JP6870285B2

JP6870285B2 - 充電装置

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Publication number: JP6870285B2
Application number: JP2016221277A
Authority: JP
Inventors: 友裕加藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-11-14
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2036-11-14
Also published as: JP2018082511A

Description

本技術は例えば全固体電池を使用する蓄電装置を充電するのに使用される充電装置に関する。

二次電池例えばリチウムイオン二次電池の充電方式として定電流充電（以下、ＣＣ充電と称する）と定電圧充電（以下、ＣＶ充電と称する）を組み合わせたＣＣＣＶ(Constant
Current Constant Voltage: 定電流定電圧）充電方式が知られている。ＣＣＣＶ充電方式では、電池電圧が所定の電圧（以下、標準充電電圧と称する）に到達するまでは定電流で充電し、所定電圧に達した後は定電圧で充電する。そして、充電電流がほぼ０に収束した時点で充電が完了する。

例えば、電池容量が１０００ｍＡｈで標準充電電圧が４．２Ｖの単一の電池にＣＣＣＶ充電方式で充電をする場合、まず、電池電圧が４．２Ｖ未満の領域では５００ｍＡにて定電流充電を行う（０．５Ｃ充電）。充電によって電池電圧が上昇し、電池電圧が４．２Ｖに達すると充電電源を定電圧制御の動作に切り替える。次第に充電電流が減少し、充電電流がほぼ０に近づくと充電を完了する。

最近では、プリント回路基板実装型のリチウムイオン二次電池として期待される、固体電解質電池で提案されている。プリント回路基板に実装可能な固体電解質電池を充電するにあたり定電流充電から定電圧充電へ切り替える際に瞬間的にＩ（電流）Ｒ（抵抗）ドロップが生じ、定電圧に切り替わる際に、その判定電圧以下になってしまい、定電圧状態に遷移しない。また、電池を充電器に接続していない状態では、充電端子は定電圧状態であり、その状態で電池を接続するといきなり定電圧で充電することとなる。

特許文献１、特許文献２及び特許文献３には、定電流充電から定電圧充電の切り替え回路として、電池電圧を切り替えのしきい値電圧と比較するコンパレータを採用しているものが記載されている。特許文献１では、定電流充電時に於いて、アナログコンパレータ電池電圧が基準電圧に従う設定電圧に達したことを示す検知信号が出力されると、スイッチオフとなり、定電流充電電流路（定電流充電路）を断つことが記載されている。

特許文献２には、二次電池の端子電圧を検出する電圧検出回路の出力に基づいて電池に供給する充電電流を制御する充電電流制御回路と、電池の間に逆流防止ダイオードを挿入するとともに、電池と電圧検出回路の間にスイッチ素子であるＦＥＴを挿入し、スイッチ制御回路によってＦＥＴ２充電用電源がオンのときに導通状態とし、充電用電源がオフのときに非導通状態とする制御を行うことが記載されている。

特許文献３には、充電用電源と、二次電池の両端子に入力端子および基準電位端子がそれぞれ接続された分圧回路と、この分圧回路の出力端子と基準電位端子との間に接続され、二次電池の種類に応じて導通状態または非導通状態とされるスイッチ回路と、充電用電源から二次電池に供給される充電電流を検出し充電電流に対応した電圧を発生する電流検出回路と、分圧回路の出力電圧と電流検出回路の出力電圧のうち電圧値の大きい方を選択する最大電圧選択回路と、この最大電圧選択回路の出力に応じて充電電流を制御する電流制御回路とを有する構成が記載されている。

特開平１０−１３６５７９号公報特開平８−３１７５７１号公報特開平８−２１４４６６号公報

特許文献１及び特許文献２に記載のものは、単純にコンパレータで比較する回路構成示されているが、その詳細構成についての記載がない。また、特許文献３の場合、ヒステリシス回路を含んでいないため、定電流充電から定電圧充電に切り替わる際、確実な切り替わりは困難である。

したがって、本技術の目的は、定電流充電から定電圧充電が確実に切り替わることができ、回路構成が簡単な充電装置を提供することにある。

本技術は、二次電池に対して定電流充電を行い、且つ、二次電池の電池電圧が充電基準電圧に達すると定電圧充電に切り替えることが可能な充電装置であって、
定電流充電から定電圧充電へ切り替わる際の判定を行う切替判定回路と、
定電流充電回路及び二次電池の間に挿入された第１のスイッチング回路と、
定電圧充電回路及び二次電池の間に挿入された第２のスイッチング回路とを備え、
切替判定回路は、オペアンプ若しくはコンパレータからなり、ヒステリシス上限電圧と充電電圧がほぼ等しくされたヒステリシス回路であり、
第１及び第２のスイッチング回路のそれぞれは、互いのゲート及びドレインが互いに接続された２つのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによって構成され、
電池電圧より充電基準電圧が高く、充電基準電圧とＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのゲート閾値電圧の和以上の電圧を印加した場合は第１のスイッチング回路が導通すると共に、第２のスイッチング回路が非導通し、
充電基準電圧より電池電圧が高く、電池電圧とＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのゲート閾値電圧の和以上の電圧を印加した場合は第２のスイッチング回路が導通すると共に、第１のスイッチング回路が非導通するようになされた充電装置である。

より具体的には、本技術は、オペアンプ若しくはコンパレータの反転入力端子を入力端子Ａとし、非反転入力端子を入力端子Ｂとし、
切替判定回路は、電池電圧端子と入力端子Ｂ間の抵抗Ｒ１、入力端子Ａとオペアンプ若しくはコンパレータの出力端子間の抵抗Ｒ２で電池電圧を分圧した電圧を、入力端子Ｂに印加し、
充電基準電圧端子と入力端子Ｂ間の抵抗Ｒ３、入力端子Ｂとグラウンド端子間の抵抗Ｒ４で充電基準電圧を分圧した電圧を、入力端子Ａに印加するように構成された充電装置である。

さらに、ヒステリシス上限電圧と充電基準電圧を一致させるための分圧抵抗値の値は、（Ｒ１：Ｒ２＝Ｒ３：Ｒ４）を満たし、且つ、その両者の抵抗比の差の許容値は（＋／−）１％以内とされる。

少なくとも一つの実施形態によれば、定電流充電から定電圧充電への切替の判定は、電流及び電池の内部抵抗による電圧降下以上のヒステリシスを有するヒステリシス回路によってなされるので、発振が生じたり、定電流充電によって充電基準電圧以上に二次電池が充電されたりすることを防止することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果又はそれらと異質な効果であっても良い。

本技術が適用できる全固体電池の一例を説明するための断面図である。本技術が適用できる全固体電池の他の例を説明するための断面図である。全固体電池をプリント回路基板に実装した場合の構成を示す斜視図である。本技術の一実施の形態のブロック図である。切替判定回路をオペアンプで構成した場合の接続図である。図５の構成の説明のためのタイミングチャートである。切替判定回路をヒステリシス回路で構成した場合の接続図である。図７の構成の説明のためのタイミングチャートである。本技術の一実施の形態における切替判定回路の接続図である。図９の構成の説明のためのタイミングチャートである。本技術の一実施の形態における定電圧タイマー回路の説明に使用するタイミングチャートである。本技術の一実施の形態におけるバッファ回路の接続図である。本技術の一実施の形態における時定数回路を示す接続図である。本技術の一実施の形態におけるスイッチング回路を示す接続図である。本技術の一実施の形態におけるスイッチング回路を示す接続図である。本技術の一実施の形態における過充電保護回路及び過放電保護回路を示す接続図である。本技術の応用例としてのユニバーサルクレジットカードの外観を示す平面図である。本技術の応用例としての無線センサノードの一例のブロック図である。本技術の応用例としてのリストバンド型活動量計の一例のブロック図である。リストバンド型活動量計の本体部の構成を示すブロック図である。本技術の応用例としてのリストバンド型電子機器の一例の外観を示す斜視図である。リストバンド型電子機器の一例の構成を示すブロック図である。本技術の応用例としてのスマートウオッチの全体構成を示す斜視図である。スマートウオッチの全体構成を示す斜視図である。本技術の応用例としてのバンド型電子機器の内部構成の一部を示す斜視図である。バンド型電子機器の回路構成を示すブロック図である。フレキシブル回路基板の蛇行状態を説明するための断面図である。セグメント内に、バッテリが配置される状態を示す斜視図である。本技術の応用例としてのメガネ型端末の一例の斜視図である。メガネ型端末の画像表示装置の第１の例の概念図である。画像表示装置の第２の例の概念図である。画像表示装置の第３の例の概念図である。画像表示装置の第４の例の概念図である。本技術が適用されたシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す概略図である。本技術が適用された住宅用の蓄電システムを示す概略図である。

以下に説明する実施の形態は、本技術の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本技術の範囲は、以下の説明において、特に本技術を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
なお、本技術の説明は、下記の順序にしたがってなされる。
＜＜１．一実施の形態＞
＜＜２．応用例＞
＜＜３．変形例＞

＜＜１．一実施の形態＞＞
「全固体電池」
本技術に使用できる全固体電池について説明する。例えばスマートフォンのようなモバイル機器の電池としてモバイルバッテリが知られている。モバイルバッテリの場合、大容量になるにつれて、大型化したり、重量が重くなるという問題がある。全固体電池、特に薄膜型全固体電池は、薄型化が可能であるので、薄く、軽量のモバイルバッテリを実現することができる。なお、以下の説明では、全固体電池を例に本技術を説明するが、本技術は、全固体電池でないリチウムイオン電池、鉛電池、ニッケル水素電池等の二次電池に対しても適用することができる。

「電池の構成」
図１は、いわゆるバルク型全固体電池の構成であり、固体電解質層１１１１と、固体電解質層１１１１の一方の主面に設けられた正極層１１１２と、固体電解質層１１１１の他方の主面に設けられた負極層１１１３とを備える。この電池は、電極反応物質であるＬｉの授受により電池容量が繰り返して得られる二次電池であり、リチウムイオンの吸蔵放出により負極の容量が得られるリチウムイオン二次電池であってもよいし、リチウム金属の析出溶解により負極の容量が得られるリチウム金属二次電池であってもよい。

（固体電解質層）
固体電解質層１１１１は、１種または２種以上の固体電解質を含んでいる。固体電解質は、リチウムイオン伝導体である酸化物ガラスおよび酸化物ガラスセラミックスのうちの少なくとも１種であり、リチウムイオン伝導度の向上の観点からすると、酸化物ガラスセラミックスであることが好ましい。酸化物ガラスおよび酸化物ガラスセラミックスは、大気（水分）に対して高い安定性を有するため、アルミラミネートフィルムなどの外装材を省略できる。外装材を省略した場合には、電池のエネルギー密度を更に向上することができる。固体電解質層１１１１は、例えば、固体電解質層前駆体としてのグリーンシートの焼成体である。

ここで、ガラスとは、Ｘ線回折や電子線回折等においてハローが観測されるなど、結晶学的に非晶質であるものをいう。ガラスセラミックス（結晶化ガラス）とは、Ｘ線回折や電子線回折等においてピークおよびハローが観測されるなど、結晶学的に非晶質と結晶質とが混在しているものをいう。

固体電解質のリチウムイオン伝導度は、電池性能の向上の観点から、１０⁶Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。ここで、イオン伝導度は、交流インピーダンス法により、以下のようにして求められる値である。まず、固体電解質層１１１１の両面に金（Ａｕ）からなる電極を形成してサンプルを作製する。次に、インピーダンス測定装置（東洋テクニカ製）を用いて、室温（２５℃）にてサンプルに交流インピーダンス測定（周波数：１０⁺⁶Ｈｚ〜１０^-1Ｈｚ、電圧：１００ｍＶ）を行い、コール−コールプロットを作成する。続いて、このコール−コールプロットからイオン伝導度を求める。

固体電解質層１１１１に含まれる固体電解質は、焼結されている。固体電解質である酸化物ガラスおよび酸化物ガラスセラミックスの焼結温度は、好ましくは５５０℃以下、より好ましくは３００℃以上５５０℃以下、更により好ましくは３００℃以上５００℃以下である。

焼結温度が５５０℃以下であると、焼成工程（焼結工程）において炭素材料の焼失が抑制されるので、負極活物質として炭素材料を用いることが可能となる。したがって、電池のエネルギー密度を更に向上できる。また、正極層１１１２が導電剤を含む場合、その導電剤として炭素材料を用いることができる。よって、正極層１１１２に良好な電子伝導パスを形成し、正極層１１１２の伝導性を向上できる。負極層１１１３が導電剤を含む場合にも、その導電剤として炭素材料を用いることができるので、負極層１１１３の伝導性を向上できる。

また、焼結温度が５５０℃以下であると、焼成工程（焼結工程）において固体電解質と電極活物質とが反応して、不働態などの副生成物が形成されることを抑制できる。したがって、電池特性の低下を抑制できる。また、焼成温度が５５０℃以下という低温であると、電極活物質の種類の選択幅が広がるので、電池設計の自由度を向上できる。

一方、焼結温度が３００℃以上であると、焼成工程（焼結工程）において、電極前駆体および／または固体電解質層前駆体に含まれる、アクリル樹脂などの一般的な有機結着剤を焼失させることができる。

酸化物ガラスおよび酸化物ガラスセラミックスは、焼結温度が５５０℃以下であり、高い熱収縮率を有し、３００℃以上５５０℃以下において流動性にも富むものが好ましい。これは以下のような効果が得られるからである。すなわち、固体電解質層１１１１と正極層１１１２との反応および固体電解質層１１１１と負極層１１１３との反応を抑制することができる。また、正極層１１１２と固体電解質層１１１１の間、および負極層１１１３と固体電解質層１１１１の間に良好な界面を形成し、正極層１１１２と固体電解質層１１１１の間、および負極層１１１３と固体電解質層１１１１の間の界面抵抗を低減できる。

