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JP2021156314A - 密封装置 - Google Patents

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JP2021156314A
JP2021156314A JP2020054735A JP2020054735A JP2021156314A JP 2021156314 A JP2021156314 A JP 2021156314A JP 2020054735 A JP2020054735 A JP 2020054735A JP 2020054735 A JP2020054735 A JP 2020054735A JP 2021156314 A JP2021156314 A JP 2021156314A
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sealing device
sealing
screw pump
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JP2020054735A
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悟史 大野
Satoshi Ono
悟史 大野
祐貴 佐藤
Suketaka Sato
祐貴 佐藤
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Nok Corp
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Abstract

【課題】ハウジングに対して軸が相対的に正逆回転する使用環境においても、安定した密封性を発揮させることのできる密封装置を提供する。【解決手段】相対的に回転する軸500とハウジング600との間の環状隙間を封止する密封装置10であって、軸500の挿入に伴って、内周端側が密封対象領域側(O)に向かって湾曲するように変形した状態で軸500の外周面に摺動自在に接触する第1シール100Aを備えると共に、第1シール100Aにおける軸500の外周面に摺動する領域においては、密封対象領域側の端部よりも密封対象領域側(O)とは反対側(A)に離れた位置から、反対側(A)に向かうにつれて、互いの間隔が狭くなるように伸びる一対のネジポンプ溝111,112が設けられていることを特徴とする。【選択図】図2

Description

本発明は、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置に関する。
相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置においては、ゴム状弾性体製のシールリップが軸の外周面に摺動するように構成されるのが一般的である。しかしながら、ハウジングに対する軸の相対的な回転速度が速かったり、潤滑性を高めるのが難しかったりする環境下においては、樹脂製シールが用いられる場合がある。一般的に、樹脂製シールの場合には、ゴム製シールに比べて、密封性は低い。そこで、樹脂製シールにおける摺動領域に、軸との相対的な回転に伴って、漏れ出ようとする密封対象流体を密封対象領域側に戻すようなネジポンプ効果を発揮させるネジポンプ溝またはネジポンプ突起を設ける技術が知られている。
このような技術においては、ハウジングに対する軸の相対的な回転方向が一方方向に定まっている使用環境においては高い密封性を発揮させることができる。しかしながら、上記の技術は、ハウジングに対して軸が相対的に正逆回転する使用環境においては、利用することができなかった。
特開2001−165328号公報 特開2009−204039号公報
本発明の目的は、ハウジングに対して軸が相対的に正逆回転する使用環境においても、安定した密封性を発揮させることのできる密封装置を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、本発明の密封装置は、
相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置であって、
前記軸の挿入に伴って、内周端側が密封対象領域側に向かって湾曲するように変形した状態で前記軸の外周面に摺動自在に接触する樹脂製シールを備えると共に、
