JP2006023110A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 ターミナルを有するケースに圧力検出素子を設け、ターミナルと圧力検出素子とを電気的に接続するとともに、ケースとターミナルとの隙間を封止するためのシール剤とを備える圧力センサにおいて、圧力検出素子に圧力媒体が直接接触し、また、温度変化が生じて熱応力が発生しても漏れが発生しないシール剤の構成を実現する。
【解決手段】 ケース１０の一端側に設けられた圧力検出素子２０と、ケース１０に設けられ一端部がケース１０の一端側に突出するターミナル１２と、ターミナル１２の一端部の周囲に設けられたシール剤１４とを備え、圧力検出素子２０とターミナル１２の一端部とが電気的に接続されてなる圧力センサ１００において、圧力検出素子２０に圧力媒体が直接導入されるようになっており、シール剤１４は、圧力媒体に対する耐性を有する接着剤１４ａの中に、圧力媒体に対する耐性を有するゴム部材１４ｂを介在させてなる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ターミナルを有するケースに圧力検出素子を設け、ターミナルと圧力検出素子とを電気的に接続するとともに、ケースとターミナルとの隙間を封止するためのシール剤とを備え、圧力検出素子に圧力媒体が直接導入されるようになっている圧力センサに関する。

従来より、ケースと、ケースの一端側に設けられた圧力検出素子と、ケースに設けられ、一端部がケースの一端側に突出するターミナルと、ターミナルの一端部の周囲に設けられケースとターミナルとの隙間を封止するためのシール剤とを備え、圧力検出素子とターミナルの一端部とが電気的に接続されてなる圧力センサが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）
このような圧力センサにおいては、圧力検出素子をメタルダイアフラムで覆い、メタルダイアフラム内にオイル等の圧力伝達媒体を封止することで、圧力検出素子を圧力媒体から保護するとともに、メタルダイアフラムにて圧力媒体の圧力を受圧し、圧力伝達媒体を介して圧力検出素子へ伝達していた。

図４は、このようなメタルダイアフラムを有する従来の圧力センサの一般的な構成を示す概略断面図である。

本圧力センサにおいては、ケースとしてのコネクタケース１０と圧力導入部材としてのハウジング３０とが組み合わされている。コネクタケース１０の一端側の表面（図４中、下方側の端面）には凹部１１が形成されている。

この凹部１１には、圧力検出素子２０が配設されている。ここでは、圧力検出素子２０は、台座２１に一体化されて、コネクタケース１０に搭載されている。また、コネクタケース１０には、複数個の金属製棒状のターミナル１２が設けられている。

各ターミナル１２の一端側（図４中、下方端側）の端部は、圧力検出素子２０の搭載領域の周囲において凹部１１の底面から突出している。そして、各ターミナル１２の突出部の先端面と圧力検出素子２０とは、ワイヤボンディングにより形成されたアルミニウムからなるワイヤ１３を介して結線され電気的に接続されている。

また、図４に示されるように、各ターミナル１２の突出部の周囲には、コネクタケース１０とターミナル１２との隙間を封止するためのシール剤１４が設けられている。

このシール剤１４は、従来ではシリコン系樹脂よりなるもので、このシール剤１４により、もし、ターミナル１２が突出する凹部１１の底面部分に隙間があっても、その隙間は封止される。

これは、ケース１０には、型成形の際にターミナル１２を埋設しているので、成型樹脂等からなるケース１０と金属であるターミナル１２との熱膨張係数の違いにより、ケース１０とターミナル１２間の気密性が悪く、ターミナル１２の周囲に隙間が生じ、この隙間から圧力媒体の漏れが生じる恐れがある。そのため、従来では、ターミナル１２とケース１０との間にシール剤１４を設けていた。

そして、凹部１１内には、圧力検出素子２０、ターミナル１２、ワイヤ１３を覆うように液体としてのオイル１５が充填されている。このオイル１５は、フッ素オイル等よりなり、主として圧力伝達媒体として機能するものである。

