(57)【要約】  本発明は，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に関する。複合構造体（１，１０，４０）は，磁気熱量非活性物質の基盤（４）に埋め込まれる磁気熱量活性物質の複数の含有物（５）を含む。該含有物（５）及び該基盤（４）は，圧縮粉末の微細構造特性を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気熱量非活性物質の基盤（４）に埋め込まれる磁気熱量活性物質の複数の含有物（５）を含む複合構造体（１）であって，
該含有物（５）及び該基盤（４）は，圧縮粉末の微細構造特性を有する，
複合構造体（１）。
【請求項２】
前記基盤（４）は，１０００μｍ（マイクロメータ）未満の平均粒径を有する，ことを特徴とする，
請求項１に記載の複合構造体（１）。
【請求項３】
前記含有物（５）は，１０００μｍ（マイクロメータ）未満の平均直径を有する，ことを特徴とする，
請求項１又は２に記載の複合構造体（１）。
【請求項４】
前記含有物（５）は，金属腐食保護コーティング（４６）を含む，ことを特徴とする，
請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合構造体（４０）。
【請求項５】
前記腐食保護コーティング（４６）は，Ａｌ，Ｃｕ，及びＳｎの１つ以上を含む，ことを特徴とする，
請求項４に記載の複合構造体（４０）。
【請求項６】
前記含有物（５）は，電気絶縁材料の外部コーティング（３１）を含む，ことを特徴とする，
請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合構造体（１）。
【請求項７】
前記基盤（４）の粒子は，電気絶縁材料の外部コーティング（３１）を含む，ことを特徴とする，
請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合構造体（１）。
【請求項８】
前記電気絶縁物質は，ポリマー又はセラミック又は無機化合物を含む，ことを特徴とする，
請求項６又は７に記載の複合構造体（１）。
【請求項９】
磁気熱量非活性物質（１６）の基盤（１５）に埋め込まれる磁気熱量活性物質（１８，１９，２０）の複数の含有物（１４）を含む複合構造体（１０）であって，
該基盤（１５）は，焼結粉末の微細構造特性を有する，ことを特徴とする，
複合構造体（１０）。
【請求項１０】
前記含有物（１４）及び前記基盤（１５）は，焼結粉末の微細構造特性を有する，ことを特徴とする，
請求項９に記載の複合構造体（１０）。
【請求項１１】
前記含有物（１４）及び前記基盤（１５）は，焼結粉末の粒構造特性を有する，ことを特徴とする，
請求項９又は１０に記載の複合構造体（１０）。
【請求項１２】
前記含有物（５）は，金属腐食保護コーティング（４６）を含む，ことを特徴とする，
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の複合構造体（４０）。
【請求項１３】
前記腐食保護コーティング（４６）は，Ａｌ，Ｃｕ，及びＳｎの１つ以上を含む，ことを特徴とする，
請求項１２に記載の複合構造体（４０）。
【請求項１４】
前記含有物（５）は，電気絶縁材料の外部コーティング（３１）を含む，ことを特徴とする，
請求項９〜１３のいずれか１項に記載の複合構造体（１０）。
【請求項１５】
前記基盤（４）の粒子は，電気絶縁材料の外部コーティング（３１）を含む，ことを特徴とする，
請求項９〜１４のいずれか１項に記載の複合構造体（１０）。
【請求項１６】
前記電気絶縁物質は，ポリマー又はセラミックを含む，ことを特徴とする，
請求項１４又は１５に記載の複合構造体（１０）。
【請求項１７】
前記磁気熱量活性物質（２，１８，１９，２０）は，２２０Ｋ〜３４５Ｋの範囲内のキュリー温度Ｔｃを有する，ことを特徴とする，
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の複合構造体（１，１０，４０）。
【請求項１８】
前記磁気熱量活性物質（２，１８，１９，２０）は，Ｇｄ，Ｌａ（Ｆｅ１−ｂＳｉｂ）１３ベース相，Ｇｄ５（Ｓｉ，Ｇｅ）４ベース相，Ｍｎ（Ａｓ，Ｓｂ）ベース相，ＭｎＦｅ（Ｐ，Ａｓ）ベース相，Ｔｂ−Ｇｄベース相，（Ｌａ，Ｃａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｒ）ＭｎＯ３ベース相，Ｃｏ−Ｍｎ−（Ｓｉ，Ｇｅ）ベース相，及びＰｒ２（Ｆｅ，Ｃｏ）１７ベース相，の１つ以上である，ことを特徴とする，
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の複合構造体（１，１０，４０）。
【請求項１９】
前記基盤（４，１５）は，Ａｌ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｂｉ，及びＰｂの１つ以上の元素を含む，ことを特徴とする，
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の複合構造体（１，１０，４０）。
【請求項２０】
前記基盤は，ＢｅＯ，ＡｌＮ，ＢＮ，及び黒鉛の１つ以上を含む，ことを特徴とする，
請求項１〜１９のいずれか１項に記載の複合構造体（１，１０，４０）。
【請求項２１】
前記基盤（１５）は，１０００μｍ（マイクロメータ）未満の平均粒径を有する，ことを特徴とする，
請求項９〜２０のいずれか１項に記載の複合構造体（１０）。
【請求項２２】
前記含有物（１４）は，１０００μｍ（マイクロメータ）未満の平均直径を有する，ことを特徴とする，
請求項９〜２１のいずれか１項に記載の複合構造体（１０）。
【請求項２３】
前記含有物（５，１４）の体積分率は，２５％〜９８％である，ことを特徴とする，
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の複合構造体（１，１０，４０）。
【請求項２４】
前記含有物（５，１４）の体積分率は，６０％〜９５％である，ことを特徴とする，
請求項１３に記載の複合構造体（１，１０，４０）。
【請求項２５】
前記基盤（５，１４）は，軟磁性物質を含む，ことを特徴とする，
請求項１〜２４のいずれか１項に記載の複合構造体（１，１０，４０）。
【請求項２６】
前記軟磁性物質は，Ｆｅ，ＦｅＳｉ，Ｃｏ，及びＮｉの１つ以上を含む，ことを特徴とする，
請求項２５に記載の複合構造体（１，１０，４０）。
【請求項２７】
前記複合構造体（１０）は，複数の層（１１，１２，１３）を含み，各層（１１，１２，１３）は，隣接層（１１，１２，１３）の磁気熱量活性物質のＴｃとは異なるＴｃを有する磁気熱量活性物質（１８，１９，２０）の含有物（１４）を含む，ことを特徴とする，
請求項１〜２６のいずれか１項に記載の複合構造体（１０）。
【請求項２８】
前記複合構造体（１０）は，さらに，少なくとも１つのチャネル（２２）を表面に含む，ことを特徴とする，
請求項１〜２７のいずれか１項に記載の複合構造体（１０）。
【請求項２９】
前記チャネル（２２）は，熱交換媒体の流れを誘導するように構成される，ことを特徴とする，
請求項２８に記載の複合構造体（１０）。
【請求項３０】
外部保護コーティング（２１）をさらに含む，
請求項１〜２９のいずれか１項に記載の複合構造体（１，１０，４０）。
【請求項３１】
前記外部保護コーティング（２１）は，ポリマー又は金属又は合金を含む，ことを特徴とする，
