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JP5007158B2 - 液体現像電子写真装置用研磨ローラーならびに液体現像電子写真装置 - Google Patents

液体現像電子写真装置用研磨ローラーならびに液体現像電子写真装置 Download PDF

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Description

本発明は、液体現像電子写真装置用研磨ローラーと、該液体現像電子写真装置用研磨ローラーを備えた液体現像電子写真装置に関する。
従来、感光体にレーザーなどで描かれた静電潜像をトナーなどにて顕像化し、紙などの表面に転写して印刷を行う電子写真装置が広く用いられている。近年、このトナー粒子を微細化させて印刷精度を向上させることが行われており、流動パラフィン、シリコンオイル、鉱物油、あるいは、植物油などキャリアと呼ばれる液体に、例えば、1μm程度にまで微細化されたトナー粒子を分散させた液体現像剤(液体トナーともいう)が用いられるようになってきている。また、この液体トナーを用いた液体現像電子写真装置(下記特許文献1および2参照)が用いられるようになってきている。
ところで、乾式の電子写真装置においては、感光体から転写ローラーにトナーが転写された後にクリーニングブレードによるクリーニングが行われており、このブレードは、単に感光体表面に残留しているトナーなどを除去するのみならず感光体表面を僅かに研磨して感光体の表面を清浄な状態に維持させている。
液体現像電子写真装置においても、通常、ブレードによる感光体のクリーニングが実施されてはいるものの、液体現像電子写真装置においては、感光体にキャリアなどの液体が付着することから、このクリーニングブレードと感光体との間の摩擦力がこの付着している液体により低下してしまい感光体表面の付着物が十分に除去されず、しかも、この付着物による酸化膜が形成されるなどして感光体の性能が低下してしまうという問題を有している。
さらに、この液体現像電子写真装置においては、各構成部材は、キャリアに暴露される環境で用いられることから、例えば、クリーニングブレードとして金属板を樹脂被覆したものなどを用いている場合には、樹脂層がキャリアで膨潤されてクリーニングブレードと感光体との接触状態を変化させてしまうおそれもある。
特開2003−057913号公報 特開2005−070181号公報
本発明は、液体現像電子写真装置の感光体性能の低下を抑制させることにある。
本発明者らは、所定の構成を備えたローラーが液体現像電子写真装置の感光体を研磨するための液体現像電子写真装置用研磨ローラーとして有用なものとなることを見出し本発明の完成に到ったのである。
すなわち、本発明は、前記課題を解決すべく、液体現像電子写真装置に備えられて感光体の表面研磨に用いられ、軸体の外周に弾性体層が周設され且つ少なくとも外周面には研磨剤が備えられており、前記弾性体層がポリエステルポリオールと二官能イソシアネートとを反応させたポリウレタンを用いて形成されていることを特徴とする液体現像電子写真装置用研磨ローラーを提供する。
クリーニングブレードでは、クリーニングブレードと感光体表面との相対速度を感光体の回転速度以外の速度とすることが困難であり、しかも感光体にはクリーニングブレードの一定個所しか当接されずクリーニングブレードの状態が感光体の表面状態に反映されやすい。外周面に研磨剤が備えられた液体現像電子写真装置用研磨ローラーは、回転させて用い得ることから感光体に対する所望の摺動速度とさせることができ、しかも、外周面をまんべんなく感光体に当接させることができる。
また、この液体現像電子写真装置用研磨ローラーは、軸体の外周に弾性体層が周設されており感光体表面の接触幅を調整する事も容易である。
さらに、この液体現像電子写真装置用研磨ローラーは、ポリエステルポリオールと二官能イソシアネートとを反応させたポリウレタンによりこの弾性体層が形成されており、このポリエステルポリオールと二官能イソシアネートとを反応させたポリウレタンは、流動パラフィン、シリコンオイル、鉱物油、あるいは、植物油など一般に液体現像電子写真装置のキャリアとして用いられる物質に対して膨潤されにくく、体積変化を生じにくいことから、感光体との接触状態(感光体の研磨条件)の変動が抑制されることとなる。
