特表 2024-511694 カードワイヤのレーザー硬化法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-15

(54)【発明の名称】カードワイヤのレーザー硬化法

(51)【国際特許分類】

   C21D 9/24 20060101AFI20240308BHJP

   C21D 9/26 20060101ALI20240308BHJP

   C21D 1/09 20060101ALI20240308BHJP

   D01G 15/88 20060101ALI20240308BHJP

【ＦＩ】

C21D9/24

C21D9/26

C21D1/09 A

D01G15/88

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023546321

(86)(22)【出願日】2021-12-17

(85)【翻訳文提出日】2023-09-11

(86)【国際出願番号】 EP2021086569

(87)【国際公開番号】W WO2022167138

(87)【国際公開日】2022-08-11

(31)【優先権主張番号】21154814.4

(32)【優先日】2021-02-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(31)【優先権主張番号】102021102373.4

(32)【優先日】2021-02-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】598132646

【氏名又は名称】グロツ・ベッケルト コマンディートゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】100123342

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 承平

(72)【発明者】

【氏名】ヨハネス ブルスケ

(72)【発明者】

【氏名】ヨッヘン シュタウス

【テーマコード（参考）】

3B151

4K042

【Ｆターム（参考）】

3B151AA18

3B151AB27

3B151AC20

3B151AC47

3B151CA11

4K042AA10

4K042BA03

4K042BA14

4K042DA01

4K042DA02

4K042DB04

4K042DC04

4K042DC05

4K042DD04

4K042DD05

4K042DE02

4K042DF01

4K042EA01

4K042EA02

4K042EA03

(57)【要約】

本発明は、カードワイヤ１０の硬化対象区間Ａのレーザービーム硬化法に関する。これによりカードワイヤ１０は、作業空間２６を通って搬送方向に移動する。作業空間２６内には、不活性ガスＧを連続的又は非連続的に導入することにより不活性ガス雰囲気が作り出される。作業空間２６内には、カードワイヤ１０の硬化対象区間Ａが移動するレーザービーム領域２７が形成される。これにより硬化対象区間Ａが加熱される。レーザービーム領域２７から出た後、硬化対象区間Ａは冷却され、この温度プロファイルを進行させることによって硬化される。作業空間２６内の不活性ガス雰囲気中での硬化により、酸化物層の形成（スケーリング）及び焼戻し色が回避される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基部（１１）と、前記基部から突出する複数の歯（１２）と、を備えたカードワイヤ（１０）のレーザー硬化法であって、
作業空間（２６）の内部に少なくとも１つの連続するレーザービーム領域（２７）を形成する工程と、
前記作業空間（２６）に不活性ガス（Ｇ）を供給する工程と、
前記カードワイヤ（１０）を搬送方向（Ｆ）で前記作業空間（２６）に搬送し、各歯（１２）の硬化対象区間（Ａ）が前記少なくとも１つのレーザービーム領域（２７）を通って移動するようにし、よって各硬化対象区間（Ａ）の少なくとも１つの外面（１８、１９）が前記少なくとも１つのレーザービーム領域（２７）を通じて移動し、前記硬化対象区間（Ａ）が加熱されるようにする工程と、
前記硬化対象区間（Ａ）を冷却する工程と、
を備えるレーザー硬化法。

【請求項2】

前記カードワイヤ（１０）が搬送方向（Ｆ）に停止することなく連続的に移動する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記カードワイヤ（１０）が搬送方向（Ｆ）に一定速度で移動する、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記少なくとも１つのレーザービーム領域（２７）は、搬送方向（Ｆ）の長さ（ｘ）と、前記搬送方向（Ｆ）に直交する幅（ｙ）を有する非円形の輪郭を有し、前記幅（ｙ）は前記長さ（ｘ）よりも特に短い、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の方法。

【請求項5】

前記少なくとも１つのレーザービーム領域（２７）は、少なくとも１つの直線外縁を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の方法。

【請求項6】

レーザービーム領域（２７）の前記少なくとも１つの直線外縁は、前記搬送方向（Ｆ）と平行に方向付けられる、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記レーザー光の強度は、前記レーザービーム領域（２７）の各直線外縁で急激に変化する、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載の方法。

【請求項8】

前記少なくとも１つのレーザービーム領域（２７）は入射レーザービーム（３０）を出射レーザービーム（３２）にする少なくとも１つのビーム形成光学系（３１）によって形成され、よって前記出射レーザービームは前記少なくとも１つのレーザービーム領域（２７）のうちの少なくとも１つを形成する、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１つに記載の方法。

【請求項9】

前記出射レーザービーム（３２）の前記レーザー光の少なくとも一部を取り込むように構成されたビームダンプ（３８）が存在する、ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１つに記載の方法。

【請求項10】

前記ビームダンプ（３８）は、冷却媒体（Ｋ）によって冷却される、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。

【請求項11】

前記ビームダンプ（３８）は、前記少なくとも１つのレーザービーム領域（２７）を通過する前記レーザー光の進行方向に対して斜めに方向付けられた前記出射レーザービーム（３２）の少なくとも１つの入射面（３９）を備える、ことを特徴とする請求項５乃至７の何れか１つに記載の方法。

【請求項12】

レーザービーム源（２８）は、９００ｎｍ－１１００ｎｍの波長を有する前記少なくとも１つのレーザービーム領域（２７）の形成のためのレーザービーム（２９）を発光する、ことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１つに記載の方法。

