JP5354449B2 - 水栓装置 - Google Patents
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Description
られ、マイクロ波などを利用した電波センサを用いて吐水流の吐水を制御する水栓装置に
関する。
ことにより人体などの被検知体を検知することができるので、これを検知手段として水栓
装置の吐水の自動制御に使用する技術が知られている。
例えば、人体を検知して吐水を自動制御する装置としては、人体や金属物などを被検知
体として、その被検知体からの反射電波の強度をもとに被検知体の有無を検知し、被検知
体を検知した場合には吐水を行う装置が知られている。
ここで、電波のドップラー効果を利用して動体を検知し、外部機器の制御を行う技術が
提案されている(特許文献1を参照)。
また、送信波と受信波の干渉により生じる定在波を検波して得られた検波信号に基づい
て静止した人体の検知を行う技術が提案されている(特許文献2を参照)。すなわち、定在波を検波することで直流成分からなる検波信号を取り出して、これに基づいて静止した人体の検知を行う技術が提案されている。
とによって、誤検知を低減し、さらに最適なタイミングで吐水を行うことができる水栓装
置が提供される。
同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、本発明の実施の形態に係る水栓装置を例示するための模式斜視図である。
また、図2は、水栓装置の構成を表すためのブロック図である。
図1、図2に示すように水栓装置1は、センサ部100と、制御部200と、バルブ2
50と、吐水部30と、を備えている。センサ部100は、マイクロ波あるいはミリ波な
どの高周波の電波を放射(送信)し、放射した電波の被検知体からの反射波を受信して、
被検知体の有無を検知し、その検知信号を出力する電波センサである。
制御部200は、後に詳述するように、センサ部100からケーブル150を通して出
力された検知信号を所定の周波数帯域に分別し、分別された検知信号に基づいて吐水部3
0からの吐水の可否を判定し、バルブ250の開閉を制御する。
吐水部30とバルブ250とは、配水管10によって接続されている。バルブ250は
、吐水部30への水路を開閉する。すなわち、バルブ250が開放されている場合には、
水は配水管10の内部を通り、吐水部30が有する吐水口32から吐水される。一方、バ
ルブ250が閉止されている場合には、水が吐水口32から吐水されることはない。なお
、本願明細書において「水」という場合には、「湯」や「温水」を含むものとする。また
、配水管10の経路上に湯を生成する給湯器等を設置した場合においては、制御部200
から送信されるバルブ250を駆動するための信号に基づいて給湯器等を駆動することに
より、適温の湯を供給することも可能となる。
部40は、吐水流34が着水する受水面41を有する。また、受水部40は、受水面41
の周囲に設けられた左側面42と、後面43と、右側面44と、前面45と、をさらに有
する(以下、左側面42と、後面43と、右側面44と、前面45と、の少なくともいず
れかを「側面」とも言う)。なお、受水面41と、左側面42、後面43、右側面44、
前面45などと、の境界は必ずしも明瞭である必要はない。例えば、受水面41と前面4
5との間が連続的な曲面により形成されていてもよい。また、受水面41と側面とは垂直
の関係では無く、受水面41と側面とが識別可能な角度又は形状で形成されていてもよい
。特に洗面器等においては、大部分が曲面で形成されているため、側面の識別が困難であ
るが、そのような形状の場合には、受水面41と異なる角度で形成され、且つ直接吐水を
受けることが無い面を側面とすることができる。更に、受水面41は、水平面で形成され
るものに限定されず、傾きを持って形成されたものでもよい。また側面はすべて深さ方向
に対して同じ長さを有することなく、受水面41及び受水部40全体の形状に応じて変化
してもよい。吐水口32から吐水された吐水流34は、矢印(流れ方向)302のように
受水面41に対して斜め方向に着水する。但し、これだけに限られるわけではなく、例え
ば、受水面41に対して略垂直方向に着水してもよい。
00は、マイクロ波あるいはミリ波などの高周波の電波を放射(送信)し、放射した電波
の被検知体からの反射波を受信して、被検知体に関する情報(被検知体の有無や状態)を
