CN104837745A - 具有改进刺穿设计的容器 - Google Patents

Abstract

本发明包括具有改进刺穿设计的容器，所述容器可被刺穿而不会有实质性的变形。这种容器特别适合用于利用自动机器尤其是用于准备单杯式饮料的自动机器来准备饮料。本发明还提供用于容器的具有改进刺穿能力的热塑性材料、用于准备饮料的容器、和使用这种容器准备饮料的方法。

Description

具有改进刺穿设计的容器

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求于2012年10月26日提交的美国临时申请No.61/719136的优先权，所述申请的内容通过引用整体合并于此。

技术领域

本申请整体涉及用于准备饮料的容器领域，尤其是用于准备咖啡和茶的容器领域。这些容器通常称作盒(cartridge)、杯、小盒(capsule)或囊(pod)，并且特别适合用于准备单杯式饮料。

背景技术

近年来，单杯式饮料机器作为快捷又方便的冲泡饮料方式在家用或商用中流行起来。这些机器一般通过可具有整体过滤器并且装有咖啡粉、茶叶或其它可溶产品的聚合物容器冲泡咖啡、茶或其它热饮。在冲泡这些产品时，可容易地将容器丢弃以便机器能够准备后面的饮料。因此这些容器使用户能够自定他们的饮料和方便快捷地享用新鲜冲泡的饮料。

尽管比较方便，但是用于准备饮料的现有容器具有许多缺点。例如，许多市场上能够买到的容器是用不易循环利用的材料制作的。这至少部分是由于这些容器所要求的结构特性。例如，容器必须足够坚固以允许刺穿容器的底座而容器不会发生实质变形。因此，目前存在的需求是允许使用更加易于循环利用的材料同时仍然具有足够的结构整体性的这样一种结构。

发明内容

本发明的实施例通过提供一种容器解决上述需求，所述容器包括大致圆形并且水平延伸的底座、自所述底座延伸并在其中限定腔的截头锥形壁、和与壁相交并自壁横向延伸的堆叠肩部。底座包括外部环形外围支撑结构，其中包括多个凹部。底座可选地包括内部环形支撑结构，其与外部环形外围支撑结构一起限定连续的刺穿区域，所述连续的刺穿区域的大小和形状允许在其中进行无碍刺穿而容器不会有实质变形。

本发明的实施例中还提供用于使用上述容器准备饮料的容器和用于使用这种容器准备饮料的方法。

附图说明

图1是根据第一实施例的容器的实施例的侧视图。

图2是图1中所示容器的仰视图。

图3是图1中所示容器的俯视图。

图4是图1中所示容器的从前下方观察的立体图。

图5是根据第二实施例的容器的从前下方观察的立体图。

图6A和6B是根据实施例的可应用于杯座内表面的设计的示意图。

图7A和7B是限定根据实施例的容器的各种参数的示意图。

具体实施方式

本申请的实施例通过提供用于准备饮料的容器解决上述需求。本文中使用的术语“容器”与可用于准备饮料的盒(cartridge)、杯、小盒(capsule)或囊(pod)等是同义词。

容器通常包括杯形容器，杯形容器具有底座和限定开口的截头锥形侧壁。在一种实施例中，底座包括外部环形外围支撑结构和可选的内部支撑结构，外部环形外围支撑结构包括多个凹部。设置在外部环形外围支撑结构和可选的内部支撑结构之间的连续刺穿区域能够允许在准备饮料过程中在连续刺穿区域中刺穿容器底座。

图1-4中进一步示出容器10的示例性实施例。容器10包括底座12和限定开口16的截头锥形侧壁14。侧壁14可包括围绕开口16的径向向外伸出的唇部18。一方面，径向向外伸出的唇部18还包括自侧壁14横向延伸并与其相交的堆叠肩部19。

底座12包括外部外围支撑结构20、内部支撑结构22、和它们之间的连续刺穿区域24。在实施例中，外部外围支撑结构20是环形形状，其具有外观类似于颠倒的护墙的多个凹部26(即，城垛或雉堞的城堡状结构)。在实施例中，内部支撑结构22是环形或圆形的。

外部外围支撑结构20和内部支撑结构22之间的连续刺穿区域能够允许在准备饮料的过程中在连续刺穿区域24中的任意位置处刺穿容器。尽管外部外围支撑结构20或内部支撑结构22的当前描述实施例是环形的，但是也可使用其它形状(例如，椭圆形、三角形、方形、六边形、七边形、八边形等)，只要结构不妨碍在连续刺穿区域24中刺穿底座。但是本领域技术人员会认识到，同心环形支撑结构特别适合于限定可在任何位置刺穿的连续刺穿区域，从而允许将容器放置在饮料机器内而无需考虑刺穿区域的位置。

