JP3109242B2 - Heat shield piston and method of manufacturing the same - Google Patents
Heat shield piston and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、金属材料から成るピ
ストンスカートと該ピストンスカートに固定したセラミ
ックスから成るピストンクラウンを有する遮熱ピストン
及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat-insulating piston having a piston skirt made of a metal material, a piston crown made of ceramics fixed to the piston skirt, and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、図５、図６及び図７に示すような
断熱ピストンが開示されている。図５は従来の遮熱ピス
トンにおけるピストンクラウンの一例を示す断面図、図
６は図５のピストンクラウンをピストンスカートに組み
込んで遮熱ピストンを製造する工程を説明するための断
面図、及び図７はピストンクラウンとピストンスカート
とをメタルフローで結合した場合にピストンクラウンの
変形状態の一例を示すための断面図である。図示の遮熱
ピストンは、セラミックスから作製したピストンクラウ
ン１と、該ピストンクラウン１に取り付けたアルミニウ
ム合金等の金属材料から作製したピストンスカート２と
から構成されている。遮熱ピストンは、遮熱性を向上さ
せるために、ピストンクラウン１のクラウン本体４を窒
化ケイ素等のセラミックスで作製し、該クラウン本体４
の上面に低熱伝導率のセラミックスで作製した遮熱部材
３を配置している。2. Description of the Related Art A heat insulating piston as shown in FIGS. 5, 6 and 7 has been disclosed. FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a piston crown in a conventional heat-insulating piston, FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a process of manufacturing a heat-insulating piston by incorporating the piston crown of FIG. 5 into a piston skirt, and FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a deformed state of the piston crown when the piston crown and the piston skirt are connected by metal flow. The illustrated heat shield piston includes a piston crown 1 made of ceramics and a piston skirt 2 attached to the piston crown 1 and made of a metal material such as an aluminum alloy. In order to improve the heat shielding property, the crown body 4 of the piston crown 1 is made of ceramics such as silicon nitride.
A heat shielding member 3 made of ceramics having a low thermal conductivity is arranged on the upper surface of the substrate.
【０００３】即ち、上記遮熱ピストンについて、ピスト
ンクラウン１は、中央部に下方に突出し且つ外周面に凹
み溝１１を形成した取付軸部７と周辺に上方に伸びる筒
部５とを有する高強度を有する窒化ケイ素等のセラミッ
クスから作製したクラウン本体４、及びクラウン本体４
の筒部５内に配置した低熱伝導率のセラミックスから作
製した遮熱部材３から構成されている。筒部５の内周面
９には半径方向内向きに伸びる凸部６が形成され、遮熱
部材３の外周面には凹み部が形成され、該凸部６が凹み
部に係合した構造によってクラウン本体４と遮熱部材３
とが結合されている。That is, with respect to the above heat-insulating piston, the piston crown 1 has a high strength having a mounting shaft portion 7 protruding downward at a central portion and having a recessed groove 11 formed on an outer peripheral surface and a cylindrical portion 5 extending upward at the periphery. Body 4 made of ceramics such as silicon nitride having
And a heat-insulating member 3 made of ceramics having a low thermal conductivity disposed in the cylindrical portion 5 of FIG. A convex portion 6 extending inward in the radial direction is formed on the inner peripheral surface 9 of the cylindrical portion 5, and a concave portion is formed on the outer peripheral surface of the heat shielding member 3, and the convex portion 6 is engaged with the concave portion. The crown body 4 and the heat shield 3
And are combined.
【０００４】また、ピストンスカート２には、上端壁部
１２の中央に軸方向取付孔１３が形成されている。ピス
トンクラウン１とピストンスカート２とを固定するに
は、図６に示すように、ピストンクラウン１のクラウン
本体４の下面とピストンスカート２の上端壁部１２の上
面との間に、断熱ガスケット３６と該断熱ガスケット３
６の内側にカーボンガスケット３５を配置すると共に、
セラミックスから成る遮熱部材３４を配置し、ピストン
スカート２に形成した取付孔１３にクラウン本体４の取
付軸部７を嵌合する。ピストンクラウン１とピストンス
カート２との間に断熱ガスケット３６、カーボンガスケ
ット３５及び遮熱部材３４を配置した状態で、ベース３
０上に転倒状態に配置する。更に、ピストンスカート２
の取付孔１３の下部周囲に形成した大径の段付き取付孔
に遮熱部材３３を配置し、該遮熱部材３３とピストンク
ラウン１の取付軸部７の外周との間に形成される環状溝
にメタルフロー金属を配置し、高周波コイル３１に通電
してメタルフロー金属を加熱し、ピストンクラウン１の
外周溝即ち凹溝１１にメタルフロー金属を塑性流動させ
て嵌入させて結合リング３２を構成し、ピストンクラウ
ン１をピストンスカート２に固定している。An axial mounting hole 13 is formed in the piston skirt 2 at the center of the upper end wall 12. In order to fix the piston crown 1 and the piston skirt 2, as shown in FIG. 6, an insulating gasket 36 is provided between the lower surface of the crown body 4 of the piston crown 1 and the upper surface of the upper end wall 12 of the piston skirt 2. The heat insulating gasket 3
While arranging the carbon gasket 35 inside 6,
A heat shield member 34 made of ceramics is arranged, and the mounting shaft 7 of the crown body 4 is fitted into the mounting hole 13 formed in the piston skirt 2. With the heat insulating gasket 36, the carbon gasket 35 and the heat shielding member 34 arranged between the piston crown 1 and the piston skirt 2, the base 3
It is arranged in a falling state on 0. Furthermore, piston skirt 2
A heat insulating member 33 is arranged in a large-diameter stepped mounting hole formed around the lower part of the mounting hole 13 of the above, and an annular ring formed between the heat insulating member 33 and the outer periphery of the mounting shaft 7 of the piston crown 1. The coupling ring 32 is formed by disposing a metal flow metal in the groove, heating the metal flow metal by energizing the high-frequency coil 31, and plastically flowing the metal flow metal into the outer peripheral groove or the concave groove 11 of the piston crown 1. Then, the piston crown 1 is fixed to the piston skirt 2.
