DE69217418T2 - Farbstrahlaufzeichnungskopf - Google Patents

Farbstrahlaufzeichnungskopf

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf.
  • Ein herkömmlicher Tintenstrahlaufzeichnungskopf zum Ausstoßen von Tintentröpfchen zur Bildung von Zeichen oder Ziffern auf einem Aufzeichnungsblatt in Form einer Anordnung von Punkten weist im allgemeinen eine Druckkammer und eine dünne Düsenplatte auf, die so angeordnet ist, daß sie die Druckkammer umgibt, wobei auf der Platte Düsen in erforderlicher Anzahl ausgebildet sind.
  • Die Vorrichtung, in der eine dünne Düsenplatte verwendet wird, hat den Vorteil, daß die Düsen leicht ausbildbar sind und des weiteren daß eine axiale Länge einer Düse bezogen auf einen Öffnungsdurchmesser innerhalb eines vorbestimmten Bereichs begrenzt werden kann, wodurch die Effizienz des Tintenaustrags verbessert werden kann.
  • Soll jedoch zum Ausstoß kleinerer Tintentröpfchen der Öffnungsdurchmesser kleiner sein zur Verbesserung der Druckgualität, ist es erforderlich eine entsprechend dünnere Düsenplatte zur Verfügung zu stellen. In diesem Fall ist die Steifigkeit der dünnen Platte von Bedeutung. Insbesondere bei einer Vorrichtung, in der ein piezoelektrischer Vibrator Verwendung als Tintentröpfchenausstoßelement findet und die Düsenplatte extrem dünn ausgebildet ist, verformt diese sich leicht, wodurch Tintentröpfchen in inkorrekter Richtung ausgestoßen werden, insbesondere wenn eine Last von 1-5 kg/cm² mit hoher Frequenz wiederholt auf die Düsenplatte aufgebracht wird.
  • Eine Vorrichtung, die vorgeschlagen wurde, um das oben aufgeführte Problem zu lösen ist in der US-Patentschrift 4,282,533 offenbart. Diese Vorrichtung weist eine Düsenplatte von ausreichender Dicke sowie auf deren Rückseite ausgeformte Rillen auf. In dieser Vorrichtung sind eine erforderliche Anzahl von Düsen am Boden der Rillen ausgebildet. Dieser dünne Düsenplattentyp weist jedoch noch Probleme anderer Art auf. Nämlich selbst wenn nur einer der ausgewählten piezoelektrischen Vibratoren aktiviert wird, führt der Druck zu einer Belastungskonzentration in Längsrichtung der Rillen, so daß sich die Düsenplatte erheblich biegen würde, oder der aufgebrachte Druck pflanzt sich entlang der Rille fort, wodurch es zu einem unerwünschten Nebeneinwirkungsphänomen kommt.
  • EP-A-413340 offenbart einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit einer ringförmigen Tintenzubereitungskammer, die mit einer Vielzahl von Druckkammern in Verbindung steht. Die Druckkammern sind in Form von Einschnitten in eine erste Oberfläche eines Kopfsubstrats ausgebildet und vollständig voneinander getrennt. Ein Flußdurchgang verbindet ein Ende der Druckkammer mit einer Düse, während das andere Ende mit einer gemeinsamen Tintenzubereitungskammer mittels eines eingeschnürten Bereichs in Verbindung steht.
  • Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß Blasen verhindert werden und eine konsistente Tintenversorgungskapazität gewährleistet ist. Jedoch erfordert dies eine präzise Herstellung.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben aufgeführten Probleme oder Schwierigkeiten getätigt, die mit herkömmlichen, eine dünne Düsenplatten aufweisenden Aufzeichnungköpfen verbunden sind. Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf zur Verfügung zu stellen, der eine Düsenplatte aufweist, welche geeignet ist, Tintentröpfchen präzise auszustoßen, ohne daß die Düsenplatte deformiert wird, selbst wenn diese mit Druck beaufschlagt wird, der durch das Ausstoßen von Tintentröpfchen ausgeübt wird.
  • Diese Aufgabe wird durch den Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Einzelheiten der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
  • Die Erfindung stellt einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf insbesondere zum Ausstoßen von in einer Tintenkammer befindlichen Tinte zur Verfügung zur Bildung von Punkten auf einem Aufzeichnungsblatt mittels kinetischer Energie eines elektromechanischem Umwandlungsmittels, wie z.B. eines piezoelektrischen Vibrators oder ähnlichem. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Düsenkonfiguration des Aufzeichnungskopfes.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung soll die Erfindung einen Aufzeichnungskopf zur Verfügung stellen, in dem eine Düsenplatte verwendet wird, bei welcher die longitudinale Länge einer Düse je nach Erfordernis ideal bezogen auf einen Durchmesser der Düsenöffnung durch Regulierung der Tiefe eines auf der Rückseite der Düsenplatte ausgebildeten konkaven Bereichs bemessen sein kann.
