JP7085675B2 - 蛍光体ホイール - Google Patents

Description

以下は、蛍光体ホイールおよびそのような蛍光体ホイールを製造するための方法に関する。これらは、異なる色の光または異なる波長の光を生産するために光学デバイスにおいて使用される。

蛍光体ホイールは、デジタル光処理（ＤＬＰ）技術を使用して、投影ベースまたは他の写真生成システム等の種々の光学デバイスにおいて使用される。蛍光体ホイールは、ハブ部分を備え、これは、モータに結合されると、回転子として作用する、円筒形本体である。光学活性半径方向部分、通常、金属プレートが、ハブ部分に取り付けられる、またはそれと統合される。光学活性半径方向部分上の波長変換材料（蛍光体）は、入射励起光から異なる波長の放出光を発生させる。

青色蛍光体粉末は、低変換効率を有するため、青色レーザ照明源は、多くのレーザプロジェクタにおいて使用される。蛍光体ホイールはまた、青色源光を変換されないまま通過させるための１つ以上の間隙を有することができる。そのような構造は、蛍光体ホイールを回転させることによって発生される、望ましくない空気雑音を増加させる。

雑音問題を解決するために、構造は、スロット内に含まれるガラス区画とともに設計されている。しかしながら、これらの構造は、ガラスとそこから金属プレートが構築される金属との間の材料密度の差異に起因して、異なる問題に直面する。例えば、アルミニウムプレートは、２．７０ｇ／ｃｍ^３の材料密度を有する一方、ガラス区画は、２．３８ｇ／ｃｍ^３の材料密度を有し、８．２５ｍｍの半径において、３２０ミリグラムの初期非平衡（３２０ｍｇ＠８．２５ｍｍと省略される）が存在する。さらに、ディスクに接合される、またはその上に分注される、蛍光体（例えば、赤色、黄色、および緑色）はまた、異なる密度を有する。これは、特に、３０ｍｍ外径のアルミニウムホイールに関して、典型的には、１５０ｍｇ＠８．２５ｍｍ未満である、現在の平衡プロセス能力を上回る、初期非平衡につながる。使用時、蛍光体ホイールは、典型的には、高速で、典型的には、７２００ｒｐｍ～１４４００ｒｐｍで回転される。これらの高速では、非平衡蛍光体ホイールは、質量分布の観点から、回転対称のままであることが不可能であって、これは、振動問題をもたらし、製品の寿命を低減させ得る。

加えて、従来の蛍光体ホイールにおいて使用されるガラス区画は、ホイールが回転するにつれて被られる遠心力を克服するために十分に大きい剪断強度を有する必要がある。従来の構造では、十分に大きな接合強度を達成することは、単に、接合面積を増加させることによって達成される。しかしながら、これは、非常に大直径を有する、金属プレート（ハブと称される）につながる。これは、重量増加およびホイールを回転させるめに使用されるモータの過負荷につながる。これは、増加される傾斜、振動問題、より多くの雑音、低減された製品寿命、および低減されたモータ性能等の望ましくない品質問題につながり得る。

したがって、モータ荷重下の大初期非平衡問題を解決する一方、また、ガラス区画接合強度を向上させる、蛍光体ホイールを設計することが望ましいであろう。

本開示は、従来の蛍光体ホイールによって被られる大初期非平衡問題を低減させる、蛍光体ホイールに関する。ガラス区画を含有する、蛍光体ホイールでは、本明細書に開示される蛍光体ホイールはまた、全体的ホイールの直径を増加させずに、ガラス区画接合強度を向上させることができる。要するに、ホイールのディスク部分より高い密度を伴う材料から作製される、平衡部片が、ディスクの中心とスロット／区画／扇状体／ガラス区画との間に添着される。本平衡部片は、ホイールのその側の全体的密度を増加させ、トルク非平衡を低減させる。

種々の実施形態において開示されるのは、蛍光体ホイールであって、環状ディスクと、ディスクの外周に沿って設置され、環状ディスクの暴露環状扇状体を画定する、発光環状扇状体と、ディスクの内周に沿って結合される、ハブと、蛍光体ホイールの非平衡を最小限にするために、開口暴露環状扇状体から半径方向内向きにディスクの正面表面に取り付けられる、平衡部片とを備える。環状ディスクは、その上に入射する光を処理するように適合される。ディスクの外周は、その上に配置される少なくとも１つのルミネセンス材料（例えば、発光蛍光体）を含む、環状発光面積の外側境界と見なされ得る。ハブは、回転子として作用するように構成され、関連付けられたモータに結合するために使用される。

特定の実施形態では、環状ディスクは、第１の密度を有するディスク材料から作製される。平衡部片は、第２の密度を有する金属材料から作製される。第２の密度は、第１の密度を上回る、言い換えると、ディスク材料は、金属材料より密度が低い。特定の実施形態では、平衡部片は、ステンレス鋼または高密度を伴う他の材料から作製される。

平衡部片は、暴露環状扇状体とハブとの間に位置してもよく、環状扇状体の形状である。そのような構造は、例えば、環状ディスクが、青色光を通過させるように意図される、開口またはスロットを含むとき、生じ得るが、ガラス区画は、暴露環状扇状体が、青色光を反射させるために使用されるとき、開口／スロットの中に挿入されない。

他の実施形態では、平衡部片はまた、ディスクの開口暴露環状扇状体とハブとの間に位置する。しかしながら、平衡部片は、第２の中心角度を有するハブからより離れた第２の環状扇状体に継合される、第１の中心角度を有する第１の環状扇状体の形状を有し、第１の中心角度は、第２の中心角度を上回る。本構造は、蛍光体ホイールのハブに近づくほど、より重量をかけるために使用されてもよい。

本開示によって検討される、多くの実施形態では、環状ディスクは、暴露環状扇状体内の開口を含み、蛍光体ホイールはさらに、ディスクの開口の中に挿入される、透明部片を備える。

