CN102714111A - 真空管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供断路性能和耐压性能优异且廉价的真空管。真空管中,分别具有触点(11、21)的固定电极(10)和可动电极(20)以两触点(11、21)能接触、分离的方式配置在真空容器内,固定电极(10)和可动电极(20)具有分割配置有多个线圈部(14、24)的线圈电极,多个线圈部(14、24)在两触点(11、21)的背面侧分别在沿该触点的外周缘的圆周方向上分割配置,以在接触、分离方向上产生纵向磁场,其中,在各线圈部(14、24)前端设置有与触点(11、21)相接合的突出部(15、25),以形成与各触点(11、21)的接合部,通过对每一接合部改变触点(11、21)与线圈电极间的电阻值,来控制流过的电流,从而控制在两电极(10、20)间产生的轴向磁场分布。

Description

真空管
技术领域
本发明涉及利用由流过电极的电流所产生的磁场来使电弧扩散的真空管。
背景技术
图8是表示包括真空管35的一般断路器的结构的示意图。断路器30包括收纳有真空管35的绝缘框架34,且设置在车架31上。真空管35具有与固定电极棒相连接的固定侧连接导体36、与可动电极棒相连接的可弯曲导体37和可动侧连接导体38,这些固定侧连接导体36和可动侧连接导体38从绝缘框架34导出到外部。在车架31的前面设置有面板32、操作机构33。
这种断路器所采用的真空管包括:由玻璃材料、陶瓷材料等绝缘材料形成,将内部排气成高真空的有底圆筒状的真空容器;分别设置在该真空容器的两端部的电极棒;设置在各电极棒的相对端部的螺旋环状的线圈电极;增强触点的增强构件;及圆板状的触点,通过使一个电极棒朝轴向移动,从而使两触点、即固定触点和可动触点接触或分离,以进行通电或断路。此处,线圈电极是指如下构件:为了在作为主电极的固定触点和可动触点的接触、分离方向上产生轴向磁场,在该两触点的背面侧朝着沿触点的外周缘的圆周方向分割配置有多个弧状的线圈部,线圈的一端具有朝轴向的臂部,另一端具有与触点连接的突出部。
在上述这种真空管中,线圈电极因通电而产生轴向的磁场,将断路时不可避免地产生的触点间的电弧封入触点的径向内侧,并使其沿触点表面扩散,对触点表面降低电流密度,从而触点材料的断路能力更强而断开电流。
在产生轴向磁场、提高断路性能的真空管中,在圆板形的触点中感应出涡电流,存在该涡电流所产生的磁场会减弱线圈电极所产生的轴向磁场的问题,为了避免该涡电流,已知有对触点设置半径方向的狭缝的技术。特别是在额定电压较高的级别所使用的真空管中,贯通触点的狭缝有时会成为相对的触点间的耐压性能上的弱点部,因此,还已知有在触点的线圈电极侧设置不贯通触点的半径方向的槽的技术。
此外,在电流断开时,若在真空管的固定触点与可动触点之间产生电弧,则在固定触点侧即与固定电极棒相连接的固定侧连接导体、以及可动触点侧即与可动电极棒相连接的可动侧连接导体中有电流(电弧电流)流过,从而产生电磁力。该电磁力将所述电弧从其产生的位置朝电磁力作用的方向驱动,使其移动。由于该电弧的移动,大部分电流经由在电磁力作用的方向上处于最近位置的连接部而流动到该连接部的线圈部。即,电流不会均等地流动到构成线圈电极的各线圈部。因此,在流过更多电流(大部分电流)的线圈部中产生的磁场比在其他线圈部中产生的磁场要强。另一方面,由于电弧具有在轴向磁场强度为某一值以上的较强区域延伸的特性,因此,会沿着在流过更多电流的线圈部的圆周方向上延伸的区域(延伸区域)扩散。
但是,在通常的线圈电极中,由于多个线圈部仅是以相等长度分割配置,因此,其结果是,电弧会集中在沿着均等分割出的其中一个线圈部的延伸区域的比较窄的面积,因主电极(触点)的局部过热而产生的破损、消耗变大,产生因过热而导致断路性能下降的问题,因此,已知有不将线圈部的长度均等分割、而使特定部位的线圈部长度比其他要长的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特表平1-502546号公报图2
专利文献2:日本专利特开2004-39432号公报图1
