JP7246579B2 - 食品及び飲み物の急速な冷却 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本願は、２０２０年１月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／９６１，４９５号の優先権を主張する。本願の全体的な内容は、参照により本明細書に援用される。
本開示は、食品及び飲み物を急速に冷却するためのシステム及び方法に関する。
単回分の暖かい飲料を迅速に準備する飲料醸造システムが開発されてきた。これらの醸造システムのいくつかは、醸造が起こる前に水が加えられる使い捨てのポッドに頼っている。ポッドは、温かいコーヒー、お茶、及びココアを準備するために使用できる。
家庭用のアイスクリームメーカーは、個人消費用のより大きいバッチ（例えば、１．５クオート以上）のアイスクリームを作るために使用できる。これらのアイスクリームメーカー器具は、通常、手回しハンドル方法を使うことによって、又は次に器具内の材料をかき混ぜるのを支援するために使用される電気モータを使うことによって混合物を調製する。結果として生じる調製品は、多くの場合、マシンの中に差し込まれる予冷容器を使用して冷やされる。一部の電気アイスクリームマシンは、アイスクリームのバッチを作るために２０から６０分を要し、時間のかかる清掃を必要とする。
本明細書は、食品及び飲み物を急速に冷却するためのシステム及び方法を説明する。これらのシステム及び方法のいくつかは、調理台又は設置されたマシンに挿入された容器内の食品及び飲み物を、室温から冷凍まで２分未満で冷却することができる。例えば、本明細書に説明される手法は、約９０秒で室温のポッドからソフトクリームを作ることができることの立証に成功している。また、この手法は、フローズンドリンクを作るためにを含む、カクテル及び他の飲み物を冷やすために使用されてきた。これらのシステム及び方法は、起動時間が少ない冷蔵サイクル、及び使いやすく、非常に効率的な伝熱を提供するポッド－マシン接合部分に基づいている。
説明されているポッドのいくつかは、製造ラインで材料を充填され、滅菌プロセス（例えば、レトルト、無菌包装、超高温処理（ＵＨＴ）、超熱処理、超低温殺菌、又は高圧処理（ＨＰＰ））を受ける。ＨＰＰは、すでに最終パッケージに密封されている製品を容器の中に取り込み、水により伝達される高いレベルの静水圧力（３００から６００メガパスカル（ＭＰａ）（４３，５００から８７，０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ））にさらす低温殺菌法技術である。ポッドは、例えば、乳製品を含む材料を、滅菌に続いて、長期間（例えば、９から１２か月）室温で保管するために使用できる。
アイスクリームは、ｐＨレベルが５．０と８．０の間の範囲の低酸性食品と見なされる。アイスクリームの酸性度は、他の食品に関して以下の表に示されている。表は、左の高アルカリ含有量の食品から右の高酸含有量の食品に及ぶ水平軸に沿ったｐＨレベルの範囲を示す。アイスクリームは、卵及び乳製品のカテゴリの中では低酸性食品である。つまり、低酸性食品は、４．６を超える完成平衡ｐＨ及び０．８５より大きい水分活性を有する食品である。
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図１は、アイスクリームを製造するための１つの手法のプロセス図である。この手法では、原材料は、均質化、低温殺菌、結晶化、急速冷凍、梱包、及び保管を経る。
低温殺菌は、食品（例えば、乳製品又は牛乳）が、通常１００℃（２１２°Ｆ）未満の穏やかな熱で処理されて、病原菌を排除し、保存可能期間を延ばすプロセスである。プロセスは、植物性細菌は含むが、細菌胞子は含まない、腐敗又は病気のリスクに寄与する有機体及び酵素を破壊する、又は不活性化することを目的とする。低温殺菌は滅菌ではなく、細菌胞子を殺さない場合がある。低温殺菌は、食品中の有機体の数を減らす。
冷蔵され、低温殺菌された乳製品の保存可能期間は、通常、牛乳の保存可能期間よりも長い。例えば、超高温殺菌乳は、はるかに長く、ときには２か月から３か月もつ場合があるのに対して、高温短時間（ＨＴＳＴ）殺菌された牛乳は、通常、２週間から３週間の冷蔵保存可能期間を有する。超高温処理（ＵＨＴ）が、滅菌処理容器技術（例えば、上述されたレトルト、又は無菌包装）と組み合わされるとき、乳製品は例えば９か月から１２か月など、はるかに長期間、冷蔵せずに保管することさえできる。
しかしながら、レトルトベースの滅菌処理容器技術と組み合わされた超高温処理中、低温殺菌された乳製品は、カラメル化し、茶色くなる場合があり、これは望ましくない場合がある。より一般的には発色現象と呼ばれる褐色化の最高速度は、２３０°Ｆの温度でカラメル化し始めるフルクトースの存在により引き起こされる場合がある。カラメル化は、還元糖がアミノ酸と反応するメイラード反応と混同すべきではない。褐色化、つまりメイラード反応のプロセスは、風味を生じさせ、食品の色を変色させる。メイラード反応は、一般に、２８５°Ｆを超えた温度で起こり始める。例えば、フルクトースのカラメル化温度は２３０°Ｆである場合があり、ガラクトースは３２０°Ｆである場合があり、グルコースは３２０°Ｆである場合があり、ラクトースは３９７°Ｆである場合があり、スクロースは３２０°Ｆである場合がある。
