TW488180B - Battery and circuitry assembly - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 488180 A7 __ B7 五、發明說明（/ ) [發明背景] 槪括而Η，助聽器（hearing aid)係使用習用之鋅-空 氣鈕扣式電池，因爲該等電池之固有的高能量儲存以及便 利性。鋅-空氣電池係可以數種不同尺寸而供商業利用。所 有該等鋅-空氣電池係均爲狀似薄餅（pancake)者，其直徑 係數倍於高度。最小之鈕扣式電池係用於管內式（in_the_ canal)之助聽器。此形式因數係並非永遠適用於耳朵中所 需之方位，使得此係隨著助聽器之變得愈小而愈增加其重 要性。 一鋅-空氣電池系統係由四個基本元件所組成，即陽極 、陰極、空氣-陰極與電解質（electrolyte)。於·一鋅-空氣 電池系統中，該陰極係於空氣中之氧氣，且該空氣陰極將 促進氧氣與電解質之反應。該電解質係液體，一般而言爲 氫氧化鉀。該氧極係一般爲金屬，諸如鋅。由於該鋅-空氣 電池係暴露於空氣以供活化，該系統之電解質係因蒸發而 耗盡。雖然可經控制該蒸發以提供所需之受限壽命，該電 池係必須於儲存期間作密封。使用習用之助聽器電池，具 有壓力靈敏之黏著劑的一金屬箔係施加於電池中之小孔上 ，以防止空氣之進入。當欲使用電池時，該箔係移除以允 許空氣之進入電池中，且該反應係開始。 助聽器係已經製作得更小，以提供耳內式且完全於管 中之助聽器。助聽器若係愈小，電池則係必須愈小。因爲 係使用小尺寸之電池於助聽器，當電池用完時係難於且受 挫於更換電池。小型電池係難以掌握，尤其是對於年長者 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — — — — — II — — — — — — II ·11111111 I AW — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 1. (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 488180 A7 B7 ---------- 五、發明說明o) ’其係助聽器之大多數的使用者。 爲了克服必須更換助聽器中的電池之問壞，彳系已，經硏 發出一種拋棄式（disposable)助聽器。拋棄式助聽器係一 種製造成本不昂貴之結構，俾使當電池用完時彳系可單單更 換整個助聽器而非僅是更換電池。因此，一抛棄式助聽器 之壽命係視電池壽命而定。電池壽命愈長，則愈不須經常 更換助聽器，且拋棄式助聽器之使用係愈不昂貴。是以， 將係令人滿意的是，使得用於一拋棄式助聽器之電池具有 較長之壽命。 [發明槪論] 本發明係關於一種電子電路與電池組件，且尤指其使 用於諸如助聽器之裝置的一種電池，且其係用於該裝置之 電子電路的整體構件。 本發明係針對一種電子電路組件，其包括具有一電子 電路於其內之一封閉殼體。該殻體係塡充以一電解質/陽極 溶液。該殻體之一端係包括一空氣-陰極/分離器組件。一 電氣接點係於該殼體中，且接觸於該電解質/陽極溶液。該 電解質/陽極溶液以及空氣-陰極/分離器組件係一起構成一 電池，其係連接至該電子電路並且操作該電子電路。 本發明係亦針對一種助聽器，其包括具有相對端之一 封閉殻體。一喇叭係於該殻體中，且延伸通過殻體之一端 。一麥克風係於該殻體中，且延伸通過殻體之另一端。一 電子電路係於該殻體中，且係連接至該喇叭與麥克風。該 威體係填以一^電解質/陽極溶液與一‘空氣-陰極/分離益組件 4 ϋ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寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 訂---------線·! !! 488180 A7 B7 五、發明說明（i) ，其構成一電池以供操作該電子電路。相較於使用習用電 池，塡充於該殼體中之所有可利用空間係顯著於容積上較 爲有效率，且提供一種具有操作壽命比較長之助聽器。 [圖式簡單說明] 由以下如隨附圖式所示之本發明較佳實施例的較爲特 定說明，本發明之上述及其他目的、特點與優點將係更爲 顯明，其中相同之元件符號係指不同圖式中之相同元件。 該等圖式係無須標出尺寸，而係強調在說明本發明之主旨 。本發明之揭示內容係可易於理解，藉著考慮結合隨附圖 式之以下的詳細說明，其中： 第1A圖係本發明之助聽器的一種形式之電氣部分截 面圖； 第1B圖係使用於第1A圖中之一空氣-陰極/分離器組 件的詳圖； 第2圖係整個助聽器之槪略圖； 第3圖係用於一助聽器之電氣電路的槪略圖； 第4A圖係本發明之助聽器的另一種形式之截面圖； 第4B圖係使用於第4A圖中之一空氣-陰極/分離器組 件的詳圖;及 第5圖係沿著第4A圖之線5-5所取之截面圖。 