JPH0545663B2

JPH0545663B2 -

Info

Publication number: JPH0545663B2
Application number: JP59155562A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Fukamichi
Original assignee: Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
Current assignee: Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
Priority date: 1984-07-27
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1993-07-09
Also published as: JPS6137945A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、アモルフアス合金からなる磁気作動
材料（以下、磁気作動物質と称す）に係り、より
詳細には、アモルフアス合金のスピングラス性と
磁気モーメントの大きさとを併せて利用した優れ
た磁気作動性（例、磁気冷凍乃至冷却）を有する
希土類金属含有アモルフアス磁気作動物質に関す
る。（従来技術）従来、磁気作動物質としては、例えば、
Dy₂Ti₂O₇、DyPO₄、Gd（OH）₃、Gd（SO₄）・
8H₂Oなどの酸化物乃至酸素含有化合物が磁気冷
凍材料として考えられており、ヘリウム液化温度
近傍の超低温冷凍用に期待されている。しかし、これらの化合物は、(1)磁性を担う元素
（Dy、Gdなど）の１分子当たりの含有量が少な
いために、磁気冷凍効率が悪い、(2)そのキユリー
温度乃至ネール温度が低く、高々10T(K)程度であ
るために、室温等の高い温度からの冷凍は無理で
ある、(3)これらの化合物はキユリー温度乃至ネー
ル温度を有しており、その温度付近での単純冷凍
のみが比較的効率がよいだけで、狭範囲での作動
しか期待できない、(4)これらの物質は化合物であ
るために熱伝導が小さく、冷凍効率や冷凍出力を
低下させる、(5)磁気作動に当たつては、数テスラ
〜10テスラの如く強磁場を必要とし、近年開発さ
れるようになつた超伝導マグネツトの出現の下で
のみ磁気作動が可能である等々、各種の制約乃至
欠点があつた。（発明の課題）本発明は、前述の従来技術の有する制約乃至欠
点を解消し、通常の電磁石を用いた弱磁場下での
断熱消磁により極めて高い効率の磁気作動を可能
とし、以つてMHD発電、核融合、エネルギー貯
蔵などの超大型プラントへの適用から、リニアモ
ータ、コンピユータ周辺機器などに至る幅広い分
野への適用を可能にする新規て独創的な磁気作動
物質を提供することを目的とするものである。（発明の構成）かゝる目的達成のため、本発明者は、まず、酸
化物等々の従来の磁気作動物質の有する欠点をも
たらす諸因について種々分析、検討を加えた。その結果、作動温度を超低温冷凍の如く磁気作
動目的に適合するようヘリウム液化温度近傍の超
低温に設定し、この超低温域にキユリー温度また
はネール温度など磁気転移温度を有するべく酸化
物乃至酸素含有化合物の形態をとらざるを得なか
つた状況に鑑み、このような制約の下では、かゝ
る化合物形態の磁気転移を厳しい条件下で利用す
ることになり、延いてはその磁気作動物質として
特性が効率よく利用実現し得ないことを知見し
た。そのため、本発明者は、磁気作動物質としての
その特性の利用を根本的に見直すことを想到し、
磁気作動の基本的原理の解明に鋭意努めた。その結果、磁気作動如何は、第１図に示すよう
に、外部磁場による磁気エントロピーの変化量
ΔSmとその温度依存性の関係に依拠し、この
ΔSmはキユリー温度またはネール温度など磁気
