JP2011234933A - 呼吸補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯性に優れ、運動中の使用に適した呼吸補助装置を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る呼吸補助装置１０は、ヘッド部１１と、装着部１２と、通気管１３と、圧力調整ユニット１４とを有する。装着部１２はユーザの頭部に装着されることで、ヘッド部１１がユーザの口元に配置される。圧力調整ユニット１４は、ユーザの肩や背、腰などに取り付けられる。通気管１３は圧力調整ユニット１４に接続されているとともに吸気口１１１ａと連通しており、通気管１３の内部は、圧力調整ユニット１４の吸気あるいは送気作用によって減圧または加圧される。これにより、吸気口１１１ａの周辺に低圧の空気或いは高圧の空気が形成され、ユーザに対して所望の圧力の空気を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気下において例えば高地環境と同程度の低酸素状態を実現することができる呼吸補助装置に関する。

運動機能や心肺機能の向上を目的とする高地でのトレーニングは、通常、平地から高地への移動が必要となるため、時間的および経済的な負担が大きい上、治安、公衆衛生、言語など数多くの不安要素を伴う。このような問題を解消するため、平地で簡単に高地を模した低酸素環境を実現するための種々の提案がなされている（例えば特許文献１〜３参照）。

特許文献１には、出入口となるドアが設けられている前面パネルと、後面を閉塞する後面パネルと、側面及び天面を閉塞する二枚の側天面パネルと、床面を閉塞する床面パネルとを備え、内部を高地と同じガス組成雰囲気にすることが可能な気圧調整モジュールが記載されている。また、特許文献２、３には、ユーザの呼気から酸素分圧の低い吸気用空気を形成する呼吸装置が記載されている。

特開２００７−４４１９４号公報 特表２００３−５１５３９８号公報 特開２００６−３１２０４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の気圧調整モジュールは、設備が大掛かりであるため一般的ではない。また、特許文献２、３に記載の呼吸装置は、ユーザの呼気から吸気用の低酸素空気を形成するための所定以上の容積を必要とするため、携帯性が悪く、運動中の使用には適さない。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、携帯性に優れ、運動中の使用に適した呼吸補助装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る呼吸補助装置は、ヘッド部と、装着部と、通気管と、圧力調整ユニットとを具備する。
上記ヘッド部は、吸気口を有する。
上記装着部は、上記ヘッド部を支持する。
上記通気管は、上記吸気口に連通する。
上記圧力調整ユニットは、上記通気管に接続され、上記通気管の内部を減圧または加圧する。

本発明の一実施形態に係る呼吸補助装置の概略図である。 上記呼吸補助装置のヘッド部の正面図である。 上記ヘッド部を構成するパイプ部材の要部正面図である。 上記呼吸補助装置の圧力調整ユニットを構成する駆動部の概略斜視図である。 上記駆動部の分解斜視図である。 上記駆動部を構成する切替ブロックの平面図である。 上記呼吸補助装置のセンサ部の一構成例を示す図である。

本発明の一実施形態に係る呼吸補助装置は、ヘッド部と、装着部と、通気管と、圧力調整ユニットとを具備する。
上記ヘッド部は、吸気口を有する。
上記装着部は、上記ヘッド部を支持する。
上記通気管は、上記吸気口に連通する。
上記圧力調整ユニットは、上記通気管に接続され、上記通気管の内部を減圧または加圧する。

上記呼吸補助装置においては、装着部がユーザの例えば頭部に装着されることで、ヘッド部がユーザの口元に配置される。圧力調整ユニットは、ユーザの肩や背、腰などに取り付けられる。通気管は圧力調整ユニットに接続されているとともに吸気口と連通しており、通気管の内部は、圧力調整ユニットの吸気あるいは送気作用によって減圧または加圧される。これにより、吸気口周辺に低圧の空気或いは高圧の空気が形成され、ユーザに対して所望の圧力の空気を提供する。

