JP2021026862A - ヒーター装置、車両用撮像装置、及びヒーター装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質の撮像画像を得ることができるヒーター装置を提供する。【解決手段】ヒーター装置２００は、透明基板２１０と、透明基板２１０の第１の面側に配設された電熱線２１１と、透明基板２１０の第１の面側に形成された透明な粘着層２１２と、透明基板２１０と粘着層２１２との間に電熱線２１１を被覆するように形成された透明緩衝層２１３と、を有する。【選択図】図４

Description

本開示は、ヒーター装置、車両用撮像装置、及びヒーター装置の製造方法に関する。

従来、車両の窓ガラス等に取り付けられ、当該窓ガラス等の取り付け対象物を加熱するヒーター装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

この種のヒーター装置は、例えば、窓ガラス越しに車外を監視する車両用撮像装置や車載レーダーにおける、監視領域の窓ガラスの霜取りや曇り止めを行う装置として使用される。

特許文献１には、車両のフロントガラスに直接貼り付けられて、フロントガラスを加熱するシート状のヒーター装置が記載されている。撮像装置は、フロントガラス及びヒーター装置越しに車外からの光を受光して、車両の前方画像を撮像する。

特開２０１７−１４７０３１号公報

ところで、上述したように、フロントガラスに直接貼着されてフロントガラスを加熱するシート状のヒーター装置が用いられた場合、撮像装置はヒーター装置を透過した撮像光を受光して撮像画像を得ることとなる。ここで、撮像装置によって撮像された画像は、車両の走行制御等に用いられることから、ヒーター装置による悪影響が極力排除された、可能な限り高品質な画像である必要がある。

本開示は、以上の点を考慮してなされたものであり、高品質の撮像画像を得ることができるヒーター装置、車両用撮像装置、及びヒーター装置の製造方法を提供する。

本開示のヒーター装置の一つの態様は、
透明部材の一面に貼着されるシート状のヒーター装置であって、
透明基板と
前記透明基板の第１の面側に配設された電熱線と、
前記透明基板の前記第１の面側に形成された透明な粘着層と、
前記透明基板と前記粘着層との間に、前記電熱線を被覆するように形成された透明緩衝層と、
を具備するヒーター装置。

本開示の車両用撮像装置の一つの態様は、
前記ヒーター装置と、
前記ヒーター装置を透過した撮像光を受光して撮像画像を得る撮像装置と、
を具備する。

本開示のヒーター装置の製造方法の一つの態様は、
透明部材の一面に貼着されるシート状のヒーター装置の製造方法であって、
透明基板の第１の面側に電熱線を形成する工程と
前記透明基板の前記第１の面側に、前記電熱線を被覆するように透明緩衝層を形成する工程と、
前記透明緩衝層における前記透明基板とは反対の面側に、透明な粘着層を形成する工程と、
を含む。

本発明によれば、透明緩衝層を形成したので、ヒーター装置を透明部材の一面に貼着したときに、電熱線近傍の透明基板に電熱線の高さに起因する凸部が生じにくくなり、電熱線の近傍の撮像画像にレンズ効果に起因するフレアや歪みの発生を抑制でき、その結果、高品質の撮像画像を得ることができる。

電熱線に対応する部分の透明基板が突き出る様子を示した断面図であり、図１Ａは透明基板上に配置された電熱線の様子を示す図、図１Ｂは粘着層の表面に電熱線のパターンに応じた凹凸面が現れる様子を示す図、図１Ｃはヒーター装置をフロントガラスに貼着したときに電熱線の位置の透明基板が表面側に突き出る様子を示す図、図１Ｄは透明基板の突出部分での光の出射の様子を示す略線的光路図 ヒーター装置の取り付け状態の一例を示す略線的断面図 ヒーター装置の電熱線の配線パターンを示す平面図 実施の形態に係るヒーター装置の構成を示す断面図 比較例としての従来のヒーター装置の構成を示す断面図 実験の概略図 くさび角の説明に供する、ヒーター装置の凸部付近の拡大図 凸部のくさび角と、ポインター長及びフレア長との関係を示す図 接着層の厚みとフレア長との関係を示す図 接着層の厚みとくさび角との関係を示す図 他の実施の形態のヒーター装置の構成を示す断面図