次に、ハウジング３０は、たとえばステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料よりなる。このハウジング３０は、一端側（図４中の上方端側）に開口部３１を有するとともに、他端側（図４中の下方端側）に外部から圧力媒体が導入される圧力導入孔３２を有する。この圧力媒体は、たとえば上記したエアコンの冷媒や自動車のエンジンや駆動系の潤滑用オイル等である。

そして、ハウジング３０には、その開口部３１にコネクタケース１０の一端側（図４中の下端側）が挿入された状態で、凹部１１を覆うようにコネクタケース１０に、かしめなどにより組み付けられている。

さらに、ハウジング３０の一端側には、メタルダイアフラム３４が設けられ、金属製の押さえ部材（リングウェルド）３５を介して溶接などにより、ハウジング３０に対して固定されている。それにより、メタルダイアフラム３４はその周辺部がハウジング３０に固定された状態となり、オイル１５を封止しつつ凹部１１と圧力導入孔３２とを区画している。

こうして組み合わせられたケース１０とハウジング３０において、コネクタケース１０の凹部１１とメタルダイアフラム３４との間で、オイル１５が封入されている。そして、このオイル１５が封入された室が、圧力検出室４０として構成されている。

また、圧力検出室４０の外周囲には、環状の溝（Ｏリング溝）４１が形成され、この溝４１内には、圧力検出室４０を気密封止するためのＯリング４２が配設されている。そして、Ｏリング４２は、コネクタケース１０と押さえ部材３５とにより挟まれて押圧されており、これによって、Ｏリング４２はメタルダイアフラム３４とともに圧力検出室４０を封止する役割を果たしている。

かかる圧力センサ１００は、たとえば、ハウジング３０のネジ部３３を介して、車両の適所に取り付けられる。そして、外部からの圧力媒体が、ハウジング３０の圧力導入孔３２を介して圧力センサ内に導入される。

すると、導入された圧力がメタルダイアフラム３４に印加され、メタルダイアフラム３４には応力が発生する。この応力は、圧力検出室４０内のオイル１５を介して、センサチップ２０へ伝達され、センサチップ２０の受圧面に印加される。

そして、印加された圧力に応じた電気信号がセンサ信号として、センサチップ２０から出力される。このセンサ信号は、センサチップ２０からワイヤ１３、ターミナル１２を介して、外部回路などへ伝達される。
特開平７−２０９１１５号公報 特開平７−２４３９２６号公報

ところで、上記したような従来の圧力センサは、たとえば自動車に搭載され、エアコンの冷媒圧や自動車のエンジンや駆動系の潤滑用オイル圧を検出する圧力センサ等に適用できる。

ここにおいて、本発明者らは、コストダウンを目的として、この種の圧力センサにおいてメタルダイアフラムとオイル等を廃止した構造を検討している。しかしながら、メタルダイアフラムとオイル等を廃止した場合、エアコンの冷媒や自動車のエンジンや駆動系の潤滑用オイルなどの圧力媒体が直接、圧力検出素子およびシール剤の部分に導入される。

そして、圧力媒体中には、たとえば酸化性のガスや液体などが含有されており、シール剤に直接圧力媒体が接触した場合、シリコン樹脂からなるシール剤は、耐冷媒性（耐フロン性）が低いなどの点から、冷媒などの圧力媒体環境下では、接着力が低下するため、シール剤が剥離し、気密不良が発生する。すると、ケースとターミナルとの間から圧力媒体の漏れが発生し、正確な圧力検出ができないという問題が生じる。

これに対して、冷媒などの圧力媒体に対して、シリコン樹脂よりも圧力媒体に対する耐性が大きく且つ比較的接着力を確保可能なエポキシ樹脂等からなるシール剤を用いることが考えられる。

しかしながら、この場合、エポキシ樹脂はシリコン樹脂よりも硬いため、シリコン樹脂の場合よりも、ケース、ターミナル、シール剤間の熱膨張係数が大きく異なり、温度変化時には各間に、比較的大きな熱応力が生じる。

