JP6381405B2 - 液体収納容器の液体注入方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体収納容器の液体注入方法に関し、詳しくは、インクなどの液体を吐出する液体吐出ヘッドに供給される液体を収納するための液体収納容器にその液体を注入する方法に関する。

液体収納容器に液体を注入する方法として、特許文献１には、インクタンク内の、インクを保持するための保持部材に複数の注入針を挿入してインクを注入する方法が記載されている。この方法によれば、インク保持部材に均一にインクを充填することができる。

また、特許文献２には、インク充填の際に、インクタンクと記録ヘッドとの間のインク流路に設けられたフィルタにおけるインク注入圧力を適切に制御することが記載されている。これにより、インク充填時や再充填時に記録ヘッドの吐出口を介してインクが漏れることを防止することができる。

特開２００６−１５９６５６号公報 特開２００６−２２４４３３号公報

特許文献２に記載されるように、液体を収納容器に充填する際に、液体収納容器と液体吐出ヘッドとの間の液体流路に設けられたフィルタにおける液体圧力を適切に制御することは、充填の再の液体漏れを防ぐなど、適切な液体充填を行う上で有効である。しかしながら、特許文献２に開示される構成は、記録ヘッドの吐出口側から気体を供給してフィルタにおける液体圧力を制御するものであり、制御のための構成が複雑なものになるという問題がある。

一方で、特許文献１に開示されるような、複数の注入針を用いて液体を注入する方法は、比較的簡易な構成で液体充填を可能とするものである。

本発明は、複数の注入針を用いて液体を注入する方法において、簡易な構成で液体流路に設けられたフィルタにおける液体圧力を適切に制御することを可能とする、液体収納容器の液体注入方法を提供することを目的とする。

そのために本発明は、液体を保持するための液体保持部材を内包した液体収納容器と、前記液体収納容器とフィルタを介して液体連通するよう接続した液体吐出ヘッドと、を有した液体吐出システムにおける、前記液体収納容器の液体保持部材に液体を注入するための液体注入方法であって、前記液体保持部材に複数の注入針を挿入する工程であって、前記フィルタの上方に少なくとも１本の注入針が挿入される工程と、前記複数の注入針から液体保持部材に液体を注入する工程と、を有し、前記複数の注入針から液体保持部材に液体を注入する工程において、前記フィルタの上方の注入針からの液体の注入開始が、前記フィルタ上の注入針に少なくとも隣接する注入針からの液体の注入開始よりも遅くなるようそれぞれの注入針から液体を注入することを特徴とする。

以上の構成によれば、複数の注入針を用いて液体を注入する方法において、簡易な構成で液体流路に設けられたフィルタにおける液体圧力を適切に制御することが可能となる。

（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、インクを吐出する記録ヘッドとインクタンクを一体に構成したインクジェットカートリッジを示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、複数の注入針を用いてインクを注入する際の注入方法を説明する図である。 （ａ）〜（ｄ）は、複数の注入針を用いてインクを注入する際の注入方法を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係るインクジェットカートリッジに注入針を用いてインク注入を行う状態を示す模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、図４に示した第１実施形態に係るインク充填のための構成をより詳細に示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、３本の注入針を用いてインクを注入する際の第１実施形態に係る注入方法を説明する図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係るインクジェットカートリッジに注入針を用いてインク注入を行う状態を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、インクを吐出する記録ヘッドとインクタンクを一体に構成したインクジェットカートリッジ（液体吐出システム）を示す斜視図である。図１（ａ）および（ｂ）において、本実施形態のインクジェットカートリッジ６０１は、概略、チップ状の記録ヘッド６０２と、インクタンクを構成するケース６０９を一体に形成した形態のものである。

液体吐出ヘッドとしての記録ヘッド６０２は、インクを吐出させるため利用される熱エネルギーを発生するためのヒーターが形成された基板と、そのヒーターに対応した吐出口などが形成されたノズルプレートと、を有して構成されている。この記録ヘッド６０２には、電気配線テープ６０６と外部信号入力端子６０７を介して、インクジェット記録装置の本体から電気信号が伝えられる。記録ヘッド６０２は、その２つの端面で電気配線テープ６０６と電気的に接続されており、この電気接続部は封止材６０８で覆われている。

