JP2016511372A - ディスク開口制御構造および断片化防止制御構造を備える、レーザで規定された弱め線を有する破裂ディスク - Google Patents

Abstract

少なくとも一つの面に形成された開口線（１６）を有する破裂ディスク（１０）を提供する。開口線（１６）は、ディスク面をレーザ加工することにより形成され、少なくとも１つのディスク開口制御機構（２０）を含む。ディスク開口制御機構（２０）は、ディスク（１０）を最初に破裂させることを助けるように構成された開口開始機構であってもよい。あるいは、開口制御機構（２０）は、ディスク開口時に形成された花弁状部が分離しないようにディスク（１０）に作用するエネルギを消散させるように構成された断片化防止機構であってもよい。【選択図】図１

Description

発明の分野
本発明は一般的に、レーザにより形成され、１つ以上のディスク開口制御構造を備える開口線を有する破裂ディスクに関する。ディスク開口制御構造は、断片化防止機構または開口開始機構を有し得る。これらの構造により、ディスクの開口特性がよりうまく制御される。特に、開口開始機構は、最初の破裂が発生する破裂ディスクの部分で制御を増加させ、断片化防止機構は、ディスク開口時に形成される花弁状部の分離の可能性を低減させるために使用することができる。

先行技術の説明
時にはスコア線とも称される開口線は、しばらくの間、所定の超過圧力状態に置かれると開口するディスクの領域を規定するために破裂ディスクで使用されてきた。開口中に、破裂ディスクは、開口線で裂けて１つ以上の花弁状部を形成し、花弁状部は超過圧力状態の影響下で１つ以上のヒンジ領域を軸に回転して、加圧流体を開口ディスクから流すことができる。

スコア線は通常、金属製スコアリングダイを用いて形成される。金属製スコアリングダイを用いてスコア線を形成すると、ダイがディスク金属を圧縮し、加工硬化させて、金属の粒子構造を変化させる。この加工硬化により、金属の脆性が増して、応力領域が生じ得る。この脆性および応力領域は、疲労亀裂および応力腐食の結果として、圧力解放装置の耐久年数を制限する。さらには、ダイ自身がスコアリング工程中に摩耗して、定期的に交換しなければならないことを考えれば、ディスク製造でスコア深さを高度に制御することは困難である。

ダイスコアリングの問題を回避するために、破裂ディスクの開口線を形成する代替の方法が考案されてきた。１つのこのような方法は、電解研磨法で弱め線を形成することを開示する米国特許第７，６００，５２７号に記載されている。この方法では、破裂ディスクにレジスト材料層を設ける。それから、レーザを使用して、所望の弱め線に相当するレジスト材料部分を除去する。次に、ディスクに電解研磨作業を施して、ディスク表面から金属を除去して、所望深さを有する弱め線を形成する。しかしながら、特にディスク材料が相対的に厚く、所望の線深さに達するために長い電解研磨時間を必要とする場合、電解研磨した弱め線の幅を制御することが困難な場合がある。この特徴は、互いに近接する多数の溝を有するより複雑な構造を形成するに際して、この方法の使用性を制限し得る。

直接レーザを使用して、破裂ディスク内に弱め線を加工することも提案されている。これに関する例としては、米国特許出願公開第２０１０／０１４０２６４号および第２０１０／０２２４６０３号が挙げられる。しかしながら、弱め線が、ディスクの１面に形成された比較的長い連続溝からなり、この溝が、特定厚さのディスクで発生させることのできる破裂圧力の範囲を制限し得る限りにおいて、これらの文献は従来の弱め線構造を採用している。

米国特許第７，６００，５２７号公報 米国特許出願公開第２０１０／０１４０２６４号公報 米国特許出願公開第２０１０／０２２４６０３号公報

本発明は、上述のいくつかの欠点を克服して、破裂ディスクのような圧力解放装置の開口特性の制御を高めることを目的とするディスク開口制御機能を備えた開口線を設けることにある。

本発明の一実施形態において、破裂ディスクを備えた超過圧力解放装置を提供する。破裂ディスクは、対向面を有する中央部と、中央部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを有する。破裂ディスクに、実施形態によっては特に中央部において、少なくとも一部が超過圧力解放領域を規定するレーザ加工開口線が形成される。レーザ加工開口線は、１つ以上の開口線部と、１つ以上のレーザ加工開口制御機構とを有する。上記１つ以上の開口線部は、一方の面から他方の面に向けてディスクに貫入するチャネルを有する。上記１つ以上の開口制御機構は、少なくとも一部が、一対のレーザ加工側方縁部により規定される。これらのレーザ加工側方縁部は少なくとも１つの開口線部の方向で互いに近づく。

本発明の他の実施形態では、圧力解放装置で開口線を形成する方法を提供する。圧力解放装置は、対向面を有する中央部と、中央部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを有するように提供される。開口線は、レーザビームを複数のレーザパスで中央部に通過させることにより中央部に形成される。各パスは所定のレーザ経路をたどり、レーザアブレーションで中央部から材料を選択的に除去するように各パスを操作できることで溝を形成する。形成された開口線は、１つ以上の開口線部と、１つ以上の開口制御機構とを有する。各経路上にレーザアブレーションにより形成された溝が、他のレーザ経路上にレーザアブレーションにより形成された溝と部分的にまたは完全に重なるように、複数のレーザ経路の各々の少なくとも一部が、他の少なくとも１つのレーザ経路の少なくとも一部と離間している。複数のレーザ経路の間隔および溝の重畳度が実質的に一定に維持されている部分は、上記１つ以上の開口線部に相当する。少なくとも１つのレーザ経路の少なくとも一部は、１つ以上の他のレーザ経路から分岐している。レーザ経路の分岐部分は、上記１つ以上の開口制御機構に相当する。