＜１＞本発明に至った経緯
実施の形態を説明する前に、本発明に至った経緯について説明する。

本発明の発明者らは、電熱線を有するシート状のヒーター装置を車両のフロントガラスに貼着し、そのヒーター装置越しにカメラにて撮像を行うと電熱線の近傍の撮像画像に歪みやフレア現象（点光源の形が点ではなく縦方向に伸びた状態に見える現象）が生じることに気がついた。

発明者らは、この歪みやフレア現象の原因について検討した結果、先ず、電熱線が形成されている透明基板が電熱線のパターンに沿った凹凸形状となっていることを突き止めた。

次に、何故そのような凹凸形状が生じるのかを検討した結果、前記凹凸形状が生じるのは、ヒーター装置をフロントガラスに貼着するために電熱線を被覆するように透明基板に貼着されたシート状の粘着層がフロントガラスに圧着（貼着）されると、その圧着力により電熱線に対応する部分の透明基板が突き出るためであることを突き止めた。

この様子を、図１に示す。図１Ａに示したように、透明基板１０上に電熱線１１が配置され、その電熱線１１を被覆するように透明基板１０の第１の面に透明な粘着層１２が付着される。この粘着層は例えば両面テープである。すると、図１Ｂに示したように、粘着層１２の表面には電熱線１１のパターンに応じた凸部１２ａが生じる。次に、凸部１２ａを含む面をフロントガラス１３のガラス面に対向させて、透明基板１０の表面側を押圧することで、透明基板１０、電熱線１１及び粘着層１２からなるヒーター装置１００がフロントガラス１３に貼着される。

図１Ｃは、ヒーター装置１００のフロントガラス１３への貼着状態を示す。図１Ｃから明らかなように、電熱線１１の位置に対応する透明基板１０が表面側に突き出ることにより凸部１０ａが形成される。凸部１０ａは、粘着層１２の凸部１２ａがガラス面によって押された結果、その反対側の透明基板１０が突き出ることにより生じる。つまり、粘着層１２の凸部１２ａが透明基板１０に押圧により転写される。

図１Ｄは、透明基板１０の凸部１０ａでの光の出射の様子を示す略線的光路図である。なお、図１Ｃ及び図１Ｄで示された光路は、図を簡単化するために、透明基板１０からの出射方向の変化のみに着目したものであり、他の部分での光の屈折の様子は省略してある。図１Ｄから明らかなように、電熱線１１の位置の透明基板１０が表面側に突き出ると、フロントガラス１３から入射した光は、透明基板１０から出射する際に、電熱線１１の近傍においてレンズ効果により異なる方向に出射するようになる。この結果、電熱線１１の近傍の撮像画像に歪みやフレアが生じてしまう。

本発明の発明者らは、上述したような考察の下、本発明に至った。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜２＞実施の形態
図２は、本実施形態に係るヒーター装置２００の取り付け状態の一例を示す略線的断面図である。図２は、車両のフロントガラス１３の上部領域を表している。なお、フロントガラス１３は、水平方向に対して約２０度〜約４５度傾斜するように延在している。

ヒーター装置２００はシート状である。より具体的には、ヒーター装置２００は、電熱線を有する面状発熱体であって、フロントガラス１３の車内側に貼着され、フロントガラス１３や周辺の雰囲気を暖めることによってフロントガラス１３の霜取りや曇り止めを行う。

ヒーター装置２００に対応する車内位置には撮像ユニット３００が取り付けられる。撮像ユニット３００は、撮像部３０１と、撮像部３０１で撮像した画像の画像処理を行う画像処理部３０２と、を有する。撮像ユニット３００により得られた車外の画像は、例えば車両を制御する車両制御ＥＣＵ（図示せず）に提供される。

撮像部３０１の撮像方向には、ヒーター装置２００が配設されており、撮像部３０１は、フロントガラス１３及びヒーター装置２００越しに車外からの光を受光して、車両の前方画像を撮像する。なお、図中の一点鎖線は撮像領域を示す。

