TW449649B - Brush seal and rotary machine including such brush seal - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 449649 A7 ___B7___ 五、發明說明（1 ) 本發明主張由Bharat S. Bagepalli等人於1 9 9 8年 9月22日所申請之序號爲60/101 ，410之臨時 申請案”塑膠毛刷密封墊^之優先權曰。 發明之背景 本發明係有關於密封墊，且更特別的’係有關於一種 供一旋轉器用之毛刷密封墊。 習知技術之說明 旋轉器包含了（但不限定於所述）供蒸汽滑輪機用之 一渦輪機與供氣體渦輪機用之壓縮機與渦輪機。一蒸汽渦 輪機具有一蒸汽路徑，其典型的包含以系列流動關係之一 蒸汽入口、一渦輪機、及一蒸汽出口。一氣體渦輪機具有 一氣體路徑，其典型的包含以系列流動關係之一進氣口（ 或入口）、一壓縮機、一燃燒室、一渦輪機、及一氣體出 口（或一排氣噴嘴）。自一較高壓力區域至一較低壓力區 域之漏出該氣體或蒸汽路徑或漏入該氣體或蒸汽路徑的氣 體或蒸汽之洩漏，均爲不希望發生的，例如，在渦輪機或 壓縮機之轉子與圓周地環繞渦輪機或壓縮機之外殻之間， 在一氣體渦輪機之渦輪機或壓縮機區域中的氣體路徑洩漏 ，會降低氣體渦輪機之效率，導致增加了燃料成本。而且 ，在渦輪機之轉子與圓周地環繞外殼之間，在蒸汽渦輪機 之渦輪機區域的蒸汽路徑洩漏，會降低蒸汽渦輪機之效率 ，導致增加了燃料成本。 H ^1 ^1 ^1 ^1 ^1 ^1 ^1 -·1 .一 5, « p^— n f n i. (請先閲讀r-面之注$項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4- 449649 A7 B7 五、發明說明（2 ) 環槽毛刷密封墊已被使用或已被 汽渦輪機中的一轉子與一環繞外殼（ 間。一氣體或蒸汽渦輪機毛刷密封墊 密封墊片段所組成。每一毛刷密封墊 撓、金屬線鬃毛，被附接至（例如， ，該鬃毛座具有一圓形環之一環槽片 有一固定半徑，及相對應於該半徑及 面槽道的圓周長度之一固定圓周長度 鬃毛座係被嵌入該表面槽道內。該鬃 毛與該密封墊之較低壓力側之間的背 端徑向向內地延伸超過該背襯板之徑 建議使用在氣體與蒸 即爲，定子外殼）之 係由圓周排列之毛刷 片段包含多數之可繞 焊接）一金屬鬃毛座 段的形態。_毛座具 該環槽外殼片段之表 ，且具有鬃毛附接之 毛座可包含被置於鬃 襯板，且鬃毛之自由 向向內的末端。 閱 讀 背' 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 發明之槪要說明 在一第一實施例中，本發明之一毛刷密封墊包含可人 工撓曲、含有塑膠之毛刷密封墊鬃毛，及一伸長鬃毛座。 每一鬃毛具有一固定端與一自由端。鬃毛之固定端均固定 在一構造中，鬃毛座係可人工撓曲且可 鬃毛座與鬃毛一起成爲一單體結構單元 附接之鬃毛的鬃毛座被人工地撓曲成爲一 地附接至鬃毛座 以手動工具切割 ，且具有固定地 多轉線圏之形態 於一第二實 定子外殼片段、 子外殼片段均圓 外殼係同軸地與 施例中，本發明之一旋轉器包含一轉子、 及毛刷密封墊片段。轉子具有一縱軸。定 周地一起排列以界定一定子外殻，該定子 該縱軸對齊，且圓周地環繞並自該轉子徑 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -5- 經濟部智慧財產局負工消费合作社印製 49 6 ^ , A7 ______B7__ 五、發明說明（3 ) 向地隔開。