JP2015517336A - 飲料調製用原材料カプセル - Google Patents

Abstract

飲料調製マシン（１）内で用いられるカプセル（９）であって、カプセルは、閉じたチャンバを形成する、側壁（１０）と、底壁（１２）と、上壁（１１）とを備え、チャンバが、カプセル内に圧力下で注入される流体によって溶解及び／又は抽出される原材料を収容し、流体が、チャンバの注入壁を穿孔することができる、マシンの注入要素（２０）を通して供給され、カプセルは、原材料及び流体から調製された飲料を放出するために開くことができる飲料注出壁をさらに備え、カプセルは、原材料収容区画（１５）と、流体注入区画（１６）とを耐密状態で分離する分離壁（１４）を、チャンバ内に備え、分離壁（１４）は、圧力下の流体が前記注入区画（１６）から前記原材料収容区画（１５）に向かってのみ流れるようにすることができる一方向弁（１７）を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、飲料調製マシンに用いられるカプセルに関し、より正確には、逆流防止機能を有するカプセルに関する。

飲料調製マシンは、食品科学及び消費財の分野でよく知られている。かかるマシンは、消費者が家庭で、所与のタイプの飲料、例えば、カップに淹れたエスプレッソ又は淹出タイプのコーヒー等のコーヒーベースの飲料を調製することを可能にする。

今日、家庭用の飲料調製のためのほとんどの飲料調製マシンは、ポーションに小分けされた飲料調製用原材料を収容することができるマシンで構成されたシステムを含む。かかるポーションは、軟質のポッド若しくはパッド、又はサシェとすることができるが、硬質ポッド又はカプセルなどの半硬質又は硬質のポーションを用いるシステムがますます多くなっている。以下、本発明の飲料マシンは、硬質又は半硬質カプセルを扱う飲料調製マシンと考えるものとする。

マシンは、カプセルを収容するための容器と、好ましくは水である流体を圧力下でカプセルの中に注入するための流体注入システムと、を含む。本発明による、コーヒー飲料の調製のためにカプセル内に圧力下で注入される水は、高温、すなわち７０℃を超の温度であることが好ましい。しかしながら、幾つかの特定の例においては、周囲温度とすることもできる。カプセル内容物の抽出及び／又は溶解の際のカプセルチャンバ内部の圧力は、典型的には、溶解生成物では約１乃至約８バールであり、焙煎して挽いたコーヒーの抽出では約２乃至約１２バールである。かかる調製プロセスは、特に茶及びコーヒーの場合の飲料調製のいわゆる「淹出」プロセスとは大いに異なるものであり、この点で、淹出は流体（例えば湯）による原材料の長時間の浸出を伴うのに対し、この飲料調製プロセスは、消費者が、例えばコーヒーなどの飲料を数秒以内で調製することを可能にする。

圧力下で閉鎖カプセルの内容物を抽出及び／又は溶解する原理は既知であり、典型的には、カプセルをマシンの容器に閉じ込め、一般にはカプセルの面をマシンに装着された流体注入ニードル等の穿孔注入要素で穿孔した後で、ある量の加圧水をカプセルに注入することによりカプセル内部に加圧環境を生み出して物質を抽出又は溶解し、次いで抽出した物質又は溶解した物質をカプセルを通して放出することを含む。この原理の適用を可能にするカプセルは既に、例えば出願人の欧州特許第１４７２１５６Ｂ１号及び欧州特許第１７８４３４４Ｂ１号に記載されている。

この原理の適用を可能にするマシンは既に、例えば、スイス国特許第６０５２９３号及び欧州特許第２４２５５６号に記載されている。これらの文献によれば、マシンは、カプセル用の容器と、遠位側領域に少なくとも１つの液体注入オリフィスを含む中空ニードルの形態で作られた穴あけ及び注入要素と、を含む。ニードルは、２つの機能を有しており、一方でカプセルの上部を開放し、他方でカプセル内への水注入口チャネルを形成する。

マシンは、カプセルに収容された原材料を圧力下で溶解及び／又は浸出及び／又は抽出するのに用いられる流体を貯蔵する流体タンクをさらに含み、ほとんどの場合この流体は水である。マシンは、その中で用いられる水を作業温度（伝統的に８０〜９０℃までの温度）まで加温することができるボイラ又は熱交換器等の加熱要素を含む。最後に、マシンは、水を、随意に加熱要素を通して、タンクからカプセルへ流通させるためのポンプ要素を含む。マシン内を水が流通する経路は、例えば、例として出願人の欧州特許出願公開第２１６２６５３Ａ１号に記載されているタイプの蠕動弁のような選択弁手段によって、選択される。