請求項３０に記載の複合構造体（１，１０，４０）。
【請求項３２】
有効空隙（４１）をさらに含む，
請求項１〜３１のいずれか１項に記載の複合構造体（１，１０，４０）。
【請求項３３】
前記有効空隙（４１）は，前記複合構造体（４０）の第１の側（４３）から該複合構造体（４０）の第２の側（４４）への流れの連通を提供する少なくとも１つのチャネル（４２）を該複合構造体（４０）内部に含む，ことを特徴とする，
請求項３２に記載の複合構造体（４０）。
【請求項３４】
前記有効空隙（４１）は，前記複合構造体（４０）の１０体積％〜６０体積％を含む，ことを特徴とする，
請求項３２又は３３に記載の複合構造体（４０）。
【請求項３５】
前記複合構造体（１，１０）は，熱交換器，冷却システム，温度調節装置，空調ユニット，又は産業用・商業用・家庭用の冷凍庫の部品である，ことを特徴とする，
請求項１〜３４のいずれか１項に記載の複合構造体（１，１０，４０）。
【請求項３６】
請求項１〜３４のいずれか１項に記載の複合構造体を少なくとも１つ含む熱交換器。
【請求項３７】
複合構造体（１，１０，４０）の製造方法であって，
磁気熱量活性物質を含む第１の粉末（２）を提供するステップと，
磁気熱量非活性物質を含む第２の粉末（３）を提供するステップと，
該第１の粉末（２）と該第２の粉末（３）とを混合して粉末混合物を形成するステップと，
該粉末混合物を圧縮して複合構造体（１）を形成するステップと，
を含む，方法。
【請求項３８】
さらに１つ以上の潤滑剤，有機結合剤，及び分散剤が前記粉末混合物に添加される，ことを特徴とする，
請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１の粉末（２）は，該第１の粉末（２）が前記第２の粉末（３）と混合される前に金属腐食保護コーティングでコーティングされる複数の粒子を含む，ことを特徴とする，
請求項３７又は３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１の粉末（２）は，該第１の粉末（２）が前記第２の粉末（３）と混合される前に電気絶縁材料でコーティングされる複数の粒子を含む，ことを特徴とする，
請求項３７〜３９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４１】
前記第２の粉末（３）は，該第２の粉末（３）が前記第１の粉末（２）と混合される前に電気絶縁材料でコーティングされる複数の粒子を含む，ことを特徴とする，
請求項３７〜４０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１の粉末（２）は複数の粒子を含み，前記第２の粉末（３）は，該第１の粉末（２）が該第２の粉末（３）と混合された後に電気絶縁材料でコーティングされる複数の粒子を含む，ことを特徴とする，
請求項４０又は４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記粉末混合物は，１０ＭＰａ〜３０００ＭＰａの圧力下で圧縮される，ことを特徴とする，
請求項３７〜４２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４４】
前記粉末混合物は，圧延及び加圧の一方により圧縮される，ことを特徴とする，
請求項３７〜４２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４５】
前記粉末混合物は，圧縮前に外被に包まれる，ことを特徴とする，
請求項３７〜４４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４６】
前記粉末混合物は，室温又は３０℃〜２５０℃の間の温度の一方で圧縮される，ことを特徴とする，
請求項３７〜４５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４７】
熱処理が前記圧縮複合構造体（１０）に対して行われる，ことを特徴とする，
請求項３７〜４６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４８】
前記熱処理は，３００℃〜１２００℃の間の温度で２時間〜１０時間の時間にわたって行われる，ことを特徴とする，
請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記熱処理は，真空下又は保護雰囲気中で行われる，ことを特徴とする，
請求項４７又は４８に記載の方法。
【請求項５０】
第２の圧縮プロセスが前記複合構造体に対して行われる，ことを特徴とする，
請求項３７〜４９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５１】
仕上げ処理が行われる，ことを特徴とする，
請求項３７〜５０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５２】
外部保護コーティング（２１）を前記複合構造体（１，１０）に適用するステップをさらに含む，
請求項３７〜５１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５３】
前記外部保護コーティング（２１）は，浸漬，溶射，又は電着により適用される，ことを特徴とする，
請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記外部保護コーティング（２１）は，焼結熱処理が行われた後に適用される，ことを特徴とする，
請求項５２又は５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記外部保護コーティング（２１）が前記圧縮複合構造体（１）に適用される，ことを特徴とする，
請求項５２〜５６のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，磁気熱量活性物質を有する複合構造体，及び磁気熱量活性物質を有する複合構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気熱量効果とは，磁気的に誘起されたエントロピー変化が熱の発生又は吸収へと断熱変換されることをいう。したがって，磁気熱量物質に磁場を印加することにより，熱の発生又は吸収をもたらすエントロピー変化を誘起することができる。この効果を利用して，冷却及び／又は加熱を提供することができる。
【０００３】
近年，Ｌａ（Ｆｅl-aＳｉa）l３，Ｇｄ5（Ｓｉ，Ｇｅ）4，Ｍｎ（Ａｓ，Ｓｂ），及びＭｎＦｅ（Ｐ，Ａｓ）などの室温又は室温に近いキュリー温度Ｔｃを有する物質が開発されてきている。キュリー温度は，磁気熱交換システムの物質の動作温度となる。したがって，これらの物質は，建物の温度調節，家庭用及び産業用の冷蔵庫及び冷凍庫，自動車の温度調節などの用途での利用に適している。
【０００４】
磁気熱交換技術は，利点を有しており，その利点は，磁気熱交換器の方が，気体圧縮・膨張サイクルシステムよりも，原理的には，エネルギー効率がよい，ということである。また，磁気熱交換器は，クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）などのオゾン層破壊化学物質を使用しないので，環境に優しい。
【０００５】
