JP2009155022A - 油圧ウインチの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費を悪化することなくウインチ用モータを最高速で駆動する。
【解決手段】油圧ポンプ２と、油圧ポンプ２からの圧油により回転するウインチドラム駆動用の可変容量型油圧モータ３と、油圧ポンプ２から油圧モータ３への圧油の流れを制御する方向制御弁４と、油圧モータ２のモータ容量を変更する容量変更手段２０と、エンジン回転数を検出する回転数検出手段３２と、回転数検出手段３２により検出されたエンジン回転数が所定値Ｎａより大きいと、容量変更手段２０により変更可能なモータ容量の最小値をｑｍｉｎ１に制限し、エンジン回転数が所定値Ｎａ以下のときは、ｑｍｉｎ１よりも小さいｑｍｉｎ２に制限する容量制限手段２２，３０とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、可変容量モータを有する油圧ウインチの制御装置に関する。

従来より、ウインチドラム駆動用の油圧モータの駆動圧に応じてモータ容量を制御するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この装置によれば、エンジンにより駆動される油圧ポンプからの圧油を油圧モータに供給し、油圧モータを駆動する。モータ駆動圧が小さいときはモータ容量は小さくなる。

実開平６−８２４０７号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、油圧モータを最高速で駆動するためには、エンジン回転数を最大としてポンプ流量を増やす必要があり、燃費の悪化および騒音の増大を伴う。

本発明による油圧ウインチの制御装置は、油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油により回転するウインチドラム駆動用の可変容量型油圧モータと、油圧ポンプから油圧モータへの圧油の流れを制御する方向制御弁と、油圧モータのモータ容量を変更する容量変更手段と、エンジン回転数を検出する回転数検出手段と、回転数検出手段により検出されたエンジン回転数が所定値より大きいと、容量変更手段により変更可能なモータ容量の最小値を第１の最小容量に制限し、エンジン回転数が所定値以下のときは、モータ容量の最小値を第１の最小容量よりも小さい第２の最小容量に制限する容量制限手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明による油圧ウインチの制御装置は、油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油により回転するウインチドラム駆動用の可変容量型油圧モータと、油圧ポンプから油圧モータへの圧油の流れを制御する方向制御弁と、油圧モータのモータ容量を変更する容量変更手段と、容量変更手段により変更可能なモータ容量の最小値を第１の最小容量または第１の最小容量より小さい第２の最小容量に制限する容量制限手段と、容量制限手段によりモータ容量の最小値が第２の最小容量に制御されると、第１の最小容量に制御されたときよりも、エンジン回転数の上限を小さくする回転数制御手段とを備えることを特徴とする。
巻下げ操作を検出する巻下げ検出手段を有し、巻下げ検出手段による巻下げ操作検出を条件としてモータ容量の最小値を第２の最小容量に制限することもできる。
油圧モータと方向制御弁の間の油圧回路に、カウンタバランス弁を設けることが好ましい。
容量変更手段を、移動量に応じてモータ容量を変更する第１のピストンと、第１のピストンの移動量を第１の最小容量に対応した第１の位置および第２の最小容量に対応した第２の位置に制限する第２のピストンとを有するものとしてもよい。

本発明によれば、エンジン回転数が所定値以下のときにモータ容量の最小値を小さくするようにしたので、エンジン回転数を低減してモータを最高速で駆動することができ、燃費が向上するとともに騒音を低減できる。

以下、図１〜図６を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係るウインチの制御装置が適用されるクレーンの外観側面図である。図１のクレーンは、走行体１０１と、走行体１０１上に旋回可能に搭載される旋回体１０２と、旋回体１０２に起伏可能に支持されたブーム１０３とを有する。旋回体１０２には巻上ドラム１０５と起伏ドラム１０７が搭載され、巻上ドラム１０５の駆動により巻上ロープ１０４が巻き取りまたは繰り出され、吊り荷１０６が昇降する。また、起伏ドラム１０７の駆動により起伏ロープ１０８が巻き取りまたは繰り出され、ブーム１０３が起伏する。

