JP4304015B2 - 靴の通気度および快適度の測定装置 - Google Patents
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Description
この発明は、靴の通気度とその快適度とを測定するための改良された装置に関するものである。
【0002】
人間の発汗作用はそれぞれが汗腺に通じている皮膚の毛穴から汗を排出することによって起きる、ということが知られている。
【0003】
発生した汗は液体であり、温かい皮膚に触れると、それ自体の蒸発潜熱(30℃でおよそ580カロリー/g)を放出しながら蒸発する。
【0004】
これにより皮膚が冷やされて、体温調節が活発になる。
【0005】
衣料品あるいは靴の通気度を測定するために普通使われたいくつかのシステムは、それらを構成する材料にだけ関係があるものである。
【0006】
これらのシステムによって、1時間当たりのmg/cm2で、あるいは1日当たりのg/m2で規定された通気度に関するデーターを得ることができる。
【0007】
このような試験の基礎条件は、例えばUNI8429規格で規定されているが、それらは例えばすべての靴には適用することができない。なぜなら、それらには、複数の層の存在、足の動きおよび相異なる発汗条件のような必要条件が規定されていないからである。
【0008】
耐水性はあるが通気性のない物品と耐水性および通気性のある物品との間における通気度の差の測定に基づいており、それゆえ、人間の足による水蒸気発生のシミュレーションが部分的に可能になり、従って、靴の水蒸気透過率の測定が部分的に可能になる複雑なシミュレーションシステムもまた考案されている。
【0009】
このシステムは、米国特許第4,918,981号に開示されており、実際に、例えば靴、手袋などのような、発汗作用によって生じた水蒸気を透過させるための閉鎖要素を形成する身体装着製品を試験するための方法および装置に関するものである。
【0010】
その装置には、水蒸気透過率が高く、試験される製品の中に挿入されるとともに水で満たされる、薄くて柔軟であって防水性のある閉鎖ジャケットが備わっている。
【0011】
この水は、体温をシミュレートするとともにその製品の内側に高湿度の水蒸気を作り出すために、加熱することができる。
【0012】
その製品の外側における環境へ移動した湿気の量が試験されるとともに、その製品の中に吸収されかつ凝縮された湿気の量を、その試験時間の前、中および後に行われた測定の重量差によって測定することができる。
【0013】
なお、このシステムを靴へ応用すると、一様であって信頼度のある結果をもたらさない。それは、足がさらされる実際の動作条件、とりわけ歩行中および/または走行中における動作条件がシミュレートされておらず、また、使用中における靴の内側に生じる微気候が追試されていないためである。
【0014】
既知量の汗(水蒸気)を作り出すことのできる他のいくつかの装置も知られているが、それらの調整システムは、自動調整をするには精密ではなく、また、どのような場合にも、足−靴システムの中で生じる実際の熱交換および水蒸気交換の現象が追試されていない。
【0015】
靴の通気度を測定する装置もまた、最近、考案され、米国特許第6,487,891号に開示されている。このような装置には、支持用基部の上に、試験される靴を支持するように適合された足の外形を模造する、自立型材料から作られた中空本体が備わっている。
【0016】
この本体には、その外面に配設されて水が入れられるいくつかの貫通孔がある。
【0017】
この中空本体を取り囲むように、防水性・通気性材料(膜)から作られた中敷が配置されている。
【0018】
間隔を置いて配置された1つの構造体と靴の底革に押し付けられる他の構造体との間における前記中空本体に対する相対移動を行うために、押圧要素が設けられている。
【0019】
この装置には、前記中空本体の中の水を事前設定された一定温度まで加熱するための手段と、このような中空本体の重量をそれに関連するすべてのものおよび試験される靴とともに測定するための手段とがさらに備わっている。
【0020】
以上のようないくつかの装置、そしてとりわけ、技術的諸工程を構成するにもかかわらず、定性的に最良であるように実際に改良された最後の装置にはいくつかの欠点のあることが分かったが、これらの欠点には、
靴に挿入する際の困難性、
試験中における中敷の破断の頻発、従って、結果が変わる液体喪失のおそれ、いかなる場合にも足のさまざま領域に従って多様化することのできない、内部温度の調節精度の不足、
温度の値にかかわりなく生じた水蒸気の量の調節不能
