JP2015192687A - 発光装置及び付け爪 - Google Patents

Abstract

【課題】充電して繰り返し使用することができる小型の発光装置及び付け爪を提供する。
【解決手段】コイル２２を介して受信した磁束に基づいて電圧を生成する共振回路４２と、前記共振回路４２で生成された電圧によりバッテリ２４を充電する充電回路ＲＥＧと、前記バッテリ２４から供給される直流電流により発光する発光体１８Ａとを備えることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、発光装置及び付け爪に関するものである。

この種の発光装置として、基板上に配置された薄板状電池と、当該電池から供給される直流電流により発光する発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）とを備える付け爪が開示されている（例えば、特許文献１）。上記特許文献１の場合、電池が切れると、当該電池を交換し、廃棄しなければならないという問題がある。

これに対し太陽電池層と、太陽電池層の発電電力を蓄電する電池と、電池から供給される電力により所定の表示データを表示する表示部とを備えた付け爪が開示されている（例えば、特許文献２）。上記特許文献２の場合、太陽電池で発電することができるので、電池交換が不要である。

特開２００９−２６８８９３号公報 特開２００６−２６２９８２号公報

しかしながら上記特許文献２の場合、表示部に表示データを表示させるために必要な電力を発電するには、大型の太陽電池層が必要になるので、付け爪も大型化してしまう、という問題がある。

そこで本発明は、充電して繰り返し使用することができる小型の発光装置及び付け爪を提供することを目的とする。

本発明に係る発光装置は、コイルを介して受信した磁束に基づいて電圧を生成する共振回路と、前記共振回路で生成された電圧によりバッテリを充電する充電回路と、前記バッテリから供給される直流電流により発光する発光体とを備えることを特徴とする。

本発明に係る付け爪は、上記発光装置を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、外部から供給された磁束に基づいて共振回路で電圧を発生し、当該電圧によってバッテリを充電するので、従来に比べ小型化を実現することができる。

本実施形態に係る付け爪の全体構成を示す斜視図である。 本実施形態に係る回路基板の構成を示す平面図である。 本実施形態に係る回路基板の部分縦断面図である。 本実施形態に係る回路基板の回路構成を示す回路図である。 変形例に係る回路基板の構成を示す平面図であり、図５Ａは変形例１、図５Ｂは変形例２に係る図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

（全体構成）
図１に示す発光装置としての付け爪１０は、付け爪本体１２と、回路基板１４Ａとを備える。本実施形態の場合、付け爪１０は、接着層１６を備え、当該接着層１６を最下層とし、接着層１６上に回路基板１４Ａが設けられ、当該回路基板１４Ａの表面を覆うように付け爪本体１２が設けられている。付け爪１０は、回路基板１４Ａ上に設けられた発光体１８Ａが発した光が、付け爪本体１２を透過して視認し得るように形成されている。

付け爪本体１２は、爪の表面形状に合わせた曲面を有し、硬質合成樹脂等で形成されている。本実施形態の場合、付け爪本体１２は、発光体１８Ａが発した光を透過し得る透明性を有している。また付け爪本体１２は、着色された合成樹脂で形成してもよく、さらにマニキュア等で着色されてもよい。接着層１６は、特に限定されず、例えば両面テープを用いることとしてもよい。

回路基板１４Ａは、図２に示すように、基板本体２０、基板本体２０の裏面側に配置されたコイル２２、基板本体２０の表面に実装された、発光体１８Ａ、バッテリ２４、指示部としてのマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）２６、充電表示用発光体４８などを備える。

基板本体２０は、フレキシブルプリント基板を用いるのが好ましい。基板本体２０には、複数の切込み線３６が縁部に描かれているのが好ましい。切込み線３６は、基板本体２０の外周縁から内方に向かって先細となる楔形状に描かれている。本実施形態の場合、切込み線３６は、先端部分に１個、側辺にそれぞれ２個、合計５個描かれている。切込み線３６に沿って基板本体２０を切断することにより、基板表面に対し垂直方向に基板本体２０を変形させることができる。