低温殺菌プロセスは保存可能期間を延ばすが、均質化の必要がある場合もある。均質化は、通常、低温殺菌の前又は後のどちらかに行われるが、液状アイスクリームミックスの冷凍前に行われる。均質化は、一般に、脂肪又は油を含むいずれのアイスクリームミックスに対しても行われ、従来は牛乳、ヨーグルト、アイスクリームなどの乳製品、並びにジュース、豆乳、及びピーナツミルクなどの飲料の生産で使用される。均質化は、一様なミックスを作り出すだけではなく、脂肪小滴のサイズも縮小し、その結果乳剤を安定させる。均質化は、より大きい粘度、及びより一様な色の生産につながる。均質化は、大きい脂肪球を壊すことによって、アイスクリームにそのクリーミーな食感を与える。
均質化のプロセスは、空気を引き込み、次に非常に高圧で空気を強制的に押し出すことによって、ピストンポンプのように働くホモジナイザーで起こる。この圧力は、液状のアイスクリームを、強制的に非常に小さい管状の開口部を通すために使用され、クリームの分離を防ぐ非常に細かい脂肪粒子を生じさせる。圧力は、液状アイスクリームミックス中の脂肪及び固形物質に依存する。液状アイスクリームミックス中に高脂肪及び全固形物が含まれるときには、より低い圧力が使用される場合がある。２段階ホモジナイザーが使用される場合、第１の段階の２０００～２５００ｐｓｉ及び第２の段階の５００～１０００ｐｓｉの圧力は、大部分の条件下では申し分ないが、低脂肪のアイスクリームの場合、圧力はより高くなる場合がある（例えば、２，９００ｐｓｉ）。２段階均質化は、アイスクリームミックスに好まれる。脂肪の凝集又はクラスタ化は、より薄く、より迅速にホイップされたアイスクリームミックスを生じさせることによって削減される。
均質化プロセスの高圧は、より安定した乳剤及びより小さい脂肪粒子を生じさせる。脂肪粒子が小さいほど、より多くの表面積が得られる。この結果、より多くの空気を安定させるより多くの脂肪ネットワークが生じ、これは次に氷の再結晶化を減速する。高脂肪アイスクリームの場合、均質化圧力はより低い。特に、１３％の脂肪を超えるアイスクリームミックスの場合、クラスタ形成のリスクを最小限に抑えるために減圧することが好ましい。さらに、このプロセスは、すべての材料を効果的に混合し、あらゆる軟質材料の分裂を回避し、有害な細菌の成長を防ぐ。均質化は、アイスクリームミックスが凍結され、硬化され、分散されたときのアイスクリームミックスの反応を決定するので、均質化はアイスクリーム生産プロセスにおいて重要である。アイスクリームミックスの均質化は、アイスクリームにより滑らかな食感を与え、アイスクリームにより素晴らしい明白な濃厚さ及びおいしさを与え、アイスクリームにより良い空気安定性を与え、アイスクリームの耐溶融性を高める。
密封された容器に梱包された低酸性食品は、低酸性缶詰食品（「ＬＡＣＦ」）として定義され、連邦行政命令集第２１編（２１ ＣＦＲ）第１１３部により規制されている。密封容器は、微生物の進入に対して安全であり、それにより加工後のその内容物の商用の無菌状態を維持するように設計され、意図された容器である。低酸性缶詰食品は、（ｉ）常温保存可能であり、（ｉｉ）熱処理されており、（ｉｉｉ）＞４．６のｐＨを有し、（ｉｖ）０．８５の水分活性を有することによって定義されている。
低酸性缶詰食品は、いったん梱包されると、滅菌されている。滅菌の方法は、熱をベースにしたプロセス、つまり製品に高熱を加えることである。滅菌プロセスで必要とされる高温は、容器及び／又は食品生産物の中／上に存在する場合がある病原体を破壊し、標準大気圧での水の沸点を十分に超えている。滅菌は、食品生産物中の生体を殺す又は不活性化する。常温保存可能な低酸性の食品の熱処理／滅菌は、通常、約２５０°Ｆの、又は約２５０°Ｆを超えた温度で行われる。温度が高いほど、製品が熱にさらされる必要がある時間は短くなる。
アイスクリームなどの低酸性缶詰食品を滅菌する２つの主要な方法がある。第１の方法は、食品が容器に入れられ、容器が密封された後に食品を滅菌する又は「商業的に滅菌する」ために食品製造業で使用される圧力容器である、オートクレーブ又は滅菌機とも呼ばれることがあるレトルトプロセスである。レトルトプロセス又は「レトルト」マシンは、静電マシン又は攪拌式機械である場合がある。攪拌式レトルト機械は、通常、プロセス中の容器内でのなんらかの製品の移動（例えば、「乱流攪拌」）から恩恵を受ける、液状アイスクリームなどの対流（例えば、「流動性の液体」）タイプの製品に使用される。これらの利点は、（例えば、容器の中への／中からの伝熱速度を改善するための）プロセスの観点から、及び／又は（例えば、熱への露呈時間を短縮するための）製品の品質の観点からのどちらかである場合がある。攪拌式レトルトは、製品容器の向きに応じて様々な攪拌方法を活用することができる。缶などの縦長の容器は、通常、軸に沿って又は前方に転がってのどちらかで回転式で攪拌されるが、水平攪拌も使用できる。
