JP3892136B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のビットを有するスポークや面板等からなるカッターを前面部に備え、このカッターを旋回させて掘進していくシールド掘進機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以前より、複数のビットを有するスポークや面板等からなるカッターを前面部に備え、このカッターを旋回させて掘進していくシールド掘進機、並びに、シールド工法は、公知の技術である。
このようなシールド掘進機、並びに、シールド工法においては、掘進が進むごとにカッターに設けられたビットが摩耗していくので、より長距離を掘進するためには掘進の途中でビットの交換や補充を行わなくてはならない。
【０００３】
図６と図７には、従来のシールド掘進機におけるビットの交換や補充の方法を説明する説明図を示す。図６はその一例のシールド掘進機Ｐ１の後方斜視図、図７は２つ目の例のシールド掘進機のカッターＰ１０の一部分を示す側面図である。
従来のビット交換の一例として、例えば、図６に示すように、ドラム状に設けられた回転式のカッタースポークＰ２の四方にビットＰ４，Ｐ４…を設け、このカッタースポークＰ２を回転させることで、シールド掘進機Ｐ１の前面部に向けられていた古いビットＰ４…をチャンバー内に収納すると共に、チャンバー内に収納されていた新しいビットＰ４…を前面側に向けて、ビットの交換を行うという方法がある。
【０００４】
また、従来のビット補充の方法として、例えば、図７に示すように、カッターに補充ビット用のスペースＰ１１を設けておき、このスペースＰ１１に補充ビットＰ１２とこの補充ビットＰ１２を押し出すジャッキＰ１３とを備え、このジャッキＰ１３の伸縮により補充ビットＰ１２をカッター表面から押し出すことで、新たなビットを補充するという方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のシールド掘進機のビット交換方法では、ビット交換のための構造が複雑になり、地中での信頼性が低下するという問題を有している。例えば、図６に示すものでは、ビット交換のために、スポーク軸を中心に回転可能に設けられたドラム状のカッタースポークＰ２を必要とし、更に、このカッタースポークＰ２を回転するために、このカッタースポークＰ２と直交する軸線を中心に回転する連結軸Ｐ５およびジャッキＰ６と、この連結軸Ｐ５の回転動をカッタースポークＰ２に伝達する傘歯車等のユニバーサルジョイントＰ７ａ，Ｐ７ｂとを必要としており、複雑で信頼性が得られにくい構造をしている。
【０００６】
また、従来のビット補充方法では、構造は比較的に単純となるものの、１個１個の補充ビットがそれぞれ独立的に構成され、それぞれ独立して駆動されるように構成されるので、多くのビットを補充可能にしようとすると、補充ビット用の独立構成が多数必要となり、コストの高騰およびビット補充時の作業工数が多くなるという課題を有している。例えば、図７に示すものでは、ビット補充のために、１つの補充ビットＰ１２に対して１つのビット用スペースＰ１１と、１つのジャッキＰ１３とが必要であり、多数のビットを補充する場合には、上記の構造を補充ビットＰ１２の数分設けることになり、更に、実際に補充する際に、補充ビットＰ１２の数分のジャッキＰ１３…を操作する必要がある。
【０００７】
この発明は、上記課題を解決するため、シンプルな構成で地中での信頼性が高く、且つ、多数のビットを一度に交換又は補充可能で、結果として製造コストや作業工数の低減を図ることの出来るシールド掘進機を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、
請求項１記載の発明は、複数のビットを有するスポークや面板等からなるカッターを前面部に備え、このカッターを旋回させて掘進していくシールド掘進機において、
前記カッターが、複数に分割されると共に複数のビットをそれぞれ有する複数の分割体から構成され、
これら複数の分割体の内の幾つかを、分割体の一端部を支点として他端部を回動することで前後方向に押出し／引戻し可能とする可動機構と、
この分割体を押出し／引戻し駆動する駆動手段と
を備えた構成とした。
【０００９】
