JP3017582B2 - Electrodeless lamp - Google Patents
Electrodeless lampInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、バルブの内部に電極を
持たず、バルブ内に封入された放電ガスにバルブの外部
から高周波電磁界を作用させ、バルブ内に環状放電を生
じさせることによって、放電ガスを励起発光させるよう
にした無電極放電灯に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method in which a high-frequency electromagnetic field is applied to a discharge gas sealed in a bulb from outside the bulb without an electrode inside the bulb to generate an annular discharge in the bulb. The present invention relates to an electrodeless discharge lamp in which a discharge gas is excited to emit light.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、バルブ内に封入した放電ガス
に高周波電磁界を作用させ、バルブ内に環状放電を生じ
させることによって、放電ガスを励起発光させるように
した無電極放電ランプが知られている。この種の無電極
放電ランプは、小型、高出力、長寿命などの特長を有し
ているものであるから、各所で研究開発され、高出力点
光源などとして種々の利用が考えられている。2. Description of the Related Art Conventionally, an electrodeless discharge lamp has been known in which a high-frequency electromagnetic field is applied to a discharge gas sealed in a bulb to generate an annular discharge in the bulb to excite the discharge gas to emit light. ing. Since this type of electrodeless discharge lamp has features such as small size, high output, and long life, it has been researched and developed in various places, and various uses as a high output point light source are considered.
【0003】無電極放電ランプとしては、図3に示すよ
うに、石英ガラス等により形成されたバルブ1と、バル
ブ1の外周に巻線を巻回した誘導コイル2とを備え、誘
導コイル2の内側の高周波磁界をバルブ1に封入された
放電ガスに作用させるものが考えられている。放電ガス
は、希ガスや希ガスと発光物質との混合物であって、誘
導コイル2に高周波電源4から高周波電流を通電すれ
ば、誘導コイル2に鎖交するように高周波磁界が形成さ
れ、この高周波磁界に鎖交するリング状の誘導電界が発
生する。誘導電界が発生すると放電ガスが電離して環状
放電が生じるのである。環状放電が生じると放電ガスが
励起発光して光出力が取り出される。As shown in FIG. 3, an electrodeless discharge lamp includes a bulb 1 formed of quartz glass or the like, and an induction coil 2 having a winding wound around the bulb 1. A device in which an inner high-frequency magnetic field acts on the discharge gas sealed in the bulb 1 has been considered. The discharge gas is a rare gas or a mixture of a rare gas and a luminescent substance. When a high-frequency current is supplied from the high-frequency power supply 4 to the induction coil 2, a high-frequency magnetic field is formed so as to link the induction coil 2. A ring-shaped induction electric field interlinking with the high-frequency magnetic field is generated. When the induced electric field is generated, the discharge gas is ionized and an annular discharge is generated. When the annular discharge occurs, the discharge gas excites and emits light, and an optical output is taken out.
【0004】ところで、このような構成の無電極放電ラ
ンプを始動しようとすれば、誘導コイル2に高電圧を印
加することが必要であるから、電源が大型化して小型化
を阻害する要因になっている。そこで、バルブ1の内部
空間に静電的に結合する補助電極3をバルブ1の外側面
に配置し、補助電極3と大地との間に高周波電源5によ
って高周波電圧を印加する構成が考えられている。この
構成では、補助電極3に高周波電圧を印加することによ
って補助電極3の周囲に高周波電界が生じ、この高周波
電界によってバルブ1の中に予備放電が生じるようにな
っている。すなわち、補助電極3の周囲に生じた高周波
電界によって加速された電子が、放電ガスの原子に衝突
して電離させるのであって、このような現象が繰り返さ
れることによって放電を維持するのに十分な電子が供給
されると、補助電極3からストリーマが進展して補助電
極3の近傍で予備放電が生じるのである。このような予
備放電は、補助電極3が単極であることから、一端は補
助電極3に拘束されるが他端は自由端となるのであり、
比較的自由に移動できるものである。ここに、高周波電
源4,5は、高周波発振器からなる高周波発生部、高周
波出力を電力増幅する増幅部、インピーダンスを整合さ
せるマッチング部などを備えている。In order to start the electrodeless discharge lamp having such a configuration, it is necessary to apply a high voltage to the induction coil 2. ing. Therefore, a configuration has been considered in which the auxiliary electrode 3 that is electrostatically coupled to the internal space of the bulb 1 is disposed on the outer surface of the bulb 1, and a high-frequency power supply 5 applies a high-frequency voltage between the auxiliary electrode 3 and the ground. I have. In this configuration, when a high-frequency voltage is applied to the auxiliary electrode 3, a high-frequency electric field is generated around the auxiliary electrode 3, and the high-frequency electric field causes a preliminary discharge in the bulb 1. That is, the electrons accelerated by the high-frequency electric field generated around the auxiliary electrode 3 collide with the atoms of the discharge gas to ionize them, and by repeating such a phenomenon, it is sufficient to maintain the discharge. When the electrons are supplied, the streamer advances from the auxiliary electrode 3 and a preliminary discharge occurs near the auxiliary electrode 3. In such a preliminary discharge, since the auxiliary electrode 3 is monopolar, one end is restricted by the auxiliary electrode 3 but the other end is a free end.
