CN111727002B - 线型线圈和内置弹簧系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于在内置弹簧中使用的线型线圈能够在压缩期间提高支撑并减小变形。该线圈包括：多个螺旋匝，其形成围绕所述线圈的纵向轴线的螺旋线圈主体，并且螺旋匝限定螺旋匝半径；第一线圈端部，其从螺旋线圈主体的一端延伸；和第二线圈端部，其从螺旋线圈主体的相对端延伸；其中，第一线圈端部和第二线圈端部中的至少一个包括一个或多个接触点，其由第一部分和第二部分限定，第一部分距从线圈的纵向轴线延伸大于螺旋匝半径的距离，第二部分从线圈的纵向轴线延伸小于螺旋匝半径的距离。
Description
技术领域
本发明总体上涉及螺旋弹簧，并且特别地但非排他地涉及包括在床垫中的螺旋弹簧系统。
背景技术
如转让给Sealy Technology LLC.的题为“Spring Coil and Spring Assembly(弹簧线圈和弹簧组件)”的美国专利号4,726,572中(’572专利)所述，床垫内置弹簧单元通常由平行行呈并排关系布置的多个弹簧线圈形成，其中平行列正交于行而形成。绑接线材(border wire)有时围绕内置弹簧单元的上下周边。当使用时，绑接线材从最外侧的弹簧线圈延伸，并连接到形成在弹簧线圈的端部上的末端卷绕(terminal convolution)。
通常的作法是将末端卷绕形成为具有相对于从线圈端部轴向向内的螺旋的直径增大的直径。这使得弹簧能够相互接合，并且可以使弹簧线圈的压缩更加稳定。
列中的相邻弹簧线圈的末端卷绕通常重叠，然后将螺旋弹簧线圈(称为交叉螺旋)沿着行缠绕以环绕重叠的卷绕部分。这些交叉螺旋通常包括比重叠的末端卷绕部分的组合直径稍大的内径。有时会使用较大直径的螺旋弹簧来将绑接线材附接到末端卷绕上。
’572专利公开了弹簧线圈和交叉螺旋的各种布置，这些布置产生了具有不同坚实度特性的内置弹簧组件。然而，各种布置通常导致固定的弹簧刚性系数，这限制了在单个床垫的不同区域上以及在给定床垫品牌范围内的不同床垫上定制弹簧性能的能力。
也转让给Sealy Technology LLC.的题为“Innerspring Coils andInnersprings with non-Helical Segments(内置弹簧线圈和具有非螺旋节段的内置弹簧)”的美国专利号7,404,223(’223专利)公开了不同类型的螺旋弹簧，这些弹簧具有位于线圈的端部和线圈的螺旋主体之间的一个或多个非螺旋节段以及由这种线圈制成的内置弹簧。非螺旋节段限定了不同类型的多抽头线圈，也称为“单抽头”或“多个抽头”线圈，其由钢或合金制成的线材形成。线圈包括至少一个与螺旋线圈主体以及线圈端部中的一个或两个组合或邻接的非螺旋节段。“抽头”是指所描述的线圈的非螺旋成形节段，这些抽头可以与线圈的纵向轴线对准或同轴，并且以比其中整个线圈主体呈螺旋形式的线圈更少的材料向线圈提供高度和长度。当组装在内置弹簧中时，线圈的一个抽头或多个抽头的非螺旋结构和取向还可以用于形成线圈的相对较硬的基部，该基部支撑具有螺旋匝的线圈主体(即，螺旋线圈主体)，并且该基部的弹簧刚性系数较低且对内置弹簧的支撑表面的触感更柔和。然而，这些抽头增加了弹簧的额外总长度，这会限制相关的床垫几何形状选择。
除了需要各种床垫几何形状选择之外，还有一些制造和舒适性方面的通常考虑因素，这些因素构成了任何床垫内置弹簧的设计基础。例如，在工业上已经投入了大量的精力来开发末端卷绕，这些末端卷绕有利于弹簧线圈的相互接合以及有利于它们与绑接线材的连接。例如，已经开发出具有在其上形成的包括笔直部的偏移部分的末端卷绕。这使得弹簧端部能够沿着笔直部的相当大的长度固定，这将“捕获”更多的螺旋形螺线，并且从而为各个线圈提供了更高的稳定性。然而，始终在寻求改善的稳定性。
