KR100781182B1 - 삼륜 또는 사륜 자전거용 이륜구동형 구동구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삼륜 또는 사륜 자전거용 구동구조에 관한 것으로서, 페달과 주동 스프로킷을 포함하는 크랭크 축; 지지프레임에 좌우방향으로 배열되도록 설치되는 구동축에 주동 스프로킷과 일렬로 정렬되도록 설치되는 종동 스프로킷; 주동 및 종동 스프로킷을 연동시키는 체인; 구동축의 양단부가 각각의 허브를 관통하고 구동축과의 중첩부위에 베어링을 삽입하여 구동축의 좌우에 각각 설치되는 한 쌍의 구동륜; 각각 내륜과 외륜으로 구분되어 일 방향으로만 동력을 전달하며, 내륜이 각 구동륜의 허브의 외측에 결합되는 좌우 한 쌍의 구동 래칫스프로킷; 각각 구동축 양단부에 나사결합되어 구동축과 함께 회전하며 래칫스프로킷의 외륜을 외측에서 구속하는 외측 구동판과, 각각 중심부에 허브가 자유롭게 관통하도록 하는 관통공을 구비하여 각 허브와 구동 래칫스프로킷 사이에 배치되고 구동 래칫스프로킷의 외륜을 내측에서 구속하는 내측 구동판, 및 이들을 일체화시키는 다수의 체결수단으로 이루어지는 좌우 한 쌍의 구동판 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼륜 또는 사륜 자전거용 구동구조를 제공한다.

구동축, 구동 래칫스프로킷, 외측 구동판, 내측 구동판

Description

삼륜 또는 사륜 자전거용 이륜구동형 구동구조{two-wheel drive type driving mechanism for tricycle or four-wheeled cycle}

도 1은 본 발명에 따른 구동구조를 개략적으로 도시한 분해사시도,

도 2는 본 발명에 따른 구동구조를 구성하는 일측 구동륜 부분의 결합구조를 상세히 도시한 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 구동구조를 구성하는 구동판 어셈블리를 확대 도시한 분해사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

3: 페달 5: 주동 스프로킷

10: 크랭크 축 15: 종동 스프로킷

20: 체인 30: 구동축

33: 고정브라켓 35: 베어링

50: 구동륜 53: 베어링

55: 허브 57: 타이어

60: 구동 래칫스프로킷 61: 내륜

63: 외륜 65: 외측 구동판

68, 78: 스프로킷 수용부 69, 79: 체결공

71: 관통공 75: 내측 구동판

85: 체결수단 100: 지지프레임

본 발명은 삼륜 또는 사륜 자전거에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 구동축 상에 각각 한 쌍의 구동륜이 장착되는 삼륜 또는 사륜 자전거용 이륜구동형 구동구조에 관한 것이다.

일반적으로, 자전거는 사다리꼴로 형성되는 지지프레임과, 지지프레임의 전방 상부에 선회가능하게 고정되는 핸들포스트와, 핸들포스트 상부에 대략 수평으로 배열되는 핸들과, 핸들포스트 하부에 포크를 통해 장착되는 하나의 전륜과, 지지프레임의 후방 하부에 장착되는 하나의 후륜과, 지지프레임의 후방 상부에 고정되는 안장을 포함한 구성으로 이루어지며, 지지프레임의 전방 하부에 설치되는 페달 및 주동 스프로킷을 포함하는 크렝크축과 후륜에 설치되는 종동 스프로킷을 구비하여, 주동스프로킷과 종동 스프로킷을 체인으로 연결하여 후륜에 구동력을 제공할 수 있도록 하는, 전륜과 후륜을 각각 하나씩 구비하는 인라인식 구조로 이루어진다.

그리고, 이와 같은 이륜 자전거의 구동구조는 사용자가 안장에 앉은 상태에 서 페달에 힘을 가하여 크랭크축을 회전시켜, 크랭크축에 설치된 주동 스프로킷을 이 함께 회전하도록 하고, 주동 스프로킷의 회전으로 체인으로 연결되는 종동 스프로킷을 회전시켜 후륜에 전진방향의 토크가 작용하도록 하는 방식으로 자전거가 전진할 수 있도록 한다.

