JP2005046624A - コーヒーマシンの水タンク用フィルタカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】濾過の効率を増加させ、濾過材の最適な使用によりコンパクトなコーヒーマシンの水タンク用フィルタカートリッジを提供する。
【解決手段】フィルタカートリッジ１は、両側に溝状の多数の開口部３を有するハウジング２を具え、開口部３は二つの入口を構成する。水を軟水化するため、ハウジング２にイオン交換樹脂を収容する。ハウジング底部は中央出口４を具える。ハウジング２内部には、入口３と出口４との間の水の流路長さを増加させるための多数の邪魔板部材６、７を設ける。ハウジング２は上側部分２ｂと下側部分２ａとを具え、これらを互いに密封するように固定し、水の流路は上側および下側ハウジング部分に固定された邪魔板部材の間を流れる。
【選択図】図１

Description

本発明はコーヒーマシンの水タンク用フィルタカートリッジに関するものであり、このフィルタカートリッジは濾過材の収容に適合させたハウジングを具え、ハウジングは当該フィルタカートリッジ底部に配置した少なくとも一つの入口および、当該フィルタカートリッジ底部に配置した一つの出口を有する。間隙を介する多数の邪魔板部材をハウジング内部に配置し、これら邪魔板部材を、入口と出口との間での水の流路の長さを増加させるのに適合させる。

こうしたフィルタカートリッジは、コーヒーマシンの水タンク内に収容した水を軟水化する役割を果たすものであり、コーヒー飲料の調製に用いるものである。水を軟水化するための媒体として、例えばイオン交換樹脂を用いることができる。軟水化のための媒体が消耗する、すなわち軟水化の効果に徐々に低下が見られた場合には、直ちにフィルタカートリッジを交換する必要がある。

ドイツ国特許第19,717,054号は、ここで言及するような種類のフィルタカートリッジを有する水タンクを開示する。水タンク内部に交換可能に配置する、このフィルタカートリッジは、ほぼ円筒形状を有し、底部に水の入口を具える。この入口から上方にチャンバーが延在し、水の通路を構成する。さらに、フィルタカートリッジ内部には当該カートリッジの頂部から底部への、当該フィルタカートリッジの出口へ至る中央導管を設けている。この設計により、上流での水の流れ、すなわち底部から頂部までの、濾過材を収容したチャンバーを通る水流が保証され、フィルタの抵抗を増加させ、チャンネルを形成することとなるフィルタベッドの締め固めを防ぐものとなる。

欧州特許第965,129号は、複数の円筒形カートリッジを具える、流体を浄化するための装置を開示する。当時の先行技術を示す、この文書の図1に示す第一の実施形態によれば、４本のカートリッジを一対の板によって一つのカートリッジに組み合わせている。一対の板には移動チャンネルが設けられており、水が入口から連続的に４本のカートリッジを通過して出口へ流れるように、この移動チャンネルを通して個々のカートリッジが水力学的に結合している。入口および出口は共に頂部に設けられている。さらに、この文書で開示されている実施形態では、水は特定のカートリッジを通して常に同じ方向、すなわち頂部から底部へと流れている。

ドイツ国特許第3,014,493号は、水タンクを有するフィルタ式コーヒーマシンを開示しており、このコーヒーマシンは水タンク底部に配置したフィルタカートリッジを具える。フィルタカートリッジの外形は使用時に特定の水タンクに適合させたものとなっており、またイオン交換樹脂、活性炭粒子および殺菌性の添加剤からなる濾過材を充填している。開示されたフィルタカートリッジの実施形態の幾つかにおいては、フィルタカートリッジ内での水の滞留時間を増加させるために入口と出口との間に邪魔板部材を配置することが示されている。しかしながら、これらの実施形態全てにおいて、邪魔板部材は水平方向に延在し、そのため流れの抵抗の増加およびチャンネルの形成を伴うベッドの形成と、このベッドの締め固めが生じるおそれがある。これらの事柄全ては、最終的に、フィルタカートリッジ内に収容した濾過材の使用を考える限りにおいて、効率を低下させる結果をもたらす。さらに、全ての実施形態において、入口はフィルタカートリッジの頂部に配置されている。それ以外にも、こうした事実は、フィルタカートリッジの形状が水タンクの形状と厳密に適合する、すなわちフィルタカートリッジの外側部分と水タンクの内側部分との間に空所が存在しないときにのみ、水タンクを完全に空にすることが可能となるという不利益な点を有する。

