(57)【要約】  車両のフレームに取り付けられる牽引装置は、レシーバとエネルギ管理装置とを備える。レシーバは、エネルギ管理装置に動作可能に接続され、エネルギ管理装置は、車両フレームに動作可能に接続される。レシーバが第１の牽引方向に移動される場合、エネルギ管理装置は分離し、牽引力がフレームに直接連結される。しかしながら、エネルギ管理装置がほぼ反対の第２の方向に移動する場合、エネルギ管理装置は、車両フレームに伝わることによる、レシーバに加わる力の一部又は総てを低減する。
2007512183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のフレームに取り付けるようになっている牽引装置であって、
牽引力を受けるようになっているレシーバと、
該レシーバに動作可能に接続されるとともに、該レシーバが第１の牽引方向に第１の力を受ける場合は該第１の牽引力が車両フレームに直接伝わるように、且つ、前記レシーバが第２の方向に所定の大きさの第２の力を受ける場合は降伏し、低減した第３の力に該第２の力を低減し、該低減した第３の力が前記車両フレームに伝わるように該車両フレームに接続するようになっているエネルギ管理装置とを備え、
該エネルギ管理装置は、圧縮可能なクラッシュタワーを備える牽引装置。
【請求項２】
車両のフレームに取り付けるようになっている牽引装置であって、
レシーバと、
該レシーバに動作可能に接続されるとともに、該レシーバが第１の方向に所定の大きさの第１の力を受ける場合は車両フレームに伝わる該第１の力の大きさを低減しないように、且つ、前記レシーバが第２の方向に第２の力を受ける場合は前記車両フレームに伝わる該第２の力を低減するように前記車両フレームに接続するようになっている、第１の端を有するエネルギ減衰装置とを備え、
該エネルギ減衰装置は、圧縮可能なクラッシュタワーを備える牽引装置。
【請求項３】
牽引フックと、
車両マウントと、
前記牽引フック及び前記車両マウントを接続するとともに、衝撃を受けたときに入れ子状に圧潰することによりエネルギを一定且つ予測可能に吸収するようになっている材料から構成される、圧壊可能且つ折り畳み可能なエネルギ管理筒状部とを備える装置。
【請求項４】
自動車のフレームに取り付けるようになっている牽引装置であって、
牽引力を受けるようになっているレシーバと、
該レシーバに動作可能に接続されるとともに、該レシーバが第１の牽引方向に第１の力を受ける場合は該第１の牽引力が車両フレームに直接伝わるように、且つ、前記レシーバが第２の方向に所定の大きさの第２の力を受ける場合は降伏し、低減した第３の力に該第２の力を低減し、該第３の低減した力が前記車両フレームに伝わるように該車両フレームに接続するようになっているエネルギ管理装置とを備え、
該エネルギ管理装置は、固いシリンダ内に、該シリンダ中の液体を圧縮して前記第２の力を低減するように構成されるピストンを有し、
前記液体は、前記ピストン中を移動しない牽引装置。
【請求項５】
車両のフレームに取り付けるようになっている牽引装置であって、
レシーバと、
該レシーバに動作可能に接続されるとともに、該レシーバが第１の方向に所定の大きさの第１の力を受ける場合は車両フレームに伝わる該第１の力の大きさを低減しないように、且つ、前記レシーバが第２の方向に第２の力を受ける場合は前記車両フレームに伝わる該第２の力を減衰するように前記車両フレームに接続するようになっている、第１の端を有するエネルギ減衰装置とを備え、
該エネルギ減衰装置は、固いシリンダ内に、該シリンダ中の液体を圧縮して前記第２の力を低減するように構成されるピストンを有し、
前記液体は、前記ピストン中を移動しない、牽引装置。
【請求項６】
前記液体は、粘性流体である、請求項５に記載の牽引装置。
【請求項７】
自動車のフレームに取り付けるようになっている牽引装置であって、
牽引力を受けるようになっているレシーバと、
該レシーバに動作可能に接続されるとともに、第１の方向に第１の力を車両フレームに直接伝えるように、且つ、前記第１の方向とは反対の第２の方向に第２の力を前記車両フレームに伝えるように該車両フレームに接続するようになっているエネルギ管理装置とを備え、
前記第２の力は、該第２の力が第１の所定のレベル未満である場合は前記車両フレームに伝わる際に低減されず、
前記第２の力は、前記第１の所定のレベル及び第２の所定のレベル間で減衰し、
前記第２の力は、前記第２の所定のレベルを超えては減衰しない牽引装置。
【請求項８】
前記エネルギ管理装置は、シリンダ内で移動するピストンを有する、請求項１又は７に記載の牽引装置。
【請求項９】
車両のフレームに取り付けるようになっている牽引装置であって、
レシーバと、
該レシーバに動作可能に接続されるとともに、第１の方向に第１の力を車両フレームに直接伝えるように、且つ、前記第１の方向とは反対の第２の方向に第２の力を前記車両フレームに伝えるように該車両フレームに接続するようになっている、第１の端を有するエネルギ減衰装置とを備え、
前記第２の力は、該第２の力が第１の所定のレベル未満である場合は前記車両フレームに伝わる際に低減されず、
前記第２の力は、前記第１の所定のレベル及び第２の所定のレベル間で減衰し、
前記第２の力は前記第２の所定のレベルを超えては減衰しない牽引装置。
【請求項１０】
前記レシーバは、フックである請求項１、２、３、４、５、又は７に記載の牽引装置。
【請求項１１】
前記レシーバは、ループである請求項１、２、３、４、５、又は７に記載の牽引装置。
【請求項１２】
前記エネルギ管理装置は、ばねをさらに備える請求項８に記載の牽引装置。
【請求項１３】
前記エネルギ管理装置は、ばねを備える請求項１、４、又は７に記載の牽引装置。
【請求項１４】
前記エネルギ管理装置は、ばねをさらに備える請求項１１に記載の牽引装置。
【請求項１５】
前記エネルギ管理装置は、圧縮可能なクラッシュタワーを備える請求項４又は７に記載の牽引装置。
