(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロチャネルにおける一対の空隙幅（Ｗ１）と磁気冷凍材料充填幅（Ｗ２）の合計寸法（Ｗ１＋Ｗ２）よりも厚い平板状磁気冷凍材料（１１１）の一方の面にマイクロチャネルの幅以上の深さを有する溝（１１１ａ）を形成する溝形成工程と、
前記溝（１１１ａ）の深さがマイクロチャネルの空隙幅（Ｗ１）と一致するように研削あるいは研磨加工する工程と、
前記平板状磁気冷凍材料（１１１）のうち前記溝（１１１ａ）を形成した面と反対側の面を、平面となるよう且つ厚みがマイクロチャネルにおける一対の空隙幅（Ｗ１）と磁気冷凍材料充填幅（Ｗ２）の合計（Ｗ１＋Ｗ２）と一致するように研削あるいは研磨加工する工程と、
研削あるいは研磨加工して得られた磁気冷凍材料チップ（１０１）を積層させた状態で接合する接合工程とを含むことを特徴とする磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法。
【請求項２】
一方の面に溝（１０１ａ）が形成された平板状磁気冷凍材料（１０１）を得る工程と、
前記平板状磁気冷凍材料（１０１）を複数個、積層させた状態で接合する工程とを含み、
前記平板状磁気冷凍材料として、ＮａＺｎ13結晶構造を主相とするＬａＦｅ13系材料を用い、
前記ＬａＦｅ13系材料として、少なくともα-Ｆｅの結晶と正方晶ＬａＦｅＳｉの結晶とを含む磁気冷凍材料を用い、
前記接合工程の後に、水素雰囲気で熱処理してＬａＦｅ13系材料に水素を含有させる工程を行うことを特徴とする磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法。
【請求項３】
一方の面に溝（１０１ａ）が形成された平板状磁気冷凍材料（１０１）を得る工程と、
前記平板状磁気冷凍材料（１０１）を複数個、積層させた状態で接合する工程とを含み、
前記平板状磁気冷凍材料として、ＮａＺｎ13結晶構造を主相とするＬａＦｅ13系材料を用い、
前記ＬａＦｅ13系材料として、少なくともα-Ｆｅの結晶と正方晶ＬａＦｅＳｉの結晶とを含む磁気冷凍材料を用い、
前記接合工程の後に、酸素を含まない雰囲気中で熱処理してＮａＺｎ13結晶構造のＬａＦｅ13系結晶を増加させる熱処理工程を行うことを特徴とする磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法。
【請求項４】
一方の面に溝（１０１ａ）が形成された平板状磁気冷凍材料（１０１）を得る工程と、
前記平板状磁気冷凍材料（１０１）を複数個、積層させた状態で接合する工程とを含み、
前記平板状磁気冷凍材料として、ＮａＺｎ13結晶構造を主相とするＬａＦｅ13系材料を用い、
前記ＬａＦｅ13系材料として、少なくともα-Ｆｅの結晶と正方晶ＬａＦｅＳｉの結晶とを含む磁気冷凍材料を用い、
前記接合工程の後に、酸素を含まない雰囲気中で熱処理してＬａＦｅ13系結晶を増加する熱処理工程を行い、
前記熱処理工程の後に、水素雰囲気で熱処理してＬａＦｅ13系材料に水素を含有させる工程を行うことを特徴とする磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法。
【請求項５】
前記熱処理工程では、１０００℃から１０５０℃の温度範囲で熱処理することを特徴とする請求項３または４に記載の磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法。
【請求項６】
前記接合工程において、接合界面にＦｅリッチな領域を形成することを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１つに記載の磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法。
【請求項７】
前記接合工程では、積層方向に加重を印加した状態で加熱することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法。
【請求項８】
前記接合工程では、加重ゼロの状態から所定の加重とするまで徐々に加重を印加することを特徴とする請求項７に記載の磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法。
【請求項９】