每一定子外殼片段均具有表面槽道，並一起界 定一圓周槽道，該圓周槽道共軸地與該縱軸對齊，並通向 該轉子。每一毛刷密封墊片段包含可人工撓曲、含有塑膠 之毛刷密封墊鬃毛，及一伸長鬃毛座。每一鬃毛具有一固 定端與一自由端。鬃毛之固定端均固定地附接至鬃毛座。 鬃毛座係被置於一相對應之定子外殼片段之表面槽道中。 在一構造中，以該被放置之鬃毛座係於固定狀態中來人工 撓曲該鬃令座，且該鬃毛座係可以手動工具切割至一圓周 長度，且被放置之鬃毛座具有一手動工具切割圓周端。 本發明可具有數個優點及利益。必須注意，多數之塑 膠均不具導電性，且該種塑膠鬃毛可被使用於發電機之應 用中*此係習知技術之毛刷密封墊所不合適應用的。一可 撓且可以手動工具切割之鬃毛座，允許毛刷密封墊可以在 一卷筒上多轉的纏繞，以攜帶至需要替換密封墊之旋轉器 所在之位置，然後，切割至需要之圓周長度且可撓地嵌入 任一半徑之一表面槽道內，而習知技術中之毛刷密封墊片 段，係在工廠中個別的製成一特定半徑與圓周長度來配合 一特別的定子外殼片段。事實上，一單體結構塑膠毛刷密 封墊，允許該鬃毛自一放大鬃毛座產生，且避免了習知技 術中的將不同鬃毛之固定末端附接至鬃毛座之困難。 圖形之簡要說明 圖1係經由與旋轉器之轉子的縱軸垂直之一剖切平面 取得之本發明的旋轉器與本發明之毛刷密封墊之一橫剖面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -6- ΙΊΙ ——-— — — II— i — — — — — —--------線 (請先Μ讀1r··面之注意事項再填寫本頁) 4 496 4 ¾ A7 B7 五、發明說明（4 ) 圖； (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖2係沿著圖1之線2-2取得之圖1的旋轉器與毛 刷密封墊之一橫剖面圖。 圖3係圖1之毛刷密封墊的一部份之一第一構造之槪 略立體圖，顯示鬃毛座與所附接之鬃毛成爲一單體結構單 元： 圖4係圖1之毛刷密封墊的一部份之一第二構造之槪 略立體圖，顯示鬃毛座與鬃毛係爲不同之單元； 圖5係圖1之毛刷密封墊片段之一的前視圖，顯示該 片段被撓曲至一第一形態： 圖6係圖5之毛刷密封墊片段之前視圖，顯示該片段 被撓曲至一第二形態； 圖7顯示被環繞一卷筒纏繞且在任何毛刷密封墊片段 被自該卷筒切割之前的該毛刷密封墊之槪略立體圖；及 圖8係圖1之旋轉器的一部份之槪略立體圖，其中， 圖6之毛刷密封墊片段係將要被安裝至一定子外殼片段的 該表面槽道中。 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 主要元件對照表 10 毛刷密封墊 12 旋轉器 14 毛刷密封墊片段 16 毛刷密封墊片段 1 8 鬃毛 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 * 297公嫠） 449649 A7 B7 五、發明說明（5 ) 經濟部智慧財產局具工消费合作社印製 2 0 伸 長 鬃 毛 座 2 2 固 定 端 2 4 白 由 端 2 6 第 圓 周 長 度 2 8 縱 軸 3 0 第 — 半 徑 3 2 第 二 半 徑 3 4 卷 筒 3 6 轉 子 3 8 定 子 外 殻 片 段 4 0 定 子 外 殼 片 段 4 2 縱 軸 4 4 定 子 外 殼 4 6 表 面 槽 道 4 8 圓 周 端 5 0 表 面 5 2 隔 片 1 10 毛 刷 密 封 墊 1 18 鬃 毛 1 2 0 鬃 毛 座 2 10 毛 刷 密 封 墊 2 18 鬃 毛 2 2 0 鬃 毛 座 2 2 2 固 定 端 (請t«讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） -8- A7 449649 _B7__ 五、發明說明（6 ) 較佳啻施例之詳細說明 現在參照圖形，圖1 _ 2槪略地顯示依據本發明之毛 刷密封墊1 0之一實施例，及本發明之旋轉器1 2之一實 施例。