(57)【要約】【課題】加熱手段を利用した転写同時定着を行う装置において、小サイズ紙通紙に伴う端部昇温が発生し、１次転写ローラにも温度差が発生し画像不良となることが有る。本発明は、端部昇温が発生しても１次転写部で画像不良を発生させない画像形成装置を供給する。【解決手段】加熱手段を利用した転写同時定着を行う画像形成装置において、１次転写部材には少なくとも一層の電子導電性部材を使用する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にトナー像が形成される第一の像担持体と、第一の像担持体上のトナー像を該像担持体との間に印加される転写バイアスによって第二の像担持体に転写する転写手段と、前記第二の像担持体から記録材に加熱手段を利用した転写同時定着手段を有し、前記第一の像担持体表面に順次に形成したトナー像を前記１次転写ニップを介して前記第２の像担持体表面に１次転写し、該第二の像担持体表面に１次転写されたトナー像を前記２次転写位置にて転写同時定着手段により記録材に一括して２次転写同時定着する画像形成装置において、
第一の像担持体から第二の像担持体に転写する転写手段は少なくとも１層以上の電子導電性部材から構成されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
該中間転写体は、電子伝導性フィラーによって抵抗値を調整されていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
表面にトナー像が形成される第一の像担持体と、第一の像担持体上のトナー像を該像担持体との間に印加される転写バイアスによって第二の像担持体に転写する転写手段と、前記第二の像担持体から記録材に加熱手段を利用した転写同時定着手段を有し、前記第一の像担持体表面に順次に形成したトナー像を前記１次転写ニップを介して前記第二の像担持体表面に１次転写し、該第二の像担持体表面に１次転写されたトナー像を前記２次転写装置にて転写同時定着手段により記録材に一括して２次転写同時定着する画像形成装置において、
第一の像担持体から第二の像担持体に転写する転写手段の主な抵抗部材が電子導電性部材から構成されることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本件は、中間転写体上に一旦形成されたトナー像を、中間転写体上から転写材に転写すると同時に定着する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置において、中間転写体を用いてトナー像を転写する技術としては、図２に示すようなものが知られている。
【０００３】
像形成手段によって中間転写体上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで搬送されてくる転写材上に、静電的に転写され、定着手段によって定着される。
【０００４】
このとき、２次転写内ローラ、もしくは２次転写外ローラに２次転写バイアスとして数ｋＶ程度の高圧を印加することで静電転写を行っている。高圧を印加することで、転写材が２次転写ローラ対に挟まれている２次転写ニップ周囲にも転写電界が及ぶため、２次転写ニップ前後での画像劣化が起こる恐れがある。
【０００５】
例えば、図３に示すように、中間転写体上のトナーの一部が、転写ニップに至る前に飛散トナーとして転写材上に飛び散ってしまうおそれがある。
【０００６】
２次転写バイアス印加手段によって、転写材の裏面にトナーと逆極性の電荷を与えることで、帯電したトナーを静電的に転写材上に引き寄せることで静電的に転写を行っている。しかし２次転写バイアスは数ｋＶ程度の大きさとなるため転写電界の及ぶ範囲が広くなり、転写材裏面の、２次転写ニップ上流の広い範囲にも電荷を与える。このとき、２次転写ニップ上流域において、中間転写体からトナーが転写材に引き寄せられるため、飛散トナーとなって、画像を乱すために起こる現象である。
【０００７】
また一方で、２次転写ニップ通過後にも飛散トナーが発生して画像が乱れる恐れがある。これは、中間転写体は帯電トナーを担持するために帯電トナーと逆極性の電荷を保持している。２次転写ニップにおいて、帯電トナーを転写材に渡した後に帯電トナーと分離する際に、剥離放電が発生する。剥離放電によって、中間転写体や転写材が保持している電荷が、放電の発生した近辺で局所的に電荷を失うために、転写材は帯電トナーを担持できずに飛散するおそれがある。
【０００８】
このように、転写材上のトナー像を定着する前の段階で画像劣化が発生することを避けるために、転写同時定着手段が提案されている。２次転写に高圧を印加せず、中間転写体上のトナー像を融点以上に加熱して転写材を圧接することで、転写材上にトナー像を転写すると同時に定着するものである。
【０００９】