そして，新たに開発されている磁気熱量物質により提供される利点を実際に実現するため，磁気熱交換システムが開発されている。米国特許第６，６７６，７７２号明細書に開示されているような磁気熱交換器は，典型的には，ポンプ再循環システムと，液体冷却剤などの熱交換媒体と，磁気熱量効果を示す磁気冷却作動物質の粒子で満たされたチャンバーと，チャンバーに磁場を印加する手段と，を含む。
【０００６】
これらのシステムのさらなる開発は，エントロピー変化が大きくなるように，また，エントロピー変化が起こる温度範囲が広がるように，磁気熱量物質の組成の最適化に向けられてきている。これにより，印加する磁場を小さくしても，冷却を十分に行うことや，冷却サイクルをより広い温度範囲で安定的に実現することが可能となっている。
【０００７】
これらの手法は，電磁石や超電導磁石ではなく永久磁石によってより小さな磁場を生成できるように，熱交換システムの設計を単純化することを目的としている。
【０００８】
磁気冷却作動物質はまた，複合物の形で提供されてもよい。例えば，米国特許第６，８２６，９１５号明細書は，高延性金属又は合金を含む結合剤を含む磁気冷却物質及びＮｉＡｓ型の磁気熱量物質を含む再生式ベッドを開示している。
【０００９】
しかしながら，磁気熱交換技術をより広範囲の用途に適用するには，さらなる改善が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は，確実にかつコスト効率よく製造可能な磁気熱量活性物質を含む複合構造体を提供することである。本発明のさらなる目的は，該複合構造体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】
【００１１】
該目的は，独立請求項に記載の主題により解決される。さらに有利な改善は，従属請求項の主題である。
【００１２】
本発明は，磁気熱量非活性物質の基盤（マトリクス）に埋め込まれる磁気熱量活性物質の複数の含有物を含む複合構造体を提供する。該含有物及び該基盤は，圧縮粉末の微細構造特性を有する。
【００１３】
本明細書において，「基盤」の語は，体積分率及び体積分布に関係なく，磁気熱量非活性物質と定義される。
【００１４】
本明細書において，磁気熱量活性物質は，磁場に暴露されるとエントロピー変化を受ける物質として定義される。エントロピー変化は，例えば，強磁性から常磁性挙動への変化の結果でありうる。磁気熱量活性物質は，一部の温度域においてのみ，印加された磁場に関する磁化の二次導関数の符号が正から負へ変化する変曲点を示しうる。
【００１５】
本明細書において，磁気熱量非活性物質は，磁場に暴露されても有意なエントロピー変化を示さない物質として定義される。
【００１６】
本明細書において，含有物は，別の第２の組成を含む基盤に少なくとも部分的に埋め込まれる第１の組成を有する粒子又は粒として定義される。含有物はまた，別の第２の組成物質を含む基盤に少なくとも部分的に埋め込まれる第１の組成の粒子又は粒の凝集体を含む。基盤より露出した部分（例えば，該露出部分は，複合構造体の外表面を提供しうる）を有する粒子又は凝集体が，該含有物の定義に含まれる。
【００１７】
圧縮粉末の微細構造特性は，光学顕微鏡法又は走査電子顕微鏡法を用いて複合構造体の研磨断面を観察することにより同定することができる。圧縮粉末は，隣接部，すなわち隣接粒子，に隣接粒子間の原子の相互拡散を伴うことなく，少なくとも部分的に接する複数の粒子を含む微細構造を有する。
【００１８】
圧縮粉末の粒子はまた，圧縮中に印可される圧力の結果として生じているひずみ及び／又は破断を呈する格子構造を有する。これらの構造上の欠陥は，透過電子顕微鏡法を用いて観察することができる。
【００１９】
本発明による複合構造体は，磁気熱量活性物質の第１の粉末と磁気熱量非活性物質の第２の粉末とを混合し，次に，粉末混合物を圧縮し，複合構造体を形成することにより，容易に製造可能である，という利点を有する。複合構造体は，その後の熱処理を受けることなく，磁気作動物質として磁気熱交換システムにおいて使用することができる。したがって，複合構造体の含有物及び基盤は，圧縮粉末の微細構造特性を有する。
【００２０】
複合構造体の基盤は，複合構造体を形成するために磁気熱量活性物質の含有物を結び付ける結合剤と見なすことができる。したがって，磁気熱量活性物質は，特に，Ｇｄ，Ｌａ（Ｆｅ１−ｂＳｉｂ）１３ベース相，Ｇｄ５（Ｓｉ，Ｇｅ）４ベース相，Ｍｎ（Ａｓ，Ｓｂ）ベース相，ＭｎＦｅ（Ｐ，Ａｓ）ベース相，Ｔｂ−Ｇｄベース相，（Ｌａ，Ｃａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｒ）ＭｎＯ３ベース相，Ｃｏ−Ｍｎ−（Ｓｉ，Ｇｅ）ベース相，及びＰｒ２（Ｆｅ，Ｃｏ）１７ベース相，などの物質の場合，脆いが，磁気熱量非活性物質の基盤によって，熱交換器システムでの使用に十分な機械的安定性を有する複合構造体に形成することができる。
【００２１】
複合構造体は，磁気熱量活性物質及び磁気熱量非活性物質を周知の技術を用いて製造することができ，また，互いに個別に製造した後に，それらを混合し複合構造体用の出発混合物を形成することができる，という利点を有する。したがって，２種類の粉末の製造は，複合構造体の最適化とは独立して最適化可能である。
【００２２】
複合構造体は，圧縮プロセスを適宜制御することで，特定の磁気熱交換システムに要求される寸法で，製造することができる。複合構造体は，粉末混合物を圧縮するだけで，ニアネットシェイプの状態で，製造することができる。複合構造体は，したがって，単純でコスト効率のよい製造プロセスを用いて容易に製造される。
【００２３】
磁気熱量活性物質は，提供された状態や製造された状態で使用されてもよいし，又は後に基盤を形成する磁気熱量非活性物質と混合される前に，粉末の磁気熱量特性を向上させるために追加の熱処理を与えられてもよい。
【００２４】
第１の実施形態において，基盤は，１０００μｍ（マイクロメータ）未満の平均粒径を有する。さらなる実施形態において，含有物は，１０００μｍ（マイクロメータ）未満の平均直径を有する。
【００２５】
本明細書において，基盤の平均粒径は，複合構造体の研磨断面において無作為に抽出された２０粒子の各々の最長寸法の平均として定義される。
【００２６】
本明細書において，含有物の平均直径は，複合構造体の研磨断面において無作為に抽出された２０含有物の各々の最長寸法の平均として定義される。
【００２７】
本発明のさらなる実施形態において，磁気熱量非活性物質の基盤に埋め込まれる磁気熱量活性物質の複数の含有物を含む複合構造体が提供される。該実施形態において，基盤は，焼結粉末に特徴的な微細構造を有する。
【００２８】
焼結粉末の微細構造特性は，光学顕微鏡法又は走査電子顕微鏡法を用いて複合構造体の研磨断面を観察することにより同定することができる。焼結粉末は，隣接部，すなわち隣接粒子，に少なくとも部分的に接する複数の粒子を含む微細構造を有し，隣接粒子間のインタフェースは，隣接粒子の原子の相互拡散を含む。
【００２９】
さらに，焼結プロセスの結果，粒子は，歪み緩和している。粒子内の転位密度及び格子歪みは，圧縮非焼結粉末よりも低いため，該歪み緩和は，透過電子顕微鏡法を用いて観察することができる。
【００３０】
