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技術 屈曲制御機能付き反転動作型破裂ディスク

出願人 ファイク・コーポレーション
発明者 ウォーカー,ジョセフクレビル,マイケルショー,ボン
出願日 2015年4月17日 (5年7ヶ月経過) 出願番号 2016-562954
公開日 2017年4月20日 (3年7ヶ月経過) 公開番号 2017-511451
状態 特許登録済
技術分野 安全弁I(リリーフ弁)
主要キーワード 超過圧力状態 金属シート材 金属シート材料 中央ベルト 加工ゾーン 非自立型 制御構造体 圧力解放装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年4月20日)のものです。
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図面 (15)

課題・解決手段

屈曲制御構造体、即ちそれぞれ異なる材料厚を持つポケット領域(20、22)及びベルト領域(24)を有する反転動作圧力解放装置(10)が提供される。ポケット領域(20、22)は、概して、縮小された材料厚のエリアを有し、より低い圧力で反転を開始することができるように、装置(10)の隆起部(12)の構造的完全性を弱めるのに役立つ。ベルト領域(24)は、概して、隆起部(12)の反転制御及び開口の手助けを行う強化された機械的性質のエリアを有し、それによって、装置(10)の完全な開口を保証する。

概要

背景

先行技術の説明
未チェックのままにしておくと機器損害又は損失が生じるかもしれない不適当圧力状態から配管及びプロセス機器を保護するために、長い間破裂ディスクが利用されてきた。破裂ディスクは、幅広いサイズ及び圧力定格で製造されてきた。反転動作ディスクの場合に隆起部の直径によっておおまかに示された共通サイズの破裂ディスクであっても、様々な特定の用途のニーズ適応するために、動作可能な破裂圧力の範囲を持つ必要があることがある。例えば、1インチ(25.4mm)の反転動作型破裂ディスクは、いくつかの用途では、75psi(517kPa)の破裂圧力定格を必要とすることがある。しかしながら、他の用途では、1インチ(25.4mm)の反転動作型破裂ディスクは、50psi(345kPa)の破裂圧力定格を必要とすることがある。

概要

屈曲制御構造体、即ちそれぞれ異なる材料厚を持つポケット領域(20、22)及びベルト領域(24)を有する反転動作型圧力解放装置(10)が提供される。ポケット領域(20、22)は、概して、縮小された材料厚のエリアを有し、より低い圧力で反転を開始することができるように、装置(10)の隆起部(12)の構造的完全性を弱めるのに役立つ。ベルト領域(24)は、概して、隆起部(12)の反転制御及び開口の手助けを行う強化された機械的性質のエリアを有し、それによって、装置(10)の完全な開口を保証する。

目的

本発明は、特定のサイズ及び材料厚の圧力解放装置のための破裂圧力の範囲を引き伸ばす方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

対向する凹面及び凸面を持つ中央隆起部と、前記中央隆起部の外周に配置された外側フランジ部と、を有する反転動作超過圧力解放装置であって、前記中央隆起部の前記凹面及び前記凸面の内の少なくとも一方の面は、少なくとも2つのポケット領域を有し、前記少なくとも2つのポケット領域は、前記少なくとも2つのポケット領域の材料厚よりも大きい材料厚を持つベルト領域によって分離され、前記ベルト領域は、所定の超過圧力状態に対する前記反転動作型超過圧力解放装置の露出時に前記中央隆起部の前記凹面の反転が始まるウエスト部分を含み、前記ウエスト部分は、前記ポケット領域の各ポケット部分によって少なくとも一部が定義され、前記ウエスト部分は、前記ポケット部分の組み合わされた幅よりも小さい幅を持つ反転動作型超過圧力解放装置。

請求項2

前記少なくとも2つのポケット領域は、内部の前記中央隆起部から材料が取り除かれているレーザ加工エリアを有する請求項1に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項3

前記少なくとも2つのポケット領域は、前記ベルト領域の金属粒子構造と実質的に同じ金属粒子構造を有する請求項2に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項4

前記少なくとも2つのポケット領域のそれぞれは、前記ポケット部分から前記外側フランジ部に向かって伸びる1つ以上の長尺フィンガを有する請求項1に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項5

前記フィンガの内の少なくとも1つのフィンガは、前記外側フランジ部に近づくにつれて幅が減少する請求項4に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項6

前記フィンガのそれぞれの内の少なくとも1つのフィンガは、前記中央隆起部の中に形成された開口線に隣接した位置で終わる請求項4に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項7

前記少なくとも2つのポケット領域は、前記ベルト領域を横切って伸びる対称軸について対称である請求項1に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項8

前記ウエスト部分は、前記中央隆起部の頂点又は前記頂点の近くに位置する請求項1に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項9

組み合わされた前記少なくとも2つのポケット領域は、前記少なくとも一方の面の面積の少なくとも5%を占める請求項8に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項10

前記少なくとも2つのポケット領域のそれぞれは、前記ポケット部分から前記外側フランジ部に向かって伸びる2つ以上の長尺なフィンガを有する請求項1に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項11

前記ベルト領域は、内部の前記中央隆起部から材料が全く取り除かれていないレーザ加工エリアを有する請求項1に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項12

前記中央隆起部は、前記中央隆起部の中に形成されたC字形状の開口線を有し、前記開口線は、対向端を有し、前記対向端は、前記対向端の間にヒンジ領域を定義し、前記反転動作型超過圧力解放装置の開口中には、前記開口線に沿って前記中央隆起部を引き裂くことによって形成された花弁状部が、前記ヒンジ領域の周り回動する請求項1に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項13

