JP2007266487A - 巻線型電子部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】渦電流損失が少なく、インダクタンス特性に優れ、しかもワイヤの継線部の接続が容易で断線不良などが生じない巻線型電子部品およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】コイル部１０を形成するようにワイヤ１０ａが巻回されるコア４の巻芯部４ａと、コア４の巻芯部と一体に形成され、巻芯部４ａの軸方向両側に形成される一対のフランジ４ｂ，４ｃと、ワイヤ１０ａの継線部が接続されるように、各フランジの外周および外側端面を被覆する下地電極膜２０と、下地電極膜２０の外周を覆うように形成される外部電極膜４０とを有するコイルチップ部品２である。少なくとも下地電極膜２０がニッケルメッキ膜で構成してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、巻線型電子部品およびその製造方法に係り、さらに詳しくは、渦電流損失が少なく、インダクタンス特性に優れ、しかもワイヤの継線部の接続が容易で断線不良などが生じない巻線型電子部品およびその製造方法に関する。

従来、たとえば下記の特許文献１に示す巻線型電子部品が知られている。この特許文献１に示す巻線型電子部品では、フェライトコアにおける巻芯部の両端に形成してあるフランジの端面に、銀ペーストなどの導電性ペースト膜で電極膜を形成する。

導電性ペースト膜で電極膜を形成する場合には、どうしても電極膜の厚みが厚くなる。フランジの端面では、巻芯部で発生する磁界の方向が垂直に通過することから、その端面に形成してある電極膜の厚みが大きいと、その部分での渦電流が大きくなってしまう。その結果、巻線型電子部品におけるコアロスが大きくなってしまう。

また、電極膜の厚みが大きいと、限定されたサイズでは、相対的に、フェライトコアの体積を小さくする必要があり、その分、インダクタンス特性を劣化させるおそれがある。

さらに、従来の巻線型電子部品では、ワイヤの継線部における接続が困難であり、断線不良などが生じるおそれもあった。
特許第３３１９６９７号

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、渦電流損失が少なく、インダクタンス特性に優れ、しかもワイヤの継線部の接続が容易で断線不良などが生じない巻線型電子部品およびその製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る巻線型電子部品は、
コイルを形成するようにワイヤが巻回されるコアの巻芯部と、
前記コアの巻芯部と一体に形成され、前記巻芯部の軸方向両側に形成される一対のフランジと、
前記ワイヤの継線部が接続されるように、各フランジの外周および外側端面を被覆する下地電極膜と、
前記下地電極膜の外周を覆うように形成される外部電極膜とを有し、
少なくとも前記下地電極膜がニッケルメッキ膜で構成してある。

本発明に係る巻線型電子部品では、少なくとも下地電極膜がニッケルメッキ膜で構成してあるために、銀ペースト膜に比較して、下地電極膜を均一に薄くすることができる。また、ニッケルは、銀に比較して比抵抗が大きい。そのため、フランジの端面において巻芯部で発生する磁界の方向が垂直に通過したとしても、その部分での渦電流は小さい。その結果、巻線型電子部品におけるコアロスが小さくなる。

また、本発明の巻線型電子部品では、電極膜の厚みが小さいため、限定されたサイズにおいて、相対的に、フェライトコアの体積を大きくすることが可能であり、その分、インダクタンス特性が向上する。

さらにまた本発明の巻線型電子部品では、フランジの外周に、熱圧着法などを用いて容易にワイヤの継線を行うことが可能であり、しかも断線不良などが生じるおそれも少ない。

また、本発明では、フランジの外側端面に位置する下地電極膜の膜厚が極端に薄いために、巻線型電子部品のサイズが小型化しても、巻線型電子部品の軸方向長さ寸法のバラツキを抑制することができる。

そのために、この巻線型電子部品が実装される基板部分のランド寸法と誤差が生じることが少なくなり、実装不良を防止することができる。さらに、プリント基板などにおいては、ランドパターンに余裕をもたせた設計とする必要が無くなり、高実装密度が容易になる。

