JP2000133209A - 無電極電界放電エキシマランプ装置 - Google Patents
無電極電界放電エキシマランプ装置Info
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- JP2000133209A JP2000133209A JP10304983A JP30498398A JP2000133209A JP 2000133209 A JP2000133209 A JP 2000133209A JP 10304983 A JP10304983 A JP 10304983A JP 30498398 A JP30498398 A JP 30498398A JP 2000133209 A JP2000133209 A JP 2000133209A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単位面積当たりの発光出力が大きく、
又、高周波帯域での放電が可能で、時間的な光出力の変
動がない一様な放電で、かつ長寿命な無電極エキシマラ
ンプ装置を提供する。 【解決手段】 放電ガスを充填した中空の放電容器と、
該放電容器の内側と外側に対向して配置される外部電極
と、該外部電極に高周波を印加して電界放電させる無電
極エキシマランプにおいて、前記放電容器の外側にトリ
ガー電源とトリガー電極とを具備し、前記高周波を１Ｍ
Ｈｚ〜１００ＭＨｚの範囲で前記外部電極に印可して電
界放電させることを特徴とする。
又、高周波帯域での放電が可能で、時間的な光出力の変
動がない一様な放電で、かつ長寿命な無電極エキシマラ
ンプ装置を提供する。 【解決手段】 放電ガスを充填した中空の放電容器と、
該放電容器の内側と外側に対向して配置される外部電極
と、該外部電極に高周波を印加して電界放電させる無電
極エキシマランプにおいて、前記放電容器の外側にトリ
ガー電源とトリガー電極とを具備し、前記高周波を１Ｍ
Ｈｚ〜１００ＭＨｚの範囲で前記外部電極に印可して電
界放電させることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、塗料の硬化、表面
洗浄、殺菌及び光化学反応用の紫外線光源に使用される
エキシマ分子から放射される光を利用する、無電極電界
放電エキシマランプ装置の改良に関する。
洗浄、殺菌及び光化学反応用の紫外線光源に使用される
エキシマ分子から放射される光を利用する、無電極電界
放電エキシマランプ装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明に関連した技術としては、特開平
７−１４２０３７号と特開平９−２７４８９３号とがあ
る。特開平７−１４２０３７号公報には、放電容器にエ
キシマ分子を形成する放電ガスを充填し、誘電体バリア
放電（別名オゾナイザー放電あるいは無声放電）によっ
てキセノン−エキシマ分子を形成せしめ、該エキシマ分
子から放射される光を取り出す放射器の誘電体バリア放
電エキシマランプが記載され、特開平９−２７４８９３
号公報には、ヒートパイプを挿入して、誘電体バリア放
電エキシマランプの放電容器内側を冷却し、外側は自然
対流により誘電体バリア放電エキシマランプの冷却が行
われている技術が記載されている。
７−１４２０３７号と特開平９−２７４８９３号とがあ
る。特開平７−１４２０３７号公報には、放電容器にエ
キシマ分子を形成する放電ガスを充填し、誘電体バリア
放電（別名オゾナイザー放電あるいは無声放電）によっ
てキセノン−エキシマ分子を形成せしめ、該エキシマ分
子から放射される光を取り出す放射器の誘電体バリア放
電エキシマランプが記載され、特開平９−２７４８９３
号公報には、ヒートパイプを挿入して、誘電体バリア放
電エキシマランプの放電容器内側を冷却し、外側は自然
対流により誘電体バリア放電エキシマランプの冷却が行
われている技術が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが上記の誘電体
バリア放電エキシマランプでは、ランプ表面の単位面積
当たりの電力が十分には得られないという問題や、ラン
プの外側の冷却を自然対流によって行なっているため、
ランプの温度上昇が避けられないという問題がある。ま
た、誘電体バリア放電エキシマランプでは、図５に示す
ような、高密度のマイクロプラズマが存在する領域が限