前記ベルト領域は、前記ヒンジ領域と交差する請求項12に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項14

前記中央隆起部は、開口線を有し、前記開口線の内の少なくとも一部は、前記ベルト領域に沿って伸び、少なくとも2つのヒンジ領域を定義するように構成され、前記反転動作型超過圧力解放装置の開口中には、前記開口線に沿って前記中央隆起部を引き裂くことによって形成された少なくとも2つの各花弁状部が、前記ヒンジ領域の周りを回動する請求項1に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項15

前記開口線は、前記ベルト領域を二分する請求項14に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項16

前記中央隆起部は、少なくとも3つのポケット領域を有する請求項1に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項17

前記ベルト領域は、少なくとも3つのベルト部分を有し、前記ベルト部分のそれぞれは、前記ポケット領域の内の1つのポケット領域を前記ポケット領域の内の別の1つのポケット領域から分離する請求項16に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項18

前記ベルト部分は、前記中央隆起部の頂点又は前記頂点の近くに位置する中央ベルトゾーンから前記外側フランジ部に向かって分岐する請求項17に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項19

前記ポケット領域の内の1つのポケット領域は、前記中央隆起部の頂点の上に重なる請求項16に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項20

前記中央隆起部は、少なくとも2つの弓形形状のベルト領域を有する請求項19に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項21

前記弓形形状のベルト領域のそれぞれは、間隔を開けて配置されかつ中央湾曲部によって相互接続された1対の終端部分を有し、前記中央湾曲部は、前記中央隆起部の頂点に向かって伸びる請求項20に記載の反転動作型超過圧力解放装置。

請求項22

反転動作型超過圧力解放装置の破裂圧力を低減する方法であって、対向する凹面及び凸面を有しかつ第1超過圧力状態に対する前記反転動作型超過圧力解放装置の露出時に反転して開口するように構成された中央隆起部と前記中央隆起部の外周に配置された外側フランジ部とを有する反転動作型超過圧力解放装置を用意することと、前記凹面及び前記凸面の内の少なくとも一方の面から材料を取り除くためにレーザを使用し、その面に少なくとも2つのポケット領域を形成することと、を含み、前記少なくとも2つのポケット領域は、前記少なくとも2つのポケット領域の材料厚よりも大きい材料厚を持つベルト領域によって分離され、前記ベルト領域は、所定の超過圧力状態に対する前記反転動作型超過圧力解放装置の露出時に前記中央隆起部の前記凹面の反転が始まるウエスト部分を含み、前記ウエスト部分は、前記ポケット領域の各ポケット部分によって少なくとも一部が定義され、前記ウエスト部分は、前記ポケット部分の組み合わされた幅よりも小さい幅を持ち、前記反転動作型超過圧力解放装置は、前記中央隆起部の中に形成された前記少なくとも2つのポケット領域と前記ベルト領域とを有し、前記第1超過圧力状態よりも低い大きさの第2超過圧力状態に対する前記反転動作型超過圧力解放装置の露出時に反転して開口するように構成される方法。

請求項23

前記方法は、さらに、前記レーザを使用して前記中央隆起部の中に開口線凹部を形成することを含む請求項22に記載の方法。

請求項24

前記少なくとも2つのポケット領域を形成する工程は、前記ポケット領域の内部の装置材料の平均厚を前記ベルト領域の平均厚の90%未満に縮小することを含む請求項22に記載の方法。

請求項25

前記少なくとも2つのポケット領域を形成する工程は、結果として装置材料の内部の熱影響ゾーンを形成しない請求項22に記載の方法。

請求項26

少なくとも2つのポケット領域は、前記中央隆起部の前記凹面に形成される請求項22に記載の方法。

請求項27

前記少なくとも2つのポケット領域を形成する工程は、結果として前記中央隆起部の対向するレーザ非加工面の上の証拠マークを形成する請求項22に記載の方法。

技術分野

0001

関連出願
本出願は、2014年4月17日に出願された米国仮特許出願第61/980,730号の利益を主張し、その全内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。

0002

発明の背景
発明の分野
本発明は、概して、中に形成された屈曲制御構造体を持つ反転動作破裂ディスク指向する。屈曲制御構造体は、概して、薄い方の厚さの材料のポケット領域によって取り囲まれた、厚い方の厚さの材料の1つ以上のベルト領域を有し、ポケット領域では、好ましくはレーザ除去プロセスによってディスク材料が取り除かれてきた。ベルト領域は、厚い方の厚さの他の領域と共に、強化された機械的性質ゾーンをもたらし、そのゾーンは、隆起部反転開始時に破裂圧力の制御並びにディスクの反転及び開口動作の手助けを行う。そのような破裂ディスクのドームは、自立型であり、比較的簡単な組立に役立つ。

背景技術

0003

先行技術の説明
未チェックのままにしておくと機器損害又は損失が生じるかもしれない不適当圧力状態から配管及びプロセス機器を保護するために、長い間破裂ディスクが利用されてきた。破裂ディスクは、幅広いサイズ及び圧力定格で製造されてきた。反転動作型ディスクの場合に隆起部の直径によっておおまかに示された共通サイズの破裂ディスクであっても、様々な特定の用途のニーズ適応するために、動作可能な破裂圧力の範囲を持つ必要があることがある。例えば、1インチ(25.4mm)の反転動作型破裂ディスクは、いくつかの用途では、75psi(517kPa)の破裂圧力定格を必要とすることがある。しかしながら、他の用途では、1インチ(25.4mm)の反転動作型破裂ディスクは、50psi(345kPa)の破裂圧力定格を必要とすることがある。