前記樹脂製シールにおける前記軸の外周面に摺動する領域においては、密封対象領域側の端部よりも密封対象領域側とは反対側に離れた位置から、前記反対側に向かうにつれて、互いの間隔が狭くなるように伸びる一対のネジポンプ溝又はネジポンプ突起が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、ハウジングに対して軸が相対的に正回転する場合には、一対のネジポンプ溝のうちの一方、又は一対のネジポンプ突起のうちの一方によるネジポンプ効果によって、漏れ出ようとする密封対象流体を密封対象領域側に戻すことができる。また、ハウジングに対して軸が相対的に逆回転する場合には、一対のネジポンプ溝のうちの他方、又は一対のネジポンプ突起のうちの他方によるネジポンプ効果によって、漏れ出ようとする密封対象流体を密封対象領域側に戻すことができる。このように、ハウジングに対して軸
が相対的に正回転する場合、及び逆回転する場合のいずれにおいても、ネジポンプ効果を発揮させることができるため、樹脂製シールであっても、安定した密封性を発揮させることができる。
前記一対のネジポンプ溝又はネジポンプ突起は、周方向に間隔を空けて複数組設けられているとよい。
これにより、周方向の複数の個所でネジポンプ効果を発揮させることができる。
前記樹脂製シールは、平座金状の部材により構成されるとよい。
前記ハウジングに形成された軸孔に対して固定される少なくとも一つの環状部材を備えており、
前記樹脂製シールは、その外周端側が前記少なくとも一つの環状部材に固定されるとよい。
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
以上説明したように、本発明によれば、ハウジングに対して軸が相対的に正逆回転する使用環境においても、安定した密封性を発揮させることができる。
図1は本発明の実施例1に係る密封装置の一部破断断面図である。 図2は本発明の実施例1に係る密封構造の模式的断面図である。 図3は本発明の実施例1に係る密封装置のメカニズム説明図である。 図4は本発明の実施例2に係る密封装置のメカニズム説明図である。 図5は本発明の実施例3に係る密封構造の模式的断面図である。 図6は本発明の実施例4に係る密封構造の模式的断面図である。 図7は本発明の実施例5に係る密封構造の模式的断面図である。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
(実施例1)
図1〜図3を参照して、本発明の実施例1に係る密封装置について説明する。図1は本発明の実施例1に係る密封装置の一部破断断面図である。なお、本実施例に係る密封装置は、略回転対称形状であり、図1においては、密封装置の中心軸線を含む面で密封装置の一部を切断した断面を示している。図2は本発明の実施例1に係る密封構造の模式的断面図である。図2においては、密封装置の中心軸線を含む面で各部材を切断した断面を示している。また、図2においては、密封構造を構成する部材のうち、軸とハウジングについては、その配置位置のみを点線で示し、密封装置の内周面の構成が分かるようにしている。図3は本発明の実施例1に係る密封装置のメカニズム説明図である。なお、図3(a)は、軸とハウジングとの間の環状隙間に密封装置が取り付けられた状態において、樹脂製シールの内周面の様子を示している。また、図3(b)は、軸とハウジングとの間の環状隙間に密封装置が取り付けられた状態において、樹脂製シールの断面図(図2中のAA断面に相当)を示している。
<密封構造>
図2を参照して、本実施例に係る密封装置が適用された密封構造について説明する。本実施例に係る密封構造は、相対的に回転する軸500及びハウジング600と、これら軸500とハウジング600との間の環状隙間を封止する密封装置10とから構成される。密封装置10はハウジング600に対して固定され、軸500に対しては相対的に回転するように設けられている。図中、密封装置10よりも右側が、オイルなどの密封対象流体が密封された密封対象領域側(O)である。本実施例においては、図中、密封装置10を介して、密封対象領域側(O)とは反対側は大気に曝されている。以下、密封装置10を介して密封対象流体が密封されている側を密封対象領域側(O)と称し、その反対側を、単に反対側(A)と称する。
本実施例に係る密封装置10は、自動車や各種汎用機械において、相対的に回転する軸500とハウジング600との間の環状隙間を封止する必要がある個所に好適に適用することができる。また、本実施例に係る密封装置10においては、軸500が、ハウジング600に対して、相対的に正逆回転するように構成される使用環境において、好適に用いることができる。ただし、本実施例に係る密封装置10は、軸500がハウジング600に対して、相対的に一方方向にしか回転しない使用環境でも適用することは可能である。
<密封装置>
