特許 6348510 パッキンカップの製造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6348510

(24)【登録日】2018年6月8日

(45)【発行日】2018年6月27日

(54)【発明の名称】パッキンカップの製造

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/00 20060101AFI20180618BHJP

   F04B 39/00 20060101ALI20180618BHJP

   F16J 15/18 20060101ALI20180618BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/00 B

   F04B39/00 104D

   F16J15/18 A

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-550057(P2015-550057)

(86)(22)【出願日】2013年12月20日

(65)【公表番号】特表2016-503152(P2016-503152A)

(43)【公表日】2016年2月1日

(86)【国際出願番号】EP2013077827

(87)【国際公開番号】WO2014102217

(87)【国際公開日】20140703

【審査請求日】2016年12月14日

(31)【優先権主張番号】12461569.1

(32)【優先日】2012年12月27日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】513243790

【氏名又は名称】ヌオーヴォ ピニォーネ ソチエタ レスポンサビリタ リミタータ

【氏名又は名称原語表記】ＮＵＯＶＯ ＰＩＧＮＯＮＥ Ｓ．Ｒ．Ｌ．

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】マッギ，カルメロ

(72)【発明者】

【氏名】トグナレーリ，レオナルド

(72)【発明者】

【氏名】キャパーニ，アレッシオ

(72)【発明者】

【氏名】ウォジュナー，ヤン

【審査官】 杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０７５０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０４−１２６０５８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 欧州特許出願公開第０２３０２０９０（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 仏国特許出願公開第０２３４６５７６（ＦＲ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５８７３５７５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０１１４６２６３（ＥＰ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １５／００ − １５／５６

Ｆ０４Ｂ ３９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハイパー圧縮機（１）用のパッキンカップ（１７）の製造方法であって、
異なる側にある第１の正面（２５Ｘ）および第２の正面（２５Ｙ）と、中央軸穴（１８）と、少なくとも１つの潤滑油ダクト（２３）とを有する内側ディスク（２５）であって、前記軸穴（１８）および前記少なくとも１つの潤滑油ダクト（２３）が、前記第１の正面（２５Ｘ）から前記第２の正面（２５Ｙ）まで延在する内側ディスク（２５）を用意する工程と、
前記少なくとも１つの潤滑油ダクト（２３）に自緊処理を施す工程と、
自緊処理後に、前記内側ディスク（２５）の前記第１の正面（２５Ｘ）と前記第２の正面（２５Ｙ）の両面から厚み（Ｄ）を除去する工程と、
前記除去する工程後に、前記内側ディスク（２５）および外側ディスク（２７）を焼嵌めする工程と、
を含む、ハイパー圧縮機（１）用のパッキンカップ（１７）の製造方法。

【請求項2】

前記内側ディスク（２５）の軸方向の全寸法のうちの１〜３０％が、前記第１の面（２５Ｘ）および前記第２の面（２５Ｙ）の各々から除去される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記内側ディスク（２５）の前記軸方向の全寸法のうちの５〜３０％が、前記第１の面（２５Ｘ）および前記第２の面（２５Ｙ）の各々から除去される、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記請求項１から３のいずれかに記載の方法によって製造されるハイパー圧縮機（１）用のパッキンカップ（１７）。

【請求項5】

焼嵌めされた内側ディスク（２５）と外側ディスク（２７）とを備える、ハイパー圧縮機（１）用のパッキンカップ（１７）であって、
前記内側ディスク（２５）が、前記内側ディスク（２５）の第１の正面（２５Ｘ）から第２の正面（２５Ｙ）まで延在する、中央穴（１８）と少なくとも１つの潤滑油ダクト（２３）とを有し、
前記少なくとも１つの潤滑油ダクト（２３）が、自緊処理によってプレストレスを加えられ、
前記少なくとも１つの潤滑油ダクト（２３）を取り囲む材料の部分が、前記第１の正面（２５Ｘ）または前記第２の正面（２５Ｙ）から始まり、前記潤滑油ダクト（２３）の軸方向の延長の少なくとも１部分に沿った、前記潤滑油ダクト（２３）の軸に平行な方向に沿って一定である残留相当応力を有する、
ハイパー圧縮機（１）用のパッキンカップ（１７）。

