(57)【要約】【課題】冷媒（作動媒質）の圧力損失が小さく十分な冷凍能力が発揮できる上に、圧力損失を低くする形状に加工することが容易な極低温用蓄冷材の製造方法および熱シールド材の製造方法を提供する。【解決手段】希土類を含む磁性合金を粉砕して５ｍｍ以下の粒径を有する磁性粒体４を調製する工程と、空孔率が９０vol％以上である多孔質担体２を調製する工程と、上記多孔質担体の空孔部３に上記磁性粒体４を充填する工程とを具備し、上記磁性粒体４を上記多孔質担体２に充填する割合を２０乃至９０％とすることを特徴とする極低温用蓄冷材の製造方法である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類を含む磁性合金を粉砕して５ｍｍ以下の粒径を有する磁性粒体を調製する工程と、空孔率が９０ｖｏｌ％以上である多孔質担体を調製する工程と、上記多孔質担体の空孔部に上記磁性粒体を充填する工程とを具備し、上記磁性粒体を上記多孔質担体に充填する割合を２０乃至９０％とすることを特徴とする極低温用蓄冷材の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の極低温用蓄冷材の製造方法において、前記多孔質担体としてシート状多孔質金属または発泡金属またはメッシュ状金属の何れかを使用することを特徴とする極低温用蓄冷材の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の極低温用蓄冷材の製造方法において、前記多孔質担体をシート状に形成すると共に、上記多孔質担体の少なくとも一方の表面にエンボス加工を施し、複数の凸部を形成することを特徴とする極低温用蓄冷材の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の極低温用蓄冷材の製造方法において、前記磁性粒体及び磁性粉末の組成が、一般式：ＲＭｚ（式中、ＲはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，ＴｍおよびＹｂから選ばれる少なくとも１種の希土類元素を示し、ＭはＮｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｒｕ，ＩｎおよびＲｈから選ばれる少なくとも１種の金属元素を示し、ｚは原子比で０．００１〜９．０の範囲である。）を有するように調整することを特徴とする極低温用蓄冷材の製造方法。
【請求項５】
希土類を含む磁性粒体を粉砕し、粒径が５０μｍ以下である粒子が７０vol％以上である磁性粉末を調製する工程と、この磁性粉末にバインダー、溶剤、分散剤および可塑剤を添加して混合スラリーを調製する工程と、この混合スラリーをシート状に成形して成形物とする工程と、得られた成形物を加熱して溶剤および分散剤に含まれる有機物を分解、揮散せしめる工程とを具備することを特徴とする極低温用蓄冷材の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の極低温用蓄冷材の製造方法において、得られた極低温用蓄冷材に直径が１０μｍ乃至１ｍｍである略円形断面を有する通気孔を形成する工程をさらに具備することを特徴とする極低温用蓄冷材の製造方法。
【請求項７】
請求項５乃至６のいずれかに記載の極低温用蓄冷材の製造方法において、前記磁性粒体及び磁性粉末の組成が、一般式：ＲＭｚ（式中、ＲはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，ＴｍおよびＹｂから選ばれる少なくとも１種の希土類元素を示し、ＭはＮｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｒｕ，ＩｎおよびＲｈから選ばれる少なくとも１種の金属元素を示し、ｚは原子比で０．００１〜９．０の範囲である）を有するように調整することを特徴とする極低温用蓄冷材の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至４のいずれかに記載の極低温用蓄冷材の製造方法において使用した前記磁性粒体を結合剤と共に多孔質担体の空孔部に充填してシート状の極低温用蓄冷材を形成し、この極低温用蓄冷材とは異なる材料から成る補強部材を用意し、この補強部材と上記極低温用蓄冷材とを前記結合剤によって一体に接合することを特徴とする極低温用熱シールド材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍機等に使用される極低温用蓄冷材の製造方法，およびそれを用いた熱シールド材の製造方法に係り、特に冷媒の圧力損失が小さく十分な冷凍能力が発揮できる上に、圧力損失を低くする形状に加工することが容易な極低温用蓄冷材，それを用いた極低温用熱シールド材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超電導技術の発展は著しく、その応用分野が拡大するに伴って、小型で高性能の冷凍機の開発が不可欠になってきている。このような冷凍機には、軽量・小型で、熱効率の高いことが要求されている。
【０００３】
例えば、超電導ＭＲＩ装置やクライオポンプ等においては、ギフォード・マクマホン方式（ＧＭ方式）やスターリング方式等の冷凍サイクルによる冷凍機が用いられている。また、磁気浮上列車にも高性能の冷凍機は必須とされている。さらに最近では、超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ）や、高品質のシリコンウェハーなどを製造する磁場中単結晶引上げ装置などにおいても高性能な冷凍機が主構成機器として装備されている。さらに超電導線，超電導素子，赤外線センサーなど、極低温域で動作する部品材料の温度安定化を図るためにサーマルアンカー，ヒートシンク，熱シールド用の極低温用蓄冷材が広く使用されている。
【０００４】
図９は従来の２段式のＧＭ冷凍機の要部構成を示す断面図である。このＧＭ冷凍機１０は、大径の第１シリンダ１１と、この第１シリンダ１１と同軸的に接続された小径の第２シリンダ１２とが設置された真空容器１３を有している。第１シリンダ１１には第１蓄冷器１４が往復動自在に配置されており、第２シリンダ１２には第２蓄冷器１５が往復動自在に配置されている。第１シリンダ１１と第１蓄冷器１４との間、および第２シリンダ１２と第２蓄冷器１５との間には、それぞれシールリング１６，１７が配置されている。
【０００５】
第１蓄冷器１４には、Ｃｕメッシュ等の第１蓄冷材１８が収容されている。第２蓄冷器１５には、極低温用蓄冷材が第２蓄冷材１９として収容されている。第１蓄冷器１４および第２蓄冷器１５は、第１蓄冷材１８や極低温用蓄冷材１９の間隙等に設けられたＨｅガス等の作動媒質（冷媒）の通路をそれぞれ有している。
【０００６】
第１蓄冷器１４と第２蓄冷器１５との間には、第１膨張室２０が設けられている。また、第２蓄冷器１５と第２シリンダ１２の先端壁との間には、第２膨張室２１が設けられている。そして、第１膨張室２０の底部には第１冷却ステージ２２が、また第２膨張室２１の底部には、第１冷却ステージ２２より低温の第２冷却ステージ２３が形成されている。
【０００７】
上述したような２段式のＧＭ冷凍機１０には、コンプレッサ２４から高圧の作動媒質（例えばＨｅガス）が供給される。供給された作動媒質は、第１蓄冷器１４に収容された第１蓄冷材１８間を通過して第１膨張室２０に到達し、さらに第２蓄冷器１５に収容された極低温用蓄冷材（第２蓄冷材）１９間を通過して第２膨張室２１に到達する。この際に、作動媒質は各蓄冷材１８，１９に熱エネルギーを供給して冷却される。各蓄冷材１８，１９間を通過した作動媒質は、各膨張室２０，２１で膨張して寒冷を発生させ、各冷却ステージ２２，２３が冷却される。膨張した作動媒質は、各蓄冷材１８，１９間を反対方向に流れる。作動媒質は各蓄冷材１８，１９から熱エネルギーを受け取った後に排出される。こうした過程で復熱効果が良好になるに従って、作動媒質サイクルの熱効率が向上し、より一層低い温度が実現される。