前記接合工程における加重の増加速度を１００Ｎ／ｃｍ2／ｓｅｃ以下にすることを特徴とする請求項８に記載の磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法。
【請求項１０】
研削あるいは研磨された前記平板状磁気冷凍材料の面内の高低差を面内の頂点部から７．５ｍｍ離れた位置で１８μｍ未満にし、
前記接合工程において、積層方向の加重を４５０Ｎ／ｃｍ2以上且つ５ｋＮ／ｃｍ2未満にし、加熱温度を接合部において８００℃以上にすることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１つに記載の磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気冷凍材料を用いた熱交換器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境配慮型の冷凍技術として、クリーンでエネルギー効率の高い磁気冷凍に対する期待が高まっている。磁気冷凍材料としてＬａ（Ｆｅ，Ｓｉ）13系材料が高い磁気熱量効果を発現し、且つこの材料に水素を含有させることで高い磁気熱量効果を室温で発現することが知られている（特許文献１）。あるいは水素の代わりにＣｏを含有させて室温動作させる方法も提案されている（特許文献２）。
【０００３】
特許文献２には、磁気冷凍材料の形状については、球形あるいは楕円体が望ましく、粒径は０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましく、０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることがより好ましい、と記載されている。図１４（ａ）に球状の磁気冷凍材料を円筒管に充填した状態の概略断面図を示す。符号１００は球状磁気冷凍材料、符号１０は円筒管である。
【０００４】
冷媒と磁気冷凍材料との熱交換の観点からは磁気冷凍材料の比表面積が最も大きくなる球状が好ましい。しかしながら、球状の磁気冷凍材料を用いた場合にはポンプ動力すなわち圧力損失が高くなってしまう。更に、容器に球状の磁気冷凍材料を充填した場合に個々の磁気冷凍材料粒子が完全に固定されず、一部の粒子は冷媒によって移動するために隣接する粒子との衝突によって破壊し微細粉を発生してしまう。
【０００５】
一方、磁気冷凍材料の面に接した貫通スリットを形成し、このスリットに冷媒を流すことで磁気冷凍材料と冷媒間での熱交換を行うマイクロチャネル構造が提案されている（非特許文献１）。図１４（ｂ）に非特許文献１の模式断面図およびマイクロチャネルの斜視図を示す。本構造とすることで、低圧力損失と高熱交換性能の両立が可能となる。
【０００６】
所望の熱交換性能を得るためにはマイクロチャネルのスリット幅および磁気冷凍材料厚さ共に０．５ｍｍ程度以下とする必要がある。一方、非特許文献１ではマイクロチャネルのスリット幅を０．１５ｍｍ程度としており、磁気冷凍材料（ＧａＳｉＧｅ）の厚さを５ｍｍとしている。Ｓｉ基板をエッチングして０．１５ｍｍ深さの溝を形成し、この溝を形成した面に対向させて５ｍｍ厚の磁気冷凍材料の板を接合することでマイクロチャネルを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−９６５４７
【特許文献２】特開２００８−１５０６９５
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】NASA Supported Hydrogen Research 2005 @University of Florida講演会チャート、第18頁、［online］、［平成22年8月2日検索］、インターネット〈URL：http://www.mae.ufl.edu/NasaHydrogenResearch/presentations/Review%20Meeting%20-%20Other%20Projects.pdf〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非特許文献１の構造ではマイクロチャネル構造の一部が磁気冷凍材料ではないＳｉで形成されることになり、磁気熱量効果を１００％引き出すことができない。またＳｉと磁気冷凍材料とで熱膨張係数が異なるために温度変動によって界面に応力が発生し、最悪の場合界面で剥離する恐れがある。
【００１０】
