JP6665081B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に関する。

近年、スマートフォン、タブレット端末等の電子機器において、筐体の厚み方向の薄型化および厚み方向とは異なる面方向の小型化（以下、これらをまとめて小型化という）が進んでいる。一例として、主回路基板の面方向の大きさを筐体の半分程度として、主回路基板が配置されていない領域における筐体の厚みを薄くする技術が知られている。ここで、主回路基板とは筐体の内部の回路基板のうち最大の回路基板である。

主回路基板の小型化に伴って、電子機器のうち無線通信機能を有する携帯無線装置において、無線通信用のアンテナが主回路基板からなるべく離れるように設計することがある。このような場合、主回路基板とアンテナとを電気的に導通させるために、同軸ケーブルによる接続が一般的に行われる（例えば特許文献１）。

特開２０１０−２５８８２６号公報

ここで、主回路基板とアンテナとを同軸ケーブルで接続する場合に、同軸ケーブルを通すスペースが必要になる。また、同軸ケーブルを固定するための追加部材が必要になる場合もある。つまり、同軸ケーブルによる接続を行う場合、筐体の小型化に関して一定の制約があった。そのため、同軸ケーブルを用いる構造に代わる、小型化に寄与する新たな構造が求められていた。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、小型化に寄与する新たな構造の電子機器を提供することにある。

本発明の実施形態に係る電子機器は、第１基板と、第２基板と、樹脂筐体と、を備え、前記樹脂筐体には、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続するための信号線とグランドとを含む配線が形成されており、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方と前記信号線とを接続する接続部材と、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方と前記グランドとを接続する接地部材と、をさらに備え、前記接地部材は２つであって、前記接続部材を挟んで配置される。

本発明の一実施形態によれば、さらなる小型化を可能にする新たな構造の電子機器を提供することができる。

一実施形態に係る電子機器の概略内部構造図である。 一実施形態に係る電子機器の厚み方向の概略断面図である。 一実施形態に係る電子機器の基板と樹脂筐体との接続を例示する図である。 グランドピンを１本とした場合の信号の通過特性を例示する図である。 グランドピンを２本とした場合の信号の通過特性を例示する図である。 別の実施形態に係る電子機器の厚み方向の概略断面図である。 比較例の電子機器の厚み方向の概略断面図である。

［第１実施形態］
（電子機器の概略内部構造）
図１に示される一実施形態の電子機器１はスマートフォンである。代替例として電子機器１はスマートフォン以外の無線通信機能を備える携帯機器（携帯無線装置）でもよい。例えば、電子機器１は携帯電話端末、ファブレット、タブレットＰＣ、フィーチャーフォン、ＰＤＡ、リモコン端末、携帯音楽プレイヤー、ゲーム機、電子書籍リーダ等でもよい。

図１は、電子機器１に内蔵される部品を概略的に示す概略内部構造図である。電子機器１は、フロントカバー１５と、ディスプレイ１４と、バッテリ１３と、第１基板１２Ａと、第２基板１２Ｂと、樹脂筐体１１と、リアカバー１０と、を備える。本実施形態において、樹脂筐体１１は分離された３つの部分（樹脂筐体１１Ａ、樹脂筐体１１Ｂおよび樹脂筐体１１Ｃ）で構成される。また、図１においてフロントカバー１５、第１基板１２Ａおよび第２基板１２Ｂは背面にある部品を透過させるために透明に描かれている。しかし、一般に、フロントカバー１５の一部、第１基板１２Ａおよび第２基板１２Ｂは不透明である。

図１に示すように、電子機器１の構成と対応した座標軸を定める。電子機器１の使用時において、ユーザにとっての奥行き方向がｚ軸方向である。別の表現では、電子機器１の厚み方向がｚ軸方向である。そして、電子機器１のフロントカバー１５からリアカバー１０への向きがｚ軸正方向になる。また、電子機器１の主面の長手方向および短手方向が、それぞれｙ軸方向およびｘ軸方向である。電子機器１の長手方向に沿って、通話時に音声を発するスピーカーを備える端部への向きがｙ軸正方向になる。そして、右手系の座標系を構成するように、図１に示す向きをｘ軸正方向とする。ここで、ｙ軸方向を特に主面方向という。

