JP5240482B2 - 抽出バッグ用充填包装機 - Google Patents

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Description

本発明は、帯状の抽出バッグ用シートから四面体形状の抽出バッグを製造する抽出バッグ用充填包装機に関する。
紅茶、緑茶、ハーブ等のティーバッグ、煮干し、鰹節等のだしの抽出バッグとして、不織布等の通水濾過性の抽出バッグ用シートを四面体形状の袋体に形成すると共に、その内部に茶葉等の抽出材料を充填し、外表面にタグ付き吊し糸を取り付けたものが使用されている。
このような抽出バッグを製造する抽出バッグ用充填包装機としては、吊し糸となる糸材とタグとを帯状の通水濾過性シートに配置した抽出バッグ用シートの対向縁部を互いに接着することにより筒状に成形した後、その筒状体を押し潰して幅方向に溶着溶断する第１の横シールの形成と、それと交差する幅方向に溶着溶断する第２の横シールの形成とを交互に行うと共に、これらの横シールの形成の間に内容物を充填する装置が使用されている（特許文献１、特許文献２）。
そして、この抽出バッグ用充填包装機における横シール用の溶着溶断装置としては、先端が先細のホーンを備えた超音波発振器と、それに対向するアンビルとを同期させてシール方向に往復移動させる走行式のものが知られている。また、この場合のアンビルを回転こま形状とし、アンビルが摩耗した時にはアンビルを回転させ、そのホーンに対向する面を変更することが提案されている（特許文献３）。
特表２００１−５１９７２９号公報 特表２００６−５１０５５０号公報 特許２９９５４９９号公報
超音波溶着溶断装置のシールヘッドとして、先端が先細のホーンを備えた走行式のものを使用すると、シールヘッドの先端幅を被シール物のシール幅に形成した所謂直押式のシールヘッドを使用する場合に比して、シールヘッドを小型軽量化し、高速駆動させることが可能となる。
しかしながら、シールヘッドに同期させてアンビルを移動させるためには、抽出バッグ用シートのシールヘッド側において、左右に走行するシールヘッドの上下で抽出バッグ用シートを押さえる押さえが必要になると共に、アンビル側においても左右に走行するアンビルの上下で抽出バッグ用シートを押さえる押さえが必要となるため、装置構成が大がかりとなり、かえってシール速度が低下する。
そこで、アンビルとして、抽出バッグ用シートの横シール幅以上の長さを有する円柱状アンビルを使用し、アンビルの横シール方向の移動を不要にすることが考えられる。しかしながら、この場合には、シールヘッドとアンビルが相対運動をすることになるので、アンビルの摩耗が早まるという問題が生じる。特にこの摩耗の問題は、シール速度を速めるために相対運動の速度を大きくする場合に顕著となる。
これに対し、本発明は、抽出バッグ用充填包装機の横シール用の溶着溶断装置において、走行式シールヘッドと柱状アンビルとを使用しつつ、そのアンビルの摩耗速度を緩和し、さらにアンビルの摩耗時には、走行式シールヘッドとの対向面を容易に変更できるようにすることを目的とする。
本発明者は、走行式シールヘッドに対向させるアンビルとして、周方向に回転可能な柱状アンビルを使用し、かつその周面のうちシールヘッドが当たる部分を平坦に形成することにより、走行式シールヘッドとアンビルが相対運動をするにもかかわらず、アンビルの摩耗が緩和することを見いだした。
即ち、本発明は、抽出バッグ用シートを用いて四面体形状の抽出バッグを製造する抽出バッグ用充填包装械であって、
抽出バッグ用シートの長手方向の両側縁部を溶着することにより抽出バッグ用シートを筒状体に形成する縦シール装置、
抽出バッグ用シートを一定速度で走行させるシート送り手段、
抽出バッグ用シートの筒状体を、上面視で互いに交差する方向に交互に超音波溶着溶断することにより第１の横シールと第２の横シールを交互に形成する横シール装置、及び
第１の横シールの形成と第２の横シールの形成を交互に繰り返す間に、抽出バッグ用シートの筒状体の内部に内容物を充填する充填装置を有し、
