JP6600417B2 - シリンダ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、シリンダ装置に関するものである。
JPH04−110241Uには、シリンダに摺動自在に挿入されるピストンと、ピストンに連結されるピストンロッドと、を備えるシリンダ装置が開示されている。このシリンダ装置のピストンロッドは、軽量化のために、繊維強化プラスチックによって形成されている。
ここで、繊維強化プラスチックによって形成される部材は、一般的に、切削加工等によって繊維の一部が切断されると強度が低下してしまう。JPH04−110241Uに記載のシリンダ装置では、ピストンロッドを構成するパイプ材の端部にねじ部を形成するために切削加工が施される。このため、パイプ材の端部の繊維が切削加工により切断され、ピストンロッドの強度が低下するおそれがある。
本発明は、ピストンロッドの強度を向上させることを目的とする。
本発明のある態様によれば、シリンダ装置は、作動流体が封入されるシリンダと、前記シリンダに摺動自在に挿入されるピストンと、前記シリンダに進退自在に挿入され、前記ピストンに結合されるピストンロッドと、を備え、前記ピストンロッドは、繊維材と樹脂材とにより形成される円筒部材と、前記円筒部材の端部に設けられる連結部材と、を有し、前記円筒部材は、前記繊維材を切断する加工が施されていない内周面を有し、前記連結部材は、前記内周面に挿入され前記円筒部材に接着剤を介して接合される接合部を有し、前記接合部は、その最大外径が前記内周面の内径よりも小さく、前記内周面に接触することなく挿入可能である。
図1は、本発明の実施形態に係るシリンダ装置の部分断面図である。 図2は、図1のII部の拡大図である。 図3は、本発明の実施形態に係るシリンダ装置の連結部材と円筒部材との間の隙間について説明するための図である。 図4は、本発明の実施形態の変形例に係るシリンダ装置の拡大図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1及び図2を参照して、本発明の実施形態に係るシリンダ装置について説明する。
本実施形態では、シリンダ装置が、ショックアブソーバ100である場合について説明する。ショックアブソーバ100は、例えば、車両(図示せず)の車体と車軸との間に介装され、減衰力を発生させて車体の振動を抑制する装置である。
ショックアブソーバ100は、図1に示すように、シリンダ1と、シリンダ1に摺動自在に挿入され、シリンダ1内を伸側室60と圧側室70とに区画する環状のピストン2と、シリンダ1に進退自在に挿入され、ピストン2に結合されるピストンロッド3と、を備える。伸側室60および圧側室70には、作動流体としての作動油が封入される。
また、ショックアブソーバ100は、シリンダ1に摺動自在に挿入されてシリンダ1内に気室80を区画するフリーピストン4を備える単筒型ショックアブソーバである。フリーピストン4の外周には、気室80の気密性を保持するシール部材4aが設けられる。
シリンダ1の伸側室60側の端部には、内周に設けられたブッシュ5を介してピストンロッド3を摺動自在に支持する環状のロッドガイド6が嵌装される。ロッドガイド6は、シリンダ1の内周に設けられた止め輪7と当接して軸方向の位置が規定される。
ロッドガイド6の伸側室60とは反対側には、作動油が外部に漏れることを防止するオイルシール8が設けられる。
ロッドガイド6およびオイルシール8は、シリンダ1の端部を内側に折り曲げるかしめ加工により、シリンダ1に固定される。
シリンダ1の気室80側の端部は、キャップ部材(図示せず)により閉塞される。また、シリンダ1の気室80側の端部には、図1に示すように、ショックアブソーバ100を車両に取り付けるための取付部材1aが設けられる。なお、キャップ部材を設けることなく、塑性加工によりシリンダ1の気室80側の端部を閉塞してもよい。
ショックアブソーバ100が収縮してピストンロッド3がシリンダ1に進入すると、進入したピストンロッド3の体積の分だけ気室80の気体が圧縮されるとともに、フリーピストン4が気室80側に移動する。ショックアブソーバ100が伸長してピストンロッド3がシリンダ1から退出すると、退出したピストンロッド3の体積の分だけ気室80の気体が膨張するとともに、フリーピストン4が圧側室70側に移動する。これにより、ショックアブソーバ100作動時のシリンダ1内の容積変化が補償される。
