JPH05200843A - 比較的厚い壁を有するプラスチック材料プレフォームの加熱方法及び装置 - Google Patents

比較的厚い壁を有するプラスチック材料プレフォームの加熱方法及び装置

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JPH05200843A
JPH05200843A JP4173191A JP17319192A JPH05200843A JP H05200843 A JPH05200843 A JP H05200843A JP 4173191 A JP4173191 A JP 4173191A JP 17319192 A JP17319192 A JP 17319192A JP H05200843 A JPH05200843 A JP H05200843A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 処理時間が短縮され、電気エネルギ消費量の
少ない、容器の製造に使用されるプラスチック材料、特
にPETのプレフォームの赤外線加熱方法及び装置を提
供する。 【構成】 赤外線は、プラスチック材料によって吸収さ
れる波長の第1バンドB1と、プラスチック材料によっ
て吸収されずにプレフォームの内部スペースに到達する
波長を有する第2バンドB2とを含む。内部スペースに
達する赤外線12の第2バンドB2に存在する波長を変
更して第1バンドB1内の波長を有する輻射13に変換
し、変更した波長を有する赤外線13をプレフォームの
壁2に向かって再放出し、変更された波長を有する赤外
線13が内面8の近傍でプラスチック材料によって吸収
され、内面の温度Tiが壁2の外面10の温度Teより
も高温になるように、内面8の近傍のプラスチック材料
を加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は包括的には、吹込みまた
は延伸−吹込みによって瓶、小瓶のような容器を製造す
るために使用される比較的厚い壁を有する大きいプラス
チック材料、特にポリエチレンテレフタレート(PE
T)のプレフォームの赤外線加熱に関する。
【0002】より特定的には本発明は、上記のごとき加
熱を確保し得る方法及び装置の改良に関する。
【0003】
【従来の技術】現行の技術によれば、プレフォームは、
プレフォームの進行軌道に沿って配置された赤外線ラン
プを備えたトンネル炉内で加熱される。プレフォームは
また、均一加熱され得るようにその長軸の回りで自転す
る。従ってプレフォームは外部から均一に加熱される。
しかしながら、プレフォームが比較的厚い材料であるこ
とを考慮すると、結果的には、プレフォームの壁の外面
と内面との間に顕著な温度勾配が生じ、内面よりも外面
のほうが実質的に強力に加熱される。
【0004】しかしながら、加熱プレフォームから肉厚
の小さい容器を形成する吹込みまたは延伸−吹込みプロ
セスにおいては、プレフォームの壁の内面と外面との延
伸比は異なる値であり、内面の延伸比のほうが大きい。
具体的には、内径12mm及び外径20mmを有するプ
レフォームから吹込みによって直径80mmの円筒状容
器を形成する場合、(最終直径対初期直径の比に等し
い)横延伸比は、円筒の外面では4であるが内面では
6.6である。内面のほうが大きく変形されるにもかか
わらず、使用される加熱プロセスを考察すると、内面の
ほうが弱く加熱されることになる。その結果として、
(壁の内層と外層との剥離のような)欠陥が生じる可能
性があり、このような欠陥はプレフォームの壁が厚くな
るほど発生し易い。
【0005】更に、この問題は、再利用される瓶、小瓶
などの場合にはいっそう深刻な影響を与える。何故な
ら、継続する2回の使用の間の洗浄処理の際に生じる物
理化学的応力を配慮すると、容器の壁厚をかなり(例え
ば約0.8mm)増加させる必要があり、その結果とし
て、プレフォームの壁厚を約4〜8mm程度増加させる
必要がある。
【0006】1つの解決方法では、プレフォームの内面
が十分な温度になるように加熱条件を修正する。しかし
ながら、この解決の主な欠点は、外面がプラスチック材
料の物理化学的特性の不都合な変性を生じさせるほど高
温に加熱される危険性があることである。壁厚全体にわ
たって温度をほぼ均一にするように構成された加熱手段
