DE2200449A1

DE2200449A1 - Verfahren zur Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes

Info

Publication number: DE2200449A1
Application number: DE19722200449
Authority: DE
Inventors: John Maksymiak; Smith James Winfred
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1971-01-06
Filing date: 1972-01-05
Publication date: 1972-07-20
Also published as: AU3768972A; NL7200006A; CA949827A; US3707389A; GB1375048A; JPS5432333B1; BE777721A; IT946354B; FR2121330A5

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. EWeickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. FiNCKE

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

XBI

XEROX CORPORATION Xerox Square

Rochester, N.Y. 14 603 V.St.A,

8 MÜNCHEN 86, DEN
POSTFACH 86Q820

MUHL.STRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

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Verfahren zur Entwicklung eines latenten elektrostatischen
Bildes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwicklung eines
latenten elektrostatischen Bildes mittels einer endlosen,
Tonermaterial an den Aufzeichnungsbräger bringenden dielektrischen Spenderfläche auf elektrisch leitfähiger Unterlage.

In der elektrofotografischen Reproduktionstechnik wird ein
fotoleitfähiger Aufzeichnungsträger geladen und dann mit einem Lichtbild der zu reproduzierenden Informationen belichtet, wodurch ein elektrostatisches latentes Bild auf ihm entsteht.
Tonerteilchen, die aus einem fein verteilten, pigmentierten
Kunstharzmaterial bestehen, v/erden auf das latente Bild aufgebracht, so daß sie an ihm gebunden werden. Ein Tonerbild kann auf der fotoleitfähigen Aufzeichnungsfläche fixiert oder auf
einen anderen Bildträger übertragen und dort fixiert werden.

Ein bekanntes Vorfahren zur Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder ist die sogenannte Übertragungsentwicklung. Diese besteht im wesentlichen darin, daß eine Tonerschicht an eine
mit einem latenten Bild versehene fotoleitfähige Schicht heran-

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gebracht wird, so daß die Tonerteilchen von ihrer Schicht auf die Bildflächenteile übertragen werden können. Bei einer Ausführungsform der Übertragungsentwicklung wird eine Tonerschicht auf ein Spenderelement aufgebracht, welches die Tonerteilchen auf seiner Oberfläche hält. Dieses Spenderelement wird dann in geringen Abstand zur Aufzeichnungsflache gebracht. Innerhalb dieses Abstandes werden die Tonerteilchen der Tonerschicht vom Spenderelement abgelöst und auf die fotoleitfähige Schicht durch die elektrostatischen Ladungen des latenten elektrostatischen Bildes übertragen, so daß eine Entwicklung stattfindet. Bei diesem Verfahren müssen die Tonerteilchen einen Luftspalt überwinden, um die Bildflächenteile auf der fotoleitfähigen Schicht zu erreichen. Bei zwei anderen Übertragungsverfahren wird die Sponderflache in Berührung mit der Aufzeichnungsfläche gebracht, so daß kein Luftspalt vorhanden ist. Bei einem derartigen Verfahren wird die mit Toner beschichtete Spenderfläche in nicht gleitende Berührung mit der elektrostatischen Aufzeichnungsfläche gebracht, so daß das Bild in einem einzigen schnellen Schritt entwickelt wird. Bei einer anderen Ausführungsform dieses Verfahrens wird die Spenderflache auf der Bildfläche abgewälzt. Dieses Abwälzen in einem Bereich, der der Breite der dünsten aufgezeichneten Linie entspricht, verdoppelt die zur Entwicklung einer senkrecht zur Abwälzrichtung liegenden Linie verfügbare Tonermenge, und der Betrag der Abwälzung kann erhöht werden, so daß eine größere Tönungsdichte oder eine bessere Flächendeckung erreicht wird.

Unter einer "Übertragungsentwicklung¹¹ sind also solche Entwicklungsverfahren zu verstehen, bei denen erstens die Tonerschicht nicht mit der Aufzeichnungsfläche in Berührung steht und die Tonerteilchen einen Luftspalt überwinden müssen, zweitens die Tonerschicht in IlollberUhrung mit der Aufzeichnungsfläche steht, drittens die Tonerschicht in Kontakt mit der Aufzeichnungsfläche gebracht und auf ihr abgewälzt wird. Die Übertragungsentwicklung wurde auch unter der Bezeichnung "Aufsetzentwicklung" bekannt.