在实施例中，外部外围支撑结构可包括具有图5中所示的多个凹部的多于一个的环形形状。例如，外部外围支撑结构122可包括具有多个凹部126的第一外部环形形状123’和定位在第一外部环形形状123’内侧和连续刺穿区域外侧的具有多个凹部126的第二外部环形形状123”。第一外部环形形状123’和第二外部环形形状123”的多个凹部126可彼此偏移。在实施例中，第一外部外围支撑结构和第二外部外围支撑结构具有大致相同尺寸。但是本领域技术人员会认识到，第一外部外围支撑结构和第二外部外围支撑结构的尺寸可以是不同的(即，不同的宽度、凹部大小、凹部数量等)。

在实施例中，容器还包括其它特征以促进底座的可刺穿性。例如，在一种实施例中，容器可包括在容器底座的内表面中的特征。所述特征在底座刺穿过程中可有效削弱底座的材料而不会牺牲其强度，例如，通过提供应力集中。图6A和6B示出所述特征的两个示例性实施例，图6A和6B示出可压印在容器底座的内表面中的设计。也可使用其它设计。

在一种实施例中，容器的特征还可在于以下数学关系：

h＝(R₁-R)·tan(90-Φ)

其中，h是容器从底座12到堆叠肩部19的高度，R₁是容器在堆叠肩部19处的内径，R是包括外部外围支撑结构20的底座12的半径，而Φ是接近角(approach angle)。

容器的特征还可在于底座特征的尺寸：r是除去外部外围支撑结构20的底座12的半径，r₁是包括环形形状的内部支撑结构22的内径，r₂是内部支撑结构22的外径，w_o是外部外围支撑结构20的宽度，d是底座12的连续刺穿区域24的宽度，w_i是包括环形形状的内部支撑结构22的宽度，而t是外部外围支撑结构20的高度。因此，在某些实施例中底座12的特征还在于以下数学关系：

w_o＝R–r

w_i＝r₂–r₁

d＝1/2·t＝r-r₂

在实施例中，r₁和r₂彼此独立，可从约0.0到约5.0mm。例如，在内部支撑结构包括只具有单个半径的圆形形状的实施例中，r₁为0并且w_i＝r₂，r₂可以从约0.01到约5.0mm。在内部支撑结构包括环形环的实施例中，r₂>r₁并且r₁和r₂彼此独立，r₁和r₂可以从约0.01到约5.0mm。例如，r₁可以为3.8mm而r₂可以为1.3mm使得w_i为2.5mm。在没有内部支撑结构的实施例中，w_i、r₁和r₂为0.0。

外部外围支撑结构20的特征还可在于特征角度(θ₀)、凹部角度(θ₁)和特征数量(n)，它们具有以下关系：

θ₀＝(360÷n)–θ₁

0<θ₁<θ₀

在实施例中，外部外围支撑结构的高度(t)从约0.5到约2.0mm，容器从底座到堆叠肩部的高度(h)为约39.4mm，并且容器在堆叠肩部处的内径(R₁)为约43.7mm。在一种实施例中，接近角从约2度到约10度。前述变量的示例性范围总结于以下表格中。

在实施例中，本领域技术人员熟知的自支撑过滤元件(未示出)可设置在容器中并且可移除地或永久地连接到容器的内表面。例如，过滤器可以为倒转中空锥的形状，具有自围绕开口的边沿均匀变细的弯曲壁。过滤元件可放置在容器中使得锥的尖端支撑在容器的底座上并被底座稍稍压平，从而扩大锥内的容积并为过滤元件提供有益支撑。

在实施例中，本发明提供的容器还包括与容器的唇部为隔绝密封关系的可刺穿盖，封闭开口以形成盒。所述盖理想地由可用工具(例如管状针)刺穿的防渗无孔材料形成，可通过所述工具传递热水用于准备饮料。例如，在实施例中所述盖可包括热密封到容器的唇部的聚合物膜或箔。

在实施例中，可通过由热塑材料模制和热成型容器来准备容器。理想地，热塑材料大体为防渗且无孔的。适合的热塑材料的非限制性示例包括例如聚丙烯、聚乙烯的聚烯烃、聚苯乙烯、尼龙以及其他聚合物。在特定实施例中，特别理想的是热塑材料是生物基树脂、易于再回收循环、和/或包括至少部分回收材料。例如，在一种实施例中热塑材料可包括回收的聚丙烯基树脂。

在实施例中，热塑材料可与一种或多种添加剂混合以给予容器理想的机械和热性能。例如，在实施例中热塑材料可与一种或多种材料混合以给予容器理想的刚度。在一种实施例中，添加剂包括不相容聚合物，其可通过阻止热塑材料塑性变形的本能和促进控制裂纹扩展来起到应力集中器的作用。适合与包括聚丙烯的热塑材料一起使用的不相容聚合物的非限制性示例包括腈纶、苯乙烯、或它们的混合物和具有聚烯烃的共聚物。在一种实施例中，一种添加剂包括成核剂。在一种实施例中，第二添加剂包括金属硬脂酸盐，其非限制性示例包括硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌和它们的组合。添加剂的其它非限制性示例包括碳酸钙、滑石、粘土和纳米等级的这些添加剂。

