JP3874300B2 - ベーンポンプ - Google Patents

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Description

本発明はベーンポンプに関し、詳しくはロータ内部に潤滑油の流通する給油通路が形成され、ロータの回転によって間欠的に潤滑油をポンプ室内に供給するベーンポンプに関する。
従来、略円形のポンプ室を備えたハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転するロータと、ロータによって回転し、ポンプ室を常に複数の空間に区画するベーンとを備えたベーンポンプが知られている。
そしてこのようなベーンポンプを潤滑するため、上記ロータ内部にロータの回転により間欠的にポンプ室と連通する給油通路を形成し、当該給油通路からポンプ室に間欠的に潤滑油を供給するようにしたベーンポンプが知られている。(特許文献1)
しかしながら、このような給油通路を備えたベーンポンプの場合、給油通路とポンプ室とが連通した状態でロータが停止すると、ポンプ室内部の負圧により給油通路内部の潤滑油がポンプ室内に引き込まれてしまい、次にベーンポンプを始動する際、この潤滑油を排出するためにベーンに過大な荷重が加わり、ベーンが破損するおそれがあった。
このような問題に対し、上記給油通路に常時大気と連通する大気通路を形成し、ロータが停止した時には当該大気通路から大気をポンプ室内に流入させてポンプ室内の負圧を解消し、ポンプ室内に大量の潤滑油が入り込むのを防止した技術が知られている。(特許文献2)
登録第3107906号公報(特に段落0022) 特開2003−239882号公報(特に段落0012)
このように、上記特許文献2によれば上記大気通路によってポンプ室内に大量の潤滑油が流入してしまうのを防止することができるが、一方でこの大気通路は常時大気と連通しているため、ベーンポンプの作動中、当該大気通路から潤滑油が常に流出してしまうという問題が生じていた。
このような問題に鑑み、本発明はロータ停止時における潤滑油のポンプ室内への流入を防止するとともに、ベーンポンプの作動中に流出する潤滑油の量を抑えることの可能なベーンポンプを提供するものである。
すなわち、請求項1に記載のベーンポンプは、
略円形のポンプ室を備えたハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転するロータと、ロータによって回転し、ポンプ室を常に複数の空間に区画するベーンと、上記ロータの回転により間欠的にポンプ室と連通する給油通路とを備え、当該給油通路から上記ポンプ室に間欠的に潤滑油を供給するようにしたベーンポンプにおいて、
上記ロータはベーンを保持するロータ部と当該ロータ部を回転駆動する軸部とから構成されるとともに、上記ハウジングには上記軸部を軸支する軸受部が形成されており、
上記給油通路は、上記軸受部の内周面に軸方向に形成されてポンプ室に開口する給油溝と、上記軸部に直径方向に貫通して形成されて上記給油溝に連通する油通路とを備え、上記給油溝は上記軸受部の内周面所要位置に形成されて、上記ロータが回転して上記油通路が上記給油溝と一致した時に、ポンプ室内に潤滑油を供給させるようになっており、
また、上記軸受部の内周面に軸方向に形成されて外気に連通する外気溝と、上記軸部に直径方向に貫通して形成されて上記給油溝に連通するとともに外気溝に連通する外気通路とを備えた気体通路を設け、上記外気通路は油通路と軸方向に位置を異ならせて形成されており、また外気溝は上記軸受部の内周面に上記給油溝から所定角度回転した位置に形成されて、上記油通路が上記給油溝と一致した時に、外気通路と外気溝とが相互に連通することを特徴としている。
また請求項4に記載のベーンポンプは、略円形のポンプ室を備えたハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転するロータと、ロータによって回転し、ポンプ室を常に複数の空間に区画するベーンと、上記ロータの回転により間欠的にポンプ室と連通する給油通路とを備え、当該給油通路から上記ポンプ室に間欠的に潤滑油を供給するようにしたベーンポンプにおいて、
