JP5493678B2

JP5493678B2 - フィルタ

Info

Publication number: JP5493678B2
Application number: JP2009238295A
Authority: JP
Inventors: 肇江利川
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-10-15
Also published as: JP2011083419A

Description

本発明は、粉末状の飲料原料と湯水を混合した混合液で抽出した飲料を濾過するためのフィルタに関する。

一般に、カップ式自動販売機や飲料ディスペンサなどには、コーヒー挽き豆や粉砕茶葉などの粉末状の飲料原料と湯水を混合させた混合液でコーヒー飲料や茶系飲料を抽出するようにした飲料抽出ユニットが備えられている。そして、飲料原料から湯水に抽出された飲料を抽出滓（原料滓）から分離させて濾過するために、連続するペーパーフィルタを用いたものと、繰り返し使用可能な平板に貫通孔を設けた所謂パーマネントフィルタを用いたものがある。従来、前者のペーパーフィルタを用いた飲料抽出ユニット（以下、適宜「ペーパー抽出ユニット」という）として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。また、後者のパーマネントフィルタを用いた飲料抽出ユニット（以下、適宜「ペーパーレス抽出ユニット」という）として、例えば本出願人がすでに出願した特許文献２に開示されたものが知られている。さらに、パーマネントフィルタとして、例えば本出願人がすでに出願した特許文献３に開示されたものが知られている。

特許文献１のペーパー抽出ユニットは、下面が開放し、供給された粉末状の飲料原料と湯とを混合した混合液で飲料を抽出するシリンダと、その下方において昇降自在に設けられたフィルタブロックと、シリンダとフィルタブロックの間にペーパーフィルタを送り出すペーパー送出し機構などを備えている。一方、特許文献２のペーパーレス抽出ユニットは、上記と同様のシリンダと、上面にパーマネントフィルタを有し、シリンダの下方において昇降自在に設けられたフィルタブロックと、パーマネントフィルタ上に残留した抽出滓を排出するためのスクレーパなどを備えている。また、特許文献３のフィルタ装置は、フィルタブロックの上面に円板状のフィルタ本体を有するフィルタ組立て品などから構成され、パーマネントフィルタとしてのフィルタ本体は薄い（例えば５０μｍ）ステンレス板にエッチングにより濾過孔（例えば径７０μｍ）を多数形成したものである。

一般に、ペーパー抽出ユニットでは、シリンダ内で粉末状の飲料原料と湯とを混合した混合液で抽出された飲料をペーパーフィルタを通過させて濾過することにより、通常サイズの粉や葉などの粉末状の飲料原料はもちろん、飲料原料に含まれる微粉も除去することができ、残渣がほとんど無い、高品質の飲料を提供できるという利点がある。一方、ペーパーレス抽出ユニットでは、ペーパー送出し機構を備えていないことにより、抽出ユニット全体をコンパクトに構成できるとともに、ペーパーフィルタが不要なため、ランニングコストを抑制できるという利点がある。加えて、ペーパーフィルタの廃棄や交換が不要なことから、オペレータにとって飲料抽出ユニットのオペレーションを簡易化できるという利点もある。