調製される飲料がコーヒーである場合、コーヒーを調製する１つの興味深い方法は、カプセルに注入される湯によって抽出される、焙煎して挽いたコーヒー粉末を収容するカプセルを消費者に提供することである。

かかる用途のために開発されたカプセルは、出願人の欧州特許第１７８４３４４Ｂ１号又は欧州特許出願第２０６２８３１号に記載され、及び特許請求されている。

簡単に言えば、かかるカプセルは、典型的には、
中空本体と、該本体に取り付けられ、例えばマシンの注入ニードルによって穿刺されるようになっている、液体及び空気に対して不透過性の注入壁と、
抽出される、焙煎して挽いたコーヒーの層を収容したチャンバと、
カプセルの下端部に配置された、チャンバ内の内圧を保持するためにカプセルを閉鎖するアルミニウム膜であって、チャンバ内部の内圧が特定の所定値に達したときに該アルミニウム膜に注出孔を穿孔するための穿孔手段と関連付けられた、アルミニウム膜と、
随意的に、流体の噴射を分断して、カプセルに注入される流体の噴射速度を減速し、流体を減速された速度で物質の層にわたって分散させるように構成された手段と、
を含む。

従来技術のカプセルは、流体システムの一部である飲料調製マシンの流体注入要素（例えば、ニードル）により穿孔される、注入壁又は膜（上部膜と呼ばれる）を特徴とする。流体がカプセル区画に注入されると圧力が上昇し、これが、上述のように、カプセル内に含有された原材料を抽出及び／又は溶解するための抽出手段として働く。かかる原材料は、例として、図１に示されるような焙煎して挽いたコーヒー「ＲＧ」の層とすることができる。

従来技術のカプセルでは、飲料が調製され注出された後で注入ニードルがカプセルの注入壁から取り去られたとき、カプセルの上部膜は穿孔されており、図１に示されるように孔「Ｈ」が残っている。しかしながら、抽出流体の内圧「Ｐ」は、カプセル区画内に少なくとも部分的に残っている。

消費者は、どの時点でも抽出を停止してマシンヘッドを開くことができるので、そのことにより、カプセルが未だマシン内部にある間に上部膜の孔「Ｈ」が生じることになる。この結果、生成物が上部孔から出てきて（この現象は「バックフロー」と呼ばれる）、マシンの清浄度の問題を引き起こす。我々の試験では、消費者がマシンを停止した時点に応じて、カプセルが水又は希釈生成物で満たされていることにより、０．０５バールもあれば、カプセルの上部孔から生成物のバックフローが生じるには十分であることがわかった。

幾つかの例外的な場合においては、カプセル内の残留内圧が非常に高いのでバックフローは非常に重大であり、液体噴射がカプセルから飛び散り、これは「ホエール（鯨）効果」と名付けられている。かかる「ホエール効果」は、図１において噴射「Ｊ」として示される。こうした現象が生じるのは偶発的かつ稀であるが、高温液体の飛び散りは厄介であるので、望ましいものではない。さらに、液体が、原材料と混合された水である場合には、カプセルの上部膜からのかかる液体の漏出は、清浄度の観点からも望ましいものではなく、使用後にマシン及びその周囲を掃除する時間を消費者に費やさせることになる。

現在のマシンにおいて、マシンの淹出ヘッドを早々に開くこと、具体的にはカプセル内部の流体圧力が十分に低くなる前に開くことを防止する解決策が開発されている。この解決策は、マシン上で光が５秒間点滅し、消費者に点滅が停止するまでマシンヘッドを開かないよう示すものである。しかしながら、この解決策は、カプセル内部で流体の注入が停止した後でカプセル内部の圧力の解放に５秒より長時間が必要とされるレシピの抽出の際には機能しない。

従って、本発明の目的は、飲料の調製条件又は原材料の性質がどのようなものであっても、上述のいわゆる「バックフロー」又は「ホエール効果」現象を防止する飲料調製システム及びカプセルを提供することである。

上述の主な目的は、飲料調製マシン内で用いられるカプセルであって、カプセルが、閉じたチャンバを形成する、側壁と、底壁と、上壁とを備え、チャンバが、カプセル内に圧力下で注入される流体によって溶解及び／又は抽出される原材料を収容し、流体が、チャンバの注入壁を穿孔することができる、マシンの注入要素を通して供給され、カプセルが、原材料及び流体から調製された飲料を放出するために開くことができる飲料注出壁をさらに備える、カプセルによって満たされる。

