JP3593933B2 - カップ式自動販売機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカップ式自動販売機に関し、特に、所定の圧力で供給される湯によってコーヒー豆の挽き豆からコーヒー液を抽出し、砂糖、クリームおよび希釈湯等とコーヒー液とを混合してコーヒー飲料として販売するカップ式自動販売機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のカップ式自動販売機として、耐圧構造を有する抽出室にコーヒー豆の挽き豆を供給し、この挽き豆にポンプで加圧した所定の高温の湯を通過させることによってコーヒー液を抽出するものがある。
【０００３】
このカップ式自動販売機では、販売要求に基づいてコーヒー豆キャニスタから分与されたコーヒー豆がコーヒーミルで粉砕されて抽出室に供給される。挽き豆の供給後、抽出室に所定の高温の湯を供給して挽き豆からコーヒー液を抽出する。このコーヒー液は、コーヒー飲料の販売形態に応じて所定量の希釈湯で希釈され、更に、好みに応じて砂糖およびクリームの補助原料を供給されることによってコーヒー飲料として販売される。このようにして生成されたコーヒー飲料は、インスタント原料によって生成されるコーヒー飲料に比べて味や香りに優れるという特徴を有する。
【０００４】
コーヒー飲料の味覚は、コーヒー豆の種類、焙煎度に基づく苦味、酸味、および香りに基づいて生じ、カップ式自動販売機では、抽出条件（抽出時間、コーヒー飲料の種類）に応じた焙煎度、粒度の挽き豆を使用して抽出が行われる。
【０００５】
コーヒー豆を焙煎するとき、深く煎る（深煎り）とコーヒー豆の細胞が膨らんで抽出され易くなることにより苦味の強いコーヒー液（例えば、エスプレッソ）が抽出される。また、浅く煎る（浅煎り）と酸味を構成する蟻酸、酢酸、リンゴ酸、クエン酸等の有機酸やカフェインが熱分解せずに残ることにより酸味に富んだコーヒー液（例えば、モカ、キリマンジャロ）が抽出される。
【０００６】
また、コーヒー豆の焙煎度が同じ条件では挽き豆の粒度が細かい程、コーヒー液の抽出性は向上するが、挽き豆が湯を吸って膨張することから粒度が細かすぎると湯の通過性が低下して抽出時間が大になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のカップ式自動販売機によると、抽出時間を大にせず、所定の濃さでコーヒー液を抽出するには深煎りのコーヒー豆を粒度の細かい挽き豆にして用いる必要があるため、深い焙煎によってコーヒー豆の酸味分が失われてしまうという問題がある。また、酸味を補うために深煎りのコーヒー豆と酸味に富む浅煎りのコーヒー豆とを所定の割合で混合して貯蔵しておくことも考えられるが、貯蔵時に振動等でコーヒー豆の混合状態が変化すると挽き豆にしたときに深煎りと浅煎りの割合が変化して抽出されるコーヒー液の味覚が変化するため、販売されるコーヒー飲料の品質にばらつきが生じる。また、深煎りと浅煎りのコーヒー豆を混合すると、例えば、酸味あるいは苦味を主としたコーヒー液を選択的に抽出できないため、販売可能なコーヒー飲料の種類が限定されるという問題がある。
【０００８】
従って、本発明の第１の目的は、苦味、酸味の味覚に優れ、安定した品質のコーヒー飲料を販売することのできるカップ式自動販売機を提供することにある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、販売要求に応じて酸味あるいは苦味を主としたコーヒー飲料を販売することのできるカップ式自動販売機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、コーヒー豆を所定の粒度の挽き豆に粉砕して抽出機に供給し、ポンプで加圧された所定の高温の湯を湯タンクから配管を介して前記抽出機に供給することによりコーヒー飲料を生成するカップ式自動販売機において、前記コーヒー豆と粒度の異なる他のコーヒー豆の挽き豆を収容し、前記コーヒー飲料の種類に応じて前記抽出機に前記他のコーヒー豆の挽き豆を供給して前記コーヒー豆の挽き豆に加える挽き豆収容部と、前記コーヒー飲料の種類に応じて前記抽出機に供給する前記挽き豆と前記粒度の異なる他のコーヒー豆の挽き豆の前記抽出機への供給を制御する制御部を有するカップ式自動販売機を提供する。
【００１１】
上記したカップ式自動販売機によると、コーヒー飲料の種類に基づいて抽出機に供給する挽き豆と他の挽き豆の割合を設定することにより、挽き豆の粒度、焙煎度の違いに基づく苦味、酸味、香り等のコーヒーの味覚が調節される。また、焙煎度、粒度の異なる挽き豆を独立して供給可能とすることで、販売可能なコーヒー飲料の種類を増やすことが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のカップ式自動販売機を図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態におけるカップ式自動販売機を示し、取水管１に接続されるシスターン２と、シスターン２に設けられて貯水される飲料水の水位変化を検出し、所定の水位以下となったときに水位低下信号を出力するフロートスイッチ２Ａと、取水管１に設けられる取水弁１Ａと、シスターン２から配管３Ａを介して供給される飲料水を加熱して所定の温度の湯として貯蔵する湯タンク１０と、配管３Ａに設けられる電磁弁２０と、湯タンク１０の外周部に固定されて湯を加圧して供給するポンプ６０と、ポンプ６０と湯タンク１０に接続されるバイパス管６０Ａと、バイパス管６０Ａを開放することによりポンプ内６０の湯を湯タンク１０に戻す弁６０Ｂと、コーヒー豆を所定の粒度に粉砕して挽き豆を形成する挽き豆供給部７と、所定の粒度に粉砕された挽き豆を吐出口８０Ｂから吐出して後述する抽出機に供給する挽き豆キャニスタ８と、挽き豆供給部７から落下する挽き豆を受容して計量する計量器５と、計量器５，挽き豆キャニスタ８，あるいはこの両方から供給される所定の粒度の挽き豆を湯で抽出してコーヒー液を生成し、飲料供給管３０Ａを介してカップ９に供給する抽出機３０と、飲料供給管３０Ａに設けられて所定のタイミングで開閉される圧力調整電磁弁９０と、ポンプ６０から抽出機３０に湯を供給する配管６Ａと、配管６Ａに設けられて配管内の圧力に応じた圧力信号を出力する圧力センサ２５と、配管６Ａに設けられて湯の流量に応じた流量信号を出力する流量センサ１９と、配管６Ａに設けられて上流側への湯の逆流を防止する逆止弁２１と、逆止弁２１の上流側で配管６Ａから分岐して湯タンク１０に接続される配管６Ｂと、配管６Ｂに設けられる抽出湯弁２２と、抽出機３０で発生するコーヒー豆の抽出滓を受容する滓バケツ１７と、カップ９の下部に配置される排水バケツ１８と、砂糖を貯蔵する砂糖容器１１と、クリーム原料を貯蔵するクリーム容器１２Ａと、カプチーノ用のクリーム原料を貯蔵するクリーム容器１２Ｂと、砂糖およびクリームをシュート１３を介して受容し、所定量の湯で溶解し、供給管１４Ａを介してカップ９に供給するミキシングボウル１４と、クリーム容器の下部に配置されるミキシングボウル１４に湯タンク１０から湯を供給する配管１５Ａと、配管１５Ａに設けられる湯弁２３Ａと、砂糖容器１１の下部に配置されるミキシングボウル１４に湯タンク１０から湯を供給する配管１５Ｂと、配管１５Ｂに設けられる湯弁２３Ｂと、逆止弁２１の下流側で配管６Ａと分岐され、湯弁２４を介して排水バケツ１８に廃液を排出する配管６Ｃを有する。
【００１４】
挽き豆供給部７は、コーヒー豆を貯蔵する豆貯蔵容器７Ａと、コーヒー豆を高速で回転する粉砕刃（図示せず）で粉砕するコーヒーミル７Ｂと、コーヒーミル７Ｂの粉砕刃を回転させるミルモータ７Ｃと、コーヒーミル７Ｂで粉砕され、体積に基づいて計量された挽き豆を計量器５より供給されて抽出機３０に導くシュート７Ｄを有し、豆貯蔵容器７Ａからコーヒーミル７Ｂにかけて深煎りされたコーヒー豆（例えば、ブラジル）が充填された状態となっている、本実施の形態では、コーヒー豆の粉砕後に挽き豆に最も多く含まれる粒子サイズ（以下、最頻度粒径という）が５００μｍとなるように粉砕して挽き豆としている。
【００１５】
挽き豆キャニスタ８は、浅煎りから中煎り程度に焙煎したコーヒー豆（例えば、キリマンジャロ）を予め最頻度粒径７５０μｍで粉砕した挽き豆を貯蔵している。
【００１６】
湯タンク１０は、飲料水加熱用のヒータＨ１に電流を供給する電源部１０Ａと、タンク内の湯の水位変化を検出し、所定の水位以下となったときに水位低下信号を出力するフロートスイッチ１０Ｂと、タンク内の湯温に応じた温度検出信号を出力する湯温センサ１０Ｄを有する。湯タンク１０の貯水量は５リットルであり、ヒータＨ１の出力は１ｋｗで湯タンク１０の湯温は約９７℃に保温される。
【００１７】
抽出機３０は、シュート７Ｄを介して挽き豆を供給されるシリンダ３２、シリンダ３２内のピストン３９を昇降させるピストン駆動モータ３３、ピストン駆動モータの駆動トルクをピストン３９に伝達するトルク伝達部３４、シリンダ３２の上部に設けられ、抽出機本体に形成される図示しないガイドレールに係合するスライドガイド（後述）を一体的に形成したシリンダユニットＤと、シリンダ３２に係合し、配管６Ａを介して所定の高温の湯をシリンダ３２内に供給するキャップ３７と、キャップモータ３５の駆動トルクを伝達されてシリンダユニットＤを支点３４Ａを中心に傾斜させるとともにキャップ３７をシリンダ３２に係合させるギヤ３６を有する。シリンダユニットＤのシリンダ３２の下部には、抽出されたコーヒー液をカップ９に供給する飲料供給管３０Ａが取り付けられており、飲料供給管３０Ａには圧力調整電磁弁９０が取り付けられている。
【００１８】
圧力調整電磁弁９０は、配管６Ａに設けられる圧力センサ２５で検出される圧力値、あるいは抽出動作に応じた所定のタイミングに基づいて開閉される。
【００１９】
また、上記構成のカップ式自動販売機では、説明を簡単にするために、カップ９を供給するカップ供給部、ミルモータ７Ｃに電流を供給する電源部、カップ９内の飲料を攪拌する攪拌機、コールド飲料の配管および原料貯蔵部等の構成を図示省略している。
【００２０】
図１（ｂ）は、ポンプ６０を示し、一対のギヤ６０Ｄ，６０Ｅが矢印方向に回転することによって湯タンク１０から湯を下流側に供給するギヤポンプを形成している。一対のギヤ６０Ｄ，６０Ｅは、回転軸６０Ｆをポンプ駆動モータ６０Ｇによって回転駆動することにより回転速度に応じた供給量で湯を配管６Ａに送出する。
【００２１】
