山口東京理科大、従来の3倍もの能力を持つ「Crown Jewel触媒」を開発

　

　科学技術振興機構(JST)と山口東京理科大学は10月24日、従来の能力を大幅に上回る新しいタイプの金原子触媒「Crown Jewel(クラウン・ジュエル:王冠の宝石)触媒」を開発したことを発表した。研究は山口東京理科大学の戸嶋直樹教授らによるもので、成果は英国時間10月23日に「Nature Materials」オンライン速報版で公開された。

　触媒とは、少量を加えるだけで化学反応を促進させる物質のことで、グリーンケミストリの実現など重要な存在だ。金は安定であるため、これまで触媒活性のない金属として扱われてきた。しかし、最近の研究では金粒子を特殊な酸化物担体の上に付けたり、金粒子のサイズを極小化したりすると、触媒活性が高くなることがわかってきたのである。さらに、普通の金属では触媒活性の低い比較的低温での酸化反応にも、極めて有効であることが見出され、注目されている状況だ。

　ただし課題もあり、金原子を酸化物担体などの基本となる固体の上に付けるには特殊な方法が必要で、さらに何個も金原子を付けなくてはならないため、コストの面から工業的な触媒として用いるには問題があったのである。

　研究グループは今回、化学的手法で金原子をナノ粒子の頂点の位置につけるCrown Jewel触媒を用いて、従来にない高い活性を示すことを明らかにした。

　このCrown Jewel触媒の調製法は極めて簡単で、母体となる金属ナノ粒子の頂点の原子が反応しやすいことを利用する(画像1)。原理は、金属ナノ粒子と少量の金イオンを溶液中で混合させるだけで、ナノ粒子状の金属原子と金イオンの酸化還元反応が起こり、ナノ粒子の頂点原子が金に置き換わるというものだ。従って、活性な触媒の工業的な大量合成も可能である。

　今回の研究では、原子147個からなる直径1.8nmのパラジウムナノ粒子の頂点にある12個の原子を、金原子と置き換えたナノ粒子を作成した(画像2)。この構造は、「高角度散乱暗視野走査透過電子顕微鏡法」(HAADEF-STEM)と「電子エネルギー損失分光法」(EELS)で確認された。

　画像1。Crown Jewel触媒は、王冠の宝石のようにナノ粒子の頂点に金原子が位置することから名付けられた

　画像2。パラジウム原子147個からなるナノ粒子と、金イオンの反応による頂点金原子で飾ったパラジウムナノ粒子

　このナノ粒子を「グルコース」の空気酸化触媒として用いたところ、高活性を達成することが確認された。これまでの研究では、金ナノ粒子はパラジウムナノ粒子よりも高い活性を持つことは確認されている。

　具体的には、ナノ粒子を構成する全金属が触媒として活性に寄与する効率で比較すると、金ナノ粒子は6230mol-glucose/h mol-M、パラジウムナノ粒子は5190mol-glucose/h mol-Mとなる。これに対してCrown Jewel触媒では、19540mol-glucose/h mol-Mと両者の3倍以上の高活性を示した。

　ここで注目すべきは、金ナノ粒子は金原子147個で構成されているのに対して、Crown Jewel触媒は147個の内の頂点の12個だけが金原子であるという点。そこで金原子1個当たりで比較してみると、Crown Jewel触媒は頂点以外の構成原子であるパラジウムの活性を差し引いても、金ナノ粒子の金原子1個に比べ31倍の活性となる。これを触媒の単位時間当たりの反応性を示す指標である「ターンオーバー頻度」でいうと、1時間当たり19万回となり、金ナノ粒子の6000回を張るかに上回るというわけだ。3倍どころか、30倍である。

　また、これまでは金ナノ粒子のどこで触媒反応が起こるのかという活性点の位置がわかっていなかったのだが、今回のCrown Jewel触媒の結果により頂点の原子であることが推測されることとなった。

　その一方で、Crown Jewel触媒では頂点金原子の隣に金原子があるよりも、パラジウム原子がある方が高活性であることも結果からわかる。考えられる理由は、金原子に隣接するパラジウム原子からの電子移動によって頂点金原子が負に帯電することが高活性につながっているというものだ。

