JP2022523698A - 飲料調製機内で飲料を調製するためのポーションカプセル、及び、このポーションカプセルから飲料を調製するための飲料調製システム - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、国際公開第2016/186 488 A1号パンフレットは、そのような一般的なポーションカプセルを開示している。
このポーションカプセルは、製造チャンバに挿入するために提供され、カプセルベース部は、熱湯の形態の製造液体を加圧下にキャビティに導入するために穿孔されている。
これにより、ポーションカプセル内の圧力が上昇してカプセルカバーが製造チャンバ内のレリーフ又はピラミッドプレートに押し付けられ、所定の圧力に達すると接触点で穿孔される。
導入された水と飲料原料、特に、焙煎されて挽かれたコーヒーとの相互作用の結果として作られた飲料が、カバーフォイルのこれらの穿孔点を通ってカプセルを出る。
ここでは、ポーションカプセルの製造コストを低く抑え、すでに使用されたポーションカプセルの廃棄又はリサイクルを容易にするために、シール要素が、カプセル本体(ベース要素とも呼ばれる)と同じ材料から構成されていることが望ましい。
前記出願の目的は、シール作用を改善することである。
ここでの中心的な概念は、可能な限り容易に変形可能であり、製造チャンバが閉じられると、製造チャンバ要素の圧力下で塑性変形されて、製造チャンバ要素の外形に密接に当接し、シール作用を改善するシールエンボスを使用することである。
この変形を容易にするために、内側フランクは、フランジ面に対して、20~60度、好ましくは、30~50度の角度を有するべきである。
したがって、内側フランクは、容易な変形性を保証するために、比較的平坦な形態で延びる。
ここでも、ポーションカプセルのフランジには、シールエンボスが型押しされている。
ここでも、シールエンボスと製造チャンバ要素との間のシール作用は、シールエンボスの単純な変形によって達成され、そのため、シールエンボスの内側フランクは、可能な限り浅い角度を有するべきであり、これは、フランジ面に対して50度未満である。
この解決策では、シール要素の両方のフランクが角度を有することが意図されており、内側フランクは、フランジ面に対して40~80度の間の可能な限り浅い角度をここでも有する。
また、このシール要素は、製造チャンバ要素によって(20~30%)変形されるという事実に基づいているので、80度の角度から進むと、フランクが「垂直になりすぎ」て、製造チャンバ要素とフランジとの間のシールを達成できないことが開示されている。
このために、製造チャンバが閉じられたときに、製造チャンバ要素がフランクに作用することができ、シール要素のわずかな変形をもたらすように、可能な限り浅い角度の内側フランクが使用される。
かくして、飲料調製機の使いやすさと寿命は、大幅に低下する。
したがって、変形の間、前記シール要素は横に傾く。
増大したシール作用がこのようにして達成されるが、シール要素の横方向の傾斜は、一般に、製造チャンバ要素がシール要素によってクランプされ、その結果、製造プロセスの後、増大した力の消費なしにポーションカプセルを製造チャンバ要素から分離することができない。
したがって、使用済みポーションカプセルの製造チャンバからの排出は、かなり困難になり、使いやすさを大幅に損なう。
しかしながら、そのようなシール要素には、別個の材料を使用するため、ポーションカプセルの製造コストが大幅に高くなり、異なる材料を互いに分離する必要があるためにすでに使用されたポーションカプセルの廃棄又はリサイクルがより困難になるという前述の欠点がある。
特に、製造チャンバを閉じるときにも、その中身が飲料に製造されたポーションカプセルを取り除くときにも大幅に増加する力を必要とせずに、また、シール作用を実現するために別個の材料を必要とせずに、フランジと製造チャンバ要素との間の改善されたシール作用を可能にするポーションカプセルを提供する。
したがって、角度は、従来技術から知られている角度の場合よりも、著しく急勾配である。
これは、製造チャンバが閉じられ、ポーションカプセルの中身が飲料に製造されるときに、シールエンボスの変形が少なくなる、特に、シールエンボスは内側フランクと製造チャンバ要素との間の強い接触によって所望のシール作用をもたらすのに十分な剛性があるという効果がある。
当業者にとって、従来技術から周知のシール要素(そのすべてが、シール要素の可能な限りわずかな変形に基づく)から、フランクが急勾配であるために変形が少ない、特に、より剛性であるシールエンボスまでの展開が、高い耐漏れ性という望ましい結果を達成することは驚くべきことであり、予想されなかった。
さらに、この解決策は、変形を引き起こす必要がないため、高い閉鎖力を必要としない。
さらに、本発明によるシールエンボスは、内側フランク及び外側フランクがシール面に対して同じ角度を成し、シールエンボスの極端な横方向の傾斜が防止されるため、対称的な設計である。
このようにして、シール要素のある程度の変形の可能性があるにもかかわらず、ポーションカプセルを、力の消費を増やすことなく、製造チャンバから再び容易に取り除くことができることが保証される。
内側フランク及び外側フランクは、それぞれ、シール面に対して81~89度、好ましくは、83~87度、特に好ましくは、84~86度、非常に特に好ましくは、実質的に85度の角度を有する。
この角度範囲において、一方で、角度が可能な限り急であり、シールエンボスがシール面に垂直(垂直方向Yとも呼ばれる)にシールエンボスに作用する力に対して高い安定性を保証するため、シールエンボスの変形は、低減され、シールエンボスの剛性を高めることができ、他方、角度が常に直角よりも小さいため、ポーションカプセルの簡単で安価な製造が可能になることが分かっている。
シールエンボスの両方のフランク、すなわち、内側フランクと外側フランクが直角である場合、ポーションカプセルの製造中に成形又は型押しツールからポーションカプセルを離型することはかなり困難であろう。
したがって、これらの有利な構成は、本発明による両方のポーションカプセルに等しく関係する。
このようにして、横方向に傾斜するシールエンボスによる製造チャンバ要素のクランプが防止され、その中身が飲料に製造されるポーションカプセルは、力の消費を増加させることなく、常に容易に製造チャンバから再び取り除くことができる。
ここで、シールエンボスの高さは、最大30%、好ましくは、最大20%、特に好ましくは、最大10%、非常に特に好ましくは、最大5%だけ変化される。
