JPS61215860A - アルミニウムピストン - Google Patents
アルミニウムピストンInfo
- Publication number
- JPS61215860A JPS61215860A JP60055425A JP5542585A JPS61215860A JP S61215860 A JPS61215860 A JP S61215860A JP 60055425 A JP60055425 A JP 60055425A JP 5542585 A JP5542585 A JP 5542585A JP S61215860 A JPS61215860 A JP S61215860A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- casting
- metal mold
- combustion chamber
- alloy
- Prior art date
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- Granted
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
- F16J1/001—One-piece pistons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は内燃機関におけるアルミニウム合金製ピストン
に関するものである。
に関するものである。
従来、小型内燃機関用のピストンにはアルミニウム合金
製のものが多く、その製造法としては重力鋳造法が一般
的であったが重力鋳造法では鋳造製品の肉厚部に凝固収
縮による引は巣を生じたシ、ピンホール等の欠陥があっ
た。しかるに近牟、エンジン出力の向上、ターボチャー
ジャーの取シ付けによるピストン温度の上昇4こよシ従
来のピストンでは亀裂等の発生する問題が生じている。
製のものが多く、その製造法としては重力鋳造法が一般
的であったが重力鋳造法では鋳造製品の肉厚部に凝固収
縮による引は巣を生じたシ、ピンホール等の欠陥があっ
た。しかるに近牟、エンジン出力の向上、ターボチャー
ジャーの取シ付けによるピストン温度の上昇4こよシ従
来のピストンでは亀裂等の発生する問題が生じている。
この問題を解決する一つの手段として、鍛造ピストンの
開発が進められているが鍛造ピストンでは製造コストが
大巾lこ上昇し、かつ製造工程の関係からピストンの熱
膨張を抑えるストラット(支材)を設けることができな
い。また溶湯鍛造法でも微細な組織が得られるが粗材重
量を一定にすることが困難であり、燃焼室の後加工を必
要とする等の理由で大量に使用される状態に至っていな
い。
開発が進められているが鍛造ピストンでは製造コストが
大巾lこ上昇し、かつ製造工程の関係からピストンの熱
膨張を抑えるストラット(支材)を設けることができな
い。また溶湯鍛造法でも微細な組織が得られるが粗材重
量を一定にすることが困難であり、燃焼室の後加工を必
要とする等の理由で大量に使用される状態に至っていな
い。
以上の事情を更に、重量鋳造法と材・質との関係の面か
ら説明する。
ら説明する。
従来の鋳造ピストンの材質としては、JI8A08A、
8Bまたは80等の8ないし151iの81を含有する
亜共晶AL−8i合金が使用されて来たが、この合金は
鋳造性が良好であるが、重力鋳造法であるため組織内の
結晶粒径が20−以上で、強度に乏しい憾みがあった。
8Bまたは80等の8ないし151iの81を含有する
亜共晶AL−8i合金が使用されて来たが、この合金は
鋳造性が良好であるが、重力鋳造法であるため組織内の
結晶粒径が20−以上で、強度に乏しい憾みがあった。
低熱膨張率耐摩耗性材料としてA390合金のような1
6ないし18惨の84を含むものも一部で使用されたが
、鋳造性が極めて悪いために重力鋳造法では内部欠陥を
生じやすいこと、耐摩耗性がある反面、切削性が悪くな
ること等の問題があった。一方、8i10fkいし12
畳程度の亜共晶AL−B i合金(A、08A相当)を
用いて溶湯鍛造法で鋳造しても、前記の如く微細な結晶
となるが初晶がα−Atであるため強度不十分である。
6ないし18惨の84を含むものも一部で使用されたが
、鋳造性が極めて悪いために重力鋳造法では内部欠陥を
生じやすいこと、耐摩耗性がある反面、切削性が悪くな
ること等の問題があった。一方、8i10fkいし12
畳程度の亜共晶AL−B i合金(A、08A相当)を
用いて溶湯鍛造法で鋳造しても、前記の如く微細な結晶
となるが初晶がα−Atであるため強度不十分である。
本発明は上記のような鋳造法及び材質上の問題を一挙に
解決し、微細な初晶Siを微細な共晶によって取囲んだ
アルミ組織を有する高強度アルミニウムピストンを提供
しようとするものである。
