Panasonic...AN44067A Application Note Ver.2.0 2013.4.18パナソニック株式会社 6 3-2.昇圧電圧スタンバイ時、昇圧回路はオフしている為、スタンバイ解除時に、立上り時間が必要です。減電圧保護解除時も、スタンバイ時と同様に立ち上がり時間が必要

AN44067A Application Note Ver.2.0 2013.4.18 パナソニック株式会社

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Panasonic ステッピングモータドライバ

AN44067A アプリケーション資料


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目次1.製品概要 / 特長 … … … P32.ブロック図 / 応用回路例 …P43.IC内部電圧 … … …P5-6

3-1.S5VOUT出力3-2.昇圧電圧

4.入力I/F … … … P7-94-1.モード表4-2.入力I/F等価回路4-3.セット/ホールドタイム

5.位置制御 … … … P10-165-1.初期位置5-2.逆転5-3-1.励磁切換15-3-2.励磁切換25-5.ENABLE仕様

6.トルク制御 … … …P17-186-1.電流設定式6-2.Min-Duty

7.保護回路 … … …P19-227-1.減電圧保護7-2.熱保護7-3.地絡保護7-4.地絡保護タイミング

8.発熱評価方法 … … …P239.パターンの注意事項 … … …P24-25

9-2.VM GND基板パターン注意事項9-3.インターフェイス，モード切替端子

パターン注意事項


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1.製品概要 / 特長

■製品概要AN44067Aは，2ch H-ブリッジドライバICで，バイポーラ型ステッピングモータを1チップで制御できます。2相励磁，ハーフステップ，1-2相励磁，W1-2相励磁，2W1-2相励磁の選択が可能です。

■特長・マイクロステップ用デコーダ内蔵(2相励磁，ハーフステップ，1-2相励磁，W1-2相励磁，2W1-2相励磁)

外部クロック信号のみでステッピングモータを駆動可能・内蔵CRによるPWM駆動 (PWM OFF期間3値選択可)

PWM OFF期間選択により適なPWM駆動を実現・Mix Decay対応 (Fast Decay比率を4値選択可)

Mix Decay制御によりモータ電流波形の精度向上

・減電圧検知内蔵電源電圧が動作電圧範囲以下になると減電圧保護機能が動作し，モータ駆動出力を全相OFF

・熱保護機能内蔵チップジャンクション温度が上昇し設定温度に到達すると，モータ駆動出力を全相OFF

・5 V(精度5%)電源内蔵の1電源仕様5 V電源内蔵のため1電源の供給のみでモータの駆動が可能

・スタンバイ機能内蔵スタンバイ機能動作でICの消費電流を低減

・Home Position機能内蔵Home Position機能によりモータの位置検知が可能

・用途ＰＰＣ、プリンタ，ファクシミリ、監視カメラ、医療機器、ロボット、ＡＴＭ、ＦＡ、各種家電製品等・外形放熱性2方向34ピンプラスチックSOパッケージ(SOPタイプ)・構造 Bi-CDMOS IC


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2.ブロック図/ 応用回路例

15V

PU

MP

EN

AB

LE 19

6B

OU

T2

8B

OU

T1

DE

CA

Y2

20

DE

CA

Y1 21

12A

OU

T1

10A

OU

T2

S5V

OU

T 24

TJMO

N 3

PW

MS

W 33

TES

T

STB

Y

UVLO

UVLO

Gate C

ircuit

VR

EF 23

R

S Q7

RC

SB

Gate C

ircuit

11R

CSA

BLA

NK

OS

CTS

D

BG

17V

M1

1V

M2

VM

PW

MS

W

PH

A 28

DIR

32

ST2

30S

T329

R

Q S

ST1 31

S5V

OU

T

AM

P

STB

Y22

DA

C2

TEST

25

27 GN

D

4G

ND

地絡

保護

AO

UT1

AO

UT2

VM

CH

AR

GE

PU

MP

BC1 13

BC2 14

地絡

保護

BO

UT1

BO

UT2

VM

1/10

1/10

DA

C1

Micro

Step

Decoder

入力I/F

保護回路

保護回路保護回路

位置制御

内部電圧

昇圧電圧

入力I/F入力I/F

M0.01uF(50V)

