説明

樹脂封止装置と樹脂封止装置の制御方法

【課題】待機時の消費電力、特に、金型ヒータの消費電力を削減できる樹脂封止装置と樹脂封止装置の制御方法を提供する。
【解決手段】金型ヒータ23を有する金型22と、金型22に基板3を供給する材料供給ユニット10と、材料供給ユニット10の基板3を金型22に搬入すると共に、金型22から成形された基板3を搬出する搬送ユニット36と、生産を中断中の金型22の待機時間中に、金型ヒータ23をオフにした後、待機時間の経過前に金型22が所定温度に達すように金型ヒータ23をオンする制御手段51,54とを備えた樹脂封止装置1において、制御手段51,54は、生産を中断中の金型22の待機時間から金型22の昇温時間を差し引いた金型ヒータ23の加熱待機時間の経過後に、金型ヒータ23をオンする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は樹脂封止装置、特に、金型ヒータ電源の制御を行う樹脂封止装置と樹脂封止装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、加熱することにより樹脂を成形する装置において、成形を中断した場合の加熱部の温度制御として、例えば特許文献1には、成形中断時の加熱筒の温度を制御する方法が記載されている。この方法では、加熱筒の設定温度を第1設定値と、第1設定値よりも低い第2設定値との間で切り替えることで、成形の再開時には自動的に元の成型時の温度に戻し、樹脂の可塑化を促進している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平08−132501号公報
【0004】
しかし、特許文献1に記載の方法では、加熱筒の設定温度が第2設定値よりも低くなることがないので、電力の消費量を十分に節約できないという問題があった。
【0005】
一方、樹脂封止装置においては、多品種少量生産であれば、生産状態と待機状態とを頻繁に繰り返すことが多い。また、大量生産の場合においても、材料待ちなどで長時間の待機状態(数時間レベル)を繰り返すことがある。
【0006】
この場合は、待機状態の時間により、作業者の判断で金型および基板予熱部のヒータ電源をオンの状態のまま待機状態を維持することがあった。また、金型および基板予熱部のヒータ電源をオフにした後、生産開始時間までに昇温を完了するように温度調整する金型ヒータについてはタイマー設定をおこない、基板予熱部ヒータについては所定時間前に作業者が制御盤内の電源ブレーカーを操作することで電源をオンすることもあった。
【0007】
しかし、前述の方法では、作業者によってヒータ電力削減量や生産再開時間にバラツキが生じる問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、前記課題を解決するため、待機時の消費電力、特に、金型ヒータの消費電力を削減できる樹脂封止装置と樹脂封止装置の制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、
金型ヒータを有する金型と、前記金型に基板を供給する材料供給ユニットと、前記材料供給ユニットの基板を前記金型に搬入すると共に、前記金型から成形された基板を搬出する搬送ユニットと、生産を中断中の前記金型の待機時間中に、前記金型ヒータをオフにした後、前記待機時間の経過前に前記金型が所定温度に達するように前記金型ヒータをオンする制御手段とを備えた樹脂封止装置において、
前記制御手段は、生産を中断中の前記金型の待機時間から前記金型の昇温時間を差し引いた前記金型ヒータの加熱待機時間の経過後に、前記金型ヒータをオンするものである。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、制御手段が自動的に金型ヒータのオンまたはオフを制御するので、作業者によるバラツキを防止すると共に、待機時間中にオフされた金型ヒータの消費電力を抑制できる。また、待機時間の経過前に所定の温度まで金型が昇温しているので、待機時間の経過後すぐに、金型は通常の成形を行うことができる。
【0011】
前記基板を金型に搬入する前に予熱する基板予熱部ヒータを備え、
