JP2021006727A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の漏れを防止することができる電磁弁を提供すること。【解決手段】電磁弁１は、軸Ｏ１方向に沿って移動可能に支持されたプランジャ２２を有するソレノイド２と、軸Ｏ１方向に沿う弁体収納部４３を有する流路部材４、及び、弁体収納部４３に挿入され、流体Ｑの通過と遮断とを切り換える柱状の弁体５を有する弁機構３とを備える。弁機構３は、金属製の連結部材６と、弁体収納部４３に対して同心状に設けれたリング状のガスケット７とを有する。流路部材４と連結部材６と間の軸Ｏ１方向他方側に臨む境界線ＢＬは、ガスケット７の流路部材４と接触した部分での接触内径φＤ１よりも外側に位置する。【選択図】図２

Description

本発明は、電磁弁に関する。

例えば自動変速機の油圧制御装置に搭載される電磁油圧制御弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の電磁油圧制御弁は、スプール弁と、スプール弁を駆動するリニアソレノイドとで構成される。スプール弁は、円筒状をなし、複数のオイルポートを有するスリーブと、スリーブ内に摺動可能に配置され、スリーブ内での位置に応じて各オイルポートの連通状態を切り替えるスプールとを有する。リニアソレノイドは、通電により磁力を発生させるコイルと、磁力により移動して、スプールをスリーブ内で摺動させるプランジャとを有する。また、特許文献１に記載の電磁油圧制御弁では、スプール弁とリニアソレノイドとがカシメにより連結される。

特開２００９−１４７０７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電磁油圧制御弁は、例えば使用環境や経時的な劣化によっては、スプール弁とリニアソレノイドとの間に隙間が生じることがある。この隙間は、オイル漏れの原因となる。

本発明の目的は、流体の漏れを防止することができる電磁弁を提供することにある。

本発明の電磁弁の一つの態様は、軸方向に沿って貫通した貫通孔を有する筒状のボビンと、前記貫通孔に挿入され、軸方向に沿って移動可能に支持されたプランジャと、前記ボビンの外周部に巻回され、通電より磁力を生じさせて前記プランジャを移動させるコイルと、前記ボビンと前記プランジャと前記コイルとを収納し、軸方向一方側が開口し、軸方向他方側が閉塞するケースとを有するソレノイドと、第１流路と、第２流路と、前記第１流路と前記第２流路とを繋ぐ中継流路と、該中継流路に隣接して配置され、軸方向に沿う弁体収納部とを有し、前記ケースの軸方向一方側に配置される樹脂製の流路部材、及び、前記弁体収納部に挿入され、前記プランジャとともに軸方向に沿って移動可能に支持され、前記第１流路と前記第２流路との間で前記中継流路を介した流体の通過と遮断とを切り換える柱状の弁体を有する弁機構とを備え、前記弁機構は、前記流路部材の前記弁体収納部の径方向外側に固定され、前記ケースに連結される金属製の連結部材と、前記流路部材と前記ケースと間で前記弁体収納部に対して同心状に設けれ、前記流路部材と前記ケースと間を封止するリング状のガスケットとを有し、前記流路部材と前記連結部材と間の軸方向他方側に臨む境界線は、前記ガスケットの前記流路部材と接触した部分での接触内径よりも外側に位置する。

本発明の電磁弁の一つの態様によれば、流体の漏れを防止することができる。

図１は、本発明の電磁弁の第１実施形態を示す縦断面図である。 図２は、図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ａ］の拡大図である。 図３は、図２中の矢印Ｂ方向から見た図である。 図４は、本発明の電磁弁の第２実施形態を示す縦断面図である。 図５は、図４中の矢印Ｃ方向から見た図である。

以下、本発明の電磁弁を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１〜図３を参照して本発明のソレノイド装置の第１実施形態について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を設定する。一例として、Ｘ軸とＹ軸を含むＸＹ平面が水平となっており、Ｚ軸が鉛直となっている。Ｘ軸と平行な方向を「軸方向（軸Ｏ１方向）」と言い、この軸を中心とする径方向を単に「径方向」と言い、前記軸を中心とする周方向を単に「周方向」と言うことがある。また、Ｘ軸方向正側を「軸方向一端側」または単に「一端側」と言い、Ｘ軸方向負側を「軸方向他端側」または単に「他端側」と言うことがある。本明細書中において、上下方向、水平方向、上側および下側とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。

