JP4917925B2 - 光走査装置及びカラー画像形成装置 - Google Patents
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Description
すなわち、近年、走査特性の向上を意図して、光走査装置の結像光学系に、非球面に代表される特殊な面を採用することが一般化しており、このような特殊な面を容易に形成でき、なおかつコストも安価な樹脂材料で製作された結像光学系が多用されているが、樹脂材料の結像光学系は、温度や湿度の変化の影響を受けて光学特性が変化しやすく、このような光学特性の変化は、走査線の曲がり具合や等速性も変化させる。このため、例えば、数十枚のカラー画像の形成を連続して行う場合に、画像形成装置の連続運転により機内温度が上昇し、結像光学系の光学特性が変化して、各光書込装置の書き込む走査線の曲がり具合や等速性が次第に変化し、色ずれの現象により、初期に得られたカラー画像と、終期に得られたカラー画像とで色合いの全く異なるものになることがある。
特許文献3には、複数の光源と、ポリゴンミラーと、ポリゴンミラーによって反射された各レーザビームをそれぞれ複数の被照射対象物に収束させる複数の光学部材からなる光学系とを備えるマルチビーム光源走査装置において、複数の光学部材のうち少なくとも1つの光学部材は、各レーザビームの全てが通過するように構成され、各レーザビームの全てが通過する光学部材は、単一の素材からなる単一の部材で構成された光源走査装置が記載されている。
(1)2つの被走査面に対して、光ビームを出射する光源と、該光源を出射した光ビームを偏向する偏向器と、該偏向器により偏向された光ビームを、光スポットとして被走査面上を走査する走査光学素子と、前記被走査面までの光路を折り曲げる折り返しミラーと、それらを収納するためのハウジング部材と、から構成される2つのステーションを備え、前記走査光学素子のうち前記2つのステーションの各々において前記偏向器に最も近い位置に配置された一対の走査光学素子は、前記偏向器の中心を通る対称軸に対して略線対称であり、前記2つのステーションにおける前記折り返しミラーの枚数の差が偶数である、光走査装置であって、前記偏向器の駆動に伴う発熱に起因する前記一対の走査光学素子の焦線の湾曲に伴う走査線曲がりの方向が、各被走査面間で揃うように、前記一対の走査光学素子の一方の走査光学素子の前記ハウジング部材に対する取付面の向きと、他方の走査光学素子の前記ハウジング部材に対する取付面の向きと、が異なることを特徴とする光走査装置。
(2)前記偏向器から前記一対の走査光学素子の各々までの、前記ハウジング部材に沿った熱伝導の距離が、略等しいことを特徴とする(1)に記載の光走査装置。
(3)前記走査光学素子は、接着工法によりハウジング部材に接着固定されることを特徴とする(1)または(2)に記載の光走査装置。
(4)前記走査光学素子の主走査方向の長さをLとするとき、該走査光学素子の光軸から主走査方向に±L/4以内の領域内に、該走査光学素子の上面又は下面がハウジング部材と接している領域が設けられていることを特徴とする(3)に記載の光走査装置。
(5)前記走査光学素子は、ばね部材によりハウジング部材に押圧固定されることを特徴とする(1)または(2)に記載の光走査装置。
(6)前記走査光学素子は、2つ以上の樹脂製の光学素子レンズから構成され、前記偏向器から感光体までの光路に沿って、該偏向器に光学的に近い順で最も偏向器に近い位置に配備された光学素子レンズをレンズL1、ついでi番目に配備された光学素子レンズをレンズLi(i=2,3,4・・・)とするとき、前記偏向器からレンズL1までのハウジング部材に沿った物理的な距離(ハウジング部材内を熱伝導する距離)D1が、該偏向器から前記レンズLi間の距離Diよりも小さいことを特徴とする(1)または(2)に記載の光走査装置。
(7)前記ステーションの少なくとも一つは、他とは異なるハウジング部材に収納されていることを特徴とする(1)または(2)に記載の光走査装置。
(8)複数の感光体上に静電潜像を形成するための露光装置を備え、該静電潜像を複数色のトナーにて顕像化したのち、記録媒体上に重ね合わせて多色画像を形成するカラー画像形成装置において、前記露光装置として、(1)〜(7)のいずれかに記載の光走査装置を適用したことを特徴とするカラー画像形成装置。
