JP6812510B2 - 振動型アクチュエータ及びそれを有する電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、振動型アクチュエータなどに関する。

従来から、振動体（圧電素子、電気−機械エネルギ変換素子）に励振された振動により、振動体に接触する接触体が駆動される（振動体と接触体を相対移動させる）振動型アクチュエータに関する提案がなされている。

例えば、特許文献１に記載されているように振動体を１個（特許文献１の図１）あるいは複数個（特許文献１の図９）配置して、直線駆動（特許文献１の図１）や回転駆動（特許文献１の図９）するタイプが提案されている。まずは、図４以下を用いて、従来技術について説明する。

図４は、振動体の（ａ）平面図と（ｂ）側面図を示す。図４において、振動体１は、矩形（四角形）の薄板状に形成された圧電素子３と、この圧電素子３（の一平面）と接合されて一体化された弾性体２と、により構成されている。弾性体２は、本体部２−３と支持部２−４とを有する。

本体部２−３は、圧電素子３とともに振動する矩形の薄板状に形成された基部２−１と、この基部２−１の一平面において凸状に形成された２つの突起部２−２と、を有する。

支持部２−４は可撓性を有し、本体部２−３と構造上、一体的に形成されている。支持部２−４は、本体部２−３の振動をなるべく本体部２−３の外に伝えないように、一部板厚を小さくした薄肉部２−５を有する。また、支持部２−４は、圧電素子３の接合や振動体の組立などの位置決めの際に用いられる丸穴２−６および長穴２−７も有する。

図５に示すように、振動体１の長手（Ｘ）方向および短手（Ｙ）方向に起きる屈曲振動モードにより、突起部２−２の先端が楕円運動し、図中Ｘ方向に、不図示の接触体が駆動される（不図示の接触体が振動体１に対して相対移動する）。

図６（ａ）は、図４に示したタイプの振動体（を有する振動型アクチュエータ本体）を円周上に３個（複数）配置した回転型アクチュエータの斜視図を示す。また、図６（ｂ）は、振動体１周辺の拡大展開斜視図を示す。また、図６（ｃ）は、保持部材の平面図を示す。なお、「振動型アクチュエータ本体」とは、振動型アクチュエータから、接触体を除いた部分のことである。

図６（ａ）に示すように、円環状の基台（支持部材）７に振動体１が３個（複数）配置され、振動体１に接触するロータ（接触体）８を回転駆動する構成となっている。振動体１は、保持部材４のピン４ａ（図６（ｃ）参照）と、支持部２−４の丸穴２−６および長穴２−７（図４（ａ）参照）と、を嵌合させて接着するなどして接合することにより小基台（保持部材４）に保持される。また、保持部材４は、保持部材４の穴４ｂ（図６（ｃ）参照）と、支持部材７のピン７ａ（図６（ｂ）参照）で嵌合することにより、加圧方向において自由に動けるように位置決めされる。保持部材４には矩形状の貫通穴４ｃ（図６（ｃ）参照）が形成され、（振動体１を押圧する）押圧部材６が、貫通穴４ｃの中にガタを持って納まっている。押圧部材６は、支持部材７と接することで、緩衝部材５を介して、不図示の加圧部材（バネなど）により振動体１を押圧する。また、押圧部材６は、保持部材４に対しては、加圧方向において相対移動可能になっている。このような構成にすることにより、支持部２−４に加圧の反力がかかりづらくし、圧電素子の接着の剥れなどを防止している。

特開２０１７−２００２６０号公報

従来（特許文献１）、振動型アクチュエータにおいて、保持部材に発生する不要振動（保持部材を剛体とする剛体モード）に起因する異音が発生していた。

保持部材に発生する不要振動を抑制する手段として、保持部材（質量）４を大きくして、前記剛体モードの共振周波数を下げ、可聴域から外すことが考えられる。しかし、振動型アクチュエータに許容されるスペースは極めて限られているので、このような手段を採ることは困難である。

また、支持部（バネ）２−４の剛性を低くして、前記剛体モードの共振周波数を下げ、可聴域から外すことも考えられる。しかし、駆動に使用する振動モード（駆動振動モード）の共振周波数も変化してしまうので、このような手段を採ることも困難である。

