[发明专利]具有非线性负载响应的线圈套线圈弹簧和包括它的垫子

说明书

提供了一种线圈套线圈弹簧，其表现出可变的非线性负载响应。所述弹簧包括具有第一弹簧常数的第一弹簧部分、具有小于第一弹簧常数的第二弹簧常数的第二弹簧部分、以及具有小于第一弹簧常数且小于第二弹簧常数的第三弹簧常数的第三弹簧部分。第一弹簧部分形成线圈套线圈弹簧的外线圈，并且第二弹簧部分、第三弹簧部分或第二弹簧部分及第三弹簧部分两者被设置在第一弹簧部分内且形成线圈套线圈弹簧的内线圈。还提供了一种多线圈弹簧，其包括外线圈、设置在外线圈内的中间线圈，和设置在中间线圈内的内线圈。

技术领域

本发明涉及线圈套线圈弹簧和包括线圈套线圈弹簧的垫子。特别地，本发明涉及线圈套线圈弹簧，该弹簧由连续丝构成，并且当被压缩时表现出可变的非线性负载响应。

背景技术

通常，当单轴载荷施加到弹簧上时，弹簧呈现线性压缩率。也就是说，压缩一个典型的弹簧两英寸所需要的力是压缩同一个弹簧一英寸所需要的力的两倍。弹簧的线性响应用虎克定律来表示，该定律指出将弹簧伸展或压缩一段距离(D)所需的力(F)与该距离成正比。这个关系在数学上表示为F＝kD，其中k表示特定弹簧的弹簧常数。高弹簧常数表示弹簧需要更大的力来压缩，低弹簧常数表示弹簧需要更小的力来压缩。

线性响应弹簧，例如螺旋弹簧，通常被用作垫子内弹簧，其与围绕内弹簧的填塞物和装饰材料相结合。大多数垫子内弹簧由螺旋弹簧阵列构成，通常通过用交叉丝将螺旋弹簧的端旋圈栓系在一起来邻接这些螺旋弹簧。这种布置的优点是制造成本低。然而，这种类型的内弹簧通常提供牢固和刚性的垫子表面。

内弹簧垫子的替代物是由一个或多个泡沫层构成的垫子。不同于由螺旋弹簧阵列构成的内弹簧垫子，这些泡沫层对施加到垫子上的力表现出非线性响应。特别是，随着负载增加，泡沫垫子提供更多的支撑。例如，典型的泡沫垫子在其被压缩了泡沫最大压缩量的大约60％后提供了增加的支撑。泡沫垫子的这种非线性响应通常被认为为使用者提供了改善的睡眠舒适性。然而，某些泡沫的机械性能可能会随着时间的推移而降低，这反过来又会影响泡沫垫子的整体舒适性。此外，泡沫垫子的生产成本通常高于金属弹簧垫子。

发明内容

本发明包括线圈套线圈弹簧和包括线圈套线圈弹簧的垫子。特别地，本发明包括线圈套线圈弹簧，该弹簧由连续的丝构成，并且当被压缩时表现出可变的非线性负载响应。因此，本发明的线圈套线圈弹簧为使用者提供了非线性支撑，这种非线性支撑通常存在于泡沫垫子中，但是通过使用线圈套线圈弹簧来实现。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种线圈套线圈弹簧，其由形成外线圈和位于外线圈内的内线圈的连续丝构成。连续丝还形成具有第一弹簧常数的第一弹簧部分、具有小于第一弹簧常数的第二弹簧常数的第二弹簧部分、以及具有小于第一弹簧常数且小于第二弹簧常数的第三弹簧常数的第三弹簧部分。具体而言，在本发明的一些实施例中，第三弹簧部分设置在第一弹簧部分上方，使得第一弹簧部分和第三弹簧部分共同形成线圈套线圈弹簧的外线圈，并且第二弹簧部分设置在第一弹簧部分内，使得第二弹簧部分形成线圈套线圈弹簧的内线圈。在本发明的其它实施例中，第二弹簧部分和第三弹簧部分均设置在第一弹簧部分内，使得第二弹簧部分和第三弹簧部分共同形成线圈套线圈弹簧的内线圈，并且第一弹簧部分形成线圈套线圈弹簧的外线圈。在任一情况下，线圈套线圈弹簧被构造成使得外线圈具有大于内线圈的未压缩高度的未压缩高度。

通过将本发明的示例性线圈套线圈弹簧的连续丝形成为使得当线圈套线圈弹簧压缩时，第一弹簧部分、第二弹簧部分和第三弹簧部分的各个弹簧常数可变地组合，线圈套线圈弹簧的第一总弹簧常数在弹簧初始压缩时提供柔软的感觉，线圈套线圈弹簧的第二总弹簧常数在线圈套线圈弹簧的压缩增加时提供中等程度的感觉，并且线圈套线圈弹簧的第三总弹簧常数在线圈套线圈弹簧的压缩进一步增加时提供较硬的感觉。