JP2018501091A - 水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置及びその熱処理装置を用いて製造されたブレード - Google Patents
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Abstract
本発明は水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面を熱処理するための熱処理装置に関するもので、より詳細には、ブレードの内側面の組織を緻密にしてブレードの内径の拡大と、内外径の真円度の向上及び耐圧強度の増加による中空糸補強膜の物性の向上と、濾過信頼度及び水透過性能の向上と、寿命の延長及び経済的コストの削減をもたらすための水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置及びその熱処理装置を用いて製造されたブレードに関するものである。【選択図】図１
Description
本発明は水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面を熱処理するための熱処理装置に関するもので、より詳細には、ブレードの内側面を構成する繊維組織の緻密さと、ブレードの内径の拡大と、内外径の真円度の向上と、耐圧強度の増加による中空糸補強膜の物性の向上と、濾過信頼度及び水透過性能の向上と、寿命の延長及び経済的コストの削減効果をもたらすための水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置及びその熱処理装置を用いて製造されたブレードに関するものである。
一般的に、ブレード（Ｂｒａｉｄ）は多数の編組糸を互いに編んで成形するものであって、通常は電線やホース、結束用紐、水処理濾過分野など様々な分野で使用されている。
一方、水処理分野に適用される中空糸膜を用いた濾過法は工業用水、産業廃水、下水及び水道水用高度浄水処理などの濾過分野において広く使用されており、最近はＲＯシステムの前処理用や、医薬用無菌水の製造、養魚場及びレジャー施設など、その応用範囲が拡大しているのが実情である。
しかし、通常の中空糸膜は、引張強度及び耐圧強度が低いため、外部の衝撃によって容易に破損したり、長時間使用時には、膜の表面に粘着している各種の不純物やスラッジ等により濾過信頼度と水透過性が著しく低下したりする短所がある。
一方、これを補完するために、フィラメント糸（Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｙａｒｎ）或いは伸加工糸（Ｄｒａｗｉｎｇ Ｔｅｘｔｕｒｅｄ Ｙａｒｎ）を使用して管状に編組されたブレードを補強材として用い、ブレードの表面にメンブレン薄膜を被覆（Ｃｏａｔｉｎｇ）するので、機械的強度、引張強度及び耐圧強度を増加させて中空糸膜の寿命を延長させ、濾過信頼度及び水透過性能を向上させようとする中空糸補強膜が開発されて使用されている。
このような中空糸補強膜用ブレードは、フィラメント糸（Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｙａｒｎ）を使用して編組したブレードを中空糸膜補強用として使用する場合には、ブレードの内径は大きくなるが、メンブレン膜の剥離強度が低くなって、外部の衝撃によって膜が容易に剥がれて中空糸膜の寿命が短くなり、濾過信頼度が低くなる短所がある。また、伸加工糸（Ｄｒａｗｉｎｇ Ｔｅｘｔｕｒｅｄ Ｙａｒｎ）を使用して編組したブレードを中空糸補強膜用として使用する場合には、メンブレン膜のブレード表面との粘着力が高くなって、剥離強度が強くなる。それによって、膜の寿命が延長され、濾過信頼度も向上するが、内径が小さくなって水透過性能が著しく低くなる短所がある。
また、フィラメント糸（Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｙａｒｎ）或いは伸加工糸（Ｄｒａｗｉｎｇ Ｔｅｘｔｕｒｅｄ Ｙａｒｎ）を使用して中空糸補強膜用ブレードを編組する際、ブレードの内径のサイズ及び内外径の真円度は中空糸補強膜の水透過性能や濾過信頼度及び寿命を左右する核心的な要素である。そのため、ブレードの内径の拡大及び真円度の向上のために編組糸の材質や編組機のキャリア数に応じて異なるが、約０．８〜２．０ｍｍの直径を有するピアノ線という高炭素鋼線を編組糸の内側中心に位置させ、編組糸により取り囲まれる部分の長さを約５〜１０ｍｍ程度に設定した後、その周りに編組糸が編組されてブレードを製造する方法を使用している。
