孔凡玲（國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心,江蘇蘇州　215000）

從專利角度談粉料細微供料技術

孔凡玲
（國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心,江蘇蘇州215000）

摘要：粉料的包裝離不開計量，粉料細微供料技術直接影響計量的精確度以及速度，進而影響包裝質量。本文介紹了粉料細微供料技術的技術背景，闡述了粉料細微供料技術的全球發(fā)展趨勢，并重點介紹了粉料細微供料技術的螺桿計量，閥門計量，組合式計量，其他計量方式如皮帶給料，轉動計量等技術分支的技術發(fā)展歷程。

關鍵詞：粉料；細微供料；螺桿；閥門；組合

1　背景

粉體的包裝離不開計量充填機械，計量充填機械一般由物料供給裝置、計量裝置、下料裝置等組成。計量充填機械大體分為三類：

（1）容積式充填機。將產品按預定容量充填到包裝容器內，體積較小，計量速度高，計量精度低；

（2）稱重式充填機。將產品按預定質量充填到包裝容器內。其結構復雜，體積較大，計量精度高，計量速度低；

（3）計數式充填機。將產品按預定數目充填到包裝容器內。其結構復雜，計量速度較高[1]。

容積式充填機，對粉狀、顆粒狀、液體、膏體等形式的物料以一定容積的裝置進行計量和充填，又分為量杯式、插管式、柱塞式、螺桿式、料位式、定時式等幾種；稱重式充填機，利用稱重方法進行計量，常用于計量精度要求較高的粉料狀物料，又有動態(tài)秤量、靜態(tài)秤量、間歇秤量和連續(xù)秤量之分[2]。

隨著包裝業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的容積法計量是無法滿足計量精度的，由于在稱重過程中需要控制計量精度機速度，單純的稱重方法也無法滿足計量需求。因此，為了提高計量的速度和精度，粉料細微供料技術的研究成為研究學者熱衷的課題之一。

2　粉體細微供料的全球發(fā)展趨勢

2.1粉體細微供料技術專利申請全球發(fā)展趨勢

由圖1、2可見，1949年以前粉料細微供料處于低速發(fā)展時期，1950年到1995年期間粉料細微供料處于第一高速發(fā)展時期，1995年以后粉料細微供料處于第二高速發(fā)展時期（2013年以后的專利申請有一部分還沒有公開，因此統(tǒng)計出的數量較少）。雖然我國的專利事業(yè)起步相對于發(fā)達國家較晚，然而粉料細微供料技術發(fā)展至今，中國的專利申請量位居第二。

由圖3、4可見，我國粉料細微供料技術起步相對比較晚，2002年以前專利申請非常少，然而隨著我國經濟的快速發(fā)展，現(xiàn)今我國在粉料細微供料技術方面發(fā)展迅速。2005年以后，我國粉料細微供料技術的專利申請比重已經位居第一，并且2010年之后增長速度不斷加快（2013年以后的專利申請有一些部分還沒有公開，因此統(tǒng)計出的數量較少）。

2.2粉料細微供料的專利技術分析

專利申請文件在粉料細微供料技術方面主要分為如下幾個技術分支：（1）螺桿計量；（2）閥門計量；（3）組合式計量；（4）其他計量方式，如皮帶給料，轉動計量。且各個技術分支的專利申請比例如下圖5所示。

下面，從上述粉料細微供料技術的4個技術分支方面介紹粉料細微供料技術發(fā)展路線。

2.2.1螺桿計量

由于螺桿計量適用于各種粉狀或小顆粒的物料，既可調節(jié)裝料的螺桿轉速，也可以調節(jié)給定的時間，它的調節(jié)幅度比較大，適用比較廣，能滿足不同的計量要求[3]，因此，螺桿計量是粉料細微供料技術中比較重要的一種計量方式。螺桿計量目前主要有單螺桿供料和多螺桿供料兩個個技術分支，并對每個技術分支不斷地進行改進。

（1）單螺桿給料。早在1938年德國就提出了單螺桿供料的構想（如專利DE667784C），1951年采用轉輪、螺桿與弧形門結合的方式控制給料速率（如專利CH290339A），1970年出現(xiàn)采用電機驅動螺桿的方案（如專利DE1486107B），1977年在料倉內裝設攪拌系統(tǒng)（如專利JP52-91376U），1983年采用脈沖比較器與控制單元共同驅動電機以驅動螺桿粗細供料（如專利US4381545A），1986年提出采用充氣嘴增加物料流動性的構想（如專利JP61-27241B2），2003年采用計時器設定高速充填時間和低速充填時間，（如專利JP2003-137201A），2009年出現(xiàn)振實裝置（如專利CN201240511Y），2011年出現(xiàn)了柔性螺旋輸送器（如專利CN201825240U），2013年采用破拱機構和螺旋輸送機構同時運作（如專利CN203306240U）。

