(57)【要約】【課題】炭素電極柱体及び／またはグラファイト電極柱体のためのゆるみ防止の点で改良されたねじ接続部を提供する。【解決手段】ねじ接続部が、セラミックから作られ雌ねじを有する外側部材と、セラミックから作られ雄ねじを有する内側部材と、実質的に一様のリード、ねじ谷及びねじ山を備えるねじ巻きを有し、個々のねじ巻きが実質的にＶ字形の輪郭を備える前記雌ねじと前記雄ねじと、前記内側部材と外側部材が互いの中にねじ込まれるときに前記ねじ谷にウェッジランプが形成されており、前記部材の前記ねじ山が他方の部材の前記ねじ谷にある前記ウェッジランプに当接する前記雌ねじと雄ねじの少なくとも１つと、円筒形のねじまたは円錐形のねじである前記雌ねじと雄ねじとを備える。【選択図】図２
2005140325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックから作られ雌ねじを有する外側部材と、
セラミックから作られ雄ねじを有する内側部材と、
実質的に一様のリード、ねじ谷及びねじ山を備えるねじ巻きを有し、個々のねじ巻きが実質的にＶ字形の輪郭を備える前記雌ねじと前記雄ねじと、
前記内側部材と外側部材が互いの中にねじ込まれるときに前記ねじ谷にウェッジランプが形成されており、前記部材の前記ねじ山が他方の部材の前記ねじ谷にある前記ウェッジランプに当接する前記雌ねじと雄ねじの少なくとも１つと、
円筒形のねじまたは円錐形のねじである前記雌ねじと雄ねじと、
を備える、ねじ接続部。
【請求項２】
前記内側部材と外側部材が合成炭素または黒鉛から作られる、請求項１記載の接続部。
【請求項３】
前記外側部材がソケットと雌ねじがその中に形成される炭素電極であり、前記内側部材が２つの電極を接続するための雄ねじ付きの炭素ニップルである、請求項１記載の接続部。
【請求項４】
前記ウェッジランプが、前記炭素電極の雌ねじのねじ巻き中のねじ谷に置かれ、前記炭素電極が前記炭素ニップルより低い弾性率を有する、請求項３記載の接続部。
【請求項５】
各ねじの少なくとも１つの巻きがねじ谷にあるウェッジランプとともに形成される、請求項１記載の接続部。
【請求項６】
ねじ巻きのねじ谷にある前記ウェッジランプがねじ巻きの全長の部分に形成される、請求項５記載の接続部。
【請求項７】
前記外側部材を形成する電極と、部分的に電極の中にねじ込まれている前記内側部材を形成するニップルを備えるプリセットにおいて、ねじ巻きのねじ谷にあるウェッジランプが、予めニップルとともにねじ締めされていない電極ソケットの前記雌ねじだけに施される、請求項３記載の接続部。
【請求項８】
ねじ巻きのねじ谷にあるウェッジランプの表面が、前記ニップルまたは前記電極の長手方向軸と１０°と６０°の間の範囲の角度を形成する、請求項３記載の接続部。
【請求項９】
前記角度が２５°と３５°の間の範囲にある、請求項６記載の接続部。
【請求項１０】
ねじ巻きのねじ谷にあるウェッジランプと長手方向軸の間の角度が右回り方向または左回り方向で計算される、請求項８記載の接続部。
【請求項１１】
前記ウェッジランプのニップルまたは電極の中心長手方向軸上にある突起が前記ねじ巻きの高さの３０％から１００％の長さであり、この突起の長さが、ねじ接続構成部品がともにねじ締めされるときに、第１の構成部品の前記ウェッジランプに第２の構成部品の前記ねじ巻きのねじ山が中心で接触するように、ねじ巻きのねじ谷に配置される、請求項１記載の接続部。
【請求項１２】
炭素電極として形成される複数の前記外側部材、及び電極柱体の中で前記電極をねじ締めするニップルとして形成される前記内側部材、及びねじ抜けを防止しロッキング作用を有し及び荷重を支持する接続部、を備える電極柱体。
【請求項１３】
雌ねじ付きの外側部材と雄ねじ付きの内側部材を含む第１の部材と第２の部材と、
一様なリードを有する前記第１の部材と第２の部材のねじと、
実質的にＶ字形の輪郭を有する前記第１の部材及びねじの性質を持って取り囲むウェッジランプとともに形成される前記第２の部材の個々のねじ巻きであって、前記第１の部材と第２の部材が互いの中にねじ込まれるときに、前記第１の部材のねじ巻きのねじ山が前記第２の部材上のウェッジランプに当接する個々のねじ巻きと、を備え、
前記ねじ巻きの荷重を受けるねじ巻き部分が実質的にＶ字形の輪郭で形作られていない、ねじ接続接続部。
【請求項１４】