発明が解決しようとする課題

0004

従来の反転動作型破裂ディスクは、低いエネルギ環境、特に、粘性流体とのディスクの接触を含むエネルギ環境の中での確実な開口という問題を提示している。反転動作型破裂ディスクの開口手順は、隆起部の凹面の反転から始まり、続いて、1つ以上の地点でディスク材料の破裂又は引き裂きが始まり、多くの場合開口線によって定義された所定のパスに沿って伝搬する。これらの段階を経て進むには、エネルギの継続的な入力が必要である。概して、初期エネルギ入力は、その結果として凹面を反転させるものであり、ディスクのドームが機械的に不安定になる地点までディスクのドームを加圧するプロセス流体によって供給される。ディスクは、反転し始めると、流体からエネルギを受け取り続けることができる。一方、ディスク自体の圧縮された材料の中に蓄積された弾性エネルギは、ディスク反転を強化しかつ加速することができる。次に、金属の内部に蓄積されたエネルギの解放及び伝達は、ディスクの開口動作に大きい影響を与えることができる。この蓄積されたエネルギの解放は、「スナップスルー(snap-through)」効果と呼ばれてきた。このスナップスルー(snap-through)効果に対する内部応力を生じさせるために、ディスクの隆起部は、圧力事象からディスクの隆起部に伝達されたエネルギを蓄積する間及びその後に解放する間に、そのエネルギを特に過度塑性変形によって吸収せずかつ浪費せずにディスクの隆起部の変形を可能にする形状を備えていなければならない。予想通り、低圧事象では、ディスクの完全な開口手順を開始して維持するのに利用可能なエネルギは、かなり低く、低圧状態の下で完全に開口する反転動作型破裂ディスクを設計することに対する重要な課題を示している。

0005

製造の観点からは、既定の破裂ディスクサイズに対してより低い破裂圧力を達成することは、挑戦的なことであるかもしれない。いくつかの実施例では、より低い定格破裂圧力は、より薄いディスク材料の使用によって、又はニッケル及び銀のようなより柔らかい材料で破裂ディスクを形成することによって達成できる。より薄くかつより柔らかい材料は、ディスクの包装及び設置において遭遇するかもしれないような、比較的丁寧なハンドリングによる製造後の損傷の影響をより一層受け易い。

0006

さらに、より薄くかつより柔らかい材料の使用は、より弱いヒンジ領域、即ち、隆起部の開口時に創出された花弁状部を残りの隆起部又はフランジ部に固定するディスクの領域を持つディスクの創出につながるかもしれない。弱められたヒンジ領域は、望ましくない花弁状部の断片化の可能性を増大させる。従って、より薄くかつより柔らかい材料を使用してより低い破裂圧力を達成することは、いくつかの点で非現実的になっている。

0007

あるサイズ及び厚さのディスクが開口する圧力を低減するために、様々な代替方法が提案されてきた。これらの方法は、一般的に、ディスクの隆起部の構造的完全性を弱めることを含む。例えば、米国特許第6,494,074号は、ディスクの凸表面の窪みを持つ破裂ディスクアセンブリを開示している。窪みは、工具を使用してディスクの隆起部を変形させることによって創出され、工具は、破裂ディスクの支持された凸表面に対して押し付けられる。窪みの形状、面積、及び深さは、構造的完全性の要求された喪失を達成するために、選択的に変えることができる。しかしながら、この方法を使用しても、既定の厚さに対して達成可能でありかつ破裂圧力の良好な制御及び予測可能性を持つ圧力の範囲は、かなり限定される。より低い圧力の達成を探求する場合には、その結果として上述のハンドリング及び機械的性能の問題を持つより薄い材料が使用される。

0008

また、2つ以上の部材で構成して有効な完全体を形成しかつ薄い方と厚い方及び/又は柔らかい方と堅い方の材料の利点を組み合わせて必須性能を達成する「複合構造体として、非常に低い圧力のディスクが開発されてきた。例えば、開口をもたらすために切断部を備えたより厚い支持膜連携し、薄い非自立型シール膜を置くことができる。これらのディスクは、通常、構成部品封止部品でもあるディスクに比べて作製が複雑であり、設置が困難である。

課題を解決するための手段

0009

発明の要旨
本発明の一実施形態によれば、反転動作型超過圧力解放装置が提供される。解放装置は、破裂ディスクの形態であっても良く、対向する凹面及び凸面を持つ中央隆起部と、中央隆起部の外周に配置された外側フランジ部と、を有する。中央隆起部の凹面及び凸面の内の少なくとも一方の面は、少なくとも2つのポケット領域を有する。少なくとも2つのポケット領域は、少なくとも2つのポケット領域の材料厚よりも大きい材料厚を持つ少なくとも1つのベルト領域によって分離される。ベルト領域は、所定の超過圧力状態に対する装置の露出時に中央隆起部の凹面の反転が始まるウエスト部分を含む。ウエスト部分は、ポケット領域の各ポケット部分によって少なくとも一部が定義される。ウエスト部分は、これらのポケット部分の組み合わされた幅よりも小さい幅を持つ。