當毛刷密封墊1 0被安裝爲一旋轉機器之一部份時 ，典型的包括了多數之毛刷密封墊片段1 4與1 6。圖1 顯示毛刷密封墊10成爲具有二毛刷密封墊片段14與 1 6，但必需了解，通常應用更多之毛刷密封墊片段。旋 轉器包含了（但不限於此所述）一發電機，或一蒸汽渦輪 機之高、中、或低壓渦輪機，或一氣體渦輪機之壓縮機或 渦輪機區段。 本發明之毛刷密封墊1 0可被應用以（但不限於所述 )密封在二停置表面之間，在至少一表面遭受震動之二表 面之間*在至少一表面遭受旋轉之二表面之間，及至少一 表面遭受線性震盪之二表面之間所形成之間隙。該間隙可 以爲圓形、矩形、或任意之形態。毛刷密封墊1 〇通常在 —較高壓力區域與一較低壓力區域之間密封該間隙以防止 流體洩漏，該種流體包含了（但不限於所述）空氣、燃燒 氣體、蒸汽、及氫氣與油霧之混合物。 毛刷密封墊10包含了多數之手動可撓毛刷密封墊鬃 毛1 8與一伸長鬃毛座2 0。每一鬃毛1 8包含一塑膝且 具有一固定端2 2與一自由端2 4。鬃毛1 8之固定端 2 2均固定地附接至鬃毛座2 0。 '塑膠#之定義係被界 定爲大分子重量之”一聚合材料（通常爲有機材料），且 可由流動成形：通常指具有包含塡隙料、增塑性劑、顏料 <請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 我-------Γ訂-------!線. 經濟部智慧財產局員工消费合作社.印製

A7 449649 - B7 五、發明說明（7 ) 、及安定劑之最終產品（相對於樹脂、均勻聚合起動材料 )·:範例爲聚氯乙烯、聚乙烯、及脲一甲醛# ，該種界定 可發現於 McGraw-Hill Dictionary of Science and Technical Terms ( 1 9 8 9 )第四版中。於一第一範例中 ，每一鬃毛1 8均包括至少5 0重量百分比之塑膠，且於 一第二範例中，鬃毛1 8係實質上由塑膠所構成。爲了供 說明本發明之目的，''一塑膠〃之術語亦包含了塑膠混合 物。 在本發明之毛刷密封墊1 1 0之第一構造中，如示於 圖3，鬃毛座1 2 0與鬃毛1 1 8—起界定一單體構造單 元。必須注意，該鬃毛1 1 8之一係以撓曲狀態顯示於圖 3中。該單體構造單元之鬃毛部份係以熟於本技藝者已知 之傳統技術所形成，例如爲被使用以製造一嬰兒之塑膠單 件式髮刷的技術。在本發明之毛刷密封墊2 1 0之一第二 構造中，如示於圖4，鬃毛座2 2 0與鬃毛2 1 8係爲不 同之單元。於此，在一範例中（未示於圖），鬃毛座係一 金屬（其之定義亦包含一合金）.，且於另一範例中，鬃毛 座2 2 0包括或本質上由一塑膠構成。在一組合件中，鬃 毛2 1 8之固定端2 2 2係粘著地粘合至鬃毛座2 20。 在一第一設計中，如示於圖5，鬃毛座2 0 (係毛刷 密封墊片段14且因而係該毛刷密封墊10之鬃毛座）係 人工地撓曲爲一大致具有第一圓形環之第一環槽片段之第 一形態（例如爲示於圖1中的由毛刷密封墊1 0之毛刷密 封墊片段14與16的鬃毛座所形成之環）。第一環槽片 I n n i 1 一a,， I i請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -10- 4 ^9649 a? ------ B7 五、發明說明（8 ) 段具有一第一圓周長度2 6、一縱軸2 8、及一第一半徑 先 閱 讀 背- 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 3 0。