JP6438622B1 - 照明システム用のフレキシブル電気結合装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
本発明は、照明システム200の機能素子50を結合する電気結合装置110に関する。本発明は更に、このような電気結合装置110と機能素子50とを有する照明システム200に関係する。
【解決手段】
電気結合装置110は、第1のワイヤ11、第2のワイヤ12、少なくとも1つのスペーサ20、及び少なくとも1つの結合スペーサ22を有する。上記少なくとも1つのスペーサ20は、該スペーサ20の位置で第1のワイヤ11と第2のワイヤ12との間に第1の規定距離を与えるように構成される。結合スペーサ22は、該結合スペーサ22の位置で第1のワイヤ11と第2のワイヤ12との間に第2の規定距離を与えるように構成される。結合スペーサ22は更に、機能素子50を電気結合装置110に電気的に結合するように構成され、上記少なくとも1つのスペーサ20及び結合スペーサ22は、物理的に互いから隔てられ、上記少なくとも1つの結合スペーサ22、上記少なくとも1つのスペーサ20、第1のワイヤ11、及び第2のワイヤ12は、フレキシブルカバー30に埋め込まれる。フレキシブルカバー30に埋め込まれた電気結合装置110は、上記少なくとも1つのスペーサ20と上記少なくとも1つの結合スペーサ22との間の位置で、3つ全ての次元で曲がることを可能にする。
【選択図】図10

Description

本発明は、照明システム用の機能素子に結合するように構成された電気結合装置に関する。本発明は更に、その電気結合装置及び機能素子を有する照明システムに関する。機能素子は、発光ダイオードを有し得る。
高輝度のフレキシブルLEDベースの照明システムは、柔軟性の欠如に悩まされている。また、そのような照明システムの信頼性が問題であることがある。
本発明の1つの目的は、向上された信頼性を持つフレキシブル照明システムを可能にする電気結合装置を提供することである。
本発明は、独立請求項によって規定される。従属請求項は有利な実施形態を規定する。
第1の態様によれば、照明システムの機能素子を結合するように構成された電気結合装置が提供される。当該電気結合装置は、第1のワイヤ、第2のワイヤ、少なくとも1つのスペーサ、及び少なくとも1つの結合スペーサを有する。少なくとも1つのスペーサは、該スペーサの位置で第1のワイヤと第2のワイヤとの間に第1の規定距離を与えるように構成される。結合スペーサは、該結合スペーサの位置で第1のワイヤと第2のワイヤとの間に第2の規定距離を与えるように構成される。結合スペーサは更に、機能素子を当該電気結合装置に電気的に結合するように構成される。少なくとも1つのスペーサ及び結合スペーサは、物理的に互いから隔てられる。少なくとも1つの結合スペーサ、少なくとも1つのスペーサ、第1のワイヤ、及び第2のワイヤは、フレキシブルカバーに埋め込まれる。フレキシブルカバーが、結合スペーサ、少なくとも1つのスペーサ、第1のワイヤ、及び第2のワイヤと組み合わさって、少なくとも1つのスペーサと少なくとも1つの結合スペーサとの間の位置で、3つ全ての次元で曲がることを可能にする。当該電気結合装置は、10mmという小ささの最小曲率半径で曲がることを可能にし得る。
電気結合装置は、物理的に互いから隔てられた2つ、3つ、4つ、又はそれより多くのスペーサを有し得る。フレキシブルカバーは、2つのワイヤ間の信頼性ある電気アイソレーションを、これらのワイヤを互いに離隔させることによって提供する。2つのスペーサと2つのワイヤとがフレキシブルカバーに埋め込まれた構成は、これら少なくとも2つのスペーサの間の位置で、3つ全ての次元で曲がることを可能にする。他方側のスペーサ及び結合スペーサは、電気結合装置の十分な安定性を提供し、1つ、2つ、3つ、4つ、又はそれより多くの電気結合装置を有する照明システムの信頼性ある据え付けを可能にする。故に、スペーサ及び結合スペーサの堅さは、フレキシブルカバーとの比較において遥かに高い。フレキシブルカバーは、例えばシリコーンゴム(SiO)、ポリシロキサンゴム(例えば、ワッカー社のElastosil又は信越社のエラストマーなどの液体シリコーンゴム)といった、透明又は透光性の、高度に柔軟性のあるゴムを有し得る。フレキシブルカバーの材料は、20ショアから80ショアまで様々であるショア硬度によって特徴付けられ得る。