(57)【要約】      （修正有）【課題】従来型の中実ワイヤバネ構造の欠点の１つは、この種のバネに適した鋼材が高価な場合があることである。別の欠点としては、１つ又は複数のバネが正常に機能しない場合（例えば、破断して）、座面又は安息面の着座及び／睡眠快適性が損なわれてしまうことがある。従って、中実のワイヤバネほど製造費用が高価でなく、中実なワイヤバネの性能特性を保持し、或いはそれを上回るバネ構成を提供する。【解決手段】複数撚り線コードとして構成された複数の撚り線を含むコイルバネ組立品であって、前記複数撚り線コードが、４つ以上の有効巻線を備えた第１つる巻バネと、閉端を形成する少なくとも１つの無効巻線と、少なくとも約４インチの自由高さとに巻き取られた、コイルバネ組立品を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マットレス芯構造を画定するように配列された複数の撚り合わせコイルバネを備えたマットレス組立品であって、
前記撚り合わせコイルバネのうち複数を、前記撚り合わせコイルバネのその他それぞれと概ね平行に配置し、その際に、前記撚り合わせコイルバネの長手方向上端部を、前記撚り合わせコイルバネの長手方向軸に直角な概ね共通な面内に位置させて、平面状のマットレス上面を提供し、
前記撚り合わせコイルバネの少なくとも複数が、所定のバネ特性を備え、ワイヤ撚り線から作製されている、マットレス組立品
【請求項２】
前記撚り線のそれぞれが、前記撚り合わせコイルバネの捻り方向とは反対方向へ螺旋状に捻られている、請求項１に記載の組立品。
【請求項３】
前記撚り合わせコイルバネのそれぞれが、少なくとも３本の撚り線を含む、請求項１に記載の組立品。
【請求項４】
前記撚り線が、亜鉛メッキ外面、プラスチック上塗り、及びエポキシ上塗りからなるグループから選択された保護被膜を備えた、請求項１に記載の組立品。
【請求項５】
前記撚り合わせコイルバネが保護被膜を備えた、請求項１に記載の組立品。
【請求項６】
前記撚り合わせコイルバネが中心コードなしで作製されている、請求項１に記載の組立品。
【請求項７】
前記マットレス芯が、ポケット封入コイルマットレス芯を含む、請求項１に記載の組立品。
【請求項８】
前記マットレス芯が、開放コイルマットレス芯を含む、請求項１に記載の組立品。
【請求項９】
マットレス芯構造を画定するように配列された複数の撚り合わせコイルバネを備えたマットレス組立品を製造するための方法であって、
第１捻り方向に螺旋状に捻られたバネワイヤを作製する段階と、
前記螺旋状に捻られたバネワイヤの複数を組合せ、且つ、前記組み合わせたバネワイヤを前記第１捻り方向と反対の方向に捻って、撚り合わせコイルバネを作成する段階と、
前記撚り合わせコイルバネを、その他の前記撚り合わせコイルバネと概ね平行に配置し、その際に、前記撚り合わせコイルバネ全ての長手方向上端部を、前記撚り合わせコイルバネの長手方向軸に直角な概ね共通の面内に位置させて、前記バネの前記端部により画定された平面状のマットレス上面を提供する段階とを含む、マットレス組立品を製造するための方法。
【請求項１０】
前記複数の撚り合わせワイヤを、少なくとも前記バネのそれぞれの端部で接合する段階を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記撚りワイヤに保護被膜を施す段階を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記保護被膜が、亜鉛メッキ、プラスチック上塗り、及びエポキシ上塗りからなるグループから選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記撚り合わせコイルバネに保護被膜を施す段階を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記撚り合わせコイルバネが中心コードなしで作製されている、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記撚り合わせコイルバネが、少なくとも３本の捻りバネワイヤから作製されている、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記撚り線を、少なくとも前記バネのそれぞれの端部で接合する段階を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
第１捻り方向で螺旋状に捻られたバネワイヤを作製する前記段階が、捻りワイヤ編組をワイヤコイラ装置に通す段階を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
マットレス組立品であって、
マットレス芯構造を画定するように配列された複数のコイルバネと、
複数の撚り線から作製された少なくとも１つの複数撚り線コイルバネであって、前記コイルバネの対応するものの内部に配置した少なくとも１つの複数撚り線コイルバネとを含む、マットレス組立品。
