(57)【要約】【課題】正極集電部材と蓋体との間の電気的導通を簡単かつ十分に確保することができ、容易に組み立てることができる円筒形電池を得ること。【解決手段】円筒形電池１は、正極集電部材４０と蓋体３１との間に介在されて電気的に接続する蓋ケース（接続部材）３５を有している。蓋ケース３５は、正極集電部材４０に押接されて正極集電部材４０と蓋ケース３５との接触面部に面圧をかけた状態で正極集電部材４０に固定され、正極集電部材４０に電気的に接続される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電部材と負極集電部材を有する電極群と、該電極群が収容される有底円筒状の電池缶と、該電池缶の開放端部を封口する蓋体を有する円筒形電池であって、
前記正極集電部材と前記蓋体との間に介在されて前記正極集電部材と前記蓋体との間を電気的に接続する接続部材を備え、
該接続部材は、前記正極集電部材に押接されて該正極集電部材と前記接続部材との接触面部に面圧をかけた状態で前記正極集電部材に固定され、前記正極集電部材に電気的に接続されることを特徴とする円筒形電池。
【請求項２】
前記正極集電部材と前記接続部材のいずれか一方に設けられた雌ネジ部に、前記正極集電部材と前記接続部材のいずれか他方に設けられた雄ネジ部を螺入することによって、前記接続部材を前記正極集電部材に対して軸方向に移動させて、前記正極集電部材の接触面部に前記接続部材の接触面部を押接した状態でねじ締結するねじ締結構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
【請求項３】
前記正極集電部材と前記接続部材のいずれか一方に設けられた穴部に、前記正極集電部材と前記接続部材のいずれか他方に設けられた軸部を圧入することによって、前記穴部の内周面部に前記軸部の外周面部を押接した状態で嵌合させる圧入嵌合構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
【請求項４】
前記接続部材は、かしめ固定によって前記蓋体に電気的に接続されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の円筒形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばリチウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池に用いられる円筒形電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の環境問題や化石燃料の枯渇問題から、環境負荷の小さい電気自動車（EV）や駆動の一部を電気モーターで補助するハイブリッド電気自動車(HEV)が各自動車メーカーで開発、販売され、その電源として、高容量で高出力であり、さらに様々な環境での耐久性を有する電池が求められている。
【０００３】
現在、これらの自動車に搭載されている電池の主流はニッケル水素電池であり、次世代としてリチウムイオン二次電池が注目されている。これらの電池は、携帯電話やノートパソコンなどの小形民生用に広く普及しており、ここで培った技術を発展させ、自動車用途への適用を進めている。
【０００４】
自動車用途に求められる構造面の特徴としては、幅広い周波数帯の振動耐久性、電池の大形化での数十〜数百Aの大電流通電に耐えられる集電構造、低温から高温の温度領域での密閉性などである。
【０００５】
リチウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池の形状としては、一般に円筒形と角形に大別され、円筒形でも電極端子の取り出し方、密閉封口方法などで様々な形状が検討されている。小形民生用においては、正極及び負極の未塗工部から通電のためにタブを取り出し、正極は蓋体に溶接され、負極は電池缶に溶接されて、電気を取り出す方法などが用いられている。この場合、タブは1〜数本取り付けられているのが一般的である。
【０００６】