フロントカバー１５は電子機器１の前面の外周部分を構成する。フロントカバー１５は例えば樹脂で構成される。フロントカバー１５は、例えばスピーカーからの音声を透過させる部分、および、ユーザが使用する物理的なボタンに対応する部分に穴（空間）を備えていてもよい。また、フロントカバー１５はディスプレイ１４に対応する部分が透明であってもよいし、穴（空間）を備えていてもよい。また、フロントカバー１５は金属部分を有していてもよい。例えば、フロントカバー１５は樹脂に金属がインサート成形されてもよい。

ディスプレイ１４は画面を表示する。ディスプレイ１４は、例えば液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display）であってもよい。また、ディスプレイ１４は、有機ＥＬパネル（Organic Electro-Luminescence Panel）または無機ＥＬパネル（Inorganic Electro-Luminescence Panel）等であってもよい。本実施形態において、ディスプレイ１４はタッチスクリーンディスプレイである。タッチスクリーンディスプレイは、指またはスタイラスペン等の接触を検出して、その接触位置を特定する。

バッテリ１３は電子機器１に電力を供給する。バッテリ１３は、例えばリチウムイオン電池である。別の例として、バッテリ１３は、ニッケルカドミウム電池またはニッケル水素電池でもよい。

第１基板１２Ａおよび第２基板１２Ｂは、電子機器１の各種機能を実現するために電子回路で使用される電子部品を固定（実装）する。本実施形態において、第１基板１２Ａは、第２基板１２Ｂよりも大きい主回路基板である。また、本実施形態に係る電子機器１は第１基板１２Ａおよび第２基板１２Ｂの２つの基板を備えるが、３つ以上の基板を備えていてもよい。

樹脂筐体１１（樹脂筐体１１Ａ、樹脂筐体１１Ｂおよび樹脂筐体１１Ｃ）は樹脂製の筐体である。樹脂筐体１１には、第１基板１２Ａと第２基板１２Ｂとを電気的に接続するための信号線およびグランドを含む配線が形成されている。本実施形態において、信号線は高周波信号（以下ＲＦ信号ともいう）を伝送する。配線は例えばＬＤＳ（Laser Direct Structuring）によって形成される。図１は樹脂筐体１１Ｃに形成されたＲＦ信号を伝送する信号線（ＲＦ信号線２３）を例示している。第１基板１２ＡのＲＦ信号線は、ピン１６Ｃを介してＲＦ信号線２３と電気的に接続されている。また、第２基板１２ＢのＲＦ信号線は、ピン１６Ｄを介してＲＦ信号線２３と電気的に接続されている。つまり、樹脂筐体１１Ｃに形成されているＲＦ信号線２３によって、第１基板１２Ａは第２基板１２Ｂと電気的に接続されている。ここで、樹脂筐体１１Ｃだけでなく、樹脂筐体１１Ａおよび樹脂筐体１１Ｂにも配線は形成されている。また、電子機器１のｙ軸負方向の端部に位置する樹脂筐体１１Ａには、ｚ軸正方向の面に、第１のアンテナ２１Ａ（図２参照）が形成されている。同様に、電子機器１のｙ軸正方向の端部に位置する樹脂筐体１１Ｂには、ｚ軸正方向の面に、第２のアンテナ２１Ｂ（図２参照）が形成されている。

リアカバー１０は、電子機器１の背面の外周部分を構成する。リアカバー１０は例えば樹脂で構成される。リアカバー１０はユーザが把持しやすいように表面加工が施されていてもよい。また、リアカバー１０は金属部分を有していてもよい。例えば、リアカバー１０は樹脂に金属がインサート成形されてもよい。