【請求項１９】
マットレス組立品であって、
マットレス芯構造を画定するように配列された複数のコイルバネを含み、
前記コイルバネの少なくとも部分集合が、複数の撚り線から作製された複数撚り線コイルバネであって、前記部分集合に属さない前記コイルバネのそれぞれと、概ね平行に配置されている複数撚り線コイルバネを含み、
前記複数撚り線コイルバネ及び前記部分集合に属さないコイルバネが並んで配置されている、マットレス組立品。
【請求項２０】
前記複数の撚り線の少なくとも１本が、前記複数の撚り線の他の１本とは異なる材料から製造されている、請求項１８又は１９に記載のマットレス組立品。
【請求項２１】
前記材料が、鋼鉄、青銅、及びプラスチックからなるグループから選択される、請求項２０に記載のマットレス組立品。
【請求項２２】
前記コイルバネ及び前記複数撚り線コイルバネの少なくとも一部が、発泡体又はゴム様材料で囲まれている、請求項１８又は１９に記載のマットレス組立品。
【請求項２３】
前記コイルバネ及び前記複数撚り線コイルバネが、発泡体又はゴム様材料に包み込まれている、請求項２２に記載のマットレス組立品。
【請求項２４】
前記コイルバネが、中実のワイヤバネを含む、請求項１８又は１９に記載のマットレス組立品。
【請求項２５】
前記コイルバネが、複数撚り線コイルバネを含む、請求項１８又は１９に記載のマットレス組立品。
【請求項２６】
前記複数撚り線コイルバネが、前記コイルバネとは異なるバネ定数を備えた、請求項１８又は１９に記載のマットレス組立品。
【請求項２７】
マットレス組立品であって、
マットレス芯構造を画定するように配列された複数のコイルバネを含み、
前記コイルバネの少なくとも部分集合が複合コイルバネを含み、前記複合コイルバネの第１区域が複数のワイヤ撚り線から作製されており、前記複合コイルバネの第２区域が、長手バネ方向で前記第１区域に隣接し、中実なコイルワイヤから作製され、更に、前記第１及び第２区域の隣接した端部が、互いに強固に接続されている、マットレス組立品。
【請求項２８】
前記第１及び第２区域が、前記第１及び第２端部に被せたブッシングにより互いに結合されている、請求項２７に記載のマットレス組立品。
【請求項２９】
前記第１及び第２区域が、材料接合により互いに結合されている、請求項２７に記載のマットレス組立品。
【請求項３０】
前記材料接合が、溶接又はろう付け結合を含む、請求項２９に記載のマットレス組立品。
【請求項３１】
ボーダーワイヤを更に含み、前記ボーダーワイヤの少なくとも一部が、複数撚り線ワイヤから作製されている、請求項１８、１９、又は２７の何れかに記載のマットレス組立品。
【請求項３２】
前記複数撚り線ワイヤの各ワイヤ撚り線が、前記複数撚り線コイルバネの捻り方向とは反対方向へ螺旋状に捻られている、請求項１８に記載のマットレス組立品。
【請求項３３】
前記複数撚り線ワイヤが、少なくとも３本の撚り線を含む、請求項１８、１９、又は２７の何れかに記載のマットレス組立品。
【請求項３４】
前記複数撚り線ワイヤが、亜鉛メッキ外面、プラスチック上塗り、及びエポキシ上塗りからなるグループから選択された保護被膜を備えた、請求項１８、１９、又は２７の何れかに記載のマットレス組立品。
【請求項３５】
前記撚り合わせコイルバネが保護被膜を備えた、請求項１８、１９、又は２７の何れかに記載のマットレス組立品。
【請求項３６】
前記撚り線コイルバネが、中心コードなしで作製されている、請求項１８、１９、又は２７の何れかに記載のマットレス組立品。
【請求項３７】
前記マットレス芯が、ポケット封入マットレス芯を含む、請求項１８、１９、又は２７の何れかに記載のマットレス組立品。
【請求項３８】
前記前記マットレス芯が、開放マットレス芯を含む、請求項１８、１９、又は２７の何れかに記載のマットレス組立品。
【請求項３９】
前記マットレス芯が、コイルバネが連続配列されるよう交互連結されたコイルバネを含む、請求項１９に記載のマットレス組立品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互引用）
本願は、２００３年１０月１５日付けで出願された米国特許出願第１０／６８８８５２号の一部継続出願であり且つその優先権を主張し、この出願は、２００３年２月１９日付けで出願された米国特許出願第１０／３７１１７７号の一部継続出願であり、更に、本願は、２００３年１０月１７日付けで出願された米国特許仮出願第６０／５１２１１５号の優先権を主張する。上述の全ての出願は、本明細書に引用して援用する。
【０００２】
（技術分野）
本発明は一般にバネの構造に関し、より詳細には、一実施形態では複数撚り合わせコイルバネに関する。
【背景技術】
【０００３】