发明内容
本发明要解决的技术问题
在现有的真空管中,为了获得同时满足断路性能的提高和耐压性能的提高的电极,通过机械加工来制作未贯通触点的槽,并且还需要制作特殊形状的线圈电极。特别是特殊形状的线圈电极需要考虑断路器组装状态下外部连接端子所产生的电磁力的影响来进行设计,成为专用设计,在为了降低成本而并用锻造和机械加工来制作的情况下,根据断开电流值等的规格以及与断路器的组合,需要很多锻造用的模具。需要以多品种、小批量来制作线圈电极,价格比较高。
本发明的目的在于解决上述问题,提供形状简单、可廉价制作、且利用产生轴向磁场的电极来同时满足断路性能的提高和耐压性能的提高的真空管。
用于解决技术问题的技术方案
本发明所涉及的真空管中,分别具有触点的固定电极和可动电极以两触点能接触、分离的方式配置在真空容器内,固定电极和可动电极具有分割配置有多个线圈部的线圈电极,多个线圈部在两触点的背面侧分别在沿该触点的外周缘的圆周方向上分割配置,以在接触、分离方向上产生纵向磁场,其中,在各线圈部前端设置有与触点相接合的突出部,以形成与各触点的接合部,通过对每一接合部改变触点的中央部与线圈电极间的电阻值,来控制流过的电流,从而控制在两电极间产生的轴向磁场分布。
发明效果
如上所述,通过控制在固定触点和可动触点的背面侧配置的线圈电极的多个线圈部中流过的各电流,本发明同时解决以下3个课题:能使电弧均匀地扩散到整个触点表面;而且,在触点相对面侧不会产生耐压性能上的弱点部;此外,能抑制减弱线圈电极所产生的轴向磁场的触点涡电流,其结果是,可力图提高断路性能和耐压性能,并且,能提供形状简单、可廉价制作的真空管。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的真空管的剖视图。
图2是对实施方式1所涉及的真空管的固定电极的结构进行说明的分解立体图。
图3是表示实施方式1的固定触点的俯视图。
图4是表示本发明的实施方式2所涉及的真空管的固定触点的俯视图。
图5是表示本发明的实施方式3所涉及的真空管的固定触点的俯视图。
图6是表示将本发明的实施方式4所涉及的固定触点和无氧铜制板进行接合的部位的俯视图。
图7是沿着图6的A-A线的剖视图。
图8是表示包括真空管的一般断路器的结构的示意图。
具体实施方式
实施方式1
图1是表示实施方式1所涉及的真空管的剖视图,图2是对实施方式1所涉及的固定电极的结构进行说明的分解立体图,图3是表示实施方式1的固定触点的俯视图。在图中,本发明所涉及的真空管35包括由氧化铝陶瓷等构成的绝缘圆筒1、覆盖绝缘圆筒1的一个端部开口部的固定侧端板2、及覆盖绝缘圆筒1的另一个端部开口部的可动侧端板3,以形成真空容器。该固定侧端板2及可动侧端板3分别通过钎焊来安装于绝缘圆筒1的端面。在固定侧端板2的中心部钎焊接合有固定电极棒4,在固定电极棒4的前端钎焊接合有固定电极10。与固定电极10相对地配置有可动电极20,可动电极20钎焊接合于可动电极棒5,此外,可动电极棒5钎焊接合于波纹管6的一端,该波纹管6例如由薄不锈钢制作成蛇腹状,配置成一边保持真空气密,一边使可动电极棒5能移动。波纹管6的另一端与可动侧端板3相接合,配置成使可动电极棒5从可动侧端板3的中心部突出。通过波纹管6,可动电极棒5能在图中沿上下方向移动,固定电极10和可动电极20在保持真空气密的绝缘容器内能接触、分离。
电弧屏蔽件7支承、固定于绝缘圆筒1,以包围固定电极10和可动电极20的周围。电弧屏蔽件7用于抑制在电流断开时在电极间产生的电弧所引起的金属蒸气附着于绝缘圆筒1的内表面的量。
图1的固定电极10和可动电极20的结构使得电流断开时在电极间产生轴向磁场,利用图2对其结构进行详细说明。另外,由于固定电极10和可动电极20为同一结构,以下,对于固定电极10,参照标号进行说明,除非必要,对于可动电极20一侧,通过在固定电极的标号的后面仅将标号放入括弧中来表示,以代替说明。