を配備することによってこの欠点を解消する方法も試験
されたが、プレフォームの壁の内面と外面とが異なる延
伸比を有することに関連した問題を解決しそこから派生
する欠陥の危険性を十分に防止することはできなかっ
た。
【0007】更に、温度の上昇は電気エネルギ消費量を
増加させ及び/またはプレフォームの照射時間を延長さ
せるので、結果的に生産速度を遅らせる。いずれにして
も、許容範囲を超えた製造コスト増につながる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の本質的
な目的は、再利用型PET瓶、小瓶などの製造に使用す
るための極めて厚い壁を有するプレフォームに対して
も、従来の難点を除去することができ、しかも処理時間
の延長及び電気エネルギ消費量の増加を伴うことなく、
ときには電気エネルギ消費量を節約することさえ可能な
新規なプレフォーム加熱方法を提案することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】このために、本発明の第
1の目的は、吹込みまたは延伸−吹込みによって瓶、小
瓶のような容器を製造するために使用される比較的厚い
壁を有するプラスチック材料特にポリエチレンテレフタ
レート(PET)のプレフォームの加熱方法を提供する
ことである。本発明方法においては、前記加熱が、プレ
フォームの長軸に対して実質的に横断方向でプレフォー
ムを加熱するプレフォーム外部の少なくとも1つのソー
スから放出される赤外線によるプレフォームの照射から
成る。前記赤外線は、プレフォームの壁の構成プラスチ
ック材料によって吸収される波長を有する第1バンドB
1と、プラスチック材料によって吸収されずにプレフォ
ームの内部スペースに到達する波長を有する第1バンド
B1とは異なる第2バンドB2とを含む。本発明方法の
特徴は、プレフォームの内部スペース内で、該内部スペ
ースに到達する赤外線の第2バンドB2に存在する波長
を変更して第1バンドB1の輻射に変換し、変更した波
長を有する赤外線をプレフォームの壁に向かって再放出
し、変更された波長を有する前記赤外線がプレフォーム
の内面の近傍のプレフォームの壁の構成プラスチック材
料によって吸収され、プレフォームの壁の内面の温度T
iが前記壁の外面の温度Teよりも高温になるように、
前記内面の近傍のプラスチック材料を加熱することであ
る。
【0010】本発明方法によって処理した場合、プレフ
ォームは必要な後処理に対して理想的な条件が得られる
ように加熱される。即ち、一方では、壁の内外両面が加
熱され、少なくとも材料全体の温度を上昇させ、他方で
は、内面から外面に向かって減少する温度勾配(即ち、
プレフォームの外部だけを加熱する従来の方法で見られ
たような外面から内面に向かって減少する温度勾配の
逆)が生じる。これは、後で行なわれる吹込みまたは延
伸−吹込み処理の際の前記内面及び外面の延伸比の差と
完全に一致する。従って、容器を形成する際の材料の変
形が容易であり、材料の層が互いに剥離することも防止
される。
【0011】また、結果的に、加熱手段によって供給さ
れるエネルギの利用効率が改良されることに注目された
い。何故なら、プレフォームの内部まで浸透し従来は損
失とされていた輻射が材料の加熱に貢献できるようにな
ったからである。その結果、材料の所与の温度を得るた
めに、加熱時間は30%以上短縮され、消費電気エネル
ギが顕著に減少し、トンネル型加熱装置の加熱炉の長さ
を短縮でき、従って装置コストもかなり削減できる。
【0012】プレフォームの内部スペースに到達する輻
射の波長の変換、及び変更された波長の輻射の再放出は
実際には、前記内部スペースにコアを導入することによ
って得られる。コアは、プレフォームの内面の近傍にコ
アから再放出された輻射の吸収によって得られるプレフ
ォームの内面の温度Tiがプレフォームの外面の温度T
eよりも高温になるようにコアの表面とプレフォームの
内壁との間に間隙が維持される寸法を有している。試験
によれば実際には、コアの表面とプレフォームの内壁と
の間の間隙を小さくしたほうがプレフォームの加熱が強
化されることが判明した。
【0013】本発明方法を実施する際にプレフォームの
壁の温度プロフィルが長手方向及び/または周方向(プ
レフォームの軸の回りの回転)角度に沿って均一になら