非特許文献１において磁気冷凍材料そのものでマイクロチャネルを形成しなかった理由は磁気冷凍材料がＳｉ基板のように単結晶ではないために結晶の異方性を利用したエッチング加工ができず、更に磁気冷凍材料が機械的に脆いために放電加工など一般的な深溝機械加工では前述のマイクロチャネル構造を形成することができないためである。
【００１１】
本発明は上記点に鑑みて、磁気冷凍材料でマイクロチャネルを形成する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、以下の知見に基づいて案出されたものである。塊状の磁気冷凍材料に幅が０．５ｍｍ以下で高さ５ｍｍ程度奥行きが２０ｍｍ程度の貫通スリットを形成するには、レーザー加工や放電加工等が考えられるが、いずれの加工方法も加工時間が長く、加工面の面粗度の悪化や亀裂・割れ等のダメージの発生が課題となる。
【００１３】
これに対して、平板状磁気冷凍材料の一方の面に溝を形成するには例えば一般的な旋盤加工あるいはワイヤカット加工で可能であり、これを基本部材として、この基本部材を複数個積層して接合面同士で接合すれば亀裂・割れ等のダメージなくマイクロチャネルを形成することができる。
【００１６】
上記の知見に基づいて、請求項１に記載の発明では、マイクロチャネルにおける一対の空隙幅（Ｗ１）と磁気冷凍材料充填幅（Ｗ２）の合計寸法（Ｗ１＋Ｗ２）よりも厚い平板状磁気冷凍材料（１１１）の一方の面にマイクロチャネルの幅以上の深さを有する溝（１１１ａ）を形成する溝形成工程と、
溝（１１１ａ）の深さがマイクロチャネルの空隙幅（Ｗ１）と一致するように研削あるいは研磨加工する工程と、
平板状磁気冷凍材料（１１１）のうち溝（１１１ａ）を形成した面と反対側の面を、平面となるよう且つ厚みがマイクロチャネルにおける一対の空隙幅（Ｗ１）と磁気冷凍材料充填幅（Ｗ２）の合計（Ｗ１＋Ｗ２）と一致するように研削あるいは研磨加工する工程と、
研削あるいは研磨加工して得られた磁気冷凍材料チップ（１０１）を積層させた状態で接合する接合工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
これによると、磁気冷凍材料でマイクロチャネルを形成することができる。さらに、研削面あるいは研磨面で接合するので良好な接合状態を得ることができる。
請求項２に記載の発明では、一方の面に溝（１０１ａ）が形成された平板状磁気冷凍材料（１０１）を得る工程と、
平板状磁気冷凍材料（１０１）を複数個、積層させた状態で接合する工程とを含み、
平板状磁気冷凍材料として、ＮａＺｎ13結晶構造を主相とするＬａＦｅ13系材料を用い、
ＬａＦｅ13系材料として、少なくともα-Ｆｅの結晶と正方晶ＬａＦｅＳｉの結晶とを含む磁気冷凍材料を用い、
前記接合工程の後に、水素雰囲気で熱処理してＬａＦｅ13系材料に水素を含有させる工程を行うことを特徴とする。
これによると、ＬａＦｅ13系材料への水素含浸処理を行うことにより、室温近傍で高い磁気熱量効果すなわち高い熱交換性能を得ることができる。
請求項３に記載の発明では、一方の面に溝（１０１ａ）が形成された平板状磁気冷凍材料（１０１）を得る工程と、
平板状磁気冷凍材料（１０１）を複数個、積層させた状態で接合する工程とを含み、
平板状磁気冷凍材料として、ＮａＺｎ13結晶構造を主相とするＬａＦｅ13系材料を用い、
ＬａＦｅ13系材料として、少なくともα-Ｆｅの結晶と正方晶ＬａＦｅＳｉの結晶とを含む磁気冷凍材料を用い、
前記接合工程の後に、酸素を含まない雰囲気中で熱処理してＮａＺｎ13結晶構造のＬａＦｅ13系結晶を増加させる熱処理工程を行うことを特徴とする。
これによると、マイクロチャネルの基本部材を形成する際の機械加工においてα-Ｆｅ結晶の存在によって靭性が増し、割れや欠けなく所定の形状に仕上げ易くなる。また、マイクロチャネル形成後の酸素を含まない雰囲気中で熱処理することでＮａＺｎ13結晶構造のＬａＦｅ13系結晶を増加することができるので、高い磁気熱量効果すなわち高い熱交換性能を得ることができる。
請求項４に記載の発明では、一方の面に溝（１０１ａ）が形成された平板状磁気冷凍材料（１０１）を得る工程と、
平板状磁気冷凍材料（１０１）を複数個、積層させた状態で接合する工程とを含み、
平板状磁気冷凍材料として、ＮａＺｎ13結晶構造を主相とするＬａＦｅ13系材料を用い、
ＬａＦｅ13系材料として、少なくともα-Ｆｅの結晶と正方晶ＬａＦｅＳｉの結晶とを含む磁気冷凍材料を用い、
