JP7437820B2

JP7437820B2 - 蛍光体ホイール

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Publication number: JP7437820B2
Application number: JP2022578153A
Authority: JP
Inventors: 昇飯澤; 洋介本多
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2024-02-26
Anticipated expiration: 2041-12-21
Also published as: US20240060632A1; EP4286744A1; TW202343125A; WO2022163218A1; JPWO2022163218A1; CN116635670A; US11976810B2; TW202235991A

Description

本開示は、蛍光体ホイールに関する。

レーザプロジェクタなどに採用される光源装置として、レーザ光源から照射されるレーザ光（励起光）によって発光する蛍光体ホイールがある。蛍光体ホイールは、レーザ光の照射による蛍光体層の発熱がもたらす劣化を抑制するために、蛍光体層にレーザ光が照射されている間、回転軸回りに回転される。

蛍光体ホイールの放熱性能を向上させる技術として、両側側面に蛍光体が配置された２つの支持部材を対向させた隙間空間に、羽構造のフィンを形成する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１によれば、冷媒としての空気が隙間空間を通流することで、蛍光体にもたらされる熱の排出を促進できるので、蛍光体ホイールの放熱性能を向上させることができる。

特許第５６６１９４７号公報

近年においては、蛍光体ホイールの放熱性能をさらに高めることが望まれている。

本開示は、放熱性能がより向上する蛍光体ホイールを提供する。

上記目的を達成するため、本開示の一態様に係る蛍光体ホイールは、互いに背向する第１主面及び第２主面を有する基板と、前記第１主面に設けられた蛍光体層と、前記第１主面及び第２主面のいずれかの面に対向して配置され、かつ、前記基板とともに回転される、板材からなる放熱部材と、を備え、前記放熱部材は、前記いずれかの面に向かって突出するように前記放熱部材の中央部に設けられ、前記いずれかの面と接する接触面を有する突出部と、前記中央部を除く周辺領域における複数の領域を切り起こして形成される複数のフィンと、を有し、前記複数の領域のそれぞれは、前記フィンと連なる辺と対向する辺の一部を切り欠いて形成される切り欠き部を有し、前記突出部は、前記接触面を介して前記基板に接することにより、前記基板と前記放熱部材との間に一定の間隔を確保し、かつ、前記基板の熱を前記放熱部材の前記周辺領域まで伝導する。

本開示の蛍光体ホイールは、放熱性能がより向上する。

図１は、実施の形態１に係る蛍光体ホイールの分解斜視図である。図２は、実施の形態１に係る蛍光体ホイールの側面図である。図３は、実施の形態１に係る基板を第１主面側から見たときの正面図である。図４は、図２に示す放熱部材の拡大側面図である。図５は、実施の形態１に係る放熱部材を第１主面側から見たときの正面図である。図６は、実施の形態１に係る放熱部材を第１主面側から見たときの斜視図である。図７は、実施の形態１の別態様に係る蛍光体ホイールの分解斜視図である。図８は、実施の形態２に係る放熱部材を第１主面側から見たときの正面斜視図である。図９は、図８の放熱部材の一部拡大図である。図１０は、実施の形態２に係る蛍光体ホイールの実機試作品に対する検証結果を示す図である。図１１は、比較例に係る放熱部材のフィン近傍の流体の流れの解析結果を示す図である。図１２は、実施の形態２に係る放熱部材のフィン近傍の流体の流れの解析結果を示す図である。図１３Ａは、実施の形態２に係る切り欠き部のサイズの別の例を示す図である。図１３Ｂは、実施の形態２に係る切り欠き部のサイズの別の例を示す図である。図１４Ａは、実施の形態２の変形例に係る切り欠き部の形状の別の例を示す図である。図１４Ｂは、実施の形態２の変形例に係る切り欠き部の形状の別の例を示す図である。図１５Ａは、実施の形態２の変形例に係る切り欠き部が放熱部材の回転軸寄りに形成された場合の例を示す図である。図１５Ｂは、実施の形態２の変形例に係る切り欠き部が放熱部材の外周縁寄りに形成された場合の例を示す図である。図１６は、本開示に係る蛍光体ホイールの蛍光体層の温度低減効果の解析結果を示す図である。図１７は、放熱部材の回転軸寄りに形成された切り欠き部を有する放熱部材のフィン近傍の流体の流れの解析結果を示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

また、以下の実施の形態で説明に用いられる図面においては座標軸が示される場合がある。Ｚ軸方向は、蛍光体ホイールの高さ方向として説明される。Ｚ軸＋側は、上側（上方）と表現され、Ｚ軸－側は、下側（下方）と表現される場合がある。また、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、Ｚ軸方向に垂直な平面上において、互いに直交する方向である。以下の実施の形態において、正面図とはＸ軸＋側から見たときの図面を意味し、背面図とはＸ軸－側から見たときの図面を意味する。また、側面図とはＹ軸方向から見たときの図面を意味する。

（実施の形態１）
［蛍光体ホイール１］
以下、実施の形態１に係る蛍光体ホイール１の構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る蛍光体ホイール１の分解斜視図である。図２は、実施の形態１に係る蛍光体ホイール１の側面図である。

