KR101158087B1 - 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어 - Google Patents

타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 중하중용 타이어는 타이어의 원주를 따라 사이드월부에 일정한 간격으로 형성된 직육면체 형상의 함몰부; 함몰부에 부착되는 직육면체 형상의 인디케이터; 및 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내기 위해서 함몰부에 표시된 눈금들;을 포함하고, 상기 인디케이터는 탄성 재질로 이루어지고, 타이어 공기압 및 하중에 기인하여 타이어가 변형될 때 상기 인디케이터의 측정폭이 변하고, 타이어 공기압 및 하중 상태는 상기 인디케이터의 측정폭이 변함에 따라서 상기 눈금들을 기준으로 나타난다.

Description

타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어{A TRUCK AND BUS RADIAL TIRE REPRESENTING TIRE PRESSURE AND LOAD CONDITIONS}
본 발명은 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 타이어 공기압 및 하중 상태를 육안으로 확인할 수 있도록 타이어 자체에 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 구성을 갖춘 타이어에 관한 것이다.
중하중용 타이어의 경우 일반적으로 과공기압, 과하중, 또는 과공기압 및 과하중에 사용되어 진다. 특히, 적재물을 많이 싣는 경우 일반적으로 과공기압으로 사용되며, 이로 인해 벨트부와 비드부의 사고가 빈번하게 발생한다.
적절한 공기압과 하중은 타이어 내구에 지대한 영향을 미치게 되는데, 특히 과하중은 비드부와 벨트부의 발열을 상당히 증가시킨다. 따라서, 타이어 내구를 향상시키기 위해서는 사용자가 공기압과 하중에 대한 관리를 할 필요가 있다. 하지만, 사용자는 일반적으로 공기압과 하중에 대한 관리 지식이 없다는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 사용된 종래 기술로서 사용자에게 적절한 정보를 알려주는 TPMS(Tire Pressure Monitoring System)과 같은 장비가 있다. TPMS는 타이어 휠 부에 센서를 부착하고, 센서에 의해서 수집된 정보를 무선으로 제어부에 보내어 디스플레이에서 타이어의 공기압을 알려주는 시스템이다. TPMS 장비를 이용할 경우 실시간으로 데이터를 확인할 수 있고, 비교적 정확한 데이터를 사용자에게 제공할 수 있다는 장점이 있으나, 이를 장착하기 위해서는 타이어의 휠부에 센서를 부착하고 측정데이타를 송수신할 수 있는 부가적인 장비가 필요하다는 단점이 있다. 나아가, TPMS의 경우에 과하중시 하중 분담능력을 증가시키기 위해 공기압을 일반적으로 높게 쓰는 지역에서는 적절한 공기압을 알기 어렵다는 문제점 또한 존재한다.
상술한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 별도의 장비를 장착하지 않고도 타이어 공기압 및 하중 상태를 육안으로 확인할 수 있도록 하기 위해서 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 인디케이터를 포함하는 중하중용 타이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어는, 타이어의 원주를 따라 사이드월부에 일정한 간격으로 형성된 직육면체 형상의 함몰부, 함몰부에 부착되는 직육면체 형상의 인디케이터, 및 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내기 위해서 함몰부에 표시된 눈금들을 포함한다. 여기서, 상기 인디케이터는 탄성 재질로 이루어지고, 타이어 공기압 및 하중에 기인하여 타이어가 변형될 때 상기 인디케이터의 측정폭이 변하고, 타이어 공기압 및 하중 상태는 상기 인디케이터의 측정폭이 변함에 따라서 상기 눈금들을 기준으로 나타난다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 눈금들은, 타이어의 초기 상태를 나타내기 위한 제1 눈금, 타이어 공기압 및 하중의 비율이 적절하다는 것을 나타내기 위한 제2 눈금, 및 타이어 공기압 및 하중의 비율이 부적절하다는 것을 나타내기 위한 제3 눈금;을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 인디케이터의 측정폭에서의 한쪽 끝이 제1 눈금과 제2 눈금 사이에 존재하는 경우에는 공기압 및 하중의 비율이 적절하다는 것을 나타내고, 상기 인디케이터의 측정폭에서의 한쪽 끝이 제2 눈금과 제3 눈금 사이에 존재하는 경우에는 공기압 및 하중의 비율이 부적절하다는 것을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄성 재질은 고무일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 함몰부는 타이어의 일부를 파냄으로써 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, TPMS와 같은 별도의 장비를 부착하기 어려운 차량을 포함하여 기존 차량의 구조를 개선하지 않고 단순히 타이어만을 교환함으로써, 중하중용 타이어의 상태를 타이어 외부에 부착된 인디케이터로 쉽게 확인할 수 있다.