酸化物ガラスおよび酸化物ガラスセラミックスとしては、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｂ（ホウ素）およびＰ（リン）のうちの少なくとも１種と、Ｌｉ（リチウム）と、Ｏ（酸素）とを含むものが好ましく、Ｓｉ、Ｂ、ＬｉおよびＯを含むものがより好ましい。具体的には、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ₂）、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）および酸化リン（Ｐ₂Ｏ₅）のうちの少なくとも１種と、酸化リチウム（Ｌｉ₂Ｏ）とを含むものが好ましく、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃およびＬｉ₂Ｏを含むものがより好ましい。上記のようにＧｅ、Ｓｉ、ＢおよびＰのうちの少なくとも１種と、Ｌｉ
と、Ｏとを含む酸化物ガラスおよび酸化物ガラスセラミックスは、３００℃以上５５０℃以下の焼結温度を有し、高い熱収縮率を有し、当該温度範囲において流動性にも富んでいるため、界面抵抗の低減や電池のエネルギー密度の向上などの観点から、有利である。

Ｌｉ₂Ｏの含有量は、固体電解質の焼結温度を低下させる観点から、好ましくは２０ｍｏｌ％以上７５ｍｏｌ％以下、より好ましくは３０ｍｏｌ％以上７５ｍｏｌ％以下、更により好ましくは４０ｍｏｌ％以上７５ｍｏｌ％以下、特に好ましくは５０ｍｏｌ％以上７５ｍｏｌ％以下である。

固体電解質がＧｅＯ₂を含む場合、このＧｅＯ₂の含有量は、０ｍｏｌ％より大きく８０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。固体電解質がＳｉＯ₂を含む場合、このＳｉＯ₂の含有量は、０ｍｏｌ％より大きく７０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。固体電解質がＢ₂Ｏ₃を含む場合、このＢ₂Ｏ₃の含有量は、０ｍｏｌ％より大きく６０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。固体電解質がＰ₂Ｏ₅を含む場合、このＰ₂Ｏ₅の含有量は、０ｍｏｌ％より大きく５０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。

なお、上記各酸化物の含有量は、固体電解質中における各酸化物の含有量であり、具体的には、ＧｅＯ₂、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃およびＰ₂Ｏ₅のうち１種以上と、Ｌｉ₂Ｏとの合計量（ｍｏｌ）に対する各酸化物の含有量（ｍｏｌ）の割合を百分率（ｍｏｌ％）で示している。各酸化物の含有量は、誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）などを用いて測定することが可能である。

固体電解質は、必要に応じて添加元素を更に含んでいてもよい。添加元素としては、例えば、Ｎａ（ナトリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｋ（カリウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ
（亜鉛）、Ｇａ（ガリウム）、Ｓｅ（セレン）、Ｒｂ（ルビジウム）、Ｓ（硫黄）、Ｙ
（イットリウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｇ（銀）、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｃｓ（セシウム）、Ｂａ（バナジウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｐｂ（鉛）、Ｂｉ（ビスマス）、Ａｕ（金）、Ｌａ（ランタン）、Ｎｄ（ネオジム）およびＥｕ（ユーロピウム）からなる群より選ばれる少なくとも１種が挙げられる。固体電解質が、これらの添加元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を酸化物として含んでいてもよい。

（正極層）
正極層１１１２は、１種または２類以上の正極活物質と、１種または２類以上の固体電解質とを含んでいる正極活物質層である。固体電解質が、結着剤としての機能を有していてもよい。正極層１１１２は、必要に応じて導電剤を更に含んでいてもよい。正極層１１１２は、例えば、正極層前駆体としてのグリーンシートの焼成体である。

正極活物質は、例えば、電極反応物質であるリチウムイオンを吸蔵放出可能な正極材料を含んでいる。この正極材料は、高いエネルギー密度が得られる観点から、リチウム含有化合物などであることが好ましいが、これに限定されるものではない。このリチウム含有化合物は、例えば、リチウムと遷移金属元素とを構成元素として含む複合酸化物（リチウム遷移金属複合酸化物）や、リチウムと遷移金属元素とを構成元素として含むリン酸化合物（リチウム遷移金属リン酸化合物）などである。中でも、遷移金属元素は、Ｃｏ、Ｎｉ、ＭｎおよびＦｅのいずれか１種または２類以上であることが好ましい。より高い電圧が得られるからである。

リチウム遷移金属複合酸化物は、例えば、Ｌｉ_xＭ１Ｏ₂またはＬｉ_yＭ２Ｏ₄などで表されるものである。より具体的には例えば、リチウム遷移金属複合酸化物は、ＬｉＣｏＯ₂ 、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＶＯ₂、ＬｉＣｒＯ₂またはＬｉＭｎ₂Ｏ₄などである。また
、リチウム遷移金属リン酸化合物は、例えば、Ｌｉ_zＭ₃ＰＯ₄などで表されるものである。より具体的には例えば、リチウム遷移金属リン酸化合物は、ＬｉＦｅＰＯ₄またはＬｉＣｏＰＯ₄などである。但し、Ｍ１〜Ｍ３は１種または２類以上の遷移金属元素であり、ｘ〜ｚの値は任意である。

この他、正極活物質は、例えば、酸化物、二硫化物、カルコゲン化物または導電性高分子などでもよい。酸化物は、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムまたは二酸化マンガンなどである。二硫化物は、例えば、二硫化チタンまたは硫化モリブデンなどである。カルコゲン化物は、例えば、セレン化ニオブなどである。導電性高分子は、例えば、ジスルフィド、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリパラスチレン、ポリアセチレン、ポリアセンなどである。

固体電解質は、上述の固体電解質層１１１１に含まれるものと同様である。但し、固体電解質層１１１１と正極層１１１２に含まれる固体電解質の組成（材料）または組成比は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

固体電解質は、焼結温度が５５０℃以下であり、高い熱収縮率を有する酸化物ガラスおよび酸化物ガラスセラミックスのうちの少なくとも１種であることが好ましい。固体電解質としてこのような材料を用いることで、焼成工程において、５５０℃以下の低温焼成にて正極活物質／固体電解質間の隙間および正極活物質間の隙間を低減し、かつ、正極活物質／固体電解質間に良好な界面を形成することができる。したがって、固体電解質と正極活物質との反応を抑制しつつ、正極層１１１２中の正極活物質の体積占有率、および正極層１２中の正極活物質の質量比率を向上し、かつ正極活物質／固体電解質間の界面抵抗を低減できる。

導電剤は、例えば、炭素材料、金属、金属酸化物および導電性高分子などのうちの少なくとも１種である。炭素材料としては、例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどを用いることができる。炭素繊維としては、例えば、気相成長炭素繊維(Vapor Growth Carbon Fiber：ＶＧＣＦ)などを用いることができる。カーボンブ
ラックとしては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどを用いることができる。カーボンナノチューブとしては、例えば、シングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、ダブルウォールカーボンナノチューブ（ＤＷＣＮＴ）などのマルチウォールカーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）などを用いることができる。金属としては、例えば、Ｎｉ粉末などを用いることができる。金属酸化物としては、例えば、ＳｎＯ₂などを用いることができる。導電性高分子としては、例えば、置換または無置換のポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、およびこれらから選ばれる１種または２種からなる（共）重合体などを用いることができる。なお、導電剤は、導電性を有する材料であればよく、上述の例に限定されるものではない。

（負極層）
負極層１１１３は、１種または２類以上の負極活物質と、１種または２類以上の固体電解質とを含んでいる負極活物質層である。固体電解質が、結着剤としての機能を有していてもよい。負極層１１１３は、必要に応じて導電剤を更に含んでいてもよい。負極層１１１３は、例えば、負極層前駆体としてのグリーンシートの焼成体である。

負極活物質は、例えば、電極反応物質であるリチウムイオンを吸蔵放出可能な負極材料を含んでいる。この負極材料は、高いエネルギー密度が得られる観点から、炭素材料または金属系材料などであることが好ましいが、これに限定されるものではない。

炭素材料は、例えば、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）または高配向性グラファイト（ＨＯＰＧ）などである。

金属系材料は、例えば、リチウムと合金を形成可能な金属元素または半金属元素を構成元素として含む材料である。より具体的には例えば、金属系材料は、Ｓｉ（ケイ素）、Ｓｎ（スズ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｂ
（ホウ素）、Ｇａ（ガリウム）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｐｂ（鉛）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｃｄ（カドミウム）、Ａｇ（銀）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｐｄ（パラジウム）またはＰｔ（白金）などの単体、合金または化合物のいずれか１種または２類以上である。但し、単体は、純度１００％に限らず、微量の不純物を含んでいてもよい。合金または化合物としては、例えば、ＳｉＢ₄ 、ＴｉＳｉ₂、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ_v（０＜＜ｖ≦２）、ＬｉＳｉＯ、ＳｎＯ_w（０＜＜ｗ≦２）、ＳｎＳｉＯ₃、ＬｉＳｎＯ、Ｍｇ₂Ｓｎなどが挙げられる。

金属系材料は、リチウム含有化合物またはリチウム金属（リチウムの単体）でもよい。リチウム含有化合物は、リチウムと遷移金属元素とを構成元素として含む複合酸化物（リチウム遷移金属複合酸化物）である。この複合酸化物としては、例えば、Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂などが挙げられる。

固体電解質は、上述の固体電解質層１１１１に含まれるものと同様である。但し、固体電解質層１１１１と負極層１１１３に含まれる固体電解質の組成（材料）または組成比は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

固体電解質は、焼結温度が５５０℃以下であり、高い熱収縮率を有する酸化物ガラスおよび酸化物ガラスセラミックスのうちの少なくとも１種であることが好ましい。固体電解質としてこのような材料を用いることで、焼成工程において、５５０℃以下の低温焼成にて負極活物質／固体電解質間の隙間および負極活物質間の隙間を低減し、かつ負極活物質／固体電解質間に良好な界面を形成することができる。したがって、負極活物質として炭素材料を用いることができると共に、負極層１１１３中の負極活物質の体積占有率、および負極層１１１３中の負極活物質の質量比率を向上し、かつ負極活物質／固体電解質間の界面抵抗を低減できる。

導電剤は、上述の正極層１１１２における導電剤と同様である。

上述した全固体電池は、−１００℃〜２００℃の範囲で電池構成材料が流動性を有しない固体状態の充電可能な二次電池である。

（電池の動作）
この電池では、例えば、充電時において、正極層１１１２から放出されたリチウムイオンが固体電解質層１１１１を介して負極層１１１３に取り込まれると共に、放電時において、負極層１１１３から放出されたリチウムイオンが固体電解質層１１１１を介して正極層１１１２に取り込まれる。

［変形例］
図２に示すように、電池が、正極層１１１２の一主面に設けられた正極集電層１１１４と、負極層１１１３の一主面に設けられた負極集電層１１１５とを更に備えていてもよい。この場合、正極層１１１２の他主面と負極層１１１３の他主面との間に固体電解質層１１１１が設けられる。なお、図示を省略するが、電池が、正極集電層１１１４および負極集電層１１１５のうちの一方の層のみを備えるようにしてもよい。

正極集電層１１１４は、例えば、Ａｌ、Ｎｉまたはステンレス鋼などを含む金属層である。負極集電層１１１５は、例えば、Ｃｕまたはステンレス鋼などを含む金属層である。上記金属層の形状は、例えば、箔状、板状またはメッシュ状などである。正極集電層１１１４および負極集電層１１１５が、導電性粒子と固体電解質とを含むグリーンシートの焼成体であってもよい。

電池の表面が、外装材としての絶縁層により覆われていてもよい。絶縁層は、絶縁性粒子と、酸化物ガラスおよび酸化物ガラスセラミックスのうちの少なくとも１種とを含むグリーンシートの焼成体であってもよい。

電池は、正極層１１１２、固体電解質１１１１および負極層１１１３を繰り返し積層した積層構造を有していてもよい。また、電池は、バイポーラ型の積層構造を有していてもよい。また、電池の各層をすべてグリーンシートにより構成するのではなく、電池を構成するうちの一部の層をグリーンシートとし、そのグリーンシート上に印刷などで他の層を直接形成してもよい。

なお、電極反応物質としてリチウムを用いる電池について説明したが、電極反応物質として、例えば、Ｎａ若しくはＫなどの他のアルカリ金属、Ｍｇ若しくはＣａなどのアルカリ土類金属、またはＡｌ若しくはＡｇなどのその他の金属を用いてもよい。

「プリント回路基板への実装」
上述した全固体電池は、図３に示すように、プリント回路基板１２０２上に充電回路等と共に実装することができる。例えばプリント回路基板１２０２上に全固体電池１２０３及び充電回路等の電子回路をリフロー工程でもって実装することができる。したがって、モジュールのコンパクト化や省スペース化、製品自体の使用温度の向上が期待できる。プリント回路基板１２０２上に全固体電池１２０３及び充電回路等の電子回路が実装されたものを電池モジュール１２０１と称する。電池モジュール１２０１は、必要に応じてカード型の構成とされ、携帯可能なカード型モバイルバッテリとして構成することができる。

プリント回路基板１２０２上に全固体電池１２０３が形成されている。基板１２０２を共通として充電制御ＩＣ(Integrated Circuit)１２０４、電池保護ＩＣ１２０５及び電池残量監視ＩＣ１２０６が形成されている。電池保護ＩＣ１２０５は、充放電時に充電電圧が過大となったり、負荷短絡によって過電流が流れたり、過放電が生じることがないように充放電動作を制御する。

プリント回路基板１２０２に対してＵＳＢ(Universal Serial Bus)インターフェース１２０７が取り付けられている。ＵＳＢインターフェース１２０７を通じて供給される電力によって全固体電池１２０３が充電される。この場合、充電制御ＩＣ１２０４によって充電動作が制御される。さらに、基板１２０２に取り付けられている負荷接続端子１２０８ａ及び１２０８ｂから負荷１２０９に対して所定の電力（例えば電圧が４．２Ｖ）が供給される。全固体電池１２０３の電池残量が電池残量監視ＩＣ１２０６によって監視され、電池残量を表す表示（図示しない）が外部から分かるようになされる。なお、負荷接続のためにＵＳＢインターフェース１２０７を使用してもよい。