【０００８】
すなわち、上記のようなＧＭ冷凍機においては、蓄冷材が充填された蓄冷器内を、圧縮されたＨｅガス等の作動媒質が一方向に流れて、その熱エネルギーを蓄冷材に供給し、ここで膨張した作動媒質が反対方向に流れ、蓄冷材から熱エネルギーを受け取る。こうした過程で復熱効果が良好になるに伴って、作動媒質サイクルの熱効率が向上し、一層低い温度を実現することが可能となる。
【０００９】
上述したような冷凍機に使用される蓄冷材としては、従来、ＣｕやＰｂ等が主に用いられてきた。しかし、このような蓄冷材は２０°Ｋ以下の極低温域で体積比熱が著しく小さくなるため、上述した復熱効果が十分に機能せず、極低温を実現することが困難であった。
【００１０】
そこで、最近では、より絶対零度に近い温度を実現するために、極低温域において大きな体積比熱を示すＥｒ３Ｎｉ，ＥｒＮｉ，ＥｒＮｉ２，ＥｒＲｈ，ＨｏＣｕ２などの、希土類元素と遷移金属元素とから成る金属間化合物製の磁性蓄冷材を用いることが検討されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
上記のような磁性蓄冷材は、Ｈｅガスなどの作動媒質との熱交換を効率良く実施するために、通常、直径が０．１〜０．５mm程度の球状に加工され、磁性粒体の形状で使用される。上記球状の磁性粒体を充填した蓄冷器をＧＭ冷凍機に適用することによって、到達温度が４°Ｋとなるような冷凍運転が実現している。
【００１２】
図１０は上記のようなＧＮ冷凍機１０を用いた低温保冷装置３０の構成例を示す断面図であり、特に超電導ＭＲＩ装置，磁気浮上列車，超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ）および磁場中単結晶引上げ装置等の主要部を構成する超電導磁石の保冷装置を示している。
【００１３】
図１０に示す低温保冷装置３０は、被冷却物としての超電導磁石３１と、この超電導磁石３１を極低温度に冷却するＧＭ冷凍機１０と、超電導磁石３１を囲むように配設された複数の熱シールド材３２とを真空容器３３内に配置して構成されている。上記複数の熱シールド材３２は、支持材３４を介して真空容器３３内に保持されている。また、一旦冷却した被冷却物から冷凍機１０などの冷却手段を熱的に切り離す熱スイッチ３５が設けられている。
【００１４】
上記熱シールド３２としては、厚さが１〜２mm程度の銅（Ｃｕ）板から成るものが広く使用されており、外部からの熱侵入を極力抑制して保冷システム全体の冷却効率を高めるために、これらの熱シールド材３２が多層に配設されている。
【特許文献１】特開昭６２−２４３３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記のように冷凍サイクルが数Ｈｚ程度と低い従来のＧＭ冷凍機と異なり、冷凍サイクルが数１０Ｈｚとなるスターリング冷凍機やパルスチューブ冷凍機などのように高速サイクル運転を行う冷凍機においては、上記球状の磁性粒体を充填した蓄冷器での圧力損失が大きくなり、作動媒質と磁性粒体との間の熱交換が不十分となるため、十分な冷凍能力を発揮させることが困難となる問題点があった。
【００１６】
一方、上記蓄冷器における圧力損失を低減する対策として磁性蓄冷材の形状を、多数の透孔を穿設したパンチングプレート状，リボン状の蓄冷材をロール状に巻回したもの，メッシュ状の蓄冷材を多層に積層した積層スクリーン状に加工して用いる方法も試行されていた。
【００１７】
しかしながら、前記磁性蓄冷材は、金属間化合物に特有な脆性が顕著であるため、穿孔加工や曲げ加工が困難であり、蓄冷材の形状によって蓄冷器における圧力損失を低減することは実質的に不可能であった。
【００１８】
一方、銅製の熱シールド材を用いた従来の低温保冷装置において、冷凍機が停止した場合やヘリウム（Ｈｅ）などの低温液化ガスが蒸発した場合には、低温度での銅の比熱が小さいために熱シールド材が短時間に温度上昇し、外部からの熱侵入を抑制する効果が喪失してしまう問題点がある。
【００１９】
また、最近では、一旦冷却した被冷却物から冷却手段を切り離し、コンパクトな使用状態で超電導磁石などの被冷却物を運転するシステムも検討されている。しかしながら、上記銅などの従来の金属材のみから成る熱シールド材では比熱が小さいために保冷効果も小さく、被冷却物を長時間に亘って低温度に保持することが困難になるという問題点があった。
【００２０】
上記対策として、特に極低温域において大きな比熱を示すＥｒ３Ｎｉ，ＥｒＮｉ，ＨｏＣｕ２などの希土類元素および遷移金属元素を含む金属間化合物から成る磁性蓄冷材を熱シールド材の構成材料とすることを本願発明者らは考えていた。しかしながら、上記のような磁性蓄冷材は、一般に脆性材料であるため、熱シールド材に用いられるような大きさの板材形状に加工することが極めて困難であるという問題点があった。
【００２１】
また、超電導コイルのような被冷却物に対しては、図１０に示すような円筒形状の熱シールド材が好適ではあるが、脆性材料である磁性蓄冷材を円筒形状ないし曲面形状に加工することは、平板形状に比較してさらに困難であるという問題点があった。
【００２２】
一方、Ｎｄなどの希土類元素単体から成る磁性蓄冷材は、上記の金属間化合物から成る磁性蓄冷材と比較してやや比熱特性は劣る。またＣｕなどの通常の金属と比較して、極低温域で比較的に大きな比熱を有するとともに、板状に加工することが可能である。しかしながら、一般に熱シールド材は比較的に大面積形状で使用される場合が多く、しかも熱シールド材自体に大きな荷重が作用する条件で使用される。ところが、Ｎｄなどの希土類元素の単体から成る熱シールド材では構造強度が不十分であり、そのまま熱シールド材に適用することは不可能であった。
【００２３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、特に冷媒（作動媒質）の圧力損失が小さく十分な冷凍能力が発揮できる上に、圧力損失を低くする形状に加工することが容易な極低温用蓄冷材の製造方法を提供することを第１の目的とする。
【００２４】
また本発明は、熱の侵入を効果的に抑制することができ、任意の形状に加工することが容易で構造強度に優れた熱シールド材の製造方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するため、本発明で得られる極低温用蓄冷材は、希土類元素を含有する磁性粒体を多孔質性担体の空孔部に充填して成ることを特徴とする。また、多孔質性担体は、シート状多孔質金属またはメッシュ状金属で構成するとよい。さらに、多孔質性担体の空孔率が９０％以上が好ましい。また多孔質性担体は発泡金属で構成するとよい。さらに、多孔質性担体はシート状に形成するとともに、多孔質性担体の少なくとも一方の表面に複数の凸部を形成するとよい。
【００２６】
また、本発明で得られる極低温用蓄冷材は、希土類元素を含有する磁性粒体を結合剤，溶剤，分散剤および可塑剤とともに混合して均一なスラリーを調製し、得られたスラリーをシート状に成形することにより磁性粒体を相互に接合して形成してもよい。さらに上記磁性粒体から成るシート状成形体に多数の通気孔を穿設するとよい。
【００２７】
本発明で得られる冷凍機は、上記希土類元素を含有する磁性粒体を多孔質性担体の空孔部に充填して成る極低温用蓄冷材を充填した蓄冷器を具備することを特徴とする。
【００２８】
また上記シート状に成形した極低温用蓄冷材は、ロール状に巻回された状態で蓄冷器内に充填してもよい。さらに極低温用蓄冷材は多数の通気孔を有するプレート状の蓄冷材要素から成り、この複数の蓄冷材要素が蓄冷器の軸方向に多段に積層された状態で充填される構造でもよい。
