JPS6383235A - 磁気冷凍作業物質の製法 - Google Patents
磁気冷凍作業物質の製法Info
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- JPS6383235A JPS6383235A JP61228159A JP22815986A JPS6383235A JP S6383235 A JPS6383235 A JP S6383235A JP 61228159 A JP61228159 A JP 61228159A JP 22815986 A JP22815986 A JP 22815986A JP S6383235 A JPS6383235 A JP S6383235A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/0302—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity characterised by unspecified or heterogeneous hardness or specially adapted for magnetic hardness transitions
- H01F1/0311—Compounds
- H01F1/0313—Oxidic compounds
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Powder Metallurgy (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、磁気冷凍作業物質として使用される磁性材料
の製法に係り、特に、焼結磁性材料の熱伝導率を改善す
ることに好適なものである。
の製法に係り、特に、焼結磁性材料の熱伝導率を改善す
ることに好適なものである。
磁気冷凍作業物質は１周期的に磁場変化を生ずる空間中
に置かれ、高熱源と低熱源と交互に熱交換を行なわせる
ことにより冷凍を行う。この形状大きさ及び冷凍サイク
ルの周期は、磁場変化に対して生じたエントロピー変化
を高熱源及び低熱源に十分に伝達できるように決定され
る。よって、磁気冷凍機の冷凍能力を高めるには、前記
磁気冷凍作業物質に生じたエントロピー変化量を速やか
に熱源に伝達できるようにする必要があり、前記磁気冷
凍作業物質には、熱伝導率の十分高い材料を用いる必要
がある。磁気冷凍作業物質に使用される磁性材料に単結
晶を用いる場合、単結晶内に不純物や格子欠陥が多いと
熱伝導率が低下するため、従来、磁気冷凍作業物質とし
ては、非常に高純度で格子欠陥の少ない単結晶が用いら
れてきた。
に置かれ、高熱源と低熱源と交互に熱交換を行なわせる
ことにより冷凍を行う。この形状大きさ及び冷凍サイク
ルの周期は、磁場変化に対して生じたエントロピー変化
を高熱源及び低熱源に十分に伝達できるように決定され
る。よって、磁気冷凍機の冷凍能力を高めるには、前記
磁気冷凍作業物質に生じたエントロピー変化量を速やか
に熱源に伝達できるようにする必要があり、前記磁気冷
凍作業物質には、熱伝導率の十分高い材料を用いる必要
がある。磁気冷凍作業物質に使用される磁性材料に単結
晶を用いる場合、単結晶内に不純物や格子欠陥が多いと
熱伝導率が低下するため、従来、磁気冷凍作業物質とし
ては、非常に高純度で格子欠陥の少ない単結晶が用いら
れてきた。
このことは、タライオジエニツクス、第２５巻（１９８
５）第２７１項から５２７４項（Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ
。
５）第２７１項から５２７４項（Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ
。
Ｖｏｌ、２５（１９８５）ｐｐ２７１−２７４ ）に論
じられている。このような高純度で格子欠陥の少ない単
結晶は、製造コストが非諧に高く磁気冷凍機のコストダ
ウン化の一つの障壁となっている。この点を改善するた
めに、前記磁性材料に、粉末磁性材料の焼結体を用いる
事が考えられるが、前記焼結体は多結晶である上に、磁
気冷凍作業物質としてよく使用される磁性材料は、たと
えば、ガドリニウム・ガリウム・ガーネットなどのよう
に非常に高硬度で高融点のものが多く、このような前記
磁性材料の粉末を焼結した場合、前記焼結体の充填率を
上げる事は非常に困難で、必然的に、粉末磁性体間に間
隙ができてしまい、その結果、前記焼結体の熱伝導率が
著しく低下する。
じられている。このような高純度で格子欠陥の少ない単
結晶は、製造コストが非諧に高く磁気冷凍機のコストダ
ウン化の一つの障壁となっている。この点を改善するた
めに、前記磁性材料に、粉末磁性材料の焼結体を用いる
事が考えられるが、前記焼結体は多結晶である上に、磁
気冷凍作業物質としてよく使用される磁性材料は、たと
