JP6687280B2 - 加工物の表面をレーザ硬化するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、クランク軸のような、鋼などの複数の鉄材料の複数の製品の、レーザによる表面硬化の分野に関する。

材料をその融点未満の高温まで加熱し、続いて焼き入れ、つまり、硬いマルテンサイトを形成するよう十分に急速に冷却することによって、中炭素鋼などの複数の鉄材料を硬化することが、当分野においては周知である。加熱は、複数の炉内に、又は誘導加熱によって、行われることができ、冷却は、水又は複数の他の成分と混合された水などの冷却流体を流すによって、行われることができる。

多くの場合、硬化される必要があるのは表面のみである。表面硬化は、材料の耐摩耗性を増加させ、場合によっては、残留圧縮応力に引き起こされる疲労強度を増加させるのに用いられることもできる。表面硬化は、例えば、複数のクランク軸の複数のジャーナル表面などの複数の軸受面のような、使用するとき実質的な摩耗を受ける複数の表面を硬化するのに有用であり得る。

レーザ表面硬化は、基板の表面を硬化する熱源として、高エネルギーレーザ光が使用される表面処理の一の方法である。レーザ光を用いて表面硬化を達成することが既知である。例えば、以下を参照する。

‐Ｆ．ヴォラトセン氏（Ｆ．Ｖｏｌｌｅｒｔｓｅｎ）他「最新鋭のレーザ硬化及びクラッディング」（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｔ ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ａｎｄ Ｃｌａｄｄｉｎｇ）２００５年ミュンヘン、製造におけるレーザの第３回国際ＷＬＴ会議議事録、２００５年６月

‐Ｍ．セイファート氏（Ｍ．Ｓｅｉｆｅｒｔ）他「マルチキロワット範囲におけるハイパワーダイオードレーザビーム走査」（Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｉｎ Ｍｕｌｔｉ‐Ｋｉｌｏｗａｔｔ Ｒａｎｇｅ）レーザ及び電気光学系応用第２３回国際会議議事録、２００４年

‐Ｓ．サフダ氏（Ｓ．Ｓａｆｄａｒ）他「レーザ変態硬化のレーザビーム形状の効果に関する分析」（Ａｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｏｎ Ｌａｓｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）製造科学及び開発ジャーナル、２００６年８月、第１２８巻、ｐｐ．６５９−６６７

‐Ｈ．ハギノ氏（Ｈ．Ｈａｇｉｎｏ）他「ハイパワーダイオードレーザを用いてレーザ変態硬化による均一硬化プロファイルを得るためのコンピュータ生成ホログラム設計」（Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｈｏｌｏｇｒａｍ ｆｏｒ ｏｂｔａｉｎｉｎｇ ａ ｕｎｉｆｏｒｍ ｈａｒｄｅｎｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ ｂｙ ｌａｓｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ ｄｉｏｄｅ ｌａｓｅｒ）精密工学３４（２０１０年）ｐｐ．４４６−４５２‐米国特許番号第４３１３７７１Ａ号‐ドイツ特許出願公開番号第４１２３５７７Ａ１号‐欧州特許出願公開番号第１３０８５２５Ａ２号‐欧州特許出願公開番号第２３０９１２６Ａ１号‐日本特許出願公開番号第２００８−２０２４３８Ａ号‐日本特許出願公開番号第Ｓ６１−５８９５０Ａ号‐米国特許番号第４７９７５３２Ａ号

表面硬化のためのレーザ光の使用は、レーザビームが加工物から実質的に独立しており、容易に制御され、真空を必要とせず、燃焼生成物を生成しないなど、多数の利点を有する。また、レーザビームは概して金属製品又は加工物を局所に加熱するのみなので、加工物の残りの部分はヒートシンクとして作用でき、急速な冷却を確実にする。このことはまた、加工物の冷たい内部が十分に大きいヒートシンクを構成して、その内部への熱伝導により、マルテンサイトが表面で形成されることを可能にする十分に高い速度で、熱い表面を焼き入れするという自己焼き入れとして既知である。従って、冷却流体などの外部の冷却媒体の必要性を不要とすることができる。

複数の金属硬化処理において、熱源としてのレーザ光の使用に関する１つの課題が、硬化する区域の幅がレーザスポットの複数の寸法により限定されることである。例えば、より高い又はより低い均一強度分布を有する実質的に長方形のスポットを提供するべく、光学系を用いてスポットの形状を変更することが既知である。代替として、（駆動手段に関連付けられる走査ミラーなどの）走査手段が、トラック上でスポットを繰り返し運動させるのに用いられることができ、これにより、熱源は、トラックに沿って移動する長方形のソースであると考えられることができる。

その複数の利点にもかかわらず、レーザ硬化は、この技術の多くの実用的用途のための生産率の高さが不十分であると考えられるため、かつ、加熱されるべき全ての部分が所望の範囲まで加熱されることを達成するのが困難であるため、多くの場合、使用されていない。硬化及び焼き戻しが、過熱によって損傷をさせることなく、複数の必要な深さで達成することを確保するべく、正しい加熱が重要である。

例えば、クランク軸（往復線状ピストン運動を回転に移動させるエンジンの部分）が、レーザ光によって硬化されることが多くの場合には困難であると考えられてきた複雑な製品である。クランク軸の例が図１に示されている。クランク軸１０００は、鍛鋼又は鋳鋼製品であり、２つ以上の中央配置される同軸の円筒のジャーナル１００１（複数の「主ジャーナル」としても既知）と、１つ又は複数のオフセット円筒クランクピンジャーナル１００２（複数の「ロッドジャーナル」としても既知）とを有し、複数のジャーナルの複数の表面にほぼ垂直に延在する複数の壁１００５を立てる複数のカウンターウェイト及びウェブにより分離される。製品の複雑な形状により、レーザビームで表面を正しく「走査」することを困難にし得て、硬化するべき複数のトラック若しくは領域は、複数の異なる幅を有し得、及び／又は、非対称的であり得、並びに／又は、複数の異なる平面（複数の壁１００５、及び、複数のジャーナル１００１及び１００２の複数の表面の場合）に配置され得る。従って、ポリマ系水焼き入れ処理が後に続く高周波数の誘導加熱が、現在、複数のクランク軸を硬化するために頻繁に用いられる。しかしながら、この処理は、所望の硬化を達成するのに有用であることが分かっているが、複数の特定の欠点を有する。例えば、誘導により加熱を生成するための複数のインダクタは、クランク軸の特定の設計に従って設計される必要があり、柔軟性を低減させ、新しい種類のクランク軸に誘導機械を適合することが、時間がかかり、コストがかかり得る。さらに、誘導による加熱は、クランク軸を所望の範囲まで加熱するのに必要とされるエネルギーの観点からはコストがかかる。加えて、冷却処理は、必要とされる冷却流体の大量の使用に起因して、環境の観点から、複雑でコストがかかり、チャレンジングである。その他には、冷却流体温度及び流れなどの複数のパラメータが、正しい硬化処理を確実するべく、慎重に制御されなければならない。

従って、熱源としてレーザ光を用いる硬化が、柔軟性、環境性、エネルギー消費、及び費用の観点から、魅力的な選択肢となり得る。

ドイツ特許出願公開番号第１０２００５００５１４１Ｂ３号により、クランク軸の複数のジャーナルの複数の表面をレーザ硬化するための方法が開示されている。この方法によれば、６つの軸の産業用ロボットが、レーザ光で複数のジャーナルのそれぞれを加熱している間に、クランク軸を保持し、複数の主ジャーナルの軸の回りを、かつ、複数のロッドジャーナルの軸の回りを続いて回転させるのに用いられる。従って、産業用ロボットの運動の能力を用いて、レーザ源とレーザビームが投射される表面との間の距離は、一定に保つことができる。

また、米国特許出願公開番号第２００４／０２４４５２９Ａ１号では、クランク軸の小さい部位を硬化するためのレーザの使用を教示している。この場合、レーザ光が、複数の離間された部分を硬化するのに用いられ、複数の部分の範囲は、硬化されるべき部位にわたって変化する。クランク軸の小部分のみがこれらの離間された部分で硬化されているので、複数の他のより感熱性の高い部分の過熱について心配する必要がない。

ドイツ特許出願公開番号第３９０５５５１Ａ１号では、クランク軸の表面を硬化するためのシステムを教示しており、レーザビームがクランク軸上に投射され、そのビームとクランク軸との間に相対運動が存在し、これにより、ビームは、クランク軸の複数の異なる部分上に続いて投射される。ビームにおけるパワー又はパワー分布は、クランク軸のそれぞれの部分の形状に応じて、かつ、レーザビームの貫通の所望深さに応じて適合される。ドイツ特許出願公開番号第３９０５５５１Ａ１号により教示されたアプローチによる課題は、高生産率を可能としない場合があることである。硬化された層の十分な深さを達成するべく（自動車産業では、有効硬化層深さの観点から、一般に、少なくとも８００、１０００、１５００、２０００又は３０００μｍもの硬化層深さが必要とされており、多くの場合、２００μｍ以上の複数の深さまで１００％の変換されたマルテンサイトを有することが所望される）、表面の特定の部分の温度を上昇させるだけでは不十分であるが、十分に長い時間において、表面だけではなく、表面下の材料も十分な深さまで加熱するためのエネルギーが加えられなければならない。表面の過剰な加熱が望ましくないので、所望の貫通を達成すべく、最良の解決手段としては、単にレーザビームのパワーの量を増加させるのではなく、むしろ、レーザ加熱が関連領域に与えられる時間を増加させることである。ドイツ特許出願公開番号第３９０５５５１Ａ１号にて開示されているシステムでは、レーザビームが静止のままで特定の領域に当てられ、複数の主ジャーナル又は複数のロッドジャーナルの複数の大部分にわたって適度な加熱及び貫通を得ることが、実質的な時間を必要としていると考えられ得る。従って、ドイツ特許出願公開番号第３９０５５５１Ａ１号では、複数のジャーナルの複数の一般的な表面を硬化するためのではなく、クランク軸の表面の複数の非常に特定の部分を硬化するのに適切な方法を説明し得る。

また、欧州特許出願公開番号第１９７２６９４Ａ２号では、１つ又は複数のレーザを用いて、クランク軸の複数の特定の部分、すなわち、複数のフィレット部分の硬化に着目している。レーザ光は、硬化されるべき部分上に方位付けられ、クランク軸が回転される。開示されている方法は、予熱段階と、主要加熱段階と、加熱後段階とを含むことができる。クランク軸の回転が行われている間に、レーザ照射が一定に維持されると考えられる。欧州特許出願公開番号第１９７２６９４Ａ２号では、クランク軸の表面の複数のより感熱性の高い部分を過熱するリスクについては言及していない。

米国特許出願公開番号第２００４／０１０８３０６Ａ１号では、複数の自動車メーカが誘導加熱処理を用いてクランク軸の複数の軸受、つまり、複数の主ジャーナル及び複数のロッドジャーナルの複数の表面を硬化し、一方、機械的ローリング処理が、圧縮応力を改善するよう、複数のフィレットを回転させるのに利用されていることを認めている。しかしながら、米国特許出願公開番号第２００４／０１０８３０６Ａ１号によれば、これらの処理は、資本集約的で時間集約的で、ムラをもたらし、焼き戻し処理を必要とする複数の潤滑油孔において割れる傾向を有すると言われている。米国特許出願公開番号第２００４／０１０８３０６Ａ１号では、機械的ローリング処理の必要性を取り除くことを目的とする、レーザによるフィレット熱処理を教示している。光学高温計を用いることによる閉ループ温度制御が提案されている。レーザとフィレットとの間の固定加熱距離を維持するための制御可能なｘ、ｙメカニズムの使用が提案されている。

Ｓ．Ｍ．シャリフ氏（Ｓ．Ｍ．Ｓｈａｒｉｆｆ）他「クランク軸のレーザ表面硬化」（Ｌａｓｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｏｆ ａ Ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ）、ＳＡＥ２００９‐２８‐００５３（ＳＡＥインターナショナル）では、言及された複数の異なる位置で、５００から６００ＨＶの硬度を有する２００μｍ超えの硬化された硬化層深さを目的とするクランク軸のレーザ表面硬化を説明している。本明細書では、減少されたヒートシンク効果及び縁での蓄熱に起因する、複数の穴の外縁の溶融という課題について言及する。課題は、適切な開始位置を選択して許容される範囲内に複数の処理パラメータを変化させることで穴縁における予熱効果を低減させることによって対処されることができると記載されている。

