胶囊充填机的结构和特点
1.前言 谈起胶囊充填机，国内生产固体制剂的制药企业接触zui多的是德国的GKF机型及其国产消化机型，即便如此要真正了解其结构类型、选用好也并非易事。而对其它机型的了解更是甚微。对于粉末/颗粒的计量及充填相信国内用户已经比较了解，但对微丸、片剂及液体等的计量及充填却鲜为人知。笔者将多年来对国内外胶囊充填机的了解和选用谈一些看 已浏览：次 1.前言
谈起胶囊充填机，国内生产固体制剂的制药企业接触zui多的是德国的GKF机型及其国产消化机型，即便如此要真正了解其结构类型、选用好也并非易事。而对其它机型的了解更是甚微。对于粉末/颗粒的计量及充填相信国内用户已经比较了解，但对微丸、片剂及液体等的计量及充填却鲜为人知。笔者将多年来对国内外胶囊充填机的了解和选用谈一些看法，供国内同行在设备选型时的参考。
2.胶囊充填机的类型
国外胶囊充填机以主轴传动工作台运动方式分为两大类：一类是连续式，另一类是间歇式。它们的鼻祖分别是意大利的MG2公司和德国的BOSCH公司。BOSCH公司采用的是间歇式，MG2公司采用的是连续式，而意大利的IMA公司兼而有之。按充填形式又可分为：重力自流式和强迫式两种。按计量及充填（粉末/颗粒和微丸）装置的结构可分为：计量盘式、滑板式、计量管式（计量管下插计量及活塞下推充填、计量筒活塞回落计量及自流加气流充填、计量管板负压计量及正压充填等）。BOSCH机型采用的是计量盘式和滑板式，MG2和IMA机型采用的是计量管式。
国内zui早仿制德国BOSCH公司GKF400机型的是北京弘华制药机械公司，于86年推出400型机型。而zui早仿制意大利IMA公司ZANASI25机型的是广东惠阳机械厂，于88年推出20A型机型，后因市场等原因于95年也改为GKF机型。所以目前国内生产的胶囊充填机都成了清一色的GKF机型，生产厂商有20多家，但质量上乘可靠的也不过5～6家。
胶囊充填机是一个很精密的设备，无论是传动件，还是执行件，对材料、热处理、零件的机加工精度、自控等都有很高的要求，国产机和机的差别就在于此，也是导致国产机噪音大、稳定性差的原因所在。因此在仿制机型上，不应当停留在外形尺寸的仿制，而应在深入理解其工作原理的基础上，消化吸收其内涵，开发出合理的、有自己特点的东西。
3.胶囊充填机的结构和特点
3.1连续式胶囊充填机的结构和特点
连续式胶囊充填机的结构分为单塔台转筒式和多塔台转筒式两种，IMA公司的MATIC和IMATIC机型采用的是单塔台转筒式结构，MG2公司目前所有的机型都采用多塔台转筒式结构。连续式胶囊充填机相对于间歇式来说是高速机。
3.1.1单塔台转筒式胶囊充填机的结构和工作原理
在MG2公司的多塔台转筒式结构问世后，IMA公司采纳了其连续式胶囊充填的原理，开发出采用单塔台转筒式结构的MATIC60，90，120及近年来推出的升级版IMATIC100，150，200等机型。它们的进料、调头、胶壳分离、充填、胶囊锁合、出料等都在一个转筒上进行，使主轴传动变得简单，但转筒的动作结构比多塔台转筒式复杂。以MATIC机型为例，如图1所示，共有8个工位，完成18个工步，除第1、9、17和第2、10、18工步分别在第1和第2工位完成外，其余每个工位都完成二个工步，也就是从每一个空胶囊进入到成品输出转台需旋转810°，这就使得机器的结构紧凑，动作可靠。
