JP3756096B2 - 密閉型電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池に関し、特に電池缶の極性と異なる極性の電池端子を絶縁性部材を介して取り出す電極端子を設けた電池ヘッダーを取り付けた密閉性が大きな密閉型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型の電子機器用の電源として各種の電池が用いられており、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ等の電源として、小型で大容量の密閉型電池が用いられており、高容量のリチウム電池やリチウムイオン二次電池等の非水電解液を使用した密閉型電池が用いられている。
機器の小型化に対応して、円筒型電池に加えて、小さな空間を有効に利用することができる角型の密閉式電池がひろく用いられている。角型電池においては、電池の一方の電極として作用する電池缶と絶縁性部材によって隔離した電極端子が取り付けられている。
【０００３】
図２に、角型の密閉型電池の一例を説明する図を示す。
密閉型電池１は、ステンレス鋼、ニッケルめっきを表面に施した軟鋼等からなる角筒状の金属容器２（以下、電池缶とも称す）に、正極電極および負極電極をセパレータを介して積層したものを巻回した電池要素が収納されており、電池缶２の上端には、金属板３に、外部絶縁板４Ａ、正極側の電極引出板５を、正極側の電極導出ピン６によって一体化して構成したヘッダー７を電池缶２の開口部に取り付けて封口したものであり、ヘッダー７の一部には、電池の内部圧力の異常な上昇時に圧力を開放するために他の部分よりも肉厚が薄い薄肉部８、電解液を注液し、電解液の注液後に封口する小孔９が設けられており、小孔９から電解液を注入した後にステンレス鋼等の金属からなる部材を埋め込み、溶接して封口している。
【０００４】
図３は、ヘッダーの一例を説明する図であり、図３（Ａ）は、ヘッダーの分解斜視図であり、図３（Ｂ）は、電極導出ピンをかしめた後の状態を説明する図である。
ステンレス鋼、ニッケルめっきを施した軟鋼板等からなる金属板３に設けた貫通孔１０に下部よりポリプロピレン、フッ素樹脂等からなる内部絶縁板４Ｂを取り付け、上部には外部絶縁板４Ａを載置して、絶縁性部材４を形成したものである。そして、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の導電性の良好な金属からなるつば部６Ａを有する電極導出ピン６を内部絶縁板４Ｂに設けた孔を貫通させ、電極引出板５を装着して、電極導出ピンのつば部６Ａと柱状部６Ｂの先端を上下からかしめることによってヘッダー７が形成される。
【０００５】
作製されたヘッダー７の電極導出ピン６のつば部６Ａに、電池要素に接合し絶縁性部材１１で被覆された導電タブ１２を接合した後に電池缶の開口部に嵌合させて周囲をレーザー溶接を行って封口される。
ヘッダーの組立時に電極導出ピン６はかしめによって押し潰されて、電極引出板５の平面と接触し、電極導出ピンと正極引出板５との間に導電接続が形成されるとともに、かしめによって押し潰された正極導出ピンは膨らんで絶縁性部材の平板状の表面および円筒状の壁面に均一に押し付けられて封口が行われる。
ところが、このような密閉型電池には、電極導出ピンの部分での封口特性が不充分なものや、経時的に劣化をするものがあった。
【０００６】