그러나, 이륜 자전거는 중심을 유지하기가 어렵고, 또한 중심을 유지하기 위해서는 최소한의 속도를 필요로 하며, 사용자가 탑승한 상태로 정지상태를 유지할 수 없는 등 체력부담이 있는 노약자에게는 바람직하지 못한 여러 문제점이 있는 실정이다.

이와 같은 일반적인 이륜 자전거의 문제점을 해소하기 위하여, 지면과의 지지점이 3개 이상이 되도록 함으로써 중심을 유지하기 위한 숙련된 균형감각이나 일정 정도 이상의 속도를 필요로 하지 않는 삼륜 또는 사륜 자전거가 제공되어, 이륜 자전거와는 달리 노약자의 경우에도 보다 안정적이고 편안하게 자전거를 운행할 수 있도록 하고 있다.

종래 기술에 따른 삼륜 또는 사륜 자전거는, 크게 전륜구동 방식의 유아용 삼륜 자전거와, 후륜구동 방식의 성인용 삼륜 자전거 또는 사륜 자전거로 구분될 수 있다.

즉, 유아용 삼륜 자전거는 하나의 전륜과 한 쌍의 후륜을 포함하며, 페달을 구비한 크랭크축이 전륜과 함께 구비되어 전륜을 직접적으로 구동하는 구조로 이루어진다. 그리고, 성인용 삼륜 자전거 또는 사륜 자전거는 하나 또는 한 쌍의 전륜과 한 쌍의 후륜을 포함하며, 일반적인 이륜 자전거와 유사하게 페달 및 주동 스프 로킷을 포함하는 크렝크축과 한 쌍의 후륜이 설치되는 구동축에 종동 스프로킷을 구비하고, 주동 스프로킷과 종동 스프로킷을 체인으로 연결하여 구동축에 회전력을 제공할 수 있도록 하는 구동구조로 이루어진다.

그러나, 이상과 같은 종래기술에 따른 성인용 삼륜 자전거 또는 사륜 자전거의 구동구조는 방향전환 없이 똑바로 주행하는 경우에는 문제가 없을 수 있겠으나, 곡선 도로에 순응하는 주행을 하거나 방향전환을 위해 회전할 필요가 있는 경우에, 각각 한 쌍의 구동륜이 수평으로 배치되는 하나의 구동축 양단에 직접적으로 고정됨에 따라 원활한 회전이 어려운 문제점이 있는 실정이다.

즉, 곡선주행이나 회전시에는 구동축에 설치되는 좌우 구동륜이 서로 다른 회전반경으로 회전하게 되고 따라서 회전속도가 각각의 회전반경에 따라 적절하게 조절되어야만 주행안정성을 확보할 수 있으나, 일반적인 후륜구동 자동차의 경우와 같이 좌우 구동륜의 회전속도를 각각의 회전반경에 따라 적절하게 조절할 수 있도록 하는 차동기어장치(differential gear system)와 같은 수단이 부재함에 따라 주행안정성이 저하됨은 물론 급회전시에는 쉽게 전복될 수 있는 등의 문제점이 있는 실정이다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명한 것으로서,

본 발명은 하나의 구동축에 설치되는 좌우 한 쌍의 구동륜을 구비하면서도, 회전시 좌우 구동륜의 회전속도가 각각의 회전반경에 따라 적절하게 조절될 수 있 도록 하는 삼륜 또는 사륜 자전거용 이륜구동형 구동구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 구현하기 위한 본 발명은,

지지프레임에 설치되며, 페달과 주동 스프로킷을 포함하는 크랭크 축;

지지프레임에 좌우 한 쌍의 고정브라켓 및 베어링에 의해 회전가능한 상태에서 좌우방향으로 배열되도록 설치되는 구동축;

구동축에 주동 스프로킷과 일렬로 정렬되도록 설치되는 종동 스프로킷;

