| 【発明の名称】 |
現像装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】土門 彰
【住所又は居所】東京都大田区下丸子３丁目３０番２号 キヤノン株式会社内
【氏名】本橋 悟
【住所又は居所】東京都大田区下丸子３丁目３０番２号 キヤノン株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】現像剤容器の底面角度を安息角以下としながらも、トルク増大や騒音発生という問題を招くことなく、良好なトナー搬送性を達成すること。
【解決手段】少なくとも静電潜像を担持する感光体ドラム５と、前記静電潜像を可視化するための供給されるトナーと、トナーを担持する現像スリーブ３と、トナーを収容する現像剤容器18と、現像剤容器18中のトナーを現像スリーブ３方向へ搬送する回転可能な現像剤搬送部材31と、現像剤搬送部材31と接触し振動する振動部材41と、を有する画像形成装置において、現像剤搬送部材31は、回転軸方向及び周方向に振動部材41との複数の接触面31ａ〜31ｈを有し、振動部材41は、現像剤搬送部材31との接触により振動する突出部を複数有し、振動部材41の突出部は複数の切欠部41ａ〜41ｇを有することを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 少なくとも静電潜像を担持する像担持体と、前記静電潜像を可視化するための供給される現像剤と、前記現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤を収容する現像剤容器と、前記現像剤容器中の前記現像剤を前記現像剤担持体方向へ搬送する回転可能な現像剤搬送部材と、前記現像剤搬送部材と接触し振動する振動部材と、を有する画像形成装置において、前記現像剤搬送部材は、回転軸方向及び周方向に前記振動部材との複数の接触面を有し、前記振動部材は、前記現像剤搬送部材との接触により振動する突出部を複数有し、前記振動部材の突出部は複数の切欠部を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】 静電潜像を可視化するための供給される現像剤と、前記現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤を収容する現像剤容器と、前記現像剤容器中の前記現像剤を前記現像剤担持体方向へ搬送する回転可能な現像剤搬送部材と、前記現像剤搬送部材と接触し振動する振動部材と、を有する現像装置において、前記現像剤搬送部材は、回転軸方向及び周方向に前記振動部材との複数の接触面を有し、前記振動部材は、前記現像剤搬送部材との接触により振動する突出部を複数有し、前記振動部材の突出部は複数の切欠部を有することを特徴とする現像装置。
【請求項３】 少なくとも静電潜像を担持する像担持体と、前記静電潜像を可視化するための供給される現像剤と、前記現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤を収容する現像剤容器と、前記現像剤容器中の前記現像剤を前記現像剤担持体方向へ搬送する回転可能な現像剤搬送部材と、前記現像剤搬送部材と接触し振動する振動部材と、を有し、画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、前記現像剤搬送部材は、回転軸方向及び周方向に前記振動部材との複数の接触面を有し、前記振動部材は、前記現像剤搬送部材との接触により振動する突出部を複数有し、前記振動部材の突出部は複数の切欠部を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザビームプリンターや複写機などの電子写真方式による画像形成装置及びこれに用いられる現像装置、プロセスカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、レーザービームプリンターや複写機といった電子写真方式による電子写真画像形成装置が広く普及している。このような画像形成装置では、感光体を一様に帯電した後、像露光を行うことで前記感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置によって可視化し、その可視画像を紙等の転写材に転写・定着し、所望の画像を得ることができる。