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Bei einem typischen Übertragungsverfahren wird ein zylindrisches Spenderelement mit endloser Spenderfläche so gedreht, daß seine Oberfläche der bewegten Oberfläche einer fotoleitfähigen Trommel gegenübergestellt wird, auf der ein elektrostatisches latentes Bild vorhanden ist. An dem Umfang des Spenderelements sind mehrere Verfahrensstationen angeordnet, beispielsweise eine Beschickungsstation für Toner, eine Ladestation zur gleichmäßigen Aufladung der Tonerteilchen auf der Spenderfläche, eine Entwicklungsstation, an der die Tonerteilchen auf den Aufzeichnungsträger übertragen werden, sowie eine weitere Ladestation, an der eine neutralisierende Ladung auf die restlichen Tonerteilchen aufgebracht wird und an der eine Reinigungsvorrichtung den restlichen Toner von der Umfangsflache des Spenderelements entfernt. Mit einer solchen Vorrichtung kann eine mehr oder weniger kontinuierliche Entwicklung durchgeführt werden.

Ein für ein derartiges Verfahren geeignetes Spenderelement ist beispielsweise durch die US-Patentschrift 3 203 394 bekannt. Es besteht aus einem Zylinder aus elektrisch leitfähigem Material, auf dem eine Schicht eines vergleichsweise schlecht isolierenden, lichtunempfindlichen Materials angeordnet ist, auf deren Oberfläche wiederum ein Punktmuster besser isolierenden lichtunempfindlichen Materials angeordnet ist. Die erste Schicht aus schlecht isolierendem Material ist mit einem derartigen spezifischen Widerstand ausgewählt, daß sie eine elektrostatische Ladung aufnimmt, so daß eine elektrostatische Aufladung der gesamten Spenderfläche einschließlich des Punktmusters und der Bereiche dazwischen auf ein gleichmäßiges Potential möglich ist. Der spezifische Widerstand des ersten dielektrischen Materials ist jedoch so gering, daß innerhalb der Bewegungszeit der Spenderfläche von der Ladestelle zur Tonerbeschickungsstelle praktisch die gesamte elektrostatische Ladung auf die leitfähige Unterlage der Spenderfläche abgeleitet ist. Dadurch bleiben die Punkte gleichmäßig auf ein vorgegebenes Potential geladen, da sie einen höheren spezifischen

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Widerstand haben. Wenn ein solches Spenderelement in Kontakt mit einer aufgeladenen Ilasse Tonerteilchen kommt, so werden die Tonerteilchen von den Punkten angezogen, während die Bereiche zwischen diesen Punkten von ihnen frei bleiben. Das Spenderelement wird auf diese Weise mit Toner beschickt, so daß es anschließend in die Entwicklungszone geführt werden kann.

Ein Ilachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß beachtliche Kosten, Zeitaufwand und Bedienungsaufwand entstehen, wenn ein solches Spenderclement hergestellt werden soll. Die Technik der latenten elektrostatischen Bildentwicklung und insbesondere der übertragungsentwicklung könnte wesentlich verbessert v/erden, wenn das Spenderelement und das Verfahren zu seinem Betrieb vereinfacht werden könnten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder zu schaffen, welches sich durch besonders einfache Ausführung und geringen Kosten- und Bedienungsaufwand auszeichnet.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß die Spenderfläche vor dem Aufbringen des Toners einer Koronaentladung ausgesetzt wird und daß sie danach durch einen vibrierenden Tonerbehälter geführt wird, dessen Innenfläche eine reibungselektrische Aufladung des Toners bewirkt und dessen leitfähige Außenfläche mit einem elektrischen Potential verbunden wird, das niedriger als das Ladungspotential der Spenderfluche 1st.

Es wird also ein Spenderelement verwendet, mit dem die Tonerteilchen an das zu entwickelnde latente Bild herangeführt werden und das eine endlose Oberfläche aus einem dielektrischen Material aufweist.'Dieses Spenderelement wird kontinuierlich an mehreren Behandlungsstationen vorbeigeführt, zu denen eine Ladentation bzw. eine Ladevorrichtung gehört, mit der die Spenderfläche vor dem Aufbringen des Tonerc aufgeladen v.virci.