【０００５】また、取付軸部７は、その周囲長さを長く
するため大径に形成され、軽量化のため中央穴８を備え
た環状に形成されている。取付軸部７の周囲長さを長く
することによって、メタルフローによる結合リング３２
が大径になり、ピストンクラウン１とピストンスカート
２との結合力を強力にすることができる。また、クラウ
ン本体４は、窒化ケイ素等のセラミックスから作製さ
れ、遮熱部材３はチタン酸カリウム等の低熱伝導率のセ
ラミックスを反応焼結することによって作製することが
できる。The mounting shaft 7 is formed to have a large diameter in order to increase its peripheral length, and is formed in an annular shape having a central hole 8 for weight reduction. By increasing the perimeter of the mounting shaft 7, the coupling ring 32 formed by metal flow can be used.
Has a large diameter, and the coupling force between the piston crown 1 and the piston skirt 2 can be increased. Further, the crown body 4 can be made of ceramics such as silicon nitride, and the heat shielding member 3 can be made by reaction-sintering ceramics having low thermal conductivity such as potassium titanate.
【０００６】また、断熱ピストンの構造については、特
開昭６３−３０２１６４号公報に開示されたものがあ
る。該公報に開示された断熱ピストンの構造は、セラミ
ック材と熱膨張係数がほぼ等しい材料で作られたピスト
ンヘッド部をピストンスカート部に取り付け、該ピスト
ンヘッド部に断熱材を介在してセラミック薄板を取り付
けたものである。更に、セラミック薄板の周囲部には、
セラミックリングが結合され、該セラミックリングが前
記ピストンヘッド部の周囲部によってピストンスカート
部の周囲部に押圧状態に取り付けられているものであ
る。The structure of the heat insulating piston is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-302164. The structure of the heat-insulating piston disclosed in this publication is such that a piston head portion made of a material having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of a ceramic material is attached to a piston skirt portion, and a ceramic thin plate is interposed between the piston head portion and a heat insulating material. It is attached. Furthermore, around the ceramic thin plate,
A ceramic ring is connected, and the ceramic ring is attached to the periphery of the piston skirt by the periphery of the piston head in a pressed state.
【０００７】また、断熱ピストンについては、特開昭５
７−２４４５号公報に開示されたものがある。該公報に
開示されたセラミック組込型エンジンピストンは、セラ
ミック製ピストンクラウン部を引張強度の大きい金属製
の第１リングにて焼嵌めし、その第１リングの外周を鋳
鉄系金属製の第２リング内に圧入してピストンクラウン
組立体を形成し、その第２リングの外周面をアルフィン
処理した後に、該ピストンクラウン組立体をピストン本
体を形成するアルミ合金で鋳ぐるみをしてピストンを形
成したものである。[0007] Japanese Patent Laid-Open No.
There is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-2445. In the ceramic built-in engine piston disclosed in the publication, a ceramic piston crown portion is shrink-fitted with a first ring made of metal having high tensile strength, and the outer periphery of the first ring is made of a second ring made of cast iron-based metal. A piston crown assembly was formed by press-fitting into the ring, and the outer peripheral surface of the second ring was subjected to alfin treatment. Then, the piston crown assembly was cast into an aluminum alloy forming the piston body to form a piston. Things.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記のように、ピスト
ンクラウン１にピストンスカート２を取り付けた遮熱ピ
ストンにおいて、ピストンスカート２の取付孔１３にピ
ストンクラウン１の取付軸部７を嵌入し、更に、ピスト
ンスカート２の段付き取付孔に遮熱部材３３を配置し、
該遮熱部材３３と取付軸部７との間の環状溝にメタルフ
ローによって結合リング３２を嵌入してピストンクラウ
ン１をピストンスカート２に固定している。しかしなが
ら、ピストンクラウン１とピストンスカート２とをメタ
ルフロー金属による塑性流動で結合する時に、ピストン
クラウン１のクラウン本体４にシール反力を持たせるた
め、若干の変形を与える。As described above, in the heat shield piston in which the piston skirt 2 is mounted on the piston crown 1, the mounting shaft portion 7 of the piston crown 1 is fitted into the mounting hole 13 of the piston skirt 2. , The heat shielding member 33 is arranged in the stepped mounting hole of the piston skirt 2,
The coupling ring 32 is fitted into the annular groove between the heat shielding member 33 and the mounting shaft 7 by metal flow to fix the piston crown 1 to the piston skirt 2. However, when the piston crown 1 and the piston skirt 2 are joined by plastic flow of metal flow metal, the crown body 4 of the piston crown 1 is slightly deformed in order to have a sealing reaction force.
【０００９】ところで、ピストンクラウン１におけるク
ラウン本体４は窒化ケイ素等のセラミックスで作製さ
れ、また、遮熱部材３はチタン酸カリウム等の低熱伝導
材をクラウン本体４の筒部５内に充填して反応焼結で作
製されている。そのため、クラウン本体４と遮熱部材３
との境界面、即ち、クラウン本体４の上面１５と遮熱部
材３の下面１４との間は接合していない状態であるの
で、ピストンクラウン１とピストンスカート２とをメタ
ルフローにより結合した場合には、シール反力を持たせ
るため、クラウン本体４が若干の変形をして窒化ケイ素
のクラウン本体４のみが変形し、クラウン本体４の上面
１５と遮熱部材３の下面１４との間に、例えば、１００
μｍ以下の隙間１６が発生する。この隙間１６がエンジ
ン運転時において、遮熱部材３とクラウン本体４との間
にがたを発生させることになり、遮熱部材３及びクラウ
ン本体４の割れ、クラック等の破損の原因になり、ピス
トンクラウン１の破壊の原因になる。このような現象
は、前掲特開昭６３−３０２１６４号公報に開示された
断熱ピストンの構造についても同様な現象が発生する。The crown body 4 of the piston crown 1 is made of ceramics such as silicon nitride, and the heat shielding member 3 is formed by filling a low thermal conductive material such as potassium titanate into the cylindrical portion 5 of the crown body 4. It is made by reaction sintering. Therefore, the crown main body 4 and the heat shielding member 3
, That is, the upper surface 15 of the crown main body 4 and the lower surface 14 of the heat shielding member 3 are not joined to each other. Therefore, when the piston crown 1 and the piston skirt 2 are joined by metal flow, In order to have a sealing reaction force, the crown main body 4 is slightly deformed and only the silicon nitride crown main body 4 is deformed, so that the upper surface 15 of the crown main body 4 and the lower surface 14 of the heat shielding member 3 For example, 100
A gap 16 of less than μm is generated. This gap 16 causes rattling between the heat shielding member 3 and the crown main body 4 during operation of the engine, causing breakage and cracking of the heat shielding member 3 and the crown main body 4, This may cause the piston crown 1 to break. The same phenomenon occurs in the structure of the heat insulating piston disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-302164.