なお、以下の説明においては、走査光学系を構成する結象素子として「走査レンズ」に本発明を適用する構成ついて記述しているが、「走査ミラー」等の結像素子に適用する構成としても構わない。また、光源から、カップリングレンズ、シリンドリカルレンズ、偏向器(ポリゴンミラー)、走査レンズ、折り返しミラー等を介し、感光体(被走査面)に至るレーザビームの光路や光学素子、及びそれらを保持する機械的構造等を総称して、「ステーション」と呼ぶことにする。ここでは、複数のステーションそれぞれにおいて対応する感光体上で、1本のレーザビームを走査させる「シングルビーム走査方式」の光走査装置について主として説明しているが、1つの感光体上を同時に複数本のレーザビームで走査する「マルチビーム走査方式」に展開しても構わない。
図1は、光走査装置の模式図である。
半導体レーザ等の光源(不図示)から出射したレーザ光は、カップリングレンズ(不図示)の作用により略平行光束に変換された後、シリンドリカルレンズ(不図示)の作用により、ポリゴンミラー(偏向器)14の偏向反射面に主走査に長い線像(副走査方向に結像した線像)として結像する。ポリゴンミラー14はいわゆるポリゴンモータ14aに組み付けられてポリゴンスキャナを構成し、高速(数万rpm)で回転するため、ポリゴンミラー14のエッジ部における風損により騒音や発熱の原因となる。またポリゴンモータ14aにおいては、軸受けや駆動用回路基板によっても発熱する恐れがある。そのため、騒音や気流による熱の拡散を防止するため、ポリゴンスキャナ14bは側壁19にて周囲を囲まれることが多い。その際、レーザビームが透過可能なように、一部には透明基板(防音ガラス)18を配備する。
まず、温度変化に伴う走査線曲がりの方向を、各ステーションにて一致させる構成を説明する。
図2は、図1にて説明した光走査装置を2つ備えたカラー画像(2色画像)形成装置の模式図である。本発明の説明に不要な現像装置、転写装置、定着装置等は図示していない。なお以下では、2ステーション式光走査装置(2色画像形成装置)について説明するが、より多くのステーションを有する光走査装置(多色画像形成装置)における任意の2ステーションに対して適用しても構わない。なお「ステーション」とは、光走査装置内の光源装置から被走査面(感光体ドラム)までの光路や光学素子及びそれらを支持する機械的構造等を指すものとする。また、前記光源装置はマルチビーム光源でもよく、1つの被走査面を複数のレーザビームで同時に走査するマルチビーム走査方式も本発明の範疇に含まれる。
つぎに、走査レンズの固定方法としての接着工法について説明する。
第1走査レンズ15−1や第2走査レンズ15−2を光学ハウジング23に固定する場合、低コスト化を図るためには、接着工法を採用することが望ましい。またこのとき、走査レンズの主走査方向の長さをLとするとき、該走査光学素子の中心部から±L/4以内の領域内に、該走査光学素子の上面又は下面がハウジング部材と接している領域が設けられているようにすることが望ましい。
つぎに、走査レンズの固定方法としてのばねによる押圧固定を説明する。
熱膨張量の差異による走査レンズの変形を防止するには、走査レンズが実質的に自由膨張(比例拡大/比例縮小)可能なように、ばね部材を用いて光学ハウジングに押圧固定すればよい。温度変化後部品内部の温度分布が発生している状態では走査レンズの屈折率分布や走査レンズの形状が変化し走査線曲がりが発生する恐れがあるが、時間が経過し温度分布が一定となれば屈折率分布や形状変化が元の状態に復帰でき、走査線形状変化も低減できる。
実施例1では2つの独立した光走査装置が各々ステーションを構成する例を示した。この構成により、設計値として、各ステーション(光走査装置)間の光学特性(特に、走査線形状)の偏差の発生の低減を図ることができるので、光走査装置の組立/調整の容易化を達成できる。また、光走査装置が各々独立しているので、ポリゴンスキャナ等の部品が故障したときの交換作業の容易化を図ることができる。例えばユーザ先で修理を行う場合、現場で故障した部品を交換するのではなく、光走査装置そのものを新品に交換し、故障した光走査装置は修理工場等にて別途修理すればよい。