また、図１のピン１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１７Ｃ，１７Ｄ，１８Ｃおよび１８Ｄは導電性を有する。ピン１６Ａは第１基板１２Ａと樹脂筐体１１Ａとの間でＲＦ信号を伝送するための導電性ピンである。ピン１６Ｂは第２基板１２Ｂと樹脂筐体１１Ｂとの間でＲＦ信号を伝送するための導電性ピンである。ピン１６Ｃは第１基板１２Ａと樹脂筐体１１Ｃとの間でＲＦ信号を伝送するための導電性ピンである。ピン１６Ｄは第２基板１２Ｂと樹脂筐体１１Ｃとの間でＲＦ信号を伝送するための導電性ピンである。ピン１７Ｃおよびピン１８Ｃは第１基板１２Ａのグランドと樹脂筐体１１Ｃのグランドとの接続に用いられる。ピン１７Ｄおよびピン１８Ｄは第２基板１２Ｂのグランドと樹脂筐体１１Ｃのグランドとの接続に用いられる。

ここで、図１は電子機器１に内蔵される部品を概略的に示すものである。電子機器１は図１に示す部品の全てを含まなくてもよい。また、電子機器１は図１に示されていない部品を備えていてもよい。

（電子機器の断面構造）
図２は電子機器１の厚み方向（ｚ軸方向）の概略断面図である。図２はピン１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃおよび１６Ｄを含むように電子機器１を切った断面を示す。また、図２はフロントカバー１５およびリアカバー１０を除いた部分の断面を示す。図２の紙面上方が電子機器１の背面側であり、紙面下方が電子機器１の前面側である。

ここで、樹脂筐体１１Ａに形成された第１のアンテナ２１Ａおよび樹脂筐体１１Ｂに形成された第２のアンテナ２１Ｂは、スマートフォンである電子機器１の無線通信機能を実現するのに用いられる。第１のアンテナ２１Ａおよび第２のアンテナ２１Ｂは、例えば扱う無線信号の周波数帯および無線通信規格の少なくとも一方が互いに異なってもよい。別の例として、第１のアンテナ２１Ａおよび第２のアンテナ２１Ｂは、ダイバーシティアンテナを構成するものであってもよい。

プロセッサ２２は無線通信用のＩＣである。プロセッサ２２は、第１のアンテナ２１Ａおよび第２のアンテナ２１Ｂを介して送受信する信号について各種の信号処理を行い、電子機器１のスマートフォンとして機能（例えば通話機能、データ送受信機能等）を実現する。プロセッサ２２は、第１基板１２Ａに形成されたＲＦ信号線を経て、ピン１６Ａおよび１６Ｃと電気的に接続されている。また、ピン１６Ｄとピン１６Ｂとは、第２基板１２Ｂに形成されたＲＦ信号線によって電気的に接続されている。また、プロセッサ２２は、第１基板１２Ａに形成されたグランドを経て、ピン１７Ｃおよび１８Ｃと電気的に接続されている。また、ピン１７Ｄおよび１８Ｄは、第２基板１２Ｂに形成されたグランドを経て電気的に接続されている。

また、ピン１６Ａは、樹脂筐体１１Ａに形成されたスルーホールを通って第１のアンテナ２１Ａと電気的に接続されている。ピン１６Ｂは、樹脂筐体１１Ｂに形成されたスルーホールを通って第２のアンテナ２１Ｂと電気的に接続されている。図２に示されるその他の要素については図１と同じである。図１と同じ要素には同じ符号を付し、説明は省略する。

ここで、近年の小型化への要請に伴い、アンテナ（第１のアンテナ２１Ａおよび第２のアンテナ２１Ｂ）と電子部品を実装する基板（第１基板１２Ａおよび第２基板１２Ｂ）とが、厚み方向（ｚ軸方向）で全く重ならないようにすることは困難である場合が多い。本実施形態において、アンテナは、第１基板１２Ａおよび第２基板１２Ｂの少なくとも一方と電子機器１の厚み方向で重なる。より詳細に述べると、第２のアンテナ２１Ｂと第２基板１２Ｂとはｚ軸方向において重なっている。第２基板１２Ｂは、実装する電子部品への干渉を避けるために、第２のアンテナ２１Ｂとｚ軸方向で一定の間隔を空ける必要がある。そして、ピン１６Ｂは、一定の間隔に対応するｚ軸方向の長さを有する。