ヒーター装置２００と撮像ユニット３００とにより、本実施の形態の車両用撮像装置が構成される。

図３は、ヒーター装置２００の電熱線の配線パターンを示す平面図である。ヒーター装置２００は、透明基板１０上に電熱線１１が配設されている。電熱線１１は電源供給端子Ｔ１に接続されている。また、電熱線１１は、ＰＴＣサーミスタＳ１に接続されている。ＰＴＣサーミスタＳ１は、電熱線１１の過熱及び過電流を防止する。

図４は、本実施の形態に係るヒーター装置２００の構成を示す断面図である。

ヒーター装置２００は、透明基板２１０と、透明基板２１０の第１の面側に配設された電熱線２１１と、透明基板２１０の第１の面側に形成された透明な粘着層２１２と、透明基板２１０と粘着層２１２との間に電熱線２１１を被覆するように形成された透明緩衝層２１３と、を有する。

透明基板２１０は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムである。透明基板２１０としては、できるだけ透明度が高く、かつ、車両のガラス面の形状に追従できるような可撓性を有する基板が用いられる。

電熱線２１１は、例えば銅箔である。電熱線２１１は接着剤（図示せず）によってＰＥＴの第１の面に接着されている。電熱線２１１は、例えばエッチング処理を行うことで形成される。

粘着層２１２は、アクリル樹脂を主成分とするものである。本実施の形態の場合、粘着層２１２は、アクリル系粘着剤を主成分とする透明な両面テープである。また、粘着層２１２は、厚さが均一である。本実施の形態の場合、粘着層２１２の厚さは２５μｍである。

透明緩衝層２１３は、例えばエポキシ樹脂を主成分とするものである。透明緩衝層２１３は、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂の場合、未硬化時の溶融状態において粘着層２１２の流動性よりも流動性が高い物性を有する材料であることが好ましい。また、透明緩衝層２１３は、熱硬化性樹脂であることが好ましい。

透明緩衝層２１３は、粘着層２１２の表面側に、電熱線２１１の高さに起因する凸部が生じないように、あるいは、生じたとしても小さくする目的で設けられている。

つまり、図５に示した従来構成では、透明基板１０上に透明緩衝層２１２を介在させずに直接粘着層１２が形成されているので、粘着層１２の表面には電熱線の高さに起因する凸部１２ａが生じてしまう。すると、図１を用いて上述したように、この凸部１２ａが原因となって、電熱線１１の近傍の撮像画像に歪みやフレアが生じるといった不都合が生じる。粘着層１２を厚くするほど、及び、粘着層１２の弾性率を低くするほど、凸部１２ａを小さくできると考えられる。しかし、粘着層１２を極端に厚くしたり、弾性率を極端に低くすることは現実的ではない。例えば、弾性率が低い（柔らかい）粘着剤を用いれば、段差追従性に富むため、凸部１２ａを小さくできるが、柔らかい粘着剤はカット適正等で問題があるため、現実的には使用することが困難である。

本実施の形態では、透明緩衝層２１３を設けたことにより、粘着層２１２の厚さや弾性率を考慮しなくても、粘着層２１２の表面に電熱線２１１の高さに起因する凸部が存在しない、あるいは、凸部が存在したとしても当該凸部は透明基板２１０に直接粘着層２１２を形成した場合の凸部よりも小さくすることができる。換言すれば、透明緩衝層２１３の粘着層２１２との境界面には、電熱線２１１の高さに起因する凸部が存在しない、あるいは、凸部が存在したとしても当該凸部は透明基板２１０に直接粘着層２１２を形成した場合の凸部よりも小さい。

本実施の形態の場合、透明緩衝層２１３は、レジスト印刷の手法を用いて形成されている。レジスト印刷を行ったことにより、透明緩衝層２１３を所望位置に正確かつ容易に形成できる。所望位置とは、電熱線２１１のパターンが形成された領域である。透明基板２１０の電熱線２１１のパターンが形成された領域以外の領域には、電熱線２１１をＰＴＣサーミスタＳ１（図３）などの他の電気回路に接続するための接続部などが存在するので、その位置は透明緩衝層２１３の形成領域から除外される。つまり、レジスト印刷の手法を用いれば、エポキシ樹脂などからなる透明緩衝層２１３を容易に適切な位置にのみ形成できる。