米国特許第417,070号は、水の流れる長さを増加させるための、垂直方向に延在する邪魔板部材を内部に有するフィルタを開示する。この場合も、やはり入口がフィルタ頂部に配置されており、上で議論した不利益がもたらされることとなる。さらに、三箇所の流路の外で、水は入口から出口への流路に沿って流れなければならず、流路の内二箇所は頂部委から底部への流れとなる。

最後に、米国特許第6,387,260号は水を浄化するための濾過装置を開示する。この濾過装置は主瓶(main jar)を具え、この主瓶は、その頂部から挿入した容器を有する。容器の底部には、フィルタカートリッジを収容するための窪みを設けている。円筒形のフィルタカートリッジは、中央に管状の導管を具え、この導管の上端部は中空のチャンバー内へ開口する。フィルタカートリッジの底部には、浄化する水をフィルタカートリッジ内へ流入させるための開口部を設けている。浄化する水は容器内に満たしておく。容器内に満たした水がある水位に達する、すなわち水位がフィルタカートリッジの中空のチャンバーを越えると、直ちに浄化工程が始まり、物理法則に従って水はフィルタカートリッジを通して流れ、フィルタカートリッジから流出して中央の管状の出口を通過し、その後主瓶内へと流れる。それによって、上側容器が空になるまで水は連続的にフィルタカートリッジ内へ流入し、主瓶は浄化した水で満たされることとなる。
ドイツ国特許第19,717,054号明細書 欧州特許第965,129号明細書 ドイツ国特許第3,014,493号明細書 米国特許第417,070号明細書 米国特許第6,387,260号明細書

ドイツ国特許第3,014,493号によって構成された従来技術に基づき、本発明は、効率を増加させる一方で、これと並行してフィルタカートリッジに収容する濾過材の最適な使用によって比較的小さい寸法を維持する改良されたフィルタカートリッジを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、カートリッジ内部でのベッドの形成やベッドの締め固めを防ぐ、改良されたフィルタカートリッジを提供することにある。

本発明の他の目的は、水タンク内に挿入したときに水タンク内の利用可能な水の体積をほとんど減少させない、改良されたフィルタカートリッジを提供することにある。

これらおよび他の目的のために、本発明は、コーヒーマシンの水タンク用フィルタカートリッジであって、濾過材の収容に適合させたハウジングを具え、当該フィルタカートリッジの底部に配置した少なくとも一つの入口および、当該フィルタカートリッジの底部に配置した一つの出口を有するフィルタカートリッジを提供する。

多数の邪魔板部材をハウジング内部に間隔を有して配置し、これら邪魔板部材を入口と出口との間の水の流路の長さを増加させるのに適合させる。

ハウジングは上側ハウジング部分および下側ハウジング部分を具える。邪魔板部材は上側ハウジング部分と下側ハウジング部分とに交互に固定し、本質的に垂直方向に延在させる。

第一の多数の水の流路を上側ハウジング部分と下側ハウジング部分に固定した邪魔板部材との間に設け、第二の多数の水の流路を下側ハウジング部分と上側ハウジング部分に固定した邪魔板部材との間に設ける。

邪魔板部材が本質的に垂直方向に延在し、かつ、上側ハウジング部分と下側ハウジング部分とに交互に固定されていると言う事実により、さらに、水の流路が各邪魔板部材と上側および下側ハウジング部分それぞれとの間に設けられているという事実により、ベッドの形成およびベッドの締め固めが生じる危険性が基本的に避けられる。フィルタカートリッジの底部に入口を設けたことは、第一のチャンバーを通過する底部から頂部までの流れが各邪魔板部材によって制限され、またフィルタカートリッジを挿入した水タンク内部全体を本質的に利用可能となるというさらなる利点をもたらすこととなる。

以下において、本発明に係るフィルタカートリッジの一実施形態を、添付図面を参照してさらに説明する。

全体を参照符号1で示すフィルタカートリッジは、コーヒーマシンの水タンク内に挿入するように適合させており、そのため図ではコーヒーマシンも、その水タンクも示していない。図1はフィルタカートリッジを斜視図で示すものであり、一方図2は断面図で示すものであり、また図3はフィルタカートリッジの長手方向断面図である。

