(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹面と凸面とを有する中央膨張部と、前記膨張部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを含む反転作動破裂ディスクを有する超過圧力解放装置であって、
前記膨張部は、前記膨張部の凹所の反転を開始するために前記破裂ディスクが晒されなければならない圧力を制御する、レーザで定義される反転開始機構を含み、
前記反転開始機構は、前記膨張部に配置されるレーザ加工領域を有し、前記レーザ加工領域は、前記レーザ加工領域を取り囲む前記膨張部の厚さよりも小さい厚さを有し、
前記レーザ加工領域は、第１レーザ加工部と、第２レーザ加工部とを含み、前記第２レーザ加工部は、前記第１レーザ加工部の深さよりも大きい深さを有し、
前記第２レーザ加工部の少なくとも一部は、前記第１レーザ加工部の周縁内に配置されることを特徴とする超過圧力解放装置。
【請求項２】
前記反転開始機構は、前記破裂ディスクの前記凹面に形成される請求項１に記載の超過圧力解放装置。
【請求項３】
前記膨張部は、さらに、前記レーザ加工領域から前記フランジ部に向かって延びるレーザ加工弱め線を含む請求項１または２に記載の超過圧力解放装置。
【請求項４】
前記弱め線は、前記膨張部の反転を、前記反転開始機構から、前記膨張部上のディスク開口が開始する領域に向けるように構成される請求項３に記載の超過圧力解放装置。
【請求項５】
前記膨張部は、前記膨張部の開口領域を定義する開口線凹部を含む請求項１または２に記載の超過圧力解放装置。
【請求項６】
前記開口線凹部は、Ｃ型であり、前記破裂ディスクのヒンジ領域を定義する１組の対向する端部を有する請求項５に記載の超過圧力解放装置。
【請求項７】
前記膨張部は、前記レーザ加工領域と前記開口線凹部との間に延びる弱め線を含む請求項５または６に記載の超過圧力解放装置。
【請求項８】
前記開口線凹部は、移行部分を介して、前記弱め線と相互接続する請求項７に記載の超過圧力解放装置。
【請求項９】
凹面と凸面とを有する中央膨張部と、前記膨張部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを含む反転作動破裂ディスクを有する超過圧力解放装置であって、
前記膨張部は、前記膨張部の凹所の反転を開始するために前記破裂ディスクが晒されなければならない圧力を制御する、レーザで定義される反転開始機構を含み、
前記反転開始機構は、前記膨張部に配置されるレーザ加工領域を有し、前記レーザ加工領域は、前記レーザ加工領域を取り囲む前記膨張部の厚さよりも小さい厚さを有し、
前記レーザ加工領域は、第１レーザ加工部と、第２レーザ加工部とを含み、前記第２レーザ加工部は、前記第１レーザ加工部の深さよりも大きい深さを有し、
前記膨張部は、前記膨張部の開口領域を定義する開口線凹部と前記レーザ加工領域との間に延びる弱め線を含み、
前記開口線凹部は、移行部分を介して、前記弱め線と相互接続し、
前記移行部分は、三角形状であり、１組の斜めの側面縁により少なくとも部分的に定義されることを特徴とする超過圧力解放装置。
【請求項１０】
前記開口線凹部は、前記第２レーザ加工部の深さよりも小さい深さを有する請求項５〜９のいずれか１項に記載の超過圧力解放装置。
【請求項１１】
凹面と凸面とを有する中央膨張部と、前記膨張部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを含む反転作動破裂ディスクを有する超過圧力解放装置であって、
前記膨張部は、前記膨張部の凹所の反転を開始するために前記破裂ディスクが晒されなければならない圧力を制御する、レーザで定義される反転開始機構を含み、
前記反転開始機構は、前記膨張部に配置されるレーザ加工領域を有し、前記レーザ加工領域は、前記レーザ加工領域を取り囲む前記膨張部の厚さよりも小さい厚さを有し、
前記レーザ加工領域は、第１レーザ加工部と、第２レーザ加工部とを含み、前記第２レーザ加工部は、前記第１レーザ加工部の深さよりも大きい深さを有し、
前記レーザ加工領域は、多角形状であることを特徴とする超過圧力解放装置。
【請求項１２】
前記レーザ加工領域は、非多角形状である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超過圧力解放装置。
【請求項１３】
前記第１及び第２レーザ加工部は、同じ形状である請求項１〜１２のいずれか１項に記載の超過圧力解放装置。
【請求項１４】
凹面と凸面とを有する中央膨張部と、前記膨張部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを含む反転作動破裂ディスクを有する超過圧力解放装置であって、
前記膨張部は、前記膨張部の凹所の反転を開始するために前記破裂ディスクが晒されなければならない圧力を制御する、レーザで定義される反転開始機構を含み、