【請求項１６】
前記エネルギ管理装置は、圧縮可能なクラッシュタワーをさらに備える請求項１３に記載の牽引装置。
【請求項１７】
前記エネルギ減衰装置は、シリンダ内で移動するピストンを有する請求項２又は９に記載の牽引装置。
【請求項１８】
前記シリンダは、粘性流体で充填される請求項１７に記載の牽引装置。
【請求項１９】
前記エネルギ減衰装置は、ばねを備える請求項２、５、又は９に記載の牽引装置。
【請求項２０】
前記レシーバは、前記第１の方向に所定の大きさの前記第１の力を受け、前記エネルギ減衰装置は前記車両フレームに伝わる前記第１の力を低減しない請求項２、５、又は９に記載の牽引装置。
【請求項２１】
前記エネルギ減衰装置は、圧縮可能なクラッシュタワーを備える請求項５又は９に記載の牽引装置。
【請求項２２】
前記エネルギ減衰装置は、圧縮可能なクラッシュタワーをさらに備える請求項１９に記載の牽引装置。
【請求項２３】
前記圧縮可能なクラッシュタワーは、第２の筒状部と同心状に位置合わせされる第１の筒状部を備え、
前記第１の筒状部の第１の端部は、中間筒状部を介して前記第２の筒状部の第１の端部に接続され、
さらに、前記中間筒状部の第１の端部及び第２の端部は形状が異なり、該中間筒状部の該第１の端部は前記第１の筒状部の前記第１の端部に接続され、前記中間筒状部の前記第２の端部は前記第２の筒状部の前記第１の端部に接続される請求項１又は２に記載の牽引装置。
【請求項２４】
前記圧縮可能なクラッシュタワーは、第２の筒状部と同心状に位置合わせされる第１の筒状部を備え、
前記第１の筒状部の第１の端部は、中間筒状部を介して前記第２の筒状部の第１の端部に接続され、
さらに、前記中間筒状部の第１の端部及び第２の端部は形状が異なり、該中間筒状部の該第１の端部は前記第１の筒状部の前記第１の端部に接続され、前記中間筒状部の前記第２の端部は前記第２の筒状部の前記第１の端部に接続される請求項１３に記載の牽引装置。
【請求項２５】
前記圧縮可能なクラッシュタワーは、第２の筒状部と同心状に位置合わせされる第１の筒状部を備え、
前記第１の筒状部の第１の端部は、中間筒状部を介して前記第２の筒状部の第１の端部に接続され、
さらに、前記中間筒状部の第１の端部及び第２の端部は形状が異なり、該中間筒状部の該第１の端部は前記第１の筒状部の前記第１の端部に接続され、前記中間筒状部の前記第２の端部は前記第２の筒状部の前記第１の端部に接続される請求項１９に記載の牽引装置。
【請求項２６】
前記圧縮可能なクラッシュタワーは、第２の筒状部と同心状に位置合わせされる第１の筒状部を備え、
前記第１の筒状部の第１の端部は、中間筒状部を介して前記第２の筒状部の第１の端部に接続され、
さらに、前記中間筒状部の第１の端部及び第２の端部は形状が異なり、該中間筒状部の該第１の端部は前記第１の筒状部の前記第１の端部に接続され、前記中間筒状部の前記第２の端部は前記第２の筒状部の前記第１の端部に接続される請求項１５に記載の牽引装置。
【請求項２７】
前記圧縮可能なクラッシュタワーは、第２の筒状部と同心状に位置合わせされる第１の筒状部を備え、
前記第１の筒状部の第１の端部は、中間筒状部を介して前記第２の筒状部の第１の端部に接続され、
さらに、前記中間筒状部の第１の端部及び第２の端部は形状が異なり、該中間筒状部の該第１の端部は前記第１の筒状部の前記第１の端部に接続され、前記中間筒状部の前記第２の端部は前記第２の筒状部の前記第１の端部に接続される請求項１６に記載の牽引装置。
【請求項２８】
前記圧縮可能なクラッシュタワーは、第２の筒状部と同心状に位置合わせされる第１の筒状部を備え、
前記第１の筒状部の第１の端部は、中間筒状部を介して前記第２の筒状部の第１の端部に接続され、
さらに、前記中間筒状部の第１の端部及び第２の端部は形状が異なり、該中間筒状部の該第１の端部は前記第１の筒状部の前記第１の端部に接続され、前記中間筒状部の前記第２の端部は前記第２の筒状部の前記第１の端部に接続される請求項２１に記載の牽引装置。
【請求項２９】
前記圧縮可能なクラッシュタワーは、第２の筒状部と同心状に位置合わせされる第１の筒状部を備え、
前記第１の筒状部の第１の端部は、中間筒状部を介して前記第２の筒状部の第１の端部に接続され、
さらに、前記中間筒状部の第１の端部及び第２の端部は形状が異なり、該中間筒状部の該第１の端部は前記第１の筒状部の前記第１の端部に接続され、前記中間筒状部の前記第２の端部は前記第２の筒状部の前記第１の端部に接続される請求項２２に記載の牽引装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、牽引装置に関し、より詳細には、車両フレームに接続される牽引装置に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本願は、２００３年１１月２１日付けで出願された、「エネルギ吸収体を備える牽引装置（TOWING APPARATUS WITH ENERGY ABSORBER）」と題する米国仮出願第６０／５２４，２４７号（その全体が参照により本明細書中に援用される）の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００３】
今日の車両の多くでは、フック、ループ、止め金（clasp）、又は他の受け部（receptacle）が、車両のフロントバンパ又はリヤバンパから突出するように車両のフレームに固定されている。これらの受け部は、牽引フックとして一般的に知られており、被牽引車両に牽引車両を容易に取り付けることを可能にするのに用いられる。例えば、車両が牽引される（towed or pulled）場合、牽引フックは、そのレシーバを掛けるのに都合の良い位置を牽引車両に与える。これにより、比較的アクセスし難い車両フレームを介して車両にフックを掛ける必要のある従来の方法を大きく改善する。このことは、溝、又は、フレームが部分的に又は完全にアクセスすることができない可能性のある他の状況下に車両がおかれた場合に、特に当てはまる。
【０００４】
通常、牽引フックは、車両のフレームに直接又は間接に取り付けられる。このような取り付け方法は、フレームが、車両を損傷させることなく発生する牽引力を支持するのに十分に強い車両の唯一の部分であることが必要とされる。最も一般的に、牽引フックは、車両フレームに直接、又は当該フレームに取り付けられるフロント又はリヤバンパに取り付けられる。しかしながら、好適な取り付け方法は、フレームへの直接取り付けが最もしっかりとした且つ耐久性のある接続点をもたらすため、フレームに直接取り付けられる。
【０００５】
牽引フックは、牽引を可能にするために車両の前部又は後部に位置しなければならない。さらに、これらの牽引フックは通常、これらの前部又は後部の表面から突出しており、アクセスし易くなっている。これらの牽引フックの位置及び取り付け方法に伴って生じる１つの問題は、車両バンパシステムがパスしなければならない標準的な衝撃試験の際に生じる僅かな衝撃力に車両が遭遇する場合である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
今日の車両では、バンパが障害に遭遇する場合、その力がフレームに直接伝わるのではなく、クラッシュタワー（crush tower）等の種々の手段を介して減衰される。これらの減衰機構は、衝撃力がフレームレールを介して車両の乗員に伝わる前に、衝撃力の一部を減衰する。しかしながら、このことは、今日の牽引フックには当てはまらない。車両の前部又は後部が障害に遭遇する場合、障害は牽引フックに直撃するため、この力が車両フレームに直接、したがって、車両の乗員に直接伝わることになる。この結果、少なくとも２つの問題が生じる。第１の問題は、かなりの衝撃力が乗員に直接伝わることによる、車両の乗員に対する安全性の懸念であり、第２の問題は、車両フレームに対して結果として生じる可能性がある損傷である。牽引フックがフレームに直接結合されるため、僅かな衝撃であっても、フレームに損傷を与える可能性があり、その結果、構造上の修繕コストが高くつくことになる。
【０００７】
従って、上記の問題を解決するとともに上記の利点を有する牽引フックが望まれている。特に、衝撃の際に牽引フックによって車両フレームに伝わる力の量を低減することができると同時に、車両を牽引する牽引フックを使用するのに必要とされるしっかりとした接続を可能にする、エネルギ管理システム、を組み込んだ牽引フックが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、牽引力を受けるようになっているレシーバと、該レシーバに動作可能に接続されるエネルギ管理装置とを備え、自動車のフレームに取り付けるようになっている牽引装置を提供することである。該エネルギ管理装置は、レシーバが第１の牽引方向に第１の力を受ける場合に、この第１の牽引力が車両フレームに直接伝わるように、且つ、レシーバが第２の方向に所定の大きさの第２の力を受ける場合に、エネルギ管理装置が降伏（yield）し、低減した第３の力に第２の力を低減し、この低減した第３の力が車両フレームに伝わるように車両フレームに接続するようになっている。
【０００９】
本発明の別の態様は、車両のフレームに取り付けるようになっており、レシーバを備える牽引装置を提供することである。第１の端部を有するエネルギ減衰装置は、レシーバに動作可能に接続されると共に、レシーバが第１の方向に所定の大きさの第１の力を受ける場合は車両フレームに伝わる第１の力の大きさを低減するように、且つ、レシーバが第２の方向に第２の力を受ける場合は車両フレームに伝わる第２の力を低減しないように車両フレームに接続されるようになっている。
【００１０】
本発明のさらに別の態様は、牽引フックと、車両マウントと、圧壊可能且つ折り畳み可能なエネルギ管理筒状部とを備え、該エネルギ管理筒状部が牽引フック及び車両マウントを接続すると共に、衝撃を受けた時に入れ子状に折り畳まれることによりエネルギを一定且つ予測可能に吸収するようになっている材料から構成される装置を提供することである。
【００１１】
本発明のこれら及び他の特徴、利点、及び目的は、以下の明細書、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面を参照することにより、当業者にはさらに理解され、且つ認識されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［好適な実施形態の詳細な説明］
参照符号２（図２）は、本発明を具現化する牽引装置及びエネルギ管理装置を包括的に示す。かかる牽引装置を例えば車両の前部又は後部に用いて、車両を牽引するのに用いられ得る車両の一領域に容易にアクセスすることができる。
【００１３】
図示の例では、牽引装置２は、一般的に、車両の連結ポイントを容易にすると共に連結ポイントを提供するのに用いられるレシーバ１０を備え、このレシーバにより車両を牽引したり他の方法で動かすことができる。シャフト２０は、レシーバ１０をエネルギ管理装置３０に接続する。エネルギ管理装置３０は、レシーバ１０が牽引フックとしての役割で用いられる場合に、レシーバを車両のフレーム５０に直接接続する接続を与えるのに用いられる。しかしながら、レシーバ１０が衝撃に巻き込まれるか又は牽引方向とは反対の方向に移動される場合、エネルギ管理装置３０は、レシーバ１０とフレーム５０とのこのような直接関係を断つのにも用いられる。エネルギ管理装置３０は、フレーム５０に直接的に、通常は、しっかりと接続されることで、必要とされる場合にレシーバ１０とフレーム５０との直接関係を与える。例示的な目的のため、レシーバ１０は、図２では、車両６０のフロントバンパから延びているものとして示されている。しかしながら、レシーバ１０は、車両の後部に取り付けられてもよい（図示せず）。
【００１４】