これまで普及していた標準的なベッドの構造は、ボックススプリングを支持するフレームを含んでいる。そして、ボックススプリングがマットレスを支持するよう設計されている。マットレスには様々な寸法があり、様々な様式で構成されている。こうした構成の内で非常に優れたものの１つには、複数の分離したコイルスプリングを備えた内側コイルを使用したものがあり、これらコイルスプリングは、互いに紐で結びつけた個別の織物ポケット内に封入可能である。この種の組立品は、通常はマーシャル構造と呼ばれる。紐つなぎにしたコイルが構成されると、これらは、例えば山形紋状又は他のパターンに配列してバネ入り組立品とする。この組立品において、個々のバネは、互いに平行に配向された長手方向軸を備え、バネの端部が同一平面に位置した状態で、平面図で見て概ね長方形状となるように互いに近接配置されている。次には、適切にキルティングされたフォームパッドを用いて内側コイルを被覆し、人が寝るための概ね平坦な面を提供できる。内側コイルは両面で被覆されており、織物の縁取りが、対向する２つの表面カバーを繋ぐことで、一体のマットレス組立品とするのが好ましい。
【０００４】
従来から、それぞれのバネは、コイル状にした一本の中実の鋼線から製造されている。このバネの特性は、例えば、ワイヤの太さやバネ寸法（ピッチ、巻線長、巻線径など）により規定されるものだが、これは、家具又はマットレスの座面又は安息面（原語：resting
surface）の所望特性に従って本発明の分野で公知の方式で選択できる。
【０００５】
上述した従来型の中実ワイヤバネ構造の欠点の１つは、この種のバネに適した鋼材が高価な場合があることである。別の欠点としては、１つ又は複数のバネが正常に機能しない場合（例えば、破断して）、座面又は安息面の着座及び／睡眠快適性が損なわれてしまうことがある。従って、中実のワイヤバネほど製造費用が高価でなく、中実なワイヤバネの性能特性を保持し、或いはそれを上回るバネ構成を提供するのが望ましい。
【０００６】
（発明の詳細な説明）
本発明は、複数撚り線コード（原語：multi-strand cordmulti-strand cord）として構成された複数の撚り線を含むコイルバネ組立品であって、前記複数撚り線コードが、４つ以上の有効巻線を備えた第１つる巻バネと、閉端を形成する少なくとも１つの無効巻線と、少なくとも約４インチの自由高さとに巻き取られた、コイルバネ組立品を提供することで、従来技術の欠点に対処する。本発明の前記コイルには多数の潜在的用途があるが、１つの特徴によれば、マットレス又は他の家具などの安息面における支持を提供するよう特別に寸法設定してある。幾つかの構成では、前記コードの前記撚り線が捻り合わされているが、他の構成では、前記撚り線は編み組み（原語：braidbraid）されている。幾つかの実施形態によれば、３本以上の撚り線が捻り合わされて、前記複数撚り線コードを形成している。他の実施形態では、３本以上の撚り線が編み組みされて、前記複数撚り線コードを形成している。
【０００７】
ある構成では、前記撚り線は中実の鋼線から作製されている。しかし、他の構成では、前記撚り線は、例えば、青銅、アルミニウム、プラスチック、銅、チタン、ゴム、及び他の任意適切な材料製でよい。
【０００８】
ある構成によれば、前記コードの前記撚り線は、全て同一の材料製である。しかし、代替的構成では、少なくとも１本の撚り線が、前記撚り線の少なくとも他の１本とは異なる材料から形成されている。更に、他の実施形態では、前記撚り線は、全て概ね同一の断面径（すなわちゲージ）を備えている。しかし、他の実施形態では、前記撚り線の少なくとも１本は、前記撚り線の少なくとも他の１本とは異なるゲージを備える。好適な一構成では、前記コードの前記撚り線は、全て概ね同一の断面形状を備える。しかし、代替的構成では、少なくとも１本の撚り線が、前記撚り線の少なくとも他の１本とは異なる断面形状を備える。
【０００９】
好適な一実施形態によれば、前記複数撚り線コードは、連続的な単一区分コードとして形成されている。しかし、代替実施形態では、前記コードは、軸方向に端々接合して単一コードを形成する複数の長手区分を含む。こうした構成の幾つかによれば、前記コード区分の少なくとも１つは、他のコード区分の少なくとも１つの撚り線とは異なる材料から作製された１本又は複数本の撚り線を含む。他のそうした構成によれば、少なくとも１つの区分は多数の撚り線を含み、少なくとも１つの区分は単一撚り線である。この実施形態の変形例では、前記複数撚り線コードの少なくとも１つの撚り線が、複数の区分を含み、前記複数撚り線コードの少なくとも１つの撚り線が、連続的な単一区分の撚り線として形成されている。こうした一構成では、前記撚り線区分の少なくとも１つが、前記撚り線区分の少なくとも他の１つとは異なる材料から形成されている。１つの特徴によれば、互いに異なる弾性を提供するこうした区分構成によって、本発明の利点を用いて、可変バネ定数を備えたバネ組立品を形成できる。
【００１０】
