JP3362240B2 - Engine valve spring retainer and manufacturing method thereof - Google Patents
Engine valve spring retainer and manufacturing method thereofInfo
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- F01L3/10—Connecting springs to valve members
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のエンジン部
材、特に、エンジンに用いられるスプリングリテーナ及
びその製法に関し、特に特定な組成範囲のアルミニウム
合金により形成されたスプリングリテーナ及び特定なそ
の製法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an engine member of an internal combustion engine, and more particularly to a spring retainer used for an engine and a manufacturing method thereof, and more particularly to a spring retainer formed of an aluminum alloy having a specific composition range and a specific manufacturing method thereof. .
【0002】[0002]
【従来の技術】図1は、DOHC式エンジンに多用され
ている直動型の動弁機構を略示するもので、(1)はエ
ンジンバルブ、(2)は、エンジンバルブ(1)の軸端
に1対のコッタ(3)(3)を介して止着されたスプリ
ングリテーナ、(4)は、シリンダーヘッド(図示略)
とスプリングリテーナ(2)の間に縮設されたバルブス
プリングである。2. Description of the Related Art FIG. 1 schematically shows a direct-acting valve operating mechanism which is widely used in a DOHC engine. (1) is an engine valve, (2) is an axis of the engine valve (1). The spring retainer (4) fixed to the end via a pair of cotters (3) (3) is a cylinder head (not shown).
And a spring retainer (2).
【0003】エンジンバルブ(1)は、その上端部に冠
装したタペット(5)における弁隙間調整用のシム
(6)の上面を、カム(7)が押圧することにより駆動
される。The engine valve (1) is driven by a cam (7) pressing the upper surface of a valve clearance adjusting shim (6) in a tappet (5) mounted on the upper end of the engine valve (1).
【0004】このような直動型のエンジンバルブを備え
るエンジンは、動弁系の部品点数が少ないため、許容回
転数を高めることができ、出力性能を向上しうる利点が
ある。An engine having such a direct drive type engine valve has an advantage that the allowable rotational speed can be increased and the output performance can be improved because the number of parts of the valve operating system is small.
【0005】ところで、エンジンの許容回転数を高める
うえで最も障害となるのは、動弁系の重量であり、それ
が大きくなるほど慣性重量が大となって、カムに対する
弁体の追従性が損なわれ、吸排気効率が悪化して出力低
下を招く。By the way, it is the weight of the valve train that is the most obstacle in increasing the allowable engine speed, and the larger the weight, the larger the inertial weight, which impairs the followability of the valve body to the cam. As a result, the intake / exhaust efficiency is deteriorated and the output is reduced.
【0006】そのため、最近では、直動型の動弁機構に
用いられるタペット(5)やバルブスプリング(4)を
係止するスプリングリテーナ(2)を、これまでの鉄製
に代えてアルミニウム合金製とし、動弁系をより一層軽
量化する試みがなされている。For this reason, recently, the spring retainer (2) for locking the tappet (5) and the valve spring (4) used in the direct-acting valve mechanism is made of aluminum alloy instead of the conventional iron. Attempts have been made to further reduce the weight of valve trains.
【0007】しかし、スプリングリテーナ(2)は、バ
ルブスプリング(4)により大きな繰り返し荷重を受け
るため、これを単に鉄製に比して耐摩耗性の劣る一般の
アルミニウム合金により形成したのみでは、スプリング
リテーナ(2)におけるバルブスプリング(4)の当接
面(2a)の摩耗量が大きく、耐久性に問題がある。However, since the spring retainer (2) is subjected to a large repetitive load by the valve spring (4), if it is made of a general aluminum alloy which is inferior in wear resistance as compared with that made of iron, the spring retainer (2) is The wear amount of the contact surface (2a) of the valve spring (4) in (2) is large, and there is a problem in durability.
【0008】即ち、従来、軽量リテーナとしてアルミニ
ウム合金(特開平2−147804号参照)或いはチタ
ン合金(特開平4−171206号参照)その他の軽合
金製のリテーナが試みられたが、耐摩耗性、耐へたり性
不足のための問題があった。That is, a retainer made of an aluminum alloy (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-147804), a titanium alloy (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-171206), or other light alloy has been tried as a lightweight retainer. There was a problem due to lack of sag resistance.
