KR102263584B1 - 외부 누유 감지 구조가 구비된 유압 실린더 장치 - Google Patents

외부 누유 감지 구조가 구비된 유압 실린더 장치 Download PDF

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박지훈
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디와이파워 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 외부 누유 감지 구조가 구비된 유압 실린더 장치는, 중공의 실린더; 상기 실린더 내에 설치되어 상기 실린더의 길이 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 로드; 상기 실린더의 일단부에 고정되며 상기 로드가 출몰할 수 있도록 작동공이 구비된 로드 커버;를 포함한 유압 실린더 장치에 있어서, 상기 로드 커버의 외주면에 오목하게 형성된 누유 감지 센서 설치부; 상기 누유 감지 센서 설치부의 바닥면과 상기 로드 커버의 내주면 사이를 관통하도록 형성된 누유 감지 유로; 상기 누유 감지 센서 설치부에 설치된 누유 감지 센서; 및 상기 누유 감지 센서의 상부를 덮도록 배치되며 상기 로드 커버에 고정된 커버 부재;를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

외부 누유 감지 구조가 구비된 유압 실린더 장치{Hydraulic cylinder apparatus provided with external fluid leakage detection structure}
본 발명은 유압 실린더 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 유압 실린더의 로드 외부로 오일이 유출되는 것을 자동으로 감지하는 구조가 구비된 유압 실린더 장치에 관한 것이다.
유압 실린더 장치는 유압펌프에서 발생 된 유압의 힘을 이용하여 실린더 내로 유체를 투입하고, 그 투입된 유압의 힘으로 피스톤을 밀어 피스톤이 움직이면, 이러한 피스톤의 움직임을 로드로 전달받아 기계적인 왕복운동을 발생시키는 중요한 기계 장치의 일종이다.
유압 실린더 장치는 중공 형상의 실린더, 그 실린더 내주면을 따라 슬라이딩 왕복 운동하는 피스톤, 그 피스톤에 결합 된 로드, 상기 실린더 양 단부를 폐쇄하는 헤드 커버와 로드 커버 등 다수의 기계적인 구성요소를 포함한다.
이와 같은 유압 실린더 장치에는 외부로부터 고압의 오일이 출입함으로써 상기 로드가 기계적인 왕복운동을 하게 된다.
유압 실린더 장치의 구조에 대한 일 예가 대한민국 등록특허 제10-0800582호에 개시되어 있다.
유압 실린더 장치에서 유압에 의한 힘을 실질적인 용도로 사용하는 부분은 실린더로부터 출몰되는 로드이다. 상기 로드의 선단부가 실린더에 대해 출몰 가능하게 하며 실린더 내부에 가해지는 유체가 외부로 누출되지 않도록 실린더의 선단부에는 로드 커버가 설치된다. 상기 로드 커버는 로드가 출몰할 수 있도록 로드가 슬라이딩 되는 작동공을 구비한다. 상기 로드 커버의 내주면과 상기 로드 사이에는 실린더 내부의 유체(오일)가 작동 과정에서 로드 외부로 누출되지 않도록 밀폐하는 기능을 수행하는 구조가 구비된다. 예컨대, 상기 실린더 내측에는 U-패킹이 로드 커버와 로드 사이에 설치된다. 또한, 상기 실린더 외측에는 로드 커버와 로드 사이에 더스트 와이퍼(dust wiper)가 설치된다. 이와 같이 로드 커버와 로드 사이로 작용 유체가 누출되는 것을 방지하는 구조가 구비되어 있으나, 유압 실린더 장치를 장기간 사용하는 과정에서 U-패킹이나 더스트 와이퍼가 손상될 경우, 로드의 작동 과정에서 실린더 내부의 작동 유체가 로드 외부로 누출된다. 이 경우 실린더 외부로 누출되는 작동 유체가 육안으로 잘 관찰되지 않으므로 예기치 않게 유압 실린더 장치의 하강이 지연되는 등의 이상 증후를 작업자가 인지하지 못하는 문제점이 있다. 로드 커버의 씰(seal) 구조가 파손되어 작동 유체의 누유가 발생할 경우 신속한 정비가 이루어지지 않을 경우 큰 사고로 이어질 수 있는 문제점이 있다.