特開平６−２５９６５２号公報特開２００８−１７１３８２号公報特開２００８−２６８９９７号公報

しかしながら、従来のパーマネントフィルタは、貫通孔（濾過孔）の加工寸法限界の制約により、ペーパーフィルタ相当の微細な貫通孔を開けることは難しく、飲料原料に含まれる微粉を完全に分離して飲料を濾過することは困難であり、濾過した飲料の中に残渣が残ることにより、微粉が含まる透明性が劣る飲料となる虞があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、飲料原料に含まれる微粉を分離可能として、残渣がほとんど無い、高品質の飲料を濾過できるフィルタを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係るフィルタは、粉末状の飲料原料と湯水を混合した混合液で抽出した飲料を貫通孔を通過させて抽出滓と分離して濾過するためのフィルタにおいて、
前記貫通孔は、平板の一面側に設けた第１の穴と他面側に設けた第２の穴との軸芯をずらして加工することにより貫通させ、単独の孔の加工限界以下の開目を形成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係るフィルタは、上述した請求項１において、前記貫通孔は、前記第１の穴と前記第２の穴とを等方性を持つようにして設け、それぞれの穴の軸芯をずらして加工することにより貫通させ、単独の孔の加工限界以下の開目を形成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係るフィルタは、上述した請求項１または請求項２において、前記第２の穴は、前記他面側に向かうに従って径が大きくなるテーパ状とし、前記飲料を前記貫通孔の前記一面側から前記他面側に通過させて抽出滓と分離して濾過することを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係るフィルタは、上述した請求項１乃至請求項３の何れかにおいて、前記平板は、金属またはセラミックスで構成され、厚みが５０μｍ以下であることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、粉末状の飲料原料と湯水を混合した混合液で抽出した飲料を貫通孔を通過させて抽出滓と分離して濾過するためのフィルタにおいて、前記貫通孔は、平板の一面側に設けた第１の穴と他面側に設けた第２の穴との軸芯をずらして加工することにより貫通させ、単独の孔の加工限界以下の開目を形成したことにより、孔加工限界以下の面積の孔を構築することができるので、ペーパーフィルタ相当の微細な貫通孔を開けることが可能となり、粉末状の飲料原料に含まれる微粉を分離可能として、残渣がほとんど無い、高品質の飲料を濾過できるフィルタを提供することが可能となる。

また、請求項２の発明によれば、前記貫通孔は、前記第１の穴と前記第２の穴とを等方性を持つようにして設け、それぞれの穴の軸芯をずらして加工することにより貫通させ、単独の孔の加工限界以下の開目を形成したことにより、抽出滓による貫通孔の閉塞を排除することが可能となる。

また、請求項３の発明によれば、前記第２の穴は、前記他面側に向かうに従って径が大きくなるテーパ状とし、前記飲料を前記貫通孔の前記一面側から前記他面側に通過させて抽出滓と分離して濾過することにより、フィルタの他面側の面積が一面側よりも小さくなり、他面側に付着する汚れを少なくすることができ、その結果、汚れの混入による飲料の味の劣化を抑制することが可能となる。

また、請求項４の発明によれば、前記平板は、金属またはセラミックスで構成され、厚みが５０μｍ以下であることにより、フィルタを交換することなく抽出滓を分離して飲料を濾過することが可能となるので、繰り返し使用でき、濾過ごとに交換が必要なペーパーフィルタと比較して、廃棄物量および保守コストを大幅に削減することが可能となる。

本発明の実施形態に係るフィルタを備えた飲料抽出ユニットを示す斜視図である。フィルタ組立て品、スクレーパ機構の（ａ）待機位置、および（ｂ）抽出滓排出位置をそれぞれ示す平面図である。フィルタ組立て品を示す斜視図である。図３に示したフィルタ組立て品の分解斜視図である。図３の線Ａ−Ａに沿う部分拡大断面図である。フィルタの貫通孔（濾過孔）を示す部分拡大図で、（ａ）上面図、（ｂ）断面図である。フィルタの貫通孔（濾過孔）の別の実施例を示す部分拡大図で、（ａ）上面図、（ｂ）断面図、（ｃ）下面図である。（ａ）フィルタの表面に抽出滓が残留する状態と、（ｂ）スクレーパにより抽出滓が掻き取られた状態と、（ｃ）スクレーパが待機位置に戻った状態を、それぞれ模式的に示す図である。スクレーパにより抽出滓を掻き取る状態を模式的に示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の粉末状の飲料原料と湯水を混合した混合液で抽出した飲料を濾過孔（貫通孔）を通過させて抽出滓と分離して濾過するためのフィルタの好ましい実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明のフィルタ１３を適用したフィルタ装置１０を備えた飲料抽出ユニット１を示している。飲料抽出ユニット１は、粉末状のコーヒー豆（以下「コーヒー挽き豆」という）と湯（湯水）を原料として用い、コーヒー挽き豆と湯を混合した混合液でコーヒー挽き豆から湯にコーヒー成分を抽出し、このコーヒー成分が抽出されている混合液からフィルタ１３を通過させて抽出滓と分離して濾過したコーヒー飲料を提供するためのもので、レギュラーコーヒーを提供するカップ式自動販売機や飲料ディスペンサ（図示せず）などに内蔵されている。

