JP4141632B2 - 低電圧電池、それを用いた電子機器および電子制御式機械時計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低電圧電池、それを用いた電子機器および電子制御式機械時計に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来の電池は、マンガン乾電池が１．５Ｖ、酸化銀電池が１．６Ｖ、ニッカド電池が１．２Ｖ、リチウム電池が３．０Ｖといずれも１．０Ｖ以上の電圧を有している。また、これらの電池で駆動される電子機器側も、従来は、動作電圧として１．０Ｖ以上を必要としていた。
【０００３】
一方、時計や携帯電話機、携帯型情報機器等の小型、携帯型の電子機器は、消費電力を低減し、持続時間を延ばすために、様々な改良が行われている。このような改良の一つとして、近年、電子機器に組み込まれる半導体として、ＳＯＩ（Silicon On Insulator＝絶縁層上シリコン薄膜）プロセスを用いて製造されたＳＯＩ−ＩＣに代表されるように、０．５Ｖ程度の低電圧で動作するものも開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように電池で駆動される機器側の動作電圧は０．５Ｖ程度と低減されているのに対し、電池（一次電池や二次電池）側は、前記の通り、１．０Ｖ以上の電圧を有している。このため、電池の電圧を降圧して０．５Ｖの低電圧を作る必要があり、回路上複雑になるといった問題があった。
【０００５】
また、１．０Ｖ以上の電池で駆動されるＳＯＩ−ＩＣでは、耐電圧を確保するために、ゲート酸化膜の厚さを厚くしておかなければならず、スレショルド電圧（Ｖth)を下げられないという問題もあった。
【０００６】
さらに、１．０Ｖ以上の高い電圧の電池は、寿命が短く、製造も難しいという問題があった。例えば、酸化銀電池は、電圧が高いとＡｇマイグレーションが電圧によって加速されるため、特殊な材料のセパレータを複数枚使用しなければならず、コストが高くなっていた。しかも、Ａｇが一定量セパレータに吸収されると内部ショートをおこし、その時点で寿命が尽きるため、寿命が短かった。
【０００７】
また、電解液として一般的なアルカリ電解液の耐漏液性能は、電圧が高くなると加速的に低減し、最高のシール技術をもってしても、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）電解液を用いた電池では、２．５年程度の漏液寿命しかないという問題があった。
さらに、シールを確実にするために、パッキン等のシール部材の寸法管理も厳しくする必要があり、製造が煩雑であった。
【０００８】
本発明の目的は、回路を複雑にすることなく低電圧にでき、寿命も長く、製造も容易な低電圧電池と、この低電圧電池を備えた電子機器、電子制御式機械時計を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、正極活物質と、負極活物質と、セパレータと、電解液とを備えて構成される電池において、前記正極活物質としてオキシ水酸化ニッケルまたは二酸化マンガンのいずれかを用い、前記負極活物質として銅を用い、電解液としてアルカリ系電解液を用いて前記電池の起電圧を0.8Ｖ以下とすることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明では、負極活物質として、水酸化基（アルカリ系電解液）との反応時の起電圧（単極電圧）が−０．２９Ｖの銅を用いたので、同様の起電圧が−１．２Ｖ程度ある亜鉛などに比べて、各種の正極活物質、例えばオキシ水酸化ニッケル（単極電圧０．４０１Ｖ）、二酸化マンガン（単極電圧０．１５Ｖ）等と組み合わせた際の電池電圧は約０．４Ｖ〜０．７Ｖ程度に押えることができる。
【００１１】
従って、負極活物質として亜鉛を用いた電池（１．５Ｖ程度）に比べて、降圧回路等を設けずに電池の出力電圧を０．５Ｖ程度の低電圧とすることができ、回路を簡略化できる。さらに、本発明の低電圧電池でＳＯＩ−ＩＣを駆動する場合には、ゲート酸化膜の厚さを薄くできるため、スレショルド電圧（Ｖth)を下げることができる。
さらに、電圧が低いため、例えば、正極活物質として酸化銀を用いてもＡｇマイグレーションが加速されることもなく、内部ショートも起こしにくくなり、寿命も長くすることができる。