図面の簡単な説明
図１は、レーザ加工開口制御機構を備えたレーザ加工開口線を有する反転作動破裂ディスクの凸面の等角図である。 図２は、図１の反転作動破裂ディスクの凸面の等角図である。 図３は、図１の反転作動破裂ディスクの凸面の平面図である。 図４は、図１の破裂ディスクのレーザ加工開口制御機構をクローズアップした部分図である。 図５は、図４の破裂ディスクの膨張部の、線５−５での部分断面図である。 図６は、レーザ加工開口制御機構の代替実施形態をクローズアップした部分図である。 図７は、図６の破裂ディスクの膨張部の、線７−７での部分断面図である。 図８は、図１の破裂ディスクの拡大等角図であり、開口線の開口開始機構に係合するように構成されたディスク開口歯を有する破裂ディスク支持リングの一例を示す。 図９は、開口開始機構と、開口線の端部領域に形成された一対の断片化防止機構とを備える、実質的にＣ形状の開口線を有する破裂ディスクの凹面の等角図である。 図１０は、図９の破裂ディスク、特に断片化防止機構をクローズアップした断面図である。 図１１は、フランジ部に近接する開口線部の端部領域に断片化防止機構が配置された十字型パターンの開口線を有する他の実施形態の破裂ディスクの等角図である。 図１２は、図１に示すものと同様のレーザ加工開口線と共に、反転開始機構を有する、他の実施形態の反転作動破裂ディスクの凹面の部分等角図である。 図１３は、図１２の破裂ディスク、特に図１２の開口開始機構をクローズアップした部分図である。 図１４は、図１３の破裂ディスクの、線１４での断面図である。 図１５は、図１３の破裂ディスクの、線１５での断面図である。 図１６は、図１３の破裂ディスクの、線１６での断面図である。 図１７は、図１３の破裂ディスクの、線１７での断面図である。 図１８は、本発明の代替実施形態による破裂ディスクの凸面の平面図である。 図１９は、図１８の破裂ディスクの開口開始機構をクローズアップした部分図である。 図２０は、図１８の破裂ディスクの断片化防止機構をクローズアップした断面図である。 図２１は、断片化防止機構が開口線部の端部領域に配置された十字型パターンの開口線を有する他の実施形態の破裂ディスクの等角図である。 図２２は、ディスクの膨張部の頂点に位置する多角形凹部をクローズアップした部分図である。 図２３は、断片化防止機構が開口線部の端部領域に配置された、５枚の花弁状開口線構造を有する他の実施形態の破裂ディスクの等角図である。 図２４は、ディスクの膨張部の頂点に位置する多角形凹部をクローズアップした部分図である。 図２５は、本発明の他の実施形態に従って製造された開口開始機構をクローズアップした部分図である。 図２６は、本発明に従って製造された断片化防止機構の代替実施形態をクローズアップした断面図である。 図２７は、本発明に従って製造された断片化防止機構の代替実施形態をクローズアップした断面図である。 図２８は、ディスクの中央部の中心に位置する開口開始機構を備えた、十字型パターンの開口線を有する他の実施形態の破裂ディスクの等角図である。 図２９は、図２８の破裂ディスクの中央部を、１つの開口線部に沿って切断した図である。

以下の詳細な説明では、本発明の様々な実施形態の例を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することができるよう十分詳細に本発明の態様を説明するためのものである。他の実施形態を使用することができ、本発明の範囲を逸脱することなく変更を加えることができる。従って、以下の詳細な説明を限定的にとらえるべきではない。

本発明は一般に、圧力解放装置に関し、特に少なくとも１種のディスク開口制御機構を備えた、レーザ加工開口線を有する破裂ディスクに関する。ディスク開口制御機構は、ディスク開口開始を助ける、またはディスクを開くと形成される花弁状部の断片化を防止する機能を有し得る。

図面、特に図１を参照すると、反転作動破裂ディスク１０は、外側フランジ部１４で囲まれた中央膨張部１２を有する。しかしながら、ディスク１０は、どんなタイプの破裂ディスクであってもよく、突き出た正転作動破裂ディスクであってもよいし、平坦すなわち突き出ていない破裂ディスクであってもよい。ディスク１０は、ステンレス鋼、ハステロイ、インコネル、チタンおよびニッケルのような様々な金属を含む材料から構成することができる。レーザ加工法を用いて、膨張部１２に開口線１６が形成される。当業者は、ディスク材料、ディスク厚さ、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の反転及び開口の特性を引き起こす可能性のある膨張部１２内の熱影響部の発生を避けるように、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。従って、レーザ加工開口線１６内及びそれに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。

図２および図３に示すように、開口線１６は実質的にＣ形状であり、膨張部１２の凹面１８に形成される。しかしながら、本発明の他の実施形態は、開口線１６のために他のパターンを有してもよいと理解される。このような代替のパターンには、十字型パターン（図１３参照）、および２０１２年１０月３１日出願の米国特許出願第６１／７２０，８００号に記載された構造を含む不連続線または破線が含まれる。上記特許出願は、参照により本明細書の一部を構成するものとする。開口線１６は、少なくとも一部が、破裂ディスク１０の開口時に、ディスクからの加圧流体の流れを可能にする超過圧力解放領域を規定するのに役立つ。開口線１６は、離間した端部領域２４、２５により規定されるヒンジ領域２２とは反対側に位置する、レーザ加工開口制御機構２０を有する。ディスク１０が開くと、膨張部１２が開口部１６で裂けて形成された花弁状部が、ヒンジ領域２２を中心に回転して、超過圧力状態を取り除くことができる。ディスク１０は、膨張部１２と外側フランジ部１４とを相互接続する移行領域２７を有する。ある実施形態、特に図面に示す実施形態では、開口線１６は、移行領域２７の内側に位置する。しかしながら、開口線１６全体または一部が、ディスク１０の任意の箇所、例えば移行領域２７上および／または移行領域２７を横切るように、また外側フランジ部１４に形成されても本発明の範囲内である。開口線１６の正確な位置は、ディスク１０の特定用途に応じて変更することができる。

