JP2006038069A - 密封装置 - Google Patents

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学 平野
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Abstract

【課題】 厳しい条件下においても好適に使用し得る、耐久性を向上させた密封装置を提供する。
【解決手段】 バックリング3は、シールリング2とバックリング3とが環状溝12aに装着されるように組み合わされた状態で、環状溝12aの溝幅dに対して締め代aを有して設けられるとともに、大気側Lからバックリング3に作用する背圧が所定圧以上の場合には該背圧を圧力側Hに開放するリップ部3cを備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、相対移動自在に設けられた二部材間の環状隙間を密封するための密封装置に関するものである。
従来より、密封装置として油圧シリンダに適用されるバッファリングは、特に高圧負荷や温度負荷(高温)等の発生する条件下で用いられる場合に、メインシールの圧力側に装着され、メインシールを保護することによってメインシールの耐久性向上に大きく寄与している。
このように、メインシールの圧力側にバッファリングを設けることにより、それぞれ効果の異なるシールを組み合わせてシーリングシステムを構成させることで、極めて効果的なシールを行なうことができ、種々の使用条件や用途に応じたシールを行うことができる。
なお、本発明に関連する従来例が開示された文献としては、例えば、特許文献1〜5がある。
実開昭62−100309号公報 特開平8−200501号公報 特開2001−146969号公報 特開平10−169784号公報 特開平2−97772号公報
ところで、上述したようなバッファリングは、例えば、油圧ブレーカ用の油圧シリンダのように、通常の油圧シリンダに比べて、加圧頻度が高く、軸作動が高速作動となるような条件で使用される場合がある。
図6は、油圧ブレーカ用の油圧シリンダに使用される従来のバッファリング100を示す概略断面図である。図7は、図6に示すバッファリング100が使用される場合を説明するための概略断面図である。また、図8,9は、図6に示すバッファリング100の変形例を示す概略断面図である。
図6,7に示されるように、バッファリング100は、樹脂部材からなりロッド110に摺動するシールリング101と、ゴム状弾性材からなりシールリング101をロッド110に付勢するバックリング102とにより構成される。
このようなバッファリング100が、油圧ブレーカ用の油圧シリンダに適用され、通常の油圧シリンダに比べて、加圧頻度が高く、軸作動が高速作動となった場合には、シールリング101はシリンダハウジング120の環状溝121内で軸方向に挙動し、環状溝121の側壁122への衝突を繰り返すこととなる(図7に示すAの部分で衝突が繰り返される)。衝撃時には油圧も作用していることから、シールリング101には負荷がかかり、破損してしまうことが懸念される。
この対策として、例えば、図8に示すように、シールリング101の側面に突起101aを設けることが考えられる。しかしながら、シールリングは通常、樹脂材により構成さ
れるものであり弾性がないため、シールリングの幅が環状溝121の溝幅(軸方向の幅)と一致するように突起101aを設けても、突起101aと側壁122との間には隙間が生じてしまうか、シールリング101を環状溝121に装着することが困難となることが懸念される。
また、図9に示すように、シールリング101とバックリング102とを軸方向に並設し、バックリング102の軸方向の締め代を用いて、シールリング101の移動を規制することが知られている(例えば、特許文献2,3参照)。
しかしながら、このようなバッファリングにおいても、油圧ブレーカ用の油圧シリンダのように、通常の油圧シリンダに比べて、加圧頻度が高く、軸作動が高速作動となった場合には、図9に示されるようにバックリング102がロッド110に接している(図9において点線Bで囲まれた部分)と、バックリング102が破損してしまうことが懸念される。
