JP7639394B2 - 音響装置及び電子機器 - Google Patents

Description

この発明は、音響装置及び電子機器に関する。

携帯型、身体装着型の電子機器は、種々の環境で利用される。この電子機器が水中などでも利用される場合には、防水への対応が要求される。特許文献１では、防水性の振動膜に対して接着剤により接着された支持部材を防水パッキンにより押さえることで、スピーカを外部から隔離して防水性を確保する技術が開示されている。

特開２０１８－１０７５０３号公報

しかしながら、より確実な防水を求める場合に、防水パッキンが板金部材で直接押圧されると、従来より高水圧下でも十分な防水性を得るのが難しいという課題がある。

この発明の目的は、従来よりも高水圧下で十分な防水性能を得ることのできる音響装置及び電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、
防水性を有する振動膜と、
前記振動膜に対してある方向に並んで位置し、当該振動膜を支持する支持部材と、
前記支持部材に接する防水部材と、
前記防水部材の前記支持部材が配置される側とは反対側に位置し、前記振動膜につながる第１貫通孔を有する絶縁プレートと、
前記絶縁プレートの前記防水部材とは反対側に位置し、前記第１貫通孔に連通又は包含する第２貫通孔を有して、前記絶縁プレートを前記ある方向に沿って押圧した状態で固定されている金属プレートと、
を備え、
前記金属プレートは、前記ある方向に沿って見た平面透視で前記防水部材の範囲を選択的に押圧していて、
前記絶縁プレートは、前記金属プレートよりも弾性率が低い材料からなる、
ことを特徴とする音響装置である。

本発明に従うと、音響装置において、従来よりも高水圧下で十分な防水性能を得ることができるという効果がある。

本実施形態の電子機器の音響装置付近を示す部分断面図である。 防水構造について説明する図である。 導体部分の位置関係について説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の電子機器１の音響装置１０付近を示す部分断面図である。
電子機器１は、例えば、電子腕時計であり、筐体２０と、風防ガラス３０と、裏蓋４０と、表示画面５０と、動作部６０と、音響装置１０などを備える。

筐体２０は、上下が開放された筒状の部材であり、表示画面５０の位置する上面側が風防ガラス３０で覆われ、下面側が裏蓋４０で覆われることで、表示画面５０及び動作部６０を内部に封止している。

風防ガラス３０は、透明な部材、例えば、ガラスなどである。裏蓋４０は、導電性の部材（導体）である。筐体２０は、ここでは、樹脂などの誘電体である。

表示画面５０は、例えば、液晶表示画面であり、風防ガラス３０を介して外側から表示内容を視認可能となっている。動作部６０は、ＣＰＵ及びＲＡＭなどを有し、電子機器１の各種動作を制御する。また、筐体２０、風防ガラス３０及び裏蓋４０により封止された空間には、バッテリなども収容されている。

電子機器１は、筐体２０の外側にベゼルといった外装部材を有していてよい。外装部材は、外部からの衝撃の緩和や、装飾として用いられ得る。

音響装置１０は、音声を出力又は検出する装置であり、すなわち、スピーカ又はマイクである。

音響装置１０は、音響変換部１１（音響モジュール）と、ラバーエッジ１２と、音響伝達部１３と、防水パッキン１４（防水部材）と、音孔ケース１５（絶縁プレート）と、圧縮板１６（金属プレート）と、防塵板１７（金属プレート）と、ねじ１８と、外装部材１９などを備える。

筐体２０は、外側に凹部２０１を有し、また内側に凹部２０２を有する。音響装置１０のうち、音響変換部１１及びラバーエッジ１２が筐体２０の凹部２０２に位置し、音響伝達部１３及び防水パッキン１４などが凹部２０１に収容されている。凹部２０１、２０２は、空気通路２０３により連通している。空気通路２０３は、途中で折れ曲がっていてもよい。

音響変換部１１は、音声（音波）と電気信号との間で変換するスピーカ又はマイク（まとめて変換素子と記す）である。音響変換部１１の変換素子の周囲にラバーエッジ１２が位置している。