フィルタカートリッジ1はハウジング2を具え、ハウジング2は下部2aおよび上部2bを有する。図1では上部2bを下部2aに対して若干上昇させて示しているが、最初の組み立て中に、好ましくは接着または溶接によって下部2aに密閉するように固定する。スナップ式の結合やねじ止め式の結合、あるいはこれらに類似の方法のような取り外し可能な結合もまた可能であることを理解されたい。ハウジング2の下部2aは多数の横方向の入口3を具えており、これら入口は溝形に切り抜いた形状を有し、横方向のヘッド表面双方に配置されている。ハウジング2の下部2aの底部中央に配置するように円筒形の出口4を設けている。出口4には、フィルタカートリッジ1を水タンク（図示せず）内に挿入したときに開く逆止弁を設けることもできる（図示せず）。顆粒状になったイオン交換樹脂（図示せず）のような塵の粒子がフィルタカートリッジ1から流出するのを防ぐために、出口4には多孔質材料製のフィルタ要素12を設ける。さらに、水タンク（図示せず）の水出口とフィルタカートリッジ1との間の緊密な結合を確実にするために、出口4の外側に配置したＯリングガスケット5を設ける。

ハウジング2の上部2bおよび下部2aの双方には、仕切り壁形状の多数の邪魔板部材6a，6b；7a，7b，7c，7dを設けている。これら邪魔板部材6a，6b；7a，7b，7c，7dはハウジング2の内側の幅全体に亘って延在し、多数のチャンバーを形成する。ハウジング2の下部2aに設けた邪魔板部材7a，7b，7c，7dは、ハウジング2の下部2aの頂部までは完全に延在しておらず、そのため隙間10，11が残存し、水はこれら隙間を通して一方のチャンバーから、特定の邪魔板部材7b，7dを経てフィルタカートリッジ1の隣接するチャンバーへと流れることができる。ハウジングの上部2bに設けた邪魔板部材6a，6bは、ハウジング2の下部2aの底部へは完全に延在せず、一旦ハウジングの上部2bをハウジング2の下部2aに固定すると、隙間が残存し、水がこれら隙間を通して一方のチャンバーから、特定の邪魔板部材6a，6bを経てフィルタカートリッジ1の隣接するチャンバーへと流れることができるような寸法とする。

下側ハウジング部分2aの側壁には溝9a，9bが設けられており、これら溝は、上側ハウジング部分2bに設けた特定の邪魔板部材6a，6bそれぞれを収容かつ案内するのに適合されている。特に、これら溝9a，9bはまた、邪魔板部材6a，6bが横方向にシールされ、それによって、水がこれら邪魔板部材6a，6bを横方向に通過することができ、そのためにフィルタカートリッジ1の効果を減少させる流体の短絡回路を防止することを保証する。

フィルタカートリッジ1に流入した水は、横方向の入口3を通って第一のチャンバーを底部から頂部へと流れ、その後第二のチャンバーへ流入して頂部から底部へと流れる。第三のチャンバーにおいて、水は再び底部から頂部へと流れ、そして、水は出口4へ開口する中央の第四のチャンバーを、再度頂部から底部へと流れることにより通過する。したがって、これら四箇所のチャンバーを経て特定の入口3から出口4へと流れる水は、二箇所のチャンバーでは上昇する流れを示し、他の二箇所のチャンバーでは下降する流れを示す。合計で六個の邪魔板部材6a，6b；7a，7b，7c，7dを設けたことにより、フィルタカートリッジ1の内部は七箇所のチャンバーに分割される。それ故二箇所の横方向の入口3から中央の出口4へと流れる水は、フィルタカートリッジ1内部で比較的長い経路に沿って流れることとなる。この設計により、フィルタカートリッジ1内での水の滞留時間が比較的長くなり、したがって、濾過材料内でのいわゆるベッドの形成を避けることができ、その結果、フィルタカートリッジ内に収容したイオン交換樹脂の最適な使用ならびに、水の軟水化を考慮する限りの最適な効率が得られることとなる。

左側の入口3（図3参照）から中央の出口4へのフィルタカートリッジ1内部での水の流れを、図3で、矢印を設けた線Wで示す。入口3をフィルタカートリッジ1の底部に設けたという事実により、水タンク（図示せず）は、これに使用するフィルタカートリッジの形状が水タンクの形状に適合しない場合でさえも、本質的にフィルタカートリッジ1を通して完全に空にすることができる。さらに、本発明に係るフィルタカートリッジ1の使用は、水タンクの利用可能な内容積を実質的に減少させることがない。

