JP2007309954A - 回転カム機構及びこれを備える画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現在使用されている画像形成装置にも適用可能であり、二次転写におけるギヤ、電磁クラッチ等及びそれらを支える軸にかかる負荷を低減できると共に安定した動作を確保可能とする回転カム機構の提供。
【解決手段】 像担持体と、像担持体に形成されるトナー像を転写ベルトに一次転写する一次転写ローラを有する中間転写ユニットと、転写ベルトに一次転写されたトナー像をシート材に二次転写する二次転写ローラと、転写ベルトを挟んで二次転写ローラと対向配置される駆動ローラとを具備し、駆動ローラと二次転写ローラのいずれか一方の両端部において、転写ベルト表面と二次転写ローラ表面を互いに圧接離間自在とするための一対の偏心カムが配設され、一対の偏心カムは、圧接離間開始位置及び最大トルク位置が一方のカムと他方のカムで互いに異なるように形成される画像形成装置における回転カム機構。
【選択図】 図３

Description

本発明は、回転カム機構及びこれを備える画像形成装置に関し、より詳しくは、二次転写におけるギヤ、電磁クラッチ等及びそれらを支える軸にかかる負荷を低減できると共に安定した動作を確保可能とする回転カム機構及びこれを備える画像形成装置に関するものである。

従来、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置には、感光体等の像担持体より転写ベルトに一次転写されたトナー像をコピー用紙等のシート材に二次転写するにあたり、転写ベルトのトナー像転写面と二次転写用ローラ表面を互いに圧接離間自在とするための偏心カムによる回転カム機構を備えるものが存在する。

この偏心カムは、例えば、転写ベルトを挟んで二次転写用ローラと対向して配置される駆動用ローラの両端部に一対で配設されており、二次転写用ローラの両端部に配設される一対の所謂カム受け部に夫々圧接状態となっている。
従って、この偏心カムを回転させることで、二次転写用ローラの表面が、転写ベルトのトナー像転写面に対して圧接位置又は離間位置に選択的に変位する回転カム機構が構成される。

ところで、従来の回転カム機構において、一対の偏心カムは、夫々略同一形状で形成されているため、圧接・離間の動作開始位置及び回転トルクの最大となる位置が夫々略同位置に存在することとなる。また、偏心カムは、その名の如く偏心しているため、回転角度に応じて回転トルクが大きく変動する。
このため、偏心カムの回転に際して、ギヤ、電磁クラッチ等及びそれらを支える軸に多大な負荷が生じることとなり、電磁クラッチのすべり、ギヤ歯・軸の磨耗加速或いは破損を引き起こす問題があった。

これに対する方策として、例えば、特許文献１には、回転軸に一対の偏芯カム部（主偏芯カム部）を設け、この回転軸の回転により偏芯カム部に圧接させた従動部（主従動部）を変位させる画像形成装置の回転カム機構を構成するに際して、回転軸により回転し、且つ、主偏芯カム部に対して回転トルクが逆位相となる副偏芯カム部と、この副偏芯カム部に圧接する副従動部により、主偏芯カム部に基づく回転トルクの変動を相殺するバランサ機構部を設ける方法が開示されている。

しかしながら、このような方法による回転カム機構では、バランサ機構部なる部材を追加配設する必要があり、回転カム機構そのものの構成が従来とは異なるものとなる。つまり、この回転カム機構を利用するためには、これが装着可能な画像形成装置を準備しなくてはならない。
また、回転カム機構が大型化するため、必然的に画像形成装置も大型化することとなり、昨今において叫ばれる省スペース化には合致しないものとなる。

特開２００２−１５６８４４号公報

本発明は上記実情を鑑みてなされたものであって、現在使用されている画像形成装置にも適用可能であり、二次転写におけるギヤ、電磁クラッチ等及びそれらを支える軸にかかる負荷を低減できると共に安定した動作を確保可能とする回転カム機構及びこれを備える画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、像担持体と、該像担持体に形成されるトナー像を転写ベルトに一次転写するための一次転写ローラを有する中間転写ユニットと、前記転写ベルトに一次転写されたトナー像をシート材に二次転写するための二次転写ローラと、前記転写ベルトを挟んで前記二次転写ローラと対向配置される駆動ローラとを具備し、該駆動ローラと前記二次転写ローラのいずれか一方のローラの両端部において、他方のローラとの圧接離間を自在とするための一対の偏心カムが配設される画像形成装置における回転カム機構であって、前記一対の偏心カムは、圧接離間開始位置及び最大トルク位置が一方のカムと他方のカムで互いに異なるように形成されていることを特徴とする画像形成装置における回転カム機構に関する。

