JP4368794B2 - コンロッドの破断分割構造 - Google Patents

Description

本発明は、浸炭焼入れによる表面硬化処理が施された大端部をロッド部とキャップ部とに破断分割し、該ロッド部とキャップ部とを破断分割面同士を位置合わせした状態で結合ボルトにより結合するようにしたコンロッドの破断分割構造に関する。

分割型コンロッドでは、大端部をロッド部とキャップ部とに破断分割する前に、該破断を誘発させるための破断起点溝を設ける場合がある。例えば、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、大端部５０のクランクピン孔５０ａの内周面に該クランクピン孔５０ａの軸方向に該内周面の両端縁に渡って直線状に延びる破断起点溝５１，５１を切り欠き形成する構造が提案されている（米国特許ＵＳＰ４，５６９，１０９号参照）。

ところが、上記大端部の内周面にその両端縁に渡って破断起点溝を形成する従来構造を採用した場合、図８に示すように、破断分割面の一部が破断起点溝から外れた位置に生じる場合がある。このように破断分割面が破断起点溝から外れると、図９に示すように、破断分割面５２と破断起点溝５１との間に薄片状のバリ５３が発生する場合があり、該バリ５３がエンジン運転中に欠け落ちたりするとエンジン内の損傷や焼付き等のエンジントラブルの原因となるおそれがある。

一方、上記破断起点溝の全長に沿って破断分割面が発生した場合には、上記バリ５３が発生することはないもののロッド部とキャップ部との破断分割面同士の平面度が高くなるため、破断後に組付けし、大端部のクランクピン孔の仕上げ加工を行い、その後ロッド部とキャップ部を分離して、クランクピンに組付けた際の位置的再現性が悪化するおそれがある。その結果、クランクシャフトに組み付けたときの大端部の真円度，円筒度が十分に得られず、磨耗，焼き付きの原因となったり、ロス馬力が増加したりするという懸念がある。

本発明は上記従来の状況に鑑みてなされたもので、破断分割面が破断起点溝から外れた場合のバリの発生や破断分割面同士を位置合わせする際の再現性の悪化を防止でき、ひいてはエンジントラブルを防止できるコンロッドの破断分割構造を提供することを目的としている。

請求項１の発明は、クランクピン孔を有する大端部に表面硬化処理を施し、該大端部をロッド部とキャップ部とに破断分割し、該破断分割面同士を当接させて位置合わせした状態で上記ロッド部とキャップ部とを結合ボルトにより結合するようにしたコンロッドの破断分割構造において、上記大端部のクランクピン孔の内周面に該クランクピン孔の軸方向に延びる破断起点部を形成するとともに、該破断起点部の軸方向長さを上記内周面の軸方向長さより短く設定し、上記大端部の肩部には上記クランクピン孔の軸心と直角方向に延びるボルト挿通孔が形成されており、該ボルト挿通孔は、該ボルト挿通孔と上記内周面との間の肉厚が該ボルト挿通孔と外壁面との間の肉厚より小さくなるようにクランクピン孔寄りに形成されていることを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１において、上記破断分割面と上記内周面とが交わる交線部のうち、上記破断起点部が形成された部分は該破断起点部に一致し、残りの大部分は上記破断起点部の延長線から偏位していることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、上記破断起点部の一端が上記クランクピン孔の軸方向一端縁に位置していることを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項３において、上記破断起点部の他端が上記ボルト挿通孔よりクランクピン孔の上記一端縁寄りに位置していることを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項３又は４において、上記破断起点部が、機械加工により形成されたテーパ状の溝により構成されていることを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項３又は４において、上記破断起点部が、レーザ加工により所定間隔をあけて連続するように形成された多数の細孔により構成されていることを特徴としている。

請求項７の発明は、クランクピン孔を有する大端部に表面硬化処理を施し、該大端部をロッド部とキャップ部とに破断分割し、該破断分割面同士を当接させて位置合わせした状態で上記ロッド部とキャップ部とを結合ボルトにより結合するようにしたコンロッドの破断分割構造において、上記大端部のクランクピン孔の内周面に該クランクピン孔の軸方向に延びる破断起点部を形成するとともに、該破断起点部の軸方向長さを上記内周面の軸方向長さより短く設定し、上記破断起点部は、これの一端，他端が、クランクピン孔の軸心と直角方向に延びるボルト挿通孔の軸心同士を結ぶ直線を挟んだ両側に位置し、かつ該ボルト挿通孔の直径と略同一かあるいはこれより短い長さを有することを特徴としている。

