CN102454757B - 滚柱螺杆 - Google Patents

Abstract

一种滚柱螺杆，包含：一长轴、穿设于该长轴的螺帽、设置于长轴与螺帽之间的复数滚柱、回流组件及翻转组件，其中，该回流组件与翻转组件皆设于该螺帽，该回流组件提供该滚柱回流使用，该翻转组件设有一翻转道，且该翻转道跨设于该长轴的外缘面且两端衔接该长轴与螺帽构成的负荷路径，该滚柱由翻转道的一端进入后，由另一端出来时，该滚柱于进入前与出来时所排列的方向为不相同，使两种为不同方向排列的滚柱数量比例能固定，而使滚柱螺杆能应用于设备上。

Description

滚柱螺杆

技术领域

本发明为一种滚柱螺杆，尤其指一种左右轴向负荷能力不同的滚柱螺杆。

背景技术

按，精密机械中常有需要控制工作平台或加工组件移动的设计，且对于高负荷的传动来说，使用者都会想利用滚柱螺杆进行精密的传动，因为如此可大幅缩小设备的整体体积，相对可大幅降低制造成本及缩短工时。而滚柱螺杆就是因为滚柱与螺杆及螺帽所设置的螺纹槽为线接触(而滚珠为点触)，故滚柱的接触面积一定大于滚珠的接触面积，而接触面积大相对负荷能力亦高，接触面积小则反之；因此，以相同的负荷条件来说，使用滚柱作为螺帽与螺杆之间的传动介质，就能大幅减少滚柱螺杆整体的体积(换言之，滚珠螺杆的体积会大于滚柱螺杆的体积)，相对亦能缩小整个设备的体积。再者，虽然目前滚柱螺杆的型态众多，但皆未能顺利供产业利用(原因有二，一是无法大量生产，滚柱螺杆结构复杂制造成本高；二是滚柱螺杆所产生的效能不符使用者需求)，而滚柱螺杆是以螺杆与螺帽间设置螺纹槽，而螺纹槽之间设置复数滚柱，其主要设计的态样有下述几种：

A、利用一螺杆配合一螺帽并各设置一螺纹槽的结构设计，且以复数滚柱同向排列在螺纹槽中，此种单一螺纹槽的使用，所有滚柱的滚动方向与角度完全相同，因此螺帽位移时，仅能由滚柱于螺纹槽滚动接触的方向受力，故该种滚柱的排列方式仅能承受单方向的负载；但原本无受力的方向如有一轴向力产生时，就会造成滚柱螺杆的螺帽、螺杆的螺纹槽与滚柱以滑动方式运行，这样会造成螺纹槽磨损，进而造成滚柱螺杆运行不顺畅的问题产生；且该滚柱与螺杆及螺帽之间并无法设定预压力(因为滚柱为同向排列的关系，且滚柱外径大于滚柱长度)，而造成滚柱与螺纹槽之间有背隙(间隙)产生，因此其定位精度不良且运行时容易产生振动，故无法运用于精度需求的机台上。

B、利用一螺杆配合一螺帽并各设置一螺纹槽的结构设计，且螺纹槽中容置的滚柱以交错方式的排列，该种滚柱以交错方式的排列，虽然能够达到平均受力与承受二方向受力的目的，但是每一方向能承受力量的滚柱仅剩总量的一半(因为该滚柱交叉排列)，所以仍然具有负载能力差的缺失，刚性亦随之下降，且如果负荷较高时滚柱数量势必增加，相对也增长螺帽的长度。

C、利用一螺杆配合二螺帽并各设置一螺纹槽的结构设计，且以复数滚柱平行排列在螺纹槽中，该种单一螺纹槽配合二螺帽的使用，是利用二螺帽分别设置不同倾斜角度的滚柱循环滚动，以此方式使滚柱螺杆具有两个方向受力的功效，但是此为双螺帽的设计，故螺帽的整体长度在螺杆上也相对变长，使得螺帽于螺杆上的行程缩短，如要解决此问题又必须增加螺杆的总长，相对也使制造成本及物料成本增加，再者，二螺帽间的接触面需要较高的表面精度及平行度，故于制造上需要由研磨来达到高精度的标准，才能使双螺帽的设计达到一定水平，且双螺帽的设计的装配作业也非常繁杂，相对需花费较长的装配时间，故前述的问题使得双螺帽的设计的制造成本提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滚柱螺杆，以改进公知技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的滚柱螺杆，包含：