上記圧力調整ユニットは、上記呼吸補助装置の使用目的に合わせて吸気機能および送気機能が使い分けられる。例えば運動機能の向上を目的として上記呼吸補助装置が使用される場合、圧力調整ユニットは吸気ユニットとして機能し、ユーザに比較的低圧の空気を提供する。一方、例えば高山病の予防を目的として上記呼吸補助装置が使用される場合、圧力調整ユニットは送気ユニットとして機能し、ユーザに比較的高圧の空気を提供する。なお、圧力調整ユニット、通気管あるいはヘッド部にコンダクタンスバルブ等の気圧調整機構を設けることで、吸気口の酸素量の調整を行うことができる。

上記圧力調整ユニットは、ポンプ機構と、切替機構とを有する。上記ポンプ機構は、空気吸込み口と、空気吐出口とを含み、上記空気吸込み口から上記空気吐出口へ空気を送る。上記切替機構は、上記吸気口と上記空気吸込み口とが相互に連通する第１の状態と、上記吸気口と上記空気吐出口とが相互に連通する第２の状態とを選択的に切り替える。
上記構成によれば、吸気口の加圧操作と減圧操作を容易に行うことが可能となる。

上記ポンプ機構は、典型的には電動式であるが、手動式でもよい。ポンプ機構として、小型かつ低消費電力のポンプユニットが採用されることで、携帯性が高められる。ポンプ形式は特に限定されず、例えば、ダイヤフラム方式、スクロール方式等が用いられる。

上記切替機構は、ユーザによる手指の回転動作で上記第１の状態と上記第２の状態とが切り替え可能に構成することができる。また、これに限られず、電磁弁等を用いて電気的に各状態が切り替えられてもよい。

上記呼吸補助装置は、センサ部と、制御部とをさらに具備してもよい。上記センサ部は、ユーザの生体情報を取得する。上記制御部は、上記センサ部の出力に基づいて上記ポンプ機構の運転を制御する。
上記のようにセンサ部によってユーザの簡易的な体調管理を行うことで、一定の場合に制御部によって当該装置の使用を制限することができる。
上記センサ部としては、ユーザの脈拍、体温等の測定する各種センサを用いることができる。

上記ヘッド部は、上記装着部に対して回動自在に取り付けられてもよい。この場合、上記装着部に対する上記ヘッド部の回動位置に応じて上記ポンプ機構の運転およびその停止が切り替えられる。
これにより、ユーザによるヘッド部の回動操作によって呼吸補助装置の運転を制御することが可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る呼吸補助装置の概略図である。本実施形態の呼吸補助装置１０は、ヘッド部１１と、装着部１２と、通気管１３と、圧力調整ユニット１４とを有する。ヘッド部１１は装着部１２に支持されており、装着部１２はユーザＨの頭部に装着される。圧力調整ユニット１４は、ユーザＨの腰部にベルト１５を介して取り付けられる。通気管１３は、ヘッド部１１と圧力調整ユニット１４との間に接続されており、圧力調整ユニット１４によって調圧された空気をヘッド部１１へ供給する。

図２は、ヘッド部１１の正面図である。ヘッド部１１は、内部が空洞の金属あるいはプラスチックで形成されたパイプ部材１１０と、パイプ部材１１０に対して回転自在に取り付けられた筒部材１１１とを有する。パイプ部材１１０は、ユーザＨの口元（口、鼻の部位）に対向する水平部分１１０ａと、その両端を屈曲させてユーザの両耳あたりに向かって延びる両側部分１１０ｂとを有し、両側部分１１０ｂが装着部１２に支持されている。パイプ部材１１０は環状に形成されてもよいし、両側部分１１０ｂに各々端部が形成されてもよい。一方、筒部材１１１は、パイプ部材１１０の水平部分１１０ａに外挿されており、その所定位置には吸気口１１１ａが開口されている。

図３は、パイプ部材１１０の水平部分１１０ａの構成を示す正面図である。水平部分１１０ａには、切欠き１１０ｃが形成されており、切欠き１１０ｃを介してパイプ部材１１０の内部が外部と連通している。筒部材１１１は、切欠き１１０ｃを被覆するようにパイプ部材１１０の水平部分１１０ａに取り付けられており、吸気口１１１ａは、切欠き１１０ｃと整列するように筒部材１１１の回転位置が調整される。