一方で、第１のアンテナ２１Ａと第１基板１２Ａとは、電子機器１の厚み方向でほぼ重なりがない。そのため、第１基板１２Ａは、第２基板１２Ｂと比べて、より第１のアンテナ２１Ａに近づけることが可能である。そして、ピン１６Ａのｚ軸方向の長さは、ピン１６Ｂよりも短い。図２に示すように、第１基板１２Ａとディスプレイ１４とのｚ軸方向の間隔は、第２基板１２Ｂとディスプレイ１４とのｚ軸方向の間隔よりも広がる。第１基板１２Ａとディスプレイ１４との間にバッテリ１３が配置されることによって、電子機器１の厚みを抑えることが可能である。図２に示すように、電子機器１のディスプレイ１４からアンテナ（第１のアンテナ２１Ａおよび第２のアンテナ２１Ｂ）までの厚みはｔ１である。

（比較例）
ここで、図７を参照して、比較例の電子機器の厚み方向の概略断面図を示しながら、本実施形態に係る電子機器１の厚み方向の小型化の効果について説明する。

図７に示すように、比較例の電子機器は１つの基板１２Ｃを備える。基板１２Ｃは、本実施形態に係る電子機器１の第１基板１２Ａと第２基板１２Ｂとを一体化したものに相当する。基板１２Ｃは、第２のアンテナ２１Ｂとｚ軸方向において重なっているため、第２のアンテナ２１Ｂとｚ軸方向で一定の間隔を空ける必要がある。そして、基板１２Ｃは一つであり、分離していないため、第１のアンテナ２１Ａとも一定の間隔を空けて配置される。図７に示すように、基板１２Ｃは、第２のアンテナ２１Ｂだけでなく、第１のアンテナ２１Ａともピン１６で接続される。ここで、ピン１６のｚ軸方向の長さは、本実施形態に係る電子機器１のピン１６Ｂのｚ軸方向の長さに等しい。

比較例の電子機器では、基板１２Ｃとディスプレイ１４との間にバッテリ１３が配置される。比較例の電子機器のディスプレイ１４からアンテナ（第１のアンテナ２１Ａおよび第２のアンテナ２１Ｂ）までの厚みはｔ０である。この厚みｔ０は、本実施形態に係る電子機器１において、第２基板１２Ｂとディスプレイ１４との間にバッテリ１３を配置した場合の厚みに相当する。したがって、本実施形態に係る電子機器１の厚みｔ１は、比較例の電子機器の厚みｔ０よりも小さい。

ここで再び図２を参照して、本実施形態に係る電子機器１について説明する。上記のように、本実施形態に係る電子機器１は複数の基板（第１基板１２Ａおよび第２基板１２Ｂ）を備え、少なくとも１つの基板（第１基板１２Ａ）が電子機器１の厚み方向でアンテナと重ならない。そして、電子機器１の厚み方向でアンテナと重ならない基板（第１基板１２Ａ）と重なるように、バッテリ１３が配置される。この構造によって、比較例の電子機器に比べて、小型化を実現することができる。ここで、電子機器１は複数の基板（第１基板１２Ａおよび第２基板１２Ｂ）を備えるため、基板間を電気的に接続するための配線が必要である。上記のように、電子機器１は、第１基板１２Ａおよび第２基板１２Ｂを電気的に接続するために樹脂筐体１１Ｃに配線を形成する。樹脂筐体１１Ｃに形成された配線を用いることによって、電子機器１は、同軸ケーブルを通すスペースおよび追加部材が不要である。以上のように、本実施形態に係る電子機器１は小型化に寄与する。