复数个滚柱，各具一径向面，该径向面呈圆柱状；

一长轴，呈长条状，其外表面呈圆柱状被定义为外缘面，该外缘面设有螺旋状的V型沟，其中该V型沟的两侧面分别被定义为第一轨道面及第二轨道面，该第一轨道面及第二轨道面的夹角概呈90度；

一螺帽模块，其具有翻转道、回流道及供该长轴穿设的穿孔，该穿孔的孔壁被定义为内缘面，该内缘面上设有相对该V型沟的V型槽，其中该V型槽的两侧面分别被定义为第一接触面及第二接触面，该第一接触面及第二接触面的夹角概呈90度；其中该V型沟及该V型槽间供该滚柱容置被定义为负荷路径；

其中，该翻转道将该负荷路径区隔为第一负荷路径及第二负荷路径，该第一负荷路径及第二负荷路径一端分别衔接该翻转道的一端，且该翻转道跨越该外缘面；该回流道的两端分别与该第一负荷路径及第二负荷路径另一端衔接；

其中，该滚柱依序由第一负荷路径进入该回流道，再由该回流道另一端进入第二负荷路径，再由第二负荷路径进入该翻转道，再由该翻转道另一端回到该第一负荷路径；

其中，该径向面于该第一负荷路径中分别与该第一轨道面及第一接触面接触，而于该第二负荷路径中分别与该第二轨道面及第二接触面接触。

所述的滚柱螺杆，其中该螺帽模块包含：一螺帽、至少一回流组件、一翻转组件；其中，该翻转道设置于该翻转组件；该回流道设置于该回流组件；该穿孔设置于该螺帽。

所述的滚柱螺杆，其中该螺帽的外壁被定义为外缘面，该外缘面设有两安装孔及一通孔，该安装孔及通孔与该穿孔连通；该回流组件概呈ㄇ字型，其两端分别插设于该安装孔，该翻转组件容设于该通孔。

所述的滚柱螺杆，其中该螺帽模块具有一盖设于回流组件上的固定片，该固定片具有一固定槽，该固定槽覆盖该回流组件，用以将该回流组件定位。

所述的滚柱螺杆，其中该通孔设有朝该穿孔设置的承靠部，该翻转组件设有抵靠部，该翻转组件由该穿孔内置入于该通孔，并使该承靠部与抵靠部贴合。

所述的滚柱螺杆，其中该通孔设有朝该螺帽的外缘面设置的承靠部，该承靠部设有一固定孔，该翻转组件设有贴合于该承靠部的抵靠部，该抵靠部设有一贯穿孔，当该翻转组件安装至该通孔后，由复数螺丝穿设于该贯穿孔后，该螺丝再与该固定孔螺合锁固。

