈折率を nj，実効屈折率をj とする．なお， j は j 層目の膜の光学的厚さであり，式で表すことができる．ここで，j は第 j 層中の屈折角であるが，単純化のために入射角をとするとjとなり，式のように簡略化できる．
 j  2 n j d j cos  j (4)Z  j   j  nj

(5)

1
0

光の透過率 T は，入射光強度と透過光強度の比で表すことができため，式(6)のように求めることができる．なお，式(6)の m11，m12，m21，m22 は多層膜の特性マトリクス M の要素であり，式(7)により求めることができる．
T

2n0
E4

E0 n0 (m11  n4 m12 )  (m21  n4 m22 )
m
 m21

 M    11

4  cos m12 j   m22  j 1  in j sin  j(6)

in j 1 sin  j cos  j 

(7)Fig. 3 に記載した条件で，ミラー間隔を h = 400～1000 nm まで変化させた場合の透過率変化の計算
結果を Fig. 4 に示す．Fig. 4 より，ミラー間隔が変化することによって，2 次の干渉の透過光ピーク波
長が 420～950 nm 程度まで変化している．式(1)から導出される結果と比較すると多少の誤差があるものの，ミラー間隔を h = 400～1000 nm の範囲で変化させることで，問題なく分光できることが確認できた．ただし，ミラー間隔が広くなると高次の干渉光が混入してしまっていることがわかる．この対策として，ファブリペロー干渉計の装置関数を計測し，検出された信号と装置関数の逆関数によりデコンボリューション演算する方法により，元のスペクトルを算出することが可能である 3)．
2.2 ファブリペロー干渉計の構造設計
次に，マイクロファブリペロー干渉計の機械的構造を設計する．従来のマイクロファブリペロー干
渉計では，ファブリペロー干渉計のハーフミラーを並行平板型静電アクチュエータとして利用し，ミラー間隔を制御するものが多かった．しかし，一般的な並行
平板型静電アクチュエータは，初期間隔の 2/3 までの範囲でしか制御を行うことができず，それ以下の間隔
では平板同士が吸着してしまう．そのため，従来型のマイクロファブリペローの構造では，ミラー間隔を h= 400～1000 nm の範囲で制御することができない．そ－4－Fig. 5 Beam model of the MFPI.

こで，本研究では Fig. 2 に示すように，ミラーを駆動する Si 電極とミラー部を SiO2 の透明な保持層により分離し，また下部の固定電極もガラス基板の下側に配置することのよって，この問題を解決することとした．
この構造における各部の寸法を設計するために，試作するファブリペロー干渉計を Fig. 5 のようにモデル化した．ファブリペロー干渉計は，4 本の長さ l，幅 b，厚さ c の梁で支えられており，中心部に a×a の面積を持つ駆動電極部がある．上部の可動電極と下部固定電極の間隔を d とすると，電圧印加により，中心部に集中荷重 W，全体に分布荷重 w が加わっていると考えられる．この時の中心部のたわみ v は，式(8) となる．ただし，Si のヤング率を E = 190 GPa，4 本の梁の断面 2 次モーメントを I = bc3/12 としている．
v

WL3
wL4

192 EI 384 EI(8)

次に，コンデンサの電極間に加わる力から集中荷重 W と分布荷重 w を求める．表面積 S の 2 枚の電極が距離 d で平行に置かれていた場合の力 F は，式(9)となる．ここで，電極間に印加した電圧を Vとし，0 は真空中の誘電率，air は空気の比誘電率，r はガラスの比誘電率である．
F air  0 S
1  air  0 S 2 1V 
V 2 (9)2 d2
2 ((t1  v)  t2 /  r  t3 /  r ) 2

なお，2 枚の電極間隔 d は，ファブリペロー干

Table 1 Dimensions of the MFPI.
a : length of the center part350 μmb : width of the beams

40 μm

ーを支持する厚さ t2 の支持層，厚さ t3 の Pyrex ガc : thickness of the beams

4.0 μmラス基板層からなっている．この式(9)から中心部

l : length of the beams

700 μm

に加わる集中荷重 W，全体に加わる分布荷重 w を

t1 : thickness of the Si spacer

4.0 μmt2 : thickness of the insulator

2.0 μmt3 : thickness of the substrate

300 μm

渉計のミラー間隔である厚さ t1 の空気層と，ミラ求め，式(8)に代入すると，式(10)となる．
 air ε 0a 2 l 3  bl 4 2v
V2((t1  v)  t2 /  r  t3 /  r ) 4 Ebc 3(10)以上より，マイクロファブリペロー干渉計の各部の寸法を Table 1 のように設定し，0～350 V の範囲で電圧を印加した際の，印加電圧とミラー間隔の計算結果を Fig. 6 に示す．比較のためミラー
支持梁の長さ l を 600, 800 μm の場合も計算した．
Fig. 6 よりミラー支持梁の長さ l = 700 μm において，電極間に 160 V 印加した場合にはミラー間隔が約 3000 nm となり，330 V を印加することでミ－5－

Fig. 6 Relationship between applied voltage anddisplacement of the gap of MFPI.

ラー間隔が 0 nm となることが確認できた．
3. マイクロファブリペロー干渉計の試作
前節までに設計された光学特性や構造を持った
マイクロファブリペロー干渉計の試作を行う．ここで，従来のマイクロファブリペロー干渉計では，
Si 基板が波長 400～1000 nm の光を吸収してしまい，
また犠牲層エッチングでは高い平坦度を持つ可動
ハーフミラー構造を試作するのが困難であった．
そこで，本研究では Fig. 7 に示すように，SOI ウェ
ハの陽極接合とロストウェハプロセスを用いて試作を行った．
マイクロファブリペロー干渉計の基板として，厚さ 300 μm のパイレックスガラス基板と，SOI ウェハ(5/2/670 μm)を利用する．まず始めに，SOI ウ
ェハの表面に Si ミラー支持部となる厚さ 2 μm のSiO2 層を熱酸化により成膜する．次にスペーサ層となる厚さ 4 μm の Si 層をスパッタ法により成膜し，
ICP-RIE 装置（Inductive Coupled Plasma-Reactive Ion
Etching）によるエッチングを行う．さらに，陽極
接合時の平面を出すために熱酸化(0.1 μm)を行う．
ここで，パイレックスガラス基板と共に，可視光

Fig. 7 Fabrication process of the MFPI.

領域でハーフミラーとなる厚さ 60 nm の Si 層をス
パッタし，ICP-RIE 装置によりパターニングを行う．
この Si 層は平坦な基板上に成膜しているため，高い平坦度を持っていると考えられる．次に SOI 基
板における，不要な部分の SiO2 を除去したあと，
350℃，-800V の条件で陽極接合を行い，ウェハをFig. 8 Microscopic photograph of the MFPI.

接合する．接合後，SOI の不要な基板部 Si 層と SiO2 層を除去するロストウェハプロセスを行う．最後に可動ミラー部となる Si 層のパターニングを行い，マイクロファブリペロー干渉計が完成する．
Fig. 8 は試作したマイクロファブリペロー干渉計の顕微鏡写真である．左側の写真は上面から見た
場合，右側は下面から見た場合である．パイレックスガラス基板側に成膜した Si ミラー層が一部剥離－6－しているものの，問題なく構造が試作できていることが確認できる．また，試作したマイクロファ
ブリペロー干渉計をガラス管により強制的に変位させ，ミラー間の干渉を変化させた様子が Fig. 9である．ガラス管によりミラー間隔が狭くなり，干渉する光の波長が変化していることがわかる．

Fig. 9 Change of the interfered light at the central part of the
MFPI.

4. 特性計測実験
試作したマイクロファブリペロー干渉計の評価を行うため，Fig. 10 に示す実験セットアップによって動作確認実験を行った．マイクロファブリペ
ロー干渉計の動作としては，電圧印加によるミラー間隔の変化を計測することが重要であるが，ミラー間隔の直接計測は困難であるため，透過光のピーク波長からミラー間隔を推定することとした．
Fig. 10 に示す実験セットアップのうち，光源はFig. 10 Schematic view of the experimental setup.

可視～近赤外の波長を含むタングステンハロゲン
光源（オーシャンオプティクス社製，LS-1）を利用し，波長 350～1000 nm に対応した分光器（オーシャンオプティクス社製，USB-2000）を利用した．
この光源から出た光はレンズによって集光され，
ファブリペロー干渉計のミラー部のみに光が入射する．ファブリペロー干渉計を透過した光は再度レンズで集光され，ハーフミラーによって位置合
わせ用の CCD カメラへの入力と，特性計測のための分光器に入射する．この際，スペクトルの基準

Fig. 11 The relationship between the applied voltage andthe light transmittance of the MFPI.

として光源のスペクトルを計測し，この基準スペクトルに対する割合を透過率として計算することで光源の波長依存性の影響を低減できる．この実験セットアップにより，マイクロファブリペロー干渉計に 0～180 V の電圧を印加した場合の透過率の変化を Fig. 11 に示す．Fig. 11 より，MFPI を透過する
光のピーク波長は，電圧を印加することで短波長側へシフトするがわかる．また，様々な干渉次数の光が混合してしまっているが，400～950 nm の範囲で透過光のピーク波長を変化させることが可能であることがわかった．なお，光の透過率は波長 870 nm では約 80%で最大となり，波長が変化するこ－7－

とで透過率が減少しているものの，波長 550 nm で透過率 10%程度であることがわかる．
5. 考察
Fig. 11 より，試作した MFPI では，550～950 nm の波長範囲において，透過光のピーク波長を変化させることができた．しかし，波長 550 nm 以下の短波長領域では透過率が 10 %以下と低くなってしまい，分光することができなかった．これは，ファブリペロー干渉計のハーフミラーとして 60 nm の
膜厚の Si 薄膜ミラーを利用したことにより，Si 薄膜ミラー部で短波長領域の光が強く吸収されたためだと考えられる．そのため，吸収が低い金属薄膜や誘電体多層膜を利用することで改善する必要があると考えられる．また，透過率が最大となったピーク波長が 850 nm において，スペクトル半値幅である FWHM（Full Width at Half Maximum）は約 70 nm であった．分光デバイスとして利用するために
は FWHM が広いため，ハーフミラーの反射率を向上させることで FWHM を向上していく必要がある．
次に，0～180 V の電圧を印加したことによって，MFPI のミラー間隔がどの程度変化していたかを推定する．そこで，Fig. 11 より，電圧印加した際の透過光のピーク波長を読み取り，Table 2 にまとめた．ここで，透過光のピーク波長は，中心的に変化している m 次の干渉光と，m±1 次の干渉光の，複数の次数の干渉光が混ざってしまっている．中心となる m 次の干渉光のピーク波長は，790～635 nmまで変化しており，また m±1 次の干渉光がそれぞれ 632～565 nm，950～830 nm まで変化していることがわかる．そこで，式(2)の干渉次数とピーク波長の関係に，m 次と m±1 次の干渉光のピーク波長を代入し，干渉の次数 m とミラー間隔 h を算出した結果を Table 2 に記載した．Table 2 より，干渉の次数 m は 4.00～4.34 であるため，試作した MFPI では 4 次干渉光を中心に干渉していたことがわかる．
そこで，干渉の次数 m = 4 とした場合に，式(1)と式(2)を利用してミラー間隔 h を求めた結果，ミラー
間隔は 1580～1270 nm の範囲で変化していることがわかる．本来 MFPI のミラー間隔は Si スペーサ層の厚さである 4.0 μm が初期値となるはずであるが，陽極接合時の残留応力などの影響で 1.6 μm 程度まで減少してしまったのだと考えられる．また，180 V の電圧を印加した場合，Fig. 6 の試算結果では
1.2 μm 程度変位するはずであったが，これも残留応力の影響で大幅に減少してしまったのではないかと思われる．
Table 2 Relationship between applied voltage and peak wavelength of interfered light.
AppliedGap of mirrors
Order of
m-1 [nm] m [nm] m+1 [nm]Voltage [V]h [nm]
interference m

Gap of mirrors h [nm](calculated by 4th interfering light)

0

-

790

632

1580

4.00

1580

80

-

752

608

1588

4.22

1504

100

950

732

595

1589

4.34

1464

120

920

698

565

1482

4.25

1396

140

880

672

-

1421

4.23

1344

180

830

635

-

1351

4.26

1270

－8－

6. 結論
血液の吸光度計測用 MEMS 分光デバイスとして，
可視光～近赤外線領域で利用可能なマイクロファ
ブリペロー干渉計の設計と試作を行った．試作する MFPI をモデル化し，マトリックス法による光学特性を求め，また 4 本の梁で支えられた構造として構造設計を行った．パイレックスガラス基板へ SOI
ウェハを陽極接合し，ロストウェハプロセスを行うことで，透明基板上に平坦度の高いハーフミラーを配置した MFPI を試作できた．また，駆動電極と可動ミラー部を離すことで，ミラー間隔を 400～
1000 nm の範囲でも制御可能な構造を実現した．
試作したMFPI に0～180 V の電圧を印加することで，550～950 nm の広い範囲で，10～80 %の高い透過率を持つことが計測できた．また，透過光のピーク波長から，試作した MFPI のミラー間隔は 1580～1270 nm の間で変化していることが確認できた．以上より，SOI ウェハの陽極接合とロストウェハプロセスを使用して試作することによって，可視光～
近赤外線の波長領域で使用可能なマイクロファブリペロー干渉計を実現することができた．

参考文献
1) Tetsuji Dohi, Kiyoshi Matsumoto, and Isao Shimoyama: The micro Fabry-Perot interferometer for the spectrum
endoscope, Proc. IEEE MEMS ’05, pp. 830-833, (2005)
2) Tetsuji Dohi, Kiyoshi Matsumoto, and Isao Shimoyama: The optical blood test device with the micro Fabry-Perot
interferometer, Proc. IEEE MEMS ’04, pp. 403-406, (2004)
3) 土肥徹次, 松本潔, 下山勲: マイクロファブリペロー干渉計を用いた血液吸光スペクトルの計測, 第 21 回
｢センサ･マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, pp. 319-322, (2004)
4) K. Aratani, P. J. French, P. M. Sarro, D.Poenar, R. F. Wolffenbuttel, and S. Midddelhoek: Surface micromachined
tunable interferometer array, Sensors and Actuators A, Vol. 43, pp. 17-23, (1994)
5) M. Kobayashi, H. Toshiyoshi, and H. Fujita: A micromechanical tunable interferometer for free-space opticalinterconnection, Proc. IEEE/LEOS Optical MEMS’97, pp. 171-175, (1997)
6) A. Saran, D. C. Abeysinghe, P. Deshmukh, R. Flenniken, and J. T. Boyd: Anodic bonding of optical fibers to silicon
for integrating MEMS based optical pressure and temperature sensors onto optical fibers, Proc. Solid-State Sensors
and Actuators (Transducers ’03), pp. 564-567, (2003)
7) M. Noro, K. Suzuki, N. Kishi, H. Hara, T. Watanabe, and H. Iwaoka: CO2/H2O gas sensor using a tunable Fabry-Perot
filter with wide wavelength range, Proc. IEEE MEMS’03, pp. 319-322, (2003)
8) 原仁，鈴木健太郎，岸直輝，野呂誠，渡辺哲也，岩岡秀人：MEMS 型ファブリ・ペローフィルタを用いた
CO2/H2O ガスセンサ，計測自動制御学会産業論文集, Vol. 3, No. 3, pp. 22-27, (2004)
9) F. Sugihwo, M. C. Larson, and J. S. Harris, Jr: Micromachined widely tunable vertical cavity laser diodes, J.
Microelectromechanical Syst., Vol. 7, No. 1, pp. 48-55, (1998)
10) C. J. Chang-Hasnain: Tunable VCSEL, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., Vol. 6, No. 6, pp. 978-987, (2000)
11) M. Blomberg, H. Kattelus, and A. Miranto: Electrically tunable surface micromachined Fabry–Perot interferometer forvisible light, Sensors and Actuators A, Vol. 162, pp. 184-188, (2010)12) 澤田廉士他：光マイクロマシン，オーム社，(2002)13) 吉田貞史，矢嶋弘義：薄膜・光デバイス，東京大学出版会，(1994)－9－マ イ ク ロメカ ト ロ ニクス(日本時計学会誌)Vol.56,No.207

論 文

分光画像計測のための可変波長マイクロ光フィルタの設計
土肥 徹次*，松本 潔**，下山 勲***中央大学，**東京大学（2012 年 8 月 7 日原稿受付）
Design of the tunable micro optical filter for measuring spectroscopic image
Tetsuji DOHI*, Kiyoshi MATSUMOTO**, and Isao SHIMOYAMA***Chuo University, **The University of Tokyo
ABSTRACTThis paper reports on a tunable micro optical filter for measuring spectral endoscope which can acquire
spectroscopic images of a target. We use a micro Fabry-Perot Interferometer (MFPI) as the tunable opticalfilter. The MFPI with the Si/Si3N4/Si multi-layer mirrors and the MFPI prototype were designed andfabricated. This MFPI can be used in the wavelength ranging from 450 nm to 1000 nm. The RGB imageof the butterfly was taken by the spectral endoscope, which consists of the MFPI prototype, a CCD, andlenses. The image according to the peak wavelength was also acquired. Thus, we demonstrate theefficiency of the MFPI for the spectral endoscope.

1. 研究の背景と目的
近年，局所計測・治療，非侵襲化・低侵襲化への期待から，MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）
技術の，医療分野への応用が望まれている．また，低侵襲な手法であるため，内視鏡やカテーテルを用いた低侵襲な検査・診断・治療が盛んに行われている．内視鏡に関する研究開発として，カプセル
内視鏡の実用化や，３次元内視鏡の研究などが行われている．これらの内視鏡では小型 CCD カメラを使用したり，光ファイバーを利用したりすることで内視鏡の小径化を行っている．一方，光を利用した検査・診断技術として，血液などの成分分析のための吸光スペクトル計測や，パルスオキシメー
タや光トモグラフィー（OCT : Optical Coherence Tomography）などの研究も盛んに行われている．
本研究では，Fig. 1 に示すように，MEMS 技術により小型化したマイクロファブリペロー干渉計（MFPI : Micro Fabry-Perot Interferometer）と呼ばれる可変波長マイクロ光フィルタを内視鏡の先端に配置する．これより，分光画像計測ができる
デバイスとすることで，光を用いた検査・診断技
術を内視鏡へ取り入れることを考えた．ここで，ファブリペロー干渉計とは，2 枚のハーフミラー
を光の波長と同程度の間隔に配置し，この間隔にFig. 1 Schematics of the spectral endoscope with themicro Fabry-Perot Interferometer.

－10－応じた波長の光を選択的に透過する可変波長光フィルタである．ファブリペロー干渉計を利用した分光法は，ハーフミラー間隔の変化で透過波長を変えることができるため，微小化が容易で，MEMS 技術との相性も良く，多くの研究がなされてきた 1)~9)．例えば，通信分野における波長分割デバイス 1), 2)
や，圧力・温度センサ 3)，CO2・H2O ガス濃度センサ 4), 5)の研究が行われてきた．しかし，これらの研究で使用される光の波長は 1.1 μm 以上の近赤外線領域であり，可視光領域で利用することができなかった．
これに対して本研究では，分光画像を計測するため，CCD カメラで利用される可視光領域の 400～
700 nm の波長と，血液の吸光スペクトル計測で利用される 700～1000 nm の近赤外光領域の波長での画像計測を想定している．従来のマイクロファブリペロー干渉計では，Si 基板や Si 薄膜ミラーを利用することが多かったが，Si は 1.1 μm 以下波長の光をほとんど吸収してしまうため，400～1000 nm の波長範囲で利用することは困難であった．また，従来は平行平板型静電アクチュエータを利用することが多かったが，このアクチュエータは初期間隔の 1/3 の範囲でしか動作できず，400～1000 nm の範囲で制御することが困難であった．ここで波長 400～1000 nm の範囲で利用できるものとして，可変波長レーザーにおける可変波長反射鏡の研究 6), 7)や，可視光領域用のマイクロファブリペロー干渉計の研究 8), 9)が行われている．しかし，可変波長レーザー用の研究などでは，誘電体多層膜を利用した
反射率の高いハーフミラーを使用しているため，利用できる波長範囲が約 100 nm と非常に狭くなっ
てしまう．
また，
可視光領域の広帯域で利用できるよう Ag 合金をハーフミラーに利用した研究 9)では，
約 400～700 nm の範囲で使用可能としたが，透過率が 10～30 %と非常に低くなってしまっている．
このような状況の中，我々は広い範囲で分光が可能なマイクロファブリペロー干渉計の研究を進めてきた 10)~12)．ミラー間隔が初期間隔の 1/3 の範囲でしか制御できない問題に対しては，ミラーを駆動する Si 電極とミラー部を SiO2 の透明な保持層により分離し，また下部の固定電極もガラス基板の下側に配置することで 550～950 nm の波長範囲で利用可能とした 10)．また，このマイクロファブリペロ
ー干渉計を含めた吸光度計測デバイスの装置関数を求め，その逆関数による演算を行うことで血液の吸光スペクトル計測に利用できることを示した 12)．しかし，分光画像計測を行うためには，より短い
400～550 nm の波長範囲でも利用可能とする必要がある．さらに，Fig. 1 に示すように干渉計のミラー部に縮小投影して分光することになるため，ミラー部には高い平坦度が必要になる．
この両方の問題を同時に解決することは困難であるため，本研究では，まず，短い波長領域でも使用可能なマイクロファブリペロー干渉計の設計を行う．短い波長領域でも利用可能とするために，シリコン，窒化シリコン，シリコン（Si/Si3N4/Si）の多層膜をハーフミラーとして利用することとした．
さらに，この多層膜ミラーを持ち，マイクロファブリペロー干渉計と類似した特性を持つ簡易モデルのファブリペロー干渉計を試作し，簡易モデルにより分光画像計測実験を行うことで，マイクロファ
ブリペロー干渉計を用いた分光画像計測デバイスの有用性を示すことを目的とする．

－11－

2. マイクロファブリペロー干渉計の設計
本研究の実現目標である，分光画像計測を行う
ためのマイクロファブリペロー干渉計の概略図と，試作段階のデバイスの写真を Fig. 2 に示す．このデバイスにより，波長 400～1000 nm の範囲の光を選択的に透過できるようにする．そのために，まず光学特性についての検討を行い，次に構造的な設計と試作を行うことで，分光画像計測ができる
デバイスの実現を目指す．

Fig. 2 Schematic view of the MFPI.