図２は、巻上ドラム駆動用のウインチの油圧回路図である。この油圧回路は、エンジン１により駆動される可変容量型の油圧ポンプ２と、一対のメイン管路Ｌ１，Ｌ２を介して油圧ポンプ２から供給される圧油によって駆動する可変容量型油圧モータ３と、油圧ポンプ２から油圧モータ３への圧油の流れを制御する方向制御弁４と、ポンプ吐出圧を制限するリリーフ弁５と、ウインチの駆動を指令する操作レバー６と、操作レバー６の操作量に応じたパイロット圧を発生するパイロット弁７と、方向制御弁４と油圧モータ３の間に介装されたカウンタバランス弁８と、管路Ｌ１，Ｌ２の高圧側の圧油を選択するシャトル弁９と、油圧モータ３のモータ容量（モータ傾転）を制御するモータ容量制御装置２０とを有する。

操作レバー６を巻上げまたは巻下げ操作すると、その操作量の増加に伴い方向制御弁４に作用するパイロット圧が大きくなり、方向制御弁４が位置イ側または位置ロ側に切り換わる。方向制御弁４が位置イ側に切り換わると、油圧ポンプ２の吐出油が管路Ｌ２を介して油圧モータ３に供給され、油圧モータ３が巻上げ方向に回転する。方向制御弁４が位置ロ側に切り換わると、油圧ポンプ２の吐出油が管路Ｌ１を介して油圧モータ３に供給され、油圧モータ３が巻下げ方向に回転する。

油圧ポンプ２のポンプ容量（ポンプ傾転）はレギュレータ２ａにより制御される。レギュレータ２ａにはポンプ吐出圧がフィードバックされ、ポンプ吐出圧とポンプ容量とにより決定される負荷がエンジン出力を上回らないように、ポンプ容量は、いわゆる馬力制御によりポンプ吐出圧に応じて制御される。この馬力制御によれば、ポンプ吐出圧が所定値以下ではポンプ容量は最大となる。この際、エンジン回転数を高めればポンプ吐出量が増大し、モータ２の回転速度が増速されるが、これでは燃費の悪化および騒音の増大を伴う。そこで、本実施の形態では以下のようにモータ制御装置２０を構成する。

図２に示すように、モータ制御装置２０は、ピストンケース２１Ｃ内の油室Ｒ１，Ｒ２に面して設けられて、モータ傾転を変化させるピストン２１Ａと、ピストンケース２１Ｃ内の油室Ｒ２，Ｒ３に面して設けられて、ピストン２１Ａの移動を制限するピストン２１Ｂと、油室Ｒ１，Ｒ３同士を連通または遮断する電磁切換弁２２と、シャトル弁９から油室Ｒ１への油の流れを制御する制御弁２３と、シャトル弁９から制御弁２３への圧油の流れをカットするカットオフ弁２４と、制御弁２３に作用するパイロット圧を制御するパイロット制御弁２５とを有する。

油室Ｒ１に面したピストン２１Ａの径は、油室Ｒ２に面したピストン２１Ａの径よりも大きく、かつ、油室Ｒ３に面したピストン２１Ｂの径よりも小さい。したがって、制御弁２３とカットオフ弁２４とがそれぞれａ位置に切り換わり、油室Ｒ１，Ｒ２に互いに等しい圧力が作用した状態では、ピストン２１Ａはｘ２方向に移動し、モータ傾転は減少する。一方、制御弁２３がｃ位置に切り換わり、油室Ｒ１の圧力がタンク圧になると、油室Ｒ２の圧力によりピストン２１Ａはｘ１方向に移動し、モータ傾転は増加する。このときのモータ傾転の変化は、フィードバック機構２６により制御弁２３にフィードバックされ、ピストン２１Ａと制御弁２３とフィードバック機構２６はサーボ機構として作用する。

