JP3908507B2 - 静電荷像現像用トナー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電荷像現像用トナーであり、特に静電式複写機やレーザービームプリンター等の、いわゆる電子写真方式を用いた画像形成装置に使用される電子写真用トナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複写機及びレーザービームプリンターのごとき電子写真技術を用いた画像形成装置の機能が多用化し、より一層の画像の高精細化、高画質化が求められている。それに伴い、トナー粒子は粒子径が従来以上に細かいものを使用する傾向にある。また、これらはデジタル複合機の場合、同一の現像システムで複写機、プリンター、ファックスと複数の機能を果たす必要がある。それぞれによって使用される原稿濃度に差があり、どの様な使用状態によっても最適な画像品質を維持する必要がある。原稿濃度がある程度以上高い場合（６％以上）、現像剤中へは適度にトナーが補給され現像剤中を循環するため問題は発生しにくいが、原稿濃度が低い場合（１％以下）、現像剤中へのトナー補給は少なく撹拌のみ繰り返されるため、チャージアップによる画像濃度低下が発生していた。特にファックスの場合、一般的に印字の濃度が低いため、チャージアップによる画像濃度低下がしばしば問題となっていた。この様な問題を解決するために、磁性微粉体を外添剤としてトナー表面に一定量外添し、トナーの表面抵抗を低下させて過剰に帯電された電荷をリークさせることにより帯電上昇を防止させ、低温・低湿環境下でも濃度低下の発生しないトナーが従来から提案されている。
【０００３】
しかしながら、この様な外添剤が一定量以上存在すると、逆に原稿濃度が更に高い場合（３０％以上）、現像剤中へのトナー補給は多くなり、撹拌能力が追い付かず帯電不良が発生し画像かぶりが増加するといった問題が発生していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
複写機及びレーザービームプリンタにおいて、高画質化を達成する為には、トナー粒子径の小粒径化、感光体ドラム径、プロセススピード等幾つかの条件が必至条件となる。その場合には、多少それに伴う問題点が発生する。原稿濃度が高い（３５％以上）ものを連続して出力する場合、補給及び現像されるトナーは多くなり、現像槽内での撹拌能力が追い付かない事から帯電量が不安定になって異常に画像上のかぶりが増加するといった不具合が生じていた。特にこれらの現象は帯電量が安定しにくい高温高湿環境下において発生しやすい。
【０００５】
本発明の目的は、トナー粒子に外添剤として使用する磁性微粉体の量を規定することにより、過剰にトナー補給させた場合においても、帯電量を安定させ、画像のかぶりを上昇させる事なく安定した画像を可能とする静電荷像現像用トナーを提供することにある。
【０００６】
本発明は、使用するトナーが少なくともスチレンアクリル系結着樹脂と着色剤及び帯電制御剤で構成されており、該トナーに０．６〜０．８重量部の磁性微粉体Ａが外添剤として使用されている事により、コピーかぶりに対して最も厳しい条件である高温・高湿環境下でのコピーかぶりの上昇を防止し、又、コピー濃度に対し最も厳しい条件である低温・低湿環境下でのコピー濃度低下を防止する事を可能とし、又、粒子径の異なる磁性微粉体Ｂを磁性微粉体Ａと同重量部以上０．８重量部以下で外添する事により、感光体ドラム上への磁性微粉体の付着（フィルミング）を防止することが出来、どの様な環境下においても、安定したコピー画質を可能とする静電荷現像用トナーを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２成分からなる現像剤に使用される静電荷像現像用トナーであって、少なくともスチレンアクリル系結着樹脂と着色剤及び帯電制御剤で構成され、磁性微粉体Ａが外添剤として０．６〜０．８重量部使用されるとともに、重量平均粒径が０．３０〜０．６０μｍであり、かつ、７９．５８ｋＡ／ｍ（１Ｋエルステッド）の磁界下における残留磁化σｒ _ｂ （Ａｍ ^２ ／ｋｇ）と飽和磁化σｓ _ｂ （Ａｍ ^２ ／ｋｇ）との比が下記条件を満足する磁性微粉体Ｂが、前記磁性微粉体Ａと同重量部以上０．８重量部以下で外添されている静電荷像現像用トナーである。ただし、σｒ _ｂ ／σｓ _ｂ ≦０．１０である。