図１〜図５に示す実施形態では、開口制御機構２０は、超過圧力状態に置かれると、膨張部１２の開口を助けるように構成された開口開始機構を有する。以下でより詳細に説明するように、開口制御機構２０は特に、膨張部１２が反転するとディスク材料の断裂を開始するように構成された装置、例えばディスクに係合する歯を有する支持リングと併用するのに適しているが、いつもそうである必要はない。図４および図５に明示するように、開口制御機構２０は、離間した複数のレーザ溝２６〜３６を有する。溝２６、２８、３０は、（端部領域２５の方向に向かって）互いに近づいて、最終的には結合して開口線部３８を形成する。溝２６および３０はそれぞれ縁部２９、３１を有し、一部が開口制御機構２０を規定する。同様に、溝３２および３６はそれぞれ縁部３３、３５を有し、一部が開口制御機構２０を規定する。開口線部３８は、凹面１８から凸面４２に向かって延びる単一チャネル４０を有する。同様に、溝３２、３４、３６は、（端部領域２４の方向に向かって）互いに近づいて、開口線部４４になる。開口線部４４も、チャネル４０と同様の単一チャネル４６を有する。

図４に示す実施形態では、開口制御機構２０を構成する溝は連続しておらず、各溝はそれぞれの端部４８〜５８を有する。各端部は、非レーザ加工領域６０により他の端部と離間している。例えば、端部４８は、端部５４と真向かいに位置し、この２つの端部は非レーザ加工領域６０により離間している。５０と５６、５２と５８の端部対についても同様である。

図６および図７は、僅かに変形した構成を有する開口制御機構２０ａを示す。溝４８および５４は、図４の実施形態と実質的に同じように思える。しかしながら、２８と３４、および３０と３６という他の溝対はそれぞれ、湾曲部６２，６４で相互接続されている。湾曲部６２、６４は、開口線部３８、４４の曲りとは略反対の、膨張部１２の中心方向に延びる曲りを有する。

ある実施形態では、破裂ディスク１０は、図８に示す支持リング６６と使用するよう構成されている。支持リング６６は、中央オリフィス７０を有する環状本体６８を有する。本体６８はさらに、歯７２とヒンジ支持体７４とを有し、これらは共に一般的に、オリフィス７０に向かって内側に突き出ている。歯７２は、超過圧力状態に置かれた後に膨張部１２が反転すると、開口制御機構２０に係合するように構成されている。特に、歯７２は、溝２６〜３６のうちの１つ以上にまたはそれに近接して膨張部１２に接触するように構成されている。特定の超過圧力事象に対して膨張部１２の反転を予測したり、または正確に制御することは困難なので、従来の単一溝による開口線では、歯７２がいつも確実に開口線で膨張部１２と最初に接触するということにはならない。開口制御機構２０は、歯７２がディスクの反転中に最初に膨張部１２と係合できる領域を広げることにより上記懸念を軽減する。従って、歯７２は、ディスクの断裂を起こしそうな点で膨張部１２と確実に接触することができる。一旦開口制御機構２０で膨張部の断裂が開始されると、断裂は開口線部３８、４４に沿って端部領域２４、２５に向かって進行する。膨張部１２の断裂によって形成された花弁状部は、花弁状部の断片化を防止するようにヒンジ支持体７４と接触しているヒンジ領域２２を中心に回転する。

図９および図１０は、本発明に従って製造された破裂ディスクの代替実施形態を示す。この代替実施形態は、図１の破裂ディスクと多くの点で類似している。従って、これらの類似構造体を示すために同じ参照符号を使用する。ここで図９を参照すると、ディスク１０は、膨張部１２の凹面１８に形成された開口線１６を含む反転作動破裂ディスクである。開口線１６は、開口開始機構として機能する開口制御機構２０と、開口制御機構２０からそれぞれ端部領域２５、２４に向けて延びている開口線部３８、４４とを有する。端部領域２４、２５はそれぞれ、付加的なディスク開口制御機構７６、７８を有する。開口制御機構７６、７８は、ディスク１０の開口中に開口線１６に作用する断裂力を拡散させることで、ディスク材料がヒンジ部２２まで断裂することを防止し、ディスクの花弁状部の断片化を回避するのに役立つ断片化防止機構として機能する。

図１０に示すように、開口制御機構７６は、開口線部４４のチャネル４６からヒンジ部２２に向かう方向に延びる複数の離間した溝８０、８２、８４を有する。溝８０、８２、８４はまた、チャネル４６から一般に異なる方向に延びているが、いつもそうである必要はない。例えば、溝８０はチャネル４６から開口線１６の内側に向かう方向に延び、溝８２は開口線部４４と実質的に同じ移動経路に沿って延び、溝８４はフランジ部１４に向かう方向に延びている。溝８０および８４はそれぞれ、一部が開口制御機構７６を規定するのに役立つ縁部８１、８５をさらに含んでいる。

図１１は、ディスク開口制御機構が断片化防止機構として使用される本発明のさらに他の実施形態を示す。破裂ディスク８６は、外側フランジ部９０に囲まれた中央膨張部８８を有する正転作動ディスクとして構成されている。十字型パターン形状を有する開口線９４が膨張部８８の凹面９２に形成されている。しかしながら、開口線９４は膨張部８８の凸面に形成されてもよいと理解される。開口線９４は一般に、４つの開口線部９６、９８、１００、１０２を有する。開口線部９６および１００はつながっており、膨張部８８の頂点１０４で交わるものとして示されている。開口線部９８および１０２は頂点１０６に接近するとして示されているが、互いに交わることもなければ、開口線部９６、１００とも交わらない。このような構造により、レーザが頂点１０４上を二重に通過して、ディスク材料が所望する以上に除去されたり、場合によってディスクにピンホールが形成されることが避けられる。各開口線部は、外側フランジ部９０に隣接するその端部領域に位置する開口制御機構１０６を有する。本実施形態では、開口制御機構１０６は断片化防止機構として使用される。本明細書中に記載した１つ以上の開口制御機構を有する他の開口線構造も本発明の範囲内であり、上述の実施形態は一例にすぎない。例えば、２つ、３つまたは５つ以上の花弁状部を形成する開口線を有する正転開口ディスクまたは反転開口ディスクを、ここに示した改良に加えることができる。