すなわち、本発明によれば、感光体の研磨条件を調整しやすく、感光体に酸化膜形成の防止が容易となることから、感光体性能の低下を抑制させ得る。
以下に、本発明の好ましい実施の形態について(添付図面に基づき)説明する。
まず、本実施形態における液体現像電子写真装置用研磨ローラーが用いられる液体現像電子写真装置について図1を参照しつつ説明する。
本実施形態の液体現像電子写真装置には、感光体や各種ローラーが用いられている。すなわち、円筒形状に形成され、該円筒形状の中心軸周りに回転して外周面に液体トナーにより連続的に顕像が形成される感光体1と、該感光体1に周面を接触させて感光体1に形成された顕像を一次転写して紙などの被印刷物Aに二次転写させる中間転写ローラー2と、該中間転写ローラー2に周面を接触させて配置され中間転写ローラー2とともに回転することにより、紙などの被印刷物Aを中間転写ローラー2に圧接しつつ中間転写ローラー2の回転方向に被印刷物Aを移動させて中間転写ローラー2に一次転写された顕像をこの被印刷物Aに二次転写させるための加圧ローラー3などが備えられたりしている。
また、液体現像電子写真装置には、液体トナー貯留部Xに収容されている液体トナーYに外周面が接触され、回転することにより外周面に液体トナーを付着させて液膜を形成させて液体トナーを汲み上げるトナー汲み上げローラー4(アニロックスローラーともいう)と、該トナー汲み上げローラー4に周面を接触させて配置されトナー汲み上げローラー4の外周面に付着している液体トナーを平滑化させた状態で外周面に移し取るならしローラー5と、該ならしローラー5に周面を接触させて配置され、ならしローラー5から液体トナーを移し取って感光体1に供給するための現像ローラー6などが備えられたりしている。
さらに、液体現像電子写真装置には、現像ローラー6にバイアス電圧を印加するとともに電荷を与えてならしローラー5から供給された液体トナーを現像ローラー6においてキャリア層とトナー凝集層とに分離させる凝集ローラー7、現像ローラー6から感光体1に供給された液体トナーのキャリアを絞り取るためのスクィズローラー8や、現像ローラー6の表面を清浄化させるためのクリーニングブレード10や、感光体の表面を清浄化させるためのクリーニングブレード10’などが備えられたりしている。
また、本実施形態の液体現像電子写真装置には、前記クリーニングブレード10’の感光体回転方向下流側において、感光体1に接触して感光体1の表面を清浄に維持する研磨ローラー9(液体現像電子写真装置用研磨ローラー)が備えられている。
この研磨ローラーは、軸体となる芯金と、この芯金の外周に弾性体によって形成された弾性体層とにより構成され、この弾性体層が最表面側に周設された状態とされている。
この弾性体層は、ポリエステルポリオールと二官能イソシアネートとを反応させたポリウレタンにより形成されている。このポリウレタンには、研磨剤が配合されており、弾性体層は、JIS−A硬度が40〜70度となるように形成され、この配合された研磨剤が外周面に裸出された状態でローラー表面に備えられている。
この弾性体層がJIS−A硬度が40〜70度とされているのは、40度未満の場合には、柔らかすぎて感光体に対する十分な研磨性能を付与することが困難となり、70度を超える場合には、感光体と適度な接触幅で接触させることが困難となるばかりでなく、研磨性能が高くなりすぎて、感光体表面を削りすぎてしまうおそれを有するためである。
したがって、この研磨ローラーにJIS−A硬度が40〜70度の弾性体層を形成させることにより、液体現像電子写真装置用研磨ローラーに適した研磨性能を付与させることができる。
なお、このJIS−A硬度とは、標準状態で測定されたJIS K 6253に規定されているタイプAデュロメータ硬さ(瞬時値)を意図している。
この研磨ローラーに用いられる研磨剤としては、特に限定されないが、アルミナ、シリカ、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化鉄、ダイヤモンドなどの粉体を単独またはこれらを複数種類混合するなどして弾性体層における含有量が、例えば、0.5〜30重量%となるように配合して用いることができる。