固定电极10(可动电极20)包括:作为主电极的圆板状的固定触点11(21);在该固定触点11(21)的背面侧配置有固定线圈电极12(22),使得在该固定触点11与未图示的可动触点21接触、分离的方向上产生轴向磁场;用不锈钢等高电阻材料形成、将固定触点11(21)和固定线圈电极12(22)进行机械支承的支承构件17(27);以及一并安装有固定触点11(21)和固定线圈电极12(22)的固定电极棒4(5)。如图8所示,对固定电极棒4和可动电极棒5从真空管35的外部连接有固定侧连接导体36、可弯曲导体37、及可动侧连接导体38。另外,固定触点11(可动触点21)优选由银类合金、铜类合金等形成。
固定线圈电极12(可动线圈电极22)包括:与固定电极棒4(5)相连设置的作为基部的环状部12a(22a);作为磁场产生线圈的3个弧状的线圈部、即第1线圈部14a(24a)、第2线圈部14b(24b)、第3线圈部14c(24c),它们在将围绕该环状部12a(22a)的外缘的圆周进行3等分而得到的位置上分别延伸配置;以及从环状部12a(22a)呈放射状延伸且将各线圈部的一端与环状部12a(22a)进行连接的臂部16a、16b、16c(26a、26b、26c)。以下,还将第1线圈部14a(24a)、第2线圈部14b(24b)、第3线圈部14c(24c)简单地统称为线圈部14(24)。此外,还将臂部16a、16b、16c(26a、26b、26c)统称为臂部16(26)。
在各线圈部14(24)的自由端的前端突出设置有连接部15a、15b、15c(25a、25b、25c),以与固定触点11(可动触点21)的背面相接。以下,还将连接部15a、15b、15c(25a、25b、25c)统称为连接部15(25)。各连接部15(25)钎焊接合于固定触点11(21)的背面侧,与固定触点11(21)组合成一体。这样,在作为主电极的固定触点11和可动触点21的背面侧利用作为多个磁场产生线圈的线圈部14(24)分别设置有固定线圈电极12和可动线圈电极22,线圈部14(24)在以两触点11、21的接触、分离的方向为轴的圆周上对线圈长度进行等分并配置成弧状。
如图3所示,在固定触点11(21)的背面设置有槽111、112、113,以包围与固定线圈电极12(可动线圈电极22)的接合部。该接合部是将固定线圈电极12(可动线圈电极22)的连接部15(25)和固定触点11(21)进行接合的部位。槽111、112、113与狭缝不同,具有未贯通固定触点11(21)的形状。在实施方式1中,槽111、槽112、槽113的槽深相同,槽宽不同。槽宽例如以槽111、槽112、槽113的顺序变窄。
在具有像以上那样构成的电极的真空管中,流过固定触点11和可动触点21的中央部的电弧电流通过触点截面流动至线圈电极12(22)的各接合部,但对于从固定触点11(21)中央部来看的至各接合部为止的电阻值,由于槽111、112、113的槽宽不同,因此电阻比发生变化,由槽宽最宽的槽111包围的连接部15c(25c)中流过的电流最小。因而,与其相连的第1线圈部14c(24c)、臂部16c(26c)中流过的电流比其他要小,在该线圈部14c(24c)中产生的轴向磁场的强度也比其他线圈部要小。
但是,如图8所示,在电弧中,由于紧接在发生电弧之后,利用由断路器的固定侧连接导体36、真空管35、可动侧连接导体38形成为U字的电流路径,使电磁力沿箭头39的方向起作用,因此,对电弧向整个触点表面的扩散带来不良影响。因此,通过在电弧易扩散的一侧配置与由槽111包围的连接部15c相连接的线圈部14c,从而配置在电弧不易扩散的一侧的线圈部14a、14b中流过的电流增大,其结果是,在线圈14a、14b中产生的轴向磁场强度增强,能将电弧均匀地扩散到整个固定触点11(21)表面。此外,由于这些槽111、112、113以作为电阻而抑制流过固定触点11(21)的涡电流的方式起作用,因此,能降低减弱轴向磁场的影响。此外,由于槽111、112、113未贯通固定触点11(21),因此,在固定触点11的与可动触点21相对的表面形成不会产生在耐压性能上成为弱点的部分的结构。