好ましくは、前記下地電極膜が、内側から順に、無電解ニッケルメッキ膜と、電解ニッケルメッキ膜とを有する。何ら電極が形成されていない段階では、コアの表面には、電解メッキが困難であることから、最初に無電解メッキ法により無電解ニッケルメッキ膜を形成することが好ましい。その後に、そのニッケルメッキ膜の表面に電解メッキ法により電解ニッケルメッキ膜を形成する。

電解ニッケルメッキ膜は、無電解ニッケルメッキ膜に比較して、膜質が緻密であり、強度に優れている。そのため、熱圧着法などで電解ニッケル膜の上にワイヤの継線を行うことで、断線不良などが生じるおそれも少ない。

好ましくは前記外部電極膜がメッキ膜で構成してある。外部電極膜までもメッキ膜で構成することで、さらに、渦電流損失が少なく、インダクタンス特性に優れ、しかもワイヤの継線部の接続が容易で断線不良などが生じない巻線型電子部品を提供することができる。

好ましくは、前記外部電極膜が、内側から順に、無電解ニッケルメッキ膜と、電解ニッケルメッキ膜と、電解スズメッキ膜とを有する。最も外側をスズメッキ膜で構成することで、巻線型電子部品を基板に対してハンダ実装する時に、ハンダとの接合性が向上する。

好ましくは、前記ワイヤが巻回された巻芯部の外周を外装樹脂部で被覆してある。

好ましくは、前記外装樹脂部が、各フランジの外周に位置する前記ワイヤの継線部を途中まで被覆する樹脂製フランジ被覆部を有し、
前記外部電極膜が、前記ワイヤの継線部と接続するように、前記フランジの端面から当該フランジの外周面を直接に覆うと共に、前記外装樹脂部のフランジ被覆部を覆うように形成してある。

このような構成にすることで、ワイヤの継線部における接続強度が向上し、断線不良などが生じるおそれがさらに少なくなる。

好ましくは、前記外装樹脂部がフェライト粉を含む。外装樹脂部にフェライト粉を含ませることで、巻線型電子部品のインダクタンス特性がさらに向上する。

本発明に係る巻線型電子部品の製造方法は、
巻芯部の軸方向両端に一対のフランジを有するコアを準備する工程と、
前記巻芯部をマスキングしながら、前記フランジの端面および外周に、ニッケルメッキ法で、下地電極膜を形成する工程と、
前記巻芯部の周囲にワイヤを巻回してコイル部を形成する工程と、
前記フランジの外周に位置する前記下地電極膜に、前記ワイヤの継線部を接続する工程と、
前記ワイヤが巻回してあるコア部を、金型の中に配置し、前記コイル部の外周に、外装樹脂部を成形する工程と、
前記外装樹脂部の外周の一部を覆うように、しかも、前記ワイヤの継線部の一部に接続するように、前記下地電極膜の端面の全体と、外周面の少なくとも一部とを覆うように外部電極膜を形成する工程と、
を有する。

本発明に係る巻線型電子部品の製造方法によれば、上述した本発明に係る巻線型電子部品を容易に製造することができる。

好ましくは、前記下地電極膜を形成する前に、前記コアの表面を粗面化処理する。粗面化処理としては、特に限定されないが、熱エッチング処理などが例示される。この熱エッチング処理などの粗面化処理により、その後の工程において、無電解ニッケルメッキ膜の形成が容易になり、そのメッキ膜がコアの表面に対して強固に接合する。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るコイルチップ部品の縦断面図、
図２は図１に示すII部の拡大要部断面図、
図３はコイルチップ部品の斜視図、
図４はコアのメッキ処理を行うためのマスキングに用いる基板の要部断面図、
図５はコイルチップ部品の製造工程の一例を示す金型および部品の要部断面図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る巻線型電子部品としてのコイルチップ部品２は、コア（芯材）としてのドラムコア４を有する。ドラムコア４は、フェライト材料で構成してある。ドラムコア４は、コイル部１０を構成するワイヤ１０ａが、コア４の軸方向に沿って巻回してある巻芯部４ａを有する。

巻芯部４ａの軸方向の両端である第１端部および第２端部には、それぞれ第１フランジ４ｂおよび第２フランジ４ｃが一体に形成してある。第１フランジ４ｂおよび第２フランジ４ｃの外形寸法は、巻芯部４ａの外径寸法よりも大きくなっている。