本実施形態では、吸気口１１１ａの開口面積よりも切欠き１１０ｃの開口面積が大きく形成されている。したがって、吸気口１１１ａは筒部材１１１の所定の回動角度範囲で切欠き１１０ｃと整列することができる。これにより、ユーザＨの口あるいは鼻の位置に対応するように、吸気口１１１ａを任意に位置に調整することが可能である。なお、筒部材１１１の回動はユーザＨの手指で操作され、当該操作を容易に行えるように、筒部材１１１の両端にはローレット１１１ｂが形成されている。

なお、図１に示すように、ヘッド部１１は、ユーザＨの口および鼻を被覆可能なマスク１１２を備えていてもよい。マスク１１２は、ヘッド部１１のパイプ部材１１０の水平部分１１０ａに対して着脱自在に構成される。

装着部１２は、ユーザＨの頭部に装着される帽体１２１と、ヘッド部１１を支持する支持機構１２２とを有する。帽体１２１は、ヘルメットのように比較的強固に形成されたものでもよいし、伸縮自在で比較的柔軟なものでもよい。また、帽体１２１は、ユーザＨの頭部の全体を被覆するものに限られず、例えば、ユーザＨの頭部に架け渡されるものであってもよい。支持機構１２２は、ヘッド部１１の両側部分１１０ｂを支持し、帽体１２１に対するヘッド部１１の相対位置を安定に保持する。支持機構１２２は、ヘッド部１１を回動自在に保持する回動軸１２２ａを有し、これによりヘッド部１１は、使用時にユーザＨの口元に配置される第１の位置と、非使用時にユーザＨの頭上に配置される第２の位置とを有する。

通気管１３は、例えばユーザＨの背後において、ヘッド部１１のパイプ部材１１０と圧力調整ユニット１４との間に接続される。通気管１３は、圧力調整ユニット１４によって調圧された空気をヘッド部１１に供給するための吸気管あるいは送気管としての機能を有する。通気管１３の内部は、パイプ部材１１０の内部と連通しており、例えばユーザＨの後頭部あたりにパイプ部材１１０との連結部１３ａを有する。連結部１３ａは、ヘッド部１１に対して回動自在に構成される。また、通気管１３は例えばベローズパイプのように伸縮自在に構成されている。

圧力調整ユニット１４は、呼吸補助装置１０の使用目的に合わせて吸気機能および送気機能が使い分けられる。例えば運動機能の向上を目的として呼吸補助装置１０が使用される場合、圧力調整ユニット１４は吸気ユニットとして機能し、ユーザＨに比較的低圧の空気を提供する。一方、例えば高山病の予防を目的として呼吸補助装置１０が使用される場合、圧力調整ユニット１４は送気ユニットとして機能し、ユーザＨに比較的高圧の空気を提供する。

圧力調整ユニット１４は、本体１４０と、電源ユニット１４１とを有する。本体１４０には、電源スイッチや各種情報の表示部等が設けられている。また、本体１４０は、通気管１３の他の一端を固定する固定具１４２を有する。

本体１４０の内部には、駆動部２０が収容されている。図４は駆動部２０の概略斜視図、図５は駆動部２０の分解斜視図である。駆動部２０はポンプ機構２１と、切替機構２２とを有する。

電源ユニット１４１は、本体１４０に対して必要な電力を供給する。電源ユニット１４１は、充電可能な二次電池を含む。また、電源ユニット１４１は、充電端子１４１ａと、この充電端子１４１ａを外部電源と接続する着脱自在なコンセントケーブル１４１ｂとを有する。

ポンプ機構２１は、空気吸込み口２１ａと、空気吐出口２１ｂとを含み、空気吸込み口２１ａから空気吐出口２１ｂへ空気を送る機能を有する。ポンプ機構２１は、典型的には電動式であるが、手動式でもよい。ポンプ機構２１として、小型かつ低消費電力のポンプユニットが採用されることで、携帯性が高められる。ポンプ形式は特に限定されず、例えば、ダイヤフラム方式、スクロール方式等が用いられる。ポンプ機構２１には高性能なポンプ性能は要求されず、例えば高地トレーニング用途に適した所望の圧力の空気を提供できる吸気能力を備えていればよい。本実施形態では、ポンプ機構２１は、吸気口１１１ａ周辺に９６６ｈＰａ（高度約４００ｍ）から５６９ｈＰａ（高度約４６００ｍ）までの低圧環境を形成できる吸気能力を有する。