0010

本発明の別の一実施形態によれば、破裂ディスクのような反転動作型超過圧力解放装置の破裂圧力を低減する方法が提供される。その方法は、中央隆起部と中央隆起部の外周に配置された外側フランジ部とを含む反転動作型超過圧力解放装置を用意することを含む。中央隆起部は、対向する凹面及び凸面を有する。中央隆起部は、第1超過圧力状態に対する装置の露出時に反転して開口するように構成される。凹面及び凸面の内の少なくとも一方の面から材料を取り除くためにレーザを使用し、その面に少なくとも2つのポケット領域が形成される。少なくとも2つのポケット領域は、少なくとも2つのポケット領域の材料厚よりも大きい材料厚を持つ少なくとも1つのベルト領域によって分離される。ベルト領域は、所定の超過圧力状態に対する装置の露出時に中央隆起部の凹面の反転が始まるウエスト部分を含む。ウエスト部分は、ポケット領域の各ポケット部分によって少なくとも一部が定義される。ウエスト部分は、これらのポケット部分の組み合わされた幅よりも小さい幅を持つ。圧力解放装置は、上記中央部の中に形成された少なくとも2つのポケット領域とベルト領域とを有し、第1超過圧力状態よりも低い大きさの第2超過圧力状態に対する装置の露出時に反転して開口するように構成される。

図面の簡単な説明

0011

図面の簡単な説明
図1は、本発明の一実施形態に従う屈曲制御機能を持つ破裂ディスクの斜視図である。
図2は、内部に屈曲制御機能が創出されている図1の破裂ディスクの凹面の拡大図である。
図3は、破裂ディスクの凹面を示す図1の破裂ディスクの平面図である。
図4は、線4−4に沿って切断した図3の破裂ディスクの断面図である。
図5は、線5−5に沿って切断した図4の破裂ディスクの断面図である。
図6は、ディスクの開口時に隆起部から2つの花弁状部が内部に形成される、本発明の一実施形態に従う破裂ディスクの平面図である。
図7〜12は、本発明の代替実施形態に従う屈曲制御機能を持つ破裂ディスクの部分平面図である。
図13及び図14は、ディスクの隆起部の凹面を横切って伸びた複数のベルト部分を有する屈曲制御機能を持つ破裂ディスクの部分平面図である。

実施例

0012

好適な実施形態の詳細な説明
上述のように、ある最小の材料厚のディスクは、製造及びハンドリングの視点からの利点を備えている。これらの利益を得るために、従来は、既定のディスクサイズ及び厚さで示すことが可能な破裂圧力の範囲、特に、ディスクの最小の破裂圧力に関してトレードオフがあった。本発明の実施形態は、より厚いディスク材料の好ましい製造及びハンドリング特性の利点を生かすことができるようにすると同時に、より広い範囲の破裂圧力を達成することができるようにするものである。さらに、留意すべきは、本明細書に記載されたディスク又は他の圧力解放装置を、同じ又はそれぞれ異なる材料の2つ以上の層で構成された多元素の複合構造体又は積層構造体とは対照的に、実質的に均一な材料の単一層で形成できることである。

0013

次に、図1について説明すると、本発明の一実施形態に従う圧力解放装置10が示されている。具体的には、装置10は、中央隆起部12と、隆起部の外周に配置された比較的平坦な外側フランジ部14と、を持つ反転動作型破裂ディスクである。図4及び図5に最も良く示すように、隆起部12は、凹面16と凸面18とを有する。いくつかの実施形態では、圧力解放装置10は、隆起部の創出よりも以前の、約0.001インチから約0.008インチまでの間(約0.025mmから0.203mmまでの間)、約0.0015インチから約0.005インチまでの間(約0.038mmから0.127mmまでの間)、又は約0.002インチから約0.004インチまでの間(約0.051mmから0.102mmまでの間)の初期の材料厚を持つ比較的薄い金属シート材料で形成される。特定の実施形態では、圧力解放装置10は、約0.5インチから約2インチまでの間(約12.7mmから50.8mmまでの間)、約0.75インチから約1.5インチまでの間(約19.1mmから38.1mmまでの間)、又は約1インチ(約25.4mm)の直径を持つ中央隆起部を持つ。

0014

凹面16は、中に形成された2つのポケット領域20、22を有する。ポケット領域20、22が凸面18の中に形成されることも、本発明の範囲内である。隆起部12が複数のポケット領域を有し、ポケット領域が面16、18の一方又は両方に形成されることも、本発明の範囲内である。ポケット領域20、22は、隆起部12の各面の上に、ポケット領域の内部に含まれないいくつかのエリアの平均的な材料厚に比べて縮小された平均的な材料厚を持つエリアを有する。