(001) 대한민국 등록특허 제10-0800582호 (2008.01.28)
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 유압 실린더 장치의 로드 커버의 구조를 개선함으로써 로드 커버의 씰 구조가 파손되어 발생 되는 누유를 즉시 감지하여 사고를 미연에 방지할 수 있는 유압 실린더 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 유압 실린더 장치는, 중공의 실린더;
상기 실린더 내에 설치되어 상기 실린더의 길이 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 로드;
상기 실린더의 일단부에 고정되며 상기 로드가 출몰할 수 있도록 작동공이 구비된 로드 커버;를 포함한 유압 실린더 장치에 있어서,
상기 로드 커버의 외주면에 오목하게 형성된 누유 감지 센서 설치부;
상기 누유 감지 센서 설치부의 바닥면과 상기 로드 커버의 내주면 사이를 관통하도록 형성된 누유 감지 유로;
상기 누유 감지 센서 설치부에 설치된 누유 감지 센서; 및
상기 누유 감지 센서의 상부를 덮도록 배치되며 상기 로드 커버에 고정된 커버 부재;를 포함한 점에 특징이 있다.
상기 커버 부재는 상기 누유 감지 센서의 상면에 연통되는 내압 배출공을 구비하며,
상기 내압 배출공에는 상기 누유 감지 유로로 유입되는 유체의 체적에 의해 증가되는 압력을 상기 로드 커버 외부로 배출하도록 멤브레인 부재가 설치된 것이 바람직하다.
상기 누유 감지 유로는 상기 로드의 중심축 방향과 직교하도록 배치된 것이 바람직하다.
상기 누유 감지 유로는 상기 로드 커버에 설치되는 U-패킹과 더스트 와이퍼 사이에 배치된 것이 바람직하다.
상기 커버 부재와 상기 로드 커버의 외주면 사이에는 밀봉용 가스켓이 설치된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유압 실린더 장치는, 로드 커버와 로드 사이에 설치된 씰 구조가 손상되어 로드 커버와 로드 사이로 실린더 내부의 작동 유체가 실린더 외부로 누유되는 경우 누유 감지 유로를 통해 누유되는 작동 유체가 누유 감지 센서에 의해 즉시 감지됨으로써 작업자가 누유 사실을 실시간으로 인지할 수 있어서 사고 예방에 현저한 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 누유 감지 유로 및 누유 감지 센서는 로드 커버에 직접 설치되는 구조이므로 누유 감지 센서를 설치하기 위해 별도의 구조물을 부가할 필요가 없으므로 구조가 간단하여 조립성 및 생산성이 우수한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 멤브레인 부재가 구비된 경우, 누유 감지 유로로 유입되는 작동 유체의 체적에 의해 발생되는 압력을 로드 커버 외부로 신속하게 배출할 수 있으므로 누유 감지 센서의 오작동을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유압 실린더 장치의 외관 형태를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 유압 실린더 장치의 주요 구성의 분리 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 Ⅲ - Ⅲ 선 절단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 "A" 부위의 확대도이다.
도 5는 도 1에 도시된 Ⅴ - Ⅴ 선 절단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유압 실린더 장치의 외관 형태를 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 유압 실린더 장치의 주요 구성의 분리 사시도이다. 도 3은 도 1에 도시된 Ⅲ - Ⅲ 선 절단면도이다. 도 4는 도 3에 도시된 "A" 부위의 확대도이다. 도 5는 도 1에 도시된 Ⅴ - Ⅴ 선 절단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 외부 누유 감지 구조가 구비된 유압 실린더 장치(10, 이하 ""유압 실린더 장치"라 함)는 실린더(20)와, 로드(30)와, 로드 커버(40)와, U-패킹(50)과, 더스트 와이퍼(55)와, 누유 감지 센서 설치부(42)와, 누유 감지 유로(44)와, 누유 감지 센서(60)와, 커버 부재(80)와, 멤브레인 부재(70)와, 가스켓(85)을 포함한다.
상기 실린더(20)는 일반적으로 내부에 중공을 가지도록 금속 소재로 주조 방식으로 제조되거나, 판재를 말아서 관상으로 가공한 후 양단부를 서로 용접함으로써 제조될 수 있다. 상기 중공은 상기 실린더(20)의 길이방향으로 형성된다. 상기 중공은 상기 실린더(20)를 관통하도록 형성된다. 상기 실린더(20)의 양단에는 개구부가 형성되어 있다. 상기 실린더(20)는 예컨대, 탄소강이나 스테인리스강으로 제조될 수 있다.
상기 로드(30)는 막대 형상의 부재이다. 상기 로드(30)는 상기 실린더(20) 내에 설치된다. 상기 로드(30)는 상기 실린더(20)의 길이 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치된다. 상기 로드(30)는 피스톤(90)과 일체로 움직인다. 상기 로드(30)의 선단부는 후술하는 로드 커버(40)를 관통하여 상기 실린더(20) 외부로 출몰 가능하게 설치된다. 상기 로드(30)는 유압 실린더 장치(10)의 출력축에 해당한다. 상기 로드(30)에는 다양한 형태의 부가적인 구조물이 장착될 수 있다.
