JP2017195241A - 電子部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡素な構成で機械的強度が高く、耐振性などの耐環境性能が高い電子部品を提供する。
【解決手段】セパレータ７を介して陽極箔５と陰極箔６を重ね合わせて巻回してなるコンデンサ素子２を収納する有底円筒状の外装ケース４と、外装ケース４の開口部を封止する弾性封口材３とを備えたアルミニウム電解コンデンサ１であって、外装ケース４は、有底円筒状の底面４Ａから開口側に向かって径方向の深さが浅くなるテーパ状の凹部９を外周面４Ｂに複数本形成されることによって、当該凹部９の裏面に位置する内周面に径方向中心側に向かって隆起するテーパ状の隆起部１０が形成され、当該隆起部１０によってコンデンサ素子２を当接支持する。
【選択図】図１
【解決手段】セパレータ７を介して陽極箔５と陰極箔６を重ね合わせて巻回してなるコンデンサ素子２を収納する有底円筒状の外装ケース４と、外装ケース４の開口部を封止する弾性封口材３とを備えたアルミニウム電解コンデンサ１であって、外装ケース４は、有底円筒状の底面４Ａから開口側に向かって径方向の深さが浅くなるテーパ状の凹部９を外周面４Ｂに複数本形成されることによって、当該凹部９の裏面に位置する内周面に径方向中心側に向かって隆起するテーパ状の隆起部１０が形成され、当該隆起部１０によってコンデンサ素子２を当接支持する。
【選択図】図１
Description
本発明は、電気機器および車両などに用いられる電子部品に関する。
近年、車両のほか電気機器においても電子部品の使用される環境は多様化している。そのため、電気機器などに使用される電子部品に対しても耐環境性能が強く要求される。具体的には、機械的強度が高く、耐振性に優れた電子部品が要求される。しかしながら、電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ、リチウムイオンキャパシタなどの円筒状の電子部品は、回路基盤に直立させて電極端子をはんだなどで固定することから、振動に弱い傾向がある。
そこで、当該要求を満たすために、以下のような形態が実施されている。例えば、素子を収納する有底円筒状の金属ケースの内底部角部を肉盛り状にして内底面に向かって先細りのテーパ部を形成し、円筒状の素子の外周を当該円筒長さよりも長いセパレータで被覆し、円筒部からはみ出るセパレータをテーパ部に押圧して潰すことにより素子の角部を保護しながら挿入先端側を固定している（特許文献１を参照）。
しかしながら、特許文献１に記載のケースは、円筒状の素子の挿入先端側の角部をテーパ部に接触させただけであるので、外部から強い振動を繰り返し受けると、素子がテーパ部を乗り越えるほど変形して素子の振幅が大きくなり、素子に接続されていた引出端子が破断するという不都合が生じている。また、素子がテーパ部に均等に押圧されない場合、テーパ部に偏当たりするコンデンサ素子の角部は、セパレータで被覆されていたとしても局所的に押圧が作用して破損するといった問題が生じている。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、簡素な構造で耐振性に優れた電子部品を提供することを目的とする。
本発明は、以下のような電子部品を提供する。
すなわち、本発明の実施態様に係る電子部品は、下記の構成を有する。
セパレータを介して陽極箔と陰極箔を重ね合わせて巻回してなる素子と、
前記素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、
前記外装ケースの開口部を封止する封止体と、を備えた電子部品であって、
前記外装ケースの外周面には、前記有底円筒状の底面から開口側に向かって径方向の深さが浅くなるテーパ状の第１凹部が複数本形成されることによって、当該第１凹部の裏面に位置するケース内周面に径方向中心側に向かって隆起するテーパ状の第１隆起部が形成され、当該第１隆起部によって前記素子を当接支持することを特徴とする。
セパレータを介して陽極箔と陰極箔を重ね合わせて巻回してなる素子と、