られてしまう放電５１となり、単位面積当たりの光出力
が小さくなるため、光化学反応に時間を要してしまうと
いう問題がある。そして、ランプの温度上昇によりラン
プ内の放電ガスが劣化し、発光効率が悪くなったり、放
電しにくくなってしまうという問題も出てくる。また、
マイクロプラズマ５１の位置的、時間的な変動が多くて
光出力が変動してしまうという問題も起こる。
バリア放電エキシマランプでは、ランプ表面の単位面積
当たりの電力が十分には得られないという問題や、ラン
プの外側の冷却を自然対流によって行なっているため、
ランプの温度上昇が避けられないという問題がある。ま
た、誘電体バリア放電エキシマランプでは、図５に示す
ような、高密度のマイクロプラズマが存在する領域が限
られてしまう放電５１となり、単位面積当たりの光出力
が小さくなるため、光化学反応に時間を要してしまうと
いう問題がある。そして、ランプの温度上昇によりラン
プ内の放電ガスが劣化し、発光効率が悪くなったり、放
電しにくくなってしまうという問題も出てくる。また、
マイクロプラズマ５１の位置的、時間的な変動が多くて
光出力が変動してしまうという問題も起こる。
【０００４】本発明は誘電体バリア放電エキシマランプ
の上記問題点を解消するためになされたものであり、単
位面積当たりの発光出力が大きく、又、高周波帯域での
放電が可能で、時間的な光出力の変動がない一様な放電
で、かつ長寿命な無電極電界放電エキシマランプ装置を
提供することを目的とする。
の上記問題点を解消するためになされたものであり、単
位面積当たりの発光出力が大きく、又、高周波帯域での
放電が可能で、時間的な光出力の変動がない一様な放電
で、かつ長寿命な無電極電界放電エキシマランプ装置を
提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１記載の発明は、放電ガスを充填した中空の
放電容器と、該放電容器の内側と外側に対向して配置さ
れる外部電極と、該外部電極に高周波を印加して電界放
電させる無電極電界放電エキシマランプにおいて、前記
放電容器の外側にトリガー電源とトリガー電極とを具備
し、前記高周波を１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲で前記
外部電極に印加して電界放電させることを特徴とする無
電極電界放電エキシマランプ装置である。
め、請求項１記載の発明は、放電ガスを充填した中空の
放電容器と、該放電容器の内側と外側に対向して配置さ
れる外部電極と、該外部電極に高周波を印加して電界放
電させる無電極電界放電エキシマランプにおいて、前記
放電容器の外側にトリガー電源とトリガー電極とを具備
し、前記高周波を１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲で前記
外部電極に印加して電界放電させることを特徴とする無
電極電界放電エキシマランプ装置である。
【０００６】また、請求項２記載の発明は、前記トリガ
ー電源の周波数を１０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚ、発生電圧を
８ＫＶ〜１４ＫＶ、動作時間を５ｓｅｃ以下で前記トリ
ガー電極に電界をかけることを特徴とする請求項１記載
の無電極電界放電エキシマランプ装置であり、請求項３
記載の発明は、電界放電によって発生するエキシマ分子
から放射される光を取り出す窓部材を有する無電極電界
放電エキシマランプ装置において、該無電極電界放電エ
キシマランプ装置内に不活性ガスを充填し、該不活性ガ
スを高速で循環させるファンと熱交換器を具備すること
を特徴とする無電極電界放電エキシマランプ装置であ
る。
ー電源の周波数を１０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚ、発生電圧を
８ＫＶ〜１４ＫＶ、動作時間を５ｓｅｃ以下で前記トリ
ガー電極に電界をかけることを特徴とする請求項１記載
の無電極電界放電エキシマランプ装置であり、請求項３
記載の発明は、電界放電によって発生するエキシマ分子
から放射される光を取り出す窓部材を有する無電極電界
放電エキシマランプ装置において、該無電極電界放電エ
キシマランプ装置内に不活性ガスを充填し、該不活性ガ
スを高速で循環させるファンと熱交換器を具備すること