爲了有助於瞭解，相同之元件符號係儘可能被使用以 表示該等圖式中之共同的相同元件。 [元件符號說明] 10 助聽器之電子組件 5 _ 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寫本頁) 訂ί 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -線— ---------------- 488180 A7 B7 五、發明說明（f ) 12 14 16、18 20 21 22 24 26 27 28 30 31 32 34 36 38 39 39a 39b 39c 39d 40 42 44 撓性印刷電路 基底 直立臂部 電子裝置 金屬電極（接點） 麥克風 喇叭 殼體 保護性共形覆層 外壁 端壁 陽極/電解質混合物 開口 蓋部 開口 孔 空氣-陰極/分離器組件 疏水層 催化層 分離器 金屬網幕 箔片 耳模 內道（電氣電路） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _____________0^________^_________—I#________________________ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 488180 A7 B7 五、發明說明（f) 46 助聽器 47 印刷電路板 48 喇叭 50 麥克風 52 電子裝置 54 殼體 56 管狀套筒 58 杯形端蓋 62 、 64 、 68 孔 70 耳模 72 大致徑向突出翼部 75 空氣-陰極/分離器組件 75a 疏水層 75b 催化層 75c 分離器 75d 金屬網幕 76 電解質/陽極溶液 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) [較佳實施例詳細說明] 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 開始參考第1A圖，本發明之助聽器的電子組件部分 係槪括表示爲10。組件10包含一可撓印刷電路12，其包 括一可撓絕緣材料（諸如塑膠）薄片，並具有一導體圖案 於其至少一表面上。如圖所示，可撓印刷電路12係爲U 之形式，具有一基底14以及於其末端之二直立臂部16與 18。然而，應係瞭解的是，可撓印刷電路12可係爲任何所 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 488180 A7 B7 五、發明說明（t) 欲之形狀者。諸如積體電路、電阻器、電容器、電感器等 等之各種電子裝置20係安裝於可撓印刷電路12，並組成 用於助聽器之電子電路。該等電子裝置20係電氣連接於可 撓印刷電路12之上的導體圖案，以係電氣連接於所欲之電 路。一金屬電極21係亦於該可撓印刷電路。一小型麥克風 22係安裝於可撓印刷電路12之臂部16，且一小型喇叭24 係安裝於可撓印刷電路12之臂部18。 具有電子裝置20於其上之可撓印刷電路12係於殻體 26之內。殼體26係較佳爲由電氣絕緣材料所構成，其係 不會受到電解質31所損壞。聚氨酯橡膠（urethane)係適 用於此目的。殼體26包括一外壁28與一端壁30。外壁28 係較佳爲圓柱形者，雖然其係可爲任何形狀者。端壁30具 有一開口 32，喇叭24係以緊密裝配而延伸穿過於開口 32 。一蓋部34係延伸跨於且係密封於外壁28之另一端。蓋 部34具有一開口 36，麥克風22係以緊密裝配而延伸穿過 於開口 36。蓋部34亦具有複數個小孔38，空氣係可通過 於該等小孔38。一箔（f01l)片40具有一黏著劑於一表面 上，係於蓋部34之外表面上，且延伸於該等小孔38之上 〇 殻體26係塡充（較佳爲達其體積之80-90%)以一陽 極/電解質混合物31。該電解質係可爲氫氧化鉀或者氫氧化 鈉，其允許電流藉著氫氧化物離子之移動而流通於電池。 該金屬性之陽極材料（典型爲鋅）係與氫氧化物離子作反 應，以構成一金屬氧化物並且產生一電位。該殼體係非完 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂· — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -線 IIP·----------------------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 488180 A7 B7 五、發明說明（j ) 全塡滿，藉以允許供例如鋅至鋅氧化物之膨脹。由於該電 解質係有毒之腐蝕性材料，於可撓印刷電路12之上的電子 裝置20與導線係塗覆以一保護性共形（conformal)覆層 27，其係不受到電解質所侵害之材料者，諸如一塑膠或者 例如聚對亞苯基二甲基（Parylene® )之含氟聚合物（ fluoropolymer)。