【請求項13】

前記少なくとも１つのレーザービーム領域（２７）において前記レーザービーム領域（Ａ）への前記レーザー光の印加期間は、５０ｍｓから７０ｍｓである、ことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１つに記載の方法。

【請求項14】

前記カードワイヤ（１０）は、前記少なくとも１つのレーザービーム領域（２７）に入る前に焼戻される、ことを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１つに記載の方法。

【請求項15】

前記カードワイヤ（１０）は、前記少なくとも１つのレーザービーム領域（２７）に入る前に洗浄される、ことを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１つに記載の方法。

【請求項16】

第１のレーザービーム領域（２７ａ）及び距離を置いた第２のレーザービーム領域（２７ｂ）が形成される、ことを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１つに記載の方法。

【請求項17】

前記硬化対象区間（Ａ）の第１の外面（１８）は前記第１のレーザービーム領域（２７ａ）を通って移動し、前記硬化対象区間（Ａ）の前記第１の外面（１８）とは反対側の第２の外表面（１９）は、前記第２のレーザービーム領域（２７ｂ）を通って移動する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。

【請求項18】

前記硬化対象区間（Ａ）の加熱が測定される、ことを特徴とする請求項１乃至１７の何れか１つに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、カードワイヤの硬化対象区間のレーザー硬化法に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザー硬化法は、例えば、特許文献１から既知である。そこでは、レーザービームが開口部を通って作業空間に向けられ、その作業空間を通してカードワイヤが搬送方向に移動する。カードワイヤは、作業空間の前で搬送方向にガスバーナーによって予熱される。搬送方向における作業空間の後方で、カードワイヤはスプレーノズルによって冷却される。作業空間はその内側が球状で、カードワイヤから反射したレーザー光を、作業空間の内側からカードワイヤに反射して戻すことができる。このようにして、２つの対向する側面からカードワイヤにレーザー光を向けることができる。

【0003】

カードワイヤのレーザー硬化法は、特許文献２にも記載されている。

【0004】

特許文献３は、誘導加熱によるカードワイヤの硬化及びそれに続く冷却媒体による冷却について説明している。この文献は、レーザービームのエネルギーのために局所的な過熱が発生する可能性があるため、レーザー硬化は優位性に欠けると述べている。カードワイヤの誘導加熱は、特許文献４からも既知である。

【0005】

特許文献５は電子ビームによる、帯のこ等の被加工物又は工具の硬化法を記載しており、電子ビームエネルギーは硬化対象区間の形状及び／又は位置に適合させる。

【0006】

レーザービーム切断のためのレーザーの使用は、特許文献６から既知である。これにより、例えば、カードワイヤの輪郭を被加工物から切断することができる。

【0007】

カードワイヤは、カードワイヤがローラに巻かれる基部を有する。歯は略三角形の輪郭を有し、基部から突出する。カードワイヤ又は基部の延長方向では、直接隣接する２つの歯が隙間によって互いに分離されている。

【0008】

カーディング中、織物繊維はローラに巻かれたカードワイヤによって取り出され、カードワイヤの隣接する巻線間の隙間でローラの周りの円周方向に方向付けられる。これにより、カードワイヤの歯は、織物繊維を取り出し、織物繊維を解き放つまで保持するように構成される。したがって、これらの歯に十分な硬度を付与し、織物繊維との摩擦による過度の摩耗が生じないようにすることが望ましい。カードワイヤの基部は、順番にローラに巻き付ける必要があるため、それぞれ弾性を有する必要がある。したがって、全鋼製の針布用のカードワイヤの製造中、カードワイヤは異なる領域で異なる硬度を有することが望ましい。

【0009】

したがって、カードワイヤの各歯の少なくとも硬化対象区間は硬化されなければならず、一方、基部は硬化対象区間と比較して硬度が低い。これにより、すでに硬化した部品と非硬化部品の間に遷移領域が形成される。遷移領域では、カードワイヤの硬度が正確に定義されていないため、カードワイヤ又はカードワイヤの各歯の欠点となり得る。また、加熱（スケーリング）により金属酸化物層が形成され得ることも不利である。次に、さらなるプロセスでイオン酸化物層を再度除去することが一般的に必要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】米国特許第４９２４０６２号

【特許文献2】スイス国特許第６７０４５５号

【特許文献3】独国特許出願公開第１０２０１４１０６５７４号明細書

【特許文献4】日本国特許２９０９７７４号

【特許文献5】独国特許第２０１８７９３号

【特許文献6】独国特許出願公開第１０２００６０３０４１８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

したがって、本発明の目的は、スケール形成を回避しつつ、省スペース装置を用いてカードワイヤを効率的に硬化させることができる方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

この目的は、請求項１に記載の特徴を有する方法により達成される。

【0013】

本発明では、レーザーを用いてカードワイヤをカードワイヤの硬化対象区間において硬化する。カードワイヤには、歯が突出した状態の連続した基部がある。基部が延長方向に直線的に延びている場合、歯は共通の面に平行に向けられ、延長方向に一列ずつ配置される。この方法には次の工程が含まれる。

