JP2016078347A - ミキサーの混練制御方法および制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】ミキサーがゴム等の材料を連続して混練する際の工程と工程との間の待機時間に、ミキサーのシール部に供給される潤滑油の量を最小限に抑えつつ、ロータを回転駆動させるモータの駆動軸およびその軸受の損傷を防止できるミキサーの混練制御方法および制御システムを提供する。【解決手段】駆動軸４をボールベアリング軸受５により回転可能に支持し、混練室７に材料１１がない場合には、モータＭの回転を停止させることによりロータ８の回転を停止させて、これと同時またはこの時点から予め設定した経過時間後に潤滑油供給機構１０からシール部９への潤滑油の供給を停止させる待機モードに設定し、混練室７内に材料１１がある場合には、待機モードを解除することによりロータ８の回転を開始させ、潤滑油の供給を開始させる。【選択図】図４

Description

本発明は、ゴム等の材料を混練するミキサーの混練制御方法および制御システムに関するものであり、詳しくはミキサーがゴム等の材料を連続して混練する際の工程と工程との間の待機時間に、ミキサーのシール部に供給される潤滑油の量を最小限に抑えつつ、ロータを回転駆動させるモータの駆動軸およびその軸受の損傷を防止できるミキサーの混練制御方法および制御システムに関するものである。
ゴム等の材料を混練するミキサーは、混練室内に配置されロータ軸により回転して材料を混練するロータと、この混練室とロータ軸との間のシール部に潤滑油を供給する潤滑油供給機構とを備えている。このミキサーにおいて、潤滑油の供給量を制御する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１に記載のミキサーは、潤滑油を供給するポンプ用モータの回転速度を、ロータの回転速度に連動させることでシール部への潤滑油の供給量を調整することができる。つまり潤滑油の供給量が、ロータの回転速度に比例する構成になっている。
このミキサーでは、混練されたゴム等の材料を排出し、次の混練すべき材料（次のバッチの材料）が供給されるまでの待機時間に、ロータの回転速度を低下させた状態にすれば潤滑油の供給量が低減する。しかし、この待機時間もロータは回転し続け、このロータの回転速度に応じた量の潤滑油がシール部に供給され続けるので、待機時間が長くなる程、無駄な量の潤滑油が供給されることになる。
シール部に供給される潤滑油の量が過剰となると、潤滑油が混練室内に漏れ出す不具合が発生する場合がある。混練室内に潤滑油が漏れ出すと、この潤滑油によりゴム等の材料がロータ上を滑ってしまうので、混練が十分に行われない。
一方、待機時間にロータの回転を停止させるとともに潤滑油の供給も停止すれば潤滑油の供給量を最小限にすることが可能である。しかしながら、ロータの回転、停止を頻繁に行なうとロータを回転駆動させるモータの駆動軸および軸受に多大な負荷が生じ、損傷し易くなるという問題がある。
特開平０６−７０１５６号公報
本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的はミキサーがゴム等の材料を連続して混練する際の工程と工程との間の待機時間に、ミキサーのシール部に供給される潤滑油の量を最小限に抑えつつ、ロータを回転駆動させるモータの駆動軸およびその軸受の損傷を防止できるミキサーの混練制御方法および制御システムを提供することである。
上記の目的を達成するための本発明のミキサーの混練制御方法は、モータの駆動軸によりロータ軸を回転駆動し、前記ロータ軸に取り付けられて混練室内で回転するロータによ
り材料を混練しつつ、前記混練室と前記ロータ軸との間のシール部に潤滑油供給機構により潤滑油を供給するミキサーの混練制御方法において、前記駆動軸をボールベアリング軸受により回転可能に支持し、前記混練室内に前記材料がない場合は、前記モータの回転を停止させることにより前記ロータの回転を停止させて、これと同時またはこの時点から予め設定した時間経過後に前記潤滑油供給機構から前記シール部への潤滑油の供給を停止させる待機モードに設定し、前記混練室内に前記材料がある場合には、前記待機モードを解除することにより前記モータを回転させて前記ロータの回転を開始させ、かつ、前記潤滑油の供給を開始させて、前記材料を混練することを特徴とする。
