JP6549641B2 - 工作機械および待機時間変更方法 - Google Patents

工作機械および待機時間変更方法

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Description

本発明は、回転テーブルの割出しが完了してから待機時間経過後に回転テーブルをクランプする工作機械および待機時間変更方法に関する。
下記に示す特許文献1には、ワークを設置する回転テーブルを備える工作機械において、回転テーブルを目標位置まで回転させて位置決めした後、クランプ機構によって回転テーブルをクランプさせることが開示されている。
特開2015−87820号公報
ここで、回転テーブルを目標位置まで回転させて位置決めした後に、オーバーシュートによって回転テーブルが回転してしまうことがある。そのため、回転テーブルの位置決めが完了してから待機時間が経過した後に、クランプ動作を行う場合がある。
待機時間を長くすることは、サイクルタイムの延長に繋がる。そのため、サイクルタイムを短縮するためには待機時間を短くする必要がある。しかしながら、回転テーブルの位置決め完了後のオーバーシュートが大きい場合に、待機時間を短くすると、目標位置に対してずれた位置で回転テーブルがクランプされてしまい、加工精度に影響する。
そこで、本発明は、加工精度の低下を抑制しつつ、クランプ動作を開始するまでの待機時間を短くする工作機械および待機時間変更方法を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様は、加工対象物を支持し、且つ、回転可能な回転テーブルと、前記回転テーブルが回転しないように前記回転テーブルをクランプするクランプ機構と、を備え、前記回転テーブルの割出しが完了してから待機時間経過後に、前記クランプ機構によるクランプ動作を開始させる工作機械であって、前記クランプ機構によるクランプ動作が完了した際の前記回転テーブルの位置偏差を算出する位置偏差算出部と、前記位置偏差の絶対値が閾値よりも小さい場合は前記待機時間を短くし、前記位置偏差の絶対値が前記閾値よりも大きい場合は前記待機時間を長くする待機時間変更部と、を備える。
本発明の第2の態様は、加工対象物を支持し、且つ、回転可能な回転テーブルと、前記回転テーブルが回転しないように前記回転テーブルをクランプするクランプ機構と、を備え、前記回転テーブルの割出しが完了してから待機時間経過後に、前記クランプ機構によるクランプ動作を開始させる工作機械の前記待機時間を変更する待機時間変更方法であって、前記クランプ機構によるクランプ動作が完了した際の前記回転テーブルの位置偏差を算出する位置偏差算出ステップと、前記位置偏差の絶対値が閾値よりも小さい場合は前記待機時間を短くし、前記位置偏差の絶対値が前記閾値よりも大きい場合は前記待機時間を長くする待機時間変更ステップと、を含む。
本発明によれば、加工精度の低下を抑制しつつ、割出しが完了してからクランプ動作を開始するまでの待機時間を短くすることができる。その結果、加工精度の低下抑制とサイクルタイムの短縮化との両立を図ることができる。
実施の形態の工作機械の構成図である。 従来の工作機械を用いた場合の回転テーブルの回転とクランプ動作とを示すタイムチャートである。 位置偏差の絶対値が閾値より小さい場合における、回転テーブルの回転とクランプ動作とを示すタイムチャートである。 位置偏差の絶対値が閾値より大きい場合における、回転テーブルの回転とクランプ動作とを示すタイムチャートである。 実施の形態の工作機械の動作を示すフローチャートである。
本発明に係る工作機械および待機時間変更方法について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
図1は、実施の形態の工作機械10の構成図である。工作機械10は、回転テーブル12、クランプ機構14、モータ16、クランプ駆動部18、制御部20、および、記憶媒体22を備える。
回転テーブル12は、工作機械10によって加工される加工対象物を支持し、且つ、回転可能(旋回可能)なテーブルである。回転テーブル12が回転することで、加工対象物も一緒に回転する。回転テーブル12には、回転テーブル12の回転位置および回転速度を検出する回転検出部12aが設けられている。回転検出部12aは、例えば、エンコーダ等によって構成される。回転検出部12aが検出した検出信号(回転位置および回転速度を示す信号)は、制御部20に送られる。