【０００３】電子写真方式を採用する従来の現像装置の一般的な例を図９に示す。現像装置101では、一般に現像剤としてのトナーが収容されている現像容器102からトナー111を担持するための現像スリーブ103にトナーを搬送するため、現像剤搬送部材131が備えられていることが多い。加えて現像剤搬送部材131には、現像容器102中のトナーを攪拌する役割のほか、トナーを現像剤容器中の現像領域部から現像剤容器内へと循環させる役割もあり、非常に重要な役目を果たしている。
【０００４】トナーの搬送について詳しく説明する。現像容器102の現像スリーブ103と相対する向きの端部の底面角度θは、トナー111が自重で自然に現像スリーブ103方向へ滑り落ちる角度、所謂トナーの安息角以上とする。一般的には45°以上とすることが多い。底面角度θは重力に対する水平面に対して現像容器102の底面が成す角度とする。そして自重で移動したトナーは現像剤搬送部材131によって、現像スリーブ103近傍まで搬送され、マグネットロール104の磁力によって現像スリーブ103上に担持される。
【０００５】現像剤搬送部材131は棒状もしくは羽根板状の部材を回転させる方式が広く用いられている。棒状は回転トルクが小さく済み、羽根板状はトナー搬送能力が高いという長所がある。
【０００６】近年、画像形装置の小型化が進行し、現像装置も小型化する必要がある。更には現像装置内に格納できるトナー量を多くし、ユーザーがプロセスカートリッジを交換する、またはトナーを補給する頻度を下げたいというニーズも高まっている。
【０００７】このような状況を鑑み、図１０に示すように、現像容器102の底面全面に薄い可撓性シートからなる振動部材141を現像剤搬送部材131の回転・当接により振動可能な状態で配置し、その一端を振動可能な状態で突出させ、現像剤搬送部材131を突出したシート端部に接触させ、振動部材を振動させる旨の提案がなされている（特開平1-237576号公報）。これによって、現像容器102底面の角度θがトナーの前記安息角以下でも、トナーを現像スリーブ103方向へ搬送させることが可能になった。
【０００８】その結果、現像装置を高さ方向に大型にすることなく、トナー容量を多くすることができ、現像装置及び画像形成装置の設計自由度を拡大できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、振動部材141の振動によるトナーの搬送効果が不十分な場合がある。以下に具体的に説明する。
【００１０】現像容器102内に収容するトナー量が多くなればなるほど、振動部材141を押さえる圧力が高まるため、振動部材が十分に振動できなくなる。そのため、振動部材の突出端近傍でトナーがブロッキングして、トナーの斜面上で滑り落ちるのを阻害する要因となる。また、ブロッキングが発生しなくても振動が十分に振動部材の全面に伝播しにくくなる。
【００１１】その結果、トナー搬送性が低下し、現像容器102内のトナー残量が十分であるのにトナーが十分に現像スリーブ103に搬送されないため、トナー像が転写材に形成されず、画像白抜けが発生する場合があった。この現象は特に高温高湿下でトナーの流動性が悪くなると顕著である。
【００１２】これを解決するためには、振動部材141をより振動させる必要がある。そのため、剛性の高い材質からなる振動部材を用いればよいが、その場合には現像剤搬送部材131が振動部材141に接触する際の回転トルクが増大してしまう。また、現像剤搬送部材131が振動部材141に接触する際に騒音が発生するという問題も発生する。