上述した負荷１２０９の具体例は以下のようなものである。
１．ウェアラブル機器（スポーツウオッチ、時計、補聴器等）
２．ＩｏＴ(Internet of Things)端末（センサネットワーク端末等）
３．アミューズメント機器（ポータブルゲーム端末、ゲームコントローラ）
４．ＩＣ基板埋め込み電池（リアルタイムクロックＩＣ）
５．環境発電機器（太陽光発電、熱電発電、振動発電等の発電素子用の蓄電素子）

「充放電装置の構成」
プリント回路基板１２０２上に実装される充放電装置の一例を図４を参照して説明する。二次電池例えばリチウムイオン二次電池の充電方式として定電流充電（以下、ＣＣ充電と称する）と定電圧充電（以下、ＣＶ充電と称する）を組み合わせたＣＣＣＶ(Constant
Current Constant Voltage: 定電流定電圧）充電方式が知られている。ＣＣＣＶ充電方式では、電池電圧が所定の電圧（以下、充電基準電圧と称する）に到達するまでは定電流で充電し、充電基準電圧に達した後は定電圧で充電する。そして、充電電流がほぼ０に収束した時点で充電が完了する。

ＵＳＢインターフェース１２０７からの＋５Ｖの電圧が充電基準電圧発生回路１２２１及び昇圧回路１２３１に供給される。充電基準電圧発生回路１２２１によって、充電基準電圧（例えば４．２Ｖの電圧）が形成される。発生した充電基準電圧がバッファ回路１２２２に供給される。バッファ回路１２２２の出力に取り出された充電基準電圧Ｖch（＝４．２Ｖ）が定電流充電／定電圧充電切替判定回路（以下、切替判定回路と適宜称する）１２２３に供給される。

切替判定回路１２２３には、全固体電池１２０３の電圧がスイッチング回路ＳＷ４及びバッファ回路１２２４を介して供給される。バッファ回路１２２４の出力に電池電圧Ｖbat が取り出される。切替判定回路１２２３では、充電基準電圧Ｖch及び電池電圧Ｖbat が比較され、比較結果に基づいた切り替え制御信号Ｖswが生成される。切り替え制御信号Ｖswによってスイッチング回路ＳＷ１及びＳＷ２が制御される。例えば（Ｖch＞Ｖbat ）では、切り替え制御信号Ｖswがローレベルとなり、スイッチング回路ＳＷ１がＯＮ、スイッチング回路ＳＷ２がＯＦＦとされる。（Ｖch≦Ｖbat ）では、切り替え制御信号Ｖswがハイレベルとなり、スイッチング回路ＳＷ１がＯＦＦ、スイッチング回路ＳＷ２がＯＮとされる。

昇圧回路１２３１は、５Ｖを例えば８Ｖに昇圧する。昇圧回路１２３１の出力電圧がスイッチング回路ＳＷ５を介して定電流充電回路１２３２及び定電圧充電回路１２３３に対して供給される。スイッチング回路ＳＷ５は、過充電保護回路１２３５によって形成された過充電検出信号によって制御され、過充電が検出される場合には、スイッチング回路ＳＷ５がＯＦＦとされる。

定電流充電回路１２３２は、定電流充電のための充電電流を出力する。充電電流がスイッチング回路ＳＷ１及びスイッチング回路ＳＷ４を介して全固体電池１２０３に供給される。定電圧充電回路１２３３は、定電圧充電のための充電電圧を出力する。充電電圧がスイッチング回路ＳＷ２及びＳＷ３を介して全固体電池１２０３に供給される。

スイッチング回路ＳＷ３は、定電圧タイマー回路１２３４の出力によって制御される。定電圧タイマー回路１２３４は、全固体電池１２０３に対して定電圧充電が継続することによって全固体電池１２０３の劣化が生じることを防止するために、設定された時間で定電圧充電を遮断する（スイッチング回路ＳＷ３をＯＦＦとする）。これによって切替判定回路１２２３が出力する切り替え制御信号Ｖswがハイレベルとなり、スイッチング回路ＳＷ２がＯＮして定電流充電状態に入らない。

スイッチング回路ＳＷ１及びＳＷ２が切替判定回路１２２３によって形成された切り替え制御信号Ｖswによって制御される。切り替え制御信号Ｖswがローレベルの場合では、スイッチング回路ＳＷ１がＯＮし、スイッチング回路ＳＷ２がＯＦＦし、定電流充電がなされる。切り替え制御信号Ｖswがハイレベルの場合では、スイッチング回路ＳＷ１がＯＦＦし、スイッチング回路ＳＷ２がＯＮし、定電圧充電がなされる。

スイッチング回路ＳＷ４は、昇圧回路１２３１の出力（８Ｖの電圧）によって制御される。ＵＳＢインターフェース１２０７を通じて５Ｖの電源が供給され、昇圧回路１２３１から８Ｖの電圧出力が発生している時は、スイッチング回路ＳＷ４がＯＮとされる。スイッチング回路ＳＷ４は、充電時にＯＮとなり、放電時にＯＦＦとなる。

全固体電池１２０３に対してスイッチング回路ＳＷ６を介して負荷１２０９が接続されている。スイッチング回路ＳＷ６は、過放電保護回路１２３６の出力によって制御される。過放電保護回路１２３６は、全固体電池１２０３の電池電圧が所定電圧以下となると過放電と判定してスイッチング回路ＳＷ６をＯＦＦとする制御信号を発生する。固体電解質を有する全固体電池１２０３の場合では、既存のリチウムイオン二次電池と異なり、電池電圧が低下しても電池の劣化が生じない。しかしながら、負荷１２０９が通常の動作を行うために必要な最低の電圧を生成するための全固体電池１２０３の電圧（カットオフ電圧と称する）が存在するので、電池電圧がカットオフ電圧以下となる場合には、スイッチング回路ＳＷ６がＯＦＦとされて電池電源の供給が断たれる。カットオフ電圧は、例えば２．０Ｖ〜３．３Ｖの範囲内の電圧である。スイッチング回路ＳＷ６は、充電時にＯＦＦとされるが、負荷１２０９が接続されていない場合では、スイッチング回路ＳＷ６をＯＦＦとする必要がない。さらに、全固体電池１２０３と並列に抵抗Ｒｃ及びコンデンサＣｃが接続されている。

上述した充放電装置（充電装置）において、例えばＵＳＢインターフェース１２０７からの＋５Ｖの電圧が供給されたことが検出されて充電開始の指示が発生する。昇圧回路１２３１の出力によってスイッチング回路ＳＷ４がＯＮとされる。切替判定回路１２２３は、充電基準電圧Ｖchと電池電圧Ｖbat を比較し、電池電圧Ｖbat が充電基準電圧Ｖchより低い場合では、ローレベルの切り替え制御信号Ｖswを出力する。切り替え制御信号Ｖswがローレベルの場合では、スイッチング回路ＳＷ１がＯＮし、スイッチング回路ＳＷ２がＯＦＦし、定電流充電回路１２３２の出力電流によって定電流充電がなされる。

切替判定回路１２２３は、充電基準電圧Ｖchと電池電圧Ｖbat を比較し、電池電圧Ｖbat が充電基準電圧Ｖch以上の場合では、ハイレベルの切り替え制御信号Ｖswを出力する。切り替え制御信号Ｖswがハイレベルの場合では、スイッチング回路ＳＷ１がＯＦＦし、スイッチング回路ＳＷ２がＯＮし、定電圧充電がなされる。定電圧タイマー回路１２３４によって、定電圧充電が開始してから設定された時間経過すると、スイッチング回路ＳＷ３がＯＦＦとされ、全固体電池１２０３に対する定電圧充電が終了する。

「オペアンプの例」
上述した充電装置の各部のより詳細な説明を以下に行う。図５は、切替判定回路１２２３の一例を示す。図５に示す構成は、オペアンプ（演算増幅器の略で図面ではＯＰ−Ａｍｐと表記する。）の反転入力端子に充電基準電圧Ｖchを供給し、非反転入力端子に電池電圧Ｖbat を供給し、オペアンプの出力に切り替え制御信号Ｖswを取り出すようにした構成である。（Ｖbat ＞Ｖch）の関係にある場合は、出力がハイレベル（Ｖ＋）となり、（Ｖbat ＜Ｖch）の関係にある場合は、出力がローレベル（Ｖ−）となる。切り替え制御信号Ｖswがローレベル（Ｖ−）の場合に定電流充電がなされ、切り替え制御信号Ｖswがハイレベル（Ｖ＋）の場合に定電圧充電がなされる。

図５に示すような構成では、全固体電池１２０３の内部抵抗と充電電流の積で表される電圧降下ΔＶ１が発生する。図６に示すように、電池電圧Ｖbat が上昇し、電池電圧Ｖbat と充電基準電圧Ｖchとの関係が（Ｖch＞Ｖbat ）では、切り替え制御信号Ｖswがローレベルとなり、スイッチング回路ＳＷ１がＯＮ、スイッチング回路ＳＷ２がＯＦＦとなる。すなわち、定電流充電がなされる。

そして、（Ｖch＜Ｖbat ）となると、切り替え制御信号Ｖswがハイレベルとなり、スイッチング回路ＳＷ１がＯＦＦ、スイッチング回路ＳＷ２がＯＮとなる。しかしながら、この切り替えの直後に電圧降下ΔＶ１がなくなるために、Ｖbat が低下する。その結果、（Ｖch＞Ｖbat ）の関係となり、切り替え制御信号Ｖswがローレベルとなり、定電流充電に戻る。この動作が繰り返され、定電圧充電に移行することができず、発振が生じるおそれがある。

「ヒステリシス回路の例」
かかる問題に対処するために、図７に示すように、オペアンプによってヒステリシスレベルコンパレータ（以下、単にヒステリシス回路と称する。）を構成する。オペアンプの反転入力端子に対して充電基準電圧Ｖchが供給され、電池電圧Ｖbat が抵抗Ｒ１を介してオペアンプの非反転入力端子に供給され、オペアンプの出力端子と非反転入力端子の間に抵抗Ｒ２が挿入される。かかる構成において、ヒステリシス上限電圧Ｖ_TU、ヒステリシス下限電圧Ｖ_TL及びヒステリシス電圧幅Ｖ_THは、それぞれ次式で表される。＊は乗算を意味する（以下同様）。

Ｖ_TH＝Ｖ_TU−Ｖ_TL
Ｖ_TU＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２＊Ｖ_ref−Ｒ１／Ｒ２＊Ｖ_L（ヒステリシス上限電圧）
Ｖ_TL＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２＊Ｖ_ref−Ｒ１／Ｒ２＊Ｖ_H（ヒステリシス下限電圧）
Ｖ_ref（参照電圧）＝Ｖch＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
Ｖ_Lは、コンパレータ若しくはオペアンプの負電源電圧である。
Ｖ_Hは、コンパレータ若しくはオペアンプの正電源電圧である。

図７に示すヒステリシス回路の場合、図８に示すように、電池電圧Ｖ_batがヒステリシス上限電圧Ｖ_TUに達すると、ヒステリシス回路の出力がローレベル（定電流充電）からハイレベル（定電圧充電）に切り替わる。全固体電池１２０３の内部抵抗と充電電流の積で表される電圧降下ΔＶ１が発生する。しかしながら、この電圧降下によって電池電圧Ｖ_batがヒステリシス下限電圧Ｖ_TLより下がらない限り、ヒステリシス回路の出力が反転せず、発振を防止できる。但し、充電基準電圧Ｖ_chに対してヒステリシス電圧幅Ｖ_THの半分以上大きいレベルまで充電されないと、切り替え制御信号Ｖ_swがローレベルからハイレベルに変化しない。言い換えると、定電流充電によって全固体電池が充電基準電圧Ｖch以上の高い電圧まで充電される問題がある。

「本技術の一実施の形態の切替判定回路」
上述した問題点を考慮して本技術では、図９に一例を示すように、切替判定回路を構成する。電池電圧Ｖbat の入力端子とオペアンプの非反転入力端子間の抵抗Ｒ１と、オペアンプの非反転入力端子と出力端子間の抵抗Ｒ２で分圧された電池電圧がオペアンプの非反転入力端子に対して印加される。

また、充電基準電圧の入力端子とオペアンプの反転入力端子間の抵抗Ｒ３と、オペアンプの反転入力端子と接地間の抵抗Ｒ４によって分圧させた電圧Ｖch−がオペアンプの反転入力端子に対して印加される。ヒステリシス上限電圧Ｖ_TUと充電基準電圧Ｖchを一致させるために、分圧抵抗の値は、（Ｒ１：Ｒ２＝Ｒ３：Ｒ４）の関係を満たし、且つ、その両者の抵抗比の差の許容値は一例として（＋／−）１％以内とする。さらに、ヒステリシス上限電圧Ｖ_TUとヒステリシス下限電圧Ｖ_TLの差であるヒステリシス電圧幅Ｖ_THは、全固体電池の内部抵抗と定電流充電電流値を掛け合わせた電圧降下ΔＶ１以上に設定する。

かかる構成の場合、図１０に示すような切替判定回路として動作する。ヒステリシス上限電圧Ｖ_TUが充電基準電圧Ｖchとほぼ等しくなり、定電流充電によって電池電圧Ｖbat が充電基準電圧Ｖchと等しくなると、オペアンプの出力に発生する切り替え制御信号Ｖswがローレベルからハイレベルとなり、充電動作が定電流充電から定電圧充電に切り替えられる。切り替え動作がなされる場合に、電圧降下ΔＶ１が発生するが、ヒステリシス電圧幅Ｖ_THがΔＶ１以上に設定されているので、電圧降下ΔＶ１によって切り替え制御信号Ｖswが反転することが防止される。なお、ここでいう「ほぼ等しい」状態とは、誤差が±１％以内である状態をいう。

このように、切替判定回路にヒステリシス回路（シュミットトリガー回路）を用いて、切り替わり時の内部抵抗による電圧降下電圧以上のヒステリシスを持たせることで、スムーズな定電圧充電へ移行させることが可能である。しかも、汎用のオペアンプ若しくはコンパレータＩＣ１石と４個の分圧抵抗の簡単な構成とできる。