本発明のミキサーの混練制御システムは、モータと、このモータの駆動軸により回転駆動されるロータ軸と、混練室内に配置され前記ロータ軸により回転して材料を混練するロータと、この混練室とこのロータ軸との間のシール部に潤滑油を供給する潤滑油供給機構とを備えるミキサーの制御システムにおいて、前記駆動軸を回転可能に支持するボールベアリング軸受と、前記混練室内の前記材料の有無を検知するセンサと、このセンサからの検知信号に基づいて前記ロータの回転速度および前記潤滑油の供給量を制御する制御装置とを備え、前記センサが前記混練室内に前記材料がないと判断した場合には、前記制御装置が、前記モータの回転を停止させることにより前記ロータの回転を停止させて、これと同時またはこの時点から予め設定した時間経過後に前記潤滑油供給機構から前記シール部への潤滑油の供給を停止させる待機モードに設定し、前記センサが前記混練室内に前記材料があると判断した場合には、前記制御装置が前記待機モードを解除することにより前記モータを回転させて前記ロータの回転を開始させ、かつ、前記潤滑油の供給を開始させる構成にしたことを特徴とする。
本発明によれば、センサ等により混練室内に材料があるかないかを判断するので、材料がないと判断した場合は、ロータの回転を停止させ、これに伴って潤滑油の供給を停止することができる。それ故、待機時間が長くなっても潤滑油が過剰に供給されて混練室内に漏れ出すことを抑制できる。これにより混練室内の材料が、潤滑油によりロータ上を滑ってしまい十分に混練されない不具合を回避するには有利になる。また、潤滑油の浪費抑制にも有益である。
ロータを停止させる前に潤滑油の供給が停止されることがないので、シール部の発熱や焼き付きは回避される。モータの駆動軸がボールベアリング軸受によって回転可能に支持されているので、モータの回転と停止を繰り返し行なう条件下でも、これらの部品に過大な負荷が作用し難くなる。そのため、駆動軸や軸受が摩耗する等の不具合を回避できる。
本発明では、待機モードを解除する際に、潤滑油の供給を開始させると同時またはこの時点から予め設定した経過時間後にロータの回転を開始させることもできる。これにより、待機モードを解除した後のシール部の発熱や焼き付きを回避するには有利になる。
駆動軸の回転を、減速機を介してロータ軸に伝える構成にすることもできる。減速機を介在させるとモータを停止した後に再始動する際の回転負荷が増大し、駆動軸およびその軸受の摩耗や損傷等が発生し易い環境となる。そのため、本発明を適用すればこれらの不具合の発生を抑制するにはより効果的である。
混練する材料としては例えば、加硫系配合剤が混入された未加硫ゴムを対象にする。加硫系配合剤が混入された未加硫ゴム（いわゆるファイナルゴム）は、加硫系配合剤が混入されていない未加硫ゴム（いわゆるノンプロゴム）よりもロータに対して滑り易い。そのため、本発明を適用すれば滑りなく十分に混練するにはより効果的である。
本発明の制御システムが設置されるミキサーとその周辺機器を例示する説明図である。 図１のＡ−Ａ断面でミキサーを例示する説明図である。 図２に示すミキサーが混練された材料を排出する状態を断面で例示する説明図である。 制御システムの概要をロータ軸およびシール部の周辺を図２のＢ−Ｂ断面視にして例示する説明図である。 制御システムの制御フローを例示する説明図である。 図５に示す待機モードの制御フローを例示する説明図である。 図５に示す再始動モードの制御フローを例示する説明図である。
以下、本発明のミキサーの混練制御方法および制御システムを図に示した実施形態に基づいて説明する。
図１〜４に例示するように本発明の制御システム１が設置されるミキサー２は、密閉型ミキサー（いわゆるバンバリーミキサー）である。図１に例示するようにミキサー２には、減速機３を介してミキサー２に動力を伝達するモータＭが併設されている。本発明ではこのモータＭの駆動軸４を、ボールベアリング軸受５により回転可能に支持している。駆動軸４の回転は、減速機３を介してミキサー２のロータ軸６に伝達される。