複数のクランク軸などの複数の複雑な製品に関して、レーザ硬化がより頻繁に使用されるようになっていない１つの理由が、複数の感熱部分の過熱を回避しつつ、複数の部分の正しい加熱、つまり、正しい硬化（概して、硬化された層は、例えば、少なくとも１０００、１５００、２０００μｍ又はそれより大きい、少なくとも８００μｍ以上の有効硬化層深さ、及び／又は、２００μｍ以上などの深さまで１００％変換されたマルテンサイトを特徴とする有効硬化層深さを有しなければならない）を確実にする十分な加熱を達成するのが困難であり得ると考えられることである。例えば、図１のクランク軸などのものの場合、複数の潤滑油孔１００３に対応する複数のジャーナルの加熱に関して、また、選択的に複数のフィレット１００４に関しても、必ず注意しなければならない。例えば、ジャーナルの回転中、大きいレーザスポットが単にジャーナルの表面上に投射されて表面全体を加熱する場合、かつ、回転速度及びレーザビームのパワーが一定に保たれている場合、これにより、表面の各部分が同じ量のエネルギーを受け、このエネルギーが、所望の硬化を生成する表面の大部分の適度な加熱を達成するのに十分な場合、加熱は、複数の潤滑油孔の複数の縁においては過剰になり得て、従って、それらの縁を損傷させ得る。同じことは複数のフィレットにおいて発生し得る。それらは一般にアンダーカットされ、従って、過熱された場合、損傷を蒙り得る複数の縁が存在する。

本発明の第１態様が、加工物の表面のレーザ硬化の方法に関し、加工物は、少なくとも１つの硬化されるべき表面領域を備え、方法は、その表面領域上にレーザスポット（つまり、実際のレーザスポットと指すことができる）を生成するように、その表面領域上にレーザ源からのレーザビームを投射する段階と、加工物の表面とレーザ源との間で相対運動を生成する段階（例えば、加工物及び／又はレーザ源を移動することによる。この移動は、本発明のいくつかの実施形態では、例えば、加工物の回転を含む）であって、これにより、レーザスポットがその表面領域の複数の異なる部分上に続いて投射されることを可能にする、段階と、相対運動の間に、その表面領域上に２次元の同等又は有効レーザスポットを生成するように、走査パターンをたどって、２次元において、その表面領域のそれぞれの部分全体にわたってレーザビームを繰り返し走査する段階であって、その有効レーザスポットはエネルギー分布を有する、段階とを備える。このエネルギー分布は、実際のレーザスポットのパワー、走査パターン、及び、レーザスポットが、走査パターンの複数の異なる部分又は複数のセグメントに沿って走査される速度などの複数のパラメータに依存するであろう。

相対運動に起因して、有効レーザスポットは、例えば、第１方向において、例えば、クランク軸のジャーナルを硬化する場合、クランク軸のジャーナルの周方向においてなど、表面領域に沿って進む。

この種類の配置は、同一出願人による国際特許出願番号第ＰＣＴ／ＥＰ２０１３／０６７９４９号にて開示されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれている。この配置は、例えば、走査パターンのレイアウト（走査パターンの数、方位付け、及び／又は複数のセグメントの長さ）及び／又はレーザスポットが、走査パターンの複数の異なる部分又は複数のセグメントに沿うなど、走査パターンに沿って移動される速度などの、上にて示されている複数のパラメータのうちの１つ又は複数を適合することによって、有効レーザスポットが硬化されるべき表面領域に沿って進む間に、有効レーザスポットに沿ってその全体にわたるエネルギー分布が動的に適合されることを特に可能にするという点において、有利である。例えば、硬化されるべき表面領域に沿う有効レーザスポットの相対運動が行われている間に、複数の異なる速度が複数の異なるセグメントに割り当てられることができ、走査パターンのレイアウト及び／又は１つ又は複数のセグメントに割り当てられる速度は、変更されることができる。これにより、エネルギー分布は、考慮して複数の特定のより感熱性の高いサブ領域に適合されることができる。そのようなより感熱性の高いサブ領域の一般的な例としては、クランク軸のジャーナルの潤滑油孔に隣接する領域である。

本発明のこの態様によれば、走査パターンは、少なくとも３つのセグメントを有し、レーザビーム又は実際のレーザスポットは、複数のセグメントのうちの少なくとも１つをたどることが、複数のセグメントのうちの少なくとも別の１つをたどることよりも頻繁に行われるように、レーザビームの走査が実行される。この配置は、柔軟性を向上させこと、及び、適切でかつ可能な限り所望の対称的又はほぼ対称的なエネルギー分布を提供するのに走査パターンが用いられることのできる方法であるという点において、有利である。例えば、複数のセグメントのうちの１つは、他の２つのセグメントの間で移動するとき、レーザスポットによりたどられる経路又はブリッジとして、用いられることができ、これにより、走査パターンの（端部又は開始部などの）複数の異なる部分の間のレーザスポットの伝達が、伝達のための走査パターンの（複数の中間セグメントなどの）複数のセグメントを用いて実行されることができ、それによって、伝達は多くの場合、レーザビームをオフにすることなく、かつ、そのような対称性が所望なとき、２次元のエネルギー分布の対称性を歪めることなく、実行されることができる。

本発明のいくつかの実施形態では、走査パターンは、第１方向において次々に分布される、少なくとも３つのほぼ平行で直線状の又は曲線状の線を有し、それらの線は概して第２方向に延在し、それらの少なくとも３つの線は、第１方向に次々に配置される第１線と、少なくとも１つの中間線と、最終線とを含み、レーザビーム又は実際のレーザスポットが中間線をたどることが、レーザビームが第１線及び／又は最終線をたどることよりも頻繁に行われるように、レーザビームの走査が実行される。つまり、例えば、レーザビームは平均的に、第１線と最終線とをたどるたびごとに中間線を２回たどることができ、例えば、レーザビームは、第１線から最終線へと向かって移動するたびに、中間線に沿って進むことができる。その逆も同様である。つまり、中間線又は複数の中間線は、第１線及び最終線の間で移動するとき、実際のレーザスポットによりたどられる一種のブリッジとして機能することができる。

この配置は、実用的で容易に実装されることが分かっており、適切なエネルギー分布は多くの場合、レーザビームのパワーを実質的に適合することなく、走査速度を適合するによって得られることが分かっている。走査している間に、エネルギー分布を適合させるように、レーザビームのパワーを変更することも可能ではあるが、パワーの高速切り替えが常に可能又は望ましいわけではなく、走査サイクルの大部分の間に、低パワーレベルの又はオフに切り替えられたレーザビームを有することは、レーザの能力の最適以下の使用を示唆し得る。従って、利用可能なパワーの利点を完全に得るよう、多くの場合、完全にオンの状態のレーザビームで動作することが望ましい。

３つ以上の線を、それらの線に沿う方向にだけではなく、他の方向にも有効レーザスポットの実質的な延伸を達成するために、多くの場合、このように、つまり、それらの線が沿って延在する方向と異なる方向に、例えば、その方向と垂直な方向に、次々に配置して用いることが望ましい。これにより、有効レーザスポットが十分な速度で進むことを可能にしつつ、十分に広い表面部分を十分に高い温度まで加熱すること及び温度が十分な時間において所望のレベル又は複数のレベルで維持されることに関して有効レーザスポットが適切であるようにされ、これにより、高生産性を可能にする。従って、多くの場合、２次元における有効レーザスポットの実質的な延伸が利点となる。

本発明のいくつかの実施形態では、走査パターンは、硬化処理の間に、有効レーザスポットが沿って進む方向などの第１方向に次々に分布される少なくとも３つのほぼ平行である線又はセグメントを有し、それらの線は、第１方向に垂直な方向などの第２方向に延在する。本発明のいくつかの実施形態では、少なくとも３つの線は、第１方向に次々に配置される第１線と、少なくとも１つの中間線と、最終線とを含み、レーザスポットは、第１線をたどった後に、中間線、最終線、中間線、そして第１線という順序でたどるようレーザスポットが従うシーケンスに従って、それらの線に沿って走査されるように、レーザビームの走査が実行される。

上の画定は、走査が第１線から開始しなければならないことを意味するものではなく、レーザスポットが走査パターンの上にて言及された複数の線をトラッキングし又はたどるよう従うシーケンスを単に示している。また、上にて示されている一部又は全ての線をたどっている間に（その前又はその後など）のことを除外しておらず、有効レーザスポットは、第１線と、最終線と、中間線と、及び／又は複数の追加の中間線とに相互接続する複数の線などの他の複数の線をたどり得る。

つまり、これらの実施形態では、第１線に沿って移動した後、レーザスポットは、再び第１線に沿って移動する前に、常にその中間線を２回たどる。これに対して、最終線の後、レーザスポットが直接に第１線に戻るように走査を実行するより簡単なアプローチがあり得る。本発明のこれらの実施形態により従って生じたシーケンスは、第１方向に延在する対称軸に対して対称的なエネルギー分布を達成するのに適切であることが分かっている。

本発明のいくつかの実施形態では、走査パターンは、複数の中間線を含む。線の数は、例えば、実際のレーザスポットのサイズと、有効レーザスポットの所望の延伸、例えば、第１方向に対する延伸とに応じて、オペレータ又は処理設計者若しくは装置設計者により選択されることができる。例えば、最小の線の数が３つの線であり得るが、多くの実用的な実装では、第１線、最終線、及び中間線を含める場合、４つ、５つ、６つ、１０個又はそれより多くの線など、より大きい数の線が用いられることができる。本発明のいくつかの実施形態では、有効レーザスポットが硬化されるべき表面領域に沿って進む間に、線の数は、エネルギー分布を変更するよう変更される。

本発明のいくつかの実施形態では、レーザスポットは、第１線と最終線とに沿う場合よりより高い速度で少なくとも１つの中間線に沿って移動される。多くの場合、その第１方向において適切なエネルギー分布を達成するために、少なくとも硬化処理の部分又は実質的な部分の間において、このことが好ましい。複数の中間線に沿って移動するとき、又は、少なくともそれらの中間線のうちの１つ又は一部に沿って移動するとき、レーザスポットのより高い速度は、レーザスポットが、第１線と最終線とに沿って移動するたびごとに、それらの中間線に２回沿って移動するという事実を補う。例えば、複数の中間線に沿うレーザスポットの速度は、本発明のいくつかの実施形態では、第１線及び／又は最終線に沿うレーザスポットの速度の約２倍であり得る。速度は、複数の異なる中間線に対して異なることができる。各線に対する速度は、第１方向における所望のエネルギー分布に応じて、選択されることができる。ここで、有効レーザスポットが走査パターンの複数の異なる線又はセグメントに沿って移動される速度は、例えば、エネルギー分布を適合して複数のより感熱性の高いサブ領域の過熱を回避するように、有効レーザスポットが硬化されるべき表面領域に沿って進む間に、動的に変更されることができる。

本発明のいくつかの実施形態では、走査パターンは、第１線、最終線、及び中間線のそれらの端部の間において、第１方向に延在する複数の線をさらに有する。それによって、レーザスポットは、第１線、複数の中間線、及び最終線の間で移動するとき、第１方向に延在するそれらの線をたどる。本発明のいくつかの実施形態では、レーザスポットは、少なくとも硬化処理の部分の間に、第１線と最終線とに沿う場合より高い速度で第１方向に延在する複数の線に沿って移動される。

本発明のいくつかの実施形態では、レーザスポットは、レーザビームをオン及びオフに切り替えることなく、及び／又は、レーザビームのパワーをほぼ一定に維持している間に、走査パターンに沿って移動される。このことは、オンとオフとの間など、複数の異なるパワーレベルの間で切り替えるレーザの能力を考慮することなく、高速で走査を実行することを可能にし、複数のパワーレベルの間で超高速切り替えをさせないことがあるレーザ装置を用いることを可能にする。また、利用可能な出力パワー、つまり、パワーという観点のレーザ装置の能力の効率的な使用を提供する。本発明のいくつかの実施形態では、加工物はクランク軸である。

本発明の別の態様は、クランク軸の複数のジャーナルの複数の表面のレーザ硬化の方法に関し、そのクランク軸は、少なくとも第１幅を有する第１ジャーナルと、少なくとも第２幅を有する第２ジャーナルとを備え、第２幅は第１幅より大きく、複数のジャーナルのそれぞれは、硬化されるべき表面領域を含み、その表面領域は、ジャーナルの周方向に対応する第１方向に、及び、クランク軸の回転軸平行する第２方向に延在する。方法は、Ａ）少なくとも方法の１つの段階又はその方法を用いるクランク軸の硬化の処理の段階の間に、第２ジャーナルの表面領域上に、第１レーザ源からのレーザビームと第２レーザ源からのレーザビームとを同時に投射する段階と、Ｂ）少なくとも方法又は処理の別の段階の間に、（別のジャーナルなど、別の第１ジャーナルなどの）同じ又は異なるクランク軸であり得るクランク軸の別の部分上に、第２レーザ源からのレーザビームを同時に投射している間に、第１ジャーナルの表面領域上に、第１レーザ源からのレーザビームを投射する段階とを備える。

