射出成形部品について知っておくべきすべて

射出成形部品は、精密さ、費用対効果、大量生産における拡張性を提供し、様々な産業における重要な部品である。

射出成形部品は、溶融した材料を金型に注入して作られる。自動車、電子機器、医療機器、消費財などに使用され、精密で再現性の高い形状と大量生産が可能です。

射出成形プロセスを最適化するには、材料選択、金型設計、生産技術を理解することが不可欠です。これらの要素が成形品の性能とコスト効率にどのような影響を与えるのか、さらに深く掘り下げてみましょう。

射出成形のプロセスパラメーターとは？

射出成形の工程パラメータは、成形品の品質、効率、一貫性を決定する上で非常に重要です。これらのパラメータを理解することは、生産を最適化するために不可欠です。

射出成形の主要なパラメーターには、温度、圧力、射出速度、冷却時間、金型設計などがあります。これらの要素を適切に制御することで、欠陥の少ない高品質な部品が得られ、生産効率が向上します。

バレル温度

溶融温度は非常に重要であり、使用される射出シリンダー温度は目安に過ぎない。溶融温度は、ノズルで測定するか、あるいは 空気注入方式¹

射出シリンダーの温度設定は、溶融温度、スクリュー速度に依存する、 背圧²ショット量と 射出成形サイクル³.

特定のグレードのプラスチックの加工経験がない場合は、最も低い設定から始めてください。射出シリンダーは制御のためにゾーンに分かれていますが、すべてが同じ温度に設定されているわけではありません。

長時間の作業や高温で作業する場合は、最初のゾーンの温度を低めに設定し、プラスチックがすぐに溶けて吹き出さないようにします。成形を始める前に、作動油、ホッパー・クローザー、金型、射出シリンダーが適切な温度になっていることを確認してください。

溶融温度

溶融温度は、溶融物の流れ方にとって大きな意味を持つ。プラスチックには特定の融点があるわけではないので、いわゆる融点とは溶けたときの温度範囲のことだ。プラスチックによって構造や組成が異なるため、流れ方も異なります。

温度は、PCのような剛直な分子鎖にはより明白な影響を与える、 ピーピーエス⁴一方、PA、PP、PEなどの柔軟な分子鎖には、温度の影響はあまりない。

流動性は温度によってあまり変化しないので、適切な射出成形温度は異なる材料に応じて調整されるべきである。

金型温度

プラスチック材料の中には、結晶化温度が高く、結晶化速度が遅いため、高い金型温度を必要とするものがある。また、サイズや変形、脱型をコントロールする必要があるため、高い温度や低い温度を必要とするものもある。

例えば、PCは一般的に60度以上が必要ですが、PPSは見栄えや流動性を良くするために160度以上の金型温度が必要な場合があります。つまり、金型温度は製品の外観、変形、サイズ、ゴム型を改善するために非常に重要なのです。

射出圧力

溶融物が前進するために克服しなければならない抵抗は、製品のサイズ、重量、変形に影響する。プラスチック製品によって、必要な射出圧力は異なります。

PAやPPのような素材の場合、圧力を上げると流動性が大幅に向上する。射出圧力は製品の密度、つまり外観の光沢を決定する。決まった値はなく、金型への充填が困難であればあるほど、射出成形品の圧力は大きくなる。

射出成形部品の設計原理とは？

射出成形部品の設計原則は、最適な機能性、費用対効果、製造可能性を保証し、高品質の生産を達成するために不可欠です。

射出成形部品を設計する際の重要な原則には、部品の形状、材料の選択、肉厚の均一性、抜き勾配の角度、アンダーカットの最小化などがあります。これらの要素は、射出成形工程における部品の耐久性、製造性、コスト効率を保証するのに役立ちます。

射出成形部品の肉厚測定

射出成形品の肉厚はできるだけ均一でなければなりません。射出成形品全体の最低肉厚は0.6mm以上でなければ、金型にくっついて抜けにくくなります。

射出成形品は大・中・小の3種類に分けられる。小物とは、サイズが100以下のもので、一般的な肉厚は0.6mmから1.0mmです。

中型品とは、サイズが100～200のもので、一般的な肉厚は1.2mm～2.0mm。大型製品とは、サイズが200以上で、一般的な肉厚が2mm以上のもの。

射出成形品のサイズが200mmを超える場合、製品の肉厚は以下のように計算されます：2 + (X - 200) / 100.例えば、製品サイズが300mmの場合、製品の肉厚は2＋（300-200）÷100＝3mmと計算されます。したがって、製品の肉厚は3mmとなります。