この研磨剤の配合量が0.5〜30重量%とされるのは、研磨剤の配合量が0.5重量%未満の場合には、感光体に対する十分な研磨性能を付与することが困難となり、30重量%を超える場合には、研磨性能が高くなりすぎて感光体表面を削りすぎてしまうおそれを有するためである。しかも、30重量%を超える配合量で研磨剤を配合しようとしてもポリウレタンと研磨剤との混合物の粘度が高くなりすぎて、均一な分散状態を形成させにくい上に、製造工程における取り扱い性が低下し、例えば、注型成形などが困難となってしまう。
したがって、この研磨ローラーの弾性体層に研磨剤を0.5〜30重量%配合させることにより、液体現像電子写真装置用研磨ローラーに適した研磨性能を付与させるとともに製造容易な研磨ローラーとすることができる。
また、この研磨剤の平均粒径としては、0.5〜2.5μmのものを通常用いることができる。なお、この平均粒径とは、レーザー回折法などによって求められる累積粒度分布曲線の50%値を求めるなどして測定することができる。
上記研磨剤の中でも、酸化セリウムは、例えば、酸化鉄や酸化ジルコニウムなどといったものなどに比べて優れた研磨効率を示す点において好適である。
また、上記ポリウレタンにポリエステルポリオールが用いられるのは、その他のポリオールが用いられる場合には、流動パラフィン、シリコンオイル、鉱物油、あるいは、植物油など一般にキャリアとして用いられる物質に対して膨潤されやすく弾性体層(研磨ローラー)の体積変化が、例えば、10%を超えるものとなり、研磨ローラーの体積変化により感光体表面の研磨状態を変動させてしまうためである。
このポリエステルポリオールとしては、特に、限定されるものではないがアジピン酸と二官能グリコールとトリメチロールプロパンとが反応されてなるポリエステルポリオールを用いることが好ましい。
このポリエステルポリオールの原材料成分として、アジピン酸が用いられているのは、セバシン酸などの他のジカルボン酸が用いられる場合に比べてアジピン酸が用いられている場合には、キャリアによる弾性体層の体積変化をいっそう小さくさせることができる。
また、二官能グリコールとしては、炭素数が2〜6のものが好ましく、ジエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、あるいは、3−メチルペンタンジオールのいずれかであることが好ましい。
この二官能グリコールを炭素数が2〜6のもの、特に、ジエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、あるいは、3−メチルペンタンジオールのいずれかとした場合においては、キャリアによる弾性体層の体積変化をいっそう小さくさせ得る。
前記二官能イソシアネートとしては、特に、限定されないが、トリレンジイソシアネート(TDI)、キシレンジイソシアネート(XDI)あるいはジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)のいずれかが用いられていることが好ましく、特にトリレンジイソシアネートまたはキシレンジイソシアネートのいずれかであることが好ましい。
この二官能イソシアネートとしてトリレンジイソシアネートまたはキシレンジイソシアネートを用いることにより、キャリアによる弾性体層の体積変化をいっそう小さくさせることができる。
しかも、トリレンジイソシアネートまたはキシレンジイソシアネートを用いることにより、ジフェニルメタンジイソシアネートなどを用いる場合に比べて上記のポリエステルポリオールとの硬化反応を高い反応速度で実施させ得る。したがって、トリレンジイソシアネートまたはキシレンジイソシアネートを用いることにより効率的に製造可能な研磨ローラーとさせ得る。
これらポリエステルポリオールと二官能グリコールの配合量は、適宜調整することができ、実質、研磨ローラーとして用いることのできる硬化状態にさせ得る量で配合させ得る。例えば、アジピン酸と二官能グリコールとトリメチロールプロパンとが反応されてなるポリエステルポリオールとトリレンジイソシアネートまたはキシレンジイソシアネートと研磨剤とを、硬化後の硬度がJIS−A硬度40〜70度となるように配合して弾性体層を形成させることができる。
さらに、この研磨ローラーの軸体としては、導電性の棒状体、具体的には、断面円形で且つ中空又は中実の金属製棒状体からなる芯金を用いることができる。
