JPH0929740A - 複合要素用補強材の製造方法及び装置 - Google Patents

複合要素用補強材の製造方法及び装置

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JPH0929740A
JPH0929740A JP8185944A JP18594496A JPH0929740A JP H0929740 A JPH0929740 A JP H0929740A JP 8185944 A JP8185944 A JP 8185944A JP 18594496 A JP18594496 A JP 18594496A JP H0929740 A JPH0929740 A JP H0929740A
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yarn
reinforcement
arm
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な方法で複雑な形状の補強材を直接に製
造できる方法及び装置を提供する。 【解決手段】 複合要素用補強材を製造する方法及び装
置において、複合要素は、硬化マトリクスに埋設された
補強材（Ａ）からなり、該補強材は、重ね合わされた糸
層（Ａ１，・・・，Ａｉ）からなる。装置は、データの
記憶と処理のためのコンピュータ（５）を備えており、
このコンピュータにおいて、製造すべき補強材（Ａ）の
数学的モデルを作ってメモリーに記憶させることができ
る。このコンピュータは、糸（Ｆ）を敷設し及び／又は
縫うための工具（１）を操作するための装置（３）を制
御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複合要素用の補強
材を製造する方法及び装置に関するものである。前記補
強材は、重ね合わされた糸（特に炭素、ガラス又はホウ
素の糸）の層もしくはプライからなり、前記複合要素を
形成するために硬化マトリクス中に実質的に埋設されて
いる。
【０００２】
【従来の技術】この複合要素は、機械的応力及び／又は
熱応力に対して優れた抵抗力を持っているので、特に、
限定的にではないけれども、航空及び宇宙の分野に用い
られる。
【０００３】このような複合要素と、特にその強化のた
めの多くの方法が知られている。一般的に、第１段階で
は、重ね合わされた糸層を構成する、少なくとも２方向
に分布する繊維（糸）から補強材を作り、次に前記糸層
を横断方向に通る糸を用いて縫合することによりそれら
を強化することができる。その後、マトリクスの材料を
該補強材に注入し、該マトリクスを、従って前記複合要
素を形成するために前記材料を硬化させる。
【０００４】種々の方法で糸層を敷設することができ
る。或る場合には、その周りに糸層を２方向に配設する
ペグ（硬い糸のストランド）を支持体の中に永久的に植
え付ける。このペグは前記糸層を強化する役割も果たす
（フランス特許ＦＲ−Ａ−２４０８ ６７６明細書）。
【０００５】特に本出願人の欧州特許ＥＰ−Ｂ−０ ２
８４ ４９７明細書に解説されているものの場合には、
糸の各部分を点と点との間にきつく引っ張ってその端部
の位置を固定させることを可能にする糸敷設ヘッドを利
用する。それらの固定点はピンから形成されていて、該
ピンは、合成材料の発泡体のような、前記ピンを貫通さ
せることのできる材料から作られた支持体に一時的に植
え付けられる。重ね合わされた糸層を形成し、該糸層を
貫通糸を用いて縫い合わせた後、該ピンをその支持体か
ら取り外す。
【０００６】更に、本出願人の特開平７ー２９０４５２
号公報は、前の段落で説明した種類の方法を開示してお
り、その方法では、糸がそれに対して相対的に滑り動く
ことができるようになっている針によって、連続する糸
の真っ直ぐな部分を敷設して、該糸の真っ直ぐな部分を
支持体の上にぴんと張り、前記針を用いて前記真っ直ぐ
な部分の各々を結ぶことなく前記支持体に縫い付けるこ
とによって、ガイドピン及び特別の敷設ヘッドの使用を
回避している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】これらの方法の全て