図２は、計量器５を示し、上部に挽き豆を導入する導入部５Ａを有する計量室５１と、計量室５１の端部に前蓋５Ｂを回動自在に支持するヒンジ部５２と、計量室５１の内部に摺動可能に収容されるピストン５６Ｄを一体的に形成され、側面にラック部５６Ａを有するピストンロッド５６と、ピストンロッド５６の後端に形成されるバネ部５６Ｂと、バネ部５６Ｂの近傍に形成される切り欠き５６Ｃと、計量室５１に取り付けられ、バネ部５６Ｂに当接してピストンロッド５６の移動を規制する突起部５０Ａ、５０Ｂと、バネ部５６Ｂの切り欠き５６Ｃを光学的に検出する光センサ５７と、ピストンロッド５６のラック部５６Ａと噛合する駆動ギヤ５８Ａを有する駆動軸５８と、駆動軸５８をトルク伝達部５９を介して回転駆動する計量モータ５９Ａと、計量モータ５９Ａの回転軸に取り付けられて回転量を検出する計量エンコーダ５９Ｂを有する。駆動ギヤ５８Ａの直径は１７．５ｍｍで形成されており、ラック部５６Ａと噛み合う歯車部分の外周長は約５５ｍｍである。蓋支持部材５Ｃの開放端は計量室５１の側部に達し、末端には計量室５１の側部に設けられる光センサ５Ｄと係合する光検出部５Ｅを有する。
【００２２】
図３（ａ）は、計量器５の前蓋５Ｂを閉じた状態であり、ヒンジ部５２の回動軸を鉛直方向に設け、前蓋５Ｂが水平方向に回動して計量室５１の最前部を開放するように形成されており、ヒンジ部５２は挽き豆が付着しないように前蓋５Ｂの開口部より上方に設けられてなっている。このヒンジ部５２から逆「へ」の字型に形成された蓋支持部材５Ｃを介して前蓋５Ｂを固定している。
【００２３】
図３（ｂ）は、計量器５の前蓋５Ｂを開いた状態であり、導入部５Ａから計量室５１に挽き豆が供給され、挽き豆によって計量室５１が満たされると、前蓋５Ｂが僅かに回動する。この回動に基づいて光検出部５Ｅで遮光されていた光センサ５Ｄの発光部５ａから光が出射されて受光部５ｂで受光されると、前述したミルモータ７Ｃへの通電が停止して計量室５１への挽き豆の供給が停止する。停止後、計量モータ５９Ａが通電されて駆動ギヤ５８Ａが回転し、ピストンロッド５６を前方に移動させる。ピストン５６Ｄの先端には、前蓋５Ｂに当接する突起部５６ａが設けられており、挽き豆を押し出した後に前蓋５Ｂを開放状態で保持する。
【００２４】
本実施の形態では、ピストン５６Ｄによって計量器５から押し出される深煎りの挽き豆の量が８ｇとなるように設定している。
【００２５】
図４は、計量室５１を図示省略した状態のピストンロッド５６を示し、前蓋５Ｂは、ピストン５６Ｄの突起部５６ａが当接した状態でピストンロッド５６が前方に移動することにより、ヒンジ部５２を軸として同軸的に設けられるスプリング５５Ａの反力に抗して紙面上における反時計方向に回動する。このとき、前蓋５Ｂと計量室５１の先端部は離れ、挽き豆は前蓋５Ｂと計量室５１との間に挟まれることなく容易に落下する。
【００２６】
図５は、挽き豆キャニスタ８を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ方向断面である。この挽き豆キャニスタ８は、下部本体８０Ａと、下部本体８０Ａから挽き豆を吐出する吐出口８０Ｂと、下部本体８０Ａと分割可能に設けられる上部本体８０Ｃと、上部本体８０Ｃに設けられて下部本体８０Ａを一体的に固定する係合爪８１と、上部本体８０Ｃにヒンジ８２によって開閉自在に取り付けられるキャップ８３と、キャップ８３を開状態で固定するための爪８４と、下部本体８０Ａと上部本体８０Ｃの接合部分に介在するガスケット８５と、下部本体８０Ａの内部に設けられ、オーガモータ（図示せず）によって回転する挽き豆オーガ８６と、上部本体８０Ｃの内部に取り付けられる挽き豆攪拌用のアジテータ８９と、挽き豆オーガ８６の羽根部分と接触する歯車部を有し、挽き豆オーガ８６の回転に基づいて回転する第１ホイール８７と、側面に所定の間隔で配置されるピン８８Ａを備え、第１ホイール８７と接触することにより回転する第２ホイール８８を有し、アジテータ８９は、第２ホイール８８の回転時にピン８８Ａと接触することによって上下に揺動し、キャニスタ内に貯蔵されている挽き豆（図示せず）を攪拌する。
【００２７】
本実施の形態では、挽き豆オーガ８６の回転に基づいて吐出口８０Ｂから吐出される挽き豆の量を１秒当たり４ｇに設定しており、ブレンドコーヒーの販売要求があった場合に２ｇの挽き豆が吐出口８０Ｂから吐出される。
【００２８】
図６は、シリンダユニットＤを示し、（ａ）は正面側、（ｂ）は背面側を示す。キャップ３７は、シリンダ３２への挿入時に隙間をシールするシール部材３７Ａを有し、ロッド３８によってギヤ３６と結合されている。また、ロッド３８の固定部には所定のガイドパターンを有するガイド溝ｇを形成されたガイドプレート３１が固定されており、ガイド溝ｇの下部には、シリンダ３２の側壁外部に形成された係合突起３２Ａが係合している。シリンダ３２に収容されたピストン３９の下部には抽出されたコーヒー液をカップに供給するための飲料供給管３０Ａが接続されている。シュート７Ｄの下部側壁には、ピストン３９によって上方に押し上げられた抽出滓（図示せず）をピストン３９から分離させるワイパＷが設けられており、ワイパＷによって分離された抽出滓をスライドガイド４０の傾斜部Ｓに沿って落下させる。
【００２９】
このシリンダユニットＤは、キャップモータ３５の駆動トルクをギヤ３５Ａを介して伝達してギヤ３６をｒ１方向に駆動すると、ガイド溝ｇのガイドパターンに基づいて支点３４Ａを中心にｒ２方向に約３０度傾斜するとともにキャップ３７がｒ３方向に変位してシリンダ３２に挿入される。
【００３０】
図７は、トルク伝達部３４を示し、（ａ）は側面、（ｂ）は正面を示す。ピストン駆動モータ３３の駆動トルクは、ピストン駆動モータ３３の回転軸に取り付けられたギヤ３４１からギヤ３４２Ａに伝達され、ギヤ３４２Ａに同軸状に設けられるギヤ（図示せず）を介して軸３４３のギヤ３４４Ａに伝達される。軸３４３の下部にはウォームギヤ３４４Ｂが設けられている。ギヤ３４４Ａに伝達された駆動トルクはウォームギヤ３４４Ｂから軸３４３に直交する方向に配置される軸３４５のギヤ３４５Ａに伝達され、ギヤ３４５Ａに同軸状に設けられるギヤ３４５Ｂに伝達される。ギヤ３４５Ｂに伝達された駆動トルクは軸３４６のギヤ３４６Ａからギヤ３４６Ｂに伝達されるとともにギヤ３４６Ａと噛合するギヤ３４７Ａに伝達され、ギヤ３４７Ａに同軸状に設けられるギヤ３４７Ｂに伝達される。ピストン３９の下部にはラック部３４８が取り付けられており、ラック部３４８の両面にはギヤ３４６Ｂおよび３４７Ｂが噛合している。このギヤ３４６Ｂおよび３４７Ｂはラック部３４８を挟持しており、ピストン駆動モータ３３の回転方向に応じた駆動トルクを受けて相反する方向に回転することによりピストン３９をシリンダ３２内で上下させる。
【００３１】
軸３４３に設けられるウォームギヤ３４４Ｂは、ピストン３９を下降させる方向の外力が加えられた場合、ピストン３９が下降することを防止する。
【００３２】
ピストン３９は、所定の耐圧強度を有するピストンヘッド３９Ａと、ピストンヘッド３９Ａにネジ３９Ｃによって係止され、ラック部３４８に固定されるピストンベース３９Ｂと、ピストンヘッド３９Ａに取り付けられてシリンダ３２内からコーヒー液を飲料供給管３０Ａに送出する送出部３９Ｄと、ピストンヘッド３９Ａの外周部に装着されるＯリング３９Ｅと、耐腐蝕性の薄い金属板で形成されてピストンヘッド３９Ａの上部に装着されるフィルタ３９Ｆを有し、ピストンヘッド３９Ａとピストンベース３９Ｂは、ピストンヘッド３９Ａに圧力が作用しない状態で所定のクリアランスを有するように係止されている。
【００３３】
図８は、シリンダユニットＤが傾斜した状態を示し、直立状態からキャップモータ３５を駆動してギヤ３６を回転させるとシリンダユニットＤが支点３４Ａを中心に反時計方向に傾斜する。この傾斜動作に同期してキャップ３７が下降してシリンダ３２に挿入される。同図においては図示されないが、シリンダ３２には傾斜前にシュート７Ｄを介して予め計量された所定量の挽き豆が供給される。
【００３４】
図９は、ピストン駆動モータ３３に供給される電流を検出する電流検出回路７４を示し、（ａ）は回路図、（ｂ）は検出される電流値とピストン３９に加わる圧縮荷重の関係を示す。電源線（ＤＣ２４Ｖ）７１にピストン駆動モータ３３の回転を制御するモータ駆動回路７０が接続され、主制御部（後述）からの通電信号を入力する信号端子Ａ，Ｂを有する。ピストン駆動モータ３３は検知抵抗７２を介して接地電位に固定されるとともにＡ／Ｄ変換器７３を介して電流検出回路７４に接続されている。モータ駆動回路７０の信号端子Ａに入力する通電信号がＨで信号端子Ｂに入力する通電信号がＬであるときピストン駆動モータ３３は正転方向に回転し、信号端子Ａに入力する通電信号がＬで信号端子Ｂに入力する通電信号がＨであるときピストン駆動モータ３３は逆転方向に回転し、信号端子ＡおよびＢに入力する通電信号がＬであるときピストン駆動モータ３３は停止し、信号端子ＡおよびＢに入力する通電信号がＨであるときピストン駆動モータ３３にブレーキがかかるようになっている。挽き豆を圧縮することによってピストン３９にかかる負荷が大になると、（ｂ）に示すようにピストン駆動モータ３３に通電される電流が増大する。
【００３５】
本実施の形態の抽出機３０において、電流検出回路７４で０．５Ａの電流が検出されたときピストン３９にかかる圧縮荷重は１２．５ｋｇｆであり、２Ａの電流が検出されたときピストン３９にかかる圧縮荷重は５０ｋｇｆである。一般的に、挽き豆の圧縮量が大であると挽き豆粒子間の間隔が小になり、湯の通過速度は小になって濃いコーヒー液が抽出され、圧縮量が小であると挽き豆粒子間の間隔が大になり、湯の通過速度は大になって薄いコーヒー液が抽出される。この電流値と圧縮荷重の関係に基づいてピストン駆動モータ３３の通電を制御することにより販売されるコーヒー液に応じた挽き豆の圧縮量を設定する。
【００３６】
図１０は、ピストン駆動モータ３３の通電特性を示し、モータが停止状態から回転を始めるまでの通電初期の電流値が大になっており、回転後は電流値が低下して負荷に応じた電流値を示す。このようなモータの電流立ち上がり特性はモータ毎に異なるものであり、ピストン３９にかかる負荷に応じた電流変化の検出性を阻害する。例えば、挽き豆のタンピング（抽出前の圧縮）時では時刻ｔ１に通電を開始してΔｔ秒後に電流値の測定を開始することにより通電初期の電流立ち上がり特性を回避している。本実施の形態ではΔｔを０．１秒として、パッキング（抽出中の圧縮）、滓押上げの各通電時についても同様の測定を行っている。また、ピストン３９に装着されるＯリング３９Ｅとシリンダ３２の摺動抵抗によって通電量が増加することから、電流検出回路７４は摺動抵抗分の電流値を差し引いた電流値を主制御部１００に出力する。
【００３７】