【００１３】上記問題を鑑み、本発明の目的は、現像剤容器の底面角度を安息角以下としながらも、トルク増大や騒音発生という問題を招くことなく、良好なトナー搬送性を達成すること。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための、本発明の代表的な構成は、少なくとも静電潜像を担持する像担持体と、前記静電潜像を可視化するための供給される現像剤と、前記現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤を収容する現像剤容器と、前記現像剤容器中の前記現像剤を前記現像剤担持体方向へ搬送する回転可能な現像剤搬送部材と、前記現像剤搬送部材と接触し振動する振動部材と、を有する画像形成装置において、前記現像剤搬送部材は、回転軸方向及び周方向に前記振動部材との複数の接触面を有し、前記振動部材は、前記現像剤搬送手段との接触により振動する突出部を複数有し、前記振動部材の突出部は複数の切欠部を有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）本発明の第１実施形態について、図を用いて説明する。図１は振動部材の説明図であり、図２は現像剤搬送部材の構成の説明図であり、図３は現像装置の断面図であり、図４は画像形成装置の断面図であり、図５は本発明の効果を表す図表であり、図６は振動部材の比較例の説明図であり、図７は現像剤搬送部材の比較例の説明図であり、図８は実施例と比較例との回転トルクの測定結果を示す図である。
【００１６】図４に示すようにこの画像形成装置は、現像装置１と像担持体である感光体ドラム５、感光体ドラム５の周りに配設される帯電手段である帯電ローラ６、感光体ドラム５の表面をクリーニングするクリーニング手段としてのクリーニングブレード12及び、転写手段13、定着手段14、露光装置15を有する。この場合、転写材は矢印23のように各搬送ローラを通過して、画像形成装置の下部の給送トレイから上部の排出トレイに搬送される。
【００１７】現像装置１は、現像剤としてのトナー11を収容するための現像剤容器18を備えている。現像剤容器18は開口部を備え、トナーを担持する現像剤担持体としての現像スリーブ３の一部がそこから容器外に露出するようになっている。現像スリーブ３は駆動機構(図には省略)により図中反時計回り（矢印21の方向）に回転する。また、現像スリーブの内部にはマグネットローラ４が配設されている。マグネットローラ４は駆動による回転動作を行わず、一定の位置に保持され、磁極の向きは常に同じ方向に保たれる。
【００１８】現像スリーブ３には現像バイアス７として直流バイアス８及ぴ交流バイアス９を重畳して印加される機構となっている。現像装置１内には、トナーの層厚を規制し、現像に必要な電荷を与えるための弾性ブレード10が開口部に取り付けられている。トナー11は一成分磁性現像剤とし、反転現像を行うものとする。
【００１９】感光体ドラム５は、現像スリーブと対向する位置に一定の間隔をもって非接触で配設されており、駆動を受けて図中時計回り（矢印22の方向）に回転する。感光体ドラム５の周りには帯電ローラ６及びクリーニングブレード12が感光体ドラム５に接舳して配設されている。帯電ローラ６は感光体ドラム５の帯電動作を行う。また、クリーニングブレード12は板金に支持されたウレタンゴムからなり、感光体ドラム５表面に残る未転写トナーのクリーニングを行う。転写手段としてはローラ方式を用いるものとした。
【００２０】次に図４を用いて画像形成装置の動作について説明する。まず、帯電ローラ６による帯電動作により感光体ドラム５の表面が一様に帯電される。すると、レーザ等を露光する露光装置15により画像信号に基づいた露光25が行われ、感光体ドラム５上に潜像が形成される。
【００２１】また、現像剤容器18内のトナー11は、現像剤搬送部材31により現像剤容器18から現像スリーブ３への開口17を通過して現像スリーブ３に取り込まれ、搬送される。その後、弾性ブレード10により現像スリーブ３上にできる層厚の規制を受けつつ帯電し、現像領域にトナーが送り込まれる。すると現像スリーブ３に印加された現像バイアス７により、現像領域内に送り込まれたトナー11は感光体ドラム５上に飛翔する。
【００２２】ここで、現像に必要な十分な電荷を保持していないトナーは、現像スリーブ３にとどまったままかあるいは感光体ドラム５上に飛翔してもマグネットローラ４の磁力及び交流バイアス９の引き戻し成分により現像スリーブ３上に引き戻される。一方、十分な電荷を持ったトナーは静電潜像を可視トナー像化し、現像動作が完了する。その後、可視トナー像部が転写ローラと対向する領域に到達すると、感光体ドラム上の画像と同期を取りながら、図２に示すように搬送されてきた転写材にローラによる転写手段13の動作により転写され、さらに定着手段14を経ることによって画像を得る。一方、転写せず感光体ドラム５上に残留したトナーはクリーニングブレード12によりクリーナ容器16に回収される。