また、アルカリ電解液の耐漏液性能も向上でき、漏液寿命もより延長することができるとともに、電池の製造も容易に行うことができる。
その上、電池の起電圧が低いと一般的に理論電気量が大きくなるので、電気容量を大きくすることができる。
【００１２】
ここで、正極活物質としては、オキシ水酸化ニッケル（NiOOH）、二酸化マンガン（MnO2）のいずれかを用いることが好ましい。
オキシ水酸化ニッケルを用いた場合には、電池の起電圧を高くできる。また、二酸化マンガンを用いた場合には、安価に製造できる。
【００１３】
ここで、前記銅は、粒状または網状に形成されていることが好ましい。粒状に形成する場合には、粒の大きさはさまざまな径を混在させることにより、充填率を上げるとともに、反応面積を増大させることができ、大電流にも対応できる。
【００１４】
また、前記アルカリ系電解液には、酸化銅が溶解されていることが好ましい。水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）や、水酸化ナトリウム水溶液（ＮａＯＨ）等からなるアルカリ系電解液に、酸化銅などを飽和状態あるいは飽和近くまで溶解しておけば、負極活物質である銅の電解液への溶解を押さえることができ、負極活物質の消耗を防止できて電池の寿命をより長くできる。
【００１５】
本発明の電子機器は、前記低電圧電池と、この低電圧電池で駆動可能な集積回路とを備えることを特徴とするものである。
このような低電圧で駆動可能な集積回路としては、例えば、絶縁層上シリコン薄膜構造の集積回路（ＳＯＩ−ＩＣ）等が利用できる。
【００１６】
起電圧が０．８Ｖ以下の低電圧電池で駆動可能なＳＯＩ−ＩＣ等の集積回路を用いれば、低電圧電池の出力で十分に動作可能なため、低電圧、大電流化に適した回路構成の電子機器とすることができる。さらに、集積回路を駆動する際に、電気容量や、漏液性能、自己放電などの点で長期信頼性に優れている低電圧電池を利用できるので、長期間安定して駆動できる電子機器を構成できる。
【００１７】
また、特に、ＳＯＩ−ＩＣは、最低動作電圧が０．４〜０．５Ｖ程度と低いため、低電圧電池が０．５Ｖ前後の起電圧でも、十分に動作可能にできる。従って、より低電圧、大電流化に適した回路構成の電子機器とすることができる。
【００１８】
また、本発明の電子機器としては、前記低電圧電池からなる二次電池と、この二次電池を充電可能でかつ直列方向には１段のみに制限された太陽電池とを備えることを特徴とするものでもよい。
【００１９】
このような本発明では、太陽電池が１段のみであるため、限られたスペースであってもソーラーセルの面積を大きくでき、発電電流量を大きくすることができる。また、１段のソーラーセルの起電圧は０．６〜０．７Ｖ程度であり、水の電気分解電圧の１．２Ｖに比べてはるかに低いため、アルカリ電解液を用いた低電圧電池に充電する場合でも、過充電保護回路を不要にでき、回路構成を簡略化できる。
【００２０】
さらに、この電子回路には、前記低電圧電池で駆動可能な集積回路を備えることが好ましい。この集積回路は、絶縁層上シリコン薄膜構造の集積回路であることがより好ましい。
【００２１】
１段の太陽電池と、低電圧電池からなる二次電池と、この低電圧電池で駆動可能なＳＯＩ−ＩＣ等の集積回路とを組み合わせた電子機器は、発電、充電、駆動時の電圧をすべて低い電圧で行えるため、過充電保護回路や降圧回路等を不要にでき、コンパクトでかつ、低電圧、大電流化に適した回路構成の電子機器とすることができる。このため、消費電力も小さくでき、携帯用の小型の電子機器であっても持続時間を延長することができる。その上、二次電池は、一般に充電電圧が高いと漏液特性が悪くなるが、本発明では、低電圧電池を用いており、その電圧も０．８Ｖ以下の低電圧で使用されるため、漏液特性を格段に向上でき、電気容量に優れ、自己放電も少なく、長期間利用可能な電子機器にできる。
【００２２】
本発明の電子制御式機械時計は、機械的エネルギ貯蔵手段と、前記機械的エネルギ貯蔵手段によって駆動される時刻表示装置と、この時刻表示装置を調速する調速機と、この調速機を制御する調速制御手段と、この調速制御手段を駆動する前記低電圧電池と、を備えることを特徴とするものである。
この際、前記調速制御手段は、絶縁層上シリコン薄膜構造の集積回路（ＳＯＩ−ＩＣ）で構成されていることが好ましい。
【００２３】