図２〜４に例示するようにミキサー２は、ロータ軸６に支持されて混練室７内に配置されるロータ８と、混練室７とロータ軸６との間のシール部９に潤滑油を供給する潤滑油供給機構１０とを備えている。
混練室７には平行に対置された２本のロータ軸６のそれぞれにロータ８が軸支されて設置されている。混練室７の上方には材料１１を投入するための投入口１２が設けられていて、この投入口１２から投入される材料１１は混練室７内に導かれる。この投入口１２から混練室７に至る経路の途中部分にはラム１３が配置されていて、このラム１３はラム軸１４を介して昇降機構１５により上下方向に移動可能な状態でミキサー２に設置されている。
図２に例示するように材料１１を混練する際にはラム１３は下方に移動し、混練室７を閉止して密閉状態にする。図３に例示するように材料１１を投入口１２から投入する際にはラム１３は上方に移動し、混練室７の上方を開口状態として投入された材料１１が混練室７内に移動できる状態にされている。
混練室７の下方には混練した材料１１を排出するための排出口１６が形成され、その近傍には排出口１６を開閉する蓋体１７が設置されている。この実施形態では、混練室７内の材料１１の有無を検知するセンサ１８が蓋体１７の混練室７側の面に設置されている。
センサ１８は、例えば混練室７内に向かってレーザ光を照射してこの反射光により、材料１１の有無を検知するレーザセンサ１８を用いることができる。このセンサ１８は、蓋体１７に限らずラム１３の下面や混練室７の内壁面に設置することもできる。また複数のセンサ１８を蓋体１７やラム１３等に設置することにより、材料１１の有無を検知する精度を向上することもできる。このセンサ１８は逐次測定を行い、混練室７内の材料１１の有無を監視することができる。
図４に例示するように、ロータ軸６は混練室７の壁部１９に形成される貫通孔を通じて
混練室７の内部から外部に延設され、減速機３を介してモータＭの駆動軸４に連結されている。このモータＭは可変速型のモータであり、混練される材料１１の種類や状態に応じてその回転速度を適宜変更することができる。このモータＭの回転速度の制御は、モータＭに有線または無線の信号線２０を介して接続されている制御装置２１からの信号により行われる。
混練室７の壁部１９とロータ軸６との間にはシール部９が形成され、混練室７内の材料１１等が外部に漏出しないように構成されている。このシール部９には、近傍に設置される潤滑油供給機構１０から発熱や焼き付きを防止するために潤滑油が適宜供給される。
この潤滑油供給機構１０は、シール部９に潤滑油を供給するための注入配管２２と、タンク２３内の潤滑油をこの注入配管２２を介してシール部９に供給するためのポンプ２４と、ポンプ２４を駆動するためのポンプ用モータＭｐとを備えている。
このポンプ用モータＭｐは可変速型のモータであり、ポンプ用モータＭｐに有線または無線の信号線２５を介して接続される制御装置２１からの信号によりその回転速度は制御される。ポンプ用モータＭｐの回転速度の制御により、シール部９に供給される潤滑油の供給量を変化させることができる。
次にミキサー２の混練制御方法について説明する。ミキサー２でゴム等の材料１１を混練する場合は、まず投入口１２から混練室７内に材料１１が投入される。このときラム１３は、図３に例示するように上昇している。尚、ゴム以外の必要な配合剤も適宜、適量、投入口１２或いは別の入口から混練室７に投入される。混練室７内に材料１１等が投入された後にラム１３が下降し、図２に例示するように混練室７は密閉状態となる。
混練室７内に投入された材料１１や配合剤等は、ロータ８の回転により撹拌、混練される。このときシール部９にはロータ８の回転速度に応じて潤滑油供給機構１０から潤滑油が供給され続ける。材料１１が所定時間混練された後には、図３に例示するように蓋体１７を動作させて、排出口１６から混練された材料１１を排出させる。混練された材料１１が排出された後は、蓋体１７を再び動作させて排出口１６を閉止する。混練された材料１１の排出に伴いラム１３が上昇して、次のバッチの材料１１が投入口１２から投入され、上記と同様にロータ８により混練される。このようにして順次、１バッチ分の材料１１が混練される。
