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(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】6629905
(24)【登録日】2019年12月13日
(45)【発行日】2020年1月15日
(54)【発明の名称】表面ドーピングによる電気的接触導電率の改善
(51)【国際特許分類】
H01R 13/03 20060101AFI20200106BHJP
【ＦＩ】
H01R13/03 D
【請求項の数】7
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2018-73005(P2018-73005)
(22)【出願日】2018年4月5日
(62)【分割の表示】特願2015-545130(P2015-545130)の分割
【原出願日】2013年11月22日
(65)【公開番号】特開2018-120869(P2018-120869A)
(43)【公開日】2018年8月2日
【審査請求日】2018年4月5日
(31)【優先権主張番号】61/731,563
(32)【優先日】2012年11月30日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】307026857
【氏名又は名称】エレクトリック パワー リサーチ インスチテュート インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100092093
【弁理士】
【氏名又は名称】辻居 幸一
(74)【代理人】
【識別番号】100082005
【弁理士】
【氏名又は名称】熊倉 禎男
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100086771
【弁理士】
【氏名又は名称】西島 孝喜
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100109335
【弁理士】
【氏名又は名称】上杉 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(72)【発明者】
【氏名】チャン ジョン ケイ
(72)【発明者】
【氏名】シビラント ゲイリー チャールズ
(72)【発明者】
【氏名】ワン ジ−アン
(72)【発明者】
【氏名】レン フェイ
【審査官】
藤井 眞吾
(56)【参考文献】
【文献】
特開昭５３−０５９８８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−２８２２１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０６−０２０７２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
実開平０６−０３１０７３（ＪＰ，Ｕ）
【文献】
特開２０１０−２８０９５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−０２８１３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００８／００４４６８５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特公昭４９−０１０２２９（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】
米国特許出願公開第２００６／０１０５６３９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２００２−３３９０９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特公昭５０−０１９１９１（ＪＰ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｒ ４／００ − ４／２２
Ｈ０１Ｒ １３／０３
Ｃ２３Ｃ １４／００ −１４／５８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