スペーサ及び結合スペーサのマトリクス材料は、例えば、2W/(mK)よりも高い、より好ましくは5W/(mK)よりも高い、そして最も好ましくは10W/(mK)よりも高いという比較的高い熱伝導率を持つプラスチック材料又はそれに代わる電気絶縁材料を有し得る。結合スペーサは、それに代えて、高い熱伝導率を持つセラミック材料を有していてもよい。また、ガラス充填又はカーボン充填されたプラスチック材料が使用されてもよい。結合スペーサは、機能素子への電気接続及び機械的結合を提供するように構成される。結合スペーサは、例えば、電気的且つ機械的なコネクタ(例えば、プラグ、ソケットなど)を有し得る。結合スペーサは更に、電気結合装置を曲げることによって生じる機械的応力を低減又は吸収するように構成され得る。機械的応力の低減又は吸収は、機能素子への信頼性ある接続を可能にし得る。電気結合装置によって結合されることができる機能素子は、少なくとも1つの発光ダイオードを有する照明デバイスとし得る。該少なくとも1つの発光ダイオードは、0.5Wよりも高い、好ましくは1Wよりも高い電気入力パワーと、80ルーメン毎ワットよりも高い発光効率とを有する高出力LEDとし得る。機能素子は、それに代えて、インターポーザであってもよい。第1及び第2の距離は異なっていてもよいし同じであってもよい。
結合スペーサは、放熱構造に機械的に結合され得る。放熱構造は、照明システムの動作中に少なくとも1つの機能素子によって生成された熱を放散するように構成される。放熱構造は、10W/(mK)よりも高い熱伝導率を持つフレキシブル熱伝導材料を有し得る。放熱構造は、例えば、機能素子の放熱素子に結合されることが可能な金属ワイヤを有し得る。放熱構造は、例えば、LEDチップのヒートシンクに結合されるように構成され得る。
放熱構造は、フレキシブルカバーに埋め込まれ得る。放熱構造は、結合スペーサと、少なくとも該結合スペーサの隣に配置されたスペーサとを、熱的に結合し得る。結合スペーサに熱的に結合されるスペーサの一部が、フレキシブルカバーの外まで延在していてもよい。このスペーサは、フレキシブルカバーの外まで延在することにより、放熱構造による冷却を高めるように構成され得る。この場合、それぞれのスペーサが、上述のような比較的高い熱伝導率によって特徴付けられ得る。
放熱構造は、第1の結合スペーサと第2の結合スペーサとを熱的に結合するように構成されてもよい。コン場合、電気結合装置は、2つの結合スペーサと中間スペーサとを有する。これらの結合スペーサは、フレキシブルカバーに埋め込まれた金属ワイヤによって接続され得る。放熱構造は、オプションで、隣接する機能素子間でのデータ通信を提供するように構成され得る。このデータ通信は、これらの機能素子間で制御信号又はスイッチング信号を伝送するために使用され得る。機能素子は、例えば、LEDと、対応する電気ドライバとを有し得る。放熱構造(例えば、金属ワイヤ)によって伝送される制御信号を用いて、電気ドライバを制御し、ひいては、LEDによって放出される光を制御し得る。
電気結合装置は更に、少なくとも1つの柔軟性増強デバイスを有し得る。柔軟性増強デバイスは、第1のワイヤ及び第2のワイヤへの機械的応力、特に長手方向の応力、を低減させるように構成される。柔軟性増強デバイスは、コーナー周りで曲げることを可能にするように構成され得る。柔軟性増強デバイスは、例えば、第1のワイヤ及び第2のワイヤのリザーバ(貯まり部)を有し得る。第1のワイヤ及び第2のワイヤは、柔軟性増強デバイス内で折り返し構成にて配置され得る。それに代えて、第1のワイヤ及び第2のワイヤは、柔軟性増強デバイス内でコイル状構成にて配置されてもよい。第1及び第2のワイヤのリザーバは、平行な直線構成の第1及び第2のワイヤと比較して、3つ全ての軸の周りで、より小さい曲率半径での電気結合装置の曲げを可能にし得る。
更なる一態様によれば、照明システムが提供される。当該照明システムは、少なくとも1つの電気結合装置と、結合スペーサによって上記少なくとも1つの電気結合装置に結合された少なくとも1つの機能素子とを有する。上記少なくとも1つの電気結合装置及び上記少なくとも1つの機能素子が共通にフレキシブルカバーに埋め込まれる。フレキシブルカバーは、少なくとも発光機能素子の位置において、透光性材料を有し又はそれで構成される。電気結合装置は、機能素子に永続的に結合され得る。例えば、機能素子の電気コンタクトが、電気接続を提供するように第1及び第2のワイヤに接着(はんだ付け、接着剤付けなど)され得る。電気結合装置の放熱構造が、機能素子の放熱素子に接着され得る。照明システムは、高輝度照明システムとし得る。1つ、2つ、3つ、又はそれより多くの電気結合装置と、中間電気結合装置によって接続される複数の機能素子(特に、上述のように発光ダイオードを有する発光デバイス)とを、1つのフレキシブルカバーに埋め込むことは、照明システムの信頼性を高め得る。