この請求項１記載の発明によれば、カッターの分割体のうち、可動機構を備えた分割体を押し出し／引き戻すかすることで、この可動的な分割体に備わるビットと、固定的な分割体に備わるビットとの前後方向の配置が変化する。この配置変化により、可動的な分割体に備わるビットと固定的な分割体に備わるビットとが前後方向において同一位置に重なれば、掘進時に全ビットが掘削作用を及ぼすことになり、また、上記配置変化により、可動的な分割体のビットが固定的な分割体のビットより前方に押し出されれば、掘進時において可動的な分割体のビットが掘削作用を及ぼし、固定的な分割体のビットが掘削作用を及ぼさない状態となる。また、上記配置変化により、可動的な分割体のビットが固定的な分割体のビットより後方に引き戻されれば、掘進時において固定的な分割体のビットが掘削作用を及ぼし、可動的な分割体のビットが掘削作用を及ぼさない状態となる。
即ち、上記可動的な分割体の押出し／引戻しを行うことで、掘進時において掘削作用を及ぼすビットの補充（或いは保護）や交換を適宜行うことが出来る。また、その押出し量／引戻し量を定量的に制御することで、カッターに設けられた複数のビットの掘削作用も定量的に制御できる。
更に、このシールド掘進機のビットの補充や交換の構成は、分割体の一端部を支点として他端部を回動することで前後方向に押出し／引戻し可能とする構成であるので、単純で信頼性の高い構造とすることが出来る。更に、駆動手段もダイレクトに分割体を駆動することが出来るので、単純で信頼性の高い構造とすることが可能である。
また、可動的に設けられた分割体には、複数のビットが備わっているので、１個の分割体の駆動で複数のビットの補充又は交換を行うことが可能であり、ビット補充又は交換作業の作業工数が低減される。
【００１４】
さらに、請求項１記載の発明は、
前記カッターが、スポークと、該スポークに沿って該スポークの側部に設けられた面板とを有し、
前記面板が前記スポーク側を支点として前後方向に押出し／引戻し可能に設けられている構成とした。
【００１５】
従って、請求項１記載の発明によれば、スポークの一端から多端に架けて面板の押出し／引戻し量をほぼ一様に行うことが出来るので、スポークに備わるビットに対して一様なビットの補充又は保護を行うことが出来る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図１〜図５の図面を参照しながら説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態のシールド掘進機１において可動的な面板５，５，５，５が押し出された状態を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は側面図である。図２は、このシールド掘進機１において面板５，５，５，５が引き戻された状態を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は側面図である。
この実施の形態のシールド掘進機１は、図１（ｂ）に示すように、前面部にカッター２やチャンバー１４、並びに、チャンバー１４から掘削土を排出するための泥水注入管１５やコンベア１６等を備える他、後ろ側にセグメント組付け用の昇降台やシールドジャッキ（図示略）等を備えて構成される。また、チャンバー１４内には、図示しない土砂撹拌用のアジテータ等が設けられる。
【００２０】
カッター２は、この実施の形態の特有のもので、シャフト２Ａを中心に回転するカッタースポーク３…，４…、並びに、面板５…（切羽とも言う。）等から構成される。そして、これらスポーク３…，４…、並びに、面板５…が、カッターを複数に分割してなる複数の分割体を構成すると共に、スポーク３…，４…ガ固定的な分割体、面板５…ガ可動機構を備えた可動的な分割体を構成している。なお、スポーク３…，４…と面板５…との間はチャンバー１４につながる開口部である。
【００２１】
スポーク３…，４…は、カッター２に対して固定的に構成されており、複数のローラビット６…とティースビット７…とを備えている。
【００２２】
面板５…は、複数のティースビット８…を備えていると共に、カッター中央部側のヒンジ部１２…を支点として、カッター外周部側を前後に押出し／引戻し可能に構成されている。チャンバー１４の外周部には、これら面板５…を前後に押出し／引戻し駆動させる駆動手段としての油圧ジャッキ１０…が設けられ、この油圧ジャッキ１０…の駆動部が面板５…の作用点１１…に接続されている。なお、これら油圧ジャッキ１０…はチャンバー１４内のアジテータ内に装備するようにしても良い。