えば、ガドリニウム・ガリウム・ガーネットなどのよう
に非常に高硬度で高融点のものが多く、このような前記
磁性材料の粉末を焼結した場合、前記焼結体の充填率を
上げる事は非常に困難で、必然的に、粉末磁性体間に間
隙ができてしまい、その結果、前記焼結体の熱伝導率が
著しく低下する。
一方、より優れた磁気熱量効果、すなわち、−定の磁場
変化に対して、大きなエントロピー変化を生じ、かつ、
そのエントロピー変化を生じる温度範囲が広い磁性材料
を得るために、一種類以上の粉末磁性材料を混合焼結し
た磁性材料を製造する事が考えられる。このことはクラ
イオジエニックス２２＋１９８２）第４３９項から第４
４０項（Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ ２２（１９８２）Ｉ
）ｐ４３９−４４０）において論じられている。ここで
特に、先に述べたように磁性材料に非常に高融点で高硬
度の材料を使用した場合には、同様の理由で、単結晶に
比べて熱伝導率が著しく低くなるため、たとえ優れた磁
気熱量効果を持つ磁性材料が製造できたとしても、前記
磁性材料を実際に磁気冷凍作業物質として使用すること
ができなかった。
変化に対して、大きなエントロピー変化を生じ、かつ、
そのエントロピー変化を生じる温度範囲が広い磁性材料
を得るために、一種類以上の粉末磁性材料を混合焼結し
た磁性材料を製造する事が考えられる。このことはクラ
イオジエニックス２２＋１９８２）第４３９項から第４
４０項（Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ ２２（１９８２）Ｉ
）ｐ４３９−４４０）において論じられている。ここで
特に、先に述べたように磁性材料に非常に高融点で高硬
度の材料を使用した場合には、同様の理由で、単結晶に
比べて熱伝導率が著しく低くなるため、たとえ優れた磁
気熱量効果を持つ磁性材料が製造できたとしても、前記
磁性材料を実際に磁気冷凍作業物質として使用すること
ができなかった。
上記従来技術は、磁気冷凍作業物質として使用する磁性
材料に、一種類以上の磁性体の粉末を焼結混合した磁性
材料を用いた場合、前記焼結した磁性材料の熱伝導率が
、磁性体の単結晶に比べて著しく低い点について配慮が
なされておらず、前記焼結した磁性材料が、前記磁性体
の単結晶に比べ、コストがかからず、また、広い温度範
囲にわたって大さな磁気熱量効果を持つという性質を持
っていても、前記焼結した磁性材料を、実際に磁気冷凍
作業物質として使用することができないという問題があ
った。
材料に、一種類以上の磁性体の粉末を焼結混合した磁性
材料を用いた場合、前記焼結した磁性材料の熱伝導率が
、磁性体の単結晶に比べて著しく低い点について配慮が
なされておらず、前記焼結した磁性材料が、前記磁性体
の単結晶に比べ、コストがかからず、また、広い温度範
囲にわたって大さな磁気熱量効果を持つという性質を持
っていても、前記焼結した磁性材料を、実際に磁気冷凍
作業物質として使用することができないという問題があ
った。
本発明の目的は、一種類以上の磁性体の粉末を混合焼結
した磁性材料の熱伝導率を改善することＫある。
した磁性材料の熱伝導率を改善することＫある。
上記目的は、ａ気冷法作業物質として使用される磁性材
料において、一種類以上の粉末磁性体と。
料において、一種類以上の粉末磁性体と。
熱伝導率が良好で延性のある物質、たとえば、ベリリク
ム、アルミニウム、銅などの粉末とを混合して焼結する
ことにより、達成される。
ム、アルミニウム、銅などの粉末とを混合して焼結する
ことにより、達成される。
熱伝導率が良好で、延性のある物質の粉末は。
焼結された磁性材料を構成する磁性体の微粒子間の間隙
を充填する形で存在し、磁性体のある微粒子から前記微
粒子に隣接する磁性体の微粒子まで熱伝導が生じた場合
の熱伝導に関与する面積を増加させ、前記物質の粉末の
熱伝導率が、前記磁性体の熱伝導率よりも良好であるた
め、前記隣接する微粒子間の熱伝導を助長し、前記焼結
されたｉ性材料の熱伝導率を上げるように動作する。
を充填する形で存在し、磁性体のある微粒子から前記微
粒子に隣接する磁性体の微粒子まで熱伝導が生じた場合
の熱伝導に関与する面積を増加させ、前記物質の粉末の
熱伝導率が、前記磁性体の熱伝導率よりも良好であるた
め、前記隣接する微粒子間の熱伝導を助長し、前記焼結
されたｉ性材料の熱伝導率を上げるように動作する。
以下１本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。ｌは磁場変化に対して大きなエントロピー変化を
生ずる磁性体の微粒子で、この微粒子は単結晶である。
する。ｌは磁場変化に対して大きなエントロピー変化を
生ずる磁性体の微粒子で、この微粒子は単結晶である。
前記磁性体１には、希土類元素を含んだガーネット、た