その際、「色ずれ」を低減するためには、図7に示す構成ではなく、図6に示すようにポリゴンスキャナ及び走査レンズを組付けることが望ましい。すなわち、光学ハウジング232上において、図3(b)の関係が実現できるように、第1/第2走査レンズ15−1M,15−2Mの固定面側(光学ハウジング232との接触面)と、第1/第2走査レンズ15−1Y,15−2Yの固定面側(光学ハウジング232との接触面)を両光走査装置20M2、20Y2において、統一する。
図8,図9に比較例として、2つのステーションM及びYを共通の光学ハウジング934に収納した光走査装置90M4,90Y4の一例を示す。図8に示すように、光走査装置の小型化や、画像形成装置内での感光体ドラム間隔等のメカレイアウト的な制約のため、各ステーションにはレーザビームの光路を折り曲げるための折り返しミラーが1枚ずつ配備されている。図9は折り返しミラーを配備しない状態の光学レイアウトを展開して示した平面図であるが、ポリゴンミラー14を中心として、ステーションMとYが左右両側に対称的に配備されている。
これに対して、両ステーションに配備された折り返しミラーの枚数の差が偶数の場合、図10に示すように、光学ハウジング233におけるポリゴンスキャナ14bの設置面に対し、一方の第1走査レンズ15−1Mは同一面側に設置し、他方の第1走査レンズ15−1Yは反対面側に設置することができる。この構成により、感光体ドラム16M及び16Y上の走査線曲がりの方向を揃えることができるので、「色ずれ」の発生を低減することができる(図3(b)の状態)。
比較例3では、両ステーションに配備された折り返しミラーの枚数の差が偶数の場合について検討した。メカレイアウト上、折り返しミラーの枚数の差が奇数となる場合には、図12に示すように、光学ハウジング235におけるポリゴンスキャナ14bの設置面側に、第1走査レンズ15−1M及び15−1Yを設置すればよい。図12では、折り返しミラーの枚数は、ステーションM側が2、ステーションY側が3であり、その差は1(奇数)となっている。このように、走査線曲がりの方向が各感光体ドラム上において揃うように、折り返しミラーの配備数を設定することで、「色ずれ」を低減することができる。
感光体ドラム16上の走査線曲がりは、第1走査レンズ15−1の成分と第2走査レンズ15−2の成分の加算として表されるため、少なくともいずれか一方の変動成分を小さくすれば、走査線曲がり全体の変動も小さくすることができる。ポリゴンスキャナ14bから走査レンズまでの距離(光学ハウジング23に沿った熱伝導の距離)が長くなるに従い、ポリゴンスキャナ14bの発熱の影響は小さくなり、その変動成分の発生量も低減できる。一般に、第1走査レンズ15−1とポリゴンスキャナ14bの間に折り返しミラーを配備することはないが、第1走査レンズ15−1と第2走査レンズ15−2の間には折り返しミラーが配備されることは多い。
ステーションY(光走査装置90Y5)においては、光学ハウジング部材内の熱伝導の観点からは、第2走査レンズ15−2Yは、熱源となるポリゴンスキャナ14bと第1走査レンズ15−1Yの間に設置されている。そのため、図10や図11の例では第2走査レンズ15−2Yはポリゴンスキャナ14bの発熱の影響をほとんど受けることはないが、図13の構成では問題となる恐れがある。
電子写真プロセスを利用して複数の感光体上に形成されたトナー像を記録媒体上に重ね合わせてカラー画像を出力するカラー画像形成装置の露光装置として、前述した本発明の光走査装置を適用することにより、「色ずれ」の少ない高品位な出力画像を得ることができる。
(2−1)金属製の光学ハウジングの場合のカラー画像形成装置
(実施例5)
図14を用いて、本発明の実施例5を説明する。
図14は、図1の光走査装置の内部に2つのステーションを備えたカラー画像(2色画像)形成装置の模式図である。本発明の説明に不要な現像装置、転写装置、定着装置等は図示していない。また、ここでは2色画像として、例えば、視覚感度の低いイエロー(Y)と視覚感度の高いブラック(K)の2色のトナーの画像を重ね合わせることを想定する(中間転写ベルト上及び/又は記録媒体上にて重ね合わせる)。
ここまでは、少なくともポリゴンミラーから第1走査レンズまでの光路において、2つのステーションが副走査方向に積み重ねられた構成(2段)について説明しているが、本発明ではそれを3段以上とする構成でも構わない。本実施例ではその構成例を説明する。
