JP2023025840A - ピストンリング - Google Patents

Abstract

【課題】硫黄原子の含有量が低く、特殊な暴露装置を必要とせず、厳重な安全対策が不要であり、かつ低コストであるピストンリングを提供する。【解決手段】ピストンリング１は、水素ガスを圧縮する水素ガス用往復式圧縮機に用いられ、熱可塑性ポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂を主成分とする樹脂組成物からなり、トリプル四重極型誘導結合プラズマ質量分析法により測定される硫黄原子の含有量が５ｐｐｍ未満であり、樹脂組成物が炭素材料および硫化物を含まない。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスを圧縮する往復式圧縮機のピストンリングに関するものであり、特に、水素ステーションで用いられる水素ガス用往復式圧縮機のピストンリングに関する。

一般に、往復式圧縮機はピストンとシリンダーを含む構造であり、シリンダーに対してピストンが往復動することによって、流体を圧縮するのに用いられている。このような往復式圧縮機では、ピストンとシリンダーとの間の隙間において流体をシールする目的で、従来から環状のピストンリングが使用されている。ピストンリングはピストンに設けられた環状溝に装着される。この場合、ピストンリングの外周面がシリンダーの内周面と接触し、かつ、ピストンリングの側面が環状溝の側面と接触することにより、流体がシールされる。

近年では、往復式圧縮機は、水素ステーションで用いられる水素ガス用往復式圧縮機としても適用されている。水素ガス用往復式圧縮機では、圧縮後の水素ガスに硫黄成分が混入していると燃料電池の性能低下を引き起こす場合があるため、ピストンリングに含まれる硫黄原子の含有量が低いことが要求される。

水素ガス用往復式圧縮機としては、例えば特許文献１が開示されている。特許文献１には、ピストン部材およびシリンダライナの一方の部材に設けられ、他方の部材（被摺動部材）に対して相対的に摺動する樹脂製のリング状の摺動部材が記載されている。特許文献１では、摺動部材および被摺動部材の両方の摺動面に、非晶質炭素膜を形成することで、摺動部材の摩耗による交換寿命を伸ばすことができるとしている。なお、非晶質炭素膜は、表面部分の方がその内側の部分よりも炭素の含有量が多くなっている。この非晶質炭素膜は硫黄を含まないことが好ましいとされている。また、摺動部材は、例えば、圧縮機に組み込む前に水素雰囲気で曝露する処理をした脱硫処理部材であることが好ましいとされている。

特許第６５３３６３１号公報

上記特許文献１では、摺動部材の脱硫処理方法として水素雰囲気で曝露する処理が例示されているが、大気中ではなく特殊な雰囲気で曝露することになる。そのため、特殊な暴露装置が必要であり、また、水素を扱うため火災や爆発に対する安全対策も必要となり、高コストとなる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、硫黄原子の含有量が低く、特殊な暴露装置を必要とせず、厳重な安全対策が不要であり、かつ低コストであるピストンリングを提供することを目的とする。

本発明のピストンリングは、水素ガスを圧縮する水素ガス用往復式圧縮機に用いられるピストンリングであって、上記ピストンリングが、熱可塑性ポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂を主成分とする樹脂組成物からなり、硫黄原子の含有量が５ｐｐｍ未満であることを特徴とする。また、本発明において、「ガス」とは一般的な気体を意味する概念であり、気体燃料なども含まれる。

上記ピストンリングの硫黄原子の含有量を測定する方法が、トリプル四重極型誘導結合プラズマ質量分析法によることを特徴とする。

上記樹脂組成物が炭素材料および硫化物を含まないことを特徴とする。

上記樹脂組成物がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂および芳香族ポリエステル樹脂の少なくとも一方を含むことを特徴とする。

上記樹脂組成物がＰＴＦＥ樹脂および芳香族ポリエステル樹脂を含み、これらの合計の配合量が、上記樹脂組成物全体に対して５体積％～５０体積％であることを特徴とする。

本発明のピストンリングは、熱可塑性ポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂を主成分とし、特に、硫黄を不純物として含有する炭素材料および硫化物を含まない樹脂組成物をピストンリング材とすることで、水素雰囲気で曝露する処理などの特殊な脱硫処理をすることなく、硫黄原子の含有量を５ｐｐｍ未満にすることができる。このピストンリングを水素ステーションで用いられる水素ガス用往復式圧縮機に用いた場合、圧縮ガス中にガス化した硫黄成分が混入されにくくなり、硫黄成分に起因する燃料電池の性能低下を抑制できる。

