(57)【要約】【課題】円周方向で分割型に構成することで小型化できる反面、高圧の密封流体圧の負荷に抗して、分割合わせ面の圧接水密（液密）状態を保持して、分割合わせ面の拡開を阻止し得る締結強度を確保することが期待できないものでありながら、小さい締結強度でも分割合わせ面の拡開による水漏れを確実に防止することができる二次軸封装置を提供する。【解決手段】シールハウジング３を周方向で二分割し、分割したシールハウジング単体３Ａ，３Ｂ同士を円周方向締結手段１３により分解可能かつ水密に互いに締結してアウターケーシング１９に収容し、シールハウジング３とアウターケーシング１９との間に環状の密封流体通路１内の密封流体Ｆを導いて、シールハウジング単体３Ａ，３Ｂの外周面に背圧として負荷させる背圧負荷手段２４を設ける。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の密封流体通路を介して回転軸を取り囲むシールハウジングの内周部に、前記回転軸の外周に沿う環状の収容溝が形成され、この収容溝に、前記回転軸の外径より大径の内径を有する弾性材製のシールリングが該回転軸に非接触に遊嵌させた状態で収容され、前記シールハウジングに前記シールリングを加圧流体で押圧縮径変形させて回転軸に圧接させる押圧手段が配設され、一次軸封装置に代って前記回転軸の軸封を行う二次軸封装置において、前記シールハウジングが周方向で分割され、分割されたシールハウジング単体同士が円周方向締結手段により分解可能かつ液密に互いに締結されてアウターケーシングに収容されているとともに、前記シールハウジングと前記アウターケーシングとの間に前記環状の密封流体通路内の密封流体を導いて、その密封流体圧を前記シールハウジングの外周面に背圧として負荷させる背圧負荷手段が設けられていることを特徴とする二次軸封装置。
【請求項２】
前記シールリングが円周方向で分断した分断面を接着してリング状に形成してなる請求項１に記載の二次軸封装置。
【請求項３】
前記シールハウジングが軸方向で分割され、分割されたシールハウジング単体同士が軸方向締結手段により分解可能かつ液密に互いに締結されている請求項１または請求項２のいずれかに記載の二次軸封装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メカニカルシールやラビリンスシールなどのような、通常運転用の一次軸封装置のメンテナンスや、交換時、非常時などに、一次軸封装置に代って軸封するのに好適な二次軸封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、二次軸封装置は、たとえば図５に示すように、環状の密封流体通路１を介して回転軸２を取り囲むシールハウジング３の内周部に、回転軸２の外周に沿う環状の収容溝４が形成され、この収容溝４に、回転軸２の外径Ｄ２より大径の内径Ｄ１を有する弾性材製のシールリング５が回転軸２に非接触に遊嵌させた状態で収容され、シールハウジング３にシールリング５を加圧流体で押圧縮径変形させて回転軸２に圧接させる押圧手段６が配設された構造になっており、たとえば、メカニカルシールによってなる一次軸封装置７の近傍位置に設置される（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
前記弾性材製のシールリング５は、非圧縮製物質である合成ゴム（たとえば、ＮＢＲ，ＢＲ，ＳＢＲ，ＥＰＤＮ）もしくは天然ゴムなどエラストマ材によって中実に成形されており、押圧手段６は、シールハウジング３に形成されて収容溝４に連通する加圧流体供給通路６Ａと、この加圧流体供給通路６Ａに加圧流体を供給するたとえばエアーコンプレッサによってなる加圧流体供給源６Ｂとを備えている。
【０００４】