低酸性缶詰食品を滅菌する第２のプロセスは、商業的に加熱殺菌された液状製品（通常は、液状アイスクリームなどの食品）が、冷蔵を必要としない常温保存可能な製品を生産するために滅菌状態で以前に滅菌された容器の中に梱包される加工技術である無菌処理である。無菌処理は、微生物がいない大気中での無菌密封を含む。２１ＣＦＲ１１３の規則は、滅菌プロセスの回数及び温度に関する指導を含む。
最高のアイスクリームは、滑らかでクリーミーな食感を有する。また、おもに高脂肪含量と関連付けられるこのクリーミーな食感は、氷晶の平均的なサイズによっても決定される。氷晶のサイズは、冷凍プロセス、滞留時間、冷媒流体の蒸発温度、泡立て器の速度、及び取出し温度に関係する要因によってだけではなく、ミックスの製法によっても左右される。これらの要因のそれぞれは、以下に詳細に説明される。アイスクリームに関して説明されているが、氷晶と滑らかさとの関係は、他の冷凍食品及び飲み物にも関連する。
図２Ａは、滑らかさと氷晶のサイズとの典型的な関係を示す。図２Ａでは、氷晶のサイズは横軸に沿って左から右に大きくなり、一方、滑らかさは縦軸に沿って下から上に増加する。典型的な値は、データを通るほぼ直線状の傾向線で示される。データ及び傾向は、氷晶の（マイクロメートルサイズまで）減少するサイズが、アイスクリームの滑らかさの増加に直接的に相関があることを示す。氷晶のサイズは、光学顕微鏡を使用するなど様々な方法で測定できる。通常、アイスクリームの数量は分析され、氷晶の平均的なサイズは光学顕微鏡で測定される。氷晶サイズがばらつきを有することが考えられる。滑らかでクリーミーなアイスクリームは、氷晶の大部分が小さい、つまり、サイズが５０μｍ未満、好ましくはサイズが１０～２０μｍであることを必要とする。多くの結晶がこれよりも大きい場合、アイスクリームは、粗い又は氷が入っていると認識される。
アイスクリーム中の氷晶は、直径が約１から１５０μｍを超えるサイズに及び、平均サイズは約２５μｍである。例えば、５０μｍよりも大きい氷晶など、より大きい氷晶が粒々の食感を与えるのに対し、サイズが約１０～２０μｍの小さい氷晶は、アイスクリームにその滑らかでクリーミーな食感を与える。
氷晶の成長は、安定剤を使用して制御できる。安定剤は、通常、アイスクリームの耐溶融性を増し、保存可能期間を延ばすために使用される。安定剤の例は、グアーガム、イナゴマメガム、及びセルロースガムであり、凍っていないアイスクリームミックス中の水分の移動性を制限することによって氷晶の成長を制限する。また、安定剤は、硬化の早期段階中、及びアイスクリームミックスの保管及び流通中（例えば、アイスクリームミックスが、比較的に高温（例えば、＋１０から＋１８Ｆ）にさらされるとき）に発生する熟成を減少させることによって氷晶の成長を制限する。これらの温度範囲では、凍結濃縮の程度は低く、凍っていない部分で比較的に低い粘度を生じさせる。低粘度は、水が小さい氷晶から大きい氷晶へ移行するのを可能にし、これがアイスクリームの氷晶の平均的なサイズを大きくする。安定剤は、アイスクリームミックスの粘度を増加させることによって、この氷晶の成長を制限するように作用する。安定剤は、凍結濃縮時の熟成効果を低下させることによって水分の移動性を制限する。安定剤は、不均衡のプロセスを通して成長する気泡のサイズを制限する。
安定剤のレオロジー効果は、凍っていない系の中の水分の移動に関して、完成したアイスクリームの特性を安定させる上で重要である。例えば、高粘度のアイスクリームは、アイスクリームをアイスクリームフリーザーのバレルから引き出し、取り扱うことができる温度を制限する。これが起こるとき、フリーザー内で凍っている水の量は減少する。これは、アイスクリームの熱衝撃に対する耐性に望ましくない影響を与える。低粘度の安定剤は、水分の移動性に対して影響を与えないと想定されるため、従来アイスクリームでは使用されてこなかった。
「分岐点」と呼ばれる点で、濃縮の程度が、安定剤、及びおそらく他の水溶性の化合物をときどき不可逆的に互いと相互作用させる可能性があり、このようにして水分の移動性に対する影響を著しく増加させる。これは、低冷凍保存温度で発生して、個々の水溶性化合物間での他の相互作用を生じさせる、極端な凍結濃縮と組み合わせることができる。
安定剤に加えて、乳化剤もアイスクリームミックスに従来添加される。乳化剤は、アイスクリームミックスの脂肪と水との間の界面に移行する。乳化剤は、それ自体を脂肪球の表面に付着させ、タンパク質の分子を変位させる。乳化剤は、出荷及び保管中の溶融物性を改善するために使用される。乳化剤の例は、モノジグリセリド（Ｅ４７１）、乳酸エステル（Ｅ４７２ｂ）、プロピレングリコールエステル（Ｅ４７７）、及びこれらの混合物である。