2.1 ファブリペロー干渉計の光学特性 13)
マイクロファブリペロー干渉計の光学特性を導出するため，まず単純化した構造であるファブリ
ペロー干渉計の光学特性を求める．ファブリペロ
ー干渉計に波長の光が入射角で入射したとする．
ハーフミラーの強度反射率を R，ハーフミラーの間隔を h，
ミラー間の媒質の屈折率を n とすると，透過する光の波長透過率 T は，式(1)で表される．
T

1
4 R sin 2 (2 nh cos   )1
(1  R) 2(1)

Fig. 3 Schematics of the matrix method of the MFPI.

式(1)において，強度反射率 R が高いほど波長の選択性が強くなり，透過率 T は sin(2nhcos/) = 0 で最大となる．なお，この透過光が最大となる時の干渉の次数 m は，式(2)によって求められる．
m  2nhcosθ  (m = 1, 2 ,3 ...)

(2)

式(2)より，間隔 h を固定した状態で透過率を計測した際に，ピーク波長が 2 波長あれば干渉の次数 mを導出できることがわかる．
2.2 マイクロファブリペロー干渉計の光学特性 14)
次に，Fig. 2 に示すマイクロファブリペロー干渉計の光学特性を導出する．マイクロファブリペロ
ー干渉計は，Si 可動電極，SiO2 絶縁層，Si スペーサ層，ガラス基板，下部電極の 5 層で構成される．
SiO2 絶縁層とガラス基板の表面にハーフミラーとなる Si/Si3N4/Si の多層膜が配置された構造となっている．このマイクロファブリペロー干渉計の透過光強度を計算するため，Fig. 3 のような多層膜としてモデル化し，マトリックス法による計算を行う．マトリックス法では，電場と磁場の境界条件から
マトリックスを求め，マトリックスの積によって多層膜の特性を導出できる．計算式を式(3)に示す．

－12－

 E0   8  cos  j     1
 H 0   j 1  iZ 0  j sin  j

iZ 0 j 1 sin  j    E8    cos  j   H 8 (3)

ここで，第 j 層中の電場および磁場をそれぞれ Ej，Hj とし，真空の光学インピーダンスを Z0，第 j 層の膜厚を dj，屈折率を nj，実効屈折率をj とする．なお， j は j 層目の膜の光学的厚さであり，式で表すことができる．ここで，j は第 j 層中の屈折角であるが，単純化のために入射角をとするとjとなり，式のように簡略化できる．
 j  2 n j d j cos  j (4)

Z 01 j   j  n j(5)

光の透過率 T は，入射光強度と透過光強度の比で表すことができるため，式(6)のように求めることができる．なお，式(6)の m11，m12，m21，m22 は多層膜の特性マトリクス M の要素であり，式(7)により求めることができる．
T

E8
2n0


E0 n0 (m11  n8 m12 )  (m21  n8 m22 )(6)

m12  8  cos  j  
m22  j 1  in j sin  j

(7)

m

 M    m11
21

in j 1 sin  j cos  j 

このマトリックス法を利用することで，マイクロファブリペロー干渉計の光学特性だけでなく，ハーフミラー部分の光学特性も試算できる．ここで，ハーフミラーでは分光したい波長 400～1000 nmの範囲で反射率が高く，吸収が少ないことが求められる．ハーフミラーの反射率を大きくするためには，屈折率が高い材質を使用し，ハーフミラーの光路長を反射光の波長の 1/4 とするのが良い．また，
ハーフミラーにおける吸収は，材質の複素屈折率の虚数部にあたる消衰係数が小さければ良い．そこ
で，屈折率の高い Si 薄膜と，消衰係数が小さい Si3N4 薄膜，さらに Si と Si3N4 を組み合わせた多層膜について検討を行った．なお，Si と Si3N4 の屈折率は，波長 600 nm における屈折率である 3.9-0.03iと 2.0 を利用した 15)．また，薄膜の膜厚は波長 600 nm で反射率が最大となるように，Si 薄膜は膜厚40 nm，Si3N4 薄膜は 70 nm とした．ここで，Si/Si3N4/Si の多層膜ミラーは，両端を Si 薄膜とすること
で反射率が高くなり，真ん中の層を Si3N4 とすることで吸収が抑えられる構成となっている．なお，
Si 層を1/4 波長とすると吸収が大きくなりすぎるた
め，Si/Si3N4/Si の 3 層合計で 1/4 波長となる厚さとすることした．また，試作プロセスの制約から 10
nm 以下の膜厚を安定的に成膜することが困難であるため，それぞれの膜厚を 10 nm/25 nm/10 nm とした．この膜厚で波長 400～1000 nm の範囲で薄膜ミ
ラーの反射率を計算した結果を Fig. 4 に示す．ただし，Si の屈折率は波長依存性が高く，波長 400～

－13－

Fig. 4 Reflectance of the Si, Si3N4, and Si/Si3N4/Si
multi-layer mirrors.

1000 nm の範囲では消衰係数が 0.372～0.003 まで変化するため 15)，計算時には波長に応じた複素屈折率を代入して計算を行った．Fig. 4 より，Si 薄膜ミラ
ーは 500 nm 以上の波長では 70%程度の高い反射率を持つが，500 nm 以下では吸収の影響と薄膜干渉の影響で反射率が 10%近くまで下がってしまっていることがわかる．Si3N4 薄膜ミラーは，400～1000
nm の範囲で特性が安定しているが，反射率は平均35%程度と低くなってしまっている．これに対して，Fig. 5 Transmittance of the MFPI with the Si, Si3N4,and Si/Si3N4/Si multi-layer mirrors.

Si/Si3N4/Si 多層膜ミラーでは，500 nm 以上の波長では 50%程度と Si3N4 薄膜ミラーより高い反射率を持ち，また Si の膜厚を薄くしたことで吸収の影響が低減できていると期待できる．
これらの薄膜ミラーを用いたマイクロファブリペロー干渉計の光学特性を，式(6)により計算した結果を Fig. 5 に示す．計算に使用した各層の膜厚と物性値について，Si は波長に応じた複素屈折率 15)を使用し，それ以外は Fig. 3 の図中に示した数値を利用した．なお，ミラー間隔は 750 nm とした．Fig. 5より，すべてのデバイスで波長 510 nm 付近と 720 nm 付近に透過光のピーク波長が存在し，
波長 600 nm付近で透過率が最低となることがわかる．Si 薄膜ミラーの場合，透過率は波長 730 nm で最大値 90%をとり，600 nm で最小値 3%となっている．しかし，波長 510 nm のピークでは透過率が 80%，波長420 nm のピークでは透過率が 20%まで低減しており，波長が短い領域では吸収の影響が大きく，分光が困難であることがわかる．Si3N4 薄膜ミラーの場合，透過率は波長 720 nm で最大値 90%をとり，波長 600 nm で最小値 30%となっている．最大値は 90%と非常に高いが，最低値も 30%と高いため，波長選択性が低くなってしまっている．これに対して Si/Si3N4/Si 多層膜ミラーの場合，透過率は波長 720
nm で最大値 90%をとり，波長 600 nm で最小値 10%となっている．理想的な特性は，透過率の最大値
が 100%に近く，最小値が 0%に近いことであるが，Si/Si3N4/Si 多層膜ミラーを用いることでこの理想的な特性に近づいていることがわかる．また，多層膜ミラーとしたことで波長 430 nm 近傍の透過率
も 35%程度と増加しており，Si 薄膜ミラーと比較して吸収の影響を低減できていることがわかる．
2.3 ファブリペロー干渉計の構造設計と試作
次に，この Si/Si3N4/Si 多層膜ミラーを持つマイクロファブリペロー干渉計の機械的特性について検討する．ここで，これまで我々が行ってきた SOI(Silicon On Insulator)ウェハの陽極接合とロストウェ
ハプロセス 10)により，Si/Si3N4/Si 多層膜ミラーを持つマイクロファブリペロー干渉計を試作した写真を Fig. 2 に示す．写真より，試作したマイクロファブリペロー干渉計では，中心のミラー部が大きく湾曲しているため，リング状の干渉模様が観察できる．これは，Si/Si3N4/Si の薄膜ミラーを成膜する－14－

際や，SOI ウェハを陽極接合した際に発生した残留応力の影響だと考えられる．また，駆動電極の Si 層と絶縁部の SiO2 層との間や，Pyrex 基板と ITO 電極層の間にも成膜時の残留応力が発生していると考えられる．
これらの構造各部の残留応力を低減し，平坦なミラー部を実現するためには，試作プロセスの各行程で適切な熱処理を行う必要がある．さらに各行程での熱処理は互いに影響を及ぼすため，最適な熱処理条件を明らFig. 6 Schematic view and photograph of the MFPI
prototype.

かにするためには多大な時間が必要となる．
そこで，本研究ではマイクロファブリペロー干渉計と類似した光学特性と機械特性を持つ簡易モデルを試作することで，分光画像計測デバイスの有効性を示すこととした．試作した簡易モデルの概略図と写真をFig. 7 Beam model of the MFPI.

Fig. 6 に示す．簡易モデルは，30 mm×30 mm，厚さ120 μm のカバーガラスの外側に駆動電極となる ITO 薄膜を成膜し，内側にミラーとなる Si/Si3N4/Si
多層膜を成膜している．ミラー部はカバーガラスの中央 10 mm×10 mm の領域に成膜してあり，ミラーの外周部は構造が変形しやすいように約 20 μm 薄く加工してある．さらにカバーガラス最外周部に厚さ 1000 nm の Al スペーサ層を成膜しており，この層を介して 2 枚のカバーガラスを重ね合わせることでマイクロファブリペロー干渉計と類似した構造を実現している．
このような構造を持つ簡易モデルと，マイクロファブリペロー干渉計が，類似した機械特性を持つように設計する．そのため，まずマイクロファブリペロー干渉計を Fig. 7 のようにモデル化し，駆動電極に加わった電圧とミラー間隔の変化の関係を試算する．ファブリペロー干渉計は 4 本の長さ
l1，幅 b1，厚さ c1 の梁で支えられており，中心部に面積 a1×a1 の駆動電極がある．上部と下部の電極間への電圧印加により，中心部に集中荷重 W1，全体に分布荷重 w1 が加わるとした．この時の中心部のたわみ v1 は，式(8)となる．ただし，Si のヤング率を E = 190 GPa，4 本の梁の断面 2 次モーメントを I1 = b1c13/12 とした．
v1 

W1l13
wl4
 11
48EI1 48 EI1(8)

次に，コンデンサの電極間に加わる力から集中荷重 W1 と分布荷重 w1 を求める．表面積 S の 2 枚の電極が距離 d で平行に配置されていた場合の力 F は，式(9)となる．ここで，電極間への印加電圧を Vとし，0 は真空中の誘電率，air は空気の比誘電率，r はガラスの比誘電率である．
F

ε air ε 0 S
1 ε air ε 0 S 2 1
V 
V2
2 d2
2 ( d 0 / ε r  ( d 4  v)  d8 / ε r ) 2

－15－

(9)

なお，2 枚の電極間隔 d は，ミラーを支持する厚さ d0の支持層，ファブリペロー干渉計のミラー間隔である
厚さ(d4 - v)の空気層と，厚さ d8 の Pyrex ガラス基板層からなっている．この式(9)から中心部に加わる集中荷
重 W1，全体に加わる分布荷重 w1 を求め，式(8)に代入
すると，式(10)となる．
v1 ε air ε 0
a12 l13  b1l14 2
V2(d 0 / ε r  (d 4  v)  d8 / ε r ) 4 Eb1c13(10)

次に，簡易モデルの特性を試算するため，a2×a2 のTable 1 Dimensions of the MFPI and the prototype.
l1 : length of the beams
a1 : length of the center partof the MFPI
b1 : width of the beams
c1 : thickness of the beams
d0 : thickness of the insulator
d4 : thickness of the Si spacer
d8 : thickness of the substrate
a2 : length of the center partof the MFPI prototype
c2 : thickness of the cover glass

700 μm350 μm40 μm
4.0 μm
2.0 μm
4.0 μm200 μm2000 μm
120 μm

面積を持つ平板に，静電引力 F による分布荷重 w2 が加わっているものとモデル化する．この際，平板の中心部でたわみ v2 は最大となり，この最大のたわみは式(11)により求めることができる．
v2  

w2 a24Eg c23(11)

なお，カバーガラスのヤング率を Eg，カバーガラスの厚さを c2 とし，または平板の縦横比などにより経験的に決定する係数で， = 0.016 ある 16)．ここで，静電Fig. 8 Relationship between applied voltage anddisplacement of the gap of FPIs.

引力 F は式(9)により求めることができ，分布荷重は，w2 = F / a22 で求められる．
以上より，マイクロファブリペロー干渉計と簡易モデルの各部の寸法を Table 1 のように設定し，0～350 V の範囲で電圧を印加した際の，印加電圧とミラー間隔の計算結果を Fig. 8 に示す．ここで，簡易モデルでは 2 枚のカバーガラスを重ね合わせただけの構造となっているため，カバーガラスの歪みやたわみなどの影響でミラー間隔の初期値は Al スペーサ層の厚さ 1 μm よりも大きくなっていることが予想される．そのため，ミラー間隔の初期値は Al スペーサ層の厚さと同じ 1 μm と，比較のため 4.0, 5.5 μm の場合も計算した．Fig. 8 よりマイクロファブリペロー干渉計では，電極間に 200 V
印加した場合にはミラー間隔が約 1 μm となり，225 V を印加することでミラー間隔が 0 nm となることが確認できた．簡易モデルでは，初期ミラー間隔が 1 μm の場合には 140 V 印加することでミラー間隔が 0 となり，初期ミラー間隔が 4.0, 5.5 μm の場合には印加電圧が 280，330 V においてミラー
間隔が 0 となる．この，初期ミラー間隔が 4.0, 5.5 μm の場合とマイクロファブリペロー干渉計を比較すると，ミラー間隔が 4.0 μm の場合は間隔変化に必要な電圧が 20%程度大きくなり，
間隔が 5.5 μmの場合は間隔変化に必要な電圧が 100 V 程度大きくなるが，両方とも類似した特性を持っていること
がわかる．

－16－

3. ファブリペロー干渉計による実験
3.1 簡易モデルの光学特性計測
Fig. 9 に示す実験セットアップにより，試作した簡易モデルの光学特性を計測した．実験セットアップでは，光源から出た光はレンズによって集光され，ファブリペロー干渉計のミラー

Fig. 9 Schematic view of the experimental setup.

部に入射する．ファブリペロー干渉計を透過した光は再度レンズで集光され，ハーフミラーによって光学特性計測のための分光器と，分光画像計測用の CCD カメラへと入射される．ファブリペロー干渉計の動作特性として，電圧印加によるミラー間隔の変化と，透過光スペクトルの関係を明らかにすることが重要である．しかし，ミラー間隔を直接計測することは困難であるため，透過光のピーク波長からミラー間隔を推定することとした．
この実験セットアップにより，簡易モデルのファブリペロー干渉計に 300～330 V の電圧を印加した場合の透過率の変化を Fig. 10 に示す．
Fig. 10 より，透過光のピーク波長は，電圧印加
により短波長側へシフトすることがわかる．また，様々な干渉次数の光が混合しているが，450～1000 nm の範囲で透過光のピーク波長を変化させることが可能であることがわかる．なお，

Fig. 10 The relationship between the applied voltage and thelight transmittance of the MFPI.
Table 2 Relationship between applied voltage and peakwavelength of interfered light.
Appliedvoltage [V]
300
305
310
315
320
325

Order of
m-1 m m+1 Gap[nm] [nm] [nm] h [nm] interference m
827 581977
2.36
762 536904
2.37
695 498879
2.52
882 6261078
3.44
883 556751
2.70
833 5136682.60

光の透過率は印加電圧 329.7 V の波長 750 nm において最大約 50%となり，波長が変化することで透過率は減少している．
短波長側では，印加電圧 319.0
V の波長 450 nm で透過率 10%程度，550 nm では 35%程度であり，波長 450～490 nm の青色，波長 500～560 nm の緑色の光を分光できることがわかる．長波長側では，印加電圧 324.8 V の波長 900 nm で透過率約 40%，印加電圧 319.0 V の波長 1000 nm では 10%程度であり，近赤外線領域でもしっかりと分
光できることがわかる．ここで，Fig. 5 における Si/Si3N4/Si 多層膜ミラーの理論計算の結果と印加電圧
304.5 V の結果を比較すると，どちらも波長 520 nm と 740 nm 付近にピーク波長を持ち，波長 600 nm
付近が谷となっている．しかし，740 nm 付近のピーク波長の透過率は 90%から 50%へと約 40%低く，－17－

波長 600 nm 付近では透過率が 10%から 16%へと約 6%高くなってしまった．これは，簡易モデルのミラー部は 10×10 mm2 と広いため，ミラー間隔を正確に一定とすることができなかったためだと考えられる．しかし，透過光のピーク波長は 450～1000 nm の範囲で変化できているため，分光画像計測用の可変光フィルタとしては利用可能であると考えられる．
さらに，この結果から印加電圧とミラー間隔の関係を求めるため，印加電圧と透過率のピーク波長を Table 2 のようにまとめた．印加電圧 300～325 V において，各印加電圧に対してピーク波長が 2 波長あるため，式(2)によりミラー間隔と干渉次数を算出できる．その結果，ミラー間隔は 977 nm から
668 nm まで減少し，干渉の次数は 2.36～2.70 の範囲であった．ただし，800 nm 以上の波長ではミラ
ー間隔の不均一性によると考えられる小さな凹凸が生じてしまっている．印加電圧 315 V では，この凹凸と透過率のピーク波長が干渉しているため，ピーク波長に大きな誤差が含まれていると判断して除外することとした．ここで，式(2)は単純なモデルにより導出した式であり，算出される干渉次数は実際よりも大きいと考えられる．このことを考慮すると，印加電圧 300～325 V の範囲では，干渉の次数は m = 2 を中心に，1～3 次の干渉光による分光が行われていたと考えられる．ここで，印加電圧 300～325 V により，ミラー間隔が 977 nm から 668 nm まで減少しているが，これは Fig. 8 における初期ミラー間隔が 5.5 μm の計算結果と近い値を取っている．このため，間隔変化に必要な電圧を 100 V 程
度小さくすると Fig. 8 における MFPI と類似した特性を持つことになり，MFPI の簡易モデルとして適した動作特性であったと考えられる．
3. 2 RGB 画像計測実験
試作した簡易モデルを利用して，通常の RGBの画素を持つカメラと同様に使用できるか，RGB
画像計測実験を行った．RGB 画像計測の計測対象として，Fig. 11(a)に示す鮮やかな色の羽を持つアゲハチョウ（Graphium weiskei）の画像を計測した．
RGB 画像計測実験では，Fig. 11(b)の計測部位をFig. 9 の Target の場所に配置する．計測部位で反射した光はレンズにより縮小投影されファブリペロ
ー干渉計に入射し，特定の波長の光だけが透過する．
ファブリペロー干渉計を RGB の光フィルタとして使用するため，Fig. 11(c)に示すように，透過率のピーク波長が 480, 560, 700 nm になるように設定した．透過率のピーク波長を青色の 480 nm にFig. 11 The RGB images of the butterfly (Grapheiem
wiskei) by using the MFPI prototype as an RGB filter.

－18－

設定した場合の計測画像を Fig. 11(d)に示す．分光前の画像は羽が紫色であるが，計測画像は羽の模様が青くなっており，青色フィルタとして機能していることがわかる．ただし，Fig. 11(c)に示すように
青色フィルタとしての波長選択性は必ずしも高いとは言えないが，簡易モデルのフィルタ特性に CCD
カメラの RGB フィルタ特性と受光素子感度が乗じられた結果，青色フィルタとしての画像が計測できたのではないかと考えられる．同様に，ピーク波長を緑色の 560 nm に設定した場合の計測画像を
Fig. 11(e)に，赤色の 700 nm に設定した場合の計測画像を Fig. 11(f)に示す．赤色のフィルタに設定した
場合は，青色のフィルタの場合と同様に，羽の色が赤くなっていることが確認できた．しかし，緑色のフィルタに設定した場合，羽の色が薄い紫色になっている．これは羽の色が紫色であるため，緑色の成分をほとんど持っていないためだと考えられる．最後に各色のフィルタで計測した画像が RGBの各画像に対応していると仮定し，Fig. 11(d)(e)(f)の 3 枚の画像を加算した画像を Fig. 11(g)に示す．Fig.
11(g)より，画像が全体的に明るくなっているが，デジタルカメラで撮影した Fig. 11(b)と類似した色になっていることがわかる．これは，簡易モデルの光学特性では透過させたくない波長の光も 10%以上
透過してしまうため，全体的に明るい画像になってしまったと考えられる．しかし，RGB の各色のフィルタとして利用可能であり，通常の RGB カメラと同様の利用が可能であることが確認できた．
3. 3 波長依存画像計測実験
最後に，Fig. 12 に示すように，特定の波長の光を透過させる画像計測実験を行った．これは，赤外線カメラのように，目では見えない光を画像化することを目的としており，例えば近赤外線の波長の光によって，
血中酸素飽和度の画像化や，見難い血管を見易くするなどの応用を想定した実験である．
画像計測対象として，Fig. 12(a)の示すモルフォ蝶（Morpho Portis）の羽を計測した．画像計測領域
は，Fig. 12(b)に示す羽の先端に近い領域とした．
この蝶の羽は構造色と呼ばれるナノメートルオー
ダの周期構造を表面に持っており，この周期構造による光の干渉で，青色付近の特定の波長領域の光を強く反射する．そのため，Fig. 12(c)に示すよ
うに，羽を観察する角度を変更すると光の入射角が変わり，鮮やかな青色が観察できなくなり，羽の下地の模様が観察できるようになる．そこで，この羽の模様がある部位を Fig. 13(c)の青色のフィルタに設定した場合と，赤色のフィルタに設定した場合の画像計測を行った．それぞれの画像計測－19－

Fig. 12 Change of the image according to the peakwavelength of the MFPI prototype.