【0009】この問題を解決するため、従来は、アルミ
ニウム合金により形成したスプリングリテーナを作り、
そのバルブスプリングとの当接面に、ライナー材とし
て、金属製部材を固着したり(例えば特開昭63−50
613号公報、実開昭63−34312号公報参照)、
スプリングリテーナを、強化短繊維を混合した軽金属
(アルミニウム合金)により形成し、且つその表面にめ
っき層を設ける(例えば特開昭62−45915号公報
参照)ことなどにより、バルブスプリングとの当接面の
耐摩耗性を高めたり、また、表面処理即ちアルマイト化
して、同様に、耐摩耗性を与えたり、また、セラミック
その他の硬質材を分散強化し、耐摩耗性を与えた材料で
作ったりしている。このような構造或いは材料の製品で
は、性能を全うするには、コスト高になる。In order to solve this problem, conventionally, a spring retainer made of an aluminum alloy was made,
A metal member is fixed as a liner material to the contact surface with the valve spring (for example, JP-A-63-50).
No. 613, Japanese Utility Model Publication No. 63-34312),
The spring retainer is made of a light metal (aluminum alloy) mixed with reinforced short fibers, and a plating layer is provided on the surface thereof (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-45915). Wear resistance, or surface treatment, that is, anodizing, to give wear resistance, or ceramics and other hard materials dispersed and strengthened to make wear resistant material. ing. In the case of a product having such a structure or material, cost is high in order to achieve the full performance.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上記に説明した、従来
の前者スプリングリテーナでは、別途金属製部材を製作
したり、それを固着したりする工程を要するため工数が
増加して製造コストが高くなる。また、金属製部材を設
ける分、スプリングリテーナの重量が大となる。SUMMARY OF THE INVENTION The former spring retainer of the related art described above requires additional steps of manufacturing a metal member and fixing the metal member, which increases the number of steps and increases the manufacturing cost. . Further, since the metal member is provided, the weight of the spring retainer increases.
【0011】上記の後者のスプリングリテーナにおいて
も、強化短繊維を適量混合する工程やメッキ工程を要す
るため、製造コストがかさむという問題がある。本発明
は、上記のような問題点を解決するためになされたもの
で、金属製部材を設けたり、メッキ処理を施したりする
ことなく、素材単体により耐摩耗性を高めるとともに、
安価に製造し得るようにしたエンジンバルブスプリング
リテーナ及びその製法を提供することを目的とする。The latter spring retainer described above also has a problem that the manufacturing cost is increased because a step of mixing an appropriate amount of reinforcing short fibers and a plating step are required. The present invention has been made in order to solve the problems as described above, providing a metal member, or without performing a plating process, while increasing the wear resistance by the material alone,
An object of the present invention is to provide an engine valve spring retainer that can be manufactured at low cost and a manufacturing method thereof.
【0012】また、本発明は、材料成分及び製法を改善
し、軽量で、低廉なエンジン部材、特に、バルブスプリ
ングリテーナを提供することを目的とする。Another object of the present invention is to provide a lightweight and inexpensive engine member, especially a valve spring retainer, by improving the material composition and manufacturing method.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明によると、Si;
8〜17重量%、Cu;2〜5重量%、Mg;0.2〜
2.5重量%、Mn;1.5重量%以下とその他の微量
成分を含有し、残りがアルミニウムである組成で、DA
S値(デンドライト アーム スペーシング値)が15
μm以下のアルミニウム合金材料を冷間鍛造或いは熱間
鍛造し、特殊な熱処理を行なって製造したエンジンバル
ブスプリングリテーナ及びその製法である。According to the present invention, Si;
8-17% by weight, Cu; 2-5% by weight, Mg; 0.2-
2.5% by weight, Mn; 1.5% by weight or less and other trace components, with the balance being aluminum, DA
S value (Dendrite arm spacing value) is 15
The engine valve spring retainer is manufactured by cold forging or hot forging an aluminum alloy material having a thickness of μm or less and performing a special heat treatment, and a manufacturing method thereof.
