スマホ、５Ｇ（第５世代移動体通信）、ＩｏＴ（全てのモノをインターネットに繋ぐ）、自動運転、宇宙開発、といった最近注目されている多くのキーワード。
これらに共通して必須となる「部品」をご存知でしょうか？それは「水晶振動子（クオーツ）」です。
今回はこの「水晶振動子」について説明します。

高度な計算や電波による精密な通信を必要とする機器の場合、動作する周波数を厳密に「チューニング」する（合わせる）ことが必要となります。この「基準」となるのが水晶振動子なのです。

水晶振動子はもともと、ジャックとピエールのキュリー兄弟（ピエールは「キュリー夫人」で有名なマリー・キュリーの夫）らによって発明されたある現象（水晶に電圧を加えると変形する性質）とを基礎にしています。
水晶の小さな「かけら」に電極を付け、交流電圧をかけると非常に正確な周期で振動する（発振）電気出力が得られます。この振動は極めて正確なので、これを様々な基準として使用するのが水晶振動子の仕組みです。

この仕組みが最初に使われたのが、皆様もよくご存じの「クオーツ時計」ですね。
１９５０年代までは非常に大きかった水晶振動子を小型化し、腕時計サイズにまで組み込んだのが日本のセイコーです。この時計は非常に正確だったので、コストダウンが進んだ結果スイスの腕時計メーカーが軒並み衰退する（クオーツショック）という事態まで引き起こしました。

この水晶振動子、前述の通りありとあらゆる機器の中に組み込まれているため市場規模は年間３，２２０億円という大きなものですが、なんと世界における日本メーカーのシェアは５０％近いそうです（「2017年水晶デバイス世界シェア推定」日本水晶デバイス工業会　調査研究委員会）

ＩｏＴは「全てのものがインターネットに繋がる」ことを意味します。
ということは、今までとは比べ物にならない数の機器（というより、シールやカプセルといった、小さなものにも設置しやすい部品）がインターネットに繋がることになります。そうなると、それぞれに内蔵される水晶振動子の需要も爆発的に増加することが見込まれます。

とはいえ、ブラウン管テレビが液晶テレビに、そして有機ＥＬにとってかわられようとしているように、水晶振動子も未来永劫このままという訳ではなさそうです。
最近はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems、微小電気機械システム）という、半導体の製造過程を応用した作り方で、同じように正確な振動を発生させる部品を作り出す方法も広がってきています。まだ水晶の方がコストが低かったり消費電力の面で有利な場合が多いのですが、周波数を容易に調整出来たり、電子回路への組み込みが容易といったメリットもありますので、今後改良により水晶を駆逐する可能性もあります。

このように、地味ではありますが水晶振動子などの市場は将来的にも大きく拡大が見込まれますし、発展の余地も大きいことから「次世代産業を支えるための技術」として日本のモノづくりの力が試される分野と言えます。

中小企業が顧客から部品等の生産を受注する時、その最終製品のエンドユーザや技術情報を知っておくと、より良い品質の提供や、他の分野への転用など事業拡大の可能性が大きく広がります。

この記事は、普段私がお客様のために行っている、「公的な知財に関する情報を活用して低コストで効果的に調査する方法」をご紹介します。

１．技術情報調査の必要性
総務庁「事業所・企業統計調査」によれば、中小企業数(会社数+個人事業者数)は、約432.6万社です。全企業数に占める割合は99.7%（会社の割合は99.2%）です。

このような中小企業においては、大企業から部品等の生産を発注されることが多くあります。

そんな場合でも、知的財産や顧客情報をライバルから守るため、その部品がどのように使用されるか、また最終製品が何であるかを示されない場合が良くあります。

しかし、受注する側としては、生産する部品についての情報を詳細に知っておくことは、より良い品質を目指すうえで不可欠ですし、発注元に損害を与えない範囲で、同様の技術を他の顧客に使ってもらう事は事業の拡大につながります。

２．技術情報調査の方法
このような情報を探る方法はいろいろとあります。

①顧客に聞く
顧客に直接「この部品の最終製品は何でしょうか？」と聞く方法です。
特に問題なく教えて頂ける場合もあると思いますが、一般的には知財保護やライバルからの防衛のため、教えてもらえない場合も多いと思います。逆に不審に思われることもあるかもしれません。また、顧客が顧客の発注元から情報を得ていない場合もあります。

②市場調査を行う
市場調査会社はたくさんありますので、このような会社に調査してもらう方法です。
ただ、そのような調査は探偵仕事に近く大変難しいため費用は相当掛かりますし、十分な成果が得られない場合も少なくありません。

③WEB等で調査する
部品等の情報を基礎とし、WEB検索等で顧客や想定される需要先の情報をWEB等で検索する方法です。とはいえ一般のWEB情報には十分かつ正確な情報が掲載されていないことも多く、こちらも十分ではありません。