ないようにしたい場合には、コアとプレフォームの内壁
との間に不規則な間隙を維持するか及び/またはコアに
不均一な表面処理を与えることによって不規則な温度プ
ロフィルを得るとよい。特に、コアが不均一な光沢及び
/または色の表面を有するのが好ましい。実際、試験に
よれば、表面に到達した波長を変換して変更した輻射を
再放出する効果は、光沢コアよりも黒い艶消コアのほう
が優れている。種々の色を種々の割合で有するコアでも
同じ結果が証明された。従って、製造プロセスで材料全
体の不均質な変形を要し従ってプレフォームの不均質な
加熱を伴うような複雑な形状の容器を製造する場合に本
発明の方法を使用することが可能である。
【0014】本発明の第2の目的は、吹込みまたは延伸
−吹込みによって瓶、小瓶のような容器を製造するため
に使用される比較的厚い壁を有するプラスチック材料特
にポリエチレンテレフタレート(PET)のプレフォー
ムの加熱装置を提供することである。前記装置は、プレ
フォームの長軸に対して実質的に横断方向でプレフォー
ムを加熱するプレフォーム外部に配置された少なくとも
1つの赤外線ソースを含み、前記赤外線が、プレフォー
ムの壁の構成プラスチック材料によって吸収される波長
の第1バンドB1と、プラスチック材料によって吸収さ
れずにプレフォームの内部スペースに達する波長を有す
る第1バンドB1とは異なる第2バンドB2とを含む。
装置の特徴は、プレフォームの内部に配置されており、
第2バンドB2の波長を有する赤外線を第1バンドB1
の波長を有する赤外線に変換するように構成された赤外
線の波長変換手段と、変更された波長を有する前記赤外
線をプレフォームの壁に向かって再放出する再放出手段
とを含み、前記変換手段及び再放出手段が更に、プレフ
ォームの壁の内面の温度Tiを前記壁の外面の温度より
も高温にするように構成されていることである。
【0015】好ましくは、プレフォームの内部の赤外線
の波長の変換手段と変更された波長の輻射の再放出手段
とが互いに組み合わせられており、且つ各プレフォーム
内に導入される処理された表面を有するコアを含んでお
り、前記コアは、コアによって再放出される変更された
波長を有する赤外線を吸収したプラスチック材料の加熱
によって得られる壁の内面の温度Tiが壁の外面の温度
Teよりも高温になるように、プレフォームの壁の内面
との間に間隙を維持している。
【0016】特に、複雑な形状の容器を容易に製造する
目的でプレフォームを長手方向及び/または周方向(プ
レフォームの長軸の回りの回転)角度に沿って不均一に
加熱するためには、前記表面間に存在する間隙が長手方
向及び/または周方向(プレフォームの軸の回りの回
転)角度に沿って不規則になるように、コアの表面がプ
レフォームの壁の内面に完全な平行にならないように構
成するか及び/またはコアの表面を長手方向及び/また
は周方向(長軸の回りの回転)角度に沿って不規則に表
面処理しておく。いくつかの場合には、コアの表面が不
均一な光沢及び/または色を有している。
【0017】前記間隙及び表面処理は、プレフォームの
壁の内面及び外面の夫々の温度Ti及びTeの差が少な
くとも+5℃となるようにするのが好ましい。
【0018】
【実施例】非限定実施例として与えられたいくつかの実
施例に関する以下の詳細な記載より本発明がより十分に
理解されよう。
【0019】まず図1を参照すると、参照符号1は、吹
込みまたは延伸−吹込みによって瓶、小瓶のような容器
を製造するために使用されるプラスチック材料、特にポ
リエチレンテレフタレート(PET)から成る比較的厚
い壁を有するプレフォーム全体を示す。例えば射出成形
によって得られたプレフォーム1は、完成容器の最終形
態及び最終寸法のネック部を構成する口部3を備えた厚
肉ボディ2を有している。
【0020】容器を形成するための吹込みまたは延伸−
吹込み段階の前に、プレフォーム1の加熱段階が組み込
まれている。加熱段階では、後で行なう吹込みまたは延
伸−吹込みなどの機械的変形を容易にするために、プラ
スチック材料特にPETを軟化させる。炉、特にトンネ
ル炉において加熱段階を行なう。図1は本発明の理解に
必要な炉の部材だけを示している。炉は、加熱されるべ
きプレフォームの進行軌道(ここでは図の平面に垂直)
に沿って配置された赤外線ランプ列(図1の矢印4)を
内蔵しており、該ランプはプレフォームのボディ2に対
