JP2008514246A - 混合装置、混合装置を備えたコーヒーマシンおよび混合装置の使用 - Google Patents

Abstract

本発明は、液体成分および少なくとも１つの別の成分を含む生成物に空気を混入して泡立てる混合装置であって、ローター（１０１）であり、回転軸（１０２）とその回転軸（１０２）周りの回転の際にローターにより画成される回転面（４）とを有し、有回転面（４）が第１の軸端（１０５）から第２の軸端（１０６）へと延び、第１の軸端（１０５）が第２の軸端（１０６）に対して上流に配列された。前記ローターと、ローターを回転軸（１０２）周りに回転するために、ローターと駆動関係にあるモーターと、ローターの下流に配置され、空気混入され泡立てられた液体および少なくとも１つの別の成分の生成物を分配するように構成された、生成物出口管とを備える。このローター（１０１）は、下流部（１０８）および上流部（１０７）を含んでいる。本発明は、さらに上記混合装置を設けた飲料マシンに関する。
【選択図】 図２

Description

発明の分野

本発明は、泡状液体生成物を提供する混合装置に関する。特に、本発明は、飲料を混合し、泡立て、分配する混合装置、このような混合装置を備えたコーヒーマシン、および混合装置の使用に関する。

より詳細には、本発明は、請求項１の前文に記載の混合装置に関する。

請求項１の前文に記載の混合装置は、Ｓｏｃｉｅｔｅ ｄｅｓ Ｐｒｏｄｕｉｔｓ Ｎｅｓｔｌｅ Ｓ．Ａ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄの名義で国際公開第０３／０６８０３９号により知られている。

発明の背景

エスプレッソならびに他のコーヒーおよびミルク飲料は、粉末を水に混合して作ることが多い。従来より、ミルクの泡をスチーム泡立てによって飲料に与えている。

混合装置は、粉末の食物成分を水等の液体と混合することにより、このような飲料および他の食品をより早く作るためのものとして知られている。これらの装置は、通常、粉末成分を水に投入し、これが混合チャンバ内へと接線方向にポンプで送り込まれて渦巻を作り出すことによって、粉末を水に混合する。次に、この混合物が、通例は回転プレートである混合機構（泡立て機構とも呼ばれる）に送られる。プレートは、混合物に空気を含ませ、泡を作る。通例、泡立てられた混合物が飲用容器に分配される。

例えば、米国特許第５，９２７，５５３号には、十字形泡立てブレードを持った混合および分配装置が開示されている。他の形状の泡立てブレードも知られている。例えば、ＲｈｅａおよびＺａｎｕｓｓｉ等の会社が、非常に急勾配の壁部を持った軸方向に短い円盤を有するホイッパーを用いている。他のホイッパーは、略平坦なプレートから延びる独立した傾斜部を持ったローターを有している。一般に、これら既知の装置は、少数グループの生成物を作ることにその最大の効率を有している。

Ｂｒａｖｉｌｏｒの欧州特許第１，１１６，４６４号には、ローター１６，１７を担持したドライブシャフト１５を備えたモータ１４から成る混合装置が開示されている。ローターは、リブ１７を設けた円板１６から成る。リブ１７は、円板１６の円形端面上に配列され、この端面から軸方向に延びている。リブ１７がどれだけ厳密に円形端面に沿って延びているかについては、欧州特許第１，１１６，４６４号に記載も図示もされていない。リブは側面図に１つ示されているだけである。このリブは、円板１６の円形端面にわたって略斜めに延びているように見える。この１つのリブ１７は、上流方向にテーパーが付けられたその径方向外側端部にある。欧州特許第１，１１６，４６４号の生成物出口導管１１は、円板１６の上流側、リブの径方向脇に配置されている。

Ｎｅｓｔｌｅの国際公開第０３／０６８０３９号には、請求項１の前文に記載の混合装置が開示されている。この混合装置では、ローターが原則的に、テーパー、好ましくは円錐状にテーパーが付けられたローター本体から成る。ローター本体には、テーパーを有するローター表面上に、ねじれた、比較的小さい、精密な寸法の溝が設けられている。ローターハウジングは、対応するテーパー内表面を有するが、ハウジングおよびテーパーローター表面間に精密に画成された小さいギャップが存在するように若干大きい。ローターの下流側にも、ローターの裏面およびローターハウジング間に精密に画成された小さいギャップがある。ローターおよびそこに設けられた溝のこの精密な形状および精密な寸法ならびにギャップの精密な寸法により、泡立ておよび空気混入が非常に良好となるが、これはインスタントコーヒーおよびミルク飲料マシンには極めて望ましい。ローターの回転速度が十分に速ければ、この混合装置の長期間にわたる信頼性も非常に良好である。しかしながら、毎分１０，０００回転（ｒｐｍ）を下回る回転速度では、ローターおよびハウジング上に非溶解または一部溶解した成分の堆積が生じてしまい、この堆積がギャップや溝の詰まりを引き起こす。この詰まりは、この種の装置では望ましくない。ギャップおよび溝の寸法が、最適な結果のための非常に精密な要件を満たさなければならないことを考慮すると、この既知の混合装置は比較的製造の費用が高額で、詰まった場合に性能が低下しやすい。