検知し、その検知信号を出力する電波センサである。
の電波が放射されやすいように、受水部40の材質は、例えば樹脂や陶器などのように、
比誘電率が低い材質(例えば、εr=2〜6近傍)であることが好ましい。ただし、受水
部の材質が金属であっても、少なくともセンサ部100の前面を覆う部分に非誘電率の低
い材料である樹脂や陶器などからなる図示しない窓部などを設けるようにしてもよい。
が、これに限定されるわけではない。例えば、センサ部100を吐水部30が設けられた
側の側面以外の側面(左側面42、右側面44、前面45)に設けるようにすることがで
きる。
吐水部30と対峙する側面(前面45)にセンサ部100を設けるようにすれば、水栓装置1の使用者側の外側における吐水動作以外の動作(身体の接近など)を誤検知することなく、吐水動作である吐水部30に差し出される手(被検知体)を判断することができる。
センサ部100が前面45に設置されることで、手が吐水装置1内に入った際にすぐ吐水を開始させることができるので、従来よりも早いタイミングで吐水を開始させることが可能となる。その結果、吐水部30から吐水される吐水流34に対して手を差し出せばよいので迷わずに洗浄を行うことも可能となる。
部(例えばスイッチなど)を設けることができる。そのようにすれば、センサ部100を
設置している受水部40の掃除をする場合などにおいて、上記切替部によりセンサ部10
0をOFF状態にして吐水が行われないように設定することができる。その結果、受水部
40の掃除をする場合などにセンサ部100の検知範囲内に手が進入した場合でも、誤検
知による吐水を防ぐことが可能となる。なお、切替部の設置に関しては、受水部40近傍
で、使用者が操作しやすい部分に設置することが望ましい。例えば、受水部40を使用す
る際に使用者が立つ場所の近傍などに設置することができる。また、切替部はセンサ部1
00のON/OFFの切替に用いられるため、頻繁に使用されることが無い。また、OF
F状態に操作された場合にはセンサ部100が駆動することがない。そのため、受水部4
0の表面に露出させず、隠蔽できるように設置することが望ましい。例えば、開閉可能な
収納部などに切替部を設けることができる。
にセンサ部100を設けるようにすることができる。このような構成は、特にキッチンの
ように吐水部30と対峙する側面以外の方向から水栓装置1を使用する場合に適している。
るようにすれば、例えば左側面42または右側面44の側から水栓装置1を使用する場合
においては、立ち位置から吐水部30までの手の動線上に検知範囲が設けられることにな
る。そのため、吐水操作を行うためだけに手を動かす必要がなくなり、動線上における手
の移動だけで吐水をさせることが可能となる。
また、吐水部30と対峙する位置から水栓装置1を使用する場合においても、対峙する
側面(前面45)側から左右方向の側面(左側面42、右側面44)に設けられたセンサ
部100を目視又は認識することが容易となる。また、光電センサのように検知位置が不
明確となり吐水操作を行うための検知位置が何処にあるのかを迷うということも低減させ
ることができる。
とで、五感による識別ができるようにすることもできる。そのようにすれば、吐水操作を
行うための検知位置が何処にあるのかを明確にすることができるので、操作のための動作
を更に容易にすることができる。報知手段としては、例えば、光の点灯/消灯による報知
や、音声による報知等を行うものを例示することができる。報知手段は、水栓装置の設置
環境に応じて適宜選択することが望ましい。例えば、公共施設等に設置された水栓装置に
おいては、周囲の雑音が大きいため音声では認識できない。このような場合においては、
光の点灯/消灯による報知とすることで、使用者に対して確実な報知を行うことが可能と
なる。
センサ部100には、アンテナ112、送信部114、受信部116、ミキサ部118
が設けられている。送信部114に接続されたアンテナ112からは、高周波、マイクロ
波あるはミリ波などの10kHz〜100GHzの周波数帯の電波が放射される。具体的
には、アンテナ112からは、例えば10.525GHzの周波数を有する送信波T1が
放射される。人体などの被検知体からの反射波または透過波T2は、アンテナ112を経
由して受信部116に入力される。ここで、アンテナは、図3(a)に表したように送信
側と受信側とを共通としてもよく、または、図3(b)に表したように、送信部114に