주동 스프로킷과 종동 스프로킷을 연동시키기 위해 설치되는 체인;

각각 허브를 포함하는 휠과 타이어로 이루어지며, 구동축의 양단부가 각각의 허브를 관통하고 구동축과의 중첩부위에 베어링을 삽입하여 상대적인 회전이 자유롭도록 구동축의 좌우에 각각 설치되는 한 쌍의 구동륜;

각각 내륜과 외륜으로 구분되어 일 방향으로만 동력을 전달하며, 내륜이 각 구동륜의 허브의 외측에 결합되는 좌우 한 쌍의 구동 래칫스프로킷;

각각 구동축 양단부에 나사결합되어 구동축과 함께 회전하며, 각각 내측에 구동 래칫스프로킷의 외륜을 구속하는 형상의 스프로킷 수용부를 구비하는 외측 구동판과,

각각 중심부에 구동륜의 허브가 자유롭게 관통하도록 하는 관통공을 구비하여 각 구동륜의 허브와 구동 래칫스프로킷 사이에 배치되고, 각각 외측에 구동 래 칫스프로킷의 외륜을 구속하는 형상의 스프로킷 수용부를 구비하는 내측 구동판, 및

외측 구동판과 내측 구동판이 일체화 되도록 체결되는 다수의 체결수단으로 이루어지는 좌우 한 쌍의 구동판 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼륜 또는 사륜 자전거용 이륜구동형 구동구조를 제공한다.

그리고, 상기 종동 스프로킷은 각각 내륜과 외륜으로 구분되어 일 방향으로만 동력을 전달하며, 내륜이 상기 구동축에 결합되도록 설치되는 래칫스프로킷인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내측 구동판 및 외측 구동판은 각각 서로 대응하는 원판형으로 형성되고, 각각의 가장자리를 따라 상호 일대일 대응하며 상기 구동 래칫스프로킷 외륜에 형성되는 이(tooth)와 이 사이의 골과 일치될 수 있는 다수의 체결공을 구비하며, 각 체결공을 통해 상기 체결수단이 삽입되어 서로 일체형으로 결합되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 외측 구동판 중 상기 구동축의 우측단에 결합되는 외측 구동판은 시계반대방향으로 나사결합되며, 상기 구동축의 좌측단에 결합되는 외측 구동판은 시계방향으로 나사결합되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 구동구조를 개략적으로 도시한 분해사시도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 구동구조를 구성하는 일측 구동륜 부분의 결합구조를 상세히 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 구동구조를 구성하는 구동판 어셈블리를 확대 도시한 분해사시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 삼륜 또는 사륜 자전거용 이륜구동형 구동구조는 일반적인 이륜 자전거의 구동구조와 마찬가지로, 지지프레임(100)에 설치되며 페달(3)과 주동 스프로킷(5)을 포함하는 크랭크 축(10)과, 체인(20)을 통해 주동 스프로킷(5)과 연동하게 되는 종동 스프로킷(15)을 포함한다. 다만, 종동 스프로킷(15)은 직접 구동륜(50)과 결합되지 않고, 지지프레임(100)에 좌우 한 쌍의 고정브라켓(33) 및 베어링(35)에 의해 회전가능한 상태에서 좌우방향으로 배열되도록 설치되는 구동축(30)에 설치된다. 여기서, 종동 스프로킷(15)은 주동 스프로킷(5)과 일렬로 정렬되도록 하는 구동축(30) 상의 위치에 설치되어, 체인(20)을 통한 원활한 동력전달이 가능하도록 한다.

더불어, 종동 스프로킷(15)으로는 내륜과 외륜으로 구분되어 일 방향으로만 동력을 전달하며, 내륜이 구동축(30)에 일체형으로 결합되도록 설치되는 공지의 래칫스프로킷을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 구동축(30) 역회전시 종동 스프로킷(15)이 함께 회전하여 주동 스프로킷(5)을 회전하도록 함으로써 운전자가 의도하지 않는 가운데 크랭크축(10)이 회전하게 되는 일이 발생하지 않도록 하기 위한 것이다.

