JP3403000B2 - カッタ装置及びトンネル掘削機及びカッタの交換方法 - Google Patents
カッタ装置及びトンネル掘削機及びカッタの交換方法Info
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Description
ッタ装置、並びにこのカッタ装置が装着されたトンネル
掘削機に関し、カッタヘッドに装着されたカッタビット
の交換を行うカッタの交換方法に関する。
形状をなす掘削機本体の前部に駆動回転自在なカッタヘ
ッドが回転自在に装着される一方、後部には円周方向に
複数のシールドジャッキが並設されると共に、セグメン
トエレクタ装置が装着されて構成されている。このシー
ルド掘削機を用いてトンネルを掘削形成する場合、カッ
タヘッドを回転させながら、シールドジャッキを伸長し
て既設のセグメントへの押し付け反力によって掘削機本
体を前進させることで、前方の地盤を掘削する。そし
て、掘削土砂を外部に排出すると共に、セグメントエレ
クタ装置によってセグメントをトンネル壁面に組付けて
所定長さのトンネルを構築していく。
傾向にあり、シールド掘削機による掘削作業中にカッタ
ヘッドに装着されたカッタビットが摩耗してしまうこと
がある。このカッタビットが摩耗すると、岩盤の掘削効
率が低下してしまうので、掘削作業を停止して磨耗した
カッタビットを交換しなければならない。上述した従来
のシールド掘削機にあっては、まず、カッタビットを交
換するシールド掘削機の前方の地点の地盤を薬液の注入
や凍結などにより固化改良し、この地盤改良地点までト
ンネル掘削機を掘進させる。ここで、シールド掘削機を
停止してチャンバ室内の掘削土砂を全て排出し、作業者
がこのチャンバ室内に入ってカッタビットの交換作業、
即ち、磨耗したカッタビットを取り外して新しいカッタ
ビットを取付けている。
ッタビットの交換作業にあっては、地盤の改良を行うた
めに使用する薬液などに費用がかかって不経済であると
共に、作業時間が長くかかってしまい作業性が良くな
い。また、作業者はチャンバ室内の狭い空間で作業を行
うことなり、不自由な作業となって作業者にかかる負担
が大きくなってしまうという問題がある。そこで、カッ
タヘッドを掘削機本体内に移動して、掘削機本体内でカ
ッタビットの交換作業を行うようにしたものが、例え
ば、特開平4−24392号公報に開示されている。
れたシールド掘削機は、筒体内に球状作業室を水平軸を
もって回転自在に支持し、この球状作業室内に掘削機を
設けると共に、球状作業室の前方にこの掘削機のカッタ
ーを突出して回転自在に設けたものである。従って、カ
ッタビットの摩耗の検査作業や交換作業などを行う場
合、カッターを球状作業室内に収納してから、この球状
作業室に対してジャッキによって外部から回転力を与え
ることで球状作業室を上方に回動させる。そして、球状
作業室がほぼ180度回動してカッターが筒体内に位置
すると、この球状作業室の回動を停止し、この状態でカ
ッタビットの交換作業を行う。
開示されたシールド掘削機において、カッタビットの検
査作業や交換作業を行う場合、カッター及び掘削機を球
状作業室内に収納した状態で、この球状作業室をジャッ
キによって回転させることで、カッターを筒体内に位置
させるようにしている。この場合、球状作業室を掘削外
力に対して十分な強度を確保する必要があり、大型化及
び大重量化してしまうという問題がある。そして、この
大型で大重量の球状作業室を回転させるためには、その
支持構造や駆動機構が大掛かりで複雑なものとなってし
まうという問題がある。
あって、装置の簡素化を図ることでカッタビットの交換
作業を容易に且つ短時間で行い、作業者にかかる負担を
軽減して安全性の向上を図ると共に掘削作業効率の向上
を図ったカッタ装置、トンネル掘削機、カッタの交換方
法を提供することを目的とする。
めの請求項1の発明のカッタ装置は、装置本体の前部に
駆動回転可能に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘ
ッドの前面に放射状に設けられて中心部側が前記装置本
体内部側に屈曲したガイドレールと、該ガイドレールに
沿って移動自在に支持されると共に互いに屈曲可能に連
結された複数のホルダと、該複数のホルダに装着された