本図におけるポリゴンスキャナ14bは、ポリゴンモータ14aに3枚のポリゴンミラー14−1、14−2及び14−3を組みつけられた構成である。また、ポリゴンミラー14−1にて偏向反射されるレーザビームに対応するステーションをST1、ポリゴンミラー14−2にて偏向反射されるレーザビームに対応するステーションをST2、ポリゴンミラー14−3にて偏向反射されるレーザビームに対応するステーションをST3、と呼ぶことにする。
図17、図18は、実施例7のカラー画像形成装置を説明する4色画像形成装置の一部を示す。4色として、例えば、ブラック(K)、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)のトナーを重ね合わせることを想定する。
図19は、実施例8のカラー画像形成装置を説明する2色画像形成装置の一部を示す。
光学ハウジング23の材質が熱伝導率の高い金属であっても、第一走査レンズ15−1−1と光学ハウジング23との間に下記条件式を満足する「断熱部材」32を配備することで、光学ハウジング23の熱が第一走査レンズ15−1−1に伝導しにくくなるため、第一走査レンズ15−1−1のボス部近傍に温度分布が発生しにくくなる。
(ここで、断熱部材の厚さ:H[m]、断熱部材の熱伝導率:κ[W/(m・K)])
以上のところまでは、光学ハウジングの材質が熱伝導率の高い金属である場合について説明した。ここでは、光学ハウジングの材質が熱伝導率の低い樹脂である場合について説明する。
実施例9を説明する図20における構成部品は図14の構成部品と同じであるが、本図においては、光学ハウジング23の材質は樹脂である。そのため、ポリゴンスキャナ14b周囲には防音ガラス18及び側壁19が配備されているため、ポリゴンスキャナ14bから発生した熱はポリゴンミラー14−1及び14−2の回転に伴い気流と共に拡散することはなく、また、光学ハウジング23は低熱伝導性の材質であるため、光学ハウジング部材内の熱伝導により拡散する距離も、金属製光学ハウジングの場合と比較して、非常に小さい。
実施例10を説明する図22においては、図20の構成に対して、第一走査レンズ15−1−2の上方に「カバー部材」33を配備することで、光学ハウジング23内部の自然対流による気流(ポリゴンスキャナ14bの発熱により暖められた空気)が、直接、走査レンズ15−1−2に当たることを回避することができる。これにより、走査レンズ15−1−2内部の温度分布の発生を低減させることができる。
比較的熱膨張率の小さい材質(アルミ等)製の光学ハウジングに、相対的に熱膨張率の大きい樹脂製の走査レンズを収納する場合には、走査レンズをスプリング部材にて押圧固定することが望ましい。このような構成を採用することにより、光走査装置の温度が変化しても、走査レンズの自由膨張が阻害されることはないので、走査線曲がり変動の発生を抑制することが可能となる。
ポリゴンスキャナ14bでの発熱量が大きく、光学ハウジングが熱伝導率の高い金属製の場合には、その部材内を伝導して第一走査レンズに到達する熱が非常に多くなり、実施例5〜8にて示した対策では不十分となることもある。また、光学ハウジングが熱伝導率の低い樹脂製の場合には、光学ハウジング内部の自然対流の影響が、上層側の走査レンズだけではなく、下層側の走査レンズにも及ぶ恐れがある。
図25に、実施例13を説明する2色画像形成装置(カラー画像形成装置)の一部を示す。
本実施例の画像形成装置は、実施例5(図14)の構成において、第1走査レンズ15−1−1a及び15−1−2aの光学面(入射側及び/又は出射側)の副走査方向の曲率をゼロ(曲率半径を∞)とした構成である。
また、第1走査レンズ15−1−1a及び15−1−2aの入射面側及び出射面側両面の曲率をゼロとし、光学素子の屈折率をゼロとすればより効果的である。
図26は、図14におけるポリゴンミラー14−1から感光体ドラム16−1表面までの光路(ステーションST1側)を展開して示した平面図(上面図)である。また、第1走査レンズ15−1−1に備えられたボス(3ヶ所)の配備位置(3面図)を、図27に示す。
また、図28及び図29は、本実施例14に対する比較例の構成を示す。