前記横シール装置が、先端が先細の走行式シールヘッドと、柱状アンビルと、シールヘッドに対する柱状アンビルの対向面を固定するアンビル固定手段とを備え、
柱状アンビルは、周方向に回転可能でその回転軸が横シールの形成方向と平行であり、周面に、長手方向に伸びた複数の平坦面を有する抽出バッグ用充填包装機を提供する。
本発明の抽出バッグ用充填包装機によれば、筒状体に成形した抽出バッグ用シートの超音波溶着溶断により横シールを形成する横シール装置が、走行式シールヘッドを備えているので、シールヘッドを小型軽量化して高速駆動させることが可能となる。
さらに、この横シール装置は柱状アンビルを備え、柱状アンビルは、その周面に、長手方向に伸びた複数の平坦面を有するので、その平坦面をシールヘッドに対向させることができる。このため、アンビルの摩耗速度が緩和される。
加えて、柱状アンビルは、その周方向に回転可能であるため、シールヘッドに対向していた平坦面が摩耗した場合には、回転により順次新たな平坦面をシールヘッドに対向させることができる。したがって、シール不良をなくすことができる。
図１は抽出バッグ用充填包装機の模式図である。 図２は抽出バッグ用充填包装機の横シール装置付近の側面図である。 図３は横シール装置のシールヘッド付近の拡大側面図である。 図４は柱状アンビルの斜視図である。 図５は柱状アンビルの断面図である。 図６は柱状アンビルとアンビル固定手段の上面組み立て図である。 図７は柱状アンビルとそれを固定しているアンビル固定手段の断面図である。 図８は柱状アンビルの変形例とそれを固定しているアンビル固定手段の断面図である。 図９は柱状アンビルの変形例とそれを固定しているアンビル固定手段の断面図である。 図１０は柱状アンビルの変形例の斜視図である。 図１１はアンビル固定手段の変形例を示す横シール装置のシールヘッド付近の拡大側面図である。 図１２は横シール装置の上面視の動作説明図である。 図１３は抽出バッグ用充填包装機の模式図である。
符号の説明
５ 抽出バッグ用シート
６ 抽出バッグ
７０、７０Ｂ 充填包装機
７２ フォーマーガイド
７３ 筒体
７４ 送りローラ
７５ 縦シール装置
７６ 横シール装置
７６ａ シールヘッド
７６ｂ、７６ｂ-2、７６ｂ-3、７６ｂ-4 柱状アンビル
76b1 柱状アンビルの周面における平坦面
76b2 柱状アンビルの周面における曲面
７６ｃ アンビル固定手段
76c1 アンビル支持部材
76c2 円筒状の溝
76c3 割溝
76c4 クランプボルト
76c5 セットネジ
760,760A,760B 超音波溶着溶断装置
761 ベースプレート上下駆動用サーボモータ
762 クランク
763 リンク
764 ベースプレート
770 ９０°揺動用サーボモータ
771 スプライン軸
772 ９０°揺動プレート
780 水平駆動用サーボモータ
781 歯車
782 カム
783 カムフォロア
784 リンク機構
785 ロッド
786 基台
790 カムフォロア
791 リンク機構
７７ スクラップ巻き取り手段
７８ 押さえ
８０ オーガ充填装置
ａ、ｂ、ｃ、ｄ シールヘッドの動きを示す矢印
ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’ アンビルの動きを示す矢印
Ｌ 抽出バッグ用シートの筒状体の軸
ｐ リンク機構の動きを示す矢印
ｑ カムフォロアの動きを示す矢印
Ｗ 柱状アンビルの周面における平坦面の幅
以下、図面を参照しつつ、本発明を具体的に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。
図１は、本発明の一実施例の抽出バッグ用充填包装機７０の模式図であり、図２は、その充填包装機７０において横シールを行う横シール装置７６付近の側面図であり、図３は横シール装置７６のシールヘッド付近の拡大側面図でる。