0.01uF(50V)

0.1uF

+

-47uF(50V)

0.1uF(50V)


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3-1.S5VOUT出力

スタンバイ時、S5VOUT出力はオフしている為、スタンバイ解除時に、立上り時間が必要です。

下図のS5VOUTの立上りスピードは、以下の外付け容量を付加した場合です。

■立上り40us(Typ)の外付け条件・S5VOUT-GND間：0.1uF

※STBY解除→地絡検知動作まで、全相オフ時間は約140usです。この時間は、S5VOUTの立上りスピード(外付け容量)が影響します。・全相オフ時間：S5VOUT立上り時間+100us(Typ)

S5VOUT S5VOUTオンS5VOUTオフ

モータ出力全相オフ起動(ENABLE = "L"時)全相オフ(ENABLE = "H"時)

STBY

約140 us(Typ)

"L" "H"

全相オフ

【スタンバイ解除時】

地絡検知

約5.5 us(Typ)

約40 us(Typ)

S5VOUT立上り時間


6

3-2.昇圧電圧

スタンバイ時、昇圧回路はオフしている為、スタンバイ解除時に、立上り時間が必要です。減電圧保護解除時も、スタンバイ時と同様に立ち上がり時間が必要です。スタンバイ解除及び減電圧保護解除時に、IC内部で自動的に約140us(Typ)の全相オフ時間を確保します。

下図の昇圧電圧の立上りスピードは、以下の外付け容量を付加した場合です。

■立上り80us(Typ)の外付け条件・BC1-2間：0.01uF・VPUMP-GND間：0.01uF・S5VOUT-GND間：0.1uF外付け容量が大きい場合は、昇圧までの時間が全相オフ期間を越える場合があります。この時、ENABLE = L状態でスタンバイ解除すると、ICが過剰に発熱する可能性があります。このような場合は、ENABLE = H状態で、スタンバイを解除または減電圧保護を解除させ、昇圧電圧が十分に立ち上がって(推奨：200us以上)からENABLE = Lによる再起動を推奨します。

起動(ENABLE = "L"時)全相オフ(ENABLE = "H"時)

VPUMP昇圧オン昇圧オフ

モータ出力全相オフ

STBY

約140 us(Typ)

"L" "H"

全相オフ


地絡検知

約5.5 us(Typ)

約80 us(Typ)

"L""H"ENABLE推奨：200 us以上


7

4-1.モード表

－

H

H

L

L

－

ST1

－

H

L

H

L

－

ST2

出力OFF－－H

Halfステップ駆動 (8ステップシーケンス)LL/HL

L/H

L/H

L/H

L/H

DIR

L

L

L

L

ENABLE

W1-2相駆動 (16ステップシーケンス)L

2W1-2相駆動 (32ステップシーケンス)H

1-2相励磁駆動 (8ステップシーケンス)L

L

ST3

2相励磁駆動 (4ステップシーケンス)

出力励磁モード

・DIR=L⇒B相90度遅れ：対A相

・DIR=H⇒B相90度進み：対A相

OFFONHH

L

－

ENABLE

H

L

STBY

ONON

OFFOFF

出力トランジスタ制御系/昇圧回路

8.8usH

15.2us

28.0us

PWM周期

L

M

PWMSW

Fast 50%LH

H

H

L

DECAY2

Slow DecayL

Fast 25%L

H

DECAY1

Fast 100%

Decay 制御

表１励磁方式

表２スタンバイ／ＥＮＡＢＬＥ制御方式

表３ PWMSW(OFF期間)

表４ Decay方式

Home Position出力H

テスト出力

VBEモニタ

TJMON

L

M

TEST

表5 TEST


8

4-2.入力I/F等価回路

入力I/Fの端子等価回路を下図に示します。

19 ENABLE20 DECAY221 DECAY128 PHA29 ST330 ST231 ST132 DIR

4k

100k

22 STBY

68k

32k

100k

4k

25 TEST

60k

4k

140k

33 PWMSW

23 VREF

4k 4k

S5VOUT (Pin24)

