JP5635767B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、スクロール圧縮機に関する。
従来技術のスクロール圧縮機10が、図5に示されており、このスクロール圧縮機は、ハウジング12と、同心シャフト部分16及び偏心シャフト部分18を含む駆動シャフト14とを有している。駆動シャフト14は、その同心シャフト部分16において、ハウジング12に固定された軸受20によって支持され、且つ、モータ22によって駆動される。偏心シャフト部分18上の第2の軸受24が、軌道スクロール26を支持し、使用中、駆動シャフト14の回転により、固定スクロール28に対する相対軌道運動を、軌道スクロール26に付与し、ガス状流体をスクロール圧縮機10の入口31と出口33の間の流体流路30に沿ってポンプ送りする。
軌道スクロール26及び固定スクロール28の各々は、ほぼ円形のベースプレート27,29に対して垂直方向に延びるスクロール壁32,34を有している。軌道スクロール壁32は、軌道スクロール26の軌道運動中、固定スクロール壁34と協働する。スクロールポンプは、ドライポンプであり、従って、軌道スクロール26と固定スクロール28の間の隙間は、それを通る流体の漏れを最小にするために、製造中又は調整中、正確に設定されなければならない。用語「ドライポンプ」は、本願発明の技術分野においてよく知られており、一般には、ポンプ送りチャンバ内の真空に直接さらされる任意のシール又は潤滑流体を収容していないポンプを意味するものと理解されている。
詳細には、一方のスクロールのスクロール壁の軸線方向端部と他方のスクロールのベースプレートとの間の隙間は、先端シールによってシールされるが、先端シールがシールを効果的に行い且つ過度の摩耗を回避することを可能にするために、軌道スクロール26と固定スクロール28との間の軸線方向の隙間設定を正確に制御又は管理しなければならない。
スクロール圧縮機10の構成部品は、許容誤差の範囲内で製造されるので、スクロール圧縮機10の組立ての際、スクロール圧縮機10の軌道スクロール26と固定スクロール28の間の隙間設定を調整して、軸線方向の正確な隙間設定を行うことが必要である。この手順は、一般に、「シム調整」と呼ばれている。
図5では、軌道スクロール26は、駆動シャフト14の段付き部分と軸受24との間に位置決めされたスペーサ38を用いて、固定スクロール28から間隔をあけて配置されている。スペーサ38は、ほぼ円形であり、駆動シャフト14の偏心シャフト部分18の周囲にわたって延びている。スペーサ38の軸線方向厚さは、軸線方向における軌道スクロール26の正確な位置決めを生じさせるように選択されている。スペーサ38が図示のように配置されると、軌道スクロール26の位置は、図5において左側にずらされる。
図5の構成には、多くの問題がある。第1に、シム調整が必要であるかどうかを決定するために、通常、部分的に又は完全に組立てられたスクロール圧縮機10を点検することが必要である。軌道スクロール26と固定スクロール28の間の隙間設定の調整が必要な場合、最初、固定スクロール28を取外し、次いで、軌道スクロール26を取外すことが必要である。引き続いて、軸受24を取外さなければならず、最後に、選択されたスペーサ38を、図5に示すように配置することができる。この手順に続いて、部品を再び組立てて、スクロール圧縮機10を試験しなければならない。シム調整が正確でない場合、上記手順を繰返さなければならない。このプロセス又は手順は、過度に時間がかかることを理解すべきである。また、スクロール圧縮機10の軸受24及び軌道スクロール26等の部品を取外して元に戻す手順はそれ自体、軌道スクロール26及び固定スクロール28の軸線方向の隙間設定に僅かな位置ずれを生じさせる場合がある。