実施の形態１に係る蛍光体ホイール１は、反射型の蛍光体ホイールであり、レーザプロジェクタ、設備向け照明装置及び内視鏡などの光源等に使用される。蛍光体ホイール１は、図１及び図２に示されるように、基板１１と、基板１１に設けられた蛍光体層１２と、放熱部材３０と、モータ４０と、調整板４１とを備える。なお、調整板４１は、モータ４０の回転動力を基板１１等にバランスよく伝達するために回転時の重心ずれの調整に用いられるが、必須構成ではない。調整板４１は、モータ４０のハブであってもよい。

［基板１１］
図３は、実施の形態１に係る基板１１を第１主面側から見たときの正面図である。

基板１１は、互いに背向する第１主面及び第２主面を有し、モータ４０によって回転軸Ｊを中心として回転駆動される円盤状の板材である。換言すると、基板１１の平面視における形状は、円形である。なお、平面視における形状とは、基板１１に垂直な方向（Ｘ軸＋側）から見た場合の形状（つまり、正面形状）である。基板１１の直径は、例えば、８ｃｍ程度であるが、特に限定されない。

図３に示すように、基板１１では、第１主面に蛍光体層１２が設けられている。基板１１の中央には、調整板４１と連結されるモータ４０の一部（ハブ、ロータ等）を突出させるための開口３３が設けられている。また、基板１１は、中心（中心位置）に回転軸Ｊが通り、モータ４０によって回転軸Ｊを中心として回転駆動される。

基板１１の材料は、アルミニウム、ステンレスまたはサファイアなど熱伝導性の良好な金属であれば特に限定されない。本実施の形態では、基板１１は、例えば、アルミニウムによって形成される。アルミニウムは比較的熱伝導率が高く、軽量であるため、基板１１は、アルミニウムによって形成されることにより放熱性能を高めることができるだけでなく軽量化も実現されるからである。また、基板１１の厚みは、例えば、１．５ｍｍ以下である。

［蛍光体層１２］
蛍光体層１２は、基板１１の第１主面に設けられる。

ここで、蛍光体層１２は、例えば、ＹＡＧ系の多数の黄色蛍光体粒子を含む樹脂材料からなるとしてもよい。この場合、樹脂材料の基材は、例えば、透光性及び熱硬化性を有するシリコーン樹脂である。蛍光体層１２は、このような樹脂材料が基板１１の第１主面にスクリーン印刷された後、加熱炉で加熱硬化されることによって設けることができる。

また、蛍光体層１２は、例えば、ＹＡＧ系の黄色蛍光体粒子とバインダとで構成されていてもよい。この場合、蛍光体層１２では、光変換効率の改善のため、励起光から蛍光への変換に寄与するＹＡＧ系の黄色蛍光体粒子の量が多いほうがよい。つまり、蛍光体層１２では、蛍光体粒子含有比率は大きい方がよい。バインダは、蛍光体層１２を構成する黄色蛍光体粒子以外の混合物である。バインダは、例えば、アルミナなどの熱伝導率の高い無機物質によって形成される。アルミナの熱伝導率は、シリコーン樹脂の熱伝導率の１０倍以上である。このため、蛍光体層１２は、黄色蛍光体粒子とアルミナによって形成されたバインダとによって構成されることにより、高い熱伝導率を実現することができる。

なお、図１～図３では図示されないが、基板１１の第１主面と蛍光体層１２との間には、反射膜が設けられてもよい。

本実施の形態では、蛍光体層１２は、図３に示すように、平面視において、円盤状の基板１１の周方向θに沿って帯状となるリング状（円環状）に設けられる。より具体的には、蛍光体層１２は、蛍光体ホイール１の回転中心である回転軸Ｊから距離が等しい円周上にリング状（円環状）に設けられる。換言すると、蛍光体層１２の径方向ｒにおける幅は、一定となっている。さらに、蛍光体層１２は、第１主面の周縁に設けられるのが望ましい。なお、基板１１が円盤状の基板ではない場合にも、蛍光体層１２は円環状に設けられるとよい。

ところで、蛍光体層１２は、レーザ光が照射されることにより発光する。このとき、蛍光体層１２の一点に集中的にレーザ光が照射されることを避けるため、蛍光体ホイール１は、蛍光体層１２にレーザ光が照射されている間、モータ４０によって、回転軸Ｊを中心に回転される。これにより、レーザ光の照射による発熱によって蛍光体層１２に含まれる蛍光体粒子の劣化が抑制される。

［放熱部材３０］
放熱部材３０は、板材からなり、基板１１の第１主面及び第２主面のいずれかの面に対向して配置され、かつ、基板１１とともに回転される。図１及び図２に示す例では、放熱部材３０は、基板１１の第２主面に対向して配置されている。ここで、基板１１の第１主面は、蛍光体層１２が設けられている。

