JP2009025063A - 回転検出センサ - Google Patents

Abstract

【課題】外部からの水の浸入を防ぐシール性能に優れ、内部発熱や外部環境の温度変化による内部の熱歪み、外力によるセンサ部品やその周辺回路部の損傷、およびケーブルの撓みによるケーブルの回転体との接触が生じず、しかも安価に製作できる回転検出センサを提供する。
【解決手段】この回転検出センサＡは、車輪用軸受の回転輪の被検出体を検出する磁気式のセンサ素子１と、このセンサ素子１の出力信号を外部に取り出すケーブル１０と、前記センサ素子１の電極部と前記ケーブル１０の芯線とを電気的に接続する基板１１とでセンサユニットＢを構成する。センサユニットＢは、センサ固定部材７の所定位置に配置する。ケーブル１０の前記基板１１の近傍部位は、センサ固定部材７に設けたクランプ部９でセンサ固定部材７に固定する。少なくとも前記クランプ部９の一部を含むようにセンサユニットＢを覆って、モールド材を成型してなるモールディング部８を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば自動車用ＡＢＳセンサとして使用される回転検出センサに関する。

自動車のハブベアリングに取付けて使用するＡＢＳセンサ（アンチロックブレーキシステム用の車軸回転センサ）は、磁石または金属体をハブベアリングの回転輪に設け、それに対向して磁気ピックアップ、ホールセンサ、ＭＲセンサ等の磁気式センサを配置した構成とされている。ＡＢＳセンサは、機械的強度、防水性、耐候性、耐薬品性等が求められる。そのため、センサ部品を樹脂等でオーバーモールドすることで、センサユニット構造体として使用される。

センサ部品をオーバーモールドする方法として、例えば特許文献１に、予めセンサ固定用ホルダにセンサ部品を固定しておき、これを樹脂でオーバーモールドする方法が提案されている。
特開２０００−８８９８４号公報

上記従来のオーバーモールド方法によるＡＢＳセンサ用のセンサユニット構造体には、以下に示す問題があった。
・ モールド材が樹脂であるため、センサ部品やセンサ固定用ホルダ等の内蔵品とモールド材との接着性が期待できない。
・ 電子部品であるセンサ部品の自己発熱や環境温度の変化によって、内蔵品とモールド材間の熱膨張差から両者間に隙間が生じる恐れがあり、防水性に問題がある。
・ センサユニット構造体に外力が加わりモールド材に塑性変形が生じた場合にも、内蔵品とモールド材間に隙間が生じるため、防水性に問題がある。
・ 樹脂からなるモールド材は変形能力が低いため、センサユニット構造体に外力が加わった場合、内蔵品に外力が直接作用して内蔵品が破損または変形する可能性がある。
・ 樹脂からなるモールド材は振動吸収性が乏しいため、外部の振動に対する耐久性に問題がある。
・ センサユニット構造体から外部への信号伝達経路となる信号ケーブル部が湾曲するような外力が加わった場合、センサユニット構造体内部のセンサデバイスにその外力が伝わり、故障する可能性がある。

このような課題を解決する対策として、センサ素子と、その出力信号を外部に取り出すケーブルと、センサ素子の電極部と前記ケーブルの芯線とを電気的に接続する導電部を有する基板とでセンサユニットを構成し、このセンサユニットを車輪用軸受に取付けるセンサ固定部材に固定し、さらにセンサユニットの周囲に、熱可塑性エラストマまたはゴム材を成型してなるモールディング部を設け、このモールディング部とは別に、前記ケーブルを前記センサ固定部材に固定するクランプ部をセンサ固定部材に設けることで、防水性や耐震性を保った回転検出センサを安価に製造することが考えられる。

しかし、この構成の場合には、モールディング部とクランプ部との間でケーブルが撓むおそれがあり、撓んだケーブルが車輪用軸受の回転輪等に接触する可能性がある。

この発明の目的は、外部からの水の浸入を防ぐシール性能に優れ、内部発熱や外部環境の温度変化による内部の熱歪み、外力によるセンサ部品やその周辺回路部の損傷、およびケーブルの撓みによるケーブルの回転体との接触が生じず、しかも安価に製作できる回転検出センサを提供することである。