上記ロータはベーンを保持するロータ部と当該ロータ部を回転駆動する軸部とから構成されるとともに、この軸部にロータを回転させるカップリングが連結されており、
上記給油通路は、上記軸受部の内周面に軸方向に形成されてポンプ室に開口する給油溝と、上記軸部に形成されて上記給油溝に連通する油通路とを備え、上記給油溝は上記軸受部の内周面所要位置に形成されて、上記ロータが回転して上記油通路が上記給油溝と一致した時に、ポンプ室内に潤滑油を供給させるようになっており、
また上記軸部の軸方向に沿って、上記油通路とハウジングの外部とを連通させる外気通路を形成するとともに、この外気通路に逆止弁を設け、さらに上記カップリングに上記外気通路を塞がないような逃がし形状を形成し、
上記給油通路とポンプ室とが連通した状態でロータが停止し、ポンプ室内部の負圧により上記給油通路内部が負圧状態となったときに当該逆止弁が解放されて、気体が外気通路を介してポンプ室内に流入するようにしたことを特徴としている。
上記請求項1の発明によれば、ベーンポンプが給油通路とポンプ室とが連通した状態で停止した時に、気体通路を介して気体がポンプ室内に流入するので、ポンプ室の負圧が解消され、潤滑油がポンプ室内に大量に流入することはない。
また気体通路は、ベーンポンプの作動中、給油通路とポンプ室とが間欠的に連通するのと同様に、間欠的にしかポンプ室と連通するようになっておらず、また請求項3の発明によれば該気体通路はオリフィス通路を設けているので、気体通路から流出する潤滑油の量を最小限に抑えることができる。
また上記請求項4の発明によれば、ベーンポンプが給油通路とポンプ室とが連通した状態で停止した時には、逆止弁が開いて外気通路より気体をポンプ室内に導くことができるので、ポンプ室の負圧が解消され、潤滑油がポンプ室内に流入してしまうのを防止することができる。
また逆止弁によりポンプ室が負圧になったときだけ気体通路が開くようになっているので、ベーンポンプの作動中、気体通路から潤滑油が流出するのを防止することができる。
以下図示実施例について説明すると、図1、図2は本発明にかかる第1実施例についてのベーンポンプ1を示し、このベーンポンプ1は図示しない自動車のエンジンの側面に固定され、図示しないブレーキ装置の倍力装置に負圧を発生させるようになっている。
このベーンポンプ1は略円形のポンプ室2Aの形成されたハウジング2と、ポンプ室2Aの中心に対して偏心した位置でエンジンの駆動力によって回転するロータ3と、上記ロータ3によって回転し、ポンプ室2Aを常に複数の空間に区画するベーン4と、上記ポンプ室2Aを閉鎖するカバー5とを備えている。
上記ハウジング2には、ポンプ室2Aの上方に上記ブレーキの倍力装置と連通して倍力装置からの気体を吸引するための吸気通路6と、ポンプ室2Aの下方に倍力装置から吸引された気体を排出するための排出通路7とがそれぞれ設けられている。そして、上記吸気通路6には特にエンジン停止の際、倍力装置の負圧を保持するために逆止弁8が設けられている。
図1について詳細に説明すると、上記ロータ3はポンプ室2A内で回転する円筒状のロータ部3Aを備え、当該ロータ部3Aの外周はポンプ室2Aの内周面に接するように設けられ、当該ロータ部3Aの回転に対して上流側に上記吸気通路6が位置し、ロータ部3Aよりも下流側に排出通路7が形成されている。
またロータ部3Aには直径方向に溝9が形成されており、上記ベーン4を当該溝9内に沿ってロータ3の軸方向と直交する方向に摺動自在に移動させるようになっている。そしてロータ部3Aの中央に形成された中空部3aとベーン4との間には、後述する給油通路からの潤滑油が流入するようになっている。
さらに、上記ベーン4の両端にはキャップ4aが設けられており、このキャップ4aを常にポンプ室2Aの内周面に摺接させながら回転させることで、ポンプ室2Aを常時2または3つの空間に区画するようになっている。
具体的に言うと、図1の状態ではポンプ室2Aはベーン4によって図示左右方向に区画されており、さらに図示右方側の空間では、ポンプ室はロータ部3Aによって上下方向に区画され、合計で3つの空間に区画されている。
この図1の状態からロータ3の回転によってベーン4がポンプ室2Aの中心とロータ3の回転中心とを結ぶ位置の近傍まで回転すると、ポンプ室2Aは上記吸気通路6側の空間と、排出通路7側の空間との2つの空間に区画されることとなる。