상기 로드 커버(40)는 상기 실린더(20)의 선단부에 고정된다. 상기 로드 커버(40)는 상기 로드(30)가 출몰할 수 있도록 작동공(41)이 구비된다. 상기 작동공(41)은 상기 로드(30)의 길이 방향으로 상기 로드 커버(40)를 관통하는 구멍이다. 상기 작동공(41)을 통해 상기 로드(30)가 슬라이딩 됨으로써 상기 로드(30)는 상기 출몰 작용을 수행한다.
상기 로드 커버(40)에는 부시(46)와, U-패킹(50)과 더스트 와이퍼(55)가 설치된다.
상기 부시(46)는 일종의 미끄럼 베어링 구조물이다. 상기 부시(46)는 상기 로드 커버(40)의 내주면에 결합되며 상기 로드(30)에 슬라이딩 가능하도록 설치된다. 상기 부시(46)는 관상의 베어링 부재이다. 상기 부시(46)는 마찰 계수가 낮은 소재로 제조되는 것이 바람직하다.
상기 U-패킹(50)은 실린더(20) 내측으로 삽입되는 로드 커버(40)의 내주면과 로드(30) 외주면 사이에 설치된다. 상기 U-패킹(50)은 로드 커버(40)의 내주면에 고정된다. 상기 U-패킹(50)은 일종의 밀봉(sealing) 부재로서 로드(30)가 상기 작동공(41)을 통해 슬라이딩 이동될 때 실린더 내부의 작동 유체가 실린더(20) 외부로 누출되는 것을 차단하는 구조물이다.
상기 더스트 와이퍼(55)는 상기 실린더 내측의 로드 커버(40)의 내주면과 로드(30)의 외주면 사이에 설치된다. 상기 더스트 와이퍼(55)는 상기 작동공(41)의 외측으로 로드(30)가 신장 및 수축되는 과정에서 외부 환경에 노출되어 먼지와 같은 이물질이 상기 실린더(20) 내부로 유입되는 것을 방지하는 구조물이다. 상기 U-패킹(50)과 상기 더스트 와이퍼(55)는 협동하여 실린더(20) 내부의 작동 유체가 상기 로드(30)의 외주면을 따라 외부로 누유되는 것을 차단하는 작용을 수행한다.
상기 누유 감지 센서 설치부(42)는 상기 로드 커버(40)의 외주면에 오목하게 형성된 홈부이다. 상기 누유 감지 센서 설치부(42)는 상면이 개방된 원통 형상의 구조로 이루어질 수 있다. 상기 누유 감지 센서 설치부(42)는 상기 로드 커버(40)와 일체로 형성된다. 상기 누유 감지 센서 설치부(42)는 상기 로드 커버(40)의 외주면을 기계 가공하여 형성될 수 있다. 상기 누유 감지 센서 설치부(42)의 측벽에는 전선이 통과할 수 있는 통로가 형성된 것이 바람직하다.
상기 누유 감지 유로(44)는 상기 누유 감지 센서 설치부(42)의 바닥면과 상기 로드 커버(40)의 내주면 사이를 관통하도록 형성된 유로이다. 상기 누유 감지 유로(44)는 상기 로드(30)의 중심축선 방향과 교차하도록 형성된다. 더 구체적으로 상기 누유 감지 유로(44)는 상기 로드(30)의 중심축선 방향과 직교하도록 형성되는 것이 더 바람직하다. 상기 누유 감지 유로(44)는 상기 U-패킹(50)과 상기 더스트 와이퍼(55) 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 누유 감지 유로(44)는 오리피스 형태의 미세관 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 누유 감지 유로(44)가 지나치게 크게 형성된 경우 상기 누유 감지 센서 설치부(42)에 설치되는 누유 감지 센서(60)에 큰 압력이 가해지므로 누유 감지 센서(60)의 물리적인 손상이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
상기 누유 감지 센서(60)는 상기 누유 감지 센서 설치부(42)에 설치된다. 상기 누유 감지 센서(60)의 하부가 상기 누유 감지 센서 설치부(42)에 수용된다. 상기 누유 감지 센서(60)의 상부는 상기 누유 감지 센서 설치부(42)의 외측으로 돌출된다.
상기 커버 부재(80)는 상기 누유 감지 센서(60)의 상부를 덮도록 배치된다. 상기 커버 부재(80)는 상기 로드 커버(40)에 고정된다. 상기 커버 부재(80)는 예컨대 볼트 또는 스크루와 같은 고정 수단을 통해 상기 로드 커버(40)에 견고하게 고정될 수 있다.