また、これら面板５…には、図１（ｂ）に示すように、従来の補充用のティースビット８ａ…も設けられ、ティースビット８ａ…に接続されているジャッキを駆動させることで、これらティースビット８ａ…を面板５の表面より突出させて、ビットの補充が可能になっている。
【００２３】
上記のような構成のシールド掘進機１によれば、油圧ジャッキ１０…を作動させてカッター面板５…を押出し／引戻し駆動させると、カッター２に備わるローラビット６…やティースビット７…，８…の前後方向の位置が変化して、次に示すように、掘進時に作用するビットの種類や数が変化する。
【００２４】
即ち、図１に示すように、面板５…が押し出された場合、面板５…に備わるティースビット８…が前面に押し出され、スポーク３…，４…に備わるローラビット６…とティースビット７…が、上記ティースビット８…より後方に下がった配置となる。また、面板５…はヒンジ部１２を支点として作用点１１が押し出された状態にあるので、面板５に備わるティースビット８…は、外周側が大きく中央側が小さく前方に押し出された配置となる。
【００２５】
シールド掘進機１をこの配置で作動させた場合、面板５に備わるティースビット８…により掘削作用が及ぼされ、スポーク３…，４…に備わるローラビット６…やティースビット７…による掘削作用が低減される。そして、これらローラビット６…やティースビット７…が保護された状態となる。また、このような状態は、カッター２の中央側において小さく現れ、外周側において大きく現れる。
【００２６】
一方、図２に示すように、面板５…が引き戻された場合、スポーク３…，４…に備わるローラビット６…とティースビット７…が前面に押し出され、面板５…に備わるティースビット８…が、上記ローラビット６…やティースビット７…より後方に下がった配置となる。また、面板５…はヒンジ部１２を支点として作用点１１が引き戻された状態にあるので、面板５に備わるティースビット８…は、外周側が大きく中央側が小さく後方に引き戻された配置となる。
【００２７】
シールド掘進機１をこの配置で作動させた場合、スポーク３…，４…に備わるローラビット６…やティースビット７…により掘削作用が及ぼされ、面板５に備わるティースビット８…による掘削作用が低減される。そして、これらティースビット８…が保護された状態となる。また、このような状態は、カッター２の中央側において小さく現れ、外周側において大きく現れる。
なお、図１（ａ）と図２（ａ）において、掘削作用を及ぼすビットは黒で塗りつぶし、掘削作用を及ぼさないビットは白抜きして示している。
【００２８】
次に、上記構成のシールド掘進機１を用いて行われる、この実施の形態のシールド工法について説明する。
この実施の形態のシールド工法は、面板５…を押し出した状態（図１の状態）での掘進工程と、面板５を引き戻した状態（図２の状態）での掘進工程とを、掘進箇所の地質とビットの摩耗度に基づき入れ換えて行うものである。
【００２９】
即ち、掘進開始箇所が粘土層である場合、面板５を押し出した状態（図１の状態）を初期状態としてカッター２を旋回させて掘進を行っていく。この工程では、スポーク３…，４…が面板５…より後退するので、ローラビット６…周りの閉塞が回避され、ローラビット６…の偏摩耗が防止される。
この工程において、面板５…のティースビット８の摩耗が所定値（例えば２０ｍｍ）を越えた場合には、補充用のティースビット８ａ…を補充する。
【００３０】
次に、掘進箇所が巨礫層に変化した場合、上記初期状態から面板５を引き戻した状態（図２の状態）に変更して掘進を行う。この工程では、巨礫（例えば２５０ｍｍ以上の礫）をローラビット６…で破砕しながら掘進していき、面板５…のティースビット８はスポーク３…，４…より後退して保護される。
【００３１】
以上のように、この実施の形態のシールド掘進機１によれば、カッター面板５…の押出し／引戻しを行うことで、掘進時において掘削作用を及ぼすビットの補充（或いは保護）や交換を適宜行うことが出来る。また、その押出し量／引戻し量も定量的に制御可能である。
更に、このシールド掘進機１のビット交換のための構成は、カッター面板５…を押し出すかまたは引き戻すかする構成のみであり、更に、油圧ジャッキ１０…もダイレクトに面板５…を駆動する構成なので、単純で信頼性の高い構造を実現している。