本发明的滚柱螺杆可应映需求来调整该滚柱螺杆左右轴向负荷能力，使滚柱螺杆的应用端更广

附图说明

图1为本发明第一实施例滚柱螺杆外观立体图。

图2为本发明第一实施例滚柱螺杆各组件的分解图。

图3为本发明第一实施例滚柱螺杆的立体图，并于局部剖开螺帽可看见滚柱排列的型态。

图4为本发明第一实施例滚柱螺杆的螺帽立体图。

图5为本发明第一实施例滚柱螺杆的螺帽另一视角立体图。

图6为本发明第一实施例滚柱螺杆将螺帽移除的立体图。

图7为本发明第一实施例滚柱螺杆将螺帽移除的端视图。

图8为本发明第一实施例滚柱螺杆将螺帽及回流组件移除，显示回流组件的回流道路径图。

图9为本发明第一实施例滚柱螺杆将螺帽、回流组件及转向组件移除，显示回流组件的回流道及翻转组件的翻转道的路径图。

图10为本发明第一实施例滚柱螺杆将螺帽及转向组件移除，显示翻转组件的翻转道的路径图。

图11为本发明第一实施例滚柱螺杆的滚柱循环路径图。

图12为本发明第一实施例滚柱设置于负荷路径的承受负荷方向的说明图。

图13为本发明第二实施例系为滚柱螺杆的回流组件各别装设于螺帽的穿孔两端的实施例。

图14为本发明第二实施例的滚柱螺杆的螺帽立体图。

图15为本发明第三实施例的滚柱螺杆立体图。

图16为本发明第三实施例的滚柱螺杆的分解图。

图17为本发明第三实施例的滚柱螺杆的长轴与螺帽组合的立体图。

附图中主要组件符号说明：

1-长轴，11-V型沟，111-第一轨道面，112-第二轨道面，12-外缘面，2-螺帽，21-穿孔，211-V型槽，2111-第一接触面，2112-第二接触面，22-安装孔，23-通孔，231-承靠部，2311、24-固定孔，25-内缘面，26-外缘面，27-容置槽，28-回流孔，3-回流组件，31-回流道，311-回流道的路径，32-导引片，4-翻转组件，41-翻转道，411-翻转道的路径，42-导引片，43-抵靠部，431-贯穿孔，5-滚柱，51-径向面，6-固定片，61-贯穿孔，62-固定槽，7-螺丝，90-负荷路径，901-第一负荷路径，902-第二负荷路径，903-无负荷区域，R-扭转，P-轴方向，F、F1、F2-负荷。

具体实施方式

本发明提供了一种可大量生产的滚柱螺杆，且可应映需求来调整该滚柱螺杆左右轴向负荷能力，使滚柱螺杆的应用端更广，例如：让滚柱螺杆应用于左右轴向负荷能力不同的设备(如：全电式设出成形机、高速冲床、锁模机构、合模机等...)，而这也是滚柱螺杆较常见的应用端。

本发明提供的滚柱螺杆包含：

复数个滚柱，各具一径向面，该径向面呈圆柱状；

一长轴，呈长条状，其外表面呈圆柱状被定义为外缘面，该外缘面设有螺旋状的V型沟，其中该V型沟的两侧面分别被定义为第一轨道面及第二轨道面，该第一轨道面及第二轨道面的夹角概呈90度；

一螺帽模块，其具有翻转道、回流道及供该长轴穿设的穿孔，该穿孔的孔壁被定义为内缘面，该内缘面上设有相对该V型沟的V型槽，其中该V型槽的两侧面分别被定义为第一接触面及第二接触面，该第一接触面及第二接触面的夹角概呈90度；其中该V型沟及该V型槽间是供该滚柱容置被定义为负荷路径；

其中，该翻转道将该负荷路径区隔为第一负荷路径及第二负荷路径，该第一负荷路径及第二负荷路径一端分别衔接该翻转道的一端，且该翻转道跨越该外缘面；该回流道的两端分别与该第一负荷路径及第二负荷路径另一端衔接；

其中，该滚柱依序由第一负荷路径进入该回流道，再由该回流道另一端进入第二负荷路径，再由第二负荷路径进入该翻转道，再由该翻转道另一端回到该第一负荷路径；

其中，该径向面于该第一负荷路径中分别与该第一轨道面及第一接触面接触，而于该第二负荷路径中分别与该第二轨道面及第二接触面接触。

其中，该螺帽模块包含：一螺帽、至少一回流组件、一翻转组件；其中，该翻转道设置于该翻转组件；该回流道设置于该回流组件；该穿孔设置于该螺帽。

其中，该螺帽的外壁被定义为外缘面，该外缘面设有两安装孔及一通孔，该安装孔及通孔与该穿孔连通；该回流组件概呈ㄇ字型，其两端分别插设于该安装孔，该翻转组件容设于该通孔。

其中，该螺帽模块还具有一盖设于回流组件上的固定片，该固定片具有一固定槽，该固定槽覆盖该回流组件，用以将该回流组件定位。

其中，该通孔设有朝该穿孔设置的承靠部，该翻转组件设有抵靠部，该翻转组件是由该穿孔内置入于该通孔，并使该承靠部与抵靠部贴合。

其中，该通孔设有朝该螺帽的外缘面设置的承靠部，该承靠部设有一固定孔，该翻转组件设有贴合于该承靠部的抵靠部，该抵靠部设有一贯穿孔，当该翻转组件安装至该通孔后，由复数螺丝穿设于该贯穿孔后，该螺丝再与该固定孔螺合锁固。

