JP3232942B2 - シリンダヘッドにおけるバルブシートの肉盛り方法 - Google Patents
シリンダヘッドにおけるバルブシートの肉盛り方法Info
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- cylinder head
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のシリンダヘ
ッドにおけるバルブシートの肉盛り方法に関し、さらに
詳しくはバルブシートのシート面の耐熱性，耐摩耗性等
の向上を目的として銅系合金等の肉盛り層を形成する方
法に関する。
ッドにおけるバルブシートの肉盛り方法に関し、さらに
詳しくはバルブシートのシート面の耐熱性，耐摩耗性等
の向上を目的として銅系合金等の肉盛り層を形成する方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鋼管等の基材の物理的，機械的性質の向
上を目的としたレーザクラッディング法と称される技術
では、例えば特開昭６２−１８３９８９号公報に示され
ているように、基材表面に要求特性に応じた材料の粉末
を供給しながらレーザビームを照射し、その粉末を一旦
溶融させて固化させることにより肉盛りしてクラッド層
を形成することを基本としている。
上を目的としたレーザクラッディング法と称される技術
では、例えば特開昭６２−１８３９８９号公報に示され
ているように、基材表面に要求特性に応じた材料の粉末
を供給しながらレーザビームを照射し、その粉末を一旦
溶融させて固化させることにより肉盛りしてクラッド層
を形成することを基本としている。
【０００３】一方、このレーザクラッディング法を応用
して、アルミニウム合金製のシリンダヘッドのバルブシ
ートに銅系合金等の肉盛り層を形成することが行われて
いる。このバルブシートの肉盛り方法は、図２，３に示
すように、加工対象となるアルミニウム合金製のシリン
ダヘッド１のバルブシート２のシート面２ａを予め所定
の曲率をもった断面円弧状の溝形状に形成するととも
に、この溝形状の底面に対して垂直な線、すなわちシー
ト面２ａの溝形状の曲率の法線ａが鉛直方向を指向する
ように、シリンダヘッド１全体を４５度傾斜させて図示
外の治具に位置決めクランプし、シート面２ａに対し
て、法線ａとの間に所定の傾斜角θをもつ粉末供給ノズ
ル４から銅系合金材料等の粉末５を連続供給しながら前
記法線ａ方向からレーザビーム３を照射する一方、シリ
ンダヘッド１とレーザビーム３とを加工対象となるバル
ブシート２の軸心ｂを回転中心としてそのバルブシート
２の円周方向に沿って相対回転させることにより、溝形
状のシート面２ａに肉盛り加工を行って肉盛り層６を形
成するようにしている。
して、アルミニウム合金製のシリンダヘッドのバルブシ
ートに銅系合金等の肉盛り層を形成することが行われて
いる。このバルブシートの肉盛り方法は、図２，３に示
すように、加工対象となるアルミニウム合金製のシリン
ダヘッド１のバルブシート２のシート面２ａを予め所定
の曲率をもった断面円弧状の溝形状に形成するととも
に、この溝形状の底面に対して垂直な線、すなわちシー
ト面２ａの溝形状の曲率の法線ａが鉛直方向を指向する
ように、シリンダヘッド１全体を４５度傾斜させて図示
外の治具に位置決めクランプし、シート面２ａに対し
て、法線ａとの間に所定の傾斜角θをもつ粉末供給ノズ
ル４から銅系合金材料等の粉末５を連続供給しながら前
記法線ａ方向からレーザビーム３を照射する一方、シリ
ンダヘッド１とレーザビーム３とを加工対象となるバル
ブシート２の軸心ｂを回転中心としてそのバルブシート
２の円周方向に沿って相対回転させることにより、溝形
状のシート面２ａに肉盛り加工を行って肉盛り層６を形
成するようにしている。
【０００４】そして、前記肉盛り層６が形成されたシリ
ンダヘッド１のバルブシート２は、図４に示すようにそ
の肉盛り層６の一部を切除するような切削加工が後工程
で施されて、製品機能の上で必要とされる最終加工形状
２ｂに仕上げられる。
ンダヘッド１のバルブシート２は、図４に示すようにそ
の肉盛り層６の一部を切除するような切削加工が後工程
