JP6629223B2 - 飲料用カプセル - Google Patents

Description

本発明は、自動分配装置において、例えば飲料等の製品を調合するためのカプセル又は容器に関する。特に、本発明は、加圧流体と相互作用させることで最終製品を作製可能な初期製品を収容する、シールされた一回分の使い捨てカプセルに関する。

分配装置において使用されることが意図されたカプセルが知られている。このようなカプセルは、液体及び気体に対して不透過性のプラスチック材料からなる、ビーカー形状又はカップ形状を有する外側ケースを備えた一回分の使い捨て容器からなる。ケースは、底壁と、上方開口を画成する側壁と、を備え、この上方開口を介して、飲料を得るための製品が挿入可能となっている。容器内部の製品をシールするように、上方開口は、典型的にはアルミニウムシート又はプラスチックフィルムである閉鎖要素により密閉されている。閉鎖要素は、通常、ケースのフランジ形状の周縁部であって、底壁に対向するとともに上方開口の周囲に配設された周縁部に取り付けられている。

底壁において下方開口が設けられ、この下方開口を介して飲料が分配される。下方開口は、上方開口の閉鎖要素のような、典型的にはアルミニウムシート又はプラスチックフィルムである閉鎖要素により密閉されている。

カプセルは穿孔可能であって、好適には水である加圧液体がカプセルの内部に供給されることを可能としている。特に、閉鎖要素は、分配装置の適当な手段により穿孔可能であって、これにより加圧液体がカプセル内に供給され得るようになっている。

飲料は、閉鎖要素を破壊することにより分配される。この破壊は、カプセル内部の圧力が所定値を越えたときに生じ、この所定値は閉鎖要素の機械的抵抗によって異なる。

このようなタイプのカプセルの１つの問題は、閉鎖要素の破壊がカプセル内部の急激な圧力変化の原因となるという点にある。このような圧力変化は、いわゆる「ウォーター・ハンマー」現象を引き起こす可能性があり、これによりカプセルの破裂や分配装置内の流体回路の損傷が発生することがある。なぜならば、ハンマーにより発生した圧力波が、加圧液体をカプセルの内部に供給するノズル内に拡がり、そしてこのノズルから分配装置の流体回路全体へと拡がる可能性があるからである。

このようなタイプのカプセルに生じる更なる問題は、閉鎖要素が破壊する際に、加圧液体がカプセルから高速で流出し、飲料を受容することが意図された容器に達して、このことにより、流体が容器から噴出して分配装置や容器を取り囲む領域を汚してしまうということにある。

このような問題を解決するために、ラビリンスパスを下方開口の下流に設けるように設計されたカプセルが提供されている。この目的は、飲料がカプセルから流出する際の速度を減少させて、飲料を受容するように意図された容器に飲料が達する際の噴出を防止するとともに、下方開口の閉鎖要素の破壊時にカプセル内部の圧力がそれほど突然に降下しないようにする、すなわちより漸進的に降下させる負荷損を発生させることである。

しかしながら、このようなラビリンスパスの作製は、閉鎖要素が破壊する際にウォーター・ハンマーが全く発生しないことを保証するものではないことに加え、複雑でありカプセルの製造コストを著しく押し上げるものである。

本発明の目的は、公知の分配装置に使用可能であるカプセルであって、カプセルの下方開口の閉鎖要素の破壊時のウォーター・ハンマー現象の発生を防止するとともに、飲料分配時の噴出を防止するカプセルを提供することである。

更なる目的は、作製が安価で簡単なカプセルを得ることである。

本発明によれば、請求項１及びこれに従属する１以上の請求項に記載の飲料用カプセルが提供される。

本発明は、非制限的な例として示すいくつかの実施例を図示する添付図面を参照することにより、より良く理解され実施され得る。

本発明によるカプセルの第１実施形態の概略断面図。 図１のII−II断面図。 図１のカプセルの拡大詳細図。 本発明によるカプセルの第２実施形態の概略断面図。 図４のV−V断面図。 図４のカプセルの拡大詳細図。 閉鎖要素を省いた図４のカプセルの上面図。 本発明によるカプセルの第３実施形態の概略断面図。 本発明によるカプセルの第４実施形態の概略断面図。