前記素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、
前記外装ケースの開口部を封止する封止体と、を備えた電子部品であって、
前記外装ケースの外周面には、前記有底円筒状の底面から開口側に向かって径方向の深さが浅くなるテーパ状の第１凹部が複数本形成されることによって、当該第１凹部の裏面に位置するケース内周面に径方向中心側に向かって隆起するテーパ状の第１隆起部が形成され、当該第１隆起部によって前記素子を当接支持することを特徴とする。
この構成によれば、素子が外装ケースに挿入される過程で第１隆起部によって中央に配置されながら外装ケースの底面側に収納される。すなわち、第１隆起部がアライメントおよびガイドとして機能する。また、複数本の第１隆起部は、外装ケースの内周面に複数本、例えば、所定の間隔をおいて形成されているので、素子の直径または形状にばらつきがある場合、例えば、部分的に外形寸法の大きな箇所がある場合に当該箇所が、接触する隆起部から離れて隣り合う隆起部同士の間に入り込むようにして案内誘導される。したがって、第１隆起部との接触によって素子に過剰な押圧が作用するのを回避することができ、ひいては素子が、損傷するのを防止することができる。さらに、素子の先端から基端に向かう周側面は、第１隆起部と所定の面積で接触しているので、素子への押圧が分散される。
また、上記構成において、外装ケースの底面には、前記底面の外周端から前記底面の中心に向かって延伸して形成されるとともに、前記ケース軸方向内方に凹んだ第２凹部が形成されることによって、
当該第２凹部の裏面に位置するケース底面の裏面にケース開口側に向かって隆起する第２隆起部が形成されていることが好ましい。
当該第２凹部の裏面に位置するケース底面の裏面にケース開口側に向かって隆起する第２隆起部が形成されていることが好ましい。
この構成によれば、素子の挿入先端側が外装ケースの底面の裏面側に形成された第２隆起部と接触するので、外装ケースの内周面と内底面とによって素子をより安定して当接支持することができる。その結果、素子の外周のみを第１隆起部によって当接支持する場合に比べて耐振性がより高くなる。
また、上記構成において、素子は、前記陰極箔と前記セパレータを前記陽極箔よりも軸方向に突き出させた状態で巻回され、前記第２隆起部が前記陰極箔および前記セパレータに接触していることが好ましい。
この構成によれば、陽極箔よりも底面側に突き出た陰極箔とセパレータが、外装ケースの底面側の隆起部と接触するので、当該隆起部を介して外装ケースをヒートシンクとして機能させることができる。したがって、放熱効果に優れた電子部品を構成することができる。
さらに、上記構成において、前記第１隆起部の径方向中心側の頂部が、前記ケース底面側の外周端を起点にして軸方向に沿って所定長さを前記外装ケース底面に対して垂直に形成してあることが好ましい。
この構成によれば、底面側の外周端から隆起高さが低くなるテーパ状の隆起部よりも隆起部と素子の接触長さが長くなるので、耐振性を向上させることができる。
本発明によれば、簡素な構成で機械的強度が高く、耐振性などの耐環境性能が高いコンデンサを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。なお、本実施形態では、電子部品として電解コンデンサを例にとって説明する。
図１に示すように、本実施形態の電解コンデンサ１は、コンデンサ素子２と、弾性封口材３と、外装ケース４とを備える。なお、コンデンサ素子２は、本発明の素子に相当し、弾性封口材３は、本発明の封止体に相当する。
図２に示すように、コンデンサ素子２は、陽極箔５と、陰極箔６とがセパレータ（電解紙）７を介して巻回された巻回部を構成している。また、コンデンサ素子２の最外周は、セパレータ７によって被覆されている。