図１２および図１３は、破裂ディスク１０がさらに、例えば２０１２年７月１８日出願の米国特許出願第１３／５５２，１６５号に開示されているような反転開始機構１０８および弱め線１１０を有する本発明の他の実施形態を示す。上記出願は参照によって本明細書の一部を構成するものとする。反転開始機構１０８は一般に、レーザ加工領域を包囲する膨張部１２の残りの部分から凹んだところにあり、その部分に比べて厚さの小さい第１レーザ加工領域１１２と、第１レーザ加工領域１１２の縁部内に位置する第２レーザ加工領域１１４とを有する。レーザ加工領域１１４は一般に、レーザ加工領域１１２に比べて厚さが小さく、また、他の方法では単一深さを有する反転開始機構で達成され得るが、それ以外に膨張部１２の反転圧力を微細調整制御する手段を提供する。第‘１６５号の出願に開示されているように、反転開始機構１０８がいくつかの代替構造を有することは可能である。弱め線１１０は一般にレーザ加工溝を有し、反転開始機構１０８内で開始する膨張部１２の反転を開口制御機構２０および場合によっては支持リング歯７２に向けて誘導することを助けることで、膨張部１２の開口が確実にヒンジ領域２２とは反対の箇所で発生することになる。図１３に示すように、弱め線１１０は溝２６〜３６に接近するが、交わることはない。

図１４〜１７は、図１３の各切断線に沿って得られた断面図であり、開口線１６の深さが開口制御機構２０に沿って進むと共にどのように変化するのかを概略的に示す。図１４は、溝２６および３０が溝２８から分岐する手前の地点における開口線部３８およびチャネル４０を示す。ある実施形態では、開口線１６は、複数のレーザパスでレーザビームを膨張部１２上に通過させることにより形成される。各レーザパスは、膨張部１２上で所定のレーザ経路をたどり、アブレーションによりディスク材料が除去される。レーザ経路のある部分は、各アブレーションパスにより形成される溝が少なくとも部分的にまたは全体的に重なり合うように離間している。さらには、レーザ経路の他の部分は、各アブレーションパスにより形成される溝が少なくとも他の１つの溝から分岐するように離間している。連続するレーザビームパスの重畳度が大きくなるにつれて、一般的にその領域での開口線１６の深さは増す。チャネル４０は一般に、２回以上のレーザパスのレーザ経路が略一定に重なり合ったレーザ加工領域からなる。

図１５に示すように、連続するレーザパスのレーザ経路が分岐し始めて、個々の溝２６、２８および３０の発生の前兆となる。この時点で、機構の中央に向かっては、ビーム経路に沿ったレーザアブレーションにより得られる溝のかなりの部分が重複し続けて、溝２８に相当するより深い部分が形成されるのに対し、機構の縁部に向かっては、あまり重複がなく、溝２６および３０に相当するより浅い部分となる。対称的な断面形状は決して、この方法により形成され得る唯一の形状ではない。何故ならば、機構上での任意の場所の深さは、レーザ経路を調整して溝の重複を増減することにより、またレーザ操作を熟知する人物が利用できるよく知られた他のパラメータ、例えばパルスエネルギ、反復率、走査速度およびスポットサイズを調整することにより制御することができるからである。

図１６は、溝２６、２８および３０が分岐し続けて、チャネル４０から遠ざかりつつあることを示している。溝同士は重複し続けているが、このような重複の度合いは図１５に示す度合いよりも低い。結果として、溝２８の深さは図１５よりも小さくなる。何故ならばディスクのこの領域を焦点にして集まるレーザからのエネルギが小さくなるからである。

図１７は、レーザ経路が十分に分岐して、溝２６、２８および３０が別個のものになり、非レーザ加工部１１６、１１８により互いに離間していることを示す。例示するように、溝２６、２８および３０はほぼ同じ深さであるが、いつもそうである必要はない。溝２６、２８および３０の深さが異なっていても本発明の範囲内である。しかしながら、一般的に、溝２６、２８および３０の各々の平均深さは、溝の重畳度が小さくなったことを考慮すれば、チャネル４０の平均深さよりも小さい。

断片化防止機構として機能する開口制御機構７６、７８および１０６についても一般的に同じ概念が当てはまる。これらの開口制御機構の各溝の平均深さは、レーザ経路の分岐によりチャネル４０の平均深さよりも小さくなる。

図１２および図１３に戻るが、ある製造方法では、レーザビームは、開口制御機構２０の形成中に断続的に操作されて、非レーザ加工領域６０が形成される。例えば、レーザ経路を端部領域２４で開始することができる。アブレーション操作は、開口線部４４が占める膨張部１２の部分ではレーザ経路に沿って継続する。開口制御機構２０の領域では、レーザ経路は、溝３２が占める膨張部１２の部分上に向かわせることができる。端部５４に達すると、レーザビームは（例えばシャッタを用いて）遮断されて、ディスク１０の面に当たらなくなるが、レーザの機械が端部４８を目標として焦点調整をすると、端部４８においてディスク１０の面に再度レーザを当てることができる。レーザビームはそれから、端部領域２５に達するまで、溝２６および開口線部３８に相当するレーザ経路に沿って連続的に操作される。他の実施形態では、連続する一つのレーザ加工領域（例えば開口線部３８、溝２６〜３０）を加工し、ビームを遮断し、焦点位置を変え、ビームを再度ディスク１０に当てて、他の一つの連続するレーザ加工領域（例えば開口線部４４、溝３２〜３６）を加工するようにレーザをプログラミングしてもよい。

図１８は、外側フランジ部１２１で囲まれた膨張部１１９を有し、その凹面１２３に形成された代替開口線構造を有する突き出た破裂ディスク１２０を示す。開口線１２２は略Ｃ形状であり、図示するように、３つの開口制御機構、すなわち開口開始機構１２４、および２つの断片化防止機構１２６、１２８を有する。開口開始機構１２４は断片化防止機構１２６とは開口線部１３０により、断片化防止機構１２８とは開口線部１３２により相互接続されている。断片化防止機構１２６、１２８はそれぞれ、その間に位置するヒンジ領域１３８を協働で規定する端部領域１３４、１３６を有する。図１８に示す様々な開口制御機構は、一緒に使用する必要もなければ、図示する開口線構造の一部として使用する必要もないと理解される。これらの機構は単独で使用してもよいし、任意の数組み合わせて使用してもよいし、代替の開口線構造の一部を構成してもよい。