高圧を使用しないことにより、例えば２次転写ニップ前では転写材の裏面に電荷が付与されないことから、ニップ前の飛散トナーを無くすことができる。さらには、２次転写ニップにおいてトナーを加熱溶融して転写材に圧接することで、ニップを通過する際には転写材上のトナー像は転写材表層に浸透して定着されているため、剥離放電に起因するトナーの飛散を防ぐことも可能となる。
【００１０】
以上のような、加熱加圧手段による２次転写を行う転写同時定着手段によって、２次転写ニップ前後での静電転写に起因する課題を避けることができ、トナーの転写効率が高く、かつカラー画像においてはカラーバランスに優れた、高画質画像が得られる可能性がある（例えば特許文献１）。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−３５２８７９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような、加熱加圧手段による２次転写を行う転写同時定着方式による画像形成装置においては、以下のような課題がある。
【００１３】
加熱加圧手段は、中間転写体と転写材を間に挟むため、中間転写体も転写同時定着時に高温下に置かれる。樹脂材料から構成される中間転写体では、温度上昇に伴って各物性値が変化することが予想されることから、物性値を管理する上では好ましいことではない。
【００１４】
これまで、中間転写体の温度が上昇することに対する解決法として、たとえば特開平８−４４２２０などにて公知のように、直接中間転写体を転写定着後に冷却するための冷却手段を配設させることでの解決が試みられてきた。例えば、ファンを利用した空冷や、ヒートパイプなどによる熱輸送などによる直接冷却であり、中間転写体全面を冷却することは可能である。
【００１５】
しかしながら、直接冷却では中間転写体全面を均一に冷却することは困難である。これは、中間転写体面内に温度ムラがある場合に、冷却を行うことで温度ムラなく均一にすることが困難であることを示している。具体的には、転写定着手段の加熱手段としての発熱体が、通紙可能な最大通紙幅に対応した長さである場合、発熱体よりも小幅な転写材を通紙した際に、発熱領域でかつ非通紙領域である端部の温度が、通紙領域（中央）に比べて高くなってしまう、端部昇温などがこれにあたる。
【００１６】
図７に示すように、転写定着ローラと加圧ローラに挟持された中間転写体は、ニップ通過後、徐々に放冷され、画像形成装置の機中温度に近づいていく。また、中間転写体冷却手段を用いることで、より短時間で機中温度に近づけていくことが可能である。
【００１７】
しかしながら、中間転写体の中央部・端部間の温度差は、中間転写体が冷却されていく過程では完全に消えることなく、中間転写体全面が完全に機中温度まで冷却されるまで温度差はなくならない。通常の画像形成時での中間転写体を冷却することが可能な冷却手段であっても、端部昇温などのような更なる昇温に曝された中間転写体の冷却には不十分であるおそれがある。
【００１８】
この温度差に伴って、中間転写体に接触している一転ローラも中央と端部で温度差をもつことになる。一般に１次転写部材は導電性の樹脂を用いたローラやブレードで構成されている。
【００１９】
このような、小幅な転写材を通紙後の端部昇温などに起因する１次転写ローラの温度ムラは、直後の画像の濃度ムラとなって顕在化するおそれがある。
【００２０】
温度に依存する物性値として、たとえば導電率などが挙げられる。
【００２１】
温度によって導電率が大きく変化する１次転写ローラを用いた画像形成装置では、１次転写ローラの抵抗ムラに起因する濃度ムラが発生する恐れがある。
【００２２】
中間転写体上にトナー像を形成する際に、一般的に、中間転写体の裏面から、帯電したトナーと逆極性のバイアスを印加することで、静電的に転写させる方法を用いる。
【００２３】
この際、中間転写体裏面には全面に渡って均一な電荷を保持することが要求される。このため、１次転写ローラの抵抗率に面内でムラが無いことが要求される。
【００２４】
もし１次転写ローラに面内の抵抗ムラがある場合、抵抗の低い箇所にバイアスが集中するため、転写電流が長手方向でムラが発生する。したがって帯電トナーを保持するための裏面電荷の過不足が発生することから中間転写体上の保持できるトナー量にもばらつきができ、結果としてトナー像の濃度にムラが発生する。
【００２５】
（図５）に示すように、小幅転写材通紙後に発生する端部昇温では、１次転写ローラの長手方向で温度ムラができる。抵抗ムラを起こす場合には、高温の端部と低温の中央部とで転写トナー量にムラができ、端部と中央部とで濃度段差が発生するおそれがある。
【００２６】
本発明は、上記のような１次転写ローラ面内での温度ムラがあっても画像不良を引き起こさない画像形成装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、本発明の代表的な構成は、像形成手段によって中間転写体上にトナー像を形成した後、前記中間転写体上のトナー像を転写同時定着手段により転写材に２次転写すると同時に定着する画像形成装置において、前記１次転写部材の抵抗値を決定する主材料は、少なくとも１層以上の電子伝導性材質層から構成されることを特徴とする画像形成装置によって具現化される。