如示於圖2，當鬃毛座2 0被撓曲爲第一形態時* 被縱向與徑向地放置之鬃毛i 8係全體地於該第一環槽片 段內。典型地，如示於圖1與5 ;每一鬃毛1 8以大約 4 5°角度自一由第一縱軸2 8延伸至每一鬃毛18之固 定端2 2的一半徑線傾斜。 依此，於此設計中，如示於圖6，鬃毛座20 (係毛 刷密封墊片段1 4且因而係爲該毛刷密封墊1 0之鬃毛座 )係人工地撓曲爲一大致具有第二圓形環之第二環槽片段 之第二形態。第二環槽片段具有相同於第一環槽片段之第 一圓周長度2 6，及與第一半徑3 0不同之第二半徑3 2 。當鬃毛座2 0被撓曲爲第二形態時，被縱向與徑向地放 置之鬃毛18係全體地於該第二環槽片段內。 此外，於此一設計中，鬃毛座2 0可人工地撓曲爲一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 有固定地附接 3 4。於此， 係可以手動工 長度。於另一 堅硬，且係被 子外殼片段 與1 6。轉子 殼片段3 8與 4，該定子外 多轉線圈之形態。典型的，如示於圖7，具 之鬃毛1 8之鬃毛座2 0係被纏繞爲一卷筒 具有固定地附接之鬃毛1 8之鬃毛座2 0， 具切割成爲小於第一周圍長度2 6之一周圍 設計中，鬃毛座（未示於圖）係人工地製成 製造爲一特殊形態》 旋轉 3 8與4 3 6具有 4 0均圓 器12包含一轉子36,多數之定 0，及多數的毛刷密封墊片段1 4 一縱軸42。如示於圖1 ，定子外 周地一起排列以界定一定子外殻4 -11 - 本紙張尺度適用中圉國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 449649 A7 B7 五、發明說明（9 ) 殼4 4係同軸地與該縱軸4 2對齊，且圓 轉子3 6徑向地隔開。每一定子外殼片段 有表面槽道46，並一起界定一圓周槽道 周地環繞並自該 3 8與4 0均具 ，該圓周槽道共 軸地與該縱軸4 2對齊，並通向該轉子3 6 «必須注意， 一定子外殼可具有多於二個的定子外殼片段。 的，毛刷密封墊片段1 4或1 6 之一部份，且被切割爲可安裝進 段3 8或4 0內之長度。每一毛 典型 封墊1 0 子外殼區 14與16均包含多數的可撓毛刷密封墊 係前述之毛刷密 入一相對應之定 刷密封墊片段 鬃毛1 8與一伸 長鬃毛座2 0。每一鬃毛1 8包括一塑膠且具有一固定端 22與一自由端24。鬃毛18 座20，且鬃毛座20 3 8或4 0之表面槽道 接至鬃毛 外殼片段 人工撓曲的，且鬃毛座2 0以一 4 6內。 手動工具切割爲一圓周長度，且 具有固定地附接之鬃毛 請 先 闓 讀 背- 面 之 ii 意 事 項 再 填 寫 本 頁 經濟部智慧財產局貝工消费合作杜印製 一手動工 2 0係一 12 0) 4 6直接 (帶狀） 本身係固 具切割圓周端。 徑向地較厚之鬃 ，且可與定子外 地結合，及在第 之鬃毛座（例如 著至與定子外殼 直接地結合之一外罩（未 之一表面或定子外殼片段 必須注 毛座（ 殼片段 二例中 爲圖4 片段3 示於圖 3 8之 之固定端 係被置於 4 6內。 撓曲狀態 1 8的鬃 被放置之 意，在第 例如爲圖 3 8或4 ，鬃毛座 中之鬃毛 8或4 ◦ )。