JP2008037044A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】大型の電動射出成形機において、コストダウンを可能とすると共に、連結・ガイド軸間のピッチおよび第１、第２の保持プレート間の距離を小さくすること。
【解決手段】計量系回転伝達メカニズムとして、計量用サーボモータの出力軸に固定された第１の小プーリと、該第１の小プーリの回転を第１のタイミングベルトを介して伝達される第１の大プーリと、該第１の大プーリと同軸で該第１の大プーリと一体回転する第２の小プーリと、該第２の小プーリの回転を第２のタイミングベルトを介して伝達される第２の大プーリとを有し、計量用サーボモータには、高回転低トルクのサーボモータを用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、インラインスクリュ式の射出成形機にかかわる技術に関する。

インラインスクリュ式の電動射出成形機においては、スクリュの回転駆動源としての計量用サーボモータの回転を、タイミングプーリ（歯付きプーリ）とタイミングベルト（歯付きベルト）よりなる回転伝達メカニズムによって、スクリュに伝達する構成をとることが多い。この場合、計量用サーボモータの出力軸に固定された小プーリ（小タイミングプーリ）の回転を、タイミングベルトを介して、スクリュの基端部を固定した回転体に固定された大プーリ（大タイミングプーリ）に伝達することで、スクリュを所定の回転数で回転駆動する構成をとる。

図４は、上記したような、従来のインラインスクリュ式の電動射出成形機の射出系の構成を簡略化して示す要部断平面図であり、図５は、図４の電動式射出成形機の計量系回転伝達メカニズムを側面から見た簡略化した説明図である。

図４、図５において、５１は、図示せぬ射出系ベース部材（マシンメインフレーム上にノズルタッチ／バックのために前後進可能に配設された射出系ベース部材である）に固設された第１の保持プレート、５２は、第１の保持プレート５１と所定距離を置くように、同じく図示せぬ射出系ベース部材に固設された第２の保持プレート、５３は、その両端をそれぞれ第１の保持プレート５１と第２の保持プレート５２に固定された複数本の連結・ガイド軸、５４は、第１の保持プレート５１にその後端側を固定された加熱シリンダ、５５は、加熱シリンダ５４内に回転並びに前後進可能に配設されたスクリュ、５６は、連結・ガイド軸５３に挿通・案内されて、第１の保持プレート５１と第２の保持プレート５２との間で前後進可能な直動ブロック、５７は、スクリュ５５の後端を固定すると共に、直動ブロック５６に回転可能に保持された回転体、５８は、回転体５７に固定された大プーリ（大タイミングプーリ）、５９は、直動ブロック５６に搭載された計量用サーボモータ、６０は、計量用サーボモータ５９の出力軸に固定された小プーリ（小タイミングプーリ）、６１は、計量用サーボモータ５９の出力軸と一体回転する小プーリ６０の回転を大プーリ５８に伝達するタイミングベルト、６２は、第２の保持プレート５２に搭載された図示せぬ対をなす射出用サーボモータによって同期して回転駆動され、射出用サーボモータの回転を、該モータの出力軸に固定した図示せぬ駆動小プーリ（タイミングプーリ）と図示せぬタイミングベルトを介して伝達される、対をなす被動プーリ（タイミングプーリ）、６３は、各被動プーリ６２の回転をそれぞれ直線運動に変換する対をなすボールネジ機構、６４は、第２の保持プレート５２に回転可能に保持されると共に、その端部に被動プーリ６２を固定したボールネジ機構６３のネジ軸、６５は、ネジ軸６４に螺合されると共に、直動ブロック５６に固定されたボールネジ機構６３のナット体である。