本発明は、保持部材を大きくしたり、支持部の剛性を低くしたりすることなく、保持部材に発生する不要振動モードに起因する異音の発生を抑制することができる振動型アクチュエータなどを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明の振動型アクチュエータは、振動体と、前記振動体と接触する接触体と、前記振動体を保持する、貫通穴が設けられた保持部材と、前記貫通穴を通って前記振動体を押圧する押圧部材と、を有する振動型アクチュエータであって、前記保持部材と前記押圧部材の間で、前記保持部材と前記押圧部材と接触する振動減衰部材を有し、前記振動減衰部材は、前記押圧部材の押圧方向に直交する方向における、前記押圧部材の側面において、前記押圧部材と前記保持部材に接触する、ことを特徴とする。

上記の課題を解決するために本発明の振動型アクチュエータ本体は、振動体と、前記振動体を保持する、貫通穴が設けられた保持部材と、前記貫通穴を通って前記振動体を押圧する押圧部材と、を有する振動型アクチュエータ本体であって、前記保持部材と前記押圧部材の間で、前記保持部材及び前記押圧部材と接触する振動減衰部材を有し、前記振動減衰部材は、前記押圧部材の押圧方向に直交する方向における、前記押圧部材の側面において、前記押圧部材と前記保持部材に接触する、ことを特徴とする。

本発明は、保持部材と押圧部材の間で、振動減衰部材が、保持部材と押圧部材に接触し、保持部材に発生する不要振動モードを減衰するものである。

このような本発明によれば、振動型アクチュエータなどにおいて、保持部材を大きくしたり、支持部の剛性を低くしたりすることなく、保持部材に発生する不要振動モードに起因する異音の発生を抑制することができる。

本発明の第１実施例に係る、（ａ）振動型アクチュエータを、その一部の部品について部品単位に展開した斜視図、（ｂ）振動減衰部材が配置（接合）された押圧部材の拡大斜視図、及び、（ｃ）振動型アクチュエータ（接触体を除く）の断面図。 本発明における第２実施例に係る、（ａ）振動型アクチュエータを、その一部の部品について部品単位に展開した斜視図、及び、（ｂ）振動減衰部材が配置（接合）された押圧部材の拡大斜視図。 本発明の第３実施例に係る振動型アクチュエータを備える撮像装置の、（ａ）概略構成図、及び、（ｂ）ブロック図。 従来例の、（ａ）弾性体の平面図、及び、（ｂ）振動体の側面図。 従来例の、振動体の振動モードの説明図。 従来例の、（ａ）振動型アクチュエータを、その一部の部品について部品単位に展開した斜視図、（ｂ）振動型アクチュエータ（接触体を除く）の拡大展開斜視図、及び、（ｃ）保持部材の平面図。 保持部材に発生する不要振動モードの説明図。

以下に、本発明による改良された振動型アクチュエータの形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施例を表す。図１（ａ）は、振動型アクチュエータを、その一部の部品について部品単位に展開した斜視図である。振動体（を有する振動型アクチュエータ本体）を円周上に３個（複数）配置した回転型アクチュエータを部品単位に展開した斜視図である。図１（ｂ）は、（フェルトなどの）振動減衰部材が配置（接合）された押圧部材の拡大斜視図である。図１（ｃ）は、振動型アクチュエータ（接触体を除く）の断面図である。以下、本発明の実施例においては、図中、従来例（図６）と同じ部分には、図６と同じ符号を付してある。

１は振動体である。振動体１は、保持部材４１に設けられたピン４１ａと、振動体２の支持部２−４に設けられた丸穴２−６及び長穴２−７と、を嵌合させて接着剤などで接合することにより、保持部材４１に保持されている。

保持部材４１に設けられた穴４１ｂと、基台（支持部材）７に設けられたピン７ａと、は嵌合されている。これにより、保持部材４１は、押圧部材６１の押圧方向（振動体１と接触体８の相対移動方向に直交する方向、不図示の加圧部材の加圧方向）には動きが妨げられないように位置決めされている。保持部材４１には、保持部材４１を押圧方向に貫通する、押圧方向からみたときに矩形状の貫通穴４１ｃが設けられている。そして、振動型アクチュエータを組み立てたときに、その貫通穴４１ｃの中に押圧部材６１が納まるようになっている。押圧部材６１は貫通穴４１ｃを通って振動体１を押圧する。