図１に示す電磁弁１は、例えば、ガソリンエンジン等の内燃機関に搭載して用いられる。内燃機関から排出される排出ガスとしては、例えば、内燃機関内で燃料が燃焼することにより発生する排気ガス、内燃機関のピストンシール部から漏れるブローバイガス、燃料タンク内の燃料が気化した燃料蒸気ガス等がある。そして、本実施形態では、電磁弁１は、ブローバイガスの通過と遮断とを切り換える切換弁として用いられる。

図１に示すように、電磁弁１は、Ｘ軸方向負側に配置されたソレノイド２と、Ｘ軸方向正側に配置された弁機構３とを備える。以下、各部の構成について説明する。
ソレノイド２は、ボビン２１と、プランジャ２２と、コイル２３と、ケース２４と、コア２５と、ヨーク２６とを有する。

ボビン２１は、貫通孔２１１を有する筒状の部材である。貫通孔２１１は、Ｘ軸方向と平行な軸Ｏ１方向に沿って貫通する。また、貫通孔２１１の内径は、軸Ｏ１方向に沿って一定である。ボビン２１は、一端側で、径方向に突出したフランジ２１２と、他端側で、径方向に突出したフランジ２１３とを有する。ボビン２１は、例えば、ポリエステル樹脂やポリイミド樹脂等の各種熱硬化性樹脂で構成される。

ボビン２１の外周部２１４には、導電性を有するコイル２３が巻回される。そして、コイル２３を通電状態とすることにより、ボビン２１とコア２５とヨーク２６とで磁気回路が構成されて、磁力を生じさせることができる。これにより、プランジャ２２を軸Ｏ１方向に沿って往復動させることができる。

ボビン２１の貫通孔２１１には、コア２５とヨーク２６とが挿入され、さらに内側にプランジャ２２が挿入される。
コア２５は、軸Ｏ１方向の一端側に配置され、ヨーク２６は、軸Ｏ１方向の他端側に配置される。

コア２５は、全体として円筒状であり、Ｘ軸方向と平行に配置される。また、ヨーク２６も、全体として円筒状であり、Ｘ軸方向と平行に配置される。コア２５およびヨーク２６は、鉄等のような磁性材からなる、すなわち、磁性を有する金属材料で構成される。これにより、プランジャ２２を十分に往復動させることができる程度の磁気回路を生じさせることができる。

また、ソレノイド２は、貫通孔２１１内で、コア２５とヨーク２６とを離間させた状態で連結する連結部材２０１を有する。連結部材２０１は、円筒状であり、内側にコア２５の他端部とヨーク２６の一端部とが嵌め込まれる。連結部材２０１は、非磁性を有し、錆に対する耐性を有する、例えばオーステナイト系のステンレス鋼等の金属材料で構成される。

プランジャ２２は、コア２５とヨーク２６とにまたがって配置され、軸Ｏ１方向に沿って一端側と基端側とに交互に移動可能、すなわち、往復動可能に支持される。
プランジャ２２は、円筒状のプランジャ本体２２２と、プランジャ本体２２２に挿入されたプランジャピン２２１を有する。プランジャピン２２１は、軸Ｏ１方向の一方側および他方側の双方に突出する。また、ヨーク２６の他端側は、壁部２６２によって閉塞しており、当該壁部２６２にプランジャピン２２１が接触する、すなわち、衝突することにより、プランジャ２２の他端側への移動限界が規制される。
また、プランジャ２２は、コア２５内では、プランジャピン２２１がブッシュ２０２によって支持され、ヨーク２６内では、プランジャピン２２１がブッシュ２０３によって支持される。これにより、プランジャ２２は、円滑に往復動することができる。