0015

いくつかの実施形態では、ポケット領域20、22は、レーザ機械加工によって内部の中央隆起部12から材料が取り除かれているレーザ加工エリアを有する。しかしながら、ポケット領域とポケット領域の外側にある隆起部12の他のエリアとの間の材料厚の相対的差異を実現するために、代替手段が使用されることは、本発明の範囲内である。特に好ましい実施形態では、レーザ機械加工は、熱影響ゾーンの創出などによって後に残留するディスク材料の金属粒子構造を変化させることなくディスク材料の除去が生じるようにレーザ加工パラメータを選択することによって遂行される。当業者は、例えばディスク材料の組成物ディスク厚さ、及び要求された処理時間などの多数の変数に応じて、適切なレーザ及びレーザ加工パラメータを選択することができる。いくつかの実施形態では、電磁波スペクトル紫外線の近くから赤外線部分の近くまでの波長を持つ、ピコ秒又はフェムト秒レーザが使用される。本発明の特定の実施形態では、ポケット領域は、その内の少なくとも2つの合計が、凹面及び凸面16、18の内の少なくとも一方の面積の5%、10%、15%、20%、25%、30%、50%、70%、80%又は90%よりも大きい面積を占める。

0016

隆起部12は、さらに、ポケット領域20、22の間に位置しかつポケット領域20、22を分離するベルト領域24を有する。いくつかの実施形態では、ベルト領域24は、内部の隆起部12から材料が全く取り除かれていないレーザ非加工エリアを有する。しかしながら、ベルト領域24がレーザ加工エリア自体であり、そのレーザ加工エリアから材料が取り除かれているけれども、ポケット領域20、22よりも少ない程度であることは、本発明の範囲内である。従って、ベルト領域24は、概して、ポケット領域20、22の平均厚よりも大きい平均的な材料厚を持つ。材料厚におけるこれらの差異は、図4及び図5に最も良く示されている。留意すべきは、概して、隆起部12の特定の領域の内部の任意の地点の材料厚が、隆起部の頂点に対するその相対的位置に応じて変わっても良いことである。圧力解放装置10の製造は、概して、比較的均一な厚さのブランク材から始まるけれども、たとえまだ材料が全く取り除かれていなくても、隆起部12の形成の結果として、材料の伸張及び薄肉化を得ることができる。概して、ディスク材料は、頂点で最も薄くなり、フランジ14に近づくにつれて厚さがわずかに増加する。従って、装置10のあらゆる特定の領域又はエリアの材料厚を検討する時はいつも、概して、膨出加工に起因した差異を説明するために領域全体にわたる平均的な材料厚が参照されている。さらに、熱影響ゾーンの形成を避けるような方法でのポケット領域20、22の創出の結果として、ベルト領域24の金属粒子構造と実質的に同じ金属粒子構造を持つポケット領域が得られる。従って、隆起部12の金属粒子構造は、実質的に均一であっても良く、また装置10のサイクル寿命を短縮するかもしれない過度な粒子変形及び残留応力のエリアの創出は、避けられる。

0017

上述のように、本発明は、特定のサイズ及び材料厚の圧力解放装置のための破裂圧力の範囲を引き伸ばす方法を提供する。特に、本発明は、反転動作型超過圧力解放装置の破裂圧力を低減する方法を提供する。実施例として図1の実施形態を使用し、第1超過圧力状態に対する装置の露出時に反転して開口するように構成されかつレーザ非加工の中央隆起部12を有する装置10の原装置が用意される。次に、本明細書に記載されるように、レーザ機械加工によって隆起部12の中に様々なポケット領域20、22が形成される。レーザ機械加工中に、除去動作によって隆起部12を構成する材料が取り除かれ、次に、その結果として少なくとも一部がベルト領域24を定義するポケット領域が創出される。いくつかの実施形態では、レーザ機械加工は、ポケット領域20、22の内部の装置材料の平均厚を、ベルト領域24の平均厚の90%未満、75%未満、50%未満、又は35%未満まで縮小した。いくつかの実施形態では、特に、装置10が非常に薄い材料で形成される実施形態では、レーザ機械加工の結果として、レーザが当たった面の反対側のディスクの面上に証拠マークを形成することができる。この時、結果として得られた装置10は、第1超過圧力状態よりも低い大きさの第2超過圧力状態に対する装置の露出時に反転して開口するように構成された中央隆起部12を有する。

0018

代表的実施例として、装置10が、約0.002インチ(0.051mm)の厚さを持つ金属シート材で形成されることを考慮する。この金属シート材から円形のブランク材が切り出され、次に、1インチ(25.4mm)の中央隆起部の直径を持つ、装置10に対する原装置を用意するために膨出される。装置10に対するこの原装置の隆起部は、(付属ナイフ又は歯構造物の助けを借りて又はその助けを借りずに)50psi(345kPa)で確実に反転して開口するであろう。しかしながら、レーザ機械加工によるポケット領域20、22及びベルト領域24の形成の結果として、隆起部12から材料が取り除かれた時には、隆起部は、25psi(172kPa)のような低減された圧力で確実に反転して開口するであろう。いくつかの実施形態では、本発明の方法によって特定の破裂ディスクの破裂圧力を、少なくとも25%、40%、50%、60%、又は75%低減することが可能である。

0019

ポケット領域20、22は、ベルト領域24に隣接して位置する中央ポケット部分28からフランジ部14に向かって伸びる複数の長尺フィンガ26を有する。フィンガ26は、フランジ部14に近づくにつれてそれらの幅が狭くなり、終端部分30で終わるように、おおまかにテーパを付けられる。また、各中央ポケット部分28からは、少なくとも一部が協同でベルト領域24の縁を定義する1対の縁部分32が伸び、1対の縁部分32の間の中央ポケット部分28からは、フィンガ26が伸びている。フィンガ26と違って、縁部分32は、中央ポケット部分28からフランジ14に向かって幅がおおまかに増加する。