カッタビットと、前記ガイドレールの中心部側の前記装
置本体に形成されて前記ホルダ及び前記カッタビットの
移動を許容する開口部と、該開口部を開閉可能なゲート
機構とを具えたことを特徴とするものである。
イドレールは、中心部側が前記装置本体内部側に90度
に湾曲していることを特徴としている。
は、筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推
進手段と、前記掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着
されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転する
カッタヘッド駆動手段と、前記カッタヘッドの前面部に
放射状に固定された複数のカッタスポークと、該カッタ
スポークに沿って設けられて中心部側が前記カッタヘッ
ド内部に屈曲したガイドレールと、該ガイドレールに沿
って移動自在に支持されると共に互いに屈曲可能に連結
された複数のホルダと、該複数のホルダに装着されたカ
ッタビットと、前記ガイドレールの中心部側の前記カッ
タヘッドに形成されて前記ホルダ及び前記カッタビット
の移動を許容する開口部と、該開口部を開閉可能なゲー
ト機構とを具えたことを特徴とするものである。
は、カッタヘッド前面に位置して互いに連結された複数
のカッタビットをその一端から前記カッタヘッドに連結
されたカッタビット交換室内に引き込み収納可能なトン
ネル掘削機において、前記複数のカッタビットを順に前
記カッタビット交換室内に引き込んで取り外し、該カッ
タビット交換室内で別のカッタビットを連結してから、
交換して互いに連結された複数のカッタビットを前記カ
ッタヘッド前面の所定位置に移動して固定することで、
カッタビットを交換することを特徴とするものである。
では、前記カッタヘッド側と前記カッタビット交換室と
の間には開閉自在なゲート機構が設けられており、ま
ず、該ゲート機構を閉止した状態で該カッタビット交換
室内に水を注水し、次に、該ゲート機構を開放して前記
複数のカッタビットを前記カッタビット交換室内に引き
込み、続いて、該ゲート機構を閉止してから該カッタビ
ット交換室内の水を排水し、該カッタビット交換室内で
該カッタビットを別のカッタビットに交換し、再び、該
カッタビット交換室内に水を注水してから該ゲート機構
を開放し、交換したカッタビットを前記カッタヘッド前
面の所定位置に移動し、該ゲート機構を閉止して該カッ
タビット交換室内の水を排水することを特徴としてい
る。
て、図面に基づいて詳細に説明する。
置が装着されたシールド掘削機の前部概略断面、図2に
このシールド掘削機の正面視、図3にカッタスポークの
正面視、図4にカッタスポークの側面視、図5に図3の
V−V断面、図6にカッタビットの支持状態を表す正面
視、図7にカッタビットの支持状態を表す下面視、図8
にゲート機構を表す図4のVIII−VIII断面、図9に図8
のIX−IX断面、図10にゲート機構の分解斜視を示す。
ルド掘削機において、図1及び図2に示すように、掘削
機本体をなすスキンプレート11は円筒形状をなし、こ
のスキンプレート11の前部には軸受12によってカッ
タヘッド13が回転自在に装着されている。このカッタ
ヘッド13の後部にはリングギア14が固定される一
方、スキンプレート11には油圧モータ15が取付けら
れ、この油圧モータ15の駆動ギア16がこのリングギ
ア14に噛み合っている。従って、油圧モータ15を駆
動して駆動ギア16を回転駆動すると、リングギア14
を介してカッタヘッド13を回転することができる。
ド13の後方に位置してバルクヘッド17が取付けられ
ており、カッタヘッド13とこのバルクヘッド17との
間にチャンバ室18が形成されている。そして、スキン
プレート11に固定されたスクリューコンベヤ19の前
端部がこのチャンバ室18に位置している。なお、20
はシールドジャッキであって、スキンプレート11の後
部外周辺に円周方向に複数並設されており、このシール
ドジャッキ20が掘進方向後方に伸長して掘削したトン
ネル内周面に構築された図示しない既設のセグメントに
押し付けることで、その反力によりスキンプレート11
を前進することができる。また、スキンプレート11の