厚み設計例

射出成形部品は、プラスチックが高温で金型に流れ込み、一定の形状に成形される。射出成形品の肉厚が厚すぎる場合。

強度は上がるが、材料を使いすぎるとコストが上がり、射出成形が難しくなる。冷えるのに時間がかかり、射出するにはより大きな圧力が必要になる。

ビジネスが効率性を重視する今日の世界では、冷却時間の延長は大きな問題だ。射出成形部品は、一度作れば何千個、何万個、何百万個と作るので、生産効率に影響する。

肉厚が厚すぎると、気泡や収縮が生じます。肉厚が薄すぎると、金型から部品を取り出すのが難しくなり、金型キャビティ内での流動抵抗が大きくなるため、プラスチックの強度が低下する。

射出成形部品はプラスチック部品とも呼ばれる。肉厚はできるだけ均一にしたいものです。

そうでなければ、プラスチック部品を成形し、圧力をかけたまま保持し、冷却すると、へこみや変形、気泡などあらゆるものが発生する。

脱型アングル設計のポイント

タッチ角は脱型角とも呼ばれ、固定されたものではありません。経験と製品の深さと大きさによって決まります。プラスチック製品の99%の場合、金型からプラスチック製品を取り出しやすくするために、内壁と外壁の間に一定の角度があります。抜き勾配は一般的に0.5°から3°の間です。

スクリューの内壁ドラフトは通常0.5°です。外面の抜き勾配は製品の大きさによって異なる。ねじは一般的に中小型の製品であり、抜き勾配は通常1°である。

具体的な抜き勾配は次の点に注意する必要がある。一般に、内側の小端面を標準とし、抜き勾配の角度は外側、外側の大端面を標準とする。

プラスチック部品のサイズ 離型角度（タッチ角度）は小さい方が良い。高精度のプラスチック部品は、離型角度（タッチ角度）を小さくします。金型キズを防止し、スムーズな脱型を行うには、脱型角度（タッチ角）を大きくする。一般的には3°である。

収縮が大きいプラスチック部品の場合、金型から取り外す角度（タッチアングル）は2～3°と大きくする。

補強リブのデザイン

補強リブはプラスチック部品の強度を強化し、変形を防止するようだ。肉厚を厚くすることで、プラスチック部品の強度と剛性を強化することもできますが、肉厚を厚くすることは全体的な厚肉化であり、材料コストと保持時間が増加し、生産効率が大幅に低下します。

そのため、プラスチック部品の強度を強化し、変形を防ぐには、肉厚を増やすよりも補強リブの数を増やした方がよい。

リブ補強のポイント

補強リブ(A)の厚みは、一般的に樹脂部品の肉厚(T)の2/3〜1/2程度です。プラスチック部品の肉厚(T)を1mmとすると、補強リブ(A)の厚さは0.5mm〜0.67mmである。

補強リブ間の距離が8T以上、2本の補強リブ間の距離が8mm以上、補強リブの高さ(C)が3T未満の場合、リブの高さは3mm未満となりますが、これはあくまで理論値です。実際の状況は異なる場合があります。

ストッパーの役割とデザイン

ストッパーは、プラスチック部品が逆さまに取り付けられるのを防ぐ。ストッパーはアートラインに似ており、美観の役割を果たす。

一般的なバックル、バックル機能、バックルデザイン

バックルには、台形バックルや直角バックルなど多くの種類がある。バックルの目的は、2つ以上の別々のプラスチック部品を接続することである。バックルの角度は通常30度から45度の間です。理論的には、角度が小さければ小さいほどバックルは簡単になります。バックルの原理は、プラスチック部品の変形を利用して、2つのプラスチック部品、またはプラスチック部品と金属部品をバックル結合させることである。

スナップのデザインに関する注意点をいくつか挙げてみよう。台形スナップか直角スナップを実際の状況に応じて選択する。バックル量が0.6mm以上の場合はデッドバックル、0.6mm未満の場合はライブバックルとなります。スナップは主にX、Y、Zの3方向を0.1～0.15mmの隙間で動かないように制御します。