転移温度近傍で最大値を示す点に着目するに至
り、アモルフアス合金のスピングラスの性質を利
用し、その磁気転移点の広域化に代えることによ
つて、磁気作動温度の広領域化を図り得ることを
見い出した。加えて、前記ΔSmは物質の有する
磁気モーメントに左右されることを利用し、アモ
ルフアス合金への着眼を契機に希土類金属を含有
利用することにより、磁気作動温度の広領域化と
ΔSmの大きさを共に満たし得るとの知見を得た。そして、かゝる希土類金属を含むアモルフアス
合金は、外部磁場の強さに応じて特異な磁化温度
依存性を有し、特に、第２図に示すように、弱磁
場下においては原子のスピンが揃い易くて準安定
状態を呈しＡ、これが消磁状態または極弱磁場下
においてあたかも常磁性の如くスピンがバラバラ
になるスピングラス性Ｂを顕現する点の利用を見
い出し、これにより希土類金属含有アモルフアス
合金の磁気作動が、従来の磁気作動物質における
強磁場付与と相反し、弱磁場を加えて利用態様に
て可能であることを知見するに至り、ここに本発
明を完成したものである。すなわち、本発明の要旨とするところは、次の
点にある； (1) 希土類金属を含有したアモルフアス合金から
なり、通常の電磁石を用いた弱磁場下での断熱
消磁により、該合金の持つ磁気転移点の広さに
応じた広作動温度領域において磁気作動性が得
られることを特徴とするアモルフアス磁気作動
材料であり、また (2) 希土類金属を含有したアモルフアス合金の組
合わせ体からなり、その各組成を、高温乃至低
温に亙り相異なる磁気転移点を連続的に具備す
るように調整してなり、通常の電磁石を用いた
弱磁場下での断熱消磁により、該合金の持つ磁
気転移点の広さに応じた広作動温度領域におい
て磁気作動性が得られることを特徴とするアモ
ルフアス磁気作動材料である。以下に本発明を詳細に説明する。第１図は、磁気作動物質を外部磁場Ｈ内にお
き、断熱消磁した際の外部磁場による磁気エント
ロピー変化量ΔSmの温度依存性を示した説明図
であり、同図Ａは本発明に係るアモルフアス合金
の場合、Ｂは従来の酸化物の場合である。従来の酸化物は、同図Ｂの示すように、鋭いキ
ユリー温度Tcまたはネール温度Tn（通常、ヘリ
ウム液化温度近傍）の一つの温度でしか効率的な
磁気冷凍が期待できないのに対し、本発明におい
ては、広範囲に分布する磁気転移点Tmの領域で
効率的な磁気作動が可能であり、そのΔSmは、
例えば、次式で表わすことができる。 ΔSm＝Rlog（2J＋１） ……(1) ここで、Ｒ：常数Ｊ：原子の持つ角運動量同図Ａにおいて、スピングラスであるため、
Tm以下では比較的弱い磁場でもスピンは揃い易
いため、他の温度域よりも大きなΔSmを得るこ
とができる。この点、従来の酸化物では、同図Ｂに示すよう
に、キユリー温度Tcまたはネール温度Tnよりも
低い温度T′を作動温度としいたが、TcまたはTn
以下であつても熱撹乱のためにスピンは完全な平
行状態ではなく、これを平行な配列に近づけるに
は通常の電磁石を用いた磁場では不可能であつ
て、数テスラ〜10テスラの如く超伝導マグネツト
を用いた強い外部磁場を必要としていたのであ
る。しかも、得られるΔSmは、ヘリウム液化温
度近傍での作動を狙つたため、TcまたはTnより
かなり低い温度での作動させたことから、小さな
値しか得られなかつたのである。本発明では、このΔSmが大きな値を有する作
動温度を広領域化せしめるためアモルフアス合金
を利用したものであり、しかも、前述の如く、
ΔSmの大きさが含有成分の有する磁気モーメン
トＭ（μ_B）の大きさに比例するという知見に基づ
いて、アモルフアス合金であつて希土類金属含有
のものを磁気作動物質とするものである。磁気モーメントＭは、次式Ｍ＝gμ_BＪ ……(2) ここで、ｇ：スピンＳと角運動量Ｊとの関係 μ_B：ボーアマグネトンで表わすことができ、希土類金属の実測磁気モー
メントは第１表に示すとおりである。