結果を Fig. 12(d)と Fig. 12(e)に示す．これより，青色のフィルタの場合には構造色による鮮やかな青色の画像が計測できている．また赤色のフィルタの場合，構造色の青色は観察されず，Fig. 12(c)と同様に，表面構造の下地に部分にある目玉のような模様がよりはっきりと観察できていることがわかる．
これより，特定の波長の光を透過させた画像計測を行うことで，通常の RGB 画像計測では観察が困難であった画像も計測できることがわかった．

4. 結論
本研究では，マイクロファブリペロー干渉計と内視鏡を組み合わせた分光画像計測デバイスを提案
し，分光画像計測に適したマイクロファブリペロー干渉計の設計を行った．光学設計として，ハーフ
ミラー部に Si/Si3N4/Si の多層膜ミラーを利用することで，反射率が高く，吸収の影響を低減できることを確認した．この多層膜ミラーを持つマイクロファブリペロー干渉計の簡易モデルを試作し，分光
画像計測に利用できるかを確認した．簡易モデルに 300～330 V の電圧を印加することで，450～1000
nm の範囲で 10～50%の透過率を持つことを確認した．さらに，この簡易モデルを特定波長の光を透過するフィルタとして使用した画像計測を行った．RGB フィルタとして利用した場合には，紫色の蝶の羽の画像を問題なく計測できることを確認した．さらに，蝶の羽表面の青い構造色により隠れていた模様を，特定の波長の光で画像計測することではっきりと観察できることを確認した．この画像計測手法を応用することで，見えにくい血管をはっきりと観察できるようにするなど，内視鏡での観察を高機能化できることが期待できる．

参考文献
1) K. Aratani, P. J. French, P. M. Sarro, D.Poenar, R. F. Wolffenbuttel, and S. Midddelhoek: Surface micromachined
tunable interferometer array, Sensors and Actuators A, Vol. 43, pp. 17-23, (1994)
2) M. Kobayashi, H. Toshiyoshi, and H. Fujita: A micromechanical tunable interferometer for free-space opticalinterconnection, Proc. IEEE/LEOS Optical MEMS’97, pp. 171-175, (1997)
3) A. Saran, D. C. Abeysinghe, P. Deshmukh, R. Flenniken, and J. T. Boyd: Anodic bonding of optical fibers to silicon
for integrating MEMS based optical pressure and temperature sensors onto optical fibers, Proc. Solid-State Sensors
and Actuators (Transducers ’03), pp. 564-567, (2003)
4) M. Noro, K. Suzuki, N. Kishi, H. Hara, T. Watanabe, and H. Iwaoka: CO2/H2O gas sensor using a tunable Fabry-Perot
filter with wide wavelength range, Proc. IEEE MEMS’03, pp. 319-322, (2003)
5) 原仁，鈴木健太郎，岸直輝，野呂誠，渡辺哲也，岩岡秀人：MEMS 型ファブリ・ペローフィルタを用いた
CO2/H2O ガスセンサ，計測自動制御学会産業論文集, Vol. 3, No. 3, pp. 22-27, (2004)
6) F. Sugihwo, M. C. Larson, and J. S. Harris, Jr: Micromachined widely tunable vertical cavity laser diodes, J.
Microelectromechanical Syst., Vol. 7, No. 1, pp. 48-55, (1998)
7) C. J. Chang-Hasnain: Tunable VCSEL, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., Vol. 6, No. 6, pp. 978-987, (2000)－20－8) M. Blomberg, H. Kattelus, and A. Miranto: Electrically tunable surface micromachined Fabry–Perot interferometer forvisible light, Sensors and Actuators A, Vol. 162, pp. 184-188, (2010)9) 廣久保望，小松洋，橋元伸晃，曽根原誠，佐藤敏郎：Ag 合金ミラーを用いた可視光広帯域 MEMS ファブ
リ・ペローチューナブルフィルタ，電気学会論文誌 E, Vol. 132, No. 2, pp. 25-30, (2012)
10) Tetsuji Dohi, Kiyoshi Matsumoto, and Isao Shimoyama: The optical blood test device with the micro Fabry-Perot
interferometer, Proc. IEEE MEMS ’04, pp. 403-406, (2004)
11) Tetsuji Dohi, Kiyoshi Matsumoto, and Isao Shimoyama: The micro Fabry-Perot interferometer for the spectrum
endoscope, Proc. IEEE MEMS ’05, pp. 830-833, (2005)12) 土肥徹次, 松本潔, 下山勲: マイクロファブリペロー干渉計を用いた血液吸光スペクトルの計測, 第 21 回
｢センサ･マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, pp. 319-322, (2004)
13) 澤田廉士，羽根一博，日暮栄治：光マイクロマシン，オーム社，(2002)14) 吉田貞史，矢嶋弘義：薄膜・光デバイス，東京大学出版会，(1994)
15) E. D. Palik, “Handbook of optical constants of solids,” Academic Press, (1985)16) 日本機械工学会編：機械工学便覧 A4 材料力学，日本機械工学会，(1984)－21－

マイクロメカトロニクス(日本時計学会誌) Vol.56,No.207

論

文

変位拡大機構付一体型精密直動位置決めステージの開発
堤 博貴，若槻 哲平*，吉村 靖夫**
東京工業高等専門学校，*東京工業高等専門学校（現：日本ミシュランタイヤ（株）），**日本時計学会（2012 年 9 月 20 日原稿受付）
Development of integral structure type precise linier motion positioning stage
with displacement expansion mechanism
Hirotaka TSUTSUMI, Teppei WAKATSUKI*, and Yasuo YOSHIMURA**
Tokyo National College of Technology,*Tokyo National College of Technology (Currently NIHON MICHELIN TIRE CO., LTD.),**Horological Institute of Japan

ABSTRACT
A piezoelectric actuator is used as a positioning device which produces large force, high speed and highresponse. In practical use for a micro-positioning system, however, force support and displacement
expansion mechanism is required to obtain precise output displacement. This research deals with the
integrated-type linear positioning stage having displacement expansion mechanism. This stage consists of
2 piezoelectric actuators, a base stage body, two kinds of hinges, and displacement expansion mechanism.
This stage is designed to be driven in the X direction, while two piezoelectric actuators are actuatedsynchronistically. The basic property of positioning stage and the integral controlling system are describedin this report.

1. はじめに積層型圧電素子は応答性に優れ，発生力・剛性ともに高いことから精密位置決めのためのアクチュ
エータとしてよく用いられる．しかしながら，動作範囲は数 ｍと小さいため実用においては圧電素
子の変位を拡大する機構が用いられる 1)～6)．変位拡大の方式としては一体構造ですべり摩擦や転がり
摩擦のない弾性ヒンジによるてこ式のものがよく用いられる．これらはカンチレバーなどを用いて変位拡大するものであり拡大率を大きくする工夫や 7)8)，入力方向に対して出力方向を変化させるといった工夫がなされてきた 9)．これらの多くは同一材質中に細くくびれたヒンジ部を設けた一体型切欠き機構と呼ばれるもので，圧電素子と機構部を同一平面内に配置するために圧電素子と出力位置が離れてしまい，また，変位拡大する一方で発生力が小さくなるという問題がある．
本研究の目的は，圧電素子の変位を拡大する機構を有した一体構造の直動精密位置決めステージを開発することである．圧電素子・てこ部の上にステージプレートを積層することで出力部と圧電素子を近距離で配置し，並列に配置された２本の圧電素子を同時駆動することで発生力を高める構造とし－22－

た．高倍率の光学顕微鏡の精密位置決めステージでの利用を想定し，約 100 ｍの動作範囲において
約 0.1 ｍの位置決め分解能を目標とした．２本の圧電素子を同時に積分制御するシステムを構成し，ステージをサブミクロン精度で位置決めすることを試みた．また，ステージの制御性能を評価するた
めに，前述の制御系を用いたときの応答性や外乱抑制性を調べたので報告する．

2.

ステージの動作原理
図 1 に本ステージの動作原理を示す．本装置は①圧電素子，②円弧ヒンジ，③変位拡大ブロック，④口型ヒンジ，⑤ステージプレートからなる．弾性ヒンジとは力が加わるとその方向にたわむバネである．ステージ中心の固定ブロックから上下に連結されたてこを圧電素子が押して変位させる構造となっている．てこは２種類の弾性ヒンジで本体に連結されており，根元側には剛性の低い円弧ヒンジ
を，外側には変形しやすい口型ヒンジを用いた．各々の弾性ヒンジの変形の様子を図１右側に示す．
圧電素子は印加電圧に応じて伸縮する素子であり，アクチュエータとして上下にそれぞれ計２本を配置した．ステージは上下対称構造であり上下の圧電素子を同時に伸縮させることで X 方向への直進動作が可能である．２本の圧電素子が同じ伸縮量になるように印加電圧を制御した．出力変位と入力変位の比は変位拡大率と呼ばれている．
図 1 右下にてこ部の変形図を示す．圧電素子による入力変位 di がてこによって拡大されて出力変位
do となる．理論的な変位拡大率はてこ部の寸法から do/di = (b  c)/(a  c)の式で示される．

1

Thickness=16

0.5

20

1
0.5

Y

④Mouth-shaped hinge

Fixed block

Top view②Circular elastic hinge⑤Stage plate

1

A

A
6

X

Thickness=16

R2③Magnifying lever①Piezo actuator
doSide view
A-A
b=47

do

12
c=4

110

a=11.3

X

35

di
16

Z

Fig. 120

do

Basic positioning principle of prototype linier motion positioning stage with 2 piezo actuators.

－23－

3. 実験装置
3.1 ステージの構造と設計
図 2(a)に直動ステージの外観，(b)側面の写真を示す．ステージ寸法は 110×110×35（W×L×H）
mm である．本ステージの材質はアルミ（A7075）であり，ねじなどの締結部品を一切使わない一体構造とした．そのため，すべりなどの摩擦損失が低減され高精度かつ高速な運動が可能となる．ステージの上部には位置測定用の参照ブロックを配置した．市販のステージ用の拡大機構が数倍～十数倍で用いられていることから 10)，変位拡大率が 6.42 倍となるようにステージを設計した．圧電素子としては積層型圧電素子を用いたメガセラ製 PFB-1040 を用いた．主な仕様は，最大駆動電圧 DC150 V，
最大変位量 34 m 以上，ヒステリシス 15％以内，最大発生力 882 N，共振周波数 15 kHz 以内である．FFT アナライザ（小野測器，CF-900），加速度センサ，インパルスハンマを用いてステージの固Gain [dB]

有振動数を求めた結果を図 2(c)に示す．図から固有振動数が 135 Hz であることがわかる．

←135Hz(a) Outside Appearance
Frequency [Hz]

110mm

35mm

(c) Frequency Property of Stage(b) Side-view
Fig. 2

Piezo Actuator

Outside appearance of prottype linier motion positioning stage.

3.2 ステージの変位拡大率と拡大効率
てこ部における入力・出力変位をそれぞれ変位センサで測定した結果を図 3 に示す．拡大効率とは実際の拡大率／理論拡大率であり，この値が高いほど機構の損失が低く効率が良いといえる．圧電素
子の変位約 6 m に対して出力部の変位は 26.5 m であり，拡大率は約 4.4 倍であった．拡大効率は4.4/6.42 = 0.68，すなわち 68%であった．損失の原因としては，ヒンジ部の剛性により圧電素子の伸びが押し戻されていることが考えられる．

－24－

30
25
Displacement[μｍ]20Output15
10Input displacement

5
0

0.5

Fig. 3Magnification rate =4.4
0.7
0.8
0.9
1
Time[s]0.6

Magnification rate measured by step response.

3.3 制御システムの構成
図 4 に制御システムの構成を示す．コンピュータからの出力電圧はピエゾドライバ（ゲイン 12.5倍）で増幅され圧電素子に印加される．ステージの駆動変位は静電容量型変位センサ（IWATSU 製，
ST-3155 測定精度 0.01 ｍ）で測定され，AD 変換器（Interface 製，PIC-3523A

分解能 12bit）でコンピュータに取り込む．取り込まれた変位量を元にフィードバック制御により操作量を DA 変換器
で信号を出力する．AD/DA 変換器の性能から求められるシステムの位置決め分解能は 0.005 ｍ，測
定分解能は 0.048 ｍである．なお，制御シミュレーションソフトとしては MathWorks 社の Matlab
および Simulink を用いた．

A/D

Integral-Controller
Positioning stage
Displacement

Piezo

0～10V
Piezo driver
×12.5

0～125V

Gap Sensor
Fig. 4

4.

D/A

Flow of the control system.

圧電素子の位置決め制御

4.1 過渡応答法による制御システムの同定
圧電素子にはヒステリシス特性があり印加電圧と変位は非線形の関係になるため，精密に位置決めをするためには変位センサを用いて変位を制御する必要がある．ここでは圧電素子単体の変位のフィ－25－

ードバックによる積分制御を試みた．まず，過渡応答法により圧電素子のシステム同定を行い，その結果を元に運動シミュレーションして最適な積分コントローラを設計した．圧電素子を１次遅れ要素
としてシステム同定し，時定数とゲインを過渡応答法により求めた．圧電素子を約 9.2 ｍ伸ばした時のステップ応答波形を図 5 に示す．図より時定数 T は 0.0057，ゲイン Gi は 0.92 であり，シミュレー
ション結果と実験結果がよく一致していることがわかる．
12
10

Gi
0 . 92Ts  1 0 . 0057 s  1

6

G 

4

T=0.0059.2[μｍ]

Displacement［μｍ］

8Experiment
Simulation

2
0

0

Fig. 5

0.02

0.04
0.06
Time［ｓ］

0.08

0.1

Step response (Experiment and simulation).

4.2 積分制御システムの特性
システム同定で得られたモデルをもとに積分コントローラを用いた圧電素子の制御シミュレーショ
ンを行い，制御系の設計を試みた．図 6 にステップ応答のシミュレーション結果を示す．例として積分定数 Ki = 10，60，100 の 3 つの結果を示した．積分定数を大きくすると応答速度は速くなるがオ

Time

[s]

Displacement [μｍ]Displacement [μｍ]Displacement [μｍ]ーバーシュートが増加する傾向がある．これらを考慮し積分ゲインを 60 とした．

Time（ａ）Ki＝10[s]（ｂ）Ki＝60
Fig. 6

Time（ｃ）Ki＝100

Step response property of piezo actuator.

－26－

[s]

4.3 圧電素子の変位制御実験
積分制御による位置決め制御結果を図 7 に示す．図 6(b)と比べてグラフの傾向がよく一致している
ことがわかる．ここでは，位置決め誤差が±3bit 幅(1bit = 0.048 ｍ，3bit = 0.144 ｍ)内に収まった
ときを定常状態と判断した．圧電素子が定常状態になるまでの時間は 0.06 s であった．圧電素子をステップ状に微小駆動させた様子を図 8 に示す．測定系の最小測定分解能である 0.048 ｍで位置決め可能であることがわかる．

10

0.5

10.5

6
10

4
2
0

9.5
0.02

0

0.02
Fig. 75.

±0.144

0.06s

0. 06

0.04
0.06
Time［ｓ］

0. 1

0.08

0.4
0.3
0.2
0.1
0

0.1

Resolution of stage positioning.

0
Fig. 80.5

11.5Time [s]0.048[μｍ]8Displacement [μm]0.6Displacement［μｍ］

122

Resolution of stage positioning.

ステージの位置決め実験

5.1 過渡応答法による制御システムの同定
圧電素子単体は一次遅れ系として表すことができたが，ステージ本体は後にも示すとおり二次遅れの形で表すことができる．ここでは，積分制御法を応用してステージの制御に適した位置決め制御を検討した．図 9 に制御システムの流れを示す．本システムは圧電素子・ステージ本体および積分制御器で構成される．ここで，Ki は積分定数，G1 は圧電素子のゲイン，T は時定数，は減衰係数，nはステージの固有振動数を，G2 はステージのゲインである．

+

I-Controller

Piezo

Stage

1
s

G1
Ts  1G 2 nKi－

Fig. 92s 2  2 n s   n

2Block diagram of control system.

5.2 減衰率と固有振動数の測定
図 10 にステージの減衰波形のグラフを示す．このグラフをもとに減衰係数と固有角周波数を求め－27－

た．n = 16.5，減衰波形の周期よりn = 116 Hz であった．第２章におけるインパルスハンマを用いた実験結果とは値が異なるものの，おおむね一致していることがわかる。また，図 11 にシステム同定によるステップ応答のシミュレーションを示す．図 10 と形状がよく一致していることがわかる．
この伝達関数を用いて制御系を組みシミュレーションにより積分コントローラを設計した．

y = 1.45e-16.5x

10

Displacement[μm]Displacem,ent[μｍ]

2

-1
-2
-3
-4
-5

0

0.1

0.2

0.3
Time[s]0.4

0.5

Time [s]Fig. 10

Damped wave of positioning stage.

Fig. 11

Simulation result.

5.3 積分コントローラの設計
Simulink で作成したブロック線図を図 12 に示す．基本的な構成は図 9 と同じであるが，入力波形としてはステップ波を用い，出力波形をグラフ出力するものである．また，積分ゲイン Ki = 5，10，
40 の場合の位置決め結果を図 13 に示す．図 13（c）のグラフから積分ゲインを大きくすると応答性はよいが，振動的でオーバーシュートが大きくなり，かつ位置決め後も定常状態になるまでに時間を要することがわかる．図 13（a）のグラフから積分ゲインを小さくしていくと，応答性は低下するがオーバーシュートがなくなり一次遅れの形になることがわかる．図 13（b）は(a) (c)両方の特性を有しており，オーバーシュートが少なく，位置決め速度も速いことがわかる．以上のことから，以後，
積分ゲイン Ki を 10 として制御を行うこととした．
Targetposition:44μｍ

IntegralController

Piezo

Positioningstage

0.0057ｓ＋１

Fig. 12Block diagram of Simulink.

－28－

Displacement[μm]Displacement[μm]Displacement[μm]Time[s]Time[s]Time[s](a)Ki=5(b)Ki=10(c)Ki=40

Fig. 13

Step response property of positioning stage.

5.4 位置決め制御特性
前節で設計した積分コントローラを用いて X 方向のステージ位置決めをした結果を図 14 に示す．
初期位置から 44 m の位置に位置決めした．定常状態までのステージの位置決め時間は 0.12 s であった．ステージの応答波形形状は前節の図 13(b)のシミュレーション結果とよく一致しており，設計に近い位置決め特性が得られた．図 15 はステージを 1 秒ごとにステップ状に位置決めした結果であり，測定器の 3bit 幅に相当する 0.144 m の分解能で位置決め可能であることがわかる．
50

0.8

30

44.2

25

44

20

43.8

15
10

0.12s

43.6
0.05

5
0

0.05

0.1

0.1

0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1

0.15

0.15

0.144 μm

44.4

35

0

Displacement[μｍ]

0.7

40

±0.144

Displacement[μｍ]

45

0

0.2

0

Time [s]Fig. 14

1

2

3

4

5

Time [s]Experiment result.

Fig. 15

Positioning resolution.

5.5 外乱抑制性
位置決め後にステージに数 N 程度の力でインパルス状の外乱を負荷し，その後収束時間を測定することで，システムの外乱抑制性を調べた．図 16 に測定結果を示す．グラフから定常状態になるまで－29－

に 0.2 s を要したことがわかる．また，同様な実験を何度か行ったところ収束時間がほぼ同じである
ことを確認した．このことから，低荷重の外乱であれば短時間での抑制が可能である．
50

Impulse point

40

Steady state

35

45

30

44.5

25
20

44

15

43.5

10

43

5
0

Fig. 16

6.

±0.144

Displacement[μｍ]

45

0

1

0.2s

0.6

Time[ｓ]

1.1

2

1.6

3

Disturbance inhibition experiment result.

結論
変位拡大機構付一体型精密直動位置決めステージを試作し，積分制御にて圧電素子単体，ステージの位置決め制御し，以下の結論を得た．
１） 積分制御による圧電素子の位置決め時間は 0.06 s，位置決め分解能は 0.048 m であった．
２） ステージ位置決めにおいて，位置決め時間は 0.12 s，位置決め分解能は 0.144 ｍであった．
３） 軽荷重の外乱においては 0.2 s 以内にて外乱抑制が可能であった．
以上のことから，位置決めステージ本体および制御系が構成され，圧電素子単体では比較的良好な
位置決め精度が得られた．また，拡大機構を有する直動位置決めステージ本体および制御系が構成でき，積分制御により良好な位置決め精度が得られた．

参考文献
1) 長屋幸助ほか：変位拡大機構を有する圧電アクチュエータの解析と制御，日本機械学會論文集 C
編，62(599), pp. 2721-2729, (1996)
2) 古川英一ほか：リンク機構による変位の拡大と縮小，精密工学会誌，56(10), pp. 1823-1828, (1990)
3) 川村光貴ほか：XY 型ナノモーションアクチュエータの高速高精度位置決め制御，Dynamics &Design Conference 2006，pp. 318-1-318-5，(2006)
4) 大塚二郎，坂戸啓一郎：図解 精密位置決め機構設計，pp. 194-195，工業調査会，(1996)
5) Physik Instrumente 社：Catalogue Edition E.

