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JP5878143B2 - 合成樹脂製管継手 - Google Patents

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Description

本発明は、ポンプ、バルブ、フィルタ等の流体機器や流体径路である合成樹脂製チューブの接続手段として用いられる合成樹脂製管継手に関する。
従来より、耐薬品性等が要求される配管経路においては、フッ素樹脂等の合成樹脂からなるチューブや管継手が採用されている。このような管継手として、チューブの先端部に装着される継手本体と、この継手本体の外周に形成された雄ねじ部に締め付けられる雌ねじ部を有するユニオンナットとを備え、ユニオンナットを継手本体の外周に締め付けることで、継手本体とチューブとのシール性能を確保する構造のものが多用されている。
例えば、特許文献1に記載されている樹脂継手においては、特許文献1の図1に示すように、合成樹脂製管継手の合成樹脂製のチューブ(管材)12の先端部に、内周部が流体通路とされ且つ径外側に隆起した膨出部15を有するインナーリング(嵌合部)13が圧入されている。インナーリング13の膨出部15が圧入されて拡径変形されたチューブ12は、継手本体1の受口4に挿入されている。合成樹脂製管継手は、外周側装着される合成樹脂製の継手本体1と、この継手本体1の外周側に装着され、且つ継手本体1の外周に形成された雄ねじ部11に螺合する雌ねじ部19を内部に形成した合成樹脂製のユニオンナット(押輪)3とを備えている。そして、合成樹脂製管継手は、ユニオンナット3を継手本体1に対して螺進させ、ユニオンナット3でインナーリング13が圧入されたチューブ12を軸芯方向に押し付けることにより、チューブ12の接続を行うものである。
上記構造において良好なシール性能を確保するためには、継手本体に対するユニオンナットの締め付け量が適正な値になるように管理する必要がある。この締め付け量の管理方法としては、トルクレンチを用いて締付けトルクを測定しながら締め付ける方法、締め付け回転数を計測しながら所定回転数だけ締め付ける方法、締め付け寸法を隙間ゲージなどで繰り返し測定しながら少しずつ締め付ける方法、あるいはユニオンナットが適正な締め付け量になるとその締め付け移動を規制するリング状の締付規制部材を別途設ける方法(例えば、特許文献2参照)などが知られている。
特開平10−54489号公報 特開平11−94178号公報
加えて、近年、半導体製造装置の小型化が進み、装置内部に装備される部品の集積度が上昇している。それゆえ、作業者は、狭い空間で手探りにより部品の交換などの保守を強いられる現状がある。従来の合成樹脂製管継手は、継手本体、スリーブおよびユニオンナットの組み合わせからなり、シール性を重視する視点において、継手本体の外周およびユニオンナットの内周に形成されるねじは、一条ねじを使用していた。一条ねじを備えたユニオンナットと継手本体とは、継手が奏するシール性能の安定をもたらすが、その反面、狭い作業スペースで何度もユニオンナットを回さなくてはならないという困難な状況を作業者に強いるものであった。
さらに、上記締め付け量の管理方法にあっては、それぞれ以下のような問題が生じる。すなわち、締め付けトルクの管理方法では、使用する工具毎にトルク誤差が生じるため、締め付け量にばらつきが生じ易いばかりでなく、締め付け回転数の管理方法では、締め付け回転数を計測する際に基準となるユニオンナットの回転位置が手締め等により決定されるため、締め付け量にばらつきが生じ易い。さらに、隙間寸法の管理方法では、ユニオンナットの回転角に対する軸方向に進む距離が微小であるため、どの時点で締め付け完了とするかは作業者によって個人差が生じ、締め付け量にばらつきが生じ易い。また、締め付け移動を規制する管理方法では、締付規制部材を別途設ける必要があるため、部品点数が増加し、余計に保守作業を困難なものにするという問題がある。このような現状と相俟って、上記締め付け量の管理手段は、半導体製造装置等の保守作業を一層困難なものとしていた。