実施例14(図26、図27)においては、第1走査レンズ15−1−1の主走査方向両側に設けられた2ヶ所のボスは、有効エリアの主走査方向外側に配備されている。一方、比較例(図28、図29)においては、第1走査レンズ15−1−1cの主走査方向両側に設けられた2ヶ所のボスは、有効エリアの主走査方向内側に配備されている。
・副走査方向の走査開始タイミングを調整する、
・感光体ドラムの回転位相を調整する、
・別途光路偏向素子を配備し、副走査方向に微小角度光路偏向する、
等により補正することにより、出力画像の「色ずれ」の発生を抑制できる。
図31に、実施例15を説明する2色画像形成装置(カラー画像形成装置)の構成を示す。
実施例5の場合(図14)とは異なり、1つの第1走査レンズ15−1−12(結像素子a)が、2つのステーションST1及びST2により共用されている。このような構成であれば、ポリゴンスキャナ14bにて発生した熱は、図中の矢印のように光学ハウジング部材内部を伝導して、取付面30を介して第1走査レンズ15−1−12に到達するが、第1走査レンズ15−1−12の内部においては連続的な温度分布を形成する。一方、実施例5の場合には、2段重ねとなっているため、第1走査レンズ下段15−1−1と上段15−1−2の間で、温度分布が断続的(不連続)になる。この現象の違いは、温度変化の過渡時に顕著に現れる。そのため、本実施例においては、2つのステーションST1、ST2間の走査線曲がり変動の偏差の発生量を低減することが可能となり、出力画像における「色ずれ」を低減することができる。
図32に、実施例16を説明する2色画像形成装置(カラー画像形成装置)の一部を示す。
実施例16(図32)の構成においては、第1走査レンズ15−1−12aの光学面(入射側及び出射側)の副走査方向の曲率をゼロ(曲率半径を∞)としたが、いずれか一方のみ曲率をゼロとしても構わない。本構成によれば、実施例15(図31)と実施例13(図25)の効果を同時に得ることができる。
図31の2色画像形成装置(カラー画像形成装置)において、第1走査レンズ15−1−12に備えられた3ヶ所のボスの配備位置として、主走査方向両側に設けられた2ヶ所のボスを、光走査に関する有効エリアの主走査方向外側に配備するとよい。これにより、実施例15のように、第1走査レンズ15−1−12上段側と下段側の走査線形状の偏差の発生量を低減すると共に、実施例14のように、画像領域における走査線形状変化の発生自体を低減することができる。
実施例13(図25)や実施例16(図32)の構成のように、熱源となるポリゴンスキャナ14bに光学的に最も近いレンズを、副走査方向の曲率がゼロである走査レンズ(15−1−1a,15−1−2a,15−1−12a)とすることが望ましい。例えば、図25(図14)においてポリゴンミラー14−1からの光ビームに対応する第1走査レンズ15−1−1aと第2走査レンズ15−2−1とからなる結像素子群Bのうち、第1走査レンズ15−1−1aをポリゴンスキャナ14bに光学的に最も近いレンズとする。なお、「光学的に最も近い」とは、レーザビームの光路に沿った距離が最も短いこと、を意味する。
図33は、実施例18の2色画像形成装置(カラー画像形成装置)の構成図である。また、図34にその比較例を示す。
まず図34に示す比較例の場合には、図中の矢印で示すように、ポリゴンスキャナ14bから発生した熱は光学ハウジング部材を熱伝導し、ポリゴンスキャナ14b取付面に対して裏面に組み付けられた第2走査レンズ15−2−2cに到達する。ポリゴンスキャナ14bから第2走査レンズ15−2−2cまでの距離D2は、ポリゴンスキャナ14bから第1走査レンズ15−1−12aまでの距離D1より短いため、第2走査レンズ15−2−2−2cの方がポリゴンスキャナ14bの発熱の影響を強く受ける。さらに、第1走査レンズ15−1−12aの副走査方向の曲率を(光学設計上)ゼロとし、第2走査レンズ15−2−2−2c側に副走査方向のパワーを集約したため、ポリゴンスキャナ14bの発熱の影響はさらに大きくなりやすくなる。
14a ポリゴンモータ
14b ポリゴンスキャナ
15 走査光学系