また基板本体２０には、切り取り可能線３８が描かれているのが好ましい。切り取り可能線３８は、ユーザの爪の大きさに合わせて、機能を損なわずに切断し得る最大範囲を示す。本実施形態の場合、切り取り可能線３８は、基板本体２０の外形形状を縮小した範囲を示し、かつ基板本体２０の外形形状と相似形状に描かれている。

基板本体２０の先端部分には、電源電極としての第１電極２８、指示電極としての第２電極３０と第３電極３２、接地電極としての第４電極３４が形成されている。第１電極２８と第２電極３０は、オン電極３１を構成し、ユーザが同時に指で触れることにより、発光体１８Ａに供給される直流電流がオンされるように形成されている。また第３電極３２と第４電極３４は、オフ電極３３を構成し、ユーザが同時に指で触れることにより、発光体１８Ａに供給される直流電流がオフされるように形成されている。

オン電極３１、及び、オフ電極３３は、ユーザが、いずれか一方のみを指で同時に触れることができる位置に形成されている。本実施形態の場合、基板回路の幅方向の一側にオン電極３１が、他側にオフ電極３３がそれぞれ形成されている。図１には図示していないが、付け爪本体１２は、先端部分からオン電極３１、及び、オフ電極３３が露出し得るように形成されている。

コイル２２は、導線として例えば銅で形成された細線を、渦巻き状又は螺旋状に巻いて形成されており、図３に示すように基板本体２０の裏面に固定されている。当該コイル２２の両端片２３は、基板本体２０に形成された貫通穴２５を通じて、基板本体２０の表面側に引き出されている（図２）。

次に、回路基板１４Ａの回路構成について、図４を参照して説明する。回路基板１４Ａは、共振回路４２と、整流回路４４と、過電圧保護回路４６と、充電表示用発光体４８と、充電回路ＲＥＧと、バッテリ２４と、スイッチとしてのオンオフ検出回路５０と、マイコン２６と、昇圧回路５２と、発光体１８Ａとを備える。回路基板１４Ａは、共振回路４２と、整流回路４４と、過電圧保護回路４６とによって生成された所定の直流電圧が電源線Ｌ２と電源線Ｌ３間に供給されるように形成されている。充電表示用発光体４８は、電線線Ｌ１と電源線Ｌ３に接続されている。また電源線Ｌ２と電源線Ｌ３間には、充電回路ＲＥＧと、バッテリ２４と、オンオフ検出回路５０と、マイコン２６と、昇圧回路５２と、発光体１８Ａとがそれぞれ並列に接続されている。

共振回路４２は、外部の磁束発生器（図示しない）から放射された磁束を受信するコイル２２と、当該コイル２２に対し並列に接続されたコンデンサＣ１とを有する。共振回路４２は、コイル２２及びコンデンサＣ１によって、受信した磁束に同調させて、受信効率を向上させるように形成されている。共振回路４２は、磁束発生器から放射された磁束をコイル２２で受信し、これによって生じた交流電圧を整流回路４４に送出する。

磁束発生器は、例えば、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）などの近距離無線通信（Near Field Communication：ＮＦＣ）による通信非接触ＩＣカードリーダー／ライタを用いることができる。磁束発生器は、単機能型である必要はなく、パソコンや携帯電話に付属されている通信非接触ＩＣカードリーダー／ライタを用いることもできる。

整流回路４４は、共振回路で生成された交流電圧を直流電圧に変換する。本実施形態の場合、整流回路４４は、第１ダイオードＤ１と、第２ダイオードＤ２と、第３ダイオードＤ３と、第４ダイオードＤ４とを有する。第１ダイオードＤ１と、第２ダイオードＤ２と、第３ダイオードＤ３と、第４ダイオードＤ４とは、ブリッジ回路を構成している。

第１ダイオードＤ１は、アノード側がコイル２２の一端と接続される第１端子Ｐ１に接続され、カソード側が電源線Ｌ１に接続されている。第２ダイオードＤ２は、カソード側がコイル２２の他端と接続される第２端子Ｐ２に接続され、アノード側が電源線Ｌ３に接続されている。第３ダイオードＤ３は、カソード側が第１端子Ｐ１に接続され、アノード側が電源線Ｌ３に接続されている。第４ダイオードＤ４は、アノード側が第２端子Ｐ２に接続され、カソード側が電源線Ｌ１に接続されている。