飲料抽出ユニット１は、その内部でコーヒー飲料の抽出を行うためのシリンダ２と、このシリンダ２を着脱自在に収容するシリンダホルダ３などを備えている。シリンダ２は、例えばプラスチックで構成され、上下方向に延びるとともに、上面および下面が開放した円筒状に形成されている。シリンダホルダ３は、シリンダ２を収容するためのボックス状のフレーム４と、このフレーム４内の下部に設けられたフィルタ装置１０を備えている。

フィルタ装置１０は、図２に示すように、スライダ（図示せず）によってフレーム４に昇降自在に設けられ、シリンダ２内のコーヒー飲料を濾過しながら外部に搬送するためのフィルタブロック１１と、前後方向にスライド自在に設けられ、フィルタブロック１１上に残留した抽出滓を除去するためのスクレーパ機構２１などを備えている。

フィルタブロック１１は、フィルタ組立て品１２と、このフィルタ組立て品１２を取り囲むように設けられ、シリンダ２よりも大きな外径を有する薄板リング状のパッキン１６と、フィルタ組立て品１２およびパッキン１６を支持するとともに、上下方向に延びる通路（図示せず）を有するブロック状の支持部材１７などで構成されている。

図３、図４および図５に示すように、フィルタ組立て品１２は、円板状のフィルタ１３と、その下側に設けられた保持プレート１４と、両者１３、１４を互いに固定するための固定枠１５を有している。フィルタ１３は、金属やセラミックス、例えばステンレスによって構成されており、シリンダ２の内径よりも若干小さな外径を有するメッシュ部１３ａと、メッシュ部１３ａの外周部の全体にわたって設けられたつば部１３ｂを有している。このつば部１３ｂは、メッシュ部１３ａの外周部から垂下する垂下部の下端から側方に突出している。

メッシュ部１３ａは、非常に薄い所定の厚みＴ（例えば５０μｍ以下）であり、図６（ａ）に示すように、このメッシュ部１３ａの全面には多数の濾過孔（貫通孔）１３ｅが貫通させてある。濾過孔１３ｅは、図６（ｂ）に示すように、メッシュ部１３ａの上面側（一面側）にストレート穴（第１の穴）１３ｃを設け、下面側（他面側）には下面に向かうに従って径が大きくなるテーパ穴（第２の穴）１３ｄを設け、このストレート穴１３ｃとテーパ穴１３ｄとの軸芯をずらして加工することにより貫通させた濾過孔１３ｅとして形成し、メッシュ状に配置している（一部のみ図示）。そしてストレート穴１３ｃとテーパ穴１３ｄは、エッチングにより形成している。また、ストレート穴１３ｃは、円形の径Ｄ（例えば７０μｍ）、深さＣ（例えばメッシュ部１３ａの厚みＴの略半分の寸法）を有している。以上のように、メッシュ部１３ａは、非常に薄く、その全面に多数の非常に微小な濾過孔１３ｅが形成されているため、半透明の外観を有している。

保持プレート１４は、円板状の支持部１４ａと、その外周部の全体にわたって設けられた断面Ｌ字形の固定部１４ｃを有している。この固定部１４ｃは、支持部１４ａの外周部から下方に垂下する垂下部の下端部から側方に突出している。また、支持部１４ａの径は、メッシュ部１３ａよりも若干小さい。また、支持部１４ａの厚さは、スクレーパ機構２１の作動時に作用する荷重に対して、支持部１４ａの形状を維持するのに十分な剛性を確保できるように設定されている。また、支持部１４ａのほぼ全面には、多数の孔１４ｂが形成され、メッシュ状に配置され、前述したメッシュ部１３ａの濾過孔１３ｅよりもはるかに大きな径（例えば４ｍｍ）を有している。

固定枠１５は、側壁１５ａと、その上端部から内方に突出する上壁１５ｂとで、リング状に形成されている。この固定枠１５には、フィルタ１３を間に挟んだ状態で、保持プレート１４が嵌合し、保持プレート１４の固定部１４ｃが、固定枠１５の側壁１５ａの内側に圧入されており、それにより、上壁１５ｂと固定部１４ｃの間に、フィルタ１３のつば部１３ｂが挟み付けられ、三者１３〜１５が一体化されている。また、この状態では、保持プレート１４の支持部１４ａの上面全体が、フィルタ１３のメッシュ部１３ａに当接するようにしている。