ところで、編組糸が鋼線の周りに編組される際は、内径が非常に拡大するが、鋼線を外れると、編組糸の弾性及び張力によって直ぐに収縮され、引き出し装置を通過する過程とブレードが積載される過程で、容易に変形されて原型の形状を維持することが難しくなる。
また、メンブレン膜の被覆過程と前後の熱処理過程において、収縮や変形が発生するため、これによるブレードの内径の拡大及び内外径の真円度の向上効果はある程度得られるが、微弱なレベルである。
本発明は前述のような諸問題を解決するためになされたもので、ブレードの内側面の組織を緻密にしてブレードの内径の拡大と、内外径の真円度の向上及び耐圧強度の増加による中空糸補強膜の物性の向上と、濾過信頼度及び水透過性能の向上と、寿命の延長及び経済的コストの削減をもたらすための水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置及びその熱処理装置を用いて製造されたブレードを提供することにその目的がある。
前述した目的を達成するための具体的な手段としての本発明に係る水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置は、上段に縮小された直径を有するヒーティング部が設けられる銅又は銅合金材質のヒーティングコア（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｃｏｒｅ）；
ヒーティングコアを加熱する一方、ブレードで被覆された電線を介して電力が印加されるヒーター；
垂直貫通形成された内部には電線が通過し、上段の周りには雄ネジ部が形成された管体状のシャフト；
垂直貫通された内部に設けられるヒーティングコア及びシャフトの上段を取り囲み、シャフトの雄ネジ部と螺合されるように内側下段に雌ネジ部が形成されたクランプナット；及び
中央に管体で構成され、前記シャフトの下端が結合されるように形成されたシャフト固定部を備え、そのシャフト固定部の周りには編組機に設置するためのブラケットが延設された設置台を含むことを特徴とする。
ヒーティングコアを加熱する一方、ブレードで被覆された電線を介して電力が印加されるヒーター；
垂直貫通形成された内部には電線が通過し、上段の周りには雄ネジ部が形成された管体状のシャフト；
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中央に管体で構成され、前記シャフトの下端が結合されるように形成されたシャフト固定部を備え、そのシャフト固定部の周りには編組機に設置するためのブラケットが延設された設置台を含むことを特徴とする。
以上のように、本発明に係る水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置及びその熱処理装置を用いて製造されたブレードは、フィラメント糸（Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｙａｒｎ）或いは伸加工糸（Ｄｒａｗｉｎｇ Ｔｅｘｔｕｒｅｄ Ｙａｒｎ）を使用して管状のブレードを編組する際、内側面で中空糸補強膜に要求される物性に応じて熱を加えてブレードの内側面を溶かして収縮させることで、ブレードの内側面の組織を緻密にしてブレードの内径の拡大と、内外径の真円度の向上及び耐圧強度の増加による中空糸補強膜の物性の向上と、濾過信頼度及び水透過性能の向上と、寿命の延長及び経済的コストの削減をもたらす効果が得られる。
本明細書及び特許請求の範囲に使用した用語や単語は、通常的や辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者はその自身の発明を最善の方法として説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に立ち、本発明の技術的な思想に符合する意味と概念として解釈しなければならない。
従って、本明細書に記載した実施形態と図面に示す構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想を全て代弁するものではないため、本出願時点においてこれらを代替することができる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して詳しく説明する。