前記構成の二次軸封装置Ａによれば、一次軸封装置７のメンテナンスや交換などに際して、押圧手段６の加圧流体供給源６Ｂから加圧流体供給通路６Ａを介して、環状の収容溝４に環状の密封流体通路１の密封流体Ｆの圧力よりも高い圧力の高圧空気を供給すると、この高圧空気がシールリング５の外周面に作用して、シールリング５を回転軸２の中心方向に押圧し、これにより、シールリング５は円周方向全長にわたって均一に縮径変形されて、シールリング５の内周部側の圧接面５Ａが回転軸２の外周面全周にわたって圧接させられ、このシールリング５により回転軸２とシールハウジング３との間が密封シールされる。したがって、被軸封機器側の密封流体Ｆは、環状の密封流体通路１内におけるシールリング５の配設位置で封止され、一次軸封装置７側への流出は勿論のこと一次軸封装置７よりも外部への流出が完全に防止される。このため、密封流体Ｆの封止下において一次軸封装置７のメンテナンスや交換などを行うことができる。
【０００５】
前記構成の二次軸封装置Ａと一次軸封装置７を備えた軸封装置１０の使用例として、たとえば、図６に示す大深度排水域に設置される高揚程ポンプＰを挙げることができる。この大深度高揚程ポンプＰは、ポンプケーシング８の内部に収容されてポンプ主軸（回転軸）２とともに回転する羽根車９を備え、この羽根車９はポンプケーシング８の吸込口８Ａに臨んで配置されている。回転軸２は、軸封装置１０における一次軸封装置７によって回転自在に軸封されるとともに、軸封装置１０の上側位置に配設した軸受１１Ｂを介して上側ケーシング１１に回転自在かつ軸方向の移動を不能に支持されており、その上端部には図示されていない原動機が連結される。したがって、原動機を起動し、回転軸２および羽根車９を回転することで、大深度排水域１２の貯水つまり密封流体Ｆは、ポンプケーシング８から吐出管（不図示）を通って外部に排水される。また、一次軸封装置７の軸封機能により、ポンプケーシング８内の揚水つまり密封流体Ｆがポンプケーシング８の上部に配置されている上側ケーシング１１の空間１１Ａ内に漏出するのを防止する。
【０００６】
ところで、軸封装置１０における一次軸封装置７が経時的にシール破壊されて、大深度排水域１２の貯水つまりポンプケーシング８側の密封流体Ｆが上側ケーシング１１の空間１１Ａ内に漏出した場合には、まず、図５に示す軸封装置１０における二次軸封装置Ａのシールリング５を、前述の作用によって円周方向全長にわたって均一に縮径変形させることで軸封して、ポンプケーシング８側の密封流体Ｆが空間１１Ａ内に漏出するのを防止する。ついで、図６の空間１１Ａ内に漏出した水を別のポンプによって排水したのち、回転軸２から軸封装置１０における一次軸封装置７を取外してメンテナスや交換に供される。
【０００７】
回転軸２に対する一次軸封装置７の脱着は、回転軸２の上端部から図示されていない原動機を取り外して、これを別の場所に移動させたのちに、一次軸封装置７を回転軸２から引き抜いてメンテナスや交換に供し、メンテナスが完了した一次軸封装置７あるいは交換された新品の一次軸封装置７に回転軸２を挿通する煩雑かつ困難な作業によってなされる。このように、煩雑かつ困難な脱着作業を簡略化するためには、一次軸封装置７を円周方向でたとえば二分割して、これらを分解可能に結合した分割型に構成することが考えられる。
【０００８】
一次軸封装置７が分割型に構成されることで、その脱着作業の簡略化が実現できることは、二次軸封装置Ａにもいえる。つまり、二次軸封装置Ａを円周方向でたとえば二分割して、これらを分解可能に結合した分割型に構成することが考えられる。このように、二次軸封装置Ａと一次軸封装置７とを備えた軸封装置１０が分割型に構成されると、脱着作業の簡略化が実現できるばかりか、たとえば、軸封装置１０によって軸封される軸封部の外径のみがその他の部位の外径よりも小径に形成されている構造の回転軸２への脱着が可能になる。すなわち、非分割型（一体型）の軸封装置１０では軸封不能な構造の回転軸２の軸封が可能になる。
【０００９】
【特許文献１】