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、部品点数を増加することなく、ユニオンナットの締め付け量を適正に管理することができる合成樹脂製管継手を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明の合成樹脂製管継手は、外周に雄ねじ部を有し、合成樹脂製のチューブの先端部に装着される合成樹脂製の継手本体と、前記継手本体の雄ねじ部に締め付けられる雌ねじ部が内周に形成された合成樹脂製のユニオンナットとを備えた合成樹脂製管継手であって、前記ユニオンナットの内周面の軸方向の先端を除く位置には径方向に突出する係合部が一体に形成され、前記継手本体の外周面には前記ユニオンナットが適正位置まで締め付けられた時点で前記係合部に係合される凸状の突起部が一体に形成されており、前記雄ねじ部及び雌ねじ部が、多条ねじからなることを特徴としている。
本発明によれば、ユニオンナットが適正位置まで締め付けられた時点で、係合部が突起部に係合されるため、作業者は、その係合によってユニオンナットの締め付け量が適正な値になったことを容易に確認することができる。これにより、ユニオンナットの締め付け管理を適切に行うことができる。また、突起部及び係合部は、継手本体の外周面及び前記ユニオンナットの内周面にそれぞれ一体に形成されているため、部品点数を増加させることなく、ユニオンナットの締め付け管理を適切に行うことができる。
また、前記合成樹脂製管継手は、前記雄ねじ部及び雌ねじ部が、多条ねじからなる。したがって、継手本体の雄ねじ部にユニオンナットの雌ねじ部を締め付ける際に、雌ねじ部が1回転した時に軸方向に進む距離(リード)が大きくなるため、ユニオンナットの締め付け時間を短縮することができる。それにより、合成樹脂製のチューブによる配管施工や保守作業を短時間に且つ正確に行うことができる。
また、前記合成樹脂製管継手は、前記継手本体の外周に、前記係合部が前記突起部に係合されると同時に前記ユニオンナットの端面が当接する当接面が設けられていることが好ましい。この場合、ユニオンナットが適正位置まで締め付けられた時点で、係合部が突起部に係合されると同時に、ユニオンナットの端面が継手本体の当接面に当接するため、作業者は、その係合及び当接によって、ユニオンナットの締め付け量が適正な値になったことをさらに容易に確認することができる。また、ユニオンナットの端面が継手本体の当接面に当接することで、その状態からユニオンナットがさらに締め付けられるのを規制することができるため、ユニオンナットの締め付け量が適正な値となったときに、その締め付けを確実に完了させることができる。
また、前記係合部は、前記突起部を乗り越えることで当該突起部に係合されることが好ましい。この場合、係合部が突起部を乗り越える前と乗り越えた後とで締め付けに要するトルクが変動するため、そのトルク変動によってユニオンナットの締め付け量が適正な値になったことをさらに容易に確認することができる。また、係合部が突起部を乗り越えることで、ユニオンナットが緩むのを防止することができる。
本発明の合成樹脂製管継手によれば、部品点数を増加させることなく、ユニオンナットの締め付け管理を適切に行うことができる。
本発明の第1の実施形態に係る合成樹脂製管継手を示す断面図である。 上記合成樹脂製管継手の要部を示す拡大断面図である。 上記合成樹脂製管継手を分解した状態を示す側面図である。 図1BのA部拡大断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る合成樹脂製管継手における要部拡大断面図である。
以下、本発明の合成樹脂製管継手の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1Aは、本発明の第1の実施形態に係る合成樹脂製管継手を示す断面図である。また、図1Bは、その合成樹脂製管継手の要部を示す拡大断面図である。図1Aにおいて、合成樹脂製管継手1は、合成樹脂(PFA等)製のチューブ10の先端部の外周側に装着される合成樹脂製の継手本体2と、この継手本体2の外周側に装着される合成樹脂製のユニオンナット3と、チューブ10の先端部の内周側に装着される合成樹脂製のインナーリング11とを備えている。
なお、本明細書においては、継手本体2の軸方向中央から軸方向両側に向かう方向を軸方向外方(軸方向外側)といい、継手本体2の軸方向両側から軸方向中央に向かう方向を軸方向内方(軸方向内側)という。
