JP5868709B2 - 静圧気体軸受装置 - Google Patents

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Description

本発明は、支持対象を非接触で支持する静圧気体軸受装置に関し、特に大型の支持対象を非接触で支持するのに好適な静圧気体軸受装置に関する。
特許文献1には、高精度な回転性能を有する静圧軸受パッド式回転装置が開示されている。この静圧軸受パッド式回転装置に用いられている静圧気体軸受装置は、支持対象である回転体が軸心回り方向に回転可能となるように、この回転体をラジアル方向から非接触で支持する複数の静圧気体軸受パッド(ラジアルパッド)と、これらの静圧気体軸受パッドを固定するためのブラケット(固定体)と、を備えている。ここで、ブラケットにはボールスタッド支持部材が取り付けられており、静圧気体軸受パッドは、このボールスタッド支持部材にねじ込まれたボールスタッドを介してブラケットに固定されている。
特開2010−124565号公報
特許文献1に記載の静圧気体軸受装置において、支持対象である回転体が大型化した場合、回転体の外周方向(ラジアル方向)あるいは軸方向(スラスト方向)に配置する静圧気体軸受パッドの数を増やす必要がある。しかしながら、特許文献1に記載の静圧気体軸受装置では、静圧気体軸受パッドの数が増えると、つぎのような問題が生じる。
すなわち、特許文献1に記載の静圧気体軸受装置においては、上述したように、ボールスタッドを介してブラケットに各静圧気体軸受パッドが固定されているので、ブラケットに対する静圧気体軸受パッドの取付角度が自動調節される。しかし、各静圧気体軸受パッドのラジアル方向の位置決めは、ボールスタッド支持部材へのボールスタッドのねじ込み具合を個別に微調整することにより行われる。支持対象である回転体が大型化すると、このような面倒な微調整作業の対象となる静圧気体軸受パッドの数が増加するため、支持対象である回転体の軸心合わせの作業負担が増加する。したがって、特許文献1に記載の静圧気体軸受装置は、複数配置された静圧気体軸受パッドの位置決めが非常に煩雑であり、大型の支持対象に適していない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、支持対象の大きさによらず、支持対象の軸心合わせが容易な静圧気体軸受装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の静圧気体軸受装置では、セグメント化された複数の静圧気体軸受を、これらの静圧気体軸受の支持面が支持対象の外周方向あるいは軸心方向に配列されるように、ハウジングの内周面に取り付けた。
例えば、本発明は、支持対象を非接触で支持する静圧気体軸受装置であって、
前記支持対象を非接触で支持する支持面を備え、給気口から供給される気体を前記支持面に導く通気路およびネジ穴が形成された複数の静圧気体軸受と、
前記複数の静圧気体軸受を保持するための内壁を有するハウジングと、
複数のボルトと、を有し、
前記複数の静圧気体軸受は、
前記支持対象の軸心を含む水平面に対して非対称に前記支持面が並ぶように前記支持対象の軸心を囲む方向配列され、前記ハウジングの内壁に対する前記支持面の位置が固定されるように前記ハウジングの内壁に取り付けられ
前記ハウジングには、当該ハウジングの内壁を貫通する複数のボルト穴が形成され、
前記複数のボルトは、それぞれ、
前記ハウジングのボルト穴を介して前記静圧気体軸受のネジ穴に螺合して当該静圧気体軸受を前記ハウジングに固定する
本発明では、複数のセグメント化された静圧気体軸受を、支持対象の外周方向あるいは軸心方向に配列し、ハウジングの内周面に対する支持面の位置が固定されるようにハウジングの内周面に取り付けている。このため、これらの静圧気体軸受の支持面をまとめて機械加工で精度よく仕上げることができ、これにより、個々の静圧気体軸受ごとの面倒な微調整作業を行わなくても、これらの静圧気体軸受と支持対象との軸心合わせを容易に行うことが可能となる。これにより、支持対象の大きさによらず、支持対象の軸心合わせが容易な静圧気体軸受装置を提供することができる。