は、特に最後に述べた方法は、前述した始めの二つの方
法を論じている特開平７ー２９０４５２号公報において
言及されている以外の特別の問題を生じさせることな
く、例えば平らなパネルなどの単純な形状の補強材及び
要素や、ある程度の曲率を持った全体として矩形の形状
や円筒形状の要素を作ることを可能にするものである。
しかし、特別の用途については、その後に所望の「複雑
な」形状を得るためにこのような「ブランク」を切断し
て機械加工しなければならないことは明らかである。当
然に、その様な事後の機械加工には時間がかかるし間接
費を要する。従って、簡単な方法で「複雑な」形状の補
強材を「直接に」製造できる方法を用いることが望まし
い。これが本発明の目的である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的のために、硬化
マトリクスに埋設され重ね合わされた糸層からなる補強
材により形成される複合要素のための前記補強材を製造
する方法は、（ａ） 前記糸層の少なくとも幾つかは、
連続する糸の一部を形成する真っ直ぐな部分を支持体上
に置き、糸の各真っ直ぐな部分を２点間にぴんと張って
前記真っ直ぐな部分の端部を位置的に固定することによ
り製造されており、該幾つかの糸層は、少なくとも実質
的に互いに平行に延在する糸の部分からなり、前記幾つ
かの糸層の糸の部分は前記補強材の中の他の糸層の糸の
部分の方向に対して平行であるか又は互いに交差する方
向に延在するステップと、（ｂ） 前記重ね合わされた
糸層の全ては、該糸層を貫通して連続する糸を、結び目
を作ることなく、特に縫うことによって、強化されてい
るステップと、を含み、前記ステップ（ａ）の前に、製
造すべき補強材の数学的モデルを作ってメモリーに記憶
させておき、該補強材の製造すべき各糸層について、該
糸層の輪郭を、既に製造された前の糸層に対する相対的
位置と共に、メモリーに記憶されている該補強材の数学
的モデルのデータを用いて画定し、その後に前記ステッ
プ（ａ）のプロセスを開始することを特徴としている。
【０００９】このように、本発明の方法によれば、複雑
な複合要素（即ち、非常に厚く、厚みが変化し、外形が
変化することのある複合要素）をその数学的モデルに基
づいて、工業的規模で簡単に製造することが可能であ
り、前記複合要素は、随意の方向に向けられた連続する
糸層を含む織物の補強材を有し、その形状は、その都
度、問題のレベル（糸層）に対応する数学的モデルに依
存する。換言すると、製造すべき複合要素についての数
学的モデルを作った後、それを「切断してスライスにす
る」のであり、スライスの厚みは糸の糸層の厚みに対応
する。
【００１０】敷設すべき各糸層ついて、該糸層に対応す
る高さに位置する区分平面と前記補強材の外面との交線
を作って閉曲線を得、次に、該閉曲線により画定される
平面に対して垂直で、前記糸層の糸の方向として選ばれ
た方向と対応する方向を有する平面の、敷設すべき糸同
士の間隔と等しい間隔を有する配列と前記閉曲線との交
点を画定することが有利である。
【００１１】ステップ（ａ）において、連続する糸の真
っ直ぐな部分がそれに対して滑り動くことができるよう
になっている針によって前記真っ直ぐな部分を敷設する
のが好ましく、前記針は、前記支持体上で糸の真っ直ぐ
な部分をぴんと引っ張りながら該真っ直ぐな部分の長さ
に等しい範囲まで前記支持体に対して相対的に動くこと
ができ、該真っ直ぐな部分は、その各々の端部のうちの
少なくとも１つを、結び目を作ることなく、前記針によ
って前記支持体に縫い込むことによって固定される。
【００１２】更に、上述した方法を実施するための装置
は、糸を敷設し及び／又は縫うための工具を含む種類の
ものであって、この工具は、該工具を操作するための操
作手段に連結されており、この操作手段は、相互に交差
する３つの方向Ｘ、Ｙ、Ｚに該工具を変位させるもので
あ。この装置は、本発明によると、データの記憶と処理
のための記憶・処理手段を備えていて、これで製造する
べき補強材の数学的モデルを作ってメモリーに記憶させ
ることができると共に前記工具を操作するための前記操
作手段を作動することができる。
【００１３】前記の記憶・処理手段は、換言すればコン