図１９に示すように、開口開始機構１２４は一般的に、一対のレーザ加工側方縁部１４０、１４２により規定され、その間に位置するレーザ加工開口開始領域１４４を含む。レーザ加工側方縁部１４０、１４２は、領域１４４の中心から開口線部１３０、１３２の方向に向かって互いに近づくように構成されている。上述した他の実施形態と同様に、開口線部１３０、１３２は、膨張部１１９の反対側の凸面に向かって凹面１２３から貫入するチャネル１４６、１４８を有する。図示するように、開口開始機構１２４は開口線部１３０，１３２とつながっており、側方縁部１４０，１４２は最終的にチャネル１４６，１４８の境界を規定する。しかしながら、了解されているように、機構１２４および開口線部１３０，１３２がつながらないで、１つ以上の非レーザ加工領域により離間していても本発明の範囲内である。

開口開始機構１２４は一般的に、上述した開口制御機構２０の形成と同様の方法で形成される。しかしながら、レーザ操作により所定のレーザ経路に沿って形成される各溝の少なくともある部分が、隣接する他の溝の少なくともある部分と重複するように、レーザ経路は構成され、離間されている。従って、非レーザ加工部１１６、１１８（例えば図１７参照）の形成は回避され、ディスク１２０の処理中にレーザから発せられるエネルギは、溝の重複度がより大きい実施形態よりも広い領域に供給される。結果として、レーザ加工開口開始領域１４４の深さが、チャネル１４６、１４８のどちらよりも浅くなる。開口線部１３０，１３２に近づくにつれて、溝の重複度は徐々に増して、チャネル１４６、１４８の全深さに達する。

図２０では、断片化防止機構１２６をさらに詳しく示す。断片化防止機構１２６は多くの点で開口開始機構１２４と類似している。特に、機構１２６は一般的に、開口線部１３０の方向で互いに近づく一対のレーザ加工側方縁部１５０、１５２により規定される。しかしながら、側方縁部１５０、１５２が端部領域１３４に近づくと、側方縁部間の間隔は実質的に一定のままである。機構１２６はさらに、側方縁部１５０、１５２間に位置するレーザ加工断片化防止領域１５４を有する。開口開始機構１２４と同様に、断片化防止機構１２６は、連続するレーザビームパスにより形成される溝同士の重複度を変えることにより形成される。端部領域１３４に近づくにつれて、隣接する溝の重複度は小さくなり、レーザから発せられるエネルギはより広い領域に供給されて、領域１５４の深さはチャネル１４６よりも浅くなる。従って、ディスク１２０が開いて開口線１２２に沿って裂けると、断片化防止機構１２６でディスク材料の厚みのある領域にぶつかって、これが裂けると、好ましくは端部領域１３４の近くで断裂が終わるまでより大きなエネルギを吸収する。

図２１および図２３は、開口時に複数の花弁状部を形成する破裂ディスクの別の実施形態を示す。まず、図２１を参照すると、破裂ディスク１５６は、環状フランジ部１６０で囲まれた膨張部１５８を有する。開口線１６２は、ディスク１５６の凹面１６４に形成される。開口線１６２は十字型パターンとして構成され、開口線部１６６，１６８，１７０および１７２と、各開口線部の外側端部から延びる複数の断片化防止機構１７４とを有する。断片化防止機構１７４は、上述した断片化防止機構１２６と同様に構成される。

図２２により明確に示すように、各開口線部は、膨張部１５８の中央部１７６に向かって内側に延びている。中央部１７６は一般的に、膨張部１５８を直接取り囲んでいる部分と比べて、厚みが小さい。図示するように、中央部１７６は、多角形状で、具体的には八角形状で、４つの長辺１７８が４つの短辺１８０と相互接続している。なお、開口線部１６６〜１７２は中央部１７８とは交わっておらず、これらの機構は狭い非レーザ加工領域で離間している。図１１の破裂ディスクの実施形態と同様に、この構造は、レーザをディスクの一領域に対して二重に通過させると生じ得るピンホール形成の懸念を回避させる。しかしなら、ディスクのレーザ処理中に使用されるレーザ経路の構造によっては、開口線部１６６〜１７２が相互接続されて、中央部１７６とつながっていたとしても本発明の範囲内である。

図２３は、僅かに異なる開口線構造が用いられていることを除いて、図２１の実施形態と同様である本発明の他の実施形態を示す。具体的には、破裂ディスク１８２は、環状フランジ部１８６で囲まれた膨張部１８４を有すると示されている。開口線１８８は膨張部１８４の凹面１９０に形成され、破裂すると、５つの花弁状部が形成されるように構成されている。開口線１８８は、開口線部１９２、１９４、１９６、１９８、２００と、各開口線部の外側端部からフランジ部１８６に向かって延びる断片化防止機構２０２とを有する。断片化防止機構２０２は、図２１の実施形態の断片化防止機構１７４と同様に構成されている。中央部２０４は、図２１の実施形態の対応部分とは構成が異なる。図２４に示すように、中央部２０４は、５つの長辺２０６が５つの短辺２０８と相互接続された十角形を有する。他のすべての点において、ディスク１８２は図２１のディスク１５６と本質的に同じである。

図２５は、本発明の他の可能な開口開始機構２１０の構成を示す。開口開始機構２１０は多くの概念的な見地で、図１９の開口開始機構１２４と同様である。しかしながら、機構２１０は、主に、同機構を形成するレーザ加工手順に起因するある独特な特性を有する。なお、ある実施形態では、機構２１０が、Ｃ形状の開口線の一部を形成し、ディスクのヒンジ領域とは反対側のディスクの中央部に位置することが好ましい。しかしながら、いつもそうである必要はない。ある実施形態では、開口線部２１２がチャネル２１４を含むように形成される。先に説明したように、チャネル２１４は、間隔をつめて配置されたレーザ経路に沿って複数回のパスでレーザをディスク上に通過させることにより形成され、このようにしてチャネル２１４を形成する。チャネル２１４は、一対のチャネル縁部２１６、２１８により規定される。縁部２１６、２１８間の最大幅はここではＷ_Ｃで表す。チャネル２１４はさらに、ここではＤ_Ｃで表す最大深さを有する。ある実施形態では、チャネル２１４の深さは相対的に一定である。しかしながら、チャネル２１４の深さがその長さに沿って変動するとしても本発明の範囲内である。いずれにせよ、その長さ沿いのある地点で、チャネル２１４は最大深さを示し、その地点での残りのディスク材料の厚さは最少となる。