【0014】

作業空間では、少なくとも１つの作業面に少なくとも１つのレーザービーム領域が形成される。丁度１つのレーザービーム領域が１つの作業面内に形成されること、又は第１のレーザービーム領域が第１の作業面内に形成され且つ第２のレーザービーム領域が第２の作業面内に形成されることが好ましい。これにより、作業面は互いに距離を置いて配置される。レーザービーム領域は、連続レーザービームの断面によって形成することができる。レーザービーム領域の輪郭は変化してもよく、例えば、多角形、特に矩形とすることができる。レーザービーム領域は、直線的に延びる少なくとも１つ、好ましくは４つの外縁を含むと優位性がある。各直線外縁では、レーザー光の強度又はレーザービーム領域のエネルギー密度が急激に変化する。変化率ｍは、レーザービーム領域の外縁におけるレーザー光の強度の勾配を表し、例えば、以下のように定義することができる。

【0015】

【数1】

ここで、
ｍ：強度の変化率

：レーザービーム領域の強度Ｉの平均値
ｗ：平均強度

の５０％で直線外縁に直交するレーザービーム領域の幅
ｘ１：平均強度

の１０％で直線外縁に直交するレーザービーム領域の幅の半分
ｘ２：平均強度

の９０％で直線外縁に直交するレーザービーム領域の幅の半分。

【0016】

変化率は５より大きいことが好ましく、７より大きいことが特に好ましく、８より大きいことがさらに好ましい。

【0017】

作業空間には不活性ガスが導入される。この不活性ガスの導入は、連続的又は非連続的に行うことができる。このようにして作業空間内に不活性ガス雰囲気を作り出すことができる。例えば、窒素及び／又はアルゴン及び／又は他の希ガスを不活性ガスとして使用することができる。そうすることで、作業空間に不活性及び／又は化学反応性の低い雰囲気が作り出される。

【0018】

カードワイヤは搬送方向、特にカードワイヤの作業空間への延長方向に搬送される。よって、カードワイヤの各歯の硬化対象区間は、作業空間内でレーザー光の出射方向に対して斜め又は直交するよう方向付けられることが好ましい。カードワイヤは、各硬化対象区間が少なくとも１つのレーザービーム領域に沿って、又は少なくとも１つのレーザービーム領域を通って移動するように搬送される。各硬化対象区間は、各作業面に沿いに、割り当てられた少なくとも１つのレーザービーム領域を通じた硬化対象区間の移動中に移動する少なくとも１つの外面を有する。例えば、１つの単一のレーザービーム領域を１つの単一の作業面内に形成することができ、各硬化対象区間の外面は、レーザービーム領域を通って作業面に沿って移動する。互いに平行に配置され、硬化対象区間の厚さに対応する搬送方向に直交する方向で離れている２つの作業面に２つのレーザービーム領域を形成することも可能である。そうすることで、各硬化対象区間の２つの対向する外面を、割り当てられたレーザービーム領域を介してそれぞれ２つの作業面の１つに沿って移動させることができる。したがって、各硬化対象区間は、レーザービーム領域によって片側から、又は２つのレーザービーム領域によって対向する両側から加熱することができる。

【0019】

硬化対象区間が少なくとも１つのレーザービーム領域を通って移動している間、それは加熱される。カードワイヤの搬送運動により、硬化対象区間は少なくとも１つのレーザービーム領域を移動して遠ざかり、硬化対象区間に追加のエネルギー又は熱が導入されないようにする。カードワイヤの材料の熱伝導、及びカードワイヤと作業空間内の周囲の雰囲気との間の熱伝導により、加熱対象区間は急速に冷却され、よって硬度が向上する。不活性ガスの供給によりガス流が生成され、追加の冷却効果がオプションとして得られる。この場合、不活性ガスを作業空間に連続的に導入することができる。別途の追加冷却媒体の供給は、全ての態様において必要ではない。カードワイヤの各硬化対象区間の加熱と冷却は、完全に作業空間内で行われる。

【0020】

よって、レーザービーム領域による各硬化対象区間のエネルギーの導入及び加熱は、小さな領域内で行うことができる。加熱と冷却は非常に短い期間で行われるため、スケーリングの危険性はすでに減少している。しかし、この短期間の硬化にもかかわらず、焼戻し色の形成及び／又はスケーリングが発生し得ることを示している。本発明によれば、この理由で不活性ガスが作業空間の内部に連続的又は非連続的に導入されることから、低反応性又は不活性雰囲気が作り出される。そうすることで、レーザー硬化がさらに改善され、カードワイヤの硬化区間の後処理を省略できる。

【0021】

レーザー光又はレーザービームの生成には、例えば、ダイオードレーザー又はガスレーザー等のレーザービーム源が使用される。レーザー光の波長は、少なくとも６５０ｎｍ、例えば、８００ｎｍ－１４００ｎｍの範囲、及び一態様では約１０００ｎｍの光波長でよい。

【0022】

カードワイヤが搬送方向に停止することなく連続的に移動することが好ましい。搬送方向への移動は一定速度で行うことができる。カードワイヤが搬送方向に移動する速度は、少なくとも１０ｍ／ｍｉｎ又は２０ｍ／ｍｉｎ、例えば、４０ｍ／ｍｉｎ－５０ｍ／ｍｉｎとすることができ、搬送方向における歯の寸法に応じて速度を調整することができる。搬送方向でのカードワイヤの移動中の速度が一定であるため、各硬化対象区間が少なくとも１つのレーザービーム領域を通って移動する期間も一定である。