実開昭６１−３２８６３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、大深度高揚程ポンプＰでは、二次軸封装置Ａにおけるシールハウジング３の内周面に高圧の密封流体圧が負荷される。このように、高圧の密封流体圧が負荷される大深度高揚程ポンプＰにおける回転軸２の軸封に分割型に構成した軸封装置１０を用いた場合、高圧の密封流体圧が二次軸封装置Ａの分割合わせ面を拡開させるように作用して水漏れを生じさせる。分割型の二次軸封装置Ａは、複数本の締結ボルトによって分割合わせ面を水密に圧接させた状態で分解可能に締結されているので、締結ボルトの締結力を増大することで、分割合わせ面の圧接水密状態を保持して、分割合わせ面の拡開による水漏れを阻止することができる。しかし、二次軸封装置Ａの外寸法の拡大を抑えて、二次軸封装置Ａの小型化を図るために、前記複数本の締結ボルトによる締結構造として、図７の締結構造が採用されている。
【００１１】
図７において、シールハウジング３は、円周方向でたとえば二分割された半円形のシールハウジング単体３Ａ，３Ｂが複数本の締結ボルト１３Ａ，１３Ｂによって、分割合わせ面３Ｃを水密に圧接させた状態で分解可能に締結した構造になっている。そして、複数本の締結ボルト１３Ａ，１３Ｂは、その軸線Ｃをシールハウジング３の接線Ｃ１に平行または略平行に設定して、シールハウジング単体３Ａ，３Ｂの体内に埋め込んだ構造になっている。このような締結構造であれば、たとえば、図８に示すように、シールハウジング単体３Ａ，３Ｂに径外方向に延出するフランジ１４Ａ，１４Ｂを設け、これらフランジ１４Ａ，１４Ｂを複数本の締結ボルト・ナット１５Ａ，１５Ｂによって分解可能かつ液密に互いに締結した締結構造と比較して、二次軸封装置Ａの外寸法の拡大を抑えて、二次軸封装置Ａの小型化を図ることができる。
【００１２】
ところが、図７の締結構造では、複数本の締結ボルト１３Ａ，１３Ｂを埋め込み得るスペースがシールハウジング単体３Ａ，３Ｂの肉厚および軸方向の長さ範囲内の小さいスペースに制限されることになる。このため、複数本の締結ボルト１３Ａ，１３Ｂの軸径を大きくして締結強度を高める許容度、あるいは締結ボルト１３Ａ，１３Ｂの使用数量を増やして締結強度を高める許容度が著しく制限されることになって、前記高圧の密封流体圧の負荷に抗して、分割合わせ面３Ｃの圧接水密状態を保持して、分割合わせ面３Ｃの拡開を阻止し得る締結強度を確保することが期待できない。
【００１３】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、円周方向で分割型に構成することで小型化できる反面、高圧の密封流体圧の負荷に抗して、分割合わせ面の圧接水密（液密）状態を保持して、分割合わせ面の拡開を阻止し得る締結強度を確保することが期待できないものでありながら、小さい締結強度でも分割合わせ面の拡開による水漏れを確実に防止することができる二次軸封装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る二次軸封装置は、環状の密封流体通路を介して回転軸を取り囲むシールハウジングの内周部に、前記回転軸の外周に沿う環状の収容溝が形成され、この収容溝に、前記回転軸の外径より大径の内径を有する弾性材製のシールリングが該前記シールハウジングに前記シールリングを加圧流体で押圧縮径変形させて回転軸に圧接させる押圧手段が配設され、一次軸封装置に代って前記回転軸の軸封を行う二次軸封装置において、前記シールハウジングが周方向で分割され、分割されたシールハウジング単体同士が円周方向締結手段により分解可能かつ液密に互いに締結されてアウターケーシングに収容されているとともに、前記シールハウジングと前記アウターケーシングとの間に前記環状の密封流体通路内の密封流体を導いて、その密封流体圧を前記シールハウジングの外周面に背圧として負荷させる背圧負荷手段が設けられていることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明に係る二次軸封装置は、前記シールリングが円周方向で分断した分断面を接着してリング状に形成してなるものである。
【００１６】
さらに、請求項３に記載の発明に係る二次軸封装置は、前記シールハウジングを軸方向で分割し、分割しシールハウジング単体同士を軸方向締結手段により分解可能かつ液密に互いに締結したものである。