前記接合工程の後に、酸素を含まない雰囲気中で熱処理してＬａＦｅ13系結晶を増加する熱処理工程を行い、
前記熱処理工程の後に、水素雰囲気で熱処理してＬａＦｅ13系材料に水素を含有させる工程を行うことを特徴とする。
これによると、ＬａＦｅ13系材料への水素含浸処理を行うことにより、請求項２に記載の発明と同様に室温近傍で高い磁気熱量効果すなわち高い熱交換性能を得ることができる。
しかも、請求項３に記載の発明と同様に、マイクロチャネルの基本部材を形成する際の機械加工においてα-Ｆｅ結晶の存在によって靭性が増すので、割れや欠けなく所定の形状に仕上げ易くなる。また、マイクロチャネル形成後の酸素を含まない雰囲気中で熱処理することでＮａＺｎ13結晶構造のＬａＦｅ13系結晶を増加することができるので、高い磁気熱量効果すなわち高い熱交換性能を得ることができる。
請求項５に記載の発明のように、請求項３または４に記載の磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法において、熱処理工程では、具体的には、１０００℃から１０５０℃の温度範囲で熱処理することが好ましい。
請求項６に記載の発明のように、請求項２ないし５のいずれか１つに記載の磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法において、接合工程において、接合界面にＦｅリッチな領域を形成すれば、接合強度を向上できる。
【００１８】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法において、接合工程では、積層方向に加重を印加した状態で加熱することを特徴とする。
【００１９】
これにより直接接合することができるので、例えばハンダ付けやロー付けのような異種材料を介さず同じ材料から構成することができ、ひいては熱膨張係数差による剥離等の不具合を回避することができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法において、接合工程では、加重ゼロの状態から所定の加重とするまで徐々に加重を印加することを特徴とする。これにより、加重印加時に溝のエッジ部での亀裂・割れを防止できる。
【００２１】
具体的には、請求項９に記載の発明にように、請求項８に記載の磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法において、接合工程における加重の増加速度を１００Ｎ／ｃｍ2 ／ｓｅｃ以下にするのが好ましい。
【００２２】
請求項１０に記載の発明では、請求項７ないし９のいずれか１つに記載の磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法において、研削あるいは研磨された平板状磁気冷凍材料の面内の高低差を面内の頂点部から７．５ｍｍ離れた位置で１８μｍ未満にし、
接合工程において、積層方向の加重を４５０Ｎ／ｃｍ2 以上且つ５ｋＮ／ｃｍ2 未満にし、加熱温度を接合部において８００℃以上にすることを特徴とする。
【００２３】
これにより、磁気冷凍材料が破壊することなく接合面全面で直接接合できるために高い磁気熱量効果を発現することができる。
【００３３】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態の磁気冷凍材料マイクロチャネル製造方法を示す斜視図および断面図である。
【図２】第１実施形態の磁気冷凍材料マイクロチャネル製造方法における磁気冷凍材料チップの研磨水準を示す図表および概略図である。
【図３】第１実施形態の磁気冷凍材料マイクロチャネル製造方法における放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）による接合検討結果の図表である。
【図４】第１実施形態の磁気冷凍材料マイクロチャネル製造方法におけるＳＰＳの加重および温度プロファイルを示す図である。
【図５】第１実施形態の磁気冷凍材料マイクロチャネル製造方法におけるホットプレスの加重および温度プロファイルを示す図である。
【図６】第１実施形態の磁気冷凍材料マイクロチャネル製造方法におけるホットプレスによる接合検討結果の図表である。
【図７】第１実施形態の磁気冷凍材料マイクロチャネル製造方法により製作した磁気冷凍材料マイクロチャネルの斜視図である。
