JP2009012142A - ガンドリル - Google Patents

Abstract

【課題】ガンドリルとして、切削部位へ吐出されたクーラントを切屑と共に切屑排出溝へ集中して排出でき、切屑詰まりによる切削穴内周の傷付きや加工精度の低下を防止でき、回転負荷の軽減による切削効率の向上と長寿命化を図り得るものを提供する。
【解決手段】工具シャンク１と切削ヘッド２の内部にクーラント供給路１０，２０を有し、工具シャンク１の基部側から切削ヘッド２先端にわたる外周面に１本の切屑排出溝３を備え、切削ヘッド２の先端面２ｃにクーラント供給孔２１ａ，２１ｂと切屑排出溝３２に連通する排出口２２ａ，２２ｂを有し、切削ヘッド２の外周面に切屑排出溝３上を橋架して全周にわたって連続する環状凸部４ａ…が形成されてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、深穴加工に使用されるガンドリルに関する。

深穴加工方式としてガンドリル方式、エジェクタ方式（ダブルチューブ方式）、シングルチューブ方式等の種々の方式が知られるが、小径の深穴加工にはガンドリル方式が適している。すなわち、ガンドリル方式では、一般的に横断面２／３〜３／４円形で中空の工具シャンクの先端に同様横断外形の切削ヘッドを設けたガンドリルを用い、工具シャンクの内部を通して供給されるクーラントを切削ヘッド先端面のクーラント吐出口から切削部位へ供給しつつ切削を行うと共に、この切削に伴って発生する切屑をクーラントと一緒に工具シャンク外周の長手方向に沿う断面Ｖ字状の切屑排出溝を通して外部へ排出するようになっており、小径でも切屑排出溝の流路断面積を大きく取れることに加え、クーラントの送り圧が工具長さによって決まり、切削穴が深くなっても送り圧を高める必要がないことから、小径の深穴加工に適している。

そして、上記のガンドリルとして、切削ヘッドの先端面に、切屑排出溝が先端面に開放した主排出口に対し、径方向の略対向位置で先端面に開口した副排出口と、この副排出口からヘッド内部を通って切屑排出溝に至るバイパス流路孔と、径方向の略対向位置で先端面に開口した２つのクーラント吐出口とを備え、複数の切刃が前記主排出口と副排出口とに臨んで分配形成されたものがある（特許文献１）。このようなガンドリルでは、切削ヘッド先端面の２つのクーラント吐出口から切削部位へクーラントが分配供給され、そのクーラントと共に切屑が該先端面の主排出口及び副排出口から切屑排出溝へ能率よく排出されるから、この良好な切屑排出性に基く高い切削効率が得られるという利点がある。
特開２００５−１１８９４０号公報

図１３（Ａ）（Ｂ）は、上記のように切削ヘッド先端面に各一対のクーラント吐出口及び排出口を設けたガンドリルの一例を示す。このガンドリルでは、工具シャンク５１の先端部に切削ヘッド５２が連結軸部５２ｂをインロー嵌合して同軸状に連結されており、この工具シャンク５１の基部側から切削ヘッド５２の先端まで直線的に、断面略Ｖ字状の切屑排出溝５３が形成されると共に、工具シャンク５１の内部から切削ヘッド５２の連結軸部５２ｂ内まで連通するクーラント供給路５４がヘッド本体部５２ａ内で二股に分岐し、ヘッド先端面で径方向に対向配置した２つのクーラント吐出口５５，５５として開口している。そして、ヘッド先端面には、切屑排出溝５３の先端開放部である主排出口５６ａと、その径方向の略対向位置で開口した副排出口５６ｂとを有し、その副排出口５６ｂからヘッド内部を通って切屑排出溝に至るバイパス流路孔５７が形成されており、主排出口５６ａに臨んで内側及び外側の切刃５８ａ，５８ｃが固着されると共に、副排出口５６ｂに臨んで中間の切刃５８ｂが固着されている。５９は切削ヘッド５２の先端側周面に固着されたガイドパッドである。