後部には図示しないセグメントエレクタが設けられてい
る。
ッド13の前面部には4つのカッタスポーク21が放射
状に固定されており、この各カッタスポーク21には多
数のカッタビット22が装着されており、このカッタビ
ット22が磨耗して掘削能率が低下したときには、この
カッタビット22を容易に交換できるようになってい
る。
ヘッド13の前面部には断面が箱型形状をなすカッタス
ポーク21が固定されており、このカッタスポーク21
の長手方向両側にはそれぞれ上下一対のガイドレール2
3,24がボルト25,26によって固定されている。
この各ガイドレール23,24は互いに平行をなし、カ
ッタヘッド13の外周側が直線状をなし、中心部側がこ
のカッタヘッド13の内部側に屈曲している。そして、
このガイドレール23,24には各対向面にガイド凹部
23a,24aが形成されており、このガイド凹部23
a,24aに多数の主ホルダ27及び従ホルダ28がガ
イド凸部27a,28aをもって移動自在に支持されて
いる。この主ホルダ27及び従ホルダ28はガイドレー
ル23,24に沿って交互に配置され、隣接する者同士
が所定の隙間Sをもって連結軸29によって連結される
ことで、ガイドレール23,24の屈曲形状に合わせて
折れ曲がることができる。
配列されて屈曲可能に連結されているが、一方の主ホル
ダ27にはビット取付部27bが一体に形成され、この
ビット取付部27bにはカッタビット22が取付軸31
によって取付けられている。なお、各ガイドレール2
3,24の側面部には側端面が各ホルダ27,28に密
着してガイド凹部23a,24aとガイド凸部27a,
28aとの間への土砂などの侵入を防止するシール部材
32,33が取付けられている。
ように、各ガイドレール23,24の屈曲側には掘削機
本体の内部と外部とを連通する取付孔34がカッタヘッ
ド13に形成されている。そして、この取付孔34に隣
接してドレン35aを有するカッタビット交換室35が
形成され、このカッタビット交換室35に移動ジャッキ
36が装着されており、取付孔34からカッタビット交
換室35に挿通した主ホルダ27に移動ジャッキ36の
駆動ロッド37の先端部が連結されている。従って、こ
の移動ジャッキ36を駆動して駆動ロッド37を所定ス
トローク往復動することで、各一つづつ連結した主従の
ホルダ27,28の長さ分だけ、この複数連結された主
従のホルダ27,28を各ガイドレール23,24に沿
って移動することができる。
4に隣接して開閉可能なゲート機構38が設けられてい
る。即ち、カッタヘッドの取付孔34に隣接して開口3
9を有するガイド部材40が固定されており、このガイ
ド部材40には一対の第1ゲート41,42が移動自在
に支持されている。第1ゲート41はほぼ四角い平面形
状をなし、第1ゲート42と対向する端面にホルダ2
7,28のガイド凸部27a,28aに係止する凹部4
1aが形成されている。一方、第1ゲート42はコ字形
平面形状をなし、第1ゲート41と対向する端面に各ホ
ルダ27,28のガイド凸部27a,28aに係止する
凹部42aが形成されている。また、このガイド部材4
0の側部には正方向ねじ部43aと逆方向ねじ部43b
を有するスクリュー軸43が回転自在に支持され、第1
ゲート開閉モータ44によって回転可能となっている。
そして、第1ゲート41,42のガイド筒41b,42
bにスクリュー軸43の正方向ねじ部43aと逆方向ね
じ部43bがそれぞれ螺合している。また、一方の第1
ゲート42には凹部42cが形成され、この凹部42b
には第1ゲート42の移動方向と平行に第2ゲート45
が移動自在に支持され、第2ゲート開閉ジャッキ46に
よって移動自在となっている。この第2ゲート45はほ
ぼ四角い平面形状をなし、第1ゲート41と対向する端
面に凹部41aに係止する凸部45aが形成されてい
る。
てスクリュー軸43を回転すると、各ねじ部43a,4
3b及び各ガイド筒41b,42bを介して第1ゲート
41と42とをそれぞれ逆方向に移動することができ、
この第1ゲート41,42が互いに離間した状態(図8
の上部参照)では、開口39を開放することで外部とカ
ッタビット交換室35とが連通し、ホルダ27,28及
びカッタビット22の移動を許容している。一方、第1