另外,在实施方式1中,虽然示出了3分割的线圈电极且设置于固定触点11(21)的槽在3个部位均不同的情况,但根据断开电流值、与断路器的争夺,线圈的分割数也可适当变更为必要的数目,触点的槽的不同部位数也可适当变更。此外,不同的槽形状可以是槽深不同,而非槽宽不同,也可以是槽宽和槽深均不同,总之,只要能控制从固定触点11(21)到固定线圈电极12(22)的路径的电阻值即可。
在实施方式1中,在固定触点11及可动触点21的背面设置有控制流过线圈电极的各线圈部的电流并抑制流过触点11(21)的涡电流的槽111、112、113,因此,能使电弧均匀地扩散到触点11(21)的整个表面,断路性能提高。此外,由于槽111、112、113未贯通固定触点11(21),因此,在固定触点11的与可动触点21相对的表面不会产生在耐压性能上成为弱点的部分,同时实现耐压性能的提高。通过在触点背面设置槽,能实现同时满足这些断路性能的提高和耐压性能的提高的结构,因此,能提供廉价且具有通用性、即能简单应对所有条件的电极及利用该电极的真空管。
实施方式2
图4是表示实施方式2所涉及的真空管的固定触点的俯视图。真空管的结构与上述实施方式1相同,因此,省略说明,仅对固定触点(可动触点)进行说明。如图4所示,在固定触点11(可动触点21)的背面设置有槽111A、112、113,以包围与固定线圈电极12(可动线圈电极22)的接合部。该接合部是将固定线圈电极12(22)的连接部15(25)和固定触点11(21)进行接合的部位。此外,槽111A、112、113具有未贯通固定触点11(21)的形状。槽111A由隔开规定间隔而平行的2条槽构成。槽112、113是1条槽,槽111A、112、113的各1条的槽宽和槽深全部为相同形状。
在具有这种电极的真空管中,由槽111A包围的连接部15c的接合部的、从触点中央部来看的电阻值比由其他槽包围的接合部要高,在由槽111A包围的部分中,与固定触点11(21)相接合的固定线圈电极12(22)的连接部15c(25c)、与其相连的线圈部14c(24c)、臂部16c(26c)中流过的电流比其他要小,在该线圈部14c(24c)中产生的轴向磁场的强度也比其他线圈部要小。由于其他作用及效果与实施方式1相同,因此省略说明。
另外,在实施方式2中,虽然示出了3分割的线圈电极且触点的槽仅在一个部位不同的情况,但根据断开电流值、与断路器的竞争,线圈的分割数也可适当变更为必要的数目,触点的槽数也可适当变更。此外,关于槽形状,也可在每一场所进行变更。
在实施方式2中,由于在固定触点11(21)的背面设置有用于控制流过固定线圈电极12(22)的各线圈部14(24)的电流、且用于抑制流过触点11(21)的涡电流的槽111A、112、113,因此,能使电弧均匀地扩散到触点11(21)的整个表面,断路性能提高。此外,由于槽111A、112、113未贯通触点11(21),因此,在固定触点11的与可动触点21相对的表面不会产生在耐压性能上成为弱点的部分,同时实现耐压性能的提高。通过在触点背面设置槽,能实现同时满足这些断路性能的提高和耐压性能的提高的结构,因此,能提供廉价且具有通用性、即能简单应对所有条件的电极及利用该电极的真空管。
实施方式3
图5是表示实施方式3所涉及的真空管的固定触点的俯视图。真空管的结构与上述实施方式1相同,因此,省略说明,仅对固定触点(可动触点)进行说明。在固定触点11(21)的背面设置有圆弧状的槽112、113,以包围与固定线圈电极12(22)的接合部。此外,其他1处的接合部设置于从周边沿圆弧状的轮廓减薄固定触点11(21)的背面的薄壁部120。上述接合部是将固定线圈电极12(22)的连接部15(25)和固定触点11(21)进行接合的部位。与薄壁部120相接合的连接部15c(25c)比其他2个连接部15a、15b(25a、25b)要突出而形成,进行与固定触点11(21)的接合。槽112和113的深度可以与薄壁部120相同,也可以不同,但不贯通固定触点11(21)。在实施方式3中,设槽112、113的槽数为各1条,为相同形状。