液体収納容器としてのインクタンクは、ケース６０９とフタ６１０で形成された空間内にインク吸収体（液体保持部材）が内包されることによって構成される。

ケース６０９内部の記録ヘッド側には記録ヘッド６０２にインクを供給するためのインク供給路が設けられており、また、その供給路の端部にはフィルタ（不図示）が設けられている。これにより、インクタンク内のインクはフィルタを介してインク連通（液体連通）している。記録ヘッド６０２内のインク流路や吐出口に異物が進入することを抑制している。

次に、複数の注入針を用いてインクタンク内にインクを注入してインクを充填する際の、フィルタにおけるインク圧力の制御の原理について説明する。

図２（ａ）〜（ｃ）は、複数の注入針を用いてインクを注入する際の注入方法を説明する図であり、インク注入を時系列で示している。これら図に示すように、タンクケース６０９内にはインク保持部材としての吸収体６１２が収納されており、インク充填時には、３本の注入針Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を吸収体６１２に挿入してインク注入を行う。また、タンクケース６０９と記録ヘッド６０２との接続部における供給路にはフィルタ６１１が設けられている。３本の注入針Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の挿入位置は、３本の注入針によって吸収体６１２が図の横方向において略４等分されるような位置である。すなわち、それぞれの注入針の注入流量に応じて吸収体全体に均一にインクが浸透するようそれぞれの針の挿入位置が定められている。また、なお、図において、注入時間を表すｔ１、ｔ２、ｔ３は、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３の関係である。

この例では、注入針Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３から同じ注入速度（注入流量）で、同時にインク注入が開始される。

図２（ａ）に示す、注入開始から時間ｔ１後には、各注入針からインクが注入され吸収体に浸透していく。次に、図２（ｂ）に示す、時間ｔ２後には、各注入針からインクが注入され均等に吸収体に浸透していき、Ｗ１、Ｗ２点でそれぞれ注入針Ｓ１と注入針Ｓ２、注入針Ｓ２と注入針Ｓ３からのインクがそれぞれ合流し始める。そして、図２（ｃ）に示す、時間ｔ３後には、各注入針からインクが注入され均等に吸収体に浸透していき、Ｗ１、Ｗ２点でインクの合流面が形成される。本比較例では、それぞれの合流面について、注入針Ｓ１と注入針Ｓ２、注入針Ｓ２と注入針Ｓ３からのインクの圧力が略同じ大きさであることから、それぞれの合流面の位置は移動しない。位置Ｗ１、Ｗ２それぞれのインク合流面は、注入針Ｓ１と注入針Ｓ２、注入針Ｓ２と注入針Ｓ３との間の、それぞれ略中央に位置する。このような合流面が形成されると、インクはより流抵抗の小さい方向（吸収体の空隙等）へ移動して浸透していく。インクが浸透する力は、注入針から押し出されるインクの注入圧力と吸収体の毛管力による。

このように、この例によれば、フィルタ６１１におけるインク圧力は、３本の注入針に関して幾何学的に同じ条件となる他の位置の圧力と変わらないものとなる。

これに対し、本発明は、フィルタ６１１に作用するインク圧力を、３本の注入針に関して幾何学的に同じ条件となる他の位置の圧力より大きなものとする。

図３（ａ）〜（ｄ）は、複数の注入針を用いてインクを注入する際の本発明に係る注入方法を説明する図である。図３（ａ）〜（ｄ）において、図２に示した要素と同様の要素には同じ符号を付してその説明は省略する。図において、注入時間を表すｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４は、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４の関係である。

この例では、注入針Ｓ１と、注入針Ｓ２、Ｓ３との注入タイミングをずらす。また、注入速度（注入流量）は３本の注入針について同じである。

図３（ａ）に示す、注入開始後、時間ｔ１の時点では、注入針Ｓ２、Ｓ３のみからインクが注入され、注入針Ｓ１からは注入は行われない。注入針Ｓ２、Ｓ３から注入されたインクは吸収体に浸透していく。