본 발명에 의하면, 단순히 공기압을 계측하는 것이 아니라 적절한 공기압과 하중과의 비를 쉽게 계측하는 것이 가능하다. TPMS의 경우 단순히 내부의 공기압 값을 알려주지만, 본 발명에 의하면 공기압과 하중과의 비를 적절하게 파악할 수 있으며, 부대적인 장치 설비 없이 단순한 육안 관측만으로 타이어가 적절한 상태인지 여부를 판단하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 타이어를 적절한 공기압과 하중과의 비로 사용하여 타이어의 내구성을 향상시키는 것이 가능하다. 공기압과 하중과의 비는 타이어의 내구수명과 직결된 주요인자라는 점에서 특히 본 발명은 효용가치가 높다.
도 1은 평면에서 8륜용 타이어의 과하중시 공기압 변화에 따른 스트레스(Stress) 분포를 도시하는 도면이다.
도 2는 평면에서 12륜 타이어의 과하중시 공기압 변화에 따른 스트레스 분포를 도시하는 도면이다.
도 3의 (a)는 저공기압 상태에서의 타이어에 대한 분석결과를 도시하는 도면이고, 도 3의 (b)는 적정공기압 상태에서의 타이어에 대한 분석결과를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어에서 인디케이터가 부착된 부분에 대한 개략적 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어에서 인디케이터 및 함몰부의 사이즈를 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어에서 눈금자를 설명하기 위한 개략도이다.
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 출원인은 우선, 공기압 및 하중과 스트레스와의 관계를 분석하였다.
도 1은 평면에서 8륜용 타이어의 과하중시 공기압 변화에 따른 스트레스(Stress, 변형률) 분포를 도시하는 도면이고, 도 2는 평면에서 12륜 타이어의 과하중시 공기압 변화에 따른 스트레스 분포를 도시하는 도면이다.
도 1의 (a)는 공기압만 있고 하중이 없는 상태에서의 8륜용 타이어에 대한 분석결과이고, 도 1의 (b)는 100%의 하중인 가해진 상태에서의 8륜용 타이어에 대한 분석결과이고, 도 1의 (c)는 180%의 하중인 가해진 상태에서의 8륜용 타이어에 대한 분석결과이고, 도 1의 (d)는 230%의 하중인 가해진 상태에서의 8륜용 타이어에 대한 분석결과이다.
도 2의 (a)는 공기압만 있고 하중이 없는 상태에서의 12륜용 타이어에 대한 분석결과이고, 도 2의 (b)는 100%의 하중인 가해진 상태에서의 12륜용 타이어에 대한 분석결과이고, 도 2의 (c)는 180%의 하중인 가해진 상태에서의 12륜용 타이어에 대한 분석결과이고, 도 2의 (d)는 230%의 하중인 가해진 상태에서의 12륜용 타이어에 대한 분석결과이다.
도 1의 (b)에서의 X 부분과 도 2의 (d)에서의 Y 부분은 유사한 스트레스 상태이다. 따라서, 공기압과 부하의 크기에 따라 타이어별로 적절한 스트레스 분포가 발생한다는 사실을 알 수 있다. 또한, 도 1 및 2에서와 같이 과하중시에는 과공기압을 사용할 경우 오히려 비드 내구에 유리한 특성을 나타내기 때문에 공기압만을 계측하는 것으로는 현재 상태가 사용하기에 적절한지 판단하는데 어려움이 있다.
도 3의 (a)는 저공기압 상태에서의 타이어에 대한 분석결과를 도시하는 도면이고, 도 3의 (b)는 적정공기압 상태에서의 타이어에 대한 분석결과를 도시하는 도면이다.