理解されるべきことには、それぞれの独立請求項との従属請求項の如何なる組み合わせも本発明の一好適実施形態とすることができる。
更なる有利な実施形態が以下に規定される。
本発明のこれら及びその他の態様が、以下に記載される実施形態を参照して明らかになる。
ここに、添付の図面を参照して、実施形態に基づいて、例として、本発明を説明する。図面は以下を示す。
第1の電気結合装置の主要略図を示している。 第2の電気結合装置の主要略図を示している。 第3の電気結合装置の主要略図を示している。 第1のスペーサを横切る第4の電気結合装置の断面図を示している。 第1のスペーサの上面図を示している。 第2のスペーサの上面図を示している。 第3のスペーサを横切る第5の電気結合装置の断面図を示している。 第4のスペーサを横切る第6の電気結合装置の断面図を示している。 第5のスペーサを横切る第7の電気結合装置の断面図を示している。 第1の照明システムの主要略図を示している。
図面においては、全体を通して、似通った参照符号が同様のオブジェクトを表す。図中のオブジェクトは必ずしも縮尺通りに描かれていない。
以下、本発明の様々な実施形態を図面により説明する。
図1は、第1の電気結合装置110の主要略図を示している。第1の電気結合装置110は、機能素子(図示せず)に結合されるように構成された結合スペーサ22を有している。第1の電気結合装置110は更に、結合スペーサ22から延在している第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12を有している。第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12は、中間位置でスペーサ20によって機械的に結合されている。スペーサ20は、第1のワイヤ11と第2のワイヤ12との間に、規定された距離を与えるように構成されている。複数のスペーサ20の位置間の距離は好ましくは相等しい。結合スペーサ22、スペーサ20、第1のワイヤ及び第2のワイヤは、この実施形態では透光性ゴムで構成されたフレキシブルカバー30に埋め込まれている。透光性ゴムは、特に電気結合装置が曲げられるときに、第1のワイヤ11と第2のワイヤ12とを電気的にアイソレートする。第1のワイヤ11、第2のワイヤ12、中間スペーサ20、及び結合スペーサ22の組み合わせは、スペーサ20同士の間及びスペーサ20と結合スペーサ22との間の高い柔軟性を提供する。この柔軟性は、基本的に、第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12との組み合わせでの透光性ゴムの弾力性によって制限される。スペーサ20及び結合スペーサ22は、特に、電気結合装置110の長手方向の延在周りで電気結合装置110がよじられる場合に、第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12によってフレキシブルカバーの材料に及ぼされる力を制限する。
図2は、第2の電気結合装置110の主要略図を示している。第2の電気結合装置110の全体構成は、図1に関して説明したものと同様である。第2の電気結合装置は、柔軟性増強デバイス120を有している。この柔軟性増強デバイス120は、フレキシブルカバー30に埋め込まれた、第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12の折り返し構成を有している。柔軟性増強デバイス120の第1の側に結合スペーサ22が設けられ、柔軟性増強デバイス120の第2の側にスペーサ20が設けられる。第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12は、電気結合装置110をコーナー周りで曲げるために使用され得る第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12のリザーバを提供するよう、互いに平行に折り返される。柔軟性増強デバイス120は更に、結合スペーサ22と、結合スペーサ22に結合されることが可能な機能素子(図示せず)との間の境界における力を低減させ得る。