－30－6) 矢野健：圧電素子変位拡大機構の構造最適化，日本機械学會論文集 C 編，76(772), pp. 3657-3664,(2010)
7) 矢野健，福井泉：圧電素子の振幅拡大機構，1991 年度精密工学会春季大会講演論文集，p. 225（1991）
8) F. E. Scire and E. C. Teague : Rev. Sci. Instrum, 49, p. 1735, (1978).
9) 古川英一ほか：リンク機構を利用した圧電駆動並進機構，1991 年度精密工学会春季大会講演論文集，p. 223, (1991).
10) THK ピエゾステージ総合カタログ： http://www.nanocontrol.co.jp/catalog/pdf/catalog_piezo.pdf－31－マイクロメカトロニクス(日本時計学会誌)Vol.56,No.207

技術報告

高振動機械式時計の開発
藤枝久

セイコーインスツル株式会社（2012 年 9 月 24 日原稿受付）
Development of the high-frequency mechanical watch
Hisashi FUJIEDA
Seiko Instruments Inc.
ABSTRACTWe developed a mechanical watch with high frequency, 5 Hertz movement for the first time inabout 40 years (generally mechanical watches have from 2.5 to 4 Hertz movements). It is afundamental method to increase frequency for improving accuracy, however there are sometechnical problems to achieve higher frequency. We solved them with UV-LIGA technology and a
newly developed material.
1. はじめに
一般的に高精度の証とされるクロノメーター規格（ISO 3159）は，今日に至るまで数度にわたりその規格の改訂が重ねられてきた．1998 年，当社では最新のクロノメーター規格を上回る形でグランド
セイコー規格（社内規格）の改訂を行い，この新しい規格に基づき高い精度を保証した機械式時計
Cal.9S55 を発売した．以後、時差修正機能の搭載（Cal.9S56）や長持続化（Cal. 9S67）など実用性能を向上した製品を開発してきた．
一方で近年，スイスやドイツでも精度の向上に注力した製品がいくつか登場している．
この高精度化への取り組みは機械式時計開発の一つの流れとして定着・発展しつつある．
こうした市場環境もふまえ，再びグランド
セイコーの原点に立ち返り機械式時計のさらなる精度の向上を目指して，約 40 年ぶりに10 振動ムーブメント Cal.9S85（Fig.1）を開Fig.1 Cal.9S85 (Complete / Movement)

発した．

－32－

2. 振動数の検討と決定
Cal.9S のさらなる精度の向上を目指すにあたって，高振動化という手法を選択した．1960 年代の天文台コンクールにおいても，年を追うごとに高振動数の時計が上位を占めるようになったことからも分かる通り，高振動化は高精度化の基本的手法といえる．具体的に高振動化の利点を挙げると，① 静的には立姿勢差の低減② 動的には外乱の影響低減がある．
一般に振動数を向上させると，持続時間とテンプの慣性モーメントのいずれかまたは両方を損なう．
テンプの慣性モーメントを減少させると精度を低下させることとなり，高精度化という目的に反することから，テンプの慣性モーメントは 8 振動の Cal.9S と同等とした．この制約条件のもと，振動数と持続時間の関係を検討した結果を Fig.2 に示す．
120
Power reserve (hour)

100
80
60
40
20
0
2

3

4

5
6
Frequency (Hz)7

8

Fig.2 Relationship between frequency and power reserve
よりよい実用時計を目指すグランドセイコーにとって，精度だけでなく持続時間も重要な性能であり，50 時間以上を確保できる最適な振動数として，Cal.9S85 では 10 振動(5Hz)を選択した．
3. 高振動化の課題と対策
高振動化に伴って生ずる技術的課題について，以下でその詳細と対策を述べる．
3.1 脱進機の耐久性能第一の課題として脱進機に起因する振り角低下の加速が挙げられる．ガンギ歯車の歯先とアンクル
爪石の摺動箇所は初期的には油膜が形成されている．しかし時計の使用にともない油膜が切れ，またガンギ歯先の削れ等により摩擦抵抗が増大し脱進機の効率を損ない振り角が低下する．高振動化するとガンギ車とアンクルはより大きなトルクで駆動され，摺動回数も増えるため，油の消失が加速，振り角の経時低下が速まる．テンプは振り角が低いほど保有エネルギーが低くなり，外乱により振動周－33－

期が乱され易くなる．このため非等時性とも相まって振り角の経時低下は時計の精度に悪影響を及ぼすことが知られている．
こうした精度に及ぶ悪影響への対策として油の消失を抑制するため，ガンギ歯車の歯先に油だまりとなる段差を設けた（Fig.3）．またガンギ歯車の材質を UV-LIGA による Ni 電鋳へと変更した．その結果現流のガンギ車に比べ振り角の経時的な低下を大幅に抑制することに成功した．その結果を Fig.4

Variation of Amplitude (deg.)

に示す．

20.0
10.0

◇□△

UV-LIGA◆■▲

Machined

0.0
-10.0
-20.0
-30.0
-40.0
0

4

8

12 16

20

24 28

32 36

40

T ime (Month)Fig.3 Escape wheel with stepFig.4 Result of endurance test

3.2 エネルギー消費の増大
高振動化の第二の課題として，テンプのエネルギー消費の増大があげられる．また，輪列や脱進機の効率を低減させる要因が内在しており，結果として持続時間をさらに損なう恐れがある．そのため輪列から脱進機に至るまで高い伝達効率の確保が必要となる．

Efficiency (vs 20 teeth)

101%
100%
99%
98%
97%
96%
95%
94%
19

20

21

22

23

24

25

26

T eeth number

Fig.5 Relative transmission efficiency from escape wheel to pallet
Cal.9S では 20 枚のガンギ歯車を採用してきたが，スイスでは特に 10 振動 Cal.において 21 枚のガ－34－

ンギ歯車を採用する例も存在する．こうした歯数の多いガンギ歯車は香箱車からガンギ車までの増速比を抑えることができるため，輪列設計の観点からは高振動化を容易にする．そこでガンギ歯車の歯数を増やすべきか否かについて検討するため，ガンギ車からアンクルへの伝達効率の比較シミュレー
ションを行った．その結果を Fig.5 に示す（歯数 20 枚を基準とした相対効率）．
Fig.5 が示すとおり，ガンギ歯車の歯数を増やすと伝達効率は低下する．そこでガンギ歯車は引き続き歯数 20 枚を採用した．
他方，10 振動化を実現するには 4 番車からガンギ
車への増速比を 12 倍から 15 倍にする必要が生ずる．
しかし歯車一段当たりの増速比が増えるほど，伝達効率の変動が大きくなることから 4 番車とガンギ車の間に中間車を追加し二段増速とした（Fig.6）．これらの工夫により伝達効率を維持しながら，さらに効率変動を約 1/4 に抑えることに成功した．

Fig.6 Multiplying gear train for 5 Hertz

3.3 新開発材料による性能改善

動力ゼンマイを従来の SPRON510 から新たに開発した SPRON530 に置き換えることで，当初の持続時間仕様である 50 時間以上から，55 時間以上にまで延長することに可能となった．
またヒゲゼンマイについても，コエリンバーから 2008 年に発表の SPRON610 に置き換えること
で，耐磁性や耐衝撃性が改善された．

4. まとめ，今後の展望
今回の開発により得られた成果は以下の通り．
・ UV-LIGA 製段付きガンギ車により振り角の経時低下を抑制し耐久性に優れた高振動製品を開発した．
・ 伝達効率を損なわず持続時間の低下を抑制した．
・ 新開発材料の搭載により持続時間が延長され，耐磁性や耐衝撃性も改善した．
今後は，より実用的な機能・性能を追求した製品の開発を行っていく．

参考文献
1) 国際時計通信, Vol.9 No.92, pp.8-9, 1968
2) 新輪 隆, 重城 幸一郎, 岸 松雄, 保科 宏行, 菊地 聖士, 堀切 和幸：UV-LIGA 技術の機械時計への応用, マイクロメカトロニクス（日本時計学会誌）, Vol.53, No.201, pp.18-23, 2009－35－

マイクロメカトロニクス(日本時計学会誌)Vol.56,No.207

技術報告

歩数検出機能を備えた腕時計の開発
酒井 聡，津端 佳介
セイコーインスツル株式会社（2012 年 9 月 20 日原稿受付）
Development of the watch with pedometer function
Satoshi SAKAI, and Keisuke TSUBATA *Seiko Instruments Inc.
ABSTRACTWe developed a new watch with pedometer function (Cal.S670). The watch comprises a three-axis
acceleration sensor to count steps. Then, we can detect a touchdown impact (landing impact) to occur inthe direction that is different from a run in a walk. Also we developed new algorithm to count steps fromdata of three-axis acceleration sensor. In this way, we can count steps during not only running, walking,but also changing position of the watch. Finally, we were able to achieve the high-precision detection by
optimizing a detection condition.

1. はじめにFig. 1 の東京マラソンの申し込み者数の推移１）が示唆する様に，近年のランニング人口は増加を続けている．また，内閣府が行っている「体力・スポーツに関する世論調査」２）の最新データでは，これからランニングを始めたいとの回答が種目別の上位に現れてきている．これらのことから，今後もランニング人口は増加を続けると予想される．
ただし，ランニングはウォーキングに比べると身体への負担が大きいため，ランニング初心者ではランニングとウォーキングを交互に行う姿が多く見受けられる．また，ランニング初心者は怪我の予防のために，ウォーキングを織り交ぜたトレーニングから始めて徐々に身体を慣らすことが望ましいとされている．これらのことから，ランニング人口の増加は，同時にウォーキング人口の増加ももたらすと推察される．
このような，ランニング人口の増加に伴うウォーキング人口の増加も鑑み，ランニングのみならず
ウォーキングにも対応可能な歩数検出機能付き腕時計を開発し，商品化するに至った．

－36－

The number of people

400,000
350,000
300,000
250,000
200,000
150,000
100,000
50,000
0Applicants
Quotas20072008 2009 2010
The holding year

2011

Fig. 1 The number of Tokyo marathon applicants.

2.

S670 製品紹介

S670 の外観および仕様を Fig. 2 に示す３）．本製品は走行時および歩行時の歩数検出機能を備えたランニング用腕時計である．セイコーインスツル株式会社の従来製品は 1 軸の加速度センサと増幅回路およびフィルタ回路により検出回路を構成していたが，本製品では 3 軸加速度センサモジュールを採用することで検出回路の素子数および実装サイズが抑えられ，製品デザインの自由度が向上した．

TIME /

Automatic calendar (to December 31, 2060)

CALENDAR

Auto illumination function
2 year battery life (CR2025×1)

PEDOMETER

Three-axis acceleration sensor
Detection in RUNNING / WALKING mode
Detection precision : ±3%（By the vibration tester based on JIS-S7200)
Conversion of distance, pace and consumption energy

STOPWATCH

Approx. 100 hours in 1/100 second increments
Target timer function

MEMORYLap memory function (up to 300 LAP)

RECALL

Monthly data function (up to 36 month)
Memory can be held during battery replacement.

SETUP

Stride length, weight, unit and measurement sensitivity

Fig. 2 Appearance and specifications of “SEIKO S670”.

－37－

3. 走行および歩行における歩数検出の両立
Fig. 3 は走行および歩行における着地の瞬間に，腕に装着した時計に働く加速度の向きを示しているが，走行と歩行で時計に働く加速度の向きが異なっている．これは，走行と歩行で腕の姿勢が異なり，歩数検出に必要な着地衝撃を検出する向きが異なるためである．従って，従来の 1 軸加速度センサを搭載したモデルの場合，走行時の歩数検出に適した角度に配置したセンサ，歩行時の歩数検出に適した角度に配置したセンサというように，走行または歩行に特化したセンサ配置が必要であった．
しかし本製品では 3 軸加速度センサの搭載により１つのセンサモジュールで走行と歩行の歩数検出の両立が可能になった．

＜RUN＞＜WALK＞αβ

α≠βFig. 3 Angle of acceleration.

4.

回路構成

本製品の回路は Fig. 4 に示すように，センサ，CPU，EEPROM 等で構成される．センサはデジタ
ル出力タイプの 3 軸加速度センサを使用．CPU はセンサの動作制御と加速度データの読み取りおよび演算を行う．演算後のデータは EEPROM に保存される．

Sensor

EEPROMCPUKey

Buzzer

EL Driver

LCD

Fig. 4 Block diagram of the circuit.

－38－

EL

5.

歩数検出アルゴリズム
本製品では Fig. 5 に示すように，3 軸加速度センサの 3 つの検出軸のうち X および Y 軸を通常時の着地衝撃検出，Z 軸を表示確認時の着地衝撃検出となるように検出軸を割り振った．

Z

YX

Fig. 5 Allocation of sensitivity axis.

上記のようにセンサの検出軸を割り振った場合，通常の走行/歩行時は，Fig. 6 の検出加速度の一例に示すように，X 軸又は Y 軸の検出加速度が着地衝撃に同期して変動する．
走行時および歩行時の人の腕は一般に，進行方向および鉛直方向で構成される面内で，肩を支点として振り子運動をしている．そのため，その面と時計の表示面（XY 平面）は常に一致し，通常の走行/

Acceleration [G]

歩行時はその面に沿った向きに着地衝撃を受ける．

3
2
1
0
-1
-2
-3

Y

X

Z
0

1

Time [s]23Fig. 6 Acceleration profile with usual running.

一方，実際の使用においては，時計操作や表示確認を行いながら走行/歩行する状況が想定される．
そのような状況での検出加速度の一例を Fig. 7 に示す．X および Y 軸の検出加速度がほとんど変動しない一方で，Z 軸の検出加速度が着地衝撃に同期して大きく変動する．表示を確認しながら走行/歩行するときは時計の表示面が上を向くため，着地衝撃は表示面と垂直な方向（Z 方向）に受ける．

－39－

Acceleration [G]

3
2
1
0
-1
-2
-3

Y

0

1

X

Z
2

Time [s]3Fig. 7 Acceleration profile with looking at display.

上記のような通常の走行/歩行状態および，表示確認時の走行/歩行状態，の両方の状態での加速度検出を可能にするため，以下の合成式を設定した．

S

(1)

X 2 Y2  Z

右辺第 1 項は XY 平面内の加速度の大きさを示しており，通常の走行/歩行状態の着地衝撃に同期して変動する．一方右辺第 2 項は Z 方向の加速度の大きさを示しており，表示確認時の走行/歩行状態の着地衝撃に同期して変動する．
Fig. 6 および Fig. 7 に示されている各軸の加速度波形に対して，式(1)を適用することで得られる合成波形 S を Fig. 8 および Fig. 9 に示す．Fig. 8，Fig. 9 ともに走行時の着地衝撃に同期した合成波形
S が得られている．本製品では，この合成波形 S の移動平均波形を閾値として歩数検出判定を行っているが，移動平均の条件や歩数検出判定のマスク時間を最適化する事で，歩数検出精度を向上させて

Acceleration [G]

いる．

5

S

3

Y

X

1
-1
Z

-3
-5

0

1

Time [s]2Fig. 8 Combined acceleration profile with usual running.

－40－

3

Acceleration [G]

5

S

3
1

X

Y

-1
-3
-5

Z
0

1

Time [s]23Fig. 9 Combined acceleration profile with looking at display.

本検出アルゴリズムを適用したプロトタイプによるフィールドテストの結果を Fig. 10 に示す．実際の歩数に対する検出歩数の誤差は走行，歩行ともに 5%以下であり，使用環境においても高い精度で歩数検出が可能であることを確認できた．

Run

Walk
25

25

±５％

±５％

20

20

15

15

10

10

5

5

0

0

-5

0

+5

-5

0

+5

detection error [%]detection error [%]Fig. 10 Frequency distribution chart of detection error.

6. おわりに
今回紹介した製品は 3 軸加速度センサの搭載により，検出回路の小型化に伴うデザイン自由度の向上および走行と歩行の歩数検出の両立が可能となった．また，加速度信号の合成式の工夫により，通常の走行/歩行状態に加えて表示確認時の走行/歩行状態の歩数検出にも対応できた．さらに，歩数判
定における移動平均条件やマスク時間の最適化により，高精度の歩数検出を実現できた．
本製品はランニングおよびウォーキングシーンに対応したものであるが，今後はさらに多種多様なシーンに対応した製品作りを目指し，ユーザの健康づくりをサポートしていきたい．

－41－

参考文献
1) 東京マラソン財団. “過去の大会結果”. 東京マラソン. 2013
http://www.tokyo42195.org/2013/past, (参照 2012-09-20)
2）内閣府大臣官房政府広報室. “体力・スポーツに関する世論調”. 内閣府. 2009http://www8.cao.go.jp/survey/h21/h21-tairyoku/index.html, (参照 2012-09-20)
3）セイコーウオッチ株式会社.“プロスペックス ラインアップ”. SEIKO. 2011
http://www.seiko-watch.co.jp/psx/lineup/, (参照 2012-09-20)－42－マイクロメカトロニクス(日本時計学会誌)Vol.56,No.207

技術報告

アナログクオーツ式クロノグラフ時計における瞬時帰零機構の開発
平野

圭，河田

正幸，小野

保

セイコーインスツル株式会社(2012 年 9 月 24 日原稿受付)

Development of chronograph reset mechanism in analog quarts watch
Kei HIRANO, Masayuki KAWATA and Tamotsu ONO
Seiko Instruments Inc.

ABSTRACTWe developed an analog quartz-type chronograph watch with new chronograph reset mechanism. Thismechanism enabled no adjustment of reset and reduction of the number of the chronograph parts. In addition,by the adoption of the asymmetry heart cam, it became hard to be affected by the coefficient of friction and wasable to simplify heart cam production.

１．はじめにセイコーインスツル株式会社において，従来のアナログクオーツ式クロノグラフ時計は，複数モータを駆使し，クロノグラフ計測を行いリセット時（帰零時）にＩＣから，複数モータへの高速駆動信号を送り，電子的な帰零を行なう
電子帰零機構を備えた製品を，数多く手掛けてきた．
一方，時計市場の動向として，一時期はアナログクオーツに追いやられていた機械式時計が，その機能美，趣き，操作性の心地よさなどから見直され，現在では，市場で多くのシェアを得ている．しかし，機械式時計は，アナログクオ－43－

Fig. 1

Cal.VK63A(Complete/Movement)

ーツに比べ，高価であり，また，クロノグラフなどの付加機能を搭載した時計はより高価なものとなっている．
そこで我々は，機械式クロノグラフ時計の動作，操作性をアナログクオーツへ搭載した Cal．
6T/VK シリーズ(Fig. 1)を開発した．従来のアナログクオーツ時計では味わえない本格志向のクロノグラフを目指し，機械式クロノグラフ時計の持つ，しっかりしたボタンクリック感と，全クロノグラフ針のメカ帰零機構（瞬時帰零）を，アナログクオーツ式クロノグラフ用に新開発する事で，機械式クロノグラフ時計を彷彿させる製品の普及価格帯での実現を可能とした．
今回は，このメカ帰零機構を中心に従来の帰零機構との違いを交えながら報告する．

2. 従来の帰零機構
ここで，従来の機械式クロノグラフ帰零機構を紹介する．
セイコーインスツル社製 Cal.6S（機械式クロノグラ

Minute heart cam

Second heart cam

フ時計）の帰零機構について，Fig. 2 に示す．この機
構は秒ハートカム(Second heart cam)と分ハートカム(Minute heart cam)，復針レバー(Double hammer)を有し，Double hammer

秒ハートカムと分ハートカムを，回転タイプの一つの復針レバーにより帰零する構造であり，時ハートカム(Hour heart cam)用復針レバーは別途設けられている．

Eccentric pin

この図の様に一つの復針レバーにより 2 つのハート
カム（秒，分）に規正を加える構造の場合，各部品のFig. 2Fine adjustment of hammer

形状等，公差ばらつきの影響により，復針レバーとハートカム部に隙が発生してしまい規制状態にもかかわらずクロノ針がふらつく，または，初期位置に戻らないといった現象を引き起こす原因となる．
そこで，このような現象を回避する為に，図示のとおり，偏心ピン(Eccentric pin)等で復針レバーと各ハートカムとの隙間を調整する必要があった．
また，他のクロノグラフ構造においては，ハートカム数に対応した数の復針レバーを有し，それぞれの復針レバーをばねにより加圧することで，復針機構の無調性化を実現している機構もある．
さらに，機械式クロノグラフ帰零機構におけるハートカム側面の仕上げは，機構を満足させる為だけではなく，耐久品質を十分確保する為にも，非常に重要な要素である．その為，より手間を掛けた製造工程となっており，高価な部品となっている．

－44－

3.アナログクオーツ化実現のための課題
従来の機械式クロノグラフ帰零機構には，・調整行為が必要
・調整行為が不要の構造においては，構造がより複雑になり，部品数も増える
・部品製造コストが高いという課題が挙げられる．
そこで，普及価格帯製品での実現には，下記項目が必須と考え，開発を進めた．
①帰零機構の無調整化②帰零機構部品の簡素化③部品点数の削減

4. アナログクオーツ化のための帰零機構開発
4.1 無調整型新帰零機構
Cal. 6T/VK では，秒ハートカム，分ハートカム，時ハートカムの 3 つを一つの復針レバーにて帰零する，三叉帰零機構を開発した(Fig. 3)．

Minute heart cam

Hammer operating lever

Second heart cam

Hour heart cam

Fig. 3

HammerThree-pointed hammer and heart-cams（cal.6T/VK）－45－

この機構は，同時期に開発を進めていた Cal.8R（機械式クロノグラフ時計）にも搭載している．
この三叉帰零機構は，3 つのハートカム規正面を持つ復針レバーと秒ハートカム，分ハートカム，
時ハートカム，復針レバーのスライド動作をガイドする 2 つのガイドピン，復針レバーを作動させる復針伝えレバー，復針レバーの位置を決めるリセットばね（図示せず）から構成されている．
この機構の特徴は，復針レバーのガイド溝と 2 つのガイドピンの遊びである(Fig. 4(b) B,C)．帰
零状態での復針レバーとガイドピンの遊びを大きく取ることで，復針伝えレバー(Fig. 4(b) A)により作動する復針レバーは，秒ハートカム(Fig. 4(b) D)，分ハートカム(Fig. 4(b) E)，時ハートカム(Fig.
4(b) F)の 3 つのハートカムとのバランスが取れるところ，すなわちそれぞれが隙間無く接触した
帰零位置で復針レバーが落ち着く構造となっている．
この構造により，復針レバーとハートカムとの隙を調節する行為が，一切不要となり，さらに一つの復針レバーのみで，3 つのハートカムを帰零させることで，クロノグラフの帰零機構における部品点数の削減が可能となった．
Minute heart cam

Second heart cam

E
D
B
A
F

Hour heart cam

CHammer(a) Before reset

Fig. 4(b) Reset

Self-alignment function of hammer

4.2 非対称ハートカムの採用
普及価格帯のアナログクオーツで，機械式帰零を実現するためには，いかにハートカムを安価に製造できるかが，大きな課題である．
従来の機械式クロノグラフ帰零機構で使用されている対称ハートカムでは，Fig. 5(a)に示すように，ハートカム表面の摩擦係数 の値により，ボタン押し力とハートカム位置との関係は大きく－46－

異なる．すなわちボタン操作感は摩擦係数により大きく影響される．このため，切削加工で外形を形成した後，ハートカム側面を丁寧に磨くことで，ハートカム表面の摩擦係数を低減し，安定した帰零を実現している．しかし，この製造方法では，多大な加工工数が掛かり，安価なハートカムを製造することが難しく，普及価格帯のアナログクオーツへの採用は不可能であった．

