JP2019504676A - 非線形荷重応答を示すコイル・イン・コイルスプリング、及びそのスプリングを有するマットレス - Google Patents

非線形荷重応答を示すコイル・イン・コイルスプリング、及びそのスプリングを有するマットレス Download PDF

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Abstract

可変で非線形な荷重応答を示すコイル・イン・コイルスプリングが提供される。ばねは、第１ばね定数を有する第１ばね部、第１ばね定数より小さい第２ばね定数を有する第２ばね部、及び第１ばね定数より小さく、第２ばね定数より小さい第３ばね定数を有する第３ばね部を含む。第１ばね部は、コイル・イン・コイルスプリングの外側コイルを形成する。また、第２ばね部、第３ばね部、又は第２ばね部と第３ばね部の両方が、第１ばね部の内部に配置され、コイル・イン・コイルスプリングの内側コイルを形成する。外側コイル、外側コイルの内部に配置される中間コイル、及び中間コイルに配置される内側コイルを含むマルチコイルスプリングも提供される。【選択図】 図１

Description

本発明は、コイル・イン・コイルスプリング、及びコイル・イン・コイルスプリングを有するマットレスに関する。特に、本発明は、連続ワイヤを設けられ、圧縮時に可変な非線形荷重応答を示すコイル・イン・コイルスプリングに関する。
一般に、一軸荷重がばねに加えられるとき、ばねは線形圧縮率を示す。すなわち、一般的なばねを２インチ圧縮させることは、１インチ圧縮させることに対して二倍の力がかかる。ばねの線形応答はフックの法則で表される。フックの法則では、ばねを所定の距離（Ｄ）で伸ばす又は圧縮するために必要な力（Ｆ）は距離に比例することが述べられている。この関係は、数学的にＦ＝ｋＤで表され、ｋは所定のばねのばね定数を表す。大きなばね定数は、ばねが圧縮するためにより大きな力を必要とすることを示し、小さなばね定数は、ばねが圧縮するためにより小さい力を必要とすることを示す。
ワイヤコイルばねのような、線形応答を示すばねは、内側ばねを囲む詰め物と内部との組み合わせで、一般的に、マットレスの内側ばねとして使用される。多くのマットレスの内側ばねは、整列したワイヤコイルばねを備える。整列したワイヤコイルばねは、多くの場合、コイルばねのレース端のコンボリューションでワイヤの格子と隣接する。この配置の利点は生産が安価なことである。しかし、この種類の内側ばねは、多くの場合、しっかりとした硬いマットレスの表面をもたらす。
内側ばねマットレスの代替品は、１つ以上のフォーム層で構成されたマットレスである。整列したワイヤコイルばねを備える内側ばねと異なり、これらのフォーム層は、マットレスに加えられた力に対して非線形応答を示す。特に、フォームマットレスは、荷重が増加するにつれて、より大きな支持力を示す。例えば、一般的なフォームマットレスは、フォームの最大圧縮のおおよそ６０％圧縮されると、大きな支持力を示す。フォームマットレスの非線形応答は、改善した快眠をユーザにもたらすと一般的にみなされる。しかし、所定のフォームの機械的性質は、経年劣化するおそれがあり、フォームマットレスのすべての快適さに悪影響をもたらす。さらに、フォームマットレスは、多くの場合、金属ばねのマットレスを生産するよりもコストがかかる。
本発明は、コイル・イン・コイルスプリング、及びコイル・イン・コイルスプリングを有するマットレスを含む。特に、本発明は、連続ワイヤを設けられ、圧縮時に可変な非線形荷重応答を示すコイル・イン・コイルスプリングを含む。従って、本発明のコイル・イン・コイルスプリングは、一般的にフォームマットレスでみられる非線形な支持力を、ただしコイル・イン・コイルスプリングを使用して、ユーザにもたらす。
本発明の代表的な１つの実施形態では、外側コイルと内側コイルを形成する連続ワイヤを設けられるコイル・イン・コイルスプリングが提供される。内側コイルは外側コイルの内部に配置される。連続ワイヤは、第１ばね定数を有する第１ばね部、第１ばね定数より小さい第２ばね定数を有する第２ばね部、及び第１ばね定数よりも小さく、また第２ばね定数よりも小さい第３ばね定数を有する第３ばね部をさらに形成する。特に、本発明のいくつかの実施形態では、第３ばね部が第１ばね部の上方に配置され、第１ばね部と第３ばね部がコイル・イン・コイルスプリングの外側コイルをまとめて形成する。また、第２ばね部が第１ばね部の内部に配置され、第２ばね部がコイル・イン・コイルスプリングの内側コイルを形成する。本発明の他の実施形態では、第２ばね部と第３ばね部の両方が第１ばね部の内部に配置され、第２ばね部と第３ばね部がコイル・イン・コイルスプリングの内側コイルをまとめて形成する。また、第１ばね部がコイル・イン・コイルスプリングの外側コイルを形成する。どちらの実施形態でも、コイル・イン・コイルスプリングは、外側コイルが内側コイルの非圧縮時の高さよりも大きい非圧縮時の高さを有するように、構成される。
本発明の代表的なコイル・イン・コイルスプリングの連続ワイヤを、ばねが圧縮するときに、第１ばね部、第２ばね部、及び第３ばね部のそれぞれのばね定数が可変的に組み合わせられるように、形成することによって、ばねが初めて圧縮されたとき、コイル・イン・コイルスプリングの第１全体ばね定数は柔らかい感触をもたらす。また、コイル・イン・コイルスプリングの圧縮が増すとき、コイル・イン・コイルスプリングの第２全体ばね定数は中間の感触をもたらす。さらに、コイル・イン・コイルスプリングの圧縮がさらに増すとき、コイル・イン・コイルスプリングの第３全体ばね定数はしっかりとした感触をもたらす。
動作時、代表的なコイル・イン・コイルスプリングの外側コイル及び内側コイルは、実質的に平行な２つの螺旋形ばねのように機能する。しかし、外側コイルの非圧縮時の高さが内側コイルの非圧縮時の高さよりも大きいため、力がコイル・イン・コイルスプリングに初めて加えられるとき、外側コイルのみが圧縮し始める。コイル・イン・コイルスプリングが、外側コイルの圧縮時の高さが内側コイルの非圧縮時の高さと等しくなる位置まで圧縮されるとすぐに、内側コイルは係合され、コイル・イン・コイルスプリングは、外側コイルと内側コイルの組み合わされたばね定数に応じて圧縮する。さらに、第３ばね部の第３ばね定数は、第１ばね部の第１ばね定数よりも小さく、また第２ばね部の第２ばね定数よりも小さいため、第１ばね部と第２ばね部が圧縮し続けるとき、第３ばね部は、予め定められた所定の圧縮距離で、完全に圧縮され、圧縮を停止される。つまり、それぞれの代表的なコイル・イン・コイルスプリングは初めに第１全体ばね定数に応じて圧縮する。第１全体ばね定数は、外側コイルのばね定数に基づく。さらなる圧縮の後、内側コイルが係合される。そのため、すべてのばね部が、同時に係合され、コイル・イン・コイルスプリングの第２全体ばね定数の要因となる。さらなる圧縮は、最終的に、第３ばね部が圧縮を停止されるようにする。そのため、コイル・イン・コイルスプリングの第３全体ばね定数は、第１ばね部の第１ばね定数、及び第２ばね部の第２ばね定数に基づく。
本発明のさらなる改善として、追加の中間コイルが内側コイルと外側コイルとの間に配置されてもよい。例えば、本発明のもう１つの代表的な実施形態として、マルチコイルスプリングが提供される。マルチコイルスプリングは、非圧縮時の高さを有する外側コイルを形成する連続ワイヤと、外側コイルの内部に配置され、外側コイルの非圧縮時の高さよりも小さい非圧縮時の高さを有する中間コイルと、中間コイルの内部に配置され、中間コイルの非圧縮時の高さよりも小さい非圧縮時の高さを有する内側コイルとを設けられる。動作時、外側コイル、中間コイル、及び内側コイルは実質的に平行な３つの螺旋形ばねのように機能する。力がマルチコイルスプリングに初めて加えられるとき、外側コイルのみが、係合され、圧縮する。そのため、マルチコイルスプリングの第１全体ばね定数は外側コイルのばね定数にのみ基づく。さらなる圧縮の後、中間コイルが、係合され、外側コイルと共に圧縮し始める。そのため、マルチコイルスプリングの第２全体ばね定数は外側コイルのばね定数と中間コイルのばね定数に基づく。さらなる圧縮の後、続いて、内側コイルが、係合され、外側コイルと中間コイルと共に圧縮し始める。そのため、マルチコイルスプリングの第３全体ばね定数は、外側コイルのばね定数、中間コイルのばね定数、及び内側コイルのばね定数に基づく。
本発明の代表的なコイル・イン・コイルスプリングの特定の構造に関わらず、いくつかの実施形態では、それぞれのコイル・イン・コイルスプリングは、フォームマットレスで一般的にみられる非線形な支持力を、ただしコイルスプリングを使用して、ユーザにもたらすために、マットレスに含まれてもよい。例えば、本発明のいくつかの実施形態では、本明細書に記載され、縦横に配列される複数のコイル・イン・コイルスプリングを有するマットレスが提供される。また、そのようなマットレスは、上部支持層、下部基層、及び上部支持層と下部基層の間で伸び、２層の全周に拡がる側壁を備える。そのため、コイル・イン・コイルスプリングの配列は完全に囲まれる。
本発明のさらなる特徴と利点は、本明細書の記述内容、図、および非限定的な例の検討がされると、当業者に明らかになる。
本発明に従って形成された代表的なコイル・イン・コイルスプリングの側面図である。
図１の代表的なコイル・イン・コイルスプリングの圧縮距離を維持するために必要な力を示すグラフである。
本発明に従って形成されたもう一つの代表的なコイル・イン・コイルスプリングの側面図である。
本発明に従って形成されたもう一つの代表的なコイル・イン・コイルスプリングの側面図である。
本発明に従って形成されたもう一つの代表的なコイル・イン・コイルスプリングの側面図である。
