KR20090029046A - 연속 감쇠력 가변형 댐퍼의 피스톤밸브 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속감쇠력 가변형 댐퍼의 실린더의 내부로 삽입된 피스톤로드의 단부에 결합되는 피스톤밸브어셈블리를 개시한다. 본 발명에 따른 피스톤밸브어셈블리는 상기 피스톤로드의 단부에 결합하고 코어어셈블리와 상부플레이트의 사이에 상부플레이트와 면접촉할 수 있는 평탄한 상면을 가지는 스토퍼를 설치함으로써 피스톤로드에 가해지는 힘을 적절히 분산시킬 수 있게 한다.

본 발명에 따르면 피스톤로드와 피스톤밸브어셈블리의 결합의 신뢰도 및 안정성을 높임으로써 댐퍼의 감쇠력을 보다 안정적으로 제어할 수 있다. 또한 피스톤밸브어셈블리의 코어에 슬롯을 형성함으로써 특히 저속구간에서의 감쇠력을 약화시킴으로써 차량의 승차감을 크게 향상시킬 수 있다.

코어어셈블리, 슬롯

Description

연속 감쇠력 가변형 댐퍼의 피스톤밸브 어셈블리{Piston valve assembly of continuous damping control damper}

본 발명은 피스톤밸브 어셈블리에 관한 것으로서, 구체적으로는 자기유동성 유체(magneto-rheological fluid)를 사용하는 연속 감쇠력 가변형 댐퍼에 사용되는 피스톤밸브 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 차륜과 차체 사이에는 승차감을 향상시키기 위한 현가장치(suspension)가 설치되는데, 이러한 현가장치는 노면의 진동이나 충격을 흡수할 수 있는 섀시스프링과 승차감을 향상시키기 위하여 상기 섀시스프링의 자유진동을 감쇠하는 댐퍼를 포함한다.

댐퍼는 상하운동의 에너지를 열에너지로 전환시켜 섀시스프링의 자유진동을 흡수함과 동시에 이를 신속히 감쇠시키는 역할을 한다.

최근에는 센서를 이용하여 차체의 상태를 감지한 후에 그 감지결과를 피드백하여 댐퍼의 감쇠력을 전자적으로 제어하는 능동제어형 현가장치가 고급차량을 중심으로 많이 사용되고 있다.

댐퍼의 감쇠력을 전자적으로 제어하는 방식에는 여러 가지가 있으나, 일반적으로는 실린더내에서 왕복운동하는 피스톤밸브에 유체통과공을 형성하고 상기 유체통과공을 통과하는 유체의 거동을 조절하는 방식이 사용된다.

유체통과공을 통한 유체의 거동을 조절하는 방법에는 스프링을 이용하여 유체통과공의 단면적을 조절하는 방법과, 실린더 내부에 전기유동성 유체(Electro-Rheological Fluid)나 자기유동성 유체(Magneto-Rheological Fluid)(이하 편의상 'MR유체'라 함)를 충진한 후에 이들 유체의 전기적 또는 자기적 성질을 이용하여 유체의 유동저항을 조절하는 방법이 있다.

MR유체를 이용하는 댐퍼(10)는 도 1의 단면도에 도시된 바와 같이, 일단이 개구되고 내부에 길이방향의 중공부를 가지는 실린더(20), 상기 실린더(20)의 상부로부터 삽입되는 피스톤로드(40), 상기 피스톤로드(40)의 하단부에 연결되어 상기 실린더(20)의 내부에서 왕복운동을 하는 피스톤밸브어셈블리(30)를 포함한다.

또한 피스톤밸브어셈블리(30)의 하부에는 피스톤로드(40)의 진출입에 따른 체적변화를 보상해주기 위한 플로팅 피스톤(50)이 설치되고, 플로팅 피스톤(50)의 하부공간에는 고압의 질소가스가 채워진다.

상기 실린더(20)의 상단부에는 상기 실린더(20)의 입구를 밀폐하면서 상기 피스톤로드(40)의 상하 직선운동을 가이드하는 로드가이드(60)가 결합된다.