【請求項6】

前記残留相当圧力が、前記第１の正面（２５Ｘ）および前記第２の正面（２５Ｙ）から始まる、前記少なくとも１つの潤滑油ダクト（２３）の前記軸方向の延長の最初の１０％に沿って、２５％以下の変動である、請求項５に記載のハイパー圧縮機（１）用のパッキンカップ（１７）。

【請求項7】

焼嵌めされた内側ディスク（２５）と外側ディスク（２７）とを備える、ハイパー圧縮機（１）用のパッキンカップ（１７）であって、
前記内側ディスク（２５）が、前記内側ディスク（２５）の第１の正面（２５Ｘ）から第２の正面（２５Ｙ）まで延在する、中央穴（１８）と少なくとも１つの潤滑油ダクト（２３）とを有し、
前記少なくとも１つの潤滑油ダクト（２３）が、自緊処理によってプレストレスを加えられ、
前記少なくとも１つの潤滑油ダクト（２３）を取り囲む材料の部分が、前記潤滑油ダクト（２３）の軸方向の延長の全長に沿って残留圧縮周方向応力を有し、
前記残留周方向応力が、前記第１の正面（２５Ｘ）と前記第２の正面（２５Ｙ）との間の中心の位置において第１の値を有し、
前記潤滑油ダクト（２３）の内側の表面に沿った前記残留周方向応力が、前記第１の値の２０％以上である、
ハイパー圧縮機（１）用のパッキンカップ（１７）。

【請求項8】

シリンダ（３）と、前記シリンダ（３）内を摺動自在に移動するプランジャ（５）と、請求項４乃至７のいずれか１項に記載の複数のパッキンカップ（１７）とを備える、ハイパー圧縮機（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書中に開示される主題は、高圧の応力を受ける機械部品の製造に関する。特に、本開示は、往復圧縮機、特にハイパー圧縮機用のパッキンカップの製造に関する。

【背景技術】

【0002】

ハイパー圧縮機は、３，０００ｂａｒに達する、またはそれ以上の気体圧力レベルを達成することができ、限定はされないが、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）の生産等の産業用途に広く使用されている。ハイパー圧縮機は、非常に高い出口圧力、および吐出しと吸込みとの間の圧力変動に耐える必要があり、産業において最も加圧される圧力容器の１つであると考えられ得る。非常に高い脈動圧力および結果として生じる疲労応力のために、ハイパー圧縮機では、シリンダ部品にプレストレスを加え、亀裂伝播を防ぐ必要がある。パッキンカップは、ハイパー圧縮機の最も重要な部品の１つである。

【0003】

プレストレスは、焼嵌めおよび自緊処理によって加えられる。焼嵌めは、外側シリンダまたは外側ディスク、および内側シリンダまたは内側ディスクを高度な相互干渉をもって組み合わせる技術である。内側ディスクは、非常に低温、例えば約−１９０℃まで冷却され、外側ディスクは、高温、例えば３７０℃まで加熱される。その後、内側ディスクが外側ディスクの穴に嵌められる。２つのディスクが再び周囲温度にさらされると、内側ディスクの熱膨張および外側ディスクの熱収縮によって、内側ディスクに圧縮応力が生じることになる。通常のパッキンカップは、内側ディスクおよび外側ディスクを焼嵌めすることによって製造される。

【0004】

自緊処理では、数百ＭＰａの液圧によって部品の内側の表面または内側の層を塑性降伏させる。圧力が解放されると、降伏した部分は、周囲の降伏していない材料の弾性回復によって強く圧縮される。これは、材料の内側の部分が、弾性降伏の限界を超えて変形したことによって、元の形状および寸法に戻ることができなくなるという事実に起因する。結果、周囲の材料により加えられる弾性応力によって、内側の塑性降伏をした材料が圧縮状態に維持される。