この発明の回転検出センサは、車輪用軸受に取付けるセンサ固定部材に固定され、車輪用軸受の回転輪の回転を検出する回転検出センサであって、前記回転輪に同心に設けられた環状の被検出体を検出する磁気式のセンサ素子と、このセンサ素子の出力信号を外部に取り出すケーブルと、前記センサ素子の電極部と前記ケーブルの芯線とを電気的に接続する基板とでセンサユニットを構成し、このセンサユニットを前記センサ固定部材の所定位置に配置し、前記ケーブルの前記基板の近傍部位を前記センサ固定部材に設けたクランプ部でセンサ固定部材に固定し、少なくとも前記クランプ部の一部を含むようにセンサユニットを覆って、モールド材を成型してなるモールディング部を設けたことを特徴とする。

この発明の構成によれば、以下の作用効果が得られる。
・ センサ素子、ケーブル、基板等のセンサ部品からなるセンサユニットを、弾性を有するモールド材でモールドしたため、回転検出センサに振動や外力が作用した場合に、その振動や外力をモールド材が吸収することで、センサ部品に及ぶ影響を少なくして、センサ部品を保護することができる。
・ モールド材が弾性を有する熱可塑性エラストマまたはゴム材である場合、環境温度の変化や電子部品であるセンサ部品の自己発熱によってセンサ部品とモールド材とで程度の異なる熱膨張・熱収縮が発生しても、その差をモールド材の弾性によって吸収することができ、センサ部品とモールド材間に隙間が生じることが防げ、防水性を保てる。
・ 特に、センサユニットのモールドでは、少なくともクランプ部の一部を含むようにセンサユニットを覆ってモールディング部が設けられるので、モールディング部とクランプ部との間でケーブルが撓むおそれがなく、撓みによりケーブルが車輪用軸受の回転輪等に接触するのを確実に防止できる。

前記モールド材がゴム材である場合、前記成型は金型を用いた成型とすることができる。その場合、前記金型は上型および下型からなり、これら上型と下型間に前記センサユニットおよびゴム材を入れ、上型と下型とを加熱しながら両型間に圧力をかけることによって、前記モールディング部を圧縮成型するのが良い。
モールディング部の成型を金型を用いた圧縮成型とすると、１回の成型で大量の回転検出センサを製造することができ、コストダウンが図れる。また、金型を上型および下型からなるものとすると、センサユニットの位置決めが容易で、モールド材に適正な圧力をかけることができる。なお、射出成型によるモールドでは、溶融した樹脂を流入させるノズル、その溶融樹脂を成型品となる空洞部分へ導くランナー、および前記空洞部分への流入口（ゲート）を必要とする。これらを通る溶融部分の流れをスムーズにして歩留まりを上げるには、１回の製作個数は数個から１０数個程度が適当で、１回の成型個数に制限がある。これに対し、圧縮成型による成型は、１回の成型で大量の回転検出センサを製造することができる。

前記モールド材が熱可塑性エラストマである場合、前記成型は金型を用いた射出成型とすることができる。その場合、金型内にセンサユニットを入れ、熱可塑性エラストマを金型内に射出することによって、前記モールディング部を射出成型する。
前記モールド材がゴム材である場合にも、前記成型は金型を用いた射出成型としても良い。その場合、金型内にセンサユニットを入れ、ゴム材を金型内に射出することによって、前記モールディング部を射出成型する。
モールディング部を射出成型により成型すると、製造が容易で、生産性に優れる。

また、前記モールド材がゴム材である場合、前記成型は上型および下型からなる金型を用いた成型であり、上型および下型のいずれか一方の金型に予めセンサユニットおよびゴム材を入れ、もう一方の金型からゴム材を射出成型することによって、前記モールディング部を成型するようにしても良い。
このようにモールディング部を成型すると、前記射出成型単独でモールディング部を成型する場合の作用効果に加えて、上型および下型のいずれか一方の金型に予めセンサユニットおよびゴム材を入れておくことで、センサユニットの位置決めが容易になるという作用効果が得られる。