邪魔板部材6a，6b；7a，7b，7c，7dの数、デザインおよび方向は、図面および先の．記述で示した実施形態とは異なるものとしても良いことを理解されたい。

上側ハウジング部分2bの固定に先立ち、フィルタカートリッジ1内部を、水を軟水化させるために用いるイオン交換樹脂の粒子で、下側ハウジング部分2aに配置した邪魔板部材7a，7b，7c，7dの縁部にほぼ達するまで満たす。イオン交換樹脂の粒子がスロット状の開口部10，11を通してフィルタカートリッジの一つのチャンバーから隣接する他のチャンバーへと移動するのを防ぐため、上側ハウジング部分2bに、透水性を有する櫛形の障壁部材8a，8b，8c，8dを設ける。これら櫛形の部材8a，8b，8c，8dは下側ハウジング部分2aに設けた邪魔板部材7a，7b，7c，7dの上縁に向かって延在し、上側ハウジング部分2bを下側ハウジング部分2aに固定すると、スロット状の開口部10，11内へ入り込む。特定の邪魔板部材7a，7b，7c，7dの上縁と櫛形の部材8a，8b，8c，8dの下端との間に僅かな隙間が残存し、この隙間を通して水は流れることができるが、樹脂の粒子が移動できないことが望ましい。櫛形の部材の一つ(8b)を図2の断面図に示す。

溝形の切り抜き部を構成する横方向の入口3の有効幅および櫛形の部材8a，8b，8c，8dの隙間の幅は、共に樹脂の粒子の外径の統計的な平均値よりも小さい値、好ましくは、粒子外径の計算上の平均値をｘ、σを標準偏差としてｘ-σとなるように選ぶ。このように設計することにより、樹脂の粒子が溝形の入口開口部3を通して流出することも、一つのチャンバーから櫛形の部材を通して隣接するチャンバーへと移動することも不可能になる。

ハウジング2の上側ハウジング部分2bには機械的なインターフェイス15を設け、このインターフェイスは、これと対応する機械的なインターフェイスを設けたハンドル（図示せず）を固定するためのものである。インターフェイス15は、弾性的な復元力を有する脚部と係合するように適合させた溝を具え、この脚部は、その端部にカム部材を有し、ハンドル（図示せず）の一部をなす。こうしたハンドルは、フィルタカートリッジ1を水タンク内に挿入すると、フィルタカートリッジ1から取り外す事ができる。フィルタカートリッジ1を水タンクから取り外すために、ハンドルを機械的なインターフェイス15の頂部から係合させ、下向きに軽く圧力を加えることでハンドルをインターフェイス15に固定し、それによって脚部のカムをインターフェイス15の溝に嵌め込む。その後、フィルタカートリッジ1を水タンクから容易に引き出すことができる。

フィルタカートリッジ1は、使い捨て式のものとして設計することが望ましい。しかしながら、上側ハウジング部分2bを下側ハウジング部分2aに取り外し可能に固定する場合には、使用済みのイオン交換樹脂の粒子を交換することが可能である。それによって、フィルタカートリッジを複数回使用することができる。使用済みのイオン交換樹脂の粒子を再生するための他の可能なものもある。

本発明に係るフィルタカートリッジは、比較的小さい空間しか必要としない。しかしながら、図面および上述した記載で示した種類の邪魔板部材を設けることにより、水は入口3からイオン交換樹脂を通して中央の出口4へと比較的長い経路に沿って流れることとなる。したがって、フィルタカートリッジ内部での水の滞留時間は増加し、効率が改善される。フィルタカートリッジの高さを低くすることは、水タンク内の水が常にフィルタカートリッジ内に十分浸透し、それによってフィルタカートリッジが水で十分に満たされるという利点を有する。このことはまた、水タンクの全体高さを越えて延在し、それゆえ大部分の時間、水が十分に浸透しない従来技術によるフィルタカートリッジと比較したとき、衛生面を考慮した限りにおいて、特に有利である。さらに、ベッドの形成や、いわゆるベッドの締め固めが高い割合で避けられ、使用可能な水タンクの内容積が顕著な度合で減少することがなくなる。本発明に係るフィルタカートリッジは、単純な設計で低コストで製造できるというさらなる利点を有している。特に、イオン交換樹脂の充填が非常に容易である。なぜならば、充填の工程を、上側ハウジング部分2bを下側ハウジング部分2aに固定するのに先立って行うことができるからである。