本発明に従って形成された代表的なマットレスの断面図であり、布ポケットに包まれ、縦横に配列された複数の図１のコイル・イン・コイルスプリングを示す。
本発明は、コイル・イン・コイルスプリング、及びコイル・イン・コイルスプリングを有するマットレスを含む。特に、本発明は、連続ワイヤを設けられ、圧縮時に可変な非線形荷重応答を示すコイル・イン・コイルスプリングを含む。本発明のコイル・イン・コイルスプリングは、フォームマットレスで一般的にみられる非線形な支持力を、ただしコイル・イン・コイルスプリングを使用して、ユーザにもたらす。
まず初めに図１を参照すると、本発明の代表的な１つの実施形態として、コイル・イン・コイルスプリング１０が提供される。コイル・イン・コイルスプリング１０は、外側コイル３０、及び外側コイル３０の内部に配置される内側コイル４０を形成する連続ワイヤ２０を設けられる。さらに、連続ワイヤ２０は、第１ばね部５０と、第２ばね部６０と、第３ばね部７０とを形成する。第１ばね部５０、第２ばね部６０、及び第３ばね部７０は、外側コイル３０と内側コイル４０をまとめて形成する。特に、図１に示すコイル・イン・コイルスプリング１０では、第３ばね部７０は第１ばね部５０の上方に配置され、第１ばね部５０と第３ばね部７０はコイル・イン・コイルスプリング１０の外側コイル３０をまとめて形成する。第２ばね部６０は第１ばね部５０の内部に配置され、第２ばね部６０はコイル・イン・コイルスプリング１０の内側コイル４０を形成する。
コイル・イン・コイルスプリング１０では、第１ばね部５０は非圧縮時の高さＨ１を有し、第２ばね部６０は非圧縮時の高さＨ２を有し、第３ばね部７０は非圧縮時の高さＨ３を有する。図１に示すように、第２ばね部６０の非圧縮時の高さＨ２は、第１ばね部５０の非圧縮時の高さＨ１に実質的に等しい。さらに、第３ばね部７０は第１ばね部５０の上方に配置されるため、外側コイル３０は非圧縮時の高さＨｏｕｔｅｒを有する。外側コイル３０の非圧縮時の高さＨｏｕｔｅｒは、第３ばね部７０の非圧縮時の高さＨ３を足した第１ばね部５０の非圧縮時の高さＨ１に等しく、内側コイル４０の非圧縮時の高さＨｉｎｎｅｒ（すなわち第２ばね部６０の非圧縮時の高さＨ２）よりも大きい。特に、コイル・イン・コイルスプリング１０では、コイル・イン・コイルスプリング１０におよそ２２５ｍｍの合計高さを与えるように、第１ばね部５０の非圧縮時の高さＨ１はおよそ１７５ｍｍであり、第２ばね部６０の非圧縮時の高さＨ２はおよそ１７５ｍｍであり、第３ばね部７０の非圧縮時の高さＨ３はおよそ４２ｍｍである。さらに、コイル・イン・コイルスプリング１０では、第１ばね部５０は、およそ８２ｍｍの径を有する。一方、第２ばね部６０は、およそ５５ｍｍの径を有する。もちろん、上述の寸法は、図１に示す代表的なコイル・イン・コイルスプリングに用いられる。一方、同様のばね部の構造を有するが、代わりの寸法を有する多くの他の代表的なコイル・イン・コイルスプリングが、本発明の主旨と範囲から逸脱することなく提供されてもよい。
第１ばね部５０、第２ばね部６０、及び第３ばね部７０は、連続ワイヤ２０のおよそ１巻き（すなわち、連続ワイヤ２０のおよそ３６０°の螺旋形の経路）に実質的に等しい連続ワイヤ２０の一部から形成されるそれぞれのコンボリューションで、連続ワイヤ２０の複数のコンボリューションをそれぞれ形成する。特に、第３ばね部７０は、上端のコンボリューション７１を含む。上端のコンボリューション７１はコイル・イン・コイルスプリング１０の最頂部で実質的に平面のループを形成する。また、同様に、コイル・イン・コイルスプリング１０の下端１２は、コイル・イン・コイルスプリング１０の最底部で実質的に平面のループを形成する。このようにして、コイル・イン・コイルスプリング１０は実質的な平面形態のいずれかの端部で終わる。平面形態は、コイル・イン・コイルスプリング１０の端部構造を支持する役割を有する。
コイル・イン・コイルスプリング１０のコンボリューションを維持することに関して、螺旋状に渦を巻く連続ワイヤから形成される多くのコイルスプリングでは、コイルスプリングのばね定数と結果的な感触は、初めに、ワイヤゲージ、コイルスプリングのコンボリューションの総数、コンボリューションの大きさ（コイルの径）、及びコイルスプリングのコンボリューションのピッチによって、定められる。これに関して、コイルスプリングのそれぞれのコンボリューションの間のピッチ（又は鉛直方向の間隔）は、所定の割合によって一般的に制御される。コイルスプリングを形成する連続ワイヤは、コイル成形機の成形ダイスに所定の割合で依る。成形された後、より大きなピッチは、ワイヤの鉛直方向の位置が増加するため、一般的により硬いコイルスプリングを作る。一方、より小さなピッチは、一般的により柔らかいコイルスプリングを作り、コイル本体の全体のコンボリューションの総数を増やし得る。また、同様に、コイルスプリングのより大きな径のコンボリューションは、より小さなばね定数、及び結果としてより柔らかいコイルスプリングの要因となる。もちろん、コイル・イン・コイルスプリングを形成するワイヤは連続であるため、いかなる単一のコンボリューションも、明確に定められる始点と終点がない。さらに、径とピッチは、ばねの部分同士の間で一般的に徐々に変化する。多くの場合、コイルスプリングの単一のコンボリューションは、実際に、単一の径のみ又は単一のピッチのみを有さないが、例えば、隣接したコンボリューションに遷移する可変な径、及び、又はピッチを有する開始部又は終了部を含み得る。従って、本明細書で用いられるような、コンボリューションの径及びピッチは、平均の径及び平均のピッチを一般的に参照するが、いくつかの実施形態では、最大径及び最大ピッチ、又は最小径及び最小ピッチを含める、又は参照する。
本明細書に記載される代表的なコイル・イン・コイルスプリング（例えば図１に示すコイル・イン・コイルスプリング１０）では、代表的なばねを形成する連続ワイヤのワイヤ径は、連続ワイヤの全長に渡って実質的に定数であるが、異なる実施形態では、およそ０．０７２インチからおよそ０．０８０インチまで、好ましくはおよそ０．０７２インチから０．０７６インチまでの範囲で変化し得る。さらに、代表的なばねを形成する連続ワイヤは、およそ２４０ｋｐｉからおよそ２６０ｋｐｓｉまでの、好ましくはおよそ２５０ｋｐｓｉの引張強さを一般的に有する。代表的なコイル・イン・コイルスプリングで、コンボリューションの径、コンボリューションのピッチ、又はコンボリューションの径とピッチの両方を変化させる複数のばね部を含むことによって、可変で非線形な荷重応答がもたらされる。この荷重応答では、ばねが初めて圧縮されたとき、コイル・イン・コイルスプリングの第１全体ばね定数は柔らかい感触をもたらし、コイル・イン・コイルスプリングの圧縮が増すとき、コイル・イン・コイルスプリングの第２全体ばね定数は中間の感触をもたらし、コイル・イン・コイルスプリングの圧縮がさらに増すとき、コイル・イン・コイルスプリングの第３全体ばね定数はしっかりとした感触をもたらす。つまり、コイル・イン・コイルスプリングが圧縮するとき、第１ばね部、第２ばね部、及び第３ばね部の個別のばね定数が可変的に組み合わせられるように、本発明の代表的なコイル・イン・コイルスプリングの連続ワイヤを形成することによって、代表的なコイル・イン・コイルスプリングは、フォームマットレスで観測される力（すなわち、フォームがより大きな距離で圧縮されるとき、増加した支持力が観測される。）と同様の支持力をもたらすように構成され得る。
引き続き図１を参照すると、代表的なコイル・イン・コイルスプリング１０の第１ばね部５０、第２ばね部６０、及び第３ばね部７０に関して、第１ばね部５０は、遷移のコンボリューション５１、及び２つの螺旋形の中間のコンボリューション５２，５３を含む。螺旋形の中間のコンボリューション５２，５３はコイル・イン・コイルスプリング１０の遷移のコンボリューション５１から下端１２まで伸びる。第１ばね部５０のそれぞれの螺旋形の中間のコンボリューション５２，５３は個別の径を有する。螺旋形の中間のコンボリューション５２，５３の個別の径は、実質的に同じで、第１ばね部５０の遷移のコンボリューション５１の径、及びコイル・イン・コイルスプリング１０の下端１２の径に実質的に等しい。そのため、第１ばね部５０は実質的に円筒形状を有する。また、連続ワイヤ２０は、第１ばね部５０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション５２，５３のそれぞれの間のピッチを定める。このとき、第１ばね部５０の螺旋形の中間のコンボリューション５２，５３のそれぞれの間のピッチは実質的に同じである。
次にコイル・イン・コイルスプリング１０の第２ばね部６０について、第２ばね部６０は、上端のコンボリューション６７と、６つの螺旋形の中間のコンボリューション６１，６２，６３，６４，６５，６６を含む。螺旋形の中間のコンボリューション６１，６２，６３，６４，６５，６６はコイル・イン・コイルスプリング１０の下端１２から第２ばね部６０の上端のコンボリューション６７まで伸びる。第２ばね部６０のそれぞれの螺旋形の中間のコンボリューション６１，６２，６３，６４，６５，６６は個別の径を有する。螺旋形の中間のコンボリューション６１，６２，６３，６４，６５，６６の個別の径は、実質的に同じで、第２ばね部６０の上端のコンボリューション６７の径に実質的に等しい。そのため、第２ばね部６０は実質的に円筒形状を有する。また、連続ワイヤ２０は、第２ばね部６０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション６１，６２，６３，６４，６５，６６のそれぞれの間のピッチを定める。このとき、第２ばね部６０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション６１，６２，６３，６４，６５，６６のそれぞれの間のピッチは、第１ばね部５０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション５２，５３のそれぞれの間のピッチよりも小さい。
