JP4085700B2 - ペースト塗布機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラットパネルやプリント基板に所望のペーストパターンを塗布するペースト塗布機に係り、特に、大型基板に対して省スペース化を図ったペースト塗布機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の特開平11−262712号公報に記載するように、ガラス基板をXYθ方向に移動可能なテーブル上に載置し、ガラス基板の主面に対してノズルの吐出口が対向するようにし、ペースト収納筒に充填したペーストを吐出口から基板上に吐出させながら基板とノズルとの相対位置関係を変化させることにより、基板上に所望形状のペーストパターンを塗布している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ガラス基板サイズの大型化により、XYθテーブル及び装置が基板面積の4倍程度となってしまい、装置設置空間を有効利用することが困難な状況にある。また、清浄なダウンフローの流速が基板面状で十分に得られなくなる。
【0004】
上述のように、本発明の目的は、かかる問題を解消し、基板サイズが極大化しても高価なクリーンルームの有効活用が可能な空間利用効率が良く、かつ、基板面へのパーティクルの落下を防止できるペースト塗布機を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は基板を斜めの状態で塗布機内に搬入させる搬入手段と、搬入された基板を斜めに保持する支持手段を備え、斜めに保持された基板と平行になるように複数の塗布ヘッドの移動手段を基板塗布面の法線方向に設置し、基板面での清浄気流を斜め下方に流して、基板表面へのパーティクルの落下防止とスペース効率を向上できるようにし、さらに、複数の塗布ヘッドを前記斜めの基板面に平行な上下方向に移動させるための支持用ベースに、該基板を斜めに保持することによって塗布ヘッド部が設けられた該支持用ベースを前記基板面に沿って上下方向に移動させるアクチュエータに重力による荷重を生じさせる該塗布ヘッド部の重量を、該支持用ベースにシリンダロッドが固定されて内圧が制御されるエアシリンダによってキャンセルするカウンタバランス機構を設けて、重力の影響を防止し、塗布速度を向上できるようにペースト塗布機を構成している。
【0007】
さらには、ペーストを充填する収納筒を、重力方向と平行になるように、ノズル支持具とペースト収納筒の間に、ペーストの流路を有する連結具を備えて、ペースト収納筒内のペーストを有効利用できるようにしている。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図1は本発明によるペースト塗布機の一実施形態を示す斜視図である。
図に示すように、架台1の上部には、垂直連結フレーム1aと傾斜連結フレーム1bと、傾斜連結フレームを支持するための支持用連結フレーム1cとが、基板と塗布ヘッドを所定の角度で傾斜させて支持できるように設けてある。この傾斜角度は水平面に対して20〜80度程度で、好ましくは45〜70度にすると良い。傾斜連結フレーム1bには複数の塗布ヘッド部を一括してX軸方向に移動させるため、リニアサーボモータと直動ガイドからなる塗布ヘッドX軸移動機構2a、2bが設けてある。この塗布ヘッドX軸移動機構2a、2bを跨ぐように(直交するように)、塗布ヘッドの上下移動機構用ベース3bが設けられ、この上下移動機構用ベース3bに塗布ヘッド上下移動機構(上下方向)3が設けてある。この、塗布ヘッド上下移動機構3に複数の塗布ヘッドをそれぞれ個別に設けた支持ベース3Hb1、3Hb2、3Hb3が取り付けてある。各支持ベースの上には、Z軸サーボモータ12a〜12c(図2)により、ペースト収納筒やノズル等からなる塗布部を、基板面の法線方向(Z軸方向)で上下に移動させるZ軸移動テーブル11a〜11cが設けられている。
【0009】
また、傾斜連結フレーム1bと略平行になるように、基板7を斜めに保持する斜め保持機構5及び、θ軸補正機構6が設けられている。図9に示すように基板7は矢印の方向から装置内に搬入される。基板7は装置内に搬入する手前で斜め移動機構に載せられて、斜めの状態で装置内に搬入される。搬入された基板7は図10に示すように、装置内に設けた複数の搬送ローラ31、32と転倒防止ローラ30に支持された状態で受け渡される。即ち基板7の重量方向の端部が下側に設けた搬送ローラ32上を移動する。さらに、基板7は斜め方向に支持移動可能なように基板裏面側に設けた搬送ローラ31と、その搬送ローラに対向するように設けた転倒防止ローラ30に挟まれた状態で装置内の所定位置に位置決めされる。所定位置に位置決めされると、連結フレーム1a側に退避していた基板7の斜め保持機構5が基板7側に移動すると共に、保持機構5に設けてある吸着手段(本実施形態では負圧による吸引吸着機構)を動作させて基板を吸引保持する。その後、後述するカメラにより基板に設けた位置合わせマークを認識し、θ軸補正機構6等を駆動して位置決めを行い、所定位置に位置決め後ペースト塗布を開始するものである。なお、保持機構として静電吸着を用いることもできる。