第2に、スペーサ38を駆動シャフト14と軸受24の間に挿入したときにスクロール圧縮機10内に位置ずれを生じさせないようにする場合、スペーサ38自体を正確に製造しなければならない。すなわち、スペーサ38の端面が互いに平行でない場合、スペーサ38を適所に配置すると、それにより、軌道スクロール26の角度方向変位が生じる。かかる角度方向変位は、スワッシュ(swash)と呼ばれている。スワッシュにより、軌道スクロール壁32と固定スクロール壁34の間に角度が生じ、その結果、流体が軌道スクロール壁32と固定スクロール壁34の間から漏れることが可能になるので、効率が低下する。また、スワッシュにより、先端シールとそれに対向するスクロールとの間の不規則な隙間設定が生じる。スワッシュに起因する問題は、スペーサ38が半径方向においてスクロール圧縮機10の中心軸線Cに比較的近接して配置されることにより、一段と悪化する。従って、スペーサ38の端面が互いに平行ではない場合、それにより、軌道スクロール26の比較的大きな角度方向の位置ずれが生じる。
本発明は、従来技術と関連した問題のうちの1つ又は2つ以上を少なくとも軽減することを目的としている。
本発明は、スクロール圧縮機であって、ハウジングと、軌道スクロールと、固定スクロールと、駆動シャフトと、を有し、駆動シャフトは、偏心シャフト部分を有し、偏心シャフト部分の回転により、固定スクロールに対する相対軌道運動を、軌道スクロールに付与し、更に、軌道スクロールに対する固定スクロールの軸線方向の隙間設定のために、固定スクロールとハウジングの間に設けられた少なくとも1つの軸線方向スペーサを有する、スクロール圧縮機を提供する。
本発明はまた、スクロール圧縮機の組立て方法であって、軌道スクロールを、スクロール圧縮機のハウジング内の駆動シャフトの偏心シャフト部分に支持する工程と、少なくとも1つの選択された軸線方向スペーサを、ハウジング又は固定スクロールの適所に配置する工程と、固定スクロールをハウジングに固定して、固定スクロールと軌道スクロールの間の軸線方向の隙間設定及び/又は角度方向の位置合わせを、少なくとも1つの軸線方向スペーサの軸線方向厚さによって決定する工程と、を上記順番に行う、組立て方法を提供する。
本発明はまた、スクロール圧縮機の固定スクロールと軌道スクロールとの間の軸線方向の隙間設定及び/又は角度方向の位置合わせを調整する方法であって、固定スクロールをスクロール圧縮機のハウジングから取外す工程と、ハウジングと固定スクロールとの間の1つ又は2つ以上の軸線方向スペーサを、異なる軸線方向厚さの1つ又は2つ以上の軸線方向スペーサと置き換える工程と、固定スクロールをハウジングに固定する工程と、を有する方法を提供する。
本発明はまた、スクロール圧縮機の組立てキットであって、ハウジングと、軌道スクロールと、固定スクロールと、駆動シャフトと、を有し、駆動シャフトは、偏心シャフト部分を有し、偏心シャフト部分の回転により、固定スクロールに対する相対軌道運動を、軌道スクロールに付与し、更に、複数の軸線方向スペーサを有し、複数の軸線方向スペーサは、固定スクロールと軌道スクロールの間の軸線方向の隙間設定及び/又は角度方向の位置合わせを行うために、互いに異なる軸線方向厚さを有し、選択された1つ又は2つ以上の軸線方向スペーサは、固定スクロールと軌道スクロールの間の正確な隙間設定及び/又は角度方向の位置合わせのために、固定スクロールとハウジングとの間に配置される、組立てキットを提供する。
本発明の他の好ましい側面及び/又は選択的な側面は、特許請求の範囲に定められている。
本発明を良く理解するために、例示としてのみ与えられる本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
スクロール圧縮機の断面図である。 スクロール圧縮機のハウジング内に配置される前のスペーサの斜視図である。 適所にあるスペーサの斜視図である。 適所にあるスペーサの断面図である。 従来技術のスクロール圧縮機の断面図である。
スクロール圧縮機40が、図1に示されている。図5を参照して上述したスクロール圧縮機10の構成と等しいスクロール圧縮機40の構成には、同一の参照符号を付し、これらの構成を再度詳細に説明しない。
スクロール圧縮機40は、ハウジング12と、軌道スクロール26と、固定スクロール41とを有している。駆動シャフト14は、偏心シャフト部分18を有し、偏心シャフト部分18の回転により、固定スクロール41に対する相対軌道運動を、軌道スクロール26に付与する。軌道スクロール26に対する固定スクロール41の隙間設定のための少なくとも1つの軸線方向スペーサ42が、固定スクロール41とハウジング12の間に配置されている。スクロール圧縮機40を組立てて試験したとき、シム調整を行うことが望ましいならば、固定スクロール41を取外し、選択したスペーサ42を図示のように位置決めする。シム調整を行うのに、軌道スクロール26及び軸受24を取外す必要はなく、その手順は、図5に示したスクロール圧縮機10と関連して前に説明した手順よりも時間がかからない。