【００１０】また、特開昭５７−２４４５号公報に開示
されたセラミック組込型エンジンピストンについては、
ピストンクラウン部に鋳鉄系リングを焼嵌めで一体化し
た後に、該リングと一体化されたピストンクラウン部を
アルミ合金を鋳込ぐるんでピストン本体を構成したもの
であり、セラミックスから成るピストンクラウン部に鋳
鉄系リングを焼嵌め或いは圧入で一体化した場合には、
ピストンが熱負荷を受けた場合には、焼嵌め或いは圧入
した部分に隙間、或いはがたが発生し、ピストンクラウ
ン部とピストン本体との強固な結合状態を確保できない
という問題がある。[0010] Further, with respect to a ceramic built-in type engine piston disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-2445,
After the cast iron ring is integrated with the piston crown by shrink fitting, the piston crown integrated with the ring is cast into an aluminum alloy to form the piston body. If the cast iron ring is integrated by shrink fitting or press fitting,
When the piston is subjected to a thermal load, a gap or backlash is generated in the shrink-fitted or press-fitted portion, and there is a problem that a strong connection between the piston crown portion and the piston body cannot be secured.
【００１１】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、クラウン本体と遮熱部材との間の
隙間を発生させない対策を講じることであり、アルミニ
ウム合金等の金属材料から成るピストンスカートの軸方
向取付孔に窒化ケイ素等のセラミックスから成るクラウ
ン本体の取付軸部を嵌合して両者をメタルフローで結合
するに当たって、ピストンクラウンを構成するクラウン
本体と遮熱部材との固定状態を機械的な係合構造によっ
て強固に取り付け、クラウン本体と遮熱部材との間に隙
間が発生しないようにしてピストンクラウンの破壊を防
止する遮熱ピストン及びその製造方法を提供することで
ある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to take measures to prevent a gap from being formed between the crown main body and the heat shielding member, and to be made of a metal material such as an aluminum alloy. In fitting the mounting shaft portion of the crown body made of ceramics such as silicon nitride into the axial mounting hole of the piston skirt and connecting them by metal flow, the fixed state of the crown body and the heat shielding member forming the piston crown To provide a heat-insulating piston that firmly attaches the heat-insulating member by a mechanical engagement structure, prevents a gap from being generated between the crown main body and the heat-insulating member and prevents the piston crown from being broken, and a method of manufacturing the same.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、軸方向取付孔を備えた金属材料から作製し
たピストンスカート、及び前記取付孔に嵌合する取付軸
部と筒部を備えたセラミックスから作製したクラウン本
体と前記筒部内に配置した低熱伝導率のセラミックスか
ら作製した遮熱部材とで構成したピストンクラウンから
成る遮熱ピストンにおいて、前記クラウン本体の上面か
ら突出し且つ上部が下部より大きいサイズの突出部が形
成されており、該突出部は前記遮熱部材の内部に係止し
ていることを特徴とする遮熱ピストンに関する。The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is,
The present invention provides a piston skirt made of a metal material having an axial mounting hole, a crown main body made of ceramics having a mounting shaft portion and a cylindrical portion fitted in the mounting hole, and a low heat disposed in the cylindrical portion. In a heat-insulating piston made of a piston crown constituted by a heat-insulating member made of ceramics having a conductivity, a projecting portion having a size whose upper portion is larger than that of a lower portion is formed so as to project from the upper surface of the crown main body. The present invention relates to a heat-insulating piston, which is locked inside the heat-insulating member.
【００１３】又は、この発明は、軸方向取付孔を備えた
金属材料から作製したピストンスカート、及び前記取付
孔に嵌合する取付軸部と筒部を備えたセラミックスから
作製したクラウン本体と前記筒部内に配置した低熱伝導
率のセラミックスから作製した遮熱部材とで構成したピ
ストンクラウンから成る遮熱ピストンにおいて、前記取
付軸部が環状に形成されており、前記取付軸部の中央穴
より小さい係止孔が前記クラウン本体の上面から前記中
空穴へ貫通しており、前記遮熱部材の一部が前記係止孔
及び前記中央穴に配置されていることを特徴とする遮熱
ピストンに関する。According to another aspect of the present invention, there is provided a piston skirt made of a metal material having an axial mounting hole, a crown main body made of ceramics having a mounting shaft portion and a cylindrical portion fitted in the mounting hole, and the above-mentioned cylinder. In a heat-insulating piston comprising a piston crown composed of a heat-insulating member made of low-thermal-conductivity ceramics disposed in the portion, the mounting shaft portion is formed in an annular shape, and is smaller than a central hole of the mounting shaft portion. A heat shield piston is characterized in that a stop hole penetrates from the upper surface of the crown main body to the hollow hole, and a part of the heat shield member is disposed in the locking hole and the central hole.