図１１は、第１の実施の形態のカップ式自動販売機における制御ブロックを示し、販売制御部１０１、流量計１９、圧力センサ２５、シスターン２のフロートスイッチ２Ａ、湯タンク１０のフロートスイッチ１０Ｂ、湯タンク１０の湯温センサ１０Ｄ、計量器５の計量エンコーダ５９Ｂ、計量器５の前蓋５Ｂの回動を検出する光センサ５Ｄ、抽出機３０に設けられるキャップ３７の上死点を検出する光センサ３６Ｂ、キャップ３７の下死点を検出する光センサ３６Ｃ、滓廃棄位置を検出する光センサ３６Ｄ、抽出機３０に設けられるピストン３９の上死点を検出する光センサ３９Ｇ、ピストン３９の下死点を検出する光センサ３９Ｈ、計量器５の光センサ５７、電流検出回路７４の出力に基づいて各部を制御する主制御部１００と、カップ式自動販売機の各部の制御データを格納するメモリ１０２と、基準クロック発生部（図示せず）で発生するクロックをカウントして時間を計測するタイマー１０３を有する。
【００３８】
光センサ３６Ｂ、３６Ｃ、および３６Ｄは、例えば、キャップモータ３５によって駆動されるギヤ３６に設けられ、光透過用のスリットを形成された円板で光路を遮光される一対の受光部と発光部を有する透過型の光センサであり、キャップ３７が上死点、下死点、および滓廃棄位置にあるとき受光（ＯＮ）状態となるように設けられている。光センサ３９Ｇ、３９Ｈは、例えば、ラック部３４８に形成される遮光部によって光路を遮光される一対の受光部と発光部を有する透過型の光センサであり、ラック部３４８の昇降動作に基づく光センサ３９Ｇ、３９Ｈの受光／遮光の出力パターンに基づいてピストン３９の位置を検出する。
【００３９】
図１２（ａ）から（ｈ）は、抽出機３０の抽出動作を簡略的に示す。以下の動作では、異なる２種類の挽き豆Ａ（深煎り），Ｂ（浅煎り）を使用してブレンドコーヒー用のコーヒー液を抽出する場合について説明する。
【００４０】
図１２（ａ）は、挽き豆の供給工程を示し、シリンダユニットＤは直立しており、計量器５から供給される挽き豆Ａをシュート７Ｄを介してシリンダ３２に供給する。また、挽き豆キャニスタ８のオーガモータ（図示せず）を回転させて吐出口８０Ｂから挽き豆Ｂを吐出し、シュート７Ｄを介してシリンダ３２に供給する。
【００４１】
図１２（ｂ）は、抽出準備工程の第１の状態を示し、挽き豆Ａ，Ｂをシリンダ３２に供給後、キャップモータ３５に通電してギヤ３６を矢印方向に駆動し、シリンダユニットＤを支点３４Ａを中心に反時計方向に回動させる。
【００４２】
図１２（ｃ）は、抽出準備工程の第２の状態を示し、シリンダユニットＤの傾斜に同期してキャップ３７を下降させてシリンダ３２に挿入し、キャップモータ３５の駆動を停止する。このとき、ギヤ３６は（ａ）に示す状態から１８０度回転した位置で停止する。
【００４３】
図１２（ｄ）は、抽出工程の第１の状態を示し、キャップ３７がシリンダ３２に挿入されると、ピストン駆動モータ３３が通電されてピストン３９を矢印方向に上昇させることにより挽き豆Ａ，Ｂをタンピングする。このとき、圧力調整電磁弁９０は閉じられており、タンピング時に飲料供給管３０Ａ内の液体分がカップ９側に流れ出ないようにしている。挽き豆Ａ，Ｂの圧縮が進むにつれてピストン３９にかかる負荷が大になることによりピストン駆動モータ３３の電流値が増加する。この電流値が所定値となったときにピストン駆動モータ３３を制動し、その後、通電を停止してピストン３９を停止させることにより挽き豆Ａ，Ｂを所望の圧縮状態にする。圧縮後、配管６Ａを介してシリンダ３２の内部に湯を供給する。
【００４４】
圧力調整電磁弁９０は、湯の供給時に開かれており、シリンダ３２内の挽き豆Ａ，Ｂを通過することによりコーヒー成分を抽出したコーヒー液が飲料供給間３０Ａを介してカップ９（図示せず）に注がれる。この挽き豆Ａ，Ｂの抽出時にピストン３９に圧力が加わると、ピストンヘッド３９Ａが圧力作用方向に移動し、この移動に基づいてピストンベース３９Ｂとの間に設けられるＯリング３９Ｅが弾性変形してピストン３９とシリンダ３２に圧接することによってシリンダ３２の気密が保持される。
【００４５】
図１２（ｅ）は、抽出工程の第２の状態を示し、配管６Ａを大気開放して大気圧とした後、ピストン駆動モータ３３を駆動してピストン３９をシリンダ３２内で上昇させてコーヒー液を含んだ抽出滓をパッキングする。このことにより、絞られたコーヒー液を飲料供給管３０Ａに送出する。
【００４６】
図１２（ｆ）は、シリンダ３２に空気を吸引する吸引工程を示し、ピストン駆動モータ３３を逆転駆動してピストン３９を下降させる。このピストン３９の下降動作によって飲料供給管３０Ａに滞留するコーヒー液がシリンダ３２内に吸引されて抽出滓に吸収される。このとき、シリンダ３２内が負圧になることによって配管６Ａに滞留している湯も吸引される。
【００４７】
図１２（ｇ）は、抽出滓の廃棄準備工程を示し、キャップモータ３５を駆動してギヤ３６を（ｃ）に示す状態から矢印方向に９０度回転させることによってキャップ３７がシリンダ３２から分離する。分離後、ピストン３９を上昇させることによりシリンダ３２内に残留した抽出滓を押し上げて停止する。
【００４８】
図１２（ｈ）は、抽出滓Ｃの廃棄工程を示し、キャップモータ３５を駆動してギヤ３６を更に矢印方向に９０度回転することによってシリンダユニットＤが回動し、直立状態で停止する。この回動時にピストン３９によって押し上げられた抽出滓Ｃはシュート７Ｄの下部側壁に設けられたワイパＷによってかき落とされて矢印で示すように落下し、滓バケツ（図示せず）に入る。
【００４９】
図１３は、上記したカップ式自動販売機でブレンドコーヒー（挽き豆Ａ，Ｂを混合して供給）を販売する場合のタイミングチャートを示す。同図において、キャップ３７の上死点、下死点、滓廃棄位置を検出する光センサ３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄ、およびピストン３９の上死点、下死点の位置を検出する光センサ３９Ｇ、３９Ｈの出力は受光時をＯＮ（Ｈ）とし、遮光時をＯＦＦ（Ｌ）としている。
【００５０】
購買者がコインを投入すると、販売制御部１０１から主制御部１００に制御信号が出力されて抽出湯弁２２が開かれるとともに、ポンプ６０が低速で駆動されて配管６Ａに少量の湯が送出される。このとき、ポンプ６０は、配管６Ａに設けられる逆止弁２１を押し開くことのない圧送量の湯を送出するように低速で駆動される。このことによって配管６Ａ内に滞留する湯を配管６Ｂに圧送して湯タンク１０に戻すとともに、湯タンク１０から供給される約９０〜９５℃の高温の湯で配管６Ａを暖気する。
【００５１】
配管６Ａの暖気が終了するとポンプ６０を駆動停止し、一定時間後に抽出湯弁２２を閉じる。抽出湯弁２２を閉じるタイミングを遅延させる理由は、ポンプ停止と同時、あるいはポンプ６０を停止する前に抽出湯弁２２を閉じると配管６Ａ内の圧力が上昇し、逆止弁２１が押し開かれて湯が抽出機３０に供給され、シリンダ３２内の挽き豆に吸収されることを防止するためである。
【００５２】
ポンプ６０を低速で駆動する他に、例えば、抽出湯弁２２を含む配管６Ｂの配管抵抗が配管６Ａの配管抵抗より小になるように管路を形成し、ポンプ６０の駆動開始時に抽出湯弁２２を開くようにしても良い。
【００５３】
ここで、ポンプ６０の駆動停止後、抽出湯弁２２を閉じるまでの間に購買者が砂糖およびクリーム入りブレンドコーヒーの選択ボタンを押した場合には、販売制御部１０１から主制御部１００に販売信号が出力される。主制御部１００は、販売信号の入力に基づいて抽出湯弁２２を閉じて販売動作を開始する。
【００５４】
抽出湯弁２２が閉じられた後に購買者が砂糖およびクリーム入りブレンドコーヒーの選択ボタンを押すと、販売制御部１０１から主制御部１００に販売信号が出力され、主制御部１００は計量モータ５９Ａの電源部に通電信号を出力する。この通電信号に基づいて計量モータ５９Ａが回転し、計量室５１に収容された平均粒径５００μｍの挽き豆Ａがピストン５６Ｄによって押し出されてシュート７Ｄを介して抽出機３０のシリンダ３２に供給される。ピストン５６Ｄは最前部を基準位置（計量原点）として次販売時に使用する挽き豆Ａを計量するために体積（かさ）に応じた移動量だけ後退する。この移動量は計量エンコーダ５９Ｂから出力されるパルスをカウントし、所定のカウント値となったときに計量モータ５９Ａの回転を停止することにより設定される。
【００５５】
また、挽き豆Ａの供給動作に同期して挽き豆キャニスタ８の挽き豆オーガ８６が回転し、吐出口８０Ｂから最頻度粒径７５０μｍの挽き豆Ｂが吐出されてシュート７Ｄを介して抽出機３０のシリンダ３２に供給される。このことによってシリンダ３２には８ｇの挽き豆Ａと２ｇの挽き豆Ｂが供給される。
【００５６】
挽き豆Ａ，Ｂの供給後、キャップモータ３５を駆動して抽出機３０のシリンダユニットＤを抽出位置まで傾斜させる。この傾斜時に同期して圧力調整電磁弁９０が閉じられて湯弁２４が開かれた後、シリンダ３２にキャップ３７が挿入される。このことによって光センサ３６ＣがＯＮになり、主制御部１００はモータ駆動回路７０に通電信号を出力してピストン駆動モータ３３を駆動する。ピストン３９はピストン駆動モータ３３によって駆動されることによりシリンダ３２内で上昇して挽き豆Ａ，Ｂをタンピングする。このタンピング時のピストン駆動モータ３３の電流値を電流検出回路７４で検出し、販売するコーヒー液に応じた所定の電流値が検出されたときにピストン駆動モータ３３を制動し、その後、通電を停止する。圧力調整電磁弁９０は、ピストン駆動モータ３３の停止に同期して開かれる。
【００５７】
また、挽き豆供給部７は、豆貯蔵容器７Ａから供給されるコーヒー豆をコーヒーミル７Ｂで最頻度粒径５００μｍとなるように粉砕し、次販売時の抽出動作で使用する挽き豆Ａとして計量器５に供給する。
【００５８】
挽き豆Ａ，Ｂのタンピング後、湯タンク１０に接続される配管１５Ｂの湯弁２３Ｂを開いてミキシングボウル１４に湯を供給し、砂糖容器１１から供給される砂糖を湯で溶解する。ブレンドコーヒーの場合、砂糖を溶解する湯の量は約９５ｃｃである。同様に、配管１５Ａの湯弁２３Ａを開いてミキシングボウル１４に湯を供給し、クリーム容器１２Ａから供給されるクリーム原料を湯で溶解する。
【００５９】
続いて、ポンプ６０を駆動し、約９０〜９５℃に加熱された高温の湯を約８気圧で毎秒１０ｃｃの圧送量でシリンダ３２に供給する。シリンダ３２内の挽き豆Ａ，Ｂは所定の圧力に昇圧された湯に曝されることによって抽出初期からコーヒー成分を充分に溶出したコーヒー液が抽出される。このコーヒー液は飲料供給管３０Ａを介してカップ９に注がれる。抽出されるコーヒー液の量は約４０ｃｃである。主制御部１００は、流量計１９から入力する流量信号が所定値となるとポンプ６０の駆動を停止する。カップ９に注がれたコーヒー液には、砂糖供給系のミキシングボウル１４から砂糖を溶解した湯が供給され、更に、クリーム供給系のミキシングボウル１４からクリームを溶解した湯が供給されて混合される。この砂糖およびクリームを溶解した湯を混合することによって販売量（約１５０ｃｃ）に応じた希釈比率のコーヒー飲料が生成される。