図1(A)は、本発明の一実施の形態に係る静圧気体軸受装置1の外観図であり、図1(B)は、図1(A)に示す静圧気体軸受装置1の断面図である。 図2(A)、(B)、(C)は、静圧気体軸受パッド2の正面図、右側面図、底面図であり、図2(D)は、図2(C)のA−A断面図である。 図3(A)、(B)は、ハウジング3の正面図、右側面図であり、図3(C)、(D)は、図3(A)のB−B断面図である。 図4(A)は、ブラケット4の正面図であり、図4(B)は、図4(A)のC−C断面図である。 図5は、図1(A)に示す静圧気体軸受装置1のD部拡大図である。
以下に、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1(A)は、本実施の形態に係る静圧気体軸受装置1の外観図であり、図1(B)は、図1(A)に示す静圧気体軸受装置1の断面図である。
本実施の形態に係る静圧気体軸受装置1は、例えば大型の軸等といった、図示していない円柱状の支持対象を、セグメント化された複数の静圧気体軸受パッドにより非接触で支持する。図示するように、静圧気体軸受装置1は、支持対象を非接触で支持する支持面20を有する複数の静圧気体軸受パッド2と、これらの静圧気体軸受パッド2を保持する円筒状のハウジング3と、ハウジング3を支持する一対のブラケット4と、ブラケット4毎に設けられ、ブラケット4に対するハウジング3の位置(上下方向(Z方向)における高さ)を調節する支持位置調整機構5と、を備えている。
ここで、複数の静圧気体軸受パッド2は、それらの支持面20がハウジング3の内周面30において支持対象の外周面に沿って配置されるように、支持対象の外周方向αおよび軸方向βに配列されてハウジング3の内周面30に取り付けられている。
なお、本実施の形態では、支持対象の外周方向αに3枚の静圧気体軸受パッド2を配列し、これを支持対象の軸方向βに2列設けているが(合計6枚の静圧気体軸受パッド2)、本発明はこれに限定されない。例えば、支持対象の大きさ、重量等に応じた枚数の静圧気体軸受パッド2を、支持対象の外周方向αおよび軸方向βの少なくとも一方向に配列すればよい。
図2(A)、(B)、(C)は、静圧気体軸受パッド2の正面図、右側面図、底面図であり、図2(D)は、図2(C)のA−A断面図である。
静圧気体軸受パッド2の支持面20は、支持対象の外周面と支持面20との間に厚みの均一な気体層が形成されるように、支持対象の外径より僅かに大きな直径を有する円弧状に形成されている。図示するように、この静圧気体軸受パッド2は、円弧状のバックメタル21と、バックメタル21の内周面23(支持面20側の面)上に形成された多孔質焼結層22と、を備えている。
バックメタル21は、外周面24(支持面20と反対側の面)がハウジング3の内周面30にならうように、ハウジング3の内径とほぼ同径の外径を有している。バックメタル21の外周面24には、静圧気体軸受パッド2をハウジング3に固定するための、図示していないボルトが締結されるネジ穴25が形成されている。また、バックメタル21の内周面23には、例えば周方向に沿った溝26Aが1本以上形成されており、バックメタル21の内部には、これらの溝26Aに圧縮気体を供給するための通気路26が形成されている。そして、バックメタル21の一方の側面27(静圧気体軸受パッド2をハウジング3の内周面30に組み付けた場合に、ハウジング3の開口から外側に向く面)には、図示していない圧縮気体供給用ポンプの給気管をこの通気路26に連結するための給気口28が形成されている。さらに、バックメタル21の一方の側面27には、静圧気体軸受パッド2の支持面20に切削、研削等の機械加工を施す際に、図示していない固定用冶具に静圧気体軸受パッド2を固定するためボルト挿入用ボルト穴29が形成されている。
圧縮気体供給用ポンプの給気が開始されると、圧縮気体供給用ポンプからの圧縮気体が、給気口28に連結された給気管および通気路26を介して多孔質焼結層22裏側の溝26Aに供給される。これにより、圧縮気体供給用ポンプからの圧縮空気が、多孔質焼結層22内の細孔を通過して、支持面20として機能する多孔質焼結層22の表面20から吐出される。
図3(A)、(B)は、ハウジング3の正面図、右側面図であり、図3(C)、(D)は、図3(A)のB−B断面図である。