【０００８】
また、本発明は、上記磁性微粉体Ａは、表面にアミノシラン基を有し、形状が八面体であり、電気抵抗ｒ_ａ（Ω・ｃｍ）が下記条件を満足している静電荷像現像用トナーである。ただし、１×１０^３≦ｒ_ａ≦９×１０^３ である。
【００１２】
そして、本発明は、上記外添磁性微粉体Ｂは、その組成または構造式がＦｅ_３Ｏ_４・ＭｎＯで表される磁性微粒子で構成され、電気抵抗ｒ_ｂ（Ω・ｃｍ）が下記条件を満足している静電荷像現像用トナーである。ただし、１×１０^８≦ｒ_ｂ≦９×１０^８ である。
【００１３】
更に、本発明は、トナー粒子の重量平均粒子径ｄが ｄ≦９μｍである静電荷像現像用トナーである。
【００１４】
また、本発明は、感光体ドラム径ｄが ｄ≦３０φ、プロセススピードが６０〜９０ｍｍ／ｓｅｃである静電荷像現像装置に使用される静電荷像現像用トナーである。
【００１５】
そして、本発明は、上記静電荷像現像装置の感光体ドラムと現像用マグローラの周速比が２．７〜３．３で使用される静電荷像現像用トナーである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。
本発明の静電荷像現像用トナーの実施例について、図１〜図１１を用いて説明する。図１は、実施例の静電荷像現像用トナーを使用する静電荷現像装置の一例の説明図である。図２は、実施例１の静電荷像現像用トナーのトナー材料組成を示す図表である。図３は、実施例１における外添剤を示す図表である。図４は、実施例１におけるコピー評価を説明する図表である。図５は、実施例１におけるコピー濃度推移を確認する図表である。図６は、実施例２における確認結果を説明する図表である。図７は、実施例３における確認結果を説明する図表である。図８は、実施例４の静電荷像現像用トナーのサンプルを説明する図表である。図９は、実施例４における評価結果を説明する図表である。図１０は、実施例５における評価結果を説明する図表である。図１１は、実施例６における評価結果を説明する図表である。
【００１７】
実施例の静電荷像現像用トナーを使用するデジタル複合機の一例の全体図を図１に示す。デジタル複合機は、静電荷像現像装置の一つであり、感光体ドラムと現像用マグローラの周速比が２．７〜３．３で使用され、２成分からなる現像剤を使用する。デジタル複合機において、原稿像はコピーランプ１により照射され、その反射光が第２／第３ミラーユニット２を経てレンズユニット３へ送られる。ＬＳＵユニット４により、画像信号をレーザービームに変換し、感光体ドラム５上に結像する。感光体ドラムはＭＣユニット６により均一に帯電され、レーザービームにより静電潜像を形成し、更に現像槽中で帯電されたトナーを感光体ドラム上にのせる為のＭＧローラー７により電気的吸収力により感光体ドラム上にトナーを付着させる。カセット給紙ローラー８により給紙されレジストローラー９により一旦待機させられていた記録紙はレジストローラー９の駆動により感光体ドラム上に搬送され、可視像化されトナーが付着している感光体ドラムに重ね合わされる。次に重ね合わされた記録紙の裏面に転写ローラー１０により電荷を与えると、感光体ドラム上からトナーは記録紙上に転写される。感光体ドラム上に残った未転写トナー等は、感光体ドラムユニットに設けられているクリーニングブレードによって除去される。一方、トナーを載せた記録紙は定着ユニットまで搬送され、上ヒートローラー１１と下ヒートローラー１２に挟まれて熱定着され搬送ローラー１３、排紙ローラー１４により排紙される。又、熱定着の仕組みとしては上ヒートローラー１１内部にヒーターランプが設置されており定着サーミスターにより温度管理がなされている。以上のように原稿上の画像データを記録紙上に複写する工程が完了する。