【００６０】
また、購買者が砂糖およびクリームを入れないブレンドコーヒーを選択した場合には、配管１５Ｂから砂糖供給系のミキシングボウル１４を介して約９５ｃｃの希釈湯のみがカップ９に注がれる。
【００６１】
ポンプ６０の停止後、所定の時間（０．５秒）の経過後に湯弁２４を開き、ピストン駆動モータ３３を駆動してピストン３９を更に上昇させる。このピストン３９の上昇動作に基づいて抽出滓をパッキングすることにより滓中のコーヒー液を絞った後、湯弁２４を閉じ、ピストン駆動モータ３３を逆転駆動してピストン３９を下降させる。このことによって飲料供給管３０Ａに滞留しているコーヒー液がシリンダ３２内に吸引される。吸引されたコーヒー液は抽出滓に吸収される。
【００６２】
抽出滓の廃棄は、キャップモータ３５を駆動してキャップ３７をシリンダ３２から分離した後、ピストン駆動モータ３３を正転駆動してピストン３９を上昇させることによって抽出滓を上方に押し上げてシリンダ３２の頂上部より露出させ、この状態でキャップモータ３５を駆動してシリンダユニットＤを直立位置へ回動させる。この回動によって抽出滓はシュート７Ｄの下部側壁に設けられたワイパＷに当接してシリンダユニットＤから払い落とされる。抽出滓の除去後、ピストン駆動モータ３３を逆転駆動してピストン３９を下降させることによって販売動作が終了する。
【００６３】
上記した構成によると、計量器５に隣接して挽き豆キャニスタ８を設け、コーヒーミル７Ｃで粉砕された深煎りの挽き豆と異なる浅煎りの挽き豆を吐出口８０Ｂから供給するようにしたので、苦味と酸味のバランスがとれたコーヒー液を抽出できる。この抽出動作において、酸味分として供給する浅煎りの挽き豆は微量であるので販売コストの上昇は最小限に抑えられる。このコーヒー液を所定の希釈比率に希釈することにより、品質のばらつきのないブレンドコーヒーを安定して販売することができる。
【００６４】
この挽き豆キャニスタ８には、豆貯蔵容器７に貯蔵されるコーヒー豆と同じ焙煎度で粒度が異なる挽き豆のほか、豆貯蔵容器７に貯蔵されるコーヒー豆と同じ粒度で焙煎度が異なる挽き豆を貯蔵するようにしても良く、コーヒーミル７Ｃから供給される挽き豆と合わせて使用する他に、貯蔵されている挽き豆を使用して抽出を行うこともできる。
【００６５】
また、上記したカップ自動販売機では、飲料供給管３０Ａに設けられる圧力調整電磁弁９０を任意に開閉制御できることから、例えば、コーヒー液の抽出度合に応じて開閉タイミングを調節することも可能になる。例えば、レギュラーコーヒーやエスプレッソコーヒーを販売するときには抽出開始時から湯の圧力が大になるように圧力調整電磁弁９０を閉じておき、配管内の圧力が所定値となったときに開くことで抽出されるコーヒー液にきめの細かい良質な泡を形成することできる。また、アメリカンコーヒーのように泡を形成しないコーヒー液を抽出するときは圧力調整電磁弁９０を開放して抽出動作を行うことで、販売するコーヒー飲料に応じた適切な抽出を行うことが可能になる。
【００６６】
また、湯タンク１０から湯を圧送するポンプ６０にギヤポンプを用いることで配管内の昇圧による湯の圧送不良を生じることがなく、小型で低圧送量のポンプを選択することが可能になる。このことによりカップ式自動販売機の小型化、および設計時の自由度を向上させることができる。上記したポンプ６０では、ギヤ６０Ｅの駆動源であるポンプ駆動モータ６０Ｇの回転率を通電比の設定に基づいて変えることにより配管内の圧力を高精度かつ容易に制御することができる。
【００６７】
また、上記したカップ自動販売機によると、深煎りの挽き豆と浅煎りの挽き豆を独立してシリンダ３２に供給できることから、浅煎りの挽き豆を使用して酸味に富んだコーヒー、あるいは、深煎りの挽き豆を使用した苦味の強いコーヒーを選択的に販売することも可能である。
【００６８】
図１４は、酸味主体のコーヒー液を抽出する場合のタイミングチャートを示し、販売要求があると挽き豆キャニスタ８の挽き豆オーガ８６が駆動されることによって１０ｇの浅煎りの挽き豆（キリマンジャロ）がシリンダ３２に供給される。この浅煎りの挽き豆を上記した抽出動作に基づいて抽出することによって酸味分を多く含むコーヒー液を抽出することができる。
【００６９】
図１５は、苦味主体のコーヒー液を抽出する場合のタイミングチャートを示し、販売要求があると計量器５から８ｇの深煎りの挽き豆（ブラジル）がシリンダ３２に供給される。この深煎りの挽き豆を上記した抽出動作に基づいて抽出することによって苦味分を多く含むコーヒー液（エスプレッソ）を抽出することができる。
【００７０】
上記した実施の形態では、カップ式自動販売機でホットコーヒーを製造する場合の動作を説明したが、コーヒー液を図示しないアイスメーカーで製氷された氷とカップ内で混合することによりアイスコーヒーとして販売することも可能である。また、挽き豆用のキャニスタについても複数の設置が可能であり、複数の種類の挽き豆を選択的に供給することも可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明のカップ式自動販売機によると、コーヒーミルで粉砕した挽き豆と異なる種類の挽き豆を抽出機に供給するようにしたため、苦味、酸味の味覚に優れる安定した品質のコーヒー飲料を販売することができる。また、販売要求に応じて酸味あるいは苦味を主としたコーヒー飲料を販売することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係るカップ式自動販売機を示す説明図
（ｂ）は、カップ式自動販売機に装着されるポンプの説明図
【図２】本発明の実施の形態に係る計量器の斜視図
【図３】（ａ）は、計量器の前面部（閉状態）の説明図
（ｂ）は、計量器の前面部（開状態）の説明図
【図４】本発明の実施の形態に係る計量器の平面図
【図５】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る挽き豆キャニスタの斜視図
（ｂ）は、（ａ）のＡ方向断面図
【図６】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る抽出機の一部を切り欠いた正面図
（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る抽出機の背面図
【図７】（ａ）は、本発明の実施の形態に係るトルク伝達部の側面図
（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るトルク伝達部の一部を切り欠いた正面図
【図８】本発明の実施の形態に係る抽出機の説明図
【図９】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る電流検出回路を示す説明図
（ｂ）は、圧縮荷重とモータの電流値の関係を示す説明図
【図１０】ピストン駆動モータの通電特性を示す説明図
【図１１】本発明の実施の形態に係るカップ式自動販売機の制御ブロック
【図１２】（ａ）から（ｈ）は、本発明の実施の形態に係る抽出機の動作を示す説明図
【図１３】本発明の実施の形態に係るカップ式自動販売機のタイミングチャート
【図１４】本発明の実施の形態に係るカップ式自動販売機の他のタイミングチャート
【図１５】本発明の実施の形態に係るカップ式自動販売機の他のタイミングチャート
【符号の説明】
１ 取水管
１Ａ 取水弁
２ シスターン
２Ａ フロートスイッチ
３Ａ 配管
５， 計量器
５Ａ 導入部
５Ｂ 前蓋
５Ｃ 蓋支持部材
５Ｄ 光センサ
５Ｅ 光検出部
５ａ 発光部
５ｂ 受光部
６Ａ 配管
６Ｂ 配管
６Ｃ 配管
７ 豆供給部
７Ａ 豆貯蔵容器
７Ｂ コーヒーミル
７Ｃ ミルモータ
７Ｄ シュート
８ 挽き豆キャニスタ
９ カップ
１０ 湯タンク
１０Ａ 電源部
１０Ｂ フロートスイッチ
１０Ｄ 湯温センサ
１１ 砂糖容器
１２Ａ クリーム容器
１２Ｂ クリーム容器
１３ シュート
１４ ミキシングボウル
１４Ａ 供給管
１５Ａ 配管
１５Ｂ 配管
１７ 滓バケツ
１８ 排水バケツ
１９ 流量センサ
１９ 流量計
２０ 電磁弁
２１ 逆止弁
２２ 抽出湯弁
２３Ａ 湯弁
２３Ｂ 湯弁
２４ 湯弁
２５ 圧力センサ
３０ 抽出機
３０Ａ 飲料供給管
３１ ガイドプレート
３２ シリンダ
３２Ａ 係合突起
３３ ピストン駆動モータ
３４ トルク伝達部
３４Ａ 支点
３５ キャップモータ
３５Ａ ギヤ
３６ ギヤ
３６Ｂ 光センサ
３６Ｃ 光センサ
３６Ｄ 光センサ
３７ キャップ
３７Ａ シール部材
３８ ロッド
３９ ピストン
３９Ａ ピストンヘッド
３９Ｂ ピストンベース
３９Ｃ ネジ
３９Ｄ 送出部
３９Ｅ Ｏリング
３９Ｆ フィルタ
３９Ｇ 光センサ
３９Ｈ 光センサ
４０ スライドガイド
５０Ａ 突起部
５１ 計量室
５２ ヒンジ部
５５Ａ スプリング
５６ ピストンロッド
５６Ａ ラック部
５６Ｂ バネ部
５６Ｄ ピストン
５６ａ 突起部
５７ 光センサ
５８ 駆動軸
５８Ａ 駆動ギヤ
５９ トルク伝達部
５９Ａ 計量モータ
５９Ｂ 計量エンコーダ
６０ ポンプ
６０Ａ バイパス管
６０Ｂ 弁
６０Ｃ 回転軸
６０Ｄ，６０Ｅ ギヤ
６０Ｆ 回転軸
６０Ｇ ポンプ駆動モータ
７０ モータ駆動回路
７２ 検知抵抗
７３ 変換器
７４ 電流検出回路
８０ 逆止弁
８０Ａ 下部本体
８０Ｂ 吐出口
８０Ｃ 上部本体
８１ 係合爪
８２ ヒンジ
８３ キャップ
８４ 爪
８５ ガスケット
８６ 豆オーガ
８７ ホイール
８８ ホイール
８８Ａ ピン
８９ アジテータ
９０ 圧力調整電磁弁
１００ 主制御部
１０１ 販売制御部
１０２ メモリ
１０３ タイマー
３４１ ギヤ
３４２Ａ ギヤ
３４３ 軸
３４４Ａ ギヤ
３４４Ｂ ウォームギヤ
３４５ 軸
３４５Ａ ギヤ
３４５Ｂ ギヤ
３４６ 軸
３４６Ａ ギヤ
３４６Ｂ ギヤ
３４７Ａ ギヤ
３４７Ｂ ギヤ
３４８ ラック部
【発明の属する技術分野】
本発明はカップ式自動販売機に関し、特に、所定の圧力で供給される湯によってコーヒー豆の挽き豆からコーヒー液を抽出し、砂糖、クリームおよび希釈湯等とコーヒー液とを混合してコーヒー飲料として販売するカップ式自動販売機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のカップ式自動販売機として、耐圧構造を有する抽出室にコーヒー豆の挽き豆を供給し、この挽き豆にポンプで加圧した所定の高温の湯を通過させることによってコーヒー液を抽出するものがある。
【０００３】