【0014】[0014]
【作用】本発明によるエンジン部材の形成に利用するア
ルミニウム合金組成は、Si;8〜17重量%、Cu;
2〜5重量%、Mg;0.2〜2.5重量%、Mn;
1.5重量%以下とその他の微量成分を含有し、残りが
アルミニウムである。The aluminum alloy composition used for forming the engine member according to the present invention has a composition of Si: 8 to 17% by weight, Cu;
2-5% by weight, Mg; 0.2-2.5% by weight, Mn;
It contains 1.5% by weight or less and other trace components, and the balance is aluminum.
【0015】このような組成のアルミニウム合金は、従
来知られていない。例えば、JIS規格4032では、
Si;11.0〜13.5重量%、Cu;0.50〜
1.3重量%、Mg;0.8〜1.3重量%でMn;0
重量%である。また、JIS規格AC8B及びAC8C
のアルミニウム合金鋳物及びダイカストは、Si:8.
5〜10.5重量%、Fe;1.0重量%、Cu;2.
0〜4.0重量%、Mn;0.50重量%、Mg;0.
50〜1.5重量%、Zn;0.50重量%等の組成で
ある。An aluminum alloy having such a composition has not been known so far. For example, in JIS standard 4032,
Si; 11.0-13.5 wt%, Cu; 0.50
1.3 wt%, Mg; 0.8-1.3 wt% Mn; 0
% By weight. In addition, JIS standards AC8B and AC8C
The aluminum alloy castings and die castings described in (1) are made of Si: 8.
5-10.5 wt%, Fe; 1.0 wt%, Cu; 2.
0-4.0% by weight, Mn; 0.50% by weight, Mg;
The composition is 50 to 1.5% by weight, Zn; 0.50% by weight, and the like.
【0016】これに対して、本発明で用いるアルミニウ
ム合金組成は、Si;8〜17重量%、Cu;2〜5重
量%、Mg;0.2〜2.5重量%、Mn;1.5重量
%以下とその他の微量成分を含有し、残りがアルミニウ
ムであり、これを、DAS値15μm以下にして製造す
ると、鍛造加工でき、特に、冷間鍛造でも加工でき、低
コストで、特性のすぐれた材料として、エンジン部材と
して、特に、スプリングリテーナとして、用いられ、経
済性を改善できる。On the other hand, the aluminum alloy composition used in the present invention has Si: 8 to 17% by weight, Cu; 2 to 5% by weight, Mg; 0.2 to 2.5% by weight, Mn; 1.5. If it is manufactured with a DAS value of 15 μm or less, it can be forged, especially cold forged, low cost, and excellent in characteristics. It is also used as an engine material, especially as a spring retainer, and can improve economy.
【0017】即ち、本発明に使用のアルミニウム合金で
は、含有されるSiはアルミニウム合金の硬度を高める
ものである。Siの組成範囲は8〜17重量%であり、
8重量%未満では、得られる硬度が不十分であり、耐摩
耗性がスプリングリテーナとして不十分であり、17重
量%を超えると、鍛造加工性(限界加工率)を著しく落
とし、強度及び疲労限が著しく低下する。That is, in the aluminum alloy used in the present invention, the Si contained increases the hardness of the aluminum alloy. The composition range of Si is 8 to 17% by weight,
If it is less than 8% by weight, the obtained hardness is insufficient, and the wear resistance is insufficient as a spring retainer. If it exceeds 17% by weight, the forgeability (limitation rate) is remarkably reduced and the strength and fatigue limit are reduced. Is significantly reduced.
【0018】また、Cuの範囲は2〜5重量%であり、
2重量%未満では、強度が不足し、また、5重量%を超
えると、アルミニウム合金の強度が低下する。The range of Cu is 2 to 5% by weight,
If it is less than 2% by weight, the strength is insufficient, and if it exceeds 5% by weight, the strength of the aluminum alloy is lowered.