この実施形態では、混練された材料１１がミキサー２から排出され、その後、新たな材料１１が混練室７内に投入されるまでの間（待機時間の間）、ロータ８は回転し続ける構成としている。ミキサー２が材料１１の混練を連続的に行なう上記の工程を以下通常モードという。
このミキサー２に投入される材料１１は、それ以前のいくつかの工程により処理されることもあるので、前工程の遅れ等により、ミキサー２に投入すべき材料１１がなく、待機時間が長くなる場合がある。
本発明では、図５に例示するようにセンサ１８により混練室７内の材料１１の有無を検知する。混練室７内に材料１１がある場合は、ミキサー２は上記の通常モードにより材料１１の混練を連続して実行する。前工程の遅れ等によりミキサー２に投入する材料１１が無い場合は、混練室７内に材料１１がない状態となる。このときセンサ１８の信号を受け、制御装置２１は待機モードに移行する。
図５および図６に例示するように、混練室７内に材料１１が存在しない旨の信号をセン
サ１８から受けた制御装置２１は、待機モードに移行し、ロータ８に動力を伝達するモータＭを停止させる。即ちモータＭの回転速度ＮＭをゼロとして、これによりロータ８の回転を停止させる。
モータＭを停止させた後、制御装置２１はポンプ用モータＭｐを停止する。即ちポンプ用モータＭｐの回転速度ＮＭｐをゼロとして、これによりシール部９への潤滑油の供給を停止する。このときロータ８に取り付けられるロータ軸６の回転は停止しているので、潤滑油の供給を停止したとしても、シール部９の発熱や焼き付き等の不具合は発生しない。
この構成によれば混練室７に材料１１がない待機時間に、シール部９への潤滑油の供給を停止できるので、シール部９から混練室７内に潤滑油が漏れ出す不具合の発生を抑制するには有利である。材料１１が未加硫ゴムの場合は、ゴム材料にカーボンブラックや種々の充填剤などの非加硫系配合剤を混入して混練する工程（ノンプロ混練）や、この工程の後に硫黄や加硫促進剤などの加硫系配合剤を混入して混練する工程（ファイナル混合）などのように複数回に分けて混練される。このファイナル混合の工程における未加硫ゴム（ファイナルゴム）は、ロータ８に対して滑りやすい状態となっていることが多い。
本発明を採用したミキサー２は混練室７内に潤滑油がほとんど漏れ出さず、ファイナル混合の工程における未加硫ゴムを混練する際に未加硫ゴムが滑ることを抑制しながら混練できるので、材料１１を効率的に混練するには一段と有利となる。
モータＭの回転停止によりロータ８の回転を停止させた後、その時点から予め定めた経過時間後に、ポンプ用モータＭｐの回転を停止させ潤滑油の供給を停止させるので、シール部９に発熱や焼き付きが発生することを抑制するには有利となる。
この予め設定した経過時間は、例えば１．０〜１０．０秒、好ましくは１．０〜５．０秒、さらに好ましくは１．０〜３．０秒とする。この時間が長すぎると、既に停止しているロータ軸６のシール部９に潤滑油が過剰に供給される可能性がある。
他方でモータＭを停止する前に、潤滑油の供給を停止するとシール部９が高温となり焼き付き等が発生する可能性がある。そのため、モータＭが停止する前に潤滑油の供給が停止される状態になることは避けている。
このロータ８を停止させるタイミングと、潤滑油の供給を停止させるタイミングとは同時とすることもできる。つまりモータＭとポンプ用モータＭｐを同時に停止する構成にすることもできる。
このミキサー２の制御システム１は、混練室７に材料１１が投入されるまでこの待機モードを維持し、ロータ８を回転させるモータＭとポンプ用モータＭｐを停止させた状態とする。即ち、モータＭの回転速度ＮＭとポンプ用モータＭｐの回転速度ＮＭｐはともにゼロとなる状態に維持される。混練室７に材料１１が投入されると、センサ１８がこれを検知してその旨を制御装置２１に伝達する。このセンサ１８からの信号を受けて、制御装置２１は再始動モードへ移行する。
図７に例示するように再始動モードに移行した制御装置２１は、ポンプ用モータＭｐを回転させてこの回転速度ＮＭｐを所定の回転速度ＮＭｐ１以上として、シール部９への潤滑油の供給を再開する。このとき供給される潤滑油の量は、例えば通常モード時に供給される潤滑油量と同程度とすることができる。
その後、モータＭを回転させてこの回転速度ＮＭを所定の回転速度ＮＭ１以上とする。