また、可動的に設けられたカッター面板５…には、複数のティースビット８…が備わっているので、１個の面板５の駆動で複数のティースビット８…の補充又は交換を行うことが可能であり、ビット補充又は交換作業の作業工数が低減される。
【００３２】
また、カッター面板５…の作用点がカッター２の外周側にあるので、カッター２の外周部側の方が分割体の押出し／引出し量が大きくなり、ビットの摩耗量が激しい外周部に適応して、外周部側のビットの補充量を大きくすることが出来る。
また、カッター面板５…を駆動する油圧ジャッキ１０…がカッター２の外周側に設けられているので、掘削した礫土を撹拌するチャンバー１４の中央部分が自由に使え、例えば、チャンバー内に設けられるアジテータを自由に配置できるので、チャンバー内の撹拌効率を向上させることが出来る。
また、この実施の形態のシールド工法によれば、掘進箇所の地質が変化した場合に、地質にあったビットの交換が行われるので、結果として、総合的なビットの摩耗量が減って長距離の掘進を行うことが出来る。
【００３３】
なお、本発明のシールド掘進機は、この実施の形態のシールド掘進機１に限られるものでなく、例えば、カッターの分割体のうち、可動的な分割体と固定的な分割体の組合せは、面板とスポークの組合せに限られず、例えば、面板を固定的に、スポークを可動的にしても良いし、カッターをスポークのみから構成し、これらのスポークを可動的なものと固定的なものとに分けるようにしても良い。また、カッターの分割体に備わるビットの種類も、全てティースビットにしたり、可動的な分割体にローラビットを備えるなど、適宜変更可能である。
また、本発明のシールド工法は、この実施の形態のシールド工法に限られるものではなく、例えば、カッターに備わるビットの種類を全てティースビットに構成し、ティースビットの摩耗度に応じて可動的な分割体を移動させてビットの補充又は交換を行うようにしても良い。
【００３４】
［第２の実施の形態］
図３は、第２の実施の形態のシールド掘進機２０において可動的なスポーク２３，２３，２３，２３が押し出された状態を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は側面図である。図４このシールド掘進機２０においてスポーク２３，２３，２３，２３が引き戻された状態を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は側面図である。なお、この実施の形態において、第１の実施の形態と同様の構成については同符号を付して説明を省略する。
この実施の形態のシールド掘進機２０は、カッター２２を構成するスポーク２３…，２４…並びに面板２５…のうち、４本のスポーク２３…を可動的に構成し、残りのスポーク２４…と面板２５…を固定的に構成した例である。
【００３５】
スポーク２４…と面板２５…は、カッター２２に対して固定的に構成されており、複数のローラビット６…とティースビット７…，２８…とを備えている。
【００３６】
スポーク２３…は、複数のティースビット２７…とローラビット２６…を備えていると共に、カッター外周部側のヒンジ部３２…を支点として、カッター中央部側を前後に押出し／引戻し可能に構成されている。チャンバー１４の後端側には、カッター２２のシャフト部２２Ａを通して、駆動手段としての油圧ジャッキ３０…が設けられ、この油圧ジャッキ３０…の駆動部がスポーク２３…中央側の作用点３１…に接続されている。
【００３７】
上記のような構成のシールド掘進機２０によれば、図３に示すように、油圧ジャッキ３０の駆動によりスポーク２３…が押し出された場合、スポーク２３…に備わるローラビット２６…やティースビット２７…が前面に押し出され、面板２５…に備わるティースビット２８…、並びに、スポーク２４…に備わるローラビット６…とティースビット７…が、上記スポーク２３…より後方に下がった配置となる。
【００３８】
シールド掘進機２０をこの配置で作動させた場合、スポーク２３…に備わるローラビット２６…やティースビット２７…により掘削作用が及ぼされ、面板２５…に備わるティースビット２８…、並びに、スポーク２４…に備わるローラビット６…とティースビット７…による掘削作用が低減される。そして、これら掘削作用の低減されたビットが保護された状態となる。
【００３９】
一方、図４に示すように、油圧ジャッキ３０の駆動によりスポーク２３…が引き戻された場合、面板２５…に備わるティースビット２８…、並びに、スポーク２４…に備わるローラビット６…とティースビット７…が前面に出され、スポーク２３…に備わるローラビット２６…やティースビット２７…が後方に下がった配置となる。