次に、スクレーパ機構２１について説明する。図２に示すように、スクレーパ機構２１は、矩形枠状に形成され、その平面サイズがフィルタブロック１１よりも大きいサポート２２と、このサポート２２に一体に設けられたスクレーパ本体２３と、両者２２、２３を駆動する駆動機構２４を有している。スクレーパ本体２３は、弾性を有するゴム（例えばシリコンゴム）で構成された板状のものであり、サポート２２に取り付けられ、鉛直下方に突出している。このスクレーパ本体２３の下端部は、前後方向の幅が下方に向かうに従って狭くなるように、テーパ状に形成されている。

駆動機構２４は、回動自在の駆動部２４ａと、この駆動部２４ａに上下方向に延びる連結軸２４ｂを介して連結されたモータ（図示せず）を有している。駆動部２４ａは、水平に延びるアーム部２４ｃを一体に有しており、その先端部には、下方に突出する係合凸部２４ｄが設けられている。この係合凸部２４ｄは、サポート２２の収容溝２２ａに挿入されている。

次いで、上述したフィルタ装置１０の動作について説明する。まず、待機状態にあるフィルタ装置１０のフィルタブロック１１が、スライダで駆動されることにより上昇し、パッキン１６が、シリンダ２に当接した状態でこれをシールする。そして、原料供給装置および給湯装置（いずれも図示せず）から、粉状のコーヒー豆および湯がシリンダ２内に供給されるとともに、攪拌されることによって、コーヒー飲料が抽出される。

次いで、エアポンプ（図示せず）が作動し、エアがシリンダ２内に供給されることにより、シリンダ２の内部が加圧される。それにより、抽出されたコーヒー飲料が、フィルタ１３の濾過孔１３ｅを介して下面側に通過することによって、抽出滓と分離して濾過される。フィルタ１３の表面には、抽出されたコーヒー飲料と分離された抽出滓Ｇが残留し、濾過されたコーヒー飲料は、保持プレート１４の孔１４ｂをさらに通過し、フィルタブロックチューブおよび飲料搬送チューブなどを通り、カップ（いずれも図示せず）に供給される。

次いで、駆動機構２４の駆動部２４ａが、図２（ａ）および図８（ａ）に示す待機位置から１８０°回転するのに伴い、サポート２２およびスクレーパ本体２３が、係合凸部２４ｄおよび収容溝２２ａを介して後方に引かれることによって、図２（ｂ）および図８（ｂ）に示すように、後方の抽出滓排出位置にスライドする。その際、スクレーパ本体２３は、駆動機構２４により、アーム部２４ｃを介して所定の圧力でフィルタ１３を押圧しながら、その上面を後方に向かって摺動する。それにより、フィルタ１３の上面に残留した抽出滓Ｇは、図９に示すように、スクレーパ本体２３で掻き取られ、滓シュート（図示せず）を介して外部に排出される。

本実施形態においては、ストレート穴１３ｃの深さＣが２５μｍ以下と非常に浅いため、スクレーパ本体２３の摺動に伴い、ストレート穴１３ｃに抽出滓Ｇが残ることが殆どなく、フィルタ本体１３の表面から取り除かれる。

その後、駆動部２４ａがさらに１８０°回動することによって、スクレーパ本体２３は、フィルタ１３の上面を押圧しながら前方に摺動し、図８（ｃ）に示すように、サポート２２およびスクレーパ本体２３は元の待機位置に戻る。

以上のように、本実施形態のフィルタ１３によれば、コーヒー挽き豆（粉末状の飲料原料）と湯（湯水）を混合した混合液で抽出したコーヒー飲料を濾過孔（貫通孔）１３ｅを通過させて抽出滓Ｇと分離して濾過するためのフィルタ１３において、濾過孔１３ｅは、メッシュ部１３ａの上面側（平板の一面側）に設けたストレート穴（第１の穴）１３ｃと下面側（他面側）に設けたテーパ穴（第２の穴）１３ｄとの軸芯をずらして加工することにより貫通させたことにより、孔加工限界以下の面積の孔を構築することができるので、ペーパーフィルタ相当の微細な濾過孔（貫通孔）１３ｅを開けることが可能となり、コーヒー挽き豆に含まれる微粉を分離可能として、残渣がほとんど無い、高品質のコーヒー飲料だけを濾過することができるフィルタ１３を提供することができる。