前記制御手段は、前記金型ヒータと共に前記基板予熱部ヒータを同時にオンまたはオフしてもよい。
これにより、より一層、待機時の消費電力を抑制できる樹脂封止装置が得られるという効果がある。
【0012】
前記金型ヒータの加熱待機時間は、前記金型ヒータをオンした後における前記金型の昇温が早いほど、長くなってもよい。一方、前記金型ヒータの加熱待機時間は、前記金型ヒータをオンした後における前記金型の昇温が遅いほど、短くなってもよい。
以上により、より最適な金型ヒータのオンオフ制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明に係る樹脂封止装置の概略平面図。
【図2】図1の操作モニターの拡大正面図。
【図3】金型ヒータ制御機構、基板予熱部ヒータ制御機構および電力管理モニター機構のブロック図。
【図4】本発明の待機時における金型ヒータ電源制御および基板予熱部ヒータ電源制御のフローチャート。
【図5】金型ヒータの電源オン/オフ時の時刻と金型の温度の関係を示すグラフ。
【図6】実施例1の待機時間が2時間から4時間における省エネモードが有る場合の消費電力削減率を計算値と実測値とで示す。
【図7】実施例1の待機時間が2時間から4時間、および12時間と24時間における省エネモードが有る場合の消費電力削減率を計算値で示す。
【図8】実施例2の省エネモード有りの場合の金型の稼働率に対する金型ヒータの消費電力を示すグラフ図。
【図9】(A)は比較例の待機時における金型ヒータ制御のフローチャート、(B)は比較例の待機時における基板加熱部ヒータ制御のフローチャート。
【図10】比較例の省エネモード無しの場合の金型の稼働率に対する金型ヒータの消費電力を示すグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明に係る実施形態を図1ないし図7に従って説明する。
【0015】
図1は、本実施形態に係る樹脂封止装置1の概略平面図を示す。この樹脂封止装置1は、大略、材料供給ユニット10、プレスユニット21、成形品収納ユニット30、搬送ユニット36、および操作モニター45を備えた構成である。
【0016】
材料供給ユニット10は、複数の基板3を積載して搬送する基板供給部11と、搬送路12を介して前記基板供給部11から搬送された基板3を整列させた後、位置決めする基板整列部13と、供給されたタブレットを整列状態で保持するタブレットホルダ14とを備えている。
【0017】
プレスユニット21は、上金型と下金型とからなる金型22をそれぞれ有する第1プレスユニット21ないし第4プレスユニット21で構成されている。前記金型22は、金型ヒータ制御機構25によりオンまたはオフの制御がなされる金型ヒータ23で加熱される。
【0018】
成形品収納ユニット30は、ディゲータ部31、ピックアップ部32、成形品収納部33を備える。ディゲータ部31は、成形後の半製品5から不要樹脂を分離して成形品4とする。ピックアップ部32は、成形品4をディゲータ部31から成形品収納部33へと搬送する。成形品収納部33では、成形品4が一枚ずつ段積みにて回収される。
【0019】
搬送ユニット36は、図1に示すように、インローダ装置37及びアンローダ装置38を備える。インローダ装置37は、材料供給ユニット10で基板3とタブレット7を把持し、プレスユニット21の金型22内へと供給する。アンローダ装置38は、第1〜第4プレスユニット21で得られた半製品5を把持し、成形品収納ユニット30のディゲータ部31へと搬送する。アンローダ装置38には、金型22に位置決めする前の基板3を加熱する基板予熱部40が一体に取り付けられている。基板予熱部40は、基板予熱制御機構44によりオンまたはオフの制御がなされる基板予熱部ヒータ41で加熱される。
【0020】
操作モニター45は、例えば図2に示すように、設定時間として待機時間を入力するなど、タッチパネル式のモニターであり、操作モニターとしてだけではなく装置の状態などを表示する表示器としても使用される。
【0021】