【００２９】
本発明に係る極低温用熱シールド材の製造方法は、上記のように調製した極低温用蓄冷材を、この極低温用蓄冷材とは異なる材料から成る補強部材に一体に接合することを特徴とする。
【００３０】
上記補強部材はＣｕ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉから選択される少なくとも１種の金属材料またはその金属材料を主成分とする合金から構成するとよい。また極低温用蓄冷材は、磁性粒体を結合剤とともに多孔質性担体の空孔部に充填して形成されたシート状の蓄冷材であることを特徴とする。さらに極低温用蓄冷材と補強部材とを上記結合剤によって接合するとよい。
【００３１】
本発明で使用される磁性粒体としては、例えば
［数１］
一般式：ＲＭｚ  ……（１）
（式中、ＲはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，ＴｍおよびＹｂから選ばれる少なくとも１種の希土類元素を示し、ＭはＮｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｒｕ，ＩｎおよびＲｈから選ばれる少なくとも１種の金属元素を示し、ｚは原子比で０．００１〜９．０の範囲の数を示す。以下同じ）で表わされる希土類元素を含む金属間化合物や、Ｎｄなどの希土類元素単体から成る磁性粒体が挙げられる。
【００３２】
上記磁性粒体は、所定組成の母合金を機械的に粉砕して調製することができる。また、所定量の希土類元素を含有した金属溶湯または希土類元素溶湯を遠心噴霧法，回転円板法（ＲＤＰ法），イナートガスアトマイズ法，単ロール法，双ロール法などの溶湯急冷法によって処理して調製することもできる。上記磁性粒体の形状は、不定形，球形など任意の形状で構わない。
【００３３】
また磁性粒体の粒径が５mmを超えると、多孔質性担体への充填性が損われる。したがって、磁性粒体の粒径は５mm以下とされるが、より好ましい粒径は１mm以下の範囲であるが、さらに好ましい粒径範囲は０．２mm以下である。
【００３４】
上記磁性粒体を充填する多孔質性担体としては加工性が良好で、かつ安価なＮｉ，Ｃｕ，Ｐｂ，Ｆｅ，ステンレス鋼，Ｎｉ合金，Ｃｕ合金，Ｐｂ合金，Ｆｅ合金で形成したものが好ましい。さらに、これらの金属や合金で形成された本体表面にＣｒなどのめっき層を形成したものが使用できる。
【００３５】
上記多孔質性担体の具体例としては、発泡金属などの多孔質金属や、金属線材を縦横に織り上げて形成したメッシュ状金属が挙げられる。
【００３６】
上記多孔質性担体は、例えば下記の工程に従って製造できる。すなわち、連続気泡を形成したウレタンなどの発泡樹脂に導電処理を施した後に、発泡樹脂内外表面にＮｉ，Ｎｉ−Ｃｒ，Ｎｉ−Ａｌなどの各種金属成分を電気めっきし、しかる後に熱処理して樹脂成分を揮散させると同時に合金化処理を行うことによって、樹脂部が空孔化した多孔質金属状の担体素材が得られる。この担体素材をシート状またはブロック状に加工して本発明で使用する多孔質性担体が得られる。
【００３７】
多孔質性担体の空孔率は、極低温域において体積比熱が大きな磁性粒体をより多量に充填する観点から、より大きい方が有利である。多孔質性担体の空孔率は２０vol.％以上が好ましく、より好ましくは６０vol.％以上、さらに好ましくは９０vol.％以上が望ましい。上記多孔質性担体の空孔率は、前記製造工程における発泡樹脂の発泡度を制御することにより、１０〜９８vol.％の範囲で任意に調整することができる。
【００３８】
上記のように調製した多孔質性担体は、空孔率の増加に比例して多量の磁性粒体を充填することができる。また高い比表面積を有し、空孔は全て連通しているため、通気抵抗が少なく圧力損失も微小となる。
【００３９】
本発明に係る極低温用蓄冷材の製造方法では、上記のように調製した多孔質性担体の空孔部に磁性粒体を充填して極低温用蓄冷材が形成される。作動媒質と蓄冷材との熱交換を、主に、このシート状蓄冷材内部を通過する作動媒質が直接蓄冷材と熱交換するように設計された蓄冷器に使用する場合に、磁性粒体を多孔質性担体に充填する割合は、２０〜９０％とする。充填割合が２０％未満の場合には、作動媒質の流路（通気）抵抗は小さいが磁性粒体による蓄冷効果が不十分となる。一方、充填割合９０％を超えると作動媒質の流路抵抗が過大となるため蓄冷器の圧力損失が大きくなり蓄冷効果が減少する。
【００４０】
なお、ここで充填割合は、後述するようなロール加工などで最終的に厚さ調整が終了したシート状の蓄冷材の全体積（多孔質性担体を含む）に占める磁性蓄冷材粒体の体積の割合で定義する。
【００４１】
また、作動媒質と蓄冷材との熱交換を、シート状蓄冷材内部を通過する作動媒質によるのではなく、流路抵抗が低いシート状蓄冷材の表面を通過する作動流体が主に蓄冷材と熱交換するように設計された蓄冷器（ギャップ蓄冷器）に使用する場合には、磁性粒体の充填割合は６０〜９２％の範囲とする。なお、６５〜８８％の範囲が好ましく、さらには、７０〜８５％の範囲がより好ましい。充填割合が小さい場合には、磁性粒体による蓄冷効果が減少する一方、充填割合が大きすぎると、充填時に加わった応力などにより磁性粒体に歪みが加わり特性が劣化する。
【００４２】
多孔質性担体の表面または磁性粒体の表面にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの熱可塑性樹脂またはエポキシ樹脂やポリイミドなどの熱硬化性樹脂などを結着剤として付着させることにより、磁性粒体と多孔質性担体との結合強度を高めることが可能となり、振動等によって磁性粒体が脱落することが少なくなり、構造強度が優れた極低温用蓄冷材が得られる。
【００４３】
多孔質性担体に磁性粒体を充填して複合化する方法としては、例えば、前記溶湯急冷法または機械的粉砕法によって調製した磁性粒体に結着剤と溶媒とを配合して泥漿状のペーストを調製し、このペーストを前記のように調製した多孔質金属やメッシュ状金属などの多孔質性担体中に均一に充填した後に、減圧雰囲気中で温度１００〜１４０℃で０．５〜２．０時間乾燥して溶媒成分を除去する方法が採用できる。
【００４４】
このように磁性粒体（粉末）を充填した多孔質性担体を、さらにプレス加工したり、圧延加工したりすることにより、磁性粒体と多孔質性担体との結合強度が高められるとともに、シート状に形成した極低温用蓄冷材の厚さを調整することが可能となる。
【００４５】
上記シート状の極低温用蓄冷材の厚さは、巻回したり、折り曲げて所定形状に加工する容易性を確保するために０．０１〜２mmの範囲とする。なお、０．０５〜１．０mmの厚さの範囲が好ましく、さらに０．１〜０．５mmの範囲がより好ましい。
【００４６】
また、磁性粒体を充填した多孔質性担体を、表面に凹凸を有するエンボス加工用ロールを用いてシート状に圧延加工することによって、多孔質性担体表面に複数の凸部を形成することができる。この凸部を形成した多孔質性担体を巻回して円柱状の極低温用蓄冷材を形成すると、隣接するシート状多孔質性担体が密着せずに凸部によって相互に隔離される。そのため、前記ギャップ蓄冷器に適用した場合には、この隔離部の空間を通ってＨｅガスなどの作動媒質（冷媒）を円滑に流通させることができ、作動媒質の圧力損失が極めて小さくなる。
【００４７】
さらに上記多孔質金属やメッシュ状金属などの多孔質性担体の構成材料となる遷移金属や各種合金として、特に前記一般式ＲＭｚから成る磁性蓄冷材と比較して低温度域における熱伝導度が高いものを選択できる。このようにすることで熱浸透深さが小さくなるような高速サイクル運転を実施するスターリング冷凍機やパルスチューブ冷凍機に、上記多孔質性担体と磁性粒体とから成る本願の極低温用蓄冷材を使用した場合においても、多孔質性担体の深部に充填された磁性粒体に対して、多孔質金属やメッシュ状金属による伝熱作用が十分に発揮され、磁性粒体と担体と作動媒質との間の熱交換が迅速に行なわれる。