陽極箔５と陰極箔６には平坦状のリードタブ（図示省略）がそれぞれ接続されており、このリードタブを介して陽極箔５および陰極箔６からそれぞれリード部８が引き出されている。２つのリード部８は、コンデンサ素子２の一方の端面から導出されている。各リード部８は、リードタブの先端に連結された丸棒状の接続部８Ａと、接続部８Ａの先端部に溶接されたリード線８Ｂとから構成されている。
陽極箔５は、アルミニウム、タンタル、ニオブなどの弁作用金属で形成されている。陽極箔５の表面は、エッチング処理により粗面化されるとともに、陽極酸化（化成）による陽極酸化皮膜（図示せず）が形成されている。
また、陰極箔６も、陽極箔５と同様にアルミニウムなどで形成され、その表面は粗面化されるとともに、自然酸化皮膜（図示せず）が形成されている。なお、陰極箔６には、陽極酸化皮膜を形成した箔、チタン、窒化チタン等を表面に蒸着した箔、カーボンやチタン等を担持した箔を用いることもできる。
また、セパレータ７には駆動用電解液が保持されている。これにより、陽極箔５とセパレータ７との間に駆動用電解液が保持され、陰極箔６とセパレータ７との間にも駆動用電解液が保持されている。駆動用電解液は、コンデンサ素子２を駆動用電解液中に含浸させることにより保持される。
図１に示すように、コンデンサ素子２は、有底円筒状に形成された外装ケース４に収納されている。
外装ケース４は、アルミニウムなどにより形成されている。図３および図４に外装ケース４を記載しているが、説明の便宜上、底面を上向としている。この外装ケース４は、図３および図４に示すように、有底円筒状の底面４Ａから開口側に向かって径方向の深さが浅くなるテーパ状の凹部９Ａ（第１凹部に相当）を外周面４Ｂに所定間隔（本実施形態では等間隔）をおいて複数本形成されている。また、この凹部９Ａの裏面に位置する内周面には、底面４Ａから開口側に向かって径方向中心側への隆起高さが低くなるテーパ状の隆起部１０Ａ（第１隆起部に相当）が形成されている。したがって、当該隆起部１０Ａも凹部９Ａと同様に所定間隔をおいて複数本形成されている。なお、隆起部１０Ａの頂部は、外装ケース４の中心に向いている。このとき、凹部９Ａの外装ケース４の底面円周上の幅は、例えば、〔外装ケースの円周／凹部の本数〕×Ｎ％となるように設定される。なお、Ｎは、外装ケースのサイズなど外形寸法に応じて１〜３０％の範囲で適宜設定される。また、凹部９Ａの本数は、例えば、３本以上が好ましく、６本以上であればコンデンサ素子のリード部８が凹部９Ａに対してどこに位置しても耐振性を向上することができる。
隆起部１０Ａは、図１、図５および図６に示すように、コンデンサ素子２を当接支持する。
また、凹部９Ａの深さＤ（図５）は、コンデンサ素子２の破損および断線の生じない範囲でコンデンサ素子２に対して隆起部１０Ａの接触部分の一部を食い込ませるよう設定される。例えば、後述する実施品のように外装ケース４の直径が１８ｍｍ、長さ４０ｍｍの場合、隆起部１０Ａが、コンデンサ素子２に食い込むように設定される。なお、隆起部１０Ａがコンデンサ素子２に食い込む深さは、素子に過度のストレスを与えないようコンデンサ素子２の直径の１０％以下とすることが望ましい。
隆起部１０は、外装ケース４の開口側からコンデンサ素子２を収納する過程で、図５および図６に示すように、コンデンサ素子２の外周面の挿入先端からリード部側の基端に向かって隆起部１０Ａの長さ方向の接触面積と、リード部側の基端から外周面の挿入先端に向かって隆起部１０Ａの幅方向の接触面積とを、それぞれ徐々に増やしながらコンデンサ素子２を当接支持してゆく。換言すれば、隆起部１０Ａが、僅かであるがコンデンサ素子２を弾性変形させながらコンデンサ素子２を当接支持する。
また、隆起部１０Ａ、コンデンサ素子２の収納過程で次のように機能する。コンデンサ素子２に直径や形状など部分的に外形寸法の大きな箇所がある場合、隆起部１０Ａと接触によって当該箇所に作用する押圧が他の部分に作用する押圧よりも大きくなる。したがって、隆起部１０Ａの頂部付近が面取りされているとともに、コンデンサ素子２の弾性変形に伴う復元力（反発力）によって、コンデンサ素子２の外形の大きな箇所が離れて隣り合う隆起部同士の間に入り込むようにして案内誘導される。