図1Bにおいて、インナーリング11は円筒状に形成されており、その内径は流体の移動を妨げないように、チューブ10の内径と略同一寸法に設定されている。インナーリング11の軸方向外側端部の外周には、径方向外側に突出する膨出部11aが形成されている。この膨出部11aは、チューブ10の先端部内に圧入され、その先端部を拡径するようになっている。膨出部11aの外周面は凸曲面とされており、その最大外径となる最大外径点Yよりも軸方向内側には、軸方向内方に向かって漸次縮径する傾斜面11a1が形成されている。
膨出部11aの凸曲面は、その軸方向外端である軸方向外端点Xと前記最大外径点Yとの間が円弧面11a2とされているのが好ましい。このような円弧面11a2を形成することで、以下の作用効果を奏する。
例えば、膨出部11aの凸曲面が、軸方向外端点Xから最大外径点Yに向かって漸次拡径する傾斜面とされている場合、合成樹脂製のチューブ10の内周面は、その高い剛性により、膨出部11aの軸方向外端点Xと最大外径点Yとに接触するが、これら接触部の間には接触しない場合がある。このような場合、インナーリング11をチューブ10内に圧入するときに、インナーリング11の僅かな傾きにより、前記2点での接触が途切れるおそれがある。これに対して、本実施形態のように膨出部11aの外周面に円弧面11a2を形成した場合、膨出部11aの軸方向外端点Xと最大外径点Yとの間で、チューブ10の内周面を隙間なく面接触させて密着させることができる。これにより、インナーリング11の圧入作業においてインナーリング11の僅かな傾きが生じたとしても、膨出部11aの外周面とチューブ10の内周面との接触部が途切れるのを防止することができる。したがって、膨出部11aの外周面とチューブ10の内周面との間のシール性能を高めることができるため、これらの間に流体が浸入するのを防止することができる。
インナーリング11の軸方向内側端部には、チューブ10の先端部から軸方向内方に突出する円筒状の突出部11bが形成されている。突出部11bの外径は、チューブ10の先端の外径と略同一寸法に設定されている。また、インナーリング11の軸方向内側端部には、突出部11bの径方向内方において軸方向内方に隆起する環状の隆起部11cが形成されている。隆起部11cの外周面は、その軸方向内側端から軸方向外側に向かって漸次拡径するテーパ面11c1とされている。
継手本体2は、PVC、PP、PE又はフッ素樹脂(PFA又はPTFE等)の合成樹脂材料によって、円筒状に形成されている。継手本体2の内径は、インナーリング11の内径と略同一寸法に設定されている。継手本体2の軸方向外端部には、インナーリング11が圧入されたチューブ10の先端部を、継手本体2に挿入するための受口部21が形成されている。受口部21の外周には、三条ねじ(多条ねじ)からなる雄ねじ部22が形成されている(図2も参照)。
継手本体2には、受口部21の軸方向内端部よりも径方向内方において、円筒状のシール筒部25が形成されている。このシール筒部25の外周面と、これに対向する受口部21の内周面との間には、インナーリング11の突出部11bが挿入される環状溝26が形成されている。前記突出部11bの内周面及び外周面のうちの少なくとも一方の周面が、当該周面に対向する環状溝26の内周面及び外周面のうちの少なくとも一方の周面に嵌合又は当接することで、流体をシールする内側径外シール部7が形成される。
シール筒部25の軸方向外端部の内周面には、軸方向内側から軸方向外端に向かって漸次拡径するテーパ面25aが形成されている。このテーパ面25aが、インナーリング11の隆起部11cのテーパ面11c1に当接して面接触することで、流体をシールする内側径内シール部8が形成される。
受口部21の軸方向外端部の内周面には、軸方向外端から軸方向内方に向かって漸次縮径する傾斜面21aが形成されている。この傾斜面21aは、インナーリング11の膨出部11aの傾斜面11a1と略平行であって、且つこの傾斜面11a1に密着されたチューブ10の外周面と離間した状態を維持するように形成されている。
