JP2007153099A - トーションビーム式サスペンション - Google Patents

Abstract

【課題】トーションビームの両端部のトレーリング部材との接合部分にかかる応力を低減させることができるトーションビーム式サスペンションを提供すること。
【解決手段】トーションビーム式サスペンションＳは、前端部１ａが車体に枢支されて、後端部１ｂが車輪を懸架する左右一対のトレーリング部材１と、車両の前方側あるいは車両の後方側が開放された開放平面を有して車両の左右方向に延びるトーションビーム２とを含んでなり、前記一対のトレーリング部材１の中間部１ｃ同士をトーションビーム２の両端部２ａで接合している。トレーリング部材１の内側側壁１ｄには、当該トレーリング部材１とトーションビーム２とを繋ぐパッチ部材４が配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、前端部が車体に枢支されて、後端部が車輪を懸架する左右一対のトレーリング部材に、車両の左右方向に延びるトーションビームの両端部をそれぞれ接合したトーションビーム式サスペンションに関する。

従来から自動車のトーションビーム式サスペンションは、トーションビームの両端部が、左右のトレーリング部材（トレーリングアーム）の内側側壁の中間部に溶接されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

このようなトーションビーム式サスペンションでは、例えば、走行中の路面の凹凸や旋回走行時の横力により、左右の後輪を支持する各トレーリング部材が、左右相違した大きさで上下方向に揺動する。すると、トーションビームは、左右のトレーリング部材の上下揺動角の差によって捩じれ変形して、当該トーションビームの左右両端部をトレーリング部材に溶接した箇所に、大きな応力が作用される。
このため、トーションビームは、左右両端部の前後方向の幅を広くし、溶接する箇所の長さを長くすることによって、溶接部の強度を向上させている。

図７は、従来のトーションビーム式サスペンションの溶接部を示す部分断面図である。
図７に示すように、従来のトーションビーム式サスペンション１００は、車両の前方側に向けて開放した断面略Ｕ字状のトーションビーム２００の左右両端の上端部２０１と下端部２０２とを、トレーリング部材３００の上面と下面とにそれぞれ溶接している。
例えば、このトレーリング部材３００が上下動したときには、トーションビーム２００が、トレーリング部材３００に対して上方向の曲げモーメントＡが負荷される。すると、上側の溶接部２１０は、応力集中係数が非常に高く、この部分に最大応力が加わるので、トレーリング部材３００から剥離したり、その溶接部２１０の端部にひび割れが発生したりすることもある。

このようなトーションビーム２００とトレーリング部材３００との連結部に加わる応力の補強対策としては、例えば、特許文献１および特許文献２に開示されているように、連結部に補強用のガセット（Gusset）を設けたり、トーションビームの連結箇所に切欠きを形成したり、トレーリング部材の連結部の近傍に窪みを形成したりして対処していた。
特開平１０−２３０７２３号公報（段落００１８、００２８、図１〜図６） 特開平１０−２３６１２３号公報（段落００２０、００３０、００３５、図１〜図６）

しかしながら、特許文献１および特許文献２に示すようなトーションビーム式サスペンションでは、ガゼットや窪みによって水平方向の曲げモーメントに対しては補強されるが、図７に示すように、トレーリング部材３００が上下動したときの上方向の曲げモーメントＡに対しては、効果がない。
このようにトーションビーム２００は、溶接部２１０に、曲げモーメントＡによる最大応力が加わりトレーリング部材３００から剥離し易くなるという問題点があった。

この問題点を解決するための手段としては、トーションビーム２００の左右両端部のトリム形状を変更することや、溶接部２１０の上側に補強部材を重ねて溶接することや、トーションビーム２００の板厚を薄くすることが一般的に考えられる。

しかしながら、前記トーションビーム２００のトリム形状を変更する方法では、図７に示すように、トレーリング部材３００の上面の面積が狭く、トーションビーム２００とトレーリング部材３００とを接合する面が限定されているため、曲げモーメントＡに対する効果が望めない。
また、溶接部２１０の上側に補強部材を溶接する方法であっても、曲げモーメントＡによる応力を分散させるような大きな効果が得られず、補強部材によって重量がアップするという問題点がある。
トーションビーム２００の板厚を薄くする方法では、板厚の減少に伴ってトーションビーム式サスペンション１００の剛性がダウンするという問題点がある。