カプセルは、
原材料収容区画と、
流体注入区画と、
を耐密状態で分離する分離壁をチャンバ内に備え、
分離壁は、圧力下の流体が注入区画から原材料収容区画に向かってのみ流れるようにすることができる一方向弁を備える。

もちろん、分離壁の少なくとも一部は、マシンの注入要素が分離壁を貫通して原材料含有区画の中に入ることがないことを保証するのに十分なだけ注入壁から距離をおいて配置される。

本発明は、カプセルの注入壁を通してマシンにより注入される流体（例えば水）が、まず流体区画を満たし、この区画内の水圧が、原材料含有区画に接続する弁を開くシステムを説明する。

一方向弁は、水噴射を生じさせる必要がある場所に応じて、任意の地点に配置することができる。抽出の終わりにポンプが停止すると、上部チャンバ内の水圧が下がり、弁が閉じる。これが、結果として、生成物が上部膜の孔に達することを防止する。これは、上部レベルが水で満たされることになるので、気密性も与える。この気密性は、カプセル底部からの液だれ防止も保証する。いずれにしても、多少の液体が、マシンの注入要素によってカプセルの注入壁に穿孔された孔から出ていったとしても、この液体は生成物ではなく単なる水なので、従って清浄度の問題にはならない。

本発明の本質的な態様によれば、一方向弁は、
少なくとも１つの薄水層の形態で多方向に拡散する噴霧を生じさせるように圧力下の流体を原材料含有区画内で流通させることができる、アンブレラ弁若しくはピストン弁、又は、
圧力下の流体を噴射の形態で原材料含有区画内に流通させることができる、ダックビル弁若しくはピストン弁、
のいずれかである。

用いられる一方向弁がピストン弁である場合には、カプセルの原材料含有区画の中に注入される水流の形状は、ピストンが内部で摺動する流れ誘導チャネルの形状に依存する。例えば、チャネルが真っ直ぐな円筒形である場合には、噴射される水は、一般に単一噴射の形状をとり、これは、カプセルの垂直軸線に対して垂直に、又は角度を成して方向付けることができる。流れ誘導チャネルが、例えば、スロット形状の少なくとも１つの水平方向出口を有する場合には、噴射される水は、カプセルの原材料区画全体にわたって噴霧される少なくとも１つの薄水層の形態をとる。

本発明の好ましい実施形態において、注入壁は上壁であり、飲料注出壁は底壁である。

噴射は、チャンバ内部に渦を生じさせて原材料の溶解を促進するので、可溶性原材料を収容したカプセル内への注入には噴射が好ましい。一方、カプセルが、可溶性ではないが、適正な飲料調製を行うには流体の均等な分散を必要とする原材料を収容している場合、例えば原材料が焙煎して挽いたコーヒーである場合には、薄水層の形態の流体の注入が好ましい。その場合、流体（例えば水）の薄層は、注入点の周辺部の上に切れ目なく延びて、原材料をほぼ円形に噴霧する／濡らすことが好ましい。

流体は、０．１バールと２０バールとの間、好ましくは１バールと１５バールとの間、より好ましくは２バールと１２バールとの間に含まれる圧力で、マシンによってカプセル内に注入されることが有利である。

本発明の非常に好ましい実施形態において、マシンの流体注入要素は、少なくとも１つの流体注入ニードルを含む。

いずれの場合でも、飲料注出壁は、好ましくは、
チャンバ内部の流体圧力が第１の所定レベルを超えて上昇したときに壁を開く開放手段と、
飲料がチャンバから注出され、かつチャンバ内の流体圧力が第２の所定レベル未満に低下した後で、カプセルを閉じる再閉鎖手段と、
を含む。

本発明の分野において、カプセル内に収容される原材料は、焙煎して挽いたコーヒーとすることができ、及び／又は、粉末状、ゲル状、圧縮粉末状、若しくは原液状の、コーヒー、茶、ココア、ミルク、スープ、果物ジュース、野菜ジュース、ソーダミックス、若しくは乳児栄養製品、又はこれらの組合せのような、水溶性原材料のリストの中から選択することができる。

