(57)【要約】【課題】磁気熱量効果が高い磁気熱量効果素子および製造方法を提供する。【解決手段】磁気熱量効果素子は、樹脂材料１２ｒの中に、磁気熱量効果を発揮する複数の合金粒子を分散的に配置した素子片１２を有する。複数の合金粒子は、合金粒子の磁気熱量効果を変化させる少なくともひとつの粒子パラメータが所定値を超える複数の標準粒子４３を含む。複数の標準粒子は、素子片の中における所定の傾斜方向に沿って、傾斜方向の一端において多く、傾斜方向の他端において一端よりも少なくなるように配置されている。成形工程は、硬化前の樹脂材料の中において、合金粒子を移動させる移動工程を有する。成形工程は、移動工程の後に、樹脂材料を硬化させる硬化工程を含む。移動工程は、合金粒子の磁気熱量効果を変化させる少なくともひとつの粒子パラメータに応じて複数の合金粒子を移動させる。【選択図】図１１
2020004944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂材料（１２ｒ）の中に、磁気熱量効果を発揮する複数の合金粒子（１２ｐ）を分散的に配置した素子片（１２）を有する磁気熱量効果素子（３）において、
複数の前記合金粒子は、前記合金粒子の磁気熱量効果を変化させる少なくともひとつの粒子パラメータが所定値を超える複数の標準粒子（４３）を含み、
複数の前記標準粒子は、前記素子片の中における所定の傾斜方向に沿って、前記傾斜方向の一端において多く、前記傾斜方向の他端において前記一端よりも少なくなるように配置されている磁気熱量効果素子。
【請求項２】
前記粒子パラメータは、前記合金粒子の粒径を含み、
前記標準粒子の前記粒径は、所定値を上回っている請求項１に記載の磁気熱量効果素子。
【請求項３】
前記粒子パラメータは、前記合金粒子の平均粒径を含む請求項２に記載の磁気熱量効果素子。
【請求項４】
前記合金粒子は、前記粒径が所定値を上回る複数の標準粒子（４３）と、前記粒径が所定値を下回る複数の不可避粒子（４５）とを含んでいる請求項２または請求項３のいずれかに記載の磁気熱量効果素子。
【請求項５】
前記素子片は、熱を輸送する熱輸送媒体と熱交換する熱交換面（１２ｖ）を有し、
前記傾斜方向における前記一端が前記熱交換面である請求項１から請求項４のいずれかに記載の磁気熱量効果素子。
【請求項６】
前記熱交換面は、前記素子片に形成された溝（１２ｅ、２１２ｅ）によって提供されている請求項５に記載の磁気熱量効果素子。
【請求項７】
前記素子片は、前記溝を持たない非熱交換面（１２ｔ）を有する請求項６に記載の磁気熱量効果素子。
【請求項８】
前記合金粒子は、長軸方向と短軸方向とを有しており、
前記合金粒子は、前記長軸方向が磁気熱量効果を発揮させるための磁場の方向に沿うように配向されている請求項１から請求項７のいずれかに記載の磁気熱量効果素子。
【請求項９】
前記合金粒子は、前記粒子パラメータが所定値を超えない複数の不可避粒子（４５）を含んでいる請求項１から請求項８のいずれかに記載の磁気熱量効果素子。
【請求項１０】
前記素子片は扁平な板状であり、
前記傾斜方向は、前記素子片の一端の面と、前記一端の面と反対の他端の面との間に延びている請求項１から請求項９のいずれかに記載の磁気熱量効果素子。
【請求項１１】
樹脂材料（１２ｒ）の中に、磁気熱量効果を発揮する複数の合金粒子（１２ｐ）を分散的に配置した素子片（１２）を有する磁気熱量効果素子（３）において、
前記合金粒子は、磁気熱量効果が所定値を上回る標準粒子（４３）を含み、
前記素子片は、
熱を輸送する熱輸送媒体と熱交換する熱交換面（１２ｖ、１２ｗ）と、
複数の前記標準粒子を含む第１領域（Ｒｇ１）と、
前記第１領域より前記標準粒子が少ないか、前記標準粒子を含まない第２領域（Ｒｇ２）とを有し、
前記第２領域における前記熱交換面（１２ｗ）はゼロであるか、または前記第２領域における前記熱交換面（１２ｗ）は前記第１領域における前記熱交換面（１２ｖ）より狭く形成されている磁気熱量効果素子。
【請求項１２】
前記第１領域における前記熱交換面（１２ｖ）は、前記第１領域に形成された複数の溝（１２ｅ、２１２ｅ）によって提供されている請求項１１に記載の磁気熱量効果素子。
【請求項１３】
前記素子片は、扁平な板状であり、
前記第１領域は、前記素子片の一端の面（１２ｃ）に隣接しており、
前記第２領域は、前記一端の面と反対の他端の面（１２ｄ）に隣接している請求項１１または請求項１２に記載の磁気熱量効果素子。
【請求項１４】
前記合金粒子は、長軸方向と短軸方向とを有しており、
前記長軸方向は、磁気熱量効果を発揮させるための磁場の方向に沿うように配向されている請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の磁気熱量効果素子。
【請求項１５】
複数の前記合金粒子は、磁気熱量効果が前記所定値を下回る複数の不可避粒子（４５）を含んでいる請求項１１から請求項１４のいずれかに記載の磁気熱量効果素子。
【請求項１６】
前記素子片の表面は、前記合金粒子の金属切断面（３５４）を覆う金属保護層（３５５、４５５）を有する請求項１から請求項１５のいずれかに記載の磁気熱量効果素子。
【請求項１７】
磁気熱量効果を発揮する複数の合金粒子（１２ｐ）と樹脂材料（１２ｒ）とを混合する混合工程（Ｐ６）と、
前記混合工程により混合された混合体を素子片（１２）の形状に成形する成形工程（Ｐ７）とを有し、
前記成形工程は、硬化前の前記樹脂材料の中において、前記合金粒子を移動させる移動工程と、その後に、前記樹脂材料を硬化させる硬化工程とを含み、
前記移動工程は、前記合金粒子の磁気熱量効果を変化させる少なくともひとつの粒子パラメータに応じて複数の前記合金粒子を移動させる磁気熱量効果素子の製造方法。
【請求項１８】
さらに、前記混合工程の前に、複数の前記合金粒子の粒径に揃える分級工程（Ｐ５）を備え、
前記移動工程における複数の前記合金粒子は、粒径が所定値を上回る標準粒子（４３）と、前記分級工程があっても不可避の不可避粒子（４５）とを含み、
前記移動工程は、前記標準粒子の粒径に応じて複数の前記標準粒子を移動させる請求項１７に記載の磁気熱量効果素子の製造方法。
【請求項１９】
前記素子片は、熱交換面（１２ｖ）を有し、
前記移動工程は、
重力下において前記熱交換面へ向かう沈降を複数の前記標準粒子に許容し、
重力下において前記標準粒子よりも自由な移動を複数の前記不可避粒子に許容する請求項１８に記載の磁気熱量効果素子の製造方法。
【請求項２０】
前記樹脂材料の硬化前における粘度は、複数の前記合金粒子の移動を許容する粘度である請求項１７から請求項１９のいずれかに記載の磁気熱量効果素子の製造方法。
【請求項２１】
前記成形工程の後に、前記樹脂材料と前記合金粒子とを切削することにより溝を形成する切削工程と、
前記溝に露出した前記合金粒子の金属切断面を覆うように金属保護層（３５５、４５５）を形成する形成工程とを有する請求項１７から請求項２０のいずれかに記載の磁気熱量効果素子の製造方法。
【請求項２２】
前記形成工程は、前記溝の内面にのみ前記金属保護層を形成する請求項２１に記載の磁気熱量効果素子の製造方法。
【請求項２３】
前記切削工程は、前記樹脂材料の樹脂切断面（３５３）と、前記合金粒子の金属切断面（３５４）とを形成し、
前記形成工程は、少なくとも前記金属切断面を覆うように前記金属保護層を形成する請求項２１に記載の磁気熱量効果素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、磁気熱量効果素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、磁気熱量効果素子の一例を開示する。さらに、特許文献２および特許文献３は、磁気熱量効果素子およびその製造方法を開示する。従来技術では、磁気熱量効果を示す合金粒子がバインダによって塊状に固着される。従来技術として列挙された先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１９４２０６号公報
【特許文献２】特表２０１５−５０６０９０号公報