（ピンの配置構成）
図３は、本実施形態に係る電子機器１の第１基板１２Ａと樹脂筐体１１Ｃとの接続を示す拡大斜視図である。電子機器１は、第１基板１２Ａまたは第２基板１２Ｂと樹脂筐体１１との接続にピン１６Ａ〜１６Ｄ，１７Ｃ〜１７Ｄおよび１８Ｃ〜１８Ｄを用いる（図１参照）。これらのピンは、図３のピン１６Ｃ，１７Ｃおよび１８Ｃの例のように、３つのピンを１組として配置される。つまり、電子機器１は、第１基板１２Ａおよび第２基板１２Ｂの少なくとも一方のＲＦ信号線と樹脂筐体１１のＲＦ信号線とを接続する接続部材（ピン１６Ａ〜１６Ｄ）を備える。また、電子機器１は、第１基板１２Ａおよび第２基板１２Ｂの少なくとも一方のグランドと樹脂筐体１１のグランドとを接続し、接続部材（ピン１６Ｃ〜１６Ｄ）を挟んで配置される２つの接地部材（ピン１７Ｃ〜１７Ｄおよび１８Ｃ〜１８Ｄ）と、を備える。この接続部材および接地部材の構成について以下説明する。ここで、図３に示すように、基板の幅（図３の例では第１基板１２Ａのｘ軸方向の長さ）をＷＳとする。

図３に示されるピン１６ＡはＲＦ信号を伝送させる接続部材である。ＲＦ信号用の接続部材の近くに接地電位を有する接地部材（グランドピン）を配置することがある。これは、ＲＦ信号線におけるインピーダンス変化を小さくして反射損を低減するとともに、接地部材によって空中へ漏えいする電力を抑えるためである。つまり、ＲＦ信号用の接続部材の近くに接地部材を配置することで、ＲＦ信号の通過ロスの低減が期待できる。ここで、接地部材は接続部材のより近くに配置されることが好ましい。

図４は、ＲＦ信号用の接続部材の近くに、接地電位を有する接地部材を１本配置した場合における、ＲＦ信号の通過特性を例示する図である。ＲＦ信号用の接続部材と接地部材とは、基板の幅方向（図３の例ではＷＳの方向）に並んで配置される。図４の縦軸は透過係数を表す。また、横軸は高周波信号の周波数を示す。図４に示すように、スマートフォンで使用され得る１５００ＭＨｚ以上の周波数で、基板の幅であるＷＳに依存した通過ロスが見られる。図４の例では、ＷＳ＝６０ｍｍとする基板を用いた場合、２０００ＭＨｚ付近の周波数でピークをとる大きな通過ロスがある。また、ＷＳ＝４８ｍｍとする基板を用いた場合、２５００ＭＨｚ付近の周波数でピークをとる大きな通過ロスがある。つまり、接地部材を１本配置した場合、基板の幅であるＷＳに応じて特異点が生じる。この特異点は、基板の幅方向に平行平板モードの共振が生じることによる損失が増大したためと考えられる。

図５は、ＲＦ信号用の接続部材の近くに、接地電位を有する接地部材を２本配置した場合における、ＲＦ信号の通過特性を例示する図である。ＲＦ信号用の接続部材と接地部材とは、基板の幅方向（図３の例ではＷＳの方向）に並んで配置される。そして、２本の接地部材は、ＲＦ信号用の接続部材を挟んで配置される。図５でも縦軸は透過係数を表す。また、横軸はＲＦ信号の周波数を示す。図５に示すように、接地部材を２本配置した場合にＷＳに応じた特異点は全ての周波数で生じない。これは、ＲＦ信号用の接続部材の両端に接地部材を配置することによって、共振が生じなくなるためと考えられる。

本実施形態に係る電子機器１は、接続部材（ピン１６Ｃ〜１６Ｄ）を挟んで配置される２つの接地部材（ピン１７Ｃ〜１７Ｄおよび１８Ｃ〜１８Ｄ）を備えるように構成される。そのため、接続部材および接地部材が接続される基板（第１基板１２Ａまたは第２基板１２Ｂ）の幅に関わらず、周波数に依存するＲＦ信号の急激な透過ロス（特異点）が生じることはない。つまり、本実施形態に係る電子機器１は、高周波信号の安定した通過特性を確保できる。

［第２実施形態］
第２実施形態に係る電子機器１について図６を参照しながら説明する。本実施形態では、以下に説明する断面構造によって、電子機器１のさらなる小型化を実現できる。

（電子機器の断面構造）
図６は本実施形態に係る電子機器１の厚み方向（ｚ軸方向）の概略断面図である。図６は、第１実施形態と同様にピン１６Ａおよび１６Ｂを含むように電子機器１を切った断面を示す。