「定電圧タイマー回路」
本技術の一実施の形態（図４参照）では、定電圧タイマー回路１２３４によって、全固体電池１２０３に対して定電圧充電が継続することによって全固体電池１２０３の劣化が生じることを防止するようにされている。図１１は、電池電圧Ｖbat の時間変化と、切り替え制御信号Ｖswの変化を示している。ここで、本技術に係る充電装置は、定電圧充電に入ってから任意の時間をタイマーにて計測する回路を有しており、その時間が経過後、定電圧充電と定電流充電が共に実施されない状態の回路を有し、電池と充電回路が遮断された状態の回路となる。

切り替え制御信号Ｖswがハイレベル（Ｖ＋）となり、定電圧充電がなされている。定電圧タイマー回路１２３４によって設定されている所定時間が経過すると、定電圧タイマー回路１２３４の出力が反転し、スイッチング回路ＳＷ３がＯＦＦとされる。スイッチング回路ＳＷ３がＯＦＦすることによって、定電圧充電回路１２３３の出力が開回路状態（すなわち、定電圧充電と定電流充電が共に実施されない状態）となる。この開回路状態では、全固体電池と充電回路が遮断された状態の回路構成となる。スイッチング回路ＳＷ３を設けることによって、スイッチング回路ＳＷ２がＯＮを継続することができる。すなわち、切り替え制御信号Ｖswがハイレベルを保つことができる。

さらに、所定時間が経過した後、自然放電によって、又は負荷電流が流れることによって、電池電圧Ｖbat が低下する。電池電圧Ｖbat がヒステリシス下限電圧Ｖ_TL以下になると、切替判定回路１２２３の出力である切り替え制御信号Ｖswがハイレベルからローレベルに変化する。したがって、直ぐに定電流充電が開始し、電池電圧Ｖbat を上昇させることができる。

このように、定電圧充電回路１２３３の充電経路と直列に定電圧タイマー回路１２３４による定電圧充電を停止するためのスイッチング回路ＳＷ３を有することで、全固体電池１２０３に対する永続的な定電圧充電を回避することが可能となり、全固体電池１２０３の劣化を抑制できる。

「バッファ回路」
図１２に示すように、本技術の一実施の形態では、充電基準電圧がバッファ回路１２２２を介して切替判定回路１２２３に供給される。また、切替判定回路１２２３に全固体電池１２０３の電圧がスイッチング回路ＳＷ４（図１２では省略されている）及びバッファ回路１２２４を介して供給される。これらのバッファ回路１２２２及び１２２４として、オペアンプを用いたボルテージホロア回路が使用される。かかるバッファ回路１２２２及び１２２４は、入力インピーダンスが１ＭΩ以上で高く、出力インピーダンスが１０Ωより低いものである。

「時定数回路」
図１３において破線で囲んで示すように、本技術の一実施の形態では、全固体電池１２０３と並列に抵抗Ｒｃ及びコンテンツＣｃを直列接続した時定数回路が接続されている。若し、時定数回路を設けないと、充放電回路全体の電源投入時に、突入で充電電圧が全固体電池１２０３に対して印加され、全固体電池１２０３の電池電圧Ｖbat が充電基準電圧まで上昇する。その結果、いきなり定電圧充電状態に遷移することが起こりうる。時定数回路を設けることによって突入電流をバイパスできるので、このような問題を回避することができる。一例として、Ｒｃ＝１ｋΩ、Ｃｃ＝１０μＦとされ、時定数回路の時定数が０．０１秒に設定される。さらに、定電流定電圧切り替え時の電圧降下を時定数回路によって緩やかにすることができ、定電流充電から定電圧充電へ確実に切り替わる回路構成となる。

「スイッチング回路ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３による充電回路の切り離し」
スイッチング回路ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の部分を具体的に図１４に破線部分として示す。スイッチング回路ＳＷ１としてＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ−Ｑ１ａ（以下単にＱ１ａと省略する。他のＦＥＴについても同様に省略する。）及びＱ１ｂが使用される。Ｑ１ａ及びＱ１ｂのゲート及びドレインのそれぞれが共通接続され、Ｑ１ａのソースが定電流充電回路１２３２の出力端子と接続され、Ｑ１ｂのソースがスイッチング回路ＳＷ４と接続される。

スイッチング回路ＳＷ２は、Ｑ２ａ及びＱ２ｂによって構成され、互いのゲート及びドレインが共通接続されている。スイッチング回路ＳＷ３は、Ｑ３ａ及びＱ３ｂによって構成され、互いのゲート及びドレインが共通接続されている。Ｑ２ａのソースが定電圧充電回路１２３３の出力端子と接続され、Ｑ２ｂのソースがＱ３ａのソースと接続され、Ｑ３ｂのソースがスイッチング回路ＳＷ４と接続される。このように二つのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴを接続することによって、全固体電池１２０３側から充電回路側への逆流を防止することができる。なお、各ＦＥＴのドレイン及びソース間に存在する寄生ダイオードを使用した逆流防止回路も有しており、確実に逆流防止を行うことができる。

これらのスイッチング回路ＳＷ１及びＳＷ２を構成するＱ１ａ〜Ｑ２ｂの共通ゲート端子に対して、切替判定回路１２２３から切り替え制御信号Ｖswが供給される。共通ゲート端子に対して、電池電圧若しくは充電基準電圧の高い方の電圧とＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのゲート閾値電圧の和以上の電圧を印加した場合は全固体電池と接続し、それ以下の電圧が印加された場合は定電流充電回路１２３２若しくは定電圧充電回路１２３３が全固体電池から切り離される。

このように、内部に寄生ダイオードを有するＮチャンネルＭＯＳＦＥＴを２石使用してドレイン端子同士を接続したハイサイドスイッチング回路を用いることで、０Ｖを基準としたスイッチングとローレベル電位になった時に確実に回路を遮断でき、全固体電池１２０３からの充電回路側へのリークを抑えることが可能である。

「スイッチング回路ＳＷ４により充電回路から全固体電池を切り離す構成」
スイッチング回路ＳＷ４の部分を具体的に図１５に破線部分として示す。スイッチング回路ＳＷ４としてＱ４ａ及びＱ４ｂが使用される。Ｑ４ａ及びＱ４ｂのゲート及びドレインのそれぞれが共通接続され、Ｑ４ａのソースがバッファ回路１２２４の出力端子とスイッチングＳＷ１及びＳＷ３の出力端子と接続される。さらに、Ｑ４ｂのソースが全固体電池１２０３と接続される。共通ゲート端子に対して昇圧回路１２３１の出力電圧が印加される。

かかる構成によって、未充電時、定電流充電回路１２３２と定電圧充電回路１２３３から全固体電池１２０３を確実に切り離すことができる。共通ゲート端子に対して電池電圧若しくは充電基準電圧の高い方の電圧とＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのゲート閾値電圧の和以上が印加された場合は定電流充電回路１２３２と定電圧充電回路１２３３側と接続され、それ以下に電源電圧が低下した場合は定電流充電回路１２３２と定電圧充電回路１２３３から切り離される。

「過充電保護及び過放電保護」
図１６において破線で囲んで示すように、スイッチング回路ＳＷ５が過充電保護回路１２３５によって制御され、スイッチング回路ＳＷ６が過放電保護回路１２３６によって制御される。過放電保護回路１２３６及びスイッチング回路ＳＷ６によって、全固体電池１２０３が過放電電圧以下の場合、その間の放電経路が遮断される。過放電電圧は充電電圧より低い値である。また、電源回路と定電流充電回路、定電圧回路の間の充電経路には過充電保護回路１２３５を有し、全固体電池が過充電電圧以上の場合、その間の充電経路をスイッチング回路ＳＷ５によって遮断する。過充電電圧は充電電圧より高い値である。

＜＜２．応用例＞＞
「応用例としてのユニバーサルクレジットカード」
以下、本技術をユニバーサルクレジットカードに対して適用した応用例について説明する。現在、複数枚のクレジットカードを持ち歩いている人が多い。しかしながら、クレジットカードの枚数が多くなるほど、紛失、盗難等の危険性が増す問題がある。そこで、複数枚のクレジットカードやポイントカードなどの機能を、１枚のカードに集約した、ユニバーサルクレジットカードと呼ばれるカードが実用化されている。このカードの中には、例えば、様々なクレジットカードやポイントカードの番号や有効期限等の情報を取り込むことができるので、そのカード１枚を財布等の中の入れておけば、好きな時に好きなカードを選択して利用することができる。

図１７はユニバーサルクレジットカード１３０１の構成の一例を示す。カート型形状を有し、ＩＣチップ及び本技術に係る全固体電池が内蔵されている。さらに、小電力消費のディスプレイ１３０２及び操作部例えば方向キー１３０３ａ及び１３０３ｂが設けられている。さらに、充電用端子１３０４がユニバーサルクレジットカード１３０１の表面に設けられている。

例えば、ユーザはディスプレイ１３０２を見ながら方向キー１３０３ａ及び１３０３ｂを操作して予めユニバーサルクレジットカード１３０１にロードされているクレジットカード等を特定することができる。複数のクレジットカードが予めロードされている場合には、ディスプレイ１３０２に各クレジットカードを示す情報が表示され、ユーザが方向キー１３０３ａ及び１３０３ｂを操作して所望のクレジットカードを指定することができる。その後は、従来のクレジットカードと同様に使用することができる。本技術による充放電装置は、ユニバーサルクレジットカード１３０１に内蔵される電池として全固体電池を使用した場合に適用できる。なお、上記は一例であって、本技術による充放電装置は、ユニバーサルクレジットカード１３０１以外のあらゆる電子カードに適用可能であることは言うまでもない。

「応用例としてのセンサネットワーク端末」
以下、本技術をセンサネットワーク端末に対して適用した応用例について説明する。
無線センサネットワークにおける無線端末は、センサノードと呼ばれ、１個以上の無線チップ、マイクロプロセッサ、電源（電池）などにより構成される。センサネットワークの具体例としては、省エネルギー管理、健康管理、工業計測、交通状況、農作業などをモニタするのに使用される。センサの種類としては、電圧、温度、ガス、照度などが使用される。

省エネルギー管理の場合、センサノードとして、電力モニタノード、温度・湿度ノード、照度ノード、ＣＯ₂ノード、人感ノード、リモートコントロールノード、ルータ（中継機）等が使用される。これらのセンサノードが家庭、オフィスビル、工場、店舗、アミューズメント施設等において無線ネットワークを構成するように設けられる。

そして、温度、湿度、照度、ＣＯ₂濃度、電力量等のデータが表示され、環境の省エネの状況が可視化される。さらに、制御局からのコマンドによって、照明、空調施設、換気施設等のオン／オフ制御がなされる。

センサネットワークの無線インターフェースの一つとしてＺｉｇＢｅｅ（登録商標）を使用することができる。この無線インターフェースは、近距離無線通信規格の一つであり、転送可能距離が短く転送速度も低速である代わりに、安価で消費電力が少ない特徴を有する。したがって、電池駆動可能な機器への実装に向いている。この通信規格の基礎部分は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４として規格化されている。論理層以上の機器間の通信プロトコルはＺｉｇＢｅｅ（登録商標）アライアンスが仕様の策定を行っている。

図１８は無線センサノード１４０１の一例の構成を示す。センサ１４０２の検出信号がマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１４０３のＡＤ変換回路１４０４に供給される。センサ１４０２として上述した種々のセンサが使用できる。マイクロプロセッサ１４０３と関連してメモリ１４０６が設けられている。さらに、電池１４０７の出力が電源制御部１４０８に供給され、センサノード１４０１の電源が管理される。電池１４０７として、上述した全固体電池、カード型電池パック等を使用することができる。本技術による充放電装置は、全固体電池を使用した場合に適用される。

マイクロプロセッサ１４０３に対してプログラムがインストールされる。マイクロプロセッサ１４０３がプログラムにしたがってＡＤ変換回路１４０４から出力されるセンサ１４０２の検出結果のデータを処理する。マイクロプロセッサ１４０３の通信制御部１４０６に対して無線通信部１４０９が接続され、無線通信部１４０９から検出結果のデータがネットワーク端末（図示しない）に対して例えばＺｉｇＢｅｅ（登録商標）を使用して送信され、ネットワーク端末を介してネットワークに接続される。一つのネットワーク端末に対して所定数の無線センサノードが接続可能である。なお、ネットワークの形態としては、スター型以外に、ツリー型、メッシュ型及びリニア型等の形態を使用することができる。

「応用例としてのリストバンド型電子機器」
以下、本技術をリストバンド型電子機器に対して適用した応用例について説明する。
ウェアラブル端末の一例として、リストバンド型電子機器がある。その中でも、リストバンド型活動量計は、スマートバンドとも呼ばれ、腕に巻き付けておくのみで、歩数、移動距離、消費カロリー、睡眠量、心拍数などの人の活動に関するデータを取得することができるものである。さらに、取得されたデータをスマートフォンで管理することもできる。さらに、メールの送受信機能を備えることもでき、例えばメールの着信をＬＥＤ(Light Emitting Diode)ランプ及び／又はバイブレーションでユーザに知らせる通知機能を有するものが使用されている。

図１９及び図２０は、例えば脈拍を計測するリストバンド型活動量計の一例を示す。図１９は、リストバンド型活動量計１５０１の外観の構成例を示している。図２０は、リストバンド型活動量計１５０１の本体部１５０２の構成例を示している。

リストバンド型活動量計１５０１は、光学方式により被験者の例えば脈拍を計測するリストバンド型の計測装置である。図１９に示されるように、リストバンド型活動量計１５０１は、本体部１５０２とバンド１５０３により構成され、腕時計のようにバンド１５０３が被験者の腕（手首）１５０４に装着される。そして、本体部１５０２が、所定の波長の計測光を被験者の腕１５０４の脈を含む部分に照射し、戻ってきた光の強度に基づいて、被験者の脈拍の計測を行う。