前記撚り線が互いに擦れ合って摩耗することによる悪影響を軽減するため、一構成によれば、１本又は複数本の撚り線には、前記複数撚り線コードに形成する前に、被覆、シール、又はその他の表面処理を施す。例として、前記撚り線は、プラスチック、エポキシ、又はポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））で被覆できる。又、前記撚り線は、亜鉛メッキ又は陽極処理などの冶金処理により保護してもよい。代替的に又は組み合わせて、前記複数撚り線コード自体も、例えばエポキシ又はプラスチックを用いて被覆、シール、又は、その他の処理を施してもよい。一実施形態によれば、前記複数撚り線コードは、例えば軟質プラスチック又はゴムのスリーブに収容する。実施形態によっては、前記第１つる巻バネは、組み立てた後に、発泡体様又はゴム様材料に概ね包み込まれる。
【００１１】
前記複数撚り線コードの前記撚り線は、一構成では、例えば一方又は両方の端末で結合する。付加的に又は代替的に、前記撚り線は、その全長に沿った数カ所で結合する。結合構造には、ハンダ付け、ろう付け、クリンプ加工、ブッシング、又は他の任意適切な接合構造及び／又は技法が含まれる。
【００１２】
好適な一実施形態によれば、第１つる巻バネの全ての巻線は、概ね同一の外径を備える。しかし、他の実施形態では、前記巻線径は、前記バネの端部の一方の端末から他方の端末に向かって漸進的に減少させてもよい。他の実施形態では、前記巻線径は任意所望のパターンとなるよう変化させ、その場合は、例えば前記巻線径を、前記つる巻バネの第１端末から前記バネの中間点まで漸減し、その後、この中間点から前記バネの第２端末まで漸増させる。
【００１３】
好適な一実施形態では、前記第１つる巻バネの各有効巻線は、概ね同一のピッチを備える。しかし、幾つかの構成では、第１巻線と第２巻線との間のピッチは、第２巻線と第３巻線との間のピッチとは異なる。
【００１４】
本発明の別の局面によれば、前記バネ組立品は、前記第１つる巻バネの内部に同心状に配置した第２つる巻バネを含む。１つの特徴によれば、前記第２つる巻バネは、複数撚り合わせコードから形成されていることも含め、前記第１つる巻バネの任意の特徴を含むことができる。前記第１及び第２コイルは、一方又は両方の端末において、且つ／又はコイル全長に沿った数カ所で結合できる。
【００１５】
他の局面によれば、本発明は、芯構造を画定するように配列された複数のコイルバネを含んだマットレス組立品のような安息面組立品を提供し、前記コイルバネの少なくとも部分集合は、複数撚り線コードから作製された複数撚り線コイルバネである。一構成では、前記複数撚り線コイルバネは、前記部分集合に属さないそれぞれのコイルバネと概ね平行に配置されている。前記複数撚り線コイルバネ及び前記部分集合に属さないコイルバネは、並んで配置されている。他の局面によれば、本発明は、芯構造を画定するように配列された複数のコイルバネを含んだマットレス組立品のような安息面組立品を提供し、前記コイルバネの少なくとも部分集合は、複合コイルバネを含み、前記複合コイルバネの第１区域が複数の撚り線から作製されており、前記複合コイルバネの第２区域が、長手バネ方向で前記第１区域に隣接し、単一撚り線から作製されている。前記第１及び第２区域の隣接した端部が、互いに強固に接続されている。
【００１６】
その他の実施形態は、次の特徴の内の１つ又は複数を含むことができる。前記芯を形成する前記コイルバネは、単一撚り線コイルバネでも複数撚り線コイルバネでもよく、前記コイルバネは異なるバネ定数を備えていてもよい。前記コイルバネは、可変（例えば、非線形及び／又は漸増）バネ定数を備えていてもよい。支持を補強し且つ製造を単純化するため、前記コイルバネ及び前記複数撚り線コイルバネの少なくとも一部を、発泡体又はゴム様材料で囲むこともできる。或いは、前記芯全体を、前記発泡体又はゴム様材料で包み込むこともできる。又、前記複数撚り線コイルバネは、ポケット封入バネとして実現することもできる。
【００１７】
本発明のその他の特徴及び利点は、次に記載する好適な実施形態の説明及び請求の範囲から明らかになるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
次の図は、本発明の幾つかの例示的な実施形態を示すもので、類似の参照番号は類似の要素を示す。これら図面中では、類似の参照番号は類似の部材を示し、これら部材は一定の縮尺率で図示されているとは限らない。
【図１】従来の閉端コイルバネを概略的に示す。
【図２】図２は、本発明の例示的な一実施形態による複数撚り線コイルバネを概略的に示す。
【図３】本発明の例示的な一実施形態に従って、図２に示した種類のコイルの端部を、発泡体／ゴム様の材料に埋め込んだマットレスの断面図を示す。
【図４】溝付き発泡体／ゴム支持体に挿入されている、図２に示した種類のバネの斜視断片図を示す。
【図５】図４のバネ及び溝付き発泡体／ゴム支持体の分解斜視断片図を示す。
【図６】本発明の例示的な一実施形態による、２つのバネ区分から作製された例示的な複合バネを概略的に示す。
【図７】図２に示した種類の複数撚り線コイルバネから作製した、コイルの中にコイルを入れたバネ組立品を示す。
【図８Ａ】図２に示した種類の複数撚り線コイルバネが、力を受けて屈曲する様子を示す。