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、円周方向締結手段に負荷される荷重が、シールハウジングの内周面に負荷される密封流体圧と、背圧負荷手段によってシールハウジングの外周面に負荷される背圧との差圧に低減されるので、円周方向締結手段の締結強度が小さくても、分割合わせ面の拡開を十分に阻止することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、円周方向で分断した分断面の接着は、回転軸の外周域で該回転軸を取り巻きながら行うことができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、環状の密封流体通路を介して回転軸を取り囲むシールハウジングの設置は、シールハウジング単体を軸方向で順番に配列させることによって得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
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は本発明の一実施の形態を示す平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。なお、前記図５〜図８で説明した従来例と同一もしくは相当部分には、同一符号を付して重複する構造および作用の説明は省略する。
【００２１】
図１および図２において、回転軸２の外周には軸スリーブ１６が同時回転可能に外嵌され、この軸スリーブ１６が環状の密封流体通路１を介して二次軸封装置Ａのシールハウジング３に取り囲まれている。シールハウジング３は、円周方向でたとえば二分割された半円形のシールハウジング単体３Ａ，３Ｂが複数本の締結ボルト１３Ａ，１３Ｂからなる円周方向締結手段１３によって、分割合わせ面３Ｃを水密に圧接させた状態で分解可能に締結されているとともに、軸方向では、下側シールハウジング単体３Ｄと、中間シールハウジング単体３Ｅおよび上側シールハウジング単体３Ｆに三分割されて、これらシールハウジング単体３Ｄ，３Ｅ，３Ｆは、複数本の締結ボルト１７Ａ，１７Ｂからなる軸方向締結手段１７によって、分割合わせ面３Ｇを水密に圧接させた状態で分解可能に締結されてアウターケーシング１９に収容されている。なお、図２に示すように、シールハウジング単体３Ｄ，３Ｅ，３Ｆの分割合わせ面３Ｇに内外周に二重のＯリング１８Ａ，１８Ｂを介在させることによって、分割合わせ面３Ｇの水密（液密）を確保している。また、下側シールハウジング単体３Ｄと上側シールハウジング単体３Ｆは、２本の締結ボルト１３Ａと、２本の締結ボルト１３Ｂとからなる円周方向締結手段１３によって、分割合わせ面３Ｃを水密に圧接させた状態で分解可能に締結され、中間シールハウジング単体３Ｅは、図３に示すように、２本の締結ボルト１３Ａからなる円周方向締結手段１３によって、分割合わせ面３Ｃを水密に圧接させた状態で分解可能に締結されている。
【００２２】
回転軸２に外嵌した軸スリーブ１６の外周に沿う環状の収容溝４は、下側シールハウジング単体３Ｄの内周部上面と、中間シールハウジング単体３Ｅの内周面および上側シールハウジング単体３Ｆの内周部下面に取り囲まれた状態で形成され、この収容溝４に、軸スリーブ１６の外径Ｄ３より大径の内径Ｄ１を有する弾性材製のシールリング５が軸スリーブ１６に非接触に遊嵌させた状態で収容されている。
【００２３】
シールリング５は、図１および図３に示すように、円周方向で二つに分断され、分断した凹凸形の分断面５Ｂは、接着剤（図示省略）を介して互いに接着することでリング状に形成されている。また、押圧手段６は、図１に示すように、シールハウジング３における上側シールハウジング単体３Ｆに形成されて収容溝４に連通する加圧流体供給通路６Ａと、この加圧流体供給通路６Ａに連通してアウターケーシング１９に貫通形成された加圧流体供給通路６Ｃおよび加圧流体供給通路６Ｃに加圧流体を供給するたとえばエアーコンプレッサによってなる加圧流体供給源６Ｂとを備えている。
【００２４】