为了更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的实施方式说明及附图，然而此实施方式及附图仅供说明及参考用，而非用以对本发明做任何限制。

请参阅图1至图10所示，为本发明第一实施例，本发明为一种滚柱螺杆，包含：

一长轴1，其呈长条状，其外表面呈圆柱状被定义为外缘面12，该外缘面12设有螺旋状的V型沟11，其中该V型沟11的两侧面分别被定义为第一轨道面111及第二轨道面112，该第一轨道面111及第二轨道面112的夹角概呈90度；

一螺帽模块，包含一螺帽2、一回流组件3、翻转组件4及固定片6；

该螺帽2设有供该长轴1穿设的穿孔21，该穿孔21的孔壁被定义为内缘面25，该内缘面25上设有相对该V型沟11的V型槽211，其中该V型槽211的两侧面分别被定义为第一接触面2111及第二接触面2112，该第一接触面2111及第二接触面2112的夹角概呈90度，该V型沟11与V型槽211构成一负荷路径90；另该螺帽2的外壁面被定义为外缘面26，该外缘面26设有两安装孔22、一通孔23及复数个固定孔24，该安装孔22及通孔23与该穿孔21连通，并切断该V型槽211使其为不连续的型态；该通孔23设有朝该穿孔21设置的承靠部231；

该回流组件3，该回流组件3概呈ㄇ字型，其两端分别插设于该安装孔22，该回流组件3具有一回流道31，且该回流组件3的两端部各设有朝该V型沟11凸伸的导引片32；

该固定片6具有一固定槽62及复数贯穿孔61，该固定槽62覆盖该回流组件3，另由复数螺丝7穿设于该贯穿孔61后与固定孔24锁固，进而将固定片6定位于螺帽2，亦将该回流组件3定位；

该翻转组件4，其容设于该通孔23，该翻转组件4设有抵靠部43，该翻转组件4的安装方式是先将该翻转组件4伸入该穿孔21内，再置入于该通孔23，并使该承靠部231与抵靠部43贴合，以限制该翻转组件4向外缘面26的方向脱离螺帽2；该翻转组件4设有一翻转道41，该翻转道41将该负荷路径90区隔为第一负荷路径901及第二负荷路径902，该第一负荷路径901及第二负荷路径902一端分别衔接该翻转道41的一端，且该翻转道41跨越该外缘面12(如图10所示)；而该第一负荷路径901及第二负荷路902另一端系分别与该回流道31的两端衔接，而构成一完整的循环路径(请参阅图12所示该循环路径由第一负荷路径901及第二负荷路径902、回流道31及翻转道41所构成)；

请特别参阅图3、图6、图8至图10所示，于图中可见有复数滚柱5容设于该循环路径，各该滚柱5具一径向面51，该径向面51呈圆柱状，该滚柱5依序由第一负荷路径901进入该回流道31，再由该回流道31另一端进入第二负荷路径902，再由第二负荷路径902进入该翻转道41，再由该翻转道41另一端回到该第一负荷路径901；而该径向面51于该第一负荷路径901中分别与该第一轨道面111及第一接触面接触2111，而于该第二负荷路径902中分别与该第二轨道面112及第二接触面2112接触。且为了让该滚柱5进出该回流道31及翻转道41更为顺畅，于该翻转组件4的翻转道两端各设有朝该V型沟11凸伸的导引片42；而该导引片42及导引片32，具有导引滚柱5进入翻转道41及回流道31的功能。

承上述，针对翻转组件的重要性及所能产生效能，再详细配合附图说明如后：

首先，请参阅图3、图6、图8至图10及图12所示，该回流道的路径311并不是一扭转路径(由图8及图9可清楚得知)，且该回流道的路径311是沿该负荷路径90的导程角的方向做切线式的设计，让第一负荷路径901与第二负荷路径902的一端与该回流道31衔接更为平顺，使该滚柱5不会与回流组件3产生碰撞，让滚柱5以平缓且无翻转的状态下运行通过回流道31，达到最理想的滚动模式；然，只由该回流组件3的设置该滚柱螺杆并无法顺利运行，因为会造成滚柱螺杆轴方向两边的所能承受的负荷为浮动的，而为什么会浮动呢？请参阅图12(该图是假设滚柱5位于第一负荷路径901中)所示较方便清楚说明，该滚柱5的径向面51于第一负荷路径901与第一轨道面111及第一接触面2111接触，而径向面51与第一轨道面111及第一接触面2111接触的方向才具有负荷能力，故该滚柱螺杆只具有往轴方向P右边的负荷F，而往轴方向P左边则无任何负荷能力；因此，滚柱螺杆的负荷能力决定于滚柱5的径向51面与V型沟11及V型槽211接触的方向，故假使无设置翻转组件4，则会造成两种不同方向排列的滚柱5数量比例无法固定，相对也造成滚柱螺杆轴方向两边的所能承受的负荷为浮动的，且此种型态的滚柱螺杆并无法应用于产业。