【００２８】
上記構成によれば、１次転写ローラの温度ムラがあっても、ベルト上の画像に劣化を生じることはない。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
樹脂の電気伝導の担い手としてキャリアの種類で大別すると、電子が移動する電子伝導性、物質粒子が移動するイオン伝導性の２種類に分けることができる。
【００３０】
イオン伝導性の場合には、イオンは高分子鎖に沿った周期ポテンシャン障壁をゆらぎながら移動する、あるいは高分子鎖間を飛び移ることで樹脂固体中を移動する、ワイドレンジホッピング挙動によって電気伝導を発現するものである。イオン伝導による電流量は熱力学的には、ボルツマン定数をｋＢ、温度をＴとすると、ボルツマン重率ｅｘｐ（−Ｕ／ｋＢＴ）×（１／Ｔ）に依存することから、温度が上昇するほど電流量が増大する。したがって、イオン伝導性の樹脂では、導電性は温度に極めて強く依存しており、高温では導電率が上昇する。
【００３１】
一方で電子導電性はエネルギーバンドのうち、導電バンド内の電子の熱運動が電子の移動の元となるため、電子の挙動はボルツマン統計に従う。電子の移動度は格子振動による散乱項と、不純物による散乱項の和からなり、それぞれＴ−３／２、Ｔ３／２に比例していることから、高温では格子振動による電子移動の妨げが、低温では不純物散乱による妨げが発生し、導電率としては低下する傾向にある。しかしながら、イオン伝導の場合に比べて温度依存性は小さく、導電率の変化幅は小さい。
【００３２】
以上のように、電子伝導性、イオン伝導性の材質の導電率の温度依存性は図６に示すように、イオン伝導性の材質が大きな温度依存性を示す一方で、電子導電性の材質は温度依存性は極めて小さい。
【００３３】
本発明の目的は、加熱加圧手段を用いた画像形成装置においては、端部昇温などによる不可避の中間転写体の温度ムラが、中間転写体の抵抗のムラとなることでの画像劣化を回避することにある。
【００３４】
これに対し、中間転写体に温度ムラがあっても、基材として、導電率に温度依存性の小さい電子導電性の樹脂材質を用いることで、抵抗ムラを発生することはない。
【００３５】
以上により、中間転写体面内の温度ムラがあっても、電子導電性の樹脂材質を基材として用いることで、面内の大幅な抵抗ムラを発生することがなくなり、画像劣化を回避することができる。
【００３６】
（図１）に本発明の１実施例を示す。
【００３７】
図中の感光体ドラムは第１の像担持体であり、円筒状のアルミニウム製の基体上にアモルファスシリコン感光体からなる光導電層によって構成される。感光体ドラムは所定の周速度（プロセススピード）で駆動されながら、帯電ローラによって一様に所定の電位に帯電される。一様に帯電した感光体ドラムは、画像情報に応じて露光手段からのレーザービームによる露光走査を受け、表層に静電潜像が形成される。感光体ドラム表層に形成された静電潜像に対し、現像器によってトナーが付着し、トナー像が顕像化される。
【００３８】
本実施例では、中間転写体の冷却手段がないことから、１次転写部において中間転写ベルトと直接接触する感光体には、アモルファスシリコン感光体を用いた。これは、アモルファスシリコン感光体の感光性に温度依存性が小さいためであり、たとえば有機感光体（ＯＰＣ）を用いた場合には高温化では感光性が低下し、画像の濃度が低下するなどの劣化が起こる恐れを回避するものである。
【００３９】
現像されたトナー像は、トナーと逆極性のバイアスを印加された１次転写ローラによって中間転写ベルト上に１次転写される。中間転写ベルト上に形成されたトナー像は、転写定着部で、所定のタイミングで搬送されてくる転写材上に転写同時定着され、永久画像となる。本実施例では、中間転写ベルトとして、電子伝導性の樹脂であるポリイミド樹脂を基材とし、電子伝導性フィラーとしてカーボンブラックを充填した厚さ１００ミクロンのフィルムを用いた。
【００４０】
中間転写ベルトにフィラーを充填する際には、体積抵抗率として１×１０７Ω・ｃｍ以上１×１０１７Ω・ｃｍ以下、表面抵抗率として１×１０９Ω／□以上１×１０１７Ω／□以下になるように調整する。体積抵抗率として１×１０７Ω・ｃｍ以下、表面抵抗率として１×１０９Ω／□以下となるような中抵抗のベルトでは、電荷を保持できずに、１次転写部で印加したバイアス２次転写部にも回り込んでしまう干渉が発生し、転写不良が起こる恐れがある。本実施例では、中間転写ベルトの表面抵抗率は１×１０１３Ω／□、１×１０１０Ω・ｃｍに調整した。
【００４１】
１次転写手段には転写ローラを採用し、ローラの材料はヒドリンゴムにカーボンブラックを分散させた、電子導電性の材料を発砲させたものを採用した。芯金の太さは８ｍｍでローラ径は１６ｍｍである。
【００４２】
