JP2005279797A - Water jet cutting method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧水のみ、または高圧水に研磨材を混入して材料に高速で噴射することによって切断するウォータジェット切断方法において、短時間で精度良く切断することができるウォータジェット切断加工方法及びその装置に関するものである。 The present invention relates to a water jet cutting method capable of cutting accurately in a short time in a water jet cutting method in which only high-pressure water or a high-pressure water is mixed with an abrasive and sprayed onto the material at a high speed. It relates to the device.
高圧水噴射を加工に応用したウォータジェット加工は、レーザ加工、放電加工等とともに高エネルギー密度の加工方法として既に様々な分野において実用化されている。特に、ウォータジェット加工は、加工時の発熱が極めて少ないこと、加工工具として作用する高圧水噴流が加工時において方向性が全くないこと、加工しろが極めて小さくて済むこと、加工屑の発生が極めて少ないこと等の特長を有しており、エレクトロニクス、機械加工、医療、原子力等、幅広い分野において切断・洗浄・バリ取り・掘削・剥離等の各種用途に利用されている。 Water jet machining using high-pressure water jet for machining has already been put into practical use in various fields as a high energy density machining method together with laser machining, electric discharge machining, and the like. In particular, in water jet machining, there is very little heat generation during machining, the high-pressure water jet that acts as a machining tool has no direction at the time of machining, the machining margin is extremely small, and generation of machining scraps is extremely high. It has few features and is used for various applications such as cutting, cleaning, deburring, excavation, and peeling in a wide range of fields such as electronics, machining, medicine, and nuclear power.
さらに、ウォータジェット加工の応用として、特許文献1に示されるように、高圧水にガーネット粒子等の研磨材粒子を混入して被加工材に噴射するアブレシブジェット加工技術がある。研磨材粒子の衝突によって被加工材を研削摩耗するため、加工対象の制約が殆どなく、高圧水のみのウォータジェット加工では切れない被加工材でも切ることができるため、主に種々の材料の切断加工に利用されている。本明細書及び特許請求の範囲並びに要約書においては、アブレシブジェット加工も含めた高圧水による加工を広く「ウォータジェット加工」或いは「ウォータジェット切断加工方法」と呼ぶものとする。
しかしながら、上記特許文献1に記載されたような従来のウォータジェット加工においては、金属材料を切断する場合、高圧水のみで切断する場合よりも研磨材を混入して切断した方が切断速度は向上するが、それでもレーザ加工、放電加工等と比較するとまだ切断速度が遅いという問題点があった。
However, in the conventional water jet processing as described in
そこで、本発明は、切断線に沿ってガイド溝を形成することによって、切断速度が速くなるとともに切断面の仕上りを向上させることができるウォータジェット切断加工方法及びその装置を提供することを課題とするものである。 Then, this invention makes it a subject to provide the water jet cutting processing method and its apparatus which can improve the finishing of a cut surface while cutting speed becomes quick by forming a guide groove along a cutting line. To do.
請求項1の発明にかかるウォータジェット切断加工方法は、ウォータジェットによる切断加工において、被切断材料の切断線に沿って予めガイド溝を設けておくものである。 In the water jet cutting method according to the first aspect of the present invention, a guide groove is provided in advance along the cutting line of the material to be cut in the water jet cutting process.
請求項2の発明にかかるウォータジェット切断加工方法は、請求項1の構成において、前記ガイド溝は切断線の裏側にも対になって設けられているものである。 A water jet cutting method according to a second aspect of the present invention is the water jet cutting method according to the first aspect, wherein the guide groove is also provided in a pair on the back side of the cutting line.
請求項3の発明にかかるウォータジェット切断加工方法は、請求項1または請求項2の構成において、前記ガイド溝は断面形状がV字形状またはU字形状であるものである。 A water jet cutting method according to a third aspect of the present invention is the water jet cutting method according to the first or second aspect, wherein the guide groove has a V-shaped or U-shaped cross section.
請求項4の発明にかかるウォータジェット切断加工方法は、請求項1乃至請求項3のいずれか1つの構成において、前記ガイド溝はプレス金型を用いたプレス加工によって形成されるものである。 A water jet cutting method according to a fourth aspect of the present invention is the water jet cutting method according to any one of the first to third aspects, wherein the guide groove is formed by press working using a press die.