請求項８の発明は、クランクピン孔を有する大端部に表面硬化処理を施し、該大端部をロッド部とキャップ部とに破断分割し、該破断分割面同士を当接させて位置合わせした状態で上記ロッド部とキャップ部とを結合ボルトにより結合するようにしたコンロッドの破断分割構造において、上記大端部のクランクピン孔の内周面に該クランクピン孔の軸方向に延びる破断起点部を形成するとともに、該破断起点部の軸方向長さを上記内周面の軸方向長さより短く設定し、上記破断起点部が、クランクピン孔の軸心と直角方向に延びるボルト挿通孔の軸心同士を結ぶ直線と略一致する位置に形成されていることを特徴としている。

請求項９の発明は、請求項７又は８において、上記破断起点部が、レーザ加工により所定間隔をあけて連続するように形成された多数の細孔により構成されていることを特徴としている。

請求項１０の発明は、クランクピン孔を有する大端部に表面硬化処理を施し、該大端部をロッド部とキャップ部とに破断分割し、該破断分割面同士を当接させて位置合わせした状態で上記ロッド部とキャップ部とを結合ボルトにより結合するようにしたコンロッドの破断分割構造において、上記大端部のクランクピン孔の内周面に該クランクピン孔の軸方向に延びる破断起点部を形成し、該破断起点部が、レーザ加工により所定間隔をあけて連続するように形成された多数の細孔により構成されており、上記大端部の肩部には上記クランクピン孔の軸心と直角方向に延びるボルト挿通孔が形成されており、該ボルト挿通孔は、該ボルト挿通孔と上記内周面との間の肉厚が該ボルト挿通孔と外壁面との間の肉厚より小さくなるようにクランクピン孔寄りに形成されていることを特徴としている。

本発明の一実施形態によるコンロッドの大端部の一部断面図である。 上記大端部の中間製品の正面図である。 上記大端部の断面図（図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図）である。 上記コンロッドの製造工程図である。 請求項５の発明の一実施形態による破断起点部の断面図である。 請求項６の発明の一実施形態による破断起点部の断面図である。 上記破断起点部の破断面を示す図である。 従来の大端部の破断面を示す図である。 従来の問題点を示す図である。 従来の破断分割方法を示す図である。 請求項７の発明の一実施形態によるコンロッドの大端部の一部断面図平面図である。 請求項８の発明の一実施形態によるコンロッドの大端部の一部断面平面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１ないし図４は、請求項１〜４の発明の一実施形態によるコンロッドの破断分割構造を説明するための図であり、図１はコンロッドの大端部の一部断面図、図２は大端部の中間製品を示す図、図３は大端部の破断分割部の断面図（図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図）、図４はコンロッドの製造工程図である。

本実施形態のコンロッド１は、鍛造又は鋳造により形成されたナットレスタイプものであり、ロッド本体１ａの一端側に不図示のピストンピンが連結される小端部を一体形成し、他端側に不図示のクランクピンが連結される大端部１ｂを一体形成した構成となっている。この大端部１ｂは、ロッド本体１ａとの接続部から外側に拡がる肩部１ｃ，１ｃとを有し、その中心部にはクランクピン孔１ｄが形成されている。

上記大端部１ｂは、ロッド部２とキャップ部３とを予め一体形成し、該大端部１ｂを含むコンロッド全体に浸炭焼入れ，焼き戻しの表面硬化処理を施した後、上記大端部１ｂを破断予定線Ａに沿ってロッド部２とキャップ部３とに破断分割されている。そしてこの分割されたロッド部２とキャップ部３とは両者の破断分割面同士を当接させて位置決めした状態で結合ボルト４，４で締結固定されている。上記表面硬化処理により上記コンロッド１の外表面部分には所定の浸炭深さの表面硬化層が形成されている。

