高效率锯链的制作方法

本申请要求于2017年5月9日提交的美国临时申请no.62/503,819的优先权，该申请的全部内容通过参引并入本文中。

本公开涉及锯链的领域，并且具体地涉及高效率锯链。

背景技术：

链锯通常包括：外壳，该外壳容纳驱动装置(例如，发动机)；导杆，该导杆从外壳延伸；以及环形锯链，该环形锯链由驱动装置驱动并且设置成围绕导杆的周边铰接。锯链通常包括各种互相联接的链节，比如切齿链节、驱动链节和连接片。切齿链节可以设置有在后面的切削刃的前方并且稍微低于后面的切削刃的深度计，以基本上防止切齿过度咬入或穿刺至木材中。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述将容易地理解实施方式。实施方式通过示例的方式而非通过限制的方式在附图的示图中示出。

图1示出了根据各种实施方式的高效率切割链的侧视图；

图2示出了根据各种实施方式的用于高效率切割链的驱动链轮的侧视图；

图3示出了根据各种实施方式的高效率切割链的侧视图；

图4示出了根据各种实施方式的高效率切割链的侧视图；

图5是切割效率与链节距的曲线图，该图展示了所公开的高效率切割链相对于现有切割链设计的预料不到的优越性能；

图6是链切齿高度和链节距的比率与切割效率的曲线图，该图展示了公开的高效率切割链相对于现有切割链设计的预料不到的优越性能。

具体实施方式

在以下详细描述中，参照了形成为该详细描述的一部分的附图，并且在附图中以例证的方式示出可以实践的实施方式。应当理解的是，可以使用其他实施方式，并且可以在不背离范围的情况下进行结构上或逻辑上的改变。因此，以下详细描述不应被视为限制意义，并且实施方式的范围由所附权利要求及其等同物限定。

可以以可能有助于理解实施方式的方式将各种操作依次描述为多个分离的操作；然而，描述的顺序不应当解释成暗示这些操作是依赖于顺序的。

说明书可以使用比如上/下、后/前和顶/底的基于立体的描述。这些描述仅用以便于讨论而不意在限制所公开的实施方式的应用。

可以使用术语“联接”和“连接”以及其派生词。应当理解的是，这些术语并不意在作为彼此的同义词。而是，在指定实施方式中，“连接”可以用于指示两个或更多个元件彼此直接物理接触。“联接”可以意味着两个或更多个元件直接物理接触。然而，“联接”还可以意味着两个或更多个元件彼此不直接接触但仍然彼此配合或相互作用。

为了描述的目的，“a/b”形式或“a和/或b”形式的短语意味着(a)、(b)或(a和b)。为了描述的目的，“a、b和c中的至少一个”形式的短语意味着(a)、(b)、(c)、(a和b)、(a和c)、(b和c)或(a、b和c)。为了描述的目的，“(a)b”形式的短语意味着(b)或(ab)，即a是可选元素。

说明书可以使用术语“实施方式”或“多个实施方式”，其可以各自指示相同或不同的实施方式中的一个或多个实施方式。此外，关于实施方式使用的术语“包含”、“包括”、“具有”等是同义的。

本文中公开的实施方式提供了用于在比如手持动力链锯的低功率链锯操作中使用的改进的高效率锯链。通过精心的设计和实验，发明人已经选择了锯链的各种参数以提供相对于现有切割链设计具有高切割效率的链(例如见图5)。这致使锯链需要较少的能量和/或较少的功率来实现与传统的典型锯链相同的切割。