【００４０】
シールド掘進機２０をこの配置で作動させた場合、面板２５…に備わるティースビット２８…、並びに、スポーク２４…に備わるローラビット６…とティースビット７…により掘削作用が及ぼされ、スポーク２３…に備わるローラビット２６…やティースビット２７…による掘削作用が低減される。そして、これらローラビット２６…やティースビット２７…が保護された状態となる。
なお、図３（ａ）と図４（ａ）において、掘削作用を及ぼすビットは黒で塗りつぶし、掘削作用を及ぼさないビットは白抜きして示している。
【００４１】
以上のように、この実施の形態のシールド掘進機２０によれば、スポーク２３…の押出し／引戻しを行うことで、掘進時において掘削作用を及ぼすビットの補充（或いは保護）や交換を適宜行うことが出来る。また、その押出し量／引戻し量も定量的に制御可能である。
更に、このシールド掘進機２０のビット交換のための構成は、スポーク２３…を押し出すかまたは引き戻すかする構成のみであり、更に、油圧ジャッキ３０…もダイレクトにスポーク２３…を駆動する構成なので、単純で信頼性の高い構造を実現している。
また、可動的に設けられたスポーク２３…には、複数のローラビット２６…やティースビット２７…が備わっているので、１本のスポーク２３の駆動で複数のローラビット２６…やティースビット２７…の補充又は交換を行うことが可能であり、ビット補充又は交換作業の作業工数が低減される。
【００４２】
また、カッター２２の回転力が余り掛らないカッター２２の中央側に、可動的なスポーク２３…の作用点があり、カッター２２の回転力が強く掛かるカッター２２の外周側に可動的なスポーク２３…の支点があるので、カッター２２の回転力に抗するスポーク２３…の固定が比較的に簡易に行える。
【００４３】
［第３の実施の形態］
図５には、第３の実施の形態のシールド掘進機のカッター４２を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は（ａ）における矢印Ａ−Ａ線断面図である。
この実施の形態のシールド掘進機は、そのカッター構成において第１および第２の実施の形態のシールド掘進機１，２０と異なり、他の構成についてはほぼ同様の構成である。従って、この実施の形態では、カッター構成の説明のみ行い、その他の説明は省略する。
【００４４】
この実施の形態のシールド掘進機のカッター４２は、スポーク４３…と、これらスポーク４３…の両側部に設けられた面板４４…とから構成される。スポーク４３…は、固定的なカッター分割体であり、複数のローラビット４６…を備えている。面板４４…は、スポーク４３側に設けられたヒンジ部５２を支点として前後に押出し／引戻し可能に構成されると共に、この移動可能に設けられた側に複数のティースビット４８…を備えて構成される。そして、これら面板４４…に、油圧ジャッキ５０…の駆動部が接続されている。
【００４５】
上記のような構成のシールド掘進機によれば、油圧ジャッキ５０…を作動させて面板４４…を押出し／引戻し駆動させることで、面板４４…に設けられたティースビット４８…が、スポーク４３…に設けられたローラビット４６…より前方に押し出されたり後方に引き戻されたりする。
この操作により、掘進時に掘削作用を及ぼすビットをローラビット４６…からティースビット４８…に変えたり、ティースビット４８…からローラビット４６…に変えたり、或いは、ローラビット４６…とティースビット４８…の全てに掘削作用を及ぼすようにすることが出来る。
【００４６】
以上のように、この実施の形態のシールド掘進機によれば、面板４４…の押出し／引戻しを行うことで、掘進時において掘削作用を及ぼすビットの補充（或いは保護）や交換を適宜行うことが出来る。また、その押出し量／引戻し量も定量的に制御可能である。
更に、このシールド掘進機のビット交換のための構成は、面板４４…を押し出すかまたは引き戻すかする構成のみであり、更に、油圧ジャッキ５０…もダイレクトに面板４４…を駆動することが出来るので、単純で信頼性の高い構造を実現している。
【００４７】
また、可動的に設けられた面板４４…には、複数のティースビット４８…が備わっているので、１個の面板４４の駆動で複数のティースビット４８…の補充又は交換を行うことが可能であり、ビット補充又は交換作業の作業工数が低減される。
