JP2017150897A - コーナリング性能評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 実車走行に近い温度分布をタイヤに付与し、テスト効率を高めながらコーナリング性能の評価を高精度で行う。【解決手段】 繰り返して実施されるスリップ角付き転動工程Ｋ１と、その間に断続的に実施されるフリー転動工程Ｋ２と、評価工程Ｋ３とを含む。スリップ角付き転動工程Ｋ１は、タイヤを転動する際にスリップ角を段階的に付与するスリップ角付与ステップＳ１と、各スリップ角におけるコーナリングフォースを測定する測定ステップＳ２とを有する。フリー転動工程Ｋ２は、タイヤをスリップ角が０度の状態にて転動させる。評価工程Ｋ３は、各スリップ角付き転動工程Ｋ１において測定されたコーナリングフォースとそのときのスリップ角とに基づいてコーナリング性能を評価する。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動ドラムを用いたタイヤのコーナリング性能評価方法に関する。

タイヤのコーナリング性能を評価する方法として、実車走行によりタイヤに発生する最大横Ｇを測定し比較する実車試験方法と、ドラム試験機を用いてタイヤに発生するコーナリングフォースＣＦを測定し比較する台上試験方法とが知られている。

このうち台上試験方法では、駆動ドラム上でタイヤを転動させる際に、スリップ角ＳＡを変化させ、そのスリップ角ＳＡに対応するコーナリングフォースＣＦを測定する。図８にＳＡ−ＣＦ曲線を例示するように、コーナリングフォースＣＦは、スリップ角ＳＡの増加とともに大きくなるが、スリップ角ＳＡがある程度大きくなると、トレッド面と路面との滑りが大きくなってコーナリングフォースＣＦが低下するという特性を有する。そして、限界走行が強いられるレース用などのタイヤでは、このコーナリングフォースＣＦの最大値ＣＦmax がコーナリング性能の評価に重要となる。

しかしコーナリングフォースＣＦは、タイヤ内部温度に影響し、タイヤ内部温度が低い走行初期では、コーナリングフォースＣＦの最大値ＣＦmax も低い。また最大値ＣＦmax は、タイヤ内部温度とともに高くなるが、走行距離がある程度大きくなり、タイヤ内部温度が安定するにつれて最大値ＣＦmax も一定値に収束する。

従って、コーナリングフォースＣＦの最大値ＣＦmax は、タイヤ内部温度を考慮する必要がある。

そこで従来においては、コーナリングフォースＣＦの測定に先駆けて、
（１）タイヤ内部温度が所定温度に上昇するまで、タイヤを駆動ドラム上で走行させる方法（以下、方法Ａという。）；及び、
（２）オーブン等によりタイヤを外側から加熱する方法（以下、方法Ｂという。）；が提案されている。

しかし方法Ａでは、温度上昇に多くの時間が必要となり、効率が悪い。また方法Ｂでは、タイヤの温度分布が実車走行の場合と相違するため、コーナリングフォースＣＦの最大値ＣＦmax に基づくコーナリング性能の評価の精度が悪くなる。

なお下記の特許文献１には、駆動ドラムの路面部分にヒータなどの温度制御手段を設けることが提案されている。しかし前記温度制御手段は、タイヤが使用される国の環境温度や路面温度に合わせて台上試験を行うために設けられたに過ぎない。また前記温度制御手段を、タイヤの温度上昇のために用いたとしても、前記方法Ｂと同様、タイヤの温度分布が実車走行の場合と相違するため、コーナリング性能の評価精度を高めることは難しい。

特開２００８−８２７０９号公報

そこで本発明は、タイヤ内部温度の上昇を早めながら、実車走行に近い温度分布をタイヤに付与でき、テスト効率を高めながら、コーナリング性能の評価を高精度で行いうるコーナリング性能評価方法を提供することを課題としている。