本実施形態に係る電子機器１は、第１実施形態とは異なり、バッテリ１３と第１基板１２Ａとが電子機器１の厚み方向（ｚ軸方向）で重ならない断面構造を有する。また、プロセッサ２２は、第１実施形態とは異なり、第２基板１２Ｂに搭載されて、ピン１６Ｂおよび１６Ｄと第２基板１２Ｂに設けられたＲＦ信号線によって電気的に接続されている。図６に示すように、第１基板１２Ａ、第２基板１２Ｂおよびバッテリ１３は、電子機器１の主面方向（ｙ軸方向）において、それぞれ並列して配置される。本実施形態に係る電子機器１の厚みｔ２は、バッテリ１３と第１基板１２Ａとのｚ軸方向の重なりが無いため、第１実施形態に係る電子機器１の厚みｔ１よりもさらに小さい。

また、本実施形態に係る電子機器１でも、樹脂筐体１１への配線は例えばＬＤＳによって一体的に形成される。そのため、本実施形態に係る電子機器１は、同軸ケーブルを通すスペースおよび追加部材が不要であり、第１実施形態と同様に小型化に寄与する。

また、本実施形態に係る電子機器１は、接続部材（ピン１６Ｃ〜１６Ｄ）を挟んで配置される２つの接地部材（ピン１７Ｃ〜１７Ｄおよび１８Ｃ〜１８Ｄ）を備えるように構成できる。このとき、本実施形態に係る電子機器１は、第１実施形態と同様にＲＦ信号の安定した通過特性を確保できる。

（その他の実施形態）
本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成要素は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば、上記実施形態に係る電子機器１では、接続部材（ピン１６Ｃ〜１６Ｄ）を挟んで配置される２つの接地部材（ピン１７Ｃ〜１７Ｄおよび１８Ｃ〜１８Ｄ）と、を備えていた。ここで、接地部材は１つの接続部材に対して必ずしも２つ設ける必要はない。例えば図４を参照して、通過ロスがあまり生じない範囲に周波数帯域を制限することによって、１つの接続部材に対して１つの接地部材を設けることが可能である。

例えば、第２の実施形態に係る電子機器１では、第１基板１２Ａ、第２基板１２Ｂおよびバッテリ１３は、これらの一方の面（図６の紙面下方側の面であって、ディスプレイ１４に対向する面）が揃うように、主面方向において並列して配置される。しかし、第１のアンテナ２１Ａと電子機器１の厚み方向（ｚ軸方向）でほぼ重なりがない第１基板１２Ａは、図６に示される位置よりも第１のアンテナ２１Ａに近づけることが可能である。つまり、電子機器１は、第１基板１２Ａおよび第２基板１２Ｂの少なくとも一方が、バッテリ１３と主面方向において並列して配置される構成をとることが可能である。

１ 電子機器
１０ リアカバー
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 樹脂筐体
１２Ａ 第１基板
１２Ｂ 第２基板
１２Ｃ 基板
１３ バッテリ
１４ ディスプレイ
１５ フロントカバー
１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ ピン
１７Ｃ，１７Ｄ ピン
１８Ｃ，１８Ｄ ピン
２１Ａ 第１のアンテナ
２１Ｂ 第２のアンテナ
２２ プロセッサ
２３ ＲＦ信号線

Claims (3)

1. 第１基板と、第２基板と、樹脂筐体と、を備え、
   前記樹脂筐体には、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続するための信号線とグランドとを含む配線が形成されており、
   前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方と前記信号線とを接続する接続部材と、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方と前記グランドとを接続する接地部材と、をさらに備え、
   前記接地部材は２つであって、前記接続部材を挟んで配置される、電子機器。
2. アンテナを備え、
   前記アンテナは、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方と前記電子機器の厚み方向で重なる、請求項１に記載の電子機器。
3. バッテリを備え、
   前記第１基板、前記第２基板および前記バッテリは、前記電子機器の主面方向において、それぞれ並列して配置される、請求項１または２に記載の電子機器。

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