次にコイル・イン・コイルスプリング１０の第３ばね部７０について、第３ばね部７０は、上端のコンボリューション７１を含み、さらに３つの螺旋形の中間のコンボリューション７２，７３，７４を含む。螺旋形の中間のコンボリューション７２，７３，７４は第３ばね部７０の上端のコンボリューション７１から第１ばね部５０の遷移のコンボリューション５１まで伸びる。第３ばね部７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション７２，７３，７４のそれぞれは個別の径を有する。複数の螺旋形の中間のコンボリューション７２，７３，７４のそれぞれの径は、複数の螺旋形の中間のコンボリューション７２，７３，７４が第３ばね部７０の上端のコンボリューション７１から第１ばね部５０の遷移のコンボリューション５１まで伸びるにつれて次第に増加する。特に、第１の螺旋形の中間のコンボリューション７２の径は上端のコンボリューション７１の径よりもわずかに大きい。また、第２の螺旋形の中間のコンボリューション７３の径は第１の螺旋形の中間のコンボリューション７２の径よりもわずかに大きい。さらに、第３の螺旋形の中間のコンボリューション７４の径は第２の螺旋形の中間のコンボリューション７３の径よりもわずかに大きい。そのため、第３ばね部７０は実質的に円錐形状を有する。図１に示す代表的なコイル・イン・コイルスプリング１０では、第３ばね部７０の第３の螺旋形の中間のコンボリューション７４の径は、第１ばね部５０の遷移のコンボリューション５１の径と実質的に同じである。しかし、本発明の主旨と範囲から逸脱することなく、第３ばね部７０が、第３ばね部７０の第３の螺旋形の中間のコンボリューション７４の径が第１ばね部５０の遷移のコンボリューション５１の径よりもわずかに小さいように、形成されうることが考慮される。
さらに第３ばね部７０に関して、連続ワイヤ２０は、第３ばね部７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション７２，７３，７４のそれぞれの間のピッチを再び定める。特に、第３ばね部７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション７２，７３，７４のそれぞれの間のピッチは実質的に同じである。しかし、第３ばね部７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション７２，７３，７４のそれぞれの間のピッチは、第１ばね部５０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション５２，５３のそれぞれの間のピッチよりも小さく、また第２ばね部６０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション６１，６２，６３，６４，６５，６６のそれぞれの間のピッチよりも小さい。
連続ワイヤ２０の長さに沿ったピットと径の上述の変化の結果として、代表的な図１のコイル・イン・コイルスプリング１０では、第１ばね部５０は第１ばね定数を有し、第２ばね部６０は第１ばね定数よりも小さい第２ばね定数を有し、第３ばね部７０は、第１ばね部５０の第１ばね定数よりも小さく、また第２ばね部６０の第２ばね定数よりも小さい第３ばね定数を有する。異なるばね定数は、第１ばね部５０、第２ばね部６０、及び第３ばね部７０の相対位置に併せて、コイル・イン・コイルスプリング１０が圧縮に応じて可変な荷重応答を有することをもたらす。すなわち、以下に詳細に記述するように、コイル・イン・コイルスプリング１０が圧縮されるにつれて、第１ばね部５０と、第２ばね部６０と、第３ばね部７０の異なる組み合わせが、係合され、圧縮し始めるために、コイル・イン・コイルスプリング１０の全体ばね定数は変化する。
動作時、コイル・イン・コイルスプリング１０の外側コイル３０の第１ばね部５０及び第３ばね部７０は実質的に直列の２つの螺旋形ばねのように機能する。一方、外側コイル３０と内側コイル４０は実質的に並列の２つの螺旋形ばねのように機能する。上述のように、外側コイル３０の非圧縮時の高さＨｏｕｔｅｒは内側コイル４０の非圧縮時の高さＨｉｎｎｅｒよりも大きい。力がコイル・イン・コイルスプリング１０に初めて加えられるとき、外側コイル３０のみが圧縮し始める。従って、コイル・イン・コイルスプリング１０は外側コイル３０のばね定数に応じて圧縮する。コイル・イン・コイルスプリング１０が、外側コイル３０の圧縮時の高さが内側コイル４０（すなわち第２ばね部６０）の非圧縮時の高さＨｉｎｎｅｒと等しくなる位置まで圧縮されるとすぐに、内側コイル４０は係合され、コイル・イン・コイルスプリング１０は、外側コイル３０と内側コイル４０の組み合わされたばね定数に応じて圧縮する。外側コイル３０の非圧縮時の高さＨｏｕｔｅｒよりも小さい非圧縮時の高さＨｉｎｎｅｒを備える内側コイル４０を形成することによって、コイル・イン・コイルスプリング１０は少なくとも２つの異なる荷重応答を示す。
さらに、内側コイル４０と独立して、外側コイル３０が圧縮するとき、まず第１ばね部５０と第３ばね部７０の両方が同時に圧縮する。第３ばね部７０は、予め定められた所定の圧縮距離で、完全に圧縮される。すなわち、第３ばね部７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション７２，７３，７４は、さらに圧縮することができない。また、第３ばね部７０は圧縮を停止されるようになる。しかし、第３ばね部７０が圧縮距離で圧縮を停止されるとき、第１ばね部５０はまだ更に圧縮することが可能である。従って、外側コイル３０は、第３ばね部７０が圧縮を停止される位置を過ぎた圧縮距離では、第１ばね部５０のみのばね定数に応じて圧縮する。また、外側コイル３０自体が少なくとも２つの異なる荷重応答を示す。
図２を参照すると、図２は、グラフを用いて、代表的なコイル・イン・コイルスプリング１０の圧縮距離を維持するために必要な力を示す。コイル・イン・コイルスプリング１０の全体ばね定数は、所定の圧縮距離における直線の傾きである。コイル・イン・コイルスプリング１０は、グラフに示されるように、初めに、第１圧縮距離Ｄ１に達するまで第１全体ばね定数Ｋ１に応じて圧縮する。上述のように、第１圧縮距離Ｄ１までの初めの圧縮の間、第２ばね部６０（すなわち内側コイル４０）はまだ係合されないが、外側コイル３０を形成する第１ばね部５０と第３ばね部７０の両方が同時に圧縮する。コイル・イン・コイルスプリング１０の第１全体ばね定数Ｋ１は、外側コイル３０を形成する第１ばね部５０の第１ばね定数及び第３ばね部７０の第３ばね定数に基づく。
コイル・イン・コイルスプリング１０を第１圧縮距離Ｄ１以上に圧縮した後、コイル・イン・コイルスプリング１０のさらなる圧縮は第２全体ばね定数Ｋ２に応じる。第２全体ばね定数Ｋ２は第１全体ばね定数Ｋ１よりも大きい。この段階の圧縮の間、第２ばね部６０（すなわち内側コイル４０）は、外側コイル３０を形成する第１ばね部５０及び第３ばね部７０と共に係合される。さらに、第３ばね部７０はまだ圧縮を停止されない。そのため、外側コイル３０の第１ばね部５０と第３ばね部７０の両方が同時に圧縮する。コイル・イン・コイルスプリング１０の第２全体ばね定数Ｋ２は、第１ばね部５０の第１ばね定数、第２ばね部６０の第２ばね定数、及び第３ばね部７０の第３ばね定数に基づく。コイル・イン・コイルスプリング１０の圧縮は、コイル・イン・コイルスプリングが第２圧縮距離Ｄ２に達するまで、第２全体ばね定数Ｋ２に応じて続く。
最後に、コイル・イン・コイルスプリング１０を第２圧縮距離Ｄ２以上に圧縮した後、コイル・イン・コイルスプリング１０のさらなる圧縮は第３全体ばね定数Ｋ３に応じる。第３全体ばね定数Ｋ３は第２全体ばね定数Ｋ２よりも大きい。この段階の圧縮の間、第２ばね部６０（すなわち内側コイル４０）は係合される。一方、第３ばね部７０は圧縮を停止される。そのため、外側コイル３０の内、第１ばね部５０のみが圧縮する。コイル・イン・コイルスプリング１０の第３全体ばね定数Ｋ３は第１ばね部５０の第１ばね定数及び第２ばね部６０の第２ばね定数に基づく。コイル・イン・コイルスプリング１０の圧縮は、コイル・イン・コイルスプリング１０が最大圧縮に達するまで、第３全体ばね定数Ｋ３に応じて続く。
上述の代表的なコイル・イン・コイルスプリング１０では、第２ばね部６０が係合されるとき、第３ばね部７０は所定の圧縮距離よりも大きい圧縮距離で圧縮を停止する。一方、本発明の他の実施形態では、コイル・イン・コイルスプリングの第１ばね部、第２ばね部、及び、又は第３ばね部の構成を変化させることによって、コイル・イン・コイルスプリングの第３部は、第２ばね部が係合される前に圧縮を停止するように、又は第２ばね部が係合され始めるのと同時に圧縮を停止するように構成され得ることが認められる。さらに、コイル・イン・コイルの上述のばね部は、単に、本発明の代表的な１つの実施形態であることと、例えば異なる数のコイル、コイルの径、及び、又はピッチを有するばね部も、本発明の主旨と範囲から逸脱することなく、代表的なコイル・イン・コイルスプリングに含まれ得ることが認められ得る。