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An einer Beschickungsstelle wird der Toner auf die Spenderflache aufgebracht, wobei er in einem Behälter bereitgehalten wird, dessen Innenfläche aus einem Material besteht, die eine reibungselektrische Aufladung der Tonerteilchen mit einer Polarität entgegengesetzt derjenigen der Ladung der Spenderfläche bewirkt. Die Außenfläche des Behälters wird auf einem gegenüber dem Ladungspotential der Spenderfläche geringeren Potential gehalten, und der Behälter ist nahe an der Spenderfläche angeordnet, wobei während der Übertragung der Tonerteilchen auf die Spenderfläche eine Vibration des Behälters durchgeführt wird. Dadurch entsteht ein Fließbettzustand des Toners im Behälter, womit auch eine reibungselektrische Aufladung erreicht wird. Die Tonerteilchen werden durch die Spenderfläche an ein zu entwickelndes latentes elektrostatisches Bild herangebracht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer in den Figuren dargestellten Vorrichtung zu ihrer Durchführung beschrieben, wodurch auch die weiteren Vorteile und V/esenszüge der Erfindung besser erkenntlich werden. Es zeigen:

!■ig. 1 den Schnitt einer nach der Erfindung arbeitenden Reproduktionsmaschine und

Bⁿig. 2 einen vergrößerten Querschnitt eines Teils eines Spenderelementes und der zugehörigen Beschickungsvorrichtung für Toner.

Das erfindungsgemäße*Verfahren arbeitet nach dem Prinzip der Übertragungsentwicklung, bei der die Tonerteilchen auf ein auf einem Aufzeichnungsträger vorhandenes elektrostatisches latentes Bild zu dessen Entwicklung übertragen werden. Das Verfahren wird im folgenden für seine Anwendung in einer elektrofotografischen Reproduktionsmaschine beschrieben, es kann jedoch auch in jedem anderen Reproduktionssystem eingesetzt v/erden, wo ein latentes elektrostatisches Bild durch Aufbringen von Toner zu entwickeln ist.

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In Fig. 1 ist eine elektrofotografische Reproduktionsmaschine dargestellt. Diese enthält einen elektrofotografischen Aufzeichnungsträger in Form einer Trommel 10, der in der dargestellten Pfeilrichtung an Stationen A-E vorbeigeführt wird. Die Trommel hat eine lichtempfindliche Oberfläche, beispielsweise aus Selen, welches auf einer leitfähigen Unterlage angeordnet ist. Auf dieser Schicht kann ein elektrostatisches latentes Bild erzeugt werden. Die verschiedenen Station am Umfang der Aufzeichnungstrommel, welche an der Erzeugung von Reproduktionen beteiligt sind, umfassen eine Ladestation A, eine Belichtungsstation B, eine Entwicklungsstation C, eine Bildübertragungsstation D und eine Reinigungsstation E. Die Stationen A, B, D und E sind mehr oder weniger konventionell ausgebildet und erfüllen ihre verschiedenen bekannten Funktionen. Außer ihrer Zusammenwirkung mit der in neuartiger Weise arbeitenden Station C gehören sie nicht unmittelbar zur Erfindung.

An der Station A bringt eine Ladevorrichtung 12, beispielsweise ein Korotron, eine gleichmäßige elektrostatische Ladung auf die fotoleitfähige Schicht auf. Während die Trommel gedreht wird, wird die geladene Oberfläche mittels einer Belichtungsvorrichtung 14, beispielsweise mit einem Projektor, mit einem Lichtbild bestrahlt. Das dadurch erzeugte latente elektrostatische Bild wird durch Aufbringen eines fein verteilten, pigmentierten Kunstharzpulvers, des sogenannten Toners, an der Entwicklungsstation C entwickelt bzw. sichtbar gemacht. Diese Vorrichtung wird im folgenden noch eingehender beschrieben. Nach dem Entwicklungsvorgang an der Station C wird die Trommeloberfläche an der Bildübertragungsstation D vorbeigeführt, an der ein Kopieblatt 16 bereitgehalten wird und eine Korona-EnQadungsvorrichtung 18 sowie eine Fixiervorrichtung 20 angeordnet sind. Uach der Übertragung des entwickelten Bildes auf das Kopieblatt und Fixierung wird die Trommeloberfläche an der Reinigungsstation E vorbeigeführt, an der eine Reinigungsvorrichtung 22, beispielsweise eine rotierende Bürste, angeordnet ist.