前記反転開始機構は、前記膨張部に配置されるレーザ加工領域を有し、前記レーザ加工領域は、前記レーザ加工領域を取り囲む前記膨張部の厚さよりも小さい厚さを有し、
前記膨張部は、さらに、前記レーザ加工領域から前記フランジ部に向かって延びるレーザ加工弱め線を含み、
前記レーザ加工領域は、第２レーザ加工部を取り囲む関係にある第１レーザ加工部を有し、前記第２レーザ加工部は、前記第１レーザ加工部の深さよりも大きい深さを有することを特徴とする超過圧力解放装置。
【請求項１５】
前記反転開始機構は、前記破裂ディスクの前記凹面に形成される請求項１４に記載の超過圧力解放装置。
【請求項１６】
前記第１及び第２レーザ加工部は、同じ形状である請求項１４または１５に記載の超過圧力解放装置。
【請求項１７】
凹面と凸面とを有する中央膨張部と、前記膨張部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを含む反転作動破裂ディスクを有する超過圧力解放装置であって、
前記膨張部は、前記膨張部の凹所の反転を開始するために前記破裂ディスクが晒されなければならない圧力を制御する、レーザで定義される反転開始機構を含み、
前記反転開始機構は、前記膨張部に配置されるレーザ加工領域を有し、前記レーザ加工領域は、前記レーザ加工領域を取り囲む前記膨張部の厚さよりも小さい厚さを有し、
前記膨張部は、さらに、前記レーザ加工領域から前記フランジ部に向かって延びるレーザ加工弱め線を含み、
前記レーザ加工領域は、多角形状であることを特徴とする超過圧力解放装置。
【請求項１８】
前記レーザ加工領域は、非多角形状である請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の超過圧力解放装置。
【請求項１９】
前記弱め線は、前記膨張部の反転を、前記反転開始機構から、前記膨張部上のディスク開口の領域に向けるように構成される請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の超過圧力解放装置。
【請求項２０】
前記膨張部は、前記膨張部の開口領域を定義する開口線凹部を含む請求項１４〜１９のいずれか１項に記載の超過圧力解放装置。
【請求項２１】
前記開口線凹部は、Ｃ型であり、前記破裂ディスクのヒンジ領域を定義する１組の対向する端部を有する請求項２０に記載の超過圧力解放装置。
【請求項２２】
前記弱め線は、前記レーザ加工領域と前記開口線凹部との間に延びる請求項２０または２１に記載の超過圧力解放装置。
【請求項２３】
前記開口線凹部は、移行部分を介して、前記弱め線と相互接続する請求項２２に記載の超過圧力解放装置。
【請求項２４】
凹面と凸面とを有する中央膨張部と、前記膨張部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを含む反転作動破裂ディスクを有する超過圧力解放装置であって、
前記膨張部は、前記膨張部の凹所の反転を開始するために前記破裂ディスクが晒されなければならない圧力を制御する、レーザで定義される反転開始機構を含み、
前記反転開始機構は、前記膨張部に配置されるレーザ加工領域を有し、前記レーザ加工領域は、前記レーザ加工領域を取り囲む前記膨張部の厚さよりも小さい厚さを有し、
前記膨張部は、さらに、前記レーザ加工領域から前記フランジ部に向かって延びるレーザ加工弱め線と、前記膨張部の開口領域を定義する開口線凹部とを含み、
前記弱め線は、前記レーザ加工領域と前記開口線凹部との間に延び、
前記開口線凹部は、移行部分を介して、前記弱め線と相互接続し、
前記移行部分は、三角形状であり、１組の斜めの側面縁により少なくとも部分的に定義されることを特徴とする超過圧力解放装置。
【請求項２５】
凹面と凸面とを有する中央膨張部と、前記膨張部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを含む反転作動破裂ディスクを有する超過圧力解放装置であって、
前記膨張部は、前記膨張部の凹所の反転を開始するために前記破裂ディスクが晒されなければならない圧力を制御する、レーザで定義される反転開始機構を含み、
前記反転開始機構は、前記膨張部に配置されるレーザ加工領域を有し、前記レーザ加工領域は、前記レーザ加工領域を取り囲む前記膨張部の厚さよりも小さい厚さを有し、
前記膨張部は、さらに、前記レーザ加工領域から前記フランジ部に向かって延びるレーザ加工弱め線を含み、
前記レーザ加工領域は、前記膨張部の頂点からオフセットされる幾何学的中心を有することを特徴とする超過圧力解放装置。
【請求項２６】
凹面と凸面とを有する中央膨張部と、前記膨張部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを含む破裂ディスクを有する超過圧力解放装置であって、
