JP5651571B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インクを吐出して被記録媒体に画像を形成するインクジェット記録装置に関する。

インクジェット記録装置は、ヘッドが備える複数のノズルから選択的にインクを吐出させることで、被記録媒体に画像を形成する。この種のヘッドを用いた画像形成にて良好な画質を得るためには、ノズルからのインク吐出性能を良好に保つ必要がある。

インク吐出性能の劣化要因の一つとしては、インク吐出を休止した時などにノズル内のインクが乾燥し、メニスカス表面が高濃度化して生じるインク詰まりが挙げられる。

従来、このインク詰まりを解消すべく、ノズル内のインクをノズルから吐出しない程度に振動させる、いわゆるプリカーサ動作を印刷に際してヘッドに行わせることで、ノズル内のインクを攪拌し、メニスカス表面の高濃度化を防止する手法が知られている。

しかしながら、印刷に際してヘッドにプリカーサ動作を行わせれば、インクの吐出に悪影響を与え、印刷範囲の画像に乱れが生じるとの問題がある。

特開２００８−１２６５３５号公報

本発明が解決しようとする課題は、プリカーサ動作によってヘッドのインク吐出性能を良好に保ちつつも、当該プリカーサ動作による印刷範囲の画像乱れを抑制することが可能なインクジェット記録装置を提供することである。

一実施形態に係るインクジェット記録装置は、インクが充填される圧力室と、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記圧力室の容積の変化に伴い、前記圧力室内のインクを吐出するノズルと、温度を検出する温度センサと、湿度を検出する湿度センサと、前記ノズルからインクを吐出させるための吐出信号を前記アクチュエータに供給するとともに、前記温度センサによって検出される温度が第１の閾値未満である場合に、画像データの余白部分にプリカーサ情報を追加し、また前記温度センサによって検出される温度が前記第１の閾値よりも大きな第２の閾値を越える場合、もしくは前記湿度センサにより検出される湿度が第３の閾値未満である場合には前記画像データの非印字部分に前記プリカーサ情報を追加することによって、前記ノズル内のインクのメニスカスを前記ノズルからインクが吐出しない程度に振動させる振動信号を前記プリカーサ情報に応じて前記アクチュエータに供給するコントローラと、を備えている。

一実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成を示す概略図。 同実施形態に係るインクジェットヘッドのノズル近辺の構成を示す図。 同実施形態に係る吐出信号の一例を示す波形図。 同実施形態に係るノズル内に形成されるインクのメニスカスを示す図。 同実施形態に係る振動信号の一例を示す波形図。 同実施形態に係る振動信号の一例を示す波形図。 同実施形態に係る振動信号の一例を示す波形図。 同実施形態に係るコントローラの動作を示すフローチャート。

以下、一実施形態につき、図面を参照しながら説明する。

［インクジェット記録装置の構成］
図１は、本実施形態に係るインクジェット記録装置１の全体構成を示す概略図である。図示したように、インクジェット記録装置１は、コントローラ２と、給紙カセット３と、ピックアップローラ４と、回転ドラム５と、排紙トレイ６と、インクジェットヘッド７と、温湿度センサ８と、を備えている。

給紙カセット３は、被記録媒体である用紙Ｐを収納している。ピックアップローラ４は、図示せぬ搬送モータの駆動に伴い回転し、給紙カセット３に収納された用紙Ｐをピックアップして回転ドラム５の外周面に供給する。

回転ドラム５は、ピックアップローラ４によって供給される用紙Ｐを外周面に吸着して回転することにより、当該用紙Ｐをインクジェットヘッド７および排紙トレイ６に向けて搬送する。用紙Ｐを外周面に吸着する方法としては、例えばファンを用いた減圧方式を採用し得る。この方式を採用する場合、例えば円筒状に形成された回転ドラム５および該ドラム５の回転軸に多数の小孔を設け、この回転軸の一端を閉塞するとともに他端に排気ファンを接続する。この構成において排気ファンを回転させると、回転軸を通って回転ドラム５内の空気が排気されるとともに、該ドラム５の外周面に設けられた小孔から該ドラム５内に空気が取り込まれる。この状態においてピックアップローラ４により供給される用紙Ｐは、回転ドラム５の外周面に吸着する。なお、吸着した用紙Ｐを排紙トレイ６に排紙する際には、例えば排気ファンを停止させたり、回転軸内の空気の通路を機械的に遮蔽したりすることにより、回転ドラム５の外から内への空気の流れを止め、用紙Ｐの吸着を解除すればよい。

