(57)【要約】【課題】ピストンの外周部とシリンダの内壁面との間の隙間をより確実にシールすることが可能なピストンリングを提供する。【解決手段】ピストンリングは、シリンダ及び前記シリンダ内を軸方向に往復運動するピストンを備えた圧縮機において、前記ピストンの外周部と前記シリンダの内壁面との間の隙間をシールする。ピストンリングは、前記ピストンの外周部に装着され、前記シリンダの内壁面に対して摺動可能な第１リング部と、前記第１リング部と前記軸方向に並んだ状態で前記ピストンの外周部に装着され、前記シリンダの内壁面に対して摺動可能な第２リング部と、を備える。前記第２リング部は、前記第１リング部に対して前記シリンダ内の圧縮室と反対側に位置するように前記ピストンの外周部に装着されると共に、前記第１リング部よりも硬さが大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ及び前記シリンダ内を軸方向に往復運動するピストンを備えた圧縮機において、前記ピストンの外周部と前記シリンダの内壁面との間の隙間をシールするためのピストンリングであって、
前記ピストンの外周部に装着され、前記シリンダの内壁面に対して摺動可能な第１リング部と、
前記第１リング部と前記軸方向に並んだ状態で前記ピストンの外周部に装着され、前記シリンダの内壁面に対して摺動可能な第２リング部と、を備え、
前記第２リング部は、前記第１リング部に対して前記シリンダ内の圧縮室と反対側に位置するように前記ピストンの外周部に装着されると共に、前記第１リング部よりも硬さが大きいことを特徴とする、ピストンリング。
【請求項２】
前記第１リング部及び前記第２リング部は、前記ピストンの外周部において前記シリンダの内壁面から離れる向きに凹むように形成された同じ溝内で互いに当接可能に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のピストンリング。
【請求項３】
前記第２リング部は、周方向に分割されると共に前記ピストンの外周部にそれぞれ装着される複数のリング要素を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のピストンリング。
【請求項４】
前記第１リング部には、周方向の一部を切り欠いた合口部が形成されており、
前記第２リング部は、前記軸方向において前記合口部と重なる部分を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のピストンリング。
【請求項５】
水素ステーション用の前記圧縮機において、前記ピストンの外周部と前記シリンダの内壁面との間の隙間をシールするためのピストンリングであって、
前記第１リング部及び前記第２リング部は、
変性ポリテトラフルオロエチレン、ポリアリールエーテルケトン、ポリイミド及びポリベンゾイミダゾールからなる群より選択される少なくとも一種からなる主成分と、
カーボンフィラーを有する添加剤と、を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のピストンリング。
【請求項６】
前記第１リング部及び前記第２リング部は、ポリアリールエーテルケトン、ポリイミド及びポリベンゾイミダゾールからなる群より選択される少なくとも一種からなる主成分を含むことを特徴とする、請求項５に記載のピストンリング。
【請求項７】
前記第１リング部は、変性ポリテトラフルオロエチレンからなる主成分を含み、
前記第２リング部は、ポリイミド及びポリエーテルエーテルケトンのうち少なくとも一種からなる主成分を含むことを特徴とする、請求項５に記載のピストンリング。
【請求項８】
ガスを昇圧するための圧縮室を有するシリンダと、
前記圧縮室の容積を変えるように前記シリンダ内を軸方向に往復運動するピストンと、
前記ピストンの外周部と前記シリンダの内壁面との間の隙間をシールするように前記ピストンの外周部に装着された請求項１〜７のいずれか１項に記載のピストンリングと、を備えることを特徴とする、圧縮機。
【請求項９】
前記シリンダの内壁面における算術平均粗さが０．８以下であることを特徴とする、請求項８に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンリング及びこれを備えた圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１〜３に開示されるように、往復動圧縮機などにおいて、ピストンの外周部とシリンダの内壁面との間の隙間をシールするためにピストンリングが用いられている。このピストンリングをピストンの外周部に装着することにより、シリンダの圧縮室内のガスがピストンの外周部とシリンダの内壁面との間の隙間を通じて漏れるのを防ぐことができる。
【０００３】
特許文献１，２には、断面視ほぼＬ字形の一方のリング部材と、当該一方のリング部材に嵌め込まれた他方のリング部材と、を備えたピストンリングが開示されている。また特許文献３には、変性ポリテトラフルオロエチレンにより形成されたピストンリングが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４９９４５号公報