はアンテナ112aを接続し、受信部116にはアンテナ112bを接続してもよい。
送信波の一部と受信波とは、ミキサ部118にそれぞれ入力されて合成され、例えばド
ップラー効果が反映された検知信号(反射信号)が出力される。ミキサ部118から出力
された検知信号は、制御部200に向けて出力される。
0が設けられている。ここで、制御部200についてさらに説明をする。
図4に示すように、制御部201には、フィルタ211、第1のフィルタ212、フィルタ部213、バルブ制御部241が設けられている。センサ部100に設けられているミキサ部118から出力された検知信号は、まずフィルタ211において直流成分が取り除かれる。この際のフィルタリング周波数は、例えば人体の動きを検知し、それ以外の外乱を低減させるという目的より、例えば0.1Hzから100Hz未満とすることができる。
いベースラインに周波数の高い信号が重畳した波形を有する。この高周波数成分には、ド
ップラー効果に関する情報が含まれている。そのため、フィルタ211において直流成分を取り除くことでドップラー効果に関する情報を含むドップラー周波数信号のみを取り出すようにしている。
フトする。ドップラー周波数ΔF(Hz)は、下記の式(1)により表すことができる。
ΔF=Fs−Fb=2×Fs×v/c ・・・式(1)
但し、Fs:送信周波数(Hz)
Fb:反射周波数(Hz)
v:物体の移動速度(m/s)
c:光速(=300×106m/s)
センサ部100に対して被検知体が相対的に移動すると、式(1)で表されるように、
その速度vに比例した周波数ΔFを含む検知信号が得られる。検知信号は周波数スペクト
ラムを有し、スペクトラムのピークに対応するピーク周波数と移動体の速度vとの間には
相関関係がある。そのため、フィルタ211を介することで取り出されたドップラー周波数ΔFを測定するようにすれば、速度vを求めることができる。また、第1のフィルタ212、フィルタ部213を有する周波数分別部209を介することでさらに所定の周波数帯域に分割し、各周波数帯域の移り変わりを見れば速度の変化(減速/加速)を知ることができる。そして、例えば、バルブ制御部241により減速していることが確認された場合には、バルブ250を開放して吐水を行うようにすることができる。なお、日本においては、人体を検知する目的には10.50〜10.55GHzまたは24.05〜24.25GHzの周波数が使用できる。
対して接近してくる手の動きや水栓装置近傍における手の動きを検知することができる。
しかしながら、接近しているときと、到達地点に停止しようとする動作を確実に識別しなければ、あらゆる手の接近動作を検知してしまうため、例えば、水栓近傍に物を置く、または水栓近傍にある物を取るような水栓装置近傍で行われる、吐水動作ではない動きに対しても吐水を行ってしまうおそれがある。
た検知信号を分割して、第1のフィルタ212を通過した信号と、フィルタ部213を通過した信号と、に基づいて吐水部30からの吐水の可否を判定するようにしており、、被検知体の動作変化の順序から被検知体が停止直前であるか否かを判定するようにしている。そのため、被検知体とその動作状態の詳細を把握することができ、誤検知を防止することが可能となる。例えば、フィルタ部213を通過した信号から被検知体が加速している状態が検知された場合には、水栓装置1の吐水操作を行うための動作ではないと判断することができるので、誤検知を防止することができる。そして、吐水を禁止することによって、誤検知による吐水を防止することができる。
ことができ、最適なタイミングで吐水を行うことができるようになる。例えば、後述するように、フィルタ部213を通過した信号を検知した後に第1のフィルタ212を通過した信号を検知したことに基づいて被検知体が減速している状態が検知でき、さらに続いてフィルタ部213を通過した信号が検知されないことに基づいて被検知体が停止直前となった状態が検知された場合には、水栓装置1の吐水操作を行うための動作と判断することができる。減速の判断を入れることにより、バルブ制御部240により直ちにバルブ250を開放してタイムリーなタイミングで吐水を行うことができる。
定されるわけではない。例えば、後述するように検知信号を3つ以上に分割して、高い周
波数の検知信号の分割数を複数にすることもできる(図8〜図10を参照)。そのように
すれば、被検知体の動作状態の解析をさらに詳細に行うことができる。