한편, 구동축(30)의 좌우 양단부에 한 쌍의 구동륜(50)이 각각 장착된다. 구체적으로, 각 구동륜(50)은 허브(55)를 포함하는 휠과 타이어(57)로 이루어지며, 도 2에 도시한 바와 같이, 구동축(30)의 양단부가 각각의 허브(55)를 관통한 상태에서, 구동축(30)과 중첩되는 부위 다시 말해 허브(55)의 양측에 매립되는 구조로 좌우 하나씩의 베어링(53)을 삽입하여, 구동축(30) 상에서 구동축(30)의 회전에 직접적으로 구속되지 않도록 설치된다.

참고로, 본 발명을 설명함에 있어서, 외측이라 함은 구동축(30)의 양단부가 지향하는 방향을 의미하며, 내측은 종동 스프로킷(15)이 설치되는 구동축(30)의 중앙 방향을 의미함을 밝혀둔다.

그리고, 각 구동륜(50)의 허브(55) 외측에 결합되는 좌우 한 쌍의 구동 래칫스프로킷(60)을 포함한다. 구동 래칫스프로킷(60)은 종동 스프로킷(15)과 마찬가지로 일 방향으로만 동력을 전달하는 공지의 래칫스프로킷이 사용된다. 즉, 각각 내륜(61)과 외륜(63)으로 구분되어 일 방향으로만 동력을 전달하며, 도 2에 도시한 바와 같이, 내륜(61)이 각 구동륜(50)의 허브(55)의 외측에, 더욱 상세하게는 허브(55) 외측의 외주면 부분에 형성되는 수나사(56)와 내륜(61)의 내주면에 형성되는 암나사(62)를 통해 나사결합방식으로 결합된다.

더불어, 구동 래칫스프로킷(60)을 통해 구동축의 회전력을 각 구동륜(50)에 전달하기 위하여 좌우 한 쌍의 구동판 어셈블리를 구비한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 구동판 어셈블리는 각각 구동축(30) 양단부에 나사결합되어 구동축(30)과 함께 회전하는 외측 구동판(65)과, 각각 중심부에 구동륜(50)의 허브(55)가 자유롭게 관통하도록 하는 관통공(71)을 구비하여 각 구동륜의 허브(55)와 구동 래칫스프로킷(60) 사이에 배치되는 내측 구동판(75), 및 이들 을 일체형으로 결합시키는 다수의 체결수단(85)으로 구성된다.

외측 구동판(65)과 구동축(30)의 나사결합을 위해, 구동축(30)의 양끝에서 일정 길이의 영역에는 각각 수나사(31)가 형성되고, 각 외측 구동판(65)의 중심부 내측에 암나사(67)가 형성된다. 또한, 외측 구동판(65)은 내측에 구동 래칫스프로킷(60)의 외륜(63)을 구속하는 형상의 스프로킷 수용부(68)를 구비한다.

그리고, 내측 구동판(75)은 외측 구동판(65)과 마찬가지로 각각 외측에 구동 래칫스프로킷(60)의 외륜(63)을 구속하는 형상의 스프로킷 수용부(78)를 또한 구비한다.

더불어, 외측 구동판(65)및 내측 구동판(75)은 각각 서로 대응하는 원판형으로 형성되고, 각각의 가장자리를 따라 상호 일대일 대응하며 구동 래칫스프로킷(60)의 외륜(63)에 형성되는 이(tooth)와 이 사이의 골과 일치될 수 있는 다수의 체결공(69)(79)을 구비하며, 각 체결공(69)(79)을 통해 체결수단(85)이 체결됨으로써 서로 일체화된다. 일 예로서, 볼트가 체결수단으로 사용될 수 있으며, 볼트의 삽입이 용이하고 체결공구를 사용한 체결작업을 용이하게 하기 위하여, 외측 구동판(65)에 형성되는 체결공(69)을 통해 볼트를 체결하는 것이 바람직하며, 따라서 외측 구동판(65)에 형성되는 체결공(69)의 직경을 볼트의 헤드부 직경을 감안하여 상대적으로 크게 형성하고, 내측 구동판(75)의 체결공(79) 내주면에 볼트의 수나사(81)와 맞물릴 수 있도록 암나사(83)를 형성한다.