そのため、シール剤の接着面が剥がれ、隙間が生じることにより、気密性を確保することが困難になるという問題点が生じる。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ターミナルを有するケースに圧力検出素子を設け、ターミナルと圧力検出素子とを電気的に接続するとともに、ケースとターミナルとの隙間を封止するためのシール剤とを備える圧力センサにおいて、圧力検出素子に圧力媒体が直接接触し、また、温度変化が生じて熱応力が発生しても漏れが発生しないシール剤の構成を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ケース（１０）と、ケース（１０）の一端側に設けられた圧力検出素子（２０）と、ケース（１０）に設けられ一端部がケース（１０）の一端側に突出するターミナル（１２）と、ターミナル（１２）の一端部の周囲に設けられケース（１０）とターミナル（１２）との隙間を封止するためのシール剤（１４）とを備え、圧力検出素子（２０）とターミナル（１２）の一端部とが電気的に接続されてなる圧力センサにおいて、圧力検出素子（２０）に圧力媒体が直接導入されるようになっており、シール剤（１４）は、圧力媒体に対する耐性を有する接着剤（１４ａ）の中に、圧力媒体に対する耐性を有するゴム部材（１４ｂ）を介在させてなるものであることを特徴としている。

それによれば、シール剤（１４）を構成する接着剤（１４ａ）およびゴム部材（１４ｂ）ともに圧力媒体に対する耐性を有するため、圧力検出素子（２０）に圧力媒体が直接導入され、これら接着剤（１４ａ）およびゴム部材（１４ｂ）が、直接圧力媒体に接触しても、劣化することはなく、気密性は保持される。

また、シール剤（１４）を、接着剤（１４ａ）の中にゴム部材（１４ｂ）を介在させてなるものとしている。具体的には、請求項２に記載の発明のように、接着剤（１４）は、ゴム部材（１４ｂ）とケース（１０）の隙間およびゴム部材（１４ｂ）とターミナル（１２）との隙間に、接着剤（１４ａ）が配置されたものとできる。

そのため、温度変化による熱応力が発生したときにおいても、ゴム部材（１４ｂ）の部分で、その応力を吸収することができるため、圧力媒体に対する接着剤（１４ａ）の接着力の確保を可能にし、気密性を保持することができる。

したがって、本発明によれば、ターミナルを有するケースに圧力検出素子を設け、ターミナルと圧力検出素子とを電気的に接続するとともに、ケースとターミナルとの隙間を封止するためのシール剤とを備える圧力センサにおいて、圧力検出素子（２０）に圧力媒体が直接接触し、また、温度変化が生じて熱応力が発生しても漏れが発生しないシール剤（１４）の構成を実現することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載の圧力センサにおいて、ゴム部材（１４ｂ）は、ターミナル（１２）の一端部の周囲に配置された環状の部材であるものにできる。

また、請求項４に記載の発明のように、請求項１〜請求項３に記載の圧力センサにおいて、接着剤（１４ａ）は、エポキシ系樹脂からなる接着剤であるものにできる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

図１は、本発明の実施形態に係る圧力センサ１００の全体概略断面構成を示す図であり、図２は、図１中の圧力センサ１００における圧力検出素子２０の近傍部の拡大図である。

この圧力センサ１００は、たとえば自動車に搭載され、エアコンの冷媒圧や自動車のエンジンや駆動系の潤滑用オイル圧を検出する圧力センサ等に適用できる。

本圧力センサ１００においては、ケースとしてのコネクタケース１０と圧力導入部材としてのハウジング３０とが組み合わされている。

コネクタケース１０は、本例では、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の樹脂を型成形することにより作られ、略円柱状をなしている。このコネクタケース１０の一端側の表面（図１中、下方側の端面）には凹部１１が形成されている。

この凹部１１には、圧力検出素子としてのセンサチップ２０が配設されている。本例のセンサチップ２０は、受圧面としてのダイアフラム２１（図２参照）を有し、このダイアフラム２１が受けた圧力を電気信号に変換し、この電気信号をセンサ信号として出力する半導体ダイアフラム式のものである。

より具体的には、図２に示されるように、センサチップ２０は、表面（図２中の下面）がダイアフラム２１の受圧面となっている。そして、このダイアフラム２１は、センサチップ２０の裏面（図２中の上面）の一部をエッチングなどにより除去することで凹部を形成し、この凹部の底部として形成されるものである。