図４は、図２に示す放熱部材３０の拡大側面図である。図５は、実施の形態１に係る放熱部材３０を第１主面側から見たときの正面図である。図６は、実施の形態１に係る放熱部材３０を第１主面側から見たときの斜視図である。なお、背面とは、上述したように、基板１１の第２主面と対向する面（正面）と反対側、かつ、放熱部材３０に垂直な方向（すなわちＸ軸－側）から放熱部材３０を見たときの面である。

放熱部材３０は、モータ４０によって回転軸Ｊを中心として回転駆動される円盤状の板材である。換言すると、放熱部材３０の平面視における形状は、円形である。なお、放熱部材３０の直径は、例えば、７ｃｍ程度であるが、３ｃｍ～１００ｃｍ程度であってもよい。なお、放熱部材３０の直径は、後述するように放熱部材３０が基板１１の第１主面に対向して配置される場合には、蛍光体層１２の内径よりも小さければ特に限定されない。換言すると、放熱部材３０が基板１１の第１主面に対向して配置される場合には、放熱部材３０の直径は、基板１１の一方の面において帯状かつ円環状に設けられている蛍光体層１２の内径よりも小さければよい。一方、放熱部材３０の直径は、図１に示すように、放熱部材３０が基板１１の第２主面に対向して配置される場合には、基板１１の直径より蛍光体層１２の内径よりも大きくてもよいし、基板１１の直径よりも大きくてもよい。

本実施の形態では、放熱部材３０は、図１、図２、図４～図６に示すように、複数のフィン３１と、突出部３４とを有する。例えば図１及び図２に示すように、本実施の形態では、放熱部材３０は、基板１１の第２主面に対向して配置されている。また、複数のフィン３１は基板１１の第２主面に向かって切り起こされており、突出部３４も基板１１の第２主面に向かって突出している。より具体的には、複数のフィン３１は、放熱部材３０における板材の複数の一部領域である複数の領域３２を切り起こすことで形成される。複数の領域３２は、複数のフィン３１が形成された後に貫通孔となる。なお、突出部３４及び複数のフィン３１及び領域３２等の詳細は後述する。

放熱部材３０の材料は、例えばステンレス、鉄、銅、サファイアまたはアルミニウムなどの金属の板材であればよいが、特に限定されない。

＜突出部３４＞
突出部３４は、基板１１の第１主面及び第２主面のいずれかの面に向かって突出するように放熱部材３０の中央部に設けられ、当該いずれかの面と接する接触面を有する。突出部３４は、接触面を介して基板１１に接することにより、基板１１と放熱部材３０との間に一定の間隔を確保し、かつ、基板１１の熱を放熱部材３０の中央部を除く周辺領域まで伝導する。

本実施の形態では、突出部３４は、例えば図２に示すように、基板１１と放熱部材３０との間隔を一定に保持するために、基板１１の第２主面に突出するように放熱部材３０の中央部に設けられている。突出部３４は、絞り加工により形成される。

突出部３４の厚みすなわち、基板１１と放熱部材３０との間隔は、図２及び図４に示すように、後述する放熱部材３０の周辺領域を切り起こすことにより形成される複数のフィン３１の高さ以上であればよい。突出部３４は、例えば図５及び図６に示すように、基板１１の第２主面に接触させるための接触面であって帯状かつ円環状の接触面を有する。

なお、突出部３４の中央には、開口３３が設けられ、モータ４０と調整板４１を介して接続される。これにより、放熱部材３０は、中心（中心位置）に回転軸Ｊが通り、モータ４０によって回転軸Ｊを中心として、基板１１とともに回転駆動される。なお、この開口３３の大きさ（直径）は、調整板４１と連結するためのモータ４０の一部が突出できる程度の大きさであればよい。例えば、開口３３は、モータ４０の一部と最大１ｍｍの隙間を有する大きさであればよい。

また、突出部３４の直径は、例えば、３．７ｃｍ程度であるが、これに限らない。突出部３４の直径は、放熱部材３０の内径よりも小さければよく、開口３３の径よりも大きければ、特に限定されない。

このように、突出部３４は、図１、図２、図４～図６に示される通り、帯状かつ円環状の接触面を有するように、放熱部材３０の中央部に設けられる。これにより、突出部３４は、基板１１と放熱部材３０の周辺領域との間に空気からなる一定の間隔の空隙（空間）を形成することができるスペーサとして機能するだけでなく、蛍光体層１２で生じる熱を基板１１から放熱部材３０の周辺領域に伝えることができる熱伝導の経路として機能する。

＜フィン３１＞
複数のフィン３１は、切り起こし加工により形成される。より具体的には、複数のフィン３１は、放熱部材３０の板材のうち中央部を除く周辺領域における複数の領域３２を切り起こして形成される。複数のフィン３１のそれぞれは、基板１１の第１主面及び第２主面のいずれかの面に向かって切り起こされている。本実施の形態では、例えば図１～図３に示されるように、複数のフィン３１は、複数の領域３２が基板１１の第２主面に向かって切り起こされることで、基板１１の第２主面に向かって立設されている。