이상에서, 좌우 한 쌍으로 구비되는 외측 구동판(65) 중 구동축(30)의 우측단에 결합되는 외측 구동판(65)은 시계반대방향으로 나사결합되며, 구동축(30)의 좌측단에 결합되는 외측 구동판(65)은 시계방향으로 나사결합될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이는 구동축(30)이 주로 자전거를 전진시키는 방향으로 회전하는 것을 감안하여, 구동축(30)과 나사결합되는 외측 구동판(65)이 구동축의 회전에 의해 풀리지 않도록 하기 위한 것이다.

이상과 같은 본 발명에 따른 삼륜 또는 사륜 자전거용 이륜구동형 구동구조의 동력전달경로를 설명하면 다음과 같다.

우선, 페달(3)에 사람의 발을 통한 힘이 작용하여 크랭크축(10)이 회전하면, 주동 스프로킷(5) 또한 회전하게 된다.

주동 스프로킷(5)이 회전하면 체인(20)을 통해 동력이 종동 스프로킷(15)에 전달되고, 종동 스프로킷(15)과 함께 구동축(30)이 회전하게 된다.

그리고, 구동축(30)이 회전하게 되면 좌우의 외측 구동판(65)이 각각 회전하게 되고, 각 외측 구동판(65)과 체결수단(85)에 의해 일체화되는 내측 구동판(75)이 또한 회전하게 된다.

이때, 외측 구동판(65)과 내측 구동판(75)은 서로 일체화됨과 더불어 둘 사이에 위치하게 되는 구동 래칫스프로킷(60)의 외륜(63)을 측면에서 직접적으로 구속하게 되어, 구동 래칫스프로킷(60)의 외륜(63)을 회전시키게 되고, 이와 같이 정방향으로 외륜(63)이 회전할 때 내륜(61) 또한 외륜(63)에 구속되어 정방향으로 회전하게 된다.

여기서, 내측 구동판(75)과 외측 구동판(65)을 일체화시키기 위하여 체결되 는 체결수단(85)은, 체결상태에서 구동 래칫스프로킷(60)의 외륜(63)에 형성되는 이(tooth)와 이 사이의 골을 가로지르도록 배열됨에 따라, 구동 래칫스프로킷(60)의 외륜(63)과 각 구동판(65)(75) 간에 슬립이 발생하는 것을 형상적으로 차단함으로써 정확한 동력전달을 가능하게 한다.

이와 같은 일련의 동력전달경로를 통해 구동 래칫스프로킷(60)의 내륜(61)이 회전함에 따라, 최종적으로 래칫스프로킷(60)의 내륜(61)과 결합되는 구동륜(50)의 허브(55)에 회전력이 작용하여 자전거가 전진하는 방향으로 구동륜(50)이 회전하게 되고, 자전거의 주행이 가능해지는 것이다.

한편, 이상과 같은 본 발명에 따른 구동구조를 이루는 구동판 어셈블리는 구동 래칫스프로킷(60)과 함께 자동차에 적용되는 차동기어장치와 유사한 역할을 수행한다. 즉, 하나의 구동축(30)에 좌우 두 구동륜(50)이 장착된 경우에, 두 구동륜(30)은 항상 동일한 회전속도로 회전하도록 구속되지 않는다. 즉, 각 구동륜(50)은 구동판 어셈블리와 구동 래칫스프로킷에 의해 간접적으로 구동축(30)에 장착됨에 따라, 하나의 구동축(30)에 장착되는 두 구동륜(50)이 서로 다른 회전속도로 회전하는 것이 가능하다.