そして、センサチップ２０は、ガラス等よりなる台座２２に陽極接合等により一体化されている。ここで、センサチップ２０の裏面の凹部は、センサチップ２０と台座２２との間で気密に封止され、たとえば真空などの基準圧力室として構成されている。

そして、台座２２と一体化されたセンサチップ２０は、この台座２２を凹部１１の底面に接着剤２３（図２参照）を介して接着することで、コネクタケース１０に搭載されている。この接着剤２３はたとえばシリコン系接着剤などである。

また、図１、図２に示されるように、コネクタケース１０には、センサチップ２０と外部の回路等とを電気的に接続するための複数個の金属製棒状のターミナル（コネクタピン）１２が設けられている。

本例では、ターミナル１２は黄銅にＮｉメッキ等のメッキ処理を施した材料よりなり、インサートモールドによりコネクタケース１０と一体に成形されることによりコネクタケース１０内にて保持されている。

各ターミナル１２の一端側（図１中、下方端側）の端部は、センサチップ２０の搭載領域の周囲において凹部１１の底面から突出している。

そして、図２に示されるように、各ターミナル１２の突出部の先端面とセンサチップ２０とは、ワイヤボンディングにより形成されたＡｕ（金）やＡｌ（アルミ）などからなるボンディングワイヤ１３を介して結線され電気的に接続されている。なお、センサチップ２０とターミナル１２との接続は、ボンディングワイヤ以外でもよい。

また、図１に示されるように、各ターミナル１２の突出部の周囲には、コネクタケース１０とターミナル１２との隙間を封止するためのシール剤１４が設けられている。このシール剤１４により、もし、ターミナル１２が突出する凹部１１の底面部分に隙間があっても、その隙間は封止される。

本実施形態では、このシール剤１４は、圧力媒体に対する耐性を有する接着剤１４ａの中に、圧力媒体に対する耐性を有するゴム部材１４ｂを介在させてなるものである。

具体的には、図２に示されるように、シール剤１４は、ゴム部材１４ｂとケース１０の隙間およびゴム部材１４ｂとターミナル１２との隙間に、接着剤１４ａが配置されたものである。

本例では、ゴム部材１４ｂとして、ターミナル１２の一端部の周囲に配置された環状の部材を採用している。この環状のゴム部材１４ｂの単体構成は、図３の斜視図に示されている。なお、図３では、ゴム部材１４ｂは円形環状であるが、角形環状であってもよいことはもちろんである。

具体的には、この環状のゴム部材１４ｂをターミナル１２の一端部に挿入し、その後、接着剤１４ａを塗布し、硬化させることにより、本実施形態のシール剤１４を形成することができる。

なお、ゴム部材１４ｂの形状などは、図示例に限定されるものではない。つまり、シール剤１４は、圧力媒体に対する耐性を有する接着剤１４ａの中に、圧力媒体に対する耐性を有するゴム部材１４ｂを介在させてなるものであればよい。

ここで、接着剤１４ａとしては、耐フロン性など圧力媒体に対する耐性を有するものであれば、材質が限定されるものではないが、たとえば、エポキシ系樹脂からなる接着剤を採用できる。具体的に、接着剤１４ａとしては、可とう性エポキシ樹脂のＸＭ２４３７／ＨＹ６９０（商品名、日本ペルノックス製）などを採用することができる。

また、ゴム部材１４ｂとしては、耐フロン性など圧力媒体に対する耐性を有するものであれば、材質が限定されるものではないが、たとえば、ジエン系の材料を用いるとよい。具体的には、ＲＢＲ（塩素化ポリエチレン系ポリアロイの略）を採用することができる。また、ＨＮＢＲ（水素化ニトリルゴムの略）やＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴムの略）なども採用することができる。

一方、コネクタケース１０の他端側（図１中、上方端側）は、ターミナル１２における上記突出部とは反対側の他端側を、例えばワイヤハーネス等の外部配線部材（図示せず）を介して上記外部回路（車両のＥＣＵ等）に電気的に接続するための接続部１６となっている。こうして、センサチップ２０と外部との間の信号の伝達は、ワイヤ１３およびターミナル１２を介して行われるようになっている。