ケース２４は、ボビン２１、プランジャ２２、コイル２３、コア２５およびヨーク２６を収納する。ケース２４は、ケース本体２４１と、コネクタ部材２４２と、リング部材２４３とを有する。
ケース本体２４１は、有底筒状である。すなわちケース本体２４１は、軸Ｏ１方向の一方側が開口する開口部２４４と、他方側を閉塞させる壁部２４５とを有する筒状の部材である。壁部２４５には、一端側からヨーク２６が接する。

リング部材２４３は、円環状をなし、コア２５の径方向外側で、当該コア２５と同心状に配置される。このリング部材２４３は、コア２５に対して一端側から接する。
ケース本体２４１およびリング部材２４３は、コア２５と同様に、鉄等のような磁性を有する金属材料で構成される。
コネクタ部材２４２は、コイル２３への通電を行うコネクタ（図示せず）が接続される。コネクタ部材２４２は、ボビン２１と同様に、例えば、熱硬化性樹脂で構成される。

また、ソレノイド２は、ケース２４内で、リング部材２４３とボビン２１のフランジ２１２との間に配置されたガスケット２０４と、ケース本体２４１の壁部２４５とボビン２１のフランジ２１３との間に配置されガスケット２０５とを有する。
ガスケット２０４は、リング状をなし、コア２５の外周側で、当該コア２５と同心状に配置される。このガスケット２０４は、リング部材２４３とボビン２１のフランジ２１２との間で圧縮された状態となっており、これにより、リング部材２４３とフランジ２１２との間を封止することができる。

ガスケット２０５は、リング状をなし、ヨーク２６の径方向外側で、当該ヨーク２６と同心状に配置される。このガスケット２０５は、ケース本体２４１の壁部２４５とボビン２１のフランジ２１３との間で圧縮された状態となっており、これにより、壁部２４５とフランジ２１３との間を封止することができる。
なお、ガスケット２０４およびガスケット２０５は、弾性を有する弾性材料で構成される。弾性材料としては、特に限定されず、例えば、ウレタンゴム、シリコーンゴム等の各種ゴム材料が挙げられる。

弁機構３は、流路部材４と、弁体５と、連結部材６と、ガスケット７とを有する。
流路部材４は、連結部材６を介して、ソレノイド２に連結される部材であり、流体Ｑが通過可能に構成される。前述したように、本実施形態では、電磁弁１は、ブローバイガスの通過と遮断とを切り換える切換弁として用いられる。従って、流体Ｑは、ブローバイガスとなる。

流路部材４は、内部に、第１流路４１と、第２流路４２と、中継流路４４と、弁体収納部４３とを有する。
第１流路４１は、Ｚ軸方向に沿って設けられ、Ｚ軸方向負側に向かって開口する。また、第１流路４１側は、例えば、電磁弁１が固定される固定用構造体（図示せず）に接続されており、大気に解放された状態となる。また、流路部材４には、前記固定用構造体との間を封止するガスケット４５が外側から嵌められる。

第２流路４２もＺ軸方向に沿って設けられ、Ｚ軸方向正側に向かって開口する。なお、第２流路４２の中心軸Ｏ４２は、第１流路４１の中心軸Ｏ４１に対して、Ｘ軸方向負側に位置する。また、第２流路４２は、例えば、柔軟なチューブに接続される。
中継流路４４は、Ｘ軸方向、すなわち、軸Ｏ１方向に沿って設けられており、第１流路４１と第２流路４２とを繋ぐ。例えば、電磁弁１が搭載された内燃機関が自然吸気型のエンジンの場合、図１に示すように、流体Ｑは、第１流路４１から中継流路４４を経て第２流路４２に向かって流れる。また、電磁弁１が搭載された内燃機関がターボエンジンの場合、ブースト圧が作用すると、流体Ｑは、第２流路４２から中継流路４４を経て第１流路４１に向かって流れる。