しかしながら、従来のガンドリルにあっては、図１４に示すように、切削加工中の切削ヘッド５２が外側の切刃５８ｃとガイドパッド５９、５９で切削穴Ｈの内周に摺接し、該切削ヘッド５２の周面と切削穴Ｈの内周との間に隙間ｔを生じるため、切屑を含むクーラントの一部がヘッド先端面から該隙間ｔへ流入し、後方側の工具シャンク５１の外周部で切屑詰まりを起こすことが多々あり、それによって切削穴Ｈの内周に傷が付いたり加工精度の低下をきたす上、回転負荷が増大して工具の破損に繋がるといった問題があった。そして、このような問題は、図示の如く切削ヘッド５２先端面に各一対のクーラント吐出口５５，５５及び排出口５６ａ，５６ｂを備えるガンドリルの場合に特に顕著であるが、他の一般的なガンドリルでも往々にして生じていた。

本発明は、上述の情況に鑑み、ガンドリルとして、切削部位へ吐出されたクーラントを切屑と共に切屑排出溝へ集中して排出でき、もって切屑詰まりによる切削穴内周の傷付きや加工精度の低下を防止できると共に、回転負荷の軽減による切削効率の向上と長寿命化を図り得るものを提供することを目的としている。

上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明に係るガンドリルは、工具シャンク１とその先端部に装着される切削ヘッド２の内部に、両者１，２を連通するクーラント供給路１０，２０を有すると共に、該工具シャンク１の基部側から切削ヘッド２先端にわたる外周面に、直線状に長手方向に沿う１本の切屑排出溝３を備え、切削ヘッド２は、先端面２ｃに、クーラント供給路２０に連通するクーラント供給孔２１ａ，２１ｂと、切屑排出溝３２に連通する排出口（主排出口２２ａ，副排出口２２ｂ）とを有すると共に、外周面に、切屑排出溝３上を橋架して全周にわたって連続する環状凸部４ａ…が形成されてなることを特徴としている。

請求項２の発明は、上記請求項１のガンドリルにおいて、環状凸部４ａの複数本が平行配置してラビリンスシール部４を形成してなる構成としている。

請求項３の発明は、上記請求項１又は２のガンドリルにおいて、切削ヘッド２は、切屑排出溝３が先端面に開放した主排出口２２ａに対し、径方向の略対向位置で先端面に開口した副排出口２２ｂと、この副排出口２２ｂからヘッド内部を通って切屑排出溝３に至るバイパス流路孔２３と、径方向の略対向位置で先端面に開口した２つのクーラント吐出口２１ａ，２１ｂとを備え、複数の切刃５ａ〜５ｃが主排出口２２ａと副排出口２２ｂとに臨んで分配形成されると共に、環状凸部４ａ…がバイパス流路孔２３の切屑排出溝３への合流部よりもヘッド基端側に配置してなる構成としている。

請求項４の発明は、上記請求項１〜３のいずれかのガンドリルにおいて、工具シャンク１の先端部に切削ヘッド２の基端部（連結軸部２ｂ）が着脱自在に同軸状に連結されてなる構成としている。

請求項５の発明は、上記請求項１〜４のいずれかのガンドリルにおいて、工具シャンク１は、少なくとも切屑排出溝３の形成部分が断面Ｃ状をなすシャンク本体１１の内側に、内部をクーラント供給路１０とするパイプ材１２が挿嵌され、該パイプ１２材の前端部１２ａが外周に設けた雄ねじ１２ａを介してシャンク本体１１側に螺着されてなる構成としている。

本発明の効果について図面の参照符号を付して説明する。まず請求項１の発明に係るガンドリルでは、切削加工中、切削ヘッド２の先端面のクーラント吐出口２１ａ，２１ｂから吐出されて切屑を含むクーラントの一部は、排出口２２ａ，２２ｂへ入らずに、切削ヘッド２の周面と切削穴Ｈの内周との隙間ｔに流入するが、この隙間ｔが該切削ヘッド２の環状凸部４ａ…の位置で塞がり、より後方への浸入が阻止されるから、該環状凸部４ａ…の位置でクーラントの殆ど全てが切屑排出溝３２へ集中し、その流れに乗って切屑が切屑排出溝３（３１，３２）を通して強力に後方へ排出されて切屑詰まりを生じず、もって切屑詰まりによる切削穴内周の傷付きや加工精度の低下が防止されると共に、回転負荷の軽減によって切削効率が向上すると共にガンドリル自体も長寿命化する。