실린더(20)의 내부는 피스톤밸브어셈블리(30)를 기준으로 하부의 압축실과 상부의 인장실로 구분되며, 상기 압축실과 인장실에는 MR유체가 채워진다.

MR유체는 약 3~10㎛의 금속입자를 함유하는 유체로서 주변에 자기장이 발생하면 그 영향으로 겉보기 점도가 달라지는 특성을 가진다. 이러한 특성을 이용하면 피스톤밸브 어셈블리(30)를 경유하여 압축실과 인장실로 유동하는 MR유체에 자기장을 인가하여 그 겉보기 점도를 변경시킴으로써 댐퍼(10)의 감쇠력(압축력 및 인장력)을 제어할 수 있다.

피스톤밸브어셈블리(30)는 도 2 의 부분 절개 사시도 및 도 3의 분해 사시도에 도시된 바와 같이, 피스톤로드(40)의 하단부에 고정되며 솔레노이드 코일을 구비하는 코어어셈블리(31), 상기 코어어셈블리(31)의 상부에 위치하는 상부플레이트(32), 코어어셈블리(31)의 하부에 위치하는 하부플레이트(33), 상기 코어어셈블리(31)를 둘러싸는 플럭스링(34)을 포함한다.

플럭스링(34)은 코어어셈블리(31)의 솔레노이드 코일에 의해 발생하는 자기장의 경로를 제공하며, 상기 상부 및 하부플레이트(32,33)는 상기 자기장이 인장실과 압축실로 방사되지 않도록 제한하는 역할을 한다.

플럭스링(34)은 코어어셈블리(31)를 둘러쌀 뿐만 아니라 상부플레이트(32)가 코어어셈블리(31)의 상면에 밀착될 수 있도록 상부플레이트(32)의 측면 및 상면 주변부를 감싸고, 하부플레이트(33)가 코어어셈블리(31)의 하면에 밀착될 수 있도록 하부플레이트(33)의 측면 및 하면 주변부를 감싼다.

또한 플럭스링(34)과 코어어셈블리(31)의 사이에는 MR유체가 통과할 수 있 는 간극이 형성되며, 상부플레이트(32) 및 하부플레이트(33)는 이러한 간극과 연통되는 유체통과공(35,36)을 각각 구비한다.

한편, 피스톤로드(40)의 하단부를 피스톤밸브어셈블리(30)에 결합하기 위하여 피스톤로드(40)의 외주면을 따라 결합홈(42)를 형성하고, 상기 결합홈(42)에 원형의 단면을 가지는 링 형상의 키(key)(37)를 결합한다.

이때 상부플레이트(32)와 코어어셈블리(31)의 사이에 상기 키(37)를 위치시킴으로써 상부플레이트(32)와 피스톤로드(40)를 결합시키고, 플럭스링(34)을 이용하여 코어어셈블리(31), 상부플레이트(32) 및 하부플레이트(33)를 일체로 결합함으로써 피스톤밸브어셈블리(30)와 피스톤로드(40)의 결합이 이루어진다.

피스톤로드(40)의 내부에는 커넥팅 케이블(70)이 설치되며, 상기 커넥팅 케이블(70)은 상기 피스톤로드(40)의 하단부로 돌출 연장되어 코어어셈블리(31)의 솔레노이드 코일에 연결된다.

상부플레이트(32)의 하부면은 결합시에 코어어셈블리(31)와 키(37)에 밀착되어야 하며, 이를 위해 피스톤로드(40)가 삽입되는 상부플레이트(32)의 관통부의 내주면 하단에는 상기 키(37)의 일부가 삽입될 수 있는 요홈부(38)가 형성된다.

그런데 이러한 구조에서는 인장 행정시에 상승하는 피스톤로드(40)의 인장력이 키(37)와 상부플레이트(32)의 요홈부(38)에만 집중되기 때문에 장시간 사용시 에 키(37)와 요홈부(38)가 서로 마모되어 결합의 신뢰성이 저하된다. 심한 경우에는 키(37) 또는 상부플레이트(32)의 요홈부(38) 주변이 파손되어 피스톤로드(40)가 피스톤밸브어셈블리(30)로부터(구체적으로는 상부플레이트로부터) 분리될 위험도 있다.