0020

いくつかの実施形態では、ポケット領域20、22は、ベルト領域24を横切って伸びる対称軸について対称である。そのような対称軸は、図3の線5−5によっておおまかに示されている。対称軸は、この特定の実施形態では、隆起部12の頂点を通過する。ベルト領域24は、狭められたウエスト部分34を有し、ウエスト部分34は、隆起部12の頂点又はその頂点の近くに位置し、中央ポケット部分28と境界を接し、中央ポケット部分28によって少なくとも部分的に定義される。特定の実施形態では、ウエスト部分34は、ポケット部分28の組み合わされた幅よりも小さい幅を持つ。ウエスト部分34の幅は、ポケット部分28の間の最も狭い距離として定められる。ポケット部分28の幅は、ウエスト部分34に垂直かつウエスト部分の幅測定同一直線上に定められる。他の実施形態では、ウエスト部分34の幅は、ポケット部分28の内の少なくとも1つの幅の100%未満、75%未満、50%未満、25%未満、又は10%未満である。

0021

ベルト領域24は、さらに、ウエスト部分34から横方向に配置された1対の拡幅部分36を有する。拡幅部分36は、少なくとも一部が縁部分32の一部によって定義される。いくつかの実施形態では、ウエスト部分34と拡幅部分36との間の比率は、約1:10から約1:1.25までの間、又は約1:5から約1:1.5までの間、又は約1:3から約1:2までの間である。頂点又はその頂点の近くのウエスト部分34の存在は、所定の超過圧力状態に対する隆起部12の露出時にディスクの反転が始まるかもしれない隆起部12の弱められたエリアをもたらす。しかしながら、拡幅部分36は、ディスクの反転及び開口プロセス中の隆起部12の十分な「スナップスルー(snap-through)」を保証するために、ベルト領域24の強化された機械的性質をもたらす。また、隣接したフィンガ36の間及びフィンガ36と縁部分32との間に配置された複数の中間部分38は、隆起部12に構造的完全性をもたらす。中間部分38は、概して、レーザ加工されてもレーザ加工されなくても良い、フィンガ36に比べて増加した材料厚のエリアを有する。隆起部12の反転時には、中間部分38は、終端部分30に向かってディスクの開口エネルギを誘導しかつ集中させる手助けを行い、それによって、ディスクのできる限り大きい開口エリアの創出を保証する。

0022

図2に最も良く示すように、さらなるディスクの開口の手助けを行うために、隆起部12の中に、開口線凹部42を有する開口線40が形成される。しかしながら、本発明に係る全ての実施形態において開口線40が存在する必要があるわけではなく、ディスクの完全な開口を達成する必要がないと考えられる場合には省略できることが理解されるべきである。開口線40は、形状がC字形状であり、1対の対向端44、46を有し、対向端44、46は、対向端44、46の間にヒンジ領域48を定義する。ベルト領域24は、ヒンジ領域48と交差し、ヒンジ領域48と一体である。

0023

図2に示された実施形態では、フィンガ26のそれぞれは、開口線40に隣接した位置にある終端部分30で終わる。いくつかの実施形態では、終端部分30は、開口線凹部42と交差しない。これは、凹面16のレーザ加工中に、レーザが、隆起部12のあらゆる単一の地点の上に、要求されたパスよりも多いパスを作製しないことを保証するものである。しかしながら、いくつかの実施形態では、終端部分30は、レーザ非加工エリアが2つの構造体を引き離さないように、開口線凹部42と交差することができる。装置10の開口中には、開口線に沿って隆起部12を引き裂くことによって、花弁状部が形成される。次に、花弁状部は、装置の開口を完了させるために、ヒンジ領域48の周り回動する。

0024

図6は、異なる開口線形状を持つ装置10を示し、装置10は、その結果として隆起部12の開口時に複数の花弁状部が形成されるように構成される。装置10は、開口線の位置及び形状を除いて、図1〜5に示された実施形態と本質的に同一である。凹面16には、開口線50が形成され、開口線50は、ポケット領域20、22の外側に位置する2つの弓形溝52、54と、弓形溝52、54の間に伸びる横断溝56と、を有する。いくつかの実施形態では、溝56は、弓形溝52、54に接続することができるけれども、上述のように、要求よりも多いディスク材料の除去を防止するために、溝の間の交差地点でのレーザ光線のパスの意図的でない重複を避けるように気を付けなければならない。他の実施形態では、溝56の半径方向端58、60が、一方の隣接した溝よりも大きい厚さを持つレーザ加工又は非加工材料の小さいエリアによって溝52、54から間隔を開けて配置されるように開口線50を構成することによって、このリスクを排除することができる。

0025

横断溝56は、ベルト領域24に沿って伸び、いくつかの実施形態では、隆起部12の頂点の上に重なる。いくつかの実施形態では、溝56は、ベルト領域24を二分し、ポケット領域20及び22に対する対称軸として作用することができる。溝52、54は、それぞれ離間端62、64を含み、離間端62、64は、離間端62、64の間にヒンジ領域66を定義する。不適当な圧力状態に呼応した隆起部12の反転時に、隆起部12は、開口線50に沿って裂け、それによって、2つの花弁状部を形成し、その花弁状部のそれぞれは、装置10の開口中に各ヒンジ領域66の周りを回動する。