外装ケース４の開口部は、２本のリード部８が外部に引き出された状態で、弾性封口材３によって封止されている。弾性封口材３は、外装ケース４の開口部に形成された巻き締め部１１によって圧縮された状態で配置されている。なお、外装ケース４の底部には、弁（図示せず）が設けられており、内圧が上昇した際に、当該弁が開弁して内圧を外部に逃がすようになっている。
弾性封口材３には、２本のリード部８（接続部８Ａ）がそれぞれ貫通される２つの貫通孔１２が形成されている。弾性封口材３に力が作用していない無負荷状態での貫通孔１２の径は、接続部８Ａの外径よりも若干小さい。
弾性封口材３は、ゴムまたは熱可塑性エラストマーを基材とする組成物により形成されている。弾性封口材３を構成するゴムとしては、具体的には、ＥＰＴ（エチレンプロピレンターポリマー）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー共重合体）、ＩＩＲ（イソプレンイソブチレンラバー）などが用いられる。
本実施形態の電解コンデンサ１は、上述のように構成されている。次に、本実施形態の電解コンデンサ１と従来品との比較実験の結果について詳述する。
＜実施例＞
この実施例においては、上記外装ケース４にコンデンサ素子２を収納した電解コンデンサ１を作製した。当該電解コンデンサ１のサイズは、直径１８ｍｍ、長さ４０ｍｍである。また、コンデンサ素子２の直径は１６．２ｍｍ、外装ケース４の凹部９Ａの長さは１５ｍｍ、隆起部１０Ａはコンデンサ素子２の底部で０．１ｍｍ食い込む深さとした。
この実施例においては、上記外装ケース４にコンデンサ素子２を収納した電解コンデンサ１を作製した。当該電解コンデンサ１のサイズは、直径１８ｍｍ、長さ４０ｍｍである。また、コンデンサ素子２の直径は１６．２ｍｍ、外装ケース４の凹部９Ａの長さは１５ｍｍ、隆起部１０Ａはコンデンサ素子２の底部で０．１ｍｍ食い込む深さとした。
＜比較例＞
この比較例においては、外装ケース４の外周面に凹部および内面に隆起部を有さない円筒状の従来の電解コンデンサを用いた。当該電解コンデンサ１のサイズは、実施例と同様に直径１８ｍｍ、長さ４０ｍｍである。
この比較例においては、外装ケース４の外周面に凹部および内面に隆起部を有さない円筒状の従来の電解コンデンサを用いた。当該電解コンデンサ１のサイズは、実施例と同様に直径１８ｍｍ、長さ４０ｍｍである。
＜振動試験＞
実施例および比較例の各仕様のテスト品を３個ずつ作製し、振動試験を行った。この振動試験は、電解コンデンサに対して、１０〜２０００Ｈｚの範囲で５０ＧとなるＸＹＺ方向で往復振動を１５分間、各方向２時間、合計６時間実施し、内部での断線の有無を確認した。この振動試験の結果を表１に示す。表１に記載の○は断線未検出の正常および×は断線検出有の異常を示す。
実施例および比較例の各仕様のテスト品を３個ずつ作製し、振動試験を行った。この振動試験は、電解コンデンサに対して、１０〜２０００Ｈｚの範囲で５０ＧとなるＸＹＺ方向で往復振動を１５分間、各方向２時間、合計６時間実施し、内部での断線の有無を確認した。この振動試験の結果を表１に示す。表１に記載の○は断線未検出の正常および×は断線検出有の異常を示す。
表１から以下のことがわかる。本発明の実施例の外装ケース４を利用して作成された実施例の電解コンデンサは、３個とも内部での断線は確認されなかった。これに対して、比較例の電解コンデンサでは、３個とも内部での断線が確認された。したがって、実施例によって、比較例では未達であった上記振動試験条件を達成することができた。
上述のように、本実施形態に係る電解コンデンサ１においては、有底円筒状の底面４Ａから開口側に向かって径方向の深さが浅くなるテーパ状の凹部９Ａを外周面４Ｂに複数本形成することによって、コンデンサ素子２を適切に押圧支持することで耐振性を高めるとともに、外装ケース自体の強度を高めることができる。
また、外装ケース内面に形成された隆起部１０Ａが、外装ケース４の軸中心に向かって隆起しているので、コンデンサ素子２を外装ケース４に収納する過程でガイドとして機能するとともに、コンデンサ素子２のアライメントさせる機能も有する。
