JP6196660B2 - 抽出生成物を作成する方法および作成システム - Google Patents

Description

この発明は、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の飲料などの作成に関する。それはさらに、抽出方法、および抽出生成物の作成システムに関する。

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つの対向する側で突き刺される。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放出される。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費用および廃棄に関して有利であるが、突き刺し機構および芳香保護に対して増加した要求を課す。

一体化したフィルター手段を有するカプセル、および抽出材料を包囲する外被のみを含むカプセルは市場で入手可能であり、このため付き刺し機構は、これらのために、抽出材料が抽出生成物とともにカプセルから不要に放出されないように設計されなければならない。

ほぼ立方体形状を有し、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鍔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、そのような周囲鍔は、第１に、コーヒーマシンへの挿入時にカプセルを誘導し、挿入後にそれを中間位置で保持するために必要とされる。第２に、そのような鍔は、超音波溶接または熱封止により、（箔としても設計可能な）平らな蓋によってカプセルを閉鎖するために必要である。鍔は、エネルギーディレクタに対応するために、超音波溶接による閉鎖時に必要とされる。カプセルが熱封止により閉鎖される場合、蓋が十分に広い表面上に載るために鍔は必要である。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」）形状と無関係に、鍔の代わりに溶接ビードを有し、それは、カバー面によって規定された平面間で周囲にあり、また、その延長／側方突出が、公知の鍔に比べて著しく小さくなっており、カプセルの体形（たとえば立方体形状）か少しだけ離れていることを表わす。

さらに、ポーションカプセルから抽出生成物を放出するための装置、およびポーションカプセルに抽出流体を導入するための装置が、国際公開第２０１０／１１８５４４号から公知である。これらの装置は、支持面から遠ざかるように突出する穿孔要素を含む。注入または放出は、これらの穿孔要素を通してではなく、これらの穿孔要素を越えて生じる。さらに、保持ウェブが穿孔要素に割り当てられてもよく、これらのウェブは、保持ウェブの環境において支持面にカプセルの壁が当たることを、カプセルの壁が角に当たることによって防止する切れ刃を有していない。

質的に良好な抽出飲料のためには、抽出材料が、抽出プロセスの間、ぎっしり詰まっていて渦巻かないことが、しばしば重要である。しかしながら、製造技術の理由により、および／または予め規定されたカプセル寸法および充填量により、カプセル中の抽出材料を限りなく圧縮することができないという問題も存在する。

国際公開第２００８／０１５６４２号では、充填時に抽出材料をカプセル内で錠剤状に圧縮し、続いて、閉鎖後のカプセル蓋がカプセルの表面上へと押されてそこでくっつくように、真空条件下でカプセルを閉鎖することが示唆されている。この解決策の欠点は、真空がカプセル内部に広がっているにもかかわらず、搬送中に抽出材料が再度緩むかもしれず、また、錠剤がカプセルの内部で安定性を有していない、ということである。

さらに、国際公開第２０１０／１１８５４５号から公知のシステムでは、カプセルは、抽出手順中、側方に係合する押圧ボルトによって圧縮される。この解決策はそれ自体、かなり良好に機能するものの、それが追加の機械的部品を必要とすること、および、外側から抽出チャンバへと係合するボルトは、抽出チャンバの設計に依存して、幾何学的理由で対応が困難であること、といった欠点を有する。

したがって、この発明の目的は、上述の問題への解決策を提供することである。これらは特に、圧縮条件下での、具体的にはカプセルをぎっしり詰まった抽出材料で完全に充填することができない、または他の理由で完全に充填することができない状況での、抽出手順を可能にするはずである。

この目的は、この発明により、特許請求項で定義されているように達成される。

一局面によれば、この発明は、抽出プロセスにおいてカプセルに導入された抽出流体（特に湯）から抽出生成物（特に温かい飲料）を以下のステップで生成する抽出方法であって、前記ステップは、
閉鎖されたカプセルとしてカプセルを提供するステップを含み、カプセルはカプセル壁を有し、カプセル壁は、抽出側カバー面と、注入側カバー面と、抽出側カバー面と注入側カバー面との間に延在する周囲側面とを含み、カプセルはさらに、カプセル壁によって包囲され、カプセルの内部にある抽出材料を有し、前記ステップはさらに、
抽出生成物を作成するためのマシンの抽出モジュールにカプセルを導くステップを含み、前記抽出モジュールは、抽出流体をカプセルに導入するための注入器と、抽出生成物を放出するための放出装置とを含み、注入器は、注入側支持面から遠ざかるように突出する少なくとも１つの注入側穿孔要素を含み、放出装置は、抽出側支持面から遠ざかるように突出する少なくとも１つの抽出側穿孔要素を含み、前記ステップはさらに、
カプセルが抽出チャンバに位置付けられ、注入側でカプセルの周囲側面がカプセル封止体（４３）によって取り囲まれ、少なくとも１つの注入側穿孔要素が、たとえば注入側カバー面の少なくとも１つの注入側タブが生じるように、（たとえば二次元の）切断線に沿って注入側カバー面を突き刺すまで、抽出モジュールの抽出チャンバを閉鎖するステップと、
取り囲むカプセル封止体が周囲側面を保持しつつ、流体圧力により注入側カバー面がカプセル内部へと押されて、カプセル内部へと少なくとも部分的に移動するように、および、抽出流体が、カプセル内部へと押されるカプセル壁の少なくとも１つの注入側部分（場合によっては、たとえばタブ）を越えてカプセル内部に入るように、圧力下で、注入側支持面とカプセルの注入側カバー面との間の領域に、抽出流体を導入するステップと、
少なくとも１つの抽出側穿孔要素が突き刺すことによって抽出側カバー面に生成された放出開口部から抽出生成物が出るまでは少なくとも、抽出流体に対する圧力を維持するステップとを含む、方法に関する。