請求項5の発明にかかるウォータジェット切断加工方法は、請求項1乃至請求項3のいずれか1つの構成において、前記ガイド溝はフライス盤を用いたミーリング加工によって形成されるものである。 A water jet cutting method according to a fifth aspect of the present invention is the water jet cutting method according to any one of the first to third aspects, wherein the guide groove is formed by milling using a milling machine.
請求項6の発明にかかるウォータジェット切断加工方法は、請求項1乃至請求項5のいずれか1つの構成において、前記被切断材料を切断する高圧水に研磨材として球状ジルコンビーズを混入するものである。 A water jet cutting method according to a sixth aspect of the present invention is the water jet cutting method according to any one of the first to fifth aspects, wherein spherical zircon beads are mixed as an abrasive in high-pressure water for cutting the material to be cut. is there.
請求項7の発明にかかるウォータジェット切断加工方法は、請求項1乃至請求項6のいずれか1つの構成において、前記被切断材料を端面から離れた部分から切断する場合には、切断の基点に約1mmφ〜約2mmφのピァシング(パイロット穴)を穿設するものである。 According to a seventh aspect of the present invention, in the water jet cutting processing method according to any one of the first to sixth aspects, when the material to be cut is cut from a portion away from the end face, A piercing (pilot hole) of about 1 mmφ to about 2 mmφ is formed.
請求項8の発明にかかるウォータジェット切断加工装置は、被切断材料の切断線に沿って予めガイド溝を設けておき、前記被切断材料を切断する高圧水に研磨材として球状ジルコンビーズを混入し、ウォータジェットにより切断するものである。 The water jet cutting processing device according to the invention of claim 8 is provided with guide grooves in advance along the cutting line of the material to be cut, and spherical zircon beads are mixed as abrasives in the high-pressure water for cutting the material to be cut. It is cut by a water jet.
請求項1の発明にかかるウォータジェット切断加工方法は、被切断材料のウォータジェット加工による切断線に沿って予めガイド溝を設けておくものである。かかるガイド溝は、プレス加工、切削加工等、種々の方法によって設けることができる。このガイド溝に沿って噴射ノズルから高速水を噴き付けることによって、ガイド溝の底に高速水の切削力が集中して切断速度が向上する。さらに、ガイド溝を設けた分だけ被切断材料の厚さが薄くなっているため、より一層速く切断することができ、ウォータジェットによる高速水流によって切断面の面取りの効果も得られる。 In the water jet cutting method according to the first aspect of the present invention, a guide groove is provided in advance along a cutting line by water jet processing of the material to be cut. Such a guide groove can be provided by various methods such as pressing and cutting. By spraying high-speed water from the spray nozzle along this guide groove, the cutting force of the high-speed water concentrates on the bottom of the guide groove and the cutting speed is improved. Furthermore, since the thickness of the material to be cut is reduced by the amount of the guide groove, the material can be cut even faster, and the effect of chamfering the cut surface can also be obtained by high-speed water flow using a water jet.
また、アルミニウム、鉄鋼等の金属材料からなる部材において、軽量化等のために抜き穴を設ける切断の場合には、ガイド溝を設ける際に溝の縁にRを付けておくことによって、作業者が抜き穴を持った場合に鋭いエッジやバリによって手を傷つけたり、抜き穴にロープを通して金属材料からなる部材を引き上げる場合にロープが切れてしまったりする事故を未然に防止することができる。 Further, in the case of cutting in which a punch hole is provided for weight reduction or the like in a member made of a metal material such as aluminum or steel, by attaching an R to the edge of the groove when the guide groove is provided, In the case of having a punched hole, it is possible to prevent an accident that a hand is damaged by a sharp edge or a burr, or a rope is cut when a member made of a metal material is pulled through the punched hole.
このようにして、切断線に沿ってガイド溝を形成することによって、切断速度が速くなるとともに切断面の仕上りを向上させることができるウォータジェット切断加工方法となる。 Thus, by forming the guide groove along the cutting line, it becomes a water jet cutting method capable of increasing the cutting speed and improving the finish of the cut surface.