請求項２に係る発明は、前記一対の偏心カムは、圧接離間終了位置が一方のカムと他方のカムで略同一に形成されていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置における回転カム機構に関する。

請求項３に係る発明は、前記一対の偏心カムは、該偏心カムが配設されるローラと同軸上に配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置における回転カム機構に関する。

請求項４に係る発明は、前記駆動ローラと前記二次転写ローラのいずれか一方において、前記圧接離間の動作に応じて回動する回動部材が設けられ、該回動部材の回動動作を検知する圧接離間検知部が備えられていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の画像形成装置における回転カム機構に関する。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の回転カム機構を備えてなることを特徴とする画像形成装置に関する。

請求項１に係る発明によれば、一対の偏心カムは、圧接離間開始位置及び最大トルク位置が一方のカムと他方のカムで互いに異なるように形成されていることにより、追加部材を必要とすることなく、二次転写におけるギヤ、電磁クラッチ等及びそれらを支える軸にかかる負荷を低減することが可能となる。

請求項２に係る発明によれば、一対の偏心カムは、圧接離間終了位置が一方のカムと他方のカムで略同一に形成されていることにより、トナー像の転写不良を防ぐことが可能となり、シート材への確実な転写が可能となる。

請求項３に係る発明によれば、一対の偏心カムは、該偏心カムが配設されるローラと同軸上に配設されていることにより、シート材へのより確実な転写が可能となる。

請求項４に係る発明によれば、駆動ローラと二次転写ローラのいずれか一方において、前記圧接離間の動作に応じて回動する回動部材が設けられ、該回動部材の回動動作を検知する圧接離間検知部が備えられていることにより、トナー像の転写に際する誤作動を防止することが可能となる。

請求項５に係る発明によれば、従来通りの省スペース性を確保したまま、二次転写におけるギヤ、電磁クラッチ等及びそれらを支える軸にかかる負荷を低減することが可能な画像形成装置となる。

以下、本発明に係る回転カム機構及びこれを備える画像形成装置の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、画像形成装置の一例を示す概略断面図である。
以下、図１を参照しつつ画像形成装置の構成について説明する。

図１に示す画像形成装置（１）は、所謂カラープリンタであり、複数（図示例では四つ）のトナーカートリッジを備える現像器（２）と、現像器（２）のトナーをトナー像として表面担持する像担持体（３）（以下、感光体と称する）と、感光体（３）に形成されるトナー像を転写ベルト（４１）に一次転写するための一次転写ローラ（４２）を有する中間転写ユニット（４）と、転写ベルト（４１）に一次転写されたトナー像をシート材（Ｐ）に二次転写するための二次転写ローラ（５）とを具備している。

現像器（２）は、図１に示される如く、画像形成装置（１）において、軸中心に時計回りに回転可能に配設されており、四色（例えば、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のトナーが夫々収容されるトナーカートリッジ（２１、２２、２３、２４）と、トナーカートリッジ（２１、２２、２３、２４）のトナーを感光体（３）に搬送するトナー搬送ローラ（２１１、２２１、２３１、２４１）を備えている。
このトナー搬送ローラ（２１１、２２１、２３１、２４１）にバイアスを印加することにより、感光体（３）表面に形成された静電潜像上にトナー像が形成される。
感光体（３）表面の静電潜像は、感光体（３）表面を帯電装置（３１）で所定の電荷に一様に帯電させた後、入力された画像情報に応じて露光装置（３２）で感光体（３）表面を露光し、その露光部分の電荷を除去することにより形成される。
尚、感光体（３）は現像器（２）と逆方向、即ち、反時計回りに回転可能となっている。