또한 키(37)와 요홈부(38)의 사이에 마모로 인한 유격이 발생하면 댐퍼(10)의 감쇠력 제어가 불안정해지는 문제점이 있다.

한편, 일반적으로 댐퍼(10)의 감쇠력은 차체와 차축의 상대적인 거리에 따라 피스톤밸브어셈블리(30)의 솔레노이드 코일에 인가하는 전류의 세기를 변화시킴으로써 조절된다.

따라서 차체와 차축의 상대적인 거리가 동일한 경우에는 항상 동일한 감쇠력을 발휘하게 된다.

그런데 차량의 승차감을 향상시키기 위해서는 차량의 속도에 따라 댐퍼(10)의 감쇠력을 달리할 필요가 있다. 특히 저속구간에서 댐퍼(10)의 감쇠력이 너무 크면 승차감이 나빠지기 때문이다.

따라서 최근에는 저속영역에서 댐퍼(10)의 감쇠특성을 제어할 수 있는 설계요소의 필요성이 점차 커지고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 피스톤로드와 피스톤밸브 어셈블리의 결합의 신뢰도를 높임으로써 댐퍼의 감쇠력을 안정적으로 제어할 수 있도록 하는데 목적이 있다.

또한 특히 저속영역에서 차량의 승차감을 향상시킬 수 있는 감쇠특성을 가지는 피스톤밸브어셈블리를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 연속감쇠력 가변형 댐퍼의 실린더의 내부로 삽입된 피스톤로드의 단부에 결합되는 피스톤밸브어셈블리에 있어서, 내부에 솔레노이드 코일을 구비하는 코어어셈블리; 상기 코어어셈블리의 상부에서 상기 피스톤로드에 고정되며, 상기 피스톤로드가 삽입되는 관통홀을 구비하는 몸체부와 상기 몸체부의 상단에서 외측으로 돌출되어 상기 몸체부보다 큰 외경을 가지며 상면이 평탄한 지지부를 포함하는 스토퍼; 상기 스토퍼의 상부에서 상기 피스톤로드에 결합되며, 하면에 상기 스토퍼의 상기 지지부와 면접촉하는 스토퍼수용부를 구비하는 상부플레이트; 상기 코어어셈블리의 하부에 위치하는 하부플레이트; 상기 코어어셈블리, 상기 상부플레이트 및 상기 하부플레이트를 내부에 수용하며, 상단부는 상기 상부플레이트의 상면 주변부를 지지하고 하단부는 상기 하부플레이트의 하면 주변부를 지지하는 플럭스링을 포함하는 연속감쇠력 가변형 댐퍼의 피스톤밸브 어셈블리를 제공한다.

상기 피스톤밸브 어셈블리에서, 상기 스토퍼는 상기 몸체부의 하단부가 소 성 변형되어 상기 피스톤로드의 외주면에 형성된 결합홈에 삽입됨으로써 상기 스토퍼가 상기 피스톤로드에 고정된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 코어어셈블리는, 권취부, 상기 권취부의 상단 및 하단에 각각 형성되고 상기 권취부보다 큰 직경을 가지는 상부돌출부 및 하부돌출부, 상기 상부돌출부 및 상기 하부돌출부의 각각에 세로방향으로 형성되는 슬롯을 포함하는 코어; 상기 코어의 상기 권취부에 감기는 솔레노이드 코일을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이때 상기 상부돌출부 및 하부돌출부에는 각각 서로 동일한 위치에 형성되는 다수의 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명은, 연속감쇠력 가변형 댐퍼의 실린더의 내부로 삽입된 피스톤로드의 단부에 결합되는 피스톤밸브어셈블리에 있어서, 권취부, 상기 권취부의 상단 및 하단에 각각 형성되고 상기 권취부보다 큰 직경을 가지는 상부돌출부 및 하부돌출부, 상기 상부돌출부 및 상기 하부돌출부의 각각에 세로방향으로 형성되는 슬롯을 포함하는 코어와, 상기 코어의 상기 권취부에 감기는 솔레노이드 코일을 포함하는 코어어셈블리; 상기 코어어셈블리의 상부에 설치되는 상부플레이트; 상기 코어어셈블리의 하부에 위치하는 하부플레이트; 상기 코어어셈블리, 상기 상부플레이트 및 상기 하부플레이트를 내부에 수용하며, 상단부는 상기 상부플레이트의 상면 주변부를 지지하고 하단부는 상기 하부플레이트의 하면 주변부를 지지하는 플럭스링을 포함하는 연속감쇠력 가변형 댐퍼의 피스톤밸브 어셈블리를 제공한다.