軌道スクロール26に対する固定スクロール41の隙間設定のために、単一の軸線方向スペーサ42しか必要としない。単一の軸線方向スペーサ42だけが設けられる場合、軸線方向スペーサ42は、環状であることが好ましい。好ましい構成例では、複数の軸線方向スペーサ42が、固定スクロール41の周囲に沿って、隣接した軸線方向スペーサからほぼ等しい角度のところに配置される。図1の構成例では、4つの軸線方向スペーサ42が、固定スクロール41の周りに、隣接した軸線方向スペーサ42から互いに約90°の角度のところに設けられている。図1では、2つの軸線方向スペーサ42だけが見える。
固定スクロール41は、軌道スクロール26と協働する半径方向内側部分と、ハウジング12に固定された半径方向外側部分とを有している。半径方向内側部分は、概略的には、円形ベースプレート44及びこれから垂直に延びる固定スクロール壁34とからなる。固定スクロール41の半径方向外側部分は、ハウジング12に固定可能に半径方向外方に延びる環状のフランジ46を有している。フランジ46は、4つの貫通孔50を有し、ハウジングは、4つの貫通孔50に対応する4つの閉じた孔52を有し、閉じた孔52はそれぞれ、フランジ46をハウジング12に締結する締結部材48を受入れる。
図1に加えて特に図2〜図4に示すように、各軸線方向スペーサ42は、第1の貫通孔54を有し、第1の貫通孔54は、軸線方向スペーサ42を固定スクロール41とハウジング12との間の適所に固定する締結部材48を受入れるために、フランジ46の貫通孔50及びハウジング12の閉じた孔52と位置合せされるように構成されている。軸線方向スペーサ42は、第2の貫通孔55を有し、第2の貫通孔55は、フランジ46をハウジングに固定する前に、軸線方向スペーサ42を適所に保持する保持部材56を受入れる。図2及び図3に示すように、軸線方向スペーサ42は、軸線方向スペーサ42の円周方向の横移動を阻止するために、ハウジング12の凹部57内に配置されている。保持部材56は、貫通孔55に挿入され、ハウジングの第2の閉じた孔59内に係合する。保持部材56は、閉じた孔59内でハウジング12に係合する多数の弾性的な引掛りを有するのがよい。保持部材56及び凹部57の構成は、固定スクロール41をハウジング12に固定する前に、軸線方向スペーサ42を適所に保持するのに使用される。
図面に示していないが、固定スクロール41のフランジ46は、固定スクロール41をハウジング12に固定したときに保持部材56のヘッドを収容する複数の凹部を有している。従って、フランジ46を軸線方向スペーサ42に面一に着座させることができ、かくして、固定スクロール41の軸線方向の隙間設定を軸線方向スペーサ42だけで制御できる。
1つの環状スペーサだけが設けられることは、現時点において好ましいわけではないが、その場合、環状スペーサは、固定スクロール41の半径方向外側部分に配置される。従って、スペーサの軸線方向端面が互いに正確に平行ではない場合、軌道スクロール26に対する固定スクロール41の角度方向の位置合わせに及ぼす影響は、特に従来技術の構成と比較した場合、比較的僅かである。
図1〜図4に示す好ましい実施形態では、軌道スクロール26からの固定スクロール41の軸線方向の隙間設定は、適当な等しい軸線方向厚さを有する4つの軸線方向スペーサ42を選択することによって制御される。例えば、固定スクロール41を軌道スクロール26から25μmの軸線方向距離だけ遠ざけることが望ましい場合、25μmの4つの軸線方向スペーサ42を固定スクロール41とハウジング12の間に固定する。軸線方向スペーサ42のどれかが製造誤差に起因して正確に25μmではない場合、このことが固定スクロール41の角度方向の位置合わせに及ぼす影響は比較的小さく、その理由は、軸線方向スペーサ42の各々が、固定スクロール41の半径方向外側部分に配置され、従って、中心軸線Cからの距離が比較的大きいからである。