炭素電極として形成される複数の前記外側部材と、電極柱体の中で前記電極をねじ締めするニップルとして形成される前記内側部材を備え、ロッキング作用を有し荷重を支持する接続部を備える請求項１３記載電極柱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雌ねじ付きの外側部材と、雄ねじと対応する内側部材を含むねじ接続部に関する。該部材のそれぞれのねじは一様なリードを有している。個々のねじは実質的にはＶ字形の輪郭を有し、少なくとも１つのねじはねじ谷のウェッジランプ（ｗｅｄｇｅ  ｒａｍｐ）で終了し、内側部材と外側部材が互いの中にねじ込まれるとき、一方のねじ接続部材のねじ山は他方の接続部材のねじ谷のウェッジランプに当接している。
【０００２】
さらに本発明は、雌ねじ付きの外側部材と、雄ねじ付きの対応する内側部材を含むねじ接続部の別の変形または特殊構成に関する。外側部材と内側部材のそれぞれのねじは一様なリードを有する。該一方の部材の個々のねじは実質的にＶ字形の輪郭を有し、他方の部材はねじの性質を持って取り囲むウェッジランプで終了する。内側部材と外側部材が互いの中にねじ込まれると、該一方のねじ接続部材のねじ山が他方の接続部材のねじの性質を持って取り囲むウェッジランプに当接する。
【０００３】
さらに本発明は、ロッキング作用を有し、荷重を支持し、特にダイナミックローディング下でねじ抜けを防止した、炭素電極、セミグラファイト電極またはグラファイト電極用のねじ接続部にも関する。
【背景技術】
【０００４】
炭素電極とそのためのニップルも含む炭化又は黒鉛化された炭素体の製造はここ百年来の技術であり、工業上大規模に応用され従って細かいところまで研究されており、コストの面でも最適化されている。この技術の詳細は公知である（非特許文献１参照）。
【０００５】
アーク炉は炭素電極からなる少なくとも１つの電極柱体を有している。この電極柱体は上端で支持アームにより保持され、このアームを介して電流も電極装置に導かれる。炉の運転中に電極柱体の下側の先端からアークが炉内にある融解物に達する。アーク及び炉内の高温により電極柱体はその下端が徐々に焼尽する。電極柱体の短縮は、電極柱体を１個ずつ炉内に補充し、必要に応じて電極柱体の上端で追加電極をねじ込むことにより補償される。必要な場合に焼尽した電極柱体をユニットとして支持アームから取り出し、十分な長さを持つ新しい電極柱体と交換する。
【０００６】
炉内にある電極装置の上に個々の炭素電極をねじ込むこと及び新しい電極柱体の形成のために複数の電極を一緒にねじ込むことは、手動又は機械装置により行なわれる。特に６００ｍｍ以上の大口径の電極では、電極柱体の結合を保証するにはかなりの力及び回転トルクを必要とし、またねじ締め作業も行なわなければならない。電極柱体の結合はアーク炉の機能にとって重要である。
【０００７】
電極柱体の結合は、輸送時や特に炉の運転中に阻害されることがある。炉の運転中には、電極柱体を含む炉ケーシングの揺動により電極柱体に著しい曲げトルクがかかるか、又は電極柱体が絶え間ない振動に曝される。装入物による電極柱体への衝撃も電極柱体の結合に負荷を与える。繰り返し曲げトルク、振動及び衝撃などのあらゆる負荷は、電極のねじのゆるみに起因することがある。このようなゆるみは避けがたい又は望ましくない現象の結果生じたものとみなされる。
【０００８】
理解を容易にするため、以下に炉運転中の電極柱体のねじ接続部のゆるみについて説明する。
【０００９】
ゆるみは、ねじ接続部の締付け力が減少することから始まる。それとともに互いに隣接する電極装置部材の接触面の押圧力も減少する。ゆるみは、幾つかの接触面が互いに分離するまで継続する。
【００１０】
その結果接続部の電気抵抗が高まる。接触状態を維持する面は、電流密度の増大により負荷を受ける。電流密度の増大は局部的な過熱を生じる。
【００１１】
ねじ接続部のゆるみは一般にニップルに強い熱的及び機械的負荷を与える。過熱及び機械的負荷によりニップルは最後には機械的に故障する。その結果電極装置の先端が鋼溶融物の中に落ち、アークがなくなり、融解工程が終了する。
【００１２】
電極装置の不十分な結合、及びその一部分から次の部分への不十分な電流通過問題に対処するために、これまで数多くの考察がなされ、下記のような実地上の応用がなされてきた。
【００１３】
特許文献１には、２つのグラファイト電極間のニップルが該２つの電極より低い熱膨張係数を有している例が示されている。温度が上昇するにつれて――製鋼所での作業では１５００℃を十分に上回る温度に達する――電極部はニップルよりさらに膨張する。これにより、ニップルと電極の間では熱で誘発された締め付けがさらに生じる。これはねじ接続を補強するものと考えられている。しかしながら、熱的に誘発される力によりねじ巻きのフランクが深刻なストレスを受けることも明らかである。
【００１４】