解決し、微細な初晶Siを微細な共晶によって取囲んだ
アルミ組織を有する高強度アルミニウムピストンを提供
しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者等はJI8材料としては規定されてないが、A
C8C8金合金(8ii1を1Sないし16−とした過
共晶域の材質を用い、初晶8i。
C8C8金合金(8ii1を1Sないし16−とした過
共晶域の材質を用い、初晶8i。
共晶At−8it−微細化し、これら5it−ネットワ
ーク状に結べば、初晶人tの弱点がなく、高強度になる
こと、また、初晶siが微細であるため切削性もさほど
悪化せずA2B人よりは熱膨張率も低くなることに着目
した。
ーク状に結べば、初晶人tの弱点がなく、高強度になる
こと、また、初晶siが微細であるため切削性もさほど
悪化せずA2B人よりは熱膨張率も低くなることに着目
した。
但し、このような材質も従来の重力鋳造法では得難い状
況にあシ、アルミニウム合金の加圧鋳造も未開発の状態
にあったが、本出願人が特願昭第59−1.60071
号及び特願昭第59−160072号等で提案した加圧
鋳造装置を利用するならば実施可能であることに想到し
1本発明を完成した。
況にあシ、アルミニウム合金の加圧鋳造も未開発の状態
にあったが、本出願人が特願昭第59−1.60071
号及び特願昭第59−160072号等で提案した加圧
鋳造装置を利用するならば実施可能であることに想到し
1本発明を完成した。
すなわち本発明のアルミニウムピストンはf9i15〜
1654、Ni t、o 〜&011、Ouα8〜40
1. Pg16〜t31!、 残部A4からな夛、
初晶i9iの粒径が20μ燭以下、ポロシティが(L3
11以下であシ、かつピストンヘッドの表面に粒径8−
以下のチル組織が形成されて鋳肌のままの燃焼室を有す
ることを特徴とするものである。
1654、Ni t、o 〜&011、Ouα8〜40
1. Pg16〜t31!、 残部A4からな夛、
初晶i9iの粒径が20μ燭以下、ポロシティが(L3
11以下であシ、かつピストンヘッドの表面に粒径8−
以下のチル組織が形成されて鋳肌のままの燃焼室を有す
ることを特徴とするものである。
本発明において8i量t−13ないし16優としたのは
Si量が16嘔を越えると凝固温度範囲が広くなシ、鋳
造しにくく特別な注意を払わないとブリスター欠陥等に
よる不良品が多発し、一方S1が13嚢以下であると初
晶としてα−2aが晶出するからである。
Si量が16嘔を越えると凝固温度範囲が広くなシ、鋳
造しにくく特別な注意を払わないとブリスター欠陥等に
よる不良品が多発し、一方S1が13嚢以下であると初
晶としてα−2aが晶出するからである。
N1は高温強度向上のために1.0憾以上必要であるが
316以上になると常温強度が低下する。
316以上になると常温強度が低下する。
Ouも同様な理由で(L8ないし4.091に添加する
。
。
またFeが16ないしt31 存在すると聾離れがよ
くなる。
くなる。
その他、所望により MgもCL5ないしくL8嗟添加
すると、熱処理後に機械的強度を高める効果がある。ま
た鳩の添加も強度向上に効果があシ、P 、 TI等を
少食添加すると結晶ti細化するのに有効である。
すると、熱処理後に機械的強度を高める効果がある。ま
た鳩の添加も強度向上に効果があシ、P 、 TI等を
少食添加すると結晶ti細化するのに有効である。
アルミニウムー珪素系合金は、不純物の量によシ変動す
るが、珪素の含有量11ないし12憾の範囲に共晶点を
有し、本発明の如く、13憾以上の珪素を含むと過共晶
域にあシ、560ないし580℃で初晶としての81を
晶出する。そこで局部加圧として肉厚部に高圧を印加す
ると冷却速度が早まシ初晶及び共晶が微細化する。
るが、珪素の含有量11ないし12憾の範囲に共晶点を
有し、本発明の如く、13憾以上の珪素を含むと過共晶
域にあシ、560ないし580℃で初晶としての81を
晶出する。そこで局部加圧として肉厚部に高圧を印加す
ると冷却速度が早まシ初晶及び共晶が微細化する。
また本発明においてはピストン頂部の燃焼室に相当する
部分に熱伝導性のよい材質、例えばタングステン合金の
金型を配置して水冷却することにより、金型に接した表
面に緻密で硬いチル組織が形成される。そして従来の重
力鋳造法による鋳肌では表面の粒子は10μ簿以上、内
部の粒子は50μ鯛程度であったものが、本発明ピスト
ンの燃焼室を形成するピストンヘッドの表面には、深ざ
15ないしLowに亘って粒径8μ調以下Φチル組織が
形成され、従来のように表面加工t−mさなくても寸法
精度の高い燃焼室が得られることになった。なおチル組
織、の粒径や深さは溶解温度、時間、鋳込温度などによ
っても影響をうけ、例えば溶解温度が780℃までは高
いほどチル組織は深くなるが、上記温度を越えるとかえ
って浅くなる。
