JP2005257000A - クランク軸の軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】トンネル式軸受装置において、軸受箱のクランクケースへの組付後に、全てのジャーナル枢支軸心を一致させる手段を、従来よりもコスト安に実現させる。
【解決手段】多気筒エンジンのクランクケース２内に設けた軸受壁２１に形成されたトンネル孔２２に軸受箱１１を内嵌固定し、軸受箱１１中央の軸受孔１２に、クランク軸のジャーナルを枢支し、軸受箱１１は、軸受壁２１を下から上えと貫通する上向きボルトで軸受壁２１に締結固定してあるクランク軸の軸受構造において、軸受箱１１のジャーナル枢支軸心Ｚを、軸受箱１１の中心位置Ｐに対して上方へ僅かにずらす位置ズレ手段Ａを装備する。位置ズレ手段Ａは、軸受箱１１に内嵌されてジャーナルを支承する中間軸受メタル１３の内周面１３ｎの中心Ｚを、中間軸受メタル１３の外周面１３ｇの中心位置Ｐに対して上方へ僅かにずらす構成である。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数気筒エンジンにおけるクランク軸を、そのジャーナルを枢支する軸受箱と一体でケースの一方から差し込んでクランクケースに組付け自在とした構造、即ち、トンネル式のクランク軸の軸受構造に関するものである。

クランク軸心とクランク軸の中間ジャーナルを枢支する中間軸受箱の軸心を位置整合して組付ける技術においては、中間ジャーナルを枢支する軸受箱を隙間嵌めによって軸受壁に嵌入するとともに、軸受壁を貫通するボルトで軸受箱を締結固定する構造上、クランクケースの外壁部分で枢支されるクランク軸の軸心に対して、軸受箱の枢支軸心が下方（ボルト存在方向）へずれ、軸受メタルの早期摩耗や、軸受摩擦によるエンジン騒音が大きくなるといった問題がある。

これを解決する手段として、特許文献１において開示されたように、中間軸受箱に形成される軸受孔の中心を、中間軸受箱の外周円の中心位置に対して、軸受壁のトンネル孔と軸受箱との挿通隙間の略半分だけ上方へ偏位させることにより、軸受箱のジャーナル枢支軸心を、クランクケースにおけるジャーナルの基準枢支軸心よりも、クランク軸の軸心に対するボルト存在側と反対側の方向へ僅かにずらす技術が知られている。

即ち、中間軸受箱を軸受壁に固定した状態では、クランクケース前壁の軸受孔の中心、後部軸受箱の軸受孔の中心、中間軸受箱の軸受孔の中心を全て略一致させた状態とすることができ、それらの軸受孔に挿通されるクランク軸の軸心を略一致させることができる。従って、クランク軸心に対する中間軸受箱の軸心のずれを抑制でき、軸受メタルの早期摩耗や軸受摩擦によるエンジン騒音を低減することができる、というものである。
特開２００１−２７１７０８号公報

しかしながら、前記従来技術によるクランク軸の軸受構造では、中間軸受箱に形成される軸受孔の中心を極僅かにずらす偏心加工は、非常に精度が要求される困難な切削加工であり、コスト的には不利なものであった。

本発明の目的は、トンネル式のクランク軸の軸受構造において、軸受箱のクランクケースへの組付け後に、クランク軸の全てのジャーナル枢支軸心を一致させるようにする手段を、従来よりもコスト安に実現させる点にある。

請求項１の構成は、複数気筒エンジン（Ｅ）のクランクケース（２）内に設けた軸受壁（２１）にトンネル孔（２２）をあけ、そのトンネル孔（２２）に軸受箱（１１）を内嵌固定し、前記軸受箱（１１）の中央に設けた軸受孔（１２）に、クランク軸（８）のジャーナル（８ｃ）を枢支するとともに、前記軸受箱（１１）は、前記軸受壁（２１）を前記クランク軸（８）の軸心に直交する方向に貫通するボルト（１８）によって前記軸受壁（２１）に締結固定されているクランク軸の軸受構造において、
前記軸受箱（１１）のジャーナル枢支軸心（Ｚ）を、前記軸受箱（１１）の中心位置（Ｐ）に対して、前記ボルト（１８）存在側と反対側の方向へ僅かにずらす位置ズレ手段（Ａ）が装備されるとともに、この位置ズレ手段（Ａ）は、前記軸受箱（１１）に内嵌されて前記ジャーナル（８ｃ）を支承する中間軸受メタル（１３）の内周面（１３ｎ）の中心を、前記中間軸受メタル（１３）の外周面（１３ｇ）の中心位置に対して、前記ボルト（１８）存在側と反対側の方向へ僅かにずらす構成であることを特徴とする。