約１×１０6から約２.５×１０6シーメンス／平方メータ（Ｓ／ｍ2）を導通することができる送電線コネクタであって、表面を有するベース金属を備え、該表面は、ベース金属以外の導電性材料ドーパントでドープされ、前記導電性材料ドーパントは、導電性酸化物を生成するものであり、前記導電性材料ドーパントは、前記ベース金属の表面に実質的に均一な酸化物層を構成し、前記ドープされる表面は、前記実質的に均一な酸化物層の存在下で導電性を保持し、前記送電線コネクタの接触抵抗は、周囲温度から約１５０℃までの熱サイクルを３００サイクルまで受けた後にその増加が５０％未満であり、前記表面は、約１５ナノメータ（ｎｍ）から約２００ｎｍの深さにドープされる、前記送電線コネクタ。
【請求項2】
前記ベース金属は、アルミニウム、銅、鉄、又はその混合物を含む、請求項１に記載の送電線コネクタ。
【請求項3】
前記ベース金属は、アルミニウムを含む、請求項２に記載の送電線コネクタ。
【請求項4】
前記導電性材料ドーパントは、インジウム、スズ、ニッケル又はその混合物を含む、請求項１に記載の送電線コネクタ。
【請求項5】
前記導電性材料ドーパントは、インジウムである、請求項４に記載の送電線コネクタ。
【請求項6】
請求項１から５のいずれか１項に記載の送電線コネクタに送電線を接合することを含む方法。
【請求項7】
少なくとも１つの送電線と、請求項１から５のいずれか１項に記載の送電線コネクタとを備えた送電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、送電線を接続するための電気コネクタ、及び電気コネクタを含む送電システムに関する。
【背景技術】
【0002】
架空送電線のためのコネクタは、送電システムの信頼性にとって重要である。電気コネクタの故障の確率は、架空送電線に使用される他のコンポーネントより相当に高い。電力需要が高く且つ新規の送電インフラストラクチャーが不充分であるため、既存の架空送電線は、しばしば、それが設計された範囲を遥かに越える温度及び電力密度で稼動される。稼動温度が上昇するにつれて、機械的及び化学的な理由で、電気コネクタ故障のリスクも高くなる。高い温度では、電気コネクタの酸化が増加し、コネクタの両端に圧縮力を加えるのに使用される機械的クランプの有効性を低下させる。
【0003】
多くの金属表面には酸化物が自然に成長する。酸化物の成長は、電気導体／電気コネクタ界面の電気抵抗を著しく高め、局部温度上昇と、コネクタの圧着により生じる接触強度の低下とを招く。
【0004】
従って、金属酸化物の薄い層は、導電性材料における有効な電子バリアとなる。酸化物の発生及び成長は、導電性経路の利用を著しく低下し、限定電気接点エリア内の局部電流密度を著しく高める。局部電流密度の向上は、接触界面に著しい温度上昇を招き、コネクタシステムのエージングを更に加速する。例えば、純アルミニウムは、その固有抵抗が２.６×１０-6Ω-ｃｍであり、一方、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）は、その固有抵抗が２.５×１０6Ω-ｃｍより大きい。
【0005】
導体界面の導電率を改善する１つの概念は、酸化物の生成を防止することである。電気産業により採用されている現在の緩和方法は、クランプで接触圧力を高めることによって接触面積を改善すること、及び接触助成コンポーネントを使用することを含み、このコンポーネントは、典型的に、石油製品であり、酸化に対してある程度の保護を与える。両方の方法は、著しい欠点がある。導体／コネクタ界面の稼動温度が急速に上昇するときは、高い界面接触力に関連した利益が、高い温度での熱機械的弛緩によってほぼ相殺される。接触助成コンポーネントは、典型的に、油を含む性質であり、高い温度で蒸発し、そして時間と共に有効性が低下する。
【0006】
そこで、局部電流密度の著しい増加を受けないバリアフリーの金属導電性界面、及びそれを形成する方法が要望される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】３年間稼動した後の電気コネクタの界面ギャップ成長を示す走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の顕微鏡写真である。
