KR101606935B1 - 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 소재 등을 가공하기 위한 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다각형 형상의 양면 인덱서블 절삭 인서트는 각 코너부 측 코너 절삭 에지보다 낮게 위치하는 복수의 볼록부를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 보강재는 각 코너부에 상기 양면 인덱서블 절삭 인서트의 볼록부와 접촉하는 평탄부를 포함하며, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재가 조립된 상태에서 상기 보강재의 평탄부는 상기 양면 인덱서블 절삭 인서트의 세 개 이상의 볼록부와 접촉한다. 본 발명에 따르면, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재는 항상 3점 이상에서의 접촉이 보장되기 때문에, 심한 절삭 조건 하에서도 안정적인 접촉이 보장된다. 이에 따라, 정밀한 가공이 가능해지고, 공구의 수명도 연장된다.
양면 인덱서블 절삭 인서트, 보강재, 볼록부, 점접촉, L자형 레버

Description

양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체 {ASSEMBLY OF DOUBLE-SIDED INDEXABLE CUTTING INSERT AND REINFORCED PART}
본 발명은 금속 소재 등을 가공하기 위한 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체에 관한 것이다.
금속 가공 중에서도 가혹한 절삭 조건에서 거칠게 가공하는 방법을 황삭이라 한다. 황삭 가공시에는 절삭 인서트에 가해지는 부하를 최소화하기 위하여 황삭 가공용 절삭 인서트의 절삭 에지는 높은 위치에 배치되고 내부의 그루버는 중심을 향하여 하강하는 방향으로 형성되는 것이 일반적이다. 이 때, 한 면을 사용하는 절삭 인서트는 하부의 지지면을 평탄하게 연삭 가공하여 공구 홀더 또는 보강재와 접촉시켜 흔들림 없는 고정을 할 수 있다. 그러나, 상하 대칭 형상으로 양면 사용이 가능한 절삭 인서트는 지지면이 절삭 에지에 비해 낮게 위치하기 때문에, 지지면의 연삭 가공이 불가능하며 절삭 인서트의 제작 과정에서 필연적으로 발생하는 변형에 의해 지지면의 높이 편차가 발생하게 된다. 이 경우 절삭 인서트는 보강재 또는 공구 홀더에 안정적으로 고정되지 않는 문제점이 발생한다.
한국특허출원 제2008-7026943호에는 양면 인덱서블 절삭 인서트를 지지판 상에 고정하는 구성이 개시되어 있다. 도 1에는 이러한 종래기술에 따른 양면 인덱서블 절삭 인서트(1)와 지지판(2)이 도시되어 있다. 지지판(2)의 상부에는 복수의 평탄 구역(3a, 3b, 3c)이 배치되고, 양면 인덱서블 절삭 인서트(1)의 상부면에는 지지판(2)의 평탄 구역(3a, 3b, 3c)과 접촉하는 접촉면(4a, 4b, 4c)들이 배치된다. 양면 인덱서블 절삭 인서트(1)의 접촉면(4a, 4b, 4c)들은 프레스 가공에 의해 형성된다. 그러나, 프레스 가공을 할 경우 필연적으로 발생하는 절삭 인서트의 변형에 의하여, 복수의 접촉면(4a, 4b, 4c) 중 불특정한 2면에서 면접촉이 된 후에 나머지 면에서는 지지면의 높이 편차에 의해 틈새가 발생하게 된다. 이는 절삭 가공 중 양면 인덱서블 절삭 인서트의 흔들림 발생의 원인이 되며, 절삭 정밀도의 저하 및 공구 수명의 단축을 야기한다.
