JP5179224B2 - 鍵盤装置 - Google Patents
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Description
(1)鍵11が操作されない初期状態では、仮想ハンマは、鍵11により駆動される状態である。仮想ハンマが鍵11に接触し、鍵11によって駆動されている場合は、仮想ハンマの変位は、鍵11の変位により一意に決まる。この仮想ハンマが鍵11に接触している場合の、鍵変位xに対するハンマ変位を静止ハンマ位置と称し、その静止ハンマ位置を表す曲線を静止ハンマ曲線と称す。この静止ハンマ曲線については、図3を参照して後述する。
(2)仮想ハンマが鍵11に接触している場合の仮想ハンマの速度は、鍵11の変位における変位の変化率、すなわち静止ハンマ曲線の傾き、に鍵速度を乗じたものである。静止ハンマ曲線を数式で表すことができ、その数式を微分することができれば、静止ハンマ曲線の傾きも数式を用いて求めることができる。
(3)所定時間毎に鍵変位xと鍵速度とを取得し、その鍵変位と鍵速度とに基づいて、仮想ハンマが鍵11と接触している場合の仮想ハンマの変位と仮想ハンマの速度とを求めることができる。
(4)仮想ハンマが鍵11に接触していると判定された場合は、上記と同様に、鍵変位xと鍵速度とに基づいて仮想ハンマのハンマ変位とハンマ速度とを求めることができる。仮想ハンマが鍵11に接触していないと判定された場合は、仮想ハンマが重力加速度により加速されているとして、ハンマ速度を求め、その求められたハンマ速度に基づいてハンマ変位を求めることができる。
(5)このようにして仮想ハンマの変位と速度とを求め、仮想ハンマの変位が静止ハンマ位置の最大値h_maxを超えた場合の仮想ハンマの速度が所定値v以上である場合に、音源20に対して楽音を発生するように指示を行う。この所定値vは、初速度が重力加速度により減速されても仮想ハンマが弦に到達して打弦する最小の初速度である。
n=v/g (数式1)
一方、仮想ハンマは、最小の初速度をvとし、n回で仮想ハンマが距離jを上昇するので、距離jは、次式により算出することができる。
h_max=1/(2A)+C
となる。
h’=1−A(x−C) (数式4)
従って、仮想ハンマが鍵11に接触している場合の仮想ハンマの変位であるハンマ変位とハンマ速度を求めることができる。
ハンマ暫定速度=−[ハンマ暫定速度×(1−損失)]
次に、ハンマ暫定変位を、次式により算出する(S8)。
ハンマ暫定変位=打弦位置−(ハンマ暫定変位−打弦位置)×(1−損失)
ここで、この損失とは、仮想ハンマが弦を打撃した際に発生するエネルギー損失であり、実測などによれば約0.8である。即ち、仮想ハンマが弦に衝突する前の速度の絶対値に、0.2を乗じた値が、仮想ハンマが弦に衝突した後の速度の絶対値となる。
<その他>
<手段>
技術的思想1の鍵盤装置は、鍵の連続する変位である鍵変位を取得する鍵変位取得手段と、前記鍵の速度である鍵速度を取得する鍵速度取得手段と、前記鍵により駆動され前記鍵との接触から離脱して運動する仮想的なハンマである仮想ハンマが前記鍵に接触しているかを判定する接触判定手段と、その接触判定手段により前記鍵が前記仮想ハンマに接触していると判定された場合は、前記鍵変位取得手段により取得された鍵変位と前記鍵速度取得手段により取得された鍵速度とに基づいて前記仮想ハンマの変位であるハンマ変位と仮想ハンマの速度であるハンマ速度とを取得するハンマ状態取得手段と、そのハンマ状態取得手段により取得されたハンマ変位とハンマ速度とに基づいて楽音の発生を指示する指示手段とを備えていることを特徴とする鍵盤装置。
