TW464893B - Temperature responsive switch with shape memory actuator - Google Patents
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Description
4 6 4 8 9 3 A7 B7 五、發明說明(1) 背景說明 本發明係與開關,尤與應用形狀記憶合金構成的致動器之 溫度致動開關有關。本發明對於小型繼電器(relays)與控溫器 (thermostats)中,有應用到有彈性的開關片、且該開關片大致 上與形狀記憶合金構成之致動器垂直者特別適用,並會在文內會 特別提到並說明。然而,我們希望本發明能有更廣的範圍,以期 本發明能應用在含有其他致動器與開關片配置的他種溫度致動開 關。 極小型繼電器與控溫器非常複雜,因爲要使用到較多的零組 件,而且要可靠地生產微小零件亦非常困難。同樣的考量使得這 _些極小型繼電器與控溫器的製造與組裝比較不易,也造成他們的 價格相對的高昂。有鑑於此,一個能被製作成極小尺寸、所用零 組件最少且能被比較有效而可靠地製造組裝的溫度致動開關即變 的令人嚮往。 (請先閱讀背面之注音?事項再填寫本頁) 訂: 線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明槪述 V —繼電器之一聚合物製的機座(polymeric housing) 內有一凹洞,該凹洞中能容納一有彈性之開關片與一延 伸的形狀記憶合金構成之致動器。該致動器能帶動該開 4HDP200001TW 1 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐) 4 6 4B 9 ^ A7 B7 五、發明說明( 關片使其能在導通與斷開的位置間移動。一對接頭組件 (terminal member),該對接頭組件含有位於該凹洞內的固定式 接點(contact)以及導線(lead) ’該導線由接點向該機座之外部 延伸而出。在該開關片在導通與斷開的位置間移動時’該開關片 藉一活動式片接點(blade contact)與該固定接點之一合作。 該延伸之形狀記憶合金構成之致動器於常溫時有一伸展變形 狀態,而在溫度昇高時該致動器有—收縮復原狀態。該致動器一 尾端連結在該開關片上,所以當致動器在伸展變形狀態與收縮復 原狀態之間變化時/該制動器會帶動開關片在導通與斷開的位置 間移動。, 有一較好的安排是,該繼電器在正常狀況下是導通的,此時 該活動式片接點被預先設爲受到該有彈性之開關片的彎曲應力而 與該接點之一接觸。當該致動器在溫度升高時變到其復原形狀 時,該致動器的長度縮短拉動該開關片而將該片接點拉離該固定 接點之一。當該致動器冷卻時,該致動器回復到其伸展變形狀態, 而使該開關片上之活動式接點得以回到與該固定接點之一抵觸的 導通狀態。 在一個安排中,該開關片大致上與該延伸之形狀記憶合金致 動器垂直,該致動器兩相對端的中間點連結到該開關片上。 另有一安排是,該致動器有螺簧之形狀,該螺簧含多圈線圏’ 且該有彈性的開關片夾於該彈簧致動器一尾端的鄰接線圈中。 還有一安排是這樣的。該機座之凹洞中有一個固定用突出部 4HDP200001TW 2 冬紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公t ) (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 111 — —— ·11111111 I . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 46 4B 9 3 A7 B7 五、發明說明(3) 分(anchor projection),該固定用突出部分連在該致動器遠離該 開關片之一末端上。在一比較好安排中’該固定用突出部分跟該 機座一體成形,且該突出部分夾於此彈簧致動器該末端的鄰接線 圈中。 依照本案的另一安排,此有彈性的開關片是在一片大致上呈 U形的開關片組件上。該開關片組件有一對實質上平行的兩臂 (arms ),該兩臂以一基底部分連結。該臂之一較另一臂爲長是 作爲該開關片,另一臂與另一接點抵觸。 該聚合物構成之機座有相對的兩端、相對的兩邊及相對的前 後表面。