또한, 양면 인덱서블 절삭 인서트(1)를 보강재 또는 공구 홀더에 고정하기 위해 양면 인덱서블 절삭 인서트(1)의 중앙에는 관통홀이 형성된다. 스크류에 의해 양면 인덱서블 절삭 인서트(1)를 고정할 때, 양면 인덱서블 절삭 인서트(1)의 테이퍼진 형상의 관통홀 내부로 스크류가 삽입되며, 이는 지지판(2)을 고정하기 위한 스크류의 내부에 형성된 나사부위와의 결합에 의하여 클램핑력이 발생되므로 그 힘이 제한되고, 스크류를 완전히 풀어야만 양면 인덱서블 절삭 인서트(1)의 교체가 가능하므로 그 조작이 힘들게 되며, 사용 중 스크류가 쉽게 마모가 되고 양면 인덱서블 절삭 인서트(1)를 공구 홀더의 벽면으로 밀착시키려는 클램핑력이 약화되어 그 파손이 빈번하게 된다. 또한 레버를 사용하여 양면 인덱서블 절삭 인서트를 고정할 때, 양면 인덱서블 절삭 인서트의 관통홀은 평행하게 제작되고, 이는 공구 홀더의 벽면으로의 클램핑력은 양호하나 공구홀더의 포켓 바닥면을 향한 클램핑력이 약하기 때문에 가공 중 양면 인덱서블 절삭 인서트가 위로 들려 올려지려는 경향에 의해 양면 인덱서블 절삭 인서트가 쉽게 파손된다. 따라서 스크류 또는 레버 등에 의해 양면 인덱서블 절삭 인서트를 고정할 때, 가혹한 절삭 조건에서는 양면 인덱서블 절삭 인서트가 공구 홀더의 포켓 바깥쪽으로 이탈되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 양면 인덱서블 절삭 인서트가 공구 홀더에 장착되었을 때 양면 인덱서블 절삭 인서트가 원래의 장착 위치로부터 이탈되는 것을 효율적으로 방지하며 항상 안정적인 접촉을 보장하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 양면 인덱서블 절삭 인서트의 체결력을 공구 홀더의 측방 및 하방으로 충분히 전달할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 다각형 형상의 양면 인덱서블 절삭 인서트는 각 코너부 측에 코너 절삭 에지보다 낮게 위치하는 복수의 볼록부를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 보강재는 각 코너부에 상기 양면 인덱서블 절삭 인서트의 볼록부와 접촉하는 평탄부를 포함하며, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재가 조립된 상태에서 상기 보강재의 평탄부는 상기 양면 인덱서블 절삭 인서트의 세 개 이상의 볼록부와 접촉한다.
또한, 상기 양면 인덱서블 절삭 인서트는 중심에 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀은 상하 대칭이며 관통홀의 중심을 수직으로 지나는 중심축에 대하여 회전 대칭이고 관통홀의 양 끝단에서 중심을 향하는 방향으로 단면이 감소하는 볼록부를 포함한다. 양면 인덱서블 절삭 인서트를 고정하기 위하여 상기 양면 인덱서블 절삭 인서트의 관통홀에는 L자형 레버가 삽입되며, L자형 레버는 양면 인덱서블 절삭 인서트의 관통홀의 볼록부와 접촉하여 양면 인덱서블 절삭 인서트를 공구 홀더의 측방 및 하방 쪽으로 가압하여 고정한다.
본 발명에 따르면, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재는 항상 3점 이상에서의 접촉이 보장되기 때문에, 심한 절삭 조건 하에서도 안정적인 접촉을 보장된다. 이에 따라, 정밀한 가공이 가능해지고, 공구의 수명도 연장된다.
또한, 본 발명에 따르면, L자형 레버에 의해 양면 인덱서블 절삭 인서트가 공구 홀더의 측방 및 하방으로 가압되기 때문에, 심한 절삭 조건 하에서도 양면 인덱서블 절삭 인서트가 공구 홀더로부터 이탈되지 않고 안정적으로 고정된다.
이하, 본 명세서에 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체를 포함하는 절삭 공구의 사시도이다. 도 3은 본 발명에 따른 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체의 사시도이며, 도 4는 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 공구 홀더(40) 상에 보강재(30)가 안착되며, 상기 보강재(30) 상에 양면 인덱서블 절삭 인서트(20)(이하, 간단히 '절삭 인서트'라고도 한다)가 안착된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 보강재(30) 및 절삭 인서트(20)는 L자형 레버(50)에 의해 공구 홀더(40)에 고정된다.