接點21係可藉著貴金屬之一覆層而保護 免於該電解質。 亦參考第1B圖，空氣-陰極/分離器組件39係典型爲 由三層所組成:疏水（hydrophobic)層39a (典型爲聚四氟 乙烯（Teflon®))、催化（catalyst)層39b、與一分離器 39c，該催化層係由一金屬網幕（典型爲鎳）39d所支承。 槪括而言，該組件39係提供典型爲用於氧氣與水之一反應 位置，以構成過氧化物（peroxide)與氫氧化物，如下文中 將進而說明者。一第二反應係接著轉換該過氧化物爲氫氧 化物與氧氣。該空氣-陰極材料係可由諸如Alupower、 Pawcatuck公司、CT等等公司所商用取得。 疏水層39a係允許氧氣通過至催化層39b，但禁止電 解質由殼體26所洩漏出。催化層39b提供用於陰極之一反 應位置。金屬網幕39d係提供用於催化層39b之機械支撐 ，並且提供用於陰極之低阻抗的電氣連接。催化層39b係 典型爲由碳與催化性化合物所組成。催化物係促進過氧化 物成爲氫氧化物與氧氣之轉換反應。 分離層39c係提供介於在電解質/陽極溶液31中的金 屬性陽極材料（典型爲鋅）與空氣-陰極組件39之間的電 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -—a— ϋ ϋ n i·— I 一 ον ϋ »1 ϋ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 _♦!----------------- 488180 A7 B7 五、發明說明（& ) 氣分離，但允許通過典型爲氫氧化鉀或者氫氧化鈉之電解 質。 欲使用該組件10於一助聽器中，該組件10係安裝於 一耳模42，如第2圖所示。耳模42係較佳爲一柔軟、耐 久且依順之材料，諸如一冷硬化之異丁烯酸（methacrylate )、熱硬化之異丁烯酸、熱硬化之聚矽氧（silicone)、聚 氯乙烯（PVC)共聚物、或者聚乙烯（PE)共聚物。耳模 42具有一內道44，該組件10係插入於內道44。耳模42之 外部結構（諸如形狀與尺寸）係俾使其可易於插入於使用 者之耳管中，且將適合於耳管之形狀。由於耳模42係一依 順之材料，耳模42抵於耳管壁之壓力將產生所需之一良好 接合，以防止聲音回授，並有助將該助聽器保持於耳朵中 〇 無論是在剛插入該組件10於耳模42之前或之後，箔 片40係移除以使得空氣透過該等孔38而進入殼體26。進 入殻體26之空氣係於催化層39b之中與電解質起反應，以 提供一電流之流動。該電流係流動至接點21，以操作助聽 器之電路。該電流路徑係較佳爲由介於組件39與麥克風 22的導電殼之間的一電氣連接所完成。相較於同等尺寸之 習用助聽器，此組件及助聽器係提供較大量之電解質/陽極 31，且因此提供一較長之壽命。 用於助聽器之一電氣電路44的槪要圖係顯示於第3圖 中。主要之電氣構件係一麥克風Ml (由美國伊利諾州芝加 哥市之Knowles電子公司所製之一型號EM3046)、一喇口八 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寫本頁) 訂--- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 !線_鲁！ -------------- 488180 A7 B7 五、發明說明（^) S1 (由Knowles電子公司所製之一型號EM3126)、一積體 電路U1 (由加拿大多倫多市之Gennum公司所製之一型號 GC514)及一 1.3伏特之電池B1。麥克風Ml將一聲音訊號 轉換成一電氣訊號。此訊號係由積體電路U1所放大及處 理。積體電路U1之輸出將驅動喇叭S1。喇叭S1係將電氣 訊號轉換回到一聲音訊號，其將振動耳膜。電氣電路44之 其他構件的功能係如後： 電容器C1與C9，提供電源供應去耦合； 電容器C3及電阻器R2與R3，設定低頻道之增益及頻 率響應； 電容器C2，設定高頻道之半功率點（corner)頻率； 電阻器R1，設定壓縮之臨限値（threshold); 電容器C4及電阻器R7，設定緩慢平均値檢測器之時 間常數； 電容器C5及電阻器R8，設定快速平均値檢測器之時 間常數； 電容器C6，耦合訊號至整流電路以偵測訊號位準； 電阻器R4與R5及電容器C7，合計該低頻道與高頻道 電阻器R6，設定電路之整體增益;及 電容器C8，耦合積體電路輸出至喇叭S1。 除非另作指明，所有電阻器之値均係歐姆者，且所有 電容器之値均係微法拉第者。所示之構件値係僅爲典型者 。實際之値係視所欲之頻道數目、增益及頻率響應而定。 