他の構造では、平衡部片は、第１の部分と、第２の部分とを備える。第１の部分は、環状ディスクとハブとの間に設置された環状体の形状である。第２の部分は、第１の部分から環状ディスクの暴露環状扇状体開口に向かって外向きに延在する、環状扇状体の形状である。

時として、平衡部片は、第１の部分と、第２の部分とを備える。第１の部分は、環状ディスクとハブとの間に設置された環状体の形状である。これらの実施形態では、第２の部分は、第２の中心角度を有するハブからより離れた第２の環状扇状体に継合される、第１の中心角度を有する第１の環状扇状体の形状を有し、第１の中心角度は、第２の中心角度を上回る。再び、これは、ホイールの中心、すなわち、ハブの近傍でより重量をかける。

いくつかの実施形態では、平衡部片は、上記に説明されるように、第１の部分と、第２の部分とを含み、さらに、第３の部分を含む。第３の部分は、第１の部分からディスクの外周に向かって外向きに延在する、環状扇状体であって、第３の部分は、第２の部分から離間される。これは、蛍光体区画に起因する任意の回転トルク非平衡もまた最小限にされ得るように、異なる密度の２つの異なる蛍光体区画を使用した構造のために意図される。

他の実施形態では、平衡部片は、ピンを含み、環状ディスクは、その中にピンが挿入される、くぼみを含む。これは、組立の容易性を改良する。

平衡部片は、約０．２ｍｍ～約０．４ｍｍの厚さを有してもよい。ディスクは、高反射率コーティングを有してもよく、したがって、反射性蛍光体ホイールとして動作されることができる。ディスクは、アルミニウムまたはアルミニウム合金から作製されることができる。

蛍光体ホイールの発光環状扇状体は、環状ディスクの第１の扇状体上の第１の蛍光体区画と、環状ディスクの第２の扇状体上の第２の蛍光体区画との形態であってもよい。特定の実施形態では、第１の蛍光体区画は、緑色発光蛍光体を含み、第２の蛍光体区画は、赤色または黄色発光蛍光体を含む。第１の蛍光体区画は、第２の蛍光体区画より低い密度を有してもよい。

また、開示されるのは、蛍光体ホイールを作製するための方法であって、環状ディスク上の発光環状扇状体によって画定された開口暴露環状扇状体を有する、環状ディスクを受容するステップと、ハブをディスクの内周に沿って結合するステップと、開口暴露環状扇状体から半径方向内向きに平衡部片をディスクの正面表面に取り付け、蛍光体ホイールの非平衡を最小限にするステップとを含む。

開口が、暴露環状扇状体内に（すなわち、環状ディスクを通して）存在するとき、透明部片は、開口の中に設置されることができ、平衡部片はまた、透明部片に接合される。平衡部片は、パンチプロセスまたはワイヤ切断プロセスによって作製されることができる。

また、開示されるのは、蛍光体ホイールを備える、プロジェクタであって、蛍光体ホイールは、発光環状扇状体によって画定された開口暴露環状扇状体を有する、環状ディスクと、ディスクの内周に沿って結合される、ハブと、蛍光体ホイールの非平衡を最小限にするために、暴露環状扇状体から半径方向内向きにディスクの正面表面に取り付けられる、平衡部片とを備える。

また、開示されるのは、暴露環状扇状体を伴う環状ディスクを備える、蛍光体ホイール内の非平衡を最小限にするための方法であって、暴露環状扇状体から半径方向内向きに平衡部片をディスク上に設置するステップを含む。環状ディスクは、第１の密度を有するディスク材料から作製され、平衡部片は、第２の密度を有する金属材料から作製され、第２の密度は、第１の密度を上回る。

望ましくは、蛍光体ホイールは、可能な限り小さい初期非平衡を有する。例えば、特定の実施形態では、蛍光体ホイールは、５０ｍｇ＠８．２５ｍｍ未満、わずか２０ｍｇ＠８．２５ｍｍ、またはそれ未満を含む、１００ｍｇ＠８．２５ｍｍ未満の初期非平衡を有する。