前記センサ素子としては、ホール素子、または磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、または巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、またはトンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）、またはコイルを用いることができる。いずれを用いても、良好な回転検出センサとなる。

前記センサ固定部材は、車輪用軸受の固定輪またはその周辺部材に取付けると良い。
センサ固定部材を車輪用軸受の固定輪またはその周辺部材に取付けると、回転検出センサ取付用に別部材を設ける必要がなく、構成が簡略になる。

前記センサ固定部材は、車輪用軸受の端面を覆うカバーを兼ねても良い。
この場合も、回転検出センサ取付用に別部材を設ける必要がなく、構成が簡略になる。

この発明の回転検出センサは、車輪用軸受に取付けるセンサ固定部材に固定され、車輪用軸受の回転輪の回転を検出する回転検出センサであって、前記回転輪に同心に設けられた環状の被検出体を検出する磁気式のセンサ素子と、このセンサ素子の出力信号を外部に取り出すケーブルと、前記センサ素子の電極部と前記ケーブルの芯線とを電気的に接続する基板とでセンサユニットを構成し、このセンサユニットを前記センサ固定部材の所定位置に配置し、前記ケーブルの前記基板の近傍部位を前記センサ固定部材に設けたクランプ部でセンサ固定部材に固定し、少なくとも前記クランプ部の一部を含むようにセンサユニットを覆って、モールド材を成型してなるモールディング部を設けたため、外部からの水の浸入を防ぐシール性能に優れ、内部発熱や外部環境の温度変化による内部の熱歪み、外力によるセンサ部品やその周辺回路部の損傷、およびケーブルの撓みによるケーブルの回転体との接触が生じず、しかも安価に製作できる。

この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この回転検出センサＡは、複数のセンサ部品からなるセンサユニットＢをセンサ固定部材７に固定し、センサユニットＢを覆ってモールディング部８を設けたものである。この回転検出センサＡは、磁気エンコーダ４５等の被検出体と組み合わせて使用される。

センサユニットＢは、磁気式のセンサ素子１と、このセンサ素子１の出力信号を外部に取り出すケーブル１０と、これらセンサ素子１およびケーブル１０の一端部が取付けられる基板１１とでなる。基板１１は、樹脂製等の絶縁基板の表面に導電部３（図３）を印刷配線等によって形成したものである。センサ素子１は、例えばホール素子、または磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、または巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、またはトンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）、またはコイル、またはその他の磁気式センサ素子からなる。この実施形態の場合、ケーブル１０は、２本のケーブル芯線４を有し、各ケーブル芯線４をそれぞれ絶縁被覆５で電気的絶縁状態に被覆し、さらに各絶縁被覆５をケーブルカバー６でカバーしたものとされている。

センサ素子１の電極部２は基板１１の導電部３に電気的に接続され、かつケーブル１０のケーブル芯線４も前記導電部３に電気的に接続されている。導電部３は銅箔等の電気伝導性の良好な金属からなる。つまり、センサ素子１の電極部２とケーブル１０の芯線４とが、基板１１の導電部３を介して電気的に接続されている。導電部３は基板１１の表面側（図３（Ａ））に貼着され、かつセンサ素子１は基板１１の裏面側（図３（Ｂ））に取付けられていて、センサ素子１の電極部２は、基板１１を貫通するスルーホール（図示せず）を通って表面側の前記導電部３に電気的に接続されている。また、ケーブル芯線４と導電部３とは、圧着、または半田付け、またはその他の接合方法により電気的に接続される。

前記センサ固定部材７は、車輪用軸受の端面を覆うカバーを兼ねるものであり（図７参照）、車輪用軸受の中心軸を中心とする円環状の金属製品とされる。センサ固定部材７は、大径部分７ａａおよび小径部分７ａｂを有する段付きの円筒部７ａと、この円通部７ａの小径部７ａｂの端縁から内径側に延びた鍔部７ｂとからなる。図２に示すように、このセンサ固定部材７の鍔部７ｂに、固定具１２によって基板１１を固定することで、センサユニットＢがセンサ固定部材７に固定される。鍔部７ｂには開口部（図示せず）が形成されており、センサ素子１はこの開口部を突き抜けて基板１１の固定面と反対側に突出している。固定具１２としては、ピン、ねじ、リベット等の種々のものを用いることができる。