절삭 인서트(20)의 중심에는 L자형 레버(50)가 고정될 수 있는 관통홀(24)이 형성된다. 상기 관통홀(24)은 상하 대칭이며 관통홀(24)의 중심(O)을 수직으로 지나는 중심축(l)에 대하여 회전 대칭이고 관통홀(24)의 양 끝단에서 중심(O)을 향하는 방향으로 단면이 감소하는 볼록부(21)를 포함한다(도 5 참조). L자형 레버(50)는 상기 볼록부(21)의 한 지점(Q)에서 절삭 인서트(20)와 접촉하여 절삭 인서트(20)를 공구 홀더(40) 상에 고정한다. 상기 볼록부(21)는 도 4에 도시된 바와 같이 곡면으로 형성될 수도 있고, 일정한 경사각을 갖는 경사면으로 형성될 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 양면 인덱서블 절삭 인서트(20)의 사시도이다. 절삭 인서트(20)의 외주연에 배치되는 절삭 에지(23) 부분이 가장 높게 위치하여, 절삭 인서트(20)의 중심부는 외주연에 비해 낮게 위치한다. 상기 절삭 인서트(20)의 중심에는 절삭 인서트(20)의 고정을 위한 부재가 삽입되는 관통홀(24)이 형성된다. 본 실시예에 따른 절삭 인서트(20)는 사각형 형상이며, 사각형의 각 코너부(22) 측의 코너 절삭 에지(23) 부근에 돔형으로 돌출된 볼록부(25)가 형성된다.
절삭 인서트(20)의 중심에서 볼록부(25)의 중심까지의 거리를 x, 절삭 인서트(20)의 중심에서 절삭 인서트(20)의 코너 단부까지의 거리를 y라고 할 때, x:y는 0.7:1 내지 0.95:1이다. 상기 비율이 0.7:1보다 작아지면, 즉 볼록부(25)의 중심이 지나치게 절삭 인서트(20)의 중심(O) 쪽으로 접근하면, 볼록부(25)가 효율적으로 절삭력을 지지하지 못하게 된다. 반대로, 상기 비율이 0.95:1보다 커지면, 즉 볼록부(25)의 중심이 지나치게 절삭 인서트(20)의 외주연 측에 위치하게 되면, 볼록부(25) 및 그루버의 제작을 위한 가공이 힘들어진다.
도 6은 본 발명에 따른 절삭 인서트(20)의 평면도이며, 도 7은 도 6의 A-A 선에 따른 단면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 절삭 인서트(20)는 외주연의 에지 부분(23)이 가장 높게 위치하며, 중심 쪽으로 갈수록 하강하는 형상이다. 또한, 절삭 가공 중 발생하는 칩과 볼록부(25)와의 충돌을 방지하기 위하여 코너부(22)는 2단 그루버로 형성된다. 즉, 코너부(22)의 코너 절삭 에지(23)로부터 연장하는 1단 그루버(26)와 상기 1단 그루버(26)보다 큰 경사각으로 연장하는 2단 그루버(27)로 이루어진다. 이에 따라, 에지에 의해 발생하는 칩들은 1단 그루버(26)에 의해 안내되어 볼록부(25)와 충돌하거나 볼록부(25)에 융착되는 것이 방지된다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 보강재(30)의 사시도이며, 도9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 보강재(30)의 평면도이다. 본 실시예에 따른 보강재(30)는 절삭 인서트(20)와 같은 사각형 형상이다. 보강재(30)의 중심에는 고정을 위한 부재가 삽입되는 관통홀(31)이 형성되고, 상기 관통홀(31)의 주위에는 환형의 상승부(32)가 형성된다. 보강재(30)는 두께가 증가된 상승부(32)를 포함함에 따라 강도가 향상된다. 상기 환형의 상승부(32) 외측으로는 사각형의 각 코너부에 평탄부(33)가 형성된다.