この充填包装機７０は、抽出バッグ用シート５を用いて四面体形状の抽出バッグ６を製造する機械であって、概略、抽出バッグ用シート５を案内するフォーマーガイド７２を備えた筒体７３、筒体７３に巻き付けた抽出バッグ用シート５を一定速度で下方に走行させるシート送り手段（送りローラ７４）、抽出バッグ用シート５の長手方向の両側縁部を溶着することにより筒状体に形成する縦シール装置７５、筒状体に形成した抽出バッグ用シート５を、上面視で互いに交差する方向に超音波溶着溶断することにより第１の横シールと第２の横シールを交互に形成する横シール装置７６、第１の横シールの形成と第２の横シールの形成を交互に繰り返す間に、抽出バッグの内容物となる茶葉等を筒体７３に所定量ずつ送り込み、抽出バッグ用シート５の筒状体の内部に茶葉等を充填するオーガ充填装置８０を有している。
縦シール装置７５としては、超音波溶着溶断装置を備えており、縦シール形成時に生じる不要な縁部（耳部）を巻き取るスクラップ巻き取り手段７７を備えている。
横シール装置７６としては、各横シールの形成毎に、抽出バッグ用シート５の筒状体の軸Ｌを中心に溶着溶断方向が所定角度、好ましくは９０°、揺動し、図１において実線で記載した位置と破線で記載した位置を交互にとる一つの超音波溶着溶断装置760を備えている。この超音波溶着溶断装置760は、先端が先細に突出したシールヘッド７６ａと、略円柱状のアンビル７６ｂと、筒状体に形成されている抽出バッグ用シート５を横シールの形成時に平坦に押し潰す押さえ７８とを有する。
押さえ７８は、横シールの形成幅を有しており、横シール形成時に、シールヘッド７６ａの上下で抽出バッグ用シート５を押さえ、抽出バッグ用シート５と共に下方に走行する。
シールヘッド７６ａは、先端が先細に突出しており、それを走行させることにより任意の長さにシールを形成することができる所謂走行式のものである。走行式のシールヘッドを用いることにより、シールヘッドを小型軽量化することができるので、高速で駆動させることが容易となり、また、その駆動機構をコンパクトに構成することが可能となる。
シールヘッド７６ａは、押さえ７８が抽出バッグ用シート５の筒状体を平坦に押し潰している状態で、その抽出バッグ用シート５に当接し、押し潰されている筒状体の幅方向に走行すると共に、下方にも走行し、これにより、抽出バッグ用シート５の下方への走行を停止させることなく、抽出バッグ用シート５に一定の走行速度を維持しつつ横シールを形成する。そして該横シールの形成後、シールヘッド７６ａは、その横シールを形成する間の抽出バッグ用シート５の下方への走行距離をキャンセルする位置に戻し走行する。
したがって、シールヘッド７６ａのトータルの動きとしては、第１の横シールの形成時には、上述の幅方向と下方の動きの合成により、矢印ａのように斜め下方に走行する。そして、該横シールを形成後、該横シールを形成する間の抽出バッグ用シート５の下方への走行距離をキャンセルすると共に軸Ｌを中心に９０°揺動した位置に矢印ｂのように戻し走行する。その後、第１の横シールと同様に、シールヘッドを矢印ｃのように斜め下方に走行することにより第２の横シールを形成し、その後、矢印ｄのように戻し走行する。
一方、本発明において、アンビル７６ｂは柱状、好ましくは略円柱状で、その周面に長手方向に伸びた複数の平坦面76b1を有する。より具体的には、図４、図５に示すように、本実施例のアンビル７６ｂは円柱型のアンビルの周面に、長手方向に伸びた６個の帯状平坦面76b1を、周方向に一定間隔で形成した形状となっており、隣り合う帯状平坦面76b1同士の間は円柱形状の周面を形成する曲面76b2となっている。ここで、帯状平坦面76b1の長手方向の長さは、横シールの形成幅以上になっている。このような平坦面76b1は、円柱型のアンビル形成材料の表面を部分的に平坦に削り落とすことにより形成することができる。
アンビル７６ｂは、アンビル固定手段７６ｃにより、周方向に回転可能で、かつ、アンビル７６ｂの周面の平坦面76b1をシールヘッド７６ａに対向させた状態で固定できるようにアンビル固定手段７６ｃに支持されている。より具体的には、図６、図７に示すように、本実施例において、アンビル固定手段７６ｃは、略円柱状のアンビル７６ｂを挿入可能な円筒状の溝76c2と割溝76c3とが形成されたアンビル支持部材76c1と、アンビル支持部材76c1の割溝76c3を締めたり緩めたりするクランプクボルト76c4とを有している。