制御弁２３はパイロット制御弁２５を介して供給される油圧源２８からのパイロット圧に応じて切り換わる。例えばオペレータがスイッチ操作により１速（低速）を指令するとパイロット制御弁２５はｂ位置に切り換わり、２速（高速）を指令するａ位置に切り換わる。パイロット制御弁２５がａ位置に切り換わると、制御弁２３はａ位置に切り換えられ、シャトル弁９からの圧油が油室Ｒ１に導かれてピストンがｘ２方向に移動し、モータ傾転が減少する。モータ傾転の減少量はフィードバック機構２６により制御弁２３にフィードバックされ、制御弁２３はｂ位置に切り換わり、モータ傾転が安定する。

カットオフ弁２４は、シャトル弁９からの圧油の圧力に応じて切り換わる。シャトル弁９からの圧力がばね２４ａの付勢力（カットオフ圧）よりも小さいと、カットオフ弁２４はａ位置に切り換わり、シャトル弁９から油室Ｒ１への圧油の供給が許容される。シャトル弁９からの圧力がカットオフ圧と等しくなると、カットオフ弁２４はｂ位置に切り換わり、油室Ｒ１への圧油の供給が禁止され、モータ傾転の減少が防止される。シャトル弁９からの圧力がカットオフ圧より大きくなると、カットオフ弁２４はｃ位置に切り換わり、油室Ｒ１の圧油をタンクに戻し、モータ傾転が大きくなる。

ピストン２１Ａの動きについて詳しく説明する。制御弁２３がｃ位置に切り換わり、油室Ｒ１の圧力がタンク圧になると、ピストン２１Ａはｘ１方向に移動する。このとき、図３（ａ）に示すようにピストン２１Ａの端面がピストンケース２１Ｃの端部２１０に当接すると、モータ傾転は最大（最大傾転ｑｍａｘ）となる。

一方、制御弁２３とカットオフ弁２４とがそれぞれ図２のａ位置に切り換わると、ピストン２１Ａはｘ２方向に移動し、モータ傾転は減少する。このとき、電磁切換弁２２がａ位置に切り換わっていれば、図３（ｂ）に示すように油室Ｒ３の圧力によりピストン２１Ｂは、ピストンケース２１Ｃの段部２１１に当接するまでｘ１方向に移動する。これによりピストン２１Ａのｘ２方向への移動がピストン２１Ｂにより制限され、ピストン２１Ａがピストン２１Ｂの端面に当接すると、モータ傾転は最小（小傾転ｑｍｉｎ１）となる。

この状態から電磁切換弁２２がｂ位置に切り換わると、油室Ｒ３の圧力がタンク圧となるため、ピストン２１Ａに作用する圧力がピストン２１Ｂに作用する圧力よりも大きくなり、図３（ｃ）に示すようにピストン２１Ａはピストン２１Ｂを押動しつつｘ２方向に移動する。これによりモータ３の最小傾転は上記小傾転ｑｍｉｎ１よりも小さい超小傾転ｑｍｉｎ２となる。なお、この場合のピストン２１Ａの移動量は、例えばピストン２１Ｂの端面がピストンケース２１Ｃの端部２１２に当接することで制限される。電磁切換弁２２の切換は後述するように制御される。

図４は、本実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。コントローラ３０には操作レバー６の巻下げ操作を検出する巻下検出器３１と、エンジン回転数Ｎを検出する回転数検出器３２と、油室Ｒ１とＲ２の差圧ΔＰを検出する差圧検出器３３と、省エネモードを指令する省エネモードスイッチ３４とが接続されている。巻下検出器３１は、例えば方向制御弁４に作用するパイロット圧を検出する圧力センサにより構成できる。差圧検出器３３は、例えば油室Ｒ１，Ｒ３にそれぞれ接続された一対の圧力センサにより構成できる。

コントローラ３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。コントローラ３０では、上記各検出器３１〜３４とスイッチ３４からの信号に基づき以下のような処理を実行し、電磁切換弁２２とエンジン制御部１ａにそれぞれ制御信号を出力する。

図５は、コントローラ３０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばエンジンキースイッチのオンにより開始される。ステップＳ１では、各検出器３１〜３３とスイッチ３４からの信号を読み込む。