【0023】

レーザービーム領域の少なくとも１つの特性が時間不変である場合、例えば、レーザービーム領域の輪郭及び／又はレーザーのオン期間中のレーザー光の強度及び／又はビームインパルス周波数、レーザービーム領域がレーザービームインパルスによって形成される場合、優位性がある。一態様において、レーザービーム領域はオン又はオフにスイッチされず、レーザー光のエネルギー密度はレーザービーム領域の範囲（例えば、レーザービームインパルス周波数がゼロ）において時間依存的に変化しない。レーザービーム領域の空間的延長及び作業空間におけるレーザービーム領域の位置は、一定であることが好ましい。

【0024】

好ましい態様において、少なくとも１つのレーザービーム領域は、非円形の輪郭を有してよい。少なくとも１つのレーザービーム領域は、割り当てられた作業面において、長さの方向は搬送方向で、幅の方向は搬送方向に直交する方向である。長さと幅は特に異なり、幅は長さよりも短くてよい。少なくとも１つのレーザービーム領域の長さは、最小１０ｍｍ－最大１００ｍｍ、好ましくは１５ｍｍ－７０ｍｍ、さらに好ましくは２５ｍｍ又は３０ｍｍ－４０ｍｍの範囲とすることができる。例えば、レーザービーム領域の長さは３２ｍｍ－３５ｍｍである。レーザービーム領域の幅は、各歯で硬化対象区間の高さに応じて選択することができ、一態様では少なくとも０．５ｍｍ又は１．０ｍｍ及び／又は最大２．０ｍｍ又は３．０ｍｍとすることができる。

【0025】

好ましい態様において、各レーザービーム領域は、入射レーザービームを出射レーザービームにする各ビーム形成光学系によって形成することができる。出射レーザービームは、入射するレーザービームとは異なる断面を有する。出射レーザービームは、割り当てられた作業面にレーザービーム領域を形成する。第１の作業面における第１のレーザービーム領域及び第２の作業面における第２のレーザービーム領域が形成される場合、このために２つの別々のビーム形成光学系を使用することができる。ビーム形成光学系は、例えば、レンズ、特にパウエルレンズに似た自由曲面レンズを備えてよい。このようなレンズに加えて、ビーム形成光学系は、追加の光収縮及び／又は光屈折及び／又は光反射部品を備えてよい。

【0026】

レーザービーム領域において、硬化対象区間に衝突せずに、レーザービーム領域を通過するレーザー光が、ビームダンプによって少なくとも部分的に受光されると、さらなる優位性がある。カードワイヤが搬送方向に移動すると、例えば、レーザー光はレーザービーム領域を部分的に、例えば、レーザービーム領域でカードワイヤの２つの隣接する歯の間に隙間が存在する領域を通過する。このレーザー光は、ビームダンプによって少なくとも部分的に捕捉することができる。このため、ビームダンプは、ビーム形成光学系の反対側に配置することができ、例えば、作業面はビーム形成光学系とビームダンプとの間に存在する。

【0027】

ビームダンプは、冷却媒体、例えば、水及び／又は空気によって冷却することができることが好ましい。ビームダンプの内部では、この目的のために冷却媒体が流れる少なくとも１つの冷却チャネルを延長することができる。追加的又は代替的に、冷却媒体を外部からビームダンプに向けることができる。

【0028】

一態様において、ビームダンプは、少なくとも１つのレーザービーム領域を通過するレーザー光の進行方向に対して斜めに方向付けられた少なくとも１つの入射面を備えることができる。そうすることで、入射面上のレーザー光のエネルギー密度は、レーザービーム領域におけるエネルギー密度に比べて小さくなる。レーザー光のエネルギー密度は、入射面上の加熱がビームダンプにとって重要ではなく、それによって導入された熱を、好ましくは冷却媒体による能動的冷却によって放散することができるように、減少させることができる。

【0029】

少なくとも１つのレーザービーム領域において硬化対象区間の各点へのレーザー光の印加期間は、最大１５０ｍｓ又は最大１００ｍｓでよい。好ましくは、印加期間は、３０ミリ秒－９０ミリ秒の範囲、さらに好ましくは５０ミリ秒－７０ミリ秒の範囲とすることができる。一態様において、印加期間は約６０ミリ秒である。印加期間は、例えば、カードワイヤの搬送速度及び／又は搬送方向における少なくとも１つのレーザービーム領域の長さに従って調整することができる。

【0030】

カードワイヤが少なくとも１つのレーザービーム領域に入る前に焼戻されることが好ましい。焼戻しは、カードワイヤの基部に限定することも、少なくともそれを網羅するようにすることもできる。また、カードワイヤ全体に焼戻し処理を施すこともできる。焼戻しには、初期温度から保持温度までの暖機、保持温度での完全加熱、及び暖機前のカードワイヤの初期温度に対応し得る目標温度までの冷却、といった工程が含まれる。目標温度及び／又は初期温度は、例えば、環境温度であり得る。

【0031】

また、方法が少なくとも１つのレーザービーム領域に移行する前にカードワイヤを洗浄する工程を備えると優位性がある。洗浄は、任意の焼戻しプロセスの前に行ってよい。洗浄は、特に、洗浄工具とカードワイヤとの直接接触なしに、例えば、カードワイヤに洗浄液を噴霧することによって行われる。水は洗浄液として使用してよい。