【0019】そして、Mgの範囲は、0.2〜2.5重
量%であり、0.2重量%以上で、初晶Si晶出を抑
え、強度を増加させるが、2.5重量%を超えると、鍛
造加工性が低下する。The content of Mg is 0.2 to 2.5% by weight. When the content of Mg is 0.2% by weight or more, the primary crystal Si crystallization is suppressed and the strength is increased. If it exceeds, the forgeability deteriorates.
【0020】また、Mnの範囲は、1.5重量%以下で
ある。その範囲で、高温強度を保持するに有効である。Further, the range of Mn is 1.5% by weight or less. Within that range, it is effective to maintain high temperature strength.
【0021】本発明で用いるアルミニウム合金は、更
に、DAS値が、15μm以下のものが好適である。D
AS値が、15μmを超えると、鍛造加工性が著しく低
下し、鍛造加工が困難になる。The aluminum alloy used in the present invention preferably has a DAS value of 15 μm or less. D
If the AS value exceeds 15 μm, the forgeability is significantly reduced, and the forging becomes difficult.
【0022】以上のような組成範囲のアルミニウム合金
を用いて、エンジンバルブスプリングリテーナを鍛造加
工し、次に、このように成形、加工したスプリングリテ
ーナは、以下のような熱処理を行なうと、実際に使用可
能で、良好な特性を有するスプリングリテーナが得られ
る。When the engine valve spring retainer is forged by using the aluminum alloy having the above composition range, and then the spring retainer formed and processed in this way is actually subjected to the following heat treatment, A spring retainer is obtained which is usable and has good properties.
【0023】即ち、以上のように鍛造加工したスプリン
グリテーナを、450〜540℃で溶体化し、150〜
200℃の温度範囲に1〜6時間保持して時効処理す
る。That is, the spring retainer forged as described above is solution-treated at 450 to 540 ° C.
Aging treatment is carried out by keeping the temperature range of 200 ° C for 1 to 6 hours.
【0024】鍛造加工したスプリングリテーナは、溶体
化され、組織が均一にされる。その溶体化処理温度は、
450℃未満では、不充分であり、540℃を超える
と、過熱となり、450〜540℃の処理温度が好適で
ある。更に、480〜520℃の範囲がより好適であ
る。The forged spring retainer is solutionized and its structure is made uniform. The solution treatment temperature is
If it is less than 450 ° C, it is insufficient, and if it exceeds 540 ° C, it becomes overheated, and a treatment temperature of 450 to 540 ° C is suitable. Furthermore, the range of 480-520 degreeC is more suitable.
【0025】このようにして溶体化処理した鍛造スプリ
ングリテーナを、更に、エイジング処理する。エイジン
グ処理の好適な条件は、150〜200℃の温度範囲
で、1〜6時間の処理時間である。The forged spring retainer thus solution treated is further aged. Suitable conditions for the aging treatment are a temperature range of 150 to 200 ° C. and a treatment time of 1 to 6 hours.
【0026】エイジング処理温度範囲が150℃未満で
は、処理時間が長くなり、また、200℃を超えると、
過時効になるおそれがある。更に、170℃〜190℃
が好適である。When the aging treatment temperature range is less than 150 ° C., the treatment time becomes long, and when it exceeds 200 ° C.,
May be over-aged. Furthermore, 170 ℃ -190 ℃
Is preferred.
【0027】エイジング処理時間は、処理温度にも依存
するが、1〜6時間が好適である。1時間未満では、時
効不足となり、6時間を超えると、過時効となる。The aging treatment time depends on the treatment temperature, but is preferably 1 to 6 hours. If it is less than 1 hour, the aging will be insufficient, and if it is more than 6 hours, it will be overaged.
【0028】以上のようにして鍛造加工し、熱処理した
アルミニウム合金のスプリングリテーナを仕上加工す
る。即ち、タンブリング加工し、防錆加工して、製品と
する。The spring retainer of aluminum alloy which has been forged and heat treated as described above is finished. That is, the product is tumbled and rust-proofed to obtain a product.