図2は上記図1におけるII−II部についての断面図を示しており、この図においてハウジング2におけるポンプ室2Aの図示右方側には、上記ロータ3を構成する軸部3Bを軸支するための軸受部2Bが形成されており、上記軸部3Bは上記ロータ部3Aと一体に回転するようになっている。
そして上記ポンプ室2Aの左端には上記カバー5が設けられており、上記ロータ部3Aおよびベーン4の図示左方側の端面はこのカバー5に摺接しながら回転するようになっており、また上記ベーン4の右方側の端面はポンプ室2Aの軸受部2B側の内面に摺接しながら回転するようになっている。
また上記ロータ3に形成された溝9の底面9aは、ポンプ室2Aとベーン4の摺接する面よりも若干軸部3B側に形成されており、ベーン4と当該底面9aとの間に間隙が形成されている。
さらに、上記軸部3Bはハウジング2の軸受部2Bより図示右方側に突出しており、この突出した位置にはエンジンのカムシャフトによって回転するカップリング10が連結され、上記ロータ3は上記カムシャフトの回転によって回転するようになっている。
そして軸部3Bにはその中央に潤滑油を流通させるとともに、給油通路を構成する油通路11が形成されており、この油通路11は所要位置から軸部3Bの直径方向に分岐して該軸部3Bを貫通し、当該軸部3Bの外周面に開口する分岐通路11aを備えている。
また上記軸受部2Bには、上記軸部3Bとの摺動部に上記ポンプ室2Aと上記分岐通路11aとを連通させるように形成された給油通路を構成する給油溝12が形成されており、本実施例では当該給油溝12を上記軸受部2Bの図2で示す上方に形成している。
この構成により、図2に示すように分岐通路11aの開口部が給油溝12に一致すると、油通路11からの潤滑油が給油溝12を介してポンプ室2A内へと流入し、上記ベーン4と溝9の底面との間隙から、ロータ3の中空部3a内に流入するようになっている。
そして本実施例のベーンポンプでは、上記油通路11における分岐通路11aとエンジン側の開口との間となる位置に、分岐通路11aとは軸方向に位置を異ならせて、該分岐通路11aと直交する方向に気体通路を構成する外気通路13が形成されている。
さらに図2のIII−III部における断面図を図3に示すと、上記ハウジング2の軸受部2Bには、軸部3Bとの摺動部に外気通路13を外気に連通させる外気溝14が形成されている。
この外気溝14の位置は上記給油溝12に対し、軸受部2Bに沿って90°回転した位置に形成されており、このため上記給油通路の分岐通路11aが給油溝と連通するのと同時に、外気通路13が外気溝14と連通するようになっている。
また上記外気通路13はオリフィス通路として形成されており、ロータ3の回転により潤滑油が給油圧および遠心力で油通路11の内壁に押し付けられた時であっても、上記外気通路13から潤滑油が流出しにくいようになっている。
なお、上記実施例では、上記外気通路13としてオリフィス通路が軸受部2Bを貫通する構成となっているが、これに代えて、外気通路13を油通路12との接続部より一定区間だけをオリフィス通路とし、当該オリフィス通路よりも外側の区間を拡径した通路としても良い。
以上の構成を有するベーンポンプ1について、以下にその動作を説明すると、従来のベーンポンプ1と同様、エンジンの作動によってロータ3が回転すると、それに伴ってロータ3の溝9内を往復動しながらベーン4も回転し、当該ベーン4によって区画されたポンプ室2Aの空間はロータ3の回転に応じてその容積を変化させる。
その結果、上記吸気通路6側のベーン4によって区画された空間では、容積が増大してポンプ室2A内に負圧が生じ、吸気通路6を介して倍力装置から気体が吸引されて倍力装置に負圧が生じる。そして吸引された気体はその後排出通路7側の空間の容積が減少することで圧縮され、排出通路7より排出されるようになっている。
一方、ベーンポンプ1の始動とともに所定の圧力で潤滑油がエンジンからロータ3に形成された油通路11に供給されており、この潤滑油はロータ3の回転によって分岐通路11aとハウジング2の給油溝12とが連通したときに、ポンプ室2A内に流入するようになっている。