11 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寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 --------訂---------線-#ί——一----------------- 488180 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（/ ο ) 參考第4A、4B與5圖’本發明之助聽器的另一^種形 式係槪括表示爲46。助聽器46係包含一印刷電路板47 ’ 於其上安裝有一喇叭48、一麥克風50與各種電子裝置52 ，其構成助聽器46之電子電路。喇卩八48與麥克風50係於 印刷電路板47之相對端處。印刷電路板47係於一殼體54 之內，殼體54係構成爲一管狀套筒56與一杯狀端蓋58。 如第5圖所示，管狀套筒56與杯狀端蓋58係較佳爲橢圓 形之橫截面，以較佳裝配於一使用者之耳朵中。端蓋58係 由諸如金屬、導電性聚合物、或者覆有金屬之聚合物的一 導電材料所構成，而套筒56係諸如塑膠或者聚氨酯橡膠之 一絕緣材料者。端蓋58係緊密配接於套筒56之端部，且 係固定於套筒56。喇叭48係延伸通過且緊密配接於耳模 70之端蓋58的一孔62，而麥克風50係延伸通過且緊密配 接於耳模70之一孔64。該端蓋58係爲導電性，作用爲一 電極，如下文中將進而解說。 殼體54係塡充以一陽極/電解質混合物76。舉例而言 ，該電解質係可爲氫氧化鉀或者氫氧化鈉。舉例而言，該 陽極係鋅。耳模70亦具有一或多個孔68，如以前文所述 之方式，空氣係可透過孔68而進入殼體54，並與空氣-陰 極/分離器組件75之中的電解質起反應。如第4B圖所示， 該組件75具有疏水層75a、催化層75b (包括金屬網幕75d )、與分離器75c。當該裝置係未使用時，一黏著片（未 顯示）係可置放於該等孔68之上。殼體54係封閉於一耳 模70，其爲一柔軟、耐用且依順之材料。如圖所示，耳模 12 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寫本頁) - -ϋ ϋ I ϋ ϋ ϋ 一SJ I I I mmBmm Λ— I I I I ϋ II ϋ I I n 1 I I I ϋ ϋ n ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 488180 A7 ______ B7 五、發明說明（ί I) 70具有實質上爲徑向突出之翼部72，其有助於固持助聽器 於使用者之耳朵中。 於助聽器46之使用中，喇叭48係電氣連接至端蓋58 。端蓋58係由承載電流之材料所作成。喇叭48之框架係 亦由承載電流之材料所構成。舉例而言，產生於電解質/陽 極溶液76之中的電流係流通過端蓋58至喇叭48之金屬殻 體’透過電路板47與其上之構件，並經由麥克風50之承 載電流殻而至空氣-陰極/分離器組件75。一電氣絕緣材料 (例如含氟聚合物parylene®)係較佳使用以保護被暴露於 電解質/陽極溶液76之所有的構件。殻體54之套筒56係 塑膠者以係爲可撓。此舉允許殼體54可彎曲，俾使其將可 配接種種之內耳管形狀者。當助聽器係愈爲可撓，該助聽 器將係於使用者之耳朵中愈爲舒適。 因此’本發明係提供一種用於助聽器之電子組件，其 係小且緊密，但含有用以操作助聽器之整個電路，包括電 路構件、麥克風與喇叭。該電子組件係足夠小以插入至用 於助聽器之一耳模，其係可完全插入至一使用者之耳朵中 。然而，該組件亦包括一整體之電池，其實質上塡於該組 件之殼體中，以提供具有較長壽命之體積上較具效率的電 池。雖然§4組件之尋命係較長’其並未對於該裝置之整體 成本增加許多，且並未增大該裝置之尺寸。因此，運用該 組件之助聽器係仍不昂貴以製造，以係爲可拋棄式，但具 有一較長之壽命期間。 將可理解的是，在此揭示之裝置與操作方法係用以說 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------------訂· — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 _♦!---------------- 488180 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（|ι) 明本發明。在未偏離本發明之精神或範疇之下，修改係可 由熟悉此技藝之人士所易於思及。雖然本發明之電子組件 係已經關於在助聽器之其應用而作敘述，此組件係可適當 修改而问樣應用於需有一*電池之其他裝置，當緊密度與體 積效率之其優點將係有用時。舉例而言，於某些應用中， 可能係不需要該喇D八與麥克風’而是僅有與輸出電 氣連接。其他之電極-電解質系統係可 本紙張尺錢种關家標準（CNS)A4規格（210 X 297公愛]〜 -----------— 4------- —訂---------線— #!!!