本発明の第２態様によれば、２つのレーザ源／ビームの使用は、硬化処理の間に利用可能なレーザパワーを用いる観点から効率性の増加を可能にするという点において、有益的である。１つのみのレーザが用いられる場合、クランク軸の表面を硬化するのに適したエネルギー分布を有し、第２幅を含む複数のジャーナル、つまり、硬化されるべき最も広い複数のジャーナルのまた大部分全体にわたって延在するサイズを有する有効レーザスポットを提供することを可能にすべく一方、過剰な望ましくないエネルギー変動がなく、ジャーナルの複数の関連部分を十分に長い時間において同時に加熱されることを可能にしつつ、上にて記載されている相対運動に起因し、その周方向において有効レーザスポットの十分に速い進み速度を可能にするべく、周方向に十分に延在もしつつある適切なパワーを有するレーザを用いることが必要となる。複数のそのようなレーザは、利用可能であり得るが、課題が、この能力及びパワーを有するレーザが、第１幅、つまり、より小さい幅を有する複数のジャーナルの複数の表面を硬化するのに用いられるとき、効率的に用いられていないことがあることである。つまり、例えば、図１のジャーナルなどのものの場合、効率的な方法で、かつ、高生産性を示唆する速度で、（複数の主ジャーナルの約２倍広い）複数のロッドジャーナルの複数の表面をそれ自体により硬化するのに適切なレーザが、主ジャーナルを硬化するのに用いられるときの最適以下の方法で用いられるであろう。

従って、これらの能力／パワーが十分となるように適合されることができ、これにより、それらのそれぞれが、時間単位での複数の完成されたジャーナルの観点から、所望の速度で、第１幅（より小さい幅）を有する複数のジャーナルの適切で効率的な硬化のために用いられることができ、所望の速度で、第２幅（より大き幅）を有する複数のジャーナルを硬化するのに共に用いられることができる２つのレーザ源の使用は、利用可能なレーザパワーのより高い効率的な使用を可能にする。各有効レーザスポットの２次元のエネルギー分布が走査パターンに沿ってレーザスポットを走査することによって決定されるとき、以下のことは同じく走査装置に適用することができる。２つのより小さい又はより簡単な走査パターンが、１つのみのレーザ及び関連走査手段が用いられた場合、より大きい又はより複雑な走査パターンを必要とし得る方法で、組み合わせて所望のエネルギー分布を形成することができる。

本発明のいくつかの実施形態では、方法は、Ａ）方法の少なくとも１つの段階の間に、表面領域上に有効レーザスポットを生成するように、第２ジャーナルの表面領域上に第１レーザ源からのレーザビームを投射する段階であって、有効レーザスポットは、硬化されるべき表面領域の第１部分全体にわたって、第２方向に延在する、段階、かつ、表面領域上に有効レーザスポットを生成するように、第２ジャーナルの表面領域上に第２レーザ源からの別のレーザビームを投射する段階であって、有効レーザスポットは、硬化されるべき表面領域の第２部分全体にわたって、第２方向に延在し、第１部分及び第２部分は共に硬化されるべき表面領域の大部分全体にわたって延在する、段階と、Ｂ）方法の少なくとも別の段階の間に、表面領域上に有効レーザスポットを生成するように、第１ジャーナルの表面領域上に、第１レーザ源からのレーザビームを投射する段階であって、有効レーザスポットは、硬化されるべき表面領域の大部分全体にわたって、第１方向に延在する段階と、方法の両方の段階の間に、周方向において複数の表面領域の複数の異なる部分上に有効レーザスポットを続いて投射するように、周方向においてクランク軸の表面とレーザ源との間で相対運動を生成する段階であって、複数の有効レーザスポットは、２次元のエネルギー分布を特徴とする、段階とを備える。

この２次元のエネルギー分布は、固定されることができ、又は、例えば、複数のより感熱性の高い又はより感熱性の低いサブ領域に適合するように動的に適応されることができる。例えば、有効レーザスポットは、表面領域上に２次元の同等又は有効レーザスポットを生成するように、走査パターンをたどって、２次元において、表面領域のそれぞれの部分全体にわたって、実際のレーザスポットを走査することによって確立されることができ、有効レーザスポットは、例えば、走査速度（レーザスポットが走査パターンの複数の異なる部分又はセグメントに沿って移動する速度）、走査パターンに沿うパワーにおけるレーザスポットのパワー及び変動、走査パターンのレイアウト、レーザスポットのサイズ等の複数のパラメータに依存する２次元のエネルギー分布を有する。これらのパラメータのうち１つ又は複数は、例えば、有効レーザスポットが、潤滑油孔に隣接する領域などの感熱領域に近付くとき、エネルギー分布を適合するように、有効レーザスポットがそれぞれのジャーナルの周囲の回りを進む間に、動的に適合されることができる。このこと及び複数の関連概念は、同一出願人による国際特許出願番号ＰＣＴ／ＥＰ２０１３／０６７９４９号にて開示されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれている。

本発明のいくつかの実施形態では、２つの部分の間にいかなる実質的な重なりがなく、第１部分は、第２部分にほぼ隣接して配置される。例えば、その重なりは、５、１０、２０又は３０％未満であり得て、いくつかの実施形態では、ゼロ又はほぼゼロであり得る。

本発明の他の複数の実施形態では、第１部分及び第２部分は、互いに実質的に重なっている。例えば、重なりは、１００％など、７０、８０、又は９０％より多いことがあり得る。

つまり、第１部分及び第２部分は、別々の重なりのない部分であり得るが、それらはまた互いに重なり得る。本発明のいくつかの実施形態では、第１及び第２部分は、空間においてほぼ又は完全に重なっている。重要なことは、毎時の生産の観点において高生産性を達成するよう、ジャーナルが（例えば、有効レーザスポット内に過剰な望ましくないエネルギー変動がない）品質を有し、周方向において十分な速度で進む有効レーザスポットを有するよう効率的に硬化されることを可能にするべく、２つのレーザビームの組み合わせ効果が、第１方向と第２方向とにおいて十分な延伸を有し、領域単位で適用されるパワーの観点から十分なエネルギー密度を有する総計の２次元のエネルギー分布を生成することである。

本発明のいくつかの実施形態では、方法の少なくとも１つの段階の間に、第１レーザ源からのレーザビームは１つのクランク軸のジャーナル上に投射され、第２レーザ源からのレーザビームは、別のクランク軸のジャーナル上に投射される。多くの場合、クランク軸は、利用可能なレーザパワーの使用の効率性の観点において最適以下の多数のジャーナルを含む。例えば、２つのレーザ源が、複数のより広いジャーナルを共に硬化し、複数のより広くないジャーナルを別々に硬化するのに用いられるとき、複数のより広くないジャーナルの数が同じではないとき、複数のジャーナルを硬化する１つのシーケンス又は段階の間に、１つのレーザ源がアイドリングのままにあるであろう。例えば、特に図１のもののようなクランク軸の場合、４つの広いロッドジャーナルが存在するが、５つのより広くない主ジャーナルが存在し得る。２つのレーザ源は、複数のロッドジャーナルのそれぞれを硬化するのに同時に用いられることができ、複数の異なる主ジャーナルを硬化するのに別々に用いられることができ、これにより、２つの主ジャーナルが同時に硬化されることができる。しかしながら、複数の主ジャーナルのうちの４つを硬化した後、５つ目の主ジャーナルが残っており、それを硬化するのに複数のレーザ源の１つが十分である。効率性を向上するべく、アイドリングのままの代わりに、他のレーザ源は次に、第２クランク軸の主ジャーナルを硬化するのに用いられることができる。これは、装置の使用の効率性を追加的に向上させるよう機能することができる。

本発明のいくつかの実施形態では、処理の少なくとも１つの段階の間に、第１幅を有する２つのジャーナルが１つの段階において硬化され、第２幅を有する１つのジャーナルが別の段階において硬化され、その２つの段階は、その２つの段階の間において、第２方向において複数のレーザ源とクランク軸との間でいかなる相対運動なく、次々に続く。このことは、２つの段階の間の時間を減少させるので、処理を加速させることができる。

本発明のいくつかの実施形態では、表面領域は、少なくとも１つのより感熱性の高いサブ領域と、少なくとも１つのより感熱性の低いサブ領域ととを含み、エネルギー分布が適合され、これにより、クランク軸の潤滑油孔に隣接する領域などのより感熱性の高いサブ領域におけるエネルギー分布がより感熱性の低いサブ領域におけるエネルギー分布と異なり、これにより、より感熱性の高いサブ領域の過熱を防ぐ。

本発明のさらなる態様は、少なくとも２つのクランク軸の複数のジャーナルの複数の表面領域などの複数の表面領域を硬化する方法に関し、当該方法は、当該方法又は処理の少なくとも１つの段階の間に、複数のクランク軸のうちの第１のクランク軸を硬化するために、例えば、クランク軸の複数の同じ又は異なるジャーナルに複数のレーザビームを当てることによって、第１レーザ源からのレーザビームと、第２レーザ源からのレーザビームとを同時に用いる段階と、方法の少なくとも別の段階の間に、複数のクランク軸のうちのその第１のクランク軸を硬化するための第１レーザ源からのレーザビームと、複数のクランク軸のうちの第２のクランク軸を硬化するための第２レーザ源からのレーザビームとを同時に用いる段階とを含む。

このことは、柔軟性及び効率性を増加し、レーザ装置のいかなるアイドリング時間を減少又は回避することに有利なことが分かっている。１つ又は複数のレーザ源は、従って、複数のクランク軸の間で共有されることができる。このことは、多くの場合、複数の異なる幅を有する複数のジャーナルを含む複雑なレイアウトを有するクランク軸などの構成を有する製品の場合に特に有利である。

本発明のいくつかの実施形態では、方法は、方法又は処理の少なくとも１つの段階の間に、複数のクランク軸のうちの第２のクランク軸を硬化するために第３レーザ源からのレーザビームを用いる間に、複数のクランク軸のうちの第１のクランク軸を硬化するために、第１レーザ源からのレーザビームと、第２レーザ源からのレーザビームとを同時に用いる段階を備える。

本発明のさらなる態様は、加工物の表面領域を硬化するための装置に関し、当該装置は、表面領域上に有効レーザスポットを投射するよう配置される少なくとも１つのレーザ源と、表面領域の複数の異なる部分を硬化に適した温度まで続いて漸次に加熱するよう、有効レーザスポットが表面領域に沿って移動されるように、表面領域と有効レーザスポットとの間に相対運動を生成するための手段とを備える。装置は、例えば、適切にプログラムされた制御システムによって、上にて説明されている複数の方法のうちの１つ又は複数を実行するように動作するよう配置される。

本発明のいくつかの実施形態では、装置は、少なくとも２つのレーザ源を備え、クランク軸の複数のジャーナルの複数の表面を硬化する処理の１つの段階において、両方のレーザ源からの複数のレーザビームを１つのジャーナルに当てることによって、そのジャーナルを硬化し、処理の別の段階において、それらのレーザ源のうちの１つ目からのレーザビームを複数のジャーナルのうちの１つに当て、それらのレーザ源のうちの他の１つからのレーザビームを複数のジャーナルのうちの別の１つに当てることによって、２つのジャーナルを硬化するために、配置される。

本発明のいくつかの実施形態では、機械、装置、又はシステムは、硬化処理の少なくとも１つの段階の間に、少なくとも２つのクランク軸上で動作するよう配置される２つ以上のレーザ源を備えることができる。例えば、機械は、少なくとも３つのレーザ源を備えることができ、硬化処理の少なくとも１つの段階の間に、これらの３つのレーザ源のうちの２つからの複数のレーザビームが、複数のクランク軸のうちの第１のクランク軸を硬化するよう用いられ、複数のレーザ源のうちの１つからのレーザビームが複数のクランク軸のうちの第２のクランク軸を硬化するよう用いられ、これに対して、硬化処理の少なくとも別の段階の間に、これらの３つのレーザ源のうちの１つからのレーザビームが、複数のクランク軸のうちの第１のクランク軸を硬化するのに用いられ、複数のレーザ源のうちの２つからの複数のレーザビームがそれらのクランク軸のうちの第２のクランク軸を硬化するよう用いられるように配置されることができる。

本発明のいくつかの実施形態では、表面領域上に有効レーザスポットを当てる時間の大部分（例えば、少なくとも５０％、７５％、９０％、９５％又はそれより多く）の間に、有効レーザスポットは、周方向において、少なくとも５ｍｍ、好ましくは少なくとも７ｍｍ、より好ましくは少なくとも１０ｍｍ、さらにより好ましくは少なくとも１５ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ又はそれより大きく、例えば、少なくとも５０ｍｍの幅（又は、ジャーナルの表面の曲率に沿う線状延伸）を有する。周方向、つまり、レーザ源とジャーナルの表面との間で生成される相対運動の方向において十分な延伸を用いることが、合理的に短い時間内に硬化処理を完了している間に、十分な時間において硬化されるべき表面領域の各部分を加熱することを可能にする。つまり、周方向における有効レーザスポットの十分な延伸が、複数の過剰に高い温度を用いることなく、十分な貫通又は硬化層深さを達成しつつ、比較的高速で相対運動を実行することを可能にする。このために、周方向における有効レーザスポットの実質的な幅が好ましい場合がある。もちろん、利用可能なパワーが領域に対して十分な加熱を提供するのに十分でなければならないので、用いられるレーザのパワーの観点における能力と、有効レーザスポットにより覆われる表面領域との間のバランスをとらなければならない。第１方向において約１又は数センチの複数の幅を有する複数のジャーナルを備える複数の自動車クランク軸で作動し、３から４ｋＷなどの数ｋＷの範囲の出力電力を有する複数のレーザを用いるとき、レーザとジャーナルの表面との間の線状相対速度が約６０センチ／分であることができる一方、有効スポットは、例えば、周方向において約１センチの幅を有し得ることが分かっている。多くの産業目的のために、レーザビームは、少なくとも３ｋＷ、好ましくはそれより多く、例えば、６ｋＷなどのパワーを有すべきと考えられる。