図１は本発明に係る水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置を示す分解斜視図であり、図２は本発明に係る水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置を示す結合斜視図であり、図３は本発明に係る水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置を示す断面図である。
図１〜図３に示すように、本発明に係る水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置１は、ヒーティングコア１００と、ヒーター２００と、シャフト３００と、クランプナット４００と、設置台５００と、から構成される。
ここで、前記ヒーティングコア１００は、ブレード（図面に図示せず）が編組される過程でブレードの内側面に熱を加えるように構成されたもので、材質は熱伝導率が銀（Ａｇ）の次に高い銅（Ｃｕ）又は銅合金材質で構成することができ、加熱温度は編組糸の材質や中空糸補強膜に要求される物性に応じて後述するヒーター２００に供給される電圧を変化させて最適に調整することができるよう構成される。
この時、ヒーティングコア１００は、垂直丸棒の形態をなすように構成されたもので、まず、その上段には縮小された直径を有するヒーティング部１１０が形成され、そのヒーティング部１１０を通じて実質的にブレードに熱を加えるようになる。また、そのヒーティング部１１０は０．５〜３０ｍｍの直径と、５．０〜３０ｍｍの長さを有するように構成することが最も理想的である。
そして、ヒーティングコア１００には、その内側に下段に開放された形態をなすヒーター結合溝１２０が形成されて、後述するヒーター２００との結合が可能になるよう構成されており、下段の周りには拡張された直径を有する係止支持部１３０が構成される。
一方、ヒーティングコア１００のヒーティング部１１０は、ブレードが編組される過程で滑らかに抜け出すことができるようにすることが好ましい。このため、その表面には滑らかな表面粗さを有するようにクロムメッキ層５２１が形成される。
前記ヒーター２００は、前記ヒーティングコア１００と連結されるように構成されたもので、本発明の実施形態においては、ヒーティングコア１００の下段からヒーター結合溝１２０に挿入される。この時、その下端が突出して絶縁碍子２１０に取り囲まれるように構成される。
そして、ヒーター２００には、ブレードで被覆された電線２２０が連結され、その電線を介して電力が印加されて熱を発生させるようになる。
即ち、ヒーター２００は熱を発生させて前記ヒーティングコア１００に熱を伝達し、そのヒーティングコア１００に伝達された熱はヒーティング部１１０を介してブレードに与えられるようになる。
前記シャフト３００は、内部が垂直貫通形成された管体形状をなし、その内部には電線２２０が通過され、その電線２２０を保護する一方、上段内側には碍子支持溝３１０が形成され、前記ヒーター２００の下段を取り囲む絶縁碍子２１０が挿入固定されている一方、上段は絶縁ワッシャー３３０を介してヒーティングコア１００の係止支持部１３０の下段に密着してヒーター２００を支持することができるように構成される。
この時、前記絶縁ワッシャー３３０は、エポキシ樹脂や磁器などの熱伝導率が低い材質に備えられた碍子性質を有し、加熱されたヒーティングコア１００の熱がシャフト３００に伝達されることを防ぐようになる。
そして、シャフト３００は、その上段の周りには雄ネジ部３２０が形成される。
前記クランプナット４００は、前記ヒーティングコア１００とシャフト３０とを連結するように構成されたもので、内部が垂直貫通された形態で構成される。
この時、クランプナット４００の上段には、ヒーティングコア１００の係止支持部１３０の上端が係止されて支持されるように内側に延設された係止顎４１０が形成され、内側下段には前記シャフト３００の雄ネジ部３２０と螺合されるように雌ネジ部４２０が形成される。
即ち、クランプナット４００は、ヒーティングコア１００の上端から被せられて前記ヒーティングコア１００の係止支持部１３０及びシャフト３００の上段を取り囲み、シャフト３００の雄ネジ部３２０と雌ネジ部４２０を介して螺合され、螺合される過程で係止顎４１０を介してヒーティングコア１００の係止支持部１３０の上段を加圧して圧着固定するようになる。