低減された横方向の変位又は変形だけが、シール面に平行な方向に沿って、すなわち、同心円状に形成されたポーションカプセルの中心長手方向軸から見た場合の半径方向Rにおいて生じる。
ここでも、シールエンボスの先端、すなわち、シールエンボスの移行領域は、ポーションカプセルの中心長手方向軸から始まるその合計半径の最大10%、好ましくは、最大8%、特に好ましくは、最大5%、非常に特に好ましくは、最大4%、変位又は変形されることが提供される。
例えば、合計半径は、ここでは、シールエンボスの中央から始まる半径と見なすことができる。
移行領域の湾曲した設計には、シールエンボスが安定性を獲得し、変形をさらに効果的に防止できるという利点がある。
他方、移行領域の平坦な形状には、シールエンボスがより平坦であり、製造チャンバの受け入れ要素のシール輪郭の窪みにあまり深くかみ合わず、その結果、製造チャンバを閉じるときにシールエンボスにかかる力が少なくなるという利点がある。
さらに、製造チャンバ部分のクランプの危険性は、平坦なシールエンボスの場合、低減される。
「半径方向断面において」という用語は、周囲フランジ輪郭の円周方向に沿ったフランジ輪郭の断面図に視界が向けられることを意味する。
したがって、断面図の平面は、図3から図5に示されるように、垂直方向及び半径方向に広がる。
シミュレーションと実験で、製造チャンバ要素のシール輪郭とフランジの間の最適なシールは、上述の長さの直線接触領域で達成できることが分かっている。
換言すると、0.1~1.5ミリメートル、好ましくは、0.3~1.3ミリメートル、特に好ましくは、0.5~1.0ミリメートル、非常に特に好ましくは、0.7~0.9ミリメートルの長さにわたる製造チャンバ要素のシール輪郭のシールラグフランクに対する内側フランクの確実固定及び非確実固定式の平坦な当接が、シール輪郭によるシールエンボスの変形の必要なく、(内側フランクの領域で)十分なシール作用を達成するのに十分である。
本発明の実施形態によれば、ポーションカプセルが、カプセルカバーに面する側において、外側フランクから移行領域への移行部において、0.05~0.2ミリメートル、好ましくは、0.09~0.13ミリメートル、特に好ましくは、0.11の半径を有する。
本発明の実施形態によれば、シール面に垂直なシールエンボスの高さは、0.6~1.3ミリメートルの間、好ましくは、0.3~0.6ミリメートルの間、特に好ましくは、0.9~1.0ミリメートルの間であることが提供される。
上記のシールエンボスの好ましい寸法は、シールエンボスが十分な安定性を有し、製造チャンバが閉じられるとき、及び/又は、製造チャンバ内でポーションカプセルの中身が飲料に製造されるときにその強い変形が生じないという効果を有する。
本発明の実施形態によれば、周囲シールエンボスの半径方向断面において、移行領域は、0.1~0.4ミリメートルの間、好ましくは、0.15~0.35ミリメートルの間、特に好ましくは、0.2~0.3ミリメートルの間の幅を有する直線接続領域を有する。
本発明の実施形態によれば、ポーションカプセルは、外側フランクからシール面に平行に延びるフランジ領域への移行部において、0.1~0.3ミリメートル、好ましくは、0.18~0.24ミリメートル、特に好ましくは、0.20~0.22の半径を有する。
シールエンボスの上記の好ましい寸法は、製造チャンバが閉鎖されるとき、及び/又は、製造チャンバ内でポーションカプセルの中身が飲料に製造されるときにその変形が生じないように十分な安定性を有するという効果を有する。
これは、製造チャンバが閉じられたときに、フランジ中間領域又はフランジ領域が互いに垂直方向に変形又は変位することによりシールエンボスの間接的な変位も変形も生じないという利点を有する。
代わりに、フランジ中間領域及びフランジ領域の両方を製造チャンバの閉鎖要素で支持することができ、したがって、適切な反力を蓄積して、シールエンボスの大幅な変形を回避することができる。
カバーフォイルは、フランジ中間領域及びフランジ領域の両方でフランジにシールされる又は接着接合される。
本発明の実施形態によれば、半径方向断面において、外側フランクとビードとの間のシール面の範囲は、0.2~0.8ミリメートルの間、好ましくは、0.3~0.7ミリメートルの間、特に好ましくは、0.4~0.6ミリメートルの間の長さを含む。
ビードは、シール面の反対側を向く底側を越えてフランジから突出し、ビードは、底側において、シールエンボスよりも少ない程度、フランジから突出し、及び/又は、ビードは、底側におけるよりも上側においてより少ない程度、フランジを越えて突出する。
ビードは、フランジ縁部を丸めることによって形成され、フランジ縁部は、カプセルベース部の方向に丸められる。
ベース要素は、冷間又は熱間変形、特に、深絞りによって製造され、その場合、シールエンボスは、フランジに一体的に型押しされる。
ポーションカプセルは、円錐台形又は円筒形である。
ベース要素によって形成されたキャビティは、飲料原料、例えば、焙煎されたコーヒー顆粒、インスタントコーヒー、チョコレート粉末、切断茶葉、粉乳及び/又はそれらに類するものを受け入れるために機能する。
溝は、この場合内側又は外側を向く窪み及び/又は隆起として形成される。
特に、閉鎖位置において、シールラグは、フランジ中間領域に係合し、シールエンボスは、シールラグフランクが内側フランクと一緒に半径方向断面において線接触を形成するように窪みに係合する。
ここで、図面は、本発明の実施形態を例示するものであり、本質的な発明的概念を制限するものではない。
カプセルベース部5とフランジ6との間に、カプセル壁7がキャビティ3の周りに延びる。
ポーションカプセル1は、垂直方向Yを定めるその中心長手方向軸Mに関して回転対称の構成である。
したがって、円形であり、円周方向に包囲する形状であるフランジ6は、半径方向Rにおいて、カプセル壁7を越えて外側に突出している。
この目的のために、フランジ6は、カプセルカバー4に面するシール面8を有し、これは、垂直方向Yに対してほぼ直角に延びる。
カプセルカバー4は、縁部領域において、シール面8にシール、溶接、又は、接着接合されている。
ベース要素2の内部にキャビティ3が形成され、これは、飲料原料、例えば、焙煎されたコーヒー顆粒、インスタントコーヒー、チョコレート粉末、切断茶葉、粉乳及び/又はそれらに類するもの(明確にするために図示されていない)で満たされ、カプセルカバー4によって閉じられる。
ベース要素2は、深絞りアルミニウム部品の形態である。