クランプ機構14は、回転テーブル12が回転しないように回転テーブル12をクランプするブレーキ機構である。クランプ機構14は、詳しくは図示しないが、例えば、内部にピストン部が設けられたシリンダを有し、そのシリンダ内に、回転テーブル12に接続されたブレーキディスクが設けられてもよい。この場合は、ピストン部がブレーキディスク側に移動してブレーキディスクを押圧することで、クランプ機構14が回転テーブル12をクランプする。このような構成を有することで、クランプ機構14は、回転テーブル12をクランプしたりアンクランプしたりすることができる。このクランプ機構14は、周知のものを用いることができる。
クランプ機構14には、クランプ機構14によるクランプ動作が完了したか否かを検出するクランプ完了検出部14aが設けられている。クランプ完了検出部14aは、ピストン部の位置が予め決められた位置(ブレーキディスクと当接する位置)となったか否かを検出するセンサであってもよい。また、クランプ完了検出部14aは、ピストン部をブレーキディスク側に移動させるためにシリンダ内に供給される圧縮流体が、予め決められた値以上となったか否かを検出するセンサであってもよい。クランプ完了検出部14aが検出した検出信号は、制御部20に送られる。
モータ16は、回転テーブル12を回転させるものであり、制御部20の制御にしたがって駆動する。モータ16は、例えば、サーボモータであってもよい。
クランプ駆動部18は、クランプ機構14を駆動させるものであり、制御部20の制御にしたがって駆動する。クランプ駆動部18は、クランプ機構14にクランプ・アンクランプを行わせる。クランプ駆動部18は、クランプ機構14の前記したピストン部を移動させることで、クランプ機構14にクランプ・アンクランプを行わせる。例えば、クランプ駆動部18は、圧縮流体を用いてピストン部を移動させてもよい。
制御部20は、CPU等のプロセッサおよびメモリ等によって構成されており、プロセッサが、メモリに記憶された図示しないプログラムを実行することで、本実施の形態の制御部20として機能する。制御部20は、モータ制御部30、割出し完了判断部32、クランプ制御部34、位置偏差算出部36、および、待機時間変更部38を備える。記憶媒体22は、待機時間WTを記憶する待機時間記憶部22aを有する。
モータ制御部30は、モータ16を駆動させて回転テーブル12の回転を制御するものである。モータ制御部30は、回転テーブル12の回転位置が目標位置(所定の回転角度位置)TPとなるように回転テーブル12の回転を制御する。モータ制御部30は、回転検出部12aが検出した検出信号に基づいてモータ16をフィードバック制御する。
なお、モータ制御部30は、モータ16に別途設けられたエンコーダ等によって構成される回転検出部が検出した検出信号に基づいてモータ16をフィードバック制御してもよい。また、回転検出部12aをモータ16に設け、回転検出部12aは、モータ16の回転位置を検出してもよい。モータ16の回転位置を検出することで、回転テーブル12の回転位置を検出することができるからである。
割出し完了判断部32は、回転テーブル12の割出しが完了したか否かを判断する。割出し完了判断部32は、回転テーブル12の回転位置がインポジション内に入ったときに割出しが完了したと判断する。割出し完了判断部32は、回転テーブル12の回転速度が所定速度以下の状態で回転テーブル12の回転位置が目標位置TPに到達した場合は、回転テーブル12の回転位置がインポジション内に入ったと判断する。割出し完了判断部32は、回転テーブル12の割出しが完了したと判断すると、割出しが完了した旨を示す信号をクランプ制御部34に出力する。
クランプ制御部34は、回転テーブル12の割出しが完了してから待機時間WT経過後に、クランプ機構14がクランプ動作を開始するように、クランプ駆動部18を制御する。この待機時間WTは、クランプ制御部34によって待機時間記憶部22aから読み出される。クランプ動作の完了により回転テーブル12の回転位置が固定される。なお、クランプ制御部34は、時刻を計時するタイマー(図示略)を有する。
