JP2017508674A5 - - Google Patents

Description

抽出製品を作成するためのポーションカプセルおよびそのポーションカプセルを製造するための方法

本発明は、カプセルに含まれる挽いたコーヒーなどの抽出材料から、飲料等を作成するための方法に関する。特に、抽出材料で充填されるカプセルを製造するための方法、並びにこの方法で製造されるカプセルに関する。

ポーションパッケージ内に存在する抽出材料から飲料を作成するための抽出装置は、たとえばコーヒーマシンまたはエスプレッソマシンとして公知であり、従来と同様にますます高まる人気を享受している。多くの対応するシステムでは、ポーションパッケージはカプセルとして設計され、その中に抽出材料がたとえば気密状態で閉じ込められている。カプセルは、抽出のために、２つの対向する側で穿孔される。第１の側で、一般に湯である抽出流体が導入される。第２の側で、抽出生成物がカプセルから外に出される。それにより、作成される飲料およびシステムに依存して、たとえば５〜２０バール（ｂａｒ）といったかなりの圧力が、カプセルの内部に広がっているはずである。

特に、アルミニウム、およびプラスチック、たとえばポリプロピレンが、カプセル材料としてこれまで公知である。アルミニウムカプセルは、抽出材料の非常に良好な耐久性（芳香保護）を提供するが、製造の際、エネルギーコストが非常に高い。ポリプロピレンカプセルは、エネルギーコストおよび廃棄に関して有利であるが、穿孔機構および芳香保護に対して要求の増加を課す。

立方体形状を有し、また、公知のビーカー状カプセルとは対照的に、一方の（上側の）カバー面の平面上に周囲カラーを有していないコーヒーポーションカプセルが、国際公開第２０１０／１１８５４３号から公知である。先行技術に従ったカプセルシステムでは、そのような周囲カラーは、とりわけ平坦カバー（典型的に膜または箔として設計される）によってカプセルを閉鎖するために必要とされる。カラーは、超音波溶接を用いる閉鎖を用いて、エネルギーディレクターを収容するために必要とされる。カプセルが熱封止により閉鎖される場合、カバーが十分に広い表面上に載るために、カラーは必要である。これとは対照的に、国際公開第２０１０／１１８５４３号によれば、アーチ形の蓋が使用され、閉鎖は超音波切断封止により生じる。国際公開第２０１０／１１８５４３号の教示に従って製造されたカプセルはしたがって、その（「立方体」）形状とは独立に、カバー面によって規定された平面間で周囲にある溶接ビードを有し、また、その延長／横方向の突出が、公知のカラーに比べて著しく小さくなっている。

国際公開第２０１０／１１８５４３号に係るカプセルは、著しい利点を有し、このこともまた本書で説明される。しかしながら、一方で周溶接ビードの寸法における制限を考慮すると、カバーを本体上に確実に固定することは依然として難しい。さらにまたエネルギーディレクターを、製造後のその寸法において著しく制限される周カラー上に位置決めすることは、特にカプセルが、深絞りによって製造されるべきときに、超音波溶接を用いる閉鎖の場合、難しい。

したがって、提示される発明の目的は、国際公開第２０１０／１１８５４３号に説明される種類のカプセルを製造するための方法を、簡易な製造能力かつ信頼性のある程度に、特にカプセルの耐圧閉鎖を可能とするように、さらに開発することである。

発明の態様によれば、カプセルを製造するための方法は、底部領域を有し、周側壁を有し、周側壁に接続される周囲の本体カラーを有するプラスチックの本体を設けるステップを備え、本体は、カラーの領域内で実質的に長方形の断面を有し、方法はさらに、カプセルの閉鎖ために、すなわち本体とともに閉じられたカプセルを形成するために、プラスチックカバー（本体を構成するものと同じプラスチックから、または異なる組成のプラスチックであるが、本体プラスチックに溶接されることができる）を設けるステップを備え、カバーは、周囲のカバーカラーに接続され、外向きのアーチを形成し、周囲のカバーカラーは、その寸法において本体カラーと一致し、方法はさらに、本体を抽出材料で充填するステップと、カバーカラーが本体カラー上にあるようにカバーを本体上に配置し、カバーカラーを本体カラー上に超音波溶接を用いて固定するステップとを備える。

方法は、カバーが、超音波溶接中に超音波エネルギーの焦点を合わせるエネルギーディレクターを設けられ、カバーが、深絞りによって製造され、カバーが、カバーカラーの領域内で、外側の周囲にある、少なくとも１つの溝を備えることを特徴とする。