音響伝達部１３は、振動膜１３１を有する。振動膜１３１は、音波に応じて振動して、当該振動膜１３１を挟んで一方から他方へ音を伝える従来周知の薄膜フィルム部材である。また、振動膜１３１は、防水性を有する。すなわち、振動膜１３１は、基準範囲内の水圧では水を透過させず、また、破壊されたり不可逆的に変形したりしない。これにより、振動膜１３１は、外部から空気通路２０３及び音響変換部１１への水の進入を阻止する。振動膜１３１の周縁は、両側の支持部材１３３により環状に支持されている。支持部材１３３は、振動膜１３１の中央部分に合わせて開口を有する。振動膜１３１は、支持部材１３３により環状に支持されている内側で振動可能となっている。

防水パッキン１４は、音響伝達部１３の周縁に沿って環状に位置するＯリングである。防水パッキン１４は、音響伝達部１３の外周形状に応じた形状であり、音響伝達部１３よりも一回り大きい。防水パッキン１４は、音響伝達部１３の周縁の隙間から水が内部（音響変換部１１の側）に進入するのを阻止する。

音孔ケース１５は、中央を貫通して振動膜１３１につながる空気通路１５１（第１貫通孔）を有する。音孔ケース１５は、例えば、樹脂部材であるが、導体金属でなければ、セラミック部材などであってもよく、あるいは、これら複数の絶縁部材を組み合わせた複合部材であってもよい。音孔ケース１５は、防水パッキン１４の外側、すなわち防水パッキン１４の支持部材１３３（音響伝達部１３）が配置される側とは反対側に位置する。音孔ケース１５の内側（防水パッキン１４の側）は、防水パッキン１４が収まるように環状に一段低い形状となっており、外側は、空気通路１５１が貫通する突出部１５２を中央に有する。突出部１５２の周囲には、環状に圧縮板１６がはめ込まれる形状となっている。すなわち、音孔ケース１５（絶縁プレート）は平面状でなくてもよい。

圧縮板１６は、ねじ１８により筐体２０に固定されることで防水パッキン１４（音孔ケース１５）を押圧固定する金属板である。圧縮板１６は、貫通孔１６１（第２貫通孔）を有する。貫通孔１６１は、空気通路１５１よりも断面サイズが大きく、貫通孔１６１の内側には、音孔ケース１５の突出部１５２が挿入（包含）されている。圧縮板１６は、音孔ケース１５よりも平面視サイズが大きく、両端などがねじ１８で固定されることで、均一に防水パッキン１４を押圧固定することができる。

防塵板１７は、少なくとも空気通路１５１の位置に合わせて細かい開口又はメッシュを有する。防塵板１７は、金属板、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）であり、圧縮板１６とともにねじ１８により筐体２０に固定されている。開口又はメッシュは、音声を通過させる一方で、外部からのごみや埃の進入を抑制する。防塵板１７は、金属線路４１により裏蓋４０との間を電気的に接続されており、防塵板１７に接する圧縮板１６共々筐体接地されている。

ねじ１８は、上述のように、圧縮板１６及び防塵板１７が重なった状態でこれらをまとめて筐体２０に固定する小型のもの（ビス）である。ねじの本数は、特には限られないが、スペースの広さと固定の確実性に応じて定まり、例えば２本である。

外装部材１９は、防塵板１７の開口部分を覆うカバー部材であり、外観上のデザインに応じて適宜な形状であってよい。外装部材１９は、例えば、各種樹脂である。

図２は、防水構造について説明する図である。
外から空気通路１５１に伝わった音声（音波）、又は音響変換部１１から空気通路２０３に伝わった音声（音波）は、音響伝達部１３に到達する。振動膜１３１に届いた音波は、振動膜１３１を振動させて、当該振動膜１３１の振動に応じた音波を到達側とは反対側、ここではＸ軸に沿った方向（ある方向）に更に出力する。すなわち、Ｘ軸方向は、大気圧で音のない静止状態における振動膜１３１に対して垂直な方向である。