　さらに母体となるナノ粒子をパラジウム単独から、パラジウムとイリジウムで作ったものに替えて、同様に金イオンを反応させて調製したCrown Jewel触媒は、さらに触媒活性が高いことが判明。この組み合わせのCrown Jewel触媒では、1時間当たり触媒が64万回の反応に使われるというターンオーバー頻度となり、世界最高の驚異的な高活性を達成した。これらのことは、同僚のグルコースを酸化するのに必要な触媒中の金の量が現在知られている一番優れた触媒に比べても4分の1と大幅に削減されることを意味している。また、この反応ではグルコン酸がほぼ100%の選択率で生成する結果となった。

　グルコン酸は食品添加剤として最も多く使われており、世界で年間6万5000tから10万tが製造されていると推定される。現在、グルコン酸はグルコースの発酵で作るために時間がかかっており、さらに複製生物も少なくはない(選択率が高くない)ため、精製にも手間がかかっている。

　今回の成果は、グルコン酸を高収率、高選択率で製造することを可能としたもので、工業的にも高い価値があるのが特徴だ。さらに、Crown Jewel触媒は新しい高活性触媒の概念を提案したものであり、今後一般の触媒開発において新しい設計指針を与えるものとしている。

　Crown Jewel触媒は室温での空気酸化反応に有効であることが期待できるため、空気清浄(消臭、シックハウス対策)など、生活環境下のごく微量の物質の酸化除去などのための触媒としても有効だという。今後は、工業的価値をさらに増すために触媒の母体となっているパラジウムをもっと安価な金属に置き換えることを進めるとする。また、それぞれの触媒反応に最適な物質要因としての金属種と母体金属の組み合わせを解明していくことも必要とした。

安川電機、さいたま市に「関東ロボットセンタ」を設立

　

　安川電機は10月24日、埼玉県さいたま市に「関東ロボットセンタ」を設立し(画像1)、開所式を行った(画像2)。所在地は埼玉県さいたま市北区宮原町2丁目77-3。稼働日は2011年9月21日だ。敷地面積は2119m2(641坪)で、建築面積は835m2(252坪)、延べ床面積は2518m2(761坪)。従業員は、モートマンエンジニアリング東京事業所のスタッフを含めて、約60名となっている。

　画像1。埼玉県さいたま市に完成した関東ロボットセンタの外観

　画像2。10月24日に行われた関東ロボットセンタ開所式の様子

　同社の産業用ロボット「MOTOMAN」(モートマン)は、これまで国内外の生産設備で多く採用されており、さまざまな産業分野で自動化に貢献しているという。今後もさらなるロボットによる自動化の可能性探求や、積極的な情報発信を行い、顧客の新たなニーズの掘り起こしや創造を行う目的で、今回の関東ロボットセンタを開設したとしている。

　同施設では、「来て・見て・触って ロボット体験」をコンセプトにしており、これまでロボットの使用を経験していなかった顧客に対しても、実機を使ったデモやテストを通じて、ロボットへの理解を深めてもらえる施設にしたという。

　また同施設の稼働により、ロボットを使った自動化設備の設計・製作を顧客から請け負うシステムインテグレータ(SI)への情報提供や教育などのサポート体制も強化するとした。SI専用の施設を設け、実際に同社のロボット製品を使用してもらい、SIとの関係を強化していく。

　さらには、同施設に営業・技術の機能を集約したことで、営業員・技術員一丸となった提案活動・技術相談そして実機を使ったソリューションテスト・各種教育などのビフォアサービスも合わせて強化していくとした。

　そのほか同社では、新規事業として環境エネルギー事業に取り組んでいることから、同施設屋上には同社製のパワーコンディショナシリーズ「Enewell-SOL」を活用した太陽光発電設備を設置している。また敷地内の駐車場には、同社のEV用急速充電器「Enewell-CEV」も合わせて設置(画像3)。環境への取り組みの一環として、同社製の技術を積極的に活用していく方針だ。