【特許文献３】特開２０１４−９５４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術では、複数の合金粒子の中に、形（外形および／または大きさを含む）が異なる粒子が混在する場合がある。さらに、合金粒子の形を揃えようとしても、合金粒子が割れるなど、微小粒子が不可避に生じる場合がある。合金粒子のひとつひとつに着目すると、合金粒子の形が磁気熱量効果の大きさ（磁気熱量的性能）に影響することが見出される。さらに、磁気熱量効果の大きさは、合金粒子に関する多様な粒子パラメータによって変化する。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、磁気熱量効果素子およびその製造方法にはさらなる改良が求められている。
【０００５】
開示されるひとつの目的は、磁気熱量効果が高い磁気熱量効果素子およびその製造方法を提供することである。
【０００６】
開示される他のひとつの目的は、高い熱伝達効果が得られる磁気熱量効果素子およびその製造方法を提供することである。
【０００７】
開示されるさらに他のひとつの目的は、磁気熱量的性能の低下が抑制された磁気熱量効果素子およびその製造方法を提供することである。
【０００８】
開示されるさらに他のひとつの目的は、錆が抑制された磁気熱量効果素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここに開示された磁気熱量効果素子は、樹脂材料（１２ｒ）の中に、磁気熱量効果を発揮する複数の合金粒子（１２ｐ）を分散的に配置した素子片（１２）を有する磁気熱量効果素子（３）において、複数の合金粒子は、合金粒子の磁気熱量効果を変化させる少なくともひとつの粒子パラメータが所定値を超える複数の標準粒子（４３）を含み、複数の標準粒子は、素子片の中における所定の傾斜方向に沿って、傾斜方向の一端において多く、傾斜方向の他端において一端よりも少なくなるように配置されている。
【００１０】
開示される磁気熱量効果素子によると、複数の合金粒子が、磁気熱量効果を発揮する。磁気熱量効果素子は、複数の合金粒子と、樹脂材料との混合体である素子片として提供される。磁気熱量効果素子は、合金粒子に関する少なくともひとつの粒子パラメータを有する。粒子パラメータは、合金粒子の磁気熱量効果を変化させる。複数の合金粒子は、粒子パラメータが所定値を超える複数の標準粒子を含む。ここで、粒子パラメータが所定値を超える場合には、所定値を上回る場合と、所定値を下回る場合とが含まれる。複数の標準粒子は、素子片の中における所定の傾斜方向に沿って、傾斜方向の一端において多く、傾斜方向の他端において一端よりも少なくなるように配置されている。このような標準粒子の分布は、傾斜した分布と呼ばれる場合がある。標準粒子が、一端で多く、他端では少なく配置されることにより、素子片の中には、磁気熱量効果の傾斜が生み出される。磁気熱量効果の傾斜は、素子片の表面にあらわれる。この結果、傾斜方向の一端において、高い磁気熱量効果が得られる。
【００１１】
ここに開示された磁気熱量効果素子は、樹脂材料（１２ｒ）の中に、磁気熱量効果を発揮する複数の合金粒子（１２ｐ）を分散的に配置した素子片（１２）を有する磁気熱量効果素子（３）において、合金粒子は、磁気熱量効果が所定値を上回る標準粒子（４３）を含み、素子片は、熱を輸送する熱輸送媒体と熱交換する熱交換面（１２ｖ、１２ｗ）と、複数の標準粒子を含む第１領域（Ｒｇ１）と、第１領域より標準粒子が少ないか、標準粒子を含まない第２領域（Ｒｇ２）とを有し、第２領域における熱交換面（１２ｗ）はゼロであるか、または第２領域における熱交換面（１２ｗ）は第１領域における熱交換面（１２ｖ）より狭い。
【００１２】
開示される磁気熱量効果素子によると、複数の合金粒子が、磁気熱量効果を発揮する。磁気熱量効果素子は、複数の合金粒子と、樹脂材料との混合体である素子片として提供される。複数の合金粒子は、磁気熱量効果が所定値を上回る標準粒子を含む。素子片は、熱を輸送する熱輸送媒体と熱交換するための熱交換面を有する。素子片は、複数の標準粒子を含む第１領域を有する。さらに、素子片は、第１領域より標準素子が少ないか、標準粒子を含まない第２領域を有する。よって、第１領域で発揮される磁気熱量効果は、第２領域で発揮される磁気熱量効果より大きい。第２領域における熱交換面はゼロであるか、または第２領域における熱交換面は第１領域における熱交換面より狭い。言い換えると、第１領域における熱交換面は、第２領域における熱交換面より広い。この結果、第１領域で発揮される大きい磁気熱量効果を、第１領域において提供される広い熱交換面によって、入出力することができる。
【００１３】
ここに開示された磁気熱量効果素子の製造方法は、磁気熱量効果を発揮する複数の合金粒子（１２ｐ）と樹脂材料（１２ｒ）とを混合する混合工程（Ｐ６）と、混合工程により混合された混合体を素子片（１２）の形状に成形する成形工程（Ｐ７）とを有し、成形工程は、硬化前の樹脂材料の中において、合金粒子を移動させる移動工程と、その後に、樹脂材料を硬化させる硬化工程とを含み、移動工程は、合金粒子の磁気熱量効果を変化させる少なくともひとつの粒子パラメータに応じて複数の合金粒子を移動させる磁気熱量効果素子の製造方法。
【００１４】
開示される磁気熱量効果素子の製造方法によると、複数の合金粒子と樹脂材料とが混合された後に、素子片として成形される。成形工程は、硬化前の樹脂材料の中において、合金粒子を移動させる移動工程と、その後に、樹脂材料を硬化させる硬化工程とを含む。移動工程において、複数の合金粒子は、硬化前の樹脂材料の中を運動し、素子片の中を移動する。移動は、重力、または磁力によって引き起こされる。硬化後は、複数の合金粒子は、移動不可能である。合金粒子は、合金粒子の磁気熱量効果を変化させる少なくともひとつの粒子パラメータを有している。移動工程は、粒子パラメータに応じた位置へ合金粒子を移動させる。この製造方法によると、粒子パラメータに応じた位置へ複数の合金粒子が配置された素子片が得られる。粒子パラメータは、磁気熱量効果を変化させるから、素子片の中において、磁気熱量効果の差を生成可能な素子片が提供される。
【００１５】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の熱機器のブロック図である。
【図２】ＭＣＥ素子を含む素子ベッドの断面図である。
【図３】ＭＣＥ素子の一例を示す分解斜視図である。
【図４】中間のＭＣＥ素子を示す斜視図である。
【図５】中間のＭＣＥ素子を示す斜視図である。
【図６】端部のＭＣＥ素子を示す斜視図である。
【図７】典型的な合金粒子の一例を示す断面図である。
【図８】磁気熱量効果と粒径との関係を示すグラフである。
【図９】合金粒子の配置を示す断面図である。
【図１０】傾斜分布と磁気熱量効果とを示すグラフである。
【図１１】第１実施形態の製造方法を示す流れ図である。
【図１２】移動工程の初期を示す断面図である。
【図１３】移動工程の終期を示す断面図である。
【図１４】第２実施形態の成形工程を示す断面図である。
【図１５】製造方法における加工工程を示す断面図である。
【図１６】第３実施形態の製造方法を示す流れ図である。
【図１７】ＭＣＥ素子を示す部分拡大断面図である。
【図１８】ＭＣＥ素子を示す斜視図である。
【図１９】ＭＣＥ素子を示す斜視図である。
【図２０】第４実施形態のＭＣＥ素子を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
【００１８】
第１実施形態
図１は、この実施形態における熱機器１を模式的に示している。熱機器１は、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置２を備える。磁気熱量効果型ヒートポンプ装置２はＭＨＰ（Ｍａｇｎｅｔｏ−ｃａｌｏｒｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ  Ｈｅａｔ  Ｐｕｍｐ）装置２とも呼ばれる。ＭＨＰ装置２は、熱磁気サイクル装置を提供する。この明細書においてヒートポンプ装置の語は広義の意味で使用される。すなわち、ヒートポンプ装置の語には、ヒートポンプ装置によって得られる冷熱を利用する装置と、ヒートポンプ装置によって得られる温熱を利用する装置との両方が含まれる。冷熱を利用する装置は、冷凍サイクル装置とも呼ばれることがある。よって、この明細書においてヒートポンプ装置の語は冷凍サイクル装置を包含する概念として使用される。