It can move relatively freely. The high-frequency power supplies 4 and 5 include a high-frequency generator including a high-frequency oscillator, an amplifier that amplifies power of a high-frequency output, and a matching unit that matches impedance.
【0005】上述のような補助電極3を設けていること
によって、予備放電では放電路7は、図4(a)に示す
ように、補助電極3にほぼ直交する方向に進展し、その
後、誘導コイル2に高周波電流を通電することによって
図4(b)のように放電路7が誘導電界に沿うように弧
状になる。さらに、放電路7が進展すると、図4(c)
のようにリング状の放電路7が形成されて環状放電の状
態に移行する。すなわち、予備放電を生じさせることに
よって、環状放電への移行が容易になるのであって、比
較的小型の電源を用いながらも始動が容易になるのであ
る。By providing the auxiliary electrode 3 as described above, in the preliminary discharge, the discharge path 7 extends in a direction substantially orthogonal to the auxiliary electrode 3 as shown in FIG. When a high-frequency current is applied to the coil 2, the discharge path 7 is formed in an arc shape along the induced electric field as shown in FIG. Further, as the discharge path 7 progresses, FIG.
A ring-shaped discharge path 7 is formed as shown in FIG. In other words, the generation of the preliminary discharge facilitates the transition to the annular discharge, and facilitates the start even with the use of a relatively small power source.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記構成によれば、補
助電極3を設け環状放電を生じさせるのに先立って予備
放電を生じさせていることによって、始動が比較的容易
になっている。しかしながら、上述したように、予備放
電の発生段階、予備放電から誘導電界に沿うように放電
路7を曲げる段階、環状放電の発生段階の3段階を経て
点灯に至るものであり、予備放電と環状放電との途中段
階では放電路7を進展させるために比較的大きなエネル
ギが必要である。すなわち、環状放電では、放電路7が
ループ状になり放電路7内では放電ガスが電離している
から比較的小さなエネルギで放電状態を維持できるが、
予備放電から環状放電に移行する過程では、放電路7の
先端部で放電ガスを電離させるだけのエネルギを誘導コ
イル2や補助電極3から供給する必要があるから、比較
的大きなエネルギが必要になるのである。このような事
情から、さらに始動を容易にすることが要求されてい
る。According to the above arrangement, the auxiliary electrode 3 is provided and the preliminary discharge is generated before the annular discharge is generated, so that the starting is relatively easy. However, as described above, lighting is performed through three stages, that is, the stage of the preliminary discharge, the stage of bending the discharge path 7 along the induced electric field from the preliminary discharge, and the stage of the generation of the annular discharge. In the middle of the discharge, a relatively large energy is required to develop the discharge path 7. That is, in the annular discharge, the discharge path 7 has a loop shape and the discharge gas is ionized in the discharge path 7, so that the discharge state can be maintained with relatively small energy.