近年来推出的IMATIC机型的主要改进是：把机械运动的活动节点处与产品区域隔开，来适应自动在位清洗功能，以达到不同状态下的清洗循环：预清洗、去污清洗、去矿化物清洗和热空气干燥，所以在运动件的结构上也作了一些改进，特别是定位装置：在控制系统方面，采用标准的PLC（可编程序逻辑控制器）和标准的OIT（人机对话终端）为基础的现代化操作控制系统，整机的操作除电源、开、停、紧停按钮外，其它都用OIT-屏幕和键盘系统管理。
在结构方面，转筒顶部是一个大容积的空胶囊料槽；在转筒的上端，外层安装有进料管，进料管下端装有控制胶囊出料的门，进料管靠近转筒内侧装有拨叉，外侧装有上锁合杆；转筒的里层安装有计量管，它们除了随简体作回转运动外，自身按其内的凸轮槽曲线作轴向的垂直运动；在转筒的下端法兰凸缘上装有与进料管数量对应的上托杯固定模具，能在空胶囊打开时，限制帽的下落，将帽留在上托杯模具内；法兰凸缘的上方是定位装置，完成胶囊调头；下方是胶囊体下托杯模具，它们除了随简体作回转运动外，自身按其内的凸轮槽曲线作径向的伸缩运动；转筒下方外层处有下锁合杆，起胶囊的打开、锁合、顶出作用，当打开胶囊时，下锁合杆内走真空。装量可在操作屏上设置，自动调整重量，并在显示屏上显示计量和相应的计量管号码。另外还配有随机称量系统，由电子称组件收集的数据，经电脑处理并给出调整计量值，以保持胶囊重量在质量控制预定的允差范围内。
机器的工作原理是：转筒顶部的胶囊料槽，由于转筒的连续转动，使进料管能容易地进入空胶囊料层取囊，并垂直向下运动，在1工位处进料管下端的出料门打开，有拨叉将胶囊送入定位装置，经水平和垂直定位（即调头）后，定位装置伸出把胶囊送至上托杯模具处，同时胶囊体下托杯模具亦伸出对准上托杯模具，在下锁合杆的真空作用下，使帽体分离，帽留在上托杯模具内，体则留在下托杯模具内。此时已完成了下插计量的计量管便上升，并对准与收缩到位的下托杯模具中的胶囊体进行充填，然后下托杯模具伸出至外层位置，与上托杯模具汇合，进料管下端的上锁合杆向下运动，对充填后的胶囊进行锁合，zui后下锁合杆上升，顶出胶囊。就这样周而复始，连续运行。
3.1.2单塔台转筒式胶囊充填机的计量及充填形式和特点
IMA公司的MATIC、IMATIC机型采用的是计量管下插计量及活塞下推强迫充填结构。它由计量管筒体、活塞、物料槽等组成。物料槽呈环状，在转筒的下方，当物料为粉末时，它可选用连续旋转的形式，产生一个恒定的和均匀的物料层，并能不断改变计量管进入物料槽的取粉点，从而使粘度大或流动性差的粉剂亦可取得准确的计量；对于较轻、较蓬松及颗粒不均匀的粉剂，特别是中草药粉剂，物料槽底部可选用有真空的形式，促使粉末预压缩，使其比重增加，达到计量准确的目的；当物料为微丸时，则管内增加真空吸料，以免提升过程中微丸掉落，对于计量管吸起的多余的微丸，采用吹气的方式将其去掉。
它的计量及充填过程是：计量管内的活塞上升到设定的装量位置，插入物料槽底部，完成计量和*次压缩，这时计量管停止下插，而里面的活塞再下降一段距离，其作用是把计量管内的物料进一步压实，完成第二次压缩。计量完成后，计量管上升对准与收缩到位的胶囊体下托杯模具，计量管内的活塞便推出，把物料充填入胶囊体中。当用于微丸的计量及充填时，则活塞无压缩动作，而管内增加负压。
