JPS6192775A - 容器の蓋体を気密に閉鎖するための発熱ガスケツト - Google Patents

容器の蓋体を気密に閉鎖するための発熱ガスケツト

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JPS6192775A
JPS6192775A JP60216291A JP21629185A JPS6192775A JP S6192775 A JPS6192775 A JP S6192775A JP 60216291 A JP60216291 A JP 60216291A JP 21629185 A JP21629185 A JP 21629185A JP S6192775 A JPS6192775 A JP S6192775A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の背景〕 本発明は、容器に対してその蓋体を固定する技術に関し
、より具体的には、上記蓋体及び容器の側壁の端面間に
設けた熱溶融性のシール剤を加熱するため、上記容器と
蓋体との間に設けられるガスケットを形成する温度自動
調節機能を有する特殊なヒータの使用に関する。 本発明に関する以下の記述は、先行技術に於ける特殊な
問題に関連してなされているが、容器に対して蓋体や側
壁部材、或いは底面部材等を取り付ける技術は広い分野
で利用可能であり、従って以下の記述は本発明と特に関
連の深い特殊な問題ヘの適用に限定して述べたに過ぎな
いことに留意すべきである。 而して、電子工業の分野に於けるマイクロ波セグメント
は近年急速な発展を遂げた。これらの回路自体は、通常
は気密にシールされた小さな容器の中に収納されている
。通常これらの容器は、上記回路部品で満たされた1つ
若しくはそれ以上の空所を有しており、これらの空所の
それぞれには蓋体が取り付けられている。そしてこれら
の蓋体は、普通の溶接、レーザ溶接、半田付け、その他
の手段によって取り付けられている。 然しなから、蓋体の取付は及び取外しには、かなりのコ
ストが必要とされる。この点に於てこれまでの如何なる
取付は技術も必ずしも最適とは云えず、何等かの欠点を
有している。そしてこれらの極めて高価な容器は、改造
のため蓋体を開けて回路部品を容器内へ再収納する必要
性を有している。同様に、これらの容器の多く若しくは
殆どは軍用若しくは航空宇宙用に用いられるものであり
、検査のため容器を再び開ける必要性がある。このよう
に容器を度々開くために上記蓋体を機械で取り外す必要
がある場合に、蓋体を溶接により取り付けることが重大
な欠点となることは明白であろう。また同様に、レーザ
溶接も多大の資金と人的経費を必要とする。 一方、半田付けされた蓋体もまた欠点を有している。そ
の主な欠点は、フラックスや汚染物が発生するというこ
とである。更に問題となるのは、蓋体の接触領域を均−
且つ同時に加熱することが不可能であるという点である
。半田鏝によってこの作業を行なうことは、勿論困難で
あり、従って殆どの場合蓋体はオーブン内で半田付けさ
れる。 然しなから、この方法も、容器とその内部に収納された
回路部品を比較的長い時間高温雰囲気中に置かなければ
ならないという欠点を有している。 このような欠点はあるが、蓋体の取外しが比較的容易で
あるため、蓋体の取付は手段として半田付けは比較的望
ましい手段である。蓋体を取り外すときには、多くの場
合容器をホットプレート上に置く。 蓋体としては、様々な形状及び寸法のものが存在する。 そしてまた半田としても様々な種類のものが利用され、
そのため半田付けのための温度範囲も広くなる。容器は
多くの場合、錫若しくは金で被覆したアルミニウムで作
製される。一方、蓋体はアルミニウム、Kovar等で
作製され、これも被覆される。 本発明は、Carter氏等に賦与された米国特許第4
.256,945号、或いは本発明と同一の出願人に譲
渡された1984年3月6日付は米国特許出願第586
゜712号若しくは1984年6月21日付は米国特許
出願第623.238号に於て温水された温度自動調節
機能を有するヒータのいずれのタイプのものをも利用し
得るものである。参考のため、そのそれぞれの内容を以
下に掲げる。 上記の米国特許第4.256,945号には、銅のよう