このため、トーションビーム式サスペンション１００では、トーションビーム２００の左右両端部の大型化、材料コストおよび溶接コストをアップすることなく、トーションビーム２００の曲げモーメントＡに対する溶接部（接合部分）２１０の耐久性を向上することが望まれていた。

そこで、本発明は、前記課題を解消すべく発明されたものであり、トーションビームの両端部のトレーリング部材との接合部分にかかる応力を低減させることができるトーションビーム式サスペンションを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載のトーションビーム式サスペンションは、前端部が車体に枢支されて、後端部が車輪を懸架する左右一対のトレーリング部材と、車両の前方側あるいは車両の後方側が開放された開放平面を有して車両の左右方向に延びるトーションビームとを含んでなり、前記一対のトレーリング部材の中間部同士を、前記トーションビームの両端部で接合したトーションビーム式サスペンションにおいて、前記トレーリング部材の内側側壁に、当該トレーリング部材と前記トーションビームとを繋ぐパッチ部材を配置したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、トーションビーム式サスペンションは、左右一対のトレーリング部材の中間部と、トーションビームの左右両端部とを接合して、トーションビームの内側側壁に、このトーションビームとトレーリング部材とを繋ぐパッチ部材を配置する。
例えば、走行中に路面の凹凸によってトレーリング部材が上下動すると、トーションビームには、トレーリング部材に対して曲げモーメントが負荷されて、トーションビームとトレーリング部材との接合部分に、剥離する方向の応力がかかる。
トーションビームは、トレーリング部材の内側内壁に配置したパッチ部材が繋がれていることにより、曲げモーメントによる最大応力が加わる箇所がパッチ部材に繋いだ箇所になるため、最大応力が加わる箇所がトーションビームの中心側（揺動中心側）に寄る。その結果、トーションビームの左右両端部のトレーリング部材との接合部分にかかる応力が減少される。

請求項２に記載のトーションビーム式サスペンションは、請求項１に記載のトーションビーム式サスペンションであって、前記トーションビームは、車両の前方側に開放した断面略Ｕ字状に形成され、前記パッチ部材は、前記トーションビームの断面略Ｕ字状に形成された上側内壁部と前記トレーリング部材の内側側壁とを繋いだことを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、トーションビームは、車両の前方側に開放した断面略Ｕ字状に形成され、パッチ部材が、断面略Ｕ字状の上側内壁部とトレーリング部材の内側側壁とを繋いでいる。これにより、トーションビームに曲げモーメントがかかったときには、トーションビームの左右両端部から中心側（揺動中心側）に寄った位置にあるパッチ部材と上側内壁部とを繋いだ箇所に、最大応力が加わるようになる。

請求項３に記載のトーションビーム式サスペンションは、請求項２に記載のトーションビーム式サスペンションであって、前記パッチ部材は、上縁部を前記上側内壁部に溶接し、下縁部を前記内側側壁に溶接したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、パッチ部材は、上縁部をトーションビームの上側内壁部に溶接し、下縁部をトレーリング部材の内側側壁に溶接している。これにより、トーションビームに曲げモーメントがかかったときには、トーションビームの左右両端部から中心側（揺動中心側）に寄った位置に溶接したパッチ部材と上側内壁部との溶接部分に最大応力が加わるようになる。その結果、トーションビームの左右両端部の溶接部分にかかる応力が減少される。

本発明の請求項１のトーションビーム式サスペンションによれば、トーションビームとトレーリング部材との接合した箇所にパッチ部材を設けたことにより、トーションビームの左右両端部のトレーリング部材との接合部分にかかる応力を低減できる。これにより、トーションビームは、曲げモーメントによってトレーリング部材から剥離することが防止されて、耐久性、および強度が向上される。