切替機構２２は、円筒形状のハウジング２２０と、円柱形状の切替ブロック２２１とを有する。ハウジング２２０の上面には第１のポート２２０ａおよび第２のポート２２０ｂがそれぞれ形成され、ハウジング２２０の下面には第３のポート２２０ｃおよび第４のポート２２０ｄがそれぞれ形成されている。第３のポート２２０ｃは空気吐出口２１ｂと連通し、第４のポート２２０ｄは空気吸込み口２１ａと連通している。第１のポート２２０ａは第３のポート２２０ｃと同一直線上に整列しており、第２のポート２２０ｂは第４のポート２２０ｄと同一直線上に整列している。また、第１のポート２２０ａは、通気管１３およびパイプ部材１１０を介して吸気口１１１ａに連通しており、第２のポート２２０ｂは、本体１４０に形成された給排口１４３に接続されている。

切替ブロック２２１の上面には、同一円周上に９０度間隔で形成された４つの孔２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃおよび２２１ｄが形成され、切替ブロック２２１の下面には、同一円周上に９０度間隔で形成された４つの孔２２１ｅ、２２１ｆ、２２１ｇおよび２２１ｈが形成されている。上面側の孔２２１ａ〜２２１ｄと下面側の２２１ｅ〜２２１ｈとは、切替ブロック２２１の軸方向に相互に対向するように各々配置されている。そして、切替ブロック２２１の内部には４本の通路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４がそれぞれ形成されており、上面側の孔と下面側の孔とを所定の組み合わせで相互に連通させている。図示の例では、通路Ｐ１は、孔２２１ａと孔２２１ｇとの間に形成され、通路Ｐ２は、孔２２１ｂと孔２２１ｆとの間に形成される。通路Ｐ３は、孔２２１ｃと孔２２１ｅとの間に形成され、通路Ｐ４は、孔２２１ｄと孔２２１ｈとの間に形成される。図６は、切替ブロック２２１の平面図である。通路Ｐ１および通路Ｐ３は、各々切替ブロック２２１の軸心部を通過しないように屈曲あるいは湾曲しており、相互に交差しないように形成される。

切替ブロック２２１は、ハウジング２２０の内部に回転自在に収容される。ハウジング２２０の側周面には窓２２３が形成されており、本体１４０にも対応する箇所に同様な窓が形成されている。そして、これらの窓２２３を介して本体１４０の外部へ露出する切替ブロック２２１の側周面が操作されることで、切替ブロック２２１がハウジング２２０の内部で回転させられる。窓２２３の大きさは特に限定されず、ユーザＨの手指で切替ブロック２２１を回動操作できる程度の大きさに形成される。また、切替ブロック２２１の側周面には、ユーザＨの手指による回動操作を補助する目的でローレット加工（溝加工）またはハンドル状の突起が施されている。

なお、ハウジング２２０は、例えば上面側と下面側とで２分割できる構造を有し、上記上面側と上記下面側とで切替ブロック２２１を挟み込むようにして一体化される。

上記構成の切替ブロック２２１は、ハウジング２２０内における回転位置に応じて、ポンプ機構２１側の空気吸込み口２１ａおよび空気吐出口２１ｂと、ハウジング２２０側の第１のポート２２０ａおよび第２のポート２２０ｂとの間の接続を切り替える。例えば図５に示すように、切替ブロック２２１の下面側の孔２２１ｇが空気吸込み口２１ａと対向し、かつ、孔２２１ｅが空気吐出口２１ｂと対向する場合、空気吸込み口２１ａは通路Ｐ１を介して第１のポート２２０ａに連通し、空気吐出口２１ｂは通路Ｐ３を介して第２のポート２２０ｂに連通する。この状態でユーザＨが切替ブロック２２１をその軸回りに時計方向へ９０度回転させることで、空気吸込み口２１ａは通路Ｐ４を介して第２のポート２２０ｂに連通し、空気吐出口２１ｂは通路Ｐ２を介して第１のポート２２０ａに連通する。