また、図１（Ａ），（Ｃ）に示すように、センサ固定部材７の一部には、ケーブル１０のセンサユニットＢ側の端部近くの部分を巻き込んで固定するクランプ部９が設けられている。図示の例のクランプ部９は、具体的には、センサ固定部材７の内周縁から突出した突片を外径側へ折り返し、その折り返された突片とセンサ固定部材７との間にケーブル１０を挟み混むものとされている。前記突片およびセンサ固定部材７のケーブル１０を挟み込む部分は、それぞれ、ケーブル１０の外径の円形断面形状に応じた半円弧状の断面形状とされている。この実施形態では、クランプ部９はセンサ固定部材７と一体のものとされているが、クランプ部９はセンサ固定部材７と別部材として設けられてセンサ固定部材７に固定されたものであっても良い。

センサユニットＢのモールドでは、図１（Ａ）にハッチングして示すように、少なくとも前記クランプ部の一部を含むようにセンサユニットＢを覆ってモールディング部８が設けられる。センサユニットＢのモールドに用いるモールド材は、ゴム弾性を有する材料からなるものとされ、ゴム材または熱可塑性エラストマが適している。ゴム材としては、ニトリルゴム、フッ素ゴムが望ましい。これらは、耐熱性、低温特性、および耐油性に優れる。上記以外のゴム材であっても良い。熱可塑性エラストマとしては、塩化ビニル系、エステル系、アミド系が望ましい。これらは耐熱性、耐油性に優れる。

モールド材がゴム材である場合、モールド材の成型を、金型を用いた圧縮成型とすることができる。金型を用いた圧縮成型は、例えば図４（Ａ）のように、金型である上型２０と下型２１間にセンサユニットＢ、センサ固定部材７（図示せず）、およびモールド材２２を入れ、同図（Ｂ）のように、上型２０と下型２１とを加熱しながら両型間に圧力をかけることによって成型する。基板１１がセンサ固定部材７に固定されているため、圧縮成型時に、金型２０，２１内の内圧によりセンサユニットＢの位置が動くことがなく、センサユニットＢを容易に位置決めすることができる。また、金型を上型２０および下型２１からなるものとすると、センサユニットＢの位置決めが容易で、モールド材に適正な圧力をかけることができる。さらに、モールディング部８の成型を金型を用いた圧縮成型とすると、１回の成型で大量の回転検出センサＡを製造することができ、コストダウンが図れる。

モールド材が熱可塑性エラストマである場合、モールド材の成型を、金型を用いた射出成型とするのが好ましい。金型を用いた射出成型は、例えば図５（Ａ）のように、分割可能な金型２０，２１の中にセンサユニットＢおよびセンサ固定部材７（図示せず）を入れ、金型２０のモールド材注入孔２３より、モールド材２２を金型２０，２１内に注入することによって、同図（Ｂ）のようにモールド材２２を成型する。同図（Ａ）において、センサユニットＢは図示しないセンサ固定部材７によって所定の位置に固定されている。モールド材がゴム材である場合も、同様に射出成型で成型を行うことができる。この射出成型による成型は、製造が容易で、生産性に優れる。

また、モールド材がゴム材である場合には、図６に示す方法でモールド材を成型しても良い。すなわち、上型２０および下型２１からなる金型を用い、同図（Ａ）のように、上型および下型のいずれか一方の金型（図示例では下型２１）に予めセンサユニットＢ、センサ固定部材７（図示せず）、およびモールド材２２を入れ、同図（Ｂ）のように、もう一方の金型（図示例では上型２０）のモールド材注入孔２３からモールド材２２を金型２０，２１内に注入して、モールド材２２を射出成型する。このようにモールディング部８を成型すると、前記射出成型単独で成型する場合の作用効果に加えて、下型２１に予めセンサユニットＢおよびモールド材２２を入れておくことで、センサユニットＢの位置決めが容易になるという作用効果が得られる。