ゲート41,42が互いに接近した状態(図8の下部参
照)では、第1ゲート41がホルダ28の一端面に密着
し、凹部41aがガイド凸部28aに係止する一方、第
1ゲート42が第1ゲート41及びホルダ28の他端面
に密着し、凹部42aがガイド凸部28aに係止し、開
口39を第1ゲート41,42とホルダ28で閉止する
ことで、外部とカッタビット交換室35とを区画してい
る。
削機によるトンネル掘削作業、並びにカッタビット交換
作業について説明する。
ように、複数のシールドジャッキ20を伸長し、既設の
セグメントへの押し付け反力によってスキンプレート1
1を前進させる一方、油圧モータ15によってカッタヘ
ッド13を回転させることで、多数のカッタビット22
によって前方の地盤を掘削する。そして、掘削された土
砂はチャンバ室18内に取り込まれ、スクリューコンベ
ヤ19によって外部に排出される。次に、シールドジャ
ッキ20の何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグ
メントとの間に空所を形成し、セグメントエレクタによ
ってこの空所に新しいセグメントを装着する。この作業
の繰り返しによって所定長さのトンネルを掘削形成して
いく。
って行っていくと、カッタビット22が磨耗して掘削能
力が低下するため、このカッタビット22が必要とな
る。図4及び図5に示すように、カッタビット22は主
ホルダ24に装着されて従ホルダ28と共に屈曲可能に
連結され、各カッタスポーク21の両側のガイドレール
23,24に移動自在となっている。また、ガイドレー
ル23,24の屈曲側(カッタヘッド13の中心部側)
において、第1ゲート41,42は互いに接近し、第1
ゲート41がホルダ28の一端面に密着して凹部41a
がガイド凸部28aに係止すると共に、第1ゲート42
が第1ゲート41及びホルダ28の他端面に密着して凹
部42aがガイド凸部28aに係止しており、開口39
はこの第1ゲート41,42がホルダ28を挾持するこ
とで閉止されている。
とホルダ28によって区画されたカッタビット交換室3
5内に水を注水してから、第1ゲート41,42を互い
に離反する方向に移動し、開口39を開放する。次に、
移動ジャッキ36を駆動して駆動ロッド37を所定スト
ローク収縮することで、複数の主従のホルダ27,28
をガイドレール23,24に沿って移動し、端部に連結
された主従のホルダ27,28を一組だけ、カッタビッ
ト交換室35内に取込む。そして、第1ゲート41,4
2を互いに接近する方向に移動して開口39を再び閉止
してから、ドレン35aを開けてカッタビット交換室3
5内の水を排出する。
35の図示しない蓋を開けて内部に入り、カッタビット
22及び一組の主従のホルダ27,28を取り外し、移
動ジャッキ36の駆動ロッド37を伸長して先端部を次
の従ホルダ28につなぎ替える。そして、カッタビット
交換室35の蓋を閉じてカッタビット交換室35内に水
を注水してから、第1ゲート41,42を互いに離反す
る方向に移動して開口39を開放し、移動ジャッキ36
を収縮することで、主従のホルダ27,28を一組だけ
カッタビット交換室35内に取込む。そして、前述と同
様に、第1ゲート41,42を互いに接近する方向に移
動して開口39を閉止してカッタビット交換室35内の
水を排出し、作業者がカッタビット交換室35内に入っ
てカッタビット22及び一組の主従のホルダ27,28
の取り外し作業を行う。
ト22及び主従のホルダ27,28を取り外したら、最
後に、第1ゲート41,42を互いに接近して対向する
端面に密着させると共に、第2ゲート開閉ジャッキ46
を伸長して第2ゲート45を第1ゲート41に密着さ
せ、凸部45aを凹部41aに係止させる。従って、こ
の開口39は第1ゲート41,42及び第2ゲート45
によって閉止され、止水されることとなる。
が全て取り外されると、今度は、新しいカッタビット2
2をカッタヘッド13に装着する。このカッタビット2
2の装着作業は前述した取り外し作業と逆の手順で行
う。
あっては、主従のホルダ27,28を屈曲可能に連結し
て主ホルダ27にカッタビット22を装着し、これを一
端部が屈曲したガイドレール23,24を用いてカッタ
ビット交換室35に取り込むことで、カッタビット22
の交換を容易に行うことができる。また、カッタビット
