JP2003509653A - 延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低温冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、コストを削減しつつ信頼性があり効率的な極低温冷却装置の高低両温度領域あるいはステージにおける（例えば約１０Ｋ〜１００Ｋ、より一般的には約３００Ｋ〜約１０Ｋ）冷却力を改良することを目的としている。 【構成】 そして、希土類金属、２つ以上の希土類金属の合金、非希土類金属および希土類金属の合金、１つ以上の侵入型元素および希土類金属の合金を含む、延性および酸化腐食耐性のある一つ以上の成分で構成される蓄冷器を備えた極低温冷却装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は極低温冷却装置における延性かつ磁性のある蓄冷器に関するものであ
り、特に、およそ３００Ｋから１０Ｋで動作する閉サイクル極低温冷却装置の冷
却力および冷却効率を高める磁性蓄冷器に関するものである。

【０００２】 米国エネルギー省とアイオワ州立大学（アイオワ州エームズ）との契約番号Ｗ
−７４０５−ＥＮＧ−８２により米国政府は本発明の権利を有しており、本契約
により本特許申請権がアイオワ州立大学研究財団（Ｉｏｗａ Ｓｔａｔｅ Ｕｎ
ｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．）に認
められる。

【０００３】

【従来の技術】

蓄冷器は極低温冷却装置の一部を構成し、用いる冷凍技術とは関係なしに、す
なわち周知のギフォード・マクマホン冷凍、スターリング冷凍、パルス管冷凍と
いった冷凍技術とは関係なしに、４Ｋ〜２０Ｋ（室温下で２７０〜２５０Ｋ）の
低温に至らせるものである。ギフォード・マクマホンサイクル極低温冷却装置あ
るいは冷凍機は、液体冷媒なしでおよそ１０Ｋといった極めて低温度にするため
に用いられ、米国特許第５１８６７６５号に記載されている。その他の極低温冷
却装置については、「極低温熱交換器（Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ Ｈｅａｔ Ｅｘｃ
ｈａｎｇｅｒｓ）」、プレナムプレス、ニューヨーク、１９９７年、Ｒ．Ａ．ア
ッカーマン著、および「極低温冷却装置パート１：基本（Ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ
ｓ Ｐａｒｔ １：Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ）」、プレナムプレス、ニューヨ
ーク、１９８３、Ｇ．ウォーカー著を参照のこと。

【０００４】 非常に効果的な蓄冷器の重要な性質としては、蓄冷材が大きな熱容量を有して
いることがあげられる。今日における市販の蓄冷器のほとんどはブロンズやステ
ンレス鋼網あるいは球を用いて約１００Ｋにまで冷却し、鉛（Ｐｂ）球によって
１００Ｋ以下に冷却する（１０Ｋが熱負荷なしの低温限界である。その温度では
鉛の熱容量が極めて低くなるからである）。時にはブロンズまたはステンレス鋼
と鉛とを組合せることによって、単一ステージ（１段式）冷凍機用の積層蓄冷器
ベッドを用いて５０Ｋ以下に冷却することもある。あるいは高温ステージで使用
されるブロンズ合金およびステンレス鋼材と、低温ステージで使用される鉛（Ｐ
ｂ）（鉛の熱容量のため他の材料より遅く１００Ｋ以下に冷却する）とからなる
２ステージ（２段式）冷凍機を用いる。１００Ｋ以上では最も金属性があり磁性
のない材料のモル熱容量は同じであり、３Ｒのデュロン・プティ限界に至る（Ｒ
＝８．３１４Ｊ／ｍｏｌ Ｋは普通気体定数である）。他のパラメータが全て同
等の下では、一般に蓄冷器の積層ベッド材の熱容量が高くなればなるほど極低温
冷却装置の冷却力はより強力になる。

【０００５】 低磁気秩序温度（例えば１０Ｋ未満）を示すランタニド金属間化合物を極低温
磁性の蓄冷材（冷媒あるいは冷蓄材）として用いる可能性については、ほぼ２５
年前ブショウ（Ｂｕｓｃｈｏｗ）等の論文「４〜１０Ｋ間での極めて大きい熱容
量（Ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ Ｌａｒｇｅ Ｈｅａｔ Ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ ｂｅ
ｔｗｅｅｎ ４ ａｎｄ １０Ｋ）」、クライオジェニックス第１５巻、１９７
５年、２６１〜２６４ページにおいて指摘されている。しかし、実用的なランタ
ニド蓄冷材はその約１５年後まで開発使用されなかった。２ステージギフォード
・マクマホン極低温冷却装置（２段式ＧＭ冷凍機）の低温ステージ蓄冷材として
Ｅｒ_３Ｎｉ（金属間化合物）を使用することは、サハシ等による「蓄熱式熱交換
器用の極めて大きな熱容量を有する新規磁性材料Ｒ３Ｔシステム（Ｎｅｗ Ｍａ
ｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒ３Ｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｅｘｔｒ
ｅｍｅｌｙ Ｌａｒｇｅ Ｈｅａｔ Ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ Ｕｓｅｄ ａｓ
Ｈｅａｔ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ）」、Ａｄｖ．クライオジェニックエナジ
ー第３５巻、１９９０年、１１７５〜１１８２ページ、およびクリヤマ等による
「液体ヘリウム温度における磁性材料の高効率二段式ＧＭ冷凍機（Ｈｉｇｈ Ｅ
ｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｔｗｏ−Ｓｔａｇｅ ＧＭ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ ｗ
ｉｔｈ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ Ｌｉｑｕｉｄ Ｈｅｌｉ
ｕｍ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｒｅｇｉｏｎ）」、Ａｄｖ．クライオジェニッ
クエナジー第３５巻、１９９０年、１２６１〜１２６９ページで提案されている
。

【０００６】 これらの論文では、低温側ステージ鉛（Ｐｂ）蓄冷材はＥｒ_３Ｎｉ金属間化合
物で代替することを提案している。最低温で相当な冷凍能力を発揮する従来の低
温側ステージ鉛蓄冷材の場合は約１０Ｋであるのに対し、それをＥｒ_３Ｎｉ（金
属間化合物）で代替すると約４．２Ｋまで冷却できるように改良される。この（
約４．２Ｋまでの）冷却改良は、２５Ｋ以下の鉛（１０Ｋ以下では鉛の熱容量は
わずかである）よりも高いＥｒ_３Ｎｉの熱容量によるものである。

【０００７】 １９９６年７月２３日交付のグシュネイドナー（Ｇｓｃｈｎｅｉｄｎｅｒ）お
よびペカースキー（Ｐｅｃｈａｒｓｋｙ）による米国特許第５５３７８２６号に
おいては、改良された２ステージＧＭ冷凍機の低温（例えば２０Ｋ以下）ステー
ジ用の蓄冷器が記述されている。その特許を受けた蓄冷器は、蓄冷器構成成分と
して金属間化合物Ｅｒ_６Ｎｉ_２Ｐｂ、Ｅｒ_６Ｎｉ_２（Ｓｎ_ｘＧａ_１−ｘ）（ｘは
０以上１未満）、Ｅｒ_６Ｎｉ_２Ｓｎを含むものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】

本発明の目的は、コストを削減しつつ信頼性があり効率的な極低温冷却装置の
高低両温度領域あるいはステージにおける（例えば約１０Ｋ〜１００Ｋ、より一
般的には約３００Ｋ〜約１０Ｋ）冷却力を改良することにある。

【０００９】 本発明の他の目的は、耐久性・非脆性・腐食耐性のある球粉や薄板や薄金網や
多孔性一体形状（例えばカートリッジ）へと、容易に蓄冷材として製造できる延
性磁性の希土類（ランタニド）基固溶合金を利用することにある。

【００１０】 本発明のその他の目的は、例えばブロンズ、ステンレス鋼、鉛を組合せた上述
の従来の蓄冷材よりもかなり高い熱容量を有する蓄冷器を備えた極低温冷却装置
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

そこで、この発明は、希土類金属、２つ以上の希土類金属の固溶合金、非希土
類金属および希土類金属の固溶合金、侵入型元素および希土類金属の固溶合金と
で構成される１つ以上の蓄冷器構成成分からなることを特徴とする。 また、低温側ステージと高温側ステージとを備えた極低温冷却装置であって、
前記ステージの少なくとも一方は、希土類金属、２つ以上の希土類金属の固溶合
金、非希土類金属および希土類金属の固溶合金、侵入型元素および希土類金属と
の固溶合金とからなる１つ以上の蓄冷器構成成分を有する受動的磁性蓄冷器を含
むことを特徴とする。 更に、希土類金属、２つ以上の希土類金属の固溶合金、非希土類金属および希
土類金属の固溶合金、侵入型元素および希土類金属との固溶合金からなる一つ以
上構成成分を含む受動的磁性蓄冷器であることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】