圧力下での注入側カバー面の移動は、たとえば、注入側カバー面の中央部分の平行移動、またはカプセル内部への注入側カバー側のアーチ形成であってもよい。アーチ形領域と、平らなままで平行移動された領域との混合形態も、可能である。

穿孔要素が薄い針のように単なる点状にも、または単なる単一のまっすぐな（一次元の）切断線状にも穿孔していない場合であって、しかしながら、支持面への（ひいては切断線への）穿孔要素の突出がある面にわたっており、また、穿孔要素が曲がったまたは角のある形状を有し、もしくは、互いに対して傾斜したいくつかの部品片から構成される場合、二次元の切断線が発生する。特に、穿孔要素は、たとえば支持面からほぼ垂直に突出する平面要素を含んでいてもよく、前記平面要素は特に、湾曲され、折り目を付けられた（たとえば、傾斜を付けられた）シートまたはシート金属片、もしくは互いに対して傾斜したいくつかのシート片から構成されたシートまたはシート金属片である（シート片という用語は、材料選択の制限を表わしておらず、相応に形成されたプラスチックの平面要素も含む）。一次元の切断線に対して傾斜しており、かつ切断線によって切断されたカプセル壁の魚の口のような開口部をもたらす保持ウェブと組合された一次元の切断線も、二次元の切断線の代わりに使用可能である。

この発明はしたがって、とりわけ、カプセルを弾性手段、具体的には取り囲むカプセル封止体によって保持しながら、カプセルを圧縮するために抽出流体自体を使用するという発想に基づいている。この発想はとりわけ、プラスチック壁を有するカプセルでのカプセルの塑性変形の可能性が、温度にも依存すること、および、抽出プロセスで抽出流体は通常、熱い状態（少なくとも８０度、または少なくとも９０度、たとえば沸点（海面位で１００度）まで、または９５度まで）でカプセルに導入されることを利用している。カプセル外側（注入側）とカプセル内部との間の圧力が本質的に打ち消された場合、塑性変形後のカプセルも、圧縮された状態のままとなる。したがって、この方法は、壁が室温を若干下回るかまたは室温を上回るガラス転移温度を有し、それにより、室温から抽出温度へのステップが特別の重要性を備え、塑性変形能に非常に影響を与えるカプセルとの組合せで、特に好都合に作用する。特に、カプセルのガラス転移温度は、−５０度〜５０度、特に−３０度〜２０度、特に−２０度〜５度である（温度仕様はすべて摂氏）。

プラスチックカプセル壁の壁厚は、たとえば、０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ、特に０．２５ｍｍ〜０．３５ｍｍであり、それは、深絞りされたカプセルの使用を可能にする。たとえばポリプロピレンが材料として考えられるが、上に特定された範囲のガラス転移温度を有する他のプラスチックも、特に、しかしながら非限定的に考えられる。

しかしながら、非プラスチックなどの他の材料についての応用は除外されない。
穿孔要素は概して、穿孔要素を本質的に軸方向に通って走る通路がない（ここでの軸方向とは、支持面に垂直な方向を示す）。これらは単に、カプセルの穿孔のために機能する。カプセルへの流体の注入およびカプセルからの流体の放出は、穿孔要素を越えて実行され、それは以下により詳細に説明される。穿孔要素自体はしたがって、比較的単純で、スロットがなくコンパクトで、開口部がない要素であってもよく、たとえば（金属の、またはプラスチックからの）シート状に設計されてもよい。

少なくとも抽出側要素は、およびたとえば注入側要素も各々、その軸方向延長が、それぞれの穿孔要素の切断および／または穿孔部分の軸方向延長よりも小さい、切れない保持ウェブを含む場合、特に好都合である。穿孔時、切断部分はしたがって、まず、二次元の（すなわち、１本だけの線を表わしていない）切断線を形成するが、切断線は同時に、切断部分（たとえば、シート状に設計された要素）によって再び閉鎖される。穿孔要素をカプセル内部へとさらに入れ込むと、対応する保持ウェブによって材料タブが持ち上げられ、そのため、流体用の開口部が形成される。

抽出モジュールおよびカプセルは、閉鎖された抽出チャンバを仮定して、カプセルの注入側カバー面と抽出側カバー面との間の距離が、注入側支持面と抽出側支持面との間の距離にほぼ対応するかまたはこれより小さくなるように、そのため、たとえばとりわけ、穿孔要素の当接時にプラスチック材料が穿孔要素の切断に対抗する抵抗による弾性カプセル変形のために、抽出流体の導入前にカバー面が双方とも支持面に当たることがないように、寸法決めされている。このため、閉鎖された抽出チャンバでも、それぞれの支持面とカプセルの対応するカバー面との間の中間空間が、注入側および／または抽出側に残る。それから穿孔要素はまた、完全に当接するまでカプセルに入り込むことはない。

特に、突き刺しは、（たとえば、もしあれば、対応する保持ウェブにより、および／または、外側から作用する抽出流体の圧力により）カバー面の注入側タブがカプセルの内部へと押され得るように、しかしながら、少なくともその抽出側カバー面を有するカプセルが、抽出側接触面に完全には当たらないように、すなわち、それがこれと距離を置くように実行されてもよく、距離はたとえば、抽出側穿孔要素の高さの３０％〜１００％に対応する。

この方法はそれから、抽出流体の導入により、カプセル内で増大した内圧のために抽出側カバー面が抽出側支持面へと移動され、抽出側穿孔要素によって放出開口部がカプセルに生成されるかまたは拡大され、その開口部を通って抽出生成物がカプセルから放出可能となるまでの間、圧力がカプセルの内部で増大するように、実行可能である。