参数(也称为因素)可以在设计锯链时被操纵并且可以用于调节功率消耗或切割效率。许多因素既影响功率消耗也影响效率。通常，在全新设计中，设定目标功率消耗值以及一些其他系统变量，比如系统重量、期望进给负载、系统rpm和与切割系统整体相关的其他因素。目标功率水平影响第一因素决策，该第一因素决策是为链所选择的节距。节距和功率是正相关的，因为较大的节距致使需要较高的功率水平，反之亦然。一旦选择了节距，调整剩余的链因素的大小以在链和杆系统的许多相互关联的因素之间设置适当的比率。这些因素可以包括切齿高度和切齿长度、驱动链节节距与切齿节距的比率、材料厚度、切割切口宽度以及杆至切口的间隙。在实施方式中，切割切口宽度选择在约0.200英寸与约0.230英寸之间。在实施方式中，杆至切口的间隙选择在约0.060英寸与约0.100英寸之间。影响指定切割模式的附加切齿设计元素包括深度计、切割角半径、固定的切割角和锉出的切割角。需要将多个因素和因素比率保持在接近其最优值的结果是典型的链设计已经演变成相对狭窄的设计空间，该相对狭窄的设计空间在设计之间产生相当大的视觉相似性。然而，许多因素在切割系统效率或一些其他性能度量上的影响不是线性的。通过仔细操纵这些设计因素，发明人意外地发现了一个预料不到的高效率区域。

一个非线性比率是进给载荷深度计比。如本文中公开的，已经开发出了高效率锯链，其中整个链按照下述窗口中的比例设计：在将进给载荷/深度计比率和切割深度与切割深度最大值的比率置于在其最佳点处的同时，允许大多数有影响的尺寸和比率接近其最佳值。在将进给负载和功率点同时保持在固定值时，该比例尺寸的目标是最佳效率和在进给载荷/深度计关系中的拐点之上的正确区域。该设计空间提供下述性能特征：该性能特征不能完全从线性比例中推算出来，或者不能通过修改现有设计上的一个尺寸来改变例如功率或效率的给定的响应值。

如图5和图6中所示，各种因素的选择致使锯链(高效率)远远大于对可比较的节链(.325标准)的预期。图5中所示的曲线图示出了节距与切割效率之间的关系。从1/4节距至3/8节距线性推算，人们将不会预测出公开的高效率切割链的效率。即使运用标准3/8和3/8低轮廓之间的偏差，人们将仍然无法预测出高效率切割链的切割效率。图6中所示的曲线图示出了切齿高度和节距的比率与切割效率之间的关系。如图6中所示，标准3/8链、标准1/4链、标准.323链、甚至3/8低轮廓链示出了切割效率与切齿高度节距比之间的线性关系。然而，公开的高效率链展现了效率上出乎意料地优异的提高。这种切割效率源于设计用于指定应用(功率范围和进给载荷)的公开的高效率切割链而不是设计意在用于若干应用的通用链。在实施方式中，高效率锯链的进给载荷与深度计的设定比率在约380与约330之间。这有利地对比于传统锯链的在约250与约310之间的进给载荷与深度计的设定比。在实施方式中，设定用于高效率锯链的深度计在约0.015与约0.020之间。这有利地对比于设定用于传统锯链的在约0.020与约0.030之间的深度计。

在各种实施方式中，链锯可以包括从链锯的本体延伸的导杆。该本体可以包括外壳，其中在外壳内设置有马达以围绕导杆驱动锯链。导杆可以包括一对轨道，其中在轨道之间设置有槽。导杆可以包括在导杆的端部处的一个或多个链轮，其中长形的部分(例如，直线部分或具有微小曲度的部分)设置在导杆的端部之间。例如，导杆可以包括在导杆的近端部处的驱动链轮和/或在导杆的远端部处的鼻部链轮。

在各种实施方式中，锯链可以包括彼此联接的多个链节，包括一个或多个切割链节、驱动链节和/或连接片。链节可以包括一对铆钉孔(例如，前铆钉孔和后铆钉孔)以将链节联接至相应的邻近链节。驱动链节可以是中心链节，该中心链节骑置在导杆的槽中并且/或者与链轮的凹处接合。连接片可以是与导杆的轨道中的一个轨道接合的侧部链节(例如，左侧链节或右侧链节)。连接片可以将连续的驱动链节彼此联接(例如，使用穿过连接片的铆钉孔和/或驱动链节的铆钉孔设置的铆钉，或者借助于另一种布置/联接)。