技術的思想2の鍵盤装置は、技術的思想1の鍵盤装置において、前記ハンマ速度を仮想ハンマに作用する復元力に基づいて更新するハンマ速度更新手段を備え、前記接触判定手段は、仮想ハンマが鍵に接触しているか否かを判定するものであり、前記ハンマ状態取得手段は、前記接触判定手段により仮想ハンマが鍵に接触していないと判定された場合は、前記ハンマ速度更新手段によりハンマ速度を取得するものである。
技術的思想3の鍵盤装置は、技術的思想1または2の鍵盤装置において、前記鍵変位取得手段および鍵速度取得手段は、所定時間毎に鍵変位と鍵速度とを取得し、前記ハンマ状態取得手段は、前記所定時間毎にハンマ変位とハンマ速度とを取得するものであり、前記ハンマ状態取得手段により取得された前回のハンマ変位とハンマ速度とに基づいて、今回の仮想ハンマの暫定位置であるハンマ暫定変位を取得するハンマ暫定状態取得手段を備え、前記接触判定手段は、そのハンマ暫定状態取得手段により取得されたハンマ暫定変位と前記鍵変位取得手段により取得された鍵変位とに基づいて仮想ハンマが鍵に接触しているか否かを判定するものである。
技術的思想4の鍵盤装置は、技術的思想1または2の鍵盤装置において、前記鍵変位取得手段および鍵速度取得手段は、所定時間毎に鍵変位と鍵速度とを取得し、前記ハンマ状態取得手段は、前記所定時間毎にハンマ変位とハンマ速度とを取得し、前記接触判定手段は、前記所定時間毎に仮想ハンマが鍵に接触しているか否かを判定するものであり、前記ハンマ状態取得手段により取得された前回のハンマ変位とハンマ速度と前記接触判定手段により判定された結果とに基づいて仮想ハンマの暫定位置であるハンマ暫定変位を取得するハンマ暫定状態取得手段を備え、前記接触判定手段は、そのハンマ暫定状態取得手段により取得されたハンマ暫定変位と前記鍵変位取得手段により取得された鍵変位とに基づいて今回、仮想ハンマが鍵に接触しているか否かを判定するものである。
技術的思想5の鍵盤装置は、技術的思想1から4のいずれかの鍵盤装置において、前記仮想ハンマが鍵に接触している状態における鍵変位に対する仮想ハンマの位置である静止ハンマ位置を示す関数を記憶する関数記憶手段を備え、前記ハンマ状態取得手段は、前記ハンマ変位とハンマ速度とを前記鍵変位取得手段により取得された鍵変位と前記鍵速度取得手段により取得された鍵速度とに基づいて、前記関数記憶手段に記憶された関数を用いることにより取得する。
技術的思想6の鍵盤装置は、鍵の連続する変位である鍵変位を取得する鍵変位取得手段と、前記鍵の速度である鍵速度を取得する鍵速度取得手段と、前記鍵により駆動され前記鍵との接触から離脱して運動する仮想的なハンマである仮想ハンマが鍵に接触している状態における鍵の変位に対する仮想ハンマの位置である静止ハンマ位置を示す関数を記憶する関数記憶手段と、前記仮想ハンマの変位であるハンマ変位と仮想ハンマの速度であるハンマ速度とを前記鍵変位取得手段により取得された鍵変位と前記鍵速度取得手段により取得された鍵速度とに基づいて、前記関数記憶手段に記憶された関数を用いることにより取得するハンマ状態取得手段と、そのハンマ状態取得手段により取得されたハンマ変位とハンマ速度とに基づいて楽音の発生の開始を指示する指示手段とを備えている。
技術的思想7の鍵盤装置は、技術的思想5または6の鍵盤装置において、前記関数記憶手段に記憶される関数は、鍵が停止している位置から所定の位置までは一次関数であり、その所定の位置以上の鍵の位置においては、その鍵の所定の位置において前記一次関数により形成される直線に接するとともに、上に凸の放物線を描く二次関数である。