焼結粉末の微細構造特性を有する基盤を含む複合構造体は，焼結プロセスの結果，複合構造体の機械的強度が増加する，という利点を有する。これにより，後の製造ステップ（例えば，複合構造体の表面仕上げ）の間や，複合構造体の保管及び配送の間や，複合構造体の磁気熱交換システムへの組み立ての間，における複合構造体の取り扱いが簡単になる。さらに，磁気熱交換システムが，磁石が固定された状態のままであってそれらの磁石に対して磁気作動物質が物理的に相対移動するタイプである場合，該移動の結果，磁気作動物質に亀裂及び損傷が生じる可能性が低減される。
【００３１】
焼結粉末の微細構造特性を有する基盤を含む複合構造体はまた，周知の粉末加工技術を用いて容易に製造される。例えば，磁気熱量非活性物質の粉末と磁気熱量活性物質とを混合し，該粉末混合物を圧縮し，熱を加えることによって焼結する。
【００３２】
該実施形態は，磁気熱量活性物質を磁気熱量非活性物質の粉末に埋め込むことにより複合構造体を製造することができる，という利点を有する。次に，該中間生成物を焼結して複合構造体を製造することができる。
【００３３】
一実施形態において，磁気熱量活性物質を含む含有物は，粉末の形態で提供される。該実施形態において，含有物及び基盤は，焼結粉末の微細構造特性を有する。
【００３４】
あるいは，含有物は，粉末以外の形態で提供されてもよい。例えば，含有物は，磁気熱量非活性物質の粉末に埋め込まれる骨格構造の形態で提供されてもよいし，あるいは，複合構造体の基盤を形成する磁気熱量非活性物質の粉末に埋め込まれる一連のホイル状，フレーク状，フィラメント状，又はテープ状の形で提供されてもよい。
【００３５】
基盤及び場合によって含有物は，焼結粉末に特徴的な粒状構造を有してもよい。この特徴的な粒状構造は，光学顕微鏡法及び走査電子顕微鏡法を用いて同定することができる。最適な技術は，平均粒径によって決定されうる。焼結粉末の粒状構造は，隣接粒間，特に，同じ物質を含む隣接粒間，の粒界によって特徴付けられる。これらの粒は，界面における隣接粒間の相互拡散の結果，原子的に互いに結合し，互いに方位差を有する。粒及び粒界の微細構造は，透過電子顕微鏡法を用いて観察することができる。
【００３６】
焼結複合構造体の平均粒径，特に，基盤の平均粒径，はまた，その構造体を製造したときの平均粒径よりも通常大きい。例えば，基盤の平均粒径は，磁気熱量非活性粉末の平均粒径よりも大きい。
【００３７】
一実施形態において，磁気熱量活性物質は，２２０Ｋ〜３４５Ｋの範囲のキュリー温度Ｔｃを有する。磁気熱量活性物質の作動温度は，磁気熱交換システムで使用される場合，およそそのキュリー温度に等しい。２２０Ｋ〜３４５Ｋの範囲のキュリー温度の磁気熱量活性物質は，要求される作動温度及び作動温度範囲に応じて，家庭用及び商業用の冷凍庫システム，冷却・空調又は温度調節システム，といった用途に適している。
【００３８】
磁気熱量活性物質は，Ｇｄ，Ｌａ（Ｆｅ１−ｂＳｉb）１３ベース相，Ｇｄ５（Ｓｉ，Ｇｅ）４ベース相，Ｍｎ（Ａｓ，Ｓｂ）ベース相，ＭｎＦｅ（Ｐ，Ａｓ）ベース相，Ｔｂ−Ｇｄベース相，（Ｌａ，Ｃａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｒ）ＭｎＯ３ベース相，Ｃｏ−Ｍｎ−（Ｓｉ，Ｇｅ）ベース相，Ｐｒ２（Ｆｅ，Ｃｏ）１７ベース相のうちの１つである。これらの基本組成は，リストに挙げた元素と部分的に又は完全に置換可能なさらなる化学元素をさらに含んでもよい。これらの相はまた，少なくとも一部が結晶構造内の格子間に収容される元素（例えば，水素）を含んでもよい。これらの相はまた，不純物元素及び少量の元素（例えば，酸素）を含んでもよい。
【００３９】
基盤は，さまざまな物質を含んでもよい。一実施形態において，基盤は，磁気熱量活性物質の含有物の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する物質を含む。これは，磁気熱量活性物質と熱交換媒体との間の熱交換効率が向上する，という利点を有する。
【００４０】
一実施形態において，基盤は，元素Ａｌ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｂｉ，及びＰｂの１つ以上を含む金属又は合金を含んでもよい。
【００４１】
基盤はまた，セラミック，例えば，ＢｅＯ，ＡｌＮ，ＢＮ，及び黒鉛の１つ以上，を含んでもよい。さらなる実施形態において，基盤は，金属及びセラミックを含むか，又は合金及びセラミックを含む。セラミックは，金属基盤内又は合金基盤内の含有物の形で提供されてもよい。
【００４２】
さらなる実施形態において，含有物は，金属腐食保護コーティングを含む。該腐食保護コーティングは，Ａｌ，Ｃｕ，及びＳｎの１つ以上を含んでもよい。該腐食保護コーティングは，磁気熱量活性相の作動寿命を延ばすために適用されうる。なぜなら，腐食や，磁気熱量活性物質の非磁気熱量活性相への分解は，腐食保護コーティングにより，少なくとも遅らせられ，場合によっては磁気熱量活性物質の作動寿命の全体にわたって防止されるためである。
【００４３】
さらなる実施形態において，含有物は，電気絶縁材料の外部コーティングを含む。圧縮粉末の微細構造特性を有する基盤及び含有物を含む複合構造体の場合，基盤の粒子はまた，電気絶縁物質の外部コーティングを含んでもよい。
【００４４】
焼結粉末の微細構造特性を有する基盤を有する複合構造体の場合，基盤の粒間，及び含有物−基盤間の粒界は，電気絶縁層を含みうる。電気絶縁材料は，ポリマーやセラミック（例えば，ＢｅＯ，ＡｌＮ，ＢＮ）や無機化合物（例えば，ケイ酸塩，酸化物，リン酸塩）を含んでもよい。
【００４５】
基盤用の，又は含有物及び／又は基盤の粒子若しくは粒の外部コーティングの形態の，セラミック及び金属又はセラミック及び合金の混合物は，基盤の平均電気抵抗率が増加する，という利点を有する。これは，磁場の印加及び除去中の渦流の効果が減少し，磁気熱交換システムの効率をさらに向上させる。
【００４６】
電気絶縁コーティングはまた，磁気熱量活性粒子と周囲環境との間に物理的バリア（障壁）を提供するため，磁気熱量活性物質に腐食保護を提供しうる。
【００４７】
電気絶縁コーティングは，層厚さを薄くすることができる，という利点を有する。したがって，薄肉のセラミックコーティングを粒子に適用して，基盤の脆性を増加させることなく粒子を隣接粒子から電気的に絶縁することができる。
【００４８】
基盤の材料は，さまざまな追加特性を最適化するように選択してもよい。例えば，基盤の材料は，押出，圧延，引抜，スエージ加工，といった機械的変形技術により容易に加工されるように選択してもよい。したがって，材料は，数百℃の温度での中間焼きなましの有無を問わず，室温において延性があり加工可能なものでありうる。該基盤材料によって，最初の製造後に容易に加工可能な複合構造体を製造することが可能になる。これは，複合構造体を，機械的変形技術により，所望の最終形状に形成することができる，という利点を有する。
【００４９】
あるいは，又は上記に加え，材料又は基盤は，高い熱伝導性を有しうる。これは，磁気熱交換システムにおける複合構造体の動作中，磁気熱量活性物質から，複合構造体の外表面と接触する熱交換媒体への熱伝導の効率が向上する，という利点を有する。
【００５０】
基盤の機械的特性はまた，単一の物質を選択することにより，又は物質の混合物，例えば，１つ以上のセラミック及び１つ以上の金属又は合金，を選択することにより，調整してもよい。したがって，磁気熱交換システムにおける複合構造体の使用中，構造体への損傷の可能性をさらに制限するために，複合構造体の機械的強度を増加させることができる。
【００５１】