抽出材料で充填され、そのような方法で製造されることができるカプセルは、底部領域を有し、周側壁を有する、プラスチックの本体と、本体上に固定されるプラスチックのカバーとを備え、カバーは、本体上に周カラーに沿って固定され、カラーは、カバー側に向かって周側壁に接続する本体カラーおよびカバーカラーの超音波溶接を用いて製造され、カラーの領域内の本体は、実質的に長方形の断面を有しカバーがカプセル体積に寄与するように、カバーは外向きのアーチを形成し、エネルギーディレクターは、カバーカラーに組み込まれ、カバーは、深絞りによって製造され、カバーは、カバーカラーの領域内で外側の周囲に少なくとも１つの溝を備える。

ポーションカプセルの閉鎖のための超音波溶接方法のためのエネルギーディレクターは、今では既知であり、たとえば国際公開第２０１０／１１８５４３号にも説明される。しかしながら、その明細書は、本体のカラー上のエネルギーディレクターの取付を教示する。これは、本願の出願時において、一般的に超音波溶接されるポーションカプセルための一般技術であり、一般的に代替的にエネルギーディレクターをカバーに組み込むことは可能でも有利でもなかったと信じる。提示される発明は、今初めてカバー上のそのようなエネルギーディレクターを示し、それは、本体の充填のために超音波溶接中に常に頂部に配置され、本体上には配置されない。

これは、とりわけ必然的に以下の利点を伴う。
第１に、エネルギーディレクターは、カバー上により容易に製造されることが見出される。特に、エネルギーディレクターを狭いカラー上、周側壁近傍に、少なくとも断面において長方形の形状を有さずに、本体の深絞りために配置することは比較的難しいことが確認される。 提示される発明は、示唆される手順を用いて、エッジをより狭く維持し、このためたとえばスタック能力および意図されるカプセルのコンパクトさを向上させることに寄与する。

第２に、超音波溶接は、エネルギーディレクターがソノトロードの側上にある場合に、少なくともここで説明される種類のカプセルでよりよく機能するということが見出される。しかしながら、この本体の充填のために、ソノトロードを下方から、このため本体から係合することを認めることは可能ではない。提示される発明は、エネルギーディレクターをカバー上に設けることで改良を行う。

カプセルの形状がそのようなものであるために、カラーの領域内の本体は、断面内で実質的に長方形の、たとえば実質的に正方形である。カラー自体、たとえばその外側エッジは、実質的に長方形の、特に正方形またとすることができる。「実質的に長方形」または「実質的に正方形」とは、特に丸みを帯びた角を除外するものではない。

カプセルは全体として、カラーおよび下記のカバーアーチの可能なオフセットを除き、立方体あるいは直方体の、特に立方体の形状、を有することができる。実施形態では、カラーは少なくとも０．８ｍｍ、特に少なくとも１ｍｍおよび／または最大２ｍｍ、特に最大１．５ｍｍ、横方向に突出することができる。この寸法（幅０．８ｍｍと２ｍｍの間）の利点は、ここではスタック能力／コンパクトさ（小さなオーバーパック）と信頼性のあるシーリングとの間の最良の妥協点が得られるという事実である。さらに、狭いエッジは抽出部内に案内し、それを正しい配向に保持することに役立ち、このため既知の大きなカラーの欠点（パッケージおよび抽出ユニット内の外側体積および対応するスペース要件、外観）を認めない。これは、カプセル全体としての寸法に独立な場合、すなわち実施形態でのカラーの寸法は、より小さいカプセルに対してまさに述べられた領域のように、より大きなカプセルに対して選択される場合に成り立つ。

立方体形状は、（底表面および／またはカバー表面に垂直な）軸に対する周側表面の、たとえば最大の３°、特に最大の２°または最大の１．５°の傾きを除外せず、それは、たとえば深絞りされたカプセルの製造固有である。

実質的に立方体形状を有する実施形態では、立方体エッジの外長は、約６ｇおよび約１０ｇの量のコーヒーを充填するために、たとえば２４から３０ｍｍの間である。より大きな寸法、たとえば最大３５ｍｍは、より大きな充填量に対して除外されるものではない。

本体は、底部領域および周側壁を備え、このためカバーによって閉じられたビーカーの種類を形成する。これにより、底部領域は平坦であることができるが、このことは、必須ではない。

カバーの形状は、外側から内側に、カバーカラーと、アーチ型遷移領域と、実際の上側カバー表面を形成する中間平坦領域と備えることができる。そのような平坦領域は、アーチに影響する遷移領域のために、離れて置かれ、カバーカラーの平面から外側にいわば肩状にされる。遷移領域はたとえばＳ形状に湾曲することができ、または外側部分からカラー平面に対してある角度で、中間平坦領域に向かって絶えず湾曲することができる。寸法は、これにより中間平坦領域が光学的に支配的であるように、たとえばそれが底表面と等しく大きく、またはわずかに（たとえば最大１０％）小さく、選択される。特に全体として、直方体または立方体形状であるカプセルの実施形態では、この平坦領域が直径の６０％よりも大きく、したがって表面の少なくとも４０％を呈することが把握されることができる。

カバーカラーは、一般的にカバー側に面し、カラーの外側エッジからアーチのベースまで延びる周表面を形成する。実施形態では、アーチのベースは、その上にカラーが接続される側壁の部分に対して内向きにオフセットされることが把握されることができる。そのようなオフセットはたとえば少なくとも０．２ｍｍであることができる。

本体並びにカバーは、プラスチックで製造される。特に、本体およびカバーは同じプラスチックで構成されることが把握されることができる。ポリプロピレンは、材料の例として述べられ、バリア層が組み込まれることができ、これは酸素に対するバリア特性を有し、酸素がカプセル内に拡散することを防止する。そのようなバリア層は、たとえばエチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）を備える。本体の領域内の壁の厚みは、特に０．１ｍｍから０．７ｍｍの間であり、好ましくは０．２ｍｍから０．４ｍｍの間であり、たとえば０．２５ｍｍから０．３５ｍｍである。同じことはまたカバーの壁の厚みに適用されることができる。一実施形態では、カバーの壁の厚みは、本体の壁の厚みに大よそ対応する。

ポリプロピレンの代わりに、他のプラスチックもまた考えられる。超音波溶接可能な非プラスチックのための発明の用途もまた除外されるものではない。

エネルギーディレクターは、それ自体知られているように、たとえばＶ形状の輪郭を有する、リブの形状を有することができる。そのようなリブは、カラーの経路に平行に周方向に配置されることができる。２つ以上のリブもまた与えられることができ、カラーに平行ではない経路は、１つ以上のリブに対して、同様に除外されるものではない。他のエネルギーディレクター形状、たとえば個々の周構成の形態の、丘上の隆起、等もまた考えられる。

外側上のカバーカラーの領域内のカバー、すなわち本体から離れている側は、ある状態でエネルギーディレクターと逆の構造を形成し、完成された製造カプセル上で依然として可視の周溝を備える。そのような構造は、エネルギーディレクターのエンボスのために、深絞り方法を用いるカバーの製造の際に発生し（カバー上の深絞り方法は、このカバーの制限された深さのために、エンボス方法としても考えられることもできる。）、またカプセル溶接時にセンタリング補助部という役割を果たすことができる。 このためたとえば、溝に対して補完的な周リブはまた、ソノトロード上に提供されることができ、そのリブの補助によってカバーはそしてカプセルにセンタリングされることができる。

本体はまた、深絞り方法または代替的に注入モールディングを用いて製造されることもできる。一般的に、各場合に本体およびカバーはいずれも両方深絞りされるかまたは注入モールドされるが、注入モールドされた本体に深絞りされたカバーを組み合わせるかその逆もまた可能である。

本体カラーおよび／またはカバーカラーは、過大寸法に設けられることができる。突出領域はそして、たとえば超音波またはパンチを用いて、溶接に続いてまたは溶接と同時に離間されることができる。

実施形態では、カバーまたは本体は、特にしかしながらカバーは、位置決め補助部を設けられることができる。そのような位置決め補助部は特に、本体カラーおよびカバーカラーが互いに当接する平面を超えて突出する突出部を備えることができる。第１の実施形態によれば、位置決め補助部は、カバーカラーまたは本体カラーの領域内の肩部によって形成されることができ、肩部を有する領域は、続いて離間される。そのような肩部は、カバーが、配置されるときにカバーを本体に対して整列するために、本体カラーまたはカバーカラーと協働することができる。特にそのような肩部は、それらが簡単に製造されることができるので、深絞りを用いる製造に有利である。第２の実施形態によれば、位置決め補助部は、カプセル体積の内側内に配置され、同様にカバーを本体に対して整列する、内向きに突出する位置決め突出部を備えることができる。

実施形態のそのような位置決め補助部は、本体に対してカバーを整列させるだけでなく、またそれらの製造後に多数のカバーのスタッキング能力を向上させる役割を担う。

発明の実施形態の例は以下に図面を用いて説明される。図面では同じ参照番号は同じまたは類似する要素を示す。図面は忠実な縮尺ではなくてもよく、図ごとに異なるサイズで互いに対応する要素を示し得る。