도 3의 (a)에 기재된 1.7%, 6.8%, 및 10.4%의 수치는 저공기압 상태에서 해당 부분에서의 타이어의 스트레스를 나타내고, 도 3의 (b)에 기재된 1.2%, 6.3%, 및 7.6%는 적정공기압 상태에서 해당 부분에서의 타이어의 스트레스를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 공기압과 적재물 하중과의 비율이 맞지 않는 경우 사이드부에 과도한 변형율이 발생하고, 이는 비드부의 발열을 증가시켜 내구성을 저하시키는 주요 원인이 된다.
이러한 분석을 바탕으로 상술한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 출원인은 타이어 표면의 원주방향 스트레인(Strain)을 분석하여 적절한 스트레인 상태를 전산해석을 통해 계측하여, 스트레스에 따라 외부에서 관찰할 수 있는 인디케이터를 개발하였다.
본 발명에서는 내압과 하중시 타이어 외곽의 스트레인에 따라 단면폭이 변화는 인디케이터를 사이드월부에 식입함으로써, 현재 적재물의 중량과 공기압의 비율이 적절한지 여부에 대한 판단을 가능하게 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 공기압 및 하중 상태를 표시하는 중하중용 타이어의 개략도이다.
본 발명에 따른 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어는 타이어의 원주를 따라 사이드월부에 일정한 간격으로 형성된 직육면체 형상의 함몰부, 함몰부에 부착되는 직육면체 형상의 인디케이터, 및 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내기 위해서 함몰부에 표시된 눈금들을 포함한다.
인디케이터(101 내지 108)는 탄성 재질로 이루어지며, 직육면체 형상이다. 타이어 공기압 및 하중에 의해서 타이어가 변형될 때 인디케이터의 폭이 변화하여 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내게 된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 탄성 재질은 고무(Rubber)일 수 있다. 도 4에서 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어(100)는 8개의 인디케이터를 포함한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어에서 인디케이터가 부착된 부분에 대한 개략적 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어에서 인디케이터 및 베이스의 사이즈를 설명하기 위한 개략도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 타이어에서 눈금자를 설명하기 위한 개략도이다. 도 5 내지 7은 인디케이터(101)와 이에 대응하는 함몰부(111)를 기준으로 도시한다.
함몰부는 인디케이터가 부착되는 곳으로 직육면체 형상이다. 함몰부는 타이어의 외부에서 타이어의 원주를 따라 일정한 간격으로 타이어의 일부를 파냄으로써 형성된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 함몰부는 타이어의 사이드월부 중앙에서 타이어의 원주를 따라 일정한 간격으로 형성될 수 있다.
도 4에서의 θ는 타이어의 원주 상에 인디케이터를 설치하기 위한 간격을 나타낸다. θ의 범위는 바람직하게는 10° 내지 45°이다. 예를 들어, θ가 10°인 경우에 타이어에 설치될 인디케이터의 수는 36개이고, θ가 45°인 경우에 타이어에 설치될 인디케이터의 수는 8개이다.
도 7에 도시된 눈금들은 공기압과 하중의 비율의 적절성을 나타내는 측정자이다. 본 발명에 따르면, 타이어 공기압 및 하중 상태는 인디케이터의 폭이 변화함에 따라서 눈금들을 기준으로 나타난다. 본 발명의 일 실시예에 따른 눈금들은 타이어의 초기 상태를 나타내기 위한 제1 눈금(121), 타이어 공기압 및 하중의 비율이 적절하다는 것을 나타내기 위한 제2 눈금(122), 및 타이어 공기압 및 하중의 비율이 부적절하다는 것을 나타내기 위한 제3 눈금(123)을 포함한다.
인디케이터의 측정폭(131)은 인디케이터에서 인디케이터의 폭의 변화에 대한 측정대상이 되는 부분이다. 본 발명에서는 눈금들을 기준으로 인디케이터의 폭의 한쪽 끝이 위치하는 지점에 따라서 타이어 공기압 및 하중 상태가 판별된다. 예를 들어, 인디케이터의 측정폭(131)에서의 한쪽 끝이 제1 눈금과 제2 눈금 사이에 존재하는 경우에는 공기압 및 하중의 비율이 적절하다는 것을 나타내고, 인디케이터의 측정폭(131)에서의 한쪽 끝이 제2 눈금과 제3 눈금 사이에 존재하는 경우에는 공기압 및 하중의 비율이 부적절하다는 것, 다시 말해, 과하중 또는 저공기압으로 타이어의 변형이 심하다는 것을 나타낸다. 인티케이터의 측정폭(131)은 인디케이터의 높이 관점에서 중앙 부분에 위치하는 것이 바람직하다.