図３を参照すると、本発明のもう１つの代表的な実施形態では、コイル・イン・コイルスプリング１１０が提供される。コイル・イン・コイルスプリング１１０も可変な荷重応答を示す。図１を参照して上述されるコイル・イン・コイルスプリング１０と同様に、コイル・イン・コイルスプリング１１０も、外側コイル１３０、及び外側コイル１３０の内部に配置される内側コイル１４０を形成する連続ワイヤ１２０を設けられる。連続ワイヤ１２０は、第１ばね部１５０と、第２ばね部１６０と、第３ばね部１７０とを形成する。第１ばね部１５０、第２ばね部１６０、及び第３ばね部１７０は、コイル・イン・コイルスプリング１１０の外側コイル１３０と内側コイル１４０をまとめて形成する。しかし、図３に示すコイル・イン・コイルスプリング１１０では、第２ばね部１６０及び第３ばね部１７０は両方とも第１ばね部１５０の内部に配置される。また、第３ばね部１７０は第２ばね部１６０の上方に配置される。第２ばね部１６０及び第３ばね部１７０はコイル・イン・コイルスプリング１１０の内側コイル１４０をまとめて形成する。また、第１ばね部１５０はコイル・イン・コイルスプリング１１０の外側コイル１４０を形成する。
さらに、コイル・イン・コイルスプリング１１０では、第１ばね部１５０は非圧縮時の高さＨ１を有し、第２ばね部１６０は非圧縮時の高さＨ２を有し、第３ばね部１７０は非圧縮時の高さＨ３を有する。図３に示すように、外側コイル１３０は非圧縮時の高さＨｏｕｔｅｒを有する。外側コイル１３０の非圧縮時の高さＨｏｕｔｅｒは、実質的に第１ばね部１５０の非圧縮時の高さＨ１であり、内側コイル１４０の非圧縮時の高さＨｉｎｎｅｒよりも大きい。内側コイル１４０の非圧縮時の高さＨｉｎｎｅｒは、第３ばね部１７０の非圧縮時の高さＨ３を足した第２ばね部１６０の非圧縮時の高さＨ２と実質的に同じである。特に、コイル・イン・コイルスプリング１１０では、第１ばね部１５０の非圧縮時の高さＨ１はおよそ２２５ｍｍであり、第２ばね部１６０の非圧縮時の高さＨ２はおよそ１３３ｍｍであり、第３ばね部１７０の非圧縮時の高さＨ３はおよそ４２ｍｍである。さらに、コイル・イン・コイルスプリング１１０では、第１ばね部１５０は、およそ８２ｍｍの径を有する。一方、第２ばね部１６０は、およそ５５ｍｍの径を有する。また、上述の寸法は一例であって、同様のばね部の構造を有するが、代わりの寸法を有する多くの他の代表的なコイル・イン・コイルスプリングが、本発明の主旨と範囲から逸脱することなく提供されてもよい。
特に、図１を参照して上述されるコイル・イン・コイルスプリング１０と同様に、コイル・イン・コイルスプリング１１０の下端１１２はコイル・イン・コイルスプリング１１０の最底部で実質的に平面のループを形成する。しかし、コイル・イン・コイルスプリング１１０では、第１ばね部１５０は上端のコンボリューション１５１を含む。上端のコンボリューション１５１はコイル・イン・コイルスプリング１１０の最頂部で実質的に平面のループを形成する。このようにして、図１を参照して上述されるコイル・イン・コイルスプリング１０のように、図３に示すコイル・イン・コイルスプリング１１０は実質的な平面形態のいずれかの端部で終わる。平面形態は、コイル・イン・コイルスプリング１１０の端部構造を支持する役割を有する。
引き続き図３を参照すると、さらにコイル・イン・コイルスプリング１１０の第１ばね部１５０、第２ばね部１６０、及び第３ばね部１７０に関して、第１ばね部１５０は、上端のコンボリューション１５１を含み、さらに６つの螺旋形の中間のコンボリューション１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７を含む。螺旋形の中間のコンボリューション１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７はコイル・イン・コイルスプリング１１０の上端のコンボリューション１５１から下端１１２まで伸びる。第１ばね部１５０のそれぞれの螺旋形の中間のコンボリューション１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７は個別の径を有する。螺旋形の中間のコンボリューション１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７の個別の径は、実質的に同じで、第１ばね部１５０の上端のコンボリューション１５１の径、及びコイル・イン・コイルスプリング１１０の下端１１２の径に実質的に等しい。そのため、連続ワイヤ１２０によって形成される第１ばね部１５０は実質的に円筒形状を有する。また、連続ワイヤ１２０は、第１ばね部１５０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７のそれぞれの間のピッチを定める。このとき、第１ばね部１５０の螺旋形の中間のコンボリューション１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７のそれぞれの間のピッチは実質的に同じである。
次にコイル・イン・コイルスプリング１１０の第２ばね部１６０について、第２ばね部１６０は、遷移のコンボリューション１６３と、２つの螺旋形の中間のコンボリューション１６１，１６２を含む。螺旋形の中間のコンボリューション１６１，１６２はコイル・イン・コイルスプリング１１０の下端１１２から遷移のコンボリューション１６３まで伸びる。第２ばね部１６０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション１６１，１６２のそれぞれが個別の径を有する。螺旋形の中間のコンボリューション１６１，１６２の個別の径は、実質的に同じで、第２ばね部１６０の遷移のコンボリューション１６３の径に実質的に等しい。そのため、第２ばね部１６０も実質的に円筒形状を有する。これに関して、連続ワイヤ１２０は、第２ばね部１６０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション１６１，１６２のそれぞれの間のピッチを定める。このとき、螺旋形の中間のコンボリューション１６１，１６２のそれぞれの間のピッチは実質的に同じである。また、螺旋形の中間のコンボリューション１６１，１６２のそれぞれの間のピッチは、第１ばね部１５０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７のそれぞれの間のピッチよりも小さい。
次にコイル・イン・コイルスプリング１１０の第３ばね部１７０について、第３ばね部１７０は、上端のコンボリューション１７４と３つの螺旋形の中間のコンボリューション１７１，１７２，１７３を含む。螺旋形の中間のコンボリューション１７１，１７２，１７３は第２ばね部１６０の遷移のコンボリューション１６３から第３ばね部１７０の上端のコンボリューション１７４まで伸びる。第３ばね部１７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション１７１，１７２，１７３のそれぞれは個別の径を有する。複数の螺旋形の中間のコンボリューション１７１，１７２，１７３のそれぞれの径は、複数の螺旋形の中間のコンボリューション１７１，１７２，１７３が第２ばね部１６０の遷移のコンボリューション１６３から第３ばね部１７０の上端のコンボリューション１７４まで伸びるにつれて次第に増加する。特に、第２の螺旋形の中間のコンボリューション１７２の径は第１の螺旋形の中間のコンボリューション１７１の径よりもわずかに大きい。また、第３の螺旋形の中間のコンボリューション１７３の径は第２の螺旋形の中間のコンボリューション１７２の径よりもわずかに大きい。そのため、第３ばね部１７０は逆さの円錐形状を有する。図３に示す代表的なコイル・イン・コイルスプリング１１０では、第３ばね部１７０の上端のコンボリューション１７４の径は、第３ばね部１７０の第３の螺旋形の中間のコンボリューション１７３の径よりもわずかに小さい。しかし、本発明の主旨と範囲から逸脱することなく、第３ばね部１７０は、第３ばね部１７０の上端のコンボリューション１７４の径が、第３ばね部１７０の第３の螺旋形の中間のコンボリューション１７３の径と実質的に同じである、又は第３ばね部１７０の第３の螺旋形の中間のコンボリューション１７３の径よりもわずかに小さいように、形成されうることが考慮される。
さらに第３ばね部１７０に関して、連続ワイヤ１２０は、第３ばね部１７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション１７１，１７２，１７３のそれぞれの間のピッチも定める。特に、第３ばね部１７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション１７１，１７２，１７３のそれぞれの間のピッチは実質的に同じである。第３ばね部１７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション１７１，１７２，１７３のそれぞれの間のピッチは、第１ばね部１５０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７のそれぞれの間のピッチよりも小さく、また第２ばね部１６０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション１６１，１６２のそれぞれの間のピッチよりも小さい。
図１を参照して上述されるコイル・イン・コイルスプリング１０と同様に、図３のコイル・イン・コイルスプリング１１０では、第１ばね部１５０は第１ばね定数を有し、第２ばね部１６０は第１ばね定数よりも小さい第２ばね定数を有し、第３ばね部１７０は、第１ばね部１５０の第１ばね定数よりも小さく、また第２ばね部１６０の第２ばね定数よりも小さい第３ばね定数を有する。これに関して、以下に記述するように、第１ばね部１５０と、第２ばね部１６０と、第３ばね部１７０の異なる組み合わせが、係合され、圧縮し始めるために、異なるばね定数は、第１ばね部１５０、第２ばね部１６０、及び第３ばね部１７０の相対位置に併せて、圧縮の間に変化するコイル・イン・コイルスプリング１１０の全体ばね定数を再びもたらす。
