王迪 刘宇（等同一作）
国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心
摘 要：随着灌装机械设备的不断发展，包装精度的高低既影响消费者的合法权益，也考验着企业生产成本控制的能力，进而成为影响企业整体竞争力的重要因素。本文将通过专利视角对定量包装精度控制领域的发展现状和发展趋势进行分析，对了解该行业的发展水平具有借鉴意义。
关键词：包装机械；定量包装；包装精度；专利
随着经济和科技的发展，灌装机械设备呈现出以下几个方面的发展新动向[1]：灌装机械设备趋向大型化从而提高规模经济效益；灌装机械结构设计简单合理从而提高可靠性、降低制造成本；灌装设备向多功能化发展，提高适应性和市场竞争力；灌装机械向光、机、电、气、磁一体化方向发展，实现设备运行的高效智能[2]。此外，随着消费者对于包装质量的重视，如何提高定量包装的精度也受到相关企业的高度重视。因为包装精度的高低不仅影响着消费者的合法权益，也考验着企业生产成本控制的能力，进而成为影响企业的整体竞争力的重要因素。本文将通过专利分析的手段对该行业的发展情况进行分析。
一、定量包装精度控制方法
现行的定量灌装方式主要有称重式灌装、量筒式灌装、直线式/旋转式电磁阀灌装、电磁感应式灌装[3]。
1、称重式灌装
定量称重灌装机的工作原理在于，需要给定灌装规格，根据需要设定称重值，将灌装重量值与设定称重值作比较，进行灌装。定量称重灌装机适用于灌装流动性较好的物料，其受外界环境的影响小，灌装精度高，性能稳定。
如专利申请CN102910302A公开的电子定量包装秤。定量称重灌装机在液体灌装领域同样有所应用，如专利申请CN202022309U公开的食用油灌装机。由于流动性液体在灌装时产生的冲击力较大，因此，采用称重法灌装时会产生计量误差，这在一定程度上影响了称重式灌装在液体灌装领域的应用。
2、量筒式灌装
量筒式灌装主要以机械设备为主，其用于测量和转移确定体积的物料。典型的量筒式定量灌装装置包括位于套筒中的定量器活塞，定量器活塞在套筒中可收缩以形成一空腔，定量装置向下深入物料存储器以收集在空腔中的物料，随后，将物料从空腔中排入合适的容器。
量筒式灌装并广泛应用于对于灌装精度要求更高的药品行业。如专利申请CN1436138A公开了一种用于转移确定量的粉剂的方法和设备，专利申请CN1215321A公开了一种将粉料灌装到硬胶体胶囊或类似容器的装置。在液体灌装领域，采用量筒进行定量灌装也很常见。如专利申请CN1253113A公开的液体填充方法，专利申请CN1112902A公开的灌注方法。
3、电磁阀灌装、电磁感应式灌装
电磁感应式灌装原理较复杂，当今在生产线上的推广应用较少；由于直线式电磁阀灌装只能间隙式工作，产量受到一定限制。旋转式电磁阀灌装机的灌装阀开关由电磁阀控制，采用计时恒压定量灌装原理，灌装精度更高。电动定量灌装系统及电磁阀控制计量装置，可进行精确的连续灌装。灌装过程通过与灌装阀相关的恒压计时进行控制，灌装中无垂直机械运动，因而无磨损、免维护、易清洗。无菌控制阀与容器在灌装过程中不接触，非常适合在无菌环境中灌装。
在国家知识产权局公布的专利中，与电磁控制相关的申请重点在于电磁阀与称重装置相互配合，实现对于管路开闭的控制。如专利申请CN101583557A中，传感器输出的电信号到达控制单元，进而来自控制单元的控制信号传输给电磁阀，通过打开和关闭电磁阀来控制物料流。
二、定量包装精度控制专利申请量分析