このように、受口部21に傾斜面21aが形成されることで、チューブ10に圧入されたインナーリング11を、継手本体2の受口部21から軸方向内方へ移動させたときに、インナーリング11の傾斜面11a1を密着して覆うチューブ10の外周面が、継手本体2の傾斜面21aと接触するのを防止することができる。これにより、インナーリング11の軸方向内方への移動は、継手本体2の受口部21によって阻害されることはないため、内側径外シール部7における環状溝26と突出部11bとを適切な嵌合状態(当接状態)にすることができるとともに、内側径内シール部8におけるシール筒部25のテーパ面25aと隆起部11cのテーパ面11c1との当接状態を適切に維持することができる。したがって、受口部21に傾斜面21aが形成されることにより、内側径外シール部7及び内側径内シール部8のシール性能を適切に発揮させることができる。
なお、本実施形態では、受口部21の傾斜面21aは、チューブ10の外周面と離間した状態で維持されているが、チューブ10の外周面に密着させるようにしても良い。この場合、合成樹脂製管継手1は、上記離間した場合に比べて耐振性に優れたものとなる。
また、本実施形態では、インナーリング11の膨出部11aの傾斜面11a1に密着されたチューブ10の外周面に対向する位置に、受口部21の軸方向外端部(傾斜面21a)が存在しているが、この軸方向外端部が存在しない構成であっても良い。
ユニオンナット3は、継手本体2と同様に、PVC、PP、PE又はフッ素樹脂(PFA又はPTFE等)の合成樹脂材料によって、円筒状に形成されている。ユニオンナット3の内径はチューブ10の外径よりもわずかに大きく形成されており、チューブ10の先端部に継手本体2を装着する際に、ユニオンナット3にチューブ10の先端部が挿入されるようになっている。
図2は、その合成樹脂製管継手を分解した状態を示す側面図である。
図2において、ユニオンナット3は、軸方向外端部において径方向内方に突出して形成された押圧部31と、軸方向中央部の内周に形成された三条ねじ(多条ねじ)からなる雌ねじ部32と、軸方向内端部に形成された突出部33とを有している。
押圧部31の内周面には、チューブ10が挿入される挿入口31aと、この挿入口31aの軸方向内側端から軸方向内方に向かうに従って漸次拡径するテーパ面からなる押圧面31bとが形成されている。
雌ねじ部32は、継手本体2の雄ねじ部22に締め付け可能である。したがって、チューブ10に圧入されたインナーリング11の突出部11bを、継手本体2の受口部21に挿入した状態で、ユニオンナット3を継手本体2の軸方向内方に螺進させることで、チューブ10を継手本体2に接続することができる。
その際、ユニオンナット3の押圧部31が、インナーリング11の円弧面11a2を覆うチューブ10の外周面を押圧するようになっている。したがって、ユニオンナット3の雌ねじ部32を継手本体2の雄ねじ部22に締め付け、ユニオンナット3を軸方向内方へ螺進させると、前記内側径外シール部7及び内側径内シール部8が形成されるとともに、ユニオンナット3の押圧部31の押圧面31bがインナーリング11の円弧面11a2を覆うチューブ10の外周面に面接触することで、流体をシールする外側シール部9が形成される。
これにより、インナーリング11の円弧面11a2と、これに対向するチューブ10の内周面との密着性を向上させることができる。また、ユニオンナット3の押圧面31bがチューブ10の外周面に面接触するため、ユニオンナット3の螺進によりチューブ10及びインナーリング11を継手本体2の軸方向内方に押し込むときに、インナーリング11に局所的な力が集中するのを防止することができる。これにより、インナーリング11がチューブ10の径方向内方に倒れこむことが無いので、インナーリング11の倒れ込みに起因して流体の移動を妨げたり、液溜まりが発生するのを防止することができ、優れた液置換性を奏する。
さらに、インナーリング11の円弧面11a2を覆うチューブ10の外周面がユニオンナット3の押圧面31bに圧接されることで、チューブ10の抜け出しを防止することができる。
また、押圧面31bは、円弧面11a2を覆うチューブ10の外周面に面接触するため、上記特許文献1の図1に示すユニオンナットの角部(押圧エッジ3C)がチューブに接触する構成に比べて、ユニオンナット3によるチューブ10の押圧部に発生する応力集中を緩和することができる。これにより、クリープ現象の発現を遅らせることが可能となり、長期間にわたる優れたシール性能を維持することが可能となる。なお、押圧面31bは、テーパ面とされているが、円弧面11a2を覆うチューブ10の外周面に面接触する凹状の円弧面として構成してもよい。