な導電体層と、その上にコーティングされた磁性体層と
から成る自動調節ヒータが開示されている。 更に、上記磁性体層に近接して電流帰還用導電体がこれ
と絶縁された状態で設けられる。但し、両者はそのそれ
ぞれの一端に於て互いに接続されている。上記電流帰還
用導電体と磁性体材料のもう一方の端部は、定電流の交
流電源に接続される。 この定電流の交流電源としては、望ましくは8 MHz
ないし20MH2の範囲の電源が利用されるが、必ずし
もこれに限定する必要はない。 作動の際、上記磁性体金属のキュリ一温度以下に於て電
流の流れる領域は、電気システムに於ける表皮効果(s
kin effect )と近接効果(proximi
ty effect)により、本質的に上記磁性体材料
の部分、即ち上記電流帰還用導電体に近接した材料の部
分に制限される。この装置の温度が上記キュリ一温度に
近づき、上記磁性体材料の透磁率が1に近づくと、電流
は上記銅の層まで広がって流れるようになり、これによ
り上記発熱体の抵抗は減少する。ところが供給される電
流は一定であるため、ジュール加熱は大幅に減少し、こ
れにより上記磁性体材料の温度はそのキュリ一温度以下
へ低下し、以後このサイクルが繰り返される。このよう
にして上記ヒータはその温度の自動調節機能を有するこ
とになる。 上記の如きヒータの基本的な構成の細部の変更例の幾つ
かが、上記米国特許出願第586,712号と第623
 、238号、並びに同時に出願された2つのCIP出
願(部分11!続出願)に開示されており、これらの構
成も本発明に於て利用されるものである。 上記の同時に提出された出願は、上に述べたタイプのヒ
ータで実質的に小型のものを開示しており、当該ヒータ
に於ては、上記電流帰還用導電体に相当するもの、並び
に当該電流帰還用導電体と上記磁性体材料との間の絶縁
体が取り除いである。 〔関連の出願〕 この出願は、Rodney L、 Derbyshir
eにより1984年6月21付けで出願された米国特許
出願第623,238号と、同時出願のこれに対するC
IP出願とくこれらは参考のために掲げである。)に関
連するものである。また、本出願は5teve Pur
ce11氏によって同時に出願された「容器に蓋体を半
田付けするための自己発熱性の蓋体jなる発明とも関連
するものである。 〔発明の概要〕 本発明に於ては、蓋体とこれに対応する容器との間に設
けられるガスケットとして、上記先行技術に示された温
度自動調節機能を有するヒータに於ける少な(とも1つ
の磁性体材料を含む発熱体構造が用いられる。上記ガス
ケット型ヒータはこれが加熱せしめられると、当該ガス
ケットの両面に配置された半田を熔解させる。 具体的には、本発明に係るヒータ式ガスケットは、中央
部に設けられる電流帰還用導電体と、絶縁層と、少なく
とも1つの磁性体材料層とから成り、上記磁性体材料層
は、加熱の結果体じるガスが容器内に侵入して繊細な回
路部品に損傷を与えないようにするため、上記絶縁体を
完全に囲繞するように設けられる。 上記磁性体層の周囲を銅のような導電体材料で囲繞する
と共に、ガスケットの互いに対向する両面を半田でカバ
ーするようにしても良い。上記ガスケットは、蓋体とこ
れに隣接する容器の側壁の端面との間に連続的な層を形
成する。      −1成る実施例に於ては、容器を
形成する金属が上記外側の銅の層と同等の機能を果たし
、キュリ一温度以上に於ては抵抗の低い電流流路を提供
するものであるが、このような構成に於ては、以下に説
明するように、磁性体層の端部が露出し、そのため実効
透磁率をかなり低下させてしまうことになる。この問題
を解決するためには、上記容器の側壁部材の端部に凹部
を形成することにより上記容器の側壁の端面上に半田の
みが露出するように構成することによって解決される。 いずれの形態に於ても、ヒータに取り付けられたリード
部が、上記容器から外側へ伸長し、これにより後日上記
ヒータを再゛加熱して上記蓋体を取り外すことが可能な
ようになっている。本発明はその最も広い意味に於て、
蓋体を容器に対してシールするための半田で被覆された
ガスケットの形態を有する温度自動調節機能を有するヒ
ータを提供しようとするものであり、上記シール剤とし
てはシールすべき対象物が金属若しくは非有機材料であ