【００２３】以下、この画像形成装置のプロセス条件を示す。現像スリーブ３はφ16の非磁性アルミスリーブで、表面は導電性粒子を含有する樹脂層でコートしている。感光体ドラム５と現像スリーブ３との対向部における距離は300μmとする。感光体ドラム５の帯電電位Ｖｄは-700V、露光による感光電位Ｖ１は-150V、現像バイアスの直流成分Ｖｄｃは、-450V、交流成分の波形としては、ここではＶｐ−ｐ(peak-to-peak電圧)＝1.2kVの矩形波とする。交流成分の周波数は、1.6kHzとした。また、現像スリーブ３の内部のマグネットローラ４は、感光体ドラム５と対向する方向にＳ極を持ち、感光体ドラム５から余分なトナーや白地部に飛翔したトナーを引き戻す役割を果たしている。また、弾性ブレード10には、シリコーンゴム、リン青銅板などを用いることができるが、本実施形態では板金に支持されたウレタンゴムを材料に用いた弾性ブレードを用いている。プロセススピード(像形成速度)は50mm/secとした。
【００２４】尚、トナーとしては、平均粒径が7.5μmであり、負に帯電するスチレンアクリル樹脂を主成分とし磁性体を含有する磁性トナーを用いた。磁性体は樹脂100に対して30〜200の範囲であり、特に好ましくは50〜150である。本例では100のものを用いた。
【００２５】現像装置１、特にトナー搬送に関する部分に関して、図１乃至図３を用いて更に詳しく説明する。 図３に示すように、現像剤容器18の底面は、斜面部18ａと円弧部18ｂとを有する。
【００２６】斜面部18ａには振動部材41を設ける。円弧部18ｂは現像剤搬送部材31の回転領域に先端が当接する構成で、現像剤搬送部材31の回転により、後述する羽根部が当接して振動する。現像剤容器の底面角度θは水平面に対して30°と、トナーの安息角（トナー11が自重で自然に現像スリーブ３方向へ滑り落ちる角度）以下とする。
【００２７】振動部材41は厚み100μmのＰＥＴであり、現像スリーブ３の軸方向の長さを210mmこれと垂直方向の長さを100mmとする。そして現像剤容器底面を覆い、その現像スリーブ側の一端を現像剤搬送部材の回転領域に2mm突出させて配置する。突出させた一端（突出部）には、図１に示すように長さ4mmの切欠部を６箇所設ける。これにより振動部材41には、幅30mmの振動個所を７箇所（振動個所41ａ〜41ｇ）有することになる。振動部材41の他端は、両面テープによって現像剤容器斜面に貼り付け固定する。但し固定方法はこれに限定されるものではなくネジ止め等を行ってもよい。
【００２８】現像剤搬送部材31は、図２に示すように、ポリアセタール（ＰＯＭ）製の回転軸部31ｈと、回転軸部31ｈの回転軸の周囲に７個の接触面としての羽根部31ａ〜31ｇとを有する。羽根部はそれぞれ厚さ150μm、軸からの突き出し量が10mm、幅30mmのＰＯＭ製シートであり、回転軸部31ｈの周方向に、図示矢印ｘ方向（現像剤搬送部材31の回転方向）に90°ずつずらして配置する。
【００２９】回転軸部31ｈと各羽根部31ａ〜31ｇは一体成形で製造したものでも、各々別途製造して組み立てたものでも良い。羽根部は現像剤容器の円弧部に対して、0.5mmの間隙をもって図示矢印ｘ方向に回転する。７個の羽根部31ａ〜31ｇは、それぞれ振動部材の突出端に設けた７個の振動個所41ａから41ｇに１対１で接触し、振動を与える。なお、現像剤搬送部材31は、現像スリーブ３と連動し、不図示の駆動系を介して、周期0.17s-1（10rpm）で回転する。
【００３０】このような構成によって、振動部材41に対して連続的に振動を与えることができる。現像剤容器18の容量は400cm3とし、トナー充填量は250ｇとする。
【００３１】本実施形態による実施例の効果を検証した結果について説明する。図５に示すように、７種類の比較例を用い、トナー搬送性能 回転トルク 騒音について本実施例と比較した。
【００３２】トナー搬送性能は、35℃80％環境下での印字率4％原稿を出力する連続耐久試験を実施し、画像白抜けが発生した時点での現像剤容器内の残留トナー量の多少により相対的に判定した。
