JP2602801Y2 - 紫外線発生装置 - Google Patents
紫外線発生装置Info
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- JP2602801Y2 JP2602801Y2 JP1993073327U JP7332793U JP2602801Y2 JP 2602801 Y2 JP2602801 Y2 JP 2602801Y2 JP 1993073327 U JP1993073327 U JP 1993073327U JP 7332793 U JP7332793 U JP 7332793U JP 2602801 Y2 JP2602801 Y2 JP 2602801Y2
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- Japan
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- discharge tube
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- electrodeless discharge
- cooling
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- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、発光材料(ガス)が封
入された無電極放電管の当該発光材料をマイクロ波照射
で励起させて紫外線を発光させる装置に関するものであ
る。
入された無電極放電管の当該発光材料をマイクロ波照射
で励起させて紫外線を発光させる装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】紫外線は、近年では紫外線硬化接着剤や
インキ類の硬化、乾燥、特殊塗料の硬化、その他塗面処
理プロセス、および化学物質の光化学反応等に広く利用
されている。
インキ類の硬化、乾燥、特殊塗料の硬化、その他塗面処
理プロセス、および化学物質の光化学反応等に広く利用
されている。
【0003】このような紫外線のうち、特に波長が短い
(ほぼ200nm〜300nm)紫外線(以下では「深
紫外線」と呼ぶ。)は、直接的に物質の分子結合を切っ
て原子を遊離させたり、他の原子や分子と結合させるこ
とができるなど、従来にはない特徴があるため、基本的
に熱を伴わない低温プロセスである光化学反応を起こさ
せることができ、加工分野、半導体製造分野、医療分野
などの各方面において応用研究、開発が進められてい
る。
(ほぼ200nm〜300nm)紫外線(以下では「深
紫外線」と呼ぶ。)は、直接的に物質の分子結合を切っ
て原子を遊離させたり、他の原子や分子と結合させるこ
とができるなど、従来にはない特徴があるため、基本的
に熱を伴わない低温プロセスである光化学反応を起こさ
せることができ、加工分野、半導体製造分野、医療分野
などの各方面において応用研究、開発が進められてい
る。
【0004】これらの深紫外線を発光する装置として、
最近では、エキシマを生成する混合ガスを放電管内に封
入し、該混合ガスを放電することでエキシマ分子を生成
し、自然放出光を取り出すことを特徴とするエキシマ放
電ランプが実用化された。
最近では、エキシマを生成する混合ガスを放電管内に封
入し、該混合ガスを放電することでエキシマ分子を生成
し、自然放出光を取り出すことを特徴とするエキシマ放
電ランプが実用化された。
【0005】エキシマ放電ランプは、その発光種である
エキシマを生成する混合ガスとして、希ガス(アルゴ
ン、クリプトン、キセノン等)、ハロゲンガス(フッ
素、塩素等)、希釈ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン
等)を使用し、各々ガスの組み合わせを変えることで、
ガス組成に特有でシャープな発光スペクトルが得られ、
低圧水銀等や重水素ランプ等この帯域における従来の一
般的なインコヒーレント光源と比較して、波長の選択性
に優れていることが有用視されている。
エキシマを生成する混合ガスとして、希ガス(アルゴ