さらに、上記樹脂組成物全体に対するＰＴＦＥ樹脂と芳香族ポリエステル樹脂の合計の配合量が５体積％～５０体積％であることにより、オイルなどによる潤滑剤がない圧縮機であっても耐摩耗性に優れ、特に、高温高圧かつ無潤滑条件での耐摩耗性が要求される水素ガス用往復式圧縮機に好適である。

本発明のピストンリングの一例の斜視図である。 本発明のピストンリングを用いた水素ガス用往復式圧縮機の一例の断面図である。 ピンオンディスク試験機の概略図である。

本発明者は、硫黄原子の含有量が低く、耐摩耗性に優れるピストンリング材を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、熱可塑性ポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂を主成分とし、更には、炭素材料および硫化物を含まず、ＰＴＦＥ樹脂と芳香族ポリエステル樹脂の合計の配合量が５体積％～５０体積％である樹脂組成物が、ピストンリング材として特に好適であることを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。

本発明のピストンリングおよびピストンリングを適用した往復式圧縮機の一例を図１および図２に基づいて説明する。図１は、本発明のピストンリングの一例を示した斜視図である。図１に示すように、ピストンリング１は断面が略矩形の環状体である。リング内周面１ｂとリングの両側面１ｃとの角部は直線状、曲線状の面取りが設けられていてもよく、シールリングを射出成形で製造する場合、該部分に金型からの突出し部分となる段部を設けてもよい。

また、ピストンリング１は、一箇所の合い口１ａを有するカットタイプのリングであり、弾性変形により拡径してピストンの環状溝に装着される。ピストンリング１は、合い口１ａを有することから、使用時においてガスの圧力によって拡径されて、外周面１ｄがシリンダーの内周面と密着する。合い口１ａの形状については、限定されるものではなく、ストレートカット型、アングルカット型などにすることも可能であるが、シール性に優れることから、図１に示す複合ステップカット型を採用することが好ましい。
なお、本発明のピストンリングは、図１に示すような単一の部材からなるピストンリングに限定されず、複数の部材を組み合わせることで円環状になるピストンリングであってもよい。

図２は、本発明のピストンリングを用いた水素ガス用往復式圧縮機の一例の断面図である。水素ガス用往復式圧縮機の圧縮機構部２は、シリンダー３とピストン４からなり、ピストン４はピストンロッド５に接続されている。ピストン４の外周面には、ピストンリング１を装着するための環状溝が複数配置されており、ピストンリング１が弾性変形により拡径して各環状溝に１つずつ組み込まれる。ピストンに装着されるピストンリングの数は特に限定されず、図２では６個のシールリングが装着されている。水素ガスは圧縮室６に導入され、ピストン４がシリンダー３に対して往復動することによって圧縮された後、外部に排出される。

本発明のピストンリングが適用される往復式圧縮機は、水素ガスを圧縮する水素ガス用往復式圧縮機であり、水素ステーションなどに設置され、燃料電池自動車、水素エンジン車への水素ガスの充填などに用いられる。

以下には、本発明のピストンリングに用いる樹脂組成物について説明する。本発明では、熱可塑性ポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂を樹脂組成物のベース樹脂に用いている。

熱可塑性ポリイミド樹脂としては、ガラス転移点、融点が高く、かつ射出成形などの溶融成形が可能な樹脂が好ましい。具体的には、下記式（１）に示すように、分子構造の繰り返し単位中に、熱的特性、機械的強度などに優れたイミド基が芳香族基を取り囲みながらも、熱などのエネルギーが加えられることにより適度な溶融特性を示すエーテル結合部分を複数個有する構造のイミド系樹脂がよく、機械的特性、剛性、耐熱性、射出成形性を満足させるため、エーテル結合部を繰り返し単位中に２個有する熱可塑性ポリイミド樹脂が好ましい。

（式中、Ｘは直接結合、炭素数１～１０の炭化水素基、六フッ素化されたイソプロピリデン基、カルボニル基、チオ基およびスルホン基からなる群より選ばれた基を表し、Ｒ_１～Ｒ_４は水素、炭素数１～５の低級アルキル基、炭素数１～５の低級アルコキシ基、塩素または臭素を表し、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｙは炭素数２以上の脂肪族基、環式脂肪族基、単環式芳香族基、縮合多環式芳香族基、芳香族基が直接または架橋基により相互に連結された非縮合多環式芳香族基からなる群から選ばれた４価の基を表す。）