公开的高效率切割链可以包括切齿链节、连接片和驱动链节。锯链的切割链节包括前切割链节铆钉孔和后切割链节铆钉孔以及上切削刃，该上切削刃相对于连接前切割链节铆钉孔和后切割链节铆钉孔的中心线设置在第一高度处。在实施方式中，第一高度在约0.285英寸与约0.295英寸之间。切割链节可以包括切削刃和由齿槽隔开的深度计。深度计可以具有上表面和后面，该后面通常面向齿槽并与切削刃相对。深度计具有设置在第二高度处的上表面，该第二高度通常处于或低于第一高度即上切削刃的高度。在实施方式中，第一高度与第二高度之间的比率选择成提供高效率锯链。在实施方式中，第一高度与第二高度之间的比率在约1.22与1.28之间，该比率选择成提供高效率锯链。

切齿链节可以通过例如铆钉来与驱动链节联接，该铆钉穿过前切割链节铆钉孔和后切割链节铆钉孔。驱动链节可以包括前驱动链节铆钉孔和后驱动链节铆钉孔，驱动链节借助于接合前切割链节铆钉孔与后驱动链节铆钉孔的铆钉以及接合后切割链节铆钉孔与前驱动链节铆钉孔的铆钉联接至切割链节。通常，链的节距是三个连续铆钉之间的距离除以二。节距与切齿高度的比率由指定的功率点决定。切割性能、安全性和震动通过切齿高度与铆钉中心线上方的深度计高度的比率来控制。对于公开的高效率切割链，链节距可以限定为前驱动链节铆钉孔的中心与后切割链节铆钉孔的中心之间的距离的一半。在实施方式中，第一高度与链节距之间的比率选择成针对指定功率范围提供高效率切割链。在实施方式中，第一高度与链节距之间的比率在约1.22与1.28之间。在实施方式中，链节距在约0.315与约0.335英寸之间。

在实施方式中，切齿链节和连接片在铆钉周围的横截面积定尺寸成提供基于其设计所针对的功率点的拉伸强度和安全系数。较低功率链需要较少的材料来提供所需的强度。在实施方式中，对于链占用空间而言，铆钉孔的中心线下方的横截面积大于中心线上方的面积。这允许在使用期间磨损切齿并且提供底部占用空间同时仍保持适当的拉伸强度和安全性。此外，在某些实施方式中，切齿链节至连接片的顶部的高度定尺寸成提供用于适当地排出切屑的开放区域。

切割链节节距限定为前切割链节铆钉孔的中心与后切割链节铆钉孔的中心之间的距离。切齿驱动节距限定为前驱动链节铆钉孔的中心与后驱动链节铆钉孔的中心之间的距离。在实施方式中，切齿链节节距与驱动链节节距的比率选择成提供高效率锯链。在实施方式中，切齿链节节距与驱动链节节距的比率在约1.15与约1.19之间。在实施方式中，切齿链节节距在约0.345与约0.355之间。在实施方式中，驱动链节节距在约0.288与约0.308之间。

通常通过驱动链节的厚度来测量锯链的规格。在某些实施方式中，在不牺牲链强度的情况下，公开的锯链设计成提供不像典型的链那样厚的链规格。这与其他特征相结合可以提供具有提高的效率的锯链。在实施方式中，公开的锯链设计成提供在约0.040与约0.046之间的链规格宽度。

在某些实施方式中，使锯链的切齿最优化以提高切割效率并因此提高锯链的效率。例如，可以在各种实施方式(即，具有在锐化宽度与开口宽度之间的正差异的那些实施方式)中提高效率。这些几何约束可以向任何合适形式的有罩的切齿链节提供性能改进。合适的切齿的示例可以在美国专利no.9,610,702中找到，该专利的全部内容通过参引并入本文中。

