KR20180091481A - 배터리 셀 커버 조립 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 셀 커버 조립 장치 및 방법 Download PDF

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송교준
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에이치엘그린파워 주식회사
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Abstract

본 발명은 배터리 조립 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 강제 체결공법을 사용하는 과정에서 공차 영역대별 악의 조건 형성시 체결 불량 및 이에 따른 배터리 셀의 절연파괴가 발생함에 따라 공정손실 및/또는 제품 성능 손실 등 많은 로스(LOSS)를 방지하는 배터리 셀 커버 조립 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

배터리 셀 커버 조립 장치 및 방법{Apparatus and Method for assembling battery cell cover}
본 발명은 배터리 조립 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 강제 체결공법을 사용하는 과정에서 공차 영역대별 악의 조건 형성시 체결 불량 및 이에 따른 배터리 셀의 절연파괴가 발생함에 따라 공정손실 및/또는 제품 성능 손실 등 많은 로스(LOSS)를 방지하는 배터리 셀 커버 조립 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 조립 공법에는 하단 셀 커버(LOWER CELL COVER) 공급 후 상단 셀 커버(UPPER CELL COVER)를 공급하여 상부에서 프레싱(PRESSING)하여 체결하는 단조로운 조립 공법을 사용하여 왔다.
이를 보여주는 도면이 도 6에 도시된다. 도 6을 참조하면, 받침대(620)상에 상단 셀 커버(620)가 압착기(630)에 형성된 프레싱 유닛(631)에 의해 체결된다. 즉 선공급된 상단 셀 커버(620)를 강제로 프레싱하여 체결된다. 따라서, 커버간 악의 조립 공차가 발생되면, 커버 찌그러짐 등의 불량이 발생한다.
즉, 하단 셀 커버(LOWER CELL COVER)의 Max 폭 공차값과 상단 셀 커버(UPPER CELL COVER)의 Min 폭 공차 영역이 만나 악의 조건이 형성되었을 시에는 커버간 간섭발생으로 커버(COVER) 파손, 때로는 셀(CELL) 절연이 파괴되는 문제점을 수반하고 있었다. 이에 따라 악의 조건이 형성되었을 때에도 흡수 가능한 공법이 요구되고 있다.
1. 한국공개특허 제10-2016-0056207호 2. 한국등록특허 제10-1192619호(2012.10.12)
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 강제 체결공법을 사용하는 과정에서 공차 영역대별 악의 조건 형성시 로스(LOSS)가 흡수가능한 배터리 셀 커버 조립 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 체결 불량 및 이에 따른 배터리 셀의 절연파괴가 발생함에 따라 공정손실 및/또는 제품 성능 손실 등 많은 로스(LOSS)를 방지할 수 있는 배터리 셀 커버 조립 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 강제 체결공법을 사용하는 과정에서 공차 영역대별 악의 조건 형성시 로스(LOSS)가 흡수 가능한 배터리 셀 커버 조립 장치를 제공한다.