故に、たとえ改良とは言えないまでも、非常に良好な泡立ておよび空気混入効果を持ち、詰まりの結果として性能が低下しにくい、好ましくは低下しないような混合装置、特にインスタント飲料マシンが必要なことは明らかである。本発明の目的は、このような改良型混合装置を提供することである。

発明の概要

この目的は、請求項１に記載の混合装置を提供することによって達成される。

国際公開第０３／０６８０３９号、すなわち液体成分および少なくとも１つの別の成分を含む生成物に空気を混入して泡立てる混合装置であって、
ローターであり、回転軸とその回転軸周りの回転の際に当該ローターにより画成される回転面とを有し、下流部および上流部を含み、回転面が第１の軸端から第２の軸端へと延び、第１の軸端が投入コンテナに方向付けられ第２の軸端に対して上流に配列された、前記ローターと、
ローターを回転軸周りに回転するために、ローターと駆動関係にあるモーターと、
ローターの下流に配置され、空気混入され泡立てられた液体および少なくとも１つの別の成分の生成物を分配するように構成された、生成物出口管とを備えている、混合装置、
を基にしている。

この目的は、下流部が、上流に向いた第１の端面と、下流に向いた第２の端面と、径方向外側方向に向いた下流回転面とを有する回転体を備え、
上流部が径方向外側方向に向いた上流回転面を備え、上流回転面に軸（Ａ）および径（Ｒ）方向に延びるリブが設けられ、リブが径方向外側方向に向いた径方向エッジを有し、チャンバが、隣り合うリブと、第１の端面と、下流回転面の間に画成され、
回転面が、下流回転面およびリブの径方向エッジによって画成されることにより達成される。

チャンバを設けることによって、非溶解または一部溶解した粒子を溶解可能な空間が作り出され、この溶解が激しい乱流を生み出すリブにより大幅に促進される。また、空気がこれらのチャンバ内で容易に捕捉され、激しい乱流により液体中へと攪拌されるため、泡立て効果が高められる。

好ましい態様では、下流回転面に第１から第２の端面へと延びる溝が設けられる。故に、リブにより生じた激しい乱流は、溝内ならびにロータおよびロータハウジング間を伝播する。また、激しい乱流は、こうしてリブおよびチャンバの下流のロータおよびロータハウジング上への粒子の堆積に逆に作用する。好ましくは、それぞれ上記チャンバ内に、上記溝の少なくとも１つが進出している。

チャンバは溝に対して比較的大きい。軸方向で見ると、１つのチャンバ内に進出する溝の通路幅（ｍｍ^２）が、同じく軸方向で見たこの１つのチャンバの通路幅（ｍｍ^２）よりも小さい。１つのチャンバ内に進出する溝のこの（軸方向）通路幅（ｍｍ^２）が上記１つのチャンバの（軸方向）通路幅（ｍｍ^２）の５％〜２５％となる。違う表現で接線方向に見ると、各チャンバの幅（ｍｍ）がその中に進出する溝の幅（ｍｍ）よりも大きくなる。

ローターの下流部の溝が、（ローターの上流部により誘起された）液体の回転運動を保持するように作用する。

本発明の別の試験により、新規かつ進歩的なローター設計の結果として、ギャップ、溝およびローターの寸法の精度に関する要件は、国際公開第０３／０６８０３９号の設計の場合に比べて重要性がより一層低いことが分かった。このことから、一方でより容易な製造が可能となり、他方で粒子の堆積が発生した場合の性能低下の可能性が少なくなった。言い換えれば、本発明の混合装置の性能は、粒子の堆積による負の影響を受けにくい。

求心力を泡立ておよび空気混入に利用するためには、第１の軸端での回転面の直径が第２の軸端での回転面の直径よりも小さい場合が有利である。

チャンバから溝ならびにロータの下流への生成物の移行を支援するためには、回転軸に対して、リブの径方向エッジが上流方向にテーパー、好ましくは円錐状にテーパーを有する場合が有利である。これがリブに沿って下流方向に増大する乱流を作り出す。

ローターの下流部に沿った生成物の移送を支援し、前に作り出された乱流レベルの低下に逆に作用、好ましくはこれを防ぐためには、本発明によれば、回転軸に対して、下流回転面が上流方向にテーパー、好ましくは円錐状にテーパーを有する場合が有利である。

本発明の別の実施形態によれば、上流回転面が円筒面の場合が有利である。このことが一方でチャンバの通路幅を軸方向下流方向に広げ、他方でより容易な製造を可能とする。

本発明の別の実施形態によれば、ローターのより容易な生産に対して、リブが原則的に厳密に軸方向および／または原則的に厳密に径方向に延びている場合が有利である。

ローターのチャンバに入る際に大きい固体粒子の破砕を促進し、かつ乱流効果を高めるためには、本発明によれば、リブが円形の上流エッジを有する場合が有利である。

本発明のさらに別の実施形態によれば、上流部の軸方向長さと下流部の軸方向長さがほぼ同じである場合が有利である。下流部が長いほど気泡が均一になる。しかしながら、また上流部が長いほど、原料および空気が液体中でより溶解される。ローターに適用可能な限られた長さを考慮して、両方の部分をほぼ同じ長さとする妥協点に至った。