【００４８】
一方、蓄冷器の設計によっては、蓄冷器の高温側から低温側への熱伝導を低くしたい場合がある。そのような場合には、多孔質性担体の構成材料となる遷移金属や各種合金として、上記とは逆に、例えばステンレス鋼のように、低温領域における熱伝導度が低い材料を用いるのが好ましい。このような選択は、冷凍機および蓄冷器の設計によってどちらも採り得るものである。
【００４９】
上記磁性粒体を充填した多孔質性担体を蓄冷器内に装填する場合には、ロール状に巻回したり、シートを適当な形状に切り出したものを用いることができる。ロール状に加工する場合には、幅の狭いものを複数個積層し蓄冷器内に装填することも可能である。シート状のものを用いる場合には、その平面を作動媒質の流れ方向に対しほぼ平行に装填する場合と直交するように装填する場合とが考えられる。直交するように装填する場合には、作動媒質の流路を確保するため、穿孔を施したり、磁性粒体の充填密度が低いものを用いる必要がある。
【００５０】
上記構成に係る極低温用蓄冷材によれば、通気抵抗が少なく、加工性が良好な多孔質性担体の空孔部に磁性粒体を充填して形成されており、脆性が高い磁性粒体は変形が容易な多孔質性担体に担持される構造を有する。したがって、磁性粒体を圧力損失が小さくなる形状に加工することが極めて容易である。そのため、スターリング冷凍機やパルスチューブ冷凍機などのように高速サイクル運転を行う冷凍機用の蓄冷材として使用した場合にも、圧力損失が小さく熱交換効率が高い運転が可能となり、冷凍能力が高い冷凍機が実現できる。
【００５１】
また、上記磁性粒体の粉砕粉を種々の成形法によってシート状またはプレート状に成形してそれぞれシート状またはプレート状の極低温用蓄冷材を製造することも可能である。すなわち、前記のように調製した磁性粒体を平均粒径が数μｍ（粒径が５０μｍ以下の粒子数が７０％以上）となるように粉砕し、得られ粉末にバインダー（結合剤），溶剤，分散剤，可塑剤などを必要に応じて添加して均一に混合しスラリーを調製する。
【００５２】
上記バインダーとしては、特に限定されるものではないが、ポリアクリレート，ポリメタクリレート，セルローズアセテート，ポリビニルブチラール，ポリビニルアルコール（ＰＶＡ），ポリビニルブチラール（ＰＶＢ），メチルセルロース，ポリエチレングリコール，カルボキシメチルセルロースなどが使用できる。溶剤としては、アセトン，トルエン，トリクレン，エチルアルコール，酢酸エチル，水などが使用できる。分散剤としては、グリセリントリオレート，アリルスルホン酸，リン酸塩類，各種界面活性剤等が使用できる。また、主としては、成形体の柔軟性および加工性を改善するために添加する可塑剤としては、オクチルフタレート，ブチルベンジルフタレート，グリセリン，ポリエチレングリコール，サクローズアセテートイソブチレート，ジブチルフタレート，ジイソデシルフタレートなどが使用できる。
【００５３】
次に得られたスラリーを、例えば金属板；プラスチックフィルム表面上にコーティングしてシート状に成形したり、またスラリーをプレート状に成形する。成形法は特に限定されるものではないが、ドクターブレード法，ロール成形法，グラビアコーティング法などが使用できる。シート状またはプレート状に成形された蓄冷材は、必要に応じて加熱処理を加えて、バインダー，溶剤などを揮散せしめ乾燥させる。
【００５４】
上記のように形成したシート状蓄冷材は、従来の高脆性を有する蓄冷材とは異なり、種々の形状に変形させることが可能である。例えば、シート状蓄冷材をロール状に巻回して、冷凍機の蓄冷器内に充填することにより、通気抵抗が少ない極低温用蓄冷材としての機能を発揮させることができる。ここで上記シート状蓄冷材の巻き方を変えることにより、その通気抵抗を自在に変えることが可能である。特に通気抵抗が小さくなるように形態を変えることが可能であるため、高速サイクル運転を行う冷凍機用の蓄冷材として有用である。
【００５５】
また前記スラリーをコーティングせずに、直接乾燥させた後に、プレス成形しプレート状の蓄冷材として使用することも可能である。すなわち、上記プレート状の蓄冷材を厚さ方向に貫通する多数の通気孔を穿設し、このプレート状の蓄冷材を蓄冷器内に微少なスペーサーを介して多段に積層配置することにより、冷却媒体（Ｈｅガス）の流れが均一であり、通気抵抗が小さい蓄冷材が得られる。
【００５６】
上記通気孔の断面形状は、特に限定されるものではないが、ドリル加工が容易な円形が好適である。この場合、通気孔の直径は、１０μｍ〜１mmの範囲とされるが、２０μｍ〜３００μｍの範囲が特に好ましい。また通気孔の断面形状が円形以外の場合においても、上記円形に相当する断面積を有することが好ましい。さらに上記通気孔の配設間隔は、２０μｍ〜２mmに設定されるが、３０〜４００μｍの範囲がさらに好ましい。またプレート状蓄冷材の厚さは０．５〜５mm程度が好ましい。
【００５７】
前記シート状蓄冷材をロール状に巻回した蓄冷材を蓄冷器内に収容した場合には、ロールの中心付近の空隙部を冷却媒体としてのＨｅガスが集中して流れるため、冷却媒体全体としての流れが不均一になる傾向もある。しかしながら、上記のようにプレート状の多孔蓄冷材を多段に配置した場合には、冷却媒体の流れが均一になり、蓄冷効果をさらに高めることが可能となる。なお、通気抵抗は上記通気孔の直径や配設ピッチを変えることにより、任意に調整できる。また上記プレート状の多孔蓄冷材を多段に配置した場合には、従来の球状の磁性粒子を同一の充填割合で充填した場合と比較しても、より通気抵抗を小さくすることができ、冷凍機のより高速度のサイクル運転が可能になる。
【００５８】
一方、本発明に係る熱シールド材は、前記のように調製した極低温用蓄冷材を、この極低温用蓄冷材とは異なる材料から成る補強部材に一体に接合して形成される。
【００５９】
上記極低温用蓄冷材は、例えば下記のような手順で調製される。まず、前記組成を有する磁性粒体を粉砕して得た磁性蓄冷材粉末に結合剤（バインダー），溶媒等と混合してスラリーを調製する。次に、得られたスラリーを前記多孔質性担体の空孔部に充填した後に、溶媒成分を蒸発せしめ、シート状磁性蓄冷材を形成する。
【００６０】
ここで、上記溶媒成分を蒸発させるためには、加熱操作または減圧操作を行うことが有効である。また多孔質性担体としては、発泡金属などの多孔質性金属の他に、繊維状金属から構成したメッシュ状金属等を使用することができる。さらに多孔質性担体の構成材としては、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｂ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｎｉ合金，Ｃｕ合金，Ｐｂ合金，Ｆｅ合金，Ａｌ合金，ステンレス鋼などの金属材料が好適である。
【００６１】
また多孔質金属またはメッシュ状金属の空孔率は、比熱の大きな磁性蓄冷材をより多く充填できるようにするため、大きい方が有利である。具体的には空孔率は２０vol.％以上に設定されるが、６０vol.％以上が好ましく、さらに８５vol.％以上がより好ましい。
【００６２】
上記の多孔質金属またはメッシュ状金属を構成する遷移金属や合金は、一般の金属材と比較して低温度における熱伝導度が大きい。したがって、冷凍機からの伝導伝熱のみで被冷却物を冷却する場合においても、多孔質金属またはメッシュ状金属による伝熱効率が高く、シート状蓄冷材内部に充填した磁性蓄冷材まで効率良く冷却することが可能である。
【００６３】