焼結粉末の微細構造特性を有する少なくとも１つの基盤を含む複合構造体は，１０００μｍ（マイクロメータ）未満の平均粒径を含む基盤，及び／又は１０００μｍ（マイクロメータ）未満の平均直径を含む含有物を有してもよい。
【００５２】
磁気熱量活性物質及び磁気熱量非活性物質の相対的比率はまた，所望の熱交換特性を複合構造体の所望の全体積に提供するように選択してもよい。例えば，磁気熱量活性物質の体積分率の下限は，それが，冷却能力であるにせよ，加熱能力であるにせよ，必要熱交換能力により制限されうる。
【００５３】
磁気熱量活性物質の体積分率の上限は，複合構造体の製造量及び／又はその加工性及び／又は腐食安定性により制限されうる。例えば，磁気熱量非活性物質の体積分率が低すぎる場合，圧縮構造体及び／又は焼結複合構造体の加工性を向上させるために延性材料を使用することにより生み出される利点は，所望の程度得られない可能性がある。
【００５４】
磁気熱量活性物質が熱交換媒体内で腐食する場合，基盤を提供する磁気熱量非活性物質の分率が低過ぎ，かつ，磁気熱量活性物質の体積分率が高過ぎると，基盤は，磁気熱量活性物質が熱交換媒体と接触するのを防止するのに十分な範囲で含有物を含まない可能性がある。含有物の体積分率は，２５％〜９８％，好ましくは，６０％〜９５％，でありうる。
【００５５】
さらなる実施形態において，基盤は，軟磁性材料を含む。これは，磁気熱交換システムにおける磁石と複合構造体との間の有効磁気空隙が縮小する，という利点を有する。したがって，複合構造体の磁気熱量活性物質により提供される冷却及び／又は加熱効果を増大させることができる。軟磁性材料は，Ｆｅ，ＦｅＳｉ，Ｃｏ，及びＮｉの１つ以上を含みうる。
【００５６】
さらなる実施形態において，複合構造体は，各々異なるキュリー温度を有する複数の磁気熱量活性物質を含む。これは，単一相の組成を調整することにより，又は異なる相を提供することにより，提供されうる。
【００５７】
第１の配置において，複数の磁気熱量活性物質は，複合構造体の体積にわたって基本的に均一に分布する。
【００５８】
別の実施形態において，複合構造体は，複数の層を含み，各層は，隣接層の磁気熱量活性物質のＴｃとは異なるＴｃを有する磁気熱量活性物質の含有物を含む。さらなる実施形態において，各層の磁気熱量活性物質は，物質の配置順にしたがって，複合構造体の一端からその他端へ向かってＴｃが順次高いものが配置されるように，選択される。
【００５９】
異なるＴｃを有する複数の磁気熱量活性物質を含む複合構造体の使用は，複合構造体を使用する熱交換器の作動範囲が広がる，という利点を有する。キュリー温度Ｔｃは，作動温度に変わり，また，さまざまなＴｃによって範囲がもたらされるため，熱交換器の作動範囲が広がる。これにより，熱交換器は，単一のＴｃを有する磁気熱量活性物質を使用する場合に比べ，広範囲の作動温度にわたる冷却及び／又は加熱を提供すること，また，開始温度から，より低い温度／より高い温度，最低温度／最高温度への冷却及び／又は加熱を提供すること，が可能になる。
【００６０】
複合構造体は，さらに，有効空隙を含んでもよい。本明細書において，有効空隙は，磁気熱交換の効率に対する測定可能な効果を有する複合構造体の空隙を表すのに用いられる。
【００６１】
有効空隙は，複合構造体の本体内に複合構造体の第１の側から複合構造体の第２の側に連通する少なくとも１つのチャネル（通路）を含む。空隙率は，１０体積％〜６０体積％の範囲でありうる。
【００６２】
有効空隙は，複合構造体の本体内に，スケルトン型構造の中空網を形成する，互いに連通する一連の相互接続されたチャネルの形で提供されてもよい。そして，熱交換流体は，複合構造体の一方の側から他方の側へ中空網を流れることができる。
【００６３】
有効空隙は，粉末を緩く圧縮することにより，又は粉末を緩く圧縮して焼結することにより，各々密度１００％未満の本体を形成するように提供されてもよく，空体積（非占有容積）は，熱交換媒体が流れることができる相互接続された中空網を提供する。
【００６４】
複合構造体のこれらの実施形態は，構造体の表面積が増大するという利点を有する。熱交換流体は，内表面，すなわち，複合構造体の本体内に配置され空隙を提供するチャネルの表面，及び複合構造体の外表面全体と接触する。こうして，複合構造体と熱交換流体との間の接触面積が増大する。したがって，磁気熱交換の効率をさらに高めることができる。
【００６５】
複合構造体は，さらに，少なくとも１つのチャネルを含んでもよい。チャネルは，複合構造体に囲まれた貫通孔の形で提供されるか，又は複合構造体の外表面のチャネルの形で提供されてもよい。１つ以上のチャネルは，複合構造体の表面積を増大させるという利点を有し，これにより，複合構造体と熱交換媒体との間の熱交換効率をさらに向上させることができる。チャネルは，例えば，押出やプロファイル圧延により形成されうる。
【００６６】
さらなる実施形態において，チャネルは，熱交換媒体の流れを誘導するように構成される。チャネルの位置は，複合構造体が作動する熱交換システムの設計により決定される。チャネルは，熱交換の効率を向上させるために，乱流を抑制して，好ましくは最小限にして，熱交換媒体の流れを誘導するように構成されてもよい。
【００６７】
構造体は，熱交換器，冷却システム，建物や乗物（特に，自動車）用の空調ユニット，あるいは，建物や自動車用の温度調節装置の部品でありうる。温度調節装置は，流体冷却剤又は熱交換器媒体の方向を転換することにより，冬は加熱器として，夏は冷却器として使用することができる。これは，自動車その他の乗物にとって特に有利である。なぜなら，温度調節システムを収容するためのシャーシ内の空きスペースが，乗物の設計により制限されているためである。
【００６８】
複合構造体はまた，外部保護コーティングを含んでもよい。外部保護コーティングは，金属，合金，又はポリマーを含んでもよい。外部保護コーティングの材料は，熱交換媒体における複合構造体のサイクル作動中，化学的かつ機械的に安定するように選択されてもよい。コーティングが完成した構造体に適用されると，例えば，焼結中や構造体の作動中，高温にさらされることがない。この場合，比較的低い分解温度又は融解温度を有するポリマーを使用してもよい。
【００６９】
熱交換媒体は，熱交換媒体と複合構造体との間の熱交換の効率を向上させるために，エタノール，又はグリコール，又は，水・エタノール若しくはグリコールの混合物，又は，高い熱伝導率を有する代替物質を含んでもよい。熱交換媒体は，基盤の磁気熱量活性物質及び／又は磁気熱量非活性物質に対して腐食性を有してもよい。したがって，追加の外部保護コーティングを使用して，追加の保護を提供してもよい。
【００７０】
本発明はまた，複合構造体の製造方法を提供する。該方法は，以下のステップを含む：
【００７１】
磁気熱量活性物質を含む第１の粉末を提供するステップ；
【００７２】
磁気熱量非活性物質を含む第２の粉末を提供するステップ；
【００７３】
該第１の粉末と該第２の粉末とを混合して粉末混合物を形成するステップ；及び
【００７４】
該粉末混合物を圧縮して複合構造体を形成するステップ。
【００７５】
第１の粉末及び第２の粉末は，ボールミキシングやアトリッションミリング（媒体撹拌ミリング）といった周知の粉末混合技術を用いて混合してもよい。第１の粉末及び第２の粉末の平均粒径はまた，混合プロセスの結果，縮小されうる。
【００７６】