Diode

Ground


9

4-3.セット/ホールドタイム

A BC D

PHA（CLK）

DIR

PHA（CLK）の小パルス幅(High / Low)、DIRとのセット/ホールドタイムは、下記の通りです。

5 us以上PHA入力小パルス幅(High)A

5 us以上PHA入力小パルス幅(Low)B

DIRホールドタイム

DIRセットタイム

内容時間期間

2 us以上D

2 us以上C


10

5-1-1.初期位置

電源立上げ/下げ時、スタンバイ動作/解除時の初期位置仕様

11.25°

22.5°

45°

45°

45°

次ステップ初期電気角

(通電あり)励磁モード

０°1-2相（8Step）

０°W1-2相（16Step）

０°2W1-2相（32Step）

０°Half-Step（8Step）

-45°Full（4step）

←電源立下げ時／スタンバイ時のモータ電流は０となります←電源立上げ時／スタンバイ解除時のモータ電流の

初期位置は励磁モード毎に固定されます。各励磁モード毎の初期位置は左下表の通りです

AOUT1電流

BOUT1電流「０°」→

Half step/1-2/W1-2/2W1-2相初期位置

「‐45°」→Full-step初期位置

正転

逆転

正転

逆転

表各励磁モードの初期位置(正転時)

A-ch.モータ電流

電源VM/スタンバイ

B-ch.モータ電流

CLK

電源立上げ後、モータ電流は励磁モード毎の初期位置となる

モータ電流：０

200usec以上

+100%

-100%

+100%

-100%

ex.1-2相励磁


11

AOUT1 電流

１CLK立上W1-2相励磁

１CLK立上2W1-2相励磁

１CLK立上1-2相励磁

BOUT1 電流初期位置1

１CLK立上2相 / Half励磁

初期位置2


200usec以上

STBY

←CLK入力STBY解除後200usec以上経過してからCLK入力願います

■励磁：Half～2W1-2相の場合←初期状態：STBY解除後、約140us後に

AOUT1電流＝0%BOUT1電流＝-100%

のステップにホールドされます。その後PHAの立上にてスタートします。

■2相励磁の場合STBY解除後、約140us後にAOUT1電流=-100%BOUT1電流=-100%



1CLK立上

※各励磁での初期位置は下記の通りです。

Half～2W1-2相 => 初期位置12相励磁 => 初期位置2

PHA（CLK）

正転動作 (正転時：DIR = Low)スタンバイ解除後、モータ電流を流し、初期位置にホールドします。

約140usec

5-1-2初期位置詳細説明1

+100%

-100%

+100%-100%


12

AOUT1 電流

１CLK立上W1-2相励磁

１CLK立上2W1-2相励磁

１CLK立上1-2相励磁

BOUT1 電流初期位置1

１CLK立上2相励磁１CLK立上

Half励磁初期位置2


200usec以上

STBY


1CLK立上

PHA（CLK）

※各励磁での初期位置は下記の通りです。

Half～2W1-2相 => 初期位置12相励磁 => 初期位置2

逆転動作 (逆転時：DIR = High)

←CLK入力STBY解除後200usec以上経過してからCLK入力願います

■励磁：Half～2W1-2相の場合←初期状態：STBY解除後、約140us後に

AOUT1電流＝0%BOUT1電流＝-100%


■2相励磁の場合STBY解除後、約140us後にAOUT1電流=-100%BOUT1電流=-100%


スタンバイ解除後、モータ電流を流し、初期位置にホールドします。

約140usec

5-1-3初期位置詳細説明2

+100%

-100%

+100%-100%


13

5-2.逆転

（例）1-2相励磁時タイミングチャート

VPHA



DIR

A-ch.DAC出力

B-ch.DAC出力

A-ch.Phase

B-ch.Phase

回転方向切替え時、切替え前のステートを保持し連続動作します。

5 6 7 6 7 6 5 4


14

5-3-1.励磁切換1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 1710 18 19 20 21 22 23 24 25 27 28 29 30 31 32 126