既知量の水を供給した後に生じた靴と人工足との間における内部相対湿度の対応値の決定不能、
データーを重要で利用可能なものにほとんどすることのないデーターの再現困難性(VC<20%)、
現実の物理的発汗現象の非再現性
が含まれている。
【0021】
いかなる場合にも、靴−足システムによって消費された熱量あるいはより一般的にはエネルギーを求めることができない、ということにも留意すべきである。
【0022】
この発明の目標は、人間の足における質量・エネルギー交換をシミュレートすることができ、従って靴の通気性能を測定することができる装置を提供することにある。
【0023】
この目標の範囲内で、この発明の1つの目的は、主観的な熱生理学的試験によることなく、靴の水蒸気透過率、吸水率、放熱率の値を予測することのできる装置を提供することにある。
【0024】
この発明の別の目的は、靴の内側に生じた微気候を正確に再現することができる装置を提供することにある。
【0025】
さらに別の目的は、構造的に簡単であり、かつ、使いやすい装置を提供することにある。
【0026】
これ以降いっそう明らかになるであろうこの目標、これらの目的および他の目的は、靴の通気度および快適度を測定するための改良された装置によって達成され、この装置は、
足の外形を模造する自立型熱伝導性材料から作られ、互いに熱的に絶縁された少なくとも3つの領域に分けられ、かつ、試験される靴を支持する剛性構造体と、
この剛性構造体の前記領域のそれぞれを事前設定可能な温度まで独立的に加熱するための手段と、
柔軟材料から作られ、その構造体が、液体透過性であり、かつ、水を吸収することができるとともに、水が取り巻く前記剛性構造体の全表面に水を分配することのできる少なくとも1つの被覆体と、
前記外形の領域に対応する前記の少なくとも1つの被覆体の領域のそれぞれにおける外部温度を検出するための手段と、
その少なくとも1つの被覆体で覆われた前記構造体に水を計量供給するための手段と、
前記領域の温度を一定に維持するために、消費された電力を測定するための手段と
を備えてなることを特徴とする。
【0027】
この発明に係る装置のさらに別の特徴および利点は、添付図面における非限定的な例として図示されたその実施態様の詳細な説明からいっそう明らかになるであろう。
【0028】
これらの図によれば、靴の通気度を測定するための改良された装置には、アルミニウムなどのような熱伝導性自立型材料から作られた中心剛性構造体10が備わっており、これにより足の外形が模造されるが、この構造体10は、参照符号11で表された試験すべき靴を支持するように設計されている。
【0029】
この構造体10は少なくとも3つの領域に分けられているが、これらの領域は、互いに熱的に絶縁され、かつ、温熱条件の差が試験で観察された足の領域に対応している。
【0030】
考慮されている事例で述べたように、構造体10は、例えば温熱条件を互いに隔てるいくつかのシリコーン隔膜10aによって、5つの領域、すなわち、つま先10b、中底10c、外底10e、甲10fおよびかかと10gに分けられているのが好ましい。
【0031】
この装置には、剛性構造体10の前記領域10b・10c・10e・10f・10gを事前設定可能な温度まで独立して加熱するための手段がさらに備わっており、この加熱手段は、考慮されている事例では、参照符号13b・13c・13e・13f・13gでそれぞれ表された抵抗要素から構成されているが、これらの抵抗要素は、電力供給され、例えば温度調節器14b・14c・14e・14f・14gによって調節することができる。
【0032】
これらの抵抗要素は、剛性構造体10を構成する材料の中に埋め込まれているのが好ましい。
【0033】
構造体10は、連続気泡ポリウレタンやフェルトのような液体透過性柔軟材料(例えば20〜30ショアの硬さを有している)、あるいは水を吸収する(およそ400重量%まで)ことができるとともにその水を構造体10の全表面にわたって分配することができる繊維材料から作られた被覆体12によって、取り囲まれている。
【0034】
構造体10の前記領域に対応する被覆体の領域のそれぞれにおける外部温度を検出するためのいくつかのセンサー手段が、例えばかがり縫いによって被覆体12に取り付けられているが、これらは、参照符号15b・15c・15e・15f・15gでそれぞれ表された例えば熱電対から構成されている。
【0035】
図8は、電気回路図であり、参照符号40で表された220Vの主電源の電線が、2つの変圧器41a・42aによってそれぞれ12Vおよび24Vで供給される2つの電線41・42に分かれていることを示している。
【0036】