【００１８】
実施例１を説明する。本実施例の静電荷現像用トナーは、少なくともスチレンアクリル系結着樹脂と着色剤及び帯電制御剤で構成され、磁性微粉体Ａが外添剤として０．６〜０．８重量部使用されている。図２に示す材料を乾式混合機（へンシェルタイプのミキサー）にて分散混合したのち、２軸混練機にて溶融混練し、ジェットミルにて粉砕、分級を行い平均粒子径８．５μｍの粉体を作製した。該トナーの物性値としては、ｔａｎδ（誘電率）が２．７６（１．Ｅ−０３）であり、抵抗値ｒが２５８（１．Ｅ−０９）であった。又、シェイカー（高速振動ふるい器）試験による帯電量としては、１５分値で３２．９μｃ／ｇであった。次に、乾式混合機（へンシェルタイプのミキサー）にて図３に示す内容の外添剤の混合を行い、数種類の電子写真用トナーを得た。又、実機評価にはシャープ製デジタル複合機ＡＲ−２７５を用いて行った。
【００１９】
実施例で使用する測定装置を説明する。（ａ）コピー濃度：直径５５ｍｍの黒円を含む原稿を用いて、３枚複写し得られたコピーサンプルの黒部をマクべス濃度計にて測定しそれらを平均した値を採用する。本願の評価基準としては、１．５０以下であれば良好とした。（ｂ）コピーかぶり：Ａ４サイズの白紙を予め白度計（ハンター白度計、日本電色工業社製）にて白度を測定しその値を第１測定値とする。次に直径４０ｍｍの白円を含む原稿を用いて３枚複写し得られたコピーサンプルの白部を前述の白度計にて測定しこの値を第２測定値とし、第２測定値の値を第１測定値から差し引いた値をコピーかぶりの値とする。本願の評価基準としては、全ての環境下に於いて、１．２０以上であれば良好とした。
【００２０】
（ｃ）ｔａｎδ：誘電体損測定装置（ＴＲＳ−１０Ｔ型、安藤電気社製）を用いて測定した。測定方法としては、まず、得られたトナーから錠剤成形器を用いて約１．５ｍｍ軽度の測定用サンプルを作成する。次に上記サンプルを固体用電極内部に装着し、電極を恒温槽の中にプラグインする。測定装置の測定モードをゼロバランスモードに設定し、測定周波数に応じてＰＡＴＩＯ値を決定し、平衝の操作を行う。この時のコンダクタンスの値をＲｏとする。さらに測定モードを替えて零平衝と同様に平衝操作を行う。この時のキャパシタンスをＣｘ、コンダクタンスをＲ’とする。ｔａｎδは上記測定値を用いて次のように求めることができる。まず、
誘電率（ε’）＝Ｃｘ／Ｃｏ………（１）
ここで、Ｃｏは誘電体を空気で置き換えたときの静電容量である幾何学的静電容量である。一方、誘電損率（ε”）を次式により求める。
誘電損率（ε”）＝Ｇｘ／ωＣｏ………（２）
ここで、ωは角周波数であり、２πｆ（ｆは周波数Ｈｚ），Ｇｘはコンダクタンスで、Ｇｘ＝ＰＡＴＩＯ値×（Ｒ’−Ｒｏ）で示される。ｔａｎδは、
ｔａｎδ＝ε”／ε’………（３）
にて示され、（３）式に（１）式及び（２）式を代入すると、
ｔａｎδ＝Ｇｘ／ωＣｘ
＝ＰＡＴＩＯ値×（Ｒ’−Ｒｏ）／２πｆＣｘ
と表され、測定した各値をそれぞれ代入してｔａｎδを測定した。本実施例での測定方法は、測定周波数１ｋＨｚで行い、それに応じたＰＡＴＩＯ値は１×１０^−９であった。
【００２１】
（ｄ）シェイカー試験：株式会社 レッチェ（Ｒｅｔｓｃｈ）社のミキサーミルＭＭ２００を使用し測定した。容量２０ｍｌのサンプル瓶に得られたトナー０．７ｇと鉄粉キャリア９．３ｇを入れ、ミキサーミルＭＮ２００に装着し、１８００回／ｍｉｎの振動数で１５分間振動させた後、ブローオフ測定機にて帯電量（チャージ）の測定を行う。