床垫设计和制造中的另一个考虑因素是制造出具有适合于不同个人喜好的不同坚实度特性的内置弹簧单元的能力。这可以简单地等于提供具有不同硬度的若干床垫线，或者在更复杂的床垫中，在特定的床垫内置弹簧中提供不同坚实度的区域。
可以容易地认识到，对于每个床垫坚实度，通过使用不同压缩的弹簧可以实现生产具有不同坚实度特性的床垫，这通常通过利用不同的线材原料或以不同的结构制成的各种弹簧来实现。内置弹簧单元的整体布局或构造也可以从一种床垫坚实度改变为另一种床垫坚实度，诸如通过改变线圈计数和线圈布置来改变床垫坚实度。使用较重的线材原料、更多的弹簧、不同的弹簧或不同的布局显然会增加床垫生产中部件生产和人工费用。因此，制造具有不同坚实度程度的床垫的主要考虑是以最有效和最经济的方式进行，同时仍然获得期望的结果。
因此，需要一种进一步改进的线型线圈和内置弹簧系统。
发明内容
本发明的目的是克服和/或减轻现有技术的上述缺点中的一个或多个，或为消费者提供有用的或商业的选择。
根据一个方面，本发明提供一种用于在内置弹簧中使用的线型线圈(wire coil)，包括：
多个螺旋匝，螺旋匝形成围绕线圈的纵向轴线的螺旋线圈主体，并且螺旋匝限定螺旋匝半径；
第一线圈端部，该第一线圈端部从螺旋线圈主体的一端延伸；和
第二线圈端部，该第二线圈端部从螺旋线圈主体的相对端延伸；
其中，第一线圈端部和第二线圈端部中的至少一个包括一个或多个接触点，该接触点由第一部分和第二部分限定，第一部分从线圈的纵向轴线延伸大于螺旋匝半径的距离，并且第二部分从线圈的纵向轴线延伸小于螺旋匝半径的距离。
优选地，接触点包括在第一线圈端部和第二线圈端部上。
优选地，接触点围绕螺旋线圈主体的整个周向间隔开，以围绕螺旋线圈主体的整个周向提供均匀的支撑。优选地，第一线圈端部近似位于与线圈的纵向轴线垂直的平面中。
优选地，第二线圈端部近似位于与线圈的纵向轴线垂直的平面中。
优选地，线圈的纵向轴线上的点居中地定位于第一线圈端部和第二线圈端部的轮廓内。
优选地，第一线圈端部包括两个近似笔直的端部节段。
优选地，两个端部节段彼此近似平行。
优选地，两个端部节段绕线圈的纵向轴线并且围绕螺旋线圈主体测量的近似180度地间隔开。
优选地，第一线圈端部包括两个端部节段，并且第二线圈端部包括在平行于线圈的纵向轴线的方向上与第一线圈端部的两个端部节段重叠的两个端部节段。
优选地，使用各种可行的方法将线圈形成为内置弹簧系统，包括但不限于：由纺织材料形成的、口袋、螺旋系带线(helical lacing wire)或者连接线圈的另一种方法。
优选地，螺旋线圈主体的上部包括比螺旋线圈主体的下部更紧密缠绕的匝。
优选地，随着六个不同的接触点的每个接触点接触线圈主体，线型线圈在压缩期间的弹簧刚性系数在六个阶段中依次增加。
根据另一方面，本发明提供一种包括多个上述的线圈的内置弹簧系统。
优选地，多个线型线圈中的每个线型线圈的纵向轴线被居中以防止在线型线圈的交替单元中不均匀的线圈间距。
优选地，将线型线圈的行或列围绕其纵向轴线并且相对于其他线型线圈旋转180度以提高系统稳定性。
附图说明
为了帮助理解本发明并使本领域技术人员能够将本发明付诸实践，下面仅通过示例的方式参照附图描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的用于在内置弹簧系统中使用的线型线圈的侧向立体图；
图2是图1的线型线圈的俯视图，仅示出了第一线圈端部和螺旋线圈主体的第一匝；
图3是图1的线型线圈的仰视图，仅示出了第二线圈端部和螺旋线圈主体的第一匝；