また、図３（Ｃ）に示すように、電極導出ピン６と電池ヘッダーの金属板３との間に設けた外部絶縁板４Ａと内部絶縁板４Ｂの間に空隙１３が生じることがあり、空隙を通じた電解液の漏洩等が生じるおそれがあった。空隙１３は、電極導出ピン６をかしめ工程によって生じたり、あるいは電極引出板５への外部接続リードの溶接、電極導出ピン１２と電池要素の一方の電極とを接続する際、あるいは電池ヘッダーを電池缶に接合する際のレーザー溶接によって加わる熱による収縮変形によって生じるものとみられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電極導出ピンをかしめて封止した電極封止構造を有する電池において、絶縁性、気密性に優れ、電極導出ピンと電極引出板との導電接触が良好で、経時的な変化が小さく信頼性が高い密閉型電池を提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、電池缶の極性と異種の極性の電極引出板を、金属板の貫通孔に装着した絶縁性部材に電極導出ピンを貫通させてかしめて固着した電池ヘッダーを有する密閉型電池において、電池ヘッダーの金属板の電池缶の内部側の面に装着される内部絶縁板と、電池ヘッダーの金属板の電池缶の外部側に装着される外部絶縁板が、少なくとも２面において接触する密閉型電池によって解決することができる。
外部絶縁板は、電池ヘッダーの金属板に設けた凹所に取り付けた前記の密閉型電池である。
内部絶縁板と外部絶縁板とは、電極導出ピンの軸に垂直な平面と、電極導出ピンと同心円状の曲面からなる接触面を有する前記の密閉型電池である。
内部絶縁板と外部絶縁板とは、半径が異なる電極導出ピンと同心円状の２個の面を電極導出ピンに垂直な平面で結合した接触面を有する前記の密閉型電池である。
内部絶縁板と外部絶縁板とは、電極導出ピンの軸に垂直な３個の面が、半径が異なる電極導出ピンと同心円状の２個の面によって結合した接触面を有する前記の密閉型電池である。
内部絶縁板と外部絶縁板とは、電極導出ピンの軸に対して傾斜した２個の面からなる接触面を有する前記の密閉型電池である。
また、リチウムイオン電池である前記の密閉型電池である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の密閉型電池は、金属板の両面に配置した絶縁性部材に電極導出ピンを貫通させた後に、電極導出ピンをかしめて電極引出板を一体化した電池ヘッダーにおいて、二つの絶縁性部材の間の接触面を階段状等として一つの面としないことによって、二つの絶縁性部材の間の接触面の一部に空隙等が生じた場合であっても、いずれかの接触面によって気密性が保持されて二つの絶縁性部材の間の気密性が確実に保持することが可能な密閉型電池の提供が可能であることを見いだしたものである。
そして、絶縁性部材の接触面を階段状としたり、凹凸を設けることによって、二つの絶縁性部材の間の接触面の気密性の保持を確実としたものである。
【００１０】
以下に図面を参照して本発明を説明する。
図１は、密閉型電池の電極引出端子部分を説明する断面図であり、図１（Ａ）は、ヘッダーの一実施例を説明する断面図であり、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）は他の実施例を説明する図である。
図１（Ａ）に示すように、密閉型電池を形成するヘッダー７の金属板３には、上下から外部絶縁板４Ａ、内部絶縁板４Ｂからなる絶縁性部材４を配置し、外部絶縁板４Ａの上部に電極引出板５を設けて電極導出ピン６をかしめることによって封口して一体化したものである。
外部絶縁板４Ａと内部絶縁板４Ｂは、電極導出ピンに平行な面のみではなく、電極導出ピンに平行な面と、それにつながる水平面１４によって接触している。このために、かしめ時に外部絶縁板４Ａと内部絶縁板４Ｂとの階段状の接触面に多少の位置ずれ等が生じたり、あるいはレーザー溶接等の熱によって収縮した場合にも気密性が保持される。
【００１１】
また、図１（Ｂ）に示す例では、電極導出ピン６の絶縁性部材との接触面は、内部絶縁板４Ｂの壁面のみであり、内部絶縁板４Ａと外部絶縁板４Ａは、断面が階段状の３個の面、すなわち電極導出ピン６の軸に平行な２面とそれらを結合する水平面１４で接触している。このため、図１（Ａ）のものに比べて、気密性がより大きなものとなり、かしめ時に外部絶縁板４Ａと内部絶縁板４Ｂとの階段状の接触面に多少の位置ずれ等が生じたり、あるいはレーザー溶接等の熱によって収縮した場合にも充分な気密性が保持される。