本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、厳しい条件下においても好適に使用し得る、耐久性を向上させた密封装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明にあっては、付勢リングに、環状溝の溝幅に対して締め代を持たせる(二部材が相対移動する移動方向に対して締め代を持たせるということもできる)ことにより、摺動リングの移動方向の挙動を抑制するものである。さらに、密封装置に対して反密封対象流体側から背圧が発生した場合に、発生した背圧を密封対象流体側に開放する圧力開放部を付勢リングに設けるものである。
本発明は、具体的には、相対移動自在に組付けられる二部材のうち一方の部材に形成された環状溝に装着され、該二部材のうち他方の部材に摺動する摺動部を有する摺動リングと、該摺動部より前記環状溝の溝底側に設けられて該摺動リングを該他方の部材に付勢する付勢リングと、を備え、前記二部材間の環状隙間を密封する密封装置において、
前記付勢リングは、前記摺動リングと該付勢リングとが前記環状溝に装着されるように組み合わされた状態で、該環状溝の溝幅に対して締め代を有して設けられるとともに、反密封対象流体側から該付勢リングに作用する背圧が所定圧以上の場合には該背圧を密封対象流体側に開放する圧力開放部を備えることを特徴とする。
このように構成することにより、摺動リングの軸方向の挙動を抑制することができるので、摺動リングが環状溝の側壁に衝突してしまうことを防止することができ、摺動リング、すなわち、密封装置の破損を防止することが可能となる。
これにより、例えば、油圧ブレーカ用の油圧シリンダのような、通常の油圧シリンダに比べて、加圧頻度が高く、軸作動が高速作動となるような条件においても、好適に適用することが可能となる。
また、油圧シリンダに適用されるシーリングシステムにおいては、メインシールと、メインシールの圧力側(密封対象流体側)に設けられるバッファリングとの間に蓄圧が発生する(バッファリングに対する背圧が発生する)場合がある。蓄圧が発生すると、メインシールやバッファリングの密封性能に悪影響を及ぼしたり、メインシールやバッファリングの耐久性を低下させることが懸念される。
そこで、本発明に係る密封装置を、このバッファリングのように、背圧が発生してしまうことが懸念されるような場合に適用することにより、背圧が所定圧以上となった場合に
は、背圧を開放することができるので、背圧による悪影響を抑制することができる。
ここで、所定圧とは、背圧が発生した場合に、該背圧が密封装置に悪影響を及ぼすおそれのある圧力を意味するものである。また、付勢リングは、摺動リングの摺動部より環状溝の溝底側に設けられることにより、他方の部材に接触しないように構成されている。
上記の構成において、前記付勢リングは、前記摺動リングを、前記他方の部材に付勢するとともに前記環状溝の反密封対象流体側の側壁に付勢するものであり、
前記摺動リングと前記側壁との間には、該摺動リングが該側壁に付勢された状態で、前記他方の部材側と前記溝底側とを連通する溝が設けられ、
反密封対象流体側から作用する背圧は、前記溝を通って前記圧力開放部に導かれるとよい。
ここで、溝は、他方の部材側と一方の部材に形成された溝底側とを連通するものであればよく、反密封対象流体側の側壁と、摺動リングのうち付勢されて該側壁に接触する端面とのうち少なくともいずれかに設けられるものであればよい。
これにより、背圧が発生した場合、発生した背圧は、溝を通って付勢リングの圧力開放部に作用することとなるので、背圧が摺動リングに作用することに起因する悪影響を抑制することができる。
また、上記の構成において、前記圧力開放部は、付勢リング本体から密封対象流体側に傾斜して延びて前記環状溝内の壁面に対して締め代を有して設けられる突出部を備えるとよい。
ここで、突出部が付勢リングの側面(端面)に設けられる場合には、該突出部は、環状溝の密封対象流体側の側壁に対して締め代を有して設けられることとなる。また、突出部が付勢リングの周面に設けられる場合には、該突出部は、環状溝の溝底に対して締め代を有して設けられることとなる。
本発明によれば、厳しい条件下においても好適に使用し得る、耐久性を向上させた密封装置を提供することが可能となる。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