を特徴とする無電極電界放電エキシマランプ装置であ
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に実施の形態について説明す
る。図１は本発明に係る実施例を示す概略構成図であ
る。無電極電界放電エキシマランプ装置１は、無電極電
界放電エキシマランプ２、無電極電界放電エキシマラン
プ２から放射される光を取り出すエキシマ光取り出し窓
３、エキシマ光を反射させる反射鏡４、無電極電界放電
エキシマランプ装置１内の不活性ガスを循環させるファ
ン５、冷却媒体の出入り口６および熱交換器７とで構成
されている。
る。図１は本発明に係る実施例を示す概略構成図であ
る。無電極電界放電エキシマランプ装置１は、無電極電
界放電エキシマランプ２、無電極電界放電エキシマラン
プ２から放射される光を取り出すエキシマ光取り出し窓
３、エキシマ光を反射させる反射鏡４、無電極電界放電
エキシマランプ装置１内の不活性ガスを循環させるファ
ン５、冷却媒体の出入り口６および熱交換器７とで構成
されている。
【０００８】図２は無電極電界放電エキシマランプ装置
１内の無電極電界放電エキシマランプ２の断面図であ
る。放電容器８は全長が約３００ｍｍ、外径が約４７ｍ
ｍ、肉厚が１．５ｍｍの中空の同軸円筒型の石英ガラス
製となっていて、放電容器８内には約８×１０4Ｐａの
キセノンガスが封入されている。そして、放電容器８の
内側には外径が約３４ｍｍ、肉厚が１ｍｍの中空の石英
ガラスに金属箔を巻回してなる外部電極９が挿入されて
いて、放電容器８の外側には、放電容器８に金属網を巻
回してなる外部電極１０が、外部電極９と対向して配置
されている。また、前記外部電極９はエキシマ光取り出
し窓側に金属箔を石英ガラスに半周巻回させたものでも
よい。放電容器８の外側には無電極電界放電エキシマラ
ンプ２を始動させやすくするために、トリガー電極１１
とトリガー電源１２とが取付けられ、ランプ始動後は高
周波電源１３により無電極電界放電エキシマランプ２は
点灯する。
１内の無電極電界放電エキシマランプ２の断面図であ
る。放電容器８は全長が約３００ｍｍ、外径が約４７ｍ
ｍ、肉厚が１．５ｍｍの中空の同軸円筒型の石英ガラス
製となっていて、放電容器８内には約８×１０4Ｐａの
キセノンガスが封入されている。そして、放電容器８の
内側には外径が約３４ｍｍ、肉厚が１ｍｍの中空の石英
ガラスに金属箔を巻回してなる外部電極９が挿入されて
いて、放電容器８の外側には、放電容器８に金属網を巻
回してなる外部電極１０が、外部電極９と対向して配置
されている。また、前記外部電極９はエキシマ光取り出
し窓側に金属箔を石英ガラスに半周巻回させたものでも
よい。放電容器８の外側には無電極電界放電エキシマラ
ンプ２を始動させやすくするために、トリガー電極１１
とトリガー電源１２とが取付けられ、ランプ始動後は高
周波電源１３により無電極電界放電エキシマランプ２は
点灯する。
【０００９】無電極電界放電エキシマランプ２は高周波
電源１３によって、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲で高
周波を外部電極９，１０に印加して電界放電させること
によって、図３のような放電容器８内のすべての空間に
わたって高密度のプラズマが形成され、一様な放電（霧
状の放電）となる。また、誘電体バリア放電エキシマラ
ンプに見られたマイクロブラズマの位置的、時間的な変
動もなくなり、単位面積あたりの光出力は誘電体バリア
放電エキシマランプの数十倍にすることが可能となる。
電源１３によって、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲で高
周波を外部電極９，１０に印加して電界放電させること
によって、図３のような放電容器８内のすべての空間に
わたって高密度のプラズマが形成され、一様な放電（霧
状の放電）となる。また、誘電体バリア放電エキシマラ
ンプに見られたマイクロブラズマの位置的、時間的な変
動もなくなり、単位面積あたりの光出力は誘電体バリア
放電エキシマランプの数十倍にすることが可能となる。
【００１０】このような周波数帯（１ＭＨｚ〜１００Ｍ
Ｈｚ）の高周波電源１３では、ランプを始動させるのに
必要な高電圧を得ることが難しいため、ランプ始動時に
トリガー電極１１にトリガー電源１２から放電のタネを
供給している。このようにランプの始動をトリガー電源