それから、複数のレーザ経路に沿って複数のパスでレーザビームをディスク面上に通過させて開口開始機構２１０を形成することができる。しかしながら、開口開始機構２１０と一致するレーザ経路は、開口線部２１２の形成で使用されるレーザ経路よりもさらに離れて配置される。従って、機構２１０の製造中に形成された溝はそれほど重なっておらず、開口線部２１２と隣接して配置されているポケット２２０、２２２は一般的に、平均してＤ_Ｃよりも浅くなる。ポケット２２０、２２２の平均深さはここではＤ_Ｐと規定する。さらには、溝の数および溝の重畳度に基づけば、ポケット２２０、２２２は、Ｗ_Ｃよりも大きい機構２１０の最大幅（すなわち、機構の側方縁部２２４、２２６間の最大距離）として規定され得る最大幅Ｗ_Ｐを有し得る。

なお、開口開始機構１２４の縁部１４０、１４２と同様に、縁部２２４、２２６は、開口線部２１２の方向に向かって互いに近づく。しかしながら、図１９の実施形態とは対照的に、機構２１０を形成するレーザ経路は、その全長にわたり開口線部２１２と略同軸上にある。図１９の実施形態では、レーザ経路は開口線部１３０、１３２から離れると「羽部を形成する」傾向にある。

さて、図２６および２７では、本発明の断片化防止機構の代替実施形態を示す。図２６では、断片化防止機構２２８は開口線部２３０に隣接して示されている。上述した他の実施形態と同様に、開口線部２３０は、一方の面から他方の面に向けてディスクに貫入するチャネル２３２を有する。チャネル２３２は、最大幅Ｗ_Ｃと最大深さＤ_Ｃを有する一対のチャネル縁部２３４、２３６で規定される。断片化防止機構２２８は、ディスクの中央部２４２の非レーザ加工領域２４０により開口線部２３０と離間したレーザ加工ポケット２３８を有する。但し、ポケットが開口線部とつながっていても本発明の範囲内である。ポケット２３８は一般に長方形状であり（但し多角形でも非多角形でもよい）、機構の長さを規定する側方縁部２４４、２４６および機構の幅Ｗ_Ｐを規定する側方縁部２４８、２５０で規定される。ここで使用する「長さ」という用語は、機構の最大寸法を指し、「幅」という用語は、長さとは略垂直方向における機構の次に大きい（長さ未満であっても長さと同一であってもよい）寸法を指す。上述した断片化防止機構および開口開始機構と同様に、断片化防止機構２２８は一般的に、溝の重畳度を小さくするようにレーザ経路の間隔を十分離して、チャネル２３２に対して溝の深さを小さくすることにより形成される。従って、機構２２８は、Ｄ_Ｃより小さい平均深さＤ_Ｐを有する。ある実施形態では、機構２２８の最大値Ｗ_ＰもＷ_Ｃより大きい。

図２７は、さらに他の断片化防止機構の実施形態を示す。機構２５２は、機構２２８と同様の特徴を幾つか有する。しかしながら、機構２５２は、非レーザ加工領域２４０により互いに離間し、また開口線部２３０とも離間した一対のポケット２５４、２５６を有する。この実施形態では、または断片化防止機構が複数のポケットを有する他の実施形態では、Ｗ_Ｐの値は、機構の長さに実質的に垂直な方向に位置するレーザ加工ポケット幅の合計として計算され得る。

図２８は、開くと複数の花弁状部を形成するディスクで使用するのに特に適した代替の開口線構造を示す。特にこれらの実施形態では、開口線は、複数の開口線部２６０、２６２、２６４、２６６を有する。ある実施形態では、また図示するように、開口線部は一般的に、各開口開始機構２６８、２７０で相互接続された対の形で配置されている。例えば、開口線部２６０、２６４は、第１開口開始機構２７０で相互接続された第１開口線部対を形成し、開口線部２６２、２６６は、第２開口開始機構２６８で相互接続された第２開口線部対を形成する。ディスク開口時に所望される花弁状部の数によっては、開口線がさらなる開口線部対および開口開始機構を有していても、本発明の範囲内である。開口開始機構２６８、２７０は、膨張部２７２の中心でまたは中心付近で互いに交差して、中央ポケット２７４を形成する。

開口開始機構２６８、２７０は、上述した開口制御機構（開口開始機構および断片化防止機構の両方を含む）のいずれかとして形成または構成することができる。しかしながら、図２８に示す実施形態では、開口開始機構２６８、２７０は、それぞれの開口線部から遠ざかるにつれて溝の重畳度が徐々に小さくなるという点で図１９の開口開始機構１２４と類似している。従って、機構２６８、２７０はそれぞれ、少なくとも一部が一対のレーザ加工側方縁部２７６、２７８、２８０、２８２により規定される。側方縁部は一般的に、同縁部が相互接続している開口線部の方向で互いに近づく。上述した他の実施形態と同様に、各開口線部は、一方の面から他方の面に向かってディスクに貫入するチャネルを有する。

開口線の製造は、上述した開口線１２２の製造と同様に行うことができる。中央ポケット２７４は、開口開始機構２６８、２７０という他の部分よりもレーザ経路の重畳度が高い中央部２７２の領域を示す。従って、機構２６８、２７０という他の部分よりも多くのディスク材料が中央ポケット２７４の所定の箇所から除去されて、ポケット２７４の深さが増す。得られる構造の形状を図２９に示す。