【図８】第１実施形態の磁気冷凍材料マイクロチャネル製造方法により製作した磁気冷凍材料マイクロチャネルを収納した熱交換器断面図である。
【図９】第１実施形態の磁気冷凍材料マイクロチャネル製造方法の工程フロー図である。
【図１０】図９の溝形成工程および第１、第２研磨工程を示す断面図である。
【図１１】第２実施形態の磁気冷凍材料マイクロチャネル製造方法の工程フロー図である。
【図１２】第３実施形態の磁気冷凍材料マイクロチャネル製造方法の工程フロー図である。
【図１３】図１２の平板形成および溝形成工程を示す断面図である。
【図１４】（ａ）は従来技術による小粒子状磁気冷凍材料を収納した熱交換器断面図であり、（ｂ）は従来技術によるマイクロチャネルの概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態の磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法を示した概略斜視図および断面図である。
【００３６】
図１（ａ）は中央部に深さがマイクロチャネルのスリット幅に相当する溝１０１ａが形成された磁気冷凍材料からなる平板１０１を示し、図１（ｂ）は磁気冷凍材料からなる他の平板１０２を示す。平板１０１の溝１０１ａはワイヤカット加工により形成した。平板１０２には溝を形成していない。
【００３７】
図１（ｃ）は溝１０１ａを形成した磁気冷凍材料からなる平板１０１を複数個、溝１０１ａを形成した面と溝１０１ａを形成していない面が接するように積層し、最上部に溝を形成していない磁気冷凍材料からなる平板１０２を積層した状態を示す。
【００３８】
図１（ｄ）は図１（ｃ）の状態で積層した磁気冷凍材料からなる平板（磁気冷凍材料チップ）１０１、１０２を、互いに接した面において直接接合させた状態を示す。積層方向から冷凍材料からなる平板１０１、１０２に加重（荷重）を印加しつつ加熱することで直接接合している。接合によって冷凍材料からなる平板１０１に形成されていた溝部は、マイクロチャネルのスリット２０１となる。
【００３９】
図２（ａ）は磁気冷凍材料からなる平板１０２同士を直接接合する際の、接合面の研磨水準を説明する図表である。平板１０２のサイズは１０ｍｍ×１０ｍｍで厚さは０．５ｍｍである。研磨水準Ｉでは図２（ｂ）に示すようにＭＡＲＵＴＯ社製Ｄｉａｌａｐ（ＭＬ−１５０）を用いた。研磨水準IIでは図２（ｃ）に示すようにＭＡＲＵＴＯ社製Ｄｏｃｔｏｒ−Ｌａｐ（ＭＬ−１８０）を用いた。
【００４０】
いずれの水準においても研磨砥粒は３μｍのダイヤを用いた。水準Ｉでは試料位置が自転中心にあるために、試料チップ中央部に比べて試料チップ周辺部での研磨量が増加する傾向にある。
【００４１】
一方、水準IIでは試料位置を自転中心からずらし、且つ複数個の試料を回転対象に配置しているために試料チップ中央部と試料チップ周辺部での研磨量の差が少なくなる。実際、水準Ｉでは試料チップの中央部と試料チップ周辺部でのチップ内湾曲であるΔＨが１８μｍであるのに対して、水準IIではΔＨが２μｍ未満となる。本例では、ΔＨは、面内の頂点部と、面内の頂点部から７．５ｍｍ離れた位置との高低差を指す。
【００４２】
図３は接合面の研磨水準と放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）装置による直接接合の条件（温度および加圧力）の組合せにおける接合状態をまとめた図表である。
【００４３】
研磨面水準Ｉ（ΔＨ＝１８μｍ）においては良好な接合は得られない。ＳＰＳの温度が５００℃以下では試料チップの周辺部で接合しない領域があり、ＳＰＳの温度が７５０℃以上では全面で接合するが、試料チップの周辺部に亀裂が発生した。これは接合面が過度に凸状に湾曲していることに起因する。
【００４４】
一方、研磨水準II（ΔＨ＜２μｍ）においては、ＳＰＳの温度が５００℃、加重が２．７ｋＮ／ｃｍ2 で良好な接合を確認した。したがって、研磨水準IIの研磨面であればＳＰＳ温度５００℃以上で良好な接合が可能となる。ただし、加重５．０ｋＮ／ｃｍ2 ではＳＰＳ加熱の前に試料が破壊しており、加重は５．０ｋＮ／ｃｍ2 未満とする必要がある。
【００４５】
図４は図３で平板１０１同士の試料チップで良好な接合状態を確認した研磨水準II、ＳＰＳ温度６００℃、ＳＰＳ加重２．７ｋＮ／ｃｍ2 で平板試料１０２と溝（溝深さ０．１５ｍｍ、溝幅５ｍｍ）を形成した試料１０１の接合実験をした際の、ＳＰＳ温度とＳＰＳ加重のプロファイルを示す。