なお、チューブ10の先端部に対する継手本体2の装着構造は、上述のようにインナーリング11を用いたインナーリングタイプ以外に、フレアタイプやフェルールタイプなど他の装着構造としてもよい。すなわち、外周に雄ねじ部が形成された継手本体内部にチューブが挿入された状態で、内周に雌ねじ部が形成されたユニオンナットが継手本体の雄ねじ部に螺着され、ユニオンナットの螺進によりチューブを継手本体に圧接固定してシール部を形成する構造を備えた継手に共通して採用することができる。また、前記装着構造は、ユニオンナットの螺進によりチューブが外嵌されてフェルールを縮径させチューブを縮径変形させることで抜け止めを行う継手など、広くはユニオンナットの螺進により継手としての機能を創出する合成樹脂製管継手におけるユニオンナットの緩み止めとして好適に用いることができる。
図3は、図1BのA部拡大断面図である。図1B及び図3に示すように、継手本体2の外周面23と、ユニオンナット3の突出部33の内周面33aとが互いに対向する箇所において、継手本体2の外周面23には径方向に突出する突起部5が形成され、ユニオンナット3の内周面33aには突起部5に係合される係合部6が形成されている。
突起部5は、継手本体2の外周面23の雄ねじ部22よりも軸方向内方において、ユニオンナット3の内周面33a側に向けて径方向外側に突出するように凸状に一体形成されている。また、突起部5は、図2に示すように、継手本体2の外周面23の全周に亘って連続して形成されている。
図3において、係合部6は、ユニオンナット3の内周面33aにおいて、継手本体2の外周面23に向けて径方向内側に突出するように凸状に一体形成されている。また、係合部6は、図2に示すように、ユニオンナット3の内周面33aの周方向に不連続に形成されるように、所定間隔をあけて複数(本実施形態では6つ)形成されている。さらに、係合部6は、雄ねじ部22に雌ねじ部32を締め付けたときに、ユニオンナット3が適正位置まで締め付けられた時点で、図3に示すように、継手本体2の突起部5に係合されるようになっている。具体的には、係合部6は、突起部5をその軸方向外側から軸方向内側に向かって乗り越えることで、係合部6の軸方向外側の端面6aが、突起部5の軸方向内側の端面5aに当接して係合される。
継手本体2の外周には、突起部5よりも軸方向内側において外周面23から径方向外側に延びる当接面24が全周に亘って一体形成されている。この当接面24には、係合部6が突起部5に係合されると同時に、ユニオンナット3の軸方向内側の端面33bが当接するようになっている。
上記のように構成された本実施形態の合成樹脂製管継手1によれば、継手本体2の雄ねじ部22にユニオンナット3の雌ねじ部32を締め付けると、その締め付け量が適正な値に近づくにつれて締め付け抵抗が徐々に増加する。そして、その締め付け抵抗に抗してユニオンナット3をさらに締め付けると、ユニオンナット3の内周面33aに形成された係合部6が継手本体2の外周面23に形成された突起部5を乗り越えて係合される。この突起部5を乗り越える際に、ユニオンナット3の締め付けに要するトルクが急増し、突起部5を乗り越えた時点でユニオンナット3の締め付けに要するトルクが急減するので、作業者は、係合部6が突起部5に係合されてユニオンナット3の締め付け量が適正な値になったことを容易に確認することができる。これにより、ユニオンナット3の締め付け管理を適切に行うことができる。また、突起部5及び係合部6は、継手本体2の外周面23及びユニオンナット3の内周面33aにそれぞれ一体に形成されているため、狭い場所においても合成樹脂製管継手1の施工を容易に行うことができ、また部品点数を増加させることなく、ユニオンナット3の締め付け管理を容易且つ適切に行うことができる。さらに、係合部6は、突起部5を乗り越えることで突起部5に係合されるため、ユニオンナット3が緩むのを防止することができる。これにより、合成樹脂製管継手1は、安定したシール性能を発揮することができる。
また、継手本体2の雄ねじ部22及びユニオンナット3の雌ねじ部32は、多条ねじ(三条ねじ)からなるため、雄ねじ部22に雌ねじ部32を締め付ける際に、雌ねじ部32が1回転した時に軸方向に進む距離(リード)が大きくなる。これにより、ユニオンナット3の締め付け時間を短縮することができるため、合成樹脂製のチューブ10による配管施工や保守作業を短時間に且つ正確に行うことができる。