図４、図５に示す構成において、計量工程時には、計量用サーボモータ５９が回転駆動されて、小プーリ６０、タイミングベルト６１、大プーリ５８、回転体５７を介して、スクリュ５５が所定方向に回転駆動される。これにより、第１の保持プレート５１および加熱シリンダ５４に穿設された図示せぬ原料樹脂供給口から、スクリュ５５のスクリュネジ形成部分の根本側に供給された原料樹脂が、加熱シリンダ５４からの加熱とスクリュ回転に伴う混練による樹脂の剪断発熱とにより可塑化されつつ、スクリュ５５のネジ送り作用により、スクリュ５５の先端側に送り込まれる。そして、スクリュ５５の頭部より先に溶融樹脂が溜まるにしたがって、スクリュ５５は回転しつつ後退し、この後退に際して、スクリュ５５の頭部より先の溶融樹脂に所定圧力を付与するための背圧制御が、図示せぬ対をなす射出用サーボモータを同期して圧力フィードバック制御することにより実行される。スクリュ５５の頭部より先に、所定量（１ショット分）の溶融樹脂が貯えられると、計量用サーボモータ５９によるスクリュ回転は停止される。なお、スクリュ５５の後退時には、直動ブロック５６および直動ブロック５６と一体となって前後進する全ての部材が後退する。

また、射出工程の１次射出工程においては、図示せぬ対をなす射出用サーボモータが同期して所定方向に回転駆動され、これにより、図示せぬ駆動小プーリ、図示せぬタイミングベルト、被動プーリ６２を介して、各ボールネジ機構６３のネジ軸６４が同期して回転駆動される。これにより、ネジ軸６４に螺合された各ボールネジ機構６３のナット体６５が、ネジ軸６４に沿って急速に前進駆動され、ナット体６５と一体となって直動ブロック５６も急速に前進して、これに伴いスクリュ５５が急速に前進駆動されることで、計量して蓄えられた溶融樹脂が、型締め状態にある図示せぬ金型内に急速に射出・充填される。この１次射出工程に引き続いて行われる射出工程の保圧工程においては、図示せぬ対をなす射出用サーボモータを同期して圧力フィードバック制御することで、金型内の樹脂に圧力（保圧力）を付与する。

図４、図５に示した従来の計量系回転伝達メカニズムにおいては、計量用サーボモータ５９の回転を、小プーリ６０からタイミングベルト６１を介して大プーリ５８に伝達することにより、計量用サーボモータ５９の回転を１段の減速列で減速するようにしている。ところで、計量用サーボモータ５９は、スクリュ回転に必要なトルクを確保するため、このトルクが出力可能な回転数で回転駆動する必要がある。また、大型の射出成形機においては、スクリュ５５の回転数は周速の関係で最大でも２００ｒｐｍ程度であるので、上記の計量用サーボモータ５９の高い回転数を、大きく減速する必要がある。

例えば、計量用サーボモータ５９として安価な高回転低トルクモータを用いた場合には、計量用サーボモータ５９に求められる回転数が２０００ｒｐｍであり、現状で容易に入手可能な最も小径の小プーリ６０の歯数が例えば３８であるので、大プーリ５８として歯数３８０の極めて大径のタイミングプーリを用いて、モータの回転数２０００ｒｐｍをその１／１０の回転数である２００ｒｐｍまで落とす（減速する）必要がある。ところが、このような歯数３８０という極めて大径の大プーリ５８を用いると、マシンが非常に大型化する上、慣性モーメントも高まり、さらに、大プーリ５８の製作にも手間が掛かるので、このような極めて大径の大プーリ５８を使用することは現実的ではない。そこで、例えば、大プーリ５８として歯数が２２８程度のタイミングプーリを用い、計量用サーボモータ５９には、高回転低トルクモータに較べると２倍程度に高価であるが、必要なトルクを確保するのに必要な回転数が１２００ｒｐｍ程度である低回転高トルクモータを用いることで、１２００ｒｐｍをその１／６である２００ｒｐｍまで落とすようにしていた。しかしながら、このようにした場合には、低回転高トルクモータが高価であるので、コストアップにつながるという問題がある。

また、例えば上記のように、歯数が２２８程度であっても大プーリ５８は比較的に大径であるので、図４でＰ２で示した、連結・ガイド軸５３間のピッチを小さくすることができないという問題がある。

また、大型の（１ショットの射出量が多く、大きな射出力を求められる）射出成形機においては、ツインのボールネジ機構６３を用いて大きなスクリュ推進力を得る必要があり、例えば上記のように、歯数が２２８程度であっても大プーリ５８は比較的に大径であるので、大プーリ５８の外側にボールネジ機構６３のネジ軸６４を配置するような構成とすると、上記のピッチＰ２がさらに大きくなる。そこで、大プーリ５８と２本のネジ軸６４とを、側面から見るとオーバーラップするように配置することを余儀なくされるが、このような構成をとると、ネジ軸６４に対するナット体６５の移動ストロークを所定量確保するために、直動ブロック５６とナット体６５とを含む部材の厚み寸法（図４で横方向の寸法）を大きくする必要があり、このため、図４でＬ２で示した、第１の保持プレート５１と第２の保持プレート５２との間の距離が、長くなるという問題がある。