【特許文献２】特開２００５−８３５７８号公報
【特許文献３】特許第６０６８０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜３に開示されたピストンリングは、圧縮室からピストンの外周部とシリンダの内壁面との間の隙間に流れ込むガスの圧力を受け、この圧力により低圧側に突き出るように変形することがある。つまり、従来のピストンリングは、圧縮室から流れ込むガスの圧力に耐えきれずに変形することがあり、これによりピストンリングのシール性が損なわれるという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピストンの外周部とシリンダの内壁面との間の隙間をより確実にシールすることが可能なピストンリング及びこれを備えた圧縮機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面に係るピストンリングは、シリンダ及び前記シリンダ内を軸方向に往復運動するピストンを備えた圧縮機において、前記ピストンの外周部と前記シリンダの内壁面との間の隙間をシールするためのものである。このピストンリングは、前記ピストンの外周部に装着され、前記シリンダの内壁面に対して摺動可能な第１リング部と、前記第１リング部と前記軸方向に並んだ状態で前記ピストンの外周部に装着され、前記シリンダの内壁面に対して摺動可能な第２リング部と、を備えている。前記第２リング部は、前記第１リング部に対して前記シリンダ内の圧縮室と反対側に位置するように前記ピストンの外周部に装着されると共に、前記第１リング部よりも硬さが大きい。
【０００８】
このピストンリングは、第１リング部と第２リング部とが軸方向に並ぶと共に第２リング部が第１リング部に対して圧縮室と反対側に位置する状態で、ピストンの外周部に装着される。そして、第２リング部は、第１リング部よりも硬さが大きい。このため、圧縮室からピストンの外周部とシリンダの内壁面との間の隙間にガスが流入しても、このガスの圧力を受けた第１リング部が低圧側に変形するのを第２リング部により抑制することができる。したがって、本発明のピストンリングによれば、第１リング部の変形による破損を防ぎ、ピストンの外周部とシリンダの内壁面との間の隙間をより確実にシールすることができる。
【０００９】
ここでいう「硬さ」とは、例えばロックウェル硬さ（記号ＨＲ）やデュロメーター硬さ（記号ＨＤＡ、ＨＤＤ、ＨＤＥ）である。ロックウェル硬さは、ＪＩＳ  Ｋ７２０２−２やＪＩＳ  Ｚ２２４５に準拠した方法により測定される。デュロメーター硬さは、ＪＩＳ  Ｋ６２５３やＪＩＳ  Ｋ７２１５に準拠した方法により測定される。なお、ビッカース硬さなど他の試験方法により測定される硬さでもよい。
【００１０】
上記ピストンリングにおいて、前記第１リング部及び前記第２リング部は、前記ピストンの外周部において前記シリンダの内壁面から離れる向きに凹むように形成された同じ溝内で互いに当接可能に配置されてもよい。
【００１１】
この構成によれば、第２リング部を第１リング部に対して当接可能に配置することにより、第１リング部の変形をより確実に防ぐことができる。
【００１２】
上記ピストンリングにおいて、前記第２リング部は、周方向に分割されると共に前記ピストンの外周部にそれぞれ装着される複数のリング要素を含んでいてもよい。
【００１３】
この構成によれば、第２リング部が単体のリング要素により構成される場合に比べて、ピストンの外周部への装着がより容易になる。すなわち、第２リング部は硬さが大きいため、単体のリング要素を拡径して装着するのが困難であるのに対し、上述のように複数のリング要素に分割することにより装着の容易性を確保することができる。
【００１４】
上記ピストンリングにおいて、前記第１リング部には、周方向の一部を切り欠いた合口部が形成されていてもよい。前記第２リング部は、前記軸方向において前記合口部と重なる部分を有していてもよい。
【００１５】
この構成によれば、第１リング部に合口部を形成することにより、第１リング部を拡径してピストンの外周部に容易に装着することができる。しかも、第２リング部が第１リング部の合口部と軸方向に重なる部分を有するため、圧縮室から第１リング部の合口部に流れ込んだガスが低圧側に漏れるのを防ぐことができる。
【００１６】
上記ピストンリングは、水素ステーション用の前記圧縮機において、前記ピストンの外周部と前記シリンダの内壁面との間の隙間をシールするためのものであってもよい。前記第１リング部及び前記第２リング部は、変性ポリテトラフルオロエチレン、ポリアリールエーテルケトン、ポリイミド及びポリベンゾイミダゾールからなる群より選択される少なくとも一種からなる主成分と、カーボンフィラーを有する添加剤と、を含んでいてもよい。
【００１７】
水素ステーション用圧縮機におけるピストンリングの材料として、例えばポリフェニレンサルファイドや二硫化モリブデンなどの硫黄含有材料がある。しかし、これらの硫黄含有材料により形成されたピストンリングを用いた場合、燃料電池車に供給される水素ガスに硫黄が混入してしまうことがある。