巻芯部４ａの横断面は、特に限定されず、長方形断面、円形断面、あるいは、その他の断面形状であっても良い。第１フランジ４ｂおよび第２フランジ４ｃの横断面形状は、長方形断面などの角形形状である。第１フランジ４ｂおよび第２フランジ４ｃは、同じサイズであり、たとえば縦が０．８２mm、横が０．３０mm程度である。また、巻芯部４ａの外径は、０．４２mm程度である。ドラムコア４の軸方向全長（部品２の全長と略同じ）Ｌ０は、１．６３７mm程度である。

図１に示すように、コイル部１０を構成するワイヤ１０ａの両端に形成してある継線部１０ｂおよび１０ｃは、各フランジ４ｂおよび４ｃの外周位置において、下地電極膜２０と接続される。ワイヤ１０ａの継線部１０ｂおよび１０ｃは、下地電極膜２０が形成された後に、各フランジ４ｂおよび４ｃの外周に熱圧着などの手段で固定され、これらの継線接続が確保される。

ワイヤ１０ａは、たとえば銅線をウレタン樹脂などの皮膜で被覆したワイヤであり、ワイヤ１０ａの継線部１０ｂおよび１０ｃを、ヒータチップなどで熱圧着することで皮膜が溶融し、継線部が押し潰されて下地電極膜２０と接続する。熱圧着条件は、６００〜６４０°Ｃの温度で、荷重４００〜４５０ｇ、加圧時間０．５秒の条件である。ワイヤ１０ａの線径は０．０５８〜０．０６５mmである。

下地電極膜２０は、図２に示すように、多層膜で構成してあり、第１下地電極膜２０ａが好ましくは２．０μｍ以下、さらに好ましくは０．５〜２．０μｍの無電解ニッケルメッキ、第２下地電極膜２０ｂが３．０μｍ以下、さらに好ましくは０．５〜３．０μｍの電解ニッケルメッキである。下地電極膜２０の総膜厚は、５μｍ以下が好ましい。

この下地電極膜２０をメッキ法にて形成するために、図４に示すように、ワイヤ１０ａの巻線を行う前のドラムコア４を、メッキマスクとしてのゴム製基板７０で保持し、メッキ処理を行う。ゴム製基板７０には、嵌合穴７２が形成してあり、各嵌合穴７２にドラムコア４を嵌め込み、巻芯部４ａにメッキ液が流入することを阻止する。

なお、メッキ処理の前には、ドラムコア４の表面を粗面化処理する。粗面化処理としては、熱エッチング処理が例示される。熱エッチング処理に際しては、ドラムコア４を９５０〜１０８０°Ｃの温度で約５５〜６５分間熱処理する。その熱処理により、ドラムコア４の表面は粗面化され、メッキ膜が接合しやすくなる。

下地電極膜２０と継線部１０ｂおよび１０ｃが接続された後、コイル部１０が形成してある巻芯部４ａの外周凹部に、樹脂をモールド成形して外装樹脂部３０が形成される。外装樹脂部３０を構成する樹脂としては、特に限定されず、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリエステル樹脂などが例示される。

外装樹脂部３０は、たとえば図５に示す金型８０および８２を用いて成型される。図５に示すように、金型８０および８２が閉じることにより形成される複数のキャビティ８４の内部に、コイル部１０が形成してある継線済のドラムコア４を、隣接するドラムコア４の第１フランジ４ｂの端面が、隣のドラムコア４の第２フランジの端面に接触するように、軸方向に並んで配置する。

金型８０および８２には、隣接して配置されたドラムコア４の第１フランジ４ｂと第２フランジ４ｃとの接触部外周を保持する保持用凸部８６が形成してあり、その両側に、図１に示す樹脂製フランジ被覆部３０ａを形成するための周方向隙間８８が形成してある。周方向隙間８８は、キャビティ８４に連通してあり、キャビティ８４に樹脂を射出して成形し、金型８０，８２を開くことで、図１に示すフランジ被覆部３０ａを有する外装樹脂部３０が一体化された複数の素子本体５が得られる。外装樹脂部３０の４側面は、それぞれ平坦面である。