また、図１（Ｃ）に示す例では、内部絶縁板４Ａと外部絶縁板４Ｂとの接触部を凹条部とそれに嵌合する凸条部を設けた凹凸嵌合部１５を設けたものである。嵌合部でのずれを小さくすることが可能であり、気密性の保持効果が優れている。
図１（Ｄ）に示す例は、係合部のＶ字型の断面であるＶ字条嵌合部１６を設けたものであり、図１（Ｄ）と同様の効果を奏する。
【００１２】
また、図１（Ａ）ないし図１（Ｄ）に示した例では、いずれもヘッダー７の金属板３には、電池缶の内部へ向かって凹所１７が形成されており、凹所１７に外部絶縁板４Ａが嵌合されているので、電極導出ピンをかしめた際には外部絶縁板４Ａの外縁部が凹所１７によって移動を制限されるので、絶縁板の位置決め精度を高めることができる。また、凹所に電極引出端子が取り付けられるので、電極引出端子の電池の端面からの突出量が小さくなるという特徴も得られる。
【００１３】
内部絶縁板および外部絶縁板は、ポリプロピレン、あるいはテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等の熱可塑性フッ素樹脂等を挙げることができる。
ヘッダーの外面に位置する外部絶縁板４Ａの上面に設ける電極引出板としては、ニッケル板、ニッケルめっきを施した軟鋼板、銅板、洋白板等を用いることができる。
【００１４】
また、これらの電極引出板としては、表面に更にめっきを施したものが好ましい。めっきは、電極引出板と電極導出ピンとの接触抵抗を低下させる効果と共に、電極端子部に付着した電解液によって電極端子部の化学的な腐食および接触電位差による電気化学的な溶出および腐食を防止する点で有効である。
電極引出板にめっきする金属としては、金等の貴金属、銀、錫等を挙げることができるが、とくに耐食性が大きな金等の貴金属を用いて行うことが好ましい。
【００１５】
また、電極導出ピンとしては、アルミニウムまたはその合金からなる金属素材を電極導出ピンの形状に加工後に焼き鈍しを行ったものを用いることが好ましい。 電極導出ピンは焼き鈍しによって、かしめの際の変形が均一となるとともに、また表面硬度が低下し、表面のひび割れ等も生じにくくなったことによって絶縁性部材との間の密閉性等が良好とものとなる。
【００１６】
電極導出ピンは焼き鈍しによって一時的に硬度が低下するが、かしめ加工によって加えられた衝撃によって加工硬化が起こるので、かしめ後の電極導出ピンは、焼き鈍し加工を行っていないものと同様の硬度を示し、封口特性の低下、あるいは電極導出ピンのかしめ強度の低下が生じることはない。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の密閉型電池は、金属板に形成した貫通孔に装着した絶縁性部材に電極導出ピンを貫通させるとともにかしめて、電池ヘッダーの気密と外部接続端子の形成を行った電池ヘッダーにおいて、金属板の外側と内側から装着する絶縁性部材の接触面を少なくとも２個の面で形成したので、絶縁性部材を装着してかしめる際には両者の間でのずれが生じることはなく、またレーザー溶接等の熱の影響によって絶縁性部材が収縮した場合にも、両者の間での密閉性の保持が行われるので、信頼性の高い密閉型電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の密閉型電池を説明する図である。
【図２】図２に、角型の密閉型電池の一例を説明する図を示す。
【図３】図３は、ヘッダーの一例を説明する図である。
【符号の説明】
１…密閉型電池、２…金属容器、３…金属板、４…絶縁性部材、４Ａ…外部絶縁板、４Ｂ…内部絶縁板、５…電極引出板、６…電極導出ピン、６Ａ…つば部、６Ｂ…柱状部、７…ヘッダー、８…薄肉部、９…小孔、１０…貫通孔、１１…絶縁性部材、１２…導電タブ、１３…空隙、１４…水平面、１５…凹凸嵌合部、１６…Ｖ字条嵌合部、１７…凹所