在具有这样构成的电极的真空管中,通过调整薄壁部120的厚度,使得电阻值比其他接合部要大,从而在薄壁部120,与固定触点11(21)相接合的固定线圈电极12(22)的连接部15c(25c)、与其相连的线圈部14c(24c)、臂部16c(26c)中流过的电流比其他要小,在该线圈部14c(24c)中产生的轴向磁场的强度也比其他线圈部要小。其它作用和效果与实施方式1相同。
另外,在实施方式3中,示出了3分割的线圈电极,但线圈的分割数也可适当变更为必要的数目,触点11(21)的槽数也可适当变更,且薄壁部120的厚度也是任意的。此外,槽形状也与实施方式1同样地可进行适当改变,薄壁部120的轮廓也可适当变更。
在实施方式3中,由于在固定触点11和可动触点21的背面设置有用于控制流过固定线圈电极12(22)的各线圈部14(24)的电流的触点薄壁部120、以及用于抑制流过触点11(21)的涡电流的槽112、113,因此,能使电弧均匀地扩散到触点11(21)的整个表面,断路性能提高。此外,由于槽112、113未贯通触点11(21),因此,在固定触点11的与可动触点21相对的表面不会产生在耐压性能上成为弱点的部分,同时实现耐压性能的提高。通过在触点11(21)背面设置槽112、113及薄壁部120,能实现同时满足这些断路性能的提高和耐压性能的提高的结构,因此,能提供廉价且具有通用性、即能简单应对所有条件的电极及利用该电极的真空管。特别是,能利用触点薄壁部120的电流控制来使受控制的电流值范围扩大。
实施方式4
图6和图7是表示将固定(可动)触点(以下简称为触点)和由导电率比该触点要好的材料形成的板、例如无氧铜制板进行接合后的状态的图。真空管的结构与上述实施方式1相同,因此,省略说明,仅对将触点和无氧铜制板接合后的部位进行说明。在固定触点11(可动触点21)的背面侧接合有无氧铜制板130。无氧铜制板130的形状是切掉圆弧的一部分且具有从圆周沿径向切入的直线状的狭缝111B、112B、113B,以将与线圈电极12(22)的接合部彼此隔开。这样加工后的无氧铜制板130与固定触点11(21)的背面相接合。而且,如图6、图7所示,线圈电极的连接部15c(25c)与上述被切掉的部分(缺口部131)的固定触点11(21)的背面直接接合,其他连接部15a(25a)、15b(25b)经由无氧铜制板130与固定触点11(21)相接合。另外,设置于无氧铜制板130的狭缝111B、112B、113B的形状并不限于直线,作为狭缝的替代,也可以是槽。
在具有这样构成的电极的真空管中,由于电流积极地流动到导电性比固定触点11(21)要高的无氧铜制板130,在无氧铜制板130中具有缺口部131且将固定线圈电极12(22)的连接部15c(25c)直接与固定触点11(21)进行连接的接合部的电阻比其他接合部要大,因此,在无氧铜制板130的缺口部131中,与固定触点11(21)直接接合的固定线圈电极12(22)的连接部15c(25c)、与其相连的线圈部14c(24c)、臂部16c(26c)中流过的电流比其他要小,在该线圈部14c(24c)中产生的轴向磁场的强度也比其他线圈部要小。其它作用和效果与实施方式1相同。另外,无氧铜制板130的缺口部131的数量、形状以及槽或狭缝的数量、形状可适当进行变更。
在实施方式4中,由于在固定触点11(21)的背面设置有用于控制流过固定线圈电极12(22)的各线圈部14(24)的电流的无氧铜板130的缺口部131、以及用于抑制流过触点11(21)的涡电流的狭缝111B、112B、113B或槽,因此,能使电弧均匀地扩散到触点11(21)的整个表面,断路性能提高。此外,由于在触点11(21)的背面接合有无氧铜板130,因此,在固定触点11的与可动触点21相对的表面不会产生在耐压性能上成为弱点的部分,同时实现耐压性能的提高。通过与触点11(21)的背面相接合的无氧铜板130,能实现同时满足这些断路性能的提高和耐压性能的提高的结构,因此,能提供廉价且具有通用性的电极及利用该电极的真空管。特别是,使无氧铜板130为设置有缺口部131、狭缝111B、112B、113B的形状,板厚为4mm以下,从而能利用冲压加工来制作,能制作更廉价的电极。此外,无氧铜制板130是导电性比固定触点11(21)要高的材料的一个示例,当然,利用代替它的导电性较高的材料、例如导电性较高的铜合金等的导电性板,也可获得同样的效果。