また、複数のフィン３１の高さは、図２及び図３に示すように、突出部３４の厚みよりも小さい。

なお、フィン３１は、図１及び図２に示す例では、蛍光体層１２の内径よりも内側領域に対応する放熱部材３０の領域内にある周辺領域に形成されているが、これに限らない。フィン３１は、放熱部材３０が基板１１の第１主面に対向して配置され、放熱部材３０の直径が蛍光体層１２の内径よりも大きい場合には、蛍光体層１２の領域に対応する放熱部材３０の領域を含めた周辺領域に形成されていてもよい。さらに、フィン３１は、放熱部材３０が基板１１の第１主面に対向して配置され、放熱部材３０の直径が蛍光体層１２の内径よりも大きい場合には、蛍光体層１２の外径よりも外側に対応する放熱部材３０の領域を含めた周辺領域に形成されていてもよい。

複数のフィン３１は、例えば図５及び図６に示すように、放熱部材３０の周辺領域において、中心（回転軸Ｊ）から一定の距離に、周方向θに沿って円環状に配置される。複数のフィン３１の形状は、例えば、略矩形状（略台形状）であるが、先端部の角が落とされて丸くなっていてもよい。換言すると、図５及び図６に示す例のように、複数のフィン３１のそれぞれは、周辺領域において径方向ｒに対して一定の角度を有するように形成されており、基板１１の第２主面（または放熱部材の正面）に対して一定の角度を有するように切り起こされている。なお、複数のフィン３１のそれぞれは、周辺領域に形成されていればよく、径方向ｒに沿って形成されていなくてもよい。また、複数のフィン３１のそれぞれは、基板１１の第２主面（または放熱部材３０の正面）に対して垂直に立設されなくてもよい。

ところで、本実施の形態において、複数のフィン３１のそれぞれは、回転軸Ｊを中心として、放熱部材３０の回転に応じて当該フィン３１よりも外側（遠心方向）に風を送る。換言すると、複数のフィン３１のそれぞれは、放熱部材３０の背面側（Ｘ軸－側）にある空気（流体）を、貫通孔である複数の領域３２を抜けて、基板１１と放熱部材３０との間の空間の外側に向けて送る。これにより、複数のフィン３１によって生じる空気の流れである風（気流）を、蛍光体層１２の冷却に用いることができる。

なお、フィン３１の径方向ｒに対する角度、及び、フィン３１の第２主面に対する角度は、外側に効果的に風を送ることができればよく、図４～図６に示される例にも限定されない。

＜領域３２＞
領域３２は、上述したように、放熱部材３０の板材のうちの一部領域であり、複数のフィン３１が形成された後には貫通孔となる。

より具体的には、複数の領域３２は、周辺領域に位置する。さらに、複数の領域３２は、図５に示すように、基板１１から放熱部材３０に向かう方向から視て（第１主面から視て）、放熱部材３０の中心から所定距離離れた位置かつ周方向θに略等間隔となる位置から、径方向ｒと所定以上の角度を有する仮想的な直線に沿った位置にある。複数の領域３２は、相似する形状であってもよいが、相似する形状に限らない。

また、複数の領域３２は、図５及び図６に示すように、放熱部材３０を貫通する貫通孔となっており、複数のフィン３１によって生じる風の通る通気孔として機能する。複数の領域３２は、例えば図５に示すように、周辺領域において、放熱部材３０の中心（回転軸Ｊ）から一定の距離に、周方向θに沿って円環状に位置している。なお、複数の領域３２がランダムに配置されると、放熱部材３０の回転が安定せず、異音等が生じる原因になるので、複数の領域３２は略等間隔に配置される。複数の領域３２の形状は、例えば、略矩形状（略台形状）であるが、角が落とされて丸くなっていてもよい。

また、複数の領域３２のそれぞれは、図５に示すように、径方向ｒに対して一定の角度を有するように形成されている。なお、複数の領域３２のそれぞれは、径方向ｒに沿って形成されていなくてもよい。複数の領域３２の径方向ｒに対する角度の大きさは、切り起こされた複数のフィン３１が外側に効果的に風を送ることができるように決定されればよく、図５に示す例には限定されない。

［モータ４０］
モータ４０は、例えば図１に示すように、電子回路（不図示）に制御されることにより、基板１１及び放熱部材３０を回転駆動する。モータ４０は、例えば、アウターロータ型のモータであるが、特に限定されない。

［効果等］
以上説明したように、本実施の形態に係る蛍光体ホイール１は、互いに背向する第１主面及び第２主面を有する基板１１と、第１主面に設けられた蛍光体層１２と、基板１１の第２主面に対向して配置され、かつ、基板１１とともに回転される、板材からなる放熱部材３０とを備える。放熱部材３０は、当該第２主面に向かって突出するように放熱部材３０の中央部に設けられ、当該第２主面と接する接触面を有する突出部と、中央部を除く周辺領域における複数の領域を切り起こして形成される複数のフィンと、を有する。突出部３４は、接触面を介して基板１１に接することにより、基板１１と放熱部材３０との間に一定の間隔を確保し、かつ、基板１１の熱を放熱部材３０の周辺領域まで伝導する。