本発明の特徴および利点については、国際公開第０３／０６８０３９号と類似または同一である。国際公開第０３／０６８０３９号の記載が参照される。この部分だけではないが特に、国際公開第０３／０６８０３９号の２および３ページである。

発明の詳細な説明

図１は、請求項１で用いた用語のいくつかを説明する斜視概略図である。図１は、例として矩形プレートの形状を有するローター１を示している。このローター１は、回転軸２の周りを回転可能である。ローター１は、径方向外側エッジ３を有する。ローター１を回転軸２周りに回すと、外側エッジ３が回転曲線４を描き、この例ではこれが円筒状になる。この回転曲線４は、「その回転軸周りの回転でローターによって画成された回転面」、短くは「回転面」と呼ばれる。故に、この「回転面」は、数学的な意味では本質的に表記的または仮想的表面である。例えば、ローターが円筒の軸と一致する回転軸を有する円筒である場合には、この円筒の円筒状外表面がその「回転面」に一致する。

図１をさらに参照すると、回転面４が、第１の軸端５および第２の軸端６の間に延びている。第１の軸端５が上流方向に向いているとすれば、第１の軸端５は第２の軸端に対して上流に配置され、ローターを上流部７および下流部８に分割可能である。これに対応して、外側エッジ３が上流部３ｂおよび下流部３ａに分割される。

さらに図１で、矢印Ａが軸方向（矢印Ａは下流方向に向いている）、矢印Ｒが径方向（矢印は径方向外側方向に向いている）、矢印Ｔが接線方向を指している。

図２は、本発明によるローターを示す。図１で説明した用語は、１００で大きくした同じ参照番号で図２に示されている。ローター全体は１０１で示されている。参照番号１０４は、図２の明瞭さを妨げないように省略されている。しかしながら、図２の場合に、回転面が、テーパー表面部１０３ａおよびテーパーエッジ１０３ｂにより画成される円錐状表面であることは明らかであろう。

ローター１０１は、下流部１０８および上流部１０７を備えている。

下流部１０８は、回転体１０９である。回転体１０９は、上流（矢印Ａと反対）に向いた第１の端面１１０と、下流（矢印Ａの方向）に向いた第２の端面１０６と、下流回転面１０３ａとを有している。下流回転面１０３ａは、径方向外側方向に向いており、第１の端面１１０から第２の端面１０６へと延びている。この場合、第２の端面１０６がローター１０１のいわゆる第２の軸端に対応している。

上流部１０７は、上流回転面１１２を有している。この上流回転面１１２は、径方向外側方向（図１の矢印Ｒ）に向いている。上流回転面１１２にはリブ１１３が設けられている。このリブ１１３は、径方向および軸方向に延びている。すなわち、リブの延在は径方向および軸方向成分を有している。故に、リブの延在は、ゼロより大の接線方向成分（矢印Ｔ方向）も有することがある。示した実施形態では、リブ１１３が厳密に軸方向および厳密に径方向に延びるように、リブの延在の接線方向成分がゼロである。

チャンバ１１４が、隣り合うリブ１１３、回転体９の第１の端面１１０、および上流回転面１１２の間に画成される。これらのチャンバ１１４は、径方向外側方向（矢印Ｒ）および上流方向（矢印Ａと反対）に開いている。

各チャンバ１１４が、少なくとも１つの溝１１１を介して回転体１０９の下流側１０６に接続されている。これらの溝１１１は、下流回転面１０３ａに設けられている。

ローター１０１の回転面（参照番号では示されないが、図１の参照番号４に匹敵する）は、下流回転面１０３ａおよびリブ１１３の径方向エッジ１０３ｂにより画成される。

図２の実施形態では、下流回転面１０３ａおよびリブ１１３の径方向エッジ１０３ｂが回転軸に対してテーパーが付けられている。本実施形態のように、両テーパーが略一定のテーパー角度を有しており（回転面１０３ａの場合には、このテーパー角度は表面角度とも呼ばれる）、このローター１０１の回転面は原則的に円錐状である。しかしながら、両テーパーが異なっていてもよいことに留意されたい。径方向エッジ１０３ｂおよび／または回転面１０３ａにはテーパーを付けなくてもよく、径方向エッジ１０３ｂおよび／または回転面１０３ａが一定でないテーパー（すなわち曲線に続くテーパー）を有してもよい。

以下に、本発明によるローター１０１を本発明による（そのようなロータを備えた）混合装置に関連して検討する。これは図３〜５に示されている。ローター等の若干の例外はあるものの、図３〜５に示したような本発明の実施形態は、国際公開第０３／０６８０３９号に記載された混合装置と同一である。この国際公開第０３／０６８０３９号は、この点で参照により完全に援用される。図３〜５に従う本発明の実施形態は好ましい実施形態であるが、本発明の範囲は、好ましい実施形態によってでなく、特許請求の範囲により定義されるものであることが明らかであろう。

