DE10015847A1 - Vorrichtung zum Bedampfen von Schwarzweiß- oder Farbbildröhren mit Aluminium - Google Patents

Vorrichtung zum Bedampfen von Schwarzweiß- oder Farbbildröhren mit Aluminium

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Abstract

Vorrichtung zum Bedampfen von Schwarz-Weiß- oder Farbbildröhren mit Aluminium, umfassend eine Einspannvorrichtung und einen keramischen Flash-TV-Verdampfer, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannvorrichtung (1) aus einem elektrisch isolierenden Grundkörper (2) und zwei Einspannblöcken (3, 4) besteht, wobei der Grundkörper (2) die zwei Einspannblöcke (3) und (4) elektrisch voneinander trennt und die zwei Einspannblöcke (3, 4) den Flash-TV-Verdampfer (5) an seinen Stirnflächen mittels je einer planparallelen Kontaktfläche fixieren und die Stromeinleitung in den Flash-TV-Verdampfer (5) durch diese planparallelen Kontaktflächen erfolgt, wobei der eine Einspannblock (3) am Grundkörper (2) fixiert ist und der andere Einspannblock (4) axial beweglich ist und mittels einer Feder (6) so vorgespannt werden kann, daß bei eingespanntem Verdampfer (5) die Einstellung einer definierten axialen Einspannkraft möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bedampfen von Schwarzweiß- oder Farbbildröhren mit Aluminium umfassend eine stirnseitige Einspannvorrichtung und einen keramischen Flash- TV-Verdampfer.
Schwarzweiß- oder Farbbildröhren werden mit Aluminium bedampft, um eine elektrisch leitende Schicht von einigen 100 nm in den Bildröhren zu erzeugen. Diese Schicht stellt die Elektrode zur Beschleunigung der Elektronen in der funktionsfertigen Bildröh­ re dar.
Die Bedampfung erfolgt in einer Bedampfungsanlage in der zahl­ reiche Vorrichtungen zum Bedampfen von Schwarzweiß- oder Farb­ bildröhren mit Aluminium vorhanden sind. Die einzelne Vorrich­ tung zum Bedampfen einer Bildröhre mit Aluminium besteht aus einem Flash-TV-Verdampfer und einer Vorrichtung zur Einspannung des Flash-TV-Verdampfers.
Die Maße der Flash-TV-Verdampfer betragen üblicherweise 4 × 6 × 110 mm. In den Verdampfer wird in der Regel eine Kavität mit rechteckigem Querschnitt (Fig. 1 Schnitt A-A) durch Schleifen oder Fräsen eingearbeitet. Die Kavität hat üblicherweise die Dimension 2 × 4 × 40 mm oder 2 × 4 × 60 mm. Die Flash-TV- Verdampfer werden in der Bedampfungsanlage üblicherweise seit­ lich eingespannt, wobei die Klemmung auf der Stahleinspannung, die mit einer Nut zur Aufnahme des Verdampfers versehen ist, mittels einer Stahlplatte und Schrauben erfolgt. Die Klemmung kann im einfachsten Fall auch mit Hilfe von Schrauben zwischen Stahlplatten erfolgen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Die Stahlplatten sind über Kabel mit einer Stromquelle verbunden, wobei zur besseren Kontaktierung zwischen Stahlplatte und Ver­ dampfer eine Graphitfolie liegt. Die Breite der seitlichen Ein­ spannung beträgt an den Enden etwa 15 mm, so daß sich mit einer Verdampferlänge von 110 mm eine aufzuheizende Länge (wirksame Länge) des Flash-TV-Verdampfers von 80 mm ergibt. Solche übli­ chen Einspannvorrichtungen sind z. B. in US 5,410,631 beschrie­ ben.