ポンプ室2Aに流入した潤滑油は、上記ロータ部3Aに形成された溝9部の底面9aとベーン4との間隙からロータ部3Aの中空部3aへと流入し、この潤滑油はロータ部3Aと溝9との間隙や、ベーン4とカバー5との間隙からポンプ室2A内に噴出してこれらの潤滑とポンプ室2Aのシールを行っており、その後潤滑油は上記気体とともに排出通路7から排出されるようになっている。
ここで、本実施例のベーンポンプ1の場合、ロータ3が回転して潤滑油が給油圧および遠心力によって油通路11の内壁に押し付けられても、外気通路13はオリフィス通路として形成されているため、潤滑油が外部に流出しにくくなっている。
また、たとえオリフィス通路から潤滑油が流出しても、外気通路13と給油溝12とはロータ3の回転によって間欠的にしか互いに連通しないので、ベーンポンプ1の作動時において上記外気通路13から流出する潤滑油の量を最小限に抑えることができる。
さらに、潤滑油が所定の圧力で油通路11に供給されている時には、油通路11内が正圧となっているため、外気通路13を介して大気が流入することはないが、例えばエンジンの始動直後のように潤滑油の供給圧力が低い場合であっても、大気は間欠的にしかポンプ室2Aに流入しないので、ベーンポンプ1による負圧発生能力が著しく低下してしまうこともない。
そしてその後エンジンを停止させると、それに応じてロータ3が停止し、倍力装置からの吸気が終了する。
ここで、ロータ3の停止によってベーン4によって区画された上記吸気通路6側の空間は負圧状態のまま停止することとなるが、このとき上記分岐通路11aの開口部と給油溝12とが一致していなければ、油通路11内の潤滑油がポンプ室2A内に流入してしまうことはない。
これに対し、分岐通路11aの開口部と給油溝12とが一致した状態でロータ3が停止すると、ポンプ室2Aは負圧となっているため、油通路11内の潤滑油がポンプ室2A内に大量に流入しようとする。
そこで本実施例では分岐通路11aの開口部と給油溝12とが一致するのと同時に、上記外気通路13と外気溝14とが一致するようになっているので、この外気通路13から大気を流入させてポンプ室2A内の負圧を解消し、大量の潤滑油がポンプ室2A内に流入するのを防止することができる。
以上のような本実施例のベーンポンプ1に対し、上記特許文献1のベーンポンプの場合、給油通路とポンプ室とが連通した状態でロータが停止してしまうと、ポンプ室の負圧によって給油通路内の潤滑油がポンプ室内に大量に流入してしまい、後にエンジンを始動させる際に、流入した潤滑油によってベーンの回転が妨げられ、ベーンの破損につながるという問題があった。
また特許文献2のベーンポンプの場合、このように給油通路とポンプ室とが連通した状態でロータが停止しても、給油通路に常時大気と連通する大気通路が形成されており、この大気通路から流入する大気によってポンプ室の負圧が解消されるので、ポンプ室に大量の潤滑油が流入することはなかった。
しかしながら、この特許文献2の場合にはベーンポンプの作動中、給油圧およびロータの回転による遠心力によって潤滑油が上記大気通路を介して外部に流出してしまうので、ベーンポンプ作動中における潤滑油の消費量が大きいという問題があった。
しかも、常時大気と連通しているため、エンジンからの潤滑油の供給圧力が小さい場合には、大気通路から大気がポンプ室内に流入してしまい、ベーンポンプが十分な性能を発揮することができなかった。
図4は本実施例のベーンポンプ1(実施例1)と、特許文献1のように大気通路の設けられていないベーンポンプ(従来品1)と、特許文献2のように常時大気通路を給油通路に連通させたベーンポンプ(従来品2)とで、一定時間各ベーンポンプを作動させて、消費された潤滑油の量を測定した結果を示している。
実験の結果、図4から見て明らかなように実施例1での潤滑油の消費量は、潤滑油が大気通路から流出するおそれのない従来品1に対しては消費量が増大しているが、従来品2に対しては潤滑油の消費量が減少していることが分かる。
また、エンジンを停止させて油通路11と給油溝12とが一致した時にポンプ室2A内に流入した潤滑油の量を測定したところ、従来品1の場合潤滑油がポンプ室2Aの半分以上を占めるまで流入したのに対し、従来品2と実施例1とでは流入した潤滑油はポンプ室2Aの3分の1にも満たなかった。