で施されて、製品機能の上で必要とされる最終加工形状
２ｂに仕上げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の肉
盛り方法では、図４に示すように、シート面２ａの溝形
状の幅方向両端における一方のエッジ部１２ａから他方
のエッジ部１２ｂまで均一に盛られた粉末５がそのまま
溶融固化して肉盛り層６となるのが理想である。しかし
ながら、シリンダヘッド１自体の粗材段階での加工精度
誤差や図示外の治具に対するシリンダヘッド１の位置決
め精度誤差、あるいはシート面２ａに対する粉末５の供
給位置精度誤差等のためにエッジ部１２ａ，１２ｂの末
端まで粉末５が満たされないことがあり、このような場
合には図４に示すように該当するエッジ部１２ａ，１２
ｂの近傍Ｅ1またはＥ2に欠肉部が発生することとなって
好ましくない。
盛り方法では、図４に示すように、シート面２ａの溝形
状の幅方向両端における一方のエッジ部１２ａから他方
のエッジ部１２ｂまで均一に盛られた粉末５がそのまま
溶融固化して肉盛り層６となるのが理想である。しかし
ながら、シリンダヘッド１自体の粗材段階での加工精度
誤差や図示外の治具に対するシリンダヘッド１の位置決
め精度誤差、あるいはシート面２ａに対する粉末５の供
給位置精度誤差等のためにエッジ部１２ａ，１２ｂの末
端まで粉末５が満たされないことがあり、このような場
合には図４に示すように該当するエッジ部１２ａ，１２
ｂの近傍Ｅ1またはＥ2に欠肉部が発生することとなって
好ましくない。
【０００６】また、上記のエッジ部１２ａ，１２ｂまで
粉末５が均一に盛られていたとしても、母材側のエッジ
部１２ａ，１２ｂに近い部分ほど熱容量が小さく、かつ
粉末５の厚みが小さいために、レーザビーム３の照射時
にそのエッジ部１２ａ，１２ｂまでもが溶融して、母材
希釈やクラックあるいはポロシティ等の欠陥が発生す
る。すなわち、粉末５が一旦溶融して固化することによ
って形成された肉盛り層６のなかにシリンダヘッド１自
体の母材が溶け込んで希釈されてしまい、これによって
肉盛り層６本来の性能を発揮できなくなるほか、この母
材希釈を原因としてクラックやポロシティの発生を招く
ことになる。なお、ここにいうポロシティとは、母材の
溶融によってできた小さなブローホールの群が肉盛り層
６のなかに封じ込められた状態をいう。
粉末５が均一に盛られていたとしても、母材側のエッジ
部１２ａ，１２ｂに近い部分ほど熱容量が小さく、かつ
粉末５の厚みが小さいために、レーザビーム３の照射時
にそのエッジ部１２ａ，１２ｂまでもが溶融して、母材
希釈やクラックあるいはポロシティ等の欠陥が発生す
る。すなわち、粉末５が一旦溶融して固化することによ
って形成された肉盛り層６のなかにシリンダヘッド１自
体の母材が溶け込んで希釈されてしまい、これによって
肉盛り層６本来の性能を発揮できなくなるほか、この母
材希釈を原因としてクラックやポロシティの発生を招く
ことになる。なお、ここにいうポロシティとは、母材の
溶融によってできた小さなブローホールの群が肉盛り層
６のなかに封じ込められた状態をいう。
【０００７】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、その目的とするところは、欠肉部や母材希
釈、クラックあるいはポロシティ等の欠陥の発生を未然
に防止して、肉盛り加工品質の向上を図ったバルブシー
トの肉盛り方法を提供することにある。
れたもので、その目的とするところは、欠肉部や母材希
釈、クラックあるいはポロシティ等の欠陥の発生を未然
に防止して、肉盛り加工品質の向上を図ったバルブシー
トの肉盛り方法を提供することにある。
【０００８】請求項１に記載の発明は、シリンダヘッド
のバルブシートのシート面を予め断面凹状の溝形状に形
成し、この溝形状の底面に対し垂直な線が鉛直方向を指
向するようにシリンダヘッドを保持し、前記シート面に
肉盛り材料の粉末を供給してこの粉末の上からレーザビ
ームを照射し、前記シリンダヘッドとレーザビームとを
バルブシートの円周方向に相対回転させることでシート
面の全周に肉盛り層を形成するようにしたシリンダヘッ