前記設置台５００は、本発明の熱処理装置１を編組機（図面に図示せず）に設置するためのものであり、その中央には管体になったシャフト固定部５１０が構成され、前記シャフト３００の下端が嵌合されるように構成し、そのシャフト固定部５１０の下段の周りには編組機に設置するためのブラケット５２０が延設される。
この時、前記ブラケット５２０は限定されるものではなく、編組機の種類及び形態に応じて多様に適用可能であり、編組機の上段に設置可能に構成されることが好ましい。
一方、本発明に係る水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置１を構成するに当たっては、図４に示すようにヒーティングコア１００と、ヒーター２００と、シャフト３００とクランプナット４００の他の実施形態を適用することも可能である。
まず、前記ヒーティングコア１００は、ヒーティング部１１０の下段から中間部の周りに、係止支持部１３０が形成されるように構成することができる。
また、ヒーター２００は、ヒーティングコア１００の下段を取り囲むように構成されてヒーティングコア１００を加熱し、その周りには下段に突出して電線２２０を一緒に取り囲む絶縁碍子２１０に取り囲まれるように構成されることで、電線２２０を介して電力が印加されると、熱を発生させるように構成することができる。
また、シャフト３００は、上段内側に碍子支持溝３１０が形成されて絶縁碍子２１０が挿入され、上段の周りには雄ネジ部３２０が形成されるよう構成することができる。
また、クランプナット４００は、垂直貫通された内部に設けられるヒーティングコア１００の係止支持部１３０及びシャフト３００の上段を取り囲み、上段には係止支持部１３０の上端が係止されて支持されるように係止顎４１０が形成され、雌ネジ部４２０を介してシャフト３００の雄ネジ部３２０と締結する時、ヒーティングコア１００の係止支持部１３０を加圧して固定するように構成することができる。
一方、前記ヒーター２００を適用するに当たっては、その種類が限定されるものではなく、通常のセラミック（Ｃｅｒａｍｉｃ）又は熱線（Ｈｅａｔｉｎｇ ｃａｂｌｅ）、又は高周波（ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、又は超音波（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗａｖｅｓ）など熱の発生が可能なものであれば適用可能である。
以下、前述のような構成を有する本発明に係る水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置の作用を添付した図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係る水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置１は、フィラメント糸（Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｙａｒｎ）或いは伸加工糸（Ｄｒａｗｉｎｇ Ｔｅｘｔｕｒｅｄ Ｙａｒｎ）になった編組糸１１を用いて、ブレードが編組される過程で、図５に示すようにその編組糸１１がヒーティングコア１００の外周面に編組されるようになる。その編組が行われる過程で、ヒーティングコア１００が編組糸及び編組されたブレードの内側面に熱を加える一方、その熱を通じてブレードの内側面を所定温度に溶融させて収縮させるようになる。
即ち、電線２２０を介してヒーター２００に電源が印加されると、ヒーター２００に熱が発生するようになる。その時発生した熱はヒーティングコア１００に伝達されてヒーティング部１１０を加熱するようになる。そのヒーティング部１１０の熱を通じて編組されるブレードの内側面を溶融させるようになる。それによって、図６に示すように、内側面が熱処理されたブレード１０が得られるようになる。
この時、加熱温度は編組糸の材質や中空糸補強膜に要求される物性に応じてヒーター２００に供給される電圧を変化させて最適に調整することができることは当然である。