本発明の請求項２のトーションビーム式サスペンションによれば、トーションビームにかかった曲げモーメントによって最大応力が加わる部分を、トレーリング部材に繋いだパッチ部材とトーションビームとの接合部分にして、トーションビームの両端部から中心側に寄った位置にすることができる。その結果、トーションビーム式サスペンションは、曲げモーメントによってトーションビームが、トレーリング部材から剥離されるのを防止でき、耐久性が向上される。
また、パッチ部材は、トーションビームの上側内壁部とトレーリング部材の内側側壁とを繋ぐことにより、比較的小さく形成できるため、材料コストおよび溶接コストを削減できる。

本発明の請求項３のトーションビーム式サスペンションによれば、比較的小さなパッチ部材によって、トーションビームの左右両端部とトレーリング部材との溶接部分が剥離されるのを防止できるため、頻繁に負荷される曲げモーメントに対する耐久性が向上される。

まず、図１〜図４を参照して、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを説明する。以下、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションは、車体の左右に同一構造のものを配設してなるので、その一方の右側を説明し、他方の左側の説明を省略する。
なお、本発明の実施形態では、「前」は車両の進行方向側、「後」は車両の後退方向側、「上」は鉛直上方側、「下」は鉛直下方側、「左右」は車幅方向側とする。

図１は、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す一部断面を有する要部拡大斜視図である。図３は、図１のＸ−Ｘ拡大断面図である。図４は、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す要部拡大斜視図である。図５は、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す要部拡大断面図である。

≪トーションビーム式サスペンションの構成≫
図１に示すように、トーションビーム式サスペンションＳは、自動車の後輪Ｗ，Ｗと車体（図示せず）とを繋ぐサスペンションであって、左右対称に形成されている。このトーションビーム式サスペンションＳは、前端部１ａが車体に枢支されて、後端部１ｂが後輪（車輪）Ｗを懸架する左右一対のトレーリング部材１と、車両の前方側が開放された開放平面を有して車両の左右方向に延びるトーションビーム２とを含んでなり、前記一対のトレーリング部材１の中間部１ｃ，１ｃ同士をトーションビーム２の両端部２ａ，２ｂとを接合してなる。なお、トーションビーム式サスペンションＳには、トレーリング部材１の内側側壁１ｄに、このトレーリング部材１とトーションビーム２とを繋ぐパッチ部材４が配置されている。

≪トレーリング部材の構成≫
図１に示すように、トレーリング部材１は、左右の後輪Ｗと、トーションビーム２の左右端部とを支持するいわゆるトレーリングアームである。このトレーリング部材１の中間部１ｃは、例えば、断面コ字状の上フレーム１１と、断面コ字状の下フレーム１２とを溶接して、中空状になるように接合している（図５参照）。つまり、中間部１ｃは、断面コ字状の上フレーム１１と、断面コ字状の下フレーム１２とで、断面ロ字状の閉断面が形成されて補強されている（図５参照）。

この中間部１ｃは、上フレーム１１の上面に、後記するトーションビーム２の上側内壁部２ｃが溶接される平らな接合部１ｇが形成され、下フレーム１２の下面に、そのトーションビーム２の下側内壁部２ｄが溶接される平らな接合部１ｈ（図４および図５参照）が形成されている。また、この中間部１ｃには、貫通孔１ｆが左右横方向に向けて穿設されている。そして、貫通孔１ｆとトレーリングアーム支持部１３との間の内側側壁１ｄには、平板状の補強部材３が設けられ、さらに、その上にパッチ部材４が配設されている。

図２により詳しく示すように、このトレーリング部材１の前端部１ａには、円筒形状のトレーリングアーム支持部１３が溶接されており、トーションビーム式サスペンションＳは、このトレーリングアーム支持部１３に収納したゴムブッシュジョイント（図示せず）を介して車体に、上下方向に揺動自在に枢支される。