このように、実施例1と従来品1とを比較した場合、潤滑油の消費量については従来品1よりも多かったが、実施例1は従来品1に対してポンプ室2A内に流入する潤滑油の量を抑えることができ、上述したベーン4の破損を効果的に防止することができた。
また実施例1と従来品2とを比較した場合、ポンプ室2A内に流入する潤滑油の量は同等であったが、実施例1は従来品2に対して消費される潤滑油の量を低減させることができ、また上述したように潤滑油の供給圧力が低い時のベーンポンプ1の性能低下を防止することができた。
なお、上記実施例では給油溝12の位置を軸受部2Bの上方にするとともに、外気溝14の位置を軸受部2Bに沿って給油溝に対して90°回転させた位置に形成し、さらに分岐通路11aと外気通路13の方向を軸部3Bの径方向に直行する方向としていたが、分岐通路11aと給油溝12とが一致するタイミングと、外気通路13と外気溝14とが一致するタイミングとが同時となることを条件に、給油溝12と外気溝14の形成される位置を異ならせ、それにあわせ分岐通路11aと外気通路13の方向を異ならせることが可能である。
次に、図5に示す本発明の第2の実施例について説明すると、ここに示すベーンポンプ1は上記第1の実施例と同様、ロータ3の軸部3Bには中央に設けられた油通路11より分岐する分岐通路11aを備えており、これら分岐通路11aなど、上記第1実施例と同様の構成の部分については以後同一の符合を用いて説明する。なお、本図ではベーンを省略した状態で記載している。
本実施例では上記第1実施例のような外気通路13およびハウジング2の軸受部2Bにおける外気溝14が形成されていない。その代わり、本実施例の外気通路21はロータ3の軸方向と同一の方向に形成され、しかも直径方向に形成された分岐通路11aに直接連通するように形成されている。
さらに、この外気通路21には逆止弁22を設け、油通路11aから外気通路21に流れた潤滑油が当該外気通路21より流出しないようになっており、また上記カップリング10には、この外気通路21を塞がないような逃がし形状10aが形成されている。
以上の構成を有するベーンポンプ1について、以下にその動作を説明すると、上記実施例のベーンポンプ1と同様、エンジンの作動によってベーンポンプ1が作動し、吸気通路6を介して倍力装置から気体が吸引される。
そしてベーンポンプ1に所定の圧力で潤滑油が供給されている間は、逆止弁22は外気通路21内に流入した潤滑油を外部に流出させないようにしている。
このため、上記第1の実施例のように外気通路13が外気溝14と連通することで流出してしまう潤滑油を削減することができ、消費される潤滑油の量を特許文献1のベーン4ポンプ並に低減することができる。
次に、エンジンが停止して上記第1の実施例と同様、分岐通路11aが給油溝12の位置と一致すると、潤滑油が所定の圧力で供給されていないのに加え、ポンプ室2Aの圧力と大気圧との差圧により、油通路11内も負圧となるため、上記逆止弁22が開いて大気がポンプ室2Aに流入し、ポンプ室2Aの負圧が解消されるようになっている。
このためポンプ室2A内に大量の潤滑油が流入してしまうのを防止することができ、上述したようにベーン4の破損を防止することができることとなる。
この第2の実施例におけるベーンポンプ1についても、上記第1の実施例と同様の実験を行い、その結果を上記実施例1の実験結果とともに実施例2として上記図4に示す。
この実験結果からわかるように、実施例2のベーンポンプ1の場合、逆止弁22により外気通路21内に流入した潤滑油が外部に流出しないので、エンジン運転中における潤滑油の消費量は上述した従来品1と同等の結果となった。
一方、エンジンを停止させた際に分岐通路11aと給油溝12とが一致した場合には、上記逆止弁22が開いて外気がポンプ室2Aに流入するため、実施例1のベーンポンプ1と同様、ポンプ室2A内に流入した潤滑油の量はポンプ室2Aの3分の1にも満たなかった。
このように、実施例2の場合には、潤滑油の消費量を従来品1と同等にすることができ、しかもエンジン停止時にポンプ室2A内に流入する潤滑油の量も従来品2と同等にすることができた。
なお、上記各実施例では1枚のベーン4を備えたベーンポンプ1を用いて説明を行っていたが、従来知られるような複数枚のベーン4を備えたベーンポンプ1であっても適用可能であり、またその用途も倍力装置に負圧を発生させるためだけに限られないのは言うまでもない。