特許文献２には、２つのグラファイト電極間のニップルに加えて先細カットアウトピンを使用する例が示されている。電極柱体がねじ締めされた状態で、２つの隣接する電極の接触面を通り約半分伸張する凹部のカットアウトピンが柱体のそれぞれの上部電極の凹部から外側に、柱体の中の対応する低い方の電極の中に落ちることを確実にした。低い方の電極の凹部は電極の中心長手方向軸の回りに一定の半径を有するアークの後を辿る曲線状の溝として形作られた。ねじ接続が緩んだとき、カットアウトピンは、それがさらに遠い端部で遮られるまで溝に沿って摺動することができる。このようにして、凹部の中に落ちたカットアウトピンは２つの電極部の追加の歪み、及びその結果生じる弛緩を防止する。曲線状の溝の長さ及びカットアウトピンがその中を横断した電極の中心長手方向軸の回りのねじれ経路に応じて、ねじ接続部は依然としてきわめて緩くなるおそれがある。これはこのねじ接続を通る電流の伝達に、この接続部での局所化された過熱という点で有害な影響を及ぼすものである。
【００１５】
他の専門分野でも同様に固定部材のゆるみの問題を解決する試みがなされている。既述の材料からなる固定部材ではないが、例えばねじ及びナットの如き固定部材に自己保護機能を持たせることは公知である（特許文献３参照）。この部材は構成部分と協動する端面に多数のいぼ状の突起を有する。突起は１ｍｍ以下の高さを持った角錐又は円錐として形成されていて、角錐又は円錐の先端部における角度は少なくとも９０°の大きさである。角錐又は円錐は、ねじ込んだときに固定すべき構成部分の表面の中にめり込ませ、それにより固定部材の回転戻りを阻止しようとするものである。この特許文献３の第２欄第９行には、「取り付け」及びこれにつながる初応力の低減について言及している。角錐又は円錐は固定部材の端面にわたって一様に分布している。固定部材は、方向性を持たされて構造化された接触面は有しておらず、それゆえ特別な作用を有する優先方向を持ってはいない。
【００１６】
炭素電極からなる電極装置のねじ込みに関して指摘するならば、電極又はニップルの接触面上の肉眼で見えるいぼ状の突起は、セラミックスの従ってもろい炭素の特性のために、ねじ込み時に削ぎ落とされてしまうおそれがある。それどころか場合によっては電極部材の端面から少なからぬ断片が欠け落ちることもある。
【００１７】
取り付け具が緩くなるのを防ぐ別の手法が特許文献４に示されている。ねじ接続部の一方の構成部品のねじ巻きのねじ谷にウェッジランプ（ｗｅｄｇｅ  ｒａｍｐ）が施されている。ねじ接続部の両方の構成部品とも、ともにねじ締めされると、ウェッジランプのない構成部品のねじ巻きのねじ山は他の構成部品のねじ巻きのねじ谷にあるウェッジランプと当接する。他の構成部品のねじ巻きのねじ谷にあるウェッジランプと、もう１つのねじ接続の構成部品のねじ巻きのねじ山が当接すると、両方の構成部品がロックされるという効果が生じる。このロッキング効果は、両方の構成部品がともに適切に選択された材料から作られた場合に改善された。ねじ接続部のボルトが対応するナットよりさらに硬く、さらに延性の材料から作られると有用であった。材料は詳細に説明されていないが、論理的な仮定では、この特許文献では金属性の材料を対象としていたと思われる。しかしこの文献には、この種のねじ接続部が合成炭素から作られる材料を使用して形成される例も示されず、本願の対象である炭素電極及び／またはグラファイト電極を接続するために一般的に使用されるような先細のねじ接続部も示されていない。
【００１８】
ねじ巻きのねじ谷にウェッジランプを有する要素は、特許文献５に示されている。ここでは、ナット及びボルト内のねじ巻きの高さがわずかに異なっている。その結果、ねじ巻きごとに、ウェッジランプを使用しないねじ接続構成部品のねじ巻きのねじ山が、他の構成部品のねじ巻きのねじ谷のウェッジランプ付きのねじ巻きの一定の断面において異なる相対位置に配置されている。この特許文献によれば、ウェッジランプに当たるねじ山により達成されるロッキング効果が、２つのねじ接続部材の中のねじ巻きの高さが異なるために、ジャミング効果によりさらに強化されている。しかしこの文献には、この種のねじ接続部が合成炭素から作られる材料を使用して形成される例も示されず、本願の対象である炭素電極及び／またはグラファイト電極を接続するために一般的に使用されるような先細のねじ接続部も示されていない。
【００１９】
製鋼所の実地においては、電極をできるだけ固く互いにねじ締めすることが試みられている。上述のように手動により得られる力、回転トルクないしねじ締め作業には限界がある。機械を用いればこれらの値はかなり改善されるが、このような機械的なねじ締め装置が用意されているのは製鋼所のごく一部である。従って製鋼所の実地では電極装置に繰り返しゆるみが起こることを示している。
【特許文献１】米国特許第４１６７６４３号明細書