自動車用途では、大電流通電に耐えるために確実な導通が求められており、タブが多数取り付けられることもある。これらのタブは電極集電部材と溶接され、例えば、正極集電部材はリードを介して蓋体に溶接され、負極集電部材は電池缶に溶接される（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2002-231244号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、リードを介して正極集電部材と蓋体を接続する方法の場合、溶接により電気的な導通は十分に確保されるが、正極集電部材とリード、蓋体とリードの二箇所を溶接する必要があった。これらの溶接作業は、溶接部に電解液が付着すると溶接できないので、注液作業より先に行う必要がある。一方、溶接作業を注液作業より先に行うと、電解液の注入流路を確保するため蓋体の位置を一時的に避けて、電解液を注入した後に蓋体を所定位置に戻す必要があるため、作業が複雑になり、工数が多かった。
【０００９】
本発明は、上記事案に鑑みてなされたものであり、その目的は、正極集電部材と蓋体との間の電気的導通を簡単かつ十分に確保することができ、容易に組み立てることができる円筒形電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の円筒形電池は、正極集電部材と蓋体との間に介在されて正極集電部材と蓋体との間を電気的に接続する接続部材を備えており、その接続部材は、正極集電部材に押接されて正極集電部材と接続部材との接触面部に面圧をかけた状態で正極集電部材に固定され、前記正極集電部材に電気的に接続されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、正極集電部材と蓋体との間に介在されて正極集電部材と蓋体との間を電気的に接続する接続部材を備えており、その接続部材は、正極集電部材に押接されて正極集電部材と接続部材との接触面部に面圧をかけた状態で正極集電部材に固定され、前記正極集電部材に電気的に接続される構成を有しているので、正極集電部材と蓋体との間の電気的な導通を面圧によって確保することができ、正極集電部材と蓋体との接触面部の通電抵抗を低減できる。
【００１２】
したがって、従来と比較して、正極集電部材と蓋体との間のリードの溶接作業を行う必要がなく、正極集電部材と蓋体との間の接続作業を簡単化でき、電気的な導通を簡単かつ確実に確保することができる。そして、リードを省略することができ、部品点数を減らすことができる。
【００１３】
また、蓋体を取り付けるタイミングを任意に設定することができ、例えば、電池缶内に電解液を注入した後で蓋体を取り付けることによって、従来のように、蓋体の位置をずらしたり、所定位置に戻す等の作業を不要とし、組み立てるための工数を減らし、作業を簡単化することができる。また、従来のように正極集電部材と蓋体とがリードでつながれた状態で蓋体を開閉する作業を省略することができ、工数削減により製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態における円筒形電池の断面図。
【図２】正極集電部材と蓋ケースとの固定方法の一例を示す断面拡大図。
【図３】図２の分解状態を示す断面拡大図。
【図４】正極集電部材と蓋ケースとの固定方法の他の一例を示す断面拡大図。
【図５】図４の分解状態を示す断面拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明を円筒形電池に適応した実施の形態について説明する。
円筒形電池１は、本実施の形態では、リチウムイオン二次電池を構成するものであり、図１に示すように、有底円筒状の電池缶１１と、電池缶１１内に収容される電極群２１と、電池缶１１の開放端部にかしめ固定されて封口する蓋体３１を有している。
【００１６】
電池缶１１は、ニッケルメッキが施された厚さ０．５ｍｍの炭素鋼によって構成されており、外径４０ｍｍ、高さ１００ｍｍに寸法が設定されている。電池缶１１は、電極群２１が挿入された後に、開口端部の直下にグルービング加工が施されて凸部１２が形成される。凸部１２は、蓋体３１を載せることができるように径方向中心に向かって突出して周状に連続する形状を有する。