図３および４を参照すると、本発明の好ましい実施形態は、投入コンテナ１２を含む混合装置１０である。投入コンテナ１２は、圧力下で液体を送り込むための接線方向入口１６を持ったボウル部１４を備えている。投入コンテナ１２内への液体流量を制御するように、自動制御弁が設けられているのが好ましい。液体は、渦流、好ましくは実質的に渦巻効果を作り出すように選択された速度で入口から導入される。

液体と混合される成分、好ましくは粉末の食材を粉末入口１８内へと供給する。これがボウル部１４の頂部に開口を含んでいるのが好ましい。粉末は、手動で供給しても、好ましくは装置１０の上方に配置された粉末源により自動的に供給してもよい。粉末源は、所定量の粉末を投入コンテナ１２内に自動的に用量投入（ｄｏｓｉｎｇ）する、用量投入スクリュー等の用量投入機構を有することが好ましい。リップ部２０が粉末入口１８の内周に延びており、ボウル部１４内に突出してその上側により渦流が投入コンテナ１２から出るのを防いでいる。リップ部２０の下側に接続されたオリフィス２１に吸引力が印加され、あらゆる飛び散った材料を抜き出している。粉末入口は、その中に注入される粉末を受容し、また十分な量の空気を受容して液体および成分と混合するのに十分な大きさである。

示した実施形態では、投入コンテナ１２ののど部２２がボウル部１４の下方に配置されている。のど部２２は、図２に示すように、ボウル部１４よりも狭い半径を有し、横側に配置されたのど開口２４を有するのが好ましい。のど部２２は、ボウル部１４と略同軸であるのが好ましく、ボウル部１４の軸に沿ってほぼ一様に狭くなっている。これによって、その中の液体流量が改善され、粉末の滞留が減る。ボウル部１４およびのど部２２間の移行部分は、断面において内側方向屈曲部２５を有し、これに傾斜部２７が続き、これに外側屈曲部２９が続いている。

図４および５を参照すると、ローターアセンブリが、投入コンテナ１４、好ましくはのど開口２４と流体連通している。ローターアセンブリは、ローター１０１を含んでいる。モーター３０が、ローター軸とも呼ばれるローター軸３４回転軸１０２周りにローターを駆動するように、モーター３０がローターシャフト３２を駆動し、これがローター１０１を駆動する。モータコントローラが、モーター３０の動作および速度を制御するために設けられているのが好ましい。

好ましいローター１０１は、円錐状の回転面１０４を有している。円錐状の回転面１０４は、ローター軸１０２に対して外側に向いているのが好ましく、本実施形態に示すようにほぼ直線の断面を有しても、ローター１０１の軸方向長さに沿って変化するテーパー角度を持った断面に湾曲していてもよい。本実施形態で示す回転面は、表面角度４２でローター軸１０２まで延びている。表面角度４２は、第１および第２の軸端１０５、１０６間の平均角度であり、回転面１０４は、軸端１０５、１０６間でその円周周りにほぼ連続であるこのが好ましい。角度は、軸端１０５、１０６以上に変化することもある。表面角度４２は、約５°〜８５°とするのが好ましく、より好ましくは約１０°〜４５°、さらにより好ましくは約１５°〜３５°、最も好ましくは約２０°〜３０°とする。

好ましい回転面１０４は、ほぼ第１および第２の軸端１０５、１０６間に延びている。回転面１０４が円錐状またはテーパーされているので、第１の軸端１０５は、第２の軸端１０６よりも直径が小さい。第１の軸端１０５は、投入コンテナ１２の内部に面しており、第２の軸端１０６が回転面１０４の反対側に配置されているのが好ましい。好ましい実施形態では、第２の軸端１０６の直径が少なくとも約１０％だけ第１の軸端１０５の直径よりも大きい。より好ましくは、第２の軸端の直径を第１の軸端の直径のサイズの約１．２５〜２．５倍とする。回転面１０４は、第１の軸端の直径のサイズの約１／４〜２倍の軸方向長さを有することが好ましい。一実施形態では、第１の軸端の直径が約１３〜２５ｍｍであり、第２の軸端の直径が約３０〜３５ｍｍであり、軸端間の軸方向長さが約１０〜２５ｍｍである。軸端を含んだローターの直径は、軸１０２に沿って測定される位置で最も広い点まで測定されるのが好ましい。故に、リブ１１３等の突起を持ったローターの直径は、突起の先端まで測定される。回転面上の溝１１１は、好ましい実施形態では約６ｍｍよりも浅い。

回転面１０４は、少なくとも８００ｍｍ^２の表面積を有するのが好ましく、より好ましくは少なくとも１００ｍｍ^２の表面積を有し、好ましくは多くとも３０００ｍｍ^２の表面積を有し、より好ましくは多くとも２０００ｍｍ^２の表面積を有する。表面積が１０００〜１２００ｍｍ^２であるのが最も好ましい。この表面積は、表面の断面を円形とし、上述したような関連した軸方向断面でローターの直径を有するとして計算されたものである。