また、トレーリング部材１の後端部１ｂの外側には、スピンドル１５を固定したスピンドル支持板１４が溶接され、そのスピンドル１５に左右の後輪Ｗが回転自在に軸支される。トレーリング部材１の後端部１ｂの内側には、ダンパの懸架ばね（図示せず）の下端を支持するばね座１ｅが一体に形成されている。

上フレーム１１は、トレーリング部材１の上面部全体を形成するための金属製板部材からなり、プレス加工によって、平らな接合部１ｇや、ばね座１ｅ等が形成されている。
下フレーム１２は、トレーリング部材１の下側半体を形成するための金属製板部材からなり、上フレーム１１の下端部に接合することによって、トレーリング部材１に断面ロ字状の閉断面が形成される（図５参照）。これにより、トーションビーム式サスペンションＳの強度を向上させている。

≪トーションビームの構成≫
図２に示すように、トーションビーム２は、車両の前方側に開放した断面略Ｕ字状に形成されて、左右一対のトレーリング部材１間に架設されている。このトーションビーム２は、例えば、捩り方向にばね性を有するばね鋼などの金属製板材によって形成されている。トーションビーム２は、全体が側面視して略Ｕ字状に形成され、上片部２ｆの前端部が上方向に直角に折曲形成して補強されている（図３参照）。
トーションビーム２の左右の両端部２ａ，２ｂ（図１参照）の後端には、背面視して略コ字状の切欠部２ｅが形成され、この切欠部２ｅ内に、トレーリング部材１が挿入されて固定される。この切欠部２ｅを形成したことにより、トーションビーム２の両端部２ａ，２ｂ（図１参照）は、上側の上片部２ｆと、下側の下片部２ｇとに、それぞれ上下方向に二股状に分かれた状態に形成されている。

図２に示すように、上片部２ｆは、トレーリング部材１の中間部１ｃの上面に載置されて、接合部１ｇに溶接されている。
下片部２ｇは、トレーリング部材１の中間部１ｃの下面に配置されて、接合部１ｈに溶接されている（図４参照）。

図２に示すように、トーションビーム２の切欠部２ｅと、上片部２ｆの左右端部、および下片部２ｇの左右端部（図示せず）には、トーションビーム２とトレーリング部材１とを接合した箇所の溶接ビードＢへの応力を減少させるために、所定形状に形成された溶接部２ｈを有する。この溶接部２ｈは、例えば、湾曲状に突出して形成されて、当該溶接部２ｈの周辺部をアーク溶接等によってトレーリング部材１に固定される。

図３に示すように、補強部材３は、上フレーム１１と下フレーム１２との接合箇所を補強するための金属製板部材であり、例えば、トレーリング部材１の内側側壁１ｄに配置された上フレーム１１と下フレーム１２の接合箇所を覆って溶接されている。
なお、この補強部材３は、必要に応じて設置せればよく、なくても構わない。

≪パッチ部材の構成≫
図４に示すように、パッチ(Patch)部材４は、断面略Ｕ字状のトーションビーム２の上側内壁部２ｃと、トレーリング部材１の内側側壁１ｄに配置された補強部材３とを溶接して繋がれる剥離防止用のブラケットである。このパッチ部材４は、例えば、比較的小さな四角形の金属製板材からなり、上縁部４ａを上側内壁部２ｃに溶接し、下縁部４ｂを補強部材３（内側側壁１ｄ）に溶接して、トーションビーム２とトレーリング部材１とが分離しないように繋いでいる（図５参照）。

≪トーションビーム式サスペンションの組付け手順≫
次に、トーションビーム２を右側のトレーリング部材１に接合するときの手順について説明する。
まず、図２に示すように、トーションビーム２の切欠部２ｅをトレーリング部材１の中間部１ｃに係合させて、上片部２ｆおよび切欠部２ｅにそれぞれ形成された溶接部２ｈを上フレーム１１の接合部１ｇに溶接し、下片部２ｇおよび切欠部２ｅの突出片（図示せず）を下フレーム１２の接合部１ｈに溶接する。