しかしながら、この発明に従った方法のこの変形では、すでに抽出チャンバの閉鎖のステップで、突き刺しが抽出側でもオプションで実行されてもよい。特に、抽出側穿孔要素は、スロット状の突き刺し開口部が生じるようにカプセルへと突出可能であるが、突き刺し開口部は穿孔要素自体によって閉鎖可能であり、そのため、抽出生成物がこれらの突き刺し開口部を通って流出することは非常に難しい。内圧の増大後、抽出側カバー面はたとえば、各々の穿孔要素の保持ウェブが抽出側カバー面の抽出側タブをカプセル内部へと押し、そのため放出開口部が生じるまで、穿孔要素に押し付けられる。

この実施例に従った手順はしたがって、カプセルの内部で大きい内圧を増大させる可能性を高める。これは、ぎっしり詰まったコーヒー粉末における事前抽出プロセスをもたらす。事前抽出プロセスはたとえば、グラインダーを有する全自動コーヒーマシンから公知であり、挽いたコーヒーがまず、機械的手段で圧縮されると、圧縮されたコーヒー粉末に浸透するまで抽出流体が導入され、すると、抽出流体の供給がしばらくの間（１秒の数分の１〜数秒）停止され、それからようやく、実際の抽出手順が始まる、ということが慎重に追求される。この発明に従った手順では、好適な制御により、抽出流体の供給を、目的とする態様で中断することは除外されないが、この発明に従った手段により、そのようなことは、事前抽出プロセスとってまったく必要ではない。

（注入側の）カプセル封止体は概して、可撓性で、弾性変形可能な、特にゴム弾性材料および／またはエラストマー材料から製造される。たとえば、それは、周囲側面に沿ってカプセルを取り囲むことができ、それにより、カプセルがカプセル封止体によって保持されるような態様で、その弾性によってカプセル壁に押し付けられ得る。

特に、周囲封止構成（特に封止リップまたは封止ビード）が、抽出チャンバの閉鎖時に周囲側面が局所的に変形され、封止構成に沿って内側へ移動されるように、径方向内側に突出するような態様で、カプセル封止体は有利に寸法決めされ、カプセルに整合される。すなわち、封止体の弾性のために壁に対する押圧（力の印加）が起こるだけでなく、封止構成が内側に突出してカプセルの変形も起こり、封止構成に対応する構成がカプセル壁上で少なくとも一時的に引込められる。たとえば、封止リップ／封止ビードに対応する溝、または、そのような構成がいくつかある場合には対応する複数の溝が生じる。

この変形が可塑性であり、抽出プロセス中および抽出プロセス後に残るように、抽出温度、カプセル壁材料、および寸法が互いに整合されてもよく、それは、以下に述べるような特に安定化する効果を有し得る。

カプセル封止体によって生じる径方向の変形はまた、カプセル充填物をさらに若干詰めることを伴う場合があり、それも好都合であり得る。

注入側カプセル封止体が、弾性によってカプセル壁をカプセル内部に押し付ける複数の周囲封止リップおよび／または封止ビードを含み、２つの連続する封止リップまたは封止ビード間にくぼみが各々配置され、動作状態において、連続する封止リップまたは封止ビードとカプセルとの間に、周囲空隙が形成されるようになっている場合、特に好都合であり得る。

たとえば上述のように選択されたガラス転移温度を有する材料、８〜２０バール（bar）の抽出圧力、および８０度〜水の沸点の温度の選択により、カプセルの材料特性が、カプセルの塑性変形が可能であるような抽出圧力および抽出温度に整合された場合、それはまた、抽出プロセス中およびその後、排出まで、カプセルを固定保持するために利用できる。具体的には、内圧のために封止リップまたは封止ビード間が周囲空隙へとアーチ形になることが生じず、これは、カプセルが軸方向に抜けることに対抗して安定化した態様で作用する。

カプセル封止体はまた、両側に存在していてもよい。すなわち、注入器の側とは別に、放出装置の側にも存在していてもよい。しかしながら、実施例では、注入器側の封止鍔はより延在しており、および／または、注入器側のカプセル封止体は、抽出側のカプセル封止体よりも多い封止リップを含む。この理由により、これらの実施例では概して、カプセルはまた、注入器側で、抽出側での摩擦力よりも大きい摩擦力で保持される。

カプセルは、抽出チャンバに整合されたほとんどあらゆる形状を有していてもよい。この発明は、市場でたいてい入手可能な製品から公知であるような、カバー面のうちの一方にカプセルの周囲鍔がないカプセルについて、特に好都合である。そのような周囲鍔は、従来と同様に可能であるものの、もはや必要ではない。周囲鍔がないカプセル形状は、さらに特に好ましい。もはや周囲鍔によって異方的に補強されていないカプセル形状も、この結果として考えられ、それはより多くの自由度を可能にする。

この発明は、（最も広範な文脈における、すなわち、回転円筒に制限されない「円筒」という用語の幾何学的定義に従った）本質的にまっすぐな円筒、すなわち、カバー面は本質的に平らでほぼ等しく、周囲カバー面はカバー面にほぼ垂直である円筒の形状を有するカプセルの文脈において、特に好都合である。これは、たとえば最大３°、特に最大２°、または最大１．５°といった、カバー面の垂直面に対する側面の傾斜を除外しない。同様に、側面の領域において周囲にあり、製造技術に固有である溶接ビードの存在も、除外されない。これにもかかわらず、カプセルは、製造技術に固有であり、最大１．５ｍｍまたは１ｍｍまたはそれ未満、側方に突出し、たとえば端面平面によって担がれている周囲縁（たとえば溶接ビード）を含んでいてもよい。

軸に垂直な断面が多角形であるカプセルの形状、特にカプセルの矩形形状、たとえば本質的に立方体形状のカプセルが、多くの用途にとって好ましい。物流に関するこの形状の利点は、実際驚くほどすでに他で説明されているが、抽出プロセスで、弾性封止体による側方保持および注入側カバー面の塑性変形の最中、改良された安定性によって補足される。抽出流体による圧縮中、側縁は驚くほど安定化した態様で作用し、それは実験で、抽出プロセス後に生じるカプセル形状によって証明できた。