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An der Entwicklungsstation C ist ein Spenderelement 24 angeordnet. Dieses ist ein geschliffener Metallzylinder 26, auf dessen Oberfläche ein dielektrischer Film 28 vorgesehen ist. Das Spenderelement ist drehbar gelagert und kann mit seiner Oberfläche durch einen Tonerbehälter 32 bewegt werden, der im folgenden noch beschrieben wird. Dieser Behälter 32 enthält eine Menge an Tonerteilchen 34. Die Spenderrolle 24 ist so angeordnet, daß ein geringer Abstand zwischen der Oberfläche der Aufzeichnungstrommel 10 und der Außenfläche der Tonerschicht auf der Spenderrolle 24 gebildet ist. Dieser Abstand kann ca. 0,025 bis 0,25 mm betragen. Die Spenderrolle 24 kann in der dargestellten Pfeilrichtung gedreht werden. Nahe ihrem Umfang ist eine Ladevorrichtung 30, beispielsweise eine Korona-Entladungsvorrichtung angeordnet. Diese ist zwischen dem Tonerbehälter 32 und der Entwicklugszone des Systems angeordnet und bringt eine Ladung auf die Oberfläche der Spenderrolle 34 auf, bevor diese in den Tonerbehälter eintritt. Am Umfang der Spenderrolle 24 ist zwischen dem Tonerbehälter 32 und der Entwicklungszone C eine zweite Ladevorrichtung 38, beispielsweise eine Korona-Entladungsvorrichtung, angeordnet. Diese bringt eine gleichmäßige Ladung auf die Tonerteilchen auf, welche sich auf der Oberfläche der Spenderrolle befinden.

Iiach der Bildentwicklung wird die Spenderrolle zur erneuten Beschickung mit Toner vorbereitet, wozu der auf ihr vorhandene restliche Toner einer neutralisierenden Ladevorrichtung 40, beispielsweise einem Korotron, ausgesetzt wird. Dadurch kann dieser restliche Toner mittels einer Reinigungsvorrichtung, beispielsweise einer Drehbürste 42, leichter entfernt werden. Der Drehbürste 42 kann eine nicht dargestellte Absaugvorrichtung zugeordnet sein. Die Spenderrolle wird auf diese Weise von restlichem Toner bzw. von Restbildern oder Geisterbildern befreit, die sich nach dem Entwicklungsvorgang auf ihr einstollen können. Gleichzeitig wird sie zur Aufnahme eines neuen Tonervorrates vorbereitet.

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In Fig. 2 ist ein Teil des Spenderelements sowie dessen Wechselwirkung mit dem Tonerbehälter 32 dargestellt. Der Tonerbehälter 32 hat eine leitfähige Unterlage 44, an seiner Innenseite ist er mit einem Material 46 versehen, welches eine reibungselektrische Aufladung der Tonerteilchen mit einer Polarität entgegengesetzt derjenigen der Ladung der Oberfläche des Spenderelements bewirkt. Dieses Material für die Schicht 46 soll so ausgewählt sein, daß bei Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Fläche 46 und den Tonerteilchen eine positive Ladung auf dem einen und eine negative Ladung auf dem anderen Material erzeugt wird. Ein Beispiel eines solchen Materials ist polymerisiertes Methylmethacrylat, welches unter der Bezeichnung Lucite handelsüblich ist. Wenn dieses Material in Reibungsberührung mit einem Tonermaterial, beispielsweise mit schwarz pigmentiertem, modifiziertem Phenolformaldehydharz, handelsüblich unter der Bezeichnung Amberol F-71, gebracht wird, so nimmt der Toner eine negative Ladung an, während das Schichtmaterial eine positive Ladung annimmt. Andere geeignete Stoffe für die Schicht 46 und für dieTonerteilchen finden sich in der US-Patentschrift 2 638 416. Die leitfähige Unterlage 44 des Behälters ist elektrisch geerdet, so daß er ein geringeres Ladungspotential führt als die auf die dielektrische Oberfläche 28 des Spenderelements mit der Entladungsvorrichtung 30 aufgebrachte Ladung.

Eine Vibrationsvorrichtung 36 ist dem Tonerbehälter 32 zugeordnet und erzeugt eine Relativbewegung zwischen dem Schichtmaterial 4b auf der Innenseite des Behälters 32 und den Tonerteilchen. Der Grad dieser Relativbewegung soll derart sein, daß eine Reibungsberührung der Tonerteilchen mit demMaterial 46 entsteht und die Tonerteilchen auch mit der Oberfläche des Spenderelements 24 in Berührung gebracht werden. Wie aus Fig. hervorgeht, wird der Toner reibungselektrisch durch den Reibungskontakt mit dem Material 46 auf der Innenseite des Tonerbehälters 32 negativ aufgeladen. Die Ladungsvorrichtung 30 bringt eine positive Ladung auf die Oberfläche der dielektrischen