このカップ式自動販売機では、販売要求に基づいてコーヒー豆キャニスタから分与されたコーヒー豆がコーヒーミルで粉砕されて抽出室に供給される。挽き豆の供給後、抽出室に所定の高温の湯を供給して挽き豆からコーヒー液を抽出する。このコーヒー液は、コーヒー飲料の販売形態に応じて所定量の希釈湯で希釈され、更に、好みに応じて砂糖およびクリームの補助原料を供給されることによってコーヒー飲料として販売される。このようにして生成されたコーヒー飲料は、インスタント原料によって生成されるコーヒー飲料に比べて味や香りに優れるという特徴を有する。
【０００４】
コーヒー飲料の味覚は、コーヒー豆の種類、焙煎度に基づく苦味、酸味、および香りに基づいて生じ、カップ式自動販売機では、抽出条件（抽出時間、コーヒー飲料の種類）に応じた焙煎度、粒度の挽き豆を使用して抽出が行われる。
【０００５】
コーヒー豆を焙煎するとき、深く煎る（深煎り）とコーヒー豆の細胞が膨らんで抽出され易くなることにより苦味の強いコーヒー液（例えば、エスプレッソ）が抽出される。また、浅く煎る（浅煎り）と酸味を構成する蟻酸、酢酸、リンゴ酸、クエン酸等の有機酸やカフェインが熱分解せずに残ることにより酸味に富んだコーヒー液（例えば、モカ、キリマンジャロ）が抽出される。
【０００６】
また、コーヒー豆の焙煎度が同じ条件では挽き豆の粒度が細かい程、コーヒー液の抽出性は向上するが、挽き豆が湯を吸って膨張することから粒度が細かすぎると湯の通過性が低下して抽出時間が大になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のカップ式自動販売機によると、抽出時間を大にせず、所定の濃さでコーヒー液を抽出するには深煎りのコーヒー豆を粒度の細かい挽き豆にして用いる必要があるため、深い焙煎によってコーヒー豆の酸味分が失われてしまうという問題がある。また、酸味を補うために深煎りのコーヒー豆と酸味に富む浅煎りのコーヒー豆とを所定の割合で混合して貯蔵しておくことも考えられるが、貯蔵時に振動等でコーヒー豆の混合状態が変化すると挽き豆にしたときに深煎りと浅煎りの割合が変化して抽出されるコーヒー液の味覚が変化するため、販売されるコーヒー飲料の品質にばらつきが生じる。また、深煎りと浅煎りのコーヒー豆を混合すると、例えば、酸味あるいは苦味を主としたコーヒー液を選択的に抽出できないため、販売可能なコーヒー飲料の種類が限定されるという問題がある。
【０００８】
従って、本発明の第１の目的は、苦味、酸味の味覚に優れ、安定した品質のコーヒー飲料を販売することのできるカップ式自動販売機を提供することにある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、販売要求に応じて酸味あるいは苦味を主としたコーヒー飲料を販売することのできるカップ式自動販売機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、コーヒー豆を所定の粒度の挽き豆に粉砕して抽出機に供給し、ポンプで加圧された所定の高温の湯を湯タンクから配管を介して前記抽出機に供給することによりコーヒー飲料を生成するカップ式自動販売機において、前記コーヒー豆と粒度の異なる他のコーヒー豆の挽き豆を収容し、前記コーヒー飲料の種類に応じて前記抽出機に前記他のコーヒー豆の挽き豆を供給して前記コーヒー豆の挽き豆に加える挽き豆収容部と、前記コーヒー飲料の種類に応じて前記抽出機に供給する前記挽き豆と前記粒度の異なる他のコーヒー豆の挽き豆の前記抽出機への供給を制御する制御部を有するカップ式自動販売機を提供する。
【００１１】
上記したカップ式自動販売機によると、コーヒー飲料の種類に基づいて抽出機に供給する挽き豆と他の挽き豆の割合を設定することにより、挽き豆の粒度、焙煎度の違いに基づく苦味、酸味、香り等のコーヒーの味覚が調節される。また、焙煎度、粒度の異なる挽き豆を独立して供給可能とすることで、販売可能なコーヒー飲料の種類を増やすことが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のカップ式自動販売機を図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態におけるカップ式自動販売機を示し、取水管１に接続されるシスターン２と、シスターン２に設けられて貯水される飲料水の水位変化を検出し、所定の水位以下となったときに水位低下信号を出力するフロートスイッチ２Ａと、取水管１に設けられる取水弁１Ａと、シスターン２から配管３Ａを介して供給される飲料水を加熱して所定の温度の湯として貯蔵する湯タンク１０と、配管３Ａに設けられる電磁弁２０と、湯タンク１０の外周部に固定されて湯を加圧して供給するポンプ６０と、ポンプ６０と湯タンク１０に接続されるバイパス管６０Ａと、バイパス管６０Ａを開放することによりポンプ内６０の湯を湯タンク１０に戻す弁６０Ｂと、コーヒー豆を所定の粒度に粉砕して挽き豆を形成する挽き豆供給部７と、所定の粒度に粉砕された挽き豆を吐出口８０Ｂから吐出して後述する抽出機に供給する挽き豆キャニスタ８と、挽き豆供給部７から落下する挽き豆を受容して計量する計量器５と、計量器５，挽き豆キャニスタ８，あるいはこの両方から供給される所定の粒度の挽き豆を湯で抽出してコーヒー液を生成し、飲料供給管３０Ａを介してカップ９に供給する抽出機３０と、飲料供給管３０Ａに設けられて所定のタイミングで開閉される圧力調整電磁弁９０と、ポンプ６０から抽出機３０に湯を供給する配管６Ａと、配管６Ａに設けられて配管内の圧力に応じた圧力信号を出力する圧力センサ２５と、配管６Ａに設けられて湯の流量に応じた流量信号を出力する流量センサ１９と、配管６Ａに設けられて上流側への湯の逆流を防止する逆止弁２１と、逆止弁２１の上流側で配管６Ａから分岐して湯タンク１０に接続される配管６Ｂと、配管６Ｂに設けられる抽出湯弁２２と、抽出機３０で発生するコーヒー豆の抽出滓を受容する滓バケツ１７と、カップ９の下部に配置される排水バケツ１８と、砂糖を貯蔵する砂糖容器１１と、クリーム原料を貯蔵するクリーム容器１２Ａと、カプチーノ用のクリーム原料を貯蔵するクリーム容器１２Ｂと、砂糖およびクリームをシュート１３を介して受容し、所定量の湯で溶解し、供給管１４Ａを介してカップ９に供給するミキシングボウル１４と、クリーム容器の下部に配置されるミキシングボウル１４に湯タンク１０から湯を供給する配管１５Ａと、配管１５Ａに設けられる湯弁２３Ａと、砂糖容器１１の下部に配置されるミキシングボウル１４に湯タンク１０から湯を供給する配管１５Ｂと、配管１５Ｂに設けられる湯弁２３Ｂと、逆止弁２１の下流側で配管６Ａと分岐され、湯弁２４を介して排水バケツ１８に廃液を排出する配管６Ｃを有する。
【００１４】
挽き豆供給部７は、コーヒー豆を貯蔵する豆貯蔵容器７Ａと、コーヒー豆を高速で回転する粉砕刃（図示せず）で粉砕するコーヒーミル７Ｂと、コーヒーミル７Ｂの粉砕刃を回転させるミルモータ７Ｃと、コーヒーミル７Ｂで粉砕され、体積に基づいて計量された挽き豆を計量器５より供給されて抽出機３０に導くシュート７Ｄを有し、豆貯蔵容器７Ａからコーヒーミル７Ｂにかけて深煎りされたコーヒー豆（例えば、ブラジル）が充填された状態となっている、本実施の形態では、コーヒー豆の粉砕後に挽き豆に最も多く含まれる粒子サイズ（以下、最頻度粒径という）が５００μｍとなるように粉砕して挽き豆としている。
【００１５】
挽き豆キャニスタ８は、浅煎りから中煎り程度に焙煎したコーヒー豆（例えば、キリマンジャロ）を予め最頻度粒径７５０μｍで粉砕した挽き豆を貯蔵している。
【００１６】
湯タンク１０は、飲料水加熱用のヒータＨ１に電流を供給する電源部１０Ａと、タンク内の湯の水位変化を検出し、所定の水位以下となったときに水位低下信号を出力するフロートスイッチ１０Ｂと、タンク内の湯温に応じた温度検出信号を出力する湯温センサ１０Ｄを有する。湯タンク１０の貯水量は５リットルであり、ヒータＨ１の出力は１ｋｗで湯タンク１０の湯温は約９７℃に保温される。
【００１７】
抽出機３０は、シュート７Ｄを介して挽き豆を供給されるシリンダ３２、シリンダ３２内のピストン３９を昇降させるピストン駆動モータ３３、ピストン駆動モータの駆動トルクをピストン３９に伝達するトルク伝達部３４、シリンダ３２の上部に設けられ、抽出機本体に形成される図示しないガイドレールに係合するスライドガイド（後述）を一体的に形成したシリンダユニットＤと、シリンダ３２に係合し、配管６Ａを介して所定の高温の湯をシリンダ３２内に供給するキャップ３７と、キャップモータ３５の駆動トルクを伝達されてシリンダユニットＤを支点３４Ａを中心に傾斜させるとともにキャップ３７をシリンダ３２に係合させるギヤ３６を有する。シリンダユニットＤのシリンダ３２の下部には、抽出されたコーヒー液をカップ９に供給する飲料供給管３０Ａが取り付けられており、飲料供給管３０Ａには圧力調整電磁弁９０が取り付けられている。
【００１８】
圧力調整電磁弁９０は、配管６Ａに設けられる圧力センサ２５で検出される圧力値、あるいは抽出動作に応じた所定のタイミングに基づいて開閉される。
【００１９】
また、上記構成のカップ式自動販売機では、説明を簡単にするために、カップ９を供給するカップ供給部、ミルモータ７Ｃに電流を供給する電源部、カップ９内の飲料を攪拌する攪拌機、コールド飲料の配管および原料貯蔵部等の構成を図示省略している。
【００２０】
図１（ｂ）は、ポンプ６０を示し、一対のギヤ６０Ｄ，６０Ｅが矢印方向に回転することによって湯タンク１０から湯を下流側に供給するギヤポンプを形成している。一対のギヤ６０Ｄ，６０Ｅは、回転軸６０Ｆをポンプ駆動モータ６０Ｇによって回転駆動することにより回転速度に応じた供給量で湯を配管６Ａに送出する。
【００２１】
図２は、計量器５を示し、上部に挽き豆を導入する導入部５Ａを有する計量室５１と、計量室５１の端部に前蓋５Ｂを回動自在に支持するヒンジ部５２と、計量室５１の内部に摺動可能に収容されるピストン５６Ｄを一体的に形成され、側面にラック部５６Ａを有するピストンロッド５６と、ピストンロッド５６の後端に形成されるバネ部５６Ｂと、バネ部５６Ｂの近傍に形成される切り欠き５６Ｃと、計量室５１に取り付けられ、バネ部５６Ｂに当接してピストンロッド５６の移動を規制する突起部５０Ａ、５０Ｂと、バネ部５６Ｂの切り欠き５６Ｃを光学的に検出する光センサ５７と、ピストンロッド５６のラック部５６Ａと噛合する駆動ギヤ５８Ａを有する駆動軸５８と、駆動軸５８をトルク伝達部５９を介して回転駆動する計量モータ５９Ａと、計量モータ５９Ａの回転軸に取り付けられて回転量を検出する計量エンコーダ５９Ｂを有する。駆動ギヤ５８Ａの直径は１７．５ｍｍで形成されており、ラック部５６Ａと噛み合う歯車部分の外周長は約５５ｍｍである。蓋支持部材５Ｃの開放端は計量室５１の側部に達し、末端には計量室５１の側部に設けられる光センサ５Ｄと係合する光検出部５Ｅを有する。
【００２２】