ステップＳ２では、巻下検出器３１からの信号により操作レバー６が巻下操作されたか否かを判定する。例えば方向制御弁４の巻下側パイロットポートに作用する圧力が所定値以上のときに巻下操作ありと判定する。ステップＳ２が肯定されるとステップＳ３に進み、否定されるとステップＳ６に進む。ステップＳ３では、省エネモードスイッチ３４がオンか否かを判定する。ステップＳ３が肯定されるとステップＳ４に進み、否定されるとステップＳ６に進む。

ステップＳ４では、エンジン回転数Ｎが予め定めた所定値Ｎａ以下か否かを判定する。所定値Ｎａは、モータ傾転が超小傾転ｑｍｉｎ２となったときにモータ過回転を防止するような値に設定される。エンジン１の最高回転数をＮｍａｘとすると、所定値Ｎａは例えばＮｍａｘの５０％程度である。なお、エンジン回転数は、エンジン回転数制御部１ａにおいて、例えばペダルやレバー等のエンジン回転数指令部材で指令した指令値となるように制御される。ステップＳ４が肯定されるとステップＳ５に進み、否定されるとステップＳ６に進む。ステップＳ５では、電磁切換弁２２をｂ位置に切り換える。これによりモータ最小傾転が図３（ｃ）に示す超小傾転ｑｍｉｎ２となる。

ステップＳ６では、電磁切換弁２２をａ位置に切り換える。次いで、ステップＳ７で、差圧検出器３３により検出された差圧ΔＰが所定値ΔＰａ以上か否かを判定する。これは電磁切換弁２２が確実にａ位置に切り換わっているか否かの判定である。すなわち電磁切換弁２２がｂ位置に切り換わったままスティックすると、電磁切換弁２２にａ位置への切換信号を出力しても電磁切換弁２２はａ位置に切り換わらず、油室Ｒ１とＲ３に差圧ΔＰが発生する。この差圧ΔＰの発生の有無をステップＳ７で検出する。なお、ステップＳ６で電磁切換弁２２の切換信号を出力後、差圧ΔＰが安定するまで所定時間待機してから差圧ΔＰを検出するようにしてもよい。ステップＳ７が肯定されるとステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、エンジン回転数制御部１ａに制御信号を出力し、エンジン回転数の上限を所定値Ｎａに制限する。例えばエンジン回転数指令部材によるエンジン回転数の指令値Ｎｂと所定値Ｎａとを比較し、Ｎａ≦Ｎｂであればエンジン回転数をＮａに制御し、Ｎａ＞Ｎｂであればエンジン回転数をＮｂに制御する。これによりエンジン回転数は少なくとも所定値Ｎａ以下となり、電磁切換弁２２がスティックしてモータ最小傾転が超小傾転ｑｍｉｎ２となった場合に、油圧モータ３が過回転することを防止できる。

本実施の形態の動作をまとめると次のようになる。操作レバー６の巻下げ操作時に、エンジン回転数が所定値Ｎａ以下であり、かつ、省エネモードスイッチ３４がオンされると、電磁切換弁２２はｂ位置に切り換わる（ステップＳ５）。このとき制御弁２３とカットオフ弁２４がともにａ位置に切り換わると、モータ最小傾転は超小傾転ｑｍｉｎ２となる。これによりモータ回転数を増速することができ、エンジン回転数が所定値Ｎａ以下の状態で油圧モータ３を最高速で駆動することができる。エンジン回転数が所定値Ｎａ以下のときにモータ最小傾転を超小傾転ｑｍｉｎ２とするので、モータ３の過回転も防止できる。