ン、クリプトン、キセノン等)、ハロゲンガス(フッ
素、塩素等)、希釈ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン
等)を使用し、各々ガスの組み合わせを変えることで、
ガス組成に特有でシャープな発光スペクトルが得られ、
低圧水銀等や重水素ランプ等この帯域における従来の一
般的なインコヒーレント光源と比較して、波長の選択性
に優れていることが有用視されている。
【0006】一方、エキシマ放電ランプの励起方式とし
て、従来の水銀灯の技術を改良したマイクロ波励起放電
による無電極発光装置が注目されている。マイクロ波無
電極発光装置の特徴は、マイクロ波電界により放電灯全
域を直接励起するため発光効率が高い、電極の劣化が無
いので長寿命、装置の構成が簡単であり、小型・安価
で、保守・取り扱いも容易、等であり、エキシマ放電ラ
ンプ励起用として、装置の実用化に向けて最適である。
て、従来の水銀灯の技術を改良したマイクロ波励起放電
による無電極発光装置が注目されている。マイクロ波無
電極発光装置の特徴は、マイクロ波電界により放電灯全
域を直接励起するため発光効率が高い、電極の劣化が無
いので長寿命、装置の構成が簡単であり、小型・安価
で、保守・取り扱いも容易、等であり、エキシマ放電ラ
ンプ励起用として、装置の実用化に向けて最適である。
【0007】この種のマイクロ波無電極発光装置を利用
した紫外線発生装置を図4、図5に示す。図4は要部断
面図、図5は図4のA−A線に沿った断面図である。1
は無電極放電管であり、棒状のガラス管とその内部に、
発光材料として、希ガス、ハロゲンガス、および希釈ガ
ス等の混合ガスを封入している。2はマイクロ波空洞、
3、4はそのマイクロ波空洞2を形成するための空洞
壁、5は筐体である。6は紫外線を反射させる誘電体ミ
ラーであり、無電極放電管1の放射光を照射方向(矢印
B方向)に集光させるよう内面が楕円又は放射線の凹面
形状となっている。この誘電体ミラー6は、厚さ2mm
程度のパイレックス(商品名)または石英ガラス等の透
光基材に対して、その内面に金属酸化物等の誘電体の蒸
着膜を数層乃至数十層にわたり形成したものである。
した紫外線発生装置を図4、図5に示す。図4は要部断
面図、図5は図4のA−A線に沿った断面図である。1
は無電極放電管であり、棒状のガラス管とその内部に、
発光材料として、希ガス、ハロゲンガス、および希釈ガ
ス等の混合ガスを封入している。2はマイクロ波空洞、
3、4はそのマイクロ波空洞2を形成するための空洞
壁、5は筐体である。6は紫外線を反射させる誘電体ミ
ラーであり、無電極放電管1の放射光を照射方向(矢印
B方向)に集光させるよう内面が楕円又は放射線の凹面
形状となっている。この誘電体ミラー6は、厚さ2mm
程度のパイレックス(商品名)または石英ガラス等の透
光基材に対して、その内面に金属酸化物等の誘電体の蒸
着膜を数層乃至数十層にわたり形成したものである。
【0008】7はマイクロ波空洞2にマイクロ波を供給
するための結合手段としてのアンテナで、マイクロ波発
生手段としてのマグネトロン8で発生され導波管9で供
給されたマイクロ波電力を、空洞2内に配置された無電
極放電管1の上面(奥面)に結合している。空洞壁4に
は無電極放電管1の近傍の電界を高めるための突起4a
が形成されている。
するための結合手段としてのアンテナで、マイクロ波発
生手段としてのマグネトロン8で発生され導波管9で供
給されたマイクロ波電力を、空洞2内に配置された無電
極放電管1の上面(奥面)に結合している。空洞壁4に
は無電極放電管1の近傍の電界を高めるための突起4a
が形成されている。
【0009】10はマイクロ波空洞2の一壁を形成する
と共に発生した紫外線を透過させるメッシュである。即
ち、このメッシュ10は紫外線は透過させるがマイクロ
波に対しては短絡板として働く。11は無電極放電管1
の発光により発生する熱を冷却するための送風装置であ
る。
と共に発生した紫外線を透過させるメッシュである。即
ち、このメッシュ10は紫外線は透過させるがマイクロ
波に対しては短絡板として働く。11は無電極放電管1
の発光により発生する熱を冷却するための送風装置であ