0026

装置10は、他の開口線形状で構成することができ、その結果として開口時に複数の花弁状部が創出される。例えば、開口線は、2本以上の交線の形態であっても良く、その結果として開口時に3つ、4つ、5つ、又は6つの花弁状部が形成され、その花弁状部のそれぞれがそれ自身の各ヒンジ領域の周りを回動する。開口線が隆起部の各凸面又は凹面に形成されたあらゆるポケット領域との直接的な重複又は交差を避けることは、本発明の範囲内である。従って、そのような実施形態では、結果として得られたそれぞれの花弁状部は、それ自身の各ポケット領域を有しても良く、又はポケット領域を全く有しなくても良い。他の実施形態では、開口線は、ポケット領域を横切る又はポケット領域と交差することができる。そのような実施形態では、ポケット領域の上に重なる開口線の溝部分は、ポケット領域の厚さに比べて縮小された厚さを持つことができる。

0027

図7〜14は、本発明に係る追加の実施形態を示す。概して、これらの実施形態は、少なくとも1つのベルト領域及び少なくとも2つのポケット領域の存在のような多数の特徴を、上述の図1〜6の実施形態と共有する。説明を容易にするために、示された全ての構造体が、圧力解放装置の隆起部の凹面に形成されると仮定するけれども、要求された場合には構造体を凸面に形成することができることが理解される。さらに、これらの実施形態の説明は、主として図1〜6の実施形態に同じものがない各実施形態の特徴に向けられる。図1〜6の実施形態に共通する図7〜14の特徴については、それらの特徴の上記説明を図7〜14の実施形態に適用することができる。

0028

図7について説明すると、単一花弁状部の反転動作型圧力解放装置68が示されている。装置68は、独立した開口線を用いないで示されている。逆に、各ポケット領域70、72は、各ポケットと一体である外接部分74、76をそれぞれ含む。それぞれのポケット領域は、半径方向に伸びた複数のフィンガ78を含み、そのフィンガ78のいくつかは、部分74、76と交差する。装置68の隆起部の反転時に、装置は、部分74、76に沿って開き、ヒンジ領域80の周りを回動する。ポケット領域70、72は、それぞれ、少なくとも一部がベルト領域75のウエスト部分73を定義するポケット部分71を有する。

0029

また、図8は、中に形成されたポケット領域84、86を持つ単一花弁状部の反転動作型圧力解放装置82を示し、ポケット領域84、86は、ポケット領域84、86の間にベルト領域88を定義する。ポケット領域84、86は、円形形状の複数のレーザ非加工ゾーン90をおおまかに取り囲む。ゾーン90は、互いに接続し、装置82の隆起部に強化された剛性のエリアをもたらす。ベルト領域88は、隆起部の頂点に隣接した位置にあるけれどもその頂点の上に重ならない、かつ中央に配置されたウエスト部分92を有する。さらに、隆起部の頂点及びウエスト部分92の上に重なり、隆起部の頂点及びウエスト部分92と中心が同一であっても良い円形形状エリア94を除いて、ベルト領域は、概して、テーパを付けられた形状を有し、その形状は、ヒンジ領域96に最も近い位置で最も広く、ヒンジ領域から離れる方向に狭くなる。また、装置82は、C字形状の開口線95を含み、開口線95の端は、ヒンジ領域96を定義するのを助ける。

0030

図9及び図10は、本発明に係る代替の実施形態を示す。これらの実施形態は、互いに非常に類似し、ポケット領域及びベルト領域の形状が少し相違する。まず図9について説明すると、圧力解放装置97は、ポケット部分99を含むポケット領域98、100を有する。それぞれのポケット領域の内部には、複数のレーザ非加工エリア又は島状部102が含まれる。島状部102は、隆起部の中心に向かって面している狭い方の部分と、装置の外側フランジ部に向かって配置された広い方の部分と、を備えた洋梨形状である。ベルト領域104は、図8に示された実施形態のベルト領域88に類似するように構成されるけれども、ポケット領域98、100の縁は、ヒンジ領域108に向かって伸びる明確に定義された部分106をもたらす。さらに、ポケット部分99は、少なくとも一部がウエスト部分109を定義する。また、C字形状の開口線110が設けられ、ヒンジ領域108を定義するのを助ける。

0031

図10に示された実施形態は、上述のように、図9の実施形態と多くの類似点を共有する。図10は、ポケット領域114、116を有しかつそのそれぞれが複数の島状部118を含む圧力解放装置112を示す。また、ポケット領域114、116は、中央ポケット部分119を有する。しかしながら、ヒンジ領域122の最も近くに位置する島状部120は、それらの各ポケット領域によって完全に取り囲まれるわけではない。逆に、島状部120は、ヒンジ領域122と接触するレーザ非加工エリアを有する。また、ベルト領域124は、ウエスト部分125を持つ「ニンジン状」形状を有し、ウエスト部分125は、少なくとも一部がポケット部分119によって定義される。また、装置112は、C字形状の開口線125を持つように示され、開口線125の端は、ヒンジ領域122を定義するのを助ける。

0032

図11及び図12の実施形態は、さらに、図10に示された実施形態をもとに創出された。図11では、圧力解放装置126は、その中央隆起部の中に形成されたポケット領域128、130を有する。これらのポケット領域は、ベルト領域が図1〜6の実施形態のベルト領域24により良く似ているようにベルト領域132を定義する縁が修正されていることを除いて、図10に示された実施形態のポケット領域114、116とほとんど同一である。特に、ベルト領域132の狭められたウエスト部分134は、隆起部の頂点、又はその頂点に対して図8に示された実施形態のウエスト部分92よりも近くに位置している。