Das Bedampfen der Bildröhren erfolgt folgendermaßen:
In die Kavität des Flash-TV-Verdampfers wird ein Stück Alumini­ um (< 100 mg), in der Regel als zylinderförmiger Al-Körper (ein sog. Pellet), gelegt. Über dem Flash-TV-Verdampfer wird der zu bedampfende Bildröhrendeckel in geeigneter Entfernung positio­ niert. Anschließend erfolgt die Evakuierung des Raumes unter­ halb des Bildröhrendeckels, so daß der Flash-TV-Verdampfer mit der Einspannung in diesem Vakuum liegt (ca. 10-5 mbar).
Durch direkten Stromdurchgang wird der Flash-TV-Verdampfer er­ hitzt und das in seiner Kavität liegende Aluminium zunächst aufgeschmolzen und dann verdampft. Die Zeit, die für diesen Vorgang benötigt wird, beträgt von ca. 40 sec. bis zu 2 min. Die Stromdichten, die dabei auftreten, erreichen Werte bis zu 103 A/cm2. Die hohe Strom- und Temperaturbelastung begrenzt die Lebensdauer des Flash-TV-Verdampfers, so daß er üblicherweise nach 500-900 Aufheizzyklen ausgetauscht werden muß.
Die übliche seitliche Einspannung birgt ein großes Risiko hin­ sichtlich einer unsymmetrischen mechanischen Belastung des Ver­ dampfers beim Einspannen bzw. Anziehen der für die Klemmung be­ nötigten Schrauben. Häufig wird der Verdampfer durch das Anzie­ hen der Schrauben auf Torsion und/oder Biegung beansprucht, was zu thermomechanischen Spannungen im Verlauf des Aufheizzyklus führt. Dies kann zum Versagen des Verdampfers durch Bruch füh­ ren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Bedampfen von Schwarzweiß- oder Farbbildröhren mit Aluminium umfassend eine Einspannvorrichtung und einen keramischen Flash- TV-Verdampfer zur Verfügung zu stellen, welche die Probleme der üblichen Einspannung vermeidet.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Einspannvorrichtung (1) aus einem elektrisch isolierenden Grundkörper (2) und zwei Einspannblöcken (3, 4) besteht, wobei der Grundkörper (2) die zwei Einspannblöcke (3) und (4) elektrisch voneinander trennt und die zwei Einspannblöcke (3, 4) den Flash-TV-Verdampfer (5) an seinen Stirnflächen mittels je einer planparallelen Kontakt­ fläche fixieren und die Stromeinleitung in den Flash-TV- Verdampfer (5) durch diese planparallelen Kontaktflächen er­ folgt, wobei der eine Einspannblock (3) am Grundkörper (2) fi­ xiert ist und der andere Einspannblock (4) axial beweglich ist und mittels einer Feder (6) so vorgespannt werden kann, daß bei eingespanntem Verdampfer (5) die Einstellung einer definierten axialen Einspannkraft möglich ist.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung, bei der ein Einspannblock (3) mit dem Grundkörper (2) verschraubt ist und der andere Einspannblock (4) mit Hilfe ei­ nes Stiftes (7) gegen Verdrehung gegenüber dem Grundkörper (2) gesichert ist und formschlüssig mit einer Gewindestange (8) verbunden ist, wobei die Gewindestange (8) im Grundkörper (2) so gelagert ist, daß sie in Längsrichtung verschiebbar und in Umfangsrichtung drehbar ist und wobei sich auf der Gewindestan­ ge (8) eine Feder (6) und eine Schraube (9) befinden, und die Feder (6) mittels der Schraube (9) vorgespannt werden kann, so­ bald der Flash TV-Verdampfer (5) zwischen die planparallelen Kontaktflächen der Einspannblöcke (3) und (4) eingebracht wird.
In Fig. 2 erfolgt die formschlüssige Verbindung von Einspann­ block (4) mit der Gewindestange (8) durch einen Gewindestift (10).
Die Vorspannung der Feder (6) mittels der Schraube (9) erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Werkzeuges, vorzugsweise mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels. Dadurch ist die Einstellung einer definierten Einspannkraft möglich.