カプセルが示される。 図１に係るカプセルの製造ための本体が示される。 カプセルの製造ためのカバーが示される。 切り取られた方法で表される図３に係るカバーが示される。 図４に係るカプセルのカラーの領域内の詳細の断面が示される。 図４に係るカプセルのカラーの領域内の詳細の断面が示される。 さらなるカバーが示される。 切り取られた方法で表される、図７に係るカバーが示される。 同様に切り取られた方法で表される、図７に係るカバーの底面図が示される 。

図１に係るカプセル１は、実質的に丸みを帯びたエッジを有する立方体の形状を有する。広がりは、しかしながら頂部にある側に向かってわずかに増加し、これによりカプセルは、厳密に数学的な意味で、切り取られたピラミッド形状を有する。図内の横方向の、底表面５に対して垂直な―もちろん底表面に垂直な平面であり、底表面と対応する横方向表面との間のエッジを通って延びることを意味するが―表面の傾き角度は、非常に小さく、多くとも好ましくは２°、たとえばたった約１°である。さらに、底表面上方へのカプセルの高さは、底表面エッジの長さに大よそ対応する。

カプセルは、本体（またはビーカー）２およびそこに周カラー４に沿って固定されるカバー３を備える。本体は、カプセル底５および周側壁６を形成し、周側壁６は、軸方向（軸１０）に対して外側かつ図内の頂部にあるその端部で、カラー４によって終端する。カバーは、カバー表面９を用いて、外側にアーチ状とされ、カバー表面は、周カラー４に対して外向きにオフセットされるカプセル底５に実質的に平行である。

図２は、充填する前かつ閉鎖前の本体２（ビーカー）を示す。本体カラー４１は、完成されたカプセルのカラー４のものよりも大きい広がりまたは寸法を有する。

カプセル製造の際に、本体２は、第１に抽出材料で充填され、カバー３は、続いて位置決めされる。図３および図４は、深絞りを用いて製造されるカバー３の実施形態の例を示す。カバーカラー３４の領域内に形成されるエネルギーディレクター２３は、断面で大よそＶ形状の周リブの形状を有する。したがって、周溝１１は後方側上に（製造カプセル後に外側上に）形成する。

カバーは、固定の際にまたは後に、本体上で離間される横方向の張出３１を備える。肩領域は、張出上に与えられ、これにより肩部３２が形成される。カバーは、カバーが本体上に位置決めされるときに、本体カラー４１がこの肩部に届くように寸法決めされ、これにより、肩部は、本体に対する位置決めの際の補助部としての役割を担う。

図５に非常に概略的に表されるように、カバーが配置される間に、本体カラーは、下方から第１のツール２１（鉄床）によってカプセルの閉鎖上に支持され、一方、第２のツール２２（ソノトロード）は、超音波エネルギーを上方からカバーカラー内に結合し、これにより溶接が行われる。図６は、可能な張出を離間した後の溶接の場所を図示する。クロスハッチングを用いて表される領域は、エネルギーディレクター２３の元の位置を図示する。実際には、本体カラーおよびカバーカラーはまた、閉鎖後に、互いにこの領域に隣り合って溶接される。

周カラーは、カバー側に面し、カラーの外側エッジ７から曲率のベース１２に延びる、表面８を形成する。図６に示されるように、ベース１２は、本体２によって形成される周側壁に対して内向きに置かれる。そのようなオフセットｖは、カプセル壁の厚みと比較して関連することができ、特にそれは、少なくとも０．２ｍｍである。オフセットｖは、図６に図示されるように、カラー４の領域内の本体の外側表面に平行であり、かつ、カバー側表面８とカバーのアーチとの間の遷移内において、最大の凹状曲率の場所を延びる平面間で、カラー４の本体側表面１８と本体の外側表面との間で測定される。

カラー領域と実際のカバー表面９との間のカバー３は、壁が曲率を有し、このためアーチを形成する遷移領域１３を形成する。示される例では、これは、カラー平面およびカバー表面９にほぼ直角な部分から離れて、カバー表面を形成する平坦領域内への連続的な凸状曲率と合体する。凹状曲率はそのため、ベース１２で大きい（すなわち曲率半径が、小さい）。しかしながら、凹状および凸状曲率を互いに同化させ、これによりその経路は、結果的に断面でＳ字形状とされるということもまた考えられる。中間平坦領域は、カバー表面の大きな部分（少なくとも４０％）を構成し、そのため、遷移領域の表面の制限によって、全体としては立方体または直方体形状が、妥協されないということが保障される。