次に、図３（ｂ）に示す、時間ｔ２後には、注入針Ｓ２、Ｓ３からインクが注入され続け、また、そのインクが吸収体に浸透し続ける。これにより、これらの注入針Ｓ２と注入針Ｓ３から注入されて浸透するインクは、Ｗ２点で合流する。これとともに、時間ｔ２後には、注入針Ｓ１からのインク注入が開始される。

さらに図３（ｃ）に示す、時間ｔ３後には、位置Ｗ１で注入針Ｓ１と注入針Ｓ２からのインクが浸透して合流面が形成される。また、位置Ｗ２で注入針Ｓ２と注入針Ｓ３からのインクが浸透して合流面が形成される。ここで、注入針Ｓ１と注入針Ｓ２との間の合流面の位置Ｗ１は、図２に示した同じ関係の位置Ｗ１より注入針Ｓ１注入針側に位置する。注入針Ｓ１からの注入開始を他の注入針の注入開始より遅らせることにより、合流面が形成される位置をより注入針Ｓ１側に近づけることができる。

図３（ｄ）は、時間ｔ４後のインク注入状態を示しており、注入針Ｓ１と注入針Ｓ２との間のインク合流面Ｗ１は、上記のとおり、より注入針Ｓ１側にある。すなわち、フィルタの上方の注入針Ｓ１から注入された液体と、フィルタの上方の注入針Ｓ１に隣接する注入針Ｓ２から注入された液体の合流面が、フィルタの上方の注入針Ｓ１に隣接する注入針Ｓ２よりもフィルタの上方の注入針Ｓ１の近くに位置する。特に図３（ｄ）においては、合流面Ｗ１は、フィルタ６１１の上方に位置している。そして、この合流面Ｗ１でのインク移動が規制されるため、図２に示した同一タイミングでのインク注入状態と比較して、より大きな圧力がフィルタ側（図の下方向）や吸収体の空隙側（図の上方向）に作用し、それぞれインクが浸透していく。なお、インクの運動量の総和は、図２に示す比較例と図３に示す実施形態とで同じである。

以上のように、複数の注入針からのインク注入のタイミングを変えることにより、注入針から注入されたインクの合流面を注入針Ｓ１側（フィルタ側）に近づけ、それによって、フィルタ側により大きい圧力を作用させることができる。そして、インク表面張力によるフィルタのインク保持力（液体保持力）より大きな圧力が加われば、図３（ｄ）に示すように、インクはフィルタを通過してインク供給路から記録ヘッド内のインク流路まで充填されていく。このように、フィルタ上の注入針からのインク量を増加させることなく、フィルタに対するインク圧力を適切に制御することができる。その結果、インクがフィルタを通過して記録ヘッドのインク路までインク充填させるとともに、インク充填時に吐出口からインクが漏れるのを防ぐことが可能となる。

以上説明した本発明の液体注入方法の原理を適用した実施形態について次に説明する。

（第１実施形態）
図４は、本発明の第１実施形態に係るインクジェットカートリッジに注入針を用いてインク注入を行う状態を示す模式図である。図１にて前述したように、本実施形態のインクジェットカートリッジは、タンクケース６０９の内部にインク吸収体６１２が収納されている。このタンクケース６０９とチップ状の記録ヘッド６０２とが一体に形成されている。記録ヘッド６０２内のインク供給路６１３のタンクケース側には、フィルタ６１１が設けられている。インクを保持したインク吸収体６１２はフィルタ６１１と適正な量で圧接しており、これにより、記録ヘッド６０２のインク吐出に応じて、インク吸収体６１２に保持されたインクを記録ヘッド６０２に供給することができる。

インク吸収体６１２にインクを注入する構成として、注入針Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が用いられる。これらの注入針はインク注入器（不図示）に接続されており、これにより、注入針にインクが供給される。これらの注入針をインク吸収体６１２内に差し込み、インク注入器内のインクを加圧することによりインク注入針の先端から押し出してインクを注入する。