開口線部２６０、２６４での最終的な材料の上面は、これらの開口線部を構成するチャネルの床面を示す。開口線部２６０から機構２６８に移行すると、溝の重畳が少なくなる結果として、最終的な材料の厚さは徐々に増加する。それから、中央ポケット２７４に近づくと、材料厚さは減少する。何故ならば、膨張部２７２のこの部分は、交差するレーザ経路が重なり合っているため、機構２６８の他の部分に比べて、レーザから更なるアブレーションエネルギを受け取るからである。ポケット２７４から機構２６８の反対側の部分に向かって移動すると、材料厚さは増す。最終的に、開口線部２６４への移行中に、材料厚さは再度減少し、このことは、全チャネル深さに達するまで溝の重畳度が増すことを示している。

Claims (37)

1. 対向面を有する中央部と、前記中央部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを有する破裂ディスクと、
   前記破裂ディスクに形成され、かつ少なくとも一部が、前記破裂ディスクの超過圧力解放領域を規定するレーザ加工開口線とを有する超過圧力解放装置であって、
   前記レーザ加工開口線が、１つ以上の開口線部と、１つ以上のレーザ加工開口制御機構とを有し、前記１つ以上の開口線部は、前記面の一方から前記面の他方に向かってディスクに貫入するチャネルを有し、前記１つ以上の開口制御機構は、少なくとも一部がレーザ加工側方縁部対により規定され、前記レーザ加工側方縁部対は少なくとも一つの前記開口線部の方向において互いに近づくことを特徴とする超過圧力解放装置。
2. 前記中央部が突き出ており、前記対向面が凸面と凹面とを有する請求項１に記載の超過圧力解放装置。
3. 前記レーザ加工開口線が、前記中央部の前記凹面に形成される請求項２に記載の超過圧力解放装置。
4. 前記１つ以上の開口制御機構が、超過圧力状態に置かれると前記破裂ディスクの開口を助けるように構成された開口開始機構を有する請求項１に記載の超過圧力解放装置。
5. 前記レーザ加工開口線が実質的にＣ形状であり、離間した一対の端部領域を有し、前記端部領域がその間のヒンジ部を規定する請求項４に記載の超過圧力解放装置。
6. 前記開口開始機構は、破裂ディスクが超過圧力状態に置かれると、前記破裂ディスクに隣接して配置されたディスク支持リング上に置かれた歯に係合するように構成される請求項５に記載の超過圧力解放装置。
7. 前記開口開始機構が、前記ヒンジ部とは反対側の前記中央部上に配置される請求項５に記載の超過圧力解放装置。
8. 前記１つ以上のレーザ加工開口制御機構が、複数の離間したレーザ加工溝を有し、前記溝の少なくとも２つが前記レーザ加工側方縁部対を有する請求項１に記載の超過圧力解放装置。
9. 前記開口制御機構が開口開始機構を有し、前記開口開始機構を含む前記レーザ加工溝の少なくとも１つが不連続であり、前記中央部の非レーザ加工領域により相互接続された一対の端部を有する請求項８に記載の超過圧力解放装置。
10. 前記レーザ加工溝の少なくとも１つが、前記中央部の中心方向に延びる曲りを有する湾曲部を有する請求項９に記載の超過圧力解放装置。
11. 前記破裂ディスクが反転作動破裂ディスクであり、前記中央部が反転開始機構を有する請求項８に記載の超過圧力解放装置。
12. 前記開口制御機構が開口開始機構を有し、前記中央部がさらに、前記反転開始機構から前記開口開始機構に向かって延びる弱め線を有する請求項１１に記載の超過圧力解放装置。
13. 前記１つ以上の開口制御機構が、前記破裂ディスクの開口時に前記開口線で前記破裂ディスクに作用するエネルギを拡散するように構成された断片化防止機構を有する請求項８に記載の超過圧力解放装置。
14. 前記離間したレーザ加工溝の少なくとも１つが、前記チャネルから、前記外側フランジ部に向かう方向に延びる請求項１３に記載の超過圧力解放装置。
15. 前記離間したレーザ加工溝の少なくとも１つが、前記チャネルから、前記開口線の内側の方向に延びる請求項１３に記載の超過圧力解放装置。
16. 前記離間した溝がそれぞれ、前記チャネルの平均深さよりも小さい平均深さを有する請求項８に記載の超過圧力解放装置。
17. 前記レーザ加工開口線が、前記中央部の一方の面上に十字型パターンで配置された複数の開口線部を有する請求項１に記載の超過圧力解放装置。
18. 前記開口線部の少なくとも１つが、前記外側フランジ部に隣接する前記中央部の領域から前記中央部の中心に向かって延びているが、前記開口線部のうち他のものとは交差しない請求項１７に記載の超過圧力解放装置。
19. 前記複数の開口線部の少なくとも１つが、前記外側フランジ部に隣接して配置された端部領域を有し、前記端部領域が、前記開口制御機構の１つを有し、前記端部領域開口制御機構が断片化防止機構である請求項１７に記載の超過圧力解放装置。
20. 圧力解放装置で開口線を形成する方法であって、
    対向面を有する中央部と、前記中央部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを有する超過圧力解放装置を提供し、
    レーザビームを複数のレーザパスで前記圧力解放装置上に通過させることにより前記圧力解除装置に前記開口線を形成することからなり、
    前記パスの各々は所定のレーザ経路をたどり、レーザアブレーションで前記圧力解放装置から材料を選択的に除去するように操作できることで溝を形成し、前記開口線は、１つ以上の開口線部と、１つ以上の開口制御機構とを有し、
    各経路上にレーザアブレーションにより形成された溝が、他のレーザ経路上にレーザアブレーションにより形成された溝と少なくとも一部重なるように、前記複数のレーザ経路の各々の少なくとも一部が、他のレーザ経路の少なくとも一部と離間し、複数のレーザ経路の間隔および溝の重畳度が実質的に一定に維持されている前記部分が前記１つ以上の開口線部に相当し、
    各レーザ経路の少なくとも一部が１つ以上の他のレーザ経路から分岐し、レーザ経路の分岐部分が前記１つ以上の開口制御機構に相当することを特徴とする方法。