ドにおけるバルブシートの肉盛り方法において、シリン
ダヘッドの鋳造時に、前記バルブシートのシート面の内
周縁部および外周縁部にそれぞれ相当する位置に少なく
ともシート面の溝形状深さを深くする方向に該溝形状と
連続する駄肉部を予め一体に突出形成しておき、肉盛り
加工後に駄肉部を切削除去することを特徴としている。
のバルブシートのシート面を予め断面凹状の溝形状に形
成し、この溝形状の底面に対し垂直な線が鉛直方向を指
向するようにシリンダヘッドを保持し、前記シート面に
肉盛り材料の粉末を供給してこの粉末の上からレーザビ
ームを照射し、前記シリンダヘッドとレーザビームとを
バルブシートの円周方向に相対回転させることでシート
面の全周に肉盛り層を形成するようにしたシリンダヘッ
ドにおけるバルブシートの肉盛り方法において、シリン
ダヘッドの鋳造時に、前記バルブシートのシート面の内
周縁部および外周縁部にそれぞれ相当する位置に少なく
ともシート面の溝形状深さを深くする方向に該溝形状と
連続する駄肉部を予め一体に突出形成しておき、肉盛り
加工後に駄肉部を切削除去することを特徴としている。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【作用】請求項１に記載の発明によると、バルブシート
のシート面の内周縁部および外周縁部の双方に駄肉部を
予め一体に突出形成したことにより、この駄肉部は実質
的に溝形状のシート面の溝幅方向両端にその溝形状深さ
を大きくするように位置することになる。そして、この
駄肉部があるためにシート面の溝形状における粉末の保
有容量が増加し、シート面のエッジ部まで確実に粉末で
覆われるようになると同時に、駄肉分だけ母材側の熱容
量が増加することになる。したがって、レーザビーム照
射時の母材側の溶融はもちろん、それを原因とする肉盛
り層の母材希釈やクラック、あるいはポロシティ等の欠
陥の発生を未然に防止できるようになる。
のシート面の内周縁部および外周縁部の双方に駄肉部を
予め一体に突出形成したことにより、この駄肉部は実質
的に溝形状のシート面の溝幅方向両端にその溝形状深さ
を大きくするように位置することになる。そして、この
駄肉部があるためにシート面の溝形状における粉末の保
有容量が増加し、シート面のエッジ部まで確実に粉末で
覆われるようになると同時に、駄肉分だけ母材側の熱容
量が増加することになる。したがって、レーザビーム照
射時の母材側の溶融はもちろん、それを原因とする肉盛
り層の母材希釈やクラック、あるいはポロシティ等の欠
陥の発生を未然に防止できるようになる。
【００１３】ここで、前記駄肉部は肉盛り加工が完了す
ればその機能の必要性がなくなることから、シート面を
最終製品形状に仕上げる際に同時に切削除去される。
ればその機能の必要性がなくなることから、シート面を
最終製品形状に仕上げる際に同時に切削除去される。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示す図であって、
図１〜３と共通する部分には同一符号を付してある。
図１〜３と共通する部分には同一符号を付してある。
【００１８】図１に示すように、バルブシート２のシー
ト面２ａの内外周縁部であって、そのシート面２ａの溝
形状の溝幅方向両端部にはそのエッジ部１２ａ，１２ｂ
に連続する駄肉部７，８（図１の（Ａ）にクロスハッチ
ングを施した部分）が予め突出形成されている点で従来
のものと異なっている。
ト面２ａの内外周縁部であって、そのシート面２ａの溝
形状の溝幅方向両端部にはそのエッジ部１２ａ，１２ｂ
に連続する駄肉部７，８（図１の（Ａ）にクロスハッチ
ングを施した部分）が予め突出形成されている点で従来
のものと異なっている。
【００１９】前記シート面２ａの外周側の駄肉部７は、
シート面２ａの溝形状に連続する面７ａを含む断面略三
角形状のものとしてバルブシート２の円周方向に沿って
形成されている一方、シート面２ａの内周側の駄肉部８
は同じくシート面２ａの溝形状に連続する面８ａを含む
断面略矩形状のものとしてバルブシート２の円周方向に
沿って突出形成されている。そして、前記駄肉部７，８
はいずれもシート面２ａの溝形状に連続する面７ａ，８