図１に、本発明による飲料用カプセル１の第１実施形態が示されている。カプセル１は、例えば水などの熱い加圧流体をカプセルの内部に注入することにより、例えばコーヒー、麦茶、ハーブティ、紅茶、ココア等の特に熱い飲み物である最終製品を生成するための自動分配装置において使用可能である。

本発明によるカプセル１は、外側ケース又は容器２を備えている。外側ケース２は、開放しているとともに初期製品Ｐを収容するのに適したキャビティ５を画成するベース壁３及び側壁４を備えている。初期製品Ｐは、例えば、典型的には水である流体と混合されて飲料の形態としての最終製品を得る可溶性又は透過性製品としての食品である。

ベース壁３と側壁４が、実質的にビーカー形状又はカップ形状のカプセル１の本体を画成している。

ケースは、更に、側壁４に連結されるとともにそこから延出するフランジ形状の縁部７を備えている。縁部７は、ベース壁に対向するキャビティ５の第１開口６の周囲に配設されている。また、縁部７はベース壁３に対向するとともにキャビティ５の外方を向いている。

ベース壁３は、第２開口８の周囲に配設されている。この第２開口８を介して、初期製品Ｐから調合された飲料がキャビティ５から流出可能となっている。ベース壁３は、ケース２の成形工程において、第２開口８を取り囲む環状平面として得られる。

実際に、ケース２は、初期製品Ｐから最終製品を調合するプロセスに適した、熱成形可能なプラスチック材料からなるシートを成形することにより作製され、例えば、１００℃までの温度及び少なくとも５バールの圧力に対して変形することなく耐え得る。

プラスチック材料からなるシートは、１５ミクロン乃至１４００ミクロンの間、特に３５０ミクロン乃至１２００ミクロンの間に含まれる厚さを有し得るとともに、例えば、ポリプロピレンＰＰ及び／又はポリエチレンＰＥ及び／又はポリアミドＰＡ等のポリオレフィンから構成される。

詳細には、シート材料は、第１材料層と、第２材料層と、第３外側材料層と、を備え得る。第１材料層は、特に、初期製品Ｐに接触すること及び／又は初期製品Ｐを保存することに適しており、例えば湿気に対して不透過性のポリプロピレンＰＰから構成される。第２材料層は、初期製品Ｐとは接触せず、気体に対して、特に酸素に対して及び選択的に湿気に対して不透過性の材料から構成されて、バリア層としても知られている。

特に、第１層が時間の経過とともに酸素を透過してしまっても、第１層と第２層との間に配置されたバリア層は、キャビティ５の外的環境からの完全な分離を確保する。バリア層は、２ミクロン乃至１００ミクロンの間、特に１５ミクロン乃至７０ミクロンの間に含まれる厚さを有するとともに、例えば、酸素のみに対して気体不透過性のエチレン・ビニル・アルコール（ＥＶＯＨ）、又は、酸素及び湿気の両方に対して気体不透過性のポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）から構成されている。

シート材料の（図示しない）第１実施形態によれば、第１層及び第３層は、例えばポリプロピレンＰＰ等の同一の材料から構成され、バリア層をそれらの間に介在させつつ結合されている。これらの層は同一の厚さを有してもよいし（例えば３５０ミクロン）、又は異なる厚さを有していてもよい（例えば、第１層が５００ミクロンの厚さを有し得るのに対して、第３層が３００ミクロンの厚さを有し得る）。

（図示しない）第２の別の実施形態によれば、第１層は支持層であってポリプロピレンＰＰから構成されており、第２層はバリア層（ＥＶＯＨ又はＰＶＤＣ）であり、第３層は１５ミクロンの厚さのポリプロピレンＰＰ又はポリエチレンＰＥからなる押出層であって、シート材料の製造工程中に第１層及び第２層に結合された層である。