【図1B】３年間稼動した後の電気コネクタの界面ギャップ成長を示す走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の顕微鏡写真である。
【図2】アルミニウム金属酸化及び送電への影響を表す概略時間推移図である。
【図3】インジウムがドープされたアルミニウム金属を表すもので、インジウムが酸化するが、依然、送電を行えることを表す概略時間推移図である。
【図4】ドーパントを金属にドープする方法を例示する概略図である。
【図5】インジウムドープのアルミニウムベース金属／インジウムドープのアルミニウムベース金属界面を示す散布図で、純アルミニウム／アルミニウム界面より低い接触抵抗を示す図である。
【図6】電気コネクタにおけるインジウム酸化物の生成を示すＸ線回折分析図である。
【図7】ドープされたサンプルをテストするための機構を示す図である。
【図8】トルクと、電気コネクタ材料サンプルに加えられる力との関係を示す散布図である。
【図9】部分的にコーティングされたサンプルのためのサンプルテスト機構を示す概略図である。
【図10】完全にコーティングされたサンプルのためのサンプルテスト機構を示す概略図である。
【図11】電気コネクタの通常の使用中の熱サイクルをシミュレーションするのに使用される時間−温度サイクルのグラフ表示である。
【図12】電気コネクタ材料サンプルに対して実行される熱サイクルの数と接触抵抗とについてサンプルデータを示す散布図である。
【図13】アルミニウム／インジウム／アルミニウム界面におけるアルミニウムベース金属に対するドーパントとしてのインジウムの影響を示すＸ線回折分析グラフである。
【図14】完全にコーティングされたインジウムドープアルミニウムサンプルにおける接触抵抗と熱サイクル数との関係を示す散布図である。
【図15】純アルミニウムサンプルにおける接触抵抗と熱サイクル数との関係を示す散布図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
低いベース金属酸化及び高い界面導電性を示す表面ドープ型の電気コネクタが提供される。ある規範的実施形態によれば、ドープ型の電気コネクタは、表面を有するベース金属を備え、表面は、ベース金属以外の導電性材料ドーパントでドープされる。電気コネクタは、約１×１０6から約２.５×１０6シーメンス／平方メータ（Ｓ／ｍ2）を導通することができる。
【0009】
送電システムも提供される。送電システムでは、架空送電線が電気コネクタを経て接続される。電気コネクタの使用で多数の送電線が一緒に接合される。純アルミニウムの電気コネクタを備えた送電システムは、酸化を受ける。それ故、ドープ型アルミニウム電気コネクタを使用する送電システムが提供される。ある規範的実施形態によれば、送電システムは、少なくとも１つの送電線と、表面を有するベース金属を含む電気コネクタとを備え、表面は、ベース金属以外の導電性材料ドーパントでドープされる。
【0010】
ある実施形態によれば、電気コネクタのベース金属は、アルミニウム、銅、鉄、又はその混合物を含む。ベース金属は、電気導体であり、送電のための電子経路を形成する。
【0011】
ベース金属の表面には、ベース金属とは異なる導電性材料ドーパントがドープされる。ベース金属の表面に堆積される導電性材料ドーパントは、電気コネクタのベース金属の酸化を減少し、最少にし又は排除する。ある実施形態では、導電性材料ドーパントは、インジウム、スズ、ニッケル又はその混合物を含む。ある規範的な実施形態によれば、導電性材料ドーパントは、インジウムを含む。
【0012】
ある実施形態では、ベース金属は、ベース金属の酸化を最小にするか又は実質的に排除するに充分な量の導電性材料ドーパントがドープされる。ある実施形態では、導電性材料ドーパントは、実質的に均一な層として表面に付着される。ある実施形態では、表面は、約５０ナノメータ（ｎｍ）から約２００ｎｍの深さにドープされる。表面は、ベース金属の一部分を含んでもよいが、それは、導電性材料ドーパントがドープされたものである。
【0013】
電子ビーム蒸発、熱蒸発、スパッタリング及び電気メッキのような技術は、ベース金属にドープ表面を形成する方法の非包括的な例である。アルミニウム、銅、鉄又はその混合物のようなベース金属材料は、インジウム、スズ、ニッケル又はその混合物のような導電性材料ドーパントがドープされる。インジウム、スズ、ニッケル及びその混合物は、送電システムの通常稼動中に導電性酸化物をその場で生成できるので、望ましいものである。
【0014】
導体材料の表面特性を同調することで、酸化傾向を緩和し、又は酸化物層の電気抵抗率を減少することができる。導体材料の表面を変更するドーピング技術は、酸化を緩和し、導体材料の界面導電率を高めることができる。導電性材料ドーパントでベース金属をドープすることにより、電気コネクタシステム性能が改善され、電気コネクタシステム耐久性が改善され、及び停電が少なくなる。
【0015】
ある実施形態では、ドープ表面は、導電性を保持しながら酸化物を生成することができる。通常の稼動中に、ドープ表面は、Ｉｎ2Ｏ3のような導電性酸化物を形成し、そしてベース金属に加えて送電のための別の電子経路を与える。導電性酸化物は、次いで、ベース金属の腐食及び酸化に対して保護を与える。
【0016】
ある実施形態では、ドープ型電気コネクタの接触抵抗は、周囲温度から約１５０℃までの熱サイクルを３００サイクルまで受けた後に５０％未満の増加がある。
【0017】
又、表面を有するベース金属を備え、表面はベース金属とは異なる導電性材料ドーパントでドープされる前記電気コネクタに送電線を接合する方法も提供される。電気コネクタは、約１×１０6から約２.５×１０6シーメンス／平方メータ（Ｓ／ｍ2）を導通することができる。
【0018】
送電線を電気コネクタに接合する際に、ベース金属は、機械的及び／又は化学的に清掃される。清掃されたベース金属は、導電性材料ドーパントを付着するための適当なチャンバーに導入される。適当なチャンバーは、制限なく、真空チャンバーでもよいし又は液体容器でもよい。電気コネクタのベース金属は、チャンバー内で導電性材料ドーパントに接触され又は露出される。導電性材料ドーパントは、ベース金属表面に蒸着又は堆積され、ドープ表面又は均一な表面層を形成する。
【0019】
電子ビーム蒸発、熱蒸発、スパッタリング及び電気メッキは、ベース金属をドープするのに使用される方法の非包括的な例である。各プロセスにおいて、真空チャンバー又は液体容器のような適当な処理容器が設けられる。ベース金属サンプルは、次いで、処理容器へ挿入される。処理容器は、導電性材料ドーパントを発生する蒸発器又は蒸発メカニズムを使用する。あるプロセスでは、導電性材料ドーパントは、蒸発器によって励起されて、ベース金属へと移動される。ベース金属では、導電性材料ドーパントは、ドープ表面及び／又は均一な表面層を形成する。
【0020】
ドープ表面は、ベース金属を、腐食及び酸化への更なる露出から保護する。稼動中に、ドープ表面又は表面層の導電性材料ドーパントは、導電性酸化物を生成し、これは、ベース金属を酸化及び腐食から保護すると共に、送電のための別の電子経路も与える。ある実施形態では、導電性材料ドーパントのインジウムがドープされたアルミニウムのベース金属が表面に酸化アルミニウムではなく酸化インジウムを形成する。
【0021】
送電線に接合される電気コネクタの導電性材料ドーパントは、電流を受けたときに導電性である。電流が電気コネクタに与えられると、導電性材料ドーパントは、最終的に酸化する。酸化された導電性材料ドーパントは、酸化状態でも電流を導通する。
【0022】
通常の動作状態中に、電気コネクタは、電気的需要の変化により動作温度の変動を経験する。ある実施形態では、送電線に接合される電気コネクタは、０℃と約１５０℃との間を循環することができる。電気コネクタは、全ての電圧及び電流の架空線に使用される。
【0023】
図１Ａ及び１Ｂは、ベース金属コンポーネント間の界面ギャップの成長を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。顕微鏡写真１Ａは、製造されて圧縮された電気コネクタにおけるベース金属コンポーネント、即ちアルミニウムワイヤとアルミニウムスプライスとの間の界面を示す。顕微鏡写真１Ｂは、約３年間稼動した後の電気コネクタの界面ギャップを示す。２つの顕微鏡写真を比較すると、ベース金属コンポーネントパーツ間のギャップは、約３年間の稼動の後に広がり且つ成長しており、コネクタ材料が質低下したことを示している。
【0024】
図２は、時間が推移進行するもとでの従来の電気コネクタの概略図である。コネクタ１０は、第１のアルミニウムベース金属１１と、第２のアルミニウムベース金属１２とを備えている。矢印で示された電流１３が第１のアルミニウムベース金属１１から第２のアルミニウムベース金属１２へ流れる。コネクタ１０が時間と共に通常の動作を経験するにつれて、第１のアルミニウムベース金属１１及び第２のアルミニウムベース金属１２の表面は、酸化されて、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）コーティング１４を生成する。酸化アルミニウムコーティング１４は、ベースアルミニウムより電流１３に対して電気抵抗がより高い。時間が経つにつれて、酸化アルミニウムコーティング１４は、厚みが増し、電流１３の流れを急激に減少又は遮断させる。
【0025】
図３を参照すれば、本発明の電気コネクタの規範的実施形態が概略的に示されている。コネクタ２０は、第１のアルミニウムベース金属２１を、第２のアルミニウムベース金属２２と接触状態で備えている。第１のアルミニウムベース金属２１及び第２のアルミニウムベース金属２２の各々は、インジウムの導電性材料ドーパント２４でドープされている。コネクタ２０が通常の動作を経験するとき、コネクタ２０には電流２３が流れる。電流２３が流れるにつれて、インジウムの導電性材料ドーパント２４が酸化して、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）２５を生成する。酸化インジウム２５も電気を導通し、電流２３が中断なく流れ、アルミニウムベース金属の酸化を防止する。
【0026】
導電性材料ドーパントをベース金属の表面に施すための１つの規範的なドーパント堆積プロセスが図４に示されている。適当な真空チャンバー又は液体容器が設けられる。ベース金属３２が真空チャンバー又は液体容器に導入される。導電性ドーパント材料３１がチャンバー又は容器内の蒸発器３０に導入される。蒸発器３０は、導電性ドーパント材料３１を励起する。励起された導電性ドーパント材料３１は、ベース金属３２へ移動し、ドープ表面３３を形成する。
【0027】
多数のインジウムドープのアルミニウムサンプルに対してテストが行われた。１１００アルミニウム合金が１０×１０×５ｍｍ3サンプルにカットされた。それらのサンプルが研磨され、真空チャンバーに導入された。チャンバー内で、サンプルは、１８００ｐｓｉの水素ガスを７２時間受けた。水素処理の後に、サンプルは、電子ビーム蒸発を経てインジウムがドープされた。サンプルの第１バッチでは、アルミニウムの表面の半分だけにインジウムがドープされ、あるアルミニウム表面は露出したままにされた。インジウムドーパントは、アルミニウムベース金属において１５ｎｍの深さまでドープされた。サンプルの第２セットでは、実質的に全面にインジウムがドープされた。第２サンプルは、２００ｎｍの深さまでドープされた。
【0028】
図７は、ドープされたサンプルをテストする機構を示す図である。スチールフレーム４８は、スクリュー４５に係合されてテストアッセンブリに圧力を作用させ、サンプル金属４７の接触抵抗率を測定する。サンプル金属４７は、導電性材料ドーパントがドープされてもされなくてもよいベース金属を含む。スクリュー４５は、圧力をジルコニア絶縁体４９に直接加え、これは、サンプル金属４７に圧力を加える。サンプルアッセンブリ４６内のリードから電圧及び電流が測定される。
【0029】
コネクタに加えられる圧縮力をシミュレーションするために、クランプ器具が設計され製造された。サンプル４７は、スチールフレーム４８を使用して互いにクランプされ、その間に、サンプル界面にまたがるコンダクタンスが測定された。サンプルを一緒に押し付ける機械的圧力がスクリュー４５を経て加えられた。更に、電気絶縁及び熱絶縁を果たすためにサンプル４７とスチールフレーム４８との間に２つのジルコニア絶縁体４９が使用された。
【0030】
図８は、トルクと、テストサンプルに加えられる力との関係を示す散布図である。スチールフレームのスクリューにトルクが加えられたときに、テストサンプルに加えられる力は、比例的に増加する。スクリューのトルクとサンプルに加えられる力との関係は、歪計が取り付けられた校正サンプルから決定される。図８に示したように、力対トルクの関係は、サンプルを調査するための力範囲において良好な直線的傾向を示している。全てのサンプルについて、初期の公称接触圧力は、５６ＭＰａに固定された。
【0031】
アルミニウム表面にまたがる接触抵抗は、典型的に、小さく、それ故、４プローブ方法ＡＳＴＭ Ｂ５３９を使用して、全抵抗へのワイヤ抵抗の貢献を排除した。銅シートの２つの断片が電流リードとして使用され、そして電圧リードは、インジウム半田での超音波半田付けを使用してテストサンプルに取り付けられた。
【0032】
半分インジウムドープのアルミニウムサンプルのテスト機構が図９に示されている。ソース５０から電流が供給された。テストサンプルの多数の異なるリードに取り付けられたソース５１から電圧も供給された。電圧ソースのリードは、インジウム層５２により示されるアルミニウム／インジウム／アルミニウム界面にまたがる接触抵抗率、及び異なるアルミニウムサンプル５３間の接触抵抗率の両方を測定するように切り換えられた。
【0033】
半分表面ドープのテストサンプルは、非ドープサンプルの１つがテストサンプルのインジウムドープ部分に接触される一方、他の非ドープサンプルがテストサンプルの非ドープ部分に接触ように２つの非ドープサンプルに対してクランプされた。サンプル機構が図９に例示されている。この機構では、２つの異なる界面が形成されたが、それは、１）ベースラインとして使用されるアルミニウム／アルミニウム界面、及び２）インジウムドーパントの有効性を監視するためのアルミニウム／インジウム／アルミニウム界面である。異なる界面の接触抵抗を決定するため、ドープされた界面と非ドープの界面との間の電圧が２つの個別のステップで測定される。テストサンプルの異なるエリアに電圧リードが取り付けられるときの別の電圧印加が図９に示されている。
【0034】
図１０には、完全ドープのアルミニウムサンプルのためのテスト機構が示されている。インジウムドープのアルミニウムサンプル５５は、銅の電流リード５７間に配置された。銅の電流リード５７は、ジルコニアの絶縁材料５６によりインジウムドープのアルミニウムサンプル５５に押し付けられた。次いで、電圧リード５８によりインジウムドープのアルミニウムサンプルに電圧が印加された。
【0035】
完全ドープのサンプルは、半分表面ドープのサンプルとは異なるテスト機構を使用した。図１０で明らかなように、全表面がドープされたサンプルの各々は、アルミニウム／インジウム／アルミニウム界面を形成するために１つの非コーティングのアルミニウムサンプルに対してクランプされた。更に、アルミニウム／アルミニウム界面に対するベースラインデータを与えるために２つの非ドープのアルミニウムサンプルも準備された。
【0036】
図１１には、テストサンプルの熱サイクルを実行するための時間及び温度プロフィールが示されている。稼働中のコネクタシステムの熱サイクルをシミュレーションするため、テストサンプルアッセンブリが抵抗加熱炉内に入れられ、６０分にわたり室温と１５０℃との間を循環された。６０分サイクルの間に、温度は、最初の２０分で室温から１５０℃まで上昇された。サンプルの温度は、次の２０分間、１５０℃に維持された。最終的に、温度は、最後の２０分にわたり１５０℃から室温へ下げられた。熱サイクルは、６０分の周期でテストサンプルを室温から１５０℃へ加熱しそして室温へ冷却させることを含む。
【0037】
１時間のサイクルは、迅速なテスト結果を得るために使用された。熱サイクルの前に全てのサンプルの接触抵抗が最初に測定された。５０回の熱サイクルを実行した後に、サンプルが炉から取り出され、接触抵抗が再び測定された。
【0038】
半分表面ドープのサンプルは、全部で３００回のサイクルに対して図１１に示す温度プロフィールを使用して室温と１５０℃との間を循環された。アルミニウム／アルミニウム界面及びアルミニウム／インジウム／アルミニウム界面にまたがる接触抵抗は、両方とも、熱サイクル数の増加と共に増加した。図１２を参照すれば、接触抵抗と、実行熱サイクルの数との関係が半分表面ドープのサンプルについて示されている。図１２は、接触抵抗と熱サイクル数とを示している。アルミニウム／アルミニウム界面の接触抵抗は、一連のデータ６１で表される。アルミニウム／インジウム／アルミニウム界面の接触抵抗は、一連のデータ６２で表される。アルミニウム／アルミニウム界面の一連のデータ６１は、熱サイクルの前に１.８ｍΩ-ｃｍ2の接触抵抗を示し、次いで、３００回の熱サイクル後に３.３ｍΩ-ｃｍ2に増加する。アルミニウム／インジウム／アルミニウム界面の一連のデータ６２は、最初、０.６ｍΩ-ｃｍ2の接触抵抗を示し、次いで、３００回の熱サイクルの後に１.３ｍΩ-ｃｍ2に増加する。アルミニウム表面にインジウムを導入すると、接触抵抗が低下し且つ材料の質低下が遅れるという結果が示された。
【0039】
図１３を参照すれば、３００サイクル後の半分表面ドープのサンプルにおいてＸ線回折（ＸＲＤ）が行われ、ＸＲＤ結果が示された。インジウムドープの半分表面は、アルミニウム及びインジウムの特性ピークを示している。更に、３０°付近にも小さなピークが観察され、これは、酸化インジウムであると考えられる。
【0040】
図１４には、完全ドープのサンプルについて、接触抵抗と実行熱サイクルの数との関係が示されている。完全ドープのサンプルは、全部で３００回のサイクルに対して図１１に示す温度プロフィールを使用して室温と１５０℃との間を循環された。アルミニウム／インジウム／アルミニウム界面は、最初、２.８ｍΩ-ｃｍ2の接触抵抗を示した。３００回のサイクルの後に、接触抵抗は、３.９ｍΩ-ｃｍ2へ増加し、約３０％のみの増加であった。
【0041】
図１５には、非ドープのサンプルについて、接触抵抗と実行熱サイクルの数との関係が示されている。非ドープのサンプルは、全部で３００回のサイクルに対して図１１に示す温度プロフィールを使用して室温と１５０℃との間を循環された。アルミニウム／アルミニウム界面は、最初、３.３ｍΩ-ｃｍ2の接触抵抗を示した。３００回のサイクルの後に、接触抵抗は、１０ｍΩ-ｃｍ2へ増加し、約３００％の増加であった。
【0042】
アルミニウム／インジウム／アルミニウム界面の最初の接触抵抗（２.８ｍΩ-ｃｍ2）は、アルミニウム／アルミニウム界面の接触抵抗（３.３ｍΩ-ｃｍ2）より約１５％低かった。半分表面ドープのサンプルでは、アルミニウム／インジウム／アルミニウム界面の最初の接触抵抗（０.６ｍΩ-ｃｍ2）は、アルミニウム／アルミニウム界面の接触抵抗（１.３ｍΩ-ｃｍ2）より約５３％低かった。特定の理論で縛られることなく、この食い違いは、半分表面ドープのサンプルにおけるインジウムドープの不正確な形状の結果であった。これらの結果に基づき、インジウムドーピングは、初期の接触抵抗を減少することが示された。
【0043】
図５は、接触抵抗の散布図である。一連のデータ４１は、０から３００までの使用サイクルのインジウム／アルミニウム界面の接触抵抗を表す。一連のデータ４２は、０から３００までの使用サイクルのアルミニウム／アルミニウム界面の接触抵抗を表す。サイクルが実行される前は、インジウム／アルミニウム界面及びアルミニウム／アルミニウム界面の両方の接触抵抗がほぼ同じである。５０回の使用サイクルのみが完了した後、アルミニウム／アルミニウム界面は、その元の値の２５０％を越える接触抵抗の増加を示す。比較によれば、５０回の使用サイクルの後に、インジウム／アルミニウム界面は、その元の値の１２５％に増加した。３００サイクルの後に、アルミニウム／アルミニウム界面の接触抵抗は、インジウム／アルミニウム界面の約１３０％のみに比して、その元の値の３００％を越えて増加した。アルミニウム表面にインジウムを導入すると、ドープされたサンプルの界面の接触抵抗が低下した。
【0044】
インジウムのドープは、界面の導電率の低下を著しく減少した。各々の初期値に対して正規化されたとき、インジウムドープのサンプルの接触抵抗の成長率は、図５に示すように、裸のアルミニウム／アルミニウム界面よりも著しく低い。３００サイクルの周期を越えると、アルミニウム／アルミニウム界面は、ほぼ３００％の接触抵抗の増加を経験し、一方、アルミニウム／インジウム／アルミニウム界面は、３０％の増加だけである。インジウムドープのサンプルの接触抵抗の成長率は、非ドープのアルミニウムサンプルの接触抵抗の成長率より少なくとも１桁低かった。これらの結果は、熱サイクルを受けるアルミニウム材料の界面コンダクタンスを向上させる上でのインジウムの有効性を示している。
【0045】
図６を参照すれば、インジウムがドープされたアルミニウムベース金属のＸ線回折データ分析が示されている。本電気コネクタは、３００回の熱サイクルを受け、そして分析された。各熱サイクルは、テストサンプルを室温から１５０℃まで加熱し、次いで、６０分にわたってサンプルを室温へ冷却することを含む。Ｘ線回折分析は、通常の動作後に電気コネクタに３つの異なる材料が存在することを示している。インジウムドープの表面は、アルミニウム、インジウム及び酸化インジウムの特性ピークを示した。第１組の３つのピークは、アルミニウムベース金属の存在を示す。第２組の４つのピークは、インジウムの存在を示す。最後の組の３つのピークは、酸化インジウムの存在を示す。
【0046】
酸化インジウムの生成は、インジウムドーパントが犠牲的薬剤として働いてアルミニウムベース金属を酸化から保護すると共に、材料の質低下を遅らせることを示す。又、酸化インジウムの生成は、酸化アルミニウムの生成も防止することにより界面コンダクタンスを改善するように貢献する。
【0047】
本発明の要旨の第１の実施形態において、ドープ型電気コネクタは、表面を有するベース金属を備え、表面は、ベース金属以外の導電性材料ドーパントでドープされる。電気コネクタは、約１×１０6から約２.５×１０6シーメンス／平方メータ（Ｓ／ｍ2）を導通することができる。
【0048】
第１の実施形態の電気コネクタのベース金属は、アルミニウム、銅、鉄、又はその混合物を含む。
【0049】
第１又はその後の実施形態のいずれかの電気コネクタにおいて、導電性材料ドーパントは、インジウム、スズ、ニッケル又はその混合物を含む。導電性材料ドーパントは、実質的に均一な層として表面に施される。表面は、約１５ナノメータ（ｎｍ）から約２００ｎｍの深さにドープされる。
【0050】
第１又はその後の実施形態のいずれかの電気コネクタにおいて、ドープされる表面は、導電性を保ちつつ酸化物を生成することができる。
【0051】
第１又はその後の実施形態のいずれかの電気コネクタにおいて、コネクタの接触抵抗は、周囲温度から約１５０℃までの熱サイクルを３００サイクルまで受けた後にその増加が５０％未満である。
【0052】
本発明の要旨の第２の実施形態において、第１及びその後の実施形態のいずれか１つに規定された電気コネクタに送電線を接合することを含む方法が提供される。
【0053】
本発明の要旨の第３の実施形態において、送電システムは、少なくとも１つの送電線と、表面を有するベース金属を含む電気コネクタとを備え、表面は、ベース金属以外の導電性材料ドーパントでドープされる。
【0054】
本発明の要旨の第４の実施形態において、送電システムは、少なくとも１つの送電線と、第１及びその後の実施形態のいずれかに規定された電気コネクタとを備えている。
【0055】
以上、電気コネクタ、送電システム、及び送電線を電気コネクタに接合する方法を詳細に説明したが、それらは、単なる例示に過ぎず、当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに種々の変更及び修正がなされ得ることが理解されよう。上述した実施形態は、代替的なものであるだけではなく、結合できることも理解されたい。
【符号の説明】
【0056】
１０：コネクタ１１：第１のアルミニウムベース金属
１２：第２のアルミニウムベース金属
１３：電流
１４：酸化アルミニウムコーティング
２０：コネクタ
２１：第１のアルミニウムベース金属
２２：第２のアルミニウムベース金属
２３：電流
２４：インジウム導電性材料ドーパント
３０：蒸発器
３１：導電性ドーパント材料
３２：ベース金属
３３：ドープ表面
４５：スクリュー
４６：サンプルアッセンブリ
４７：サンプル金属
４８：スチールフレーム
４９：ジルコニア絶縁材