穿孔要素の設計および配置は異なる態様で実行されてもよく、互いに独立して、または組合せて実現可能な以下の特徴により、最適化がある構成のために行なわれてもよい：
− 注入側穿孔要素を、カプセル封止体の誘導部分の近くに、すなわち、注入側カバー面に対して周囲に配置する。これは、突き刺しに対し、機械的に安定化する態様で作用する。すなわち、カプセル材料はより少ない程度に屈することができ、また、抽出材料の良好な浸透が保証される。特に矩形のべ―ス面の場合、１つのベース面の角に４つの注入側穿孔要素が存在可能である；
− 抽出側穿孔要素を、注入側穿孔要素よりも、軸のより近くに、すなわち、それほど周囲に近くない態様で配置する。これにより、抽出手順の前に抽出側穿孔要素がカプセルをほんの部分的に突き刺すこと（または全く突き刺さないこと）、および、カプセル内圧が増加するまで抽出側で放出開口部の完全な開口が起こらないことを促進できる；
− 注入側穿孔要素がより大きい軸方向延長（または、支持面に垂直に測定された、支持面までの先端の距離）を有するように、抽出側穿孔要素に関して注入側穿孔要素を寸法決めする；
− 特に穿孔要素がわたされた領域において、各穿孔要素のための通路を設ける（二次元の切断線を仮定、ＰＣＴ／ＣＨ２０１０／００００９８に詳細に記載された表面に、支持面上に突出する穿孔要素がわたされている；保持ウェブによって持ち上げられ得るタブがこの構成をもたらす）。保持ウェブは有利に通路を越えて延在する。

いくつかの実施例では、抽出側穿孔要素の高さの１１０％〜１６０％である注入側穿孔要素の高さが、特に有利であることが分かっている。中心軸までの注入側穿孔要素の距離は、たとえば、中心軸までの抽出側穿孔要素の距離の１１０％〜１５０％に対応する。

注入側穿孔要素の最適な高さは、サイズが２５ｍｍ〜３０ｍｍ（縁長さ）のほぼ立方体形状のカプセルの場合、６ｍｍ〜１０ｍｍ、特に７ｍｍ〜９ｍｍである。穿孔要素が、互いに対して傾斜した２枚の板（シート）の形状を有する場合、支持面における板の延長は好ましくは、高さよりも幾分小さく、たとえば４〜７ｍｍである。抽出側穿孔要素の高さは５ｍｍ〜８ｍｍであってもよく、穿孔要素を形成する板の延長は３ｍｍ〜６ｍｍであってもよい。中心軸までの注入側穿孔要素の距離は１０〜１７ｍｍであってもよく、注入側カバー面の縁からの距離（すなわち、周囲壁面によって規定された平面に垂直に測定された、平面までの距離）は、３〜７ｍｍであってもよい。

縁長さが３５ｍｍまで、またはそれ以上のより大きいカプセルでは、寸法は同じであってもよく、または、若干大きい穿孔要素が選択されてもよい。

この発明の主題はまた、抽出生成物のための作成システム、たとえばコーヒーマシンを有するコーヒーカプセルシステムであって、マシンは、抽出生成物を作成するために、上述の態様でカプセルに整合された抽出チャンバを含む、作成システムである。

実施例では、閉鎖状態の抽出チャンバはそれにより、カプセルを完全に包囲し、また、注入器および放出装置は、ぴったり嵌まるように互いに対応し、かつ閉鎖位置でともに抽出チャンバを形成する要素を含む。（抽出流体の誘導に対して、および／または抽出モジュール部品の相対運動の運動方向に対して）軸方向の壁は、たとえば、少なくとも１つの注入側穿孔先端を有する注入器板と、抽出側穿孔要素を有する放出板とを形成し、穿孔要素は板から抽出チャンバへと突出している。上壁、下壁、および側壁は、注入器のおよび放出装置の対応する壁部分によって形成され、前記壁部分同士は互いに当接している。それぞれの壁部分は、たとえば周囲の形作られた封止体により、閉鎖位置で互いに封止可能である。この封止体はたとえば、抽出モジュール部品のうちの一方に固定され、抽出チャンバの閉鎖時に他方の抽出モジュール部品の表面に当接するリップ封止体を含んでいてもよい。そのような態様で閉鎖される抽出チャンバは、カプセルを挿入する必要なく、抽出装置のまたは抽出モジュールの洗浄を可能にし、それは、ユーザにとって重要な利点である。しかしながら、これは、閉鎖された、または完全には閉鎖されていない抽出チャンバで、すすぎまたは清掃手順中、洗浄またはすすぎカプセル、もしくは代替カプセルを使用することを除外しない。

この発明の実施例を、図面によって以下に説明する。図中、同じ参照符号は、同じまたは類似する要素を示す。図面は縮尺どおりに描かれてはおらず、また、図によって異なるサイズを有する、互いに部分的に対応する要素をある程度示している。

カプセルの図である。 抽出モジュールの断面表示の詳細を示す図である。 穿孔要素を有する抽出ふるい板の図である。 担体を有する注入側穿孔要素の図である。 カプセル封止体と、突き刺し板と、（部分的に表示された）カプセルとの詳細を示す図である。 抽出プロセス後のカプセルを通る図７のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 抽出プロセス後の注入側からのカプセルの図である。 突き刺されたカプセル壁の、内側からの図である。 コーヒーマシンの概略図である。 図６に対応する断面図である。

