JP5874226B2 - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Description
2成分現像剤を用いた現像装置は、現像装置内におけるトナー消費に応じて、現像装置の一部に設けられたトナー補給口から現像装置内に適宜にトナーが補給される。補給されたトナーは、現像装置内の現像剤とともに、スクリュオーガなどの搬送部材(搬送スクリュ)によって攪拌・混合される。攪拌・混合された現像剤は、その一部が現像剤担持体(現像ローラ)に供給される。現像ローラに担持された現像剤は、ドクタブレードによって適量に規制された後に、その2成分現像剤中のトナーが像担持体(感光体)との対向位置で感光体上の潜像に付着する。
プレミックス現像方式は、このようなキャリアの経時劣化による出力画像の画質低下を防止するものである。すなわち、現像装置内に新しいキャリア(又は新しい2成分現像剤)を適宜に補給するとともに、現像装置内に収容された2成分現像剤の一部を適宜に現像装置外に排出することで、現像装置内の劣化キャリアを減じて現像装置内に収容されたキャリアの量と帯電能力とを維持するものである。
このようなプレミックス現像方式を用いた画像形成装置は、キャリアの経時劣化が生じるごとに現像装置やキャリアを新品のものに交換する必要のある装置に比べて、経時においても出力画像の画質が安定化することになる。
さらに、トナーおよびキャリアを収容するトナーボトル(貯蔵室)から一旦サブホッパ(第一補給装置)にトナーおよびキャリアを供給し、サブホッパから現像装置内にトナーおよびキャリアを供給する技術が知られている。
サブホッパ内にはトナーおよびキャリアを搬送する螺旋状のスクリュからなる補給搬送スクリュが設けられており、補給搬送スクリュが駆動することで現像装置内にトナーおよびキャリアを供給する。
サブホッパを用いることで、トナーボトル内のトナーおよびキャリアが無くなった状態でもサブホッパ内のトナーおよびキャリアで印刷することができるため、印刷を中断することなくトナーボトルを交換することができる。
補給量の差が大きいと現像装置内の現像剤量が過多となり、駆動負荷が大きくなることで攪拌搬送部材が駆動できなくなり、また、攪拌搬送部材で搬送される現像剤量が多くなることで、再度現像ローラに現像剤が汲み上げられ出力画像上に不具合が生じてしまう。
具体的には、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、キャリアとトナーとからなる現像剤を収容し、前記現像剤を攪拌搬送する攪拌搬送部材と、前記攪拌搬送部材から前記現像剤を供給され像担持体にまで現像剤を搬送する現像剤担持体とを有する現像装置と、前記現像装置にトナーおよびキャリアを供給する第一補給装置としてのサブホッパと、トナーおよびキャリアを貯蔵する貯蔵室から前記第一補給装置にトナーおよびキャリアを供給する第二補給装置としてのモーノポンプと、を備え、前記現像装置には所定の現像剤量以上になると現像剤を排出する排出口が設けられており、少なくとも、前記攪拌搬送部材が標準の回転数で回転し前記像担持体に画像を形成する標準速モードと、前記攪拌搬送部材が標準の回転数よりも遅く回転し前記像担持体に画像を形成する減速モードとを有し、前記減速モードよりも前記攪拌搬送部材の回転数が速いときに前記現像剤が前記排出口から排出される画像形成装置において、前記サブホッパから現像装置に、補給搬送スクリュにより現像剤を供給すること、及び現像剤を貯蔵する貯蔵室からサブホッパにモーノポンプにより現像剤を補給すること、前記減速モードにおいて前記第二補給装置の駆動時間を計測して累積カウントし、該累積時間が所定の補給累積時間以上になった場合、前記減速モードよりも速く前記攪拌搬送部材を所定時間回転させる手段を有することを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、キャリアとトナーとからなる現像剤を収容し、前記現像剤を攪拌搬送する攪拌搬送部材と、前記攪拌搬送部材から前記現像剤を供給され像担持体にまで現像剤を搬送する現像剤担持体とを有する現像装置と、前記現像装置にトナーおよびキャリアを供給する第一補給装置と、トナーおよびキャリアを貯蔵する貯蔵室から前記第一