【0010】
架台1の下部の内部には、図4に示す各機構の駆動を行なうリニアモータ2am、2bm、3m1、3m2、3m3と基板保持機構(テーブル)5をθ方向に移動するサーボモータ6m等を制御する主制御部17が設けられている。この制御部17はケーブル21を介して副制御部18に接続されており、副制御部18は主にZ軸移動テーブル11a〜11cを駆動するサーボモータ12a〜12cを制御する。
【0011】
主制御部17にはモニタ17fやキーボード17g、外部記憶装置であるハードディスク20aやフロッピディスク20bが接続されている。この主制御部17には各種処理を行うためのデータがキーボード17gから入力される。また、画像認識カメラ15a〜15cで捉えた画像や主制御部17での処理状況がモニタ17fに表示される。なお、キーボード17gから入力されたデータ等は、外部記憶装置であるハードディスク20aやフロッピディスク20bなどの記憶媒体に記憶保管される。
【0012】
本実施形態のように、ペースト塗布時の基板保持を斜めにすることで、装置は縦方向に大きくなるが、占有床面積はそれほど大きくする必要がなくなくなり、基板の大型化に伴なう装置を設置するために新たに場所の確保や、建て屋の増設等が不要となる。
【0013】
次に、ペースト塗布部の詳細を図2を用いて説明する。図2は、各塗布ヘッドの移動機構への取付状態を示す斜視図である。図において図1に対応する部分には同一符号を付けている。
【0014】
塗布ヘッド部は、上下移動機能ベース3bの上に設置されている上下移動機構3(上下方向)に設置した各支持ベース3Hb1、3Hb2、3Hb3毎に塗布ヘッド支持ブラケット10a〜10bを介して取り付けてある。塗布ヘッド支持ブラケットには、Z軸サーボモータ12a〜12cにより、ペースト塗布用のノズル等を取り付けた移動台19a〜19cを基板面の法線方向(Z軸方向)で上下に移動させるZ軸移動テーブル11a〜11cが設けられている。なお、移動台19a〜19cにはペースト収納筒13a〜13cや距離計16a〜16c、及びカメラ15a〜15cが取り付けてある。
【0015】
図3は図1におけるペースト収納筒13aと距離計16aとの部分を拡大して示す斜視図である。尚、本図において、図1に対応する部分には同一符号を付けてある。
【0016】
ペースト収納筒13aは、水平面に対して垂直な重力方向と略平行になるように、ノズル支持具14aとペースト収納筒13aの間に、ペーストの流路を備えた連結具4a(ペースト収納筒を保持する面が傾斜してる)を備え、図示しないリニヤガイドの可動部に着脱自在に取り付けられている。このように連結具4aを設けることで、ノズルの吐出口が基板面に対して垂直方向を向いても(重力方向に対して斜めを向いても)ペースト収納筒13aは常に略重力方向を向いて移動することになり、ペースト収納筒13a内のペーストを無駄なく利用することが可能となる。
【0017】
また、照明の可能な光源を備えた鏡筒と画像認識カメラ15aは、各塗布ノズルの平行調整や間隔調整用に使用される他、基板の位置合わせやペーストパターンの形状認識などのために、基板に対向するように設けられている。
【0018】
距離計16aは、ノズルの先端部に対してガラスからなる基板7の表面(上面)までの距離を非接触の三角測法で計測する。即ち、距離計16aの筐体内に発光素子が設けられ、この発光素子から放射されたレーザ光Lは基板7上の計測点で反射し、同じく筐体内に設けられた受光素子で受光される。
【0019】
また、基板7上でのレーザ光の計測点Sとノズル13anの直下位置とは基板7上で僅かな距離だけずれる。しかし、この僅かな距離程度のずれでは、基板7の表面の凹凸に差がない。このため、距離計16aの計測結果とノズル13anの先端部から基板7の表面(上面)までの距離との間に差は殆ど存在しない。従って、この距離計16の計測結果に基づいて制御することで、基板7の表面の凹凸(うねり)に合わせてノズル13an先端部から基板7の表面(上面)までの距離(間隔)を一定に維持することができる。
【0020】
このようにして、ノズル13aの先端部から基板7の表面(上面)までの距離(間隔)は一定に維持される。なお、ノズル13anから吐出される単位時間当りのペースト量が定量に維持されることにより、基板7上に塗布描画されるペーストパターンは幅や厚さが一様になる。