音響伝達部１３は、振動膜１３１に加えて、振動膜１３１に対してＸ方向に並んでその両側にそれぞれ位置する支持部材１３３１、１３３２（まとめて支持部材１３３）と、振動膜１３１と支持部材１３３１、１３３２とをそれぞれ接着する接着テープ１３２１、１３２２（まとめて接着テープ１３２）と、を有する。すなわち、音響伝達部１３は、内側から順番に、支持部材１３３２、接着テープ１３２２、振動膜１３１、接着テープ１３２１、支持部材１３３１の順番で一体となっている。支持部材１３３に比して振動膜１３１と接着テープ１３２は一回り小さくてもよい。なお、振動膜１３１のサイズは、接着テープ１３２のサイズと同一である必要はない。

振動膜１３１は、上記のように、空気中では振動膜１３１の中央部分が振動することで音を振動膜１３１の反対側へ伝える。水中では振動膜１３１により外側から音響変換部１１の側への水の進入が阻止される。

支持部材１３３は、金属プレートであり、振動膜１３１の周縁を両側から挟持して支持する。なお、支持部材１３３は、単一の部材でなくてもよく、複数の部材が一体となったものであってもよい。

接着テープ１３２は、振動膜１３１と支持部材１３３とを当該支持部材１３３による支持部分において環状に接着する。特には限られないが、接着テープ１３２が振動膜１３１に接着しない中央部分が円形であることで、振動膜１３１が適切に振動しやすくなり、また、振動膜１３１に水圧がかかった場合でも振動膜１３１の接着部分に対する応力が均等に分散されやすくなる。接着テープ１３２は、シート状の基材の両面に接着部材の層を有する両面テープである。接着部材は、少なくとも想定される圧力範囲では弾力性を有し、圧力の大きさに応じた割合で弾性変形、すなわち圧縮される。空気圧程度での接着テープ１３２の厚さは、支持部材１３３が振動膜１３１の振動を妨げない厚さ以上である。
なお、接着部材と同程度の弾力性を有して防水性を確保することができ、かつ振動膜１３１の支持部材１３３に対する位置ずれ、特に水圧がかかった場合にＸ方向に垂直な方向へのずれが抑えられるものであれば、接着部材のように完全に振動膜１３１を支持部材１３３に接着固定させるものではなく、粘着部材が振動膜１３１と支持部材１３３の間に位置していてもよい。

上述のように、ねじ１８により、防塵板１７及び圧縮板１６が固定されている。ねじ１８が強く締められることで、圧縮板１６が押圧される。この押圧に応じて、更に音孔ケース１５及び防水パッキン１４がＸ方向に沿って押下されて、防水パッキン１４は、音響伝達部１３を押圧しつつ音響伝達部１３の内側への水の進入を防ぐ。簡易な生活防水（数気圧程度）よりも高い（例えば、１０～２０気圧程度）防水機能を有する場合には、音孔ケース１５が金属部材であると、防水パッキン１４と筐体２０及び支持部材１３３との間を高水圧下でも完全に埋めるために必要な圧力がかからずに、必要な防水性を得るのが難しい。一方で、音孔ケース１５のみを直接ねじ１８で固定しても圧力が緩和されて（特に樹脂部材のように、金属部材などに比して剛性が顕著に低い（弾性率があまり高くない）場合には）防水パッキン１４に十分な圧力がかからない。電子機器１では、音孔ケース１５に対して、当該音孔ケース１５よりも剛性の高い（弾性率の大きい）金属板である圧縮板１６により防水パッキン１４の範囲を選択的により確実に押圧することで、防水パッキン１４が筐体２０及び音響伝達部１３との隙間を埋めるように変形し、防水性が確保される。特に、圧縮板１６は、Ｘ方向に沿って見た平面透視で防水パッキン１４の範囲全体を包含するように位置するので、防水機能が生じる範囲を面で効果的に押圧して隙間を封止することができる。ねじ１８は、必要な防水性能に応じた強さで締められていてよい。

