TW504548B - Turbo molecular pump - Google Patents

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A7 五、發明說明（2 ) 止的固定翼32的相互作用槿忐香ν· 乍用構成實仃排氣作用的軸方向翼 排氣部L1 〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於轴方向翼排氣部L1的下方則設有螺溝排氣部L3。 即於旋轉筒狀部20以圍繞固^筒狀部16的狀態設置外周 面形成有螺溝54a之螺溝部54，另—方面於^子s以圍 繞Ί冓部54之外周的狀邊設置螺溝排氣間隔部56。螺 溝排氣部L3為由高速旋轉的螺溝部54之螺溝…造成 的拖曳動作用（drag)進行排氣。 如上述於軸方向翼排氣部L1的下流側設置螺溝排氣 部L3而構成能適應於廣泛範圍的流量之廣域型透平型分 子泵。在上述的例中係表示以螺溝排氣部L3之螺溝形成 在轉子R側為例，然亦可將螺溝形成在定子s側。 [發明所欲解決的課題] 於最近的半導體製造裝置，隨著晶圓的大口徑化有使 用多量之氣體的傾向，因此對於透平型分子泵亦要求隨著 大流篁的排氣保持容器内之壓力於一預定壓力以下，並要 求能具有高壓縮能力。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 然而如上述具有大排氣量，高壓縮能力的透平型分子 泵’段數增加而且軸方向的長度及重量亦變大，不但使其 本身之造價高昂，並將佔有高價的清淨室（clean r〇〇m)内 容器周圍之空間。又於發生異常破壞時的破壞轉矩較大而 不容易確保其安全性。 本發明為解決上述的問題，以提供轴方向為小型化， 並且具有充分之排氣。壓縮能力的透平型分子泵為目的。 310703 本，.氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 504548 亇 η IT一^-- 五、發明說明（3 ) _______補充丨 '*’*—^ ·—一_________* [解決課題之手段] 申請專利範圍第1項之發明的透平型分子果為對於殼 體内部具有轉子側的旋轉翼與分子側的固定翼交互配置之 翼排氣部的透平型分子系；冑述翼排氣部具備轴方向翼排 氣部以及配置在該軸方向翼排氣部之下流侧的徑方向翼排 氣部，且前述徑方向翼排氣部於前述固定翼或旋轉翼之相 互對向之面的至少-方為形成螺旋狀之凹凸的構 徵者。 依上述的裝置，於分子流領域具有高排氣性能之轴方 向翼排氣部的下流側（高壓側）設有由分子流領域至純 流領域均具有高排氣性能之徑方向翼排氣部，因此能提供 以整體而言具有高排氣性能之透平型分子栗。徑方向翼排 氣部設置例如為固定翼及與其近接的旋轉翼，而於其間設 置預定形狀的凸條等的凹凸，以轉子的旋轉作用將氣體向 ㈣向排出。由於如上述將固定翼與旋轉翼平行交互配 置:而形成向徑方向鑛齒狀出入之多段的排氣流路提高其 排氣•屢縮機能而能避免增大軸方向的尺寸。此時將凹凸 形成在轉子側可得較高排氣性能，但形成在定子側時較容 易製作。 同時’由上述形狀的溝及凸條的衝擊作用而利用轉子 的旋轉能實行最有效率的排氣。如上述之徑方向排氣部的 構成由於左右排氣性能之轉子與定子之間的空隙為設在

固定翼與旋轉翼之間的轴方向，因此比較利用螺溝向軸方 向排氣之習用的螺谱祕：A !-----、聶排乳部，其起因於熱變形及彈性變形 本紙張尺度剌t關緖--雙4驛變办 3(修正頁) 310703 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) V - -L----------1 --. 504548