したがって、第１実施形態及び第２実施形態の双方によるシート材料は、カプセルに収容された初期製品Ｐを湿気及び酸素から時間が経っても保護するように選択される。

更に、カプセルは、ケース２の縁部７に取り付けられて開放キャビティ５の第１開口６を密閉する閉鎖要素９を備えている。閉鎖要素９は、注入手段１０により穿孔可能なバリア層を設けられたアルミニウムシート又はプラスチックフィルムを備えている。飲料を生成するため、注入手段１０によって、例えば水である加圧流体がキャビティ５の内部に注入される。

閉鎖手段９は、ケース２の縁部７に、熱溶接、超音波溶接、又は粘接着によって取り付けられる。好適には、以下に説明するように、閉鎖要素８はケースに熱溶接により取り付けられる。

ベース壁３の第２開口８は好適には円形であり、閉鎖要素９と同様の閉鎖要素１１により密閉されている。閉鎖要素１１は、キャビティ５の内部でベース壁３に熱溶接、超音波溶接、又は熱接着によって取り付けられている。閉鎖要素１１も、好適には熱溶接によりケース２に取り付けられている。

閉鎖要素９と閉鎖要素１１は、キャビティ５を密閉してキャビティ５に収容されている初期製品Ｐを保存するために使用されている。

閉鎖要素１１は、加圧流体のキャビティ５への供給後、キャビティ５内部の圧力が所定値を超えたときに破断することが意図されている。この所定値は、閉鎖要素１１を作製している材料の機械的抵抗に依存する。閉鎖要素１１を破断することにより、飲料がキャビティ５から流出し、続いて例えばカップやビーカー等の飲料を受容することが意図された容器に飲料が分配される。

キャビティ５の下部に、複数の孔２１が設けられ、例えばプラスチック材料からなる本体２８を備えたフィルタ要素２０が、配設されている。初期製品Ｐが不溶性の材料からなる場合、これらの孔は、飲料の通過は許容するが初期製品Ｐの通過は妨げるような寸法を有している。これは、飲料とともに製品Ｐの粉末が分配されてしまう可能性を回避するためである。

本体２８は環状隆起部２２を有しており、これを利用してフィルタ要素２０がベース壁３に支持されている。

フィルタ要素２０は、飲料を調合するように加圧流体がキャビティ５に供給される際にキャビティ５内で増大する圧力の影響を受けても顕著には変形しないように、変形に対する強い抵抗を提供するように構成されている。

図１乃至３に示す本発明のカプセル１の実施形態において、フィルタ要素２０の本体２８は、キャビティ５の内部に向かって突出した凸形状を有している。

カプセル１が、ベース壁３に対してキャビティ５とは反対の側に配置されたチャンバ１２を備えるよう、ケース２は更に底壁３１を備えている。閉鎖要素１１が破断されると、チャンバ１２は第２開口８を介してキャビティ５に連通可能となる。チャンバ１２は、好適には円形の断面を有する。また、チャンバ１２は、ケース２の底壁３１の中央に設けられるとともにケース２のベース壁ｌ３に対向する出口開口１３を有している。この出口開口１３を介して、初期製品Ｐを使用して調合された飲料が分配される。チャンバ１２は、例えば楕円形断面又は多角形断面等の、円形断面とは異なる断面を有し得る。

チャンバ１２の内部に、制動要素１４が配設されている。制動要素１４の機能は、飲料の流出速度を制御し、特に閉鎖要素１１の破断時のウォーター・ハンマー現象の発生を防ぐこと、又は少なくともこの現象により生成される圧力波の強度を大きく減少させることである。制動要素１４は、また、飲料が容器に分配される際に噴出してしまうことを防ぐ役割を果たす。

制動要素１４は、チャンバ１２の断面形状に一致する平面形状と、矩形又は実質的にレンズ形状の断面とを有する本体１５を備えている。本体１５は、本体１５とチャンバ１２の側壁１６との間に、幅の小さい環状通路Ｓが存在するよう定められた寸法を有している。これにより、この環状通路を通過する飲料の速度が顕著に低下し、通路Ｓの入口と出口との間に顕著な圧力差が生じる。好適には、環状通路Ｓの幅は２ｍｍ以下であり、これにより泡立てた飲料を得ることも可能とされる。