インクジェットヘッド７は、例えば多数のノズルを用紙Ｐの搬送方向と直交する方向に並べたライン型の印刷ヘッドであり、コントローラ２に駆動されて各ノズルから選択的にインクを吐出し、回転ドラム５によって搬送される用紙Ｐに画像を形成する。図１中にはインクジェットヘッド７を１つのみ示しているが、インクジェット記録装置１で使用するインクの種類が例えばシアン、マゼンダ、イェロー、ブラック等の複数種に亘る場合には、それぞれのインクについてインクジェットヘッド７を設ければよい。

温湿度センサ８は、インクジェットヘッド７のノズル近傍の温度および湿度を検出する。なお、温湿度センサ８が検出する湿度は、例えば空気の水蒸気圧と、この空気の飽和水蒸気圧の比である相対湿度である。

コントローラ２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）で構成されるメモリ１１、および時間を計時するタイマ１２等を備え、ＣＰＵ１０によってメモリ１１に記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、インクジェット記録装置１が備える各部の動作を制御する。

次に、インクジェットヘッド７の詳細について説明する。
図２は、インクジェットヘッド７が有するノズルの近辺の構成を示す断面図である。インクジェットヘッド７は、インクタンク等のインク供給源からインクの供給を受ける共通インク室２１と、隔壁２２によって仕切られた複数の圧力室２３と、共通インク室２１と各圧力室２３とを繋ぐ複数のインク供給口２４と、各圧力室２３に設けられた複数のノズル２５と、各圧力室２３の一壁面に設けられた複数のアクチュエータ２６と、を備えている。

各アクチュエータ２６は、コントローラ２に接続された圧電素子であり、コントローラ２から供給される駆動信号に応じて変形する。アクチュエータ２６の変形に伴い、対応する圧力室２３の容積が拡張および収縮し、共通インク室２１内のインクの圧力室２３への導入、圧力室２３内のインクのノズル２５からの吐出が行われる。

［吐出動作］
インクをノズル２５から吐出させるに際し、コントローラ２は、図３に示すように、圧力室２３の容積を拡張するための拡張パルスＰ１、圧力室２３の容積を拡張パルスＰ１による拡張から定常状態にそれぞれ復帰させるためのグラウンド電位（パルス休止）、圧力室２３の容積を収縮するための収縮パルスＰ２が順に含まれる波形の電圧を各アクチュエータ２６に出力する。

拡張パルスＰ１、収縮パルスＰ２、および両パルスＰ１，Ｐ２間のグラウンド電位によって、１つのインク滴を吐出させるための吐出信号が構成される。拡張パルスＰ１は、＋Ｖａａの電圧振幅を有する矩形パルスであり、その通電時間はｔ１（μｓ）である。収縮パルスＰ２は、−Ｖａａの電圧振幅を有する矩形パルスであり、その通電時間はｔ２（μｓ）である。すなわち、両パルスＰ１，Ｐ２は、同じ電圧振幅で極性が異なるパルスである。両パルスＰ１，Ｐ２間のグラウンド電位の期間である休止時間はｔ３（μｓ）である。当該吐出信号にて１つのインク滴が吐出されるので、ノズル２５から１つのインク滴を吐出させる時間であるドロップ周期Ｔｄは、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３となる。