本発明は、コストを削減しつつ信頼性があり効率的な極低温冷却装置の高低両
温度領域あるいはステージにおける冷却力を改良している。

【００１３】

【実施例】

本発明の目的、特徴および効果は、図を用いた以下の詳細な説明によって明ら
かになる。

【００１４】 図２ａによれば、純希土類金属の熱容量は、磁気秩序温度（ｍａｇｎｅｔｉｃ
ｏｒｄｅｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）の近くでブロンズやステンレス
鋼より高くなっていることがわかる。重ランタニド金属（Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、Ｔｍ、Ｅｒ）を互いに組合せて適切な固溶合金を作ることにより、ブロンズ
の熱容量が純金属の熱容量より大きい領域（すなわち１８０〜２１０Ｋおよび２
３５〜２９０Ｋ）である隙間（温度領域）を埋めることができる。この適切な合
金化でその隙間を充填することが以下検討される。１００Ｋ以下におけるこの希
土類金属の熱容量は、鉛、ステンレス鋼、ブロンズの熱容量とともに、より詳細
な図２ｂで示される。鉛の熱量量がステンレス鋼あるいはブロンズよりも高くな
る６０Ｋ以下において、希土類金属のうちの４つは、かなりの温度領域（すなわ
ちＴｂは５５〜３５０Ｋ、Ｄｙは４５〜３５０Ｋ、Ｈｏは３５〜３５０Ｋ、Ｅｒ
は１８〜９０Ｋ）にわたり、鉛より良好であることが示される（５〜１８Ｋおよ
び９０〜２００Ｋでは鉛と同様）。（注：１００Ｋ以上の高温側領域における鉛
の熱容量は図２ａに示されていないが、希土類金属の熱容量は、提示された温度
領域における鉛の熱容量より確実に大きい）。したがって、８０Ｋ以下の温度に
するには、１０Ｋに至るために共通して用いられるすなわち鉛、ステンレス鋼、
ブロンズの組合せと比較した場合、Ｅｒが極低温冷却装置の蓄冷材の最有力候補
となる。結局、磁気秩序温度に最も近いところの熱容量は、狭い温度領域（Ｔｂ
は２３０Ｋ、Ｄｙは１８０Ｋ）においては非常に大きくなっており、さらにＤｙ
が９１ＫでＥｒが１９Ｋで１次相転移するところでは著しく大きくなっているこ
とに我々は注目する。その高い熱容量は非常に魅力的であるが、極低温冷却装置
の蓄冷器としては有用でない。後二者は約２Ｋ、前二者は〜５Ｋという狭い温度
領域で起きるだけだからである。侵入型元素（例えばＨｒ、Ｂｒ、Ｃｒ、Ｎ、Ｏ
）の合金化で、それらの極低温冷却装置の蓄冷能力を改良することができる。し
かしそれは結晶格子にひずみを与えて（ｓｔｒａｉｎ）１次相転移を汚し（ｓｍ
ｅａｒ）、転移温度での高い熱容量値を下げ、幅広い温度領域にわたり転移を広
げる（図３ａ、図３ｂ、図３ｃを参照のこと）。図３ａ、図３ｂ、図３ｃは、侵
入型合金化剤を加えた場合の熱容量への効果を示した３つの代表例を示すもので
ある。図３ａによると、酸素、炭素、窒素を純粋なＧｄに加えて四元固溶合金Ｇ
ｄ_９７．４Ｏ_１．６Ｃ_０．６Ｎ_０．４を形成する場合、Ｇｄの熱容量ピークを約
２０％下げ、その幅を約１０Ｋ増加させる。各合金元素の量は原子％で記載され
る（例えばＧｄは９７．４原子％、Ｏは１．６原子％、Ｃは０．６原子％である
）。本発明によるその他の固溶合金も、以後類似の原子式を用い、合金元素は原
子％で記載される。図３ｂ、図３ｃは、効果の大きい侵入型合金化剤をＤｙ（９
１Ｋ、図３ｂ）およびＥｒ（１９Ｋ、図３ｃ）の１次相転移に適用した図である
。両方において極めて大きな熱容量値はかなり減少し、そのピークは両方とも広
がり少し高温側に移動した。高温第２次ピーク（Ｄｙ１８０Ｋ、Ｅｒは８５Ｋ）
はＤｙが２０％、Ｅｒが５％減少し、低温側に移動した（図３ｂ、図３ｃ）。さ
らに、Ｅｒの２２Ｋおよび５０Ｋでのスピン・スリップ磁気転移は、合金化によ
って排除された（図３ｂ）。これらの変化は、高熱容量スパイクを排除あるいは
減少し、幅広い（したがってより有用な）温度領域にわたるピークと関連するエ
ントロピーを変化させることによって、純希土類元素の蓄冷器の性質を改良する
という点で有益である。

【００１５】 Ｇｄ、Ｄｙ、Ｅｒで合金化した侵入型固溶体（例えばＧｄ_９７．４Ｏ_１．６Ｃ _０．６ Ｎ_０．４、Ｄｙ_９７．０Ｏ_２．５Ｎ_０．３Ｃ_０．２、Ｅｒ_９６．８Ｏ_{２． ７} Ｎ_０．３Ｃ_０．２）は、米国内や他国において様々な会社から市販されており
入手可能である。アリゾナ州フェニックスのローディア（Ｒｈｏｄｉａ）、ミシ
ガン州西ブルームフィールドのアリスインターナショナル（Ａｒｒｉｓ Ｉｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）、カリフォルニア州バーリンゲームのティアンジソ（Ｔ
ｉａｎｊｉｓｏ）国際商事会社がその例である。市販合金の場合、希土類元素含
有量は９５から９９原子％まで、酸素含有量は０．５から５．０原子％まで、炭
素含有量は０．１から３．０原子％まで、窒素含有量は０．１から３．０原子％
までといったようにばらつく可能性がある。後述するＥｒ合金は、Ｏ、Ｎ、Ｃ含
量が同量の後者の合金を用いて作成されたが、出発合金が他の元素、特に希土類
金属で合金化される場合、不純物準位が同等であることからあまり変化しない。

【００１６】 現代における極低温冷却装置は、階層化された蓄冷器ベッドを有する単一ステ
ージ冷却器であっても、（各ステージの蓄冷器ベッドを階層化した又は階層化し
ていない）２つの（さらに３つの）ステージ冷却器であっても、３つの独特の温
度範囲を有することから、その３つの温度の型のうちの２つにおけるこれらの磁
性希土類合金の利用を検討する。その３つの温度の型は、高温型（６０〜３００
Ｋ）、中間温度型（１０〜６０Ｋ）、低温型（４〜１０Ｋ未満）である。重要な
２つの温度型は、高温型、中間温度型である。

【００１７】 高温型の場合主な関心は、図２ａに示す６０〜３００Ｋの温度領域、特に６０
〜９０Ｋ、９０〜１３０Ｋ、１４０〜１６０Ｋ、１８０〜２１０Ｋ、２３０〜２
９５Ｋにわたる高熱容量ピーク間の隙間（谷）を埋める内部希土類固溶合金を開
発することにある。隙間（図４ａを参照）を満たすために用いる固溶合金の若干
例としては、（１）それぞれ６０〜１３０Ｋ間、６０〜１４０Ｋ間において最も
高い熱容量を有し２つの最低温度隙間を容易に充填するＨｏ_９８．０（Ｏ、Ｃ、
Ｎ）およびＤｙ_８０Ｎｄ_２０（図４ｂを参照）、（２）１４０〜１６０Ｋ領域に
おいて最も機能するＤｙ_９０Ｎｄ_１０（図４ｂを参照）、（３）１８０〜２００
Ｋ領域において最高となるＴｂ_３０Ｄｙ_７０と、２００〜２１５Ｋ領域で最高と
なるＴｂ_６０Ｄｙ_４０（図４ａを参照）がある。２３０Ｋ以上で機能するその他
の固溶合金は図４ａに示されており、（１）２４５Ｋで最大熱容量を有するＧｄ _２５ Ｔｂ_７５、（２）２６０Ｋで最大熱容量を有するＧｄ_５０Ｔｂ_５０、（３）
２８０Ｋで最大熱容量を有するＧｄ_７５Ｔｂ_２５がそれである。その第１の合金
は２３０〜２５０Ｋ間の隙間を埋め合わせ、第２の合金は２５０〜２７０Ｋ間の
隙間を排除し、第３の合金は２７０〜２８５Ｋ間で効果を発揮する。図４ｂにお
いて、Ｈｏ_９８．０（Ｏ、Ｃ、Ｎ）およびＤｙ_８０Ｎｄ_２０固溶合金の熱容量が
詳細に示されている。その後者は前者以上の２つの利点を有しており、それはＨ
ｏ_９８．０（Ｏ、Ｃ、Ｎ）よりもＤｙ_８０Ｎｄ_２０の熱容量は１３０Ｋ以上で高
く、またコストもそれよりかなり低いことである（６０Ｋ以下での熱容量は重要
ではないことに注意。より良い中間温度域における極低温冷却装置の蓄冷材があ
るからである。下記参照）。図４ｃには、Ｅｒ_６０Ｄｙ_４０およびＥｒ_６０Ｇｄ _４０ の熱容量が示されている。それらの熱容量は、一般にその他のＨｏ_９８．０ （Ｏ、Ｃ、Ｎ）、Ｄｙ_８０Ｎｄ_２０、Ｄｙ_９０Ｎｄ_１０材料より低い。図２ａ、
図４ａ、図４ｂから、希土類合金の平均熱容量は、ブロンズより６０〜２８０Ｋ
で１０〜２０％、ステンレス鋼より１００〜３００Ｋで２０〜３０％、６０〜１
００Ｋで１０〜２０％大きいことがわかる。したがって、階層化された希土類（
ランタニド）蓄冷器ベッドを形成することで、蓄冷器の性能は、６０〜３００Ｋ
におけるブロンズあるいはステンレス鋼の蓄冷器よりもかなり上がることが予想
できる。