本体部１５０２は、基板１５２１、ＬＥＤ１５２２、受光ＩＣ(Integrated Circuit)１５２３、遮光体１５２４、操作部１５２５、演算処理部１５２６、表示部１５２７、及び無線装置１５２８を含むように構成される。ＬＥＤ１５２２、受光ＩＣ１５２３、及び、遮光体１５２４は、基板１５２１上に設けられている。ＬＥＤ１５２２は、受光ＩＣ１５２３の制御の下に、所定の波長の計測光を被験者の腕１５０４の脈を含む部分に照射する。

受光ＩＣ１５２３は、計測光が腕１５０４に照射された後に戻ってきた光を受光する。受光ＩＣ１５２３は、戻ってきた光の強度を示すデジタルの計測信号を生成し、生成した計測信号を演算処理部１５２６に供給する。

遮光体１５２４は、基板１５２１上においてＬＥＤ１５２２と受光ＩＣ１５２３の間に設けられている。遮光体１５２４は、ＬＥＤ１５２２からの計測光が、受光ＩＣ１５２３に直接入射されることを防止する。

操作部１５２５は、例えば、ボタン、スイッチ等の各種の操作部材により構成され、本体部１５０２の表面等に設けられる。操作部１５２５は、リストバンド型活動量計１５０１の操作に用いられ、操作内容を示す信号を演算処理部１５２６に供給する。

演算処理部１５２６は、受光ＩＣ１５２３から供給される計測信号に基づいて、被験者の脈拍を計測するための演算処理を行う。演算処理部１５２６は、脈拍の計測結果を表示部１５２７及び無線装置１５２８に供給する。

表示部１５２７は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示装置により構成され、本体部１５０２の表面に設けられる。表示部１５２７は、被験者の脈拍の計測結果等を表示する。

無線装置１５２８は、所定の方式の無線通信により、被験者の脈拍の計測結果を外部の装置に送信する。例えば、図２０に示されるように、無線装置１５２８は、被験者の脈拍の計測結果をスマートフォン１５０５に送信し、スマートフォン１５０５の画面１５０６に計測結果を表示させる。さらに、計測結果のデータがスマートフォン１５０５によって管理され、計測結果をスマートフォン１５０５によって閲覧したり、ネットワーク上のサーバに保存することが可能とされている。なお、無線装置１５２８の通信方式には、任意の方式を採用することができる。なお、受光ＩＣ１５２３は、被験者の腕１５０４以外の部位（例えば、指、耳たぶ等）において脈拍の計測を行う場合にも用いることができる。

上述したリストバンド型活動量計１５０１は、受光ＩＣ１５２３における信号処理によって、体動の影響を除去して、正確に被験者の脈波及び脈拍を計測することができる。例えば、被験者がランニング等の激しい運動を行っても、正確に被験者の脈波及び脈拍を計測することができる。また、例えば、被験者がリストバンド型活動量計１５０１を長時間装着して計測を行う場合にも、被験者の体動の影響を除去して、正確に脈波及び脈拍を計測し続けることができる。

また、演算量を削減することにより、リストバンド型活動量計１５０１の消費電力を下げることができる。その結果、例えば、充電や電池の交換を行わずに、リストバンド型活動量計１５０１を被験者に長時間装着して、計測を行うことが可能になる。

なお、電源として例えば薄型の電池がバンド１５０３内に収納されている。リストバンド型活動量計１５０１は、本体の電子回路と、電池パックを備える。例えばユーザにより電池パックが着脱自在な構成を有している。電子回路は、上述した本体部１５０２に含まれる回路である。電池として全固体電池を使用する場合に本技術を適用することができる。

図２１及び図２２は、リストバンド型電子機器の他の一例を示す。図２１は、リストバンド型電子機器１６０１の外観の構成例を示している。図２２は、リストバンド型電子機器１６０１（以下、単に「電子機器１６０１」と称する。）のブロック図を示している。

電子機器１６０１は、例えば、人体に着脱自在とされる時計型のいわゆるウェアラブル機器である。電子機器１６０１は、例えば、腕に装着されるバンド部１６１１と、数字や文字、図柄等を表示する表示装置１６１２と、操作ボタン１６１３とを備えている。バンド部１６１１には、複数の孔部１６１１ａと、内周面（電子機器１６０１の装着時に腕に接触する側の面）側に形成される突起１６１１ｂとが形成されている。

電子機器１６０１は、使用状態においては、図２１に示すようにバンド部１６１１が略円形となるように折り曲げられ、孔部１６１１ａに突起１６１１ｂが挿入されて腕に装着される。突起１６１１ｂを挿入する孔部１６１１ａの位置を調整することにより、腕の太さに対応して径の大きさを調整することができる。電子機器１６０１は、使用されない状態では、孔部１６１１ａから突起１６１１ｂが取り外され、バンド部１６１１が略平坦な状態で保管される。本技術の一実施形態に係るセンサは、例えば、バンド部１６１１の全体にわたって設けられている。

図２２は、電子機器１６０１の構成例を示すブロック図である。図２２に示すように、電子機器１６０１は、上述した表示装置１６１２の他に、駆動制御部としてのコントローラＩＣ１６１５を含むセンサ１６２０と、ホスト機器１６１６とを備えている。センサ１６２０がコントローラＩＣ１６１５を備えるようにしてもよい。

センサ１６２０は、押圧と曲げとの両方を検出可能なものである。センサ１６２０は、押圧に応じた静電容量の変化を検出し、それに応じた出力信号をコントローラＩＣ１６１５に出力する。また、センサ１６２０は、曲げに応じた抵抗値の変化（抵抗変化）を検出し、それに応じた出力信号をコントローラＩＣ１６１５に出力する。

ホスト機器１６１６は、コントローラＩＣ１６１５から供給される情報に基づき、各種の処理を実行する。例えば、表示装置１６１２に対する文字情報や画像情報などの表示、表示装置１６１２に表示されたカーソルの移動、画面のスクロールなどの処理を実行する。

表示装置１６１２は、例えばフレキシブルな表示装置であり、ホスト機器１６１６から供給される映像信号や制御信号などに基づき、映像（画面）を表示する。表示装置１６１２としては、例えば、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンス（Electro Luminescence：ＥＬ）ディスプレイ、電子ペーパーなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。

なお、電源として例えば薄型の電池及び図１２に示す電子回路がバンド部１６１１内に収納されている。電子機器１６０１は、本体の電子回路と、電池パックを備える。例えばユーザにより電池パックが着脱自在な構成を有している。電池として全固体電池を使用する場合に対して本技術を適用することができる。

「応用例としてのスマートウオッチ」
以下、本技術をスマートウオッチに対して適用した応用例について説明する。
スマートウオッチは、既存の腕時計のデザインと同様ないし類似の外観を有し、腕時計と同様にユーザの腕に装着して使用するものであり、ディスプレイに表示される情報で、電話や電子メールの着信などの各種メッセージをユーザに通知する機能を有する。さらに、電子マネー機能、活動量計等の機能を有するスマートウオッチも提案されている。スマートウオッチは、電子機器の本体部分の表面にディスプレイが組み込まれ、ディスプレイに様々な情報が表示される。また、スマートウオッチは、例えば、通信端末（スマートフォン等）とBluetooth（登録商標）などの近距離無線通信を行うことによって、通信端末
等の機能やコンテンツ等と連携することも可能である。

スマートウオッチの一つとして、バンド状に連結される複数のセグメントと、複数のセグメント内に配置される複数の電子部品と、複数のセグメント内の複数の電子部品を接続し少なくとも１つのセグメント内に蛇行形状で配置されるフレキシブル回路基板とを備えるものが提案されている。このような蛇行形状を有することで、フレキシブル回路基板は、バンドが屈曲しても、ストレスが加わらず、回路の遮断が防止される。また、ウオッチ本体を構成する筐体ではなく、そのウオッチ本体に取り付けられるバンド側のセグメントに、電子回路部品を内蔵させることが可能になり、ウオッチ本体側には変更を加える必要がなくなり、従来の時計のデザインと同様のデザインのスマートウオッチを構成することが可能となる。

次に、スマートウオッチの構成についてより具体的に説明する。本応用例のスマートウオッチは、通常の腕時計のバンドに相当する部分が本体になっており、バンド（ベルト）単体で電子機器として成り立つようになっている。すなわち、針などで時刻を表示するウオッチ本体は、従来のウオッチがそのまま使用可能である。そして、そのウオッチ本体に取り付けられるバンド型電子機器が通信機能や告知機能を内蔵する。本応用例のスマートウオッチは、電子メールや着信などの通知、ユーザの行動履歴などのログの記録、通話などを行うことができる。また、スマートウオッチは、非接触式ＩＣカードとしての機能を備え、非接触で決済や認証等を行うことができる。

本応用例のスマートウオッチは、金属製のバンド内に、通信処理や通知処理を行う回路部品を内蔵している。金属製のバンドを薄型化しながら、電子機器として機能するようにするために、バンドが複数のセグメントを連結した構成とされ、各セグメントに回路基板，振動モータ、電池，加速度センサが収納される。各セグメントの回路基板，振動モータ，電池，加速度センサなどの部品は、フレキシブルプリント回路基板（以下、「ＦＰＣ」と称する。）で接続されている。ただし、各部品を接続したＦＰＣを内蔵したバンドは、円形に折り曲げるとＦＰＣの配線に応力がかかり、ＦＰＣの配線が切れてしまうという問題がある。これは後述の通り、蛇行形状を設けることで解決できるが、そのままではバンド内部の防水性が確保できないという新たな問題が発生する。また、金属製のバンドの中にアンテナを配置すると、電波がバンドの外に出ないという問題もある。さらに、通常、バンドを止めるバックル機構は、ＦＰＣを配置することできないので、バックル機構の箇所の前後で電気的な接続をすることが困難である。

つまり、金属製のバンド内に電子機器を組み込むためには、以下の３点の問題を解決する必要がある。
ａ．ＦＰＣの配線及び防水の問題
ｂ．金属筐体によるアンテナの問題
ｃ．バックルの機構と電気接点の問題
以下、この３点の問題を解決する構成の概要を説明する。

ａ．ＦＰＣの配線及び防水の問題を解決する構成
電子機器の部品を各セグメントに配置するにあたって、セグメントの間は、ＦＰＣで接続される必要がある。しかし、金属製のバンドをユーザの腕に取り付けるように曲げると、ＦＰＣの外側に応力がかかるため、ＦＰＣが切れることがある。そこで、蛇行形状を設けることにより、ＦＰＣが切れることを防止する。また、本応用例の電子機器は、腕時計に取り付けることを前提にしたスマートウオッチであるので、防水性を確保しながら蛇行形状を設ける必要がある。そこで本応用例では、各セグメントの間に、時計のバンドならでは部品である「つがい部品」という小さなセグメントが用意される。

小さいセグメントの空間内は、ＦＰＣが蛇行した形状とされる。この蛇行形状は、Ｓ字形状、Ｖ字形状、Ｕ字形状、Ｚ字形状、曲線形状、半円形状、折れ線形状等、いずれの形状でもよい。このようにすることで、たとえ金属製のバンドを曲げても、ＦＰＣの蛇行形状が伸びるだけであり、ＦＰＣが切れることがない。さらに、セグメント部にあるＦＰＣの出入口は、ゴムパッキン（比較的柔らかい樹脂）で押さえる。そして、つがい部は、出入口を押さえることなくＦＰＣが自由に動くようにして、各セグメントの防水性を保つ。この「つがい部」を導入することで、本体の防水性を確保しながらＦＰＣが切れることを防止することが可能になる。なお、１つの部品（セグメント）のみで電子部品が完結する場合は、この「つがい部」を省略することが可能である。

ｂ．金属筐体によるアンテナの問題
金属製のバンドは、内部にアンテナを入れると、アンテナからの電波が外に出ないという問題がある。本発明では、金属製のバンドの１つの筐体（部品）に、Bluetooth(登録商標）用のアンテナと、ＮＦＣ（Near Field Communication）用のアンテナを配置する。アンテナを入れた部品は、他の部品からアンテナ特性に影響を与えないように、隣接する他の部品との間に絶縁体を挟むようにする。

また、アンテナを内蔵した部品は、その部品の全面（おおよそ６面）をアンテナとして用いるが、ユーザの肌に接するとアンテナ特性が悪化するので、ユーザの肌と接する面をアンテナとして利用せずに、金属以外の材料で作製してもよい。また、他の例として、ユーザの肌と触れる金属部品とアンテナとして働く部品との間には、絶縁層が挟まれるようにしてもよい。さらに、アンテナを内蔵した部品がスリットを備えるようにして、スリットアンテナとして使用してもよい。Bluetooth（登録商標)用のアンテナを配置する部品と、ＮＦＣ用のアンテナを配置する部品を、別の部品にしてもよい。Bluetooth(登録商標）の無線通信は、２．４ＧＨｚ帯の通信を行うため、スマートウオッチとスマートフォンとで障害物がない状況で無線通信を行ったとき、平均で１０ｍ程度までペアリングが可能であった。金属筐体自体をアンテナとする手法を導入することで、アンテナ問題を解決することができる。

ｃ．バックルの機構／電気的接点の問題
金属製のバンドによるスマートウオッチでは、バックルと重なる位置に配置される一番大型の部品に基板が配置されるため、バックルが、通常の腕時計用のバックルよりも厚くなってしまう。また、バックル内は、ＦＰＣを通すことが困難である。したがって、バックルで接続された一方のセグメントと他方のセグメントとの間は、電気的な接続ができないという問題がある。

本応用例では、バックルを畳んだ際に、バックルを構成する２つの部品の内の一方の部品が、他方の部品の空いた空間に収まるような構造として、薄型化を実現した。また、バックルで接続された一方のセグメントと他方のセグメントとの間に、電気的な接点を配置する構成である。

（スマートウオッチの全体構成）
図２３にスマートウオッチの全体構成を示す。
バンド型電子機器２０００は、時計本体３０００に取り付けられる金属製のバンドであり、ユーザの腕に装着される。時計本体３０００は、時刻を表示する文字盤３１００を備える。時計本体３０００は、文字盤３１００の代わりに、液晶ディスプレイなどで電子的に時刻を表示してもよい。