キャビティ５への液体の供給による圧力増加の影響を受けて閉鎖要素１１が変形したとき、制動要素１４の本体１は閉鎖要素１１の支持要素としても機能する。本体１５と閉鎖要素１１との間の距離Ｄは、キャビティ５内の圧力増加の影響を受けて閉鎖要素１１が破断する前に、閉鎖要素１１の中央領域が本体１５に支持されるように選択される。

制動要素１４の本体１５は、複数の柱状部１７によって中空円筒形要素１９のフランジ１８に取り付けられている。中空円筒形要素１９は、出口開口１３に干渉しつつ挿入されるよう定められた寸法を有しており、これにより飲料を分配するとともに、環状通路Ｓが実質的に一定の幅を有するように制動要素１４の本体１５をチャンバ１３の中央に維持するためのノズルとして機能する。

本体１５、柱状部１７、フランジ１８及び中空円筒形要素１９は、好適には一体的に構成されている。

キャビティ５内の圧力が増加すると、閉鎖要素１１は変形し、制動要素１４の本体１５に向かって突出した凸構造を徐々にとる。変形の影響を受けて距離Ｄは減少し、閉鎖要素１１の中央領域Ｃが本体１５に接触してこれに支持されると距離Ｄは存在しなくなる。

閉鎖要素１１が本体１５に支持されて、チャンバ５の内部の圧力が閉鎖要素１１の破断を発生させるのに十分な値に到達すると、本体１５に支持されているため中央領域Ｃにおいては破断し得ない閉鎖要素１１は、中央領域Ｃと閉鎖要素１１の縁部Ｂとの間に含まれる中間領域Ｉ内で１箇所以上において破断する。このようにして、制御された態様で前記距離Ｄに依存する圧力において破断が生じ、この圧力は距離Ｄが小さいほど大きい、つまり本体１５上の閉鎖要素１１の支持面が大きいほど大きいことに注目されたい。

このようにして、閉鎖要素１１の破断によって生成された液体の噴流が通路Ｓに方向付けられる。

環状通路Ｓの寸法の結果、高速で閉鎖要素１１の破断部から流出する飲料は、環状通路Ｓを通過するときには顕著に減速される。これにより、通路Ｓ内の大きな圧力低下がもたらされ、閉鎖要素１１の破断時にキャビティ５内の圧力が低下することが顕著に抑えられるとともに、飲料分配中のキャビティ５内の圧力の漸進的低下が得られる。こうして、ウォーター・ハンマー現象の発生が回避される、又はこの現象により発生した圧力波の強度が顕著に制限される。このようにして、閉鎖要素１１の破断時にカプセルが破裂したり、注入手段１０を介して拡がって分配装置の流体回路に損傷を与え得る圧力波が生成されたりする危険が回避される。

環状通路Ｓを通過する飲料が失速するということは、飲料が低速で中空の円筒形要素１９に到達し、こうして、分配装置や容器を取り囲む領域に噴出して汚してしまうようなことなく飲料を受容することが意図された容器に分配される、ということを意味する。

制動要素１４の本体１５は、剛性であるように、或いは弾性的に変形可能であるように構成され得る。後者の場合、キャビティ５から流出する飲料によって及ぼされる圧力の影響を受けて制動要素１４の縁部が変形し、環状通路Ｓの幅が、飲料の分配開始時に増大し、そして、キャビティ５内部の圧力が減少していくのに合わせて、本体１５の非変形形状に対応する最小値まで徐々に減少するように変化させる。

ウォーター・ハンマーの制動効果とカプセル１から流出する飲料の減速は、剛性本体１５の場合でも弾性本体１５の場合でも同じく効果的である。

図４乃至７に、本発明によるカプセル１の第２実施形態を示す。

第２の実施形態において、カプセル１の第１実施形態と同一の部分には同じ参照符号を付す。第２実施例は、制動要素１４の構造とフィルタ要素２０の構造という点によってのみ第１実施例と異なる。