請求項2の発明にかかるウォータジェット切断加工方法は、ガイド溝が切断線の裏側にも対になって設けられているものである。これによって、両面にガイド溝を設けた分だけ被切断材料の厚さがさらに薄くなっているため、より一層速く切断することができるとともに、裏側の切断面の縁にもRを付けておくことができて仕上りが一層向上する。 In the water jet cutting method according to the second aspect of the present invention, the guide grooves are also provided in pairs on the back side of the cutting line. As a result, the thickness of the material to be cut is further reduced by the amount of the guide grooves provided on both sides, so that cutting can be made even faster, and the edge of the cut surface on the back side should also have an R. And the finish is further improved.
このようにして、切断線に沿ってガイド溝を形成することによって、切断速度が速くなるとともに表裏の切断面の仕上りを向上させることができるウォータジェット切断加工方法となる。 Thus, by forming the guide groove along the cutting line, it becomes a water jet cutting method capable of increasing the cutting speed and improving the finish of the front and back cut surfaces.
請求項3の発明にかかるウォータジェット切断加工方法は、ガイド溝の断面形状がV字形状またはU字形状であるものである。断面形状がV字形状またはU字形状であるガイド溝は、被切断材料が金属材料等の場合にはプレス金型を用いたプレス加工や切削工具を用いた切削加工によって容易に形成することができ、かつウォータジェットによる切断時に高速水流がガイド溝の底部に集中し易く、切断速度がさらに向上する。そして、エッジの処理のためには、V字形状またはU字形状の縁にRを付けておくことによって作業者の怪我等を未然に防ぐことができる。 In the water jet cutting method according to the third aspect of the present invention, the cross-sectional shape of the guide groove is V-shaped or U-shaped. The guide groove having a V-shaped or U-shaped cross-section can be easily formed by pressing using a press die or cutting using a cutting tool when the material to be cut is a metal material or the like. The high-speed water flow can be easily concentrated on the bottom of the guide groove when cutting with the water jet, and the cutting speed is further improved. For edge processing, it is possible to prevent injuries and the like of the operator by attaching R to the edge of the V shape or U shape.
このようにして、切断線に沿ってV字形状またはU字形状のガイド溝を形成することによって、切断速度がより一層速くなるとともに切断面の仕上りを向上させることができるウォータジェット切断加工方法となる。 In this way, by forming a V-shaped or U-shaped guide groove along the cutting line, a water jet cutting method capable of further increasing the cutting speed and improving the finish of the cut surface, and Become.
請求項4の発明にかかるウォータジェット切断加工方法は、ガイド溝がプレス金型を用いたプレス加工によって形成されるものである。この方法は、主に金属材料に適用されるもので、プレス金型が高価になるが、一度金型を作ってしまえばどのような複雑な切断線についても短時間でR付きのガイド溝を表裏に形成することができるので、大量生産に向いている。
In the water jet cutting method according to the invention of
このようにして、プレス金型を用いたプレス加工によって切断線に沿ってガイド溝を形成することによって、ガイド溝を短時間で形成することができ、切断速度が速くなるとともに表裏の切断面の仕上りを向上させることができるウォータジェット切断加工方法となる。 In this way, by forming the guide groove along the cutting line by press working using a press die, the guide groove can be formed in a short time, the cutting speed becomes faster and the front and back cut surfaces can be formed. This is a water jet cutting method capable of improving the finish.
請求項5の発明にかかるウォータジェット切断加工方法は、ガイド溝がフライス盤を用いたミーリング加工によって形成されるものである。この方法は、主に金属材料に適用されるもので、プレス加工よりも時間は掛かるが低コストでできるので、多品種少量生産向きである。 In the water jet cutting method according to the fifth aspect of the present invention, the guide groove is formed by milling using a milling machine. This method is mainly applied to metal materials, and takes more time than pressing, but can be made at low cost, and is suitable for high-mix low-volume production.