バンド型電子機器２０００は、複数のセグメント２１１０〜２２３０を連結した構成である。時計本体３０００の一方のバンド取付孔にセグメント２１１０が取り付けられ、時計本体３０００の他方のバンド取付孔にセグメント２２３０が取り付けられる。本応用例では、それぞれのセグメント２１１０〜２２３０は金属で構成される。

なお、図２３や図２４では、バンド型電子機器２０００の構成を説明するために、時計本体３０００とセグメント２２３０とが離れた状態を示すが、実際の使用時には、時計本体３０００にセグメント２２３０が取り付けられる。時計本体３０００にセグメント２２３０が取り付けられることで、バンド型電子機器２０００は、通常の腕時計と同様に、ユーザの腕に装着することができる。それぞれのセグメント２１１０〜２２３０の接続箇所は、可動させることが可能である。セグメントの接続箇所が可動できることで、バンド型電子機器２０００は、ユーザの腕にフィットさせることができる。

セグメント２１７０とセグメント２１６０との間には、バックル部２３００が配置される。バックル部２３００は、ロックを外した状態のとき長く伸び、ロックした状態のとき短くなる。各セグメント２１１０〜２２３０は、複数種類のサイズで構成される。例えば、バックル部２３００と接続されたセグメント２１７０は、最も大きなサイズである。

（セグメントの内部の概要）
図２５は、バンド型電子機器２０００の内部構成の一部を示す。例えば３個のセグメント２１７０，２１８０，２１９０、２２００、２２１０の内部を示す。バンド型電子機器２０００では、連続した５個のセグメント２１７０〜２２１０の内部にフレキシブル回路基板２４００が配置される。セグメント２１７０内には、種々の電子部品が配置され、セグメント２１９０，２２１０にはバッテリ２４１１，２４２１が配置され、これらの部品がフレキシブル回路基板２４００で電気的に接続される。セグメント２１７０とセグメント２１９０との間のセグメント２１８０は、比較的小さなサイズであり、蛇行状態のフレキシブル回路基板２４００が配置される。セグメント２１８０の内部では、防水部材に挟まれた状態でフレキシブル回路基板２４００が配置される。なお、セグメント２１７０〜２２１０の内部は、防水構造としてある。セグメント２１７０〜２２１０の防水構造については後述する。

（スマートウオッチの回路構成）
図２６は、バンド型電子機器２０００の回路構成を示すブロック図である。バンド型電子機器２０００の内部の回路は、時計本体３０００とは独立した構成である。時計本体３０００は、文字盤３１００に配置された針を回転させるムーブメント部３２００を備える。ムーブメント部３２００には、バッテリ３３００が接続されている。これらのムーブメント部３２００やバッテリ３３００は、時計本体３０００の筐体内に内蔵されている。

時計本体３０００に接続されたバンド型電子機器２０００は、３つのセグメント２１７０，２１９０，２２１０に、電子部品が配置される。セグメント２１７０には、データ処理部４１０１と無線通信部４１０２とＮＦＣ通信部４１０４とＧＰＳ部４１０６とが配置される。無線通信部４１０２，ＮＦＣ通信部４１０４，ＧＰＳ部４１０６には、それぞれアンテナ４１０３，４１０５，４１０７が接続されている。それぞれのアンテナ４１０３，４１０５，４１０７は、セグメント２１７０の後述するスリット２１７３の近傍に配置される。

無線通信部４１０２は、例えばBluetooth（登録商標）の規格で他の端末と近距離無線
通信を行う。ＮＦＣ通信部４１０４は、ＮＦＣ規格で、近接したリーダー／ライタと無線通信を行う。ＧＰＳ部４１０６は、ＧＰＳ（Global Positioning System）と称されるシ
ステムの衛星からの電波を受信して、現在位置の測位を行う測位部である。これらの無線通信部４１０２，ＮＦＣ通信部４１０４，ＧＰＳ部４１０６で得たデータは、データ処理部４１０１に供給される。

また、セグメント２１７０には、ディスプレイ４１０８とバイブレータ４１０９とモーションセンサ４１１０と音声処理部４１１１とが配置されている。ディスプレイ４１０８とバイブレータ４１０９は、バンド型電子機器２０００の装着者に通知する通知部として機能するものである。ディスプレイ４１０８は、複数個の発光ダイオードで構成され、発光ダイオードの点灯や点滅でユーザに通知を行う。複数個の発光ダイオードは、例えばセグメント２１７０の後述するスリット２１７３の内部に配置され、電話の着信や電子メールの受信などが点灯又は点滅で通知される。ディスプレイ４１０８としては、文字や数字などを表示するタイプのものが使用されてもよい。バイブレータ４１０９は、セグメント２１７０を振動させる部材である。バンド型電子機器２０００は、バイブレータ４１０９によるセグメント２１７０の振動で、電話の着信や電子メールの受信などを通知する。

モーションセンサ４１１０は、バンド型電子機器２０００を装着したユーザの動きを検出する。モーションセンサ４１１０としては、加速度センサ、ジャイロセンサ、電子コンパス、気圧センサなどが使用される。また、セグメント２１７０は、モーションセンサ４１１０以外のセンサを内蔵してもよい。例えば、バンド型電子機器２０００を装着したユーザの脈拍などを検出するバイオセンサが内蔵されてもよい。音声処理部４１１１には、マイクロホン４１１２とスピーカ４１１３とが接続され、音声処理部４１１１が、無線通信部４１０２での無線通信で接続された相手と通話の処理を行う。また、音声処理部４１１１は、音声入力操作のための処理を行うこともできる。

そして、セグメント２１９０にはバッテリ２４１１が内蔵され、セグメント２２１０にはバッテリ２４２１が内蔵される。バッテリ２４１１，２４２１は、例えば全固体電池によって構成され、セグメント２１７０内の回路に駆動用の電源を供給する。セグメント２１７０内の回路とバッテリ２４１１，２４２１は、フレキシブル回路基板２４００により接続されている。なお、セグメント２１７０は、図示しないが、バッテリ２４１１，２４２１を充電するための端子を備える。また、セグメント２１９０，２２１０には、バッテリ２４１１，２４２１以外の電子部品が配置されてもよい。例えば、セグメント２１９０，２２１０は、バッテリ２４１１，２４２１の充放電を制御する回路を備えるようにしてもよい。

（セグメント内の部品の配置例）
図２５は、電子部品などが配置されるセグメント２１７０〜２２１０と、セグメント２１７０と連結されたバックル部２３００の構成を示す。セグメント２１７０〜２２１０は、蓋部材（図示しない）を開けた状態で示す。それぞれのセグメント２１７０〜２２１０を構成する筐体は、ステンレスなどの金属で形成される。

セグメント２１７０〜２２１０の内部には、フレキシブル回路基板２４００と、このフレキシブル回路基板２４００に取り付けられた電子部品などが配置される。図２５では、バックル部２３００の第１部材２３１０と第２部材２３２０とを開いた状態を示す。バックル部２３００は、第１部材２３１０と第２部材２３２０とを閉じたとき、セグメント２１７０の裏面（図２５での上側）に重なった位置に配置される。

セグメント２１７０は、他のセグメントよりも大きなサイズであり、図２６に示す各電子部品が収納される。セグメント２１７０の内側には、透明な樹脂（又は半透明な樹脂）よりなる内部筐体２５００が配置され、内部筐体２５００にフレキシブル回路基板２４０１などが配置される。セグメント２１７０の一方の連結部２１７１は、バックル部２３００の連結部２３３０と連結される。また、セグメント２１７０の他方の連結部２１７２は、セグメント２１８０の連結部２１８３と連結される。セグメント２１８０の連結部２１８４は、セグメント２１９０と連結される。さらに、セグメント２１９０の隣にセグメント２２００が連結され、セグメント２２００の隣にセグメント２２１０が連結される。それぞれの連結部では、連結ピン（図示しない）を使用して２つのセグメントが連結される。

セグメント２１７０の表面には、スリット２１７３が形成されている。ディスプレイ４１０８を構成する複数の発光ダイオードは、スリット２１７３に近接し、透明又は半透明な樹脂で形成された内部筐体２５００内に配置される。したがって、ユーザは、セグメント２１７０のスリット２１７３を通じて、発光ダイオードの発光や点滅を確認することができる。このような発光ダイオードの発光や点滅により、電話の着信や電子メールの受信などの様々な状態が通知される。また、スリット２１７３に近接した内部筐体２５００内には、各アンテナ４１０３，４１０５，４１０７が配置される。したがって、各アンテナ４１０３，４１０５，４１０７は、金属製のセグメント２１７０の外側との通信状態を良好に保つことができる。

セグメント２１７０の内部筐体２５００には、フレキシブル回路基板２４００の第１部分２４０１が配置される。フレキシブル回路基板２４００の第１部分２４０１は、接続部材２４３１を介してリジット基板２４４０に接続される。リジット基板２４４０には、各種電子部品２４４１，２４４２，２４４３，・・・が接続される。電子部品２４４１，２４４２，２４４３，・・・は、図２６に示す処理部４１０１〜４１１３に相当する。

セグメント２１９０とセグメント２２１０は、バッテリ２４１１，２４２１を収納することができるサイズである。セグメント２１８０とセグメント２２００は、セグメント２１９０，２２１０よりも小さなサイズである。フレキシブル回路基板２４００の第２部分２４０２は、セグメント２１８０に蛇行状態で配置される。フレキシブル回路基板２４００の第３部分２４０３には、バッテリ２４１１が接続される。フレキシブル回路基板２４００の第４部分２４０４は、セグメント２２００に蛇行状態で配置される。フレキシブル回路基板２４００の第５部分２４０５には、バッテリ２４２１が接続される。なお、フレキシブル回路基板２４００の蛇行状態の詳細は図２７を参照して説明する。

（フレキシブル回路基板の配置状態）
図２７は、フレキシブル回路基板２４００が、セグメント２１７０〜２１９０の内部に配置される状態を断面で示す。フレキシブル回路基板２４００は、各セグメント２１７０〜２１９０の内部に連続して配置される。図２７に示すように、フレキシブル回路基板２４００は、セグメント２１７０の連結部２１７１と、セグメント２１８０の連結部２１８３との内部を通過する。この場合、連結部２１７１の内部には、フレキシブル回路基板２４００が通過する箇所に防水部材２１７４が配置され、セグメント２１７０の内部への水の浸入が阻止される。また、セグメント２１７０の内部筐体２５００にも、防水部材２１７５が配置される。

また、セグメント２１８０の内部には、防水部材２１８１，２１８２（図２４参照）が配置され、セグメント２１８０の内部への水の浸入が阻止される。それぞれの防水部材２１７４，２１７５，２１８１，２１８２は、例えば比較的柔らかい樹脂で成形され、セグメント２１８０の内側とフレキシブル回路基板２４００との間の隙間が塞がれる。そして、セグメント２１８０の内部では、フレキシブル回路基板２４００が蛇行状態で配置される。すなわち、セグメント２１８０の内部のフレキシブル回路基板２４００には、湾曲した蛇行箇所２４００Ｘが形成されている。

フレキシブル回路基板２４００の蛇行箇所２４００Ｘは、フレキシブル回路基板２４００の損傷を防ぐように機能する。例えば、セグメント２１８０とセグメント２１７０との連結箇所が大きく曲がった場合でも、フレキシブル回路基板２４００の蛇行箇所２４００Ｘが直線状に伸びて、フレキシブル回路基板２４００が引っ張られることがない。したがって、フレキシブル回路基板２４００内の回路パターンが破断するような不具合が生じない。

なお、図２７に示す蛇行箇所２４００Ｘは一例であり、その他の形状としてもよい。すなわち、蛇行箇所２４００Ｘは、Ｓ字形状、Ｖ字形状、Ｕ字形状、Ｚ字形状、曲線形状、半円形状、折れ線形状等、蛇行した様々な形状とすることができる。

上述したバッテリ２４１１として全固体電池を使用した場合に本技術を適用することができる。

（バッテリの配置状態）
図２８は、セグメント２１９０内に、バッテリ２４１１が配置される状態を示す。セグメント２２１０内に、バッテリ２４２１が配置される構成も、同じである。セグメント２１９０の内部のバッテリ配置箇所２１９１に、バッテリ２４１１が配置される。このとき、バッテリ配置箇所２１９１とバッテリ２４１１との間に、接着シート２７０３が配置される。

また、バッテリ２４１１の表面（図２８での上側）には、フレキシブル回路基板２４００の第３部分２４０３が、接着シート２７０１により接着される。この接着シート２７０１を使用した接着で、バッテリ２４１１の表面の電極２４１１Ａ，２４１１Ｂが、フレキシブル回路基板２４００内の回路パターンと接続される。さらに、バッテリ２４１１の表面が、接着シート２７０２を介してセグメント２１９０の蓋（図示しない）と接着される。ここで、接着シート２７０１は、バッテリ２４１１の表面の周囲を塞ぐ構成である。したがって、接着シート２７０１は、セグメント２１９０内のバッテリ２４１１の防水部材として機能するようになる。なお、バッテリは、バンド型電子機器２０００の他のセグメントに配置してもよい。

上述したスマートウオッチは、電子メールや電話の着信などの通知、ユーザの活動履歴などのログの記録、通話などを行うことができる。また、スマートウオッチは、非接触式ＩＣカードとしての機能を備え、非接触式ＩＣカードを利用した決済や認証を行うことができる。しかも、本例のスマートウオッチは、時計本体が従来の時計と同じものが使用できるため、デザイン的に優れた腕時計とすることができる。また、複数のセグメントは、防水構造であり、かつフレキシブル回路基板を蛇行して配置したため、回路パターンが遮断しない効果を持つ。さらに、金属製のセグメント２１７０内のアンテナは、セグメント２１７０のスリットの近傍に配置されるため、良好に送信や受信を行うことができる。