IAOUT1

IBOUT1

CLK

2W1-2相

W1-2相

1-2相

2相

Home Position

IAOUT1

IBOUT1

IAOUT1

IBOUT1

IAOUT1IBOUT1

励磁方式の切換時には、切換前の位置を保持できません。下図の各ステート1-32に対応し、モータ位置が変化します。


15

5-3-2.励磁切換2

–100%–100%

2相励磁

–100%0%

1-2相励磁

–100%0%

Halfステッ

プ

–100%–100%B相電流

0%0%A相電流

2W1-2相励

磁

W1-2相励

磁

表 Home Position = “Low”時、各励磁モードの出力電流

励磁方式の切換時には、切換前の位置を保持できません。ただし、Home PositionがLowとなっているタイミングでは、以下の様になります。

■切換り前後の励磁方式が、どちらも2相励磁以外の場合

モータの位置ズレはありません。

■切換前後の励磁方式のどちらかが、2相励磁の場合モータの位置ズレを、電気角±45度以内とすることが出来ます。

Home Position信号を利用する場合、以下の端子処理が必要です。・TEST端子にHigh電圧(4V以上)を入力・TJMON端子を電源(6V以下)へプルアップ

TJMON 3

V

AN44067


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5-5.ENABLE仕様

PHA（CLK）


例 1-2相励磁

ENABLE


ENABLE

←CLKを停止しない場合ENABLE：Highで全出力OFFし、電流ゼロとなります。ENABLE：Lowに戻すと、CLK入力によって進行した電流が出力されます。

←CLKを停止した場合ENABLE：Highで全出力OFFし、電流ゼロとなります。ENABLE：Lowに戻し、CLK再入力によって保持された電流が出力されます

PHA（CLK）

7 8 1 2

1 2 3 4 5 6 3 4 5 6 7 8

ステート「６」で停止も、ENABLE:H⇒L後、ステート「３」よりスタート

1 2 3 4 5 6 6 7 8 1 2

ステート「６」で停止で、ENABLE:H⇒L後、同じステート「６」よりスタート

ENABLE=H時も、PHA端子はCLK信号を受け付けます。停止した位置からモータを再動作させたい場合、PHA端子への入力を停止してください。


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6-1.電流設定式

本ICでは、モータに流す設定電流値(100%時) は、電流を検出するための検出抵抗（Rcs）と基準電圧（VREF）を設定することで、決定できます。

Rcs1

101 ××= VREFI PEAK

・例えば、VREF=2.0Vにおいて、Ipeak=1.0Aを設定したい場合

上記計算式から

として下さい。

)(20.01.0(A)

1)(0.2101

Ω=××= VRcs

【注意事項】VREF端子がオープンの場合、入力が不定となり、VREF電圧が上昇し、大電流が流れる可能性がありますので、VREF端子がオープンでのご使用は避けてください。


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6-2.Min-Duty・本ICでは、PWMによる電流制御の方式を採用しています。

設定電流は、チョッピングのON-Dutyによって決定されますが、ノイズによる電流誤検出を防ぐため、パルスブランキングタイム（強制ON時間：Typ値=0.7us）を設けております。

・電流制御の小値は、パルスブランキングタイムとPWM周期の関係で決定されるON-Duty（Min-Duty）によって制限されます

・このため、VREF=0Vと設定した際においても、電流値をゼロとすることができません。

TB

設定電流A

設定電流C小電流値

fPWM:PWM周波数

TON：チョッピングON時間

TB :パルスブランキングタイム(Typ値＝0.7us)

設定電流B

1 fPWM

1 fPWM

1 fPWM

TONA TONB

※上図において、設定電流A,BではON-Duty＞Min-Dutyであるため、電流は正常に制御されますが

設定電流CではMin-Dutyに達するため、電流が制限されます


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7-1.減電圧保護

VM：24V→0V 閾値（V2）＝7.9V (Typ値)VM：0V→24V 閾値（V1）＝8.7V (Typ値)

強制的に出力全相OFFとなるのは、・電源立上：0V～8.7V・電源立下：7.9V以下

の場合です。

本ICでは、電源の減電圧保護回路を搭載しています。減電圧検知時、モータ出力端子は全てOFFします。

減電圧保護動作

VM

減電圧検知信号

V1=8.7VV2=7.9V

Vhys

L：減電圧検知

H：減電圧解除


20

7-2.熱保護

昇温閾値（TSD_ON）＝150℃ (Typ値)降温閾値（TSD_OFF）＝110℃ (Typ値)