図示するように、ハウジング3は、外径面両端側に小径部33が形成された段付きの円筒形状を有している。具体的には、ハウジング3は、円筒状のハウジング本体31と、ハウジング本体31の両端面32に一体的に形成され、ハウジング本体31の外径よりも小径な円筒状の挿入部33と、を備えている。各挿入部33は、それぞれ、ブラケット4の後述する挿入穴40に挿入される。
ハウジング本体31の外周面34には、ハウジング3の内周面30の所定位置に配列された各静圧気体軸受パッド2のネジ穴25と対応する位置に、ハウジング3の内周面30まで貫通したボルト穴35が形成されている。図示していないボルトを、これらのボルト穴35に外周面34側から挿入して、ハウジング3内の静圧気体軸受パッド2のネジ穴25に螺合させることにより、ハウジング3の内周面30の所定位置に静圧気体軸受パッド2が固定される。
また、ハウジング本体31の両端面32には、ハウジング3をブラケット4に固定するためのボルト39(図1参照)と螺合するネジ穴36が形成されている。また、ハウジング本体31の外周面34の、両端面32近傍の上部位置には、支持位置調整機構5の後述する位置調整ボルト50と螺合するネジ穴37がZ方向に形成されている。
一方、挿入部33は、ハウジング本体31と軸心が一致し、かつハウジング本体31と同じ内径を有している。また、挿入部33は、ハウジング本体31の外径r2より小さな外径r1を有している。これらの挿入部33は、ハウジング3の両側に設置された2個の後述するブラケット4の一方の側面44にハウジング本体31の両端面32が接触するまで、これら2個のブラケット4の後述する挿入穴40内に挿入される。
図4(A)は、ブラケット4の正面図であり、図4(B)は、図4(A)のC−C断面図である。
図示するように、ブラケット4は、板状のブラケット本体41と、ブラケット本体41の下端部に一体に形成され、ブラケット本体41の横倒しを防止する台座42と、ブラケット本体41の上端部に形成され、支持位置調整機構5を保持する保持部43と、を備えている。
ブラケット本体41には、ハウジング3の挿入部33が挿入される挿入穴40が、ブラケット本体41の両側面44、45を貫くように形成されている。支持位置調整機構5によるブラケット4に対するハウジング3の位置調整を可能とするため、ブラケット4の挿入穴40とハウジング3の挿入部33とは所定の隙間を有しており、例えば、挿入穴40とハウジング3の挿入部33との嵌め合いは、挿入穴40の内周面とハウジング3の挿入部33の外周面との間にハウジング3の位置調整代分の隙間があく緩い隙間嵌めとなっている。つまり、ブラケット4の挿入穴40に挿入部33が挿入されたハウジング3は、ブラケット4の挿入穴40の径方向にハウジング3の位置調整代分の距離の移動が可能である。ただし、ハウジング3の挿入部33が挿入穴40内に挿入された場合に、ハウジング本体31の端面32がブラケット本体41の一方の側面44と当接するように、挿入穴40の穴径r3は、ハウジング3のハウジング本体31の外径r2より小さく形成されている。
また、ブラケット本体41の挿入穴40の周囲(ブラケット本体41および台座42)には、この挿入穴40に挿入部33が挿入されるハウジング3のハウジング本体31の端面32のネジ穴36に対応する位置にボルト穴46が形成されている。ブラケット4の一方の側面44側から挿入穴40にハウジング3の挿入部33を挿入した状態で、ボルト39(図1参照)を、ブラケット本体41の他方の側面45側からボルト穴46に挿入してハウジング3のネジ穴36に螺合させることにより、ハウジング3がブラケット4に固定される。支持位置調整機構5によるブラケット4に対するハウジング3の位置調整を可能とするため、ボルト穴46は、挿入されたボルト39が、少なくともハウジング3の位置調整代分、Z方向に移動可能な大きさに形成されている。
台座42は、ブラケット本体41の横倒しを防止するため、ブラケット本体41の下端部においてブラケット本体41の少なくとも片側の側面から張り出し、ブラケット本体41の板厚よりも幅広の底面49を形成している。本実施の形態においては、台座42は、ブラケット本体41の、ハウジング3とは反対側の他方の側面45から張り出した形状に形成されている。