【００１８】 中間温度域領域に注意を向けてみると、図２ｂに示されるように、１８〜７０
Ｋ間において純粋エルビウムが他の素材より最も高い熱容量を有している。この
事実に基づき、中間温度域蓄冷材として鉛をＥｒ基固溶合金で代替する数多くの
研究がなされた。図５ａ、図５ｂは、０〜１００Ｋ（図５ａ）および０〜５０Ｋ
（図５ｂ）におけるＥｒ_９６．８（Ｏ、Ｃ、Ｎ）、Ｐｂの熱容量とともに、Ｅｒ _９５ Ｓｃ_５、Ｅｒ_９７Ｙ_３、Ｅｒ_９５Ｌａ_５、Ｅｒ_９７Ｌｕ_３固溶合金の熱容量
を示すものである。Ｅｒ_９５Ｌａ_５固溶合金を除き、一般的に８５Ｋで転移を下
げる傾向があり、１５Ｋ以上での熱容量の実質的改善なしにＥｒ_９６．８（Ｏ、
Ｃ、Ｎ）の２０Ｋの転移を消す傾向がある（図５ａを参照）。しかし１５Ｋ以下
の低温では全ての固溶合金の熱容量は、基線材料Ｅｒ_９６．８（Ｏ、Ｃ、Ｎ）お
よびＰｂよりそれぞれ２５％、３５％増加している（図５ｂを参照）。Ｅｒ_９５ Ｌａ_５はかなり異なって作用しており、Ｌａ添加によりかなり高温側転移が下が
り、下部ピークが２０から３５Ｋにまで移動し、３０〜４０Ｋ間における熱容量
をＥｒ_９６．８（Ｏ、Ｃ、Ｎ）よりはるかに増加させる。Ｅｒ_９５Ｚｒ_５および
Ｅｒ_９５Ｈｆ_５の熱容量は、Ｅｒ_９５Ｓｃ_５（比較のため再現されている）、Ｅ
ｒ_９６．８（Ｏ、Ｃ、Ｎ）、Ｐｂとともに図６に示されている。Ｅｒ_９５Ｚｒ_５ 、Ｅｒ_９５Ｈｆ_５合金は、Ｅｒ_９５Ｓｃ_５のように作用して、熱容量の大きな変
化なしに高温側転移温度を下げ、下部転移を消し去る。

【００１９】 図７は、炭素含有量増加の影響、そしてボロンのＥｒ_９６．８（Ｏ、Ｃ、Ｎ）
基固溶合金への添加の影響を示すものである。ボロンおよび追加炭素を添加する
と、Ｅｒ_９６．８Ｏ_２．７Ｃ_０．２Ｎ_０．３の８２Ｋでの転移をそれぞれ１Ｋ、
２Ｋ増加させる。またボロンを添加した場合、２５〜８２Ｋの熱容量をわずかに
増加させる（５３〜８２Ｋでは３％）。ボロンおよび炭素を添加すると、２１Ｋ
でのＥｒ_９６．８Ｏ_２．７Ｃ_０．２Ｎ_０．３合金の転移に対してかなりの効果を
与える。すなわち、両者ともそれぞれの転移温度で熱容量をかなりの約１５％増
加させるが、ボロンによって転移温度が下がるのに対し、追加炭素によってこの
転移温度を上げる。

【００２０】 軽ランタニド固溶合金元素Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄを添加した場合の影響を、
以下検討する。５原子％のＬａ、Ｐｒ、ＮｄをＥｒに添加した場合が図８に示さ
れており、８２Ｋピークが下方へ移動しており、Ｌａが最も強力な効果を有しＰ
ｒおよびＮｄがそれに続くことがわかる。この転移温度の低下は合金化剤のサイ
ズ（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄの金属半径は、それぞれ１．８７９Å、１．８２５
Å、１．８２８Å、１．８２１Å）に比例する。しかしまた、この傾向はド・ジ
ャンヌ因子と整合している（Ｌａは０、Ｃｅは０．１７８、Ｐｒは０．８００、
Ｎｄは１．８４１）。ド・ジャンヌ因子が小さいほど、Ｅｒの９１Ｋ磁気転移が
低下する。さらに、Ｌａによって純粋Ｅｒの１９Ｋ、２５Ｋ磁気秩序温度を消失
させ（図２ｂを参照）、また５２Ｋの転移（図２ｂ）を下げて強化させるようで
あるが、これはおそらく、転移エントロピーの１９Ｋ＋２５Ｋピークと５２Ｋピ
ークとが結合して３６Ｋに新たなピークを生じさせることによるのであろう（図
８）。一方、Ｐｒ、Ｎｄを添加すると、純粋エルビウム（図２ｂ）の５２Ｋピー
クを消失させつつ、低い磁気秩序温度１９Ｋの方へエントロピーの位置を変える
ことで２５Ｋの磁気秩序温度を消失させるが、Ｌａ添加のように３６Ｋに新たな
ピーク（図８）を生じさせない。１０原子％までのＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ合金
化添加量を増加させると、上記５原子％を添加した効果が継続する（図９を参照
）。ＣｅおよびＬａは、ほとんど同じに作用することに留意する必要がある。更
なる合金化添加による影響は、ＣｅおよびＰｒが図１０（１５原子％）、図１１
ａおよび図１１ｂ（２０原子％）に示されており、そこに２０原子％Ｎｄの結果
も含まれている。Ｐｒの場合、二重のピーク構造が発生している。（高温ピーク
だけがある）図８および（二重のピーク構造が始まる証拠となる）図９と、図１
０および図１１とを比較せよ。さらに２つのピークは、Ｐｒ量の増加とともに互
いに近づく（図１０、図１１ａ）。Ｎｄの場合、２０原子％Ｎｄで二重のピーク
構造が現れ始め（図１１ａ）、その二重ピーク構造は３０原子％Ｎｄではっきり
とわかる（図１１ｂ）。Ｃｅ合金の場合、正反対の動きとなる。低いＣｅ濃度（
１０原子％、図９）での二重のピーク構造は、（高温部分ではほとんど消滅して
いる）図１０および（１つのピークだけが明らかである）図１１ａから明らかで
あるように、徐々に１つのピークへと結合する。より高い濃度（約５０％のＣｅ
、Ｐｒ、Ｎｄ）の場合でさえ、高温熱容量は、Ｅｒ_９６．８Ｏ_２．７Ｃ_０．２Ｎ _０．３ の熱容量より非常に低い（図１２ａ）。ただし、２０Ｋ以下の温度では正
反対となる。Ｅｒ_４５Ｃｅ_５５、Ｅｒ_５０Ｐｒ_５０、Ｅｒ_４０Ｎｄ_６０固溶合金
の熱容量は、複合侵入型合金Ｅｒ_９６．８（Ｏ、Ｃ、Ｎ）やＰｂよりもかなり高
い（図１２ｂを参照）。４Ｋ未満の低温度でさえ、Ｅｒ_４５Ｃｅ_５５およびＥｒ _４０ Ｎｄ_６０の熱容量は、Ｅｒ_３Ｎｉ（金属間化合物）の熱容量に匹敵するもの
である。３Ｋ以下ではＥｒ_３Ｎｉより高い熱容量を有しうるようにもみえる（図
１２ｃ）。Ｃｅ・Ｌａ添加濃度と温度との従属関係およびＥｒ磁気転移ピーク熱
容量値は、それぞれ図１３ａ、図１３ｂに示される。Ｌａ、Ｃｅの働きは、少な
くとも低濃度（１０原子％以下）では概して同じである。