位置偏差算出部36は、クランプ完了検出部14aによってクランプ機構14によるクランプ動作の完了が検出されると、クランプ動作が完了した際の回転テーブル12の位置偏差ΔPを算出する。具体的には、位置偏差算出部36は、目標位置TPと、クランプ動作が完了したときの回転テーブル12の回転位置(以下、FPとする)とに基づいて位置偏差ΔPを算出する。位置偏差算出部36は、ΔP=FP−TP、の関係式を用いて位置偏差ΔPを算出する。なお、回転位置FPは、回転検出部12aによって検出される。
待機時間変更部38は、位置偏差ΔPの絶対値が閾値THよりも小さい場合(つまり、|ΔP|<TH、の場合)は待機時間WTを現在の待機時間WTより短くする。待機時間変更部38は、位置偏差ΔPの絶対値が閾値THよりも大きい場合(つまり、|ΔP|>TH、の場合)は待機時間WTを現在の待機時間WTより長くする。待機時間変更部38は、変更後の待機時間WTを待機時間記憶部22aに記憶する。
待機時間変更部38は、位置偏差ΔPの絶対値が閾値THよりも小さい場合は待機時間WTを第1の所定時間だけ短くし、位置偏差ΔPの絶対値が閾値THよりも大きい場合は待機時間WTを第2の所定時間だけ長くしてもよい。この第1の所定時間と第2の所定時間とは同一であってもよいし、異なっていてもよい。
例えば、第1の所定時間を短く、第2の所定時間を長くすることで、位置偏差ΔPの絶対値が閾値より小さい場合には、加工精度が一気に低下することを防ぐことができる。また、第1の所定時間を短く、第2の所定時間を長くすることで、位置偏差ΔPの絶対値が閾値より大きい場合には、加工精度を一気に向上させることができる。このように、第1の所定時間と第2の所定時間とを異ならせることで、状況に合わせて待機時間WTを適切に調整することができる。
ここで、従来の問題を説明した後、本実施の形態の工作機械10の動作を説明する。図2は、従来の工作機械を用いた場合の回転テーブルの回転とクランプ動作とを示すタイムチャートである。
図2に示すように回転テーブルの割出しが完了した後、オーバーシュートによって回転テーブルの回転位置が目標位置TPから一旦大きく離れた後、回転テーブルの回転位置が目標位置TPに収束する。
そのため、回転テーブルの割出しが完了してから、直ぐにクランプ動作を開始すると、回転テーブル12が目標位置TPと大きく外れた回転位置でクランプされてしまうため加工精度が低下する。したがって、回転テーブルの割出しが完了してから、十分に長い待機時間が経過した後で、クランプ動作を開始する。しかしながら、待機時間を長くすると、加工に要する時間が長くなってしまい、サイクルタイムが長くなる。
そこで、本実施の形態では、クランプ動作完了後の回転テーブル12の位置偏差ΔP(=FP−TP)の絶対値が閾値THより小さい場合は、待機時間WTを短くする。一方で、クランプ動作完了後の回転テーブル12の位置偏差ΔPの絶対値が閾値THより大きい場合は、待機時間WTを長くする。これにより、加工精度の低下抑制とサイクルタイムの短縮化との両立を図ることができる。
図3は、位置偏差ΔPの絶対値が閾値THより小さい場合における、回転テーブル12の回転とクランプ動作とを示すタイムチャートであり、図4は、位置偏差ΔPの絶対値が閾値THより大きい場合における、回転テーブル12の回転とクランプ動作とを示すタイムチャートである。なお、図3および図4のt1は、回転テーブル12の割出しが完了したと判断されたタイミングを示し、t2は、クランプ動作を開始するタイミングを示し、t3は、クランプ動作が完了したタイミングを示している。
図3に示すように、位置偏差ΔPの絶対値が閾値THより小さい場合は、待機時間WTを短くすることができる。したがって、この場合は、待機時間変更部38は、待機時間WTを短くする。これにより、サイクルタイムの短縮化を図ることができる。
逆に、図4に示すように、位置偏差ΔPの絶対値が閾値THより大きい場合は、位置偏差ΔPの絶対値を閾値TH以下にしなければならないので、待機時間変更部38は、待機時間WTを長くする。これにより、加工精度が低下することを防ぐことができる。この閾値THは、加工精度を考慮して決定される値である。