シール部９への潤滑油の供給を再開した後で、この時点から予め設定した経過時間後に、モータＭの回転を開始させるのでシール部９の発熱や焼き付きを抑制するのに有利である。
この予め設定した経過時間は、上記と同様に、例えば１．０〜１０．０秒、好ましくは１．０〜５．０秒、さらに好ましくは１．０〜３．０秒とする。また潤滑油の供給を再開させるタイミングと、モータＭの回転を開始させるタイミングとは同時とすることもできる。
モータＭを停止状態から回転させる際に、ロータ軸６とロータ８の回転に対する摩擦抵抗や慣性力等の影響により駆動軸４およびその軸受には負荷が発生するが、本発明では軸受にボールベアリング軸受５を採用しているので、過大な負荷が作用し難くなる。それ故、モータＭの回転および停止を頻繁に繰り返したとしても、駆動軸４やその軸受（ボールベアリング軸受５）が摩耗する等の不具合を回避できる。
従来はモータの駆動軸の軸受にメタル軸受（すべり軸受）が採用されていた。そして、ゴム混練用のミキサーは、非常に大規模な装置であるため、モータの頻繁な回転、停止に伴い駆動軸およびメタル軸受に摩耗や損傷が発生する可能性が高かった。そのため、特に短い待機時間についてはミキサーのモータを停止させることはまったく考慮されていなかった。
そのような従来常識を打ち破って、本発明ではモータＭの駆動軸４をボールベアリング軸受５により回転可能に支持することにより、モータＭの駆動軸４およびボールベアリング軸受５に過大な負荷が発生することを抑制している。これにより、駆動軸４やボールベアリング軸受５に不具合を発生させることなく、モータＭの回転、停止を頻繁に繰り返す制御を実現している。
駆動軸４とロータ軸６との間に減速機３が設置されている場合には、減速機３内に配置される複数の歯車等によって駆動軸４の回転に対する摩擦抵抗や慣性力等の影響はさらに大きくなる。このような一段と過酷な条件下においても本発明によれば駆動軸４やその軸受に対する不具合を回避できる。
モータＭの回転を再開させた後に、制御装置２１は通常モードへ移行して材料１１の混練を再開する。
通常モードにおいては、制御装置２１はモータＭの回転速度に応じて、ポンプ用モータＭｐの回転速度を変化させる制御を行う。これにより、シール部９への負荷に応じて潤滑油が供給されるので、シール部９の発熱等を抑制するには有利となる。
このシール部９に温度センサを設置して、通常モードの際には制御装置２１がシール部９の温度に応じてポンプ用モータＭｐの回転速度を変化させる構成にすることもできる。これにより、シール部９が発熱している場合は、ロータ８の回転速度に関わらず適切な量の潤滑油を供給することができる。
センサ１８は、レーザセンサに限らず混練室７内の材料１１の有無を検知できる機能を有していればよい。例えば、ロータ軸６に回転トルクを検知するトルクセンサを設置し、このトルクセンサの値に応じて材料１１の有無を検知する構成にすることもできる。混練室７内に材料１１がありロータ８が材料１１に接触しながら回転する場合はロータ軸６に発生するトルクが大きくなり、材料１１がなくロータ８が混練室７内で回転している場合はロータ軸６に発生するトルクは小さくなることから、材料１１の有無を検知することが
できる。同様の理屈により、ロータ軸６の回転に要する電力を計測する電力計をセンサ１８として用いることもできる。
また投入口１２および排出口１６にレーザセンサ等を設置して、材料１１の通過を検知する構成を利用することもできる。排出口１６から材料１１が排出されたにも関わらず、投入口１２を材料１１が通過していない場合は、混練室７内に材料１１がないと判断し、投入口１２を材料１１が通過している場合は混練室７内に材料１１があると判断する。
この構成により、材料１１が混練室７内に到達する前に材料１１が供給されることを検知して、制御装置２１は再始動モードに移行することができる。即ちロータ８が材料１１と接触する前の段階で、モータＭの回転を開始させることができる。ロータ８が材料１１と接触することにより発生する回転抵抗がない状態で、モータＭを始動させることができるので、モータＭの駆動軸４およびボールベアリング軸受５に発生する負荷を低減することができる。