【0029】原料アルミニウム合金のDAS値(デンド
ライト アーム スペーシング値)が15μmを超えて
いると、製造したアルミニウム合金部材は、鍛造限界加
工率が著しく低下し、鍛造加工性が低下して、本発明の
スプリングリテーナの製造に適さない。好適な範囲は、
DAS値15μm以下である。When the DAS value (dendritic arm spacing value) of the raw material aluminum alloy exceeds 15 μm, the manufactured aluminum alloy member has a markedly reduced forging limit working ratio and a poor forging workability, which results in the present invention. Not suitable for manufacturing spring retainers. The preferred range is
The DAS value is 15 μm or less.
【0030】Si含有率が増加すると、共晶相の割合面
積が、増加してしまい、鍛造加工絞り率が低下し、限界
加工率が低下していく。When the Si content increases, the proportion area of the eutectic phase increases, the reduction ratio of forging processing decreases, and the critical processing ratio decreases.
【0031】次に、本発明のアルミニウム合金によるス
プリングリテーナの製造方法を例示して、実施例により
説明するが、本発明はそれらによって限定されるもので
はない。Next, the method of manufacturing the spring retainer using the aluminum alloy of the present invention will be illustrated and described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
【0032】[0032]
【実施例】以下の表に示す組成のアルミニウム合金を用
いて、外径約30mmのリテーナを作製した。冷間加工
製造したアルミニウム合金リテーナを、490℃で溶体
化し、更に、180℃で2時間エイジングした。そのよ
うに熱処理したリテーナを、エンジンに組み込み、運転
し、次のような特性を測定した。Example A retainer having an outer diameter of about 30 mm was produced using an aluminum alloy having the composition shown in the table below. The cold-worked aluminum alloy retainer was solution-treated at 490 ° C. and further aged at 180 ° C. for 2 hours. The retainer thus heat-treated was installed in an engine and operated, and the following characteristics were measured.
【0033】[0033]
【表1】 [Table 1]
【0034】以上の表1から、次のことが結論された。
Si含有量が増加すると、他成分の影響もあるが、摩耗
量が減少し、8%以上になると摩耗量は10分の1以下
になる。その他、スプリングリテーナとして必要な特性
のデータを測定した。From Table 1 above, the following conclusions were made.
When the Si content increases, the amount of wear decreases, although it is also affected by other components. When the amount of Si is 8% or more, the amount of wear becomes 1/10 or less. In addition, the data of the characteristics required for the spring retainer were measured.
【0035】Si含有量を変化させたとき、その限界加
工率(%)は、図2のグラフに示すように変化する。即
ち、鍛造加工率は、Si含有量が、8重量%から17重
量%にまでは、一定で移行するが、その後は、急速に加
工性が下がっていく。When the Si content is changed, the limit working rate (%) changes as shown in the graph of FIG. That is, the forging rate is constant when the Si content is from 8% by weight to 17% by weight, but thereafter the workability is rapidly lowered.
【0036】実際の本発明によるスプリングリテーナの
製造は、次にようにして為される。上記の組成のアルミ
ニウム合金棒材を、切断して、スプリングリテーナ原材
料ブランクとし、次に、潤滑剤を塗布したものを冷間加
工(据込み加工)で成形し、上記の特別の熱処理にかけ
る。The actual manufacture of the spring retainer according to the present invention is performed as follows. An aluminum alloy rod having the above composition is cut into a spring retainer raw material blank, and then a lubricant-coated blank is formed by cold working (upsetting) and subjected to the above special heat treatment.
【0037】即ち、スプリングリテーナの鍛造成形品
を、溶体化し、更に、エイジングする。そして、タンブ
リング加工で仕上げ、防錆処理して、製品とする。That is, a spring retainer forged product is subjected to solution heat treatment and further aged. Then, the product is finished by tumbling and rustproofed to obtain a product.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、特
定な組成範囲のアルミニウム合金材料を用いたエンジン
バルブスプリングリテーナにより、上記のような技術的
効果が得られた。それをまとめると、次のようである。
第1に、材料成分の範囲を特定し、軽量で、製造コスト
が低下されたスプリングリテーナを提供した。第2に、
金属製部材を設けたり、メッキ処理を施したりすること
なく、素材単体により耐摩耗性を高めるとともに、安価
に製造し得るようにしたエンジンバルブスプリングリテ
ーナ及びその製法を提供した。As described above, according to the present invention, the engine valve spring retainer using the aluminum alloy material having the specific composition range has the above technical effects. The summary is as follows.