請求項２の構成は、複数気筒エンジン（Ｅ）のクランクケース（２）内に設けた軸受壁（２１）にトンネル孔（２２）をあけ、そのトンネル孔（２２）に軸受箱（１１）を内嵌固定し、前記軸受箱（１１）の中央に設けた軸受孔（１２）に、クランク軸（８）のジャーナル（８ａ）〜（８ｃ）を枢支するとともに、前記軸受箱（１１）は、前記軸受壁（２１）を前記クランク軸（８）の軸心に直交する方向に貫通するボルト（１８）によって前記軸受壁（２１）に締結固定されているクランク軸の軸受構造において、
前記ジャーナル（８ａ）〜（８ｃ）のうちの両端に位置する端部ジャーナル（８ａ），（８ｂ）を枢支すべく前記クランクケース（２）の外壁部分（２ａ），（２ｂ）に形成される軸受部（１６），（３０）のジャーナル枢支軸心（Ｘ）を、前記軸受部（１６），（３０）の中心位置（Ｑ）に対して、前記ボルト（１８）存在側の方向へ僅かにずらす位置ズレ手段（Ｂ）が装備されるとともに、この位置ズレ手段（Ｂ）は、前記軸受部（１６），（３０）に内嵌されて前記端部ジャーナル（８ａ），（８ｂ）を支承する端部軸受メタル（３３），（４３）の内周面（３３ｎ），（４３ｎ）の中心を、前記端部軸受メタル（３３），（４３）の外周面（３３ｇ），（４３ｇ）の中心位置に対して、前記ボルト（１８）存在側の方向へ僅かにずらす構成であることを特徴とする。

請求項３の構成は、請求項１又は２に記載のクランク軸の軸受構造において、前記複数気筒エンジン（Ｅ）が縦型であり、前記ボルト（１８）は、軸受壁（２１）にその下方側から上方に向けて貫通装備される上向きボルトであることを特徴とする。

請求項１の構成による位置ズレ手段は、中間軸受メタルを偏心させることにより、軸受壁のジャーナル枢支軸心を、軸受壁の中心位置に対してボルト存在側と反対側の方向へ僅かにずらす構成である。中間軸受箱の軸受孔の中心を、中間軸受箱の外周円の中心に比べて上方向へ偏位させる従来の位置ズレ手段では、中間軸受箱の偏心加工が面倒で、かつ、加工時間及び加工コストが大きくなるに対して、本請求項１の手段では、中間軸受箱に比べて小さい部品である中間軸受メタルの偏心加工が簡単（例：プレス加工）で、かつ、コストもさほど掛からないようになるという利点がある。そして、請求項３のように、縦型の複数気筒エンジンにおいて上向きボルトを用いる構成では、下死点においてピストンから伝達される爆発圧力による強烈な下向き力を受ける中間軸受メタルの下部の径方向の厚みが、中間軸受メタルの上部の径方向の厚みよりも厚くなるので、耐久性が増す等、中間軸受メタルを強度上で有利なものに構成することができる。

請求項２の構成によれば、端部軸受メタルを偏心させることにより、クランクケースの外壁部分に形成される軸受部のジャーナル枢支軸心を、軸受部の中心位置に対してボルト存在側の方向へ僅かにずらす構成である。中間軸受箱の軸受孔の中心を、中間軸受箱の外周円の中心に比べて上方向へ偏位させる従来の位置ズレ手段では、中間軸受箱の偏心加工が面倒で、かつ、加工時間及び加工コストが大きくなるに対して、本請求項２の手段では、中間軸受箱に比べて小さい部品である端部軸受メタルの偏心加工が簡単（例：プレス加工）で、かつ、コストもさほど掛からないようになるという利点がある。加えて、端部軸受メタルは偏心リング形状となるので、クランクケースの外壁や後部軸受箱に内嵌装備された状態では、その偏心形状によってクランク軸との連れ回りが生じない回り止め機能が得られ、別途に回り止め手段を装備しなくて済み、構造の簡素化やコストダウンが可能となる利点がある。