乳化剤は、脂肪の不安定化を促進することによって滑らかでクリーミーな食感に寄与するため、乳化剤はアイスクリームで使用される。脂肪の不安定化は、アイスクリームミックスがマシン内でかき混ぜられるときのアイスクリームミックス中の脂肪のクラスタ化及び凝集（部分的な癒着として知られる）を指す。アイスクリームミックス中の脂肪乳化剤を安定させるのはタンパク質であるため、乳化剤は、この乳化剤の安定性を減少させ、脂肪球のいくつかに集まる又は部分的に癒着するように働きかけるためにアイスクリームに添加される。ミックスがアイスクリームマシン内でかき混ぜられるとき、ミックス中にかき混ぜながら入れられる気泡は、部分的に癒着した脂肪によって安定し、アイスクリームに滑らかな食感を与える。従来、乳化剤が添加されないと、気泡は適切に安定せず、アイスクリームは同じ滑らかな食感を有さないであろう。
卵黄は、混合物にとろみをつける安定剤として、及び部分的な癒着を働きかける乳化剤としての両方で使用される。卵黄の乳化特性を利用するためには、混合物の約０．５から１％が卵黄である必要がある。安定させる（とろみをつける）特性も利用するためには、卵黄の割合は、従来３～４％に増やされる。しかしながら、一部の凍ったカスタードスタイルのアイスクリームは、８％を超える卵黄を含む場合がある。
卵黄は、卵黄を優れた乳化剤にするのに役立つレシチンを含む。実際、卵のレシチンは、乳化特性及び潤滑剤特性を有し、界面活性剤である。しかしながら、レシチンは、卵黄からのみ抽出される必要はない。レシチンは、例えば大豆、ヒマワリ、及び菜種などの植物系のソースから抽出することができる。植物系のレシチンは、卵の風味及び余分な脂肪なしに、まさに卵黄と同程度に良く乳化できる。
店舗で購入される多くのアイスクリームは、出荷及び保管中の融解特性を改善することによって、ならびにアイスクリームの保存可能期間を延ばすことによって、氷晶が成長するのを防ぐのを助けるために安定剤及び乳化剤を含む。一例は、クリーム、スキムミルク、水、糖液、砂糖、乾燥ケーンシロップ、小麦粉、コーンシロップ、卵黄、ブラウンシュガー、大豆油、バター、ココナッツオイル、糖液、塩、シナモン、大豆レシチン、重曹、スパイス、バニラ抽出物、グアーガム、及びカラギーナンを含むＢｅｎ＆ＪｅｒｒｙのＣｉｎｎａｍｏｎ Ｂｕｎｓアイスクリームである。この例では、安定剤はグアーガムを含み、乳化剤は卵黄、大豆油、大豆レシチン、カラギーナンを含む。
上述されたように、氷晶サイズは、滑らかでクリーミーなアイスクリームの開発における要因である。クリーミーなアイスクリームは、氷晶の大部分が、小さい、好ましくは５０μｍ未満のサイズであることを必要とする。多くの結晶がこれよりも大きい場合、アイスクリームは粗いと認識される。
アイスクリームは２つの段階、つまり動的凍結及び静的凍結で冷凍される。動的凍結は、ミックスが、空気を取り込み、脂肪を不安定化し、氷晶を形成するために攪拌されながら、アイスクリームマシン内で冷凍される動的プロセスである。アイスクリームミックスは、その氷点、つまりミックス中の水が凍結し始める温度をわずかに超えた温度でアイスクリームマシンに入る。アイスクリームマシンはミックスを冷却し、ミックスをミックスの氷点以下にする。この時点で、氷の層は、小さい氷晶が形を成し始める急速な核形成を引き起こすアイスクリームマシンの壁に凍結する。アイスクリームは、アイスクリームマシンを出ると、約－５℃から－６℃（２３から２１．２°Ｆ）で、ソフトクリームに類似した稠度で出てくる。
アイスクリームは、次に、アイスクリームの中心部が指定温度、通常は－１８℃（－０．４°Ｆ）に達するまで攪拌なしでフリーザー内で硬化する静的凍結を経る。静的凍結中に新しい氷晶が形成されるが、既存の小さい結晶は、温度が－１８℃（０．４°Ｆ）、又は理想的には－２５℃から－３０℃（－９．４°Ｆから－２０．２°Ｆ）に下がってこの成長を中断するまでサイズが大型化し始める。このプロセス中に可能な限り素早くアイスクリームを冷却して、氷晶の成長を制限することが有利である。
静的凍結中、氷晶は、通常、約２５から４５μｍの平均サイズまで、約３０％から４０％成長する。約５０μｍの平均氷晶サイズは、消費者が粗い食感に気づき始める平均的な点と見なされる。静的凍結中、氷晶は、多くの場合１００μｍを超えて成長する可能性がある。図２Ｂは、このプロセス中の典型的な氷晶の画像を示す。図２Ｂの画像の氷晶は、様々な形状及びサイズであるが、一部の氷晶は、直径が１００μｍを超えている。
しかしながら本明細書に説明されるアイスクリームは、アイスクリームが保管されないため、静的凍結を必要としない。アイスクリームは、いつでも消費される状態で供給される。静的凍結ステップを排除することによって、静的冷凍プロセス中の氷晶の成長（例えば、氷晶は、通常、約３０％から４０％成長する）は排除される。
動的凍結段階は、これがアイスクリームの結晶化が発生する段階であるため、アイスクリームを作る上で重要なステップである。動的凍結中、アイスクリームミックスは、０℃と４℃（３２°Ｆと３９．２°Ｆ）の間でアイスクリームマシンに追加される。冷媒がミックス中の熱を吸収するにつれ、氷の層が冷たいバレル壁の壁に凍結し、急速な核形成、つまり小さい氷晶の誕生を引き起こす。