【００１７】
電池缶１１内には、電極群２１を収容した後に、電解液が所定量注入される。電解液には、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート（DMC）、ジエチルカーボネート(DEC)を体積比１：１：１で混合した混合有機溶媒中に、電解質として６フッ化リン酸リチウムを１モル/リットル溶解したものが用いられる。
【００１８】
電極群２１は、正極と負極との間にセパレータを介して正極及び負極を軸芯２２に捲回して構成された捲回体２５と、捲回体２５の両端に設けられた正極集電部材４０及び負極集電部材５０を備えた構成を有している。
【００１９】
正極は、リチウムマンガン複合酸化物として代表的なマンガン酸リチウム（LiMn２O４）を正極活物質とし、正極活物質８５重量部に対して、導電材として鱗片状黒鉛１０重量部と、結着材としてポリフッ化ビニリデン（PVDF）５重量部とを添加し、これに分散媒としてN-メチル-２-ピロリドンを添加、混練したスラリーを厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一塗布し、乾燥させた後、プレス、裁断して得られたものを用いている。
【００２０】
一方、負極は、負極活物質の炭素材として非晶質炭素粉末９０重量部に、結着材としてポリフッ化ビニリデン１０重量部を添加し、これに分散媒としてN-メチル-２-ピロリドンを添加、混練したスラリーを、厚さ１０μmの圧延銅箔の両面に均一塗布し、乾燥させた後、プレス、裁断して得られたものを用いている。
そして、セパレータには、厚さ３０μｍのポリエチレン製微多孔膜が用いられている。
【００２１】
負極は、正極に比べ若干幅長とされており、正極及び負極の幅方向一方側の長辺部には、それぞれ正極タブ２３と負極タブ２４が形成されている。正極タブ２３と負極タブ２４は、長辺部に等間隔でかつ矩形状に切り欠かれて形成されており、電極群２１から軸方向に向かって互いに離反する方向に突出するように形成されている。正極タブ２３は、正極集電部材４０に溶接されて電気的に接続され、負極タブ２４は、負極集電部材５０に溶接されて電気的に接続される。
【００２２】
正極集電部材４０と負極集電部材５０は、例えば金属などの導電性材料によって構成されており、捲回体２５よりも若干小さな外径を有する略円形の板状部材によって形成されている。正極集電部材４０は、軸芯２２の正極タブ２３側の端部に固定され、負極集電部材５０は、軸芯２２の負極タブ２４側の端部に固定されている。
【００２３】
正極集電部材４０は、円形板状のウェブ部４１と、ウェブ部４１の径方向中心位置でウェブ部４１の軸方向に筒状に突出して軸芯２２の端部に挿入されるボス部４２と、ウェブ部４１の外周端縁で折曲されてボス部４２の突出方向とは反対方向に突出する周壁部（穴部）４３を有している。
【００２４】
ウェブ部４１には、貫通穴４１ａが穿設されており、この貫通穴４１ａを通して電池缶１１に電解液を注入できる。また、貫通穴４１ａは、正極集電部材４０に蓋体３１の蓋ケース３５を取り付ける際に、位置決めピン（図示せず）の先端を挿入して正極集電部材４０を位置決め固定するのに用いることができる。ボス部４２には、軸芯２２の中心穴２２ａに連通する開口穴４２ａが穿設されており、溶接工具（図示せず）を挿通して電池缶１１の底部１３に負極集電部材５０の負極リード２７を溶接できるようになっている。
【００２５】
周壁部４３は、短軸円筒形状を有しており、後述する蓋ケース３５の周壁部３７が挿入された場合に周壁部４３の内周面が蓋ケース３５の周壁部３７の外周面に対向する内径と、電池缶１１に電極群２１が収容された状態で電池缶１１の凸部１２よりも開放端部側に突出する軸方向高さを有している。そして、周壁部４３の外周面には、電極群２１の正極タブ２３が溶接されている。
【００２６】