In the process of shifting from the preliminary discharge to the annular discharge, it is necessary to supply energy sufficient to ionize the discharge gas from the leading end of the discharge path 7 from the induction coil 2 and the auxiliary electrode 3, so that a relatively large energy is required. It is. Under such circumstances, it is required to further facilitate starting.
【0007】本発明は上記要求を満たすことを目的とす
るものであり、始動性に優れた無電極放電灯を提供しよ
うとするものである。An object of the present invention is to satisfy the above-mentioned requirements, and an object of the present invention is to provide an electrodeless discharge lamp excellent in startability.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、透光性材料よりなるバルブの外周に巻
線を巻回した誘導コイルに高周波電源より高周波電流を
通電し、誘導コイルの径方向における巻線の内側に形成
されている高周波電磁界をバルブ内に封入された放電ガ
スに作用させることによって放電ガスを励起発光させる
無電極放電灯において、高周波電圧が印加されてバルブ
内に一端部のみが拘束された予備放電を生じさせること
ができる単極の補助電極をバルブの内部空間に静電的に
結合するようにバルブの外側面に配設し、バルブ内であ
って補助電極に対向する部位には補助電極との対向面が
開口した凹所を形成する規制壁を設け、補助電極への高
周波電圧の印加によって生じた予備放電の放電路の進展
を規制壁によって規制するのである。According to the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, a high-frequency current is supplied from a high-frequency power supply to an induction coil in which a winding is wound around the outer periphery of a valve made of a light-transmitting material. In a non-electrode discharge lamp that excites and emits a discharge gas by applying a high-frequency electromagnetic field formed inside a winding in a radial direction of a coil to a discharge gas sealed in a bulb, a high-frequency voltage is applied to the bulb. A single-pole auxiliary electrode capable of generating a preliminary discharge in which only one end is restrained is disposed on the outer surface of the bulb so as to be electrostatically coupled to the interior space of the bulb. A regulating wall is formed at a position facing the auxiliary electrode to form a recess having an open surface facing the auxiliary electrode, and the regulating wall controls the progress of the discharge path of the preliminary discharge caused by application of the high-frequency voltage to the auxiliary electrode. It is to win.
【0009】[0009]
【作用】上記構成によれば、高周波電圧が印加されてバ
ルブ内に予備放電を生じさせることができる単極の補助
電極をバルブの内部空間に静電的に結合するようにバル
ブの外側面に配設しているので、誘導コイルに高周波電
流を通電して放電ガスを励起発光させるのに先立って補
助電極によって予備放電を生じさせることができるので
ある。ここに、バルブ内で補助電極に対向する部位に
は、補助電極との対向面が開口した凹所を形成する規制
壁を設けているのであって、予備放電は規制壁の凹所内
に入り込んで放電路の進展が規制されるから、誘導コイ
ルに高周波電流を通電したときには、比較的小さな領域
内で環状放電への移行が可能になる。すなわち、バルブ
の内部空間のほぼ全域に亙って放電路を進展させる場合
に比較すれば、放電路の進展に必要なエネルギが少なく
なり、比較的小さなエネルギで環状放電に移行させるこ
とが可能になるのである。その結果、予備放電から環状
放電への移行が非常に容易になって、始動性が向上する
のである。According to the above construction, a single-pole auxiliary electrode capable of generating a preliminary discharge in the bulb when a high-frequency voltage is applied is provided on the outer surface of the bulb so as to be electrostatically coupled to the interior space of the bulb. Because of the arrangement, a preliminary discharge can be generated by the auxiliary electrode before a high-frequency current is applied to the induction coil to excite and discharge the discharge gas. Here, in the portion of the bulb facing the auxiliary electrode, a regulating wall is provided which forms a recess whose surface facing the auxiliary electrode is open, and the preliminary discharge enters the recess of the regulating wall. Since the progress of the discharge path is regulated, when a high-frequency current is applied to the induction coil, the transition to the annular discharge can be made within a relatively small area. That is, as compared with the case where the discharge path extends over almost the entire inner space of the bulb, the energy required for the development of the discharge path is reduced, and it is possible to shift to the annular discharge with relatively small energy. It becomes. As a result, the transition from the preliminary discharge to the annular discharge becomes very easy, and the startability is improved.