押圧部材６１は、押圧部材６１に設けられた位置決め用ピン６１ａ、６１ｂと、支持部材７に設けられた穴７ｂ、７ｃと、を嵌合させることにより、押圧部材６１は位置決めされている。また、位置決め用ピン６１ａ、６１ｂと、穴７ｂ、７ｃと、はガタ（余裕）をもって嵌合させている。これにより、押圧部材６１は、略長方形の押圧部６１ｄが、支持部材７に形成された半円柱状の面（凸部）７ｄと接することにより、ピッチング方向に回転可能である。押圧部材６１は、支持部材７（凸部７ｄ）と接することにより、フェルトなどの振動減衰部材５１を介して、不図示の加圧部材（バネなど）による加圧力を振動体１に伝える。また、押圧部材６１は、保持部材４１に対しては、押圧部材６１の押圧方向（振動体１と接触体８の相対移動方向に直交する方向、不図示の加圧部材の加圧方向）において動きが妨げられないように（変位可能に）、位置決めされている。

本実施例では、振動減衰部材５１の長手方向における長さ（端部５１ａと中央部５１ｃと連結部５１ｄの合計長さ）は、押圧部材６１（押圧部６１ｄ）の長手方向における長さより長い。ここで、連結部５１ｄは、端部５１ａと中央部５１ｃを連結する部分である。

そして、図１（ｂ）に示すように、振動型アクチュエータを組み立てるときに、振動減衰部材５１は、押圧部材６１（押圧部６１ｄ）の長手方向における側面に沿って折り曲げられる。これにより、振動型アクチュエータを組み立てたときに、端部（振動減衰部）５１ａが、保持部材４１と押圧部材６１の間で、保持部材４１及び押圧部材６１に接触するように形成される。ここで、「振動減衰部が保持部材及び押圧部材に接触する」とは、振動減衰部と保持部材の間、及び、振動減衰部と押圧部材の間に他の部材が介在しない直接接触に限られない。振動減衰部と保持部材の間、及び、振動減衰部と押圧部材の間のうちの少なくとも一方に他の部材が介在する間接接触であってもよい。

押圧部材６１の稜線６１ｃには、Ｃ面取りが施されている。これにより、振動型アクチュエータを組み立てるときに、振動減衰部材５１を容易に折り曲げることができる。振動減衰部材５１としては、フェルトなどの摩擦係数が小さい材料が好適に用いられる。摩擦係数が小さいことにより、保持部材４１と押圧部材６１の間で、振動減衰部材５１（の振動減衰部５１ａ）が、保持部材４１及び押圧部材６１に接触したときに、押圧部材６１の、押圧方向における移動自由度を過度に拘束することがない。つまり、振動減衰部材５１が押圧部材６１の押圧力に与える影響は小さいといえる。

振動減衰部材５１（の振動減衰部５１ａ）により、図７に示すような、保持部材４１に発生する不要振動モードを減衰することができる。これにより、保持部材を大きくしたり、振動体２の支持部２−４の剛性を低くしたりすることなく（振動型アクチュエータの性能の低下を抑えつつ）、この不要振動モードに起因する異音の発生を抑制することができる。

なお、押圧部材６１の稜線６１ｃの形状は、面取り形状（Ｃ面取り形状、Ｒ面取り形状など）がよい。

また、本実施例では、一部品（一体）の振動減衰部材５１を用いた。つまり、振動減衰部材５１の端部（振動減衰部）５１ａと、振動体１及び押圧部材６１に接触する、振動減衰部材５１の中央部（接触部）５１ｃと、を共に含む一部品を用いた。しかし、振動減衰部５１ａと接触部５１ｃを別体（複数部品）にしてもよい。別体の場合には、端部（振動減衰部）５１ａは、押圧部材６１の押圧部６１ｄにおける側面に配置（接合）することの他に、保持部材４１の穴部４１ｃ（保持部材４１の内周）に配置（接合）してもよい。