【００１９】
熱機器１は、ＭＨＰ装置２の高温側に得られる高温と、ＭＨＰ装置２の低温側に得られる低温との両方、またはいずれか一方を利用する。熱機器１の一例は、温度調節装置である。温度調節装置は、空調装置、または物品などの温度調節装置として利用される。空調装置の場合、建物の室、または乗り物の室の温度を調整する。熱機器１は、乗り物のための空調装置を提供することがある。乗り物のための空調装置は、乗り物の室の温度を調整する。乗り物の語は、広義に解釈されるべきであり、移動体としての車両、船舶、および飛行機を含む。また、乗り物は、アミューズメント機器、ＶＲ機器などの定置物を含む。
【００２０】
空調装置は、冷房装置および／または暖房装置として利用される。ＭＨＰ装置２は、空調装置における冷熱供給源、または温熱供給源として利用される。ＭＨＰ装置２は、除湿装置として利用されることもある。熱機器１は、暖房または冷房のための熱交換器を備えることができる。
【００２１】
ＭＨＰ装置２は、磁気熱量効果素子３を備える。磁気熱量効果素子３は、ＭＣＥ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｃａｌｏｒｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔ）素子３とも呼ばれる。ＭＨＰ装置２は、ＭＣＥ素子３の磁気熱量効果を利用する。ＭＨＰ装置２は、ＭＣＥ素子３によって低温端と高温端とを生成する。ＭＣＥ素子３は、低温端と高温端との間に設けられている。図示の例では、図中の左端が低温端３ａであり、図中の右端が高温端３ｂである。
【００２２】
ＭＣＥ素子３は、作業室を形成するハウジング３ｃ内に、熱輸送媒体４と熱交換するように配置されている。ＭＣＥ素子３は、ハウジング３ｃに固定され、保持されている。ＭＣＥ素子３は、熱輸送媒体４の流れ方向に沿って配置されている。ハウジング３ｃは、ＭＣＥ素子３と熱交換する熱輸送媒体４を流すための通路を区画形成する通路部材とも呼ばれる。ハウジング３ｃは、非磁性、かつ低熱伝導率の樹脂製部材である。ＭＣＥ素子３とハウジング３ｃは、後述の素子ベッドを提供する。
【００２３】
ＭＣＥ素子３は、複数のブロック３ｄを備えることができる。複数のブロック３ｄは、ＭＣＥ素子３が提供する温度勾配に沿って配列されている。複数のブロック３ｄの直列構造は、カスケード接続と呼ばれている。複数のブロック３ｄは、磁気熱量効果を高効率で発揮する温度帯が異なる。複数のブロック３ｄは、低温端３ａと高温端３ｂとの間における温度差を分担するように配置されている。以下の説明において、複数のブロック３ｄのそれぞれのＭＣＥ素子３と呼ばれる場合がある。
【００２４】
ＭＣＥ素子３は、外部磁場の強弱の変化に応答して発熱と吸熱とを生じる。ＭＣＥ素子３は、外部磁場の印加により発熱し、外部磁場の除去により吸熱する。ＭＣＥ素子３は、外部磁場が印加されることによって電子スピンが磁場方向に揃うと、磁気エントロピーが減少し、熱を放出することによって温度が上昇する。また、ＭＣＥ素子３は、外部磁場が除去されることによって電子スピンが乱雑になると、磁気エントロピーが増加し、熱を吸収することによって温度が低下する。ＭＣＥ素子３は、常温域において高い磁気熱量効果を発揮する磁性体によって作られている。ＭＣＥ素子３は、例えば、ランタン−鉄−シリコン化合物（ＬａＦｅＳｉ）、またはガドリニウム系材料を用いることができる。また、マンガン、鉄、リンおよびゲルマニウムの混合物を用いることができる。ＭＣＥ素子３には、外部磁場の印加により吸熱し、外部磁場の除去により発熱する素子を利用してもよい。
【００２５】
磁気熱量効果を測る指標として種々の物理量を用いることができる。磁気熱量効果の大きさは、例えば、磁気エントロピー変化（ΔＳ（Ｊ／ｋｇ））として図ることができる。磁気熱量効果の大きさは、例えば、磁場を変化させた際の等温エントロピー変化、または断熱温度変化によって示すことができる。また、素子片における部分的な磁気熱量効果は、素子片の中における合金材料の体積比率から算出、推定することができる。部分的な磁気熱量効果を推定する場合、合金粒子の形、重量、表面積が考慮される。合金粒子の形として、合金粒子の粒径を考慮することが望ましい。さらに、合金粒子の長軸および短軸のサイズ、縦横比が考慮されてもよい。
【００２６】
ＭＨＰ装置２は、磁場変調装置（ＭＧＦＭ）５と熱輸送装置（ＴＨＦＭ）６とを備える。磁場変調装置５と熱輸送装置６とは、ＭＣＥ素子３をＡＭＲ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）サイクルの素子として機能させる。ＡＭＲサイクルは、外部磁場の周期的な変動によりＭＣＥ素子３の吸熱と発熱とを繰り返すとともに、熱的な媒体により蓄熱と熱移動とを提供することにより、熱の移動を発生させる。磁場変調装置５と熱輸送装置６とは、磁場の増減と、熱輸送媒体の流れ方向とを同期させながら変化させる。ＭＨＰ装置２は、動力源７を有する。ＭＨＰ装置２は、動力源７によって機械的に駆動される。動力源７は、電動機、内燃機関など回転機器によって提供される。動力源７の一例は、車両に搭載された電池によって駆動される電動機である。
【００２７】
磁場変調装置５は、ＭＣＥ素子３に印加される磁場を周期的に増減させる。磁場変調装置５は、動力源によって駆動される。磁場変調装置５は、ＭＣＥ素子３に外部磁場を与えるとともに、その外部磁場の強さを増減させる。磁場変調装置５は、ＭＣＥ素子３を強い磁界内に置く励磁状態と、ＭＣＥ素子３を弱い磁界内またはゼロ磁界内に置く消磁状態とを周期的に切換える。磁場変調装置５は、ＭＣＥ素子３が強い外部磁場の中に置かれる励磁期間、およびＭＣＥ素子３が励磁期間より弱い外部磁場の中に置かれる消磁期間を周期的に繰り返すように外部磁場を変調する。磁場変調装置５は、後述する熱輸送媒体４の往復的な流れに同期して、ＭＣＥ素子３への磁場の印加と除去とを繰り返す。磁場変調装置５は、外部磁場を生成するための磁力源、例えば永久磁石、または電磁石を備える。
【００２８】
熱輸送装置６は、ＭＣＥ素子３が放熱または吸熱する熱を輸送するための熱輸送媒体４と、この熱輸送媒体４を流すための流体機器とを備える。熱輸送装置６は、ＭＣＥ素子３と熱交換する熱輸送媒体４をＭＣＥ素子３に沿って流す装置である。熱輸送装置６は、ＭＣＥ素子３に沿って熱輸送媒体４の往復流を発生させる。熱輸送装置６は、磁場変調装置５による外部磁場の変化に同期して、熱輸送媒体４の往復的な流れを発生させる。熱輸送装置６は、磁場変調装置５による磁場の増減に同期して熱輸送媒体４の流れ方向を切換える。熱輸送媒体４は、不凍液、水、油などの流体または移動可能な固形の熱媒体によって提供することができる。熱輸送装置６は、動力源によって駆動される。
【００２９】
熱輸送装置６は、少なくともポンプを備える。熱輸送装置６は、熱輸送媒体４の流れ方向の反転を伴う往復形ポンプによって提供することができる。熱輸送装置６は、一方向ポンプと、熱輸送媒体４の流れ方向を切り替える切換弁機構とによって提供されてもよい。
【００３０】
ＭＨＰ装置２は、低温系統８および高温系統９の少なくともひとつを備える。図示される実施形態において、ＭＨＰ装置２は、低温系統８および高温系統９との両方を備える。低温系統８または高温系統９は、熱機器１として利用される低温熱源または高温熱源として利用される。低温系統８および高温系統９は、例えば、少なくとも熱交換器を含む場合がある。低温系統８および高温系統９は、熱輸送媒体４の一部を利用するためのポンプを含む場合がある。低温系統８および高温系統９は、熱輸送媒体４と熱交換する二次媒体系統を含む場合がある。
【００３１】