このように、切替機構２２は、吸気口１１１ａと空気吸込み口２１ａとが相互に連通する第１の状態と、吸気口１１１ａと空気吐出口２１ｂとが相互に連通する第２の状態とを選択的に切り替える。上記の各状態は、切替ブロック２２１を一方向へ９０度ずつ回転させることで順番に切り替えられる。切替ブロック２２１を逆方向へ回転させた場合も同様である。

上記第１の状態においては、圧力調整ユニット１４は通気管１３の内部を減圧し、吸気口１１１ａへ大気圧より低い圧力の空気を供給する。一方、上記第２の状態においては、圧力調整ユニット１４は通気管１３の内部を加圧し、吸気口１１１ａへ大気圧よりも高い圧力の空気を供給する。上記各状態は、呼吸補助装置１０の使用目的に応じてユーザＨによって選択操作される。

圧力調整ユニット１４は、吸気口１１１ａへ供給される減圧空気あるいは加圧空気の圧力を調整するための調整器１４４をさらに有する。調整器１４４は、第１のポート２２０ａと通気管１３との間の連絡通路（図示略）を通過するエアのコンダクタンスを調整可能な弁体（コンダクタンスバルブ）を含む。調整器１４４は、ユーザＨによって回転操作が可能なように本体１４０に取り付けられている。このような調整器１４４を備えることにより、ポンプ機構２１を一定状態で駆動させながら所望の圧力を形成することができる。

圧力調整ユニット１４は、外部からの指令に応じてポンプ機構２１の運転を制御する制御部１４５をさらに有する。制御部１４５は、本体１４０に備え付けの電源スイッチや各種設置スイッチに入力に応じてポンプ機構２１を駆動制御する。

制御部１４５は、外部センサからの指令に基づいてポンプ機構２１の駆動を制御してもよい。本実施形態では、装着部１２の支持機構１２２にヘッド部１１の回転操作を検出するセンサが設けられており、ヘッド部１１が上記第１の位置から上記第２の位置へ回動操作されたときにポンプ機構２１の駆動を停止させる。また図２に示すように、吸気口１１１ａ近傍の圧力を検出するセンサ（例えば連成計）１６をヘッド部１１に配置し、センサ１６の出力が設定された吸気圧あるいは吐出圧となるようにポンプ機構２１の駆動を制御してもよい。上記各センサから制御部１４５への情報の送信は無線で行われるが、有線で行われてもよい。

さらに、図７に示すように、ユーザＨの生体情報を検出するセンサ部１７をユーザＨに取り付け、センサ部１７の検出信号を制御部１４５で受信し、センサ部１７の検出信号に基づいてポンプ機構２１の駆動を制御してもよい。センサ部１７が取得する生体情報としては、例えば、血圧、脈拍、体温、発汗量等が含まれる。検出した生体情報は、センサ部１７に設けられた表示部１７ａに表示してユーザＨが確認できるようにしてもよい。制御部１４５は、センサ部１７からの信号を受信可能に構成されてもよく、この場合、ユーザＨの体調管理を行うことができる。また、ユーザＨの異常等を検知した場合にポンプ機構２１の駆動を停止させてもよい。センサ部１７から制御部１４５への情報の送信は無線で行われるが、有線で行われてもよい。

センサ部１７は、図示する腕時計タイプのものに限られず、ユーザＨの腹部や胸部等に取り付けられるタイプのものであってもよい。また、センサ部１７はユーザＨに直接取り付けられるものに限られない。例えば、ヘッド部１１の吸気口の近傍にユーザＨの呼吸を検出可能にセンサを配置してもよい。

本実施形態の呼吸補助装置１０は、以上のように構成される。呼吸補助装置１０の使用時、装着部１２はユーザＨの頭部に装着され、圧力調整ユニット１４はベルト１５を介してユーザＨの腰部に取り付けられる。通気管１３は圧力調整ユニット１４に接続されているとともに吸気口１１１ａと連通しており、通気管１３の内部は、圧力調整ユニット１４の吸気あるいは送気作用によって減圧または加圧される。これにより、吸気口周辺に低圧あるいは高圧の空気が形成され、ユーザＨに対して所望の酸素濃度の空気を提供することが可能となる。