中間転写ユニット（４）は、感光体（３）下部に平行状態で配設され、感光体（３）表面に形成されたトナー像の一次転写を行うものである。
中間転写ユニット（４）は、上述した中間転写体としての転写ベルト（４１）と、転写ベルト（４１）に対して感光体（３）表面に形成されたトナー像を一次転写するための一次転写ローラ（４２）と、三つのローラ、即ち、駆動ローラ（４３）、テンションローラ（４４）及びガイドローラ（４５）とを有している。

転写ベルト（４１）は、無端状に形成され、その表面に感光体（３）表面に形成されたトナー像が一次転写されるものである。転写ベルト（４１）は、上記した三つのローラ（駆動ローラ（４３）、テンションローラ（４４）及びガイドローラ（４５））に懸架され、駆動ローラ（４３）により時計回りに回転可能に構成されている。
また、この転写ベルト（４１）は、感光体（３）と一次転写ローラ（４２）との間に、所定の押圧力によって挟み込まれている。

一次転写ローラ（４２）は、転写ベルト（４１）を挟んで感光体（３）と平行状態で対向配置されている。この一次転写ローラ（４２）は、バイアスが印加されることにより、感光体（３）表面に形成されたトナー像を転写ベルト（４１）の表面に静電的に転写させる。

二次転写ローラ（５）は、転写ベルト（４１）に一次転写されたトナー像を被印刷物であるシート材（Ｐ）に二次転写するものであり、転写ベルト（４１）を挟んで駆動ローラ（４３）と平行状態で対向配置されている。
二次転写ローラ（５）は、その表面が転写ベルト（４１）表面、即ち、一次転写面に対して圧接離間可能に構成されており、圧接状態において、転写ベルト（４１）を介して駆動ローラ（４３）との間にニップ部（以降、二次ニップ部と称する）を形成し、シート材（Ｐ）にトナー像を二次転写する。

シート材（Ｐ）への二次転写は、上記一次転写の場合と同様、二次転写ローラ（５）にバイアスを印加することで達成される。
この二次転写の後、転写ベルト（４１）に残留するトナーは、クリーニング装置（６）において除去される。
尚、二次転写ローラ（５）の圧接離間に関する具体的な構成については後述する。

シート材（Ｐ）は、供給カセット（Ｐ１）に複数枚（例えば、２００〜３００枚）収容されており、給紙用ローラ（Ｐ２）により一枚ずつ搬送路（Ｒ）に給紙されるように構成されている。
シート材（Ｐ）は、搬送路（Ｒ）の下流に向けて搬送され、二次ニップ部にてトナー像が二次転写される。この後、更に下流に設けられた定着装置（７）において加熱・加圧されてトナー像を定着させ、画像形成装置外へと搬送される。

以上の構成を踏まえた上で、画像形成装置（１）の動作について説明する。
画像形成装置（１）に画像情報が入力されると、帯電装置（３１）により感光体（３）表面が所定の電位に一様に帯電され、次いで、露光装置（３２）により感光体（３）表面が、入力された画像情報に応じて露光され、露光部分の電荷が除去される。これにより、感光体（３）表面に静電潜像が形成される。

次いで、現像器（２）に収納されるトナーカートリッジ（２１、２２、２３、２４）のいずれか、例えば、ブラックのトナーカートリッジのトナー（以下、トナーＢと称する）が、搬送ローラを介して感光体（３）表面の静電潜像に付着する。
次いで、感光体（３）表面の静電潜像に付着したトナーＢが、一次転写ローラ（４２）により、転写ベルト（４１）に一次転写される。
この後、残りのトナーが転写ベルト（４１）に一次転写されるまで、同様の工程が繰り返される。（感光体（３）表面への静電潜像の形成工程は除く）
この際、二次転写ローラ（５）表面と転写ベルト（４１）表面とは、離間状態となっている。