該凹洞包含靠近該機座相對兩端的兩個相對凹洞端部 分、與靠近該機座一邊且在兩相對凹洞端部分間延伸的一凹洞連 結部分。該大致上呈U形的開關片|且件的兩臂容f內於凹洞端部 分,而該開關片組件的基底部分則容納於該凹洞連結部分。 該聚合物製之機座的該凹洞包含一大致上呈T形的區域,此 區域有一橫越部分(crossing portion),與一自橫越部分沿該聚合 物製之機座相對兩端縱向延伸之腳部分(leg portion);該有彈性 的開關片位於該凹洞撗越部分(cavity crossing portion),而致動 器ίίΜ·該凹洞腳部分(cavity leg portion)。 該聚合物構成之機座的前表面有一對在該凹洞與該機座相對 兩端間延伸的凹口(notches),該凹口用以容納該導線》該凹口 設在該機座相對兩邊的中央,雖然其他位置都是可行的。 該聚合物構成之機座的該前表面上,有多個向上延伸且以超
4HDP200001TW 尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐〉 (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) '=(- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 MIJ,--------------------- 4648 9 3 A7 五、發明說明(+ ) 音波融接於該前表面的扣件突出物(fastener pr〇jections)。該扣 件突出物與一平板蓋子(flat cover)上的扣件接受孔(fastener receiving holes)結合後可以固定該蓋子於該機座的前表面上。該 蓋子可以遮蔽該凹洞與固定接頭於該機座上° 本發明的主要目的是提供一個改良式溫度致動開關,該改良 式溫度致動開關含有形狀記憶合金構成之致動器。 本發明的另一項目的是提洪一上述的開關,該開關有最少的 零組件,並且比較容易製造組裝。 本發明還有一項目的是提供一上述的開關’該開關可使用比 較厚且比較強韌材質製成的開關片,以減少疲勞性斷裂( failure) ° 圖示之符號說明 第一圖是一個依照本發明的繼電器或控溫器之俯視圖’圖中之 開關片處於導通的狀態。 第二圖是一類似第一圖,圖中之開關片處於斷開的狀態。 第三圖是第一圖與第二圖中繼電器所用之機座蓋子的側俯視 圖。 第四圖是第一圖與第二圖中繼電器或控溫器的側俯視圖。 4HDP200001TW 4 本紙張尺度適用令國國家標準(CNSXA4規格(210 X 297公釐) (請先閱婧背面之注意事項再填寫本頁) n n n n -i-r-et- ϋ I —a t— I < 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 464893 A7 B7 五、發明說明($ ) 發明之詳細說明 現在參照圖式’其中所有的圖式都只是爲了揭露本發明之一 較佳實施例,並不是爲了限制本發明。繼電器或控溫器A包含一 聚合物製之機座B,該機座B有相對的兩端1〇與12、相對的兩 邊Η與16以及相對的前後兩表面18與20。雖然圖示中機座B 較好的形式是有相對兩端、兩邊、表面與平行面的矩形,但是其 他形狀也是有可能的。 機座B有一從前表面18向內延伸之凹洞,該凹洞包含靠近 相對兩端10與12的相對兩凹洞端部分30與32、在兩相對凹洞 端部分30與32間延伸且鄰接邊14的凹洞連結部分34。 機座16的該凹洞還包含容納一致動器的腳部分36,腳部分 36自凹洞端部分30向凹洞端部分32延伸,但不及凹洞端部分32。 凹洞端部分30與凹洞腳音|5分36形成一大致上呈T形之區域,其 中凹洞端部分30是一橫越部分而凹洞腳部分36是爲該腳部分。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 {猜先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一對接頭C與D,包含位於凹洞端部分30與32的接點40 與42、以及從接點40與42連接到機座兩端K)與12外的導線44 與46。機座B的前表面18的中央有兩凹口 48與50,該凹口 48 與50從凹洞端部分30與32向外延伸到機座兩端1〇與12 ^導線 44與舶容納於凹口 48與5〇中,且該凹口深度實質上相同於該 導線44、46之厚度。 