ピストンロッド3は、円筒部材としてのパイプ材30と、パイプ材30の端部に設けられパイプ材30とピストン2とを連結する連結部材としての第1連結部材31と、パイプ材30の端部に設けられパイプ材30と図示しない外部部材とを連結する連結部材としての第2連結部材35と、を有する。第1連結部材31及び第2連結部材35は、接着剤を介してパイプ材30に接合される。第1連結部材31は、パイプ材30の一端面30cに当接した状態で接合され、第2連結部材35は、パイプ材30の他端面30dに当接した状態で接合される。
パイプ材30は、炭素繊維強化プラスチック(carbon fiber reinforced plastic, CFRP)によって、外周面30aと内周面30bとを有する円筒状に形成される。炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維を強化材として用いた繊維強化プラスチック(fiber reinforced plastics, FRP)の一種であり、炭素繊維をエポキシやポリエステル等の樹脂材で固めることによって形成される。強化材としては、ガラス繊維やアラミド繊維が用いられてもよい。パイプ材30を繊維強化プラスチックによって形成することにより、ピストンロッド3の強度を向上させることができる。また、強化材として炭素繊維を用いた場合、パイプ材30の強度がさらに向上するため、薄肉化するなどしてパイプ材30を軽量化することが可能となる。
第1連結部材31は、金属で形成される円柱状部材であり、繊維材を切断する加工が施されていないパイプ材30の内周面30bに挿入接合される接合部33と、ピストン2に結合される結合部32と、を有する。結合部32の先端には、ナット9が螺合するおねじ32aが設けられる。接合部33の形状については後述する。
第2連結部材35は、第1連結部材31と同様に金属で形成される円柱状部材であり、繊維材を切断する加工が施されていないパイプ材30の内周面30bに挿入接合される接合部37と、外部部材に結合される結合部36と、を有する。結合部36の先端には、外部部材に結合される際に利用されるおねじ36aが設けられる。接合部37の形状は、第1連結部材31の接合部33の形状と同じである。
このように、ピストンロッド3は、両端を切断する加工以外に、例えば、切削加工といった繊維材を切断する加工が施されないパイプ材30に第1連結部材31及び第2連結部材35が挿入接合されることにより形成される。このため、切削加工等によってパイプ材30の繊維が切断されないので、ピストンロッド3の強度を向上させることができる。
なお、パイプ材30の内周面30bには、ブラスト加工等の表面加工処理をパイプ材30の繊維を切断しない程度に施すことが好ましい。パイプ材30の内周面30bの表面粗さを粗くすることで、接着剤の接触面積を増加させ、接合強度を向上させることができる。
ピストンロッド3の表面、特にパイプ材30の外周面30aには、図示しないめっきが施されている。パイプ材30の外周面30aにめっきが設けられることで、パイプ材30の外周面30aとオイルシール8との接触性が向上し、シール性を確保することができる。
めっきは、パイプ材30に直接施工される。パイプ材30は、炭素繊維強化プラスチックで形成されるため、ある程度の導電性を有する。このため、被覆されやすい銅めっきがパイプ材30に施される。さらに、銅めっきが被覆されたパイプ材30を含むピストンロッド3全体にクロムメッキが施される。めっきは、パイプ材30に直接施される形態に限定されず、ピストンロッド3を金属チューブで覆い、この金属チューブにクロムメッキを施した構成としてもよい。
ピストン2は、伸側室60と圧側室70とを連通する通路2a、2bを有する。ピストン2の伸側室60側には、複数の環状のリーフバルブを有する減衰バルブ10が配設される。また、ピストン2の圧側室70側には、複数の環状のリーフバルブを有する減衰バルブ11が配設される。ピストン2、減衰バルブ10、および減衰バルブ11は、ナット9により第1連結部材31の結合部32に固定される。
減衰バルブ10は、ショックアブソーバ100収縮時に伸側室60と圧側室70との差圧により開弁して通路2aを開放するとともに、通路2aを通って圧側室70から伸側室60に移動する作動油の流れに抵抗を与える。また、ショックアブソーバ100伸長時には、通路2aを閉塞する。