【００１４】また、この発明は、取付軸部と周辺に筒部
を備えたクラウン本体をセラミックスで作製し、前記筒
部内に低熱伝導率のセラミックスから成る遮熱部材を配
置してピストンクラウンを組み立て、前記取付軸部を金
属材料から作製したピストンスカートの軸方向取付孔に
嵌合して塑性流動で固定する遮熱ピストンの製造方法に
おいて、前記クラウン本体の上面から突出し且つ上部が
下部より大きいサイズの突出部を形成し、前記筒部内に
低熱伝導材料の原料粉末を充填し、該原料粉末を反応焼
結させて前記遮熱部材を作製し、前記遮熱部材を前記ク
ラウン本体に固定したことを特徴とする遮熱ピストンの
製造方法に関する。Further, according to the present invention, a crown body having a mounting shaft portion and a cylindrical portion around the mounting portion is made of ceramics, and a heat shielding member made of ceramics having a low thermal conductivity is arranged in the cylindrical portion to assemble a piston crown. A method of manufacturing a heat-insulating piston in which the mounting shaft portion is fitted into an axial mounting hole of a piston skirt made of a metal material and fixed by plastic flow, the size of the crown body protruding from the upper surface and the upper portion being larger than the lower portion. Forming a protruding portion, filling the cylindrical portion with raw material powder of a low heat conductive material, reacting and sintering the raw material powder to produce the heat shielding member, and fixing the heat shielding member to the crown main body. The present invention relates to a method for manufacturing a heat-insulating piston.
【００１５】或いは、この発明は、取付軸部と周辺に筒
部を備えたクラウン本体をセラミックスで作製し、前記
筒部内に低熱伝導率のセラミックスから成る遮熱部材を
配置してピストンクラウンを組み立て、前記取付軸部を
金属材料から作製したピストンスカートの軸方向取付孔
に嵌合して塑性流動で固定する遮熱ピストンの製造方法
において、前記取付軸部に中央穴を形成すると共に、前
記中央穴より小さい係止孔を前記クラウン本体の上面か
ら前記中空穴に貫通させ、前記クラウン本体の前記筒
部、前記係止孔及び前記中央穴に低熱伝導材料の原料粉
末を充填し、該原料粉末を反応焼結させて前記遮熱部材
を作製し、前記遮熱部材を前記クラウン本体に固定した
ことを特徴とする遮熱ピストンの製造方法に関する。Alternatively, according to the present invention, a crown body having a mounting shaft portion and a cylindrical portion around the mounting portion is made of ceramics, and a heat shield made of ceramics having a low thermal conductivity is arranged in the cylindrical portion to assemble a piston crown. A method for manufacturing a heat-shielding piston in which the mounting shaft portion is fitted into an axial mounting hole of a piston skirt made of a metal material and fixed by plastic flow, wherein a center hole is formed in the mounting shaft portion and the center hole is formed. A locking hole smaller than the hole is passed through the hollow hole from the upper surface of the crown main body, and the cylindrical portion, the locking hole and the central hole of the crown main body are filled with a raw material powder of a low heat conductive material. To produce the heat shield member, and the heat shield member is fixed to the crown main body.
【００１６】[0016]
【作用】この発明による遮熱ピストン及びその製造方法
は、上記のように構成されており、次のように作用す
る。即ち、この遮熱ピストンは、ピストンクラウンにお
けるクラウン本体にクラウン本体の上面から突出し且つ
上部が下部より大きいサイズの突出部を形成し、該突出
部が前記筒部内に配置された遮熱部材の内部に係止して
いるので、前記クラウン本体と前記遮熱部材との境界面
に隙間が発生することがなく、エンジン運転時にピスト
ンクラウンの破損を防止できる。The heat-insulating piston and the method of manufacturing the same according to the present invention are constructed as described above and operate as follows. That is, the heat shield piston has a protrusion formed on the crown main body of the piston crown such that the protrusion protrudes from the upper surface of the crown main body and the upper part is larger than the lower part. Therefore, no gap is generated at the boundary surface between the crown main body and the heat shield member, and damage to the piston crown during operation of the engine can be prevented.
【００１７】また、ピストンクラウンにおけるクラウン
本体の取付軸部を環状に形成し、クラウン本体に前記取
付軸部の中央穴より小さい係止孔を形成し、前記クラウ
ン本体の筒部内に配置した遮熱部材の一部を前記係止孔
及び前記中央穴に配置したので、前記クラウン本体と前
記遮熱部材との境界面に隙間が発生することがなく、エ
ンジン運転時にピストンクラウンの破損を防止できる。[0017] Further, the mounting shaft portion of the crown main body in the piston crown is formed in an annular shape, a locking hole smaller than the center hole of the mounting shaft portion is formed in the crown main body, and the heat shield disposed in the cylindrical portion of the crown main body. Since a part of the member is arranged in the locking hole and the central hole, no gap is generated at the boundary surface between the crown main body and the heat shielding member, and damage to the piston crown during engine operation can be prevented.
【００１８】更に、この遮熱ピストンの製造方法は、ピ
ストンクラウンにおけるクラウン本体に上面から突出し
且つ上部が下部より大きいサイズの突出部を形成する
か、或いは、クラウン本体の取付軸部に中央穴を形成す
ると共に、該中央穴に連通し且つ前記中央穴より小さい
係止孔を前記クラウン本体に形成し、前記クラウン本体
の前記筒部、前記係止孔及び前記中央穴に低熱伝導材料
の原料粉末を充填し、該原料粉末を反応焼結させて遮熱
部材を作製したので、チタン酸カリウム等の原料粉末を
反応焼結させてセラミックスに転化させ、該セラミック
スが遮熱部材として機能でき、前記クラウン本体と前記
遮熱部材とが極めて強力に結合できる。Further, in the method of manufacturing the heat shield piston, the crown body of the piston crown may have a projection projecting from the upper surface and having an upper portion larger than the lower portion, or a central hole may be formed in the mounting shaft of the crown body. And a locking hole communicating with the center hole and smaller than the center hole is formed in the crown main body, and the cylindrical portion of the crown main body, the locking hole, and the center hole have a raw material powder of a low heat conductive material. The raw material powder was reacted and sintered to prepare a heat shield member, so that the raw material powder such as potassium titanate was reacted and sintered to be converted into ceramics, and the ceramics could function as a heat shield member, The crown main body and the heat shielding member can be extremely strongly coupled.