図５（ａ）および（ｂ）は、図４に示した第１実施形態に係るインク充填のための構成をより詳細に示す図である。

本実施形態では、図５（ａ）に示すように、５本のインク注入針を使用してインク注入を行う。注入針Ｓ１は１本の注入針であり、この注入針は１つのインク注入器に接続されている。一方、注入針Ｓ２は２本の注入針Ｓ２ａ、Ｓ２ｂからなり、これらの注入針が１つのインク注入器に接続され、これにより、インク注入器からのインクは分岐して注入針Ｓ２ａ、Ｓ２ｂのそれぞれに供給される。同様に、注入針Ｓ３は２本の注入針Ｓ３ａ、Ｓ３ｂからなり、これらの注入針が１つのインク注入器に接続され、これにより、インク注入器からのインクは分岐して注入針Ｓ３ａ、Ｓ３ｂのそれぞれに供給される。図５（ｂ）に示すように、注入針Ｓ１、Ｓ２（Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ）、Ｓ３（Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ）は、略等間隔に配置され、注入針Ｓ１はフィルタ６１１の上方に配置される。

図６（ａ）〜（ｃ）は、３本の注入針を用いてインクを注入する際の本実施形態に係る注入方法を説明する図である。

図６（ａ）に示すように、注入開始からｔ１時間後には、注入針Ｓ２（Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ）と注入針Ｓ３（Ｓ３ａ＋Ｓ３ｂ）の注入針から注入速度（注入流量）２．７ｇ／ｓｅｃで注入され吸収体に浸透して行く。具体的には、２本の注入針の組（Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ）、（Ｓ３ａ＋Ｓ３ｂ）それぞれの注入速度が２．７ｇ／ｓで、かつ各組の２本の注入針（Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ）、（Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ）の注入速度は互いに略等しい速度である。以下では、各組の２本の注入針それぞれからの注入を、まとめてそれぞれ注入針Ｓ２、Ｓ３からの注入として説明する。

次に、図６（ｂ）に示すように、注入開始からｔ２＝０．５秒後には、各組の注入針Ｓ２、Ｓ３からインクが注入され続けて吸収体に浸透し始め、位置Ｗ２で組みの注入針Ｓ２と組みの注入針Ｓ３からのインクが合流する。これとともに、注入針Ｓ１から注入速度２．７ｇ／ｓｅｃでインク注入が開始される。

さらに、図６（ｃ）に示すように、注入開始からｔ３時間後には、位置Ｗ１で注入針Ｓ１と注入針Ｓ２から注入されるインクの合流面が形成される。この位置Ｗ１は、注入針Ｓ２よりも注入針Ｓ１側に位置してフィルタ６１１上に存在する。

以上の注入工程において、注入開始からｔ＝０．７５秒後には、注入針Ｓ３からの注入を停止する。また、注入開始からｔ＝１．８０秒後には、注入針Ｓ１からの注入を停止する。最後に、注入開始からｔ＝１．８５秒後に、注入針Ｓ２からの注入を停止する。この注入工程により、注入針Ｓ１からは３．５ｇのインクが注入され、注入針Ｓ２（Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ）からは５．０ｇのインクが注入され、注入針Ｓ３（Ｓ３ａ＋Ｓ３ｂ）からは２．０ｇのインクが注入され、合計１０．５ｇのインクがインクジェットカートリッジ内に充填される。この時のインク注入工程のタクトタイムは１．８５秒となる。

以上のとおり、本発明の第１実施形態によれば、合流面が形成された位置Ｗ１でインクの横方向の移動が規制されることから、フィルタ方向（図の下方向）や吸収体の空隙側（図の主に上方向）に作用するインクの圧力によって、インクが移動して浸透していく。すなわち、フィルタ側に作用するインク圧力によって、フィルタ側のインクはフィルタ６１１を通過してインク供給路から記録ヘッド６０２のインク流路に充填される。このように、注入針から注入されたインクの合流面をフィルタ側に近づけることによって、フィルタ方向へのインク圧力を高くすることができる。これにより、フィルタ上の注入針からのインク量を増加させなくとも、インクをインク供給流路からチップのノズルまで十分に充填させることが可能となる。特に、合流面Ｗ１がフィルタの上方にあることが、インクを十分に充填できるため好ましい。