一開關片組件E大致上呈U形彎曲,該開關片組件E包含 4HDP200001TW 5 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 464893 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明(4) 相隔一定距離且大致平行的兩臂60與62。兩臂60與62以一基 底部分64連結。臂60與臂62容納於凹洞端部分30與32中, 而基底部分64則容納於凹洞連結部分34。開關片組件E的臂62 受到彎曲應力抵觸於接點42上。一件式(one-piece)的開關片 組件E的臂60比臂62長,該臂60被設定爲一有彈性的開關片, 該開關片上有活動式片接點70與固定的接點40合作。 一延伸之形狀記憶合金構成的致動器F被收納於凹洞腳部分 36。如圖示所描述之安排,致動器F有螺簧(coil spring)之形狀, 該螺簧含多圈線圈。有彈性的開關片60夾於一尾端72的鄰接線 圈中,以與尾端72連結》致動器F相對的末端74被固定在機座 Β上。在一比較好的安排下,一固定用突出部分76與機座Β_ — 體成形,該固定用突出部分76從凹洞腳部分36的底部向上延伸, 且與凹洞腳部分末端78間隔一段距離,固定用突出部分76夾於 末端74的鄰接線圏中。 在常溫下,該延伸之形狀記憶合金構成的致動器F有一伸展 變形狀態使得接點40與70導通,如第一圖所示。當溫度昇高時’ 該致動器F會有一收縮復原狀態,此時接點40與70會斷開,如 第二圖所示。當致動器F由變形狀態變成復原狀態,會拉動有彈 性的開關片60從第一圖的位置移到第二圖的位置,並且使活動 式接點70與固定式接點40分離。該制動器F冷卻時,該致動器 F會回復伸展變形狀態,使該開關片60得以回到如第一圖所示接 點40與70導通的狀態。 '4HDP200001TW g 1¾尺度適用辛國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) --n n I - - n - n n n n ϋ -. J I l> n [ « I n ϋ n F n - I I ϋ I- I n n n n ϋ ϋ n - I [ ϋ I I n . (諳先閱讀背面之注f項再填窝本頁) A7 B7 4648 五、發明說明(1) 該開關片亦可被設計成在正常狀態下處於斷開的狀態,而不 是導通的狀態。舉例來說,該開關的正常狀態可如第二圖所示的 狀態,其中該形狀記憶合金致動器在常溫下有一縮短的變形狀 態,使得開關片60受一彎曲應力並斷開。當溫度到達該形狀記 憶合金的奧氏變形溫度(austenite transformation temperature )時’ 致動器F會回復到伸展的復原狀態,讓開關片60移到第二圖左 方而使接點導通。或者,固定式接點可設在第一圖中開關片⑹ 的相對邊,而活動式接點可移到該開關片的另外一表面。如 此一來,如第一圖的組態在正常情況下是斷開的,而當移到第二 圖中的位置,重新配置的固定式接點與活動式接點會導通。 雖然在本專利中採用之形狀記憶合金構成的致動器有螺簧之 形狀,其他任何可以因其形變與恢復原狀而提供收縮或伸展動作 的形態都是可能的。舉例來說,該致動器可以是如正弦波(sine wave),亦或是像風箱或手風琴的反轉式(reversely turned)波浪 起伏狀構形,但是該反轉式構形沒有尖銳的彎曲而是平順的轉 折。 開關片組件E可以由鈹-銅合金或其他適合之材料構成。形 狀記憶、致動器F提供的力量,容許使用更厚更強韌的平板材料製 成的開關片組件E。如此一來’具彈性的開關片60便能承受更 多次開關的行程而不致產生疲勞性斷裂。此外,較厚的材料使得 開關片60可以比較大的力量自行回復原先活動式接點70與固定 式接點40接觸的狀態,以減低阻抗。
4HDP200001TW 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 * 297公爱) {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費合作社印製
