JP2835792B2 - 非晶質蓄冷材 - Google Patents

非晶質蓄冷材

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、冷凍機などの蓄冷器に
用いられる蓄冷材として好適な強度特性および比熱特性
に優れた非晶質蓄冷材に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】現在、イオン注入やスパッタリ
ングなどの半導体製造用の真空装置やその他の装置に小
型冷凍機が数多く用いられている。実用化されている冷
凍機は、蓄冷器を使用するものと熱交換器を使用するも
のとに大別される。この蓄冷器を用いるタイプはギホー
ド・マクマホン法(GM法)やスターリング法など種々の方ー
法に基づくものが知られている。蓄冷型冷凍機は構造が
簡単であり信頼性も高いので液体窒素温度や液体水素温
度で作動する低温冷凍機としてよく用いられている。と
ころで、冷凍機の蓄冷器に用いられる蓄冷材には、使用
温度域で大きな比熱と良好な熱伝導性を有することが必
要であり、銅、鉛などの金属およびこれらの合金が従来
用いられていたが、これらの金属や合金は10〜20Ｋ以下
の温度になると比熱が急激に低下する欠点があるため極
低温を達成するのが難しいという問題がある。この問題
を解決するため、磁気相転移に伴う異常比熱を有する希
土類合金を蓄冷材として用いることが提案されて(特公
昭52-30473号)、この希土類合金蓄冷材について幾つか
の改良も試みられている(特開平1-310269号、特開平3-1
050号)。ところが、従来知られている希土類合金の蓄冷
材は機械的強度が小さい金属間化合物であるため非常に
脆く、箔やコイル状に成形できないため、大部分は0.1
〜 1mm 程度の粒径の粉末にして用いられている。この
ような希土類合金の微粉末は化学的に極めて活性である
ため取扱に細心の注意が必要であり、また冷媒の流動抵
抗を増大させる問題がある。更に粒子径が小さ過ぎる
と、これを保持するネットなどから希土類合金粉末が漏
出し、長時間使用した場合に蓄冷材としての性能が低下
する。
【０００３】
【発明の解決課題】本発明は、従来の上記課題を解決し
た希土類合金蓄冷材を提供するものであって、希土類合
金を非晶質にすることにより機械的強度を改善して箔状
ないしコイル状に成形可能なものにし、かつ極低温の比
較的広い温度領域で大きな比熱を維持できるようにする
ことによって従来の課題を克服した。
【０００４】
【課題の解決手段：発明の構成】本発明は、希土類元素
の１種または２種以上を50〜99原子％、残部が鉄族元素
の１種または２種以上からなる非晶質蓄冷材を提供す
る。希土類元素としては主にＥｒ、Ｈｏ、ＤｙおよびＴ
ｂの１種または２種以上が含まれる。また鉄族元素とし
ては主に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏ
ｓ、ＰｔおよびＦｅの１種または２種以上が含まれる。
上記希土類元素の含有量は50〜99原子％である。50原子
％未満では比熱特性が低下し、また99原子％を越えると
非晶質化が困難になる。残部には鉄族元素が用いられ
る。希土類元素と鉄族元素とを組合せることにより非晶
質化し易くなり、また比熱特性も良好になる。なお上記
鉄族元素の50％未満をＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｇａ，
Ｓｉ，Ｇｅなどで置換することにより非晶質化領域を広
げ、また比熱特性を高めることができる。
【０００５】非晶質の希土類合金を得るには、高速回転
するロールに希土類合金の融体を噴射して超急冷する方
法(単ロール法)が一般に用いられている。単ロール法で
製造された非晶質希土類合金は厚さ数μm〜数10μm の
箔であり、金属間化合物に比べて格段に靱性が高く、容
易に巻取ることができる。このようにして得られた非晶
質希土類合金は渦巻状に巻いて蓄冷器に充填することが
でき、この場合、希土類合金粉末を充填する従来の蓄冷
器に比べて、充填率が大きく、かつ冷媒の流動抵抗も小
さくなる。
【０００６】また、磁気相転移に伴う異常比熱は磁気相
転移温度の近傍のごく限られた範囲でピークを示すが、
非晶質化することにより、このピークがなだらかな形状
になり、冷凍機の蓄冷材として極めて好ましい比熱特性
になる。特にヘリウム液化用冷凍機のように４Ｋ以下の
極低温での比熱特性に優れており、非晶質化の効果が大
きい。
【０００７】実施例１ Er 65原子％、残部がNiからなる希土類合金(Er65Ni35)
