(57)【要約】【課題】製造に要する工数低減等により製造コスト抑制でき、バルブ内に形成された中空部の伝熱面積を増すことができるエンジンバルブの製造方法を提供する。【解決手段】バルブ軸を鍛造で製造する製造工程が、ワーク設置工程Ｓ２と、ワーク挿入工程Ｓ３と、上下方向鍛造工程Ｓ４と、左右方向鍛造工程Ｓ５と、ワーク回転工程Ｓ６と、ワーク軸方向移動工程Ｓ８とを備え、上下方向鍛造工程Ｓ４及び左右方向鍛造工程Ｓ５の第１段階鍛造終了後に、ワーク回転工程Ｓ６でワークを所定角度θだけ順次回転させて加圧位置を変更しながらワークの全周にわたって加工するｎ段階の鍛造を１サイクルとして行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ傘部から延びるバルブ軸の内部に、軸方向へ延在する中空部が設けられ、該中空部に熱輸送媒体が封入されるエンジンバルブの製造方法であって、
前記バルブ軸を鍛造で製造する製造工程が、加工対象のワークを鍛造装置の所定位置に設置するワーク設置工程と、前記ワークに設けた凹部を鍛造装置に固定設置されたマンドレルに挿入して保持するワーク挿入工程と、上下型により前記ワークの軸方向所定範囲を上下方向外側から加圧して鍛造する上下方向鍛造工程と、左右型により前記ワークの軸方向所定範囲を左右方向外側から加圧して鍛造する左右方向鍛造工程と、前記ワークを中心軸回りに所定の回転角度θだけ回転させるワーク回転工程と、前記ワークを軸方向へ移動させて前記軸方向所定範囲を変更するワーク軸方向移動工程と、を備え、
前記上下方向鍛造工程及び前記左右方向鍛造工程の第１段階鍛造終了後に、前記ワーク回転工程で前記ワークを所定角度θだけ順次回転させて加圧位置を変更しながら前記ワークの全周にわたって加工するｎ段階の鍛造を１サイクルとして行うことを特徴とするエンジンバルブの製造方法。
【請求項２】
前記マンドレルの外周面に、前記バルブ軸の内壁面に凹凸を形成する凹溝または突起を設けておき、
前記ワーク回転工程では、前記マンドレルと前記ワークとを同期させて回転させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンバルブの製造方法。
【請求項３】
前記中空部の底面に当接する前記マンドレルの端面に凹凸形成部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンバルブの製造方法。
【請求項４】
鍛造完了後に前記中空部の内周面に金属メッシュを挿入して被鍛造面に接合させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジンバルブの製造方法。
【請求項５】
前記鍛造前あるいは前記鍛造完了後に前記中空部の底面に金属メッシュを挿入して接合させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のエンジンバルブの製造方法。
【請求項６】
前記ワーク軸方向移動工程で前記軸方向所定範囲を段階的に変更しながら前記バルブ軸の全長にわたって加工するｍサイクルの鍛造を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のエンジンバルブの製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の製造方法により製造されたことを特徴とするエンジンバルブ。
【請求項８】
請求項７に記載のエンジンバルブを用いたことを特徴とするエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ軸の軸方向に沿う中空部を有し、この中空部に熱輸送媒体を封入することにより、バルブ傘部に受けた熱をバルブ軸側に積極的に熱輸送するようにしたエンジンバルブ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロエンジンのバルブ、特に温度上昇の著しい排気バルブにおいて、例えば特許文献１，２に開示されているように、バルブ軸の中心部に、軸方向に延在する中空部を形成し、この中空部に熱輸送媒体としてナトリウムを封入したナトリウム封入バルブが知られている。このようなナトリウム封入バルブでは、エンジン作動時に燃焼ガスの熱を受けて排気バルブの温度が上昇すると、中空部の内部でナトリウムが溶融し、排気バルブの開閉運動に応じて発生する慣性力によって中空部内を長手方向に沿って流動する。このため、高い熱負荷を受けるバルブ傘部の熱がナトリウムによってバルブ軸側に熱輸送され、バルブ傘部等が冷却される。
また、下記の特許文献３には、バルブ底面の伝熱面積を稼ぐため、表面を凹凸形状に加工した円板状の部材を傘底に溶接して制作したものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３８６４８号公報