本発明のさらなる特徴及び利点は、図面を参照して以下で述べる現時点で好ましい実施形態の説明に記載されており、また、そこから明らかである。

「ホエール効果」の流体の湧出が生じた、従来技術のカプセルの略図である。 本発明によるカプセルと共に用いるのに適した飲料調製マシンの略斜視図である。 本発明によるカプセルの分解斜視図である。 本発明のカプセルの側面切断斜視図である。 カプセルの流体注入区画内の、マシンの流体注入要素の構成を示す拡大切断側面図である。 本発明によるカプセルにおける開配置のアンブレラ弁の略側面図である。 本発明によるカプセルにおける閉配置のアンブレラ弁の略側面図である。 本発明によるカプセルにおける開配置のダックビル弁の略側面図である。 本発明によるカプセルにおける閉配置のダックビル弁の略側面図である。

本発明によるカプセルは、図２に示されるような飲料調製マシンにおいて用いられる。

かかる飲料調製マシンは、リザーバ２を有する基部と、淹出ヘッド３と、カップを淹出ヘッド３の下方に保持するための、調製された飲料がそこに流れるカップトレイ４とを含む。飲料調製マシンは、マシンの動作パラメータ（例えば、注出される飲料の量、カプセル内部に注入される流体の圧力、飲料の温度等）を設定するための制御パネルをさらに含む。

飲料調製マシンは、それぞれカプセルを受け入れるための配置及び飲料を調製するための配置で淹出ヘッドを開閉するためのハンドル６をさらに含む（機能配置にあるのは閉じた淹出ヘッド）。これは、マシンの設定、飲料調製の進行等についての情報をユーザに表示するためのディスプレイ７をさらに含む。またマシン１は、カプセル９を保持するためのカプセルホルダ８を含む。このカプセルホルダは、淹出ヘッド３の特定の凹部に取り外し可能に差し込まれるようになっている。図２において、カプセルホルダは、淹出ヘッド内の所定位置にある状態で示されている。

飲料調製マシン１に用いられるカプセル９もまた図２に示されている。これは側壁１０を有する本体と、上部膜１１とを含む。カプセルの側壁１０は硬質又は半硬質の熱可塑性材料であり、上部膜１１は、マシン１の淹出ヘッド内に配置された流体注入ニードルで穿孔することができるように十分に薄い単層又は多層の熱可塑性材料で作られる。

本発明によるカプセルは、図３及び図４において詳細に示される。カプセルの底壁１２及び側壁１０は一体部分として作られる。カプセルは、カプセルの側壁１０の上縁部１３にシールされる上部膜１１をさらに含む。

本発明によれば、分離壁１４がカプセルの内部チャンバ内に配置される。壁１４は、
原材料収容区画１５と、
流体注入区画１６と、
を、耐密状態で分離する。

分離壁１４は、圧力下の流体を注入区画から原材料収容区画に向かってのみ流すようにすることができる一方向弁１７を含む。

図５に示されるカプセルの実施形態において、一方向弁１７は、弁の傘部分１８が原材料収容区画内に突出するように方向付けられたアンブレラ弁である。この傘部分１８は、流体誘導チャネル１９を覆う。流体（例えば水）が飲料調製マシンから流体注入区画１６内部に注入されると、流体注入区画内の流体圧力が上昇する。特定の所定圧力レベルにおいて、弁の傘部分１８が変形して、圧力下の流体を、図６Ａにおいて二重矢印で示されるように、流体注入区画１６から原材料収容区画１５へと流れさせる。

ひとたびマシンの流体ポンプが停止すると、流体の注入が停止し、カプセル内部の流体圧力が下がる。カプセル内部の圧力が特定の所定レベル（これは主として弁の機械的性質に対応する）未満に下がると、図６Ｂに示されるように、傘部分１８が撓んで元の位置に戻り、弁を閉ざし、チャネル１９を通る流体の流通が停止する。

代替的なカプセルの構成が図７Ａ及び図７Ｂに示されており、ここでは、アンブレラ弁と、分離壁１４を貫通する流体流通チャネル１９とが、流体注入区画と原材料収容区画とを接続するダックビル弁によって置き換えられている。

ダックビル弁による流体流通の原理は、アンブレラ弁について上述した原理と同一である。アンブレラ弁とダックビル弁との間の主な違いは、原材料収容区画内に生じる流体流の形状である。アンブレラ弁の場合、流体流の形状は、平らな、ほぼ円板形の流体噴霧であり、これは原材料表面にわたって均等に分散される。一方、ダックビル弁の場合、流体は、図７Ａにおける二重矢印に示されるように弁のチャネルを直接通って流れるので、原材料収容区画内部の流体流は高速を有する噴射の形状になり、これが原材料を通る渦を生じさせ、従って、原材料と流体との間の混合効果を向上させる。この最後の実施形態は、原材料が可溶性（粉末状、ゲル状、圧縮状又は液体状のいずれか）である場合の飲料調製に特に有用である。