前記凹面及び前記凸面のうち少なくとも１つの面は、レーザフライス加工を受け、前記少なくとも１つの面の全表面積の少なくとも７５％の厚さは、前記少なくとも１つの面からのディスク材料の除去によって減らされていることを特徴とする超過圧力解放装置。
【請求項２７】
前記レーザ加工領域は、前記少なくとも１つの面の表面積の全てを占める請求項２６に記載の超過圧力解放装置。
【請求項２８】
凹面と凸面とを有する中央膨張部と、前記膨張部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを含む破裂ディスクを有する超過圧力解放装置であって、
前記凹面及び前記凸面のうち少なくとも１つの面は、レーザ加工領域を有し、前記レーザ加工領域は、前記少なくとも１つの面の全表面積の少なくとも７５％を占め、
前記レーザ加工領域は、前記外側フランジ部の少なくとも一部の上に延びていることを特徴とする超過圧力解放装置。
【請求項２９】
前記膨張部は、内部に形成されたＣ型開口線凹部を含み、前記レーザ加工領域は、前記開口線凹部の内側の前記少なくとも１つの面の全領域を占める請求項２６または２７に記載の超過圧力解放装置。
【請求項３０】
前記破裂ディスクは、反転作動破裂ディスクである請求項２６または２７に記載の超過圧力解放装置。
【請求項３１】
前記破裂ディスクは、前記膨張部に形成され、かつ、前記膨張部の凹所の反転を開始するために前記破裂ディスクが晒されなければならない圧力を制御する反転開始機構を有する請求項３０に記載の超過圧力解放装置。
【請求項３２】
前記反転開始機構は、前記レーザ加工領域内に形成される請求項３１に記載の超過圧力解放装置。
【請求項３３】
前記レーザ加工領域は、前記凹面及び前記凸面のうち１つの面のみに形成され、前記反転開始機構は、前記レーザ加工領域とは反対の面に形成される請求項３１に記載の超過圧力解放装置。
【請求項３４】
超過圧力解放装置を製造する方法であって、
向かい合う凸面と凹面とを含む膨張部と、外側フランジ部とを有し、かつディスク材料で形成される破裂ディスクを設ける工程と、
前記凸面及び前記凹面のうち少なくとも１つの面の上にレーザ光線を通過させ、それによって、前記少なくとも１つの面の全表面積の少なくとも７５％の厚さを、前記少なくとも１つの面からの前記ディスク材料の除去によって減らし、レーザ加工領域を形成する工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項３５】
前記破裂ディスクは、反転作動破裂ディスクである請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記方法は、さらに、前記膨張部の凹所の反転を開始するために前記破裂ディスクが晒されなければならない圧力を制御する反転開始機構を前記膨張部に形成する工程を有する請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記反転開始機構は、前記レーザ加工領域内に形成される請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記レーザ加工領域は、前記凹面及び前記凸面のうち１つの面のみに形成され、前記反転開始機構は、前記レーザ加工領域とは反対の面に形成される請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記方法は、さらに、前記膨張部に開口線凹部を形成する工程を含み、前記レーザ加工領域は、前記開口線凹部の内側の前記少なくとも１つの面の全領域を占める請求項３４〜３８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、概して、ディスクのドーム部上において、ディスクから金属をレーザ除去することにより形成される反転開始及び変形制御機構を有する反転屈曲破裂ディスクに関する。この反転開始及び変形制御機構は、ディスクの開口特性、特にディスク反転が開始される圧力、反転がディスクのドーム部を横切る方向、及び破裂の際にペタルにより形成される形に対して非常に優れた制御を提供する。
【背景技術】
【０００２】
技術的背景
反転作動破裂ディスクは、例えば７〜１０ｐｓｉｇの比較的低い超過圧力状態、及び、例えば６００ｐｓｉｇの比較的高い超過圧力状態に遭遇する可能性のある処理設備における安全装置として採用されてきた。従来から低圧用途で反転屈曲破裂ディスクが採用されているが、低圧における狭い範囲の破裂圧力許容度を提供することは困難であるとされてきた。低い差圧において信頼性の高いディスク破裂を達成するために、ディスク製造者は、ドームが意図的に弱められていなかった場合に必要とされる圧力よりもはるかに低い圧力状態において、ドームの反転が開始する弱強度領域を提供するために、ディスクに構造体を組み込んできた。
【０００３】