加えて、示した実施形態では、軸端１０５、１０６がローター１０１の極端に配置されている。他の実施形態では、軸端１０５、１０６がローターの端部から離して配置されてもよい。一実施形態では、第１の小さいほうの軸端１０５が、直径が少なくとも１３ｍｍとなるテーパーが付けられたローターの部分として画成される。故に、この実施形態は、直径が少なくとも１３ｍｍとなるローター上の位置から測定された回転面を有している。この代替的な実施形態が、第２の軸端から離れる方向に延びているローターの第２の表面部分を有してもよく、これは連続して隣接する回転面に続くこともある。第２の表面部分は、ローターの最上流端まで延びていてもよい。別の実施形態では、直径が少なくとも２０ｍｍとなるローター上の位置から表面部分が測定され、さらに別の実施形態では、直径が少なくとも２５ｍｍとなるローター上の位置から測定される。

好ましい実施形態では、第２または裏のローター面４８が、前面４４から反対方向に向いた凹部５０を含むことが好ましい。図面では、第１のローター面４４および第２のローター面４８が軸端１０５、１０６に配置されている。説明される代替的な実施形態では、軸端１０５、１０６の一方または両方がローター自体の端部から離して配置され、軸端およびローター面のそれぞれ一方または両方も互いに離して配置されている。

ローター１０１はローターハウジング５２内に配置されており、示した実施形態では、投入コンテナ１２と一体構造の一部となっている。好ましいローターハウジング５２は、回転面１０４に略対応する形状を持った内側ハウジング表面５４を有している。せん断ギャップ（shear gap）５６が、ハウジング表面５４と回転面１０４の間に画成され、十分な流量およびエネルギー、混合物への移行、所望の泡立て効果をもたらすように選択された幅を有する。

ローター軸１０２に直交する方向で測定すると、せん断ギャップ５６が、少なくとも約１．５ｍｍであるのが好ましく、より好ましくは少なくとも約１．８ｍｍ、最も好ましくは少なくとも約２ｍｍとする。この方向で測定すると、せん断ギャップ５６が、多くとも約３ｍｍであるのが好ましく、より好ましくは多くとも約２．５ｍｍとする。一実施形態では、せん断ギャップを約２〜２．５ｍｍ、例えば２．２５ｍｍとする。回転面１０４の円錐形状により、ポンプ作用をもたらすが極端に大きい半径を必要とせず、液体混合物に作用する長いせん断ギャップ５６が得られる。

図２および５に示すように、下流回転面１０３ａが、第１の端面１１０及び第２の端面１０６間に複数の円形溝１１１を画成するのが好ましい。好ましい溝１１１は、ローターの軸方向長さに沿ってらせん状にねじれていてもよいが、示した実施形態ではねじれずに軸方向に延びている。本実施形態の溝１１１は、約０．５〜３ｍｍの深さとする。溝１１１は、液体速度に関連する動きを保持するために構成され寸法設定されるのが好ましい。一方、ローターおよびハウジング間のせん断ギャップ５６は、大きい気泡を壊してそこから小さい気泡を作り出すことにより、泡の中の気泡により均一なサイズを与えるように作用する。気泡のより均一なサイズは泡に膨らんだ外観を与え、より小さいサイズはより高い安定性を与える。ねじれた溝１１１の場合は、モーター３０が、所望されるポンプおよび泡立て効果に応じてローター１０１を溝１１１の方向またはそれに逆らう方向に回転可能である。しかし、ねじれのない溝１１１の場合にも、モーターはローターを２つの相反する方向に回転可能である。

裏壁５８を含む壁部材５７が、ローターの後方に配置され、第２の軸端１０６および裏ローター面４８に面している。国際公開第０３／０６８０３９号のように、裏壁５８が突起を含むこともでき、これらはローター１０１に向かって突出する少なくとも１つのリブであることが好ましい。しかしながら、国際公開第０３／０６８０３９号とは異なり、裏壁５８を本ローター設計に従って突起なしとすることもできる。

ローター１０１は、壁部材５７から離間されているのが好ましい。好ましい実施形態では、ローター１０１の第２の軸端１０６が、少なくとも約１．５ｍｍ、より好ましくは少なくとも約２ｍｍ、最も好ましくは少なくとも約３ｍｍの間隔９０で壁部材５７から離間されている。ローター１０１および壁部材間の間隔は、多くとも約８ｍｍであるのが好ましく、より好ましくは多くとも約６ｍｍ、最も好ましくは多くとも約５ｍｍとする。実施形態は、第２の軸端面１０６の中央近傍で約２．５ｍｍ、外側エッジ近傍で約４ｍｍの間隔を有している。

混合され泡立てられた液体が混合装置を出るのに十分なスペースを提供するために、裏壁５８が、好ましくは少なくとも約２０％、より好ましくは少なくとも約３０％、さらに、好ましくは多くとも約６０％、より好ましくは多くとも約４０％だけローター１０１よりも大きい外径を有するが好ましい。例えば、裏壁５８の直径を、ローターの第２の軸端の直径よりも約３７．５％大きくすることができる。好ましい実施形態の裏壁５８の外径は、少なくとも約４０ｍｍ、多くとも約６０ｍｍとする。