【0021】
次に、本実施例における制御方法について説明する。
【0022】
図4は、図1における主制御部の構成を示すブロック図である。
【0023】
同図において、主制御部17は、マイクロコンピュータ17aと、モータコントローラ17bと、画像処理装置17eと、外部機器と制御信号をやり取りする外部インターフェース17dとがデータ通信バス17cにつながれている。また、モータコントローラ17bには、X軸、Y軸、テーブルθ軸等の各軸ドライバ17f〜17jが接続されている。画像処理装置17eは、外部に設けた画像認識カメラ15a〜15cで得られる映像信号を処理する。外部インターフェース17dは、副制御部18との間の信号伝送やモニタ17fやキーボード17g、外部記憶装置であるハードディスク20a、フロッピディスク20bとの信号伝送及び、レギュレータ22a〜22c、23a〜23c、バルブユニット24a〜24cの制御信号のやり取りを行う。
【0024】
また、マイクロコンピュータ17aには図示しないが、主演算部や後述する塗布描画を行なうための処理プログラムを格納したROM、主演算部での処理結果や外部インターフェース17d及びモータコントローラ17bからの入力データを格納するRAM、外部インターフェース17dやモータコントローラ17bとデータのやりとりをする入出力部などを備えている。
【0025】
各モータ2am〜2bm、3m1、3m2、3m3、6mには、位置を検出するリニアスケールと回転量を検出するエンコーダが内蔵されており、その検出結果を各軸ドライバ17f〜17jに戻して位置制御を行なっている。空圧制御部は負圧源22V、正圧源23Pがレギュレータ22a〜22c、23a〜23cや、バルブユニット24a〜24cを介して配管により各ペースト収納筒13a〜13cに接続されている。
【0026】
また、図5は、図1における副制御部18の構成を示すブロック図である。本図において、前出の図面に対応する部分には同一符号を付けている。
【0027】
同図において、副制御部18は、マイクロコンピュータ18aと、モータコントローラ18bと、外部インターフェースが通信バス18cを介して接続されている。また、モータコントローラ18bにはZ軸ドライバ18eが接続されている。外部インターフェース18dは、距離計16a〜16cで得られる高さデータの入力や主制御部17との信号伝送を行なう。Z軸ドライバ18eには、Z軸モータ12a〜12cや、モータに内蔵され回転量を検出するエンコーダとが接続されている。Z軸ドライバ18eは、エンコーダの検出結果を用いてノズルの位置制御を行なっている
また、マイクロコンピュータ18aには図示しないが、主演算部や後述する塗布描画時のノズル13anの高さ制御を行なうための処理プログラムを格納したROM、主演算部での処理結果や外部インターフェース18d及びモータコントローラ18bからの入力データを格納するRAM、外部インターフェース18dやモータコントローラ18bとデータをやりとりする入出力部などを備えている。
【0028】
主制御部17と副制御部18との連携した制御のもとで、各モータ2am、2bm、3m1、3m2、3m3、6m、12a〜12cが、キーボード17gから入力されてマイクロコンピュータ17aのRAMに格納されているデータに基いて移動・回転する。これにより、基板支持機構5(図1)に保持された基板7に対して、ノズル部をZ軸方向上下に移動するZ軸移動テーブル11a〜11cを介して、支持したノズル13an(図2)〜13cn(塗布ヘッド部)を基板塗布面に平行な平面において任意の距離を移動する。その移動中、ペースト収納筒13a〜13cに正圧源からレギュレータ23a〜23cで所定の圧に設定された空気(気体)が継続して印加されて、ノズル13an〜13cnの先端部の吐出口からペーストが吐出され、基板7に所望のペーストパターンが塗布される。
【0029】
ノズル13an〜13cnが基板塗布面に平行な平面において任意の距離を移動中に距離計16a〜16cがノズル13an〜13cnと基板7との間隔を計測する。この計測結果を用いて、ノズル13an〜13cnと基板7の間隔を常に一定値を保持するように、Z軸移動テーブル11a〜11cがZ軸方向上下に移動制御される。
【0030】
次に、図6により、この実施形態での装置の動作について説明する。
【0031】
図6において、電源が投入されると(ステップ100)、まず、塗布機の初期設定が実行される(ステップ200)。この初期設定工程では、図1において、各軸移動用のモータ及びZ軸移動テーブル11a〜11cを駆動することにより、基板保持機構5をθ方向に移動させて所定の基準位置に位置決めする。また、ノズル13an(図3)を、そのペースト吐出口がペースト塗布を開始する位置(即ち、ペースト塗布開始点)となるように、所定の原点位置に設定する。さらに、ペーストパターンデータや基板位置データ、ペースト吐出終了位置データの設定を行なうものである。