中継流路４４のＸ軸方向負側には、弁体５を移動可能に収納する弁体収納部４３が隣接して配置される。弁体収納部４３は、Ｘ軸方向（軸Ｏ１）方向に沿って設けられ、Ｘ軸方向負側に向かって開口する。弁体収納部４３は、弁体収納部４３のＸ軸方向と直交する方向の断面形状、すなわち、横断面形状が円形をなし、内径がＸ軸方向に沿って一定である。また、弁体収納部４３の内径は、中継流路４４の内径よりも大きい。
なお、流路部材４は、ボビン２１と同様に、例えば、熱硬化性樹脂で構成される。

また、弁機構３は、弁体５とともに弁体収納部４３に収納されるコイルバネ３１を有する。コイルバネ３１は、弁体５に対しＸ軸方向正側、すなわち、軸Ｏ１方向の一方側に設けられる。また、コイルバネ３１は、弁体収納部４３のＸ軸方向正側の壁面と弁体５との間で圧縮状態となる。これにより、弁体５に対して、Ｘ軸方負側、すなわち、軸Ｏ１方向の他方側に押し込む押し込み力を付与することができる。この押し込み力により、弁体５を中継流路４４から離間させることができ、よって、中継流路４４を開状態とすることができる。なお、中継流路４４を閉状態とするには、プランジャ２２がコイルバネ３１の押し込み力に抗してＸ軸方向正側に向かって移動した際、弁体５が中継流路４４に接近して、当該中継流路４４を塞ぐことにより可能となる。

連結部材６は、リング状をなし、流路部材４に対して弁体収納部４３の径方向外側に固定される。連結部材６には、ケース２４の開口部２４４側を径方向内側に曲げてなる折り曲げ部２４６が引っ掛かる、すなわち、ケース２４の開口部２４４側がカシメられる。カシメにより、連結部材６がケース２４に連結され、よって、弁機構３とソレノイド２との位置関係が規制される。これにより、ソレノイド２からの動力、すなわち、プランジャ２２の力を弁機構３の弁体５に伝達することができ、よって、弁体５を移動させることができる。なお、連結部材６は、連結部材２０１と同様に、例えば、非磁性を有し、錆に対する耐性を有する金属材料で構成される。

前述したように、流路部材４は、樹脂材料で構成される。そして、金属材料で構成された連結部材６を予め用意し、当該連結部材６に、樹脂材料で構成される流路部材４をインサート成形により成形することができる。これにより、流路部材４と連結部材６とをインサート成形品、すなわち、二色成形品として構成することができる。また、インサート成形を用いることにより、流路部材４と連結部材６とを互いに容易に固定することができる。

図２に示すように、連結部材６は、流路部材４の内部に入り込んで引っ掛かる引っ掛かり部６２を有する。これにより、電磁弁１の作動中に、例えば振動等で流路部材４と連結部材６とが分離するのを防止することができ、よって、流路部材４と連結部材６とが互いに固定された状態を安定して維持することができる。引掛り部６２の形状としては、特に限定されないが、例えば本実施形態では、流路部材４の軸Ｏ１方向他端側の周面から径方向中心側に折れ曲がり、さらに流路部材４の厚さの範囲内で、縦断面形状でフック状に折れ曲がる。そして、軸Ｏ１方向一端側が径方向外側に向かって延び、端部が流路部材４内部に留まっている。これにより、引っ掛かり部６２は、流路部材４の内部に十分に入り込んで引っ掛かることができる。

流路部材４とケース２４のリング部材２４３との間には、ガスケット７が配置される。ガスケット７は、リング状をなし、弁体収納部４３に対して同心状に設けられる。このガスケット７は、流路部材４とリング部材２４３との間で圧縮された状態となっており、これにより、流路部材４とケース２４と間を十分に封止することができる。なお、ガスケット７は、ガスケット２０４と同様に、弾性を有する弾性材料で構成される。

また、連結部材６は、流路部材４とケース２４との間でのガスケット７の位置決めを行う位置決め部６１を有する。位置決め部６１は、Ｘ軸方向負側に突出し、軸Ｏ１を中心とするリング状をなす、すなわち、弁体収納部４３に対して同心状に設けられる。そして、位置決め部６１の内側にガスケット７を配置することができる。また、ガスケット７の外周部７１が位置決め部６１の内周部６１１に接する。これにより、ガスケット７の位置決めがなされ、よって、ガスケット７と、後述する境界線ＢＬとの位置関係を「境界線ＢＬが接触内径φＤ１よりも外側に位置する状態」に容易に規制することができる。
また、位置決め部６１は、ガスケット７に対する圧縮限界を規制する機能も有する。これにより、ガスケット７は、連結部材６とリング部材２４３との間で、過不足なく圧縮された状態となる。