「応用例としてのメガネ型端末」
以下、本技術を頭部装着型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）に代表されるメガネ型端末に適用した応用例について説明する。
以下に説明するメガネ型端末は、目の前の風景にテキスト、シンボル、画像等の情報を重畳して表示することができるものである。すなわち、透過式メガネ型端末専用の軽量且つ薄型の画像表示装置ディスプレイモジュールを搭載している。

この画像表示装置は、光学エンジンとホログラム導光板からなる。光学エンジンは、マイクロディスプレイレンズを使用して画像、テキスト等の映像光を出射する。この映像光がホログラム導光板に入射される。ホログラム導光板は、透明板の両端部にホログラム光学素子が組み込まれたもので、光学エンジンからの映像光を厚さ１mmのような非常に薄い透明板の中を伝搬させて観察者の目に届ける。このような構成によって、透過率が例えば８５％という厚さ３mm（導光板前後の保護プレートを含む）レンズを実現している。かかるメガネ型端末によって、スポーツ観戦中にプレーヤ、チームの成績等をリアルタイムで見ることができたり、旅先での観光ガイドを表示したりできる。

メガネ型端末の具体例は、図２９に示すように、画像表示部が眼鏡型の構成とされている。すなわち、通常の眼鏡と同様に、眼前に右画像表示部５００１及び左画像表示部５００２を保持するためのフレーム５００３を有する。フレーム５００３は、観察者の正面に配置されるフロント部５００４と、フロント部５００４の両端に蝶番を介して回動自在に取り付けられた２つのテンプル部５００５，５００６から成る。フレーム５００３は、金属や合金、プラスチック、これらの組合せといった、通常の眼鏡を構成する材料と同じ材料から作製されている。なお、ヘッドホン部を設けるようにしてもよい。

右画像表示部５００１および左画像表示部５００２は、利用者の右の眼前と、左の眼前とにそれぞれ位置するように配置されている。テンプル部５００５，５００６が利用者の頭部に画像表示部５００１および５００２を保持する。フロント部５００４とテンプル部５００５の接続箇所において、テンプル部５００５の内側に右表示駆動部５００７が配置されている。フロント部５００４とテンプル部５００６の接続箇所において、テンプル部５００６の内側に左表示駆動部５００８が配置されている。

図２９では省略されているが、フレーム５００３には、電池、加速度センサ、ジャイロ、電子コンパス、マイクロホン／スピーカ等が搭載されている。電池として全固体電池を使用する場合に本技術を適用できる。さらに、撮像装置が取り付けられ、静止画／動画の撮影が可能とされている。さらに、メガネ部と例えば無線又は有線のインターフェースでもって接続されたコントローラを備えている。コントローラには、タッチセンサ、各種ボタン、スピーカ、マイクロホン等が設けられている。さらに、スマートフォンとの連携機能を有している。例えばスマートフォンのＧＰＳ機能を活用してユーザの状況に応じた情報を提供することが可能とされている。以下、画像表示装置（右画像表示部５００１又は左画像示部５００２）について主に説明する。

図３０に、メガネ型端末の画像表示装置（右画像表示部５００１又は左画像示部５００２）の第１の例の概念図を示す。尚、第１の例のメガネ型端末における画像表示装置は、画像生成装置の第１の構成及び光学装置の第１の構成を備えている。

画像表示装置５１００は、第１の構成の画像生成装置から構成された画像生成装置５１１０、及び画像生成装置５１１０から出射された光が入射され、導光され、観察者の瞳５０４１に向かって出射される光学装置（導光手段）５１２０から構成されている。尚、光学装置５１２０は、画像生成装置５１１０に取り付けられている。

光学装置５１２０は、第１の構成の光学装置から構成され、画像生成装置５１１０から入射された光が内部を全反射により伝播した後、観察者の瞳５０４１に向かって出射される導光板５１２１、導光板５１２１に入射された光が導光板５１２１の内部で全反射されるように、導光板５１２１に入射された光を偏向させる第１偏向手段５１３０、及び導光板５１２１の内部を全反射により伝播した光を導光板５１２１から出射させるために、導光板５１２１の内部を全反射により伝播した光を複数回に亙り偏向させる第２偏向手段５１４０を備えている。

第１偏向手段５１３０及び第２偏向手段５１４０は導光板５１２１の内部に配設されている。そして、第１偏向手段５１３０は、導光板５１２１に入射された光を反射し、第２偏向手段５１４０は、導光板５１２１の内部を全反射により伝播した光を、複数回に亙り、透過、反射する。即ち、第１偏向手段５１３０は反射鏡として機能し、第２偏向手段５１４０は半透過鏡として機能する。より具体的には、導光板５１２１の内部に設けられた第１偏向手段５１３０は、アルミニウムから成り、導光板５１２１に入射された光を反射させる光反射膜（一種のミラー）から構成されている。一方、導光板５１２１の内部に設けられた第２偏向手段５１４０は、誘電体積層膜が多数積層された多層積層構造体から構成されている。誘電体積層膜は、例えば、高誘電率材料としてのＴｉＯ₂膜、及び、低誘電率材料としてのＳｉＯ₂膜から構成されている。図においては６層の誘電体積層膜を図示しているが、これに限定するものではない。

誘電体積層膜と誘電体積層膜との間には、導光板５１２１を構成する材料と同じ材料から成る薄片が挟まれている。尚、第１偏向手段５１３０においては、導光板５１２１に入射された平行光が導光板５１２１の内部で全反射されるように、導光板５１２１に入射された平行光が反射（又は回折）される。一方、第２偏向手段５１４０においては、導光板５１２１の内部を全反射により伝播した平行光が複数回に亙り反射（又は回折）され、導光板５１２１から平行光の状態で出射される。

第１偏向手段５１３０は、導光板５１２１の第１偏向手段５１３０を設ける部分５１２４を切り出すことで、導光板５１２１に第１偏向手段５１３０を形成すべき斜面を設け、係る斜面に光反射膜を真空蒸着した後、導光板５１２１の切り出した部分５１２４を第１偏向手段５１３０に接着すればよい。また、第２偏向手段５１４０は、導光板５１２１を構成する材料と同じ材料（例えば、ガラス）と誘電体積層膜（例えば、真空蒸着法にて成膜することができる）とが多数積層された多層積層構造体を作製し、導光板５１２１の第２偏向手段５１４０を設ける部分５１２５を切り出して斜面を形成し、係る斜面に多層積層構造体を接着し、研磨等を行って、外形を整えればよい。こうして、導光板５１２１の内部に第１偏向手段５１３０及び第２偏向手段５１４０が設けられた光学装置５１２０を得ることができる。

光学ガラスやプラスチック材料から成る導光板５１２１は、導光板５１２１の軸線と平行に延びる２つの平行面（第１面５１２２及び第２面５１２３）を有している。第１面５１２２と第２面５１２３とは対向している。そして、光入射面に相当する第１面５１２２から平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、光出射面に相当する第１面５１２２から出射される。

また、画像生成装置５１１０は、第１の構成の画像生成装置から構成され、２次元マトリクス状に配列された複数の画素を有する画像形成装置５１１１、及び画像形成装置５１１１の各画素から出射された光を平行光として、出射するコリメート光学系５１１２を備えている。

ここで、画像形成装置５１１１は、反射型空間光変調装置５１５０、及び、白色光を出射する発光ダイオードから成る光源５１５３から構成されている。より具体的には、反射型空間光変調装置５１５０は、ライト・バルブとしてのＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）から成る液晶表示装置（ＬＣＤ）５１５１、及び、光源５１５３からの光の一部
を反射して液晶表示装置５１５１へと導き、且つ、液晶表示装置５１５１によって反射された光の一部を通過させてコリメート光学系５１１２へと導く偏光ビームスプリッター５１５２から構成されている。なお、ＬＣＤは、ＬＣＯＳタイプに限定されない。

液晶表示装置５１５１は、２次元マトリクス状に配列された複数（例えば、３２０×２４０個）の画素を備えている。偏光ビームスプリッター５１５２は、周知の構成、構造を有する。光源５１５３から出射された無偏光の光は、偏光ビームスプリッター５１５２に衝突する。偏光ビームスプリッター５１５２において、Ｐ偏光成分は通過し、系外に出射される。一方、Ｓ偏光成分は、偏光ビームスプリッター５１５２において反射され、液晶表示装置５１５１に入射し、液晶表示装置５１５１の内部で反射され、液晶表示装置５１５１から出射される。ここで、液晶表示装置５１５１から出射した光の内、「白」を表示する画素から出射した光にはＰ偏光成分が多く含まれ、「黒」を表示する画素から出射した光にはＳ偏光成分が多く含まれる。従って、液晶表示装置５１５１から出射され、偏光ビームスプリッター５１５２に衝突する光の内、Ｐ偏光成分は、偏光ビームスプリッター５１５２を通過し、コリメート光学系５１１２へと導かれる。

一方、Ｓ偏光成分は、偏光ビームスプリッター５１５２において反射され、光源５１５３に戻される。液晶表示装置５１５１は、例えば、２次元マトリクス状に配列された複数（例えば、３２０×２４０個）の画素（液晶セルの数は画素数の３倍）を備えている。コリメート光学系１１２は、例えば、凸レンズから構成され、平行光を生成させるために、コリメート光学系５１１２における焦点距離の所（位置）に画像形成装置５１１１（より具体的には、液晶表示装置５１５１）が配置されている。また、１画素は、赤色を出射する赤色発光副画素、緑色を出射する緑色発光副画素、及び、青色を出射する青色発光副画素から構成されている。

更には、以上の好ましい形態、構成を含むメガネ型端末において、画像表示装置は、画像生成装置、及び、画像生成装置から出射された光が入射され、導光され、観察者の瞳に向かって出射される光学装置（導光手段）から構成されている。尚、光学装置は、例えば、画像生成装置に取り付けられている構成とすることができる。

第２の例は、第１の例の変形である。第２の例のメガネ型端末における画像表示装置５２００の概念図を図３１に示す。第２の例にあっては、画像生成装置５２１０は、第２の構成の画像生成装置から構成されている。具体的には、光源５２５１、光源５２５１から出射された光を平行光とするコリメート光学系５２５２、コリメート光学系５２５２から出射された平行光を走査する走査手段５２５３、及び、走査手段５２５３によって走査された平行光をリレーし、出射するリレー光学系５２５４から構成されている。尚、画像生成装置５２１０はカバー５２１３で覆われている。

光源５２５１は、赤色を発光する赤色発光素子５２５１Ｒ、緑色を発光する緑色発光素子５２５１Ｇ、青色を発光する青色発光素子５２５１Ｂから構成されており、各発光素子は半導体レーザ素子から成る。光源５２５１から出射された３原色の光は、クロスプリズム５２５５を通過することで色合成が行われ、光路が一本化され、全体として正の光学的パワーを持つコリメート光学系５２５２に入射し、平行光として出射される。そして、この平行光は、全反射ミラー５２５６で反射され、マイクロミラーを二次元方向に回転自在とし、入射した平行光を２次元的に走査することができるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）から成る走査手段５２５３によって水平走査及び垂直走査が行われ、一種の２次元画像化され、仮想の画素が生成される。そして、仮想の画素からの光は、周知のリレー光学系から構成されたリレー光学系５２５４を通過し、平行光とされた光束が光学装置５１２０に入射する。

リレー光学系５２５４にて平行光とされた光束が入射され、導光され、出射される光学装置５１２０は、第１の例にて説明した光学装置と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。また、第２の例のメガネ型端末も、上述したとおり、画像生成装置５２１０が異なる点を除き、実質的に、第１の例のメガネ型端末と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。

第３の例も第１の例の変形である。第３の例のメガネ型端末における画像表示装置５３００の概念図を図３２Ａに示す。また、反射型体積ホログラム回折格子の一部を拡大して示す模式的な断面図を図３２Ｂに示す。第３の例にあっては、画像生成装置５１１０は、第１の例と同様の構成を有する。また、光学装置（導光手段）５３２０は、第１偏向手段及び第２偏向手段の構成、構造が異なる点を除き、第１の例の光学装置５１２０と同様の基本的な構成を有する。

すなわち、第１の例の光学装置５１２０と同様に、画像生成装置５１１０から入射された光が内部を全反射により伝播した後、観察者の瞳５０４１に向かって出射される導光板５３２１、導光板５３２１に入射された光が導光板５３２１の内部で全反射されるように、導光板５３２１に入射された光を偏向させる第１偏向手段５３３０、及び導光板５３２１の内部を全反射により伝播した光を導光板５３２１から出射させるために、導光板５３２１の内部を全反射により伝播した光を複数回に亙り偏向させる第２偏向手段５３４０を備えている。

第３の例にあっては、光学装置５３２０は、第２の構成の光学装置から構成されている。即ち、第１偏向手段及び第２偏向手段は導光板５３２１の表面（具体的には、導光板５３２１の第２面５３２３）に配設されている。そして、第１偏向手段は、導光板５３２１に入射された光を回折し、第２偏向手段は、導光板５３２１の内部を全反射により伝播した光を、複数回に亙り、回折する。ここで、第１偏向手段及び第２偏向手段は、回折格子素子、具体的には反射型回折格子素子、より具体的には反射型体積ホログラム回折格子から成る。以下の説明において、反射型体積ホログラム回折格子から成る第１偏向手段を、便宜上、『第１回折格子部材５３３０』と呼び、反射型体積ホログラム回折格子から成る第２偏向手段を、便宜上、『第２回折格子部材５３４０』と呼ぶ。

そして、第３の例あるいは後述する第４の例にあっては、第１回折格子部材５３３０及び第２回折格子部材５３４０を、異なるＰ種類（具体的には、Ｐ＝３であり、赤色、緑色、青色の３種類）の波長帯域（あるいは、波長）を有するＰ種類の光の回折反射に対応させるために、反射型体積ホログラム回折格子から成るＰ層の回折格子層が積層されて成る構成としている。尚、フォトポリマー材料から成る各回折格子層には、１種類の波長帯域（あるいは、波長）に対応する干渉縞が形成されており、従来の方法で作製されている。より具体的には、赤色の光を回折反射する回折格子層と、緑色の光を回折反射する回折格子層と、青色の光を回折反射する回折格子層とが積層された構造を、第１回折格子部材５３３０及び第２回折格子部材５３４０は有する。回折格子層（回折光学素子）に形成された干渉縞のピッチは一定であり、干渉縞は直線状であり、Ｚ軸方向に平行である。尚、第１回折格子部材５３３０及び第２回折格子部材５３４０の軸線方向をＹ軸方向、法線方向をＸ軸方向とする。図３２Ａにおいては、第１回折格子部材５３３０及び第２回折格子部材５３４０を１層で示した。このような構成を採用することで、各波長帯域（あるいは、波長）を有する光が第１回折格子部材５３３０及び第２回折格子部材５３４０において回折反射されるときの回折効率の増加、回折受容角の増加、回折角の最適化を図ることができる。