五、發明說明丨 的空隙之變動較小，由而可县 申請專利範圍第2項的發=安定的運轉狀態。 透平型分子泵，M 切請專料圍第1項之 向排氣部之間，設有由螺;氣部與前述徑方 其特徵者。 °排氣之螺溝排氣部為 申睛專利範圍第3項的發日日 透平型分子栗，其中，為申請專利範圍第1項之 設有由螺溝为鮎方a 、月』述徑方向翼排氣部❼下流側， 卜：向軸方向排氣之螺溝排氣部為其特徵者。 申明專利範圍第4項的發明為申請專利範圍第 透平型分子泵，前述螺溝排氣 & 、 3?罟丈訪絲 W為扠在前述轉子的内面與 轉子之内側的固定筒狀部之間為其特徵者。 訂 申請專利範Μ 5項之發明的透平型分子泵為於殼體 内部具有令轉子側的旋轉翼 丹異/、疋子側的固定翼交互配置之 翼排氣部的透平型分子泵，其中 八甲之别逑翼排氣部為具備於 線 前述固定翼或旋轉翼之互相對向 、 1玎Π之面的至少一方形成有螺 旋狀之凹凸的徑方向翼排氣部為其特徵者。依發明者等的 經 濟 部 智 慧 財 產 局 呈 消 費 合 作 社 印 製 實驗結果得知向徑方向内侧排氣時亦可抵抗㈣心作用而 得到排氣性能。因此如上述將固定翼與旋轉翼交互配置， 形成徑方向鑛齒狀出入之多段的排氣流路將可提高排氣/ 壓縮機能，並可避免增加軸方向尺寸。 申請專利範圍第6項的發明為申請專利範圍第5項之 透平型分子泵’其中於前述徑方向翼排氣部之上流側設有 由螺溝向轴方向排氣之螺溝排氣部為其特徵者。 . 申請專利範圍第7項的發明為申請專利範圍第5項之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) -------— 310703 4(修正頁） A7 ----------- Β7 五、發明說明（^~^ -

透平型分子栗，其中於前述炉方A 八Y尽別連仫方向翼排氣部之下游側設有 由螺溝向轴方向排氣之螺溝排氣部為其特徵者。 申請專利範圍第8項的發明為申請專利範圍第7項之 平型分子栗’其中，前述螺溝排氣部為設在前述轉子的 内面與配置在該轉子之肉你丨My 内側的固疋同狀部之間為其特徵 者。 申請專利範圍第9項的發明為中請專利範圍第】項至 第8項中任一項的透平型分子果，其中，前述固定翼及/ 或旋轉翼為用鈦合金或陶曼形成為其特徵者；由此可製成 高強度，高耐姓性，及高耐熱性的透平型分子果。 [發明的實施形態] 以下參照第1圖及第2圖說明本發明的第i實施形 態。本實㈣態之透平型分子㈣於筒狀的泵殼體1〇之内 部收容有轉子（旋轉部瓜及定子（固定部）s，於其間構成有 轴方向翼排氣部^及徑方向翼排氣部L2。在果殼體1〇 之上下端部則开^成凸緣12a及12b，對上部凸緣連接 需排氣的裝置及配管。 定子S具備以覆蓋泵殼體1〇之下部的狀態接合於下 部凸緣12b的基部14,於其中央設成直立狀之筒狀的固定 同狀部16’以及軸方向翼排氣部L1與徑方向翼排氣部l2 之固疋側部分，並於基部14形成有排氣口 17。轉子尺具 有插入於固定筒狀部16之内部的主軸18及裝設在主轴18 的旋轉筒狀部20。 於主軸18之外周面與固定筒狀部16的内周面設有用 本ίΓ張尺度適用中國國家標準（cns)A4規格（210 ---- 5(修正頁） 310703 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 争 n lb n n «I ϋ n •線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504548 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 310703 A7 B7 五、發明說明（6 ) 以旋轉轉子R之驅動用馬達22，以非接觸的狀態支持轉 子R之上部徑向軸承24，下部徑向軸承26，以及軸向軸 承28。軸向軸承28含有主軸18之下端的標的盤28a，以 及疋子S側之上下的電磁鐵28b。以上述的構成，轉子r 乃受到5軸之能動控制而做高速旋轉。於固定筒狀部16 之上下2處形成有觸壓（t〇ueh d〇wn)軸承29a、。 軸方向翼排氣部L1之旋轉筒狀部20的上部外周為 一體的形成有圓盤狀的旋轉翼3〇，於泵殼體的内面則 為與旋轉翼30交互配置的設有固定翼32。