る。
【0010】4b、5a、6a、9aは各々空洞壁4、
筐体5、誘電体ミラー6、導波管9に形成したエアー通
過用の通孔である。5b、6bはそれぞれ筐体5、誘電
体ミラー6に形成したアンテナ7貫通用の通孔である。
筐体5、誘電体ミラー6、導波管9に形成したエアー通
過用の通孔である。5b、6bはそれぞれ筐体5、誘電
体ミラー6に形成したアンテナ7貫通用の通孔である。
【0011】この紫外線発生装置は、マグネトロン8を
励起させてマイクロ波電力をマイクロ波空洞2に導波管
9、アンテナ7を介して結合させると、そのマイクロ波
電力が無電極放電管1に封入した発光材料を励起し、そ
こでプラズマ放電が開始して光が発生するように動作す
る。
励起させてマイクロ波電力をマイクロ波空洞2に導波管
9、アンテナ7を介して結合させると、そのマイクロ波
電力が無電極放電管1に封入した発光材料を励起し、そ
こでプラズマ放電が開始して光が発生するように動作す
る。
【0012】ところで、エキシマ放電ランプの発光出力
の経時変化(ランプ寿命)については、そのランプ管壁
の温度に強く起因することが判っており、プラズマ発生
に伴うランプ表面温度上昇の冷却をいかに効果的に行な
うかが装置の設計に際し重要なポイントである。上記図
4、図5に示す装置において、送風装置11の冷却風量
を変化させた場合の、XeClエキシマ放電ランプ(発
光スペクトル波長308nm)におけるランプ表面温度
と発光出力半減時間の関係の一例を図6に示す。図6に
示す如く、ランプ発生出力の経時変化(ランプ寿命)
は、ランプ管壁の表面温度に大きく依存し、ランプ表面
温度が800℃以上では急激に短くなることが判る。
の経時変化(ランプ寿命)については、そのランプ管壁
の温度に強く起因することが判っており、プラズマ発生
に伴うランプ表面温度上昇の冷却をいかに効果的に行な
うかが装置の設計に際し重要なポイントである。上記図
4、図5に示す装置において、送風装置11の冷却風量
を変化させた場合の、XeClエキシマ放電ランプ(発
光スペクトル波長308nm)におけるランプ表面温度
と発光出力半減時間の関係の一例を図6に示す。図6に
示す如く、ランプ発生出力の経時変化(ランプ寿命)
は、ランプ管壁の表面温度に大きく依存し、ランプ表面
温度が800℃以上では急激に短くなることが判る。
【0013】
【考案が解決しようとする課題】ところが、上記図4、
図5に示すような従来の紫外線発生装置では、送風装置
11より発生した風量(風速)が導波管9や空洞壁によ
り、大幅な抵抗を受け、無電極放電管1に到達する間に
大幅に減衰し、ランプ表面を効率よく、十分に冷却する
ことができないという問題があった。
図5に示すような従来の紫外線発生装置では、送風装置
11より発生した風量(風速)が導波管9や空洞壁によ
り、大幅な抵抗を受け、無電極放電管1に到達する間に
大幅に減衰し、ランプ表面を効率よく、十分に冷却する
ことができないという問題があった。
【0014】他問えば、図6におけるXeClエキシマ
放電ランプの寿命(出力半減時間)を160時間得るた
めには、ランプ表面温度を700℃以下にコントロール
しなくてはならない。このために必要な冷却風量(風
速)は約8m/secであった。現状ではこの風速を確
保するために、送風装置11として電気容量400Wの
ブロワーが必要とされた。実用面を考慮すると、これ以
上の電気容量を持つブロワーを使用することは、形状寸
法、コストの面から事実上難しい。また、従来装置の冷
却構造では、マグネトロンと放電管を共に冷却する方式
のため大出力のブロワーを用いても空気抵抗が大きく、
風速が上がりにくい。このため、より高い発光出力を得
る目的でエキシマ放電ランプに供給するマイクロ波入力
電力を約2kW以上にすると、冷却風量を相当量増して
も、ランプ表面温度が1000℃を超過し、ランプ管材
である石英の軟化点を越えるために、ランプ破損が発生
してしまう。今後、より高い発光出力を得るためには、
冷却構造の改善が不可欠である。
放電ランプの寿命(出力半減時間)を160時間得るた
めには、ランプ表面温度を700℃以下にコントロール
しなくてはならない。このために必要な冷却風量(風