【特許文献２】特開２００８−２７４７７９号公報
【特許文献３】特開２００７−１７８８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、円板状の部材をバルブの傘底に溶接するエンジンバルブ（傘中空バルブ）の構造は、バルブ本体と円板状の部材とを溶接する工数が必要となり、これに多大な製造コストを要するという問題が指摘されている。
また、円板状の部材をバルブ本体に溶接した溶接部は、その損傷が懸念されるため、施工に当たっては細心の注意や検査が必要になり、これによっても製造コストが増すことになる。
【０００５】
このような背景から、バルブ傘部から延びるバルブ軸の内部に、軸方向に延在する中空部が設けられ、この中空部に熱輸送媒体が封入されるエンジンバルブにおいては、製造に要する工数を低減するなどして製造コスト抑制し、しかも、バルブ内に形成された中空部の伝熱面積を増すことができるエンジンバルブ及びその製造方法が望まれている。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、製造に要する工数低減等により製造コスト抑制でき、さらに、バルブ内に形成された中空部の伝熱面積を増すことができるエンジンバルブ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明に係るエンジンバルブの製造方法は、バルブ傘部から延びるバルブ軸の内部に、軸方向へ延在する中空部が設けられ、該中空部に熱輸送媒体が封入されるエンジンバルブの製造方法であって、前記バルブ軸を鍛造で製造する製造工程が、加工対象のワークを鍛造装置の所定位置に設置するワーク設置工程と、前記ワークに設けた凹部を鍛造装置に固定設置されたマンドレルに挿入して保持するワーク挿入工程と、上下型により前記ワークの軸方向所定範囲を上下方向外側から加圧して鍛造する上下方向鍛造工程と、左右型により前記ワークの軸方向所定範囲を左右方向外側から加圧して鍛造する左右方向鍛造工程と、前記ワークを中心軸回りに所定の回転角度θだけ回転させるワーク回転工程と、前記ワークを軸方向へ移動させて前記軸方向所定範囲を変更するワーク軸方向移動工程と、を備え、前記上下方向鍛造工程及び前記左右方向鍛造工程の第１段階鍛造終了後に、前記ワーク回転工程で前記ワークを所定角度θだけ順次回転させて加圧位置を変更しながら前記ワークの全周にわたって加工するｎ段階の鍛造を１サイクルとして行うことを特徴とするものである。
【０００８】
このような本発明によれば、バルブ軸を鍛造で製造する製造工程が、加工対象のワークを鍛造装置の所定位置に設置するワーク設置工程と、ワークに設けた凹部を鍛造装置に固定設置されたマンドレルに挿入して保持するワーク挿入工程と、上下型によりワークの軸方向所定範囲を上下方向外側から加圧して鍛造する上下方向鍛造工程と、左右型によりワークの軸方向所定範囲を左右方向外側から加圧して鍛造する左右方向鍛造工程と、ワークを中心軸回りに所定の回転角度θだけ回転させるワーク回転工程と、ワークを軸方向へ移動させて軸方向所定範囲を変更するワーク軸方向移動工程と、を備え、上下方向鍛造工程及び左右方向鍛造工程の第１段階鍛造終了後に、ワーク回転工程でワークを所定角度θだけ順次回転させて加圧位置を変更しながらワークの全周にわたって加工するｎ段階の鍛造を１サイクルとして行うので、鍛造により溶接個所のないエンジンバルブの製造が可能となる。
【０００９】
上記の発明において、前記マンドレルの外周面に、前記バルブ軸の内壁面に凹凸を形成する凹溝または突起を設けておき、前記ワーク回転工程では、前記マンドレルと前記ワークとを同期させて回転させることが好ましく、これにより、鍛造されたワーク表面であるバルブ軸の内壁面には凹凸が転写（形成）される。このため、伝熱面となる中空部の内壁面は、平滑面を有するマンドレルによる鍛造面と比較して、凹凸分だけ伝熱面積（表面積）を増すことができる。
【００１０】
上記の発明において、前記中空部の底面に当接する前記マンドレルの端面に凹凸形成部を設けておくことが好ましく、これにより、鍛造されたバルブ軸の内壁面である底面には凹凸が転写（形成）される。このため、伝熱面となる中空部の内壁面は、平滑面を有するマンドレルによる鍛造面と比較して、凹凸分だけ伝熱面積（表面積）を増すことができる。
この場合、好適な底面の凹凸形成部を例示すると、例えば梨地状の表面を形成するもの、多数のディンプル（凹部）を形成するもの、同心円の溝を形成するもの等がある。
【００１１】
上記の発明において、鍛造完了後に前記中空部の内周面に金属メッシュを挿入して被鍛造面に接合させることが好ましく、これにより、伝熱面となる中空部の内壁面は、平滑面を有するマンドレルによる鍛造面と比較して、金属メッシュによる凹凸分だけ伝熱面積（表面積）を増すことができる。