上記ロッド部２の各肩部１ｃには上記結合ボルト４の外径より若干大径のボルト挿通孔２ａ，２ａが形成されている。また上記キャップ部３の上記ボルト挿通孔２ａの底部３ｂにはボルト挿通孔２ａと同軸をなすように雌ねじ孔３ａが貫通形成されている。そして上記結合ボルト４をボルト挿通孔２ａに挿入するとともに雌ねじ孔３ａにねじ込むことによりロッド部２とキャップ部３とが結合されている。

上記ボルト挿通孔２ａはクランクピン孔１ｄの軸心と直角方向に延びており、かつクランクピン孔１ｄに近接している。即ち、ボルト挿通孔２ａとクランクピン孔１ｄの内周面との間の肉厚ｔ１は、ボルト挿通孔２ａと肩部１ｃの外壁面１ｅとの間の肉厚ｔ２より小さくなっている。なお、上記肉厚ｔ２はエンジンの燃焼圧力に対する強度上必要な肉厚に設定されている。

上記クランクピン孔１ｄの内周面には軸心方向に延びる一対の破断起点部５，５が形成されている。この各破断起点部５は、機械加工により形成された切り欠き溝により構成されており、上記大端部１ｂのロッド部２とキャップ部３との破断予定面Ａと上記内壁面とが交わる交線に沿って形成されている。

そして各破断起点部５の軸方向長さＬ１はクランクピン孔１ｄの軸方向長さＬ２より短く設定されている。さらに上記破断起点部５の一端５ａはクランクピン孔１ｄの軸方向一端縁に位置し、他端５ｂはクランクピン孔１ｄの軸方向中央近傍に、より具体的には上記中央より上記一端５ａ側寄りに位置している。

上記コンロッドの一製造方法を図４の工程図に沿って説明する。

鍛造によりコンロッド１の素体を形成する。この場合、大端部１ｂのロッド部２側とキャップ部３側とは一体に形成する。浸炭前機械加工により上記コンロッド１の各肩部１ｃにボルト挿通孔２ａを形成するとともに、クランクピン孔１ｄの内周面に切り欠き溝からなる破断起点部５を形成する。この破断起点部５はクランクピン孔１ｄの軸方向一端縁から中央より少し該一端縁寄りまで形成する。

この状態でコンロッド１に浸炭焼入れ，焼き戻しの表面硬化処理を施し、コンロッド１の表面部分に表面硬化層を形成する。この後、コンロッド１にショットピーニング加工を施し、上記ボルト挿通孔２ａ内に刃具を挿入して雌ねじ孔３ａ加工を行なう。

次いで、大端部１ｂを治具により破断分割してロッド部２側とキャップ部３側とに分割する。この破断分割は、例えば大端部１ｂのクランクピン孔１ｄ内に直径方向に移動可能なスライダを挿入し、該スライダに楔を打ち込むことにより行われる。

上記破断分割により形成された破断分割面の上記クランクピン孔１ｄの内周面とが交わる交線部のうち上記破断起点部５部分は該破断起点部５に沿っているのに対し、残りの大部分は破断起点部５の延長線上から偏位している。

このようにして分割形成されたロッド部２とキャップ部３とを両者の破断分割面同士の位置合わせを行い、この状態で結合ボルト４，４で締めつけて両者を一体的に結合する。この結合した状態でクランクピン孔１ｄの仕上げの機械加工を行なう。しかる後、キャップ部３を外してロッド部２から分離し、大端部１ｂをクランクシャフトに組付ける。

このように本実施形態によれば、大端部１ｂのクランクピン孔１ｄの内周面に軸心方向に延びる一対の破断起点部５を切り欠いて形成し、各破断起点部５の切り欠き長さＬ１をクランクピン孔１ｄの軸心長さＬ２より短くしたので、破断起点部５では該破断起点部５に沿った破断面が形成され、該破断起点部が形成されていない残りの大部分では破断面が破断起点部５の延長線から偏位することとなるが、この偏位によりバリが発生することはない。その結果、エンジン運転中のバリの落下による損傷や焼き付き等のエンジントラブルを防止できる。