【0005】

自緊処理は、一般的に、ハイパー圧縮機のパッキンカップの潤滑油ダクトに予圧縮応力を加えるために行われる。

【0006】

自緊処理は、必要な高圧値に耐えるのに適したシールの選択、適切な圧力伝達油の選択、および圧力測定の精度等、複雑な技術的課題を有している。

【0007】

高圧および圧力変動を受ける部品にプレストレスを加えることは、亀裂伝播を防ぐために不可欠な処置である。部品に加えられる圧縮プレストレスの意義は、部品内に収容される流体、例えば潤滑油によって、作動中に材料内において引張り応力が生じることを防ぐこと等にあるであろう。よって、部品の内側の表面に存在する可能性のある亀裂は、「閉じた」状態に維持される。欠陥または亀裂内部の圧縮応力は、亀裂の成長を助長しない。しかし、部品内部の流体の圧力が、（機構内の）実際の圧縮応力を上回れば、欠陥内で圧力が伝播し、亀裂伝播を助長する恐れがある。圧力が変動し、その最高値が前記の圧縮応力を上回れば、部品内で疲労が生じ、最終的には亀裂伝播および部品の破損を引き起こす恐れがある。

【0008】

ハイパー圧縮機用のパッキンカップは、通常は、外側ディスクおよび内側ディスクを焼嵌めした後に、内側ディスクの潤滑油ダクトに自緊処理を施し、潤滑油ダクトを取り囲む材料に圧縮プレストレスを加えることによって製造される。ハイパー圧縮機用のパッキンカップの製造についてのさらなる詳細は、例えばE.Giacomelli et al., "Autofrettaging procedures on LDPE Hyper-Compressor Components", Proceedings of 2006 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference, July 23-27, 2006, Vancouver, Canadaに開示されている。この論文ではまた、必要な自緊処理圧力を低減するために、外側ディスクおよび内側ディスクを焼嵌めする前に、自緊処理が施こされ得ることを指摘している。しかし、この論文では、焼嵌め工程と自緊処理工程とを逆にすることによって、バウシンガー効果が増大し、予想外のプレストレス値が出る恐れがあることを指摘している。これらの難点があるため、現在好まれている製造方法では、自緊処理の前に焼嵌めが行われている。

【0009】

この技術によって達成される結果は、脈動圧力による破損に対する機械抵抗の点で、完全に満足のいくものではなく、パッキンカップの製造について、改良の余地が残っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】欧州特許出願公開第２３０２０９０号公報

【発明の概要】

【0011】

本明細書中に開示の方法の実施形態は、パッキンカップ、特にハイパー圧縮機用のパッキンカップの製造において、付加的な機械加工工程を提供する。付加的な機械加工工程の目的は、自緊処理後に、パッキンカップの内側ディスクの両面において、最も外側の層を除去することである。これによって、自緊処理によって加えられる残留周方向応力および／または残留相当応力が、潤滑油ダクトの内側の表面に存在する可能性のある不慮の亀裂の拡大の可能性を排除するのに不十分である、内側ディスクの潤滑油ダクトを取り囲む材料の部分を除去する。

【0012】

いくつかの実施形態によると、提供されるハイパー圧縮機用のパッキンカップの製造方法は、
異なる側にある第１の正面および第２の正面と、中央軸穴と、少なくとも１つの潤滑油ダクトとを有する内側ディスクであって、軸穴および潤滑油ダクトが第１の正面から第２の正面まで延在する内側ディスクを用意する工程と、
潤滑油ダクトに自緊処理を施す工程と、
自緊処理後に、内側ディスクの第１の正面と第２の正面の両面から厚み、すなわち外側の層を除去する工程とを含む。

【0013】

好ましくは、方法は、潤滑油ダクトに自緊処理を施し、内側ディスクの第１の正面と第２の正面の両面から厚みを除去した後に、内側ディスクおよび外側ディスクを焼嵌めする工程を含む。

【0014】

さらなる態様によると、本明細書中に開示の本主題はまた、ハイパー圧縮機用のパッキンカップ、および上記に開示の方法によって製造された１つ以上のパッキンカップを備えるハイパー圧縮機に関する。

【0015】

特徴および実施形態が下記に開示され、さらに本明細書の一部を成す添付の特許請求の範囲において記載される。上記の簡単な記載では、下記の詳細な記載への理解を促すため、および本発明の当該技術における貢献への理解を促すために、本発明の様々な実施形態の特徴について記載した。当然、下記の記載および添付の特許請求の範囲においては、本発明の他の特徴についても記載される。この点に関して、本発明の複数の実施形態を詳細に説明する前に、本発明の様々な実施形態が、応用される際には、下記の記載または図面に示された部品の構成および配置の詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態であってもよく、様々な方法で実施および実行され得る。さらに、本明細書中で使用される用語および術語は、記載を目的としており、限定としてみなされるべきではないことを理解されたい。