転写定着部において、転写定着ドラムは中間転写ベルトの非画像形成面側に配設され、転写定着ドラムに対し、加圧ローラが中間転写ベルトを介して所定のニップ圧で圧接されている。転写定着ドラムおよび加圧ローラは中間転写ベルトに対して従動に回転駆動されている。
【００４３】
転写定着ドラムの内面には、近接して励磁コイルが配設され、励磁コイルには高周波電源から電流が供給され、励磁コイルが発熱することで、転写定着ドラムが加熱される。転写定着ドラムの表面温度は温度センサによって検知され、所定の温度を保つように、高周波電源からの電流出力にフイードバックされる。
【００４４】
発熱体である励磁コイルは最大通紙幅とほぼ同じ幅であり、通紙しないときには転写定着ドラムをスラスト方向に均一に加熱する。
【００４５】
このとき、転写材が通紙した際には、室温程度の温度を保つ転写材を挟持することによって、転写定着ドラムの温度が通紙幅で低下する。ドラムの温度低下を避けるために、励磁コイルの出力を上げてドラムをさらに加熱する際、非通紙部である端部はさらに加熱されるために、温度が上昇しつづけ、端部昇温が発生する。
【００４６】
（図４）に示すように、最大通紙幅に近い通紙幅を持つ転写材を通紙する際には、非通紙部は狭いため、転写ニップ通過後のベルト表面温度は、比較的ムラが少ない。一方で、（図５）に示すように、小幅の転写材を通紙する際には端部昇温が起こる範囲が広く、ベルト表面温度は面内で大きなムラを持つ。
【００４７】
しかしながら、１次転写ローラは、基材としてヒドリンゴムを、導電性フィラーとしてカーボンブラックを用いており、電子導電性であることから１次転写ローラの抵抗ムラを引き起こすことはない。したがって、１次転写部で転写電流のムラを引き起こさないことから画像劣化を回避することができる。
【００４８】
本例では、電子導電性の１次転写ローラとして、ヒドリンゴムを用いたが、これに限られることは無く、たとえばＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）、ウレタンゴム、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体）、ＣＲ（クロロプロピレンゴム）等でも構わない。
【００４９】
（実施例２）
実施例１では、モノクロのワンドラム系について説明したが、本実施例では、インライン方式の４Ｄフルカラー機について説明する。
【００５０】
（図８）に画像形成部の一例の概略構成を示す。
【００５１】
同図に示す画像形成部Ｐは、矢印方向に回転する感光ドラム（第１の像担持体）２１を有しており、その表面は、１次帯電器（帯電手段）２２によって一様に帯電された後、例えばＬＥＤ、レーザなどの露光装置（露光手段）２３による画像情報に基づく露光を受けて静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置（現像手段）２４の現像スリーブ２４ａによってトナー（現像剤）が付着され、トナー像（現像剤像）として現像される。このトナー像は、転写ローラ２５によって中間転写ベルト（第２の像担持体）２８上に静電的に転写され、中間転写ベルト２８に担持されて矢印Ｘ方向に搬送される。本実施例でも転写ローラには電子導電性のヒドリンゴムの転写ローラを用いた。
【００５２】
一方、トナー像転写時に中間転写ベルト２８に転写されないで感光ドラム２１表面に残ったトナー（１次転写残トナー）は、クリーナーのクリーニングブレード２６によって除去されて廃トナー搬送スクリュー２７によって、不図示の廃トナー容器に送られる。こうして表面がクリーニングされた感光ドラム２１は、次の画像形成に供される。
【００５３】
（図９）は、本実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。同図の画像形成装置は、上記画像形成部を複数（本実施例形態では４つ）並べて構成され、各画像形成部で異なる色のトナー像を形成し、それらを順次重ね合わせることでフルカラー画像を形成する。
【００５４】
この画像形成装置本体内には、矢印Ｘ方向に回転する無端状の中間転写ベルト（第２の像担持体）２８が配設されている。この中間転写ベルト２８は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデンなどのような誘電体樹脂のフィルムによって形成されている。不図示の給紙カセットから取り出された転写材３８は、レジストローラ３２を経て、中間転写ベルト２８の転写定着位置に供給される。
【００５５】
中間転写ベルト２８の上方には、４つの画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄが直列上に中間転写ベルト２８の回転方向に沿って配置されている。これらの画像形成部部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄは、互いにほぼ同様の構成をしているため、以下、画像形成部Ｐａを例にとって構成を説明する。