【図８Ｂ】図２に示した種類の複数撚り線コイルバネが、力を受けて屈曲する様子を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本明細書に記載されている複数撚り線コイルバネは、例えば、家具の座面及び安息面を含む様々なコイルバネ使用品を作製するのに利用できる。特に、この複数撚り線コイル構造は、マットレスの単一撚り線（原語：single
strand）又は中実コイルに取って代わるより融通の利く代替品となり、有用性及び性能が向上する。実例を示す目的で、本明細書に記載するコイルは、ポケットに封入したコイルマットレスを参照しつつ説明する。しかし、本発明はこれらに限定されるものでなく、座面材料、床敷き、兵器類、筆記具、ばね付き丁番設計、バネ錠機構、バネ巻きモータ（原語：spring
wound motor）、特殊医療用途、工具、スプリングブレーキ装置、弾性緩衝用途など、を含むがそれらに限定されない他のバネ用途にも利用できる。
【００２０】
図１は、圧縮コイルバネを画定する基本的な幾何学的パラメータを示す。バネに関する主要な幾何学設計パラメータは、無負荷バネの長さを表す（Ｌｏ）、巻いてつる巻バネとするワイヤ又は他の材料の直径を表す（ｄ）、つる巻バネの平均径を表す（Ｄ）、すなわち（Ｄｏｕｔｅｒ＋Ｄｉｎｎｅｒ）／２、及びつる巻バネの巻部分の数を表す合計巻線数（Ｎｔ）である。他の有用な設計パラメータは、バネ座又は基部に接触した各端部における、バネに負荷を掛けた時に実質的に変形していない無効巻部分でなく、変形するコイルの数を表す有効巻数（Ｎａ）、大きな負荷が掛かり巻線間の全ての隙間が閉じた場合の、バネの最小長さを表す密着高さ（Ｌｓ）、隣接した有効巻線におけるワイヤの中心間距離を表すピッチ（ｐ）である。家具の座面及び安息面におけるバネは、典型的には図１に示した種類の閉端バネを用いる。閉端バネは、典型的にはその各端部に最大１つの無効巻線を含む。
【００２１】
通常は、バネ材の選択が、パラメータによるバネ設計の第１段階である。材質は、温度範囲、引長強度、弾性係数、疲労寿命、耐腐食性、コストなどの幾つかの要因に基づいて選択できる。バネ用の高炭素鋼が、全てのバネ材の中でも最も普通に用いられている。バネ用高炭素鋼は、比較的安価で、容易に入手でき、容易に加工できる。例としては、ピアノ（ＡＳＴＭ  Ａ２２８）線及び硬引き（ＡＳＴＭ  Ａ２２７）ワイヤなどがあり、これらは例えばマットレスに用いるバネに適している。バネワイヤは、亜鉛メッキしたり、プラスチック又はエポキシで被覆したりして表面処理できる。
【００２２】
マットレスのコイルバネを構成するのに用いられるバネワイヤの直径は、典型的には約０．０６インチ（１６ゲージ）と約０．０９インチ（１３ゲージ）との間で、それぞれのコイルバネは、単一撚り線のバネワイヤからなる。マットレスコイルバネの厳密な設計パラメータは、例えば、所望の堅さに依存し、この堅さは、マットレスの単位面積当たりのバネ数により決定される。単一撚り線及び本発明による複数撚り線コイルは、可変バネ定数を備えるように設計できる。この意味は、バネの変位量（原語：excursion）excursion）が、加えられた負荷に対して非線形に変動するということである。
【００２３】
図２は、本発明の例示的な実施形態による複数撚り線コイルバネ２０を概略的に示す。コイルバネ２０は、折り曲げてコイルバネ２０を作製する複数撚り線コード２２を用いる。少なくとも２本の撚り線を捻り合わせて複数撚り線コード２２を形成するのが好ましい。しかし、用いる撚り線の数は、用途及び撚り線の作製に用いる材料の種類によって異なる。幾つかの構成では、コード２２は、３本以上の撚り線を編み組みして作製する。好適な１つの構成では、複数撚り線コード２２は、３本乃至約５０本の編み組みした撚り線を含む。後述するように、出願人の試験によると、編み組みした或いは捻り合わせた複数撚り線コードからなるコイルバネは、従来の単一撚り線バネに比べて性能特性が向上することを示している。
【００２４】
例示的なコイルバネ２０は閉端バネであり、３本の撚り線から形成されている。このバネは、約２インチの外径２２を備え、巻線の数Ｎｔ＝６で、１つの巻線２４は上述のように無効巻線である。例示的な自由長Ｌ０２６は、約５インチと約６インチとの間である。バネ２０は、例えば、 ＡＳＴＭ  Ａ２２７／Ａ２２８などの炭素鋼製で、各撚り線は、約１７．５ゲージに等しい０．５１４インチ（１．３ｍｍ）の外径を備える。このようにパラメータを設定すると、バネ定数は約１．４ポンドとなり、次の特性を備えることになる。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
図示した設計の複数撚り線バネの耐疲労性能は、約２．７５インチの撓みにおいて約１００，０００乃至約１，０００，０００回の動作サイクルであると推定され、これは約１５年の耐用年数に対応する。このバネの効率及び性能は、撚り線の数と共に向上すると考えられる。しかし、コストも撚り線の数と共に増加する傾向にある。出願人は、約２．７５インチで撓ませた場合、バネの応力弛緩は１５年間で約５％以下にしかならないと推定している。