LTJ^ « I n n 1 nn n n ) n n I -^1--^I 1· ·1 l·— I I ht I A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 46483^ _______ 87_ 五、發明說明(公) 在形狀記憶致動器F製造的過程中’一合金線先被纏繞成螺 簧的形狀,然後再加熱到該形狀記憶合金的奧氏變形溫度。冷卻 到馬氏體狀態(martensitic state)後,致動器F被拉伸成本應用 所需要的長度’如第—圖所示。當致動器F再一次被加熱到奧氏 變形溫度時’該致動器會縱向收縮回到之前未被拉伸前的長度, 如第二圖所示。該拉伸後的長度,一般被稱爲該形狀記憶合金在 常溫下的變形狀態。而該致動器收縮變短的形態,則被稱爲該合 金在奧氏變形溫度時的復原狀態。該致動器最好都是經過處理’ 使其能在冷卻變回f氏體狀態後,其能伸長俾使該接點能再一次 導通。 本發明傾向於使用鎳-鈦形狀記憶合金製成的致動器F。然而 使用其他形狀記憶合金如以銅爲底的三成分合金像是,銅-鋅-鋁 合金與銅-鎳-鋁合金也都是有可能的。可藉由選定不同的形狀記 憶食金成分與改變熱處理程序而改變合金從變形狀態恢復原來形 狀的轉變溫度範圍(transition temperature range )。 機座B有數個與機座一體成形且自前表面18向上延伸之扣 件突出物80-83。一平板矩形聚合物製之機座蓋子G,如圖3所 示,該蓋子G上有數個穿透該機座蓋子的扣件接受孔。第三圖中 只顯示其中兩個扣件接受孔92與93。扣件接受孔的數目與扣件 突出物S0-83的數目相同,且其位置可接受扣件突出物80-83從 蓋孔中穿過。扣件突出物80-83在與扣件接受孔結合時會變形, 並把蓋子G固定於機座B之前表面,以遮蔽整個凹洞與固定接
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修正/更正/補志 A7 B7 五、發明說明( 頭C、D於機座組合上。 - 以下數値僅有舉例性質並無限制功能。機座組件B兩端1〇 與12相距約〇_562英吋,相對兩邊14與16相距約0.340英吋, 而前後兩表面18與20的厚度約是0.111英吋。扣件突出物80-83 自機座前表面18向上延伸約0.010英吋。在未裝上前彈簧體F兩 端距離約爲0.275英吋。彈簧F乃由直徑約0.010英吋之圓形合 金線做成,該彈簧F被做成內邊直徑約爲〇_〇7〇英吋之圓柱體線 /圏。開關片組件E厚約0.010英吋’寬約0.070英吋°開關片組 件E兩臂60與62外表面間的距離爲0.395英吋。 雖然本發明都是以一較佳的實施例來做敘述’但是很明顯 地,在閱讀並瞭解本說明後,其他熟習本技術者會想到均等之變 化或改良。本發明包含所有這些變化或改良,其範圍應只受到專 利申請範圍之限制。 閲 讀 背 面 之 注 項 再 填 寫 本 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
元件符號說明 Α繼電器或控溫器 C、D接頭 F致動器 10、12'機座B的相對兩端 18、20機座B的相對兩表面 34凹洞連結部# 40、42 接點 _ : 48、50 凹口 62設定爲開關片之臂 70活動式片接點 74末端 78凹洞腳部分未端 92-93扣件接受孔 4HDP200001TW B機座 E開關片組件 G機座蓋子 14、16機座B的相對兩邊 30、32靠近相對兩端10、12的凹洞端 36致動器的腳部分 44、46導線 60臂 64基底 72尾端 76突出部分 80-83扣件突出物 線 · '1 私紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
Claims (1)