減衰バルブ11は、ショックアブソーバ100伸長時に開弁して通路2bを開放するとともに、通路2bを通って伸側室60から圧側室70に移動する作動油の流れに抵抗を与える。また、ショックアブソーバ100収縮時には、通路2bを閉塞する。
つまり、減衰バルブ10は、ショックアブソーバ100収縮時の減衰力発生要素であり、減衰バルブ11は、ショックアブソーバ100伸長時の減衰力発生要素である。
次に、図2を参照して、第1連結部材31の接合部33について説明する。図2は、図1においてIIで示される円で囲まれる部分を拡大して示した図である。
第1連結部材31の接合部33は、接合部33の端部に向かって外径が徐々に小さくなるテーパ部33aと、テーパ部33aよりも端部側に設けられテーパ部33aの最小外径よりも径が大きい鍔部33bと、テーパ部33aの最大外径部と結合部32とを接続する段部33cと、を有する。鍔部33bの外径とテーパ部33aの最大外径とは、パイプ材30の内径よりも小さく設定される。段部33cは、第1連結部材31の中心軸に対して垂直な平面によって形成される。
図2に示されるように、上記形状の接合部33を有する第1連結部材31がパイプ材30に挿入されると、パイプ材30の一端面30cと段部33cとが当接した状態となる。この状態において、パイプ材30の内周面30bとテーパ部33aの外周面と鍔部33bとにより保持空間34が画定される。保持空間34には、図示しない接着剤が保持される。
保持空間34に保持された接着剤を介して、パイプ材30の内周面30bとテーパ部33aの外周面とが接合され、結果として、パイプ材30と第1連結部材31とが結合される。接着剤には、比較的粘度の高く水あめ状またはペースト状のエポキシ樹脂系の接着剤が用いられる。
ここで、接着剤は一般的に、部材間に存在する接着剤の量が多すぎても少なすぎても接着力が低下する。つまり、パイプ材30と第1連結部材31との接合強度を高めるためには、パイプ材30の内周面30bと第1連結部材31の接合部33との間に、最適な厚さの接着剤が保持される隙間が設けられるようにする必要がある。
しかしながら、パイプ材30の内周面30bと第1連結部材31の接合部33との間に隙間が設けられると、パイプ材30に第1連結部材31を挿入する際に、パイプ材30に対して第1連結部材31が偏心し易くなる。具体的には、パイプ材30に対して第1連結部材31が偏心すると、ある部分ではパイプ材30の内周面30bと第1連結部材31の接合部33との間にほとんど隙間がない状態となったり、また、ある部分ではパイプ材30の内周面30bと第1連結部材31の接合部33との間の隙間の大きさが接着に最適な隙間よりも大きくなったりする。このため、接着に最適な隙間を全周に渡って確保することが困難となる。このように、例えば、パイプ材30に挿入される接合部33を単なる円筒状とし、パイプ材30の内周面30bと第1連結部材31の接合部33との間に単に隙間を設けただけでは、内周面30bと接合部33との間に存在する接着剤の厚さは、接合部33の周方向においてばらついてしまう。この結果、パイプ材30と第1連結部材31との接合強度が十分な強度とならないおそれがある。
これに対して、接合部33にテーパ部33aを設けることによって、パイプ材30と第1連結部材31との接合強度を向上させることができる。
ここで、図3を参照し、接合部33にテーパ部33aを設けた場合において、パイプ材30と第1連結部材31との間に形成される隙間について説明する。図3は、パイプ材30に対して第1連結部材31が偏心して挿入された状態を示す概略図である。
図3に示すように、パイプ材30の軸心O1と第1連結部材31の軸心O2がずれている場合、周方向において内周面30bとテーパ部33aの外周面との間隔は変化する。さらに、接合部33はテーパ状に形成されるため、内周面30bとテーパ部33aの外周面との間隔は、軸方向において変化し、鍔部33b側から段部33cへ向かうにつれて狭くなる。
このため、パイプ材30と第1連結部材31との間隔が比較的広い図3の右側では、段部33c寄りの部分において、内周面30bとテーパ部33aの外周面との間隔が接着剤の最適な厚さG1となる。一方、パイプ材30と第1連結部材31との間隔が比較的狭い図3の左側では、鍔部33b寄りの部分において、内周面30bとテーパ部33aの外周面との間隔が接着剤の最適な厚さG1となる。