本開示のこれらおよび他の非限定的特性は、下記により具体的に開示される。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
蛍光体ホイールであって、
環状ディスクと、
前記ディスクの暴露環状扇状体を画定する前記ディスクの外周に沿った発光面積と、
前記ディスクの内周に沿って結合されるハブと、
前記蛍光体ホイールの非平衡を最小限にするために、前記暴露環状扇状体から半径方向内向きに前記ディスクの正面表面に取り付けられる平衡部片と
を備える、蛍光体ホイール。
（項目２）
前記環状ディスクは、第１の密度を有するディスク材料から作製され、前記平衡部片は、第２の密度を有する材料から作製され、前記第２の密度は、前記第１の密度を上回る、項目１に記載の蛍光体ホイール。
（項目３）
前記平衡部片は、ステンレス鋼、銅、銅含有合金、鉄、または鉄含有合金から作製される、項目１に記載の蛍光体ホイール。
（項目４）
前記平衡部片は、前記暴露環状扇状体と前記ハブとの間に位置し、環状扇状体の形状である、項目１に記載の蛍光体ホイール。
（項目５）
前記平衡部片は、前記暴露環状扇状体と前記ハブとの間に位置し、第２の中心角度を有する前記ハブからより離れた第２の環状扇状体に継合される第１の中心角度を有する第１の環状扇状体の形状を有し、前記第１の中心角度は、前記第２の中心角度を上回る、項目１に記載の蛍光体ホイール。
（項目６）
開口が、前記暴露環状扇状体内に存在し、透明部片が、随意に、前記ディスクの開口の中に挿入される、項目１に記載の蛍光体ホイール。
（項目７）
前記平衡部片は、第１の部分と、第２の部分とを備え、前記第１の部分は、前記環状ディスクと前記ハブとの間に設置された環状体の形状であり、前記第２の部分は、前記第１の部分から前記環状ディスクの暴露環状扇状体に向かって外向きに延在する環状扇状体の形状である、項目１に記載の蛍光体ホイール。
（項目８）
前記平衡部片は、第１の部分と、第２の部分とを備え、前記第１の部分は、前記環状ディスクと前記ハブとの間に設置された環状体の形状であり、前記第２の部分は、第２の中心角度を有する前記ハブからより離れた第２の環状扇状体に継合される第１の中心角度を有する第１の環状扇状体の形状を有し、前記第１の中心角度は、前記第２の中心角度を上回る、項目１に記載の蛍光体ホイール。
（項目９）
前記平衡部片はさらに、第３の部分を含み、前記第３の部分は、前記第１の部分から前記ディスクの外周に向かって外向きに延在する環状扇状体であり、前記第３の部分は、前記第２の部分から離間される、項目８に記載の蛍光体ホイール。
（項目１０）
前記平衡部片は、ピンを含み、前記環状ディスクは、その中に前記ピンが挿入される開口部を含む、項目１に記載の蛍光体ホイール。
（項目１１）
前記平衡部片は、約０．２ｍｍ～約０．４ｍｍの厚さを有する、項目１に記載の蛍光体ホイール。
（項目１２）
前記ディスクは、高反射率コーティングを有する、項目１に記載の蛍光体ホイール。
（項目１３）
前記ディスクは、アルミニウムまたはアルミニウム合金から作製される、項目１に記載の蛍光体ホイール。
（項目１４）
前記発光面積は、前記環状ディスクの第１の環状扇状体上の第１の蛍光体区画と、前記環状ディスクの第２の環状扇状体上の第２の蛍光体区画とを備える、項目１に記載の蛍光体ホイール。
（項目１５）
前記第１の蛍光体区画は、緑色発光蛍光体を含み、前記第２の蛍光体区画は、赤色または黄色発光蛍光体を含む、項目１３に記載の蛍光体ホイール。
（項目１６）
前記第１の蛍光体区画は、前記第２の蛍光体区画より低い密度を有し、
前記平衡部片は、第１の部分と、第２の部分と、第３の部分とを備え、
前記第１の部分は、前記環状ディスクと前記ハブとの間に設置された環状体の形状であり、前記第２の部分は、前記第１の部分から前記環状ディスクの暴露環状扇状体に向かって外向きに延在する環状扇状体を備え、前記第３の部分は、前記第１の部分から前記第１の蛍光体区画と反対の前記ディスクの外周に向かって外向きに延在する環状扇状体の形状である、項目１３に記載の蛍光体ホイール。
（項目１７）
蛍光体ホイールを作製するための方法であって、前記方法は、
環状ディスクを受容することであって、前記環状ディスクは、暴露環状扇状体を画定する前記ディスクの外周に沿って発光面積を有する、ことと、
ハブを前記ディスクの内周に沿って結合することと、
前記暴露環状扇状体から半径方向内向きに平衡部片を前記ディスクの正面表面に取り付け、前記蛍光体ホイールの非平衡を最小限にすることと
を含む、方法。
（項目１８）
透明部片を前記暴露環状扇状体内の開口の中に設置することをさらに含み、前記平衡部片はまた、前記透明部片に接合される、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
前記平衡部片は、パンチプロセスまたはワイヤ切断プロセスによって作製される、項目１７に記載の方法。
（項目２０）
蛍光体ホイールを備えるプロジェクタであって、前記蛍光体ホイールは、
環状ディスクであって、前記環状ディスクは、暴露環状扇状体を画定する前記ディスクの外周に沿って発光面積を有する、環状ディスクと、
前記ディスクの内周に沿って結合されるハブと、
前記蛍光体ホイールの非平衡を最小限にするために、前記暴露環状扇状体から半径方向内向きに前記ディスクの正面表面に取り付けられる平衡部片と
を備える、プロジェクタ。
（項目２１）
暴露環状扇状体を画定する前記ディスクの外周に沿って発光面積を伴う環状ディスクを備える蛍光体ホイール内の非平衡を最小限にするための方法であって、前記方法は、前記暴露環状扇状体から半径方向内向きに平衡部片を前記ディスク上に設置することを含み、
前記環状ディスクは、第１の密度を有するディスク材料から作製され、前記平衡部片は、第２の密度を有する材料から作製され、
前記第２の密度は、前記第１の密度を上回る、方法。

以下は、図面の簡単な説明であって、これは、本明細書に開示される例示的実施形態を図示する目的のために提示され、それを限定する目的のために提示されるものではない。

図１Ａは、本開示による、蛍光体ホイールの第１の例示的実施形態の平面図である。図１Ｂは、図１Ａの第１の例示的蛍光体ホイールの分解斜視図である。図１Ｃは、図１Ａの第１の例示的蛍光体ホイールの側面断面図である。 図１Ａは、本開示による、蛍光体ホイールの第１の例示的実施形態の平面図である。図１Ｂは、図１Ａの第１の例示的蛍光体ホイールの分解斜視図である。図１Ｃは、図１Ａの第１の例示的蛍光体ホイールの側面断面図である。 図１Ａは、本開示による、蛍光体ホイールの第１の例示的実施形態の平面図である。図１Ｂは、図１Ａの第１の例示的蛍光体ホイールの分解斜視図である。図１Ｃは、図１Ａの第１の例示的蛍光体ホイールの側面断面図である。

図１Ｄは、図１Ａの第１の例示的蛍光体ホイールの平衡部片の平面図である。図１Ｅは、図１Ｄの平衡部片の斜視図である。 図１Ｄは、図１Ａの第１の例示的蛍光体ホイールの平衡部片の平面図である。図１Ｅは、図１Ｄの平衡部片の斜視図である。