温度調節器41は24Vの電線42に並列状に配置されており、これらの温度調節器14には、熱電対15、タイマー27aおよび関連スイッチ付きの電動ファン27、荷重計17および、関連スイッチ付きの空気式電動バルブ26cが接続されている。
【0037】
抵抗要素13は、関連スイッチとともに、電線41に並列に配置されている。
【0038】
安全ヒューズが、全体として参照符号45で表されている。
【0039】
この電気回路図のいくつかの要素は以下で説明される。
【0040】
構造体10は、荷重計17を介して、軸付きの空気シリンダー18のような、垂直な往復並進運動のための第1アクチュエーターに取り付けることができる。
【0041】
空気シリンダー18は、支持用フレーム19の梁19aに一体に固定されている。
【0042】
フレーム19は、基部19bから立ち上がっており、基部19bの上では、真っ直ぐなガイド22に沿って往復台23が下方領域を滑走することができ、往復台23によって自由ローラー24が支持されている。
【0043】
往復台23は、構造体10と協働して人間の歩行をシミュレートする往復運動を行うために、軸なし空気シリンダー25のような往復並進運動用第2アクチュエーターによって作動する。
【0044】
往復並進運動用の第1アクチュエーターおよび第2アクチュエーターは、圧力制御バルブからなる速度・同期制御手段36(図5)に接続されている。これらのバルブによって、内側を流れる流体の圧力が変化し、そしてその速度が変化し、従って、空気シリンダー18の上昇および下降の振動数と、軸なし空気シリンダー25の前進ストロークおよび後退ストロークの振動数とが変化する。
【0045】
このようにして、前記バルブの作動を同期させることができるので、速度を変えた歩行をシミュレートすることができる。
【0046】
基部19bの上には、往復台23のための第1ストローク規制センサー26aおよび第2ストローク規制センサー26bが、往復台23の前方および後方にそれぞれ配置されている。
【0047】
これらのセンサーは、第1アクチュエーターおよび第2アクチュエーターの内側における空気の流れを調整する空気式電動バルブ26cと協働する。
【0048】
構造体10で占められた領域の前方に配置された例えば電動ファン27のような、構造体10の換気を行うための換気手段もまた備わっている。
【0049】
構造体10のさまざまな領域にその被覆体で水を計量供給するための手段もまた備わっており、この手段は、電子制御ユニット31で駆動される例えば精密ポンプ30(例えば、複数のダクトを同時に吸排することもできる、構造体10の各領域に対して1つ以上の蠕動ポンプ)によって構成されている。
【0050】
水が、相異なる温度に維持されている構造体10の前記領域の中に流し込まれ、構造体10の中に配置されたダクト33を通って、構造体から導き出された孔34により分配される。
【0051】
構造体10の前記領域の温度を一定に維持するために消費された電力を確定するための測定手段もまた設けられており、この測定手段は、構造体10を加熱するとともにその温度を検出するための手段と同様なユニット31に接続された例えば電力計32によって構成されている。
【0052】
相対湿度を確定するための湿度検出手段もまた設けられており、この検出手段は、ユニット31にも接続された例えば湿度センサー35によって構成されている。
【0053】
操作原理は次のとおりである。往復台23は、構造体10の後方に配置されたストローク規制位置から前方領域へ向かう軸なしシリンダー25の作動によって並進運動を行い、第2センサー26bを作動させる。この箇所で軸付き空気シリンダー18が下降し始め、構造体10が試験される靴11の中に嵌め入れられる。
【0054】
構造体10が下降すると、歩行動作をシミュレートするために、往復台23に一体結合された自由ローラー24が靴11の底革外面を転がる。
【0055】
この工程の間、軸付き空気シリンダー18は押し続けられて、靴の使用者の体重がシミュレートされる。荷重計17は、この歩行シミュレーションの間、靴に掛かる荷重の分布を正確に与えるために、フィードバック制御要素として作用する。
【0056】
往復台23が前方の第1ストローク規制センサー26aに達すると、軸付き空気シリンダー18が上昇して、それとともに構造体10を引き上げる。
【0057】
次いで、往復台23が、軸なしシリンダー25によって後方のストローク規制センサー26bへ戻されて、新しいサイクルが始まる。
【0058】
必要であると考えるときには、靴11における空気の作用をシミュレートするために、ファン27を作動させることができる。このファン27はタイマー27aによって制御される。