【００２２】
得られたトナーサンプルを実機マシンにより評価確認を行った。又、評価確認に於いては、全てに対して厳しい条件での確認を行うため、デベロッパー、感光体ドラム等はそれぞれの寿命（ライフ）を越えたものを使用し確認を行った。
【００２３】
コピーかぶり評価結果を図４に示す。高濃度（３５％）原稿を連続して１００枚コピーした場合に、外添している磁性微粉体が１．０重量部（サンプル５）になると１枚目から１５枚目までにコピーかぶりが急激に上昇し、その後も上昇したままの値でコピーかぶりが推移している事がわかる。次に、各トナーサンプルの低温／低湿環境（５℃／２０％）下でのコピー濃度推移を確認した結果を図５に示す。通常環境下（２５℃／５０％）から低温／低湿環境（５℃／２０％）に切り替えた時点がコピー濃度に対して一番厳しい条件となることがわかり、外添している磁性微粉体が０．５重量部（サンプル１）になると急激なコピー濃度低下が発生するこる事がわかる。上記実機評価結果より、どの様な環境下に於いても安定したコピー画質を提供する為には、外添する磁性微粉体は０．６〜０．８重量部にすることにより可能となった。
【００２４】
実施例２を説明する。本実施例の静電荷現像用トナーは、磁性微粉体Ａは、表面にアミノシラン基を有し、形状が八面体であり、電気抵抗（ｒ_ａ（Ω・ｃｍ））が １×１０^３≦ｒ_ａ≦９×１０^３ である。実施例１で得られたトナー粒子に対して、外添剤の磁性微粉体の電気抵抗を変化させて性能確認を行い、確認結果を図６に示す。確認結果よりわかる様に、磁性微粉体の電気抵抗が小さくなる（サンプル６）とチャージリーク作用が大きくなり帯電量の低下によるコピーかぶりが発生しやすくなる。この現象は、特にチャージリーク作用の発生しやすい高温・高湿環境下において発生しやすい。逆に電気抵抗が大きくなる（サンプル９）と、磁性徴粉体によるチャージリーク作用が起こりにくくトナー粒子の帯電量が大きくなりコピー濃度の低下が特に低温・低湿環境下において発生しやすくなる。好ましいのは、１×１０^３≦ｒ_ａ≦９×１０^３である。
【００２５】
実施例３の実施例を説明する。本実施例の静電荷現像用トナーは、トナー粒子１００重量部当り１．５〜２．５重量部の磁性微粉体Ａと混合されている。磁性徴粉体Ａを混合させてトナー粒子を作製し、外添した後性能評価を実施した。確認結果を図７に示す。トナー粒子に磁性微粉体を混合させる（サンプル１１〜１３）ことにより、磁性微粉体の磁力が現像スリーブと引きつけあいコピー動作を続ける事（ライフ後半）により発生しやすくなるトナー飛散（マシン機内汚れ）やそれに伴うコピー裏面汚れの発生がなくなることがわかった。しかしながら、混合させる量が多ければ（サンプル１３）、磁性微粉体のチャージリーク作用によりコピーかぶりが増大し、それに伴うトナー飛散が発生した。上記確認結果より、トナー粒子に混合させる磁性微粉体は１００重量部に対し１．５〜２．５重量部が最適となった。
【００２６】
実施例４の実施例を説明する。本実施例の静電荷現像用トナーは、重量平均粒径が０．３０〜０．６０μｍである磁性微粉体Ｂが上記磁性微粉体Ａと同重量部以上０．８重量部以下で外添されている。上記実施例１〜３により作製されたトナーを通常濃度（６％）の原稿で評価確認を実施した結果、低温／低湿環境下に於いて感光体ドラム上に磁性微粉体が付着し、コピー画質を悪化させる現象が発生する可能性がある事がわかった。本実施例では、図８に示す様なトナーサンプルを作成し、上記磁性微粉体とは異なる磁性微粉体Ｂを外添剤として使用する事により、磁性微粉体の感光体ドラムへの付着を防止する検討を実施した。評価確認結果を図９に示す。表からわかる様に、磁性微粉体Ｂを磁性微粉体Ａと同量以上添加する（サンプル１６〜１８）ことにより、低温／低湿環境下でも感光体ドラムへの磁性微粉体の付着を防止する事が可能となった。しかしながら、前記で述べた内容と同様に０．８重量部を超える磁性微粉体を外添する（サンプル１８）とコピーかぶりが上昇することから、磁性微粉体Ｂの添加量は０．８重量部以下、最も好ましくは磁性微粉体Ａと磁性微粉体Ｂは同重量部使用する事が良い。