図1は、本発明の実施の形態に係る密封装置としてのバッファリング1が二部材間の環状隙間に設けられた状態を示す概略断面図である。図2は、本実施の形態に係るバッファリング1を示す概略断面図である。図3は、本実施の形態に係るバッファリング1の動作を説明するための概略断面図である。図4は、本実施の形態に係るバッファリング1を備えたシーリングシステム10の構成の一例を説明する図である。なお、図に示す断面においては、便宜上、ハッチングを施していない部分もある。
図4に示すシーリングシステム10は、二部材間の環状隙間として、例えば、高圧の作動油(密封対象流体)によって駆動される各種の油圧シリンダのロッド(軸部材)11外周面と、ロッド11が挿通されるハウジングやロッドガイドの内周面(ここではハウジン
グ12とする)との間の環状隙間13をシールすることによって、圧力側(密封対象流体側)Hに存在する作動油の漏れの防止、ロッド11外周面に適量の油膜を維持して潤滑摺動性の向上等を図るものである。ここで、ハウジング12は二部材のうち一方の部材を構成し、ロッド11は二部材のうち他方の部材を構成している。また、ロッド11とハウジング12とは、同軸的に相対往復自在に設けられるものである。
そして、バッファリング1は、例えば油圧シリンダ用として、特に高圧負荷や温度負荷(高温)等の発生する条件下で用いられる場合に、メインシール14の圧力側Hに装着され、メインシールを保護して耐久性向上に大きく寄与するものである。
すなわち、シーリングシステム10は、図4に示すように、圧力側Hから大気側(反密封対象流体側)Lに向けて配設されるバッファリング1、メインシール14、ダストシール15により構成されることにより、環状隙間13をシールしている。
このように、それぞれ効果の異なるシールを組み合わせた構成により、シーリングシステム10として極めて効果的なシールを行なうことができ、種々の使用条件や用途に応じたシールを行うことができるものである。
以下に、本実施の形態に係るバッファリング1について説明する。
バッファリング1は、ハウジング12に設けられた環状溝12a内に装着されるものである。そして、バッファリング1は、ロッド11外周面と摺動する摺動部2aを有する摺動リングとしてのシールリング2と、シールリング2をロッド11側であって環状溝12aの一方側(大気側L)の側壁12c側に付勢して、シールリング2に緊迫力を付与する付勢リングとしてのバックリング3と、から構成されている。ここで、シールリング2は、耐摩耗性・低摩擦係数(摺動発熱低減)を目的として樹脂部材により構成されると好ましく、特に、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)により構成されるとよい。また、バックリング3は、シールリング2に緊迫力を付与するため、NBR(ニトリルゴム),H−NBR(水素化ニトリルゴム),FKM(フッ素ゴム)などのゴム状弾性体により構成されるとよい。
シールリング2は、略矩形状となる断面形状から、環状溝12aの溝底12b側であって、かつ、シールリング2が付勢される側壁12cに対向している(圧力側Hの)側壁12d側の一部を削った(除いた)形状となっており、この部分にバックリング3が当接するように設けられている。以下、この部分(シールリング2とバックリング3とが当接する部分)を当接部4という。また、シールリング2の大気側Lの側面2dには、ロッド11側と溝底12b側とを連通するスリット(溝)2eが設けられている。
当接部4は、シールリング2において、溝底12b側かつ側壁12d側の端部(角部)から内径側に向かって延びる径方向部2bと、径方向部2bの内径側端部から内径側であって側壁12d側に向かって(軸に対して傾斜して)延びる傾斜部2cとにより構成されている。
バックリング3は、シールリング2の傾斜部2cに当接する傾斜部3aが径方向に溝底12b側まで延びて構成されるバックリング本体3bと、バックリング本体3b(圧力側Hかつ溝底12b側の部分)から圧力側Hに向かって側壁12dまで延びる突出部としてのリップ部3cと、により構成されている。ここで、リップ部3cは圧力開放部を構成している。
ここで、バックリング3は、シールリング2の摺動部2aよりも溝底12b側に設けら
れることによって、ロッド11に接触するようなことはなく、また、傾斜部2cに設けられることによって、シールリング2をロッド11側であって環状溝12aの側壁12c側に付勢している。また、リップ部3cは、リップ部3cの根元3dの中心3eよりも圧力側Hに向かって延びるように設けられている。また、バックリング3の外周面3fには、側壁12c側と側壁12d側とを連通するスリット(溝)3gが設けられている。