拡張パルスＰ１の通電時間ｔ１は、インク中の圧力波が圧力室２３の後端部である共通インク室２１から圧力室２３の先端部であるノズル２５の先端まで伝播する圧力伝播時間をＴａの近傍に設定する。また、収縮パルスＰ２の通電時間ｔ２と休止時間ｔ３は、ｔ３＝２*ｔ１−（ｔ１−ｔ２）／２の関係が成立し、かつ、通電時間ｔ１の中点と通電時間ｔ２の中点との間の期間が、２*Ｔａとなるように設定する。このようにしてドロップ周期Ｔｄを設定すれば、ノズル２５から順次吐出されるインク滴の吐出周期が揃い、あるインク滴の吐出による残留振動の他のインク滴の吐出に対する影響が軽減ないしは排除され、スムーズにノズル２５からインク滴を吐出させることができる。

アクチュエータ２６の電極に拡張パルスＰ１の電圧＋Ｖａａを印加すると、アクチュエータ２６は、圧力室２３の容積を急激に拡張するよう変形し、圧力室２３内には負の圧力が瞬間的に発生する。この負の圧力は、圧力伝播時間Ｔａが経過すると正の圧力に反転する。拡張パルスＰ１の後のグラウンド電位の期間において、アクチュエータ２６は、圧力室２３の容積を拡張状態から急激に収縮するよう変形し、圧力室２３内には正の圧力が瞬間的に発生する。この正の圧力は、圧力伝播時間Ｔａが経過すると負の圧力に反転する。通電時間ｔ１が圧力伝播時間Ｔａの近傍に設定されていることから、この圧力変化により発生した圧力波は、最初の拡張パルスＰ１に起因した圧力変化により発生した圧力波と位相が一致し、振幅が急激に増大される。このとき、ノズル２５からインク滴が吐出されることになる。

アクチュエータ２６の電極に拡張パルスＰ１の電圧＋Ｖａａを印加し終えた後、圧力室２３内の圧力は、正、負、正と順次変化する。この途中でアクチュエータ２６の電極に収縮パルスＰ２の電圧−Ｖａａを印加すると、圧力室２３の容積が急激に収縮する。これにより、圧力室２３内の圧力は瞬間的に下がるので、圧力波の振幅が弱められ、圧力室２３内の残留圧力振動を小さくすることができる。

収縮パルスＰ２に続けて次の吐出信号を順次アクチュエータ２６に供給し、上記一連の動作を繰り返させれば、インク滴は吐出信号の数だけ連続的にノズル２５から吐出され、用紙Ｐの同一位置に着弾する。このように用紙Ｐの同一位置に連続してインク滴を吐出し、一画素を形成する回数を例えば最大Ｎ回とすると、１つのインクジェットヘッド７を用いてＮ＋１階調の画像形成が可能となる。

［プリカーサ動作］
インクの吐出が長時間休止すると、ノズル２５内のインクに含まれる水や溶媒が乾燥し、図４（ａ）に示すように、ノズル２５内に形成されるインクのメニスカスの表面付近でインクに含まれる顔料が高濃度化することがある。このように高濃度化した部分では本来よりもインクの粘度が増加するため、インク滴の誤吐出や不吐出といった吐出不良を誘発しかねない。

このような吐出不良を回避すべく、本実施形態に係るコントローラ２は、図４（ｂ）（ｃ）のようにノズル２５内のインクのメニスカスをインクが吐出しない程度に振動させる、いわゆるプリカーサ動作を実行する機能を有する。このプリカーサ動作を実行すると、図４（ａ）に示した高濃度化部分が振動により他の部分と混ざり合う。その結果、図４（ｄ）に示すように、ノズル２５ないし圧力室２３内のインクの濃度が略一様となり、上記のような吐出不良が未然防止される。

上記プリカーサ動作を実行するにあたり、コントローラ２は、例えば図５，図６，図７に示すような波形の振動信号をアクチュエータ２６に供給する。
図５は、上記拡張パルスＰ１の通電時間ｔ１よりも短い通電時間ｔ１´の拡張パルスＰ１´と、通電時間ｔ１およびｔ１´の差分を休止時間ｔ３に加算した休止時間ｔ３´のグラウンド電位と、上記収縮パルスＰ２とを順に含む波形にて振動信号を構成する例を示している。このように通電時間の短い拡張パルスＰ１´を用いることで、圧力室２３内のインクの振動の振幅が小さくなり、インクが吐出しない程度にノズル２５内のメニスカスを振動させることができる。