このようにして、フライス盤を用いたミーリング加工によって切断線に沿ってガイド溝を形成することによって、低コストでガイド溝を形成することができ、切断速度が速くなるとともに表裏の切断面の仕上りを向上させることができるウォータジェット切断加工方法となる。 In this way, by forming the guide groove along the cutting line by milling using a milling machine, the guide groove can be formed at low cost, and the cutting speed is increased and the finish of the front and back cut surfaces is improved. This is a water jet cutting method that can be improved.
請求項6の発明にかかるウォータジェット切断加工方法は、被切断材料を切断する高圧水に研磨材として球状ジルコンビーズを混入するものである。前述の如く、「ウォータジェット切断加工方法」には研磨材粒子を高圧水に混入して噴射する「アブレシブジェット切断加工方法」も含まれるので、請求項1乃至請求項5の発明においても、ガーネット粒子等の研磨材粒子を混入して噴射する場合も含まれる。しかし、球状ジルコンビーズは真球に近い球状のため摩耗・破砕し難く、噴射エネルギーが効率良く被切断材料の切断に用いられるので、より一層切断速度が速くなる。さらに、切断面の凹凸が少なくなって滑らかになる。
In the water jet cutting method according to the sixth aspect of the present invention, spherical zircon beads are mixed as an abrasive in high-pressure water for cutting a material to be cut. As described above, since the “water jet cutting method” includes the “abrasive jet cutting method” in which abrasive particles are mixed and injected into high-pressure water, the garnet is also included in the inventions of
このようにして、切断線に沿ってガイド溝を形成して被切断材料を切断する高圧水に研磨材として球状ジルコンビーズを混入することによって、切断速度がより一層速くなるとともに切断面の仕上りをより一層向上させることができるウォータジェット切断加工方法となる。 In this way, by mixing spherical zircon beads as abrasives into the high-pressure water that forms the guide grooves along the cutting line and cuts the material to be cut, the cutting speed is further increased and the cutting surface is finished. This is a water jet cutting method that can be further improved.
請求項7の発明にかかるウォータジェット切断加工方法は、被切断材料を端面から離れた部分から切断する場合には、切断の基点に約1mmφ〜約2mmφのピァシング(パイロット穴)を穿設するものである。このように、切断の基点に貫通穴を開けておくことによって、被切断材料を端面から切断する場合と同じように速く切断することができる。 In the water jet cutting method according to the seventh aspect of the invention, when cutting the material to be cut from a portion away from the end face, a piercing (pilot hole) of about 1 mmφ to about 2 mmφ is formed at the cutting base point. It is. In this way, by forming a through hole at the base point of cutting, the material to be cut can be cut quickly as in the case of cutting from the end face.
このようにして、切断線に沿ってガイド溝を形成するとともに切断の基点にパイロット穴を穿設することによって、切断速度がより一層速くなるとともに切断面の仕上りを向上させることができるウォータジェット切断加工方法となる。 In this way, by forming the guide groove along the cutting line and drilling the pilot hole at the cutting base point, the water jet cutting can further increase the cutting speed and improve the finish of the cut surface. It becomes a processing method.
請求項8の発明にかかるウォータジェット切断加工装置は、被切断材料の切断線に沿って予めガイド溝を設けておき、前記被切断材料を切断する高圧水に研磨材として球状ジルコンビーズを混入し、ウォータジェットにより切断するものである。したがって、球状ジルコンビーズは真球に近い球状のため摩耗・破砕し難く、噴射エネルギーが効率良く被切断材料の切断に用いられるので、より一層切断速度が速くなる。さらに、切断面の凹凸が少なくなって滑らかになる。このようにして、切断線に沿ってガイド溝を形成して被切断材料を切断する高圧水に研磨材として球状ジルコンビーズを混入することによって、切断速度がより一層速くなるとともに切断面の仕上りをより一層向上させることができる。 The water jet cutting processing device according to the invention of claim 8 is provided with guide grooves in advance along the cutting line of the material to be cut, and spherical zircon beads are mixed as abrasives in the high-pressure water for cutting the material to be cut. It is cut by a water jet. Therefore, since the spherical zircon beads are nearly spherical, they are difficult to wear and crush, and since the injection energy is efficiently used for cutting the material to be cut, the cutting speed is further increased. Furthermore, the unevenness of the cut surface is reduced and the surface becomes smooth. In this way, by mixing spherical zircon beads as abrasives into the high-pressure water that forms the guide grooves along the cutting line and cuts the material to be cut, the cutting speed is further increased and the cutting surface is finished. This can be further improved.