レシーバ１０は、他の場合では操作不可能な車両の牽引を可能にする取り付け点として用いられる。車両が引っ張られる際に、車両の引っ張り重量全体がレシーバを介して伝達するため、従来技術のレシーバでは、通常、図１に示す車両フレームレール５０に直接取り付けられる。フレーム５０へのこのような直接接続が要求されるのは、車両の牽引の際に発生して伝達される大きな力によって車両の他の弱い部分で損傷を生じる可能性があるためである。しかしながら、このような直接接続は、レシーバ及び対応するシャフトに掛る力がフレーム５０への牽引装置の取り付け点の機械的限界か、あるいはそのフレームレール自体の機械的限界を超える場合に問題となる可能性がある。牽引装置に掛る力がこれらの機械的限界を超える場合、フレームに対して損傷が生じる可能性があるため、著しい安全上の問題も課せられるとともに、それに応じたコストを車主に負わせることになる。
【００１５】
本発明を具現化する牽引装置２は、レシーバ１０に掛る牽引力をフレーム５０へ直接もたらすことによって、これらの不都合点を解消する。さらに、衝突等の際にレシーバが牽引力とは反対の方向の力を受ける場合、エネルギ管理装置３０は、フレーム５０へ直接結合せず、そのため、フレームの機械的限界を超えないうちにエネルギ管理装置を降伏することが可能となる。
【００１６】
車両の牽引を可能にするため、レシーバ１０を用いることにより、他の場合では操作不可能な車両に連結ポイントを与える。レシーバ１０は、本発明の概念にとっては重要ではなく、任意のタイプの接続形態をとることができる。例えば、レシーバ１０は、ヒッチボール、牽引フック、ピントルフック、又は他の一般によく知られている連結器であってもよい。しかしながら、このことは、如何なる態様や、用いられる如何なる連結形態や連結方法にも限定されることは意図しない。レシーバ１０は、設計の特定の必要性に見合う任意の方法で、エネルギ管理装置に接続される。例えば、レシーバ１０は、自身の連結器機構を介して、機械的締結具、溶接、又は任意の他の一般的によく知られている方法によって、エネルギ管理装置３０に結合され得る。好適な一実施形態では、レシーバ１０は、シャフト２０の第１の端部２２に配置又は固定され、シャフト２０の第２の端部２４は、エネルギ管理装置３０に配置又は動作可能に接続される。レシーバ１０と第１の端部２２との接続、及び第２の端部２４とエネルギ管理装置３０との接続は、本発明の概念にとっては重要ではなく、当該技術分野で一般的によく知られている接続及び／又は方法を用いることができる。
【００１７】
エネルギ管理装置３０は、種々の形態をとることができる。しかしながら、総ての実施形態では、エネルギ管理装置３０は、レシーバ１０とフレーム５０との間に連結関係を与えるのに用いられる。好適な一実施形態では、エネルギ管理装置３０は、牽引の際に生じる、レシーバ１０に掛る力を、フレームレール５０に直接伝えるようにする。車両の牽引の際に生じるこれらの力は、概して制御され、フレームレールの機械的限界内に十分に収まる。これは主として、制御されていない状態では牽引動作が生じないことによる。むしろ、典型的にあてはまるように、牽引トラック又はウインチを用いて、対応する牽引力を与え、これらの力が通常、フレームレールの機械的限界内に十分に収まるように維持される。しかしながら、状況によっては、すなわち車両の衝突の際に、レシーバは、フレームレールの機械的限界を超える力を受ける可能性がある。例えば、連邦政府は、全車両が構造的にしっかりとしたままで、時速８キロ（５ｍｐｈ）のバンパ衝突を受けるのでなければならないことを要請している。したがって、今日の車両は、通常、バンパをフレームから分離するクラッシュタワー３と呼ばれるものを有する。クラッシュタワー３は、エネルギ吸収体のように作用し、フロントバンパに発生する力をフレームレールから分離することによって衝突力を低減する。しかしながら、また、今日の車両の多くは、これらのバンパ位置に牽引フックを含んでいる。これらの牽引フックは、アクセス可能である必要があるため、バンパの後側は、僅かに凹み得るが、場合によっては、凸状になっているものさえある。したがって、車両が衝突を受ける際に、衝突力のいくらかが牽引装置のレシーバ１０に伝わる場合、その力は、クラッシュタワー３により減衰されるのではなく、フレームレール５０に直接伝えられる。したがって、僅かな衝突においてさえも、著しい安全上の問題及び損傷がこれらの牽引フックの使用により生じる可能性がある。エネルギ管理装置３０を使用することによって、この衝突力がフレームに伝わることを分離、低減、且つ／又は除去することで、車両の安全性が向上するとともに修繕コストを著しく低減させることができる。好適な実施形態では、３つの異なるエネルギ管理装置を説明しているが、前述のエネルギ管理装置とともに使用することができる新規の取り付け装置も説明している。
【００１８】
第１の実施形態が図３に示されており、ここでは、エネルギ管理装置３０は、クラッシュタワーすなわちエネルギ管理筒状部３２を備える。管理筒状部３２は、さらに、第１の筒状部３４、第１の筒状部と位置合わせされる第２の筒状部３６、及び第１の端部４０と第２の端部４２を有する中間筒状部３８によって画定される。第１の端部４０及び第２の端部４２は、第１の筒状部３４及び第２の筒状部３６それぞれと一体接続する。第１の筒状部３４は、第２の筒状部３６よりもサイズが寸法的に大きく、同様の円筒状の断面形状を有する。しかしながら、第１の筒状部３４及び第２の筒状部３６は、矩形、正方形、楕円、円形、又は他の幾何学的形状を含む種々の形状とすることができることに留意されたい。さらに、第１の筒状部３４及び第２の筒状部３６は、それらの長さに沿って、特に、中間筒状部３８から離れた複数の位置での断面形状が異なっていてもよいことも意図される。中間筒状部３８は、第１の筒状部３４から第２の筒状部３６にかけて移行する形状を有し、さらに、第１の端部４０及び第２の端部４２は、後述するように形状が異なる。エネルギ管理筒状部のこれらの及び他の特徴は、２００４年６月１７日付けで発行された、「衝撃エネルギを吸収するための筒状エネルギ管理システム（TUBULAR ENERGY MANAGEMENT SYSTEM FOR ABSORBING IMPACT ENERGY）」と題する同時係属中の米国特許出願公開第２００４／０１１３４４３号（その全体が参照により本明細書中に援用される）において記載されている。