図3は、第3の電気結合装置110の主要略図を示している。第3の電気結合装置110の全体構成は、図1及び2に関して説明したものと同様である。第3の電気結合装置は、2本のワイヤ11、12を機械的に結合している2つのスペーサ20の間に配置された柔軟性増強デバイス120を有している。第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12は各々、第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12のリザーバを提供するように、折り返し構成又はジグザグ構成で配置されている。それに代えて、第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12は、コイル状構成で配置されてもよい。第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12のリザーバは、リザーバの位置で、3つ全ての回転軸の周りでの小さい曲率半径を可能にし得る。小さい曲率半径は、電気結合装置110の信頼性を低下させることなく、コーナー周りでの電気結合装置110の曲げを可能にし得る。この柔軟性増強デバイス120は更に、この柔軟性増強デバイス120は、フレキシブルカバー30に埋め込まれた、第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12の折り返し構成を有している。柔軟性増強デバイス120の第1の側に結合スペーサ22が設けられ、柔軟性増強デバイス120の第2の側にスペーサ20が設けられる。第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12は、電気結合装置110をコーナー周りで曲げるために使用され得る第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12のリザーバを提供するよう、互いに平行に折り返される。柔軟性増強デバイス120は更に、長手方向の応力を低減させ得る。
図4は、第1のスペーサ20を横切る第4の電気結合装置の断面図を示している。第1のスペーサ20は、2つのスロットを有するプラスチックで構成され、これら2つのスロット内に第1のワイヤ及び第2のワイヤがクランプ(固定)される。第1のスペーサ20、第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12は、フレキシブルカバー30に埋め込まれる。図5は、第1のスペーサ20の上面図を示している。第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12は、第1のスペーサ20の長手方向の延在に沿って第1のワイヤ11と第2のワイヤ12との間に規定の距離が与えられるように、互いに平行にクランプされている。
図6は、第2のスペーサ20の上面図を示している。第2のスペーサ20の全体構成は、図4に示したものと同様である。違いは、第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12が、第2のスペーサ20の長手方向の延在に沿って曲げられている点である。第2のスペーサ20内での第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12の曲げは、第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12の長手方向の延在に沿った第2のスペーサ20の長手方向ずれを抑制し又は更には回避し得る。
図7は、第3のスペーサ20を横切る第5の電気結合装置の断面図を示している。第3のスペーサ20は、やはり2つのスロットを有しており、この実施形態では、これら2つのスロットが第3のスペーサ20の反対側の表面に設けられている。第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12は、これらのスロット内に、第3のスペーサ20が第1のワイヤ11を第2のワイヤ12から隔てるように配置されている。この断面は更に、第3のスペーサ20から分離して配置された放熱構造40を示している。放熱構造40の機能については、図10に関連して説明する。