実際上、透明緩衝層２１３は、レジスト印刷を複数回（例えば２〜３回）行うことで形成される。これにより、透明緩衝層２１３の表面をより平坦化できる（つまり凸部を低減できる）。さらに、レジスト印刷の後に熱プレスすれば、透明緩衝層２１３の表面をより平坦化できる。ここで、熱プレス時には、透明緩衝層２１３は加熱されているので流動性が高く、よって透明緩衝層２１３の表面の凸部は透明基板２１０側には転写されずに、凸部が平坦となる（つまり凸部が無くなる）。

本実施の形態の場合、透明緩衝層２１３としてエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いているので、透明緩衝層２１３は、溶融状態において粘着層２１２よりも流動性が高く、硬化後は粘着層２１２よりも高硬度となる。

次に、ヒーター装置２００の製造について説明する。

先ず、透明基板２１０の第１の面側に電熱線２１１を形成する。次に、透明基板２１０の第１の面側に、電熱線２１１を被覆するように透明緩衝層２１３を形成する。この際、溶融状態において粘着層よりも流動性が高い物性を有する透明緩衝層２１３の材料を、透明基板２１０の第１の面に電熱線２１１を被覆するように塗工し、塗布後に前記材料の露出面が前記材料の流動性により平坦化し硬化するまで加熱放置する。本実施の形態では、前記材料を熱プレスすることにより、前記材料を平坦化及び硬化させる。

次に、透明緩衝層２１３における透明基板２１０とは反対の面側に、透明な粘着層２１２を形成する。次に、粘着層２１２をガラス面に貼着する。

＜３＞実験
発明者らは、図１に示したような、透明基板１０に生じた凸部１０ａによる撮像画像への影響を調べるための実験を行った。

図６は、実験の概略を示す。フロントガラスを模擬したガラス台２０の表面にヒーター装置１００のサンプルを貼着した。同じく、ガラス台２０の表面にヒーター装置２００のサンプルを貼着した（図示せず）。サンプルであるヒーター装置１００、２００が貼着されるガラス台２０の傾斜面の傾斜角は、フロントガラスの傾斜を模擬して３０度とした。図７は、ヒーター装置１００の凸部１０ａ（図１の凸部１０ａに相当する）付近の拡大図である。凸部１０ａは、ほぼ台形形状であり、平坦面からくさび角θで盛り上がっている。

レーザーポインター２１からサンプルのヒーター装置１００に向けてレーザー光を照射し、スクリーン２２に映った透過光を観察した。観察したのは、レーザーポインター２１のレーザー光の長さ（以下これを「ポインター長」と呼ぶ）と、その周辺に現れたフレアの長さである。

図８−図１０は、複数のヒーター装置１００、２００に対する実験を行って得た実験結果を示す。図８は、凸部１０ａのくさび角θと、ポインター長及びフレア長との関係を示す。図９は、ヒーター装置１００、２００の粘着層１２、２１２の厚みとフレア長との関係を示す。

ここで、凸部１０ａは必ずしも図７に示したような台形形状となるわけではなく、実際には図１Ｃ、図１Ｄに示したような曲線を含む形状となる。つまり、図７は、説明を分かり易くするためにモデル化した図である。本明細書のくさび角θとは、本質的には、凸部１０ａの開始点（つまり盛り上がり開始点）と、凸部１０ａの頂点（つまり最も盛り上がっている点）とを直線で結び、この直線と透明基板１０の平坦面とのなす角度のことである。

ここで、フレアが発生すると、目障りであり、撮像画質の低下にも繋がるので、当然、フレアは発生しないことが好ましく、発生したとしてもフレア長は短い方が好ましい。フレアの発生原因は、凸部１０ａが生じたことによる屈折の影響であると考えられる。つまり、光線が凹凸部によるくさびプリズム効果により屈折することで、光点が線状に伸びてフレアが発生する。