部分に熱伝導性のよい材質、例えばタングステン合金の
金型を配置して水冷却することにより、金型に接した表
面に緻密で硬いチル組織が形成される。そして従来の重
力鋳造法による鋳肌では表面の粒子は10μ簿以上、内
部の粒子は50μ鯛程度であったものが、本発明ピスト
ンの燃焼室を形成するピストンヘッドの表面には、深ざ
15ないしLowに亘って粒径8μ調以下Φチル組織が
形成され、従来のように表面加工t−mさなくても寸法
精度の高い燃焼室が得られることになった。なおチル組
織、の粒径や深さは溶解温度、時間、鋳込温度などによ
っても影響をうけ、例えば溶解温度が780℃までは高
いほどチル組織は深くなるが、上記温度を越えるとかえ
って浅くなる。
次dこ本発明ピストンのように組織が緻密で比重が高く
、かつ鋳肌のままの燃焼室を有するピストンを得るには
、溶湯を静かにかつ連続的に供給し得て、ガスを巻き込
まない竪型加圧鋳造装置を使用するのが有利である。
、かつ鋳肌のままの燃焼室を有するピストンを得るには
、溶湯を静かにかつ連続的に供給し得て、ガスを巻き込
まない竪型加圧鋳造装置を使用するのが有利である。
以下5本発明の実施例を図面に従って説明する。
8i1a5*、0ut5j、Ni1.51.Mgα5憾
、reαB憾、残部2aからなる合金′fニア50℃に
て融解し、竪型加圧鋳造装置を用い%150℃Iこ予熱
したガソリンエンジンピストン鋳造用金型内に、600
麺/−の圧力下に1ないし2秒で充填した。
、reαB憾、残部2aからなる合金′fニア50℃に
て融解し、竪型加圧鋳造装置を用い%150℃Iこ予熱
したガソリンエンジンピストン鋳造用金型内に、600
麺/−の圧力下に1ないし2秒で充填した。
上記金型を水冷等により60℃に冷却すると、20μ講
以下の岨が初晶として晶出し始めるので、このとき、即
ち充填後2ないし8秒後に肉厚部に対して1800ft
/jの局部加圧を印加する。
以下の岨が初晶として晶出し始めるので、このとき、即
ち充填後2ないし8秒後に肉厚部に対して1800ft
/jの局部加圧を印加する。
第1図はピストンの断面図を表わし、1はピストンヘッ
ド、2は燃焼室、5は肉厚部、4はスカート、5はピン
回シを示す。凝固期間中の肉厚部3に対して矢印方向に
加圧すると一般の重力鋳造法で生ずるエアギャップがな
くなるので、絶えず金型と接触し、冷却速度が早くなり
20#1以下の微粒子からなる組織が形成される。
ド、2は燃焼室、5は肉厚部、4はスカート、5はピン
回シを示す。凝固期間中の肉厚部3に対して矢印方向に
加圧すると一般の重力鋳造法で生ずるエアギャップがな
くなるので、絶えず金型と接触し、冷却速度が早くなり
20#1以下の微粒子からなる組織が形成される。
そこで既に凝固して樹枝状晶となっている部分に溶湯が
圧入されるので引は巣がなくなシ、ポロシティが減少す
る。以上が加圧下における凝固現象の特徴であ)、本実
施例のように直径BO諺のピストンで肉厚部の厚さが3
0閣の場合には加圧保持時間は15秒である。
圧入されるので引は巣がなくなシ、ポロシティが減少す
る。以上が加圧下における凝固現象の特徴であ)、本実
施例のように直径BO諺のピストンで肉厚部の厚さが3
0閣の場合には加圧保持時間は15秒である。
本発明ピストンの第二の特徴として鋳肌のままの燃焼室
2を有していることが挙げられるが、かかる燃焼室2t
−形成させるため、熱伝導率の高いタングステン合金管
材質とする金型を使用し、さらに水冷却等によシ金型温
度を70℃以下に冷却して特に微細なチル組織6を形成
させた。
2を有していることが挙げられるが、かかる燃焼室2t
−形成させるため、熱伝導率の高いタングステン合金管
材質とする金型を使用し、さらに水冷却等によシ金型温
度を70℃以下に冷却して特に微細なチル組織6を形成
させた。
また本実施例ではピン孔回夛5を鋳抜いであるので軽量
化され、さらにスカート4の肉厚が従来の金型鋳造法に
よるものよシも15目薄くしであるので全重量が薄くし
であるので、約15嘔の軽量化となった。
化され、さらにスカート4の肉厚が従来の金型鋳造法に
よるものよシも15目薄くしであるので全重量が薄くし
であるので、約15嘔の軽量化となった。
このような鋳肌のままの燃焼室を有し、かつ軽量化され
たピストンを得るには竪型加圧鋳造装置の使用が好まし
く、ビスケットの調整番こより、鋳抜かれたピストン孔
回)5の厚さhの調整が容易となシ、鋳肌のままで後加
工の必要のない燃焼室が得られる。
たピストンを得るには竪型加圧鋳造装置の使用が好まし
く、ビスケットの調整番こより、鋳抜かれたピストン孔
回)5の厚さhの調整が容易となシ、鋳肌のままで後加
工の必要のない燃焼室が得られる。
かくして1サイクル約1分で得られるピストン燃焼室2
の鋳肌面は第5図に示す如く初晶84が5mμ以下の微
細粒子からなシ、第6図で示す内部組織も表面程微細で