以下、本発明の実施の形態について、図1及び図2を参照して説明する。図1(a)は本発明の実施の形態にかかるウォータジェット切断加工方法におけるV字形状のガイド溝を示す縦断面図、(b)はU字形状のガイド溝を示す縦断面図である。図2は本発明の実施の形態にかかるウォータジェット切断加工方法の概略を示す斜視図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1A is a longitudinal sectional view showing a V-shaped guide groove in the water jet cutting method according to the embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a longitudinal sectional view showing a U-shaped guide groove. FIG. 2 is a perspective view showing an outline of the water jet cutting method according to the embodiment of the present invention.
図1(a)に示されるように、本実施の形態にかかるウォータジェット切断加工方法の被切断材料1は金属材料であり、特にアルミニウム金属板1を被切断材料としている。このアルミニウム金属板1は厚さが約10mmであり、切断線に沿って表裏に断面V字形状のガイド溝2A,2Bが設けられている。これらの断面V字形状のガイド溝2A,2Bは、上型及び下型に対応する突起が設けられたプレス金型を用いて、プレス加工によって1工程で形成されたものであり、ガイド溝2A,2Bの深さは各2mmである。さらに、図1(a)に示されるように、ガイド溝2A,2Bの角部にはRが付けられており、プレス金型の上型及び下型に設けられた対応する突起の根元に対応するR形状を設けることによって形成されたものである。
As shown in FIG. 1A, the material to be cut 1 of the water jet cutting method according to the present embodiment is a metal material, and in particular, the
また、図1(b)に示されるように、本実施の形態にかかるウォータジェット切断加工方法の別例においては、アルミニウム金属板1の切断線に沿って表裏に断面U字形状のガイド溝3A,3Bが設けられている。これらの断面U字形状のガイド溝3A,3Bは、フライス盤を用いたミーリング加工によって形成されたものである。断面U字形状のガイド溝3A,3Bの深さは各1.5mmであり、ガイド溝3A,3Bの角部にもRが付けられている。ミーリング加工に用いられるフライス刃に対応するR形状の刃を設けておくことによって、一度のミーリング加工で断面U字形状のガイド溝3A,3Bを切削するとともにその角部にRを付けることができる。
Further, as shown in FIG. 1B, in another example of the water jet cutting method according to the present embodiment, guide
それでも、フライス盤を用いたミーリング加工は、アルミニウム金属板1の切断線に沿って表裏1回ずつ行わなければガイド溝3A,3Bを形成することができないので、プレス加工によるガイド溝2A,2Bの形成よりは遥かに時間が掛かる。その代わり、専用のプレス金型を用意するのはコスト高になるので、プレス加工によるガイド溝2A,2Bの形成は大量生産に適しており、フライス盤を用いたミーリング加工によるガイド溝3A,3Bの形成は多品種少量生産に適している。
Still, the milling process using the milling machine cannot form the
次に、このようにして断面V字形状のガイド溝2A,2Bが形成された被切断材料としてのアルミニウム金属板1のウォータジェット切断加工方法について、図2を参照して説明する。図2に示されるように、本実施の形態にかかるウォータジェット切断加工方法においては、図示しない高圧ポンプから供給される高圧水に、図示しない研磨材供給装置から供給される球状ジルコンビーズが混入されて、噴射ノズル4から高速水流5としてアルミニウム金属板1の端面からガイド溝2Aの中に噴き付けられる。
Next, a water jet cutting method of the
噴射ノズル4の下端の噴射口は内径約0.1mmφ〜約0.45mmφの範囲内であり、極めて細い高速水流5が音速の約3倍(マッハ3)の高速で噴き出されるが、それでも噴射口から出ると少し拡がる。その拡がった高速水流5も、断面V字形状のガイド溝2Aによってガイドされてガイド溝2Aの底部(先端)に集中させられ、さらに真球に近く摩耗・破砕し難いモース硬度7の球状ジルコンビーズが、高速水流5とともにガイド溝2Aの底部にマッハ3の高速で噴き付けられることによって、高速水流5による切削力は格段に向上して、アルミニウム金属板1は高速で切断されて行く。
The injection port at the lower end of the
しかも、アルミニウム金属板1の切断厚さは、10mm−(2mm×2)=6mmと少なくなっているので、高圧水の圧力等が同じ条件下でガイド溝なしの厚さ10mmのアルミニウム金属板の切断速度が約50cm/分であるのに対して、ガイド溝2A,2Bが形成されたアルミニウム金属板1の切断速度は1m/分以上と2倍以上に向上している。さらに、球状ジルコンビーズを研磨材として用いているため切断面は滑らかで仕上がりが良く、さらにガイド溝2A,2Bの角部にはRが付いているので、鋭い切断部で作業者が怪我をするという恐れもない。