請求項３の構成によれば、縦型の複数気筒エンジンにおいては、上向きボルトによる軸受箱の軸受壁への締結固定構造が多用されるので、その構成に好適でなクランク軸の軸受構造が提供できる。

以下、本発明によるクランク軸の軸受構造の実施の形態を図面に基づき説明する。図１、図２は、実施例１による位置ズレ手段を示し、図３、図４は縦型多気筒エンジンの縦断面図、一部切欠の側面図、図５、図６は実施例２による位置ズレ手段を示している。

複数気筒エンジンＥに採用されたトンネル式軸受装置１０は、図３及び図４に示すように、縦型多気筒（４気筒）エンジンＥのクランク軸８の軸受壁２１をクランクケース２と一体に三箇所に形成し、軸受壁２１にクランク軸８を挿通して支持する中間トンネル孔２２を開口し、この中間トンネル孔２２内にクランク軸８の中間ジャーナル８ｃを枢支する割り形の中間軸受箱１１を内嵌固定するように構成されている。

中間軸受箱１１は、図３に示すように、逆Ｔ字状の上箱１１ａと半円状の下箱１１ｂとを左右一対の連結ボルト１４で一体に連結固定し、中間軸受メタル１３を介してクランク軸８の中間ジャーナル８ｃを枢支するように構成されている。中間軸受箱１１は、軸受壁２１にその下方側から上方に向けて貫通装備される上向きボルト（「軸受壁をクランク軸の軸心に直交する方向に貫通するボルト」の一例）１８により、軸受壁２１に締結固定される。

クランク軸８の先端ジャーナル８ａを、クランクケース２の前壁２ａに形成された軸受孔１６に先端軸受メタル（端部軸受メタルＭの一例）３３を介して挿入するように構成し、クランクケース２の後壁２ｂにあけた後部トンネル孔３０に後部軸受箱２５を内嵌できるように構成する。後部軸受箱２５には軸受孔２８が開口されるとともに、この軸受孔２８にクランク軸１０の後端ジャーナル８ｂが、後端軸受メタル（端部軸受メタルＭの一例）４３を介して挿入されるようにしてある。後部軸受箱２５は、クランク軸８の軸心（実施例１ではＱ、実施例２ではＰ）に沿う方向を向く固定ボルト２７を用いて抜止板部２６を介して後壁２ｂに固定される。

次に、実施例１によるクランク軸８の軸受構造を、図１及び図２を参照して説明する。図２に示すように、クランクケース前壁２ａの軸受孔１６の中心と、中間トンネル孔２２の中心と、後部トンネル孔３０の中心は全て、例えば軸心Ｑに一致するようにクランクケース２が形成されている。そして、後部軸受箱２５に形成される軸受孔２８の中心は、後部軸受箱２５の中心Ｑに合致するように形成されている。また、リング状の先端及び後端軸受メタル３３，４３は、同一のものとすることが可能である。

これに対して、中間ジャーナル８ｃを支承する中間軸受メタル１３は、図１に示すように、軸受孔１２に内嵌される外周面１３ｇの中心位置Ｐ（軸受箱１１の中心位置Ｐ）に対して、中間ジャーナル８ｃが枢支される内周面１３ｎの中心Ｚを僅かに上方にずらして（偏位させて）高くしてある。その偏位量は、中間トンネル孔２２と中間軸受箱１１の挿通隙間ｄの半分、即ちｄ／２に設定してある。尚、中間軸受メタル１３は、内周面１３ｎの軸心Ｚを通る水平面を境として、上メタル１３ａと下メタル１３ｂとに分割されている。中間軸受メタル１３、即ち、上下のメタル１３ａ，１３ｂは、夫々プレス成形（精密プレス成形）か、或いは精密鍛造（又は精密鋳造）により、比較的廉価に製造することができる。