熱可塑性ポリイミド樹脂の市販品としては、三井化学株式会社製オーラム（登録商標）、三菱ガス化学株式会社製サープリム（登録商標）などが挙げられる。この２種類のうち、上記式（１）を満たすオーラムはガラス転移点２５０℃、融点３８８℃であり、極めて耐熱性に優れるため、特に好ましい。オーラムは、上記式（１）におけるＸが直接結合であり、Ｒ_１～Ｒ_４が全て水素である。本発明のピストンリングに使用可能なオーラムのグレードとしては、例えば、ＰＤ２５０、ＰＤ４００、ＰＤ４５０、ＰＤ５００などが挙げられる。

また、ポリアミドイミド樹脂は、高分子主鎖内にイミド結合とアミド結合とを有する樹脂である。例えば、ポリアミドイミド樹脂として、下記式（２）に示すように、イミド結合、アミド結合が芳香族基を介して結合している芳香族系ポリアミドイミド樹脂を用いることができる。

（式中、Ｒ_１は少なくとも１つのベンゼン環を含む３価の芳香族基を表し、Ｒ_２は２価の有機基を表し、Ｒ_３は水素、メチル基またはフェニル基を表す。）

このような芳香族系ポリアミドイミド樹脂は、芳香族第一級ジアミン、例えばジフェニルメタンジアミンと芳香族三塩基酸無水物、例えばトリメリット酸無水物のモノまたはジアシルハライド誘導体から製造されるポリアミドイミド樹脂、芳香族三塩基酸無水物と芳香族ジイソシアネート化合物、例えばジフェニルメタンジイソシアネートとから製造されるポリアミドイミド樹脂などがある。

ポリアミドイミド樹脂の市販品としては、ソルベイスペシャルティポリマーズジャパン株式会社製トーロン（登録商標）などが挙げられる。本発明のピストンリングに使用可能なトーロンのグレードとしては、４０００Ｔなどが挙げられる。

本発明に用いる樹脂組成物は、樹脂組成物全体に対して、熱可塑性ポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂を５０体積％～９５体積％含むことが好ましく、６０体積％～９０体積％含むことがより好ましく、７０体積％～８０体積％含むことがさらに好ましい。また、熱可塑性ポリイミド樹脂を用いる場合、溶融粘度の異なる複数の熱可塑性ポリイミド樹脂を混合して使用してもよい。ポリアミドイミド樹脂を用いる場合、溶融粘度の異なる複数のポリアミドイミド樹脂を混合して使用してもよい。

ピストンリングとしてのシール性を考慮すると、上記熱可塑性ポリイミド樹脂および上記ポリアミドイミド樹脂の水素ガス透過度は低いことが好ましい。水素ガス透過度は、例えばＪＩＳ Ｋ７１２６－１準拠の測定方法で７×１０^－１２ｍｏｌ／（ｍ^２・ｓ・Ｐａ）以下であってもよい。

上記樹脂組成物は、カーボンブラック、炭素繊維、黒鉛、コークス粉などの炭素材料、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなどの硫化物を含まないことが好ましい。カーボンブラックには、硫黄原子は、主に多環芳香族炭化水素の結合硫黄として存在している。炭素繊維では、石油ピッチなどの原料に硫黄原子が含まれる場合があるほか、製造工程で硫酸を使用する場合などがあり、硫黄原子が不純物として残留することがある。また、地中に存在している天然黒鉛は不純物として硫黄を含有しており、人造黒鉛およびコークス粉は石炭由来であるため、硫黄を含有している。

上記樹脂組成物は、硫黄を含有しないＰＴＦＥ樹脂および芳香族ポリエステル樹脂の少なくとも一方を含むことが好ましい。また、上記樹脂組成物は、ＰＴＦＥ樹脂および芳香族ポリエステル樹脂の両方を含むことがより好ましい。この場合、樹脂組成物全体に対するＰＴＦＥ樹脂と芳香族ポリエステル樹脂の合計の含有量は、５体積％～５０体積％であることが好ましい。合計の含有量が５体積％未満であると、耐摩耗性向上の効果が得られにくく、５０体積％を超えると樹脂組成物の溶融粘度が高くなり、射出成形しにくくなる。ＰＴＦＥ樹脂、芳香族ポリエステル樹脂のそれぞれの含有量は、耐摩耗性の点から、樹脂組成物全体に対して、ＰＴＦＥ樹脂が５体積％～２５体積％（より好ましくは１０体積％～２０体積％）、芳香族ポリエステル樹脂が５体積％～２５体積％（より好ましくは１０体積％～２０体積％）であることが好ましい。