さらに、上記のピッチＰ２や距離Ｌ２が大きくなることから、第１、第２の保持プレート５１、５２、直動ブロック５６、連結・ガイド軸５３の形状が大きくなり、その分だけコストアップにつながるという問題もある。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、大型の（１ショットの射出量が多く、大きな射出力を求められる）インラインスクリュ式の電動射出成形機において、コストダウンを可能とすると共に、連結・ガイド軸間のピッチおよび第１、第２の保持プレート間の距離を小さくすることにある。

上記した目的を達成するために、本願による１つの発明では、
加熱シリンダの後端側を固定した第１の保持プレートと、該第１の保持プレートと対向配置された第２の保持プレートと、前記加熱シリンダ内に回転並びに前後進可能に配設されたスクリュと、該スクリュの後端を固定した回転体と、該回転体を回転可能に保持すると共に、前記第１の保持プレートと前記第２の保持プレートとの間で前後進可能な直動ブロックと、該直動ブロックに搭載された計量用サーボモータと、該計量用サーボモータの回転を前記回転体に伝達すると共に、前記直動ブロックに搭載された計量系回転伝達メカニズムと、前記第２の保持プレートにその回転部を回転可能に保持されてその直動部が前記直動ブロックを直線駆動するボールネジ機構と、前記第２の保持プレートに搭載された射出用サーボモータと、該射出用サーボモータの回転を前記ボールネジ機構の前記回転部に伝達すると共に、前記第２の保持プレートに搭載された射出系回転伝達メカニズムとを、備えた射出成形機において、
前記計量系回転伝達メカニズムは、前記計量用サーボモータの出力軸に固定された第１の小プーリと、該第１の小プーリの回転を第１のタイミングベルトを介して伝達される第１の大プーリと、該第１の大プーリと同軸で該第１の大プーリと一体回転する第２の小プーリと、該第２の小プーリの回転を第２のタイミングベルトを介して伝達され前記回転体と一体回転する第２の大プーリとを、有し、
前記計量用サーボモータには、高回転低トルクモータであり、その最高回転数が１０００ｒｐｍ以上、例えばその最高回転数が２０００ｒｐｍ程度を出力可能なサーボモータを用い、
また、前記ボールネジ機構の回転部はネジ軸であり、前記ボールネジ機構の直動部はナット体であり、前記ボールネジ機構は複数組が設けられて、前記第２の大プーリの外側に、前記各ボールネジ機構の前記ネジ軸が配置される、
構成をとる。

本発明によれば、計量系回転伝達メカニズムとして、プーリ・ベルトによる減速伝達機構を２段に設けて、計量用サーボモータの回転を２段の減速列（減速系）で減速するようにしているので、プーリ・ベルトによる個々の減速伝達機構の大プーリの径（歯数）をさほど大きくしなくても、計量用サーボモータの回転数を、例えば１／１０程度に容易に減速することができる。したがって、計量用サーボモータとして、その価格が低回転高トルクモータの約半分である高回転低トルクモータを用いて、この高回転低トルクモータにおけるスクリュ回転に必要なトルクを確保するため回転数が、例えば２０００ｒｐｍという高回転数であっても、大型の射出成形機において求められるスクリュの回転数である２００ｒｐｍまで容易に減速することが可能となる。よって、安価な高回転低トルクモータを用いることでコストダウンが可能となると共に、径の嵩張る大プーリを用いることがないので、連結・ガイド軸間のピッチを小さくすることができる。また、１ショットの射出量が多く大きな射出力を求められる大型の射出成形機においては、例えばツインのボールネジ機構を用いて大きなスクリュ推進力を得る必要があるが、ボールネジ機構の回転部であるネジ軸を、第２の大プーリの外側に配置することで、直動ブロックとボールネジ機構の直動部であるナット体とを含む部材の厚み寸法を大きくしないでも、ネジ軸に対するナット体の所定移動ストロークを容易に確保することが可能となり、したがって、直動ブロックとナット体とを含む部材の厚み寸法を小さくできるので、その分だけ第１の保持プレートと第２の保持プレートとの間の距離を小さくできる。さらに、上記のように、連結・ガイド軸間のピッチを小さくすることや、第１の保持プレートと第２の保持プレートとの間の距離を小さくすることで、第１、第２の保持プレート、直動ブロック、連結・ガイド軸の形状を小さくでき、その分だけ使用鋼材などを削減できて、より一層のコストダウンを図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１〜図３は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）によるインラインスクリュ式の電動射出成形機に係り、図１は、本実施形態の電動射出成形機の射出系の構成を簡略化して示す要部断平面図、図２は、本実施形態の電動式射出成形機の計量系回転伝達メカニズムを側面から見た簡略化した説明図、図３は、本実施形態の電動式射出成形機の計量系回転伝達メカニズムを示す要部断面図である。