各素子本体５の外装樹脂部３０の外径寸法は、第１フランジ４ｂおよび第２フランジ４ｃの外形寸法（コア部の最大外形寸法）よりも大きくなり、第１フランジ４ｂおよび第２フランジ４ｃの外周には、所定厚みのフランジ被覆部３０ａが形成される。フランジ被覆部３０ａは、外装樹脂部３０と一体に成型され、フランジ部４ｂ，４ｃの外周を、内側から外側に向けて軸方向途中位置まで覆うように形成してある。

このフランジ被覆部３０ａの厚みは、後述する段差状凹部５０の深さＨ１に対応する。また、このフランジ被覆部３０ａの軸方向の長さは、後述する段差状凹部５０の軸方向幅（Ｗ１）を適切に調整するように決定される。

外装樹脂部３０が形成された後に、素子本体５の軸方向両端部に、一対の外部電極膜４０を形成することで、コイルチップ部品２が得られる。外部電極膜４０は、外装樹脂部３０を形成した後に形成される。

この実施形態では、各外部電極膜４０は、図２に示すように、多層膜で構成してあり、第１外部電極膜４０ａが好ましくは２．０μｍ以下、さらに好ましくは０．５〜２．０μｍの無電解ニッケルメッキ、第２外部電極膜４０ｂが好ましくは２．０μｍ以下、さらに好ましくは０．５〜２．０μｍの電解ニッケルメッキ、第３外部電極膜４０ｃが好ましくは３．０〜４．０μｍの電解スズメッキである。外部電極膜４０の総厚みは、８μｍ以下である。なお、メッキ処理に際しては、図４に示すゴム製基板７０と同様なメッキマスクを用いる。

各外部電極膜４０は、各フランジ４ｂ，４ｃの端面から当該フランジ４ｂ，４ｃの外周面を直接に覆うと共に、外装樹脂部３０のフランジ被覆部３０ａを覆うように、段差状に形成してある。各外部電極膜４０は、各フランジ４ｂ，４ｃの端面と、当該フランジ４ｂ，４ｃの外周面の一部で、下地電極膜２０および継線部１０ｂおよび１０ｃに対して直接に接続してある。しかも、各外部電極膜４０は、外装樹脂部３０のフランジ被覆部３０ａを覆うように形成してあることから、各端部４０の外周面には、周方向に連続する段差状凹部５０が形成される。

図１に示すように、段差状凹部５０は、素子本体５の軸方向端面から所定幅（Ｗ１）で形成してあり、各外部電極膜の全幅（Ｗ０）に対しての比率（Ｗ１／Ｗ０）が、好ましくは０．１〜０．８、さらに好ましくは０．３〜０．６である。比率（Ｗ１／Ｗ０）を上記範囲にすることで、外部電極膜４０とコイルの継線部１０ｂ，１０ｃとの接続が十分に確保され、外部電極膜４０と外装樹脂部３０との接合強度も高い。また、この範囲にすることで、ツームストーン現象を抑制させる効果が大きい。

なお、ツームストーン現象とは、コイルチップ部品を基板へ実装する時に、電子部品の両端部に形成してある外部電極膜のハンダペースト面で発生するモーメントのアンバランスにより、電子部品が立ち上がってしまい、接合不良となる現象である。

また、段差状凹部５０は、各外部電極膜４０の最大外周面寸法からの深さ（Ｈ１）が１０〜４０μｍとなるように形成してある。深さＨ１をこの範囲にすることで、外部電極膜４０とコイルの継線部１０ｂ，１０ｃとの接続が十分に確保され、外部電極膜４０と外装樹脂部３０との接合強度も高い。また、この範囲にすることで、ツームストーン現象を抑制させる効果が大きい。また、この深さＨ１が深すぎると、限られたチップサイズでは、相対的に、ドラムコア４におけるフランジ部４ｂ，４ｃの最大外形寸法が小さくなり、電気的な性能が低下してしまう傾向にある。

各外部電極膜４０の最大外周面の全高さ（Ｈ０）に対して段差状凹部５０の深さ（Ｈ１）の比率（Ｈ１／Ｈ０）は、０．０１１〜０．０４５の範囲にある。この比率の範囲に設定することで、外部電極膜４０とコイルの継線部１０ｂ，１０ｃとの接続が十分に確保され、外部電極膜４０と外装樹脂部３０との接合強度も高い。また、この範囲にすることで、ツームストーン現象を抑制させる効果が大きい。