【００１９】
エネルギ管理筒状部３２は、ユニットとして合わせて一体形成される筒状部３４、３６、及び３８のそれぞれを焼きなましされた鋼材料のシートから成形してもよい。壁厚は、機能上の設計要件を満たすよう必要に応じて変えることができる。例えば、材料強度及び特定の用途の使用要件に応じて、厚みは約１．５ｍｍ〜４ｍｍとすることができる。シートは、最初に、ロール成形機により連続した長い筒状部になるように製造され、その後、所定の長さの筒状半加工品（tubular blank）になるようにカットすることが考えられる（図４）。次いで、筒状半加工品は、筒状部３６及び３８の領域を焼きなましされ、次いで図５の形状に形成され、ここでは、第２の筒状部３６は、縮径を有するよう圧縮され、中間部３８は円錐台形状を一時的にとる。エネルギ管理筒状部３２を予め設定された状態（図６）に固定し且つそれに対し長手方向に変形することが有用であることが確定されており、それにより、中間部３８は、以下に示すように、初期の衝撃を受けている間、高い／低いスパイキを回避する特定の形状をとる。エネルギ管理システムを有する牽引装置の場合、材料シートは、構造用鋼等の良好で信頼性の高いグレードの鋼であることが好ましい。約３５ＫＳＩを上回る降伏強度を有する鋼が非常によく作用する。最適な降伏特性及び延伸特性を選択領域に達成するように熱処理又は焼きなましすることができる鋼もまた、構造用鋼、又は高強度低合金鋼（ＨＳＬＡＳ）又は超高強度鋼（ＵＨＳＳ）等の優れた候補である。
【００２０】
材料についての具体的な記載は好適なものである。選択材料がより強度であるとともにより硬くなるほど、降伏強度が高く、引張り強度が高く、且つ延伸値が低くなるため、厳格な半径に対して感度がより高くなり、耐圧延性が高い傾向になる場合が多い。その代わり、破損、キンク、せん断、亀裂、及び／又は破損の傾向が強くなる。この破損問題は、半径が材料の厚さ寸法に近づくにつれ悪化することになる。本発明は、外向き及び内向きのフレア状の拡がり、クリアランス、及びこの問題を対処するのに特に選択された半径を用いる。種々のグレートの鋼は、当該技術分野において既知であるとともに当業者により理解される。読み手の注意は、標準化された工業定義についてアメリカ材料試験協会（ＡＳＴＭ）の規格、ＡＳＴＭ  Ａ１００８／Ａ及びＡ１００８Ｍ−０１ａ、並びにＡＳＴＭ  Ａ１０１１Ａ及びＡ１０１１Ｍ−０１ａに向けられる。約２５ＫＳＩ以上を有する鋼等の構造用鋼は、上述した品質上の問題が生じ始める強度特性を有する。構造用鋼は、一般に、冷間圧延された商用品質の鋼又は熱間圧延された商用品質の鋼よりも若干良好なグレードである。それにもかかわらず、特に、構造用鋼は２５〜３５ＫＳＩ引張り強度に近づくにつて、問題を呈示する傾向が強くなる。本発明は、約２５ＫＳＩ以上の引張り強度を有する鋼等の構造用鋼を用いて十分に作用することが特に考えられる。本発明はまた、８０ＫＳＩ以上のより強度な材料、及び超高強度鋼（ＵＨＳＳ）の場合に十分に適合するとともに十分に作用する。作用性及び材料の高度な圧延が望まれる場合、これらの鋼は、エネルギ管理筒状部に沿った目的にかなう（strategic）領域にて最適な特性を達成するように熱処理又はアニールを行うことができる。
【００２１】
本明細書中で説明した種々の鋼は、鋼材料分野及びロール成形分野における当業者により十分に理解されることが意図されているとともにそのように考えられていることに留意されたい。読み手の利便性のため、付加的な情報は、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）から入手することができるということを特記しておく。本明細書中で用いられている鋼についての用語は、ＡＳＴＭの規格及び定義に準拠していることが意図されている。それにもかかわらず、本発明の技術は、非常に融通性があり、広範の材料とともに作用するように適合可能であるということを強調しておく。したがって、種々の用語は、確かに相応に解釈されるものの、広範に解釈されることが意図される。
【００２２】
本発明の概念は、高強度低合金鋼（ＨＳＬＡＳ）、及び二相鋼（dual phase steel：複合組織鋼板）、三相（ＴＲＩＰ）鋼、又はマルテンサイト材料等の超高強度鋼（ＵＨＳＳ）にとって、特に有用であると考えられている。本発明の概念は、また、アルミニウム及びさらにはより軟質の材料等の他のエンジニアリンググレードの材料にとっても有用である。本発明の概念は、高強度材料により、壁厚が薄くなること（すなわちゲージの低減）によって重量を低減させる場合に特に有用である。熱処理可能であることにより、材料は、本質的に作用し易くなるとともに流動し易くなり、且つ／又は選択領域にてより作用し易くなるとともに流動し易くすることができる。例えば、これにより、小径を有するものの、微細亀裂及び／又は巨大亀裂及び／又は分裂が生じるおそれが少なく、せん断の問題及び梳り（shelving：シェルビング）等の材料分離のおそれが少なく、且つ小径曲げの領域の材料強度を低減させる他の品質上の欠陥のおそれが少ない状態で、事前設定を中間筒状部３８に形成することができる。また、焼きなまし特性により、せん断、引き割り、又は引裂きを生じることなく材料を圧延することが可能となり、このことは、衝撃及び長手方向に圧壊を受けている間、最大のエネルギ吸収を達成するのに重要である（図１１を参照のこと）。
【００２３】