このように、本実施の形態に係る蛍光体ホイール１は、反射型の蛍光体ホイールであり、基板１１の第１主面にのみ蛍光体層１２を備える。また、蛍光体ホイール１は、突出部３４が設けられた放熱部材３０を備えることにより、基板１１と放熱部材３０との間に一定の間隔の空間を形成することができる。これにより、複数のフィン３１によって生じる風を、複数の領域３２（貫通孔）を抜けさせて、基板１１と放熱部材３０との間の空間の外側に向けて送ることができる。つまり、複数のフィン３１によって生じる風を蛍光体層１２の冷却に用いることができる。よって、蛍光体ホイール１の放熱性能を向上することができる。また、蛍光体ホイール１は、基板１１と突出部３４とが接触することにより、蛍光体層１２で生じる熱を基板１１から放熱部材３０の周辺領域に伝える熱伝導の経路を形成することができるので、さらに、放熱性能を向上することができる。

以上のようにして、放熱性能がより向上した蛍光体ホイール１を実現できる。

さらに、放熱部材３０に形成される複数のフィンは、板材の複数の領域を切り起こして形成するので、簡素に形成できることから、削り出しで製造する場合と比較して、コストを低くすることができる。

なお、放熱部材３０の中央に設けられた開口３３の大きさは、調整板４１と連結するためのモータ４０の一部が突出できる程度の大きさであればよいとして説明したが、これに限らない。開口３３の大きさより大きくして、通風のために用いるとしてもよい。すなわち、放熱部材３０は、放熱部材３０の中心部に、通風のために形成された開口３３を有しており、基板１１とともに回転される放熱部材３０の回転軸Ｊは、開口３３を通るとしてもよい。

これにより、複数のフィン３１によって生じる風を、複数の領域３２（貫通孔）を抜けさせるだけでなく、開口３３も抜けさせて、基板１１と放熱部材３０との間の空間（空隙）の外側に向けて送ることができる。したがって、蛍光体層１２の冷却に用いることができる、基板１１と放熱部材３０との間の空間を通る風の量を増やすことができるので、蛍光体ホイール１の放熱性能をより向上することができる。

なお、蛍光体ホイール１の構成は、上述した態様に限らず、放熱性能をさらに向上させるために、基板１１にフィンを形成してもよいし、基板１１に貫通孔としての開口を形成してもよい。

また、上記の実施の形態１では、図１及び図２の例で示されるように、蛍光体ホイール１を構成する放熱部材３０は、基板１１の第２主面に対向して配置されているとして説明したが、これに限らない。図７は、実施の形態１の別態様に係る蛍光体ホイール１Ａの分解斜視図である。すなわち、図７に示す蛍光体ホイール１Ａのように、放熱部材３０は、基板１１の蛍光体層１２が設けられた第１主面に対向して配置されていてもよい。この場合、複数のフィン３１は基板１１の第１面に向かって切り起こされ、突出部３４も基板１１の第１主面に向かって突出するように形成されればよい。さらに、この場合、放熱部材３０に突出部３４を設けず、調整板４１を突出部３４の機能を兼ねさせてもよい。また、放熱部材３０と、突出部３４の機能を兼ねさせた調整板４１とを一体化させてもよい。これにより、部品点数をさらに削減でき、コスト削減を図れる。

（実施の形態２）
上記の実施の形態１では、放熱性能が向上した蛍光体ホイール１等について説明したが、上述した態様に限らない。放熱性能をさらに向上させるために、蛍光体ホイール１が備える放熱部材３０の複数のフィン３１が切り起こされる領域３２の面積を広げるよう領域３２にさらに切り欠き部を形成してもよい。この場合を実施の形態２として以下説明する。以下では、実施の形態１で説明した放熱部材３０と異なる点を中心に説明する。

［放熱部材３０Ｄ］
図８は、実施の形態２に係る放熱部材３０Ｄを第１主面側から見たときの正面斜視図である。図９は、図８の放熱部材３０Ｄの一部拡大図である。なお、図５及び図６等と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

図８及び図９に示す放熱部材３０Ｄは、図５及び図６に示される放熱部材３０に対して、領域３２Ｄにさらに切り欠き部３２１が形成されている点で異なる。

＜領域３２Ｄ＞
領域３２Ｄは、実施の形態１と同様に、放熱部材３０Ｄの板材のうちの一部領域であり、複数のフィン３１が形成された後には貫通孔となる。また、複数の領域３２Ｄは、図８に示すように、複数のフィン３１によって生じる風の通る通気孔として機能する。放熱部材３０Ｄにおいて領域３２Ｄが設けられる位置、形状は、実施の形態１で説明した通りであるためここでの説明を省略する。

本実施の形態では、複数の領域３２Ｄのそれぞれは、さらに、フィン３１と連なる辺と対向する辺の一部を切り欠いて形成される切り欠き部３２１を有する。

＜切り欠き部３２１＞
切り欠き部３２１は、領域３２Ｄの辺の一部を切り欠いて形成される。より具体的には、切り欠き部３２１は、例えば図９に示すように、領域３２Ｄにおける辺の一部であってフィン３１と連なる辺と対向する辺の一部を切り欠いて形成される。