상기 커버 부재(80)의 상면과 하면을 관통하는 내압 배출공(82)이 구비된다. 상기 내압 배출공(82)은 상기 누유 감지 센서(60)의 상면에 연통 된다.
상기 내압 배출공(82)에는 멤브레인 부재(70)가 설치된다. 상기 멤브레인 부재(70)는 상기 누유 감지 유로(44)로 유입되는 유체의 체적에 의해 증가 되는 공기 압력을 상기 로드 커버(40) 외부로 배출하도록 하는 역할을 수행한다. 상기 멤브레인 부재(70)는 기체는 통과하고 액체는 통과하지 않는 반투막 소재가 채용된 것이 바람직하다.
상기 가스켓(85)은 상기 커버 부재(80)와 상기 로드 커버(40)의 외주면 사이에 설치된다. 상기 가스켓(85)은 상기 누유 감지 센서 설치부(42)로 유입된 작동 유체가 로드 커버(40) 외부로 누출되는 것일 방지하기 위해 설치된다. 상기 가스켓(85)은 일종의 밀봉 부재이다. 상기 가스켓(85)은 상기 커버 부재(80)에 의해 상기 로드 커버(40)의 외주면에 샌드위치 형태로 설치된다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성요소를 포함한 유압 실린더 장치(10)의 작용 효과를 로드(30)가 출몰하는 과정을 예로 들어 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 로드(30)가 정상적으로 신장 되는 과정을 설명한다. 상기 실린더(20)의 헤드 커버(100) 쪽에 작용 유체가 유입된다. 이에 따라 작동 유체가 피스톤(90)을 로드 커버(40)쪽으로 가압한다. 이에 따라 피스톤(90)과 로드(30)가 일체로 상기 로드 커버(40)쪽으로 이동된다. 이에 따라 상기 로드(30)가 로드 커버(40)의 작동공(41)을 슬라이딩하여 외부로 돌출된다. 이 과정에서 상기 U-패킹(50)이 실린더(20) 내부의 작동 유체가 로드(30)의 외주면과 로드 커버(40)의 내주면을 따라 외부로 누출되는 것이 차단한다.
이제, 로드(30)가 정상적으로 수축되는 과정을 설명한다. 상기 로드 커버(40)쪽으로 작동 유체가 유입된다. 이에 따라 작동 유체에 의한 유압이 피스톤(90)과 로드(30)를 헤드 커버(100)쪽으로 가압한다. 로드(30)가 헤드 커버(100)쪽으로 이동함에 따라 외부에 돌출된 로드(30)의 선단부는 작동공(41)을 슬라이딩하여 실린더(20) 내부로 몰입된다. 이 과정에서 더스트 와이퍼(55)는 외부 환경에 노출된 동안에 로드(30)의 표면에 부착된 이물질이 실린더(20) 내부로 유입되는 것을 차단한다.
이제, 로드(30)의 신장과 수축이 반복되는 과정에서 작동 유체가 누유되는 경우를 설명한다.
로드(30)가 작동공(41)을 통과하는 과정에서 상기 U-패킹(50)이나 더스트 와이퍼(55)가 예기치 않게 손상될 수 있다. 특히 상기 U-패킹(50)이 손상될 경우 실린더(20) 내부의 고압의 작동 유체는 U-패킹(50)을 통과하여 로드 커버(40)의 내주면과 로드(30)의 외주면 사이의 미세한 틈을 따라 상기 더스트 와이퍼(55) 쪽으로 이동한다. 이 과정에서 누유 감지 유로(44)로 작동 유체가 유입된다. 누유 감지 유로(44)로 유입된 작동 유체는 누유 감지 센서(60)에 도달한다. 작동 유체가 누유 감지 센서(60)에 도달한 경우 누유 감지 센서(60)가 작동 유체의 누유를 즉시 감지한다. 상기 누유 감지 센서(60)는 예컨대 광센서가 채용될 수 있다. 상기 누유 감지 센서(60)에는 광발신부와 광수신부를 구비한다. 작동 유체가 누유 감지 센서(60)에 도달할 경우 광발신부에서 발신되는 빛이 난반사가 생겨서 상기 광수신부에 제대로 수신되지 못한다. 이 경우 상기 누유 감지 센서(60)는 누유 감지 신호를 발생한다. 이 과정에서 작동 유체가 누유 감지 유로(44)로 유입됨에 따라 누유 감지 회로의 체적에 해당하는 공기가 작동 유체에 의해 압축된다. 이와 같이 압축된 공기는 멤브레인 부재(70)를 통해 로드 커버(40) 외부로 신속하게 배출됨으로써 상기 누유 감지 센서(60)가 압력에 의해 물리적인 손상이 일어나지 않도록 한다.