各固定翼32 之緣部以固定翼間隔部（spacer)34從上下方向壓住而固 疋。紋轉翼30之内周部的輪殼（bub)3〇a與外周部之框體 (frame)30b之間以放射狀的設有徑方向延伸之傾斜的翼 (圖不省略）’而由其高速旋轉對於氣體分子給予軸方向的 衝擊而進行排氣。 徑方向翼排氣部L2為設在軸方向翼排氣部li的下 流側，亦即設在其下方，與軸方向翼排氣部L1大約為同 樣的，於旋轉筒狀部20之外周為一體的形成圓盤狀的旋 轉翼36，而於泵殼體1〇的内面為與旋轉翼36交互配置 a又有固疋翼38。各固定翼38之緣部為由固定翼間隔部4〇 從上下方向麼住而固定。 固定翼38各為形成中空的圓板狀，如第2圖所示， 於其刖後面由中央的孔42至周緣部44之間設螺旋狀（渦 旋狀）的凸條46 ’於該等凸條46之間形成向外側擴大的 溝48。各固定翼38之前面，即上面的螺旋狀凸條係 私紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（2ig χ撕公髮） -----------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 504548

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（7) 形成如第2A圖之箭頭A所示，隨著旋轉翼36的旋轉使 軋體分子依實線的箭頭B所示向内側流動，另一方面， 各固定翼38之後面’亦即下面的螺旋狀凸條46為形成隨 著旋轉翼36的旋轉使氣體分子依虛線的箭頭c所示向外 側流動。如上所述的固定翼3 8通常係形成半分割體，經 介著固定翼間隔部40組裝成與旋轉翼36平行交互配置的 狀態後插入於殼體10内。 由上述的構成’本實施形態的透平型分子泵，於徑方 向翼排氣部L2之的軸方向短短的區間構成於固定翼38 與旋轉翼36之間以鋸齒形態由上至下延伸之較長的排氣 路徑。由此可提供不致增大整體的軸方向長度而具有高排 氣·壓縮性能的透平型分子泵。 第3圖表示本發明之另一實施形態的透平型分子栗， 於此實施例之螺旋狀的凸條50為形成在轉子側。亦即形 成在旋轉翼36表裏面（前後面）的外緣部，於其間形成螺 旋狀的溝52，而固定翼38的表面則形成平坦。各旋轉翼 36的表面，亦即上側之面的螺旋狀凸條5〇為形成如第3a 圖箭頭A所示，隨著旋轉翼36的旋轉使氣體分子依實線 的箭頭B所示向外側流動，另一方面，各旋轉翼3 6之後 面’亦即下面的螺旋狀凸條50則形成隨著旋轉翼36的旋 轉使氣體分子如虛線的箭頭C所示向内側流動。 本實施形態亦與先前的情形同樣的，於徑方向翼排氣 部L2之含有第1圖之轴線的斷面，構成在固定翼38與 旋轉翼36之間以鋸齒狀由上至下延伸之長排氣路徑， -----------•裝·-------訂---------^9. (請先閱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 X 297公釐） 7 310703 504548 .丄。丨㈣補d A7 y__B7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（8 ) 以不致增加整體的軸方向的長度而可提供具有高排 氣·壓縮性能的透平型分子栗。 將上述透平型分子泵與第14圖所示W之透平 =匕較則有以下的利點。亦即第14圖之螺溝排氣心 工咏係在同狀之螺溝部54的螺溝54a及溝排氣間隔 56之間向半徑方向形成，因而容易隨著轉子旋轉時之 變形，轉子升溫時的熱變形，以&轉子於高溫連續運 的緯變形（creep)而發生變化，因而不易得安定的性能。相 比之下，本發明之透平型分子泵的徑方向翼排氣部L2，其 空隙為以軸方向形成在2牧的圓盤間，其軸及殼體不容/易 受到彈性負荷及溫度變化。因此不容易發生彈性變形、熱 變形、緯變形，於是空隙亦不易變化。