【0010】[0010]
【実施例】図1に示すように、バルブ1は石英ガラス等
の透光性材料によって気密な球状に形成され、放電ガス
として、たとえば100Torrのキセノンガスと金属もし
くは金属のハロゲン化物との混合物を封入してある。バ
ルブ1の外周面には誘導コイル2の巻線が巻回される。
ここでは、誘導コイル2は3ターン巻回されているが、
ターン数はとくに限定されるものではなく1ターン以上
巻回されていればよい。バルブ1の外周面には単極の補
助電極3が密着もしくは近接して配置され、バルブ1の
内部空間に補助電極3が静電的に結合できるようになっ
ている。補助電極3は、誘導コイル2の軸方向において
誘導コイル2の幅内に設けられる。バルブ1の中には、
図1(b)に示すように、補助電極3に対向する位置に
補助電極3との対向面が開口する凹所6aを有した円筒
状の規制壁6が形成される。規制壁6の軸方向は誘導コ
イル2の軸方向に一致するように配置され、規制壁6の
軸方向の両端部はバルブ1の内周面に固着されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As shown in FIG. 1, a bulb 1 is formed in an airtight spherical shape by a light-transmitting material such as quartz glass. It is enclosed. The winding of the induction coil 2 is wound around the outer peripheral surface of the valve 1.
Here, the induction coil 2 is wound three turns,
The number of turns is not particularly limited as long as the number of turns is one or more. A single-pole auxiliary electrode 3 is arranged on the outer peripheral surface of the bulb 1 in close contact or close proximity, so that the auxiliary electrode 3 can be electrostatically coupled to the internal space of the bulb 1. The auxiliary electrode 3 is provided within the width of the induction coil 2 in the axial direction of the induction coil 2. In valve 1
As shown in FIG. 1B, a cylindrical regulating wall 6 having a recess 6 a whose surface facing the auxiliary electrode 3 opens is formed at a position facing the auxiliary electrode 3. The axial direction of the regulating wall 6 is arranged so as to coincide with the axial direction of the induction coil 2, and both axial ends of the regulating wall 6 are fixed to the inner peripheral surface of the valve 1.
【0011】誘導コイル2は、第1の高周波電源4から
高周波電流が通電されて高周波磁界を発生し、この高周
波磁界がバルブ1の内部の放電ガスに作用することによ
って環状放電を生じさせ、放電ガスを励起して発光させ
る。すなわち、高周波磁界によってバルブ1の中にはリ
ング状の誘導電界が生じるのであり、この誘導電界によ
りバルブ1の中に生じた放電プラズマがバルブ1の中で
回転する。The induction coil 2 is supplied with a high-frequency current from the first high-frequency power supply 4 to generate a high-frequency magnetic field, and the high-frequency magnetic field acts on a discharge gas inside the bulb 1 to generate an annular discharge. The gas is excited to emit light. That is, a ring-shaped induction electric field is generated in the bulb 1 by the high frequency magnetic field, and the discharge plasma generated in the bulb 1 by the induction electric field rotates in the bulb 1.
【0012】補助電極3は、従来構成と同様に、高周波
電源5(図3参照)によって大地との間に高周波電圧が
印加されており、補助電極3の周囲に生じる高周波電界
によって、バルブ1の中には予備放電が生じるようにな
っている。ところで、補助電極3によって予備放電が生
じると、予備放電の放電路の先端は規制壁6の凹所6a
内に入り込むことになる。この状態で誘導コイル2に高
周波電流を通電すれば、バルブ1の中に生じる誘導電界
によって放電路が弧状に進展しようとするが、予備放電
の放電路の先端が規制壁6の凹所6aの中に入り込んで
いるから、放電路は凹所6a内でループを形成すること
になる。すなわち、比較的短い経路で環状放電に移行す
ることになる。環状放電が生じて点灯状態に移行した後
には、補助電極3に高周波電圧を印加することなく発光
状態が維持される。このとき、環状放電の放電路は、バ
ルブ1の中に生じている誘導電界のうちで電界強度の大
きい部分に移動するからバルブ1の内周面と規制壁6の
外側面との間に放電路が形成される。A high-frequency voltage is applied between the auxiliary electrode 3 and the ground by a high-frequency power supply 5 (see FIG. 3), as in the conventional configuration. In some cases, a preliminary discharge occurs. By the way, when the preliminary discharge is generated by the auxiliary electrode 3, the tip of the discharge path of the preliminary discharge is
Will get inside. When a high-frequency current is applied to the induction coil 2 in this state, the discharge path tends to develop in an arc due to the induced electric field generated in the bulb 1. Since it is inside, the discharge path forms a loop in the recess 6a. That is, the transition to the annular discharge is performed in a relatively short path. After the transition to the lighting state due to the occurrence of the annular discharge, the light emitting state is maintained without applying a high frequency voltage to the auxiliary electrode 3. At this time, the discharge path of the annular discharge moves to a portion where the electric field strength is large in the induced electric field generated in the bulb 1, so that the discharge path is formed between the inner peripheral surface of the bulb 1 and the outer surface of the regulating wall 6. A path is formed.