이와 같이 U-패킹(50)과 같은 밀봉 부재에 예기치 않는 손상이 발생하여 작동 유체가 실린더 외부로 누유되는 경우 로드 커버(40)에 설치된 누유 감지 센서(60)가 즉시 누유를 감지함으로써 사용자에게 경고 신호를 보낼 수 있다. 이에 따라 누유가 발생한 상태로 장시간 유압 실린더 장치(10)를 방치하지 않고 수리 또는 정비할 수 있으므로 누유로 인해 발행하는 출력의 저하, 작동 효율의 저하를 미연에 방지할 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 누유를 장기간 인지하지 못하여 방치함으로 발생할 수 있는 대형 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
누유 감지 센서(60)에 의해 누유가 감지된 경우, U-패킹(50) 등의 밀봉 부재를 교체함으로써 실린더의 지연 하강 등 품질 문제를 초기에 교정할 수 있는 장점이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 유압 실린더 장치는, 로드 커버와 로드 사이에 설치된 씰 구조가 손상되어 로드 커버와 로드 사이로 실린더 내부의 작동 유체가 실린더 외부로 누유되는 경우 누유 감지 유로를 통해 누유되는 작동 유체가 누유 감지 센서에 의해 즉시 감지됨으로써 작업자가 누유 사실을 실시간으로 인지할 수 있어서 대형 사고 예방에 현저한 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 누유 감지 유로 및 누유 감지 센서는 로드 커버에 직접 설치되는 구조이므로 누유 감지 센서를 설치하기 위해 별도의 구조물을 부가할 필요가 없으므로 구조가 간단하여 조립성 및 생산성이 우수한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 멤브레인 부재가 구비된 경우, 누유 감지 유로로 유입되는 작동 유체의 체적에 의해 발생 되는 압력을 로드 커버 외부로 신속하게 배출할 수 있으므로 누유 감지 센서의 오작동을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.
10 : 유압 실린더 장치
20 : 실린더
30 : 로드
40 : 로드 커버
41 : 작동공
42 : 누유 감지 센서 설치부
44 : 누유 감지 유로
46 : 부시
50 : U-패킹
55 : 더스트 와이퍼
60 : 누유 감지 센서
70 : 멤브레인 부재
80 : 커버 부재
82 : 내압 배출공
85 : 가스켓
90 : 피스톤
100 : 헤드 커버

Claims (5)

  1. 중공의 실린더;
    상기 실린더 내에 설치되어 상기 실린더의 길이 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 로드;
    상기 실린더의 선단부에 고정되며 상기 로드가 출몰할 수 있도록 작동공이 구비된 로드 커버;를 포함한 유압 실린더 장치에 있어서,
    상기 로드 커버의 외주면에 오목하게 형성된 누유 감지 센서 설치부;
    상기 누유 감지 센서 설치부의 바닥면과 상기 로드 커버의 내주면 사이를 관통하도록 형성된 누유 감지 유로;
    상기 누유 감지 센서 설치부에 설치된 누유 감지 센서; 및
    상기 누유 감지 센서의 상부를 덮도록 배치되며 상기 로드 커버에 고정된 커버 부재;를 포함하며,
    상기 누유 감지 센서 설치부는 상기 로드 커버와 일체로 형성되며,
    상기 누유 감지 센서 설치부의 측벽에는 전선이 통과할 수 있는 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 외부 누유 감지 구조가 구비된 유압 실린더 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는 상기 누유 감지 센서의 상면에 연통되는 내압 배출공을 구비하며,
    상기 내압 배출공에는 상기 누유 감지 유로로 유입되는 유체의 체적에 의해 증가되는 압력을 상기 로드 커버 외부로 배출하도록 멤브레인 부재가 설치된 것을 특징으로 하는 외부 누유 감지 구조가 구비된 유압 실린더 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 누유 감지 유로는 상기 로드의 중심축 방향과 직교하도록 배치된 것을 특징으로 하는 외부 누유 감지 구조가 구비된 유압 실린더 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 누유 감지 유로는 상기 로드 커버에 설치되는 U-패킹과 더스트 와이퍼 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 외부 누유 감지 구조가 구비된 유압 실린더 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재와 상기 로드 커버의 외주면 사이에는 밀봉용 가스켓이 설치된 것을 특징으로 하는 외부 누유 감지 구조가 구비된 유압 실린더 장치.
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