反転の発生の進行を制御することは、開口特性の最適化、例えば、低エネルギー状態における完全開口の実現、及び高エネルギー状態における断片化の防止を容易にするのに望ましいことが示されている。さらに、適切な制御によって、反転及び開口の発生に伴うエネルギーは、開口した破裂ディスクの流量特性を最適化するのに用いられてもよい。したがって、破裂ディスクの設計において、そのような制御を具体化することは望ましい。
【０００４】
そのため、反転開始機構（ＲＩＦｓ）は、破裂ディスクの設計に組み込まれており、特にドームの中心、あるいは（ディスクに隣接して配置されるディスク支持リングの歯構造に関連して）ドームの歯側から離れて、あるいは歯側に向かって少しオフセットするように組み込まれることで、反転は、ドームを横切るＲＩＦからかなりバランスよく進行し、歯が係合するまでエネルギーを集めることができる。
【０００５】
過去には、いくつかの破裂ディスクの設計では、切り込み線をＲＩＦとして用いることで反転制御を達成していた。反転開始及び破裂圧力の制御において、以前に利用されていた別の構造体としては、破裂ディスクのドームに形成されるディンプル等のくぼみがある。このくぼみは、ディスクのドーム部が、初めに凹みの領域で壊れるような位置に戦略的に配置される。米国特許番号６，４９４，０７４は、ドーム部にくぼみを有するディスク、及びドームの機械的変形によってくぼみを形成する方法を開示している。
【０００６】
米国特許番号６，９４５，４２０は、ディスクのドームにおいて、変質した金属粒子構造を有する部分を形成することを開示している。特に、ディスク素材が予備膨張する間、ディスクのドーム領域となる部分は、柱によってたわませる。この最初のたわみに続いて、柱をはずして、予備膨張したディスクを最終膨張させて、完成された破裂ディスクを形成する。最終膨張の間に、以前に予備膨張ステップで形成したくぼみを、ディスク本体の残部との関連において、たわみ柱によりくぼみを形成する以前の元の位置に戻す。その結果、ディスクの凹部及び凸部の表面は滑らかで、突起面や陥没部がなくなる。くぼみを形成し反転する動作により、ディスクのドームにおいて、最終膨張部の残部よりも高い残留応力を有する加工硬化した部分を形成する。十分な大きさの超加圧力状態に遭遇した場合、ディスクの膨張部は、この加工硬化した部分で反転が開始する。ドームの一部の粒子構造を変質することは、特に、ディスクを３１６ステンレス鋼で形成する場合に、所定のディスクの厚さに対して広範囲の破裂圧力を提供するのに効果的であることが見出された。しかしながら、異なる金属及び金属合金の場合、材料固有の結晶学的特性により、いつも同じ破裂圧力範囲の幅が観測されるとは限らない。
【０００７】
国際特許出願公開ＷＯ２００８／１５５７８３は、変形開始の領域を形成するためにレーザを用いることを開示している。一実施例において、変形開始の領域は、ディスクのドームの一部を加熱することで形成されるくぼみであり、重力、放射圧、打ち抜き等の手法による永久ひずみである。あるいは、変形開始の領域は、レーザ照射により誘起された熱変化による結晶冶金構造の変更により形成される。
【０００８】
米国特許出願番号１２／３３１，６１１は、反転開始を共に制御する一つ以上の非破裂「制御切り込み」を形成することを記載している。これらの「制御切り込み」は、ドームの頂点と外周との間どこかに位置しているが、ドームの中心を横切って進行しておらず、ディスクが反転及び開口している間及びその後のいずれにおいても最適な形となるようにディスクの変形を案内するように設計されていない。これらの「制御切り込み」はまた、「破裂切り込み」とは区別され、ディスクの開口の一部ではないことが意図されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
単一ペタル型の反転作用破裂ディスクが遭遇する特定の問題は、液体開口状況における破裂後のペタルによる「カップ」型の形成である。この開口発生時に放出されるエネルギーは、通常、ガスのみによる圧力解放状況に関わるエネルギーよりも大幅に低く、必ずしも排気口に対して元通りペタルが平らになるわけではなく、代わりに、ペタルは、反転中に形成されるカップ型のままとなる。このカップ型は、破裂ディスクに対して望ましくない流量値をもたらす。したがって、低エネルギーでの開口発生時であっても、ペタルの平坦化をもたらすことができるようにディスクの機構に機能性を持たせることが望ましい。
【００１０】