ＰＴＦＥ樹脂は、固体潤滑剤であり、樹脂組成物の無潤滑条件における摩擦摩耗特性を向上できる。ＰＴＦＥ樹脂として、懸濁重合法によるモールディングパウダー、乳化重合法によるファインパウダー、再生ＰＴＦＥのいずれを採用してもよい。樹脂組成物の流動性を安定させるためには、成形時のせん断により繊維化し難く、溶融粘度を増加させ難い再生ＰＴＦＥを採用することが好ましい。再生ＰＴＦＥとは、熱処理（熱履歴が加わったもの）粉末、γ線または電子線などを照射した粉末のことである。例えば、モールディングパウダーまたはファインパウダーを熱処理した粉末、また、この粉末をさらにγ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーの成形体を粉砕した粉末、また、その後γ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーをγ線または電子線を照射した粉末などのタイプがある。γ線または電子線を照射後にさらに熱処理を加えたタイプもある。ＰＴＦＥ樹脂の５０％粒子径は、特に限定されるものではないが１０μｍ～５０μｍとすることがより好ましい。

本発明に使用できる市販品のＰＴＦＥ樹脂としては、株式会社喜多村製：ＫＴＬ－６１０、ＫＴＬ－４５０、ＫＴＬ－３５０、ＫＴＬ－８Ｎ、ＫＴＬ－４００Ｈ、三井ケマーズフロロプロダクツ株式会社製：テフロン（登録商標）７－Ｊ、ＴＬＰ－１０、ＡＧＣ株式会社製：フルオンＧ１６３、Ｌ１５０Ｊ、Ｌ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊ、Ｌ１８２Ｊ、ダイキン工業株式会社製：ポリフロンＭ－１５、スリーエムジャパン株式会社製：ダイニオンＴＦ９２０５、ＴＦ９２０７などが挙げられる。また、パーフルオロアルキルエーテル基、フルオルアルキル基、またはその他のフルオロアルキルを有する側鎖基で変性されたＰＴＦＥ樹脂であってもよい。上記の中でγ線または電子線などを照射したＰＴＦＥ樹脂としては、株式会社喜多村製：ＫＴＬ－６１０、ＫＴＬ－４５０、ＫＴＬ－３５０、ＫＴＬ－８Ｎ、ＫＴＬ－８Ｆ、ＡＧＣ株式会社製：フルオンＬ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊ、Ｌ１８２Ｊなどが挙げられる。

芳香族ポリエステル樹脂としては、住友化学株式会社製：スミカスーパーＥ１０１－Ｓ、Ｅ１０１－Ｓ２、Ｅ１０１－Ｐ、Ｅ１０１－Ｍ、ＥＧＥＮＥ Ｏｐｔｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製：スーパーノールＳ１０１Ｐｌｕｓ、Ｓ１０１Ｂ、Ｓ１０１Ｐなどを用いることができる。芳香族ポリエステル樹脂の５０％粒子径は、特に限定されるものではないが５μｍ～５０μｍとすることがより好ましい。５０μｍを超えると、樹脂組成物の引張伸び特性が低下するおそれがある。引張伸び特性が低下すると、ピストンリングを拡径してピストンの環状溝に装着するときに破断するおそれがある。

本発明に用いるＰＴＦＥ樹脂および芳香族ポリエステル樹脂の５０％粒子径（Ｄ_５０）は、粒子径分布を累積分布としたとき、累積値が５０％となる点の粒子径であり、例えば、レーザー光散乱法を利用した粒子径分布測定装置などを用いて測定することができる。

上記樹脂組成物には、上記炭素材料、上記硫化物以外であれば、本発明の効果を阻害しない程度に周知の樹脂用添加剤を配合してもよい。添加剤としては、例えば、アラミド繊維、無機物（マイカ、タルク、炭酸カルシウム、窒化ホウ素など）、ウィスカ（炭酸カルシウム、チタン酸カリウムなど）、着色剤（酸化鉄、酸化チタンなど）、他の樹脂成分などが挙げられる。これらの添加剤は、不純物として活性な硫黄を含有している場合、熱処理によって除去してから配合してもよい。