速)は約8m/secであった。現状ではこの風速を確
保するために、送風装置11として電気容量400Wの
ブロワーが必要とされた。実用面を考慮すると、これ以
上の電気容量を持つブロワーを使用することは、形状寸
法、コストの面から事実上難しい。また、従来装置の冷
却構造では、マグネトロンと放電管を共に冷却する方式
のため大出力のブロワーを用いても空気抵抗が大きく、
風速が上がりにくい。このため、より高い発光出力を得
る目的でエキシマ放電ランプに供給するマイクロ波入力
電力を約2kW以上にすると、冷却風量を相当量増して
も、ランプ表面温度が1000℃を超過し、ランプ管材
である石英の軟化点を越えるために、ランプ破損が発生
してしまう。今後、より高い発光出力を得るためには、
冷却構造の改善が不可欠である。
【0015】
【課題を解決するための手段】このため本考案は、無電
極放電管を内包するようにマイクロ波空洞壁を貫いて配
設された冷却ガイド管を具備し、該冷却ガイド管の開放
端より上記送風装置の冷却風を導入して放電管のみを効
率的に冷却するように構成した。また、冷却ガイド管内
に水素、ヘリウム、ネオンガス等の比熱又は熱伝導率の
大きい媒質を使用することにより、より一層の冷却効果
が得られる。上記媒質は定圧比熱2(J・g-1・k-1)
以上、又は熱伝導率4×10-2(w・m-1・k-1)以上
のガスであって良い。
極放電管を内包するようにマイクロ波空洞壁を貫いて配
設された冷却ガイド管を具備し、該冷却ガイド管の開放
端より上記送風装置の冷却風を導入して放電管のみを効
率的に冷却するように構成した。また、冷却ガイド管内
に水素、ヘリウム、ネオンガス等の比熱又は熱伝導率の
大きい媒質を使用することにより、より一層の冷却効果
が得られる。上記媒質は定圧比熱2(J・g-1・k-1)
以上、又は熱伝導率4×10-2(w・m-1・k-1)以上
のガスであって良い。
【0016】
【作用】このように構成することにより、無電極放電管
のみを集中的に冷却することが可能となり、冷却効果を
上げることで、加熱によるランプ破損を防ぎ、より高出
力、長寿命である紫外線発生装置が実現できる。
のみを集中的に冷却することが可能となり、冷却効果を
上げることで、加熱によるランプ破損を防ぎ、より高出
力、長寿命である紫外線発生装置が実現できる。
【0017】
【実施例】以下に本考案の実施例について図面に沿って
説明する。図1は本考案の実施例を示す要部断面図であ
る。本図において図4および図5と同一の符号は同一又
は相当するものを示す。本図に示すようにマイクロ波空
洞2の空洞壁3を貫いて冷却ガイド管12が無電極放電
管1を内包するように配設されている。この冷却ガイド
管12には石英管を使用している。石英管は、無電極放
電管1より発光される紫外線を透過し、且つ、1000
℃以上の耐熱を有し、本考案における冷却ガイド管とし
て最適である。なお、実験において冷却ガイド管は全長
300mm内経20mmのものを使用し、無電極放電管
1は全長250mm管経8mmとした。冷却ガイド管1
2内には無電極放電管1の両端の突設部1a、1bを支
持する支持体13、13が設けられている。この支持体
13は金属メッシュや多数透孔を穿設した金属板等で構
成し、冷却ガイド管内壁に固着する。
説明する。図1は本考案の実施例を示す要部断面図であ
る。本図において図4および図5と同一の符号は同一又
は相当するものを示す。本図に示すようにマイクロ波空
洞2の空洞壁3を貫いて冷却ガイド管12が無電極放電
管1を内包するように配設されている。この冷却ガイド
管12には石英管を使用している。石英管は、無電極放
電管1より発光される紫外線を透過し、且つ、1000
℃以上の耐熱を有し、本考案における冷却ガイド管とし
て最適である。なお、実験において冷却ガイド管は全長
300mm内経20mmのものを使用し、無電極放電管
1は全長250mm管経8mmとした。冷却ガイド管1
2内には無電極放電管1の両端の突設部1a、1bを支
持する支持体13、13が設けられている。この支持体
13は金属メッシュや多数透孔を穿設した金属板等で構
成し、冷却ガイド管内壁に固着する。
【0018】冷却ガイド管12の開放端には送風装置1