ここで円筒状の溝76c2の軸（即ち、この円筒状の溝76c2にアンビル７６ｂを挿入してアンビル７６ｂを周方向に回転させた場合の回転軸）は、横シールの形成方向と平行となっている。
また、アンビル支持部材76c1のシールヘッド７６ａ側端面は、押さえ７８と対向する平坦面に形成されている。柱状アンビルの平坦面76b1の幅Ｗ（図３）を大きくとり、平坦面76b1を押さえ７８と対向させてもよいが、アンビル支持部材76c1のシールヘッド７６ａ側端面を押さえ７８と対向させることにより、柱状アンビル７６ｂに周面に帯状平坦面76b1の個数をより多く確保することが可能となる。
この充填包装機７０の稼働時には、図６（ｂ）、図７に示すように、略円柱状のアンビル７６ｂをアンビル固定手段７６ｃの円筒状の溝76c2に挿入し、その中でアンビル７６ｂを周方向に回転させて一つの平坦面76b1をシールヘッド７６ａに対向させ、その状態でクランプボルト76c4を締めることによりアンビル７６ｂをアンビル固定手段７６ｃに固定する。
なお、本発明において柱状アンビルの形状は、その周面に長手方向に伸びた複数の平坦面を有する限り特に制限はなく、例えば、図８に示す柱状アンビル７６ｂ-2のように、円柱型のアンビルの周面に、４個の帯状平坦面76b1をアンビル７６ｂの周方向に等間隔に形成してもよい。この場合、帯状平坦面76b1同士の間は円柱形状の周面をなす曲面76b2とすることが好ましい。また、図９に示す柱状アンビル７６ｂ-3のように、帯状平坦面76b1を柱状アンビルの周方向に連設した角柱状としてもよい。好ましくは、円柱型のアンビルの周面に４〜１２個の帯状の平坦面を形成する。また、柱状アンビルの長手方向における帯状平坦面の形成位置は、必ずしも柱状アンビルの一端から他端までとする必要はなく、図１０に示す柱状アンビル７６ｂ-4のように、横シールの形成幅を超える部分は、平坦面76b1のない円柱状としてもよい。
柱状アンビル７６ｂを周方向に回転可能に支持する機構や、その固定手段についても特に制限はなく、例えば図１１に示すアンビル固定手段７６ｃのように、柱状アンビル７６ｂを挿入可能な円筒状の溝76c2を有するアンビル支持部材76c1と、柱状アンビル７６ｂを直接的に押しつけて柱状アンビル７６ｂをアンビル支持部材76c1に固定するセットネジ76c5を用いても良い。
以上の走行式のシールヘッド７６ａと柱状アンビル７６ｂとアンビル固定手段７６ｃとを有する横シール装置７６によれば、横シール時に、先端が先細に突出したシールヘッド７６ａが柱状アンビル７６ｂの平坦面76b1に対向し、横シールのシール形成幅分走行して、抽出バッグ用シート５の超音波溶着溶断を行うので、シールヘッド７６ａの対向面が曲面となる円柱状アンビルを使用する場合に比して、超音波溶着溶断に伴うアンビルの摩耗を低減させることができ、例えば、アンビルの寿命を２５〜５０％延ばすことができる。
また、シールヘッド７６ａの対向面が曲面となる円柱状アンビルを使用する場合に比して、抽出バッグ用シート５の横シール部分の溶融量を増加させ、シール強度を向上させることも可能となる。
さらに、シールヘッド７６ａに対向する柱状アンビル７６ｂの平坦面76b1が摩耗した場合には、クランプクボルト76c4を緩めて柱状アンビル７６ｂを周方向に回転させることにより新たな平坦面76b1をシールヘッド７６ａに対向させ、再度クランプクボルト76c4を締めて固定することができるので、常時、所定のシール強度で安定して横シールを形成することができる。
特に、アンビル支持部材76c1の円筒状の溝76c2の内で柱状アンビルの曲面76b2を摺接させ、割溝76c3とクランプクボルト76c4で柱状アンビル７６ｂを固定すると、柱状アンビル７６ｂを周方向に回転させるときには滑らかに回転させることができ、また、柱状アンビルを固定するときには、柱状アンビル７６ｂの全周から略均等に柱状アンビル７６ｂを締め付けることができるので、柱状アンビル７６ｂの固定状態を安定化させることができる。
