[发明专利]非线性弹簧以及包括非线性弹簧的床垫

说明书

一种诸如在床垫中使用的袋装弹簧，包括：压缩弹簧，该压缩弹簧具有上端卷绕部和与上端卷绕部相反的下端卷绕部，以及在上端卷绕部与下端卷绕部之间的多个螺旋形的中间卷绕部；柔性包封，该柔性包封包括定位成与所述压缩弹簧的上端卷绕部相邻的顶壁、定位成与所述压缩弹簧的下端卷绕部相邻的底壁以及从顶壁延伸到底壁的侧壁；以及张紧构件，该张紧构件被连接到所述柔性包封。所述张紧构件与所述压缩弹簧相反地作用，直到袋装弹簧被压缩到张紧构件不再施加任何力的位置为止。由此，当压缩时，袋装弹簧表现出非线性响应。

技术领域

本发明涉及弹簧以及包括弹簧的床垫。具体地说，本发明涉及当压缩时表现出非线性响应的袋装(pocketed)弹簧。

背景技术

典型地，当向弹簧施加单向负载时，弹簧表现出线性压缩率。也就是说，将典型弹簧压缩两英寸需要的力是将同一弹簧压缩一英寸需要的力的两倍。弹簧的线性响应由胡克定律表达，其陈述了将弹簧延伸或压缩一定距离(D)所需的力(F)与该距离成比例。这种关系在数学上表达为F＝kD，其中，k表示用于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，而低弹簧常数意味着弹簧需要更少的力来压缩。

弹簧刚度(spring rate)是用于对弹簧分类的另一众所周知的值。特定弹簧的弹簧刚度是将弹簧压缩一英寸所需的力的量。具有高弹簧常数的弹簧也具有高弹簧刚度，并且具有低弹簧常数的弹簧具有低弹簧刚度。当然，弹簧常数和弹簧刚度值仅是给定弹簧的实际响应的近似值；然而，对于大多数弹簧来说，它们是给定的合理距离(D)值与弹簧的整体尺寸相比的准确近似值。此外，胡克定律适用于各种不同的弹簧形状，包括例如盘簧、悬臂弹簧、板簧或者甚至橡皮筋。

线性响应弹簧(诸如，线盘簧)通常与包围内部弹簧的填料和垫衬物相结合用作床垫内部弹簧。大多数床垫内部弹簧由线盘簧的阵列构成，这些线盘簧通常通过用横向线材将盘簧的端部卷绕部系束在一起而相连。这种布置结构的优点在于制造成本低廉。然而，这种类型的内部弹簧提供了坚固且刚性的床垫表面。

已经用于床垫构造的另一种类型的弹簧是袋装弹簧。袋装弹簧是包封在柔性织物覆盖物中的压缩弹簧。袋装弹簧被缝合在一起，以形成内聚单元。这提供了更舒适的床垫表面，因为弹簧变得相对单独柔性，使得每个弹簧可以独立地弯曲，而不影响相邻的弹簧。在许多袋装弹簧床垫中，弹簧在布制覆盖物中被预先压缩，使得弹簧在经受任何挠曲之前将提供一定水平的支撑。只有在超过预加载的值之后，弹簧才开始挠曲，此时弹簧表现为线性响应弹簧。

内部弹簧床垫的替代是由一个或多个泡沫层构成的床垫。与由线盘簧的阵列构成的内部弹簧不同，泡沫床垫对施加于床垫的力表现非线性响应。具体地，随着负荷增加，泡沫床垫提供更多支撑。例如，典型的泡沫床垫在压缩了泡沫的最大压缩量的约60％之后提供增加的支撑。泡沫床垫的非线性响应为用户提供了改善的睡眠舒适度。然而，泡沫的机械性能会随着时间而恶化，从而影响泡沫床垫的整体舒适度。而且，泡沫床垫比金属弹簧床垫更昂贵。

发明内容

本发明涉及当弹簧被压缩时提供可变阻力的弹簧。具体地，本发明涉及一种包括张紧构件的袋装弹簧，该张紧构件与袋装压缩弹簧相反地作用，以用于弹簧压缩的第一部分。这种袋装弹簧被用在床垫内，以为位于床垫上的用户提供对用户身体的将较高负荷施加于床垫的那一部分的增加的支撑。由此，结合了这种袋装弹簧的床垫为用户提供了通常在泡沫床垫中见到但通过使用袋装弹簧实现的非线性支撑。