次に、トレーリング部材１の内側側壁１ｄに位置する上フレーム１１と下フレーム１２との接合部分を補強部材３で覆って、この補強部材３をトレーリング部材１の内側側壁１ｄに溶接する。
さらに、補強部材３の上に宛がうようにパッチ部材４を配置して、このパッチ部材４の上縁部４ａをトーションビーム２の上側内壁部２ｃに溶接し、下縁部４ｂをトーションビーム２の下側内壁部２ｄに溶接して繋いで補強する。

なお、トーションビーム２の左側は、前記したのと同様にトレーリング部材１に溶接される。このようにして、トーションビーム２は、左右のトレーリング部材１に取付けられる。

≪トーションビーム式サスペンションの作用≫
次に、図１〜図５を参照して本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションＳの作用を説明する。
前記のように組付けられたトーションビーム式サスペンションＳは、例えば、走行中の路面の凹凸や旋回走行時の横力により、左右の後輪Ｗを支持する各トレーリング部材１が左右相違した大きさで、図１に示す矢印Ｃ，Ｄの上下方向にバウンドする。
すると、トーションビーム２とトレーリング部材１との接合箇所には、図５に示すような上方向の曲げモーメントＭが加わり、トレーリング部材１の接合部１ｇに溶接されていたトーションビーム２の上片部２ｆの溶接部２ｈを剥離する方向に応力が加わる。

これに対して、トーションビーム２の上片部２ｆは、外端の溶接部２ｈがトレーリング部材１の上面の接合部１ｇに溶接され、さらに、その溶接部２ｈからトーションビーム２の中心Ｏ（図１参照）側に寄った位置の上側内壁部２ｃが、トレーリング部材１の内側側壁１ｄに溶接されたパッチ部材４の上縁部４ａに溶接されている。
このように、トレーリング部材１の内側側壁１ｄに配置されたパッチ部材４の上縁部４ａに、トーションビーム２の上側内壁部２ｃが接合されたことにより、トーションビーム２に曲げモーメントＭが加わったときに最大応力がかかる箇所は、トーションビーム２とパッチ部材４との接合箇所である上縁部４ａとなる。
この上縁部４ａは、図５に示すように、トーションビーム２の溶接部２ｈから長さＬトーションビーム２の中心Ｏ（図１参照）側にずれている。

さらに、パッチ部材４は、図４に示すように、トーションビーム２の曲げモーメントＭの方向に対して直交する方向に向けて配置され、かつ、その直交する方向に長い長方形の形状をしているため、トーションビーム２の上側内壁部２ｃに溶接される上縁部４ａが応力集中係数の低い状態になっている。
その結果、パッチ部材４は、トーションビーム２が曲げモーメントＭによってトレーリング部材１から剥離することを防止して、耐久性を向上させることができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。

≪変形例≫
図６は、本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションの変形例を示す図であり、（ａ）はパッチ部材を直接トレーリング部材に接合した場合の状態を示す要部拡大断面図、（ｂ）はＬ字型のパッチ部材を示す要部拡大断面図、（ｃ）は上フレームと下フレームとを合致させたトレーリング部材にパッチ部材を接合した場合の状態を示す要部拡大断面図である。

図６（ａ）に示すトーションビーム式サスペンションＳ１のように、トレーリング部材１Ａの中間部１Ａｃは、断面ロ字状の管状部材によって形成してもよい。このようにすれば、トレーリング部材１Ａの中間部１Ａｃには、１部材によって閉断面が形成されるため、さらに剛性を向上させることができる。

そして、図６（ａ）に示すパッチ部材４Ａは、上下方向の長さを直接トレーリング部材１Ａの内側側壁１Ａｄの上下方向の長さより若干短い長さに形成して、側面視して内側側壁１Ａｄの略全体に接合されるような状態に設けてもよい。
このようにすれば、パッチ部材４Ａは、上下方向の長さが長くなるため、トーションビーム２Ａの曲げモーメントＭに対する剛性をさらに向上させることができる。