本発明のいくつかの実施形態では、有効レーザスポットは、第１方向と第２方向とにおいて、これらの２つの方向との間の複数の方向を含み、つまり、例えば、直線状又は曲線状の経路又は複数の線に沿うなど、第１及び第２方向に対して斜めな複数の方向を含み、レーザスポットが走査速度で沿って移動される走査パターンを繰り返したどって、レーザビームを走査することによって得られる同等又は仮想レーザスポットであり、これにより、走査サイクルの間の２次元のエネルギー分布が、走査速度、走査パターン、レーザスポットのサイズ、レーザビームのパワー、及びレーザビーム内のパワー分布によって、決定される。従って、これらのパラメータのうちの１つ又は複数は、２次元のエネルギー分布を動的に適合するのに用いられることができる。このことは、レーザ源と加工物の表面との間の相対移動の間に、つまり、例えば、クランク軸がその縦軸の回りを回転している間に、有効レーザスポットのサイズ及び形状、並びに有効レーザスポット内の２次元のエネルギー分布を適合し変更することを容易に可能にし、これにより、複数の潤滑油孔に隣接する複数の領域などのより感熱性の高いサブ領域の過熱を回避するように、２次元のエネルギー分布を適合する。本発明のいくつかの実施形態では、エネルギー分布の適合が、走査速度、走査パターン、レーザスポットのサイズ、レーザビームのパワー、及びレーザビーム内のパワー分布のうちの少なくとも１つを適合することによって、実行され、これにより、潤滑油孔に隣接する領域の過熱を回避するように、より感熱性の低いサブ領域を加熱するときのエネルギー分布が、潤滑油孔に隣接する領域を含むより感熱性の高いサブ領域を加熱するときと異なる。本発明のいくつかの実施形態では、エネルギー分布の適合は、例えば、走査パターンに沿ったレーザスポットの走査の間にレーザビームをオン及びオフにすることによって、レーザビームのパワーを適合することによって、実行される。例えば、ファイバレーザなどのレーザを用いるとき、レーザビームは、非常に急速にオン及びオフに切り替えられることができ、従って、走査パターンをたどっている間に、レーザビームをオン及びオフにすることによって、所望のエネルギー分布を得ることを可能にする。従って、加熱は、走査パターンの複数の特定の線又は複数の線の複数の部分の間に、レーザビームをオンにすることによって達成されることができる。

本発明のいくつかの実施形態では、エネルギー分布の適合は、走査パターンに沿ってレーザスポットの走査の間に、走査速度を適合することによって、（さらに）実行されることができる。固定されるレーザビームパワーに対して、より高い速度がより少ないエネルギーが適用されていることを示唆し、その逆も同様である。

本発明のいくつかの実施形態では、走査が十分に高い走査速度で実行され、これにより、有効レーザスポット内の複数の点における複数の温度振動が、温度の局所的最大値とそれに続く局所的最小値の間で、２００℃未満、好ましくは１５０℃未満、より好ましくは１００℃未満、さらにより好ましくは５０℃未満の振幅を有する。この状況において、複数の振動の振幅は、有効レーザスポットの先端に対する最大温度までの最初の実質的加熱と、有効レーザスポットの後縁に対する低い温度までの後続の冷却とを除き、温度曲線の局所的最大値と最小値の間の複数の反復変動の振幅を指す。適切な硬化について、金属が十分に高い温度に急速に達し、その温度において複数の実質的な変動がなく、金属が合理的な時間において十分に高い温度のままを続いて保つことが望ましい。そのような複数の変動は硬化の品質に否定的な影響を及ぼし得るからである。１０、２５、５０、７５、１００、１５０、２００、又は３００Ｈｚより高い走査速度（すなわち、秒毎の走査パターンの複数の反復）は、次の走査サイクルの間に、スポットがレーザビームによって再加熱される前に、加熱されたスポットの温度が降下しすぎることを防ぐのに適切であり得る。適切な硬化が特定の複数の最小値の温度を必要とし、所望の硬化層深さが急速に到達される場合、複数の高い温度が好ましい。しかしながら、複数の過剰な温度が、例えば、粒子サイズの増大に起因して、品質に否定的影響を及ぼし得る。従って、妥協した温度が分かるべきであり、この温度からの複数の偏差が可能な限り小さくなるべきである。従って、秒毎の複数のサイクルの観点における高い走査速度が、複数の温度の変動又は複数の振動の振幅を低減することが好ましい場合がある。

本発明のいくつかの実施形態では、エネルギー分布は、有効レーザスポットの後部又は縁よりも有効レーザスポットの先端部又は縁においてより高いエネルギー密度を特徴とし、これにより、有効レーザスポットにより走査された領域がまず、より高い平均パワーでレーザ照射を受け、より低い平均パワーでレーザ照射を続いて受ける。これは、必要とされる硬化層深さを達成するために、有効レーザスポットが特定の領域に適用されなければならない時間を低減させるように、硬化するための適切な温度が急速に到達される効率性を増加させる。従って、例えば、ジャーナルの表面の硬化を完了するための時間をより短くする。

本発明のいくつかの実施形態では、方法は、有効レーザスポット内のレーザビームに対し、より感熱性の高いサブ領域において、より感熱性の低いサブ領域と比較して異なる走査パターンを用いる段階とを備える。

本発明のいくつかの実施形態では、方法は、走査速度を適合することによってエネルギー分布を適合する段階を備え、これにより、少なくともその有効レーザスポットの部分のエネルギー分布は、より感熱性の高いサブ領域においてはより感熱性の低いサブ領域と比較して異なる。

本発明のいくつかの実施形態では、有効レーザスポットは、加工物の表面部分を硬化温度まで加熱するために選択されたエネルギー分布及び密度を有する先端部と、焼き入れのための加熱された表面部分を冷却することを可能にするように選択されたエネルギー分布及び密度（非常に低エネルギー密度など、ゼロパワー又はゼロパワーに近いなど）を有する中間部と、これらの焼き戻しを生成するように焼き入れされた部分を加熱するために選択されたエネルギー分布及び密度を有する後部とを含む。概して、複数のクランク軸などの多くの加工物は、これらの硬化に加えて、硬度を低減し、延性を向上させ、脆性を低減するように、焼き戻しを必要としている。焼き戻しについて、加工物は、概して硬化するために用いられる温度より低い温度まで加熱される。加工物がレーザ処理を用いて硬化されているとき、焼き戻しは、炉又はオーブンにおいて行われることができるが、硬化するために用いられるレーザ処理と同様であるが、異なるエネルギー密度及び／又は分布を有するレーザ処理を適用して加工物を焼き戻すことも可能である。例えば、クランク軸の場合、焼き戻しは、硬化サイクルの後に焼き戻しサイクルを適用することによって行われることができる。例えば、ジャーナルを３６０度して硬化した後、有効レーザスポットはもう一度ジャーナルの回りを又はジャーナルに沿って移動されることができ、この時間はジャーナルを焼き戻すためである。しかしながら、加工物の表面を所望の硬化温度まで加熱し、所望の硬化層深さを得るように十分な時間において表面をその温度に維持するための先端部と、これらの焼き入れ又は自己焼き入れを生成するように加熱された部分が冷却されることを可能にするように、ほぼ０Ｗ／ｃｍ^２のエネルギー又はパワー密度などの低エネルギー密度を有する中間部と、焼き入れされた部分を所望のような焼き戻しに必要とされる範囲まで再加熱するようにエネルギー分布及び密度を有する後部とを含む有効レーザスポットを用いることによって、同じサイクル又は処理段階において硬化及び焼き戻しを提供することもまた可能である。このように、焼き入れ及び焼き戻しの両方を生成するために、例えば、クランク軸のジャーナルの表面の場合、クランク軸をその回転軸の回りを一度回転させることによって、有効レーザスポットに処理されるべき表面を一度走査させれば十分であり得る。

加工物の部分に沿って及び／又はその全体にわたってレーザビーム又はレーザスポットの走査を含む、上にて説明されている本発明の複数の異なる態様では、この走査は実行されることができ、これにより、レーザスポットは、複数のセグメントを含む走査パターンを繰り返したどる。ここで、その２次元のエネルギー分布に影響を与える少なくとも１つのパラメータ値が、複数のセグメントのそれぞれに関連付られ、例えば、制御システムのメモリに格納され、これにより、レーザスポットがセグメントに沿って移動されるたびにそれぞれのセグメントに対応する動作を適合するのに用いられる。その少なくとも１つのパラメータ値は、動作している間に、動的に適合されることができ、これにより、複数のセグメントのうちの少なくとも１つに対して、その少なくとも１つのパラメータ値は、有効レーザスポットがより感熱性の高いサブ領域を加熱しているときと、より感熱性の低いサブ領域を加熱しているときとが異なる。例えば、所与のセグメントについて、複数の異なるパラメータ値（又は複数のパラメータ値の複数の組み合わせ）は、複数の異なるメモリ位置に格納されることができ、加熱されているサブ領域に応じて、パラメータ値は、１つのメモリ位置から又は別のメモリ位置から除かれることができる。しかしながら、これは単に例であり、他の複数の実装もまた本発明の範囲内に含まれる。分割された走査パターンの使用は、クランク軸の特定の設計に適合されるエネルギー分布の発見及び実装を容易にすることが、分かっている。２次元のエネルギー分布に影響を与える１つ又は複数のパラメータを適合することによって、例えば、クランク軸の潤滑油孔の複数の縁の周囲の領域などの、加工物の複数のより感熱性の高い部分に対応してより少ないパワー／エネルギーを適用するために、エネルギー分布を変更することが用容易である。従って、オペレータは、各セグメントに対応する複数の特定のパラメータに、複数の異なる値を割り当てることによって、複数の異なるエネルギー分布を画定することができ、クランク軸のジャーナルの表面などの、加工物の部分を硬化している間に、複数の異なるエネルギー分布の間で切り替えることによって、複数の感熱部分の局所過熱を回避しつつ、適切な硬化が達成されることができる。分割された走査パターンの使用と、セグメント毎に基づいた複数のパラメータ値の割り当てとによって、例えば、少数の試行錯誤試験で、複数の適切な値を発見することを容易にする。例えば、潤滑油孔に適応するために、複数の特定のセグメントに割り当てられた複数の値は、有効レーザスポットが加工物の複数の対応するサブ領域に到達するとき、複数の潤滑油孔に隣接して適用されるエネルギーを低減するよう選択されることができる。

複数のパラメータ値は、走査速度、レーザスポットのサイズ、レーザビームのパワー、レーザビーム内のパワー分布、対応するセグメントの長さ、及び対応するセグメントの方位付けのうちの少なくとも１つを示すことができる。本発明の多くの実施形態では、レーザビームのパワー及び／又は走査速度は、好ましいパラメータであり得る。

上にて説明されている本発明の複数の態様のいくつかの実施形態では、方法は、有効レーザスポットを周方向においてジャーナルの回りを移動させることによって硬化されたクランク軸のジャーナルの、前に硬化された部分など、表面領域の、前に硬化された部分に、有効レーザスポットが到達しているとき、有効レーザスポットの先端部においてエネルギー密度を減少させる段階を備える。これにより、ジャーナルのすでに加熱されて硬化された部分の過度な加熱を防ぐことができる。本発明のいくつかの実施形態では、有効レーザスポットの先端のパワー／エネルギー密度が減少されたにすぎず、硬化された部分を焼き戻す目的のために、硬化された部分を特定の範囲まで再加熱するように、有効レーザスポットは、例えば、周方向においてジャーナルの回りを移動し続けている。本発明の他の複数の実施形態では、方法は、周方向においてジャーナルの回りを有効レーザスポットを移動させることによって硬化されたクランク軸のジャーナルの、前に硬化された部分など、表面領域の、前に硬化された部分に、有効レーザスポットが到達しているとき、有効レーザスポットの先端部における有効レーザスポットの運動を中断する段階を備え、これに対して、有効レーザスポットの後部は、周方向において運動を続け、これにより、周方向において有効レーザスポットのサイズを、有効レーザスポットが消えるまで漸次に減少させる。つまり、有効レーザスポットは、前に硬化された部分に到達しているとき、ほぼ停止し、つまり、例えば、先端が停止し、後縁が先端に追い付き、硬化サイクルを完了する。