上記樹脂組成物に、本発明の効果を阻害しない程度に、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、芳香族ポリエステル樹脂以外の樹脂を配合する場合、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリサルホン（ＰＳＵ）樹脂、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）樹脂以外の樹脂であることが好ましい。ＰＥＥＫ樹脂は、下記の式（３）に示すように、分子構造に硫黄原子は含まれていないが、重合時に使用するジフェニルスルホンが残留しているため、硫黄原子を不純物として含有している。また、ＰＰＳ樹脂は、下記の式（４）に示すように、分子構造に硫黄原子が含まれている。このほか、ＰＥＳ樹脂、ＰＳＵ樹脂、ＰＰＳＵ樹脂はいずれもスルホニル基が含まれる分子構造であるため、硫黄原子を含有している。

本発明のピストンリングの硫黄原子の含有量は、例えば、トリプル四重極型誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ－ＭＳ／ＭＳ）で高精度に測定することができる。分析の前処理方法としては、例えば、マイクロ波試料前処理装置にて酸分解して得られた分解液をろ過し、上澄みを分析サンプルとして得る方法が挙げられる。分解残渣に硫黄原子が含まれないことは、蛍光Ｘ線分析装置など既知の分析方法で確認することができる。

以上より、本発明の樹脂組成物の特に好ましい形態は、熱可塑性ポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂を主成分とし、樹脂組成物全体に対して、ＰＴＦＥ樹脂を５体積％～２５体積％含み、かつ、芳香族ポリエステル樹脂を５体積％～２５体積％含み、硫黄原子の含有量が５ｐｐｍ未満の樹脂組成物である。

上記樹脂組成物を構成する各材料を、必要に応じて、ヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダーなどにて混合した後、二軸混練押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、成形用ペレットを得ることができる。なお、ＰＴＦＥ樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、上述の樹脂用添加剤の投入は、二軸押出し機などで溶融混練する際にサイドフィードを採用してもよい。この成形用ペレットを用いて射出成形によりピストンリングを成形することができる。射出成形素材を用いて追加工または全加工を行い、所定のピストンリング形状に仕上げてもよい。なお、成形方法としては、圧縮成形、射出成形、押し出し成形などを適宜選択でき、これらの中でも射出成形を行うことが好ましい。

上記樹脂組成物が熱可塑性ポリイミド樹脂を主成分とする場合、射出成形素材、射出成形素材から削り出したピストンリング、射出成形で製造したピストンリングのうち、いずれかの状態で結晶化処理（熱処理）を実施することが好ましい。例えば、熱可塑性ポリイミド樹脂として、上述の三井化学株式会社製オーラムを使用する場合、射出成形時にはほとんど結晶化しないため、結晶化処理によって結晶化度を高めてもよい。結晶化処理の条件は、例えば、大気中または窒素中にて、最高温度２８０℃～３２０℃とし、最高温度で２時間以上保持してもよい。結晶化処理後の結晶化度は２０％～４０％であることが好ましい。結晶化度の測定方法は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）で結晶の融解熱量を測定するなどの周知の方法で測定できる。

上記樹脂組成物がポリアミドイミド樹脂を主成分とする場合、射出成形素材、射出成形素材から削り出したピストンリング、射出成形で製造したピストンリングのうち、いずれかの状態でポストキュア（熱処理）を実施することが、機械的強度の点から好ましい。ポストキュアの条件は、例えば、大気中にて、最高温度２５０℃～２６０℃とし、最高温度で１５時間以上保持してもよい。

上記結晶化処理および上記ポストキュアは、樹脂組成物にわずかに含まれる活性な硫黄を除去するという点でも、実施することが好ましい。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１～実施例６、比較例１
表１の配合割合（体積％）で配合した熱可塑性ポリイミド樹脂組成物（実施例１～実施例４、実施例６）およびポリアミドイミド樹脂組成物（実施例５）、ＰＥＥＫ樹脂組成物（比較例１）を用いて、射出成形によってφ８×２０ｍｍの射出成形素材を成形した。
熱可塑性ポリイミド樹脂組成物、ＰＥＥＫ樹脂組成物は、射出成形素材を機械加工することでφ３×１３ｍｍのピン試験片を作製した。なお、熱可塑性ポリイミド組成物のうち、実施例３のみ、射出成形素材の状態で最高温度３２０℃、最高温度での保持時間２時間として結晶化処理を実施した。ポリアミドイミド樹脂組成物は、射出成形素材を大気中にて最高温度２６０℃で１８時間保持してポストキュアした後、機械加工することで上記と同サイズのピン試験片を作製した。