【００１９】[0019]
【実施例】以下、図面を参照して、この発明による遮熱
ピストン及びその製造方法の実施例を説明する。図１及
び図２を参照して、この発明による遮熱ピストンの一実
施例を説明する。図１はこの発明による遮熱ピストンに
おけるピストンクラウンの一実施例を示す断面図、及び
図２は図１のピストンクラウンをピストンスカートに取
り付けた状態の遮熱ピストンの一実施例を示す断面図で
ある。図１及び図２における部品に付した符号は、図
５、図６及び図７に示した従来の遮熱ピストンの部品と
同一の部品には同一の符号を付し、重複する説明は省略
する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing a heat-insulating piston according to an embodiment of the present invention; 1 and 2, an embodiment of a heat shield piston according to the present invention will be described. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a piston crown in a heat shield piston according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing an embodiment of a heat shield piston in a state where the piston crown of FIG. 1 is attached to a piston skirt. is there. 1 and 2, the same reference numerals are given to the same parts as those of the conventional heat shield piston shown in FIGS. 5, 6, and 7, and the duplicate description is omitted. .
【００２０】図２に示すように、この遮熱ピストンは、
アルミニウム合金等の金属材料から作製されたピストン
スカート２と、ピストンスカート２に取り付けたセラミ
ックスから作製したピストンクラウン１とから構成され
ている。ピストンスカート２は上端壁部１２を有し、上
端壁部１２には中央に軸方向取付孔１３が形成されてい
る。また、図１に示すように、ピストンクラウン１は、
取付孔１３に嵌合するセラミック材料から成る環状の取
付軸部７を備えたクラウン本体４と、該クラウン本体４
の上面１５に配置された遮熱部材３を有している。ピス
トンスカート２の上端壁部１２に形成した取付孔１３の
下部周囲部には、該取付孔１３の径より大きい大径の段
付き取付孔が形成されている。クラウン本体４は、ケー
スを形成するため周辺に筒部５を備えた窒化ケイ素等の
セラミックスから作製されている。また、遮熱部材３
は、チタン酸カリウム等の低熱伝導率の粉末を反応焼結
して作製したセラミックスである。As shown in FIG. 2, the heat-insulating piston is
The piston skirt 2 is made of a metal material such as an aluminum alloy, and the piston crown 1 made of ceramics attached to the piston skirt 2. The piston skirt 2 has an upper end wall 12, and an axial mounting hole 13 is formed in the center of the upper end wall 12. As shown in FIG. 1, the piston crown 1
A crown main body 4 having an annular mounting shaft portion 7 made of a ceramic material fitted into the mounting hole 13;
Has the heat shielding member 3 arranged on the upper surface 15 of the first member. A large diameter stepped mounting hole larger than the diameter of the mounting hole 13 is formed in a lower peripheral portion of the mounting hole 13 formed in the upper end wall portion 12 of the piston skirt 2. The crown body 4 is made of a ceramic such as silicon nitride having a cylindrical portion 5 around the periphery to form a case. In addition, heat shielding member 3
Is a ceramic produced by reaction sintering of a powder having low thermal conductivity such as potassium titanate.
【００２１】この遮熱ピストンにおいて、ピストンクラ
ウン１とピストンスカート２とを固定するには、ピスト
ンスカート２の上端壁部１２に形成した取付孔１３にピ
ストンクラウン１の取付軸部７を嵌合し、次いで、段付
き取付孔に配置したリング状遮熱部材３３の内面とクラ
ウン本体４の取付軸部７との外周面との間に形成された
環状溝に、メタルフロー金属を塑性流動させて嵌入させ
ると共に、該メタルフロー金属を外周溝１１に侵入させ
て係止させ、メタルフロー金属で結合リング３２を構成
する。メタルフロー金属は、例えば、高周波コイル３１
に通電することによってメタルフロー金属を加熱して塑
性変形し、環状溝に嵌入させると共に、ピストンクラウ
ン１の外周溝１１にメタルフロー金属を侵入させてピス
トンクラウン１とピストンスカート２とを固定するもの
である。In this heat shield piston, in order to fix the piston crown 1 and the piston skirt 2, the mounting shaft 7 of the piston crown 1 is fitted into a mounting hole 13 formed in the upper end wall 12 of the piston skirt 2. Then, the metal flow metal is caused to flow plastically into an annular groove formed between the inner surface of the ring-shaped heat shielding member 33 disposed in the stepped mounting hole and the outer peripheral surface of the mounting shaft 7 of the crown main body 4. At the same time, the metal flow metal is inserted into the outer peripheral groove 11 and locked, and the coupling ring 32 is formed of the metal flow metal. The metal flow metal is, for example, a high frequency coil 31
Heats the metal flow metal and deforms it plastically by applying a current to the annular groove, and fixes the piston crown 1 and the piston skirt 2 by injecting the metal flow metal into the outer circumferential groove 11 of the piston crown 1. It is.
【００２２】この遮熱ピストンは、特に、クラウン本体
４の筒部５の中央にクラウン本体４の上面１５から突出
し且つ上部が下部より大きいサイズの突出部１０を形成
し、該突出部１０は遮熱部材３の内部に係止した構造即
ち食い込んだ構造を有することを特徴とするものであ
る。しかも、遮熱部材３の外周面は、筒部５の凸部６が
係止した状態に固定されている。従って、ピストンクラ
ウン１については、クラウン本体４の凸部６と突出部１
０とによって、遮熱部材３がクラウン本体４に機械的に
強力に固定されることになる。In particular, the heat-shielding piston has a projection 10 formed at the center of the cylindrical portion 5 of the crown main body 4 so as to protrude from the upper surface 15 of the crown main body 4 and have an upper portion larger than the lower portion. It is characterized in that it has a structure in which it is locked inside the heat member 3, that is, a structure in which the heat member 3 bites. Moreover, the outer peripheral surface of the heat shielding member 3 is fixed in a state where the convex portion 6 of the cylindrical portion 5 is locked. Therefore, regarding the piston crown 1, the convex portion 6 of the crown main body 4 and the protrusion 1
By 0, the heat shielding member 3 is mechanically and strongly fixed to the crown main body 4.