本実施例に係る密封装置10について、より詳細に説明する。本実施例に係る密封装置10は、樹脂製シールとしての第1シール100と、環状部材としての第2シール200とから構成される。第2シール200は、金属などにより構成される補強環210と、補強環210に一体的に設けられるゴム状弾性体製のシール本体220とから構成される。補強環210は、円筒状部211と、円筒状部211の先端から径方向内側に伸びる内向きフランジ部212とを有している。また、シール本体220は、補強環210における円筒状部211の外周面側に設けられる外周シール部221と、内向きフランジ部212の先端から伸びるダストリップ222とを備えている。ハウジング600に形成された軸孔(軸500を挿通させる孔)に対して密封装置10(第2シール200)を装着させると、外周シール部221が軸孔内周面に密着することにより、密封性が発揮される。また、ダストリップ222は、軸500の外周面に対して摺動自在に設けられている。このダストリップ222は、大気中のダストなどの異物が密封対象領域側(O)に侵入することを抑制する役割を担っている。なお、補強環210をインサート部品として、インサート成形によりシール本体220を成形することにより、第2シール200を得ることができる。
樹脂製シールとしての第1シール100は、平座金状の部材により構成される。第1シール100の材料としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を好適に適用することができる。この第1シール100は、その外周端側が環状部材としての第2シール200に固定される。より具体的には、第1シール100の外周面が、第2シール200における補強環210の内周面に嵌合されることで、第1シール100は第2シール200に固定される。
この第1シール100は、その内周面側に軸500が挿入されることにより、内周端側が密封対象領域側(O)に向かって湾曲するように変形した状態で軸500の外周面に摺動自在に接触するように構成されている(図2参照)。つまり、この第1シール100の内周端側は、軸500が挿入されることで、変形して円筒状になるように構成されている。そして、この第1シール100における軸500の外周面に摺動する領域(図2中、範囲Xに示す領域)においては、一対のネジポンプ溝111,112が設けられている。これら一対のネジポンプ溝111,112は、範囲Xに示す領域における密封対象領域側(
O)の端部よりも反対側(A)に離れた位置(図2中、Yだけ離れた位置)から、反対側(A)に向かうにつれて、互いの間隔が狭くなるように伸びるように構成されている。なお、一対のネジポンプ溝111,112は、1組のみ設ける構成を採用することもできるが、周方向に間隔を空けて複数組設けるのが望ましい。なお、ダストリップ222は、軸500の外周面に対して僅かな隙間を有していてもよい。
<本実施例に係る密封装置の優れた点>
本実施例に係る密封装置10によれば、ハウジング600に対して軸500が相対的に正回転する場合には、一対のネジポンプ溝111,112のうちの一方によるネジポンプ効果によって、漏れ出ようとする密封対象流体を密封対象領域側(O)に戻すことができる。この点について、図3を参照して説明する。図3においては、ハウジング600に対して軸500が相対的に正回転する場合の流体が流れる様子を模式的に示している。図3中、矢印Rは、密封装置10に対する軸500の相対的な回転方向を示している。また、図中、矢印S1は、密封対象領域側(O)から反対側(A)に漏れ出ようとする密封対象流体の流れ方を示している。図示のように、密封対象領域側(O)から反対側(A)に漏れ出ようとする密封対象流体は、一対のネジポンプ溝111,112のうちの一方のネジポンプ溝111によって、ネジポンプ効果が発揮され、密封対象領域側(O)に戻される。
また、ハウジング600に対して軸500が相対的に逆回転する場合には、一対のネジポンプ溝111,112のうちの他方のネジポンプ溝112によるネジポンプ効果によって、漏れ出ようとする密封対象流体を密封対象領域側(O)に戻すことができることは言うまでもない。このように、ハウジング600に対して軸500が相対的に正回転する場合、及び逆回転する場合のいずれにおいても、ネジポンプ効果を発揮させることができる。
従って、ハウジング600に対する軸500の相対的な回転速度が速かったり、潤滑性を高めるのが難しかったりする環境下のために、樹脂製シールである第1シール100を軸500に摺動させる構成を採用しても、安定した密封性を発揮させることができる。
なお、一対のネジポンプ溝111,112が、周方向に間隔を空けて複数組設けられる構成を採用する場合には、周方向の複数の個所でネジポンプ効果を発揮させることができる。従って、より一層、密封性を高めることができる。