인디케이터의 사이즈와 관련하여, 도 6을 참조하면, h2는 인디케이터의 높이를 나타내고, t2는 인디케이터의 두께를 나타내고, w2는 인디케이터의 폭을 나타낸다. 인디케이터의 높이(h2)는 바람직하게는 30~50㎜이고, 인디케이터의 두께(t2)는 바람직하게는 0.5~3㎜이고, 인디케이터의 폭(w2)은 바람직하게는 5~10㎜이다.
함몰부의 사이즈와 관련하여, 도 6을 참조하면, h1은 함몰부의 높이를 나타내고, t1은 함몰부의 두께를 나타내고, w1은 함몰부의 폭을 나타낸다. 함몰부의 높이(h1)는 바람직하게는 인디케이터의 높이(h1)와 동일하고, 함몰부의 두께(t1)는 바람직하게는 2~3㎜이고, 함몰부의 폭(w1)은 바람직하게는 인디케이터의 측정폭(w2)의 10% 내지 30%이다.
눈금들의 사이즈와 관련하여, 도 7을 참조하면, h3은 눈금들의 높이를 나타내고, w3은 제1 눈금(121)과 제2 눈금(122) 사이의 간격을 나타내고, w4는 제2 눈금(122)과 제3 눈금(123) 사이의 간격을 나타낸다. 눈금들의 높이(h3)는 바람직하게는 인디케이터의 높이(h1)의 40% 내지 60%이고, 제1 눈금(121)과 제2 눈금(122) 사이의 간격(w3)은 바람직하게는 인디케이터의 스트레인이 10%일 때의 인디케이터의 측정폭의 변화량을 기준으로 정해지고, 제2 눈금(122)과 제3 눈금(123) 사이의 간격(w4)은 바람직하게는 인디케이터의 스트레인이 15%일 때의 인디케이터의 측정폭의 변화량을 기준으로 정해진다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 눈금들은 타이어의 초기 상태에서의 인디케이터의 측정폭을 나타내는 제1 눈금(121), 타이어 공기압 및 하중에 의해서 타이어가 변형되어 인디케이터의 스트레인(strain)이 10%일 때의 인디케이터의 측정폭(131)을 기준으로 설정된 제2 눈금(122), 및 타이어 공기압 및 하중에 의해서 타이어가 변형되어 인디케이터의 스트레인이 15%일 때의 인디케이터의 측정폭(131)을 기준으로 설정된 제3 눈금(123)을 포함할 수 있다. 인디케이터의 측정폭(131)에서의 한쪽 끝이 제1 눈금과 제2 눈금 사이에 존재하는 경우에는 공기압 및 하중의 비율이 적절하다는 것을 나타내고, 인디케이터의 측정폭(131)에서의 한쪽 끝이 제2 눈금과 제3 눈금 사이에 존재하는 경우에는 공기압 및 하중의 비율이 부적절하다는 것을 나타낸다.