操作モニター45は、図3に示すように、パソコン51に接続されている。このパソコン51は、電力管理モニター機構50を構成するハブ52および通信ケーブル53を介して、シーケンサ54に接続されている。電力管理モニター機構50では、後述する金型ヒータ電源24および基板予熱部ヒータ電源42に接続された電流センサー56は、電力計58に接続されており、電力計58は信号変換器57およびハブ52を介してパソコン51に接続されている。電流センサー56で測定された電流値は、電力計58に送信し、電力計58で電力量に変換されパソコン51に信号を送信する。また、パソコン51はハブ52を介してシーケンサ54に信号を送信する。
【0022】
シーケンサ54は、金型ヒータ制御機構25と基板予熱制御機構44とに接続されている。金型ヒータ制御機構25と基板予熱制御機構44とはそれぞれ、金型ヒータ23と基板予熱部ヒータ41とをシーケンサ54によるシーケンサ制御によって作動させる。また、シーケンサ54は、パソコン51に記録された数値データにより、これら金型ヒータ23と基板予熱部ヒータ41とを作動させる。従って、パソコン51およびシーケンサ54が、本発明の省エネ機能を実行する制御手段を構成している。
【0023】
金型ヒータ23は、電磁接触器61およびソリッドステ−トリレー(SSR)62を介して、金型ヒータ電源24に接続されている。同様に、基板予熱部ヒータ41は、電磁接触器61およびソリッドステ−トリレー(SSR)62を介して、基板予熱部ヒータ電源42に接続されている。この基板予熱部ヒータ電源42はメイン電源43に接続されている。また、電磁接触器61はシーケンサ54に接続され制御されている。電流センサー56は、金型ヒータ電源24および基板予熱部電源42と電磁接触器61の間に設置され、電力計58に接続されている。ソリッドステ−トリレー62および温度センサー64は温度調整器63に接続されている。
【0024】
次に、樹脂封止装置1の動作について説明する。
まず、図1に示すように、基板供給部11から基板3を1枚ずつ排出し、搬送路12を介して基板整列部13まで搬送する。この基板整列部13は回転することにより、搬送された基板3を金型上の配置と同様に整列させる。そして、インローダ装置37を材料供給ユニット10側に移動させ、基板整列部13上に整列された基板3を把持する。そして、インローダ装置37が、基板予熱部40まで移動し、基板3を載置する。この基板3は基板予熱部40により、金型22で加圧される前に加熱される。次に、インローダ装置37が加熱された基板予熱部40上の基板3を把持すると共に、タブレットホルダ14に保持されているタブレット7を把持した後、所定のプレスユニット21の直前位置まで移動する。そして、把持した基板3とタブレット7とを、金型ヒータ23により所定温度まで昇温しておいた金型22に載置すると、金型22が閉じ、基板3を狭持し、成形する。成形が終われば金型22が開放し、金型22から離型された半製品5は、アンローダ装置38により成形品収納ユニット30に搬送される。成形品収納ユニット30では、アンローダ装置38により搬送された半製品5がディゲータ部31に載置された後、不要樹脂を分離して成形品4を得る。切離した不要樹脂は廃棄する。そして、成形品収納部33に成形品4を1枚ずつ積み立てる。
【0025】
前述した樹脂封止装置1の動作中、例えば材料待ちなどで、プレスユニット21の金型22を生産状態から待機状態に移行し、長時間、停止させることが必要になる場合がある。この場合、作業者が、操作モニター45の画面を図2の画面に切り替え、モード時間の設定時間欄に次の生産までの待機時間を入力する。「金型保温」、「エコモードON」、「エコモードOFF」は、各プレス部毎に設定可能となっているので適宜設定を行う。
【0026】
樹脂封止装置1において、金型22を生産状態から待機状態に移行し、更に生産状態まで復帰させる場合の、金型ヒータ23および基板予熱部ヒータ41のオンオフ制御について、図4のフローチャートを用いて詳細に説明する。