　画像3。関東ロボットセンタの敷地内駐車場には、安川電機製EV用急速充電器「Enewell-CEV」が設置されている

　なお展示に関しては、同社のロボット製品のほか、サーボモータやサーボパック、インバータなど同社のモーションコントロール製品も行っている。

　今後は、情報の収集・蓄積、分析、活用といったマーケティング機能の強化を製・販・技一体となって進展し、高度化・専門化する顧客のニーズを適切に反映した製品開発を行い、一層の自動化拡大の余地のある産業分野(食品・医薬品・化粧品市場など)への提案・拡販など、ロボット適用分野の拡大をさらに加速させていくとしている。そして、地域住民を対象に公開見学日を設けるなど、地域活動も積極的に参加していくとした。

ルネサス、2012年3月期中間決算は営業損失を計上

　

　ルネサス エレクトロニクスは10月31日、2012年3月期中間期の決算概要を発表した。売上高は、前年同期比23.3%減の4505億7600万円、営業損益は前年同期の7億2900万円の黒字から292億300万円の赤字へと赤字転落となったほか、経常損失は同78億200万円から333億3500万円へ、純損失は同412億4100万円の損失から420億1100万円へ、それぞれ赤字幅が拡大した。

　 2012年3月期第1四半期および第2四半期の業績

　ルネサス エレクトロニクス代表取締役社長の赤尾泰氏

　また、同第2四半期の業績は売上高が前年同期比18%減の2433億円、半導体売上高が同17%減の2182億円、営業損失は売り上げ増および那珂工場の生産再開による生産増に伴う利益の増加などがあったものの同112億円の減少となる101億円の赤字、経常損失も同72億円の悪化で131億円の赤字、純損失も同6億円の悪化の88億円の赤字となった。ただ、同社代表取締役社長の赤尾泰氏は、「半導体売上高は、前四半期比で19%増収であり、前回の予測からは若干下回るが、為替影響も考慮するとほぼ計画通りに推移した」との見方を示すほか、「営業損益、純損益ともに赤字だが、それぞれ売上増に加え、研究開発費効率化などの100日プロジェクトの効果も寄与した結果、前四半期からは大きく改善している」と構造改革がうまく進んでいることを説明する。

　事業別の半導体売上高は、マイコン事業では、汎用向け自動車向け共に、震災影響を受けた供給力が回復し、前四半期比で13%増(前年同期比では8%減)の875億円となった。特に自動車向けマイコンは、前四半期比で20%の売り上げ伸長が見られたという。

　また、アナログ&パワー半導体(A&P)については、パワーデバイスとアナログICにおいて、国内外の自動車メーカー向け需要が伸び、前四半期比で7%の売上増(前年同期比20%減)の672億円となった。

　さらに、SoC事業については、第1四半期に那珂工場被災の影響を大きく受けた自動車などの分野は、那珂工場の生産再開に伴い、前四半期比で売上増となったほか、民生向けは、前四半期比で売り上げが増えたものの、TV向けなどでは想定を下回る低い伸びとなり、事業全体の売上高は前四半期比51%増(前年同期比24%減)の632億円となった。

　マイコン、A&P、SoCそれぞれの事業の概況

　こうした状況から、同社では「世界的な景気減速や為替影響を考慮した結果、通期業績は当初計画の1兆190億円の売り上げから9,680億円へと下方修正をした」(同)とするも、営業損益、経常損益、純損益の見通しは、すべて当初計画からはの変更はしておらず、当初予定の下期の当期黒字化を達成するべく、100日プロジェクトによる生産・研究開発費面での効率化と、追加的な費用削減施策を推進していく方針としている。

　2012年3月期通期業績を下方修正も下期の黒字化目標は変更せず

　具体的には、下期の半導体売上高は上期比17%増の4688億円で、事業別ではアナログ&パワー半導体とSoCが10%台前半の伸びを想定するほか、マイコンは国内自動車メーカーの増産向け需要拡大が予測され、同20%台半ばの伸びを想定している、と説明している。

　なお、同社では安定的に利益を出せる事業体質を目指し、事業・生産構造対策を継続して推進していくとしており、生産構造対策としては、前工程におけるウェハ大口径化と先端プロセスを中心とした海外生産委託の拡大。後工程では、海外の自社工場とサブコンの活用拡大。そして、事業構造対策と生産構造対策にまたがる具体例としては、10月31日付で最終契約を締結した村田製作所へのパワーアンプ事業譲渡などを挙げた。