上記構成の回転検出センサＡは、センサユニットＢを弾性を有する熱可塑性エラストマまたはゴム材からなるモールド材２２でモールドしたため、回転検出センサＡに振動や外力が作用した場合に、その振動や外力をモールディング部８が吸収することで、センサユニットＢの各センサ部品に及ぶ影響を少なくして、センサ部品を保護することができる。また、モールディング部８が弾性を有する熱可塑性エラストマまたはゴム材からなるため、環境温度の変化や電子部品であるセンサ部品の自己発熱によってセンサ部品とモールディング部８とで程度の異なる熱膨張・熱収縮が発生した場合でも、その差をモールディング部８の弾性によって吸収することができ、センサ部品とモールディング部８間に隙間が生じることが防げ、防水性を保てる。
特に、センサユニットＢのモールドでは、クランプ部９を含むようにセンサユニットＢを覆ってモールディング部８が設けられるので、モールディング部８とクランプ部９との間でケーブル１０が撓むおそれがなく、撓みによりケーブル１０が車輪用軸受の回転輪等に接触するのを確実に防止できる。

また、この実施形態では、センサ固定部材７が車輪用軸受のカバーを兼ねるため、回転検出センサＡの位置決めが容易であり，しかも部品点数を少なくできる。また、センサ固定部材７が金属製であるため、モールド材がゴム材である場合、センサ固定部材７とモールディング部８との接着性が良好で、回転検出センサＡ全体を強固な構造とすることができる。
さらに、ケーブル１０のセンサユニットＢ側の端部近くの部分がクランプ部９によりセンサ固定部材７に固定されているため、ケーブル１０に外力が加わった場合でも、クランプ部９が負荷を受けて、センサユニットＢやモールディング部８に負荷がかからない。

図７はこの発明の回転検出センサを設けた車輪用軸受装置を示す。この車輪用軸受装置は、軸受部３０に、センサ固定部材７に回転検出センサＡを固定してなる回転検出センサ・固定部材取付体Ｃを取付けたものである。なお、以下の説明では、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

軸受部３０は、内周に複列の転走面３３を形成した外方部材３１と、これら各転走面３３に対向する転走面３４を形成した内方部材３２と、これら外方部材３１および内方部材３２の転走面３３，３４間に介在した複列の転動体３５とで構成される。各列の転動体３５は保持器３６で保持されている。外方部材３１と内方部材３２との間の軸受空間の両端は、密封装置３７，３８によりそれぞれ密封されている。

外方部材３１は、固定輪となるものであって、一体の部品からなり、車体の懸架装置から延びるナックル（図示せず）に取付けるためのフランジ３１ａが外周に設けられている。内方部材３２は、回転輪となるものであって、アウトボード側に車輪取付用フランジ３９ａを有するハブ輪３９と、このハブ輪３９のインボード側端の外周に嵌合した内輪４０とでなる。これらハブ輪３９および内輪４０に、前記各列の転走面３４が形成されている。内方部材３２は中心部に軸方向の貫通孔４１を有し、この貫通孔４１に等速ジョイントの片方の継手部材のステム部（図示せず）が挿通される。

前記密封装置３７，３８におけるインボード側の密封装置３８には、被検出体としての磁気エンコーダ４５が組み込まれている。磁気エンコーダ４５は、断面Ｌ字状のリング部材４５ａの側板部に多極磁石４５ｂを設けたものとされている。リング部材４５ａは、内方部材２の外周に圧入より取付けられる円筒部と、この円筒部のインボード側端から外径側に拡がる前記側板部とを含む。多極磁石４５ｂは、円周方向に交互の磁極Ｎ，Ｓを形成した部材であり、ゴム磁石、プラスチック磁石、または焼結磁石等からなる。この実施形態では、磁気エンコーダ４５が、インボード側密封装置３８の構成部品を兼ねており、スリンガとして機能する。

前記センサ固定部材７は、円筒部大径部分７ａａを外方部材３１の外周面インボード側に嵌合させ、かつ円筒部大径部分７ａａと小径部分７ａｂとの段面を外方部材３１のインボード側端面に当接させて、外方部材３１に取付けられる。センサ固定部材７は、車輪用軸受のインボード側端面のカバーを兼ねている。センサ固定部材７を取付けた状態では、磁気エンコーダ４５に対向して回転検出センサＡが位置する。
回転輪である内方部材３２が回転すると、この内方部材３２と共に回転する磁気エンコーダ４５の磁極Ｎ，Ｓをセンサ素子１が検出する。その検出信号がケーブル１０を介して自動車の電気制御ユニット（図示せず）に送信され、この電気制御ユニットにより、センサ素子１の検出信号から回転数が算出される。