0033

また、図12の実施形態は、図11に示された実施形態に非常に類似する。圧力解放装置136は、その中央隆起部の中に形成されたポケット領域138、140を有する。これらのポケット領域は、ヒンジ領域144に最も近い位置にくさび形状の開いた島状構造体142を生じるようにポケット領域の縁が修正されていること以外は、図11に示された実施形態のポケット領域128、130とほとんど同一である。また、ベルト領域146は、その幅が実質的にその長さ全体に沿ってより狭いウエスト部分147を含めておおまかに狭められていること以外は、形状が図11に示すようなベルト領域132に非常に類似する。

0034

図13及び図14は、さらに、本発明に係る、上述の実施形態とは異なるポケット領域及びベルト領域の形状を持つ圧力解放装置の実施形態を示す。図13は、外側フランジ部150と中央隆起部152とを有する反転動作型圧力解放装置148を示す。隆起部152の面、例えば凹面には、3つの状のベルト領域154、156、158及び複数のポケット領域160、162、164、166が形成される。これらのベルト領域及びポケット領域を、本発明の範囲を逸脱せずに他の方法で配置することができることは、理解されている。例えば、隆起部は、単一の(平面図で)弓状のベルト領域を有しても良く、又は2つ以上の弓形形状のベルト領域を有しても良い。その上、隆起部は、あらゆる数のポケット領域を有することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、それぞれのベルト領域は、少なくとも一部が2つの隣接したポケット領域の縁によって定義される。さらに、上述の実施形態のように、ポケット領域は、概して、ベルト領域の平均的な材料厚よりも小さい平均的な材料厚を持つ圧力解放装置のエリアを有する。

0035

ベルト領域154、156、158のそれぞれは、中央隆起部152の頂点に向かって伸びる中央湾曲部170によって相互接続されかつ間隔を開けて配置された1対の終端部分168を有する。いくつかの実施形態では、湾曲部170は、各ベルト領域の狭められた部分にも対応し、隆起部の反転が始まる地点を定義するので、形状が上述のウエスト部分に類似する。ベルト領域154、156、158は、隆起部の開口時に「スナップスルー(snap-through)」効果をもたらす、隆起部152の内部の強化された機械的性質のエリアを有する。ポケット領域160は、面積の点で最も大きいポケット領域を有し、隆起部152の頂点を横切って伸びかつその頂点を覆う中央部分178から半径方向に伸びる3つのアーム部分172、174、176を含む。ポケット領域162、164、168は、各ベルト領域の概して外側に配置され、中央のポケット領域160よりも小さい各面積を持つ。図示するように、ポケット領域162、164、166は、終端部分168に隣接した縁領域180、182で終わる長円形状である。

0036

隆起部152は、開口線を備えるように示されていないけれども、いくつかの開口特性を達成するのに適していると考えられているように、前述の開口線形状のような形状を任意の数だけ隆起部152に追加することは、本発明の範囲内である。そのような開口線は、隆起部152のレーザ非加工エリアに限られても良く、又は全体又は一部が様々なポケット領域を横切って伸びても良い。

0037

図14は、本発明に係るさらに別の一実施形態を示し、その一実施形態では、圧力解放装置184は、装置の中央隆起部192の中に形成された複数の離散的なポケット領域186、188、190を有する。ポケット領域は、隆起部192の頂点又はその頂点の近くに位置する中央ベルトゾーン202から伸びたベルト部分196、198、200を有するベルト領域194によって互いに分離される。ベルト部分のそれぞれは、ポケット領域の内の1つをポケット領域の内の別の1つから分離し、中央ベルトゾーン202から外側フランジ部204に向かって分岐する。ベルト部分196、198、200のそれぞれは、ベルト部分の狭められた部分に対応するウエスト部分205を有し、いくつかの実施形態では、隆起部の反転が始まる地点を定義する。

0038

ポケット領域186、188、190は、図1のポケット領域20、22といくつかの共通の特徴を共有する。例えば、ポケット領域186、188、190のそれぞれは、中央ポケット部分208からフランジ部204に向かって外側に伸びる複数のフィンガ206を有する。また、フィンガ206は、レーザ非加工中間部分210によって互いに分離される。また、中央ポケット部分208は、少なくとも一部がウエスト部分205を定義するのに役立つ。

0039

また、装置184は、C字形状の開口線212を備えるように示され、開口線212の端は、ベルト部分198におおまかに位置合わせされたヒンジ領域214を定義する。装置184が代替開口線形状を有することは、本発明の範囲内である。例えば、3つの部分を有しかつそのそれぞれが各ベルト部分を横切って伸びる開口線を配置することによって3つの花弁状部形状を生み出すように、直ぐに装置184を修正することができる。次に、各ヒンジ領域は、各ポケット領域のフィンガ206の間に定義することができる。

0040

本発明に係る実施形態の以上の説明は、本来実施例であり、発明の範囲全体に関する限定になるように意図されたものではない。様々な実施形態からの特徴を、他の実施形態の特徴によって機能するように組み合わせたり、適応させたりすることができることは、直ぐに認識することができる。さらにまた、示された様々なポケット領域及びベルト領域は、望ましい反転及び開口特性を与えるように修正することができる。

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