して実質的に横断方向で該ボディに向かって赤外線を照
射する。プレフォームを炉内で長手方向に移動させると
きに同時にプレフォームを(矢印5の方向に)自転させ
ると、片側だけの加熱ランプ列によってボディ2の均一
な加熱が得られる。プレフォームの進行軌道に関してラ
ンプの反対側(図1でプレフォームの右側)に、(図示
しない)反射板をランプに向き合って配置してもよい。
【0021】プレフォーム加熱炉で常用の赤外線ランプ
は、約0.35〜6μの範囲の放出スペクトルを有して
いる。プレフォーム壁の構成プラスチック材料の透過率
は、輻射の波長に伴って変化する。この変化を具体的に
示すために、波長0.4μm〜2.5μmに対する膜厚5
0μmのPETフィルムの透過の変化(%)を図3に示
す。また、PET内部の赤外線の侵入深度(m)を波長
の関数として図4に示す(考察中の深度における輻射強
度をIとし、初期強度をI0とすると、侵入深度はI/
0=e-1である)。
【0022】これらのグラフ、特に図4のグラフによれ
ば、第1バンドB1内に存在する波長(PETの場合は
ほぼλ>3μm)を有する加熱ランプによって放出され
た輻射部分はプレフォーム壁の構成プラスチック材料に
よって吸収されるが、バンドB1とは異なる第2バンド
B2内に存在する波長(PETの場合は約0.5μm>
λ>1.6μm)を有する輻射部分は、プラスチック材
料によって実質的に吸収されずにプレフォームの内部ス
ペースに到達する。
【0023】本発明によれば、プレフォームの内部スペ
ースに到達する輻射の前記バンドB2内に存在する波長
を、前記バンドB1に含まれる波長を有する輻射に変換
し、変更された波長を有するこの輻射を次にプレフォー
ムの壁に向かって再放出し、その結果として、プレフォ
ームの内面近傍の加熱(変更された波長で再放出された
輻射の吸収による加熱)が、プレフォームの外面近傍の
加熱(加熱ランプから直接放出された輻射の吸収による
加熱)よりも強力に行なわれるようになっている。
【0024】このために、プレフォームの内部に、全面
的または部分的に処理された表面7を有するコア6を導
入する。コアは、プレフォームの壁2の内面8との間に
間隙eを維持しながら導入される。
【0025】加熱ランプから放出される輻射(矢印4)
のうちの、バンドB1に存在する波長を有する輻射部分
(矢印11)が壁を構成するプラスチック材料によって
吸収され、外面10の近傍を(温度Teに)加熱する。
バンドB2に存在する波長を有する輻射部分(矢印1
2)は、プラスチック材料によって吸収されずに、プレ
フォームの内部のコア6に到達する。コアは多少とも黒
体として挙動するように表面処理されており、温度Tに
加熱される。その結果として、コア6は次に、(ウィー
ンの法則で)最大波長λmax=2898/T(λma
xはμm、Tは°K)を有する輻射をプレフォームの壁
に向かって(矢印13の方向に)放出する。
【0026】コア6の表面状態を適宜処理することによ
って、再放出される輻射の波長がバンドB1内の波長と
なるように温度Tを調節し得る。その結果として、再放
出された輻射(矢印13)は、プレフォーム壁の構成プ
ラスチック材料によって吸収され、その内面8の近傍を
(温度Tiに)加熱する。従って、プレフォームの壁
は、内面及び外面の双方から加熱されるが、加熱ソース
の変更は全く不要であり、プレフォームの外部の片側配
置のままでよい。
【0027】更に、コア6の面7の表面状態及び間隙e
の適正な選択によって、プレフォームの壁の内面8を、
該壁の外面10の温度Teよりもかなり高い(実際には
5℃以上高い)温度Tiに加熱し得る。このようにして
内面8と外面10との間に正の温度勾配ΔT=Ti−T
e(Ti>Te)が生じる。図2において、曲線Cは、
壁の肉厚内で生じたTiからTeの温度変化の1例を示
している。このようにしてプラスチック材料は、吹込み
プロセスまたは延伸−吹込みプロセスで必要な延伸比に
無理なく耐えられる適正温度を局部毎に有し得る。
【0028】間隙eを縮小すると、コアによって再放出
されて内面8に到達するエネルギが増加し、温度Tiが
上昇し、従って温度差Ti−Teが増大する。
【0029】間隙eが所与の値の場合、黒い艶消表面を
有するコアは、明るい光沢表面を有するコアよりも強力
にプレフォーム内面を加熱する。前者では、温度Tiが