図６は、上記拡張パルスＰ１の電位＋Ｖａａよりもグラウンド電位に近い電位＋Ｖｂｂの拡張パルスＰ１´と、休止時間ｔ３のグラウンド電位と、上記収縮パルスＰ２の電位−Ｖｂｂよりもグラウンド電位に近い電位−Ｖｂｂの収縮パルスＰ２´とを順に含む波形にて振動信号を構成する例を示している。このように拡張パルスおよび収縮パルスの電位を弱めることでも、圧力室２３内のインクの振動の振幅が小さくなり、インクが吐出しない程度にノズル２５内のメニスカスを振動させることができる。

図７は、拡張パルスを用いず、休止期間ｔ１＋ｔ３のグラウンド電位と上記収縮パルスＰ２のみを順に含む波形にて振動信号を構成する例を示している。このように拡張パルスＰ１を与えなければインクを吐出させずに、収縮パルスＰ２による圧力室２３内の容積変化によりノズル２５内のメニスカスを振動させることができる。
これら図５、図６、図７に示す他にも、振動信号には種々の波形を採用し得る。

［印刷処理］
次に、コントローラ２が実行する印刷処理について説明する。
上位機器やインクジェット記録装置１に設けられた操作パネルから特定の画像データの印刷が指令されると、コントローラ２は、当該画像データをメモリ１１に記憶した後、図８のフローチャートに沿って動作する。

すなわち、先ずコントローラ２は、タイマ１２を参照してその計時時間を前回の印刷指示からの経過時間ｔｅとして取得し、当該経過時間ｔｅが予め定められた閾値ｔεを経過しているか否かを判定する（Ａｃｔ１）。なお、Ａｃｔ１にてタイマ１２を参照した後、コントローラ２は、タイマ１２の計時時間をリセットする。このようにすることで、タイマ１２の計時時間が前回の印刷指示からの経過時間と一致するようになる。

上記判定の結果、経過時間ｔｅが閾値ｔεを超えている場合（ｔε＜ｔｅ）、コントローラ２は、メモリ１１に記憶した画像データの先端に含まれる余白部分にプリカーサ情報を追加する（Ａｃｔ２）。このプリカーサ情報は、上記振動信号の供給を指示するためのものであり、階調値を示すデータと区別できればデータ形式は如何様であってもよい。Ａｃｔ２においては、プリカーサ情報をライン単位で追加する。プリカーサ情報の追加ライン数は任意に定め得るが、例えばメモリ１１に記憶された画像データの総ライン数が４０００ラインである場合に、当該４０００ラインに含まれる先端余白に収まるライン数、例えば２００ライン程度とする。

Ａｃｔ２の後、または、Ａｃｔ１の判定の結果、経過時間ｔｅが閾値ｔε以下である場合（ｔｅ≦ｔε）、コントローラ２は、温湿度センサ８によって検出される温度Ｔおよび湿度Ｍを取得し、当該温度Ｔおよび湿度Ｍと、温度の閾値Ｔε１，Ｔε２（Ｔε１＜Ｔε２）および湿度の閾値Ｍεとの関係を判定する（Ａｃｔ３）。ここに、閾値Ｔε１はインクの粘度増加を招き易い温度範囲の下限値を示し、閾値Ｔε２は同温度範囲の上限値を示す。また、閾値Ｍεは、インクの粘度増加を招き易い湿度範囲の上限値を示す。

Ａｃｔ２における判定の結果、温度Ｔが閾値Ｔε１未満である場合（Ｔ＜Ｔε１）、コントローラ２は、Ａｃｔ２と同様に、メモリ１１に記憶した画像データの先端に含まれる余白部分にプリカーサ情報を追加する（Ａｃｔ４）。なお、Ａｃｔ２を経て既にプリカーサ情報が追加されている場合、そのプリカーサ情報に続くラインに、さらにプリカーサ情報を追加する。