このように、パイプ材30と第1連結部材31との間に隙間が設けられ、パイプ材30の軸心O1と第1連結部材31の軸心O2とがずれている場合であっても、内周面30bとテーパ部33aの外周面との間隔は、テーパ部33aが形成される軸方向の範囲の何れかの箇所において、最も接合強度が強くなる最適な厚さG1となる。つまり、図3に破線で示されるように、接着剤の厚さが最適な厚さG1となる部分は、軸心O1,O2に対して傾斜して全周にわたって形成されることになる。このため、パイプ材30と第1連結部材31とは、全周にわたって最適な厚さG1の接着剤によって強固に接合される。
また、切削加工等が施されていない内周面30bには多少の凹凸があるため、パイプ材30の軸心O1と第1連結部材31の軸心O2とがずれていなくとも、内周面30bとテーパ部33aの外周面との間隔が周方向において一定でない場合がある。このような場合であっても、接着剤の厚さは、テーパ部33aが形成される軸方向の範囲の何れかの箇所において、最も接合強度が強くなる最適な厚さG1となり、接着剤の厚さが最適な厚さG1となる部分は、全周にわたって形成されることになる。したがって、パイプ材30と第1連結部材31とは、全周にわたって最適な厚さG1の接着剤によって強固に接合される。
テーパ部33aの角度を大きくすると、軸方向において内周面30bとテーパ部33aの外周面との間隔が変化する割合が大きくなり、最適な厚さの接着剤が形成される軸方向の範囲が小さくなってしまう。このため、テーパ部33aの角度は可能な限り小さくすることが好ましい。
続いて、パイプ材30と第1連結部材31との接合方法について説明する。
まず、テーパ部33aの全域にわたって水あめ状またはペースト状の接着剤が塗布される。塗布された接着剤は、粘度が高いことと、テーパ部33aに隣接して鍔部33bと段部33cとが設けられることと、によってテーパ部33aから流れ落ちることが抑制される。
次に、接着剤が塗布された第1連結部材31がパイプ材30に挿入される。このときにパイプ材30の一端面30cによって接着剤の一部が掻き取られる程度に、前工程においてテーパ部33aに接着剤が塗布されていることが好ましい。
そして、第1連結部材31は、段部33cがパイプ材30の一端面30cに当接するまで挿入される。この結果、保持空間34は、接着剤によって満たされ、テーパ部33aが形成される軸方向の範囲の何れかの箇所において、接着剤の厚さは、最も接合強度が強くなる最適な厚さとなる。この最適な厚さを有する接着剤が硬化することで、パイプ材30と第1連結部材31とは、強固に接合される。
第1連結部材31をパイプ材30に挿入する過程で、一部の接着剤は、一端面30cや内周面30bに付着し、テーパ部33aに沿って段部33c側へと移動する。段部33c寄りの保持空間34は径方向の幅が狭いため、移動してきた接着剤によって確実に満たされる。このため、段部33c寄りの箇所において、接着剤の厚さが最適な厚さとなるように、テーパ部33aの角度や径を設定することが好ましい。
第2連結部材35は、第1連結部材31と同様の形状を有するため、第1連結部材31と同様の方法によって、パイプ材30の他端面30dに当接して接合される。
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
ショックアブソーバ100のピストンロッド3は、両端を切断する加工以外の繊維材を切断する加工が施されないパイプ材30に第1連結部材31及び第2連結部材35が挿入接合されることにより形成される。切削加工等によってパイプ材30の繊維が切断されることがないため、ピストンロッド3の強度を向上させることができる。
また、第1連結部材31の接合部33には、テーパ部33aが設けられるため、接合強度が最も強くなる厚さを有する接着剤が内周面30bとテーパ部33aの外周面との間に全周にわたって介在した状態となる。このため、切削加工等が施されていない内周面30bに対して、第1連結部材31及び第2連結部材35を強固に接合することができる。
次に、図4を参照して、本発明の実施形態に係るショックアブソーバ100の変形例について説明する。図4は、図2に対応する部分の拡大断面図である。
上記実施形態では、テーパ部33aの外径の大きさは、一定の割合で変化している。これに代えて、テーパ部33dを径方向外側に向かって膨らむように形成してもよい。