이때, 상기 배터리 셀 커버 조립 장치(100)는,
가장자리가 일정한 각으로 직립되는 제 1 측면이 형성되는 하단 배터리 셀 커버(20)가 표면상에 놓이는 받침 플레이트(140);
상기 하단 배터리 셀 커버(20)의 제 1 측면과 끼워져 삽입되며, 제 2 측면이 가장자리에 일정한 각으로 직립 형성되는 상단 배터리 셀 커버(10)를 흡착하여 상하로 이동시키는 셀 커버 흡착기(110); 및
말단에 각각 롤러(131)가 형성되는 아암(130-1,130-2)이 양단에 형성되고, 상기 아암(130-1,130-2)을 좌우로 이동시키는 링크(121,122)를 갖는 엑츄에이터(120);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 롤러(131)는 상기 셀 커버 흡착기(110)가 하방향으로 이동됨에 따라 상기 상단 배터리 셀 커버(10)가 상기 하단 배터리 셀 커버(20)에 삽입되기 전에 상기 하단 배터리 셀 커버(20)의 제 1 측면을 선접촉하여 눌러주는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 하단 배터리 셀 커버(20)의 제 1 측면의 끝단은 일정한 경사(230)가 내측으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 셀 커버 흡착기(110)는 상기 상단 배터리 셀 커버(10)의 정위치 안착을 위해 상기 상단 배터리 셀 커버(10)의 정중앙 부분을 흡착하여 지지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 셀 커버 흡착기(110)와 액츄에이터(120)는 하나의 플레이트에 고정 설치되어 동시에 상하로 이동되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 셀 커버 흡착기(110)와 액츄에이터(120)는 공압식인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 상단 배터리 셀 커버(10) 및 하단 배터리 셀 커버(20)는 파우치형 커버인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 가장자리가 일정한 각으로 직립되는 제 1 측면이 형성되는 하단 배터리 셀 커버(20)를 받침 플레이트(140)의 표면상에 놓는 단계; 셀 커버 흡착기(110)가 상단 배터리 셀 커버(10)를 흡착하는 단계; 상기 셀 커버 흡착기(110)가 제 2 측면이 가장자리에 일정한 각으로 직립 형성되는 상기 상단 배터리 셀 커버(10)를 상하로 이동시켜 상기 하단 배터리 셀 커버(20)의 제 1 측면과 끼워 삽입하는 단계; 및 말단에 각각 롤러(131)가 형성되는 아암(130-1,130-2)이 양단에 형성되고, 링크(121,122)를 갖는 엑츄에이터(120)가 상기 아암(130-1,130-2)을 좌우로 이동시켜 상기 롤러(131)를 상기 하단 배터리 셀 커버(20)로부터 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 커버 조립 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 2 배터리 셀(CELL) 체결 공정에서 악의 공차 형성시 고질적으로 발생되는 조립불량을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 신규 차종 개발시 과거차 문제점을 개선
반영하여 불량저감 및/또는 품질 향샹이 가능하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 하부 커버(Lower Cell Cover)를 선접촉하여 눌러줌에 따라 상부커버(Upper Cell Cover)가 진입하기 용이하게 가이드 역할을 수행함으로써 어떠한 경우에라도 커버간 간섭을 회피할 수 있는 기술로 불량발생을 억제하여 원가 손실에 대한 로스(LOSS)를 줄일 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 셀 커버 조립 장치(100)의 구성 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 셀 커버 조립 장치(100)에 의해 상단 배터리 셀 커버와 하단 배터리 셀 커버가 조립된 상태를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 셀 커버 조립 장치(100)의 롤러가 하방향으로 하단 배터리 셀 커버를 내측으로 가하면서도 이동하기 시작하는 것을 보여주는 개념도이다.
도 4는 도 3이후 도 1에 도시된 배터리 셀 커버 조립 장치(100)의 롤러가 하단 배터리 셀 커버의 측면을 완전히 이동한 상태를 보여주는 개념도이다.
도 5는 도 4이후, 도 1에 도시된 배터리 셀 커버 조립 장치(100)의 롤러가 하단 배터리 셀 커버의 측면으로부터 완전히 이탈되는 상태를 보여주는 개념도이다.
도 6은 일반적으로 선공급된 상단 배터리 셀 커버를 강제로 프레싱하는 공정을 보여주는 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, “및/또는”은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다” 및/또는 “구성된다”는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제1, 제2 등의 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 대해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소와 구별하기 위하여 사용되는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 셀 커버 조립 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 셀 커버 조립 장치(100)의 구성 개념도이다. 도 1을 참조하면, 이때, 상기 배터리 셀 커버 조립 장치(100)는, 하단 배터리 셀 커버(20)가 표면상에 놓이는 받침 플레이트(140), 하로 이동시키는 셀 커버 흡착기(110), 좌우로 이동시키는 엑츄에이터(120) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
하단 배터리 셀 커버(20)는 가장자리가 일정한 각으로 직립되는 제 1 측면이 형성된다. 하단 배터리 셀 커버(20)는 받침 플레이트(140)의 표면상에 미리 놓이게 된다. 물론, 하단 배터리 셀 커버(20) 내측에는 배터리 셀(30)이 안착된다.
