株式会社東芝 セミコンダクター&ストレージ社 / 東芝マイクロエレクトロニクス株式会社 ｜ SUCCESS STORIES 集合写真 る。この製品に東芝セミコンダクター＆ストレージ社（以下、東芝）のカスタムチップが採用されてきた。最新版ではARM® Cortex®-M0を搭 載し、過去にない低消費電力化を実現した。ここでは、アクアオートの仕組みや特長、カスタムチップ採用メリットなどを聞いた。 充電制御 TOTO 株式会社 エレクトロニクス技術本部 電子機器開発部 担当部長 中井 尚徳 氏 TOTO 株式会社 エレクトロニクス技術本部 電子機器開発部 電子機器開発第二グループ 上席技師 金子 義行 氏 バックアップ 一次電池 電源制御 センサ 制御 電磁弁制御 東芝マイクロエレクトロニクス株式会社 社長附 執行責任者 三谷 了 氏 （後列左から） 株式会社東芝 セミコンダクター＆ストレージ社 関西半導体特約営業部 九州電子デバイス営業担当 石井 朋子 氏 昇圧 電磁弁 1917年（大正6年）創業の老舗住宅設備機器メーカーであるTOTO株式会社（以下、TOTO）は、自動水栓「アクアオート」を製造・販売してい 電気二重層コンデンサ 水力発電機 （前列左から） TOTO 株式会社 エレクトロニクス技術本部 電子機器開発部 部長 進 数馬 氏 マイコン 電磁弁・省電力駆動 TOTO 株式会社 エレクトロニクス技術本部 電子機器開発部 電子機器開発第二グループ 主任技師 家令 稔 氏 TOTO 株式会社 エレクトロニクス技術本部 電子機器開発部 電子機器ソフト開発グループ 角田 英典 氏 東芝マイクロエレクトロニクス株式会社 ミックスシグナルコントローラ統括部 ミックスシグナルコントローラ応用技術部 ミックスシグナルコントローラ応用技術第二担当 主務 鴫原 祐 氏 株式会社光アルファクス 電子デバイス西日本営業本部 九州電子デバイス営業部 営業 1グループ 課長 岩本 祐介 氏 Cortex-M0を搭載した 東芝のカスタムチップを採用。 「アクアオート」低 消 費電力と高 機 能の自動 水 栓を実 現 の各商品事業部へエレクトロニクスユニットを供 東芝のカスタムチップが採用 給している部門である。自動水栓には、電源タ 図1：アクアオートの回路ブロック図。アクアオートには水流で発電する発電タイプとAC電源や電池で動く電源タイプがある。 スからの強い鏡面反射による誤動作を防ぐもの トコアであるCortex-M0が 搭載された。 「東芝 であり、TOTOが特許を持っている。 「偏光板は は多彩な機能や先進技術を持っており、それを 光の1/2がカットされるため、投受光で計2枚使 TOTO様が上手く組み合わせてカスタムチップ うと光量が1/4になってしまいます。信号が減っ 化されたと思っています」 （東芝 三谷氏）という。 ても動作する回路はS/N比の高さが求められま 「一番のポイントは電流です。動作時も待機 動かすのは難しいことから、一般的な人の生活 す。低消費電力ながら高S/N比の回路という相 時も極力下げるように工夫するため、動作時で サイクルで充放電させるようにした。 「一般に昼 反する性能を実現することで、陶器でもステンレ も使っていない 機能部分はすべてカットしまし 間手洗いをすることで発電／蓄電され、夜は電 スでも自由に組み合わせられるという特性が生 た。もちろん待機時のリーク電流も下げないと 気二重層コンデンサの電気でセンサやマイコン まれました」 （金子氏）。 商品として成り立ちません」 （TOTO 家令氏）。 を動かし、朝になったら発電／蓄電されるとい アクアオートは単に水を出したり止めたりとい うサイクルを繰り返します。それによって基本的 う機能以外にも多くの処理を行っている。たと にバックアップ一次電池は使用しないようにしま す」 （金子氏）という。 自動水栓の「アクアオート」に IC（全機能） 1週間の使用状況を学習することで えば、洗面器の種類によっては反射率が変化し 低消費電力化を追求 たり、水が流れていると揺らいだりするといった 従来品は、一次電池の寿命10年を成立させる ことを学習させている。さらに、センサの動作 には、毎日の発電が必要であり、水栓の使用が１ 周期についても1週間単位で時間帯ごとの水栓 日に29回以上という最低使用回数の制限があっ こういったアクアオートのさまざまな特長を実 の使用頻度を学習させることで、低消費電力化 「水力発電機と電気二重層コンデンサなどの電 た。2015年4月に発売された新製品は、回路の 現するには、カスタムチップが必要となった。 