つまり、中間軸受箱１１のジャーナル枢支軸心Ｚを、中間軸受箱１１の中心位置Ｐに対して上方向（「上向きボルト１８存在側と反対側の方向」の一例）へ僅かにずらす位置ズレ手段Ａが装備されるとともに、この位置ズレ手段Ａは、中間軸受箱１１に内嵌されて中間ジャーナル８ｃを支承する中間軸受メタル１３の内周面１３ｎの中心Ｚを、中間軸受メタル１３の外周面１３ｇの中心Ｐよりも上方向（「上向きボルト１８存在側と反対側の方向」の一例）へ僅かにずらす構成である。

このように構成することにより、図２に示すように、上向きボルト１８を締付けて中間軸受箱１１を軸受壁２１に固定した状態では、クランクケース前壁２ａに内嵌される先端軸受メタル３３の中心Ｑ、後部軸受箱２５に内嵌される後端軸受メタル４３の中心Ｑ、中間軸受箱１１に内嵌される中間軸受メタル１３の中心Ｚが、互いに同一の軸心に合致するようになる。その結果、それらの軸受メタル３３，１３，４３に挿通されるクランク軸８（図４参照）の軸心も位置Ｑ（軸心Ｚ）に一致できることになる。

中間軸受メタル１３の内周面１３ｎの中心を高める位置ズレ手段Ａによれば、下死点においてピストンから伝達される爆発圧力による強烈な下向き力を受ける下メタル１３ｂの径方向の厚みが、上メタル１３ａの径方向の厚みよりも厚くなるので、中間軸受メタル１３を強度上で有利なものに構成することができる。また、中間軸受箱１１の軸受孔１２の中心を、中間軸受箱１１の外周円３１の中心に比べて上方向へ偏位させる従来の位置ズレ手段では、中間軸受箱１１の偏心加工が面倒で、かつ、加工時間及び加工コストが大きくなるが、軸受箱１１に比べて小さい部品である中間軸受メタル１３では、その偏心加工が簡単で、かつ、コストもさほど掛からないようになるという利点もある。

次に、このトンネル式軸受装置１０の一取付方法について説明する。まず、クランクケース前壁２ａの軸受孔１６、中間トンネル孔２２、クランクケース後壁２ｂの後部トンネル孔３０の中心Ｑを一致させるように、クランクケース２を精密鋳造するか、又は鋳造後のクランクケース２にそれら孔１６，２２，３０の同心精度を高める孔加工を行う。

それから、クランク軸８の組み付けを行う。クランク軸８の組み付けは次の手順により行われる。クランク軸８の三箇所の中間ジャーナル８ｃの夫々に、割り形の上下メタル１３ａ，１３ｂ及び割り形の中間軸受箱１１を組付け、かつ、後端ジャーナル８ｂに後端軸受メタル４３及び後部軸受箱２５を組み付ける。また、先端軸受メタル３３を、クランクケース前壁２ａの軸受孔１６に内嵌装備させておく。なお、後部軸受箱２５は必ずしも割り形である必要はない。クランク軸８に中間軸受箱１１と後部軸受箱２５を組み付けた状態でそのクランク軸８をクランクケース２の後部（フライホイル７）側のトンネル孔３０より、各軸受壁２１の中間トンネル孔２２を挿通してクランクケース２内に挿入する。

次いで、各軸受壁２１の中間トンネル孔２２内に各中間軸受箱１１を内嵌合させ、かつ、上向きボルト１８で締結固定するともに、図４に示す抜止板部２６により後部軸受箱２５を後部トンネル孔３０に内嵌固定して、クランク軸８の組み付け作業が終了する。

実施例２によるクランク軸８の軸受構造を図５、図６に示す。各軸受メタル３３，１３，４３のジャーナル枢支軸心を、クランク軸８のクランクケース２への組付け後において一致させる手段は、実施例２においては、先端及び後端のジャーナル枢支軸心Ｘを予めｄ／２だけ下げる位置ズレ手段Ｂが採用されている。即ち、三箇所の中間軸受メタル１３は、上下のメタル１３ａ，１３ｂが同一部品であって、外周面１３ｇの中心Ｐと内周面１３ｎの軸心Ｐとが一致した同心円状のものに構成されている。