また本実施形態では、ロッド部２及びキャップ部３の破断分割面とクランクピン孔１ｄの内周面との交線部（角縁部）が、上記破断起点部５では該破断起点部５に沿って形成され、残りの大部分については上記破断起点部の延長線と一致しない方向に延びるので、破断分割面を３次元的な凹凸形状とすることができ、ロッド部２とキャップ部３との破断分割面同士を当接させる際の位置合わせを精度よく行なうことができ、クランクシャフトに組み付けるときの再現性を高めることができる。その結果、エンジン組立て後の真円度，円筒度を確保でき、磨耗，焼き付きを防止できるとともに、ロス馬力を低減できる。

本実施形態では、大端部１ｂのボルト挿通孔２ａをクランクピン孔１ｄに近接させて形成したので、ボルト挿通孔２ａと外壁面１ｅとの間の肉厚ｔ２を強度上必要な厚さに確保しつつ大端部１ｂの肩幅寸法を小さくすることができ、コンロッドの小型化及び軽量化を可能にできる。

本実施形態では、上記破断起点部５の一端５ａをクランクピン孔１ｄの軸方向一端縁に位置させたので、破断分割を破断予定線に確実に一致させることができる。

また上記破断起点部５の他端５ｂをクランクピン孔１ｄの軸心方向中央，つまりボルト挿通孔２ａより上記一端５ａ寄りに位置させたので、破断起点部５の存在する部分については、破断分割面を該破断起点部５に一致させ、かつ存在しない部分については、破断分割面を破断起点部５の延長線から偏位させることができる。また上記他端５ｂを上記中央より上記一端５ａ寄りに位置させたので、つまり上記中央を越えないようにしたので、クランクピン孔１ｄとボルト挿通孔２ａとの間の肉厚ｔ１を小さくした場合に、該薄肉部ｔ１が削られてしまうのを防止でき、破断起点部５を機械加工する際の加工性を向上できる。

なお、上記実施形態では、破断起点部５の長さＬ１をクランクピン孔１ｄの端縁から中央手前までとしたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、クランクピン孔の端縁部分にのみ形成したり，あるいは中央を越える長さにしたりすることも可能であり、要は破断面が破断起点部の存在する部分については該破断起点部に確実に沿うようにその長さに設定することによりバリの発生を防止できる。

また上記実施形態では、破断起点部５を機械加工により同一深さの溝状に形成した場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。

図５は、例えばブローチ加工によりテーパ状の溝６ａを形成して破断起点部６とした例であり、このようにしたのが請求項５の発明である。このテーパ状の溝６ａにより破断起点部６を形成した場合には、同一深さの切り欠き溝を形成する場合に比べて加工性を向上できるとともに、内端部の溝深さを小さくでき、クランクピン孔１ｄとボルト挿通孔２ａとの肉厚ｔ１が小さい場合にも、破断起点部６の長さＬ３を薄肉部ｔ１を越える長さに設定することが可能となる。

図６及び図７は、レーザ加工により多数の細孔７ａを所定ピッチで連続形成して破断起点部７とした例であり、このようにしたのが請求項６の発明である。このレーザ加工により破断起点部７を形成した場合には、破断起点部７を精度よく，かつ容易に形成することができる。

また、図示していないが、加熱したワイヤで内周面を溝状に溶融させて破断起点部を形成することも可能である。

図１１は請求項７の発明の一実施形態を説明するための図である。

本実施形態では、破断起点部８の一端８ａ，他端８ｂは、クランクピン孔１ｄの軸心と直角方向に延びるボルト挿通孔２ａの軸心２ｂ同士を結ぶ直線ａを挟んだ両側に位置しており、かつ該破断起点部８の長さＬ３はボルト挿通孔２ａの直径と略同一長さかあるいはこれより短く設定されている。なお、上記破断起点部８はレーザ加工により所定間隔をあけて連続するように形成された多数の細孔により構成されているが、この破断起点部８の加工方法はレーザ加工に限定されない。

本実施形態では、破断起点部８をボルト挿通孔２ａの直径程度あるいはこれより短い長さとし、かつ該ボルト挿通項２ａの軸心付近に位置させたので、破断はこの破断起点部８部分のみから発生し、他の部分ｂ，ｃに進行することとなる。このように破断が軸心付近の一ヶ所から発生するので、複数箇所で発生した破断が合流するといったことがなく、従って破断の合流により生じ易い上述のバリの発生を確実に防止できる。