本発明に係るフィルタカートリッジの、上部を持ち上げた状態を示す斜視図である。 図１に示すフィルタカートリッジの断面図である。 図１に示すフィルタカートリッジの長手方向断面図である。

符号の説明

1 フィルタカートリッジ
2 ハウジング
3 水入口
4 水出口
5 Ｏリングガスケット
6a，6b，7a，7b，7c，7d 邪魔板部材
8a，8b，8c，8d 櫛形の部材
9a，9b 溝
10，11 隙間
12 フィルタ要素
15 機械的なインターフェイス

Claims (9)

1. コーヒーマシンの水タンク用フィルタカートリッジであって、
   少なくとも一つの入口と、一つの出口を有し、当該出口を当該フィルタカートリッジの底部に配置した、濾過材の収容に適合させたハウジングと、
   前記ハウジング内に間隔を有して配置した、前記少なくとも一つの入口と前記出口との間の水の流路の長さを増加させるのに適合させた多数の邪魔板部材とを具え、
   前記ハウジングが上側ハウジング部分と下側ハウジング部分とを具え、
   前記邪魔板部材を、前記上側ハウジング部分と前記下側ハウジング部分とに交互に固定して、該邪魔板部材を本質的に垂直方向に延在させ、
   それによって、第一の多数の水の流路を前記上側ハウジング部分と前記下側ハウジング部分に固定した前記邪魔板部材との間に設け、また、第二の多数の水の流路を前記下側ハウジング部分と前記上側ハウジング部分に固定した前記邪魔板部材との間に設け、
   さらに、それによって前記少なくとも一つの入口を当該フィルタカートリッジの底部に配置したことを特徴とするフィルタカートリッジ。
2. 請求項１記載のフィルタカートリッジにおいて、
   前記上側ハウジング部分に、前記下側ハウジング部分に固定した邪魔板部材の上縁に向かって延在する透水性の障壁部材を設けたことを特徴とするコーヒーマシンの水タンク用フィルタカートリッジ。
3. 請求項１記載のフィルタカートリッジにおいて、
   一箇所の中央の水出口と二箇所の横方向の水入口を設けたことを特徴とするコーヒーマシンの水タンク用フィルタカートリッジ。
4. 請求項３記載のフィルタカートリッジにおいて、
   前記水入口の一つと前記中央の水出口との間に、少なくとも三枚の垂直方向に延在する邪魔板部材を設けたことを特徴とするコーヒーマシンの水タンク用フィルタカートリッジ。
5. 請求項１記載のフィルタカートリッジにおいて、
   前記下側ハウジング部分の側壁内面に、前記上側ハウジング部分に固定した前記邪魔板部材と係合する溝を設けたことを特徴とするコーヒーマシンの水タンク用フィルタカートリッジ。
6. 請求項１記載のフィルタカートリッジにおいて、
   当該カートリッジの底部から前記下側ハウジング部分に固定した前記邪魔板部材の上縁まで濾過材で満たしたことを特徴とするコーヒーマシンの水タンク用フィルタカートリッジ。
7. 請求項１および６記載のフィルタカートリッジにおいて、
   当該フィルタカートリッジに粒子状の濾過材を収容し、
   前記水入口の開口部を溝形の開口部で構成し、当該開口部の幅を、濾過材粒子の外径の平均値、好ましくは当該粒子径の計算上の平均値をｘ、標準偏差をσとしてｘ-σ未満とすることを特徴とするコーヒーマシンの水タンク用フィルタカートリッジ。
8. 請求項１記載のフィルタカートリッジにおいて、
   前記水出口に多孔質のフィルタ部材を設けたことを特徴とするコーヒーマシンの水タンク用フィルタカートリッジ。
9. 請求項１記載のフィルタカートリッジにおいて、
   前記上側ハウジング部分に機械的なインターフェイスを設け、当該インターフェイスを、これと対応する機械的なインターフェイスを設けたハンドルを収容するように適合させたことを特徴とするコーヒーマシンの水タンク用フィルタカートリッジ。

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