도 10은 도 9의 A-A 선에 따른 단면도이다. 도 10에 도시된 바와 같이 평탄부(33)는 환형의 상승부(32)에 비해 낮게 위치하며, 상기 평탄부(32)는 프레스 가공에 의해 형성된다. 도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 절삭 인서트(20)와 보강재(30)의 접촉 부위를 도시한다. 절삭 인서트의 볼록부(25)와 보강재의 평탄부(33)는 점P에서 접촉하지만, 절삭 인서트(20)는 보강재(30)와 상기 평탄부(33) 이외의 지점에서는 접촉하지 않는다. 세 개의 점은 반드시 하나의 평면 상에 놓일 수 있기 때문에, 절삭 인서트(20)와 보강재(30)의 점접촉은 네 개의 코너부 중 적어도 세 개의 코너부에서 항상 이루어진다. 이에 따라, 3점 지지 효과에 의해 절삭 가공 중 절삭 인서트(20)의 흔들림이 방지되며, 정밀한 가공이 가능해진다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 보강재(30)를 도시한다. 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 보강재(30)의 사시도이며, 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 보강재(30)의 평면도이다. 도 14는 도 13의 B-B 선에 따른 단면도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 보강재(30)는 제1 실시예와 비교하여 평탄부(33)가 환형의 상승부(32)에 비해 높게 위치하는 점에 차이가 있다. 또한, 평탄부(33)가 가장 상측으로 돌출되어 있기 때문에, 상기 평탄부(33)는 연삭 가공에 의해 정밀하게 가공할 수 있다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 절삭 인서트(20)와 보강재(30)의 접촉부위를 도시한다. 제1 실시예와 마찬가지로, 절삭 인서트의 볼록부(25)와 보강재의 평탄부(33)는 점P에서 접촉하지만, 절삭 인서트(20)는 보강재(30)의 평탄부(33) 이외의 지점에서는 접촉하지 않는다.
도 16은 도 4에 있어서 L자형 레버(50)에 의해 절삭 인서트(20)에 가해지는 힘을 도시한다. F는 L자형 레버(50)에 의해 가해지는 클램핑력, θ는 상기 클램핑력의 법선 방향 각도, FH는 수평방향 클램핑력, Fv는 수직방향 클램핑력이다. L자형 레버(50)는 점Q에서 절삭 인서트 중심의 관통홀(24)과 접촉하여 수평방향 및 수직방향의 클램핑력(FH, Fv)을 발생시킨다. 수평방향 클램핑력(FH)는 절삭 인서트(20)가 공구 홀더(40)의 포켓으로부터 바깥쪽으로 이탈되는 것을 방지하며, 수직방향 클램핑력(Fv)는 절삭 인서트(20)를 공구 홀더(40)의 바닥면에 밀착하도록 한다. 이와 같이, L자형 레버(50)를 이용하여 간단한 구조로 절삭 인서트(20)를 공구 홀더(40)의 측방 및 하방으로 견고하게 고정할 수 있다.
상기 법선 각도(θ)는 바람직하게 5도 내지 40도 이다. 법선 각도(θ)가 상기 범위를 벗어날 경우에는, 수평방향 클램핑력(FH) 또는 수직방향 클램핑력(Fv) 중 하나가 너무 작게 되어 충분한 클램핑력을 제공하지 못하게 된다.
또한, 도 16에 도시된 바와 같이, 절삭 인서트(20)의 관통홀(24)의 길이를 a라고 할 때, L자형 레버(50)와 절삭 인서트(20)가 접촉하는 위치(Q)는 관통홀(24)의 하부면으로부터 거리(b)가 약 0.6a 내지 0.8a이다. 상기 거리(b)가 0.6a 이하이면, 즉 접촉 높이가 너무 낮으면, 절삭력이 가해지는 절삭 에지로부터 접촉 위치가 너무 멀어지기 때문에 절삭력에 의해 인가되는 회전 모멘트에 견디지 못하게 된다. 반대로, 상기 거리(b)가 0.8a 이상이면, 즉 접촉 높이가 너무 높으면, 관통홀(24)이 취약해지고 절삭 인서트(20) 상면의 그루버 위쪽으로 L자형 레버(50)가 돌출되어 절삭칩과 충돌하는 문제가 생긴다.
전술한 본 발명의 실시예들은 예시적인 목적으로 제시된 것이며, 이러한 구체적인 절차와 형태로 발명을 제한하고자 하는 것은 아니며, 이를 바탕으로 많은 변형과 수정이 가해질 수 있다. 본 발명은 예컨대, 절삭 인서트는 공구 홀더에 L자형 레버에 의해 체결되지 않고 스크류 등과 같은 다른 클램핑 수단에 의해서 체결될 수도 있고, 절삭 인서트 및 보강재는 사각형이 아닌 다른 다각형이나 원형일 수도 있다. 또한, 본 발명의 절삭 인서트 및 보강재는 황삭 가공 뿐 아니라 다른 절삭 가공 등에도 사용될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 절삭 공구를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체를 포함하는 절삭 공구의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체의 사시도이다.