ここで、整流回路４４は、共振回路４２から送出された交流電圧が正のレベルにある場合、すなわち第１端子Ｐ１の方が第２端子Ｐ２より電圧が高い場合、これによって生じる電流を第１ダイオードＤ１により電源線Ｌ１へ導く。当該電流は、電源線Ｌ１から過電圧保護回路ＺＤを介して電源線Ｌ２を通って各種負荷へ流れ、電源線Ｌ３を通って第２ダイオードＤ２から第２端子Ｐ２を通じてコイル２２へと流れる。一方、整流回路４４は、共振回路４２から送出された交流電圧が負のレベルにある場合、すなわち第１端子Ｐ１の方が第２端子Ｐ２より電圧が低い場合、これによって生じる電流を第４ダイオードＤ４により電源線Ｌ１へ導く。当該電流は、電源線Ｌ１から過電圧保護回路ＺＤを介して電源線Ｌ２を通って各種負荷へ流れ、電源線Ｌ３を通って第３ダイオードＤ３から第１端子Ｐ１を通じてコイル２２へと流れる。

過電圧保護回路ＺＤは、共振回路４２で生成された電圧が高くなりすぎた場合、充電回路ＲＥＧが破損するおそれがあるため、かかる過電圧から充電回路ＲＥＧを保護する。本実施形態の場合、過電圧保護回路ＺＤは、ツエナーダイオードを用いることができる。ツエナーダイオードのカソード側はＬ１に接続され、アノード側はＬ３に接続されている。過電圧保護回路ＺＤはカソード側の電圧が所定の電圧になるように動作する。これにより過電圧保護回路ＺＤの次段に設けられている各種負荷、すなわち、充電表示用発光体４８と、充電回路ＲＥＧと、バッテリ２４と、オンオフ検出回路５０と、マイコン２６と、昇圧回路５２と、発光体１８Ａとに対し、安定した直流電圧が供給される。

充電表示用発光体４８は、アノード側に抵抗Ｒ２が接続されており、カソード側に電源線Ｌ３が接続されている。

充電回路ＲＥＧは、次段に設けられたバッテリ２４と並列に接続されている。本実施形態の場合、充電回路ＲＥＧは、コンデンサを用いることができ、過電圧保護回路ＺＤを介して印加された電圧によって電荷を蓄えながら、バッテリ２４の充電用電力を生成する。充電回路ＲＥＧは、生成した充電電力をバッテリ２４に供給し、当該バッテリ２４を定電圧充電する。

バッテリ２４は、逆流防止用ダイオードＤ５を介して充電回路ＲＥＧと並列に接続されており、動作時間に合わせた少なくとも一種類の二次電池を備える。バッテリ２４は、動作時間が長い高容量のリチウムイオン二次電池Ｂ１を用いることもできるが、特に限定されず、例えば動作時間が数分秒程度である小容量のキャパシタタイプの二次電池Ｂ２，Ｂ３を用いることもできる。

オンオフ検出回路５０は、直列に接続されたオン電極３１及びオフ電極３３を有する。オン電極３１は、第１電極２８と第２電極３０とからなる。オフ電極３３は、第３電極３２と第４電極３４とからなる。第１電極２８は電源線Ｌ２に接続されている。第２電極３０と第３電極３２は、電界効果トランジスタＦＥＴ２を介して、指示部としてのマイコン２６に接続されている。実際上、第２電極３０と第３電極３２の中点は、電界効果トランジスタＦＥＴ２のゲートに接続されている。第４電極３４は、電源線Ｌ３に接続されている。また、抵抗Ｒ８と、コンデンサＣ４が、第３電極３２及び第４電極３４と、それぞれ並列に接続されている。電界効果トランジスタＦＥＴ２は、ドレインが電源線Ｌ３に接続されている。