本文中公开的实施方式可以在不牺牲切齿链节的预期寿命的情况下改进切割性能。该寿命通常由在锐化表面退化太多而使切齿链节不能使用之前切齿链节可以承受的锐磨(例如，通过圆形的铅笔状锉刀)的数量来确定。通常，锐化表面的厚度增加成在不考虑切齿链节的相对几何形状(以及对切割性能的附带影响)的情况下名义上地延长切齿链节的寿命。这些几何形状可以使切齿链节能够保持“厚”的锐化表面，该锐化表面可以在实现本文中所述的一些性能改进或所有性能改进的同时承受反复的锐磨。对于具有大于开口宽度的锐化宽度的任何合适尺寸的切齿链节都可以看到性能优点。

本文中公开了链锯切齿链节的实施方式以及相关的设备和方法的实施方式。本文中所述的切齿链节可通过比传统切齿链节更快速且更平滑地切割所需介质(例如，木材)来改善链锯切割性能。特别地，本文中的切齿链节可以提高链锯的切割效率，量化锯链将由锯所提供的功率转变成切割速度和材料去除的能力的量度。

在一些实施方式中，高效率锯链包括缓冲器驱动链节。在实施方式中，缓冲器驱动链节具有向后延伸的尾部防护装置或驱动链节的缓冲器部分。驱动链节的缓冲器部分可以定位在切割链节的深度计的旁边，该切割链节与驱动链节共用共同的枢转连接。可以形成双倍厚度的深度计和尾部，并且可以更有效地抵抗穿入至切口底部的木纤维中(与长形的单一厚度相比)，并且可以显著地增强对后续切割链节过度穿透的抵抗。当链越过链锯杆的鼻部部分时，驱动缓冲器链节与后面的切齿链节之间的铰接有效地产生深度计的延长部(例如，作为切齿链节深度计和缓冲器驱动链节的缓冲器部分的复合物)。这种延伸的复合深度计为链提供了稳定性，并且如上简要介绍的，该延伸的复合深度计还有助于防止切割表面咬入或穿透至未切割的木材中太远。这些功能可以有助于减少可能的反冲。

在各种实施方式中，缓冲器驱动链节的缓冲器部分提供对木纤维的穿透的进一步抵抗，同时通过最小化延伸至切割链节的齿槽中的缓冲器驱动链节的那部分来最小化对切割性能的负面影响，或者换言之，有助于最大化用于增强切屑流动的齿槽开口。在各种实施方式中，缓冲器驱动链节的前部部分和后部部分的构造可以协作地形成，使得前部部分的斜坡使被切割的木材沿在后部部分的前缘上方突出的方向倾斜，后部部分的前缘本身定形状成避免呈现可能挖入至切口中的拐角，而后部部分的尾部可以形成成沿着后部部分的顶部提供延伸边缘。在各种实施方式中，还可以减轻驱动链节的中心链节的后部部分前方的中心区域，以提供附加的切屑运载能力。

公开了一种系统，该系统包括高效率锯链和构造成驱动高效率锯链的驱动链轮。在实施方式中，该系统还包括导杆，该导杆构造成引导高效率锯链。

公开了一种包括高效率锯链的动力锯。在实施方式中，动力锯还包括驱动链轮，该驱动链轮构造成驱动高效率锯链。在实施方式中，动力锯还包括导杆，该导杆构造成引导高效率锯链。