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池に関し、特に電池缶の極性と異なる極性の電池端子を絶縁性部材を介して取り出す電極端子を設けた電池ヘッダーを取り付けた密閉性が大きな密閉型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型の電子機器用の電源として各種の電池が用いられており、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ等の電源として、小型で大容量の密閉型電池が用いられており、高容量のリチウム電池やリチウムイオン二次電池等の非水電解液を使用した密閉型電池が用いられている。
機器の小型化に対応して、円筒型電池に加えて、小さな空間を有効に利用することができる角型の密閉式電池がひろく用いられている。角型電池においては、電池の一方の電極として作用する電池缶と絶縁性部材によって隔離した電極端子が取り付けられている。
【０００３】
図２に、角型の密閉型電池の一例を説明する図を示す。
密閉型電池１は、ステンレス鋼、ニッケルめっきを表面に施した軟鋼等からなる角筒状の金属容器２（以下、電池缶とも称す）に、正極電極および負極電極をセパレータを介して積層したものを巻回した電池要素が収納されており、電池缶２の上端には、金属板３に、外部絶縁板４Ａ、正極側の電極引出板５を、正極側の電極導出ピン６によって一体化して構成したヘッダー７を電池缶２の開口部に取り付けて封口したものであり、ヘッダー７の一部には、電池の内部圧力の異常な上昇時に圧力を開放するために他の部分よりも肉厚が薄い薄肉部８、電解液を注液し、電解液の注液後に封口する小孔９が設けられており、小孔９から電解液を注入した後にステンレス鋼等の金属からなる部材を埋め込み、溶接して封口している。
【０００４】
図３は、ヘッダーの一例を説明する図であり、図３（Ａ）は、ヘッダーの分解斜視図であり、図３（Ｂ）は、電極導出ピンをかしめた後の状態を説明する図である。
ステンレス鋼、ニッケルめっきを施した軟鋼板等からなる金属板３に設けた貫通孔１０に下部よりポリプロピレン、フッ素樹脂等からなる内部絶縁板４Ｂを取り付け、上部には外部絶縁板４Ａを載置して、絶縁性部材４を形成したものである。そして、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の導電性の良好な金属からなるつば部６Ａを有する電極導出ピン６を内部絶縁板４Ｂに設けた孔を貫通させ、電極引出板５を装着して、電極導出ピンのつば部６Ａと柱状部６Ｂの先端を上下からかしめることによってヘッダー７が形成される。
【０００５】
作製されたヘッダー７の電極導出ピン６のつば部６Ａに、電池要素に接合し絶縁性部材１１で被覆された導電タブ１２を接合した後に電池缶の開口部に嵌合させて周囲をレーザー溶接を行って封口される。
ヘッダーの組立時に電極導出ピン６はかしめによって押し潰されて、電極引出板５の平面と接触し、電極導出ピンと正極引出板５との間に導電接続が形成されるとともに、かしめによって押し潰された正極導出ピンは膨らんで絶縁性部材の平板状の表面および円筒状の壁面に均一に押し付けられて封口が行われる。
ところが、このような密閉型電池には、電極導出ピンの部分での封口特性が不充分なものや、経時的に劣化をするものがあった。
【０００６】
また、図３（Ｃ）に示すように、電極導出ピン６と電池ヘッダーの金属板３との間に設けた外部絶縁板４Ａと内部絶縁板４Ｂの間に空隙１３が生じることがあり、空隙を通じた電解液の漏洩等が生じるおそれがあった。空隙１３は、電極導出ピン６をかしめ工程によって生じたり、あるいは電極引出板５への外部接続リードの溶接、電極導出ピン１２と電池要素の一方の電極とを接続する際、あるいは電池ヘッダーを電池缶に接合する際のレーザー溶接によって加わる熱による収縮変形によって生じるものとみられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電極導出ピンをかしめて封止した電極封止構造を有する電池において、絶縁性、気密性に優れ、電極導出ピンと電極引出板との導電接触が良好で、経時的な変化が小さく信頼性が高い密閉型電池を提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、電池缶の極性と異種の極性の電極引出板を、金属板の貫通孔に装着した絶縁性部材に電極導出ピンを貫通させてかしめて固着した電池ヘッダーを有する密閉型電池において、電池ヘッダーの金属板の電池缶の内部側の面に装着される内部絶縁板と、電池ヘッダーの金属板の電池缶の外部側に装着される外部絶縁板が、少なくとも２面において接触する密閉型電池によって解決することができる。