Ａｃｔ２における判定の結果、温度Ｔが閾値Ｔε２を超えるか、または、湿度Ｍが閾値Ｍε未満である場合（Ｔε２＜Ｔ or Ｍ＜Ｍε）、コントローラ２は、メモリ１１に記憶した画像データ内の非印字部分、すなわち階調値がゼロである全ての領域に、プリカーサ情報を追加する（Ａｃｔ５）。ここでは、Ａｃｔ２，Ａｃｔ４のようにライン毎でなく、画素毎にプリカーサ情報を追加する。

このようにＡｃｔ４，Ａｃｔ５にてプリカーサ情報を追加した後、あるいはＡｃｔ２における判定の結果、温度Ｔが閾値Ｔε１以上，閾値Ｔε２以下であり、かつ、湿度Ｍが閾値Ｍε以上である場合（Ｔε１≦Ｔ≦Ｔε２ and Ｍε≦Ｍ）、コントローラ２は、メモリ１１に記憶された画像データに基づいて画像を印刷する。

具体的には、コントローラ２は、回転ドラム５を回転させるとともに、ピックアップローラ４を回転させて給紙カセット３から用紙Ｐをピックアップして回転ドラム５の外周面に供給し、用紙Ｐを回転ドラム５の外周面に吸着させてインクジェットヘッド７に向けて搬送させる。その後、用紙Ｐの先端がインクジェットヘッド７のインク吐出位置に到達したならば、コントローラ２は、回転ドラム５の回転に合せて、メモリ１１に記憶された画像データの先頭ラインから順に、各ラインに含まれる各画素の階調値に応じた吐出信号をそれぞれ対応するアクチュエータ２６に供給する。このとき、階調値ではなくプリカーサ情報が配された画素がライン中に含まれるならば、当該プリカーサ情報が配された画素に対応するアクチュエータ２６には、図５〜図７に示したような波形の振動信号を供給する。なお、振動信号は、例えば４階調で印刷する場合には３回連続のように、他の画素に駆動信号が供給される最大回数分だけ、プリカーサ情報が配された画素に対応するアクチュエータ２６に供給すればよい。

この動作において、吐出信号が供給されたアクチュエータ２６に対応するノズル２５からはインク滴が吐出され、これにより用紙Ｐに画像データに対応する画像が形成される。また、振動信号が供給されたアクチュエータ２６に対応するノズル２５においては該ノズル２５内のインクのメニスカスが図４（ｂ）（ｃ）に示したように振動し、該ノズル２５内のインクの濃度が均一化される。

やがて、メモリ１１に記憶された画像データの全てのラインに関して駆動信号等を供給し終えると、コントローラ２は、回転ドラム５による用紙Ｐの吸着を解除する。これにより、用紙Ｐは回転ドラム５から剥がれて排紙トレイ６に排紙される。その後、回転ドラム５の回転を停止させて、印刷に関わる動作が完了する。

なお、印刷の指令が複数頁の印刷に係るものである場合、次の頁について、図８のフローチャートに示した処理が再度実行される。

以上説明したように、本実施形態においては、ノズル２５周辺の温度Ｔ、湿度Ｍ、さらには前回の印刷指示からの経過時間ｔｅが所定の条件を満たす場合、すなわち必要な場合に限り、インクジェットヘッド７にプリカーサ動作を行わせる構成とした。このようにすれば、不必要な場合にはプリカーサ動作が行われないので、プリカーサ動作による印刷範囲の画像乱れが極力抑制される。ただし、必要な場合にはプリカーサ動作が行われるので、インクジェットヘッド７のインク吐出性能が良好に保たれる。

なお、上記所定の条件を構成する上記閾値ｔε，Ｔε１，Ｔε２，Ｍεの具体的な値は、ユーザ所望の構成が実現できるように、インクの種類やインクジェット記録装置１の使用環境等に応じて設定すればよい。例えば、図４（ａ）に示したようなインク表面の高濃度化が生じ易い種類のインクを使用する場合には、閾値ｔεを小さく、閾値Ｔε１，Ｔε２間の温度範囲を狭く、閾値Ｍεを大きく設定すればよい。このようにすれば、Ａｃｔ２，Ａｃｔ４，Ａｃｔ５のいずれかを経てプリカーサ情報が追加され易くなるので、インクの吐出不良を防止する効果が高まる。一方、インク表面の高濃度化が生じ難い種類のインクを使用する場合には、閾値ｔεを大きく、閾値Ｔε１，Ｔε２間の温度範囲を広く、閾値Ｍεを小さく設定すればよい。このようにすれば、プリカーサ情報が追加され難くなるので、プリカーサ動作による印刷範囲の画像乱れを抑制する効果が高まる。
その他、本実施形態にて開示した構成からは、種々の好適な効果が得られる。