動的冷凍プロセス中に小さい氷晶を作り出すために、核形成の高速度、最小の成長、及び最小の再結晶化が所望される。より冷たい冷媒温度及びよりゆっくりとした泡立て器の速度は、より高い核形成速度を促進できる。より短い滞留時間、より低い泡立て器速度、及びより低い取出し温度は、成長及び再結晶化を最小限に抑えることができる。
図２Ｃは、回転泡立て器が、冷たいバレル壁２２に形成された氷晶をこすり落とすために使用される、ミキサー、インペラー、ブレード、スクレーパー、又はパドルとも呼ばれる回転泡立て器のプロセスを示す。回転泡立て器の設計及び回転は、冷たいバレル壁２２に形成された氷晶を、温度がより温かく、氷晶のサイズが大きくなるバレルの中心（バルク領域）に向ける。これにより、一部の結晶は融解し、一部の結晶は再結晶化する。
滑らかでクリーミーなアイスクリームのためには、可能な限り多くの小さい氷晶を形成するように高速の核形成を有することが望ましい。動的凍結中に形成される氷晶が多いほど、静的凍結中に保存される氷晶が多くなり、結晶のより小さい平均サイズ及びより滑らかな食感につながる。動的凍結中に形成される結晶がより少ないか、又は核形成速度が低いと、これらの結晶は最終的に著しく大きいサイズに成長するので粗い食感につながる可能性がある。
動的凍結中の再結晶化は、２つのゾーン、つまりバレル壁の温度が核形成が発生するほど十分に冷たい壁領域、及びバレルの中心のより温かい温度が、熟成又は粒粗大化とも呼ばれる氷晶の成長及び再結晶化が優勢であることを意味するバルク領域に分けることができる。バルク領域における成長及び再結晶化の程度が大きいほど、氷晶はより大きくなる。アイスクリーム凍結中の再結晶化は、再結晶化及び成長により支配される場合があり、これらの仕組みは、最終的な結晶の集団を決定する上で核形成よりも重要になる可能性がある。したがって、成長及び再結晶化を最小限に抑えることは、最も重要である。
滞留時間（アイスクリームがアイスクリームマシン内で費やす時間の長さ）は、最終的な氷晶のサイズの分布に重大な影響を与える場合があり、滞留時間がより短い方が、再結晶化の減少のためより小さい氷晶のアイスクリームを生成する。より長い滞留時間は、アイスクリームが、よりゆっくりと約－５℃から－６℃（２３°Ｆから２１．２°Ｆ）のその取出し温度（アイスクリームが、アイスクリームマシンから抽出される温度）に達することを意味し、これはアイスクリームが、より温かい温度が急速な再結晶化を引き起こすバルクゾーンでより多くの時間を費やすことを意味する。取出し温度に可能な限り迅速に到達することによって、アイスクリームマシン内のアイスクリームの滞留時間を最小限に抑えることが有利な場合がある。これは、可能な限り素早く混合し、冷却することにより達成できる。
図２Ｄは、２８Ｄ．Ｅ．（デキストロース当量）コーンシロップ、５００ＲＰＭ（毎分回転数）の泡立て器速度、及び３４リットル／時（毎時リットル）の流量で作られたアイスクリームの氷晶の分布に対する、取出し温度の依存性を示す。氷晶の平均直径は、横軸に沿って左から右へ大きくなり、一方、氷晶サイズのこの平均直径を含むアイスクリームの割合は、縦軸で下から上に増加することが示される。取出し温度が下がるにつれ、アイスクリーム中の氷晶の平均直径も減少する。
例えば、－５℃（２３°Ｆ）で４２μｍ／日の再結晶速度を測定できる。この速度では、１０分の期間にわたり約８μｍの氷晶サイズの増加が期待されるであろう。これは、－４℃（２４．８°Ｆ）のわずかに異なる温度での氷晶サイズの増加に一致する可能性がある。アイスクリームが、再結晶化が非常に急速に起こる温度でアイスクリームマシンの中に長く残るほど、再結晶化の範囲は大きくなり、氷晶は大きくなる。
氷晶サイズに対する取出し温度、泡立て器速度、及び滞留時間の影響を調べると、これらの態様が最終的な結晶サイズの分布に影響を与える可能性があることが示される。
一次冷媒（つまり、液体アンモニア又は触れオン）は、－２３℃から－２９℃（－９．４°Ｆから－２０．２°Ｆ）の範囲の温度を提供するためにアイスクリームマシンで使用され、バレル壁の温度は、数度、温かい。冷媒温度を下げると、バレル壁での急速な熱除去が促進される。急速な熱除去は、より高速な氷核形成速度を可能にし、これは、小さい氷晶の数がより多くなるため、より小さい氷晶を生じさせる。
ソルベ中の氷晶のサイズの場合、低冷媒温度（－１９．９℃（－３．８２°Ｆまで）が、より低い取出し温度及び氷晶の索状物（ｃｈｏｒｄ）の長さのより大きな減少につながる場合がある。これは、より多くの氷晶のより速い形成を引き起こすより速い凍結のためである。蒸発温度減少の関数としての氷表長の減少を観察することができる。
バレル壁温度は、冷却速度（熱がアイスクリームミックスから除去される速度）、したがって滞留時間に直接的な影響を与える。より低い壁温度は、アイスクリームのバルク温度をより速く引き下げ、滞留時間を短縮し、氷晶サイズ分布を改善することができる。
動的凍結中、バレル壁での摩擦及び粘性消失に起因する、回転するスクレーパーのブレードからの熱投入量は著しく、冷媒によって除去される総熱量の５０％と同程度を占める場合がある。泡立て器速度を加速すると、アイスクリーム温度の上昇を引き起こし、氷晶平均サイズの大きな増加につながる可能性がある。これはおそらく、ブレードによって生成される余分な摩擦熱が最小の結晶の多くを融解させるために発生し、より低い核形成速度及び再結晶化の強化につながる。このため、泡立て器速度は、通常１００～２００ＲＰＭに制限される。またより高い泡立て器速度により投入される大量の摩擦熱は、冷凍プロセスを遅くし、より長い滞留時間につながる。
ときおり、回転ブレードの動きは、アイスクリームミックス中の脂肪球を互いに凝集させて、部分的に癒着させるには十分ではない場合があり、これはアイスクリーム中で小さい気泡を発達させ、維持するために重要である。アイスクリームミックス中の乳化剤は、脂肪球が互いに凝集できるように脂肪球を不安定化させるプロセスに役立つ。
しかしながら、本明細書に説明される素早く回転する泡立て器及びマシンの急速冷凍プロセス機能は滑らかでクリーミーなアイスクリームを素早く発達させる上で十分であるため、本明細書に説明されるアイスクリームは乳化剤を必要としない。
さらに、本影最初に説明されるアイスクリームは、アイスクリームが凍った状態で保管される必要がないために安定剤を必要とせず、したがって安定剤を使用してアイスクリームの耐溶融性を高め、保存可能期間を延ばす必要はない。
少量の乳化剤及び安定剤を一部の場合に添加できるとしても、乳化剤及び安定剤のないアイスクリームを発達させることは、本明細書に説明されるアイスクリームの優位点である。乳化剤及び安定剤がなく、牛乳、クリーム、及び砂糖を含むだけのアイスクリームは、「クリーンラベル」アイスクリームと見なされ、本明細書に説明されるアイスクリームミックスの優位点である。クリーンラベルは、より少なく、より簡略な材料を有する食品生産物を指し、材料は自然源からである。
図２Ｄは、取出し温度が氷晶の平均サイズに大きな影響を与える可能性があり、より低い取出し温度は、一般により小さい氷晶を生じさせることを示す。取出し温度に影響する要因は、冷媒温度、伝熱、滞留時間、及びオーバーランを含む。氷晶は、－３から－６℃（２６．６°Ｆから２１．２°Ｆ）の取出し温度でより大きくなる場合がある。取出し温度が、－６℃（２１．２°Ｆ）より冷たいとき、氷晶の平均サイズは小さくなる。氷晶のより小さいサイズは、より低い取出し温度を得るために必要なより低い冷媒温度に起因する場合がある。
泡立て器速度の加速は、取出し温度の上昇につながる場合がある。例えば、泡立て器速度が６００から９００ｒｐｍに加速されるとき、アイスクリームに伝達される摩擦エネルギーにより取出し温度の１℃（１．８°Ｆ）の上昇が観察される場合がある。逆に、泡立て器速度の加速は、バレル壁での伝熱の増加にもつながる場合があり、より低い取出し温度を生じさせる。上述されたように、泡立て器速度は通常１００～２００ＲＰＭに制限される。
しかしながら、本明細書に説明されるアイスクリームマシン及びプロセスは、凍結中に１００から１２００ＲＰＭ変化する泡立て器速度を使用して、凍結時間を短縮し、氷晶サイズを小さく、ときには３０μｍより小さくなるまで小さくし、平均結晶サイズは２０μｍ（１９．１μｍ）未満となり、４０μｍを超える氷晶を有さない。これらの特性は、静的冷凍プロセス（つまり、ハードパックプロセス）を経ている、店舗で購入されるアイスクリームに類似する場合がある。
また、より長い滞留時間を通してより低い取出し温度も達成できる。しかしながら、上述されたように、より長い滞留時間は、アイスクリームが、急速な成長及び再結晶化が発生する温度でより多くの時間を費やし、より大きい氷晶を生じさせることを意味する。小さい氷晶を生成するために必要とされる滞留時間はより短いので、動的凍結ステップは、相容れない現象を説明することができるが、より長い滞留時間はより低い取出し温度を与える。
取出し温度は、氷晶の平均直径に影響を与えることが観察されており、（平均滞留時間を決定する）ミックス流量、オーバーラン、及び泡立て器速度が後に続く。取出し温度が－５℃（２３°Ｆ）よりも温かいとき、氷晶の平均直径は、取出し温度に強く依存し、より大きい平均氷晶が、より温かい取出し温度で報告される。しかしながら、取出し温度が－５℃（２３°Ｆ）よりも冷たいとき、取出し温度だけではなく、オーバーラン（アイスクリームの中に泡立たせて入れられた空気の量）も、氷晶の平均直径に影響した。
氷晶の平均直径の違いは、取出し温度が－５℃と－６．５℃（２３°Ｆと２０．３°Ｆ）の間であり、オーバーランは７０％より少ないときには重要ではない場合がある。より多いオーバーランでは、氷晶の平均直径は、多くの場合より小さい。オーバーランと泡立て器速度の両方とも上げると、とても小さい氷晶が形成される可能性がある。しかしながら、上述されたように、泡立て器速度を上昇させると、製品温度の上昇が引き起こされ、これが小さい結晶の融解、及び再結晶化の強化につながる。
いくつかのアイスクリームマシンは、冷凍サイクル及び分配サイクルの間に一定のＲＰＭで混合パドルを回転させる。さらに、上述されたように、回転スクレーパーブレードからの熱投入量はかなりである場合があるため、混合パドルの回転速度は通常低く保たれる。このため、泡立て器速度は通常１００～２００ＲＰＭに制限される。さらに、より高速の泡立て器速度により投入される大量の摩擦熱は、冷凍プロセスを遅くし、より長い滞留時間を生じさせることが知られている。
冷却は、例えばポッド内に含まれる材料の温度を下げるための熱エネルギーの移行を示すために使用される。いくつかの場合、冷却は、例えば、ポッドに含まれる材料の温度を氷点下に下げるための熱エネルギーの移行を示す。
本明細書に説明されるシステム及び方法は、アイスクリームミックスが液状であるときにアイスクリーム製造プロセスの始まりでゆっくりと回転する混合パドルを備えたマシンを説明する。この状態で、液体がポッドの壁の内径に触れる時間量を増やすことは、アイスクリームミックスを液体から氷に変えるために役立つ。アイスクリームマシンの蒸発器を使用して、ポッドの壁がより冷たくなるにつれ、混合パドルの回転速度は上昇して、氷晶が、好ましくは３０μｍ未満の、小さいサイズに保たれることを検証する。
アイスクリームミックスがますます粘性になるにつれ混合パドルを加速する動作は、常識では理解し難い可能性がある。これは、混合パドルの回転速度が、モータの駆動トルクにより制限され、アイスクリームミックスがより粘性になるときに混合パドルを加速することは、モータが必要とするトルクを増加させるため、常識では理解し難い。これは、モータによるより多くの出力を必要とする。さらに、混合パドルをより速く回転させることは、係る速度のために設計されていないアイスクリームマシンに損傷を与える場合がある。
しかしながら、我々のマシンで混合パドルの回転速度を加速することによって、マシンはポッドの中に空気を吸い込むことができる。混合パドルの回転と組み合わせてポッドの中に空気を吸い込むプロセスは、冷凍菓子の中に空気をかき混ぜて入れるのに役立ち、冷凍菓子の中に気泡を生じさせる。このプロセスは、好ましくは、少なくとも３０％のオーバーランを生じさせる。
本明細書に説明される滅菌された容器又はポッドの中に梱包されたクリーンラベルのアイスクリームミックスは、有利なことに（ｉ）天然材料、（ｉｉ）冷蔵又は冷凍される必要性と対照的に室温での保管、及び（ｉｉｉ）室温での長期の保存可能期間、通常は６～９か月を提供することができる。
本明細書に説明されるクリーンラベルのアイスクリームミックスのポッドのためのアイスクリームマシンは、有利なことに、（ｉ）アイスクリームにより滑らかな食感を与える、多くの場合平均直径が４０μｍ未満（及びときには平均直径が３０μｍ未満）の非常に小さい氷晶を有するアイスクリーム、及び（ｉｉ）室温から分配へ３分未満のアイスクリームの送達を提供できる。
本明細書に説明されるマシンを使用して生産されるアイスクリームは、平均ではるかに小さい氷晶サイズ、及びその店舗で購入される対応物よりも氷晶サイズのはるかに厳しい標準偏差を有する。本明細書に説明されるアイスクリームマシンは、消費のための生産の前に冷蔵又は冷凍を必要としない、より滑らかなアイスクリームを生産するため、これは重要である。これらのマシンで使用されるアイスクリームは、アイスクリーム中に乳化剤又は安定剤などの天然ではない材料を含む必要がない。これらのマシンと使用されるアイスクリーム材料は、「クリーンラベル」であり、単に牛乳、クリーム、砂糖、及び粉乳を含む場合があり、滅菌ポッドに入れて９か月まで室温で保管できる。ポッドは、単に、本明細書に説明されるマシンに挿入することができ、凍ったアイスクリームは、消費者が楽しむために数分以内に分配される。これらのアイスクリームマシンは、混合パドルの加速する回転速度と、ポッドの設計との間の役に立つ相互作用を提供するように設計されており、蒸発器及び冷蔵システムの急速な冷却特性はこれを可能にするために一体となる。
単回分の冷凍菓子を提供するためのいくつかの装置及び方法は、４．０以上のｐＨレベルを有する低酸性液体材料をポッドに充填することと、単回分の冷凍菓子を提供するためにマシンの凹部にポッドを挿入することと、凹部の側壁に対してポッドの側壁を接触させることと、マシンの冷蔵システムで凹部を冷却し、マシンのモータをポッド内部の混合パドルのモータに接続しながら、ポッドから熱を取り出すことと、凍結サイクルにわたってＲＰＭの増加時にポッドの内部の混合パドルを移動させて、ポッドの内径から氷の蓄積を除去し、流体の残りの中に氷を機械的にかき混ぜ入れながら、ポッドの中心に氷を分散させ、同時にポッドの中心からマシンの凹部と接触しているポッドのより冷たい内径により温かい流体材料を移動させて、より迅速な伝熱を助長することとを含む。