の箔を単ロール法によって製造した。この箔の厚さは17
μmであり、Ｘ線回折によるとこの箔は完全に非晶質で
あった。この希土類合金箔について、1.6Ｋ〜6Ｋの温度
域における比熱を測定した。この結果を図１に示す。一
方、同一組成(Er65Ni35)の結晶質希土類合金(Er3Ni+Er3
Ni2)について同一温度域における比熱を測定した結果を
図１に併せて示す。図１に示されるように、本実施例の
希土類合金の比熱曲線(1)は従来の結晶質希土類合金の
比熱曲線(3)に比べて温度依存性が小さく、2.5Ｋ以下の
極低温域では結晶質希土類合金よりも大きな比熱を有す
る。また2.5Ｋ〜6Ｋの温度域でも約1.5〜2.0の比熱を有
し、極低温域で優れた比熱特性を有することが確認され
た。
【０００８】実施例２ Er 60原子％、残部がNiからなる希土類合金(Er60Ni40)
について、実施例１と同様の方法で非晶質合金箔(厚さ2
2μm)を製造し、1.6Ｋ〜6Ｋの温度域における比熱を測
定した。また同一組成の結晶質希土類合金(Er3Ni+Er3Ni
2)についても同一温度域での比熱を測定した。これらの
結果を図１に示す。実施例１と同様に、本実施例の希土
類合金の比熱曲線(2)は従来の結晶質希土類合金の比熱
曲線(4)に比べて温度依存性が小さく、3.0Ｋ以下の極低
温域では結晶質希土類合金よりも大きな比熱を有する。
また3.0Ｋ〜6Ｋの温度域でも約1.5〜2.0の比熱を有し、
極低温域で優れた比熱特性を有することが確認された。
【０００９】実施例３ Er 70原子％、残部がRuからなる希土類合金(Er70Ru30)
について、実施例１と同様の方法で非晶質合金箔(厚さ8
μm)を製造し、1.6〜6Ｋの温度域における比熱を測定し
た。この結果、図２の比熱曲線(5)に示すように、本実
施例の非晶質希土類合金は極めて大きな比熱を示し、蓄
冷材として優れた特性を有することが確認された。な
お、比較のため、Er 70原子％、残部がRuからなる結晶
質希土類合金(Er3Ru+Er5Ru2)の比熱を図２に示す。この
結晶質希土類合金は比熱曲線(6)に示すように本発明の
非晶質希土類合金に比べて比熱の温度依存性が大きく、
冷凍機の蓄冷材として好ましくない。
【００１０】実施例４ 表１に示す組成からなる希土類合金について、実施例１
と同一の方法で非晶質合金箔を製造し、2〜6Ｋの温度域
における比熱を測定した。この結果を表１に示す。本実
施例の非晶質希土類合金はいずれも比熱の温度特性がな
だらかであり、極低温域において大きな比熱特性を有す
ることが確認され、冷凍機用蓄冷材として優れた特性を
有することが確認された。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【発明の効果】本発明の非晶質希土類合金蓄冷材は機械
強度が大きく、箔状ないしコイル状に成形できるので、
従来の粉末状蓄冷材に比べて冷媒の流体抵抗が小さく、
また極低温域での比熱も大きいので長時間優れた冷却効
果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１、２の非晶質希土類合金と、従来の希
土類合金の比熱曲線を示すグラフ。
【図２】実施例３の非晶質希土類合金と、従来の結晶質
希土類合金の比熱曲線を示すグラフ。
【符号の説明】
(1)、(2)、(5)−本発明に係る希土類合金の比熱曲線、 (3)、(4)、(6)−従来の結晶質希土類合金の比熱曲線。
フロントページの続き (72)発明者 武下 拓夫 埼玉県大宮市北袋町一丁目297番地 三 菱マテリアル株式会社 中央研究所内 (72)発明者 水谷 宇一郎 愛知県名古屋市南区外山２丁目12−６ (72)発明者 星野 善樹 愛知県丹羽郡扶桑町大字高木473 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C09K 5/00 C22C 28/00 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】希土類元素の１種または２種以上を50〜99
    原子％、残部が鉄族元素の１種または２種以上からなる
    非晶質蓄冷材。
  2. 【請求項２】希土類元素としてＥｒ，Ｈｏ，Ｄｙ，Ｔｂ
    の１種または２種以上を含み、鉄族元素としてＮｉ，Ｃ
    ｏ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｐｔ，Ｆｅの１種
    または２種以上からなる請求項１の蓄冷材。
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