補給装置にトナーおよびキャリアを供給する第二補給装置と、を備え、前記第二補給装置の現像剤の供給能力の方が、前記第一補給装置の現像剤供給能力よりも高く設定されており、前記現像装置には所定の現像剤量以上になると現像剤を排出する排出口が設けられており、少なくとも、前記攪拌搬送部材が標準の回転数で回転し前記像担持体に画像を形成する標準速モードと、前記攪拌搬送部材が標準の回転数よりも遅く回転し前記像担持体に画像を形成する減速モードとを有し、前記減速モードよりも前記攪拌搬送部材の回転数が速いときに前記現像剤が前記排出口から排出される画像形成装置において、前記減速モードにおいて前記第二補給装置の駆動時間を計測して累積カウントし、該累積時間が所定の補給累積時間以上になった場合、前記減速モードよりも速く前記攪拌搬送部材を所定時間回転させる手段を有することを特徴とする。
まず、図1にて、本実施形態における画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
書込み部2A〜2Dは、画像情報に基づいて帯電工程後、像担持体としての感光体ドラム21に静電潜像を書き込むための装置である。書込み部2A〜2Dは、ポリゴンミラー3A〜3Dや光学素子4A〜4D等を用いた光走査装置である。なお、書込み部として、光走査装置の代わりにLEDアレイを用いることもできる。
給紙部61は、記録紙、OHP等の被転写材Pを格納して、画像形成時には被転写材Pを転写ベルト30に向けて給送する。
転写ベルト30は、被転写材Pをその表面に静電的に吸着させて搬送し、感光体ドラム21上に形成されたトナー像を被転写材P上に転写するための無端状ベルトであって、その外周面上に吸着ローラ64とベルトクリーナ65とを設けている。
定着部66は、加熱ローラ68および加圧ローラ67を有し、被転写材P上のトナー像を圧力と熱とによって被転写材Pに定着させる。
転写ベルト30に沿って縦方向に配設された4つのプロセスカートリッジ20Y、20C、20M、20BKは、それぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックのトナー像を形成するためのものである。換言すれば、4つのプロセスカートリッジは色別に独立した画像形成ユニットを構成し、装置本体1に対して着脱自在である。
プロセスカートリッジ20Y、20C、20M、20BK、及び、剤カートリッジ28Y、28C、28M、28BKは、転写ベルト30をその回転支軸を中心に開放して装置本体1から着脱することができる。
本実施形態の画像形成装置は、複写機及びプリンタとして機能する複合型の画像形成装置である。複写機として機能する場合には、スキャナから読み込まれた画像情報に対してA/D変換、MTF補正、階調処理等の種々の画像処理が施されて書込みデータに変換される。プリンタとして機能する場合には、コンピュータ等から送信されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施されて書込みデータに変換される。
カラーのトナー像が転写された被転写材Pは、転写ベルト30から分離して定着部66に達する。被転写材P上のトナー像は、加熱ローラ68及び加圧ローラ67に挟まれつつ加熱されることで被転写材P上に定着される。一方、被転写材Pが分離した後の転写ベルト30表面は、その後にベルトクリーナ65の位置に達して、その表面に付着したトナー等の汚れがクリーニングされる。
なお、各プロセスカートリッジ20Y、20C、20M、20BKはほぼ同一構造であって、各剤カートリッジ28Y、28C、28M、28BKもほぼ同一構造であるために、図2にてプロセスカートリッジ及び剤カートリッジは符号のアルファベット(Y、C、M、BK)を除して図示する。また、書込み部は符号のアルファベット(A〜D)を除して図示する。
図2は、装置本体1に設置されたプロセスカートリッジ20及び剤カートリッジ28を示す概略構成図である。