【００１８】
これに対し、上述の通り、硫黄を含まない材料を第１リング部や第２リング部の主成分又は添加剤として用いることにより、燃料電池車への硫黄の混入を防ぐことができる。しかも、これらの材料によれば、ピストンリングの強度及び摺動性を、ポリフェニレンサルファイドや二硫化モリブデンなどの硫黄含有材料を用いた場合と同等に維持することができる。
【００１９】
上記ピストンリングにおいて、前記第１リング部及び前記第２リング部は、ポリアリールエーテルケトン、ポリイミド及びポリベンゾイミダゾールからなる群より選択される少なくとも一種からなる主成分を含んでいてもよい。
【００２０】
第１リング部及び第２リング部の主成分を上記材料によって形成することにより、燃料電池車へのハロゲンの混入を防ぐことができる。
【００２１】
上記ピストンリングにおいて、前記第１リング部は、変性ポリテトラフルオロエチレンからなる主成分を含んでいてもよい。前記第２リング部は、ポリイミド及びポリエーテルエーテルケトンのうち少なくとも一種からなる主成分を含んでいてもよい。
【００２２】
上記材料を主成分として用いることにより、ピストンリングの強度及び摺動性をより高めることができる。
【００２３】
本発明の他局面に係る圧縮機は、ガスを昇圧するための圧縮室を有するシリンダと、前記圧縮室の容積を変えるように前記シリンダ内を軸方向に往復運動するピストンと、前記ピストンの外周部と前記シリンダの内壁面との間の隙間をシールするように前記ピストンの外周部に装着された上記ピストンリングと、を備えている。
【００２４】
この圧縮機によれば、上記本発明のピストンリングを用いることにより、ピストンの外周部とシリンダの内壁面との間の隙間をより確実にシールすることができる。
【００２５】
上記圧縮機において、前記シリンダは、Ｃｒを含む鋼材からなっていてもよい。
【００２６】
上記鋼材からなるシリンダを備えた圧縮機は、水素ガスを取り扱う用途において特に好ましい。
【００２７】
上記圧縮機において、前記シリンダの内壁面における算術平均粗さが０．８以下であってもよい。
【００２８】
これにより、ピストンが往復運動する際に、ピストンリングをシリンダの内壁面に対して滑らかに摺動させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ピストンの外周部とシリンダの内壁面との間の隙間をより確実にシールすることが可能なピストンリング及びこれを備えた圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態１に係る圧縮機の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るピストンリングの構成を模式的に示す断面図である。
【図３】参考例におけるピストンリングの構成を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るピストンリングの構成を模式的に示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係るピストンリングの構成を模式的に示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態３に係るピストンリングの構成を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るピストンリング及びこれを備えた圧縮機について詳細に説明する。
【００３２】
（実施形態１）
＜圧縮機＞
まず、本発明の実施形態１に係る圧縮機１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、圧縮機１におけるピストン３０の近傍の構成を模式的に示す断面図である。なお、図１は、圧縮機１における一部の構成要素のみを示しており、圧縮機１は、図１に現れていない他の任意の構成要素を備え得る。
【００３３】
圧縮機１は、往復動圧縮機（レシプロコンプレッサ）であり、吸入弁５０を介してシリンダ２０内に吸入されたガスをピストン３０により昇圧し、昇圧されたガスを吐出弁６０を介して排出するものである。図１に示すように、圧縮機１は、シリンダ２０と、ピストン３０と、ピストンロッド４０と、ピストンリング１０と、を主に備えている。また図示は省略するが、圧縮機１は、クランクシャフト、コネクティングロッド及びクロスヘッドなどをさらに備えている。
【００３４】
本実施形態における圧縮機１は、燃料である水素ガスを燃料電池車に補給する施設である水素ステーションに用いられるものである。すなわち、圧縮機１により高圧状態（例えば３５ＭＰａ以上又は４０ＭＰａ以上）に圧縮された水素ガスをディスペンサに供給し、このディスペンサから燃料電池車に水素ガスを補給することができる。しかし、本発明の圧縮機の用途は、これに限定されるものではない。以下、本実施形態における圧縮機１の各構成要素についてそれぞれ説明する。
【００３５】
シリンダ２０は、例えば円筒形状からなり、ガスを昇圧するための圧縮室２２を有している。図１に示すように、シリンダ２０は内壁面２１を有し、圧縮室２２は当該内壁面２１により取り囲まれている。圧縮室２２の容積をピストン３０の往復運動によって変えることにより、圧縮室２２内に吸入されたガスが昇圧される。