或いは、プラスチック部品は、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)又はポリエチレンテレフタレート(PET)から形成される。
或いは、ポーションカプセル1は、射出成形プロセスによって、一部品、多部品、又は、インモールドプロセスにおいて、製造される。
製造ユニットは、第1製造チャンバ部分及び第2製造チャンバ部分を含み、第1製造チャンバ部分及び/又は第2製造チャンバ部分は、第1製造チャンバ部分及び第2製造チャンバ部分が閉鎖された製造チャンバ13を形成する近づけられた位置と、第1製造チャンバ部分及び第2製造チャンバ部分がポーションカプセル1の挿入又は排出のために離されている開放位置との間で、他方の製造チャンバ部分に対して移動可能である。
第2製造チャンバ部分は、受け入れ要素22のための閉鎖要素23の形態である。
図2に示される閉鎖位置において、ポーションカプセル1のフランジ6は、受け入れ要素22の縁部領域24と閉鎖要素23との間に密封式にクランプされる。
ここで、カプセルベース部5の1つ又は複数の穿孔開口部は、製造チャンバ13の閉鎖中に閉鎖要素23上の1つ又は複数の穿孔先端によって形成され、一方、カプセルカバー4の穿孔開口部は、前もって製造チャンバ13の閉鎖中に受け入れ要素のベース部の穿孔構造によって形成されるか、又は、飲料調製プロセス中にポーションカプセル1内に圧力が蓄積する結果としてのみ形成される。
抽出液体と飲料原料との相互作用により、所望の飲料が作られ、これは、カプセルカバー4の穿孔開口部を通ってポーションカプセル1を出て、飲料容器に供給される。
任意選択のフィルタ媒体によって、飲料原料の粒子を飲料からろ過して取り除き、ポーションカプセル1内に保持することができる。
しかしながら、複数穿孔されたカプセルカバー4が、フィルタ要素として機能する。
カプセルベース部5の1つ又は複数の穿孔開口部を通して、抽出液体が圧力下にキャビティ3に導入される。
抽出液体と飲料原料との相互作用により、所望の飲料が作られ、これは、カプセルカバー4の穿孔開口部を通ってポーションカプセル1を出て、飲料容器に供給される。
任意選択のフィルタ媒体によって、飲料原料の粒子を飲料からろ過して取り除き、ポーションカプセル1内に保持することができる。
しかしながら、複数穿孔されたカプセルカバー4が、フィルタ要素として機能する。
ここでは、図3及び図4は、図2の左側のフランジ6の断面図を拡大図で示している。
図3は、正確な縮尺ではなく、角度も正確に描かれていない。
これは、単なる概略図であり、角度や長さの比率を推測することはできない。
図3は、個々の領域の基本的な配置と参照記号を示すことを単に意図されている。
図4は、図3に示されている領域をより正確な縮尺で示し、角度と長さの比率がより正確に描かれている。
したがって、図3に示される実施形態の寸法及び角度は、図4から推測することができる。
ビード9は、カプセルベース部5の方向に丸められたフランジ端部を含む。
ここで、シールエンボス10は、カプセル壁7に面する内側フランク11と、ビード9に面する外側フランク12とを有する。
外側フランク12とビード9の間で、フランジ6は、その上側がシール面8を形成するフランジ領域19を有する。
外側フランク12は、シール面8に対して、したがって、フランジ領域19の平面に対して約85度の角度αで延びる。
フランジ領域19は、0.2から0.8ミリメートルの長さを有する。
フランジ領域19と外側フランク12との間の移行部は、フランジ6の上側で0.20から0.21ミリメートルの半径を有し、一方、外側フランク12から移行面16への、及び、移行面16への内側フランク11への移行部は、フランジ6の上側で、それぞれ、0.1~0.12の半径を有する。
この例では、フランジ中間領域20は、少なくとも半径方向断面の特定のセクションにおいて直線形状である。
ここで、直線領域は、0.07から0.09ミリメートルの長さを有する。
この例では、直線接触領域17の長さは、0.5~0.9ミリメートルである。
シールエンボス10の高さ18は、フランジ及びフランジ中間領域19、20の底側から移行面16の領域におけるフランジ6の底側までのシールエンボス10の総延長に対応する。
この高さ18は、シール面8に垂直に、0.9~1.0ミリメートルの間である。
縁部領域24は、シールエンボス10とのシール係合のためのシール輪郭を含む。
半径方向Rで見ると、窪み25は、シールラグ26の外側に配置され、その結果、シールラグ26の外側のシールラグフランク27は、窪み25の内壁を形成する。
このようにして、半径方向断面において、シールラグフランク27と内側フランク11との間に接触28が形成される。
この接触28は、円周方向に包囲するように存在し、フランジ6と受け入れ要素22との間に実際のシールを形成し、その結果、抽出液体は、飲料物質を通過して製造チャンバ13の出口に全く流れないか、又は、ほとんど流れない。
密封は、周囲の接触28を介して主に生じ、これは、シールエンボス10の剛性のために比較的強い力を受ける。
特に、シールエンボス10は、シール面8に垂直にシールエンボス10に最大100Nの力が加えられた場合、前記シールエンボス10がシール面8に垂直な高さ18の最大30%、好ましくは、最大20%、特に好ましくは、最大10%、非常に特に好ましくは、最大5%だけ変形するように設計されている。
この方法においてのみ十分な力がフランク接触28に利用可能である。
シールエンボス10は、製造チャンバ13が閉じられると、前記シールエンボスが、ポーションカプセル1の中心長手方向軸に関連するその半径がシール面8に平行に最大5%だけ変位される程度だけシール面8に平行に変形又は変位されるように設計され、それにより、製造プロセス後に、ポーションカプセル1を再び製造チャンバ13から容易に取り除くことができるようにし、シールラグ26が横方向に傾斜するシールエンボス10でクランプされないようにする。
ここで、図5は、シールエンボス10(図4と同じ向きにある、すなわち、カプセル壁7は、左側にあり、ビード9は、右側7にある)の断面図を拡大図で示している。
直線接触領域17は、外側フランク12上で、0.5から0.6mm、特に、0.53mmの長さを有する。
直線接触領域17は、内側フランク11上で、0.4から0.55mm、特に、0.473mmの長さを有する。
2 ・・・ベース要素
3 ・・・キャビティ
4 ・・・カプセルカバー
5 ・・・カプセルベース部
6 ・・・フランジ
7 ・・・カプセル壁
8 ・・・シール面
9 ・・・ビード
10 ・・・シールエンボス
11 ・・・内側フランク
12 ・・・外側フランク
13 ・・・製造チャンバ