ピュータ又はマイクロコンピュータであるが、計算機援
用設計（ＣＡＤ）原理を用いて上記の方法を実施するこ
とを可能にするものである。補強材の各糸層は、該糸層
の糸の方位を含む、Ｘ、Ｙ、Ｚ点のファイルに変換さ
れ、前記ファイルは、糸を敷設し及び／又は縫うために
該工具を操作するための前記操作手段を制御し、該工具
はこのファイルにより画定された点又はポイントに行っ
て糸を植え付ける。
【００１４】このように、ＣＡＤで作られた補強材の数
学的モデルに基づいて、本発明の方法及び装置は、各糸
層の輪郭及び直下に位置する糸層に対する正確な相対的
位置とを決定することを可能にする（種々の等高線のあ
る地図についてのものと稍似ている）。これにより、次
いで、その輪郭をスライスに制限するためにＣＡＤによ
り補強材（複合要素）を分解することが可能となり、連
続する切片は、１層の糸敷設に対応する。この技術は、
具体的モデルを得るために数学的モデルから出発して、
織られた複合材料から要素を製造することを可能にす
る。勿論、切断レベルに対応する各糸層を特別の織り方
で製造することができる。必要な特性を満たすように該
要素の本体中の糸の方位を選ぶことができる。
【００１５】糸を敷設し及び／又は縫うための前記工具
は回転支持体に搭載されるのが好ましく、その下端部に
針が配設される。
【００１６】更に、前記操作手段は、サブフレームと側
板とを有するスタンドを備えており、各側板はキャリッ
ジを搭載する横棒を設けるための案内路を有し、該キャ
リッジは第１のＸ方向に移動することができて、第１ア
ームを備えており、該第１アームは、該Ｘ方向に直交す
る第２のＹ方向に延在して第２アームを担持し、該第２
アームは、前記棒と前記第１アームとにより画定される
平面に対して横向きに第３のＺ方向に滑ることができ、
前記操作手段は更に、前記キャリッジ、前記第１アーム
及び前記第２アームを駆動するためのモータ手段を備え
ることができる。
【００１７】添付図面は、本発明がどのようにして達成
されるのかを理解しやすくするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１から、本発明の装置が糸Ｆを
敷設し及び／又は縫うための工具１を含むことが分か
る。工具１には、これを実行するために、この例では、
針２が装着されており、前記工具１は、該工具を操作す
るための操作手段３に接続されており（リンク４）、こ
の操作手段は、データの記憶及び処理のため、リンク６
及び７により操縦手段３及び工具１にそれぞれ接続され
ている記憶・処理手段５（コンピュータ又はマイクロコ
ンピュータ）の制御下に（制御モードについては後述す
る）、相互に交差する３つの方向Ｘ、Ｙ、Ｚに工具を移
動させるようになっている。
【００１９】更に、図１は、製造過程で支持体Ｓ上に配
設された補強材Ａの概略をいわば象徴的に示している。
この図に描かれている形状は特定の複合要素に対応する
ものではなく、単に本発明を説明するためにランダムに
選ばれたものであることは明かである。更に、それを形
成している種々の糸の層即ち糸層Ａ１，・・・，Ａｉ
も、単に象徴的な図を表してそれを見やすくしているに
過ぎない。実際上は、一定の方位を有する糸の１つ（又
は多分それ以上）の層からなる糸層は、使用されている
糸の太さのために、実際には一致する。更に、糸がＸ方
向に延びている糸層（一番上の層）と、その真下の、糸
がＹ方向に延びている糸層とが描かれている。これらの
方向に対して、他の方向とすることも可能であることは
明かである。従って、Ｘ方向が０゜で、Ｙ方向が９０゜
であるとすれば、糸のいろいろな部分を特に４５゜及び
１３５゜に敷設したり、或いはその他の角度を選ぶこと
ができる。
【００２０】既に指摘したように、硬化マトリクスに埋
設された、重ね合わされた糸層からなる補強材から形成
された複合要素用の補強材Ａを製造するために、（ａ）
連続する糸Ｆの一部を形成する真っ直ぐな部分を支持
体Ｓ上に置き、糸の各部分を２点間にぴんと張って前記
真っ直ぐな部分の端部の位置を固定することにより前記
糸層の少なくとも幾つかを製造し、このように該糸層は
少なくとも実質的に互いに平行に延在する糸の部分から
なり、前記糸層の糸の真っ直ぐな部分は（図１に示され