  • Gemäß eines noch weiteren Aspekts der Erfindung soll ein Aufzeichnungskopf zu Verfügung gestellt werden, welcher eine Düsenplatte aufweist, die geeignet ist, das unerwünschte Nebeneinwirkungsphänomen wirksam zu unterdrücken, ohne daß die Düsen jeweils vollständig voneinander getrennt angeordnet sind.
  • Gemäß einem speziellen Aspekt der Erfindung wird ein Aufzeichnungskopf mit einer Düsenplatte zur Verfügung gestellt, die erfindungsgemäß eine Dicke aufweist, welche ausreicht, daß die Platte nicht durch Druckvibration deformiert wird, und mit konkaven Bereichen auf der Rückseite der Platte ausgebildet ist, wobei eine Dicke verbleibt, die der longitudinalen Länge einer Düse entspricht, wobei die Düse in den konkaven Bereichen ausgebildet ist. Die auf der Rückseite der Düsenplatte ausgebildeten konkaven Bereiche sind für jede Düse unabhängig ausgebildet, um den Einfluß des auf die anderen Düsen ausgeübten Druckes soweit wie möglich zu unterdrücken, indem die Pufferfunktion eines jeden der konkaven Bereiche ausgenutzt wird.
  • Figur 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Düsenplatte gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • Figur 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Tintenstrahlaufzeichungskopf zeigt, in dem die Düsenplatte der ersten Ausführungsform angeordnet ist;
  • Figur 3 ist eine vordere Schnittansicht des in Figur 2 gezeigten Auf zeichnungskopfes;
  • Figur 4 ist eine Draufsicht auf die Rückseite der Düsenplatte gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • Figur 5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Düsenplatte gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • Figur 6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Düsenplatte gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • Figur 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Düsenplatte gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
  • Figur 8 ist eine Querschnittsansicht einer Düsenplatte gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Figuren 1 bis 4 zeigen Ansichten einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Insbesondere ist Figur 1 eine Querschnittsansicht, die eine Düsenplatte gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt, Figur 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf zeigt, in dem die Düsenplatte der ersten Ausführungsform angeordnet ist, Figur 3 ist eine vordere Schnittansicht des in Figur 2 gezeigten Aufzeichnungskopfes und Figur 4 ist eine Draufsicht auf die Rückseite der Düsenplatte gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • Eine Düsenplatte 1 ist aus einer Nickelplatte gebildet, die eine Dicke T aufweist, welche ausreicht, Druck und Vibration, die beim Ausstoßen von Tintentröpfchen entstehen, zu widerstehen. Die Düsenplatte 1 weist einen zylindrischen konkaven Bereich 3 mit einem großen inneren Durchmesser D auf. Die Dicke T der Düsenplatte 1 ist durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
  • T = t&sub1; + t&sub2;,
  • wobei t&sub1; eine ideale longitudinale Länge bezogen auf einen Durchmesser d der Düsenöffnung darstellt, und t2 eine Tiefe des konkaven Bereichs 3 darstellt. Beispielsweise sind diese Abmessungen auf t&sub1; = 30 µm, t&sub2; = 50 µm und T = 80 µm eingestellt.
  • Der mittels Elektroformungverfahen und Pressformungsverfahren hergestellte konkave Bereich 3 der Düsenplatte 1 ist an einem inneren Bodenabschnitt 4 mit einer trichterartigen Düse 2 mit einem Öffnungsdurchmesser d von beispielsweise 30 µm mittels eines Elektroformungsverfahrens ausgebildet. Niedrige Trennwände 5 sind einstückig mit der Düsenplatte 1 ausgebildet, ragen von dieser hervor, so daß die Düsen 2 jeweils voneinander getrennt ausgebildet sind, und bilden eine Tintendruckkammer 7, wobei eine Druckplatte 6 auf der Oberseite der Platte 1 angeordnet ist.