る場合には半田を用い、また対象物が非金属である場合
の場合には接着剤を用いるものであり、上記ガスケット
型ヒータは上記容器内の部品に対する安全温度を維持す
るよう自動調節を行なうものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る容器と発熱ガスケットと蓋体を分
解した状態に於て示す斜視図、第2図は第1図中2−2
線に沿った断面図(但し上記ガスケットの詳細は省略)
、 第3図は第1図に示した組合せに用いられるガスケット
の一形態の詳細を示す断面図、第4図は上記ガスケット
の接続端子部の詳細を示す部分断面図、 第5図は第3図に示したガスケットを用いる際に使用さ
れる容器の変更例を示す断面図、第6図は主に第1図に
示した容器に用いられる本発明に係るガスケットの望ま
しい実施例を示す断面図、 第7図は上記発熱ガスケットのリード部間の領域をシー
リングするための構成を示す説明図、第8図は本発明の
別の実施例を示す斜視図である。 〔望ましい実施例の説明〕 まず添付図面中の第1図及び第2図を参照しっ\説明す
る。容器1は、第1図及び第2図に示す如くその側壁の
上端を画成する面3を有しており、この面3に対して蓋
体5が気密にシールされるようになっている。ガスケッ
ト型ヒータ7は上記面3と、これに対向する上記蓋体の
面との間に配置される。ガスケット型ヒータ7には、こ
れを定電流の電源に接続するための、側面から突出した
接続端子部が設けられている。 而して、蓋体5を容器1に対して半田付けする場合には
、上記ガスケット型ヒータを上記容器の上端面3上にセ
ットし、当該ガスケット7の上に上記蓋体を設置した後
、上記ガスケットをその接続端子部9を通じて定電流電
源13(第4図参照)に接続するものである。シール剤
としてこの例のように半田を使用する場合には、当該半
田が融解し、上記蓋体と容器が冷間半田付けを防止し得
る程度に充分に加熱された時点で加熱を中止し、上記接
続端子9が図示した形態のものである場合には、これを
第2図に示す如く上記側面に形成した凹部15内に折り
曲げる。上記蓋体を取り外す必要がある場合には、上記
接続端子部を第1図に示したような位置に復帰させ、こ
れに電源13を接続すれば良い。 次に、本発明に係るガスケットの一形態を示した第3図
について説明する。例えば銅で作製された電流帰還用の
導電体17の周囲にはこれを囲繞するよう無機質の絶縁
材等から成る絶縁体19が設けられる。この実施例の場
合には有機質の絶縁材は不適当である。何故なら有機質
の絶縁材は、これが加熱されると容器の内部に収納され
た部品に対して有害なガスを発生するからである。上記
絶縁材のそれぞれの反対側の面には磁性体層21及び2
3が設けられ、これらの外側の表面はそれぞれ半田層2
5及び27によって被覆される。 使用の際には、第3図に示したガスケットは容器とその
蓋体の間に挿入され、上記導電体17の両側面に磁性体
層が設けられていることによってその両面が加熱される
。このとき電流は、例えば接続端子部9の層21から磁
性体層21及び23を通過し導電体17を通じて端子部
9に帰還するように流れる。ガスケ−/ トの端子部9
がら離れた側の一端に於て上記層17.21及び23は
相互に一緒に接続されている。 而して、上記ヒータの自動調節機能は、表皮効果(sk
in effect )と近接効果(proximit
y effect)との相互作用によって生じるもので
ある。表皮効果は、交流システムに於ける電流を上記電
流帰還路に近接した導電体の表面近くに制附させる。 表皮効果に於ける侵入度S、D、は、下記の式、S、D
、 = 0.00503へ]「 (ここでρはμΩ・口の単位で表される上記磁性体材料
21.23の導電率、μは上記磁性体材料の実効比透磁
率、fはMHzで表される周波数。)で表される。上記
磁性体材料として“合金42”を用いた場合、そのμは
200ないし400 、キュリ一温度は約220℃、抵
抗率は、75X10−”Ω・cmである。 この場合、周波数が13.56MHzであるとすると、
μが200のときの侵入度は0.0008365 cm
となる。層21及び23の厚さは侵入度の0.5ないし
2倍程度とするのが良く、従って上記の場合には約0.