両方の場合において、有効レーザスポットが、走査パターンの複数のセグメントなどの複数のセグメントからなる場合、方法の実装は、実質的に容易にされることができる。その先端から開始する有効レーザスポットの減少又はキャンセルは、ビームのパワーを低減すること、及び／又は、走査速度を増加すること、並びに／又は、複数のセグメントを単にキャンセル若しくは再配置することによるなど、複数のセグメントにおいてエネルギー密度を適合することによって、達成されることができる。従って、有効レーザスポットを生成するレーザビームの２次元走査の使用との組み合わせにおける分割されたアプローチは、柔軟性を提供し、例えば、周方向において複数のクランク軸の複数のジャーナルのレーザ硬化をする場合、トラックの、前に硬化された部分における有効レーザスポットの到達を当業者に容易に対処させる。

上にて説明されている複数の異なる態様は、互いに互換性がある限り、互いに組み合わせられることができる。

説明を完了させ、本発明のより良い理解を提供するために、複数の図面のセットが提供されている。複数の図面は、説明の不可欠な部分を形成し、本発明を実行する複数の異なる方法を図示しており、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではなく、単に本発明がどう実行されることができるかのための複数の例である。複数の図面は、以下の複数の図面を含む。
当分野において既知のクランク軸の概略斜視図である。 本発明の１つの可能な実施形態に係るシステムの概略斜視図である。 本発明の１つの可能な実施形態に係るレーザ源１の部分及び加工物の部分の概略正面図である。 クランク軸の潤滑油孔の周囲の領域を硬化するとき、有効レーザスポットのエネルギー分布がどう適合されるかを概略的に図示する。 クランク軸の潤滑油孔の周囲の領域を硬化するとき、有効レーザスポットのエネルギー分布がどう適合されるかを概略的に図示する。 クランク軸の潤滑油孔の周囲の領域を硬化するとき、有効レーザスポットのエネルギー分布がどう適合されるかを概略的に図示する。 多角形走査パターンを用いて生成された有効レーザスポットを有する、硬化処理の２つの異なる瞬間における加工物の部分の概略上面図である。 多角形走査パターンを用いて生成された有効レーザスポットを有する、硬化処理の２つの異なる瞬間における加工物の部分の概略上面図である。 複数の平行線を含む走査パターンによって生成された有効レーザスポットを概略的に図示する。 複数の平行線を含む１つの可能な走査パターンを図示する。 複数の平行線を含む１つの可能な走査パターンを図示する。 本発明の実施形態に係る有効レーザスポットを生成するための走査パターンを図示する。 本発明の実施形態に係る有効レーザスポットを生成するための走査パターンを図示する。 本発明の別の実施形態に係る有効レーザスポットを生成するための走査パターンを図示する。 本発明の別の実施形態に係る有効レーザスポットを生成するための走査パターンを図示する。 ２つのレーザ源がクランク軸の複数のジャーナルを硬化するのにどう用いられることができるかを概略的に図示する。 ２つのレーザ源がクランク軸の複数のジャーナルを硬化するのにどう用いられることができるかを概略的に図示する。 ２つのレーザ源がクランク軸の複数のジャーナルを硬化するのにどう用いられることができるかを概略的に図示する。 ２つのレーザ源からの複数のレーザビームがクランク軸のジャーナルの表面上に有効レーザスポットをどう提供することができるかを概略的に図示する。 ２つのレーザ源からの複数ののレーザビームがクランク軸のジャーナルの表面上に有効レーザスポットをどう提供することができるかを概略的に図示する。 本発明の１つの可能な実施形態において、２つ以上のクランク軸の間で共有できる２つ以上のレーザを、装置又はシステムがどう備えることができるかを概略的に図示する。 本発明の１つの可能な実施形態において、２つ以上のクランク軸の間で共有できる２つ以上のレーザを、装置又はシステムがどう備えることができるかを概略的に図示する。

図２は、本発明の１つの可能な実施形態に係るシステムを図示する。システムは、第１レーザキャリッジ駆動手段１２により、例えば、サーボモータ又は任意の他の適した駆動手段により、システムの鉛直のＺ軸に平行する鉛直方向において、移動可能なレーザキャリッジ１１に取り付けられたレーザ源１を収容するフレーム構造を備える。一方、レーザ源１はまた、別のサーボモータ又は他の適した駆動手段などの第２レーザキャリッジ駆動手段１３により駆動される水平トラック１４に沿って、システムの水平Ｘ軸に平行して水平に駆動されることができる。

一方、システムは、２つの加工物キャリッジ２０を備え、各加工物キャリッジは、２つの加工物１０００（この実施形態において、複数の加工物はクランク軸である）を並列に適応することが可能であり、中心軸（この実施形態において、中心軸は、クランク軸の複数の主ジャーナルの複数の中心を通過する縦軸に対応するものである）に沿って各加工物を回転させるための駆動手段（図示せず）を含み、その軸は、そのシステムのＸ軸に平行する。一方、各加工物キャリッジ２０は、Ｘ軸に垂直し、システムのＹ軸に平行して加工物キャリッジを水平に移動するよう配置される加工物キャリッジ駆動手段２１（サーボモータ又は任意の他の適した駆動手段など）に関連付けられる。

水平及び鉛直方向の参照は単に、説明を簡潔化にするために用いられており、明らかに、複数の軸の任意の他の方位付けは可能であり、本発明の範囲内に含まれる。

この場合、レーザ源１はまず、複数の加工物キャリッジ２０のうちの１つ目における複数の加工物１０００のうちの１つの表面の複数の関連部分を硬化するのに用いられる。その後、レーザ源１は、複数の加工物キャリッジ２０のうちのその１つ目における他の加工物１０００の表面の複数の関連部分を硬化するのに用いられ、その後、レーザ源１は、その中に配置されている複数の加工物１０００の複数の表面を硬化するために、複数の加工物キャリッジ２０のうちの２つ目に面するようトラック１４に沿って移動される。レーザ源１が複数の加工物キャリッジの２つ目における複数の加工物上で動作している一方、複数の加工物キャリッジのうちの１つ目における複数の加工物は、アンロードされ、レーザ源により処理されるべき複数の新しい加工物により置き換えられることができる。その逆も同様である。

明らかに、多くの選択肢の可能性が存在する。例えば、加工物キャリッジ毎に１つのみの加工物が存在してよく、又は、加工物キャリッジ毎に２つより多くの加工物が存在してよい。加工物キャリッジ毎に１つのレーザ源が存在してよい（つまり、その対応するレーザ源を有する第２レーザ源キャリッジがトラック１４に追加されることが可能である）。また、図２の配置のような多数の配置、又はこれらの複数の変形は、並列に設置されることができる。また、各レーザキャリッジ１１には、１つより多くのレーザ源１が設けられることができ、これにより、一の加工物キャリッジにおける多数の加工物が同時にレーザ硬化処理の対象とされることができる。レーザ源の数と、加工物キャリッジの数と、加工物の数との間の関係が、システムの複数のより高価な部分の使用を最適化し、例えば、システムの動作を停止させることなく、複数の加工物のロード及びアンロードを可能にすることによって、生産性を最適化するように、選択されることができる。本発明のいくつかの実施形態では、複数のレーザ源が、例えば、クランク軸の複数の異なるジャーナル上又はクランク軸の同じジャーナル上で同時に動作させるなど、複数のレーザビームを同時に同じクランク軸に向けさせるのに用いられることができる。

本発明のいくつかの実施形態では、加工物が、複数の主ジャーナル１００１と、複数のロッドジャーナル１００２とを有するクランク軸１０００である場合、クランク軸の複数の主ジャーナル１００１の熱処理の間に、レーザ源は、Ｚ軸方向において移動せず、加工物キャリッジは、主ジャーナルの表面が円形でクランク軸の回転軸を中心として対称的なので、Ｙ軸方向において移動しない。本発明のいくつかの実施形態では、Ｘ軸方向において主ジャーナルの完全な延伸に沿ってレーザ熱処理を適用する必要がある場合、レーザ源及び／又は複数の加工物のＸ軸に沿う運動が存在し得る。このことは、レーザ源のパワー能力に依存し、走査手段（図示せず）の能力に依存して、Ｘ軸方向においてレーザビームを移動させる。レーザビームは、主ジャーナル１００１の経路全体にわたって、Ｘ軸方向におけるその延伸に初めからずっと沿って走査されることができる場合、例えば、クランク軸の複数の主ジャーナル１００１のうちの１つの熱処理の間に、Ｘ軸方向においてレーザ源１を移動させる必要がなくてよいが、１つのジャーナルの処理から別の１つの処理へ切り替えるときのみに必要がある場合がある。同じことは、例えば、クランク軸の複数のロッドジャーナル１００２の熱処理にも適用する。

しかしながら、ロッドジャーナル１００２の熱処理の間に、その中心軸は、複数の主ジャーナルの中心軸から半径方向に移動され、加工物キャリッジ２０におけるそれぞれのクランク軸加工物１０００の回転の間に、レーザ源（レーザ源の走査手段の出力又はレンズの表面など）と、レーザビームが投射される表面との間に一定の距離を保つように、レーザ光源１は、Ｚ軸に平行して鉛直に移動され、加工物キャリッジ２は、Ｙ軸に平行して水平に移動される。本発明の他の複数の実施形態では、複数のクランク軸は、Ｚ軸及びＹ軸に平行して移動されることができる。また、あるいは代替的に、レーザ源は、Ｚ軸とＹ軸とに平行して移動可能なように配置されることができる。

第１レーザキャリッジ駆動手段１２及び第２レーザキャリッジ駆動手段１３の動作、並びに加工物キャリッジ駆動手段２１の動作及び複数の加工物キャリッジ２０における複数の加工物１０００を回転するための駆動手段の動作は、コンピュータ、コンピュータシステム、又はＰＬＣ（図２に図示せず）などの電子制御手段により制御されることが可能である。

レーザ源１は、レーザビームの方向を変更するために配置される走査システムを含む。複数のそのような走査システムは、当分野では周知であり、１つ又は複数の走査ミラーを含むことが多く、それらの複数の角度は、例えば、複数の正弦関数、複数の三角形関数等の複数の走査関数に応じて、コンピュータの制御により、変更可能である。単軸の走査システム（例えば、１つの軸の回りを回転可能な走査ミラーを有する走査システム、又は同様のもの）は、Ｘ軸に平行して、つまり、加工物１０００の回転に起因し、レーザ源１に対して加工物１０００の表面の運動方向に垂直にして、レーザビームを走査するのに用いられることができる。表面の関連部分全体にわたって急速な走査が、従って、走査なしのスポットの延伸よりもはるかに大きい、Ｘ方向において延伸を有する仮想スポットを生成することができる。従って、元のスポットは、より広い仮想スポット（Ｘ方向においてより大きい延伸を有する）に変わり、しかし、ビームのパワーがより大きい領域にわたって分布されているので、より小さいパワー密度を有する。

二軸の走査システムにおいて（例えば、双軸ミラー又は２つの単軸ミラーを有する走査システムにおいて）、レーザビームは、例えば、一方、Ｘ軸に平行し、他方、Ｙ軸に平行し、及び、これらの組み合わせなど、２つの方向において移動されることができる。従って、レーザ源に対し表面の運動の方向に垂直に表面を走査するとは別に、つまり、Ｘ軸方向において複数のジャーナルの表面「に沿って」表面を走査することとは別に、レーザビームはまた、その運動方向において、つまり、Ｙ軸に平行して表面を走査することができ、これにより、クランク軸のジャーナルの表面は、ジャーナルの周方向においても走査されることができる。また、レーザビームは、Ｘ方向とＹ方向との運動を組み合わせる複数の経路を説明することができる。これにより、ビームは、複数の長方形、複数の楕円形、複数の台形等の複数の複雑な形状を有する複数の経路をたどることができる。レーザスポットは、（例えば、長方形の境界内でミアンダリングパターンをたどることによって、又は、その境界内で複数の別々の線をたどることによって）Ｙ（又はＷ）方向において実質的高さを有する充填された仮想長方形を形成し、又は、長方形又は任意の他の幾何学的形状の複数の縁を繰り返しアウトラインすべく、表面にわたって走査されることができる。従って、走査システムの能力を用いて、Ｘ方向とＹ又はＷ方向との両方において、所望の延伸及び形状を有する仮想の又は同等の有効レーザスポットが生成されることができる。いわゆる、ＸＹＺスキャナの場合、Ｘ及びＹ方向における運動の可能性に加えて、特定の種類の駆動手段によりＺ方向において移動されることができる集束レンズが提供され、これにより、レーザスポットのサイズの動的適応を可能にする。これにより、スポットの位置とそのサイズとの両方が、硬化処理を最適化するよう制御され適合されることができる。また、代替として、又は集束レンズ又は同様のものの移動に加えて、レーザスポットのサイズは、第１レーザキャリッジ駆動手段を用いて、レーザ源をＺ軸に平行して移動させることによって制御され適合されることができる。また、システムは、例えば、上に言及されたドイツ特許出願公開番号第３９０５５５１Ａ１号から既知のように、レーザスポット内のパワー分布を変化させるための手段を含むことができる。