切り欠き部３２１の形状は、例えば図９に示すように、半円切り欠き形状である。なお、図９に示す例では、切り欠き部３２１は、領域３２Ｄにおけるフィン３１と連なる辺と対向する辺の中央部に位置している。

ここで、図９に示す例における切り欠き部３２１の寸法感について説明する。放熱部材３０Ｄの外径を例えばφ７０ｍｍ～８０ｍ、領域３２Ｄの径方向ｒの長さ（長尺方向の長さ）を１１ｍｍ～１４ｍｍ程度とした場合、切り欠き部３２１の径方向ｒの長さＲ１は２ｍｍ程度である。

［効果等］
以上説明したように、本実施の形態に係る蛍光体ホイール１、１Ａでは、放熱部材３０Ｄの複数のフィン３１が切り起こされる領域３２Ｄにおいてさらに切り欠き部３２１が形成される。

この構成により、切り欠き部３２１の面積分だけ、複数の領域３２Ｄの機能としての通気孔であって複数のフィン３１によって生じる風の通る通気孔の面積を増やすことができる。よって、蛍光体層１２と放熱部材３０Ｄとの間で生じる流体（空気）の流れをさらに促進することができる。これにより、蛍光体層１２の温度の低減をさらに図ることができるので、蛍光体ホイール１、１Ａの放熱性能を向上することができる。

ここで、以上のように構成された本実施の形態に係る蛍光体ホイールの実機を試作して検証した検証結果について説明する。

図１０は、実施の形態２に係る蛍光体ホイール１、１Ａの実機試作品に対する検証結果を示す図である。図１０には、所定時間動作させたときの蛍光体層１２の温度上昇と、所定時間動作中の騒音レベルとが検証結果として示されている。なお、図１０には、比較例として、切り欠き部３２１を有さない構成すなわち実施の形態１に係る蛍光体ホイール１、１Ａの実機試作品に対する検証結果も併せて示されている。

図１０から、実施の形態２に係る蛍光体ホイール１、１Ａの蛍光体層１２の温度上昇が、比較例に係る蛍光体ホイール１、１Ａの蛍光体層１２の温度上昇よりも低いことが確認できる。

なお、放熱部材３０（３０Ｄ）に複数のフィン３１を形成する構成等により蛍光体ホイール１、１Ａの放熱性能を向上させることができるものの、当該構成により風切り騒音が発生してしまうという副産物がある。しかし、実施の形態２に係る蛍光体ホイール１、１Ａと比較例に係る蛍光体ホイール１、１Ａとでは騒音レベルに差はないのがわかる。

図１１は、比較例に係る放熱部材３０のフィン３１近傍の流体の流れの解析結果を示す図である。図１２は、実施の形態２に係る放熱部材３０Ｄのフィン３１近傍の流体の流れの解析結果を示す図である。図１１及び図１２には、通気孔として機能する領域３２及び領域３２Ｄを通り、フィン３１に向かう流体（空気）の流れの様子が流線で示されている。なお、図１１及び図１２に示すベクトル線は、流体（空気）の流れを表示したものである。

例えば図１１に示すように、フィン３１は、フィン３１が設けられた放熱部材３０の平面部と基板１１とで挟み込まれた領域（例えば図１及び図８参照）に存在する流体（空気）を、放熱部材３０の外周方向へかき出す機能を有する。この機能により、実施の形態１、２に係る蛍光体ホイール１、１Ａでは、対流による熱伝達が促進されるので、基板１１に設けられている蛍光体層１２の温度を低減させることができる。また、通気孔として機能する領域３２からフィン３１に向かって流れ込む流体も、フィン３１に当たり、その後に放熱部材３０の外周へかき出されることになる。これもまた、熱伝達を促進する一助となる。

本実施の形態では、さらに、放熱部材３０Ｄの領域３２に切り欠き部３２１を設けることにより、領域３２が担っていた機能としての通気孔の面積を増やすことができる。これにより、図１２に示すように、領域３２及び切り欠き部３２１が担う機能としての通気孔を通る流量は増加するので、対流による熱伝達を促進することができ、放熱性が向上すると考えられる。

（変形例）
なお、切り欠き部３２１のサイズと形状とは、図９で示した例に限らない。切り欠き部３２１のサイズ（大きさ）と形状のバリエーションについて図１３Ａ～図１４Ｂを用いて説明する。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、実施の形態２に係る切り欠き部３２１のサイズの別の例を示す図である。図１３Ａ及び図１３Ｂには、図９に示される例よりも大きいサイズで形成された切り欠き部３２１が示されている。ここで、図９に示される切り欠き部３２１の径方向ｒの長さＲ１を２ｍｍ程度とし、領域３２Ｄの径方向ｒの長さ（長尺方向の長さ）を１１ｍｍ～１４ｍｍ程度とする。この場合、図１３Ａに示される切り欠き部３２１の径方向ｒの長さＲ３は例えば６ｍｍ程度であってもよい。また、図１３Ｂに示される切り欠き部３２１の径方向ｒの長さＲ５は例えば１０ｍｍ程度であってもよい。