また上記磁性蓄冷材粉末と多孔質性担体とを結合する結合剤（バインター）は、特に限定されないが、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ），カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などの熱可塑性樹脂，エポキシ樹脂，ポリイミドなどの熱硬化性樹脂が好適に使用できる。
【００６４】
さらに極低温用蓄冷材として、下記のように溶湯急冷法によって調製した蓄冷材や切断加工や圧延加工した蓄冷材を使用することも可能である。すなわち、所定組成で溶解した溶湯を、単ロール法，双ロール法，遠心噴霧法などの溶湯急冷法を用いて処理して、薄片（フレーク）状，針状，粉末状などに加工した磁性蓄冷材を用いることもできる。この場合、薄片の厚さや針状，粉末状の蓄冷材の直径が約０．４mm以下と薄くなるので、複数の薄片等を厚さ方向に接着剤（結合剤）を介して重ね合せて使用することもできる。また、Ｎｄなどの希土類元素単体から成る磁性蓄冷材の場合には、そのインゴットを切断したり、または圧延処理して板状に加工したものを使用することが可能である。
【００６５】
上記磁性蓄冷材のうち、特に金属間化合物から成る磁性蓄冷材は、一般に脆性材料であるため、工業的な規模で板状に加工することは困難である。しかしながら、比較的に小さな面積の板やチップ状に形成する場合には、インゴットを切断する方法，インゴットを粉砕し、その粉砕粉を焼結する方法により製造することが可能である。
【００６６】
この場合、各磁性蓄冷材の面積は、１〜１０００cm２の範囲とすることが好ましい。この面積が１０００cm２を超えるような広大な板状の磁性蓄冷材では、特に加工が困難になるとともに機械的強度が小さいため、熱シールド材への組立工程および運転中に破損するおそれがある。一方、面積が１cm２未満の板やチップ状の磁性蓄冷材で大きな面積を有する被冷却物を覆うと隣接する磁性蓄冷材の継ぎ目が多くなり、熱シールド効果が低下してしまう。したがって、各磁性蓄冷材の面積は１〜１０００cm２の範囲とされるが、２〜５００cm２がより好ましく、さらに３〜１００cm２の範囲がより好ましい。また各磁性蓄冷材の厚さは０．５〜５０mmの範囲が好適である。
【００６７】
上記磁性蓄冷材を一体に接合する補強部材は、それ自身による熱シールド効果の他に、大きな形状に加工できない磁性蓄冷材や十分な構造強度を持たない磁性蓄冷材を支持し補強する機能を有する。上記の補強部材の構成材料としては、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｎｉ合金，Ｃｕ合金，Ｆｅ合金，Ａｌ合金，ステンレス鋼などの金属材料の他に、エポキシ樹脂や繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などを使用することができる。上記構成材料のうち、特に低温域での熱伝導度が大きい観点から、Ｃｕ，Ａｌ，Ｃｕ合金，Ａｌ合金が好適である。またステンレス鋼などのＦｅ系金属材は安価な点から好ましい。
【００６８】
上記補強部材に各種磁性蓄冷材を一体に接合して本発明に係る極低温用熱シールド材が形成される。ここで、前記磁性粒体を多孔質性担体の空孔部に充填したシート状磁性蓄冷材を補強部材に接合する接着剤として、磁性粒体を多孔質性担体に接合するために用いた結合剤（バインダー）を使用することも可能である。
【００６９】
すなわち、磁性粒体に結合剤と溶剤等とを混合して調製したスラリーを多孔質性担体の空孔部に充填し、溶媒成分を蒸発させる前の状態にあるシート状磁性蓄冷材を補強部材に接触させて固定した状態で乾燥することにより、磁性粒体と多孔質性担体とを接合している結合剤（バインダー）により、同時にシート状磁性蓄冷材と補強部材とを一体に接合することができる。
【００７０】
また、磁性蓄冷材と補強部材との密着性を高め熱抵抗を下げると同時に両部材の接合強度を高めるために、磁性蓄冷材を補強部材にねじ止めしたり、ベルトやワイヤーを用いて磁性蓄冷材の外側から結束することも有効である。
【００７１】
上記構成に係る熱シールド材によれば、任意の形状に加工することが容易であり、被冷却物を長時間に亘って低温度に維持することが可能な熱シールド材が得られ、特に超電導線，超電導素子，赤外線センサーなど、極低温域で動作する機器の温度安定性を大幅に向上させることができる。
【発明の効果】
【００７２】
本発明に係る極低温用蓄冷材の製造方法によれば、通気抵抗が少なく、加工性が良好な多孔質性担体の空孔部に磁性粒体を充填して形成されており、脆性が高い磁性粒体は変形が容易な多孔質性担体に担持される構造を有する極低温用蓄冷材が得られる。したがって、磁性粒体の割れや損傷を発生することなく圧力損失が小さくなる形状に加工することが極めて容易である。そのため、スターリング冷凍機やパルスチューブ冷凍機などのように高速サイクル運転を行う冷凍機用の蓄冷材として使用した場合にも、圧力損失が小さく熱交換効率が高い運転が可能となり、冷凍能力が高い冷凍機が実現できる。
【００７３】
また、本発明に係る熱シールド材の製造方法によれば、任意の形状に加工することが容易であり、被冷却物を長時間に亘って低温度に維持することが可能になる熱シールド材が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
次に本発明の実施形態について以下に示す実施例を参照して、より具体的に説明する。
【００７５】
［実施例１］
まず、高周波溶解によりＥｒＮｉ母合金を作成した。次に、このＥｒＮｉ母合金を機械的に粉砕して２００メッシュ以下の合金粉末とした。次に得られたＥｒＮｉ合金粉末に、結合剤としてのポリビニルアルコールを４重量％濃度で溶解した水溶液を、合金粉末重量の２５％の割合で添加し均一に混練して泥漿状のペーストを調製した。
【００７６】
一方、厚さが１．６mm，幅が５０mm，長さが４００mm，空孔率が９５vol.％のＮｉ製多孔質性担体（商品名：セルメット，住友電気工業株式会社製）を多数用意した。
【００７７】
次に、前記のように調製した泥漿状のペーストを、上記各Ｎｉ製多孔質性担体の空孔部に均一に充填した後に、減圧雰囲気（１〜１００Torr）中で温度１２０℃で１時間乾燥することにより水分を蒸発せしめて、多孔質性担体に結合剤を介してＥｒＮｉ磁性粒体が付着したシート状蓄冷材を調製した。
【００７８】
次に得られた各シート状蓄冷材について、表面に凹凸を有するエンボス加工用ロールを用いて圧延加工を施すことにより、厚さが０．８mmの実施例１に係るシート状の極低温用蓄冷材を調製した。
【００７９】
この実施例１に係るシート状の極低温用蓄冷材１は、図２に模式的に示すようにＮｉ製多孔質性担体２の空孔部３に多数の磁性粒体（ＥｒＮｉ合金粉末）４が充填された組織構造を有する。また各磁性粒体４は、結合剤としてのポリビニルアルコールを介して多孔質性担体２と強固に結合している。また、シート状の極低温用蓄冷材１の表面には、エンボス加工用ロールを用いた圧延加工によって、高さ０．０５mmのバンプ（図示せず）が形成されている。
【００８０】
次に得られた各シート状の極低温用蓄冷材１の端部をスポット溶接して複数のシート状蓄冷材を接合して、幅が５０mmで長尺のリボン状の蓄冷材とした。次に、得られたリボン状の蓄冷材を巻回してロール状の極低温用蓄冷材を得た。このロール状の蓄冷材において、隣接するシート状蓄冷材は表面に形成されているバンプ（突起）によって隔離されている。
【００８１】
そして、上記のようなロール状の極低温用蓄冷材１を、図１に示すように、内径が２５mmで高さが５０mmの蓄冷器５に充填した。この蓄冷器５内における磁性粒体４の充填割合は７３vol.％であった。この蓄冷器５を３段式パルスチューブ冷凍機の第３段目蓄冷器として使用し、１０Ｈｚの運転周波数で運転したところ、１０°Ｋでの冷凍能力として、０．１４Ｗが得られた。