본 발명에 따르면 피스톤로드와 피스톤밸브어셈블리의 결합의 신뢰도 및 안정성을 높임으로써 댐퍼의 감쇠력을 보다 안정적으로 제어할 수 있다.

또한 피스톤밸브어셈블리의 코어에 슬롯을 형성함으로써 특히 저속구간에서의 감쇠력을 약화시킴으로써 차량의 승차감을 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 피스톤밸브어셈블리(100)는 도 4 의 부분 절개 사시도 및 도 5의 분해 사시도에 도시된 바와 같이, 피스톤로드(40)의 하단부에 고정되며 솔레노이드 코일을 구비하는 코어어셈블리(110), 상기 코어어셈블리(110)의 상부에 위치하는 상부플레이트(120), 코어어셈블리(110)의 하부에 위치하는 하부플레이트(130), 상기 코어어셈블리(110), 상부플레이트(120) 및 하부플레이트(130)를 내부에 수용하는 플럭스링(140)을 포함한다.

코어어셈블리(110)의 상면에는 피스톤로드(40)의 하단부와 커넥팅케이블(70)이 삽입되는 로드결합홈(114)이 형성되며, 상부플레이트(120)와 하부플레이트(130)는 유체통과공(122,132)을 각각 구비한다.

특히 본 발명의 실시예에서는 피스톤로드(40)와 코어어셈블리(110)의 보다 안정적인 결합을 위하여 스토퍼(150)를 사용한 점에 특징이 있다.

스토퍼(150)는 상부플레이트(120)와 코어어셈블리(110)의 사이에 위치하며, 피스톤로드(40)의 외주면을 따라 형성된 결합홈(42)에 그 하단부가 삽입되어 고정된다.

스토퍼(150)는 도 6에 도시된 바와 같이 피스톤로드(40)가 삽입되는 관통홀(152)를 구비하는 몸체부(154), 상기 몸체부(154)의 상단에서 외측으로 돌출되어 상기 몸체부(154)보다 큰 외경을 가지며 상면이 평탄한 지지부(156)를 구비한다.

이러한 형태의 스토퍼(150)를 이용하면 키를 이용하던 종래 방식에 비하여 상부플레이트(120)와의 접촉면적을 크게 넓힘으로써 피스톤로드(40)의 상승운동에 의해 상부플레이트(120)에 가해지는 압력을 적절히 분산시킨다. 따라서 피스톤로드(40)와 피스톤밸브 어셈블리(100)의 결합의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤밸브 어셈블리(100)에서 상부플레이트(120)와 스토퍼(150)의 결합단면을 나타낸 도면이다.

여기서 상부플레이트(120)의 하면에 상방으로 오목한 형태의 스토퍼수용부(124)가 형성되어 있고 스토퍼수용부(124)의 천정부가 평탄함을 알 수 있다.

따라서 피스톤밸브 어셈블리(100)를 조립하면 스토퍼(150)의 지지부(156)가 상부플레이트(120)의 스토퍼수용부(124)에 삽입되면서, 지지부(156)의 평탄한 상면과 스토퍼수용부(124)의 평탄한 천정부가 서로 면접합을 하게 되어 링 형태의 키를 사용하는 종래 방식에 비하여 결합의 강도 및 신뢰성을 높일 수 있다.

스토퍼(150)는 피스톤로드(40)에 고정된다. 본 발명의 실시예에서는 스토퍼(150)의 몸체부(154)의 하단부(158)를 소성 변형시켜 피스톤로드(40)의 결합 홈(42)에 삽입 고정시킨다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 피스톤밸브 어셈블리(100)는 저속구간에서의 승차감을 향상시키기 위하여 새로운 형태의 코어어셈블리(110)를 사용하는 점에 특징이 있다.