さらに、図1〜図4に示す構成例では、互いに異なる厚さを有する選択された軸線方向スペーサ42を固定スクロール41とハウジング12の間に固定し、それにより、固定スクロール41とハウジング12との間に角度を生じさせることによって、固定スクロール41の角度方向の位置合わせ又は「傾き」を積極的に制御することが可能である。例えば、厚い厚さの軸線方向スペーサ42を第1の凹部57に位置決めし、薄い厚さの字苦戦方向スペーサ42を直径方向反対側の凹部57に位置決めすることによって、角度方向の位置合わせを達成することができる。
本明細書において使用する「隙間設定」及び「軸線方向の隙間設定」という用語は、固定スクロール41全体の軸線方向の隙間設定(即ち、固定スクロール41を図1に示す左右方向にずらすこと)と、角度方向の位置合わせを補正するための、固定スクロール41の部分の軸線方向の隙間設定の両方を意味している。スクロール圧縮機40を正確にシム調整する際、適当な軸線方向スペーサ42の選択が、軸線方向の隙間設定の両方の形態を制御することを必要とすることを認識すべきである。
軸線方向スペーサ42が固定スクロール41の半径方向外側部分に配置されるので、軸線方向スペーサ42の厚さの変化は、固定スクロール41の角度方向の位置合わせの比較的小さい変化しか生じさせない。角度方向の変位は、軸線方向スペーサ42の呼び厚さをを中心軸線Cからの軸線方向スペーサ42までの距離で割り算した値のtan-1とほぼ等しい。従って、従来技術と比較して、厚さの許容誤差が大きく、比較的厚く、取扱い及び使用が容易である軸線方向スペーサ42を用いても、固定スクロール41の正確なシム調整を達成することが可能である。軌道スクロール26から固定スクロール41までの隙間設定をより正確に合わせることができるので、稼動中の隙間を減少させることにより全体的な効率を向上させたスクロール圧縮機を設計することが可能である。
図1の構成例では、各軸線方向スペーサ42は、円周に沿った又は真っ直ぐな別々の接線方向部分で構成されている。各軸線方向スペーサ42は、固定スクロール41の全周よりもかなり短いので、固定スクロール41と軸線方向スペーサ42の間の十分な接触面積を維持しながら、固定スクロール41を調整して角度方向の位置合わせを達成することが可能である。これについて、好ましくは、各軸線方向スペーサ42は、固定スクロール41の周囲において、約20°よりも小さい角度方向の広がりを有する。このように、第1に、角度方向の位置合わせの後に固定スクロール41とハウジング12との間に実際に生じる角度が比較的小さく、第2に、構成部品の可撓性の量が小さければ、軸線方向スペーサ42と固定スクロール12との間の接触面積を適度に維持することができる。
図5に示す従来技術のスクロール圧縮機では、固定スクロール28をハウジングに1つの位置で固定することしかできない。従って、固定スクロール28とハウジング41との間のインタフェースは、固定スクロール28をハウジング12に固定するときにハウジングの軸線方向端面に押付けられるOリング39でシールされる。図1のスクロール圧縮機40では、固定スクロール41は、ハウジング12に対する軸線方向における複数の異なる相対位置のどの位置でも、ハウジング12と間隔をおいている。従って、表面と表面の間をシールするために、固定スクロール41は、半径方向に開口する凹部を有し、この凹部は、ハウジングの内向き面に押付けられるOリング58を受入れる。このように、Oリング58は、固定スクロール41とハウジング12との間のインタフェースを、複数の相対位置においてシールすることができる。
図1では、固定スクロール41及び軌道スクロール26は各々、例えば鋳造によって、一体構造として形成されている。しかしながら、固定スクロール41及び軌道スクロール26の各々は、2つ以上の部品で形成されてもよい。例えば、固定スクロールの半径方向内側部分が、1つの一部品で形成され、固定スクロールの半径方向外側部分が、別の部品で形成されてもよい。