図5、図6、図7は、バルブ制御部における判定方法を例示するための模式グラフ図である。なお、図5(a)、図6(a)、図7(a)は、第1のフィルタ212を通過する検知信号の様子を表したものであり、図5(b)、図6(b)、図7(b)は、フィルタ部213を通過する検知信号の様子を表したものである。なお、各図とも縦軸は電圧を表し、横軸は時間を表している。
行われると使用者の袖口などを濡らしてしまう等の不具合が発生するおそれがある。しか
しながら、バルブ制御部240における判定においては、検知信号が検知される順序から
被検知体の動作状態(動作の軌跡)をも正確に把握することができる。そのため、このよ
うな意図しない吐水が行われることもなく、また迅速で正確な判定を行うことができるの
で最適なタイミングで吐水を行うことができる。
バルブ制御部240における判定要素としては、例えば、センサ部100から出力され
た検知信号をフィルタリングした信号の振幅値、周波数値、時間などを例示することがで
きる。
ば、振幅値が閾値を順に超えて行くことを検知することができる。そのため、例えば、フ
ィルタ213を通過する検知信号に対して3つ以上の閾値を設けるようにすれば、被検
知体がどの範囲を移動しているのかを識別することが可能となる。その結果、被検知体物
体の動作、位置などを正確かつ確実に把握することが可能となり、例えば、水を切る動作
のような吐水口近傍では行われにくい動作に対しての誤検知を防ぐことができる。
。この場合、例えば、振幅の極値を結んだ直線(基準値に対して片側ずつ、または整流し
た場合には各極値)の傾きによって、接近/離遠の判定を行うことができる。ここで、個
々の被検知体により反射量が変化するため、前述した振幅値も変化する場合がある。その
ような場合、波形の傾きを用いた判定を行うようにすれば、個々の被検知体に合わせて閾
値などを設定する必要がなく、傾き量だけでおよその距離を把握することができる。その
ため、容易に被検知体の移動(接近/離遠)の判断を行うことが可能となる。また、セン
サ部100(電波センサ)の放射ベクトル方向とは異なる方向から検知範囲内に物体が進
入した場合には、波形の傾きが急になる。そのため、このような動きを知ることができ、
これに対してより確実な吐水制御を行うことができる。すなわち、キッチンのような多方
向から手などの被検知体が差し出される場合の判定要素として有効である。
波形の極値の個数に関しては、前述した振幅値と組み合わせることで、時間と同じよう
な基準として用いることが可能となる。
時間に関しては、例えば、振幅値と組み合わせることにより誤検知などの判断に用いる
ことができる。前述した振幅値を用いた判定においては、ノイズ等により瞬間的に閾値を
超えてしまう可能性がある。そのような場合であっても、閾値を超えた時間によって判定
を行うようにすれば、ノイズによる誤検知を防止することができるので、より精度良く検知することが可能となる。
また、図9、図10は、バルブ制御部における判定方法を例示するための模式グラフ図である。図8に示すように、制御部203には、周波数分別部216、バルブ制御部240が設けられている。また、周波数分別部216には、第1のフィルタ210aとフィルタ部215とが設けられている。前述したように、第1のフィルタ210aは停止直前の被検知体を検知するために、低周波成分の検知信号を通過させるフィルタであり、例えば、0.1〜10Hz程度の周波数帯域に設定される(第1の周波数帯域)。また、フィルタ部215は第1のフィルタ210aの第1の周波数帯域よりも高い周波数の検知信号を通過させるフィルタを備えている。
めに、複数の異なる周波数帯域を有するフィルタを並列接続した構成としている。すなわ
ち、図8に例示をするものの場合には、フィルタ部215をフィルタ215a、フィルタ
215b、・・・、フィルタ215n(n:整数)のn個のフィルタで構成するようにし
ている。なお、各フィルタは、異なる周波数帯域を有するものとされている。この場合、
例えば、フィルタ215aを10〜15Hz、フィルタ215bを15〜20Hzのよう
に周波数帯域を連続的に設定するようにすることもできるし、フィルタ215aを10〜
20Hz、フィルタ215bを30〜40Hzのように検知のために必要となる最低限の
周波数帯域だけを設定するようにすることもできる。
図9、図10に例示をしたものの場合には、上方に記載されたものほど低い周波数帯域となっており、下方に記載されたものほど高い周波数帯域となっている。
されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備
えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、水栓装置1などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置、数などは、例示し
たものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、フィルタの数、周波
数帯域、接続形態なども例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができ
るまた、バルブ制御部には、分別された検知信号に基づいて吐水部からの吐水の可否を判
定する部分と、バルブの開閉を制御する部分とが一体に設けられていてもよいし、両部分
が別々に設けられていてもよい。例えば、1個のCPUで吐水の可否の判定とバルブの開
閉制御を行ってもよいし、複数のCPUを設けて吐水の可否の判定とバルブの開閉制御を
別のCPUで行ってもよい。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
41 受水面、42 左側面、43 後面、44 右側面、45 前面、100 センサ部、
112 アンテナ、112a アンテナ、112b アンテナ、114 送信部、
116 受信部、118 ミキサ部、200 制御部、201 制御部、203 制御部、209 周波数分別部、210 周波数分別部、210a 第1のフィルタ、
211 フィルタ、212 第1のフィルタ、213 フィルタ部、215 フィルタ部、215a〜215n フィルタ、216 周波数分別部、240 バルブ制御部、
241 バルブ制御部、250 バルブ、302 矢印(流れ方向)
Claims (3)
- 吐水部と、
前記吐水部へ通じる水路を開閉し、吐水部からの吐止水を切り替えるバルブと、
放射した電波の反射波によって被検知体に関する情報を検知信号として取得するセンサ部と、
前記センサ部からの検知信号を所定の周波数帯域に分別する周波数分別部と、
前記分別された検知信号に基づいて前記吐水部からの吐水の可否を判定し、前記バルブの開閉を制御するバルブ制御部と、を備えた水栓装置であって、
前記周波数分別部は、被検知体の停止直前の速度に対応する第1の周波数帯域の検知信号を検出する第1のフィルタと、前記被検知体の停止直前の速度よりも高い速度に対応する第2の周波数帯域の検知信号を検出する第2のフィルタと、を有し、
前記バルブ制御部は、
前記第1のフィルタによって前記第1の周波数帯域の検知信号を検出した後に、前記第2のフィルタによって前記第2の周波数帯域の検知信号が検出されなかった場合には前記吐水部からの吐水を行う判定をし、前記第2の周波数帯域の検知信号が検出された場合には前記吐水部からの吐水を行わない判定をすることを特徴とする水栓装置。 - 吐水部と、
前記吐水部へ通じる水路を開閉し、吐水部からの吐止水を切り替えるバルブと、
放射した電波の反射波によって被検知体に関する情報を検知信号として取得するセンサ部と、
前記センサ部からの検知信号を所定の周波数帯域に分別する周波数分別部と、
前記分別された検知信号に基づいて前記吐水部からの吐水の可否を判定し、前記バルブの開閉を制御するバルブ制御部と、を備えた水栓装置であって、
前記周波数分別部は、被検知体の停止直前の速度に対応する第1の周波数帯域の検知信号を検出する第1のフィルタと、前記被検知体の停止直前の速度よりも高い速度に対応する第2の周波数帯域の検知信号を検出する第2のフィルタと、を有し、
前記バルブ制御部は、
前記第2のフィルタによって前記第2の周波数帯域の検知信号を検出した後に前記第1のフィルタによって前記第1の周波数帯域の検知信号を検出し、その後さらに前記第2のフィルタによって前記第2の周波数帯域の検知信号が検出されなかった場合には前記吐水部からの吐水を行う判定をし、前記第2の周波数帯域の検知信号が検出された場合には前記吐水部からの吐水を行わない判定をすることを特徴とする水栓装置。 - 前記第2のフィルタには、周波数帯域の異なる複数のフィルタが並列接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の水栓装置。
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