코어어셈블리(110)는 코어에 솔레노이드 코일을 권취한 것으로서, 구체적으로는 다음의 순서로 제작된다.

먼저 도 8a에 도시된 바와 같이 금속재료를 기계 가공하여 슬롯(116)을 가지는 코어(111)를 제작한다.

코어(111)는 솔레노이드 코일이 감기는 권취부(117), 상기 권취부(117)의 상단 및 하단에 각각 형성되고 상기 권취부(117)보다 큰 직경을 가지는 상부돌출부(112) 및 하부돌출부(113)로 이루어진다.

상부돌출부(112)의 중앙부에는 피스톤로드(40)의 하단부와 커넥팅케이블(70)이 삽입되는 로드결합홈(114)이 형성된다.

상부돌출부(112) 및 하부돌출부(113)의 측면에는 세로방향의 다수의 슬롯(116)이 형성되며, 이때 상부돌출부(112) 및 하부돌출부(113)의 각 슬롯(116)은 서로 동일한 위치에 형성된다.

이어서 1차 사출을 통해 도 8b에 도시된 바와 같이 코어(111)의 표면에 플라스틱 코팅층을 형성하는 한편 각 슬롯(116)의 내부를 플라스틱 재질로 충진한다. 또한 1차 사출 공정에서는 권취된 솔레노이드 코일이 정위치를 유지하도록 권취 부(117)의 외주면에 정렬홈을 형성한다.

이어서 도 8c에 도시된 바와 같이, 권취부에 솔레노이드 코일(118)을 권취하고, 2차 사출공정을 진행하여 솔레노이드 코일(118)의 외부에 플라스틱 코팅층을 형성한다.

한편, 코어(111)의 주변에 이와 같이 다수의 슬롯(116)을 형성하면, 커넥팅케이블(70)을 통해 인가되는 전류에 의해 발생하는 자기장의 세기가 슬롯(116)의 주변에서 약화된다. 따라서 코어어셈블리(110)와 플럭스링(140) 사이의 간극을 통과하는 MR유체에 의한 감쇠력이 슬롯(116)이 없는 경우에 비하여 줄어 든다.

특히 이러한 감쇠력 저하현상은 저속구간에서 현저하게 발생한다. 즉, 코어(111)에 슬롯(116)을 형성한 경우와 그렇지 않은 경우의 감쇠력을 대비한 도 9에 나타난 바와 같이, 슬롯(116)을 형성하면 특히 저속구간에서 감쇠력의 크기나 증가속도가 크게 낮아진다.

이와 같이 저속구간에서의 감쇠력을 낮추면 탑승자의 승차감을 크게 향상시킬 수 있다.

한편, 슬롯(116)의 개수나 폭은 특별히 제한되지는 않으나 적어도 코어(111)의 중심에 대하여 대칭적으로 형성되는 것이 바람직하다. 슬롯(116)의 구체적인 형상은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 도 10a 내지 도 10d에 도시된 바와 같이 삼각형, 원호형, 사각형 등 다양한 형태로 제작될 수 있다.

도 1은 일반적인 MR댐퍼의 구성을 나타낸 단면도

도 2는 종래 피스톤밸브 어셈블리의 부분 절개 사시도

도 3은 종래 피스톤밸브 어셈블리의 분해 사시도

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤밸브 어셈블리의 부분 절개 사시도

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤밸브 어셈블리의 분해 사시도

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스토퍼의 사시도

도 7은 상부플레이트와 스토퍼의 결합단면도

도 8a 내지 도 8c는 피스톤밸브 어셈블리의 제작과정을 순서대로 나타낸 도면

도 9는 슬롯의 유무에 따른 감쇠력 특성을 나타낸 그래프

도 10a 내지 도10d는 코어에 형성된 다양한 형태의 슬롯을 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100: 피스톤밸브 어셈블리 110: 코어어셈블리