交換室35の区画を第1ゲート41,42及び第2ゲー
ト45によって行うことで、開口39における各ホルダ
27,28の有無に拘らず、開口39を確実に閉止でき
る。
用によるカッタビット22の摩耗の検出をセンサによっ
て行うことで、カッタビット22の摩耗量を正確に検出
して適正な交換時期を把握できる。
屈曲したガイドレール23,24に沿って移動自在とし
たが、このガイドレール23,24をほぼ90度に湾曲
させてもよく、この場合、主ホルダ27と従ホルダ28
との連結隙間Sを大きく設定すればよい。更に、本発明
のカッタ装置を密閉型シールド掘削機に用いて説明した
が、開放型シールド掘削機やトンネルボーリングマシン
などに用いることもでき、あるいは、立坑の掘削機に用
いることもできる。
ように請求項1の発明のカッタ装置によれば、装置本体
の前部にカッタヘッドを駆動回転可能に装着し、このカ
ッタヘッドの前面に中心部側が装置本体内部側に屈曲し
たガイドレールを配設し、互いに屈曲可能に連結された
複数のホルダをこのガイドレールに沿って移動自在に支
持して各ホルダにカッタビットを装着し、ガイドレール
の中心部側にホルダ及びカッタビットの移動を許容する
開口部を設けてこの開口部をゲート機構によって開閉可
能としたので、カッタビットが装着された複数のホルダ
をガイドレールに沿って移動して開口部を介して装置本
体内部に移動することで、装置を大型化せずにこの装置
本体内で容易に且つ短時間でカッタビットの交換作業を
行うことができると共に、この開口部はゲート機構によ
って開閉であり、装置本体内への土砂や水の浸入を阻止
することができ、その結果、カッタビットの交換作業の
作業性及び安全性の向上を図ることができる。
イドレールの中心部側を装置本体内部側に90度に湾曲
したので、カッタビットの交換作業の作業性及び安全性
の向上を図ることができる。
よれば、筒状の掘削機本体を推進手段によって前進可能
とすると共にこの掘削機本体の前部に装着されたカッタ
ヘッドをカッタヘッド駆動手段によって駆動回転可能と
し、カッタヘッドの前面部に複数のカッタスポークを放
射状に固定してこのカッタスポークに中心部側が前記カ
ッタヘッド内部に屈曲したガイドレールを装着し、互い
に屈曲可能に連結された複数のホルダをこのガイドレー
ルに沿って移動自在に支持して各ホルダにカッタビット
を装着し、ガイドレールの中心部側にホルダ及びカッタ
ビットの移動を許容する開口部を設けてこの開口部をゲ
ート機構によって開閉可能としたので、カッタビットが
装着された複数のホルダをガイドレールに沿って移動さ
せることで、開口部を介して掘削機本体内部に移動して
開口部を介して装置本体内部に移動することで、装置を
大型化せずにこの掘削機本体内で容易に且つ短時間でカ
ッタビットの交換作業を行うことができると共に、この
開口部はゲート機構によって開閉であり、装置本体内へ
の土砂や水の浸入を阻止することができ、その結果、カ
ッタビットの交換作業の作業性及び安全性の向上を図る
と共に掘削作業効率の向上を図ることができる。
によれば、複数のカッタビットを順にカッタビット交換
室内に引き込んで取り外し、このカッタビット交換室内
で別のカッタビットを連結してから、交換して互いに連
結された複数のカッタビットをカッタヘッド前面の所定
位置に移動して固定することで、カッタビットを交換す
るようにしたので、カッタビットの交換作業の作業性及
び安全性の向上を図ると共に掘削作業効率の向上を図る
ことができる。
によれば、カッタヘッド側とカッタビット交換室との間
に開閉自在なゲート機構を設け、まず、ゲート機構を閉
止した状態でカッタビット交換室内に水を注水し、次
に、ゲート機構を開放して複数のカッタビットをカッタ
ビット交換室内に引き込み、続いて、ゲート機構を閉止
してからカッタビット交換室内の水を排水し、カッタビ
ット交換室内でカッタビットを別のカッタビットに交換
し、再び、カッタビット交換室内に水を注水してからゲ
ート機構を開放し、交換したカッタビットをカッタヘッ
ド前面の所定位置に移動し、ゲート機構を閉止してカッ
タビット交換室内の水を排水するようにしたので、カッ
タビットの交換作業の作業性及び安全性の向上を図ると
共に掘削作業効率の向上を図ることができる。