【００８２】
［比較例１］
一方、実施例１において用意したＥｒＮｉ合金を融解し、得られた合金溶湯を遠心噴霧法により分散すると同時に急冷凝固せしめて球状の磁性粒体を調製した。得られた磁性粒体群を篩分して直径が０．１５〜０．１８mmの範囲の球状磁性粒体を選別した。次に選別した磁性粒体を、図１に示す実施例１で使用した蓄冷器（内径２５mm×高さ５０mm）５内に充填した。この蓄冷器５内における磁性粒体４の充填割合は６２vol.％とした。
【００８３】
そして、球状の磁性粒体を充填した蓄冷器５を、実施例１と同様にパルスチューブ冷凍機の第３段目蓄冷器として使用して同一条件で運転したところ、最低到達温度は１０°Ｋまで至らず１６°Ｋであり、十分な冷凍能力が得られなかった。
【００８４】
［実施例２］
図３は実施例２に係る極低温用蓄冷材１ａの形状および構造を示す斜視図である。この極低温用蓄冷材１ａは、実施例１において調製したシート状蓄冷材の長手方向に間隔をおいてプレスによる折り曲げ加工を実施して複数の凸部６を形成して製造したものである。折り曲げ加工したシート状蓄冷材を、図３に示すように巻回すると、半径方向に隣接するシート状蓄冷材は凸部６によって隔離されるため、シート状蓄冷材の幅方向の通気抵抗は小さくなる。
【００８５】
実施例２に係る極低温用蓄冷材１ａを実施例１と同様に、図１に示すように蓄冷器５に充填し、パルスチューブ冷凍機の第３段目蓄冷器として使用し同一条件で運転したところ、１０°Ｋでの冷凍能力として０．１１Ｗが得られた。
【００８６】
［実施例３］
実施例１において、厚さが２．０mm、直径２５mm、空孔率９７％のＮｉ製多孔質性担体にＥｒＮｉ磁性粒体を充填しシート状蓄冷材を調整した。このシート状蓄冷材に対し、機械加工により直径０．２mmの穴を０．５mm間隔で多数空けた。この蓄冷材を実施例１と同様の蓄冷器に充填し、パルスチューブ冷凍機の第３段目蓄冷器として同一条件で運転したところ、１０Ｋ°での冷凍能力として０．１３Ｗが得られた。
【００８７】
上記各実施例に係る極低温用蓄冷材１，１ａにおいては、Ｈｅガスなどの作動媒質（冷媒）が隣接するシート状蓄冷材の間の抵抗の低い流路を通り、シート状蓄冷材表面で熱交換を行う。そのため、高速サイクル運転を行った場合でも、圧力損失が少なく、熱交換率が高いため、優れた冷凍能率を発揮し得ることが判明した。
【００８８】
特に巻回してコイル状に形成するという強加工を施しても、多孔質性担体が自在に変形するため、磁性粒体が割れたり損傷することが少なく、圧力損失が少なくなる形状に加工することが可能になった。
【００８９】
また実施例１と比較例とにおいて、実施例１の場合には、圧力損失を増加させることなく蓄冷器に対する磁性粒体の充填割合を高めることができたので、冷凍能力に大きな差異が生じたものと考えられる。
【００９０】
なお上記実施例においては、多孔質性担体の空孔部に磁性粒体を充填して複合化し、シート状の極低温用蓄冷材を構成しているが、下記のような方法により担体と磁性粒体とを複合化してシート状の極低温用蓄冷材を形成することもできる。
【００９１】
すなわち、Ｐｂなどの軟質金属シート間に磁性粒体を挟み、プレス加工によって一体化してシート状の磁性蓄冷材を形成することも可能である。
【００９２】
また、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｂ，Ａｌなどの金属材で形成した袋状部材の内部に磁性粒体を充填した後に真空引きして封止する、いわゆるキャニングを実施し、キャニングしたシート状の袋を、さらに圧延加工して金属材と磁性粒体とを一体化してシート状の磁性蓄冷材としてもよい。
【００９３】
さらに、磁性蓄冷材を粒径が数μｍ程度となるように微粉砕し、得られた磁性粉末にバインダーと溶剤とを添加してスラリーとし、このスラリーを例えばドクターブレード法やロール成形法などにより成形してシート状の成形体とし、このシート状成形体を加熱してバインダー成分を揮散させてシート状の磁性蓄冷材としてもよい。なお、上記シート状成形体に穿孔を施して通気抵抗が少ないシート状蓄冷材を形成することも可能である。
【００９４】
さらにＰｂなどの低融点金属であり、かつ磁性粒体と反応しない金属を、メカニカルアロイング法などを用いて磁性粒体表面に被覆した後に、被覆した磁性粒体をシート状に成形し、得られた成形体を熱処理して低融点金属を溶解させ、この低融点金属によって磁性粒体を相互に強固に結合させることにより、シート状の磁性蓄冷材を製造することも可能である。
【００９５】
次に磁性粒子の粉砕粉を成形して形成したプレート状の極低温用蓄冷材について以下の実施例を参照して説明する。
【００９６】
［実施例４］
高周波溶解によりＨｏＣｕ２なる組成の磁性材料の母合金を調製した。この母合金について、ジョークラッシャー，ハンマーミル，ボールミルを順次使用して粉砕し、平均粒径が１０μｍの磁性合金粉末を調製した。この磁性合金粉末に、合金粉末重量に対してバインダーとして７重量％のアクリル樹脂と、溶剤として７０重量％のメタルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）と、可塑剤として２．８重量％のフタル酸ジブチルとを添加し、アルミナボールとともにポットローラーにて２４時間混合して均一なスラリーを調製した。
【００９７】
次に得られたスラリーを乾燥させた後に、＃６０の篩を通し、粒径を揃えた。この乾燥粉体を金型に充填し、１８０kg／cm２の成形圧力で加圧成形することにより、直径２８mm×厚さ１mmのプレート状の蓄冷材を成形した。さらに、図４に示すように、このプレート状蓄冷材に直径１００μｍの通気孔（スルーホール）６を２００μｍピッチで機械的に穿孔した。さらに得られた多孔の蓄冷材プレートを窒素ガス雰囲気中で温度７００℃で２時間脱脂してプレート状の多孔蓄冷材１ｂとした。
【００９８】
得られた５０枚のプレート状の多孔蓄冷材１ｂを、各プレート間にテフロン（登録商標）製のメッシュ材をスペーサーとして挿入した状態で、図４に示すような、２段膨張式パルスチューブ冷凍機の２段目の蓄冷器５ａの軸方向に多段に積層配置して冷凍機を組み立てた。そして、この冷凍機を周波数２０Ｈｚで運転した結果、最低到達温度が４．０Ｋであり、優れた冷凍性能が得られた。
【００９９】
［比較例２］
実施例４において調製した母合金（ＨｏＣｕ２）を溶融せしめ、得られた合金溶湯を遠心噴霧法（ＲＤＰ）により、急冷凝固せしめて球状の磁性粒子を調製した。得られた磁性粒子を篩分して直径０．１５〜０．１８mmの球状磁性粒子を選別した。この磁性粒子を実施例４で用いたパルスチューブ冷凍機の２段目蓄冷器５ａ内に充填し、実施例４と同一条件で冷凍試験を実施した結果、最低到達温度は１３．２Ｋであった。
【０１００】
［実施例５］
高周波溶解によりＥｒ３Ｎｉなる組成の磁性材料の母合金を調製した。この母合金について、ジョークラッシャー，ハンマーミル，ボールミルを順次使用して粉砕し、平均粒径が８μｍの磁性合金粉末を調製した。この磁性合金粉末に、合金粉末重量に対してバインダーとして６重量％のアクリル樹脂と、溶剤として７０重量％のメタルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）と、可塑剤として２．５重量％のフタル酸ジブチルとを添加し、アルミナボールとともにポットローラーにて２４時間混合して均一なスラリーを調製した。
【０１０１】
次に得られたスラリーを用い、ドクターブレード法によって成形し、幅６０mm×厚さ３００μｍの長尺のシート状蓄冷材を調製した。
【０１０２】
次に、このシート状蓄冷材に直径２００μｍの通気孔（スルーホール）を３００μｍのピッチで機械的に穿孔した。得られた多孔のシート状蓄冷材を巻回して直径２８mm×高さ６０mmのロール状の蓄冷材とした状態で窒素雰囲気中において温度７００℃で２時間脱脂することにより実施例５に係る極低温用蓄冷材を調製した。