１２に任せることにより、高周波電源１３は、点灯時の
ランプとのマッチングを重視した設計とすることがで
き、これによりランプからの反射波のない高効率な電源
とすることができる。更にランプとのマッチングを厳密
に調整するために、マッチングトランスを入れてもよ
い。
Ｈｚ）の高周波電源１３では、ランプを始動させるのに
必要な高電圧を得ることが難しいため、ランプ始動時に
トリガー電極１１にトリガー電源１２から放電のタネを
供給している。このようにランプの始動をトリガー電源
１２に任せることにより、高周波電源１３は、点灯時の
ランプとのマッチングを重視した設計とすることがで
き、これによりランプからの反射波のない高効率な電源
とすることができる。更にランプとのマッチングを厳密
に調整するために、マッチングトランスを入れてもよ
い。
【００１１】そしてトリガー電源１２は、製作が容易で
小型に作ることができ、高周波電源１３と影響を及ぼし
あわないように周波数差を二桁以上とした、周波数帯が
１０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚがよく、その発生電圧はランプ
の始動が容易でかつ、コロナ放電が発生しにくい電圧８
ＫＶ〜１４ＫＶがよい。また、トリガー電源１２の動作
時間は危険防止のため５秒以下が適している。
小型に作ることができ、高周波電源１３と影響を及ぼし
あわないように周波数差を二桁以上とした、周波数帯が
１０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚがよく、その発生電圧はランプ
の始動が容易でかつ、コロナ放電が発生しにくい電圧８
ＫＶ〜１４ＫＶがよい。また、トリガー電源１２の動作
時間は危険防止のため５秒以下が適している。
【００１２】また、上記のような周波数（１ＭＨｚ〜１
００ＭＨｚ）で無電極電界放電エキシマランプを点灯し
た場合、誘電体バリア放電エキシマランプの放電とは異
なり、静電誘導により外部電極から直接プラズマに高密
度にエネルギーを伝えることができる。また、点灯周波
数が従来のものに比べて数百倍以上も高いので、プラズ
マ中のイオンの加速時間が短くなってイオンの最大速度
が遅くなり、放電容器へのイオン衝撃が弱くなるため、
ランプ寿命が長くなる。
００ＭＨｚ）で無電極電界放電エキシマランプを点灯し
た場合、誘電体バリア放電エキシマランプの放電とは異
なり、静電誘導により外部電極から直接プラズマに高密
度にエネルギーを伝えることができる。また、点灯周波
数が従来のものに比べて数百倍以上も高いので、プラズ
マ中のイオンの加速時間が短くなってイオンの最大速度
が遅くなり、放電容器へのイオン衝撃が弱くなるため、
ランプ寿命が長くなる。
【００１３】そして、放電容器の材質として石英ガラス
を使用した真空紫外線を発生するエキシマランプにおい
ては、真空紫外線の光子エネルギーが石英ガラスの結合
エネルギー（８．４Ｖ）に近いため、真空紫外線の光子
エネルギーによって石英ガラスの分子結合が切れやすい
状態にある。したがって、高輝度蒸気放電灯などに比べ
ると、石英ガラスのわずかな温度上昇でも、石英ガラス
の結合にダメージを与えるため、十分に冷却する必要が
ある。また、放電ガスが低温でないとエキシマ分子は生
成されにくく、単位面積当たりのエキシマ光を増大させ
るためには、単にランプ入力を増やすだけではなく、同
時に効果的に放電ガスを冷却する必要もある。
を使用した真空紫外線を発生するエキシマランプにおい
ては、真空紫外線の光子エネルギーが石英ガラスの結合
エネルギー（８．４Ｖ）に近いため、真空紫外線の光子
エネルギーによって石英ガラスの分子結合が切れやすい
状態にある。したがって、高輝度蒸気放電灯などに比べ
ると、石英ガラスのわずかな温度上昇でも、石英ガラス
の結合にダメージを与えるため、十分に冷却する必要が
ある。また、放電ガスが低温でないとエキシマ分子は生
成されにくく、単位面積当たりのエキシマ光を増大させ
るためには、単にランプ入力を増やすだけではなく、同
時に効果的に放電ガスを冷却する必要もある。
【００１４】本発明においても、前記点灯周波数による
電界放電により、放電容器８の温度上昇が過大となり、
発光効率が著しく低下する理由から、十分で効果的な冷
却をする必要が出てくる。このため、無電極電界放電エ
キシマランプ装置１内に不活性ガスである窒素を高速で