また、上記の発明において、前記鍛造前あるいは前記鍛造完了後に、前記中空部の底面に金属メッシュを挿入して接合させてもよく、これによっても金属メッシュによる凹凸分だけ伝熱面積（表面積）を増すことができる。
【００１２】
上記の発明において、前記ワーク軸方向移動工程で前記軸方向所定範囲を段階的に変更しながら前記バルブ軸の全長にわたって加工するｍサイクルの鍛造を行うことが好ましい。
【００１３】
本発明に係るエンジンバルブは、請求項１から６のいずれか１項に記載の製造方法により製造されたことを特徴とするものである。
このようなエンジンバルブは、鍛造により製造された溶接個所のないものとなるので、溶接部の損傷といった懸念をなくすことができる。このため、検査等の簡略化等によりエンジンバルブの製造コストを抑制でき、しかも、エンジンバルブの耐久性や信頼性を向上させることが可能になる。
【００１４】
本発明のエンジンは、請求項７に記載のエンジンバルブを用いたことを特徴とするものである。
このようなエンジンによれば、エンジンバルブの製造コストを抑制して耐久性を向上させることができるので、エンジン全体としてもコスト抑制及び信頼性の向上が可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本発明によれば、バルブ傘部から延びるバルブ軸の内部に軸方向の中空部が設けられ、この中空部に熱輸送媒体が封入されるエンジンバルブは、バルブ傘部から連続してバルブ軸を鍛造により製造するので、溶接部がなくなることにより検査等を簡略化でき、この結果、製造工数の低減により製造コストを抑制できる。また、溶接個所がなくなったエンジンバルブは、溶接個所の損傷というリスクがなくなったことにより、信頼性や耐久性の向上という顕著な効果が得られる。
【００１６】
さらに、鍛造により製造されたバルブ軸部の中空部は、内壁面に形成された凹凸により伝熱面積を増すことができる。この結果、エンジンバルブ及びこれを用いたエンジンは、エンジンバルブの冷却特性がより一層向上するので、さらなる信頼性の向上や製造コストの抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るエンジンバルブの製造方法について、一実施形態を示す鍛造工程のフローチャートである。
【図２】図１に示すエンジンバルブの製造方法に適用される鍛造装置の概要及びワーク装着を示す図で、（ａ）は（ｂ）の縦断面図（Ａ−Ａ断面図）、（ｂ）は（ａ）に示すワークの縦断面図（Ｂ−Ｂ断面図）である。
【図３】ワークを加工位置に挿入する状態を示す縦断面図である。
【図４】図１に示す上下方向鍛造工程に関する説明図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はワークの縦断面図である。
【図５】図１に示す左右方向鍛造工程に関する説明図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はワークの縦断面図である。
【図６】図１に示すワーク回転工程に関する説明図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はワークの縦断面図である。
【図７】図１に示すワーク軸方向移動工程に関する説明図（縦断面図）である。
【図８】上下方向鍛造工程によるワークの塑性変形を示す説明図である。
【図９】外表面に凹溝を設けたマンドレルの構成例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１０】外表面に突起を設けたマンドレルの構成例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１１】溝または突起を設けたマンドレルについて、横軸に示した「溝及び突起の数」と縦軸に示した「表面積」及び「回転角θ」との関係を示す図である。
【図１２】本発明に係るエンジンバルブの製造方法により製造したエンジンバルブについて、バルブ軸の内部に形成された中空部の断面形状（第１実施例）を示す横断面図である。
【図１３】本発明に係るエンジンバルブの製造方法により製造したエンジンバルブについて、バルブ軸の内部に形成された中空部の断面形状（第２実施例）を示す横断面図である。
【図１４】本発明に係るエンジンバルブの製造方法により製造したエンジンバルブについて、バルブ軸の内部に形成された中空部の断面形状（第３実施例）を示す横断面図である。
【図１５】本発明に係るエンジンバルブの製造方法により製造したエンジンバルブについて、バルブ軸の内部に形成された中空部の底面構造（第１実施例）を示す平面図である。
【図１６】本発明に係るエンジンバルブの製造方法により製造したエンジンバルブについて、バルブ軸の内部に形成された中空部の底面構造（第２実施例）を示す平面図である。