また、面板４４の押出し／引戻し量をスポーク４３の一端から他端に架けてほぼ一様とすることが出来るので、スポーク４３に備わるローラビット４６に対する一様なビットの補充又は保護を行うことが出来る。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１記載のシールド掘進機によれば、可動的に設けられたカッターの分割体を押し出したり、引き戻したりすることで、掘進時に掘削作用を及ぼすビットの補充（或いは保護）や交換を適宜行うことが出来る。また、その押出し量／引戻し量も定量的に制御可能であり、各ビットの掘削作用も定量的に制御可能である。
また、このビットの補充や交換の構成は、分割体の一端部を支点として他端部を回動可能とする構成なので、単純で信頼性の高い構造とすることが可能であり、更に、駆動手段もダイレクトに分割体を駆動することが出来るので、単純で信頼性の高い構造とすることが出来る。
また、可動的に設けられた分割体には、複数のビットが備わっているので、１個の分割体の駆動で複数のビットの補充又は交換を行うことが可能であり、ビット補充又は交換作業の作業工数が低減される。
【００５１】
特に、スポークの一端から多端に架けて面板の押出し／引戻し量をほぼ一様に行うことが出来るので、スポークに備わるビットに対して一様なビットの補充又は保護を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のシールド掘進機において可動的な分割体が押し出された状態を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】同、シールド掘進機において可動的な分割体が引き戻された状態を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のシールド掘進機において可動的な分割体が押し出された状態を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】同、シールド掘進機において可動的な分割体が引き戻された状態を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態のシールド掘進機のカッター部分を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は（ａ）における矢印Ａ−Ａ線断面図である。
【図６】ビットの交換が可能な従来のシールド掘進機の一例を示す後方斜視図である。
【図７】ビット補充が可能な従来のシールド掘進機の一例を示すシールド掘進機のカッターの一部分の側面図である。
【符号の説明】
１ シールド掘進機（第１の実施の形態）
２ カッター
３，４ スポーク
５ カッター面板（可動的な分割体）
６… ローラビット
７… ティースビット（スポークに備わるもの）
８… ティースビット（面板に備わるもの）
１０… 油圧ジャッキ（駆動手段）
１２… 支点
２０ シールド掘進機（第２の実施の形態）
２２ カッター
２３，２４ スポーク（可動的な分割体）
２５ カッター面板
２６… ローラビット
２７… ティースビット（スポークに備わるもの）
２８… ティースビット（面板に備わるもの）
３０… 油圧ジャッキ（駆動手段）
３２… 支点
４２ カッター（第３の実施の形態）
４３… カッタースポーク
４４… 面板（可動的な分割体）
４６… ローラビット
４８… ティースビット
５０… 油圧ジャッキ（駆動手段）
５２… 支点

Claims (1)

1. 複数のビットを有するスポークや面板等からなるカッターを前面部に備え、このカッターを旋回させて掘進していくシールド掘進機で、
   前記カッターは、複数に分割されると共に複数のビットをそれぞれ有する複数の分割体から構成され、
   これら複数の分割体の内の幾つかを、分割体の一端部を支点として他端部を回動することで前後方向に押出し／引戻し可能とする可動機構と、
   この分割体を押出し／引戻し駆動する駆動手段とを備えるシールド掘進機であって、
   前記カッターは、スポークと、該スポークに沿って該スポークの側部に設けられた面板とを有し、
   前記面板が前記スポーク側を支点として前後方向に押出し／引戻し可能に構成されていることを特徴とするシールド掘進機。

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