JP6126686B2 - 飲料調製用原材料カプセル - Google Patents

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℃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、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において上向きの噴射として示される。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、カプセルが、
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さらに備え、
分離壁が、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、弁がその開配置においてマシンの注入要素によって作動される、カプセルによって満たされる。

本発明によるカプセルは、一方向弁が、
（ｉ）ばね式ボール弁、又は
（ｉｉ）分離壁の円形チャネル内に装着された可撓性の弾性Ｏリング弁
のいずれか一方であることを特徴とする。

一方向弁がボール弁タイプである場合には、圧力下の流体を原材料収容区画内で噴射の形態で流通させることができることが好ましい。

好ましくは、流体注入壁は上壁であり、飲料注出壁は底壁である。

全ての場合において、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に注入されることが有利である。

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ことができる。

本発明の好ましい実施形態において、飲料注出壁は、
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。

本発明によるカプセルに用いられる原材料は、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第１の実施形態の斜視断面図である。 弁が閉配置にある、図３と同様のカプセルの拡大断面図である。 弁が開配置にある、図３と同様のカプセルの拡大断面図である。 本発明によるカプセルの第２の実施形態の断面斜視図である。

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３、図４及び図５に示される本発明の第１の実施形態において、一方向弁は、ばね式ボール弁１７である。用語「ボール弁」は、本明細書において、ボール弁と同じ原理に基づく全ての変形を包含する総称として用いられる。図３、図４及び図５から分かるように、具体的には、ボールは、ボールと同じ機能を有するが異なる形状を有する別のタイプの可動弁部材１８により置き換えることができる。正確には、図中、並進移動可能な弁部材は、弁の流体誘導チャネル１９内部で摺動することができるシリンダ１８である。

可動弁シリンダ１８は、ばね２０上に装着され、弁が図４に示されるような既定の閉配置にあるときに弁が閉じるようになっている。図４に示されるように、シリンダは、弁が閉じているときに耐密性を保証するＯリング２１を含む。かかる弁は、弁の前方の流体圧力が１２バールに達したとしても耐密性を保証するような寸法及び構造にされる。

本発明によれば、弁１７は、図５に示されるように、可動弁部材１８と流体注入ニードル２２との係合によって開く。カプセル９が飲料調製マシン内部の対応する位置に機能的に挿入されると、マシンの流体注入ニードル２２の先端部が可動弁部材１８の上端部に押し当たり、可動弁部材をばね２０の戻り力に抗して動かし、その結果、シリンダ１８の閉鎖部分２３並びにＯリング２１が、弁の流体誘導チャネル１９の縁部から逃れる。これがカプセルの流体注入区画１６と原材料区画１５との間の流体連通を開放し、それにより、圧力下の流体が、図５の矢印で示されるように一方の区画から他方の区画へ流れることが可能になる。この場合、流体の流れは、区画１５内部の原材料ＲＧを通る強力な流体噴射を作り出す流体方向付けチャネル２４を通過する。ばね２０は、任意の適切な材料で作ることができ、任意の適切な形状を有することができる。例として、プラスチック若しくは金属製のコイルばね、又は、例えばプラスチック製タングばね（tongue spring）とすることができる。いずれの場合でも、ばねの機能原理はそのままである。マシンが開かれ、ニードルがカプセルから離れる方向に動くと、移動したシリンダ１８がばね２０の効果によって初期位置に戻り、よって弁を閉じ、２つのカプセル区画間の流体の流れを停止させる。その場合、たとえ原材料区画内に流体圧力が残ったとしても、流体が上向きに流体注入区画へと通ることはなく、従って注入ニードルによって上部膜に穿孔された孔を通る生成物のバックフローが防止される。

この第１の実施形態においては、マシンの流体注入ニードルがカプセルの弁部材１８の位置と確実に位置合わせされるように、カプセルをマシン内部で適正に方向付けることが必要である。

図６に示される本発明の第２の実施形態において、分離壁１４は、流体注入区画１６と原材料区画１５とを流体接続する、周縁部の円形又は半円形チャネル２５を含む。ばね式弁は、図６の左側に示されるように普段はチャネル２５を閉じる、変形可能なＯリング弁２６によって置き換えられる。Ｏリング弁は、分離壁１４と一緒に構築されたフック（図示せず）により所定位置に保持される。カプセルがマシン内部に機能的に配置されると、図６の右側に示されるように、マシンの注入ニードル２２の先端部がＯリングの一部分に押し当たってこの部分を下向きに撓ませ、撓んだＯリング弁部分の対応する領域内にチャネル２５を開かせる。開位置において、流体は、図６の矢印によって示されるように流体注入区画１６から原材料区画１５に向かって流れることができる。マシンが開かれ、ニードルがカプセルから離れる方向に動くと、Ｏリング弁の撓んだ部分がその初期位置に戻り、よって弁を閉じる。

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 (7)

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（２２）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、前記チャンバ内にさらに備え、
   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、
   前記一方向弁がその開配置において前記飲料調製マシンの前記流体注入要素（２２）によって作動される、カプセルにおいて、
   前記一方向弁が、
   （ｉ）ばね式ボール弁、又は
   （ｉｉ）前記分離壁（１４）の円形チャネル（２５）内に装着された可撓性の弾性Ｏリング弁
   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. 前記ボール弁が、前記原材料収容区画内で圧力下の流体を噴射の形態で流通させることができる、請求項１又は２に記載のカプセル（９）。
4. 前記流体が、０．１バールと２０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１〜３のいずれか一項に記載のカプセル（９）。
5. 前記飲料調製マシンの流体注入要素（２２）が、少なくとも１つの流体注入ニードルを含む、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１〜５のいずれか一項に記載のカプセル（９）。
7. 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１〜６のいずれか一項に記載のカプセル（９）。

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