图1示出了根据各种实施方式的高效率切割链10。高效率切割链10还包括切齿链节30、连接片40和驱动链节50。锯链10的切齿链节30包括切削刃32和由齿槽36隔开的深度计34。深度计34可以具有上表面和后面，该后面通常面向齿槽36。可以通过例如铆钉穿过铆钉孔38将切齿链节30与驱动链节50联接。纵向第一中心线60可以穿过相邻的铆钉孔38设置。平行于纵向第一中心线60的第二线63可以设置在切齿30的切割表面32的顶部拐角33处。第一中心线60与平行线63之间的距离可以用于限定切齿高度66。切齿高度选择成提供高效率切割链10。在实施方式中，对于链占用空间而言，中心线60下方的横截面积大于中心线上方的面积。这允许在使用期间磨损切齿并提供底部占用空间的同时仍保持适当的拉伸强度和安全性。此外，在某些实施方式中，切齿从线66至连接片的顶部的高度定尺寸成提供用于适当地排出切屑的开放区域。垂直于纵向第一中心线60的第二组中心线67和68可以穿过铆钉孔38设置并用于限定三个铆钉之间的距离69。链的节距是三个连续的铆钉之间的距离除以二。因此，节距是距离69除以二。在实施方式中，切齿高度与节距之间的比率选择成针对指定功率范围提供高效率切割链10。在实施方式中，该高度与深度计设置之间的比率选择成提供高效率锯链。节距与切齿高度的比率由指定的功率点决定。切割性能、安全性和震动通过切齿高度与铆钉中心线上方的深度计高度的比率来控制。

图2示出了与图1的链相匹配的驱动链轮200。在实施方式中，链轮200的齿槽201与图1的切割链10的节距距离相匹配。

图3和图4示出了根据各种实施方式的包括缓冲器驱动链节20的高效率切割链10。高效率切割链10包括切齿链节30、连接片40、并且在某些实施方式中包括非缓冲器驱动链节50。锯链10的切齿链节30包括切削刃32和由齿槽36隔开的深度计34。深度计34可以具有上表面和后面，该后面通常面向齿槽36。可以通过例如将铆钉穿过铆钉孔38将切齿链节30与缓冲器驱动链节20联接。缓冲器驱动链节20包括本体部分21和缓冲器部分22，该缓冲器部分22从缓冲器驱动链节20的本体部分21的中心既径向向上又向后延伸或突出。当缓冲器部分22越过链锯杆的鼻部时(见图4)，缓冲器部分22可以通过一定程度上径向延伸来减少反冲。此外，缓冲器部分22可以增加缓冲器驱动链节20的表面面积，该表面面积可以参与反冲运动因此减少反冲能量。此外，可以改变缓冲器部分22的长度和形状以促进切割性能。

图3示出了锯链10的侧视图，该侧视图示出了切割链节30和缓冲器驱动链节20，并且示出了根据各种实施方式的锯链10的相应的第一位置12。图4示出了锯链10的侧视图，该侧视图示出了切割链节30和缓冲器驱动链节20，并且示出了根据各种实施方式的锯链10的相应的第二位置14。切齿链节30和缓冲器驱动链节20可以在杆的杆轨的大致直线行程上行进的同时处于第一位置12中，并且可以在绕杆的鼻部周向地行进的同时处于第二位置14中。在一些实施方式中，当这样的部件在导杆的上部杆轨和下部杆轨的直线行程上行进时，缓冲器部分22的顶部边缘23的高度可以小于深度计34的上表面的高度。在某些示例中，缓冲器部分22的顶部边缘23的高度可以足够低，使得缓冲器驱动链节实际上为常规的驱动链节。在某些示例中，缓冲器部分22的顶部边缘23的高度可以与深度计一样高。在某些示例中，缓冲器部分22的顶部边缘23的高度在比深度计高约0.005"与比深度计低约0.030"之间。