図１に従ったカプセル１は本質的に、丸みを帯びた縁を有する立方体の形状を有しており、そのためカプセル壁は、２つのカバー面１．１、１．２（図１の下側のカバー面は、図で選択された配向のため見えない）と、周囲側面１．３とを規定する。しかしながら、図の上部にある側は下側より幾分小さく、そのためカプセルは、厳密な数学的意味での角錐台形状を有する。ベース面への垂直面（意味することはもちろん、ベース面と対応する側面との間の縁を通って走る、ベース面に垂直な平面である）に対する、図において側方にある面の傾斜角は、非常に小さく、最大で好ましくは２°、たとえばたった約１°である。さらに、ベース面からのカプセルの高さは、ベース面の縁の長さにほぼ対応する。溶接ビード１．４も見え、これは、すべての側で側方に最大で約ｄ＝０．６ｍｍ、したがって最大で立方体の縁の長さの約２〜３％突出している。

本質的に公知であるように、カプセル壁はここでは、好適なプラスチック材料、たとえばポリプロピレンで製造され、壁厚は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ、たとえば０．２５ｍｍ〜０．３５ｍｍである。他の材料、特に食料品に適合する他のプラスチックも考えられる。バリア層がカプセル壁に組み込まれ、酸素に対するバリア特性を有し、カプセルへの酸素の拡散を防止する。バリア層はたとえば、エチレンビニルアルコールコポリマー（ＥＶＯＨ）を含む。カプセル壁は、深絞り法で各々製造されたベース本体と蓋とから構成可能である。カプセルの閉鎖は、超音波切断封止法で実行可能である。また、ある特徴は、溶接ビードが一方のカバー面の平面にはなく、これとは軸方向にずれている、ということである。

外壁の壁厚は、たとえば、すべての側でほぼ同じである。立方体の縁の外側長さはたとえば、コーヒーの充填量が約６ｇ〜約１０ｇの場合、２４ｍｍ〜３０ｍｍであり、コーヒーの充填量が約９ｇ〜約１４ｇの場合、３０ｍｍ〜３５ｍｍである。カプセルはまた、それが壁と壁に直接当接する充填物とのみからなる（フィルター手段などがない）ように、または、それが、カプセル内に存在するフィルター手段、液体誘導手段などを含むより複雑な態様でも構成できるように、設計可能である。

カプセル外壁に関し、およびその製造のための方法に関し、国際特許出願ＰＣＴ／ＣＨ２０１０／００００９７も引用される。

以下にさらに説明されるように、ここに説明される実施例については、抽出モジュールが、抽出モジュール内のカプセルの配向が規定されるように、溶接ビード１．４に整合される。それにより、図中上側にあるカバー面は抽出側カバー面であり、図中下側にあるカバー面１．２は注入側カバー面である。残りの４つの立方体側面はともに、周囲側面１．３を形成する。この用語は、以下で維持される。この発明はまた、以下の場合に実現可能である。

− 注入側カバー面および抽出側カバー面にそれぞれ対応する上側カバー面および下側カバー面により、配向が異なって、つまり逆に選択される場合；
− 抽出モジュールにおける配向が全く与えられておらず、挿入は任意の配向で実行可能である場合；
− 形状が、立方体形状を有しておらず、たとえば、２つのカバー面とそれらの間の周囲側面とを有する円筒形状または異なる形状を有する場合；および／または
− カバー面の少なくとも一方（特に抽出側カバー面）が平らではなく、異なる形状、たとえばアーチ形などを有する場合。

しかしながら、いくつかの配置において、ほぼ立方体形状または他の平行六面体形状を有し、また、周囲溶接ビード１．４または別の太くなった部分が、注入側カバー面よりも抽出側カバー面に接近しているような構成を有する、ここで説明する構成は、特に溶接ビード１．４が、抽出側でカプセルを機械的に安定化する太くなった部分を形成するため、有利である。

断面表示での図２は、挿入されたカプセル１を有する、開いたままの抽出モジュールを示す。抽出モジュールは、放出装置３と注入器４とを含む。放出装置３および注入器４は、たとえば動作レバーで好適な機構を作動させることにより、互いに対して移動可能である。図示された実施例では、注入器４は放出装置３の方向に移動可能であり、一方、放出装置３は外部ハウジングに対して可動ではない。

動作状態では、抽出モジュールは、コーヒーマシンの水平抽出モジュールとして機能し、コーヒーマシンは、抽出モジュールとは別に、水タンクと、水加熱装置（たとえばフロー式ヒーター）と、抽出水を注入器４に供給するためのポンプとを含む。カプセル１は、外部ハウジングの挿入開口部７を通して、抽出チャンバに挿入可能である。図２に示すように、挿入後、カプセル１は、載置要素２１および放出装置３の支持面３５の上に載っている。抽出チャンバを閉鎖することにより、載置要素２１は、図２に示す位置から遠ざかるように移動され、これは、欧州特許出願１２ ４０５ ０１０．５により詳細に記載されている。

図２において明らかなように、抽出モジュールは、軸方向（注入器と放出装置とを接続し、抽出チャンバの開閉時に可動抽出モジュール部品（すなわち、ここでは注入器）がそれに沿って動かされる、軸５）が水平面に対して若干、たとえば約５度傾斜するように設計され、具体的には、可動抽出モジュール部品（すなわち、ここでは注入器）が、静止抽出モジュール部品（すなわち、ここでは放出装置）へと動かされる際に、若干下向きに動くように設計される。

注入器は、割り当てられた供給開口部を有する少なくとも１つの穿孔要素１２（表示された実施例では４つの穿孔要素）を含み、そのため、カプセルを突き刺して、供給開口部を通して抽出流体をカプセルに供給することができる。コーヒーマシンはさらに、たとえば、抽出チャンバの下方に配置されたカプセルコンテナを含み、そのコンテナの中に、カプセルが、抽出手順の後、動作レバーを持ち上げることによって自動的に排出される。