【0016】

よって、当業者であれば、本開示の基礎となる概念は、本発明の複数の目的を果たすために、他の構造、方法、および／またはシステムを設計するための基礎として容易に利用され得ることを理解するであろう。よって、特許請求の範囲は、本発明の精神および範囲から逸脱しない限りにおいて、そのような同等の構成を含むとみなされることが重要である。

【0017】

下記の詳細な記載を添付の図面を考慮に入れながら参照して理解を深めることによって、本発明の開示の実施形態、およびその多くの付随的な利点についてのより完全な理解が容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】往復プランジャを取り囲むパッキンカップの機構を備えるハイパー圧縮機の断面図である。

【図2】図１のハイパー圧縮機の斜視断面図である。

【図3】図１のハイパー圧縮機のパッキンカップの機構の拡大図である。

【図4】パッキンカップの斜視図である。

【図5】パッキンカップの製造方法のブロック図である。

【図6A-6C】一連の製造工程の概略図である。

【図7】パッキンカップ内の半径方向応力および周方向応力を示す図である。

【図7A】潤滑油穴の周りの典型的な応力分布を示す図である。

【図8A-8C】自緊処理後であって内側ディスクの外側の層を除去する前の、本明細書中に開示の方法によって製造されたパッキンカップの潤滑油ダクトの末端部における、残留周方向応力、残留半径方向応力、および残留ミーゼス応力を示す図である。

【図9A-9C】自緊処理および内側ディスクの外側の層の除去後の、本明細書中に開示の方法によって製造されたパッキンカップの潤滑油ダクトの末端部における、残留周方向応力、残留半径方向応力、および残留ミーゼス応力を示す図である。

【図10A-10B】それぞれ内側ディスクの外側の層の除去前および除去後の残留相当応力の曲線を示す図である。

【図11A-11B】それぞれ内側ディスクの外側の層の除去前および除去後の残留相当塑性ひずみを示す図である。

【図12A-12B】それぞれ内側ディスクの外側の層の除去前および除去後の残留周方向応力の曲線を示す図である。

【図13A-13B】それぞれ内側ディスクの外側の層の除去前および除去後の残留周方向ひずみの曲線を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

下記の例示的な実施形態の詳細な記載は、添付の図面を参照しながらなされる。異なる図面間で使用される同一の参照符号は、同一または同様の要素を示す。さらに、図面は必ずしも縮尺通りではない。また、下記の詳細な記載は本発明を限定するものではない。そうではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定められる。

【0020】

明細書全体を通して、「１つの実施形態」または「ある実施形態」または「いくつかの実施形態」という記述は、ある実施形態に関して記載される特定の特徴、構造、または特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれるということを意味する。よって、「１つの実施形態」または「ある実施形態」または「いくつかの実施形態」という表現が明細書全体を通して様々な箇所に使用されるが、それらは必ずしも同一の実施形態を指すものではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つ以上の実施形態において任意の適当な方法で組み合わせられてもよい。

【0021】

図１はハイパー圧縮機１の断面図であり、図２はハイパー圧縮機１の部分の斜視断面図である。ハイパー圧縮機は、プランジャまたはピストンロッド５が配置される、シリンダまたはパッキンスペーサ３を備える。プランジャは、シリンダ３内で往復摺動する。参照符号７および９は、それぞれ圧縮機１の吸込口および吐出口を示す。シリンダ３内でのプランジャ５の運動によって、吸込口７を介して流体が吸い込まれ、吐出口９を介してより高圧の流体が吐き出される。ポペット弁７Ａが吸込口７内に配置され、ポペット弁９Ａが吐出口９内に配置される。ポペット弁７Ａおよび９Ａは、シリンダヘッド１３内に収容される弁箱１１内に配置される。シリンダ３は、シリンダヘッド１３とフランジ１５との間に固定される。