  • Die Trennwände 5 sind vorgesehen, um zu verhindern, daß Druck, der auf die jeweiligen Tintendruckkammern 7 ausgeübt wird, die benachbarte Tintendruckkammer beeinflußt. Da die Düsen 2 am tiefen Ende der Düsenplatte 1 durch die jeweiligen konkaven Bereiche 3 ausgebildet sind, ist es nicht erforderlich, daß die Trennwände 5 präzise Dimensionen aufweisen, da sie lediglich die einzelnen Düsen 2 jeweils voneinander trennen müssen, wie in Fig. 4 gezeigt. Die an den beiden Seiten der Trennwand 5 gebildeten Zwischenräume dienen als Tintenflußdurchgang 8.
  • Der Aufzeichnungskopf weist des weiteren eine Stützplatte 9 auf, welche eine Kraft auf die andere Ebene der Druckplatte 6 ausübt und diese stützt, wobei ein Tintenflußdurchgang mit einem Tintenbehälter (in den Zeichnungen nicht gezeigt), einem piezoelektrischen Vibrator 11 und einer Druckaufnahmeplatte 12 in Verbindung steht.
  • Der Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit der oben beschriebenen Konstruktion kann die Düsenplatte mit ausreichender Dicke verwenden und die longitudinale Länge der Düse mit idealen Abmessungen durch die Ausbildung des konkaven Bereichs auf der Rückseite der Platte bestimmen. Dadurch werden Tintentröpfchen stabil und präzise gegen ein Aufzeichnungsblatt in Ausstoßrichtung ausgestoßen. Da die den Düsen zugewandten konkaven Bereiche innerhalb der Düsenplatte 1 aufgrund deren ausreichenden Dicke unabhängig voneinander ausgebildet sind, kann des weiteren der innere Seitenzwischenraum der Platte als Tintenpuffer genutzt und so der unerwünschte Einfluß des Drucks, der auf eine Tintenkammer ausgeübt wird, auf die anderen Tintenkammern unterdrückt werden. Auf diese Weise kann das Nebeneinwirkungsphänomen wirksam verhindert werden.
  • Obwohl die Düsenplatte 1 in der oben beschriebenen Ausführungsform von einer Nickelpiatte gebildet ist, kann die Düsenplatte 1 auch durch Laminieren einer Vielzahl von Folien gebildet sein, wobei jede Folie je nach Erfordernis ein dem konkaven Bereich 3 oder der Düse 2 entsprechendes Loch aufweist.
  • Figur 5 ist eine Querschnittsansicht&sub1; die eine Düsenplatte gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • In der in Figur 5 gezeigten zweiten Ausführungsform ist eine Düsenplatte 21 an ihrer Rückseite koaxial zu einer Düse 22 mit einem großen konkaven Bereich 23A und einem mittleren konkaven Bereich 238 ausgebildet. Der große konkave Bereich 23A und mittlere konkave Bereich 238 sind mittels eines ersten und eines zweiten Elektroformungsverfahrens ausgebildet. Eine innere Oberfläche jedes der konkaven Bereiche ist im Querschnitt von gekrümmter Form, wodurch wirksam verhindert wird, daß sich in der Tinte befindliche Luftblasen an der Oberfläche des konkaven Bereichs fangen kann, so daß die Tinte gleichmäßig nach oben laufen kann.
  • Der konkave Bereich kann aus einem einzigen konkaven Bereich bestehen. Jedoch sind zwei konkave Bereiche gemäß der in Figur gezeigten Ausführungsform insofern vorteilhaft als die verbleibende Dicke der Düsenplatte genauer reguliert werden kann, um eine ideale Abmessung entsprechend der longitudinalen Länge der Düse 22 bei dem Elektroformungsverfahrens zur Ausbildung des zweiten konkaven Bereichs 238 zu erreichen.
  • Wird gemäß der zweiten oben beschriebenen Ausführungsform die Rückoberf läche der Düse 22 mit Fluorharz eutektischem Plattieren mit flüchtiger Tinte unterzogen, kann eine Benetzung einer peripheren Oberfläche an der Öffnung der Düse 22 verhindert werden.
  • Figur 6 ist eine Querschnittssansicht, die eine Düsenplatte einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Wie in Figur 6 gezeigt, weist eine Düsenplatte 31 an ihrer Rückseite einen einzigen großen konkaven Bereich 33 mit einem großen Durchmesser D koaxial zur Düse 32 auf. Der konkave Bereich 33 ist mittels eines Elektroformungsverfahrens gebildet. Gemäß der dritten Ausführungsform weist, ähnlich wie bei der in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsform, ein innerer Boden 34 des konkaven Bereichs 33 eine ringförmige flache Oberfläche mit einer großen Breite W auf. Die dritte Ausführungsform, dessen konkaver Bereich 33 mit dem Boden 34 mit flacher Oberfläche ausgebildet ist, hat den Vorteil, daß ein momentan auf die Tinte ausgeübter Druck so ausgeglichen wird, daß die Tintentröpfchen stabil ausgestoßen werden können.