図３は、導体部分の位置関係について説明する図である。

上記のように、導体である防塵板１７及びこれに接する圧縮板１６は、金属線路４１により裏蓋４０と接続されていることで、筐体接地されている。一方で、音響変換部１１は、筐体２０内部の導体経路４２を介して裏蓋４０に筐体接地されている。したがって、通常の状態では、圧縮板１６、防塵板１７及び音響変換部１１は、裏蓋４０とともに、略接地電圧で等しく維持される。また、支持部材１３３は、ここでは、他の導体と接続しておらず、フロート状態にある。

しかしながら、携帯型の電子機器１では、各構成をコンパクトに配線する設計上、金属線路４１や導体経路４２が必ずしも十分な断面積を有さず、また、直線距離に比して長くなる場合がある。また、裏蓋４０などの筐体の電位は、裏蓋４０などが人体などを介して地面と電気的に接続されていないと、正確に接地電位とはならず、状況によっては、帯電する場合もあり得る。

このような状況で、地面と接続された状況になると、筐体接地電圧が急激に変化（低下）するが、金属線路４１や導体経路４２の長さや断面積に応じた抵抗や寄生容量などの差に応じて、防塵板１７及び圧縮板１６と音響変換部１１との間に短時間電位差が生じる場合がある。このときに、空気通路２０３、１５１を介した音響変換部１１と防塵板１７及び圧縮板１６との距離、特に、ここでは間に支持部材１３３を挟んでいるので、それぞれと支持部材１３３との距離がいずれも短過ぎると（上記のように支持部材１３３がフロートしており電流が流れないので、一方の距離だけが短いのであれば問題は生じにくい）、図３において矢印で示すように、空気通路２０３、１５１内に支持部材１３３を経た放電が生じ得る。

放電による瞬間的な大電流の発生は、主に音響変換部１１（特に、デジタルマイクなど）を損傷させる場合がある。上記のように、高圧での防水機能を有する音響装置１０を備える電子機器１では、圧縮板１６が必要であるが、圧縮板１６が防塵板１７よりも支持部材１３３との距離を大きく縮めないような構造とされる。

ここでは、上記のように、絶縁部材である音孔ケース１５が圧縮板１６と支持部材１３３との間に位置することで、圧縮板１６と支持部材１３３とが離隔され、放電が抑制される。特に、音孔ケース１５が突出部１５２を有し、圧縮板１６はその外側に位置することで、圧縮板１６が空気通路２０３に面しない構造とされることで、支持部材１３３と導体部分との距離が支持部材１３３と当初から存在する防塵板１７との距離から縮まらず、放電がより効果的に抑制される。すなわち、音孔ケース１５は、支持部材１３３と圧縮板１６及び防塵板１７とのスペーサ部材として機能する。

以上のように、本実施形態の音響装置１０は、防水性を有する振動膜１３１と、振動膜１３１に対してＸ方向に並んで位置し、この振動膜１３１を支持する支持部材１３３と、支持部材１３３に接する防水パッキン１４と、防水パッキン１４の支持部材１３３が配置される側とは反対側に位置し、空気通路１５１を有する絶縁部材の音孔ケース１５と、音孔ケース１５の防水パッキン１４とは反対側に位置し、空気通路１５１に連通又は包含する貫通孔を１６１有して、音孔ケース１５をＸ方向に沿って押圧した状態で固定されている金属製の圧縮板１６と、を備える。
このように、防水パッキン１４を金属ではない絶縁部材の音孔ケース１５と金属製の圧縮板１６の２層で押下することにより、より安定して強く防水パッキン１４を押し込むことができる。これにより、音響装置１０は、従来よりも高水圧下でも、より確実かつ十分に内部の音響変換部１１を防水することができる。
また、絶縁部材である音孔ケース１５を防水パッキン１４に接する位置として、これを更に金属の圧縮板１６で押下するので、圧縮板１６と支持部材１３３とを離隔させることができる。これにより、圧縮板１６と支持部材１３３との間での放電を低減させることができる。

また、音孔ケース１５は、空気通路１５１が貫通する突出部１５２を有する。貫通孔１６１は、内側に突出部１５２を包含している。このように圧縮板１６が空気通路１５１に直接面しない二重構造とすることで、より確実に放電が抑制される。また、製造組み立て時の位置合わせも容易であり、より容易かつ確実に防水強度を高めることができる。