負極集電部材５０は、円形板状のウェブ部５１と、ウェブ部５１の径方向中心位置で軸方向に筒状に延出して軸芯２２の端部に外嵌されるボス穴部５２と、ウェブ部５１の外周端縁で折曲されてボス穴部５２と同方向に突出する周状の脚部５３を有している。脚部５３は、電池缶１１の底部１３に当接して電極群２１を電池缶１１内に支持するためのものであり、脚部５３の外周面には負極タブ２４が溶接されている。
【００２７】
負極集電部材５０には、負極リード２７が設けられている。負極リード２７は、一端が負極集電部材５０に電気的に接続されている。負極リード２７の他端は、電極群２１を電池缶１１内に挿入することによって電池缶１１の底面１３に対向して配置され、抵抗溶接により電池缶１１に電気的に接続される。
【００２８】
蓋体３１は、電池缶１１の開放端部を閉塞する大きさを有する円形の板状部材からなり、中心位置には電池缶１１よりも軸方向に突出する膨出部３２が形成されており、その膨出部３２の周囲を取り囲むように平板状の周縁部３３が形成されている。
【００２９】
蓋体３１と正極集電部材４０との間には、本発明の特徴的な構成である蓋ケース（接続部材）３５が介在されている。
【００３０】
蓋ケース３５は、正極集電部材４０と蓋体３１との間を電気的に接続するものであり、一端が正極集電部材４０に接続され、他端が蓋体３１に接続される。蓋ケース３５は、正極集電部材４０に押接されて正極集電部材４０と蓋ケース３５との接触面部に面圧をかけた状態で正極集電部材４０に固定され、正極集電部材４０に電気的に接続される構成を有している。
【００３１】
蓋ケース３５は、リング状部材からなり、正極集電部材４０の周壁部４３の内径側に挿入される周壁部（軸部）３７と、周壁部の軸方向一方端部で折曲されて径方向外側に向かって平板状に広がる載置部３６と、載置部３６の外周端縁で折曲されて軸方向に沿って周壁部３７と離反する方向に突出する折曲部３８を有している。
【００３２】
周壁部３７は、短軸の円筒形状を有しており、正極集電部材４０の周壁部４３の内周面に対向する外径と、電解液の注入流路となる中央開口部を形成する内径を有している。載置部３６は、蓋体３１の周縁部３３を上面に全周に亘って接面した状態で載せることができるように形成されている。折曲部３８は、電池缶１１の開放端部とともに径方向内側に折り曲げることにより、載置部３６との間に蓋体３１の周縁部３３を挟持して蓋体３１をかしめ固定し、蓋ケース３５と蓋体３１との間を電気的に接続する構成を有する。
【００３３】
図２及び図３は、蓋ケース３５の具体的な構成の一例を示す断面拡大図であり、図２は、図１のＡ部拡大図、図３は、図２の分解図である。図２及び図３に示される蓋ケース３５Ａは、ねじ締結構造によって正極集電部材４０にねじ締結される。
【００３４】
蓋ケース３５Ａは、正極集電部材４０の周壁部４３の内周面に形成された雌ネジ部４４に、蓋ケース３５の周壁部３７の外周面に形成された雄ネジ部３９を螺入することにより、正極集電部材４０に対して軸方向に移動される。
【００３５】
そして、正極集電部材４０の周壁部４３の頭頂面部（正極集電部材の接触面部）に蓋ケース３５Ａの載置部３６の下面部（接続部材の接触面部）を押接させて、頭頂面部と下面部との間に面圧をかけた状態で正極集電部材４０に固定される。
【００３６】
図４及び図５は、蓋ケース３５の具体的な構造の他の一例を示す断面拡大図であり、図４は、図１のＡ部拡大図、図５は、図４の分解図である。図４及び図５に示される蓋ケース３５Ｂは、正極集電部材４０の周壁部４３の内径側（穴部内）に蓋ケース３５の周壁部（軸部）３７を圧入することによって嵌合可能な圧入嵌合構造を有している。
【００３７】
蓋ケース３５の周壁部３７の外径は、正極集電部材４０の周壁部４３の内径よりも僅かに大きい寸法であって、正極集電部材４０の周壁部４３の内径側に蓋ケース３５の周壁部３７を圧入した場合に、正極集電部材４０の周壁部４３と蓋ケース３５の周壁部３７の少なくとも一方を径方向に弾性変形させて、周壁部４３の内周面部に周壁部３７の外周面部が所定の面圧をかけた状態で押接される寸法に設定されている。
【００３８】
そして、正極集電部材４０の周壁部４３の先端部と蓋ケース３５の周壁部３７の先端部の少なくとも一方には、正極集電部材４０の周壁部４３の内径側に蓋ケース３５の周壁部３７の先端部の挿入を容易にするための面取り加工が施されている。