  • Figur 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Düsenplatte gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Gemäß der vierten Ausführungsform weist eine aus rostfreiem Stahl gebildete Düsenplatte 41 einen ersten halbkugelförmigen konkaven Bereich 43 mit einem großen Durchmesser D und einer Tiefe t&sub2; auf. Der erste halbkugelförmige konkave Bereich 43 ist durch Ätzen der Rückoberfläche der Platte aus rostfreiem Stahl hergestellt. Die Düsenplatte 41 weist des weiteren einen zweiten halbkugelförmigen konkaven Bereich 45 mit einem kleinen Durchmesser auf, der durch Ätzen der Platte 41 von einer Vorderseite derselben in Richtung der Mitte des ersten konkaven Bereichs 43 gebildet ist. Ein Durchgangsloch, welches mit dem ersten halbkugelförmigen konkaven Bereich 43 und dem zweiten halbkugelförmigen konkaven Bereich 45 in Verbindung steht bildet eine Düse 42 mit einem Durchmesser d.
  • Die Düse 42 gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung kann insofern nachteilig sein, als die Ausstoßrichtung der Tintentröpfchen nicht konstant ist, da der konkave Bereich nicht trichterförmig ausgebildet ist. Jedoch weist die Düse 42 dieses Problem des instabilen Auststoßes aufgrund der Benetzung nicht auf, denn das Öffnungsende der Düse 42 ist rasch bedeckt.
  • Figur 8 ist eine Querschnittsansicht einer Düsenplatte, die eine fünfte Ausführungsform der Erfindung zeigt. In der fünften Ausführungsform ist die Düsenplatte ähnlich wie in der in Figur 7 gezeigten vierten Ausführungsform angeordnet.
  • In der fünften Auführungsform ist eine Düsenplatte 51 mit einem halbkugelformigen konkaven Bereich 53 mit einer Tiefe t&sub2;, der auf der Rückseite der Platte durch Ätzen gebildet ist&sub1; sowie einer trichterartig geformten Düse 52 mit einer longitudinalen Länge t&sub1;, welche durch Ätzen des inneren tiefsten Abschnitts des konkaven Bereichs gebildet ist, ausgebildet. Gemäß der fünften Ausführungsform fließt unter Druck gesetzte Tinte gleichmäßig von dem eine glatte halbkugelförmige Oberfläche aufweisenden konkaven Bereich 53 zu der trichterförmigen Düse 52. Dadurch können die Tintentröpfchen stabiler ausgestoßen werden.
  • Wie oben beschrieben, kann erfindungsgemäß der Aufzeichnungskopf die Tintentröpfchen präzise ausstoßen, ohne daß die Düsenplatte deformiert wird, selbst wenn sie mit Druck beaufschlagt wird, der durch den Ausstoß der Tintentröpfchen bewirkt wird.
  • Der erfindungsgemäße Aufzeichnungskopf verwendet des weiteren eine Düsenplatte, bei welcher die longitudinale Länge der Düse je nach Erfordernis ideale Abmessungen bezogen auf den Durchmesser der Düsenöffnung aufweist, indem die Tiefe des auf der Rückseite der Düsenplatte gebildeten konkaven Bereichs reguliert wird.
  • Der erfindungsgemäße Aufzeichnungskopf verwendet des weiteren eine Düsenplatte, die geeignet ist, das unerwünschte Nebeneinwirkungsphänomen wirksam zu unterdrücken, ohne daß die Düsen jeweils vollständig separat voneinander angeordnet sind.