粉末混合物は，周知の方法を用いて圧縮して複合構造体を形成してもよい。例えば，粉末をダイに入れ，圧力を加えることにより圧縮してもよい。粉末はまた，粉末混合物自体を圧延することにより，又は，部分的に圧縮されたあるいは予め圧縮された構造体を圧延することにより，又は，粉末混合物あるいは少なくとも部分的に圧縮された粉末混合物を含むカプセル化されたプレフォーム体（ｐｅｒｆｏｒｍ）を圧延することにより，圧縮してもよい。プレフォーム体を生成するために，パウダーインチューブ法などの方法を用いて，圧縮前に粉末混合物を外被に包んでもよい。
【００７７】
異なる組成の圧縮粉末の混合物を含む複合構造体は，該複合構造体は，熱処理プロセスを受けていないため，素地（ｇｒｅｅｎ  ｂｏｄｙ）と見なすことができる。第１の実施形態では，圧縮粉末混合物は，製造後にさらなる熱処理を受けず，該未焼結状態で磁気熱交換器に使用される。
【００７８】
該方法は，複合構造体が，追加の熱処理なしに粉末混合物から直接形成される，という利点を有する。該製造プロセスは，複合構造体に対する１以上の追加の熱処理の使用が回避されるため，簡単でコスト効率がよい。
【００７９】
一実施形態において，第１の粉末は，該第１の粉末が第２の粉末と混合される前に金属腐食保護コーティングでコーティングされる複数の粒子を含む。金属腐食保護コーティングは，例えば，電気めっきや無電解めっきにより，第１の粉末に適用してもよい。
【００８０】
さらなる実施形態において，第１の粉末の粒子は，該第１の粉末が第２の粉末と混合される前に，電気絶縁材料でコーティングされる。
【００８１】
基盤の粒子又は粒を電気的に絶縁する必要がある場合，これは，第２の粉末の粒子を，該第２の粉末が第１の粉末と混合される前に，電気絶縁材料でコーティングすることにより行うことができる。
【００８２】
渦流の効果を減少させるために，第１及び第２の粉末の両方の粒子は，さらに，電気絶縁層を含んでもよい。これは，それら粉末が混合される前に粉末に適用することができる。第１の粉末の電気絶縁層の組成は，第２の粉末の電気絶縁層の組成と異なっていてもよい。これにより，２つの粉末の異なる組成専用のコーティングを選択するのが可能になる。これは，電気絶縁物質の組成の適切な選択により，コーティングの粒子への接着性を向上させる上で有利となりうる。
【００８３】
あるいは，第１の粉末と第２の粉末とを混合し，その後に粉末混合物の粒子を電気絶縁材料でコーティングしてもよい。この場合，第１の粉末及び第２の粉末の両方の粒子は，同じ組成の電気絶縁層を含む。
【００８４】
一実施形態において，さらに１つ以上の潤滑剤，有機結合剤，及び分散剤が，粉末混合物に添加される。これらの添加成分は，結合剤及び／又は分散剤の場合，第１の粉末と第２の粉末の混合を向上させるのに使用することができ，及び／又は，潤滑剤の場合，圧縮ステップ中に得られる圧縮密度を増加させるのに使用することができる。例えば，潤滑剤により，粒子がより効果的に互いに滑動するのが可能になり，これにより，圧縮粉末混合物の密度，並びに，圧縮状態及び焼結状態の両方における複合構造体の密度を増加させることができる。
【００８５】
粉末混合物は，１０ＭＰａ〜３０００ＭＰａの範囲の圧力下で圧縮されてもよい。複合構造体の密度は，通常，加える圧力が上昇するにつれて増加する。しかしながら，この関係は線形ではなく，実際的な圧力の上限は，より高い圧力を加えるという複雑さの増加が密度の増加を上回らない程度に上昇する可能性がある。加える圧力が低過ぎると，圧縮複合構造体は，磁気熱交換システムにおいて確実に使用するのに必要とされる機械的完全性を有しなくなる可能性がある。圧力は，圧延や加圧といった方法を用いて加えられてもよい。
【００８６】
さらなる実施形態において，粉末混合物は，該粉末混合物が圧縮される前に，外被に包まれる。粉末混合物はまた，部分的に圧縮されて自己支持体を形成した後に，外被に包まれてさらに圧縮されてもよい。
【００８７】
粉末混合物は，室温で圧縮されてもよい。あるいは，粉末混合物は，３０℃〜２５０℃の間の温度で圧縮されてもよい。
【００８８】
温度を上昇させることには，素地の密度を増加させることができる，という利点がある。温度に応じて，ある程度の焼結もまた圧縮プロセス中に生じうる。その結果，複合構造体の機械的完全性がさらに向上する。添加物が粉末混合物中に提供される場合，それらはまた，高温での圧縮プロセス中に，蒸発により，及び／又はガス状成分への分解により，除去されうる。
【００８９】
本発明はまた，基盤を提供する少なくとも第２の粉末が焼結され，また，焼結粉末の微細構造特性を有する複合構造体を提供する方法を提供する。
【００９０】
さらなる実施形態において，粉末混合物が圧縮されて素地の複合構造体を形成した後に，該圧縮複合構造体に対して熱処理が行われる。熱処理は，基盤の粉末粒子が互いに焼結するように行われうる。これにより，複合構造体の機械的強度を向上させることができる。
【００９１】
熱処理は，３００℃〜１２００℃の温度で２時間〜１２時間の時間で施してもよい。温度及び時間は，複合構造体の焼結プロセス及び緻密化を最適化するように選択してもよく，通常は，磁気熱量活性物質及び磁気熱量非活性物質に使用する物質によって決定される。
【００９２】
熱処理はまた，磁気熱量活性物質の磁気熱量特性を向上させるために行ってもよい。例えば，（熱処理により）Ｔｃを上昇させたり，エントロピー変化を提供する遷移の鋭敏さを向上させたりすることができる。
【００９３】
該熱処理は，真空下や保護雰囲気中で行ってもよい。保護雰囲気は，希ガス（例えば，アルゴン）により，又は複合構造体に対して不活性なガスにより提供されうる。ガスは，熱処理に使用する高温による磁気熱量活性物質及び／又は磁気熱量非活性物質の分解を回避するように選択してもよい。ガスはまた，酸素や炭素といった不要な残留元素が熱処理中に除去されるように選択してもよい。
【００９４】
熱処理中，雰囲気に由来する水素や窒素といった元素を格子間に取り込むことにより，磁気熱量活性物質の組成は変更されうる。
【００９５】
さらなる実施形態において，第２の圧縮プロセスが複合構造体に対して行われる。第２の圧縮プロセスは，圧縮複合構造体，すなわち，素地，に対して行ってもよいし，あるいは，熱処理を受け焼結された後の複合構造体に対して行ってもよい。第２の圧縮プロセスを使用して，複合構造体の密度をさらに増加させてもよい。第２の圧縮プロセスは，潤滑剤，結合剤，及び／又は分散剤などの添加物が，第１の熱処理中に除去されるか焼失される粉末混合物に使用される場合に有利でありうる。これは，複合構造体内に空隙を生じさせる可能性があるが，第２の圧縮プロセスによって減少させることができる。
【００９６】
第２の圧縮又はサイジングプロセス中に得られる圧縮度は，５％〜５０％の範囲でありうる。
【００９７】
したがって，一方法において，圧縮複合構造体は，最初にこれらの添加物を除去するために比較的低温での熱処理を受ける。次に，第２の圧縮プロセス，及びそれよりも高い温度での第２の熱処理を受け，その間に，少なくとも基盤が焼結粉末の微細構造特性を有する複合構造体を製造するために焼結が行われる。
【００９８】
複合構造体の製造後，複合構造体が圧縮粉末を含むか焼結粉末を含むかにかかわらず，１以上のさらなる仕上げ処理を行ってもよい。仕上げ処理は，複合構造体の最終プロファイルが製造するような処理である。最終プロファイルは，例えば，複合構造体の外表面を研削及び／又は研磨することにより製造してもよい。
【００９９】