标号说明
1   绝缘圆筒
2   固定侧端板            3   可动侧端板
4   固定电极棒            5   可动电极棒
6   波纹管                7   电弧屏蔽件
10  固定电极              20  可动电极
11  固定触点              21  可动触点
12  固定线圈电极          22  可动线圈电极
12a 固定线圈电极环状部    22a 可动线圈电极环状部
14  固定线圈电极线圈部    24  可动线圈电极线圈部
14a 固定线圈电极第1线圈部 24  可动线圈电极第1线圈部
14b 固定线圈电极第2线圈部 24b 可动线圈电极第2线圈部
14c 固定线圈电极第3线圈部 24c 可动线圈电极第3线圈部
15  固定线圈电极连接部       25  可动线圈电极连接部
15a 固定线圈电极第1连接部    25a 可动线圈电极第1连接部
15b 固定线圈电极第2连接部    25b 可动线圈电极第2连接部
15c 固定线圈电极第3连接部    25c 可动线圈电极第3连接部
16  固定线圈电极臂部         26  可动线圈电极臂部
16a 固定线圈电极第1臂部      26a 可动线圈电极第1臂部
16b 固定线圈电极第2臂部      26b 可动线圈电极第2臂部
16c 固定线圈电极第3臂部      26c 可动线圈电极第3臂部
17  固定支承构件             27  可动支承构件
31  车架                     32  面板
33  操作机构                 34  绝缘框架
35  真空管                   36  固定侧连接导体
37、38  可动侧连接导体       111、112、113  触点槽
120 触点薄壁部               130  无氧铜制板
131 无氧铜制板缺口部

Claims (6)

1.一种真空管,该真空管中,分别具有触点的固定电极和可动电极以所述两触点能接触、分离的方式配置在真空容器内,所述固定电极和可动电极具有分割配置有多个线圈部的线圈电极,该多个线圈部在所述两触点的背面侧分别在沿该触点的外周缘的圆周方向上分割配置,以在接触、分离方向上产生纵向磁场,其特征在于,在所述各线圈部前端设置有与所述触点相接合的突出部,以形成与所述各触点的接合部,通过对每一所述接合部改变所述触点的中央部与所述线圈电极间的电阻值,来控制流过的电流,从而控制在所述两电极间产生的轴向磁场分布。
2.如权利要求1所述的真空管,其特征在于,在所述触点与所述线圈电极的接合部附近的所述触点的背面以包围所述各接合部的方式设置有槽,通过该槽,对每一所述接合部控制在所述触点的中央部与所述线圈电极间流过的电流。
3.如权利要求2所述的真空管,其特征在于,所述槽中的至少一个槽的槽宽或槽深与其他槽不同。
4.如权利要求2所述的真空管,其特征在于,所述槽中的至少一个槽由大体平行的多条槽构成。
5.如权利要求1所述的真空管,其特征在于,在所述触点与所述线圈电极的至少一个接合部附近的所述触点侧形成薄壁部,并以包围其他各接合部的方式设置有槽,通过所述薄壁部和所述槽,对每一所述接合部控制在所述触点的中央部与所述线圈电极间流过的电流。
6.如权利要求1所述的真空管,其特征在于,在所述触点的所述线圈电极侧接合有由导电性比所述触点的材料要好的材料形成的导电性板,该导电性板形成为在一部分具有缺口部的形状,所述接合部中的至少一个通过位于所述缺口部而使得所述线圈电极与所述触点直接接合来形成,其他接合部以所述线圈电极经由所述导电性板与所述触点进行接合的方式来形成,通过所述缺口部,控制在所述触点与所述线圈电极间流过的电流,并且,在所述导电性板上设置有隔开所述各接合部的狭缝或槽。
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