感光体ドラム21は、負帯電の有機感光体であって、不図示の回転駆動機構によって反時計方向に回転駆動される。帯電部22は、芯金上に、ウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗の発泡ウレタン層をローラ状に形成した弾性を有する帯電ローラである。帯電部22の中抵抗層の材質としては、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン(EPDM)、ブタジエンアクリロニトリルゴム(NBR)、シリコーンゴムや、イソプレンゴム等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものを用いることもできる。
現像装置23は、現像剤担持体としての2つの現像ローラ23a1、23a2が感光体ドラム21に近接するように上下に配置されていて、感光体ドラムと双方のローラの対向部分には感光体ドラム21と磁気ブラシとが接触する現像領域が形成される。
現像装置23内には、トナーTとキャリアCとからなる現像剤G(2成分現像剤)が収容されている。現像装置23は、感光体ドラム21上に形成される静電潜像をトナー像として現像する。なお、現像装置23の構成・動作については、後で詳しく説明する。
サブホッパ28は、その内部に現像装置23内に供給するための現像剤G(トナーT及びキャリアC)を収容している。サブホッパ28は、現像装置23に新品のトナーTを供給するとともに、現像装置23に新品のキャリアCを供給する供給手段として機能する。
具体的には、現像装置23に設置された不図示の磁気センサによって検知されるトナー濃度(現像剤G中のトナーの割合)の情報に基いて、サブホッパ内のスクリュ形状の搬送部材28a1が駆動することで、サブホッパ28から現像装置23内に向けて現像剤Gを適宜に供給する。
モーノポンプ29の構成としては、例えば特許文献2に記載の構成を採用することができる。
図2を参照して、感光体ドラム21が反時計回り方向に回転駆動されると、まず、帯電部22の位置で感光体ドラム21の表面が一様に帯電される。その後、帯電された感光体ドラム21表面は、露光光Lの照射位置に達して、書込み部2による露光工程が行われる。すなわち、露光光Lの照射によって感光体ドラム21上を画像情報に応じて選択的に除電することで、照射されなかった非画像部の電位との差(電位コントラスト)を発生させて静電潜像を形成する。なお、この露光工程は、感光体ドラム21の感光層中で電荷発生物質が光を受けて電荷を発生して、このうち正孔が感光体ドラム21表面の帯電電荷と打ち消しあうものである。
詳しくは、上方の現像ローラ23a1の磁極による磁力で汲み上げられた現像剤Gは、ドクタブレード23cによって適量化された後に、感光体ドラム21との対向部である現像領域(2つの現像ローラ23a1、23a2と感光体ドラム21との対向領域である。)に搬送される。現像領域において穂立ちされたキャリアCが感光体ドラム21を摺擦する。
このとき、キャリアCに混合されているトナーTは、キャリアCとの摩擦によって負帯電されている。これに対して、キャリアCは正帯電されている。不図示の電源部から現像ローラ23a1、23a2に対して、所定の現像バイアスが印加される。これによって、現像ローラ23a1、23a2と感光体ドラム21との間に電界が形成されて、負帯電されたトナーTが電界によって感光体ドラム21上の画像部にのみ選択的に付着してトナー像を形成する。
トナー像が転写された被転写材Pは、定着部66を通過して、排出ローラ69対(図1参照)により装置外部に排出される。
一方、転写工程時に被転写材Pに転写されずに感光体ドラム21上に残留したトナーT(未転写トナー)は、感光体ドラム21上に付着したままクリーニング部25との対向部に達する。そして、感光体ドラム21上の未転写トナーは、クリーニング部25で除去・回収される。
その後、感光体ドラム21表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム21における一連の作像プロセスが終了する。
図2を参照して、現像装置23は、現像剤担持体としての現像ローラ23a1、23a2、撹拌搬送部材としての搬送スクリュ23b1〜23b3(オーガスクリュ)、ドクタブレード23c、排出スクリュ23n、等で構成されている。
現像装置23内には、現像剤Gを搬送して循環経路を形成する3つの現像剤搬送部B1〜B3(搬送経路)が形成されている。