14 ・・・飲料調製機
15 ・・・移行領域
16 ・・・移行面
17 ・・・接触領域
18 ・・・シールエンボスの高さ
19 ・・・フランジ領域
20 ・・・フランジ中間領域
21 ・・・フランクセクション
22 ・・・受け入れ要素
23 ・・・閉鎖要素
24 ・・・縁部領域
25 ・・・窪み
26 ・・・シールラグ
27 ・・・シールラグフランク
28 ・・・さらなるシールラグ
α ・・・角度
β ・・・角度
R ・・・半径方向
Y ・・・垂直方向
M ・・・中心長手方向軸
例えば、国際公開第2016/186 488 A1号パンフレットは、そのような知られている一般的なポーションカプセルを開示している。
このポーションカプセルは、製造チャンバに挿入するために提供され、カプセルベース部は、熱湯の形態の製造液体を加圧下にキャビティに導入するために穿孔されている。
これにより、ポーションカプセル内の圧力が上昇してカプセルカバーが製造チャンバ内のレリーフ又はピラミッドプレートに押し付けられ、所定の圧力に達すると接触点で穿孔される。
導入された水と飲料原料、特に、焙煎されて挽かれたコーヒーとの相互作用の結果として作られた飲料が、次に、カバーフォイルのこれらの穿孔点を通ってカプセルを出る。
ここでは、ポーションカプセルの製造コストを低く抑え、すでに使用されたポーションカプセルの廃棄又はリサイクルを容易にするために、シール要素が、カプセル本体(ベース要素とも呼ばれる)と同じ材料から構成されていることが望ましい。
前記出願の目的は、シール作用を改善することである。
ここでの中心的な概念は、可能な限り容易に変形可能であり、製造チャンバが閉じられると、製造チャンバ要素の圧力下で塑性変形されて、製造チャンバ要素の外形に密接に当接し、シール作用を改善するシールエンボスを使用することである。
この変形を容易にするために、内側フランクは、フランジ面に対して、20~60度、好ましくは30~50度の角度を有するべきである。
したがって、内側フランクは、容易な変形性を保証するために、比較的平坦な形態で延びる。
ここでも、ポーションカプセルのフランジには、シールエンボスが型押しされている。
ここでも、シールエンボスと製造チャンバ要素との間のシール作用は、シールエンボスの単純な変形によって達成するため、シールエンボスの内側フランクは、可能な限り浅い角度を有し、フランジ面に対して50度未満である。
この解決策では、シール要素の両方のフランクが角度を有し、内側フランクは、フランジ面に対して40~80度の間の可能な限り浅い角度をここでも有している。
また、このシール要素は、製造チャンバ要素によって(20~30%)変形されるので、80度の角度から進むと、フランクが「垂直になりすぎ」て、製造チャンバ要素とフランジとの間のシールを達成できない。
このために、製造チャンバが閉じられたときに、製造チャンバ要素がフランクに作用することができ、したがって、シール要素のわずかな変形をもたらすように、可能な限り浅い角度の内側フランクが使用される。
かくして、飲料調製機の使いやすさと寿命は、大幅に増大する。
したがって、変形の間、前記シール要素は、横に傾く。
増大したシール作用が、このようにして達成されるが、シール要素の横方向の傾斜は、一般に、製造チャンバ要素がシール要素によってクランプされ、その結果、製造プロセスの後、増大した力の消費なしにポーションカプセルを製造チャンバ要素から分離することができない。
したがって、使用済みポーションカプセルの製造チャンバからの排出は、かなり困難になり、使いやすさを大幅に損なう。
しかしながら、そのようなシール要素には、別個の材料を使用するため、ポーションカプセルの製造コストが大幅に高くなり、異なる材料を互いに分離する必要があるためにすでに使用されたポーションカプセルの廃棄又はリサイクルがより困難になるという前述の欠点がある。
特に、製造チャンバを閉じるときにも、その中身が飲料に製造されたポーションカプセルを取り除くときにも大幅に増加する力を必要とせずに、また、シール作用を実現するために別個の材料を必要とせずに、フランジと製造チャンバ要素との間の改善されたシール作用を可能にするポーションカプセルを提供する。
したがって、角度は、従来技術から知られている角度の場合よりも著しく急勾配である。
これは、製造チャンバが閉じられ、ポーションカプセルの中身が飲料に製造されるときに、シールエンボスの変形が少なくなる、特に、シールエンボスは内側フランクと製造チャンバ要素との間の強い接触によって所望のシール作用をもたらすのに十分な剛性があるという効果がある。
当業者にとって、従来技術から周知のシール要素(そのすべてが、シール要素の可能な限りわずかな変形に基づく)から、フランクが急勾配であるために変形が少ない、特により剛性であるシールエンボスまでの展開が、高い耐漏れ性という望ましい結果を達成することは驚くべきことであり、予想されなかった。
さらに、この解決策は、変形を引き起こす必要がないため、高い閉鎖力を必要としない。
さらに、本発明によるシールエンボスは、内側フランク及び外側フランクがシール面に対して同じ角度を成し、その結果、シールエンボスの極端な横方向の傾斜が防止されるため、対称的な設計である。
このようにして、シール要素のある程度の変形の可能性があるにもかかわらず、ポーションカプセルを、力の消費を増やすことなく、製造チャンバから再び容易に取り除くことができる。
本発明によれば、内側フランク及び外側フランクは、シール面に対して81~89度、好ましくは、83~87度、特に好ましくは、84~86度、非常に特に好ましくは、実質的に85度の角度を有する。
一方で、この角度範囲において、角度が可能な限り急であり、シールエンボスがシール面に垂直(垂直方向Yとも呼ばれる)にシールエンボスに作用する力に対して高い安定性を保証するため、シールエンボスの変形は低減され、シールエンボスの剛性を高めることができ、他方、角度が常に直角よりも小さいため、ポーションカプセルの簡単で安価な製造が可能になる。
シールエンボスの両方のフランク、すなわち、内側フランクと外側フランクが直角である場合、ポーションカプセルの製造中に成形又は型押しツールからポーションカプセルを離型することは、かなり困難であろう。
したがって、これらの有利な構成及び改良は、上記の本発明による両方のポーションカプセルに等しく関係する。
このようにして、横方向に傾斜するシールエンボスによる製造チャンバ要素のクランプが有利に防止され、その結果、その中身が飲料に製造されるポーションカプセルは、力の消費を増加させることなく、常に容易に製造チャンバから再び取り除くことができる。