因此能維持安定的、 性能’並且對過負荷運轉的耐久性優異。 第4圖及第5圖為表示徑方向翼排氣部單段性能之試 驗結果之曲線圖，該圖之縱軸表示吸氣側壓力ρ§，橫軸表 示排氣側壓力Pd，指標之「轉子側」、「定子側」表示形成 有溝或凸條之一方。該試驗係令固定翼32與旋轉翼3〇相 互對向配置，並就界定形成於固定翼32與旋轉翼3〇間之 排氣流路的入口側（吸氣側）與出口側（排氣側）量測其壓 力。亦即，在界定形成於旋轉翼30與配置在該旋轉翼3q 下方之固定翼32間且由内周側流向外周側之排氣流路 上，量測其内周側（吸氣側）之壓力Ps與外周側（排^側）之 壓力Pd，並將其量測結果揭示於第4圖。在界定形成於旋 轉翼30與配置在該旋轉翼30上方之固定翼32間^由外周 側流向内周側之排氣流路上，量測其外周側（吸氣側）之壓 力與内周側（棑氣側）之壓力Pd，並將其量測結果揭示於 第5圖。 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 8(修正頁） 310703 £ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} u i-i------訂---------線滅 五、發明說明(9 ) :上述各圖中之各曲線均在直線：㈣d的下側，乃 =内側或其反方向的任何狀態均具有排氣能 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} Γ第4=氣 較低之事實可"父時，由第4圖之到達真空壓力 二側::=排氣之情形比相反方向 側排氣時由於旋轉翼38之摩:所據推生^由外周側向内周 消。伸任一種m目士厚擦所產生之遠心作用相抵 用，故自外====周氣=向内周側的壓縮作 此由於固定翼38與旋轉! 具傷=::::狀排氣路徑’而能達成高塵= 定子成在轉子11側之情形比較形成在 得高ι 縮性能。此為徑實際機器的確 在製作上，轉子f 尚未解明。另-方面 的材料切二 ::::r㈣向插二=== u 方向的機械加工需更多的加工時間而增ί 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 之各段按：：ί於定子“則時，可將徑方向翼排氣部L2 相ί按1又分別以個別之零件製作’因此其成本與習用者 所;"Hf至第8圖表示本發明之另-實施形態，第6圖 設：螺溝排：向翼排氣部U與徑方向翼排氣部U之間^ 部2 〇之'中=八段之排氣溝成。亦㈣旋轉筒狀 Η，於定早外 形成含有螺溝5“的螺溝部 56,以此=對-向於該部分的處所設螺溝排氣間隔部 轉子之咼速旋轉拖動氣體分子而進行排氣。第 雜咖 χ 297 公爱） 9(修正頁) 310703 A7 B7 五、發明說明（10) 7圖所示為將螺溝排氣部 流側。 叹在徑方向翼排氣部L2的下 第8圖亦為表示於徑方向翼 置螺溝排氣部L3的實施形雄 、部2的下流側設 。 於此之螺溝排氣部L3為 5又在構成徑方向翼排氣部餘 會时的妗絲松虹 ％轉同狀部20的後面側。 亦即於旋轉同狀部2〇之徑 7| ^ ^ 万向翼排虱部L2所對應部位 的内側與疋子S之固定筒妝都 ,L 疋问狀# 16的外面之間形成隙間， 於此插入外面形成有螺溝54a的螺溝排氣部套筒 (和⑽。該螺溝排氣部套筒58係經由下部的凸緣趙… 固疋在基部14上。 上述螺溝54a係形成為具有由轉子R的旋轉之拖動 作用使氣體分子由下向上排氣之作用。亦即形成由徑方向 翼排氣部L2之最下段使氣體在旋轉筒狀部2〇與螺溝排 氣部套筒58之間上升’再由螺溝排氣部套筒58與固定筒 狀部16之間的隙間下降以至排氣口 17的流路。依本實施 形態由於徑方向翼排.氣部L2與螺溝排氣部〇於軸方向 為重複設置，因此不致增長軸方向的長度而能提供更具有 高排氣•壓縮性能的透平型分子泵。 第9圖表示本發明的另一實施形態，本實施形態不設 軸方向翼排氣部，而全段為以徑方向排氣部L2構成的多 段式之透平型分子泵。以本實施形態與上述之與轴方向翼 排氣部組合的型式比較，具有能發揮於比使用通常之透平 型分子泵的分子流領域之壓力更高的領域壓送高流量的效 果〇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公® ) tj 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