【００２１】 Ｐｒ固溶合金化添加によるＥｒの磁性相転移の熱容量への影響は、一連のグラ
フ（図１４〜１７）に示されている。低Ｐｒ濃度合金（５〜２９原子％）の熱容
量は、図１４ａ（３〜１００Ｋ）および図１４ｂ（３〜５０Ｋ）に示される。Ｅ
ｒ_９６．８（Ｏ、Ｃ、Ｎ）の８２Ｋ高温側磁気転移は、Ｐｒ濃度が増加するのに
応じて一定の傾向で下げられる（図１４ａ）。Ｐｒ濃度が増加するにつれて遂に
は高温（８２Ｋ）ピークと結合して１つの３６Ｋまでのピークとなる１９Ｋ転移
が上方移動することは、図１４ｂより明らかである。１８Ｋ以下ではＰｒ含有合
金の熱容量は、Ｅｒ_９６．８Ｏ_２．７Ｃ_０．２Ｎ_０．３合金やＰｂの熱容量より
、かなり大きいことに注目したい。すなわち、前者より約８０％、さらに１０Ｋ
では後者より約１２５％大きい。またそれらの熱容量は、上記Ｅｒ_３Ｎｉの１１
Ｋでの熱容量より大きい。高Ｐｒ濃度合金の熱容量は、図１５ａ（３〜１００Ｋ
）および図１５ｂ（３〜５０Ｋ）に示される。図１４ａおよび図１４ｂのＥｒ_{７ ５} Ｐｒ_２５合金のデータは、一般的な規準として２つの図の結果と比較するため
にここで再提示されている。Ｐｒ濃度２７原子％以上における単一ピークの温度
および大きさは、Ｐｒ濃度の増加とともに継続して減少する（図１５ａ、図１５
ｂ）。低温度の場合の詳細が、図１５ｂに示される。図１４、図１５に示される
組成物のうち、２５〜３７Ｋ間での幅広い単一ピークを生じさせる組成物は、蓄
冷材としての特別な重要性を有している。Ｐｒ濃度２７、３０、３３、３７原子
％の関数温度としての熱容量は図１６に詳細に示される。これらの合金の熱容量
は、１００Ｋ以下の全温度においてＰｂの熱容量より、また２４〜３３Ｋ、〜４
０Ｋ（Ｐｒ含有量による）、１８Ｋ以下の温度においてＥｒ_９６．８Ｃ_２．７Ｏ _０．２ Ｎ_０．３の熱容量より、さらに１１Ｋ以上においてＥｒ_３Ｎｉの熱容量よ
りかなり高いことに再び注目する。選択したＰｒ−Ｅｒ合金の２０Ｋ以下の低温
熱容量は、Ｅｒ_４０Ｎｄ_６０、Ｐｂ、Ｅｒ_９６．８Ｏ_２．７Ｃ_０．２Ｎ_０．３、
Ｅｒ_３Ｎｉとともに図１７に示されている。この領域におけるＰｒ−Ｅｒ合金の
熱容量は、Ｐｒ含有量の増加とともに一定の傾向で増加する。１０〜２０Ｋ間の
全ての場合において、Ｐｒ−Ｅｒ合金の熱容量は４つの非Ｐｒ−Ｅｒ材より高く
なっており、Ｅｒ_５０Ｐｒ_５０固溶合金用が最高値を示している。例えば、Ｅｒ _５０ Ｐｒ_５０合金の熱容量は１０Ｋでの鉛の熱容量より１８５％大きく、１０Ｋ
でのＥｒ_３Ｎｉ金属間化合物の熱容量と同じである。磁気転移温度と濃度との従
属関係、およびＥｒ−Ｐｒ合金それぞれの転移温度における（最大）熱容量値は
、それぞれ図１８ａ、図１８ｂに示される。高温（８２Ｋ）および中温（５４Ｋ
）転移は、約２６原子％のＰｒ（図１８ａ）でひとつに結合し、この結合により
２７原子％Ｐｒで最大熱容量値がかなり高い値に至るようである［８２ＫでのＥ
ｒ_９６．８（Ｏ、Ｃ、Ｎ）合金の熱容量値とほぼ同じ］（図１８ｂ）。また、最
低転移熱容量ピーク値および転移温度は、Ｐｒ添加によって速やかに減少し、も
はやＥｒ_７５Ｐｒ_２５合金の転移は観察されないようである。最低転移温度の磁
気転移エントロピーは、中間温度転移に位置が変わるようであり、これは５原子
％以上でＰｒ濃度のピーク熱容量値が増加することから明白である。普通は、純
粋な希釈効果からＰｒをＥｒに添加するにつれて下落すると予想するものである
が、これは我々が高温側転移につき観察したところである（図１８ｂ）。磁気転
移温度および熱容量ピーク値の変則的あるいは異常な動きから、２０〜３５原子
％のＰｒに予想外の結果が起ったことがわかる。１つの可能性としては、Ｓｍ−
型構造を有し重軽ランタニドからなる合金にみられるδ相が形成されたのかもし
れない。残念なことにＰｒ−Ｅｒシステムの相図は公知ではないので、グシュネ
イドナー（Ｇｓｃｈｎｅｉｄｎｅｒ。参考資料１）提案の方法を用いてこのシス
テムの位相関係を予測する。図１９は計算による相図であり、６０〜７５原子％
のＰｒ領域でδ相が形成されることから、２５〜３５原子％のＰｒにおける異常
な磁気の動きは、δ相が原因ではないことが明白である。したがって、観察結果
については他の未知なる現象に原因があるようである。

【００２２】 Ｎｄ固溶合金添加のＥｒ磁気転移への効果は、図２０ａに示されている。図８
、図９、図１１ａ、図１１ｂから明らかなように、Ｎｄによって高温側転移が下
がるが、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒより非常に遅い割合で下がる。その熱容量は、適切な
温度領域でのＥｒ_９６．８（Ｏ、Ｃ、Ｎ）の熱容量より５〜８％大きい。６５Ｋ
以下の極低温冷却装置に応用する場合、Ｅｒ_９０Ｎｄ_１０固溶合金は、約３０Ｋ
までにおいてＥｒ_９６．８（Ｏ、Ｃ、Ｎ）より良い蓄冷材といえる（図２０ａ）
。Ｄｙ_８０Ｎｄ_２０合金は、８０〜１４０Ｋ間での最良の（すなわち最高熱容量
を有する）素材であり（図４ｂ、図４ｃを参照）、８０〜６５Ｋ間のＥｒ_{９６． ８} （Ｏ、Ｃ、Ｎ）とほとんど同じである（図４ａを参照。ただし図２１ａおよび
図２１ｂの方がより明らかである）。これによりＤｙ_８０Ｎｄ_２０は、極低温冷
却装置における高温側（第１）ステージ蓄冷器の低温端（冷却端）用の最良材料
となる。Ｅｒ_９０Ｎｄ_１０合金の高い熱容量からして、これが極低温冷却装置に
おける低温側（第２）ステージ蓄冷器の高温端（温暖端）用の最有力候補の材料
となる。約６９Ｋにおいて、Ｄｙ_８０Ｎｄ_２０およびＥｒ_９０Ｎｄ_１０固溶合金
の熱容量は同じだからである（図２１ｂを参照）。１９Ｋ温度におけるＥｒに関
し、Ｎｄ合金化添加によって独特の動きが示される（図２０ｂ参照）。初めの添
加によってＥｒ_９５Ｎｄ_５合金は約１Ｋ、Ｅｒ_９０Ｎｄ_１０合金は約２Ｋ転移温
度が下がるのに対し、より量を増やして添加すると、２０原子％Ｎｄは約２０Ｋ
にまで、３０原子％Ｎｄは２４Ｋにまで温度が上がる。さらに、ピークの大きさ
（ピーク上下の熱容量から決定される基線より上の高さ）は、Ｎｄ含有量増加と
ともに初めは減少し、Ｅｒ_８０Ｎｄ_２０合金の場合はほとんど消え、さらにＮｄ
を添加するとＥｒ_７０Ｎｄ_３０合金ピークは高くなる（図２０ｂを参照）。