도 4는 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 양면 인덱서블 절삭 인서트의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 양면 인덱서블 절삭 인서트의 평면도이다.
도 7은 도 6의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 보강재의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 보강재의 평면도이다.
도 10은 도 9의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 접촉 부위를 도시한다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 보강재의 사시도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 보강재의 평면도이다.
도 14는 도 13의 B-B 선에 따른 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 접촉 부위를 도시한다.
도 16은 도 4에 있어서 L자형 레버에 의해 양면 인덱서블 절삭 인서트에 가해지는 힘을 도시한다.

Claims (13)

  1. 다각형 형상의 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체에 있어서,
    상기 양면 인덱서블 절삭 인서트는 각 코너부 측에 코너 절삭 에지보다 낮게 위치하고 돔형으로 돌출하는 복수의 볼록부를 포함하고,
    상기 보강재는 각 코너부에 상기 양면 인덱서블 절삭 인서트의 볼록부와 점접촉하는 평탄부를 포함하며,
    상기 양면 인덱서블 절삭 인서트와 상기 보강재가 조립된 상태에서, 상기 보강재의 평탄부는 상기 양면 인덱서블 절삭 인서트의 세 개 이상의 볼록부와 점접촉하는, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보강재는
    중앙에 위치하는 원형의 관통홀과,
    상기 관통홀의 주위에 위치하는 환형의 상승부를 포함하며,
    상기 평탄부는 상기 상승부의 외측에 위치하며, 상승부에 비해 낮게 위치하는, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 보강재의 평탄부는 프레스 가공되어 있는, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보강재는
    중앙에 위치하는 원형의 관통홀과,
    상기 관통홀의 주위에 위치하는 환형의 상승부를 포함하며,
    상기 평탄부는 상기 상승부의 외측에 위치하며, 상승부에 비해 높게 위치하는, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 보강재의 평탄부는 연삭 가공되어 있는, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체.
  6. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 양면 인덱서블 절삭 인서트의 코너부는 중심을 향하여 하강하는 1단 그루버와 상기 1단 그루버에 비해 내측에 위치하며 1단 그루버보다 큰 경사각으로 하강하는 2단 그루버를 포함하는, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 양면 인덱서블 절삭 인서트의 중심에서 상기 볼록부의 중심까지의 거리를 x, 상기 양면 인덱서블 절삭 인서트의 중심에서 양면 인덱서블 절삭 인서트의 코너 단부까지의 거리를 y라고 할 때,
    x:y는 0.7:1 내지 0.95:1인, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체.
  8. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 양면 인덱서블 절삭 인서트는 중심에 관통홀을 포함하고,
    상기 관통홀은 상하 대칭이며 관통홀의 중심을 수직으로 지나는 중심축에 대하여 회전 대칭이고 관통홀의 양 끝단에서 중심을 향하는 방향으로 단면이 감소하는 볼록부를 포함하는, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체는 양면 인덱서블 절삭 인서트를 고정하기 위한 L자형 레버를 더 포함하는, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 L자형 레버는 상기 양면 인덱서블 절삭 인서트의 상기 관통홀의 볼록부에서 접촉하여 상기 양면 인덱서블 절삭 인서트를 공구 홀더의 측방 및 하방 쪽으로 가압하는, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 양면 인덱서블 절삭 인서트의 관통홀 길이를 a라 할 때, 상기 L자형 레버와 상기 인덱서블 절삭 인서트가 접촉하는 위치는 상기 관통홀의 하부면으로부터 0.6a 내지 0.8a인 거리에 있는, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 L자형 레버와 상기 양면 인덱서블 절삭 인서트가 접촉하는 위치에서의 클램핑력의 법선 각도(θ)는 5도 내지 40도인, 양면 인덱서블 절삭 인서트와 보강재의 조립체.
  13. 인덱서블 절삭 인서트에 있어서,
    상기 인덱서블 절삭 인서트는 각 코너부 측에 코너 절삭 에지보다 낮게 위치하고 돔형으로 돌출하는 복수의 장착용 볼록부를 포함하고,
    상기 인덱서블 절삭 인서트가 장착되는 경우, 상기 복수의 장착용 볼록부 중 세 개 이상의 볼록부에서 점접촉이 이루어지는, 인덱서블 절삭 인서트.
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