111: 코어 112: 상부돌출부

113: 하부돌출부 114: 로드결합홈

116: 슬롯 117: 권취부

118: 솔레노이드 코일 120: 상부플레이트

122: 유체통과공 124: 스토퍼수용부

130: 하부플레이트 132: 유체통과공

140: 플럭스링 150: 스토퍼

152: 관통홀 154: 몸체부

156: 지지부

Claims (5)

1. 연속감쇠력 가변형 댐퍼의 실린더의 내부로 삽입된 피스톤로드의 단부에 결합되는 피스톤밸브어셈블리에 있어서,

   내부에 솔레노이드 코일을 구비하는 코어어셈블리;

   상기 코어어셈블리의 상부에서 상기 피스톤로드에 고정되며, 상기 피스톤로드가 삽입되는 관통홀을 구비하는 몸체부와 상기 몸체부의 상단에서 외측으로 돌출되어 상기 몸체부보다 큰 외경을 가지며 상면이 평탄한 지지부를 포함하는 스토퍼;

   상기 스토퍼의 상부에서 상기 피스톤로드에 결합되며, 하면에 상기 스토퍼의 상기 지지부와 면접촉하는 스토퍼수용부를 구비하는 상부플레이트;

   상기 코어어셈블리의 하부에 위치하는 하부플레이트;

   상기 코어어셈블리, 상기 상부플레이트 및 상기 하부플레이트를 내부에 수용하며, 상단부는 상기 상부플레이트의 상면 주변부를 지지하고 하단부는 상기 하부플레이트의 하면 주변부를 지지하는 플럭스링;

   을 포함하는 연속감쇠력 가변형 댐퍼의 피스톤밸브 어셈블리
2. 제1항에 있어서,

   상기 스토퍼의 상기 몸체부의 하단부가 소성 변형되어 상기 피스톤로드의 외주면에 형성된 결합홈에 삽입됨으로써 상기 스토퍼가 상기 피스톤로드에 고정된 것을 특징으로 하는 연속감쇠력 가변형 댐퍼의 피스톤밸브 어셈블리
3. 제1항에 있어서,

   상기 코어어셈블리는,

   권취부,

   상기 권취부의 상단 및 하단에 각각 형성되고 상기 권취부보다 큰 직경을 가지는 상부돌출부 및 하부돌출부,

   상기 상부돌출부 및 상기 하부돌출부의 각각에 세로방향으로 형성되는 슬롯을 포함하는 코어;

   상기 코어의 상기 권취부에 감기는 솔레노이드 코일;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속감쇠력 가변형 댐퍼의 피스톤밸브 어셈블리
4. 제3항에 있어서,

   상기 상부돌출부 및 하부돌출부에는 각각 다수의 슬롯이 형성되며, 상기 상부돌출부에 형성되는 다수의 슬롯과 상기 하부돌출부에 형성되는 다수의 슬롯은 각각 서로 동일한 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 연속감쇠력 가변형 댐퍼의 피스톤밸브 어셈블리
5. 연속감쇠력 가변형 댐퍼의 실린더의 내부로 삽입된 피스톤로드의 단부에 결합되는 피스톤밸브어셈블리에 있어서,

   권취부, 상기 권취부의 상단 및 하단에 각각 형성되고 상기 권취부보다 큰 직경을 가지는 상부돌출부 및 하부돌출부, 상기 상부돌출부 및 상기 하부돌출부의 각각에 세로방향으로 형성되는 슬롯을 포함하는 코어와, 상기 코어의 상기 권취부에 감기는 솔레노이드 코일을 포함하는 코어어셈블리;

   상기 코어어셈블리의 상부에 설치되는 상부플레이트;

   상기 코어어셈블리의 하부에 위치하는 하부플레이트;

   상기 코어어셈블리, 상기 상부플레이트 및 상기 하부플레이트를 내부에 수용하며, 상단부는 상기 상부플레이트의 상면 주변부를 지지하고 하단부는 상기 하부플레이트의 하면 주변부를 지지하는 플럭스링;

   을 포함하는 연속감쇠력 가변형 댐퍼의 피스톤밸브 어셈블리

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