【００２７】
本発明の大きな利点は、複数撚り線バネは、１本又は複数の撚り線が破損した場合でも機能し続けるという意味で、事実上の故障耐性があることが挙げられる。撚り線は、捻っても、編んでも、留めても、接着してもよく、更に、本発明の範囲から逸脱することなく、複数撚り線コイルバネを形成するための任意適切な方法を用いることができる。撚り線は、例えば、鋼材、アルミニウム、プラスチック、銅、チタン、ゴム、及び他の任意適切な材料製でよく、材料の種類は特定の用途に従って選択する。更に、撚り線は、卵形、円形、六角形、正方形、これら形状を平たくしたもの、又は任意適切な断面形状でよく、任意の数の巻線を備えるよう形成してよい。更に、撚り線のゲージは用途に合わせて変更してよく、一実施形態では約７１０ゲージだが、他のゲージも使用できる。又、巻線自体は有効又は無効巻線として形成してよく、実質的に全て同一の巻線径（Ｄ）を備えることができる。或いは、巻線径（Ｄ）は巻線毎に異なっていてもよく、例えば、巻線径（Ｄ）は順に増加又は減少するか、或いは両者の組合せとして、例えば可変バネ定数を備えたコイルバネを作製するために任意適切な巻線径パターンを付与してもよい。可変バネ定数を備えた巻線を作製する他の方法は、図６を参照して後述する。
【００２８】
更に、巻線は、概ね円形の形状として示したが、楕円、六角形、四角形、正方形、又はその他任意適切な形状としてもよい。更に、図２において、ピッチ（Ｐ）は、有効巻線間で実質的に均一として示したが、これに従う必要はなく、ピッチは有効巻線間でばらつきがあってもよい。
【００２９】
例示的な複数撚り線コイルバネ２０を作製するには、まず、コード作製する（原語：cording）前に個々の撚り線を螺旋状に捻る。複数撚り線バネの螺旋は、個々の撚り線の螺旋に対向しているのが好ましく、こうすればバネを圧縮するなどして操作した時に、撚り線が緩もうとするのを防止できる。更に、通常のバネと同様に、巻き取りの際にはコードにトルクを掛ける。
【００３０】
一実施例では、巻き取りは、網組みコードを、鋼製マットレスコイルを製造するのに用いる種類のコイラに通して実行する。コイラにおいては、ノイズ及び振動を防止するため、巻部分が接触しないように、厚手の鋼線は樽型コイルに圧縮される。次に、コイルをポケット封入機又はステーションに送って、バネをデュオン（原語：Duon）などの非アレルギー性の不織布からなる個別のスリーブに封入する。繊維を溶かして固体プラスチック継ぎ目を形成する処理を施すことにより、各スリーブを超音波シールする。次に、コイルを融着させて、強く安定した構造とする。各構成単位内のコイルの数は様々でよく、コイルの種類、撚り線の数、及び撚り線のゲージは、ポケット毎に異なっていてよく、更に、複数撚り線コイルを単一撚り線コイルと組み合わせて用いてもよい。
【００３１】
個別の撚り線は、少なくともコイルの両端において互いに結合されている。撚り線は、コイル全長にわたって互いに擦れ合うことがあり、これが擦過及び早期摩耗を引き起こすことがあるので、撚り線には被覆し且つ／又は予め亜鉛メッキを施すか、それ以外の方法で処理してもよい。更に、この複数撚り線コイルは、エポキシなどのシーリング材でシール／被覆してもよい。
【００３２】
１つの特徴としては、複数撚り線コイルバネ２０の複数の撚り線は、例えば、青銅やチタンなどの異なる種類の金属や、異なる弾性特性を備えた様々な種類のバネ鋼などの異なる材質から作製してもよい。こうすれば、様々な通常のコイルワイヤを大量に入手又は在庫しておかなくても、バネの弾性又はバネ定数を個別の用途に合わせて調製できる。例えば適切なプラスチックなどの、バネ様の特性を備えた他の弾性材料を使用してもよい。
【００３３】
撚り線の擦過を防止するため、複数撚り線コードの作製時又はコイルの形成時に、撚り線は、複数撚り線コードの全長にわたる所定位置で選択的に溶接してもよい。その後、コイルは、複数撚り線コードに沿って被覆又は亜鉛メッキ加工するか、或いは、コイル全体を、発泡体様又はゴム様の材料で包み込んでもよい。発泡体様又はゴム様材料は、コイル撚り線に注ぐか、巻き付ければよい。代替的に又は付加的に、発泡体様又はゴム様材料の「塊」でコイルを完全に囲んでもよいし、マットレス芯全体を発泡体で充満させてもよい。これは、複数撚り線コイルバネを横方向で安定化させ、且つ／又は発泡体が空気を通過させない場合は、コイルバネを環境的影響から保護できる。
【００３４】