本実施例では、振動減衰部材を、押圧部材６１（押圧部６１ｄ）の長手方向（振動体１と接触体８の相対移動方向）における側面に配置（接合）した。しかし、振動減衰部材を、押圧部材６１の押圧部６１ｄにおける、短手方向（振動体１と接触体８の相対移動方向に直交する方向）の側面に配置（接合）してもよい。

図２は、本発明の第２実施例を表す。図２（ａ）は、振動型アクチュエータを、その一部の部品について部品単位に展開した斜視図である。振動体（を有する振動型アクチュエータ本体）を円周上に３個（複数）配置した回転型アクチュエータを部品単位に展開した斜視図である。図２（ｂ）は、振動減衰部材が配置（接合）された押圧部材の拡大斜視図である。以下、本発明の実施例においては、図中、本発明の第１実施例と同じ部分には、図１と同じ符号を付してある。

押圧部材６２は、押圧部材６２に設けられた位置決め用ピン６２ａ、６２ｂと、支持部材７に設けられた穴７ｂ、７ｃと、を嵌合させることにより、押圧部材６２は位置決めされている。また、位置決め用ピン６２ａ、６２ｂと、穴７ｂ、７ｃと、はガタ（余裕）をもって嵌合させている。これにより、押圧部材６２は、略長方形の押圧部６２ｄが、支持部材７に形成された半円柱状の面（凸部）７ｄと接することにより、ピッチング方向に回転可能である。押圧部材６２は、支持部材７（凸部７ｄ）と接することにより、フェルトなどの振動減衰部材５２を介して、不図示の加圧部材（バネなど）による加圧力を振動体１に伝える。また、押圧部材６２は、保持部材４２に対しては、押圧部材６２の押圧方向（振動体１と接触体８の相対移動方向に直交する方向、不図示の加圧部材の加圧方向）において動きが妨げられないように（変位可能に）、位置決めされている。

本実施例では、振動減衰部材５２は十字状の形状をしている。振動減衰部材５２の長手方向における長さ（端部５２ａと中央部５２ｃと連結部５２ｄの合計長さ）は、押圧部材６２（略長方形の押圧部６２ｃ）の長手方向（振動体と接触体の相対移動方向）における長さより長い。ここで、連結部５２ｄは、端部５２ａと中央部５２ｃを連結する部分である。また、振動減衰部材５２の短手方向（振動体と接触体の相対移動方向に直交する方向）における一部の長さ（端部５２ｂと中央部５２ｃと連結部５２ｅの合計長さ）は、押圧部材６２（押圧部６２ｃ）の短手方向における長さより長い。ここで、連結部５２ｅは、端部５２ｂと中央部５２ｃを連結する部分である。

そして、図２（ｂ）に示すように、振動型アクチュエータを組み立てるときに、振動減衰部材５２の端部５２ａと端部５２ｂはそれぞれ、押圧部材６２（押圧部６２ｃ）の長手方向及び短手方向における側面に沿って折り曲げられる。これにより、振動型アクチュエータを組み立てたときに、端部（振動減衰部）５２ａ，５２ｂが、保持部材４２と押圧部材６２の間で、保持部材４２及び押圧部材６２に接触するように形成される。

押圧部材６２の稜線６２ｃには、Ｃ面取りが施されている。これにより、振動型アクチュエータを組み立てるときに、振動減衰部材５２を容易に折り曲げることができる。本発明の第１実施例と同様に、振動減衰部材５２としては、フェルトなどの摩擦係数が小さい材料が好適に用いられる。それによる効果は、本発明の第１実施例と同様である。

本発明の第１実施例と同様に、振動減衰部材５２（の振動減衰部５２ａ，５２ｂ）により、図７に示すような、保持部材４２に発生する不要振動モードを減衰することができる。それによる効果は、本実施例では振動減衰部がより多く存在するので（第１の実施例では、振動減衰部が２つ存在するのに対し、本実施例では振動減衰部が４つ存在するので）、本発明の第１実施例よりも高い。