ステップS1で、作業者が、操作モニター45の金型保温ボタンをオンし、金型22を保温位置に移動させる。ステップS2で、作業者は、待機時間を操作モニター45に設定入力する。これと同時に、ステップS3では、本発明に係る省エネモードがオンになり起動する。ステップS4では、省エネ機能が、入力された待機時間から省エネ効果を自動判断する。省エネ効果が無いと判断した場合は、ステップS12に進み、待機時間終了まで金型ヒータ電源24はオン状態を維持する。一方、省エネ効果が有ると判断した場合は、ステップS5に進む。このステップS5では、省エネ機能により自動で電磁接触器61をオフにして、金型ヒータ電源24から金型ヒータ23への電源供給を遮断する。同時に、ステップS6で、省エネ機能により自動で電磁接触器61をオフにして、基板予熱部ヒータ電源42から基板予熱部ヒータ41への電源供給を遮断する。
【0027】
そして、ステップS7で、操作モニター45に生産スケジュールの変更の有無が入力されたか否かを検出し、変更があればステップS13に進む。このステップS13では、作業者が、待機時間を変更するか、あるいは省エネモードを終了するかを選択する。待機時間を変更する場合には、ステップS14に進み、作業者が操作モニター45に待機時間の設定変更を入力する。省エネモードを終了する場合には、ステップS15に進み、作業者が操作モニター45に省エネモードオフを入力する。そして、ステップS16では、省エネモードをオフにされたことにより、シーケンサ54が電磁接触器61をオンにして、金型ヒータ電源24から金型ヒータ23への電源が供給され、同時にステップS17で、電磁接触器61をオンにして、金型予熱部ヒータ電源42から基板予熱部ヒータ41への電源を供給する。そして、ステップS11に進み、金型22の昇温を完了する。
【0028】
ステップS7で、生産スケジュールの変更が無ければ、ステップS8に進み、金型ヒータ23の加熱待機時間、すなわち、金型ヒータ23の所定の電源オン時間が経過したが否かを判別する。電源オン時間に到達していなければステップS7に戻り、待機する。電源オン時間に到達していれば、ステップS9に進み、省エネ機能により電磁接触器61をオンにして、金型ヒータ電源24から金型ヒータ23への電源が供給される。ステップS10では、待機時間終了の所定時間前に電磁接触器61をオンにして、金型予熱部ヒータ電源42から基板予熱部ヒータ41への電源を供給する。そして、ステップS11で金型22の所定温度まで昇温が完了し、ステップS12で待機時間が完了し、設備は使用可能な状態となる。
【0029】
以上のように、省エネ機能が自動的に金型ヒータ23のオンまたはオフを制御するので、作業者によるバラツキを防止できると共に、待機時間中に金型ヒータ23をオフし、待機時の消費電力を抑制できる。また、待機時間の経過前に金型22が昇温しているので、待機時間の経過後すぐに、金型22は通常の加熱および成形を行うことができる。更に、金型ヒータ23と共に基板予熱部ヒータ41をオンまたはオフしているので、より一層、待機時の消費電力を抑制できる。
【0030】
ここで、ステップS8における金型ヒータ23の電源オン時間の算出について、図5を参照しながら説明する。
曲線Aは、降温状態、すなわち生産可能な状態にある金型22が、金型ヒータ電源24をオフされた場合における、金型22の温度の低下を示す。曲線Bは、金型ヒータ電源24をオフにした後、金型ヒータ電源24をオンにした場合の金型22の昇温変化を示す。棒線Cは、金型ヒータ電源24をオンにしてから1時間毎の消費電力量を示す。
【0031】
また、図中、TM1は昇温状態からの金型22の温度降下時間、TM2は冷温状態からの金型22の温度上昇時間、TMP1はTM1間の降下温度、TMP2はTM2間の昇温温度、PW1はTM1間の金型ヒータ23の消費電力、PW2はTM2間の金型ヒータ23の消費電力を示す。
【0032】
金型ヒータ23の電源オフ時間を算出するために必要な以下の3つの条件について説明する。
条件1として、待機時間TM=TM1+TM2であることを確認する。すなわち、待機時間はTM1とTM2との組合せである。
条件2として、TMP1<TMP2、またはTMP1=TMP2を満たすことを確認する。すなわち、条件1が成り立つTM1とTM2との組合せの中で、TMP1とTMP2とを比較する。具体的には、TM1を組合せの最大値から段階的に下げていき、最初にTMP2の方がTMP1より大きくなる組合せを確認する。これは、確実に、待機時間の経過前に金型を昇温するためである。