ディスク反転中に、ドームの反転した部分の形は、辺及び頂点が４つ、５つ、あるいは６つの通常の多角形に概ね近くなる。この反転の形状の成長は、若干無秩序である。この多角形は、その規則性の度合いは劇的に変化するが、反転の発生中に頂点の数が時折変化するほど回転する傾向がある。本発明の実施形態は、反転の形状の所望の部分によってディスク開口歯が係合することで、開口特性のよりよい最適化に導くために、反転の形状の成長を制御し、規則的にすることを求める。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態は、反転作動破裂ディスク、特に単一ペタル破裂ディスクを有する超過圧力解放装置を提供するものである。破裂ディスクは、凹面と凸面とを有する中央膨張部と、膨張部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを含む。膨張部は、破裂前、破裂中、及び破裂後のディスク材料の変形の仕方を制御するのと同様に、膨張部の凹所の反転を開始するために破裂ディスクが晒されなければならない圧力を制御する、レーザで定義される機構を含む。この機構は、膨張部に位置するレーザ加工領域を有し、このレーザ加工領域は、場所ごとに変化するが、レーザ加工領域を取り囲む膨張部の厚さより平均的に小さい正味厚さを有する。このレーザ加工された機構は、第１レーザ加工部及び第２レーザ加工部を含んでもよく、第２レーザ加工部の少なくとも一部は、第１レーザ加工部の周縁内に配置され、第１レーザ加工部の深さよりも大きい深さを有する。ある実施形態において、レーザ加工された機構は、切り込み線としてドームを横切って進行し、それぞれの端部で広がり、第１端部は、開口線として意図された周辺の弱め線（ＬｏＷ）と隣接し、第２端部は、ドームの頂点のちょうど反対側にセンタリングしている。
【００１２】
本発明の別の実施形態は、反転作動破裂ディスクを有する超過圧力解放装置を提供するものである。先の実施形態のように、破裂ディスクは、凹面と凸面とを有する中央膨張部と、膨張部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを含む。膨張部はまた、破裂前後のディスク材料の変形の仕方を制御するのと同様に、膨張部の凹所の反転を開始するために破裂ディスクが晒されなければならない圧力を制御する、レーザで定義される機構を含む。この機構は、膨張部に配置されるレーザ加工領域を有し、このレーザ加工領域は、レーザ加工領域を取り囲む膨張部の厚さよりも小さい厚さを有する。このレーザ加工領域は、ドームの中心に及んでもよいが、膨張部の頂点からオフセットされた幾何学的中心を有する。この機構は、さらに、レーザ加工領域からフランジ部に向かって延びるレーザ加工弱め線を含むことで、反転中及び破裂中、並びに破裂後のディスク材料の変形を案内する経路を提供することによりディスク開口の制御を向上させる。
【００１３】
本発明のさらなる別の実施形態は、ディスク材料の厚さを減らすために、凸面及び凹面の少なくとも１つの面の大部分にレーザフライス加工を施した膨張破裂ディスクを有する超過圧力解放装置を提供するものである。レーザ光線は、膨張部の少なくとも１つの面の上を通過し、レーザ加工領域を形成する。レーザ加工領域は、通常、形成される面の全表面積の少なくとも７５％を有する。その他の実施形態において、レーザ加工領域は、膨張部の少なくとも１つ面の実質的に全てを有し、ディスクの外側フランジ部の一部の上にまで延びていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
図面の簡単な説明
【図１】図１は、ディスクの凹部に多角形の反転開始機構が形成される反転作動破裂ディスクの等角図である。
【図２】図２は、ディスクの凹部に形成される反転開始機構を示す、図１の破裂ディスクの代替等角図である。
【図３】図３は、反転開始機構を示す、ディスクの膨張部の凹部の平面図である。
【図４】図４は、図３の線４−４に沿った破裂ディスクの断面図である。
【図５】図５は、破裂ディスク支持リングと併せて示される、図１の破裂ディスクの等角図である。
【図６】図６は、本発明に係る破裂ディスクの代替実施形態の等角図であり、破裂ディスクの凹部には、開口線凹部が形成される。
【図７】図７は、本発明に係る破裂ディスクの代替実施形態の等角図であり、破裂ディスクは、弱め線と開口線凹部とを相互接続する三角形状の移行領域を有する。
【図８】図８は、本発明に係る破裂ディスクの代替実施形態の等角図であり、破裂ディスクの凹部には、星型の反転開始機構が形成される。
【図９】図９は、本発明に係る破裂ディスクの代替実施形態の等角図であり、破裂ディスクの凹部には、涙型の反転開始機構が形成される。
【図１０】図１０は、反転及び破裂した、本発明の一実施形態によるディスクの図である。
【図１１】図１１は、実質的に凸面全体においてレーザ加工によりディスク材料が除去された破裂ディスクの断面図である。
【図１２】図１２は、実質的に凹面全体においてレーザ加工によりディスク材料が除去された破裂ディスクの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、所定の厚さの反転作動破裂ディスクにおける広範囲の破裂圧力制御を提供する反転開始及び変形制御機構に関する。特に、反転開始機構は、例えば１つ以上の除去機構等を介して、ディスクから材料（例えば、金属）を除去することで、ディスク反転が開始され、かつ、反転、破裂、及びペタル形成が進行する弱強度領域を形成するように、レーザ加工技術を用いて形成される。