該外 一表面5 2 2均固定地附 一相對應之定子 鬃毛座2 0係可 被置於表面槽道 毛座2 0，可以 鬃毛座2 0具有 一例中，鬃毛座 3之鬃毛座 0之表面槽道 係一徑向地較薄 座2 2 0 )，其 之表面槽道4 6 罩（未示於圖） 0，係作用爲一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12- 449649 A7 B7 五、發明說明（ίο) (請先闓讀背面之注意事項再填寫本頁> 毛刷密封墊背襯板表面（依需要而設）。於圖2中，一隔 片5 2協助固著鬃毛座2 0於定子外殼片段3 8與4 0之 該表面槽道4 6中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明具有數個超越傳統毛刷密封墊及傳統旋轉器之 優點。塑膠毛刷密封墊係比金屬製的具有較少之成本。塑 膠鬃毛亦比金屬製的具有較少生硬、較少磨損、及更多之 抗腐蝕性優點，並可例如供由傳統塑膠製成之鬃毛所用的 1 5 0°C或更少之低至中範圍溫度環境中，提供優異之服 務。必須注意，多數之塑膠均不具導電性，且該種塑膠鬃 毛可被使用於發電機之應用中，此係習知技術之毛刷密封 墊所不合適應用的，該種塑膠毛刷密封墊亦可在密封構件 之間提供電隔離（即爲，絕緣）。該種使用之一範例，係 使用在一氫冷卻式發電機的氫與油霧環境中，其中，油霧 提供一"毛細"作用以改良密封之效果，特別是在低壓降 中，且其中，多數之塑膠不會像由金屬製成之鬃毛一般的 在氫內具有脆化的問題。塑膠鬃毛之材料的選擇，可留給 習於本技藝者依據溫度等之操作環境的需求來決定。一可 撓且可以手動工具切割之鬃毛座，允許毛刷密封墊可以在 一卷筒上多轉的纏繞，以攜帶至需要替換密封墊之旋轉器 所在之位置’然後，切割至所需要之圓周長度且可撓地嵌 入任一半徑之一表面槽道內（如示於圖8 )，而習知技術 中之毛刷密封墊片段，係在工廠中個別的製成一特定半徑 與圓周長度來配合一特別的定子外殼片段。事實上，一單 體結構塑膠毛刷密封墊允許該鬃毛自一放大鬃毛座產生， -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公S) 449649 A7 _B7 五、發明說明（11) 且避免了習知技術中的將不同鬃毛之固定端附接至鬃毛座 之困難。而且，一鬆動塑膠鬃毛比一鬆動金屬鬃毛會造成 較少的在旋轉器內的下游損壞。 前述之本發明的數個實施例之說明，係僅供顯示之用 。其並非侷限或限制本發明於所揭示之明確形式，且顯然 地，由前述之教導可以產生多種之修正與變化。因而，將 以申請專利範圍來界定本發明之範疇。 --.-----------':d-------Ϊ 訂·*--------線, <請先閱讀#-·面之注$項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公« ) -14-

Claims (1)

1. A 8 B8 C8 D8 附忤A 第8 8 1 1 5 5 8 6號#利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國89年10月修正 1 一種毛刷密封墊，包括了： a )多數之人工可撓毛刷密封墊_毛，每一鬃毛包括 一塑膠且具有一固定端與一自由端；及 b ) —伸長之鬃毛座，其中，該鬃毛之該固定端均固 定地附接至該鬃毛座。 2 .如申請專利範圍第1項之毛刷密封墊，其中，該 _毛座係可被人工地撓曲至大約爲一第一圓形環之一第一 環槽片段的一第一形態，其中，該第一環槽片段具有一第 —圓周長度、一第一縱軸、及一第一半徑，且其中，當該 鬃毛座撓曲爲第一形態時，該縱向與徑向地放置之鬃毛， 係全體地於該第一環槽片段內。 3 .