ここで、シールエンボスの高さは、特に、最大30%、好ましくは、最大20%、特に好ましくは、最大10%、非常に特に好ましくは、最大5%だけ変化されることができるべきである。
低減された横方向の変位又は変形だけがシール面に平行な方向に沿って、すなわち、同心円状に形成されたポーションカプセルの中心長手方向軸から見た場合の半径方向Rにおいて生じる。
ここでも、シールエンボスの先端、すなわち、シールエンボスの移行領域は、ポーションカプセルの中心長手方向軸から始まるその合計半径の最大10%、好ましくは、最大8%、特に好ましくは、最大5%、非常に特に好ましくは、最大4%、変位又は変形される。
例えば、合計半径は、ここでは、シールエンボスの中央から始まる半径と見なすことができる。
移行領域の湾曲した設計は、シールエンボスが安定性を獲得して、変形をさらに効果的に防止できる。
他方、移行領域の平坦な形状には、シールエンボスがより平坦であり、製造チャンバの受け入れ要素のシール輪郭の窪みにあまり深くかみ合わず、その結果、製造チャンバを閉じるときにシールエンボスにかかる力が少なくなる。
さらに、製造チャンバ部分のクランプの危険性は、平坦なシールエンボスの場合、低減される。
「半径方向断面において」という用語は、周囲のフランジ輪郭の円周方向に沿ったフランジ輪郭の断面図に視界が向けられることを意味する。
したがって、断面図の平面は、図3から図5に示されるように、垂直方向及び半径方向に広がる。
シミュレーションと実験で、製造チャンバ要素のシール輪郭とフランジの間の最適なシールは、上述の長さの直線接触領域で達成できることが分かっている。
換言すると、0.1~1.5ミリメートル、好ましくは、0.3~1.3ミリメートル、特に好ましくは、0.5~1.0ミリメートル、非常に特に好ましくは、0.7~0.9ミリメートルの長さにわたる製造チャンバ要素のシール輪郭のシールラグフランクに対する内側フランクの確実固定及び非確実固定式の平坦な当接が、シール輪郭によるシールエンボスの変形の必要なく、(内側フランクの領域で)十分なシール作用を達成する。
本発明の実施形態によれば、ポーションカプセルが、カプセルカバーに面する側において、外側フランクから移行領域への移行部において、0.05~0.2ミリメートル、好ましくは、0.09~0.13ミリメートル、特に好ましくは、0.11の半径を有する。
本発明の実施形態によれば、シール面に垂直なシールエンボスの高さは、0.6~1.3ミリメートルの間、好ましくは、0.3~0.6ミリメートルの間、特に好ましくは、0.9~1.0ミリメートルの間である。
上記のシールエンボスの寸法は、シールエンボスが十分な安定性を有し、製造チャンバが閉じられるとき、及び/又は、製造チャンバ内でポーションカプセルの中身が飲料に製造されるときにその強い変形が生じないという効果を有する。
本発明の実施形態によれば、周囲シールエンボスの半径方向断面において、移行領域は、0.1~0.4ミリメートルの間、好ましくは、0.15~0.35ミリメートルの間、特に好ましくは、0.2~0.3ミリメートルの間の幅を有する直線接続領域を有する。
本発明の実施形態によれば、ポーションカプセルは、外側フランクからシール面に平行に延びるフランジ領域への移行部において0.1~0.3ミリメートル、好ましくは、、0.18~0.24ミリメートル、特に好ましくは、0.20~0.22の半径を有する。
シールエンボスの寸法は、製造チャンバが閉鎖されるとき、及び/又は、製造チャンバ内でポーションカプセルの中身が飲料に製造されるときにその変形が生じないように十分な安定性を有する。
これは、製造チャンバが閉じられたときに、フランジ中間領域又はフランジ領域が互いに垂直方向に変形又は変位することによりシールエンボスの間接的な変位も変形も生じない。
代わりに、フランジ中間領域及びフランジ領域の両方を製造チャンバの閉鎖要素で支持することができ、適切な反力を蓄積して、シールエンボスの大幅な変形を回避することができる。
カバーフォイルは、フランジ中間領域及びフランジ領域の両方でフランジにシールされる又は接着接合される。
本発明の実施形態によれば、半径方向断面において、外側フランクとビードとの間のシール面の範囲は、0.2~0.8ミリメートルの間、好ましくは、0.3~0.7ミリメートルの間、特に好ましくは、0.4~0.6ミリメートルの間の長さを含む。
ビードは、シール面の反対側を向く底側を越えてフランジから突出し、ビードは、底側において、シールエンボスよりも少ない程度、フランジから突出し、及び/又は、ビードは、底側におけるよりも上側においてより少ない程度、フランジを越えて突出する。
ビードは、フランジ縁部を丸めることによって形成され、フランジ縁部は、カプセルベース部の方向に丸められる。
ベース要素は、冷間又は熱間変形、特に深絞りによって製造され、その場合、シールエンボスは、フランジに一体的に型押しされる。
ポーションカプセルは、円錐台形又は円筒形である。
ベース要素によって形成されたキャビティは、飲料原料、例えば、焙煎されたコーヒー顆粒、インスタントコーヒー、チョコレート粉末、切断茶葉、粉乳及び/又はそれらに類するものを受け入れるために機能する。
この場合、溝は、内側又は外側を向く窪み及び/又は隆起として形成される。
特に、閉鎖位置において、シールラグは、フランジ中間領域に係合し、シールエンボスは、シールラグフランクが内側フランクと一緒に半径方向断面において線接触を形成するように窪みに係合する。
ここで、図面は、本発明の実施形態を単に例示するものであり、本質的な発明的概念を制限するものではない。
カプセルベース部5とフランジ6との間に、カプセル壁7がキャビティ3の周りに延びる。
ポーションカプセル1は、垂直方向Yを定めるその中心長手方向軸Mに関して回転対称の構成である。
したがって、円形であり、円周方向に包囲する形状であるフランジ6は、半径方向Rにおいて、カプセル壁7を越えて外側に突出している。
このために、フランジ6は、カプセルカバー4に面するシール面8を有し、垂直方向Yに対してほぼ直角に延びる。
カプセルカバー4は、縁部領域において、シール面8にシール、溶接、又は、接着接合されている。
ベース要素2の内部にキャビティ3が形成され、これは、飲料原料、例えば、焙煎されたコーヒー顆粒、インスタントコーヒー、チョコレート粉末、切断茶葉、粉乳及び/又はそれらに類するもの(明確にするために図示されていない)で満たされ、カプセルカバー4によって閉じられる。
ベース要素2は、深絞りアルミニウム部品の形態である。