図２Ａは、本開示による、蛍光体ホイールの第２の例示的実施形態の平面図である。図２Ｂは、図２Ａの第２の例示的蛍光体ホイールの分解斜視図である。 図２Ａは、本開示による、蛍光体ホイールの第２の例示的実施形態の平面図である。図２Ｂは、図２Ａの第２の例示的蛍光体ホイールの分解斜視図である。

図２Ｃは、図２Ａの第２の例示的蛍光体ホイールの平衡部片の平面図である。

図２Ｄは、図２Ａの蛍光体ホイールと併用され得る、別の平衡部片の斜視図である。

図３Ａは、本開示による、蛍光体ホイールの第３の例示的実施形態の平面図である。図３Ｂは、図３Ａの第３の例示的蛍光体ホイールの平衡部片の平面図である。図３Ｃは、図３Ｂの平衡部片の斜視図である。図３Ｄは、図３Ａの第３の例示的蛍光体ホイールの分解斜視図である。 図３Ａは、本開示による、蛍光体ホイールの第３の例示的実施形態の平面図である。図３Ｂは、図３Ａの第３の例示的蛍光体ホイールの平衡部片の平面図である。図３Ｃは、図３Ｂの平衡部片の斜視図である。図３Ｄは、図３Ａの第３の例示的蛍光体ホイールの分解斜視図である。 図３Ａは、本開示による、蛍光体ホイールの第３の例示的実施形態の平面図である。図３Ｂは、図３Ａの第３の例示的蛍光体ホイールの平衡部片の平面図である。図３Ｃは、図３Ｂの平衡部片の斜視図である。図３Ｄは、図３Ａの第３の例示的蛍光体ホイールの分解斜視図である。 図３Ａは、本開示による、蛍光体ホイールの第３の例示的実施形態の平面図である。図３Ｂは、図３Ａの第３の例示的蛍光体ホイールの平衡部片の平面図である。図３Ｃは、図３Ｂの平衡部片の斜視図である。図３Ｄは、図３Ａの第３の例示的蛍光体ホイールの分解斜視図である。

図４Ａは、本開示による、蛍光体ホイールの第４の例示的実施形態の平面図である。図４Ｂは、図４Ａの第４の例示的蛍光体ホイールの平衡部片の平面図である。図４Ｃは、図４Ｂの平衡部片の斜視図である。図４Ｄは、図４Ａの第４の例示的蛍光体ホイールの分解斜視図である。 図４Ａは、本開示による、蛍光体ホイールの第４の例示的実施形態の平面図である。図４Ｂは、図４Ａの第４の例示的蛍光体ホイールの平衡部片の平面図である。図４Ｃは、図４Ｂの平衡部片の斜視図である。図４Ｄは、図４Ａの第４の例示的蛍光体ホイールの分解斜視図である。 図４Ａは、本開示による、蛍光体ホイールの第４の例示的実施形態の平面図である。図４Ｂは、図４Ａの第４の例示的蛍光体ホイールの平衡部片の平面図である。図４Ｃは、図４Ｂの平衡部片の斜視図である。図４Ｄは、図４Ａの第４の例示的蛍光体ホイールの分解斜視図である。 図４Ａは、本開示による、蛍光体ホイールの第４の例示的実施形態の平面図である。図４Ｂは、図４Ａの第４の例示的蛍光体ホイールの平衡部片の平面図である。図４Ｃは、図４Ｂの平衡部片の斜視図である。図４Ｄは、図４Ａの第４の例示的蛍光体ホイールの分解斜視図である。

図５は、本開示による、蛍光体の初期平衡を計算するために使用される変数を図示する、略図である。

本明細書に開示される構成要素、プロセス、および装置のより完全な理解が、付随の図面を参照することによって得られることができる。これらの図は、単に、便宜性および本開示の実証の容易性に基づく概略表現であり、したがって、デバイスまたはその構成要素の相対的サイズならびに寸法を示すこと、および／または例示的実施形態の範囲を定義もしくは限定することは意図されない。

具体的用語が明確にするために以下の説明において使用されるが、これらの用語は、図面における図示のために選択された実施形態の特定の構造のみを指すことが意図され、本開示の範囲を定義または限定することは意図されない。図面および下記の以下の説明では、同様の数字指定は、同様の機能の構成要素を指すことを理解されたい。

単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が別様に明確に示さない限り、複数指示物を含む。

本明細書および請求項において使用されるように、本明細書で使用されるような用語「～を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「～を含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「～を有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「～を有する（ｈａｓ）」、「～できる（ｃａｎ）」、「～を含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」、およびそれらの変形は、挙げられた原料／ステップの存在を要求し、他の原料／ステップの存在を可能にする、非限定的移行語句、用語、または単語であることが意図される。しかしながら、そのような説明は、それからもたらされ得る任意の不可避の不純物とともに、挙げられた原料／ステップのみの存在を可能にし、他の原料／ステップを排除する、列挙された原料／ステップ「から成る」および「本質的にそれから成る」ような組成物またはプロセスも同様に説明するように解釈されるべきである。

本願の明細書および請求項における数値は、同数の有効数字まで丸められたときに同一である数値と、値を決定するために本願に説明されるタイプの従来の測定技法の実験誤差未満だけ記載される値と異なる数値とを含むように理解されるべきである。

本明細書に開示される全ての範囲は、列挙される端点を包括し、独立して組み合わせ可能である（例えば、「２グラム～１０グラム」の範囲は、端点２グラムおよび１０グラムならびに全ての中間値を包括する）。

用語「約」および「およそ」は、その値の基本的機能を変化させることなく変動し得る任意の数値を含むように使用されることができる。ある範囲と併用されるとき、「約」および「およそ」はまた、２つの端点の絶対値によって定義される範囲を開示し、例えば、「約２～約４」はまた、範囲「２～４」を開示する。概して、用語「約」および「およそ」は、示される数の±１０％を指し得る。