とえば、ガドリウム・ガリウム・ガーネット、あるいは
、ディスプロシウム・アルミニウム・ガーネット等を用
いる。
とえば、ガドリウム・ガリウム・ガーネット、あるいは
、ディスプロシウム・アルミニウム・ガーネット等を用
いる。
第１図及び第２図では、前記磁性体１の種類は一種類で
あるが、磁気冷凍作業物質として要求される熱磁気特性
（磁場に対するエントロピー、比熱及び熱伝導率の温度
特性）に応じて、１種類以上の磁性体であってもよい。
あるが、磁気冷凍作業物質として要求される熱磁気特性
（磁場に対するエントロピー、比熱及び熱伝導率の温度
特性）に応じて、１種類以上の磁性体であってもよい。
２は熱伝導率が良好で比較的延性に富む材料で、磁性材
料３の中では。
料３の中では。
前記材料２は、磁性体の微粒子１の間隙に充填されてい
る。前記磁性材料３は１次のようにして製造される。ま
ず、前記磁性体１の粉末をなるべく細くシ（粉末の粒径
は１μｍ程度。）、この磁性体１の粉末のみを焼結した
ときに、空隙率がどの程度になるかを実験等により求め
、前記空隙率に相当する量の熱伝導率が良好で比較的延
性に富む材料２の粉末を、磁性体１の粉末と十分混合す
る。
る。前記磁性材料３は１次のようにして製造される。ま
ず、前記磁性体１の粉末をなるべく細くシ（粉末の粒径
は１μｍ程度。）、この磁性体１の粉末のみを焼結した
ときに、空隙率がどの程度になるかを実験等により求め
、前記空隙率に相当する量の熱伝導率が良好で比較的延
性に富む材料２の粉末を、磁性体１の粉末と十分混合す
る。
ここで、前記材料２の粉末の粒径は、磁性体１の粉末の
粒径よりも小さければ小さいほどよい。前記材料２と磁
性体１の混合物をホットプＶスにより焼結を行う。前記
材料２に、べＩＪ ＩＪウム、銅。
粒径よりも小さければ小さいほどよい。前記材料２と磁
性体１の混合物をホットプＶスにより焼結を行う。前記
材料２に、べＩＪ ＩＪウム、銅。
銀等を使用するとき、焼結を空気中で行うと、前記元素
が酸化するおそれがあるので、焼結雰囲気は、真空ある
いはヘリウム、アルゴン等の不活性ガスとすべきである
。このよう例して製造された磁性材料３の熱伝導率は、
前記材料２の熱伝導率が磁性体１の熱伝導率と同程度で
あるか、または。
が酸化するおそれがあるので、焼結雰囲気は、真空ある
いはヘリウム、アルゴン等の不活性ガスとすべきである
。このよう例して製造された磁性材料３の熱伝導率は、
前記材料２の熱伝導率が磁性体１の熱伝導率と同程度で
あるか、または。
磁性体１の熱伝導率よりも良好であれば、磁性体１の単
結晶の熱伝導率と同程度まで近づけることが可能である
。
結晶の熱伝導率と同程度まで近づけることが可能である
。
次に、磁気冷凍作業物質として、熱伝導率が悪いと、磁
気冷凍機の性能、すなわち、冷凍能力がどのように変化
するかを第３図により説明する。
気冷凍機の性能、すなわち、冷凍能力がどのように変化
するかを第３図により説明する。
第３図は、磁気冷凍作業物質として用いた磁性体の温度
対エントロピー線図である。横軸は温度。
対エントロピー線図である。横軸は温度。
縦軸はエントロピーを示す。）ＩＩ及びＨ２は、磁場が
Ｈ＋及びＨ２のときの磁性材料の温度対エントロピー特
性を示す。４，５及び６は、理想的なカルノーサイクル
のサイクル線図、磁気冷凍作業物質として用いた磁性材
料の熱伝導率が良好な場合のカルノーサイクルのサイク
ル線図及び前記磁性体の熱伝導率が悪い場合のカルノー
サイクルのサイクル線図である。４，５及び６の磁場変
化のサイクル周期及びサイクル波形は同一である。
Ｈ＋及びＨ２のときの磁性材料の温度対エントロピー特
性を示す。４，５及び６は、理想的なカルノーサイクル
のサイクル線図、磁気冷凍作業物質として用いた磁性材
料の熱伝導率が良好な場合のカルノーサイクルのサイク
ル線図及び前記磁性体の熱伝導率が悪い場合のカルノー
サイクルのサイクル線図である。４，５及び６の磁場変
化のサイクル周期及びサイクル波形は同一である。
Ｔｇ及びＴｃは、カルノーサイクルの高熱源及び低熱源
の温度である。ΔＳａｔ ΔＳ５及びΔＳδは、４，
５及び６のサイクルで生じるエントロピー変化で、磁場
のサイクル周期及びサイクル波形を同一とした場合、磁
気冷凍作業物質として使用される磁性材料の熱伝導率が
悪化すればするほど。
の温度である。ΔＳａｔ ΔＳ５及びΔＳδは、４，
５及び６のサイクルで生じるエントロピー変化で、磁場
のサイクル周期及びサイクル波形を同一とした場合、磁
気冷凍作業物質として使用される磁性材料の熱伝導率が
悪化すればするほど。
サイクルで生じるエントロピー変化は小さくなる。
よって、ΔＳａ）ΔＳ５ンΔＳ６である。カルノーサイ
クルで生じる冷凍能力は、前記エントロピー変化ΔＳに
高熱源と低熱源の温度差Ｔ Ｈ−Ｔ ｃを乗じたもので
あるので、４，５及び６のサイクルで生じる冷凍能力Ｑ