オンオフ検出回路５０は、第１電極２８と第２電極３０間が電気的に接続された場合、バッテリ２４によってコンデンサＣ４に電圧が印加される。これによりコンデンサＣ４は、電荷を蓄える。コンデンサＣ４は、この電荷によって、電圧を電界効果トランジスタＦＥＴ２のゲートに印加する。電界効果トランジスタＦＥＴ２は、ゲートに印加された電圧が閾値を超えると、ソース・ドレイン間で電流を流すオン状態となる。電界効果トランジスタＦＥＴ２は、一旦オン状態になると、第１電極２８と第２電極３０間が電気的に切断されても、コンデンサＣ４によってゲート電圧が閾値電圧以上に保持されている間、オン状態を保持する。

一方、オンオフ検出回路５０は、第３電極３２と第４電極３４間が電気的に接続された場合、コンデンサＣ４に蓄えた電荷を放出する。これにより、電界効果トランジスタＦＥＴ２は、ゲートに印加される電圧が閾値を下回ると、ソース・ドレイン間の電流を停止するオフ状態となる。

本実施形態の場合、抵抗Ｒ８は、コンデンサＣ４に蓄えられた電荷を放電することにより、切り忘れを防止する自動オフタイマーとして機能する。

マイコン２６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成されている。マイコン２６は、ＲＯＭに格納された基本プログラムをＲＡＭに展開して実行することにより、回路全体を統括制御し、また、ＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより各種プログラムを実行する。

マイコン２６は、端子Ｖｄｄに電源線Ｌ２が接続されている。端子Ｖｓｓは、電界効果トランジスタＦＥＴ２を介して電源線Ｌ３に接続されている。

マイコン２６の端子ＲＡ４には、昇圧回路５２が接続されている。昇圧回路５２は、コンデンサＣ５、ダイオードＤ６、ダイオードＤ７、コンデンサＣ６を有する。コンデンサＣ５の一端側はマイコン２６の端子ＲＡ４に接続されている。コンデンサＣ５の他端側は、ダイオードＤ７のアノード側に接続されている。ダイオードＤ７のカソード側は、コンデンサＣ６に接続されている。ダイオードＤ７とコンデンサＣ６との中点Ｐ３（Ｖｄｄ２）は、発光体１８Ａに接続されている。コンデンサＣ５とダイオードＤ７の中点は、アノード側が電源線Ｌ２に接続されたダイオードＤ６のカソード側が接続されている。

ダイオードＤ７とコンデンサＣ６との中点Ｐ３には、ダイオードＤ６を介してバッテリ２４から電圧が印加されている。マイコン２６の端子ＲＡ４から出力される高電位と低電位とを繰り返す矩形波出力によって、コンデンサＣ５が電荷を蓄える。昇圧回路５２は、矩形波出力が高電位に切り替わった瞬間に、コンデンサＣ５が蓄えた電荷分だけ、中点Ｐ３（Ｖｄｄ２）の電位をシフトすることにより、高電圧を発生する。このようにして発生した電圧は、コンデンサＣ６に蓄積される。

発光体１８Ａは、ＬＥＤからなり、本実施形態の場合、赤、緑、青からなる３個のＬＥＤを有する。それぞれのＬＥＤは、アノード側が中点Ｐ３（Ｖｄｄ２）を介してコンデンサＣ６に接続されており、カソード側は、抵抗Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１を介して、電界効果トランジスタＦＥＴ３、電界効果トランジスタＦＥＴ４、電界効果トランジスタＦＥＴ５のソースに接続されている。電界効果トランジスタＦＥＴ３、電界効果トランジスタＦＥＴ４、電界効果トランジスタＦＥＴ５は、ゲートがマイコン２６の端子ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ５にそれぞれ接続されており、ドレインが接地されている。

マイコン２６は、ＦＥＴ２がオン状態になると、Ｖｓｓが電源線Ｌ３に接続される。これによりマイコン２６は、端子ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ５から所定の点灯信号を出力する。上記点灯信号により、電界効果トランジスタＦＥＴ３、電界効果トランジスタＦＥＴ４、電界効果トランジスタＦＥＴ５は、ソース・ドレイン間で電流を流すオン状態となる。電界効果トランジスタＦＥＴ３、電界効果トランジスタＦＥＴ４、電界効果トランジスタＦＥＴ５がオン状態のとき、中点Ｐ３（Ｖｄｄ２）を介してコンデンサＣ６から対応するＬＥＤへ電流が流れる。これにより発光体１８Ａが発光する。