図１２は請求項８の発明の一実施形態を説明するための図である。

本実施形態では、破断起点部９は、クランクピン孔１ｄの軸心と直角方向に延びるボルト挿通孔２ａの軸心２ｂ同士を結ぶ直線ａと略一致する位置に形成されている。

本実施形態では、破断起点部９をボルト挿通孔２ａの中心部のみに形成したので、破断はこの破断起点部９部分のみから発生し、他の部分ｂ，ｃに進行することとなる。このように複数箇所で発生した破断が合流するといったことがなく、従って破断の合流により生じ易い上述のバリの発生を確実に防止できる。

請求項１の発明に係るコンロッドの破断分割構造によれば、大端部のクランクピン孔の内周面に軸方向に延びる破断起点部を形成し、該破断起点部の軸方向長さを内周面の軸方向長さより短くしたので、破断起点部が存在する部分については該破断起点部に沿って破断分断面が形成され、該破断起点部から外れた位置に破断分割面が形成されることはなく、また破断起点部が形成されていない残りの部分では破断分割面により上述のバリが発生することはない。その結果、エンジン運転中の上述のバリの落下によるエンジン内部の損傷や焼き付き等のエンジントラブルを防止できる。さらに、大端部のボルト挿通孔をクランクピン孔寄りに形成したので、ボルト挿通孔と外壁面との間の肉厚を必要厚さ確保しつつ大端部の肩幅寸法を小さくすることができ、コンロッドの小型化及び軽量化を可能にできる。

請求項２の発明では、破断分割面と内周面との交線部のうち、破断起点部が形成されていない残りの部分については上記破断起点部の延長線から偏位しているので、破断分割面が３次元的な凹凸形状を有することとなり、ロッド部とキャップ部との破断分割面同士を当接させる際の位置合わせを精度よく行なうことができ、クランクシャフトに組み付けるときの加工時真円度，円筒度の再現性を高めることができる。その結果、エンジン組立て後の真円度，円筒度を確保でき、磨耗，焼き付きを防止できるとともに、ロス馬力を低減できる。

請求項３の発明では、破断起点部の一端をクランクピン孔の内周面の軸方向一端縁に位置させたので、破断分割する際の破断をクランクピン孔の軸方向一端縁から確実に発生させることができ、そのため破断起点部が形成された部分については該起点部に沿った分割を確実に行なうことができ、上述のバリの発生をより一層確実に防止できる。

請求項４の発明では、破断起点部の他端をボルト挿通孔よりクランクピン孔の上記一端縁よりに位置させたので、例えば請求項３の発明のように、クランクピン孔とボルト挿通孔との間の肉厚を小さくした場合に、該薄肉部が破断起点部によって削られるのを防止できる。

請求項５の発明では、破断起点部を機械加工により形成したテーパ状の溝により構成したので、該破断起点部の形成作業が容易である。また該破断起点部の他端をボルト挿通孔を超えて形成しても上述の薄肉部が過剰に薄くなることはない。

請求項６，９の発明では、破断起点部をレーザ加工により間隔をあけて連続させて形成した細孔により構成したので、破断起点部を精度よく、かつ容易に形成することができる。

請求項７の発明では、上記破断起点部を、その一端，他端がボルト挿通孔の軸心同士を結ぶ直線を挟んだ両側に位置し、かつ該ボルト挿通孔の直径と略同一かこれより短い長さを有するものとしたので、また請求項９の発明では、上記破断起点部を、ボルト挿通孔の軸心同士を結ぶ直線と略一致する位置に形成したので、破断分割する際の破断をクランクピン孔の軸方向中央部から確実に発生させることができ、また他の部分には破断起点部は形成されていないので他の部分から破断が発生することはほとんどなく、従って複数箇所で発生した破断が合流するといったことがなく、その結果、上述のバリの発生をより一層確実に防止できる。

Claims (10)