これに対して、先端及び後端軸受メタル３３，４３は、図５（Ａ），（Ｂ）には位置ズレ手段Ｂが採用されている。先端軸受メタル３３について説明すると、図５（Ａ）に示すように、位置ズレ手段Ｂは、前壁２ａの軸受孔（軸受部の一例）１６に内嵌される先端軸受メタル３３の外周面３３ｇの中心Ｑに対して、先端ジャーナル８ａを枢支する先端軸受メタル３３の内周面３３ｎの中心Ｘを、前述したｄ／２だけ低い位置に設定する構成である。後端軸受箱２８に内嵌装備される後端軸受メタル４３は、図５（Ｂ）に示すように、先端軸受メタル３３と同じものであり、対応する箇所には対応する符号（３３を４３に置き換えたもの）を付してある。

つまり、５箇所のジャーナル８ａ，８ｃ，８ｂのうちの両端に位置する先端及び後端ジャーナル（端部ジャーナルの一例）８ａ，８ｂを枢支すべくクランクケース２の前壁（外壁部分の一例）２ａ、及び後壁（外壁部分の一例）２ｂに形成される軸受孔１６及び後部トンネル孔（軸受部の一例）３０のジャーナル枢支軸心Ｘを、これら軸受部１６，３０の中心位置Ｑに対して下方向（「上向きボルト１８存在側の方向」の一例）へ僅かにずらす位置ズレ手段Ｂが装備されている。この位置ズレ手段Ｂは、軸受部１６，３０に内嵌されて端部ジャーナル８ａ，８ｂを支承する端部軸受メタル３３，４３の内周面３３ｎ，４３ｎの中心Ｐを、端部軸受メタル３３，４３の外周面３３ｇ，４３ｇの中心Ｑ（軸受部１６，３０の中心位置Ｑ）に対して、上向きボルト１８存在側の方向へ僅かにずらす構成である。

従って、図６に示すように、上向きボルト１８を締付けて中間軸受箱１１を軸受壁２１に固定した状態では、クランクケース前壁２ａに内嵌される先端軸受メタル３３の中心Ｘ、後部軸受箱２５に内嵌される後端軸受メタル４３の中心Ｘ、中間軸受箱１１に内嵌される中間軸受メタル１３の中心Ｐが、互いに同一の軸心に合致するようになる。その軸心Ｘは、前壁２ａの軸受孔１６の中心で、かつ、中間トンネル孔２２の中心で、かつ、後部トンネル孔３０の中心である位置Ｑからｄ／２だけ下方に寄った高さ位置Ｐとなる。その結果、それらの軸受メタル３３，１３，４３に挿通されるクランク軸８（図４参照）の軸心も位置Ｐに一致できることになる。

つまり、中間トンネル孔２２の軸心である設計枢支軸心Ｑに対して、装備状態のクランク軸８の実際の中心Ｘはｄ／２下がってしまうので、この実施例２による位置ズレ手段Ｂを採用する場合には、設計時には軸心Ｘ（Ｐ）を真のクランク軸心としてレイアウトすることが必要である。従って、図６に示すクランクケース２としての軸心Ｑは、見かけの軸心として定義されるものであり、クランク軸８の回転中心となる設計中心は、真の軸心Ｘを用いることとなる。

端部軸受メタル３３，４３の内周面３３ｎ，４３ｎの中心を低める位置ズレ手段Ｂによれば、これら端部軸受メタル３３，４３は偏心リング形状となるので、クランクケース２の前壁２ａや後部軸受箱２８に内嵌装備された状態では、その偏心形状によってクランク軸８との連れ回りが生じない回り止め機能が得られることとなる。その結果、別途に回り止め手段を装備しなくて済み、構造の簡素化やコストダウンが可能となる利点がある。また、実施例１の場合と同様に、軸受箱１１に比べて小さい部品である端部軸受メタル３３，４３では、その偏心加工が簡単で、かつ、コストもさほど掛からないようになるという利点もある。
〔別実施例〕

軸受箱１１を軸受壁２１に締結固定するボルト１８の向きは、図３に示すように垂直の上向きに限らず、斜め上向きや、横向きでも良く、その場合には位置ズレ手段Ａ，Ｂによる位置ずらし方向も、斜め上方や斜め下方、或いは横方向と変化することになる。

実施例１による位置ズレ手段を示す中間軸受箱の概略構成図 実施例１によるトンネル式軸受装置の模式図 トンネル式軸受装置の縦断正面図（実施例１） 縦形水冷式ディーゼルエンジンの要部を破断して示す側面図（実施例１） 実施例２による位置ズレ手段を示す中間軸受箱の概略構成図 実施例２によるトンネル式軸受装置の模式図