この場合、巻下げ時には、モータ入口側の負荷圧をそれほど大きくしなくてもカウンタバランス弁８が開口する。このためエンジン回転数が所定値Ｎａ以下でも十分な巻下げ速度を得ることができる。負荷圧が大きい場合は、油室Ｒ２の圧力が上昇し、モータ傾転は最大傾転ｑｍａｘとなる。したがって、吊り荷が重い場合に、モータ３が過回転することを防止できる。操作レバー６を巻上げ操作すると、電磁切換弁２２はａ位置に切り換わる（ステップＳ２→ステップＳ６）。したがって、巻上げ操作時には図３（ａ）の最大傾転ｑｍａｘと図３（ｂ）の小傾転ｑｍｉｎ１の間でモータ傾転が変化する。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）操作レバー６の巻下げ操作、かつ、エンジン回転数が所定値Ｎａ以下、かつ、省エネモードスイッチ３４がオンを条件として、電磁切換弁２２をｂ位置に切り換え、モータ最小傾転を超小傾転ｑｍｉｎ２とするようにした。これによりエンジン回転数を低減した状態でモータ３を最高速で駆動することができ、省エネを実現できるとともに、騒音を低減できる。
（２）ウインチ駆動用回路にカウンタバランス弁８を設けるので、負荷圧が巻下げ速度に与える影響は少なく、エンジン回転数を低減した状態でも十分な巻下げ速度を得ることができる。

（３）ピストンケース２１Ｃ内に一対のピストン２１Ａ，２１Ｂを設け、ピストン２１Ｂによりピストン２１Ａの移動を制限するので、モータ最小傾転を精度よく小傾転ｑｍｉｎ１および超小傾転ｑｍｉｎ２に制限できる。これに対し、例えば比例電磁弁等によりピストン２１Ａに作用する圧力を２段階に制御してモータ最小傾転を小傾転ｑｍｉｎ１、超小傾転ｑｍｉｎ２としたのでは、モータ傾転のばらつきが大きい。
（４）省エネモードスイッチ３４の操作によりモータ最小傾転を小傾転ｑｍｉｎ１および超小傾転ｑｍｉｎ２とすることができ、オペレータの意思でモータ最小傾転を選択できるので、使い勝手がよい。

なお、上記実施の形態では、省エネモードスイッチ３４のオン時にエンジン回転数が所定値Ｎａ以下であれば、電磁切換弁２２をｂ位置に切り換え、モータ最小傾転を超小傾転ｑｍｉｎ２とするようにしたが、省エネモードスイッチ３４のオン時に電磁切換弁２２をｂ位置に切り換えるとともに、エンジン回転数を所定値Ｎａ以下に制限してもよい。この場合のコントローラ３０における処理の一例を図６に示す。なお、図５と同一の箇所には同一の符号を付す。

図６では、ステップＳ２で巻下げ操作が検出され、かつ、ステップＳ３で省エネモードスイッチ３４のオンが検出されると、ステップＳ５で電磁切換弁２２をｂ位置に切り換える。次いで、ステップＳ８でエンジン回転数制御部１ａに制御信号を出力し、エンジン回転数の上限を所定値Ｎａに制限する。一方、ステップＳ２で巻下げ操作以外が検出され、あるいは、ステップＳ３で省エネモードスイッチ３４のオフが検出されると、ステップＳ６で電磁切換弁２２をａ位置に切り換える。次いで、ステップＳ７で差圧ΔＰが所定値ΔＰａ以上か否かを判定し、肯定されるとステップＳ８でエンジン回転数の上限を制限する。このような図６の処理によっても、エンジン回転数を低減した状態でモータ３を最高速で駆動することができ、省エネを実現できるとともに、騒音を低減できる。

なお、図５の処理では、巻下げ操作、かつ、省エネモードスイッチ３４のオン、かつ、エンジン回転数が所定値Ｎａ以下であるときに、電磁切換弁２２をｂ位置に切り換えるようにしたが、少なくともエンジン回転数が所定値Ｎａ以下のときに電磁切換弁２２をｂ位置に切り換えるのであれば、容量制限手段としてのコントローラ３０における処理は上述したものに限らない。電磁切換弁２２の切換によりモータ最小傾転を小傾転ｑｍｉｎ１（第１の最小容量）または超小傾転ｑｍｉｎ２（第２の最小容量）に制限したが、他の構成によりモータ容量の最小値を制限してもよい。

図６の処理では、巻下げ操作、かつ、省エネモードスイッチ３４のオンで電磁切換弁２２をｂ位置に切り換えるとともに、エンジン回転数制御部１ａに制御信号を出力してエンジン回転数の上限を制限するようにしたが、少なくともモータ容量の最小値が超小傾転ｑｍｉｎ２となったときにエンジン回転数の上限を制限するのであれば、回転数制御手段の構成は上述したものに限らない。例えばレバー巻下げ操作が検出されるとエンジン回転数の上限を制限し、かつモータ最小傾転を超小傾転ｑｍｉｎ２とするようにしてもよい。