低温系統８は、低温端３ａに得られる低温を利用する。低温系統８は、例えば、低温端３ａに得られる低温によって、熱交換器において空気を冷却し、冷房を提供する。言い換えると、低温系統８は、低温端３ａに得られる低温によって、熱交換器において外部から熱エネルギを吸収する。高温系統９は、高温端３ｂに得られる高温を利用する。高温系統９は、例えば、高温端３ｂに得られる高温によって、熱交換器において空気を加熱し、暖房を提供する。言い換えると、高温系統９は、高温端３ｂに得られる高温によって、熱交換器において外部へ熱エネルギを放出する。ＭＨＰ装置２は、低温系統８または高温系統９を備えることなく構成することができる。
【００３２】
図２は、ＭＣＥ素子３を含む素子ベッド１１を示す。図中には、複数のブロック３ｄのうちのひとつのブロック３ｄにおける断面が図示されている。熱輸送媒体４の流れ方向は、紙面に対して垂直である。ＭＣＥ素子３は、ハウジング３ｃと、このハウジング３ｃ内に収容されたブロック３ｄとを有する。言い換えると、素子ベッド１１は、ハウジング３ｃと、複数のブロック３ｄとを備える。ハウジング３ｃは、ＭＣＥ素子３としての外形を提供するケース１１ａと、スペーサ１１ｂとを備える。ケース１１ａおよびスペーサ１１ｂは、非磁性の樹脂製である。ケース１１ａおよびスペーサ１１ｂの熱伝導率は、熱の移動を阻止するために可能な限り低いことが望ましい。スペーサ１１ｂは、ケース１１ａとブロック３ｄとの隙間を抑制するために配置されている。スペーサ１１ｂは、図示されるブロック３ｄの上だけ、ブロック３ｄの下だけ、またはブロック３ｄの上下両方に設けることができる。さらに、スペーサ１１ｂは、ブロック３ｄの側面に配置されてもよい。
【００３３】
ひとつのブロック３ｄは、複数の素子片１２を有する。複数の素子片１２は、素子ベッド１１の中に配置されている。複数の素子片１２は、積層的に配置されている。複数の素子片１２は、熱輸送媒体４と直接的に、または間接的に熱交換する。
【００３４】
図３は、ひとつのブロック３ｄを示す分解斜視図である。複数の素子片１２は、ブロック３ｄの中の一端および中間に配置される中間素子片１２ａを有する。複数の素子片１２は、複数の中間素子片１２ａを有する。複数の素子片１２は、ブロック３ｄの中の他端に配置される端素子片１２ｂを有する。複数の素子片１２は、ひとつの端素子片１２ｂを有する。中間素子片１２ａと端素子片１２ｂとは、同じ形状である。中間素子片１２ａと端素子片１２ｂとは、ブロック３ｄ内における位置、および熱輸送媒体４との接触状態の差によって特徴づけられている。
【００３５】
ひとつの素子片１２は、扁平な板状である。ひとつの素子片１２の基本形態は、６面体である。よって、ひとつの素子片１２には、最も広い主要な２つの面１２ｃ、１２ｄを見出すことができる。ひとつの素子片１２は、熱輸送媒体４の通過を許容するための通路を有する。通路は、溝１２ｅによって提供されている。溝１２ｅは、素子片１２の一端面と他端面とを連通するように延びている。溝１２ｅは、面１２ｃにおいて開放されている。溝１２ｅは、開放溝である。この実施形態では、ひとつの素子片１２は、複数の溝１２ｅを有している。ひとつの素子片１２は、ひとつの溝１２ｅを有していてもよい。また、ひとつの素子片１２は、溝１２ｅを備えることなく、熱輸送媒体４と接していてもよい。熱輸送媒体４の通路は、例えば、複数の素子片１２の間にスペーサを配置することによって形成されてもよい。以下、理解を容易にするために、一端の面１２ｃを上面、他端の面１２ｄを下面と呼ぶ。面１２ｃ、面１２ｄは、上下、左右、または、前後に配置されてもよく、それらの呼び名によって配置が限定されるものではない。
【００３６】
図４は、素子片１２の上面１２ｃを示す斜視図である。中間素子片１２ａの上面１２ｃと、端素子片１２ｂの上面１２ｃとは、同じである。中間素子片１２ａおよび端素子片１２ｂは、上面１２ｃに複数の溝１２ｅを有する。この結果、素子片１２は、複数の溝１２ｅにおいて熱輸送媒体４と接触する。上面１２ｃのうち、溝１２ｅに面する面によって、熱交換面１２ｖが提供される。言い換えると、熱交換面１２ｖは、素子片１２に形成された溝１２ｅによって提供されている。一方、上面１２ｃのうち、溝１２ｅの間に残された面は、スペーサ１１ｂまたは他の素子片と接触することにより、熱輸送媒体４と接触しない。複数の溝１２ｅの間に残された面によって、非熱交換面１２ｓが提供されている。
【００３７】
言い換えると、素子片１２は、面１２ｃにストライプ状の熱交換面１２ｖを有する。素子片１２は、面１２ｃにストライプ状の非熱交換面１２ｓを有する。上面１２ｃにおいて、熱交換面１２ｖは、非熱交換面１２ｓより広い。
【００３８】
図５は、中間素子片１２ａの下面１２ｄを示す斜視図である。中間素子片１２ａの下面１２ｄは、他の素子片１２の上面１２ｃと接触している。下面１２ｄのうち、他の素子片１２の溝１２ｅに面する面は、熱輸送媒体４と接触する。よって、下面１２ｄのうち、他の素子片１２の溝１２ｅに面する面によって、熱交換面１２ｗが提供される。下面１２ｄのうち、他の素子片１２と接触する面は、熱輸送媒体４と接触しない。よって、下面１２ｄのうち、他の素子片１２と接触する面によって、非熱交換面１２ｔが提供されている。端素子片１２ｂは、溝１２ｅを持たない非熱交換面１２ｔを有する。
【００３９】
言い換えると、素子片１２は、面１２ｄにストライプ状の熱交換面１２ｗを有する。素子片１２は、面１２ｄにストライプ状の非熱交換面１２ｔを有する。下面１２ｄにおいて、熱交換面１２ｗは、非熱交換面１２ｔより狭い。下面１２ｄにおいて、熱交換面１２ｗは、非熱交換面１２ｔと同じ面積を提供してもよい。下面１２ｄにおいて、熱交換面１２ｗは、非熱交換面１２ｔより広くてもよい。
【００４０】
中間素子片１２ａは、主要な２つの面１２ｃ、１２ｄの両方において熱輸送媒体４と接触する。上面１２ｃにおける熱交換面１２ｖは、下面１２ｄにおける熱交換面１２ｗより広い。よって、上面１２ｃは、素子片１２における主要な熱交換面を提供する。下面１２ｄは、素子片１２における補助的な熱交換面とも呼ばれる。
【００４１】
図６は、端素子片１２ｂの下面１２ｄを示す斜視図である。端素子片１２ｂの下面１２ｄは、ケース１１ａの内面と接触している。下面１２ｄの全体は、熱輸送媒体４と接触しない。よって、下面１２ｄの全体によって非熱交換面１２ｕが提供されている。端素子片１２ｂは、下面１２ｄの全体がケース１１ａまたはスペーサ１１ｂと接触するから、面１２ｃだけにおいて熱輸送媒体４と接触する。
【００４２】
図７は、典型的な合金粒子１２ｐの一例を示す。合金粒子１２ｐは、長軸１２ｆと、短軸１２ｇとを有する。合金粒子１２ｐは、長軸方向に長く、短軸方向に短い形状を有している。合金粒子１２ｐの形状は、直方体、多角形柱、円柱、また楕円球と呼ばれることがある。
【００４３】
破線で示される粒径ＰＳは、合金粒子１２ｐを完全な球体と仮定した場合の直径に相当する。平均粒径は、複数の合金粒子の粒径の平均値を示している。粒径は、多様な手法によって計測することができる。粒径は、例えば、光（レーザ）回折散乱法によって計測される。さらに、粒径は、動的光散乱法、小角Ｘ線散乱法、画像解析法、または沈降法と呼ばれる手法によって計測されてもよい。
【００４４】
図８は、磁気熱量効果と粒径との関係を示すグラフである。縦軸は、磁気熱量効果の大きさを磁気エントロピー変化ΔＳ（Ｊ／ｋｇ）によって示している。横軸は、合金粒子１２ｐの粒径ＰＳ（μｍ）を示している。合金粒子１２ｐは、合金の組成に基づいて決定される標準値Ｔｇの磁気熱量効果を発揮する。しかし、合金粒子１２ｐの粒径ＰＳが、磁気熱量効果に変化を与えることがある。合金粒子１２ｐの粒径ＰＳが小さくなると、磁気熱量効果が低下することがある。合金粒子１２ｐの粒径ＰＳが所定値ＰＳＬを下回ると、磁気熱量効果は下限値ＵＬを下回る。よって、粒径ＰＳが所定値ＰＳＬを上回る合金粒子１２ｐを選別して、利用することが考えられる。粒径ＰＳが所定値ＰＳＬを上回る範囲において、合金粒子１２ｐが発揮する磁気熱量効果は、ほぼ変動することなく、標準値Ｔｇである。
【００４５】