【図１７】本発明に係るエンジンバルブの製造方法により製造したエンジンバルブについて、バルブ軸の内部に形成された中空部の底面構造（第３実施例）を示す平面図である。
【図１８】本発明に係るエンジンバルブの製造方法により製造したエンジンバルブについて、バルブ軸の内部に形成された中空部の内部構造を示す縦断面図である。
【図１９】本発明に係るエンジンバルブを適用し得るエンジンの一例を示す縦断面図である。
【図２０】図１に示したエンジンに用いられている排気バルブの縦断面図である。
【図２１】図２０に示す排気バルブの横断面図（Ｃ−Ｃ断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るエンジンバルブ及びその製造方法について、図面を参照しながら複数の実施形態を詳細に説明する。
図１９は、本発明に係るエンジンバルブを適用し得るエンジンの一例を示す縦断面図である。図示のエンジンは、吸気側及び排気側それぞれのエンジンバルブの上に、カムシャフトが設けられている周知のＤＯＨＣ形式のエンジンである。なお、この図１９では、排気側のエンジンバルブである排気バルブと、排気カムシャフト付近が示されている。
【００１９】
このエンジン１は、アルミニウム製、または鋳鉄製のシリンダーヘッド２の下面に燃焼室３が形成され、シリンダーヘッド２の一側面から内部側に延びる排気ポート４が下方に湾曲して燃焼室３に通じている。排気ポート４の燃焼室３側の開口部には耐熱及び耐摩耗性を兼ね備えた焼結材料でなるバルブシート５が圧入されている。
【００２０】
シリンダーヘッド２には、排気ポート４の湾曲部の接線方向に沿って筒状のバルブガイド６が圧入されている。バルブガイド６は焼結材料で形成され、このバルブガイド６に排気バルブ７が支持されている。
排気バルブ７は、例えば図２０に示すように、一定の直径を有する円柱状のバルブ軸７ａと、このバルブ軸７ａの下端が傘状に径方向へ拡開された形状のバルブ傘部７ｂとを備えた一体構造であり、バルブ軸７ａの部分がバルブガイド６の内径部に、密に、かつ摺動自在に挿入されている。
【００２１】
排気バルブ７は、図１９に実線で示す閉弁位置Ｃと、想像線で示す開弁位置Ｏとの間を、開閉ストロークＳ分だけ摺動する。排気バルブ７は、バルブスプリング９とバルブリテーナ１０ならびに一対のバルブコッタ１１によって閉弁位置Ｃ側に常時付勢されている。この排気バルブ７を開弁させるロッカーアーム１３は、その一端に設けられたピボット部１３ａが、シリンダーヘッド２に装填されたラッシュアジャスタ１４の球面状の頂部に回動自在に嵌合され、他端に設けられたタペット部１３ｂが、排気バルブ７のバルブ軸７ａ上端に相対摺動自在に載置されている。
【００２２】
さらに、シリンダーヘッド２の上面位置にカムシャフト１５が軸支され、このカムシャフト１５に形成された排気カム１５ａが、ロッカーアーム１３の中間部に設けられたカムフォロア１３ｃを押圧するようになっている。
なお、ラッシュアジャスタ１４は油圧通路１７から油圧を供給されて伸長し、カムフォロア１３ｃと排気カム１５ａとの間隙を最小にする。
【００２３】
カムシャフト１５が回転すると、排気カム１５ａがカムフォロア１３ｃを押し下げ、ロッカーアーム１３のタペット部１３ｂが排気バルブ７のバルブ軸７ａを押し下げるため、排気バルブ７が閉弁位置Ｃから開弁位置Ｏまで押し下げられる。これにより、燃焼室３内で燃焼した燃焼ガスが排気ポート４から排気される。
【００２４】
排気バルブ７のバルブ傘部７ｂには、６００℃〜１０００℃程の高温となる燃焼ガスからの高い熱負荷と、バルブ閉弁時にバルブシート５に衝突する際の強い衝撃荷重とが加わる。その結果、バルブ傘部７ｂとバルブシート５との接触面が摩耗してエンジン１の寿命が縮まるとともに、バルブ傘部７ｂが過熱して材料の熱疲労が発生し、最悪の場合にはバルブ傘部７ｂが折損するといったトラブルが発生する。
【００２５】
このため、バルブ傘部７ｂに加わる熱をバルブ軸７ａ側に輸送して熱負荷を軽減するためと、排気バルブ７を軽量化するために、バルブ傘部７ｂからバルブ軸７ａにかけて、その内部に、軸方向に延在する中空部７ｃが設けられ、この中空部７ｃに熱輸送媒体２０が封入されている。エンジン１の作動時には、排気バルブ７が閉弁位置Ｃと開弁位置Ｏとの間を高速で往復することにより、中空部７ｃに封入された熱輸送媒体２０が軸方向に流動し、高温なバルブ傘部７ｂの熱が熱輸送媒体２０を介してバルブ軸７ａ側に輸送され、冷却される。
なお、上述した熱輸送媒体２０の具体例としては、例えばナトリウムや熱輸送能力の高い低融点合金等を例示できる。
【００２６】
さて、上述した排気バルブ７のバルブ軸７ａは、例えば図１のフローチャートに示す鍛造工程により、溶接をすることなくバルブ傘部７ｂと一体に製造される。
すなわち、バルブ傘部７ｂから延びるバルブ軸７ａの内部に、軸方向へ延在する中空部７ｃが設けられ、この中空部７ｃに熱輸送媒体２０が封入される排気バルブ７は、以下に説明する製造方法の鍛造により製造される。