そして、図1に示すように、バッファリング1を構成するシールリング2とバックリング3とは、シールリング2とバックリング3とが組み合わされた状態で、環状溝12aの溝底12bとロッド11との間、及び、環状溝12aの溝幅dに対して、それぞれ締め代を有して設けられている。
すなわち、図1に示すように、軸方向においては、シールリング2が側壁12cに当接した状態で、側壁12dに対して、当該シールリング2に組み合わされたバックリング3に締め代aが設けられている。径方向においては、ロッド11に対してシールリング2に締め代cが設けられ、溝底12bに対してバックリング3に締め代bが設けられている。これにより、バッファリング1において、環状溝12aの溝底12bとロッド11との間に対する締め代は、径方向の締め代として、(b+c)で表し、また、環状溝12aの溝幅dに対する締め代は、軸方向の締め代として、aで表すことができる。
このように、軸方向に締め代を有してバッファリング1を構成したことにより、バッファリング1が、油圧ブレーカ用の油圧シリンダのような、通常の油圧シリンダに比べて、加圧頻度が高く、軸作動が高速作動となるような条件で使用される場合であっても、シールリング2の軸方向の挙動を抑制することができるので、シールリング2が環状溝12aの側壁12c,12dに衝突することを防止することができ、シールリング2、すなわち、バッファリング1の破損を防止することが可能となる。また、この場合に、バックリング3はロッド11に接触するようなことはないので、バックリング3が破損してしまうこともない。
また、バックリング3のリップ部3cは、バックリング本体から圧力側Hに傾斜して設けられることによって、圧力側Hから作用する密封対象流体を良好に密封することができ、かつ、大気側Lから所定圧以上の背圧が作用した場合には、リップ部3cが変形することによって、その背圧を開放することができるように構成されている。ここで、図3において、リップ部3cが変形した状態を実線で表し、変形前のリップ部3cの状態を点線で表している。
また、シールリング2,バックリング3には、それぞれスリット2e,スリット3gが設けられたことにより、大気側Lから作用する背圧をスリット2e,スリット3gを通してリップ部3cまで導くことができる。図3においては、背圧の流れを矢印で示している。
これにより、シールリング2に対して作用する背圧は、スリット2eを通ってリップ部3cに導かれるので、背圧が直接シールリング2に作用することを抑制することができ、背圧がシールリング2の密封性能や耐久性に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。
したがって、シーリングシステム10において、バッファリング1と、メインシール14との間に蓄圧(背圧)が発生した場合であっても、リップ部3cにより圧力を開放することができる。これにより、バッファリング1と、メインシール14との間に蓄圧が発生することにより懸念されていた、バッファリング1やメインシール14の密封性能に悪影響を及ぼしたり、バッファリング1やメインシール14の耐久性を低下させてしまうこと
を抑制することができる。
なお、スリット2e,3gは、等配に設けられることが好ましいが、これに限るものではなく、また、その大きさや数についても、特に限定されるものではない。スリット2e,3gは、バッファリング1と、メインシール14との間に蓄圧(背圧)が発生した場合に、発生した蓄圧がシールリング2やメインシール14に悪影響を及ぼすことなくリップ部3cまで導くことができるように設けられていればよい。
また、本実施の形態において、バッファリング1は、二部材のうち一方の部材としてハウジング12に設けられた環状溝12aに装着されるものであったが、これに限らず、一方の部材としてロッド(軸部材)に設けられた環状溝に装着されて、該ロッドが挿通されるハウジング内周面との環状隙間をシールするものであってもよい。
図5は、バッファリング1の他の実施の形態を示す概略断面図である。
図5に示すバッファリング20は、上述したバッファリング1に対してバックリングの構成が異なるものであり、以下、バックリングについて説明する。