図３は、双軸ミラー又は２つの単軸ミラーに基づき、Ｘ軸に平行する鉛直平面において、かつ、Ｙ軸に平行する鉛直平面において入力レーザビーム２を反らすよう配置される、概略的に図示されている二軸の走査システム３を含むレーザ源１を概略的に図示している。角度αは、Ｘ軸に平行する鉛直平面における最大走査を表し、角度βは、Ｙ軸に平行する平面における最大走査を表す。図３は、加工物上に、より具体的には、クランク軸の主ジャーナル１００１上に配置され、潤滑油孔１００３を含み、矢印により示唆されている方向において加工物キャリッジ（図示せず）内に回転されるレーザ源１を概略的に図示している。図３に概略的に図示されているのが部分又はセクション１００６であり、レーザビームの走査に起因し、レーザスポットにより走査されることができる。従って、この種類のレーザ源を用いて、加工物の上部上に投射される小さいレーザスポットが、角度α及びβに従って走査システムにより可能とされる最大走査によって決定されるセクション１００６内において、高速で、任意の所望の形状を有するパターンを繰り返し走査するによって得られるより大きい仮想の又は同等のスポットにより、置き換えられることができる。従って、レーザビームで単一の小さいスポットを加熱する代わりに、レーザビームで領域を走査することによって、時間間隔において、（しかし、領域単位でより少ないパワーで）より大きい領域が加熱されることができる。又は、言い換えれば、例えば、適切な固定光学系を用いて、より大きいスポット（大きい長方形のスポットなど）を設ける代わりに、より大きい領域にわたってより小さくてより集中的なパワーのスポットを走査することによって、対応するパワー分布が達成されることができる。このことは、表面の複数の異なる部分の複数の異なる特性に応じて、例えば、感熱性と過熱による損傷のリスクとに依存して、走査パターン、走査運動の速度、ビームのパワー、及び／又はスポットのサイズを適合することによって、表面の複数の異なる部分に複数の異なるエネルギー量を動的に適用する可能性を提供するという１つの重要な利点を有する。例えば、走査パターン、走査速度、ビームパワー及び／又はレーザスポットサイズは、選択される（及び、硬化処理の間に、動的に適合される）ことができる。これにより、複数の潤滑油孔の近傍において、又は、複数のアンダーカットのフィレットの近傍において、表面に適用される加熱エネルギー量を制限する。適切な硬化層深さ及び品質を得るために、走査が、加熱される領域内の温度における複数の実質的な変動を回避するように、好ましくは、高周波数で、例えば、１０Ｈｚより高く、又は、より好ましくは、５０、１００、１５０、２００、又は２５０Ｈｚより高い周波数で、繰り返し実行される。

図４Ａ−４Ｃは、有効レーザスポットのエネルギー分布がどう潤滑油孔に適応するよう適合されることができるかを示す。潤滑油孔１００３は、クランク軸のジャーナルの表面に配置され、その表面は、第１方向Ｗ、すなわち、周方向において、かつ、クランク軸の回転軸に平行する第２方向において、延在する。図４Ａでは、より高いパワー密度を有する先端部５Ａと、より低いパワー密度を有する後部５Ｂとを含む、ほぼ長方形の同等の有効レーザスポット５が用いられる。しかしながら、図４Ｂに示されているように、潤滑油孔１００３が、クランク軸の表面とレーザ源との間の相対運動に起因して、例えば、クランク軸のその縦軸の回りを回転することに起因して、有効レーザスポットに近付くとき、エネルギー分布は、潤滑油孔１００３に隣接する領域の過熱を回避するように、先端部５Ａの中央に向かってパワー又はエネルギー密度を低減させることによって実質的に適合される。ここで、有効レーザスポットはほぼＵ字型である。続いて、一旦潤滑油孔１００３が先端部５Ａを通過すると、先端部における元のエネルギー分布が復元され、これに対して、後部５Ｂにおけるエネルギー分布が、後部の中央に向かってエネルギー又はパワー密度を低減させることによって、潤滑油孔１００３に適応するよう適合される。ここで、有効レーザスポット５は、図４Ｃに示されているように、反転されたＵ字型を実質的に採用する。つまり、潤滑油孔が有効レーザスポットを通過する一方、エネルギー分布は、潤滑油孔から離れた硬化されるべき表面に適用されるよりも、潤滑油孔に隣接するより感熱性の高い領域に、より少ないエネルギーを適用するように適合される。潤滑油孔の周囲の領域は、潤滑油孔に隣接するより感熱性の高いサブ領域に損傷を与えることなく、硬化されることができる。Ｕ字型の有効レーザスポットの複数の横方向の部分は、潤滑油孔の複数の側の複数の領域を硬化するよう機能する。図４Ａ−４Ｃに図示されているエネルギー分布における変化は、例えば、走査パターンを適合することによって、及び／又は、ビームパワーが走査パターンに沿って分布される方法を適合することによって（例えば、走査パターンの複数の異なるセグメントの間に、レーザビームがオン及びオフに切り替えられる方法を適合することによって）、及び／又は、走査パターンの複数の異なるセグメントに対応して走査速度を適合することによって、等で、得られることができる。

簡易な走査パターンが、硬化処理の２つの異なる段階の間に、クランク軸の部分、すなわち、クランク軸の主ジャーナル１００１の上面図である図５Ａ及び５Ｂに概略的に図示されているものなど、簡易なパターン又は多角形を含むことができる。図５Ａ及び５Ｂでは、走査パターンは、ほぼジャーナルの全幅にわたって、実質的に複数のフィレット１００４のうちの１つから他の１つへと延在する。走査パターンは、潤滑油孔１００３の周囲のより感熱性の高いサブ領域（ｃｆ．図５Ｂ）におけるパワー密度が、潤滑油孔からさらに離れているより感熱性の低いサブ領域又は部位（ｃｆ．図５Ａ）におけるパワー密度よりも低いことを示唆するよう設計される。この場合、このことは、潤滑油孔１００３周囲の領域が走査されているときの台形の走査パターンのより大きい高さによって、達成される。また、複数のフィレット１００４に隣接する領域は、例えば、複数のアンダーカットのフィレットの使用に起因して、感熱領域であると考慮される。従って、走査パターンは、その領域においてもより低いパワー密度を提供するよう配置される。このことは、台形の走査パターンを用いることによって達成され、それによって、実質的に一定の走査速度で、長方形の走査パターンが用いられる場合よりもより少ないエネルギーが複数のフィレットの近傍において受けられるであろう。台形のパターンを用いる代わりに、図５Ａ及び５Ｂに示されている台形の上底及び下底など、２つのみの平行線が用いられることができる。

ここで、２つの平行線のみが用いられるか否かにかかわらず、又は、これらの２つの線が図５Ａ及び図５Ｂに図示されているような多角形を形成するよう相互接続されているかにかかわらず、このアプローチの課題は、実際のレーザスポットのサイズ、つまり、図５Ａ及び図５Ｂに示されているもののような場合、周方向における多角形の高さ、又は、周方向における２つ平行線の間の距離が多角形の高さを制限することである。材料が有効レーザスポット内で加熱される温度は、硬化処理の品質に否定的な影響を与える複数の変動を回避するよう、加熱の大部分の間に、実質的に一定であることが重要である。従って、多角形の高さは、実際のレーザスポットの直径により限定される実質的な範囲までとなる。しかしながら、多くの場合、有効レーザスポットは、進む方向において、つまり、図５Ａ及び図５Ｂに図示されている例において、周方向において、実質的な範囲を有することが望ましい。これは、十分な硬化層深さを確実にするためであって、硬化されるべき表面の各点が、有効レーザスポットによって加熱されている領域内に十分に長時間において残るべきであるからである。一方、毎時の単位の観点において高生産性を達成するために、有効レーザスポットは、可能な限り、急速に進むべきである。従って、進む方向における有効レーザスポットの実質的な延伸が望ましい。

実際のレーザスポットの所与のサイズについて、進む方向における有効レーザスポットの実質的な延伸が、図６に概略的に図示されているものなどの、進む方向において次々に配置される２つより多くの線を含む走査パターンを設けることによって達成されることができ、ここで、有効レーザスポット５は、第１方向Ｗに垂直な第２方向、つまり、有効レーザスポットと、硬化されている表面領域との間の相対運動の方向に延在する複数の平行線により生成される。

そのような走査パターンは、有効レーザスポットが進む第１方向に垂直な第２方向において実際のレーザスポットを繰り返し走査することによって、生成されることができ、複数の平行線をトレースするように、各走査段階の間で、第１方向においてレーザビームを小さい距離移動させる。一旦、実際のレーザスポットが走査パターンを完了すると、その元の位置に戻り、走査パターンをもう一度実行する。有効レーザスポット５内において望ましくない複数の温度の変動を回避するように、このことが生じる周波数は高いほうが好ましい。

レーザビームは、たどられるべき新しい線に向かって移動されている一方、並びに／又は、走査パターンの最終線の終わりと走査パターンの第１線への戻りの間、オフに切り替えられることができる。しかしながら、複数のレーザビームをオン及びオフに切り替えることは、時間を必要とし、走査の頻度を落とす場合がある。また、レーザビームがオフに切り替えられる時間は、加熱するためのレーザの効率的な使用の観点からは、失われた時間である。

図７Ａ及び図７Ｂは、走査パターンの３つの主線ａからｃ（連続する線として図示されている）と、レーザスポットがそれらの線の間でたどる経路を図示する複数の破線とを含む１つの可能な走査パターンを図示する。図７Ｂでは、複数の矢印は、実際のレーザスポットが走査パターンをたどっている間に、硬化されるべき表面にわたって進む方向を概略的に図示する。

ここで、この走査パターンは、熱分布が対称的ではないという課題を有する。同じことは、パターンの端部において、最終線ｃの終わりのとき（つまり、図７Ｂにおける線ｃの矢印の頭部から）レーザビームが線ａに鉛直に戻った場合に適用する。

Ｗ軸に関するより対称的なエネルギー分布が、図８Ａ及び図８Ｂの各走査パターンのような走査パターンで得られることができ、同様に、これらの線の間で移動するときに実際のレーザスポットによりたどられる複数の線ｄによって相互接続される３つの平行線ａからｃを含む。図７Ｂに図示されているように、レーザビームは、第１線ａの開始端から、ａ‐ｄ１‐ｂ‐ｄ２‐ｃ‐ｄ３‐ｂ‐ｄ４の通り進む。

つまり、実際のレーザスポットは、第１線と最終線とを通って進むたびごとに２回中間線ｂに沿って進み、第１線ａと最終線ｃとに沿って進むたびに、２回中間線ｂに沿って進む。これにより、Ｗ軸に対して、つまり、周方向に対して、完全に対称的な走査パターンが得られることができる。

Ｗ軸に沿うエネルギー分布は、例えば、線ａからｃの間の距離と、レーザビームがそれらの線に沿って進む速度とを調整することによって設定されることができる。速度及び／又は走査パターンを調整することによって、エネルギー分布は、レーザビームをオン及びオフにすることなく、又は、レーザビームのパワーを実質的に変更することなく、動的に適合されることができる。例えば、エネルギーが、実質的に等しく有効レーザスポット全体にわたって分布される場合、レーザビームは、第１線ａと最終線ｃとに沿う場合よりもより高速で中間線ｂに沿って進むことができる。例えば、実際のレーザスポットの線ｂに沿う速度は、実際のレーザスポットの線ａとｃとに沿う速度の２倍であり得る。本発明のいくつかの実施形態では、有効レーザスポットの複数の線ｄ１からｄ４に沿う速度はまた、有効レーザスポットの線ａとｃとに沿う速度より実質的により高いことがあり得る。

従って、エネルギー分布の適合は、第１線、最終線、及び中間線ａからｃなどの複数の線の分布を適合することによって、かつ、レーザスポットの、走査パターンの複数の異なるセグメントａからｄ（ｄ１からｄ４を含む）に沿う速度を適合することによって、達成されることができる。複数のセグメントの分布及び複数のセグメントの速度は、有効レーザスポットが、クランク軸のジャーナルの周囲などの硬化されるべき表面領域に沿って進む間に、動的に変更されることができ、これにより、エネルギー分布を適合し、クランク軸のジャーナルの表面などの、複数の潤滑油孔、複数のアンダーカットのフィレット、又は、有効レーザスポットが硬化されるべき表面領域の周囲の回りを進み最後に近付く前に硬化された領域に隣接する複数のサブ領域など、複数のより感熱性の高いサブ領域の過熱を回避する。また、走査パターンは、有効レーザスポットが硬化されるべき表面に沿って進む間、複数のセグメントを追加又は削除することによって適合されることができる。

同じ原則は、追加の中間線ｂを含む図９Ａ及び図９Ｂの走査パターンなど、複数の他の走査パターンに適用されることができる。ここで、実際のレーザスポットｓによりたどられる経路が、ａ‐ｄ１‐ｂ‐ｄ２‐ｂ‐ｄ３‐ｃ‐ｄ４‐ｂ‐ｄ５‐ｂ‐ｄ６である。