(実施例2)
図4には、本発明の実施例2が示されている。本実施例においては、上記実施例1で示した密封装置の構成において、ネジポンプ溝の代わりにネジポンプ突起を設ける場合の構成について示す。その他の構成および作用については実施例1と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
図4は本発明の実施例2に係る密封装置のメカニズム説明図である。なお、図4(a)は、軸とハウジングとの間の環状隙間に密封装置が取り付けられた状態において、樹脂製シールの内周面の様子を示している。また、図4(b)は、軸とハウジングとの間の環状隙間に密封装置が取り付けられた状態において、樹脂製シールの断面図(上記実施例1の場合と同様に、図2中のAA断面に相当する)を示している。
本実施例に係る密封装置においては、樹脂製シールとしての第1シール100Aの構成のみが、上記実施例1で示した密封装置10と異なっている。従って、第2シール200の説明は省略する。また、密封構造についても、上記実施例1の場合と同様であるので、その説明は省略する。
本実施例に係る第1シール100Aにおいても、上記実施例1の場合と同様に、平座金状の部材により構成される。また、第1シール100Aの材料としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を好適に適用することができる。この第1シール100Aは、その外周端側が環状部材としての第2シール200に固定される点についても、上記実施例1の場合と同様である。
また、第1シール100Aは、その内周面側に軸500が挿入されることにより、内周端側が密封対象領域側(O)に向かって湾曲するように変形した状態で軸500の外周面に摺動自在に接触するように構成される点についても、上記実施例1の場合と同様である(図2参照)。そして、本実施例に係る第1シール100Aにおいては、軸500の外周面に摺動する領域(上記実施例1の場合と同様に、図2中、範囲Xに示す領域に相当)においては、一対のネジポンプ突起121,122が設けられている。これら一対のネジポンプ突起121,122は、範囲Xに示す領域における密封対象領域側(O)の端部よりも反対側(A)に離れた位置(図2中、Yだけ離れた位置に相当)から、反対側(A)に向かうにつれて、互いの間隔が狭くなるように伸びるように構成されている。なお、一対のネジポンプ突起121,122は、1組のみ設ける構成を採用することもできるが、周方向に間隔を空けて複数組設けるのが望ましい。
以上のように、本実施例に係る第1シール100Aを備える密封装置においても、上記実施例1の場合と同様の効果を得ることができる。この点について、図4を参照して、より具体的に説明する。図4においては、ハウジング600に対して軸500が相対的に正回転する場合の流体が流れる様子を模式的に示している。図4中、矢印Rは、密封装置10に対する軸500の相対的な回転方向を示している。また、図中、矢印S2は、密封対象領域側(O)から反対側(A)に漏れ出ようとする密封対象流体の流れ方を示している。図示のように、密封対象領域側(O)から反対側(A)に漏れ出ようとする密封対象流体は、一対のネジポンプ突起121,122のうちの一方のネジポンプ突起121によって、ネジポンプ効果が発揮され、密封対象領域側(O)に戻される。
また、ハウジング600に対して軸500が相対的に逆回転する場合には、一対のネジポンプ突起121,122のうちの他方のネジポンプ突起122によるネジポンプ効果によって、漏れ出ようとする密封対象流体を密封対象領域側(O)に戻すことができることは言うまでもない。このように、本実施例においても、ハウジング600に対して軸500が相対的に正回転する場合、及び逆回転する場合のいずれにおいても、ネジポンプ効果を発揮させることができる。従って、上記実施例1の場合と同様の効果を得ることができる。
ここで、本発明における樹脂製シール(第1シール)を備える密封装置の構成については、上記実施例1に示す構成に限らず、各種の構成を採用し得る。特に、樹脂製シールを固定するための構成として、各種の構成を採用し得る。以下、いくつかの例を示す。
(実施例3)
図5には、本発明の実施例3が示されている。なお、基本的な構成および作用については実施例1と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。
図5は本発明の実施例3に係る密封構造の模式的断面図である。図5においては、密封装置の中心軸線を含む面で各部材を切断した断面を示している。また、図5においては、密封構造を構成する部材のうち、軸とハウジングについては、その配置位置のみを点線で示し、密封装置の内周面の構成が分かるようにしている。