上述したバックリング3では、軸方向の挙動抑制と、背圧の開放との2つの機能をリップ部3cに持たせるものであったが、図5に示すバックリング21では、これらの機能をそれぞれ異なる部分で発揮させるものである。
すなわち、バックリング21は、シールリング2の傾斜部2cに当接する傾斜部21aが径方向に溝底12b側まで延びて構成されるバックリング本体21bと、バックリング本体21b(大気側Lかつ外周側)から圧力側Hに向かって溝底12bまで延びるリップ部21cと、バックリング本体21bから圧力側Hに突出して側壁12dまで延びる突起21dと、により構成されている。
そして、突起21dは、シールリング2とバックリング21とが組み合わされた状態で、環状溝12aの溝幅dに対して締め代を有するように設けられている。また、リップ部21cは、圧力側Hから作用する密封対象流体を良好に密封することができ、かつ、大気側Lから所定圧以上の背圧が作用した場合には、リップ部3cが変形することによって、その背圧を開放することができるように構成されている。
このように構成することにより、軸方向の挙動抑制の機能を突起21dに持たせ、背圧開放の機能をリップ部21cに持たせることができる。
なお、突起21dは、リップ部21cにより開放された背圧が、リップ部21cと突起21dとの間にたまることなく圧力側Hに開放され、かつ、全周にわたってシールリング2の軸方向の挙動を抑制できるように、バックリング本体21bの圧力側Hの側面に設けられるものであれば、大きさや形状や突起同士の間隔など特に限定されるものではない。
本発明の実施の形態に係る密封装置としてのバッファリングが二部材間の環状隙間に設けられた状態を示す概略断面図である。 本実施の形態に係るバッファリングを示す概略断面図である。 本実施の形態に係るバッファリングの動作を説明するための概略断面図である。 本実施の形態に係るバッファリングを備えたシーリングシステムの構成を説明する図である。 他の実施の形態を示す概略断面図である。 従来のバッファリングを示す概略断面図である。 図6に示すバッファリングが使用される場合を説明するための概略断面図である。 図6に示すバッファリングの変形例を示す概略断面図である。 図6に示すバッファリングの変形例を示す概略断面図である。
符号の説明
1 バッファリング
2 シールリング
2a 摺動部
2b 径方向部
2c 傾斜部
2d 側面
2e スリット
3 バックリング
3a 傾斜部
3b バックリング本体
3c リップ部
3d 根元
3e 中心
3f 外周面
3g スリット
4 当接部
10 シーリングシステム
11 ロッド
12 ハウジング
12a 環状溝
12b 溝底
12c 側壁
12d 側壁
13 環状隙間
14 メインシール
15 ダストシール
20 バッファリング
21 バックリング
21a 傾斜部
21b バックリング本体
21c リップ部
21d 突起

Claims (3)

  1. 相対移動自在に組付けられる二部材のうち一方の部材に形成された環状溝に装着され、該二部材のうち他方の部材に摺動する摺動部を有する摺動リングと、該摺動部より前記環状溝の溝底側に設けられて該摺動リングを該他方の部材に付勢する付勢リングと、を備え、前記二部材間の環状隙間を密封する密封装置において、
    前記付勢リングは、前記摺動リングと該付勢リングとが前記環状溝に装着されるように組み合わされた状態で、該環状溝の溝幅に対して締め代を有して設けられるとともに、反密封対象流体側から該付勢リングに作用する背圧が所定圧以上の場合には該背圧を密封対象流体側に開放する圧力開放部を備えることを特徴とする密封装置。
  2. 前記付勢リングは、前記摺動リングを、前記他方の部材に付勢するとともに前記環状溝の反密封対象流体側の側壁に付勢するものであり、
    前記摺動リングと前記側壁との間には、該摺動リングが該側壁に付勢された状態で、前記他方の部材側と前記溝底側とを連通する溝が設けられ、
    反密封対象流体側から作用する背圧は、前記溝を通って前記圧力開放部に導かれることを特徴とする請求項1に記載の密封装置。
  3. 前記圧力開放部は、付勢リング本体から密封対象流体側に傾斜して延びて前記環状溝内の壁面に対して締め代を有して設けられる突出部を備え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。
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