【００２３】 極低温冷却装置の蓄冷材は、適切な大きい熱容量値を有することに加えて、さ
らに縦方向の熱損失を減らすべく低い熱伝導度を有しなければならない。図２２
に示すように、純粋な重ランタニド金属Ｇｄ、Ｄｙ、Ｅｒ（参考資料２）の熱伝
導度は、６０〜３００Ｋの温度領域におけるステンレス鋼（参考資料３）の熱伝
導度に匹敵する。Ｐｂがプロトタイプ蓄冷材（参考資料２）となる１０〜６０Ｋ
の温度領域において、ランタニド金属はＰｂよりかなり良好である（すなわち良
好な低温熱伝導度を有する）。そして、示される値はかなり純粋なランタニド金
属についてのものという事実を考慮すると、合金化によって熱伝導度が下がるこ
とから、鉛およびステンレス鋼プロトタイプとの競争力を高めることになる。

【００２４】 純粋なランタニド金属Ｒ、およびそれに侵入添加した合金Ｒ（Ｏ、Ｃ、Ｎ）の
極限引張強さが、Ｐｂ、ブロンズ、ステンレス鋼の極限引張強さとともに、表１
に示される。

【００２５】 表１。

【００２６】 これらのランタニド材は、純粋金属で比較した場合はＰｂより、あるいは侵入
強化Ｒ（Ｏ、Ｃ、Ｎ）合金で比較した場合はＳｂ強化Ｐｂ合金より、１０倍強い
ことがわかる。Ｒ（Ｏ、Ｃ、Ｎ）合金の極限引張強さは、ほぼブロンズと同じで
あり、ステンレス鋼の約半分である。これは、本発明に記載のＲ（Ｏ、Ｃ、Ｎ）
合金および他のＲ−Ｍ合金は、極低温冷却装置の蓄冷器に適用するために適当な
強さを有しなければならず、それがあればＰｂの球形を損なうといった問題を被
らないということを示すものである。鉛の機械的強さは低いため、蓄冷器に用い
られる圧力を受けて変形して球が平らになる。

【００２７】 先に説明したように、提案された蓄冷器の希土類固溶合金は延性があり、薄板
（リボン）、金網、球といった様々な形に容易に製造できる。リボン、金網、球
は、Ｅｒ_９６．８Ｏ_２．７Ｃ_０．２Ｎ_０．３固溶合金で形成されてきた。リボン
は、２ミル（０．００２のインチあるいは０．０５ｍｍ）厚さでよく、金網や球
の直径は１２ミル（０．０１２のインチあるいは０．３０ｍｍ）でありうる。標
準的な冶金ローリング法や引張法により、リボンは円筒状に巻き、金網は引張っ
て形成される。これに対し球はプラズマ回転電極法（ＰＲＥＰ）で形成される。
その方法によって、溶融金属（合金）の小溶滴を回転円柱で急速にスピンさせ、
その端面がプラズマで金属（合金）の溶融点にまで加熱する。

【００２８】 また、選び出された固溶合金Ｅｒ_９６．８Ｏ_２．７Ｃ_０．２Ｎ_０．３、Ｅｒ_{７ ３} Ｐｒ_２７、Ｅｒ_６０Ｐｒ_４０の酸化腐食の実験がなされた。１２３±５℃の外
気炉に合金を３０週間配置したが、注目すべき重量増加は検出されなかった。こ
の実験から、室温では極低温冷却装置の寿命以上といった極めて長期間にわたり
酸化腐食に対して安定的であることがわかる。３０週間にわたる１２３℃での酸
化腐食が室温での計量（０．１ｍｇ）精度を越えていると仮定したとしても、温
度が１２３℃から２３℃にまで各々１０℃減少すると反応速度が半分減少するこ
とから、酸化腐食は約２^１０（１０２４）倍遅くなる。

【００２９】 Ｅｒ_９６．８Ｏ_２．７Ｃ_０．２Ｎ_０．３球をパルス管極低温冷却装置の蓄冷材
として用いるため試験した。蓄冷器としてステンレス鋼だけを用いて、５５Ｋの
無負荷温度を達成できた。 蓄冷器の低温側がＰｂ球の層を有する場合は熱負荷
なし温度で４２Ｋであり、Ｐｂ球をＥｒ_９６．８Ｏ_２．７Ｃ_０．２Ｎ_０．３球で
代替した場合は熱負荷温度なしで３６Ｋに至る。Ｐｂのほぼ５０％温度を下げる
改良は、ステンレス鋼基準に比較して低下する。Ｅｒ_９６．８Ｏ_２．７Ｃ_０．２ Ｎ_０．３合金の熱容量は４５ＫでのＰｂの熱容量より２８％大きいという事実を
考慮すると、これはかなりの改良といえる。

【００３０】 極低温冷却装置 図１に示すように、単なる例示であるが２ステージギフォード−マクマホン（
ＧＭ）極低温冷却装置あるいは冷凍機が示されており、液体冷媒なしで約４Ｋと
いった極めて低温度に冷却すべく使用される。２ステージＧＭ極低温冷却装置あ
るいは冷凍機は、米国特許第５１８６７６５号やクリヤマ等の論文「液体ヘリウ
ム温度における磁性材料の高効率二段式ＧＭ冷凍機（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅ
ｎｔ Ｔｗｏ−Ｓｔａｇｅ ＧＭ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ Ｗｉｔｈ Ｍａ
ｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｉｎ Ｔｈｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｈｅｌｉｕｍ
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｒｅｇｉｏｎ）」、ａｄｖ．クライオジェニックエ
ナジー第３５巻、１９９０年、１２６１〜１２８９ページで議論されている。本
教示における２ステージＧＭ極低温冷却装置の構造は本開示に含まれる。２ステ
ージＧＭ極低温冷却装置は、従来のブロンズメッシュあるいはステンレス鋼（例
えば３０４あるいは３１６型のステンレス鋼）の第１蓄冷器を備えた第１の比較
的高温度のステージと、鉛（Ｐｂ）あるいは最近ではＥｒ_３Ｎｉ金属間化合物微
粒子（鉛及びＥｒ_３Ｎｉ金属間化合物層の組合せもある）を含む比較的低温度の
第２蓄冷器を備えた第２ステージとからなる。

【００３１】 本発明は、ＧＭ極低温冷却装置やその他の極低温冷却装置における、第１のあ
るいは高温側のステージ（すなわち６０〜３００Ｋ）用の改良した第１ステージ
蓄冷器を提供し、また中間温度領域（１０〜６０Ｋ）用の改良した第２ステージ
蓄冷器を提供するものである。後者は、Ｅｒ_３Ｎｉ金属間化合物またはＮｄと容
易に結合して４Ｋの温度領域に至ることができる。ただ、Ｅｒ_３Ｎｉ金属間化合
物が脆性であること、Ｎｄが容易に酸化腐食することから、問題が残る。そこで
図１２ａ、図１２ｂ、図１２ｃ、図１４ａ、図１４ｂ、図１５ａ、図１５ｂ、図
１６、図１７に示されるＥｒ_３Ｎｉ・ＮｄなしのＥｒ_５０Ｐｒ_５０等の固溶合金
を、１０Ｋ以下に冷却するため用いることができる。本発明はＧＭ極低温冷却装
置に限定されないのであって、例えばスターリング極低温冷却装置、パルス管極
低温冷却装置といったその他の極低温冷却装置に実施することもできる。すなわ
ち、受動的磁性蓄冷器を用いた、一般に約１０Ｋ〜１００Ｋ以下まで、より一般
的には約３００Ｋから約１０Ｋまで、さらに１０Ｋ以下から約４Ｋ以下にまで温
度領域の冷却するための、前記その他の極低温冷却装置に実施することもできる
。

【００３２】 図１に示すように、本発明の例示実施例は階層化されたベッドＢとしてＧＭ極
低温冷却装置の第１ステージを提供するものである。階層化されたベッドＢは、
ベッドの冷却端Ｅ１（すなわち第２ステージおよび第２蓄冷器に隣接した端部）
すぐ近くの合金Ｄｙ_８０Ｎｄ_２０の第１層と、ベッド正反対の温暖端Ｅ２すぐ近
くのガドリニウム（Ｇｄ）金属の最終層と、例えばＤｙ_９０Ｎｄ_１０固溶合金（
最低温度端たるＤｙ_８０Ｎｄ_２０第１層の隣）、Ｄｙ_９７．０Ｏ_２．５Ｃ_０．２ Ｎ_０．３、Ｔｂ_３０Ｄｙ_７０、Ｔｂ_６０Ｄｙ_４０、Ｔｂ_９８．０Ｏ_１．５Ｃ_{０． ３} Ｎ_０．２、Ｇｄ_２５Ｔｂ_７５、Ｇｄ_５０Ｔｂ_５０、Ｇｄ_７５Ｔｂ_２５（最高温
度端たるＧｄ最終層の隣）からなる第１層と最終層との間に位置する一連の中間
層とで構成される。この１０個の蓄冷器ベッド層を、ＭＭＲＥ−１（複合磁性希
土類）という。図２４は、１０個の蓄冷器ベッド層を備えたＭＭＲＥ−１の熱容
量を示すものである。第１第２その他の中間層および最終層（Ｇｄ）は、それら
の接合点あるいは接合面で密接に接触しており、また蓄冷器ベッドを完全に充填
すべくそれぞれ０．１〜０．４インチの種々の厚さでありうる。 Ｅｒ、Ｄｙ、Ｇｄ金属は、一般的に市販の０．２重量％未満の不純物が付随す
る純金属である。希土類合金は、市販の純粋な金属成分（例えば純粋なＳｃ、Ｙ
、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ
、Ｙｂ、Ｌｕ）で構成される。