また、このアンビル７６ｂは、横シールの形成時に、水平方向の走行はしないが、垂直方向には、シールヘッド７６ａと同期して走行する。より具体的には、図１に示すように、第１の横シールの形成時には抽出バッグ用シート５と共に矢印ａ’のように下方に走行し、その後、第１の横シールを形成するの間の下方への走行距離をキャンセルすると共に軸Ｌを中心に９０°揺動した位置に矢印ｂ’のように戻し走行し、第２の横シールを形成する間は矢印ｃ’のように下方に走行し、その後矢印ｄ’のように戻し走行する。以降、この第１の横シールの形成と第２の横シールの形成を繰り返す。このようにシールヘッド７６ａとアンビル７６ｂを走行させることにより、横シール時に抽出バッグ用シート５を間欠送りすることなく、連続走行させることができるので、抽出バッグの生産速度を向上させることができる。
この充填包装機７０において、上述の横シール装置７６の動きは、図２及び図１２に示す駆動機構により行われる。即ち、充填包装機７０は、ベースプレート上下駆動用サーボモータ761と、このサーボモータ761に接続したクランク762とリンク763により上下動を繰り返すベースプレート764を有している。また、９０°揺動用サーボモータ770と、このサーボモータ770とスプライン軸771で接続され、９０°揺動を繰り返す９０°揺動プレート772を有している。この９０°揺動プレート772は、上述のベースプレート764上に設けられているため、上下動も繰り返す。
９０°揺動プレート772上には、シールヘッド７６ａの上述の幅方向の走行と、筒状体に形成されている抽出バッグ用シート５を平坦に押し潰す押さえ７８の横シール位置に対する前後の動きと、アンビル７６ｂの横シール位置に対する前後の動きを担う水平駆動用サーボモータ780を有している。即ち、サーボモータ780の回転は、歯車781によってカム782に伝えられ、カム782の上面に形成された溝を従動するカムフォロア783が、リンク機構784を矢印ｐ（図１２）のように揺動させ、それによりアンビル７６ｂが横シール位置に対して水平面内で前後に動く。また、このリンク機構784と接続したロッド785が、押さえ７８の基台786を動かすことにより、押さえ７８を横シール位置に対して水平面内で前後に動かす。
さらに、カム782の下面にも溝が形成されており、この溝を従動するカムフォロア790がリンク機構791を矢印ｑ（図１２）のように揺動させ、これにより、シールヘッド７６ａが幅方向に動く。
このような駆動機構において、ベースプレート上下駆動用サーボモータ761、９０°揺動サーボモータ770、水平駆動用サーボモータ780は、連動駆動を可能とする制御装置（図示せず）により制御され、制御盤にてそれぞれの回転速度が制御される。したがって、横シールの形成時に抽出バッグ用シート５と接する、シールヘッド７６ａ、柱状アンビル７６ｂ及び押さえ７８の走行速度を、抽出バッグ用シート５の走行方向の速度成分について、完全に抽出バッグ用シート５と同速に制御することができる。よって、抽出バッグ用シート５の走行速度に脈動が生じたり、蛇行が生じたりすることを解消でき、綺麗な四面体形状の抽出バッグ６を製造することができる。
この抽出バッグ用充填包装機７０にかける抽出バッグ用シート５としては、抽出バッグ製造用の織物、不織布又はこれらの積層体からなる長尺のシートからなり、必要に応じて糸タグを貼着したもの等を種々使用することができる。
例えば、糸材としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性合成繊維をはじめとして超音波溶着や熱溶着が可能な素材から形成されたものを使用することができ、タグとしては、紙、プラスチックシート等から形成されたものを使用することができる。また、通水濾過性シートとしては、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成繊維、レーヨン等の半合成繊維、コウゾ、ミツマタ等の天然繊維の単独又は複合繊維からなる織布、不織布、紙類、多くの孔を開けたフィルム等を使用することができる。
通水濾過性シート上のタグや糸材の配置についても特に制限はない。