【００３９】
次に、上記構成を有する円筒形電池１の組立方法について説明する。
まず、正極と負極の間にセパレータを介在させて正極と負極を軸芯２２に捲回して捲回体２５を作成し、捲回体２５の両端部に正極集電部材４０と負極集電部材５０を取り付けて電極群２１を形成する。電極群２１は、正極集電部材４０に正極タブ２３が溶接され、負極集電部材５０に負極タブ２４が溶接され、負極集電部材５０に負極リード２７が溶接される。そして、電極群２１を電池缶１１内に収納して、負極リード２７と電池缶１１を溶接する。これにより、電池缶１１と電極群２１は一体に固定される。
【００４０】
それから、電池缶１１の開放端部の直下にグルービング加工を施して凸部１２を形成し、ガスケット１０を挿入する。そして、正極集電部材４０に蓋ケース３５を押接して、正極集電部材４０との接触面部に面圧をかけた状態で固定する。
【００４１】
ここで、図２及び図３に示す蓋ケース３５Ａの場合には、正極集電部材４０の雌ネジ部４４に蓋ケース３５Ａの雄ネジ部３９を螺入して、正極集電部材４０に蓋ケース３５をねじ締結する。このねじ締結により、正極集電部材４０と蓋ケース３５Ａは、正極集電部材４０の周壁部４３の頭頂面部が蓋ケース３５の載置部３６の下面部に押接されて、頭頂面部と下面部との間に面圧をかけた状態で固定される。この固定により、正極集電部材４０と蓋ケース３５Ａとの間が電気的に接続された状態とされる。
【００４２】
ねじ締結は、例えば電池缶１１の上方からピンなどの治具を挿入して、正極集電部材４０を電池缶１１に押圧し、正極集電部材４０と電池缶１１とが相対回転しないように周り止め固定した状態で蓋ケース３５を回転させる方法、あるいは、正極集電部材４０の貫通穴４１ａにピンを挿入して正極集電部材４０を周り止め固定した状態で蓋ケース３５Ａを回転させる方法によって行われる。
【００４３】
また、図４及び図５に示す蓋ケース３５Ｂの場合には、正極集電部材４０の周壁部４３の内径側に蓋ケース３５Ｂの周壁部３７を圧入して、正極集電部材４０に蓋ケース３５Ｂを嵌合する。この圧入嵌合により、正極集電部材４０と蓋ケース３５Ｂは、正極集電部材４０の周壁部４３と蓋ケース３５Ｂの周壁部３７の少なくとも一方が径方向に弾性変形して、周壁部４３の内周面部に周壁部３７の外周面部が押接された状態で固定される。この固定により、正極集電部材４０と蓋ケース３５Ｂとの間が電気的に接続された状態とされる。
【００４４】
なお、圧入時に正極集電部材４０に作用する軸方向の力は、正極集電部材４０から軸芯２２に伝達され、軸芯２２から負極集電部材５０を介して電池缶１１に伝達されて、電池缶１１で受け止められる。したがって、正極集電部材４０の周壁部４３の内径側に蓋ケース３５Ｂの周壁部３７を圧入することができる。
【００４５】
正極集電部材４０に蓋ケース３５を固定した後、電池缶１１内に電解液を注入する。蓋ケース３５の中央には、中央開口部が大きく開口しており、従来の正極リブ等の電解液の注入を阻害するものは何も存在しないので、電解液を容易に注入することができる。
【００４６】
電解液の注入後、電池缶１１に蓋体３１を取り付けて電池缶１１の開放端部を封口する。蓋体３１を電池缶１１の上方から電池缶１１の内部に挿入して、蓋体３１の外周縁部３３を蓋ケース３５の載置部３６の上に載せる。そして、電池缶１１の開放端部、ガスケット１０、蓋ケース３５の折曲部３８を径方向内側に一体に折り曲げることにより、蓋体３１を電池缶１１にかしめ固定する。このかしめ固定により、載置部３６と折曲部３８との間に蓋体３１の外周縁部３３が挟持され、蓋ケース３５と蓋体３１との間が電気的に接続され、かつ、蓋体３１によって電池缶１１の開放端部が封口される。
【００４７】
上述のように、本発明の円筒形電池１は、蓋ケース３５を正極集電部材４０にねじ締結、あるいは圧入嵌合して固定し（ステップＳ１０１）、電池缶１１に電解液を注入し（ステップＳ１０２）、蓋体３１を電池缶１１にかしめ固定する（ステップＳ１０３）ことによって組み立てられる。
【００４８】