본 명세서에서 참조번호는 본 발명의 이해를 돕기 위해서 기재된 것이며, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 목적으로 사용된 것은 아니다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사항을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 타이어
101 ~ 108: 인디케이터
111: 함몰부
121: 제1 눈금
122: 제2 눈금
123: 제3 눈금
131: 인디케이터의 측정폭
h1: 함몰부의 높이
t1: 함몰부의 두께
w1: 함몰부의 폭
h2: 인디케이터의 높이
t2: 인디케이터의 두께
w2: 인디케이터의 폭
h3: 눈금들의 높이
w3: 제1 눈금과 제2 눈금 사이의 간격
w4: 제2 눈금과 제3 눈금 사이의 간격

Claims (7)

  1. 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어로서,
    타이어의 원주를 따라 사이드월부에 일정한 간격으로 형성된 직육면체 형상의 함몰부;
    함몰부에 부착되는 직육면체 형상의 인디케이터; 및
    타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내기 위해서 함몰부에 표시된 눈금들;을 포함하고,
    상기 인디케이터는 탄성 재질로 이루어지고,
    타이어 공기압 및 하중에 기인하여 타이어가 변형될 때 상기 인디케이터의 측정폭이 변하고,
    타이어 공기압 및 하중 상태는 상기 인디케이터의 측정폭이 변함에 따라서 상기 눈금들을 기준으로 나타나는 것을 특징으로 하는 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 눈금들은,
    타이어의 초기 상태를 나타내기 위한 제1 눈금;
    타이어 공기압 및 하중의 비율이 적절하다는 것을 나타내기 위한 제2 눈금; 및
    타이어 공기압 및 하중의 비율이 부적절하다는 것을 나타내기 위한 제3 눈금;을 포함하고,
    상기 인디케이터의 측정폭에서의 한쪽 끝이 제1 눈금과 제2 눈금 사이에 존재하는 경우에는 공기압 및 하중의 비율이 적절하다는 것을 나타내고,
    상기 인디케이터의 측정폭에서의 한쪽 끝이 제2 눈금과 제3 눈금 사이에 존재하는 경우에는 공기압 및 하중의 비율이 부적절하다는 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 눈금들은,
    타이어의 초기 상태에서의 인디케이터의 측정폭을 나타내는 제1 눈금;
    타이어 공기압 및 하중에 의해서 타이어가 변형되어 인디케이터의 스트레인(strain)이 10%일 때의 인디케이터의 측정폭을 기준으로 설정된 제2 눈금; 및
    타이어 공기압 및 하중에 의해서 타이어가 변형되어 인디케이터의 스트레인이 15%일 때의 인디케이터의 측정폭을 기준으로 설정된 제3 눈금;을 포함하고,
    상기 인디케이터의 측정폭에서의 한쪽 끝이 제1 눈금과 제2 눈금 사이에 존재하는 경우에는 공기압 및 하중의 비율이 적절하다는 것을 나타내고,
    상기 인디케이터의 측정폭에서의 한쪽 끝이 제2 눈금과 제3 눈금 사이에 존재하는 경우에는 공기압 및 하중의 비율이 부적절하다는 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 재질은 고무인 것을 특징으로 하는 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 함몰부는 타이어의 일부를 파냄으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어.
  6. 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어로서,
    타이어의 원주를 따라 사이드월부에 일정한 간격으로 타이어의 일부를 파냄으로써 형성된 직육면체 형상의 함몰부;
    함몰부에 부착되는 직육면체 형상의 인디케이터; 및
    타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내기 위해서 함몰부에 표시된 눈금들;을 포함하고,
    상기 인디케이터는 고무로 이루어지고,
    타이어 공기압 및 하중에 기인하여 타이어가 변형될 때 상기 인디케이터의 측정폭이 변하고,
    타이어 공기압 및 하중 상태는 상기 인디케이터의 측정폭이 변함에 따라서 상기 눈금들을 기준으로 나타나는 것을 특징으로 하는 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 눈금들은,
    타이어의 초기 상태에서의 인디케이터의 측정폭을 나타내는 제1 눈금;
    타이어 공기압 및 하중에 의해서 타이어가 변형되어 인디케이터의 스트레인(strain)이 10%일 때의 인디케이터의 측정폭을 나타내는 제2 눈금; 및
    타이어 공기압 및 하중에 의해서 타이어가 변형되어 인디케이터의 스트레인이 15%일 때의 인디케이터의 측정폭을 나타내는 제3 눈금;을 포함하고,
    상기 인디케이터의 측정폭에서의 한쪽 끝이 제1 눈금과 제2 눈금 사이에 존재하는 경우에는 공기압 및 하중의 비율이 적절하다는 것을 나타내고,
    상기 인디케이터의 측정폭에서의 한쪽 끝이 제2 눈금과 제3 눈금 사이에 존재하는 경우에는 공기압 및 하중의 비율이 부적절하다는 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 타이어 공기압 및 하중 상태를 나타내는 중하중용 타이어.
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