本発明は、タイヤのコーナリング性能を評価する方法であって、
繰り返して実施されるスリップ角付き転動工程と、各前記スリップ角付き走行工程間に断続的に実施されるフリー転動工程と、コーナリング性能の評価工程とを含み、
各前記スリップ角付き転動工程は、
駆動ドラムを用いてタイヤを所定荷重かつ所定速度で転動させるとともに、この転動に際してスリップ角ＳＡを段階的に付与するスリップ角付与ステップと、
前記スリップ角付与ステップ中に、少なくとも各スリップ角ＳＡにおいてタイヤに発生するコーナリングフォースＣＦを測定する測定ステップとを有し、
各前記フリー転動工程は、前記駆動ドラムを用いてタイヤをスリップ角ＳＡが０度の状態にて所定荷重かつ所定速度で転動させるとともに、
前記評価工程は、各前記スリップ角付き転動工程において測定されたコーナリングフォースＣＦとそのときのスリップ角ＳＡとに基づいてコーナリング性能を評価することを特徴としている。

本発明に係る前記コーナリング性能評価方法では、各前記スリップ角付き転動工程において付与されるスリップ角ＳＡの最大値ＳＡmaxは、スリップ角付き転動工程毎に設定されることが好ましい。

本発明に係る前記コーナリング性能評価方法では、前記評価工程は、各前記スリップ角付き転動工程において測定されたコーナリングフォースＣＦとそのときのスリップ角ＳＡとをプロットしてなるＳＡ−ＣＦ曲線からコーナリング性能を評価することが好ましい。

本発明に係る前記コーナリング性能評価方法では、各前記測定ステップは、タイヤ内部温度Ｔの測定を含むとともに、
前記評価工程は、各前記ＳＡ−ＣＦ曲線から得られるコーナリングフォースＣＦの最大値ＣＦmax と、前記タイヤ内部温度ＴとをプロットしてなるＣＦmax−Ｔ曲線からタイヤ性能を評価する温度特性評価を含むことが好ましい。

本発明に係る前記コーナリング性能評価方法では、前記タイヤが装着されるホイールリムは、その表面が熱放射率０．０１以下の皮膜で覆われることが好ましい。

本発明は叙上の如く、スリップ角付き転動工程と、フリー転動工程とを交互に繰り返して行う。前記スリップ角付き転動工程では、タイヤの転動に際してスリップ角ＳＡが付与される。従って、転動時のタイヤ変形に伴う内部発熱以外に、スリップ角ＳＡによる摩擦熱によって、トレッド部をトレッド面側から加熱する。

このトレッド面側からの加熱は、温度分布を実車走行の場合と相違させるが、前記フリー転動工程が、これを解決する。即ち、フリー転動工程では、タイヤ変形に伴う内部発熱は生じるが、スリップ角が０度であるため、摩擦熱の新たな発生を抑え、先のスリップ角付き転動工程で生じたトレッド面側の熱をトレッド内部に移行させる。そのため、トレッド面側とタイヤ内部との過度の温度差を減じることができ、実車走行に近い温度分布でタイヤ内部温度を迅速に上昇させうる。

また各スリップ角付き転動工程が、スリップ角ＳＡを段階的に付与するスリップ角付与ステップと、各スリップ角ＳＡにおけるコーナリングフォースＣＦを測定する測定ステップとを具える理由は以下の通りである。スリップ角付き転動工程において、コーナリングフォースＣＦが最大値ＣＦmax を超えると、トレッド面の摩耗が過大となってトレッド面の表面性を損ね、コーナリングフォースＣＦの測定に悪影響を与える。しかし、スリップ角付き転動工程が測定ステップを具えることで、コーナリングフォースＣＦが上昇から下降に変化する時、即ち最大値ＣＦmax となる時を掌握することが可能となる。従って、最大値ＣＦmax の後、速やかにスリップ角の付与を停止させることができ、摩耗によるトレッド面の表面性の低下を抑えることが可能となる。

またスリップ角付き転動工程を繰り返すことで、温度上昇に伴う最大値ＣＦmax の変化を掌握できる。そのため、最大値ＣＦmax が一定値に収束するのを確認することができ、スリップ角付き転動工程の繰り返しの回数を制限して、テスト効率をさらに高めることが可能になる。