【００２７】
ここで、図２に基づいて、排気バルブ７のバルブ軸７ａを製造する鍛造工程に使用する鍛造装置３０の構成を簡単に説明する。
鍛造装置３０は、加工するワークＷを保持するためのチャックＣａと、ワークＷの中空部４０に挿入される円柱形状のマンドレル（芯金）Ｍと、ワークＷの外周面を上下及び左右から加圧して鍛造する型（ダイス）Ｄとを備えている。なお、以下の説明において、上下左右に設置された型Ｄについて区別が必要な場合には、各々上型Ｄａ，下型Ｄｂ，左型Ｄｃ，右型Ｄｄと呼ぶことにする。
【００２８】
図示の鍛造装置３０は、装置架台（不図示）取り付けられたチャックＣａがワークＷの円筒部４１と一体に連結された傘部４２を保持する。このチャックＣａは、図中に示す矢印５０のように、ワークＷを保持してワーク軸方向に移動可能となっている。また、このチャックＣａは、図中に示す矢印５１のように、ワークＷを保持して所望の方向（図示の例では時計回り）へ回転可能となっている。
なお、ワークＷの中空部４０及び円筒部４１は、鍛造後にバルブ軸７ａ及び中空部７ｃとなる部分であり、傘部４２は排気バルブ７のバルブ傘部７ｂとなる部分である。
【００２９】
マンドレルＭは、装置架台に固定支持されて加工時には不動の型部材であり、型ＤによりワークＷの外周側から加圧することで、円筒部４１を塑性変形させて中空部４０の内壁面を所望の形状に成形する。通常のマンドレルＭは、円柱形状の外周面が平滑面となっている。
型Ｄは、マンドレルＭの外周に挿入された状態のワークＷに対して、上下方向からの同時加圧と、左右方向からの同時加圧を行うように、装置架台に固定支持されている。すなわち、鍛造装置３０の型Ｄは、ワークＷの軸中心方向へ外側から加圧するように動作するので、上型ＤａはワークＷに対して下向きの加圧をし、下型ＤｂはワークＷに対して上向きの加圧をし、左型ＤｃはワークＷに対して右向きの加圧をし、右型ＤｄはワークＷに対して左向きの加圧をする。
【００３０】
上述したように構成された鍛造装置３０を用いてバルブ軸７ａを鍛造で製造する製造工程は、最初のスタート（ステップＳ１）後において実施する以下の工程を備えている。
すなわち、加工対象のワーク（排気バルブ７となる鍛造前の素材）Ｗを鍛造装置３０の所定位置に設置するワーク設置工程（ステップＳ２）と、ワークＷに設けた凹部の中空部４０を鍛造装置３０に固定設置されたマンドレルＭに挿入して保持するワーク挿入工程（ステップＳ３）と、上型Ｄａ及び下型ＤｂによりワークＷの軸方向所定範囲を上下方向外側から加圧して鍛造する上下方向鍛造工程（ステップＳ４）と、左型Ｄｃ及び右型ＤｄによりワークＷの軸方向所定範囲を左右方向外側から加圧して鍛造する左右方向鍛造工程（ステップＳ５）と、ワークＷをその中心軸回りに所定の回転角度θだけ回転させるワーク回転工程（ステップＳ６）と、ワークＷをその軸方向へ移動させて軸方向所定範囲を軸方向に変更するワーク軸方向移動工程（ステップＳ８）と、を備えている。
【００３１】
ワーク設置工程Ｓ２は、例えば図２に示すように、加工対象のワークＷを鍛造装置３０の所定位置、すなわちワークＷの傘部４２をチャックＣａに保持させる加工前の準備工程である。
ワーク挿入工程Ｓ３は、例えば図３に示すように、ワークＷに設けた凹部の中空部４０を鍛造装置３０に固定設置されたマンドレルＭに挿入して保持する加工前の準備工程である。この工程では、上下左右に配置された型Ｄの中心位置に不動の状態で支持されているマンドレルＭに対して、チャックＣａに保持されたワークＷを矢印５２の方向へ移動させて圧入する。この場合、ワークＷは、中空部底面４３がマンドレルＭの端面Ｍａに当接するまで挿入される。
【００３２】
上下方向鍛造工程Ｓ４は、例えば図４に示すように、上型Ｄａ及び下型ＤｂによりワークＷの軸方向所定範囲を上下方向外側から、矢印Ｆのように、同時加圧して鍛造する鍛造加工工程である。このように、上下方向の加圧を所定回数繰り返して実施することにより、ワークＷの円筒部４１は、その一部がマンドレルＭと上型Ｄａ及び下型Ｄｂとの間で圧縮されるため、図中に矢印５３で示す方向へ塑性変形して伸びる。
左右方向鍛造工程Ｓ５は、例えば図５に示すように、左型Ｄｃ及び右型ＤｄによりワークＷの軸方向所定範囲を左右方向外側から同時加圧（矢印Ｆ参照）して鍛造する鍛造加工工程である。このような左右方向の加圧についても、上述した上下方向鍛造工程Ｓ４と同様に、所定回数繰り返して実施することにより、ワークＷの円筒部４１は、その一部が圧縮されて図中に矢印５３で示す方向へ塑性変形して伸びる。
【００３３】
そして、第１段階の上下方向鍛造工程Ｓ４及び左右方向鍛造工程Ｓ５を実施してワークＷの上下左右から加圧する鍛造を実施した後には、ワーク回転工程Ｓ６でワークＷを所定角度θだけ回転させてから、第２段階の上下方向鍛造工程Ｓ４及び左右方向鍛造工程Ｓ５を同様に実施する。すなわち、ワークＷの円周方向において、第１段階と異なる領域（面）を加圧して鍛造する。