図１〜図３において、１は、図示せぬ射出系ベース部材（マシンメインフレーム上にノズルタッチ／バックのために前後進可能に配設された射出系ベース部材である）に固設された第１の保持プレート、２は、第１の保持プレート１と所定距離を置くように、同じく図示せぬ射出系ベース部材に固設された第２の保持プレート、３は、その両端をそれぞれ第１の保持プレート１と第２の保持プレート２に固定された複数本の連結・ガイド軸、４は、第１の保持プレート１にその後端側を固定された加熱シリンダ、５は、加熱シリンダ４内に回転並びに前後進可能に配設されたスクリュ、６は、連結・ガイド軸３に挿通・案内されて、第１の保持プレート１と第２の保持プレート２との間で前後進可能な直動ブロック、７は、スクリュ５の後端を固定すると共に、直動ブロック６に回転可能に保持された回転体である。

また、８は、直動ブロック６に搭載された計量用サーボモータで、この計量用サーボモータ８は、本実施形態のマシンにおいてスクリュ回転に必要なトルクを確保するため回転数が２０００ｒｐｍである、高回転低トルクモータよりなっている。９は、計量用サーボモータ８の出力軸８ａに固定された第１の小プーリ（第１の小タイミングプーリ）、１０は、直動ブロック６に回転可能に保持された回転支軸１１の一端側に固定されると共に、第１の小プーリ９の回転を第１のタイミングベルト１２を介して伝達される第１の大プーリ（第１の大タイミングプーリ）、１３は、回転支軸１１の他端側に固定されて、第１の大プーリ１０と一体回転する第２の小プーリ（第２の小タイミングプーリ）、１４は、回転体７に固定されると共に（または、回転体７と一体に形成されると共に）、第２の小プーリ１３の回転を第２のタイミングベルト１５を介して伝達される第２の大プーリ（第２の大タイミングプーリ）である。ここで、本実施形態においては、第１の小プーリ９として歯数３８のものを、第１の大プーリ１０として歯数７６のものを、第２の小プーリ１３として歯数３８のものを、第２の大プーリ１４として歯数１９０のものを、それぞれ用いている。

また、１６は、第２の保持プレート２に搭載された図示せぬ対をなす射出用サーボモータによって同期して回転駆動される被動プーリ（タイミングプーリ）で、該被動プーリ１６は、図示せぬ射出用サーボモータの回転を、該モータの出力軸に固定した図示せぬ駆動小プーリ（タイミングプーリ）と図示せぬタイミングベルトを介して伝達されるようになっている。１７は、各被動プーリ１６の回転をそれぞれ直線運動に変換する対をなすボールネジ機構、１８は、第２の保持プレート２に回転可能に保持されると共に、その端部に被動プーリ１６を固定したボールネジ機構１７のネジ軸、１９は、ネジ軸１８に螺合されると共に、直動ブロック６に固定されたボールネジ機構１７のナット体であり、各ネジ軸１８は、第２の大プーリ１４の外側に配置されている。