技術的思想8の鍵盤装置は、技術的思想1から7のいずれかの鍵盤装置において、前記ハンマ状態取得手段により取得されたハンマ変位が前記鍵に接触しない所定位置に至ったときの前記ハンマ状態取得手段により取得されたハンマ速度である初速度が所定値以上であるかを判定する初速度判定手段を備え、前記指示手段は、前記仮想ハンマの初速度が所定値以上であると判定された場合に、楽音の発生の開始を指示するものである。
<効果>
技術的思想1の鍵盤装置によれば、鍵の連続する変位である鍵変位が鍵変位取得手段により取得され、鍵の速度である鍵速度が鍵速度取得手段により取得される。その鍵により駆動される仮想ハンマを想定し、その仮想ハンマは、実際のハンマのように、鍵により駆動されることにより、鍵との接触から離脱して運動を行う。その仮想ハンマが鍵に接触して、鍵により駆動されている状態であるかが接触判定手段により判定される。そして、その接触判定手段により鍵が仮想ハンマに接触していると判定された場合は、仮想ハンマの変位であるハンマ変位と仮想ハンマの速度であるハンマ速度とを鍵変位取得手段により取得された鍵変位と鍵速度取得手段により取得された鍵速度とに基づいてハンマ状態取得手段により取得される。よって、アコースティックピアノにおけるハンマの動作を忠実に模擬することができる。そして、その取得されたハンマ変位とハンマ速度とに基づいて指示手段により楽音の発生指示が行われるので、アコースティックピアノのようなハンマを備えた鍵盤おける操作に対応した楽音の発生を行うことができるという効果がある。
技術的思想2の鍵盤装置によれば、技術的思想1の鍵盤装置の奏する効果に加え、次のような効果を奏する。技術的思想2の鍵盤装置によれば、ハンマ速度を仮想ハンマに作用する復元力に基づいて更新するハンマ速度更新手段を備えている。この復元力は、グランドピアノの場合は、重力であり、アップライトピアノであれば、バネなどであって、仮想ハンマに作用して仮想ハンマが弦に向かって運動する速度を減少させる力である。
ハンマ状態取得手段は、接触判定手段により仮想ハンマが鍵に接触していないと判定された場合は、ハンマ速度更新手段によりハンマ速度を取得するものであるので、アコースティックピアノなどにおけるハンマが鍵による駆動から離脱して運動を行っている状態を忠実に模擬することができるという効果がある。
技術的思想3の鍵盤装置によれば、技術的思想1または2の鍵盤装置の奏する効果に加え、次のような効果を奏する。即ち、鍵変位取得手段および鍵速度取得手段は、所定時間毎に鍵変位と鍵速度とをそれぞれ取得し、ハンマ状態取得手段は、所定時間毎にハンマ変位とハンマ速度とを取得する。ハンマ状態取得手段により取得された前回のハンマ変位とハンマ速度とに基づいて、今回の仮想ハンマの暫定位置であるハンマ暫定変位がハンマ暫定状態取得手段により取得され、接触判定手段は、そのハンマ暫定状態取得手段により取得されたハンマ暫定変位と鍵変位取得手段により取得された鍵変位とに基づいて仮想ハンマが鍵に接触しているか否かを判定する。アコースティックピアノにおいて鍵が押下される場合、ハンマは鍵により加速され、そのハンマの速度が速い場合は、鍵との接触を離脱して打弦する。技術的思想3によれば、仮想ハンマが鍵の駆動から離脱する様子を、鍵の変位および速度を所定時間間隔で離散的に検出することにより、コンピュータなどを用いて容易に模擬することができるという効果がある。