このような電子制御式機械時計によれば、調速制御手段は調速機の制御のみを行っているので、ＳＯＩ−ＩＣ等の低電圧で駆動可能な集積回路を利用でき、本発明の低電圧電池で十分に駆動できる。また、調速機は、調速のみを行えばよく、発電を行う必要がないため、コイル巻数も少なくでき、小型でかつ安価にできる。さらに、機械的エネルギ貯蔵手段から供給されるエネルギは、指針の駆動に利用され、発電に用いる必要がないため、省エネルギ化が図れ、駆動の長寿命化を実現できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用した電子機器である電子制御式機械時計１の概要を示すブロック図である。また、図２には、その要部を示す斜視図である。
【００２５】
電子制御式機械時計１は、機械的エネルギ入力手段２、機械的エネルギ貯蔵手段３、増速輪列５、指針１０、調速機２０、調速制御手段３０、低電圧電池５０を備えて構成されている。
【００２６】
機械的エネルギ貯蔵手段３は、ゼンマイ、ゴム、スプリング、重錘のいずれかであり、機械的エネルギを蓄えることができるもので構成されている。本実施形態では、図２に示す香箱車３ａ内に配置されたゼンマイで構成されている。
また、機械的エネルギ入力手段２は、この機械的エネルギ貯蔵手段３に機械的エネルギを入力するものであり、手巻き、位置エネルギ、気圧変化、風力、波力、水力、温度差等を利用したもので構成されている。本実施形態では、図示しない手巻き機構によって構成されている。
【００２７】
ゼンマイの機械的エネルギは、香箱車３ａの香箱歯車３ｂを介して、二番車６、三番車７、四番車８、五番車９からなる増速輪列５に伝達され、さらに調速機２０のロータ２１へ伝達される。ここで、二番車６には分針１１が、四番車８には秒針１２が、図示しない筒車には時針がそれぞれ固定され、これらの時針、分針１１、秒針１２で針表示によって時刻を指示する時刻表示装置としての指針１０が構成されている。
【００２８】
調速機２０は、永久磁石を有するロータ２１、ステータ（コア、磁心）２２、コイル２３を備えている。ステータ２２は、同一形状の一対のコ字型ステータとされ、その磁心部分の外周に同一巻回数のコイル２３を巻線し、両コイル２３間は直列接続されている。
ステータ２２の一端部には、半円状のステータ孔が形成され、ロータ２１が配置されている。また、ステータ２２の他端部は、その側端面が互いに密着されているとともに、各他端部に跨って連結板２４が密着固定されている。
【００２９】
なお、本実施形態では、調速機２０は、発電機と同様の構成であるが、発電する必要がないため、コイル２３の巻数は非常に少なくされている。具体的には、調速制御手段３０を駆動する電力を発電機で発電する場合、コイルを６万巻きしなければならなかったが、本実施形態の場合には、コイルを２万巻き程度すればよい。この際、発電機では、巻数が６万にもなると厚くなるため、線径の細い（例えば１３μｍ）のコイルを利用していたが、２万程度でよい調速機２０の場合には、一般的な線径（２０μｍ）のコイルを利用できる。
【００３０】
調速制御手段３０は、発振回路３１、調速機２０の速度検出回路３２、調速機２０の調速回路３３を備えて構成され、ＳＯＩ−ＩＣで実現されている。
ＳＯＩ−ＩＣは、ＳＯＩ（Silicon On Insulator＝絶縁層上シリコン薄膜）プロセスを用いて製造されたＩＣであり、例えば、ＤＴ−ＭＯＳ（Dynamic Threshold Metal Oxide Semiconductor）型のＩＣ等が知られている。
【００３１】
より具体的には、図３（Ａ）に示す回路および図３（Ｂ）に示す構造のＤＴ−ＭＯＳ型のＩＣ１２１を用いている。
ここで、図３（Ａ）の回路は、Ｐ型のＤＴ−ＭＯＳ型ＩＣ（トランジスタ）１２１Ａと、Ｎ型のＤＴ−ＭＯＳ型ＩＣ（トランジスタ）１２１Ｂとを直列に接続し、共通接続したゲートと拡散層をそれぞれ入力端子、出力端子とした回路（インバータ）である。
【００３２】
ＤＴ−ＭＯＳ型ＩＣ１２１は、図３（Ｂ）に示すＮチャンネル（Ｎ型）のＤＴ−ＭＯＳ型ＩＣ（トランジスタ）１２１Ｂを例に説明すると、シリコン基板１２２上に、ＳｉＯ₂からなる絶縁層１２３を設け、さらにＰ型半導体からなるボディ（基板）１２４、Ｎ型半導体からなるソース１２５、ドレイン１２６を絶縁層１２３上に配置し、ボディ１２４上にＳｉＯ₂からなるゲート絶縁層１２７を介してゲート電極１２８を配置して構成されたものである。この際、一般的には、ボディ１２４とゲート電極１２８とは同電位にされている。
【００３３】