- 0588 ΰ abc£ 464893 六、申請專利範圍 申請專利範圍 1. 一種溫度致動開關,其包含: —內有一凹洞且由聚合物構成之機座(housing); —對接頭(terminal),該對接頭含有位於該凹洞內的接點(contact) 以及導線(lead),該導線由該接點向該機座之外部延伸而出; 一具有活動式片接點(blade contact)的有彈性之開關片(switch blade),該活動式片接點於正常狀態時與該接點之一接觸,該開 關片與另一接點成電氣導通關係,以及; 一形狀記憶合金構成且延伸的致動器(actuator),該致動器位於 該凹洞內且一致動器尾端與該開關片連結,該致動器並具有一相 對的尾端與該機座連結; 該致動器於常溫時有一伸展變形狀態,此時該片接點抵觸該 接點之一,在溫度昇高時該致動器有一收縮復原狀態,此時該致 動器使得該開關片彎曲與該接點之一遠離使該片接點與該接點分 開。 2. 如專利申請範圍第1項所述之開關,其中該致動器有螺簧(coil spring)之开撒。 3. 如專利申請範圍第2項所述之開關,該螺簧含多圈線圈,且該 開關片夾於該致動器該尾端之一的鄰接線圏中。 4HDP200001TW 10 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) r Γ --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ABCS 464893 六、申請專利範圍 4. 如專利申請範圍第3項所述之開關,該機座之凹洞中有一個固 定用突出部分(anchor projection),該固定用突出部分夾於該致 動器一該相對尾端的鄰接線圏中。 5. 如專利申請範圍第1項所述之開關,其中該機座有相對的機座 端,該導線向該機座之外部自該相對的機座端延伸而出' 6. 如專利申請範圍第1項所述之開關,其中該凹洞包含一大致上 呈丁彤的區域,此區域可分爲一橫越部分(mossing portion)與 從該橫越部分延伸出來之一腳部分(leg portion),該開關片與該 接點之一位於該凹洞的該橫越部分,而該致動器位於該腳部分。 7. 如專利申請範圍第1項所述之開關,其中該凹洞的該腳部分有 一遠離該橫越部分之末端,該凹洞之該末端有—固定用突出部 分,該致動器之該相對尾端連結在該固定用突出部分上。 8. 如專利申請範圍第7項所述之開關,該致動器有螺簧之形狀, 該螺簧含多圈線圈,該開關片夾於該致動器該尾端之一的鄰接線 圈中,而該固定用突出部分則夾於該致動器之該相對尾端的鄰接 線圈中。 9. 如專利申請範圍第1項所述之開關,其包含: 4HDP200001TW 11 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格<210 X 297公髮) --------------Γ」-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 線. 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 464893 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 §1 C8 __ m 六、申請專利範圍 一一件式(one-piece)之開關片組件(switch blade member) ’ 該 開關片組件大致上呈U形並具有相隔一定距離之兩臂(arms), 該兩臂以一基底部分連結,該臂之一爲該開關片而另一臂則抵觸 另一接點。 10. 如專利申請範圍第9項所述之開關,其中該臂之一實質上比 另一臂長。 11. 如專利申請範圍第1項所述之開關,其中該機座有相對的兩 端與相對的兩邊; 該接頭接近該相對的兩端,其該導線由該接點向該機座之外 部自該相對兩端延伸而出; 該凹洞有一大致上呈ϋ形的凹洞部分,該ϋ形凹洞部分有 兩個靠近該機座兩端的兩凹洞端部分,連接該兩凹洞端部分的是 一段凹洞連結部分,該凹洞連接部分在該兩凹洞端部分間延伸, 該凹洞連結部分靠近機座的一邊,且該凹洞有一凹洞腳部分 (cavity leg portion),該凹洞腳部分與該凹洞連結部分間隔一段 距離; 該凹洞腳部分自該凹洞端部分之一向另一凹洞端部分延伸’ 該凹洞腳部分有一末端,該末端靠近另一凹洞端部分並相隔一段 距離; 該開關片是一大致上U形的開關片組件的一部分’該開關片 4HDP200001TW 12 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4堍格(210 X 297公釐) --------------'"、— <請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂: y- --線 6 A8B8C8D8 申請專利範圍 組件有開關片組件臂位於該兩凹洞端部分中,而—開關片組件基 底部分位於該凹洞連結部分中,該開關片組件臂之一爲該開關 片,另一開關片組件臂接觸到另一接點,而該致動器位於該凹洞 腳部分。 