また、放出装置３は、支持面を規定する担体と、これから遠ざかるように突出し、割り当てられた通路を各々有する複数の穿孔要素１１とを含む。抽出生成物は、放出チャネル１９を介して流出可能である。

注入器４は、抽出チャンバの閉鎖時に取り囲むかまたは取り巻くようにカプセルを保持する封止鍔を有するカプセル封止体４３を含む。放出装置３にはカプセル封止体３３も設けられており、その上に封止鍔が形成されている。

抽出チャンバを形成する注入器のおよび放出装置の部分は、それらがぴったり嵌まるように互いに対応し、かつ閉鎖位置でともに抽出チャンバを形成するように、互いに整合されている。上壁、下壁、および側壁は、第１のおよび第２の抽出モジュール部品の対応する壁部分によって形成され、前記壁部分同士は互いに当接している。注入器４によって形成される壁部分と、放出装置３によって形成される壁部分とは、周囲の形作られた封止体４９により、閉鎖位置で互いに封止される。抽出チャンバの閉鎖状態では、抽出チャンバは、カプセル封止体の効果により、外部に対してさらに封止される。これは、たとえば、カプセルが挿入されていない状態でのすすぎプロセスを可能にする。

図３は、抽出ふるい板の形をした担体３０を有する抽出側穿孔要素１１を示す。穿孔要素を有するこの抽出ふるい板は、国際公開第２０１０／１１８５４４号公報に記載されている。図３には、各穿孔要素が、互いに対して傾斜し、穿孔先端５３に向かってテーパが付いた２つのシート片５１から構成されることが見える。担体から遠ざかるように突出する縁は、各々切れ刃５２として設計されており、そのため、穿孔先端５３によるカプセル壁の穿孔後、穿孔要素をカプセルへとさらに押し込むことにより、ある角度を形成する（したがって二次元の）切断線がカプセル壁に生じる。各穿孔要素はさらに保持ウェブ５４を含み、それは、軸方向において穿孔先端ほどカプセルへと突出せず、また、切れない縁を含む。図中、１つの穿孔要素についてのみ点線で概略的に示され、その上方に保持ウェブがたとえば延在する、通路５７が、各穿孔要素に割り当てられる。通路にはマイクロふるい箔５６がわたされており、それは、国際公開第２０１０／１１８５４４号に記載されているように、全自動コーヒーマシンに似たふるいの機能を有する。マイクロふるい箔５６は、ここではオプションである。

担体４０を有する注入側穿孔要素１２を図４に示す。各々の注入側穿孔要素も、切れ刃６２を有する２つのシート片６１を含み、前記シート片は互いに対して傾斜し、穿孔先端６３に向かってテーパが付いている。割り当てられた保持ウェブ６５も存在する。また、抽出側についてのオプションでもあるが、シート片６１は、担体の担体板に固定可能であり、一方、保持ウェブは、担体板を保持する抽出モジュール本体６８から形成され、担体板の対応する開口部を通って抽出チャンバへと軸方向に突出している。図４には通路６６がはっきり見えており、これらは、シート片６１によって少なくとも部分的に取り囲まれている担体板の領域に設計されている。

図５は、抽出プロセスが始まる前の構成の詳細を示す。抽出チャンバの閉鎖後の、注入側カプセル封止体４３と、注入側穿孔要素１２を有する担体４０と、カプセルの一部とが表示されている。抽出モジュール本体６８は、図５には表示されていない。抽出チャンバの閉鎖時、カプセル封止体の周囲鍔４５は、弾性によって封止リップ４８または封止ビードが側方でカプセル壁に押し付けられるように、カプセル１の周りに係合するかまたはカプセル１を取り巻く。穿孔要素１２は、カプセルの注入側カバー面を穿孔し、これへと押される。

抽出チャンバは、抽出プロセスが始まる前に（すなわち、圧力下で湯が導入される前に）完全に閉鎖された抽出チャンバを仮定して、注入側支持面および抽出側支持面が双方とも、カプセルのそれぞれのカバー面に当たらないように設計され、また、その寸法がコーヒーカプセルの寸法に整合されている。抽出チャンバの閉鎖状態での支持面同士の距離は、抽出チャンバへの挿入前の、すなわち、外部から力が印加されていない状態での、（図１の上下延長に対応する）軸５に沿ったカプセルの延長に対応する。材料の靱性に起因して存在する、突き刺す先端の侵入に対する抵抗は、カバー面の少なくとも一方がそれぞれの支持面に当たらないようなカプセルの若干の変形をもたらす。

図５に従った表示では、注入側での、担体４０とカプセルの注入側カバー面との間のある中間空間が見えており、そのような中間空間は抽出側でも形成され、抽出側では、カプセルはたとえば、寸法および／または配置により、穿孔要素が切断線を１つだけ生成するものの、保持ウェブはまだカプセルの内部へと突出しないような程度までのみ、突き刺される。

しかしながら、図５に従った配置では、注入側穿孔要素１２は各々、二次元の切断線によって生成されるカプセル壁材料のタブ７０が、保持ウェブ６５の効果によってカプセルの内部へと押される（これは、保持ウェブがなければ、流体圧力によって（ようやく）行なわれるであろう）ように、カプセルへと入り込む。

抽出プロセスで、この熱い抽出流体は圧力下で、通路６６を通って導入される。これは、抽出流体が穿孔要素自体を通って誘導され、ひいてはカプセルの内部に直接入る、先行技術に従った発想とは対照的である。この発明のこの局面に従った発想では、対照的に、まず、カプセル壁の開口部の制限された流出容量により、圧力が外部からカプセル壁上へと増大し、流体は、担体４０とカプセル壁との間の中間空間に入り、そのため圧力は、カプセル壁に面状に作用する。同時に、カプセル壁の塑性変形能は、抽出流体の温度上昇によって高まる（ポリプロピレンのガラス転移温度は、約０℃、または０℃より若干低い）。これにより、カプセル壁はさらに内側へと押され、それは、より大きい流体量がカプセルに入り込む前に、カプセルの中身を圧縮し、詰めこむ。このアーチ形成は、周囲壁を適所に保持する、取り囲むカプセル封止体４３の（または取り囲む封止鍔４５の）安定化効果によって可能である。