这种形式的特点是：计量及充填过程在一段圆弧上进行，留给充填的时间比间歇式长，所以充填平稳，机器的振动和噪音小；在微丸的计量及充填过程中，与微丸无刚性接触，不会破坏缓释层（这对缓控释微丸来说尤为重要，否则就会破坏药物释放特性，影响药效）；适应于带静电、易架桥的微丸充填；在粉末/颗粒的计量及充填时，计量过程中活塞对物料是一次计量，二次压缩，因此计量精度很高；能将胶囊的重量进行检测、分析后自动调整装量。但对于流动性好的物料就不如GKF的计量盘式，须改变工艺与之适应，反过来对粘性大、易吸潮的物料，就比计量盘式好，而计量盘式就容易粘冲；此外这种结构不能进行二种及以上物料的复合充填或混合充填。
3.1.3多塔台转筒式胶囊充填机的结构和特点
多塔台转筒式胶囊充填机结构是MG2公司于62年首先推出的区别于GKF间歇式的全新概念的连续式机型。这种结构的进料、调头、胶壳分离、充填、胶囊锁合，出料等分别由各转筒执行，而各转筒的相互运动则由齿轮传动，比早期的链轮传动在稳定性、可靠性、寿命等方面都大大提高。过去链轮传动的缺点是：当其失效后，链条的节距伸长，链轮的齿形变尖，就会使转筒上的执行部件与过渡轮等的相互衔接出现累积误差，撞坏执行部件。此外正是由于采用了多个转筒，使设备有足够的空间来安装各种不同类型的计量及充填装置，来完成复合充填或混合充填。机器还配有随机自动重量控制VR系统，它由PC、打印机、分析天平、专用软件和把胶囊从产品中取出的机械和电子部件等组成，用于数据的收集、分析和说明。如果VR检测到的产品重量超出统计上的允许范围，它能自动调节计量腔来达到理论平均值。
下面以MG2公司的基本机型Suprema为例来说明其结构原理。如图2所示，该机型有三个塔台转筒：胶囊的送入、方向调整及分离转筒A；计量及充填转筒C；锁合出料转筒G、中间过渡盘B和D、帽转换盘H等组成。转筒A上的进料管及垂直调整叉、转筒C上的计量管、转筒G上的上下锁合杆除了随转筒作回转运动外，自身按其内的凸轮槽轨迹作轴向的垂直运动。
它的工作原理是：在转筒A处，每粒空胶囊从送入到打开（帽和体分别传递给帽转换盘H和过渡盘B）转筒共转过400°。转筒A上方胶囊槽中的空胶囊因旋转离心力及进料管的上下运动等作用，使胶囊容易地在a处依次进入进料管内，并下落到进料管下端，由水平挡板、方向调整板、垂直调整叉的相互作用，完成空胶囊的方向调整。然后垂直调整叉继续向下，把胶囊送入运行到位的过渡盘B上的传输链模具中，在b处山真空作用，完成帽体分离，体山传输链模具带走，经中间过渡盘B进入转筒C，并在此进行粉末/颗粒的充填。帽则由帽转换盘H上从c处开始在真空作用下将其带走。来自转筒C的充填后的胶囊体经D盘后和帽在转筒G的d处汇合，在上、下锁合杆的共同作用下完成锁合，在e处由下锁合杆顶出，至此完成胶囊充填的全部过程。在充填转筒C处可安装不同的充填机构来完成下列任何一种物料之一：粉末/颗粒、两种不同类型的微丸或混合微丸、中草药及液体等的充填。
与Suprema机型在转筒和工位数方面相似的是Compact机型，但它能在过渡盘B和D上安装片剂充填装置，完成1—5个片子的混合充填。而Futura机型则是山四个转筒和三个中间过渡盘组成，即增加一个转筒E及过渡盘F以增加粉末/颗粒、微丸、中草药及液体的充填工位。
至此可以看出单塔台转筒式结构紧奏，动作可靠，但只能进行粉末/颗粒或微丸的充填：而多塔台转筒式充填内容广，且可以多工位多品种混合充填，但是这种机型由于帽转换盘是采用真空将帽吸住并传递，对胶囊的形状要求较高，如有一粒坏胶囊，就容易发生负压