射出成形部品の設計技術とは？

射出成形部品の設計技術は、製品の品質と生産効率を最適化するために不可欠であり、材料の流れ、金型キャビティの設計、部品の機能性などの要素に影響を与えます。

射出成形部品の主な設計技術には、肉厚の最適化、抜き勾配の利用、適切な通気性の確保などがある。これらの方法は、サイクルタイムの短縮、欠陥の防止、部品強度の向上に役立ち、製造工程をより効率的にします。

最高の均一性

最良の流動性は、常に一定に保つことによって達成される。 肉厚⁵ を使用する。公称肉厚は2～3mmが望ましい。従来のプラスチック射出成形プロセスでは、推奨される最小値は1mm、最大値は4mmです。

滑らかさはシャープさよりも優れている

できるだけRを使い、壁面間の急激な切り替えは避ける。

ドラフト・アングルは敵であり味方である

部品の表面に抜き勾配をつけると、工具から離 れるのに役立ちますが、特に嵌合部品では、設計上 の課題が生じます。推奨される最小抜き勾配角度は、テクスチャーが施されていないコアでは1度、テクスチャーが施されたキャビティ表面では少なくとも3度である。

必要な場合を除き、通風ゼロの表面は避ける

部品の適切なはめあいや公差を確保するためにゼロドラフト領域が必要な場合は、表面全体ではなく、面の一部だけに最小化するようにしてください。

シンプル・イズ・ベター

アンダーカット（工具の単純な開閉方向ではできない部分）を避ける。単純な方法でうまくいかない場合は、リフターやスライドを使用することで、一次引抜き方向にアンダーカットのフィーチャーを作ることができる。その場合、リフターやスライドの動きを考慮して、フィーチャーの幅の少なくとも2～3倍を残しておく。

厚い光から光のトランジション

部品は、ゲート（部品を満たすためにプラスチックが最初に流れ込む場所）を起点として、プラスチックが大きな肉厚から小さな肉厚へと移動する方が、より良い成形ができます。ディンプリング（厚い部分のプラスチックの冷却が遅くなるため、部品の表面に局所的な窪みができること）はよくありません。

表面の化粧傷を目立たなくしたり、目立たなくするために、推奨されるガイドラインに従ってください：重要な装飾面の背面には、ゲート、リブ、スクリュー・ボスなどを設けない。リブの高さは肉厚の3倍以下とする。

データム定義領域

データムを使用して、部品のインターフェースとシステム全体との相互作用を確立する。アセンブリの設計意図に合ったデータム構造を使用することは、製品が機能するか否かの分かれ目になります。

レビューは重要である

DFM（Design for manufacturing process）レポートには、金型メーカーがあなたの設計についてどう考えているか、特にエジェクターピンの位置（あなたの計画した設計変更と一致しない可能性がある）、ゲートの位置（部品の外観を悪くする可能性がある）、パーティングラインの位置（部品が他の部品とどのように機能するかを混乱させる可能性がある）などが記載されているので、注意してください。検査レポートを使用して設計をチェックします。以下はDFMレポートの例です：

早め早めの試作

現在のプロトタイピング手法（3Dプリンティングを含む）では、設計コンセプトを早期にテストすることができ、高価なツールを作る前に、部分的または部品全体をモデリングすることができます。

射出成形部品設計のポイントは？

射出成形部品の効果的な設計は、性能を最適化し、コストを削減し、高品質の生産を確保するために不可欠です。重要な原則を理解することで、成形プロセスを大幅に向上させることができます。

射出成形部品の設計で重要なポイントは、材料の選択、肉厚、抜き勾配、パーティングラインなどです。適切な設計は、欠陥を最小限に抑え、サイクルタイムを短縮し、費用対効果の高い製造を保証します。

型開き方向とパーティングライン

射出成形品を設計する場合、まず最初にしなければならないのは、金型を開く方向とパーティングラインの位置を把握することです。こうすることで、抜かなければならないコアの数を最小限に抑え、パーティングラインに起因する外観上の問題を取り除くことができます。

金型の開く方向が決まったら、製品のリブ、スナップ、バンプ、その他の特徴を、できるだけ金型の開く方向に合わせて設計します。こうすることで、中子を抜く必要がなくなり、パーティングラインを減らし、金型を長持ちさせることができる。