Moreover, since the cutting thickness of the
このようにして、本実施の形態にかかるウォータジェット切断加工方法においては、切断線に沿って断面V字形状の深さ2mmのガイド溝2A,2Bを形成して、被切断材料としてのアルミニウム金属板1を切断する高圧水流5に研磨材として球状ジルコンビーズを混入することによって、切断速度が飛躍的に速くなるとともに切断面の仕上りをより一層向上させることができる。なお、真球に近い球状ジルコンビーズは高速水流の流速に乗るため、従来の研磨剤を用いたアブレシブジェット処理においては100MPa〜150MPaの高圧水を用いる必要があったのに対して、高圧水の圧力を30MPa〜50MPaに下げても同等の効果が得られるため、高圧ポンプ、高圧配管及び噴射ノズルの寿命が大幅に延びるという効果も得られる。また、チタン等の難削材も容易に研削・切断することができるという特長をも有している。
In this way, in the water jet cutting method according to the present embodiment, the
本実施の形態においては、高圧水流5に研磨材として球状ジルコンビーズを混入した場合について説明したが、研磨材を用いず高圧水流のみで切断した場合でも、またガーネット粒子・アルミナ粒子・ルビーやサファイアの屑といった他の研磨材を混入した場合でも、ガイド溝2A,2Bを設けたことによる切断速度向上の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the case where spherical zircon beads are mixed as an abrasive in the high-
また、本実施の形態においては、切断線が直線である場合について説明したが、切断線がどのような複雑な曲線であっても、同様にガイド溝を設けることによって切断速度向上の効果を得ることができる。なお、ウォータジェット切断加工装置において、噴射ノズル4をガイド溝2A(複雑な曲線の場合も含む)に沿って移動させる制御方法としては、NC制御(同時2〜5軸NC同時制御等)、ティーチングによる倣い制御等を用いることもできるが、油圧・電気等のスタイラス(2点でガイド)の倣い駆動方式によるのが、安価に構成できるため好ましい。
In the present embodiment, the case where the cutting line is a straight line has been described. However, even if the cutting line is any complicated curve, the effect of improving the cutting speed can be obtained by similarly providing the guide groove. be able to. In the water jet cutting processing apparatus, NC control (simultaneous 2-5 axis NC simultaneous control, etc.), teaching, etc. can be used as a control method for moving the
本発明を実施するに際しては、ウォータジェット切断加工方法のその他の工程についても、また被切断材料の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、本実施の形態に限定されるものではない。 In carrying out the present invention, the other steps of the water jet cutting method and the configuration, shape, quantity, material, size, connection relationship, etc. of the material to be cut are also limited to the present embodiment. It is not a thing.
1 被切断材料
2A,2B,3A,3B ガイド溝
4 噴射ノズル
5 高速水流
1 Material to be cut 2A, 2B, 3A,
Claims (8)
A water jet cutting characterized in that a guide groove is provided in advance along a cutting line of a material to be cut, spherical zircon beads are mixed as an abrasive in high-pressure water for cutting the material to be cut, and cutting is performed with a water jet. Processing equipment.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102672626A (en) * | 2012-05-28 | 2012-09-19 | 江苏大学 | Ultrahigh pressure water jet velocity optimal control method extracted based on voice characteristics |
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2004
- 2004-03-29 JP JP2004094247A patent/JP2005279797A/en active Pending
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