現像ローラ23a1、23a2は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂等の非磁性体を円筒形に形成してなるスリーブが不図示の回転駆動機構によって時計回り方向に回転されるように構成されている。現像ローラ23a1、23a2のスリーブ内には、スリーブの周面に現像剤Gの穂立ちを生じるように磁界を形成するマグネットが固設されている。マグネットから発せられる法線方向磁力線に沿うように、現像剤G中のキャリアCがスリーブ上にチェーン状に穂立ちする。このチェーン状に穂立ちしたキャリアCに帯電したトナーTが付着されて、磁気ブラシが形成される。磁気ブラシは、スリーブの回転によってスリーブと同方向(時計回り方向)に移送される。
3つの搬送スクリュ23b1〜23b3は、軸部上に螺旋状にスクリュ部が形成されたものであって、現像装置23内に収容された現像剤Gを長手方向(図2の紙面垂直方向)に循環しながら撹拌・混合する。
第1搬送部材としての第1搬送スクリュ23b1は、第1現像剤搬送部B1であって現像ローラ23a1に対向する位置に配設されていて、現像剤Gを水平方向(図3の白矢印F1方向)に搬送するとともに、現像ローラ23a1上に現像剤23aを供給する。
換言すると、第1現像剤搬送部B1は、現像ローラ23a1に対向するとともに、現像ローラ23a1に現像剤Gを長手方向(現像ローラ23a1の回転軸方向)に搬送しながら供給する。
現像ローラ23a2から離脱した現像剤G、すなわち、現像工程後に剤離れ極によって現像ローラ23a2上から強制的に離脱された現像剤Gを水平方向(図3の白矢印F2方向)に搬送する。
換言すると、第2現像剤搬送部B2は、第1現像剤搬送部B1の下方であって現像ローラ23a2に対向する位置に配設されるとともに、現像ローラ23a2から離脱された現像剤Gを長手方向に搬送する。
第1搬送スクリュ23b1及び第2搬送スクリュ23b2は、現像ローラ23a1、23a2や感光体ドラム21と同様に、回転軸がほぼ水平になるように配設されている。
第3搬送スクリュ23b3は、第2搬送スクリュ23b2によって搬送された現像剤Gを第1搬送部材23b1による搬送経路の上流側に搬送するとともに、第1搬送スクリュ23b1による搬送経路の下流側から落下経路23f(図3参照)を介して循環される現像剤Gを第1搬送部材23b1による搬送経路の上流側(図3の白矢印F3方向)に搬送する。
換言すると、第3現像剤搬送部B3は、第2現像剤搬送部B2によって搬送された現像剤Gを第1現像剤搬送部B1の上流側に搬送するとともに、第1現像剤搬送部B1の下流側に達した現像剤Gを第1現像剤搬送部B1の上流側に搬送する。
なお、第1搬送スクリュ23b1による搬送経路(第1現像剤搬送部B1)と、第2搬送スクリュ23b2による搬送経路(第2現像剤搬送部B2)と、第3搬送スクリュ23b3による搬送経路(第3現像剤搬送部B3)と、は壁部によって隔絶されている。
また、第1現像剤搬送部B1の下流側と、第3現像剤搬送部B3の上流側とは、落下経路23fを介して連通している。
このような構成により、3つの現像剤搬送部B1〜B3(搬送スクリュ23b1〜23b3)によって、現像装置23において現像剤Gを長手方向に循環させる循環経路が形成されることになる。
第1現像剤搬送部B1において、下流側における現像剤の剤面が上流側の剤面に比べて低くなっているのは、搬送中の現像剤の一部が現像ローラ23a1に供給されているためである。すなわち、現像ローラ23a1に供給されなかった現像剤は、落下経路23fを介して第3現像剤搬送部B3の上流側に移動することになる。
第3現像剤搬送部B3にはトナー濃度センサとしての磁気センサ26が設置されている。磁気センサ26によって検知されるトナー濃度の情報に基いて、サブホッパ28から現像装置23内に向けて所定のトナー濃度の現像剤Gが供給される。
本実施形態では、現像装置23内の現像剤Gのトナー濃度が5〜10重量%になるように制御されている。
このように、トナーTの母体樹脂や外添剤によって汚染されて劣化したキャリアが自動的に現像部の外部に排出されるので、経時においても画像品質の劣化を抑止することができる。
しかしながら、搬送スクリュおよび現像ローラが標準速モードの回転数で駆動する際は、排出口23d1から現像剤Gが排出されるが、搬送スクリュおよび現像ローラが標準速モードより回転数が低い減速モードの回転数で駆動する際には、現像剤の剤面が低くなり排出口23d1から現像剤Gが排出されない。