　このほか、安定的な利益体質を目指した費用効率化として、研究開発費効率化に向けて研究開発費比率を2013年度に全社売上比16%にする目標とするほか、設備投資の継続的な効率化も行うことで、減価償却費も減少方向にあり、2012年度も震災復旧投資も含め、設備投資額は当初計画の485億円から425億円に抑制する予定だとしており、今後、さらに事業構造の変革を進めることで、設備投資を現状レベルで推移させていくことで、2014～15年度には減価償却費も設備投資額レベルに低減していくとしている。

　事業構造をSoCからマイコンとA&Pへシフトさせるほか、BCPの意味合いも含めて、生産の在り方そのものの見直しを進める。また、研究開発費も、統合により被った部分などを中心に見直しを図ることで、売上比率に占める研究開発費の比率を16%まで下げることを目指す

コンピュータアーキテクチャの話 (236) PLLによるクロックの生成

　クロック分配系

　一般にプロセサのクロックは、外部の発振器から供給される基準クロックの整数倍の周波数のクロックが用いられる。

　図2.7 クロック生成回路の構成

　一般にクロック生成には図2.7に示すPhase Locked Loop(PLL)と呼ばれる回路が用いられる。PLLは、入力電圧によって周波数を変えることができる発振器VCO(Voltage Controlled Oscillator)を持ち、VCOの出力がプロセサコアのクロックとなる。Phase Detectorは入力信号の位相差に比例する電圧を出力する回路であり、この出力をローパスフィルタを通してVCOの制御電圧を作る。そして、このVCOの出力をカウンタで1/Nに分周してPhase Detectorで外部から供給される基準クロックとの位相の比較を行う。

　1/N分周されたVCOの出力が基準クロックより低い場合にはPhase DetectorとローパスフィルタはVCOの発振周波数を上げる方向の電圧を出力し、逆の場合にはVCOの発振周波数を下げる方向の電圧を出力するので、結果としてVCOの発振周波数を1/N分周した信号と基準クロック信号の周波数が一致した点で安定する。つまり、VCOの発振周波数は基準クロックのN倍となる。Intelのx86プロセサでは133.33MHzの信号を基準クロックとして用いているので、その15倍の2.0GHz、17倍の2.27GHz、20倍の2.66GHzというようなクロック周波数のプロセサ製品が作られることになる。

　このVCOで生成されたクロックを10万から20万個という大量のFFのクロック端子に分配する必要がある。前述のように、信号の送端と受端のFFのクロックのタイミングのずれは直接サイクルタイムのオーバヘッドとなるので、クロックSkewを極力少なくする必要があり、設計方針にもよるが、一般的にはサイクルタイムの5～10%以内のずれを達成することが求められる。2.66GHzクロックの場合サイクルタイムは376psであり、 5%とすると、これはFFのクロック信号を±9.4psのずれの範囲で供給する必要がある。

　32nmプロセスのLogical Effortの単位遅延時間は2～3psでありElectrical Effortが4のインバータの遅延時間は10～15psとなるので、このインバータ1個の遅延時間より小さい時間のずれで10~20万個のFFにクロック配ることが要求される。

Intersil、0.01lxまで計測可能なオートモーティブ低照度センサを発売

　

　Intersilは、人間の視感度に近いスペクトル応答特性を備え、0.01lxの照度まで計測可能な自動車グレード(AEC-Q100認証済み)の照度センサ「ISL76671」を発売した。

　同製品は、外付け補償回路を必要とすることなく高い性能を維持しながら、自動車を対象とした温度範囲である-40℃から+105℃での動作に対応している。温度補償回路の内蔵、30msの応答時間、および高いIR除去性能が特長となっている。

　動作電圧範囲は1.8Vから3.0V、消費電流は4μA以下で、また出力をバッファなしでA/Dコンバータに直接接続することができるほか、環境光を用いたさまざまな制御アプリケーションのうち、濃色ガラスや濃色プラスチックベゼルの内側での照度検知に最適だと同社では説明している。また、0.01lxの低照度も計測できるため、夜間性能の格段の向上が図れるとしている。

　なお、同製品は2.1mm×2.1mmサイズの小型OFDNパッケージで供給され、価格は1000個受注時で0.85ドルである。

　IntersilのAEC-Q100認証済み照度センサ「ISL76671」