制動要素１４は、チャンバ１２の断面形状に一致する平面形状を有する本体３０を備えている。本体３０は、本体３０とチャンバ１２の壁１６との間に、幅の小さい環状通路Ｓが存在するような寸法を有しており、これにより、通路を通過する飲料の速度が顕著に低下し、通路Ｓの入口と出口との間に顕著な圧力差が生じる。好適には、環状通路Ｓの幅は２ｍｍ以下であり、これにより泡立てた飲料を得ることも可能とされる。

本体３０は、複数の実質的に剛性の扇形部２７を備え、これらの扇形部２７は弾性的に変形可能な例えばフィン形状の可撓性要素２６によって分割されている。可撓性要素２６は、キャビティ５から流出する飲料によって及ぼされる圧力の影響を受けて撓み、フィン２６の端部に対応する領域において環状通路Ｓの幅が、飲料の分配開始時に増大し、そして、キャビティ５内部の圧力が減少していくのに合わせて、フィン２６の非変形形状に対応する最小値まで徐々に減少するように変化させる。

制動要素１４の本体３０は、複数の柱状部１７によって中空円筒形要素１９のフランジ１８に取り付けられている。中空円筒形要素１９は、出口開口１３に干渉しつつ挿入されるよう定められた寸法を有しており、これにより飲料を分配するとともに、環状通路Ｓが実質的に一定の幅を有するように制動要素１４の本体１５をチャンバ１３の中央に維持するためのノズルとして機能する。

本体３０、柱状部１７、フランジ１８及び中空円筒形要素１９は、好適には一体的に構成されている。

フィルタ要素２０は、複数の孔２１が設けられた、例えばプラスチック材料からなる実質的に平坦な本体２９を有している。これらの孔は、初期製品Ｐが不溶性の材料からなる場合、飲料の通過は許容するが初期製品Ｐの通過は妨げるような寸法を有している。これは、飲料とともに製品Ｐの粉末が分配されてしまう可能性を回避するためである。

本体２９は、キャビティ５の内部を向く面において、複数の剛性径方向リブ２４を有している。好適には、これらのリブ２４は、飲料を調合するために加圧流体がキャビティ５に供給されたとき、キャビティ５内で増大する圧力の影響を受けてフィルタ要素２０が大きく変形しないように一定の角度ピッチを以て配設されている。径方向リブ２４の数は好適には６に等しい。

フィルタ要素２０の周縁部２５は、ベース壁３の付近に設けられた環状ステップ２３に支持されている。

図８に、本発明によるカプセル１の第３実施例を示す。第３実施例において、カプセル１は本体３０を備えた制動要素１４を有している。図４乃至７に示す第２実施形態と同様に、本体３０は、例えばフィン形状の可撓性要素２６により分離された複数の実質的に剛性の扇形部２７からなる。更に、図１乃至３に示すカプセル１の第１実施形態と同様に、カプセル１は、キャビティ５の内部に向かって突出した凸形状を有する本体２８を有するフィルタ要素２０を有している。

図９に、本発明のカプセル１の第４実施形態を示す。第４実施形態において、図１乃至３に示すカプセルの第１実施形態と同様に、カプセル１は、チャンバ１２の断面形状に一致する平面形状と、実質的にレンズ形状の断面とを有する本体１５を備えた制動要素１４を含んでいる。更に、図４乃至７に示すカプセル１の第２実施形態と同様に、カプセル１は、好適には一定の角度ピッチを以て配設された複数の剛性径方向リブ２４を、キャビティの内部に向く面に設けられた実質的に平坦な本体２９を有するフィルタ要素２０を有している。

熱成形により構成されたカプセル１のケース２と、分配ノズルとして機能するとともに出口開口１３に干渉しつつ取り付けられた中空円筒形要素１９と一体的に構成された制動要素１４とにより、安価に製造されるとともに所望により泡立てた飲料が得られるカプセル１が得られる。

Claims (10)