ここでワークＷをその中心軸回りに所定の回転角度θだけ回転させるワーク回転工程Ｓ６は、例えば図６に示すように、チャックＣａを矢印５１の方向へ回転させることで、保持したワークＷも同様に回転させる工程である。この回転により、ワークＷの円筒部４１は、所定位置に固定されている上下左右の型Ｄと対向する外周面が変化する。
【００３４】
このとき、ワーク回転工程Ｓ６でワークＷを所定角度θだけ回転させた後には、すなわち、第２段階の上下方向鍛造を開始する前に、ステップＳ７に進んでθが９０度まで完了したか否かを確認する。
ステップＳ７は、次段階の加工開始前に、ワークＷの全周にわたる加圧が完了したか否かを確認するものであり、全周の加圧が完了していないＮＯの場合には、上下方向鍛造工程Ｓ４に戻って第２段階に戻って鍛造を開始する。
【００３５】
以下、第２段階の上下方向鍛造工程Ｓ４及び左右方向鍛造工程Ｓ５を実施してワークＷの上下左右から加圧する鍛造を実施し、さらに、ワーク回転工程Ｓ６に進んでワークＷを所定角度θだけ回転させてから、再度ステップＳ７に進んでワークＷの全周にわたる加圧が完了したか否かを確認する。
【００３６】
こうして第２段階の上下方向鍛造工程Ｓ４及び左右方向鍛造工程Ｓ５が完了し、さらに、ワーク回転工程Ｓ６が完了する毎に、再度ステップＳ７に進んでワークＷの全周にわたる加圧が完了したか否かを確認する。
そして、ステップＳ７の判断がＮＯの場合には、上下方向鍛造工程Ｓ４に進んで次段階の上下方向鍛造工程Ｓ４、左右方向鍛造工程Ｓ５及びワーク回転工程Ｓ６を繰り返し、以下同様にステップＳ７の判断がＹＥＳになる第ｎ段階まで同様の過程を繰り返す。
【００３７】
この場合のｎは、所定角度θを０度以上９０度以下（０度＜θ＜９０度）の角度に設定し、ｎ段階の合計回転角度が９０度以上（θ×ｎ≧９０度）となる回数である。すなわち、円周方向の鍛造位置（加圧面）を所定角度θだけずらしてｎ段階の上下方向鍛造工程Ｓ４及び左右方向鍛造工程Ｓ５を実施すれば、ワークＷの軸方向所定範囲が全周にわたって略均一に鍛造されたこととなる。
【００３８】
このように、第１段階から第ｎ段階まで繰り返されるｎ段階の鍛造工程は、ワークＷの軸方向所定範囲を全周にわたって鍛造する第１サイクル鍛造である。
そして、第１サイクル鍛造が終了し、ワークＷの軸方向所定範囲について全周の鍛造が完了すると、ワーク軸方向移動工程Ｓ８に進んで鍛造する軸方向所定範囲の位置をずらした後に第２サイクル鍛造を開始する。すなわち、ステップＳ７でθが９０度まで終了したか否か、換言すれば、ワークＷの全周にわたる鍛造を行う第１サイクル鍛造が終了したか否かを確認し、第１サイクル鍛造が完全に終了しているＹＥＳの場合には、鍛造に用いる型Ｄの軸方向有効長さ等に応じて定まる軸方向所定範囲を変更するため、次のワーク軸方向移動工程Ｓ８に進む。
【００３９】
このワーク軸方向移動工程Ｓ８では、例えば図７に示すように、所定位置に設置されて鍛造時に上下左右から半径方向の加圧動作をする型Ｄに対して、チャックＣａを動作させることにより、ワークＷを軸方向（矢印５４参照）に引き抜いて所定量だけ移動させる。すなわち、軸方向の所定位置に設置されて移動しない上下左右の型Ｄに対して、加工される側のワークＷを軸方向に引き抜いて移動させた後、第２サイクル鍛造を開始する。
【００４０】
この第２サイクル鍛造では、例えば図８に示すように、鍛造を行う軸方向所定範囲以外の鍛造工程が実質的に第１サイクル鍛造と同じである。なお、図８には上下方向鍛造工程Ｓ４が示されており、図４に示した上下方向鍛造工程Ｓ４と比較すれば、塑性変形により円筒部４１が長くなっていること以外、すなわち型Ｄから加圧を受ける長さが長くなっていること以外は実質的に同じである。
【００４１】
従って、第１サイクル鍛造で実施した鍛造箇所に隣接する軸方向所定範囲において、第１段階から第ｎ段階まで同様の鍛造工程が繰り返される。なお、第１サイクル鍛造と第２サイクル鍛造との軸方向所定範囲については、円筒部４１が長くなっていることに加えて、例えば必要に応じて隣接する端部が重なるオーバーラップ部を適宜設けることなどにより、同時加圧する軸方向長さが異なっている。
【００４２】
そして、第２サイクル鍛造の終了後には、同様に上下方向鍛造工程Ｓ４及び左右方向鍛造工程Ｓ５の第１段階鍛造終了後に、ワーク回転工程Ｓ６でワークＷを所定角度θだけ順次回転させて加圧位置を変更しながらワークＷの全周にわたって加工するｎ段階の鍛造を１サイクルとし、ワーク軸方向移動工程Ｓ８で軸方向所定範囲を段階的に変更しながらバルブ軸７ａとなる円筒部４１の全長にわたって加工するｍサイクルの鍛造を行う。
【００４３】