【００２７】
実施例５の実施例を説明する。本実施例の静電荷現像用トナーにおいて、外添磁性微粉体Ｂは、７９．５８ｋＡ／ｍ（１Ｋエルステッド）の磁界下における残留磁化σｒ_ｂ（Ａｍ^２／ｋｇ）と飽和磁化σｓ_ｂ（Ａｍ^２／ｋｇ）との比が σｒ_ｂ／σｓ_ｂ≦０．１０である。磁性微粉体Ｂは、７９．５８ｋＡ／ｍ（１ｋエルステッド）の磁界下における磁性微粉体の残留磁化〔σｒ（Ａｍ^２／ｋｇ）〕と飽和磁化〔σｓ（Ａｍ^２／ｋｇ）〕との比がσｒ／σｓ≦０．１０であることが好ましい。σｒ／σｓが０．１０を超過した磁性微粉体Ｂを用いた場合には、残留磁化が支配的となり、外添剤どうしの磁気的拘束力による擬集により外添剤の効果を発揮することが出来なくなり、図１０に示す様に特にはコピー濃度に対して大きく影響し濃度不足や濃度低下が発生する原因となる。本実施例において、磁気特性は、ＶＳＭＰ−１−１０（東英工業社製）を用い、外部磁場７９．５８ｋＡ／ｍで測定を行なった。
【００２８】
実施例６の実施例を説明する。本実施例の静電荷現像用トナーは、外添磁性微粉体Ｂは、その組成または構造式がＦｅ_３Ｏ_４・ＭｎＯで表される磁性微粒子で構成され、電気抵抗ｒ_ｂ（Ω・ｃｍ）が １×１０^８≦ｒ_ｂ≦９×１０^８である。実施例２で行った確認と同様に、磁性微粉体Ｂにおいても、電気抵抗の変化による性能確認を実施した結果、図１１からわかる様に規定範囲よりも小さい場合コピーかぶりの増大が発生し、逆に大きい場合にはコピー濃度が低下した。この現象を発生させずに感光体ドラムへの磁性微粉体の融着を防止するためには、磁性微粉体３の電気抵抗を１×１０^８≦ｒ_ａ≦９×１０^８に規定する必要があることがわかった。
【００２９】
実施例７，８を説明する。本実施例の静電荷現像用トナーにおいては、トナー粒子の重量平均粒子径ｄが ｄ≦９μｍである。また、感光体ドラム径ｄが ｄ≦３０φ、プロセススピードが６０〜９０ｍｍ／ｓｅｃである静電荷像現像装置に使用される。本実施例ではトナー粒子径の変化による画質確認を行った。トナー粒子径が大きくなることにより、本来の目的である高画質の達成が困難になり、又、感光体ドラムと現像用マグローラの周速比に於いても、大きくなるとキャリア上がり（キャリアの飛び散り）やキャリアの劣化が早まり耐久性を悪化させる原因となる。逆に、小さくなると感光体ドラムへの現像性が低下しコピー濃度の低下の原因となる。以上の様な内容から、トナー粒子の重量平均粒子径は≦９μｍであり、感光体ドラムと現像用マグローラの周速比を２．８〜３．２で使用し前述した磁性微粉体の外添添加量を規定し使用することにより、画質不良発生のない高画質を達成することが可能となった。
【００３０】
実施例１，２の効果を説明する。どの様な環境下に於いても、コピーかぶり上昇やコピー濃度低下等の不具合の発生しないコピー画像を提供する事が可能となる。
【００３１】
実施例３の効果を説明する。磁性微粉体を１．５〜２．５重量部混合させてトナー粒子を作製し使用する事により、特にライフ後半に発生しやすくなるトナー飛散やそれに伴うコピー用紙の汚れを防止する事が可能となる。
【００３２】
実施例４〜６の効果を説明する。低温／低湿環境下において、感光体ドラム上への磁性微粉体の付着を防止し更なる不具合改善を実施する事が可能となる。
【００３３】