第1の実施例におけるベーンポンプの正面図。 図1におけるII−IIでの断面図。 図2におけるIII−IIIでの断面図。 本発明についての実験結果を示した図。 第2の実施例におけるベーンポンプの断面図。
符号の説明
1 ベーンポンプ 2 ハウジング
2A ポンプ室 2B 軸受部
3 ロータ 3A ロータ部
3B 軸部 4 ベーン
11 油通路 11a 分岐通路
12 給油溝 13 外気通路
14 外気溝 21 外気通路
22 逆止弁

Claims (4)

  1. 略円形のポンプ室を備えたハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転するロータと、ロータによって回転し、ポンプ室を常に複数の空間に区画するベーンと、上記ロータの回転により間欠的にポンプ室と連通する給油通路とを備え、当該給油通路から上記ポンプ室に間欠的に潤滑油を供給するようにしたベーンポンプにおいて、
    上記ロータはベーンを保持するロータ部と当該ロータ部を回転駆動する軸部とから構成されるとともに、上記ハウジングには上記軸部を軸支する軸受部が形成されており、
    上記給油通路は、上記軸受部の内周面に軸方向に形成されてポンプ室に開口する給油溝と、上記軸部に直径方向に貫通して形成されて上記給油溝に連通する油通路とを備え、上記給油溝は上記軸受部の内周面所要位置に形成されて、上記ロータが回転して上記油通路が上記給油溝と一致した時に、ポンプ室内に潤滑油を供給させるようになっており、
    また、上記軸受部の内周面に軸方向に形成されて外気に連通する外気溝と、上記軸部に直径方向に貫通して形成されて上記給油溝に連通するとともに外気溝に連通する外気通路とを備えた気体通路を設け、上記外気通路は油通路と軸方向に位置を異ならせて形成されており、また外気溝は上記軸受部の内周面に上記給油溝から所定角度回転した位置に形成されて、上記油通路が上記給油溝と一致した時に、外気通路と外気溝とが相互に連通することを特徴とするベーンポンプ。
  2. 上記外気溝は、上記給油溝から90度回転した位置に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のベーンポンプ。
  3. 上記気体通路にはロータ回転時に給油通路から気体通路を介して外部に潤滑油が洩れ出ないようなオリフィス通路を設けたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のベーンポンプ。
  4. 略円形のポンプ室を備えたハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転するロータと、ロータによって回転し、ポンプ室を常に複数の空間に区画するベーンと、上記ロータの回転により間欠的にポンプ室と連通する給油通路とを備え、当該給油通路から上記ポンプ室に間欠的に潤滑油を供給するようにしたベーンポンプにおいて、
    上記ロータはベーンを保持するロータ部と当該ロータ部を回転駆動する軸部とから構成されるとともに、この軸部にロータを回転させるカップリングが連結されており、
    上記給油通路は、上記軸受部の内周面に軸方向に形成されてポンプ室に開口する給油溝と、上記軸部に形成されて上記給油溝に連通する油通路とを備え、上記給油溝は上記軸受部の内周面所要位置に形成されて、上記ロータが回転して上記油通路が上記給油溝と一致した時に、ポンプ室内に潤滑油を供給させるようになっており、
    また上記軸部の軸方向に沿って、上記油通路とハウジングの外部とを連通させる外気通路を形成するとともに、この外気通路に逆止弁を設け、さらに上記カップリングに上記外気通路を塞がないような逃がし形状を形成し、
    上記給油通路とポンプ室とが連通した状態でロータが停止し、ポンプ室内部の負圧により上記給油通路内部が負圧状態となったときに当該逆止弁が解放されて、気体が外気通路を介してポンプ室内に流入するようにしたことを特徴とするベーンポンプ。
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