【0013】以上説明したように、予備放電から環状放
電への移行が、規制壁6の凹所6aの中に制限された非
常に短い経路で行われるから、予備放電から環状放電へ
の移行に必要なエネルギが少なくなり、始動が容易にな
るのである。たとえば、規制壁6を設けていない状態で
は誘導コイル2への供給電力が120W程度であるとす
れば、規制壁6を設けることによって80〜100W程
度の供給電力で始動させることができるようになる。As described above, since the transition from the preliminary discharge to the annular discharge is performed through a very short path limited in the recess 6a of the regulating wall 6, the transition from the preliminary discharge to the annular discharge is performed. Less energy is required and starting is easier. For example, assuming that the supply power to the induction coil 2 is about 120 W in a state where the regulating wall 6 is not provided, the provision of the regulating wall 6 enables the starting to be performed with a supply power of about 80 to 100 W. .
【0014】上記実施例では、規制壁6を円筒状に形成
していたが、図2(a)のように半円の一部を開放した
断面形状を有する筒状に形成したり、図2(b)のよう
に矩形の一部を開放した断面形状を有する筒状に形成し
たりすることができる。放電ガスとしては、単一気体や
混合気体を用いてもよく、ガス圧も100Torrに限定さ
れるものではない。また、補助電極の大きさ、形状につ
いては、とくに限定されるものではない。さらに、バル
ブ1は球状に限定されるものではなくどのようなもので
もよい。In the above embodiment, the regulating wall 6 is formed in a cylindrical shape. However, as shown in FIG. 2A, the regulating wall 6 may be formed in a cylindrical shape having a cross-sectional shape in which a part of a semicircle is opened. As shown in (b), it can be formed in a tubular shape having a cross-sectional shape in which a part of a rectangle is opened. As the discharge gas, a single gas or a mixed gas may be used, and the gas pressure is not limited to 100 Torr. Further, the size and shape of the auxiliary electrode are not particularly limited. Further, the valve 1 is not limited to a spherical shape, and may be any type.
【0015】[0015]
【発明の効果】本発明は上述のように、高周波電圧が印
加されてバルブ内に予備放電を生じさせることができる
単極の補助電極をバルブの内部空間に静電的に結合する
ようにバルブの外側面に配設しているので、誘導コイル
に高周波電流を通電して放電ガスを励起発光させるのに
先立って補助電極によって予備放電を生じさせることが
できるという利点がある。また、バルブ内で補助電極に
対向する部位には、補助電極との対向面が開口した凹所
を形成する規制壁を設けているのであって、予備放電は
規制壁の凹所内に入り込んで放電路の進展が規制される
から、誘導コイルに高周波電流を通電したときには、比
較的小さな領域内で環状放電への移行が可能になる。す
なわち、バルブの内部空間のほぼ全域に亙って放電路を
進展させる場合に比較すれば、放電路の進展に必要なエ
ネルギが少なくなり、比較的小さなエネルギで環状放電
に移行させることが可能になるという効果を奏する。そ
の結果、予備放電から環状放電への移行が非常に容易に
なって、始動性が向上するのである。According to the present invention, as described above, a single-pole auxiliary electrode capable of generating a preliminary discharge in a bulb when a high-frequency voltage is applied is electrostatically coupled to the interior space of the bulb. Since it is arranged on the outer side surface of the inductive coil, there is an advantage that a preliminary discharge can be generated by the auxiliary electrode before a high-frequency current is applied to the induction coil to excite and discharge the discharge gas. In addition, a regulating wall is formed at a portion facing the auxiliary electrode in the bulb to form a recess having an open surface facing the auxiliary electrode, and the preliminary discharge enters the recess of the regulating wall and discharges. Since the progress of the path is regulated, when a high-frequency current is supplied to the induction coil, the transition to the annular discharge can be made within a relatively small area. That is, as compared with the case where the discharge path extends over almost the entire inner space of the bulb, the energy required for the development of the discharge path is reduced, and it is possible to shift to the annular discharge with relatively small energy. It has the effect of becoming. As a result, the transition from the preliminary discharge to the annular discharge becomes very easy, and the startability is improved.