【0032】
かかるデータの入力は、キーボード17g(図1)から行なわれる。入力されたデータは、前述したように、マイクロコンピュータ17a(図4)に内蔵されたRAMに格納される。この初期設定工程(ステップ200)が終了すると、次に、基板7を基板吸着機構5(図1)に搭載して保持させる(ステップ300)。
【0033】
続いて、基板予備位置決め処理(ステップ400)を行なう。この処理では、基板保持機構5に搭載された基板7の位置決め用マークを画像認識カメラ15a〜15c中から設定してあるカメラを使用して撮影し、位置決め用マークの重心位置を画像処理で求めて基板7のθ方向での傾きを検出し、これに応じてサーボモータ6m(図4)を駆動し、θ方向の傾きを補正する。以上により、基板予備位置決め処理(ステップ400)を終了する。
【0034】
次に、ペーストパターン描画処理(ステップ500)を行なう。この処理では、基板7の塗布開始位置にノズル13an〜13cnの吐出口を位置移動させ、ノズル位置の比較・調整移動を行なう。次に、サーボモータ12a〜12cによりZ軸移動テーブル11a〜11cを動作させてノズル13an〜13cnの高さをペーストパターン描画高さに設定する。
【0035】
ノズルの初期移動距離データに基づいてノズル13an〜13cnを初期移動距離分下降させる。続く動作では、基板7表面高さを距離計16a〜16cにより測定し、ノズル13an〜13cn先端がペーストパターンを描画する高さに設定されているか否かを確認する。描画高さに設定できていない場合は、ノズル13an〜13cnを微小距離下降させ、上記の基板7表面計測とノズル13an〜13cnの微小距離下降を繰返し動作を行い、ノズル13an〜13cn先端をペーストパターンの塗布描画高さに設定する。
【0036】
以上の処理が終了すると、次に、マイクロコンピュータ17aのRAMに格納されたペーストパターンデータに基づいてリニアモータ2am、2bm、3m1〜3m3が駆動される。これにより、ノズル13an〜13cnのペースト吐出口が基板7に対向した状態で、このペーストパターンデータに応じて、ノズル13an〜13cnがそれぞれX、Y(上下)方向に移動すると共に、ペースト収納筒13a〜13cに設定した気圧を印加してノズル13an〜13cnのペースト吐出口からのペーストの吐出を開始する。
【0037】
これにより、基板7へのペーストパターンの塗布が開始する。そして、先に説明したように、副制御部18のマイクロコンピュータ18aは距離計16a〜16cからノズル13an〜13cnのペースト吐出口と基板7の表面との間隔の実測データを入力し、基板7の表面のうねりを測定して、この測定値に応じてサーボモータ12a〜12cを駆動することにより、基板7の表面からのノズル13an〜13cnの設定高さが一定に維持される。これにより、所望の塗布量でペーストパターンを塗布することができる。
【0038】
以上のようにして、ペーストパターンの描画が進むが、ノズル13an〜13cnのペースト吐出口が基板7上の上記ペーストパターンデータによって決まる描画パターンの終端であるか否かの判断する。終端でなければ、再び基板の表面うねりの測定処理に戻り、以下、上記の塗布描画を繰り返して、ペーストパターン形成が描画パターンの終端に達するまで継続する。
【0039】
そして、この描画パターン終端に達すると、サーボモータ12a〜12cを駆動してノズル13an〜13cnを上昇させ、このペーストパターン描画工程(ステップ500)が終了する。
【0040】
次に、基板排出処置(ステップ600)に進み、図1において、基板7の保持を解除し、装置外に排出する。そして、以上の全工程を停止するか否かを判定し(ステップ700)、複数枚の基板に同じパターンでペースト膜を形成する場合には、基板搭載処理(ステップ300)から繰り返され、全ての基板についてかかる一連の処理が終了すると、作業が全て終了(ステップ800)となる。
【0041】
以上で説明した動作において、塗布ヘッド部や基板支持機構5の各アクチュエータには、基板を斜めに保持することにより生じる重力による荷重が常に作用することになる。このため、各アクチュエータは荷重により生じる位置偏差を0にするように制御サーボ系が動作するため、電力を消費し、アクチュエータの発熱が生じてしまう。
【0042】
従って、図7に示すように、塗布ヘッドをZ軸方向に移動する為の支持用ベース3Hb1〜3Hb3にカウンタバランス機構として、エアーシリンダを取付、重力に対する反力を発生させるようにしている。つまり、シリンダロッドを塗布ヘッド支持用のベースに連結し、シリンダ側をZ軸移動機のベース3bに連結するようにした。