請求項２の発明によれば、切削ヘッド２の環状凸部４ａの複数本が平行配置するラビリンスシール部４を設けるから、該環状凸部４ａ…によるクーラント浸入阻止効果が大きく、切屑詰まりがより確実に防止される。

請求項３の発明によれば、切削ヘッド２が各一対のクーラント吐出口２１ａ，２１ｂ及び排出口２２ａ，２２ａを有する構成であるため、高い切削効率が得られる反面で本来は切屑詰まりを生じ易いものとなるが、切削ヘッド２の環状凸部４ａ…によって該切屑詰まりが防止されるから、その構成による高い切削効率という利点のみを享受できる。

請求項４の発明によれば、切削ヘッド２が工具シャンク１に対して着脱自在な独立部材であるため、消耗や損傷による新品ヘッドとの交換ならびに切削条件に対応した異種ヘッドとの交換が可能である上、環状凸部４ａ…の形成加工をヘッド単位で容易に且つ安価に行えるという利点がある。

請求項５の発明によれば、工具シャンク１のクーラント供給路１０をパイプ材１２にて構成し、このパイプ材１２の前端側をシャンク本体１１側に螺着するようにしているから、該工具シャンク１の加工製作を容易に且つ安価に行えるという利点がある。

以下、本発明に係るガンドリルの一実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は該実施形態のガンドリル全体の側面及び正面、図２は同ガンドリルによる切削加工状態、図３及び図４は図２における要部の横断面、図５〜図７は同ガンドリルの切削ヘッド、図８及び図９は同工具シャンク、図１０は同切削ヘッドと工具シャンクとの連結操作、図１１は同工具シャンクのパイプ受け部材、図１２は同工具シャンクのシャンク本体とパイプ部材との連結操作、をそれぞれ示す。

このガンドリルは、図１（Ａ）に示すように、内部をクーラント供給路１０とする長尺の工具シャンク１と、その先端に同軸状に連結された切削ヘッド２と、該工具シャンク１の基端部を挿嵌固着した径大の筒状ドライバー６とで構成されており、切削ヘッド２内には工具シャンク１のクーラント供給路１０に連通するクーラント供給路２０を有すると共に、工具シャンク１の基部側から切削ヘッド２の先端にわたる外周面に、長手方向に沿う直線状の１本の切屑排出溝３を備えている。この切屑排出溝３は、工具シャンク１及び切削ヘッド２の中心からの開き角度１００〜１３０°程度の扇形断面をなしている。

切削ヘッド２は、図１（Ｂ）と図５〜図７で詳細に示すように、全部側のヘッド本体部２ａと、その後端から同軸状に突出した細径の連結軸部２ｂとで構成され、内部に工具シャンク１内のクーラント供給路１０に連通するクーラント通路２０を有すると共に、該クーラント通路２０がヘッド本体２ａ側で二股に分岐し、これら分岐通路２０ａ，２０ｂがヘッド先端面にクーラント吐出口２１ａ，２１ｂとして径方向の両側位置に開口している。また、この切削ヘッド２における切屑排出溝３は、ヘッド本体部２ａの後部から連結軸部２ｂにかけて、軸心位置に断面円形のクーラント供給路２０が存在することより、底部が凸円弧面をなしている。

ヘッド本体部２ａには、切屑排出溝３がヘッド先端面２ｃに開放した主排出口２２ａと、その径方向の略対向位置でヘッド先端面２ｃに開口した副排出口２２ｂと、この副排出口２２ｂからヘッド内部を通って切屑排出溝３に至るバイパス流路孔２３と、径方向の略対向位置で先端面に開口した２つのクーラント吐出口２１ａ，２１ｂとが形成されている。そして、該ヘッド本体２ａの先端側には、スローアウェイチップからなる内側及び外側の切刃５ａ，５ｃが主排出口２２ａに臨んでねじ止め固着されると共に、中間の切刃５ｂが副排出口２２ｂに臨んで固着され、また周面の副排出口２２ｂを挟む両側位置にガイドパッド７，７がねじ止め固着されている。