全てのトナー像が一次転写されると、二次転写ローラ（５）が転写ベルト（４１）に対して圧接状態となり、シート材（Ｐ）が搬送路（Ｒ）を通って、所定のタイミングにて二次ニップ部に進入し、転写ベルト（４１）に形成されるトナー像がシート材（Ｐ）に二次転写される。
トナー像が二次転写されたシート材（Ｐ）は、更に、搬送路（Ｒ）下流へと進行し、定着装置（７）にて定着され、画像形成装置外へと排出され一連の動作が完了する。
尚、この一連の動作のタイミングは、公知の検出センサやレジストスイッチを利用すると共にマイクロコンピュータ等の制御部によって制御を行うことにより可能となる。

次に、上述した転写ベルト（４１）（駆動ローラ（４３））と二次転写ローラ（５）の圧接離間の構成について詳述する。
図２は、本発明に係る画像形成装置におけるカム機構の周辺を示す概略斜視図であり、転写ベルト表面と二次転写ローラ表面が圧接状態にある様子を示している。
また、図３は、図２における部分省略側面図である。
図４は、本発明に係る画像形成装置におけるカム機構の周辺を示す概略斜視図であり、転写ベルト表面と二次転写ローラ表面が離間状態にある様子を示している。
また、図５は、図４における部分省略側面図である。
また、図６は、本発明に係る画像形成装置におけるカム機構に適用される偏心カムの形状を示す図である。
更に、図７は、本発明に係る画像形成装置におけるカム機構の周辺を示す部分省略平面図である。
以下、図２乃至７を参照しつつ、説明する。

転写ベルト（４１）と二次転写ローラ（５）との圧接離間は、カム機構によって為される。
上記カム機構は、転写ベルト（４１）を回動させる駆動ローラ（４３）の駆動軸（４３１）上に回転可能に、且つ、駆動ローラ（４３）の両端部を挟み込むようにして設けられる一対の偏心カム（８１、８２）と、偏心カム（８１、８２）の夫々に対して常時当接すると共に二次転写ローラ（５）を回転可能な状態で支持する一対の回動部材（９、９）（以下、カム受部と称する）とを備えている。

カム受部（９、９）は、その一端部（図３及び５においては左部）に設けられる回転軸（９１）に支持されており、回転軸（９１）を中心に回転可能となっている。また、図示される如く、カム受部（９、９）の中央部分上部は、弧状に形成されており、この弧状部分がスプリング等の弾性体（図示せず）の付勢力により、偏心カム（８１、８２）の夫々に対して常時当接、即ち、押圧されるように構成されている。
更に、カム受部（９、９）に支持される二次転写ローラ（５）は、前記弧状部分の中心と略同心状態となっている。

これにより、偏心カム（８１、８２）が回転動作を行うと、カム受部（９、９）は、偏心カム（８１、８２）の形状に応じて回転軸（９１）中心に回転動作（図３及び５においては時計回り）を行う。
この時、図３に示されるように、偏心カム（８１、８２）の回転中心からカム受部（９、９）の弧状部分までの距離が最小（偏心カムの肉厚が最小）となる状態において、二次転写ローラ（５）表面が、転写ベルト（４１）表面に圧接状態となるように構成する。
この後、図３に示される状態から、偏心カム（８１、８２）が回転すると、偏心カム（８１、８２）の回転中心からカム受部（９、９）の弧状部分までの距離が次第に大きくなり、二次転写ローラ（５）表面が、転写ベルト（４１）表面より離間を開始する。（図５は離間が最大の状態を表している）

以上にて、偏心カム（８１、８２）の回転動作に伴って、カム受部（９、９）が回動する際、二次転写ローラ（５）は、転写ベルト（４１）に対して相対的に圧接離間の動作を行うこととなる。
以上の構成により、カム機構による圧接離間が可能となる。

次に、偏心カム（８１、８２）の具体的な構成について説明する。
上述したように、複数カラーを使用する画像形成装置においては、転写ベルト（４１）にトナー像を形成する一次転写の工程を複数回行わなければならないため、この間、二次転写ローラ（５）は転写ベルトに対して離間している必要がある。
従って、偏心カム（８１、８２）は、駆動軸（４３１）上に設けられているが、駆動軸（４３１）自体には固定されておらず、駆動軸（４３１）が単に回転しても、共回りせずに空転するように構成されている。
尚、駆動軸（４３１）の回転動作は、図示しないモータ等の駆動手段により為される。