【００１６】
図１及び図２を見てみると、反転作動破裂ディスク１０が示される。ディスク１０は、中央膨張部あるいはドーム１２と、外側の環状フランジ部１４とを含む。ディスク１０は、種々のステンレス鋼、ハステロイ、インコネル、チタン、及びニッケルのいずれかの材料で構成することができる。反転開始機構１６は、膨張部、特にその凹面１８に形成される。しかしながら、ある実施形態において、特に、衛生的な用途向けのものとしては、ディスク１０により保護される設備内において、プロセス流体あるいはプロセス材料に晒されるのは凸面２０であるので、機構１６は、凹面１８に形成されることが望ましいが、機構１６が凸面２０に形成されるのもまた、本発明の範囲内のことである。凸面２０は、物質を蓄積させて不衛生な状態を作り出すかもしれないくぼみ等の変形がない滑らかな面を呈する。
【００１７】
反転開始機構１６は、通常、膨張部１２の残部から凹んでいる第１レーザ加工領域を有し、第１レーザ加工領域は、レーザ加工領域を取り囲む膨張部１２の残部と比較して減少した厚さを有する。この減少した厚さは、図４で容易に見られる。反転開始機構は、レーザにより膨張部１２から金属を除去することにより形成される。当業者は、ディスクの材料、厚さ、及び所望の加工時間等の多数の変数により、適切なレーザ及びレーザの動作パラメータを選択することができる。ある実施形態において、予測不可能なディスク反転及び開口特性を引き起こす可能性のあるレーザ加工領域２２内の熱影響部の形成を避けるように、レーザ及びレーザの動作パラメータを選択することが望ましい。したがって、レーザ加工領域内及び隣接する金属の粒子構造は、膨張部１２の残部と実質的に同じである。
【００１８】
ある実施形態において、反転開始機構１６はまた、第１レーザ加工領域２２の周縁内に配置される第２レーザ加工領域２４を有する。図４に示すように、レーザ領域２４は、レーザ領域２２から凹んでおり、レーザ加工領域２２と比較して減少した厚さを有する。レーザ加工領域２４は、単一の深さを有する反転開始機構によって達成されるものよりも、膨張部１２が反転する圧力に対する細かい調整制御を行うための追加の手段を提供する。本発明の範囲は、特定のレーザ加工領域の深さあるいはレーザ加工領域２２と２４との間のその他の相対的な寸法比に限定していないが、これらの機構の関係は、以下の例示的な実施形態を通して示される。さらに、反転開始機構１６は、機構１６の外周から中心に向かうにつれて深さが大きくなる複数の重ね合わせレーザ加工領域を有してもよい。あるレーザ加工領域とその隣のレーザ加工領域との正確な移行を知覚するのが困難なように、重ね合わせレーザ加工領域の数を十分に多くしてもよい。したがって、反転開始機構の深さは、中心に向かって滑らかに進行しているように見える。しかしながら、そのような実施形態においても、異なる深さの識別できるレーザ加工領域があってもよい。
【００１９】
一例示的な実施形態において、第１レーザ加工領域２２は、レーザ加工領域を直接取り囲んでいる変質していないあるいはレーザ加工されてないディスク材料の厚さの約５％から約９５％の間、約４０％から約９０％の間、あるいは約５０％から約８０％の間の厚さを有する。第２レーザ加工領域２４は、レーザ加工領域２２を直接取り囲んでいるディスク材料の厚さの約１％から約７５％の間、約２５％から約７０％の間、あるいは約３０％から約６０％の間の厚さを有してもよい。
【００２０】
第１レーザ加工領域２２よりも深さの大きい第２レーザ加工領域２４を形成することはまた、製造の観点からいくつかの利点も示す。レーザ加工領域の外周に深さの大きい溝が見られるという傾向によって、レーザフライス加工された機構がレーザ処理による完全貫通に近づくにつれて起こり得るピンホール効果が、第２レーザ加工領域２４を形成することにより、減少し、あるいは消え去ることさえ可能となる。第２レーザ加工領域２４をより小さな寸法にすることにより、これらの溝が成長してしまう第１レーザ加工領域２２の周辺領域から外してレーザ光線を合焦することができる。
【００２１】
反転開始機構１６が占める膨張部１２の面積はまた、破裂圧力に対する制御の度合いにも影響する。ある実施形態において、反転開始機構１６は、機構１６が存在する面によって、凸面２０及び凹面１８のいずれかの表面積の約１．５％から約７％の間、約２％から約６％の間、あるいは約３％から約５％の間を占める。
【００２２】
反転開始機構１６は、任意の数の形状をとることができる。図３に示すように、第１レーザ加工領域２２は、実質的の同じ長さの５つの側面縁（２６、２８、３０、３２、及び３４）及び二つの短い側面縁３６及び３８を有する多角形、すなわち七角形である。第２レーザ加工領域２４は、第１レーザ加工領域２２と実質的に同じ形を有しているが、第１レーザ加工領域２２よりも全体寸法が小さい。しかしながら、レーザ加工領域２２及び２４が異なる形状となることは、本発明の範囲内である。
【００２３】