1の冷却風吐出口がダクト14により連結している。送
風装置11aは市販のブロワーやシロッコファン等であ
って良い。ダクト14は耐熱性樹脂や熱放散の良いアル
ミ性が良く、フレキシブルなものが望ましい。
1の冷却風吐出口がダクト14により連結している。送
風装置11aは市販のブロワーやシロッコファン等であ
って良い。ダクト14は耐熱性樹脂や熱放散の良いアル
ミ性が良く、フレキシブルなものが望ましい。
【0019】従来装置例図4、図5においては、送風装
置11からのエアーが導波管9に設けられた通風孔9a
を経由し、空洞3内に通風孔5a、5b、4b、6a、
6bを介して吹き込まれ、この結果、エアーが無電極放
電管1を指向し、冷却を行なっている。例えば、マイク
ロ波入力電力が3kWであるとき、無電極放電管1の表
面温度が700〜800℃になる様にコントロールされ
ている。このとき、空洞3内の風速は、約8m/sec
であり、送風装置11には市販の400Wブロワーが使
用されている。本考案における冷却ガイドを使用する
と、冷却ガイド管内に同様の風速を得るためには、送風
装置11aとして、市販の100W程度のブロワーで十
分である。
置11からのエアーが導波管9に設けられた通風孔9a
を経由し、空洞3内に通風孔5a、5b、4b、6a、
6bを介して吹き込まれ、この結果、エアーが無電極放
電管1を指向し、冷却を行なっている。例えば、マイク
ロ波入力電力が3kWであるとき、無電極放電管1の表
面温度が700〜800℃になる様にコントロールされ
ている。このとき、空洞3内の風速は、約8m/sec
であり、送風装置11には市販の400Wブロワーが使
用されている。本考案における冷却ガイドを使用する
と、冷却ガイド管内に同様の風速を得るためには、送風
装置11aとして、市販の100W程度のブロワーで十
分である。
【0020】図2に従来装置と本考案による装置の場合
の送風装置電気容量と無電極放電管1の表面温度との関
係を示す。図2より、本考案を使用することで、電気容
量の小さい送風装置においても、無電極放電管1を十分
に冷却しうることが判る。なお、冷却ガイド管形状は図
1のものに限定されるものではない。例えば、図3に示
すように、ガイド管の左右双方より冷却風を入れて、中
央部付近より排気する構造にして、より均一な温度分布
で管内冷却を図るとか、逆に中央から冷却風を入れて、
両端部より排気するものでもよいことは言うまでもな
い。
の送風装置電気容量と無電極放電管1の表面温度との関
係を示す。図2より、本考案を使用することで、電気容
量の小さい送風装置においても、無電極放電管1を十分
に冷却しうることが判る。なお、冷却ガイド管形状は図
1のものに限定されるものではない。例えば、図3に示
すように、ガイド管の左右双方より冷却風を入れて、中
央部付近より排気する構造にして、より均一な温度分布
で管内冷却を図るとか、逆に中央から冷却風を入れて、
両端部より排気するものでもよいことは言うまでもな
い。
【0021】また、ガイド管内の冷却風として、水素、
ヘリウム、ネオン等、比熱又は熱伝導率の大きな媒体ガ
スを使用することで、更に冷却効果が増強できる。媒質
ガスは、好ましくは定圧比熱2(J・g-1・k-1)以
上、又は熱伝導率4×10-2(w・m-1・k-1)以上の
ものである。また、本考案については無電極放電管形状
として、棒状のものを実施例として取り上げたが、球状
その他の形状についても本考案が有効であることは言う
までもない。
ヘリウム、ネオン等、比熱又は熱伝導率の大きな媒体ガ
スを使用することで、更に冷却効果が増強できる。媒質
ガスは、好ましくは定圧比熱2(J・g-1・k-1)以
上、又は熱伝導率4×10-2(w・m-1・k-1)以上の
ものである。また、本考案については無電極放電管形状
として、棒状のものを実施例として取り上げたが、球状
その他の形状についても本考案が有効であることは言う
までもない。
【0022】
【考案の効果】以上説明したように、大幅な冷却効果改
善のため、送風装置の小型化が実現され、十分に冷却を
行なえることから、長寿命、ハイパワーであるエキシマ
放電ランプの実用化に必要且つ有効な手段となる利点を
有する。
善のため、送風装置の小型化が実現され、十分に冷却を