【0032】

少なくとも１つの硬化対象区間の暖機が、例えば、高温計によって測定されると優位性がある。このようにして、少なくとも１つのレーザービーム領域におけるレーザー光のエネルギー密度を調整し、カードワイヤの硬化対象区間における所望の温度が達成されるようにすることができる。硬化対象区間内の温度の測定により、レーザーエネルギーの閉ループ制御又は調整、そしてそれ故に少なくとも１つのレーザービーム領域におけるレーザー光のエネルギー密度も実現することができる。

【0033】

本発明の優位性のある実施例は、従属項、発明の詳細な説明、及び図面から導かれる。以下では、本発明の好ましい実施例を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図は、以下の通りである。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】カードワイヤの実施例の部分的な概略的斜視図である。

【図2】図１のカードワイヤの部分的な概略的側面図である。

【図3】図２の切断線ＩＩＩ－ＩＩＩでのカードワイヤの延長方向に直交する面を示す断面図である。

【図4】図１乃至３のカードワイヤの既に硬化した歯の硬度の進行の基本概略図である。

【図5】搬送方向から見たカードワイヤの硬化装置及び硬化法の基本概略図である。

【図6】搬送方向と直交する側面における図５の装置及び方法の概略図である。

【図7】長さの方向は搬送方向で、幅の方向は搬送方向に直交する方向である本発明のレーザービーム領域の基本図である。

【図8】カードワイヤのレーザー硬化装置及びレーザー硬化法の変形実施例の非常に概略的な図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

本発明はカードワイヤ１０のレーザー硬化に関し、図１乃至３に概略的に示されている。カードワイヤ１０は、長手方向Ｌに延びる基部１１を備える。基部１１の断面は多角形、例えば矩形、でよい。幅方向Ｂでは、基部１１から長手方向Ｌに交互に配置された複数の歯１２が突出している。長手方向Ｌで直に隣接する２つの歯１２の間には、１つの隙間１３がそれぞれ存在する。各歯１２は、幅方向Ｂにおいて基部１１から離れて配置された角部１４を有する略三角形の輪郭を有する。角部１４は、歯１２の輪郭を規定する２つの縁部１５、１６によって形成されている。実施例において、一つの第１の縁部１５は略幅方向Ｂに延び、他の第２の縁部１６は幅方向Ｂに対して斜めに傾斜して延びている。

【0036】

幅方向Ｂと長手方向Ｌとに直交する深さ方向Ｔにおいて、基部１１は、少なくとも歯１２の厚さよりも長い区間で厚さ又は強度を有する。これにより、実施例では、幅方向Ｂと直交するよう方向付けられた長手面１７を有する基部１１上に突起部が形成されている。各歯１２は、第１の外面１８と、第１の外面１８と対向する第２の外面１９とを有する。２つの外面１８、１９は、歯１２の厚さに応じて深さ方向Ｔに互いに距離を置いて配置されている。２つの外面１８、１９は、互いに平行に配置することができる。実施例では、第２の外面１９が深さ方向Ｔに略直交して延びているのに対し、第１の外面１８は深さ方向Ｔ及び第２の外面１９に対して斜めに傾斜するように向いている。第１の外面１８は第１の面Ｅ１で延び、第２の外面１９は第２の面Ｅ２で延びる（図３）。

【0037】

硬化対象区間Ａは、各歯の角部１４に隣接している。この区間では、各歯１２を硬化させる。硬化対象区間Ａは、長手面１７に隣接する基部１１の突起部まで距離をあけて配置されている。本発明のレーザー硬化により硬化対象区間Ａが硬化した後、遷移領域Ｚは、硬度が基部１１向かって連続的に低下する硬化対象区間Ａに隣接する。幅方向Ｂにおいて、遷移領域Ｚは、本発明の方法によるレーザー硬化後の寸法が０．３ｍｍ未満、好ましくは０．２ｍｍ未満の範囲である。

【0038】

硬化対象区間Ａを硬化させるために、硬化対象区間Ａにエネルギーが導入され、加熱される。硬化対象区間Ａの加熱は、レーザービームのレーザー光による放射によって行われる。レーザー硬化装置及びレーザー硬化法の実施例は、それぞれ構成図状の概略図で図５及び図６に示されている。

【0039】

レーザー硬化のため、作業空間２６がハウジング２５内に規定される。この作業空間２６では、カードワイヤ１０が硬化対象区間Ａで処理され、特にレーザー硬化が行われる。実施例において、カードワイヤ１０は、図示しない搬送装置によって作業空間２６を通って搬送方向Ｆに移動する。搬送方向Ｆは、例えば、水平方向とすることができる。搬送方向Ｆでのカードワイヤ１０の搬送時には、長手方向Ｌが搬送方向に向けられるようにカードワイヤ１０が方向付けられることが好ましい。カードワイヤ１０の幅方向Ｂは、搬送方向Ｆに対して直交する作業空間２６の横断方向Ｑと平行に向けられることが好ましい。搬送方向Ｆ及び横断方向Ｑは、水平に延びる面を形成することができる。カードワイヤ１０は、いわば横臥位で作業空間内を移動することができる。

【0040】

ここで好ましい実施例において、カードワイヤ１０は作業空間２６を継続的に移動し、それによって処理、特に硬化される。カードワイヤ１０が搬送方向Ｆに移動する速度は一定であることが好ましく、実施例では少なくとも１０ｍ／ｍｉｎ又は少なくとも２０ｍ／ｍｉｎ、例えば、４０ｍ／ｍｉｎ－５０ｍ／ｍｉｎであり、ここで速度は歯１２の寸法に依存し、歯１２が大きいほど低い。