（第２実施形態）
図７（ａ）および（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係るインクジェットカートリッジに注入針を用いてインク注入を行う状態を示す模式図である。図７（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態のインク注入のための構成は、注入針Ｓ１、Ｓ２に電極４０１が接続され、注入針Ｓ１と注入針Ｓ２の電極間で電気的な導通を検出する検出器（不図示）と、その検出に応じてインク注入動作を制御する制御器（不図示）を備えている。インク注入針とフィルタはＳＵＳ等の導電性の材料を使用して形成する。

インク注入工程では、先ず、注入針Ｓ２（Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ）と注入針Ｓ３（Ｓ３ａ＋Ｓ３ｂ）から注入速度２．７ｇ／ｓｅｃでインクが注入され吸収体に浸透していく。また、注入針Ｓ１からは針先とフィルタが接する程度の少量のインクを出す。

その後、注入針Ｓ２からインクが注入され吸収体に浸透したインクがフィルタに接すると、注入針Ｓ１の電極と注入針Ｓ２の電極との間で導通が生じ、これが検出器により検出される。そして、その導通を検知したタイミングで注入針Ｓ１から注入速度２．７ｇ／ｓｅｃでインク注入が開始される。この注入により、注入針Ｓ１と注入針Ｓ２からのインクが合流する面（Ｗ１）が形成され、その位置Ｗ１は注入針Ｓ１側に位置してフィルタ上に存在することになる。

本実施形態によれば、フィルタ６１１の上方の注入針Ｓ１に隣接する注入針Ｓ２から注入されたインクがフィルタ６１１に接することを検知した時点で、フィルタ６１１上方の注入針Ｓ１からのインク注入が開始される。これにより、注入針Ｓ１と注入針Ｓ２からのインクの合流面Ｗ１の位置を制御しやすくなる。よって、インクをインク供給流路からチップのノズルまで十分に充填させることが可能となる。

（他の実施形態）
なお、フィルタ上の注入針からの液体注入とフィルタ上の注入針に近傍する注入針からの液体注入との間の注入速度を変えることにより、上述した合流面Ｗ１がフィルタの上方の注入針よりの位置に位置するようにすることもできる。複数の注入針から液体保持部材に液体を注入する工程において、フィルタの上方の注入針からの液体の注入速度が、フィルタ上の注入針に少なくとも隣接する注入針からの液体の注入速度よりも遅くなるようそれぞれの注入針から液体を注入する。そうすると、合流面が、フィルタの上方の注入針に隣接する注入針よりもフィルタの上方の注入針の近くに位置するようになる。

また、複数の注入針のうち、フィルタの上方の注入針とフィルタの上方の注入針に隣接する注入針との距離が、その他の注入針同士の距離の中で最も小さくなるように複数の注入針を挿入してもよい。これにより、合流面を、フィルタの上方の注入針に隣接する注入針よりもフィルタの上方の注入針の近くに位置させることができる。

フィルタの上方の注入針に隣接する注入針は、フィルタの上方に配置してもよいし、フィルタの上方に配置しなくてもよい。

６０２ 記録ヘッド
６０９ タンクケース
６１１ フィルタ
６１２ インク吸収体
４０１ 電極
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 注入針

Claims (13)