【００３６】
シリンダ２０は、例えばＪＩＳ規格のＳＵＨ６６０、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３１６（不動態皮膜を含む）及びＡＳＭＥ規格のＳＡ−６３８Ｍ（ＧＲＡＤＥ  ６６０）などのＣｒを含む鋼材からなるものである。シリンダ２０の内壁面２１にはＣｒの自然酸化膜が形成される。なお、本発明の圧縮機においてシリンダの構成材料は特に限定されない。
【００３７】
シリンダ２０の内壁面２１における算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．８以下となっている。これにより、ピストン３０の往復運動時において、シリンダ２０の内壁面２１に対してピストンリング１０を滑らかに摺動させることが可能になる。なお、本発明の圧縮機は、シリンダの内壁面におけるＲａが上記範囲内であるものに限定されない。
【００３８】
ピストン３０は、シリンダ２０の内径よりも小さい外径の円柱形状を有し、シリンダ２０の内壁面２１に対して径方向（図１中の左右方向）に対向する外周部３１を有する。図１に示すように、ピストン３０の外周部３１とシリンダ２０の内壁面２１との間には、径方向に所定の幅を有する隙間が形成されている。
【００３９】
ピストン３０は、シリンダ２０内を軸方向（図１中の上下方向）に往復運動するように構成されている。具体的には、図略の原動機による回転運動をクランクシャフト及びコネクティングロッドを介してピストンロッド４０の軸方向の往復運動に転換し、これによりピストンロッド４０の先端に取り付けられたピストン３０を軸方向に往復運動させることができる。ピストン３０の往復運動により圧縮室２２の容積が変わり、圧縮室２２へのガスの吸入と吸入されたガスの圧縮とを繰り返し行うことができる。
【００４０】
ピストンリング１０は、ピストン３０の外周部３１とシリンダ２０の内壁面２１との間の隙間をシールするための部品である。ピストンリング１０は、ピストン３０の外周部３１に装着されており、ピストン３０の往復運動時においてシリンダ２０の内壁面２１に対して摺動する。
【００４１】
ピストンリング１０によって上記隙間をシールすることにより、圧縮室２２からのガスＧ１の漏れを防ぐことができる。本実施形態に係る圧縮機１は、このピストンリング１０の構成に特徴を有しており、以下これについて詳細に説明する。
【００４２】
＜ピストンリング＞
図２は、ピストンリング１０とシリンダ２０の内壁面２１との摺動部分の構成を詳細に示している。図２に示すように、ピストン３０の外周部３１には、径方向においてシリンダ２０の内壁面２１から離れる向きに凹む溝３２が形成されている。溝３２は、軸方向に延びる溝底面３２Ａと、当該溝底面３２Ａに連設されると共に径方向に延びる一対の溝壁面３２Ｂと、を含み、ピストン３０の周方向全体に亘って環状に形成されている。
【００４３】
以下の説明において、図２中の上側の溝壁面３２Ｂを「トップ側溝壁面」と称し、図２中の下側の溝壁面３２Ｂを「ボトム側溝壁面」と称することがある。図２に示すように、溝壁面３２Ｂには、軸方向に延びると共に径方向において溝底面３２Ａよりもシリンダ２０の内壁面２１の近くに位置する外周面３３が連設されている。
【００４４】
ピストンリング１０は、円環状の部品であり、ピストン３０の溝３２内に収容されている。図２に示すように、ピストンリング１０の軸方向の厚みＴ１は、溝底面３２Ａの軸方向の長さよりも小さくなっており、例えば１ｍｍ以上である。またピストンリング１０の径方向の厚みＴ２は、シリンダ２０の内壁面２１とピストン３０の外周面３３との間の隙間よりも大きく且つ当該内壁面２１と溝底面３２Ａとの間の隙間よりも小さくなっている。
【００４５】
このため、ピストンリング１０は、圧縮室２２（図１）から流れ込むガスＧ１の圧力により軸方向に押され、内周部分がボトム側溝壁面３２Ｂに押し付けられた状態となる。またピストンリング１０は、溝３２内に流入するガスＧ１（トップ側溝壁面３２Ｂに沿って流れるガスＧ１）により内周面が径方向外向きに押され、外周面がシリンダ２０の内壁面２１に押し付けられて密着した状態となる。これにより、ピストンリング１０によるシール効果が確保される。
【００４６】
ピストンリング１０は、ピストン３０の外周部３１に装着される第１リング部１１及び第２リング部１２を備え、これらが軸方向に互いに重なった構成を有している。第１リング部１１及び第２リング部１２は、それぞれ別体として構成された円環状の部品であり、例えば矩形断面を有している。本実施形態において、第１リング部１１及び第２リング部１２は、それぞれ同じ大きさ及び形状を有しているが、これに限定されるものではない。
【００４７】