特に、コンデンサ素子２に部分的に外形寸法の大きな箇所がある場合、当該箇所が、隆起部１０Ａから離れて隣り合う隆起部同士の間に入り込むようにして案内誘導される。したがって、本発実施形態の電解コンデンサに１は、コンデンサ素子２と隆起部１０Ａとの接触によって当該コンデンサ素子２に過剰な押圧が作用するのを回避することができ、ひいてはコンデンサ素子２が、損傷するのを防止することができる。
さらに、コンデンサ素子２の挿入先端からリード部側基端に向かう外周面は、隆起部１０Ａの頂部と所定長さおよび所定面積で接触しているので、コンデンサ素子２への押圧が分散され、ひいてはコンデンサ素子２が損傷するのを防止することができる。
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されず、以下の構成も開示している。
（１）上記実施形態の外装ケース４に形成された凹部９Ａは、凹入湾曲形状であったが、図７に示すように、外装ケース４の底面から見て矩形であり、底面４Ａから開口側に向かって先細りテーパ状の楔形状であってもよい。
（２）外装ケース４は、図８に示すように、底面４Ａの外周から開口側に向かって先細り形状とする凹部９Ａと、凹部９Ａと同様な形状で、凹部９Ａと連結する態様で底面４Ａの外周からその中心に向かって先細り形状となる凹部９Ｂ（第２凹部に相当）とを備えた構成であってもよい。すなわち、有底円筒状の底面４Ａから開口側に向かって径方向の深さが浅くなるテーパ状の凹部９Ａと、底面４Ａの外周側で当該凹部９Ａと連結して底面４Ａの中心に向かって軸方向の深さが浅くなるテーパ状に凹部９Ｂとを形成する。図９に示すように当該外装ケース４の外周面４Ｂに形成された凹部９Ａの裏面に位置する内周面は、底面４Ａから開口側に向かって径方向中心側への隆起高さが低くなるテーパ状の隆起部１０Ａが形成されているとともに、底面４Ａの裏面外周から中心に向かって軸方向開口側への隆起高さが低くなるテーパ状の隆起部１０Ｂ（第２隆起部に相当）が形成されている。また、凹部９Ｂと隆起部１０Ｂの形状は、有底円筒状の底面４Ａから軸方向開口側に向かって深さ（高さ）が同じであってもよい。
底面４Ａに形成された凹部９Ｂの長さは、上記実施例のように外装ケース４の直径が１８ｍｍの場合、例えば４ｍｍに設定される。すなわち、当該実施例を含む本発明によれば、凹部９Ｂの長さは、外装ケース４の底面４Ａの直径に対して、例えば２５％以内に設定される。なお、底面４Ａに弁（例えば十字弁）を設ける場合、弁と凹部９Ｂとが重なり合わないように凹部９Ｂを底面４Ａに形成する。
この外装ケース４を利用して電解コンデンサ１を作成する場合、コンデンサ素子２を以下のように構成することが好ましい。
図９に示すように、例えば陰極箔６およびセパレータ７の先端が、陽極箔５よりも突き出て外装ケース４の底面４Ａの裏面に形成された隆起部１０Ｂと接触させる。この構成において、陰極箔６の幅（軸方向の長さ）を陽極箔５の幅よりも長くしてもよいし、或いは陰極箔６の幅が陽極箔５と同じ幅の場合には、陽極箔５に対して陰極箔６を外装ケース４の底面側にずらすように構成すればよい。これら陽極箔５、陰極箔６およびセパレータ７を巻き回してコンデンサ素子２を構成する。なお、セパレータ７は、陽極箔５と陰極箔６とが接触することない幅を有することは言うまでもない。
この構成によれば、コンデンサ素子２の先端側と外装ケース４とが接触するので、電解コンデンサ１の耐振性を高めることができるのみならず、陰極箔６と外装ケース４とが接触しているので、外装ケース４がヒートシンクとして機能する。したがって、放熱性にも優れた電解コンデンサを構成することができる。なお、外装ケース４の底面側の裏面に形成した隆起部１０Ｂの一部をコンデンサ素子２の上部と平行になるように構成してもよい。
（３）上記各実施形態の外装ケース４に形成された隆起部１０は、底面４Ａ側を基端にしてケース開口に向かって径方向中心側への隆起高さが連続的に低くなるよう構成していたが、次のように構成してもよい。