B u t t o n pu s h f o r c e ( ㎏ )64

μ=0.15μ=0.252

0

192 Heart cam top

204

216

He ar t c am an gle position ( °)(a) Button push force (with symmetry heart cam)B u tto n pu s h f o rc e （ ㎏ ）64

μ=0.15μ=0.2520210Heart cam top

222

234

Heart cam angle position( °)(b) Button push force (with asymmetry heart cam)Fig. 5

Button push force that is different in the COF
in each heart cam shape－47－

そこで，Cal.6T/VK では，Fig. 5(b)に示す非対称ハートカムにより帰零時の回転モーメントを増やすことで，摩擦係数の許容幅を増大させる手段を採用した．同図に示すように，ボタン押し力
は摩擦係数にかかわらず同様の値を示しており，プレス加工でありながら，従来のハートカム並みの帰零力を確保できることを明らかにした．

5. まとめ以上に説明してきた改良により，・ 帰零機構の無調整化
・ 帰零構成部品の簡素化
・ クロノグラフ構成部品の削減を達成することで，メカ帰零機構のアナログクオーツ化の実現と，クロノグラフ機構の自動組立化をも実現可能とし，しっかりしたボタンクリック感と，全クロノグラフ針のメカ帰零機構により本格志向のアナログクオーツ式クロノグラフ時計を，普及価格帯で実現することができた．
今後は，このクロノグラフ機構等をさらに発展させ，帰零機構の省スペース化，他機構への応用し，魅力ある新たな製品開発を行っていきたい．

－48－

マイクロメカトロニクス(日本時計学会誌)Vol.56,No.207

研究会報告

通信機能付きヘルスケア機器と健康サービスの融合，その課題

講

師

参加者

司

会

竹原

株式会社 タニタ 未来技術室 MYH 開発課

克

２０名

（正会員

１１名，非会員１０名）

アナログデバイセズ（株）

１名（正会員）

カシオ計算機（株）

２名（正会員

シチズン・システムズ（株）

１名（非会員）シチズン時計（株）

４名（正会員２名，非会員２名）

セイコーインスツル（株）

２名（正会員１名，非会員１名）

セイコーエプソン（株）

３名（正会員２名，非会員１名）

セイコークロック（株）

２名（正会員１名，非会員１名）

東京大学

１名（正会員）横浜国立大学１名（正会員）

リズム時計工業（株）

３名（正会員吉澤弘＊2012 年 4 月 20 日

１名，非会員１名，非会員

カシオ計算機（株）時計事業部モジュール開発部

中央大学

後楽園キャンパス

新 2 号館 7 階 2735 号室にて開催

－49－

１名）

２名）

第１部
１．

講演
はじめに

われわれ株式会社タニタは，「はかる」を通して，世界の人々の健康づくりに貢献しますを理念としている．この理念を具現化した製品が，体重計，体組成計，歩数計，活動量計，睡眠計な
どの健康管理機器である．

QOL(quality of life)向上を健康という観点から見ると，「はかる」だけでは健康維持を行うことは不可能であり，「適度な栄養の摂取」，「十分な運動による消費」，これらに加え「はかる」を定期的に行い自分へのフィードバックを得ることで，健康維持に対するモチベーションが生まれる．

１．１ タニタの取り組み
われわれは前述の取り組みを行う子会社として，低カロリーだけでなく満足できる食事を提供する「タニタ食堂」，短時間で行えるサーキットトレーニングフィットネスジムの「フィッツミー」，健康機器で測定したデータを管理しダイエット支援を行う「タニタ ヘルスリンク」を立ち上げた．

－50－

１．２ 「タニタ ヘルスリンク」の取り組み
２００７年に子会社としてタニタ ヘルスリンクを設立し，ネットワークを用いた健康管理サービスをスタートした．
現在は大きく分けて２つのサービスがある．一つは健康管理と健康維持支援を目的とした「からだカルテ」(Fig.1)，もう一つは他社サービスと連携を目的とした「ヘルスプラネット」(Fig.2)である．

Fig.1 からだカルテ

Fig.2 ヘルスプラネット－51－

「からだカルテ」
・「ヘルスプラネット」共に，専用の通信機能付き健康機器を使用することで，ユーザーは手書きで測定結果を書き留めておくなど面倒なことをせずに，PC 経由，専用レシーバ経由，
モバイル端末経由でサーバに測定結果を送信することが可能である．
また送信された測定結果はグラフにまとめられ，トレンドを簡単に把握できる．歩数計のデータはユーザーごとに集計され，世界の名所をバーチャルに散策する「歩数イベント」(Fig.3)に反映される．
「歩数イベント」では全参加者・年代ごと等で順位が表示され，モチベーションの向上に役立つ．

Fig.3 歩数イベント

さらに送信された測定結果をもとにダイエット・健康管理支援を専門家より受けることができる(Fig.4)．このサービスでは専門家が「生活習慣診断」，「目標設定」，「プランの実施」，「成果分析」とステップを踏みながらお客様と二人三脚でダイエット支援を行う．

Fig.4 からだカルテサービス

また「ヘルスプラネット」(Fig.5)を経由することで，タニタ提供以外のサービス（たとえば，ルナ
ルナやジョグノートなど）に自身の測定結果を転送することが可能である．

－52－

Fig.5 ヘルスプラネット 他サービス連携

２．通信機能付き健康機器について
世の中には様々な通信メディアが存在するが，それぞれが一長一短であり，どのメディアを測定器に搭載するかは重要なポイントとなる．

２．１ 通信メディアに求めるスペック
われわれが通信メディアを選択する際の条件を以下に挙げる．
（１）安価であること（２）低消費電力であること（３）低リソースでも利用可能であること（４）高速通信であること（５）簡便であること（６）通信距離が長いこと－53－

（７）通信先が数多く存在すること（１）～（３）は商品価格的に，また，（４）～（７）はユーザビリティの観点から重要視される項目である．以下にわれわれが商品に現在採用している通信メディアを紹介していく．

２．２ 赤外通信
主に価格を重視した製品に搭載される．携帯電話や PC などに搭載されている IrDA ではなく，テレ
ビリモコン方式である．
「通信速度が遅い」
・「ある程度の位置合わせが必要」などのデメリットがあるが，「低価格である」・「法的な縛りが少ない」などのメリットが存在する．

２．３ 特定小電力通信
主にユーザーインターフェイスを考慮する製品に搭載される．
「通信距離が長い」
・「使い方容易」な
どのメリットがあるが，「国内しか使用できない」
・「通信相手も自前で用意する必要がある」などのデメリットがある．
前記のようなデメリットがあるが，すべてを自社で賄うため『簡単な設定のみで，測定するだけで自動的に測定結果をサーバへ送信』など使用感の良いシステムを構築可能である．

２．４ Bluetooth（ブルートゥース）
・「利用に関する認証」を行っている通信メディア
Bluetooth SIG と呼ばれる団体が，「規格の策定」
である．数多くの機器が Bluetooth に対応しており，携帯電話やスマートフォンに搭載されていることはご存知であろう．
健康機器が Bluetooth に対応することで，携帯電話やスマートフォンの高解像度表示画面を利用することが可能となり，健康機器単体では不可能なリッチな表示が可能となる．

２．５ FeliCa（フェリカ）
FeliCa は「おサイフケータイ」や「Edy」・「Suica」などの電子マネーカードに搭載されている通信メディアである．『機器同士を接触させるだけ』という容易さが特徴である．
リーダライタ側，カード側と非対称な構成だが，健康機器をカード側にするのは技術・コスト障壁が比較的低い．
ただしその使い方故，体重・体組成計などの床置き機器では，使用感の面で他メディアに劣る部分も
ある．

－54－

２．６ ANT（アント）ガーミン社傘下の”Dynastream Innovations Inc.”が開発した通信メディアである．フィットネス
関係が強く，ANT+（アントプラス）と呼ばれる通信互換性を担保したプロトコルが定義されている．
日本国内ではあまりメジャーではないが，消費電力が非常に小さく，プロトコルもシンプルなため海外では対応機器が各種発売されている．

３． 今後の展開
最後に今後搭載されるであろう通信メディアと，今後の課題について述べる

３．１無線 LAN
無線 LAN は PC やスマートフォンなどに利用されており，近年普及著しい通信メディアである．無線
LAN の一番の特徴は，搭載機器が直接インターネット上のサーバと通信できることである．
これにより途中に PC やスマートフォンを介することなく測定結果を送信できる．したがって，シス
テムの構成が非常にシンプルになる．
ただしデメリットとして，「高価」
・「高消費電力」・「初期設定が複雑」などがあるが，初期設定など
は WPS(Wi-Fi Protected Setup)と呼ばれる簡単な方法が存在し，今後に大きな期待ができる．

３．２ NFC
NFC は既存の超近距離通信をまとめた規格であり，前記の FeliCa も NFC の中に含まれる．したがって特徴は FeliCa と同様である．ようやく各種規格が整いつつあり，今後対応機器が普及することが見込まれる．

３．３ Bluetooth Low Energy(ブルートゥース ロー エナジー)
前記の Bluetooth の新しい通信規格である．Bluetooth の問題であった高消費電力を見直し，バッテリを利用した機器でも採用可能になるよう設計された通信メディアである．
現在，多数のプロファイルを策定中である．

３．４ 通信機能付き健康機器の課題
やはり一番最初に挙げられるのが『価格』の問題であろう．お客様が最初に直面する壁が導入コストの問題だからである．Bluetooth Low Energy などはこの問題を解決できると期待している．
次には『使いやすさ』の問題である．特にの初期設定の面倒くささが問題となる．通信相手に機器を登録するペアリングと呼ばれる作業はどの通信メディアでも必要であるが，一般のお客様には敷居が－55－

高いことが多く重要な課題としてあげられる．
上記を解決する手段として健康機器に NFC と無線 LAN を搭載し，『初期設定は NFC』・『測定結果は無線 LAN』を用いるハンドオーバーと呼ばれる手法も存在する．
最後に『通信機能が付いたことによるメリットの見せ方』である．
「PC やスマートフォン上でグラフが見られますよ！」程度ではお客様は納得してもらえない．やはり結果として成果が出ることを期待される．もちろんこれは機器単体では不可能で，サービスとの連携が必要不可欠である．

－56－

第２部

質疑応答

質問１

スリープスキャンは，レム睡眠，ノンレム睡眠の違いを判定しているのか？

回答１

レム睡眠，ノンレム睡眠といったカテゴリー分けはしていないが，浅い眠り，深い眠りを複数段階で判断している．

質問２

スリープスキャンの測定指標は何ですか？

回答２

センサーマットで測定された信号を呼吸，脈拍と体動に分けている．スリープスキャンの正当性の確認は，病院で使われている睡眠ポリグラフと呼ばれる機器を使う．睡眠ポリグラフ
は心電，脳波，鼻と口の呼吸，眼球運動，体動センサなどの信号をから総合的に診断する．
スリープスキャンは睡眠ポリグラフとの間に６割程度の相関がある．家庭用としては６割の相関があれば充分との評価を頂いている．

質問３

タニタ食堂のコンテンツと機器をどうつなげる計画はあるか？

回答３

測定，運動，摂取は健康に重要．サービスとしては，この３つをお客様にわかりやすく提供
できるサービスは考えている．

質問４

メタボが下火とのことだが，今後健康市場は脅迫概念から自主性にまかされていくのか？

回答４

私も知りたい．ダイエット，健康維持はかなりのモチベーションがなければできない．最終
的には，強迫観念ではなく，ユーザーの自己判断を後押しするようなことをタニタとしてはやっていかなくてはならないと思う．

質問５

健康機器の測定精度は？

回答５ 例えば，インピーダンス，体重，年齢を元にした弊社の脂肪計と，脂肪量を測定可能な専用機との相関係数は０．９位である．また，加速度センサを用いた弊社の活動量計は，ヒューマンカロリーメーターとの相関関係は０．８位である．
商品開発の期間は２～３年．その半分はエビデンスの期間．信頼性を担保するには必要．大学との共同研究もある．研究成果は，学会で発表している．

質問６

健康機器で取得したデータのユーザーの保存方法は？

回答６

用途に合わせてローカル（例えばＳＤカード）とネットワークの両方のデータ保存方法があ
る．

－57－

質問７

これまで，健康の新しい指標をお客様に広めていくどのような活動を行ってきたか？

回答７

体脂肪計の場合は，当時体脂肪率をマスコミが非常にとりあげてくれたため広がった．
また，睡眠の場合は，得られた数字を，睡眠点数のようなわかりやすい形にしてお客様に提供するようにしている．

質問８

ブルートゥース・ローエナジーを搭載した健康機器はあるか？

回答８

海外では５～６機種かはでていると思う．国内ではまだない．

質問９

最近のスマホには歩数計が入っている．危機感や差別化はあるか？

回答９

確かに歩数計は，スマホにも入ってきている．活動量計は，正しい計測のために胸ポケットに入れて使うことを推奨している．いずれもスマホに比べてサイズや重力が小さく常時持ち歩くにはスマホより長けている．

－58－

マイクロメカトロニクス(日本時計学会誌)Vol.56,No.207

見学会報告

独立行政法人 理化学研究所
渡邊

和光研究所

真

シチズン時計株式会社

見学先：

独立行政法人 理化学研究所〒351-0198

日時：「仁科加速器センター」「大森素形材工学研究室」

埼玉県和光市広沢 2-1

2012 年 6 月 1 日（金曜日） 13:30～16:10

スケジュール：
13:30～14:00

：

展示事務棟

14:30～15:10：

大森素形材工学研究室

15:30～16:10：

仁科加速器センター

参加者数：

AV ホール 理化学研究所概要説明
見学「RIBF サイクロペディア」

見学

17 名

本年も日本時計学会見学会が上記の要領で開催された。
理化学研究所は、1917 年(大正 6 年)に設立された物理、化学、生物、工学など様々な分野を研究す
る総合研究機関である。さらに今回見学した「仁科加速センター」は珍しく都心に非常に近い場所にある加速器施設である。
理化学研究所は、自身で開発した技術の事業化にも積極的で、さまざまな生産会社を設立している。
(株)リコー、協和発酵工業(株)、(株)リケンなどは理化学研究所由来の会社である。また敷地に隣接して米軍の通信施設がある。
見学会は、まず展示事務棟で理化学研究所の概要や歴史などの説明を受け、同施設内にある展示ホールにて昔に使用していた測定器や研究成果を見学した。説明によると外国人研究者も多く受け入れており現在は 1/4 ほどは外国人研究者とのことである。
その後、大森素形材工学研究室を訪問し、ELID 研削の加工装置を見せて頂いた。ELID 研削法は電界を印加しながらダイヤモンド砥粒で研削することで nm オーダーの研削が容易に行えるというものである。自動車のエンジンのシリンダー内壁や天体観測用のレンズなどの研磨の実績があるとのこと。また光ファイバーの先端程度の極小面積の研磨も行った実績がある。従来の装置に電界を印加する電極などの取り付けを行えば容易に ELID 研削を行えるとのことで多くの企業に技術を提供してい－59－

るとのこと。

次に仁科加速器センターを見学した。当初の予定では加速器本体を実際に見学できるとのことだったが緊急の検証実験があるとのことで実験室には入れず、建物のロビーにある展示ルームで施設の説明を受けた。最初のサイクロトロンは仁科博士により 1937 年頃に作製され、その後に作製された 210
トンサイズのサイクロトロンは戦後 GHQ によって東京湾に沈められたことなど興味深い話を聞くことが出来た。
施設内にある最大の加速器は東京タワーの約 2 倍の重量の 8300 トン。装置は一旦止めると実験に使用できる RI ビームを取り出すのに約１週間かかるとのこと。加速器は日立製作所製であった。加速器は４つあり最終的に光速の 70％程度まで加速している。特にウランイオンのような重い元素を加速するのは難しく世界でも珍しい施設とのこと。生成した RI ビームをさまざまな原子核に当てることで中性子の過剰な原子核などを生成することができ、原子核物理や元素合成の研究が行われている。
さらに RI ビームを植物に当てて突然変異を起こさせて品種改良の研究も行われている。これまでに新しい色の花や吟醸用の酵母などを作製している。また施設の紹介ビデオは 3D 映像になっていて大変に良く出来ていた。

本見学会では、日本でもかなり古くから有る研究機関の施設や歴史を見ることができ、参加メンバーからも多数の質問があり、盛況のうちに見学会は無事終了した。個人的には加速器を実際に見てみたかったのでその点は残念であった。
最後に、この場をお借りして、今回の見学会をアレンジして頂いた日塔様、ご説明頂いた大森様、磯部様に感謝申し上げます。

付記

理化学研究所は、和光、筑波、横浜、神戸にあるそれぞれの研究所で毎年一般公開されている。

開催時期などの詳細は、公式ホームページを参照

http://www.riken.go.jp/index_j.html

以上

－60－

マイクロメカトロニクス(日本時計学会誌)Vol.56,No.207

解説
S.I.H.H／バーゼルワールドに見る時計の潮流＋α
広田雅将

皆さんこんにちは．時計ジャーナリストの広田と申します．クロノス日本版という時計専門誌で主筆をやっております．たくさん記事を書くから主筆というだけで，内実はフリーライターですね．いろいろ書いている関係上，時計はいろいろ見てます．スイスで行われている二つの見本市，SIHH とバーゼルワールドにも，一応毎年参加してます．今回はスイスで行われている時計の見本市，1 月はSIHH，3 月はバーゼルワールドですね．この情報と「＋α」についてお話ししたいと思います．
1．時計業界を分かつ 3 つのグループについて
まずは 1 月に開催される SIHH について．主催するのはリシュモン グループです．A.ランゲ&ゾーネ，ジャガールクルト，IWC，パネライ，カルティエ，ボーム＆メルシエ，ダンヒル，ピアジェ，
ヴァシュロン・コンスタンタン，ロジェ・デュブイ，ラルフ ローレンといったメーカーを擁しています．
長らくリシュモンは，サプライヤーから部品を買ってきて組み立てるというエタブリスールでした．
いわば企画屋さんだったわけですね．しかし最近は，自前で工場を持つようになりました．ムーブメ
ントメーカーにはヴァル・フルリエ，ケースメーカーにはドンツェ・ボーム，そして文字盤会社には
スターン・クリエーション．各社は時計を企画したら，こういった社内の企業を使って時計を作るようになったわけです．エタブリスールから，マニュファクチュールへと変貌を遂げたわけですね．
ではなぜこうなったのか．理由は，ライバルのスウォッチ グループが，部品の供給を削減，あるいは停止したからなんです．3 月に開催されるバーゼルワールド．この主催者のひとつがスウォッチグ
ループです．ブレゲ，ブランパン，ジャケ・ドロー，グラスヒュッテ・オリジナル，オメガ，ロンジン，ラドー，ティソ，ハミルトン，スウォッチ，フォリフォリ，CK ウォッチといったブランドを擁しています．
ただしスウォッチが強いのは，傘下に優れたサプライヤーを擁しているからですね．エボーシュメ
ーカーとしては，ETA，フレデリック・ピゲ（現ブランパン），そしてヌーヴェル・レマニア（現ブレゲ）．ヒゲゼンマイや脱進機の供給元として知られる，ニヴァロックス・ファーもグループに所属しています．
長年スウォッチは，こういったサプライヤーの部品を，ほかのグループに供給してきました．しかしまずはエボーシュの供給を削減．最近では，ヒゲゼンマイや脱進機の供給も削減，あるいは停止す
るようになりました．結果，スウォッチのライバル各社は大変困った状況に追い込まれました．逆に－61－

いうと，日本のメーカーにとっては大きなチャンスかもしれませんね．
実際スイスの時計関係者から，日本のメーカーは部品の供給をするつもりはないのか，とは聞かれることはあります．今年シチズンさんがスイスにあるラ・ジュー・ペレを買いましたね．また SII さんは，タグ・ホイヤーといい関係にある．スイスに部品供給をすればいいんじゃないでしょうか．
ともあれスウォッチ グループというのは，肝心の部品を握ることで，スイスの時計業界を今もって支配しているわけです．
リシュモンとスウォッチに並ぶ大グループを挙げるなら，LVMH グループでしょう．モエ・ヘネシ
ー・ルイ・ヴィトンですね．名前の通り，もともとはお酒屋さんとカバン屋さんが連合したブランド・
コングロマリットです．ファッションメーカーが中心ですが，最近は時計にも力を入れるようになりました．傘下にあるのは，ブルガリ，ルイ・ヴィトン，ウブロ，タグ・ホイヤー，ゼニス，そしてショーメなどですね．
もともと LVMH というのは生産設備を持ちたがらない，身軽になりたいグループでした．リシュ
モン以上にエタブリスールだった，といえるでしょう．ルイ・ヴィトンなどを例にとっても，イギリスにあったヌメ革工場を売り飛ばしてしまったぐらいですね．ファッションならそれが通じたし，
LVMH は時計でもそのやり方を続けてきた．でもスウォッチが部品の供給を渋るようになると，たちまち時計が作れなくなったわけです．
そこで LVMH は，あわててサプライヤーを買収し始めた．今傘下にあるのは，ゼンマイなどを作るジェネラル・リソール，ケースメーカーのアルテキャドなどですね．またブルガリを買収したことで，ダニエル・ロートとジェラルド・ジェンタの複雑時計工房を加えました．また時計の世界で痛い思いをしたからでしょうか，今 LVMH は時計以外の分野でも，猛烈にサプライヤーを買収しています．例えばルイ・ヴィトン．イギリスの革工場を売り払った同社は，最近ベルギーに革なめし工場を新設したそうです．生産設備を手放したことを，後悔しているのかもしれません．急速な勢いでノウハウを蓄積しているのが，今の今 LVMH といえるでしょう．
今家電の世界では，ファブレスが流行っていますね．サムスンとかアップルとかね．でも，時計の世界は，はるか昔からファブレスでした．時代に先んじていた，と思います．しかしここ 10 年で，時計業界はファブレスから垂直統合に回帰しつつある．もちろん部品供給という問題はあったでしょう．しかしそれ以上に，自前で生産設備を持たない限り，質を向上させられない，という危機感を各グループが持ったことが大きいかもしれません．ファブレスだと，やっぱり質を上げにくいんですね．
ともあれ，リシュモン，スウォッチ，そして LVMH．こういったグループが，だいたいスイスの時
計産業を左右しています．こういうグループの時計は，もちろん 1 月の SIHH，3 月のバーゼルワー
ルドで見ることができます．
2．2012 年のトレンドは何か？