この偏心カム（８１、８２）は、シート材（Ｐ）にトナー像の二次転写を行う際に回転動作を開始する。
これは、転写ベルト（４１）への一次転写が完了した旨を検知センサ（図示せず）が検知すると、駆動ローラ（４３）の駆動軸（４３１）に対して、図示しない電磁クラッチ（以下、二次転写用クラッチと称する）が接続され、この二次転写用クラッチが、図３及び５に示される、離接入力カップリング（８ａ）へ駆動軸（４３１）の回転を伝達し、タイミングベルト（８ｂ）及びギヤ（８ｃ）を介して偏心カム（８１、８２）に回転力を与えることにより為される。
これにより、二次転写の段階において、偏心カム（８１、８２）は、駆動軸（４３１）の回転に対応して回転動作を行う。

ここで、偏心カム（８１、８２）の輪郭は、図６に示される如く、カム回転中心（Ｏ）からの距離（以下、変位距離と称する）が最小となるポイント（Ａ）を含む圧接形成領域（Ｒ１）と、変位距離が急激に増加する離間開始領域（Ｒ２）と、変位距離が緩やかに増加し、且つ、最大変位距離となるポイント（Ｂ）を含む離間形成領域（Ｒ３）と、変位距離が急激に減少する圧接開始領域（Ｒ４）とから形成されている。

偏心カム（８１）と偏心カム（８２）は、その大部分が同一形状にて形成されているが、圧接離間開始位置及び最大トルク位置が互いに異なるように形成されている。
即ち、図６において、斜線部分で示される離間開始領域（Ｒ２）から離間形成領域（Ｒ３）の初期部分まで、及び、点線部分で示される離間形成領域（Ｒ３）の終期部分から圧接開始領域（Ｒ４）までの形状が異なるようにして形成されている。（図６において、斜線部分の外側の輪郭及び点線部分が偏心カム（８２）の形状の異なる輪郭部分を表している）
尚、この際、偏心カム（８１、８２）において、形状相違部分の変位距離が、最大変位距離となるポイント（Ｂ）より大きくならないようにすることは言うまでもない。

以上の如く形成されることにより、偏心カム（８１）における離間開始位置（８１ａ）、最大トルク位置（８２ｂ）及び圧接開始位置（８１ｃ）が、偏心カム（８２）における離間開始位置（８２ａ）、最大トルク位置（８２ｂ）及び圧接開始位置（８２ｃ）と異なることとなる。
つまり、図６においては、偏心カム（８２）における離間開始位置（８２ａ）、最大トルク位置（８２ｂ）及び圧接開始位置（８２ｃ）が、偏心カム（８１）における離間開始位置（８１ａ）、最大トルク位置（８２ｂ）及び圧接開始位置（８１ｃ）よりも先にカム受部（９、９）に当接するように構成されている。
これにより、追加部材を一切必要とすることなく、二次転写におけるギヤ、電磁クラッチ、タイミングベルト等のガタを防止することができ、また圧接離間に際するピークトルクを低減させることができるため、前記したギヤ、電磁クラッチ、タイミングベルト等を支える軸にかかる負荷を低減することが可能となる。
尚、このカム受部（９、９）に対する当接の順序は、特に限定されるものではなく、例えば、圧接離間開始位置に関しては偏心カム（８１）が先に、最大トルク位置に関しては偏心カム（８２）が先に当接するように構成しても良い。

また、偏心カム（８１、８２）において、圧接離間終了位置、即ち、ポイント（Ａ）及びポイント（Ｂ）を互いに略同一に形成することが好ましい。
このことにより、二次転写における圧接離間、特に圧接時に、転写ベルト（４１）表面と二次転写ローラ（５）表面との圧接力を略均等にすることが可能となる。これにより、トナー像の転写不良を防ぐことが可能となり、シート材（Ｐ）への確実な転写が可能となる。
更に、偏心カム（８１、８２）は、上述の如く、駆動ローラ（４３）の駆動軸（４３１）と同軸上に配設されていることにより、圧接力をより均等にすることが可能となり、シート材へのより確実な転写が可能となる。