特に、本発明のエネルギ管理筒状部の性能は、以下の変数：材料厚、材料タイプ、材料硬度、及び降伏率、焼きなまし温度及びその状態、筒状部の直径及びその形状、特にロール半径構造（design）、及び事前設定の程度、筒状部内（又は筒状部外）に位置する圧壊可能なインサートの使用、及び材料をめり込ませるのに影響を与える他の因子、コラム強度、エネルギ吸収、及び長手方向に圧壊する衝撃を受けている間の応力の分配、を調節することを含めた多数の方法により、特定の基準を満たすように調節及び調整することができる。
【００２４】
図７〜図１０に示すように、第１の筒状部３４は、第２の筒状部３６よりも寸法が大きい。第１の筒状部３４は、筒状境界４４を画定する外面を有する。筒状境界４４は、第１の筒状部３４の第１の端部４０付近の領域の断面形状に合致する（図８）。第１の端部４０は、約２５°の最小角度等で、筒状境界４４を越えて半径方向外向きにフレア状に拡がっている厳格に変形した材料４６の周方向に連続したバンドを有する（図１０）。この厳格に変形した変形部分４６は、材料のめり込みに抗する「挟持（pinched）」領域を効果的に形成する小半径を画定する。また、小半径にある材料を硬化する作用がいくらかある。（その凹状面に関して）小半径は、第１の端部４０の材料厚の約０．５倍以上であることが好ましい。したがって、せん断又は亀裂傾向に対し十分に耐性がある。変形部分４６に耐圧延性がある理由は多数あるが、些細なものである。フレア状とともに厳格な「小」半径が、第１の筒状部３４の均一なリング状の支持体を形成し、この支持体は、長手方向に衝撃を受けたときに第１の筒状部のコラム強度を支持及び維持するように作用する。長手方向に応力が掛ると、厳格な変形部分４６は、第１の端部４０と第１の筒状部３４の材料とのめり込みに抗する。
【００２５】
対照的に、第２の端部４２（図１０）は、第２の端部４２の材料厚の少なくとも約１．０倍等、（その凹状面に関して）比較的より大きな半径を画定する変形部分４８を有する。第２の端部４２の変形部分４８は、その半径がより大きいことに起因して、第２の筒状部３６の材料の圧延に対する耐性が低く、且つ第２の筒状部３６のコラム強度の支持性が低い。実際、第２の端部４２は、衝撃を受けている最中に第１の筒状部３４がそのコラム強度を維持している間、第２の筒状部３６の入れ子状のめり込みを開始するように構成される（図１１）。第２の筒状部３６及び中間筒上部３８は、焼きなましされ、第１の筒状部３４は、焼きなましされないことにより、このような成果をさらに得易くするとともにこのような成果を生じさせる（ただし、材料が圧延する傾向を有するのに焼きなましは必要とされない）。クリアランスは、圧延するのに必要なほどの材料流動のために与えられる。潜在的に、第１の筒状部３４及び第２の筒上部３６は、衝撃を受けている間の材料の圧延の際に互いに支持を行うような寸法にすることができる。中間筒状部３８の事前に設定された状況もまた、初期の急激な高い負荷ピークを避けることに役立ち、それにより、負荷が所定の初期レベルに達したとき急激にレベルを下げ、次いで、衝撃ストロークの間そのレベルのままとなるため、重要である（図１２を参照のこと）。
【００２６】
第２のエネルギ管理筒状部３２ａ（図１３〜図１５）は、第１の筒状部３４ａ、第２の筒状部３６ａ、及び第１の筒状部３４ａと第２の筒状部３６ａとを相互接続する中間筒状部３８ａを有する。しかしながら、第２のエネルギ管理筒状部３２ａは、エネルギ管理筒状部３２とは異なる。第２のエネルギ管理筒状部３２ａでは、大径を有する第１の筒状部３４ａの端部４０ａは、より大きな半径を画定する変形部分４６ａを有する。さらに、変形部分４６ａは、外向きにフレア状に拡がっておらず、代わりに、第１の筒状部３４ａの外面によって画定される境界内に概ねとどまる。同時に、第２の筒状部３６ａの端部４２ａは、より小さな半径を画定する変形部分４８ａを有する。変形部分４８ａは、約１２°の最小角度等で、筒状境界４４ａの内側で内向きにフレア状に拡がっている（図１４）。
【００２７】
図１５は、第２のエネルギ管理筒状部３２ａの第１の筒状部３４ａから材料の部分がめり込んでいる部分的なストローク衝撃を示す（エネルギ管理筒状部３２では、より小さい第２の筒状部３６は、同様の方法でめり込む際、衝撃を受けている間にめり込む部分である）。
【００２８】
図１２は、エネルギ管理筒状部３２及び第２のエネルギ管理筒状部３２ａの典型的な負荷対撓み曲線を示す。当業者には、負荷が急激に所定レベルに達し、衝撃ストローク全体を通して選択レベルで比較的一定のままであることは明らかであろう。負荷撓み曲線の下側の領域は、衝撃ストロークを受けている間の実際のエネルギ吸収（「ＡＥＡ」）を示す。完全なエネルギ吸収（「ＰＥＡ」）は、衝撃（ＬＯＡＤ）を受けている間に達成される最大負荷を完全な衝撃ストローク（Ｌ）に乗算することで計算されるであろう。本発明のエネルギ管理システムは、非常に高い効率定格（すなわち「ＰＥＡ」で除算した「ＡＥＡ」）を提供する。具体的には、本発明のエネルギ管理筒状部技術は、比較的急激な初期の負荷、及び衝撃ストローク全体を通して連続する比較的良好に維持された一定レベルの負荷により、既知のクラッシュタワーよりもはるかに高く、より一定のエネルギ吸収効率定格となる。具体的には、本発明の概念は、驚くべき想定外の、負荷対撓み曲線の一定性及び確実性を提供し、また、一定且つ確実なエネルギ吸収及び潰れストロークを提供する。
【００２９】