循環させるファン５と、エキシマ光を反射させる反射鏡
４の下に冷却媒体である水を循環させるパイプ（図示せ
ず）と熱交換器７を設けて、無電極電界放電エキシマラ
ンプ装置内で発生した熱を効率的に外部へ廃熱してい
る。
電界放電により、放電容器８の温度上昇が過大となり、
発光効率が著しく低下する理由から、十分で効果的な冷
却をする必要が出てくる。このため、無電極電界放電エ
キシマランプ装置１内に不活性ガスである窒素を高速で
循環させるファン５と、エキシマ光を反射させる反射鏡
４の下に冷却媒体である水を循環させるパイプ（図示せ
ず）と熱交換器７を設けて、無電極電界放電エキシマラ
ンプ装置内で発生した熱を効率的に外部へ廃熱してい
る。
【００１５】前記冷却方法において、無電極電界放電エ
キシマランプ装置１内の窒素の圧力を１気圧、ファン５
をランプ表面における窒素の流速を３０ｃｍ／ｓｅｃの
条件とし、点灯周波数２．６５ＭＨｚ、ランプ入力電力
を４００Ｗとしたとき、キセノン・エキシマ分子を放射
する無電極電界放電エキシマランプ２から１７２ｎｍに
最大値を有する１６０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲の真空紫
外線への変換効率が１０％の高効率で照射され、使用時
間１０００時間後でも９０％以上の光束維持率であるこ
とが確認できた。
キシマランプ装置１内の窒素の圧力を１気圧、ファン５
をランプ表面における窒素の流速を３０ｃｍ／ｓｅｃの
条件とし、点灯周波数２．６５ＭＨｚ、ランプ入力電力
を４００Ｗとしたとき、キセノン・エキシマ分子を放射
する無電極電界放電エキシマランプ２から１７２ｎｍに
最大値を有する１６０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲の真空紫
外線への変換効率が１０％の高効率で照射され、使用時
間１０００時間後でも９０％以上の光束維持率であるこ
とが確認できた。
【００１６】また、図４に本発明に係る無電極電界放電
エキシマランプの放電のランプ電流波形、図６に誘電体
バリア放電エキシマランプの放電のランプ電流波形を示
す。図４と図６の放電のランプ電流波形を比較してわか
るように、本発明のランプ電流波形はサインカーブで安
定したランプ電流波形となっているため、時間的な光出
力の変動がない一様な放電となっている。
エキシマランプの放電のランプ電流波形、図６に誘電体
バリア放電エキシマランプの放電のランプ電流波形を示
す。図４と図６の放電のランプ電流波形を比較してわか
るように、本発明のランプ電流波形はサインカーブで安
定したランプ電流波形となっているため、時間的な光出
力の変動がない一様な放電となっている。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、無
電極電界放電エキシマランプを外側より十分に冷却する
ことができ、単位面積当たりの発光出力が大きく、又、
高周波帯域での放電が可能で、時間的な光出力の変動が
ない一様な放電で、かつ長寿命な無電極電界放電エキシ
マランプ装置が得られる。
電極電界放電エキシマランプを外側より十分に冷却する
ことができ、単位面積当たりの発光出力が大きく、又、
高周波帯域での放電が可能で、時間的な光出力の変動が
ない一様な放電で、かつ長寿命な無電極電界放電エキシ
マランプ装置が得られる。
【図１】本発明に係る無電極電界放電エキシマランプ装
置の概略構成図である。
置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る無電極電界放電エキシマランプの
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明に係る無電極電界放電エキシマランプの
放電状態を示す図である。
放電状態を示す図である。
【図４】本発明に係る無電極電界放電エキシマランプの
放電のランプ電流波形図である。
放電のランプ電流波形図である。
【図５】従来の誘電体バリア放電エキシマランプの放電
状態を示す図である。
状態を示す図である。
【図６】従来の誘電体バリア放電エキシマランプの放電
のランプ電流波形図である。
のランプ電流波形図である。
１ 無電極電界放電エキシマランプ装置 ２ 無電極電界放電エキシマランプ ３ エキシマ光取り出し窓 ４ 反射鏡 ５ ファン ６ 冷却媒体出入り口 ７ 熱交換器 ８ 放電容器 ９，１０ 外部電極 １１ トリガー電極 １２ トリガー電源 １３ 高周波電源