310703 504548 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 11 A7 B7 五、發明說明（11) 第1 〇圖表示於第9圖之實施形態的後段設螺溝排氣 部L3者’即於旋轉筒狀部2〇與固定筒狀部16之間設溝 排氣部套筒（第2固定筒狀部）60，於該第2固定筒狀部的 外面形成螺旋狀的凸條60a，並於旋轉筒狀部20與溝排 氣部套筒60之間形成螺溝排氣部L3。由此形成向軸方向 往復之排氣流路，可構成小型並得高排氣量的泵。 第11圖表示本發明之又一實施形態的透平型分子 泵’本實施形態於前段設含有具備螺溝54a之筒狀的螺溝 部54的溝排氣部L3，於後段設徑方向翼排氣部L2。本 實施形態與第1圖所示組合軸方向翼排氣部L1與徑方向 翼排氣部L2的方式比較可達成以下的效果。亦即與轴方 向排氣部能於分子流領域發揮性能之形態相比，軸方向螺 溝排氣部則於大約1至l〇〇〇pa的壓力領域產生有效的作 用’因此能以更接近大氣的粘性流領域運轉。 在上述的例中，徑方向翼排氣部L2為如第12A圖所 示於固定翼38及旋轉翼36的一方形成預定形狀的凹凸 46、56，然如第12B至D圖，第13A至E圖所示，可將 凹凸46、50適宜的配置於固定翼38及旋轉翼36之對向 的面的至少一方，或使上述配置於徑方向翼排氣部L2之 各段變化而適用亦可。 於上述的例中，固定翼及/或旋轉翼為用一般的持寺斗 如鋁或其合金作成，然使用鈦合金或陶瓷作成亦可。如 此 可作成強度及耐蝕性，耐熱性高的透平型分子果。 [發明的效果] 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ' ------ 310703 ------------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁，> 504548 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（12) 如以上的說明，依本發明可提供軸方向為小型並具充 分之壓縮•排氣性能之透平型分子泵，因而對於收容半導 體製造裝置之如清淨室的空間等昂貴的設備具有降低成本 的效果。 [產業上的利用可能性] 本發明的透平型分子泵有用於半導體製造工程等之容 器的排氣。 [圖面的簡單說明] 第1圖表示本發明之實施形態的透平型分子泵斷面 圖。 第2圖表示第1圖之透平型分子泵的固定翼。 第3圖表示本發明之另一實施形態的透平型分子泵之 旋轉翼。 第4圖表示本發明之實施形態的透平型分子泵之作用 的圖表。 第5圖同為表示本發明之實施形態的透平型分子泵之 作用的圖表。 第6圖表示本發明之第3實施形態的透平型分子泵的 斷面圖。 第7圖表示本發明之第4實施形態的透平型分子泵的 斷面圖。 第8圖表示本發明之第5實施形態的透平型分子果的 斷面圖。 第9圖表示本發明之第6實施形態的透平型分子泵的 ---— — — — — — — — ----丨 _ 丨·"訂丨 i —丨 —— 丨 . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺細t _緖|(〇€^規格⑽x 297公爱） 12 310703 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（I3) 斷面圖。 第10圖表示本發明之第7實施形態的透平型分子泵 的斷面圖。 