【0059】
図9に示されたこの発明の代わりの実施態様では、往復台123のストロークの間に、試験される靴11の底革を載せるために、自由ローラー124の外面を滑動することのできる板140が使われる。
【0060】
この板140は、靴11の底革との当接の傾きを非作動位置からこの板がほぼ水平である位置まで変化させるように、フレーム119およびローラー124に一体に連結されている。
【0061】
この非作動位置は、靴11のかかとの方へ向けられている前記の板の一方端部が他方端部よりも高い位置に相当する。
【0062】
往復台123のストロークの間に、板140は、軸付き空気シリンダー118および軸なしシリンダー125でもたらされる、靴11および自由ローラー124それぞれの複合的な垂直/水平運動によって、靴11の底革との当接の傾きが変化する。
【0063】
板140は、自由ローラー124の外面に形成されたガイド141(図11)により規制されて滑動することができる。
【0064】
また、板140は、靴11が完全に上昇する工程に対応する位置に復帰させるための手段によって靴11のかかとの方へ向けられている第1端部で、ビーム119aにも一体に連結されている。
【0065】
この復帰手段は、弾性要素143によって、あるいは別の方法としての、図9の要素143として取り付けられかつ作動する油圧ピストンによって、構成されている。
【0066】
このような代わりの実施態様における操作の変形は次のとおりである。
【0067】
構造体110が下降する間、靴11の底革は、自由ローラー124の上で水平になるまで回転する板140に載っている。
【0068】
この工程の間、弾性要素143は板140の上方へ引き出されて板140の回転と対照的な動きをする傾向にある。
【0069】
往復台123が前方の第1ストローク規制センサー26aに達すると、軸付き空気シリンダー118が上昇して、構造体110がいっしょに引き上げられる。
【0070】
次いで、往復台123が、軸なしシリンダー125によって後方のストローク規制センサー126bへ戻されて、新しいサイクルが始まる。
【0071】
この工程で、板140は靴11の底革に対する傾きが再び変化するが、これは足を地面から上げることに対応している。
【0072】
このようにして、歩行の際における靴11に接している地面の作用がシミュレートされる。
【0073】
これらの操作の間、操作者によってあらかじめ設定することのできる量の水が加熱された構造体110の中へ流し込まれ、その構造体110によってその水が分配される被覆体12が湿らされる。
【0074】
この水は、生理学的にほとんど完全である方法で人間の発汗作用をシミュレートするために、蒸発する。
【0075】
水の流れは、2つの別々の方法で、すなわち、一定湿度での試験および一定流量での試験のために、調整される。
【0076】
一定湿度試験については、試験される靴11に構造体10が嵌め入れられるとともにいくつかの相対湿度センサーが挿入される。これらのセンサーは、いくつかの熱電対15と協働して、靴11の壁と被覆体で覆われた構造体10との間に生じた微気候を検出することができる。
【0077】
これらのセンサーによって制御ユニット31へ信号が送られ、精密ポンプ30が作動する。そして、内部湿度が設定最小値よりも低くなると、水を構造体10へ送るためにポンプ30が作動して、その湿度が設定値まで戻る。
【0078】
明らかなことであるが、構造体10によって消費される湿気および熱の量はその構造体10の生理学的諸性質に左右され、従って、これらの性質は電力および水の消費量によって正確に検出しかつ測定される。
【0079】
一定流量試験については、その被覆体で覆われた構造体10に既知量の水が供給され、さまざまな層における水の分配量が、試験の間に、結果として生じる湿度の値とともに検査される。
【0080】
これらすべての操作は、一定の温度および湿度に調節されたチャンバーの中で行われる必要がある。
【0081】
相異なるいくつかの靴を使うことで、相異なる通気度および吸収度を評価することができる。
【0082】
いくつかの点で改造された同一の靴をいくつか使うことで、それらの相違点と、従って1つの靴に生じた他の靴に対する改造点とを評価することができる。
【0083】
この発明が意図した前記目標および前記諸目的は実際に達成された。
【0084】
この装置は、人間の足に生じる質量およびエネルギーの変化を実際にシミュレートすることができ、従って、相異なる靴の通気度および吸収性能を測定することができる。
【0085】