図２に示すように、第１リング部１１は、シリンダ２０の内壁面２１に対して摺動する第１リング外周面１１Ａと、径方向において第１リング外周面１１Ａと反対側を向く第１リング内周面１１Ｂと、圧縮室２２（図１）から流入するガスＧ１の圧力を受ける第１リング上面１１Ｃと、軸方向において第１リング上面１１Ｃと反対側を向く第１リング下面１１Ｄと、を含む。また第２リング部１２は、シリンダ２０の内壁面２１に対して摺動する第２リング外周面１２Ａと、径方向において第２リング外周面１２Ａと反対側を向く第２リング内周面１２Ｂと、第１リング下面１１Ｄ側を向く第２リング上面１２Ｃと、軸方向において第２リング上面１２Ｃと反対側を向く第２リング下面１２Ｄと、を含む。
【００４８】
第１リング部１１及び第２リング部１２の径方向の厚みは、上述した厚みＴ２に相当する。また第１リング部１１及び第２リング部１２の軸方向の厚みは、上述したリング全体の厚みＴ１の半分である。図２に示すように、第１リング部１１及び第２リング部１２は、同じ溝３２内で互いに当接可能に（第１リング下面１１Ｄと第２リング上面１２Ｃとが互いに当接するように）配置されている。
【００４９】
第１リング部１１は、図２に示すシール状態において溝３２内に収容される第１被収容部と、当該シール状態において外周面３３よりも径方向外側に張り出して内壁面２１に摺接する第１摺接部と、を有する。第１被収容部は第１内周面１１Ｂを含む矩形断面の部分であり、第１摺接部は第１外周面１１Ａを含む矩形断面の部分である。
【００５０】
同様に、第２リング部１２は、図２に示すシール状態において溝３２内に収容される第２被収容部と、当該シール状態において外周面３３よりも径方向外側に張り出して内壁面２１に摺接する第２摺接部と、を有する。第２被収容部は第２内周面１２Ｂを含む矩形断面の部分であり、第２摺接部は第２外周面１２Ａを含む矩形断面の部分である。
【００５１】
図２に示すように、第２リング部１２は、第１リング部１１と軸方向に並ぶと共に、第１リング部１１に対してシリンダ２０内の圧縮室２２（図１）と反対側に位置するように、ピストン３０の外周部３１に装着されている。換言すると、第２リング部１２は、軸方向において圧縮室２２との間に第１リング部１１を挟む位置に配置されている。
【００５２】
第２リング部１２は、第１リング部１１よりも硬さ及び強度が大きくなっている。具体的には、第２リング部１２の引張強さは例えば３０ＭＰａ以上であり、第１リング部１１の引張強さは１０ＭＰａ以上である。また第１リング部１１及び第２リング部１２の耐熱温度は、例えば２００℃以上であることが好ましい。このように、硬さ及び強度が大きい第２リング部１２を第１リング部１１に対して圧縮室２２（図１）と反対側に位置させることにより、以下のような効果が得られる。
【００５３】
図３は、第２リング部を有さない参考例のピストンリング１００を用いて、ピストン３００の外周部３１０とシリンダ２００の内壁面２１０との間の隙間をシールする様子を示している。この場合、図３に示すように、ピストンリング１００の摺接部（外周面３３０よりも径方向外側に張り出して内壁面２１０に摺接する部分）は、圧縮室から流入するガスＧ１００の圧力に耐えきれず、低圧側に向かって突き出るように変形してしまう。特に、本実施形態のように高圧の水素ガスを取り扱う圧縮機では、ピストンリングに加わる圧力が大きいため、このような問題が生じ易い。
【００５４】
これに対して、本実施形態に係るピストンリング１０によれば、硬さ及び強度が大きい第２リング部１２を図２に示す位置（第１リング下面１１Ｄに当接する位置）に配置することにより、ガスＧ１の圧力によって第１リング部１１が低圧側に向かって変形するのを抑制することができる。より具体的には、ガスＧ１の圧力により軸方向（図２中の下向き）に押される第１リング部１１（外周面３３よりも径方向外側に張り出した部分）は、第２リング上面１２Ｃで支持されることにより、低圧側への変形が阻止される。したがって、第１リング部１１をシリンダ２０の内壁面２１に密着させてシール性を確保するとともに、第１リング部１１の変形による破損を防ぐことができる。
【００５５】
次に、ピストンリング１０の構成材料について詳細に説明する。
【００５６】
第１リング部１１及び第２リング部１２は、変性ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ；ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｌｅｎｅ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ；ｐｏｌｙａｒｙｌｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、ポリイミド（ＰＩ；ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）及びポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ；ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌ）からなる群より選択される少なくとも一種からなる主成分と、カーボンフィラー（ＣＦ；ｃａｒｂｏｎｆｉｌｌｅｒ）を有する添加剤と、を含む。「主成分」とは、その割合が、添加剤の割合よりも大きいことを意味する。主成分として、変性ＰＴＦＥ、ＰＡＥＫ、ＰＩ及びＰＢＩからなる群より２種以上の材料が選択された場合には、選択された材料の合計の割合が添加剤の割合よりも大きいことを意味する。