強制的に出力全相OFFとなるのは、・150℃以上

の場合で、チップ温度が・110℃以下

となると、復帰します

また、検知後ラッチしていませんので、場合によっては、出力全相OFF→復帰→出力全相OFF →復帰→・・・・

と繰り返す動作になります。

本ICでは、熱保護(TSD)回路を搭載しています。熱保護動作時、モータ出力端子は全てOFFします。

Temp

過熱検知信号

TSD_ONTSD_OFF

hys

L：熱保護動作

H：熱保護解除

熱保護動作


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7-3.地絡保護

本ICでは、地絡保護回路を搭載しています。地絡保護動作時、モータ出力端子は全てOFFします。

地絡検知動作時、Ach, Bch共、上側パワーTrがONします。この時、VM-モータ出力間の差電圧が閾値以上の場合、出力全相OFFにラッチします。

地絡検知閾値：7V(VM-出力間差電圧)

検知後のラッチ解除は、STBY端子に一旦Low電圧を入力するか、VM電圧を一旦OFFさせて、ICを再起動させて下さ

い。

ただし、地絡保護回路は、セットの保護及び保証をしたものではありません。よって、本回路機能を利用したセットの保護設計はしないで下さい。また、デバイスの安全動作領域や大定格を瞬時に超えるような場合は、地絡保護機能が働く前に、ICが破壊することがありますので、ご注意ください。

ON ON

OFFOFF

M

VV

VM

OUT1 OUT2

地絡検知動作


22

7-4.地絡検知タイミング

モータ出力

スタンバイスタンバイ

全相オフ起動(ENABLE = "L"時)全相オフ(ENABLE = "H"時)

STBY

約140 us(Typ)

"L" "H"

全相オフ


スタンバイ解除

地絡検知

約5.5 us(Typ)


再起動(ENABLE = "L"時)全相オフ(ENABLE = "H"時)

VM

約140 us(Typ)

"L" "H"

全相オフ(減電圧保護)

【減電圧保護解除時】

地絡検知

約5.5 us(Typ)


再起動(ENABLE = "L"時)全相オフ(ENABLE = "H"時)

加熱検知信号

約140 us(Typ)

"L" "H"

全相オフ(熱保護)

【熱保護解除時】

地絡検知

約5.5 us(Typ)

前項の地絡検知動作は、下記の3つのタイミングで行います。

地絡保護回路は、左記のタイミング経過後は、動作しません。


23

本ICでは、チップ温度測定用の端子(TJMON端子)を用意しています。下図を参考に、ICのChip温度を推定する

ことが可能です。評価方法左図の測定を行う場合、TJMON端子はOPENとし、TEST端子に、Low電圧(0.6V以下)を入力して下さい。

また、サンプルによるバラツキがあるため、Chip温度は、モータ動作前のTJMON電圧とモータ動作後のTJMON電圧の差分から計算します。

注意点・⊿VBEの測定によるChip温度の推定は、多少の誤差が

生じる可能性がありますので、熱設計について、十分な評価とマージンを持った設計を実施してください。

ディレーティング推奨値：大定格の70%～80%

8.発熱評価方法

Temp[℃]

VBE[V]

⊿VBE / ⊿temp = -1.86 [mV / ℃]

150

約0.47

0

VBEの温度特性

312

1086.1)()(

−×−

=tVtVTemp BEBE

TJMON 3

V

AN44067


24

47uF 0.1uF

0.1uF

RCSARCSB

TJM

ON

1

VM2

N.C

.

BO

UT2

BC

1

ST3

N.C

.

AO

UT1

PWM

SW DIR

GN

D

VREF

S5VO

UT

VM1

BC

2

ST1

ST2

BO

UT1

PHA

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

23 22 21 20 19 1830 29 28 27 26 25 2432 31

STB

Y

AO

UT2

VPU

MP

RC

SA

RC

SB

GN

D

NC

17

ENA

BLE

3334

GN

D

N.C

.