【特許文献２】米国特許第５５７５５８２号明細書
【特許文献３】ドイツ国特許出願公開第４１３７０２０号明細書
【特許文献４】米国特許第４０７６０６４号明細書
【特許文献５】米国特許第４２６６５９０号明細書
【非特許文献１】ULLMANN'S ENCYCLOPEDIA OF INDUSTRIAL CHEMISTRY, Vol. A5, VCH Verlagsgesellschaft mbH  出版、ヴァインハイム、１９８６年第１０３〜１１３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
したがって、従来装置の前述した不利な点及びこの一般的な方法を改良し、セラミック部材、好ましくは弛緩を防ぐ、あるいは弛緩の結果を少なくとも緩和するねじ接続部のために使用される合成炭素及びグラファイト製の炭素電極柱体及び／またはグラファイト電極柱体のためのねじ接続部を提供することが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明によればこの課題は、セラミックから作られ雌ねじを有する外側部材と、セラミックから作られ雄ねじを有する内側部材と、実質的に一様のリード、ねじ谷及びねじ山を備えるねじ巻きを有し、個々のねじ巻きが実質的にＶ字形の輪郭を備える前記雌ねじと前記雄ねじと、前記内側部材と外側部材が互いの中にねじ込まれるときに前記ねじ谷にウェッジランプが形成されており、前記部材の前記ねじ山が他方の部材の前記ねじ谷にある前記ウェッジランプに当接する前記雌ねじと雄ねじの少なくとも１つと、円筒形のねじまたは円錐形のねじである前記雌ねじと雄ねじとを備える、ねじ接続部により解決される。
【００２２】
言い換えると、ねじ接続部はセラミックから、好ましくは合成炭素またはグラファイトから作られ、ねじは円筒形または円錐である。ねじ接続部の両部材が係合すると、一方の部材のねじ山は、他方の部材のねじ谷のウェッジランプに当接する。つまり、荷重はねじ接続部の個々のねじ巻きのフランクにより支持されなくなる。その結果、例えばＶ字形の輪郭を有するねじ巻き及び対応するねじ巻きのフランクはそのねじ巻きのねじ谷にウェッジランプを有するねじ接続部においては不要になる。
【００２３】
さらに本発明によれば、  炭素電極として形成される複数の前記外側部材と、電極柱体の中で前記電極をねじ締めするニップルとして形成される前記内側部材と、ねじ抜けを防止しロッキング作用を有し及び荷重を支持する接続部とを備える電極柱体が設けられる。
【００２４】
本発明によれば、炭素電極の柱体は、製鋼所作業で一般的な折り曲げモーメント、振動または衝撃により緩んだり、互いに切り離されてはならず、ニップルが電極をまとめて保持する一方で、ねじ接続部はそれぞれ柱体の下部の荷重を支える働きをする。
【００２５】
以下の定義がこの明細書で使用される。
【００２６】
電極の端部は端面とも呼ばれる。
【００２７】
ソケットとは、電極の端面にある同軸的な凹みである。通常ソケットの同軸的な内壁に円筒形または円錐の雌ねじが加工される。この仕様は国際規格ＩＥＣ６０２３９により規定される（雌ねじ付きソケット＝ねじ込みソケット）。
【００２８】
ニップルとは、円筒状又は二重円錐形のボルトであり、その両側にニップル軸に垂直に配置された端面を有する。１個のニップルは２個の電極を接合するためそれぞれほぼ半分が隣接する電極のソケットにねじ込まれる。
【００２９】
プリセットは１個の電極と、電極のソケットに途中（すなわち半分）がねじ込まれた１個のニップルから成る。
【００３０】
電極、つまり炭素電極は少なくとも一方の端面にねじ込みソケットを有する。本明細書書では、２つの電極のニップルによる接続は常にねじ込みによる電極接続を意味する。
【００３１】
ねじ巻きの高さは、ニップルまたは電極ソケットのどちらかの中心長手方向軸を中心とする３６０°のねじの経路として定義される。ねじ巻きの高さつまり勾配は、２個のねじ接続構成部品が勾配に沿って滑落するのを妨げるために相対的に小さい。国際規格ＩＥＣ６０２３９に規定されるように、ねじ巻きの勾配または高さは１インチ、つまり２５．４ｍｍあたり３（Ｔ３型）または４（Ｔ４型）のねじ巻きでなければならない。この仕様に従って、Ｔ３型のねじ巻きの高さは８．４６７ｍｍ、及びＴ４型の場合は６．３５０ｍｍである。
【００３２】
本発明による炭素部材から作られるねじ接続部の利点は、一方の部材のねじ山と、他方の部材のねじ巻きのねじ谷にあるウェッジランプの間の接触線に沿った荷重の均一な分散のためである。これは、結果として生じる力ベクトルが接触線上のすべての点でほぼ同じ大きさであるということにより証明される。