【００５７】
「ＰＡＥＫ」は、ベンゼン環がエーテル及びケトンにより結合された直鎖状ポリマーの総称であり、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ；ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ；ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）及びポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ；ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅｋｅｔｏｎｅ）などを含む。「ＰＩ」は、熱硬化性及び熱可塑性のものを含む。すなわち、熱硬化性ポリイミドの他、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ；ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）などの熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ；ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）が含まれる。また「変性ＰＴＦＥ」は、ＰＴＦＥのフッ素が所定の官能基により置換されたものであり、ＰＴＦＥに比べて強度を高めることができる。「ＣＦ」としては、グラファイトやカーボンファイバーなどが挙げられる。グラファイトとしては、一般的なグラファイトやナノグラファイトがある。カーボンファイバーとしては、ＰＡＮ（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）系とピッチ（ＰＩＴＣＨ）系のものがある。
【００５８】
ＣＦの添加量は、特に限定されるものではないが、５質量％以上４０質量％以下であることが好ましい。ＣＦを５質量％以上添加することにより、ピストンリング１０の潤滑性を向上させることができる。一方、４０質量％を超えてＣＦを添加すると、ピストン３０の往復運動の際にシリンダ２０の内壁面２１が削られてしまう。このため、ＣＦの添加量は、５質量％以上４０質量％以下の範囲内であることが好ましい。
【００５９】
またＣＦ以外の添加剤として、例えばポリアミドイミド（ＰＡＩ；ｐｏｌｙａｍｉｄｅｉｍｉｄｅ）がさらに添加されてもよい。これにより、ピストンリング１０の加工性を高めることができる。なお、上述した「添加剤の割合」とは、添加剤がＣＦのみ含む場合はＣＦの割合を意味し、添加剤がＣＦ及びＰＡＩを含む場合はＣＦとＰＡＩの割合の合計を意味する。なお、本実施形態に係るピストンリング１０は、添加剤としてのＰＴＦＥを含まない。
【００６０】
ピストン３０を往復運動させると、シリンダ２０の内壁面２１に対する摺動によりピストンリング１０の外周面が削れ、添加剤のＣＦが内壁面２１に付着する。これにより、当該内壁面２１においてＣＦからなる低摩擦の膜が形成される。したがって、両摺動面（ピストンリング１０の外周面とシリンダ２０の内壁面２１）に同じ材料（ＣＦ）が含まれる状態となり、ピストンリング１０の耐摩耗性を向上させることができる。
【００６１】
上述の通り、本実施形態に係る圧縮機１は、水素ステーションにおける水素ガスの昇圧に用いられる。ここで、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ；ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ）や二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）などの硫黄含有材料をピストンリングの材料として用いると、燃料電池車に供給される水素ガスへの硫黄の混入が問題となる場合がある。これに対して、本実施形態のように、第１リング部１１及び第２リング部１２を、硫黄を含まない材料によって形成することにより、燃料電池車への硫黄の混入を防ぐことができる。しかも、これらの材料によれば、ピストンリング１０の強度及び摺動性を、ＰＰＳやＭｏＳ２などの材料を用いた場合と同等に維持することができる。
【００６２】
また第１リング部１１及び第２リング部１２は、ＰＡＥＫ（例えばＰＥＥＫ）、ＰＩ及びＰＢＩからなる群より選択される少なくとも一種からなる主成分を含んでいてもよい。これらの材料によれば、硫黄だけでなくハロゲンが水素ガス中に混入するのを防ぐことができる。
【００６３】