----------------- (請先閱讀背面之注音3事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 488180 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 L一種電子電路組件，包含： 一封閉殼體； 一電子電路，係於該殼體內； 一陽極/電解質溶液，塡於該殻體； 一電氣接點，係於該殼體中，該電氣接點係與該陽極/ 電解質溶液爲接觸;及 一空氣-陰極/分離器組件，係安裝於該殼體內，且係 與該陽極/電解質溶液爲構成一電池，其係連接至該電子電 路並且操作該電子電路，該空氣-陰極/分離器組件包含一 疏水層、一催化層與一分離層，其中該疏水層係允許氧氣 通過至該催化層，該催化層係提供用於該空氣-陰極之一反 應位置，且該分離層係提供介於該陽極與該空氣-陰極之間 的一電氣分離。 2. 如申請專利範圍第1項之電子電路組件，其中該電 解質係鋅電解質，其當接觸空氣時係活化，且該殼體具有 一孔，其允許空氣通過以進入殻體而活化該電解質。 3. 如申請專利範圍第2項之電子電路組件，其中該電 子電路包含一印刷電路板，具有電子元件於其上，且係連 接在一起以構成一所期望之電路。 4·如申請專利範圍第3項之電子電路組件，更包括於 該等電子元件上之一保護覆層，以保護該等元件免於該電 解質。 5.如申請專利範圍第3項之電子電路組件，更於該殻 體內包括一喇叭與一麥克風，係連接至該電子電路，以構 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 488180 A8 B8 C8 _ D8 、申凊專利範圍 成由電解質電池所操作之一助聽器。 6·如申請專利範圍第5項之電子電路組件，其中該喇 口八與麥克風之各者均係延伸穿過該殼體。 7.如申請專利範圍第6項之電子電路組件，更包含環 繞該殻體之一耳模。 8·如申請專利範圍第7項之電子電路組件，其中該耳 模係柔軟、耐久且依順之材料。。 9·如申請專利範圍第1項之電子電路組件，其中該殻 體包含一絕緣材料之管狀套筒與一導電材料之分離端蓋， 該等端蓋係固定至該套筒之相對端。 10. 如申請專利範圍第9項之電子電路組件，其中於該 殼體中之供允許空氣進入殼體的孔係於該等端蓋之一者中 〇 11. 一種助聽器，包含： 一封閉殼體，具有相對端； 一喇叭，係於該殻體中，延伸穿過該殼體之一端； 一^麥克風’係於該殼體中’延伸芽過該殼體之另一^而; 一電子電路，係於該殼體中’連接該喇叭與麥克風； 一陽極/電解質溶液，塡於該殼體;及 一空氣-陰極/分離器組件’係安裝於該殻體之一端’ 且係與該陽極/電解質溶液爲構成一電池，其係連接至該電 子電路並且操作該電子電路’該空氣-陰極/分離器組件包 含一疏水層、一催化層與一分離層’其中該疏水層係允許 氧氣通過至該催化層’該催化層係提供用於該空氣-陰極之 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 488180 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財.4局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 一反應位置，且該分離層係提供介於該陽極與該空氣-陰極 之間的一電氣分離。 12.如申請專利範圍第11項之助聽器，其中該電解質 係鋅電解質，其當暴露至空氣時係活化，且該殼體具有一 孔，其允許空氣穿過以進入殼體。 13·如申請專利範圍第12項之助聽器，其中該電子電 路包含一印刷電路板，具有喇叭、麥克風、與該電子電路 之電子元件於其上，且係連接在一起於一所期望之電路。 14·如申請專利範圍第13項之助聽器’更包括一保護 覆層，覆於該印刷電路板上之該等電子元件之上，以保護 該等元件免於該電解質。 15. 如申請專利範圍第13項之助聽器’更包括環繞該 殼體之一耳模。 16. 如申請專利範圍第15項之助聽器，其中該耳模係 柔軟、耐久且依順之材料。 17. 如申請專利範圍第16項之助聽器，更包括複數個 翼部，實質上係由該耳模而徑向延伸朝外。 18. 如申請專利範圍第11項之助聽器，其中該殻體包 含一絕緣材料之管狀套筒與一導電材料之分離端蓋，該等 端蓋係固定至該套筒之相對端。 19. 如申請專利範圍第18項之助聽器，其中於該殼體 中之供允許空氣進入殼體的孔係於該等端蓋之一者中。 20·如申請專利範圍第18項之助聽器，其中該殼體之 橫截面係爲橢圓形。 3 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T %: 本紙張义度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）