一方、従来の円筒形電池は、正極リードの一端を正極集電部材に溶接し（ステップＳ１１１）、正極リードの他端を蓋ケースに溶接し（ステップＳ１１２）、電解液の注入流路を確保するために蓋ケースの位置をずらした状態で電池缶１１に電解液を注入し（ステップＳ１１３）、蓋ケースを正規の位置に戻して（ステップＳ１１４）、蓋ケースに蓋体をセットしてかしめ固定する（ステップＳ１１５）ことによって組み立てられる。
【００４９】
したがって、正極集電部材４０と蓋体３１との間の電気的な導通を確保するために、従来の円筒形電池では、正極リードの一端を正極集電部材に溶接するステップＳ１１１の工程と、正極リードの他端を蓋体に溶接するステップＳ１１２の工程の２つの工程が必要であるのに対し、本実施の形態の円筒形電池１では、蓋ケース３５を正極集電部材４０にねじ締結、あるいは圧入嵌合するステップＳ１０１の一つの工程でよく、従来よりも組立工数を少なくすることができ、組立作業の効率化を図ることができる。
【００５０】
また、従来の円筒形電池において、電解液を注入する流路を確保するために蓋ケースの位置をずらしている場合には、電解液を注入した後に、蓋ケースを正規の位置に戻すステップＳ１１４の工程が必要であるのに対し、本実施の形態の円筒形電池１では、蓋ケース３５を正規の位置に取り付けた状態で、蓋ケース３５の中央開口部から電解液を注入することができるので、従来の蓋ケースを正規の位置に戻すステップＳ１１４の工程が不要であり、組立工数を少なくすることができ、組立作業の効率化を図ることができる。
【００５１】
また、従来の円筒形電池では、正極集電部材と蓋ケースとの間を電気的に接続する正極リードが必要であったが、本実施の形態における円筒形電池１では、正極リードが不要であるので、部品点数を削減することができる。
【００５２】
また、本実施の形態における円筒形電池によれば、上蓋組立品を予め作っておく必要がなく、電池缶１１の開放端部、ガスケット１０、蓋ケース３５の折曲部３８を径方向内側に一体に折り曲げることによって、蓋体３１を電池缶１１にかしめ固定できるので、短い時間で製造することができる。
【００５３】
上記した本実施の形態における円筒形電池１によれば、蓋ケース３５は、正極集電部材４０に押接されて正極集電部材４０と蓋ケース３５との接触面部に面圧をかけた状態で正極集電部材４０に固定され、正極集電部材４０に電気的に接続されるので、正極集電部材４０と蓋体３１との間の電気的な導通を面圧によって確保することができ、正極集電部材４０と蓋体３１との接触面部の通電抵抗を低減できる。
【００５４】
また、円筒形電池１によれば、蓋ケース３５を正極集電部材４０に取り付けるタイミングを任意に設定することができ、例えば、電池缶１１内に電解液を注入した後で蓋ケース３５を取り付けることができる。
【００５５】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、本実施の形態では、図２及び図３に示すように、蓋ケース３５に雄ネジ部３９を設け、正極集電部材４０に雌ネジ部４４を設けた場合を例に説明したが、正極集電部材４０に雄ネジ部を設けて、蓋ケース３５に雌ネジ部を設けた構成としてもよい。
【００５６】
また、図４及び図５に示すように、正極集電部材３５の周壁部の内径側に蓋ケース３５の周壁部３７を圧入する構成の場合を例に説明したが、正極集電部材４０の周壁部の外径側に蓋ケース３５の周壁部３７が圧入されて外嵌される構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１０  ガスケット
１１  電池缶
２１  電極群
３１  蓋体
３５  蓋ケース（接続部材）
３７  周壁部（軸部）
３９  雄ネジ部
４０  正極集電部材
４３  周壁部（穴部）
４４  雌ネジ部
５０  負極集電部材
【図１】
2012038477.tif 000003
【図２】
2012038477.tif 000004
【図３】
2012038477.tif 000005
【図４】
2012038477.tif 000006
【図５】
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