図３（ａ）は、計量器５の前蓋５Ｂを閉じた状態であり、ヒンジ部５２の回動軸を鉛直方向に設け、前蓋５Ｂが水平方向に回動して計量室５１の最前部を開放するように形成されており、ヒンジ部５２は挽き豆が付着しないように前蓋５Ｂの開口部より上方に設けられてなっている。このヒンジ部５２から逆「へ」の字型に形成された蓋支持部材５Ｃを介して前蓋５Ｂを固定している。
【００２３】
図３（ｂ）は、計量器５の前蓋５Ｂを開いた状態であり、導入部５Ａから計量室５１に挽き豆が供給され、挽き豆によって計量室５１が満たされると、前蓋５Ｂが僅かに回動する。この回動に基づいて光検出部５Ｅで遮光されていた光センサ５Ｄの発光部５ａから光が出射されて受光部５ｂで受光されると、前述したミルモータ７Ｃへの通電が停止して計量室５１への挽き豆の供給が停止する。停止後、計量モータ５９Ａが通電されて駆動ギヤ５８Ａが回転し、ピストンロッド５６を前方に移動させる。ピストン５６Ｄの先端には、前蓋５Ｂに当接する突起部５６ａが設けられており、挽き豆を押し出した後に前蓋５Ｂを開放状態で保持する。
【００２４】
本実施の形態では、ピストン５６Ｄによって計量器５から押し出される深煎りの挽き豆の量が８ｇとなるように設定している。
【００２５】
図４は、計量室５１を図示省略した状態のピストンロッド５６を示し、前蓋５Ｂは、ピストン５６Ｄの突起部５６ａが当接した状態でピストンロッド５６が前方に移動することにより、ヒンジ部５２を軸として同軸的に設けられるスプリング５５Ａの反力に抗して紙面上における反時計方向に回動する。このとき、前蓋５Ｂと計量室５１の先端部は離れ、挽き豆は前蓋５Ｂと計量室５１との間に挟まれることなく容易に落下する。
【００２６】
図５は、挽き豆キャニスタ８を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ方向断面である。この挽き豆キャニスタ８は、下部本体８０Ａと、下部本体８０Ａから挽き豆を吐出する吐出口８０Ｂと、下部本体８０Ａと分割可能に設けられる上部本体８０Ｃと、上部本体８０Ｃに設けられて下部本体８０Ａを一体的に固定する係合爪８１と、上部本体８０Ｃにヒンジ８２によって開閉自在に取り付けられるキャップ８３と、キャップ８３を開状態で固定するための爪８４と、下部本体８０Ａと上部本体８０Ｃの接合部分に介在するガスケット８５と、下部本体８０Ａの内部に設けられ、オーガモータ（図示せず）によって回転する挽き豆オーガ８６と、上部本体８０Ｃの内部に取り付けられる挽き豆攪拌用のアジテータ８９と、挽き豆オーガ８６の羽根部分と接触する歯車部を有し、挽き豆オーガ８６の回転に基づいて回転する第１ホイール８７と、側面に所定の間隔で配置されるピン８８Ａを備え、第１ホイール８７と接触することにより回転する第２ホイール８８を有し、アジテータ８９は、第２ホイール８８の回転時にピン８８Ａと接触することによって上下に揺動し、キャニスタ内に貯蔵されている挽き豆（図示せず）を攪拌する。
【００２７】
本実施の形態では、挽き豆オーガ８６の回転に基づいて吐出口８０Ｂから吐出される挽き豆の量を１秒当たり４ｇに設定しており、ブレンドコーヒーの販売要求があった場合に２ｇの挽き豆が吐出口８０Ｂから吐出される。
【００２８】
図６は、シリンダユニットＤを示し、（ａ）は正面側、（ｂ）は背面側を示す。キャップ３７は、シリンダ３２への挿入時に隙間をシールするシール部材３７Ａを有し、ロッド３８によってギヤ３６と結合されている。また、ロッド３８の固定部には所定のガイドパターンを有するガイド溝ｇを形成されたガイドプレート３１が固定されており、ガイド溝ｇの下部には、シリンダ３２の側壁外部に形成された係合突起３２Ａが係合している。シリンダ３２に収容されたピストン３９の下部には抽出されたコーヒー液をカップに供給するための飲料供給管３０Ａが接続されている。シュート７Ｄの下部側壁には、ピストン３９によって上方に押し上げられた抽出滓（図示せず）をピストン３９から分離させるワイパＷが設けられており、ワイパＷによって分離された抽出滓をスライドガイド４０の傾斜部Ｓに沿って落下させる。
【００２９】
このシリンダユニットＤは、キャップモータ３５の駆動トルクをギヤ３５Ａを介して伝達してギヤ３６をｒ１方向に駆動すると、ガイド溝ｇのガイドパターンに基づいて支点３４Ａを中心にｒ２方向に約３０度傾斜するとともにキャップ３７がｒ３方向に変位してシリンダ３２に挿入される。
【００３０】
図７は、トルク伝達部３４を示し、（ａ）は側面、（ｂ）は正面を示す。ピストン駆動モータ３３の駆動トルクは、ピストン駆動モータ３３の回転軸に取り付けられたギヤ３４１からギヤ３４２Ａに伝達され、ギヤ３４２Ａに同軸状に設けられるギヤ（図示せず）を介して軸３４３のギヤ３４４Ａに伝達される。軸３４３の下部にはウォームギヤ３４４Ｂが設けられている。ギヤ３４４Ａに伝達された駆動トルクはウォームギヤ３４４Ｂから軸３４３に直交する方向に配置される軸３４５のギヤ３４５Ａに伝達され、ギヤ３４５Ａに同軸状に設けられるギヤ３４５Ｂに伝達される。ギヤ３４５Ｂに伝達された駆動トルクは軸３４６のギヤ３４６Ａからギヤ３４６Ｂに伝達されるとともにギヤ３４６Ａと噛合するギヤ３４７Ａに伝達され、ギヤ３４７Ａに同軸状に設けられるギヤ３４７Ｂに伝達される。ピストン３９の下部にはラック部３４８が取り付けられており、ラック部３４８の両面にはギヤ３４６Ｂおよび３４７Ｂが噛合している。このギヤ３４６Ｂおよび３４７Ｂはラック部３４８を挟持しており、ピストン駆動モータ３３の回転方向に応じた駆動トルクを受けて相反する方向に回転することによりピストン３９をシリンダ３２内で上下させる。
【００３１】
軸３４３に設けられるウォームギヤ３４４Ｂは、ピストン３９を下降させる方向の外力が加えられた場合、ピストン３９が下降することを防止する。
【００３２】
ピストン３９は、所定の耐圧強度を有するピストンヘッド３９Ａと、ピストンヘッド３９Ａにネジ３９Ｃによって係止され、ラック部３４８に固定されるピストンベース３９Ｂと、ピストンヘッド３９Ａに取り付けられてシリンダ３２内からコーヒー液を飲料供給管３０Ａに送出する送出部３９Ｄと、ピストンヘッド３９Ａの外周部に装着されるＯリング３９Ｅと、耐腐蝕性の薄い金属板で形成されてピストンヘッド３９Ａの上部に装着されるフィルタ３９Ｆを有し、ピストンヘッド３９Ａとピストンベース３９Ｂは、ピストンヘッド３９Ａに圧力が作用しない状態で所定のクリアランスを有するように係止されている。
【００３３】
図８は、シリンダユニットＤが傾斜した状態を示し、直立状態からキャップモータ３５を駆動してギヤ３６を回転させるとシリンダユニットＤが支点３４Ａを中心に反時計方向に傾斜する。この傾斜動作に同期してキャップ３７が下降してシリンダ３２に挿入される。同図においては図示されないが、シリンダ３２には傾斜前にシュート７Ｄを介して予め計量された所定量の挽き豆が供給される。
【００３４】
図９は、ピストン駆動モータ３３に供給される電流を検出する電流検出回路７４を示し、（ａ）は回路図、（ｂ）は検出される電流値とピストン３９に加わる圧縮荷重の関係を示す。電源線（ＤＣ２４Ｖ）７１にピストン駆動モータ３３の回転を制御するモータ駆動回路７０が接続され、主制御部（後述）からの通電信号を入力する信号端子Ａ，Ｂを有する。ピストン駆動モータ３３は検知抵抗７２を介して接地電位に固定されるとともにＡ／Ｄ変換器７３を介して電流検出回路７４に接続されている。モータ駆動回路７０の信号端子Ａに入力する通電信号がＨで信号端子Ｂに入力する通電信号がＬであるときピストン駆動モータ３３は正転方向に回転し、信号端子Ａに入力する通電信号がＬで信号端子Ｂに入力する通電信号がＨであるときピストン駆動モータ３３は逆転方向に回転し、信号端子ＡおよびＢに入力する通電信号がＬであるときピストン駆動モータ３３は停止し、信号端子ＡおよびＢに入力する通電信号がＨであるときピストン駆動モータ３３にブレーキがかかるようになっている。挽き豆を圧縮することによってピストン３９にかかる負荷が大になると、（ｂ）に示すようにピストン駆動モータ３３に通電される電流が増大する。
【００３５】
本実施の形態の抽出機３０において、電流検出回路７４で０．５Ａの電流が検出されたときピストン３９にかかる圧縮荷重は１２．５ｋｇｆであり、２Ａの電流が検出されたときピストン３９にかかる圧縮荷重は５０ｋｇｆである。一般的に、挽き豆の圧縮量が大であると挽き豆粒子間の間隔が小になり、湯の通過速度は小になって濃いコーヒー液が抽出され、圧縮量が小であると挽き豆粒子間の間隔が大になり、湯の通過速度は大になって薄いコーヒー液が抽出される。この電流値と圧縮荷重の関係に基づいてピストン駆動モータ３３の通電を制御することにより販売されるコーヒー液に応じた挽き豆の圧縮量を設定する。
【００３６】
図１０は、ピストン駆動モータ３３の通電特性を示し、モータが停止状態から回転を始めるまでの通電初期の電流値が大になっており、回転後は電流値が低下して負荷に応じた電流値を示す。このようなモータの電流立ち上がり特性はモータ毎に異なるものであり、ピストン３９にかかる負荷に応じた電流変化の検出性を阻害する。例えば、挽き豆のタンピング（抽出前の圧縮）時では時刻ｔ１に通電を開始してΔｔ秒後に電流値の測定を開始することにより通電初期の電流立ち上がり特性を回避している。本実施の形態ではΔｔを０．１秒として、パッキング（抽出中の圧縮）、滓押上げの各通電時についても同様の測定を行っている。また、ピストン３９に装着されるＯリング３９Ｅとシリンダ３２の摺動抵抗によって通電量が増加することから、電流検出回路７４は摺動抵抗分の電流値を差し引いた電流値を主制御部１００に出力する。
【００３７】
図１１は、第１の実施の形態のカップ式自動販売機における制御ブロックを示し、販売制御部１０１、流量計１９、圧力センサ２５、シスターン２のフロートスイッチ２Ａ、湯タンク１０のフロートスイッチ１０Ｂ、湯タンク１０の湯温センサ１０Ｄ、計量器５の計量エンコーダ５９Ｂ、計量器５の前蓋５Ｂの回動を検出する光センサ５Ｄ、抽出機３０に設けられるキャップ３７の上死点を検出する光センサ３６Ｂ、キャップ３７の下死点を検出する光センサ３６Ｃ、滓廃棄位置を検出する光センサ３６Ｄ、抽出機３０に設けられるピストン３９の上死点を検出する光センサ３９Ｇ、ピストン３９の下死点を検出する光センサ３９Ｈ、計量器５の光センサ５７、電流検出回路７４の出力に基づいて各部を制御する主制御部１００と、カップ式自動販売機の各部の制御データを格納するメモリ１０２と、基準クロック発生部（図示せず）で発生するクロックをカウントして時間を計測するタイマー１０３を有する。
【００３８】