なお、待機時間変更部38は、位置偏差ΔPの絶対値と閾値THとが等しい場合は、待機時間WTを変更しなくてもよい。また、待機時間変更部38は、位置偏差ΔPの絶対値と閾値THとが等しい場合に待機時間WTを変更する場合は、待機時間WTを現在の待機時間WTより長くしてもよい。
次に、実施の形態の工作機械10の動作を図5に示すフローチャートにしたがって説明する。ステップS1で、モータ制御部30は、回転テーブル12を目標位置TPまで回転させる制御を開始する。
ステップS2で、割出し完了判断部32は、回転検出部12aが検出した検出信号に基づいて、回転テーブル12の割出しが完了したか否かを判断する。ステップS2で、回転テーブル12の割出しが完了していないと判断すると、完了したと判断するまでステップS2に留まる。
ステップS2で、回転テーブル12の割出しが完了したと判断すると、クランプ制御部34は、タイマーをスタートさせ(ステップS3)、待機時間WTが経過したか否かを判断する(ステップS4)。ステップS4で、待機時間WTが経過していないと判断すると、待機時間WTが経過したと判断するまでステップS4に留まる。
ステップS4で、待機時間WTが経過したと判断すると、ステップS5に進み、クランプ制御部34は、クランプ機構14がクランプ動作を開始するように、クランプ駆動部18を制御する。
次いで、ステップS6で、位置偏差算出部36は、クランプ動作が完了したか否かを判断する。位置偏差算出部36は、クランプ完了検出部14aが検出した検出信号に基づいてこの判断を行う。ステップS6で、クランプ動作が完了していないと判断すると、完了するまでステップS6に留まる。
ステップS6で、クランプ動作が完了したと判断すると、ステップS7に進み、位置偏差算出部36は、目標位置TPと回転検出部12aが検出したクランプ動作完了後の回転テーブル12の回転位置FPとに基づいて、位置偏差ΔP(=FP−TP)を算出する。
次いで、ステップS8で、待機時間変更部38は、位置偏差ΔPの絶対値が閾値THより小さいか否かを判断する。ステップS8で、位置偏差ΔPの絶対値が閾値THより小さいと判断すると、ステップS9に進み、待機時間変更部38は、待機時間WTを現在の待機時間WTより短くする。一方で、ステップS8で、位置偏差ΔPの絶対値が閾値THより小さくない、つまり、位置偏差ΔPの絶対値が閾値TH以上であると判断すると、ステップS10に進み、待機時間変更部38は、待機時間WTを現在の待機時間WTより長くする。
なお、待機時間変更部38は、位置偏差ΔPの絶対値が閾値THと等しい場合も(ステップS8でNO)、待機時間WTを長くするようにしたが(ステップS10)、位置偏差ΔPが閾値THと等しい場合は、待機時間WTを変更しなくてもよい。
ステップS9、S10で変更された待機時間WTは待機時間記憶部22aに記憶される。
〔実施の形態から得られる技術的思想〕
上記実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
<第1の技術的思想>
工作機械(10)は、加工対象物を支持し、且つ、回転可能な回転テーブル(12)と、回転テーブル(12)が回転しないように回転テーブル(12)をクランプするクランプ機構(14)と、を備え、回転テーブル(12)の割出しが完了してから待機時間(WT)経過後に、クランプ機構(14)によるクランプ動作を開始させる。工作機械(10)は、クランプ機構(14)によるクランプ動作が完了した際の回転テーブル(12)の位置偏差(ΔP)を算出する位置偏差算出部(36)と、位置偏差(ΔP)の絶対値が閾値(TH)よりも小さい場合は待機時間(WT)を短くし、位置偏差(ΔP)の絶対値が閾値(TH)よりも大きい場合は待機時間(WT)を長くする待機時間変更部(38)と、を備える。
これにより、加工精度の低下を抑制しつつ、割出しが完了してからクランプ動作を開始するまでの待機時間(WT)を短くすることができる。その結果、加工精度の低下抑制とサイクルタイムの短縮化との両立を図ることができる。
待機時間変更部(38)は、位置偏差(ΔP)の絶対値が閾値(TH)よりも小さい場合は待機時間(WT)を第1の所定時間だけ短くし、位置偏差(ΔP)の絶対値が閾値(TH)よりも大きい場合は待機時間(WT)を第2の所定時間だけ長くしてもよい。これにより、状況に合わせて待機時間(WT)を適切に調整することができる。