DEC

AY2

DEC

AY1

GN

D

TESTN.C

.

放熱GNDパターン放熱性確保の為、放熱GNDﾊﾟﾀｰﾝ

は出来るだけ広く設計願います

１点GND

下記太線のGND,VMパターンは、極力短く、太く(ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽを低く)設計願います。

9-1. GND，VM基板パターン注意事項

S5VOUT-GND間容量のGNDは、27pinのGNDに

出来るだけパターンを短く設計願います。

GND VM


25

9-2. インターフェイス，モード切替端子パターン注意事項

1．インターフェイス端子

ENABLE，PHA，DIRAB，ST1，ST2，ST3，STBYにつきましては、モータ出力端子とのクロストークが無きようパターン設計について十分ご配慮お願いします。尚、インターフェイスとして使用せず、電位を固定される場合は、GNDショート若しくはS5VOUTにショート願います（STBY端子を除く）。

2．モード設定端子

・DECAY1，DECAY2，TEST端子につきましてモードの設定は、GNDとショート若しくはS5VOUTとショート願います。

・PWMSWにつきましてモードの設定は、H/L/Mの３値入力設定となっております。Ｌ設定はＧＮＤとショート、H設定はＳ５ＶＯＵＴとショート，Ｍ設定はｏｐｅｎでの

設定でありますが、ｏｐｅｎ設定ではノイズで誤動作する可能性がありますので、PWMSW－GND間に外付け容量0.01uF以上を配置願います。

本書に記載の技術情報および半導体のご使用にあたってのお願いと注意事項

(1) 本書に記載の製品および技術情報を輸出または非居住者に提供する場合は、当該国における法令、特に安全保障輸出管理に関する法令を遵守してください。

(2) 本書に記載の技術情報は、製品の代表特性および応用回路例などを示したものであり、それをもってパナ

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(3) 本書に記載の製品は、一般用途(事務機器、通信機器、計測機器、家電製品など)、もしくは、本書に個別に記載されている用途に使用されることを意図しております。特別な品質、信頼性が要求され、その故障や誤動作が直接人命を脅かしたり、人体に危害を及ぼす恐れの

ある用途－特定用途(車載機器、航空・宇宙用、輸送機器、交通信号機器、燃焼機器、医療機器、安全装置など)でのご使用を想定される場合は事前に当社営業窓口までご相談の上、使用条件等に関して別途、文

書での取り交わしをお願いします。文書での取り交わしなく使用されたことにより発生した損害などについては、当社は一切の責任を負いません。

(4) 本書に記載の製品および製品仕様は、改良などのために予告なく変更する場合がありますのでご了承くだ

さい。したがって、終的な設計、ご購入、ご使用に際しましては、事前に新の製品規格書または仕様書をお求め願い、ご確認ください。

(5) 設計に際しては、絶対大定格、動作保証条件(動作電源電圧、動作環境等)の範囲内でご使用いただきま

すようお願いいたします。特に絶対大定格に対しては、電源投入および遮断時、各種モード切替時などの過渡状態においても、超えることのないように十分なご検討をお願いいたします。保証値を超えてご使用された場合、その後に発生した機器の故障、欠陥については当社として責任を負いません。また、保証値内のご使用であっても、半導体製品について通常予測される故障発生率、故障モードをご考

慮の上、当社製品の動作が原因でご使用機器が人身事故、火災事故、社会的な損害などを生じさせない冗長設計、延焼対策設計、誤動作防止設計などのシステム上の対策を講じていただきますようお願いいたします。

(6) 製品取扱い時、実装時およびお客様の工程内における外的要因（ESD、EOS、熱的ストレス、機械的スト

レス）による故障や特性変動を防止するために、使用上の注意事項の記載内容を守ってご使用ください。分解後や実装基板から取外し後に再実装された製品に対する品質保証は致しません。また、防湿包装を必要とする製品は、保存期間、開封後の放置時間など、個々の仕様書取り交わしの折に

取り決めた条件を守ってご使用ください。

(7) 本書に記載の製品を他社へ許可なく転売され、万が一転売先から何らかの請求を受けた場合、お客様においてその対応をご負担いただきますことをご了承ください。

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No.010618

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