実施例７〜９の効果を説明する。上記内容を改害した上での高画質な画像を提供する事が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、使用するトナーが少なくともスチレンアクリル系結着樹脂と着色剤及び帯電制御剤で構成されており、該トナーに０．６〜０．８重量部の磁性微粉体Ａが外添剤として使用されている事により、コピーかぶりに対して最も厳しい条件である高温・高湿環境下でのコピーかぶりの上昇を防止し、又、コピー濃度に対し最も厳しい条件である低温・低湿環境下でのコピー濃度低下を防止する事を可能とし、又、粒子径の異なる磁性微粉体Ｂを磁性微粉体Ａと同重量部以上０．８重量部以下で外添する事により、感光体ドラム上への磁性微粉体の付着（フィルミング）を防止することが出来、どの様な環境下においても、安定したコピー画質を可能とする静電荷現像用トナーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の静電荷像現像用トナーを使用する静電荷現像装置の一例の説明図。
【図２】実施例１の静電荷像現像用トナーのトナー材料組成を示す図表。
【図３】実施例１における外添剤を示す図表。
【図４】実施例１におけるコピー評価を説明する図表。
【図５】実施例１におけるコピー濃度推移を確認する図表。
【図６】実施例２における確認結果を説明する図表。
【図７】実施例３における確認結果を説明する図表。
【図８】実施例４の静電荷像現像用トナーのサンプルを説明する図表。
【図９】実施例４における評価結果を説明する図表。
【図１０】実施例５における評価結果を説明する図表。
【図１１】実施例６における評価結果を説明する図表。
【符号の説明】
１ コピーランプユニット
２ 第２／３ミラーユニット
３ レンズユニット
４ ＬＳＵユニット
５ 感光体ドラムユニット
６ ＭＣホルダーユニット
７ 現像用ＭＧローラー
８ 記録紙給紙ローラー
９ レジストローラー
１０ 転写ローラー
１１ 上ヒートローラー
１２ 下ヒートローラー
１３ 搬送ローラー
１４ 排紙ローラー

Claims (6)

1. ２成分からなる現像剤に使用される静電荷像現像用トナーであって、
   少なくともスチレンアクリル系結着樹脂と着色剤及び帯電制御剤で構成され、磁性微粉体Ａが外添剤として０．６〜０．８重量部使用されるとともに、重量平均粒径が０．３０〜０．６０μｍであり、かつ、７９．５８ｋＡ／ｍ（１Ｋエルステッド）の磁界下における残留磁化σｒ _ｂ （Ａｍ ^２ ／ｋｇ）と飽和磁化σｓ _ｂ （Ａｍ ^２ ／ｋｇ）との比が下記条件を満足する磁性微粉体Ｂが、前記磁性微粉体Ａと同重量部以上０．８重量部以下で外添されている事を特徴とする静電荷像現像用トナー。
   σｒ _ｂ ／σｓ _ｂ ≦０．１０
2. 上記磁性微粉体Ａは、表面にアミノシラン基を有し、形状が八面体であり、電気抵抗ｒ_ａ（Ω・ｃｍ）が下記条件を満足している請求項１記載の静電荷像現像用トナー。
   １×１０^３≦ｒ_ａ≦９×１０^３
3. 上記外添磁性微粉体Ｂは、その組成または構造式がＦｅ _３ Ｏ _４ ・ＭｎＯで表される磁性微粒子で構成され、電気抵抗ｒ _ｂ （Ω・ｃｍ）が下記条件を満足している請求項１又は２に記載の静電荷像現像用トナー。
   １×１０ ^８ ≦ｒ _ｂ ≦９×１０ ^８
4. トナー粒子の重量平均粒子径ｄが ｄ≦９μｍである請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電荷像現像用トナー。
5. 感光体ドラム径ｄが ｄ≦３０φ、プロセススピードが６０〜９０ｍｍ／ｓｅｃである静電荷像現像装置に使用される請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電荷像現像用トナー。
6. 上記静電荷像現像装置の感光体ドラムと現像用マグローラの周速比が２．７〜３．３で使用される請求項５記載の静電荷像現像用トナー。

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