JP2791370B2

JP2791370B2 - 反転型破裂板

Info

Publication number: JP2791370B2
Application number: JP6329957A
Authority: JP
Inventors: 光之田中; 和孝藤平; 一森下
Original assignee: NIPPON KINZOKU KOGYO KK
Current assignee: NIPPON KINZOKU KOGYO KK
Priority date: 1994-12-05
Filing date: 1994-12-05
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JPH08159315A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、反転型破裂板に係り、
さらに詳しくは、さまざまな流体を収容する容器におい
て、内圧が過大になった場合、その圧力を外部に解放す
る安全装置に用いられる反転型破裂板に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】このような反転型破裂板は、石油化学工
業などの製造に設置される大型の圧力容器から高圧送電
回路に使用されるガス開閉器などの中型の圧力容器、さ
らにバッテリーケースやエアゾール缶などの小型の圧力
容器まで、その産業上の利用分野は多岐に及んでおり、
日本工業規格（ＪＩＳ）Ｂ８２２６に詳しく定められて
いる。

【０００３】この種、反転型破裂板に要求される性能
は、主に次の３点である。第１に所定の圧力で反転し、
しかもその際、破裂開口して圧力を逃すことである。第
２に信頼性の観点から、安全装置としての長時間の使用
において、所定の反転圧力以下の圧力では、圧力の繰返
し変動があっても、反転や破断を起こさず材料損傷が少
ないこと、つまり疲労強度が高いことが要求される。第
３に、同じ観点から、圧力容器内の流体や容器外の雰囲
気に対して耐食性が要求されている。

【０００４】従来の反転型破裂板は、例えば上記日本工
業規格に定められている。これを図１２により説明する
と、反転型破裂板１は、板状素材の欠球面部２と環状平
面部３とが湾曲連結部４を介して一体的に形成された構
成となっている。

【０００５】このような構成の反転型破裂板１におい
て、これが反転する際の破裂開口が確実に起こすことを
目的とした技術が開示されている。例えば、反転する側
に固定刃物を設けた米国特許３２９４２７７号公報、実
開昭６２−７７３７５号公報、実開昭６４−４９６６号
公報などには、反転の際の大きな変位により欠球面部が
固定刃物で切り裂く技術が開示されている。

【０００６】一方、米国特許第３４８４８１７号公報、
特公昭５０−５４０８号公報には、欠球面部の凹面側に
溝状のノッチを設けて、その開口を確実にする技術が開
示されている。また、反転型破裂板のバリエーション形
状として、米国特許第４５７６３０３号公報や特開平５
−２６３９５５号公報には、上記する欠球面部に替えて
円錐台面部を設けたり、欠球面部の外周近傍を裁頭円錐
面部に形成して、低圧用の破裂板を比較的厚い板材で構
成したり、疲労強度に優れるなどの効果を期待する技術
が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の反転
型破裂板にあっては、欠球面部の球面半径や板厚が、そ
の反転圧力を左右する。反転圧力の仕様が低圧である場
合には、球面半径をかなり大きくしたり、或いは板厚を
極端に薄くしたりしなければならない。しかし、前者の
球面半径を大きく構成することは、形状精度の低下、つ
まり反転圧力の変動を招くことになる。

【０００８】また、後者の板厚を薄く構成することは、
成形精度や表面疵の影響が破裂板の信頼性に与える影響
が大きく、製造上の困難を伴う。強度の低い板状素材を
選定すれば、仕様反転圧力が低くても板厚を厚くできる
が、表面疵が付きやすい欠点の他、上記のように破裂板
には、耐食性の要求もあるので、板状素材の選定に自ず
と制限がある。さらに、上記するバリエーション形状の
反転型破裂板にあっても、基本的には、従来構成の反転
型破裂板の域を脱することはできず、上記の問題点は解
決されていない。

【０００９】またさらに、従来の反転型破裂板は、反転
圧力の仕様のバリエーションや使用する板状素材のロッ
トによる強度や板厚の変動などに容易に対応できない問
題がある。これらに対応するには、球面半径を替えるし
か方法がなく、例えば板状素材のプレス成形にあって
は、各種の球面半径を持つ金型の準備が必要である。