21. 前記中央部が突き出ており、前記対向面が凸面と凹面とを有し、前記開口線が前記中央部の前記凹面に形成される請求項２０に記載の方法。
22. 前記１つ以上の開口制御機構が、複数の離間したレーザ加工溝を有し、前記レーザ加工溝が互いに近づき結合して、前記開口線部の少なくとも１つになり、前記１つ以上の開口線部が、前記面の一方から前記面の他方に向かって圧力解放装置に貫入するチャネルを有する請求項２０に記載の方法。
23. 前記１つ以上の開口制御機構が、超過圧力状態に置かれると前記圧力解放装置の開口を助けるように構成された開口開始機構を有する請求項２２に記載の方法。
24. 前記レーザ加工開口線が実質的にＣ形状であり、離間した一対の端部領域を有し、前記端部領域がその間のヒンジ部を規定する請求項２３に記載の方法。
25. 前記開口開始機構が、前記ヒンジ部とは反対側の前記中央部上に配置される請求項２４に記載の方法。
26. 前記１つ以上の開口制御機構が、前記圧力解放装置の開口時に前記開口線で前記圧力解放装置に作用するエネルギを拡散するように構成された断片化防止機構を有する請求項２２に記載の方法。
27. 前記離間したレーザ加工溝の少なくとも１つが、前記チャネルから、前記外側フランジ部に向かう方向に延びる請求項２６に記載の方法。
28. 前記離間したレーザ加工溝の少なくとも１つが、前記チャネルから、前記開口線の内側の方向に延びる請求項２６に記載の方法。
29. 前記レーザビームパスの少なくとも１つの間に、前記レーザビームが、前記開口制御機構の少なくとも１つに相当するレーザ経路の部分で不連続に操作されて、前記中央部の非レーザ加工領域により相互接続された一対の端部を含む不連続溝が形成される請求項２２に記載の方法。
30. 前記離間した溝がそれぞれ、前記チャネルの平均深さよりも小さい平均深さを有する請求項２２に記載の方法。
31. 前記レーザ加工開口線が、前記中央部の一方の面上に十字型パターンで配置された複数の開口線部を有する請求項２０に記載の方法。
32. 前記開口線部の少なくとも１つが、前記外側フランジ部に隣接する前記中央部の領域から、前記中央部の中心に向かって延びているが、前記開口線部のうちの少なくとも他の１つのものとは交差しない請求項３１に記載の方法。
33. 前記複数の開口線部の少なくとも１つが、前記外側フランジ部に隣接して配置された端部領域を有し、前記端部領域が、前記開口制御機構の１つを有し、前記端部領域開口制御機構が断片化防止機構である請求項３１に記載の方法。
34. 対向面を有する中央部と、前記中央部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを有する破裂ディスクと、
    前記破裂ディスクに形成され、かつ少なくとも一部が、前記破裂ディスクの超過圧力解放領域を規定する略Ｃ形状のレーザ加工開口線とを有し、
    前記開口線は、ヒンジ領域を規定する一対の離間した端部領域を有し、前記ディスクが開くと、前記中央部の一部が前記ヒンジ領域を中心にして回転し、
    前記レーザ加工開口線が、１つ以上の開口線部と、１つ以上のレーザ加工開口制御機構とを有し、前記開口制御機構の少なくとも１つが、開口開始機構を有し、前記開口開始機構が前記ヒンジ領域とは反対側の前記破裂ディスク上に配置され、
    前記１つ以上の開口線部が、前記面の一方から前記面の他方に向かってディスクに貫入するチャネルを有し、前記チャネルが最大幅Ｗ_Ｃおよび最大深さＤ_Ｃを有する一対のチャネル縁部により規定され、
    前記開口開始機構が、前記開口線部の１つ以上に隣接して形成された１つ以上のポケットを有し、前記ポケットの少なくとも１つが、Ｗ_Ｃより大きい最大幅Ｗ_Ｐと、Ｄ_Ｃより小さい平均深さＤ_Ｐとを有することを特徴とする超過圧力解放装置。
35. 前記開口線部の１つが、前記ポケットの少なくとも１つと交わる請求項３４に記載の超過圧力解放装置。
36. 対向面を有する中央部と、前記中央部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを有する破裂ディスクと、
    前記破裂ディスクに形成され、かつ少なくとも一部が、前記破裂ディスクの超過圧力解放領域を規定するレーザ加工開口線とを有し、
    前記レーザ加工開口線が、１つ以上の開口線部と、１つ以上のレーザ加工開口制御機構とを有し、前記開口制御機構の少なくとも１つが、前記破裂ディスクの開口時に前記開口線で前記破裂ディスクに作用するエネルギを拡散するように構成された断片化防止機構を有し、
    前記１つ以上の開口線部が、前記面の一方から前記面の他方に向かってディスクに貫入するチャネルを有し、前記チャネルが最大幅Ｗ_Ｃおよび最大深さＤ_Ｃを有する一対のチャネル縁部により規定され、
    前記断片化防止機構が、前記開口線部のひとつに隣接して配置された１つ以上のポケットを有し、前記ポケットの少なくとも１つが、Ｗ_Ｃより大きい最大幅Ｗ_Ｐと、Ｄ_Ｃより小さい平均深さＤ_Ｐとを有することを特徴とする超過圧力解放装置。
37. 対向面を有する中央部と、前記中央部を取り囲む関係にある外側フランジ部とを有する破裂ディスクと、
    前記破裂ディスクに形成されたレーザ加工開口線とを有し、
    前記レーザ加工開口線が、第１開口開始機構により相互接続された第１開口線部対と、第２開口開始機構により相互接続された第２開口線部対とを有し、前記第１開口開始機構が、前記中央部の中心でまたは中心付近で前記第２開口開始機構と交わって、中央ポケットを形成し、
    前記開口線部の各々が、前記面の一方から前記面の他方に向かってディスクに貫入するチャネルを有し、
    前記第１開口開始機構および第２開口開始機構の各々が、少なくとも一部レーザ加工側方縁部対により規定され、前記レーザ加工側方縁部対が、前記開口線部の方向で互いに近づくことを特徴とする超過圧力解放装置。

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