【００３３】
対照的に、ねじ巻きのねじ谷にウェッジランプがない従来のねじ接続部では、荷重は実質的には第１の巻きに集中する。つまり荷重はそれぞれ以後の巻きでは減少する。
【００３４】
ねじ巻きのねじ谷にウェッジランプがない従来のねじ接続部では、荷重の絶対値が、総荷重、ねじサイズ、ねじ勾配等の類似する限界条件下での本発明による炭素部材から作られるねじ接続部における最大荷重の絶対値より大幅に大きい。従来のねじ接続部におけるさらに大きな絶対値は、電極柱体が製鋼炉内での使用のために熱くなる場合に電流負荷に影響を及ぼす。ニップルと電極の異なる膨張率により、最大荷重の絶対値は電極柱体の温度が上昇するにつれて急激に上昇する。より大きな荷重のより高い絶対値のため、ねじ巻きのねじ谷にウェッジランプがない従来のねじがねじ接続部として使用されるときには、ソケットまたはニップルはこのような接続部においてより早く故障する。他方、本発明による炭素部材から作られるねじ接続部は、高温のためのソケットまたはニップルのこのような故障に対しより耐久性がある。
【００３５】
本発明による電極接続部のロッキング作用を提供するためには、炭素電極及びニップルの製造において追加の工程段階は必要とされない。異なる機械設備は必要とされるが、機械加工はもはや困難ではない。
【００３６】
多くの金属性のねじ接続部は、例えば金属製のナットなどの雌ねじ付きの外側部材と、例えば金属製のボルトなどの雄ねじ付きの対応する内側部材から構成される。ねじ接続部の両方の部材において、ねじ巻きの間の距離は同じであり、すべてのケースで均一である。個々のねじ巻きは実質的にはＶ字形の輪郭を有し、該部材の少なくとも１つはねじ巻きのねじ谷にウェッジランプを有する。特許文献４（米国特許第４０７６０６４号）及び５（第４２６６５９０号）によれば、それぞれのケースにおけるねじ接続部の構成部品の１つは、ねじ接続部がねじ込まれた状態から緩くなるのを防ぐ、及び／または２個のねじ接続構成部品のロッキングを確実にするためにねじ巻きのねじ谷にウェッジランプを有する。ロッキング及び弛緩防止の理解に努める上では金属の塑性変形性の概念が役立つ。したがって、金属製のねじ接続部の一方の部材のねじ山が他方の部材のウェッジランプに当接し、該２個の部材がともにねじ込まれるときに可塑的に変形されること、及び一方の部材のねじ山がそれにより金属製のねじ接続部の他方の部材のウェッジランプと連結されることを想像することが可能である。
【００３７】
この連結の原理をセラミックねじ接続部に対して想像しようとするとき、まず、該原理が失敗に終わるという事実に対処する必要がある。その理由とはセラミックの脆弱性である。２つのセラミックねじ接続部材がともにねじ込まれたときの部材のねじ山に対して引き起こされるような高剪断応力を受けると、これらのセラミックねじ山は簡単に折れてしまう。
【００３８】
合成炭素と黒鉛もセラミックの一種と見なされるが、微晶領域内での黒鉛格子の層化構造は塑性変形性の特性を与える。黒鉛の場合潤滑性としても知られるこの変形性のため、これらのセラミックねじ山は簡単に折れない。合成炭素と黒鉛の変形性は、約２５％／ｖｏｌであるこれらの材料の細かく分散された開放気孔率により裏付けられている。小さな結晶領域は隣接する孔の中に圧入することができる。黒鉛または炭素から作られるねじ接続部の他方部材のウェッジランプと、黒鉛または炭素から作られるねじ接続部の一方の部材のねじ山の連結が、該２個の部材がともにねじ込まれるときに発生することを確実にすることが可能である。これは、円筒形または円錐形の左側または右側のねじ付き部材に当てはまる。
【００３９】
一方のねじ接続部材の実質的にＶ字形のねじ巻きのねじ山が、両方の部材がともにねじ込まれるときに他方のねじ込み接続部のウェッジランプに当接するとき、すべての力は、この接触線において該一方の部材から該他方の部材に伝達される。ねじ巻きのねじ谷にウェッジランプが付いた部材のねじ巻きの輪郭は、力の伝達の損失を無くすことでさらに小さくすることができる。この結果、ウェッジランプ付きの部材のねじ巻きのフランクが、実質的にＶ字形の断面を有するねじ巻き付きの部材のねじ巻きのフランクに接触しなくなり、したがってこの経路を介して伝達される力がなくなる。請求項１１に記載される実施形態は特殊なもので、ウェッジランプ付きの部材は目に見えて突出するねじ巻きを持たない（図４参照）。ここでは新しいウェッジランプがこの部材を取り囲むだけである。関連付けられるねじ巻きの輪郭は、例えば、図４の断面図で互いの上に配置される２個のウェッジランプの間の接続線９に縮小されている。
【００４０】