（2）多螺桿給料。1956年美國提出了采用一臺電機驅動直徑相同的雙螺桿的構思（如專利US2754996），1979年采用了兩臺電機驅動不同直徑的螺桿控制供料精度進行多級給料（如專利AU44297/79A），2003年采用三根平行于機體的進料輸送螺桿進料（如專利CN2530888Y），繼而出現(xiàn)了將主料斗中的粉料振動供給兩個內設有螺桿的輔助料斗的方案（如專利JP2003-146310A），2005年出現(xiàn)了對于不同粉料按比率給料的技術（如專利JP2005-170394A），2006年采用水平設置的螺桿與豎直設置的螺桿（如專利JP2006-168776A），2007年采用粗放料氣缸和細放料氣缸驅動螺桿（如專利CN2902898Y），2008年采用不同徑且分別相互控制的雙螺旋送料裝置（專利CN201026998Y），2010年在雙螺旋給料機的出料口上方設置除塵管（專利CN201614014U），2013年采用大螺桿與小螺桿快速旋轉快進料、大螺桿與小螺桿慢速旋轉中進料、大螺桿停止小螺桿低速旋轉慢進料的三個給料階段（如專利CN202966693U）。

2.2.2閥門計量

由于螺旋定量給料的機構較為復雜，其高精度計量往往通過微小流量取得，灌裝時間較長，且無法避免物料與機械轉動零件的接觸，利用螺桿控制給料量存在設備清洗、拆卸和安裝操作復雜，對工人的操作技術水平要求高，對螺桿支撐軸承的密封要求嚴格，不允許有任何潤滑油脂泄漏等問題[4]，因此出現(xiàn)了閥門計量技術。

1981年美國提出了通過控制閥門開度大小而控制粉料計量精度的構想（如專利US4300600A），1987年日本提出采用一個氣缸帶動閘門移動的形式控制給料速率（如專利JP9-2401A），1999年采用粗喂氣缸和細喂氣缸分別控制閘板的粗細給料（如專利CN2333623Y及CN2337072Y），2006年出現(xiàn)了粗采用多個閥門控制供料的方案（如專利CN2844004Y），2008年歐局提出了通過控制管閥的開度大小調節(jié)粉料流量的構想（如專利EP1912001A1），日本采用氣缸驅動夾桿帶動圓球形擠壓件控制軟管閥的開度（如專利JP2008-94496A），2009年采用電磁閥控制串聯(lián)氣缸動作而帶動閘板的全開、半開、全關（如專利CN201268403Y），2011年通過控制錐形閥的開度實現(xiàn)精確計量（如專利CN201729279U），2013年提出高精度隔膜計量系統(tǒng)（如專利CN103057730A）。

2.2.3組合式計量

1960年采用轉盤式雙工位填充組合計量（如專利CH383866A），1987年出現(xiàn)了容積式粗供料與螺桿細供料結合的構思（如專利US4662409A），1996年出現(xiàn)了容積計量的方案（如專利JP8-327439A），2012年在螺旋給料管上設置輔助除塵裝置（專利CN102351051A）。

2.2.4其他計量方式

皮帶給料（如專利CN201999220U及CN202201175U），轉動計量（如專利CN2861013Y中提出的轉盤式進料裝置）。

3　總結

通過以上分析可以看出，近些年粉料細微供料技術領域的全球申請量比較穩(wěn)定，我國申請量雖然有所提高，但是在研究深度方面與國外還是有差距；目前國內申請量呈現(xiàn)出逐年增長的趨勢，這顯示出我國企業(yè)在該領域的巨大發(fā)展?jié)摿?，也表明我國粉料細微供料技術的專利意識有所提高。

參考文獻：

[1]張新昌編.包裝概論[M].印刷工業(yè)出版社，2011(08)第2 版:100-101.

[2]唐四元，魯艷霞.現(xiàn)代物流技術與裝備[M].清華大學出版社，2011(08)第2版:159.

[3]無錫輕工業(yè)學院等.食品工廠機械與設備[M].中國輕工業(yè)出版社，1981:100.

[4]秦皇島源達科技有限公司.氣力給料奶粉計量充填機[p].2011.