本発明のコーナリング性能評価方法を説明するフローチャートである。 コーナリング性能評価方法を実施するためのドラム試験機の一例を概念的に示す側面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、スリップ角付与ステップを説明する概念図である。 ＳＡ−ＣＦ曲線の一例を示すグラフである。 各スリップ角付き転動工程において得られた複数のＳＡ−ＣＦ曲線を重ね合わせたグラフである。 ＣＦmax−Ｔ曲線の一例を示すグラフである。 表１におけるタイヤ内部温度とトレッド面温度の温度上昇変化を示すグラフである。 従来の問題点を説明するためのＳＡ−ＣＦ曲線のグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図２に示すように、コーナリング性能評価方法を実施するドラム試験機１は、駆動ドラム２と、この駆動ドラム２を水平方向の軸心ｊ１周りで回転可能に支持するドラム支持手段３と、タイヤＴＡを支持するタイヤ支持手段４とを具える。

前記駆動ドラム２は、本例では、所謂インサイドドラムであって、内周面を路面２ｓとした円筒状のドラム本体２Ａと、このドラム本体２Ａの一側面を閉じる側壁体２Ｂとを具え、他側面側にはタイヤＴＡを出し入れするための開口５が配される。本例では、前記路面２ｓは、アスファルトのレプリカ路面として形成される。

前記ドラム支持手段３は、前記側壁体２Ｂに一端部が固定される支持軸３Ａと、この支持軸３Ａを回転自在に支持する支持台３Ｂとを具える。支持軸３Ａの他端部には、前記駆動ドラム２を軸心ｊ１周りで回転駆動するモータＭを含む駆動手段６が接続される。

前記タイヤ支持手段４は、本例では、基台１０と、この基台１０上にドラム軸方向にスライド移動可能に支持される支持台１１と、該支持台１１に例えばシリンダ１２を介して上下動自在に取り付く昇降台１３と、該昇降台１３に旋回台１４を介して連結される水平なタイヤ支持軸１５とを含む。

本例の旋回台１４は、前記タイヤ支持軸１５を枢支する側壁部１４Ａと、その上端から折れ曲がり前記タイヤＴＡの上方にのびる上壁部１４Ｂとを有する。また旋回台１４は、前記昇降台１３に取り付く旋回軸１６Ａを含む旋回手段１６を介して垂直な軸心Ｊ２回りで旋回可能に支持される。なお前記軸心Ｊ２は、タイヤ赤道面とタイヤ軸心Ｊ３とが交わるタイヤ中心点Ｐを通る。

このタイヤ支持手段４は、前記シリンダ１２によって昇降台１３を上下動させることにより、タイヤ支持軸１５に回転自在に保持するタイヤＴＡを、路面２ｓに対して所定荷重で押し付けうるとともに、その時の荷重量を調整することができる。

またタイヤ支持手段４は、前記旋回手段１６によって旋回台１４を軸心Ｊ２回りで旋回させることにより、前記タイヤＴＡにスリップ角ＳＡを自在に付与することができる。なおタイヤ支持軸１５には、例えば６分力計などの周知の測定器１７が取り付き、タイヤＴＡに発生するコーナリングフォースＣＦを含む種々な力（例えば前後力、横力、荷重など）を測定可能としている。なおドラム試験機１としては、これに限定されることなく種々のものが採用しうる。

次に、コーナリング性能評価方法を説明する。この評価方法は、図１に示すように、繰り返して実施されるスリップ角付き転動工程Ｋ１と、各前記スリップ角付き転動工程Ｋ１、Ｋ１間に断続的に実施されるフリー転動工程Ｋ２と、コーナリング性能の評価工程Ｋ３とを含む。言い換えると、前記評価方法では、スリップ角付き転動工程Ｋ１とフリー転動工程Ｋ２とが、断続的かつ交互に複数回（ｎ回）繰り返されるとともに、その結果に基づいてコーナリング性能の評価工程Ｋ３が行われる。

前記スリップ角付き転動工程Ｋ１は、スリップ角付与ステップＳ１と、測定ステップＳ２とを有する。

スリップ角付与ステップＳ１では、前記駆動ドラム２を用いてタイヤＴＡを所定荷重かつ所定速度で転動させるとともに、この転動に際してスリップ角ＳＡを段階的に付与する。具体的には、本例では、図３（Ａ）に示すように、前記駆動ドラム２の路面２ｓに、タイヤＴＡのトレッド面を所定荷重で押圧した状態で、前記駆動ドラム２を所定速度で回転させる。これにより、タイヤＴＡを所定荷重かつ所定速度で転動させる。またスリップ角付与ステップＳ１では、図３（Ｂ）に示すように、前記転動に際して、スリップ角ＳＡを、例えば０°→１°→２°．．．と段階的に付与する。