ある時間の後（概して１秒後〜数秒まで）、より大量にカプセルに入り込んだ抽出流体のために、過度の圧力がカプセルの内部でも増大し、カプセル内部と注入器との間の圧力の打ち消しが起こる。この時点で、抽出流体が浸透して渦巻くことがないよう保護された、今やぎっしり詰まった抽出材料により、事前抽出プロセスがカプセル内部で生じる。このために、カバー面は抽出側で、より大きいカプセル内圧によって抽出ふるい板に対して若干外側にかつ面状に押し付けられ、それにより、抽出側のカプセル壁は抽出側支持面へと押される。この結果、（たとえば、注入側穿孔要素ほど、軸５に対して周囲に配置されず、それによりアーチがより大きくなる）抽出側穿孔要素は、穿孔要素によって生成されたタブが保持ウェブによってカバー面からかなり内側へと持ち上げられるまで、カプセルにさらに入り込み、このため、今や抽出された抽出生成物をカプセルから流出させる放出開口部を解放する。

断面表示での、または注入側からの図における図６および図７は、カプセルの形状を示す。内側へのアーチまたは湾曲がはっきり見え、そのため、圧縮体積７５によって縮小されたカプセル体積が生じる。取り囲む封止鍔の効果により、縁領域でリブ７４が生じている。カプセル壁の注入側開口部７１も、図に表示されている。

圧縮体積はそれにより、カプセルがその製造時に充填されなかった分の体積にほぼ対応可能である。たとえば、ここで説明される実施例に使用された蓋は、若干アーチ形である。カプセルを充填する際、蓋によって閉鎖される（下側カバー面１．２および側壁１．４を形成する）ビーカーを完全に充填しても、蓋のアーチによって規定される蓋体積を充填することはできず、それが、この場合、残りの体積が（ひいては圧縮容積７５も）この蓋体積にほぼ対応する理由である。したがって、図１０に表示されているように、図中「ｙ」で示された下側カバー面１．２の内側への移動は、蓋がアーチ形になる大きさ「ｘ」にほぼ対応していることが、概して観察できる。

図６に特によく見えるように、抽出プロセス後のカプセルは、注入側では、取り囲む封止体の作用によって周囲側面１．３がともに若干押され、一方、抽出側では、カプセル内部の圧力によって若干広がるように、変形される。注入側では、周囲側面はさらに、いくつかの封止リップ４８を有する封止体の痕跡として、若干うね付けされる場合がある。

カプセルから放出開口部３を通って出たコーヒー（または同様のもの）は、好適なチャネルを介して出口開口部に行き、そこから、それは供されたカップへと流入可能である。

内側からの図における図８（抽出材料なし）は、カプセルの突き刺された注入側カバー面１．２を示す。タブ（７０）が、保持ウェブ６５の効果によってカバー面平面から内側へと押され、ひいては、カプセル壁と穿孔ナイフ（シート片６１）との間で開口部を自由に保っているのも見える。抽出側でも同様の効果が生じるが、そこでは、取り囲む封止体の安定化効果はない。

図９に概略的に示すような、抽出モジュールを有するこの発明に従ったコーヒーマシンは、抽出モジュールとは別に、水タンク９１と、抽出水を注入器４に供給するためのポンプ９２と、水加熱装置９３（たとえばフロー式ヒーター）とを含む。カプセルコンテナ９５が抽出モジュールの下方に配置され、そのカプセルコンテナの中に、カプセル１が、抽出手順の後で落下し、または搬送される。参照符号９８は、コーヒーカップを示す。

最後に、この発明に従った手順の応用はコーヒーの抽出に制限されないことに留意すべきである。他の抽出飲料、特に茶、またはさらに別の抽出生成物が、ここに説明された方法で、および／またはここに説明された手段で作成可能である。

Claims (15)