温度Teよりも20℃高温になり、後者では10℃だけ
高温になる。
【0030】これらのパラメータの顕著な影響を考慮す
ると、コアの複数ゾーンの表面状態及び/または間隙e
を適宜調整することによって、プレフォームの加熱を長
手方向及び(プレフォームを自転させることによって)
周方向のゾーン毎に変調し得る。特に、複雑な形状及び
/または一定でない肉厚を有する容器の製造を容易にす
るためにプレフォームの加熱をゾーン毎に変調し得る。
【0031】図1において、コア6はプレフォームの内
面の形状に実質的に対応する簡単な形状であり、従って
間隙eはほぼ一定である。
【0032】加熱中には、コア6をプレフォーム1と同
期的に(矢印14の方向に)自転させてもよく、または
逆に、コアを自転させずにプレフォーム1だけをコアの
回りで回転させてもよい。
【0033】図5は、長手方向及び周方向の双方で一定
でない間隙eを有し、いくつかのゾーン(例えばゾーン
15、16のような白色のゾーン)が光沢ゾーン(例え
ば研摩金属)であり、コアの残りの部分が暗色(例えば
艶消黒色)であるような複雑な形状を有するコア6の例
を示している。図6A、図6B及び図6Cは図5のAA
線、BB線及びCC線の夫々に沿った断面図であり、コ
アの種々の断面の形状を示す。このような場合、コアは
プレフォームと同期的に自転しなければならない。
【0034】上記の記載から既に明らかであろうが、本
発明は記載の好ましい実施態様及び実施例に限定されな
い。逆に、本発明はすべての変形を包含し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプレフォーム加熱装置の構造を示す断
面図である。
【図2】図1の構造の機能を示す拡大概略図である。
【図3】PETの透過率を波長の関数として示すグラフ
である。
【図4】PET内部の赤外線の侵入深度を波長の関数と
して示すグラフである。
【図5】図1の構造の変形例の説明図である。
【図6A】図5のコアのAA線断面図である。
【図6B】図5のコアのBB線断面図である。
【図6C】図5のコアのCC線断面図である。
【符号の説明】
1 プレフォーム 2 ボディ 3 口部 6 コア 7 コア表面 8 プレフォーム内面 10 プレフォーム外面

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 吹込みまたは延伸−吹込みによって瓶、
    小瓶のような容器を製造するために使用される比較的厚
    い壁を有するプラスチック材料特にポリエチレンテレフ
    タレート(PET)のプレフォームの加熱方法であっ
    て、前記加熱が、プレフォームの長軸に対して実質的に
    横断方向でプレフォームを加熱するプレフォーム外部の
    少なくとも1つのソースから放出される赤外線によるプ
    レフォームの照射から成り、前記赤外線が、プレフォー
    ムの壁の構成プラスチック材料によって吸収される波長
    を有する第1バンドと、プラスチック材料によって吸収
    されずにプレフォームの内部スペースに到達する波長を
    有する第1バンドとは異なる第2バンドとを含んでお
    り、 プレフォームの内部スペース内で、該内部スペースに到
    達する赤外線の第2バンドに存在する波長を変更して第
    1バンド内の波長を有する輻射に変換し、 変更した波長を有する赤外線をプレフォームの壁に向か
    って再放出し、 変更された波長を有する前記赤外線がプレフォームの内
    面の近傍のプレフォームの壁の構成プラスチック材料に
    よって吸収され、プレフォームの壁の内面の温度Tiが
    前記壁の外面の温度Teよりも高温になるように前記内
    面の近傍のプラスチック材料を加熱することを特徴とす
    る比較的厚い壁を有するプラスチック材料プレフォーム
    の加熱方法。
  2. 【請求項2】 プレフォームの内部スペースに到達する
    輻射の波長を変更するために、処理された表面を有する
    コアを前記内部スペースに導入し、前記コアは、変更さ
    れた波長でコアから再放出された赤外線を吸収したプラ
    スチック材料の加熱によって得られたプレフォームの前
    記内壁の温度Tiが壁の外面の温度Teよりも高温にな
    るように、プレフォームの内壁との間に間隔を維持して
    いることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 プレフォームの壁の温度プロフィルが長
    手方向及び/または周方向(プレフォームの軸の回りの
    回転)角度に沿って均一でなく、この不均一な温度プロ
    フィルは、コアとプレフォームの壁の内面との間に不規
    則な間隔を維持することによって得られることを特徴と
    する請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 プレフォームの壁の温度プロフィルが長
    手方向及び/または周方向(プレフォームの軸の回りの
    回転)角度に沿って均一でなく、この不均一な温度プロ
    フィルは、コアの不規則な表面処理によって得られるこ
    とを特徴とする請求項2または3に記載の方法。
  5. 【請求項5】 コアの表面が不均一な光沢及び/または
    色を有していることを特徴とする請求項4に記載の方
    法。
  6. 【請求項6】 吹込みまたは延伸−吹込みによって瓶、
    小瓶のような容器を製造するために使用される比較的厚
    い壁を有するプラスチック材料特にポリエチレンテレフ
    タレート(PET)のプレフォームの加熱装置であっ
    て、前記装置が、プレフォームの長軸に対して実質的に
    横断方向でプレフォームを加熱するプレフォーム外部に
    配置された少なくとも1つの赤外線ソースを含み、前記
    赤外線が、プレフォームの壁の構成プラスチック材料に
    よって吸収される波長の第1バンドと、プラスチック材
    料によって吸収されずにプレフォームの内部スペースに
    到達する波長を有する第1バンドとは異なる第2バンド
    とを含んでおり、装置が更に、 プレフォームの内部に配置されており、第2バンドの波
    長を有する赤外線を第1バンドの波長を有する赤外線に
    変換するように構成された赤外線の波長変換手段と、 変更された波長を有する前記赤外線をプレフォームの壁
    に向かって再放出する再放出手段とを含み、 前記変換手段及び再放出手段が更に、プレフォームの壁
    の内面の温度Tiを前記壁の外面の温度よりも高温にす
    るように構成されていることを特徴とする加熱装置。
  7. 【請求項7】 プレフォームの内部の赤外線の波長の変
    換手段と変更された波長の輻射の再放出手段とが互いに
    組み合わせられており、且つ各プレフォーム内に導入さ
    れる処理された表面を有するコアを含んでおり、前記コ
    アは、コアによって再放出される変更された波長を有す
    る赤外線を吸収したプラスチック材料の加熱によって得
    られた壁の内面の温度Tiが壁の外面の温度Teよりも
    高温になるように、プレフォームの壁の内面との間に間
    隙を維持していることを特徴とする請求項6に記載の装
    置。
  8. 【請求項8】 前記表面間に維持される間隙が長手方向
    及び/または周方向(プレフォームの軸の回りの回転)
    角度に沿って不規則になるように、コアの表面はプレフ
    ォームの壁の内面に完全な平行ではないことを特徴とす
    る請求項7に記載の装置。
  9. 【請求項9】 コアの表面が、長手方向及び/または周
    方向(長軸の回りの回転)角度に沿って不規則な表面処
    理を有することを特徴とする請求項7または8に記載の
    装置。
  10. 【請求項10】 コアの表面が不均一な光沢及び/また
    は色を有していることを特徴とする請求項9に記載の装
    置。
  11. 【請求項11】 プレフォームが赤外線加熱手段の前方
    で自転するように構成され、コアが静止しておりプレフ
    ォームが自転することを特徴とする請求項7から10の
    いずれか一項に記載の装置。
  12. 【請求項12】 プレフォームが赤外線加熱手段の前方
    で自転するように構成され、コアがプレフォームと同期
    的に自転するように構成されていることを特徴とする請
    求項7から10のいずれか一項に記載の装置。
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