外部絶縁板は、電池ヘッダーの金属板に設けた凹所に取り付けた前記の密閉型電池である。
内部絶縁板と外部絶縁板とは、電極導出ピンの軸に垂直な平面と、電極導出ピンと同心円状の曲面からなる接触面を有する前記の密閉型電池である。
内部絶縁板と外部絶縁板とは、半径が異なる電極導出ピンと同心円状の２個の面を電極導出ピンに垂直な平面で結合した接触面を有する前記の密閉型電池である。
内部絶縁板と外部絶縁板とは、電極導出ピンの軸に垂直な３個の面が、半径が異なる電極導出ピンと同心円状の２個の面によって結合した接触面を有する前記の密閉型電池である。
内部絶縁板と外部絶縁板とは、電極導出ピンの軸に対して傾斜した２個の面からなる接触面を有する前記の密閉型電池である。
また、リチウムイオン電池である前記の密閉型電池である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の密閉型電池は、金属板の両面に配置した絶縁性部材に電極導出ピンを貫通させた後に、電極導出ピンをかしめて電極引出板を一体化した電池ヘッダーにおいて、二つの絶縁性部材の間の接触面を階段状等として一つの面としないことによって、二つの絶縁性部材の間の接触面の一部に空隙等が生じた場合であっても、いずれかの接触面によって気密性が保持されて二つの絶縁性部材の間の気密性が確実に保持することが可能な密閉型電池の提供が可能であることを見いだしたものである。
そして、絶縁性部材の接触面を階段状としたり、凹凸を設けることによって、二つの絶縁性部材の間の接触面の気密性の保持を確実としたものである。
【００１０】
以下に図面を参照して本発明を説明する。
図１は、密閉型電池の電極引出端子部分を説明する断面図であり、図１（Ａ）は、ヘッダーの一実施例を説明する断面図であり、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）は他の実施例を説明する図である。
図１（Ａ）に示すように、密閉型電池を形成するヘッダー７の金属板３には、上下から外部絶縁板４Ａ、内部絶縁板４Ｂからなる絶縁性部材４を配置し、外部絶縁板４Ａの上部に電極引出板５を設けて電極導出ピン６をかしめることによって封口して一体化したものである。
外部絶縁板４Ａと内部絶縁板４Ｂは、電極導出ピンに平行な面のみではなく、電極導出ピンに平行な面と、それにつながる水平面１４によって接触している。このために、かしめ時に外部絶縁板４Ａと内部絶縁板４Ｂとの階段状の接触面に多少の位置ずれ等が生じたり、あるいはレーザー溶接等の熱によって収縮した場合にも気密性が保持される。
【００１１】
また、図１（Ｂ）に示す例では、電極導出ピン６の絶縁性部材との接触面は、内部絶縁板４Ｂの壁面のみであり、内部絶縁板４Ａと外部絶縁板４Ａは、断面が階段状の３個の面、すなわち電極導出ピン６の軸に平行な２面とそれらを結合する水平面１４で接触している。このため、図１（Ａ）のものに比べて、気密性がより大きなものとなり、かしめ時に外部絶縁板４Ａと内部絶縁板４Ｂとの階段状の接触面に多少の位置ずれ等が生じたり、あるいはレーザー溶接等の熱によって収縮した場合にも充分な気密性が保持される。
また、図１（Ｃ）に示す例では、内部絶縁板４Ａと外部絶縁板４Ｂとの接触部を凹条部とそれに嵌合する凸条部を設けた凹凸嵌合部１５を設けたものである。嵌合部でのずれを小さくすることが可能であり、気密性の保持効果が優れている。
図１（Ｄ）に示す例は、係合部のＶ字型の断面であるＶ字条嵌合部１６を設けたものであり、図１（Ｄ）と同様の効果を奏する。