スクロール圧縮機は、キットの形態で供給されてもよく、キットは、組立てのための又は異なる軸線方向距離に起因するハウジング12から固定スクロール41までの隙間設定の調整のための、異なる厚さの複数のスペーサ42を有している。軌道スクロール26から固定スクロール41までの正しい隙間設定ために、適当な厚さのスペーサを選択し、固定スクロール41とハウジング12の間に配置する。典型的な寸法のスクロールの場合、キットは、約25μm〜100μmの間の任意の増分で1mm〜10mmの範囲のスペーサを備えている。特定の例では、25μmの増分で5.725mm〜6.025mmの厚さ範囲のスペーサが設けられる。有利には、キットは、2種類のスペーサの組合せを備えている。第1の種類のスペーサは、比較的薄く、細かい増分を生じさせるためのものである。第2の種類のスペーサは、比較的厚く、比較的粗い増分を生じさせるためのものである。第2の種類のスペーサは、例えば、100μmの増分で約1mm〜2mmまでの範囲のものである。第1の種類のスペーサは、25μm、50μm及び75μmのスペーサからなる。従って、第1の種類のスペーサと第2の種類のスペーサは、全体として少数のスペーサしか必要としないけれども、25μmの増分で1mm〜2mmの範囲の任意の選択された隙間設定を達成するような組合せで使用できる。
第1の種類のスペーサと第2の種類のスペーサの組合せが用いられる場合、第1の種類のスペーサが薄く且つ脆弱なので、第2の種類のスペーサが第1の種類のスペーサの上に取付けられそれを保護し、それにより、組立て中の損傷を防止する。取扱い中におけるスペーサの損傷の恐れを最小にし、且つ、オペレータが切り傷を負う恐れを減少させるために、25μm未満の厚さのスペーサを提供することは望ましくない。
次に、スクロール圧縮機40の組立て方法を説明する。この方法では、以下の工程を順番に実施する。軌道スクロール26を、駆動シャフト14の偏心シャフト部分18に軸受24によって支持する。軸線方向スペーサ42を、ハウジング12の凹部57内の適所に配置し、保持部材56で保持する。固定スクロール41を締結部材48でハウジング12に固定して、固定スクロール41と軌道スクロール26との間の軸線方向の隙間設定を、軸線方向スペーサ42の軸線方向厚さによって決定する。
固定スクロール41と軌道スクロール26との間の軸線方向の隙間設定及び/又は角度方向の位置合わせを行うために、固定スクロール41をハウジング12から取外し、ハウジング12と固定スクロール41との間の1つ又は2つ以上の軸線方向スペーサ42を、異なる軸線方向厚さの別の軸線方向スペーサ42に置き換え、固定スクロール41をハウジング12に固定する。
スクロール圧縮機は、典型的には、流体をポンプ送りするために作動されるが、それに代えて、加圧流体を用いて、固定スクロールに対する相対軌道運動を、軌道スクロールに与える場合、スクロール圧縮機を、電気エネルギーを発生させる発電機として作動させることができる。本発明は、ポンプ送り及びエネルギー発生のためのスクロール圧縮機の使用を含むものである。
12 ハウジング
14 駆動シャフト
18 偏心シャフト部分
26 軌道スクロール
32 軌道スクロール壁
34 固定スクロール壁(半径方向内側部分)
40 スクロール圧縮機
41 固定スクロール
42 軸線方向スペーサ
44 円形ベースプレート(半径方向内側部分)
46 環状のフランジ(半径方向外側部分)
48 締結部材
54 第1の貫通孔(締結部材を受入れる貫通孔)
55 第2の貫通孔(保持部材を受入れる貫通孔)
56 保持部材
57 凹部(配置する手段)
58 Oリング(シール部材)

Claims (10)

  1. スクロール圧縮機であって、
    ハウジングと、軌道スクロールと、固定スクロールと、駆動シャフトと、を有し、
    前記駆動シャフトは、偏心シャフト部分を有し、前記偏心シャフト部分の回転により、前記固定スクロールに対する相対軌道運動を、前記軌道スクロールに付与し、
    前記スクロール圧縮機は、前記固定スクロールの周囲に沿って、互いに隣接した軸線方向スペーサの角度方向の間隔がほぼ等しくなるように配置され、前記軌道スクロールに対する前記固定スクロールの軸線方向の隙間設定のために、前記固定スクロールと前記ハウジングとの間に設けられた少なくとも1つの軸線方向スペーサを有する、スクロール圧縮機。