【表】＊実測値
同表より、Eu〜Tmの諸元素の磁気モーメント
が大きいので、これらを含有せしめるのが好まし
い。なお、希土類金属含有のアモルフアス合金は、
周知と溶融法（リボン法、アンビル法）やスパツ
タ法により製造することができ、その成分組合わ
せは、例えば、上記製造法別に列挙するならば、
以下のとうりである。

【A】溶融法による成分組合わせ例： (1) GdとＣ、Al、Ga、Ni、Cu、Ag、Au、Ru、
Rh、Pd、Pt、Fe、Co、Mnのうちの１種また
は２種以上との合金 (2) AlとGd、Dy、Tb、Pr、Ho、Er、Euのう
ちの１種または２種以上との合金 (3) NiとGd、Dy、Tb、Pr、Ho、Er、Euのう
ちの１種または２種以上との合金 (4) AuとGd、Dy、Tb、Pr、Ho、Er、Euのう
ちの１種または２種以上との合金 (5) (2)〜(4)の合金に、La、Ｙ、Sm、Ce、Ndの
うちの１種または２種以上を添加した合金 (6) (2)〜(4)の合金に、Si、Ｂ、Ｃのうちの１種ま
たは２種以上の添加した合金

【B】スパツタ法による成分組合わせ例： (1) GdとCu、Al、Mg、Ti、Ｖ、Cr、Nb、Ge、
Si、Au、Fe、Co、Ni、Mnのうちの１種また
は２種以上との合金 (2) AgとGd、Dy、Tb、Pr、Ho、Er、Euのう
ちの１種または２種以上との合金 (3) AuとGd、Dy、Tb、Pr、Ho、Er、Euのう
ちの１種または２種以上との合金 (4) CuとGd、Dy、Tb、Pr、Ho、Er、Euのう
ちの１種または２種以上との合金 (5) NiとGd、Dy、Tb、Pr、Ho、Er、Euのう
ちの１種または２種以上との合金また、希土類金属含有アモルフアス合金の磁気
転移点Tmは組成依存性を有しており、その一例
を第３図〜第９図に示す。これらの例に示す如
く、本発明においては、種々の元素を３元、４元
などの合金系とすることにより、磁気転移点Tm
は殆どの温度領域を磁気作動温度としてカバーす
ることができる。したがつて、複数の組成の異な
るアモルフアス合金を１つのユニツトに組み込む
ことができ、その際、組成を連続的に変化させる
ことにより、磁気転移点Tmも連続的に変化さ
せ、第１図Ａに示すようなΔSmの温度依存性曲
線における山が連続的に連なるようにすることが
できる。また、更に本発明においては、希土類金属含有
アモルフアス合金の弱磁場下での断熱消磁による
スピングラス性を利用するものである。例えば、第２図に示す磁化温度依存性を用いて
説明すると、外部磁場ＨがH₁＝1000Oe、H₂＝
500Oe、H₃＝150Oe、H₄＝100Oeの如く弱い外部
磁場を印加し、次いで断熱消磁した場合、同図中
に円Ａの近傍では、完全に平行ではないがスピン
が強磁性の如く揃うＡ。一方、同図中の円Ｂの近
傍では、H₅＝30Oeのように極めて弱い外部磁場
中や消磁状態では、平行配列に揃つたスピンがあ
たかも常磁性の如くバラバラになりＢ、スピンド
ル性を呈する。このスピングラス性を利用することとすれば、
アモルフアス磁気作動物質は、従来の酸化物に対
して必要とした数テスラ〜10テスラの如き強磁場
を不要とし、数千分の一のように極めて弱い磁場
内でいとも容易に強磁性物質の如くスピンを揃え
ることができる。（実施例）溶融法によりGd₄₀Al₆₀アモルフアス合金リボン
を作製し、各々50、100、500、1000Oeの外部磁
場を印加し、磁化の温度依存性曲線を調らべたと
ころ、第１０図に示すとうりの結果を得た。そこ
で1000Oeを印加し、消磁することを50回繰り返
したところ、30Kから10Kまでの磁気冷却が可能
となつた。同じくGd₅₅Al₄₅、Gd₆₅Al₃₅アモルフアス合金の
リボンを作製し、その磁化の温度依存性を各々
30、100、150、1000Oeのもとで測定した結果を
第１１図、第１２図に示す。 Gdの濃度が増加するにつれて、磁気転移点が
上昇するのでGd₄₀Al₆₀の場合よりも更に高い温度
から冷凍が可能であり、更にGd₄₀Al₆₀よりも磁化
の値も大きいので、やはり冷凍の能率を更に向上
させることができる。（発明の効果）以上詳述したところから明らかなように、本発
明は、磁気モーメントが大きく、かつ、スピング
ラス性を顕現し得る希土類金属含有アモルフアス
合金で、しかも弱磁場下での断熱消磁により磁気
作動させるものであるから、(1)希土類金属含有ア
モルフアス合金であるためにその組成を任意に選
ぶことが容易であり、磁気転移点の設定も任意に
でき、例えば、冷凍作業物質として１つのユニツ
トに組み込む際に組成を連続的に変化させると、
磁気転移点も連続的に変化させることができるの
で、極めて効率がよくなる、(2)磁性元素の種類及
び量も多種類の中から任意に選ぶことができる、
(3)金属であるために熱伝導が高く、例えば、磁気
冷凍の場合には、その冷凍サイクルを速くするこ
とができ、速やかに冷凍効果が現われる、(4)スピ
ングラスの性質を示すために極めて弱い磁場中で
飽和させることができるので、強磁場が不要であ
る、(5)希土類金属含有アモルフアス合金であるた
めに機械的性質が優れており、取扱いが容易で、
しかも衝撃やサイクル運動にも強い等々、極めて
顕著なる効果を奏するので、既述と大型プラント
をはじめとするあらゆる分野への適用が期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは各々、外部現場による磁気エン
トロピーの変化量ΔSmの温度依存性を示す説明
図、第２図は磁化温度依存性を示す説明図で、同
図Ａ及びＢはスピンの配列状況を示す図、第３図
乃至第９図は各々、磁気転移点Tmの組成依存性
を示す図、第１０乃至第１２図は各々、異なる外
部磁場による磁化の温度依存性を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１希土類金属を含有したアモルフアス合金から
なり、通常の電磁石を用いた弱磁場下での断熱消
磁により、該合金の持つ磁気転移点の広さに応じ
た広作動温度領域において磁気作動性が得られる
ことを特徴とするアモルフアス磁気作動材料。２希土類金属を含有したアモルフアス合金の組
合わせ体からなり、その各組成を、高温乃至低温
に亙り相異なる磁気転移点を連続的に具備するよ
うに調整してなり、通常の電磁石を用いた弱磁場
下での断熱消磁により、該合金の持つ磁気転移点
の広さを応じた広作動温度領域において磁気作動
性が得られることを特徴とするアモルフアス磁気
作動材料。