例えば、図１０に示すように、外装ケース４の内周面側に隆起部１０Ａの頂部が、底面４Ａ側の外周端を起点にして所定長さを外装ケース４の底面に対して垂直となるように構成してもよい。実施例の一例として、電解コンデンサの外形寸法は、次のとおりである。外装ケース４の外径が１８．０ｍｍ、隆起部１０Ａの形成されていない箇所における外装ケース４の内径が１７．３ｍｍ、凹部９Ａは底面４Ａの周方向に沿って等間隔に６個形成され、コンデンサ素子２の直径が１６．２ｍｍである。
この電解コンデンサの場合、凹部９Ａの径方向の深さＤ１を０．６ｍｍ、軸方向の長さＬ１を１５．０ｍｍ、隆起部１０Ａのコンデンサ素子２との接触長さＬ２を１０．０ｍｍ、コンデンサ素子２への隆起部１０Ａの食い込みＤ２を０．０５ｍｍに設定した。また、陽極箔５および陰極箔６からセパレータ６をはみ出させて外装ケース４の底面４Ａの裏面側と接触するように設定した。このときの両箔５、６からのセパレータ７の軸方向のはみ出し長Ｌ３を１．０ｍｍに設定した。
上記条件の電解コンデンサ（以下「変形例」という）を作成し、上記実施例と同じ条件での振動試験を実施した。その結果、当該変形例においても、電解コンデンサの内部で破断は確認されなかった。
この構成によれば、上記実施例に比べて隆起部１０Ａのコンデンサ素子２との接触長さが長くなるので、さらなる耐振性の向上を図ることができる。
（４）上記実施形態の外装ケース４において、隆起部１０は、底面４Ａの周方向に沿って等間隔に形成されていたが、例えば、図１１に示すように、２個の隆起部１０を近接させた組を形成し、当該組を等間隔に複数組を形成してもよい。
（５）上記実施形態では、電解コンデンサを例にとって説明したが、電解コンデンサに限らず、例えば、電気二重層コンデンサ、リチウムイオンキャパシタなどの円筒状の外装ケースで素子を封止する電子部品に、上記各実施形態に記載の外装ケース４を適用することができるのはいうまでもない。
１ アルミニウム電解コンデンサ
２ コンデンサ素子
３ 弾性封口材
４ 外装ケース
４Ａ底面
４Ｂ外周面
５ 陽極箔
６ 陰極箔
７ セパレータ
８ リード部
９Ａ，９Ｂ凹部
１０Ａ，１０Ｂ隆起部
１１ 巻き締め部
２ コンデンサ素子
３ 弾性封口材
４ 外装ケース
４Ａ底面
４Ｂ外周面
５ 陽極箔
６ 陰極箔
７ セパレータ
８ リード部
９Ａ，９Ｂ凹部
１０Ａ，１０Ｂ隆起部
１１ 巻き締め部
Claims (4)
- セパレータを介して陽極箔と陰極箔を重ね合わせて巻回してなる素子と、
前記素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、
前記外装ケースの開口部を封止する封止体と、を備えた電子部品であって、
前記外装ケースの外周面には、前記有底円筒状の底面から開口側に向かって径方向の深さが浅くなるテーパ状の第１凹部が複数本形成されることによって、当該第１凹部の裏面に位置するケース内周面に径方向中心側に向かって隆起するテーパ状の第１隆起部が形成され、当該第１隆起部によって前記素子を当接支持することを特徴とする電子部品。 - 前記外装ケースの底面には、前記底面の外周端から前記底面の中心に向かって延伸して形成されるとともに、前記ケース軸方向内方に凹んだ第２凹部が形成されることによって当該第２凹部の裏面に位置するケース底面の裏面にケース開口側に向かって隆起する第２隆起部が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電子部品。 - 前記素子は、前記陰極箔と前記セパレータを前記陽極箔よりも軸方向に突き出させた状態で巻回され、前記第２隆起部が前記陰極箔および前記セパレータに接触している
ことを特徴とする請求項２に記載の電子部品。 - 前記第１隆起部の径方向の中心側の頂部が、前記ケース底面側の外周端を起点にして軸方向に沿って所定長さを前記外装ケース底面に対して垂直に形成してある
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電子部品。
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