ある実施形態において、レーザ加工領域２２は、膨張部１２の頂点の上に延びているが、そこからオフセットされる幾何学的中心を有する。支持リング４２の歯５４から見て膨張部１２の反対側に反転開始機構１６を配置することは、膨張部１２の頂点に機構１６を配置するのと比べて開口発生の制御が向上することが示されている。このオフセットにより膨張部において不均一を生み出すことを助け、破裂圧力制御の度合いを広げ、開口挙動の向上をもたらす。特定の実施形態において、レーザ加工領域２４はまた、膨張部１２の頂点からオフセットされ、レーザ加工領域２２により生み出される不釣合いをさらに向上させている。図８及び図９は、さらに、星パターン１６ａ及び涙滴パターン１６ｂのように、機構１６の例示的な形状を示す。機構１６が、三角形、正方形、長方形、五角形、六角形、八角形、丸形、三日月形、楕円形等のその他の多角形あるいは非多角形を有することは、本発明の範囲内であることに留意されたい。選択された特定のレーザ加工される形は、ディスク反転及び開口の仕方に強い影響を与える。
【００２４】
本発明のある実施形態はまた、レーザ加工領域２２からフランジ部１４に向かって延びるレーザ加工弱め線４０を有する。いくつかの実施形態において、弱め線４０は、膨張部１２から追加の金属を除去することにより形成される狭いチャネルあるいは溝を有してもよい。このチャネルあるいは溝は、連続していてもよく、分断されていてもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態において、ディスク１０には、支持リング４２が装着されている。装着時にディスク１０とリング４２との適切な位置合わせを確保するために、破裂ディスク１０のタブ４４は、支持リング４２のタブ４６に位置合わせして設置してもよい。リング４２は、環状に構成され、中央開口４８を有する。ヒンジ支持部材５０は、開口４８の内側に延びており、ディスク１０のヒンジ領域５２を支持し、ディスクの開口時に形成されるペタルの断片化を防ぐように構成される。リング４２はまた、開口４８の内側に延びる歯５４を備えてもよい。歯５４はまた、反転時において膨張部１２に係合し、膨張部１２を開口することを容易にするために、少し先が上方に曲がっていてもよい。
【００２６】
弱め線４０のような、狭いレーザ加工領域は、反転開始機構１６内で開始され、膨張部１２の特定の点あるいは領域に向かう膨張部１２の反転を案内することを補助している。特定の実施形態において、弱め線４０は、膨張部１２の反転を歯５４に向けることを助けることで、ディスク１０の開口を確実にする。反転開始機構１６の側面縁３２及び３４（並びに図８及び９にそれぞれ示される実施形態の対応する機構１６ａの部分３２ａ及び３４ａ、及び機構１６ｂの３２ｂ及び３４ｂ）は、弱め線４０に向かって収束することで、膨張部１２の反転により生じる力を、弱め線４０に集中させる。反転開始機構１６及び弱め線４０は、図５において、タブ４６及び歯５４と長手方向に位置合わせされるように示されているが、機構１６及び線４０が、ディスクの反転がフランジ１４に隣接する膨張部１２の任意の点に向かうように、この長手方向軸に対して斜めであることは、本発明の範囲内である。
【００２７】
ある実施形態において、膨張部１２の構造的な一体性に影響するかもしれないが、弱め線４０は、必ずしもそうであるとは限らないが、膨張部１２の反転が開始されるのに必要とされる圧力の決定の要因であってもよい。この特性は、主に、反転開始機構１６によって制御され、弱め線４０は、主に、ディスク反転の進行を指示する。いくつかの実施例において、弱め線４０は、第１レーザ加工領域２２の深さ以下の深さを有し、第１レーザ加工領域２２の深さよりも小さい深さであってよいが、いつもそうである必要はない。代替実施形態において、弱め線４０は、金属が厚いと見込まれる膨張部１２の外周近傍では、第１レーザ加工領域２２よりも大きな深さを有していてもよい。その時、弱め線４０の深さは、金属が薄いと見込まれる膨張部１２の頂点に近づくにつれて小さくなるであろう。このように弱め線の深さが変化することにより、弱め線４０は、高エネルギーでの開口発生における過度のエネルギーを吸収することで断片化を解消し、低エネルギーでの開口発生において、開口後に折り目を形成することで、「カップ」を解消して、先に述べた流量値の少なくするのに、十分に生かすことができる。この折り目の形成は、図１０に示されており、以下で述べる。
【００２８】
図６で示すように、膨張部１２はまた、ディスク開口５８の領域を定義する開口線凹部５６が設けられてもよい。特定の実施形態において、開口線凹部５６は、Ｃ型であり、ヒンジ領域６０を定義する端部を有するが、開口線凹部５６がその他の形や構成を有することは、本発明の範囲内である。膨張部１２の凹所が反転するにつれて、ディスク材料は、開口線凹部５６に沿って裂けて、ディスクが開く。ディスク１０は、開口領域５８がヒンジ領域６０においてディスク１０についたままの状態となるように構成される。