Vorzugsweise besteht der elektrisch isolierende Grundkörper (2) aus einer elektrisch isolierenden Keramik, besonders bevorzugt aus einer BN-Keramik.
Vorzugsweise bestehen die Einspannblöcke (3; 4) der Einspann­ vorrichtung (1) aus Stahl, besonders bevorzugt aus Edelstahl.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Feder (6) um eine Teller­ feder oder ein Paket aus Tellerfedern oder um eine Spiralfeder. Vorzugsweise ist die Feder aus einem hochtemperaturfestem Stahl gefertigt, der besonders bevorzugt für Betriebstemperaturen bis 500°C geeignet ist.
Die Stromzufuhr zum Erhitzen des Flash TV-Verdampfers erfolgt in üblicher Weise über die Einspannblöcke. Zur Verbesserung des elektrischen Kontaktes zwischen Verdampfer und den Einspannblö­ cken wird vorzugsweise eine Graphitfolie zwischen die jeweilige Verdampferkontaktfläche und die jeweilige Kontaktfläche des Einspannblockes geklemmt.
Im Verlauf des Erhitzens eines in einer Einspannvorrichtung be­ festigten Verdampfers kommt es zu einer thermischen Ausdehnung des Verdampfers. Die thermische Ausdehnung eines Flash-TV- Verdampfers üblicher Dimension bei der Aufheizung von Raumtem­ peratur auf Betriebstemperatur beträgt ca. 1-2 mm. Die Kom­ pensation der thermischen Ausdehnung des Verdampfers im Verlauf der Aufheizung erfolgt in der erfindungsgemäßen Einspannvor­ richtung durch die Feder (6). Es ist daher erforderlich, daß ein ausreichender Federweg (in der Regel mindestens etwa zwei mm) zur Verfügung steht, der in einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung eine Vergrößerung des Abstandes zwischen den Kontakt­ flächen der Einspannblöcke um mindestens die thermische Dehnung des Flash-TV-Verdampfers zuläßt. Dies ist notwendig, um während der Aufheizung des Flash-TV-Verdampfers und der Verdampfung des Aluminiums aus dem Flash-TV-Verdampfer eine Biegebeanspruchung des Flash-TV-Verdampfers zu vermeiden. Die Federkonstante ist daher vorzugsweise so gewählt, daß bei thermischer Dehnung des Flash-TV-Verdampfers die zur Verkürzung der Feder um die Länge der thermischen Dehnung des Flash-TV-Verdampfers notwendige Kraft kleiner ist, als die Kraft, die durch die thermische Deh­ nung des Flash-TV-Verdampfers von diesem auf den beweglichen Einspannblock ausgeübt wird. Voraussetzung dafür ist, daß die Bewegung der Gewindestange im Isolationskörper weitgehend rei­ bungsfrei erfolgt.
Liegt eine nicht zu vernachlässigende Reibung zwischen Gewinde­ stange und dem isolierenden Grundkörper vor, so sollte die Fe­ derkraft um die wirkende Reibungskraft vermindert werden, was eine entsprechend geringere Federkonstante D zur Folge hat.
Die Federkonstante D läßt sich beispielsweise wie folgt ab­ schätzen:
Die für Verdampferschiffchen in Bandbedampfungsanlagen aufge­ brachte Einspannkraft beträgt ca. 70 N/cm2, so daß für TV- Flash-Verdampfer mit dem Querschnitt 4 × 6 mm2 eine Einspann­ kraft von ca. 16,8 N notwendig ist. Der thermische Ausdehnungs­ koeffizient für übliches TiB2/BN/AlN Verdampfermaterial be­ trägt ca. 5-8 . 10-6 1/K, so daß sich bei einer Betriebstempe­ ratur von ca. 1700°C eine thermische Dehnung von 0,7-1,1 mm für besonders bevorzugt in der erfindungsgemäßen Einspannung einsetzbare Flash-TV-Verdampfer einer Länge von 80 mm ergibt.