はないが、20μ畷以下の初晶8i 7が晶出し、第7
図で示す20μ渦以上の初晶α−At8の晶出した組織
よシははるかに緻密であルミ90合金のように加工し難
いということもない。なお第7図はAO8Bを使用し重
力鋳造法によって得たものの内部組織を示すが、本発明
ピストンと同一材質を用いて重力鋳造しても到底使用に
耐えるものは得られない。
の鋳肌面は第5図に示す如く初晶84が5mμ以下の微
細粒子からなシ、第6図で示す内部組織も表面程微細で
はないが、20μ畷以下の初晶8i 7が晶出し、第7
図で示す20μ渦以上の初晶α−At8の晶出した組織
よシははるかに緻密であルミ90合金のように加工し難
いということもない。なお第7図はAO8Bを使用し重
力鋳造法によって得たものの内部組織を示すが、本発明
ピストンと同一材質を用いて重力鋳造しても到底使用に
耐えるものは得られない。
次に上記本発明の鋳造ピストンを熱処理(T、)後、切
シ出したテストピースにつき引張強度を測定した結果3
2匂/−であった。なお第2図はポロシティと引張強度
との関係を示し、第5図はSi量と熱膨張率ならびに欠
陥発生率との関係を示し、本発明ピストンはポロシティ
量が低いため引張強度が高いこと、また熱膨張係数は高
Si量のものよりも若干高いが欠陥発生率の少ないこと
が理解される。
シ出したテストピースにつき引張強度を測定した結果3
2匂/−であった。なお第2図はポロシティと引張強度
との関係を示し、第5図はSi量と熱膨張率ならびに欠
陥発生率との関係を示し、本発明ピストンはポロシティ
量が低いため引張強度が高いこと、また熱膨張係数は高
Si量のものよりも若干高いが欠陥発生率の少ないこと
が理解される。
そこで本発明ピストンt−6気筒、3000ccの実験
用エンジンに装着し、+600Or、p、m で運転し
て従来の重力鋳造法、 AO8Bのピストンと比較した
処、従来のピストンでは60時間で亀裂を発生し、また
第4図1こ示す如(1個体ピストンae b s ’
t d によって引張強度が20ないし25Kp/s
w+”に分布しているに対し、本発明ピストンe、fで
は200時間後でも異常が・なく。
用エンジンに装着し、+600Or、p、m で運転し
て従来の重力鋳造法、 AO8Bのピストンと比較した
処、従来のピストンでは60時間で亀裂を発生し、また
第4図1こ示す如(1個体ピストンae b s ’
t d によって引張強度が20ないし25Kp/s
w+”に分布しているに対し、本発明ピストンe、fで
は200時間後でも異常が・なく。
28ないし3ob/♂の引張強度を維持することができ
た。また本発明ピストンでは熱膨[率が小さいため騒音
レベルが(11dB減少した。
た。また本発明ピストンでは熱膨[率が小さいため騒音
レベルが(11dB減少した。
上記の如く、本発明ピストンは低熱膨張率をねらった過
共晶アルミ合金を使用しているに拘らず加圧鋳造法の適
用によって重力鋳造法の難点全克服し、微細な初晶Si
f:共晶で取囲んだ微細組at有するものとなった。
共晶アルミ合金を使用しているに拘らず加圧鋳造法の適
用によって重力鋳造法の難点全克服し、微細な初晶Si
f:共晶で取囲んだ微細組at有するものとなった。
また金型材料の選択によってピストンヘッドにチル組織
が形成され、!型加圧鋳造装置の使用によって溶湯供給
量を調節できるので鋳抜き部分の寸法精度が確保され、
軽量化された上に、鋳肌のままの燃焼室を得ることがで
きることとカシ、製造コスト低減の効果が大きい。
が形成され、!型加圧鋳造装置の使用によって溶湯供給
量を調節できるので鋳抜き部分の寸法精度が確保され、
軽量化された上に、鋳肌のままの燃焼室を得ることがで
きることとカシ、製造コスト低減の効果が大きい。
第1図は本発明ピストンの断面図を表わし、第2図はポ
ロシティ量と引張強度との関係を示すグラフを表わし、 第5図は8i−と熱膨張係数ならびlこ欠陥発生率との
関係を示すグラフ全表わし、。 第4図は個体ピストンの耐久時間における引張強度を表
わし、 第6図は本発明ピストンの54組織を示す顕微鏡写真を
表わし。 第7図は従来のピストンの44組織を示す顕微鏡写真を
表わす。 図中、
ロシティ量と引張強度との関係を示すグラフを表わし、 第5図は8i−と熱膨張係数ならびlこ欠陥発生率との
関係を示すグラフ全表わし、。 第4図は個体ピストンの耐久時間における引張強度を表
わし、 第6図は本発明ピストンの54組織を示す顕微鏡写真を
表わし。 第7図は従来のピストンの44組織を示す顕微鏡写真を
表わす。 図中、
Claims (2)
- (1)Si13〜16%、Ni1.0〜3.0%、Cu
0.8〜4.0%、Fe0.6〜1.3%、残部Alか
らなり、初晶Siの粒径が20μm以下でポロシテイが
0.3%以下であり、かつピストンヘッドの表面に粒径
8μm以下のチル組織が形成されて鋳肌のままの燃焼室
