专利名称：线圈套线圈的弹簧和内弹簧的制作方法
技术领域：
本发明的一般领域是内弹簧和线圈结构，更具体地涉及用于垫子和其他基垫产品的线圈套线圈的弹簧和内弹簧。
背景技术：
由多个金属丝弹簧或线圈的基体或阵列构成的垫子内弹簧，或简称“内弹簧”很久以来就用作垫子填塞物的自反性(弹性)的芯子，并且覆盖饰物围绕该内弹簧设置并连接。 由成形钢丝制成的内弹簧是用机器大量生产的，机器用钢丝料(钢线材)形成线圈然后以基体阵列的形式将这些线圈相互连接或编织在一起。用这样的机器，可以根据金属丝的规格、线圈设计或设计的组合、线圈相对于基体阵列中的相邻线圈的取向以及线圈的相互连接或编织方式来选择并修改内弹簧的设计属性。床垫或其他类型的垫子数十年来用常规的内弹簧构成，这种垫子由于在用线圈制造时由使用大致对称的线圈而导致的其对称结构具有提供自反性支撑的两侧(弹簧两端形成的)。常规的内弹簧通常由一系列的中凹形螺旋构成，这些弹簧用交叉的螺旋金属丝将端部盘旋(圈)编织在一起而连接。这种设置的优点是制造不昂贵。但是，这种类型的内弹簧具有坚硬而刚性的垫子表面。用在垫子构造中的其他类型的线圈是装袋的线圈。装袋的线圈是用布罩包裹的弹簧。这种弹簧连续地设置并且口袋被缝在一起以形成结合单元。这种类型的内弹簧提供更舒适的垫子表面，因为弹簧变得具有单个地相对柔性，因此每个弹簧可以单独地挠曲而不影响相邻的弹簧。但是这种类型的内弹簧结构与常规的中凹形不装袋的内弹簧相比制造更昂贵并且也更易于下陷。现有技术的内弹簧结构除了在放置和取向上的变化之外，还试图通过改变高度、 螺旋匝数和弹性系数克服现有内弹簧结构的缺点，这些措施被单独地使用以致力于改进内弹簧结构或完成特定的垫子结构。但是，这些结构和布局通常关注于改进垫子结构的一个方面，例如舒适性、销售价格(可负担性)、容易制造或耐用性。并且物理性质，即单根金属丝弹簧的弹簧特性，被螺旋弹簧主体中所使用金属丝的规格、线圈的高度、圈或盘旋的数目和半径以及端部结构所限制。
发明内容
线圈套线圈的弹簧提供可替代的内弹簧结构，其中实现若干个现有的内弹簧的优点。该线圈套线圈的弹簧提供具有了如下积极方面，即具有可改变弹簧高度、具有不同金属匝数的弹簧以及具有不同弹性系数的弹簧。它还提供服务于双重功能的家具，例如沙发2/5页(daybed)。本发明和相关发明公开了用于垫子的内弹簧，其包括嵌入式的或线圈套线圈的弹簧的阵列。外线圈在高度和半径两方面度都大于内线圈。内线圈比外线圈包含更多的螺旋匝或盘旋，并且因此也具有比外线圈大的弹性系数。在一个实施例中，线圈套线圈的弹簧在被成行地结合在一起以形成内弹簧之前被装在单个的“口袋”中。在第二实施例中，线圈套线圈的弹簧用螺旋编织金属丝结合在一起，该螺旋编织金属丝在各行线圈之间延伸并且围绕相邻线圈的切线部分或重叠部分缠绕或编织。根据本发明的一个实施例，提供一种由多个线圈套线圈的弹簧构成的垫子内弹簧，每个线圈套线圈的弹簧具有外螺旋线圈和内螺旋线圈；该外螺旋线圈具有上端盘旋和与该上端盘旋相反的下端盘旋、大约8. 25英寸的未压缩高度并且具有总共大约5个螺旋盘旋；该内螺旋线圈具有上端盘旋和与该上端盘旋相反的下端盘旋、大约5. 