図１４Ａ及び図１４Ｂは、実施の形態２の変形例に係る切り欠き部３２１Ａの形状の別の例を示す図である。図１４Ａ及び図１４Ｂには、図９に示される例と異なる形状で形成された切り欠き部３２１Ａが示されている。より具体的には、切り欠き部３２１Ａは、領域３２Ｄにおけるフィン３１と連なる辺と対向する辺の中央部の位置にＶの字切り欠き形状で形成されている。切り欠き部３２１Ａは、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すようにサイズは小さくてもよいし大きくてもよい。

このように、切り欠き部３２１Ａの形状は、Ｖの字切り欠き形状であってもよい。なお、Ｖの字切り欠き形状は、三角形状と表現してもよい。

また、図９に示す例では、切り欠き部３２１は、領域３２Ｄにおけるフィン３１と連なる辺と対向する辺の中央部に位置するように形成されていたが、これに限らない。以下、切り欠き部３２１の形成される位置のバリエーションについて図１５Ａ及び図１５Ｂを用いて説明する。

図１５Ａは、実施の形態２の変形例に係る切り欠き部３２１Ｂが放熱部材３０Ｄの回転軸Ｊ寄りに形成された場合の例を示す図である。より具体的には、図１５Ａに示すように、切り欠き部３２１Ｂは、領域３２Ｄにおけるフィン３１と連なる辺と対向する辺の中央部よりも放熱部材３０Ｄの回転軸Ｊ寄りに形成されてもよい。

図１５Ｂは、実施の形態２の変形例に係る切り欠き部３２１Ｃが放熱部材３０Ｄの外周縁寄りに形成された場合の例を示す図である。より具体的には、図１５Ｂに示すように、切り欠き部３２１Ｂは、領域３２Ｄにおけるフィン３１と連なる辺と対向する辺の中央部よりも放熱部材３０Ｄの外周縁寄りに形成されてもよい。

なお、図１５Ａに示す切り欠き部３２１Ｂ及び図１５Ｂに示す切り欠き部３２１Ｃの形状は半円切り欠き形状であるが、Ｖの字切り欠き形状であってもよい。

図１６は、本開示に係る蛍光体ホイール１、１Ａの蛍光体層１２の温度低減効果の解析結果を示す図である。図１６に示される結果は、熱流体シミュレーションから得た解析結果である。

図１６には、図９に示される径方向ｒの長さＲ１の半円切り欠き形状である切り欠き部３２１が３２１（Ｒ１）として示され、図１３Ａに示される径方向ｒの長さＲ３の半円切り欠き形状である切り欠き部３２１が３２１（Ｒ３）として示されている。また、図１３Ｂに示される径方向ｒの長さＲ５の半円切り欠き形状である切り欠き部３２１が３２１（Ｒ５）として示されている。また、図１６には、図１４Ａに示される小さなＶの字切り欠き形状である切り欠き部３２１Ａが３２１Ａ（小）として示され、図１４Ｂに示される大きなＶの字切り欠き形状である切り欠き部３２１Ａが３２１Ａ（大）として示されている。

また、図１６には、図１５Ａに示される放熱部材３０Ｄの回転軸Ｊ寄りに形成された切り欠き部３２１Ｂが３２１Ｂとして示され、図１５Ｂに示される放熱部材３０Ｄの外周縁寄りに形成された切り欠き部３２１Ｃが３２１Ｃとして示されている。なお、３２１Ｂと３２１Ｃの径方向ｒの長さはＲ１としている。さらに、図１６には、比較例として、例えば実施の形態１に領域３２のような切り欠き部を有さない構成の場合の結果も示されている。

図１６からわかるように、切り欠き部３２１の面積が大きい程、蛍光体層１２の温度低減効果があることがわかる。また、点線囲いに含まれる蛍光体層１２の温度低減の効果（結果）を比較すると次のようなこともわかる。すなわち、径方向ｒの長さが同一の半円切り欠き形状であっても、領域３２Ｄの辺における中央部よりも放熱部材３０Ｄの外周縁寄りまたは回転軸Ｊ寄りに切り欠き部が形成される方が、蛍光体層１２の温度低減の効果があることがわかる。以下、回転軸Ｊ寄りに形成された切り欠き部３２１Ｂが中央部に形成された切り欠き部３２１と比較して、蛍光体層１２の温度低減の効果が高い理由を考察したので説明する。

図１７は、放熱部材３０Ｄの回転軸Ｊ寄りに形成された切り欠き部３２１Ｂを有する放熱部材３０Ｄのフィン３１近傍の流体の流れの解析結果を示す図である。図１７には、切り欠き部３２１Ｂから流れ込む流体（空気）の流れの様子が流線で示されている。