④特許情報を検索する
国（特許庁）が提供する特許情報を使用する方法です。この情報データベースは、元々新たな発明や意匠、商標などを創出する際、先に出願されている権利等がないかを検索するために用意されているものです。しかしこれを上手に使うと、受注を頂いている部品がどのような用途に使われるかや、エンドユーザなどが探れる場合があります。

３．特許情報プラットフォームについて
特許庁は、平成１１年３月より「特許電子図書館」（特許情報データベース）の運用を開始しました。この運営は平成１６年１０月から独立行政法人工業所有権情報・研修館が運営を受け継いでいます。そして平成２７年４月から、新たな産業財産権情報の検索サービスとして「特許情報プラットフォーム」が開始されました。

このページのトップ画面は、以下のようになっています。

今、たとえばある部品の試作を打診されているとします。

その部品は「プラチナ」や「パラジウム」が使用されており、どうも「センサー」として使用されるらしいので、その用語を入れて検索します。

すると、検索結果が下記の通り出てきます。

この中の一つを指定すると、こんな感じで情報が表示されます。

特許は、一旦出願しても、全てが必ず特許権として認められる訳ではありませんが、出願されたものはこのように全て公開されることになっています。

もちろんこれらのリストで、簡単にエンドユーザや最終製品が分かることはありませんが、一つ一つ関係しそうなものを探っていくと、引き合いのある部品がどう使われるかのヒントが得られる場合があります。

特に、提示された図面は出願書類と共用している場合も多く、よく参考になります。
例えば、取引先から提供された図面と似た構成となっている図面が発見できれば、それは最終製品の可能性が極めて高いことになります。

また、これらで得られた情報を元に、WEB検索・論文検索などを組み合わせると、ちょっとした技術情報調査が行えることになります。

以上、ご参考になれば幸いです。

皆さん、「ダビンチ」という製品をご存知でしょうか。
あの「レオナルド・ダビンチ」ではありません。
１９９９年にアメリカのIntuitive Surgical社が開発・発売した手術支援ロボットのことです。
高精細な内視鏡と、精密かつ動きの自由度が高いボットアームを組み合わせ、手術医師の操作を忠実に、しかし細密化して人間以上の手術を可能とする画期的な機器です。
１台１～２億円と非常に高い機器ですが、その効果は絶大です。
日本においても２０００年に最初の導入がなされてから、公的保険の対象となったことで順次利用が増加し、現在は数百の病院で利用されています。

「ダビンチ」実機（Intuitive社資料より）

私も病院で現物を拝見したことがありますが、異様な風体とは裏腹に人間ではとてもできない正確かつ細かい、自由度の大きい動きは「さすが」と思わせる迫力がありました。

さて、このIntuitive社が持つ特許は数千件に上りますが、これらの特許が数年前から期限切れを迎えています。

ほとんどの特許は発売までに出願を終えているはずですから、２０年（通常の特許期限）を超える今年にはほぼ全ての特許が期限切れとなっている訳です。

これらの特許に関する情報は、図面や技術詳細とともに公開されています。
このため、特許の期限切れとなった今後は誰でもその技術を参考にして同様の製品を作ることができるのです。
ニュースに出ているだけでも、以下のような開発が進められているとのことです。

• 川崎重工業と医療機器メーカーのシスメックスが共同出資し設立したメディカロイド：今年8月に厚生労働省から製造販売承認を取得し、国産初の『手術支援ロボット』ヒノトリを発売すると発表
• 東京工業大学発のスタートアップ「リバーフィールド」：ロボットアームの駆動システムに空気圧を使用し、「手で触れている感覚」を伝える『手術支援ロボット』エマロを開発中
• 米ジョンソン＆ジョンソン：AIに強い米アルファベット（グーグル）と共同開発中

そうなると、発明したintuitive社は、せっかく特許をとっても意味がない、損じゃないか？と思うかもしれません。
実はここに、特許法の大変重要な意義が見えてくるのです。

特許が「発明で大儲け」の為にあると思われることが多いのですが、本質的な目的は違います。 特許法が冒頭の第１条で、「発明の保護及び利用を図ることにより、発明を奨励し、もつて産業の発達に寄与することを目的とする」としている通り、特許はまず産業の発達を目的としているのです。 このため、特許の権利者はもちろん一定期間保護されるのですが、その代わりに特許の基本となった技術を世界中に公開しなければなりません。公開と保護を組み合わせることで、産業の発達を促進するのです。

今回のケースは、革新的な技術で世の中を変えた「ダビンチ」が、発明者に利益をもたらすと同時に産業や医療といった世の中を良くする力をもたらした、という特許法の考え方をストレートに示した事例だと思います。

なお、日本の特許庁は特許や実用新案、意匠、商標といった知財を自在に検索できるシステム（特許情報プラットフォーム）を公開しています。

また、上記の記事に関連して、弊所ブログ「医療行為は特許が取れない」も是非ご覧ください。

皆さんが毎日使うカーナビや携帯に必ず入っている「GPS」。
いつどこにいても、正確に場所やルートを教えてくれる便利な機械です。
これがなければ、現代人はほとんど何もできないと言っても過言ではないかもしれません。
このGPSについて、歴史や原理を簡単に説明します。

１．GPSのしくみ
GPSは「グローバル・ポジショニング（全地球測位）・システム」の略です。
昔から、自分のいる位置を知るには太陽や星の位置を観測する方法を用いることが一般的でした。
大海を往く船乗りはこの方法に長けていたと言われています。
※余談ながらその正確性を担保するために発達したのが正確な時計を作り出す技術でした。

これに対し、GPSは全く違うアプローチで正確な位置を割り出します。
まず地球上にいくつも人工衛星を打ち上げ、その人工衛星がまんべんなく地球の周りを周回するように配置しておきます。
そのうち１つの人工衛星と、位置を測定したいものの距離を正確に測ります。そうすると、人工衛星から地球までその距離を満たす場所は「円形」となるはずです（図の左側）。
ここにもう２つ衛星を加え、それぞれの距離からできる円形を合わせると図の右側のようになり、その円の交わりの中心部が正確な位置、ということになります。
この「正確な距離」を測るのは非常に難しいのですが、人工衛星に極めて正確な時計（原子時計）を搭載し、計測端末との時間差を計算、光の速度を利用することで距離を割り出しています。

なお端末側に原子時計を搭載する訳にはいきませんので、実際には第４の衛星を利用し、正確な時間を補正することで位置を計算しています。
また、携帯やカーナビで地図上に位置を示したり、最短ルートを計算したりする機能は、GPSの応用分野の一つです。

図　GPSの仕組み

２．GPSの歴史
アメリカは、旧ソビエト連邦と長い冷戦時代において、戦略的に航空機や船舶の位置を正確に把握しておく必要がありました。また、巡航ミサイルを正確に誘導するための手法も求められていました。
このため、米国は1973年GPSシステムの開発をスタートし、1990年代から運用を開始しました。
日本においてもこれらを民生用に利用する開発が同時期にスタートし、カーナビや携帯への搭載が始まりました。私が就職活動をしていた1990年代初頭、ソニーの研究所で研究者の皆さんからこの驚くべき技術の説明を受けたことを今でも鮮明に覚えています。
民生用の利用が同時にスタートしたことでもわかる通り、このGPS、衛星からの電波が受信できれば誰でも正確な位置が計測できてしまいます。これを敵国やテロリストから悪用されることを防ぐため、米国（国防総省管轄）は民生用電波を遮断したり、送信するデータの精度をコントロール（落とす）ことができるようにしています。

３．新しいGPSシステム
①各国のシステム
米国はいち早くGPSという画期的なシステムを開発、運用を開始し、米国外を含む民間でも利用可能となりました。このことは世界中に革新をもたらしたのですが、システムの根幹を米国が握っており、精度などをコントロールできることから、米国と競争する分野を持つ国は独自のGPSシステムの開発を急ぐこととなりました。
現在、米国GPS以外には下記のようなシステムが運用されています。
・ロシア…GLONASS（ГЛОНАСС、グロナス）
・中国…BeiDou（北斗、バイドゥ）
・欧州…Galileo（ガリレオ）
・インド…NAVIC（ナヴィック）

②準天頂衛星システム「みちびき」
単純なGPSは、いくら精度を上げようとしても数ｍ～１０数ｍの誤差が発生してしまいます。これは、衛星の電波を受信する角度が浅ければ浅いほど精度が落ちることによるものです。
これを補正するため、３機程度の衛星を特殊な軌道に乗せ、常にどれかの衛星が天頂（真上）方向にある状態を作り出して精度を補完するのが準天頂衛星システムです。

「みちびきの軌道」内閣府　宇宙開発戦略推進事務局

我が国は現在（２０１９年現在）、このシステム「みちびき」４機の衛星で運用し、１ｍ程度の精度を実現しています。
これが７機体制（２０２３年めど）になると、米国のGPSが停止したり精度を落としても、独立して我が国での運用が可能となると言われています。
また、これに地上基地局（電子基準点）を利用し、数センチメートル以下の精度を実現する手法も運用が開始されています。
我が国以外にも、このような補完システムは米国（WAAS）、欧州（EGNOS）、インド（GAGAN）、ロシア（SDCM）、中国が運用しています。

４．GPSの今後
このように非常に便利なGPSシステムですが、精度が上がると下記のような分野で大きな発展がみられると期待されています。
・災害対策
・自動車の自動運転
・航空機や船舶、鉄道の高精度自動操縦
・建設、土木の自動化、効率化、高精度化
・農業の自動化、効率化
・ドローンとの組み合わせによる三次元測量
・５G通信・IoTとの組み合わせによるビッグデータ解析

皆さんは「全固体電池」という言葉をご存知でしょうか？

昨今、世界の自動車メーカーが「EVシフト（電気自動車への移行）」を進めています。
この電気自動車において技術の要となる「バッテリー」の分野で、今大きな技術革新が起きようとしています。
それが今回ご説明する「全固体電池」です。
この全固体電池、電気自動車の性能を飛躍的に高め、一気に主役に躍り出る可能性があります。
日本が現在リードするこの技術についてご説明します。

１．EVシフト
世界の自動車メーカーが進める「EVシフト」。
昨年にはトヨタがEVの車載用電池で世界最大手の中国・寧徳時代新能源科技（CATL）や比亜迪（BYD）、東芝、GSユアサなどと協業すると発表しました。
また、現在世界第２位の自動車市場であると同時に最悪といってよい大気汚染に悩む中国は、既に自動車メーカー各社に対して2019年以降、電気自動車（EV）を中心とする「新エネルギー車」を一定割合で生産・販売するよう義務付ける新規制を公表しています。
そして、なんと１社の時価総額で「日本の上場自動車メーカーの合計」を超えてしまったEVメーカーの米テスラが、コストの3割を占めるとされる車載電池を自社生産し、生産コストをほぼ半減させてガソリン車より安いEVを開発する目標を掲げました。
今後、電気自動車が急速に主流となるのは間違いありません。

２．EVの特性と問題点
さて電気自動車の性能を決めるのは、大きく分けて下記の３要素です。
①モーター（出力や消費電力）
②バッテリー（航続距離）
③車としての基本性能（ハンドリングや乗り心地、安全性）
このうち③については既存の自動車メーカーが連綿と積み上げたものがありますからよいのですが、①や②についてはまだまだ改善すべき問題があります。

特にバッテリー容量については、飛躍的に増やすことがこれまでなかなかできず、電気自動車は航続距離が極端に少ないのが悩みの種でした。
また、バッテリーの安全性や充填（充電）時間などもまだ内燃機関車（ガソリン・ディーゼル）やこれらをベースにしたハイブリッド車にかなわず、さらにバッテリーの劣化（使用を続けると性能が低下する）もあって実用性は極めて低いものと言わざるを得ませんでした。

３．全固体電池の特徴
①固体の電解質
全固体電池とは、現在普及しているリチウムイオン電池の問題を解決するため、リチウムイオン電池で用いられている電解質と呼ばれる液体を固体化したものです。リチウムイオン電池の場合、充放電時には電極間をリチウムイオンが移動するのですが、全固体電池は固体の中をイオンが移動します。
なんだか固体の中は移動しにくいイメージがあるのですが、特殊な硫化物を使用することで、液体の電解質と同等かそれ以上の伝導性を持たせています。

NEDO(国立研究開発法人　新エネルギー・産業技術総合開発機構)
「従来のリチウムイオン電池と全固体電池の構造の比較」

②飛躍的な性能向上
全固体電池は、理論的にはエネルギー密度（質量当たりの充電量）をリチウムイオン電池より高くできる可能性があります。また、固体電解質や電極の性質から充電時間が数分程度（リチウムイオン電池は数十分～数時間）と、ガソリンスタンドでの給油並みに短くできる可能性があります。
また、別の大きなメリットとして安全性があります。リチウムイオン電池と比べ、燃えにくく液が漏れず、劣化によるショートなどが発生しないという、人の命を預かる自動車にとって非常に重要な安全性を備えることができると期待されています。

③課題
開発の第一人者である大阪府立大・辰巳砂昌弘（たつみさごまさひろ）教授によると以下のような点が解決すべき課題とのことです。

• 硫化物を基礎とした固体電解質は大気に対して安定せず、水蒸気を含んだ空気に触れると硫化水素が発生して危険である（製造場所を乾燥させる必要がある）
• 充放電時には電極が膨張・収縮するため、固体である電解質が電極に十分接触する方法を考える必要がある
• 硫化物に代わる酸化物固体電解質の研究

４．日本の役割
この全固体電池の開発は日本が圧倒的にリードしているとのことですが、欧米や中国でも急速に開発が進んでいます。特に米国や中国は、日本と異なり巨大な市場と比較的緩やかな規制を基礎に、自動運転のような実証実験を行うのに有利な環境にあります。このため、現在優位にある日本もうかうかしていられません。
現在のペースで開発が進めば５年で実用化できるとの見込みだそうですが、おそらくもっと早い完成や普及が実現されるのではないかと考えています。

NEDO(国立研究開発法人　新エネルギー・産業技術総合開発機構)
「EV用バッテリーの技術シフトの想定」より