この実施形態の回転検出センサは、磁気エンコーダ４５に対してアキシアル方向に対向させるタイプのものであるが、この発明は、磁気エンコーダ４５に対してラジアル方向に対向させるタイプのものに適用できる。被検出体としては、磁気エンコーダ４５の代わりにギヤ形のパルサリングを用いても良い。
また、被検出体としての磁気エンコーダ４５または上記ギヤ状のパルサリングを自動車用のホイールに取付けても良い。
さらに、この実施形態は、センサ固定部材７を固定輪に直接取付けているが、別部材を介して固定輪に取付けても良い。

（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかる回転検出センサの正面図、（Ｂ）はＩＢ−ＩＢ矢視断面図、（Ｃ）はＩＣ−Ｏ矢視断面図である。 図１（Ａ）のII部拡大図である。 （Ａ）はセンサ素子、ケーブル、および基板の接続部の正面図、（Ｂ）はその背面図である。 モールド材の成型方法を示す説明図である。 異なるモールド材の成型方法を示す説明図である。 さらに異なるモールド材の成型方法を示す説明図である。 この発明の回転検出センサを設けた車輪用軸受装置の断面図である。

符号の説明

１…センサ素子
２…電極部
３…導電部
４…ケーブル芯線
７…センサ固定部材
８…モールディング部
９…クランプ部
１０…ケーブル
１１…基板
２０…上型（金型）
２１…下型（金型）
２２…モールド材
４５…磁気エンコーダ（被検出体）
Ａ…回転検出センサ
Ｂ…センサユニット

Claims (8)

1. 車輪用軸受に取付けるセンサ固定部材に固定され、車輪用軸受の回転輪の回転を検出する回転検出センサであって、前記回転輪に同心に設けられた環状の被検出体を検出する磁気式のセンサ素子と、このセンサ素子の出力信号を外部に取り出すケーブルと、前記センサ素子の電極部と前記ケーブルの芯線とを電気的に接続する基板とでセンサユニットを構成し、このセンサユニットを前記センサ固定部材の所定位置に配置し、前記ケーブルの前記基板の近傍部位を前記センサ固定部材に設けたクランプ部でセンサ固定部材に固定し、少なくとも前記クランプ部の一部を含むようにセンサユニットを覆って、モールド材を成型してなるモールディング部を設けたことを特徴とする回転検出センサ。
2. 請求項１において、前記成型は金型を用いた成型であり、前記金型は上型および下型からなり、これら上型と下型間に前記センサユニットおよびゴム材からなるモールド材を入れ、上型と下型とを加熱しながら両型間に圧力をかけることによって、前記モールディング部を圧縮成型したものである回転検出センサ。
3. 請求項１において、前記成型は金型を用いた射出成型であり、金型内にセンサユニットを入れ、熱可塑性エラストマを金型内に射出することによって、前記モールディング部を射出成型したものである回転検出センサ。
4. 請求項１において、前記成型は金型を用いた射出成型であり、金型内にセンサユニットを入れ、ゴム材を金型内に射出することによって、前記モールディング部を射出成型したものである回転検出センサ。
5. 請求項１において、前記成型は上型、下型からなる金型を用いた成型であり、上型、下型のいずれか一方に予めゴム材を入れ、もう一方の金型からゴム材を射出成型することによって、前記モールディング部を成型したものである回転検出センサ。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサ素子はホール素子または磁気抵抗効果素子または巨大磁気抵抗効果素子またはトンネル磁気抵抗素子またはコイルからなる回転検出センサ。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記センサ固定部材は、車輪用軸受の固定輪またはその周辺部材に取付けられる固定検出センサ。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記センサ固定部材は、車輪用軸受の端面を覆うカバーを兼ねる回転検出センサ。

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