First, a spring retainer having a specified range of material components, being lightweight and having a reduced manufacturing cost was provided. Second,
Provided are an engine valve spring retainer and a manufacturing method thereof, which can be manufactured at low cost while improving wear resistance by a single material without providing a metal member or performing plating treatment.
【図1】本発明のスプリングリテーナの構造を例示する
断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of a spring retainer of the present invention.
【図2】本発明のスプリングリテーナの製造に用いるア
ルミニウム合金中のSi含有量を変化させたときの圧延
加工或いは鍛造加工での限界加工率を示す。FIG. 2 shows a limit working rate in rolling or forging when the Si content in the aluminum alloy used for manufacturing the spring retainer of the present invention is changed.
(1) エンジンバルブ (2) スプリングリテーナ (2a)当接面 (3) コッタ (4) バルブスプリング (5) タペット (6) シム (7) カム (1) Engine valve (2) Spring retainer (2a) Contact surface (3) Cotta (4) Valve spring (5) Tappet (6) Sim (7) Cam
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−341537(JP,A) 特開 平3−111609(JP,A) 特開 昭62−45915(JP,A) 特開 昭63−50613(JP,A) 特開 平4−171206(JP,A) 実開 昭63−24311(JP,U) 実開 昭63−34312(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01L 3/10 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) References JP-A-4-341537 (JP, A) JP-A-3-111609 (JP, A) JP-A 62-45915 (JP, A) JP-A 63- 50613 (JP, A) JP-A-4-171206 (JP, A) Actually developed 63-24311 (JP, U) Actually developed 63-34312 (JP, U) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) F01L 3/10
Claims (3)
量%、Mg 0.2〜10重量%、Mn 1.5重量%
以下とその他の微量成分を含有し、残りアルミニウムで
ある組成のアルミニウム合金の冷間鍛造或いは熱間鍛造
のエンジンバルブスプリングリテーナ。1. Si 8 to 17% by weight, Cu 2 to 5% by weight, Mg 0.2 to 10% by weight, Mn 1.5% by weight
An engine valve spring retainer for cold forging or hot forging of an aluminum alloy containing the following and other trace components, and the balance being aluminum.
ーシング値)15μm以下の材料を使用して加工した請
求項1に記載のエンジンバルブスプリングリテーナ。2. The engine valve spring retainer according to claim 1, which is processed by using a material having a DAS value (dendritic arm spacing value) of 15 μm or less.
ーシング値)15μm以下で、Si 8〜17重量%、
Cu 2〜5重量%、Mg 0.2〜10重量%、Mn
1.5重量%以下とその他の微量成分を含有し、残り
アルミニウムである組成のアルミニウム合金を用いて、
エンジンバルブスプリングリテーナを冷間鍛造し、或い
は熱間鍛造し、次に、溶体化し、150〜200℃の温
度範囲で、1〜6時間保持して時効せしめ、次に仕上げ
加工することを特徴とするエンジンバルブスプリングリ
テーナの製法。3. A DAS value (dendritic arm spacing value) of 15 μm or less, Si 8 to 17% by weight,
Cu 2-5 wt%, Mg 0.2-10 wt%, Mn
Using an aluminum alloy having a composition of 1.5% by weight or less and other trace components, and the balance being aluminum,
The engine valve spring retainer is characterized by cold forging or hot forging, then solutionizing, holding in the temperature range of 150 to 200 ° C. for 1 to 6 hours for aging, and then finishing. How to make an engine valve spring retainer.
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
JP16981394A JP3362240B2 (en) | 1994-07-21 | 1994-07-21 | Engine valve spring retainer and manufacturing method thereof |
DE1994606438 DE69406438T2 (en) | 1994-07-21 | 1994-12-15 | Valve spring plate for an internal combustion engine and manufacture thereof |
EP19940309388 EP0693615B1 (en) | 1994-07-21 | 1994-12-15 | Coil retainer for engine valve and preparation of the same |
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