図１７からわかるように、回転軸Ｊ寄りに形成された切り欠き部３２１Ｂから流れ込む流体（空気）は、フィン３１に当たり、回転軸Ｊ側から放熱部材３０Ｄの外周縁に向かって流れ出る。そして、流体がフィン３１と接触を繰り返し、放熱部材３０Ｄの外周縁へ流れ出ている様子がわかる。つまり、回転軸Ｊ寄りに形成された切り欠き部３２１Ｂは、中央部に形成された切り欠き部３２１と比較して、より多くの流体をより長い時間をかけてフィン３１と接触させることができるので、流体にフィン３１との熱交換をより多く行わせることができる。このため、回転軸Ｊ寄りに形成された切り欠き部３２１Ｂは、中央部に形成された切り欠き部３２１と比較して、蛍光体層１２の温度低減効果が高くなり、放熱性が向上すると考えられる。

なお、外周縁寄りに形成された切り欠き部３２１Ｃが、中央部に形成された切り欠き部３２１と比較して、蛍光体層１２の温度低減の効果が高い理由に対しても考察したので説明する。

まず、軸回転体である本開示の蛍光体ホイール１、１Ａは、外周縁に近い程その速度は速くなる。このため、外周縁寄りに形成された切り欠き部３２１Ｃから流れ込む流体は、中央部に形成された切り欠き部３２１から流れ込む流体よりも速い。ここで、流速が速いと、流速が遅い場合と比較してフィン３１との熱交換が促進され、放熱性が向上すると考えられる。

このように、外周縁寄りに形成された切り欠き部３２１Ｃを有する領域３２Ｄから流れ込む流体の流速に起因して、外周縁寄りに形成された切り欠き部３２１Ｃは中央部に形成された切り欠き部３２１と比較して蛍光体層１２の温度低減効果が高くなるので放熱性が向上すると考えられる。

（他の実施の形態等）
上述した実施の形態及び変形例は一例にすぎず、各種の変更、付加、省略等が可能であることは言うまでもない。

また、上述した実施の形態及び変形例で示した構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示の範囲に含まれる。その他、上記実施の形態及び変形例に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。例えば、実施の形態及び変形例で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、本開示は、さらに、以下のような蛍光体ホイールで構成される光源装置またはレーザプロジェクタも含まれる。

すなわち、上述した実施の形態及び変形例で示した蛍光体ホイールと、レーザ光源などの励起光源と、励起光源からの出射光を蛍光体ホイールに導光する光学系を備える光源装置も本開示に含まれる。また、上述した実施の形態及び変形例で示した蛍光体ホイールと、蛍光体ホイールを回転させるモータと、蛍光体層にレーザ光を照射するレーザ光源と、レーザ光源によって照射されたレーザ光に応じて蛍光体層から発せられる光を映像信号に基づいて変調する光変調素子と、光変調素子によって変調された光を投射する投射レンズとを備える投射型映像表示装置も本開示に含まれる。

本開示の蛍光体ホイールは、反射型の蛍光体ホイールとして、レーザプロジェクタ、設備向け照明装置及び内視鏡などの光源等投写型映像表示装置などに適用可能である。

１、１Ａ蛍光体ホイール
１１基板
１２蛍光体層
３０、３０Ｄ放熱部材
３１フィン
３２、３２Ｄ領域
３３開口
３４突出部
４０モータ
４１調整板
３２１、３２１Ａ、３２１Ｂ、３２１Ｃ切り欠き部

Claims

互いに背向する第１主面及び第２主面を有する基板と、
前記第１主面に設けられた蛍光体層と、
前記第１主面及び第２主面のいずれかの面に対向して配置され、かつ、前記基板とともに回転される、板材からなる放熱部材と、を備え、
前記放熱部材は、
前記いずれかの面に向かって突出するように前記放熱部材の中央部に設けられ、前記いずれかの面と接する接触面を有する突出部と、
前記中央部を除く周辺領域における複数の領域を切り起こして形成される複数のフィンと、を有し、
前記複数の領域のそれぞれは、前記フィンと連なる辺と対向する辺の一部を切り欠いて形成される切り欠き部を有し、
前記突出部は、前記接触面を介して前記基板に接することにより、前記基板と前記放熱部材との間に一定の間隔を確保し、かつ、前記基板の熱を前記放熱部材の前記周辺領域まで伝導する、
蛍光体ホイール。
前記切り欠き部の形状は、半円切り欠き形状である、
請求項１に記載の蛍光体ホイール。
前記切り欠き部の形状は、Ｖの字切り欠き形状である、
請求項１に記載の蛍光体ホイール。
前記切り欠き部は、前記対向する辺の中央部よりも前記放熱部材の回転軸寄りに形成されている、
請求項１～３のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール。
前記切り欠き部は、前記対向する辺の中央部よりも前記放熱部材の外周縁寄りに形成されている、
請求項１～３のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール。
前記複数のフィンのそれぞれは、前記いずれかの面に向かって切り起こされている、
請求項１～５のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール。
前記蛍光体層は、前記基板の一方の面において帯状かつ円環状に設けられており、
前記放熱部材の直径は、前記蛍光体層の内径よりも小さい、
請求項１～６のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール。
前記基板は、円盤状であり、
前記蛍光体層は、前記基板の周方向に沿う帯状に形成されている、
請求項１～７のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール。