特許 7591771 Ｎｉ－Ｔｉ系合金、吸発熱材料、Ｎｉ－Ｔｉ系合金の製造方法、及び熱交換デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-21

(45)【発行日】2024-11-29

(54)【発明の名称】Ｎｉ－Ｔｉ系合金、吸発熱材料、Ｎｉ－Ｔｉ系合金の製造方法、及び熱交換デバイス

(51)【国際特許分類】

   C22C 19/03 20060101AFI20241122BHJP

   C22C 14/00 20060101ALI20241122BHJP

   C22C 30/00 20060101ALI20241122BHJP

   B22F 1/00 20220101ALI20241122BHJP

   B22F 1/14 20220101ALI20241122BHJP

   B22F 3/14 20060101ALI20241122BHJP

   C22C 1/04 20230101ALI20241122BHJP

【ＦＩ】

C22C19/03 C

C22C14/00 Z

C22C30/00

B22F1/00 M

B22F1/00 R

B22F1/14 500

B22F3/14 101B

C22C1/04 B

C22C1/04 E

C22C19/03 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022561918

(86)(22)【出願日】2021-11-08

(86)【国際出願番号】 JP2021041031

(87)【国際公開番号】W WO2022102586

(87)【国際公開日】2022-05-19

【審査請求日】2023-04-19

(31)【優先権主張番号】P 2020189704

(32)【優先日】2020-11-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2021113700

(32)【優先日】2021-07-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002527

【氏名又は名称】弁理士法人北斗特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 嘉孝

(72)【発明者】

【氏名】大野 航太朗

(72)【発明者】

【氏名】仲村 達也

(72)【発明者】

【氏名】椎 健太郎

【審査官】河野 一夫

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６０－１３１９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－０３７３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０８４８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２３９８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２４０３９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｃ １９／０３

Ｃ２２Ｃ １４／００

Ｃ２２Ｃ ３０／００

Ｂ２２Ｆ １／００

Ｂ２２Ｆ １／１４

Ｂ２２Ｆ ３／１４

Ｃ２２Ｃ １／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎｉ原子と、Ｔｉ原子と、Ｓｉ原子とのみを含有し、
前記Ｎｉ原子、前記Ｔｉ原子、及び前記Ｓｉ原子の組成比は、
前記Ｎｉ原子の原子数％をｘ軸、前記Ｔｉ原子の原子数％をｙ軸、前記Ｓｉ原子の原子数％をｚ軸にそれぞれ示す三角図における、座標（５０，４９，１）で示される点Ａと座標（５０，３０，２０）で示される点Ｄとを結ぶ線分、前記点Ｄと座標（２０，６０，２０）で示される点Ｉとを結ぶ線分、前記点Ｉと座標（３０，６０，１０）で示される点Ｊとを結ぶ線分、前記点Ｊと座標（４０，５５，５）で示される点Ｋとを結ぶ線分、前記点Ｋと座標（４９，５０，１）で示される点Ｌとを結ぶ線分、前記点Ｌと座標（４９．５，４９．５，１）で示される点Ｍとを結ぶ線分、及び前記点Ｍと前記点Ａとを結ぶ線分で囲まれた範囲内にあり（ただし、前記組成比が、Ｔｉ _{１００－Ｘ－ｙ／２} Ｎｉ _{Ｘ－ｙ／２} Ｓｉ _ｙ 、Ｘ＝４９～５２、ｙ＝０．５～１０、を満たす場合を除く）、
吸発熱特性を有する、
Ｎｉ－Ｔｉ系合金。

【請求項2】

前記Ｎｉ原子、前記Ｔｉ原子、及び前記Ｓｉ原子の組成比は、
前記Ｎｉ原子の原子数％をｘ軸、前記Ｔｉ原子の原子数％をｙ軸、前記Ｓｉ原子の原子数％をｚ軸にそれぞれ示す三角図における、座標（４９．７，５０，０．３）で示される点ａと座標（４９．５，５０，０．５）で示される点ｂとを結ぶ線分、前記点ｂと座標（４９．３，５０，０．７）で示される点ｃとを結ぶ線分、前記点ｃと座標（４９，５０．２，０．８）で示される点ｄとを結ぶ線分、前記点ｄと座標（４８．５，５０．５，１）で示される点ｅとを結ぶ線分、前記点ｅと座標（４５，５２．５，２．５）で示される点ｆとを結ぶ線分、前記点ｆと座標（４０，５７．５，２．５）で示される点ｇとを結ぶ線分、前記点ｇと座標（４０，５９．５，０．５）で示される点ｈとを結ぶ線分、前記点ｈと座標（４４．５，５５，０．５）で示される点ｉとを結ぶ線分、及び前記点ｉと前記点ａとを結ぶ線分で囲まれた範囲内にある、
請求項１に記載のＮｉ－Ｔｉ系合金。

【請求項3】

Ｎｉ原子と、Ｔｉ原子と、Ｓｉ原子とのみを含有し、
前記Ｎｉ原子、前記Ｔｉ原子、及び前記Ｓｉ原子の組成比は、
前記Ｎｉ原子の原子数％をｘ軸、前記Ｔｉ原子の原子数％をｙ軸、前記Ｓｉ原子の原子数％をｚ軸にそれぞれ示す三角図における、座標（４９．５，４９．５，１）で示される点Ｑと座標（４７，５０，３）で示される点Ｒとを結ぶ線分、点Ｒと座標（４５，５０，５）で示される点Ｓとを結ぶ線分、点Ｓと座標（４０，５０，１０）で示される点Ｔとを結ぶ線分、点Ｔと座標（３５，５５，１０）で示される点Ｕとを結ぶ線分、点Ｕと座標（４０，５５，５）で示される点Ｋとを結ぶ線分、点Ｋと座標（４９，５０，１）で示される点Ｌとを結ぶ線分、及び点Ｌと点Ｑとを結ぶ線分で囲まれた範囲内にあり、
吸発熱特性を有する、
Ｎｉ－Ｔｉ系合金。

【請求項4】

超弾性特性を有する
請求項１から３のいずれか一項に記載のＮｉ－Ｔｉ系合金。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載のＮｉ－Ｔｉ系合金を含有する、
吸発熱材料。

【請求項6】

前記Ｎｉ－Ｔｉ系合金に混合される樹脂成分を更に含有する、
請求項５に記載の吸発熱材料。

【請求項7】

請求項１から４のいずれか一項に記載のＮｉ－Ｔｉ系合金を製造する方法であり、
Ｎｉ粉末と、Ｔｉ粉末と、Ｓｉ粉末とを混合して混合物を得ることを含む混合工程と、
前記混合物を不活性ガス雰囲気下でアーク放電に曝露することを含むアーク放電工程と、
を含む、
Ｎｉ－Ｔｉ系合金の製造方法。

【請求項8】

吸発熱部材と、前記吸発熱部材を収容する収容部材と、を備え、
前記吸発熱部材は、請求項５又は６に記載の吸発熱材料を含む、
熱交換デバイス。

【請求項9】

第１の支持部材と、第２の支持部材と、を更に備え、
前記吸発熱部材は、前記第１の支持部材及び前記第２の支持部材の間に介在し、かつ前記第１の支持部材と前記第２の支持部材との少なくとも一方から荷重を受けることで変形可能に構成されている、
請求項８に記載の熱交換デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、Ｎｉ－Ｔｉ系合金、吸発熱材料、Ｎｉ－Ｔｉ系合金の製造方法、及び熱交換デバイスに関する。詳細には、Ｎｉ原子とＴｉ原子とを含有するＮｉ－Ｔｉ系合金、前記Ｎｉ－Ｔｉ系合金から作製される吸発熱材料、前記Ｎｉ－Ｔｉ系合金の製造方法、及び前記吸発熱材料から作製される吸発熱部材を備える熱交換デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、Ｎｉ－Ｔｉ合金は、形状記憶効果を有し、かつ超弾性（擬弾性ともいわれる）を示すことが知られている。超弾性は、Ｎｉ－Ｔｉ合金において高温相のオーステナイト相がマルテンサイト相に変態を完了する温度（Ａｆ温度）以上の温度で応力が加えられて変形が生じた後、応力が解除されることで元の形状に回復する形状記憶特性である。

【0003】

また、Ｎｉ－Ｔｉ合金は、弾性熱量効果を発現しうることも知られている（例えば非特許文献１）。弾性熱量効果とは、荷重による負荷と除荷とに基づく応力の変化に応じて結晶構造や磁気構造が変化する際に、変化前後でのエントロピー差に相当する発熱又は吸熱が生じる効果である。

【0004】

一方、Ｎｉ－Ｔｉ合金に代わるＮｉ－Ｔｉ系合金として、Ｎｉ原子又はＴｉ原子の一部を、Ｃｕ原子、Ｆｅ原子、Ｃｒ原子等で置換した合金の開発も進められている。置換したＮｉ－Ｔｉ系合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金よりも、優れた形状記憶特性を有することが知られている。例えば、特許文献１は、Ｎｉおよび／またはＴｉの一部を５ａｔ％以下の範囲内でＦｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｖ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｎｂのいずれかの一種または二種以上の元素で置換したＮｉ－Ｔｉ系合金を開示している。このＮｉ－Ｔｉ系合金によれば、使用環境温度範囲内において、応力によって生じた２％の歪みを、負荷及び除荷した場合の残留歪みが０．２５％以下となるようにできるという超弾性効果が示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】J．Ｃｕｉ，Ｙ．Ｗｕ，Ｊ．Ｍｕｅｈｌｂａｕｅｒ，Ｙ．Ｈｗａｎｇ，Ｒ．Ｒａｄｅｒｍａｃｈｅｒ，Ｓ．Ｆａｃｋｌｅｒ，Ｍ．Ｗｕｔｔｉｇ，ａｎｄ Ｉ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，１０１，０７３９０４（２０１２）．

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００７－５１３３９号公報

【発明の概要】

【0007】

本開示の一態様に係るＮｉ－Ｔｉ系合金は、Ｎｉ原子と、Ｔｉ原子と、Ｓｉ原子とを含有する。前記Ｎｉ－Ｔｉ系合金は、吸発熱特性を有する。

【0008】

本開示の一態様に係る吸発熱材料は、前記Ｎｉ－Ｔｉ系合金を含有する。

【0009】

本開示の一態様に係るＮｉ－Ｔｉ合金の製造方法は、混合工程と、アーク放電工程と、を含む。前記混合工程では、Ｎｉ粉末と、Ｔｉ粉末と、Ｓｉ粉末とを混合して混合物を得る。前記アーク放電工程では、前記混合物を不活性ガス雰囲気下でアーク放電に曝露する。

【0010】

本開示の一態様に係る熱交換デバイスは、吸発熱部材と、前記吸発熱部材を収容可能な収容部材とを備える。前記吸発熱部材は、前記吸発熱材料を含む。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１Ａは、本実施形態に係るＮｉ－Ｔｉ系合金の応力と歪みの関係の一例を示す図である。図１Ｂは、本実施形態に係るＮｉ－Ｔｉ系合金の温度変化に応じた熱的挙動の一例を示す図である。

【図2】図２Ａは、従来のＮｉ－Ｔｉ合金における応力と歪みとの関係を示す概念図である。図２Ｂは、従来のＮｉ－Ｔｉ合金の温度変化に応じた熱的挙動を示す概念図である。

【図3】図３Ａは、Ｎｉ－Ｔｉ合金（比較例１）における応力と歪みの関係を示す図である。図３Ｂは、Ｎｉ－Ｔｉ合金（比較例１）における温度変化に応じた熱的挙動を示す図である。

【図4】図４Ａ及び図４Ｂは、本実施形態に係るＮｉ－Ｔｉ系合金のＮｉ，Ｔｉ，Ｓｉ原子の組成比の例を示す三角図である。

【図5】図５Ａ及び図５Ｂは、本実施形態に係るＮｉ－Ｔｉ系合金のＮｉ，Ｔｉ，Ｓｉ原子の組成比の例を示す三角図である。

【図6】図６Ａは、本実施形態に係るＮｉ－Ｔｉ系合金のＮｉ，Ｔｉ，Ｓｉ原子の組成比の例を示す三角図である。図６Ｂは、図６Ａにおける三角図の一部を拡大した図である。

【図7】図７Ａは、第１の実施形態の吸発熱材料を示す概略図である。図７Ｂは、第２の実施形態の吸発熱材料を示す概略図である。図７Ｃは、第３の実施形態の吸発熱材料を示す概略図である。

【図8】図８Ａは、本実施形態に係る熱交換デバイスの例を示す概略図である。図８Ｂは、図８Ａにおける熱交換デバイスに荷重した状態の例を示す概略図である。図８Ｃは、図８Ａにおける熱交換デバイスを引張した状態の例を示す概略図である。

【図9】図９Ａ～図９Ｄは、実施例１～４におけるＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金のＤＳＣ曲線を示す図である。

【図10】図１０Ａ～図１０Ｄは、実施例５～８におけるＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金のＤＳＣ曲線を示す図である。

【図11】図１１Ａ～図１１Ｄは、実施例９～１２におけるＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金のＤＳＣ曲線を示す図である。

【図12】図１２Ａ～図１２Ｄは、実施例１３～１６におけるＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金のＤＳＣ曲線を示す図である。

【図13】図１３Ａ～図１３Ｄは、実施例１７～２０におけるＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金のＤＳＣ曲線を示す図である。

【図14】図１４Ａ～図１４Ｄは、実施例２１～２４におけるＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金のＤＳＣ曲線を示す図である。

【図15】図１５Ａ～図１５Ｄは、実施例２５～２８におけるＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金のＤＳＣ曲線を示す図である。

【図16】図１６Ａ～図１６Ｂは、実施例２９～３０におけるＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金のＤＳＣ曲線を示す図である。

【図17】図１７Ａは、本実施形態に係るＮｉ－Ｔｉ系合金の応力と歪みの関係の一例を示す図である。図１７Ｂは、本実施形態に係るＮｉ－Ｔｉ系合金の温度変化に応じた熱的挙動の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（１）概要
まず、Ｎｉ－Ｔｉ系合金の概要について説明する。

【0013】

特許文献１（特開２００７－５１３３９号公報）では、Ｎｉ－Ｔｉ系合金材料が超弾性効果を示すことについては開示されているが、弾性熱量効果については検討されておらず、その熱的挙動、応力的挙動は明らかにされていない点が多い。

【0014】

発明者らは、Ｎｉ－Ｔｉ合金の弾性熱量効果に着目し、独自に研究開発を進め、新たなＮｉ－Ｔｉ系合金を見出した。

【0015】

すなわち、本実施形態に係るＮｉ－Ｔｉ系合金（以下、「Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金」という。）は、Ｎｉ原子と、Ｔｉ原子と、Ｓｉ原子とを含有する。Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、吸発熱特性を有する。なお、本開示において、「Ｎｉ－Ｔｉ合金」とは、Ｎｉ原子とＴｉ原子とからなる合金をいう。本実施形態のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金におけるＮｉ原子とＴｉ原子とのうちの少なくとも一方がＳｉ原子に置換された構造を有する。

【0016】

本開示における「吸発熱特性」とは、相転移の際に吸熱又は発熱が生じる特性をいう。「吸発熱特性」には、温度変化に伴って相転移の際に吸熱又は発熱が生じる特性と、弾性変形に基づく相転移の際に吸熱又は発熱が生じる特性とが含まれる。本実施形態に係るＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金と類似の構造変化が起こりうるため、力が加えられると、相転移が生じ、相転移の際に周囲から熱を吸収（吸熱）したり、熱を放出（発熱）したりすることができる。すなわち、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、荷重による負荷と除荷とに基づく応力の変化に応じた弾性熱量効果を示しうる。本開示において、弾性熱量効果とは、物質が荷重による負荷と除荷とによって弾性変形して相転移する際に、発熱、又は吸熱する現象をいう。

【0017】

さらに、本実施形態のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、環境温度の変化に応じて相転移し、それに伴って発熱及び吸熱するという吸発熱特性も有する。

【0018】

そして、本実施形態のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｓｉ原子を含有することで、Ｎｉ－Ｔｉ合金とは異なる吸熱特性及び発熱特性を有する。具体的には、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金とは異なる温度（相転移温度）で吸発熱反応を示し、更にＮｉ－Ｔｉ合金とは異なる発熱量、及び吸熱量を有する。これは、従来のＮｉ－Ｔｉ合金におけるＮｉ原子又はＴｉ原子の一部をＳｉ原子へと置換することにより、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の結晶構造における原子間の結合エネルギーが変化するためであると考えられる。

【0019】

Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、上記特性を利用して、吸発熱材料、加熱装置及び冷却装置等の熱交換機能を有する熱交換デバイスに好適に用いることができる。

【0020】

（２）詳細
以下、本実施形態に係るＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金材料を含む吸発熱材料、及び熱交換デバイスについて、詳しく説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、以下に説明する実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。すなわち、以下の実施形態は、本開示の目的を達成できれば設計に応じて種々の変更が可能である。

【0021】

［Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金］
本実施形態Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ系合金は、Ｎｉ原子と、Ｔｉ原子と、Ｓｉ原子とを含有する。本実施形態のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金におけるＮｉ原子、Ｔｉ原子、及びＳｉ原子の数の比をｐ：ｑ：ｒとするとＮｉ_ｐＴｉ_ｑＳｉ_ｒで表される。ただし、ｐ＋ｑ＋ｒ＝１、０＜ｐ＜１、０＜ｑ＜１、及び０＜ｒ＜１である。Ｎｉ_ｐＴｉ_ｑＳｉ_ｒにおいて、ｒは０．５以下であることが好ましい。すなわち、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金における総原子数に対するＳｉ原子数の比は、０．５以下であることが好ましい。この場合、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金とは異なる吸発熱特性を有しうる。また、この場合、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金とは異なる超弾性特性を有しうる。なお、ｒが０．５以下であることは、後述の原子割合においてＳｉが５０ａｔ％以下であることを意味する。

【0022】

本実施形態のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、既に述べたとおり、吸発熱特性を有している。Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金が温度変化に伴って相転移に基づく吸発熱が生じることは、例えば示差走査熱量測定（ＤＳＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）装置による発熱量を測定することにより確認できる。例えば図１Ｂに示すように、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、その結晶構造のマルテンサイト相が、昇温過程でオーステナイト相変態開始温度（Ａｓ温度ともいう）に到達すると相転移（相変態）を開始して吸熱し始める。そして、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、オーステナイト相変態終了温度（Ａｆ温度ともいう）に到達するとオーステナイト相への変態が完了する。また、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、その結晶構造のオーステナイト相が、降温過程で、マルテンサイト相変態開始温度（Ｍｓ温度ともいう）に到達すると相変態を開始して発熱し始める。そして、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、マルテンサイト相変態終了温度（Ｍｆ温度ともいう）に到達するとマルテンサイト相への変態が完了する。このため、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、加熱することで結晶構造が変化することにより吸熱することができ、冷却することで加熱の場合とは異なった結晶構造に変化することにより放熱することができる。

【0023】

また、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金が弾性変形に伴って相転移に基づく吸発熱が生じることは、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の荷重の負荷及び除荷による応力－ひずみ挙動、並びに温度変化による熱的挙動と、Ｎｉ－Ｔｉ合金の応力－ひずみ挙動及び熱的挙動とを対比することで確認することができる。

【0024】

ここで、Ｎｉ－Ｔｉ合金の応力－ひずみ挙動及び熱的挙動と、弾性変形による吸発熱特性との関係について、図２Ａ，Ｂ及び図３Ａ，Ｂを参照して説明する。

【0025】

図２Ａ及び図２Ｂは、Ｎｉ－Ｔｉ合金における断熱条件下での弾性熱量変化を示す冷却サイクルを示している。図２Ａには、応力と歪みとの関係を示す曲線、図２Ｂには、温度とエントロピーとの関係を示す曲線の例を示す。図２Ａ及び図２Ｂ中に示す番号の１～４は、断熱冷却サイクルにおける状態１～４を順に示した番号であり、図２Ａと図２Ｂとで共通する。

【0026】

状態１では、Ｎｉ－Ｔｉ合金は、周囲温度がＴ_Ｅ（環境温度）下にあり、オーステナイト相の結晶構造を有している。状態１にあるＮｉ－Ｔｉ合金は、圧力が印加されることで歪みが生じ、オーステナイト相からマルテンサイト相への相転移を開始し、相転移に伴う発熱反応を生じて温度が上昇する（状態１から状態２）。Ｎｉ－Ｔｉ合金がマルテンサイト相への相転移を完了すると、発熱が終了し、Ｎｉ－Ｔｉ合金の温度は、Ｔ_Ｈ（高温度）に到達する（状態２）。

【0027】

状態２にあるＮｉ－Ｔｉ合金は、圧力（応力）を維持した状態で、周囲（例えば熱交換媒体）に熱を放出（放熱）することで、Ｎｉ－Ｔｉ合金の温度は、低下し始め、やがて温度Ｔ_Ｅに到達する（状態２から状態３）。状態３では、Ｎｉ－Ｔｉ合金は、周囲温度がＴ_Ｅ（環境温度）下にあり、マルテンサイト相の結晶構造を有している。

【0028】

状態３にあるＮｉ－Ｔｉ合金は、圧力を徐々に解除すると、歪みも徐々に小さくなり、マルテンサイト相からオーステナイト相への相転移を開始し、相転移に伴う吸熱反応を生じて温度が低下する（状態３から状態４）。Ｎｉ－Ｔｉ合金がオーステナイト相への相転移を完了すると吸熱が終了し、Ｎｉ－Ｔｉ合金の温度は、Ｔ_Ｌ（低温度）に到達する（状態４）。

【0029】

状態４にあるＮｉ－Ｔｉ合金は、圧力を解除した状態で、周囲（例えば熱交換媒体）の熱を吸収（吸熱）する事でＮｉ－Ｔｉ合金の温度は上昇し、オーステナイト相からマルテンサイト相への相転移を開始する状態１に戻る。

【0030】

このように、Ｎｉ－Ｔｉ合金は、負荷及び除荷による応力変化に伴い、応力誘起の相転移を生じさせることができ、これにより弾性変形に伴って相転移に基づく吸発熱を生じる特性を有することが確認できる。

【0031】

一方、本実施形態に係るＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金も、図１Ａに示すように、Ｎｉ－Ｔｉ合金と同様の応力－歪み挙動を示す。さらに、図１Ｂに示すように、本実施形態に係るＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金と同様の熱的挙動を示す。このため、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、負荷及び除荷による応力変化に伴い、応力誘起の相転移を生じさせることができる。これにより、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、弾性変形に伴って相転移に基づく吸発熱を生じる特性を有するといえる。すなわち、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金と同様に、弾性熱量効果を示すことが推察される。なお、図１Ａは、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の、温度１１０℃における応力－歪み（σ－ε）曲線の一例を示す図である。図１Ｂは、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の、ＤＳＣ装置により、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、及び降温速度１０℃／ｍｉｎ、温度範囲－８０℃～１５０℃の範囲内の条件でそれぞれ測定した熱的挙動を示したＤＳＣ曲線である。なお、ＤＳＣ曲線における、縦軸は熱流（Ｈｅａｔ Ｆｌｏｗ）［ｍＷ］、横軸は温度［℃］としている。

【0032】

また、図２Ａの状態１～２にわたって、印加された荷重（負荷）により歪みが生じて変形したＮｉ－Ｔｉ合金は、状態３～４において除荷されることで徐々に歪みが小さくなり、次第に元の形状に回復するという形状記憶特性を示す。特に、加熱することなく圧力の解除だけで元の形状に回復すれば、超弾性を有する。本開示において、形状記憶特性とは、荷重を加えること（負荷）で変形させても、荷重を解除した後、加熱することにより、変形前の元の形状に回復する特性のことをいう。超弾性効果とは、荷重を加えること（負荷）で変形させ、荷重を解除すること（除荷）により、加熱しなくても、元の形状に回復する特性をいう。

【0033】

Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金と同様に、荷重による負荷と除荷に基づく応力に対して、形状記憶特性と超弾性効果とが得られやすい。従来のＮｉ－Ｔｉ合金は、上述のとおり、例えば図３Ａに示すように、応力が上昇すると歪みが大きくなり、応力が低下すると歪みは次第に小さくなるものの、元の形状にまで戻らず、歪みが残留することがある。Ｎｉ－Ｔｉ合金における残留歪みは、負荷（応力）による変形の歪みの大きさが大きければ顕著となる。なお、Ｎｉ－Ｔｉ合金は、残留歪みは、加熱により解消され、元の形状に回復する（すなわち、歪みが約０％となる）という形状記憶特性を有している。これに対し、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、例えば図１Ａに示すように、与えられる荷重を大きくし、応力が上昇すると歪みも徐々に大きくなるが、荷重が解除され応力を低下させると、歪みは徐々に小さくなり、次第に歪みは約０％となり、元の形状に回復する。すなわち、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、与えた荷重（負荷）により変形させてから、荷重を解除（除荷）するだけで、加熱等しなくても、元の形状に戻すことができる超弾性効果が得られやすい。本実施形態のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、図３Ａに示すように、例えば８％以上の歪みが生じても超弾性効果が得られやすい。これは、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金の結晶構造におけるＮｉ原子とＴｉ原子のサイトをＳｉ原子で置換すること（置換）と、Ｎｉ原子とＴｉ原子との隙間に入り込むこと（侵入）とのうちいずれか一方又は両方が生じることによって原子同士の間での変位が生じやすくなっているためと、推察される。このため、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金より大きな変形を生じさせても、元の形状に回復させることができるため、繰り返し利用が可能な材料に適用しやすい。特に、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ａｆ以上の温度で負荷により変形させてから除荷すると、超弾性効果が得られやすい。

【0034】

Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金のより好ましい組成について、図４Ａ～図５Ｂに示す三角図（三成分組成図）を参照して説明する。本開示では、三角図は、Ｎｉ原子の原子数％をｘ軸、Ｔｉ原子の原子数％をｙ軸、Ｓｉ原子の原子数％をｚ軸としてそれぞれを有し、すなわちＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の総原子数を１００、Ｎｉ原子、Ｔｉ原子、及びＳｉ原子との原子組成百分比をｘ、ｙ及びｚとして、ｘｙｚ座標軸における点（１００，０，０）、点（０，１００，０）、及び点（０，０，１００）を頂点とする三角形で表される。三角図には、前記３つの頂点を結ぶ三辺を含む三角形の範囲内に、Ｎｉ原子の原子割合をｘ［ａｔ％］、Ｔｉ原子の原子割合をｙ［ａｔ％］、及びＳｉ原子の原子割合をｚ［ａｔ％］とした場合、原子組成百分比（ｘ，ｙ，ｚ）がプロットされる。例えば、点（３０，３５，３５）は、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の組成が、Ｎｉ原子割合３０ａｔ％、Ｔｉ原子割合３５ａｔ％、及びＳｉ原子割合３５ａｔ％であることを示す。また、三角図において複数の点を順に結ぶ複数本の線分で囲まれる範囲には、各点とその点と隣り合う点とを結ぶ各線分（すなわち複数本の直線）上の点も含まれる。

【0035】

Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金におけるＮｉ原子、Ｔｉ原子、及びＳｉ原子の組成比は、図４Ａに示すように、Ｎｉ原子の原子数％をｘ軸、Ｔｉ原子の原子数％をｙ軸、Ｓｉ原子の原子数％をｚ軸にそれぞれ示す三角図における、座標（５０，４９，１）で示される点Ａと座標（５０，３０，２０）で示される点Ｄとを結ぶ線分、点Ｄと座標（２０，６０，２０）で示される点Ｉとを結ぶ線分、点Ｉと座標（３０，６０，１０）で示される点Ｊとを結ぶ線分、点Ｊと座標（４０，５５，５）で示される点Ｋとを結ぶ線分、点Ｋと座標（４９，５０，１）で示される点Ｌとを結ぶ線分、点Ｌと座標（４９．５，４９．５，１）で示される点Ｍとを結ぶ線分、及び点Ｍと点Ａとを結ぶ線分で囲まれた範囲内にあることが好ましい。なお、点Ａから点Ｍ、及び前記線分上の点も、前記の線分で囲まれた範囲内に含まれる。この場合、Ｎｉ－Ｔｉ合金とは異なる吸発熱特性を示す。Ｎｉ原子、Ｔｉ原子、及びＳｉ原子の組成比は、Ｎｉ原子の原子数％をｘ軸、Ｔｉ原子の原子数％をｙ軸、Ｓｉ原子の原子数％をｚ軸にそれぞれ示す三角図における、点Ａと座標（５０，４０，１０）で示される点Ｃとを結ぶ線分、点Ｃと座標（４０，４０，２０）で示される点Ｅとを結ぶ線分、点Ｅと点Ｉとを結ぶ線分、点Ｉと点Ｊとを結ぶ線分、点Ｊと点Ｋとを結ぶ線分、点Ｋと点Ｌとを結ぶ線分、点Ｌと点Ｍとを結ぶ線分、及び点Ｍと点Ａとを結ぶ線分で囲まれた範囲内にあることがより好ましい。

【0036】

なお、図４Ａにおいて、Ｎｉ原子の原子数％をｘ軸、Ｔｉ原子の原子数％をｙ軸、Ｓｉ原子の原子数％をｚ軸にそれぞれ示す三角図における座標（５０，４５，５）で示される点Ｂ、及び座標（５０，４０，１０）で示される点Ｃは、点Ａと点Ｄとを結ぶ直線上にある。また、座標（４０，４０，２０）で示される点Ｅ、座標（３５，４５，２０）で示される点Ｆ、座標（３０，５０，２０）で示される点Ｇ、及び座標（２５，５５，２０）で示される点Ｈは、点Ｄと点Ｉとを結ぶ直線上にある。

【0037】

Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金におけるＮｉ原子、Ｔｉ原子、及びＳｉ原子の組成比は、図４Ｂに示すように、Ｎｉ原子の原子数％をｘ軸、Ｔｉ原子の原子数％をｙ軸、Ｓｉ原子の原子数％をｚ軸にそれぞれ示す三角図における点Ａ（５０，４９，１）と座標（４９，４８，３）で示される点Ｎとを結ぶ線分、点Ｎと座標（４５，４５，１０）で示される点Ｏとを結ぶ線分、点Ｏと座標（３５，４５，２０）で示される点Ｆとを結ぶ線分、点Ｆと（２０，６０，２０）で示される点Ｉとを結ぶ線分、点Ｉと座標（３０，６０，１０）で示される点Ｊとを結ぶ線分、及び点Ｊと点Ａとを結ぶ線分で囲まれた範囲内にあることが更に好ましい。この場合、Ｎｉ－Ｔｉ合金の発熱量（約１１Ｊ／ｇ）よりも高い発熱量が得られる。このため、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金を吸発熱材料として用いると、Ｎｉ－Ｔｉ合金より吸発熱の効率を高めやすい。

【0038】

なお、図４Ｂにおいて、Ｎｉ原子の原子数％をｘ軸、Ｔｉ原子の原子数％をｙ軸、Ｓｉ原子の原子数％をｚ軸にそれぞれ示す三角図における座標（４０，４５，１５）で示される点Ｐは、点Ｏと点Ｆとを結ぶ直線上にある。また、座標（３０，５０，２０）で示される点Ｇは、点Ｆと点Ｉとを結ぶ線分上にある。

【0039】

Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金におけるＮｉ原子、Ｔｉ原子、及びＳｉ原子の組成比は、図５Ａに示すように、Ｎｉ原子の原子数％をｘ軸、Ｔｉ原子の原子数％をｙ軸、Ｓｉ原子の原子数％をｚ軸にそれぞれ示す三角図における座標（４９．５，４９．５，１）で示される点Ｑと座標（４７，５０，３）で示される点Ｒとを結ぶ線分、点Ｒと座標（４５，５０，５）で示される点Ｓとを結ぶ線分、点Ｓと座標（４０，５０，１０）で示される点Ｔとを結ぶ線分、点Ｔと座標（３５，５５，１０）で示される点Ｕとを結ぶ線分、点Ｕと座標（４０，５５，５）で示される点Ｋとを結ぶ線分、点Ｋと座標（４９，５０，１）で示される点Ｌとを結ぶ線分、及び点Ｌと点Ｑとを結ぶ線分で囲まれた範囲内にあることがより更に好ましい。この場合、Ｎｉ－Ｔｉ合金の発熱量（約１１Ｊ／ｇ）よりも更に高い発熱量が得られる。このため、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金を吸発熱材料として用いると、Ｎｉ－Ｔｉ合金よりも更に吸発熱の効率を高めやすい。

【0040】

また、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金におけるＮｉ原子、Ｔｉ原子、及びＳｉ原子の組成比は、図５Ｂに示すように、Ｎｉ原子の原子数％をｘ軸、Ｔｉ原子の原子数％をｙ軸、Ｓｉ原子の原子数％をｚ軸にそれぞれ示す三角図における座標（４９．５，４９．５，１）で示される点Ｑと座標（５０，４５，５）で示される点Ｂとを結ぶ線分、点Ｂと座標（５０，４０，１０）で示される点Ｃとを結ぶ線分、点Ｃと座標（５０，３０，２０）で示される点Ｄとを結ぶ線分、点Ｄと座標（４０，４０，２０）で示される点Ｅとを結ぶ線分、点Ｅと座標（４８，４９，３）で示される点Ｖとを結ぶ線分、及び点Ｖと点Ｑとを結ぶ線分で囲まれた範囲内にあることも好ましい。この場合、Ｎｉ－Ｔｉ合金の発熱量（約１１Ｊ／ｇ）よりも低い発熱量であるが、低い相転移温度（特に、低いＡｆ温度）が得られやすい。また、この場合、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金の原料となるＮｉ金属及びＴｉ金属を、より安価なＳｉ原子に置き換えられることで、Ｎｉ－Ｔｉ合金に比して製造コストを低めやすい。

【0041】

また、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金におけるＮｉ原子、Ｔｉ原子、及びＳｉ原子の組成比は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、Ｎｉ原子の原子数％をｘ軸、Ｔｉ原子の原子数％をｙ軸、Ｓｉ原子の原子数％をｚ軸にそれぞれ示す三角図における、座標（４９．７，５０，０．３）で示される点ａと座標（４９．５，５０，０．５）で示される点ｂとを結ぶ線分、点ｂと座標（４９．３，５０，０．７）で示される点ｃとを結ぶ線分、点ｃと座標（４９，５０．２，０．８）で示される点ｄとを結ぶ線分、点ｄと座標（４８．５，５０，５．１）で示される点ｅとを結ぶ線分、点ｅと座標（４５，５２．５，２．５）で示される点ｆとを結ぶ線分、点ｆと座標（４０，５７．５．２．５）で示される点ｇとを結ぶ線分、点ｇと座標（４０，５９．５．０．５）で示される点ｈとを結ぶ線分、点ｈと座標（４４．５，５５，０．５）で示される点ｉとを結ぶ線分、及び点ｉと点ａとを結ぶ線分で囲まれた範囲内にあることが好ましい。なお、点ａから点ｉ、及び前記線分上の点も、前記の線分で囲まれた範囲内に含まれる。この場合、Ｎｉ－Ｔｉ合金とは異なる吸発熱特性を示す。具体的には、この場合、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金の発熱量（約１１Ｊ／ｇ）よりも高い発熱量が得られる。このため、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金を吸発熱材料として用いると、Ｎｉ－Ｔｉ合金より吸発熱の効率を特に高めやすい。点ｊ（４８，５１，１）は、前記線分で囲まれた範囲内にある。図６Ｂは、図６Ａの三角図におけるＴｉ：４０ａｔ％と６０ａｔ％とを結ぶ線分と、Ｓｉ：０ａｔ％と３ａｔ％とを結ぶ線分と、これらに平行な線分とで形成される平行四辺形で示す部分を拡大した図である。

【0042】

［Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の製造方法］
本実施形態におけるＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の製造方法は、混合工程と、アーク放電工程とを含む。混合工程では、Ｎｉ粉末と、Ｔｉ粉末と、Ｓｉ粉末とを混合する。アーク放電工程では、混合工程で得た混合物を不活性ガス雰囲気下でアーク放電に曝露する。この場合、優れた弾性熱量効果を有し、かつ吸発熱特性にも優れるＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金が得られやすい。また、本製造方法によれば、固相反応で製造する場合に比して、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金に含まれうる原子が均一に混合されやすい。さらに、本製造方法では、より短い時間でＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金を合成することができるため、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の生産効率を向上させうる。

【0043】

本実施形態のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉの合金の製造方法について、例を示して具体的に説明する。

【0044】

（混合工程）
まず、金属ニッケル、金属チタン、及び金属シリコンを用意する。金属ニッケル、金属チタン、及び金属シリコンの性状は特に制限されないが、それぞれいずれも粉末であってよい。金属ニッケル、金属チタン、及び金属シリコンを、目的の組成比となるように秤量して混合し混合物を調製する。この混合物を、成形ダイス（８ｍｍφ）により、適宜の圧力でペレット化し、混合物のペレットを得る。ペレット化の圧力条件は、例えば６０ＭＰａである。なお、ペレット化の条件は、前記に限らず、適宜調整可能である。また、混合工程において、ペレット化することは必須の構成ではなく、混合物の状態で他の工程に用いてもよい。

【0045】

（アーク放電工程）
続いて、作製した混合物、又はペレットを真空チャンバ内に入れ、アルゴンガス雰囲気下で、ガス圧を約０．１ＭＰａに設定し、アーク放電に曝露させる。これにより、ペレットを焼成する。アーク放電に曝露させる時間は、適宜調整すればよいが、例えば１０秒間以上であってよい。焼成したサンプルを裏返し、更に上記と同様の条件で、アーク放電に曝露させながら、焼成する。この操作を３～４回繰り返して焼成物を得る。これにより、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金を得ることができる。なお、アーク放電工程における、条件は前記に限らない。例えば雰囲気は、適宜の不活性ガスであってもよく、ガス圧も適宜調整可能である。アーク放電工程における、焼成の回数も、前記に限らず適宜調整すればよい。

【0046】

（加熱焼成工程）
得られた焼成物は、更に加熱焼成してもよい。例えば、上記焼成物を石英管内に入れ、真空度１０^-4Ｐａとなるまで減圧して真空封管し、石英管を電気炉内に入れ、電気炉の温度を約９００℃とし、大気条件下で、２４時間加熱する。２４時間経過後、放冷し、石英管から生成物を取出す。これにより、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金が得られる。加熱時及び冷却時の条件は、上記に限られず、適宜の加熱温度、加熱時間、冷却温度、及び冷却時間とすればよい。

【0047】

上記製造方法では、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金におけるＮｉ原子、Ｔｉ原子、及びＳｉ原子以外の、不可避的不純物の割合は、０．１０％以下とすることができる。

【0048】

Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の組成は、ＳＥＭ／ＥＤＸ（Scanning Electron Microscope / Energy Dispersive X-ray Spectroscope（走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分光器）により測定されるスペクトルからピーク及びピーク面積により確認できる。Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の構造は、粉末Ｘ線回折測定法により確認できる。

【0049】

なお、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の製造方法は、上記の方法及び工程に限られず、実質的に同一の組成を有するＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金を作製できれば、適宜の方法及び工程を含んでもよいし、又は省略してもよい。例えば、アーク放電に代えて、混合物のペレットを加熱溶融により溶融させてから、溶融させた混合物を焼成することによってＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金を作製してもよい。

【0050】

［吸発熱材料］
上記で説明したＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、吸発熱材料１として利用可能である。本実施形態の吸発熱材料は、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金を含有する。なお、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、単独で吸発熱材料１として用いてもよい。

【0051】

吸発熱材料１におけるＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の形状は、特に制限されないが、例えば粉体状、粒状（粒子状）、塊状、線状（ワイヤ状）、球状、多角柱状、円柱状、多孔質状等であってよい。吸発熱材料１におけるＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の形状が粉体状、粒状、塊状、又は多孔質状のうちのいずれかであると、吸発熱材料１から作製される吸発熱部材１００と熱媒体１２０との接触面積が増加しうる。このため、熱交換デバイス２００における熱伝達を向上させることができる。

【0052】

吸発熱材料１の形状が、例えば線状である場合には、加工してばね状に形成されていてもよい。吸発熱材料１がばね状であると、吸発熱材料１に負荷を与えやすく、また除荷もしやすいため、容易に吸発熱材料１から熱を取り出したり、吸発熱材料１に熱を吸収させたりしやすい。

【0053】

吸発熱材料１は、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金と、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金に混合される混合成分２を更に含有することが好ましい。この場合、より容易に吸発熱材料１から熱を取り出したり、吸発熱材料１に熱を吸収させたりしやすくできる。

【0054】

混合成分２は、適宜の材料であってよい。混合成分２の形状は、特に制限されず、適宜の形状に加工して、又は無加工で用いることができる。

【0055】

以下、図７Ａ～図７Ｃを参照して、吸発熱材料１のより具体的な例について説明する。ただし、吸発熱材料１の形態は以下の形態に限られない。

【0056】

図７Ａに示す吸発熱材料１（１１）は、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金と、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金と混合される混合成分２として樹脂成分２１と、を含有している。例えば、本実施形態の吸発熱材料１１は、樹脂成分２１にＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の粉末１０（１０ａ）が分散している。具体的には、吸発熱材料１１は、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の粉末１０ａと、樹脂成分２１とを含有する混合物を適宜の形状に成形した成形体である。

【0057】

本実施形態の吸発熱材料１１は、上記のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金を含有するため、荷重による応力変化に基づいて、吸熱及び発熱することができる。

【0058】

樹脂成分２１は、適宜の１種又は２種以上の樹脂であってよい。樹脂成分２１には、適宜の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂、シリコン樹脂等の無機重合体が含まれる。ただし、樹脂成分２１は、前記に限られない。

【0059】

吸発熱材料１１は、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金、及び樹脂成分２１以外の他の成分、例えば適宜の添加剤等を含有してもよい。

【0060】

吸発熱材料１１の形状は、特に制限されず、適宜の形状に加工してもよい。例えば、吸発熱材料１１の例えば板状、線状（ワイヤ状）、ばね状、球状等であってよい。吸発熱材料１１が厚みを有する場合、その厚みの下限は、例えば１０μｍである。吸発熱材料１１が径を有する場合、その径の下限は、例えば１０μｍである。なお、第１の実施形態の吸発熱材料１１に含まれるＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、粉末１０ａに限らず、粒子状（粒子１０ｂ）であってもよく、その他の形状であってもよい。

【0061】

図７Ｂに示す吸発熱材料１（１２）は、混合成分２にＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の粒子１０（１０ｂ）が付着して構成されている。より具体的には、混合成分２が、繊維状の形状を有しており、その繊維状の混合成分２（２２）の表面又は内部に、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の粒子１０ｂが付着している。本実施形態の吸発熱材料１２も、上記で説明した吸発熱材料１１と同様、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金を含有するため、荷重による応力変化に基づいて、吸熱及び発熱する特性を有しうる。また、この場合も、吸発熱材料１２から作製される吸発熱部材１００と熱媒体１２０等との接触面積が増加しうる。このため、熱交換デバイス２００における熱伝達を向上させることができる。

【0062】

繊維状の混合成分２２は、繊維状に成形されたものであれば特に制限されず、例えば織布、及び不織布であってよい。また、繊維状の混合成分２２は、例えば上記の樹脂成分２１を繊維状に作製することで混合成分２（２２）として用いてもよい。

【0063】

図７Ｂでは、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、粒子１０ｂで示されているが、これに限らず、繊維状の混合成分２２に結合させることができるのであれば、粉末１０ａであってもよく、その他の形状であってもよい。

【0064】

図７Ｃに示す吸発熱材料１（１３）は、混合成分２を媒体２３として、媒体２３中にＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の粉末１０ａ又は粒子１０ｂを分散させることで構成されている。本実施形態の吸発熱材料１３も、上記吸発熱材料１１（１２）と同様、上記のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金を含有するため、荷重による応力変化に基づいて、吸熱及び発熱する。

【0065】

図７Ｃでは、吸発熱材料１３は、容器５内に収められている。なお、図７Ｃでは、容器５が円筒形状で形成されているが、これに限定されず、例えば媒体２３及び粉末１０ａが容器５内を流動可能に構成することができる。ただし、吸発熱材料１３において、容器５は必須の構成ではない。

【0066】

媒体２３としては特に制限されないが、例えば流体である。流体は、液体であってもよく、気体であってもよく、液体と気体との混合体であってもよい。すなわち、流体には、液体と気体との少なくとも一方が含まれる。流体は、液体としては水、有機溶剤などの溶剤、石油系の液体燃料、作動油等を含み、気体としては、例えば空気、窒素、酸素、アルゴン、並びにメタン、プロパン、アセチレン、水素、及び天然ガス等の気体燃料を含む。したがって、媒体２３は、上記から選択される液体及び気体からなる群から選択される少なくとも一種の流体を含む。図７Ｃに示す吸発熱材料１３において、媒体２３は、液体である。

【0067】

上記の説明では、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金からなる吸発熱材料１（１１，１２，１３）を、それぞれ単独で用いる場合を説明したが、吸発熱材料１の吸発熱部材１００への適用はこれに限られず、適宜の吸発熱材料１を組み合わせて吸発熱部材１００を構成してもよい。

【0068】

［熱交換デバイス］
上記で説明したＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金、及び吸発熱材料１は、既に述べたとおり弾性熱量効果を示すため、吸発熱材料１に荷重を加えたり、吸発熱材料１から荷重を取り除いたりなどといった荷重による応力変化に伴う吸発熱材料１の弾性熱量効果を利用することで、熱交換デバイス２００における熱交換機構を実現できる。

【0069】

本実施形態の熱交換デバイス２００は、吸発熱部材１００と、吸発熱部材１００を収容する収容部材１１０とを備える。吸発熱部材１００は、上記の吸発熱材料１を含む。熱交換デバイス２００では、収容部材１１０内を通過する熱媒体１２０と、吸発熱部材１００との間で、熱交換を生じさせることができる。例えば、熱交換デバイス２００において、熱媒体１２０が収容部材１１０内を移動する際に、収容部材１１０内に配置される吸発熱部材１００で生じる発熱、又は吸熱により熱媒体１２０と吸発熱部材１００との間で熱交換が生じる。これにより、熱媒体１２０は、収容部材１１０内に供給される前よりも、その温度が上昇し、又は低下した状態で、熱交換デバイスにおける収容部材１１０から外部へ排出される。

【0070】

熱媒体１２０は、吸発熱部材１００との間で熱の授受を行いうる。熱媒体１２０としては、適宜の熱媒、冷媒であってよい。熱媒体１２０は、例えば液体及び気体からなる群から選択される少なくとも一種の流体を含む。液体としては水、有機溶剤などの溶剤、石油系の液体燃料、作動油等を含み、気体としては、例えば空気、窒素、酸素、アルゴン、並びにメタン、プロパン、アセチレン、水素、及び天然ガス等の気体燃料を含む。熱媒体１２０は、熱交換デバイス２００から排出されると、周囲の温度を上昇させたり、低下させたりすることができる。

【0071】

熱交換デバイス２００における、吸発熱部材１００の変形は、吸発熱部材１００のみを直接変形させてもよいし、収容部材１１０全体を変形させることで吸発熱部材１００を間接的に変形させてもよい。例えば、間接的に変形させるには、収容部材１１０が弾性を有する材料で形成され、収容部材１１０全体を弾性変形させる際に、内部の圧力変化を生じ内圧が下がる（断熱圧縮される）こと、又は内圧が上がる（断熱膨張される）ことで、間接的に吸発熱部材１００に応力変化が生じて、吸発熱部材１００が変形してもよい。

【0072】

上記のとおり、吸発熱部材１００は加熱部材としても冷却部材としても機能しうるため、熱交換デバイス２００は、例えば加熱機能と冷却機能とのうちいずれか一方又は両方を有することができる。すなわち、熱交換デバイス２００は、加熱装置と冷却装置とのうちいずれか一方又は両方とすることができる。加熱装置は、吸発熱部材１００に圧力（歪み）を加えることで発熱させ、その熱を熱媒体１２０に伝達する。これにより、加熱装置では、例えば周囲の温度、又は媒体の温度を上昇させることができる。冷却装置は、吸発熱部材１００を予め変形させた状態で配置し、変形を元に戻すために除荷することで、熱媒体１２０から熱を吸収する。これにより、冷却装置では、例えば周囲の温度、又は媒体の温度を低下させることができる。

【0073】

熱交換デバイス２００のより具体的な形態について、図８Ａ～図８Ｃを参照して説明する。

【0074】

図８Ａにおける熱交換デバイス２００は、第１の支持部材２０１と、第２の支持部材２０２と、吸発熱部材１００と、を備える。吸発熱部材１００は、第１の支持部材２０１及び第２の支持部材２０２の間に介在し、かつ第１の支持部材２０１と第２の支持部材２０２との少なくとも一方から荷重を受けることで変形可能に構成されている。

【0075】

第１の支持部材２０１及び第２の支持部材２０２は、吸発熱部材１００を支持する部材である。第１の支持部材２０１と第２の支持部材２０２とは、吸発熱部材１００の応力変化による荷重を与える。第１の支持部材２０１及び第２の支持部材２０２は、吸発熱部材１００を支持可能であれば、特に制限されず、適宜の材料で作製すればよい。

【0076】

図８Ａでは、熱交換デバイス２００において、収容部材１１０内に、第１の支持部材２０１と、第２の支持部材２０２と、これらの間に介在する吸発熱部材１００とが納められている。これにより、図８Ａに示す熱交換デバイス２００は、例えば第１の支持部材２０１と第２の支持部材２０２とのうちの一方が外部から荷重を受けると、吸発熱部材１００を変形させることができる。吸発熱部材１００は、荷重を受けてその形状が変形すると、吸発熱部材１００の変形に応じて発熱又は吸熱し、吸発熱部材１００周囲に存在する熱媒体１２０に熱を放熱したり、又は熱媒体１２０から熱を吸収したりすることができる。

【0077】

吸発熱部材１００は、図８Ａ～図８Ｃでは線状（ワイヤ状）に形成されている。吸発熱部材１００は、第１の支持部材２０１と第２の支持部材２０２とのうち少なくとも一方から荷重を受けることで、収縮したり、引張したりして変形が生じる（例えば図８Ｂ及び図８Ｃ参照）。なお、図８Ａでは、３本のワイヤ状の吸発熱部材１００を備えて構成されているがこれに限られず、形状、本数等は適宜調整すればよい。

【0078】

収容部材１１０は、図８Ａ～図８Ｃでは、中空を有する円柱形状に形成されているが、これに限らず、収容部材１１０の形状は、吸発熱部材１００を収容可能に構成されていれば、適宜の形状、材質、及び構造等は、特に制限されない。

【0079】

熱交換デバイス２００を加熱装置として用いる場合、例えば以下のように熱交換を実現することができる。

【0080】

まず、熱交換デバイス２００において、図８Ａに示すように、吸発熱部材１００に荷重が加わっていない状態で、図８Ｂに示すように、第１の支持部材２０１に荷重をかける。これにより、第１の支持部材２０１と第２の支持部材２０２との間にある吸発熱部材１００に荷重が伝わり、吸発熱部材１００に変形が生じる。

【0081】

吸発熱部材１００が変形することで、吸発熱部材１００の発熱により収容部材１１０内を通過する熱媒体１２０に熱を与え、熱媒体１２０の温度を上げることができる。このようにして加熱機構を実現できる。なお、吸発熱部材１００の変形は図８Ｂのような圧縮変形に限らず、図８Ｃのような膨張変形をさせてもよい。

【0082】

熱交換デバイス２００を冷却装置として用いるには、例えば以下のように熱交換を実現することができる。

【0083】

吸発熱部材１００を、図８Ａの状態から予め変形させておき、その際に生じる熱を取り除いた状態で、収容部材１１０内部に配置する。この状態で熱媒体１２０を、収容部材１１０を通過させて熱媒体１２０と、吸発熱部材１００との熱交換を行う。具体的には、図８Ｂに示すように、荷重をかけて吸発熱部材１００を変形させた状態を初期状態として、熱媒体１２０を通過させる。熱媒体１２０を通過させながら、吸発熱部材１００への荷重を解除することで、吸発熱部材１００の歪みを徐々に解消させ、変形を徐々に戻す。この際に、吸発熱部材１００は、吸熱を生じることで、熱媒体１２０から熱を奪う。これにより、熱媒体１２０の温度を下げることができる。このようにして、冷却機構を実現できる。なお、吸発熱部材１００の変形は、上記加熱機構の場合と同様に、図８Ｂのような圧縮変形に限らず、図８Ｃのような膨張変形をさせてもよい。吸発熱部材１００に荷重をかけて変形させる際に生じる発熱は、適宜排熱機構等を設けるなどして、熱交換デバイス２００外に排出してもよい。

【0084】

吸発熱部材１００の変形が徐々に元の形状に戻り、吸熱が完了すると、吸発熱部材１００は、図８Ａの状態に戻るため、再度吸熱のために熱交換を行うには、吸発熱部材１００は、荷重をかけて変形させた状態にしてから熱媒体１２０を供給すればよい。また、吸発熱部材１００は、変形の際に発熱が生じるため、熱媒体１２０を加熱しない場合は、収容部材１１０から熱媒体１２０を除いておくことが好ましい。変形させることで図８Ｂの状態にしておくことで、上記と同じ順で、吸発熱部材１００の変形を戻していくことで、熱媒体１２０と吸発熱部材１００との間で熱交換が起こり、吸発熱部材１００が熱媒体１２０から熱を奪い、熱媒体１２０を冷却する。

【0085】

（変形例）
熱交換デバイス２００は、適宜の装置（不図示）を備えていてもよい。例えば、熱交換デバイス２００は、加圧装置を備えることができる。加圧装置は、例えば熱交換デバイス２００における第１の支持部材２０１若しくは第２の支持部材２０２、又はこれらの両方に負荷を与えたり、負荷を取り除いたり（除荷したり）することができるように構成されている装置である。熱交換デバイス２００は、加圧装置を備えると、吸発熱部材１００を効率よく変形させることができるため、熱媒体１２０との熱交換をより効率にすることができる。なお、加圧装置は、熱交換デバイス２００における収容部材１１０内を流動する熱媒体１２０の流動性を高めるために用いられてもよい。

【0086】

熱交換デバイス２００は、収容部材１１０に連結する複数の流路を備えてもよい。流路は、例えば長さを有し、管状に形成されている。複数の流路は、例えば熱媒体１２０の供給経路、排出流路等として利用可能である。

【0087】

熱交換デバイス２００における収容部材１１０は、断熱材で覆われていてもよい。この場合、熱交換デバイス２００の外部との熱のやり取りを低減し、熱交換機能を高めることができる。

【実施例】

【0088】

以下、本開示を実施例によって、更に詳しく説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できれば設計に応じて種々の変更が可能である。

【0089】

［Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の合成］
金属ニッケル粉末（最大粒径６３μｍ、純度９９．９％）、金属チタン粉末（最大粒径４５μｍ、純度９９．９％）、及び金属シリコン粉末（最大粒径４５μｍ、純度９９．９％）を、表１及び表２に示す割合となるように混合し混合物（１．６ｇ～２．０ｇ）を調製した。なお、比較例１では、金属ニッケル粉末（最大粒径６３μｍ、純度９９．９％）と金属チタン粉末（最大粒径４５μｍ、純度９９．９％）とを、５０ａｔ％：５０ａｔ％の比になるように混合し混合物を調製した。

【0090】

調製した混合物を、成形ダイス（８ｍｍφ）により、圧力６０ＭＰａ下でペレット化して混合物のペレットを得た。続いて、ペレットを真空チャンバ内に入れ、アルゴンガス雰囲気下で、ガス圧を約０．１ＭＰａに設定し、アーク放電に曝露させながら、約１０秒間加熱焼成した。焼成したサンプルを裏返し、更に上記と同様の条件で、アーク放電に曝露させながら、加熱焼成した。この操作を３～４回繰り返して焼成物を得た後、焼成物を石英管内に入れ、真空度１０^-4Ｐａとなるまで減圧して真空封管し、石英管を電気炉内に入れた。電気炉の温度を９００℃とし、大気条件下で、２４時間加熱した。２４時間経過後、放冷し、石英管から生成物を取出した。

【0091】

これにより、表１及び表２に示す組成のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金を得た。得られたＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の組成は、ＳＥＭ／ＥＤＸ（Scanning Electron Microscope / Energy Dispersive X-ray Spectroscope）（走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分光器）により測定されるスペクトルからピーク及びピーク面積により確認した。また、得られたＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の構造は、粉末Ｘ線回折測定を行うことにより確認し、室温でマルテンサイト相であった。なお、いずれの実施例のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金も、不可避的不純物原子の合計は０．１ａｔ％以下であった。

【0092】

［Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の評価］
（ＤＳＣ測定（熱的挙動））
上記で得られたＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金（実施例１～３０）の粉末を、ＤＳＣ装置（株式会社日立ハイテクサイエンス製 型番ＤＳＣ７０２０）により、温度範囲を－８０℃から１５０℃、Ｎ₂ガスを６０ｍＬ／ｍｉｎで流し、昇温時は昇温速度１０℃／ｍｉｎ、降温時は降温速度１０℃／ｍｉｎの条件で熱量変化を測定した。これにより得られたＤＳＣ曲線を、図１Ｂ、図３Ｂ、及び図９Ａ～図１６Ｂに示す。また、ＤＳＣ曲線からＭｓ温度、発熱量、Ａｆ温度、吸熱量を読み取り、下記表１及び表２に示した。

【0093】

なお、図９Ａ～図９Ｄは順に、実施例１～４のＤＳＣ曲線である。図１０Ａ～図１０Ｄは順に、実施例５～８のＤＳＣ曲線である。図１１Ａ～図１１Ｄは順に、実施例９～１２のＤＳＣ曲線である。図１２Ａ～図１２Ｄは順に、実施例１３～１６のＤＳＣ曲線である。図１３Ａ～図１３Ｄは順に、実施例１７～２０のＤＳＣ曲線である。図１４Ａ～図１４Ｄは順に、実施例２１～２４のＤＳＣ曲線である。図１５Ａ～図１５Ｄは順に、実施例２５～２８のＤＳＣ曲線である。図１６Ａ～図１６Ｂは順に、実施例２９～３０のＤＳＣ曲線である。

【0094】

上記ＤＳＣ曲線の結果にも示されるように、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、いずれも図３Ｂに示す比較例１のＮｉ－Ｔｉ合金（Ｎｉ：Ｔｉ＝０．５：０．５）と同様、昇温過程で吸熱反応を示し、かつ降温過程で発熱反応を示した。このため、実施例１～３０のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、温度サイクルにおいて繰り返し吸発熱反応が可能であることが示された。

【0095】

特に、実施例１，３，４，６，７，９，１０，１３～３０のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、比較例１のＮｉ－Ｔｉ合金よりも高い発熱量を示すことがわかった。また、実施例１，３，４，６，７，９，１０，１３～１７，１９，２０～３０のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、比較例１のＮｉ－Ｔｉ合金よりも高い吸熱量を示すことがわかった。

【0096】

一方、実施例２，５，８，１１のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、比較例１のＮｉ－Ｔｉ合金よりも低い発熱量であったが、比較例１のＮｉ－Ｔｉ合金よりも低い温度で発熱と吸熱とのうち少なくとも一方が生じることが示唆された。このため、Ｎｉ－Ｔｉ合金に比べて、より低い温度での吸熱及び発熱を実現しうることが示唆された。

【0097】

（応力－歪み挙動）
上記で作製した比較例１（Ｎｉ：Ｔｉ＝０．５：０．５）の合金について、幅３ｍｍ、長さ２９ｍｍ、厚さ０．０６ｍｍの試験片を作製し、試験片に対し万能試材料試験機（インストロン製の型番５５６５）により、測定温度を室温、最大荷重１８５Ｎ、引張速度１ｍｍ／ｍｉｎの条件で、引張試験を行った。また、上記で作製した実施例９（Ｎｉ：Ｔｉ：Ｓｉ＝０．４：０．５：０．１）の合金について、幅２ｍｍ、長さ４ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片を作製し、試験片に対し精密万能試験機（株式会社島津製作所製の型番ＡＧＳ－Ｘ）により、測定温度１１０℃、最大荷重５ｋＮ、圧縮速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で、加熱圧縮試験を行った。これにより、得られた結果として、応力－歪み曲線を図１Ａ（実施例９）及び図３Ａ（比較例１）に示した。

【0098】

また、上記で作製した実施例２５（Ｎｉ：Ｔｉ：Ｓｉ＝０．４８５：０．５０５：０．０１）の合金について、幅２ｍｍ、長さ４ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片を作製し、試験片に対し精密万能試験機（株式会社島津製作所製の型番ＡＧＳ－Ｘ）により、測定温度４０℃、最大荷重１．４５ｋＮ、圧縮速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で、加熱圧縮試験を行った。これにより、得られた結果として、応力－歪み曲線を図１７Ａ（実施例２５）に示した。