その他にも、混練室７内の材料１１の有無を検知する方法が挙げられる。例えば、順次ミキサー２に投入される材料１１の残バッチ数が制御装置２１に入力される構成にする。そして、この残バッチ数がゼロになった際に制御装置２１は混練室７内に材料１１がないと判断する。或いは、残バッチ数がゼロになるとともに混練工程の停止信号が制御装置２１に入力された際に混練室７内に材料１１がないと判断する。このように制御装置２１をセンサ１８として機能させることもできる。
尚、本発明はモータＭが非可変速型であっても適用できる。また、ポンプ用モータＭｐが非可変速型であってもよい。
１ 制御システム
２ ミキサー
３ 減速機
４ 駆動軸
５ ボールベアリング軸受
６ ロータ軸
７ 混練室
８ ロータ
９ シール部
１０ 潤滑油供給機構
１１ 材料
１２ 投入口
１３ ラム
１４ ラム軸
１５ 昇降機構
１６ 排出口
１７ 蓋体
１８ センサ
１９ 壁部
２０ 信号線
２１ 制御装置
２２ 注入配管
２３ タンク
２４ ポンプ
２５ 信号線
Ｍ モータ
Ｍｐ ポンプ用モータ

Claims (8)

  1. モータの駆動軸によりロータ軸を回転駆動し、前記ロータ軸に取り付けられて混練室内で回転するロータにより材料を混練しつつ、前記混練室と前記ロータ軸との間のシール部に潤滑油供給機構により潤滑油を供給するミキサーの混練制御方法において、
    前記駆動軸をボールベアリング軸受により回転可能に支持し、前記混練室内に前記材料がない場合は、前記モータの回転を停止させることにより前記ロータの回転を停止させて、これと同時またはこの時点から予め設定した時間経過後に前記潤滑油供給機構から前記シール部への潤滑油の供給を停止させる待機モードに設定し、
    前記混練室内に前記材料がある場合には、前記待機モードを解除することにより前記モータを回転させて前記ロータの回転を開始させ、かつ、前記潤滑油の供給を開始させて、前記材料を混練することを特徴とするミキサーの混練制御方法。
  2. 前記待機モードを解除する際に、前記潤滑油の供給を開始させると同時またはこの時点から予め設定した経過時間後に前記ロータの回転を開始させる請求項１に記載のミキサーの混練制御方法。
  3. 前記駆動軸の回転を、減速機を介して前記ロータ軸に伝える請求項１または２に記載のミキサーの混練制御方法。
  4. 前記材料として加硫系配合剤が混入された未加硫ゴムを対象にする請求項１〜３のいずれかに記載のミキサーの混練制御方法。
  5. モータと、このモータの駆動軸により回転駆動されるロータ軸と、混練室内に配置され前記ロータ軸により回転して材料を混練するロータと、この混練室とこのロータ軸との間のシール部に潤滑油を供給する潤滑油供給機構とを備えるミキサーの制御システムにおいて、
    前記駆動軸を回転可能に支持するボールベアリング軸受と、前記混練室内の前記材料の有無を検知するセンサと、このセンサからの検知信号に基づいて前記ロータの回転速度および前記潤滑油の供給量を制御する制御装置とを備え、
    前記センサが前記混練室内に前記材料がないと判断した場合には、前記制御装置が、前記モータの回転を停止させることにより前記ロータの回転を停止させて、これと同時またはこの時点から予め設定した時間経過後に前記潤滑油供給機構から前記シール部への潤滑油の供給を停止させる待機モードに設定し、
    前記センサが前記混練室内に前記材料があると判断した場合には、前記制御装置が前記待機モードを解除することにより前記モータを回転させて前記ロータの回転を開始させ、かつ、前記潤滑油の供給を開始させる構成にしたことを特徴とするミキサーの混練制御システム。
  6. 前記制御装置が前記待機モードを解除する際に、前記潤滑油の供給を開始させると同時またはこの時点から予め設定した経過時間後に前記ロータの回転を開始させる構成にした請求項５に記載のミキサーの混練制御システム。
  7. 前記駆動軸と前記ロータ軸との間に介設される減速機を備えた請求項５または６に記載のミキサーの混練制御システム。
  8. 前記材料として加硫系配合剤が混入された未加硫ゴムを対象にする請求項５〜７のいずれかに記載のミキサーの混練制御システム。
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