前記スリップ角ＳＡは、タイヤ進行方向に対して一方側（例えば右側）に段階的に付与し、しかる後、同角度を他方側（例えば左側）に段階的に付与するのが好ましい。これにより、タイヤの左右不均一に伴うコーナリングフォースＣＦの差異を補正しうる。しかし、タイヤ進行方向に対して一方側のみにスリップ角ＳＡを付与することもできる。

測定ステップＳ２では、前記スリップ角付与ステップＳ１中に、各スリップ角ＳＡにおいてタイヤＴＡに発生するコーナリングフォースＣＦを測定する。コーナリングフォースＣＦは、前記測定器１７によって検出される横力、及びその時のスリップ角ＳＡから求めることができる。

図４に、任意のスリップ角付き転動工程Ｋ１において測定されたコーナリングフォースＣＦとそのときのスリップ角ＳＡとをプロットしてなるＳＡ−ＣＦ曲線の一例を示す。同図から解るように、コーナリングフォースＣＦは、スリップ角ＳＡの増加とともに大きくなるが、スリップ角ＳＡがある程度大きくなるとコーナリングフォースＣＦが減じるという特性を有する。そして、コーナリングフォースＣＦが最大値ＣＦmax を超えると、トレッド面の摩耗が過大となってトレッド面の表面性を損ね、コーナリングフォースＣＦの測定に悪影響を与える。

従って、摩耗によるトレッド面の表面性の低下を抑えるためには、コーナリングフォースＣＦが最大値ＣＦmax となった後、速やかにスリップ角ＳＡの付与を停止させることが好ましい。そのために、本例では、各スリップ角付き転動工程Ｋ１において付与されるスリップ角ＳＡの最大値ＳＡmaxを、スリップ角付き転動工程Ｋ１毎に設定し、これにより、最大値ＣＦmax の近くでスリップ角ＳＡの付与を停止させている。なお各スリップ角付き転動工程Ｋ１が測定ステップＳ２を具えることで、コーナリングフォースＣＦが最大値ＣＦmax となる時を掌握することが可能となる。

なおスリップ角付与ステップＳ１においてスリップ角ＳＡをタイヤ進行方向の両側に付与する場合には、コーナリングフォースＣＦは、その平均値が採用される。

次に、フリー転動工程Ｋ２では、前記駆動ドラム２を用いてタイヤＴＡをスリップ角ＳＡが０度の状態にて所定荷重かつ所定速度で転動させる。具体的には、前記駆動ドラム２の路面２ｓ（内周面）に、タイヤＴＡのトレッド面を所定荷重で押圧した状態で、前記駆動ドラム２を所定速度で回転させる。これにより、タイヤＴＡを所定荷重かつ所定速度で転動させうる。このとき、タイヤＴＡのスリップ角ＳＡは０°である。

フリー転動工程Ｋ２が、スリップ角付き転動工程Ｋ１とは「断続的」に実施されるとは、スリップ角付き転動工程Ｋ１からフリー転動工程Ｋ２への移行の際、及びフリー転動工程Ｋ２からスリップ角付き転動工程Ｋ１への移行の際、タイヤＴＡが駆動ドラム２から一旦離間することを意味する。これにより、タイヤの内部歪みを除去でき、コーナリングフォースＣＦをゼロ点補正しうる。

特に規定されないが、スリップ角付与ステップＳ１において付与されるスリップ角ＳＡの間隔は、１度以下が好ましい。また一回のスリップ角付き転動工程Ｋ１における工程時間ｔ１は、１０〜２０秒の範囲、フリー転動工程Ｋ２における工程時間ｔ２は、３０〜６０秒の範囲が好ましい。スリップ角付き転動工程Ｋ１及びフリー転動工程Ｋ２の繰り返し回数ｎは、前記工程時間ｔ１、ｔ２にもよるが、１５〜２０回程度である。