短路现象；另外它们的共同优点是都采用计量管式，所以能对胶囊的重量进行检测、分析后自动调节；在微丸的计量及充填方面也比GKF的滑板式和计量盘式更可靠。
谈起胶囊充填机，国内生产固体制剂的制药企业接触zui多的是德国的GKF机型及其国产消化机型，即便如此要真正了解其结构类型、选用好也并非易事。而对其它机型的了解更是甚微。对于粉末/颗粒的计量及充填相信国内用户已经比较了解，但对微丸、片剂及液体等的计量及充填却鲜为人知。笔者将多年来对国内外胶囊充填机的了解和选用谈一些看法，供国内同行在设备选型时的参考。
2.胶囊充填机的类型
国外胶囊充填机以主轴传动工作台运动方式分为两大类：一类是连续式，另一类是间歇式。它们的鼻祖分别是意大利的MG2公司和德国的BOSCH公司。BOSCH公司采用的是间歇式，MG2公司采用的是连续式，而意大利的IMA公司兼而有之。按充填形式又可分为：重力自流式和强迫式两种。按计量及充填（粉末/颗粒和微丸）装置的结构可分为：计量盘式、滑板式、计量管式（计量管下插计量及活塞下推充填、计量筒活塞回落计量及自流加气流充填、计量管板负压计量及正压充填等）。BOSCH机型采用的是计量盘式和滑板式，MG2和IMA机型采用的是计量管式。
国内zui早仿制德国BOSCH公司GKF400机型的是北京弘华制药机械公司，于86年推出400型机型。而zui早仿制意大利IMA公司ZANASI25机型的是广东惠阳机械厂，于88年推出20A型机型，后因市场等原因于95年也改为GKF机型。所以目前国内生产的胶囊充填机都成了清一色的GKF机型，生产厂商有20多家，但质量上乘可靠的也不过5～6家。
胶囊充填机是一个很精密的设备，无论是传动件，还是执行件，对材料、热处理、零件的机加工精度、自控等都有很高的要求，国产机和机的差别就在于此，也是导致国产机噪音大、稳定性差的原因所在。因此在仿制机型上，不应当停留在外形尺寸的仿制，而应在深入理解其工作原理的基础上，消化吸收其内涵，开发出合理的、有自己特点的东西。
3.胶囊充填机的结构和特点
3.1连续式胶囊充填机的结构和特点
连续式胶囊充填机的结构分为单塔台转筒式和多塔台转筒式两种，IMA公司的MATIC和IMATIC机型采用的是单塔台转筒式结构，MG2公司目前所有的机型都采用多塔台转筒式结构。连续式胶囊充填机相对于间歇式来说是高速机。
3.1.1单塔台转筒式胶囊充填机的结构和工作原理
在MG2公司的多塔台转筒式结构问世后，IMA公司采纳了其连续式胶囊充填的原理，开发出采用单塔台转筒式结构的MATIC60，90，120及近年来推出的升级版IMATIC100，150，200等机型。它们的进料、调头、胶壳分离、充填、胶囊锁合、出料等都在一个转筒上进行，使主轴传动变得简单，但转筒的动作结构比多塔台转筒式复杂。以MATIC机型为例，如图1所示，共有8个工位，完成18个工步，除第1、9、17和第2、10、18工步分别在第1和第2工位完成外，其余每个工位都完成二个工步，也就是从每一个空胶囊进入到成品输出转台需旋转810°，这就使得机器的结构紧凑，动作可靠。
近年来推出的IMATIC机型的主要改进是：把机械运动的活动节点处与产品区域隔开，来适应自动在位清洗功能，以达到不同状态下的清洗循环：预清洗、去污清洗、去矿化物清洗和热空气干燥，所以在运动件的结构上也作了一些改进，特别是定位装置：在控制系统方面，采用标准的PLC（可编程序逻辑控制器）和标准的OIT（人机对话终端）为基础的现代化操作控制系统，整机的操作除电源、开、停、紧停按钮外，其它都用OIT-屏幕和键盘系统管理。