生成物出口管７２がローター１０１および裏壁５８の下流に配置され、泡立てた液体混合物を分配するために配置されている。生成物出口管７２は、投入コンテナ１２と一体構造の一部として示されている。生成物出口管７２は、分配される最終生成物に応じて選択された直径の導管を備えていることが好ましい。好ましい生成物出口管７２は、複数の異なるミルクおよびコーヒー飲料を作るための実施形態用に約２ｍｍ〜８ｍｍの内径を有する。主にコーヒー用の実施形態は、約２ｍｍ〜５ｍｍの内径の生成物出口管７２を有することが好ましく、主にミルク用の実施形態は、内径が約４ｍｍ〜８ｍｍであることが好ましい。生成物出口管７２の直径は、ローター１０１からのポンプ動作を得られるように選択される。導管の直径を大きくするとより高速な液流となり、直径を小さくするとより大きな背圧をもたらし、より長時間にわたってローターアセンブリおよび投入チャンバ１２内の液体混合物を保持する。ミルクおよびコーヒー飲料に用いられる実施形態では、本発明による出口管７２の内径を４ｍｍ〜６ｍｍとする。２ｍｍ未満の内径の出口管７２は、管の製造に用いられる材料の特性が（小さくなる直径とともに）次第に液体を阻害し始めるという不利点を有する。この結果、例えば、粘着性、凝集性、疎水性および親水性特性の結果として出口管を通過させたくない液体を生じさせることもある。

使用では、液体が接線方向入口１６から接線方向に投入コンテナ１２内に導入される。好ましい実施形態では、液体が水を含んでおり、流量を約３ｍＬ／ｓｅｃ〜３０ｍＬ／ｓｅｃ、より好ましくは約５ｍＬ／ｓｅｃ〜１５ｍＬ／ｓｅｃ、最も好ましくは約９ｍＬ／ｓｅｃ〜１２ｍＬ／ｓｅｃとする。投入コンテナ１２内への水流を開始時または好ましくはその後に、粉末コーヒー製品および／または粉末ミルク等の粉末の食物成分が、粉末入口１８から水中へ用量投入される。粉末の用量投入は、水の容量投入を開始後少なくとも約０．１秒に開始するのが好ましく、より好ましくは少なくとも約０．３秒後、また好ましくは多くとも約３秒後、より好ましくは多くとも約１．０秒後とする。粉末の用量投入を停止するまで水を投入コンテナ１２内に供給し続けるのが好ましく、粉末の用量投入終了後多くとも約８秒で、より好ましくは多くとも約３秒後、好ましくは少なくとも約１．０秒後とするのが好ましい。

のど部２２を含む投入コンテナ１２内の渦巻流中で、水と粉末の混合を開始する。ローター１０１は、モーター３０により、生成物出口管７２に向けて混合物を送り出し、所望の泡立ておよび空気混入効果を生み出すのに十分な速度で回転される。ローター１２は、混合物に混和するため空気を吸引する。ローター１０１に関する裏壁５８の構成および配置により、泡立て効果が持続し、装置の効率が高まる。ローター１０１の回転および裏壁５８の形状は、遠心力で液体生成物をローター後方に蓄積させない。ローター１０１の速度は、所望量のエネルギーを混合物に送って所望の泡立ちを生じさせるような速度選択が可能なように、可変とするのが好ましい。一定の品質の生成物を得るために、１つの生成物を作る間にローター１０１の回転速度を２つ以上の速度間で変化させる。

装置１０は、同じユニットで、ミルクの泡立ちを生成する高い比エネルギー散逸と、高品質コーヒークレマを得る中程度に低い比エネルギー散逸をもたらす。次に、泡立てた生成物を生成物出口管７２から分配する。

飲料ディスペンサーにおいてミルク粉末を用いて正真正銘のミルク泡を生成するには、比エネルギー散逸が生成物の約１Ｊ／ｇを上回る必要があり、それには粉末と水のミルクが含まれる。本願でいう正真正銘のミルク泡は、少なくとも液体の体積とミルク泡の体積が等しい泡立てた生成物である。正真正銘のミルク、好ましくは泡を有するこのミルク、生成物における泡は、約５０ｍｇ／Ｌ〜３００ｍｇ／Ｌの密度を有するのが好ましい。本発明の装置で正真正銘のカプチーノを作ることができるが、これは約１／３のコーヒー、約１／３の泡立てたミルク泡、および約１／３の泡立て後も液体のミルクで構成される体積を有する。正真正銘のカプチーノにおける好ましいミルクの割合は、少なくとも液体部分の体積と同じ大きさの体積を有する。最終的に作成した飲料製品における泡立てたミルクの泡は、安定していることが好ましく、１０分後でも泡体積の少なくとも約２／３が残っているものとする。