図３は、複数撚り線ワイヤコイル２６を用いて作製されたマットレス２０の断面を示し、バネの少なくとも端部区域を発泡体２２、２４に包み込むことで、マットレスを付加的に支持している。又、ゴム及び／又はラテックスのような他の弾性材料を使用してもよい。この構成により、バネの端部を個々にフレームに又は互いに結合する必要がなくなり、ユーザの快適な使用に合わせた睡眠面が提供される。１つの特徴としては、この例示的な構造は、複数撚り線コイルに付加的な横方向支持を与えるという利点がある。ここで図４及び５を参照すると、複数撚り線コイルバネの支持構造及びこのマットレスの一般的構造を向上させるには、発泡体３０には、バネの巻部分に概ね平行（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）に切れ目を入れ（図５）、発泡体をコイルバネ３４の側面に押し込むことで、発泡体３０をコイルバネの間、すなわちその回りに配置すればよい。このアプローチにより、マットレス内のバネの数を減らすことができ、従って、マットレスの重量及び製造コストも減少する。ユーザの所望の睡眠快適性に関連したマットレスの弾力性は、複数撚り線コイルバネを発泡体に完全に包み込むことにより、ユーザの必要性に合わせて更に調節可能である。気孔を密閉した発泡体なら、複数撚り線コイルバネを腐食から保護することもできる。こうした保護は、複数撚り線コイルバネでは中実のワイヤバネに比べ更に重要であり、それは、複数撚り線コイルバネの表面積対体積比がより大きく、上述したように、擦過によってバネ表面に弱点が形成される可能性があるからである。
【００３５】
発泡体に密閉され／包み込まれた複数撚り線コイルバネは、通常のパターンで配置する必要はなく、バネ定数が異なるバネも容易に組み込むことができる。こうすれば、異なるバネ定数を持つバネを任意所望のパターンで配置することにより、睡眠面における異なる領域において柔らかさが異なるマットレスを、容易に作製できる。発泡体に包み込んだバネは、その他の機械的な補強を（発泡体の他には）施す必要がなく、例えばホグリングやつづり金で相互に連結する必要がないので、このマットレス設計は、付加的な工具整備を行うことなく、容易に実現し且つ迅速に変更でき、従って、製造コストも減少する。
【００３６】
図３及び５にも示したように、垂直バネのような他の種類のバネ要素３９を複数撚り線コードから作製して、発泡体３０で支持するか、或いは発泡体３０内に包み込んでもよい。切れ目の配向は、バネ要素の個々の区域３３、３５の配向に一致するように配列すればよい。更に、隣接するバネ３４及び／又はバネ要素３９は交互配列するように結合でき、その場合、バネ要素３９の上区域は、横ワイヤ３８によって隣接するバネ要素３９の上区域に連結させ、上区域で連結したバネ要素３９の下区域は、次のバネ要素３９（図示しない）の下区域に連結させていく。こうすることで、連続した複数バネを個別のバネに分離することなく、途切れのない１本のワイヤ（中実又は編み組／撚り合わせ）から作製できる。
【００３７】
更に、図５は、複数撚り線バネ３４を、マットレスの全長の少なくとも一部に沿って延伸する列に配置できることを示す。一実施例では、複数撚り線バネ３４は、マットレスの周縁に設けた縁部支持体として配置されおり、マットレスの縁部をより頑丈且つ堅固にできる。この目的のため、これら複数撚り線バネは、マットレス内部で用いる他のバネに比べてバネ定数を大きくしてもよい。複数撚り線バネ３４の堅さの選択には、支えを増大するという使用目的を念頭に置けばよく、具体的には、ユーザの体重でマットレス縁部が潰れることなく、ユーザがマットレス縁部に快適に着座できる程度の支えを提供するという目的で選択すればよい。縁部の支えは、マットレスの側面縁部に設けてもよく、マットレスの周囲全体に設けてもよい。
【００３８】
図６は、可変バネ定数を備えることができるバネ６０の例示的な一実施形態を示す。本発明の複数撚り線ワイヤコイルは、こうしたバネの設計で利用できる。可変バネ定数を備えたバネ６０は、ユーザが掛ける圧力が小さい場合は「柔らかく」反応し、ユーザが重くなるにつれ「固く」反応するマットレス安眠面を実現できる。バネ６０の第１区域６２は、例えば、第１の典型的には低バネ定数（より堅いバネ）を備えた中実コイルワイヤから作製できる。第２区域６４は例えば複数撚り線コイルワイヤとし、更に、各区域６２、６４の隣接した端部に被せたスリーブ６６をクリンプ加工することで、この区域６４を区域６２の一端に取り付けることができる。スリーブ６６は、その部分に掛かる捻り応力又はその他の力に耐えうる金属又は頑丈なプラスチックでよい。スリーブ６６を使用するか否かに関わらず、区域６２及び６４を連結する他の手段には、例えば、溶接又はろう付けが含まれる。
【００３９】
複数撚り線コイルバネの好適な性質としては、同一のコード径及び同一コード材料を用いた場合に、複数撚り線コイルバネは、単一撚り線コイルバネに比べてバネ定数が大きくなることがある。結果として、本発明の複数撚り線バネを用いると、複数撚り区域６４が第１負荷で圧縮されて「柔らかく」反応し、その後、単一撚り線区域６２が、第１負荷に比べて大きな負荷で圧縮されて、区域６４に比べ「堅く」反応するように、バネ６０を構成できる。こうした反応は、例えば、上述のように発泡体（３０、図４及び５を参照）を挿入することで更に調節できる。
【００４０】