「カ を図っている。 イプと発電タイプがある。図1が、アクアオート 源周り以外は、発電タイプも電源タイプも同じ 低消費電力化を追求することで、1日の最低使用 スタムチップでないと基板上に部品が溢れてし 「2000年位の頃に8ビットコアのマイコンも の発電タイプのブロック図だ。発電機の他にバッ です」 （TOTO 金子氏）という。 回数の制限なしで電池寿命10年を実現させた。 まいとても実現できません。カスタムチップだか 検討したことがありましたが、当時の48ピンの で昇圧してマイコンや電磁弁にも供給している。 TOTOは、衛生陶器やウォシュレット、システ クアップ一次電池を持つが、電池は標準使用条 アクアオートには節水タイプもある。空気混 らこそ、これだけの省スペースかつ低消費電力 パッケージに対してチップサイズが大きすぎて、 ムバスルームやシステムキッチン、洗面化粧台、 件で10年間交換不要であり、基本的にメンテナ 入率の20％向上、吐水口径を従来の9.5mm による自動水栓が実現できたと思います」 （金子 あきらめた経緯があります。それが最新版では 水栓金具など多くの住設関連商品を開発、製造 ンスフリーとなっている。 1日の使用回数制限もなく から13mmへ拡大することで吐水量約2リット 氏）。以前のカスタムチップのCPUには東芝オリ 32ビットコアのCortex-M0を搭載したにも関 している。水栓金具の中の自動水栓である「ア アクアオートには、水栓内に①センサのみ、 バックアップ一次電池の交換なしで ル／分での「たっぷり感」を実現したものだ。一 ジナルの4ビットコアが採用されていた。 わらず、チップサイズも小さく、これまで我慢し クアオート」に東芝のカスタムチップが採用され ②電源以外全て、③電源を含むすべてという3 10年稼動を実現 般 の2ハンドル 水 栓に 比 べて約84％もの 節 水 なぜ4ビットコアにこだわったかというと、チッ ていたアイデアをすべて実現できるようになりま た。さらに男性用小便器など自動で水を流す設 パターンの商品がある。センサのみのタイプは が可能となっている（2015年4月 TOTO調べ）。 プサイズが大きくなってしまいアクアオートのデ した」 （金子氏）。 備にも採用されている。自動水栓は、もともと デザインの自由度が高く、最も多く製品化され 「節水タイプでは、従来品より水量に比例して ザイン性に問題が出てしまうからだ。デザイン 病院など衛生的な環境を求める施設に導入され ている。自動水栓は、吐水口の下に手がかざ 2000年 以 前 の 他 社 の 発 電タイプ は 蓄 電 に 発電量が減ってしまうため、ここでも低消費電 性はアクアオートの大きな特長のひとつで、多 ていたが、非接触による衛生面だけでなく、節 されたのを検知して水を流す。手の検出には反 ニッカドなどの二次電池を使っていた。 「二次電 力化が求められます」 （金子氏）という。 種多様なデザインを実現するためにセンサの小 最短の処理時間になるように 水性や利便性のニーズに応えるように、さまざ 射光量型赤外センサが使用されている。水力発 池は劣化するため、一般に10年も持ちません。 アクアオートは、洗面ボウルが陶器をはじめ、 型化は欠かせないものだ。センサと処理を一体 アセンブラで命令を組んだ まな施設への採用が進んできた。 電機では、羽根車を水の流れで回転させること TOTOは、二次電池に替えて電気二重層コンデ ステンレスでも自由に組み合わせできる特長を 化したセンサユニットにすることで、多様なデザ アクアオートのセンサや制御部分を開発した で発電させ、その電気を電気二重層コンデンサ ンサを使用しました」 （金子氏）。しかし、電気 持つ。これは、手の検出に使用する反射光量型 インへの対応力も一層高めている。 TOTOのエレクトロニクス技術本部は、TOTO に蓄電する。コンデンサの電圧は安定しないの 二重層コンデンサでは、蓄電量が少なく何日も 赤外センサの前に偏光板を置くことで、ステンレ 最 新 のカスタムチップではARM® の32ビッ 2015.8 14 Volume.11 APS MAGAZINE 電 源シーケンスに も苦 労したという。 「発 電 Volume.11 2015.8 APS MAGAZINE 15 株式会社東芝 セミコンダクター&ストレージ社 / 東芝マイクロエレクトロニクス株式会社 ｜ SUCCESS STORIES 「TOTO様と密 に 情 報 共 有をしていくことが キーとなりました。