次に、ハウジング３０は、たとえばステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料よりなる。このハウジング３０は、一端側（図１中の上方端側）に開口部３１を有するとともに、他端側（図１中の下方端側）に外部から圧力媒体が導入される圧力導入孔３２を有する。この圧力媒体は、たとえば上記したエアコンの冷媒や自動車の潤滑用オイル等である。

また、ハウジング３０の他端側の外面には、圧力センサ１００を自動車の適所、たとえば、エアコンの冷媒配管や自動車の燃料配管等の箇所に固定するためのネジ部３３が形成されている。

そして、ハウジング３０には、その開口部３１にコネクタケース１０の一端側（図１中の下端側）が挿入された状態で、凹部１１を覆うようにコネクタケース１０に組み付けられている。ここで、ハウジング３０の一端側の端部３０ａがコネクタケース１０にかしめ固定されている。

さらに、ハウジング３０の一端側には、環状の溝（Ｏリング溝）４０が形成され、この溝４０内には、ハウジング３０とコネクタケース１０との間を気密に封止するためのＯリング４１が配設されている。このＯリング４１は、たとえばシリコンゴム等の弾性材料よりなる。

次に、上記圧力センサ１００の製造方法について述べる。ターミナル１２がインサート成形されたコネクタケース１０を用意する。シリコン系樹脂等よりなる接着剤２３を用いて、コネクタケース１０の凹部１１内へ、センサチップ２０を台座２２を介して接着し固定する。

そして、凹部１１内へシール剤１４を配置する。具体的には、上述したように、環状のゴム部材１４ｂをターミナル１２の一端部に挿入し、その後、接着剤１４ａを、ゴム部材１４ｂとケース１０の隙間およびゴム部材１４ｂとターミナル１２との隙間に注入し、硬化させる。それにより、本実施形態のシール剤１４を形成することができる。

次に、Ａｕのワイヤボンディングを行って、各ターミナル１２の突出部の先端面とセンサチップ２０とをボンディングワイヤ１３で結線する。

続いて、ハウジング３０を用意し、Ｏリング４１を介してハウジング３０の開口部３１をコネクタケース１０の一端部に嵌合させる。次に、ハウジング３０の端部３０ａをコネクタケース１０にかしめることにより、ハウジング３０とコネクタケース１０と一体化する。

こうして、コネクタケース１０とハウジング３０との組合せ固定がなされ、図１に示される圧力センサ１００が完成する。

かかる圧力センサ１００の基本的な圧力検出動作について述べる。圧力センサ１００は、たとえば、ハウジング３０のネジ部３３を介して、車両の適所に取り付けられる。そして、外部からの圧力媒体（上記したエアコンの冷媒や自動車の潤滑用オイル等）が、ハウジング３０の圧力導入孔３２を介して圧力センサ１００内に導入される。

すると、導入された圧力が、センサチップ２０の受圧面であるダイアフラム２１に印加される。そして、印加された圧力に応じた電気信号がセンサ信号として、センサチップ２０から出力される。このセンサ信号は、センサチップ２０からボンディングワイヤ１３、ターミナル１２を介して、上記外部回路へ伝達される。以上が、圧力センサ１００における基本的な圧力検出動作である。

ところで、本実施形態によれば、ケース１０と、ケース１０の一端側に設けられた圧力検出素子２０と、ケース１０に設けられ一端部がケース１０の一端側に突出するターミナル１２と、ターミナル１２の一端部の周囲に設けられケース１０とターミナル１２との隙間を封止するためのシール剤１４とを備え、圧力検出素子２０とターミナル１２の一端部とが電気的に接続されてなる圧力センサにおいて、圧力検出素子２０に圧力媒体が直接導入されるようになっており、シール剤１４は、圧力媒体に対する耐性を有する接着剤１４ａの中に、圧力媒体に対する耐性を有するゴム部材１４ｂを介在させてなるものであることを特徴とする圧力センサ１００が提供される。