第１リング部１１及び第２リング部１２の主成分を構成する材料の組み合わせとしては、変性ＰＴＦＥのみ、ＰＡＥＫのみ、ＰＩのみ、ＰＢＩのみ、変性ＰＴＦＥとＰＡＥＫの組み合わせ、変性ＰＴＦＥとＰＩの組み合わせ、変性ＰＴＦＥとＰＢＩの組み合わせ、ＰＡＥＫとＰＩの組み合わせ、ＰＡＥＫとＰＢＩの組み合わせ、ＰＩとＰＢＩの組み合わせ、変性ＰＴＦＥとＰＡＥＫとＰＩの組み合わせ、変性ＰＴＦＥとＰＡＥＫとＰＢＩの組み合わせ、変性ＰＴＦＥとＰＩとＰＢＩの組み合わせ、ＰＡＥＫとＰＩとＰＢＩの組み合わせ、及び変性ＰＴＦＥとＰＡＥＫとＰＩとＰＢＩの組み合わせ、が挙げられる。また上記組み合わせにおける「ＰＡＥＫ」は、ＰＥＥＫのみでもよいし、ＰＥＫのみでもよいし、ＰＥＫＫのみでもよいし、ＰＥＥＫとＰＥＫの組み合わせでもよいし、ＰＥＥＫとＰＥＫＫの組み合わせでもよいし、ＰＥＫとＰＥＫＫの組み合わせでもよいし、ＰＥＥＫとＰＥＫとＰＥＫＫの組み合わせでもよい。これらの材料は、ピストンリング１０の耐摩耗性向上においても好ましい。
【００６４】
上記材料の組み合わせは、第２リング部１２の硬さが第１リング部１１の硬さよりも大きく且つ第２リング部１２の強度が第１リング部１１の強度よりも大きい、という関係が満たされるように選択される。一例として、第１リング部１１が変性ＰＴＦＥからなる主成分を含み、第２リング部１２がＰＩ及びＰＥＥＫのうち少なくとも一種からなる主成分を含んでいてもよい。
【００６５】
図４は、ピストンリング１０を軸方向から平面視した時の構成を模式的に示している。図４中において、第１リング部１１を実線で示し、第２リング部１２を破線で示している。なお、図４では、便宜上、第１リング部１１及び第２リング部１２を内径及び外径がそれぞれ異なるように描いているが、両リング部の内径及び外径はそれぞれ同じである。また図４中において、ピストン３０の図示は省略されている。
【００６６】
図４に示すように、第１リング部１１には、周方向の一部を切り欠いた第１合口部１１Ａが形成されている。より具体的には、第１リング部１１は、第１合口部１１Ａに対して径方向の反対側に位置する第１基端部１１Ｂと、第１基端部１１Ｂから第１合口部１１Ａに向かって円弧状に延びる一対の第１腕部１１Ｃと、を有している。一対の第１腕部１１Ｃは、第１リング部１１の円周の半分よりもやや短い円弧長を有し、第１基端部１１Ｂからそれぞれ反対向きに延びている。図４に示すように、第１合口部１１Ａは、一対の第１腕部１１Ｃの第１先端面１１ＣＣ間の隙間に相当する。
【００６７】
第２リング部１２は、基本的に第１リング部１１と同様の形状を有している。すなわち、第２リング部１２には、周方向の一部を切り欠いた第２合口部１２Ａが形成されている。より詳細には、第２リング部１２は、第２合口部１２Ａに対して径方向の反対側に位置する第２基端部１２Ｂと、第２基端部１２Ｂから第２合口部１２Ａに向かって円弧状に延びる一対の第２腕部１２Ｃと、を有する。一対の第２腕部１２Ｃは、第２リング部１２の円周の半分よりもやや短い円弧長を有し、第２基端部１２Ｂからそれぞれ反対向きに延びている。図４に示すように、第２合口部１２Ａは、一対の第２腕部１２Ｃの第２先端面１２ＣＣ間の隙間に相当する。
【００６８】
このように、第１リング部１１に第１合口部１１Ａを形成することにより、第１基端部１１Ｂを中心に第１腕部１１Ｃを拡げ、第１リング部１１を容易に拡径することができる。これにより、第１リング部１１をピストン３０の外周部３１に容易に装着することができる。
【００６９】
また第２リング部１２は、軸方向において、第１合口部１１Ａと重なる部分（第２基端部１２Ｂ）を有している。具体的には、第２基端部１２Ｂは、軸方向から見て第１合口部１１Ａの全体を塞ぐように、当該第１合口部１１Ａと軸方向に重なっている。これにより、圧縮室２２（図１）から第１合口部１１Ａに流れ込んだガスは、第２基端部１２Ｂにおいて第２リング上面１２Ｃ（図２）に当たるため、低圧側へのガス漏れが抑制される。このように、第２リング部１２は、第１合口部１１Ａを塞ぐことができる形状であればよく、ピストンリング１０の全周に亘って存在していなくてもよい。
【００７０】
なお、本実施形態では、第１合口部１１Ａと第２合口部１２Ａとが互いに径方向の反対側に位置する（周方向において１８０°ずれる）場合について説明したが、これに限定されない。すなわち、上述したようなガス漏れ防止機能が得られるように、第２合口部１２Ａが第１合口部１１Ａに対して周方向にずれた位置にあればよい。
【００７１】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係るピストンリング１０Ａについて、図５を参照して説明する。実施形態２に係るピストンリング１０Ａは、基本的に実施形態１に係るピストンリング１０と同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものであるが、第２リング部１２が複数のリング要素に分割されている点で異なっている。以下、実施形態１に係るピストンリング１０と異なる点についてのみ説明する。
【００７２】
図５は、ピストンリング１０Ａを軸方向から平面視した時の構成を模式的に示している。図５に示すように、第２リング部１２は、周方向に分割される複数の（本実施形態では２つの）第２リング要素７１を含む。各第２リング要素７１は、第２リング部１２の周方向に沿って延びる円弧形状を有する部品であり、第２リング部１２の円周の半分よりもやや短い円弧長を有している。
【００７３】