【０１０３】
このようにロール状に形成した実施例５に係る極低温用蓄冷材を、２段膨張式パルスチューブ冷凍機の２段目蓄冷器に充填して冷凍機を組み立てた。そして、この冷凍機を周波数２０Ｈｚで運転した結果、最低到達温度が４．５Ｋとなり、優れた冷凍性能が得られた。
【０１０４】
［比較例３］
実施例５において調製した母合金（Ｅｒ３Ｎｉ）を溶融せしめ、得られた合金溶湯を遠心噴霧法（ＲＤＰ）により、急冷凝固せしめて球状の磁性粒子を調製した。得られた磁性粒子を篩分して直径０．１５〜０．１８mmの球状磁性粒子を選別した。この磁性粒子を実施例５で用いたパルスチューブ冷凍機の２段目蓄冷器内に充填し、実施例５と同一条件で冷凍試験を実施した結果、最低到達温度は１７．０Ｋであった。
【０１０５】
［実施例６］
Ｎｄの溶湯をＡｒガスアトマイズ法にて分散急冷は磁性粉体とした。得られた粉体を篩分して粒径１００μｍ以下の粉体を選別した。次に得られたＮｄ粉末に、結合剤としてのポリビニルアルコールを２重量％濃度で溶解した水溶液を、粉末重量に対して２０％の割合で添加し均一に混練して泥漿状のペーストを調製した。
【０１０６】
一方、厚さが１．６mm，幅が５０mm，長さが４００mm，空孔率が９５vol.％のＮｉ製多孔質性担体（商品名：セルメット，住友電気工業株式会社製）を多数用意した。
【０１０７】
次に、前記のように調製した泥漿状のペーストを、上記各Ｎｉ製多孔質性担体の空孔部に均一に充填した後に、減圧雰囲気（１〜１００Torr）中で温度１２０℃で１時間乾燥することにより水分を蒸発せしめて、多孔質性担体に結着剤を介してＮｄ磁性粒体が付着したシート状蓄冷材を調製した。
【０１０８】
次に得られた各シート状蓄冷材について、表面に凹凸を有するエンボス加工用ロールを用いて圧延加工を施すことにより圧延し、厚さが０．８mmの実施例６に係るシート状の極低温用蓄冷材を調製した。
【０１０９】
この実施例６に係るシート状の極低温用蓄冷材の表面には、エンボス加工用ロールを用いた圧延加工によって、高さ０．０５mmのバンプが形成されている。
【０１１０】
次に得られた各シート状の極低温用蓄冷材の端部をスポット溶接して複数のシート状蓄冷材を接合して、幅が５０mmで長尺のリボン状の蓄冷材とした。次に、得られたリボン状の蓄冷材を巻回してロール状の極低温用蓄冷材を得た。このロール状の蓄冷材において、隣接するシート状蓄冷材は表面に形成されているバンプ（突起）によって隔離されている。
【０１１１】
そして、上記のようなロール状の極低温用蓄冷材を、内径が２５mmで高さが５０mmの蓄冷器に充填した。この蓄冷器を２段式パルスチューブ冷凍機の第２段目蓄冷器として使用し、２０Ｈｚの運転周波数で運転したところ、最低到達温度が６．３Ｋとなり、優れた冷凍機性能が得られた。
【０１１２】
［比較例４］
一方、実施例６において用意したＮｄを用いて直径５０mm×長さ３００mmの丸棒を作成し、得られたＮｄ丸棒を電極とした回転電極法（ＲＥＰ）によりＮｄ溶湯を分散すると同時に急冷凝固せしめて球状の磁性粒体を調製した。得られた磁性粒体群を篩分して直径が０．１５〜０．１８mmの範囲の球状磁性粒体を選別した。次に選別した磁性粒体を、実施例６で使用した蓄冷器（内径２５mm×高さ５０mm）内に充填した。
【０１１３】
そして、球状の磁性粒体を充填した蓄冷器を、実施例６と同様にパルスチューブ冷凍機の第２段目蓄冷器として使用して同一条件で運転したところ、最低到達温度は６．３Ｋまで至らず１８．２Ｋであり、十分な冷凍能力が得られなかった。
【０１１４】
次に本発明に係る極低温用熱シールド材について、以下の実施例に基づいて説明する。
【０１１５】
［実施例７］
まず、高周波溶解によりＨｏＣｕ２母合金を作成した。次に、このＨｏＣｕ２母合金を機械的に粉砕して２００メッシュ以下の合金粉末とした。次に得られたＨｏＣｕ２合金粉末に、結合剤としてのポリビニルアルコールを４重量％濃度で溶解した水溶液を、合金粉末重量の２５％の割合で添加し均一に混練して泥漿状のペーストを調製した。
【０１１６】
一方、厚さが１．６mm，幅が５０mm，長さが４００mm，空孔率が９５vol.％のＮｉ製多孔質性担体（商品名：セルメット，住友電気工業株式会社製）を多数用意した。
【０１１７】
次に、前記のように調製した泥漿状のペーストを、上記各Ｎｉ製多孔質性担体の空孔部に均一に充填してシート状蓄冷材３６ａを調製した。
【０１１８】
一方、図５に示すように、厚さが１mmのＣｕ材から成り、直径２００mm×高さ３００mmの有底円筒状の補強部材（第１層用）３７ａと、直径２３０mm×高さ３５０mmの補強部材（第２層用）３７ｂとを用意した。そして前記シート状蓄冷材３６ａの結合剤が乾燥する前に、シート状蓄冷剤３６ａを、各補強部材３７ａ，３７ｂの外表面に接着した。すなわち、各シート状蓄冷材３６ａとＣｕ製の補強部材３７ａ，３７ｂとの間には、上記ペーストがＮｉ製多孔質性担体からしみ出す程度に過剰に塗布し、ペースト中の結合剤成分であるポリビニルアルコールの接着力によってシート状蓄冷材３６ａとＣｕ製の補強部材３７ａ，３７ｂとを一体に接合した。さらにシート状蓄冷材３６ａと補強部材３７ａ，３７ｂとの間における熱伝達性を向上させるために、シート状蓄冷材３６ａを固定ねじ３８によってねじ止めした。しかる後に、減圧雰囲気下で１２０℃で１時間乾燥することにより、図５に示すように、シート状蓄冷材３６ａと補強部材３７ａ，３７ｂとが一体に接合した熱シールド材３９ａ，３９ｂを調製した。
【０１１９】
一方、前記ＨｏＣｕ２に代えてＥｒ３Ｎｉから成る磁性粒体をＮｉ製多孔質担体の空孔部に充填して、図５に示すようなシート状蓄冷材３６ｂを調製した。さら、図５に示すように、厚さが１mmのＣｕ材から成り、直径２６０mm×高さ４００mmの有底円筒状の補強部材（第３層用）３７ｃ、直径２９０mm×高さ４５０mmの有底円筒状の補強部材（第４層用）３７ｄ、および直径３１０mm×高さ５００mmの有底円筒状の補強部材（第５層用）３７ｅを用意した。
【０１２０】
そして各補強部材３７ｃ，３７ｄ，３７ｅの外表面に、Ｅｒ３Ｎｉ磁性粒体を含むシート状蓄冷材３６ｂを、同様にして一体に接合することにより、それぞれ図５に示すような熱シールド材３９ｃ，３９ｄ，３９ｅを調製した。
【０１２１】
そして上記のように調製した第１層用〜第５層用の熱シールド材３９ａ〜３９ｅを、図１０に示す低温保冷装置３０の熱シールド材として真空容器３３内に同心状に配置して超電導磁石３１を冷却するための低温保冷装置を組み立てた。なお、第６層用から第１０層用の熱シールド材としては、図１１に示すような、厚さ１mmのＣｕ材のみから成る従来の熱シールド材３２を同心的に配置した。
【０１２２】
上記のように組み立てた低温保冷装置３０において、２段冷却式ＧＭ（ギフォード・マクマフォン）冷凍機１０によって、合計１０層の熱シールド材３９ａ〜３９ｅ，３２〜３２を冷却した後に、熱スイッチ３５をＯＦＦにしてＧＭ冷凍機１０と熱シールト材との熱接触を切り離した状態で最内層の熱シールド材３９ａの表面温度を測定した。その結果、ＧＭ冷凍機１０の冷却作用によって４．０Ｋまで到達した温度が、ＧＭ冷凍機１０を切り離した後に、１００時間経過した後においても５．０Ｋであり、優れた熱シールド特性が確認できた。
【０１２３】
［実施例８］
高周波溶解によりＨｉＣｕ２合金インゴットを調製し、このインゴットを機械的に切断後、研削加工を施し、縦２０mm×横２０mm×厚さ３mmのチップ状の磁性蓄冷材を多数調製した。
【０１２４】