装置のエネルギー散逸は、相互依存関係にある量ではあるが、せん断ギャップ、ローター速度、および生成物流量を調整することにより制御可能である。せん断ギャップを小さくし、ローター速度を上げ、生成物流量を減らすことにより、高いエネルギー散逸が得られる。好ましい流量は、少なくとも約５ｇ／ｓｅｃから約３０ｇ／ｓｅｃまで、より好ましくは少なくとも約８ｇ／ｓｅｃから約１５ｇ／ｓｅｃまでとする。ギャップのサイズを小さくすると、流量がこれに応じて減少するためギャップ内に引き込まれる空気の量も減ることになり、泡立ておよび空気混入が減少して摩擦が増大する。また、回転速度（すなわちｒｐｍ）を上げると、マシンのノイズおよびコストも増えることになる。

上述した実施形態により、コンパクトなサイズと、約３０，０００ｒｐｍを超えるような極端に高速のローター速度を必要とせず、個々の飲料を作るのに望ましい流量が得られる。泡立ちコーヒーまたはミルク泡に用いる好ましい回転速度は１０，０００〜３０，０００ｒｐｍであり、１０，０００〜２５，０００ｒｐｍとするのが最も好ましい。

しかしながら、１０，０００ｒｐｍ未満の範囲においても、１０，０００ｒｐｍ未満の同じローター速度で動作される従来技術の装置と比較して、良好な泡立て結果の性能改善がみられる。従来技術に関して、良好な結果は３，０００ｒｐｍのローター速度から好ましくは５，０００ｒｐｍから、より好ましくは７，５００ｒｐｍから得られるが、それでも１０，０００ｒｐｍ以下である。

本発明によるローター設計により、例えば、国際公開第０３／０６８０３９号による装置をその信頼性を下げることなく低いローター速度（低ｒｐｍ）で動作することが可能になる。

ロータリー（すなわち、上方の投入コンテナ１２から来る湯／原料混合物がローターアセンブリに入る部分）の上流部にリブを作ることによって、ローターの動きを妨げたりその他の損傷を引き起こしたりすることなく、溶解していない原料の大粒子が入ることが可能な（小さい）チャンバ１１２を可能にする。このことが、結果的に粗い原料（成分）の使用を可能にすることにもなる。チャンバ１１２では、空気も捕捉可能であり、これがローター回転中に湯／原料混合物内で攪拌され、泡立てプロセスが改善される。

十分な高速で回転されると、リブ１１２が、水と非溶解原料（成分）間の接触を強化するより激しい乱流を作りだす。実施においては、このより激しい乱流がローターの上流部だけでなく下流部をも覆うように（故に、原則的にローター全体に）延びるため、ローターに付着しないうちに全ての原料を溶解させる。いくらかの非溶解原料または部分的に溶解した原料がローターの表面またはローターチャンバの内部にまだ付着している場合には、この付着している原料を水の激しい動きで除去することになる。

改良されたローターの設計により、実験が示しているように、国際公開第０３／０６８０３９号で与えた寸法が絶対的なものでもなくなった。

本発明の例示的な実施形態が本明細書で開示されたが、当業者によって多くの変形および他の実施形態が考案可能であることが理解されよう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の精神および範囲内の変形および他の実施形態の全てをカバーするように意図されていることが理解されよう。

請求項１で用いたいくつかの用語を定義するためのローターの概略斜視図である。 本発明のローターの斜視図である。 図２のローターを備えた本発明の好ましい実施形態の斜視図である。 図３の実施形態の断面図である。 図３の実施形態の分解図である。

Claims (31)