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Schicht 28 auf. Wenn das Spenderelement durch die Tonerteilchen hindurchbewegt wird, werden diese von der positiv aufgeladenen dielektrischen Schicht angezogen. Damit eine gleichmäßige Schicht 48 aus Tonerteilchen auf der Oberfläche der geladenen dielektrischen Schicht gebildet wird, ist es erforderlich, den Abstand zwischen der dielektrischen Schicht und dem leitfähigen Material des Tonerbehälters derart einzustellen, daß ein elektrisches Feld zwischen beiden erzeugt wird. Dieses Feld muß so stark sein, daß die Tonerteilchen auf der Oberfläche der geladenen dielektrischen Schicht abgelagert werden. Ein Abstand von 0,05 bis 1,75 ram zwischen den Pfeilen a und b ist hierzu geeignet, wenn ein Postentialunterschied von ca. 300 Volt zwischen den beiden Flächen herrscht.

Beim Betrieb der Anordnung wird der Tonerbehälter mit einem Tonermaterial gefüllt und durch die Vibrationsvorrichtung 36 in Bewegung versetzt. Dann wird das Spenderelement 24 gedreht und eine Koronaladung auf seine Oberfläche mittels der Ladevorrichtung 30 aufgebracht. Die geladene Spenderoberfläche zieht Tonerteilchen an, wenn sie ihren niedrigsten Punkt im Behälter erreicht, so daß diese Tonerteilchen in die Entwicklungszone befördert werden können und dort ein latentes elektrostatisches Bild entwickeln. Um sicherzustellen, daß die Tonerteilchen an der Spenderoberfläche eine gleichmäßige elektrostatische Ladung erhalten, ist die Ladevorrichtung 38 vorgesehen, welche eine gleichmäßige Ladung auf die Tonerschicht aufbringt.

Zur Beschreibung der Erfindung wurde das Spenderelement als Zylinder vorausgesetzt. Es kann jedoch auch als endloses Band ausgeführt sein, welches den Toner aus dem Behälter an die verschiedenen Stationen bringt. Eine übliche Antriebsvorrichtung, beispielsweise Motore, Bänder usw., kann zur Bewegung der verschiedenen beweglichen Elemente in bekannter Weise vorgesehen sein.

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Claims

Patentansprüche

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Λ j Verfahren zur Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes mittels einer endlosen, Tonermaterial an den Aufzeichnungsträger bringenden dielektrischen Spenderfläche auf elektrisch leitfähiger Unterlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Spenderfläche vor dem Aufbringen des Toners einer Koronaentladung ausgesetzt wird und daß sie danach durch einen vibrierenden Tonerbehälter geführt wird, dessen Innenfläche eine reibungselektrische Aufladung des Toners bewirkt und dessen leitfähige Außenfläche mit einem elektrischen Potential verbunden wird, das niedriger als das Ladepotential der Spenderfläche ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Spenderfläche und der leitfähigen Außenfläche ein elektrisches Feld erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Spenderelement aufgebrachte Tonerschicht gleichmäßig elektrostatisch aufgeladen wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spenderelement (24) mit einer kontinuierlichen, endlosen, dielektrischen Oberfläche (28) vorgesehen ist, an der eine elektrostatische Ladevorrichtung (30) und darauf folgend eine Tonerbeschickungsvorrichtung (32) angeordnet sind, die aus einem mit einer Bewegungsvorrichtung (36) gekoppelten Behälter (32) mit leitfähiger Außenfläche (44) und reibungselektrisch aktiver Innenfläche (46) besteht, wobei die leitfähige Außenfläche (44) mit einem Potential verbunden ist, welches niedriger ist als das mit der Ladevorrichtung (30) erzeugte Ladungspotential.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spenderelement eine leitfähige Unterlage (26) für die dielektrische Schicht (28) aufweist und daß die Unterlage (26) mit einer Bezugspotentialquelle verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsvorrichtung (36) eine Vibrationsvorrichtung ist, die durch ihre Bewegung eine reibungselektrische Aufladung der Tonerteilchen zumindest im Bereich zwischen der Behälterinnenschicht (46) und dem ihr gegenüberstehenden Teil der Spenderfläche (28) erzeugt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (32) in einem derartigen Abstand zur Spenderfläche (28) angeordnet ist, das ein den Tonerübergang auf die Spenderfläche (28) bewirkendes elektrisches Feld zwischen der Spenderunterlage (26) und dem Behälter (32) existiert.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Tonerbeschickungsvorrichtung (32) in Bewegungsrichtung der Spenderfläche (28) folgend eine weitere Ladevorrichtung (38) vorgesehen ist, die die auf der Spenderfläche (28) vorhandenen Tonerteilchen gleichmäßig elektrostatisch auflädt.

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