図３２Ｂに反射型体積ホログラム回折格子の拡大した模式的な一部断面図を示す。反射型体積ホログラム回折格子には、傾斜角φを有する干渉縞が形成されている。ここで、傾斜角φとは、反射型体積ホログラム回折格子の表面と干渉縞の成す角度を指す。干渉縞は、反射型体積ホログラム回折格子の内部から表面に亙り、形成されている。干渉縞は、ブラッグ条件を満たしている。ここで、ブラッグ条件とは、以下の式（Ａ）を満足する条件を指す。式（Ａ）中、ｍは正の整数、λは波長、ｄは格子面のピッチ（干渉縞を含む仮想平面の法線方向の間隔）、Θは干渉縞へ入射する角度の補角を意味する。また、入射角ψにて回折格子部材に光が侵入した場合の、Θ、傾斜角φ、入射角ψの関係は、式（Ｂ）のとおりである。

ｍ・λ＝２・ｄ・ｓｉｎ（Θ）（Ａ）
Θ＝９０°−（φ＋ψ）（Ｂ）

第１回折格子部材５３３０は、上述したとおり、導光板５３２１の第２面５３２３に配設（接着）されており、第１面５３２２から導光板５３２１に入射されたこの平行光が導光板５３２１の内部で全反射されるように、導光板５３２１に入射されたこの平行光を回折反射する。更には、第２回折格子部材５３４０は、上述したとおり、導光板５３２１の第２面５３２３に配設（接着）されており、導光板５３２１の内部を全反射により伝播したこの平行光を、複数回、回折反射し、導光板５３２１から平行光のまま第１面５３２２から出射する。

そして、導光板５３２１にあっても、赤色、緑色及び青色の３色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射される。このとき、導光板５３２１が薄く導光板５３２１の内部を進行する光路が長いため、各画角によって第２回折格子部材５３４０に至るまでの全反射回数は異なっている。より詳細に述べれば、導光板５３２１に入射する平行光のうち、第２回折格子部材５３４０に近づく方向の角度をもって入射する平行光の反射回数は、第２回折格子部材５３４０から離れる方向の角度をもって導光板５３２１に入射する平行光の反射回数よりも少ない。これは、第１回折格子部材５３３０において回折反射される平行光であって、第２回折格子部材５３４０に近づく方向の角度をもって導光板５３２１に入射する平行光の方が、これと逆方向の角度をもって導光板５３２１に入射する平行光よりも、導光板５３２１の内部を伝播していく光が導光板５３２１の内面と衝突するときの導光板５３２１の法線と成す角度が小さくなるからである。また、第２回折格子部材５３４０の内部に形成された干渉縞の形状と、第１回折格子部材５３３０の内部に形成された干渉縞の形状とは、導光板５３２１の軸線に垂直な仮想面に対して対称な関係にある。

後述する第４の例における導光板５３２１も、基本的には、以上に説明した導光板５３２１の構成、構造と同じ構成、構造を有する。

第３の例のメガネ型端末は、上述したとおり、光学装置５３２０が異なる点を除き、実質的に、第１の例のメガネ型端末と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。

第４の例は、第３の例の変形である。第４の例のメガネ型端末における画像表示装置の概念図を図３３に示す。第４の例の画像表示装置５４００における光源５２５１、コリメート光学系５２５２、走査手段５２５３、リレー光学系５２５４等は、第２の例と同じ構成、構造を有する。また、第４の例における光学装置５３２０は、第３の例における光学装置５３２０と同じ構成、構造を有する。第４の例のメガネ型端末は、以上の相違点を除き、実質的に、第１の例のメガネ型端末と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。

「応用例としての車両における蓄電システム」
本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図３４を参照して説明する。図３４に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。

このハイブリッド車両７２００には、エンジン７２０１、発電機７２０２、電力駆動力変換装置７２０３、駆動輪７２０４ａ、駆動輪７２０４ｂ、車輪７２０５ａ、車輪７２０５ｂ、バッテリ７２０８、車両制御装置７２０９、各種センサ７２１０、充電口７２１１が搭載されている。バッテリ７２０８に対して、上述した本開示の蓄電装置が適用される。

ハイブリッド車両７２００は、電力駆動力変換装置７２０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置７２０３の一例は、モータである。バッテリ７２０８の電力によって電力駆動力変換装置７２０３が作動し、この電力駆動力変換装置７２０３の回転力が駆動輪７２０４ａ、７２０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置７２０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ７２１０は、車両制御装置７２０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ７２１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。

エンジン７２０１の回転力は発電機７２０２に伝えられ、その回転力によって発電機７２０２により生成された電力をバッテリ７２０８に蓄積することが可能である。

図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置７２０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置７２０３により生成された回生電力がバッテリ７２０８に蓄積される。

バッテリ７２０８は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口２１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。

図示しないが、二次電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。

なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれをバッテリに一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本開示は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本開示は有効に適用可能である。

以上、本開示に係る技術が適用され得るハイブリッド車両７２００の一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、バッテリ７２０８に好適に適用され得る。具体的には、バッテリ７２０８として全固体電池を使用し、その充放電装置として本技術係る技術を適用することにより、バッテリの劣化を防止することができる。

「応用例としての住宅における蓄電システム」
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図３５を参照して説明する。例えば住宅９００１用の蓄電システム９１００においては、火力発電９００２ａ、原子力発電９００２ｂ、水力発電９００２ｃ等の集中型電力系統９００２から電力網９００９、情報網９０１２、スマートメータ９００７、パワーハブ９００８等を介し、電力が蓄電装置９００３に供給される。
これと共に、家庭内発電装置９００４等の独立電源から電力が蓄電装置９００３に供給される。蓄電装置９００３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置９００３を使用して、住宅９００１で使用する電力が給電される。住宅９００１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。

住宅９００１には、発電装置９００４、電力消費装置９００５、蓄電装置９００３、各装置を制御する制御装置９０１０、スマートメータ９００７、各種情報を取得するセンサ９０１１が設けられている。各装置は、電力網９００９および情報網９０１２によって接続されている。発電装置９００４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置９００５および／または蓄電装置９００３に供給される。電力消費装置９００５は、冷蔵庫９００５ａ、空調装置９００５ｂ、テレビジョン受信機９００５ｃ、風呂９００５ｄ等である。さらに、電力消費装置９００５には、電動車両９００６が含まれる。電動車両９００６は、電気自動車９００６ａ、ハイブリッドカー９００６ｂ、電気バイク９００６ｃである。

蓄電装置９００３に対して、上述した本開示の全固体電池が適用される。蓄電装置９００３は、二次電池又はキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン電池によって構成されている。リチウムイオン電池は、定置型であっても、電動車両９００６で使用されるものでも良い。スマートメータ９００７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網９００９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。

各種のセンサ９０１１は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサ等である。各種センサ９０１１により取得された情報は、制御装置９０１０に送信される。センサ９０１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置９００５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置９０１０は、住宅９００１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。

パワーハブ９００８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置９０１０と接続される情報網９０１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal synchronous Receiver-Transmitter:非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格によるセンサネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers) ８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ(Personal Area Network) またはＷ(Wireless) ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規
格の名称である。

制御装置９０１０は、外部のサーバ９０１３と接続されている。このサーバ９０１３は、住宅９００１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ９０１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等に、表示されても良い。

各部を制御する制御装置９０１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、この例では、蓄電装置９００３に格納されている。制御装置９０１０は、蓄電装置９００３、家庭内発電装置９００４、電力消費装置９００５、各種センサ９０１１、サーバ９０１３と情報網９０１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。

以上のように、電力が火力９００２ａ、原子力９００２ｂ、水力９００２ｃ等の集中型電力系統９００２のみならず、家庭内発電装置９００４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置９００３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置９００４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置９００３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置９００３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置９００３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。

なお、この例では、制御装置９０１０が蓄電装置９００３内に格納される例を説明したが、スマートメータ９００７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム９１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。

以上、本開示に係る技術が適用され得る蓄電システム９１００の一例について説明した。本技術に係る技術は、以上説明した構成のうち、蓄電装置９００３に好適に適用され得る。但し、本技術は直流電力を供給するものであるので、家庭用の交流機器に対しては、直流電力を交流電力に変換して供給する必要がある。

＜＜３．変形例＞＞
以上、本技術の一実施の形態について具体的に説明したが、本技術は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。また、化合物等の化学式は代表的なものであって、同じ化合物の一般名称であれば、記載された価数等に限定されない。

１２０３・・・全固体電池、１２０７・・・ＵＳＢインターフェース、
１２０９・・・負荷、１２２３・・・定電流充電／定電圧充電切替判定回路、
１２３２・・・定電流充電回路、１２３３・・・定電圧充電回路、
１２３４・・・定電圧タイマー回路、１２３５・・・過充電保護回路、
１２３６・・・過放電保護回路、ＳＷ１〜ＳＷ６・・・スイッチング回路

Claims

二次電池に対して定電流充電を行い、且つ、前記二次電池の電池電圧が充電基準電圧に達すると定電圧充電に切り替えることが可能な充電装置であって、
定電流充電から定電圧充電へ切り替わる際の判定を行う切替判定回路と、
定電流充電回路及び前記二次電池の間に挿入された第１のスイッチング回路と、
定電圧充電回路及び前記二次電池の間に挿入された第２のスイッチング回路とを備え、
前記切替判定回路は、オペアンプ若しくはコンパレータからなり、ヒステリシス上限電圧と充電電圧がほぼ等しくされたヒステリシス回路であり、
前記第１及び第２のスイッチング回路のそれぞれは、互いのゲート及びドレインが互いに接続された２つのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによって構成され、
前記電池電圧より前記充電基準電圧が高く、前記充電基準電圧と前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのゲート閾値電圧の和以上の電圧を印加した場合は前記第１のスイッチング回路が導通すると共に、前記第２のスイッチング回路が非導通し、
前記充電基準電圧より前記電池電圧が高く、前記電池電圧と前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのゲート閾値電圧の和以上の電圧を印加した場合は前記第２のスイッチング回路が導通すると共に、前記第１のスイッチング回路が非導通するようになされた充電装置。
オペアンプ若しくはコンパレータの反転入力端子を入力端子Ａとし、非反転入力端子を入力端子Ｂとし、
前記切替判定回路は、電池電圧端子と入力端子Ｂ間の抵抗Ｒ１、入力端子Ａとオペアンプ若しくはコンパレータの出力端子間の抵抗Ｒ２で電池電圧を分圧した電圧を、入力端子Ｂに印加し、
充電基準電圧端子と入力端子Ｂ間の抵抗Ｒ３、入力端子Ｂとグラウンド端子間の抵抗Ｒ４で充電基準電圧を分圧した電圧を、入力端子Ａに印加するように構成された請求項１に記載の充電装置。
前記ヒステリシス上限電圧と前記充電基準電圧を一致させるための分圧抵抗値の値は、（Ｒ１：Ｒ２＝Ｒ３：Ｒ４）を満たし、且つ、その両者の抵抗比の差の許容値は（＋／−）１％以内である請求項２に記載の充電装置。
前記ヒステリシス回路のヒステリシス上限電圧とヒステリシス下限電圧の差は、前記二次電池の内部抵抗と定電流充電電流値を掛け合わせた電圧ΔＶ１以上である請求項１に記載の充電装置。
充電状態が定電圧充電に移行してから任意の時間が経過した後、前記二次電池と充電回路が遮断された状態となる請求項１に記載の充電装置。
前記任意の時間が経過した後、前記二次電池の電圧が自然放電、若しくは、負荷への接続により低下し、ヒステリシス下限電圧以下になった時点で再度、定電流充電に切り替わるように構成された請求項５に記載の充電装置。
前記電池電圧と前記充電基準電圧は、オペアンプを用いたボルテージフォロア回路の構成とされたバッファ回路を介して、前記オペアンプ若しくはコンパレータの各入力端子に供給されるようにした請求項１に記載の充電装置。
前記二次電池に並列に時定数回路が接続された請求項１に記載の充電装置。
前記第１及び第２のスイッチング回路と前記二次電池の間に挿入され、未充電時において、前記二次電池を定電流充電回路と定電圧充電回路から確実に切り離すためのスイッチング回路として、互いのゲート及びドレインが互いに接続された２つのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴの組を有し、
共通ゲート端子に対して、電源電圧が供給され、前記電源電圧が前記電池電圧若しくは前記充電基準電圧の高い方の電圧と、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのゲート閾値電圧の和以上の電圧の場合に導通し、前記電源電圧がそれ以下の電圧に低下した場合は非導通とされる請求項１に記載の充電装置。
前記二次電池と負荷の間の放電経路に過放電保護回路を有し、前記二次電池が充電基準電圧より低い過放電電圧以下の場合、放電経路を遮断するようにした請求項１に記載の充電装置。
電源回路と定電流充電回路の間、および、電源回路と定電圧充電回路の間の少なくとも一つの経路に過充電保護回路を有し、前記二次電池が充電基準電圧より高い過充電基準電圧以上の場合、充電経路を遮断するようにした請求項１に記載の充電装置。
二次電池は、−１００℃〜２００℃の範囲で電池構成材料が流動性を有しない固体状態の充電可能な全固体二次電池である請求項１に記載の充電装置。
前記全固体二次電池に使用する固体電解質は、酸化物、硫化物又は錯体水素化物から構成される請求項１２に記載の充電装置。