1. 液体成分および少なくとも１つの別の成分を含む生成物に空気を混入して泡立てる混合装置であって、
   ローター（１０１）であり、回転軸（１０２）と前記回転軸（１０２）周りの回転の際に当該ローター（１０１）により画成される回転面（４）とを有し、下流部（１０８）および上流部（１０７）を含み、前記回転面（４）が第１の軸端（１０５）から第２の軸端（１０６）へと延び、前記第１の軸端（１０５）が前記第２の軸端（１０６）に対して上流に配列された、前記ローターと、
   前記ローター（１０１）を前記回転軸（１０２）周りに回転するために、前記ローターと駆動関係にあるモーターと、
   前記ローターの下流に配置され、空気混入され泡立てられた液体および少なくとも１つの別の成分の生成物を分配するように構成された、生成物出口管と
   を備える混合装置において、
   前記下流部（１０８）が、上流に向いた第１の端面（１１０）と、下流に向いた第２の端面（１０６）と、径方向外側方向に向いた下流回転面（１０３ａ）とを有する回転体（１０９）を備え、
   前記上流部（１０７）が径方向外側方向に向いた上流回転面（１１２）を備え、前記上流回転面（１１２）には軸（Ａ）および径（Ｒ）方向に延びるリブ（１１３）が設けられ、前記リブが、径方向外側方向に向いた径方向エッジ（１０３ｂ）を有し、チャンバー（１１４）が、隣り合う前記リブ（１１３）と、前記第１の端面（１１０）と、前記上流回転面（１１２）の間に画成され、
   前記回転面（４）が、前記下流回転面（１０３ａ）および前記リブ（１１３）の前記径方向エッジ（１０３ｂ）によって画成されることを特徴とする、混合装置。
2. 前記下流回転面（１０３ａ）には、前記第１の端面（１１０）から前記第２の端面（１０６）へと延びる溝（１１１）が設けられる、請求項１に記載の混合装置。
3. それぞれ前記チャンバ（１１４）内に、前記溝（１１１）の少なくとも１つが進出している、請求項２に記載の混合装置。
4. 前記第１の軸端（１０５）での前記回転面（４）の直径が、前記第２の軸端（１０６）での前記回転面（４）の直径よりも小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の混合装置。
5. 前記回転軸に対して、前記リブ（１１３）の前記径方向エッジ（１０３ｂ）が上流方向にテーパー、好ましくは円錐状にテーパーが付けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の混合装置。
6. 前記回転軸（１０２）に対して、前記下流回転面（１０３ａ）が上流方向にテーパー、好ましくは円錐状にテーパーが付けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の混合装置。
7. 前記上流回転面（１１２）が、前記下流回転面（１０３ａ）のテーパー角度よりも小さい角度で上流方向にテーパーが付けられた円錐状面である、請求項６に記載の混合装置。
8. 前記上流回転面（１１２）が円筒状面である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の混合装置。
9. 前記リブ（１１３）の前記径方向エッジ（１０３ｂ）により定められる前記回転面（４）の一部が、上流方向にテーパー、好ましくは円錐状にテーパーが付けられている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の混合装置。
10. 前記下流回転面（１０３ａ）のテーパーの角度が、前記リブ（１１３）の前記径方向エッジ（１０３ｂ）により定められる前記回転面（４）の一部のテーパーの角度と異なる、好ましくはより大きい、請求項６と組み合わせた請求項９に記載の混合装置。
11. 前記リブ（１１３）が、原則的に厳密に軸方向（Ａ）および径方向（Ｒ）に延びている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の混合装置。
12. 前記上流部（１０７）の軸方向長さと前記下流部（１０８）の軸方向長さがほぼ同じである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の混合装置。
13. 接線方向において見た場合に、前記チャンバ（１１４）のそれぞれの幅が当該チャンバに進出する前記溝（１１１）の幅よりも大きい、請求項１〜１２のいずれか一項、特に請求項２または３に記載の混合装置。
14. 前記モーターおよび前記ローターが、約５ｇ／ｓｅｃ〜３０ｇ／ｓｅｃの生成物流量で、約１Ｊ／ｇ〜２．５Ｊ／ｇの生成物へのエネルギー散逸をもたらすように構成されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の混合装置。
15. 前記モーターおよび前記ローターが、約５ｇ／ｓｅｃ〜３０ｇ／ｓｅｃの生成物流量で、少なくとも約０．５Ｊ／ｇ〜１．５Ｊ／ｇの範囲で選択的に生成物へのエネルギー散逸をもたらすように構成されている、請求項１〜１３のうちの一項に記載の混合装置。
16. 前記回転面（４）が、前記回転軸に対して約５°〜８５°の表面角度で方向付けられている、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の混合装置。
17. 前記回転面（４）が約１０°〜４５°である、請求項１６に記載の混合装置。
18. 前記回転面（４）が、約１０００ｍｍ^２〜３０００ｍｍ^２、より好ましくは１０００〜１２００ｍｍ^２の面積を有する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の混合装置。
19. 前記回転面（４）が、前記第１の軸端での該回転面の直径のサイズの約１／８〜４倍、好ましくは約１／４〜２倍の軸方向長さを有する、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の混合装置。
20. 前記回転面（４）が円錐状表面であり、第１の軸端（１０５）と第２の軸端（１０６）との間で略一定の表面角度を有する、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の混合装置。
21. ローターハウジングが、前記回転面に実質的に対応する形状を有する、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の混合装置。
22. せん断ギャップが、前記ハウジングと前記ローターとの間で前記回転軸に直交して約１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの幅を有するとして画成される、請求項２１に記載の混合装置。
23. 前記溝（１１１）が最大約８ｍｍの深さを有する、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の混合装置。
24. 前記第２の軸端の下流かつ該第２の軸端に面して配置され、前記第２の軸端から約２．０ｍｍ〜６ｍｍだけ離間された第１の壁部材をさらに備える、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の混合装置。
25. 前記第１の壁部材が前記第２の軸端から約３ｍｍ〜５ｍｍだけ離間されている、請求項２４に記載の混合装置。
26. 様々な速度での選択的な動作のために構成されたモーターコントローラをさらに備える、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の混合装置。
27. 前記モーターコントローラが、１つの生成品の作成中に前記モーターの回転速度を第１の速度と第２の速度との間で変化させるように構成されている、請求項２６に記載の混合装置。
28. 請求項１〜２７のいずれか一項に記載の混合装置を備えた飲料マシンであって、
    液体成分および少なくとも１つの別の成分用の少なくとも１つの容器のための水供給システムを備えている、飲料マシン。
29. コーヒー、ココアおよび／またはミルク飲料の作成における、請求項１〜２８のいずれか一項に記載の混合装置の使用。
30. １００００ｒｐｍ以下の回転速度で動作させる、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の混合装置の使用。
31. １００００ｒｐｍ超の回転速度で動作させる、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の混合装置の使用。

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