Für übliche Flash-TV-Verdampfer (110 mm Länge)ergibt sich eine thermische Dehnung von 0,9-1,5 mm.
Damit läßt sich die vorzugsweise verwendete maximale Federkon­ stante Dmax, unter der Annahme, daß der Federweg s mindestens der thermischen Dehnung des Verdampfers entsprechen muß, für erfindungsgemäße Flash-TV-Verdampfer der besonders bevorzugten Länge von 80 mm wie folgt abschätzen:
Federkonstante D = Federkraft F/Federweg s
Dmax = 16,8 N/1,1 mm = 15,3 N/mm
Für andere Längen läßt sich der bevorzugte maximale Federkon­ stante Dmax analog berechnen.
Insgesamt ist in der erfindungsgemäßen stirnseitigen Einspann­ vorrichtung eine torsions- und biegefreie Einspannung des Ver­ dampfers realisiert.
Vorzugsweise umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Ver­ dampfer mit einer verkürzten Verdampferlänge.
Wie erläutert, beträgt die wirksame Länge des in herkömlicher Weise seitlich eingespannten Flash-TV-Verdampfers ca. 80 mm, da die restliche Länge für die Fixierung des Verdampfers in der Einspannvorrichtung benötigt wird. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit stirnseitiger Einspannung dagegen ist die wirk­ same Länge des Verdampfers mit der Verdampferlänge identisch, so daß zur Erzielung eines vergleichbaren Verdampfungseffektes wesentlich kürzere Verdampfer verwendet werden können.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so aufgebaut, daß auf einem elektrisch isolierenden Grundkörper zwei Ein­ spannblöcke mit planparallelen Kontaktflächen befestigt sind.
In diesem Fall werden verkürzte Flash TV Verdampfer eingesetzt, was zu weiteren Vorteilen im Betrieb führt.
Vorzugsweise werden in der erfindungsgemäßen Vorrichtung daher Flash-TV-Verdampfer eingesetzt, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Verdampferlänge dem Abstand der planparallelen Kontaktflächen der erfindungsgemäßen stirnseitigen Einspannvor­ richtung im unbelasteten Zustand entspricht.
Die erfindungsgemäßen Flash-TV-Verdampfer haben vorzugsweise eine Verdampferlänge von ≦ 90 mm. Besonders bevorzugt haben sie eine Verdampferlänge ≦ 80 mm. Sie sind damit wesentlich kürzer als herkömmliche Standard Flash-TV-Verdampfer (110 mm).
Die erfindungsgemäßen Flash-TV-Verdampfer bestehen vorzugsweise aus für keramische Verdampfer üblichen Materialien wie z. B. einem Material auf TiB2-AlN-BN-Basis oder aus Graphit mit pyro­ lytischer BN-Beschichtung.
Vorzugsweise haben die erfindungsgemäßen Flash-TV-Verdampfer eine elliptische Außenkontur. Der erfindungsgemäße Flash-TV- Verdampfer besitzt zudem vorzugsweise eine Kavität die im Quer­ schnitt durch den Flash-TV-Verdampfer dreiecksförmig ist. Die beiden Seitenflächen der dreiecksförmigen Kavität können dabei gerade oder konvex oder konkav gekrümmt sein. Der tiefste Punkt der Kavität kann als Radius ausgebildet sein. Solche Formen von Außenkontur und Kavität sind in der deutschen Patentanmeldung DE A 199 56 811 beschrieben.
Folgende Vorteile werden mit einer erfindungsgemäßen stirnsei­ tigen Einspannung im Vergleich zu einer herkömmlichen seitli­ chen Einspannung erzielt:
  • - Torsions- und biegefreie Einspannung des Verdampfers -
  • - Gewährleistung des elektrischen Kontaktes in allen Betriebs­ zuständen durch eine Feder
  • - Kompensation der thermischen Ausdehnung des Verdampfers durch eine Feder
  • - Reduzierung der Verdampferlänge unter Beibehaltung der Gebrauchseigenschaften, insbesondere des Flash-Verhaltens.