さらに、抽出バッグ用シート５としては、ロール状に巻き回されたものを使用してもよく、抽出バッグ用シートを構成する通水濾過性シートに吊し糸やタグを貼着して抽出バッグ用シートを製造する任意の機械を本発明の抽出バッグ用充填包装機７０と組み合わせて使用してもよい。
本発明の抽出バッグ用充填包装機は、上述した実施例の他、種々の態様をとることができる。例えば、図１３に示す抽出バッグ用充填包装機７０Ｂは、横シール装置７６として、前述の９０°揺動プレート772上に設けた超音波溶着溶断装置760に代えて、超音波溶着溶断方向が上面視で交差するように配置した２つの超音波溶着溶断装置760A、760Bをベースプレート764に直接的に設けたものである。この場合、２つの超音波溶着溶断装置760A、760Bを交互に使用する。また、各超音波溶着溶断装置760A、760Bによる横シールの形成方法としては、第１の横シールの形成時には、一方の超音波溶着溶断装置760Aを用いて、図１の抽出バッグ用充填包装機７０の場合と同様に、シールヘッド７６ａを矢印ａのように斜め下方に走行させる。その後、矢印ｂのように、第１の横シールを形成する間の抽出バッグ用シート５の下方への走行距離をキャンセル位置に戻し走行させる。一方、他の超音波溶着溶断装置760Bを用いて矢印ｃのようにシールヘッドを斜め下方に走行させることにより第２の横シールを形成し、その後、矢印ｄのように、第２の横シールを形成する間の抽出バッグ用シート５の加工への走行距離をキャンセル位置に戻し走行させる。
本発明の充填包装機は、縦シール装置には特に制限はなく、熱溶着装置を使用してもよく、超音波溶着溶断装置を使用してもよいが、例えば、超音波溶着溶断装置を使用する場合に、そのシールヘッドとしては、先端が先細に突出した走行式シールヘッドにしてもよく、シールヘッドの先端部が、シールの形成幅に扁平に成形されている直押式の溶着溶断装置を使用してもよい。
本発明の抽出バッグ用シートの製造機械は、紅茶、緑茶、ハーブ等のティーバッグ、煮干し、鰹節等のだしの抽出バッグを生産ラインで連続的に製造するために有用である。

Claims (5)

  1. 抽出バッグ用シートを用いて四面体形状の抽出バッグを製造する抽出バッグ用充填包装機であって、
    抽出バッグ用シートの長手方向の両側縁部を溶着することにより抽出バッグ用シートを筒状体に形成する縦シール装置、
    抽出バッグ用シートを一定速度で走行させるシート送り手段、
    抽出バッグ用シートの筒状体を、上面視で互いに交差する方向に交互に超音波溶着溶断することにより第１の横シールと第２の横シールを交互に形成する横シール装置、及び
    第１の横シールの形成と第２の横シールの形成を交互に繰り返す間に、抽出バッグ用シートの筒状体の内部に内容物を充填する充填装置を有し、
    前記横シール装置が、先端が先細の走行式シールヘッドと、柱状アンビルと、シールヘッドに対する柱状アンビルの対向面を固定するアンビル固定手段とを備え、
    柱状アンビルは、周方向に回転可能でその回転軸が横シールの形成方向と平行であり、周面に、長手方向に伸びた複数の平坦面を有する抽出バッグ用充填包装機。
  2. 柱状アンビルは円柱状であり、その周面に長手方向に伸びた4〜１２個の帯状平坦面が形成されている請求項１記載の抽出バッグ用充填包装機。
  3. 各横シールの形成時に、抽出バッグ用シートが一定速度で走行するように、横シール装置を走行させ、各横シールの形成毎に、該横シールを形成する間の抽出バッグ用シートの走行距離をキャンセルする位置に横シール装置を戻し走行させる請求項１又は２記載の抽出バッグ用充填包装機。
  4. 横シール装置として、抽出バッグ用シートの筒状体の軸を中心に、溶着溶断方向が交互に揺動する１つの超音波溶着溶断装置を有する請求項１〜３のいずれかに記載の抽出バッグ用充填包装機。
  5. 横シール装置として、溶着溶断方向が上面視で交差するように配置した２つの超音波溶着溶断装置を有する請求項１〜３のいずれかに記載の抽出バッグ用充填包装機。
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