【００３３】回転トルクは、現像剤容器にトナーを250ｇ充填したときの現像スリーブ駆動トルクを測定し、現像剤搬送部材31の回転周期でトルクが増大する部分に注目し、その大小により相対的に判定した。
【００３４】騒音は、現像剤容器に100ｇのみ充填した後、画像形成装置に装着し、画像形成を行い、現像剤搬送部材31と振動部材41の接触によって発生する騒音を官能的に評価し、その大小により相対的に判定した。
【００３５】比較例は、振動部材の厚さ・形状（切り欠きの有無）、現像剤搬送部材の形状（羽根の枚数）を各２種類用意し、組み合わせを替えたものを用いた。
【００３６】＜検証実験に用いた振動部材と搬送部材の詳細＞【００３７】・振動部材の厚さ：■50μm■100μm（ともにＰＥＴ）
【００３８】・振動部材の形状：■現像剤搬送部材との接触部に切り欠きを設けたもの（実施例１；図１参照）
■同位置に切り欠きを設けないもの（図６参照）
【００３９】・現像剤搬送部材の形状：■羽根部を７枚有するもの（実施例１；図２参照）
■羽根部が１枚で形成されるもの（図７参照）
ともにＰＯＭ製であり、回転軸部は同形状のもの。
【００４０】図５に実施例及び比較例と、実験の結果を示す。この結果より、本実施例は他の比較例に対して、トナー搬送性・回転トルク・騒音いずれも良好なレベルである事が確認できた。
【００４１】これは振動部材の一端に複数の振動個所を配し、かつこれらの振動個所に対応するように搬送部材に羽根部を設けたことによって、連続的に振動部材を振動させる事ができるため、現像剤容器18の底面角度θがトナーの安息角以下であってもトナーが自重によって滑り落ちやすくなり、良好なトナー搬送性を達成できたためである。更には、任意の振動個所が搬送部材と接触する間は隣り合う振動個所と段差が生じ、振動個所近傍のトナーが崩れやすくなり、トナーブロッキングが発生せず、良好なトナー搬送性を達成できたためである。
【００４２】次に回転トルクの測定結果の一例を図８に示す。比較として比較例５の結果を重ねて示す。回転トルクは概ね300mN・m近傍で安定しているが、比較例５においては、現像剤搬送部材の回転１周期である６秒ごとにトルクが500mN・mまで大きく増大する。
【００４３】一方、本実施例においては、現像剤搬送部材の１／４周期である１．５秒ごとに回転トルクが増加している。しかしその増加幅は、比較例５のそれに比べて小さい。この周期性のあるトルクの増大は、現像剤搬送部材が振動部材に接触するために生ずるものである。このように、本実施例においては、同時に搬送部材の羽根部31ａ〜31ｇが振動部材に接触する面積を小さくしているため、振動部材を厚みを厚くしても大きなトルク増大を招くこともない。同様の理由で、現像剤搬送部材31が振動部材41に接触することによって生ずる騒音も軽減できる。
【００４４】以下、図５に示す比較例の結果について間単に説明する。比較例１乃至比較例４は振動部材の厚さが50μmと実施例に比べて薄いため、搬送部材と接触しても振動が弱く、トナー搬送性能は実施例に対して劣る。また比較例５は、振動部材の厚さは100μmと実施例と同様であるため、振動しやすく、トナー搬送性は良好であった。しかし、振動部材には切り欠きを設けず、搬送部材の羽根部31ｘは１枚であるため、搬送部材が一度に広い面積で振動部材に接触し、実施例に対して回転トルクが増大しやすく、騒音が大きくなった。
【００４５】比較例６では、搬送部材の形状を実施例と同様、７枚にしたため、振動部材に連続的に振動を与えることが可能であり、トナー搬送性は実施例に次いで良好であり、回転トルクの増大も見られなかった。また、騒音についても実施例に次いで良好であった。
【００４６】比較例７では、振動部材に切り欠きを設け、複数の振動個所を設けたにもかかわらず、搬送部材の羽根を１枚で形成したため、比較例５と同等の結果であった。
【００４７】以上説明したように、本発明においては、現像剤容器底面角度を安息角以下としながらも、トルク増大や騒音発生という問題を招くことなく、トナー搬送性が良好な現像装置、画像形成装置を提供可能となる。
【００４８】尚、現像剤搬送部材の羽根の枚数、形状、材質及び振動部材の切り欠き数、形状、材質は本実施中に記載のものに限定されるものでなく、本発明の効果を奏する範囲であれば適用可能である。