参照のために、赤色は、通常、約７８０ナノメートル～約６２２ナノメートルの波長を有する、光を指す。緑色は、通常、約５７７ナノメートル～約４９２ナノメートルの波長を有する、光を指す。青色は、通常、約４９２ナノメートル～約４５５ナノメートルの波長を有する、光を指す。黄色は、通常、約５９７ナノメートル～約５７７ナノメートルの波長を有する、光を指す。しかしながら、これは、文脈に依存し得る。例えば、これらの色は、時として、種々の部品を標識し、それらの部品を相互から区別するために使用される。

用語「環状扇状体」は、本明細書では、共通中心からの２つの同心弧および２つの半径によって囲まれる、環状体の部分を指すために使用される。用語「環状区画」は、「環状扇状体」と同一定義を有する。本文脈では、用語「区画」は、弦によって境界される円形および弦によって定められる弧の面積を明示的に指すわけではない。

本開示は、蛍光体ホイールに関し、これは、従来の蛍光体ホイールによって被られる大初期非平衡問題を解決し、また、蛍光体ホイールの直径を増加させずに、ガラス区画接合強度を向上させる。

本開示による、蛍光体ホイールの第１の例示的実施形態が、図１Ａおよび図１Ｂに図示される。図１Ａは、平面図であって、図１Ｂは、分解斜視図であって、図１Ｃは、側面断面図である。本蛍光体ホイールは、反射性蛍光体ホイールであって、青色光レーザの励起光は、環状ディスクを通して通過しない。

第１の例示的蛍光体ホイール３００は、入射光を光学的に処理するように構成される、環状ディスク３１０を含む。環状ディスク３１０は、中心３０１と、外周３０２と、内周３０４とを有する。ディスク３１０の外周は、環状扇状体の形状における発光面積３２０を含む。発光面積の２つの端部は、暴露環状扇状体３０５を囲繞し、環状ディスクの外周に沿って、それを画定する。図１Ｂに見られるように、環状ディスクは、暴露環状扇状体３０５内で可視である。

発光面積３２０は、１つ以上の環状区画から成る（ここでは、発光面積は、単一区画として示される）。概して、発光面積は、蛍光体ホイールの回転が異なる色の光を連続して発生させるように、１つ以上のルミネセンス材料（例えば、蛍光体）を含む。ルミネセンス材料は、例えば、ディスク３１０上に堆積される、蛍光体粉末または蛍光体セラミックであってもよい。ルミネセンス材料は、ディスクへの取付を補助するための結合剤を含むことができる、または従来の技法を使用してディスクに接合されることができる。

ハブ３３０は、環状形状を有し、環状ディスクの内周３０４と同軸方向に整合される。換言すると、ハブ３３０は、ディスクの内周に沿って環状ディスクに結合される。ハブ３３０はまた、ディスク３１０の正面表面３０６上に位置する。ハブ３３０は、概して、金属から作製され、関連付けられたモータに結合するために、回転子として作用するように構成される。ハブは、中心３０１からの内径３３３を有し、ディスク３１０は、内径３１３を有する。図１Ｃを参照すると、内径３１３、３３３は、実質的に等しく、ディスクの内径３１３は、ハブの内径３３３を上回ることが分かる。

平衡部片３４０は、ディスク３１０に取り付けられる。平衡部片３４０は、ディスク３１０に接合される（例えば、糊またははんだを使用して）。図１Ａに最良に見られるように、平衡部片３４０は、ディスク３１０の開口３０５から半径方向内向きに配置される。換言すると、平衡部片３４０は、ハブ３３０と暴露環状扇状体３０５との間に位置する。平衡部片３４０は、ホイールが、暴露環状扇状体３０５内の蛍光体の欠如を考慮してより良好に平衡されるように、蛍光体ホイール３００の重量を増加させる。平衡部片３４０は、概して、ディスク３１０の発光面積３２０内のルミネセンス材料と同一平面において軸方向に整合される。換言すると、平衡部片３４０は、同様に、環状ディスクの正面表面３０６に取り付けられる。

本第１の例示的実施形態において使用される平衡部片３４０の形状は、図１Ｄおよび図１Ｅにさらに描写される。平衡部片３４０は、２つの隣り合った構成要素３４２、３５２を有する。第１の構成要素３４２は、環状扇状体の形状を有し、想像中心３４１に対して第１の中心角度３４４を有する。第１の構成要素はまた、外弧３４６を有する。第２の構成要素３５２はまた、環状扇状体の形状を有し、想像中心３４１に対して第２の中心角度３５４を有する。第２の構成要素３５２は、環状ディスク上にハブ３３０からより離れて位置する、換言すると、第２の構成要素３５２は、第１の構成要素３４２の外弧３４６に継合される。第１の中心角度３４４は、第２の中心角度３５４を上回る。両中心角度は、通常１８０°未満および通常６０°未満である。

平衡部片３４０の構成要素３４２、３５２の形状を決定するために使用される、中心３４１は、通常、環状ディスク３１０の中心３０１と一致することに留意されたい。また、平衡部片は、ここに示されるように、異なる中心角度を伴う２つの環状扇状体から成るのではなく、単一環状扇状体の形態をとることもできることが検討される。

上記に議論されるように、平衡部片３４０は、開口３０５に起因してディスク３１０から欠如する重量を構成するために使用される。そのために、環状ディスク３１０は、第１の密度を有するディスク材料から作製され、平衡部片３４０は、第２の密度を有する金属材料から作製される。第２の密度は、第１の密度を上回る。言い換えると、平衡部片は、環状ディスクより密度の高い材料から作製される。例えば、環状ディスクは、アルミニウムから作製されてもよく、これは、２．７ｇ／ｃｍ^３の密度を有する。一方、平衡部片は、ステンレス鋼から作製されてもよく、これは、約７．５ｇ／ｃｍ^３～約８．５ｇ／ｃｍ^３の密度を有する（使用されるグレードに応じて）。