ているように）該補強材の中の他の糸層の糸の真っ直ぐ
な部分の方向に対して平行であるか又は互いに交差する
方向に延在し、（ｂ） 前記糸層を貫通して連続する糸
を、結び目を作ることなく、特に縫い綴じることによっ
て、重ね合わされた全ての糸層を強化する。
【００２１】糸を敷設するためには、本出願人の特開平
７ー２９０４５２号公報に詳しく記載されている方法を
使用するのが有利であり、それを要約すると次のように
なる。 − 連続する糸Ｆの前記真っ直ぐな部分がそれに対して
滑り動くことができるようになっている針によって前記
真っ直ぐな部分を敷設し、前記針は、前記支持体Ｓの上
で糸の真っ直ぐな部分をぴんと引っ張りながら糸の前記
真っ直ぐな部分の長さに等しい範囲まで前記支持体に対
して相対的に動くことができ、 − 前記真っ直ぐな部分は、その各々の端部のうちの少
なくとも１つを、結び目を作ることなく、前記針２によ
って前記支持体Ｓに縫い込むことによって固定される。
これを実行するために、勿論、支持体Ｓは、縫う作業の
ために充分な柔軟性と、糸の引っ込みを防止するために
充分な剛性又は圧縮性を持っていなければならない。
【００２２】もっと詳しく述べると、ステップ（ａ）の
前に、製造すべき補強材の数学的モデルを作ってコンピ
ュータ（記憶・処理手段）５のメモリーに記憶させてお
き、該補強材Ａの製造すべき各糸層Ａｉについて、該糸
層Ａｉの輪郭を、既に製造された前の糸層Ａｉ−１に対
する相対的位置と共に、メモリーに記憶されている該補
強材Ａの数学的モデルのデータを用いて画定してからス
テップ（ａ）のプロセスを開始する。それは、コンピュ
ータ５の制御下で操作手段３を用いて、糸を敷設し及び
／又は縫うための工具１により実施される。
【００２３】要素（又は補強材）の形状を、適宜のソフ
トウェアにより定義することができる。完成した要素が
例えば反っていたり捻れていたりする場合には、補強材
の製造を容易にするためにその平らな形状を考慮するこ
とができる。マトリクスの射出成型時に最終的な形状が
容易に得られる。
【００２４】ソフトウェアで、各レベル（敷設すべき糸
の層即ち糸層）について、補強材の外面と、対応する高
さに位置する切断平面との交線が作成される。このよう
にして閉曲線が得られて、該閉曲線により画定される平
面に対して垂直で、対応する糸層の糸の方位として選ば
れた方向と対応する方向を有する平面の、敷設すべき糸
同士の間隔と等しい間隔を有する配列とこの閉曲線との
交点が定義される。これらの交点の座標が切断レベル毎
のファイルの形で出力される。切断レベルの全てに対応
する該ファイルの全てが、工具１の操作手段３による制
御下で糸を敷設するためのデータとして使われる。
【００２５】本出願人の特開平７ー２９０４５２号公報
に詳しく記載されているように（勿論、この公報に記載
されている縫い綴じ方法を使用する方法の場合）、標準
的敷設サイクルは、糸の真っ直ぐな部分の各端部につい
て、糸敷設工具１の下記の運動から成る： − 目標の点もしくはポイントへの移動、 − 垂直降下、 − 針２に平行の、支持体における縫い綴じのための降
下、 − 同じ距離だけの後退、 − 後からの移動に対して相対的に糸Ｆの出口の位置を
正しく変えるための、１８０゜の回転を伴う再上昇、及
び、 − 糸の該真っ直ぐな部分の他方の端部への移動。
【００２６】より正確には、図２は本発明の装置の（勿
論、非限定的な）具体的実施例を示す。コンピュータ又
はマイクロコンピュータ５からなるデータ記憶・処理手
段は、糸を敷設し及び／又は縫うための工具１を操作す
るための手段３に接続されており（リンク６）、前記操
作手段３は、サブフレーム９と、水平な横部材１１によ
り上部が連結されている垂直な側板１０とを備えたスタ
ンド８を含む。更に、垂直側板１０は、各々、案内路１
２を有し、横棒１３は、その両端部の付近において、案
内路１２に搭載されているスライダ１４に取り付けられ
ており、それらをネジ１５によって案内路１２の中に固
定することができる。このような構造により、側板１０
上での横棒１３の高さを調整することができる。
【００２７】横棒１３上にキャリッジ１６が搭載されて
いて、該横棒１３に対して横断方向に滑り動くことので
きる調整可能の水平アーム１７がキャリッジ１６に設け