1. クランクピン孔を有する大端部に表面硬化処理を施し、該大端部をロッド部とキャップ部とに破断分割し、該破断分割面同士を当接させて位置合わせした状態で上記ロッド部とキャップ部とを結合ボルトにより結合するようにしたコンロッドの破断分割構造において、上記大端部のクランクピン孔の内周面に該クランクピン孔の軸方向に延びる破断起点部を形成するとともに、該破断起点部の軸方向長さを上記内周面の軸方向長さより短く設定し、上記大端部の肩部には上記クランクピン孔の軸心と直角方向に延びるボルト挿通孔が形成されており、該ボルト挿通孔は、該ボルト挿通孔と上記内周面との間の肉厚が該ボルト挿通孔と外壁面との間の肉厚より小さくなるようにクランクピン孔寄りに形成されていることを特徴とするコンロッドの破断分割構造。
2. 請求項１において、上記破断分割面と上記内周面とが交わる交線部のうち、上記破断起点部が形成された部分は該破断起点部に一致し、残りの大部分は上記破断起点部の延長線から偏位していることを特徴とするコンロッドの破断分割構造。
3. 請求項１又は２において、上記破断起点部の一端が上記クランクピン孔の軸方向一端縁に位置していることを特徴とするコンロッドの破断分割構造。
4. 請求項３において、上記破断起点部の他端が上記ボルト挿通孔よりクランクピン孔の上記一端縁寄りに位置していることを特徴とするコンロッドの破断分割構造。
5. 請求項３又は４において、上記破断起点部が、機械加工により形成されたテーパ状の溝により構成されていることを特徴とするコンロッドの破断分割構造。
6. 請求項３又は４において、上記破断起点部が、レーザ加工により所定間隔をあけて連続するように形成された多数の細孔により構成されていることを特徴とするコンロッドの破断分割構造。
7. クランクピン孔を有する大端部に表面硬化処理を施し、該大端部をロッド部とキャップ部とに破断分割し、該破断分割面同士を当接させて位置合わせした状態で上記ロッド部とキャップ部とを結合ボルトにより結合するようにしたコンロッドの破断分割構造において、上記大端部のクランクピン孔の内周面に該クランクピン孔の軸方向に延びる破断起点部を形成するとともに、該破断起点部の軸方向長さを上記内周面の軸方向長さより短く設定し、上記破断起点部は、これの一端，他端が、クランクピン孔の軸心と直角方向に延びるボルト挿通孔の軸心同士を結ぶ直線を挟んだ両側に位置し、かつ該ボルト挿通孔の直径と略同一かあるいはこれより短い長さを有することを特徴とするコンロッドの破断構造。
8. クランクピン孔を有する大端部に表面硬化処理を施し、該大端部をロッド部とキャップ部とに破断分割し、該破断分割面同士を当接させて位置合わせした状態で上記ロッド部とキャップ部とを結合ボルトにより結合するようにしたコンロッドの破断分割構造において、上記大端部のクランクピン孔の内周面に該クランクピン孔の軸方向に延びる破断起点部を形成するとともに、該破断起点部の軸方向長さを上記内周面の軸方向長さより短く設定し、上記破断起点部が、クランクピン孔の軸心と直角方向に延びるボルト挿通孔の軸心同士を結ぶ直線と略一致する位置に形成されていることを特徴とするコンロッドの破断構造。
9. 請求項７又は８において、上記破断起点部が、レーザ加工により所定間隔をあけて連続するように形成された多数の細孔により構成されていることを特徴とするコンロッドの破断分割構造。
10. クランクピン孔を有する大端部に表面硬化処理を施し、該大端部をロッド部とキャップ部とに破断分割し、該破断分割面同士を当接させて位置合わせした状態で上記ロッド部とキャップ部とを結合ボルトにより結合するようにしたコンロッドの破断分割構造において、上記大端部のクランクピン孔の内周面に該クランクピン孔の軸方向に延びる破断起点部を形成し、該破断起点部が、レーザ加工により所定間隔をあけて連続するように形成された多数の細孔により構成されており、上記大端部の肩部には上記クランクピン孔の軸心と直角方向に延びるボルト挿通孔が形成されており、該ボルト挿通孔は、該ボルト挿通孔と上記内周面との間の肉厚が該ボルト挿通孔と外壁面との間の肉厚より小さくなるようにクランクピン孔寄りに形成されていることを特徴とするコンロッドの破断分割構造。

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