12. 如專利申請範圍第11項所述之開關,其中該致動器有螺簧之 形狀,該螺簧含多圈線圈,該開關片夾於該致動器該尾端之一的 鄰接線圈中; 該凹洞的該腳部分的該末端有一固定用突出部分,該固定用 突出部分夾於該致動器另一尾端的鄰接線圈中。 13. 如專利申請範圍第1項所述之開關,其包含一蓋住該凹洞之 蓋子(cover),該機座有數個一體成形且自該機座延伸的扣件突 出物(fastenerprojections),而該蓋子有數個扣件接受孔(fastener receiving holes),該扣件突出物可從該扣件接受孔中延伸而出, 使該蓋子裝於該承載器上。 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ 訂· _ 線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14.一種開關組合,包含: 一聚合物構成之機座,該機座有相對的兩端、相對的兩邊及 相對的前後兩表面; 一位於前表面的凹洞; 在該凹洞與該相對的雨端間延伸且位於該前表面的凹口 4HDP200Q01TW 13 ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 (notches); —對接頭,該接頭包含置於該凹口中的導線,以及位於凹洞 中的接點; —位於該凹洞中之開關片’該開關片有一片接點在正常情況 下與該接點之一接觸’且該開關片與另一接點接成電氣導通關 係,以及; —由形狀記憶金屬構成且延伸的致動器,該致動器的一尾端 與該開關片連接,在常溫下該致動器有一伸展變形狀態,此時該 片接點與該接點之一接觸,當溫度昇高時,該致動器有一收縮復 原狀態,此時開關片移到一斷開的位置,該片接點即與該接點之 一分開。 15. 如專利申請範圍第14項所述之開關組合,其中該凹口有一凹 口深度,而該導線有一導線厚度,該凹口深度與該導線厚度實質 上相等。 16. 如專利申請範圍第15項所述之開關組合,該開關組合包含一 連接於該前表面之蓋子,該蓋子蓋住該凹洞並固定該導線於該機 座上。 17. 如專利申請範圍第16項所述之之開關組合’該開關組合包含 從該機座之前表面向上延伸之扣件突出物’而該蓋子有扣件接受 4HDP200001TW 本紙張尺度適用中國®家標準(CNS)A4規格(21ϋ x 297公梦) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -'Γ Ί-5'' •線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 AQ 4 6 4 893 b| D8 六、申請專利範圍 孔,該扣件突出物可從該扣件接受孔中延伸而出,使該蓋子裝於 該承載器上。 18. 如專利申請範圍第14項所述之開關組合,其中該致動器沿著 該相對兩端的方向延伸,該致動器有一末端,該末端與該開關片 所連接的該尾端之一遠離;該凹洞中有一與該機座一體成形的固 定用突出部分,該末端與該固定用突出部分連結。 19. 如專利申請範圍第14項所述之開關組合,其中該致動器有螺 簧之形狀,該螺簧含多圈線圈,該致動器夾於該致動器的該尾端 之一的該多圏線圈中鄰接的兩線圈,使該致動器與該開關片相 連。 20. 如專利申請範圍第19項所述之開關組合,其中該致動器有相 對該尾端之一的一末端,而位於該凹洞內的一固定用突出部分夾 於該末端的鄰接線圏中。 21. —種開關組合,其包含: 沿著一致動器主軸延伸之形狀記憶合金構成的一致動器; 與該致動器主軸成橫向延伸且有彈性的一開關片’該開關片 與該致動器的該尾端之一連接,且該開關片可在接點導通與接點 斷開的位置間移動; 4HDP200001TW 15 --------------严— <請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂: --線- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
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