【００１２】
また、図１（Ａ）ないし図１（Ｄ）に示した例では、いずれもヘッダー７の金属板３には、電池缶の内部へ向かって凹所１７が形成されており、凹所１７に外部絶縁板４Ａが嵌合されているので、電極導出ピンをかしめた際には外部絶縁板４Ａの外縁部が凹所１７によって移動を制限されるので、絶縁板の位置決め精度を高めることができる。また、凹所に電極引出端子が取り付けられるので、電極引出端子の電池の端面からの突出量が小さくなるという特徴も得られる。
【００１３】
内部絶縁板および外部絶縁板は、ポリプロピレン、あるいはテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等の熱可塑性フッ素樹脂等を挙げることができる。
ヘッダーの外面に位置する外部絶縁板４Ａの上面に設ける電極引出板としては、ニッケル板、ニッケルめっきを施した軟鋼板、銅板、洋白板等を用いることができる。
【００１４】
また、これらの電極引出板としては、表面に更にめっきを施したものが好ましい。めっきは、電極引出板と電極導出ピンとの接触抵抗を低下させる効果と共に、電極端子部に付着した電解液によって電極端子部の化学的な腐食および接触電位差による電気化学的な溶出および腐食を防止する点で有効である。
電極引出板にめっきする金属としては、金等の貴金属、銀、錫等を挙げることができるが、とくに耐食性が大きな金等の貴金属を用いて行うことが好ましい。
【００１５】
また、電極導出ピンとしては、アルミニウムまたはその合金からなる金属素材を電極導出ピンの形状に加工後に焼き鈍しを行ったものを用いることが好ましい。 電極導出ピンは焼き鈍しによって、かしめの際の変形が均一となるとともに、また表面硬度が低下し、表面のひび割れ等も生じにくくなったことによって絶縁性部材との間の密閉性等が良好とものとなる。
【００１６】
電極導出ピンは焼き鈍しによって一時的に硬度が低下するが、かしめ加工によって加えられた衝撃によって加工硬化が起こるので、かしめ後の電極導出ピンは、焼き鈍し加工を行っていないものと同様の硬度を示し、封口特性の低下、あるいは電極導出ピンのかしめ強度の低下が生じることはない。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の密閉型電池は、金属板に形成した貫通孔に装着した絶縁性部材に電極導出ピンを貫通させるとともにかしめて、電池ヘッダーの気密と外部接続端子の形成を行った電池ヘッダーにおいて、金属板の外側と内側から装着する絶縁性部材の接触面を少なくとも２個の面で形成したので、絶縁性部材を装着してかしめる際には両者の間でのずれが生じることはなく、またレーザー溶接等の熱の影響によって絶縁性部材が収縮した場合にも、両者の間での密閉性の保持が行われるので、信頼性の高い密閉型電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の密閉型電池を説明する図である。
【図２】図２に、角型の密閉型電池の一例を説明する図を示す。
【図３】図３は、ヘッダーの一例を説明する図である。
【符号の説明】
１…密閉型電池、２…金属容器、３…金属板、４…絶縁性部材、４Ａ…外部絶縁板、４Ｂ…内部絶縁板、５…電極引出板、６…電極導出ピン、６Ａ…つば部、６Ｂ…柱状部、７…ヘッダー、８…薄肉部、９…小孔、１０…貫通孔、１１…絶縁性部材、１２…導電タブ、１３…空隙、１４…水平面、１５…凹凸嵌合部、１６…Ｖ字条嵌合部、１７…凹所
Claims (1)
- 電池缶の極性と異種の極性の電極引出板を、金属板の貫通孔に装着した絶縁性部材に電極導出ピンを貫通させてかしめて固着した電池ヘッダーを有する密閉型電池において、電池ヘッダーの金属板の電池缶の内部側の面に装着される内部絶縁板と、電池ヘッダーの金属板の電池缶の外部側に装着される外部絶縁板が、少なくとも２面において接触することを特徴とする密閉型電池。
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