【0022】

シリンダ３とフランジ１５との間に、多数のパッキンカップ１７が配置される。例示的なパッキンカップ１７が、図４の斜視図に示されている。各パッキンカップ１７は、中央穴１８を備える。いくつかの実施形態では、中央穴１８は、パッキンカップ１７を通って往復運動をするプランジャ５の円筒形の表面を摺動自在にシールするガスケットの座１７Ａ（図示せず）によって取り囲まれる。潤滑油が、潤滑クイル１９を介してパッキンカップ１７に供給される。パッキンカップ１７を横切るように形成される１本以上の潤滑ライン２１が備えられる。各パッキンカップ１７は、パッキンカップ１７の第１の面から第２の面までパッキンカップ１７を通って延在する１つ以上の潤滑油ダクト２３を備える。図３に示されているように、１本以上の連続的な潤滑ライン２１が、一直線に並べられたパッキンカップ１７の潤滑油ダクト２３によって、多数のパッキンカップ１７の全てを横切って形成されるように、潤滑油ダクト２３およびパッキンカップ１７が配置される。

【0023】

図４の例示的な実施形態では、３つの潤滑油ダクト２３がパッキンカップ１７に備えられる。しかし、潤滑油ダクトの数は違っていてもよいことを理解されたい。一般的に、潤滑油ダクトの数は、パッキンカップごとに異なり、異なるシールリングを潤滑してもよい。

【0024】

いくつかの実施形態では、各パッキンカップ１７は、２つの焼嵌めされたディスクを備える。より詳細には、内側ディスク２５が外側ディスク２７内に焼嵌めされる。中央穴１８および潤滑油ダクト２３が、内側ディスク２５に形成される。

【0025】

本開示によると、パッキンカップ１７は、図５、および図６Ａ〜図６Ｃに要約される一連の工程に従って製造される。第１の工程では、中央穴１８および潤滑油ダクト２３を有する内側ディスク２５が用意される（図５の工程１０１および図６Ａ参照）。参照符号２５Ｘおよび２５Ｙは、それぞれ内側ディスク２５の第１の平坦な正面および第２の平坦な正面を示す。続く工程では、潤滑油ダクト２３に高圧の油を導入することによって自緊処理が施される（図５の工程１０２）。潤滑油ダクト２３内の加圧された油によって、各潤滑油ダクトを取り囲む材料の最も内側の層が塑性降伏し、最も外側の材料が弾性変形する。自緊処理油の圧力が解放されると、外側の弾性変形をした材料は回復し、内側の塑性降伏をした材料は元の形状に回復しない。これによって、潤滑油ダクト２３を取り囲む内側ディスク２５の材料内に圧縮プレストレスが加えられる。

【0026】

潤滑油ダクト２３の自緊処理後に、内側ディスク２５が機械加工され（図５の工程１０３）、内側ディスク２５の２つの平坦な面２５Ｘおよび２５Ｙから材料の外側の厚みが除去される。厚みＳ１を有する内側ディスク２５から始まり（図６Ａ）、厚みＳ２を有するより薄いディスクが得られる（図６Ｂ）。好ましくは、厚みＤを有する層が、内側ディスク２５の両側面から除去される。除去された各層の厚みＤは、内側ディスク２５の軸方向の全寸法Ｓ１の０〜５０％、例えば有利には１〜３０％、例えば５〜２０％、または５〜３０％である。いくつかの実施形態では、全厚みＳ１の７〜１５％が、内側ディスク２５の各面または各側面から除去される。

【0027】

最後に、内側ディスク２５および外側ディスク２７は、標準的な手順で焼嵌めされる（図５の工程１０４および図６Ｃ参照）。焼嵌め後に、ガスケット座１７Ａが機械加工されてもよい。