【００３３】 図２〜１７に示すように、図２ａおよび図２ｂの磁性希土類金属Ｇｄ、Ｔｂ、
Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒの熱容量は、１０Ｋから室温（２９５Ｋ）でのブロンズ、ステ
ンレス鋼、鉛（Ｐｂ）の熱容量より大きいことが明らかである。Ｅｒ金属の熱容
量は、約８５Ｋ以下でブロンズ、ステンレス鋼、鉛の熱容量の熱容量より大きい
ことに注目することが重要である（図２ｂ）。しかしながら鉛については、その
２つの材料の熱容量は２０Ｋの下で匹敵する（図２ｂ）。

【００３４】 冷却端Ｅ１がＤｙ_８０Ｎｄ_２０固溶合金、温暖端Ｅ２がＧｄである上記１０層
の組合せ（ＭＭＲＥ−１）からなる図１の第１蓄冷器については、その熱容量は
５０Ｋ〜３００Ｋにおいて鉛（Ｐｂ）蓄冷器の熱容量より５０％〜１５０％大き
い。同様にＭＭＲＥ−１蓄冷器ベッドの平均熱容量は、ブロンズの平均熱容量よ
り６０〜２８０Ｋで１０〜２０％大きく、またステンレス鋼の平均熱容量より１
００Ｋ〜３００Ｋで２０〜３０％、６０〜１００Ｋで１０〜２０％大きい。した
がって、上記１０層の組合せで構成される本発明のＭＭＲＥ−１蓄冷器の冷却力
および冷却効率は、蓄冷材としてブロンズあるいはステンレス鋼を用いた蓄冷器
の冷却力および冷却効率と比較して５０〜３００Ｋにて同様に改良される。

【００３５】 最低温度層としてＥｒ_５０Ｐｒ_５０固溶合金（図１２ａ、図１２ｂ、図１２ｃ
を参照）、中間温度層としてＥｒ_７０Ｐｒ_３０固溶合金（図１５ａ、図１５ｂ、
図１６を参照）、最高温度層としてＥｒ_９０Ｎｄ_１０固溶合金（図９、図２０ａ
、図２０ｂ、図２１ａ、図２１ｂを参照）を組合せた図１の第２蓄冷器について
は、その熱容量は１０〜６５Ｋ間における鉛（Ｐｂ）蓄冷器の熱容量より３３〜
１８５％大きい。この蓄冷器組合せ（ＭＭＲＥ−２という）による合成熱容量が
、図２５に示される。したがって、本発明のＥｒ_５０Ｐｒ_５０、Ｅｒ_７０Ｐｒ_{３ ０} 、Ｅｒ_９０Ｎｄ_１０固溶合金による組合せからなるＭＭＲＥ−２蓄冷器の冷却
力および冷却効率も、蓄冷材として鉛を用いた蓄冷器と比較して、１０Ｋ〜６５
Ｋ間で同様に改良される。

【００３６】 ＭＭＲＥ−２の代わりとなる階層化蓄冷器ベッドは、最低温度層としてＥｒ_{６ ０} Ｐｒ_４０固溶合金（図１５ａ、図１５ｂ、図１７を参照）と、中間温度層とし
てＥｒ_７５Ｐｒ_２５固溶合金（図１５ａ、図１５ｂ、図１７）と、最高温度層と
してＥｒ_９６．８Ｏ_２．７Ｃ_０．２Ｎ_０．３固溶合金（図３ｃ、図４ａ、図５ａ
、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１ａ、図１１ｂ、図１２ａ、図１２ｂ
、図１４ａ、図１４ｂ、図１５ａ、図１５ｂ、図１６、図２０ａ、図２０ｂ）と
の組合せからなりえ、その熱容量は１０〜８０Ｋ間で鉛蓄冷器の熱容量より２５
〜１７５％大きい。この蓄冷器組合せはＭＭＲＥ−３と呼ばれ、３つの構成要素
の熱容量が図２６に示される。

【００３７】 低温側（第２）ステージとしてのより複雑な７層の蓄冷器は、１０〜６５Ｋ温
度領域で可能な限り高い熱容量を有し最も有効な中間温度の蓄冷器となるように
構成される。この７層からなる蓄冷器ベッド（ＭＭＲＥ−４）は、蓄冷器の低温
端から始まり、続いて最適熱容量の温度増加と共に連続し、最終的には第７層で
高温端に至るＥｒ−基固溶合金の組合せからなる。すなわち、Ｅｒ_５０Ｐｒ_５０ （図１２ａ、図１２ｂ、図１３ｃ、図１７を参照）、Ｅｒ_９６．６Ｏ_２．７Ｃ_{０ ．２} Ｎ_０．３Ｂ_０．２（図７）、Ｅｒ_９４．８Ｏ_２．７Ｃ_２．２Ｎ_０．３（図７
）、Ｅｒ_６０Ｐｒ_４０（図１５ａ、図１５ｂ、図１７）、Ｅｒ_７０Ｐｒ_３０（図
１５ａ、図１５ｂ、図１６）、Ｅｒ_７５Ｐｒ_２５（図１５ａ、図１５ｂ、図１７
）、Ｅｒ_９０Ｎｄ_１０（図９、２０ａ、図２０ｂ、図２１ａ、図２１ｂ）の組合
せである。７層蓄冷器ＭＭＲＥ−４の熱容量は、図２７に示される。種々の温度
に冷却できる高性能な極低温冷却装置用の再生ステージおよびその形状の実施例
が、以下に示される。

【００３８】 実施例１。約５０Ｋまでの改良冷却力を有する極低温冷却装置は、上述の蓄冷
器ＭＭＲＥ−１で構成される単一ステージからなる。

【００３９】 実施例２。Ｇｄ（ＭＭＲＥ−１の最上位層）の熱容量はブロンズの熱容量より
少し低いので、ＭＭＲＥ−１のこの層（Ｇｄ）は、ブロンズで代替することがで
きる。これにより、冷却力あるいは低温度冷却をわずかに改良できることが予想
される。この改良蓄冷器ベッドはＭＭＲＥ−１ａという。

【００４０】 実施例３。１０Ｋにまで冷却できる高性能な２ステージ極低温冷却装置は、第
１（高温側）ステージ蓄冷器ＭＭＲＥ−１（またはＭＭＲＥ−１ａ）と、３層Ｍ
ＭＲＥ−２（またはＭＭＲＥ−３）からなる第２（低温側）ステージ蓄冷器とで
構成される。ＭＭＲＥ−２の熱容量が少し高いので、ＭＭＲＥ−２の性能はＭＭ
ＲＥ−３よりも多少良いと予想される。

【００４１】 実施例４。良い冷却能力を発揮しつつ簡単に組み立てられるその他の第１、第
２ステージの組合せは、高温側（第１）ステージ蓄冷器としてブロンズ（あるい
はステンレス鋼）を用いたものである。低温側（第２）ステージは、ＭＭＲＥ−
２あるいはＭＭＲＥ−３を用いる。

【００４２】 実施例５。１０Ｋまで冷却する最高性能を誇る２ステージ極低温冷却装置は、
１０層ＭＭＲＥ−１（あるいはＭＭＲＥ−１ａ）第１ステージ蓄冷器と、７層Ｍ
ＭＲＥ−４第２ステージ蓄冷器とで構成される。

【００４３】 実施例６。第１ステージ蓄冷器にブロンズ（あるいはステンレス鋼）、第２ス
テージ蓄冷器にＭＭＲＥ−４蓄冷器を用いた場合も、１０Ｋもの低温度を達成す
る強力で有用な極低温冷却装置となる。

【００４４】 実施例７。充分な冷却で１０Ｋ以下の低温４Ｋに至るには、３ステージ極低温
冷却装置が必要となる。しかし、改良低温側ステージ蓄冷器を備えた２ステージ
ユニットも、うまく機能することがあり得る。前者の場合、標準的な低温磁性蓄
冷材（例えばＥｒ_３Ｎｉ金属間化合物あるいはＮｄあるいはＨｏＣｕ_２）が、実
施例３〜６の２ステージ蓄冷器のうちの一方と組合わせて、第３（最低温度）と
して用いられる。後者の場合、標準的な低温磁性蓄冷材の一方が、実施例３〜６
に記載の蓄冷器ＭＭＲＥ−２、ＭＭＲＥ−３、ＭＭＲＥ−４を構成するその他の
層とともに、第２（低温側ステージ）蓄冷器の最低温度層となる。