  2. 前記少なくとも1つの軸線方向スペーサは、前記軌道スクロールに対する前記固定スクロールの軸線方向の隙間設定及び/又は前記軌道スクロールに対する前記固定スクロールの角度方向の位置合わせを行うように構成される、請求項1に記載のスクロール圧縮機。
  3. 前記固定スクロールは、前記軌道スクロールの軌道スクロール壁と協働する固定スクロール壁を含む半径方向内側部分と、前記ハウジングに固定される半径方向外側部分とを有し、前記少なくとも1つの軸線方向スペーサは、前記固定スクロールの半径方向外側部分と前記ハウジングとの間に配置される、請求項1又は2に記載のスクロール圧縮機。
  4. 前記ハウジング及び/又は前記固定スクロールは、前記少なくとも1つの軸線方向スペーサを前記固定スクロールと前記ハウジングの間の適所に配置する手段を有する、請求項1〜の何れか1項に記載のスクロール圧縮機。
  5. 前記少なくとも1つの軸線方向スペーサは、前記固定スクロールを前記ハウジングに締結する締結部材を受入れる貫通孔を有する、請求項に記載のスクロール圧縮機。
  6. 前記少なくとも1つの軸線方向スペーサは、前記固定スクロールを前記ハウジングに固定する間、前記少なくとも1つのスペーサを適所に保持する保持部材を受入れる貫通孔を有する、請求項4又は5に記載のスクロール圧縮機。
  7. 前記ハウジング及び前記固定スクロールの一方は、シール部材を受入れるために半径方向に開口する環状の凹部を有し、複数の異なる厚さの軸線方向スペーサの任意の1つを前記固定スクロールと前記ハウジングとの間に配置したとき、前記シール部材は、前記固定スクロールと前記ハウジングとの間をシールするように前記ハウジング及び前記固定スクロールの他方に押付けられる、請求項1〜の何れか1項に記載のスクロール圧縮機。
  8. スクロール圧縮機の組立て方法であって、
    軌道スクロールを、スクロール圧縮機のハウジング内の駆動シャフトの偏心シャフト部分に支持する工程と、
    少なくとも1つの選択された軸線方向スペーサを、前記ハウジング又は前記固定スクロールの適所に配置する工程と、
    前記固定スクロールを前記ハウジングに固定して、前記固定スクロールと前記軌道スクロールとの間の軸線方向の隙間設定及び/又は角度方向の位置合わせを、前記少なくとも1つの軸線方向スペーサの軸線方向厚さによって決定する工程と、
    複数の軸線方向スペーサを、互いに隣接した軸線方向スペーサの角度方向の間隔が前記スクロール圧縮機の中心軸線に対してほぼ等しくなるように配置する工程と、を上記順番に行う、組立て方法。
  9. スクロール圧縮機の固定スクロールと軌道スクロールとの間の軸線方向の隙間設定、及び/又は、角度方向の位置合わせを調整する方法であって、
    固定スクロールをスクロール圧縮機のハウジングから取外す工程と、
    前記固定スクロールの周囲に沿って、互いに隣接した軸線方向スペーサの角度方向の間隔がほぼ等しくなるように配置される、前記ハウジングと前記固定スクロールの間の1つ又は2つ以上の軸線方向スペーサを、異なる軸線方向厚さの1つ又は2つ以上の軸線方向スペーサと置き換える工程と、
    前記固定スクロールを前記ハウジングに固定する工程と、を有する方法。
  10. スクロール圧縮機の組立てキットであって、
    ハウジングと、軌道スクロールと、固定スクロールと、駆動シャフトと、を有し、
    前記駆動シャフトは、偏心シャフト部分を有し、前記偏心シャフト部分の回転により、前記固定スクロールに対する相対軌道運動を、前記軌道スクロールに付与し、
    更に、複数の軸線方向スペーサを有し、前記複数の軸線方向スペーサは、前記固定スクロールの周囲に沿って、互いに隣接した軸線方向スペーサの角度方向の間隔がほぼ等しくなるように配置され、前記固定スクロールと前記軌道スクロールの軸線方向の隙間設定及び/又は角度方向の位置合わせを行うために互いに異なる軸線方向厚さを有し、
    選択された1つ又は2つ以上の軸線方向スペーサは、前記固定スクロールと前記軌道スクロールの正確な隙間設定及び/又は角度方向の位置合わせのために、前記固定スクロールと前記ハウジングとの間に配置される、組立てキット。
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