综上所述，请参阅图8及图9，本发明由翻转组件4的设置，使两种为不同方向排列的滚柱5数量比例能固定，因为该翻转组件4的翻转道的路径411是朝一方向扭转R(如图所示翻转道的路径411一定距离的截面的角度为渐变)，能使经过翻转道41的滚柱5翻转一定角度，使两种为不同方向排列的滚柱5数量比例能固定，也就是说，位于第一负荷路径901的滚柱为相同方向排列，于第二负荷路径902的滚柱为相同方向排列；且本发明的翻转道41亦顾虑到当无负荷路径(指的是回流道31及翻转道41)越长时，就会降低滚柱5回流的顺畅度，因为滚柱5于无负荷路径时，是由负荷路径90的滚柱5来推动无负荷路径的滚柱5，使无负荷路径的滚柱5能顺利前进，相对的当无负荷路径的长度较长时，其容纳的滚柱5数量也相对变多，故要推动无负荷路径里面的滚柱5所要施以的力量则更大，因此，就会产生循环不顺畅的问题；本发明由该翻转组件4具有较短翻转道41的特性，使翻转道41中所容纳的数量较少，亦使负荷路径90中的滚柱5推动翻转道41的滚柱5较为顺畅。

再者，请参阅图3及图11，本发明因为翻转组件4的设计，故于该第一负荷路径901与第二负荷路径902之间具有一段无设置滚柱5的区域，将此定义为无负荷区域903，而该无负荷区域903可提供润滑组件(无显示)设置其中，使润滑组件可直接润滑负荷路径90，使滚柱5能充分得到润滑并效果提升；或装设一冷却组件(无显示)于无负荷区域903，以带走负荷路径90与滚柱5摩擦所产生的热能；而由上述两组件的设置是可延长滚柱螺杆的使用寿命。另外，该翻转组件4具有调整两轴方向P的负荷能力的功能，因为该翻转组件4的设置，使负荷路径90区隔为第一负荷路径901及第二负荷路径902，而该第一负荷路径901及第二负荷路径902中的滚柱5为不同方向排列，请参阅图3所示，该图的F1是代表第一负荷路径容纳滚柱所能承受的负荷，F2是代表第二负荷路径容纳滚柱所能承受的负荷，因为该图所显示的第一负荷路径容纳滚柱数目较第二负荷路径多，故负荷F1一定大于负荷F2，而此种型态的滚柱螺杆即可应用于左右轴向负荷能力不同的设备(如：全电式设出成形机、高速冲床、锁模机构、合模机等...)；而本发明亦可依应用设备的需求来调整两轴方向P的负荷能力，例如：要应用于两轴方向P负荷能力相同的设备，则于制造前事先规划该翻转组件4的位置，使该第一负荷路径及第二负荷路径容纳的滚柱数量相等，即可达到两轴方向P负荷能力相等的需求，故本发明的设计相当符合各产业的需求，换言之，亦提升滚柱螺杆的通用性。且本发明的回流组件与翻转组件皆可使用模具射出成型，故可大批量生产，且螺帽的加工是由NC加工机即可成型，故具有相当高的量产性。

接着，请参阅图13及图14，为本发明第二实施例，本实施例与第一实施例不同在于：该回流组件3与螺帽2的装配关系，该螺帽2设有一轴方向P并贯穿螺帽2两端的回流孔28，且于该穿孔21的内缘面25设有两容置槽27，该容置槽27位于该回流孔28的两端，两该容置槽27各提供一回流组件3设置其中，其中一该回流组件3的回流道(未显示)的两端分别与该回流孔28及第一负荷路径的一端衔接，另一该回流组件3的回流道的两端分别与该回流孔28及第二负荷路径的一端衔接，而翻转组件4亦设置于该螺帽2的通孔23，其设置方式与第一实施例相同，而该翻转道两端也是分别衔接该第一负荷路径及第二负荷路径的另一端，而构成一完整的循环路径。而其余结构、组态及功效与第一实施例相同，在此不再多作赘述。