0008c+n程度とするのが好適である。この場合に
は、若し上記電流帰還用導電体が上記層のこれに隣接す
る導電体、即ち層25及び27から離れた側の面に設け
られている場合には、電流のほぼ60%は上記磁性体材
料の部分に集中して流れる。この現象は、前記近接効果
に起因するものであり、これによって電流の流れる領域
は電流帰還用導電体に近接した磁性体層の領域に限定せ
しめられるものである。 即ち、この実施例に於いては層17が電流帰還用導電体
とみなされる。そのため、約13%の電流を除いた残り
の電流のすべては比較的高いインピーダンスを有する上
記磁性体材料中を集中して流れ、1”Rに基づく加熱は
最大限に増加する。 而して、上記ヒータが上記磁性体材料のキュリ一温度に
近づくと、そのμの値が1に近づき、侵入度は大幅に減
少し、且つ、これによって電流の大部分は銅と同じ程度
の低い抵抗率即ち2×IQ″′GΩcm程度の抵抗率を
有する隣接した導電性の高い層25及び27中へ広がる
。 上記半田層は上記蓋体及び容器に予め設けるようにして
も良く、その場合にはガスケットから層25及び27を
取り除いても同様の操作によって蓋体を容器に取り付け
ることができる。 次に添付の第4図を参照すれば、同図には端子部9の詳
細が示されている。上記端子部に於ては、絶縁層19が
露出するように、層2L 23.25及び27が端子部
の末端よりも手前で終結するようになっている。一方、
N19は、電流帰還用導電体が露出するように、端子部
の末端と他の層との中間位置で終結するようになってい
る。従って、接続端子29、31及び33を介して容易
に電源に接続することができる。 以下に、ヒータの構造、特に磁性体層の幅と厚さの比率
について補足説明を行なう。磁性体層が導電体層によっ
て完全に囲繞されている場合には、磁性体材料の固有透
磁率をそのま\適用することが可能である。然しなから
、本実施例の如く磁性体層のエツジ部分が露出している
場合には、上記固有透磁率をそのま\適用することはで
きない。 矩形の磁性体の固有透磁率と実効透磁率との間の関係を
示す式は極めて複雑であるが、卵形をした物体について
の下記の関係式を近似的に適用することが可能である。 μl! ” μm ・ l+μ!(妃T) こ\で、μ は磁性体層の実効透磁率、μ は固有透磁
率、tは厚さ、Wは幅である。下記の表は透磁率と、実
効透磁率に於けるw/を比との効果を示すものである。 μエ      200    400w/1 1000        16.7      28に
の表から、上記比率が増加するほど実効透磁率は高くな
り、固有透磁率が低(なればμ5/μ工の比率は高くな
ることが理解される。例えば、透磁率が200の場合に
於いてw / tが1000であるときの稲/μ工の比
率は0.835であるが、透磁率が400の場合には0
.715に過ぎない。 本発明に於て、固有透磁率を適用可能にするには2つの
やり方がある。その1つの方法は、添付図面の第5図に
示されている。本発明に係るこの実施例に於ては、容器
1の側壁の上端面3に空所35が設けられ、上記ガスケ
ットを当該空所内に設置する。第5図に示された上側の
半田層25は、容器の側壁の上端面3よりも上に突出し
て上記半田とガスケット間の接触を良好ならしめている
。上記空所の幅は、ガスケットのそれよりも幾分大きく
、これにより過剰な半田がオーバーフローしたときにそ
の受容領域が形成されるようになっている。 このように構成することにより、上記磁性体1mは容器
の導電性材料若しくは半田によってその3つの側面を囲
まれ、且つその上面は蓋体によって囲まれているため、
上記磁性体層は導電性の材料によって完全に包囲され、
有害な縁効果(effectof edge)は除去さ
れるものである。 縁効果の問題を解決するもう1つの方法は、第3図に於
ける層21及び23を互いに連続的に結合すると共に、
それらの外側を添付の第6図に示す如く全体的に銅若し
くはこれに類する材料で囲繞するものである。中央の電
流帰還用導電体37はKaptonのような絶縁材料の
層39で囲繞し、更にその外側を磁性体材料の層41で
囲繞する。銅のような導電性の材料から成る層43が層
41と電気的及び熱的な接触を保ってこれを囲繞し、且