本実施形態では、現像ローラ23a1、23a2の外径が30mm、プロセス線速(感光体ドラム21の外周面上の線速、及び、被転写材Pの搬送速度)が440mm/秒、310mm/秒程度に設定されている。
440mm/秒が標準速モード、310mm/秒が減速モードに対応している。
また、本実施形態において用いられるキャリアCは、粒径が35μm程度のものである。さらに、本実施形態において用いられるトナーTは、粒径が5.5μm程度のものである。
画像形成が開始され、減速モードがユーザもしくは画像形成装置により選択され印刷動作が行われた場合、画像形成によりトナーが現像装置から消費され、サブホッパ内から必要分のトナー(キャリアも含む)が現像装置に供給される。
それに伴いサブホッパ内から消費されたトナー(キャリアも含む)がモーノポンプの駆動によりトナーボトルから供給される。その際のモーノポンプの駆動ON時間をカウントし、累積時間Nを把握する。
モーノポンプの駆動ON累積時間Nが、予め決めておいた所定の補給累積時間n以上となった場合には、一旦画像形成動作を停止し、減速モードより速く現像装置の搬送スクリュおよび現像ローラを駆動し現像剤の排出動作を行う。ここでは、標準速モードに切り替えて排出を行う。
ここで図5にモーノポンプでの補給量と、サブホッパでの補給量との差を示す。サブホッパは前述したようにサブホッパ内にトナー(キャリア)を貯蓄し螺旋状の補給搬送スクリュ28a1の駆動によりトナー(キャリア)を現像装置に補給する。
図5に示すように、画像印字密度によってサブホッパからの補給されるトナー(キャリア)量のバラツキは大きく、モーノポンプ29からの補給量はバラツキが小さい。
それに対して、モーノポンプでは補給量が多いため(搬送能力が高いため)サブホッパと比べて駆動動作が間欠となり、また吸引圧によりモーノポンプのステータとロータとの空間にトナー(キャリア)を吸い込み供給するため補給量のバラツキが小さくなる。
そのため、モーノポンプの駆動ON時間を計測し、累積時間Nから剤排出動作を行う判断とすることで現像装置内の現像剤量を精度良く制御することができる。
また、他色のプロセスカートリッジにおけるモーノポンプの駆動ON累積時間Nがn/2以上であった場合には、該他色のユニットにおいても同時に現像剤の排出動作を行うことでユーザの待ち時間を短縮することができる。
全色で剤排出動作を行うことで現像装置内の現像剤量を安定にすることができるが、現像装置内で現像剤への負荷が生じるため、剤排出動作を実行する条件は駆動ON累積時間Nがn/2以上が好ましい。
例えば、減速モード時のモーノポンプ駆動ON累積時間N、標準速モードでの現像機駆動時間Mとすると、Mに係数KをかけてNから減算を行う。係数Kは標準速モードで時間当たりに現像剤が排出される量をモーノポンプ駆動ON時間に換算したものである。
このようにすることで、減速モードから一時的に標準速モードで駆動し、また減速モードで印刷を行った場合に、最初の減速モードでのモーノポンプの駆動ON累積時間Nから標準速モードで現像剤が排出された分をモーノポンプの駆動ON累積時間Nから減算し、適切に現像剤排出動作を行うことができる。
また、上記実施形態においては、撹拌搬送部材と現像剤担持体の回転速度を、減速モードと標準速モードの2段階としたが、3段階以上とし、減速モードよりも速いモードで剤排出がなされる構成としてもよい。
20 プロセスカートリッジ
21 像担持体
23 現像装置
23a1、23a2 現像剤担持体
23b1、23b2 攪拌搬送部材
23d1 排出口
28 第一補給装置
29 第二補給装置
Claims (7)
- キャリアとトナーとからなる現像剤を収容し、前記現像剤を攪拌搬送する攪拌搬送部材と、前記攪拌搬送部材から前記現像剤を供給され像担持体にまで現像剤を搬送する現像剤担持体とを有する現像装置と、
前記現像装置にトナーおよびキャリアを供給する第一補給装置としてのサブホッパと、
トナーおよびキャリアを貯蔵する貯蔵室から前記第一補給装置にトナーおよびキャリアを供給する第二補給装置としてのモーノポンプと、
を備え、