图4是图1的线型线圈的另一俯视图，示出了与第二线圈端部重叠的第一线圈端部和螺旋线圈主体；
图5是图1的线型线圈的前侧视图；
图6是图1的线型线圈的右侧视图；
图7是根据本发明实施例的内置弹簧系统的侧面视图；和
图8是图7的内置弹簧系统的俯视图。
各个附图中类似的附图标记指示类似的元件。
具体实施方式
本发明涉及一种线型线圈和内置弹簧系统。在附图中以简洁的轮廓形式示出了本发明的元件，仅示出了理解本发明的实施例所必需的那些具体细节，但是不使过多的细节混乱本公开，这些细节对于本领域的普通技术人员而言根据本说明书将是显而易见的。
在该专利说明书中，诸如第一和第二、左侧和右侧、顶部和底部、上部和下部、后侧、前侧和侧面等之类的形容词仅用于限定一个要素或方法步骤与另一个要素或方法步骤，而不必要求该形容词描述的特定相对位置或顺序。诸如“包括”或“包含”之类的词语不是用于限定一组排他的元素或方法步骤。相反地，这些词语仅限定了在本发明的特定实施例中包括的最少的一组元素或方法步骤。
根据一个方面，本发明被限定为一种用于在内置弹簧中使用的线型线圈，该线型线圈包括：多个螺旋匝(helical turn)，这些螺旋匝围绕线圈的纵向轴线形成螺旋线圈主体，并且该螺旋匝限定了螺旋匝半径；第一线圈端部，该第一线圈端部从螺旋线圈主体的一端延伸；第二线圈端部，该第二线圈端部从螺旋线圈主体的相对端延伸；其中，第一线圈端部和第二线圈端部中的至少一个包括一个或多个接触点，该接触点由第一部分和第二部分限定，所述第一部分从线圈的纵向轴线延伸了大于螺旋匝半径的距离，所述第二部分从线圈的纵向轴线延伸了小于螺旋匝半径的距离。
本发明的一些实施例的优点包括当线圈主体的第一有效匝在一个或多个有意(deliberat)接触点处接触线圈端部时，具有在压缩期间改进的支撑和减小变形的线型线圈。此外，接触点逐渐封闭线圈的端部部分，并不需要额外的弹簧就提供了用于可变弹簧刚性系数的机会，其中弹簧刚性系数增加，并且因此随着线圈被压缩，线圈变得更牢固。接触点还有助于减少来自线型线圈的噪音。另外，端部轮廓增加了线圈主体在端部轮廓上的重叠，这防止了线圈主体在压缩下推动通过端部轮廓并在释放线圈时被卡住。此外，当将线型线圈组装在内置弹簧系统中时，线圈的居中纵向轴线在交替的线圈单元组件中的线圈主体之间产生更均匀的空间，这减小了相邻线型线圈发生碰撞的机会，而与线圈取向无关。可以使用各种线圈组装方法，包括例如口袋线圈(pocket coil)、螺旋系带等。
本领域技术人员将理解，通过本发明的所有可能的实施例将不会实现所有上述优点。下面的图示描绘了本发明的特定实施例，其在线圈的每个端部提供了三个有意接触点。本领域技术人员将理解，本发明的不同实施例可以具有由替代的线圈端部形状形成的不同的接触点，并且在线圈的每个端部处也可以具有不同的线圈端部轮廓。还可以使两个端部节段相对于彼此处于不同的取向。
图1是根据本发明的实施例的用于在内置弹簧系统中使用的线型线圈100的侧向透视图。线圈100包括多个螺旋匝105，螺旋匝105围绕线圈100的纵向轴线115形成螺旋线圈主体110。螺旋匝105限定了螺旋匝半径120。
第一线圈端部125从螺旋线圈主体110的第一端130延伸。第二线圈端部135从螺旋线圈主体110的相对端140延伸。
图2是线型线圈100的俯视图，仅示出了第一线圈端部125和螺旋线圈主体110的第一匝。接触点200、215、220是在端视图中第一线圈端部125的部分跨过螺旋线圈主体110延伸所在的位置，并且因此是在压缩线型线圈100时第一线圈端部125将与线圈主体110接触所在的位置。例如，第二接触点215由第一线圈端部125的第一部分202和第二部分207两者限定，第一部分202从线圈100的纵向轴线115延伸了大于螺旋匝半径120的距离205，第二部分207从线圈100的纵向轴线115延伸了小于螺旋匝半径120的距离210。第一接触点200和第三接触点220被类似地限定。