保持部43は、ブラケット本体41の上端部においてブラケット本体41の他方の側面45から張り出しており、その上面43Aに、支持位置調整機構5を保持するための凹部47が形成されている。図示していないが、この凹部47の底面48には、支持位置調整機構5を固定するための固定ボルトが締結されるネジ穴が形成されている。そして、後述するように、ハウジング3の挿入部33をブラケット本体41の挿入穴40に挿入した場合に、凹部47の底面48は、ハウジング本体31の外周面34よりも高い位置に位置付けられる(図5参照)。
図5は、図1(A)に示す静圧気体軸受装置1のD部拡大図である。
図示するように、支持位置調整機構5は、位置調整ボルト50と、図示していない固定ボルトでブラケット4の保持部43の凹部47に固定されたプレート51と、を備えている。
図示していないが、プレート51には、ブラケット4の保持部43の凹部47の底面48のネジ穴に対応する位置にボルト穴が形成されている。固定ボルトを、このボルト穴に挿入してブラケット4の保持部43の凹部47の底面48のネジ穴に締結することにより、プレート51はブラケット4の保持部43に固定される。また、プレート51には、ブラケット4の挿入穴40に挿入部33が挿入されたハウジング3のハウジング本体31に形成されているネジ穴37と対応する位置に、位置調整ボルト50挿入用のボルト穴52が形成されている。
上述したように、ハウジング3の挿入部33をブラケット4の挿入穴40に挿入した場合、ブラケット4の挿入穴40とハウジング3の挿入部33とがゆるい隙間嵌めとなっているため、挿入部33の外周面と挿入穴40の内周面との間に少なくともハウジング3の位置調整代分の隙間d1が形成される。また、ブラケット4の保持部43に形成されている凹部47の底面48がハウジング本体31の外周面34よりも高い位置にくるように形成されているため、プレート51の下面53とハウジング本体31の外周面34との間にも、少なくともハウジング3の位置調整代分の隙間d2が形成される。このため、位置調整ボルト50を、プレート51のボルト穴52に挿入してハウジング3のネジ穴37に螺合させ、その締め込み量を調整することより、ハウジング3が、プレート51側に引き寄せられ、または、プレート51から引き離されるため、ブラケット4に対するハウジング3の位置を調整することができる。
つぎに、上記構成の静圧気体軸受装置1の組立て方法を説明する。
まず、ハウジング3内に静圧気体軸受パッド2を位置付け、ボルトを、ハウジング3のボルト穴35に挿入し、ハウジング3内に位置付けた静圧気体軸受パッド2のネジ穴25に螺合させることにより、ハウジング3の内周面30の所定位置に静圧気体軸受パッド2を固定する。このとき、静圧期待軸受パッド2は、ボルト穴29が形成されているバックメタル21の一方の側面27がハウジング3の挿入部33の端面にそろうように配置されている(図1参照)。すべての静圧気体軸受パッド2に対して同様な作業を行うことにより、所望数の支持面20を、支持対象の外周方向αおよび軸方向βに、所望のパターンで配列する。
つぎに、静圧気体軸受パッド2の側面(バックメタル21の一方の側面27)に形成されているボルト穴29を用いて、ハウジング3の内周面30に固定された複数の静圧気体軸受パッド2に、図示していない固定用冶具をボルトで固定する。それから、図1(A)に示すように、ハウジング3の内周面30に固定された複数の静圧気体軸受パッド2の支持面20を、まとめて機械加工(研削加工、切削加工等)する。これにより、複数の静圧気体軸受パッド2の支持面20が、同一の円周上の円弧面となるように、精度よく仕上げられる。
つぎに、ハウジング3の両側の挿入部33を、一対のブラケット4の挿入穴40に一方の側面44側からそれぞれ挿入する。これにより、ハウジング3を、対向して配置される一対のブラケット4に支持させる。それから、位置調整ボルト50を、それぞれのブラケット4に固定されたプレート51のボルト穴52に挿入し、ハウジング3のハウジング本体31の外周面34に形成されたネジ穴37と螺合させる。位置調整ボルト50の締め込み量を調節することにより、ハウジング3の挿入穴30内で複数の静圧気体軸受3により非接触支持される支持対象の軸心Oが水平となるように、各ブラケット4に対するハウジング3の位置(高さ)を調整する。
そして、ハウジング3の位置調整が終了したならば、ボルトを、ブラケット4の挿入穴40の周囲に形成されたボルト穴46に挿入してハウジング3のネジ穴36に螺合させることにより、ハウジング3をブラケット4に固定する。以上により、上記構成の静圧気体軸受装置1が完成する。