【００１０】反転の際の確実な開口を保証する技術にあ
っても、次の問題がある。つまり、固定刃物を設置する
手段にあっては、部品が増えるので、製造コストが高く
なることはもとより、強度の高い板状素材で構成される
破裂板では、反転して刃物に接しても切断できない場合
がある。上記する欠球面部の凹面側にノッチを設けた構
成にあっても、期待された通りの反転時に、このノッチ
から破断が進展するとは限らない。反転の際の欠球の形
状変化は、反り方向の変化だけであるので、このノッチ
部に発生する応力は、あまり大きくないからである。特
に、低圧用のものでは、球面半径が大きい場合は、その
傾向が顕著である。本発明は、このような従来の反転型
破裂板の課題を解決した新しい構成の反転型破裂板を提
供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するた
め、本発明の反転型破裂板は、板状素材を用いて欠球面
部と、この欠球面部の外周に湾曲連結部を介して欠球面
部の凸面側と反対側に垂下状に延びる円筒面部と、この
円筒面部の下端に湾曲連結部を介して外側に水平状に延
びる環状平面部とを一体に備えたことを特徴とするもの
である。

【００１２】この欠球面部は、凹凸状のエンボス部と平
滑な球面部とで形成することができ、この欠球面部は、
少なくとも一部を肉厚部に形成することができる。

【００１３】さらに、この欠球面部の凹面側に溝状のノ
ッチを形成してもよく、この溝状のノッチは、エンボス
部または肉厚部と他の球面部との境界部に形成したこと
を特徴としている。

【００１４】また、反転型破裂板は、プレス成形によっ
て成形されたり、対向液圧成形によって成形されること
を特徴としている。

【００１５】また、さらに板状素材は、クロムを重量百
分率で２０％以上含むフェライト系ステンレス鋼板であ
ることを特徴としている。

【００１６】

【作用】本発明の請求項１によれば、欠球面部が圧力を
受けて反転する過程において、欠球面部外周の直径は大
きく変位しようとする。この場合、本発明の垂下状の円
筒面部は、この変位を吸収するバネ作用の役割を行う。
つまり、下端部の変位は環状平面によって拘束されてい
るので、直径変位の力は、円筒面部の周面にのみ作用
し、そのバネの剛性は、円筒面部の長さに依存する。な
お、従来の反転型破裂板では、本発明の円筒面部が存在
しないため、欠球面部外周の直径変位を吸収できない。

【００１７】請求項２，３によれば、欠球面部にエンボ
ス加工や肉厚部を形成してあるため、圧力の上昇に伴っ
て他の欠球面部が反転しても、これらの部位は反転しな
い。つまり、反転の曲げ応力に対して剛の構成であるか
らであり、反転・非反転の境界部は、大きな曲げ変形を
受ける。

【００１８】請求項４，５によれば、欠球面部の凹面側
に溝状のノッチを形成してあるため、その部位において
反転の変位による曲げ応力の集中が生じ、目的とする破
断開口が確実となる。

【００１９】請求項６，７によれば、特に、金属板をプ
レス成形する場合、圧延などによって量産され、安価で
入手が容易な板状素材を使用できるし、金型構成によっ
て絞り加工や張出し加工を組合わせて製作することが容
易である。しかも、対向液圧成形を採用すれば、エンボ
ス加工の場合でも、成形工程数を削減でき、金型の数も
少なくてよい。

【００２０】請求項８によれば、ステンレス鋼板を使用
することにより、その成形加工性、強度性および耐食性
に優れる。特に、クロムを重量百分率２０％以上を含む
フェライト系のステンレス鋼板を使用すると、成形加工
による脆化が反転型破裂板の確実な開口に寄与でき、反
転型破裂板として最適である。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１は、第１実施例の断面図である。この第
１実施例の反転型破裂板１０は、欠球面部１１、円筒面
部１２および環状平面部１３とで構成され、欠球面部１
１の外端は、湾曲連結部１４を介して円筒面部１２と、
円筒面部１２の下端は、湾曲連結部１５を介して、それ
ぞれ一体的に構成されている。なお、図２に示すよう
に、湾曲連結部１７，１８は、半径Ｒ₁，Ｒ₂を有する
ような構成としてもよい。