任意の肥厚部１４は、同様に図６内の周側壁とカラーとの間の遷移内に見られる。そのような肥厚は追加的な補強の役割を担う。

図７から図９は、理解の向上のために、深絞りではなく注入モールディングによって製造されるカバー３を示す。 内側上に内向きに突出しているウェブ３３は、追加的にエネルギーディレクター２３に対して、一体的に形成される。このウェブは、機械的補強およびスタック補助部としてための役割を担う。角の領域内に一体的に形成される位置決め突起３５は、位置決め補助部として働く。深絞りを用いて製造されるカプセルもまた、一体的に形成される位置決め補助部を備えることができる。

Claims (12)

1. 抽出材料で充填され、抽出製品を作成するためのポーションカプセル（１）を製造するための方法であって、
   底部領域（５）を有し、周側壁（６）を有し、前記周側壁に接続する周囲の本体カラー（４１）を有するプラスチックの本体（２）を設けるステップを備え、前記本体は、前記本体カラーの領域内で長方形の断面を有し、前記方法はさらに、
   プラスチックのカバー（３）を設けるステップを備え、前記カバーは、周囲のカバーカラー（３４）に接続し、外向きのアーチを形成し、前記周囲のカバーカラーはその寸法において前記本体カラー（４１）と一致し、前記方法はさらに、
   前記本体（２）を抽出材料で充填するステップと、
   前記カバーカラーが前記本体カラー上に置かれるように前記カバー（３）を前記本体（２）上に配置し、前記カバーカラーを前記本体カラー上に超音波溶接を用いて固定するステップとを備え、
   少なくとも前記カバー（３）は、深絞りによって製造され、前記カバーは、前記カバーカラーの領域内において、外側の周囲にある少なくとも１つの溝（１１）を設けられ、前記カバー（３）は、前記超音波溶接中に前記超音波エネルギーの焦点を合わせるエネルギーディレクター（２３）を設けられ、前記溝（１１）は、前記エネルギーディレクター（２３）と逆の構造を形成し、前記構造は、深絞り方法による前記カバーの製造の際に発生することを特徴とする、方法。
2. 前記カバー（３）および前記本体（２）は、同じプラスチックから製造される、請求項１に記載の方法。
3. 前記エネルギーディレクター（２３）は、周リブの形状を有する、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 少なくとも前記カバー（３）は、過大寸法で製造され、突出領域（３１）は、前記溶接に続いてまたはこれと同時に離間される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記カバー（３）は、配置の際に、カバー（３）が前記本体（２３）に相対的に整列されるために用いられる、位置決め補助部（３２、３５）を設けられる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法。
6. 抽出材料で充填され、特に請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法で製造可能な抽出製品を作成する、プラスチックのポーションカプセル（１）であって、
   底部領域（５）を有し、周側壁（６）を有し、前記周側壁に接続する周囲の本体カラー（４１）を有する本体（２）を備え、前記本体カラーの領域内の前記本体は、長方形の断面を有し、前記カプセルはさらに、
   周カラーに沿って前記本体に固定される、プラスチックのカバー（３）を備え、
   前記カラーは、前記本体カラー（４１）とカバーカラー（３４）との超音波溶接を用いて製造され、
   前記カバーがカプセル体積に寄与するように、前記カバーは、外向きのアーチを形成し、
   前記カバー（３）は、深絞りによって製造され、前記カバーは、前記カバーカラーの領域内で外側の周囲にある少なくとも１つの溝（１１）を備え、エネルギーディレクター（２３）は前記カバーカラー（３４）に組み込まれ、前記溝（１１）は、前記エネルギーディレクター（２３）と逆の構造を形成し、前記構造は、深絞り方法による前記カバーの製造の際に発生することを特徴とするカプセル。
7. 前記カラー（４）を除き、直方体形状または立方体である、請求項６に記載のカプセル。
8. 前記アーチのベース（１２）は、前記カラー（４）が接続される前記側壁（６）の部分と比較して、内向きにオフセットされる、請求項６または請求項７に記載のカプセル。
9. 前記カバーは、前記外側から前記内側に、カラー領域と、アーチ型遷移領域と、平坦領域（９）とを備え、前記カラー領域は、前記カバー側に向かって面する表面（８）を形成し、前記平坦領域は、前記表面（８）の平面から離間される、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のカプセル。
10. 前記平坦領域（９）は、カバー表面の少なくとも４０％を呈する、請求項９に記載のカプセル。
11. 前記カラー（４）は、０．８ｍｍから２ｍｍの間、横方向に突出する、請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載のカプセル。
12. 前記本体（２）および前記カバー（３）は、同じプラスチックから製造される、請求項６から請求項１１のいずれか１項に記載のカプセル。