光センサ３６Ｂ、３６Ｃ、および３６Ｄは、例えば、キャップモータ３５によって駆動されるギヤ３６に設けられ、光透過用のスリットを形成された円板で光路を遮光される一対の受光部と発光部を有する透過型の光センサであり、キャップ３７が上死点、下死点、および滓廃棄位置にあるとき受光（ＯＮ）状態となるように設けられている。光センサ３９Ｇ、３９Ｈは、例えば、ラック部３４８に形成される遮光部によって光路を遮光される一対の受光部と発光部を有する透過型の光センサであり、ラック部３４８の昇降動作に基づく光センサ３９Ｇ、３９Ｈの受光／遮光の出力パターンに基づいてピストン３９の位置を検出する。
【００３９】
図１２（ａ）から（ｈ）は、抽出機３０の抽出動作を簡略的に示す。以下の動作では、異なる２種類の挽き豆Ａ（深煎り），Ｂ（浅煎り）を使用してブレンドコーヒー用のコーヒー液を抽出する場合について説明する。
【００４０】
図１２（ａ）は、挽き豆の供給工程を示し、シリンダユニットＤは直立しており、計量器５から供給される挽き豆Ａをシュート７Ｄを介してシリンダ３２に供給する。また、挽き豆キャニスタ８のオーガモータ（図示せず）を回転させて吐出口８０Ｂから挽き豆Ｂを吐出し、シュート７Ｄを介してシリンダ３２に供給する。
【００４１】
図１２（ｂ）は、抽出準備工程の第１の状態を示し、挽き豆Ａ，Ｂをシリンダ３２に供給後、キャップモータ３５に通電してギヤ３６を矢印方向に駆動し、シリンダユニットＤを支点３４Ａを中心に反時計方向に回動させる。
【００４２】
図１２（ｃ）は、抽出準備工程の第２の状態を示し、シリンダユニットＤの傾斜に同期してキャップ３７を下降させてシリンダ３２に挿入し、キャップモータ３５の駆動を停止する。このとき、ギヤ３６は（ａ）に示す状態から１８０度回転した位置で停止する。
【００４３】
図１２（ｄ）は、抽出工程の第１の状態を示し、キャップ３７がシリンダ３２に挿入されると、ピストン駆動モータ３３が通電されてピストン３９を矢印方向に上昇させることにより挽き豆Ａ，Ｂをタンピングする。このとき、圧力調整電磁弁９０は閉じられており、タンピング時に飲料供給管３０Ａ内の液体分がカップ９側に流れ出ないようにしている。挽き豆Ａ，Ｂの圧縮が進むにつれてピストン３９にかかる負荷が大になることによりピストン駆動モータ３３の電流値が増加する。この電流値が所定値となったときにピストン駆動モータ３３を制動し、その後、通電を停止してピストン３９を停止させることにより挽き豆Ａ，Ｂを所望の圧縮状態にする。圧縮後、配管６Ａを介してシリンダ３２の内部に湯を供給する。
【００４４】
圧力調整電磁弁９０は、湯の供給時に開かれており、シリンダ３２内の挽き豆Ａ，Ｂを通過することによりコーヒー成分を抽出したコーヒー液が飲料供給間３０Ａを介してカップ９（図示せず）に注がれる。この挽き豆Ａ，Ｂの抽出時にピストン３９に圧力が加わると、ピストンヘッド３９Ａが圧力作用方向に移動し、この移動に基づいてピストンベース３９Ｂとの間に設けられるＯリング３９Ｅが弾性変形してピストン３９とシリンダ３２に圧接することによってシリンダ３２の気密が保持される。
【００４５】
図１２（ｅ）は、抽出工程の第２の状態を示し、配管６Ａを大気開放して大気圧とした後、ピストン駆動モータ３３を駆動してピストン３９をシリンダ３２内で上昇させてコーヒー液を含んだ抽出滓をパッキングする。このことにより、絞られたコーヒー液を飲料供給管３０Ａに送出する。
【００４６】
図１２（ｆ）は、シリンダ３２に空気を吸引する吸引工程を示し、ピストン駆動モータ３３を逆転駆動してピストン３９を下降させる。このピストン３９の下降動作によって飲料供給管３０Ａに滞留するコーヒー液がシリンダ３２内に吸引されて抽出滓に吸収される。このとき、シリンダ３２内が負圧になることによって配管６Ａに滞留している湯も吸引される。
【００４７】
図１２（ｇ）は、抽出滓の廃棄準備工程を示し、キャップモータ３５を駆動してギヤ３６を（ｃ）に示す状態から矢印方向に９０度回転させることによってキャップ３７がシリンダ３２から分離する。分離後、ピストン３９を上昇させることによりシリンダ３２内に残留した抽出滓を押し上げて停止する。
【００４８】
図１２（ｈ）は、抽出滓Ｃの廃棄工程を示し、キャップモータ３５を駆動してギヤ３６を更に矢印方向に９０度回転することによってシリンダユニットＤが回動し、直立状態で停止する。この回動時にピストン３９によって押し上げられた抽出滓Ｃはシュート７Ｄの下部側壁に設けられたワイパＷによってかき落とされて矢印で示すように落下し、滓バケツ（図示せず）に入る。
【００４９】
図１３は、上記したカップ式自動販売機でブレンドコーヒー（挽き豆Ａ，Ｂを混合して供給）を販売する場合のタイミングチャートを示す。同図において、キャップ３７の上死点、下死点、滓廃棄位置を検出する光センサ３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄ、およびピストン３９の上死点、下死点の位置を検出する光センサ３９Ｇ、３９Ｈの出力は受光時をＯＮ（Ｈ）とし、遮光時をＯＦＦ（Ｌ）としている。
【００５０】
購買者がコインを投入すると、販売制御部１０１から主制御部１００に制御信号が出力されて抽出湯弁２２が開かれるとともに、ポンプ６０が低速で駆動されて配管６Ａに少量の湯が送出される。このとき、ポンプ６０は、配管６Ａに設けられる逆止弁２１を押し開くことのない圧送量の湯を送出するように低速で駆動される。このことによって配管６Ａ内に滞留する湯を配管６Ｂに圧送して湯タンク１０に戻すとともに、湯タンク１０から供給される約９０〜９５℃の高温の湯で配管６Ａを暖気する。
【００５１】
配管６Ａの暖気が終了するとポンプ６０を駆動停止し、一定時間後に抽出湯弁２２を閉じる。抽出湯弁２２を閉じるタイミングを遅延させる理由は、ポンプ停止と同時、あるいはポンプ６０を停止する前に抽出湯弁２２を閉じると配管６Ａ内の圧力が上昇し、逆止弁２１が押し開かれて湯が抽出機３０に供給され、シリンダ３２内の挽き豆に吸収されることを防止するためである。
【００５２】
ポンプ６０を低速で駆動する他に、例えば、抽出湯弁２２を含む配管６Ｂの配管抵抗が配管６Ａの配管抵抗より小になるように管路を形成し、ポンプ６０の駆動開始時に抽出湯弁２２を開くようにしても良い。
【００５３】
ここで、ポンプ６０の駆動停止後、抽出湯弁２２を閉じるまでの間に購買者が砂糖およびクリーム入りブレンドコーヒーの選択ボタンを押した場合には、販売制御部１０１から主制御部１００に販売信号が出力される。主制御部１００は、販売信号の入力に基づいて抽出湯弁２２を閉じて販売動作を開始する。
【００５４】
抽出湯弁２２が閉じられた後に購買者が砂糖およびクリーム入りブレンドコーヒーの選択ボタンを押すと、販売制御部１０１から主制御部１００に販売信号が出力され、主制御部１００は計量モータ５９Ａの電源部に通電信号を出力する。この通電信号に基づいて計量モータ５９Ａが回転し、計量室５１に収容された平均粒径５００μｍの挽き豆Ａがピストン５６Ｄによって押し出されてシュート７Ｄを介して抽出機３０のシリンダ３２に供給される。ピストン５６Ｄは最前部を基準位置（計量原点）として次販売時に使用する挽き豆Ａを計量するために体積（かさ）に応じた移動量だけ後退する。この移動量は計量エンコーダ５９Ｂから出力されるパルスをカウントし、所定のカウント値となったときに計量モータ５９Ａの回転を停止することにより設定される。
【００５５】
また、挽き豆Ａの供給動作に同期して挽き豆キャニスタ８の挽き豆オーガ８６が回転し、吐出口８０Ｂから最頻度粒径７５０μｍの挽き豆Ｂが吐出されてシュート７Ｄを介して抽出機３０のシリンダ３２に供給される。このことによってシリンダ３２には８ｇの挽き豆Ａと２ｇの挽き豆Ｂが供給される。
【００５６】
挽き豆Ａ，Ｂの供給後、キャップモータ３５を駆動して抽出機３０のシリンダユニットＤを抽出位置まで傾斜させる。この傾斜時に同期して圧力調整電磁弁９０が閉じられて湯弁２４が開かれた後、シリンダ３２にキャップ３７が挿入される。このことによって光センサ３６ＣがＯＮになり、主制御部１００はモータ駆動回路７０に通電信号を出力してピストン駆動モータ３３を駆動する。ピストン３９はピストン駆動モータ３３によって駆動されることによりシリンダ３２内で上昇して挽き豆Ａ，Ｂをタンピングする。このタンピング時のピストン駆動モータ３３の電流値を電流検出回路７４で検出し、販売するコーヒー液に応じた所定の電流値が検出されたときにピストン駆動モータ３３を制動し、その後、通電を停止する。圧力調整電磁弁９０は、ピストン駆動モータ３３の停止に同期して開かれる。
【００５７】
また、挽き豆供給部７は、豆貯蔵容器７Ａから供給されるコーヒー豆をコーヒーミル７Ｂで最頻度粒径５００μｍとなるように粉砕し、次販売時の抽出動作で使用する挽き豆Ａとして計量器５に供給する。
【００５８】
挽き豆Ａ，Ｂのタンピング後、湯タンク１０に接続される配管１５Ｂの湯弁２３Ｂを開いてミキシングボウル１４に湯を供給し、砂糖容器１１から供給される砂糖を湯で溶解する。ブレンドコーヒーの場合、砂糖を溶解する湯の量は約９５ｃｃである。同様に、配管１５Ａの湯弁２３Ａを開いてミキシングボウル１４に湯を供給し、クリーム容器１２Ａから供給されるクリーム原料を湯で溶解する。
【００５９】
続いて、ポンプ６０を駆動し、約９０〜９５℃に加熱された高温の湯を約８気圧で毎秒１０ｃｃの圧送量でシリンダ３２に供給する。シリンダ３２内の挽き豆Ａ，Ｂは所定の圧力に昇圧された湯に曝されることによって抽出初期からコーヒー成分を充分に溶出したコーヒー液が抽出される。このコーヒー液は飲料供給管３０Ａを介してカップ９に注がれる。抽出されるコーヒー液の量は約４０ｃｃである。主制御部１００は、流量計１９から入力する流量信号が所定値となるとポンプ６０の駆動を停止する。カップ９に注がれたコーヒー液には、砂糖供給系のミキシングボウル１４から砂糖を溶解した湯が供給され、更に、クリーム供給系のミキシングボウル１４からクリームを溶解した湯が供給されて混合される。この砂糖およびクリームを溶解した湯を混合することによって販売量（約１５０ｃｃ）に応じた希釈比率のコーヒー飲料が生成される。
【００６０】
また、購買者が砂糖およびクリームを入れないブレンドコーヒーを選択した場合には、配管１５Ｂから砂糖供給系のミキシングボウル１４を介して約９５ｃｃの希釈湯のみがカップ９に注がれる。
【００６１】
ポンプ６０の停止後、所定の時間（０．５秒）の経過後に湯弁２４を開き、ピストン駆動モータ３３を駆動してピストン３９を更に上昇させる。このピストン３９の上昇動作に基づいて抽出滓をパッキングすることにより滓中のコーヒー液を絞った後、湯弁２４を閉じ、ピストン駆動モータ３３を逆転駆動してピストン３９を下降させる。このことによって飲料供給管３０Ａに滞留しているコーヒー液がシリンダ３２内に吸引される。吸引されたコーヒー液は抽出滓に吸収される。
【００６２】