また、圧縮板１６は、Ｘ方向に沿って見た平面透視で防水パッキン１４の全体を包含している。したがって、防水パッキン１４をむらなく確実に押圧して防水性を高めることができる。

また、圧縮板１６の固定は、ねじ１８によりなされている。ねじ１８の締め具合で押圧強度が固定されるので、容易に所望の防水強度を確実かつ安定して得られる。

また、支持部材１３３と振動膜１３１との間には、接着テープ１３２が位置しており、あるいは、この接着テープ１３２の代わりに粘着部材が位置していてもよい。振動膜１３１を支持部材１３３に固定、少なくとも相対移動を抑制することで、支持部材１３３と振動膜１３１との間の防水性をより確実に得ることができる。

また、音孔ケース１５は、樹脂部材又はセラミック部材である。音孔ケース１５が金属部材ではなく、特に樹脂部材又はセラミック部材であることで、水圧がかかった場合に水圧に応じてより適切に防水パッキン１４との隙間が埋められ、かつ防水パッキン１４と筐体２０との間も埋まって防水性が確保される。

また、本実施形態の電子機器１は、上記の音響装置１０と、圧縮板１６が固定される筐体２０と、を備える。この電子機器１では、従来よりも寄り高水圧下で防水性を確実に得ることができるので、より多様かつ厳しい環境で電子機器１が利用可能となる。

また、音響装置１０は、音波と電気信号とを変換する音響変換部１１を備える。音響変換部１１は、振動膜１３１及び防水パッキン１４により防水されており、圧縮板１６及び音響変換部１１は、各々裏蓋４０に対して筐体接地されている。
小型の電子機器１では、接地経路が細く、他の配線や構成を避けながら伸びていることも多い。また、筐体接地電圧自体がゼロとならない場合もある。その結果、急激な筐体接地電圧の変化などにより構成間で電位差が生じたときに、接地経路に比して近くにある構成間で放電が生じて、電子部品に深刻な損傷を与える場合がある。本実施形態の電子機器１では、このような放電経路が生じるのを避ける構成としつつ、防水性をより向上させることができるので、より堅牢な電子機器１が得られ、これにより、電子機器１をよい多様な条件下で利用することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、圧縮板１６の貫通孔１６１が空気通路１５１に面しないものとして説明したが、支持部材１３３との間の距離が得られれば、多少面していてもよい。

また、音孔ケース１５は、階段状に環状の突出部１５２を有するものとして説明したが、これに限られない。例えば、音孔ケース１５がテーパー状に細くなる中心に空気通路１５１が位置している形状であってもよく、この場合には、貫通孔１６１の形状もこの音孔ケース１５の形状に沿ったものとなる。

また、上記実施の形態では、ねじ１８が防塵板１７及び圧縮板１６を固定するものとして説明したが、これらに限られない。圧縮板１６が適切に音孔ケース１５を押圧するように固定されていればよく、例えば、ねじ１８が単独で圧縮板１６を押圧していてもよいし、ねじ以外のもので押圧されていてもよい。

また、空気通路２０３、１５１の形状は、上記実施の形態に示したものには限られない。太さや折れ曲がりなどは、電子機器１及び筐体２０の形状や他の部品との位置関係などに応じて調整されてよい。

また、上記実施の形態では、圧縮板１６が平面透視で防水パッキン１４の範囲全体を包含するものとして説明したが、防水パッキン１４が確実に押圧されるかぎりにおいて、これに限られない。また、圧縮板１６が複数枚（２枚など）の板金の組合せなどであってもよい。

また、上記実施の形態では、電子機器１として電子腕時計を例に挙げて説明したが、これに限られない。他の電子機器であってもよい。
その他、上記実施の形態で示した構成、構造、材質などの具体的な細部は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。