条件3として、金型ヒータ電源オン状態の消費電力量PW>PW1+PW2を満たすことを確認する。条件1、条件2が成り立つ条件で、PWとPW1+PW2とを比較する。すなわち、金型ヒータ電源オフ時間の消費電力量PW1および金型ヒータ電源オンにした後の消費電力量PW2の合計と、PW1+PW2(TM1+TM2)に相当する時間の金型ヒータ電源オン状態の消費電力量PWとを比較し、金型ヒータ電源オン状態の消費電力より小さいことを確認する。
【0033】
前記3つの条件において、待機時間(TM)が4時間、単位時間を1時間とした場合の最適な金型ヒータの電源オン時間を具体的に検討する。
候補1として、TM1=3時間、TM2=1時間とした場合を検討する。このとき、条件1を満たすが、図5から、TMP1=90℃、TMP2=50℃となり、条件2を満たさない。よって、候補として不適である。
候補2として、TM1=2時間、TM2=2時間とした場合を検討する。このとき、条件1を満たし、かつ、図5から、TMP1=70℃、TMP2=80℃となり、条件2を満たす。そして、条件3を検討すると、待機時間(TM)中、金型ヒータ電源オン状態の消費電力量PW(図10のS部分内の状態)より、省電力機能を使用したPW1+PW2(図5の枠内の合計)の方が少ないので成立する。
候補3として、TM1=1時間、TM2=3時間とした場合を検討する。このとき、条件1を満たし、かつ、図5から、TMP1=35℃、TMP2=150℃となり、条件2を満たす。そして、条件3を検討すると、待機時間(TM)中、金型ヒータ電源オン状態の消費電力量PW(図10のS部分内の状態)より、省電力機能を使用したPW1+PW2の方が少ないので成立する。
【0034】
候補1ないし候補3の中で、条件1ないし条件3が成立するのは候補2および候補3である。これら候補2と候補3とを比較すると、候補3の方がTM3の配分が長く、候補2よりも金型ヒータ電源オン状態が長いため、省電力効果は、候補2の方が大きいと考えられる。従って、TM=4時間の場合、TM1とTM2の最適な配分は候補2となり、金型ヒータ23の電源オフ時間は2時間となる。なお、今回の例は、1時間単位でシミュレーションしているが、実際には10分単位でデータベースを作成し、また、図から読み取るのではなく数値化されているデータベースから算出してもよい。
【0035】
本願発明者らは、本発明に係る樹脂封止装置1について、省エネ効果を確認するための実測を行った。
【0036】
<実施例1>
図6に、設定時間、すなわち待機時間を2時間、3時間および4時間と設定した場合に、省エネモードが有るときの消費電力削減率を、計算値および実測値で示す。この図6から、計算値と実測値とは略同一の値となり、計算値の信頼性が高いことが分かった。
【0037】
従って、計算値を用いて省エネ効果を確認することにする。図7に、待機時間を2時間から4時間および12時間と24時間と設定した場合に、省エネモードが無いときの消費電力に対する省エネモードが有るときの消費電力の削減率を、計算値で示す。
この計算値によれば、待機時間が長くなるほど消費電力の削減率が高くなり、より一層の省エネ効果を得ることが分かった。
【0038】
<実施例2>
同様に、省エネ効果を確認するために、図8に、省エネモード有りの場合の金型22の稼働率に対する金型ヒータ23の消費電力を計算した。
図8において、内部が空白の棒グラフは、本装置1において金型ヒータ23の加熱以外で使用された電力を示す。内部にハッチングがなされた棒グラフは、本装置1において金型ヒータ23を加熱するために使用された電力を示す。また、丸印は個々の金型22の稼働率を示す。本計算結果によれば、金型22の稼働率が0%となる待機時間中の金型22の消費電力量が削減されていることが分かった。
【0039】
<比較例>
図9(A)に、本発明と比較するため、省エネモードが無い場合に一般的に行われる金型ヒータ制御のフローチャートを示す。