を有することを特徴とするアルミニウムピストン。 - (2)竪型加圧鋳造装置を用いて製造された特許請求の
範囲第1項記載のアルミニウムピストン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60055425A JPH0663567B2 (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | アルミニウムピストン |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60055425A JPH0663567B2 (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | アルミニウムピストン |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61215860A true JPS61215860A (ja) | 1986-09-25 |
JPH0663567B2 JPH0663567B2 (ja) | 1994-08-22 |
Family
ID=12998222
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60055425A Expired - Lifetime JPH0663567B2 (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | アルミニウムピストン |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0663567B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006328482A (ja) * | 2005-05-26 | 2006-12-07 | Honda Motor Co Ltd | 鍛造ピストン |
WO2014097924A1 (ja) * | 2012-12-19 | 2014-06-26 | いすゞ自動車株式会社 | 内燃機関のピストンの製造方法、内燃機関のピストンの製造装置、及び内燃機関 |
JP2017122456A (ja) * | 2011-04-15 | 2017-07-13 | フェデラル−モーグル・リミテッド・ライアビリティ・カンパニーFederal−Mogul Llc | ピストン |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS598660B2 (ja) * | 1980-07-07 | 1984-02-25 | ヤンマーディーゼル株式会社 | 頂部を強靭化した鋳鉄製ピストン |
JPS59108849A (ja) * | 1982-12-14 | 1984-06-23 | Toyota Motor Corp | 内燃機関用ピストン |
-
1985
- 1985-03-19 JP JP60055425A patent/JPH0663567B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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JP2017122456A (ja) * | 2011-04-15 | 2017-07-13 | フェデラル−モーグル・リミテッド・ライアビリティ・カンパニーFederal−Mogul Llc | ピストン |
JP2018096380A (ja) * | 2011-04-15 | 2018-06-21 | フェデラル−モーグル・リミテッド・ライアビリティ・カンパニーFederal−Mogul Llc | ピストン |
US10610984B2 (en) | 2011-04-15 | 2020-04-07 | Tenneco Inc | Piston and method of making a piston |
WO2014097924A1 (ja) * | 2012-12-19 | 2014-06-26 | いすゞ自動車株式会社 | 内燃機関のピストンの製造方法、内燃機関のピストンの製造装置、及び内燃機関 |
JP2014117744A (ja) * | 2012-12-19 | 2014-06-30 | Isuzu Motors Ltd | 内燃機関のピストンの製造方法、内燃機関のピストンの製造装置、及び内燃機関 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0663567B2 (ja) | 1994-08-22 |
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