［付記］
＜請求項１＞
防水性を有する振動膜と、
前記振動膜に対してある方向に並んで位置し、当該振動膜を支持する支持部材と、
前記支持部材に接する防水部材と、
前記防水部材の前記支持部材が配置される側とは反対側に位置し、前記振動膜につながる第１貫通孔を有する絶縁プレートと、
前記絶縁プレートの前記防水部材とは反対側に位置し、前記第１貫通孔に連通又は包含する第２貫通孔を有して、前記絶縁プレートを前記ある方向に沿って押圧した状態で固定されている金属プレートと、
を備えることを特徴とする音響装置。
＜請求項２＞
前記絶縁プレートは、前記第１貫通孔が貫通する突出部を有し、
前記第２貫通孔は、内側に前記突出部を包含していることを特徴とする請求項１記載の音響装置。
＜請求項３＞
前記金属プレートは、前記ある方向に沿って見た平面透視で前記防水部材の全体を包含していることを特徴とする請求項１又は２記載の音響装置。
＜請求項４＞
前記金属プレートの固定は、ねじによりなされていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の音響装置。
＜請求項５＞
前記支持部材と前記振動膜との間には、接着部材又は粘着部材が位置していることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の音響装置。
＜請求項６＞
前記絶縁プレートは、樹脂部材又はセラミック部材であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の音響装置。
＜請求項７＞
請求項１～６のいずれか一項に記載の音響装置と、
前記金属プレートが固定される筐体と、
を備えることを特徴とする電子機器。
＜請求項８＞
前記音響装置は、音波と電気信号とを変換する音響変換部を備え、
前記音響変換部は、前記振動膜及び前記防水部材により防水されており、
前記金属プレート及び前記音響変換部は、各々筐体接地されている
ことを特徴とする請求項７記載の電子機器。

１ 電子機器
１０ 音響装置
１１ 音響変換部
１２ ラバーエッジ
１３ 音響伝達部
１３１ 振動膜
１３２、１３２１、１３２２ 接着テープ
１３３、１３３１、１３３２ 支持部材
１４ 防水パッキン
１５ 音孔ケース
１５１ 空気通路
１５２ 突出部
１６ 圧縮板
１６１ 貫通孔
１７ 防塵板
１９ 外装部材
２０ 筐体
２０１、２０２ 凹部
２０３ 空気通路
３０ 風防ガラス
４０ 裏蓋
４１ 金属線路
４２ 導体経路
５０ 表示画面
６０ 動作部

Claims (8)

1. 防水性を有する振動膜と、
   前記振動膜に対してある方向に並んで位置し、当該振動膜を支持する支持部材と、
   前記支持部材に接する防水部材と、
   前記防水部材の前記支持部材が配置される側とは反対側に位置し、前記振動膜につながる第１貫通孔を有する絶縁プレートと、
   前記絶縁プレートの前記防水部材とは反対側に位置し、前記第１貫通孔に連通又は包含する第２貫通孔を有して、前記絶縁プレートを前記ある方向に沿って押圧した状態で固定されている金属プレートと、
   を備え、
   前記金属プレートは、前記ある方向に沿って見た平面透視で前記防水部材の範囲を選択
   的に押圧していて、
   前記絶縁プレートは、前記金属プレートよりも弾性率が低い材料からなる、
   ことを特徴とする音響装置。
2. 前記絶縁プレートは、前記第１貫通孔が貫通する突出部を有し、
   前記第２貫通孔は、内側に前記突出部を包含していることを特徴とする請求項１記載の音響装置。
3. 前記金属プレートは、前記ある方向に沿って見た平面透視で前記防水部材の全体を包含していることを特徴とする請求項１又は２記載の音響装置。
4. 前記金属プレートの固定は、ねじによりなされていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の音響装置。
5. 前記支持部材と前記振動膜との間には、接着部材又は粘着部材が位置していることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の音響装置。
6. 前記絶縁プレートは、樹脂部材又はセラミック部材であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の音響装置。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の音響装置と、
   前記金属プレートが固定される筐体と、
   を備えることを特徴とする電子機器。
8. 前記音響装置は、音波と電気信号とを変換する音響変換部を備え、
   前記音響変換部は、前記振動膜及び前記防水部材により防水されており、
   前記金属プレート及び前記音響変換部は、各々筐体接地されている
   ことを特徴とする請求項７記載の電子機器。

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