第11圖表示本發明之第8實施形態的透平型分子泵 的斷面圖。 第12圖表示本發明之透平型分子泵於設有凹凸之一 方的變形例之斷面圖。 第13圖同為表示本發明之透平型分子泵於設有凹凸 之一方的變形例之斷面圖。 第14圖表示習用之透平型分子泵的斷面圖。 [符號的說明] -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 10 泵殼體 12a 上部凸緣 12b 下部凸緣 14 基部 14a 排氣口 16 固定筒狀部 17 排氣口 18 主輛 20 旋轉筒狀部 22 驅動用馬達 24 上部徑向軸承 26 下部徑向軸承 28 轴向軸承 28a 標的盤 28b 電磁鐵 29a、29b 觸壓軸承 30 旋轉翼 32 固定翼 34 固定翼間隔部 36 旋轉翼 3 8 固定翼 40 固定翼間隔部 42 孔 44 周緣部 46 固定翼側螺旋狀凸條 48 溝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 310703 13 504548 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（14 ) 50 旋轉翼側螺旋狀凸條 52 溝 54 螺溝部 54a 螺溝 56 溝排氣間隔部 58 溝排氣部套筒 58a 凸緣體 60 溝排氣部套筒 60a 凸條 L1 轴方向翼排氣部 L2 徑方向翼排氣部 L3 溝排氣部 Pd 壓力 Ps 吸氣側壓力 R 轉子 S 定子 -----------裝--------訂---------^9— (請先閱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 X 297公釐） 14 310703

Claims (1)

1. 504548

   I::透平型分子栗，係於殼體内部具有令轉子側的旋轉 翼與定子側固定翼交互配置之翼#氣部者， 其特徵在：前述翼排氣部具備軸方向翼排氣部以及 配置在該軸方向翼排氣部τ游側的 且前述徑方向翼排氣部係於前述固定翼或；：翼 之相互對向面的至少一方形成螺旋狀凹凸所構成者。 2.如申請專利範圍第i項的透平型分子栗，其中，於前述 軸方向翼排氣部及前述徑方向排氣部之間設有由螺溝 以向軸方向排氣之螺溝排氣部者。 3·如申請專利範圍第！項的透平型分子泵，其中，於前述 徑方向翼排氣部之下游側設有由螺溝向轴方向排氣之 螺溝排氣部者。 4. 如申請專利範圍第3項的透平型分子泉，其中，前述螺 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 溝排氣部係設在前述轉子内面與配置在該轉子内側的 固定筒狀部之間者。 5. -，透平型分子泵，係於殼體内部具有令轉子側旋轉翼 與定子侧固定翼交互配置之翼排氣部， 其特徵在：前述翼排氣部具備於前述固定翼或旋轉 翼之互相對向面的至少-方形成有螺旋狀凹凸的徑方 向翼排氣部。 6·如申請專！範圍第5項的透平型分子泵，其中，於前述 本紙張幻1適用中)A4規格（2ι〇χ 297公 1 310703 ------------- H3_— k方向翼排氣部之上游側設有由螺溝以向軸方向排氣 之螺溝排氣部者。 7 如申喷專利範圍第5項的透平型分子泵，其中，於前述 k方向翼排氣部之下游側設有由螺溝以向轴方向排氣 之螺溝排氣部者。 8 j •如申請專利範圍第7項的透平型分子泵，其中，前述螺 溝排氣部係設於上述轉子内面與配置在該轉子内側的 固定筒狀部之間者。 9·如申請專利範圍第丨項至第8項中任一項的透平型分子 果’其中，前述固定翼及/或旋轉翼為用鈦合金或陶瓷 形成者。

   經濟部中央標準局員工福利委員會印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )A4規格（210 X 297公愛) 2 310703