使用の際、エネルギ管理装置３０は、フレームレール５０に動作可能に接続される外側ハウジング７０を備える。一実施形態（図１６及び図１７）では、外側ハウジング７０は、複数の位置５２でフレームレール５０にボルト締めされる。しかしながら、このことは、例示的な一実施形態にすぎず、他の取り付け方法も使用することができる。レシーバ１０を用いて車両を牽引する際、力は、概ね第１の方向Ｆに加えられる。この力は、シャフト２０を介してフレームレール５０へ直接伝えられる。この理由は、シャフト２０がリング部８０の第１の端８１にしっかりと固定されていることにより、ハウジング７０の第１の壁７１に力が伝わり、その力をこの第１の壁７１が外側ハウジング７０から複数の位置５２を介してフレームレール５０に伝えるためである。したがって、牽引装置２を用いて車両を方向Ｆに牽引する際、エネルギ管理装置３０の第１の筒状部３４及び第２の筒状部３６は、外側ハウジング７０を介してフレームレール５０に牽引力を直接伝えるリング部８０によるこのような力から分離される。或いは、レシーバ１０に牽引方向とは反対の方向（-Ｆ）に力を加える場合、エネルギ管理装置３０の第１の筒状部３４及び第２の筒状部３６は、このような力から分離されない。
【００３０】
図１７に関して、方向−Ｆでの衝突の際、特定の指定された閾値では、中間筒状部３８、より具体的には、中間筒状部３８の第２の端部４２が入れ子状に降伏し（yield）、第２の筒状部３６を第１の筒状部３４内に入れ子状に移動させるようにすることで、衝突によるエネルギを吸収する。このプロセスは、図１８にグラフで示されており、これによれば、ゾーンＡにおいて示されている初期の衝突力は、初めに、中間筒状部３８になるように適応又は意図される一地点に急激に上昇することが分かる。この初期の降伏点は、エネルギ管理筒状部３２の移動又は変形を開始するのに必要とされる力の量に等しく、特定用途に意図又は適応され得る。例えば、力の量は、種々の材料、材料の種々の厚み、種々の形状、及び種々の移行ゾーンを用いることで変えることができる。しかしながら、他の方法及び材料を用いてもよく、これらの例は限定することを意図しない。
【００３１】
この所定の負荷値に達すると、中間筒状部３８の第２の端部４２が入れ子状に変形することで、フレームレールに直線状に伝わる力が低減する。力の比較的一定の低減により、フレームレールに伝わるとともに続いて車両の乗員に伝わる応力が低減する。車両が高い衝撃力に巻き込まれる場合、中間部３８の第２の端部４２が十分に変形するであろう。十分に変形した時点で、エネルギ管理装置３０は、残っている総ての力をフレームレール５０に伝えるように設計されるか、又は、エネルギ管理装置の外側ハウジング７０が変形に耐えることができるようにすることで、さらに衝撃力を低減するように設計されることができる。或いは、エネルギ管理装置の外側ハウジング７０は、所定の負荷にてフレームレール５０から完全に取り外されるか又は引き離されるように設計されることができる。この力がフレームレール５０に伝えられる場合、エネルギ管理筒状部３２が十分に変形した後では、図１８のゾーンＢ及びＣによって見られるように、この力はもはや減衰されず、複数の位置５２を介してフレームレール５０に直接伝えられるであろう。しかしながら、従来技術の牽引装置におけるようにエネルギ管理装置が用いられない場合、図１８のゾーンＡに示されている力の低減が起こらないため、ゾーンＢ及びＣのより高い力が初めに車両に伝わり、最終的に車両の乗員に伝わってしまうことになることは留意するに値する。
【００３２】
第２の実施形態は、図１９に示され、ここでは、レシーバ１０ｃ、シャフト２０ｃ、及びエネルギ管理装置３０ｃは、図１の実施形態におけるのと同じであり、第１の筒状部３４ｃ及び第２の筒状部３６ｃを備える。さらに、圧縮ばね９０は、第１の筒状部３４ｃ及び第２の筒状部３６ｃ内に同心状に配置される。第２の実施形態３０ｃの変形機構は、第１の実施形態のものと同じであるが、ただし、圧縮ばね９０には、力を低減させる追加機構が加わっている。ばね９０の追加には、衝突後にレシーバ１０ｃを元の位置に戻す機構が加わっている。
【００３３】
図２０に示すように、レシーバ１０ｃが力−Ｆを受けると、第２の筒状部３６ｃは、先に説明したように第１の筒状部３４ｃ内に入れ子状に折り畳まれるであろう。さらに、圧縮ばね９０が第２の筒状部３６ｃ内で圧縮されるであろう。しかしながら、第１の筒状部３４ｃの一端にリング部８０をしっかりと固定する代わりに、レシーバ１０ｃは、このような圧縮／折り畳み状態に維持されることで、レシーバ１０ｃは第２の筒状部３６ｃにしっかりと固定されず、それにより、圧縮ばね９０をその衝突前の状態に戻すことができ、レシーバ１０ｃが前方にすなわち衝突前の状態に戻る（図２１）。
【００３４】
車両が衝突等の後に機能不能となる場合に牽引フックが用いられる。しかしながら、衝突後（牽引フックが衝撃力を受けている）では、牽引フックはもはや容易にアクセス可能ではく、そのためその目的を果たせなくなる。圧縮ばね９０を用いることによって、レシーバはもはや衝突後の状態には保持されず、より前方の、よりアクセス可能な位置に戻される。
【００３５】
第３の実施形態は、図２２に示されており、ここでは、エネルギ管理装置３０ｄの力低減機構は、ダッシュポット１００である。ダッシュポット１００は、概して、シリンダ１０２内に伸縮式に係合するピストン１０１から成り、当該技術分野で概ねよく知られている。さらに、力の低減をさらに達成するように、粘性流体１０３がダッシュポット１００内に含まれていても含まれていなくてもよい。さらに、この実施形態では、シャフト１０５の周りに圧縮ばね（図示せず）も用いて、この実施形態が第２の実施形態に関して説明したのと同じ機構を得るようにすることができる。さらになお、圧縮ばね（図示せず）を粘性流体１０３の代わりに又はそれに加えてシリンダ１０２内に設けることができ、さらになお、第１の実施形態の入れ子状に変形可能な第１の筒状部及び第２の筒状部も様々な方法でこの実施形態に組み入れることができる。これらの実施例は限定することを意図せず、フレームレール５０に伝わる、レシーバ１０ｄにかかる力を低減するために、力を低減する他の材料、機構、及び／又は方法をエネルギ管理装置３０内で用いることもできる。
【００３６】