れたシールド掘削機の前部概略断面図である。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 装置本体の前部に駆動回転可能に装着さ
れたカッタヘッドと、該カッタヘッドの前面に放射状に
設けられて中心部側が前記装置本体内部側に屈曲したガ
イドレールと、該ガイドレールに沿って移動自在に支持
されると共に互いに屈曲可能に連結された複数のホルダ
と、該複数のホルダに装着されたカッタビットと、前記
ガイドレールの中心部側の前記装置本体に形成されて前
記ホルダ及び前記カッタビットの移動を許容する開口部
と、該開口部を開閉可能なゲート機構とを具えたことを
特徴とするカッタ装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のカッタ装置において、前
記ガイドレールは、中心部側が前記装置本体内部側に9
0度に湾曲していることを特徴とするカッタ装置。 - 【請求項3】 筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前
進させる推進手段と、前記掘削機本体の前部に駆動回転
自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆
動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記カッタヘッド
の前面部に放射状に固定された複数のカッタスポーク
と、該カッタスポークに沿って設けられて中心部側が前
記カッタヘッド内部に屈曲したガイドレールと、該ガイ
ドレールに沿って移動自在に支持されると共に互いに屈
曲可能に連結された複数のホルダと、該複数のホルダに
装着されたカッタビットと、前記ガイドレールの中心部
側の前記カッタヘッドに形成されて前記ホルダ及び前記
カッタビットの移動を許容する開口部と、該開口部を開
閉可能なゲート機構とを具えたことを特徴とするトンネ
ル掘削機。 - 【請求項4】 カッタヘッド前面に位置して互いに連結
された複数のカッタビットをその一端から前記カッタヘ
ッドに連結されたカッタビット交換室内に引き込み収納
可能なトンネル掘削機において、前記複数のカッタビッ
トを順に前記カッタビット交換室内に引き込んで取り外
し、該カッタビット交換室内で別のカッタビットを連結
してから、交換して互いに連結された複数のカッタビッ
トを前記カッタヘッド前面の所定位置に移動して固定す
ることで、カッタビットを交換 することを特徴とするカ
ッタの交換方法。 - 【請求項5】 請求項4記載のカッタの交換方法におい
て、前記カッタヘッド側と前記カッタビット交換室との
間には開閉自在なゲート機構が設けられており、まず、
該ゲート機構を閉止した状態で該カッタビット交換室内
に水を注水し、次に、該ゲート機構を開放して前記複数
のカッタビットを前記カッタビット交換室内に引き込
み、続いて、該ゲート機構を閉止してから該カッタビッ
ト交換室内の水を排水し、該カッタビット交換室内で該
カッタビットを別のカッタビットに交換し、再び、該カ
ッタビット交換室内に水を注水してから該ゲート機構を
開放し、交換したカッタビットを前記カッタヘッド前面
の所定位置に移動し、該ゲート機構を閉止して該カッタ
ビット交換室内の水を排水することを特徴とするカッタ
の交換方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8250997A JP3403000B2 (ja) | 1997-04-01 | 1997-04-01 | カッタ装置及びトンネル掘削機及びカッタの交換方法 |
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JPH10280878A JPH10280878A (ja) | 1998-10-20 |
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JP3477399B2 (ja) * | 1999-07-14 | 2003-12-10 | 三菱重工業株式会社 | トンネル掘削機のカッタ交換方法及びトンネル掘削機 |
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