流路部材４の弁体収納部４３には、柱状の弁体５が挿入される。弁体５は、プランジャ２２とともに軸Ｏ１方向に沿って移動可能に支持される。そして、弁体５が移動することにより、前記のように中継流路４４を開閉させることができる。これにより、第１流路４１と第２流路４２との間で、中継流路４４および弁体収納部４３を介した流体Ｑの通過と遮断とを切り換えることができる。なお、弁体５は、アルミニウム等の各種金属材料を用いることができる。

図２に示すように、弁体５は、複数の凸部５２を有する。各凸部５２は、弁体５の外周部５１からその径方向外側に向かって突出して設けられる。また、各凸部５２は、弁体５が移動した際に、弁体収納部４３の内壁面４３１に接して案内される。これにより、弁体５としての、内壁面４３１との摺動面積（接触面積）をできる限り抑えることができ、これに伴って、摺動抵抗もできる限り抑えることができる。その結果、弁体５の安定した摺動が可能となる、すなわち、弁体５の摺動性が向上する。

また、図１に示すように、弁体５のＸ軸方向正側には、リング状のガスケット５３が装着されている。ガスケット５３は、弁体５が中継流路４４を閉状態とするときに、中継流路４４の縁部の形状に沿って密着することができる。これにより、中継流路４４が十分に閉状態となり、よって、流体Ｑがより確実に遮断される。なお、ガスケット５３は、ガスケット２０４と同様に、弾性を有する弾性材料で構成される。

前述したように、流路部材４と連結部材６とは、インサート成形品である。インサート成形品は、例えば経時的な劣化等が原因で、流路部材４と連結部材６との間に間隙が生じるおそれがある。そして、間隙の一部は、Ｘ軸方向負側、すなわち、軸Ｏ１方向他方側に臨み、線状の境界線ＢＬとなる。図２、図３に示すように、境界線ＢＬは、ガスケット７の流路部材４と接触した接触部（部分）７２での接触内径φＤ１よりも外側に位置する。なお、「接触内径φＤ１」とは、ガスケット７が流路部材４とリング部材２４３との間で圧縮状態にあるときの、ガスケット７が流路部材４と接触するリング状の接触部７２の内径のことである。また、後述する「接触外径φＤ２」とは、接触部７２の外径のことである。

ここで、境界線ＢＬが接触内径φＤ１よりも内側に位置する状態を考えてみる。
電磁弁１では、流体Ｑは、中継流路４４から弁体収納部４３を経て、ガスケット７の内側にも入り込んでくる。流体Ｑは、ガスケット７の内側では境界線ＢＬに容易に到達してしまい、そのまま流路部材４と連結部材６との間の間隙を通過して、外部に漏れるおそれがある。

一方、前述したように、境界線ＢＬは、接触内径φＤ１よりも外側に位置する。これにより、ガスケット７で流体Ｑが境界線ＢＬに到達するのを堰き止める（阻止する）ことができ、よって、流体Ｑが外部に漏れるのを防止することができる。
特に、本実施形態では、図２、図３に示すように、境界線ＢＬは、接触外径φＤ２よりも外側に位置する。これにより、流体Ｑが境界線ＢＬに到達するまでの距離が長く（遠く）なり、よって、流体Ｑが外部に漏れるのを長期にわたりより確実に防止することができる。なお、境界線ＢＬは、接触外径φＤ２よりも外側に位置するが、接触外径φＤ２と同じ位置であってもよい。

図３に示すように、境界線ＢＬの軸Ｏ１方向から見たときの形状は、リング状である。これにより、境界線ＢＬに沿って、すなわち、境界線ＢＬと同心状にガスケット７を配置することができ、よって、流体Ｑが径方向のいずれの方向からも外部に漏れるのを防止することができる。