배터리 셀(30)은 원통형 셀(cylindrical cell), 각형 셀(prismatic cell), 파우치형 셀 등으로 설계될 수 있다. 파우치형 셀들은 박막으로 구성된 유연한 커버를 포함하고, 상기 커버 내에는 배터리 셀의 전기적 구성 요소들이 배치되어 있다.
하나의 배터리 셀 내에서 최적의 공간 이용을 구현하기 위해서는 특히 파우치형 셀들이 사용된다. 상기 파우치형 셀들은 또한 높은 용량과 더불어 적은 중량을 특징으로 한다. 이러한 전술한 파우치형 셀들의 에지들은 조인트(sealing joint)(미도시)를 포함한다. 부연하면, 상기 조인트는 배터리 셀들의 2개의 박막을 연결하고, 상기 박막들은 그로 인해 형성된 공동부 내에 추가의 부품들을 포함한다.
일반적으로, 파우치형 셀들은 리튬 2차 배터리 또는 니켈-수소 배터리(Nickel-hydrogen battery)등과 같이, 전해질 용액(electrolytic solution)을 내포할 수도 있다.
또한, 배터리 셀은 니켈 메탈 배터리, 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리 등의 전기 차량용 고전압 배터리가 될 수 있다.
일반적으로 고전압 배터리는 전기 차량을 움직이는 동력원으로 사용하는 배터리로서 100V 이상의 고전압을 말한다. 그러나, 이에 한정되지는 않으며, 저전압 배터리도 가능하다. 또한, 이들 다수의 배터리 셀의 셀 리드들이 직렬 및/또는 병렬의 리드 용접으로 연결된다.
또한, 도 1에서는 배터리 셀(30)이 하나로 구성되는 것을 도시하였으나, 2개 또는 그 이상의 배터리 셀로 구성될 수도 있다.
도 1을 계속 참조하면, 이러한 하단 배터리 셀 커버(20)와 체결되기 위해, 하단 배터리 셀 커버(20)에도 가장자리가 일정한 각으로 직립되는 제 2 측면이 형성된다. 여기서, 일정한 각은 약 90도가 될 수 있다.
셀 커버 흡착기(110)는 하단에 빨판(111)이 구성되며, 이 빨판(111)을 이용하여 상단 배터리 셀 커버(10)를 부착 지지한다. 물론, 하단 배터리 셀 커버(20)와 상단 배터리 셀 커버(10)가 완전히 체결되면 부착이 해제되어 상단 배터리 셀 커버(10)가 빨판(111)으로부터 분리된다.
셀 커버 흡착기(110)는 공압식이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 유압식이 될 수도 있다.
셀 커버 흡착기(110)는 상하로 이동되어 상단 배터리 셀 커버(10)를 위아래로 이동시킨다. 또한, 셀 커버 흡착기(110)는 상기 상단 배터리 셀 커버(10)의 정위치 안착을 위해 상기 상단 배터리 셀 커버(10)의 정중앙 부분을 흡착하여 지지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
엑츄에이터(120)의 양단에 제 1 아암(130-1) 및 제 2 아암(130-2)이 구성된다. 이러한 제 1 아암(130-1) 및 제 2 아암(130-2)은 좌우로 이동되며 이를 위해 제 1 링크(121) 및 제 2 링크(122)가 각각 제 1 아암(130-1) 및 제 2 아암(130-2)에 연결된다. 물론, 아암(130-1,130-2) 및 링크(121,122)는 하나로 형성될 수도 있고, 개별로 완성되어 용접 등에 의해 연결될 수도 있다.
제 1 아암(130-1) 및 제 2 아암(130-2)의 말단에는 롤러(131)가 구성된다. 상기 롤러(131)는 상기 셀 커버 흡착기(110)가 하방향으로 이동됨에 따라 상기 상단 배터리 셀 커버(10)가 상기 하단 배터리 셀 커버(20)에 삽입되기 전에 상기 하단 배터리 셀 커버(20)의 제 1 측면을 선접촉하여 눌러주는 기능을 수행한다.