は、それぞれ、Ｑ４＝Δ８４ （Ｔｉ−Ｔｃ ） 、
ＱＩ、＝Δ５ｓ（Ｔｙｒ−Ｔｃ）及びＱａ ＝ΔＳｓ
（Ｔｉ−Ｔｃ）であるので、Ｑ４ンＱｌ！〉Ｑａとなる
。よって、磁場のサイクル周期及びサイクル波形を同一
とした場合、磁気冷凍作業物質として使用される磁性材
料の熱伝導率が悪化すればするほど、磁気冷凍機の冷凍
能力は小さくなる。
クルで生じる冷凍能力は、前記エントロピー変化ΔＳに
高熱源と低熱源の温度差Ｔ Ｈ−Ｔ ｃを乗じたもので
あるので、４，５及び６のサイクルで生じる冷凍能力Ｑ
は、それぞれ、Ｑ４＝Δ８４ （Ｔｉ−Ｔｃ ） 、
ＱＩ、＝Δ５ｓ（Ｔｙｒ−Ｔｃ）及びＱａ ＝ΔＳｓ
（Ｔｉ−Ｔｃ）であるので、Ｑ４ンＱｌ！〉Ｑａとなる
。よって、磁場のサイクル周期及びサイクル波形を同一
とした場合、磁気冷凍作業物質として使用される磁性材
料の熱伝導率が悪化すればするほど、磁気冷凍機の冷凍
能力は小さくなる。
実際の磁性材料の熱伝導率は、例えば、ガドリニウム・
ガリウム・ガーネットの場合、温度が４Ｋにおいて、単
結晶は１０１ 〔Ｗ／（ｍ−Ｋ）：１のオーダで１本発
明により熱伝導率を改善していない焼結体は、単結晶の
１７１０〜１７１００程度に熱伝導率が悪化する。すな
わち、第３図において、前記単結晶の場合が、５に相当
し、前記焼結体が６に相当すると、サイクルによって生
じるエントロピー変化Δには、ΔＳ５〉〉ΔＳ６となシ
、これは前記焼結体が、磁気冷凍作業物質として使用で
きないことを意味する。よって、本実施例により、磁気
冷凍作業物質として夏用される焼結磁性材料の熱伝導率
を磁性体の単結晶並みに引き上げることができれば、焼
結磁性材料を磁気冷凍作業物質として使用することを可
能にする効果を持つ。焼結磁性材料が使用可能になれば
、前記磁性材料の形状を任意にすることができ、磁性材
料のコストダウン及び歩留りの向上が期待できる。また
、磁性体１に１種類以上の磁性体を用いることにより、
より優れた磁場、温度対エントロピー特性を持つ磁性材
料が磁気冷凍作業物質として使用でき、磁気冷凍機の設
計を容易にし、高性能化、すなわち、冷凍効率の向上を
図ることができる。
ガリウム・ガーネットの場合、温度が４Ｋにおいて、単
結晶は１０１ 〔Ｗ／（ｍ−Ｋ）：１のオーダで１本発
明により熱伝導率を改善していない焼結体は、単結晶の
１７１０〜１７１００程度に熱伝導率が悪化する。すな
わち、第３図において、前記単結晶の場合が、５に相当
し、前記焼結体が６に相当すると、サイクルによって生
じるエントロピー変化Δには、ΔＳ５〉〉ΔＳ６となシ
、これは前記焼結体が、磁気冷凍作業物質として使用で
きないことを意味する。よって、本実施例により、磁気
冷凍作業物質として夏用される焼結磁性材料の熱伝導率
を磁性体の単結晶並みに引き上げることができれば、焼
結磁性材料を磁気冷凍作業物質として使用することを可
能にする効果を持つ。焼結磁性材料が使用可能になれば
、前記磁性材料の形状を任意にすることができ、磁性材
料のコストダウン及び歩留りの向上が期待できる。また
、磁性体１に１種類以上の磁性体を用いることにより、
より優れた磁場、温度対エントロピー特性を持つ磁性材
料が磁気冷凍作業物質として使用でき、磁気冷凍機の設
計を容易にし、高性能化、すなわち、冷凍効率の向上を
図ることができる。
本発明によれば、一種類以上の粉末磁性体を混合して焼
結した磁性材料の熱伝導率を上げることができるので、
従来、磁気冷凍作業物質として使用できなかった前記磁
性材料が、Ｌａ磁気冷凍作業物質して使用できるように
なる効果がある。
結した磁性材料の熱伝導率を上げることができるので、
従来、磁気冷凍作業物質として使用できなかった前記磁
性材料が、Ｌａ磁気冷凍作業物質して使用できるように
なる効果がある。
第１図は１本発明の一実施例による磁性材料の断面図、
第２図は、第１図の部分拡大図、第３図は、温度対エン
トロピー線図である。 １・・・磁性体、２・・・熱伝導率が良好で比較的延性
のある材料、３・・・磁性材料、４・・・理想的なサイ
クル線図。
第２図は、第１図の部分拡大図、第３図は、温度対エン
トロピー線図である。 １・・・磁性体、２・・・熱伝導率が良好で比較的延性
のある材料、３・・・磁性材料、４・・・理想的なサイ
クル線図。
Claims (1)
- １、磁気冷凍作業物質として使用される磁性材料におい
て、一種類以上の粉末磁性体と、熱伝導率が良好で延性
のある物質、たとえば、ベリリウム、アルミニウム、銅
などの粉末とを混合して焼結することによつて、前記熱
伝導率が良好で延性のある物質が、前記磁性材料を構成
する磁性体微粒子間の間隙に充填される様な磁性材料を