1. 抽出プロセスにおいてカプセル（１）に導入された抽出流体から抽出生成物を以下のステップで生成する抽出方法であって、前記ステップは、
   閉鎖されたカプセルとしてカプセル（１）を提供するステップを含み、カプセルはカプセル壁を有し、カプセル壁は、抽出側カバー面（１．１）と、注入側カバー面（１．２）と、抽出側カバー面と注入側カバー面との間に延在する周囲側面（１．３）とを含み、カプセルはさらに、カプセルの内部に、カプセル壁によって包囲された抽出材料を有し、前記ステップはさらに、
   抽出生成物を作成するためのマシンの抽出モジュールにカプセル（１）を導入するステップを含み、前記抽出モジュールは、抽出流体をカプセルに導入するための注入器（４）と、抽出生成物を放出するための放出装置（３）とを含み、注入器は、注入側支持面から遠ざかるように突出する少なくとも１つの注入側穿孔要素（１２）を含み、放出装置は、抽出側支持面から遠ざかるように突出する少なくとも１つの抽出側穿孔要素（１１）を含み、前記ステップはさらに、
   カプセルが抽出チャンバに位置付けられ、注入側でカプセルの周囲側面がカプセル封止体（４３）によって取り囲まれ、少なくとも１つの注入側穿孔要素（１２）が、線状の切れ目である切断線に沿って注入側カバー面（１．２）を突き刺すまで、抽出モジュールの抽出チャンバを閉鎖するステップと、
   取り囲むカプセル封止体（４３）が周囲側面（１．３）を保持しつつ、流体圧力のために注入側カバー面がカプセル内部へと押されて、カプセル内部へと少なくとも部分的に移動するように、および、抽出流体が、カプセル内部へと押されるカプセル壁の少なくとも１つの注入側部分（７０）を越えてカプセル内部に入るように、圧力下で、注入側支持面と注入側カバー面（１．２）との間の領域に、抽出流体を導入するステップと、
   少なくとも１つの抽出側穿孔要素が突き刺すことによって抽出側カバー面に生成された少なくとも１つの放出開口部から抽出生成物が出るまでは少なくとも、抽出流体に対する圧力を維持するステップとを含む、方法。
2. 抽出モジュールおよびカプセル（１）は、抽出流体の導入前にカバー面（１．１、１．２）が双方とも支持面に当たらないように寸法決めされている、請求項１に記載の方法。
3. 抽出流体の導入後、カプセル（１）内で増大した内圧によって抽出側カバー面（１．１）が抽出側支持面へと移動され、そのため抽出側穿孔要素（１１）によって放出開口部がカプセルに生成され、放出開口部を通って抽出生成物がカプセルから放出可能となるまで、抽出流体に対する圧力が維持される、請求項２に記載の方法。
4. 少なくとも１つの抽出側穿孔要素（１１）は、各穿孔要素が、抽出側支持面から遠ざかるように突出する、切れない抽出側保持ウェブ（５４）を含むように選択される、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 抽出流体の導入前に、抽出側保持ウェブ（５４）が本質的にカプセル内部へと突出しないように、抽出モジュールおよびカプセルは寸法決めされ、互いに整合されている、請求項４に記載の方法。
6. 少なくとも１つの注入側穿孔要素（１２）は、少なくとも１つの抽出側穿孔要素（１１）よりも大きい軸方向延長を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. いくつかの注入側穿孔要素（１２）およびいくつかの抽出側穿孔要素（１１）が存在し、注入側穿孔要素は、抽出側穿孔要素よりも、前記注入側支持面の中央と前記抽出側支持面の中央とを通る仮想の軸（５）までの距離が大きい、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 取り囲むカプセル封止体（４３）として、エラストマー材料および／またはゴム弾性材料のカプセル封止体が使用されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 抽出生成物のための作成システムであって、
   抽出生成物を作成するためのマシンを含み、前記マシンは抽出モジュールを含み、前記抽出モジュールは、抽出流体をカプセルに導入するための注入器（４）と、抽出生成物を放出するための放出装置（３）とを含み、注入器は、注入側支持面から遠ざかるように突出する少なくとも１つの注入側穿孔要素（１２）を含み、放出装置は、抽出側支持面から遠ざかるように突出する少なくとも１つの抽出側穿孔要素（１１）を含み、
   注入器は弾性のカプセル封止体（４３）を含み、閉鎖状態の抽出モジュールは、カプセルのための抽出チャンバを形成し、
   注入器は、注入側穿孔要素（１２）から分離し、熱い抽出流体を抽出空間に供給するための少なくとも１つの通路（６６）を含み、
   マシンはさらに、圧力下で熱い抽出流体を、少なくとも１つの通路（６６）を通して抽出空間へと送り出すための流体ポンプを含み、前記作成システムはさらに、
   閉鎖されたカプセルを含み、カプセルはカプセル壁を有し、カプセル壁は、抽出側カバー面（１．１）と、注入側カバー面（１．２）と、抽出側カバー面と注入側カバー面との間に延在する周囲側面（１．３）とを含み、カプセルはさらに、カプセルの内部に、カプセル壁によって包囲された抽出材料を有し、
   抽出モジュールはカプセルを受けるために構成され、また、注入側で周囲側面（１．３）を取り囲む弾性のカプセル封止体（４３）によってカプセルが誘導されている間、抽出チャンバは閉鎖可能であり、
   抽出チャンバの閉鎖状態で、注入側穿孔要素（１２）は、注入側カバー面（１．２）を突き刺してカプセル内部へと突出し、
   この閉鎖状態で、抽出流体が、少なくとも１つの通路（６６）を通って、注入側支持面と注入側カバー面との間の領域に供給可能であり、
   カプセル封止体（４３）は少なくとも１つの周囲封止構成（４８）を含み、周囲封止構成は、抽出チャンバの閉鎖時に周囲側面（１．３）が局所的に変形され、封止構成に沿って内側に移動されるように、径方向内側に突出している、作成システム。
10. 抽出モジュールおよびカプセルは、抽出流体の導入前にカバー面（１．１、１．２）が双方とも支持面に当たらないように寸法決めされ、互いに整合されている、請求項９に記載の作成システム。
11. カプセルは本質的に、丸みを帯びた角および縁と、オプションで周囲溶接ビードとを有する、立方体の形状を有することを特徴とする、請求項９または１０のいずれかに記載の作成システム。
12. カプセル壁は、酸素バリア層を有するプラスチック材料、たとえばポリプロピレンからなることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載の作成システム。
13. カプセルは超音波切断封止法で閉鎖されることを特徴とする、請求項１２に記載の作成システム。
14. 各抽出側穿孔要素は、およびたとえば各注入側穿孔要素も、切れない保持ウェブを含み、保持ウェブは、抽出側または注入側支持面から遠ざかるように突出し、その軸方向延長は、それぞれの穿孔要素の切断および／または穿孔部分の軸方向延長よりも小さいことを特徴とする、請求項９〜１３のいずれかに記載の作成システム。
15. カプセル封止体（４３）の少なくとも１つの周囲封止構成は、周囲封止リップおよび／または周囲封止ビードであり、少なくとも１つの封止リップまたは少なくとも１つの封止ビードは、カプセルの面に線状または帯状に当たって、カプセル壁をカプセル内部へと押すことを特徴とする、請求項９〜１４のいずれかに記載の作成システム。

Images