1. 液体を保持するための液体保持部材を内包した液体収納容器と、前記液体収納容器とフィルタを介して液体連通するよう接続した液体吐出ヘッドと、を有した液体吐出システムにおける、前記液体収納容器の液体保持部材に液体を注入するための液体注入方法であって、
   前記液体保持部材に複数の注入針を挿入する工程であって、前記フィルタの上方に少なくとも１本の注入針が挿入される工程と、
   前記複数の注入針から前記液体保持部材に液体を注入する工程と、
   を有し、
   前記複数の注入針から液体保持部材に液体を注入する工程において、前記フィルタの上方の注入針からの液体の注入開始が、前記フィルタ上の注入針に少なくとも隣接する注入針からの液体の注入開始よりも遅くなるようそれぞれの注入針から液体を注入する
   ことを特徴とする液体注入方法。
2. 前記フィルタの上方の注入針から注入された液体と、前記フィルタの上方の注入針に隣接する注入針から注入された液体との合流面が、前記フィルタの上方の注入針に隣接する注入針よりも前記フィルタの上方の注入針の近くに位置する請求項１に記載の液体注入方法。
3. 前記フィルタの上方の注入針から注入された液体と、前記フィルタ上の注入針に隣接する注入針から注入された液体との合流面は、前記フィルタの上方に位置する請求項１または２に記載の液体注入方法。
4. 前記複数の注入針から液体保持部材に液体を注入する工程において、前記フィルタの上方の注入針からの液体の注入速度が、前記フィルタ上の注入針に少なくとも隣接する注入針からの液体の注入速度よりも遅くなるようそれぞれの注入針から液体を注入する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体注入方法。
5. 前記複数の注入針のうち、前記フィルタの上方の注入針と前記フィルタの上方の注入針に隣接する注入針との距離が、その他の注入針同士の距離の中で最も小さくなるように前記複数の注入針を挿入する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体注入方法。
6. 前記フィルタの上方の注入針からの液体の注入圧力は、前記フィルタの液体保持力より大きい請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体注入方法。
7. 液体を保持するための液体保持部材を内包した液体収納容器と、前記液体収納容器とフィルタを介して液体連通するよう接続した液体吐出ヘッドと、を有した液体吐出システムにおける、前記液体収納容器の液体保持部材に液体を注入するための液体注入方法であって、
   前記液体保持部材に複数の注入針を挿入する工程であって、前記フィルタの上方に少なくとも１本の注入針が挿入される工程と、
   前記複数の注入針から液体保持部材に液体を注入する工程であって、当該工程が終了するときの、前記フィルタの上方の注入針からの液体の注入量が、前記フィルタの上方の注入針に隣接する注入針からの液体の注入量より少なくなるように前記複数の注入針からの液体を注入するよう、前記複数の注射針から液体を注入する工程と、
   を有した液体注入方法。
8. 前記フィルタの上方の注入針から注入された液体と、前記フィルタの上方の注入針に隣接する注入針から注入された液体との合流面が、前記フィルタの上方の注入針に隣接する注入針よりも前記フィルタの上方の注入針の近くに位置する請求項７に記載の液体注入方法。
9. 前記フィルタの上方の注入針から注入された液体と、前記フィルタ上の注入針に隣接する注入針から注入された液体との合流面は、前記フィルタの上方に位置する請求項７または８に記載の液体注入方法。
10. 前記複数の注入針から液体保持部材に液体を注入する工程において、前記フィルタの上方の注入針からの液体の注入開始が、前記フィルタ上の注入針に少なくとも隣接する注入針からの液体の注入開始よりも遅くなるようそれぞれの注入針から液体を注入する請求項７乃至９のいずれか１項に記載の液体注入方法。
11. 前記複数の注入針から液体保持部材に液体を注入する工程において、前記フィルタの上方の注入針からの液体の注入速度が、前記フィルタ上の注入針に少なくとも隣接する注入針からの液体の注入速度よりも遅くなるようそれぞれの注入針から液体を注入する請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の液体注入方法。
12. 前記複数の注入針のうち、前記フィルタの上方の注入針と前記フィルタの上方の注入針に隣接する注入針との距離が、その他の注入針同士の距離の中で最も小さくなるように前記複数の注入針を挿入する請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の液体注入方法。
13. 前記フィルタの上方の注入針からの液体の注入圧力は、前記フィルタの液体保持力より大きい請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の液体注入方法。

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