本実施例に係る密封装置10Aは、樹脂製シールとしての第1シール100Aと、環状部材としての第2シール200Aとから構成される。第2シール200Aは、金属などにより構成される補強環210と、補強環210に一体的に設けられるゴム状弾性体製のシール本体220Aとから構成される。補強環210の構成については、実施例1で示した補強環210と同様であるので、その説明は省略する。また、シール本体220Aは、補強環210における円筒状部211の外周面側に設けられる外周シール部221を備えている。本実施例に係るシール本体220Aは、ダストリップが備えられていない点のみが、上記実施例1の場合と異なっている。
樹脂製シールとしての第1シール100の構成については、上記実施例1の場合と同様であるので、その説明は省略する。本実施例においても、上記実施例1の場合と同様に、第1シール100Aの外周面が、第2シール200Aにおける補強環210の内周面に嵌合されることで、第1シール100Aは第2シール200Aに固定される。また、本実施例に係る第1シール100Aにおいても、その内周面側に軸500が挿入されることにより、内周端側が密封対象領域側(O)に向かって湾曲するように変形した状態で軸500の外周面に摺動自在に接触するように構成されている。一対のネジポンプ溝111,112による作用効果、及び、一対のネジポンプ溝111,112は、1組のみ設ける構成を採用することもできるが、周方向に間隔を空けて複数組設けるのが望ましいことについても、実施例1で説明した通りである。
以上のように構成される本実施例に係る密封装置10Aにおいても、上記実施例1の場合と同様の効果が得られることは言うまでもない。また、本実施例に係る密封装置10Aにおいても、実施例2で説明したように、一対のネジポンプ溝111,112の代わりに、一対のネジポンプ突起121,122を採用することもできる。
(実施例4)
図6には、本発明の実施例4が示されている。なお、基本的な構成および作用については実施例1と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。
図6は本発明の実施例4に係る密封構造の模式的断面図である。図6においては、密封装置の中心軸線を含む面で各部材を切断した断面を示している。また、図6においては、密封構造を構成する部材のうち、軸とハウジングについては、その配置位置のみを点線で示し、密封装置の内周面の構成が分かるようにしている。
本実施例に係る密封装置10Bは、樹脂製シールとしての第1シール100Bと、金属などにより構成される環状部材としての固定環200Bとから構成される。固定環200Bは、円筒状部201と、円筒状部201の先端から径方向内側に伸びる内向きフランジ部202とを有している。また、本実施例においても、第1シール100Bは、平座金状の部材により構成される。この第1シール100Bの材料として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を好適に適用することができることは実施例1で説明した通りである。この第1シール100Bは、その外周端側が環状部材としての固定環200Bに固定される。本実施例の場合には、第1シール100Bの外周端側の一部が、固定環200Bの円筒状部201の外周面とハウジング600の軸孔内周面との間に挟み込まれることで、固定環200Bに固定される。
本実施例においても、第1シール100Bは、その内周面側に軸500が挿入されることにより、内周端側が密封対象領域側(O)に向かって湾曲するように変形した状態で軸500の外周面に摺動自在に接触するように構成されている。そして、この第1シール1
00Bにおける軸500の外周面に摺動する領域においては、一対のネジポンプ溝111,112が設けられている。一対のネジポンプ溝111,112の構成、及び作用効果については、上記実施例1の場合と同様であるので、その説明は省略する。また、一対のネジポンプ溝111,112は、1組のみ設ける構成を採用することもできるが、周方向に間隔を空けて複数組設けるのが望ましいことについても、実施例1で説明した通りである。
以上のように構成される本実施例に係る密封装置10Bにおいても、上記実施例1の場合と同様の効果が得られることは言うまでもない。また、本実施例に係る密封装置10Bにおいても、実施例2で説明したように、一対のネジポンプ溝111,112の代わりに、一対のネジポンプ突起121,122を採用することもできる。
(実施例5)