最后，请参阅图15至图17所示，为本发明第三实施例，本实施例与第一实施例不同在于：该翻转组件4的设置方式，由螺帽2的外缘面26置入该螺帽2的通孔23中，而该通孔23的承靠部231是朝该螺帽的外缘面26设置，且该承靠部231设有一固定孔2311，而该翻转组件4亦设有贴合于该承靠部231的抵靠部43，而该抵靠部43设有一贯穿孔431，当该翻转组件4安装至该通孔23后，再由复数螺丝7(本实施例为两支螺丝)穿设于该贯穿孔431后，该螺丝7再与该固定孔2311螺合锁固，以确实将该翻转组件4定位于螺帽2上。而其余结构、组态及功效与第一实施例相同，在此不再多作赘述。

以上所述实施例的揭示是用以说明本发明，并非用以限制本发明，故举凡数值的变化与等效组件的置换，仍应隶属本发明的范畴。

Claims (6)

1.一种滚柱螺杆，包含：

复数个滚柱，各具一径向面，该径向面呈圆柱状；

一长轴，呈长条状，其外表面呈圆柱状被定义为外缘面，该外缘面设有螺旋状的V型沟，其中该V型沟的两侧面分别被定义为第一轨道面及第二轨道面，该第一轨道面及第二轨道面的夹角概呈90度；

一螺帽模块，其具有翻转道、回流道及供该长轴穿设的穿孔，该穿孔的孔壁被定义为内缘面，该内缘面上设有相对该V型沟的V型槽，其中该V型槽的两侧面分别被定义为第一接触面及第二接触面，该第一接触面及第二接触面的夹角概呈90度；其中该V型沟及该V型槽间供该滚柱容置被定义为负荷路径；

其中，该翻转道将该负荷路径区隔为第一负荷路径及第二负荷路径，该第一负荷路径及第二负荷路径一端分别衔接该翻转道的一端，且该翻转道跨越该外缘面；该回流道的两端分别与该第一负荷路径及第二负荷路径另一端衔接；

其中，该滚柱依序由第一负荷路径进入该回流道，再由该回流道另一端进入第二负荷路径，再由第二负荷路径进入该翻转道，再由该翻转道另一端回到该第一负荷路径；

其中，该径向面于该第一负荷路径中分别与该第一轨道面及第一接触面接触，而于该第二负荷路径中分别与该第二轨道面及第二接触面接触。

2.根据权利要求1所述的滚柱螺杆，其中，该螺帽模块包含：一螺帽、至少一回流组件、一翻转组件；其中，该翻转道设置于该翻转组件；该回流道设置于该回流组件；该穿孔设置于该螺帽。

3.根据权利要求2所述的滚柱螺杆，其中，该螺帽的外壁被定义为外缘面，该外缘面设有两安装孔及一通孔，该安装孔及通孔与该穿孔连通；该回流组件概呈ㄇ字型，其两端分别插设于该安装孔，该翻转组件容设于该通孔。

4.根据权利要求3所述的滚柱螺杆，其中，该螺帽模块具有一盖设于回流组件上的固定片，该固定片具有一固定槽，该固定槽覆盖该回流组件，用以将该回流组件定位。

5.根据权利要求3所述的滚柱螺杆，其中，该通孔设有朝该穿孔设置的承靠部，该翻转组件设有抵靠部，该翻转组件由该穿孔内置入于该通孔，并使该承靠部与抵靠部贴合。

6.根据权利要求3所述的滚柱螺杆，其中，该通孔设有朝该螺帽的外缘面设置的承靠部，该承靠部设有一固定孔，该翻转组件设有贴合于该承靠部的抵靠部，该抵靠部设有一贯穿孔，当该翻转组件安装至该通孔后，由复数螺丝穿设于该贯穿孔后，该螺丝再与该固定孔螺合锁固。

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