また、濾過孔（貫通孔）１３ｅは、ストレート穴（第１の穴）１３ｃとテーパ穴（第２の穴）１３ｄとを等方性を持つようにして設け、それぞれの穴の軸芯をずらして加工することにより貫通させたことにより、使用する原料によっては生じる、抽出滓によるストレート穴（第１の穴）１３ｃが詰まることによる濾過孔（貫通孔）１３ｅが閉塞することを排除することができる。

また、テーパ穴（第２の穴）１３ｄは、下面側に向かうに従って径が大きくなるテーパ状とし、コーヒー飲料を濾過孔（貫通孔）１３ｅの上面側から下面側に通過させて抽出滓Ｇと分離して濾過することにより、フィルタ１３の下面側の面積が上面側よりも小さくなり、下面側に付着する汚れを少なくすることができ、その結果、汚れの混入によるコーヒー飲料の味の劣化を抑制することができる。

また、フィルタ１３は、金属またはセラミックスで構成され、厚みが５０μｍ以下であることにより、濾過孔（貫通孔）１３ｅの閉塞を防止することができるので、フィルタ１３を交換することなく抽出滓を分離してコーヒー飲料を濾過することが可能となるので繰り返し使用でき、濾過ごとに交換が必要なペーパーフィルタと比較して、廃棄物量および保守コストを大幅に削減することができる。

なお、図７に示すように、濾過孔１３ｅは、メッシュ部１３ａの上面側（一面側）に設けたストレート穴（第１の穴）１３ｃ１個に対し、下面側（他面側）には下面に向かうに従って径が大きくなるテーパ穴（第２の穴）１３ｄを２個設け、ストレート穴１３ｃ１個とテーパ穴１３ｄ２個との軸芯をずらして加工することによりストレート穴１３ｃ１個に濾過孔（貫通孔）１３ｅを２個形成して、メッシュ状に配置するようにしてもよい。このようにすると、濾過孔１３ｅのフィルタ１３のメッシュ部１３ａに対する開口比率を変えずに濾過孔１３ｅをさらに微細に形成することが可能となり、飲料原料に含まれる微粉をより分離可能として、残渣がほとんど無い、より高品質の飲料を濾過できるフィルタを提供することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、本発明をレギュラーコーヒーの抽出ユニットのフィルタ装置に適用した場合について説明したが、原料として茶葉を用い、茶系飲料を抽出する抽出ユニットのフィルタ装置に適用することもできる。

また、実施形態で説明したメッシュ部１３ａの厚さＴ、ストレート穴１３ｃの径Ｄや深さＣなどの値はあくまで例示であり、他の適当な値に設定することも可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１飲料抽出ユニット
２シリンダ
３シリンダホルダ
４フレーム
１０フィルタ装置
１１フィルタブロック
１２フィルタ組立て品
１３フィルタ
１３ａメッシュ部
１３ｂつば部
１３ｃストレート穴（第１の穴）
１３ｄテーパ穴（第２の穴）
１３ｅ濾過孔（貫通孔）
１４保持プレート
１５固定枠
２１スクレーパ機構
２３スクレーパ本体

Claims

粉末状の飲料原料と湯水を混合した混合液で抽出した飲料を貫通孔を通過させて抽出滓と分離して濾過するためのフィルタにおいて、
前記貫通孔は、平板の一面側に設けた第１の穴と他面側に設けた第２の穴との軸芯をずらして加工することにより貫通させ、単独の孔の加工限界以下の開目を形成したことを特徴とするフィルタ。
前記貫通孔は、前記第１の穴と前記第２の穴とを等方性を持つようにして設け、それぞれの穴の軸芯をずらして加工することにより貫通させ、単独の孔の加工限界以下の開目を形成したことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
前記第２の穴は、前記他面側に向かうに従って径が大きくなるテーパ状とし、前記飲料を前記貫通孔の前記一面側から前記他面側に通過させて抽出滓と分離して濾過することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフィルタ。
前記平板は、金属またはセラミックスで構成され、厚みが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のフィルタ。