さらに可能な仕上げ処理は，最終的な所望寸法を形成するために，複合構造体のさらなる加工を含んでもよい。例えば，複合構造体は，押出，圧延，引抜，及び／又はスエージ加工といったさらなる機械的変形処理を受けてもよい。これらの仕上げ処理の１つの間に，熱交換媒体の流れを誘導するための１つ以上のチャネルを複合構造体に形成してもよい。
【０１００】
複合構造体はまた，外部保護コーティングでコーティング（被覆）してもよい。該外部保護コーティングは，浸漬，溶射，又は電気めっきにより適用してもよい。
【０１０１】
外部保護コーティングは，焼結熱処理を行った後に複合構造体に適用してもよい。これは，コーティングは焼結熱処理を受けないので，熱的に敏感な物質を保護コーティングに使用することができる，という利点を有する。
【０１０２】
さらなる実施形態において，外部保護コーティングは，圧縮複合構造体に適用される。該方法は，複合構造体を未焼結状態に保とうとする場合に使用することができる。複合構造体を焼結する場合は，中間生成物を保護するために，焼結処理前に保護コーティングを適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
以下，本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【０１０４】
【図１】図１は，第１の実施形態による複合構造体を示す説明図である。
【０１０５】
【図２】図２は，第２の実施形態による複合構造体を示す説明図である。
【０１０６】
【図３】図３は，図２の複合構造体のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す説明図である。
【０１０７】
【図４】図４は，第３の実施形態による複合構造体を示す説明図である。
【０１０８】
【図５】図５は，第４の実施形態による複合構造体を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０９】
図１は，本発明の第１の実施形態による複合構造体１を示す。複合構造体１は，磁気熱量活性物質を含む第１の粉末２と，磁気熱量非活性粉末を含む第２の粉末３と，を含む。磁気熱量活性粉末２は，主として，Ｔｃ（キュリー温度）が２０℃のＬａ（Ｆｅ１−ａ−ｂＣｏａＳｉｂ）１３から構成され，磁気熱量非活性粉末３は，基本的に銅から構成される。銅は，高い熱伝導性を有し，延性があるので，必要に応じて複合構造体１を機械的変形プロセスにより加工することができる。
【０１１０】
２種類の粉末２，３は，混合され，プレス機で圧縮されて，複合構造体１を生成する。複合構造体１は，自己支持形であり，不図示の磁気熱交換システムにおける作動部品として使用するのに十分な機械的強度を有する。磁気熱交換システムは，周知の一形態でありうる。
【０１１１】
磁気熱量非活性粉末を提供する銅粒子３は，磁気熱量活性粉末２の含有物５が埋め込まれる基盤４を提供する。含有物５は，基盤４内に分布し，埋め込まれている。磁気熱量活性物質２の含有物５の一部は，基盤４より露出し，複合構造体１の外表面７の領域を提供する部分６を有する。
【０１１２】
含有物５及び基盤４は，各々，圧縮粉末の微細構造特性を有する。
【０１１３】
銅粉末３は，磁気熱量活性物質２よりも高い熱伝導性を有する。基盤４はまた，結合剤としての機能に加え，磁気熱量活性含有物５と複合構造体１が磁気熱交換システムに使用される際に配置される熱交換媒体との間の熱交換効率を向上させる。
【０１１４】
図２は，本発明の第２の実施形態による複合構造体１０を示す。
【０１１５】
複合構造体１０は，３つの層１１，１２，１３を含む。各層１１，１２，１３は，複数の含有物１４を含む。各含有物１４は，基本的に磁気熱量活性物質から構成され，磁気熱量非活性物質１６を含む基盤１５に埋め込まれる。該実施形態において，各層１１，１２，１３の基盤１５を提供する磁気熱量非活性物質１６は，主として，銅から構成される。隣接層間の境界は，図中では，破線１７で示されている。
【０１１６】
該実施形態において，複合構造体１０は，３つの層１１，１２，１３から構成される。下層１３は，Ｔｃが３℃の第１の磁気熱量活性物質１８の含有物１４を含む。第２の層１２は，第１の層１３の上に位置し，第１の層１３の第１の磁気熱量活性物質１８のＴｃ（３℃）よりも高いＴｃ（１５℃）の磁気熱量活性物質１９の含有物１４を含む。第３の層１３は，第２の層１２の上に位置し，第２の層のＴｃ（１５℃）よりも高いＴｃ（２９℃）を有する磁気熱量活性相２０の含有物１４を含む。図２において，構造体１０の磁気熱量活性物質１４のＴｃは，複合構造体１０の一方の側から他方の側へ，また，底部から頂部へ上昇する。
【０１１７】
複合構造体１０はまた，ポリマーを含む外部コーティング２１を含む。ポリマーは，複合構造体１０をポリマーで溶射することによる焼結プロセス後に複合構造体１０に適用される。外部コーティング２１は，磁気熱量活性物質１８，１９，２０が熱交換システムの雰囲気及び熱交換媒体と接触するのを防止する保護コーティングを提供し，これにより，磁気熱量活性物質１８，１９，２０及び複合構造体１０の腐食を防止する。
【０１１８】
徐々により高いＴｃを有する複数の層１１，１２，１３を使用することには，単一のＴｃを有する磁気熱量活性物質を含む複合構造体と比べて複合構造体１０の作動温度範囲が広がる，という利点がある。
【０１１９】
不図示のさらなる実施形態において，複合構造体は，各々異なるＴｃを有する複数の物質を含む。これらの複数の物質は，図２に示されたように層状には配置されず，複合構造体の体積にわたって混合される。
【０１２０】
図１の実施形態とは対照的に，複合構造体１０は，熱処理を受けて，その結果，粉末１５及び基盤１６が焼結された状態となる。したがって，該実施形態において，基盤１６は，焼結粉末の微細構造特性を有する。
【０１２１】
複合構造体１０は，最初に３つの異なる粉末混合物を製造することにより製造される。第１の粉末混合物は，Ｔｃが３℃の磁気熱量活性物質１８及び銅粉末１５を含む。第２の粉末は，Ｔｃが１５℃の磁気熱量活性物質１９及び銅粉末１５を含む。第３の粉末混合物は，Ｔｃが２９℃の磁気熱量活性物質２０及び銅粉末１５を含む。
【０１２２】
第１の粉末混合物の層１１は，ダイに入れられ，次に第２の粉末混合物の層１２，最後に第３の粉末混合物の層１３が続く。粉末混合物の層状配置体は，６００ＭＰａの圧力下で圧縮され，次に，１０００℃での焼結熱処理を受けることで，焼結複合構造体１０を生成した。
【０１２３】
次に，略平行な複数のチャネル２２を，プロファイル圧延により複合構造体２３の外表面に形成した。チャネル２２は，図３に示される。
【０１２４】
チャネル２２の各々は，複合構造体１０が不図示の熱交換システムに位置する際，熱交換媒体の流れを所望の熱伝導の方向に誘導可能に構成されるように外表面に配置されるとともに，そのような寸法を有する。チャネル２２は，Ｔｃが低い第１の層１１からＴｃが高い第３の層１３にまで延びるように配置される。
【０１２５】
次に，複合構造体１０には，外部保護コーティング２１を提供するポリマーが噴射された。
【０１２６】
不図示のさらなる実施形態において，さらに１つ以上の潤滑剤，有機結合剤，及び分散剤が，粉末混合物の圧縮前，好ましくは，混合手順前，に粉末混合物に添加される。潤滑剤は，圧縮複合構造体１，１０の密度を増加させるのに役立つ。結合剤及び／又は分散剤は，基盤４，１５内に含有物５，１４を均一に分布させるのに役立つ。
【０１２７】
