JP6562423B2 - 屈曲制御機能付き反転動作型破裂ディスク - Google Patents

Description

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。

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型破裂ディスクを指向する。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のゾーンをもたらし、そのゾーンは、隆起部の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。

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な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に適応するために、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。

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、初期のエネルギ入力は、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な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。

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。

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。

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。

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と連携し、薄い非自立型のシール膜を置くことができる。これらのディスクは、通常、構成部品が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。

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。

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
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３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。

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。

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。

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。

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、電磁波スペクトルの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。

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。

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。

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、（付属の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。

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なフィンガ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。

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と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。

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２６の間及びフィンガ２６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２６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。

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。

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の周りを回動する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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つの弓状のベルト領域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。

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、１６６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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (26)

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、を有する反転動作型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ち、
   前記ウエスト部分の幅は、前記ポケット部分間の最短距離として決定され、
   前記ポケット部分の幅は、前記ウエスト部分に対して垂直であり、かつ、前記ウエスト部分の幅の測定と同一直線上で決定される、反転動作型超過圧力解放装置。
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。
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。
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つ以上の長尺なフィンガを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の反転動作型超過圧力解放装置。
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。
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又は５に記載の反転動作型超過圧力解放装置。
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１〜６のいずれか１項に記載の反転動作型超過圧力解放装置。
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１〜７のいずれか１項に記載の反転動作型超過圧力解放装置。
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。
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１〜３のいずれか１項に記載の反転動作型超過圧力解放装置。
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非加工エリアを有する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の反転動作型超過圧力解放装置。
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を回動する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の反転動作型超過圧力解放装置。
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。
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１〜１１のいずれか１項に記載の反転動作型超過圧力解放装置。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、
    前記ウエスト部分の幅は、前記ポケット部分間の最短距離として決定され、
    前記ポケット部分の幅は、前記ウエスト部分に対して垂直であり、かつ、前記ウエスト部分の幅の測定と同一直線上で決定され、
    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。
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。
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又は２３に記載の方法。
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２２〜２４のいずれか１項に記載の方法。
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２２〜２５のいずれか１項に記載の方法。

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