粒子パラメータのひとつである粒径ＰＳが所定値ＰＳＬを超える合金粒子１２ｐは、標準粒子４３と呼ばれる。粒径ＰＳが所定値ＰＳＬを上回る合金粒子１２ｐは、標準粒子４３と呼ばれる。同時に、標準粒子４３は、磁気熱量効果が所定値である下限値ＵＬを上回るから、高性能粒子とも呼ばれる。一方、粒径ＰＳが所定値ＰＳＬを下回る合金粒子１２ｐは、微小粒子４５とも呼ばれる。同時に、微小粒子４５は、磁気熱量効果が所定値である下限値ＵＬを下回るから、低性能粒子とも呼ばれる。さらに、素子片１２の中に含まれる複数の合金粒子１２ｐには、不可避の微小粒子４５が含まれることがある。複数の微小粒子４５の粒子パラメータは、所定値を超えない。よって、微小粒子は、不可避粒子とも呼ばれる。
【００４６】
合金粒子１２ｐの粒径は、合金粒子１２ｐの磁気熱量効果を変化させる粒子パラメータのひとつである。粒径は、合金粒子１２ｐの重量、表面積、または容積として把握されてもよい。よって、粒径、重量、表面積、または容積の少なくともひとつを粒子パラメータとして扱うことができる。さらに、素子片１２の微小体積に含まれる複数の合金粒子１２ｐの粒子パラメータの平均値を粒子パラメータとして扱ってもよい。例えば、平均粒径は、粒子パラメータとして扱うことができる。
【００４７】
ひとつの例では、合金粒子１２ｐの粒径ＰＳが６０（μｍ）を下回ると、磁気熱量効果が低下する。合金粒子１２ｐの粒径ＰＳが３０（μｍ）を下回ると、磁気熱量効果の低下は、無視できない水準に達する。この場合、所定値は、６０（μｍ）または３０（μｍ）である。この実施形態では、６０（μｍ）が所定値である。
【００４８】
微小粒子４５が与える悪影響は、図８からの読み取り、および比例的な配分を仮定して、以下のように試算することができる。試算で使用する複数の合金粒子１２ｐは、中心粒径（Ｄ５０）＝５４．１８（μｍ）の粒径分布をもっている。試算で使用する複数の合金粒子１２ｐは、０〜３０（μｍ）の粒径範囲の存在割合が２８（％）であり、３０〜６０（μｍ）の粒径範囲の存在割合が３０（％）であり、６０〜１２０（μｍ）の粒径範囲の存在割合が４２（％）である。
【００４９】
図８から求められる磁気熱量効果ΔＳは、０〜３０（μｍ）の粒径範囲が１２．２（Ｊ／ｋｇ）であり、３０〜６０（μｍ）の粒径範囲が１６．８（Ｊ／ｋｇ）であり、６０〜１２０（μｍ）の粒径範囲が１７．９（Ｊ／ｋｇ）である。すべての合金粒子１２ｐを素子片１２の中にランダムに配置した場合、（１２．２×０．２８＋１６．８×０．３＋１７．９×０．４２）／１＝１５．９７（Ｊ／ｋｇ）の磁気熱量効果が期待される。一方、０〜３０（μｍ）の粒径範囲を除去した場合、（１６．８×０．３＋１７．９×０．４２）／０．７２＝１７．４４（Ｊ／ｋｇ）の磁気熱量効果が期待される。よって、磁気熱量効果の低下をもたらす微小粒子４５を減らすことで、素子片１２が発揮する磁気熱量効果の向上が期待できる。
【００５０】
図９は、中間素子片１２ａの中における合金粒子１２ｐの配置を示す。中間素子片１２ａに関する説明は、端素子片１２ｂにも適用することができる。中間素子片１２ａを含む素子片１２は、樹脂材料１２ｒの中に、磁気熱量効果を発揮する複数の合金粒子１２ｐを分散的に配置した成形体である。合金粒子１２ｐの形状および大きさは、理解を容易にするために、モデル化され、やや誇張されている。素子片１２は、一端面１２ｃと他端面１２ｄとの間の厚さ１０００（μｍ）、溝１２ｅの深さ８００（μｍ）、幅５０（μｍ）、溝間の間隔２５０（μｍ）である。素子片１２は、長辺２５（ｍｍ）、短辺６（ｍｍ）の長方形である。溝１２ｅの幅は、５０から１００（μｍ）とすることができる。
【００５１】
第１領域Ｒｇ１は、一端面１２ｃに隣接している。第２領域Ｒｇ２は、他端面１２ｄに隣接している。第１領域Ｒｇ１は、中間素子片１２ａの厚さの１／２を占める。第２領域Ｒｇ２は、中間素子片１２ａの厚さの１／２を占める。
【００５２】
中間素子片１２ａは、磁気熱量効果を発揮する材料の多数の粒子が所定形状に成形された成形体である。中間素子片１２ａは、樹脂材料１２ｒと、複数の合金粒子１２ｐとを含む。複数の合金粒子１２ｐは、複数の標準粒子４３と、複数の微小粒子４５とを含んでいる。複数の合金粒子１２ｐは、中間素子片１２ａの中における傾斜方向ＳＤに沿って分散して配置されている。傾斜方向ＳＤは、素子片１２の一端面１２ｃと、一端面１２ｃと反対の他端面１２ｄとの間に延びている。傾斜方向ＳＤは、一端面１２ｃから他端面１２ｄに向かう方向である。例えば、一本の傾斜方向ＳＤの線を想定した場合に、当該線上に複数の合金粒子１２ｐが存在する。
【００５３】
複数の合金粒子１２ｐは、中間素子片１２ａの中における傾斜方向ＳＤに沿って、配置されている。しかも、複数の標準粒子４３は、傾斜方向ＳＤの一端において多く、傾斜方向ＳＤの他端において一端よりも少なくなるように配置されている。中間素子片１２ａは、熱を輸送する熱輸送媒体４と熱交換する熱交換面１２ｖを有している。傾斜方向ＳＤにおける一端が熱交換面１２ｖである。このような標準粒子４３の分布は、傾斜した分布と呼ばれる場合がある。複数の標準粒子４３は、下面１２ｄに近い領域より、主要な熱交換のための上面１２ｃに近い領域において多く配置されている。複数の標準粒子４３は、上面１２ｃに近い領域より、下面１２ｄに近い領域において少なく配置されている。複数の標準粒子４３の多い、少ないは、それらの体積割合として把握することができる。複数の標準粒子４３の多い、少ないは、それらの重量割合、または数として把握されてもよい。傾斜は、少なくとも２つの数値の差として把握することができる。２つの数値は、傾斜方向ＳＤに離れた２つの点における数値、または傾斜方向ＳＤに離れた２つの領域における平均値により与えることができる。傾斜は、連続的な推移、または段階的な推移として把握されてもよい。粒子パラメータが傾斜することにより、中間素子片１２ａの中には、磁気熱量効果の傾斜を生み出す。
【００５４】
微小粒子４５は、傾斜方向の他端において多く配置されている。微小粒子４５は、中間素子片１２ａの全体にほぼ均一に分散していてもよい。複数の合金粒子１２ｐは、その平均粒径が傾斜方向ＳＤに沿って変化するように、傾斜方向ＳＤにおいて傾斜して分布している。
【００５５】
図１０は、傾斜分布と磁気熱量効果とを示すグラフである。縦軸ＴＨ（ｍｍ）は、素子片１２の厚さである。一端面１２ｃから他端面１２ｄにわたる範囲が図示されている。
【００５６】
（Ａ）における横軸は、合金粒子１２ｐが占める体積（Ｖｏｌ）を示す。第１領域Ｒｇ１は、複数の標準粒子４３を含む。第２領域Ｒｇ２は、第１領域Ｒｇ１より標準粒子４３が少ないか、標準粒子４３を含まない。標準粒子４３は、第２領域Ｒｇ２よりも第１領域Ｒｇ１において多い。標準粒子４３は、第１領域Ｒｇ１よりも第２領域Ｒｇ２において少ない。言い換えると、標準粒子４３は、素子片１２の中に傾斜分布している。第１領域Ｒｇ１は、複数の微小粒子４５を含む。第２領域Ｒｇ２は、第１領域Ｒｇ１より微小粒子４５が多い。微小粒子４５は、第１領域Ｒｇ１よりも第２領域Ｒｇ２において多い。微小粒子４５は、第２領域Ｒｇ２よりも第１領域Ｒｇ１において少ない。言い換えると、微小粒子４５は、素子片１２の中に傾斜分布している。微小粒子４５の分布の傾斜は、標準粒子４３の分布の傾斜と逆である。微小粒子４５の分布の傾斜は、標準粒子４３の分布の傾斜より小さい。
【００５７】
（Ｂ）における横軸は、樹脂材料１２ｒが占める体積（Ｖｏｌ）を示す。樹脂材料１２ｒは、第１領域Ｒｇ１よりも第２領域Ｒｇ２において多い。樹脂材料１２ｒは、第２領域Ｒｇ２よりも第１領域Ｒｇ１において少ない。言い換えると、樹脂材料１２ｒは、素子片１２の中に傾斜分布している。樹脂材料１２ｒの分布の傾斜は、標準粒子４３の分布の傾斜と逆である。
【００５８】
（Ｃ）における横軸は、磁気熱量効果を示している。第１領域Ｒｇ１における磁気熱量効果は、相対的に多い標準粒子４３と、相対的に少ない微小粒子４５とによって生み出される。第２領域Ｒｇ２における磁気熱量効果は、相対的に少ない標準粒子４３と、相対的に多い微小粒子４５とによって生み出される。微小粒子４５が発生する磁気熱量効果は、標準粒子４３が発生する磁気熱量効果より小さい。よって、素子片１２は、一端面１２ｃの近傍において、他端面１２ｄの近傍より多くの磁気熱量効果を生み出している。さらに、一端面１２ｃは、主要な熱交換面である。よって、複数の合金粒子１２ｐによって生み出された磁気熱量効果は、一端面１２ｃにおいて効率的に熱伝達される。