工作機械(10)は、回転テーブル(12)の回転位置および回転速度を検出する回転検出部(12a)と、回転テーブル(12)を回転させるモータ(16)と、回転テーブル(12)の回転位置が所定の回転角度位置(TP)となるようにモータ(16)を制御するモータ制御部(30)と、回転テーブル(12)の回転速度が所定速度以下の状態で回転テーブル(12)の回転位置が所定の回転角度位置(TP)に到達した場合は、回転テーブル(12)の割出しが完了したと判断する割出し完了判断部(32)と、クランプ機構(14)を駆動するクランプ駆動部(18)と、回転テーブル(12)の割出しが完了してから待機時間(WT)経過後に、クランプ機構(14)がクランプ動作を開始するように、クランプ駆動部(18)を制御するクランプ制御部(34)と、クランプ動作の完了を検出するクランプ完了検出部(14a)と、を備えてもよい。位置偏差算出部(36)は、所定の回転角度位置(TP)と、クランプ動作が完了したときの回転テーブル(12)の回転位置(FP)とに基づいて、位置偏差(ΔP)を算出してもよい。
<第2の技術的思想>
待機時間変更方法は、加工対象物を支持し、且つ、回転可能な回転テーブル(12)と、回転テーブル(12)が回転しないように回転テーブル(12)をクランプするクランプ機構(14)と、を備え、回転テーブル(12)の割出しが完了してから待機時間(WT)経過後に、クランプ機構(14)によるクランプ動作を開始させる工作機械(10)の待機時間(WT)を変更する。待機時間変更方法は、クランプ機構(14)によるクランプ動作が完了した際の回転テーブル(12)の位置偏差(ΔP)を算出する位置偏差算出ステップと、位置偏差(ΔP)の絶対値が閾値(TH)よりも小さい場合は待機時間(WT)を短くし、位置偏差(ΔP)の絶対値が閾値(TH)よりも大きい場合は待機時間(WT)を長くする待機時間変更ステップと、を含む。
これにより、加工精度の低下を抑制しつつ、割出しが完了してからクランプ動作を開始するまでの待機時間(WT)を短くすることができる。その結果、加工精度の低下抑制とサイクルタイムの短縮化との両立を図ることができる。
前記待機時間変更ステップは、位置偏差(ΔP)の絶対値が閾値(TH)よりも小さい場合は待機時間(WT)を第1の所定時間だけ短くし、位置偏差(ΔP)の絶対値が閾値(TH)よりも大きい場合は待機時間を第2の所定時間だけ長くしてもよい。これにより、状況に合わせて待機時間(WT)を適切に調整することができる。
工作機械(10)は、回転テーブル(12)を回転させるモータ(16)と、クランプ機構(14)を駆動するクランプ駆動部(18)と、回転テーブル(12)の回転位置および回転速度を検出する回転検出部(12a)と、クランプ動作の完了を検出するクランプ完了検出部(14a)と、を備えてもよい。待機時間変更方法は、回転テーブル(12)の回転位置が所定の回転角度位置(TP)となるようにモータ(16)を制御するモータ制御ステップと、回転テーブル(12)の回転速度が所定速度以下の状態で回転テーブル(12)の回転位置が所定の回転角度位置(TP)に到達した場合は、回転テーブル(12)の割出しが完了したと判断する割出し完了判断ステップと、回転テーブル(12)の割出しが完了してから待機時間(WT)経過後に、クランプ機構(14)がクランプ動作を開始するように、クランプ駆動部(18)を制御するクランプ制御ステップと、を含んでもよい。位置偏差算出ステップは、所定の回転角度位置(TP)と、クランプ動作が完了したときの回転テーブル(12)の回転位置(FP)とに基づいて、位置偏差(ΔP)を算出してもよい。
10…工作機械 12…回転テーブル
12a…回転検出部 14…クランプ機構
14a…クランプ完了検出部 16…モータ
18…クランプ駆動部 20…制御部
22…記憶媒体 22a…待機時間記憶部
30…モータ制御部 32…割出し完了判断部
34…クランプ制御部 36…位置偏差算出部
38…待機時間変更部

Claims (6)

  1. 加工対象物を支持し、且つ、回転可能な回転テーブルと、
    前記回転テーブルが回転しないように前記回転テーブルをクランプするクランプ機構と、
    を備え、前記回転テーブルの割出しが完了してから待機時間経過後に、前記クランプ機構によるクランプ動作を開始させる工作機械であって、