결과적으로, 본 발명에 따른 구동구조가 적용되었을 때, 코너링이나 방향전환시와 같이 좌우 두 구동륜(50)의 회전반경이 다르게 되는 경우에도 각 구동륜(50)의 회전속도가 회전반경에 따라 적절하게 조절될 수 있음에 따라, 하나의 구동축(30)에 좌우 한 쌍의 구동륜(50)을 장착한 구조의 삼륜 또는 사륜 자전거라 할지라도 안정적으로 주행할 수 있게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명에 따른 삼륜 또는 사륜 자전거용 이륜구동형 구동구조를 제공함으로써, 본 발명은 하나의 구동축에 좌우 한 쌍의 구동륜이 장착되는 구조이면서도 곡선주행이나 회전시에 좌우 구동륜의 회전속도가 각각의 회전반경에 따라 적절하게 조절될 수 있음에 따라, 자연스러운 코너링이 가능함과 더불어 전복사고의 위험이 현저히 감소하는 등 주행안정성을 현저히 개선하는 효과를 얻을 수 있도록 한다.

본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변경 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 지지프레임에 설치되며, 페달과 주동 스프로킷을 포함하는 크랭크 축;

   지지프레임에 좌우 한 쌍의 고정브라켓 및 베어링에 의해 회전가능한 상태에서 좌우방향으로 배열되도록 설치되는 구동축;

   구동축에 주동 스프로킷과 일렬로 정렬되도록 설치되는 종동 스프로킷;

   주동 스프로킷과 종동 스프로킷을 연동시키기 위해 설치되는 체인;

   각각 허브를 포함하는 휠과 타이어로 이루어지며, 구동축의 양단부가 각각의 허브를 관통하고 구동축과의 중첩부위에 베어링을 삽입하여 상대적인 회전이 자유롭도록 구동축의 좌우에 각각 설치되는 한 쌍의 구동륜;

   각각 내륜과 외륜으로 구분되어 일 방향으로만 동력을 전달하며, 내륜이 각 구동륜의 허브의 외측에 결합되는 좌우 한 쌍의 구동 래칫스프로킷;

   각각 구동축 양단부에 나사결합되어 구동축과 함께 회전하며, 각각 내측에 래칫스프로킷의 외륜을 구속하는 형상의 스프로킷 수용부를 구비하는 외측 구동판과,

   각각 중심부에 구동륜의 허브가 자유롭게 관통하도록 하는 관통공을 구비하여 각 구동륜의 허브와 구동 래칫스프로킷 사이에 배치되고, 각각 외측에 구동 래칫스프로킷의 외륜을 구속하는 형상의 스프로킷 수용부를 구비하는 내측 구동판, 및

   외측 구동판과 내측 구동판이 일체화 되도록 체결되는 다수의 체결수단으로 이루어지는 좌우 한 쌍의 구동판 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼륜 또는 사륜 자전거용 이륜구동형 구동구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 종동 스프로킷은 각각 내륜과 외륜으로 구분되어 일 방향으로만 동력을 전달하며, 내륜이 상기 구동축에 결합되도록 설치되는 래칫스프로킷인 것을 특징으로 하는 삼륜 또는 사륜 자전거용 이륜구동형 구동구조.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 내측 구동판 및 외측 구동판은 각각 서로 대응하는 원판형으로 형성되고, 각각의 가장자리를 따라 상호 일대일 대응하며 상기 구동 래칫스프로킷 외륜에 형성되는 이(tooth)와 이 사이의 골과 일치될 수 있는 다수의 체결공을 구비하며, 각 체결공을 통해 상기 체결수단이 삽입되어 서로 일체형으로 결합되는 것을 특징으로 하는 삼륜 또는 사륜 자전거용 이륜구동형 구동구조.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 외측 구동판 중 상기 구동축의 우측단에 결합되는 외측 구동판은 시계반대방향으로 나사결합되며, 상기 구동축의 좌측단에 결합되는 외측 구동판은 시계방향으로 나사결합되는 것을 특징으로 하는 삼륜 또는 사륜 자전거용 이륜구동형 구동구조.

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