つその上面及び下面が半田層45及び47によって被覆
される。これにより磁性体層は閉じたループ状となり、
その周囲が導電性の材料で囲繞されて縁効果が除去され
るため、磁性体材料の固有透磁率の値が完全に発揮され
ることが可能となるものである。 磁性体材料に関して言えば、予め装置のキュリ一温度を
設定するために様々な種類のニッケルー鉄合金が利用で
きる。他の公知の材料、例えば各種Metglas (
登録商標)アモルファス合金等も利用できる。 本発明に係るガスケットは、容器1に対してその蓋体5
を気密にシールするために用いるものである。ガスケッ
トの両端間の物理的なギャップを排除し、しかも回路の
短絡を防止する上で重要な電気的絶縁性を確保するため
に、第7図に示したような構成を採用することができる
。ガスケットの末端部9から離れたもう一方の端部53
に、熱硬化性樹脂から成るシール剤の層51が、側面の
周りに僅かな長さだけはみ出るように取り付けられる。 この材料は、金属に対して接着能力を有しており、絶縁
体としての機能も有している。このような材料としては
エポキシ系接着剤若しくはこれに類するものが利用され
る。ガスケットの端部53に於て、絶縁体39は取り除
かれて層37と43とが互いに結合され、これによって
電流は電流帰還用導電体37に流入し得るようになって
いる。前に述べた如く、上記ガスケットに於ける各層は
極めて薄いので、絶縁層39を除去すると、組立て時に
外側の銅の層43を折り曲げることによって層37と4
1とが互いに接続せしめられる。 熱硬化性の樹脂から成るN51は、ガスケットの末端部
9ともう一方の端部53の側面と接触し、当該樹脂が熱
硬化せしめられると、全領域がシールされる。 上記樹脂は容器及び蓋体に対して極めて僅かな領域に於
てしか接触していないため、後日、上記蓋体を取り外す
作業は殆ど支障なく容易に可能である。 電源への接続の形態によって、第6図中のN43の厚さ
及び第3図中の層25及び27の厚さが決定される。外
側の半田層は、第7図に於ける絶縁体51をブリッジす
るように設けられる。このようにして、成る特定の状況
下に於ける電流は末端部9に於ける半田層から、絶縁N
51によって画成されるギャップを超えて中央部の導電
体37へ直接的に流入する。この場合殆ど5発熱しない
。然しなから、周波数如何では、キュリ一温度以下に於
ける電流は半田層から離れた領域に限定され、短絡は生
じない。 第3図に於けるN25及び27と、第7図に於ける層4
3及び45は、以下に述べるようにキュリ一温度以上に
於ても同様の作動が生じるように充分に厚くなければな
らない。電流が適正に制限されるのを確保するため、層
の厚さについてはCar ter氏及びKrumme氏
によって1984年3月16日付けで出願された米国特
許出願第243,777号及び前記特許のCIP出願に
よって決定された値が遵守されなければならない。この
点について充分な説明を行なうために、上記米国特許出
願第243.777号に於て開示した技術をその最も関
連の深い部分についてのみ参考のため以下に掲載する。 即ち、キュリ一温度に達したときにはμの値はlとなり
、抵抗率は2 X 10”’Ωam (銅の抵抗率)と
なる。これにより侵入度は0.00193 cmとなる
。上記電流帰還用導電体から離れた表面に於て侵入度の
5倍の深さの部分を流れる電流は全電流の0.7%であ
り、侵入度の10倍の深さの部分に於ては0.0045
%となる。従って、外側の単−若しくは複数の導電体層
が、少なくとも0.0095の厚さであれば、ガスケッ
トの短絡は防止される。 次に添付図面の第8図を参照すれば、同図には電気的な
接続を行なう代わりに誘導形式により磁性体材料中に電
流を生じさせる本発明の一実施例が示されている。 この実施例に於けるガスケットは、絶縁層55及び57
の間に号ンドイソチ状に挟まれた中央の導電体53を有
している。上記層55及び57はそれぞれ磁性体材料の
層59及び61とそれぞれ接触している。 上記ガスケットは、高周波電源に接続するための端子部
63及び65を有している。上記磁性体眉63及び65
は上記端子部のところまでは伸長しておらず、また絶縁
体層55及び57は端子部の末端部に達する前の短い位
置で終結するようになっており、これにより導電体53