【００５９】
図９に戻り、中間素子片１２ａの第２領域Ｒｇ２における熱交換面１２ｗは、第１領域Ｒｇ１における熱交換面１２ｖより狭い。言い換えると、第１領域Ｒｇ１における熱交換面１２ｖは、第２領域Ｒｇ２における熱交換面１２ｗより広い。第１領域Ｒｇ１における熱交換面１２ｖは、第１領域Ｒｇ１に形成された複数の溝１２ｅによって提供されている。端素子片１２ｂにおいては、第２領域Ｒｇ２における熱交換面１２ｗはゼロ（０）であることが理解される。
【００６０】
図１１は、磁気熱量効果素子の製造方法を示す。製造方法は、準備工程Ｐ１、熱処理工程Ｐ２、水素化工程Ｐ３、および粉砕工程Ｐ４を含む。準備工程Ｐ１では、合金粒子１２ｐのための合金が製造される。準備工程Ｐ１は、電気炉３１により磁気熱量効果を発揮する合金素材４１を製造する。合金素材４１は、溶融急冷法によって製造される。合金素材４１は、例えば、鉄、シリコン、およびランタノイドを含む合金である。熱処理工程Ｐ２は、炉３２内にアルゴン雰囲気を提供することにより、合金素材４１を熱処理する。水素化工程Ｐ３は、炉３３内に水素雰囲気を提供することにより、合金素材４１を水素化する。粉砕工程Ｐ４は、水素化されて脆くなった合金素材４１を粉砕粒子４２に粉砕する。ここでは、乳鉢３４による粉砕が例示されている。
【００６１】
製造方法は、分級工程Ｐ５を含む。分級工程Ｐ５は、粉砕粒子４２から利用に適した粒径の標準粒子４３を抽出する。分級工程Ｐ５は、後続の混合工程Ｐ６の前に、複数の合金粒子の粒径に揃える。この工程では、粉砕粒子４２は、篩３５にかけられる。篩３５は、粉砕粒子４２から、過小な粒子を除去する。過小な粒子は、発揮する磁気熱量効果が小さい。このため、過小な粒子が素子片１２に含まれると、素子片１２としての総合的な磁気熱量効果が低下する。この結果、分級工程Ｐ５では、所定値を上回る標準粒子４３が抽出される。
【００６２】
さらに、篩３５は、粉砕粒子４２から、過大な粒子を除去することが望ましい。過大な粒子は、後続の混合工程Ｐ６および成形工程Ｐ７を困難にする場合がある。
【００６３】
製造方法は、混合工程Ｐ６を含む。混合工程Ｐ６は、撹拌機３６によって、標準粒子４３と樹脂材料１２ｒとを混合する。樹脂材料１２ｒは、複数の標準粒子４３のためのバインダとして利用される。樹脂材料１２ｒは、エポキシ樹脂によって提供される。樹脂材料１２ｒは、例示される実施形態では、低粘度樹脂である。低粘度樹脂は、合金粒子１２ｐと混合された後であって、かつ硬化前の期間において、比較的低い粘度を示す。
【００６４】
樹脂材料１２ｒの硬化前における粘度は、複数の合金粒子１２ｐの移動を許容する粘度である。硬化前期間における粘度は、標準粒子４３の移動を許容する粘度である。硬化前期間における粘度は、素子片１２の中において、標準粒子４３の偏り（分布）を生み出す粘度である。素子片１２の中における標準粒子４３の偏りは、比較的大きい標準粒子４３の集積としてあらわれる。微小粒子４５は、素子片１２の全体にほぼ均等に分布している。比較的小さい微小粒子４５は、集積されてもよい。硬化前期間における粘度は、素子片１２の中において、標準粒子４３の長軸の配向を生み出す粘度である。
【００６５】
低粘度樹脂は、複液混合型の低粘度エポキシ樹脂によって提供可能である。低粘度エポキシ樹脂として、下記（１）、（２）、および（３）を利用可能である。（１）主剤：Ｎ、Ｎ、Ｎ’、Ｎ’−ｔｅｔｒａｇｌｙｃｉｄｙｌ−ｍ−ｘｙｌｅｎｅｘｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ（Ｃ２０Ｈ２８Ｎ２Ｏ４）（商品名：ＴＥＴＲＡＤ−Ｘ、三菱ガス化学製）＋硬化剤：３ｏｒ４−メチル−１、２、３、６−テトラヒドロ無水フタル酸（Ｃ９Ｈ１０Ｏ３）（商品名：ＨＮ−２０００、日立化成製）。（２）主剤：Ｎ、Ｎ、Ｎ’、Ｎ’−ｔｅｔｒａｇｌｙｃｉｄｙｌ−ｍ−ｘｙｌｅｎｅｘｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ（Ｃ２０Ｈ２８Ｎ２Ｏ４）（商品名：ＴＥＴＲＡＤ−Ｘ、三菱ガス化学製）＋硬化剤：３ｏｒ４−メチル−１、２、３、６−テトラヒドロ無水フタル酸（Ｃ９Ｈ１０Ｏ３）（商品名：ＨＮ−２２００、日立化成製）。（３）主剤：Ｎ、Ｎ、Ｎ’、Ｎ’−ｔｅｔｒａｇｌｙｃｉｄｙｌ−ｍ−ｘｙｌｅｎｅｘｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ（Ｃ２０Ｈ２８Ｎ２Ｏ４）（商品名：ＴＥＴＲＡＤ−Ｘ、三菱ガス化学製）＋硬化剤：３ｏｒ４−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸（Ｃ９Ｈ１０Ｏ３）（商品名：ＨＮ−５５００、日立化成製）
【００６６】
製造方法は、成形工程Ｐ７を含む。成形工程Ｐ７は、混合工程Ｐ６により混合された混合体を、熱交換面１２ｖを有する素子片１２の形状に成形する。成形工程Ｐ７は、硬化前の樹脂材料１２ｒの中において、合金粒子を移動させる移動工程を含む。成形工程Ｐ７は、移動工程の後に、樹脂材料１２ｒを硬化させる硬化工程を含む。
【００６７】
移動工程は、合金粒子１２ｐの磁気熱量効果を変化させる少なくともひとつの粒子パラメータに応じて複数の合金粒子１２ｐを移動させる。粒子パラメータは、硬化前の樹脂材料１２ｒの中における合金材料の移動しやすさを表し、かつ、上記のように合金粒子１２ｐの磁気熱量効果を変化させる変数である。粒子パラメータは、例えば、合金粒子の大きさ、合金粒子１２ｐの形、および合金粒子の重さの少なくともひとつを含むことができる。移動工程は、標準粒子４３の粒径に応じて複数の標準粒子４３を移動させる。ここで、移動工程における複数の合金粒子は、粒径が所定値を上回る標準粒子４３と、分級工程Ｐ５があっても不可避の微小粒子４５とを含む。微小粒子４５は、例えば、混合工程Ｐ６において生じる。
【００６８】
この製造方法によりＭＣＥ素子３が製造される。複数の標準粒子４３は、素子片１２の中における所定の傾斜方向ＳＤに沿って、傾斜方向ＳＤの一端において多く、傾斜方向ＳＤの他端において一端よりも少なくなるように配置されている。また、別の観点では、第２領域Ｒｇ２における熱交換面１２ｗはゼロ（０）であるか、または第２領域Ｒｇ２における熱交換面１２ｗは第１領域Ｒｇ１における熱交換面１２ｖより狭い。
【００６９】
成形工程Ｐ７は、硬化工程の後に、加工工程を含む場合がある。加工工程は、硬化工程により得られた素子片の形状を変化させる。加工工程は、例えば、切削加工などによって、素子片に溝を形成する。
【００７０】
図１２は、移動工程の初期を示す。この実施形態では、成形工程Ｐ７において成形型４８が用いられる。混合体は、硬化前の状態で、成形型４８に塗布される。塗布直後において、標準粒子４３は、素子片１２の断面において均等に分布している。塗布直後において、微小粒子４５は、素子片１２の断面において均等に分布している。
【００７１】
図１３は、移動工程の終期を示す。樹脂材料１２ｒが低粘度である期間において、移動工程が実行されている。移動工程は、重力下において熱交換面１２ｖへ向かう沈降を複数の標準粒子４３に許容する。このとき、標準粒子４３は、一端面１２ｃに向けて沈降することによって、第１領域Ｒｇ１に集積される。同時に、標準粒子４３の長軸方向は、磁気熱量効果を発揮させるための磁場の方向に沿うように配向される。すなわち、多くの標準粒子４３は、沈降しやすさに起因して、縦方向に配置される。一方で、移動工程は、重力下において標準粒子４３よりも自由な移動を複数の微小粒子（不可避粒子）に許容する。微小粒子４５は、その形状、および重量に起因して、樹脂材料１２ｒの中を漂う。また、一部の微小粒子は、標準粒子４３の沈降によって押し上げられる。この結果、図示されるような標準粒子４３の傾斜分布が得られる。このとき、樹脂材料１２ｒが硬化する。
【００７２】
硬化時間は、合金粒子１２ｐと樹脂材料１２ｒとが混合され、かつ、樹脂材料１２ｒが硬化可能となった後であって、樹脂材料１２ｒが硬化して合金粒子１２ｐが固定されるまでの時間である。この硬化時間は、標準粒子４３の集積を許容し、かつ、微小粒子４５の集積を阻止する時間に設定されている。具体的には、硬化時間は、標準粒子４３が沈降によって集積する時間より長く、かつ、微小粒子４５が依然として浮遊している時間に設定されている。標準粒子４３が第１領域Ｒｇ１に集積されることにより、第１領域Ｒｇ１において比較的大きい磁気熱量効果が発生する。さらに、第１領域Ｒｇ１に主要な熱交換面である上面１２ｃが配置されている。これにより、第１領域Ｒｇ１に発生した磁気熱量効果を上面１２ｃで効率的に熱伝達させることができる。第１領域Ｒｇ１に発生した磁気熱量効果を上面１２ｃにおいて効率的に入出力することができる。
【００７３】
利用可能な樹脂材料は、ストークスの式に基づいて粒子の挙動を推定することにより選定することができる。特に、液体（樹脂液体）では、液中に混合した粒子は、重力により徐々に加速して沈降する。一方で、沈降に伴う液体の抵抗力が反対方向に働く。このため、重力と抵抗力とが釣り合った時点からは、粒子は液体中を一定速度で沈降するようになる。粒子の沈降速度は、一般にストークスの式（Ｖ＝（ｇ×ｄ２×（ρｓ−ρ））／１８μ）が成り立つ。ここで、Ｖ：粒子の沈降速度、ρｓ：粒子の比重、ρ：液体の比重、ｄ：粒子の直径、ｇ：重力加速度、およびμ：液体の粘度である。標準粒子４３の粒径を６０μｍとし、微小粒子４５の粒径を５μｍとする。ストークスの式からエポキシ樹脂中の粒径ｄ＝６０μｍの粒子の沈降速度は２３．９μｍ／ｓである。エポキシ樹脂中の粒径ｄ＝５μｍの粒子の沈降速度は０．１７μｍ／ｓである。樹脂材料（硬化前は液体）の厚さは、１．０ｍｍと仮定する。標準粒子４３は、沈降のために、１０００μｍ／２３．９μｍ／ｓ＝４１．８秒を要する。微小粒子４５は、沈降のために、１０００／０．１７＝５８８２．３秒（約９８分）を要する。よって、塗布の後、約１分程度で急速に硬化させることができれば、微小粒子４５を浮動させたままで、標準粒子４３を沈降させることができる。
【００７４】
以上に述べた実施形態によると、素子片１２の中において磁気熱量効果の差を作り出すＭＣＥ素子およびその製造方法を提供することができる。磁気熱量効果の差は、磁気熱量効果が高いＭＣＥ素子を可能とする。また、熱交換面における磁気熱量効果を高めることにより、高い熱伝達効果が得られるＭＣＥ素子およびその製造方法を提供することができる。さらに、微小粒子に起因する磁気熱量的性能の低下が抑制されたＭＣＥ素子およびその製造方法を提供することができる。
【００７５】
第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、成形型４８が熱交換面１２ｗを規定する。これに代えて、この実施形態では、標準粒子４３が多い第１領域Ｒｇ１に熱交換面１２ｗとなるように、素子片１２が加工される。ここで、加工は、切除をともなう機械的な加工方法を含む。
【００７６】
図１４は、上記移動工程を含む成形工程Ｐ７により成形された素子片１２を示す。素子片１２は、溝１２ｅを備えない。
【００７７】
図１５は、硬化工程の後の加工工程を示す。加工工程は、素子片１２を切削することにより溝２１２ｅを形成する。溝２１２ｅは、熱交換面１２ｖを提供する。溝２１２ｅは、切削溝である。よって、溝２１２ｅの内面には、合金粒子１２ｐの金属切断面および樹脂材料１２ｒの樹脂切断面が露出している。この実施形態によると、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００７８】
第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、素子片１２を切削することにより溝２１２ｅを形成する。これに加えて、この実施形態では、切削によって露出した金属切断面３５４に金属保護層３５５が付与される。
【００７９】
図１６は、この実施形態における製造方法を示す。製造方法は、準備工程Ｑ１、固定工程Ｑ２、切削工程Ｑ３、形成工程Ｑ４、および分離工程Ｑ５を有する。図１６の切削工程Ｑ３は、工程の中間段階を図示している。この製造方法は、先行する実施形態における製造方法の後に実行される。
【００８０】
製造方法を通して、合金粒子１２ｐの磁気熱量的な性能を劣化させないように素子片１２の温度は上限温度以下に維持管理されている。上限温度は、合金粒子１２ｐに依存する。上限温度は、合金粒子１２ｐの酸化を抑制できるように設定することができる。例えば、ＬａＦｅＳｉ系の材料が用いられる場合、素子片１２の温度は、約１３０℃以下に維持される。切削工程Ｑ３における摩擦熱、形成工程Ｑ４における樹脂硬化熱、または反応熱によって、素子片１２の温度が上限温度に到達しないように各工程が実行される。
【００８１】
準備工程Ｑ１では、素子片１２が準備される。素子片１２は、上述の実施形態によって製造された素子片１２である。すなわち、素子片１２は、成形工程Ｐ７により成形された成形体として準備される。素子片１２は、一端面１２ｃと、他端面１２ｄとを有する。一端面１２ｃは、第１領域Ｒｇ１の表面である。他端面１２ｄは、第２領域Ｒｇ２の表面である。第１領域Ｒｇ１における標準粒子４３は、第２領域Ｒｇ２における標準粒子４３より多い。第１領域Ｒｇ１における微小粒子４５は、第２領域Ｒｇ２における微小粒子４５より少ない。
【００８２】
固定工程Ｑ２では、準備工程Ｑ１において準備された素子片１２が固定台３５１に固定される。固定台３５１の表面には粘着層が形成されており、素子片１２は、固定台３５１の表面に接着される。さらに、固定工程Ｑ２では、素子片１２の一端面１２ｃに切削保護膜３５２が形成される。切削保護膜３５２は、切削工程において素子片１２を保護する膜である。切削保護膜３５２は、半導体製造方法において広く知られているレジストによって提供されている。
【００８３】
切削工程Ｑ３では、切削保護膜３５２を貫通して、素子片１２に溝２１２ｅが形成される。切削工程Ｑ３では、半導体製造方法において広く知られているダイシングソーが用いられ、素子片１２の一端面に多数の溝２１２ｅが形成される。切削工程Ｑ３では、樹脂材料１２ｒが切削されるとともに、複数の合金粒子１２ｐが切削される。この結果、溝２１２ｅの内面には、樹脂材料１２ｒの樹脂切断面３５３と、複数の合金粒子１２ｐの金属切断面３５４とが露出する。金属切断面３５４は、合金粒子１２ｐの新鮮な面である。ここで、新鮮な面とは、酸化などの変性が少ない面を意味している。合金粒子１２ｐの金属切断面３５４における酸化は、錆を生じることがある。錆は、合金粒子１２ｐの磁気熱量的な性能を低下させる。また、錆は、金属切断面３５４における熱伝達率を低下させる。
【００８４】
形成工程Ｑ４では、金属保護層３５５が形成される。金属保護層３５５は、切削保護膜３５２の上から材料を供給することによって、溝２１２ｅの内面に形成される。金属保護層３５５は、溝２１２ｅを形成する底面、および両側面を覆う。金属保護層３５５は、樹脂切断面３５３と、金属切断面３５４との両方を覆う。金属保護層３５５は、金属切断面３５４における酸化を抑制する。
【００８５】
金属保護層３５５は、有機溶剤を用いるシリカ系樹脂、または、有機溶剤を用いるフッ素系樹脂である。これらの樹脂は、１（μｍ）程度の金属保護層３５５を形成する。これらの樹脂は、一端面１２ｃからスプレー噴霧工法によって付与される。これらの樹脂は、浸漬工法、または塗布工法（刷毛塗り工法）によって付与されてもよい。さらに、シリカ系樹脂としては、ジメチルポリシロキサン、ジメチルシリコーン、メチルフェニルシリコーン等、フッ素系樹脂としては、ジクロロフルオロアルキルメチルシロキサン、パーフルオロポリエーテル、ポリテトラフルオロエチレン等を使用可能である。
【００８６】
この実施形態に代えて、樹脂材料１２ｒと同じ樹脂材料によって金属保護層３５５を形成してもよい。例えば、形成工程Ｑ４において、溝２１２ｅの中に低粘度樹脂が付与される。低粘度樹脂は、溝２１２ｅを埋めることなく、溝２１２ｅの内面に金属保護層３５５を形成する。この場合、金属保護層３５５は、樹脂切断面３５３と、金属切断面３５４との両方を覆う。