【００２９】
いくつかの実施形態において、弱め線４０は、反転開始機構１６と開口線凹部５６との間に延びて、両者を相互接続する。開口線凹部５６は、たとえ第１レーザ加工領域２２よりも通常は大きい深さであっても、ディスク１０の破裂圧力を制御しない。凹部５６は、通常、集中する力の負荷が少なく、ディスクの厚い部分に形成されてもよく、むしろディスク１０の実装構成によって提供される固定に大きな影響を受ける。弱め線４０は、移行部分６２を介して開口線凹部５６に相互接続される。ある実施形態において、図６に示すように、移行部分６２は、１組の斜めの側面縁６４及び６６により少なくとも部分的に定義されており、略ダーツ状の形を有している。移行部分６２は、ディスク外周近傍の膨張部のレーザ加工領域であり、開口線凹部５６の深さよりも通常は小さい深さを有している。したがって、これもまた、ディスク１０の破裂圧力に影響しない。図７〜９は、１組の斜め側面縁により少なくとも部分的に定義されるが、実質的に三角形の構成であるので、移行部分６２に類似している代替の移行部分６２ａを示す。
【００３０】
図１０において、膨張部１２の反転及び開口後のディスク１０が示される。ペタル６８は、開口線凹部５６に沿って膨張部１２が裂けて、ヒンジ領域６０でペタルが折れ曲がることで形成されている。ペタル６８における折り目７０は、弱め線４０に沿って形成されている。さらに、Ｖ型裂け目７２によって明示される、弱め線４０に沿ってペタルの中心に向かって、いくらかのペタル６８の裂け目が存在する。このような裂け目は、ディスク１０の反転及び開口と常に同時に起こる必要はない。いくつかの実施形態においては、弱め線４０に沿ってペタル６８が裂けることがなくてもよく、その他の実施形態においては、ペタルの中心に近づくような著しい裂け目があってもよい。
【００３１】
膨張部１２の厚さを減らすために、ディスクの表面の大部分をレーザによってフライス加工することは本発明の範囲内である。膨張部１２の表面の大部分において材料を除去することにより、ディスク開口特性に対してよりよい制御を行うことができる。例えば、凹面１８及び凸面２０のいずれか一方、あるいはその両方の大部分に対してレーザ加工を行うことにより、共通の原料から、広範囲の破裂圧力を有する破裂ディスクを製造することができる。
【００３２】
ある実施形態において、凹面１８及び凸面２０の少なくとも一方は、レーザフライス加工を行い、その特定の面の全表面積の少なくとも７５％、少なくとも８５％、あるいは少なくとも９０％を占める面積を有するレーザ加工領域を形成する。極端には、全て、あるいは実質的に全てのドームの表面が少なくともある程度はフライス加工されてよく、レーザ加工領域はフランジ１４の部分上にまで延びていてもよい。この種のフライス加工されたドームの例示的な実施形態は、図１１及び図１２に示される。
【００３３】
まず図１１を見てみると、膨張部１２ａの厚さを減らして、レーザ加工領域２２ａを形成するために、凸面２０ａのほぼ全体が、レーザフライス加工された破裂ディスク１０ａが示される。膨張部１２ａの減少した厚さは、外側フランジ部１４と直接比較することで理解することができる。この特定の実施形態において、レーザ加工領域２２ａは、移行領域２３（つまり、膨張部１２ａとフランジ部１４とをつなぐ領域）を通って、フランジ部１４の少なくとも一部の上に延びている。しかしながら、いつもそうである必要はない。
【００３４】
図１２を見てみると、膨張部１２ｂの厚さを減らして、レーザ加工領域２２ｂを形成するために、凹面１８ｂのほぼ全体が、レーザフライス加工された破裂ディスク１０ｂが示される。図示されるように、ディスク１０ｂは、フライス加工動作が凸面とは反対の凹面において実施されている以外は、実質的にディスク１０ａに類似しており、レーザ加工領域２２ｂに対する寸法構成のオプションは、レーザ加工領域２２ａに対して上記で述べたものと実質的に同じである。ディスク１０ｂが膨張部１２ｂに形成される開口線凹部（例えば、「Ｃ型」開口線凹部）を含むある実施形態において、レーザ加工領域２２ｂは、開口線凹部の内側の面１８ｂの実質的に全体の領域を占めてもよい。
【００３５】
さらに、開口線凹部５６に加えて、反転開始機構１６及び弱め線４０を含むレーザ加工された機構もまた、破裂ディスク１０ａあるいは１０ｂに形成されてよいことにさらに留意されたい。さらに、これらの追加のレーザ加工された機構は、レーザ加工領域２２ａあるいは２２ｂを含む同じ面、あるいはレーザ加工領域２２ａあるいは２２ｂとは反対側の面に形成されてよい。膨張部１２ａあるいは１２ｂの大部分をレーザ加工することは、反転作動破裂ディスクの製造に限定されず、前方作動ディスクにも同様に適用されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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