【００４６】
本実験においては接合面での接合は確認できたが、溝のエッジ部において割れが発生した。図４に示すように、ＳＰＳでは実験装置の構造上の問題から加重ＳＷをＯＮした瞬間に２．７ｋＮの加重が印加されてしまうために、この衝撃によって溝エッジ部に応力が集中したためである。
【００４７】
図５は同様の試料チップ１０１、１０２をホットプレス装置（加重印加手段）にて接合実験を行った際のホットプレス温度とホットプレス加重のプロファイル例を示す。図６にホットプレスの実験水準に対応した接合結果をまとめた。
【００４８】
ホットプレス温度８００℃以上、加重４５０Ｎ／ｃｍ2 で良好な接合ならびに溝のエッジ部での割れの発生は無かった。図５に示すようにホットプレスでは加重ＳＷをＯＮしても加重ゼロが維持され、加重調整ダイヤルを回すことで所定の加重まで時間をかけて徐々に増加させることができる。本実験では４５０Ｎまで１０秒以上をかけて増加させた。したがって、ＳＰＳのような瞬間的な加重印加による衝撃を回避でき、結果として割れの発生を抑制できる。また、加重は４５０Ｎでも十分に接合できることが判明した。なお、加重の増加速度は、１００Ｎ／ｃｍ2 ／ｓｅｃ以下が好ましい。
【００４９】
一方、ＳＰＳ温度が５００℃でも接合できたのに対してホットプレスでは８００℃まで温度を上げないと接合できなかった。ＳＰＳでは接合界面においてプラズマが形成されるために接合界面における温度は測温部よりも温度が高くなっている。ホットプレスでの加熱はヒータ加熱であるために測温部の温度と接合界面における温度は一致している。したがって、ＳＰＳ温度で５００℃という条件は接合界面（接合部）における温度が８００℃以上になっているとみなすことができる。
【００５０】
図７は図１の工程により作製した磁気冷凍材料マイクロチャネルの斜視図であり、符号１００が磁気冷凍材料、符号２００が奥行き方向に貫通したマイクロチャネルである。
【００５１】
図８は図７に示した磁気冷凍材料マイクロチャネルを、冷媒を流すためのケースに収納した状態の概略断面図である。ケース１０の両端に設けられたポートより冷媒を充填し、磁気冷凍材料の磁気熱量効果による発熱・吸熱と同期させて冷媒を移動させることで熱交換を行う。
【００５２】
第１実施形態においては、マイクロチャネル部２００を囲む全ての領域において磁気冷凍材料１００が存在しているために、非特許文献１と比較して効率の良い熱交換を実現できる。また、直接接合によって磁気冷凍材料同士が接合しているために、熱交換時の温度変化による熱膨張係数差が生じることが無く、信頼性の高い熱交換器を提供できる。更に、磁気冷凍材料が一体化しているために冷媒の移動に伴う磁気冷凍材料の移動も無いので微細粉の発生も抑えられる。
【００５３】
上述した本実施形態の磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法の工程フロー図を図９に示す。本製造方法は、溝形成工程、第１研磨工程、第２研磨工程、積層工程および接合工程とからなる。
【００５４】
具体的には、まず、図１０（ａ）に示す平板状磁気冷凍材料１１１を用意する。この平板状磁気冷凍材料１１１は、マイクロチャネルにおける一対の空隙幅Ｗ１と磁気冷凍材料充填幅Ｗ２の合計寸法（図１、図７を参照）よりも厚い。
【００５５】
次いで、溝形成工程では、図１０（ｂ）に示すように、平板状磁気冷凍材料１１１の一方の面にマイクロチャネルの幅以上の深さを有する溝１１１ａを形成する。
【００５６】
次いで、第１研磨工程では、まず図１０（ｃ）に示すように溝１１１ａの深さがマイクロチャネルの空隙幅Ｗ１と一致するように平板状磁気冷凍材料１１１の一方の面を研削あるいは研磨する。第２研磨工程では、図１０（ｄ）に示すように平板状磁気冷凍材料１１１のうち溝１１１ａを形成した面と反対側の面を、平面となるよう且つ厚みがマイクロチャネルにおける一対の空隙幅Ｗ１と磁気冷凍材料充填幅Ｗ２の合計（Ｗ１＋Ｗ２）と一致するように研削加工あるいは研磨加工を行う。このようにして図１（ａ）に示す平板状磁気冷凍材料１０１、より具体的には、一方の面に溝１０１ａが形成された平板状磁気冷凍材料１０１が得られる。
【００５７】