図２Ａおよび図２Ｂに目を向けると、第２の例示的蛍光体ホイール４００が、図示される。本第２の例示的蛍光体ホイール４００は、多くの点において、図１Ａおよび図１Ｂに図示される第１の例示的蛍光体ホイール３００に類似し、同様の番号が、同様の構成要素を示すために使用される。本ホイールでは、励起光は、暴露環状扇状体を通して通過する。

ここでは、蛍光体ホイール４００は、ディスク４１０の暴露環状扇状体４０５内の開口／スロットの中に透明部片４０６を含む。透明部片４０６は、青色光がスロットを通して通過することを可能にする。開口は、環状扇状体の形状であってもよい。例えば、透明部片は、ガラスまたは耐熱セラミックもしくはプラスチックから作製され得る。いくつかのそのようなセラミックは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、イットリアアルミナガーネット（ＹＡＧ）、およびネオジム－ドープＮｄ：ＹＡＧを含む。蛍光体区画４２０およびハブ４３０もまた、図４Ａに示される。

平衡部片４４０は、図１Ａの平衡部片３４０と顕著に異なる形状を有する。ここで図２Ａおよび図２Ｃを参照すると、本例示的実施形態の平衡部片４４０は、第１の部分４４２と、第２の部分４４４とを備える。第１の部分４４２は、ハブの真下のディスク４１０上に着座される、環状体または環状リングとして構成される。環状体は、中心４４１を有する。環状体は、中心４４１からの内径４４３を有し、ディスク４１０は、内径４１３を有する。特定の実施形態では、内径４１３、４４３は、実質的に等しい、言い換えると、第１の部分４４２は、ディスク４１０上に完全に着座する。同様に、ハブ４３０は、中心４４１からの内径４３３を有し、実施形態では、内径４４３、４３３は、実質的に等しい（ディスクの内径４１３は、ハブの内径４３３を上回る）。第１の部分４４２はまた、外径４４５を有する。ハブ４３０は、中心４４１からの外径４３５を有し、実施形態では、外径４４５、４３５は、実質的に等しい。

第２の部分４４４は、第１の部分４４２からディスク４１０に沿ってその外周に向かって外向きに延在する。第２の部分４４４は、環状扇状体の形状である。第２の部分４４４は、開口４０５に向かって延在する。再び、第２の部分の中心角度４４６は、概して、１８０°未満、通常、未満６０°である。

図２Ｄは、平衡部片４４０の別の実施形態の斜視図である。本実施形態はまた、ハブ４３０の真下のディスク４１０上に着座される環状リングとして構成される、第１の部分４４２を含む。第２の部分４４４は、第１の部分４４２からディスク４１０に沿ってその外周に向かって開口４０５の方向に外向きに延在する。

第２の部分４４４は、図１Ｄのものと同一構造を有し、その説明は、ここでも適用される。第２の部分は、２つの隣り合った構成要素４５２、４６２を有する。第１の構成要素は、環状扇状体の形状を有し、中心に対して第１の中心角度を有する。第１の構成要素はまた、外弧を有する。第２の構成要素はまた、環状扇状体の形状を有し、中心に対して第２の中心角度を有する。第２の構成要素は、環状ディスク上にハブからより離れて位置する、換言すると、第２の構成要素は、第１の構成要素の外弧に継合される。第１の中心角度は、第２の中心角度を上回る。両中心角度は、通常未満１８０°および通常未満６０°である。第１の部分および第２の部分は、通常、１つの一体型部片として作製され、相互に対して定位置に固定されることに留意されたい。

図３Ａおよび図３Ｂは、第３の例示的蛍光体ホイール５００を図示する。蛍光体ホイール５００は、同様に、ディスク５１０の暴露環状扇状体５０５内にスロットまたはガラス区画５０６を含む。加えて、ディスク５１０の発光面積は、ここでは、２つの別個の蛍光体区画５２２、５２４として図示され、それぞれ、ディスク５１０の異なる環状扇状体を占有する。例えば、本例示的実施形態では、第１の区画５２２は、緑色発光蛍光体を含み、第２の区画５２４は、赤色または黄色発光蛍光体を含む。ハブ５３０もまた、示される。

蛍光体ホイール５００はまた、平衡部片５４０を含む。図３Ｃおよび図３Ｄに最良に見られるように、平衡部片５４０は、第１の部分５４２と、第２の部分５４４と、第３の部分５７０とを含む。

平衡部片の第１の部分５４２は、環状リングとして構成され、図２Ａ－２Ｄに関して上記に説明されるように動作する。環状ディスク５１０、ハブ５３０、および第１の部分５４２の直径間の関係も同様に、上記に説明される通りである。

第２の部分５４４は、第１の構成要素と、第２の構成要素とを有する、図２Ａ－２Ｄに関して上記に説明されるような第２の部分４４４のもののような形状を有する。第２の部分５４４は、第１の部分５４２からディスク５１０に沿ってその外周に向かって暴露環状扇状体５０５の方向に外向きに延在する。

第３の部分５７０はまた、環状扇状体であって、また、第１の部分５４２からディスク５１０に沿ってその外周に向かって外向きに延在する。第３の部分５７０は、第２の部分５４４から第１の部分に沿って離間される。ここから分かるように、第３の部分５７０は、第１の部分５４２より小さく、直接、そこに接続されない。換言すると、第２の部分５４４は、中心５４１からの半径５４５を伴う、外弧５４６を有する。第３の部分５７０は、中心５４１からの半径５７５を伴う、外弧５７６を有する。第２の部分の半径５４５は、第３の部分の半径５７５を上回る。第３の部分５７０は、開口５０５に関連しない、ホイール内に存在し得る、他の非平衡を補正するために使用されることができる。例えば、第３の部分５７０は、第１の蛍光体区画５２２と反対の方向に延在する。これは、例えば、付加的重量が非平衡を補正するために第１の蛍光体区画と反対に追加される必要があるほど、第１の蛍光体区画５２２の密度が、第２の蛍光体区画５２４をはるかに上回るときに有用であり得る。