ステップS101では、作業者が、手動で金型を保温位置に移動操作する。ステップS102では、作業者が、待機時間の長短を判断する。待機時間が短い場合には、金型ヒータの電源をオンのままで待機状態を維持し、ステップS108に進む。ステップS108では待機時間が終了し、設備が使用可能な状態になる。一方、待機時間が長い場合には、ステップS103に進み、作業者が金型ヒータの電源をオフする。そして、ステップS104では、作業者が生産開始時刻に合わせて、金型ヒータの電源オン時刻をタイマー入力する。ステップS105では、ステップS104で入力した設定時刻に到達したのかをタイマーで監視し、未到達の場合は待機する。到達した場合は、ステップS106に進み、タイマーが自動で金型ヒータの電源をオンする。ステップS107で、金型の昇温が完了し、ステップS108で待機時間が終了となり、生産可能な状態になる。
【0040】
図9(B)に、本発明と比較するため、省エネモードが無い場合に一般的に行われる基板予熱部ヒータ制御のフローチャートを示す。
ステップS201では、作業者が、待機時間の長短を判断する。待機時間が短い場合には、基板予熱部ヒータの電源をオンのままで待機状態を維持し、ステップS206に進む。ステップS206では待機時間が終了し、設備が使用可能な状態になる。一方、待機時間が長い場合には、ステップS202に進み、作業者が基板予熱部ヒータの電源をオフする。ステップS203では、作業者が基板予熱部ヒータの電源オン時刻を監視し、未到達の場合は待機する。到達した場合は、ステップS204に進み、作業者が手動で基板予熱部ヒータの電源をオンする。そして、ステップS205で、基板予熱部の昇温が完了し、ステップS206で待機時間が終了となり、生産可能な状態になる。
【0041】
前述した比較例の中で、ステップS102において作業者が、待機時間は短いと判断した場合の消費電力を確認する実測を行った。この実測結果を図10に示す。図10において、内部が空白の棒グラフは、この装置において金型ヒータ以外で使用された1時間あたりの電力を示す。内部にハッチングがされた棒グラフは、この装置において金型ヒータで使用された1時間あたりの電力を示す。また、丸印は金型の稼働率を示す。
本実測結果によれば、金型の稼働率が0%となる待機時を示すS部分の時間帯においても、金型ヒータで毎時2kwhの電力が多く消費されていることが分かった。
【0042】
従って、図8と図10とから明らかなように、本発明によれば、金型ヒータの消費電力を確実に削減できることが分かった。
【符号の説明】
【0043】
1 樹脂封止装置
3 基板
10 材料供給ユニット
22 金型
23 金型ヒータ
40 基板予熱部
41 基板予熱部ヒータ
51 パソコン(制御手段)
54 シーケンサ(制御手段)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
金型ヒータを有する金型と、前記金型に基板を供給する材料供給ユニットと、前記材料供給ユニットの基板を前記金型に搬入すると共に、前記金型から成形された基板を搬出する搬送ユニットと、生産を中断中の前記金型の待機時間中に、前記金型ヒータをオフにした後、前記待機時間の経過前に前記金型が所定温度に達すように前記金型ヒータをオンする制御手段とを備えた樹脂封止装置において、
前記制御手段は、生産を中断中の前記金型の待機時間から前記金型の昇温時間を差し引いた前記金型ヒータの加熱待機時間の経過後に、前記金型ヒータをオンすることを特徴とする樹脂封止装置。
【請求項2】
前記基板を金型に搬入する前に予熱する基板予熱部ヒータを備え、
前記制御手段は、前記金型ヒータと共に前記基板予熱部ヒータを同時にオンまたはオフすることを特徴とする請求項1に記載の樹脂封止装置。
【請求項3】
前記金型ヒータの加熱待機時間は、前記金型ヒータをオンした後における前記金型の昇温が早いほど、長くなることを特徴とする請求項1または2に記載の樹脂封止装置の制御方法。
【請求項4】
前記金型ヒータの加熱待機時間は、前記金型ヒータをオンした後における前記金型の昇温が遅いほど、短くなることを特徴とする請求項1または2に記載の樹脂封止装置の制御方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2013−86326(P2013−86326A)
【公開日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−228038(P2011−228038)
【出願日】平成23年10月17日(2011.10.17)
【出願人】(592028846)第一精工株式会社 (94)
【Fターム(参考)】