図１０Ａから図１０Ｃは、例えば、クランク軸が、複数の異なる幅を有する複数のジャーナルを備えるとき、有利であり得る、２つのレーザ又はレーザ源１、１Ａが、クランク軸の複数の表面又は複数のジャーナルを硬化するためにどう用いられることができるかを概略的に図示する。図１０Ａから図１０Ｃのクランク軸１０００は、第１幅を有する複数の主ジャーナル１００１と、例えば、第１幅の約２倍の第２幅を有する複数のロッドジャーナル１００２とを含む。図１０Ａでは、レーザ源１及び１Ａからのレーザビーム２及び２Ａの両方はそれぞれ、ロッドジャーナルに適用されており、これにより、これらのレーザ源の組み合わせられたパワー及び走査能力が、硬化されるべき表面領域上に、ロッドジャーナルの効率的でかつ急速な硬化に対して適切な組み合わせられた有効レーザスポットを提供するのに用いられることができる。硬化処理の別の段階では、２つの主ジャーナルは、図１０Ｂ及び１０Ｃにより図示されているように、それらのそれぞれが１つの単一レーザ源により同時に硬化されている。図１１Ａ及び図１１Ｂは、第１レーザビーム２と第２レーザビーム２Ａとによってそれぞれ、加熱される複数の部分Ｐ及びＰＡが、どのように重なりを大きく又は小さくされるかを示す。実質的に重なる複数の部分が好ましくは硬化の均一性を最適化して、２つの部分が交わる箇所における複数のボーダー効果のあらゆるリスクを回避し得る。しかしながら、図１０Ａにより示唆されているように、場合によって、複数のレーザビームのそれぞれに、第２方向、つまり、クランク軸の軸に沿う領域の延伸に関して、硬化されるべき当該領域のうちの１つの部分のみを硬化させることを目的とすることができる。このことは場合によって、クランク軸の複数のカウンターウェイト及び他の半径方向に突出する複数の部分がレーザビームを妨げ得るという課題を克服しつつ、第２方向においてレーザ源又はクランク軸を移動することなく、クランク軸の多数のジャーナルを続いて硬化することを可能にするために役立つことができる。このことは、図１０Ａから図１０Ｃを参照するとき容易に理解される。図１０Ａでは、第１レーザビーム２は、部分Ｐに適用され、第２レーザビーム２Ａは、ロッドジャーナル１００２の部分ＰＡに適用され、図１１Ａによれば、実質的に隣り合わせて配置されているが、実質的に互いに重なっていない。図１０Ｂ及び図１０Ｃでは、複数のレーザビームは、複数のレーザ源又はクランク軸をクランク軸の回転軸に平行して移動することなく、２つの主ジャーナル１００１にぶつけるよう再方位付けられている。

本発明のいくつかの実施形態では、２つ以上のレーザ源が、２つ以上のクランク軸の間で共有されることができ、これにより、複数のレーザ源及び利用可能なレーザパワーの柔軟性及び効率的な使用を向上することができる。例えば、図１２Ａ及び図１２Ｂは、機械又はシステムが、２つ以上のクランク軸を同時に硬化するよう配置される１つの可能な配置を図示する。図示されている配置では、機械は、走査手段３にそれぞれ関連付けられる３つのレーザ源１、１Ａ及び１Ｂを含む。硬化処理の少なくとも１つの段階（図１２Ａ）の間に、これらの３つのレーザ源のうちの２つ（１、１Ａ）からのレーザビーム２、２Ａが、複数のクランク軸のうちの１つ目を硬化するのに用いられ（図１２Ａは、これらのレーザ源１、１Ａが共にクランク軸のロッドジャーナル１００２を硬化するのにどう用いられるかを図示する）、複数のレーザ源のうちの１つ、１Ｂからのレーザビーム２Ｂが複数のクランク軸の別の１つを硬化するのに用いられ（図１２Ａは、レーザビーム２Ｂが主ジャーナル１００１を硬化するのにどう用いられるかを図示する）、これに対して、硬化処理の少なくとも別の段階の間に（図１２Ｂ）、これらの３つのレーザ源のうちの１つ、１からのレーザビーム２が、複数のクランク軸の１つ目（すなわち、図１２Ｂでは、これらの主ジャーナル１００１）を硬化するのに用いられ、複数のレーザ源のうちの２つ、１Ａ、１Ｂからのレーザビーム２Ａ、２Ｂが、複数のクランク軸の別の１つ（図１２Ｂに図示されている段階では、これらのロッドジャーナル）を硬化するのに用いられる。つまり、複数のクランク軸の間で１つ又は複数のレーザ源を共有することが、装置の使用最適化し、高価なレーザ装置のアイドリング時間を減少させ、効率性及び生産性を向上させるのに用いられることができる。以下の通り、本明細書では複数の参照番号が用いられている。１、１Ａ、１Ｂ レーザ源２、２Ａ、２Ｂ レーザビーム３ 走査システム５ 有効レーザスポット５Ａ 有効レーザスポットの先端部５Ｂ 有効レーザスポットの後部１１ レーザキャリッジ１２ レーザ源の鉛直運動のための第１レーザキャリッジ駆動手段１３ レーザ源の水平運動のための第２レーザキャリッジ駆動手段１４ レーザ源の運動のための水平トラック２０ 加工物キャリッジ２１ 加工物キャリッジ駆動手段１０００ クランク軸１００１ 主ジャーナル１００２ ロッドジャーナル１００３ 潤滑油孔１００４ フィレット１００５ ジャーナルに垂直な表面１００６ レーザビームにより走査されることができる領域又はセクションａ、ｂ、ｃ、ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６ 走査パターンのセグメントＸ、Ｙ、Ｚ 空間における方向Ｗ 周方向Ｐ、ＰＡ クランク軸のジャーナルの複数の部分

本明細書では、「有効レーザスポット」という用語は、レーザビームがその上に有効に投射する領域であって、これにより、領域を照明及び加熱する、領域を指す。有効レーザスポットは、レーザスポットを成形し、所望の方式で有効レーザスポットにわたってパワーを分布するように、光学系を用いて、元のレーザビームを変換することによって得られるレーザスポットであり得、又は、レーザビームを同じ領域に、又は実質的に同じ領域に繰り返し当てるように、走査パターンをたどってレーザビームを急速に繰り返し走査することによって得られる仮想又は同等のレーザスポットであり得、これにより、レーザビームの加熱効果は、１つの走査サイクルの間に、仮想又は同等のレーザスポット全体にわたるパワー分布に対応するパワー分布を有する静止するレーザビームが用いられている場合と実質的に同じである。ここで、「急速に」という用語は、例えば、周方向において、走査速度が、レーザ源とクランク軸の表面との間の相対運動の速度よりはるかに速いことを意味し、これにより、硬化されるべき表面領域の複数の部分が、レーザスポットによって繰り返し加熱される。例えば、一般に、走査速度は、選択されることができ、これにより、例えば、秒毎に少なくとも１０、５０又は１００の走査サイクルが達成される。好ましくは、有効レーザスポットが、硬化されるべき表面領域にわたって実際の又は現実のレーザスポットを反復走査することによって得られる仮想又は同等のレーザスポットであるとき、この走査は好ましくは、２次元において行われ、仮想レーザスポットのサイズは好ましくは、その複数の次元の何れかにおいて、例えば、クランク軸の回転軸に平行する方向において、及びクランク軸のジャーナルの周方向においてなど、当該次元における実際の又は現実のレーザスポットのサイズの少なくとも２、３、４、５、１０、２０倍又はより大きい倍数である。例えば、表面領域上に有効レーザスポットを当てる時間の少なくとも５０％の間に、有効レーザスポットは、周方向において少なくとも５ｍｍ、好ましくは少なくとも７ｍｍ、より好ましくは少なくとも１０ｍｍ、さらにより好ましくは少なくとも１５ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ又はそれより大きく、例えば、少なくとも５０ｍｍの幅を有することが好ましい場合がある。そのような実質的な延伸は、十分な硬化層深さと組み合わせられた高生産性を提供することができる。

走査という用語は好ましくは、レーザビームの運動を示唆することが意図され、走査パターンは好ましくは、ビームが静止する表面上をたどり、つまり、レーザ源と加工物の表面との間の相対運動を考慮しないパターンを指すことが意図される。

概して、処理された領域又はセグメントの増大は、例えば、クランク軸の場合はクランク軸を回転することによって、有効レーザスポットと互いに関連するその表面を移動するによって、有効レーザスポットと硬化されるべき表面との間の相対運動によって達成される。十分な硬化層深さを達成するために、例えば、１０００μｍ以上の硬化層深さの場合、表面領域の硬化されるべき部分のほぼそれぞれが、一般的なように、例えば、複数のクランク軸ジャーナルの場合、１から３秒などの０．５から５秒の十分な時間において、有効レーザスポットの領域内に残ることが好ましい。これにより、表面温度が十分に高くなるだけではなく、加工物も必要とされる深さまで十分に加熱される。レーザビームのパワー密度の増加は、過熱が加工物を損傷させる可能性があるので表面領域が過熱されるべきではないため、十分な加熱時間の代用ではない。従って、表面温度は、十分な時間において適切な範囲内であるべきである。従って、有効レーザスポットの実質的なサイズが、１つの次元において、硬化するトラックの十分な幅を提供し（例えば、クランク軸のジャーナルのほぼ全幅を覆うように）、別の次元においては、所望の又は必要とされる硬化層深さを達成するように、硬化されるべき複数の部分が十分な時間において有効レーザスポット内に残ることを可能にしつつ、有効レーザスポットと処理されるべき表面との間で高い相対速度を可能にする（従って、高生産率を提供する）ようにするのが望ましい。

本明細書では、「クランク軸」という用語は好ましくは、例えば、複数のトラック、自動車、オートバイなどの多くの種類の自動車において用いられるもののような複数の内部燃焼エンジンに用いられるその種類のクランク軸に対して、往復線状ピストン運動を回転に移動する、エンジンの部分を指す。

本明細書では、硬化層深さは好ましくは、有効硬化層深さを指し、好ましくは、硬化された場合の表面から、特定のレベルの硬度が維持される最も離れた点までの垂直な距離を指す。そのレベルは、例えば、４０から５５ＨＲＣ、好ましくは４５ＨＲＣの範囲内にあり得る。複数のクランク軸の分野では、複数の所望のレベルの硬度が概して、鋼の炭素含有量を考慮して選択されるが、一般的なレベルが４５ＨＲＣである。本明細書に関して及びクランク軸の複数のジャーナルの硬化に関して、少なくとも１０００、２０００又は３０００μｍの硬化層深さが好ましい。

対象の別の態様は、１００％変換されたマルテンサイトをそこまで観察することができるレベル又は深さとなり得る。本明細書に関して及びクランク軸の複数のジャーナルの硬化に関して、この深さは好ましくは、少なくとも２００、３００、５００、８００、１０００μｍ又はそれより多くてよい。

分割された走査パターンが使用られるとき、秒毎に少なくとも３００セグメントの走査速度が好ましい場合があり、これに対して、例えば、秒毎に少なくとも６００、１０００、５０００及び１００００セグメントの速度がより好ましい場合があり、少なくとも１０Ｈｚ、より好ましくは少なくとも５０Ｈｚ、さらにより好ましくは少なくとも１００Ｈｚ又は２００Ｈｚの走査パターンの反復周波数と組み合わされることが好ましい。

本発明では複数のクランク軸の表面硬化を多数の参照により説明されている一方、本発明の範囲は決して、複数のクランク軸の表面処理に限定されるものではない。

このテキストでは、「備える」（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）という用語及びその複数の派生語（例えば、「備え」（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）等）は、除外の概念で理解されるべきではなく、つまり、これらの用語は、説明され定義されるものがさらなる複数の要素、複数の段階等を含み得る可能性を除外するものとして解釈されるべきではない。