理想地，本发明提供的容器具有小于约6kg的刺穿载荷。本文使用的“刺穿载荷”的意思是在容器基座中的连续刺穿区域中使用针刺穿所要求的力。应该意识到刺穿载荷部分基于用来测量容器的刺穿载荷的针的类型。例如，使用钝针测量的刺穿载荷一般会大于使用锋利的针测量的刺穿载荷。例如，在实施例中容器可具有使用锋利针测量的小于约3kg、小于约2.75kg、或小于约2.5kg的刺穿载荷。在实施例中，容器可具有使用锋利针测量的约4.2到约3kg、约2.99到约2.75kg、或约2.74到约2.5kg的刺穿载荷。在实施例中，容器可具有使用钝针测量的小于约5kg的刺穿载荷。例如，容器可具有使用钝针测量的约4.0到约5.0kg的刺穿载荷。

在实施例中，容器能够接收其中设置有干饮料成分的插入件。例如，容器能够接收包括过滤杯的插入件，所述过滤杯中设置有用于准备饮料的成分。例如，容器还可包括具有冲泡物质的滤杯，冲泡物质的非限制性实例包括咖啡粉、磨碎茶叶、巧克力、调味粉等。冲泡物质还可包括干奶、糖或代糖、或其它调味料的组合以加强得到的饮料的质量。

本发明的容器特别适合用于自动机器中，例如咖啡冲泡机。在将容器放置到机器中时，刺穿部件刺穿盖以通过孔引入加压热水，所述加压热水在此处与设置在过滤器中的饮料成分接触。第二刺穿部件在刺穿区域中的任何位置处刺穿容器的底座以使准备好的饮料能够流出容器并被分配到顾客消费的杯或容器中。

通过以下非限制性示例可进一步理解和示出前述实施例。

示例

示例1

1.9盎司容器是通过单层片材准备的并且将其与市场上能够买到的进行比较以评估不同聚合物构成在示例性容器的可刺穿性上的效果。包括回收聚丙烯、均聚物聚丙烯(“Homopolymer PP 1”)、和介质影响(medium impact)聚苯乙烯的聚丙烯基树脂单独使用或与添加剂白色素PS、CaCO₃母料1或CaCO₃母料2、以及专有母料组合使用。下列表格中提供聚合物构成和结果。

用作控制的聚苯乙烯基K-Cup具有测试容器的最低“真空强度”，具有中等最大载荷、最低侧载荷和最低刺穿载荷。纯聚丙烯(杯4)和加载有3％的CaCO₃母料1的聚丙烯(杯6)都不能被刺穿。但是，观察到使用回收聚丙烯似乎能够像添加剂CaCO₃母料2和白色素PS一样促进容器的可刺穿性。

示例2

1.9盎司容器是使用聚丙烯和添加剂的各种组合通过单层片材准备的并且将其与市场上能够买到的进行比较以评估聚合物材料在示例性容器的可刺穿性上的效果。包括均聚物聚丙烯1、高刚度均聚物聚丙烯1、高刚度均聚物2、高刚度均聚物聚丙烯3、和均聚物聚丙烯2的聚丙烯基树脂单独使用或与添加剂白色素PS、成核剂1、成核剂2、硬脂酸盐母料1或硬脂酸盐母料2组合使用。下列表格中提供聚合物构成和结果。

显然前述内容只涉及本申请和得到的专利的某些实施例。本领域普通技术人员可对本发明做出许多改变和修改而不脱离由以下权利要求书及其等同物所限定的本发明的总体精神和范围。

Claims (28)

1.一种容器，包括：

大致圆形底座；

截头锥形壁，其自所述底座延伸并在其中限定腔；和

堆叠肩部，其与壁相交并自壁横向延伸；

其中，底座包括外部环形外围支撑结构和可选的内部环形支撑结构，二者之间具有连续刺穿区域，外部环形外围支撑结构中包括多个凹部；其中，连续刺穿区域的大小和形状允许在其中无碍地进行刺穿并且容器不会有实质变形。

2.根据权利要求1所述的容器，其中，容器包括选自由聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、聚乙烯及它们的组合构成的组的热塑聚合物。