如申請專利範圍第2項之毛刷密封墊，其中，該 鬃毛座係可被人工地撓曲至大約爲一第二圓形環之一第二 環槽片段的一第二形態，其中，第二環槽片段具有不同於 第一半徑之一第二半徑，且其中，當該鬃毛座撓曲爲第二 形態時，該縱向與徑向地放置之鬃毛，係全體地於該第二 環槽片段內3 4 .如申請專利範圍第3項之毛刷密封墊’其中，具 有該固定地附接之鬃毛的該鬃毛座，係可以手勋工具切割 至少於該第一圆周長度的一圓周長度。 本紙張尺度適用中國國家棣準（CNS ) Α4規格U!0X 297公釐） ---------"-------------0 (請先閲.讀背*.之·ν±意事項再填寫本頁) 449649 Λ 8 Β8 C8 DS 六、申請專利範圍 5 .如中誧專利範圍第4項之毛刷密封墊.其中，該 鬃毛座與該_毛一起界定一單體結構單元。 6 .如申請專利範圍第4項之毛刷密封墊，其中，該 鬃毛座與該鬃毛係爲一不同單元。 7 ·如申請專利範圍第6項之毛刷密封墊，其中，該 鬃毛之該固定端係粘著地粘合至該鬃毛座3 8 .如申請專利範圍第4項之毛刷密封墊 > 其中，每 一鬃毛係以大約4 5°角度自一由該第一縱軸延伸至每一 鬃毛之該固定端的一半徑線傾斜。 9，如申請專利範圍第4項之毛刷密封墊，其中，每 一鬃毛實質上由該塑膠所構成。 1 0 .如申請專利範圍第4項之毛刷密封墊，其中， 具有該固定地附接之鬃毛的該鬃毛座，係可人工地撓曲成 爲一多轉線圏之形態。 1 1 . 一種旋轉器，包括了： a) 具有一縱軸之一轉子； b) 多數之定子外殼片段，圓周地一起排列以界定一 定子外殻，該定子外殼係同軸地與該縱軸對齊，且圓周地 環繞並自該轉子徑向地隔開，其中，每一該定子外殼片段 均具有一表面槽道，並一起界定一圓周槽道，該圓周槽道 共軸地與該縱軸對齊，並通向該轉子； c )多數之毛刷密封墊片段，每一該片段包含了 ： 1 )多數之人工可撓毛刷密封墊漀毛’毎一鬃毛包 括一塑膠且具冇一固定端與一自由端；及 本紙浪尺度適用令國國家橾华 ( CNS ) A4规格（2I0X297公釐） (請先閱，讀背也之注意事項再填寫本頁) -5¾ 經濟部%慧財-局3;工;"費合作钍印製 -2- 449649 A8 B8 C8 D8 經濟部智"'財產局員工消費合作社印焚 夂、申請專利範圍 2 ) —伸長之鬃毛座，其中，該_毛之該固定端均 固定地附接至該鬃毛座，且其中，該鬃毛座係被置於一相 對應之定子外殼片段之該表面槽道內。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之旋轉器，其中，該 鬃毛座係可人工地撓曲，且其中，該鬃毛座係以可撓狀態 被置於該表面槽道內。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之旋轉器，其中，具 有該固定地附接之鬃毛的該鬃毛座，係可以手動工具切割 至一圓周長度，且其中|該被放置之鬃毛座具有一手動工 具切割圓周端。 14 .如申請專利範圍第13項之旋轉器，其中，該 鬃毛座與該鬃毛一起界定一單體結構單元。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項之旋轉器，其中，該 鬃毛座與該鬃毛係爲一不同單元。 16 ·如申請專利範圍第15項之旋轉器，其中，該 鬃毛座之該固定端係粘著地粘合至該鬃毛座。 17 .如申請專利範圍第13項之旋轉器，其中，每 一鬃毛係以大約45°角度自一由該第一縱軸延伸至每— 鬃毛之該固定端的一半徑線傾斜。 1 8 .如申請專利範圍第1 3項之旋轉器，其中，每 一鬃毛實質上由該塑膠所構成。 本紙張尺度逋用中國國家搮芈（CNS ) A4规格（210X297公釐） I I I 訂 ~Ϊ 線 (請先背面之注意事項再填寫本I ) -3 -