一方、実施例７で使用した第１層用および第２層用の補強部材３７ａ，３７ｂと同一寸法の有底円筒状の補強部材を用意した。そして上記チップ状磁性蓄冷材のうち、上記補強部材の側面に接合するためのチップ状磁性蓄冷材に対しては、補強部材の側面の曲率に合致するように曲面形状に仕上げ加工を施した。一方、補強部材の底面に接合するためのチップ状磁性蓄冷材は平面状のままとした。
【０１２５】
そして曲面形状に仕上げたチップ状磁性蓄冷材を上記補強部材（Ｃｕ製）の側面部に、エチル２−シアノアクリレート系瞬間接着剤（アロンアルファ：東亜合成化学工業製）を介して接着する一方、平面状のチップ状磁性蓄冷材を各補強部材の底面部に同様にして接着した。なお、正方形状のチップ状の磁性蓄冷材によって、各補強部材の円形状の底面を被覆することは不可能であるため、底面外周からはみ出したチップは、外周形状に合せた形状に仕上げ加工した。この結果、チップ状の磁性蓄冷材と補強部材とが一体に接合した熱シールド材（第１層用および第２層用）を調製した。
【０１２６】
一方、実施例７において用意したＣｕ製の補強部材（第３層用〜第５層用）の側面および底面には、上記と同様にして加工したＥｒ３Ｎｉ製のチップ状磁性蓄冷材を接着することにより、第３層用〜第５層用の熱シールド材をそれぞれ調製した。
【０１２７】
そして上記のように調製した第１層用〜第５層用の熱シールド材を、図１０に示す低温保冷装置３０の熱シールド材として真空容器３３内に同心状に配置して超電導磁石３１を冷却するための低温保冷装置を組み立てた。なお、第６層用から第１０層用の熱シールド材としては、図１１に示すような、厚さ１mmのＣｕ材のみから成る従来の熱シールド材３２を同心的に配置した。
【０１２８】
上記のように組み立てた低温保冷装置３０において、２段冷却式ＧＭ（ギフォード・マクマフォン）冷凍機１０によって、合計１０層の熱シールド材を冷却した後に、熱スイッチ３５をＯＦＦにしてＧＭ冷凍機１０と熱シールト材との熱接触を切り離した状態で最内層の熱シールド材の表面温度を測定した。その結果、ＧＭ冷凍機１０の冷却作用によって４．０Ｋまで到達した温度が、ＧＭ冷凍機１０を切り離した後に、１００時間経過した後においても６．７Ｋであり、優れた熱シールド特性が確認できた。
【０１２９】
［実施例９］
Ｎｄ金属塊を不活性ガス雰囲気中において熱間圧延して、厚さ３mmの板状の磁性蓄冷材とした。一方、実施例７において調製した第１層用〜第５層用のＣｕ製補強部材の外表面に、エポキシ接着剤（スミカダイン：住友化学工業株式会社製）を用いて、上記板状の磁性蓄冷材を接着した。さらに各Ｎｄ製磁性蓄冷材とＣｕ製補強部材との間の熱伝達性を向上させるために、図５に示す方式と同様にして固定ねじ３８によって両部材をねじ止めした。
【０１３０】
そして上記のように調製した第１層用〜第５層用の熱シールド材を、図１０に示す低温保冷装置３０の熱シールド材として真空容器３３内に同心状に配置して超電導磁石３１を冷却するための低温保冷装置を組み立てた。なお、第６層用から第１０層用の熱シールド材としては、図１１に示すような、厚さ１mmのＣｕ材のみから成る従来の熱シールド材３２を同心的に配置した。
【０１３１】
上記のように組み立てた低温保冷装置３０において、２段冷却式ＧＭ（ギフォード・マクマフォン）冷凍機１０によって、合計１０層の熱シールド材を冷却した後に、熱スイッチ３５をＯＦＦにしてＧＭ冷凍機１０と熱シールト材との熱接触を切り離した状態で最内層の熱シールド材の表面温度を測定した。その結果、ＧＭ冷凍機１０の冷却作用によって４．０Ｋまで到達した温度が、ＧＭ冷凍機１０を切り離した後に、１００時間経過した後においても８．２Ｋであり、優れた熱シールド特性が確認できた。
【０１３２】
［比較例５］
第１層〜第１０層までの全ての熱シールド材を、図１１に示すように厚さ１mmのＣｕ材のみから成る従来の熱シールド材で構成した点以外は実施例７と同様にして構成することにより、比較例５の低温保冷装置を組み立てた。
【０１３３】
上記のように組み立てた低温保冷装置３０において、２段冷却式ＧＭ（ギフォード・マクマフォン）冷凍機１０によって、合計１０層の熱シールド材を冷却した後に、熱スイッチ３５をＯＦＦにしてＧＭ冷凍機１０と熱シールド材との熱接触を切り離した状態で最内層の熱シールド材の表面温度を測定した。その結果、ＧＭ冷凍機１０の冷却作用によって４．０Ｋまで到達した温度が、ＧＭ冷凍機１０を切り離した後に、１００時間経過した後において、２２Ｋと急激に上昇し、熱シールド効果が少ないことが再確認できた。
【０１３４】
以上の実施例においてはＣｕ製の補強部材の外表面に、シート状またはチップ状の磁性蓄冷材を一体に接合した熱シールド材を示しているが、磁性蓄冷材は補強部材の外側または内側のどちらの側に接合しても同等な熱シールド特性を発揮させることが可能である。
【０１３５】
また、図６に示すように、補強部材３７の両面に磁性蓄冷材４０，４０を接合することにより、より蓄冷効果が大きく熱シールド性に優れた熱シールド材４１が得られる。さらに、図７に示すように、補強部材４２を二重構造とし、その間隙に蓄冷材粉末４３を充填した熱シールド材４４とすることも可能である。また図８に示すようにパイプ状の補強部材４５の内部に蓄冷材粉末４３を充填した熱シールド材４６を形成してもよい。この場合、必要に応じて結合剤を蓄冷材粉末４３と混合してもよい。
【０１３６】
上記実施例に係る熱シールド材によれば、任意の形状に加工することが容易であり、被冷却物を長時間に亘って低温度に維持することが可能であり、特に超電導線，超電導素子，赤外線センサーなど、極低温域で動作する機器の温度安定性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明に係る極低温用蓄冷材を充填した蓄冷器を破断して示す斜視図。
【図２】本発明に係る極低温用蓄冷材の粒子構造を示す図であり、図１におけるII部拡大図。
【図３】本発明に係る極低温用蓄冷材の他の実施例を示す斜視図。
【図４】本発明の他の実施例に係る極低温用蓄冷材を充填した蓄冷器を破断して示す斜視図。
【図５】本発明に係る熱シールド材の一実施例を示す断面図。
【図６】本発明に係る熱シールド材の他の実施例を示す斜視断面図。
【図７】本発明に係る熱シールド材の他の実施例を示す斜視断面図。
【図８】本発明に係る熱シールド材の他の実施例を示す斜視図。
【図９】ＧＭ冷凍機の要部構成を示す断面図。
【図１０】ＧＭ冷凍機および熱シールド材を用いた低温保冷装置の構成例を示す断面図。
【図１１】図１０におけるXI部の拡大断面図。
【符号の説明】
【０１３８】
１，１ａ，１ｂ  極低温用蓄冷材
２  多孔質性担体
３  空孔部
４  磁性粒体（ＨｏＣｕ２  合金粉末）
５，５ａ  蓄冷器（第２蓄冷器）
６  通気孔
１０  ＧＭ冷凍機
１１  第１シリンダ
１２  第２シリンダ
１３  真空容器
１４  第１蓄冷器
１５  第２蓄冷器
１６，１７  シールリング
１８  第１蓄冷材
１９  第２蓄冷材（極低温用蓄冷材）
２０  第１膨張室
２１  第２膨張室
２２  第１冷却ステージ
２３  第２冷却ステージ
２４  コンプレッサ
３０  低温保冷装置
３１  超電導磁石
３２  熱シールド材
３３  真空容器
３４  支持材
３５  熱スイッチ
３６ａ，３６ｂ  シート状蓄冷材
３７，３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｅ  補強部材
３８  固定ねじ
３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅ  熱シールド材
４０  磁性蓄冷材
４１，４４，４６  熱シールド材
４２，４５  補強部材
４３  蓄冷材粉末
【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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