このＤＴ−ＭＯＳ型ＩＣ１２１は、図３（Ａ）に示すように、ボディ１２４とゲート電極１２８とを接続して同電位に制御しているため、スレショルド電圧（Ｖth）の制御が可能であり、トランジスタのＯＦＦ時にはＶthを高く、ＯＮ時にはＶthを低くすることができ、ＯＦＦ時のリークを最小にできる利点がある。
但し、その構造上、電源電圧ＶＤＤが約０．７Ｖ（Ｖｆ：寄生ダイオード１２１Ｃの順方向電圧）よりも大きくなると、トランジスタの入力と出力とが寄生ダイオード１２１Ｃを介してショートするため、電源電圧が０．７Ｖを越えないようにして使用しなければならない制約がある。
【００３４】
発振回路３１は時間標準源である水晶振動子（図示せず）を用いて発振信号を出力し、この発振信号は適宜分周されて基準信号として調速回路３３に入力される。
速度検出回路３２は、調速機２０の出力などに基づいてその回転を検出することなどで速度を検出し、速度検出信号を出力する。
【００３５】
調速回路３３は、速度検出回路３２の速度検出信号および発振回路３１からの基準信号を比較し、その差に応じて調速機２０の速度を調整する信号を調速機２０に出力している。この信号によって調速機２０の調速機構が動作し、調速機２０は基準信号に同期するように調速される。
【００３６】
なお、調速機２０の調速方法は、例えば、調速機２０の各端子間を閉ループさせてショートブレーキを掛けてブレーキ制御したり、調速機２０に可変抵抗等を接続して調速機２０のコイルに流れる電流値を変えることでブレーキ制御するように構成されている。
【００３７】
そして、調速機２０が一定速度に調速されることで、調速機２０（ロータ２１）の回転に連動する増速輪列５に取り付けられた指針１０が決められた速度で駆動され、時刻を表示するようにされている。
【００３８】
この調速制御手段３０を駆動している低電圧電池５０は、図４に示すような構造で構成されている。
すなわち、本実施形態の電子制御式機械時計１は、腕時計として用いられるため、低電圧電池５０もボタン形に形成されている。
【００３９】
具体的には、低電圧電池５０は、正極缶（正極ケース）５１、正極リング５２、負極キャップ（封口板）５３、ガスケット５４、セパレータ５５、正極活物質５６、負極活物質５７およびアルカリ電解液を備えて構成されている。
【００４０】
正極缶５１は、鉄系材料で構成され、外表面には電気接触抵抗を下げるためにニッケルメッキが施されている。この正極缶５１は、有底円筒状に形成され、開口側は他の部材を配置後にかしめること等で他の部材を保持している。また、その内周面側には、正極リング５２が配置されている。
【００４１】
負極キャップ５３は、鉄系材料で構成され、内面側には負極キャップ５３の缶材質である鉄との局部電池を避けるために、金箔クラッド構造（金箔との２層構造）とされている。クラッド構造としたのは、メッキではピンホールが有るために局部電池化に効果が無いからである。
また、負極キャップ５３の外表面には、正極缶５１と同様に、電気接触抵抗を下げるためにニッケルメッキ（クラッド材でも可）が施されている。
【００４２】
セパレータ５５は、セロファン系高分子セパレータや、耐アルカリ製不織布セパレータからなり、正極リング５２の表面に貼られている。なお、セパレータ５５の種類は、後述するように、使用する正極活物質５６によって適宜選択される。
【００４３】
アルカリ電解液は、セパレータ５５やセパレータ５５に隣接して配置される含浸材に含浸されて配置されている。
電解液は、数十％濃度（例えば３５％前後）の水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）や、水酸化ナトリウム水溶液（ＮａＯＨ）が利用される。水酸化カリウム水溶液は大電流用途に利用され、水酸化ナトリウム水溶液は小電流用で長期信頼性の要求される用途に利用される。
また、負極活物質５７である銅の電解液への溶解を押さえるために、酸化銅を電解液に飽和近くまで溶解してある。
【００４４】
負極活物質５７は、銅で構成されている。この銅は、粒状または網状とされている。本実施形態では、粒状に形成されており、粒の大きさは様々な径を混在させることで、充填率を上げると共に、反応面積を増し、大電流にも対応できるように構成されている。なお、シート電池や薄型コイン型電池の場合には、製造効率の点でメッシュ状に形成するほうが好ましい。
また、銅の自己酸化を押さえるために、酸化抑制剤が混入されている。
【００４５】