或いは、プラスチック部品は、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)又はポリエチレンテレフタレート(PET)から形成される。
或いは、ポーションカプセル1は、射出成形プロセスによって、一部品、多部品、又は、インモールドプロセスにおいて、製造される。
製造ユニットは、第1製造チャンバ部分及び第2製造チャンバ部分を含み、第1製造チャンバ部分及び/又は第2製造チャンバ部分は、第1製造チャンバ部分及び第2製造チャンバ部分が閉鎖された製造チャンバ13を形成する近づけられた位置と、第1製造チャンバ部分及び第2製造チャンバ部分がポーションカプセル1の挿入又は排出のために離されている開放位置との間で他方の製造チャンバ部分に対して移動可能である。
第2製造チャンバ部分は、受け入れ要素22のための閉鎖要素23の形態である。
図2に示される閉鎖位置において、ポーションカプセル1のフランジ6は、受け入れ要素22の縁部領域24と閉鎖要素23との間に密封式にクランプされる。
ここで、カプセルベース部5の1つ又は複数の穿孔開口部は、製造チャンバ13の閉鎖中に閉鎖要素23上の1つ又は複数の穿孔先端によって形成され、一方、カプセルカバー4の穿孔開口部は、前もって製造チャンバ13の閉鎖中に受け入れ要素のベース部の穿孔構造によって形成されるか、又は、飲料調製プロセス中にポーションカプセル1内に圧力が蓄積する結果としてのみ形成される。
抽出液体と飲料原料との相互作用により、所望の飲料が作られ、これは、カプセルカバー4の穿孔開口部を通ってポーションカプセル1を出て、飲料容器に供給される。
任意選択のフィルタ媒体によって、飲料原料の粒子を飲料からろ過して取り除き、ポーションカプセル1内に保持することができる。
しかしながら、複数穿孔されたカプセルカバー4が、フィルタ要素として機能する。
ここでは、図3及び図4は、図2の左側のフランジ6の断面図を拡大図で示している。
図3は、正確な縮尺ではなく、角度も正確に描かれていない。
これは、単なる概略図であり、角度や長さの比率を推測することはできない。
図3は、個々の領域の基本的な配置と参照記号を示す。
図4は、図3に示されている領域をより正確な縮尺で示し、角度と長さの比率がより正確に描かれている。
したがって、図3に示される実施形態の寸法及び角度は、図4から推測することができる。
ビード9は、カプセルベース部5の方向に丸められたフランジ端部を含む。
ここで、シールエンボス10は、カプセル壁7に面する内側フランク11と、ビード9に面する外側フランク12とを有する。
外側フランク12とビード9の間で、フランジ6は、その上側がシール面8を形成するフランジ領域19を有する。
外側フランク12は、シール面8に対して、したがって、フランジ領域19の平面に対して約85度の角度αで延びる。
フランジ領域19は、0.2から0.8ミリメートルの長さを有する。
フランジ領域19と外側フランク12との間の移行部は、フランジ6の上側で0.20から0.21ミリメートルの半径を有し、一方、外側フランク12から移行面16への、及び、移行面16への内側フランク11への移行部は、フランジ6の上側で、それぞれ、0.1~0.12の半径を有する。
この例では、フランジ中間領域20は、少なくとも半径方向断面の特定のセクションにおいて直線形状である。
ここで、直線領域は、0.07から0.09ミリメートルの長さを有する。
この例では、直線接触領域17の長さは、0.5~0.9ミリメートルである。
シールエンボス10の高さ18は、フランジ領域19及びフランジ中間領域20の底側から移行面16の領域におけるフランジ6の底側までのシールエンボス10の総延長に対応する。
この高さ18は、シール面8に垂直に、0.9~1.0ミリメートルの間である。
縁部領域24は、シールエンボス10とのシール係合のためのシール輪郭を含む。
半径方向Rで見ると、窪み25はシールラグ26の外側に配置され、その結果、シールラグ26の外側のシールラグフランク27は、窪み25の内壁を形成する。
このようにして、半径方向断面において、シールラグフランク27と内側フランク11との間に接触28が形成される。
この接触28は、円周方向に包囲するように存在して、フランジ6と受け入れ要素22との間に実際のシールを形成し、その結果、抽出液体は、飲料物質を通過して製造チャンバ13の出口に全く流れないか、又は、ほとんど流れない。
密封は、周囲の接触28を介して主に生じ、これは、シールエンボス10の剛性のために比較的強い力を受ける。
特に、シールエンボス10は、シール面8に垂直にシールエンボス10に最大100Nの力が加えられた場合、前記シールエンボス10が、シール面8に垂直な高さ18の最大30%、好ましくは、最大20%、特に好ましくは、最大10%、非常に特に好ましくは、最大5%だけ変形するように設計されている。
この方法においてのみ十分な力が接触28に利用可能である。
シールエンボス10は、製造チャンバ13が閉じられると、前記シールエンボス10が、ポーションカプセル1の中心長手方向軸に関連するその半径がシール面8に平行に最大5%だけ変位される程度だけシール面8に平行に変形又は変位されるように設計され、それにより、製造プロセス後に、ポーションカプセル1を再び製造チャンバ13から容易に取り除くことができるようにし、シールラグ26が横方向に傾斜するシールエンボス10でクランプされないようにする。
ここで、図5は、シールエンボス10(図4と同じ向きにある、すなわち、カプセル壁7は、左側にあり、ビード9は、右側7にある)の断面図を拡大図で示している。
直線接触領域17は、外側フランク12上で、0.5から0.6mm、特に、0.53mmの長さを有する。
直線接触領域17は、内側フランク11上で、0.4から0.55mm、特に、0.473mmの長さを有する。
2 ・・・ベース要素
3 ・・・キャビティ
4 ・・・カプセルカバー
5 ・・・カプセルベース部
6 ・・・フランジ
7 ・・・カプセル壁
8 ・・・シール面
9 ・・・ビード
10 ・・・シールエンボス
11 ・・・内側フランク
12 ・・・外側フランク
13 ・・・製造チャンバ
14 ・・・飲料調製機
15 ・・・移行領域
16 ・・・移行面
17 ・・・接触領域
18 ・・・シールエンボスの高さ
19 ・・・フランジ領域
20 ・・・フランジ中間領域
21 ・・・フランクセクション
22 ・・・受け入れ要素
23 ・・・閉鎖要素
24 ・・・縁部領域
25 ・・・窪み
26 ・・・シールラグ
27 ・・・シールラグフランク
28 ・・・さらなるシールラグ
α ・・・角度
β ・・・角度