【００２３】この発明による遮熱ピストンの製造方法
は、特に、クラウン本体４に遮熱部材３を固定してピス
トンクラウン１を作製することに特徴を有するものであ
る。クラウン本体４に遮熱部材３を固定するには、クラ
ウン本体４にその上面１５から突出し且つ上部が下部よ
り大きいサイズの突出部１０を形成し、次いで、クラウ
ン本体４の筒部５内にチタン酸カリウム等の低熱伝導材
料の原料粉末を充填し、該原料粉末を反応焼結させてセ
ラミックスに転化させ、遮熱部材３を作製することによ
って達成することができる。クラウン本体４に突出部１
０を形成するには、鋳込型で成形し、その成形体を焼成
することによってセラミックスの焼結体を得ることで作
製することができる。The method of manufacturing the heat-insulating piston according to the present invention is characterized in that the heat-insulating member 3 is fixed to the crown main body 4 to manufacture the piston crown 1. In order to fix the heat shielding member 3 to the crown main body 4, the crown main body 4 is formed with a protruding portion 10 that protrudes from the upper surface 15 and has an upper portion larger than the lower portion. This can be attained by filling a raw material powder of a low heat conductive material such as potassium acid, reacting the raw material powder, converting the raw material powder into ceramics, and manufacturing the heat shielding member 3. Projection 1 on crown body 4
In order to form 0, it can be produced by molding with a casting mold and firing the molded body to obtain a sintered body of ceramics.
【００２４】次に、図３及び図４を参照して、この発明
による遮熱ピストンの別の実施例を説明する。図３はこ
の発明による遮熱ピストンにおけるピストンクラウンの
別の実施例を示す断面図、及び図４は図３のピストンク
ラウンをピストンスカートに取り付けた状態の遮熱ピス
トンの別の実施例を示す断面図である。図３及び図４に
おける部品に付した符号は、図１及び図２に示した遮熱
ピストンの部品と同一の部品には同一の符号を付し、重
複する説明は省略する。Next, another embodiment of the heat shield piston according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of the piston crown in the heat shield piston according to the present invention, and FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of the heat shield piston in which the piston crown of FIG. 3 is attached to a piston skirt. FIG. 3 and 4, the same reference numerals are given to the same components as those of the heat shield piston shown in FIGS. 1 and 2, and the duplicate description is omitted.
【００２５】図３に示すように、この実施例の遮熱ピス
トンにおけるピストンクラウン１は、取付軸部７を環状
に形成し、クラウン本体４の中央に取付軸部７の中央穴
８より小さい係止孔１７を形成し、遮熱部材３の底部が
垂下した突出部１８を係止孔１７及び中央穴８に配置し
たことを特徴とするものである。取付軸部７の中央穴８
より係止孔１７が小さいので、遮熱部材３の突出部１８
は、その中間部２０は縮径になり且つ下部１９が大径に
なる。従って、遮熱部材３は、クラウン本体４に機械的
に固定され、クラウン本体４から抜け出すことはない。
また、係止孔１７は、遮熱部材３の突出部１８の中間部
２０に対して応力集中が発生しないように、周縁をアー
ルＲに形成することが好ましい。即ち、係止孔１７の周
縁をアールＲに形成すると、係止孔１７に位置する遮熱
部材３の縮径部が破断することを防止できる。As shown in FIG. 3, the piston crown 1 in the heat shield piston of this embodiment has a mounting shaft portion 7 formed in an annular shape, and the center of the crown body 4 is smaller than the center hole 8 of the mounting shaft portion 7. A stop hole 17 is formed, and a protrusion 18 from which the bottom of the heat shielding member 3 hangs is disposed in the locking hole 17 and the center hole 8. Central hole 8 of mounting shaft 7
Since the locking hole 17 is smaller, the protrusion 18
The middle portion 20 has a reduced diameter and the lower portion 19 has a large diameter. Therefore, the heat shield member 3 is mechanically fixed to the crown main body 4 and does not fall out of the crown main body 4.
Further, it is preferable that the periphery of the locking hole 17 is formed in a radius R so that stress concentration does not occur on the intermediate portion 20 of the projecting portion 18 of the heat shielding member 3. That is, when the peripheral edge of the locking hole 17 is formed in the radius R, it is possible to prevent the reduced diameter portion of the heat shield member 3 located in the locking hole 17 from breaking.
【００２６】この発明による遮熱ピストンの製造方法
は、特に、クラウン本体４に遮熱部材３を固定してピス
トンクラウン１を作製することに特徴を有するものであ
る。クラウン本体４に遮熱部材３を固定するには、ま
ず、取付軸部７に中央穴８を形成すると共に、該中央穴
８に連通し且つ中央穴８より小さい係止孔１７をクラウ
ン本体４に形成する。従って、クラウン本体４の中央に
は、中央穴８と係止孔１７とによる貫通孔が形成される
ことになる。次いで、クラウン本体４の筒部５、係止孔
１７及び中央穴８にチタン酸カリウム等の低熱伝導材料
の原料粉末を充填し、該原料粉末を成形して反応焼結さ
せ、該原料粉末をセラミックスに転化させ、遮熱部材３
を作製することによって、クラウン本体４に遮熱部材３
を固定することができる。更に、クラウン本体４の筒部
５、係止孔１７及び中央穴８に、原料粉末を充填する場
合には、図示していないが、成形型を中央穴８に嵌合さ
せておけば、原料粉末を中央穴８に容易に充填すること
ができる。The method of manufacturing the heat-insulating piston according to the present invention is characterized in that the heat-insulating member 3 is fixed to the crown body 4 to manufacture the piston crown 1. To fix the heat shielding member 3 to the crown body 4, first, a center hole 8 is formed in the mounting shaft portion 7, and a locking hole 17 communicating with the center hole 8 and smaller than the center hole 8 is formed. Formed. Therefore, a through-hole formed by the central hole 8 and the locking hole 17 is formed at the center of the crown body 4. Next, the cylindrical portion 5, the locking hole 17 and the central hole 8 of the crown main body 4 are filled with a raw material powder of a low heat conductive material such as potassium titanate, and the raw material powder is molded and reacted and sintered. Converted to ceramics, heat shield 3
The heat shield 3
Can be fixed. Further, when the cylindrical portion 5, the locking hole 17 and the central hole 8 of the crown main body 4 are filled with the raw material powder, although not shown, if the molding die is fitted into the central hole 8, the raw material powder can be filled. The center hole 8 can be easily filled with powder.