製造することを特徴とする磁気冷凍作業物質の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61228159A JPS6383235A (ja) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | 磁気冷凍作業物質の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61228159A JPS6383235A (ja) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | 磁気冷凍作業物質の製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6383235A true JPS6383235A (ja) | 1988-04-13 |
Family
ID=16872155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61228159A Pending JPS6383235A (ja) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | 磁気冷凍作業物質の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6383235A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0442902A (ja) * | 1990-06-06 | 1992-02-13 | Kitagawa Ind Co Ltd | フェライト成形品とその製造方法 |
| GB2460774B (en) * | 2007-12-27 | 2012-09-12 | Vacuumschmeize Gmbh & Co Kg | Composite article with magnetocalorically active material and method for its production |
| GB2461400B (en) * | 2008-05-16 | 2012-11-21 | Vacuumschmelze Gmbh & Co Kg | Article for magnetic heat exchange |
| JP2013153165A (ja) * | 2013-01-22 | 2013-08-08 | Vacuumschmelze Gmbh & Co Kg | 磁気熱量活性物質を有する複合構造体及びその製造方法 |
| CN103801690A (zh) * | 2012-11-07 | 2014-05-21 | 株式会社电装 | 磁制冷材料的生产方法 |
-
1986
- 1986-09-29 JP JP61228159A patent/JPS6383235A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP3142858B2 (ja) * | 1990-06-06 | 2001-03-07 | 北川工業株式会社 | フェライト成形品とその製造方法 |
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| US8551210B2 (en) | 2007-12-27 | 2013-10-08 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Composite article with magnetocalorically active material and method for its production |
| US9666340B2 (en) | 2007-12-27 | 2017-05-30 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Composite article with magnetocalorically active material and method for its production |
| GB2461400B (en) * | 2008-05-16 | 2012-11-21 | Vacuumschmelze Gmbh & Co Kg | Article for magnetic heat exchange |
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| JP2014095486A (ja) * | 2012-11-07 | 2014-05-22 | Denso Corp | 磁気冷凍材料の製造方法 |
| JP2013153165A (ja) * | 2013-01-22 | 2013-08-08 | Vacuumschmelze Gmbh & Co Kg | 磁気熱量活性物質を有する複合構造体及びその製造方法 |
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