なお、押圧部材６２の稜線６２ｃの形状は、面取り形状（Ｃ面取り形状、Ｒ面取り形状など）がよい。

また、本実施例では、一部品（一体）の振動減衰部材５２を用いた。つまり、振動減衰部材５２の端部（振動減衰部）５２ａ，５２ｂと、振動体１及び押圧部材６２に接触する、振動減衰部材５２の中央部（接触部）５２ｃと、を共に含む一部品を用いた。しかし、振動減衰部５２ａ，５２ｂと接触部５２ｃを別体（複数部品）にしてもよい。別体の場合には、端部（振動減衰部）５２ａ，５２ｂはそれぞれ、押圧部材６２の押圧部６２ｃにおける側面に配置（接合）することの他に、保持部材４２の穴部４２ｃ（保持部材４２の内周）に配置（接合）してもよい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。例えば、本発明に係る振動子は、図７（ａ）に示した回転型の振動型アクチュエータに限って適用されるものではなく、リニア型の振動型アクチュエータや、多自由度を有する振動型アクチュエータにも適用が可能である。

また、本発明の振動型アクチュエータを撮像装置（光学機器、電子機器）のレンズ駆動用途や、複写機（電子機器）の感光ドラムの回転駆動用途やステージの駆動用途などの様々な用途に用いることができる。ここでは、一例として、振動型アクチュエータをレンズ鏡筒に配置されたレンズ群の駆動に用いた撮像装置（光学機器、電子機器）について説明する。

図３（ａ）は、撮像装置７００の概略構成を示す側面図である。撮像装置７００は、撮像素子７１０及び電源ボタン７２０を搭載したカメラ本体７３０を備える。また、撮像装置７００は、第１レンズ群（不図示）、第２レンズ群３２０、第３レンズ群（不図示）、第４レンズ群３４０、振動型アクチュエータ６２０，６４０を備えるレンズ鏡筒７４０を備える。レンズ鏡筒７４０は、交換レンズとして、カメラ本体７３０に対して着脱自在である。

撮像装置７００では、振動型アクチュエータ６２０によって第２レンズ群３２０の駆動が行われ、振動型アクチュエータ６４０によって第４レンズ群３４０の駆動が行われる。振動型アクチュエータ６２０，６４０には、図１乃至図２を参照して説明した振動体１や接触体８などが用いられ、ラジアル方向が光軸と略直交するように配置される。例えば、振動型アクチュエータ６２０を構成する接触体の回転を不図示のカム環などにより光軸方向の直進運動に変換し、第２レンズ群３２０の光軸方向における位置を調整する。振動型アクチュエータ６４０についても同様の構成とすることができる。

図３（ｂ）は、撮像装置７００の概略構成を示すブロック図である。第１レンズ群３１０、第２レンズ群３２０、第３レンズ群３３０、第４レンズ群３４０及び光量調節ユニット３５０が、レンズ鏡筒７４０内部の光軸上の所定位置に配置される。第１レンズ群３１０〜第４レンズ群３４０と光量調節ユニット３５０とを通過した光は、撮像素子７１０に結像する。撮像素子７１０は、光学像を電気信号に変換して出力し、その出力は、カメラ処理回路７５０へ送られる。

カメラ処理回路７５０は、撮像素子７１０からの出力信号に対して増幅やガンマ補正などを施す。カメラ処理回路７５０は、ＡＥゲート７５５を介してＣＰＵ７９０に接続されると共に、ＡＦゲート７６０とＡＦ信号処理回路７６５とを介してＣＰＵ７９０に接続されている。カメラ処理回路７５０において所定の処理が施された映像信号は、ＡＥゲート７５５と、ＡＦゲート７６０及びＡＦ信号処理回路７６５を通じてＣＰＵ７９０へ送られる。なお、ＡＦ信号処理回路７６５は、映像信号の高周波成分を抽出して、オートフォーカス（ＡＦ）のための評価値信号を生成し、生成した評価値をＣＰＵ７９０へ供給する。