正極活物質５６は、酸化銀（Ag₂O）、オキシ水酸化ニッケル（NiOOH）、二酸化マンガン（MnO₂)のいずれかが用いられている。これらの各正極活物質５６には、導電性向上のため、炭素Ｃが数％混練されている。
なお、酸化銀が用いられた場合、Ａｇマイグレーションの銀（Ａｇ）をトラップするために、セロファン系高分子セパレータが用いられる。一方、二酸化マンガンやオキシ水酸化ニッケルの場合には、セロファン系高分子セパレータを用いてもよいが、耐アルカリ製不織布セパレータも利用できる。また、各セパレータ５５は、１枚あるいは数枚を重ねて使用している。
【００４６】
ガスケット（パッキン）５４は、正極缶５１と負極キャップ５３とを絶縁すると共に、内部の活物質や電解液が漏れないようにシールしている。このガスケット５４の材質は、適宜選択できるが、例えば、耐クリープ性能のよい、ナイロン６６等を使用している。また、耐漏液性向上のため、ピッチ、タール等の液体シール剤も使用している。
【００４７】
このような構成の低電圧電池５０は、各正極活物質５６の種類により、次のような反応式でそれぞれ電池として成立している。
まず、正極活物質５６として酸化銀を用いた場合の正極および負極の各反応式は、次の数１、数２のようになる。
【００４８】
【数１】
正極 Ａｇ₂Ｏ＋Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^- → ２Ａｇ＋２ＯＨ^-
【００４９】
【数２】
負極 Ｃｕ＋２ＯＨ^- → ＣｕＯ＋Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-
【００５０】
また、正極活物質５６としてオキシ水酸化ニッケルを用いた場合の正極および負極の各反応式は、次の数３、数４のようになる。
【００５１】
【数３】
正極 ＮｉＯＯＨ＋Ｈ₂Ｏ＋ｅ^- → Ｎｉ(ＯＨ)₂＋ＯＨ^-
【００５２】
【数４】
負極 Ｃｕ＋２ＯＨ^- → ＣｕＯ＋Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-
【００５３】
さらに、正極活物質５６として二酸化マンガンを用いた場合の正極および負極の各反応式は、次の数５、数６のようになる。
【００５４】
【数５】
正極 ＭｎＯ₂＋Ｈ₂Ｏ＋ｅ^- → ＭｎＯＯＨ＋ＯＨ^-
【００５５】
【数６】
負極 Ｃｕ＋２ＯＨ^- → ＣｕＯ＋Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-
【００５６】
ここで、数１の反応式の単極電位（電極電位）は０．３４Ｖであり、数２の単極電位は−０．２９Ｖである。このため、酸化銀（正極）と銅（負極）を用いた電池５０の起電圧は、０．３４Ｖ−（−０．２９Ｖ）＝０．６３Ｖとなる。
同様に、数３の単極電位は０．４０１Ｖであり、数４の単極電位は−０．２９Ｖである。このため、オキシ水酸化ニッケル（正極）と銅（負極）を用いた電池５０の起電圧は、０．６９Ｖとなる。
さらに、数５の単極電位は０．１５Ｖであり、数６の単極電位は−０．２９Ｖである。このため、二酸化マンガン（正極）と銅（負極）を用いた電池５０の起電圧は、０．４４Ｖとなる。
【００５７】
このような本実施形態においては、指針１０は、機械的エネルギ貯蔵手段３であるゼンマイから増速輪列５を介して伝達される機械的エネルギで駆動される。また、この機械的エネルギは、増速輪列５を介して調速機２０のロータ２１に伝達され、このロータ２１の回転速度を調速制御手段３０で制御して一定速度にすることで、指針１０も一定速度で駆動される。
【００５８】
このような本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
(1) 低電圧電池５０は、負極活物質５７に銅を用いたので、起電圧を０．４４〜０．６９Ｖ、つまり０．８Ｖ以下と非常に低くすることができる。
このため、電池５０のリーク電流を少なくでき、自己放電特性も向上することができる。また、一般に電池の起電圧が低くなると、理論電気量は増えるため、電気容量の大きな電池にすることができる。
【００５９】
(2) アルカリ電解液は、一般に電圧が高いとマイナス電位に引っ張られるクリープ特性を持っているが、本実施形態では、電池５０の電圧が低いため、クリープ特性が弱くなり、漏液特性も非常に向上できる。
このため、パッキン等のシール部材の寸法管理もそれほど厳しくする必要がなく、容易に製造することができる。
【００６０】