以上、本発明の実施の形態を説明した。
本実施の形態では、複数の静圧気体軸受パッド2を、これらの静圧気体軸受パッド2の支持面20が支持対象の外周方向αあるいは軸方向βに配列されるように、ハウジング3の内周面30に取り付け、これらの静圧気体軸受パッド2の支持面20を、まとめて機械加工する。これにより、複数の静圧気体軸受パッド2の支持面20を、それらの支持面20が同一の円周上の円弧面となるように精度よく仕上げることができるため、支持対象の軸心合わせのための煩雑な微調整作業を行わなくても、これらの静圧気体軸受パッド2の軸心Oと支持対象の軸心とを容易に一致させることが可能となる。これにより、支持対象の大きさによらず、支持対象の軸心合わせが容易な静圧気体軸受装置1を提供することができる。
また、本実施の形態では、同時加工により、複数の静圧気体軸受パッド2の支持面20を、円柱状の支持対象の外周面より僅かに大きな直径を有する円弧状に精度よく成形することができる。このため、例えば、ハウジング3の内径が高精度に仕上げられていなくても、支持対象の外周面と静圧気体軸受パッド2の支持面20との間に均一な厚さの気体層を形成することが可能となり、これにより、支持対象を非接触で安定的に支持することができる。
また、本実施の形態では、ブラケット4の挿入穴40とハウジング3の挿入部33との嵌め合いを緩い隙間嵌めにするとともに、ハウジング3のネジ穴37に対応するブラケット4のボルト穴46の内径を、少なくともハウジング3の位置調整代分、ボルト39の呼び径よりも大きく形成している。そして、ブラケット4に固定されたプレート51のボルト穴52を介してハウジング3のネジ穴37と螺合する位置調整ボルト50の締り具合を調節することにより、ブラケット4に対するハウジング3の位置を調整する。このように、本実施の形態によれば、個々の静圧気体軸受パッド2の位置を変更しなくても、支持対象を保持するハウジング3の両端の位置を、位置調整ボルト50の締り具合の調節という簡単な操作で調整することにより、支持対象の傾斜等を調整することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において様々な変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、軸心Oを含む水平面に対して非対称に支持面20が並ぶように、支持対象の外周方向αに静圧気体軸受パッド2を複数配置している。具体的には、ハウジング3の内周面30一回りにおいて、軸心Oを含む水平面よりも上側に一枚、下側に二枚の静圧気体軸受パッド2を配置している。このような配置により、上側に配置された一枚の静圧気体軸受パッド2の支持面20から吐出される圧縮気体の圧力および支持対象の自重と、下側に配置された二枚の静圧気体軸受パッド2の支持面20から吐出される圧縮気体の圧力とをバランスさせている。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、支持対象の軸心Oが垂直になるように支持対象を支持する場合には、軸心O周りにほぼ等角度ピッチで支持面20が並ぶように、支持対象の外周面に沿って静圧気体軸受パッド2を複数配置してもよい。
また、上記実施の形態では、円柱状の支持対象の外周面に合わせて、静圧気体軸受パッド2の支持面20を円弧状に形成しているが、本発明はこれに限定されない。支持面20は、この支持面20と非接触で対面する支持対象の部位と同形状に形成されたものであればよい。
また、上記の実施の形態では、ブラケット4の保持部43に固定されたプレート51、および、このプレート51のボルト穴52を介してハウジング3のネジ穴37と螺合する位置調整ボルト50により支持位置調整機構5を構成している。しかし、支持位置調整機構5は、ブラケット4に対するハウジング3の位置を調整できるものであれば、どのような構造のものでもよい。
また、上記の実施の形態では、支持位置調整機構5をブラケット4の上部に取り付けているが、支持位置調整機構を更にハウジング3の外周面に対面するブラケット4の側面にも取り付けてもよい。