＜第２実施形態＞
以下、図４および図５を参照して本発明の電磁弁の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、流路部材と連結部材と間の境界線と、ガスケットとの位置関係が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。

図４および図５に示すように、本実施形態では、境界線ＢＬは、軸Ｏ１方向から見たときガスケット７と重なる、すなわち、接触内径φＤ１と接触外径φＤ２との間に位置する。この場合も、流体Ｑが外部に漏れるのをより確実に防止することができる。

以上、本発明の電磁弁を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、電磁弁を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明の電磁弁は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

１…電磁弁、２…ソレノイド、２１…ボビン、２１１…貫通孔、２１２…フランジ、２１３…フランジ、２１４…外周部、２２…プランジャ、２２１…プランジャピン、２２２…プランジャ本体、２３…コイル、２４…ケース、２４１…ケース本体、２４２…コネクタ部材、２４３…リング部材、２４４…開口部、２４５…壁部、２４６…折り曲げ部、２５…コア、２６…ヨーク、２６２…壁部、２０１…連結部材、２０２…ブッシュ、２０３…ブッシュ、２０４…ガスケット、２０５…ガスケット、３…弁機構、３１…コイルバネ、４…流路部材、４１…第１流路、４２…第２流路、４３…弁体収納部、４３１…内壁面、４４…中継流路、４５…ガスケット、５…弁体、５１…外周部、５２…凸部、５３…ガスケット、６…連結部材、６１…位置決め部、６１１…内周部、６２…引っ掛かり部、７…ガスケット、７１…外周部、７２…接触部（部分）、ＢＬ…境界線、φＤ１…接触内径、φＤ２…接触外径、Ｏ１…軸、Ｏ４１…中心軸、Ｏ４２…中心軸、Ｑ…流体

Claims (7)

1. 軸方向に沿って貫通した貫通孔を有する筒状のボビンと、前記貫通孔に挿入され、軸方向に沿って移動可能に支持されたプランジャと、前記ボビンの外周部に巻回され、通電より磁力を生じさせて前記プランジャを移動させるコイルと、前記ボビンと前記プランジャと前記コイルとを収納し、軸方向一方側が開口し、軸方向他方側が閉塞するケースとを有するソレノイドと、
   第１流路と、第２流路と、前記第１流路と前記第２流路とを繋ぐ中継流路と、該中継流路に隣接して配置され、軸方向に沿う弁体収納部とを有し、前記ケースの軸方向一方側に配置される樹脂製の流路部材、及び、前記弁体収納部に挿入され、前記プランジャとともに軸方向に沿って移動可能に支持され、前記第１流路と前記第２流路との間で前記中継流路を介した流体の通過と遮断とを切り換える柱状の弁体を有する弁機構とを備え、
   前記弁機構は、前記流路部材の前記弁体収納部の径方向外側に固定され、前記ケースに連結される金属製の連結部材と、前記流路部材と前記ケースと間で前記弁体収納部に対して同心状に設けれ、前記流路部材と前記ケースと間を封止するリング状のガスケットとを有し、
   前記流路部材と前記連結部材と間の軸方向他方側に臨む境界線は、前記ガスケットの前記流路部材と接触した部分での接触内径よりも外側に位置することを特徴とする電磁弁。
2. 前記境界線は、軸方向から見たとき前記ガスケットと重なる請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記境界線は、前記ガスケットの前記流路部材と接触した部分での接触外径と同じ位置かまたは該接触外径よりも外側に位置する請求項１に記載の電磁弁。
4. 前記連結部材は、前記流路部材と前記ケースとの間での前記ガスケットの位置決めを行う位置決め部を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁弁。
5. 前記境界線の軸方向から見たときの形状は、リング状である請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁弁。
6. 前記ガスケットは、弾性を有し、前記流路部材と前記ケースと間で圧縮された状態となる請求項１〜５のいずれか１項に記載の電磁弁。
7. 前記流路部材と前記連結部材とは、インサート成形品である請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁弁。
   
   

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