【００４９】（第２実施形態）次に本発明の第２実施形態について説明する。尚、以下の説明では、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジに用いられる現像装置に対して適用した場合を例に説明し、前述した実施形態と同様の構成についてはどう符号を付し、説明を省略する。
【００５０】まず本発明を適用したプロセスカートリッジの構成について説明する。プロセスカートリッジは画像形成装置に着脱可能であり、現像装置１と像担持体である感光体ドラム５と、感光体ドラム５の周りに配設される帯電手段である帯電ローラ６、感光体ドラム５の表面をクリーニングするクリーニング手段としてのクリーニングブレード12を一体化して包含する。このプロセスカートリッジが寿命に達した場合、ユーザーが容易に交換をすることが可能である。プロセスカートリッジの寿命は、感光体ドラムの磨耗が進行し、かぶり画像を出力した場合、もしくはトナーが消費され不足し、画像白抜けが発生した時点である。このようなプロセスカートリッジに用いられる現像装置に第１実施形態に用いた現像装置１、特に現像剤搬送部材31及び振動部材41を適用する。
【００５１】これにより、現像剤容器18の底面角度をトナーの安息角以下に設定しながらも良好なトナー搬送を実現できる。また従来は、現像剤容器18の底面角度はトナーの安息角近傍に設定することが多かったが、本発明によって、底面角度を小さくすることも可能となる。
【００５２】したがって、現像剤容器の形状の設定自由度も増すため、特に現像装置側を手にして、画像形成装置へ着脱を行うプロセスカートリッジにおいては操作性の良い形状を選択可能になり、よりユーザービリティーに優れたプロセスカートリッジを提供可能となるのである。
【００５３】また前述したプロセスカートリッジとは、例えば感光体ドラム５と、少なくとも感光体ドラム５に作用するプロセス手段の１つを備えたものである。従って、そのプロセスカートリッジの態様としては、前述した実施形態のもの以外にも、例えば感光体ドラム５と帯電手段とを一体的にカートリッジ化し、装置本体に着脱可能にするもの。感光体ドラム５と現像手段とを一体化的にカートリッジ化し、装置本体に着脱可能にするもの。感光体ドラム５とクリーニング手段とを一体的にカートリッジ化し、装置本体に着脱可能にするもの。更には感光体ドラム５と、前記プロセス手段の２つ以上のものを組み合わせて一体的にカートリッジ化し、装置本体に着脱可能にするもの等がある。
【００５４】（他の実施形態）前述した実施形態においては、画像形成装置としてプリンタを例示して説明したが、これに限るものではなく、複写機やファクシミリ装置としてもよい。
【００５５】
【発明の効果】以上のように、本発明においては、現像剤搬送部材は、回転軸方向及び周方向に振動部材との複数の接触面を有し、前記振動部材の突出部には、複数の切欠部を有するため、現像剤容器の底面角度を安息角以下としながらも、トルク増大や騒音発生という問題を招くことなく、良好なトナー搬送性を達成することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１００７
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
【住所又は居所】東京都大田区下丸子３丁目３０番２号
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| 【出願日】 |
平成１３年１０月１日（２００１．１０．１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６６７８４
【弁理士】
【氏名又は名称】中川 周吉 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１０７９０８（Ｐ２００３−１０７９０８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年４月１１日（２００３．４．１１） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３０４９０７（Ｐ２００１−３０４９０７） |
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