Claims (3)
- 【請求項１】放電ガスを充填した中空の放電容器と、該
放電容器の内側と外側に対向して配置される外部電極
と、該外部電極に高周波を印加して電界放電させる無電
極電界放電エキシマランプにおいて、前記放電容器の外
側にトリガー電源とトリガー電極とを具備し、前記高周
波を１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲で前記外部電極に印
加して電界放電させることを特徴とする無電極電界放電
エキシマランプ装置。 - 【請求項２】前記トリガー電源の周波数を１０ＫＨｚ〜
５０ＫＨｚ、発生電圧を８ＫＶ〜１４ＫＶ、動作時間を
５ｓｅｃ以下で前記トリガー電極に電界をかけることを
特徴とする請求項１記載の無電極電界放電エキシマラン
プ装置。 - 【請求項３】電界放電によって発生するエキシマ分子か
ら放射される光を取り出す窓部材を有する無電極電界放
電エキシマランプ装置において、該無電極電界放電エキ
シマランプ装置内に不活性ガスを充填し、該不活性ガス
を高速で循環させるファンと熱交換器を具備することを
特徴とする無電極電界放電エキシマランプ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10304983A JP2000133209A (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 無電極電界放電エキシマランプ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10304983A JP2000133209A (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 無電極電界放電エキシマランプ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000133209A true JP2000133209A (ja) | 2000-05-12 |
Family
ID=17939669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10304983A Pending JP2000133209A (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 無電極電界放電エキシマランプ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000133209A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014103028A (ja) * | 2012-11-21 | 2014-06-05 | Ushio Inc | 小型紫外線照射装置 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6380463A (ja) * | 1986-09-24 | 1988-04-11 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光処理装置用光源およびその使用方法 |
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| JPH05138014A (ja) * | 1991-04-15 | 1993-06-01 | Asea Brown Boveri Ag | 照射装置 |
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| JPH0831386A (ja) * | 1994-07-15 | 1996-02-02 | Ushio Inc | 誘電体バリア放電ランプ装置 |
| JPH10275601A (ja) * | 1997-03-28 | 1998-10-13 | Toshiba Lighting & Technol Corp | 誘電体バリヤ放電ランプおよび誘電体バリヤ放電ランプ装置 |
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