次に、評価工程Ｋ３では、各スリップ角付き転動工程Ｋ１において測定されたコーナリングフォースＣＦとそのときのスリップ角ＳＡとに基づいて、コーナリング性能を評価する。本例では、各スリップ角付き転動工程Ｋ１から得たＳＡ−ＣＦ曲線に基づいてコーナリング性能を評価する。

前述の如く、コーナリングフォースＣＦには温度依存性があり、本発明の評価方法では、スリップ角付き転動工程Ｋ１と、フリー転動工程Ｋ２とを交互に繰り返して行うことで、タイヤ内部温度Ｔを、最終到達温度Ｔ０まで実車走行に近い温度分布で迅速に上昇させることができる。

そのメカニズムを以下に説明する。まずスリップ角付き転動工程Ｋ１では、転動時のタイヤ変形に伴う内部発熱以外に、スリップ角ＳＡによる摩擦熱によって、トレッド部をトレッド面側から加熱する。このトレッド面側からの加熱は、温度分布を実車走行の場合と相違させてしまうが、フリー転動工程Ｋ２が、これを解決する。即ち、フリー転動工程Ｋ２では、タイヤ変形に伴う内部発熱は生じるが、スリップ角が０度であるため、摩擦熱の新たな発生が抑えられ、先のスリップ角付き転動工程Ｋ１で生じたトレッド面側の熱をトレッド内部に移行させうる。そしてこれを繰り返すことにより、トレッド面側とタイヤ内部との過度の温度差を減じ、タイヤ内部温度Ｔを、最終到達温度Ｔ０まで実車走行に近い温度分布で迅速に上昇させることが可能となる。

図５には、それぞれのスリップ角付き転動工程Ｋ１において得られた複数のＳＡ−ＣＦ曲線が示される。なお、Ｋ１_１は、１回目のスリップ角付き転動工程Ｋ１において得られたＳＡ−ＣＦ曲線、Ｋ１_ｎは、ｎ回目のスリップ角付き転動工程Ｋ１において得られたＳＡ−ＣＦ曲線を示す。スリップ角付き転動工程Ｋ１の繰り返し回数が増えるに従い、タイヤ内部温度Ｔが上昇し、コーナリングフォースＣＦの最大値ＣＦmax は増加する。しかし最終到達温度Ｔ０に近づくにつれて、増加の割合は漸減し、前記最大値ＣＦmax は一定値に収束している。そしてこの最大値ＣＦmax の収束値ＣＦmax０により、限界走行が強いられるレース用などのタイヤにおけるコーナリング性能を評価することができる。

なお各スリップ角付き転動工程Ｋ１が測定ステップＳ２を具えるため、温度上昇に伴う最大値ＣＦmax の変化を、ＳＡ−ＣＦ曲線を用いることなく掌握できる。即ち、ＳＡ−ＣＦ曲線自体を用いなくても、測定データによって収束値ＣＦmax０を予想でき、コーナリング性能を評価することは可能である。

また前記評価方法では、各測定ステップＳ２にて、タイヤ内部温度Ｔを測定させることも好ましい。この場合、図６に示すように、各ＳＡ−ＣＦ曲線から得られるコーナリングフォースＣＦの最大値ＣＦmax と、タイヤ内部温度ＴとをプロットしてなるＣＦmax−Ｔ曲線からタイヤ性能を評価する温度特性評価を前記評価工程Ｋ３に含ませることが好ましい。このＣＦmax−Ｔ曲線では、タイヤ内部温度Ｔが最終到達温度Ｔ０に到達し、最大値ＣＦmax が一定値に収束するのが確認できる。比較のために、同図には、実車走行におけるタイヤ内部温度Ｔの変化と最大横Ｇとの関係を示している。同図から、本発明の評価方法におけるタイヤ内部温度Ｔに対するコーナリングフォースＣＦの最大値ＣＦmax の変化が、実車走行におけるタイヤ内部温度Ｔに対する最大横Ｇの変化と近似しており、実車走行に即して、コーナリング性能を評価しうるのが確認できる。