各第２リング要素７１は、溝３２（図２）内に収容された状態でピストン３０の外周部３１にそれぞれ装着される。この装着状態において、第２リング要素７１の端面同士の間には、第２合口部１２Ａが形成される。本実施形態では、図５に示すように、径方向において互いに反対側に位置する（周方向において１８０°ずれて位置する）２つの第２合口部１２Ａが形成される。
【００７４】
２つの第２合口部１２Ａは、それぞれ第１合口部１１Ａに対して周方向にずれた位置（例えば９０°ずれた位置）にある。このため、第２リング部１２は、実施形態１と同様に、軸方向において第１合口部１１Ａと重なる部分（図５中の上側の第２リング要素７１の中間部分）を有している。このため、実施形態１と同様のガス漏れ防止機能が得られる。
【００７５】
実施形態２に係るピストンリング１０Ａでは、第２リング部１２が複数の第２リング要素７１に分割された構成とすることにより、第２リング部１２をピストン３０の外周部３１により装着し易くなる。つまり、実施形態１のリング形状では、第２基端部１２Ｂを中心に第２腕部１２Ｃを大きく拡げる必要があるが、実施形態２では、各第２リング要素７１をピストン３０の溝３２に嵌め込むだけで簡単に装着することができる。上述の通り、第２リング部１２は硬さ及び強度が大きく、装着時に拡径するのが困難であるが、実施形態２のように複数の第２リング要素７１に分割することにより、装着の容易性を確保することができる。
【００７６】
なお、実施形態２では、第２リング部１２が２つの第２リング要素７１に分割される場合について説明したがこれに限定されず、第２リング部１２が３つ以上の第２リング要素７１に分割されてもよい。また各第２リング要素７１の大きさが同じである場合に限定されず、各第２リング要素７１の大きさが互いに異なっていてもよい。
【００７７】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係るピストンリング１０Ｂについて、図６を参照して説明する。実施形態３に係るピストンリング１０Ｂは、基本的に実施形態２に係るピストンリング１０Ａ（図５）と同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものであるが、第１リング部１１が複数のリング要素に分割されている点で異なっている。以下、実施形態２に係るピストンリング１０Ａと異なる点についてのみ説明する。
【００７８】
図６は、ピストンリング１０Ｂを軸方向から平面視した時の構成を模式的に示している。図６に示すように、第１リング部１１は、周方向に分割される複数の（本実施形態では２つの）第１リング要素７２を含む。各第１リング要素７２は、第１リング部１１の周方向に沿って延びる円弧形状を有する部品であり、第１リング部１１の円周の半分よりもやや短い円弧長を有している。
【００７９】
各第１リング要素７２は、溝３２（図２）内に収容された状態でピストン３０の外周部３１に装着される。この装着状態において、第１リング要素７２の端面同士の間には、第１合口部１１Ａが形成される。本実施形態では、図６に示すように、径方向において互いに反対側に位置する（周方向において１８０°ずれて位置する）２つの第１合口部１１Ａが形成される。
【００８０】
図６に示すように、第１合口部１１Ａは、第２合口部１２Ａに対して周方向にずれた位置（例えば９０°ずれた位置）にある。このため、第２リング部１２は、実施形態２と同様に、軸方向において第１合口部１１Ａと重なる部分（各第２リング要素７１の中間部分）を有している。このため、実施形態２と同様のガス漏れ防止機能が得られる。
【００８１】
本実施形態に係るピストンリング１０Ｂによれば、第１リング部１１を複数の第１リング要素７２に分割することにより、第１リング部１１の装着の容易性も確保することができる。なお、第１リング部１１が２つの第１リング要素７２に分割される場合に限定されず、第１リング部１１が３つ以上の第１リング要素７２に分割されてもよい。また各第１リング要素７２の大きさが同じである場合に限定されず、各第１リング要素７２の大きさが互いに異なっていてもよい。
【００８２】
また実施形態３に係るピストンリング１０Ｂにおいて、第２リング部１２が複数の第２リング要素７１に分割されていなくてもよい。すなわち、実施形態３の第１リング部１１と実施形態１の第２リング部１２とが組み合わされてもよい。この場合も、第２合口部１２Ａが軸方向において第１合口部１１Ａと重ならないように位置調整されることが好ましい。
【００８３】
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８４】
１  圧縮機
１０，１０Ａ，１０Ｂ  ピストンリング
１１  第１リング部
１１Ａ  第１合口部（合口部）
１２  第２リング部
２０  シリンダ
２１  内壁面
２２  圧縮室
３０  ピストン
３１  外周部
３２  溝
７１  第２リング要素（リング要素）
【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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