    前記クランプ機構によるクランプ動作が完了した際の前記回転テーブルの位置偏差を算出する位置偏差算出部と、
    前記位置偏差の絶対値が閾値よりも小さい場合は前記待機時間を短くし、前記位置偏差の絶対値が前記閾値よりも大きい場合は前記待機時間を長くする待機時間変更部と、
    を備え
    前記待機時間は、初期値としてオーバーシュートが収束する時間以上の長さに設定されている、工作機械。
  2. 請求項1に記載の工作機械であって、
    前記待機時間変更部は、前記位置偏差の絶対値が前記閾値よりも小さい場合は前記待機時間を第1の所定時間だけ短くし、前記位置偏差の絶対値が前記閾値よりも大きい場合は前記待機時間を第2の所定時間だけ長くする、工作機械。
  3. 請求項1または2に記載の工作機械であって、
    前記回転テーブルの回転位置および回転速度を検出する回転検出部と、
    前記回転テーブルを回転させるモータと、
    前記回転テーブルの前記回転位置が所定の回転角度位置となるように前記モータを制御するモータ制御部と、
    前記回転テーブルの前記回転速度が所定速度以下の状態で前記回転テーブルの前記回転位置が前記所定の回転角度位置に到達した場合は、前記回転テーブルの割出しが完了したと判断する割出し完了判断部と、
    前記クランプ機構を駆動するクランプ駆動部と、
    前記回転テーブルの割出しが完了してから前記待機時間経過後に、前記クランプ機構がクランプ動作を開始するように、前記クランプ駆動部を制御するクランプ制御部と、
    前記クランプ動作の完了を検出するクランプ完了検出部と、
    を備え、
    前記位置偏差算出部は、前記所定の回転角度位置と、クランプ動作が完了したときの前記回転テーブルの前記回転位置とに基づいて、前記位置偏差を算出する、工作機械。
  4. 加工対象物を支持し、且つ、回転可能な回転テーブルと、
    前記回転テーブルが回転しないように前記回転テーブルをクランプするクランプ機構と、
    を備え、前記回転テーブルの割出しが完了してから待機時間経過後に、前記クランプ機構によるクランプ動作を開始させる工作機械の前記待機時間を変更する待機時間変更方法であって、
    前記クランプ機構によるクランプ動作が完了した際の前記回転テーブルの位置偏差を算出する位置偏差算出ステップと、
    前記位置偏差の絶対値が閾値よりも小さい場合は前記待機時間を短くし、前記位置偏差の絶対値が前記閾値よりも大きい場合は前記待機時間を長くする待機時間変更ステップと、
    を含み、
    前記待機時間は、初期値としてオーバーシュートが収束する時間以上の長さに設定されている、待機時間変更方法。
  5. 請求項4に記載の待機時間変更方法であって、
    前記待機時間変更ステップは、前記位置偏差の絶対値が前記閾値よりも小さい場合は前記待機時間を第1の所定時間だけ短くし、前記位置偏差の絶対値が前記閾値よりも大きい場合は前記待機時間を第2の所定時間だけ長くする、待機時間変更方法。
  6. 請求項4または5に記載の待機時間変更方法であって、
    前記工作機械は、
    前記回転テーブルを回転させるモータと、
    前記クランプ機構を駆動するクランプ駆動部と、
    前記回転テーブルの回転位置および回転速度を検出する回転検出部と、
    前記クランプ動作の完了を検出するクランプ完了検出部と、
    を備え、
    前記回転テーブルの前記回転位置が所定の回転角度位置となるように前記モータを制御するモータ制御ステップと、
    前記回転テーブルの前記回転速度が所定速度以下の状態で前記回転テーブルの前記回転位置が前記所定の回転角度位置に到達した場合は、前記回転テーブルの割出しが完了したと判断する割出し完了判断ステップと、
    前記回転テーブルの割出しが完了してから前記待機時間経過後に、前記クランプ機構がクランプ動作を開始するように、前記クランプ駆動部を制御するクランプ制御ステップと、
    を含み、
    前記位置偏差算出ステップは、前記所定の回転角度位置と、クランプ動作が完了したときの前記回転テーブルの前記回転位置とに基づいて、前記位置偏差を算出する、待機時間変更方法。
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