られている。水平アーム１７は、一端において、調整可
能に滑り動くことのできる垂直アーム１８を担持してい
る。垂直アーム１８の下端部１９には、糸巻きのストッ
ク２１からくる糸Ｆを敷設し及び／又は縫うための工具
１を掴むように設計された固定手段（特に回転支持体２
０）が設けられている。また、補強材Ａのための支持体
Ｓを掴むためにベース２２が設けられている。
【００２８】横棒１３及びアーム１７、１８の構造によ
り、端部１９を、モータＭ１、Ｍ２及びＭ３により、支
持体Ｓに対して相対的に３つの交差する方向Ｘ、Ｙ、Ｚ
（特に互いに直交する方向）において所望の如何なる位
置にもセットすることができる。該モータは、図示の例
では、横棒１３及びアーム１７、１８の端部に取り付け
られて、ラックピニオン、ウォーム等を伴う適当な公知
の手段により、これらの棒やアームを前記の方向に駆動
する。
【００２９】得られた補強材即ち半完成品は、次に鋳型
の中に置かれ、複合要素を得るためにその中に樹脂が注
入されて重合する。この樹脂の重合は、温度の上昇、電
子ビーム、或いはその他の適当な現象によって実現され
る。金属マトリクスを有する複合材を得るために、液状
金属を補強材に含浸させることも可能である。熱可塑性
粉末でコーティングされた糸を使用したり、熱可塑性の
糸を含む補強材を製造することも可能である。この場合
には、鋳型内で加熱を行った後にこの補強材を圧縮する
ことにより、熱可塑性マトリクスを伴う部材を得ること
ができる。
【００３０】織布又は不織布のウェブ上に糸層を敷設す
ることも可能である。そのストリップは一連のステーシ
ョンを通過し、通過する毎に糸層を受ける。最後に、該
ストリップは含浸プレスの下に持ち込まれ、ここでマト
リクスが含浸されて、最終の形状が得られる。この手順
で部材を大量生産することが可能である。
【００３１】更に、両面に特殊な輪郭を有するような形
状を持った複合要素を製造するために、一定の厚みを持
った中心の織物から出発して、その織物の１面に糸層を
敷設し、次にそれをひっくり返して他方の面に糸層を敷
設するのが有利で且つ便利である。この場合、中心の支
持織物は、敷設された２組の糸層の間に確保された状態
にとどまる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の装置の概略を示す斜視図である。
【図２】 本発明の装置の１実施形態の斜視図である。
【符号の説明】
１…工具、２…針、３…工具の操作手段、５…コンピュ
ータ（データの記憶・処理手段）、８…スタンド、９…
サブフレーム、１０…側板、１２…案内路、１３…横
棒、１６…キャリッジ、１７…第１アーム、１８…第２
アーム、２０…回転支持体、Ａ…補強材、Ｆ…糸、Ｍ
１，Ｍ２，Ｍ３…モータ（モータ手段）、Ｓ…支持体。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 硬化マトリクスに埋設され重ね合わされ
    た糸層からなる補強材により形成される複合要素のため
    の前記補強材を製造する方法であって、（ａ） 前記糸
    層の少なくとも幾つかは、連続する糸の一部を形成する
    真っ直ぐな部分を支持体上に置き、糸の各真っ直ぐな部
    分を２点間にぴんと張って前記真っ直ぐな部分の端部を
    位置的に固定することにより製造されており、該幾つか
    の糸層は、少なくとも実質的に互いに平行に延在する糸
    の部分からなり、前記幾つかの糸層の糸の部分は前記補
    強材の中の他の糸層の糸の部分の方向に対して平行であ
    るか又は互いに交差する方向に延在するステップと、
    （ｂ） 前記重ね合わされた糸層の全ては、該糸層を貫
    通して連続する糸を、結び目を作ることなく、特に縫う
    ことによって、強化されているステップと、を含み、前
    記ステップ（ａ）の前に、製造すべき補強材の数学的モ
    デルを作ってメモリーに記憶させておき、該補強材の製
    造すべき各糸層について、該糸層の輪郭を、既に製造さ
    れた前の糸層に対する相対的位置と共に、メモリーに記
    憶されている該補強材の数学的モデルのデータを用いて