そして、ヘッド本体部２ａの後部側には、切屑排出溝３を外周部の延長として円弧状に跨ぐ橋架部２４が形成されており、この橋架部２４を通る外周面に、複数本（図では４本）の環状凸部４ａ…が平行配置してラビリンスシール部４を形成している。そして、このラビリンスシール部４の各環状凸部４ａにおける外径は外側切刃５ｃによる切削径に略等しく設定されると共に、環状凸部４ａ…間の各環状凹部４ｂの外周面はラビリンスシール部４よりもヘッド先端側の外周面と同じ表面レベルになっている。

切削ヘッド２の後部側の連結軸部２ｂは、軸方向中央部に周設した凹段部２６によって、後端側が基部２５側（前端側）と同外径のインロー凸部２７を構成しており、このインロー凸部２７の外周面の周方向で９０度異なる２カ所に擂鉢状の係止凹部２７ａ，２７ａが設けてある。しかして、この連結軸部２ｂの周面部には、軸方向全長にわたって切屑排出溝３の底部側を構成する溝部３ａを有している。

一方、工具シャンク１は、筒状の基端側を除いて径断面Ｃ字形をなすシャンク本体１１と、該シャンク本体１１の内側に密接挿嵌されて内部がクーラント供給路１０を構成するパイプ材１２と、シャンク本体１１の先端側に内嵌するパイプ留めリング１３とで構成されており、切屑排出溝３の底部がパイプ材１２の一部周面の露呈によって凸円弧面をなしている。しかして、シャンク本体１１の外径は、切削ヘッド２のヘッド本体２ａにおけるラビリンスシール部４よりも前方側の外径と等しく設定されている。また、パイプ留めリング１３は、その外形と外側寸法（外径、軸方向幅）が切削ヘッド２の連結軸部２ｂにおけるインロー凸部２７と等しく設定されている。

図８及び図９に示すように、工具シャンク１のシャンク本体１１の先端側内周には、切削ヘッド２の連結軸部２ｂ及びパイプ留めリング１３を内嵌させる連結用凹陥部１１ａが設けてある。この連結用凹陥部１１ａは、先端側から、切削ヘッド２の連結軸部２ｂにおける基部２５に対応した及び広口部１５、同凹段部２６に対応した凸段部１６、広口部１５と同内径で切削ヘッド２のインロー凸部２７とパイプ留めリング１３に対応した奥広部１７とで構成されており、奥広部１７には前後の各二カ所に９０度の位相差で半径方向に透通するねじ孔１７ａ…が穿設されている。

工具シャンク１と切削ヘッド２との連結は、シャンク本体１１の連結用凹陥部１１ａに対し、切削ヘッド２の連結軸部２ｂを側方から嵌入させ、サイドロック方式で固定すればよい。すなわち、図１０（Ａ）に示すように、連結用凹陥部１１ａにおける奥広部１７の内径φ１は連結軸部２ｂのインロー凸部２７の外径φ２に殆ど等しいが、その切屑排出溝３に臨む開口幅ｄは該インロー凸部２７の中心を通る最小幅ｗよりも広く、この関係は連結用凹陥部１１ａの広口部１５及び凸段部１６と連結軸部２ｂの基部２５及び凹段部２６との間でも同様であるから、連結用凹陥部１１ａに対して連結軸部２ｂを図示の如く本来とは約９０度異なる回転姿勢で側方から嵌入させ、次いで同図（Ｂ）の如く嵌入した連結軸部２ｂを溝部３ａが切屑排出溝３に一致するように相対回転させ、同図（Ｃ）の如く外側からサイドロックねじ１８をシャンク本体１１のねじ孔１７ａに螺挿して、その先端部を連結軸部２ｂの係止凹部２７ａに嵌入圧接し、もって両者１，２を相対変位不能に固定する。なお、このような連結方式については、本出願人の出願に係る特開２００５−１１８９４０号公報（特許文献１）及び特開２００６−２３４０３０号公報で詳細に開示している。