【００４５】 ＜参考資料＞ １． Ｋ．Ａ．グシュネイドナー（Ｇｓｃｈｎｅｉｌｄｎｅｒ）Ｊｒ著、「内部
希土類二元合金システムの分類（Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎ
ｔｒａ−Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ Ｂｉｎａｒｙ Ａｌｌｏｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ）
」、Ｊレス・コモンマテリアルズ１１４、２９〜４２ページ（１９８５年）。 ２． Ｃ．Ｙ．Ｈｏ、Ｒ．Ｗ．パウエル、Ｐ．Ｅ．ロイリー共著、「元素の熱伝
導度：包括的検討（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ
Ｅｌｅｍｅｎｔｓ：Ａ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｒｅｖｉｅｗ）」Ｊ．
物理化学参考データ３、付録番号１、Ｉ−２５８〜Ｉ−２６２（Ｄｙ）、Ｉ−２
６３〜Ｉ−２６７（Ｅｒ）、Ｉ−２７４〜Ｉ−２７８（Ｇｄ）、Ｉ−３９８〜Ｉ
−４１１（Ｐｂ）、（１９７４年）。 ３． 筆者不明、「市販合金の熱伝導度（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖ
ｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ａｌｌｏｙｓ）」、
米国物理協会ハンドブック４〜９２ページ、第２版、Ｄ．Ｅ．グレイ、マグロー
ヒル、ニューヨーク（１９６３年）。 ４． Ｔ．Ｅ．スコット著、「弾性・機械的性質（Ｅｌａｓｔｉｃ ａｎｄ Ｍ
ｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）」、第１巻、希土類元素の物理化
学ハンドブック、５９１〜７０５ページ、Ｋ． Ａ．グシュネルドナーＪＲ・Ｌ
． エイリング、ノールトホラント／エルゼビア、アムステルダム（１９７８年
）。 ５． 筆者不明、「性質・選択：非鉄合金及び特殊目的の材料（Ｐｒｏｐｅｒｔ
ｉｅｓ ａｎｄ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ： Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ａｌｌｏｙｓ
ａｎｄ Ｓｐｅｃｉａｌ−Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」２１７ペ
ージ（ブロンズ）・５５０ページ（Ｐｂ）、金属ハンドブック、第１０版、第２
巻、ＡＳＭインターナショナル、マテリアルパーク、オハイオ（１９９０年）。
６． 筆者不明、「性質・選択：鉄、鋼、高性能合金（Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ａｎｄ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ： Ｉｒｏｎｓ， Ｓｔｅｅｌｓ ａｎｄ Ｈｉｇ
ｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ａｌｌｏｙｓ）」８８５ページ、金属ハンドブッ
ク、第１０版、第２巻、ＡＳＭインターナショナル、マテリアルパーク、オハイ
オ（１９９０年）。

【００４６】

【発明の効果】

本実施例において、本発明は受動的な磁性蓄冷器（ｐａｓｓｉｖｅ ｍａｇｎ
ｅｔｉｃ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を用いて、例えば１０Ｋ〜１００Ｋ、一般
的には約１０Ｋ〜３００Ｋの高低両温度動作領域あるいはステージにおける冷却
能力を改良した極低温冷却装置を提供するものである。その蓄冷器は１つ以上の
構成成分からなり、磁性希土類（ランタニド）金属、その両者の固溶合金（ｓｏ
ｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｌｌｏｙ）、非希土類金属との固溶合金、および
／または侵入型元素との固溶合金を含むものである。本発明は一実施例において
、５０〜１００Ｋ以下の温度に至るためにその蓄冷器構成成分のうち２つ以上を
用いることを想定している。固溶合金は、固体の結晶部位を占める２つ以上の金
属（時には侵入型元素溶質［例えばＨ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ］を有する金属マトリッ
クス［溶媒］）のランダムな混合物である。これは、構成原子（２つ以上）が特
定の結晶格子部位を秩序良く占める金属間化合物とは対照的である。熱力学的に
は固溶合金は溶媒と同じ相部位に属すのであって、溶媒及び溶質と異なる相に属
する金属間化合物とは対照的である。磁性蓄冷器の成分は、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、
Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍを含む一つ以上の希土類（ランタニド）金属や、特にその希土
類金属とその他希土類金属（Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、
Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）との合金や、少なくとも部
分的に上述の金属固体への可溶性のある非希土類金属（例えばＭｇ、Ｔｉ、Ｚｒ
、Ｈｆ、Ｔｈ）との合金や、少なくとも部分的に上述の金属への可溶性のある侵
入型元素（例えばＨ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｆ）との合金を含むことができる。希土
類（ランタニド）金属および合金は、金網、フォイル、ゼリーロール、多孔性一
体カートリッジ、（球あるいは非球の）粉末といった形態で、異なった金属およ
び／または合金層からなる階層化された蓄冷器ベッドで構成することができ、あ
るいは、異なる金属微粒子領域からなる微粒子ベッドとして構成することもでき
る。その蓄冷器ベッドはその他金属（例えばブロンズ、ステンレス鋼、鉛等）を
含むこともでき、蓄冷器ベッドの蓄熱の性質を変える。磁性蓄冷器は、上記約３
００〜１０Ｋの動作温度領域あるいはステージにおける極低温冷却装置の冷却効
率・冷却力を改良する点で有利である。

【００４７】 さらに、蓄冷器の希土類金属、およびそれと他の希土類金属、非希土類金属、
侵入型元素との固溶合金は、例えば脆性金属間化合物と比較して延性を備えてい
るので、蓄冷器層あるいは微粒子は、使用の際に磨滅または粉砕あるいは粉々に
はならない。また、希土類金属およびその固溶合金を、容易に金網、薄板、また
は球もしくは多孔性一体形状に製造して蓄冷器構成要素として使用できる。

【００４８】 本発明で具体化される材料の利点は、球形粒子、金網メッシュ、平板、ゼリー
ロール、多孔性一体形状といった形状から設計技術者が選択して経済的に容易に
製造できるところにある。さらにこれらの材料には耐久性があることから、現代
の低温冷却装置で用いられる繰り返しの高圧ガス流動の下で、（軟鉛球がそうで
あるように）変形しないし、（脆性金属間化合物がそうであるように）粉砕又は
焙焼及び粉々にならない。また本発明で具体化される材料は耐酸化腐食性があり
、空気にさらされる場合に、（１０Ｋ以下で動作する極低温冷却装置の蓄冷材と
して用いられるＮｄ金属球あるいはホイル（ｆｏｉｌ）がそうであるように）微
細な酸化物粉末にはならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 異なる高低温度領域あるいはステージで動作する第１、第２ステージ蓄冷器を
備えた、２ステージギフォード・マクマホンサイクル極低温冷却装置の概略図で
ある。

【図２ａ】 ブロンズおよびステンレス鋼（例えば３０４あるいは３１６型ステンレス鋼）
とともに示される、純粋希土類（ランタニド）金属（Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、
Ｅｒ）の３．５〜３５０Ｋにおける熱容量グラフである。（ＳＳＥは、純化した
固体電解を意味する）。

【図２ｂ】 同様の希土類金属、鉛、ステンレス鋼、ブロンズの１００Ｋ以下における熱容
量グラフである。（ＳＳＥは、純化した固体電解を意味する）。

【図３ａ】 記載の温度領域における特定の希土類金属固溶合金への侵入型元素介在による
熱容量への効果を示すグラフである。

【図３ｂ】 記載の温度領域における特定の希土類金属固溶合金への侵入型元素介在による
熱容量への効果を示すグラフである。

【図３ｃ】 記載の温度領域における特定の希土類金属固溶合金への侵入型元素介在による
熱容量への効果を示すグラフである。

【図４ａ】 記載の温度領域における特定の希土類金属、固溶合金、ステンレス鋼、ブロン
ズの熱容量を示すグラフである。

【図４ｂ】 記載の温度領域における特定の希土類金属、固溶合金、ステンレス鋼、ブロン
ズの熱容量を示すグラフである。

【図４ｃ】 記載の温度領域における特定の希土類金属、固溶合金、ステンレス鋼、ブロン
ズの熱容量を示すグラフである。

【図５ａ】 希土類金属固溶合金およびＰｂの熱容量グラフであり、図５ａは０〜１００Ｋ
まで、図５ｂは０〜５０Ｋまでが示されている。また図５ｂにはＥｒ_３Ｎｉ（金
属間化合物）の熱容量も示されている。