【００２７】[0027]
【発明の効果】この発明による遮熱ピストン及びその製
造方法は、上記のように構成されており、次のような効
果を有する。即ち、この遮熱ピストンは、ピストンクラ
ウンにおけるクラウン本体の筒部の中央にクラウン本体
の上面から突出し且つ上部が下部より大きいサイズの突
出部を形成し、該突出部が前記筒部内に配置された遮熱
部材の内部に係止しているので、前記クラウン本体の上
面と前記遮熱部材の下面との境界面に隙間が発生するこ
とがなく、両者は機械的に強力に固定され、エンジン運
転の遮熱ピストンの往復運動中にがたが発生することが
なく、ピストンクラウンの破損を防止できる。The heat shield piston and the method of manufacturing the same according to the present invention are configured as described above and have the following effects. That is, the heat-shielding piston has a projection formed at the center of the cylindrical portion of the crown main body in the piston crown and having a size that protrudes from the upper surface of the crown main body and whose upper part is larger than the lower part, and the protruding part is disposed in the cylindrical part. Since it is locked inside the heat shield, there is no gap at the boundary between the upper surface of the crown body and the lower surface of the heat shield. No backlash occurs during the reciprocating motion of the heat shield piston, and the piston crown can be prevented from being damaged.
【００２８】また、ピストンクラウンにおけるクラウン
本体の取付軸部を環状に形成し、クラウン本体の中央に
前記取付軸部の中央穴より小さい係止孔を形成し、前記
クラウン本体の筒部内に配置した遮熱部材の底部を前記
係止孔及び前記中央穴に配置したので、前記クラウン本
体の上面と前記遮熱部材の下面との境界面に隙間が発生
することがなく、両者は機械的に強力に固定され、エン
ジン運転時の遮熱ピストンの往復運動中にがたが発生す
ることがなく、ピストンクラウンの破損を防止できる。
また、前記ピストンクラウンでは、前記クラウン本体に
係止した前記係止孔の周縁を滑らかなアールに形成する
ことによって前記係止孔内に位置する前記遮熱部材の縮
径部の応力集中を避けることができ、該縮径部の破断を
防止できる。Further, the mounting shaft portion of the crown main body in the piston crown is formed in an annular shape, and a locking hole smaller than the center hole of the mounting shaft portion is formed in the center of the crown main body, and is disposed in the cylindrical portion of the crown main body. Since the bottom of the heat shield is disposed in the locking hole and the central hole, no gap is generated at the boundary between the upper surface of the crown main body and the lower surface of the heat shield, and both are mechanically strong. , The rattle does not occur during the reciprocating motion of the heat shield piston during operation of the engine, and damage to the piston crown can be prevented.
Further, in the piston crown, the peripheral edge of the locking hole locked to the crown main body is formed in a smooth radius, thereby avoiding stress concentration at the reduced diameter portion of the heat shielding member located in the locking hole. The breakage of the reduced diameter portion can be prevented.
【００２９】更に、この遮熱ピストンの製造方法は、ピ
ストンクラウンにおけるクラウン本体の筒部の中央に前
記クラウン本体の上面から突出し且つ上部が下部より大
きいサイズの突出部を形成するか、或いは、クラウン本
体の取付軸部に中央穴を形成すると共に、該中央穴に連
通し且つ前記中央穴より小さい係止孔を前記クラウン本
体に形成し、前記クラウン本体の前記筒部、前記係止孔
及び前記中央穴に低熱伝導材料の原料粉末を充填し、該
原料粉末を反応焼結させて遮熱部材を作製したので、チ
タン酸カリウム等の原料粉末を反応焼結させ、しかも収
縮することなくセラミックスに転化させ、前記クラウン
本体と前記遮熱部材間に隙間が発生することなく、該セ
ラミックスが遮熱部材として機能でき、前記クラウン本
体と前記遮熱部材とが極めて強力に結合できる。Further, the method for manufacturing a heat-insulating piston is characterized in that a protrusion is formed at the center of the cylindrical portion of the crown body in the piston crown, the protrusion being formed from the upper surface of the crown body and having an upper portion larger than the lower portion. A central hole is formed in the mounting shaft portion of the main body, and a locking hole communicating with the central hole and smaller than the central hole is formed in the crown main body, and the cylindrical portion of the crown main body, the locking hole and the locking hole are formed. The central hole is filled with a raw material powder of a low thermal conductive material, and the raw material powder is reacted and sintered to produce a heat shielding member, so that the raw material powder such as potassium titanate is reacted and sintered, and the ceramic is formed without shrinking. The ceramic body can function as a heat shielding member without causing a gap between the crown main body and the heat shielding member. There can be extremely strongly bonded.
【図１】この発明による遮熱ピストンにおけるピストン
クラウンの一実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of a piston crown in a heat shield piston according to the present invention.
【図２】図１のピストンクラウンをピストンスカートに
取り付けた状態の遮熱ピストンの一実施例を示す断面図
である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing one embodiment of a heat shield piston in a state where the piston crown of FIG. 1 is attached to a piston skirt.
【図３】この発明による遮熱ピストンにおけるピストン
クラウンの別の実施例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of the piston crown in the heat shield piston according to the present invention.
【図４】図３のピストンクラウンをピストンスカートに
取り付けた状態の遮熱ピストンの別の実施例を示す断面
図である。FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of the heat shield piston in a state where the piston crown of FIG. 3 is attached to a piston skirt.
【図５】従来の遮熱ピストンにおけるピストンクラウン
の一例を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing an example of a piston crown in a conventional heat shield piston.
【図６】図５のピストンクラウンをピストンスカートに
組み込んで遮熱ピストンを製造する工程を説明するため
の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a step of manufacturing a heat shield piston by incorporating the piston crown of FIG. 5 into a piston skirt.
【図７】ピストンクラウンとピストンスカートとをメタ
ルフローで結合した場合に、ピストンクラウンの変形状
態の一例を示すための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a deformed state of the piston crown when the piston crown and the piston skirt are joined by a metal flow.