R ・・・半径方向
Y ・・・垂直方向
M ・・・中心長手方向軸
Claims (27)
- 飲料原料を受け入れるためのキャビティ(3)を有するベース要素(2)を有し、及び前記キャビティ(3)を閉鎖するカプセルカバー(4)を有し、前記ベース要素(2)は、カプセルベース部(5)と、周囲フランジ(6)と、前記カプセルベース部(5)及び前記周囲フランジ(6)の間に延びるカプセル壁(7)とを含み、前記カプセルカバー(4)は、前記フランジ(6)のシール面(8)に取り付けられ、前記フランジ(6)は、その外側の自由端の周囲にビード(9)を有し、前記カプセルカバー(4)から離れる方を向くシールエンボス(10)の形態のシール要素が、前記フランジ(6)に設けられ、前記シール面(8)は、前記ビード(9)と前記シールエンボス(10)の間に、前記カプセルカバー(4)の側で前記フランジ(6)上に延び、前記シールエンボス(10)は、前記カプセル壁(7)の側の内側フランク(11)と前記ビード(9)の側の外側フランク(12)とを含む、飲料調製機(14)の製造チャンバ(13)内で飲料を調製するためのポーションカプセル(1)であって、
前記外側フランク(12)及び前記内側フランク(11)の両方は、前記シール面(8)に対して80度より大きく90度未満の角度(α、β)で向けられていることを特徴とするポーションカプセル(1)。 - 前記内側フランク(11)及び前記外側フランク(12)の両方が、前記シール面(8)に対して、81~89度、好ましくは、83~87度、特に好ましくは、84~86度、非常に特に好ましくは、実質的に85度の角度(α、β)を有している、請求項1に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記シールエンボス(10)が、前記製造チャンバ(13)が閉じられるときに、前記シール面(8)に垂直なその高さ(8)の最大30%、好ましくは、最大20%、特に好ましくは、最大10%、非常に特に好ましくは、最大5%だけ変形されるように設計されている、請求項1又は請求項2に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記シールエンボス(10)が、前記シール面(8)に垂直に前記シールエンボス(10)に最大100Nの力を加える場合、前記シールエンボス(10)が、前記シール面(8)に垂直なその高さ(18)の最大30%、好ましくは、最大20%、特に好ましくは、最大10%、非常に特に好ましくは、最大5%だけ変形されるように設計されている、請求項1~請求項3のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記シールエンボス(10)は、前記製造チャンバ(13)が閉じられるときに、前記シールエンボス(10)が、前記ポーションカプセル(1)の中心長手方向軸に関連するその半径が、前記シール面(8)に平行に最大10%、好ましくは、最大8%、特に好ましくは、最大5%、非常に特に好ましくは、最大4%だけ変位されるような程度だけ前記シール面(8)に平行に変形されるように設計されている、請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。
- 移行領域(15)が、前記内側フランク(11)と前記外側フランク(12)との間に延在し、好ましくは、前記移行領域(15)は、湾曲した形状であるか、又は、前記シール面(8)に平行に延びる移行面(16)を有している、請求項1~請求項5のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記内側フランク(11)及び前記外側フランク(12)のそれぞれが、前記シールエンボス(10)の半径方向断面において前記フランジ(6)と前記移行領域(15)との間に延びる直線接触領域(17)を有している、請求項6に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記直線接触領域(17)が、0.1~1.5ミリメートル、好ましくは、0.3~1.3ミリメートル、特に好ましくは、0.6~1.0ミリメートル、非常に特に好ましくは、0.7~0.9ミリメートルの長さを有している、請求項7に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記ポーションカプセル(1)が、前記カプセルカバー(4)に面する側において前記直線接触領域(17)から前記移行領域(15)への移行部において、0.05~0.2ミリメートル、好ましくは、0.09~0.13ミリメートル、特に好ましくは、0.11の半径を有している、請求項6~請求項8のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記ポーションカプセル(1)が、前記カプセルカバー(4)に面する側において前記外側フランク(12)から前記移行領域(15)への移行部において、0.05~0.2ミリメートル、好ましくは、0.09~0.13ミリメートル、特に好ましくは、0.11の半径を有している、請求項6~請求項9のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記シール面(8)に垂直な前記シールエンボス(10)の高さ(18)が、0.6~1.3ミリメートルの間、好ましくは、0.3~0.6ミリメートルの間、特に好ましくは、0.9~1.0ミリメートルの間である、請求項1~請求項10のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記シールエンボス(10)が、0.05~0.3ミリメートルの間、好ましくは、0.08~1.8ミリメートルの間、特に好ましくは、0.09~1.5ミリメートルの間、非常に特に好ましくは、実質的に0.11ミリメートルの平均材料厚さを有している、請求項1~請求項11のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記移行領域(15)が、前記周囲シールエンボス(10)の半径方向断面において、0.1~0.4ミリメートルの間、好ましくは、0.15~0.35ミリメートルの間、特に好ましくは、0.2~0.3ミリメートルの間の幅を有する直線接続領域を有している、請求項6~請求項12のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記ポーションカプセル(1)が、前記カプセルカバー(4)に面する側において前記外側フランク(12)から前記シール面(8)に平行に延びる前記フランジ領域(19)への移行部において、0.1~0.3ミリメートル、好ましくは、0.18~0.24ミリメートル、特に好ましくは、0.20~0.22の半径を有している、請求項1~請求項13のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記ポーションカプセル(1)が、前記ビード(9)と前記外側フランク(12)との間に、前記シール面(8)に平行に延びるフランジ領域(19)を有し、