全ての実施形態において、弁は、例えば天然又は合成のゴム又はシリコーン等の、可撓性の変形可能な材料で製造される。

図５に示されるように、分離壁１４は、マシンの流体注入ニードル２０が、壁１４を貫通することなく、上壁１１を貫いて流体注入区画１６の内側空間内にのみ突出することを保証するのに十分なだけ、上部膜１１から離れている。

一方向弁がピストン弁である場合（図示せず）は、ピストンは、注入区画と原材料区画との間に延びる流れ誘導チャネルの内部に摺動構成で装着される。ピストンは、典型的には、ばね式であり、
普段の閉位置にあるとき、流体はチャネルを通過することができず、ばねは伸長した休止配置にあり、
開位置にあるとき、流体（水）は注入区画から原材料区画に向かって通過することができ、ばねは圧縮されている。

ピストン弁は、カプセルの内部又は外部の任意の適切な手段によって作動されるが、最も好ましくは、ピストン弁は、注入区画内部の流体圧力が上昇し、その圧力がばねの機械抵抗を超えて高まった反力を伴ってピストンを押したときに、開位置に移動する。飲料マシンのポンプが停止すると、カプセルの注入区画内部の圧力は、ばね力未満に下がり、ピストン弁は再び閉じる。

本明細書に記載された、現時点で好ましい実施形態に対する種々の変更及び修正は、当業者には明らかであることを理解されたい。かかる変更及び修正は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、かつ本発明に付随する利点を減ずることなく行うことができる。従って、こうした変更及び修正は、添付の特許請求の範囲に包含されることが意図される。

Claims (6)

1. 飲料調製マシン（１）内で用いられるカプセル（９）であって、
   前記カプセルが、閉じたチャンバを形成する、側壁（１０）と、底壁（１２）と、上壁（１１）とを備え、
   前記チャンバが、前記カプセル内に圧力下で注入される流体によって溶解及び／又は抽出される原材料を収容し、前記流体が、前記チャンバの注入壁を穿孔することができる、前記飲料調製マシンの流体注入要素（２０）を通して供給され、
   前記カプセルが、前記原材料及び前記流体から調製された飲料を放出するために開くことができる飲料注出壁をさらに備え、
   前記カプセルが、
   原材料収容区画（１５）と、
   流体注入区画（１６）と、
   を耐密状態で分離する分離壁（１４）を、前記チャンバ内に備え、
   前記分離壁（１４）が、圧力下の流体が前記流体注入区画（１６）から前記原材料収容区画（１５）に向かってのみ流れるようにすることができる一方向弁（１７）を備える、カプセルにおいて、
   前記一方向弁が、
   少なくとも１つの薄水層の形態で多方向に拡散する噴霧を生じさせるように、圧力下の流体を前記原材料収容区画内に流通させることができる、アンブレラ弁若しくはピストン弁、又は
   圧力下の流体を噴射の形態で前記原材料収容区画内に流通させることができる、ダックビル弁若しくはピストン弁、
   のいずれか一方であることを特徴とする、カプセル（９）。
2. 前記流体注入壁が前記上壁（１１）であり、前記飲料注出壁が前記底壁（１２）である、請求項１に記載のカプセル（９）。
3. 前記流体が、０．１バールと２０バールとの間、好ましくは１バールと１５バールとの間、より好ましくは２バールと１２バールとの間に含まれる圧力で、前記飲料調製マシンによって前記カプセルに注入される、請求項１又は２に記載のカプセル（９）。
4. 前記飲料調製マシンの流体注入要素（２０）が、少なくとも１つの流体注入ニードルを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のカプセル（９）。
5. 前記飲料注出壁が、
   前記チャンバの内部の流体圧力が第１の所定レベルを超えて上昇したときに前記飲料注出壁を開く開放手段と、
   前記飲料が前記チャンバから注出され、かつ前記チャンバ内の前記流体圧力が第２の所定レベル未満に低下した後で、前記カプセルを閉じる再閉鎖手段と、
   を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のカプセル（９）。
6. 前記原材料が、焙煎して挽いたコーヒーであり、及び／又は、粉末状、ゲル状、圧縮粉末状、若しくは原液状の、コーヒー、茶、ココア、ミルク、スープ、果物ジュース、野菜ジュース、ソーダミックス、若しくは乳児栄養製品、又はこれらの組合せのような、水溶性原材料のリストの中から選択される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のカプセル（９）。

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