【００５６】
画像形成部Ｐａは、回転可能に配置された感光ドラム（第１の像担持体）２１ａを備えている。感光ドラム２１ａの周囲には、１次帯電器（帯電手段）２２ａ、露光装置（露光手段）２３ａ、現像装置（現像手段）２４ａ、転写帯電部材（転写手段）２５ａ、クリーニング装置（２６ａ，２７ａ）等のプロセス機器が配置されている。ここでは、少なくとも感光ドラム２１ａ、現像装置２４ａおよびクリーニング装置をプロセスカートリッジとして一本化し、画像形成装置本体から着脱自在な構成にしている。
【００５７】
なお、本実施例の形態では、画像形成部部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄの現像装置には、それぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーが収納されているが、トナー色はこれに限られず互いに同じ又は異なる色のトナーを自由に組み合わせることができる。
【００５８】
感光ドラム２１ａには、露光装置２３ａから原稿のイエロー成分色の画像信号によるレーザ光がポリゴンミラー（不図示）等を介して投射され、感光ドラム２１ａ上に静電潜像が形成される。これに現像装置２４ａからイエロートナーを供給して現像し、静電潜像がイエロートナー像として可視化される。このトナー像が感光ドラム２１ａの回転にともなって、感光ドラム２１ａと中間転写ベルト２８とが当接する１次転写位置に到来すると、転写帯電部材２５ａに印加した１次転写バイアスによって、感光ドラム２１ａ上のイエロートナー像が中間転写ベルト２８に転写される（１次転写）。
【００５９】
中間転写ベルト２８のマゼンタトナー像を担持した部位が画像形成部Ｐｂに移動すると、このときまでに画像形成部Ｐｂにおいて上記と同様な方法で感光ドラム２１ｂ上にマゼンタトナー像が形成され、このマゼンタトナー像がイエロートナー像上から中間転写ベルト２８に転写される。
【００６０】
同様に、中間転写ベルト２８が移動するにつれて、画像形成部Ｐｃ，Ｐｄのそれぞれの１次転写位置においてシアントナー像、ブラックトナー像が、前記のイエロートナー像、マゼンタトナー像上に重ね合わせて転写される。一方、このような画像形成プロセスと同期して、給紙カセットから給紙された転写材３８がレジストローラ３２を経て転写定着位置に搬送される。そして、加熱された転写定着部材２９によって、中間転写ベルト２８上の４色のトナー像が転写材３８上に一括して転写同時定着される。
【００６１】
中間転写ベルト２８はその後、冷却ファン３１によって冷却されクリーニング部材３０によってクリーニングされる。
【００６２】
本実施例でも、実施例１と同様に小サイズの記録材を流しつづけると端部昇温する。本実施例でも１次転写ローラに電子導電性のゴムローラを使用することで、１次転写ローラの端部が昇温しても抵抗むらができなく、良好な画像が得られるようになった。
【００６３】
（実施例３）
実施例１，２では転写ローラに関して説明したが、転写部材にブレードを用いた場合でも同様の効果が得られる。
【００６４】
（図１０）に本実施例の構成を示す。実施例２と異なるのは、転写部材がローラからブレードに変わった点である。
【００６５】
本実施例でも、転写ブレードに電子導電性の樹脂（ヒドリンゴム）を使用することで、端部昇温した場合にも、ブレードの抵抗ムラが無く良好な画像が得られるようになった。本実施例では、転写ブレードを用いたが転写ブラシを採用することもできる。
【００６６】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように、中間体を使用し、加熱加圧手段を用いた画像形成装置において、１次転写部材を少なくとも１層以上の電子伝導性材質層から構成することで、１次転写部材面内の温度ムラがあっても画像劣化を引き起こさない画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】加熱加圧手段を用いた、転写同時定着方式の画像形成装置の概略図である。
【図２】２次転写として静電転写方式を用いた、従来の画像形成装置の概略図である。
【図３】２次転写として静電転写方式を用いた、従来の画像形成装置における課題を説明するための模式図である。
【図４】中間転写体の端部昇温を説明するための模式図である。
【図５】中間転写体の端部昇温を説明するための模式図である。
【図６】本出願の請求項に係る、電子伝導性を説明するための模式図である。
【図７】中間転写体の端部昇温を説明するための模式図である。
【図８】実施例２のプロセスキット説明するための模式図である。
【図９】実施例２を説明するための模式図である。
【図１０】実施例２を説明するための模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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