図7には、本発明の実施例5が示されている。なお、基本的な構成および作用については実施例1と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。
図7は本発明の実施例5に係る密封構造の模式的断面図である。図7においては、密封装置の中心軸線を含む面で各部材を切断した断面を示している。また、図7においては、密封構造を構成する部材のうち、軸とハウジングについては、その配置位置のみを点線で示し、密封装置の内周面の構成が分かるようにしている。
本実施例に係る密封装置10Cは、樹脂製シールとしての第1シール100Cと、金属などにより構成される一対の固定環200C(環状部材)とから構成される。一対の固定環200Cは、それぞれ円筒状部205と、円筒状部205の先端から径方向内側に伸びる内向きフランジ部206とを有している。また、本実施例においても、第1シール100Cは、平座金状の部材により構成される。第1シール100Cの材料として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を好適に適用することができることは実施例1で説明した通りである。この第1シール100Cは、その外周端側が一対の固定環200Cに固定される。本実施例の場合には、第1シール100Cの外周端側の一部が、一対の固定環200Cにおける各内向きフランジ部206により挟み込まれることで、これら一対の固定環200Cに固定される。
本実施例においても、第1シール100Cは、その内周面側に軸500が挿入されることにより、内周端側が密封対象領域側(O)に向かって湾曲するように変形した状態で軸500の外周面に摺動自在に接触するように構成されている。そして、この第1シール100Cにおける軸500の外周面に摺動する領域においては、一対のネジポンプ溝111,112が設けられている。一対のネジポンプ溝111,112の構成、及び作用効果については、上記実施例1の場合と同様であるので、その説明は省略する。また、一対のネジポンプ溝111,112は、1組のみ設ける構成を採用することもできるが、周方向に間隔を空けて複数組設けるのが望ましいことについても、実施例1で説明した通りである。
以上のように構成される本実施例に係る密封装置10Cにおいても、上記実施例1の場合と同様の効果が得られることは言うまでもない。また、本実施例に係る密封装置10Cおいても、実施例2で説明したように、一対のネジポンプ溝111,112の代わりに、一対のネジポンプ突起121,122を採用することもできる。
10,10A,10B,10BC 密封装置
100,100A,100B,100C 第1シール(樹脂製シール)
111,112 ネジポンプ溝
121,122 ネジポンプ突起
200,200A 第2シール(環状部材)
200B,200C 固定環(環状部材)
201,205 円筒状部
202,206内向きフランジ部
210 補強環
211 円筒状部
212 内向きフランジ部
220,220A シール本体
221 外周シール部
222 ダストリップ
500 軸
600 ハウジング

Claims (4)

  1. 相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置であって、
    前記軸の挿入に伴って、内周端側が密封対象領域側に向かって湾曲するように変形した状態で前記軸の外周面に摺動自在に接触する樹脂製シールを備えると共に、
    前記樹脂製シールにおける前記軸の外周面に摺動する領域においては、密封対象領域側の端部よりも密封対象領域側とは反対側に離れた位置から、前記反対側に向かうにつれて、互いの間隔が狭くなるように伸びる一対のネジポンプ溝又はネジポンプ突起が設けられていることを特徴とする密封装置。
  2. 前記一対のネジポンプ溝又はネジポンプ突起は、周方向に間隔を空けて複数組設けられていることを特徴とする請求項1に記載の密封装置。
  3. 前記樹脂製シールは、平座金状の部材により構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の密封装置。
  4. 前記ハウジングに形成された軸孔に対して固定される少なくとも一つの環状部材を備えており、
    前記樹脂製シールは、その外周端側が前記少なくとも一つの環状部材に固定されることを特徴とする請求項3に記載の密封装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023106140A1 (ja) * 2021-12-06 2023-06-15 Ntn株式会社 軸シール

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