75英寸的未压缩高度并且具有总共大约7个螺旋盘旋；其中外螺旋线圈的上端盘旋的直径小于外螺旋线圈的先前盘旋的直径，而内螺旋线圈的下端盘旋的直径大于该内螺旋线圈的后续盘旋；并且其中线圈套线圈的弹簧的金属丝规格大约在13和16之间，并且每个线圈套线圈的弹簧均两次退火、单个装袋并设置在基体中。根据本发明的另一方面和实施例，提供一种垫子内弹簧，其具有多个线圈套线圈的弹簧，每个线圈套线圈的弹簧具有外螺旋线圈和内螺旋线圈；该外螺旋线圈具有上端盘旋和与该上端盘旋相反的下端盘旋、大约8. 25英寸的未压缩高度和总共大约5个螺旋盘旋；该内螺旋线圈具有上端盘旋和与该上端盘旋相反的下端盘旋、大约5. 75英寸的未压缩高度和总共大约7个螺旋盘旋；其中外螺旋线圈的上端盘旋的直径大约64mm并且外螺旋线圈的先前盘旋的直径大约70mm ；其中内螺旋线圈的下端盘旋的直径大约40. 8mm，而该内螺旋线圈的后续盘旋的直径大约32. 8mm ；并且其中线圈的金属丝规格大约在14和15. 5之间，并且每个线圈均两次退火、设置在基体中并且用螺旋编织金属丝编织在一起。并且根据本发明的另一方面和实施例，提供一种具有单个地装袋并设置在基体中的多个线圈套线圈的弹簧的垫子内弹簧，每个线圈套线圈的弹簧具有沿着逆时针方向延伸的外螺旋线圈和沿着顺时针方向延伸的内螺旋线圈；该外螺旋线圈具有大约8. 25英寸的未压缩高度、大约6. 5英寸的装袋高度、大约70mm的直径、大约0. 451b/in(磅/英寸)的刚度、至少5个螺旋盘旋和大约55. 6mm的中心盘旋节距；该内螺旋线圈具有大约5. 75英寸的未压缩高度、大约32. 8mm的直径、大约1. 91b/in的刚度、至少7个螺旋盘旋和大约20mm 的中心盘旋节距，并且其中每个线圈套线圈的弹簧均两次退火。本发明和相关发明的这些和其他方面在本说明书中参考附图详细描述。
图1是线圈套线圈的弹簧的透视图。图2是图1的线圈套线圈的弹簧的侧视图。图3是从3-3箭头观察图2的线圈套线圈的弹簧的俯视图。图4是图1的线圈套线圈的弹簧的外线圈的分解侧视图。图5是图1的线圈套线圈的弹簧的内线圈的分解侧视图。图6至图9是处于各种压缩状态的图1的线圈套线圈的弹簧的侧视图。
图10是装袋的图1的线圈套线圈的弹簧。图11是作为垫子组件一部分的图10的装袋的线圈套线圈的弹簧的剖视图。图12是利用本发明未装袋的线圈套线圈的弹簧的内弹簧垫子组件的透视图。
具体实施例方式图1是本发明的代表性的线圈套线圈的弹簧100的透视图。外线圈10和内线圈 20是用单股弹簧金属丝或其他合适的材料制成的同轴螺旋形弹簧。如图2所示，外线圈以平底部开始，该底部以螺旋部分向上延续以形成弹簧的本体。外线圈10的上端盘旋30在弹簧的末端处以圆环形式终止。端部被冲压形成(punch-formed)以提供底座或支撑表面， 用于与叠覆的填塞物和覆盖饰物面接。底部40由双圆环形成，其中内环以螺线形式向上延伸以形成内线圈20。正如在图中能够看到的，外线圈10在高度上大于内线圈20。而且，外线圈10的直径也大于内线圈20的直径，这样确保在外线圈10和内线圈20之间没有干涉。 在优选实施例中，外线圈具有大约8. 25英寸的高度且其直径大约70mm，而内线圈具有大约 5. 75英寸的高度且其直径大约32. 