ａを有しているために、そのシート面２ａの溝形状の溝
幅および深さとともに図４に示した従来のものよりも大
きくなっている。
シート面２ａの溝形状に連続する面７ａを含む断面略三
角形状のものとしてバルブシート２の円周方向に沿って
形成されている一方、シート面２ａの内周側の駄肉部８
は同じくシート面２ａの溝形状に連続する面８ａを含む
断面略矩形状のものとしてバルブシート２の円周方向に
沿って突出形成されている。そして、前記駄肉部７，８
はいずれもシート面２ａの溝形状に連続する面７ａ，８
ａを有しているために、そのシート面２ａの溝形状の溝
幅および深さとともに図４に示した従来のものよりも大
きくなっている。
【００２０】なお、前記駄肉部７，８は、母材であるシ
リンダヘッド１の鋳造時に一体に形成される。
リンダヘッド１の鋳造時に一体に形成される。
【００２１】本実施例では、図１のほか図２，３に示す
ように、従来と同様にシリンダヘッド１を４５度傾斜さ
せ、このシリンダヘッド１に加工送りとして０．８ｍ／
ｍｉｎの回転送りを与える一方、シート面２ａの溝形状
の曲率の法線ａとレーザビーム３の照射方向（光軸）と
を一致させた上で、そのレーザビーム３の照射方向に対
して図３のθとして２０°の傾斜角度をもつ粉末供給ノ
ズル４から４５ｇ／ｍｉｎで銅系合金材料の粉末をバル
ブシート２のシート面２ａに連続供給しながら、レーザ
出力４．０ｋＷで出力モードがリングモードのレーザビ
ーム３を照射して、シート面２ａに肉盛り加工を施して
肉盛り層６を形成した。
ように、従来と同様にシリンダヘッド１を４５度傾斜さ
せ、このシリンダヘッド１に加工送りとして０．８ｍ／
ｍｉｎの回転送りを与える一方、シート面２ａの溝形状
の曲率の法線ａとレーザビーム３の照射方向（光軸）と
を一致させた上で、そのレーザビーム３の照射方向に対
して図３のθとして２０°の傾斜角度をもつ粉末供給ノ
ズル４から４５ｇ／ｍｉｎで銅系合金材料の粉末をバル
ブシート２のシート面２ａに連続供給しながら、レーザ
出力４．０ｋＷで出力モードがリングモードのレーザビ
ーム３を照射して、シート面２ａに肉盛り加工を施して
肉盛り層６を形成した。
【００２２】前記銅系合金材料の粉末としては、Ｃｕ−
１５．５％、Ｎｉ−１４．１％、Ｃｏ−０．９１％、Ａ
ｌ−１．５８％、Ｖ−１．８４％、Ｎｂ−２．７８％、
Ｓｉ−残部、の組成のものを使用した。また、図３のレ
ーザビーム照射部から粉末供給ノズル４の先端までの距
離（スタンドオフ）ｆを１０ｍｍ、粉末供給ノズル４の
内径Ｄを３．４ｍｍとした。
１５．５％、Ｎｉ−１４．１％、Ｃｏ−０．９１％、Ａ
ｌ−１．５８％、Ｖ−１．８４％、Ｎｂ−２．７８％、
Ｓｉ−残部、の組成のものを使用した。また、図３のレ
ーザビーム照射部から粉末供給ノズル４の先端までの距
離（スタンドオフ）ｆを１０ｍｍ、粉末供給ノズル４の
内径Ｄを３．４ｍｍとした。
【００２３】その後、図１の（Ｂ）に示すように、前記
肉盛り層６が形成されたバルブシート２にその肉盛り層
６の一部を切除するような切削加工を施して、シート面
２ａを最終加工形状２ｂに仕上げるとともに、前記駄肉
部７，８をカットライン７ｂ，８ｂから切削除去した。
肉盛り層６が形成されたバルブシート２にその肉盛り層
６の一部を切除するような切削加工を施して、シート面
２ａを最終加工形状２ｂに仕上げるとともに、前記駄肉
部７，８をカットライン７ｂ，８ｂから切削除去した。
【００２４】その結果、肉盛り層６側への母材の溶け込
みによる母材希釈やクラックおよびポロシティの発生の
全くない肉盛り層６をバルブシート２に形成できること
が確認された。
みによる母材希釈やクラックおよびポロシティの発生の
全くない肉盛り層６をバルブシート２に形成できること
が確認された。
【００２５】このように本実施例によれば、シート面２
ａに連続するように形成した駄肉部７，８がシート面２
ａの溝形状をその溝幅方向および溝深さ方向に拡大する
ように機能するため、粉末の保有容量の増大のためにシ
ート面２ａの溝幅方向の両端エッジ部１２ａ，１２ｂの
外側まで十分に余裕をもって粉末５が満たされることに
なる。したがって、シリンダヘッド１自体の加工精度誤