図8は、第4のスペーサ20を横切る第6の電気結合装置の断面図を示している。第4のスペーサ20は3つのスロットを有している。これらのスロットのうち2つは、第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12を受け入れるよう、第4のスペーサ20の一方側に、図4に関して説明したようにして構成されている。第4のスペーサ20は更に、第4のスペーサ20の反対側に配置された更なるスロットを有しており、これは、放熱構造40を受け入れる又はクランプするように構成されている。フレキシブルカバー30の断面は、図4及び7に示した楕円形又は円形の断面に対し、このケースでは長方形である。
図9は、第5のスペーサ20を横切る第7の電気結合装置の断面図を示している。第5のスペーサ20は、2W/(mK)よりも高い熱伝導率を持つセラミック材料で構成されている。第5のスペーサ20は、3つの孔を有するとともに、部分的にフレキシブルカバー30から外に延在している。これらの孔の中に、第1のワイヤ11、第2のワイヤ12、及び放熱構造40が、第5のスペーサ20の延在に沿って第1のワイヤ11、第2のワイヤ12、及び放熱構造40間に規定の距離が存在するように通されている。放熱構造40は、結合スペーサ(図示せず)によって機能素子(図示せず)に結合されることが可能な金属ワイヤで構成されて、機能素子のためのヒートシンクを提供し得る。放熱構造40及び第5のスペーサによって、機能素子によって生成された熱が放散される。
図10は、第1の照明システム200の主要略図を示している。第1の照明システム200は、機能素子50の左側及び右側に配置された2つの電気結合装置110を有している。機能素子50は、この実施形態では、結合スペーサ22によって電気結合装置110に電気的且つ熱的に結合された発光ダイオードで構成されている。各電気結合装置110が、機能素子50によって生成された熱を放散させるように構成された放熱構造40を有している。これらの放熱構造40は、機能素子50が有する放熱素子(例えば、LEDのヒートシンク)にはんだ付けされる。放熱構造40は、この実施形態では、次のスペーサ20だけを超えて延在している。第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12は、機能素子50の直列接続又は並列接続を提供するように、機能素子の電気コンタクトにはんだ付けされる。機能素子50の左側に配置されている電気結合装置110は、図3に関して説明したのと同様の柔軟性増強デバイス120を有している。機能素子50及び電気結合装置110は、シリコーンゴムで構成されたフレキシブルカバー30内に投入されている。機能素子50及び電気結合装置110を共通のフレキシブルカバー30に埋め込むことは、例えば、湿気に対して敏感であり得るインタフェースの削減により、照明システム200の信頼性を高め得る。
照明システム200は、複数の中間電気結合装置110によって接続された多数の機能素子50を有していてもよい。放熱構造40は、代わりの一実施形態において、照明システム200の延在全体を貫いて延在して、機能素子50間のデータ接続を提供し得る。照明システム200は更に、電源への電気接続を可能にするコネクタを有し得る。照明システム200は更に、機能デバイス50を電気的に駆動するように構成されたセントラル(中央)ドライバを有し得る。それに代えて、あるいは加えて、照明システム200は、機能デバイス50が有するローカルドライバを有していてもよい。これらのローカルドライバ間で、及び/又はセントラルドライバとローカルドライバとの間で、第1のワイヤ11、第2のワイヤ12、又は放熱構造40によって、制御信号が交換されてもよい。放熱構造40は、柔軟性増強デバイス120を貫いて延在してもよい。その場合、放熱構造40は、第1のワイヤ11及び第2のワイヤ12に関して説明したのと同様の折り返し構成又はコイル状構成(図2及び3並びに対応する説明を参照)によって特徴付けられ得る。
図面及び以上の記載にて本発明を詳細に図示して説明してきたが、これらの図示及び説明は、限定的なものではなく、例示的あるいは典型的なものとみなされるべきである。
本開示を読むことにより、その他の変更が当業者に明らかになる。それらの変更は、技術的に既知であり且つここで既に述べた特徴に代えて又は加えて使用され得るような、その他の特徴を含んでいてもよい。
開示の実施形態への変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“a”又は“an”は複数の要素又はステップを排除するものではない。特定の複数の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組合せが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。