8mm。外线圈10沿着逆时针方向延伸，内线圈20沿着顺时针方向延伸。在线圈主体的相对两端处存在连续的端部盘旋。线圈的端部盘旋大体上是圆形的，以大致平面的形式终止，以用作线圈的支撑端结构，从而用于连接相邻的线圈并用于填塞物和覆盖饰物的叠覆。如图3所示，除了上端盘旋30之外，外线圈10的所有盘旋均具有相同的直径，并且除了下端盘旋50之外，内线圈20的所有盘旋均具有相同的直径。在优选实施例中，存在构成外线圈10主体的5个盘旋或圈。外线圈的上端盘旋30的直径大约是64mm，而先前的或中心的盘旋60的直径大约是70mm。从一个盘旋的最外边缘到相邻盘旋测量的线圈尺寸在这里叫做“节距”。外线圈10的中心盘旋60具有大约55. 6mm的节距尺寸。如图4所示，原始形式的外线圈10具有大约8. 25英寸的自由或未压缩高度。如图5所示，内线圈20的自由直立高度大约是5. 75英寸。内线圈20的主体包含7个盘旋或圈。内线圈20的下端盘旋50的直径大约是40. 8mm,而后续的或中心的盘旋70的直径大约是32. 8mm。内线圈20的中心盘旋70具有大约20mm的节距尺寸。线圈的可替代实施例可以用不同的结构构造，例如不同数目的盘旋或圈，以及不同形状的端部线圈。在优选实施例中，内线圈20的弹性系数大于外线圈10的弹性系数。弹性系数是指压缩弹簧一英寸所需要的重量。线圈套线圈的嵌套式结构在垫子压缩期间提供两个不同的弹性系数。在初始加载期间，只有外线圈10被压缩，而在重载荷或集中载荷下，内外线圈都起到支撑载荷的作用。当用于睡觉时，此时载荷分布在相对大的表面面积上，则允许在轻载荷下舒适地压缩；而当一个人坐在垫子表面上时即使要支撑被集中在一个部位上的重载荷也能够保持舒适。上部或外线圈10足够柔软以提供弹性的且舒适的就坐表面或睡眠表面，而下部足够强以吸收非正常的应力、重量集中或冲击而没有不舒服或损坏。压缩时相关的弹性系数在外线圈和内线圈之间提供逐渐的过渡，因此当载荷增加时，从仅仅外线圈的压缩到内和外线圈两者的压缩的转变不会被坐在垫子表面上的人所感觉到。图6至图9 示出处于各种压缩状的线圈套线圈的弹簧100。在优选实施例中，在内线圈20开始被接合之前外线圈10必需被压缩2. 25英寸，并且触及内线圈20所需的力是1. 1251b (磅)。外线圈10的刚度大约是0. 451b/in，而内线圈的20的刚度大约是1. 91b/in，组合刚度大约是 2.351b/in。
在组装本发明的和相关公开内容的线圈套线圈的弹簧100中，该弹簧用诸如常规弹簧钢丝的单股的合适材料绕制的，材料的长度大约为1930mm。材料可以根据许多因素选择，包括温度范围、拉伸强度、弹性模量、疲劳寿命、耐腐蚀性、成本等。高碳弹簧钢是所有弹簧材料中最常用的。这种材料比较廉价、容易买到并且容易加工。在垫子螺旋弹簧结构中所用的弹簧钢丝通常具有在大约0. 06英寸(规格16)和大约0. 09英寸(规格13)之间的直径。用于垫子螺旋弹簧的准确结构参数取决于期望的坚硬程度，这额外由垫子每单位表面面积中的弹簧数目来确定。在优选实施例中，线圈钢丝大约是147/8规格。线圈成形可以通过金属丝成形机完成。一般而言，线圈成形机供给金属丝材料 (wire stock)通过一系列的辊子以便以大致螺旋形结构弯曲该金属丝，从而形成单个线圈。