一方、本発明は明らかに、本明細書にて説明されている特定の実施形態に限定されるものではなく、また、特許請求の範囲にて画定されるような本発明の一般的な範囲内において、（例えば、複数の材料、次元、成分、構成等の選択に関して）当業者により考えられ得る任意の複数の変更例を包含する。
［項目１］
加工物の表面をレーザ硬化する方法であって、
上記加工物は、少なくとも１つの硬化されるべき表面領域を含み、
上記方法は、
上記表面領域上にレーザスポットを生成するように、レーザ源からのレーザビームを上記表面領域上に投射する段階と、
上記加工物の上記表面領域と上記レーザ源との間で相対運動を生成する段階であって、これにより、上記レーザスポットが上記表面領域の複数の異なる部分上に続いて投射されることを可能にする、段階と、
上記表面領域上に２次元の有効レーザスポットを生成するように、上記相対運動の間に、上記表面領域のそれぞれの上記部分全体にわたって、走査パターンをたどり、上記レーザビームを２次元的に繰り返し走査する段階であって、上記有効レーザスポットは、エネルギー分布を有する、段階と
を備え、
上記相対運動に起因し、上記有効レーザスポットは、上記表面領域に沿って進み、
上記走査パターンは、少なくとも３つのセグメントを有し、上記レーザビームが複数の上記セグメントのうちの少なくとも１つをたどることが複数の上記セグメントのうちの少なくとも別の１つをたどることよりも頻繁に行われるように、上記レーザビームの上記走査が実行される、
方法。
［項目２］
上記走査パターンは、第１方向において次々に分布される、ほぼ平行である少なくとも３つの線を有し、複数の上記線は、第２方向に延在し、
上記少なくとも３つの線は、上記第１方向において次々に配置される、第１線と、少なくとも１つの中間線と、最終線とを含み、
上記レーザビーム又は実際のレーザスポットが上記中間線をたどることが、上記レーザビームが上記第１線及び上記最終線のうちの少なくとも１つをたどることよりも頻繁に行われるように、上記レーザビームの上記走査が実行される、
項目１に記載の方法。
［項目３］
上記走査パターンは、第１方向に次々に分布される、ほぼ平行である少なくとも３つの線を有し、複数の上記線は、第２方向に延在し、
上記少なくとも３つの線は、上記第１方向において次々に配置される、第１線と、少なくとも１つの中間線と、最終線とを含み、
上記レーザスポットは、上記第１線をたどった後、上記中間線、上記最終線、上記中間線、上記第１線という順序でたどるよう上記レーザスポットが従うシーケンスに従って、複数の上記線に沿って走査されるように、上記レーザビームの上記走査が実行される、
項目１に記載の方法。
［項目４］
上記走査パターンは、複数の上記中間線を含む、項目２又は３に記載の方法。
［項目５］
上記レーザスポットは、上記第１線と上記最終線とに沿う場合より高い速度で上記少なくとも１つの中間線に沿って移動される、項目２から４の何れか一項に記載の方法。
［項目６］
上記走査パターンは、上記第１線、上記最終線、及び上記中間線の複数の端部の間において上記第１方向に延在する複数の線をさらに含み、それによって、上記レーザスポットは、上記第１線、複数の上記中間線、及び上記最終線の間で移動するとき、上記第１方向に延在する上記複数の線をたどる、項目２から５の何れか一項に記載の方法。
［項目７］
上記レーザスポットは、上記第１線と上記最終線とに沿う場合より高い速度で上記第１方向に延在する上記複数の線に沿って移動される、項目６に記載の方法。
［項目８］
上記レーザスポットは、上記レーザビームのパワーをほぼ一定に維持している間に、上記走査パターンに沿って移動される、項目１から７の何れか一項に記載の方法。
［項目９］
上記加工物は、クランク軸である、項目１から８の何れか一項に記載の方法。
［項目１０］
クランク軸の複数のジャーナルの複数の表面をレーザ硬化する方法であって、
上記クランク軸は、少なくとも第１幅を有する第１ジャーナルと、少なくとも第２幅を有する第２ジャーナルとを備え、上記第２幅は、上記第１幅より大きく、複数の上記ジャーナルのそれぞれは、硬化されるべき表面領域を有し、上記表面領域は、上記ジャーナルの周方向に対応する第１方向と、上記クランク軸の回転軸に平行する第２方向とに延在し、
上記方法は、
Ａ）上記方法の少なくとも１つの段階の間に、上記第２ジャーナルの上記表面領域上に、第１レーザ源からのレーザビームと第２レーザ源からのレーザビームとを同時に投射する段階と、
Ｂ）上記方法の少なくとも別の段階の間に、上記第２レーザ源からのレーザビームをクランク軸の別の部分上に同時に投射している間に、上記第１レーザ源からのレーザビームを上記第１ジャーナルの上記表面領域上に投射する段階と
を備える、
方法。
［項目１１］
Ａ）上記方法の少なくとも１つの段階の間に、上記表面領域上に有効レーザスポットを生成するように、第１レーザ源からのレーザビームを上記第２ジャーナルの上記表面領域上に投射する段階であって、上記有効レーザスポットは、硬化されるべき上記表面領域の第１部分全体にわたって上記第２方向に延在する段階、及び、上記表面領域上に有効レーザスポットを生成するように、第２レーザ源からの別のレーザビームを上記第２ジャーナルの上記表面領域に投射する段階であって、上記有効レーザスポットは、硬化されるべき上記表面領域の第２部分全体にわたって上記第２方向に延在し、上記第１部分及び上記第２部分は共に、硬化されるべき上記表面領域の大部分全体にわたって延在する、段階と、
Ｂ）上記方法の少なくとも別の段階の間に、上記表面領域上に有効レーザスポットを生成するように、上記第１レーザ源からのレーザビームを上記第１ジャーナルの上記表面領域上に投射する段階であって、上記有効レーザスポットは、硬化されるべき上記表面領域の上記大部分全体にわたって上記第１方向に延在する、段階と、
上記方法の上記Ａ）及び上記Ｂ）の両方の段階の間に、上記周方向において複数の上記表面領域の複数の異なる部分上に複数の上記有効レーザスポットを続いて投射するように、上記クランク軸の上記表面と上記レーザ源との間で上記周方向において相対運動を生成する段階であって、複数の上記有効レーザスポットは、２次元のエネルギー分布を有する、段階と
を備える
項目１０に記載の方法。
［項目１２］
上記第１部分は、上記第１部分と上記第２部分との間にいかなる実質的な重なりがなく、上記第２部分に実質的に隣接して配置される、項目１１に記載の方法。
［項目１３］
上記第１部分及び上記第２部分は、互いに実質的に重なっている、項目１１に記載の方法。
［項目１４］
上記方法の少なくとも１つの段階の間に、上記第１レーザ源からの上記レーザビームが、１つのクランク軸のジャーナル上に投射され、上記第２レーザ源からの上記レーザビームは、別のクランク軸のジャーナル上に投射される、項目１０から１３の何れか一項に記載の方法。
［項目１５］
上記方法の少なくとも１つの段階の間に、上記第１幅を有する２つのジャーナルが、第１の段階にて硬化され、上記第２幅を有する１つのジャーナルが、第２の段階にて硬化され、複数の上記段階は、２つの上記段階の間に、上記第２方向において複数の上記レーザ源と上記クランク軸との間でいかなる相対運動なく、次々に続く、項目１０から１４の何れか一項に記載の方法。
［項目１６］
少なくとも２つのクランク軸の複数の表面領域を硬化する方法であって、
上記方法は、
上記方法の少なくとも１つの段階の間に、複数の上記クランク軸のうちの第１のクランク軸を硬化するために、第１レーザ源からのレーザビームと、第２レーザ源からのレーザビームとを同時に用いる段階と、
上記方法の少なくとも別の段階の間に、複数の上記クランク軸のうちの上記第１のクランク軸を硬化するための上記第１レーザ源からのレーザビームと、複数の上記クランク軸のうちの第２のクランク軸を硬化するための上記第２レーザ源からのレーザビームとを同時に用いる段階と
を備える、
方法。
［項目１７］
上記方法の少なくとも１つの段階の間に、複数の上記クランク軸のうちの上記第２のクランク軸を硬化するための第３レーザ源からのレーザビームを用いる間に、複数の上記クランク軸のうちの上記第１のクランク軸を硬化するために、上記第１レーザ源からのレーザビームと上記第２レーザ源からのレーザビームとを同時に用いる段階を備える項目１６に記載の方法。
［項目１８］
上記表面領域は、少なくとも１つのより感熱性の高いサブ領域と、少なくとも１つのより感熱性の低いサブ領域を有し、上記エネルギー分布が適合され、これにより、上記より感熱性の高いサブ領域の過熱を防ぐように、より感熱性の高いサブ領域におけるエネルギー分布がより感熱性の低いサブ領域におけるエネルギー分布と異なる、項目１から９、１１から１３、１６から１７の何れか一項に記載の方法。
［項目１９］
加工物の表面領域を硬化するための装置であって、
上記装置は、上記表面領域上に有効レーザスポットを投射するよう配置される少なくとも１つのレーザ源と、上記表面領域と上記有効レーザスポットとの間で相対運動を生成するための手段とを備え、これにより、上記表面領域の複数の異なる部分を、硬化するのに適した温度まで続いて漸次に加熱するように、上記有効レーザスポットが上記表面領域に沿って移動され、
上記装置は、項目１から１８の何れか一項に記載の方法を実行するよう配置される、
装置。
［項目２０］
２つのレーザ源を備え、クランク軸の複数のジャーナルの複数の表面を硬化する処理のうちの１つの段階において、複数の上記レーザ源の両方から複数のレーザビームを１つのジャーナルに当てることによって、上記ジャーナルを硬化し、上記処理の別の段階において、複数の上記レーザ源のうちの１つ目からのレーザビームを複数の上記ジャーナルのうちの１つに当て、複数の上記レーザ源のうちの他方からのレーザビームを複数の上記ジャーナルのうちの他の１つに当てることによって、２つのジャーナルを硬化するために配置される項目１９に記載の装置。

Claims (11)

1. 加工物の表面をレーザ硬化する方法であって、
   前記加工物は、少なくとも１つの硬化されるべき表面領域を含み、
   前記方法は、
   前記表面領域上にレーザスポットを生成するように、レーザ源からのレーザビームを前記表面領域上に投射する段階と、
   前記加工物の前記表面領域と前記レーザ源との間で相対運動を生成する段階であって、これにより、前記レーザスポットが前記表面領域の複数の異なる部分上に続いて投射されることを可能にする、段階と、
   前記表面領域上に２次元の仮想レーザスポットを生成するように、前記相対運動の間に、前記表面領域のそれぞれの前記部分全体にわたって、走査パターンをたどり、前記レーザビームを２次元的に繰り返し走査する段階であって、前記仮想レーザスポットは、エネルギー分布を有する、段階と
   を備え、
   前記相対運動に起因し、前記仮想レーザスポットは、前記表面領域に沿って進み、
   前記走査パターンは、少なくとも３つの線を有し、前記レーザビームが複数の前記線のうちの少なくとも１つをたどることが複数の前記線のうちの少なくとも別の１つをたどることよりも頻繁に行われるように、前記レーザビームの前記走査が実行される、
   方法。
2. 前記走査パターンは、第１方向において次々に配置される、ほぼ平行である少なくとも３つの線を有し、複数の前記線は、前記第１方向に垂直な第２方向に延在し、
   前記少なくとも３つの線は、前記第１方向において次々に配置される、第１線と、少なくとも１つの中間線と、最終線とを含み、
   前記レーザビームが前記中間線をたどることが、前記レーザビームが前記第１線及び前記最終線のうちの少なくとも１つをたどることよりも頻繁に行われるように、前記レーザビームの前記走査が実行される、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記走査パターンは、第１方向において次々に配置される、ほぼ平行である少なくとも３つの線を有し、複数の前記線は、前記第１方向に垂直な第２方向に延在し、
   前記少なくとも３つの線は、前記第１方向において次々に配置される、第１線と、少なくとも１つの中間線と、最終線とを含み、
   前記レーザビームは、前記第１線をたどった後、前記中間線、前記最終線、前記中間線、前記第１線という順序でたどるよう前記レーザビームが従うシーケンスに従って、複数の前記線に沿って走査されるように、前記レーザビームの前記走査が実行される、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記走査パターンは、複数の前記中間線を含む、請求項２又は３に記載の方法。
5. 前記レーザスポットは、前記第１線と前記最終線とに沿う場合より高い速度で前記少なくとも１つの中間線に沿って移動される、請求項２から４の何れか一項に記載の方法。
6. 前記走査パターンは、前記第１線、前記最終線、及び前記中間線の複数の端部の間において前記第１方向に延在する複数の線をさらに含み、それによって、前記レーザスポットは、前記第１線、複数の前記中間線、及び前記最終線の間で移動するとき、前記第１方向に延在する前記複数の線をたどる、請求項２から５の何れか一項に記載の方法。
7. 前記レーザスポットは、前記第１線と前記最終線とに沿う場合より高い速度で前記第１方向に延在する前記複数の線に沿って移動される、請求項６に記載の方法。
8. 前記レーザスポットは、前記レーザビームのパワーをほぼ一定に維持している間に、前記走査パターンに沿って移動される、請求項１から７の何れか一項に記載の方法。
9. 前記加工物は、クランク軸である、請求項１から８の何れか一項に記載の方法。
10. 前記表面領域は、少なくとも１つのより感熱性の高いサブ領域と、少なくとも１つのより感熱性の低いサブ領域を有し、前記エネルギー分布が適合され、これにより、前記より感熱性の高いサブ領域の過熱を防ぐように、より感熱性の高いサブ領域におけるエネルギー分布がより感熱性の低いサブ領域におけるエネルギー分布と異なる、請求項１から９の何れか一項に記載の方法。
11. 加工物の表面領域を硬化するための装置であって、
    前記装置は、前記表面領域上に仮想レーザスポットを投射するよう配置される少なくとも１つのレーザ源と、前記表面領域と前記仮想レーザスポットとの間で相対運動を生成するための手段とを備え、これにより、前記表面領域の複数の異なる部分を、硬化するのに適した温度まで続いて漸次に加熱するように、前記仮想レーザスポットが前記表面領域に沿って移動され、
    前記装置は、請求項１から９の何れか一項に記載の方法を実行するようプログラミングされる
    装置。

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