それによれば、シール剤１４を構成する接着剤１４ａおよびゴム部材１４ｂともに圧力媒体に対する耐性を有するため、圧力検出素子２０に圧力媒体が直接導入され、これら接着剤１４ａおよびゴム部材１４ｂが、直接圧力媒体に接触しても、劣化することはなく、気密性は保持される。

また、シール剤１４を、接着剤１４ａの中にゴム部材１４ｂを介在させてなるものとしている。具体的には、図２に示されるように、接着剤１４は、ゴム部材１４ｂとケース１０の隙間およびゴム部材１４ｂとターミナル１２との隙間に、接着剤１４ａが配置されたものとできる。

そのため、温度変化による熱応力が発生したときにおいても、ゴム部材１４ｂの部分で、その応力を吸収することができるため、圧力媒体に対する接着剤１４ａの接着力の確保を可能にし、気密性を保持することができる。

したがって、本実施形態によれば、ターミナル１２を有するケース１０に圧力検出素子２０を設け、ターミナル１２と圧力検出素子２０とを電気的に接続するとともに、ケース１０とターミナル１２との隙間を封止するためのシール剤１４とを備える圧力センサ１００において、圧力検出素子２０に圧力媒体が直接接触し、また、温度変化が生じて熱応力が発生しても漏れが発生しないシール剤１４の構成を実現することができる。

（他の実施形態）
なお、ケースは、一端側に圧力検出素子を設置できるとともにターミナルを有し、さらに一端側にターミナルの一端部が突出しているものであればよく、上記コネクタケースに限定されるものではない。

また、圧力検出素子は、上記半導体ダイアフラム式のものに限定されるものではなく、受けた圧力を電気信号に変換し、この電気信号をセンサ信号として出力できるものであればよい。

要するに、本発明は、ターミナル１２を有するケース１０に圧力検出素子２０を設け、ターミナル１２と圧力検出素子２０とを電気的に接続するとともに、ケース１０とターミナル１２との隙間を封止するためのシール剤１４とを備える圧力センサ１００において、シール剤１４を、上記接着剤１４ａとこの中に介在するゴム部材１４ｂとから構成したことを要部とするものであり、その他の部分については、適宜設計変更が可能である。

本発明の実施形態に係る圧力センサの全体概略断面図である。 図１中の圧力センサにおける圧力検出素子の近傍部の拡大図である。 本実施形態に係るゴム部材の単体構成を示す斜視図である。 メタルダイアフラムを有する従来の圧力センサの一般的な断面構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１０…ケースとしてのコネクタケース、１２…ターミナル、
１４…シール剤、１４ａ…接着剤、１４ｂ…ゴム部材、
２０…圧力検出素子としてのセンサチップ。

Claims (4)

1. ケース（１０）と、
   前記ケース（１０）の一端側に設けられた圧力検出素子（２０）と、
   前記ケース（１０）に設けられ、一端部が前記ケース（１０）の一端側に突出するターミナル（１２）と、
   前記ターミナル（１２）の一端部の周囲に設けられ前記ケース（１０）と前記ターミナル（１２）との隙間を封止するためのシール剤（１４）とを備え、
   前記圧力検出素子（２０）と前記ターミナル（１２）の一端部とが電気的に接続されてなる圧力センサにおいて、
   前記圧力検出素子（２０）に圧力媒体が直接導入されるようになっており、
   前記シール剤（１４）は、圧力媒体に対する耐性を有する接着剤（１４ａ）の中に、圧力媒体に対する耐性を有するゴム部材（１４ｂ）を介在させてなるものであることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記シール剤（１４）は、前記ゴム部材（１４ｂ）と前記ケース（１０）の隙間および前記ゴム部材（１４ｂ）と前記ターミナル（１２）との隙間に、前記接着剤（１４ａ）が配置されたものであることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記ゴム部材（１４ｂ）は、前記ターミナル（１２）の一端部の周囲に配置された環状の部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 前記接着剤（１４ａ）は、エポキシ系樹脂からなる接着剤であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧力センサ。
   

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