また、上記の実施の形態では、ハウジング形状を円筒状としたが、これに限らず、複数のセグメント化された静圧気体軸受を保持し、不要な気体の漏れ等を生じさせないような形状であれば、他の形状であってもかまわない。
また、上記実施の形態では、静圧気体軸受パッド2として、支持面20が多孔質焼結層で形成されたタイプのものを用いているが、本発明はこれに限定されない。自成絞り、オリフィス絞り、表面絞り等による圧縮気体吐出口が支持面20に形成されたタイプの静圧気体軸受パッドを利用してもよい。
また、上記実施の形態では、ハウジング3を円筒状としているが、ハウジング3は筒状であればよい。また、上記実施の形態では、一対のブラケット4によりハウジング3の両端部を支持しているが、ハウジング3は、少なくとも一つのブラケット4により支持されていればよい。
1:静圧気体軸受装置、2:静圧気体軸受パッド、3:ハウジング、4:ブラケット、5:支持位置調整機構、20:支持面、21:バックメタル、22:多孔質焼結層、23:バックメタルの内周面、24:バックメタルの外周面、25:バックメタルのネジ穴、26:バックメタルの通気路、26A:バックメタルの溝、27:バックメタルの側面、28:バックメタルの給気口、29:バックメタルのボルト穴、30:ハウジングの内周面、31:ハウジング本体、32:ハウジング本体の端面、33:挿入部、34:ハウジング本体の外周面、35:ハウジング本体のボルト穴、36、37:ハウジング本体のネジ穴、39:ボルト、40:ブラケットの挿入穴、41:ブラケット本体、42:台座、43:保持部、43A:保持部の上面、44、45:ブラケット本体の側面、46:ブラケット4のボルト穴、47:保持部の凹部、48:凹部の底面、49:ブラケット4の底面、50:位置調整ボルト、51:プレート、52:プレートのボルト穴、53:プレートの下面

Claims (5)

  1. 支持対象を非接触で支持する静圧気体軸受装置であって、
    前記支持対象を非接触で支持する支持面を備え、給気口から供給される気体を前記支持面に導く通気路およびネジ穴が形成された複数の静圧気体軸受と、
    前記複数の静圧気体軸受を保持するための内壁を有するハウジングと、
    複数のボルトと、を有し、
    前記複数の静圧気体軸受は、
    前記支持対象の軸心を含む水平面に対して非対称に前記支持面が並ぶように前記支持対象の軸心を囲む方向配列され、前記ハウジングの内壁に対する前記支持面の位置が固定されるように前記ハウジングの内壁に取り付けられ
    前記ハウジングには、当該ハウジングの内壁を貫通する複数のボルト穴が形成され、
    前記複数のボルトは、それぞれ、
    前記ハウジングのボルト穴を介して前記静圧気体軸受のネジ穴に螺合して当該静圧気体軸受を前記ハウジングに固定する
    ことを特徴とする静圧気体軸受装置。
  2. 請求項1に記載の静圧気体軸受装置であって、
    前記支持面は、
    当該支持面と対面する前記支持対象の部位に沿った形状に加工されている
    ことを特徴とする静圧気体軸受装置。
  3. 請求項2に記載の静圧気体軸受装置であって、
    前記支持対象は、円柱状であり、
    前記支持面は、円弧状に加工されている
    ことを特徴とする静圧気体軸受装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の静圧気体軸受装置であって、
    前記ハウジングを支持する少なくとも一つのブラケットをさらに有し、
    前記ブラケットは、
    前記ブラケットに対する前記ハウジングの位置を調節する支持位置調整機構を備えている
    ことを特徴とする静圧気体軸受装置。
  5. 請求項4に記載の静圧気体軸受装置であって、
    前記ブラケットは、前記ハウジングが所定隙間をもって挿入される貫通穴を備え、
    前記ハウジングには、前記ブラケットの前記貫通穴の径方向にネジ穴が形成され、
    前記支持位置調整機構は、
    前記ハウジングに形成された前記ネジ穴と螺合し、前記ブラケットに対して前記貫通穴の径方向に前記所定の隙間分前記ハウジングを移動させるボルトを備える
    ことを特徴とする静圧気体軸受装置。
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