また、ワーク軸方向移動工程Ｓ８の後工程として、ステップＳ９においては、上述したサイクルの鍛造を実施したことにより、ワークＷの軸方向所定範囲で終了したか否かを判断する。この結果、ワークＷの軸方向所定範囲で加工が終了していないと判断されたＮＯの場合には、すなわち、予め定めたｍサイクル鍛造が実施されていないと判断した場合には、再び上下方向鍛造工程Ｓ４に戻って同様の鍛造加工を１サイクル実施する。
一方、ワークＷの軸方向所定範囲で加工が所定のｍサイクル実施されており、鍛造加工が終了していると判断されたＹＥＳの場合には、ステップＳ１０の成形終了に進み、ワークＷを加工する鍛造工程は全て終了する。なお、フローチャートの図示は省略されているものの、加工完了後にワークＷを鍛造装置３０から取り外す工程等が存在するのは言うまでもない。
【００４４】
上述した製造方法により製造された排気バルブ７は、バルブ傘部７ｂから延びるバルブ軸７ａの内部に軸方向の中空部７ｃが設けられ、この中空部７ｃに熱輸送媒体２０が封入されるエンジンバルブとなり、しかも、バルブ傘部７ｂから連続してバルブ軸７ａを鍛造により製造したことにより、損傷が懸念される溶接部のないエンジンバルブとなる。このため、製造時における溶接部の検査が不要となり、検査等の簡略化により製造工数を低減して製造コストを抑制することができる。
また、溶接個所がなくなったエンジンバルブは、溶接個所の損傷というリスクがないため、信頼性や耐久性が向上する。
【００４５】
ところで、上述した実施形態では、鍛造により製造されたバルブ軸７ａの内壁面（側壁面）を平滑面とするように、円柱形状としたマンドレルＭの外表面を平滑面としたが、これに限定されることはない。
例えば図９や図１０に示すマンドレルＭ１，Ｍ２のように、円筒形状の外周面に凹溝６０または突起６１を設けておくことが望ましい。この場合の凹溝６０及び突起６１は、上述した鍛造により製造されたバルブ軸７ａに対し、中空部７ｃを形成する内壁面の側壁面に、軸方向に延在する凹凸を形成するものである。
【００４６】
すなわち、伝熱面となる中空部７ｃの内壁側壁面は、平滑面を有するマンドレルＭによる鍛造面を有するものと比較して、凹凸分だけ伝熱面積（表面積）を増すことができる。
図１１は、上述したマンドレルＭ１，Ｍ２について、横軸に示した「溝及び突起の数」と縦軸に示した「表面積」及び「回転角θ」との関係を示す図である。この図によれば、表面積は溝や突起の数を増すほど増加して冷却効率は向上するが、回転角θが小さいものほど１回の鍛造サイクルに必要な鍛造段階ｎが大きくなり、その分だけ製造時間が長くなる。
【００４７】
すなわち、冷却効率の観点から見ると、凹凸の数を増して表面積を増加させることが望ましい。しかし、凹凸の数を増すことは、回転角θを小さくすることになるので、製造コストの面では不利になる。
従って、冷却効率が大きく、かつ、製造コストが最も小さい凹凸数を選択することが望ましく、図示の例では、表面積を示す破線と回転角θを示す実線との交点付近が最適である。
【００４８】
このようなマンドレルＭ１，Ｍ２を使用して鍛造する場合には、ワーク回転工程Ｓ６において、円周方向の同一位置に凹凸を形成するため、マンドレルＭ１，Ｍ２とワークＷとを同期させて回転させる。すなわち、マンドレルＭ１，Ｍ２とワークＷとを同期させて回転させるのは、第１段階から第ｎ段階まで繰り返されるｎ段階の鍛造工程において、そして、これをｍサイクル繰り返して鍛造を行う鍛造工程において、軸方向へ直性的に連続する凹凸が形成されるように、マンドレルＭ１，Ｍ２とワークＷとの周方向位置関係を同一に維持するためである。
【００４９】
このようにして、マンドレルＭ１，Ｍ２の外周面に、バルブ軸７ａの内壁面に凹凸を形成する凹溝６０または突起６１を設けておき、ワーク回転工程Ｓ６でワークＷの回転にマンドレルＭ１，Ｍ２の回転を同期させると、鍛造されたワークＷの表面であるバルブ軸７ａの内壁側壁面には、例えば図１２〜図１４に示すような凹凸が転写（形成）される。
【００５０】
図１２に示す中空部断面の第１実施例では、バルブ軸７ａの中空部内壁側壁面において略三角形断面の凹凸が円周方向へ連続しているので、周方向へ等ピッチに形成された略三角形断面形状の凹溝６５が軸方向へ直線的に延在したものとなる。
図１３に示す中空部断面の第２実施例では、バルブ軸７ａの中空部内壁側壁面において先端部を略円弧状の曲面にした凹凸が円周方向へ連続しているので、周方向へ等ピッチに形成された略円弧状断面形状の凹溝６６が軸方向へ直線的に延在したものとなる。
図１４に示す中空部断面の第３実施例では、バルブ軸７ａの中空部内壁側壁面において略矩形断面の凹凸が円周方向へ連続しているので、周方向へ等ピッチに形成された略矩形状断面形状の凹溝６７が軸方向へ直線的に延在したものとなる。
【００５１】
このような凹溝６５，６６，６７は、いずれも凹凸分だけ伝熱面積が増し、バルブ傘部７ｂ側から中空部７ｃ内の熱輸送媒体２０へ向けた良好な熱伝達がなされるので、エンジンバルブ７の良好な冷却特性を実現できる。