例えばバンパーの型開き方向は、通常、ボディ座標のX軸である。金型開口方向がX軸と一致しないように設計されている場合は、製品図面にその角度を示さなければならない。

金型の開口方向を決定した後、外観と性能を向上させるために適切なパーティングラインを選択します。

脱型スロープ

製品のバリを避けるために、適切な脱型勾配を使用すべきである。平滑な表面の脱型勾配は0.5度以上、細かい革目の表面は1度以上、粗い革目の表面は1.5度以上であるべきである。適切な脱型勾配は、製品上部の損傷を避けることができます。

深いキャビティ構造の製品を設計する場合、射出成形中に金型コアがオフセットしないようにし、均一な製品肉厚を得、製品開口部の材料密度強度を確保するために、外面勾配を内面勾配より小さくする必要がある。

製品肉厚

プラスチックの肉厚には一定の幅があり、通常は0.5～4mmです。肉厚が4mmを超えると、冷却時間が長くなりすぎ、収縮の問題が発生する。製品構造を変更する必要がある。

肉厚が均一でないと、表面に収縮が生じます。肉厚が均一でないと、気孔や溶接痕ができる。

補強リブ

補強リブを賢く使うことで、パーツの強度を高め、反りを少なくすることができます。リブの厚さは、肉厚の3分の1以下にする。リブの角度は、鋭角にならないように1.5度以上にする。

フィレ

フィレットが小さすぎると、製品に応力が集中し、製品に割れが発生する。フィレットが小さすぎると、金型キャビティに応力が集中し、キャビティ割れが発生する。

合理的なフィレットを設定することで、金型の加工技術を向上させることもできる。例えば、キャビティはRカッターフライスで直接加工でき、非効率な電気加工を避けることができる。

フィレットが異なるとパーティング・ラインが動いてしまうことがあるので、実際の状況に応じてフィレットやコーナー・クリアランスを選択する。

穴

穴の形状はできるだけシンプルに、一般的には丸くする。アンダーカットを避けるため、穴は金型の開口方向に向ける。穴のアスペクト比が2以上の場合は、抜き勾配をつける。

この場合、穴の直径は小径（物理的に最も大きいサイズ）に基づいて計算する。ブラインドホールのアスペクト比は一般的に4以下である。

穴と製品の端の間の距離は、通常、穴の直径サイズよりも大きい。射出成形金型のコア抜き機構と回避。

プラスチック部品の型開き方向への脱型がスムーズにできない場合は、コア抜き機構を設計する必要があります。

コア抜き機構は複雑な製品デザインを生み出すことができるが、ステッチラインや収縮といった問題を引き起こし、金型コストを押し上げ、金型寿命を縮める可能性もある。

射出成形品を設計する際には、次のようなことを避けるようにしてください。 コアプリング⁶ 構造は、特別な要件がない限り例えば、穴の軸とリブの方向を金型開口部方向に変え、キャビティコアを貫通させる。

一体型ヒンジ

PP素材の強靭さを生かし、製品と一体化したヒンジを設計することができる。

ヒンジとして使用するフィルムのサイズは0.5mm以下で、均一でなければなりません。コンシールド・ヒンジを取り付ける場合、ヒンジの片側にしかドアを取り付けることはできません。

インサート

射出成形品にインサートを追加することで、局部強度、硬度、寸法精度を向上させ、様々な特別な要件を満たすための小さなネジ穴（軸）を作ることができる。

ただし、その分コストが上がる。インサートは通常銅製だが、他の金属やプラスチック部品で作ることもできる。インサートがプラスチックに埋め込まれる部分は、ローレット、穴、曲げ、平坦化、肩など、回転や引き抜きを防ぐ構造で設計する必要がある。

プラスチック部品の応力割れを防ぐため、インサート周囲のプラスチックを適切に厚くする必要がある。インサートを設計する際には、金型内でのインサートの位置決め方法（穴、ピン、磁気など）を十分に考慮する必要がある。