動作時、コイル・イン・コイルスプリング１１０では、コイル・イン・コイルスプリング１１０の内側コイル１４０の第２ばね部１６０及び第３ばね部１７０は実質的に直列の２つの螺旋形ばねのように機能する。一方、外側コイル１３０と内側コイル１４０は実質的に並列の２つの螺旋形ばねのように機能する。上述のように、外側コイル１３０の非圧縮時の高さＨｏｕｔｅｒは内側コイル１４０の非圧縮時の高さＨｉｎｎｅｒよりも大きい。力がコイル・イン・コイルスプリング１１０に初めて加えられるとき、外側コイル１３０（すなわち第１ばね部１５０）のみが圧縮し始める。また、コイル・イン・コイルスプリング１１０は外側コイル１３０のばね定数に応じて圧縮する。初めの圧縮の間、コイル・イン・コイルスプリング１１０の第１全体ばね定数Ｋ１は第１ばね部１５０の第１ばね定数にのみ基づく。
コイル・イン・コイルスプリング１１０が、外側コイル１３０の圧縮時の高さが内側コイル１４０（すなわち第３ばね部１７０の非圧縮時の高さＨ３を足した第２ばね部１６０の非圧縮時の高さＨ２）の非圧縮時の高さＨｉｎｎｅｒと等しくなる位置まで圧縮されるとすぐに、内側コイル１４０は係合され、コイル・イン・コイルスプリング１１０は、外側コイル１３０と内側コイル１４０の組み合わされたばね定数に応じて圧縮する。この段階の圧縮の間、内側コイル１４０を形成する第２ばね部１６０及び第３ばね部１７０は両方とも係合される。そのため、内側コイル１４０の第２ばね部１６０及び第３ばね部１７０が同時に圧縮する。コイル・イン・コイルスプリング１１０の第２全体ばね定数Ｋ２は、第１ばね部１５０の第１ばね定数、第２ばね部１６０の第２ばね定数、及び第３ばね部１７０の第３ばね定数に基づく。
さらなる圧縮の後、予め定められた圧縮距離で、第３ばね部１７０は、完全に圧縮され、圧縮を停止される。このとき、第２ばね部１６０はまだ更に圧縮することが可能である。第３ばね部１７０が圧縮を停止された後、内側コイル１４０は第２ばね部１６０のみのばね定数に応じて圧縮する。コイル・イン・コイルスプリング１１０の第３全体ばね定数Ｋ３は第１ばね部１５０の第１ばね定数及び第２ばね部１６０の第２ばね定数に基づく。コイル・イン・コイルスプリング１１０の圧縮は、コイル・イン・コイルスプリング１１０が最大圧縮に達するまで、第３全体ばね定数Ｋ３に応じて続く。つまり、図３に示すコイル・イン・コイルスプリング１１０は、追加荷重に応じて増加する支持力をもたらすために、コイル・イン・コイルスプリング１１０が圧縮するにつれて増加するばね定数を有する。
本発明の代表的なコイル・イン・コイルスプリングをさらに改善すると、いくつかの実施形態では、第３ばね部は、第２ばね部の上方ではなく、第２ばね部の下方に配置される。図４を参照すると、本発明のもう１つの代表的な実施形態では、図３に示すコイル・イン・コイルスプリング１１０と同様に、コイル・イン・コイルスプリング２１０が提供される。コイル・イン・コイルスプリング２１０は、外側コイル２３０、及び外側コイル２３０の内部に配置される内側コイル２４０を形成する連続ワイヤ２２０を設けられる。また、連続ワイヤ２２０は、第１ばね部２５０と、第２ばね部２６０と、第３ばね部２７０とを形成する。第１ばね部２５０、第２ばね部２６０、及び第３ばね部２７０は、コイル・イン・コイルスプリング２１０の外側コイル２３０と内側コイル２４０をまとめて形成する。さらに、第２ばね部２６０及び第３ばね部２７０は両方とも第１ばね部２５０の内部に配置され、第２ばね部２６０及び第３ばね部２７０はコイル・イン・コイルスプリング２１０の内側コイル２４０を形成し、第１ばね部２５０はコイル・イン・コイルスプリング２１０の外側コイル２３０を形成する。図３に示すコイル・イン・コイルスプリング１１０のように、図４のコイル・イン・コイルスプリング２１０では、第１ばね部２５０は非圧縮時の高さＨ１を有し、第２ばね部２６０は非圧縮時の高さＨ２を有し、第３ばね部２７０は非圧縮時の高さＨ３を有する。同様に、外側コイル２３０は非圧縮時の高さＨｏｕｔｅｒを有する。外側コイル２３０の非圧縮時の高さＨｏｕｔｅｒは、第１ばね部２５０の非圧縮時の高さに等しく、内側コイル２４０の非圧縮時の高さＨｉｎｎｅｒよりも大きい。内側コイル２４０の非圧縮時の高さＨｉｎｎｅｒは、第３ばね部２７０の非圧縮時の高さＨ３を足した第２ばね部２６０の非圧縮時の高さＨ２に実質的に等しい。同様に、コイル・イン・コイルスプリング２１０では、第１ばね部２５０の非圧縮時の高さＨ１はおよそ２２５ｍｍであり、第２ばね部２６０の非圧縮時の高さＨ２はおよそ１３３ｍｍであり、第３ばね部２７０の非圧縮時の高さＨ３はおよそ４２ｍｍである。また、上述の寸法は一例であって、図４に示す同様のばね部の構造を有するが、代わりの寸法を有する多くの他の代表的なコイル・イン・コイルスプリングが、本発明の主旨と範囲から逸脱することなく、さらに提供されてもよい。
引き続き図４を参照すると、図４のコイル・イン・コイルスプリング２１０の第１ばね部２５０は、図３を参照して上述された第１ばね部１５０と実質的に同じであり、上端のコンボリューション２５１、及び６つの螺旋形の中間のコンボリューション２５２，２５３，２５４，２５５，２５６，２５７を含む。螺旋形の中間のコンボリューション２５２，２５３，２５４，２５５，２５６，２５７はコイル・イン・コイルスプリング２１０の上端のコンボリューション２５１から下端２１２まで伸びる。すなわち、第１ばね部２５０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション２５２，２５３，２５４，２５５，２５６，２５７のそれぞれは、実質的に同じである個別の径（例えば、およそ８２ｍｍ）を有する。また、複数の螺旋形の中間のコンボリューション２５２，２５３，２５４，２５５，２５６，２５７のそれぞれの間のピッチは実質的に同じである。
しかし、図３に示すコイル・イン・コイルスプリング１１０とは異なり、第３ばね部２７０は第２ばね部２６０の上方に配置されない。図４に示すコイル・イン・コイルスプリングでは、むしろ、第３ばね部２７０は、第２ばね部２６０の下方に配置され、遷移のコンボリューション２７３、及び２つの螺旋形の中間のコンボリューション２７１，２７２を含む。螺旋形の中間のコンボリューション２７１，２７２はコイル・イン・コイルスプリング２１０の下端２１２から遷移のコンボリューション２７３まで伸びる。第３ばね部２７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション２７１，２７２のそれぞれは個別の径を有する。複数の螺旋形の中間のコンボリューション２７１，２７２のそれぞれの径は、複数の螺旋形の中間のコンボリューション２７１，２７２がコイル・イン・コイルスプリング２１０の下端２１２から遷移のコンボリューション２７３まで伸びるにつれて次第に減少する。特に、第１の螺旋形の中間のコンボリューション２７１の径はコイル・イン・コイルスプリング２１０の下端２１２よりもわずかに小さい。また、第２の螺旋形の中間のコンボリューション２７２の径は第１の螺旋形の中間のコンボリューション２７１の径よりもわずかに小さい。さらに、遷移のコンボリューション２７３の径は第２の螺旋形の中間のコンボリューション２７２の径よりもわずかに小さい。そのため、第３ばね部２７０を形成する連続ワイヤ２２０は実質的に円錐形状を有する。連続ワイヤ２２０は、第３ばね部２７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション２７１，２７２のそれぞれの間のピッチも定める。第３ばね部２７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション２７１，２７２のそれぞれの間のピッチは、実質的に同じであり、第１ばね部２５０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション２５２，２５３，２５４，２５５，２５６，２５７のそれぞれの間のピッチよりも小さい。
次にコイル・イン・コイルスプリング２１０の第２ばね部２６０について、第２ばね部２６０は、上端のコンボリューション２６３と、２つの螺旋形の中間のコンボリューション２６１，２６２を含む。螺旋形の中間のコンボリューション２６１，２６２は第３ばね部２７０の遷移のコンボリューション２７３から第２ばね部２６０の上端のコンボリューション２６３まで伸びる。第２ばね部２６０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション２６１，２６２のそれぞれが個別の径（例えば、および３７ｍｍ）を有する。螺旋形の中間のコンボリューション２６１，２６２の個別の径は、実質的に同じで、第３ばね部２７０の遷移のコンボリューション２７３の径に実質的に等しい。そのため、第２ばね部２６０を形成する連続ワイヤ２２０は実質的に円筒形状を有する。さらに、連続ワイヤ２２０は、第２ばね部２６０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション２６１，２６２のそれぞれの間のピッチを定める。特に、第２ばね部２６０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション２６１，２６２のそれぞれの間のピッチは、実質的に同じである。一方、第２ばね部２６０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション２６１，２６２のそれぞれの間のピッチは、第１ばね部２５０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション２５２，２５３，２５４，２５５，２５６，２５７のそれぞれの間のピッチよりも小さく、第３ばね部２７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション２７１，２７２のそれぞれの間のピッチよりも大きい。例えば、コイル・イン・コイルスプリング２１０では、第１ばね部２５０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション２５２，２５３，２５４，２５５，２５６，２５７のそれぞれの間のピッチはおよそ６１ｍｍであり、第２ばね部２６０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション２６１，２６２の間のピッチはおよそ１４ｍｍから１５ｍｍであり、第３ばね部２７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション２７１，２７２のそれぞれの間のピッチはおよそ１０ｍｍから１２ｍｍである。