回転数検出手段としての回転数検出器３２の構成、巻下げ検出手段としての巻下げ検出器３１の構成はいかなるものでもよい。ピストン２１Ａ（第１のピストン）によりモータ容量を変更し、ピストン２１Ｂ（第２のピストン）によりピストン２１Ａの移動量を図３（ｂ）の小傾転に対応した位置（第１の位置）と、図３（ｃ）の超小傾転に対応した位置（第２の位置）に制限するようにしたが、容量変更手段はこれに限らない。モータ容量制御装置２０の構成も上述したものに限らない。モータ最小傾転を超小傾転ｑｍｉｎ２としてモータ速度を増速するようにしたが、ポンプ２を大型化してポンプ容量を増やしてモータ速度を増速することも可能である。

以上のウインチの制御装置は、図１のクレーン以外にも適用することができる。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の油圧ウインチの制御装置に限定されない。

本発明の実施の形態に係るウインチの制御装置が搭載されたクレーンの外観側面図。 本実施の形態に係るウインチの油圧回路図。 本実施の形態に係るウインチの制御装置を構成するピストンの動作の一例を示す図。 本実施の形態に係るウインチの制御装置の構成を示すブロック図。 図４のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。 図５の変形例を示すフローチャート。

符号の説明

１ａ エンジン回転数制御部
２ 油圧ポンプ
３ 油圧モータ
４ 方向制御弁
８ カウンタバランス弁
２０ モータ容量制御装置
２１Ａ，２１Ｂ ピストン
２２ 電磁切換弁
３０ コントローラ
３１ 巻下検出器
３２ 回転数検出器

Claims (5)

1. 油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプからの圧油により回転するウインチドラム駆動用の可変容量型油圧モータと、
   前記油圧ポンプから前記油圧モータへの圧油の流れを制御する方向制御弁と、
   前記油圧モータのモータ容量を変更する容量変更手段と、
   エンジン回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記回転数検出手段により検出されたエンジン回転数が所定値より大きいと、前記容量変更手段により変更可能なモータ容量の最小値を第１の最小容量に制限し、エンジン回転数が前記所定値以下のときは、モータ容量の最小値を前記第１の最小容量よりも小さい第２の最小容量に制限する容量制限手段とを備えることを特徴とする油圧ウインチの制御装置。
2. 油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプからの圧油により回転するウインチドラム駆動用の可変容量型油圧モータと、
   前記油圧ポンプから前記油圧モータへの圧油の流れを制御する方向制御弁と、
   前記油圧モータのモータ容量を変更する容量変更手段と、
   前記容量変更手段により変更可能なモータ容量の最小値を第１の最小容量または第１の最小容量より小さい第２の最小容量に制限する容量制限手段と、
   前記容量制限手段によりモータ容量の最小値が前記第２の最小容量に制御されると、前記第１の最小容量に制御されたときよりも、エンジン回転数の上限を小さくする回転数制御手段とを備えることを特徴とする油圧ウインチの制御装置。
3. 請求項１または２に記載の油圧ウインチの制御装置において、
   巻下げ操作を検出する巻下げ検出手段を有し、
   前記容量制限手段は、前記巻下げ検出手段による巻下げ操作検出を条件としてモータ容量の最小値を前記第２の最小容量に制限することを特徴とする油圧ウインチの制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の油圧ウインチの制御装置において、
   前記油圧モータと前記方向制御弁の間の油圧回路にはカウンタバランス弁が設けられることを特徴とする油圧ウインチの制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の油圧ウインチの制御装置において、
   前記容量変更手段は、移動量に応じてモータ容量を変更する第１のピストンと、前記第１のピストンの移動量を前記第１の最小容量に対応した第１の位置および前記第２の最小容量に対応した第２の位置に制限する第２のピストンとを有することを特徴とする油圧ウインチの制御装置。

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