因此，第一线圈端部125在每个接触点200、215和220处交叉越过螺旋线圈主体110的第一匝。
在线型线圈100的压缩期间，第一接触点200在该第一接触点200的正下方(在平行于纵向轴线115的方向上)的点处接触螺旋线圈主体110的第一匝。在第一接触点200接触螺旋线圈主体110的第一匝之后，在线圈100的进一步压缩期间，线圈主体110的在第一接触点200和第一线圈端部125之间的端部部分不再影响线圈100的弹簧刚性系数。因此，在这种进一步压缩期间，线圈100的弹簧刚性系数增加。
随后，在线圈100的再进一步压缩期间，并且在第二接触点215接触螺旋线圈主体110的第一匝之后，线圈主体110的在第二接触点215和第一线圈端部125之间的端部部分不再影响线圈100的弹簧刚性系数。因此线圈100的弹簧刚性系数进一步增加。该进程继续通过第二接触点215并且到达第三接触点220上，这封闭了线圈100的在接触点215和接触点220之间的另一部分，从而进一步影响了线圈100的弹簧刚性系数。
接触点200、215和220还为线圈主体110提供了改进的支撑和稳定性，并在压缩线圈100时提供了减小的横向力。
根据一些实施例，线圈端部轮廓和接触点200、215、220允许螺旋线圈主体110的纵向轴线115的顶部和底部被定位成尽可能靠近线圈端部轮廓的中心点，从而最小化任何倾斜或方向性偏压，并在压缩线圈100时最大化稳定性。
图3是线型线圈100的仰视图，仅示出了第二线圈端部135和螺旋线圈主体110的第一匝。第二线圈端部135从螺旋线圈主体110的相对端140延伸。与第一线圈端部125类似，第二线圈端部135也包括接触点300、310和315。此外，第二线圈端部135包括两个端部节段320、325，这两个端部节段是近似笔直的，彼此近似平行并且绕线圈100的纵向轴线115并且围绕螺旋线圈主体110测量的近似180度地间隔开。
图4是线型线圈100的另一俯视图，示出了与第二线圈端部135重叠的第一线圈端部125和螺旋线圈主体110。第一线圈端部125的端部节段420、425位于第二线圈端部135的端部节段320、325的正上方。
两个端部节段420、425也是近似笔直的，彼此近似平行并且绕线圈100的纵向轴线115并且围绕螺旋线圈主体110测量的近似180度地间隔开。
图5是线型线圈100的前侧视图。
图6是线型线圈100的右侧视图。如图所示，螺旋线圈主体110的上部包括比螺旋线圈主体110的下部更紧密缠绕的匝。这可以导致在线圈100的压缩期间接触点200、215、220、300、310和315与线圈主体110的依次接触。例如，接触点200可以首先接触线圈主体110，然后是接触点215，再然后是接触点200、300、310，最后是接触点315接触线圈主体110。因此，随着每个接触点200、215、220、300、310、315接触线圈主体110，线圈100的弹簧刚性系数在压缩期间会以六个阶段依次增加。
鉴于本公开，本领域技术人员将理解，本发明的替代实施例可以包括不同的线圈端部轮廓，该线圈端部轮廓具有例如不同数量和位置的接触点以及不同节距和半径的线圈主体匝，从而根据需要形成不同的可变响应率。
图7是根据本发明的实施例的内置弹簧系统700的侧视图。螺旋系带705将端部节段320、420分别连接到相邻的线型线圈100的相邻端部节段325、425，以形成内置弹簧系统700。