図１及び図３を参照して上述されるコイル・イン・コイルスプリング１０，１１０と同様に、図４のコイル・イン・コイルスプリング２１０では、第１ばね部２５０は第１ばね定数を有し、第２ばね部２６０は第１ばね定数よりも小さい第２ばね定数を有し、第３ばね部２７０は、第１ばね部２５０の第１ばね定数よりも小さく、また第２ばね部２６０の第２ばね定数よりも小さい第３ばね定数を有する。以下に記述するように、第１ばね部２５０と、第２ばね部２６０と、第３ばね部２７０の異なる組み合わせが、係合され、圧縮し始めるために、異なるばね定数は、第１ばね部２５０、第２ばね部２６０、及び第３ばね部２７０の相対位置に併せて、圧縮の間に変化するコイル・イン・コイルスプリング２１０の全体ばね定数をもたらす。
図４に示すコイル・イン・コイルスプリング２１０は、図３に示すコイル・イン・コイルスプリング１１０と実質的に同じ方法で、第１ばね部２５０の第１ばね定数にのみ基づくコイル・イン・コイルスプリング２１０の第１全体ばね定数Ｋ１、第１ばね部２５０の第１ばね定数と、第２ばね部２６０の第２ばね定数と、第３ばね部２７０の第３ばね定数とに基づくコイル・イン・コイルスプリング２１０の第２全体ばね定数Ｋ２、及び第３ばね部２７０が、予め定められた距離で圧縮された後、完全に圧縮され、圧縮を停止されるため、第１ばね部２５０の第１ばね定数と第２ばね部２６０の第２ばね定数とに基づくコイル・イン・コイルスプリング２１０の第３全体ばね定数Ｋ３によって動作する。従って、図４に示すコイル・イン・コイルスプリング２１０は、追加荷重に応じて増加する支持力をもたらすために、コイル・イン・コイルスプリング２１０が圧縮するにつれて増加するばね定数を有する。
本発明のもう１つの改善として、可変な荷重応答をもたらすコイル・イン・コイルスプリングの構成部分に変更を加えて、追加の中間コイルが、荷重応答の変化をもたらすために、内側コイルと外側コイルの間に配置されてもよい。図５を参照すると、本発明のもう１つの代表的な実施形態では、マルチコイルスプリング３１０が提供される。マルチコイルスプリング３１０は、外側コイル３５０、外側コイル３５０の内部に配置される中間コイル３６０、及び中間コイル３６０の内部に配置される内側コイル３７０を形成する連続ワイヤ３２０を設けられる。外側コイル３５０、中間コイル３６０、及び内側コイル３７０は、連続ワイヤ３２０の複数のコンボリューションによってすべて形成され、個別の非圧縮時の高さを有する。特に、外側コイル３５０は非圧縮時の高さＨ１を有し、中間コイル３６０は外側コイル３５０の非圧縮時の高さＨ１よりも小さい非圧縮時の高さＨ２を有し、内側コイル３７０は中間コイル３６０の非圧縮時の高さＨ２よりも小さい非圧縮時の高さＨ３を有する。特に、コイル・イン・コイルスプリング３１０では、外側コイル３５０の非圧縮時の高さＨ１はおよそ２２６ｍｍであり、中間コイル３６０の非圧縮時の高さＨ２はおよそ１３３ｍｍであり、内側コイル３７０の非圧縮時の高さＨ３はおよそ４２ｍｍである。また、上述の寸法は一例であって、同様のばね部の構造を有するが、代わりの寸法を有する多くの他の代表的なコイル・イン・コイルスプリングが、本発明の主旨と範囲から逸脱することなく、提供されてもよい。
引き続き図５を参照すると、マルチコイルスプリング３１０の外側コイル３５０は、上端のコンボリューション３５１、及び複数の螺旋形の中間のコンボリューション３５２，３５３，３５４，３５５，３５６を含む。螺旋形の中間のコンボリューション３５２，３５３，３５４，３５５，３５６は外側コイル３５０の上端のコンボリューション３５１からマルチコイルスプリング３１０の下端３１２まで伸びる。外側コイル３５０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション３５２，３５３，３５４，３５５，３５６のそれぞれは、個別の径（例えば、およそ８２ｍｍ）を有する。螺旋形の中間のコンボリューション３５２，３５３，３５４，３５５，３５６の個別の径は、実質的に同じで、外側コイル３５０の上端のコンボリューション３５１の径、及びマルチコイルスプリング３１０の下端３１２の径に実質的に等しい。そのため、外側コイル３５０を形成する連続ワイヤ３２０は実質的に円筒形状を有する。また、連続ワイヤ３２０は、外側コイル３５０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション３５２，３５３，３５４，３５５，３５６のそれぞれの間のピッチを定める。このとき、外側コイル３５０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション３５２，３５３，３５４，３５５，３５６のそれぞれの間のピッチは実質的に同じである。
中間コイル３６０は、上端のコンボリューション３６８、及び複数の螺旋形の中間のコンボリューション３６１，３６２，３６３，３６４，３６５，３６６，３６７を含む。螺旋形の中間のコンボリューション３６１，３６２，３６３，３６４，３６５，３６６，３６７はマルチコイルスプリング３１０の下端３１２から中間コイル３６０の上端のコンボリューション３６８まで伸びる。中間コイル３６０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション３６１，３６２，３６３，３６４，３６５，３６６，３６７のそれぞれは個別の径（例えば、およそ５５ｍｍ）を有する。螺旋形の中間のコンボリューション３６１，３６２，３６３，３６４，３６５，３６６，３６７の個別の径は、実質的にすべて同じで、中間コイル３６０の上端のコンボリューション３６８の径に実質的に等しい。そのため、中間コイル３６０を形成する連続ワイヤ３２０は実質的に円筒形状を有する。さらに、中間コイル３６０の螺旋形の中間のコンボリューション３６１，３６２，３６３，３６４，３６５，３６６，３６７のそれぞれ、及び上端のコンボリューション３６８の径は外側コイル３５０のそれぞれのコンボリューションの径よりも小さい。そのため、マルチコイルスプリング３１０が圧縮されるとき、中間コイル３６０は外側コイル３５０に接触しない。連続ワイヤ３２０は、中間コイル３６０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション３６１，３６２，３６３，３６４，３６５，３６６，３６７のそれぞれの間のピッチも定める。特に、中間コイル３６０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション３６１，３６２，３６３，３６４，３６５，３６６，３６７のそれぞれの間のピッチは、実質的に同じであり、外側コイル３５０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション３５２，３５３，３５４，３５５，３５６のそれぞれの間のピッチよりも小さい。
次に内側コイル３７０について、内側コイル３７０は、下端のコンボリューション３８０、及び複数の螺旋形の中間のコンボリューション３７１，３７２，３７３，３７４，３７５，３７６，３７７，３７８，３７９を含む。螺旋形の中間のコンボリューション３７１，３７２，３７３，３７４，３７５，３７６，３７７，３７８，３７９は中間コイル３６０の上端のコンボリューション３６８から内側コイル３７０の下端のコンボリューション３８０まで伸びる。内側コイル３７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション３７１，３７２，３７３，３７４，３７５，３７６，３７７，３７８，３７９のそれぞれが個別の径（例えば、および３５ｍｍ）を有する。螺旋形の中間のコンボリューション３７１，３７２，３７３，３７４，３７５，３７６，３７７，３７８，３７９の個別の径は、実質的に同じで、内側コイル３７０の下端のコンボリューション３８０の径に実質的に等しい。そのため、内側コイル３７０を形成する連続ワイヤ３２０は実質的に円筒形状を有する。しかし、内側コイル３７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション３７１，３７２，３７３，３７４，３７５，３７６，３７７，３７８，３７９のそれぞれ、及び下端のコンボリューション３８０の径は、中間コイル３６０のそれぞれのコンボリューションの径よりも小さい。そのため、マルチコイルスプリング３１０が圧縮されるとき、内側コイル３７０は中間コイル３６０に接触しない。また、連続ワイヤ３２０は、内側コイル３７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション３７１，３７２，３７３，３７４，３７５，３７６，３７７，３７８，３７９のそれぞれの間のピッチを定める。内側コイル３７０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション３７１，３７２，３７３，３７４，３７５，３７６，３７７，３７８，３７９のそれぞれの間のピッチは、実質的に同じであり、中間コイル３６０の複数の螺旋形の中間のコンボリューション３６１，３６２，３６３，３６４，３６５，３６６，３６７のそれぞれの間のピッチよりも小さい。