【0028】

上記に要約された方法によって達成される利点をより理解するために、自緊処理の残留応力分布の主な特徴がまず記載されるべきである。

【0029】

上記に簡単に記載したように、自緊処理は、例えば１３，０００ｂａｒの範囲の高圧を、自緊処理装置によって、パッキンカップ１７の内側ディスク２５内に備えられた潤滑油ダクト２３内に加えることによって施される。潤滑油ダクト２３内の圧力によって、潤滑油ダクトを取り囲む材料の最も内側の層の塑性変形が起こる。軸の長さが決まっていないディスクでは、すなわち潤滑油ダクトの端部における境界効果を無視すれば、図７に示されているように、潤滑油ダクトの軸からの距離に応じて変動する、残留半径方向応力および残留周方向応力が、自緊処理によって穴を取り囲む材料内に生じるであろう。図７Ａは、それぞれ半径方向応力（σ_r）および周方向応力（σθ）の図による定義である。半径方向応力は半径方向に生じる応力であり、周方向応力は接線方向に生じる応力である。引張り応力は、慣習的に正の（＋の）値として示され、圧縮応力は、慣習的に負の（−の）値として示される。

【0030】

図７に示されている応力分布図は、潤滑油ダクトを取り囲むディスクの材料のうちの塑性変形をした内側の層に、アメリカ機械学会（ＡＳＭＥ）基準による弾塑性モデルを適用し、降伏した材料内の応力ひずみ分布を求めることによって得たものであり、自緊処理によって加えられた最大残留圧縮応力（すなわち塑性領域の寸法）を正確に求めるために、バウシンガー効果の修正を行ったものである。

【0031】

図７では、横軸上に潤滑油ダクトの軸からの距離が示されており、縦軸上に応力が示されている。Ｒ１は潤滑油ダクトの内側半径を示しており、Ｒ２はいわゆる塑性半径、すなわち潤滑油ダクトを取り囲む塑性変形をした材料の半径を示している。図７の図に示されている２本の曲線は、それぞれ半径方向応力および周方向応力を示している。潤滑油ダクトを取り囲む内側の層内の局所的な塑性変形によって、残留周方向応力が内側半径Ｒ１、すなわち潤滑油ダクトの表面において得られる。

【0032】

疲労寿命の向上のための重要な特性は、内側半径における残留周方向応力、および塑性半径の寸法、すなわち塑性変形をした層の深さにある。

【0033】

上記の新規な製造方法の第１の利点は、自緊処理が内側および外側ディスクの焼嵌めに先立って施されるため、自緊処理による全圧力を、塑性半径を生じさせる目的に利用できることであると言えるであろう。既に焼嵌めによって変形した潤滑油ダクトに自緊処理が施される標準的な製造手順とは異なり、本開示による方法では、焼嵌めによって加えられた残留応力を克服する必要がない。さらに、潤滑油ダクトは、自緊処理の前に焼嵌めをしたパッキンカップのような楕円形の断面ではなく、実質的に円形の断面を有する。よって、自緊処理後の応力分布が、潤滑油ダクトの軸の周りにおいてより均一である。

【0034】

境界効果によって、実際の塑性半径および残留応力は、潤滑油ダクトの軸方向の延長に沿って一定ではない。さらに詳細には、残留周方向応力および残留半径方向応力は、軸方向の応力のために潤滑油ダクトの端部に向かうにつれて減少する。状況によっては、残留応力が反転する、すなわち正の引張り応力になる可能性がある。図８は、潤滑油ダクト２３の端部領域における、残留周方向応力（図８Ａ）および残留半径方向応力（図８Ｂ）を示している。図８Ｃは、潤滑油ダクトの末端部における、いわゆる「ミーゼス応力」（「相当応力」としても知られている）を示している。

【0035】

図では、残留応力分布が一定の応力曲線によって示されており、各曲線はそれぞれ（周方向または半径方向）の応力が一定の値を取る位置を示しており、値は各曲線上に単位をＭＰａとして示されている。

【0036】

これらの図から分かるように、残留半径方向応力と残留周方向応力の両応力とも、潤滑油ダクトの端部の境界領域において正（引張り応力）になる。境界領域の近くに位置する近傍領域では、残留周方向応力は反転していない（すなわち負のままである）。しかし、前記の近傍領域では、残留周方向応力は、潤滑油ダクトの中心領域よりもずっと低い係数を有しており、よって疲労により助長される亀裂伝播を防ぐ目的を果たすには不十分である。続く機械加工工程を行わなければ、作動中に潤滑油ダクト内で発生する圧力変動によって材料内に生じる引張り応力が、残留圧縮プレストレスを上回る。よって、材料内に欠陥が存在していれば、欠陥が膨張し、加圧された油が欠陥を貫通する恐れがある。潤滑油の圧力の周期的な変動は、亀裂の形成および伝播を引き起こし、最終的にはパッキンカップの破損を引き起こす恐れがある。