【００２２】図３，図４は、第２実施例の反転型破裂板
２０の例であり、欠球面部２１に凹凸状のエンボス加工
を施したエンボス部２２があり、他の部分は、平滑な球
面部２３としてある。また、その他の構成は、第１実施
例と同じであり、第１実施例の符号を使用してある。こ
のエンボス部２２は、設定反転圧力などの目的によって
各種形状に構成できるが、第２実施例のエンボス部２２
にあっては、長短のエンボス素子２４，２５を放射線状
に施してある。

【００２３】図５は、第３実施例の反転型破裂板３０の
例であり、欠球面部３１に亀甲状のエンボス部３２が施
してある。その他の構成は、第１実施例と同じであり、
同じ符号を付して、その説明を省略する。

【００２４】図６は、第４実施例の反転型破裂板３５の
例であり、欠球面部３６に板厚が厚い肉厚部３７と薄い
肉薄部３８とを構成してある。この肉厚部３７と肉薄部
３８とは、上記のように設定反転圧力などの目的によっ
て、欠球面部３６のどこに構成するかも定めるものとす
る。

【００２５】このように第２実施例〜第４実施例におけ
るエンボス部２２，３２および肉厚部３７，肉薄部３８
は、上記のように設定反転圧力などの目的に対応させ
て、これらの構成を欠球面部のどこに構成するかは、設
定上の問題であるが、これらエンボス部２２，３２およ
び肉厚部３７は、設定圧力では反転しない構成とするこ
とが条件であり、平滑な球面部２３部分と肉薄部３８が
設定圧力で反転する構成に設計してある。

【００２６】図７は、第５実施例の反転型破裂板４０の
例であり、欠球面部４１の凹面側４２に溝状のノッチ４
３が形成されている。このノッチ４３は、図示では欠球
面部４１の中央部に、一部を開口部４４とした円形状に
形成してあるが、この形成個所や形状、ノッチの深さな
どは、破断が進展しやすい個所を選定することができ、
その形状も円形状に限らず、四角形や三角形など任意な
形状を選定できるが、その一部を連続せず、開口部４４
を形成すれば、破裂時に破片が飛散することがないので
安全上好ましい。また、破裂板の疲労度を低下させない
ように選定されている。

【００２７】例えば、図８の第６実施例の反転型破裂板
５０は、第２実施例におけるエンボス部２２のエンボス
素子部２４と平滑球面部２３との境界部５１に溝状のノ
ッチ５２が形成されている。図９の第７実施例の反転型
破裂板５５は、第４実施例の肉厚部３７と肉薄部３８と
の境界部５６に溝状のノッチ５７が形成されている。こ
れらのノッチ４３，５２，５７の深さは、破裂開口が確
実に起こる程度に深くしなければならないが、あまり深
くすると、疲労強度を低下させるので注意が必要であ
る。本願出願人らの実験によれば、通常は板厚の３０％
から７０％程度とするのがよい。このようなノッチ４
３，５２，…の存在により、反転時にその部位に曲げ応
力が集中し、そこから破断開口が確実となるものであ
る。

【００２８】以上の反転型破裂板の製造方法としては、
次の方法を使用することができる。つまり、溶融または
半溶融素材からの鋳造や射出成形、粉体素材の焼結によ
る成形、ブロック状素材の鍛造や切削による成形、板状
素材のプレス成形やブロー成形または溶接組立て成形な
どを使用できる。また、これらの製造方法を組合わせて
もよい。特に、板状素材であれば、プレス成形が適して
おり、プレス成形の中では、対向液圧成形が好ましい。
次に、この２つの成形法について説明する。

【００２９】図１０，図１１は、本発明を成形するプレ
ス成形に使用する金型構成６０，６１の断面図であり、
図１０は、通常のプレス成形の場合を示し、図１１は、
対向液圧成形の場合を示している。

【００３０】何れの場合でも、板状素材１６をダイス６
２，６２としわ押え６３，６３との間にはさみ、ポンチ
６４を押下げて反転型破裂板１０，２０，…を成形す
る。通常のプレス成形（図１０）では、球面の精度を確
保するため、また、エンボス部２２，３２を成形するた
めに底突き金型６５を必要とするが、対向液圧成形（図
１１）では、対向液６６の圧力が、その代わりをするの
で、上記底突き金型６５は不要である。