また、ユニオンナット3が適正位置まで締め付けられた時点で、係合部6が突起部5に係合されると同時に、ユニオンナット3の端面33bが継手本体2の当接面24に当接するため、作業者は、その係合及び当接によって、ユニオンナット3の締め付け量が適正な値になったことをさらに容易に確認することができる。また、ユニオンナット3の端面33bが継手本体2の当接面24に当接することで、その状態からユニオンナット3がさらに締め付けられるのを規制することができるため、ユニオンナット3の締め付け量が適正な値となったときに、その締め付けを確実に完了させることができる。
図4は、本発明の第2の実施形態に係る合成樹脂製管継手における要部拡大断面図である。本実施形態の合成樹脂製管継手1は、係合部6の構成が異なる点で第1の実施形態と相違する。具体的には、本実施形態の係合部6は、ユニオンナット3の内周面33aにおいて、径方向外側に窪むように凹状に一体形成されている。また、係合部6は、ユニオンナット3の内周面33aの全周に亘って連続して形成されている。これにより、雄ねじ部22に雌ねじ部32を締め付けたときに、その締め付け量が適正な値になると、図4に示すように、ユニオンナット3の係合部6が継手本体2の突起部5に嵌合して係合される。なお、本実施形態のその他の構成については、上記実施形態と同様であるためその説明を省略する。
以上、本実施形態の合成樹脂製管継手1においても、ユニオンナット3が適正位置まで締め付けられた時点で、ユニオンナット3の内周面33aに形成された係合部6が継手本体2の外周面23に形成された突起部5を乗り越えて係合されることで、作業者は、ユニオンナット3の締め付け量が適正な値になったことを容易に確認することができ、ユニオンナット3の締め付け管理を適切に行うことができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記第1の実施形態では、突起部5を周方向に連続して形成し、係合部6を周方向に不連続に形成しているが、係合部6を連続して形成してもよい。また、突起部5を不連続に形成し、係合部6を連続して形成してもよい。
さらに、上記第1の実施形態では、継手本体2の突出部分を突起部5とし、ユニオンナット3側の突出部分を係合部6としているが、継手本体2の突出部分を係合部6とし、ユニオンナット3側の突出部分を突起部5としてもよい。
また、上記第2の実施形態では、凸状の突起部5を継手本体2側に形成し、凹状の係合部6をユニオンナット3側に形成しているが、凸状の突起部5をユニオンナット3側に形成し、凹状の係合部6を継手本体2側に形成してもよい。
また、上記第2の実施形態では、突起部5及び係合部6をいずれも周方向に連続して形成しているが、突起部5を不連続に形成し、係合部6を連続して形成してもよい。
また、上記第1及び第2の実施形態では、継手本体2の雄ねじ部22及びユニオンナット3の雌ねじ部32は、三条ねじからなるが、一条ねじからなるものでもよい。但し、締め付け管理を効率的に行うという観点では、二条ねじ以上の多条ねじからなるものが好ましい。
1 合成樹脂製管継手
2 継手本体
3 ユニオンナット
5 突起部
6 係合部
10 チューブ
22 雄ねじ部
23 外周面
24 当接面
32 雌ねじ部
33a 内周面

Claims (3)

  1. 外周に雄ねじ部を有し、合成樹脂製のチューブの先端部に装着される合成樹脂製の継手本体と、
    前記継手本体の雄ねじ部に締め付けられる雌ねじ部が内周に形成された合成樹脂製のユニオンナットとを備えた合成樹脂製管継手であって、
    記ユニオンナットの内周面の軸方向の先端を除く位置には径方向に突出する係合部が一体に形成され、前記継手本体の外周面には前記ユニオンナットが適正位置まで締め付けられた時点で前記係合部に係合される凸状の突起部が一体に形成されており、前記雄ねじ部及び雌ねじ部が、多条ねじからなることを特徴とする合成樹脂製管継手。
  2. 前記継手本体の外周に、前記係合部が前記突起部に係合されると同時に前記ユニオンナットの端面が当接する当接面が設けられている請求項1に記載の合成樹脂製管継手。
  3. 前記係合部は、前記突起部を乗り越えることで当該突起部に係合される請求項1又は2に記載の合成樹脂製管継手。
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