【図1】(a)は実施例を示す概略構成図、(b)は同
上の平面図である。FIG. 1A is a schematic configuration diagram showing an embodiment, and FIG. 1B is a plan view of the same.
【図2】(a)(b)はそれぞれ他の実施例を示す平面
図である。FIGS. 2A and 2B are plan views showing other embodiments.
【図3】本発明に係る無電極放電灯の概略構成図であ
る。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an electrodeless discharge lamp according to the present invention.
【図4】本発明に係る無電極放電灯の始動時の放電路の
進展状態を示す動作説明図である。FIG. 4 is an operation explanatory diagram showing a development state of a discharge path at the time of starting the electrodeless discharge lamp according to the present invention.
1 バルブ 2 誘導コイル 3 補助電極 4 高周波電源 5 高周波電源 6 規制壁 6a 凹所 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Valve 2 Induction coil 3 Auxiliary electrode 4 High frequency power supply 5 High frequency power supply 6 Regulatory wall 6a recess
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 請川 信 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (72)発明者 小谷 幹 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (56)参考文献 実開 平1−159356(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 65/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shin Shin Ogawa, Kazuma, Kazuma, Osaka 1048, Matsushita Electric Works, Ltd. ) References Hikaru 1-159356 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 65/04
Claims (1)
を巻回した誘導コイルに高周波電源より高周波電流を通
電し、誘導コイルの径方向における巻線の内側に形成さ
れている高周波電磁界をバルブ内に封入された放電ガス
に作用させることによって放電ガスを励起発光させる無
電極放電灯において、高周波電圧が印加されてバルブ内
に一端部のみが拘束された予備放電を生じさせることが
できる単極の補助電極をバルブの内部空間に静電的に結
合するようにバルブの外側面に配設し、バルブ内であっ
て補助電極に対向する部位には補助電極との対向面が開
口した凹所を形成する規制壁を設け、補助電極への高周
波電圧の印加によって生じた予備放電の放電路の進展を
規制壁によって規制することを特徴とする無電極放電
灯。1. A high-frequency current is supplied from a high-frequency power supply to an induction coil having a winding wound around the bulb made of a light-transmitting material, and a high-frequency electromagnetic wave is formed inside the winding in the radial direction of the induction coil. In an electrodeless discharge lamp that excites and emits a discharge gas by causing a field to act on a discharge gas sealed in a bulb, a high-frequency voltage may be applied to generate a preliminary discharge in which only one end is restricted in the bulb. A single-pole auxiliary electrode is disposed on the outer surface of the bulb so as to be electrostatically coupled to the internal space of the bulb, and a portion of the bulb facing the auxiliary electrode is opened at a portion facing the auxiliary electrode. An electrodeless discharge lamp characterized in that a regulating wall is formed to form a recess, and the progress of a discharge path of a preliminary discharge generated by application of a high-frequency voltage to an auxiliary electrode is regulated by the regulating wall.
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JP32924691A JP3017582B2 (en) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | Electrodeless lamp |
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JPH05166493A JPH05166493A (en) | 1993-07-02 |
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