動作時、外側コイル３５０、中間コイル３６０、及び内側コイル３７０は実質的に並列の３つの螺旋形ばねのように機能する。上述のように、中間コイル３６０の非圧縮時の高さＨ２は外側コイル３５０の非圧縮時の高さＨ１よりも小さい。また、内側コイル３７０の非圧縮時の高さＨ３は中間コイル３６０の非圧縮時の高さＨ２よりも小さい。力がマルチコイルスプリング３１０に初めて加えられるとき、外側コイル３５０のみが、係合され、圧縮する。そのため、マルチコイルスプリング３１０の第１全体ばね定数Ｋ１は外側コイル３５０のばね定数にのみ基づく。マルチコイルスプリング３１０が、外側コイル３５０の圧縮時の高さが中間コイル３６０の非圧縮時の高さＨ２と等しくなる位置まで圧縮されるとすぐに、中間コイル３６０は、係合され、外側コイル３５０と共に圧縮し始める。そのため、マルチコイルスプリング３１０の第２全体ばね定数Ｋ２は外側コイル３５０のばね定数と中間コイル３６０のばね定数に基づく。マルチコイルスプリング３１０にさらなる力を加えることは、外側コイル３５０と中間コイル３６０の両方の圧縮をもたらす。しかし、内側コイル３７０は係合されないままである。一方、マルチコイルスプリング３１０が、外側コイル３５０の圧縮時の高さ及び中間コイル３６０の圧縮時の高さが内側コイル３７０の非圧縮時の高さＨ３と等しくなる位置まで圧縮されるとすぐに、内側コイル３７０は、係合され、外側コイル３５０と中間コイル３６０と共に圧縮し始める。そのため、マルチコイルスプリング３１０の第３全体ばね定数Ｋ３は、外側コイル３５０のばね定数、中間コイル３６０のばね定数、及び内側コイル３７０のばね定数に基づく。従って、図５に示すマルチコイルスプリング３１０は、追加荷重に応じて増加する支持力をもたらすために、マルチコイルスプリング３１０が圧縮するにつれて増加するばね定数を有する。
本発明のいくつかの実施形態では、代表的なコイル・イン・コイルスプリング又はマルチコイルスプリングの特定の構成に関わらず、それぞれのコイル・イン・コイルスプリングは、さらに、フォームマットレスで一般的にみられる非線形な支持力を、ただしコイル・イン・コイルスプリング又はマルチコイルスプリングを使用してユーザにもたらすために、マットレスに含まれ得る。例えば、図６を参照すると、本発明のもう１つの実施形態では、マットレス５００が提供される。マットレス５００は、図１を参照して上述される複数のコイル・イン・コイルスプリング１０を含む。複数のコイル・イン・コイルスプリング１０のそれぞれが、複数の包装されたコイル・イン・コイルスプリング５２０を形成するために、柔軟な筐体５９０に包まれる。ただし、それぞれの柔軟な筐体５９０は、底壁５９２、頂壁５９６、及び連続な側壁５９４を含む。側壁５９４は、底壁５９２から頂壁５９６まで伸び、それぞれのコイル・イン・コイルスプリング１０を覆う。
マットレス５００に含まれるそれぞれの包装されたコイル・イン・コイルスプリング５２０は縦横に配列される。また、マットレス５００は、包装されたコイル・イン・コイルスプリング５２０の上方に配置される上部支持層５０３、及び包装されたコイル・イン・コイルスプリング５２０の下方に配置される下部基層５０４を備える。側壁５０５は、上部支持層５０３と下部基層５０４との間で、２層５０３，５０４の全周で伸びる。そのため、包装されたコイル・イン・コイルスプリング５２０の配列は完全に覆われる。
図６に示すマットレス５００では、マットレス５００の上部支持層５０３と側壁５０５は、ユーザの体を支持するために、及び休息に十分な柔らかい表面をもたらすために、粘弾性のフォームを設けられる。一方、下部基層５０４は、一般的に、包装されたコイル・イン・コイルスプリング５２０の配列を支持し得る木片又は他の同様に硬い素材を設けられる。しかし、上部支持層５０３、マットレス５００の側壁５０５、及び下部基層５０４も、フォームに限らず、内張り、及び、又は他の柔軟な素材を含み、当業者に知られた他の素材、又は素材の組み合わせを設けられ得ることがもちろん考慮される。
当業者は、また、追加の実施形態が、本発明又は下記の請求項の範囲の教示から逸脱することなく可能であることを理解する。主に理解を明確にするために、この詳細な説明、および、特にここで明らかにされた代表的な実施形態の特定の説明がされる。そして、そこから不要な制限が理解されるべきではない。そのため、変更は、本開示から当業者に明らかになる。そして、本発明の請求項の主旨又は範囲から逸脱することなく、変更がなされてもよい。

Claims (22)

  1. コイル・イン・コイルスプリングであって、
    第１ばね定数を有し、コイル・イン・コイルスプリングの外側コイルを形成する第１ばね部と、
    前記第１ばね定数よりも小さい第２ばね定数を有する第２ばね部と、
    前記第１ばね定数よりも小さく、また前記第２ばね定数よりも小さい第３ばね定数を有する第３ばね部とを含む連続ワイヤを備え、
    前記第２ばね部、前記第３ばね部、又は前記第２ばね部と前記第３ばね部の両方が、前記第１ばね部の内部に配置され、コイル・イン・コイルスプリングの内側コイルを形成するコイル・イン・コイルスプリング。
  2. 前記第２ばね部が前記第１ばね部の内部に配置され、
    前記第３ばね部が、前記第１ばね部の上方に配置され、コイル・イン・コイルスプリングの前記外側コイルを形成する、請求項１に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  3. 前記第１ばね部が、遷移のコンボリューション、及び前記遷移のコンボリューションからコイル・イン・コイルスプリングの下端まで伸びる複数の螺旋形の中間のコンボリューションを含み、
    前記第３ばね部が、上端のコンボリューション、及び前記第３ばね部の前記上端のコンボリューションから前記第１ばね部の前記遷移のコンボリューションまで伸びる複数の螺旋形の中間のコンボリューションを含み、
    前記第３ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれが個別の径を有し、
    前記第３ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの径は、前記第３ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションが前記第３ばね部の前記上端のコンボリューションから前記第１ばね部の前記遷移のコンボリューションまで伸びるにつれて、徐々に大きくなる、請求項２に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  4. 前記第１ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれが個別の径を有し、
    前記第１ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの径は実質的に同じである、請求項３に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  5. 前記第２ばね部が、上端のコンボリューション、及びコイル・イン・コイルスプリングの下端から前記第２ばね部の前記上端のコンボリューションまで伸びる複数の螺旋形の中間のコンボリューションを含み、
    前記第２ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれが個別の径を有し、
    前記第２ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの径は実質的に同じである、請求項３に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  6. 前記連続ワイヤが、
    前記第１ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間のピッチと、
    前記第２ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間のピッチと、
    前記第３ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間のピッチとを形成し、
    前記第２ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間の前記ピッチは前記第１ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間の前記ピッチよりも小さく、
    前記第３ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間の前記ピッチは前記第２ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間の前記ピッチよりも小さい、請求項５に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  7. 前記第２ばね部は非圧縮時の高さを有し、