図１〜３に示す構成において、計量工程時には、高回転低トルクモータである計量用サーボモータ８が２０００ｒｐｍで回転駆動されて、第１の小プーリ９、第１のタイミングミンクベルト１２、第１の大プーリ１０、回転支軸１１、第２の小プーリ１３、第２のタイミングベルト１５、第２の大プーリ１４、回転体７を介して、スクリュ５が所定方向に回転駆動される。各プーリ９、１０、１３、１４の歯数は前記のように設定されているため、第１の小プーリ９、第１のタイミングミンクベルト１２、第１の大プーリ１０よりなる第１の（１段目の）減速列（減速系）で、２０００ｒｐｍがまず１０００ｒｐｍまで減速され、第２の小プーリ１３、第２のタイミングベルト１５、第２の大プーリ１４よりなる第２の（２段目の）減速列（減速系）で、１０００ｒｐｍが２００ｒｐｍまで減速されて、スクリュ５は回転数２００ｒｐｍで所定方向に回転駆動される。このようにスクリュ５が回転駆動されると、第１の保持プレート１および加熱シリンダ４に穿設された図示せぬ原料樹脂供給口から、スクリュ５のスクリュネジ形成部分の根本側に供給された原料樹脂が、加熱シリンダ４からの加熱とスクリュ回転に伴う混練による樹脂の剪断発熱とにより可塑化されつつ、スクリュ５のネジ送り作用により、スクリュ５の先端側に送り込まれる。そして、スクリュ５の頭部より先に溶融樹脂が溜まるにしたがって、スクリュ５は回転しつつ後退し、この後退に際して、スクリュ５の頭部より先の溶融樹脂に所定圧力を付与するための背圧制御が、図示せぬ対をなす射出用サーボモータを同期して圧力フィードバック制御することにより実行される。スクリュ５の頭部より先に、所定量（１ショット分）の溶融樹脂が貯えられると、計量用サーボモータ８によるスクリュ回転は停止される。なお、スクリュ５の後退時には、直動フロック６および直動フロック６と一体となって前後進する全ての部材が後退する。

また、射出工程の１次射出工程においては、図示せぬ対をなす射出用サーボモータが同期して所定方向に回転駆動され、これにより、図示せぬ駆動小プーリ、図示せぬタイミングベルト、被動プーリ１６を介して、各ボールネジ機構１７のネジ軸１８が同期して回転駆動される。これにより、ネジ軸１８に螺合された各ボールネジ機構１７のナット体１９が、ネジ軸１８に沿って急速に前進駆動され、ナット体１９と一体となって直動ブロック６も急速に前進して、これに伴いスクリュ５が急速に前進駆動されることで、計量して蓄えられた溶融樹脂が、型締め状態にある図示せぬ金型内に急速に射出・充填される。この１次射出工程に引き続いて行われる射出工程の保圧工程においては、図示せぬ対をなす射出用サーボモータを同期して圧力フィードバック制御することで、金型内の樹脂に圧力（保圧力）を付与する。

以上のように本実施形態においては、計量系回転伝達メカニズムとして、プーリ・ベルトによる減速伝達機構を２段に設けて、計量用サーボモータ８の回転を２段の減速列（減速系）で減速するようにしているので、プーリ・ベルトによる個々の減速伝達機構の大プーリ１０、１４の径（歯数）をさほど大きくしなくても、計量用サーボモータ８の回転数を、例えば１／１０程度に容易に減速することができる。したがって、計量用サーボモータ８として、その価格が低回転高トルクモータの約半分である高回転低トルクモータを用いて、この高回転低トルクモータにおけるスクリュ回転に必要なトルクを確保するため回転数が、例えば２０００ｒｐｍという高回転数であっても、大型の射出成形機において求められるスクリュ５の回転数である２００ｒｐｍまで容易に減速することが可能となる。よって、安価な高回転低トルクモータを用いることでコストダウンが可能となると共に、径の嵩張る大プーリを用いることがないので、図１においてＰ１で示す連結・ガイド軸３間のピッチを、従来のピッチＰ２よりも１６０ｍｍ程度小さくすることができる。また、１ショットの射出量が多く大きな射出力を求められる大型の射出成形機においては、例えばツインのボールネジ機構１７を用いて大きなスクリュ推進力を得る必要があるが、ボールネジ機構１７の回転部であるネジ軸１８を、第２の大プーリ１４の外側に配置することで、直動ブロック６とボールネジ機構１７の直動部であるナット体１９とを含む部材の厚み寸法を大きくしないでも、ネジ軸１８に対するナット体１９の所定移動ストロークを容易に確保することが可能となり、したがっい、直動ブロック６とナット体１９とを含む部材の厚み寸法を小さくできるので、その分だけ、図１でＬ１で示す第１の保持プレート１と第２の保持プレート２との間の距離を小さくでき、この結果、距離Ｌ１を従来の距離Ｌ２よりも６００ｍｍ程度小さくすることができる。さらに、上記のように、連結・ガイド軸３間のピッチＰ１を小さくすることや、第１の保持プレート１と第２の保持プレート２との間の距離Ｌ１を小さくすることで、第１、第２の保持プレート１、２、直動ブロック６、連結・ガイド軸３の形状を小さくでき、その分だけ使用鋼材などを削減できて、より一層のコストダウンを図ることができる。