この芯金には、例えば、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル等の金属及びその合金からなるものや、これらに、溶融めっき、電解めっき、無電解めっきなどの手段によるめっきを施したものを用いることができ、より詳しくは、強度、耐久性に優れるステンレス鋼に、さらに密着性を高めるために無電解ニッケルめっきを施したものを用いることができる。
なお、上記においては研磨ローラーを芯金と研磨剤を分散させた弾性体層のみで形成する場合を例示したが、弾性体層の外周側にさらに研磨剤を分散させた表面層を設けることも可能である。
この研磨剤を分散させた表面層を設ける場合には、弾性体層に研磨剤を含有させない構成とすることも可能である。
さらに、研磨ローラーには、弾性体層と軸体(芯金)との間に他の層を形成させたりすることも可能である。
上記のような表面層は、例えば、熱可塑性ポリウレタンを溶媒に溶解させ、さらに、研磨剤が分散されてなるポリウレタン溶液を用いることにより形成させることができる。
このような、材料ならびに構成の研磨ローラーを製造する方法としては、一般的に用いられているポリウレタン製のローラーの製造方法を用いることができ、例えば、金型などを用いて芯金にポリウレタン弾性体を周設した後、弾性体層の表面を研磨して所定の表面平滑度に調整するなどすればよい。また、上記のような表面層を設ける場合には、さらにこの弾性体層表面に上記に説明したような表面層形成用のポリウレタン溶液をディップコートするなどして直接塗布して熱処理する方法を用いることができる。
なお、上記のような研磨ローラーを液体現像電子写真装置に用いる場合には、前記感光体と1%以上の周速差で回転させつつ感光体に接触させることにより感光体の表面を研磨させることが、感光体表面を確実に清浄化させ得る点において好ましく、特に、感光体と研磨ローラーとを同方向に回転させて接触させることにより、互いの表面を逆方向に移動させて研磨を実施させることが好適である。
なお、本実施形態においては、上記のごとく構成され、上記のごとく使用される研磨ローラーを例に説明したが、本発明の液体現像電子写真装置用研磨ローラーとしては、上記に例示のものに限定されるものでもない。
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(ポリウレタン弾性体の配合検討)
(配合例1〜39)
表1に記載のポリオールとイソシアネートを硬化後に表1の硬度となるように配合してポリウレタン弾性体試料を作製した。
なお、表1に示す硬度は、標準状態で測定されたJIS K 6253に規定されているタイプAデュロメータ硬さ(JIS−A硬度)である。
作製した各配合のポリウレタン弾性体を幅30mm×長さ30mm×厚さ2mmに切断して直方体試料を作製し、作製した直方体試料をイソパラフィンを主成分とする炭化水素系キャリア(エクソンモービル社製、商品名「IsoparM」)に合計7日間浸漬させ、浸漬日数とともに各試料の体積がどのように変化するかを測定した。
なお、浸漬させる「IsoparM」の温度は、23℃と40℃との2通りで試験を行い、体積変化率については、幅、長さをノギスを用いて測定し、厚さをJIS K 6253に記載された方法に準じて測定して、初期体積に対する増分を百分率で表した。
表1に各配合例の23℃、40℃での浸漬試験(浸漬7日後)の体積変化率の結果を示す。
また、表2に、配合例1、28、34、38、39のポリウレタン弾性体試料について、浸漬後0.5、1、2、3、5、7日後の体積変化率の測定結果を示す。
Figure 0005007158
Figure 0005007158
上記の表1、表2からも、ポリエステルポリオールと二官能イソシアネートとを反応させたポリウレタンは、流動パラフィンなどの一般にキャリアとして用いられる物質に対して膨潤されにくく、体積変化を生じにくいことがわかる。
また、このポリエステルポリオールとして、アジピン酸が用いられているのは、セバシン酸などの他のジカルボン酸が用いられる場合に比べて体積変化が小さく、二官能グリコールとしては、炭素数が2〜6のもの、特に、ジエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、あるいは、3−メチルペンタンジオールのいずれかが用いられているのは、その他の二官能グリコールが用いられているものに比べて体積変化を生じにくいことがわかる。