符号の説明

２ クランクケース
２ａ，２ｂ 外壁部分
８ クランク軸
８ａ ジャーナル（端部ジャーナル）
８ｂ ジャーナル（端部ジャーナル）
８ｃ ジャーナル（中間ジャーナル）
１１ 軸受箱
１２ 軸受孔
１３ 中間軸受メタル
１３ｇ 外周面
１３ｎ 内周面
１６，３０ 軸受部
１８ ボルト
２１ 軸受壁
２２ トンネル孔
３３，４３ 端部軸受メタル
３３ｎ，４３ｎ 内周面
３３ｇ，４３ｇ 外周面
Ａ，Ｂ 位置ズレ手段
Ｅ 複数気筒エンジン
Ｐ 軸受箱の中心位置
Ｑ 軸受部の中心位置
Ｘ ジャーナル枢支軸心（実施例２）
Ｚ ジャーナル枢支軸心（実施例１）

Claims (3)

1. 複数気筒エンジン（Ｅ）のクランクケース（２）内に設けた軸受壁（２１）にトンネル孔（２２）をあけ、そのトンネル孔（２２）に軸受箱（１１）を内嵌固定し、前記軸受箱（１１）の中央に設けた軸受孔（１２）に、クランク軸（８）のジャーナル（８ｃ）を枢支するとともに、前記軸受箱（１１）は、前記軸受壁（２１）を前記クランク軸（８）の軸心に直交する方向に貫通するボルト（１８）によって前記軸受壁（２１）に締結固定されているクランク軸の軸受構造であって、
   前記軸受箱（１１）のジャーナル枢支軸心（Ｚ）を、前記軸受箱（１１）の中心位置（Ｐ）に対して、前記ボルト（１８）存在側と反対側の方向へ僅かにずらす位置ズレ手段（Ａ）が装備されるとともに、この位置ズレ手段（Ａ）は、前記軸受箱（１１）に内嵌されて前記ジャーナル（８ｃ）を支承する中間軸受メタル（１３）の内周面（１３ｎ）の中心を、前記中間軸受メタル（１３）の外周面（１３ｇ）の中心位置に対して、前記ボルト（１８）存在側と反対側の方向へ僅かにずらす構成であるクランク軸の軸受構造。
2. 複数気筒エンジン（Ｅ）のクランクケース（２）内に設けた軸受壁（２１）にトンネル孔（２２）をあけ、そのトンネル孔（２２）に軸受箱（１１）を内嵌固定し、前記軸受箱（１１）の中央に設けた軸受孔（１２）に、クランク軸（８）のジャーナル（８ａ）〜（８ｃ）を枢支するとともに、前記軸受箱（１１）は、前記軸受壁（２１）を前記クランク軸（８）の軸心に直交する方向に貫通するボルト（１８）によって前記軸受壁（２１）に締結固定されているクランク軸の軸受構造であって、
   前記ジャーナル（８ａ）〜（８ｃ）のうちの両端に位置する端部ジャーナル（８ａ），（８ｂ）を枢支すべく前記クランクケース（２）の外壁部分（２ａ），（２ｂ）に形成される軸受部（１６），（３０）のジャーナル枢支軸心（Ｘ）を、前記軸受部（１６），（３０）の中心位置（Ｑ）に対して、前記ボルト（１８）存在側の方向へ僅かにずらす位置ズレ手段（Ｂ）が装備されるとともに、この位置ズレ手段（Ｂ）は、前記軸受部（１６），（３０）に内嵌されて前記端部ジャーナル（８ａ），（８ｂ）を支承する端部軸受メタル（３３），（４３）の内周面（３３ｎ），（４３ｎ）の中心を、前記端部軸受メタル（３３），（４３）の外周面（３３ｇ），（４３ｇ）の中心位置に対して、前記ボルト（１８）存在側の方向へ僅かにずらす構成であるクランク軸の軸受構造。
3. 前記複数気筒エンジン（Ｅ）が縦型であり、前記ボルト（１８）は、軸受壁（２１）にその下方側から上方に向けて貫通装備される上向きボルトである請求項１又は２に記載のクランク軸の軸受構造。
   

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