    画定し、その後に前記ステップ（ａ）のプロセスを開始
    することを特徴とする複合要素用補強材の製造方法。
  2. 【請求項２】 敷設すべき各糸層ついて、該糸層に対応
    する高さに位置する区分平面と前記補強材の外面との交
    線を作って閉曲線を得、次に、該閉曲線により画定され
    る平面に対して垂直で、前記糸層の糸の方向として選ば
    れた方向と対応する方向を有する平面の、敷設すべき糸
    同士の間隔と等しい間隔を有する配列と前記閉曲線との
    交点を画定することを特徴とする請求項１記載の複合要
    素用補強材の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記ステップ（ａ）において、 −前記連続する糸の一部は針に関して滑動することがで
    き、該連続する糸の一部を形成する前記真っ直ぐな部分
    が前記針によって敷設され、前記針は、前記支持体上で
    前記真っ直ぐな部分をぴんと引っ張りながら該真っ直ぐ
    な部分の長さに等しい範囲まで前記支持体に対して相対
    的に動くことができ、 −前記真っ直ぐな部分は、該真っ直ぐな部分の各々の端
    部のうちの少なくとも１つを、前記針を用いて、結び目
    を作ることなく、前記支持体中に縫い込むことによって
    固定される、ことを特徴とする請求項１記載の複合要素
    用補強材の製造方法。
  4. 【請求項４】 糸（Ｆ）を敷設し及び／又は縫うための
    工具（１）を含む種類の装置であって、該工具は、同工
    具を操作するための操作手段（３）に連結されており、
    該操作手段（３）は、相互に交差する３つの方向Ｘ、
    Ｙ、Ｚに前記工具を変位させるものである装置におい
    て、該装置は、データの記憶と処理のための記憶・処理
    手段（５）を備えていて、該記憶・処理手段（５）で製
    造すべき補強材の数学的モデルを作ってメモリーに記憶
    させることができると共に、該記憶・処理手段（５）が
    前記工具（１）を操作するための前記操作手段（３）を
    作動することができることを特徴とする請求項１記載の
    複合要素用補強材の製造方法を実施するための装置。
  5. 【請求項５】 糸（Ｆ）を敷設し及び／又は縫うための
    前記工具（１）は回転支持体（２０）に搭載されてお
    り、該回転支持体の下端部に針（２）が配設されている
    ことを特徴とする請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記操作手段（３）は、サブフレーム
    （９）と側板（１０）とを有するスタンド（８）を備え
    ており、各側板は、キャリッジ（１６）を搭載する横棒
    （１３）を装着するための案内路（１２）を有し、該キ
    ャリッジは、第１のＸ方向に移動することができて、第
    １アーム（１７）を備えており、該第１アームは、前記
    Ｘ方向に直交する第２のＹ方向に延在して第２アーム
    （１８）を担持し、該第２アームは、前記横棒（１３）
    と前記第１アーム（１７）とにより画定される平面に対
    して横向きに第３のＺ方向に滑ることができ、前記操作
    手段は更に、前記キャリッジ（１６）、前記第１アーム
    （１７）及び前記第２アーム（１８）を駆動するための
    モータ手段（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）を備えていることを特
    徴とする請求項４記載の装置。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の方法により製造され
    た、硬化マトリクスに埋設された複合要素用補強材。
  8. 【請求項８】 硬化樹脂に埋設された請求項７に記載の
    補強材により形成された複合要素。
JP8185944A 1995-07-17 1996-07-16 複合要素用補強材の製造方法及び装置 Pending JPH0929740A (ja)

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