さらに、このポリエステルポリオールと反応させる二官能イソシアネートとしてトリレンジイソシアネート(TDI)またはキシレンジイソシアネート(XDI)を用いることにより、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)などを用いる場合に比べてキャリアによる弾性体層の体積変化を小さくさせ得ることもわかる。
(実施例1)
表3に示す配合のポリウレタンにより、直径10mmの芯金上に厚さ約3mmの弾性体層を周設し、外径約16mmとなるように表面研磨を行って実施例1の研磨ローラーを作製した。
より具体的には、ポリエステルポリオールに酸化セリウムを混合分散させたものを脱水処理して100℃に加熱し、TDI(トリレンジイソシアネート)を加えて均一混合状態となるように攪拌して、芯金をセットした150℃の金型に注入して1時間反応させることにより芯金の外周に弾性体層を周設した。この150℃×1時間の反応の後、脱型し、140℃×2時間の後架橋を行って予備成形体を作製した。
この予備成形体を円筒研削盤にて表面研磨して所定寸法とし実施例1の研磨ローラーを作製した。
(実施例2、比較例1、2、参考例1)
ポリウレタンの配合を変更した以外は、実施例1と同様に研磨ローラーを作製した。
また、参考例として、酸化セリウムを配合せずにポリウレタンのみの弾性体層が備えられたローラーを作製した。
Figure 0005007158
(耐キャリア性評価1)
(ポリウレタン弾性体試料キャリア浸漬試験)
各実施例、比較例と同じ配合を用いて、各実施例、比較例と同様の温度で反応させて耐キャリア性評価用試料を作製し、先述の「ポリウレタン弾性体の配合検討」と同様に体積変化率の測定を行った。
すなわち、表3に記載の配合で幅30mm×長さ30mm×厚さ2mmのポリウレタン弾性体試料を作製した。
作製したポリウレタン弾性体をイソパラフィンを主成分とする炭化水素系キャリア(エクソンモービル社製、商品名「IsoparM」)に合計7日間浸漬させ、浸漬日数とともに各試料の体積がどのように変化するかを測定した。
浸漬させる「IsoparM」の温度は、23℃と40℃との2通りで試験を行い、体積変化率については、幅、長さをノギスを用いて測定し、厚さをJIS K 6253に記載された方法に準じて測定して、初期体積に対する増分を百分率で表した。
結果を表4に示す。
Figure 0005007158
(耐キャリア性評価2)
(キャリア浸漬によるローラー回転試験)
各実施例、比較例、参考例の研磨ローラーを水平に支持して下側半分をイソパラフィンをキャリアとした液状トナー(約30℃)に浸漬させた状態で、回転に伴って研磨ローラー表面に形成される液状トナーの液膜をブレードにて掻き落としつつ約40rpmの回転速度で回転させる耐キャリア性試験を実施した。
このときの研磨ローラーの硬度(JIS−A硬度)、ローラー外径の変化を測定した。
具体的には、実施例1、2、ならびに参考例1の研磨ローラーについては、初期状態における値と、耐キャリア性試験7日後の値とを測定した。
比較例1、2の研磨ローラーについては、膨潤(体積変化)が大きく、外径変化を測定することができなかった。また、硬度についても比較例1の研磨ローラーについては、耐キャリア性試験4日の値を測定し、比較例2の研磨ローラーについては、耐キャリア性試験2日の値とを測定した。
結果を表5に示す。
Figure 0005007158
(感光体研磨性能評価)
図2に示すように、研磨ローラー(φ16mm)により感光体(φ30mm)の研磨を実施した。
この感光体の研磨においては、感光体表面に液体現像剤のキャリアを滴下した後に、クリーニングブレードにより除去し、このクリーニングブレードでクリーニングされた後の感光体に研磨ローラーを当接させて、しかも、感光体と同方向に研磨ローラーを回転させることにより、感光体と研磨ローラーが外周面を互いに逆方向に移動するように回転させて感光体の研磨を行った。
さらに、研磨ローラーにより研磨された感光体表面にコロントロン帯電器による帯電を実施した。
なお、感光体と研磨ローラーとの駆動は、モーターとギアとを用いて実施し、感光体の回転は60rpm、研磨ローラーの回転は40rpmとした。
また、研磨ローラーには軸体の両端部にそれぞれ750gfの荷重を研磨ローラー側に向けて加え、研磨ローラーのニップ幅が約1.2mmとなるようにした。