行なえることから、長寿命、ハイパワーであるエキシマ
放電ランプの実用化に必要且つ有効な手段となる利点を
有する。
【図1】本考案による紫外線発生装置の一実施例を示す
要部断面図である。
要部断面図である。
【図2】送風装置の電気容量と無電極放電管表面温度の
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図3】本考案に使用する冷却ガイド管の他の例を示す
図である。
図である。
【図4】従来使用したマイクロ波無電極発光装置を示す
要部断面図である。
要部断面図である。
【図5】図4のA−A線に沿った断面図である。
【図6】ランプ表面温度と発光出力半減時間の関係を示
すグラフである。
すグラフである。
1、無電極放電管 1a、1b、突設部 2、マイクロ波空洞 3、4、空洞壁 5、筐体 6、誘電体ミラー 7、アンテナ 8、マグネトロン 9、導波管 10、メッシュ 11、送風装置 12、冷却ガイド管 13、支持体 14、ダクト
Claims (2)
- 【請求項1】 ガスが封入された無電極放電管と、該無
電極放電管が配置されるマイクロ波空洞を形成する空洞
壁と、マイクロ波発生手段と、該マイクロ波発生手段で
発生したマイクロ波を上記無電極放電管に結合するマイ
クロ波結合手段と、上記無電極放電管に冷却風を吹き付
ける送風装置とを具備した紫外線発生装置において、上
記無電極放電管を内包するように上記空洞壁を貫いて配
設された冷却ガイド管を具備し、該冷却ガイド管の開放
端より上記送風装置の冷却風を導入していることを特徴
とする紫外線発生装置。 - 【請求項2】 請求項1の紫外線発生装置において、冷
却風として水素、ヘリウム、ネオンガス等の定圧比熱2
(J・g-1・k-1)以上、又は熱伝導率4×10-2(w
・m-1・k-1)以上のガスを使用することを特徴とする
請求項1に記載の紫外線発生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1993073327U JP2602801Y2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 紫外線発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1993073327U JP2602801Y2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 紫外線発生装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0741962U JPH0741962U (ja) | 1995-07-21 |
JP2602801Y2 true JP2602801Y2 (ja) | 2000-01-31 |
Family
ID=13514973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1993073327U Expired - Lifetime JP2602801Y2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 紫外線発生装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2602801Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009289527A (ja) * | 2008-05-28 | 2009-12-10 | Harison Toshiba Lighting Corp | 紫外線照射装置 |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP1993073327U patent/JP2602801Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0741962U (ja) | 1995-07-21 |
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