(3) 電圧が低いため、例えば、正極活物質５６として酸化銀を用いてもＡｇマイグレーションが加速されることもなく、内部ショートも起こしにくくなり、寿命も長くすることができる。また、Ａｇマイグレーションが起こりにくいため、セパレータ５５の寿命も長くすることができる。
さらに、セパレータ５５を薄くできるため、高価なセロファン系高分子セパレータの使用枚数を少なくでき、その分、安価に提供できる。
【００６１】
(4) 電池５０の電圧が低いため、ＳＯＩ−ＩＣで構成された調速制御手段３０のように、０．５Ｖ程度の低電圧で作動される集積回路を駆動する際に、電池の電圧を下げる降圧回路等を設ける必要がなく、回路を簡略化できる。従って、製造コストも低減できる。
【００６２】
(5) さらに、調速制御手段３０を構成するＳＯＩ−ＩＣのゲート酸化膜の厚さを、例えば、リチウム電池等からなる２．１Ｖ電源を使用する場合に比べて、１／３の厚さにすることができる。これにより、スレショルド電圧（Ｖth）を下げることができ、スイッチング速度を早くできたり、動作電圧を低減することができ、より一層の低消費電力化を実現できる。
その上、前記実施形態では、ＳＯＩプロセスで製造されたＩＣとして、ＤＴ−ＭＯＳ型ＩＣ１２１を用いたので、スレショルド電圧（Ｖth）を制御でき、ＯＮ時（ゲート電圧印加時）にバックゲート効果で動作電圧Ｖthを最も低くできる。また、トランジスタのＯＦＦ時にはＶthを高くでき、ＯＦＦ時のリークを最小にできる。従って、ＤＴ−ＭＯＳ型ＩＣ１２１を用いれば高速動作に最適な構成にできる。また、ボディ１２４への電荷蓄積も防止できる。
【００６３】
(6) 本実施形態の電子制御式機械時計１では、調速機２０のコイル巻き数を大幅に低減できるため、小型で安価にでき、かつゼンマイによる駆動を長寿命化でき、さらに、電子制御による高精度の時計１にすることができる。
すなわち、発電機の場合、コイル巻数が多いために、線径の細い高価なコイルを用いる必要があるが、発電しない調速機２０では、一般的な安価なコイルを利用でき、電子制御式機械時計１を小型でかつ安価に構成できる。しかも、発電や整流機能が不要なため、シンプルな回路構成にでき、ＩＣサイズや回路基板の小型化も可能であり、この点でも時計１をより一層小型、薄型化できる。
【００６４】
(7) また、負極活物質５７の銅を、粒状に形成したので、様々な大きさの粒を混在させて充填率を上げることができ、かつ反応面積を増大させることができる。このため、大電流にも十分に対応できる。
【００６５】
(8) 起電圧が０．８Ｖ以下の低電圧電池５０と、この低電圧電池５０で駆動可能なＳＯＩ−ＩＣ等の集積回路とを組み合わせたので、低電圧、大電流化に適した回路構成の電子機器（電子制御式機械時計１）とすることができる。さらに、集積回路を駆動する際に、電気容量や、漏液性能、自己放電などの点で長期信頼性に優れている低電圧電池５０を利用したので、長期間安定して駆動できる電子機器を構成することができる。
【００６６】
(9) 機械的エネルギ貯蔵手段３であるゼンマイで発電する必要が無いため、ゼンマイの持続時間を延長することができ、長期間持続可能な時計１にすることができる。また、従来と同じ持続時間でよい場合には、必要となる機械的エネルギを削減できるため、ゼンマイつまりは時計１を小型、薄型化できる。
【００６７】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、電池のパッケージとしては、ボタン型に限らず、シリンダー型（円筒型）、扁平型（コイン型）、シート型、細型（ピン型）、角型など、用途に応じて自由に構成可能である。
【００６８】
また、電池５０の正極活物質５６、セパレータ５５、アルカリ電解液、ガスケット５４、負極キャップ５３、正極缶５１等の具体的な材質は、前記実施形態で例示したものに限らない。特に、正極活物質５６は、銅からなる負極活物質５７と組み合わせた際に、起電圧が０．８Ｖ以下になるものであればよく、実施にあたって適宜選択すればよい。
【００６９】
また、調速制御手段３０を構成するＩＣとしては、ＤＴ−ＭＯＳ型ＩＣ１２１に限らず、図５に示すような他のＳＯＩプロセスのＩＣを用いてもよい。例えば、図５（Ａ）に示すようなボディ１２４がゲート電極１２８と同電位とはされておらず、浮いているフローティングボディ（Floating−Body）タイプのＩＣ１８１を用いてもよい。このＩＣ１８１は、構造が簡単なために製造（プロセス）を簡単にでき、寄生容量も最小にできる。さらに、既存ライブラリの使用も可能である。但し、ボディ１２４に電荷が蓄積されてしまうデメリットもある。