一方、マイコン２６は、電源線Ｌ４に流れる電流が停止すると、端子ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ５から出力していた点灯信号を停止する。これにより、電界効果トランジスタＦＥＴ３、電界効果トランジスタＦＥＴ４、電界効果トランジスタＦＥＴ５は、ソース・ドレイン間の電流を停止するオフ状態となり、発光体１８Ａが消灯する。

（作用及び効果）
上記構成において付け爪１０は、磁束発生器に近づけたり、磁束発生器の表面に接触させたりすることにより、磁束発生器から供給される磁束をコイルで受信し、これにより電圧を生成してバッテリ２４の充電を開始する。このとき付け爪１０は、充電表示用発光体４８を点灯し、充電が開始されたことを表示する。このように付け爪１０は、外部から供給された磁束を、コイル２２を介して受信して電圧を発生し、当該電圧によってバッテリ２４を充電するので、太陽電池を用いる従来に比べ、小型化を実現することができる。

本実施形態の場合、共振回路４２は、磁束発生器の種類によらず充電をすることができるので、利便性を向上することができる。また、付け爪１０は、過電圧保護回路ＺＤを備えるので、充電回路ＲＥＧを損傷させずに充電をすることができる。

次いで、ユーザは、接着層１６を介して自身の爪に、付け爪１０を固定する。この際、回路基板１４Ａは、基板本体２０が切込み線３６によって切断され、付け爪本体１２の表面形状に合わせて変形させることができるので、ユーザの爪に密着した状態で固定することができる。

そしてユーザがオン電極３１に指で触れると、第１電極２８から指を介して第２電極３０へ電流が流れる。電界効果トランジスタＦＥＴ２は、ゲートに印加された電圧が閾値を超えると、ソース・ドレイン間で電流を流すオン状態となる。そうするとマイコン２６は、端子ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ５から所定の点灯信号を出力する。このようにして、発光体１８Ａが点灯する。この発光体１８Ａを点灯させるタイミング、時間などは、マイコン２６に予め格納されたプログラムにより制御することができる。

またユーザがオフ電極３３に指で触れると、第３電極３２から指を介して第４電極３４へ電流が流れる。電界効果トランジスタＦＥＴ２は、ゲートに印加される電圧が閾値を下回ると、ソース・ドレイン間の電流を停止するオフ状態となる。これにより電源線Ｌ４と電源線Ｌ３は電気的に切断され、マイコン２６は動作を停止する。そうするとマイコン２６は、端子ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ５から所定の点灯信号を停止する。このようにして、発光体１８Ａが消灯する。したがって、付け爪１０は、ユーザが必要なときにのみ、発光体１８Ａを点灯させることができると共に、不使用時には消灯することで、電池の消費を抑制することができる。

本実施形態の場合、発光体１８Ａは、ユーザの人体抵抗を用いて、点灯又は消灯させることとした。したがって付け爪１０は、機械的なスイッチを用いる必要がないので、小型化を実現することができる。さらに昇圧回路５２は、マイコン２６の矩形波出力を用いることとしたから、部品点数を削減できるので、より確実に小型化を実現することができる。

（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施形態の場合、付け爪１０は、接着層１６を最下層とし、接着層１６上に回路基板１４Ａが設けられ、当該回路基板１４Ａの表面を覆うように付け爪本体１２が設けられている場合について説明したが本発明はこれに限らない。付け爪１０は、接着層１６を最下層とし、接着層１６上に付け爪本体１２を設け、当該付け爪本体１２上に回路基板１４Ａを設けることとしてもよい。