一方、図７は従来の方法で製造された鋼線コアを使用したブレードと、本発明に係る水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置を用いて製造されたブレードとの実物を比較した例示図であり、図８は従来の方法で製造されたブレードと、本発明に係る水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置を用いて製造されたブレードを比較した例示図である。
図７の従来鋼コアを使用したブレードを示す（ａ）と、本発明のブレードを示す（ｂ）とを参照して、図８を調べて見ると、まず、ブレード内側面熱処理装置１が適用されていない状態で編組されたブレード、即ち従来のブレードは、（ａ）に示すように、内側面の断面で内径が小さく、内外径がつぶれて内外径の真円度が低い。特に、内径の表面に多数のループ３０及び毛羽４０が存在することを示している。
また、（ｂ）に示すように、メンブレン薄膜５０が被覆された状態で薄膜の厚さが不均一になる。
また、（ｃ）に示すように、メンブレン液が内径まで浸透して内径が狭くなる。
一方、本発明の熱処理装置１を用いて編組されたブレード１０は、（ｄ）に示すように、内径が大きく内外径の真円度が良好である。特に、内外径の表面が揃っていてループと毛羽が全くなくなる。
また、（ｅ）に示すように、メンブレン薄膜５０が被覆された状態で薄膜の厚さが均一になり、ブレード１０内側面の組織が緻密になる。
即ち、前述のように得られたブレード１０は、その内径を拡大させて汚染水のメンブレン膜（図面に図示せず）を通過する際の流量を増加させて、メンブレン膜の単位面積当たりの汚染水の浄化効率を増加させる。それによって、水透過性能を向上させて汚染水浄化装置の製造にかかるコストの削減をもたらすようになる。
また、ブレード１０内側面の組織を緻密にし、その内側面が強固になるので、耐圧強度を増加させるようになる。従って、外部の衝撃時や長時間の使用時には、メンブレン膜を通過する際の圧力が増加してメンブレン膜が変形及び収縮される。そのため、メンブレン膜の水透過性能を著しく低下させるが、この時、耐圧強度が大きいので、変形及び収縮を防止する。それによって、水透過性能及び濾過信頼度を向上させ、中空糸補強膜の寿命を延長させる。
更に、ブレード１０の内径の真円度が高くなり、内側面の組織が緻密になるので、外径の真円度も高くなり、編組機引き出し装置（図面に図示せず）を通過する過程とブレード１０が積載される過程においても、メンブレン被覆作業時に、メンブレン液の圧力などの外力によって原形の形状が容易に変形しないようにするものである。従って、メンブレン薄膜の被覆作業時、偏心が最小化されて均一な厚さの薄膜を製造することができ、膜の物性を向上させるので、水透過性能及び濾過信頼度を向上させるようになる。
更に、ブレード１０内側面の組織を緻密にし、外側面の組織は内側面に比べて少し緩め、柔らかくなって、メンブレン液の吸湿性が良くブレード１０に対するメンブレン膜の粘着力が増加され、メンブレン膜の剥離強度が高くなる。また、メンブレン膜の被覆作業時に、メンブレン液の圧力が高いと、液がブレードの内径まで浸透して内径を狭める現象が発生する。この時、ブレード１０の内側面の組織が緻密になっているので、これらの現象が発生しない。結局、水透過性能及び濾過信頼度が向上するようになる。
なお、ブレード１０の内側面に存在するループや毛羽を除去するので、流路の抵抗を最小化して、流量を増大させ、ブレード外側の編組状態も揃えられる。
従って、ブレードの外側の不均一な編組状態、又はループや毛羽による不均一なコーティングや、それによるリーク（Ｌｅａｋ）の発生などのような膜の物性の低下を減少させることができるようになる。
また、ブレード１０の内側面を熱処理して予め収縮させるので、ブレード１０の収縮率が減少して、メンブレンの被覆作業前後の熱によるブレード１０の収縮によって生じる内径縮小及び長さ方向の縮小を防ぐようになる。
一方、前述のような本発明ブレードは、実施形態として編組ブレードを例に挙げて説明したが、ニット（Ｋｎｉｔ）ブレードの場合も適用可能であり、これらのブレードを使用するに当たっては、通常の電気、電子部品の場合には、電線連結部の短絡防止のための電線被覆用編組チューブとしても使用可能である。
１０ ブレード
１００ ヒーティングコア
１１０ ヒーティング部
１１１ メッキ層
１２０ ヒーター結合溝
１３０ 係止支持部
２００ ヒーター
２１０ 絶縁碍子
２２０ 電線