    前記第１ばね部は非圧縮時の高さを有し、
    前記第２ばね部の前記非圧縮時の高さは前記第１ばね部の前記非圧縮時の高さに実質的に等しい、請求項２に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  8. 前記第２ばね部と前記第３ばね部の両方が、前記第１ばね部の内部に配置され、コイル・イン・コイルスプリングの前記内側コイルを形成する、請求項１に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  9. 前記第３ばね部が前記第２ばね部の上方に配置される、請求項８に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  10. 前記第２ばね部が、遷移のコンボリューション、及びコイル・イン・コイルスプリングの下端から前記遷移のコンボリューションまで伸びる複数の螺旋形の中間のコンボリューションを含み、
    前記第２ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれが個別の径を有し、
    前記第２ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの径は実質的に同じである、請求項９に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  11. 前記第３ばね部が、上端のコンボリューション、及び前記第２ばね部の前記遷移のコンボリューションから前記第３ばね部の前記上端のコンボリューションまで伸びる複数の螺旋形の中間のコンボリューションを含み、
    前記第３ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれが個別の径を有し、
    前記第３ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの径は、前記第３ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションが前記第２ばね部の前記遷移のコンボリューションから前記第３ばね部の前記上端のコンボリューションまで伸びるにつれて、徐々に大きくなる、請求項１０に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  12. 前記連続ワイヤが、
    前記第２ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間のピッチと、
    及び前記第３ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間のピッチとを形成し、
    前記第３ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間の前記ピッチは前記第２ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間の前記ピッチよりも小さい、請求項１１に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  13. 前記内側コイルは非圧縮時の高さを有し、
    前記外側コイルは非圧縮時の高さを有し、
    前記内側コイルの前記非圧縮時の高さは前記外側コイルの前記非圧縮時の高さよりも小さい、請求項９に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  14. 前記第３ばね部が前記第２ばね部の下方に配置される、請求項８に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  15. 前記第３ばね部が、遷移のコンボリューション、及びコイル・イン・コイルスプリングの下端から前記第３ばね部の前記遷移のコンボリューションまで伸びる複数の螺旋形の中間のコンボリューションを含み、
    前記第３ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれが個別の径を有し、
    前記第３ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの径は、前記第３ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションがコイル・イン・コイルスプリングの前記下端から前記第３ばね部の前記遷移のコンボリューションまで伸びるにつれて、徐々に小さくなる、請求項１４に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  16. 前記第２ばね部が、上端のコンボリューション、及び前記第３ばね部の前記遷移のコンボリューションから前記第２ばね部の前記上端のコンボリューションまで伸びる複数の螺旋形の中間のコンボリューションを含み、
    前記第２ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれが個別の径を有し、
    前記第２ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの径は実質的に同じである、請求項１５に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  17. 前記連続ワイヤが、
    前記第２ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間のピッチと、
    及び前記第３ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間のピッチとを形成し、
    前記第３ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間の前記ピッチは前記第２ばね部の前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間の前記ピッチよりも小さい、請求項１６に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  18. 前記内側コイルは非圧縮時の高さを有し、
    前記外側コイルは非圧縮時の高さを有し、
    前記内側コイルの前記非圧縮時の高さは前記外側コイルの前記非圧縮時の高さよりも小さい、請求項１４に記載のコイル・イン・コイルスプリング。
  19. マルチコイルスプリングであって、
    高さを有する外側コイルと、
    前記外側コイルの内部に配置され、前記外側コイルの前記高さよりも小さい高さを有する中間コイルと、
    前中間コイルの内部に配置され、前記中間コイルの前記高さよりも小さい高さを有する内側コイルとを形成する連続ワイヤを備えるマルチコイルスプリング。
  20. 前記外側コイルが、上端のコンボリューション、及び前記外側コイルの前記上端のコンボリューションからマルチコイルスプリングの下端まで伸びる複数の螺旋形の中間のコンボリューションを含み、
    前記中間コイルが、上端のコンボリューション、及びマルチコイルスプリングの前記下端から前記中間コイルの前記上端のコンボリューションまで伸びる複数の螺旋形の中間のコンボリューションを含み、
    前記内側コイルが、下端のコンボリューション、及び前記中間コイルの前記上端のコンボリューションから前記内側コイルの前記下端のコンボリューションまで伸びる複数の螺旋形の中間のコンボリューションを含む、請求項１９に記載のマルチコイルスプリング。
  21. 前記連続ワイヤが、
    前記外側コイルの前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間のピッチと、
    前記中間コイルの前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間のピッチと、
    前記内側コイルの前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間のピッチとを形成し、
    前記中間コイルの前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間の前記ピッチは前記外側コイルの前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間の前記ピッチよりも小さく、
    前記内側コイルの前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間の前記ピッチは前記中間コイルの前記複数の螺旋形の中間のコンボリューションのそれぞれの間の前記ピッチよりも小さい、請求項２０に記載のマルチコイルスプリング。
  22. マルチコイルスプリングであって、
    内側コイルと外側コイルとを形成する連続ワイヤを備え、
    前記外側コイル、前記内側コイル、又は前記外側コイルと前記内側コイルの両方が、個別のばね定数を有する第１ばね部と第２ばね部を少なくとも含み、
    前記第１ばね部の前記ばね定数が前記第２ばね部の前記ばね定数と異なるマルチコイルスプリング。
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