また付け爪１０は、必ずしも接着層１６を備えている必要はなく、爪に固定する際、爪に接着剤を塗布し、当該接着剤を介して付け爪１０を爪に固定することとしてもよい。

上記実施形態の場合、発光体１８Ａは、３色のＬＥＤである場合について説明したが、本発明はこれに限らない。発光体１８Ａは、単色でもよい。図５Ａに示すように、回路基板１４Ｂは、複数のＬＥＤを所定の位置に配置した発光体１８Ｂを備えることとしてもよい。これにより発光体１８Ｂは、全体として所定の形状を形成できるので、デザインの自由度を向上することができる。また、図５Ｂに示すように、回路基板１４Ｃは、発光体１８Ｃがさらに線状の導光体を有することとしてもよい。発光体１８Ｃは、ＬＥＤの光を導光体に導いて、全体として所定の形状を形成することができる。

上記実施形態の場合、発光装置として付け爪１０に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、ネックレス、イヤリングや、フェイスペインティング用のシールなど、身に着ける各種装飾品に適用してもよい。

上記実施形態の場合コイル２２は、導線を渦巻き状又は螺旋状に巻いて基板本体２０の裏面に固定した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、コイルは、基板本体２０の裏面に直接コイルパターンを形成してもよい。また基板本体２０とは別のフレキシブル基板にコイルパターンを形成し、当該フレキシブル基板を基板本体２０の裏面に固定してもよい。

１０ 付け爪（発光装置）
１２ 付け爪本体
１４Ａ 回路基板
１８Ａ 発光体
２０ 基板本体
２２ コイル
２４ バッテリ
２６ マイコン（指示部）
２８ 第１電極（電源電極）
３０ 第２電極（指示電極）
３２ 第３電極（指示電極）
３４ 第４電極（接地電極）
３６ 切込み線
３８ 切り取り可能線
４２ 共振回路
４４ 整流回路
ＺＤ 過電圧保護回路
５０ オンオフ検出回路（スイッチ）
ＲＥＧ 充電回路

本発明に係る発光装置は、コイルを介して受信した磁束に基づいて電圧を生成する共振回路と、前記共振回路で生成された電圧によりバッテリを充電する充電回路と、前記バッテリから供給される直流電流により発光する発光体と、前記発光体に供給する直流電流を、人体の抵抗を用いてオンオフするスイッチとを備え、前記スイッチは、前記バッテリに接続された電源電極としての第１電極、前記発光体のオンオフを指示する指示部に接続された指示電極としての第２電極と第３電極、及び接地された接地電極としての第４電極とを有し、前記第１電極と前記第２電極がオン電極を構成し、前記第３電極と前記第４電極がオフ電極を構成しており、前記充電回路が設けられた回路基板の幅方向の一側に前記オン電極が、他側に前記オフ電極が形成されていることを特徴とする。

Claims (7)

1. コイルを介して受信した磁束に基づいて電圧を生成する共振回路と、
   前記共振回路で生成された電圧によりバッテリを充電する充電回路と、
   前記バッテリから供給される直流電流により発光する発光体と
   を備えることを特徴とする発光装置。
2. 前記充電回路に印加される電圧を所定値以下に制限する過電圧保護回路を備えることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記発光体に供給する直流電流を、人体の抵抗を用いてオンオフするスイッチを備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
4. 前記スイッチは、
   前記バッテリに接続された電源電極と、前記発光体のオンオフを指示する指示部に接続された指示電極と、接地された接地電極とを有し、
   前記電源電極と前記指示電極に同時に人体が触れると、前記電源電極から人体を介して前記指示電極へ電流が流れ、前記発光体に供給する直流電流をオンし、
   前記指示電極と前記接地電極に同時に人体が触れると、前記指示電極から人体を介して前記接地電極へ電流が流れ、前記発光体に供給する直流電流をオフする
   ことを特徴とする請求項３記載の発光装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載の発光装置を用いたことを特徴とする付け爪。
6. 前記充電回路が設けられた回路基板を備え、前記回路基板は、切込み線が縁部に描かれていることを特徴とする請求項５記載の付け爪。
7. 前記回路基板は、前記切込み線に基づき一部が切り取られ、爪の表面形状に合わせて変形していることを特徴とする請求項５又は６記載の付け爪。

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