図２において，層状構造体は，３つの層を含むものとして示されているが，単一の層を含め，任意の数の層もまた，本発明により，焼結複合構造体に提供される。同様に，異なるＴｃの磁気熱量活性物質を含む層を有する圧縮未焼結素地の複合構造体もまた，異なる粉末の該層状化プロセスを用いて生成することができる。該プロセスは，圧縮プロセス後に層状構造体に対して熱処理が行われないという点において，図２の実施形態に関連して述べたものとは異なる。
【０１２８】
図４は，第３の実施形態による複合構造体３０を示す。複合構造体３０は，図１に示される第１の実施形態の複合構造体１に類似するが，磁気熱量活性粉末２の含有物５及び銅粒子３が電気絶縁材料３１でコーティングされている点において，第１の実施形態の複合構造体１と異なる。
【０１２９】
図の明確化のために，図４において，磁気熱量活性粉末２の含有物５には黒でハッチングが施されており，一方，基盤４の磁気熱量非活性銅粒子にはハッチングが施されていない。なお，電気絶縁コーティング及び粒子の大きさが図示のため誇張されている。
【０１３０】
基盤４の含有物５及び銅粒子３は，電気絶縁コーティング３１によって，互いに電気的に絶縁されている。電気絶縁コーティング３１を提供することは，磁場の印加及び除去中の渦流の生成が抑制され，磁気熱交換システムの効率の向上につながる，という利点を有する。
【０１３１】
電気絶縁コーティング３１は，例えば，ポリマーやセラミックでありうる。２種類の粉末２，３の粒子は，それらが混合される前に電気絶縁材料でコーティングされてもよいし，又は，２種類の粉末２，３は，最初に混合されて粉末混合物の粒子の外表面に電気絶縁コーティング３１が適用されてもよい。
【０１３２】
さらなる実施形態において，複合構造体３０は，熱処理を受け，基盤４を提供する粉末３の焼結をもたらすため，基盤４は，焼結粉末の微細構造特性を有する。該実施形態において，電気絶縁コーティング３１は，焼結基盤４の粒間の粒境界，及び含有物５と焼結基盤４との間の粒境界に存在する。
【０１３３】
電気絶縁コーティング３１はまた，腐食保護を提供しうる。これは，磁気熱量活性物質の含有物５が電気絶縁層によってコーティングされている構造体にとって特に有利である。なぜなら，磁気熱量活性物質の中には，雰囲気及び熱交換媒体に暴露されると腐食しやすいものがあるためである。
【０１３４】
図５は，第４の実施形態による複合構造体４０を示す。複合構造体４０は，該複合構造体が有効空隙４１をさらに含む点において，前述の実施形態とは異なる。
【０１３５】
説明の明確化のために，図５においては，磁気熱量活性粉末２の含有物５には黒のハッチングが施されており，一方，磁気熱量非活性銅粒子にはハッチングが施されていない。
【０１３６】
第４の実施形態において，複合構造体４０は，熱交換流体が複合構造体４０を流れるのを可能にする有効空隙を含む。空隙４１は，複数の相互接続されるチャネル４２を含み，チャネル４２のスケルトン型構造を複合構造体４０全体に提供する。十分な数のチャネル４２は，複合構造体４０の外表面７において一端又は両端が開口している。熱交換媒体は，矢印で示されるように，チャネル４２のネットワーク（網）を通じて複合構造体４１の一方の側４３から他方の側４４へ流れることができる。図５には，空隙率４１を提供するネットワークとして，１つの貫通型チャネル４２と，その貫通型チャネル４２からの分岐チャネル４７のみが示されている。
【０１３７】
熱交換流体は，多孔質構造４２により与えられる内表面４５及び複合構造体４０の外表面７と接触することが可能である。
【０１３８】
空隙４２の存在により，複合構造体４０の表面積が増大し，したがって，複合構造体４０と熱交換媒体との接触面積が増大する。その結果，磁気熱交換の効率がさらに向上しうる。
【０１３９】
第４の実施形態において，磁気熱量活性物質を含む含有物５は，金属腐食保護コーティング４６をさらに含む。腐食保護コーティング４６は銅であり，個々の含有物５の磁気熱量活性物質の外表面と電気絶縁コーティング３１との間に配置される。したがって，含有物５は，２つのコーティングを含む。これは，各層の特性を個別に最適化することができる，という利点を有する。
【０１４０】
追加の腐食保護層４６は，有効空隙４１を有する複合構造体４０において有用である。なぜなら，含有物５の一部は，チャネル４２と隣接し，チャネル４２の表面４５の部分を形成するからである。腐食保護コーティング４６は，基盤に埋め込まれず，環境及び熱交換流体と接触する，これらの含有物５の部分に追加の保護を提供する。
【０１４１】
図５において，腐食保護コーティング４６及び電気絶縁コーティング３１の厚さ，並びに，粒子３，５及びチャネル４２，４７の大きさが図示のため誇張されていることにも留意すべきである。
【０１４２】
不図示のさらなる実施形態において，含有物５は，金属腐食保護コーティング４６のみを含む。すなわち，含有物５は，追加の外部電気絶縁層３１を備えていない。
【０１４３】
複合構造体１，１０，３０，４０は，熱交換器，冷却システム，温度調節装置，空調ユニット，又は産業用・商業用・家庭用の冷凍庫の作動部品として使用することができる。
【符号の説明】
【０１４４】
次に，符号について説明する。
【０１４５】
１  第１の複合構造体
【０１４６】
２  磁気熱量活性物質を含む第１の粉末
【０１４７】
３  磁気熱量非活性物質を含む第２の粉末
【０１４８】
４  基盤
【０１４９】
５  含有物
【０１５０】
６  含有物の露出部
【０１５１】
７  複合構造体の外表面
【０１５２】
１０  第２の複合構造体
【０１５３】
１１  第１の層
【０１５４】
１２  第２の層
【０１５５】
１３  第３の層
【０１５６】
１４  含有物
【０１５７】
１５  基盤
【０１５８】
１６  磁気熱量非活性物質
【０１５９】
１７  隣接層間の境界
【０１６０】
１８  第１の磁気熱量活性物質
【０１６１】
１９  第２の磁気熱量活性物質
【０１６２】
２０  第３の磁気熱量活性物質
【０１６３】
２１  外部コーティング
【０１６４】
２２  チャネル
【０１６５】
２３  外表面
【０１６６】
３０  第３の複合構造体
【０１６７】
３１  電気絶縁コーティング
【０１６８】
４０  第４の複合構造体
【０１６９】
４１  空隙
【０１７０】
４２  空隙のチャネル
【０１７１】
４３  第１の側
【０１７２】
４４  第２の反対側
【０１７３】
４５  空隙の表面
【０１７４】
４６  腐食保護層
【０１７５】
４７  第２のチャネル
【図１】
2010525291.tif 000002
【図２】
2010525291.tif 000003
【図３】
2010525291.tif 000004
【図４】
2010525291.tif 000005
【図５】
2010525291.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月17日(2009.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５５】
前記外部保護コーティング（２１）が前記圧縮複合構造体（１）に適用される，ことを特徴とする，
請求項５２〜５４のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
2010525291.tif 000007
2010525291.tif 000008
2010525291.tif 000009