図７に示した別の例示的な実施形態では、１つの複数撚り線コイル７２を、直径がそれより大きい別の（複数撚り線ワイヤ）コイルバネ７２内に挿入し且つ／又はその内部で固定して、組合せバネ７０を作製する。上述したバネパラメータの内側７２及び外側７４バネを選択することで、組合せバネ７０は、所望の不変又は可変バネ定数を備えるように構成でき、従って、図６の複合バネ６０に類似した利点を提供する。コイルバネ７２及び７４の一方又は両方は、複数撚り線コード、編組みコード、又は単一撚り線から作製しもよいし、図６に示した分割コイル構成としてもよい。１つの特徴によれば、家具のマットレス芯又は他の安息面を作製するには、先ず、外側コイルバネを所望のパターンに配列し、次に、複数撚り線ワイヤコイルを外側コイルバネ内部に選択的に配置すればよい。内側コイルは、例えば、ホグリング、ワイヤ、ストラップなどの従来の方法で外側コイルに固定できる。この作製方法は、図３乃至５に示した発泡体構造を用いることで特に簡略化でき、この場合、外側コイルバネに付加的な機械的付属器具を取り付けることなく、内側コイルバネを、発泡体を取り付ける前に外側バネの内部に配置するだけでよい。
【００４１】
図８Ａ乃至８Ｂは、図２に示した例示的な複数撚り線コイルバネが屈曲する様子を示す。試験結果から、平均的ゲージの鋼製撚り線からなる３コード複数撚り線コイルバネは、高さ約９．７５インチ（図８Ａ）から高さ約１．５インチ（図８Ｂ）までの約４百４十万回のコイル屈曲に、分離することなく耐えることが実証された。このコイルバネは、市販のコイラ装置を用いて製造したもので、鋼製撚り線にはバンドや被覆は用いられていない。ここに使用した種類の複数撚り線コイルバネは、広い範囲のコイルバネ用途に適した性能特性を備えており、それ以外の用途も十分満たすように調製できる。こうした用途には家具の使用例や、特に、上述の実施形態で例示したマットレスなどの安息面や、他の一般的なコイルバネ使用例が含まれる。これら他の用途には、兵器類、筆記具、ばね付き丁番設計、バネ巻きモータ、バネ錠機構、特殊医療用途、工具、スプリングブレーキ装置、弾性緩衝用途など、が含まれるがそれらには限定されない。
【００４２】
別の実施例では、複数撚り線コイルバネ製造に用いられる種類の複数撚り線コードを、マットレス製作において、単一撚り線ボーダーワイヤの代わりに通常のボーダーワイヤとして使用してもよい。より一般的には、複数撚り線コード及びこうしたコードから作製された複数撚り線コイルは、多くの用途で単一撚り線ワイヤ及び単一撚り線コイルに取って代わることができる。そうした用途としては、可縮性（原語：yielding）及び非可縮性ボックススプリング、又は他のマットレス若しくは安息面支持構造がある。
【００４３】
一実施例によれば、上述の複数撚り線バネは、送り込むコードの捻りを除去する適切な巻線機（例えば、本明細書に引用してその全体を援用する、「コイルバネを製造するための方法」と題する、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／６１１，３６３号に開示された巻線機）を用いることで、複数撚り線コードから作製できる。複数撚り線ワイヤから作製したこうした連続コイルの性能は、巻線間で巻き取り方向（原語：sense）を同一に維持しつつ巻き取った場合に最も向上する傾向にあり、バネの収縮時に個々の撚り線の緩みが防止される。
【００４４】
本発明を、図示し且つ詳細に説明した例示的な実施形態に関連して記載してきたが、当業者には、様々な修正及び改良が可能なことは明らかなはずである。例えば、本明細書でコイルバネとして説明した複数撚り線バネは、他の適切な形状、径、又は高さを備えることも可能である。マットレス又は他の安眠面は、片面のみとしたり、単方向性にしたりできる。本発明のバネは、親バネ及びジョーイコイル（原語：joey coil）とすることもでき、或いは任意に、負荷が異なる場合は複数の異なる堅さを提供できる。又、本発明のバネを用いて、特定の堅さ勾配を付けた安息面を提供することもできる。複数撚り線コイルバネは、ポケット封入コイルマットレスにも、開放コイルマットレスにも使用可能である。これらコイルバネは、シートクッション、車のシート、及びソファに使用可能である。更に、こうしたコイルバネは、コイルバネが使用されてさえいれば、単一撚り線コイルバネを代替可能である。例えば、本発明の複数撚り線バネは、穴開け器、パンチ、及びホッチキスなどの事務用品に使用できる。本発明のバネは、バネ銃を含む武器類にも使用できる。本発明のバネは、特定の患者治療などの目的に特に合わせて調製したものを含んだ、特殊医療用途にも利用できる。本発明のバネは、ばね付き丁番設計、バネ錠機構、及びスプリングブレーキ装置でも利用できる。又、本発明のバネは、釘打ちガン、バネモータ、溶接クランプ、及びマルノコを含む様々な工具でも使用できる。本発明のバネは、弾性緩衝システムにも使用できる。本発明のバネは、ライファースプリング（原語：lifer
spring）などの内燃機関にも使用できる。従って、本発明の精神及び範囲は、次の請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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