Beispiel
Aus üblichem keramischen Material für Flash-TV-Verdampfer (be­ stehend aus TiB2, BN und AlN) wurden Flash-TV-Verdampfer fol­ gender Abmessungen gefertigt:
  • a) Maß: 4 × 6 × 110 mm; Kavität: 2 × 4 × 60 mm (geschliffen)
  • b) Maß: 4 × 6 × 80 mm; Kavität: 2 × 4 × 60 mm (geschliffen)
Die gefertigten Flash-TV-Verdampfer unterscheiden sich aus­ schließlich in ihrer Länge.
Die üblichen Flash-TV-Verdampfer mit 110 mm Länge wurden in üb­ licher Weise seitlich eingespannt, wobei die Klemmung des Flash-TV-Verdampfers auf einer mit einer Nut versehenen Stahl­ einspannung mittels einer Stahlplatte und Schrauben erfolgte (Standardeinspannung).
Die erfindungsgemäßen Flash-TV-Verdampfer mit einer Länge von 80 mm wurden in einer erfindungsgemäßen Enspannvorrichtung ein­ gespannt. Für beide Einspannungen wurde zur besseren Kontaktie­ rung zwischen Stahlplatte und Verdampfer bzw. Einspannblöcken und Verdampferstirnseiten eine Graphitfolie eingeklemmt.
Fig. 3 und 4 zeigen den Stromverlauf [A] in Abhängigkeit der Zeit [s] für Standardverdampfer in einer Standardeinspannung (Fig. 3) und für erfindungsgemäße Verdampfer in einer erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung (Fig. 4) für folgenden Flash- Zyklus:
  • a) Einschalten der Spannung nach 3 sec.
  • b) 3-28 sec: 4,5 V (Vorheizspannung)
  • c) 28-53 sec: 9,0 V (Flash-Spannung)
  • d) Abschaltung der Spannung nach 53 sec.
In den jeweiligen Flash-TV-Verdampfer wurde ein Aluminiumpellet in Form eines Zylinders mit einer Masse von 100 mg eingelegt.
Der Flash-Zyklus wurde für beide Versuchsanordnungen mehrfach wiederholt. Die entsprechenden Stromkurven sind in den Fig. 3 und 4 jeweils übereinander aufgetragen.
Nach dem Einschalten der Spannung steigt in beiden Fällen (Fig. 3 und Fig. 4) der Strom, der durch den jeweiligen Flash-TV- Verdampfer fließt, stark an. Während die Spannung 25 sec kon­ stant gehalten wird, steigt die Temperatur im Flash-TV- Verdampfer an und erreicht asymptotisch eine für die angelegte Spannung maximale Temperatur, was zu einem asymptotisch, auf einen konstanten Wert sinkenden Strom führt. Die Erhöhung der Spannung nach 28 sec. führt wiederum zu einem sehr raschen An­ stieg des elektrischen Stromes und einer weiteren Steigerung der Temperatur des Flash-TV-Verdampfers. Zunächst fällt die Stromstärke wie beim Einschalten der Vorheizspannung ab. Sobald der Flash-TV-Verdampfer so heiß geworden ist, daß das Aluminium erweicht und die Oberfläche der Kavität benetzt, steigt die Stromstärke jedoch stark an, da das sich ausbildende Aluminium­ bad wie ein parallel geschalteter, niederohmiger Widerstand wirkt. Mit zunehmender Verdampfung steigt die Stromstärke zu­ nächst stark an und fällt dann wieder ab, bis das Aluminium vollständig verdampft ist. Anschließend stellt sich eine kon­ stante Verdampfertemperatur ein, was sich in einer konstanten Stromstärke äußert. In Fig. 3 und Fig. 4 ist deutlich zu erken­ nen, daß der Zeitpunkt der Aluminiumverdampfung im Fall der Verwendung einer erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung und ei­ nes erfindungsgemäßen Flash-TV-Verdampfers wesentlich besser reproduzierbar ist.