3.根据权利要求1或2所述的容器，其中，热塑聚合物与一种或多种添加剂混合以形成热塑材料。

4.根据权利要求3所述的容器，其中，一种或多种添加剂以占热塑材料重量的约2％至约15％的量存在于热塑材料中。

5.根据权利要求3所述的容器，其中，一种或多种添加剂包括成核剂。

6.根据权利要求3所述的容器，其中，一种或多种添加剂选自由碳酸钙、滑石、粘土及它们的混合物构成的组。

7.根据权利要求3所述的容器，其中，一种或多种添加剂包括金属硬脂酸盐。

8.根据权利要求7所述的容器，其中，一种或多种金属硬脂酸盐选自由硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌及它们的组合构成的组。

9.根据权利要求3所述的容器，其中，一种或多种添加剂包括占热塑材料重量的约0.5％至约5.0％的量的成核剂和占热塑材料重量的约7.0％至约25.0％的量的第二添加剂。

10.根据权利要求9所述的容器，其中，热塑聚合物是聚烯烃，成核剂的量占热塑材料重量的约0.5％至约5.0％，并且第二添加剂的量占热塑材料重量的约7.0％至约18.0％。

11.根据权利要求9所述的容器，其中，热塑聚合物是聚烯烃，成核剂的量占热塑材料重量的约0.5％至约2.5％，并且第二添加剂的量占热塑材料重量的约7.0％至约12.0％。

12.根据权利要求9至11中任一权利要求所述的容器，其中，第二添加剂选自由碳酸钙、滑石、粘土及它们的组合构成的组。

13.根据权利要求1所述的容器，其中，外部环形外围支撑结构包括第一外部环形结构和定位在第一外部环形结构内侧的第二外部环形结构，多个凹部的第一部分设置在第一外部环形结构中，多个凹部的第二部分设置在第二外部环形结构中。

14.根据权利要求13所述的容器，其中，第一外部环形结构的多个凹部的第一部分和第二外部环形结构的多个凹部的第二部分偏移。

15.根据权利要求1所述的容器，其中，容器的特征在于从底座到堆叠肩部的容器高度(h)、由在堆叠肩部处测量的容器的内径限定的堆叠肩部半径(R₁)、由包括外部环形外围支撑结构的底座的外径限定的底座半径(R)、以及接近角(Φ)具有以下数学关系：h＝(R₁-R)·tan(90-Φ)。

16.根据权利要求15所述的容器，其中，R₁＞R，R₁为约11.0mm至约55.0mm，并且R为约10.0mm至约50.0mm。

17.根据权利要求1所述的容器，其中，容器的特征在于包括外部环形外围支撑结构的底座的半径(R)、除去外部环形外围支撑结构的底座的半径(r)、内部环形支撑结构的内径(r₁)、内部环形支撑结构的外径(r₂)、外部环形外围支撑结构的宽度(w_o)、连续刺穿区域的宽度(d)、内部环形支撑结构的宽度(w_i)、以及外部环形外围支撑结构的高度(t)具有以下数学关系：

w_o＝R–r

w_i＝r₂–r₁

d＝1/2·t＝r–r₂。

18.根据权利要求17所述的容器，其中，r₂＞r₁，r₁为从约0.0至约39.0mm，而r₂为从约0.0至约40.0mm。

19.根据权利要求17所述的容器，其中，R为从约10.0mm至约50.0mm而r为从约9.0mm至约49.0mm。

20.根据权利要求1所述的容器，其中，外部环形外围支撑结构的特征在于特征角度(θ₀)、凹部角度(θ₁)、以及凹部的数量(n)具有以下数学关系：

θ₀＝(360÷n)–θ₁

0<θ₁<θ₀。

21.根据权利要求20所述的容器，其中，n为从约1到约50。

22.根据权利要求1所述的容器，还包括压印在底座的内表面上的特征，其中，特征起增加底座的可刺穿性的作用。

23.根据权利要求1所述的容器，其中，容器具有改进的可刺穿性，其特征在于刺穿载荷小于6.0kg。

24.根据权利要求1所述的容器，其中，容器具有改进的可刺穿性，其特征在于刺穿载荷为约2.5kg至约5.0kg。

25.根据权利要求1所述的容器，其中，容器是能再循环使用的。

26.一种用于形成饮料的容器，其包括根据权利要求1所述的容器并且还包括：

过滤器，其设置在容器的腔中并在腔中限定第一室和第二室；

饮料介质，其设置在腔中并且能够与被引入容器中的液体互相作用以形成饮料；和

盖，其附接到容器的边沿以容纳饮料介质和设置在其中的过滤器。

27.根据权利要求26所述的容器，其中，饮料介质包括咖啡粉、磨碎茶叶、巧克力、调味粉、以及它们的组合。

28.一种准备饮料的方法，包括：

提供根据权利要求26所述的用于形成饮料的容器；

刺穿容器的盖以允许将加压热水引入容器的腔中并与饮料介质接触以形成饮料；并在连续刺穿区域中刺穿容器的底座以允许饮料流出容器的底座。