线圈的半径或曲率半径由与凸轮从动臂滚动接触的凸轮的形状决定。线圈金属丝材料由供给辊供给到线圈机的成型模中。当金属丝前进通过成型模中的导向孔时，它接触连接于凸轮从动臂端部的线圈半径成形轮。该成形轮根据该臂随动的凸轮的形状相对于成型模运动。随之金属丝从成型模露出而设置金属丝材料的曲率半径。在金属丝材料借助于螺旋线导向销——该导向销沿着大致垂直于成型模中的金属丝材料导向孔的大致直线路径运动一一通过成形轮之后金属丝材料形成螺旋线，以便使金属丝材料沿着螺旋线路径前进离开成形轮。一旦足够量的金属丝输送通过成型模、通过成形轮和螺旋线导向销形成了完整的线圈之后，切割工具前进到成型模，以将该线圈切离金属丝材料。然后，切离的线圈通过星形轮前进到下一个成形和处理工位。例如，具有六个星形轮臂的星形轮可旋转地安装在靠近线圈机的前面。每个星形轮臂均支撑夹具，当线圈从在引导模处被输送的连续金属丝上切割时该夹具被操作成夹紧该线圈。—旦每个线圈形成之后，线圈被加热-回火并永久定形(set)以便记忆成弹簧，以提供增加的弹力并延长螺旋弹簧的工作寿命。星形轮使每个线圈前进到内线圈回火工位， 在该工位，线圈在其中心处被夹具保持，并且电流通过该线圈以对钢丝进行回火处理。加热-回火处理包括通过从弹簧的一端向另一端施加50安培的电流大约1秒钟，来加热螺旋弹簧到约华氏500度(约摄氏260度)至约华氏600度(约摄氏316度)的温度。一旦内线圈退火之后，星形轮使线圈前进到外线圈回火工位，在这里重复对外线圈的退火处理。线圈套线圈的弹簧被两次退火处理，因此内线圈和外线圈均被退火处理并永久定形。在连续的回火处理中，在第一次处理中外线圈被退火之后是内线圈的退火，或者反之亦可。在线圈被加热-回火处理并永久定形之后，它们必须成行地结合在一起，以便形成内弹簧。在一个实施例中，线圈套线圈的弹簧100被装在单个口袋中，如图10所示。每个口袋310由顶面、底面和连接该顶面和底面的侧壁形成。口袋310优选地，如在超声焊接或类似的热焊接工艺中，由允许用通过加热和加压将织物连接或焊接在一起的材料构成的织物形成。例如，织物可以是由本领域熟知的热塑性纤维构成，例如非纺织的聚合物基纤维、 非纺织的聚丙烯材料或非纺织的聚酯材料。可替代地，口袋310可以通过缝合、金属夹具或其他合适的方法结合在一起。在这种情况下。可以用各种纺织的织物或其他薄片材料。织物通常对半折叠并且在顶面和侧边结合在一起，以形成或限定口袋。每个装袋的弹簧300 均以连续的串(string)设置，之后各串并排地相互连接。图11是垫子组件400的剖视图， 包括一系列装袋的线圈套线圈的弹簧300。串之间的相互连接能够通过焊接或胶接实现。但是，这种相互连接可以可替代地借助于夹具或Velcro紧固件或一些其他的常规方式实现。