の両端が露出するようになっている。 作動時に導電体53の両端から電流を供給すると、磁性
体材料中に電流が誘導され、当該電流は表皮効果と渦電
流並びにヒステリシスロスに規定されることになる。キ
ュリ一温度に達するか若しくはこれに近づくと、上記磁
性体層の透磁率は空気若しくは銅のそれに近づき、層5
9及び61中に於けるロスは大幅に減少して、電流の大
部分は近接した銅の層から成る導電体の部分若しくは容
器の近接した金属部分を流れるようになる。 第8図に示したガスケットは、容器の端部が空所を有し
ている場合には第5図に示すような形態のものとするこ
とができる。或いはまた、第6図に示すような形態のガ
スケットとすることも可能である。 なお、本明細書中に於て、“定電流”なる用語は、電流
が増加することができないという意味ではなく、次の式
に従って導かれる電流のことを指している。 III       R 具体的には、温度自動調節を達成するためには、キュリ
一温度以上に於て負荷に与えられる電力は、キュリ一温
度以下に於て負荷に与えられる電力よりも少なくなけれ
ばならない。若し、電流が一定不変に保たれるならば、
電流を減少させて電力供給を制御する場合は別として、
最も良好な電力調節比が得られるものである。然しなか
ら、電流が上記の式に従って制御される限り、自動開節
は達成される。従って、大きな電力調節比を必要としな
い場合には、電流制御の程度についての抑制を弱めるこ
とにより電源装置のコストを安くすることができる。 なお、上記の式は次の等式から導かれるものである。 P  =  ll2RI   (こ\でPは電力であり
、■は負荷中を流れる電流である。)なければならない
。そこで、 となり、これから上記の式が導かれる。然しながら、電
流がこれより一層一定であれば、一層良好な自動調節機
能が得られることは勿論である。 なお、当業者であれば、上記の説明に基づいて他の多く
の変更実施例や改良実施例を容易に想到し得るであろう
。従って、それらの変更実施例や改良実施例は本明m書
の特許請求の範囲の欄の記載によって規定される本発明
の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る容器と発熱ガスケットと蓋体を分
解した状態に於て示す斜視図、第2図は第1図中2−2
線に沿った断面図(但し上記ガスケットの詳細は省略)
、 第3図は第1図に示した組合せに用いられるガスケット
の一形態の詳細を示す断面図、第4図は上記ガスケット
の接続端子部の詳細を示す部分断面図、 第5図は第3図に示したガスケットを用いる際に使用さ
れる容器の変更例を示す断面図、第6図は主に第1図に
示した容器に用いられる本発明に係るガスケットの望ま
しい実施例を示す断面図、 第7図は上記発熱ガスケットのリード部間の領域をシー
リングするための構成を示す説明図、第8図は本発明の
別の実施例を示す斜視図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)有害なガスを発生することなく且つ蓋体の取外し及
    び再取付けが可能なよう上記蓋体を容器に対して気密に
    閉鎖するために用いるガスケットに於て、 上記蓋体と上記容器の表面に密着し得る形状を有する温
    度自動調節機能を備えたヒータと、上記ヒータを交流電
    源に接続するための手段と、から成る上記のガスケット
    。 2)上記ガスケットの所望の領域上に配置され、上記蓋
    体と上記容器の所望領域を互いに接触せしめるための熱
    作動性のシール剤から成る層を有する特許請求の範囲第
    1項記載のガスケット。 3)上記ガスケットの一端に於てのみ電源に対して接続
    するための端子部を有し、 上記端子部は上記容器の外周から外側へ伸長するよう設
    けられた特許請求の範囲第1項又は第2項記載のガスケ
    ット。 4)その2つの端部が上記端子部近くに於て隣接せしめ
    られ、 上記隣接領域に於て上記端部同士を互いに電気的に絶縁
    する手段を有する特許請求の範囲第3項記載のガスケッ
    ト。
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