本発明の一実施形態に係るインラインスクリュ式の電動射出成形機における、射出系の構成を簡略化して示す要部断平面図である。 本発明の一実施形態に係るインラインスクリュ式の電動射出成形機における、計量系回転伝達メカニズムを側面から見た簡略化した説明図である。 本発明の一実施形態に係るインラインスクリュ式の電動射出成形機における、計量系回転伝達メカニズムを示す要部断面図である。 従来技術によるインラインスクリュ式の電動射出成形機における、射出系の構成を簡略化して示す要部断平面図である。 従来技術によるインラインスクリュ式の電動射出成形機における、計量系回転伝達メカニズムを側面から見た簡略化した説明図である。

符号の説明

１ 第１の保持プレート
２ 第２の保持プレート
３ 連結・ガイド軸
４ 加熱シリンダ
５ スクリュ
６ 直動ブロック
７ 回転体
８ 計量用サーボモータ
８ａ 出力軸
９ 第１の小プーリ
１０ 第１の大プーリ
１１ 回転支軸
１２ 第１のタイミングベルト
１３ 第２の小プーリ
１４ 第２の大プーリ
１５ 第２のタイミングベルト
１６ 被動プーリ
１７ ボールネジ機構
１８ ネジ軸
１９ ナット体

Claims (3)

1. 加熱シリンダの後端側を固定した第１の保持プレートと、該第１の保持プレートと対向配置された第２の保持プレートと、前記加熱シリンダ内に回転並びに前後進可能に配設されたスクリュと、該スクリュの後端を固定した回転体と、該回転体を回転可能に保持すると共に、前記第１の保持プレートと前記第２の保持プレートとの間で前後進可能な直動ブロックと、該直動ブロックに搭載された計量用サーボモータと、該計量用サーボモータの回転を前記回転体に伝達すると共に、前記直動ブロックに搭載された計量系回転伝達メカニズムと、前記第２の保持プレートにその回転部を回転可能に保持されてその直動部が前記直動ブロックを直線駆動するボールネジ機構と、前記第２の保持プレートに搭載された射出用サーボモータと、該射出用サーボモータの回転を前記ボールネジ機構の前記回転部に伝達すると共に、前記第２の保持プレートに搭載された射出系回転伝達メカニズムとを、備えた射出成形機において、
   前記計量系回転伝達メカニズムは、前記計量用サーボモータの出力軸に固定された第１の小プーリと、該第１の小プーリの回転を第１のタイミングベルトを介して伝達される第１の大プーリと、該第１の大プーリと同軸で該第１の大プーリと一体回転する第２の小プーリと、該第２の小プーリの回転を第２のタイミングベルトを介して伝達され前記回転体と一体回転する第２の大プーリとを、有し、
   前記計量用サーボモータには、高回転低トルクのサーボモータを用いたことを特徴とする射出成形機。
2. 請求項１に記載の射出成形機において、
   前記計量用サーボモータは、その最高回転数が１０００ｒｐｍ以上であることを特徴とする射出成形機。
3. 請求項１または２に記載の射出成形機において、
   前記ボールネジ機構の回転部はネジ軸であり、前記ボールネジ機構の直動部はナット体であり、
   前記ボールネジ機構は複数組が設けられて、前記第２の大プーリの外側に、前記各ボールネジ機構の前記ネジ軸が配置されることを特徴とする射出成形機。

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