また、凹溝６０または突起６１を備えたマンドレルＭ１，Ｍ２は、凹凸部が潤滑油を溜める機能を有しているので、鍛造時の潤滑効果が向上することにより、平滑面のマンドレルＭと比較して寿命が向上する。
なお、バルブ軸７ａの中空部内壁側壁面に形成される凹溝については、上述した第１〜第３実施例に示す断面形状に限定されることはない。
【００５２】
また、バルブ軸７ａは、中空部７ｃを形成する内壁面の表面積を増すため、上述した内壁側壁面の他にも、例えば中空部７ｃの底面７ｄに、換言すればワークＷの中空部底面４３に、凹凸部を設けてもよい。この場合、マンドレルＭの端面Ｍａに凹凸形成部を設けておき、ワークＷを軸方向へ押圧して圧入することで、凹凸形成部の凹凸がワークＷの中空部底面４３に転写される。なお、中空部７ｃの底面７ｄに形成する凹凸は、上述した内壁側壁面の凹凸と併用してもよい。
【００５３】
ここで、中空部底面４３に好適な凹凸を例示すると、例えば図１５に示す第１実施例のように、比較的細かい不規則な凹凸を形成した梨地状表面４３´がある。
また、例えば図１６に示す第２実施例のように、多数のディンプル７０を形成したものや、例えば図１７に示す第３実施例のように、凹溝７１を同心円状に複数形成したものなどがある。このような中空部底面４３，４３´の凹凸についても、凹凸の表面積分だけ伝熱面積が増加するので、エンジンバルブ７の良好な冷却特性を実現でき、鍛造時の潤滑性向上によってマンドレル寿命も向上する。
【００５４】
また、バルブ軸７ａは、中空部７ｃを形成する内壁面の表面積を増すため、上述した内壁側壁面や中空部底面４３，４３´に凹凸を設ける他にも、例えば図１８に示すように、鍛造完了後に排気バルブ７（ワークＷ）の中空部７ｃ（４０）に対し、内部に熱伝導性に優れた金属メッシュ８０を挿入して被鍛造面に接合させてもよい。この場合の被鍛造面は内壁側壁面であるが、中空部７ｃの底面７ｄ（４３）についても、鍛造前あるいは鍛造完了後に同様の金属メッシュ８０を挿入して接合させてもよい。すなわち、排気バルブ７（ワークＷ）の中空部７ｃ（４０）については、内壁側壁面及び／または中空部底面に対して、諸条件に応じて適宜選択した面に金属メッシュ８０を接合させてもよい。
【００５５】
このような金属メッシュ８０を貼り付けても、伝熱面となる中空部７ｃの内壁面は金属メッシュ８０による凹凸分だけ伝熱面積が増すので、エンジンバルブ７の良好な冷却特性を実現できる。
上述した金属メッシュ８０は、例えば熱処理時にロウ材を塗布してロウ付けにより接合してもよいし、あるいは、抵抗溶接により取り付けてもよい。
なお、金属メッシュ８０は、上述した内壁側壁面や中空部底面の凹凸と併用してもよい。
【００５６】
上述した本実施形態によれば、バルブ傘部７ｂから延びるバルブ軸７ａの内部に軸方向の中空部７ｃが設けられ、この中空部７ｃに熱輸送媒体２０が封入される排気バルブ７のようなエンジンバルブは、バルブ傘部７ｂから連続してバルブ軸７ａを鍛造により製造するので、溶接部がなくなることにより検査等を簡略化することができる。この結果、エンジンバルブの製造工数を低減できるので、製造コストの抑制が可能になる。
また、溶接個所がなくなったエンジンバルブは、溶接個所の損傷というリスクがなくなったことにより、信頼性や耐久性が向上する。
【００５７】
さらに、鍛造により製造されたバルブ軸部７ａの中空部７ｃは、内壁面に形成された凹凸により伝熱面積を増すことができる。この結果、エンジンバルブ及びこれを用いたエンジンは、エンジンバルブの冷却特性がより一層向上するので、さらなる信頼性の向上や製造コストの抑制が可能となる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１    エンジン
７    排気バルブ（エンジンバルブ）
７ａ    バルブ軸
７ｂ    バルブ傘部
７ｃ    中空部
７ｄ    底面
２０    熱輸送媒体
３０    鍛造装置
４０    中空部
４１    円筒部
４２    傘部
４３    中空部底面
４３´    梨地状表面
６０，６５，６６，６７，７１    凹溝
６１    突起
７０    ディンプル
８０    金属メッシュ
Ｗ    ワーク
Ｃａ    チャック
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２    マンドレル（芯金）
Ｍａ    端面
Ｄ    型（ダイス）
Ｄａ    上型
Ｄｂ    下型
Ｄｃ    左型
Ｄｄ    右型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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