【0041】

作業空間では少なくとも１つのレーザービーム領域２７、及び図５及び図６に係る実施例では丁度１つのレーザービーム領域２７が形成される。このために、装置は、レーザービーム２９を発光するレーザービーム源２８を備える。発光されたレーザービーム２９は、入射レーザービーム３０としてビーム形成光学系３１に直接供給することも、又は代替的に１つ又はそれ以上の光学素子を介して間接的に供給することもできる。光学素子は、レーザービームを方向転換及び／又は屈折及び／又は回折及び／又は反射し、次に入射レーザービーム３０としてビーム形成光学系３１に供給することができる。

【0042】

レーザービーム源２８によって生成されるレーザービーム２９のレーザー光は、好ましくは少なくとも６５０ｎｍ又は少なくとも８００ｎｍの波長、例えば、８００ｎｍ－１４００ｎｍの範囲、実施例では約１０００ｎｍの波長を含む。

【0043】

ビーム形成光学系３１は、入射レーザービーム３０を形成し、そこから出射レーザービーム３２を形成するよう構成され、作業面において画定された断面を有する。このために、ビーム形成光学系３１は、レンズ、特に自由曲面レンズ３３などの１つ又はそれ以上の光学部品を備えてよい。

【0044】

作業空間２６内部の作業面では、出射レーザービーム３２がレーザービーム領域２７を形成する。図５及び図６に係る実施例において、作業面は、作業空間２６の内部を搬送方向Ｆ及び横断方向Ｑに延伸又は横断方向Ｑに傾斜し、作業空間内に存在する第１の外面１８の第１の面Ｅ１が作業面内に略配置される。出射レーザービーム３２は、作業面内に配置されたそのレーザービーム領域２７において規定の寸法及びエネルギー密度を有する。図７に非常に模式的に示される通り、レーザービーム領域２７は、搬送方向Ｆの長さｘと、作業面に沿って搬送方向Ｆに直交、又は横断方向Ｑの幅ｙを有する。長さｘは、幅ｙとは異なり、特に幅ｙより長いことが好ましい。実施例において、長さｘは、最小１０ｍｍ－最大１００ｍｍ、好ましくは１５ｍｍ－７０ｍｍ、さらに好ましくは２５ｍｍ又は３０ｍｍ－４０ｍｍ、特に３２ｍｍ－３５ｍｍとすることができる。レーザービーム領域２７の幅ｙは、歯１２の硬化対象区間Ａの寸法に適合させることができ、例えば、最小０．５ｍｍ又は１．０ｍｍ－２．０ｍｍ又は３．０ｍｍの範囲とすることができる。

【0045】

少なくとも１つのレーザービーム領域２７は、実施例によると、矩形又はそれ以外であれば多角形の輪郭を有する。少なくともそれは、搬送方向Ｆに平行に方向付けられ、基部１１に向かう少なくとも１つのレーザービーム領域２７を制限する直線外縁を備える。各直線外縁では、レーザー光の強度又は少なくとも１つのレーザービーム領域２７のエネルギー密度が急激に変化する。変化率ｍは、レーザービーム領域の外縁におけるレーザー光の強度の勾配を表し、例えば、以下の通りである。

【0046】

【数2】

ここで、
ｍ：強度の変化率

：レーザービーム領域の強度Ｉの平均値
ｗ：平均強度

の５０％で直線外縁に直交するレーザービーム領域の幅
ｘ１：平均強度

の１０％で直線外縁に直交するレーザービーム領域の幅の半分
ｘ２：平均強度

の９０％で直線外縁に直交するレーザービーム領域の幅の半分。

【0047】

変化率は５より大きいことが好ましく、７より大きいことが特に好ましく、８より大きいことがさらに好ましい。

【0048】

作業空間２６内に低反応性又は不活性ガス雰囲気を作り、レーザー硬化による金属酸化物層（スケール）の形成及び焼戻し色の生成を回避する。この目的で、不活性ガスＧが作業空間２６内に導入される。このために、ハウジング２５は、不活性ガスＧを供給するための少なくとも１つのガス接続部３７を備えることができる。不活性ガスＧを、作業空間２６内に連続的又は非連続的に流入させることができる。

【0049】

不活性ガスＧは、ビーム形成光学系３１に隣接する作業空間２６に導入され、出射レーザービーム３２の進行方向に対して斜め又は直交、例えば、横断方向Ｑ及び／又は搬送方向Ｆに流れるようにするのが好ましい。実施例において、不活性ガスＧは、作業面又はレーザービーム領域２７とビーム形成光学系３１との間に垂直に導入される。不活性ガスＧの流れはビーム形成光学系３１を保護することができ、作業空間２６におけるレーザー硬化及び／又は他の処理中に生成されるいわゆるヒューム及び／又は蒸気のシールガスとして機能することができる。不活性ガスＧは、レーザービーム領域２７からヒューム及び／又は蒸気を除去することができる。したがって、不活性ガスＧは、実施例による作業空間２６内の低反応性又は不活性雰囲気の生成だけでなく、同時に、ビーム形成光学系３１の保護、及び／又はカードワイヤ１０の表面のレーザービーム領域２７における均一なエネルギー密度を可能な限り維持する役割をする。