ここで図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、第４の例示的蛍光体ホイール６００が、図示される。蛍光体ホイール６００は、図１Ａ－１Ｄの第１の例示的蛍光体ホイール３００に最も類似する。蛍光体ホイールは、その上に発光面積６２０を有する、環状ディスク６１０と、暴露環状扇状体６０５と、ハブ６３０と、平衡部片６４０とを含む。

図４Ｃおよび図４Ｄから分かるように、平衡部片６４０は、環状扇状体の形態であって、１つ以上のピン６４８をその中に含む。図４Ｄから分かるように、平衡部片６４０内のピン６４８は、ディスク６１０内の開口部６１８と軸方向に整合される。ピン６４８は、開口部６１８の中に挿入され、平衡部片６４０をディスク６１０に取り付ける。そのような取付は、ディスク６１０から取り外される平衡部片６４０のリスクを最小限にすることによって、ホイールの信頼性を増加させる。ピンは、任意の形状を有することができ、望ましくは、楔であることを理解されたい。

本開示の蛍光体ホイール内の非平衡を補正するために使用される、平衡部片は、概して、ステンレス鋼（例えば、約７．５ｇ／ｃｍ^３～約８．５ｇ／ｃｍ^３の密度を有する、ステンレス鋼）、銅（その合金を含む）、または鉄（その合金を含む）等、高密度金属または６ｇ／ｃｍ^３を上回る高密度を伴う他の材料から成る。平衡部片は、典型的には、非常に薄い（例えば、約０．２ｍｍ～約０．４ｍｍ）。概して、平衡部片は、いったん初期非平衡を最小限にするための所望のサイズおよび形状が決定されると、パンチプロセス、ワイヤ切断プロセス、または別の好適なプロセスによって生産されることができる。

一方、ディスクは、概して、アルミニウムまたはアルミニウム合金（例えば、２．７０ｇ／ｃｍ^３の密度を有する）等、概して、４ｇ／ｃｍ^３未満のより低い密度金属から成る。ディスクは、高反射率コーティングを含み、入射光を反射させることを補助することができる。

本明細書で使用される平衡部片の多くは、両側対称環状扇状体として成形されるが、平衡部片は、概して、可能な限り低い初期非平衡を達成するために所望される任意の形状またはサイズであることができることを理解されたい。同様に、平衡部片は、再び、可能な限り低い初期非平衡を達成するために、所望に応じて、ディスク上に選択的に位置付けられることができる。

蛍光体ホイールの設計段階の間（すなわち、関連付けられたモータに結合される前に）、平衡部片の最適重量および蛍光体ホイール上の位置が、蛍光体ホイールの初期非平衡を最小限にするために、計算されることができる。図５を参照すると、平衡部片の形状およびサイズは、以下の方程式を達成するように最適化されることができる。

式中、Ｗ_Ｍは、平衡部片の重量であって、Ｗ_Ｇは、ガラス区画の重量であって、Ｒ_Ｍは、平衡部片の重心の半径であって、Ｒ_Ｇは、ガラス区画の重心の半径である。

本開示の計算方法および平衡技法を使用して、従来のハイブリッド蛍光体ホイールより有意に低い重量および初期非平衡を有する、蛍光体ホイールが、開発された。特に、下記の表は、従来のハイブリッド蛍光体ホイールと本開示の改良されたハイブリッド蛍光体ホイールを比較する。

示されるように、改良されたハイブリッド蛍光体ホイールは、わずか１１．２４ｍｇの初期非平衡を有し、これは、典型的には、８．２５ｍｍの半径において１５０ｍｇ未満である、現在の平衡プロセス能力をはるかに下回る。

平衡部片およびガラス区画が、図５に示されるような環状扇状体であるとき、平衡部片の重心Ｃ_Ｍおよびガラス区画の重心Ｃ_ｇは、以下の方程式によって決定されることができる。

本開示は、好ましい実施形態を参照して説明された。修正および改変が、前述の発明を実施するための形態の熟読および理解に応じて、当業者に想起されるであろう。本開示は、添付の請求項またはその均等物の範囲内である限り、全てのそのような修正および改変を含むものとして解釈されることが意図される。

Claims (20)