技術的思想4の鍵盤装置によれば、技術的思想1または2の鍵盤装置の奏する効果に加え、次のような効果を奏する。即ち、鍵変位と鍵速度とは、鍵変位取得手段および鍵速度取得手段により所定時間毎にそれぞれ取得され、接触判定手段により、所定時間毎に仮想ハンマが鍵に接触しているか否かが判定される。ハンマ状態取得手段により取得された前回のハンマ変位とハンマ速度と接触判定手段により判定された結果とに基づいて仮想ハンマの暫定位置であるハンマ暫定変位がハンマ暫定状態取得手段により取得され、接触判定手段により、仮想ハンマが鍵に接触しているか否かが、そのハンマ暫定状態取得手段により取得されたハンマ暫定変位と鍵変位取得手段により取得された鍵変位とに基づいて判定される。アコースティックピアノにおいて鍵が押下される場合、ハンマは鍵により加速され、そのハンマの速度が速い場合は、鍵との接触を離脱して打弦する。技術的思想4によれば、仮想ハンマが鍵の駆動から離脱する様子を、鍵の変位および速度を所定時間間隔で離散的に検出することにより、コンピュータなどを用いて容易に模擬することができるという効果がある。
技術的思想5の鍵盤装置によれば、技術的思想1から4のいずれかの鍵盤装置の奏する効果に加え、仮想ハンマが鍵に接触している状態における鍵変位に対する仮想ハンマの位置である静止ハンマ位置を示す関数を記憶する関数記憶手段を備え、ハンマ状態取得手段は、ハンマ変位とハンマ速度とを鍵変位取得手段により取得された鍵変位と鍵速度取得手段により取得された鍵速度とに基づいて、関数記憶手段に記憶された関数を用いることにより取得するので、関数記憶手段に記憶された関数に基づいて、仮想ハンマが鍵により駆動されているか、鍵による駆動から離脱して運動しているかを判定することができるとともに、仮想ハンマが鍵に接触している場合には、鍵の変位を鍵の速度を容易に求めることができるという効果がある。
技術的思想6の鍵盤装置によれば、鍵の連続する変位である鍵変位が鍵変位取得手段により取得され、鍵の速度である鍵速度が鍵速度取得手段により取得される。その鍵により駆動される仮想ハンマを想定し、その仮想ハンマは、鍵に駆動されることにより加速され、鍵との接触から離脱して運動を行う。その仮想ハンマが鍵に接触している状態における鍵の変位に対する仮想ハンマの位置である静止ハンマ位置を示す関数が関数記憶手段に記憶され、仮想ハンマの変位であるハンマ変位と仮想ハンマの速度であるハンマ速度とが鍵変位取得手段により取得された鍵変位と鍵速度取得手段により取得された鍵速度とに基づいて、関数記憶手段に記憶された関数を用いることによりハンマ状態取得手段により取得される。よって仮想ハンマが鍵により駆動されているか、鍵の駆動から離脱して運動を行っているかを判定することができるとともに、仮想ハンマが鍵に接触している場合には、ハンマの変位と速度とを容易に求めることができるという効果がある。また、この関数をアコースティックピアノのアクションの特性に近似させることにより、アコースティックピアノのハンマの動作に近似した仮想ハンマの動作を取得することができ、その結果、アコースティックピアノにより発生される楽音を模擬することができる。
技術的思想7の鍵盤装置によれば、技術的思想5または6の鍵盤装置の奏する効果に加え、関数記憶手段に記憶される関数は、鍵が停止している位置から所定の位置までは一次関数であり、その所定の位置以上の鍵の位置においては、その鍵の所定の位置において、その一次関数により形成される直線に接するとともに、上に凸の放物線を描く二次関数であるので、簡単な数式により静止ハンマ位置を示す関数を記憶することができる。また、鍵速度からハンマ速度を求める場合に、静止ハンマ位置を示す関数を微分した関数が必要であるが、二次関数を微分した一次関数も簡単な数式であるので、鍵速度からハンマ速度を演算により容易に求めることができるという効果がある。
技術的思想8の鍵盤装置によれば、技術的思想1から7のいずれかの鍵盤装置の奏する効果に加え、ハンマ状態取得手段により取得されたハンマ変位が鍵に接触しない所定位置に至ったときのハンマ状態取得手段により取得されたハンマ速度である初速度が所定値以上であるかを判定する初速度判定手段を備え、指示手段は、仮想ハンマの初速度が所定値以上であると判定された場合に、楽音の発生の開始を指示するので、仮想ハンマの変位が弦の位置に到達する前に、楽音の発生の開始を指示することができるので、音源から楽音が発生されるタイミングを遅延させることがないという効果がある。