1. 熱成形可能なプラスチック材料からなるシートを成形することにより作製されたケース（２）を備えた飲料用カプセル（１）であって、
   前記ケース（２）は、
   飲料の形態としての最終製品を得るように流体と混合される初期製品（Ｐ）を収容するのに適したキャビティ（５）を画成するベース壁（３）及び側壁（４）と、
   前記キャビティ（５）の第１開口（６）であって、前記ベース壁（３）に対向する第１開口（６）と、
   前記側壁（４）から延出して前記第１開口（６）を取り囲む縁部（７）と、
   前記ベース壁（３）が周囲に配設されている第２開口（８）と、を備え、
   前記第１開口（６）は、前記縁部（７）に取り付けられたカバー要素（９）により密閉されており、
   前記カバー要素（９）は、前記カプセルが使用可能な分配装置の注入手段（１０）により穿孔可能であり、
   前記第２開口（８）は、前記キャビティ（５）の内部の圧力が所定値を超えると破断するように構成されている閉鎖要素（１１）により密閉されており、前記所定値は、前記閉鎖要素（１１）を構成している材料の機械的抵抗に依存しており、
   前記カプセルは、更に、前記ベース壁（３）に対して前記キャビティ（５）とは反対の側に配置されたチャンバ（１２）を備え、
   前記閉鎖要素（１１）が破断すると、前記チャンバ（１２）は前記第２開口（８）を介して前記キャビティ（５）と連通可能であり、
   前記チャンバ（１２）には、前記ケース（２）の底壁（３１）の中央に形成され、前記ベース壁（３）に対向する出口開口（１３）が設けられており、
   飲料の出力速度を制御するとともに前記閉鎖要素（１１）の破断時のウォーター・ハンマー現象の発生を防ぐように、前記チャンバ（１２）の内部に制動要素（１４）が配設されている、
   ことを特徴とするカプセル（１）。
2. 前記ベース壁（３）の近傍に配設されたフィルタ要素（２０）を更に備えている、
   請求項１に記載のカプセル（１）。
3. 前記制動要素（１４）は、前記チャンバ（１２）の断面形状に一致する平面形状を有する本体（１５、３０）を備え、
   前記本体（１５、３０）は、当該本体と前記チャンバ（１２）の側壁（１６）との間に２ｍｍを越えない幅の小さい環状通路（Ｓ）が存在するよう定められた寸法を有しており、前記通路を通過する飲料の速度が顕著に低下し、前記通路（Ｓ）の入口と出口との間に顕著な圧力差が生じる、
   請求項１又は２に記載のカプセル（１）。
4. 前記本体（１５、３０）は、前記出口開口（１３）に干渉しつつ挿入されるよう定められた寸法を有する中空円筒形要素（１９）のフランジ（１８）に、複数の柱状部（１７）を介して取り付けられており、
   前記本体（１５、３０）、前記複数の柱状部（１７）、前記フランジ（１８）及び前記中空円筒形要素（１９）は一体的に構成されている、
   請求項３に記載のカプセル（１）。
5. 前記本体（１５）はレンズ形状の断面を有している、請求項３又は４に記載のカプセル（１）。
6. 前記本体（１５）は実質的に剛性の材料から構成されている、請求項５に記載のカプセル（１）。
7. 前記本体（１５）は弾性的に変形可能な材料から構成されている、請求項５に記載のカプセル（１）。
8. 前記本体（３０）は、フィンの形状を有する弾性的に変形可能な可撓性要素（２６）によって分割された複数の実質的に剛性の扇形部（２７）を備えている、請求項３又は４に記載のカプセル（１）。
9. 前記フィルタ要素（２０）は、複数の孔（２１）が形成された本体（２８）を備え、
   前記孔（２１）は、初期製品（Ｐ）が不溶性の材料からなる場合、飲料の通過は許容するが初期製品（Ｐ）の通過は妨げるよう定められた寸法を有しており、
   前記本体（２８）は、前記キャビティ（５）の内部に向かって突出した凸形状を有している、
   請求項２に記載のカプセル（１）。
10. 前記フィルタ要素（２０）は、複数の孔（２１）が設けられた実質的に平坦な本体（２９）を備え、
    前記孔（２１）は、初期製品（Ｐ）が不溶性の材料からなる場合、飲料の通過は許容するが初期製品（Ｐ）の通過は妨げるよう定められた寸法を有しており、
    前記本体（２９）には、前記キャビティ（５）の内部に向く面の１つに、複数の剛性径方向リブ（２４）が設けられている、
    請求項２に記載のカプセル（１）。

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