そのおかげで最終的には要 Technical NOTE 求以上のものが作れたと自負しています」 （鴫原 氏）。消費電力は、動作パターンにもよるが従 来品の約1/2になった。 ARMコア搭載東芝マイコン 学べる・試せる 東芝マイクロコンピュータセミナー 「Cortex-M0なのにビットバンド キターーー！」 h t t p : / / go.aps-we b.jp/ 1 1 -tosh i ba-se m i QRコードアプリで関連デモ動画を再生できます。 日本企業ならではの きめ細やかなサポートを評価 評価キットやオリジナルの教材を使った演習を通 東芝マイコンの技術を学ぶ 東芝マイコンによるモータ制御を学ぶ ■TX03マイコン体感 [半日コース] ■モータ制御入門 [1日コース] じて、東芝マイコンの使用方法を習得していただ く実践型のセミナーです。ARM® Cortex® -M3 東芝からのサポートも高く評価されている。 図2：アクアオートに内蔵されているセンサ部分。カスタムチップを搭載したセンサが収まっている。 搭 載 の 東 芝 マイコンTX03シリーズを 中 心 に、 電子回路、ソフトウェア未経験の方でも、マ マイコンによるモータ制御とモータドライバに 「フロントで対応してい ただい た方に加え、東 Cortex-M4F搭 載TX04シリー ズ、Cortex-M0 イコンを体感することができます。 よるモータ制御の基礎を学べます。 芝さんのエンジニアの方々からも評価や回路を 搭載TX00シリーズの技術を学ぶ5つのコースと、 通信インタフェースの基礎知識と設定手順を ブラシレスモータのインバータ制御の基礎が 学習します。 学べます。 レーションを行いましたが、最終的にはソフトシ き、無償のARMセミナーを実施していただきま ください。 源タイプ は 急 に 電 圧 が 加 わるという異 なる電 ミュレータを使い、動作検証を行いました。マ した」 （光アルファクス 岩本氏）という。 また、技術レベルに合わせ、難易度が低いもの 源シーケンスを同じマイコンで行っています」 ■インバータモータ制御基礎 [1日コース] モータ制御に特化した4つのコースをラインアップ しています。お客さまのニーズに合わせてお選び タイプでは自分で発電し電圧をあげていき、電 スクROMは書き換えができないからかなりのプ 東芝が 国内ベンダーである点も安心感を与 から高いものへと続けて受講していただくこと レッシャーでしたが、東芝さんの協力もあり一発 えている。 「一般的に住設関連は息の長い商品 で、無理なく東芝マイコンの技術を習得いただ 作と待機を繰り返すことから、動作時間を極力 で動作させることができました」 （角田氏）。 が 多い ため、供給面でも不安がない 国内ベン くことができます。 少なくすることで低消費電力化を図っている。 カスタムチップだったので、端子の役割や位 ダーを選ばれることが多いものです」 （三谷氏）。 （TOTO 角 田 氏）。さらに、アクアオートは 動 ■TX03インタフェース [1日コース] 設計してもらうなど、手厚いサポートをいただ きました」 （家令氏）。さらに「講師に来ていただ ■TXシリーズ内蔵周辺回路 [1日コース] ■TX03ベクトル制御 [1日コース] 内蔵周辺機能の概要と特徴を学習します。 ベクトル制御の技術および評価に必要な事項 が学習できます。 ■TXシリーズ基礎 [2日間コース] ■ステッピングモータ制御 [1日コース] プログラミングにも一工夫あった。 「動作中の 置 などを自 由 に 選 べ た が、 一 回 開 発したらし TOTO 中井氏も「確かにその通りで、TOTOは 開催日の1週間前までお申し込みを受け付けて TX00、TX03、TX04全シリーズ の 解 説と、 処理時間を極力短くするため、アセンブラを用 ばらく使い続けなければいけないという縛りも かなり古い商品も多くあります。採用している おります。コースの詳細や開催日程、お申し込 開発環境について導入時に役立つ内容を説明 ステッピングモータ制御に必要な基礎が学べ いました。一般にARMだとC言語を用いますが、 あった。 「メンテナンス性から過去の商品を踏襲 デバイスが廃止されたりしたら、TOTOの多く み方法は、㈱東芝 セミコンダクター&ストレー します。 ます。 それだと消費電力やパフォーマンスなどの多く することはもちろんのこと、近い将来の商品も の商品が止まってしまう恐れがあります。その ジ社のWebサイトをご確認ください。