ＣＰＵ７９０は、撮像装置７００の全体的な動作を制御する制御回路であり、取得した映像信号から、露出決定やピント合わせのための制御信号を生成する。ＣＰＵ７９０は、決定した露出と適切なフォーカス状態が得られるように、振動型アクチュエータ６２０，６４０及びメータ６３０の駆動を制御することによって、第２レンズ群３２０、第４レンズ群３４０及び光量調節ユニット３５０の光軸方向位置を調整する。ＣＰＵ７９０による制御下において、振動型アクチュエータ６２０は第２レンズ群３２０を光軸方向に移動させ、振動型アクチュエータ６４０は第４レンズ群３４０を光軸方向に移動させ、光量調節ユニット３５０はメータ６３０により駆動制御される。

振動型アクチュエータ６２０により駆動される第２レンズ群３２０の光軸方向における位置は、第１エンコーダ７７０の回転角情報により検出され、検出結果がＣＰＵ７９０に通知されることで、振動型アクチュエータ６２０の駆動にフィードバックされる。同様に、振動型アクチュエータ６４０により駆動される第４レンズ群３４０の光軸方向における位置は第２エンコーダ７７５の回転角情報により検出され、検出結果がＣＰＵ７９０に通知されることで、振動型アクチュエータ６４０の駆動にフィードバックされる。光量調節ユニット３５０の光軸方向における位置は、絞りエンコーダ７８０により検出され、検出結果がＣＰＵ７９０へ通知されることで、メータ６３０の駆動にフィードバックされる。

１ 振動体
４１，４２ 小基台（保持部材）
４１ｃ，４２ｃ 貫通穴
５１，５２ フェルト（振動減衰部材）
６１，６２ 押圧部材
８ ロータ（接触体）

Claims (12)

1. 振動体と、
   前記振動体と接触する接触体と、
   前記振動体を保持する、貫通穴が設けられた保持部材と、
   前記貫通穴を通って前記振動体を押圧する押圧部材と、を有する振動型アクチュエータであって、
   前記保持部材と前記押圧部材の間で、前記保持部材及び前記押圧部材と接触する振動減衰部材を有し、前記振動減衰部材は、前記押圧部材の押圧方向に直交する方向における、前記押圧部材の側面において、前記押圧部材と前記保持部材に接触する、ことを特徴とする振動型アクチュエータ。
2. 前記振動減衰部材は、前記振動体と前記接触体の相対移動方向における前記側面において、前記押圧部材と前記保持部材に接触する、ことを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータ。
3. 前記振動減衰部材は、前記振動体と前記接触体の相対移動方向に直交する方向における前記側面において、前記押圧部材と前記保持部材に接触する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型アクチュエータ。
4. 前記保持部材を、前記押圧部材による押圧方向において変位可能に支持する支持部材と、を有する、ことを特徴する請求項１乃至３の何れか１項に記載の振動型アクチュエータ。
5. 前記振動減衰部材は、前記保持部材及び前記押圧部材に接触する振動減衰部と、前記振動体及び前記押圧部材に接触する接触部を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の振動型アクチュエータ。
6. 前記振動減衰部と前記接触部は一体である、ことを特徴とする請求項５に記載の振動型アクチュエータ。
7. 前記振動減衰部材は、前記押圧部材の稜線に沿って折り曲げられている、ことを特徴とする請求項６に記載の振動型アクチュエータ。
8. 前記稜線の形状は、Ｃ面取り形状又はＲ面取り形状である、ことを特徴とする請求項７に記載の振動型アクチュエータ。
9. 前記貫通穴の形状は、前記押圧方向から見たときに四角形である、ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の振動型アクチュエータ。
10. 前記振動型アクチュエータが駆動される場合に、前記保持部材には、前記保持部材を剛体とする剛体モードの振動が発生する、ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の振動型アクチュエータ。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータと、
    前記振動型アクチュエータの駆動によって位置決めされる部材と、を有する、ことを特徴とする電子機器。
12. 振動体と、
    前記振動体を保持する、貫通穴が設けられた保持部材と、
    前記貫通穴を通って前記振動体を押圧する押圧部材と、を有する振動型アクチュエータ本体であって、
    前記保持部材と前記押圧部材の間で、前記保持部材及び前記押圧部材と接触する振動減衰部材を有し、前記振動減衰部材は、前記押圧部材の押圧方向に直交する方向における、前記押圧部材の側面において、前記押圧部材と前記保持部材に接触する、ことを特徴とする振動型アクチュエータ本体。

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