３００ シャフト
３１０ 碍子支持溝
３２０ 雄ネジ部
３３０ 絶縁ワッシャー
４００ クランプナット
４１０ 係止顎
４２０ 雌ネジ部
５００ 設置台
５１０ シャフト固定部
５２０ ブラケット
１００ ヒーティングコア
１１０ ヒーティング部
１１１ メッキ層
１２０ ヒーター結合溝
１３０ 係止支持部
２００ ヒーター
２１０ 絶縁碍子
２２０ 電線
３００ シャフト
３１０ 碍子支持溝
３２０ 雄ネジ部
３３０ 絶縁ワッシャー
４００ クランプナット
４１０ 係止顎
４２０ 雌ネジ部
５００ 設置台
５１０ シャフト固定部
５２０ ブラケット
Claims (5)
- 上段に縮小された直径を有するヒーティング部１１０が設けられる銅又は銅合金材質のヒーティングコア１００；
ヒーティングコア１００を加熱する一方、ブレードで被覆された電線２２０を介して電力が印加されるヒーター２００；
垂直貫通形成された内部には電線２２０が通過し、上段の周りには雄ネジ部３２０が形成された管体状のシャフト３００；
垂直貫通された内部に設けられるヒーティングコア１００及びシャフト３００の上段を取り囲み、シャフト３００の雄ネジ部３２０と螺合されるように内側下段には雌ネジ部４２０が形成されたクランプナット４００；及び
中央に管体で構成され、前記シャフト３００の下端が結合されるように形成されたシャフト固定部５１０を備え、そのシャフト固定部５１０の周りには編組機に設置するためのブラケット５２０が延設された設置台５００を含むことを特徴とする水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置。 - 前記ヒーティングコア１００は、その内側に下部に開放されたヒーター結合溝１２０が形成され、下段の周りに係止支持部１３０が形成されるように構成し、
前記ヒーター２００は、ヒーティングコア１００の下部からヒーター結合溝１２０に挿入されてヒーティングコア１００を加熱し、下端が突出して絶縁碍子２１０で取り囲まれるように構成し、電線２２０を介して電力が印加されて熱を発生させるように構成し、
前記シャフト３００は、上段内側に碍子支持溝３１０が形成されて絶縁碍子２１０の下端が挿入され、上段に絶縁ワッシャー３３０を介してヒーティングコア１００の係止支持部１３０の下段に密着されるように構成し、
クランプナット４００は、垂直貫通された内部に設けられるヒーティングコア１００の係止支持部１３０及びシャフト３００の上段を取り囲み、上段には係止支持部１３０の上端が係止されて支持されるように係止顎４１０が形成されて、雌ネジ部４２０を介してシャフト３００の雄ネジ部３２０と締結する時、ヒーティングコア１００の係止支持部１３０を加圧するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置。 - 前記ヒーティングコア１００は、ヒーティング部１１０の下段から中間部の周りに係止支持部１３０が形成されるように構成し、
前記ヒーター２００は、ヒーティングコア１００の下部を取り囲むように構成されてヒーティングコア１００を加熱し、その周りには下部に突出して電線２２０を一緒に取り囲む絶縁碍子２１０に取り囲まれるように構成されて電線２２０を介して電力が印加されて熱を発生させるように構成し、
前記シャフト３００は、上段内側に碍子支持溝３１０が形成されて絶縁碍子２１０の下端が挿入され、その上段の周りには雄ネジ部３２０が形成されるように構成し、
前記クランプナット４００は、垂直貫通された内部に設けられるヒーティングコア１００の係止支持部１３０及びシャフト３００の上段を取り囲み、その上段には係止支持部１３０の上端が係止されて支持されるように係止顎４１０が形成されて、雌ネジ部４２０を介してシャフト３００の雄ネジ部３２０と締結する時、ヒーティングコア１００の係止支持部１３０を加圧して固定するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置。 - 前記ヒーティングコア１００のヒーティング部１１０は、
滑らかな表面粗さを与えるためにクロムメッキ層５２１をさらに形成していることを特徴とする請求項１に記載の水処理用中空糸膜補強用ブレードの内側面熱処理装置。 - 請求項１に記載の熱処理装置を用いて製造されたブレード。
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