差や位置決め精度誤差、あるいは粉末供給位置精度誤差
等があったとしても最終的に残るシート面２ａの溝幅方
向のエッジ部１２ａ，１２ｂに欠肉が発するようなこと
はない。
ａに連続するように形成した駄肉部７，８がシート面２
ａの溝形状をその溝幅方向および溝深さ方向に拡大する
ように機能するため、粉末の保有容量の増大のためにシ
ート面２ａの溝幅方向の両端エッジ部１２ａ，１２ｂの
外側まで十分に余裕をもって粉末５が満たされることに
なる。したがって、シリンダヘッド１自体の加工精度誤
差や位置決め精度誤差、あるいは粉末供給位置精度誤差
等があったとしても最終的に残るシート面２ａの溝幅方
向のエッジ部１２ａ，１２ｂに欠肉が発するようなこと
はない。
【００２６】また、上記の駄肉部７，８はシート面２ａ
の溝幅方向の両端エッジ部１２ａ，１２ｂでの熱容量の
増大にも大きく貢献するために母材の溶融をも阻止でき
るようになり、これによって母材希釈やクラックおよび
ポロシティ等の欠陥の発生を未然に防止できるようにな
る。
の溝幅方向の両端エッジ部１２ａ，１２ｂでの熱容量の
増大にも大きく貢献するために母材の溶融をも阻止でき
るようになり、これによって母材希釈やクラックおよび
ポロシティ等の欠陥の発生を未然に防止できるようにな
る。
【００２７】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、バルブ
シートのシート面の内周縁部および外周縁部のそれぞれ
に駄肉部を予め一体に突出形成して、肉盛り加工後にそ
の駄肉部を切削除去するようにしたことにより、シート
面における粉末の保有容量の増加とともにそのシート面
の溝幅方向両端部での母材側の熱容量が増加することに
なるため、シリンダヘッド自体の加工精度誤差等に基づ
く欠肉を未然に防止できるほか、母材の溶融を原因とす
る母材希釈やクラックあるいはポロシティ等の欠陥の発
生を未然に防止して肉盛り加工品質の向上が図れるよう
になる。
シートのシート面の内周縁部および外周縁部のそれぞれ
に駄肉部を予め一体に突出形成して、肉盛り加工後にそ
の駄肉部を切削除去するようにしたことにより、シート
面における粉末の保有容量の増加とともにそのシート面
の溝幅方向両端部での母材側の熱容量が増加することに
なるため、シリンダヘッド自体の加工精度誤差等に基づ
く欠肉を未然に防止できるほか、母材の溶融を原因とす
る母材希釈やクラックあるいはポロシティ等の欠陥の発
生を未然に防止して肉盛り加工品質の向上が図れるよう
になる。
【００２８】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例を示す図で、（Ａ）は肉盛り
加工が施されたバルブシートの断面図、（Ｂ）は切削加
工後のバルブシートの断面図。
加工が施されたバルブシートの断面図、（Ｂ）は切削加
工後のバルブシートの断面図。
【図２】従来のバルブシートの肉盛り加工方法を示す断
面説明図。
面説明図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図。
【図４】図２の要部拡大図。
１…シリンダヘッド ２…バルブシート ２ａ…シート面 ３…レーザビーム ４…粉末供給ノズル ５…粒末 ６…肉盛り層 ７，８…駄肉部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−123885（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−55065（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−299575（ＪＰ，Ａ) 特公 平２−58444（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23K 26/00 F01L 3/02 F02F 1/24
Claims (1)
- 【請求項１】 シリンダヘッドのバルブシートのシート
面を予め断面凹状の溝形状に形成し、この溝形状の底面
に対し垂直な線が鉛直方向を指向するようにシリンダヘ
ッドを保持し、 前記シート面に肉盛り材料の粉末を供給してこの粉末の