－62－

ではこういった状況の中で，時計業界のトレンドはどう変わってきたのかをお話ししたいと思います．大体トレンドは 6 つあると思います．まずは 3 つ，挙げますね．
2．1．長く使えるデザイン
2．2．長く使える質感
2．3．アイデンティティーへの回帰
です．
2．1．長く使えるデザイン
長く使えるデザインとは，簡単にいうと復古調，サイズの縮小です．リーマンショック以前，各時
計メーカーは，3 年から 5 年使えればいいと考えて時計を作っていました．でもリーマンショックの後は，10 年，あるいは 20 年もつような時計を作ろう，と方向転換しました．長く使える時計．結果，時計のデザインはオーソドックスになりますよね．また長く使えるデザインの一因には，中国市場の動向もあります．
クロノス中国版の編集長は，クロノス日本版の編集長にこう語ったそうですね．
「中国での時計需要の 3 割は贈り物である」と．中国の専門誌編集長が話したことですから，まず間違いないでしょう．
贈り物，言い換えると賄賂です．でも相手に贈り物をする場合，相手の嗜好なんて分かりませんよね．
だから買うときは，無難なデザインに落ち着くわけです．私たちなどは，中国人は派手で目立つ時計を買うのだろう，と思ってしまいます．しかし実際は逆なんですね．
こういう話もあります．中国のような新興市場にとって，時計というのはまだまだ高価です．だか
ら時計を買うときは，オーソドックスな物を選ぶわけです．確かに 1 本しか持てないなら，「冒険」
は出来ないでしょう．逆に日本のような成熟市場では，皆さんすでにいろんな時計をお持ちだから，変わったデザインでも売れる．日本ではオーソドッ
クスな時計が，中国では派手な時計が売れると考える人は多いようですが，新興市場，成熟市場という視点で見ると，真逆なんですね．
ではどういうデザインが，長く使えるデザインなのか．眼鏡のフレームに例えてみましょうか（左図）．
フレームが太いと，カジュアルでスポーティーに見える．対して細いと，フォーマルでドレッシーに見えますよね．フレームを時計のベゼル，インデック－63－

ス，針に置き換えてみてください．かつて，時計メーカーはこういった要素を太くしようとしました．
でもリーマンショック以降は細身に，です．
好例がブルガリの「ディアゴノ

カリブロ 303」

でしょうか（右図）．この時計，初出は 2008 年です．2011 年にモデルチェンジされました．新旧を比較すると，ケースサイズは同じです．ただしベゼルが細身になり，文字盤の開口部が大きくなりました．旧型は 30.5mm，新型は 32mm と 1.5mm
大きくなった．昨年発表のモデルですが，最近のデザイントレンドを体現したような時計ですね．
今年のモデルを例に挙げても，シャネルの「J12」などは，同じようなコンセプトでモデルチェンジ
しています．やはりベゼルは細くなっていますね．
2．2．長く使える質感
続いては，長く使える質感ですね．具体的にいうと，ケースの表面を剥く＋チリ合わせの統一です．かつて，日本の時計メーカーは，外装の分野において，スイスの時計メーカーに大きなアドバンテージを持っていました．でもここ数年，それは失われつつありますね．大きな理由は，iPhone の出現でしょう．iPhone（左図）というのは大変良くできたプロダクトですね．
これはステンレス製のミドルケースを，アクリル製の蓋でカバーしている．部品同士の隙間はほとんどありません．チリ合わせがすごく精密なわけですね．確かに iPhone のケースは，加工しやすいステンレスです．削りにくいステンレスではありません．ただし消費者にとっては，素材が何であるかは関係ないんですね．iPhone の質感に馴れた消費者が時計を見たとしましょう．500 ドルで買える iPhone より，時計の質感の方が低かったら，誰も手に取らないでしょう？
かつてシチズンの社長さんは「時計のライバルはハンドバッグである」と仰いました．でも僕は，今や腕時計のライバルは iPhone だと思っています．事実，スイスメーカーのデザイナーたちは，皆さんそう認識しているようですね．コンペティターは，同価格帯の時計ではなくて，それよりもはる
かに安い iPhone．あの質感で 500 ドル．だとしたら時計はもっと良くないと，消費者は納得しない－64－

ということを，スイス人はとてもよく分かっている．だから彼らは，必死で質感を上げようとしている．これは iPhone に価格帯の近い，日本の時計メーカーにとっても深刻な問題になるじゃないでしょうか．
こういった iPhone 以降の時計の例には，グッチの「G タイムレス」があります（右図）．これ
はすごく良くできた時計ですね．確か定価は 8 万4000 円．スイス製の時計ですが，ケースとブレス
レットは中国製です．
皆さんならお分かりでしょうが，大変作りやすい形をしていますね．でもケースと弓管の噛み合わせを見てください．ほとんど隙間がないでしょう．チリ合わせがすごく厳密なんです．日本メー
カーの皆さんは，ケースと弓管の隙間を詰めるのが難しいと仰る．でも，中国のサプライヤーはここまで実現してしまっているわけですね．しかも値段は 8 万ちょっとです．この価格帯の日本の時計で，弓管とケースの間がここまで詰まっている物はないでしょう．
ケースサイドを見てみましょう（左図）．やっぱり作りやすい形をしていますね．いかにもプレスで打
ち抜きやすそうですね．でもね，プレスで抜いてバレルで磨いただけでは，これほどの質感は出せなかったでしょう．ケース全体に筋目を施して，表面をきちんと剥くことで，時計に高級感を与えているわけです．
iPhone 以降の流れをいうと，時計のケースはポリッシュからサテンに変わりつつあるように思います．もちろん深いサテンを入れると仕上げをごまかせるのが一因です．あるでしょうが，表面を剥いた方が，精緻な印象を与えるのも事実です．ともあれグッチの G タイムレスは，iPhone 以降に出現した，新しい外装を持つ時計の好例といえそうです．
もうひとつ，質感の高い時計を挙げてみましょう．それが今年発表された，アルピナのダイ
バーですね（右図）．価格は 14 万円．日本製の時計と被る価格帯ですね．黒い文字盤は，ラップ研磨
したラッカーです．ラップ研磨とは，文字盤に塗装を吹き付けて，それをラップフィルムで磨く手法－65－

を指します．表面を磨くので，文字盤はツヤツ
ヤになりますね．
かつてこの手法は大量生産か，少量生産にしか向かない手法でした．得意としていたのは，
ロレックスとセイコーでしょうか．ほかのメー
カーは，やりたくてもできなかった．ちなみに
市場では，ロレックスのスポーツモデル，しかも黒文字盤が人気ですね．なぜ人気があるかというと，一因はラップ研磨の文字盤でしょう．
オニキスのようなツヤを持つ黒文字盤は，なるほど高級に見えますね．
しかし数年前に，スウォッチグループがラップ研磨の文字盤を作る体制を整えました．ロレックス
がうらやましかったんでしょうね．最近のオメガには，ラップ研磨の文字盤が採用され，今ではロンジンなども使うようになりました．以降，様々なメーカーが，ラップ研磨の文字盤を作るようになったわけです．
ちなみに今年のアルピナ，文字盤を作っているのは中国のサプライヤーです．オメガがラップ研磨の文字盤を作るようになってわずか数年で，中国のサプライヤーが作るようになったわけです．皆さん，高級な時計の仕上げは私たちには関係ない，とお思いかもしれません．でも今や，わずか数年で，こういった手法は，十数万円のエントリークラスに落ちてくるようになったわけです．決して無視はできないですよ．
またこの時計のブレスレット付きモデルは，エクステンションバックルを備えています．一昨年デビューしたロレックスの「サブマリーナ」も，やはりエクステンション付きのバックルを付けていました．それがわずか数年で，十数万の時計も採用するようになったわけです．ラップ研磨の黒文字盤にまったく同じですね．
ハイエンドな時計の仕上げや構造が，わずか数年で，エントリークラスに落ちてくる時代になった
わけです．スイスの時計の外装が，急激に良くなるはずだし，日本の時計メーカーのアドバンテージ
が，わずか数年で失われたはずですよね．
もうひとつ外装の例を挙げると，ブルガリの新しい「オクト」でしょうか（左図）．この時計，ケー
スは 110 もの面を持っています．このケースを作るために，
ブルガリは新しい工作機械を入れました．
レコマチック社製の，MR500 という機械（右図）です．5 軸の CNC で，完全に自動制御でケースを削ってしまいます．加工している間，人は一切タッチしないそうです．

－66－

ちなみに日本の時計メーカーはプレスが，スイスの時計メーカーは切削が得意ですね．正し
くいうと，今のスイスにプレスの技術はほとん
どありません．じゃあだからダメなのかというと，むしろ逆なんです．スイス人は，得意とする切削の技術を伸ばすことで，時計の形状を年々複雑にしてきました．
大量生産には向きませんが，形は立体的になりますよね．また切削すると，表面をフラットにしやすい．ブルガリというのは鍛造でケースを作ってきた会社ですが，一転してオクトでは切削に挑戦した．大きな転換とも言えますが，今のスイスを象徴する転換，でもありましょう．
こういったアプローチは，パネライも同様です（右図）．長年パネライは，ほとんど鍛造だけでケースを作ってきました．でも昨年のモデルあたりから，鍛造に切削を併用するようになってきた．このモデルを例に挙げると，スチールのブランクを 9 回鍛造して，ケースの大まかな形を出していきます．今までは鍛造だけでほとんど形を作っていた．でも最近は，大まかな形を作り，切削で最終形を出すようになりました．確か
5 軸の CNC にかけて，35 分間かけて削っていくのかな？パネライのケースは，以前に比べてはるかに立体的な形状を持つようになりました．
今までのような鍛造だと，こういった稜線を出しにくいですね．日本の時計メーカーは
精密なプレスが得意なので，切削を使わずとも，これぐらいは出せるかもしれません．ス
イスでは難しかったけど，切削を併用することで，磨いても残るぐらいの稜線を出せるようになったんですね．
2．2． 補足

個別のモデルに見る，2012 年のトレンド－67－

さて個別のモデルを見ていこうと思います（左図）．まずはオメガとジャガー・ルクルト．
この両者は，ムーブメントはいいけど，外装はもう一息，というメーカーの代名詞でした．でも最近は外装の質感がぐっと上がりましたね．
左は「スピードマスター」の復刻モデルです．
1962 年モデルを忠実に再現した物ですね．先ほど復古調，サイズの縮小とお話ししましたが，このモデルはまさにそうです．
右はジャガー・ルクルトの「リザーヴ・ド・
マルシェ」．今までのモデルの焼き直しですが，
やはり今風のリファインが施されている．面白いのはベゼルの処理ですね．幅を 1mm 絞ることで，時計を小さくし，また意匠をフォーマルに仕立てています．また文字盤も，ドーム状のボンベですね．
アンティークではないですが，アンティーク風の意匠を取り入れているのが分かります．
またケースや文字盤の質感も大きく上がっています．再三お話ししているように，こういった時計の試みは，数年後には間違いなく，エントリークラスに落ちてくると思いますよ．
続いては IWC の「マーク XVII」です（右図）．
このモデルは，定番中の定番ですね．ただしサイズは 39mm から 42mm に拡大されました．では以前のモデルと何が違うのかというと，ブレスレットです．バックルには 1mm 単位のエクステン
ションがつきました．些細な違いですが，実用性は大きく高まりました．
ブレスレットに関して言うと，スイスのメーカ
ーはどれもよくできていますね．特に高価なモデ
ルは，左右のガタが非常に小さい．日本のメーカ
ーのブレスレットもよくできていますが，3 万円の時計のブレスレットも，50 万円の時計のブレス
レットも，左右のガタは基本的に同じですね．毛
をはさまないように，という配慮なのでしょうが，3 万円の時計と同じ感触では，高級感はないでしょう．
また日本の時計の場合は，どんなに時計が重くても，ブレスレットのガタを詰めませんね．時計－68－

が重くなったなら，ブレスレットのガタは詰めるべきでしょう．そのほうが装着感は改善されますし，
重い時計に相応しい質感が得られるはずです．話は脱線しましたが，IWC のブレスレットは，大変に良くできていますね．時計の重量に比してブレスレットが適度に重いため，装着感にも優れています．
復古調でいうと，オーデマ ピゲの「ロイヤル オーク」が代表例でしょうか（左図）．ステンレスで180 万とかするんですが，でも完成度は高いですね．続いてはロンジン（右図）．このモデルは金無垢なので高価ですが，ステンレスケースなら，30万円台で買えます．文字盤はラップ研磨したラッカーですね．おそらくケースは中国製でしょうが，磨きはかなり良好です．ムーブメントにも，ETAが改造したエボーシュがのっています．驚くほど競争力の高い時計，と言えるでしょう．
もうひとつ挙げると，パテック フィリップの「カラトラバ Ref.5123」（下図）でしょうか．非常にシンプルな時計ですね．1950 年代の時計を復刻したモデルだそうですが，ちゃんと今風になっている．違いは何かというと，文字盤の仕上げですね．かつて高級時計の文字盤といえば，ツヤありが標準だった．でもこのモデルの文字盤は，ツヤ消しなんですね．
ツヤ消しの文字盤というと，高級感がないと思いがちでしょう．でもパテックは上手いんです．
下地処理までは，ツヤありの文字盤と同じ．しかし最後に吹くラッカーをツヤ消しにして，文字盤
をマットにしている．たぶんですが，吹き付ける
際にわざと距離をとることで，表面を少し荒らしていますね．パッと見ツヤありに見えるんですが，角度によってはツヤ消しになります．高級感と視認性を両立した，上手い手法だと僕は思っています．
なおこの手法は，もともとパテック フィリップの文字盤メーカーである，フルッキガー社が始めた－69－

ものでした．しかし今では，ブライトリングやホイヤーが模倣するようになりました．ということは，
今後エントリークラスの時計も，この手法を真似するようになるでしょうね．
2．3．アイデンティティーへの回帰
もうひとつ挙げると，アイデンティティーへの回帰です．つまり，ウチの売りは何なのか，を考えて時計を作るようになったということです．当たり前かもしれませんが，ここ数年で，時計メーカーのラインナップは大きく整理されましたね．
さてここまで，長く使えるデザイン，長く使える質感，アイデンティティーへの回帰をお話ししました．続いては残り三つです．ワールドタイマーの流行，マット（ツヤ消し）のブーム，そして高級なミリタリーへの試みですね．
2．4．ワールドタイマーの流行
2．5．マット（ツヤ消し）のブーム
2．6．高級なミリタリーへの試み
2．4．ワールドタイマーの流行
ワールドタイマーが流行した理由は，これがプチコンプリケーションとして妥当だから，です．つまり普通の 3 針時計と，コンプリケーションの間に置くには，ちょうどいい価格帯なんですね．でも別の理由もあるんです．昨年だったかな，一昨年だったかな，スイスの高級時計協会が，ある本を出しました．高級時計協会というのは，リシュモン グループ傘下の組織，ですね．
書名を“Time to Change”といいます．これは時計のマーケティングだけに特化した本でして，どういう層がどんな時計を買うのかとか，どんな宣伝がどんな層に合うのか，ということが延々と書かれています．新興市場と成熟市場の違い，といっ
たことも書かれていますね．スイスの時計メーカ
ーで，マネージャークラスの人間であれば，皆さん読んでいる本です．少なくともリシュモングル
ープのマネージャーは，間違いなく読んでいるでしょう．僕は時計メーカーの人間ではありません
が，一応読みました．これは日本の時計メーカーの皆さんにも，必読の本だと思っています．
余談はさておき，ワールドタイマーが増えた一因
は， 間違いなく この本にあ ります．“Time toChange”を読みますと「時計の購買層には国際人が少なからずいる」と定義されています．国際人－70－

が，一つのジャンルとして区分されている．あくまで僕の私見ですが，“Time to Change”によるカテゴライズ以降，各メーカーは真剣にワールドタイマーを作るようになったんじゃないか，と思っています．でなければ，ここ数年でワールドタイマーが増えた理由を，十分に説明できません．好例は，ブライトリングの「トランスオーシャン・クロノグラフ・ユニタイム」（左図）でしょうか．
2．5．マット（ツヤ消し）のブーム
続いてはマット仕上げ，つまりツヤなしのブームです．先ほどお話しした通り，パテック フィリップの手法は，高級感と視認性を両立させる，非常に優れたやりかたでした．この手法のおかげかは分
かりませんが，各メーカーは，文字盤をツヤ消しにするようになってきました．以前との違いは，ツヤ消しなのに高級感がある点ですね．最近の時計でいえば，ブライトリングの「クロノマット 01」などが好例でしょう．真正面から見るとツヤありに見える．でも横から見ると，ツヤ無しなんですね．
2．6．

高級なミリタリーへの試み

視認性と高級感を両立した，ツヤ消し文字盤．その手法が普及した結果，各メーカーはどうなったのか．ミリタリー風時計に可能性を見いだすようになったわけです．そもそも視認性と高級感というのは，相反する要素ですね？視認性を高めたければ，ツヤを殺せばいい．でも高級感はなくなってしまう．
対して高級感が欲しければ，文字盤にツヤを与えればいい．でも視認性は損なわれますね．高級感と視認性を両立させる手法が普及して以降，各メーカーは，高級感のあるミリタリー風時計を作るよ
うになりました．このジャンルは，今後間違いなく伸びるでしょう．そして言うまでもなく，エント
リークラスにまで落ちてくるはずです．
＋α

日本メーカーの新作について

さてここまで，今年のトレンド 6 つをお話ししました．ここからは，＋αをお話ししましょう．
日本の時計に関して，です．ただ日本の時計も，
やはりトレンドはキャッチアップしていますね．
まずはシチズン「アテッサ」の 25 周年モデル（左図）．電波ソーラーだけど，なんと文字盤はマット仕上げでした．電波ソーラーというのは光を通すため，そもそも文字盤の質感を出しにくい．ただシチズンのエクシードなどはすごく良くなってきて，今やいわれない限りは，ソーラーとは分からないでしょうね．

－71－

でシチズンは，今年ツヤ消し文字盤にチャレンジした．ツヤを殺すと受光能力はかなり落ちるはずですが，でも挑戦してみた．パッと見，電波ソーラーの文字盤には見えませんね．これには驚かされました．ちなみに外装も良くできてますが，弓管とケースの間隔はまだ過大ですね．価格を考えれば，
ブレスレットのガタも，もうちょっと詰めていいんじゃないでしょうか．
続いては，カシオのプロトレック「マナスル」（右図）．よく文字盤と針のクリアランスを詰めたな，というのが正直な感想です．大体日本のメー
カーは，文字盤と針のクリアランスを取りすぎる
んです．理由はおそらく，針が薄くて簡単にしなるためでしょう．でも隙間が空きすぎると，斜めから見た場合カッコわるいですね．
ところが新しいマナスルは，間隔をきっちり詰めてきた．ケースの厚さは 14mm でしたっけ？薄くするために，相当努力されたことが分かります．
またこの時計は，針が太いですね．トルクのないクォーツで，よくこれだけ太い針を回したなと思います．もっとも太くした分，薄くは作っているんでしょうが，少なくとも太いインデックスにはマッチして見える．
針に関して言うと，日本のメーカーはトルクのマージンを取り過ぎなんです．だから針が総じて短い．また共用部品を使うから，針の長さがますますおかしいことになる．過剰なまでにマージンを取っているんだから，もうちょっと基準を緩めたらいいんじゃないかと思っているのですが，どうでしょう．例えば一般モデルの基準と，高級モデルの基準を分けるだけで，高級な時計のデザインの幅は，ぐっと広がるんじゃないでしょうか．
確かに問題が何かあったら，という気持ちは分かります．でも，一般モデルと高級モデルは，そも
そも売れる数が違いますね．だから同じ基準を当てはめるのはどうかな，とも思うのです．そろそろ，価格なりに応じて，基準を変えてもいいんじゃないでしょうか．スイスのメーカーは，その点かなり
柔軟ですよ．針と文字盤のクリアランスもべったべたに詰めているし，トルクのマージンも過剰には取っていない．だからデザインに幅を持たせられる．
そしてもうひとつが，「グランドセイコー」のスペシャルです（左図）．日本の高級品は，総じて光らせすぎなんです．見返しも光る，針も光る，インデックスも光る，文字盤も光る．一昔前のグランドセイコーがそうですね．一見高級に見えますが，光りすぎる時計は飽きが来る．初心者には向くでしょうが，長く使うには不適だと思ってます．

－72－

ところがこのモデルは，文字盤をツヤ消しにしてきた．見返しやインデックスはダイヤカットのポリッシュでしょう．ツヤ消しの地に映えて，視認性はすごくいいですね．しかもツヤ消しなのに質感も高い．日本の高級時計らしからぬ新しい試
みとして，僕は高く評価しています．
＋α日本メーカーの未来は？