なおタイヤ内部温度Ｔは、タイヤ内面に貼り付けたサーミスタによって測定することができる。

また前記評価方法においては、タイヤＴＡが装着されるホイールリムは、その表面が熱放射率０．０１以下の皮膜で覆われることが好ましい。その理由は、以下の通りである。実車走行では、エンジン熱やブレーキ熱等の影響により、タイヤ内部温度Ｔの最終到達温度Ｔ０が、台上試験の場合に比して高くなる傾向がある。そこで前記皮膜を形成し、タイヤＴＡの熱がホイールリムを介して逃げるのを抑制することで、最終到達温度Ｔ０を実車走行の場合に近づけることができ、コーナリング性能の評価の精度向上に貢献することができる。

熱放射率０．０１以下の皮膜として、セラミック配合の遮熱塗料を挙げることができる。また皮膜は、タイヤ装着後のホイールリムにおける露出面の全面積９０％以上を覆うことが好ましい。

なお駆動ドラム２として、外周面を路面としたアウトサイドドラムを採用することもできる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

図２に示すドラム試験機１を用い、かつ表１の仕様に基づいて空気入りタイヤ（タイヤサイズ１８５／５５Ｒ１４）のコーナリング性能を評価した。

共通仕様は以下の通りである。
荷重：２．０ｋN
タイヤ内圧：１６０kPa
転動速度：１５０km/h
スリップ角ＳＡの付与間隔：１度
一回のスリップ角付き転動工程Ｋ１の工程時間ｔ１：１２秒
一回のフリー転動工程Ｋ２の工程時間ｔ２：３０秒

図７に示すように、実施例１〜３は、実車走行に近い温度分布でタイヤ内部温度を最終到達温度Ｔ０まで上昇させることができるのが確認できる。そのため、コーナリング性能を実車走行に近い精度で評価することが可能となる。なお実施例３では、低熱放射の皮膜を有するため、最終到達温度Ｔ０を実車走行の最終到達温度Ｔ０にさらに近づけることが可能になる。

２ 駆動ドラム
Ｋ１ スリップ角付き転動工程転動工程
Ｋ２ フリー転動工程
Ｋ３ａ 温度特性評価
Ｋ３ 評価工程
Ｓ１ スリップ角付与ステップ
Ｓ２ 測定ステップ

Claims (5)

1. タイヤのコーナリング性能を評価する方法であって、
   繰り返して実施されるスリップ角付き転動工程と、各前記スリップ角付き走行工程間に断続的に実施されるフリー転動工程と、コーナリング性能の評価工程とを含み、
   各前記スリップ角付き転動工程は、
   駆動ドラムを用いてタイヤを所定荷重かつ所定速度で転動させるとともに、この転動に際してスリップ角ＳＡを段階的に付与するスリップ角付与ステップと、
   前記スリップ角付与ステップ中に、少なくとも各スリップ角ＳＡにおいてタイヤに発生するコーナリングフォースＣＦを測定する測定ステップとを有し、
   各前記フリー転動工程は、前記駆動ドラムを用いてタイヤをスリップ角ＳＡが０度の状態にて所定荷重かつ所定速度で転動させるとともに、
   前記評価工程は、各前記スリップ角付き転動工程において測定されたコーナリングフォースＣＦとそのときのスリップ角ＳＡとに基づいてコーナリング性能を評価することを特徴とするコーナリング性能評価方法。
2. 各前記スリップ角付き転動工程において付与されるスリップ角ＳＡの最大値ＳＡmaxは、スリップ角付き転動工程毎に設定されることを特徴とする請求項１記載のコーナリング性能評価方法。
3. 前記評価工程は、各前記スリップ角付き転動工程において測定されたコーナリングフォースＣＦとそのときのスリップ角ＳＡとをプロットしてなるＳＡ−ＣＦ曲線からコーナリング性能を評価することを特徴とする請求項１又は２記載のコーナリング性能評価方法。
4. 各前記測定ステップは、タイヤ内部温度Ｔの測定を含むとともに、
   前記評価工程は、各前記ＳＡ−ＣＦ曲線から得られるコーナリングフォースＣＦの最大値ＣＦmax と、前記タイヤ内部温度ＴとをプロットしてなるＣＦmax−Ｔ曲線からタイヤ性能を評価する温度特性評価を含むことを特徴とする請求項３記載のコーナリング性能評価方法。
5. 前記タイヤが装着されるホイールリムは、その表面が熱放射率０．０１以下の皮膜で覆われることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のコーナリング性能評価方法。

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