以上のように考案されたこの発明には、さまざまな改造および変更を施すことができ、それらのすべてはこの明細書におけるいくつかの請求項の範囲内にある。
【0086】
すべての細部は、技術的に等価な他の諸要素で置き換えることができる。
【0087】
実際に、使われた材料は、本質的でない使用に互換することができる限り、寸法とともに、要求に従ったいかなるものであってもよい。
【0088】
【発明の効果】
この発明によれば、主観的な熱生理学的試験によることなく、靴の水蒸気透過率、吸水率、放熱率の値を予測することができるとともに、靴の内側に生じた微気候を正確に再現することができる、靴の通気度および快適度の測定装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明に係る装置の一部の分解図である。
【図2】図2は、この発明に係る装置の内部で構成された、足の外形を模造する支持構造体の斜視図である。
【図3】図3は、図2における構造体の横断面図である。
【図4】図4は、図2における構造体の一部の側面図である。
【図5】図5は、この発明に係る装置の一部の概略側面図である。
【図6】図6は、この発明に係る装置の一部の機能図である。
【図7】図7は、この装置の概略ブロック図である。
【図8】図8は、この発明に係る装置の電気回路図である。
【図9】図9は、この発明に係る装置の代わりの実施態様の概略側面図である。
【図10】図10は、図9の細部の拡大側面図である。
【図11】図11は、図10の細部の平面図である。
Claims (24)
- 足の外形を模造する自立型熱伝導性材料から作られ、熱的絶縁用隔膜(10a)によって互いに熱的に絶縁された少なくとも3つの領域(10b,10c,10e,10f,10g)に分けられ、かつ、試験される靴(11)を支持する剛性構造体(10)と、
この剛性構造体(10)の前記領域のそれぞれを事前設定可能な温度まで独立的に加熱するための手段(13b,13c,13e,13f,13g)と、
柔軟材料から作られ、その構造体が、液体透過性であり、かつ、水を吸収することができるとともに、水が取り巻く前記剛性構造体(10)の全表面に水を分配することのできる少なくとも1つの被覆体(12)と、
前記外形の領域に対応する前記の少なくとも1つの被覆体(12)の領域のそれぞれにおける外部温度を検出するための手段(15b,15c,15e,15f,15g)と、
その少なくとも1つの被覆体(12)で覆われた前記構造体(10)に水を計量供給するための手段(30)と、
前記領域の温度を一定に維持するために、消費された電力を測定するための手段(32)と
を備えてなることを特徴とする、靴の通気度および快適度の測定装置。 - さらに、相対湿度を検出するための手段(35)を備えていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 自立型材料から作られた剛性構造体(10)が、アルミニウムから作られていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記剛性構造体の前記領域のそれぞれを事前設定可能な温度まで独立的に加熱するための前記手段が、電力供給されかつ調節可能である抵抗要素(13b,13c,13e,13f,13g)によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記抵抗要素が、温度調節器(14b,14c,14e,14f,14g)によって調節することができることを特徴とする請求項4に記載の装置。
- 前記抵抗要素(13b,13c,13e,13f,13g)が、前記剛性構造体(10)を構成する材料の中に埋め込まれていることを特徴とする請求項4に記載の装置。
- 前記剛性構造体の前記領域のそれぞれの外部温度を検出するための前記手段が、前記の少なくとも1つの被覆体(12)に取り付けられた熱電対(15b,15c,15e,15f,15g)によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 柔軟材料から作られた前記被覆体(12)が、布地などから作られていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記剛性構造体(10)が、5つの領域、すなわち、つま先(10b)、中底(10c)、外底(10e)、甲(10f)およびかかと(10g)に分けられていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記熱的絶縁用隔膜(10a)が、シリコーン隔膜(10a)であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- その被覆体(12)で覆われた前記構造体(10)のさまざまな領域に水を計量供給するための前記手段が、電子制御ユニット(31)で駆動される精密ポンプ(30)によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 