変形例では、内周面30bとテーパ部33aの外周面との間隔が軸方向において変化する割合は、段部33c側において小さくなる。このため、段部33c寄りには、内周面30bとテーパ部33aの外周面との間隔があまり変化しない領域が設けられる。この結果、上記実施形態よりも、接着剤の厚さが最適となる範囲を軸方向に拡大させることができる。このように変形例では、接着剤の厚さが最適となる範囲が拡大されるため、パイプ材30と第1連結部材31との接合強度をさらに向上させることができる。
その他の構成及び機能は上記実施形態と同様であるため、その説明を省略する。変形例においても、上記実施形態による効果と同様の効果を奏する。
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
ショックアブソーバ100は、作動油が封入されるシリンダ1と、シリンダ1に摺動自在に挿入されるピストン2と、シリンダ1に進退自在に挿入され、ピストン2に結合されるピストンロッド3と、を備え、ピストンロッド3は、繊維材と樹脂材とにより形成されるパイプ材30と、パイプ材30の端部に設けられる連結部材31,35と、を有し、パイプ材30は、繊維材を切断する加工が施されていない内周面30bを有し、連結部材31,35は、内周面30bに挿入されパイプ材30に接着剤を介して接合される接合部33,37を有する。
この構成では、ピストンロッド3が、切削加工といった繊維材を切断する加工が施されない内周面30bを有するパイプ材30に連結部材31,35の接合部33,37が挿入接合されることにより形成される。このように切削加工等によってパイプ材30の繊維が切断されることがないため、ピストンロッド3の強度を向上させることができる。
また、接合部33は、接合部33の端部に向かって外径が徐々に小さくなるテーパ状に形成されるテーパ部33a,33dを有し、接着剤は、パイプ材30の内周面30bとテーパ部33a,33dの外周面との間に保持される。
この構成では、接合部33にテーパ部33aが設けられ、内周面30bとテーパ部33aの外周面との間隔は軸方向において変化する。このため、内周面30bとテーパ部33aの外周面との間に介在する接着剤の厚さは、軸方向の何れかの箇所において、接合強度が最も強くなる厚さG1となり、接着剤の厚さが最適な厚さG1となる部分は、全周にわたって形成される。このため、パイプ材30と第1連結部材31との間に隙間が設けられる場合であってもパイプ材30と第1連結部材31とは、接着剤によって強固に接合される。また、切削加工等が施されないことで内周面30bに凹凸がある場合であっても、接着剤の厚さが最適な厚さG1となる部分が全周にわたって形成されるため、パイプ材30と第1連結部材31とは、接着剤によって強固に接合される。
また、接合部33は、テーパ部33a,33dよりも端部側に設けられテーパ部33a,33dの最小外径よりも径が大きい鍔部33bをさらに有し、接着剤は、パイプ材30の内周面30bとテーパ部33a,33dの外周面と鍔部33bとにより囲まれる保持空間34内に保持される。
この構成では、テーパ部33aに隣接して鍔部33bが設けられることによって、テーパ部33aに塗布された接着剤がテーパ部33aから流れ落ちることが抑制される。さらに、接合部33がパイプ材30に挿入された後も鍔部33bによって接着剤の流出が抑制される。このため、保持空間34は接着剤によって満たされやすくなり、接着剤による接合を確実に行うことができる。加えて、接着剤の塗布状態に注意を向ける必要がなくなるため、接着剤を用いた組み立て作業の作業性を向上させることができる。
また、テーパ部33dは、径方向外側に向かって膨らんで形成される。
この構成では、段部33c寄りに、内周面30bとテーパ部33aの外周面との間隔が軸方向において変化する割合が比較的小さい領域が設けられる。このため、接着剤の厚さが最適となる範囲を軸方向に拡大することができる。この結果、パイプ材30と第1連結部材31との接合強度をさらに向上させることができる。
また、繊維材には、炭素繊維が含まれる。
この構成では、パイプ材30を形成する繊維材として炭素繊維が用いられる。このため、ピストンロッド3の強度を向上させることができるとともに軽量化を実現することができる。
また、第1連結部材31は、ピストン2に結合される結合部32を有する。