ロゴ

製品ロゴは通常、製品の平らな部分に配置され、凸状になっている。法線方向と型開き方向が一致する部分にロゴを配置することで、ストレスを回避する。

射出成形部品の精度射出成形部品の収縮率は不均一で、不確実であるため、射出成形部品の精度は金属部品よりもはるかに低い。

規格（OSJ1372-1978）によると、射出成形部品の変形は、適切な公差要件を決定するために選択する必要があり、射出成形品の構造の剛性を向上させ、変形を低減する。平坦な構造を避け、フランジ、凹凸構造を合理的に設定する。合理的な補強リブを設定する。

ガスアシスト射出成形

ガスアシスト射出成形は、製品の剛性を高め、反りにくくすることができます。ガスアシスト射出成形は収縮を防ぐことができます。ガスアシスト射出成形は、材料を節約し、冷却をスピードアップすることができます。

溶接（熱板溶接、超音波溶接、振動溶接）

溶接は接続をより強固にする。溶接はデザインをよりシンプルにすることができる。

プロセス性能と製品性能のトレードオフについて考える。

射出成形製品を設計する場合、製品の外観、性能、工程の矛盾を総合的に考慮しなければならない。

良い外観や性能を得るためには、加工性を犠牲にしなければならないこともある。構造設計で射出成形の欠陥を避けられない場合、製品の隠れた部分で欠陥が発生するようにする。

射出成形部品によくある欠陥とは？

射出成形部品には様々な欠陥があり、機能性と美観の両方を損なう可能性があります。これらの問題を認識し、対処することで、より高い製品品質と生産効率を確保することができます。

一般的な射出成形の欠陥には、反り、ヒケ、ショートショット、バリなどがあります。これらの問題は、不適切な温度、圧力、材料の選択などの要因から発生し、部品の品質や機能性に影響を与えます。

ショートショット

ショートショットとは、金型のキャビティが全部埋まらないこと。

• ショートショットの原因金型温度、材料温度、または射出圧力と射出速度が低すぎる、材料が均一に溶けていない、ベントが十分でない、材料がうまく流れない、部品が薄すぎる、またはゲートが小さすぎる、または設計が悪いためにポリマーメルトが早く固まりすぎる。

• ショートショット・ソリューション：手っ取り早い解決策：toolox44のような流動性の良い材料を使用する。厚肉部を充填してから薄肉部を充填してホールドアップを避け、ゲート数とランナーサイズを増やし、プロセスと流動抵抗を減らす。

• ショートショット・ソリューション：排気不良を避けるため、排気位置とサイズを適切に設定し、逆止弁とバレル内壁がひどく摩耗していないか、供給ポートに材料があるか、ブリッジしていないかチェックする。

• ショートショット・ソリューション：射出圧力と射出速度を上げ、せん断熱を上げ、射出量を増やし、バレル温度と金型温度を上げる。

脆さ

プラスチック部品がもろいということは、特定の部分で簡単にひびが入ったり割れたりすることを意味する。

• 脆さの原因：脆くなる理由としては、不適切な乾燥条件、リサイクル材料の過剰使用、不適切な射出温度設定、不適切なゲートおよびランナーシステムの設定、低い溶融強度などが挙げられる。

• 脆さの原因：プラスチック部品が脆いということは、特定の部分で亀裂や破損が生じやすいことを意味します。脆くなる理由には、不適切な乾燥条件、リサイクル材料の過剰使用、不適切な射出温度設定、不適切なゲートおよびランナーシステムの設定、低い溶融強度などがある。

• 脆さの解決策： 射出成形の前に乾燥条件を適切に設定し、リサイクル材料の使用を減らし、新材料の割合を増やす。

• 脆さの解決策：高強度プラスチックを選ぶ。バレルとノズルの温度を下げ、背圧、スクリュー速度、射出速度を下げ、材料温度を上げ、射出圧力を上げ、メルトマークの強度を向上させる。

スコーチ

スコーチマークは、キャビティ内のガスが十分な速さで排出されないときに発生する。

• 火傷の原因：キャビティ内の空気が十分に排出されない、溶融温度が高すぎる、スクリュー速度が速すぎる、ランナーシステムの設計が間違っている。

• 燃焼のためのソリューション： 排気不良が発生しやすい場所に排気装置を追加する、ランナーシステムのサイズを大きくする、噴射圧力と噴射速度を下げる、バレル温度を下げる、ヒーターと熱電対が正常に機能しているか確認する。