当本公开的线圈套线圈的弹100 “装袋”或放置在单个口袋之后，外线圈10优选地处于稍微压缩的状态，例如在该状态时外线圈10的总标称高度减少大约1. 75英寸或总名义高度为6. 5英寸。这将外内线圈的高度差减少到约0.75英寸。需要将外线圈10压缩到口袋中的典型的力为0. 78751b。在图12所示的第二实施例中，线圈套线圈的弹簧以阵列方式被螺旋形编织金属丝510 “编织”或绑线在一起，金属丝510在各行线圈之间延伸并且围绕相邻线圈的相切的或重叠的部段包绕或编织。交叉的螺旋形编织金属丝510在各行线圈之间横向延伸，以形成具有等于该线圈轴向长度的厚度的内弹簧500。本发明和相关公开内容的线圈套线圈的弹100能够被打包。打包是指内弹簧单元沿着线圈轴线被压缩到未压缩高度的一小部分的过程，以便减小运输体积。对于内弹簧从单个制造场所运输到诸如床垫厂的最终产品生产场所而言这是必需的。在这里所指的打包包括堆叠在一起的、用诸如厚纸板的材料板分开的且在打包机中压缩成大块的至少若干个内弹簧的大块(bulk)打包，这是该行业中通常的做法。线圈构造成在同时打包多个内弹簧所需的打包压力下沿着轴向压缩。本领域的技术人员应当明白，在不脱离广义解释的本发明的范围和精神实质的情况下可以对具体实施例中所示的本发明进行各种变化和修改。因此这些实施例在各方面被认为是说明性的而不是限制性的。在阅读并综合本发明时本领域的技术人员将会理解本发明的其他特征和方面。这些特征、方面以及报告结果和例子的期望的变化和修改很清楚是属于仅由权利要求的范围所限定的本发明范围内。
权利要求
1.一种垫子内弹簧，其包括多个线圈套线圈的弹簧，每个所述线圈套线圈的弹簧均具有由连续金属丝构成的外螺旋线圈和内螺旋线圈；该外螺旋线圈具有上端盘旋和与该上端盘旋相反的下端盘旋、大约8. 25英寸的未压缩高度并且具有总共大约5个螺旋盘旋；该内螺旋线圈具有上端盘旋和与该上端盘旋相反的下端盘旋，该内线圈的下端盘旋与该外螺旋线圈的下端盘旋连续，该内螺旋线圈具有大约5. 75英寸的未压缩高度并且具有总共大约7个螺旋盘旋；其中该外螺旋线圈的上端盘旋的直径小于该外螺旋线圈的先前盘旋的直径，而该内螺旋线圈的下端盘旋的直径大于该内螺旋线圈的后续盘旋；并且其中该线圈套线圈的弹簧的金属丝规格大约在13和16之间，并且每个线圈套线圈的弹簧均两次退火、单个地装袋并设置在该垫子内弹簧内的基体中。
2.根据权利要求1的垫子内弹簧，其中当压缩在口袋内时该外螺旋线圈高度大约是 6. 5英寸。
3.根据权利要求1的垫子内弹簧，其中每个线圈套线圈的弹簧的压缩变位强度大约是 0.8051b。
4.根据权利要求1的垫子内弹簧，其中压缩该外螺旋线圈直到触及该内螺旋线圈所需要的力大约是0. 78751b。
5.根据权利要求1的垫子内弹簧，其中该外螺旋线圈沿着逆时针方向延伸，而该内螺旋线圈沿着顺时针方向延伸。
6.根据权利要求1的垫子内弹簧，其中制造一个线圈套线圈的弹簧所需的金属丝长度大约是1930mm。
7.根据权利要求1的垫子内弹簧，其中该内螺旋线圈的弹性系数大约是3.4751b/in。
8.根据权利要求1的垫子内弹簧，其中该外螺旋线圈的刚度大约是0.451b/in，而该外螺旋线圈的刚度大约是1. 91b/in。
9.根据权利要求1的垫子内弹簧，其中该外螺旋线圈的节距大约是55.6mm，而该内外螺旋线圈的节距大约是20mm。
10.根据权利要求1的垫子内弹簧，其中存在包含大约30个线圈的大约23行。