合成炭素電極を製造、使用する技法は明細書の冒頭に説明されている。炭素電極の柱体の個々の要素はともにねじ込まれる。この場合、雄ねじ付きの炭素ニップルは雌ねじとともに仕上げられた２個の隣接する炭素電極のソケットと係合する。
【００４１】
炭素電極の柱体にかかる機械的なストレス及び熱的なストレスは電極とニップル全体で均等に分散されていない。ニップルはより大きい荷重にさらされるため、通常、屈折強度、弾性率、中心長手方向軸に平行及び垂直の膨張率、導電率と熱伝導率、かさ密度等の特性に関して、ともにねじ込まれる電極よりさらに優れた機械的及び熱的な定格を有する炭素材料から製造される。
【００４２】
特許文献４（米国特許第４０７６０６４号）に説明されるように、ねじ接続部は、ねじ接続部のボルトが対応するナットよりさらに硬く、さらに延性の材料から作られる場合に改善される。また、類似する装置は、電極柱体の本体の荷重のために柱体のねじ接続部内に作成される。つまり、ニップルは、より低い弾性率を有し、したがってより高い延性を有する炭素電極よりもさらに高い弾性率を有するため、延性は小さい。より延性の電極ソケットの雌ねじのねじ巻きのねじ谷にウェッジランプを形成し、より延性ではないニップルのねじ巻きの断面を変更しないままにすることが有利であることが判明している。
【００４３】
多くのねじ巻きが前面で開始し、ニップルの中間部分にまで伸張するニップルの側面方向表面で作成される。同じことはそれに割り付けられる電極ソケットでも行われる。ねじ巻きの数はニップルの長さ及び電極ソケットの深さ及びねじの勾配に左右される。この点は、炭素電極の柱体についても国際規格ＩＥＣ６０２３９により規定されている。
【００４４】
高いロッキング作用は、このケースでは好ましくは電極ソケットであるねじ接続部の一方の部材のすべてのねじ巻きがねじ谷にウェッジランプを備え付けられている場合に、２個のねじ接続部材がともにねじ込まれるときに達成される。しかしながら、特定のケースでは、少なくとも１本のねじ巻きにウェッジランプが備え付けられることで十分である。他のケースでは、ウェッジランプは、電極ソケットの底から電極の端面のところまで伸張するねじ巻きの全長の部分でねじ谷に設けられる。
【００４５】
プリセットの形で電極を購入する顧客がいる。電極の一端で第１のソケットにねじ込まれるニップルは機械により、相応して高いねじ込みトルクで取り付けられる。電極の他端にある第２のソケットは占有されていない。つまり、実際には、製鋼所作業において機械によりねじ締めされたニップルが緩くなる危険はない。その結果、プリセットのねじは弛緩からの保護を必要としないため、（ソケットねじの）ねじ巻きのねじ谷におけるウェッジランプは必要とされない。第２の電極端部をねじ締めするために使用される方法は電気製鋼炉において機械により達成されるか、あるいは対応する機械が製鋼所で使用できない場合には手作業でねじ締めされてよい。特に後者のケースでは、不十分なねじ締めトルクの適用のための弛緩の危険がある。特にこれらのケースでは、弛緩に対する追加の保護を図ることが有用である。前にニップルにねじ締めされていない第２の電極ソケットの雌ねじは、ねじ巻きのねじ谷にウェッジランプを有する。
【００４６】
ねじ巻きのねじ谷のウェッジランプでは、通常はねじ締めされる該２個の部材の一方では、表面は多くの場合フランクの傾きに対して異なる傾きを有する。ねじ巻きのフランクは任意に傾けられるため、これらのフランクを基準として使用することは目的に適わない。論理的な基準は、一方ではニップルまたは電極の中心長手方向軸と、他方ではねじ巻きのねじ谷のウェッジランプの表面の傾きとの関係である。一方ではニップルまたは電極の中心長手方向軸と、他方ではねじ巻きのねじ谷のウェッジランプの表面の傾きとの間の角度は１０°と６０°の間、好ましくは２５°から３５°であり、該角度は右回り方向または左回り方向のどちらかで計算される。
【００４７】
ねじ巻きのねじ谷のウェッジランプの、ニップルまたは電極の中心長手方向軸への突起は、ねじ巻きの高さの３０％から１００％の長さである。この長さは、該２個のねじ接続構成部品がともにねじ締めされるときに、第１の構成部品のウェッジランプに第２の構成部品のねじ巻きのねじ山が中間で接触するようにねじ巻きのねじ谷に配置される。しかしながら、第２の構成部品のねじ巻きのねじ山が、かけられる力の荷重を受けて第１の構成部品のウェッジランプの傾斜面の中間から押しやられるという問題が生じる。
【００４８】