なお、本 ■TX00基本 [1日コース] がコンパイラに依存してしまいます。アセンブラ 考えて機能を入れました。東芝さんとの打ち合 ため、安心できる半導体メーカーにしか頼めま セミナーは弊社とお取引きのあるお客さまを前 で最短の処理時間になるようにひとつずつ命令 わせでは、現行のチップにはないけれど、こん せん」と言い切る。さらに安心感の要因として、 提とした講座となっております。同業者の方の TX00シリーズのアーキテクチャと周辺回路を があります。最新の情報は㈱東芝 セミコンダクター を組んでいきました」 （角田氏）。よく使う値を な機能を入れてくれというやり取りをして、リク 進行のポイントごとに確実に進捗管理が行われ 申込みはご遠慮ください。 学習できます。 &ストレージ社のWebサイトをご確認ください。 ARMマイコンに豊富に用意されている汎用レジ エストした機能をほとんど入れていただきまし ていることがあげられていた。 「定期的にマネー スタに入れておくことで、RAMに入れるよりも た」 （家令氏）とのことだ。さらに家令氏は、 「汎 ジメントレビューを行っています。マネージャー 高速でのリード／ライトができるようにしたとの 用マイコンならハードウェアのベースがあって、 による打ち合わせのため、だいたいその場で解 ことだ。 「今回、Cortex-M0というライトバッファ そこからソフトウェアを作るという開発手法です 決できることが多いのも事実です」 （三谷氏）。 がないコアであり、命令の追い越しがないのも が、今回はハードウェアもソフトウェアも同時並 半導体メーカーの再編成が進む中、日本企業 品質向上につながったと考えていますが、それ 行的に進行したので、そのバランスをとって性 ならではのサポートは、将来的な供給面を鑑み でもかなり苦労されたことがあったかと思います」 能を追求していくのが難しかった」という。 ても心強い要因と言えるだろう。 「ハードウェアとソフトウェアの動作の組み合 最後に三谷氏は、 「東芝としては回路技術やプ わせや順番が数多くあるため、さまざまな検討 ロセス技術に加え、専用コプロセッサを用意する を行って作り上げました。その都度確認しなが など、システムに精通した商品企画で差異化を マスクROMによる ら進められれば良いのですが、カスタムチップ 図っています。お客様の技術サポートには特に力 さらなる低消費電力化の追求 を載せたセットが最終的にきちんと動くか怖くて を入れています。今後も、TOTO様と市場のニー しかたがありませんでした」 （金子氏）。 ズを先取りして努力していきます」とまとめた。 最新情報はWebサイトで検索！ 東芝マイコンセミナー マイコンアーキテクチャ マイコン周辺回路 上級 TXシリーズ 基礎コース ブラシレスモータ制御 ステッピングモータ制御 TX03 ベクトル 制御コース TX04 TX03 TX03 インタフェース コース TX00基本 コース 中級 インバータモータ 制御基礎コース TXシリーズ 内蔵周辺回路コース TX03 マイコン 体感コース 今回のカスタムマイコンではマスクROMにも 技術レベル ステッピングモータ 制御コース (バイポーラ/ ユニポーラ) モータ制御入門コース 東芝マイコンのモータ制御を学ぶ 東芝マイコンの技術を学ぶ （東芝 鴫原氏）。 講座のラインアップおよび内容は変更される場合 初級 処理を書い た。低消費電力が 優先される処理 ではマスクROMを使用し、必要に応じてフラッ 手を差し出せば、水が出る。その背景に詰め込まれたTOTOの叡智と シュROMへジャンプをしていろいろな処理を実 飽くなき低消費電力化の追求。それを支えた東芝のイデオロギーが、 行させるようにしている。 「カスタムチップのため 見事に結晶化された逸品。そこには、技術を超えた両社の信頼関係が デバッガがなく、基本的に頭の中で動作シミュ もたらした真のシナジーがあった。 2015.8 16 Volume.11 APS MAGAZINE 東芝マイクロコンピュータセミナー コースラインアップと技術レベル ミックスドシグナルIC営業推進部 ミックスドシグナルICマーケティング担当 TEL：044-548-2821 FAX：044-548-8329 株式会社東芝 セミコンダクター&ストレージ社 http://toshiba.semicon-storage.com/ Volume.11 2015.8 APS MAGAZINE 17
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