で，じゃあ今後日本の時計メーカーはどうなるのか．どういう方向を目指したらいいのか，最後にこれだけは伝えたいと思います．四つあります．
1：機能の時代の終わり
2：時計は装身具へ
3：物ではなくストーリー
4：高級品で海外に出るしかないです．スマートフォン，具体的には iPhone の出現によって，多機能だけど使い勝手が良い，というのが当たり前の時代になってきています．かつては多機能＝使いづらいでしたし，消費者もそれを認めていた．でも iPhone 以降，そういった考えはまったく通用しなくなった．もし皆さんが多機能な時計を作るなら，今まで以上に使い勝手が決定的な要素になる，と感じています．
続いては，時計は装身具に変わったということですね．機能が欲しければスマートフォンがあるわ
けです．だから時計はいっそう装身具にならざるを得ない．しかし装身具になっても，ライバルはや
はりスマートフォンなわけです．iPhone の質感に馴れてしまった消費者を，時計メーカーは納得させられるかどうか．これは非常に深刻な課題だと思っています．特に高級時計の場合，なおさらでしょう．弓管とケースの隙間が空いた時計だと，消費者は納得しない時代になったわけですね．
そして物なり機能を売る時代は終わったということですね．ストーリーに載せていくしかない．乱
暴な言い方ですが，消費者を感動させたら勝ちなんです．スイスの時計メーカーは，その点上手いですね．技術がなくても，別の呼び名を与えたり，開発責任者を引っ張り出してきて，ストーリーにしてしまうわけです．こういう努力は，日本の時計メーカーに足りないように感じています．技術はあるんだから，あとはマーケティングですよね．
そして最後は，高級品で海外に出るしかない，です．今日本の時計メーカーは，電波ソーラーが強みですね．でも間違いなく，これはコモディティー化します．コモディティー化すると，かつてのク－73－ォーツと同じで，稼ぐことは難しくなる．中国のメーカーが電波ソーラーとかやり始めると，日本のメーカーは危ないんじゃないでしょうかね．
事実，中国のサプライヤーはものすごく力を付けてきている．今やスイスのメーカーは怖がって，あまり仕事を出したがらないようですね．下手に依頼したら，偽物の質が上がってしまいますからね．
それぐらい力を付けてきている．今のところ，彼らはスイスや日本の下請けをしたり，あるいは偽物を作っている．もし優れた起業家が出てきて，政府の後押しなんかがあれば，たちまち大時計メーカ
ーができあがるでしょう．3 年から 5 年後に，そうなるかもしれない．家電と同じですね．
じゃあ日本のメーカーはどうするのか．高級品を売っていくしかないんじゃないでしょうか．確かに不慣れな分野だし，あえて日本のメーカーがやる必要はないかもしれません．でもやらないと，未来は先細りしていくんじゃないでしょうか．特に中国が台頭して，電波ソーラーがコモディティー化
したら，先はないように感じています．だったら，まだ体力のある今のうちにやるしかない．
ちなみに日本の時計とスイスの時計の違いを述べたいと思います．日本の時計は，それぞれのディテールはいいんですね．でも，つなぐ部分が弱い．対してスイスの時計は，個々のディテールはそん
なに良くないんです．でも，部品同士をきちんとつないでいるから，時計としてまとまりがある．な
ぜまとまるかというと，プロダクトマネージャークラスの連中が，時計をきっちり見ているからなんですね．
具体的にいうと，ケースと弓管の間は詰まっているし，高い時計のブレスレットのガタも小さい．
日本の時計みたいに，3 万円と 50 万円の時計のブレスレットの感触が同じ，ということにはならない
んですね．スイス人はつなぐのが上手いですね．ここをきっちりできたら，日本の時計も高級品として打って出られる，と思っています．
というわけで，講演は終わりです．ご静聴ありがとうございました．

－74－

マ イ ク ロメカ ト ロ ニクス(日本時計学会誌)Vol.56,No.207

解 説「時計技術解説」クオーツ時計――Ⅱ．水晶発振器と電子回路 ――
長 尾 昭 一 *１．はじめに前号の「クオーツ時計概論」に続き，クオーツ時計を理解するための入門編として，2 回に亘りクオーツ腕時計のしくみを紹介します．今回は，時間精度の源である水晶発振器とそれを制御する
電子回路について，次号では時刻表示針を動かすモーターと指針表示について紹介します．
前号で掲載したものですが，Fig.1 はクオーツ腕時計のムーブメントを時計の裏蓋から見た写真，
Fig.2 は各ブロックの関連を示したものです．今回は，両図に示される回路ブロックが持つ機能と動作の説明になります。回路ブロックには水晶振動子と MOS-IC が実装され，電池と接続されることで，ステップモーターの駆動信号を 1 秒ずつ正確に出力する役目を果たしています．
輪列

巻真

電池位置
回路ブロック
電子回路部

水晶振動子
電池
MOS-IC
ステップモーター

機械駆動部

輪列
指針

回路ブロックステップモーター

水晶振動子
MOS-IC

Fig.1 クオーツ腕時計のメーブメント

Fig.2 クオーツ腕時計の構成

2. 水晶振動子に使用される水晶は，SiO2 の単結晶で，特定の方向から圧力を加えると電圧を発生し，逆に電圧を加えるとひずみが生じるという圧電効果（ピエゾ効果）を持っています．従って，水晶が機械的に振動すると，その動きに同期した電気信号を発生し，その電気信号に合わせて電力を供給すると水晶は振動を継続することになります．水晶以外にも圧電効果を持つ材料はありますが，水晶は単結晶で物理的，化学的に安定しているので正確な振動を得ることができ，時間標準源に適しています．
* セイコーエプソン(株)－75－大きな水晶の結晶を薄い板状にスライスし，それを所定形状にカットして振動子を作りますが，水晶にはFig.3 のような結晶軸があります．この軸に対してどの方向から振動子を取り出すかよって，振動状態や温度特性が変わってきます．クオーツ腕時計で多く使用されている振動周波数 32,768Hz の水晶振動子は，Z軸にほぼ直交する面で結晶をスライスし，そこに音叉型の振動子を形成しています．

Fig.3 水晶の結晶軸3. 水晶振動子
Fig.4 は筒型の水晶振動子の説明図です．他形状もありますが，クオーツ腕時計が登場してから現在まで最も多く使用されている形状です．
音叉型に切り出され表面に電極を設けられた振動子は，
リード端子に導通をとりながら固定され，筒状のケースに真空封入されています．
クオーツ腕時計が登場する以前の水晶振動子は，小さいものでも長さが約 50mm だったので，クオーツ腕
リード端子
振動子

時計用に直径 4.3mm×長さ 18.5mm の水晶振動子が新たに開発されました．この水晶振動子が，1969 年に発売された最初のクオーツ腕時計に搭載されました．

ケース

その後さらに改良され，現在は直径 1.2~2.0mm×長さ
4.6~6.0mm まで小型化されています．振動周波数が高いほど振動子が小さくなり小型化に有利ですが，逆にFig.4 水晶振動子

振動周波数が高いほど消費電力が増大するので，両方のバランスをとった 32,768Hz が主流となりました．

4. 水晶発振器
水晶振動子を継続的に振動させ，水晶振動子から安定した基準信号を得るには，水晶振動子を電気制御する水晶発振回路と，電力を供給する電源が必要になります．Fig.5 は水晶発振回路の一例
で，水晶振動子以外の素子は IC で構成されています．ここで重要な役割をするのが発振インバー
タになりますので，インバータの動作について説明します．
MOS-IC は，P チャンネルと N チャンネルという 2 種類のトランジスタの組み合わせで動作しま
すが，これを Fig.6 のように直結したものがインバータです．トランジスタには，ゲート（Ｇ），ドレイン（Ｄ），ソース（Ｓ）という端子が あり，図の P チャンネルトランジスタは，ゲート（Ｇ）－76－

にマイナス電位の信号が入力されたときだけドレイン（Ｄ）～ソース（Ｓ）間が接続し，N チャン
ネルトランジスタは，ゲート（Ｇ）にプラス電位の信号が入力されたときだけドレイン（Ｄ）～ソース（Ｓ）間が接続するという逆の特性を持っています．
帰還抵抗＋

発振インバータS

P チャンネル
トランジスタ

G
入力端子

A

B

D

ドレイン
抵抗

出力端子

D

水晶振動子

G
S
ドレイン
容量

ゲート
容量

N チャンネル
トランジスタ－Fig.5 水晶発振回路

Fig.6 インバータ

Fig.7 はインバータの作動を説明する説明図で，ドレイン（Ｄ）～ソース（Ｓ）間の接続を便宜
的にスイッチで表現しています．
（ａ）のように入力端子にプラス電位の信号が入ると，N チャン
ネル側のスイッチが ON するので出力端子にはマイナス電位の信号が出力されます．逆に，（ｂ）のようにマイナス電位の信号が入ると，P チャンネル側のスイッチが ON しプラス電位の信号が出力されます．また，出力信号はスイッチ ON の間所定の電圧が加わるので，入力信号が弱くてもそれを増幅して出力できます。
＋＋＋＋
P チャンネル
トランジスタP チャンネル
トランジスタ

出力端子

＋

＋
入力端子

入力端子

－
N チャンネル
トランジスタ

－

出力端子

－
－

－
－

（a）

（b）
Fig.7 インバータの作動－77－

N チャンネル
トランジスタ次に Fig.5 に沿って，インバータを用いた発振回路の作動を説明します．回路に発生する電気的なノイズや，外部からのわずかなショックで水晶が少し動き始め，水晶振動子の A 端にマイナスの信号が発生したとします．その信号が発振インバータに入ると，電位が反転するとともに所定の電圧に増幅されたプラスの信号となり，水晶振動子の B 端に入力されます．これは，今水晶が動いている方向の変形を増幅させるように働きます．変形した水晶がばね力で復元し逆方向に変形を始めると，今度は A 端にプラスの信号が発生し，発振インバータを通り B 端に増幅されたマイナスの信号が入力されます．この場合も水晶の変形を増幅させるように働きます．公園などにあるブランコに例えるなら，ブランコがどっちの方向に振れているかを素早く検知し，タイミング良く振れている方向に押したり引いたりして振りを大きくしているのに似ています．このように，電源と水晶発振回路でエネルギーをタイミング良く水晶振動子に与えて，水晶振動子を継続的に振動させることが，水晶発振器の役割となります．
5. 分周回路と駆動回路
水晶発振回路によって 32,768Hz の信号が得られますが，その波形形状は回路に容量や抵抗成分があることで，きれいな矩形形状ではありません．それを，波形整形回路で整えた後，モーター駆動に必要な 1Hz の信号に変換するのが，分周回路の役割です．周波数の変換は，デジタル的に周波数を 1/2 に分割する 1/2 分周を繰り返すのが一般的で，Fig.8 のように 32,768Hz から 1/2 分周を 15回行うと 1Hz の信号が得られます．分周回路は，前述の発振回路と同じように，P チャンネルと N
チャンネルのトランジスタをいくつも組み合わせて構成されますが，具体的な説明は省略します．
また，ここでは 1Hz を最終的な信号として説明しましたが，時計の仕様によってはさらに長い周期が必要になります．例えば，秒針の無い 2 針時計で 1 秒より長い間隔でモーター駆動するような場
合です．このように，分周回路によって，モーターの駆動信号を出力する正確なタイミングが決められます．
32,768Hz
16,384Hz
8,192Hz
4,096Hz
2,048Hz

1Hz
1sec

Fig.8 分周波形

－78－

ステップモーターを駆動するには，モーターに適した駆動波形を成形し出力する必要があります
が，その役割をするのが駆動回路です．クオーツ腕時計の秒針は，ピッ・ピッと 1 秒間隔で間欠的に動きますが，動いている時間は 1/100 秒程度で残りは止まったままの状態です．従って駆動信号
も，1/100 秒程度の僅かな時間だけモーターにエネルギーを供給する波形であり，これまでと同じようにいくつものトランジスタの組み合わせで成形しています．この駆動信号をモーターへ供給するわけですが，この部分はこれまでと異なってきます．モーターは針やカレンダー機構を動かす力を発生させるので，これまでよりはるかに多くの電流を供給する必要があるからです．それはトランジスタが流せる電流量に関係してきます． 他のトランジスタは，数マイクロアンペアの電流を流せる能力で良いのですが，モーター駆動に関しては数ミリアンペアの電流を流す能力が必要になります．クオーツ腕時計の平均消費電流が 1 マイクロアンペア以下であっても，短時間で駆動するモーターへは，瞬間的に 1 ミリアンペアを越える電流が流れています．多くの電流を流すには，トランジスタを大きくする必要があり，IC サイズにも影響を与えています．
6. おわりに「水晶を時間標準源とした電池で動く正確な時計」というのが，クオーツ時計に対する一般的な理解ではないかと思いますが，どうやって動くのかを説明できる人はごく僅かでしょう．そして，
目に見えない電子回路の挙動についての説明は，さらに限られてくると思います．実際の制御は，より複雑で奥深いものだと思いますが，水晶を振動させモーター駆動信号を出力するまでの間に，電子回路がどんな仕事をしているか概略イメージするための，入門編として紹介させていただきま
した．

参考文献
小口 昭，水晶腕時計の現状と展望，日本時計学会誌 No.83（1977 年）
吉田裕彦，時計用振動子の現状と展望，日本時計学会誌 No.83（1977 年）
蚊野利雄，西村巌彦，時計用 IC の現状と展望，日本時計学会誌 No.83（1977 年）－79－マイクロメカトロニクス(日本時計学会誌)Vol.56,No.207

製品紹介「Eco-Drive RING」
斎藤明洋
シチズン時計株式会社

1.

「エコ・ドライブ」について「エコ・ドライブ」とは、シチズンが世界に先駆けて開発した技術で、光を電気エネルギーに変換して駆動する時計のしくみのことをいいます。この光発電駆動技術は、光が当たることで電気を発生させるソーラーセルと、電気エネルギーを蓄える二次電池を用いて実現しています。(Fig.1)
エコ・ドライブの機能には、３つの価値が挙げられます。
ａ）社会的価値
無限にある「光」で発電する地球にやさしい「クリーンエネルギー」の商品です。
ｂ）経済的価値
定期的な電池交換不要の時計なので、電池交換の手間やコストを省きます。
ｃ）心理的価値Fig.1

止まることなく正確に時を刻み続けるので、「安心感」を提供します。

2.

「エコ・ドライブ」の新しい価値

エコ・ドライブは、開発当初のソーラセルがむき出しで短時間駆動の状態から、ムーブメント・文字板などの技術向上により、ソーラセルが見えない、長時間駆動で止まらない時計となり、「エコ・ドライブだけども、それと分からない普通の時計」まで発達してきました。(Fig.2)

Fig.2

－84－

ただ、これは機能的な価値は高いが、デザイン上では｢エコ・ドライブ｣は目に見えない、まるで「縁の下の力持ち」のような存在でした。
そこで、エコ・ドライブのアイデンティティーを目に見える形で表現し、「エコ・ドライブらしい／エコ・ドライブでなければできない機能とデザインを融合させた価値を創造できないのか？」というさらに高い課題が浮かびあがってきました。
その１つの答えが今回紹介する「Eco-Drive RING」にあります。

3.

商品の特徴

「Eco-Drive RING」の最も大きな特徴は、文字板上面からの光を取り込んで発電する従来の光発電時計の常識を覆し、ケース外周部から光を取り込む方式を採用したことです。(Fig.3)
しかし、ただ単に光の取り込み方法を変更しただけではなく、「エコ・ドライブの本質を可視化する」をコンセプ
トとして、技術的なポイントである側面から見られることを意識したデザイン要素を多く盛り込んでおります。

Fig.3■ケースサイドからの彩光（ガラス窓外装）
モダン建築をモチーフとしたデザインで、ケース側面に配置されたリング状のソーラーセルを、コインエッジ
風の装飾で覆い、５枚のシリンドルサファイアガラスで包み込む構造です。今まではケースの中に隠されてきた受光構造を、デザイン要素のひとつとして取り入れました。(Fig.4)
また、裏蓋と一体となったラグも側面から光を取り込みやすくするために創り出された、必然から生まれた造形で、くりぬかれたラグの内側まで丁寧に磨かれています。(Fig.5)

Fig.4

Fig.5

－85－

■立体アラビアインデックス（２，４，８，１０時位置）時を示すインデックスは、上から見るとスティック状であるものが、側面から眺めると、立体的なアラビア数
字が姿を現します。(Fig.6)

Fig.6
■美錠
ケース、文字板同様にサイドビューを意識したデザインを採用。サイドから窓を開けた中空形状で、このモデルの世界観をより一層際立たせています。(Fig.7)■新しいムーブフェイズ(月齢)表現

Fig.7

月と地球の位置関係、光や影がもたらす月の形の変化を視覚化したデザインです。(Fig.8)
ディスクタイプの針には月を覆う影が描かれ、これが月をカバーすることで月の満ち欠けの形状を表現しています。クリアパーツの外周に表記された数字は月齢を表し、ディスクの丸い穴部分で数字を指し示しています。(Fig.9)

Fig.8

Fig.9

－86－

■クロコダイルバンド
本モデルのために、クロコダイルの原皮から染め上げたパールコーテン
グ入りのブルーグレー色の厚仕立てのストラップに、極太のステッチを施し、ケースにも負けない重厚感をもたせました。(Fig.10)
Fig.10■多層文字板金属とクリアパーツの組みあわせによる立体感と透明感を併せもった
美しい仕上がりとなっています。(Fig.11)

4.

発売情報

Fig.11「Eco-Drive RING」は 2009 年の BASEL WORLD にて発表したコンセプトモデルをベースに量産化したモデ
ルです。
発売は、2012 年 2 月 8 日、世界限定２５０本、国内小売価格 399,000 円です。

5.

プロモーション展開

この発売に合せて、2 月 10 日発売の『Casa BRUTUS』の綴じ込み付録として「Real Scale Magazine」を発行しました。「Eco-Drive RING」から連想される「光」・「リング」をテーマにした映像・デザインなどの話を盛り込みながら、商品の紹介を行っています。(Fig,12)

Fig.12
また、『Casa BRUTUS』との連動企画による高感度インテリアショップ（５店舗）での期間限定展示・販売を実施し、デザイン価値と話題喚起を狙いました。

－87－

6.

反響と効果

①店頭告知や『Casa BRUTUS』との連動企画により国内市場では店頭に並ぶ状態がないまま、ほぼ完売状
態となりました。
②新たな媒体・流通への進出により、いままでシチズンを意識/触れていない層へも発信することができました。
③シチズンの高い技術力、デザイン力、開発力のアピールを実現でき、高い宣伝効果が得られ、ブランド価値の向上に大きく貢献しました。

7.

製品情報 (Fig.13)

ケース： ステンレススチール
防水：

５気圧防水

直径：

φ44.4mm

厚み：15.8mm

ガラス： 両球面サファイア (内面無反射コート付き)
バンド： クロコダイル
機能：

光発電「エコ・ドライブ」 （フル充電６ヶ月）
ムーブフェイズ(６Ｈ部)
日付表示（１２Ｈ部)

8.

Fig.13

まとめ「クリストロン・ソーラセル」は、1976 年にシチズン時計より発売された世界初のアナロ
グ式太陽光発電時計です。（Fig.14）
当時、技術的な制約があったこともありますが、光発電駆動であることをアピールするために、あえてソーラーセルをむき出しにしています。
それは光発電駆動時計の黎明期のシンボル的デザインでした。
「Eco-Drive RING」は、世界初のアナログ式太陽光発電時計の発売から 36 年の時を経て、機能をデザインで可視化するという原点に回帰したといえます。

Fig.14

しかも、単に光の取り込み方法を変更しただけではなく、機能とデザインが高次元で融合し、時計らしい上品さをまとったエコ・ドライブの新しいシンボルになりました。

－88－マイクロメカトロニクス(日本時計学会誌)Vol.56,No.207

製品紹介

製 品 紹 介
見やすい新レイアウトのフェイスデザインを採用

ワールドタイムの使い勝手を向上させた“OCEANUS MANTA”
高い機能性と優れた操作性を両立する「Smart Access」搭載
カシオ計算機株式会社

OCW-S2400
カシオ計算機は、ソーラー電波ウオッチ“OCEANUS（オシアナス）”の新製品として、スリムなスタイルと上質感を追求したプレミアムライン“OCEANUS MANTA（オシアナスマンタ）”より、ワールドタイムの使い勝手を向上させた『OCW-S2400』を 9 月 30 日より随時発売します。
“OCEANUS”は、「Elegance, Technology」をコンセプトにしたフルメタルのソーラー電波ウオッチです。革新的な技術が生み出す機能性の高さと洗練された優美なデザインが、好評を博しています。

－89－

『OCW-S2400』は、見やすさを追求した新レイアウトのフェイスと、高い機能性と優れた操作性を両立する「Smart Access（スマートアクセス）」の採用により、ワールドタイムの使い勝手を大幅に向上させました。デュアルタイム表示ではホームタイムとワールドタイム両方を同時に確認できるよう、ワールドタイムのインダイア
ルを 12 時間表示とし、りゅうず横の 3 時側に大きく配しています。さらに、りゅうずの操作でホームタイムとローカルタイムの都市設定ができるほか、ホームタイム・ローカルタイムの入れ替えをボタンのワンプッシュで簡単に行えます。また、使用頻度を考慮し、モード/デイト表示、24 時間表示といったそれぞれのインダイア
ルの大きさや位置を効率的にレイアウトしました。
文字板はブラックをベースに、陽の光を受けた大海原を表現した透明感のあるブルーをインダイアル部分や
都市コードリングに配しました。風防には両面無反射コーティングサファイアガラスを採用したほか、滑らかな鏡面に仕上げるザラツ研磨を施したバンドやケースなど、細部にいたるまで上質感にこだわっています。
今回、白蝶貝を用いた文字板に、都市コードリングのピンクゴールドが際立つ上品で華やかな印象の『OCW-S2400PG』も用意。両モデルともに、洗練された大人の男性にふさわしいモデルに仕上げています。

【主な仕様】
防水性：１０気圧防水

電波受信方法：自動受信（最大 6 回／1 日、中国のみ最大５回／1 日）、手動受信
JJY（日本）；40kHz（福島局）/60kHz（九州局）、BPC（中国）；68.5kHz
WWVB（アメリカ）；60kHz、MSF（イギリス）；60kHz、DCF77（ドイツ）；77.5kHz機

能：ストップウオッチ（1/20 秒計測、120 分計、オートスタート機能）
ワールドタイム （世界 29 都市＋UTC、サマータイム自動設定機能、ホームタイム/ワール
ドタイム入替機能）
その他の機能フルオートカレンダー（日付・曜日表示）、針位置自動補正機能
バッテリー充電警告機能

使用電源：タフソーラー（ソーラー充電システム）

連続駆動時間：パワーセービング状態※で約 27 ヶ月（フル充電時）※暗所で一定時間が経過すると節電します。
大きさ： 47.6×42.6×11.7mm

重 さ： 約 89g－90－

【ラインアップ】
機種名

文字板

メーカー希望小売価格（税込）

発売日

OCW-S2400

ブラック

150,000 円（税込 157,500 円）

9 月 30 日

OCW-S2400PG

白蝶貝

155,000 円（税込 162,750 円）

10 月 27 日

詳細は、右記ホームページをご覧ください。 http://www.casio.co.jp/release/－91－

マイクロメカトロニクス(日本時計学会誌)Vol.56,No.207

製品紹介

機械式クロック
佐藤雄基
セイコークロック株式会社

1. はじめに
セイコークロック株式会社(本社 : 東京都江東区

代表取締役社長:久良木博史)は、クロックの最高級ブランド〈デコールセイコー)から“Japanese Modern”をコンセプトにした高品位の置時計 2 機種を、
2011 年 7 月に全国で発売いたしました。
今回の製品は、創業以来 130 年間に積み重ねてきた技術力の結集と今後の新たな飛躍の意志を込め、ムーブメント自体を「和の精神」でデザインした造形美が最大の特長です。