電気製鉄所において炭素電極をねじ締めすることに関して前記項の１つで示されるように、目的は、製鋼所で普及している制約にも関わらず炭素電極と炭素ニップルから構成されるねじ込み継ぎ手を弛緩から保護することであった。したがって、その少なくとも１個の部材が、このねじ巻きの全長の少なくとも１つの部分でねじ巻きのねじ谷にウェッジランプの付いたねじを有していたねじ接続が使用される。ある特殊なケースでは、通常は実質的にＶ字形の断面を有する荷重支持ねじ巻きが少なくとも１つの構成部品で取り囲むウェッジランプ付きで構築されない。炭素電極と炭素ニップルから構成されるねじ接続がともにねじ締めされるとき、ロッキング作用、耐荷重、耐弛緩性を有し、それにより電極柱体全体の保護を保証する接続が生じる。
【００４９】
以上説明したねじ接続部は２個のねじ付きの標準的なねじ接続部よりさらに均一に荷重が分散されているため、そのねじ巻きはそれぞれＶ字形の断面を有する。
【００５０】
以上説明したねじ接続部は、標準的な応用例とねじ巻きの輪郭が縮小された前記に引用した特別な応用例の両方においてニップルを使用して電極柱体内にともにねじ締めされている炭素電極についてロッキング作用を生じ、荷重を支持し、ねじの外れの影響を受けにくい接続部として使用されている。
【実施例】
【００５１】
「ニップリングステーション」として知られている１９９７年に製造されたピッカルディ（Ｐｉｃｃａｒｄｉ）（イタリア国ダルマイン、ベルガモ）製のねじ締めされた取り付け具台の上には、直径６００ｍｍの２つのグラファイト電極がそれぞれ適切なグラファイトニップルで電極柱体にねじ締めされていた。
【００５２】
これを行うために、１個の電極と、予め電極のソケットの中にねじ込まれていたニップルから構成されるプリセットが使用された。この電極は、規格ＣＥＩ  ＩＥＣ  ６０２３９に準拠する標準的なねじ、及び表示Ｓ  ３１７Ｔ４Ｎのソケットを有していた。対応するニップルは、標準表示Ｎ  ３１７Ｔ４Ｎの両側に円錐形のねじを有していた。つまり、プリセットの中では依然として遊離していたニップルのねじ側にも標準ねじが備えられていた。
【００５３】
次に、直径６００ｍｍの第２の電極がこのプリセットの上にねじ締めされ、この第２の電極のソケットはねじ巻きの基部にウェッジランプを有していた。該ウェッジランプの表面は電極の中心長手方向軸を基準にして３０°の角度を有していた。電極ソケットの中にこの特殊なねじを生じさせるため、その外部輪郭も、ソケット内のウェッジランプに対応する個所でやはり３０°の角度を有していた金型が使用された。その他の点については、金型の輪郭は、ソケットのねじ巻きを通る断面に相当する典型的なＶ字形の輪郭を有していた。多様なねじ締め試験が、この種の電極柱体装置で実施された。
【００５４】
第１に、本発明によるねじ接続部は機械的に適用された型締トルクを使用して閉じられた。４０００Ｎｍの型締トルクに達すると、ねじ締めは終了した。このようなねじ接続部の断面図は図５に示されている。グラファイト部材を通る断面図は当業者が即時に理解できないため、この図中に実質的に本発明の要素に関する注意書が示されている。追加の重要な注意は、ニップルとソケットのねじ巻きのフランクが連続しておらず、その結果応力はニップルからソケットに伝達されないが、むしろニップル上でのねじ曲がり目のねじ山はソケットでのねじ曲がり目の基部にあるウェッジランプに当接し、応力はそこで伝達されるという点である。
【００５５】
ねじ接続部の締め具の安全性を特徴付けるために、接続部は次に再度開放され、標準的なねじの通常の範囲内にある６０００Ｎｍのゆるみトルクが測定された。
【００５６】
同じねじ接続部でねじ締め動作とゆるみ動作が反復されると、ねじ締めトルクとゆるみトルクは大幅に変化しなかった。
【００５７】
追加の試験では、本発明によるねじ接続部は手動で適用される型締めトルクを使用して閉じられた。このようにして、約１２００Ｎｍのねじトルクが達成された。ゆるみトルクは２０００Ｎｍであった。同じねじ接続部でねじ締め動作とゆるみ動作を反復すると、１５００Ｎｍと３０００Ｎｍの間のゆるみトルクが観察された。ゆるみトルクの幅広い分布は、ねじ締めトルクを適用するために、多様な技法が使用されたという事実のためであった。
【００５８】
本発明の特性と見なされる他の特徴は従属請求項に述べられている。
【００５９】
本発明は炭素電極柱体及び／またはグラファイト電極柱体のためのねじ接続部において具現化されるものとしてここに説明されているが、多様な変形及び構造上の変更が本発明の精神から逸脱することなく、適用範囲及び請求項の同等物の範囲内で加えられてよいため、示されている詳細に限定されるものではない。
【００６０】
しかしながら、本発明の構造及び操作方法は添付図面に関連して読まれるときに特定の実施形態の以下の説明から最もよく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