次いで、積層工程では、図１（ｃ）に示すように、平板状磁気冷凍材料１０１のうち前記溝１０１ａが形成された面に、他の平板状磁気冷凍材料１０２を積層する。次いで、接合工程では、図１（ｄ）に示すように、平板状磁気冷凍材料１０１、１０２を積層させた状態で接合させる。このようにして磁気冷凍材料マイクロチャネルが得られる。
【００５８】
（第２実施形態）
本第２実施形態では、磁気冷凍材料として、ＮａＺｎ13結晶構造を主相とするＬａＦｅ13系材料を用いる。ＬａＦｅ13系材料とは、Ｌａ（Ｆｅx ，Ｓｉ1-x ）１３を主相とし（０≦ｘ≦１）、それ以外の相として、α−Ｆｅと正方晶ＬａＦｅＳｉを含む材料を指す。
【００５９】
そして、図１１に示すように、第１実施形態と同様な工程（溝形成工程〜接合工程）により磁気冷凍材料マイクロチャネルを形成後、酸素を含まない雰囲気中で１０００℃〜１０５０℃の温度範囲で高温熱処理することでＮａＺｎ13結晶構造の組織（ＬａＦｅ13系結晶）を増加させ（熱処理工程）、次に水素を含有させて室温近傍で動作させる水素雰囲気中で加熱処理（水素含浸処理）することで、磁気冷凍材料の磁気熱量効果発現温度域を室温近傍に上昇させる（水素含浸工程）。
【００６０】
マイクロチャネル形成前の磁気冷凍材料１０１、１０２に水素含浸処理を行った後に直接接合工程を行うと、直接接合工程における加熱処理によって一旦磁気冷凍材料中に含浸した水素が離脱してしまう。このため、水素含浸処理はマイクロチャネル形成工程の後、且つ酸素を含まない雰囲気中で高温熱処理することでＮａＺｎ13結晶構造の組織を増加させた後に実施しなければならない。
【００６１】
なお、本実施形態では、接合工程を行うことにより、接合界面にＦｅリッチな領域が形成される。
【００６２】
（第３実施形態）
上記第１実施形態では、溝形成工程の次に第１、第２研磨工程を行うが、溝形成工程を行う前の平板状磁気冷凍材料の面精度が十分確保されていれば、図１２に示すように、必ずしも溝形成工程の次に第１、第２研磨工程を行う必要はない。
【００６３】
図１２に示す本実施形態の磁気冷凍材料を用いたマイクロチャネル熱交換器の製造方法では、まず図１３（ａ）に示すように、厚みがマイクロチャネルにおける一対の空隙幅Ｗ１と磁気冷凍材料充填幅Ｗ２の合計寸法（Ｗ１＋Ｗ２）と一致し且つ板面の研磨水準が十分確保された平板状磁気冷凍材料１２１を形成する（平板形成工程）。
【００６４】
次いで、図１３（ｂ）に示すように、マイクロチャネルの空隙幅Ｗ１と一致する深さの溝１２１ａを平板状磁気冷凍材料１２１の一方の面に形成する（溝形成工程）。このようにして図１（ａ）に示す平板１０１が得られる。
【００６５】
次いで、上記第１実施形態と同様に積層工程および接合工程を行う。このようにして磁気冷凍材料マイクロチャネルが得られる。なお、上記第２実施形態と同様に、接合工程の後に熱処理工程および水素含浸工程を行ってもよい。
【００６６】
（他の実施形態）
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、他の種々の形態でも実施することが可能である。
【００６７】
例えば、上記第１実施形態では放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）装置による直接接合は平板状の磁気冷凍材料チップ同士の接合は可能であり、溝を形成した磁気冷凍材料チップの接合では亀裂が発生したが、これはＳＰＳ装置の適用を否定するものではない。ＳＰＳ装置の加圧機構を加圧力ゼロから徐々に増加させる機構とすれば良い。ＳＰＳ装置では接合界面でプラズマを発生させるために局所的な領域で高温にすることができるので、接合界面以外の領域の磁気冷凍材料を高温に晒すことはない。またヒータ加熱でなく自己発熱のために加熱に要するエネルギー消費を抑えられるという利点もある。
【符号の説明】
【００６８】
１０            磁気冷凍材料を収納するケース
１００          磁気冷凍材料
１０１          平板（平板状磁気冷凍材料、磁気冷凍材料チップ）
１０２          平板（磁気冷凍材料）
１０１ａ        溝
１１１          平板状磁気冷凍材料
２００、２０１  マイクロチャネル部
Ｗ１            空隙幅
Ｗ２            磁気冷凍材料充填幅
【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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