この構成では、ピストン2は、第1連結部材31の結合部32を介してピストンロッド3に結合される。このようにピストン2とピストンロッド3とを結合する部位を第1連結部材31に設けることで、ピストン2とピストンロッド3とを結合させるための部材を別途設ける必要がないため、ショックアブソーバ100の構成が簡素化されるとともに製造コストを低減させることができる。
また、連結部材31,35は、パイプ材30の両端部に設けられる。
この構成では、パイプ材30の両端部に、第1連結部材31と第2連結部材35とが設けられる。つまり、ピストンロッド3は、繊維材を切断する加工が施されていない内周面30bを有するパイプ材30の両端部に第1連結部材31と第2連結部材35とが結合されることによって形成される。このようにピストンロッド3は、切削加工等によってパイプ材30の繊維が切断されることなく形成されるため、ピストンロッド3の全体的な強度を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体例に限定する趣旨ではない。
例えば、上記実施形態では、シリンダ装置として、ショックアブソーバ100を例示したが、シリンダ装置としては、ピストンロッドを備えているものであればどのような装置であってもよく、例えば、アクチュエータであってもよい。また、上記実施形態では、シリンダ装置として、シリンダの一端からロッドが突出する片ロッド型のシリンダ装置を例示したが、シリンダ装置は、シリンダの両端からロッドが突出する両ロッド型であってもよい。
また、上記実施形態では、パイプ材30の内部空間は、第1連結部材31及び第2連結部材35によって閉塞されている。この構成に代えて、第1連結部材31及び第2連結部材35に、パイプ材30の内部空間に連通する連通孔を形成し、パイプ材30の内部空間を作動流体が流通する流路として利用してもよい。
また、上記実施形態では、作動液として作動油を用いているが、水等のその他の液体を用いてもよい。
本願は2016年9月21日に日本国特許庁に出願された特願2016−184243に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (7)

  1. シリンダ装置であって、
    作動流体が封入されるシリンダと、
    前記シリンダに摺動自在に挿入されるピストンと、
    前記シリンダに進退自在に挿入され、前記ピストンに結合されるピストンロッドと、を備え、
    前記ピストンロッドは、
    繊維材と樹脂材とにより形成される円筒部材と、
    前記円筒部材の端部に設けられる連結部材と、を有し、
    前記円筒部材は、前記繊維材を切断する加工が施されていない内周面を有し、
    前記連結部材は、前記内周面に挿入され前記円筒部材に接着剤を介して接合される接合部を有し、
    前記接合部は、その最大外径が前記内周面の内径よりも小さく、前記内周面に接触することなく挿入可能であるシリンダ装置。
  2. 請求項1に記載のシリンダ装置であって、
    前記接合部は、前記接合部の端部に向かって外径が徐々に小さくなるテーパ状に形成されるテーパ部を有し、
    前記接着剤は、前記円筒部材の前記内周面と前記テーパ部の外周面との間に保持されるシリンダ装置。
  3. 請求項2に記載のシリンダ装置であって、
    前記接合部は、前記テーパ部よりも前記端部側に設けられ前記テーパ部の最小外径よりも径が大きい鍔部をさらに有し、
    前記接着剤は、前記円筒部材の前記内周面と前記テーパ部の前記外周面と前記鍔部とにより囲まれる空間内に保持されるシリンダ装置。
  4. 請求項2または3に記載のシリンダ装置であって、
    前記テーパ部は、径方向外側に向かって膨らんで形成されるシリンダ装置。
  5. 請求項1から4の何れか1つに記載のシリンダ装置であって、
    前記繊維材には、炭素繊維が含まれるシリンダ装置。
  6. 請求項1から5の何れか1つに記載のシリンダ装置であって、
    前記連結部材は、前記ピストンに結合される結合部をさらに有するシリンダ装置。
  7. 請求項1から6の何れか1つに記載のシリンダ装置であって、
    前記連結部材は、前記円筒部材の両端部に設けられるシリンダ装置。
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