【0037】

機械加工工程の目的は、境界効果が潤滑油ダクトを取り囲む材料内の残留応力を低減および反転させる、これらの領域を除去することである。図９Ａ〜図９Ｃは、図８Ａ〜図８Ｃに類似しており、内側ディスク２５の最も外側の層を除去した後の、潤滑油ダクトの同じ末端領域を示している。ＭＰａを単位とする残留応力の値が付された残留応力の各曲線が示されている。これらの図から分かるように、機械加工後の、ディスクを形成する材料の部分における、残留圧縮周方向および半径方向応力、ならびにミーゼス応力は、除去された層よりも実質的に高い。

【0038】

図１０Ａおよび図１０Ｂは、自緊処理後であって、内側ディスクを形成する材料の外側の層の除去前（図１０Ａ）および外側の層の除去後（図１０Ｂ）の、潤滑油ダクトの一方の端部を取り囲む領域における残留ミーゼス応力、すなわち残留相当応力を示している。潤滑油ダクトの他方の端部においても、同様の状況が起こる。各曲線上に付されている値は、ＭＰａを単位として測定された残留相当応力を示している。横軸には、潤滑油ダクトの中心点から始まる、ダクトに沿った軸方向の座標が示されている。軸方向の座標は、ダクトの全長を基準にして正規化されている（％長さ）。縦軸上には、半径方向の座標、すなわち潤滑油ダクトの軸からの距離が示されている。

【0039】

図１１Ａおよび図１１Ｂは、自緊処理後であって、それぞれ内側ディスク２５から外側の材料層を除去する前（図１１Ａ）および除去した後（図１１Ｂ）の残留相当塑性ひずみを示している。縦軸および横軸は、それぞれ半径方向の座標および軸方向の座標を示している。各曲線上の値は、ひずみの割合（ｍｍ／ｍｍ）を示している。

【0040】

図１２Ａおよび図１２Ｂは、図１０Ａおよび図１０Ｂと同様の方法で、潤滑油ダクトの自緊処理後の残留周方向応力を示している。さらに詳細には、図１２Ａは、外側の層を除去するためにディスクを機械加工する前の残留周方向応力を示している。図１２Ｂは、機械加工後の残留周方向応力を示している。両図の曲線は、一定の応力の値を有する曲線、すなわち残留周方向応力が一定である曲線である。各曲線上に示される応力の値は、ＭＰａを単位とする。横軸は、軸方向の座標（潤滑油ダクトの中心から始まり、％で表され、ｍｍ／ｍｍで表される）、すなわちダクトの中心からの軸方向の距離を示している。縦軸は、半径方向の座標（ｍｍを単位とする）、すなわち潤滑油ダクトの軸からの半径方向の距離を示している。

【0041】

図１３Ａおよび図１３Ｂは、自緊処理後であって、それぞれディスクの外側の層を機械加工して除去する前（図１３Ａ）および除去した後（図１３Ｂ）の残留周方向ひずみを示している。縦軸および横軸は、図１２Ａおよび図１２Ｂと同じパラメータを示している。各曲線上に、残留応力（ＭＰａを単位とする）および残留ひずみ（ｍｍを単位とする）が示されている。

【0042】

図８〜図１３から分かるように、不十分な残留応力が存在する、潤滑油ダクトの各端部における最も決定的な境界領域が、機械加工によって除去される。よって、潤滑油ダクトの残りの部分は、疲労応力により耐えることができ、亀裂の形成および伝播がよりされにくい。