更に、偏心カム（８１、８２）は、クラッチのタイミング等により一方のカムと他方のカムとでポイント（Ａ）及びポイント（Ｂ）が多少ずれたとしても、これを補償できるように変位距離が最大及び最小となる部分を所定角度分（例えば、３０°程度）設けることが好ましい。
尚、偏心カム（８１、８２）の形状は上記したものに限られるものではなく、例えば、一般的な楕円カムも好適に利用可能である。この際、互いの偏心カム（８１、８２）圧接離間開始位置及び最大トルク位置が異なるように、また、圧接離間終了位置が略同等になるように形成することは言うまでもない。

ところで、図３及び５を参照すると、カム受部（９、９）の先端部（回転軸（９１）が設けられる位置と反対側の端部）は、偏心カム（８１、８２）の回転に応じて、略上下方向に回動する。
ここで、この先端部が下方、即ち、離間位置にあるときに、先端部の肉薄部分の両端を挟み込むようにして（図７参照）圧接離間検知部（１０）を配設する。この圧接離間検知部（１０）は公知のセンサを使用すれば良い。
これにより、転写ベルト（４１）と二次転写ローラ（５）とが離間している状態を確実に検知することが可能となり、この検知信号を利用してレジストスイッチ等にてシート材（Ｐ）の搬送を制御することにより、トナー像の二次転写に際する誤作動を防止することが可能となる。

尚、本明細書中においては、偏心カムを駆動ローラ側に設ける構成について説明したが、逆に二次転写ローラ側に設けることも当然可能であり、その他、圧接離間を必要とする部位（例えば、感光体と転写ベルト）に適用することも可能である。
また、カラープリンタを例として説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、ファクシミリ、複写機等の同様の構成を有する機器に適用できることは言うまでもない。

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置におけるトナー像の転写機構として好適に利用可能である。

画像形成装置の一例を示す概略断面図である。 本発明に係る画像形成装置におけるカム機構の周辺を示す概略斜視図であり、転写ベルト表面と二次転写ローラ表面が圧接状態にある様子を示している。 図２における部分省略側面図である。 本発明に係る画像形成装置におけるカム機構の周辺を示す概略斜視図であり、転写ベルト表面と二次転写ローラ表面が離間状態にある様子を示している。 図２における部分省略側面図である。 本発明に係る画像形成装置におけるカム機構に適用される偏心カムの形状を示す図である。 本発明に係る画像形成装置におけるカム機構の周辺を示す部分省略平面図である。

符号の説明

３ 感光体（像担持体）
４ 中間転写ユニット
４１ 転写ベルト
４２ 一次転写ローラ
５ 二次転写ローラ
Ｐ シート材
８１、８２ 一対の偏心カム
９ カム受部（回動部材）
１０ 圧接離間検知部

Claims (5)

1. 像担持体と、
   該像担持体に形成されるトナー像を転写ベルトに一次転写するための一次転写ローラを有する中間転写ユニットと、
   前記転写ベルトに一次転写されたトナー像をシート材に二次転写するための二次転写ローラと、
   前記転写ベルトを挟んで前記二次転写ローラと対向配置される駆動ローラとを具備し、
   該駆動ローラと前記二次転写ローラのいずれか一方のローラの両端部において、前記転写ベルトのトナー像転写面と前記二次転写ローラ表面を互いに圧接離間自在とするための一対の偏心カムが配設される画像形成装置における回転カム機構であって、
   前記一対の偏心カムは、圧接離間開始位置及び最大トルク位置が一方のカムと他方のカムで互いに異なるように形成されていることを特徴とする画像形成装置における回転カム機構。
2. 前記一対の偏心カムは、圧接離間終了位置が一方のカムと他方のカムで略同一に形成されていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置における回転カム機構。
3. 前記一対の偏心カムは、該偏心カムが配設されるローラと同軸上に配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置における回転カム機構。
4. 前記駆動ローラと前記二次転写ローラのいずれか一方において、前記圧接離間の動作に応じて回動する回動部材が設けられ、
   該回動部材の回動動作を検知する圧接離間検知部が備えられていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の画像形成装置における回転カム機構。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載の回転カム機構を備えてなることを特徴とする画像形成装置。
   

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