また、コロントロン帯電器には3kVの電圧を印加して帯電を実施させた。
この感光体の研磨を12時間実施し、研磨前後における感光体の電荷輸送層の膜厚の変化を大塚電子社製の膜厚測定システム「MPCD−3000」にて測定した。
さらに、研磨後の感光体にトナーカートリッジ(ヒューレット・パッカード社製「HP Laser Jet3500」)を取り付けて画像評価を実施した。
画像評価は、5%濃度/sheetの英文字ランダムパターンで印字した画像を目視にて観察した。
結果、参考例1のローラーでは、感光体が研磨されず、コロントロン帯電器による酸化膜の形成によると見られる、いわゆる“画像ボケ”(解像度が低下して文字の輪郭がぼやける現象)が観察された。
一方、実施例1の研磨ローラーは、感光体が1.3μm研磨されており、画像の劣化は観察されなかった。
実施例2の研磨ローラーでは、感光体が研磨されておらず、研磨ローラーの回転数を高める、あるいは、ニップ幅を増やすべく荷重を増大させるなどしなければ、実施例1の研磨ローラーのように感光体の性能低下を抑制させることが困難であることがわかった。
このことからも、研磨剤の配合量は、0.5重量%以上が好適であることがわかる。
液体現像電子写真装置の構成を示す概略図。 感光体研磨性能評価試験方法を示す概略図。
符号の説明
1:感光体、2:中間転写ローラー、3:加圧ローラー、4:トナー汲み上げローラー(アニロックスローラー)、5:ならしローラー、6:現像ローラー、7:凝集ローラー、8:スクィズローラー、9:研磨ローラー、10,10’:クリーニングブレード、A:被印刷物、X:液体トナー貯留部、Y:液体トナー

Claims (10)

  1. 液体現像電子写真装置に備えられて感光体の表面研磨に用いられ、軸体の外周に弾性体層が周設され且つ少なくとも外周面には研磨剤が備えられており、前記弾性体層がポリエステルポリオールと二官能イソシアネートとを反応させたポリウレタンを用いて形成されていることを特徴とする液体現像電子写真装置用研磨ローラー。
  2. 前記二官能イソシアネートとして、トリレンジイソシアネートまたはキシレンジイソシアネートのいずれかが用いられている請求項1に記載の液体現像電子写真装置用研磨ローラー。
  3. 前記ポリエステルポリオールは、アジピン酸と二官能グリコールとトリメチロールプロパンとが反応されたものである請求項1または2に記載の液体現像電子写真装置用研磨ローラー。
  4. 前記二官能グリコールの炭素数が2〜6である請求項3に記載の液体現像電子写真装置用研磨ローラー。
  5. 前記二官能グリコールとして、ジエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、あるいは、3−メチルペンタンジオールのいずれかが用いられている請求項4に記載の液体現像電子写真装置用研磨ローラー。
  6. 前記研磨剤が弾性体層に分散され、該弾性体層が最外周側に配されることにより表面に研磨剤が備えられている請求項1乃至5のいずれか1項に記載の液体現像電子写真装置用研磨ローラー。
  7. 前記研磨剤が酸化セリウム粉末である請求項1乃至6のいずれか1項に記載の液体現像電子写真装置用研磨ローラー。
  8. 前記弾性体層における研磨剤の割合が0.5〜30重量%となるように研磨剤が分散されて、JIS−A硬度が40〜70度の弾性体層が形成されている請求項6または7に記載の液体現像電子写真装置用研磨ローラー。
  9. 請求項1乃至8のいずれかの液体現像電子写真装置用研磨ローラーが備えられ、該液体現像電子写真装置用研磨ローラーと感光体とを1%以上の周速差で回転させつつ接触させることにより感光体の表面を前記液体現像電子写真装置用研磨ローラーで研磨し得るように前記液体現像電子写真装置用研磨ローラーと前記感光体とが配されていることを特徴とする液体現像電子写真装置。
  10. 前記感光体と前記液体現像電子写真装置用研磨ローラーとを同方向に回転させた状態で接触させることにより、互いの表面を逆方向に移動させて前記研磨が実施されるべく感光体と液体現像電子写真装置用研磨ローラーとが配されている請求項9記載の液体現像電子写真装置。
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