15−1,15−1M,15−1Y,15−1−1,15−1−2,15−1−3,15−1−1a,15−1−2a,15−1−12a,15−1−1c,15−1−2c,15−1−1−L,15−1−1−R,15−1−2−L,15−1−2−R 第1走査レンズ
15−2,15−2M,15−2Y,15−2−1,15−2−2,15−2−3,15−2−2c,15−2−1−L,15−2−1−R,15−2−2−L,15−2−2−R 第2走査レンズ
16,16M,16Y,16−1,16−2,16−3,16−1−L,16−2−L,16−1−R,16−2−R 感光体ドラム(被走査面)
18 防音ガラス
19 側壁
20M1,20Y1,20M2,20Y2,20M3,20Y3,20M4,20Y4,20M5,20Y5,90M1,90Y1,90M2,90Y2,90M3,90Y3,90M4,90Y4,90M5,90Y5 光走査装置
22 光源装置
23,23M1,23Y1,232,233,234,235,93M1,93Y1,93M2,93Y2,933,934,935 光学ハウジング
24 折り返しミラー
30 取付面
31 中間転写ベルト
32 断熱部材
33 カバー部材
34 ステー
35 スプリング部材
Claims (8)
- 2つの被走査面に対して、光ビームを出射する光源と、該光源を出射した光ビームを偏向する偏向器と、該偏向器により偏向された光ビームを、光スポットとして被走査面上を走査する走査光学素子と、前記被走査面までの光路を折り曲げる折り返しミラーと、それらを収納するためのハウジング部材と、から構成される2つのステーションを備え、
前記走査光学素子のうち前記2つのステーションの各々において前記偏向器に最も近い位置に配置された一対の走査光学素子は、前記偏向器の中心を通る対称軸に対して略線対称であり、
前記2つのステーションにおける前記折り返しミラーの枚数の差が偶数である、光走査装置であって、
前記偏向器の駆動に伴う発熱に起因する前記一対の走査光学素子の焦線の湾曲に伴う走査線曲がりの方向が、各被走査面間で揃うように、前記一対の走査光学素子の一方の走査光学素子の前記ハウジング部材に対する取付面の向きと、他方の走査光学素子の前記ハウジング部材に対する取付面の向きと、が異なることを特徴とする光走査装置。 - 前記偏向器から前記一対の走査光学素子の各々までの、前記ハウジング部材に沿った熱伝導の距離が、略等しいことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 前記走査光学素子は、接着工法によりハウジング部材に接着固定されることを特徴とする請求項1または2に記載の光走査装置。
- 前記走査光学素子の主走査方向の長さをLとするとき、該走査光学素子の光軸から主走査方向に±L/4以内の領域内に、該走査光学素子の上面又は下面がハウジング部材と接している領域が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の光走査装置。
- 前記走査光学素子は、ばね部材によりハウジング部材に押圧固定されることを特徴とする請求項1または2に記載の光走査装置。
- 前記走査光学素子は、2つ以上の樹脂製の光学素子レンズから構成され、前記偏向器から感光体までの光路に沿って、該偏向器に光学的に近い順で最も偏向器に近い位置に配備された光学素子レンズをレンズL1、ついでi番目に配備された光学素子レンズをレンズLi(i=2,3,4・・・)とするとき、前記偏向器からレンズL1までのハウジング部材に沿った物理的な距離(ハウジング部材内を熱伝導する距離)D1が、該偏向器から前記レンズLi間の距離Diよりも小さいことを特徴とする請求項1または2に記載の光走査装置。
- 前記ステーションの少なくとも一つは、他とは異なるハウジング部材に収納されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光走査装置。
- 複数の感光体上に静電潜像を形成するための露光装置を備え、該静電潜像を複数色のトナーにて顕像化したのち、記録媒体上に重ね合わせて多色画像を形成するカラー画像形成装置において、
前記露光装置として、請求項1〜7のいずれかに記載の光走査装置を適用したことを特徴とするカラー画像形成装置。
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