図１ａと図１ｂは、電極１と、取り付けられていないニップル２の一般的な配置図を示す。同軸的に配置される電極１のソケットにはねじ面４が施されている。電極１の本体に形成されたソケットの端面は電極１のソケット底１０である。取り付けられていないニップル２は、その側面の表面上にねじ面５を有し、上下にそれぞれ端面６を有している。
【００６２】
図２の拡大図に示すように電極ソケットのねじ面４は、通常はＶ字形の輪郭を有する従来のねじ巻きを含むだけではなく、ウェッジランプ７もねじ巻きのねじ谷に配置されている。ねじ巻きのねじ谷のウェッジランプ７の表面は１０°と６０°の範囲、好ましくは２５°と３５°の範囲で電極１のニップル２の長手方向軸と角度を形成する。
【００６３】
一方のねじ接続構成部品（ニップル２）のねじ巻き８のねじ山は、他方のねじ接続構成部品（電極１）のねじ巻きのねじ谷にあるウェッジランプ７と当接する。電極柱体の総荷重は、接触線７から８のねじ接続部中で電極１からニップル２に伝達される、あるいは逆も同様である。
【００６４】
図３ａと図３ｂは、それぞれねじ締めされた状態にある従来のねじ接続部と本発明による炭素柱体用のねじ接続部の比較により荷重の改善された伝達を示すのに役立つ。特にねじ巻きのフランクに描かれた荷重ベクトルが両者の相違点を明らかにする。従来のねじ接続部においては（図３ａを参照）、最上部のねじ巻きがそのフランクで最大荷重ベクトルを有する。すぐ下のねじ巻きはより小さな荷重ベクトルにさらされ、その下のねじ巻きはなおさらに小さな荷重を有する。下部のねじ巻きは、一方のねじ接続構成部品から他方の構成部品への荷重の伝達にほとんど関与していない。
【００６５】
本発明による炭素電極柱体用のねじ接続部においては（図３ｂを参照）、ねじ巻きのねじ谷のウェッジランプ７に描かれている荷重ベクトルは実際にはすべてのウェッジランプについて等しい大きさである。つまり、荷重のほぼ等しい取り分が各接点で一方のねじ接続構成部品（ニップル２）のねじ巻き８のねじ山から他方のねじ接続構成部品（電極１）のねじ巻きのねじ谷でのウェッジランプ７に伝達される
図３ａ）と図３ｂ）及び図２の拡大図と同様に、図４はねじ締めされた状態にあるねじ接続部の構成部品を通る長手方向軸に平行な部分を示し、図４に示されるねじ接続部は（図の下部に向かって）先細である。ウェッジランプ（電極１）を有するねじ接続構成要素のねじ巻きのフランクは荷重を伝達しないため、このねじ接続構成部品（電極１）においては、Ｖ字形の輪郭のねじ巻きを不要にすることができるであろう。ここでは２つのウェッジランプ７のそれぞれの間の（図４の断面図に示されている）簡略な接続線９がＶ字形のねじ巻きに代わり、電極（ソケット）の中心長手方向軸１１に向かう傾きを有する螺旋形の表面に一致する。
【００６６】
図５は、ねじ締めされた状態にあるねじ接続部を通る断面を示している。右側に、ねじ巻きのねじ谷にあるウェッジランプ７の付いたねじを含む電極１のソケットの一部が見える。ウェッジランプ７の表面は電極１の中心長手方向軸に比べて約３０°の傾きを有する。左側には、ニップル２及び標準ねじの一部が見える。ニップル２の標準ねじ巻きのねじ山８が電極１のねじ巻きのねじ谷のウェッジランプ７に接触している。ニップル２のねじのフランクと電極１のフランクは接触しない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１ａ】円筒形の雌ねじを有するソケットが端面３の中に作られた電極１の縦断面図であり、この上側に円筒形のねじの付いた取り付けられていないニップル２が示されている。
【図１ｂ】円錐形の雌ねじを有するソケットが端面３の中に作られた電極１の縦断面図であり、この上側に円錐形のねじの付いた取り付けられていないニップル２が示されている。
【図２】円錐形のニップル２が電極１のソケットの中にねじ込まれている拡大縦断面図である。
【図３ａ】ねじ締め状態にある従来のねじ接続部の縦断面図である。
【図３ｂ】ねじ締め状態にある本発明のねじ接続部の縦断面図である。
【図４】ねじ締め状態にある本発明のねじ接続部の別の実施態様を示す縦断面図である。
【図５】本発明によるニップルと電極のねじ接続部の実際の状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１        電極
２        ニップル
７        ウエッジランプ
８        ねじ巻き
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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