剥離と剥離

部品が剥離するということは、部品の表面が層ごとに剥がれることを意味する。

• 層間剥離や剥離の原因となる： 相性の悪い他のポリマーとの混合、パーツを作る際の離型剤の使いすぎ、樹脂の温度が常に同じでないこと、水の使いすぎ、ゲートやランナーの鋭角など。

• 層間剥離や剥離の修正：相容れない不純物や汚染されたリサイクル材を原料に混ぜないこと、すべてのランナーやゲートを鋭角に面取りすること、バレルと金型の温度を上げること、成形前に材料を適切に乾燥させること、離型剤を使いすぎないこと。

ジェット・マークス

ジェットマーク（ジェット噴射）：ジェット痕は融液の流れが速すぎるために生じ、通常は蛇のように見える。

• ジェットマークの原因：ゲートが小さすぎ、製品表面の断面積が大きく、充填速度が速すぎる。

• ジェットマークのソリューション ゲートのサイズを大きくする、サイドゲートをラップゲートに変更する、ゲート前に材料ストッパーピンを追加する、ゲート通過直後に充填速度を下げる。

フローマーク

• ジェットマークのソリューション
  フローマークとは、製品の表面にできる波状の成形不良のことです。これは、溶融プラスチックの流れが遅すぎるために生じるカエルのジャンプの跡です。

• フローマークの原因： 製品の構造上、充填フロー中に加速しすぎている。

• フローマークのソリューション： ランナー内のコールドウェルのサイズを大きくする、ランナーとゲートのサイズを大きくする、メインランナーのサイズを短くするかホットランナーを使用する、射出速度を上げる、射出圧力と保持圧力を上げる。

シルバーストリーク

シルバーストリークとは、水や空気、炭化したものが部品の表面に流れ方向に広がること。

• 銀筋の原因：原料に含まれる水分が多すぎる、原料の中に空気が閉じ込められている、プラスチックが分解している：原料の中に物が入り込んでいる、バレルが熱すぎる、プラスチックが十分に入らない。

• シルバーストリーク・ソリューション適切なプラスチック射出成形機とプラスチック射出成形金型を選びましょう。材料を変更する場合、古い材料をバレルから完全に洗浄する。ベントシステムを改善する。溶融温度、射出圧力、射出速度を下げる。

• シルバーストリーク・ソリューション射出成形の前に、原料供給会社から提供されたデータに従って原料を乾燥させる。十分な通気孔があるかどうかを確認する。

デント

へこみとは、部品の表面が肉厚の部分で陥没することである。

• へこみの原因:射出圧力または保持圧力が低すぎる、保持時間または冷却時間が短すぎる、溶融温度または金型温度が高すぎる、部品の構造設計が悪い。

• デント・ソリューションへこみやすい面を波形にする、パーツの肉厚を減らす、肉厚対直径比を最小にする、隣接する肉厚比を1.5～2にコントロールする、移行をできるだけ滑らかにする、リブの厚みを再設計する、皿穴とコーナーリブ。

• デント・ソリューション一般的に、その厚さは基本肉厚の40-80%であることをお勧めします、射出圧力と保持圧力を増加させ、ゲートサイズを大きくするか、またはゲートの位置を変更します。

フラッシュ

フラッシュとは、金型のパーティング面やエジェクターピンに余分なプラスチックが付着すること。

• フラッシュの理由クランプ力が足りない、金型に問題がある、成形条件が悪い、排気システムが適切でない

• フラッシュ・ソリューション素早く解決する：金型をクランプする際、金型がしっかりと閉じていることを確認する。空気が抜ける穴の大きさを確認する。金型を掃除する。十分な大きさの機械を使う。

• フラッシュ・ソリューションプラスチックの射出時間を長くする。プラスチックの射出速度を遅くする。機械を冷やす。機械をよりソフトにする。機械がよりソフトにプラスチックを保持するようにする。

結論

プラスチック射出成形プロセスは、加圧、射出、冷却、分離などの操作を通じて、溶融した原料から一定の形状の半製品を作るプロセスを指します。プラスチック部品の選択は、主にプラスチック( 熱可塑性⁷または熱硬化性）、出発形態、製品の形状とサイズ。

射出成形は一般的に、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形によって行われる。積層成形、圧縮成形、熱成形は、プラスチックを平面上に成形するものである。

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