【0050】

不活性ガスＧとして、窒素、アルゴンもしくは他の希ガス又はこれらの任意の組み合わせを用いることができる。

【0051】

レーザー硬化のために、カードワイヤ１０は作業空間２６を通じて移動し、個々の歯１２の硬化対象区間Ａがその後にレーザービーム領域２７を通じて移動する。この移動の間、硬化対象区間Ａは、レーザービーム領域２７において加熱され、レーザービーム領域２７を出た後に急速に冷却され、よって硬度が向上する。この冷却は、カードワイヤ１０内の熱が、加熱された硬化対象区間から基部１１に向かう方向に伝導することによって行われる。追加の冷却は、作業空間２６内の雰囲気中の熱放散によって達成することができる。作業空間２６の内部への不活性ガスＧの導入によってもたらされるガス流は、加熱された区間のさらなる冷却に寄与することができる。

【0052】

図７に模式的に示されるように、レーザービーム領域２７は、歯１２の硬化対象区間Ａのみがレーザービーム領域２７を通じて移動するように位置決めされる。硬化してはならないカードワイヤ１０の他の区間、特に基部１１は、作業空間２６を通じてレーザービーム領域２７の外に移動される。

【0053】

実施例において、レーザービーム領域２７での出射レーザービーム３２のレーザー光が、そこを通過する硬化対象区間Ａの各点に作用する印加期間は、最大１５０ｍｓ又は最大１００ｍｓである。好ましくは、印加期間は、３０ミリ秒－９０ミリ秒の範囲、さらに好ましくは５０ミリ秒－７０ミリ秒の範囲とすることができる。実施例において、印加期間は約６０ミリ秒である。

【0054】

歯１２の硬化対象区間Ａの硬化後、歯１２は、基本的に図４に模式的に示される硬度が進行する。図の横座標は、歯１２の角部１４からの幅方向Ｂの距離ｄを定義している。縦軸は距離ｄに基づく硬度Ｈを示す。硬化後の硬度Ｈは、各硬化対象区間Ａで最大且つ略一定である。遷移領域Ｚでは硬度が低下する。硬化部Ａの外側で、硬度Ｈは、カードワイヤ１０の非硬化材料の値に相当する。幅方向Ｂにおける遷移領域Ｚの寸法は小さく、０．２ｍｍ未満であることが好ましい。非硬化基部１１は十分な弾性及び変形性を付与し、カードワイヤ１０は亀裂やその他の損傷を伴うことなく問題なく硬化後にローラに巻くこともできる。

【0055】

図５及び図６に示される通り、カードワイヤ１０が作業空間２６を通って移動する作業面又は面の後ろでは、出射レーザービーム３２の進行方向にビームダンプ３８が存在し得る。ビームダンプ３８は、カードワイヤ１０に衝突しないものの、レーザービーム領域２７、特に２つの歯１２の間の隙間１３を通過する出射レーザービーム３２のレーザー光を少なくとも部分的に捕捉するように構成される（図７も比較）。ビームダンプ３８は、出射レーザービーム３２のレーザー光の進行方向に対して斜めに配置された少なくとも１つの入射面３９、実施例では２つの入射面３９を有する。入射面３９は、例えば、Ｖ字状に配置することができる。レーザー光の進行方向に対する入射面３９の傾きにより、レーザービーム領域２７の面積と比較して、レーザー光が少なくとも１つの入射面３９に衝突する領域が拡大される。したがって、少なくとも１つの入射面３９に衝突するレーザー光のエネルギー密度は低下する。そのため、ビームダンプ３８においても単位面積当たりの吸収が十分に低い。

【0056】

本実施例において、少なくとも１つの入射面３９は、ヒートシンク４０の外面によって実現される。ヒートシンク４０、加えてそれ故に少なくとも１つの入射面３９は、冷却媒体Ｋ、例えば、空気、水、又は別の流体によって冷却することができる。この目的のために、ヒートシンク４０の内部には少なくとも１つの冷却チャネル４１が、冷却媒体Ｋが流れる態様において存在することができる。冷却媒体Ｋの冷却回路は、図５に非常に概略的に示されるのみである。

【0057】

図６に基づいて、方法を実施するため、又は装置の構成のために、任意の追加的構成の可能性が示される。カードワイヤ１０を処理するための追加のステーションは、好ましくはカードワイヤ１０の移動方向でレーザービーム領域２７の前に配置されるハウジング２５の内部にあってよい。例えば、それは洗浄ステーションや焼戻しステーション４２でよい。洗浄ステーション４１は、少なくともカードワイヤ１０の硬化対象区間Ａを洗浄するように構成されている。焼戻しステーション４２は、カードワイヤ１０の基部１１を少なくとも焼戻すように構成されている。

【0058】

洗浄ステーション４１は、洗浄物質を出力し、それをカードワイヤ１０の硬化対象区間Ａに噴霧して汚れを除去する構成とすることができる。オプションとして、カードワイヤ１０は、続いて洗浄ステーション４１において、例えば、ガスを用いたブロー乾燥によって乾燥することができる。