図８から分かるように、くさび角θが０．１°以下ではフレア長は短いが、くさび角θが０．１°を超えるとフレア長は急激に長くなる。

また、図９から分かるように、レジスト未塗布の場合（つまり透明緩衝層２１３を設けない場合）には、粘着層１２の厚みが１００μｍより大きければフレア長は短いが、粘着層１２の厚みが１００μｍ以下ではフレア長は急激に長くなる。これに対して、レジストを塗布した場合（つまり透明緩衝層２１３を設けた場合）には、粘着層２１２の厚みが５０μｍ付近でもフレア長は十分に短い。因みに、レジスト１はレジストを１回塗布した場合を示し、レジスト２はレジストを２回塗布した場合を示す。

さらに、図１０から分かるように、レジスト未塗布の場合（つまり透明緩衝層２１３を設けない場合）には、粘着層１２の厚みが厚くなるほど、くさび角θは小さくなる。これに対して、レジストを塗布した場合（つまり透明緩衝層２１３を設けた場合）には、くさび角θは粘着層２１２が薄くても十分に小さい。特に、レジストを２回塗布した場合（レジスト２）では、粘着層２１２が非常に薄くてくさび角θを０．１°以下に抑えることができることが分かった。

図１に示したような従来の構成では、くさび角θを０．１°以下に制御するためには、粘着層１２の厚さ及び弾性率を慎重に選定する必要があるが、図４に示した本実施の形態のヒーター装置２００によれば、透明緩衝層２１３を設けたことにより、くさび角θを容易に０．１以下に制御することができる。この結果、電熱線２１１の近傍の撮像画像にレンズ効果に起因するフレアや歪みが生じることを抑制でき、その結果、高品質の撮像画像を得ることができる。

＜４＞他の実施の形態
図４との対応部分に同一符号を付して示す図１１は、他の実施の形態に係るヒーター装置２００の構成を示す断面図である。図１１のヒーター装置２００は、図の上から順に（貼着対象であるフロントガラス側から順に）、粘着層２１２、透明基板２１０、透明緩衝層２１３、粘着層２２１、透明フィルム２２２、防曇コート層２２３が形成されている。透明基板２１０には電熱線２１１が形成されている。

透明緩衝層２１３は、ヒートシール材又は粘着材により形成されている。ヒートシール材としては、例えばポリオレフィン、ポリエステル、アクリル、ＰＶＢなどの透明かつ耐熱性（ヒーター温度（例えば１２０°Ｃ）程度では溶融しないもの）を有するものを用いることができる。粘着材としては、例えばアクリル、シリコーン樹脂などが用いることができる。透明フィルム２２２としては、例えばアクリルやポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートフィルムなどが用いられる。

図１１の構成によれば、透明緩衝層２１３を有するので、図４の構成と同様に、凸部のくさび角θを容易に０．１以下に制御することができる。この結果、図４の構成と同様に、電熱線２１１の近傍の撮像画像にレンズ効果に起因するフレアや歪みが生じることを抑制でき、その結果、高品質の撮像画像を得ることができる。

図１１のヒーター装置２００は、透明基板２１０の第１の面に電熱線２１１を被覆するように透明なヒートシール材又は粘着材の層からなる透明緩衝層２１３を塗工し、透明緩衝層２１３を透明フィルム２２２でラミネートした後に熱プレスにより透明緩衝層２１３を平滑化及び熱硬化する。次に、防曇コート層２２３を形成する。次に、透明基板２１０の電熱線２１１とは反対側の第２の面に、透明な粘着層２１２を形成する。次に、粘着層２１２をフロントガラスなどのガラス面に貼着する。

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。

例えば、上述の実施の形態では、透明基板２１０としてＰＥＴフィルムを用いた場合について述べたが、これに限らず、他の透明基板を用いた場合にも適用できる。本発明は透明基板として高い可撓性を有する基板を用いた場合に有効である。

また、図４の透明基板２１０が、防曇機能を有することが好ましい。透明基板２１０を防曇機能を有する構成とするためには、例えば、透明基板２１０における電熱線２１１が形成される面とは反対側の面に吸水性有機ポリマーなどの親水性膜（防曇膜）を形成すればよい。そして、透明基板２１０の防曇機能を補助するように電熱線２１１への通電を行うようにすれば、電熱線２１１での消費電力を有効に低減できるようになる。