また、パッチ部材４Ａは、平板状のものに限定されるものではなく、例えば、図６（ｂ）に示すように、Ｌ字型のパッチ部材４Ｂや、側面視して直角三角形等の角材（図視せず）であってもよい。
このようにすることにより、パッチ部材４Ｂは、トーションビーム２Ｂの上側内壁部２Ｂｃに接合する上縁部４Ｂａが、トレーリング部材１Ｂの内側側壁１Ｂｄからトーションビーム式サスペンションＳ２の中心Ｏ（図１参照）側に長さＬ１離れる。このため、曲げモーメントＭの応力は、パッチ部材４Ｂの上縁部４Ｂａに最大応力が負荷されるようになることによって、溶接部２Ｂｈにかかる応力が低減されて、耐久性が向上される。

なお、トレーリング部材１Ｃの中間部１Ｃｃは、図６（ｃ）に示すように、断面コ字状の上フレーム１１Ｃと、この上フレーム１１Ｃと対称で合致する断面コ字状の下フレーム１２Ｃとを接合したものであってもよい。
また、トレーリング部材１Ｃは、断面丸状の円筒管や、断面コ字状の角材であってもよい。
すなわち、トーションビーム式サスペンションＳ３のトレーリング部材１Ｃは、上側にトーションビーム２Ｃの上側内壁部２Ｃｃに溶接する接合部１Ｃｇ、下側にトーションビーム２Ｃの下側内壁部２Ｃｄに溶接する接合部１Ｃｈ、内側側壁１Ｃｄにパッチ部材４Ｃを固定する部分があれば、その形状は適宜に変更しても構わない。

また、図２に示すように、トーションビーム２は、前記実施形態で、車両の前方側が開放された断面略Ｕ字状のものを例に挙げて説明したが、これとは逆に車両の後方側が開放したものであってもよい。

本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す一部断面を有する要部拡大斜視図である。 図１のＸ−Ｘ拡大断面図である。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す要部拡大斜視図である。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示す要部拡大断面図である。 本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションの変形例を示す図であり、（ａ）はパッチ部材を直接トレーリング部材に接合した場合の状態を示す要部拡大断面図、（ｂ）はＬ字型のパッチ部材を示す要部拡大断面図、（ｃ）は上フレームと下フレームとを合致させたトレーリング部材にパッチ部材を接合した場合の状態を示す要部拡大断面図である。 従来のトーションビーム式サスペンションの溶接部を示す部分断面図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ トレーリング部材
１ａ 前端部
１ｂ 後端部
１ｃ，１Ａｃ，１Ｃｃ 中間部
１ｄ，１Ａｄ，１Ｂｄ，１Ｃｄ 内側側壁
１ｇ，１Ｃｇ，１ｈ，１Ｃｈ 接合部
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ トーションビーム
２ａ，２ｂ 両端部
２ｃ，２Ｂｃ，２Ｃｃ 上側内壁部
２ｈ 溶接部
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ パッチ部材
４ａ，４Ｂａ 上縁部
４ｂ 下縁部
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ トーションビーム式サスペンション
Ｗ 後輪（車輪）

Claims (3)

1. 前端部が車体に枢支されて、後端部が車輪を懸架する左右一対のトレーリング部材と、車両の前方側あるいは車両の後方側が開放された開放平面を有して車両の左右方向に延びるトーションビームとを含んでなり、
   前記一対のトレーリング部材の中間部同士を、前記トーションビームの両端部で接合したトーションビーム式サスペンションにおいて、
   前記トレーリング部材の内側側壁に、当該トレーリング部材と前記トーションビームとを繋ぐパッチ部材を配置したことを特徴とするトーションビーム式サスペンション。
2. 前記トーションビームは、車両の前方側に開放した断面略Ｕ字状に形成され、
   前記パッチ部材は、前記トーションビームの断面略Ｕ字状に形成された上側内壁部と前記トレーリング部材の内側側壁とを繋いだことを特徴とする請求項１に記載のトーションビーム式サスペンション。
3. 前記パッチ部材は、上縁部を前記上側内壁部に溶接し、下縁部を前記内側側壁に溶接したことを特徴とする請求項２に記載のトーションビーム式サスペンション。

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