請求項中の如何なる参照符号も、その範囲を限定するものとして解されるべきでない。
11 第1のワイヤ
12 第2のワイヤ
20 スペーサ
22 結合スペーサ
30 フレキシブルカバー
40 放熱構造
50 機能素子
110 電気結合装置
120 柔軟性増強デバイス
200 照明システム

Claims (14)

  1. 照明システムの機能素子を結合する電気結合装置であって、当該電気結合装置は、第1のワイヤ、第2のワイヤ、少なくとも1つのスペーサ、及び少なくとも1つの結合スペーサを有し、前記少なくとも1つのスペーサは、該スペーサの位置で前記第1のワイヤと前記第2のワイヤとの間に第1の規定距離を与えるように構成され、前記結合スペーサは、該結合スペーサの位置で前記第1のワイヤと前記第2のワイヤとの間に第2の規定距離を与えるように構成され、前記結合スペーサは更に、前記機能素子を当該電気結合装置に電気的に結合するように構成され、前記少なくとも1つのスペーサ及び前記結合スペーサは、物理的に互いから隔てられ、前記少なくとも1つの結合スペーサ、前記少なくとも1つのスペーサ、前記第1のワイヤ、及び前記第2のワイヤは、フレキシブルカバーに埋め込まれ、前記フレキシブルカバーに埋め込まれた当該電気結合装置は、前記少なくとも1つのスペーサと前記少なくとも1つの結合スペーサとの間の位置で、3つ全ての次元で曲がることを可能にしている、電気結合装置。
  2. 当該電気結合装置は、物理的に互いから隔てられた少なくとも2つのスペーサを有し、前記フレキシブルカバーに埋め込まれた当該電気結合装置は、前記少なくとも2つのスペーサの間の位置で、3つ全ての次元で曲がることを可能にしている、請求項1に記載の電気結合装置。
  3. 前記少なくとも1つの結合スペーサは、放熱構造に機械的に結合され、前記放熱構造は、少なくとも1つの機能素子によって生成された熱を放散するように構成される、請求項1又は2に記載の電気結合装置。
  4. 前記放熱構造は、前記フレキシブルカバーに埋め込まれる、請求項3に記載の電気結合装置。
  5. 前記放熱構造は、前記結合スペーサと、少なくとも前記結合スペーサの隣に配置された前記スペーサとを、熱的に結合する、請求項3又は4に記載の電気結合装置。
  6. 前記結合スペーサに熱的に結合される前記スペーサは、部分的に前記フレキシブルカバーの外まで延在する、請求項5に記載の電気結合装置。
  7. 前記放熱構造は、第1の結合スペーサと第2の結合スペーサとを熱的に結合する、請求項3乃至6の何れか一項に記載の電気結合装置。
  8. 前記放熱構造は、隣接する機能素子間でのデータ通信を提供するように構成される、請求項7に記載の電気結合装置。
  9. 当該電気結合装置は更に、少なくとも1つの柔軟性増強デバイスを有し、該柔軟性増強デバイスは、前記第1のワイヤ及び前記第2のワイヤへの機械的応力を低減させるように構成される、請求項1乃至8の何れか一項に記載の電気結合装置。
  10. 前記柔軟性増強デバイスは、前記第1のワイヤ及び前記第2のワイヤのリザーバを有する、請求項9に記載の電気結合装置。
  11. 前記第1のワイヤ及び前記第2のワイヤは、前記柔軟性増強デバイス内で折り返し構成にて配置される、請求項9又は10に記載の電気結合装置。
  12. 前記第1のワイヤ及び前記第2のワイヤは、前記柔軟性増強デバイス内でコイル状構成にて配置される、請求項9又は10に記載の電気結合装置。
  13. 少なくとも1つの電気結合装置と、結合スペーサによって前記少なくとも1つの電気結合装置に結合された少なくとも1つの発光機能素子と、を有する照明システムであって、前記少なくとも1つの電気結合装置及び前記少なくとも1つの機能素子が共通にフレキシブルカバーに埋め込まれ、前記フレキシブルカバーは、少なくとも、前記少なくとも1つの発光機能素子の位置に、透光性材料を有する、照明システム。
  14. 当該照明システムは、複数の機能素子を有し、前記機能素子の少なくとも一部は、少なくとも1つの発光ダイオードを有し、前記複数の機能素子は、電気結合装置によって互いに電気的に結合される、請求項13に記載の照明システム。
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