上述の実施の形態では、本開示のヒーター装置２００を車両のフロントガラス１３の霜や曇りを抑制する装置として用いた場合について述べたが、本発明のヒーター装置はこれに限らない。本開示のヒーター装置２００は、ガラス面に代えて例えば透明なプラスチックの面に貼着されてもよい。要は、本発明は、透明部材の一面に貼着されたヒーター装置を透過した撮像光を受光して撮像画像を得る撮像装置における前記ヒーター装置として広く適用可能である。

１０、２１０ 透明基板
１１、２１１ 電熱線
１２、２１２、２２１ 粘着層
１０ａ、１２ａ 凸部
１３ フロントガラス
１００、２００ ヒーター装置
２１３ 透明緩衝層
３００ 撮像ユニット
３０１ 撮像部
３０２ 画像処理部

Claims (13)

1. 透明部材の一面に貼着されるシート状のヒーター装置であって、
   透明基板と、
   前記透明基板の第１の面側に配設された電熱線と、
   前記透明基板の前記第１の面側に形成された透明な粘着層と、
   前記透明基板と前記粘着層との間に、前記電熱線を被覆するように形成された透明緩衝層と、
   を具備するヒーター装置。
2. 前記透明緩衝層の前記粘着層との境界面には、前記電熱線の高さに起因する凸部が存在しない、あるいは、凸部が存在したとしても当該凸部は前記透明基板に直接前記粘着層を形成した場合の凸部よりも小さい、
   請求項１に記載のヒーター装置。
3. 前記透明緩衝層は、溶融状態において前記粘着層よりも流動性が高い物性を有する材料でなる、
   請求項１又は２に記載のヒーター装置。
4. 前記透明緩衝層は、熱硬化性樹脂である、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のヒーター装置。
5. 前記粘着層はアクリル樹脂を主成分とするものであり、前記透明緩衝層はエポキシ樹脂を主成分とするものである、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のヒーター装置。
6. 前記透明緩衝層は、
   前記電熱線を被覆する、透明なヒートシール材又は粘着材の層と、
   前記ヒートシール材又は粘着材の層と、前記粘着層との間に設けられた透明フィルムと、
   を有する、
   請求項１に記載のヒーター装置。
7. 前記透明基板は、防曇シートである、
   請求項１から６のいずれか一項に記載のヒーター装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のヒーター装置と、
   前記ヒーター装置を透過した撮像光を受光して撮像画像を得る撮像装置と、
   を具備する車両用撮像装置。
9. 透明部材の一面に貼着されるシート状のヒーター装置の製造方法であって、
   透明基板の第１の面側に電熱線を形成する工程と、
   前記透明基板の前記第１の面側に、前記電熱線を被覆するように透明緩衝層を形成する工程と、
   前記透明緩衝層における前記透明基板とは反対の面側に、透明な粘着層を形成する工程と、
   を含むヒーター装置の製造方法。
10. 前記粘着層を前記ガラス面に貼着する工程をさらに含む、
    請求項９に記載のヒーター装置の製造方法。
11. 前記透明緩衝層を形成する工程では、
    溶融状態において前記粘着層よりも流動性が高い物性を有する材料を、前記透明基板の前記第１の面に前記電熱線を被覆するように塗工し、塗布後に前記材料の露出面が前記材料の流動性により平坦化し硬化するまで放置する、
    請求項９に記載のヒーター装置の製造方法。
12. 前記透明緩衝層を形成する工程では、
    前記透明基板の前記第１の面に前記電熱線を被覆するように透明なヒートシール材又は粘着材の層を塗工し、前記ヒートシール材又は粘着材の層を透明フィルムでラミネートした後に熱プレスにより前記ヒートシール材又は粘着材の層を平滑化及び熱硬化する、
    請求項９に記載のヒーター装置の製造方法。
13. 前記透明基板の前記第１の面とは反対側の面に防曇膜を形成する工程を、さらに含む、
    請求項９から１２のいずれか一項に記載のヒーター装置の製造方法。

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