前記現像装置には所定の現像剤量以上になると現像剤を排出する排出口が設けられており、
少なくとも、前記攪拌搬送部材が標準の回転数で回転し前記像担持体に画像を形成する標準速モードと、前記攪拌搬送部材が標準の回転数よりも遅く回転し前記像担持体に画像を形成する減速モードとを有し、
前記減速モードよりも前記攪拌搬送部材の回転数が速いときに前記現像剤が前記排出口から排出される画像形成装置において、
前記サブホッパから現像装置に、補給搬送スクリュにより現像剤を供給すること、及び現像剤を貯蔵する貯蔵室からサブホッパにモーノポンプにより現像剤を補給すること、
前記減速モードにおいて前記第二補給装置の駆動時間を計測して累積カウントし、該累積時間が所定の補給累積時間以上になった場合、前記減速モードよりも速く前記攪拌搬送部材を所定時間回転させる手段を有することを特徴とする画像形成装置。 - キャリアとトナーとからなる現像剤を収容し、前記現像剤を攪拌搬送する攪拌搬送部材と、前記攪拌搬送部材から前記現像剤を供給され像担持体にまで現像剤を搬送する現像剤担持体とを有する現像装置と、
前記現像装置にトナーおよびキャリアを供給する第一補給装置と、
トナーおよびキャリアを貯蔵する貯蔵室から前記第一補給装置にトナーおよびキャリアを供給する第二補給装置と、
を備え、
前記第二補給装置の現像剤の供給能力の方が、前記第一補給装置の現像剤供給能力よりも高く設定されており、
前記現像装置には所定の現像剤量以上になると現像剤を排出する排出口が設けられており、
少なくとも、前記攪拌搬送部材が標準の回転数で回転し前記像担持体に画像を形成する標準速モードと、前記攪拌搬送部材が標準の回転数よりも遅く回転し前記像担持体に画像を形成する減速モードとを有し、
前記減速モードよりも前記攪拌搬送部材の回転数が速いときに前記現像剤が前記排出口から排出される画像形成装置において、
前記減速モードにおいて前記第二補給装置の駆動時間を計測して累積カウントし、該累積時間が所定の補給累積時間以上になった場合、前記減速モードよりも速く前記攪拌搬送部材を所定時間回転させる手段を有することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1又は2に記載の画像形成装置において、
標準速モードのときに前記現像剤が前記排出口から排出されることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の画像形成装置において、
前記第二補給装置は前記貯蔵室からトナーおよびキャリアを移送する手段としてステータとロータとからなるモーノポンプを有し、前記モーノポンプにより前記貯蔵室から前記第一補給装置にトナーおよびキャリアを供給することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載の画像形成装置において、
前記像担持体が複数配置され、各像担持体に対して個別に前記現像装置、第一補給装置、第二補給装置が設けられて複数のユニットが構成され、
前記減速モードで一つの色のユニットの前記第二補給装置の駆動時間が所定の補給累積時間以上となったとき、他色のユニットの前記第二補給装置の駆動時間が所定の補給累積時間の半分以上である場合には、同時に前記減速モードよりも速く前記他色のユニットの前記攪拌搬送部材を所定時間回転させて現像剤を排出することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜5のいずれか1つに記載の画像形成装置において、
標準速モードでの前記攪拌搬送部材の駆動時間を計測して累積カウントし、標準速モードでの駆動累積時間を減速モードでの補給累積時間に換算して減速モードでの補給累積時間から減算することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜6のいずれか1つに記載の画像形成装置の装置本体に対して着脱自在に設置されるプロセスカートリッジであって、前記現像装置と前記像担持体とを一体に備えていることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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