１ ピストンクラウン ２ ピストンスカート ３ 遮熱部材 ４ クラウン本体 ５ 筒部 ７ 取付軸部 ８ 中央穴 １０ 突出部 １２ 上端壁部 １３ 取付孔 １４ 遮熱部材の下面 １５ クラウン本体の上面 １７ 係止孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piston crown 2 Piston skirt 3 Heat shielding member 4 Crown main body 5 Cylindrical part 7 Mounting shaft part 8 Center hole 10 Projection part 12 Upper end wall part 13 Mounting hole 14 Lower surface of heat shielding member 15 Upper surface of crown main body 17 Locking hole
Claims (4)
したピストンスカート、及び前記取付孔に嵌合する取付
軸部と筒部を備えたセラミックスから作製したクラウン
本体と前記筒部内に配置した低熱伝導率のセラミックス
から作製した遮熱部材とで構成したピストンクラウンか
ら成る遮熱ピストンにおいて、前記クラウン本体の上面
から突出し且つ上部が下部より大きいサイズの突出部が
形成されており、該突出部は前記遮熱部材の内部に係止
していることを特徴とする遮熱ピストン。1. A piston skirt made of a metal material having an axial mounting hole, and a crown body made of ceramics having a mounting shaft portion and a cylindrical portion fitted into the mounting hole, and a crown body arranged in the cylindrical portion. A heat-insulating piston comprising a piston crown constituted by a heat-insulating member made of ceramics having a low thermal conductivity, wherein a projecting portion projecting from the upper surface of the crown body and having an upper portion larger than a lower portion is formed. Is a heat shield piston locked inside the heat shield member.
したピストンスカート、及び前記取付孔に嵌合する取付
軸部と筒部を備えたセラミックスから作製したクラウン
本体と前記筒部内に配置した低熱伝導率のセラミックス
から作製した遮熱部材とで構成したピストンクラウンか
ら成る遮熱ピストンにおいて、前記取付軸部が環状に形
成されており、前記取付軸部の中央穴より小さい係止孔
が前記クラウン本体の上面から前記中空穴へ貫通してお
り、前記遮熱部材の一部が前記係止孔及び前記中央穴に
配置されていることを特徴とする遮熱ピストン。2. A piston skirt made of a metal material having an axial mounting hole, and a crown body made of ceramics having a mounting shaft portion and a cylindrical portion fitted into the mounting hole, and a crown body disposed in the cylindrical portion. In a heat-insulating piston comprising a piston crown constituted by a heat-insulating member made of ceramics having a low thermal conductivity, the mounting shaft portion is formed in an annular shape, and a locking hole smaller than a central hole of the mounting shaft portion is provided. A heat-insulating piston penetrating from the upper surface of the crown body to the hollow hole, and a part of the heat-insulating member is disposed in the locking hole and the central hole.
本体をセラミックスで作製し、前記筒部内に低熱伝導率
のセラミックスから成る遮熱部材を配置してピストンク
ラウンを組み立て、前記取付軸部を金属材料から作製し
たピストンスカートの軸方向取付孔に嵌合して塑性流動
で固定する遮熱ピストンの製造方法において、前記クラ
ウン本体の上面から突出し且つ上部が下部より大きいサ
イズの突出部を形成し、前記筒部内に低熱伝導材料の原
料粉末を充填し、該原料粉末を反応焼結させて前記遮熱
部材を作製し、前記遮熱部材を前記クラウン本体に固定
したことを特徴とする遮熱ピストンの製造方法。3. A crown body having a mounting shaft portion and a cylindrical portion around the mounting shaft portion is made of ceramics, and a heat shield made of ceramics having a low thermal conductivity is disposed in the cylindrical portion to assemble a piston crown. In a method for manufacturing a heat shield piston in which a portion is fitted into an axial mounting hole of a piston skirt made of a metal material and fixed by plastic flow, a protrusion having a size protruding from the upper surface of the crown main body and having an upper portion larger than the lower portion is provided. Forming, filling the cylindrical portion with raw material powder of a low thermal conductive material, reacting and sintering the raw material powder to produce the heat shielding member, and fixing the heat shielding member to the crown main body. Manufacturing method of heat shield piston.
本体をセラミックスで作製し、前記筒部内に低熱伝導率
のセラミックスから成る遮熱部材を配置してピストンク
ラウンを組み立て、前記取付軸部を金属材料から作製し
たピストンスカートの軸方向取付孔に嵌合して塑性流動
で固定する遮熱ピストンの製造方法において、前記取付
軸部に中央穴を形成すると共に、前記中央穴より小さい
係止孔を前記クラウン本体の上面から前記中空穴に貫通
させ、前記クラウン本体の前記筒部、前記係止孔及び前
記中央穴に低熱伝導材料の原料粉末を充填し、該原料粉
末を反応焼結させて前記遮熱部材を作製し、前記遮熱部
材を前記クラウン本体に固定したことを特徴とする遮熱
ピストンの製造方法。4. A crown body having a mounting shaft portion and a cylindrical portion provided around the mounting shaft portion is made of ceramics, and a heat shield made of ceramics having a low thermal conductivity is arranged in the cylindrical portion to assemble a piston crown. In a method for manufacturing a heat shield piston in which a portion is fitted into an axial mounting hole of a piston skirt made of a metal material and is fixed by plastic flow, a center hole is formed in the mounting shaft portion, and a portion smaller than the central hole is formed. A blind hole is passed through the hollow hole from the upper surface of the crown main body, and the cylindrical portion, the locking hole and the central hole of the crown main body are filled with a raw material powder of a low heat conductive material, and the raw material powder is reactively sintered. A method for manufacturing a heat-insulating piston, wherein the heat-insulating member is manufactured by fixing the heat-insulating member to the crown main body.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04134391A JP3109242B2 (en) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | Heat shield piston and method of manufacturing the same |
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| JP04134391A JP3109242B2 (en) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | Heat shield piston and method of manufacturing the same |
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|---|---|
| JPH05306771A JPH05306771A (en) | 1993-11-19 |
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