【0099】

比較例１のＮｉ－Ｔｉ合金では、図３Ａに示すように、Ｎｉ－Ｔｉ合金に与えられる荷重（応力）が上昇すると、変形し、歪みも上昇するが、応力が約１０００ＭＰａで歪みが約３．５％で最大となる。歪みが約３．５％の時点から、Ｎｉ－Ｔｉ合金に与えられる荷重を解除し、応力が低下すると、歪みも徐々に低下し、変形が回復し元の形状に近い形に戻る。しかし、図３Ａに示されるように、応力が０ＭＰａとなっても、Ｎｉ－Ｔｉ合金の歪みは、約１．１％程度の歪み（残留歪み）が残存しており、荷重を解消しただけでは完全には元の形状には戻らなかった。なお、Ｎｉ－Ｔｉ合金に残存した残留歪みは、少なくとも５０℃まで加熱することで歪みが解消され、Ｎｉ－Ｔｉ合金は元の形状に回復した。

【0100】

一方、実施例９のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金では、図１Ｂに示すように、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金に与えられる荷重が上昇すると、変形し、緩やかに歪みが上昇する。そして、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金では、約１２００ＭＰａまで応力が上昇し、約８．５％もの歪みが生じても弾性限界とはならず、応力が徐々低下すると、それに伴い歪みも低下し、応力が０ＭＰａとなると、歪みも次第に０％となり、元の形状に戻るといった超弾性を示した。

【0101】

また、実施例２５のＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金では、図１７Ａに示すように、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金に与えられる荷重が上昇すると、変形し、緩やかに歪みが上昇する。そして、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金では、約３５０ＭＰａまで応力が上昇し、約２．５％の歪みが生じても弾性限界とはならず、応力が徐々に低下すると、それに伴い歪みも低下し、応力が０ＭＰａとなると、歪みも次第に０％となり、元の形状に戻るといった超弾性を示した。

【0102】

実施例９及び２５以外の実施例も、実施例９及び２５と同様の応力－歪み曲線が確認され、このため、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金に比して優れた超弾性効果を示すことが示唆された。

【0103】

また、上記「ＤＳＣ測定（熱的挙動）」と「応力－歪み挙動」の結果から、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、応力に応じて相転移可能であり、相転移の際に吸熱、又は発熱が生じることがわかった。これにより、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金が、弾性熱量効果を発現することが示唆された。

【0104】

【表1】

【0105】

【表2】

【0106】

［まとめ］
以上説明したように、本開示の第１の態様に係るＮｉ－Ｓｉ系合金は、Ｎｉ原子と、Ｔｉ原子と、Ｓｉ原子とを含有する。Ｎｉ－Ｔｉ系合金は、吸発熱特性を有する。

【0107】

この態様によれば、Ｎｉ－Ｔｉ合金とは異なる吸熱特性及び発熱特性を示すことができる。これにより、吸発熱材料、加熱装置及び冷却装置等の熱交換機能を有する熱交換デバイスに好適に用いることができる。

【0108】

第２の態様に係るＮｉ－Ｔｉ系合金は、第１の態様において、超弾性特性を有する。

【0109】

この態様によれば、Ｎｉ－Ｔｉ系合金は繰り返し利用が可能な材料に適用しやすい。

【0110】

第３の態様に係るＮｉ－Ｔｉ系合金は、第１又は第２の態様において、Ｎｉ－Ｔｉ系合金の原子全量に対するＳｉ原子の割合は、５０ａｔ％以下である。

【0111】

この態様によれば、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金とは異なる吸発熱特性を有することができる。また、この場合、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金は、Ｎｉ－Ｔｉ合金とは異なる超弾性特性を有しうる。

【0112】

第４の態様に係るＮｉ－Ｔｉ系合金は、第１から第３の態様のいずれか一つにおいて、Ｎｉ原子、Ｔｉ原子、及びＳｉ原子の組成比がＮｉ原子の原子数％をｘ軸、Ｔｉ原子の原子数％をｙ軸、Ｓｉ原子の原子数％をｚ軸にそれぞれ示す三角図における、座標（５０，４９，１）で示される点Ａと座標（５０，３０，２０）で示される点Ｄとを結ぶ線分、点Ｄと座標（２０，６０，２０）で示される点Ｉとを結ぶ線分、点Ｉと座標（３０，６０，１０）で示される点Ｊとを結ぶ線分、点Ｊと座標（４０，５５，５）で示される点Ｋとを結ぶ線分、点Ｋと座標（４９，５０，１）で示される点Ｌとを結ぶ線分、点Ｌと座標（４９．５，４９．５，１）で示される点Ｍとを結ぶ線分、及び点Ｍと点Ａとを結ぶ線分で囲まれた範囲内にある。

【0113】

この態様によれば、Ｎｉ－Ｔｉ合金とは異なる吸発熱特性を有するＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金が得られる。

【0114】

第５の態様に係るＮｉ－Ｔｉ系合金は、第１から第３の態様のいずれか一つにおいて、Ｎｉ原子、Ｔｉ原子、及びＳｉ原子の組成比がＮｉ原子の原子数％をｘ軸、Ｔｉ原子の原子数％をｙ軸、Ｓｉ原子の原子数％をｚ軸にそれぞれ示す三角図における、座標（４９．７，５０，０．３）で示される点ａと座標（４９．５，５０，０．５）で示される点ｂとを結ぶ線分、点ｂと座標（４９．３，５０，０．７）で示される点ｃとを結ぶ線分、点ｃと座標（４９，５０．２，０．８）で示される点ｄとを結ぶ線分、点ｄと座標（４８．５，５０．５，１）で示される点ｅとを結ぶ線分、点ｅと座標（４５，５２．５，２．５）で示される点ｆとを結ぶ線分、点ｆと座標（４０，５７．５，２．５）で示される点ｇとを結ぶ線分、点ｇと座標（４０，５９．５，０．５）で示される点ｈとを結ぶ線分、点ｈと座標（４４．５，５５，０．５）で示される点ｉとを結ぶ線分、及び点ｉと点ａとを結ぶ線分で囲まれた範囲内にある。

【0115】

この態様によれば、Ｎｉ－Ｔｉ合金よりも高い吸発熱量を示すＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金が得られる。

【0116】

第６の態様に係る吸発熱材料（１）は、第１から第５の態様のいずれか一つのＮｉ－Ｔｉ系合金を含有する。

【0117】

この態様によれば、Ｎｉ－Ｔｉ合金とは異なる吸熱特性及び発熱特性を示すことができる。これにより、加熱装置及び冷却装置等の熱交換機能を有する熱交換デバイスに好適に用いることができる。

【0118】

第７の態様に係る吸発熱材料（１）は、第６の態様において、混合成分（２）を更に含有する。

【0119】

この態様によれば、より容易に吸発熱材料（１）から熱を取り出したり、吸発熱材料（１）に熱を吸収させたりしやすくできる。

【0120】

第８の態様に係るＮｉ－Ｔｉ系合金の製造方法は、混合工程と、アーク放電工程とを含む。混合工程は、Ｎｉ粉末と、Ｔｉ粉末と、Ｓｉ粉末とを混合して混合物を得ることを含む。アーク放電工程は、混合物を不活性ガス雰囲気下でアーク放電に曝露することを含む。

【0121】

この態様によれば、優れた弾性熱量効果を有し、かつ吸発熱特性にも優れるＮｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金が得られやすい。また、本製造方法によれば、固相反応で製造する場合に比して、Ｎｉ－Ｔｉ－Ｓｉ合金に含まれうる原子が均一に混合されやすい。

【0122】

第９の態様に係る熱交換デバイス（２００）は、吸発熱部材（１００）と、吸発熱部材（１００）を収容する収容部材（１１０）と、を備える。吸発熱部材（１００）は、第６又は第７の態様の吸発熱材料（１）を含む。

【0123】

この態様によれば、吸発熱材料（１）に荷重を加えたり、吸発熱材料（１）から荷重を取り除いたりなどといった荷重による応力変化に伴う吸発熱材料（１）の弾性熱量効果を利用することで、熱交換デバイス（２００）における熱交換機構を実現できる。

【0124】

第１０の態様に係る熱交換デバイス（２００）は、第９の態様において、第１の支持部材（２０１）と、第２の支持部材（２０２）と、を更に備える。吸発熱部材（１００）は、第１の支持部材（２０１）及び第２の支持部材（２０２）との間に介在し、かつ第１の支持部材（２０１）と第２の支持部材（２０２）との少なくとも一方から荷重を受けることで変形可能に構成されている。

【0125】

この態様によれば、より熱効率に優れた熱交換デバイス（２００）が実現できる。

【符号の説明】

【0126】

１ 吸発熱材料
２ 混合成分
１００ 吸発熱部材
１１０ 収容部材
１２０ 熱媒体
２００ 熱交換デバイス
２０１ 第１の支持部材
２０２ 第２の支持部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】