上からレーザビームを照射し、 前記シリンダヘッドとレーザビームとをバルブシートの
円周方向に相対回転させることでシート面の全周に肉盛
り層を形成するようにしたシリンダヘッドにおけるバル
ブシートの肉盛り方法において、シリンダヘッドの鋳造時に、 前記バルブシートのシート
面の内周縁部および外周縁部にそれぞれ相当する位置に
少なくともシート面の溝形状深さを深くする方向に該溝
形状と連続する駄肉部を予め一体に突出形成しておき、 肉盛り加工後に駄肉部を切削除去することを特徴とする
シリンダヘッドにおけるバルブシートの肉盛り方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03344795A JP3232942B2 (ja) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | シリンダヘッドにおけるバルブシートの肉盛り方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03344795A JP3232942B2 (ja) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | シリンダヘッドにおけるバルブシートの肉盛り方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08224683A JPH08224683A (ja) | 1996-09-03 |
| JP3232942B2 true JP3232942B2 (ja) | 2001-11-26 |
Family
ID=12386799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03344795A Expired - Fee Related JP3232942B2 (ja) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | シリンダヘッドにおけるバルブシートの肉盛り方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3232942B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3017906A4 (en) * | 2013-07-01 | 2016-07-27 | Toyota Motor Co Ltd | ACCUMULATION METHOD FOR VALVE SEAT AND MANUFACTURING METHOD FOR CYLINDER HEAD |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7095334B2 (ja) * | 2018-03-16 | 2022-07-05 | トヨタ自動車株式会社 | シリンダヘッド |
| US11471937B2 (en) | 2018-06-28 | 2022-10-18 | Nissan Motor Co., Ltd. | Method for manufacturing cylinder head, and semimanufactured cylinder head |
-
1995
- 1995-02-22 JP JP03344795A patent/JP3232942B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3017906A4 (en) * | 2013-07-01 | 2016-07-27 | Toyota Motor Co Ltd | ACCUMULATION METHOD FOR VALVE SEAT AND MANUFACTURING METHOD FOR CYLINDER HEAD |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08224683A (ja) | 1996-09-03 |
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