Für die beiden Versuchsanordnungen wurde die Lebensdauer der Flash-TV-Verdampfer ermittelt, wobei das Kriterium für die Le­ bensdauer die vollständige Verdampfung des Aluminiums während des vorgegebenen Flash-Zyklus war.
Der übliche Flash-TV-Verdampfer in der Standardeinspannung er­ reichte eine Zykluszahl von 857 Flashes. Der erfindungsgemäße Flash-TV-Verdampfer erreichte in der erfindungsgemäßen Ein­ spannvorrichtung mit 1.154 Flashes eine ca. 30% höhere Lebens­ dauer, was auf die verbesserten Einspannbedingungen zurückzu­ führen ist, zumal sowohl das ausgewählte Material als auch die Strombelastung für beide Versuchsanordnungen identisch waren.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Bedampfen von Schwarz-Weiß- oder Farbbild­ röhren mit Aluminium umfassend eine Einspannvorrichtung und einen keramischen Flash-TV-Verdampfer, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einspannvorrichtung (1) aus einem elektrisch i­ solierenden Grundkörper (2) und zwei Einspannblöcken (3, 4) besteht, wobei der Grundkörper (2) die zwei Einspannblöcke (3) und (4) elektrisch voneinander trennt und die zwei Ein­ spannblöcke (3, 4) den Flash-TV-Verdampfer (5) an seinen Stirnflächen mittels je einer planparallelen Kontaktfläche fixieren und die Stromeinleitung in den Flash-TV-Verdampfer (5) durch diese planparallelen Kontaktflächen erfolgt, wobei der eine Einspannblock (3) am Grundkörper (2) fixiert ist und der andere Einspannblock (4) axial beweglich ist und mittels einer Feder (6) so vorgespannt werden kann, daß bei eingespanntem Verdampfer (5) die Einstellung einer definier­ ten axialen Einspannkraft möglich ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannblock (3) mit dem Grundkörper (2) verschraubt ist und der Einspannblock (4) mit Hilfe eines Stiftes (7) gegen Verdrehung gegenüber dem Grundkörper (2) gesichert und formschlüssig mit einer Gewindestange (8) verbunden ist, wo­ bei die Gewindestange (8) im Grundkörper (2) so gelagert ist, daß sie in Längsrichtung verschiebbar und in Umfangs­ richtung drehbar ist und wobei sich auf die Gewindestange (8) eine Feder (6) und eine Schraube (9) befinden, und die Feder (6) mittels der Schraube (9) vorgespannt werden kann, sobald der Flash TV-Verdampfer (5) zwischen die planparalle­ len Kontaktflächen der Einspannblöcke (3) und (4) einge­ bracht wird.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Verbindung von Einspannblock (4) mit der Gewindestange (8) durch einen Gewindestift (10) erfolgt.
4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der elektrisch isolierende Grundkörper (2) aus einer elektrisch isolierenden Keramik besteht.
5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einspannblöcke (3, 4) aus Stahl beste­ hen.
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Feder (6) eine Tellerfeder oder ein Tellerfederpaket oder eine Spiralfeder ist.
7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Flash-TV-Verdampfer (5) eine Verdamp­ ferlänge besitzt, die dem Abstand der planparallelen Kon­ taktflächen der Einspannblöcke (3, 4) im unbelasteten Zu­ stand entspricht.
8. Flash-TV-Verdampfer, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Länge von ≦ 90 mm hat.
9. Flash-TV-Verdampfer gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß er eine elliptische Außenkontur besitzt.
10. Flash-TV-Verdarupfer gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß er eine Kavität die im Querschnitt durch den Flash- TV-Verdampfer dreiecksförmig ist, besitzt.
11. Flash-TV-Verdampfer nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß er aus keramischem Verdampfermate­ rial auf Basis von TiB2-AlN-BN oder aus Graphit mit pyroly­ tischer BN-Beschichtung besteht.
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