パイプ留めリング１３については、切削ヘッド２の連結軸部２ｂにおけるインロー凸部２７と外形及び外側寸法が同じで、図１１で示すように外周面の二カ所には擂鉢状の係止凹部１３ａ，１３ａを有するから、シャンク本体１１の連結用凹陥部１１ａに対し、インロー凸部２７よりも内奥側の位置において、当該インロー凸部２７と同様にサイドロック方式で固定すればよい。しかして、該パイプ留めリング１３は、内周の軸方向幅の半分に設けた雌ねじ１３ｂにより、図１２に示すように、シャンク本体１１の内側に挿嵌されるパイプ材１２の先端側の雄ねじ１２ａを螺合固定すると共に、内周の残り半部には短筒状の弾性材からなるシールリング１９を内嵌している。このシールリング１９は、当該パイプ留めリング１３と切削ヘッド２の連結軸部２ｂ後端との接面、ならびに当該パイプ留めリング１３の雌ねじ部１３ｂとパイプ材１２の雄ねじ部１２ａとの螺合部を液密封止し、もってクーラント供給路１０内を通る高圧のクーラントが外部へ漏れるのを防止する機能を果たす。

上記構成のガンドリルによる切削加工では、工具シャンク１及び切削ヘッド２内のクーラント供給路１０，２０を通して供給されるクーラントをヘッド先端面２ｃのクーラント吐出口２１ａ，２１ｂから切削部位へ供給しつつ被削材Ｍの切削を行うと共に、この切削に伴って発生する切屑をクーラントと一緒に主副排出口２２ａ，２２ｂへ流入させ、周面の切屑排出溝３を通して外部へ排出するが、図２及び図３に示すようにヘッド先端側では主排出口２２ａから外れた位置で当該切削ヘッド２の外周面と切削孔Ｈの内周面との隙間ｔが存在するから、この隙間ｔに切屑の一部がクーラントと共に流入する。しかるに、該切削ヘッド２のラビリンスシール部４では環状凸部４ａ…によって該隙間ｔが殆ど塞がっているため、該隙間Ｔに流入していた切屑を含むクーラントも切屑排出溝３へ流れ込むことになり、もって切削部位へ供給されるクーラントの殆ど全てが切屑排出溝３へ集中し、その流れに乗って全ての切屑が切屑排出溝３を通して強力に後方へ排出されるから、工具シャンク１の周囲で切屑詰まりを生じず、この切屑詰まりによる切削穴Ｈ内周の傷付きや加工精度の低下が防止され、また回転負荷の軽減によって切削効率が向上すると共にガンドリル自体も長寿命化する。

なお、前記実施形態では切削ヘッド２の先端面２ｃに各一対のクーラント吐出口２１ａ，２１ｂ及び排出口２２ａ，２２ａを有するものを例示したが、本発明はクーラント吐出口と排出口の一方又は両方が１つであるガンドリルにも適用可能である。ただし、実施形態のように各一対のクーラント吐出口及び排出口を備える構成では、高い切削効率が得られる反面で本来は切屑詰まりを生じ易くなるから、特に本発明の適用効果が大きい。

また、本発明のガンドリルは、切削ヘッド２の外周面に、切屑排出溝３上を橋架して全周にわたって連続する１本の環状凸部４ａを設けた構成も包含する。しかるに、実施形態のように環状凸部４ａの複数本が平行配置したラビリンスシール部４とすれば、該環状凸部４ａ…によるクーラント浸入阻止効果が大きくなり、切屑詰まりがより確実に防止されるという利点がある。

更に、本発明においては切削ヘッド２を工具シャンク１の先端部にロウ付けする構成も包含するが、実施形態のように切削ヘッド２を工具シャンク１に対して着脱自在な独立部材とすれば、消耗や損傷による新品ヘッドとの交換ならびに切削条件に対応した異種ヘッドとの交換が可能となり、加えて環状凸部４ａ…の形成加工をヘッド単位で容易に且つ安価に行える。しかして、切削ヘッド２を着脱交換可能とする場合、その工具シャンク１との連結方式は実施形態以外の種々の方式を採用できる。

また、工具シャンク１は単一部材にて構成してもよいが、実施形態のように工具シャンク１のクーラント供給路１０をパイプ材１２にて構成し、該パイプ材１２の前端側をシャンク本体１１側に螺着する構造とすれば、該工具シャンク１の加工製作を容易に且つ安価に行えるという利点がある。なお、実施形態ではパイプ留め部材１３によってパイプ材１２の前端部を螺合固定しているが、該パイプ留め部材１３を用いる代わりにシャンク本体１１に雌ねじを設けて、パイプ材１２の前端部をシャンク本体１１に直接にねじ止め固定する方式としてもよい。その他、本発明では、切削ヘッド２の切刃として実施形態のようなスローアウェイチップを用いる代わりにヘッド本体２ａに切刃を一体形成してもよいし、その刃数についても種々設定でき、他の細部構成についても実施形態以外に種々設計変更可能である。