在结构方面，转筒顶部是一个大容积的空胶囊料槽；在转筒的上端，外层安装有进料管，进料管下端装有控制胶囊出料的门，进料管靠近转筒内侧装有拨叉，外侧装有上锁合杆；转筒的里层安装有计量管，它们除了随简体作回转运动外，自身按其内的凸轮槽曲线作轴向的垂直运动；在转筒的下端法兰凸缘上装有与进料管数量对应的上托杯固定模具，能在空胶囊打开时，限制帽的下落，将帽留在上托杯模具内；法兰凸缘的上方是定位装置，完成胶囊调头；下方是胶囊体下托杯模具，它们除了随简体作回转运动外，自身按其内的凸轮槽曲线作径向的伸缩运动；转筒下方外层处有下锁合杆，起胶囊的打开、锁合、顶出作用，当打开胶囊时，下锁合杆内走真空。装量可在操作屏上设置，自动调整重量，并在显示屏上显示计量和相应的计量管号码。另外还配有随机称量系统，由电子称组件收集的数据，经电脑处理并给出调整计量值，以保持胶囊重量在质量控制预定的允差范围内。
机器的工作原理是：转筒顶部的胶囊料槽，由于转筒的连续转动，使进料管能容易地进入空胶囊料层取囊，并垂直向下运动，在1工位处进料管下端的出料门打开，有拨叉将胶囊送入定位装置，经水平和垂直定位（即调头）后，定位装置伸出把胶囊送至上托杯模具处，同时胶囊体下托杯模具亦伸出对准上托杯模具，在下锁合杆的真空作用下，使帽体分离，帽留在上托杯模具内，体则留在下托杯模具内。此时已完成了下插计量的计量管便上升，并对准与收缩到位的下托杯模具中的胶囊体进行充填，然后下托杯模具伸出至外层位置，与上托杯模具汇合，进料管下端的上锁合杆向下运动，对充填后的胶囊进行锁合，zui后下锁合杆上升，顶出胶囊。就这样周而复始，连续运行。
3.1.2单塔台转筒式胶囊充填机的计量及充填形式和特点
IMA公司的MATIC、IMATIC机型采用的是计量管下插计量及活塞下推强迫充填结构。它由计量管筒体、活塞、物料槽等组成。物料槽呈环状，在转筒的下方，当物料为粉末时，它可选用连续旋转的形式，产生一个恒定的和均匀的物料层，并能不断改变计量管进入物料槽的取粉点，从而使粘度大或流动性差的粉剂亦可取得准确的计量；对于较轻、较蓬松及颗粒不均匀的粉剂，特别是中草药粉剂，物料槽底部可选用有真空的形式，促使粉末预压缩，使其比重增加，达到计量准确的目的；当物料为微丸时，则管内增加真空吸料，以免提升过程中微丸掉落，对于计量管吸起的多余的微丸，采用吹气的方式将其去掉。
它的计量及充填过程是：计量管内的活塞上升到设定的装量位置，插入物料槽底部，完成计量和*次压缩，这时计量管停止下插，而里面的活塞再下降一段距离，其作用是把计量管内的物料进一步压实，完成第二次压缩。计量完成后，计量管上升对准与收缩到位的胶囊体下托杯模具，计量管内的活塞便推出，把物料充填入胶囊体中。当用于微丸的计量及充填时，则活塞无压缩动作，而管内增加负压。
这种形式的特点是：计量及充填过程在一段圆弧上进行，留给充填的时间比间歇式长，所以充填平稳，机器的振动和噪音小；在微丸的计量及充填过程中，与微丸无刚性接触，不会破坏缓释层（这对缓控释微丸来说尤为重要，否则就会破坏药物释放特性，影响药效）；适应于带静电、易架桥的微丸充填；在粉末/颗粒的计量及充填时，计量过程中活塞对物料是一次计量，二次压缩，因此计量精度很高；能将胶囊的重量进行检测、分析后自动调整装量。但对于流动性好的物料就不如GKF的计量盘式，须改变工艺与之适应，反过来对粘性大、易吸潮的物料，就比计量盘式好，而计量盘式就容易粘冲；此外这种结构不能进行二种及以上物料的复合充填或混合充填。