1. 蛍光体ホイールであって、前記蛍光体ホイールは、
   環状ディスクと、
   前記ディスクの外周に沿った発光領域であって、前記ディスクの暴露環状扇状体を画定する発光領域と、
   前記ディスクの内周に沿って結合されているハブと、
   前記蛍光体ホイールの非平衡を最小限にするために、前記暴露環状扇状体から半径方向内向きに前記ディスクの正面表面に取り付けられている平衡部片と
   を備え、
   前記平衡部片は、
   前記ハブからさらに離れている第２の環状扇状体に継合されている第１の環状扇状体であって、前記第１の環状扇状体は、第１の中心角度を有し、前記第２の環状扇状体は、第２の中心角度を有し、前記第１の中心角度は、前記第２の中心角度よりも大きい、第１の環状扇状体と、
   第１の部分および第２の部分であって、前記第１の部分は、前記環状ディスクと前記ハブとの間に設置されている環状体の形状であり、前記第２の部分は、前記第１の部分から前記環状ディスクの前記暴露環状扇状体に向かって外向きに延在する、第１の部分および第２の部分と
   のうちの一方を含む、蛍光体ホイール。
2. 前記環状ディスクは、第１の密度を有するディスク材料から作製されており、前記平衡部片は、第２の密度を有する材料から作製されており、前記第２の密度は、前記第１の密度よりも大きい、請求項１に記載の蛍光体ホイール。
3. 前記平衡部片は、ステンレス鋼、銅、銅含有合金、鉄、または、鉄含有合金から作製されている、請求項１に記載の蛍光体ホイール。
4. 前記平衡部片は、前記暴露環状扇状体と前記ハブとの間に位置する、請求項１に記載の蛍光体ホイール。
5. 前記第１の部分および前記第２の部分は、１つの統合された部片であり、互いに対して固定された位置において配向されている、請求項１に記載の蛍光体ホイール。
6. 開口が前記暴露環状扇状体内に存在し、透明部片が随意に前記ディスクの前記開口内に挿入されている、請求項１に記載の蛍光体ホイール。
7. 前記第２の部分は、前記第１の部分から前記環状ディスクの前記暴露環状扇状体に向かって外向きに延在する環状扇状体の形状である、請求項１に記載の蛍光体ホイール。
8. 前記第２の部分は、前記ハブからさらに離れている第２の環状扇状体に継合されている第１の環状扇状体を含み、前記第１の環状扇状体は、第１の中心角度を有し、前記第２の環状扇状体は、第２の中心角度を有し、前記第１の中心角度は、前記第２の中心角度よりも大きい、請求項１に記載の蛍光体ホイール。
9. 前記平衡部片は、糊またははんだを使用する接合を介して前記環状ディスクに取り付けられている、請求項１に記載の蛍光体ホイール。
10. 前記平衡部片は、ピンを含み、前記環状ディスクは、前記ピンが挿入されている開口部を含む、請求項１に記載の蛍光体ホイール。
11. 前記ピンは、楔形状を有する、請求項１０に記載の蛍光体ホイール。
12. 前記平衡部片は、０．２ｍｍ～０．４ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載の蛍光体ホイール。
13. 前記ディスクは、高反射率コーティングを有する、請求項１に記載の蛍光体ホイール。
14. 前記ディスクは、アルミニウムまたはアルミニウム合金から作製されている、請求項１に記載の蛍光体ホイール。
15. 前記発光領域は、１つ以上の蛍光体区画を含む、請求項１に記載の蛍光体ホイール。
16. 蛍光体ホイールを作製するための方法であって、前記方法は、
    環状ディスクを受容することであって、前記環状ディスクは、前記ディスクの外周に沿って発光領域を有し、前記発光領域は、暴露環状扇状体を画定する、ことと、
    ハブを前記ディスクの内周に沿って結合することと、
    前記暴露環状扇状体から半径方向内向きに平衡部片を前記ディスクの正面表面に取り付けることにより、前記蛍光体ホイールの非平衡を最小限にすることと
    を含み、
    前記平衡部片は、
    前記ハブからさらに離れている第２の環状扇状体に継合されている第１の環状扇状体であって、前記第１の環状扇状体は、第１の中心角度を有し、前記第２の環状扇状体は、第２の中心角度を有し、前記第１の中心角度は、前記第２の中心角度よりも大きい、第１の環状扇状体と、
    第１の部分および第２の部分であって、前記第１の部分は、前記環状ディスクと前記ハブとの間に設置されている環状体の形状であり、前記第２の部分は、前記第１の部分から前記環状ディスクの前記暴露環状扇状体に向かって外向きに延在する、第１の部分および第２の部分と
    のうちの一方を含む、方法。
17. 前記方法は、透明部片を前記暴露環状扇状体内の開口の中に設置することをさらに含み、前記平衡部片はまた、前記透明部片に接合される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記平衡部片は、パンチプロセスまたはワイヤ切断プロセスによって作製される、請求項１６に記載の方法。
19. 蛍光体ホイールを備えるプロジェクタであって、前記蛍光体ホイールは、
    環状ディスクであって、前記環状ディスクは、前記ディスクの外周に沿って発光領域を有し、前記発光領域は、暴露環状扇状体を画定する、環状ディスクと、
    前記ディスクの内周に沿って結合されているハブと、
    前記蛍光体ホイールの非平衡を最小限にするために、前記暴露環状扇状体から半径方向内向きに前記ディスクの正面表面に取り付けられている平衡部片と
    を備え、
    前記平衡部片は、
    前記ハブからさらに離れている第２の環状扇状体に継合されている第１の環状扇状体であって、前記第１の環状扇状体は、第１の中心角度を有し、前記第２の環状扇状体は、第２の中心角度を有し、前記第１の中心角度は、前記第２の中心角度よりも大きい、第１の環状扇状体と、
    第１の部分および第２の部分であって、前記第１の部分は、前記環状ディスクと前記ハブとの間に設置されている環状体の形状であり、前記第２の部分は、前記第１の部分から前記環状ディスクの前記暴露環状扇状体に向かって外向きに延在する、第１の部分および第２の部分と
    のうちの一方を含む、プロジェクタ。
20. 蛍光体ホイール内の非平衡を最小限にするための方法であって、前記蛍光体ホイールは、環状ディスクを備え、前記環状ディスクは、前記ディスクの外周に沿って発光領域を有し、前記発光領域は、暴露環状扇状体を画定し、
    前記方法は、前記暴露環状扇状体から半径方向内向きに平衡部片を前記ディスク上に設置することを含み、
    前記環状ディスクは、第１の密度を有するディスク材料から作製され、前記平衡部片は、第２の密度を有する材料から作製され、
    前記第２の密度は、前記第１の密度よりも大きく、
    前記平衡部片は、
    ハブからさらに離れている第２の環状扇状体に継合されている第１の環状扇状体であって、前記第１の環状扇状体は、第１の中心角度を有し、前記第２の環状扇状体は、第２の中心角度を有し 前記第１の中心角度は、前記第２の中心角度よりも大きい、第１の環状扇状体と、
    第１の部分および第２の部分であって、前記第１の部分は、前記環状ディスクと前記ハブとの間に設置されている環状体の形状であり、前記第２の部分は、前記第１の部分から前記環状ディスクの前記暴露環状扇状体に向かって外向きに延在する、第１の部分および第２の部分と
    のうちの一方を含む、方法。

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