前記アウターケーシング１９は、図１に示すように、円周方向でたとえば二分割された半円形のアウターケーシング単体１９Ａ，１９Ｂによってなり、アウターケーシング単体１９Ａ，１９Ｂには径外方向に延出するフランジ１９ａ，１９ｂが設けられていて、これらフランジ１９ａ，１９ｂを貫通する複数本の締結ボルト・ナット２０Ａ，２０Ｂからなる径方向締結手段２０によって、分割合わせ面１９Ｃを水密に圧接させた状態で分解可能に締結した構造になっている。
【００２５】
アウターケーシング１９の内周面には、図２に示すように、径方向内側に僅かに突出する水平支持面２１が設けられ、この水平支持面２１によって下側シールハウジング単体３Ｄの外周縁部下面３ｄを支持し、水平支持面２１と外周縁部下面３ｄとの間には、図４に示すように、櫛歯状の隙間２２を設けてある。この櫛歯状の隙間２２は、アウターケーシング１９の内周面と、下側シールハウジング単体３Ｄおよび中間シールハウジング単体３Ｅの外周面との間に形成される隙間２３に連通しており、櫛歯状の隙間２２と隙間２３とで背圧負荷手段２４を構成している。なお、櫛歯状の隙間２２に連通する隙間２３は、アウターケーシング１９の内周面と、上側シールハウジング単体３Ｆの外周面との間に介在させた０リング２６によって封止されている。図中２５は環状の押さえ板を示し、アウターケーシング１９の上端面に着脱可能に取付けられ、複数のピン２６（ただし、図２に１つのピン２６のみが示されている）により位置決めされた状態で上側シールハウジング単体３Ｆの上端面を押圧している。
【００２６】
前記構成の二次軸封装置Ａを、たとえば、図７に示す大深度排水域に設置される高揚程ポンプＰに使用すると、シールハウジング３の内周面に高圧の密封流体圧が負荷される。一方、櫛歯状の隙間２２と隙間２３とからなる背圧負荷手段２４によって、シールハウジング３の外周面、詳しくは、下側シールハウジング単体３Ｄと中間シールハウジング単体３Ｅの外周面にも、前記高圧の密封流体圧が負荷されることになるので、複数本の締結ボルト１７Ａ，１７Ｂからなる軸方向締結手段１７に負荷される荷重は、シールハウジング３の内周面に負荷される密封流体圧と、背圧負荷手段２４によってシールハウジング３の外周面に負荷される背圧との差圧に低減されるので、複数本の締結ボルト１３Ａ，１３Ｂからなる円周方向締結手段１３の締結強度が小さくても、分割合わせ面３Ｃの拡開を十分に阻止することができる。
【００２７】
すなわち、複数本の締結ボルト１３Ａ，１３Ｂは、その軸線Ｃをシールハウジング３の接線Ｃ１に平行または略平行に設定して、シールハウジング単体３Ａ，３Ｂの体内に埋め込んで二次軸封装置Ａの小型化を図れる構造になっていることにより、複数本の締結ボルト１３Ａ，１３Ｂを埋め込み得るスペースがシールハウジング単体３Ａ，３Ｂの肉厚および軸方向の長さ範囲内の小さいスペースに制限されて、複数本の締結ボルト１３Ａ，１３Ｂの軸径を大きくして締結強度を高める許容度、あるいは締結ボルト１３Ａ，１３Ｂの使用数量を増やして締結強度を高める許容度が著しく制限されても、複数本の締結ボルト１３Ａ，１３Ｂによって、分割合わせ面３Ｃの拡開を十分に阻止して、分割合わせ面３Ｃの拡開による水漏れを確実に防止することができる。
【００２８】
また、シールリング５は、円周方向で二つに分断され、分断した凹凸形の分断面５Ｂが接着剤を介して互いに接着することでリング状に形成されているので、分断面５Ｂの接着を回転軸２の外周域で該回転軸２を取り巻きながら行うことができる。したがって、二次軸封装置Ａによって軸封される軸封部の外径のみがその他の部位の外径よりも小径に形成されている構造の回転軸２でも、シールリング５の取付けを容易に行うことができる。すなわち、エンドレス状に成形されたシールリング５では取付け困難な構造の回転軸２への取付けが可能になる。
【００２９】
さらに、シールハウジング３を下側シールハウジング単体３Ｄと、中間シールハウジング単体３Ｅおよび上側シールハウジング単体３Ｆに軸方向で三分割しているので、環状の密封流体通路１を介して回転軸２を取り囲むシールハウジング３の設置は、一体構造のシールハウジング３よりも軽重量のシールハウジング単体３Ｄ，３Ｅ，３Ｆを軸方向で順番に配列させることによって得ることができる。このため、取り扱いが容易になって、シールハウジング３の設置作業性を向上させることができる。