圧力調整ユニット１４は、呼吸補助装置１０の使用目的に合わせて吸気機能および送気機能が使い分けられる。例えば運動機能の向上を目的として呼吸補助装置１０が使用される場合、圧力調整ユニット１４は吸気ユニットとして機能し、ユーザに低圧の空気を提供する。この場合、圧力調整ユニット１４の切替機構２２は、ポンプ機構２１の空気吸込み口２１ａと吸気口１１１ａとが相互に連通する第１の状態に切り替えられる。

一方、例えば高山病の予防を目的として呼吸補助装置１０が使用される場合、圧力調整ユニット１４は送気ユニットとして機能し、ユーザＨに高圧の空気を提供する。この場合、圧力調整ユニット１４の切替機構２２は、ポンプ機構２１の空気吐出口２１ｂと吸気口１１１ａとが相互に連通する第２の状態に切り替えられる。

本実施形態の呼吸補助装置１０によれば、装置の主要な各部がユーザＨの身体に保持されるため携帯性に優れ、運動しながらの使用が可能である。また、ユーザＨの両手がフリーとなることで、器具を使用したトレーニング等にも対応することができる。

また、本実施形態によれば、調整器１４４によって所望の圧力の空気を容易に形成することができる。これにより、高地トレーニング用途において、初級者から上級者に対して所望の呼吸環境を提供することができる。

さらに、本実施形態によれば、切替機構２２の操作によって使用目的を容易に切り替えることができるため、単独のポンプで実施可能となり、これにより圧力調整ユニット１４の小型化、軽量化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変更が可能である。

例えば以上の実施形態では、圧力調整ユニット１４をベルト１５を介してユーザＨの腰部に固定する例を説明したが、ベルトに限られず、圧力調整ユニット１４をユーザの肩、背中、胸、腕、腿などに固定するジャケット、ベスト、ズボン、各種バンドなどを用いてもよい。

また、以上の実施形態では、切替ブロック２２１を回動操作することによって圧力調整ユニット１４の吸気機能と送気機能とを切り替えるようにしたが、これに代えて、ヘッド部１１の吸気口１１１ａに対するポンプ機構２１の空気吸込み口２１ａおよび空気吐出口２１ｂの切り替えを電磁的に行う電磁弁が採用されてもよい。

さらに、給排口１４３に公知の花粉フィルタや埃フィルタを取り付けることもできるようにしてもよい。これにより、フィルタを取り付けることにより送気ユニットとして使用する際に、ユーザに清浄な空気を送気することができる。

１０…呼吸補助装置
１１…ヘッド部
１２…装着部
１３…通気管
１４…圧力調整ユニット
１７…センサ部
２０…駆動部
２１…ポンプ機構
２１ａ…空気吸込み口
２１ｂ…空気吐出口
２２…切替機構
１１１ａ…吸気口
１４５…制御部

Claims (4)

1. 吸気口を有するヘッド部と、
   前記ヘッド部を支持する装着部と、
   前記吸気口に連通する通気管と、
   前記通気管に接続され前記通気管の内部を減圧または加圧する圧力調整ユニットと
   を具備する呼吸補助装置。
2. 請求項１に記載の呼吸補助装置であって、
   前記圧力調整ユニットは、
   空気吸込み口と、空気吐出口とを含み、前記空気吸込み口から前記空気吐出口へ空気を送るポンプ機構と、
   前記吸気口と前記空気吸込み口とが相互に連通する第１の状態と、前記吸気口と前記空気吐出口とが相互に連通する第２の状態とを選択的に切り替える切替機構とを有する
   呼吸補助装置。
3. 請求項２に記載の呼吸補助装置であって、
   ユーザの生体情報を取得するセンサ部と、
   前記センサ部の出力に基づいて前記ポンプ機構の運転を制御する制御部とをさらに具備する
   呼吸補助装置。
4. 請求項２に記載の呼吸補助装置であって、
   前記ヘッド部は、前記装着部に対して回動自在に取り付けられており、
   前記装着部に対する前記ヘッド部の回動位置に応じて前記ポンプ機構の運転およびその停止が切り替えられる
   呼吸補助装置。

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