本実施形態では、特に、チップの最大高さＨ０が、０．９mm以下の小型で、５ｍｇ以下の軽量なコイルチップ部品２であっても、実装に際してのハンダのリフロー時に、外部電極膜４０の底面に形成してある段差状凹部５０と基板６０との隙間にハンダが入り込む。その段差状凹部５０は、外部電極膜４０の周方向に連続して形成してあるために、ハンダの回り込み量も十分に確保することができる。その結果、いわゆるツームストーン現象を効果的に防止することができ、実装不良を防止することができる。たとえば従来のコイルチップ部品（段差状凹部５０がない）では、１０万個に１０個程度の割合で、ツームストーン現象が生じていたのに対して、本発明の実施例（段差状凹部５０がある）では、ツームストーン現象が生じたものは０個であった。

また、本実施形態では、段差状凹部５０にハンダが回り込むことで、ハンダにより形成されるフィレットの大きさを小さくしても十分な接合強度が得られ、高密度な実装が可能になる。

また、本実施形態では、フランジ４ｂ，４ｃの最大外形寸法よりも大きな外形寸法を有する外装樹脂部３０の両端部外周を覆うように、外部電極膜４０を形成することで、段差状凹部５０を形成してある。このために、フランジ自体に加工する必要はなく、フランジの体積が減少することはなく、コイルチップとしての性能には全く影響しない。しかも、樹脂成形により段差状凹部５０を形成することができるので、製造工程が煩雑になることもない。

さらに本実施形態では、図１に示す各外部電極膜４０の軸方向幅Ｗ０を、好ましくは０．４１mmとすることで、外部電極膜４０の縁部間に位置する外装樹脂部３０の上側平坦部３０ｂの軸方向幅Ｌ１を０．８１７mm程度にすることができる。この上側平坦部３０ｂの軸方向幅Ｌ１は、部品２の全長Ｌ０に対して、３０〜７０％の長さである。

このような軸方向長さＬ１を有する外装樹脂部３０の上側平坦部３０ｂは、図１に示すように、吸着ノズル９０により良好に吸着保持が可能である。しかも、外部電極膜４０の厚みｔ１が８μｍ以下と薄いので、吸着ノズル９０の端が外部電極膜４０の上に位置したとしても、吸着ノズル９０により吸着作用はそれほど低下せず、十分な吸着力で部品を保持することができる。

特に、本実施形態に係るコイルチップ部品２では、下地電極膜２０がニッケルメッキ膜で構成してあるために、銀ペースト膜に比較して、下地電極膜を均一に薄くすることができる。また、ニッケルは、銀に比較して比抵抗が大きい。そのため、図３に示すように、コイルチップ部品２の端面２ａ、２ｂにおいて巻芯部で発生する磁界の方向Ｍが垂直に通過したとしても、その部分での渦電流は小さい。その結果、コイルチップ部品２におけるコアロスが小さくなる。

また、本実施形態のコイルチップ部品２では、電極膜の厚みが小さいため、限定されたサイズにおいて、相対的に、フェライトコアの体積を大きくすることが可能であり、その分、インダクタンス特性が向上する。本発明者等の実験によれば、約３０％のインダクタンス特性の向上が見られた。

さらにまた本実施形態のコイルチップ部品２では、フランジ４ｂ，４ｃの外周に、熱圧着法などを用いて容易にワイヤ１０ａの継線を行うことが可能であり、しかも断線不良などが生じるおそれも少ない。

また、本実施形態では、フランジ４ｂ，４ｃの外側端面に位置する下地電極膜２０および外部電極膜４０の膜厚が極端に薄いために、コイルチップ部品２のサイズが小型化しても、コイルチップ部品２の軸方向長さ寸法のバラツキを抑制することができる。そのために、このコイルチップ部品２が実装される基板部分のランド寸法と誤差が生じることが少なくなり、実装不良を防止することができる。さらに、プリント基板などにおいては、ランドパターンに余裕をもたせた設計とする必要が無くなり、高実装密度が容易になる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
たとえば、本発明に係るコイルチップ部品の具体的な断面構造は、図１に示す実施形態に限定されず、種々の態様があり得る。