AZ227S

AZ229S－92－

●スケルトン機械式ムーブメントそのものがデザイン
ムーブメント本体で「和の精神」をデザイン、それぞれ日本文化や歴史の象徴ともいえる「サムライ」と「侘び」をキーコンセプトにしました。ムーブメントの製造および完成品組立を、日本国内で行っています。

◇AZ227S
デザインコンセプト「サムライ＝思考の時」
侍が陣地で威厳を保ちながら、策を練り、采配の決断を思考している姿を表現。パワーリザーブは軍配を、香箱の彫りの文
様は甲冑を、また後部の地板は影武者をそれぞれイメージしています。

◇AZ229S
デザインコンセプト「侘び＝緊張の時」
戦国時代に流行した文化の「茶道」に欠かせない要素である「茶室」をモチーフに、ムーブメントが浮いているかのような横配列で茶室の狭い空間でのもてなしや密談などの張りつめた
緊張感を表現しました。背面地板には枯山水を彷彿させる水の流れ、庭園の風景をイメージしています。

●高精度ムーブメント
摩擦が少なく安定した角度で噛み合うことで精度や耐久性に有利な歯車を開発、ゼンマイには定出力が得られる定荷重ばねを採用することで 30 日(1 ヶ月)巻きと日差±2 秒以内(*1)という高性能を実現しています。ゼンマイの残量を表示するパワー
リザーブも搭載しました。
＊1. 気温 10°C〜30°C で使用した場合の精度－93－

●製品仕様品番：AZ227S

希望小売価格：税込 2,467,500 円（本体 2,350,000 円）

サイズ：265×238×139mm（縦×横×奥行き）
置き台 21×290×210mm（縦×横×奥行き）

重量：本体 約 5.1kg、置き台 950g

材質

：ムーブメント－黄銅、ステンレス

ケース－黄銅、アルミ、ガラス、(正面のみ白板無反射加工カットガラス)

台－木（MDF）、黒色ウレタン塗装、研磨光沢仕上げ

機械体：30 日巻き機械式（16 石）、パワーリザーブつき

精度：日差±2 秒以内（気温 10℃～30℃で使用した場合）

品番：AZ229S

希望小売価格：税込 2,310,000 円（本体 2,200,000 円）

サイズ：224×217×103mm（縦×横×奥行き）
置き台 21×270×170mm（縦×横×奥行き）

重量：本体 約 4.3kg、置き台 710g

材質

：ムーブメント－黄銅、ステンレス

ケース－黄銅、アルミ、ガラス、(正面のみ白板無反射加工カットガラス)

台－木（MDF）、黒色ウレタン塗装、研磨光沢仕上げ

機械体：30 日巻き機械式（16 石）、パワーリザーブつき

精度：日差±2 秒以内（気温 10℃～30℃で使用した場合）－94－

マイクロメカトロニクス(日本時計学会誌)Vol.56,No.207

製品紹介

Brooks Brothers in BASELWORLD 2012
伊壺

和俊

セイコーインスツル株式会社

ウオッチデザイン部

バーゼル市で開催される欧州最大の時計・宝飾の国際時計見本市 BASELWORLD．今年も 45 ヶ国から，1800 社以上の出展社数を持って盛大に開催された．入場者数は 2007 年より 10 万人越えを続けている．「Brooks Brothers」のデビューとともにフェアの傾向を振り返る．

１．BASELWORLD 2012 のトレンド
ここ数年トレンドは本質を追求する「Classic」に回帰していた．
2012 年もその潮流は変わらず引き続き「Classic 傾向」．
PATEK PHILIPPE は 1950
年代から続いているミュージア
ム・ピース「カラトラバ」に手巻き新 Cal：5123 を搭載．
CORUM もコレクション「アドミラルズカップ」をトレンドに合わせ若干小さくし
て展開．

－95－

Classic トレンドの象徴として「ローマダイアル」が増加．
各ブランド独自のあしらいで
ローマ数字を表現．
ダイアルカラーとしては「彩度を落としたブルー」にも注目したい．

ジュネーブの伝統工芸：エナメル．複雑で希少で洗練された仕上げが出来るアトリエでは注文に追いつかないようだ．
「こうした技術を継承，存続させるべくジュネーブ市は一刻も早く学校を作れ」と言う声も聞かれている．

一方テクノロジーを誇示する素材や表面処理として，セラミックとブラック PVD（黒 IP）を用いた展開が多かった．
先駆者 RADO はプラズマ処理
により，明るい白や金属には無い
金色のハイテクセラミックを開発．
OMEGA はセラミックにゴールドを象嵌するセラゴールド．
（＊）ＰＶＤ：金属の表面処理技術のひ
とつ．英語で physical vapor deposition の頭文字を取った略称．物理蒸着などの訳語があてられる．従来のめっきや塗装より耐久性に優れ，切削器具，半導体素子などのコーティングのほか，腕時計のケースなどの硬化処理や装飾用にしばしば使われている．

－96－

２．SII の独自ブランド「Brooks Brothers」
8 月 10 日に発売された「Brooks Brothers」．
Classic であり，ファッショナブル．
実に Trendy なデビューを飾り，時計
は「ファッション」であることが Baselで発信できた SII の独自ブランド．

1818 年創業．200 年近い歴史を持つ「クラシック・エレガンス」を体現するブランド．

ＢＢのファーストコレクションから「ラグジュアリー・コレクション」
Cal：NE78 搭載 / 自動巻クロノ/ デュアルカーブサファイアガラス/ 100m 防水．
メカクロノ搭載で「厚み」が出る課題
をどのように魅力的に処理するかを考察．ケースサイドに張りを持たせメカらしい量感のあるケースデザインにまとめた．
ブレスレットの装着感やラグのステッチ面，りゅうずなど，細部にも高級品らしいあしらいを施す．

ダイアルには伝統的な「オーロラパターン」にトレンドである「ローマインデックス」をあしらった．

－97－

ラッピング仕上げで質感も演出．
デュアルカーブサファイアガラスによって視認性も高めた．

裏蓋はシースルーケースバック．
回転錘には「Brooks Brothers」の刻印入り．
２ref の投入．
税抜２５万円「コアコレクション・ラウンド」
Cal：NE35 搭載 / 自動巻き
/ ボックス型ハードレックスガラス/ 50m 防水．
普遍的な時計の価値観とBrooks Brothers のクラシックな世界観との融合．
ベゼルとケース，裏蓋までの立体的な調和，シンプルなラグの表現を考察．
12h「ゴールデンフリース」を引き立てる明快なダイアルデザイン．

裏蓋に伝統ある「Brooks Brothers NEW YORK」の刻印入り．
４ref の投入．
SS MB：税抜６万円．
SS LB：税抜５万円．

－98－

「コアコレクション・レクタンギュラー 」
Cal：NE35 搭載 / 自動巻き/ カーブハードレックス/

50m 防水

普遍的な時計の価値観と Brooks
Brothers のクラシックな世界観との融合．クラシックを代表する「トノー」
見切りの考察．Brooks Brothers の角型としてコレクションに華を添える．
トノーのコーナーとバンド幅，3-9hの平面曲線とラグのポジションを「完結」させたケースデザイン．

裏蓋に伝統ある「Brooks Brothers NEW YORK」の刻印入り．
同じく４ref の投入．
SS MB：税抜６万円．
PGP LB：５万５千円．

「クラシック」を今日的に解釈したモダンな「BLACK FLEECE」
トム・ブラウンを招聘して２００７
年にデビュー．
クラシックなアメリカンスタイルに「よりファッショナブル」な方向性を加えた革新的なブランド．

－99－

「ブラックフリース・コレクション」
Cal：NE35 搭載 / 自動巻き
/ デュアルカーブサファイアガラス/ 100m 防水
ブラックフリースのためのスタディー．
クラシックでありながらモダン・・．
現代的な「エッジを利かせた」
デザインがテーマ．

ブラックフリースの「ブランド・タグ」を忠実に再現した繊細な型打ちケースバック．
レザーバンドや 12h 略字のトリコロール使いで，ファッション性をアピール．

3 ref の投入．全て税抜８万円．
「ブランド・タグ」をモチーフとした繊細な型打ちダイアルに，強いバー
インデックス．
12h トリコロール略字がオリジナリティーを演出する．

お問い合わせは SII ウオッチお客様相談室 TEL: 0120-181-671
営業時間: 9:00～12:00／13:00～17:00（月～金）(※ 祝祭日・年末年始・夏季休暇等は除く)

－100－

会

報
一般社団法人 日本時計学会 2012 年４月度 理事会議事（記録：竹中雅人

2012 年 5 月 2 日）

１．開催日時：2012 年 4 月 20 日（金）16:00-17:30
２．場所：中央大学理工学部（後楽園キャンパス）新２号館７階 2735 室
３．出席者：<理事>佐々木，中島，窪田，足立，久保田，楢林，増田，岩倉，竹中(以上 9 名)
<監事>勢〆，日野（以上 2 名）， 理事総数 14 名の過半数に付き理事会成立<運営委員>吉澤，渡辺，後藤，小池，今村，渡井（以上 6 名）
４．審議事項（１）出版編集関係(別紙資料配付：楢林理事説明)（２）企画委員会検討課題２－１）定款（「法人会員の正会員」の扱い等）について
２－２）編集校閲委員会の体制見直しについて（３）研究会報告（吉澤委員より報告）（４）青木賞表彰委員会（５）見学会（別紙資料配付：渡辺委員説明）（６）新入会員の承認（７）議事録名人選出（８）監事の交代について（９）次回理事会
・6 月 1 日（金）17:30-18:30 中央大学理工学部（後楽園キャンパス）新２号館７階 2735 室
５．報告事項等（１）会員の状況（４月 20 日承認後）（２）平成 24（2012）年 2 月度理事会議事録配付（３）その他
a) 第 10 回新機械振興賞の募集案内b) 時計学会理事運営委員の名刺作成－101－一般社団法人 日本時計学会 2012 年 6 月度 理事会議事（記録：竹中雅人

2012 年 6 月 12 日）

１．開催日時：2012 年 6 月 1 日（金）17:30-18:45
２．場所：中央大学理工学部 （後楽園キャンパス）新 2 号館 7 階 2735 号室

３．出席者：<理事> 佐々木,中島,吉村靖,足立,梅田,大隅,大谷,増田,楢林,岩倉,竹中(以上 11 名)
理事総数 14 名の過半数に付き理事会成立<運営委員> 土肥，後藤，小池，重城，今村(以上 5 名) <監事候補> 佐藤(以上 1 名)
４．審議事項（１）監事候補，新任運営委員について
a)監事候補の推薦
b)新任運営委員の推薦（２）出版編集関係(別紙資料配付：楢林理事説明)（３）企画委員会検討課題について
a)学術講演会について（４）2012 見学会報告（岩倉理事より報告）（５）青木賞について（６）新入会員の承認（７）議事録署名人選出（８）次回理事会開催日
2012 年 9 月 7 日（金）学術講演会と同日開催，中央大学後楽園キャンパス，青木賞授賞式実施
５．報告事項（１）会員数状況（2012 年 5 月 31 日現在 → 6 月 1 日承認後）（２）平成 24（2012）年 4 月度理事会議事録配付（３）その他a) 4 月度会員状況の訂正

一般社団法人 日本時計学会 2012 年 9 月度 理事会議事（記録：竹中雅人
１．開催日時：2012 年 9 月 7 日（金）12:40-13:30
２．場所：中央大学理工学部 （後楽園キャンパス）

5 号館

－102－

5236 号室

2012 年 9 月 21 日）

３．出席者：<理事> 佐々木,中島,吉村靖,窪田,足立,大隅,大谷,木村,増田,楢林,岩倉,竹中(以上 12 名)
理事総数 14 名の過半数に付き理事会成立<運営委員> 土肥,後藤,吉澤,渡辺,今村,小池,重城 (以上 7 名) <監事・監事候補> (0 名)
４．審議事項（１）出版編集関係(別紙資料配付：楢林理事説明)（２）企画委員会検討課題について
次回の学術講演会 特別講演の候補について（３）2012 年 見学会報告（別紙資料配布：渡辺委員報告）（４）第 46 回青木賞の選考（別紙資料配布：大谷理事説明）（５）2012 秋季研究会について（重城委員説明）
秋季研究会スケジュールを 2012 年 11 月 9 日（金）より 11 月 16 日（金）へ変更（６）新入会員の承認（７）議事録署名人選出（８）次回理事会開催日
2012 年 11 月 16 日（金） 秋季研究会後，中央大学後楽園キャンパス
５．報告事項（１）会員数状況（2012 年 9 月 6 日現在 → 9 月 7 日承認後）（２）平成 24（2012）年 6 月度理事会議事録配付（３）その他
以上

第 46回

青木賞表彰委員会報告

第 46 回青木賞選考は，
マイクロメカトロニクス Vol.54，No202-No.203 及び Vol.55，No.204-205に掲載された研究論文 8 編に対して行なわれた．選考は，選考委員による一次審査と表彰委員による二次審査との二段階で行なわれた．選考に先立ち，選考委員 8 名，表彰委員 5 名の選出を行なった．
一次審査は，各選考委員がそれぞれ与えられた 3 編の論文を査読し，その評価を集計し数値化した．二次審査は，表彰委員による第 1 回の表彰委員会を開催し，一次審査の結果を基に議論し，二次審査対象論文 3 編を決定した．
この 3 編の論文を，表彰委員 5 名全員が査読し，その評価を一次審査と同様に集計し数値化した．
この結果を基に，第 2 回表彰委員会を開催し議論した結果，最高点の評価を得た下記の論文を第46 回青木賞表彰論文として推薦することに決定した．この結果を，後日開催された日本時計学会－103－

理事運営委員会で報告し，下記の論文が第 46 回青木賞表彰論文に決定した．

第 46 回青木賞表彰論文：ナノインプリント技術を用いた微細光学素子の作成と液晶光学素子への応用，マイクロメカトロニクス，Vol.55，No.204，pp.8-14（2011）
執筆者：橋本信幸，齋藤友香，栗原誠

所属：シチズンホールディングス株式会社

推薦理由：独創性」，「有用性（貢献度）」，「困難性（努力度）」という３項目に関して評価が行わ
れ，各項目及び総合評価として，Ａ，Ｂ，Ｃの３段階で採点された．その結果，独創性に対して，表彰委員全員から A 評価を得ただけでなく，有用性，困難性という項目においても，高い評価を得た．
第 46 回青木賞の受賞式は，2012 年 9 月 7 日に開催された日本時計学会，マイクロメカトロニク
ス学術講演会会場で行なわれた．

（委員長

大谷，幹事

重城）

２０１２年度 マイクロメカトロニクス学術講演会
主催：一般社団法人

日本時計学会

協

賛：(一社)エレクトロニクス実装学会，(公社)応用物理学会， (公社)計測自動制御学会，(公社)精密工学会，(一社)電気学会，(一社)電子情報通信学会，(公社)日本磁気学会，(一社)日本機械学会，(公社)日本設計工学会，(一社)日本ロ

ボット学会

期

会

日：２０１２年９月７日（金）場：中央大学理工学部校舎

5 号館

学術講演会

１０：００～１５：００

製品紹介セッション

１５：２０～１６：３５

特別講演

１７：００～１８：００

懇親会

１８：２０～１９：５０

５２３３号室，５２３４号室（後楽園キャンパス）〒112-8551 東京都文京区春日 1-13-27
交通：東京メトロ丸の内線・南北線「後楽園」駅下車徒歩３分, 都営三田線・大江戸線「春日」駅下
車徒歩５分，JR 中央線（総武線直通各駅停車）「水道橋」駅下車徒歩１２分

参 加 費：学術講演会（製品紹介，特別講演含）：
正会員

1,000 円

非会員

2,000 円学生 1,000 円（いずれも予稿集代含）（会員は個人会員に限ります。協賛学会員は正会員価格です。
）
懇親会：

2,000 円－104－

マイクロメカトロニクス講演会
講演番号

時 間

プログラム

講 演 題 目

第１セッション(10:00～11:20)

A 室（５２３３号室） 司会 渡辺 滋（シチズン時計）
A-1． 10:00-10:20

CFRP 製スマートフォン用筐体の試作
東京高専

A-2． 10:20-10:40

南重心移動機構を備えたツインロータ式小型ヘリコプタの試作
東京高専

A-3． 10:40-11:00

木村○多羅尾進，及川峻尚

チタンの陽極酸化を用いた時計用回転錘の開発
セイコーインスツル

A-4． 11:00- 11:20○石蔵明子，新輪

レーザー共焦点顕微鏡用液晶収差補正素子の開発
シチズンホールディングス
北大B 室（５２３４号室）
B-1．

10:00- 10:20

司会

10:20- 10:40

増田純夫（横浜国大）

油圧式変位拡大機構を用いた位置決め装置の開発

10:40- 11:00

11:00- 11:20

拓也，堤

博貴

○阿部高明，野口智昭，土肥徹次

精密位置決め用複合板ばね機構について
東京高専

B-4．

○福山

歯型梁を用いた L 字型マイクロ接合機構
中央大学

B-3．

○田辺綾乃，横山正史，松本健志，栗原誠，橋本信幸

日比輝正，一本嶋佐理，根本知己

東京高専

B-2．

隆

○志村

穣，

小堀敏男

吉村靖夫

インチワーム式ピエゾステージの開発
東京高専

11:20-11:40○村井 優，堤休博貴

憩

第２セッション(11:40～12:40)

A 室 司会 木村 南（東京高専）
A-5． 11:40-12:00

ディジタル直交検波による電波時計受信回路におけるTADの非直線性に関する考察
横浜国立大学A-6． 12:00-12:20

デンソー

渡辺高元

標準電波の多重情報通信への拡張と TAD ディジタル直交検波の応用
横浜国立大学A-7． 12:20-12:40

平埜智也，○増田純夫，足立武彦○平埜智也，増田純夫，足立武彦

アナログトリプルセンサー電波ソーラーの開発
カシオ計算機

常葉輝久

－105－

デンソー

渡辺高元，寺澤智仁

B 室 司会 楢林達雄（東海大）
B-5． 11:40-12:00

ねじの適正締め付け力計測のためのフレキシブル 3 軸力センサの研究
中央大学

B-6． 12:00-12:20○伊豆自由，佐藤拓郎，土肥徹次

負荷機構を有する水晶子式力センサの基礎的研究
東京高専

B-7． 12:20-12:40○福山聖也，堤博貴

スクレーピング加工における加工力測定
東京高専○藤本舜太朗，堤博貴

12:40-13:35

休13:35-13:40

青 木 賞 授 賞 式

第３セッション(13:40～15:00)

A-11． 13:40-14:00

憩

司会 後藤義典（リズム時計）

Bluetooth4.0 搭載デジタル時計の開発
カシオ計算機A-12． 14:00-14:20

中川誠「エコ・ドライブ
シチズン時計

A-13． 14:20-14:40

リング」の開発菅野雄大

アクティブマトリクスＥＰＤウォッチの開発
セイコーエプソン

A-14． 14:40-15:00

○村山

哲朗，小越

剛，関

重彰

時計からからくり人形への技術の伝播
東芝科学館

15:00-15:20

河本

信雄

休

時計製品紹介セッション (15:20-16:35)

憩
司会 今村美由紀（セイコークロック）1.

15:20-15:35

セイコークロック（株）

佐藤

雄基

氏

2.

15:35-15:50

カシオ計算機（株）

末竹

敦子

氏

3.

15:50-16:05

セイコーインスツル（株）

伊壺

和俊

氏

4.

16:05-16:20

シチズン時計（株）

齋藤

明洋

氏

5.

16:20-16:35

セイコーウォッチ（株）

千田

淳司

氏

16:35-17:00

休

特別講演(17: 00-18:00)

17:00-18:00

憩

司会： 中島悦郎 （カシオ計算機）

2012 年 S.I.H.H とバーゼルワールド報告 講師

懇親会

18:20-19:50 理工学部５号館地下 1 階

生協食堂

－106－

クロノス

広田雅将

氏

講 演 募 集
日本時計学会では毎年 9 月に学術講演会を開催しております．会誌発行が年 2 回のため適切な時期に講演の会告ができず，これまでは小範囲の方だけにお知らせて募集してまいりました．今後は常時講演募集を致しますので，研究発表を希望される方は下記へお申し込みまたはお問い合わせください．
〒112-8551 東京都文京区春日 1-13-27 中央大学理工学部 精密機械工学科
Tel：03-3817-1824

Fax：03-3817-1820

大隅久

E-mail Address：osumi@mech.chuo-u.ac.jp

編集後記
４年前のリーマンショック以来、円高、東日本大震災、タイの洪水などがあり、欧米の回復もさして望めずさらに円高状態と日本企業の悩みは絶えません。また近隣国との関係にも不安を感じます。文化・経済には大きな影響がないことを願うばかりです。そんな折ノーベル賞のニュースはいつにもまして明るく感じました。東アジア勢発展の話題の多い
中、基礎研究分野での日本の頑張りを見ました。
９月の学術講演会では時計専門雑誌主筆者による「バーゼルワールド報告」の特別講演を開催しました。従来の学会誌での各社レポートとは異なった観点での貴重なご意見を拝聴いたしました。さて、日本時計学会では学会誌に「連載」ものを新たに設けるなどいろ
いろな企画を考えております。今後も多くの皆様からのご投稿、講演会発表のお申し込み、ご意見をお待ちしております。
（岩倉 良樹記）－107－

複写される方に本誌に掲載された著作物を複写したい方は，(社)日本複写権センターと包括複写許諾契約を締結されている企業の方でない限り，著作権者から複写権等の行使の委託を受けている次の団体から許諾を受けて下さい．
〒107-0052 東京都港区赤坂 9－6－41 乃木坂ビル
Tel：03－3475－5618

Fax：03－3475－5619(中法)学術著作権協会

E-mail：jaacc@mtd.biglobe.ne.jp

著作物の転載・翻訳のような複写以外の許諾は，直接本会へご連絡下さい．

日本時計学会誌「マイクロメカトロニクス」

印

刷

所

ニッセイエブロ株式会社

Vol.56, No. 207

2012 年 12 月 10 日 発行

Tel：03-5733-5151〒105-0004 東京都港区新橋 5－20－4

学会事務局

三浦 敦子
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