本発明の一実施形態に係るガンドリルを示し、（Ａ）は全体の側面図、（Ｂ）は正面図。 切削加工中の同ガンドリルの切削ヘッド側を示す縦断側面図。 図２のＶ−Ｖ線における断面矢視図。 図２のＷ−Ｗ線における断面矢視図。 同ガンドリルに用いる切削ヘッドの側面図。 図５のＸ−Ｘ線における断面矢視図。 図６のＹ−Ｙ線における断面矢視図。 同ガンドリルに用いる工具シャンクの前端側の縦断側面図。 図８のＺ−Ｚ線における断面矢視図。 同ガンドリルにおける工具シャンクのシャンク本体に対する切削ヘッドの連結軸部の連結手順を示し、（Ａ）はシャンク本体及び連結軸部の嵌合前の縦断側面図、（Ｂ）は同嵌合後の回転操作を示す縦断側面図、（Ｃ）は回転操作後のサイドロック方式による固定操作を示す縦断側面図。 同工具シャンクに用いるパイプ留め部材を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は縦断側面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ線における断面矢視図。 同工具シャンクにおけるパイプ留め部材に対するパイプ材の連結操作を示す縦断側面図である。 従来のガンドリルの一構成例を示し、（Ａ）は全体の側面図、（Ｂ）は正面図。 同従来のガンドリルによる切削状態を示す縦断正面図。

符号の説明

１ 工具シャンク
１０ クーラント供給路
１１ シャンク本体
１１ａ 連結用凹陥部
１２ パイプ材
１２ａ 雄ねじ
１３ パイプ留め部材
１３ａ 雌ねじ
２ 切削ヘッド
２ａ ヘッド本体
２ｂ 連結軸部（基端部）
２０ クーラント供給路
２１ａ クーラント吐出口
２１ｂ クーラント吐出口
２２ａ 主排出口
２２ｂ 副排出口
２３ バイパス流路孔
２４ 橋架部
３ 切屑排出溝
４ ラビリンスシール部
４ａ 環状凸部
５ａ 内側切刃
５ｂ 中間切刃
５ｃ 外側切刃

Claims (5)

1. 工具シャンクとその先端部に装着される切削ヘッドの内部に、両者を連通するクーラント供給路を有すると共に、該工具シャンクの基部側から切削ヘッド先端にわたる外周面に、直線状に長手方向に沿う１本の切屑排出溝を備え、
   切削ヘッドは、先端面に、前記クーラント供給路に連通するクーラント供給孔と、前記切屑排出溝に連通する排出口とを有すると共に、外周面に、切屑排出溝上を橋架して全周にわたって連続する環状凸部が形成されてなることを特徴とするガンドリル。
2. 前記環状凸部の複数本が平行配置してラビリンスシール部を形成してなる請求項１に記載のガンドリル。
3. 切削ヘッドは、前記切屑排出溝が先端面に開放した主排出口に対し、径方向の略対向位置で先端面に開口した副排出口と、この副排出口からヘッド内部を通って切屑排出溝に至るバイパス流路孔と、径方向の略対向位置で先端面に開口した２つのクーラント吐出口とを備え、複数の切刃が前記主排出口と副排出口とに臨んで分配形成されると共に、前記環状凸部がバイパス流路孔の切屑排出溝への合流部よりもヘッド基端側に配置してなる請求項１又は２に記載のガンドリル。
4. 工具シャンクの先端部に切削ヘッドの基端部が着脱自在に同軸状に連結されてなる請求項１〜３のいずれかに記載のガンドリル。
5. 工具シャンクは、少なくとも切屑排出溝の形成部分が断面Ｃ状をなすシャンク本体の内側に、内部をクーラント供給路とするパイプ材が挿嵌され、該パイプ材の前端部が外周に設けた雄ねじを介してシャンク本体側に螺着されてなる請求項１〜４のいずれかに記載のガンドリル。

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