2 CPU
3 ROM
4 RAM
7 センサ
20 音源
S2 鍵変位取得手段
S3 鍵速度取得手段
S5 ハンマ暫定状態取得手段
S9 ハンマ状態取得手段
S32 接触判定手段
S55 指示手段
Claims (4)
- 鍵の連続する変位である鍵変位を取得する鍵変位取得手段と、
前記鍵の速度である鍵速度を取得する鍵速度取得手段と、
前記鍵により駆動され前記鍵との接触から離脱して運動する仮想的なハンマである仮想ハンマが前記鍵に接触しているかを判定する接触判定手段と、
前記接触判定手段により前記鍵が前記仮想ハンマに接触していると判定された場合は、前記鍵変位取得手段により取得された鍵変位と前記鍵速度取得手段により取得された鍵速度とに基づいて前記仮想ハンマの変位であるハンマ変位と仮想ハンマの速度であるハンマ速度とを取得し、前記鍵が前記仮想ハンマに接触していないと判定された場合は、前回取得したハンマ速度を仮想ハンマに作用する復元力に基づいて更新したハンマ速度と、前回取得したハンマ変位を前記更新したハンマ速度に基づいて更新したハンマ変位とを取得するハンマ状態取得手段と、
前記ハンマ状態取得手段により取得されたハンマ変位とハンマ速度とに基づいて楽音の発生の開始を指示する指示手段と、
前記仮想ハンマが鍵に接触している状態における鍵変位に対する仮想ハンマの位置である静止ハンマ位置を示す関数を記憶する関数記憶手段とを備え、
前記ハンマ状態取得手段は、前記ハンマ変位とハンマ速度とを前記鍵変位取得手段により取得された鍵変位と前記鍵速度取得手段により取得された鍵速度とに基づいて、前記関数記憶手段に記憶された関数を用いることにより取得することを特徴とする鍵盤装置。 - 鍵の連続する変位である鍵変位を取得する鍵変位取得手段と、
前記鍵の速度である鍵速度を取得する鍵速度取得手段と、
前記鍵により駆動され前記鍵との接触から離脱して運動する仮想的なハンマである仮想ハンマが鍵に接触している状態における鍵の変位に対する仮想ハンマの位置である静止ハンマ位置を示す関数を記憶する関数記憶手段と、
前記仮想ハンマの変位であるハンマ変位と仮想ハンマの速度であるハンマ速度とを前記鍵変位取得手段により取得された鍵変位と前記鍵速度取得手段により取得された鍵速度とに基づいて、前記関数記憶手段に記憶された関数を用いることにより取得するハンマ状態取得手段と、
前記ハンマ状態取得手段により取得されたハンマ変位とハンマ速度とに基づいて楽音の発生の開始を指示する指示手段とを備えていることを特徴とする鍵盤装置。 - 前記関数記憶手段に記憶される関数は、鍵が停止している位置から所定の位置までは一次関数であり、その所定の位置以上の鍵の位置においては、その鍵の所定の位置において前記一次関数により形成される直線に接するとともに、上に凸の放物線を描く二次関数であることを特徴とする請求項1または2記載の鍵盤装置。
- 前記ハンマ状態取得手段により取得されたハンマ変位が前記鍵に接触しない所定位置に至ったときの前記ハンマ状態取得手段により取得されたハンマ速度である初速度が所定値以上であるかを判定する初速度判定手段を備え、
前記指示手段は、前記仮想ハンマの初速度が所定値以上であると判定された場合に、楽音の発生の開始を指示するものであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の鍵盤装置。
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