［変形例］
上記各実施形態に開示された構成は、実施段階において各構成要素を適宜変形して具体化できる。

例えば、上記実施形態では、温湿度センサ８によって検出される温度Ｔ、湿度Ｍおよび前回の印刷指示からの経過時間ｔｅのそれぞれが所定の条件を満たす場合にインクジェットヘッド７にプリカーサ動作を行わせる場合を例示した。しかしながら、温度Ｔ、湿度Ｍ、および経過時間ｔｅのいずれか１つ、又は２つを用いて上記所定の条件の成立を判定してもよい。

また、温度Ｔ、湿度Ｍ、および経過時間ｔｅに関する閾値をより多く設定し、図８のフローチャートに示したものよりも分岐を増やして、より細かくプリカーサ情報の追加に関わる制御を行ってもよい。また、閾値を用いずに温度Ｔ、湿度Ｍ、および経過時間ｔｅの値に応じて動的にプリカーサ情報を追加する量を決定してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
インクが充填される圧力室と、
前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、
前記圧力室の容積の変化に伴い、前記圧力室内のインクを吐出するノズルと、
温度又は湿度を検出するセンサと、
前記ノズルからインクを吐出させるための吐出信号を前記アクチュエータに供給するとともに、前記センサによって検出される温度又は湿度が所定の条件を満たす場合に、前記ノズル内のインクのメニスカスを前記ノズルからインクが吐出しない程度に振動させる振動信号を前記アクチュエータに供給するコントローラと、
を備えていることを特徴とするインクジェット記録装置。
［２］
前記コントローラは、画像データの印刷が指示された際、前回画像データの印刷が指示されてからの経過時間が所定の時間を超える場合にも、前記振動信号を前記アクチュエータに供給することを特徴とする［１］に記載のインクジェット記録装置。

１…インクジェット記録装置、２…コントローラ、３…給紙カセット、４…ピックアップローラ、５…回転ドラム、６…排紙トレイ、７…インクジェットヘッド、８…温湿度センサ、２１…共通インク室、２２…隔壁、２３…圧力室、２４…インク供給口、２５…ノズル、２６…アクチュエータ、ｔｅ…前回印刷指示からの経過時間、Ｔ…温度、Ｍ…湿度、ｔε…経過時間の閾値、ｔε１，ｔε２…温度の閾値、Ｍε…湿度の閾値

Claims (2)

1. インクが充填される圧力室と、
   前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、
   前記圧力室の容積の変化に伴い、前記圧力室内のインクを吐出するノズルと、
   温度を検出する温度センサと、
   湿度を検出する湿度センサと、
   前記ノズルからインクを吐出させるための吐出信号を前記アクチュエータに供給するとともに、前記温度センサによって検出される温度が第１の閾値未満である場合に、画像データの余白部分にプリカーサ情報を追加し、また前記温度センサによって検出される温度が前記第１の閾値よりも大きな第２の閾値を越える場合、もしくは前記湿度センサにより検出される湿度が第３の閾値未満である場合には前記画像データの非印字部分に前記プリカーサ情報を追加することによって、前記ノズル内のインクのメニスカスを前記ノズルからインクが吐出しない程度に振動させる振動信号を前記プリカーサ情報に応じて前記アクチュエータに供給するコントローラと、
   を備えていることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記コントローラは、新たな画像データに基づく印刷が指示された際、前回画像データの印刷が指示されてからの経過時間が所定の時間を超える場合にも、前記新たな画像データの先端にプリカーサ情報を追加し、当該プリカーサ情報に応じて、前記振動信号を前記アクチュエータに供給することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。

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