엑츄에이터(120)는 공압식이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 유압식이 될 수도 있다.
도 1에서는 셀 커버 흡착기(110)와 액츄에이터(120)가 별개로 구성되는 것으로 도시하였으나, 하나의 플레이트(미도시)에 고정 설치되어 동시에 상하로 이동된다.
또한, 상기 상단 배터리 셀 커버(10) 및 하단 배터리 셀 커버(20)는 파우치형 배터리 셀을 위한 파우치형 커버인 것을 특징으로 할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 셀 커버 조립 장치(100)에 의해 상단 배터리 셀 커버(10)와 하단 배터리 셀 커버(20)가 조립된 상태를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 배터리 셀 커버 조립 장치(100)에 의해 상단 배터리 셀 커버(10)와 하단 배터리 셀 커버(20)가 조립된 상태로 아암(130-1,130-2)이 벌어진 상태이다. 따라서, 롤러(131)가 하단 배터리 셀 커버(20)의 표면으로부터 일정거리(210) 만큼 분리된 상태가 된다.
하단에 표시된 확대도를 참조하면, 하단 배터리 셀 커버(20)의 제 1 측면의 끝단은 일정한 경사(230)가 내측으로 형성된다. 이러한 경사(230)를 따라 롤러(131)가 롤링(rolling)되면서 하단 배터리 셀 커버(20)의 측면을 내측으로 밀어 넣어준다. 따라서, 상단 배터리 셀 커버(20)의 측면이 하단 배터리 셀 커버(20)의 측면위로 원활하고 용이하게 삽입되며, 롤러(131)가 하단 배터리 셀 커버(20)의 표면으로부터 벗어나면 탄성에 의해 복원되면서 상단 배터리 셀 커버(20)의 측면 내측과 하단 배터리 셀 커버(10)의 측면 외측이 완전히 접촉 체결된다. 따라서, 일반적으로 조립 공차에 의한 커버 찍힘, 찌그러짐 등의 불량 발생을 방지할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 셀 커버 조립 장치(100)의 롤러(131)가 하방향으로 하단 배터리 셀 커버(20)를 내측으로 가하면서도 이동하기 시작하는 것을 보여주는 개념도이다. 도 3을 참조하면, 롤러(131)가 경사(230)의 바깥 표면에 접촉하면서 내측으로 압박을 가함에 따라 하단 배터리 셀 커버(20)의 표면을 휘게 한다.
도 4는 도 3이후 도 1에 도시된 배터리 셀 커버 조립 장치(100)의 롤러(131)가 하단 배터리 셀 커버의 측면 밑까지 완전히 이동한 상태를 보여주는 개념도이다. 도 4를 참조하면, 롤러(131)가 하단 배터리 셀 커버(20)의 바깥 측면을 따라 이동하여 하단 배터리 커버(20)의 밑단까지 이동한다. 즉, 상단 배터리 셀 커버(10) 내측으로 하단 배터리 셀 커버(20)가 완전히 삽입된 상태이다.
도 5는 도 4이후, 도 1에 도시된 배터리 셀 커버 조립 장치(100)의 롤러(131)가 하단 배터리 셀 커버(20)의 측면으로부터 완전히 이탈되는 상태를 보여주는 개념도이다. 도 5를 참조하면, 롤러(131)가 하단 배터리 셀 커버(20)의 밑단까지 이동된 상태에서 롤러(131)가 우측으로 이동되어 분리된 상태이다. 이 경우, 롤러(131)에 의해 눌려있던 하단 배터리 셀 커버(20)의 측면이 완전히 복원되어 상단 배터리 셀 커버(10)의 내측면과 접촉 체결된다.