【００８７】
分離工程Ｑ５では、切削保護膜３５２が除去される。金属保護層３５５は、除去されることなく残る。さらに、素子片１２は、固定台３５１から分離される。この結果、素子片１２が完成する。
【００８８】
図１７は、この実施形態における溝２１２ｅを示す部分拡大断面図である。溝２１２ｅは、樹脂切断面３５３と、金属切断面３５４とによって区画されている。さらに、溝２１２ｅのすべての内面は、金属保護層３５５によって覆われている。金属保護層３５５は、樹脂切断面３５３と、金属切断面３５４とにわたって連続している。金属保護層３５５は、溝２１２ｅの底面、および両側面にわたって連続している。金属保護層３５５は、溝２１２ｅの外、すなわち一端面１２ｃには形成されていない。
【００８９】
図１８および図１９は、素子片１２における表面の性状を示す斜視図である。ドット模様が付された表面は、素子片１２を成形する際に形成された成形面である。成形面は、主として硬化後の樹脂面である。樹脂面は、成形型との接触痕、および樹脂液面痕を有する。ドット模様が付されない表面は、金属保護層３５５を示している。溝２１２ｅの内面、すなわち熱交換面１２ｖにのみ、ドット模様が付されない表面が存在している。素子片１２は、溝間に残された平面、４つの側面、および裏面において、成形面を有している。成形面は、金属保護層３５５を備えない。主要な熱交換面１２ｖに形成された金属保護層３５５により、熱交換面１２ｖにおける錆の発生が抑制される。この結果、長期間の使用においても、熱伝達率の変化が抑制される。特に、熱伝達率の低下による磁気熱量的な性能低下が抑制される。
【００９０】
この実施形態によると、切削工程Ｑ３において金属切断面３５４が生じても、金属保護層３５５が金属切断面３５４を保護する。しかも、金属保護層３５５は、樹脂切断面３５３と金属切断面３５４との両方にわたって形成されるから、金属切断面３５４が確実に保護される。金属保護層４５５は、溝２１２ｅの内面にだけ形成され、素子片１２の成形面には形成されないから、金属切断面３５４における錆の発生が抑制される。この結果、錆に起因する、素子片１２の磁気熱量的な性能の低下が抑制される。
【００９１】
第４実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、切削によって形成された溝２１２ｅの全ての内面に金属保護層３５５が付与される。これに代えて、この実施形態では、金属切断面３５４にだけ金属保護層４５５が付与される。
【００９２】
図２０は、この実施形態における溝２１２ｅを示す部分拡大断面図である。金属保護層４５５は、樹脂切断面３５３を覆うことなく、金属切断面３５４だけを覆っている。よって、金属保護層４５５は、溝２１２ｅの内面において、互いに離れた島状に配置されている。金属保護層４５５は、溝２１２ｅの内面において、分散的に配置されている。言い換えると、溝２１２ｅの内面には、金属保護層４５５の複数の島が点在している。これら金属保護層４５５の複数の島は、樹脂切断面３５３によって区画されている。これら金属保護層４５５の複数の島は、樹脂切断面３５３によって互いに分離されている。
【００９３】
金属保護層４５５は、樹脂切断面３５３の撥水作用によって撥水される樹脂材料によって形成されている。金属保護層４５５は、水系溶剤を用いるポリウレタン系樹脂、または、水系溶剤を用いるＰＶＡ系樹脂である。これらの樹脂は、１（μｍ）程度の金属保護層４５５を形成する。これらの樹脂は、一端面１２ｃからスプレー噴霧工法によって付与される。これらの樹脂は、浸漬工法、または塗布工法（刷毛を使った塗り工法）によって付与されてもよい。樹脂は、形成工程Ｑ４において、樹脂切断面３５３の撥水作用によって撥水される。この結果、樹脂は金属切断面３５４の上に凝集し、金属保護層４５５を形成する。
【００９４】
金属保護層４５５は、金属の防錆皮膜によって提供されてもよい。例えば、リン酸塩皮膜を用いることができる。形成工程Ｑ４において、溝２１２ｅの中にリン酸塩を供給することにより、金属切断面３５４とリン酸塩とを反応させ、リン酸塩皮膜が成形される。例えば、合金粒子１２ｐの成分である鉄に利用可能なリン酸鉄皮膜を利用可能である。リン酸鉄皮膜は、１（μｍ）以下の被膜を提供可能である。さらに、被膜形成用にアルカリ性第一リン酸塩を主成分とした加工液を使用可能である。
【００９５】
この実施形態によると、切削工程Ｑ３において金属切断面３５４が生じても、金属保護層４５５が金属切断面３５４を保護する。金属保護層４５５は、金属切断面３５４だけに形成されるから、樹脂切断面３５３における熱伝達を損なうことなく、金属切断面３５４が確実に保護される。金属保護層４５５は、金属切断面３５４だけに形成されるから、材料量が抑制される。この結果、金属切断面３５４における錆の発生が抑制され、錆に起因する素子片１２の磁気熱量的な性能の低下が抑制される。
【００９６】
他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
【００９７】
先行する実施形態では、定型的な粒子パラメータとして、粒径ＰＳを説明した。これに代えて、合金粒子１２ｐの縦横比、重量、または表面積を粒子パラメータとしてもよい。これらの粒子パラメータは、合金粒子１２ｐの磁気熱量効果に変化を与える。さらに、これらの粒子パラメータは、硬化前の樹脂材料１２ｒの中における合金粒子１２ｐの挙動に影響を与える。例えば、粒径ＰＳ、縦横比、重量、または表面積は、樹脂材料１２ｒの中における沈降の速さに影響する。
【００９８】
先行する実施形態では、重力による沈降を利用して合金粒子１２ｐを集積させている。これに代えて、または加えて、磁力を用いて合金粒子１２ｐを集積させてもよい。微小粒子４５を浮遊させたままで、標準粒子４３を吸引するように、温度および磁力を調節することにより、標準粒子４３の集積を生み出してもよい。
【００９９】
上記実施形態では、金属保護層３５５、４５５は、溝２１２ｅの内面において、少なくとも金属切断面３５４を覆っている。これに代えて、合金粒子１２ｐの金属切断面３５４が溝２１２ｅの外にも露出する場合には、金属保護層３５５、４５５は溝２１２ｅ以外の面にも形成されてもよい。例えば、大きいシート状、または塊状の素子片母材を成形し、その後に素子片母材から複数の素子片１２を切り出す場合がある。この場合、素子片１２は、溝２１２ｅ以外にも金属切断面３５４を有することがある。金属保護層３５５、４５５は、溝２１２ｅ以外の面における金属切断面３５４を保護し、錆の発生を抑制し、磁気熱量的な性能低下を抑制するために貢献する。
【符号の説明】
【０１００】
１  熱機器、２  磁気熱量効果型ヒートポンプ装置（ＭＨＰ装置）、
３  磁気熱量効果素子（ＭＣＥ素子）、  ４  熱輸送媒体、
５  磁場変調装置、  ６  熱輸送装置、  ７  動力源、
８  低温系統、  ９  高温系統、
１１  素子ベッド、  １１ａ  ケース、  １１ｂ  スペーサ、
１２  素子片、  １２ａ  中間素子片、  １２ｂ  端素子片、
１２ｃ  一端面（上面）、１２ｄ  他端面（下面）、１２ｅ  溝、
１２ｆ  長軸、１２ｇ  短軸、１２ｐ  合金粒子、１２ｒ  樹脂材料、
１２ｓ、１２ｔ、１２ｕ  非熱交換面、  １２ｖ、１２ｗ  熱交換面、
４３  標準粒子、  ４５  微小粒子（不可避粒子）、
２１２ｅ  溝、
３５１  保持台、  ３５２  切削保護膜、
３５３  樹脂切断面、３５４  金属切断面、３５５  金属保護層、
４５５  金属保護層、
Ｒｇ１  第１領域、  Ｒｇ２  第２領域、  ＳＤ  傾斜方向。
【図１】
2020004944.tif 000003
【図２】
2020004944.tif 000004
【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】
2020004944.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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