【0043】
また、基板支持機構も同様に重力に対する反力を発生させるように、シリンダロッドを基板支持機構に連結し、シリンダ側を装置の連結フレーム1aに連結するようにした。
【0044】
また、各部に取り付けたエアーシリンダへの圧縮空気の供給は、図8に示すように、各部の重量を略キャンセルする圧力になるように圧力計Pにてシリンダ内圧を計測し、圧力制御部P−Cにより、空圧バルブC―Vを制御し、シリンダの内圧を制御するようにしている(各部の重量を略キャンセルするように圧力を制御するようにしている)。簡易的には、高速応答の調圧機能を有するレギュレータにより、代替えすることもできる。
【0045】
また、装置の構成が変わった場合、塗布ヘッドの駆動、支持機構の違いが生じるが、適宜、重力による荷重をキャンセルする方向にカウンタバランス機構を設置してもよい。
【0046】
尚以上の実施形態では、ペースト収納筒やノズルの吐出口は固定としているが、基板の傾きに合わせて吐出口部分の方向が基板面に対向する向きに調整ができるように首振りの機構を設けても良いことは云うまでもない。
【0047】
更に図1に示す構成の装置の垂直連結フレーム1aを挟んで傾斜連結フレーム1b等を配置した構成とすることで、2枚の基板を同時に処理できるようにすることも可能である。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大型基板に塗布を行ための装置の設置面積を大きくする必要がなくなり、さらに、基板へのパーティクルの落下を防止し、高価なクリーンルームの有効活用が可能なペースト塗布機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるペースト塗布機の一実施形態を示す斜視図である。
【図2】図1に示した実施形態での塗布ヘッド連結部分の構造を示す斜視図である。
【図3】図1に示した実施形態でのノズル先端部分の構造を示す斜視図である。
【図4】図1に示した実施形態での主制御系統を示すブロック図である。
【図5】図1に示した実施形態での副制御系統を示すブロック図である。
【図6】図1に示した実施形態の全体動作を示すフローチャートである。
【図7】図1に示した実施形態のZ軸及びθ軸部のカウンタバランス機構を示すの説明図である。
【図8】図1に示した実施形態の空圧機構によるカウンタバランスの制御方法の説明図である。
【図9】基板の搬入状況を説明するための図である。
【図10】装置内での基板搬送状況を説明する図である。
【符号の説明】
1…架台、2a、2b…塗布ヘッドX軸移動機構、3…塗布ヘッドZ軸移動機構、5…基板保持機構、6…テーブルθ軸方向移動機構、7…基板、11a〜11c…Z軸移動テーブル、12a〜12c…Z軸サーボモータ、13a〜13c…ペースト収納筒(シリンジ)、13an〜13cn…塗布ノズル、15a〜15c…画像認識カメラ、16a〜16c…距離計、17…主制御部、18…副制御部、17f…モニタ、17g…キーボード、20a、20b…外部記憶装置(ハードディスク、フロッピィーディスク)、21…通信ケーブル、22v…負圧源、22a〜22c…負圧レギュレータ、23p…正圧源、23a〜23c…正圧レギュレータ、24a〜24c…バルブユニット。
Claims (2)
- ノズルの吐出口に対向するように基板をテーブル上に載置し、ペースト収納筒に充填したペーストを該吐出口から該基板上に吐出させながら該基板と該ノズルとの相対位置関係を変化させることにより、該基板上に所望形状のペーストパターンを塗布するペースト塗布機において、
基板を水平面に対して斜めの状態で塗布機内に搬入させる搬入手段と、搬入された基板を斜めに保持する保持手段を備え、斜めに保持された基板と平行になるように複数の塗布ヘッドの前記ノズルの吐出口を前記基板の基板面の法線方向に設置し、該基板面に清浄気流を斜め下方に流す構成とし、
該複数の塗布ヘッドを前記斜めの基板面に平行な上下方向に移動させるための支持用ベースに、該基板を斜めに保持することによって塗布ヘッド部が設けられた該支持用ベースを前記基板面に沿って上下方向に移動させるアクチュエータに重力による荷重を生じさせる該塗布ヘッド部の重量を、該支持用ベースにシリンダロッドが固定されて内圧が制御されるエアシリンダによってキャンセルするカウンタバランス機構を設けたことを特徴とするペースト塗布機。 - 請求項1記載の塗布機において、
ペーストを充填する収納筒を、前記重力の方向とほぼ平行になるように、ノズル支持具とペースト収納筒の間に、ペーストの流路を有する連結具を備えたことを特徴とするペースト塗布機。
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