図１は本発明の一実施形態に係るコイルチップ部品の縦断面図である。 図２は図１に示すII部の拡大要部断面図である。 図３はコイルチップ部品の斜視図である。 図４はコアのメッキ処理を行うためのマスキングに用いる基板の要部断面図である。 図５はコイルチップ部品の製造工程の一例を示す金型および部品の要部断面図である。

符号の説明

２… コイルチップ部品
２ａ，２ｂ… 端面
４… ドラムコア
４ａ… 巻芯部
４ｂ… 第１フランジ
４ｃ… 第２フランジ
５… 素子本体
１０… コイル部
１０ａ… ワイヤ
１０ｂ，１０ｃ… 継線部
２０… 下地電極膜
２０ａ… 第１下地電極膜
２０ｂ… 第２下地電極膜
３０… 外装樹脂部
３０ａ… フランジ被覆部
３０ｂ… 上側平坦部
４０… 外部電極膜
４０ａ… 第１外部電極膜
４０ｂ… 第２外部電極膜
４０ｃ… 第３外部電極膜
５０… 段差状凹部
６０… 基板
７０… ゴム製基板
７２… 嵌合穴
８０，８２… 金型
８４… キャビティ
８６… 保持用凸部
８８… 周方向隙間
９０… 吸着ノズル

Claims (9)

1. コイルを形成するようにワイヤが巻回されるコアの巻芯部と、
   前記コアの巻芯部と一体に形成され、前記巻芯部の軸方向両側に形成される一対のフランジと、
   前記ワイヤの継線部が接続されるように、各フランジの外周および外側端面を被覆する下地電極膜と、
   前記下地電極膜の外周を覆うように形成される外部電極膜とを有し、
   少なくとも前記下地電極膜がニッケルメッキ膜で構成してある巻線型電子部品。
2. 前記下地電極膜が、内側から順に、無電解ニッケルメッキ膜と、電解ニッケルメッキ膜とを有する請求項１に記載の巻線型電子部品。
3. 前記外部電極膜がメッキ膜で構成してある請求項１または２に記載の巻線型電子部品。
4. 前記外部電極膜が、内側から順に、無電解ニッケルメッキ膜と、電解ニッケルメッキ膜と、電解スズメッキ膜とを有する請求項３に記載の巻線型電子部品。
5. 前記ワイヤが巻回された巻芯部の外周を外装樹脂部で被覆してある請求項１〜4のいずれかに記載の巻線型電子部品。
6. 前記外装樹脂部が、各フランジの外周に位置する前記ワイヤの継線部を途中まで被覆する樹脂製フランジ被覆部を有し、
   前記外部電極膜が、前記ワイヤの継線部と接続するように、前記フランジの端面から当該フランジの外周面を直接に覆うと共に、前記外装樹脂部のフランジ被覆部を覆うように形成してある請求項５に記載の巻線型電子部品。
7. 前記外装樹脂部がフェライト粉を含む請求項５または６に記載の巻線型電子部品。
8. 巻芯部の軸方向両端に一対のフランジを有するコアを準備する工程と、
   前記巻芯部をマスキングしながら、前記フランジの端面および外周に、ニッケルメッキ法で、下地電極膜を形成する工程と、
   前記巻芯部の周囲にワイヤを巻回してコイル部を形成する工程と、
   前記フランジの外周に位置する前記下地電極膜に、前記ワイヤの継線部を接続する工程と、
   前記ワイヤが巻回してあるコア部を、金型の中に配置し、前記コイル部の外周に、外装樹脂部を成形する工程と、
   前記外装樹脂部の外周の一部を覆うように、しかも、前記ワイヤの継線部の一部に接続するように、前記下地電極膜の端面の全体と、外周面の少なくとも一部とを覆うように外部電極膜を形成する工程と、
   を有する巻線型電子部品の製造方法。
9. 前記下地電極膜を形成する前に、前記コアの表面を粗面化処理する請求項８に記載の巻線型電子部品の製造方法。
   

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