使每个线型线圈100的纵向轴线115居中防止内置弹簧系统700中的线型线圈100的交替单元中的线圈间隔不均匀，其中，线圈100的行或列可以旋转180度以提高单元稳定性。这种设计还防止在行或列之间形成较大和较小的空间，从而减小了相邻线圈100彼此接触的可能性。
图8是内置弹簧系统700的俯视图，并且还示出了线型线圈100的交替单元。
本领域技术人员将理解，本发明的各种实施例可以由各种材料或各种材料的组合制成，所述各种材料包括钢、金属合金或高强度塑料或复合材料。
本领域技术人员还将认识到，线圈的交替图案可以根据需要采取多种不同的形式，以实现期望的最终产品。可以在整个弹簧单元中以不同的旋转角度使线圈绕其纵向轴线以交替图案旋转穿过列、行、棋盘或这些的任何组合或多个组合，以在单元中获得期望的效果、感觉或稳定性。
为了描述的目的，向本领域的普通技术人员提供了本发明的各种实施例的以上描述。并不旨在穷举或将本发明限制为单个公开的实施例。对于以上教导的本领域的技术人员而言，本发明的许多替代和变化将是显而易见的。因此，尽管已经具体讨论了一些替代实施例，但是本领域普通技术人员将显而易见或相对容易地开发其他实施例。因此，该专利说明书旨在涵盖本文已经讨论的本发明的所有替代、修改和变型以及落入上述发明的精神和范围内的其他实施例。
Claims (12)
1.一种用于在内置弹簧中使用的线型线圈，包括：
多个螺旋匝，所述多个螺旋匝形成围绕所述线圈的纵向轴线的螺旋线圈主体，并且所述多个螺旋匝限定一螺旋匝半径；
第一线圈端部，该第一线圈端部从所述螺旋线圈主体的一端延伸；和
第二线圈端部，该第二线圈端部从所述螺旋线圈主体的相对端延伸；
其中，所述第一线圈端部和所述第二线圈端部中的至少一个包括一个或多个接触点，该接触点由第一部分和第二部分限定，所述第一部分从所述线圈的纵向轴线延伸大于所述螺旋匝半径的距离，所述第二部分从所述线圈的纵向轴线延伸小于所述螺旋匝半径的距离，并且至少一个第一线圈端部和第二线圈端部未固定且终止在距所述纵向轴线小于所述螺旋匝半径的距离处。
2.根据权利要求1所述的线型线圈，其中，所述接触点包括在所述第一线圈端部和所述第二线圈端部上。
3.根据权利要求1所述的线型线圈，其中，所述接触点围绕所述螺旋线圈主体的整个周向间隔开，以围绕所述螺旋线圈主体的整个周向提供均匀的支撑。
4.根据权利要求1所述的线型线圈，其中，所述第一线圈端部近似位于与所述线圈的纵向轴线垂直的平面中。
5.根据权利要求1所述的线型线圈，其中，所述第二线圈端部近似位于与所述线圈的纵向轴线垂直的平面中。
6.根据权利要求1所述的线型线圈，其中，所述线圈的纵向轴线上的点居中地定位于所述第一线圈端部和所述第二线圈端部的轮廓内。
7.根据权利要求1所述的线型线圈，其中，所述第一线圈端部包括两个近似笔直的端部节段。
8.根据权利要求7所述的线型线圈，其中，所述两个端部节段彼此近似平行。
9.根据权利要求1所述的线型线圈，其中，所述第一线圈端部包括两个端部节段，并且所述第二线圈端部包括在平行于所述线圈的纵向轴线的方向上与所述第一线圈端部的两个端部节段重叠的两个端部节段。
10.根据权利要求1所述的线型线圈，其中，所述螺旋线圈主体的上部包括比所述螺旋线圈主体的下部更紧密缠绕的匝。
11.根据权利要求10所述的线型线圈，其中，随着六个不同的接触点的每个接触点接触所述线圈主体，所述线型线圈在压缩期间的弹簧刚性系数在六个阶段中依次增加。
12.一种内置弹簧系统，包括多个根据权利要求1所述的线型线圈。
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