【0043】

図８〜図１３の図から分かるように、潤滑油ダクトを取り囲む端部の部分を除去した後は、残留相当応力の値は、潤滑油ダクトの軸方向の延長に沿って、各半径方向の距離において実質的に一定である。このことは特に図１０の曲線から見て取れる。各曲線は、残留相当応力、すなわちミーゼス応力の値を示している。各曲線は、横座標、すなわち潤滑油ダクトの軸と実質的に平行である。さらに詳細には、特に潤滑油ダクトにより近い部分においては、残留相当応力は、潤滑油ダクトの軸に平行な方向に沿って２５％未満の変動に収まっている。例えば、１．６ｍｍの座標に沿って、自緊処理後の残留相当ミーゼス応力は５００ＭＰａ付近で変動している。ディスクの機械加工およびその最も外側の層の除去前は、１．６ｍｍの座標沿いのミーゼス応力は、潤滑油ダクトの軸方向の延長の中心（横座標＝５０）では５００ＭＰａであるが、除去される予定の外側の層において０÷１００ＭＰａまで減少している。潤滑油ダクトを取り囲む最も内側の部分は、さらにより一定の残留応力の値を示しており、１５％以下または１０％以下の変動に収まっている。

【0044】

いくつかの実施形態によると、図１０Ａおよび図１０Ｂに見られるように、自緊処理および外側の材料層の除去後、潤滑油ダクトからの所与の半径方向の距離において、軸方向の座標に沿った残留相応応力の変動は、先行技術のパッキンカップよりも実質的に小さい。特に、軸方向の座標に沿って、残留相応（ミーゼス）応力は、ディスクの表面から始まる軸方向の長さの最初の１０％において、１５％未満、好ましくは１０％未満の変動に収まる。

【0045】

上記で参照した図に示されている応力およびひずみに関するデータは、外側ディスク２５および内側ディスク２７の焼嵌めの前に求められたものであることに留意されたい。しかし、焼嵌めによって潤滑油ダクトが（楕円形に変形することにより）、主にダクトの円周方向おいて、残留応力ひずみ分布が修正されたとしても、ダクトの軸方向の延長に沿ったこれらの値のパーセンテージの変動は、焼嵌めによる実質的な影響を受けない。換言すると、残留応力およびひずみの軸方向の分布についての修正は、疲労抵抗の向上への影響に関する限り、無視できる程度のものである。

【0046】

さらに、いくつかの実施形態によると、図１２Ａおよび図１２Ｂに見られるように、自緊処理および外側の材料層の除去後の、潤滑油ダクトの内側の表面に沿った残留周方向応力は、常に負になることになる。すなわち残留周方向応力は、常に圧縮応力になることになる。加えて、潤滑油ダクトの全表面に沿った残留周方向応力は、常に潤滑油ダクトの中心の最大残留周方向応力の少なくとも２０％になる。続く２つのディスク２５および２７の焼嵌めは、この状況に実質的に影響しない。

【0047】

潤滑油ダクトを取り囲む材料内の残留応力およびひずみは、中性子散乱法によって測定することができる。よって、実施されるパッキンカップの製造方法は、機械加工されたパッキンカップについて測定された残留ひずみおよび応力から、焼嵌め後に決定することもできる。

【0048】

本明細書中に記載の主題について開示された実施形態が、複数の例示的な実施形態と関連付けられながら、図面に示され、特定性および詳細性をもって上記に十分に記載されたが、当業者にとっては、新規な教示、本明細書中に記載の原理および概念、ならびに添付の特許請求の範囲に定められる主題の利点から実質的に逸脱することなく、多数の修正、変更、および省略が可能であることが明白であろう。よって、開示の発明の適切な範囲は、そのような修正、変更、および省略を全て含むように、添付の特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ定められるべきである。

【符号の説明】

【0049】

１ ハイパー圧縮機
３ シリンダ、パッキンスペーサ
５ プランジャ、ピストンロッド
７ 吸込口
７Ａ ポペット弁
９ 吐出口
９Ａ ポペット弁
１１ 弁箱
１３ シリンダヘッド
１５ フランジ
１７ パッキンカップ
１７Ａ ガスケット座
１８ 中央穴、中央軸穴
１９ 潤滑クイル
２１ 潤滑ライン
２３ 潤滑油ダクト
２５ 内側ディスク
２５Ｘ 第１の正面、第１の面
２５Ｙ 第２の正面、第２の面
２７ 外側ディスク
Ｄ 厚み
Ｒ１ 内側半径
Ｒ２ 塑性半径
Ｓ１ 厚み
Ｓ２ 厚み

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A-6C】

【図7】

【図7A】

【図8A-8C】

【図9A-9C】

【図10A-10B】

【図11A-11B】

【図12A-12B】

【図13A-13B】