11.一种垫子内弹簧，包括多个相互连接的线圈套线圈的弹簧，每个所述线圈套线圈的弹簧均具有外螺旋线圈和连接于该外螺旋线圈的内螺旋线圈；该外螺旋线圈具有上端盘旋和与该上端盘旋相反的下端盘旋、大约8. 25英寸的未压缩高度并且具有4个或更多个螺旋盘旋；该内螺旋线圈具有上端盘旋和与该上端盘旋相反的下端盘旋、大约5. 75英寸的未压缩高度并且具有6个或更多个螺旋盘旋；其中该外螺旋线圈的上端盘旋的直径大约是64mm并且该外螺旋线圈的先前盘旋的直径大约是70mm ；其中该内螺旋线圈的下端盘旋的直径大约是40. 8mm，而该内螺旋线圈的其他盘旋的直径大约32. 8mm ；并且其中该线圈的金属丝规格大约在14和15. 5之间的范围内，并且每个线圈均两次退火、 设置在基体中并且用螺旋编织金属丝绑在一起。
12.根据权利要求11的垫子内弹簧，其中每个线圈套线圈的弹簧的压缩变位强度大约是0.8051b。
13.根据权利要求11的垫子内弹簧，其中压缩该外螺旋线圈直到触及该内螺旋线圈所需的力大约是1. 1251b。
14.根据权利要求11的垫子内弹簧，其中该外螺旋线圈沿着逆时针方向延伸，而该内螺旋线圈沿着顺时针方向延伸。
15.根据权利要求11的垫子内弹簧，其中制造一个线圈套线圈的弹簧所需的金属丝长度大约是1930mm。
16.根据权利要求11的垫子内弹簧，其中该内螺旋线圈的弹性系数大约是3.4751b/in。
17.根据权利要求11的垫子内弹簧，其中该外螺旋线圈的刚度大约是0.451b/in，而该内螺旋线圈的刚度大约是1. 91b/in。
18.根据权利要求11的垫子内弹簧，其中该外螺旋线圈的节距大约是55.6mm，而该内螺旋线圈的节距大约是20mm。
19.根据权利要求11的垫子内弹簧，其中存在包含大约30个线圈的大约23行。
20.一种垫子内弹簧，包括多个线圈套线圈的弹簧，每个所述线圈套线圈的弹簧均被包含在口袋中并且设置在基体中，每个所述线圈套线圈的弹簧均具有外螺旋线圈和内螺旋线圈，其中该外螺旋线圈具有沿逆时针方向的螺旋匝，并且该内螺旋线圈具有沿顺时针方向的螺旋匝；该外螺旋线圈具有大约8. 25英寸的未压缩高度、大约6. 5英寸的装袋高度、大约70mm 的直径、大约0. 451b/in的刚度、至少5个螺旋盘旋以及大约55. 6mm的中心盘旋节距；该内螺旋线圈具有大约5. 75英寸的未压缩高度、大约32. 8mm的直径、大约1. 91b/in 的刚度、至少7个螺旋盘旋以及大约20mm的中心盘旋节距；其中每个线圈套线圈的弹簧均两次退火。
21.一种权利要求20的垫子，其中每个线圈套线圈的弹簧的外螺旋线圈在所述口袋中均处于部分压缩的状态，而所述内螺旋掀起处于非压缩状态。
全文摘要
本发明公开一种具有设置成阵列的线圈套线圈的弹簧的垫子内弹簧。每个线圈套线圈的弹簧具有外螺旋线圈和内螺旋线圈，其中该外螺旋线圈具有比内螺旋线圈大的高度和直径，每个线圈具有在该外螺旋线圈的弹性系数以及外螺旋线圈和内螺旋线圈的组合弹性系数之间的双重弹性系数。该线圈套线圈的弹簧在垫子内弹簧中可以装袋或不装袋。
文档编号A47C23/04GK102395302SQ201080016481
公开日2012年3月28日 申请日期2010年4月14日 优先权日2009年4月14日
发明者L·K·德莫斯 申请人:希力科技有限责任公司