【００３１】このような反転型破裂板１０，２０，…
は、板状素材１６として金属、グラファイト、セラミッ
ク、プラスチックなどが使用できるが、一般的には金属
板が使用でき、特にステンレス鋼板を選定するのがよ
く、その成形加工性、強度、耐食性を利用できる。耐食
性では、ステンレス鋼板より優れているチタン板は、価
格の点で特殊な用途に使用することができる。ステンレ
ス鋼板の中では、クロム（Ｃｒ）を重量百分率で２０％
以上含むフェライト系のステンレス鋼板は、そのクロム
量の故に、特に優れているばかりでなく、成形加工によ
る脆化が、反転型破裂板１０，２０，３０，…の確実な
開口に寄与する点において、他のステンレス鋼板より本
発明の反転型破裂板に適している。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る反転
型破裂板は、従来例に比べ、製造が容易で製造コストが
安く、しかも反転圧力の使用のバリエーションや使用す
る板状素材のロットによる強度、板厚の変動などへの対
応がきわめて容易となる。

【００３３】つまり、円筒面部のバネ作用により低圧用
であっても厚い板状素材を使用できること、バネ剛性が
円筒面部の長さに依存するので、プレス成形では、ポン
チの押込みのストロークの制御だけで反転圧力を調整で
き、金型コストの低減を図れること、欠球面部の反転・
非反転の境界部の位置選定によって反転圧力を調整でき
ること、対向液圧成形法によって成形工程数や金型の削
減ができることによるものである。

【００３４】さらに、本発明の反転型破裂板は、圧力を
逃がす安全装置としての信頼性が高い。つまり、厚い板
状素材を使用できること、欠球面部の反転・非反転の境
界部の曲げ変形やノッチによる応力集中、成形加工によ
る脆化が、反転時の確実な開口に寄与すること、特に、
耐食性の優れている鋼種のステンレス鋼板を素材にする
ことができることによるものである。

【００３５】特に、海岸地帯に設置させる場合、２０年
以上の耐食性が要求されるガス遮断器やガス開閉器など
の破裂板として、本発明の反転型破裂板は最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の反転型破裂板の断面
図。

【図２】図１の湾曲連結部の変形例を示す拡大断面図。

【図３】第２実施例の反転型破裂板の平面図。

【図４】図３の断面図。

【図５】第３実施例の反転型破裂板の平面図。

【図６】第４実施例の反転型破裂板の平面図。

【図７】第５実施例の反転型破裂板の平面図。

【図８】第６実施例の反転型破裂板の平面図。

【図９】第７実施例の反転型破裂板の平面図。

【図１０】本発明に使用するプレス成形の金型構成断面
図。

【図１１】同対向液圧成形の金型構成断面図。

【図１２】従来例の反転型破裂板の断面図。

【符号の説明】

１０反転型破裂板１１欠球面部１２円筒面部１３環状平面部１６ステンレス鋼板

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−263955（ＪＰ，Ａ) 実開昭50−88922（ＪＰ，Ｕ) 特公昭49−33053（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16K 17/14 - 17/16 F17C 13/06 301

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】板状素材を用いて欠球面部と、この欠球
面部の外周に湾曲連結部を介して欠球面部の凸面側と反
対側に垂下状に延びる円筒面部と、この円筒面部の下端
に湾曲連結部を介して外側に水平状に延びる環状平面部
とを一体に備えたことを特徴とする反転型破裂板。
【請求項２】欠球面部は、凹凸状のエンボス部と平滑
な球面部とで形成したことを特徴とする請求項１記載の
反転型破裂板。
【請求項３】欠球面部は、少なくとも一部が肉厚部に
形成したことを特徴とする請求項１または２記載の反転
型破裂板。
【請求項４】欠球面部の凹面側に溝状のノッチを形成
したことを特徴とする請求項１，２または３記載の反転
型破裂板。
【請求項５】溝状のノッチは、エンボス部または肉厚
部と他の球面部との境界部に形成したことを特徴とする
請求項４記載の反転型破裂板。
【請求項６】反転型破裂板は、プレス成形によって成
形されることを特徴とする請求項１，２，３，４または
５記載の反転型破裂板。
【請求項７】反転型破裂板は、対向液圧成形によって
成形されることを特徴とする請求項１，２，３，４また
は５記載の反転型破裂板。
【請求項８】板状素材は、クロムを重量百分率で２０
％以上含むフェライト系ステンレス鋼板であることを特
徴とする請求項１，２，３，４または５記載の反転型破
裂板。