【００７０】
また、ＩＣとしては、図５（Ｂ）に示すボディ１２４とソース１２５とが同電位のソースタイ（Source−Tie ）タイプのＩＣ１８２を用いてもよい。このＩＣ１８２は、ボディ１２４のコントロールはしない。また、構造は従来のＭＯＳトランジスタと同様だが、素子を絶縁層で分離しているので、従来のＭＯＳトランジスタよりもスレショルド電圧を下げることができる。
さらに、ＩＣとしては、図５（Ｃ）に示すボディ１２４に任意のバイアスを加えたボディ固定タイプのＩＣ１８３を用いてもよい。このＩＣ１８３は、すべてのボディ１２４を同時にコントロールする必要がある。また、既存ライブラリも使用可能である。
【００７１】
さらに、ＩＣとしては、ＳＯＩ構造のものに限らず、通常のシリコン基板上にＮ型半導体やＰ型半導体を構成する構造のものを用いてもよい。但し、ＳＯＩ構造のほうがより低電圧で駆動できる点で有利である。
【００７２】
さらに、前記実施形態では、低電圧電池５０は１次電池として利用していたが、別途、発電機構を設け、この発電機構で充電される２次電池として利用してもよい。
この際、発電機構としては、前記調速機２０のコイル巻数を増やして発電機として兼用することで構成してもよいが、例えば、図６に示すように、１段のソーラーセル（太陽電池）８０を用いることが好ましい。ソーラーセル８０としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン系の太陽電池を利用してもよいし、化合物半導体太陽電池を利用してもよい。特に、屋内で利用する場合には、アモルファスシリコン太陽電池や化合物半導体太陽電池が好ましく、屋外で利用する場合には、単結晶シリコン太陽電池や多結晶シリコン太陽電池が好ましい。
【００７３】
１段のソーラーセル８０は、起電圧は０．７Ｖ程度であり、水の電気分解電圧（１．２Ｖ）よりもはるかに低いため、本発明の低電圧電池５０を充電する場合に、過充電保護回路を不要にでき、回路構成が簡易になってコストを削減できる点で適している。
なお、ソーラーセル８０の充電回路における整流回路としては、通常のダイオード整流回路では、降下電圧ΔＶが比較的小さいショットキーバリアダイオードでも０．３Ｖ程度あり、ソーラーセル８０の起電圧（０．７Ｖ程度）に比べて大きいため、図６に示すように、トランジスタ（ＦＥＴ、電界効果型トランジスタ）８１と、コンパレータ８２とを用いたトランジスタ・コンパレータ整流回路を用いることが好ましい。なお、図６において、符号８３は、トランジスタ８１の寄生ダイオードである。
【００７４】
また、発電機構としては、太陽電池に限らず、浮遊電波を電気エネルギに変換する浮遊電波発電装置や、温度差を電気エネルギに変換する熱発電素子、さらには回転錘等の機械的エネルギを電気エネルギに変換する発電装置、圧電素子等の各種発電装置を利用してもよい。
【００７５】
また、前記実施形態では、機械的エネルギ貯蔵手段３として、ゼンマイを用いていたが、ゴム、重錘、スプリング（バネ）等の他の機械的エネルギ貯蔵手段を用いてもよい。
さらに、機械的エネルギ入力手段としても、手巻きによる入力に限らず、位置エネルギを利用したものや、気圧変化を利用したもの、さらには風力、波力、水力、温度差などを利用したものでもよく、これらは実施にあたって適宜設定すればよい。
【００７６】
また、本発明の電子機器としては、前記電子制御式機械時計１に限らない。要するに、表示機能やモータ駆動機能がなく、制御機能のみのために低電圧で駆動可能な集積回路を備える各種の電子機器に利用できる。なお、電子機器自体に、表示機能やモータ駆動機能がある場合でも、それらの駆動用の集積回路が、制御用の集積回路と別に設けられていれば、本発明の低電圧電池５０で制御用の集積回路を駆動し、他の電源で駆動用の集積回路を駆動することもできるため、本発明を適用することができる。
【００７７】
従って、本発明の電子機器としては、アナログ時計やデジタル時計等でもよく、さらに、腕時計以外の置き時計、クロック等の各種時計に組み込んでもよい。また、本発明は、時計以外の携帯電話機、ページャ、電卓、携帯用パーソナルコンピュータ、携帯ラジオ、歩数計、ひげ剃り、携帯型血圧計、電子手帳、ＰＤＡ（小型情報端末、「Personal Digital Assistant」）、玩具、ＩＣカード、自動車や家屋用のキー等の各種の電子機器に適用できる。特に、本発明では、低電圧、大電流によって省エネルギ化が図れ、携帯用に小型化された各種電子機器に最適である。