3.1.3多塔台转筒式胶囊充填机的结构和特点
多塔台转筒式胶囊充填机结构是MG2公司于62年首先推出的区别于GKF间歇式的全新概念的连续式机型。这种结构的进料、调头、胶壳分离、充填、胶囊锁合，出料等分别由各转筒执行，而各转筒的相互运动则由齿轮传动，比早期的链轮传动在稳定性、可靠性、寿命等方面都大大提高。过去链轮传动的缺点是：当其失效后，链条的节距伸长，链轮的齿形变尖，就会使转筒上的执行部件与过渡轮等的相互衔接出现累积误差，撞坏执行部件。此外正是由于采用了多个转筒，使设备有足够的空间来安装各种不同类型的计量及充填装置，来完成复合充填或混合充填。机器还配有随机自动重量控制VR系统，它由PC、打印机、分析天平、专用软件和把胶囊从产品中取出的机械和电子部件等组成，用于数据的收集、分析和说明。如果VR检测到的产品重量超出统计上的允许范围，它能自动调节计量腔来达到理论平均值。
下面以MG2公司的基本机型Suprema为例来说明其结构原理。如图2所示，该机型有三个塔台转筒：胶囊的送入、方向调整及分离转筒A；计量及充填转筒C；锁合出料转筒G、中间过渡盘B和D、帽转换盘H等组成。转筒A上的进料管及垂直调整叉、转筒C上的计量管、转筒G上的上下锁合杆除了随转筒作回转运动外，自身按其内的凸轮槽轨迹作轴向的垂直运动。
它的工作原理是：在转筒A处，每粒空胶囊从送入到打开（帽和体分别传递给帽转换盘H和过渡盘B）转筒共转过400°。转筒A上方胶囊槽中的空胶囊因旋转离心力及进料管的上下运动等作用，使胶囊容易地在a处依次进入进料管内，并下落到进料管下端，由水平挡板、方向调整板、垂直调整叉的相互作用，完成空胶囊的方向调整。然后垂直调整叉继续向下，把胶囊送入运行到位的过渡盘B上的传输链模具中，在b处山真空作用，完成帽体分离，体山传输链模具带走，经中间过渡盘B进入转筒C，并在此进行粉末/颗粒的充填。帽则由帽转换盘H上从c处开始在真空作用下将其带走。来自转筒C的充填后的胶囊体经D盘后和帽在转筒G的d处汇合，在上、下锁合杆的共同作用下完成锁合，在e处由下锁合杆顶出，至此完成胶囊充填的全部过程。在充填转筒C处可安装不同的充填机构来完成下列任何一种物料之一：粉末/颗粒、两种不同类型的微丸或混合微丸、中草药及液体等的充填。
与Suprema机型在转筒和工位数方面相似的是Compact机型，但它能在过渡盘B和D上安装片剂充填装置，完成1—5个片子的混合充填。而Futura机型则是山四个转筒和三个中间过渡盘组成，即增加一个转筒E及过渡盘F以增加粉末/颗粒、微丸、中草药及液体的充填工位。
至此可以看出单塔台转筒式结构紧奏，动作可靠，但只能进行粉末/颗粒或微丸的充填：而多塔台转筒式充填内容广，且可以多工位多品种混合充填，但是这种机型由于帽转换盘是采用真空将帽吸住并传递，对胶囊的形状要求较高，如有一粒坏胶囊，就容易发生负压
短路现象；另外它们的共同优点是都采用计量管式，所以能对胶囊的重量进行检测、分析后自动调节；在微丸的计量及充填方面也比GKF的滑板式和计量盘式更可靠。