前記ポーションカプセル(1)が、前記内側フランジ(11)と前記カプセル壁(7)との間に延びるフランジ中間領域(20)を有し、
前記フランジ領域(19)及び前記フランジ中間領域(20)は、前記シール面(8)に垂直な垂直方向(Y)に沿って同じ高さに位置している、請求項1~請求項14のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。 - 前記ポーションカプセル(1)が、前記カプセルカバー(4)に面する側において前記内側フランク(11)から前記シールエンボス(10)と前記カプセル壁(7)との間に延びるフランジ中間領域(20)への移行部において、0.2~0.35ミリメートル、好ましくは、0.26~0.30ミリメートル、特に好ましくは、実質的に0.28の半径を有している、請求項1~請求項15のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記フランジ中間領域(20)が、半径方向断面において、0.01から0.15ミリメートルの間、好ましくは、0.06から0.10ミリメートルの間、特に好ましくは、0.08ミリメートルの長さを含む直線セクションを有している、請求項1~請求項16のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記外側フランク(12)と前記ビード(9)との間の前記シール面(8)の範囲が、半径方向断面において、0.2~0.8ミリメートルの間、好ましくは、0.3~0.7ミリメートルの間、特に好ましくは、0.4~0.6ミリメートルの間の長さを含む、請求項1~請求項17のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記ビード(9)が、前記シール面(8)を形成する上側を越えて前記フランジ(6)を越えて突出している、請求項1~請求項18のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。
- 前記ビード(9)が、前記シール面(8)の反対側を向く底側を越えて前記フランジ(6)から突出し、
前記フランジ(6)は、前記底側において、前記シールエンボス(10)よりも少ない程度、前記フランジ(6)から突出し、及び/又は、前記ビード(9)は、前記底側におけるよりも前記上側においてより少ない程度、前記フランジ(6)を越えて突出している、請求項1~請求項19のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。 - 前記ビード(9)が、前記フランジ(6)の縁部を丸めることによって形成され、
前記フランジ(6)の縁部は、前記カプセルベース部(5)の方向に丸められている、請求項1~請求項20のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。 - 前記ベース要素(2)が、アルミニウムからワンピースで製造されている、請求項1~請求項21のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)。
- 飲料調製機(14)と、請求項1~請求項22のいずれか一項に記載のポーションカプセル(1)とを有する、飲料を調製するための飲料調製システムであって、
前記飲料調製機(14)が、第1製造チャンバ部分及び第2製造チャンバ部分を有する製造ユニットを有し、
前記第1製造チャンバ部分及び/又は前記第2製造チャンバ部分は、前記第1製造チャンバ部分及び前記第2製造チャンバ部分が閉鎖された製造チャンバ(13)を形成する近づけられた位置と、前記第1製造チャンバ部分及び前記第2製造チャンバ部分がポーションカプセル(1)の挿入又は排出のために離される開放位置との間で、他方の製造チャンバ部分に対して移動可能であり、
前記第1製造チャンバ部分は、前記ポーションカプセル(1)を部分的に受け入れるための受け入れ要素(22)を含み、
前記第2製造チャンバ部分は、前記受け入れ要素のための閉鎖要素(23)を含み、
閉鎖位置において、前記ポーションカプセル(1)の前記フランジ(6)は、前記受け入れ要素(22)の縁部領域(24)と前記閉鎖要素(23)との間に確実に固定及び密封する方法で受け入れられている、飲料調製システム。 - 前記シールエンボス(10)とのシール係合のためのシール輪郭が、前記縁部領域(24)に形成され、
前記シール輪郭は、周囲窪み(25)と、前記窪み(25)に隣接して形成された周囲シールラグ(26)とを含み、
前記窪み(25)は、半径方向(R)に前記シールラグ(26)の外側に配置され、
外側シールラグフランク(27)が、前記窪み(25)の内壁を形成している、請求項23に記載の飲料調製システム。 - 前記シールラグ(26)が、前記閉鎖位置において前記フランジ中間領域(20)に係合し、
前記シールエンボス(10)は、前記シールラグフランク(27)が前記内側フランク(11)と一緒に半径方向断面において線接触(28)を形成するように前記窪み(25)に係合している、請求項24に記載の飲料調製システム。 - 前記シールエンボス(10)が、前記閉鎖位置において前記シール面(8)に垂直なその高さ(18)の最大30%、好ましくは、最大20%、特に好ましくは、最大10%、非常に特に好ましくは、最大5%だけ前記シール輪郭によって変形されている、請求項25に記載の飲料調製システム。
- 前記シール輪郭が、さらなる周囲シールラグ(28)を有し、
前記窪み(25)が、前記半径方向に前記シールラグ(26)と前記さらなるシールラグ(28)との間に配置され、
前記シールラグ(26)が、前記さらなるシールラグ(28)よりも長くなるように形成され、
前記さらなるシールラグ(28)は、前記閉鎖位置において半径方向断面において前記外側フランク(12)と点接触を形成している、請求項23~請求項26のいずれか一項に記載の飲料調製システム。
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