精密ポンプ(30)が、蠕動型のものであることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- さらに、基部(19b)および梁(19a)から構成された支持用フレーム(19)と、その梁(19a)に固定されている前記構造体(10)の垂直な往復並進運動のための第1アクチュエーター(18)と、自由ローラー(24)を支持し、往復並進運動用第2アクチュエーター(25)の作動によって前記基部(19b)の上を水平に滑走することができる往復台(23)とを備えていることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1つに記載の装置。
- さらに、往復並進運動用の前記第1アクチュエーター(18,118)と前記構造体(10,110)との間に介在された荷重計(17,117)を備えていることを特徴とする請求項13に記載の装置。
- さらに、往復並進運動用の前記第1および第2アクチュエーター(18,25)の速度および同期を制御するための手段(36)を備えている請求項13に記載の装置。
- さらに、前記構造体(10)に対して前記基部(19b)の前方および後方にそれぞれ配置された、前記往復台(23)のための第1ストローク規制センサー(26a)および第2ストローク規制センサー(26b)を備えている請求項13に記載の装置。
- 往復並進運動用の第1アクチュエーター(18)が、軸付き空気シリンダーによって構成されていることを特徴とする請求項13に記載の装置。
- 往復並進運動用の第2アクチュエーター(25)が、軸なし空気シリンダーによって構成されていることを特徴とする請求項13に記載の装置。
- 速度および同期を制御するための前記手段(36)が、圧力制御バルブからなることを特徴とする請求項15〜18のいずれか1つに記載の装置。
- さらに、往復並進運動用の前記第1および第2アクチュエーター(18,25)の内側における空気の流れを調整するとともに前記第1および第2ストローク規制センサー(26a,26b)と協働する空気式電動バルブ(26c)を備えていることを特徴とする請求項16〜18のいずれか1つに記載の装置。
- さらに、前記構造体(10)のための換気手段(27)を備えていることを特徴とする請求項1〜20のいずれか1つに記載の装置。
- 前記換気手段(27)が、電動ファンによって構成されていることを特徴とする請求項21に記載の装置。
- 一定湿度試験のために構成され、試験される前記の靴(11)に、被覆体(12)および前記相対湿度センサー(15b,15c,15e,15f,15g)で覆われた前記構造体(10)が嵌め入れられ、これらの湿度センサーおよび温度センサーが前記制御ユニット(31)に信号をもたらし、前記制御ユニット(31)は、前記内部湿度が設定最小値よりも低くなると、水を前記構造体(10)へ送るためにかつその湿度を設定値まで戻すために作動される精密ポンプ(30)を駆動する、請求項1〜22のいずれか1つに記載の装置による靴の通気度および快適度の測定方法。
- 足の外形を模造する自立型熱伝導性材料から作られ、シリコーン隔膜(10a)によって互いに熱的に絶縁された少なくとも3つの領域(10b,10c,10e,10f,10g)に分けられ、かつ、試験される靴(11)を支持する剛性構造体(10)と、
この剛性構造体(10)の前記領域のそれぞれを事前設定可能な温度まで独立的に加熱するための手段(13b,13c,13e,13f,13g)と、
柔軟材料から作られ、その構造体が、液体透過性であり、かつ、水を吸収することができるとともに、水が取り巻く前記剛性構造体(10)の全表面に水を分配することのできる少なくとも1つの被覆体(12)と、
前記外形の領域に対応する前記の少なくとも1つの被覆体(12)の領域のそれぞれにおける外部温度を検出するための手段(15b,15c,15e,15f,15g)と、
その少なくとも1つの被覆体(12)で覆われた前記構造体(10)に水を計量供給するための手段(30)と、
前記領域の温度を一定に維持するために、消費された電力を測定するための手段(32)と
を備えてなることを特徴とする、靴の通気度および快適度の測定装置。
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