最後に、図２３に示すように、エネルギ管理筒状部３０をフレームレール５０に固定するのに用いることができる新規の接続が示されている。取り付け装置１１０は、第１のプレート１１４を介して、エネルギ管理装置（図示せず）をフレームレール５０に取り付ける少なくとも１つのボルト１１２を有する。このような構成により、衝撃の力−Ｆがレシーバからエネルギ管理装置に伝わるとともに続いて第１のプレート１１４に伝わるようにすることができる。この場合、複数のボルト１１２のせん断の際又はそれに加えて第１のプレート１１４とフレームレール５０との間の表面１１５に摩擦が生じ、それによりさらなるエネルギ吸収機構が与えられるため、フレームレール５０に伝わる前に力−Ｆは低減する。このことは、第１のプレート１１４に加えられるいずれの力−Ｆもボルト１１２を介してフレームレール５０に伝えられるために達成される。しかしながら、エネルギ管理装置３０とフレームレール５０との間に第１のプレート１１４が設置されていることにより、第１のプレート１１４に加えられるとともにボルト１１２をせん断するのに作用する力は、フレームレール５０に対して第１のプレート１１４を移動させるため、表面１１５に沿って摩擦力が生じ、この摩擦力はフレームレール５０に伝わる力を低減するように作用することになる。
【００３７】
車両を衝撃から保護することの他に、これらのエネルギ管理装置はまた、牽引動作の際に車両フレームに牽引方向（Ｆ）に不注意にも加えられる可能性がある損傷力を防ぐのに用いられ得る。例えば、牽引力がエネルギ管理装置の所定の限界を超える場合、エネルギ管理装置はフレームに対して損傷が生じる前に降伏するように設計されることができる。これにより、これらの力がフレームに達しないようにする。このことはまた、最初の３つの実施形態に関して説明したように達成され得るが、ただし、エネルギ管理装置を牽引力から分離する代わりに、エネルギ管理装置が牽引力に結合される。このことは、例えば、エネルギ管理筒状部３２をシャフト２０及び／又はレシーバ１０に直接接続させることによって、フレームレールの変形が起こる前にエネルギ管理筒状部３２の中間筒状部３８を変形させることで達成され得る。或いは、図４に示すように、十分に変形したエネルギ管理筒状部は、この力がフレームレールに達しないようにするために別個に用いることができる。このことは、内筒状部を入れ子状に前方へ牽引方向に移動させ、それにより、牽引の際に発生するいかなる誤った力もフレームレールに伝わるのを低減させる。さらになお、上述の特徴を別個に又は組み合わせて用いて所望の装置に至らせることができ、それにより、牽引力及び衝撃力を同じエネルギ管理装置内で同時に管理することができる。
【００３８】
このようにして、車両のフレームレールに伝わる衝撃力を低減し、それにより、車両の乗員に対してさらなる安全措置を与える、エネルギ吸収装置を有する牽引装置が開示された。例示的な実施形態を詳細に説明してきたが、本発明の概念から逸脱しない限り、上記構造に変形形態及び変更形態を行うことができ、さらに、かかる概念は、添付の特許請求の範囲の文言が別段に明記しない限り、その特許請求の範囲により包含されることが意図されることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来技術の車両フレームに取り付けられている牽引フックの部分断面図である。
【図２】エネルギ管理装置が切欠き部を有して示されている、本発明を具現化した車両フレームに取り付けられている牽引フック及びエネルギ管理装置の部分断面図である。
【図３】エネルギ管理装置が切欠き部を有して示されている、図２の牽引フック及びエネルギ管理装置の部分断面図である。
【図４】第１の直径を有する筒状半加工品の側面図である。
【図５】一端が縮径に圧縮されている筒状半加工品の側面図である。
【図６】本発明のエネルギ管理装置を示す、Ｓ字状プリセットを帯びるように中間筒状部が長手方向に変形されている筒状半加工品の側面図である。
【図７】図６の筒状部の側面図である。
【図８】図６の筒状部の長手方向断面図である。
【図９】図６の筒状部の端面図である。
【図１０】図８の丸で囲んだ領域Ｘの拡大部分断面図である。
【図１１】エネルギ管理装置が切欠き部を有して示されている、圧縮状態での図３の牽引フック及びエネルギ管理装置の部分断面図である。
【図１２】図３のエネルギ管理装置の負荷特性対撓み特性のグラフ図である。
【図１３】改良型エネルギ管理筒状部の側面図である。
【図１４】改良型エネルギ管理筒状部の長手方向断面図である。
【図１５】筒状部の一部が入れ子状に折り畳まれている、図１４に示す改良型エネルギ管理筒状部の断面斜視図である。
【図１６】エネルギ管理装置が切欠き部を有して示されている、車両フレームに取り付けられた図３の牽引フック及びエネルギ管理装置の部分断面図である。
【図１７】エネルギ管理装置が切欠き部を有して示されている、圧縮状態での、車両フレームに取り付けられた図３の牽引フック及びエネルギ管理装置の部分断面図である。
【図１８】図１６及び図１７のエネルギ管理装置のエネルギ曲線のグラフ図である。
【図１９】エネルギ管理装置が切欠き部を有して示されている、本発明を具現化している牽引フック及びエネルギ管理装置の第２の実施形態の部分断面図である。
【図２０】エネルギ管理装置が切欠き部を有して示されている、圧縮状態での、図１９の牽引フック及びエネルギ管理装置の部分断面図である。
【図２１】エネルギ管理装置が切欠き部を有して示されている、圧縮されていない状態に戻された、図２０の牽引フック及びエネルギ管理装置の部分断面図である。
【図２２】エネルギ管理装置が切欠き部を有して示されている、本発明を具現化している牽引フック及びエネルギ管理装置の第３の実施形態の部分断面図である。
【図２３】牽引フック及びエネルギ管理装置取り付けブラケットの断面図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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