抽出滓の廃棄は、キャップモータ３５を駆動してキャップ３７をシリンダ３２から分離した後、ピストン駆動モータ３３を正転駆動してピストン３９を上昇させることによって抽出滓を上方に押し上げてシリンダ３２の頂上部より露出させ、この状態でキャップモータ３５を駆動してシリンダユニットＤを直立位置へ回動させる。この回動によって抽出滓はシュート７Ｄの下部側壁に設けられたワイパＷに当接してシリンダユニットＤから払い落とされる。抽出滓の除去後、ピストン駆動モータ３３を逆転駆動してピストン３９を下降させることによって販売動作が終了する。
【００６３】
上記した構成によると、計量器５に隣接して挽き豆キャニスタ８を設け、コーヒーミル７Ｃで粉砕された深煎りの挽き豆と異なる浅煎りの挽き豆を吐出口８０Ｂから供給するようにしたので、苦味と酸味のバランスがとれたコーヒー液を抽出できる。この抽出動作において、酸味分として供給する浅煎りの挽き豆は微量であるので販売コストの上昇は最小限に抑えられる。このコーヒー液を所定の希釈比率に希釈することにより、品質のばらつきのないブレンドコーヒーを安定して販売することができる。
【００６４】
この挽き豆キャニスタ８には、豆貯蔵容器７に貯蔵されるコーヒー豆と同じ焙煎度で粒度が異なる挽き豆のほか、豆貯蔵容器７に貯蔵されるコーヒー豆と同じ粒度で焙煎度が異なる挽き豆を貯蔵するようにしても良く、コーヒーミル７Ｃから供給される挽き豆と合わせて使用する他に、貯蔵されている挽き豆を使用して抽出を行うこともできる。
【００６５】
また、上記したカップ自動販売機では、飲料供給管３０Ａに設けられる圧力調整電磁弁９０を任意に開閉制御できることから、例えば、コーヒー液の抽出度合に応じて開閉タイミングを調節することも可能になる。例えば、レギュラーコーヒーやエスプレッソコーヒーを販売するときには抽出開始時から湯の圧力が大になるように圧力調整電磁弁９０を閉じておき、配管内の圧力が所定値となったときに開くことで抽出されるコーヒー液にきめの細かい良質な泡を形成することできる。また、アメリカンコーヒーのように泡を形成しないコーヒー液を抽出するときは圧力調整電磁弁９０を開放して抽出動作を行うことで、販売するコーヒー飲料に応じた適切な抽出を行うことが可能になる。
【００６６】
また、湯タンク１０から湯を圧送するポンプ６０にギヤポンプを用いることで配管内の昇圧による湯の圧送不良を生じることがなく、小型で低圧送量のポンプを選択することが可能になる。このことによりカップ式自動販売機の小型化、および設計時の自由度を向上させることができる。上記したポンプ６０では、ギヤ６０Ｅの駆動源であるポンプ駆動モータ６０Ｇの回転率を通電比の設定に基づいて変えることにより配管内の圧力を高精度かつ容易に制御することができる。
【００６７】
また、上記したカップ自動販売機によると、深煎りの挽き豆と浅煎りの挽き豆を独立してシリンダ３２に供給できることから、浅煎りの挽き豆を使用して酸味に富んだコーヒー、あるいは、深煎りの挽き豆を使用した苦味の強いコーヒーを選択的に販売することも可能である。
【００６８】
図１４は、酸味主体のコーヒー液を抽出する場合のタイミングチャートを示し、販売要求があると挽き豆キャニスタ８の挽き豆オーガ８６が駆動されることによって１０ｇの浅煎りの挽き豆（キリマンジャロ）がシリンダ３２に供給される。この浅煎りの挽き豆を上記した抽出動作に基づいて抽出することによって酸味分を多く含むコーヒー液を抽出することができる。
【００６９】
図１５は、苦味主体のコーヒー液を抽出する場合のタイミングチャートを示し、販売要求があると計量器５から８ｇの深煎りの挽き豆（ブラジル）がシリンダ３２に供給される。この深煎りの挽き豆を上記した抽出動作に基づいて抽出することによって苦味分を多く含むコーヒー液（エスプレッソ）を抽出することができる。
【００７０】
上記した実施の形態では、カップ式自動販売機でホットコーヒーを製造する場合の動作を説明したが、コーヒー液を図示しないアイスメーカーで製氷された氷とカップ内で混合することによりアイスコーヒーとして販売することも可能である。また、挽き豆用のキャニスタについても複数の設置が可能であり、複数の種類の挽き豆を選択的に供給することも可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明のカップ式自動販売機によると、コーヒーミルで粉砕した挽き豆と異なる種類の挽き豆を抽出機に供給するようにしたため、苦味、酸味の味覚に優れる安定した品質のコーヒー飲料を販売することができる。また、販売要求に応じて酸味あるいは苦味を主としたコーヒー飲料を販売することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係るカップ式自動販売機を示す説明図
（ｂ）は、カップ式自動販売機に装着されるポンプの説明図
【図２】本発明の実施の形態に係る計量器の斜視図
【図３】（ａ）は、計量器の前面部（閉状態）の説明図
（ｂ）は、計量器の前面部（開状態）の説明図
【図４】本発明の実施の形態に係る計量器の平面図
【図５】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る挽き豆キャニスタの斜視図
（ｂ）は、（ａ）のＡ方向断面図
【図６】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る抽出機の一部を切り欠いた正面図
（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る抽出機の背面図
【図７】（ａ）は、本発明の実施の形態に係るトルク伝達部の側面図
（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るトルク伝達部の一部を切り欠いた正面図
【図８】本発明の実施の形態に係る抽出機の説明図
【図９】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る電流検出回路を示す説明図
（ｂ）は、圧縮荷重とモータの電流値の関係を示す説明図
【図１０】ピストン駆動モータの通電特性を示す説明図
【図１１】本発明の実施の形態に係るカップ式自動販売機の制御ブロック
【図１２】（ａ）から（ｈ）は、本発明の実施の形態に係る抽出機の動作を示す説明図
【図１３】本発明の実施の形態に係るカップ式自動販売機のタイミングチャート
【図１４】本発明の実施の形態に係るカップ式自動販売機の他のタイミングチャート
【図１５】本発明の実施の形態に係るカップ式自動販売機の他のタイミングチャート
【符号の説明】
１ 取水管
１Ａ 取水弁
２ シスターン
２Ａ フロートスイッチ
３Ａ 配管
５， 計量器
５Ａ 導入部
５Ｂ 前蓋
５Ｃ 蓋支持部材
５Ｄ 光センサ
５Ｅ 光検出部
５ａ 発光部
５ｂ 受光部
６Ａ 配管
６Ｂ 配管
６Ｃ 配管
７ 豆供給部
７Ａ 豆貯蔵容器
７Ｂ コーヒーミル
７Ｃ ミルモータ
７Ｄ シュート
８ 挽き豆キャニスタ
９ カップ
１０ 湯タンク
１０Ａ 電源部
１０Ｂ フロートスイッチ
１０Ｄ 湯温センサ
１１ 砂糖容器
１２Ａ クリーム容器
１２Ｂ クリーム容器
１３ シュート
１４ ミキシングボウル
１４Ａ 供給管
１５Ａ 配管
１５Ｂ 配管
１７ 滓バケツ
１８ 排水バケツ
１９ 流量センサ
１９ 流量計
２０ 電磁弁
２１ 逆止弁
２２ 抽出湯弁
２３Ａ 湯弁
２３Ｂ 湯弁
２４ 湯弁
２５ 圧力センサ
３０ 抽出機
３０Ａ 飲料供給管
３１ ガイドプレート
３２ シリンダ
３２Ａ 係合突起
３３ ピストン駆動モータ
３４ トルク伝達部
３４Ａ 支点
３５ キャップモータ
３５Ａ ギヤ
３６ ギヤ
３６Ｂ 光センサ
３６Ｃ 光センサ
３６Ｄ 光センサ
３７ キャップ
３７Ａ シール部材
３８ ロッド
３９ ピストン
３９Ａ ピストンヘッド
３９Ｂ ピストンベース
３９Ｃ ネジ
３９Ｄ 送出部
３９Ｅ Ｏリング
３９Ｆ フィルタ
３９Ｇ 光センサ
３９Ｈ 光センサ
４０ スライドガイド
５０Ａ 突起部
５１ 計量室
５２ ヒンジ部
５５Ａ スプリング
５６ ピストンロッド
５６Ａ ラック部
５６Ｂ バネ部
５６Ｄ ピストン
５６ａ 突起部
５７ 光センサ
５８ 駆動軸
５８Ａ 駆動ギヤ
５９ トルク伝達部
５９Ａ 計量モータ
５９Ｂ 計量エンコーダ
６０ ポンプ
６０Ａ バイパス管
６０Ｂ 弁
６０Ｃ 回転軸
６０Ｄ，６０Ｅ ギヤ
６０Ｆ 回転軸
６０Ｇ ポンプ駆動モータ
７０ モータ駆動回路
７２ 検知抵抗
７３ 変換器
７４ 電流検出回路
８０ 逆止弁
８０Ａ 下部本体
８０Ｂ 吐出口
８０Ｃ 上部本体
８１ 係合爪
８２ ヒンジ
８３ キャップ
８４ 爪
８５ ガスケット
８６ 豆オーガ
８７ ホイール
８８ ホイール
８８Ａ ピン
８９ アジテータ
９０ 圧力調整電磁弁
１００ 主制御部
１０１ 販売制御部
１０２ メモリ
１０３ タイマー
３４１ ギヤ
３４２Ａ ギヤ
３４３ 軸
３４４Ａ ギヤ
３４４Ｂ ウォームギヤ
３４５ 軸
３４５Ａ ギヤ
３４５Ｂ ギヤ
３４６ 軸
３４６Ａ ギヤ
３４６Ｂ ギヤ
３４７Ａ ギヤ
３４７Ｂ ギヤ
３４８ ラック部
Claims (5)
- コーヒー豆を所定の粒度の挽き豆に粉砕して抽出機に供給し、ポンプで加圧された所定の高温の湯を湯タンクから配管を介して前記抽出機に供給することによりコーヒー飲料を生成するカップ式自動販売機において、
前記コーヒー豆と粒度の異なる他のコーヒー豆の挽き豆を収容し、前記コーヒー飲料の種類に応じて前記抽出機に前記他のコーヒー豆の挽き豆を供給して前記コーヒー豆の挽き豆に加える挽き豆収容部と、
前記コーヒー飲料の種類に応じて前記抽出機に供給する前記挽き豆と前記粒度の異なる他のコーヒー豆の挽き豆の前記抽出機への供給を制御する制御部を有することを特徴とするカップ式自動販売機。 - 前記挽き豆収容部は、前記コーヒー豆の挽き豆と異なる種類の前記他のコーヒー豆の挽き豆を収容する構成の請求項第１項記載のカップ式自動販売機。
- 前記挽き豆収容部は、前記コーヒー豆の挽き豆と異なる焙煎度で焙煎された前記他のコーヒー豆の挽き豆を収容する構成の請求項第１項記載のカップ自動販売機。
- 前記ポンプは、筐体内に設けられる一対の歯車の回転に基づいて前記湯タンクから前記湯を加圧して圧送するギヤポンプである構成の請求項第１項記載のカップ式自動販売機。
- 前記抽出機は、前記コーヒー豆の挽き豆および前記他のコーヒー豆の挽き豆を収容するシリンダ、前記シリンダ内に昇降自在に設けられるピストン、および前記ピストンを駆動する駆動手段を有するシリンダユニットと、
前記シリンダユニットを第１の姿勢から第２の姿勢に傾斜させる傾斜手段と、
前記第２の姿勢において前記シリンダと相対的に係合し、前記湯タンクから前記シリンダ内に前記所定の温度の湯を供給するキャップを有する構成の請求項第１項記載のカップ式自動販売機。
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