【0059】

焼戻しステーション４２は、カードワイヤ１０の基部１１又はカードワイヤ１０全体を少なくとも焼戻しするように構成されている。このために焼戻しステーション４２は、加熱装置４３、冷却装置４４、加えてオプションとして乾燥装置４５を備えることができる。加熱装置４３は、カードワイヤ１０の基部１１に少なくとも熱を導入し、保持温度まで加熱する役割を果たす。続いて、このようにして加熱されたカードワイヤ１０の部分は、冷却装置４４によって、例えば、水等の冷却物質を噴霧することによって冷却される。続いて、カードワイヤ１０は、乾燥装置４５によって、例えば、気体を用いたブロー乾燥によって乾燥することができる。

【0060】

洗浄ステーション４１での洗浄及び／又は焼戻しステーション４２での焼戻しの後、硬化対象区間Ａは、レーザー硬化によって作業空間で硬化される。実施例において、これらの処理工程の全ては、作業空間２６の内部で行われる。

【0061】

図８は、カードワイヤ１０の硬化対象区間Ａのレーザー硬化のためのさらなる実施例を、非常に簡略化された概略的基本説明図として示す。この実施例において、２つの出射レーザービーム３２は、それぞれの場合にレーザービーム領域を形成する２つの別個のビーム形成光学系３１によって生成され、実施例では、第１の作業面における第１のレーザービーム領域２７ａと、そこまで距離を隔てて配置された第２の作業面における第２のレーザービーム領域２７ｂが形成される。２つの作業面は、互いに平行又は傾斜するように延ばすことができ且つ実施例に従って方向付けられ、硬化対象区間Ａの第１の面Ｅ１が第１の作業面に沿って移動し、硬化対象区間Ａの第２の面Ｅ２が第２の作業面に沿って移動するようにする。この配置では、レーザー光のエネルギーを、カードワイヤ１０の硬化対象区間Ａに２つの対向する側、すなわち第１のレーザービーム領域２７ａの第１の外面１８及び第２のレーザービーム領域２７ｂの第２の外面１９から導入することができる。

【0062】

搬送方向Ｆにおいてレーザービーム領域２７ａ、２７ｂは、互いにずらして配置されてもよいし、交互に少なくとも部分的に重なり合ってもよい。

【0063】

図８にさらに示されるように、２つの出射レーザービーム３２に、２つの別個のビームダンプ３８を設けることができる。出射レーザービーム３２は、共通軸に平行に方向付けられていないものの、進行方向は互いに１８０°未満の角度に方向付けられている。

【0064】

２つのビーム形成光学系３１によって２つの出射レーザービーム３２を生成するために、共通のレーザービーム源２８の出射レーザービーム２９を使用することができる。オプションとして、２つの別個のレーザービーム源２８を使用することができる。

【0065】

割り当てられたレーザービーム領域２７を通って移動する少なくとも１つの硬化対象区間Ａの加熱を監視することができる。例えば、図５に概略的に示されるように、高温計４６をこの目的のために使用することができる。高温計４６によって、少なくとも１つの硬化対象区間Ａでカードワイヤ１０の加熱された箇所から発生する熱放射Ｗを決定することができる。したがって、少なくとも１つの硬化対象区間Ａに十分なエネルギーが注入されたかどうかを高温計４６によって検査することができる。応用可能であれば、レーザービーム源２８の調整は、エネルギー注入を適応させるために変更を加えることができる。

【0066】

本発明は、カードワイヤ１０の硬化対象区間Ａのレーザービーム硬化法に関する。これによりカードワイヤ１０は、作業空間２６を通って搬送方向に移動する。作業空間２６内には、不活性ガスＧを連続的又は非連続的に導入することにより不活性ガス雰囲気が作り出される。作業空間２６内にはレーザービーム領域２７が形成され、それを通してカードワイヤ１０の硬化対象区間Ａが移動する。これにより硬化対象区間Ａが加熱される。レーザービーム領域２７から出た後、硬化対象区間Ａは冷却され、この温度プロファイルを通じて進行させることによって硬化される。作業空間２６内の不活性ガス雰囲気中での硬化により、酸化物層の形成（スケーリング）や焼戻し色が回避される。

【符号の説明】

【0067】

１０ カードワイヤ
１１ 基部
１２ 歯
１３ 間隙
１４ 角部
１５ 第１の縁
１６ 第２の縁
１７ 長手面
１８ 第１の外面１
１９ 第２の外面
２５ ハウジング
２６ 作業空間
２７ レーザービーム領域
２７ａ 第１のレーザービーム領域
２７ｂ 第２のレーザービーム領域
２８ レーザービーム源
２９ レーザービーム
３０ 入射レーザービーム
３１ ビーム形成光学系
３２ 出射レーザービーム
３３ 自由曲面レンズ
３７ ガス接続部
３８ ビームダンプ
３９ 当接面
４０ ヒートシンク
４１ 洗浄ステーション
４２ 焼戻しステーション
４３ 加熱装置
４４ 冷却装置
４５ 乾燥装置
４６ 高温計
Ａ 硬化対象区間
Ｂ 幅方向
ｄ 距離
Ｅ１ 第１の面
Ｅ２ 第２の面
Ｆ 搬送方向
Ｇ 不活性ガス
Ｈ 硬度
Ｋ 冷却媒体
Ｌ 長さ方向
Ｑ 横断方向
Ｔ 深さ方向
Ｗ 熱放射
ｘ レーザービーム領域の長さ
ｙ レーザービーム領域の幅
Ｚ 遷移領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】