【図５ｂ】 希土類金属固溶合金およびＰｂの熱容量グラフであり、図５ａは０〜１００Ｋ
まで、図５ｂは０〜５０Ｋまでが示されている。また図５ｂにはＥｒ_３Ｎｉ（金
属間化合物）の熱容量も示されている。

【図６】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金およびＰｂの熱容量グラフである
。

【図７】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金およびＰｂの熱容量グラフである
。

【図８】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金およびＰｂの熱容量グラフである
。

【図９】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金およびＰｂの熱容量グラフである
。

【図１０】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金およびＰｂの熱容量グラフである
。

【図１１ａ】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金およびＰｂの熱容量グラフである
。

【図１１ｂ】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金およびＰｂの熱容量グラフである
。

【図１２ａ】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金およびＰｂの熱容量グラフである
。

【図１２ｂ】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金およびＰｂの熱容量グラフである
。

【図１２ｃ】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金およびＰｂの熱容量グラフである
。

【図１３ａ】 固溶合金Ｌａ−Ｅｒ、Ｃｅ−ＥｒのＣｅ／Ｌａ濃度に対する転移温度のグラフ
である。

【図１３ｂ】 固溶合金Ｌａ−ＥｒおよびＣｅ−ＥｒのＣｅ／Ｌａ濃度に対する相当転移温度
における熱容量の最高値グラフである。

【図１４ａ】 Ｐｒ添加によるＥｒの熱容量への影響を示すグラフである。また図１７には、
Ｎｄ_６０Ｅｒ_４０固溶合金の熱容量も示されている。

【図１４ｂ】 Ｐｒ添加によるＥｒの熱容量への影響を示すグラフである。また図１７には、
Ｎｄ_６０Ｅｒ_４０固溶合金の熱容量も示されている。

【図１５ａ】 Ｐｒ添加によるＥｒの熱容量への影響を示すグラフである。また図１７には、
Ｎｄ_６０Ｅｒ_４０固溶合金の熱容量も示されている。

【図１５ｂ】 Ｐｒ添加によるＥｒの熱容量への影響を示すグラフである。また図１７には、
Ｎｄ_６０Ｅｒ_４０固溶合金の熱容量も示されている。

【図１６】 Ｐｒ添加によるＥｒの熱容量への影響を示すグラフである。また図１７には、
Ｎｄ_６０Ｅｒ_４０固溶合金の熱容量も示されている。

【図１７】 Ｐｒ添加によるＥｒの熱容量への影響を示すグラフである。また図１７には、
Ｎｄ_６０Ｅｒ_４０固溶合金の熱容量も示されている。

【図１８ａ】 Ｅｒ−Ｐｒ固溶合金のＰｒ濃度に対する転移温度のグラフである。

【図１８ｂ】 Ｅｒ−Ｐｒ固溶合金のＰｒ濃度に対する転移温度における熱容量の最高値グラ
フである。

【図１９】 Ｅｒ−Ｐｒシステムの計算相図である。

【図２０ａ】 記載の温度領域におけるＥｒ−Ｎｄ固溶合金、Ｐｂ、Ｅｒ_３Ｎｉ（金属間化合
物）の熱容量グラフであり、Ｎｄ含有によるＥｒ熱容量への効果が示されている
。

【図２０ｂ】 記載の温度領域におけるＥｒ−Ｎｄ固溶合金、Ｐｂ、Ｅｒ_３Ｎｉ（金属間化合
物）の熱容量グラフであり、Ｎｄ含有によるＥｒ熱容量への効果が示されている
。

【図２１ａ】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金、ステンレス鋼、Ｐｂ、ブロンズ
の熱容量グラフであり、Ｎｄ、Ｐｒ含有によるＥｒ、Ｄｙ熱容量への効果が示さ
れている。

【図２１ｂ】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金、ステンレス鋼、Ｐｂ、ブロンズ
の熱容量グラフであり、Ｎｄ、Ｐｒ含有によるＥｒ、Ｄｙ熱容量への効果が示さ
れている。

【図２２】 Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、ステンレス鋼、Ｐｂの温度に対する熱伝導度
グラフである。

【図２３】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金、ステンレス鋼、ブロンズ、Ｐｂ
の熱容量グラフである。

【図２４】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金、ステンレス鋼、ブロンズ、Ｐｂ
の熱容量グラフである。

【図２５】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金、ステンレス鋼、ブロンズ、Ｐｂ
の熱容量グラフである。

【図２６】 記載の温度領域における希土類金属固溶合金、ステンレス鋼、ブロンズ、Ｐｂ
の熱容量グラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ， ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，Ｋ Ｒ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ペチャルスキー ヴィタリィ ケイ． アメリカ合衆国 50014−9118 アイオワ 州 アメス グリーン ヒルズ ドライヴ 2621番地 (72)発明者 ペチャルスキー アレクサンドラ オー． アメリカ合衆国 50014 アイオワ州 ア メス グリーン ヒルズ ドライヴ 2621 番地

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 希土類金属、２つ以上の希土類金属の固溶合金、非希土類金
   属および希土類金属の固溶合金、侵入型元素および希土類金属の固溶合金とで構
   成される１つ以上の蓄冷器構成成分からなることを特徴とする延性磁性のある蓄
   冷器を備えた閉サイクル極低温冷却装置。
2. 【請求項２】 前記蓄冷器構成成分は、銅およびその合金、ステンレス鋼、
   鉛をさらに含む請求項１に記載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低
   温冷却装置。
3. 【請求項３】 前記侵入型元素は、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｆからなる群から
   選ばれる請求項１に記載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低温冷却
   装置。
4. 【請求項４】 前記希土類金属は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、
   Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｙからなる群から選
   ばれる請求項１に記載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低温冷却装
   置。
5. 【請求項５】 前記非希土類金属は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｈからな
   る群から選ばれる請求項１に記載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極
   低温冷却装置。
6. 【請求項６】 前記蓄冷器構成成分は、複数の蓄冷器層を含む請求項１に記
   載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低温冷却装置。
7. 【請求項７】 前記蓄冷器構成成分は、複数の蓄冷器粒子を含む請求項１に
   記載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低温冷却装置。
8. 【請求項８】 前記粒子は球状である請求項７に記載の延性磁性のある蓄冷
   器を備えた閉サイクル極低温冷却装置。
9. 【請求項９】 低温側ステージと高温側ステージとを備えた極低温冷却装置
   であって、前記ステージの少なくとも一方は、希土類金属、２つ以上の希土類金
   属の固溶合金、非希土類金属および希土類金属の固溶合金、侵入型元素および希
   土類金属との固溶合金とからなる１つ以上の蓄冷器構成成分を有する受動的磁性
   蓄冷器を含むことを特徴とする延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低温
   冷却装置。
10. 【請求項１０】 前記侵入型元素は、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｆからなる群か
    ら選ばれる請求項９に記載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低温冷
    却装置。
11. 【請求項１１】 前記希土類金属は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ
    、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｙからなる群から
    選ばれる請求項９に記載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低温冷却
    装置。
12. 【請求項１２】 前記非希土類金属は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｈから
    なる群から選ばれる請求項９に記載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル
    極低温冷却装置。
13. 【請求項１３】 前記蓄冷器構成成分は、複数の蓄冷器層を含む請求項９に
    記載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低温冷却装置。
14. 【請求項１４】 前記蓄冷器構成成分は、複数の蓄冷器粒子を含む請求項９
    に記載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低温冷却装置。
15. 【請求項１５】 希土類金属、２つ以上の希土類金属の固溶合金、非希土類
    金属および希土類金属の固溶合金、侵入型元素および希土類金属との固溶合金か
    らなる一つ以上構成成分を含む受動的磁性蓄冷器であることを特徴とする延性磁
    性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低温冷却装置。
16. 【請求項１６】 前記侵入型元素は、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｆからなる群か
    ら選ばれる請求項１５に記載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低温
    冷却装置。
17. 【請求項１７】 前記希土類金属は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ
    、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｙからなる群から
    選ばれる請求項１５に記載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低温冷
    却装置。
18. 【請求項１８】 前記非希土類金属は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｈから
    なる群から選ばれる請求項１５のに記載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイ
    クル極低温冷却装置。
19. 【請求項１９】 前記蓄冷器構成成分は、複数の蓄冷器層を含む請求項１５
    に記載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低温冷却装置。
20. 【請求項２０】 前記蓄冷器構成成分は、複数の蓄冷器粒子を含む請求項１
    ５に記載の延性磁性のある蓄冷器を備えた閉サイクル極低温冷却装置。