さらに、本発明は、携帯用でない電子機器にも当然適用することができ、屋外等の商用電源からの電力を確保できない場所に設置される時計等の各種電子機器に適用できる。
【００７８】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の低電圧電池、電子機器、電子制御式機械時計によれば、回路を複雑にすることなく低電圧にでき、寿命も長く、容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における電子制御式機械時計の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態の電子制御式機械時計の要部を示す概略斜視図である。
【図３】図３（Ａ）は本実施形態の絶縁層上シリコン薄膜（ＳＯＩ）構造のトランジスタを用いた電子回路を示す回路図であり、図３（Ｂ）は絶縁層上シリコン薄膜構造の集積回路の構成を示す図である。
【図４】本実施形態の低電圧電池の構成を示す断面図である。
【図５】本発明における絶縁層上シリコン薄膜（ＳＯＩ）構造の集積回路の変形例を示す回路図である。
【図６】本発明の変形例におけるソーラーセルと低電圧二次電池とを組み合わせた回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 電子制御式機械時計
２ 機械的エネルギ入力手段
３ 機械的エネルギ貯蔵手段
３ａ 香箱車
３ｂ 香箱歯車
５ 増速輪列
１０ 指針
１１ 分針
１２ 秒針
２０ 調速機
２１ ロータ
２２ ステータ
２３ コイル
３０ 調速制御手段
３１ 発振回路
３２ 速度検出回路
３３ 調速回路
５０ 低電圧電池
５１ 正極缶
５２ 正極リング
５３ 負極キャップ
５４ ガスケット
５５ セパレータ
５６ 正極活物質
５７ 負極活物質
８０ ソーラーセル
８１ トランジスタ
８２ コンパレータ
８３ 寄生ダイオード
１２１ ＤＴ−ＭＯＳ型ＩＣ
１２１Ｃ 寄生ダイオード
１２２ シリコン基板
１２３ 絶縁層
１２４ ボディ
１２５ ソース
１２６ ドレイン
１２７ ゲート絶縁層
１２８ ゲート電極

Claims (9)

1. 正極活物質と、負極活物質と、セパレータと、電解液とを備えて構成される電池において、
   前記正極活物質としてオキシ水酸化ニッケルまたは二酸化マンガンのいずれかを用い、前記負極活物質として銅を用い、電解液としてアルカリ系電解液を用いて前記電池の起電圧を0.8Ｖ以下とすることを特徴とする低電圧電池。
2. 請求項１記載に記載の低電圧電池において、
   前記銅は、粒状または網状に形成されていることを特徴とする低電圧電池。
3. 請求項項１または請求項２に記載の低電圧電池において、
   前記アルカリ系電解液には、酸化銅が溶解されていることを特徴とする低電圧電池。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の低電圧電池と、該低電圧電池で駆動可能な集積回路とを備えることを特徴とする電子機器。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の低電圧電池からなる二次電池と、該二次電池を充電可能でかつ直列方向に１段のみに制限された太陽電池とを備えることを特徴とする電子機器。
6. 請求項５記載の電子機器において、
   前記低電圧電池で駆動可能な集積回路を備えることを特徴とする電子機器。
7. 請求項４または請求項６に記載の電子機器において、
   前記集積回路は、絶縁層上シリコン薄膜構造の集積回路であることを特徴とする電子機器。
8. 機械的エネルギ貯蔵手段と、前記機械的エネルギ貯蔵手段によって駆動される時刻表示装置と、前記時刻表示装置を調速する調速機と、前記調速機を制御する調速制御装置と、前記調速制御手段を駆動する請求項１〜３のいずれかに記載の低電圧電池と、を備えることを特徴とする電子制御式機械時計。
9. 請求項８記載の電子制御式機械時計において、
   前記調速制御手段は、絶縁層上シリコン薄膜構造の集積回路で構成されていることを特徴とする電子制御式機械時計。

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