为研究定量包装精度控制领域的专利技术发展情况，笔者对该领域的国内专利申请和全球专利申请数据进行统计分析，本次专利分析的检索数据包括截止到2021年3月31日公开的专利申请。
为分析定量控制方法的研究重点和热点，在中文专利数据库中分别对固体材料、液体材料定量控制领域的国内申请数据进行分析，从统计结果来看，在固体材料包装精度控制领域，对于称量法的研究比较活跃，达到了全部申请量的75%。在液体材料的定量包装中，采用体积测量法申请量占总申请量的比例超过了总申请量的一半。可见，在国内申请中，包装精度控制的研究热点主要集中在称量法和体积测量法。通过对国际专利申请进行分析发现，在包装行业发展先进的国家，固体和液体定量包装的两种精度控制方法的申请量在各个领域的数量比较均衡，与之相对地，我国在固体材料称量式灌装领域的申请量远超过其他国家或组织的申请量。
从近十几年的专利申请统计数据来看，四种定量灌装方法的国外申请呈现相对稳定的状态，每年申请量基本相同。而国内申请则呈现从2009年开始显著的增加的情况。值得注意的是，关于体积测量法液体灌装的国内申请量从2009年开始逐年大幅增加，这说明国内对于该领域的研究逐渐深入。
三、定量包装精度控制专利申请人分析
对国内申请的申请人国别进行统计，四个领域中外国申请的比例并不高，并且在外国申请中，日本、德国、美国、意大利、瑞士等包装行业发达的国家占据主导地位。通过对申请人的分析，在固体材料称量法灌装领域，国内企业如常熟市贝普包装、安徽正远包装的申请量位居前列，而在外国申请中，梅特勒·托利多、ISHIDA石田株式会社的申请量与国内企业申请量相当。ISHIDA石田株式会社是制造称重和包装设备的龙头企业；梅特勒·托利多是全球领先的精密仪器及衡器制造商，在定量包装领域的包装秤领域也有涉及，从而使得该领域的外国申请中瑞士的申请量位居前列。在固体材料容积法灌装领域，除了成都海科机械设备制造有限公司之外，申请量居前的基本为外国企业申请，如IMA工业机械自动装置股份有限公司、罗伯特·博世有限公司、株式会社汤山制作所、菲利普莫里斯生产公司、葛兰素集团有限公司等国际知名企业。
这种外国企业申请占据主导地位的情况在液体材料称重灌装领域更加显著，该领域申请量居前的申请人几乎全部为外国企业，如克朗斯、罗伯特·博世、布朗医学、梅特勒·托利多等。在液体材料体积测量灌装领域，国内企业成都海科机械设备制造有限公司依然表现突出，申请量超过了国际领先的克朗斯、利乐拉瓦尔等企业。
以上分析结果表明，虽然国内在定量灌装精度控制领域的申请总量远超过国外企业，但其主要分散在为数众多的中小型企业中，与外国申请人相对集中的情况不同。这说明，本领域的核心技术仍然掌握在包装行业的国际领头企业手中，国内企业缺乏核心竞争力。但也应该关注到，从申请量来看，国内企业如安徽正远包装科技有限公司、成都海科机械设备制造有限公司，正处在快速发展和竞争力提升阶段。
四、结论
通过对于定量灌装领域的专利申请进行分析，目前国内在定量包装控制领域的研究已基本成熟，专利申请的方向主要是针对目前已成熟的技术进行改进。不论是称量法还是体积测量法，在具体应用到不同类型的包装机时，所遇到的可能影响灌装精度的问题并不相同。从企业申请的发展情况可以看出，目前国内的企业主要着眼于解决自身生产的包装机械的技术改进方案，创新性略显不足。
作者刘宇对本文的贡献等同第一作者。
参考文献：
[1] 食品包装机械创新发展的新途径[J], 洪桂香，工程科技，2004（02）
[2] 灌装机控制系统及关键技术研究[J]，李玉琳，工程科技，2014（02）
[3] 饮料食品定量灌装智能控制系统设计[J]，张柯等，工程科技，2020,41（11）