【００３０】
前記実施の形態では、円周方向で二つに分断した凹凸形の分断面５Ｂ、詳しくは、直線状の山形と谷形とからなる凹凸形の分断面５Ｂを、接着剤を介して互いに接着することでリング状に形成したシールリング５を使用しているが、分断面５Ｂの形状は、直線状の山形と谷形とからなる凹凸形のみに限定されるものではなく、円弧状の山形と谷形あるいは鋸歯状の山形と谷形とからなる凹凸形の分断面５Ｂであってもよい。また、シールリング５の軸線に直交する平坦な面やシールリング５の軸線に斜めに交差する平坦な面を分断面５Ｂとし、この平坦な面を、接着剤を介して互いに接着することでリング状に形成したシールリング５であってもよい。さらに、円周方向の分断数は、１つまたは３つ以上であってもよい。また、軸方向で二分割したシールリング５であってもよい。一方、シールハウジング３を円周方向で二分割しているが、三分割以上に分割した構造であってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る二次軸封装置は構成されているので、以下のような格別の効果を奏する。
【００３２】
請求項１に記載の発明によれば、円周方向で分割型に構成することで小型化できる反面、高圧の密封流体圧の負荷に抗して、分割合わせ面の圧接水密（液密）状態を保持して、分割合わせ面の拡開を阻止し得る締結強度を確保することが期待できないものでありながら、小さい締結強度でも分割合わせ面の拡開による水漏れを確実に防止することができる。
【００３３】
請求項２に記載の発明によれば、二次軸封装置によって軸封される軸封部の外径のみがその他の部位の外径よりも小径に形成されていて、エンドレス状に成形されたシールリングでは取付けが困難な構造の回転軸であっても、回転軸の外周域で該回転軸を取り巻きながら容易にシールリングを取付けることができる。
【００３４】
請求項３に記載の発明によれば、環状の密封流体通路を介して回転軸を取り囲むシールハウジングの設置は、一体構造のシールハウジングよりも軽重量のシールハウジング単体を軸方向で順番に配列させることによって得ることができるので、取り扱いが容易になって、シールハウジングの設置作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図２ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】隙間の一例を示す部分的に拡大して示す正面図である。
【図５】従来例の縦断面図である。
【図６】ポンプへの使用例を示す説明断面図である。
【図７】円周方向で二分割したシールハウジングの締結構造の一例を示す平面図である。
【図８】円周方向で二分割したシールハウジングの締結構造の他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１  環状の密封流体通路
２  回転軸
３  シールハウジング
３Ａ  シールハウジング単体
３Ｂ  シールハウジング単体
３Ｃ  円周方向の分割合わせ面
３Ｄ  下側シールハウジング単体
３Ｅ  中間シールハウジング単体
３Ｆ  上側シールハウジング単体
３Ｇ  軸周方向の分割合わせ面
４  環状の収容溝
５  シールリング
５Ｂ  シールリングの円周方向の分断面
６  押圧手段
７  一次軸封装置
１３  円周方向締結手段
１９  アウターケーシング
２４  背圧負荷手段
Ａ  二次軸封装置
Ｄ１  シールリングの内径
Ｄ２  回転軸の外径
Ｆ  密封流体
【図１】
2005036826.tif 000003
【図２】
2005036826.tif 000004
【図３】
2005036826.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005036826.tif 000007
【図６】
2005036826.tif 000008
【図７】
2005036826.tif 000009
【図８】
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