各樹脂組成物に用いた原材料を以下に示す。
（１）熱可塑性ポリイミド樹脂〔ＴＰＩ〕
三井化学株式会社：ＰＤ４５０
（２）ポリアミドイミド樹脂〔ＰＡＩ〕
ソルベイスペシャルティポリマーズジャパン株式会社：４０００Ｔ
（３）ポリエーテルエーテルケトン樹脂〔ＰＥＥＫ〕
ビクトレックスジャパン株式会社：ＰＥＥＫ １５０Ｐ
（４）ＰＴＦＥ樹脂〔ＰＴＦＥ〕
株式会社喜多村：ＫＴＬ－４５０
（５）芳香族ポリエステル樹脂

＜摩擦摩耗試験＞
得られたピン試験片について、図３に示すピンオンディスク試験機を用いて摩擦摩耗試験を行った。図３に示すように、試験機の回転ディスク８の表面に３つのピン試験片７の試験面を下記の面圧で押し付けた状態で、室温下で回転ディスク８を回転させた。具体的な試験条件は以下のとおりであり、回転ディスク８の材質はＳＵＳ３０４である。なお、この試験条件は水素ガス用往復式圧縮機でのピストンリングの使用条件を想定している。
（試験条件）
周速 ：４．８ｍ／ｍｉｎ
面圧 ：４ＭＰａ
潤滑 ：なし（ドライ）
温度 ：室温
時間 ：５０時間

試験終了後、試験前後におけるピン試験片７の高さの変化量をそれぞれ測定し、３本の平均値から比摩耗量を算出した。

表１に示すように、熱可塑性ポリイミド樹脂を主成分とする実施例１～実施例４は、比摩耗量が１３０×１０^－８ｍｍ^３／（Ｎ・ｍ）～２９２×１０^－８ｍｍ^３／（Ｎ・ｍ）であった。実施例２と実施例３は同じ配合割合であるが、結晶化処理を実施した実施例３の方が、耐摩耗性に優れる結果であった。また、ポリアミドイミド樹脂を主成分とする実施例５は、比摩耗量が１２２×１０^－８ｍｍ^３／（Ｎ・ｍ）であった。
熱可塑性ポリイミド樹脂を主成分とし、ＰＴＦＥ樹脂を３体積％配合した実施例６は、実施例１～実施例５に比べて比摩耗量が大きかった。

実施例１～実施例６、比較例１のピン試験片について、次の手順で硫黄原子を測定した。ピン試験片を凍結粉砕し、マイクロ波試料前処理装置にて酸分解して得られた分解液をろ過して、上澄みを分析サンプルとして得た。この分析サンプルをＩＣＰ－ＭＳ／ＭＳにより分析した。なお、分解残渣に硫黄原子が含まれないことは、蛍光Ｘ線分析装置によって確認した。
実施例１～実施例６は、ＩＣＰ－ＭＳ／ＭＳによる硫黄原子の測定値が定量下限値（５ｐｐｍ）未満であった。一方、ＰＥＥＫ樹脂を主成分とする比較例１では、硫黄原子の測定値が８０ｐｐｍであり、実施例１～実施例６に比べて硫黄原子の含有量が高い結果となった。

本発明のピストンリングは、水素ガスを圧縮する水素ガス用往復式圧縮機のピストンリングに好適であり、耐摩耗性に優れるとともに、ピストンリングの硫黄原子の含有量が５ｐｐｍ未満であるため、水素ガスの硫黄による汚染を避けることができる。

１ ピストンリング
２ 圧縮機構部
３ シリンダー
４ ピストン
５ ピストンロッド
６ 圧縮室
７ ピン試験片
８ 回転ディスク

Claims (5)

1. 水素ガスを圧縮する水素ガス用往復式圧縮機に用いられるピストンリングであって、
   前記ピストンリングが、熱可塑性ポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂を主成分とする樹脂組成物からなり、硫黄原子の含有量が５ｐｐｍ未満であることを特徴とするピストンリング。
2. 前記ピストンリングの硫黄原子の含有量を測定する方法が、トリプル四重極型誘導結合プラズマ質量分析法によることを特徴とする請求項１記載のピストンリング。
3. 前記樹脂組成物が炭素材料および硫化物を含まないことを特徴とする請求項１または請求項２記載のピストンリング。
4. 前記樹脂組成物がポリテトラフルオロエチレン樹脂および芳香族ポリエステル樹脂の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載のピストンリング。
5. 前記樹脂組成物がポリテトラフルオロエチレン樹脂および芳香族ポリエステル樹脂を含み、これらの合計の配合量が、前記樹脂組成物全体に対して５体積％～５０体積％であることを特徴とする請求項４記載のピストンリング。

Images