在各种实施方式中，缓冲器驱动链节20可以包括缓冲器部分22，该缓冲器部分22适于部分地延伸至齿槽36的上部区域中。缓冲器部分22可以具有顶部边缘25，在一些实施方式中，该顶部边缘25可以在位于第一位置12时低于深度计34的上表面。缓冲器驱动链节20可以在具有顶部部分28的后缘26上具有凹部27，并且缓冲器驱动链节20可以包括最前部分24，该最前部分24设置在缓冲器部分22的稍端25的下方和前方。在实施方式中，当链10随着其在杆的直线部分上行进而位于第一位置12时，纵向第一中心线60与稍端25之间的距离大于纵向第一中心线60与后缘26的顶部部分28之间的距离。在各种实施方式中，凹部27定尺寸成减少突出至切齿链节的齿槽36中的驱动链节材料的量，这转而通过齿槽36减少了对切屑流动的影响，从而有助于更好的切割性能。平行于纵向第一中心线60的第二线63可以设置在切齿30的切割表面35的顶部拐角33处。第一中心线60与平行线63之间的距离可以用于限定切齿高度66。切齿高度选择成提供高效率切割链10。垂直于纵向第一中心线60的第二组中心线67和68可以穿过铆钉孔38设置并用于限定三个铆钉之间的距离69。链的节距是两个铆钉之间的平均距离。当铆钉之间的距离变化时，可以通过在三个铆钉之间测量并将该距离除以二来测得节距。因此，节距距离是距离69除以二。在实施方式中，切齿高度与节距距离之间的比率选择成提供高效率切割链10。在实施方式中，最前部分24相对于线60测量的角度在约35o-70o之间。在实施方式中，缓冲器驱动链节20的缓冲器部分22的顶部边缘23从稍端25向下倾斜至后缘26的顶部部分28。在实施方式中，缓冲器驱动链节20的缓冲器部分22的顶部边缘23向下倾斜约-3o(向上倾斜)至8o(向下倾斜)，例如相对于线60测量的4.6o。纵向第一中心线60可以穿过相邻的铆钉孔38设置。在实施方式中，当链10随着其在杆的直线部分上行进而位于第一位置12时，纵向第一中心线60与稍端25之间的距离大于纵向第一中心线60与后缘26的顶部部分28之间的距离。在各种实施方式中，凹部27定尺寸成减少突出至切齿链节的齿槽36中的驱动链节材料的量，这转而通过齿槽36减少了对切屑流动的影响，从而有助于更好的切割性能。垂直于纵向第一中心线60的第二中心线62可以穿过铆钉孔38设置。第二中心线62可以用于限定尾部延伸距离64。在实施方式中，尾部延伸距离64在切齿链节20的铆钉孔38之间的距离的约17％-23％(比如约20％)。

在各种实施方式中，凹部27定尺寸成减少突出至切齿链节的齿槽36中的驱动链节材料的量，这转而通过齿槽36减少了对切屑流动的影响，从而有助于更好的切割性能。在一些实施方式中，当缓冲器部分22穿过鼻部时，缓冲器部分22可以在缓冲器部分22的最大径向延伸点处与深度计34的上表面基本对齐(例如，从鼻部的中心径向延伸)。这种对齐可以相对于切口宽度呈现更大的表面面积，这可以有助于在穿过鼻部时抵抗反冲。在其他实施方式中，缓冲器部分22的端部可以比深度计径向延伸得更远或更少。

各种实施方式可以包括具有预选值的锯链部件的下述比例：使得当位于第一位置12时该比例可以有助于保持性能，并且当位于第二位置14时使反冲最小化。缓冲器部分22的顶部边缘23在铆钉孔38的中心线60上方的高度可以表示为稍端25的高度，并且可以按需要改变以改善性能、减少反冲并改善链的可维护性。在各种实施方式中，稍端高度可以是深度计高度34的预定百分比，比如80％-100％的范围。在其他实施方式中，稍端高度可以保持在深度计高度的高度之下，这可以减少在锯链的整个寿命期间在尾部上进行维护(例如锉)的需要。

尽管本文中已经示出和描述了某些实施方式，但本领域技术人员将理解的是，在不背离范围的情况下，经计算以实现相同目的的各种替代和/或等同的实施方式或实施方案可以代替示出和描述的实施方式。本领域技术人员将易于理解的是，实施方式可以以各种各样的方式实施。

本申请意在涵盖本文中所讨论的实施方式的任何改型或变型。因此，实施方式明显意在仅由权利要求及其等同物限制。