부연하면, 상단 배터리 셀 커버(10)투입시 롤러(131)로 정위치를 잡을 수 있도록 유도한다. 또한, 상단 배터리 셀 커버(10)를 하단 배터리 셀 커버(20)와 체결시 하단 배터리 셀 커버의 체결 초입부를 센터링 롤러(Centering Roller)(131)가 눌러줌에 따라 상단 배터리 셀 커버(20)가 진입할 때 악의 조건이 형성되어 있더라도 충돌 및/또는 간섭을 예방하여 어떠한 경우에도 체결이 용이하게 될 수 있도록 가이드 역할을 수행한다.
100: 배터리 셀 커버 조립 장치
10: 상단 배터리 셀 커버
20: 하단 배터리 셀 커버
110: 셀 커버 흡착기
120: 액츄에이터
121,122: 링크
130-1,130-2: 아암
131: 롤러
140: 받침 플레이트

Claims (8)

  1. 가장자리가 일정한 각으로 직립되는 제 1 측면이 형성되는 하단 배터리 셀 커버(20)가 표면상에 놓이는 받침 플레이트(140);
    상기 하단 배터리 셀 커버(20)의 제 1 측면과 끼워져 삽입되며, 제 2 측면이 가장자리에 일정한 각으로 직립 형성되는 상단 배터리 셀 커버(10)를 흡착하여 상하로 이동시키는 셀 커버 흡착기(110); 및
    말단에 각각 롤러(131)가 형성되는 아암(130-1,130-2)이 양단에 형성되고, 상기 아암(130-1,130-2)을 좌우로 이동시키는 링크(121,122)를 갖는 엑츄에이터(120);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 커버 조립 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 롤러(131)는 상기 셀 커버 흡착기(110)가 하방향으로 이동됨에 따라 상기 상단 배터리 셀 커버(10)가 상기 하단 배터리 셀 커버(20)에 삽입되기 전에 상기 하단 배터리 셀 커버(20)의 제 1 측면을 선접촉하여 눌러주는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 커버 조립 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하단 배터리 셀 커버(20)의 제 1 측면의 끝단은 일정한 경사(230)가 내측으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 커버 조립 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀 커버 흡착기(110)는 상기 상단 배터리 셀 커버(10)의 정위치 안착을 위해 상기 상단 배터리 셀 커버(10)의 정중앙 부분을 흡착하여 지지하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 커버 조립 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀 커버 흡착기(110)와 액츄에이터(120)는 하나의 플레이트에 고정 설치되어 동시에 상하로 이동되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 커버 조립 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀 커버 흡착기(110)와 액츄에이터(120)는 공압식인 것을 특징으로 하는 배터리 셀 커버 조립 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 상단 배터리 셀 커버(10) 및 하단 배터리 셀 커버(20)는 파우치형 커버인 것을 특징으로 하는 배터리 셀 커버 조립 장치.
  8. 가장자리가 일정한 각으로 직립되는 제 1 측면이 형성되는 하단 배터리 셀 커버(20)를 받침 플레이트(140)의 표면상에 놓는 단계;
    셀 커버 흡착기(110)가 상단 배터리 셀 커버(10)를 흡착하는 단계;
    상기 셀 커버 흡착기(110)가 제 2 측면이 가장자리에 일정한 각으로 직립 형성되는 상기 상단 배터리 셀 커버(10)를 상하로 이동시켜 상기 하단 배터리 셀 커버(20)의 제 1 측면과 끼워 삽입하는 단계; 및
    말단에 각각 롤러(131)가 형성되는 아암(130-1,130-2)이 양단에 형성되고, 링크(121,122)를 갖는 엑츄에이터(120)가 상기 아암(130-1,130-2)을 좌우로 이동시켜 상기 롤러(131)를 상기 하단 배터리 셀 커버(20)로부터 분리하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 커버 조립 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210037330A (ko) * 2019-09-27 2021-04-06 (주)휴민텍 전지셀 케이스 조립 시스템
KR102251094B1 (ko) * 2020-02-07 2021-05-12 주식회사 모아 전기자동차용 배터리 케이스 조립장치

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