Claims (15)

1. Tintenstrahlauf zeichnungskopf zum Ausstoßen von Tintentröpfchen gegen ein Aufzeichnungsblatt mit:
einer Mehrzahl elektromechanischer Umwandlungsmittel (11) und einer Düsenplatte (1; 21; 31; 41; 51) mit
einer Mehrzahl an Druckkammern (7), die in einer hinteren Oberfläche der Düsenplatte (1; 21; 31; 41; 51) ausgebildet sind und miteinander in Fluidverbindung stehen;
einer durch die Düsenplatte (1; 21; 31; 41; 51) ausgebildeten Düsenöffnung (2; 22; 32; 42; 52) für jede der Druckkammern (7); und
einem konkaven Bereich (3; 23A, 238; 33; 43; 53), der an einem hinteren Ende jeder der Düsenöffnungen (2; 22; 32; 42; 52) ausgebildet ist und die Düsenöffnung (2; 22; 32; 42; 52) mit einer entsprechenden Kammer der Druckkammern (7) in Verbindung bringt; wobei
eines der elektromechanischen Umwandlungsmittel (11) für jede der Druckkammern (7) zur Verfügung gestellt ist, um auf Tinte, welche in einer entsprechenden Kammer der Druckkammern (7) enthalten ist, Druck auszuüben, um durch eine entsprechende Öffnung der Düsenöffnungen (2; 22; 32; 42; 52) Tintentröpfchen auszustoßen, dadurch gekennzeichnet, daß
die Düsenplatte (1; 21; 31; 41; 51) eine Dicke (T) aufweist, welche ausreicht, Druck und Vibration zu widerstehen; und
jeder der konkaven Bereiche (3; 23A, 23B; 33; 43; 53) einen Durchmesser (D) aufweist, welcher mindestens einige Male größer als ein Durchmesser (d) der Düsenöffnung (2; 22; 32; 42; 52) ist, und groß genug ist, um eine Nebeneinwirkung zwischen benachbarten Kammern der Druckkammern (7) zu unterdrücken.
2. Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1, der des weiteren eine auf der Düsenplatte angebrachte Druckplatte (6) und ein Abtrennmittel (5), um die Tintendruckkammer (7) unabhängig für jede Düsenöffnung (2; 22; 32; 42; 52) mit der Druckplatte (6) auszubilden, aufweist, wobei das Abtrennmittel (5) einen mit jeder der Tintendruckkammern (7) in Verbindung stehenden Tintenflußdurchgang (8) ausbilden.
3. Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der konkave Bereich (3) zylindrisch ist.
4. Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der konkave Bereich (23A, 23B; 33; 43; 53) verjungt ist, um sich in Richtung auf die Rückoberfläche der Düsenplatte (1; 21; 31; 41; 51) auszudehnen.
5. Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der konkave Bereich (23A, 23B) stufenweise ausgedehnt ist.
6. Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der konkave Bereich (43; 53) halbkugelförmig ist.
7. Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der konkave Bereich (43) haibkugelförmig ist&sub1; während eine Dicke (t&sub1;) bleibt, welche einer longitudinalen Länge der Düsenöffnung (42) entspricht, und des weiteren mit einem zweiten halbkugelförmigen konkaven Bereich (45) an einer vorderen Oberfläche der Düsenplatte (41) zu dem konkaven Bereich (43) hin, wobei ein mit den beiden konkaven Bereichen (43, 45) in Verbindung stehendes Loch als Düsenöffnung (42) dient.
8. Aufzeichnungskopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Düsenplatte (1; 21; 31; 41; 51) aus rostfreiem Stahl durch Ätzen gebildet ist.
9. Auf zeichnungskopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dicke T der Düsenplatte (1; 21; 31; 41; 51) durch eine Gleichung T = t&sub1; + t&sub2; ausgedrückt ist, wobei t&sub1; eine ideale longitudinale Länge der Düsenöffnung (2; 22; 32; 42; 52) darstellt, während t&sub2; eine Tiefe des konkaven Bereichs (3; 23A, 238B; 33; 43; 53) darstellt.
10. Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 9, bei dem die ideale longitudinale Länge von t&sub1; der Düsenöffnung (2; 22; 32; 42; 52) etwa 30 µm, die Tiefe t&sub2; des konkaven Bereichs (3; 23A, 23B; 33; 43; 53) etwa 50 µm und die Dicke T der Düsenplatte (1; 21; 31; 41; 51) etwa 80 µm beträgt.
11. Aufzeichnungskopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der konkave Bereich (3; 23A, 23B; 33; 43; 53) durch ein Elektroformungsverfahren gebildet ist.
12. Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 7, bei dem der zweite konkave Bereich (45) durch ein Elektroformungsverfahren gebildet ist.
13. Aufzeichnungskopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Düsenöffnung (2; 22; 32; 52) trichterartig geformt ist.
14. Aufzeichnungskopf gemäß Anspruch 1, bei dem der konkave Bereich (3; 23A, 238; 33; 43; 53) im wesentlichen aus einem ersten und einem zweiten konkaven Bereich (23A, 23B) besteht, welche durch ein Elektroformungsverfahren gebildet sind.
15. Aufzeichnungskopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Düsenöffnung (2; 22; 32; 42; 52) mit Fluorharz eutektischem Plattieren mit flüchtiger Tinte unterzogen wird.
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