華氏１７度と２６°の間の温度を有し、その氷晶の大部分が５０μｍよりも小さい、５分未満で作られた単回分の冷凍菓子を提供するためのいくつかの装置及び方法は、４．０以上のｐＨレベルを有する低酸性液体材料をポッドに充填することと、単回分の冷凍菓子を提供するためにマシンの凹部にポッドを挿入することと、凹部の側壁に対してポッドの側壁を接触させることと、マシンの冷蔵システムで凹部を冷却し、マシンのモータをポッド内部の混合パドルに接続しながら、ポッドから熱を取り出すことと、ポッドの内部の混合パドルを移動させて、ポッドの内径から氷の蓄積を除去し、流体の残りの中に氷を機械的にかき混ぜ入れながら、ポッドの中心に氷を分散させ、同時にポッドの中心からマシンの凹部と接触しているポッドのより冷たい内径により温かい流体材料を移動させて、より迅速な伝熱を助長することとを含む。
これらのマシンの実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含む場合がある。
いくつかの実施形態では、混合パドルは冷蔵サイクルの初めに少なくとも５０ＲＰＭで回転し、冷蔵サイクルの過程でのその少なくとも２倍に増加する。
いくつかの実施形態では、冷凍菓子の分配は、その温度が華氏１７度と華氏２６度との間であり、混合パドルが１００ＲＰＭを超えて回転しているときに行われる。
いくつかの実施形態では、４．０以上のｐＨレベルを有する低酸性液体材料の充填は、ポッドが、単回分の冷凍菓子を提供するためにマシンの凹部に挿入される前に行われる。
いくつかの実施形態では、冷凍菓子は、最大約０．５％乳化剤及び／又は最大約０．５％の安定剤を含む低酸性食品である。いくつかの場合、安定剤は、カルボキシメチルセルロースナトリウム（セルロースガン）、グアーガム、ローカストビーンガム、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリコール、キサンタン、カラギーナン、加工でんぷん、微結晶性セルロース（セルロースゲル）、ゼラチン、硫酸カルシウム、モノステアリン酸プロピレングリコール、又は他のモノエステル、及び他などの増粘剤である場合がある。いくつかの場合、乳化剤は、モノグリセリド及びジグリセリド、蒸留モノグリセリド（飽和又は不飽和）、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート（６０）又はモノオレエート（８０）、及び他である場合がある。いくつかの場合、アイスクリームミックスの調合は、最小の安定剤を有する、又は安定剤を有さない場合がある。
いくつかの実施形態では、ポッドは複数回使用の再利用可能なポッドであってよい。
いくつかの実施形態では、ポッドはその低酸性材料を室温で常温保存可能にするためにレトルト滅菌プロセスを完了している。
いくつかの実施形態では、ポッドは、低酸性材料を室温で常温保存可能にするために、無菌で充填及び密封される。
いくつかの実施形態では、混合パドルはマシンの一部である。
いくつかの実施形態では、ポッドはアルミニウム飲料缶である。
いくつかの実施形態では、ポッドは円錐台形である。
いくつかの実施形態では、冷凍菓子は、３０μｍ未満の氷晶の平均サイズを有する。
いくつかの実施形態では、アイスクリーム調合は、安定化ガムを使用しない「クリーンラベル」と見なされる。
いくつかの実施形態では、混合パドルはらせん形であり、パドルの回転は、ポッドの内径から氷の蓄積を除去し、冷凍菓子を下方に移動させる。
いくつかの実施形態では、混合パドルはらせん形であり、パドルの回転は、ポッドの内径から氷の蓄積を除去し、ポッドの中心からポッドのより冷たい内径により温かい流体を押しながら、ポッドの中心に氷を移動させる。
いくつかの実施形態では、混合パドルは回転し、パドルの回転速度は、ポッド内の冷凍菓子の変化する粘度に応じて変わる。
いくつかの実施形態では、冷凍菓子が別の物体と接触することなく、ポッドがマシンの凹部内にある間に、ポッドから食用コーン又は収集容器の中に冷凍菓子を分配すること。
いくつかの実施形態では、混合パドルは、冷凍菓子を強制的にポッドの中から出す。
いくつかの実施形態では、マシンの凹部は、開放位置と閉鎖位置を有する場合があり、ポッドの冷却は、凹部が閉鎖位置にあるときに起こる。
いくつかの実施形態では、冷蔵システムは、圧縮機でポッドを冷却し、例えば、Ｒ２２、Ｒ１３４Ａ、Ｒ－６００ａ、又はＲ２９０など、２相冷媒流体を使用する。いくつかの場合、圧縮機は往復式圧縮機である。いくつかの場合、圧縮機は回転式圧縮機である。いくつかの場合、圧縮機は直流（ＤＣ）圧縮機である。いくつかの場合、ＤＣ圧縮機は、冷蔵冷却サイクルの要請に向かって変位の増加を可能にするために可変モータ速度を有し、例えば、ポッドを冷却する最初の４５秒、及び冷蔵された流体の大部分が蒸発すると、ポッドの冷却サイクルの最後に向かってモータ速度を減速する。いくつかの場合、ＤＣ圧縮機は、マシンの冷蔵サイクルにかかる負荷に応じて調整される可変モータ速度を有する。
本明細書に説明されるシステム及び方法は、様々な優位点を提供することができる。
これらのシステム及び方法のこれらの特徴のいくつかは、単回分のポッド内でのアイスクリームの冷凍中に泡立て器速度を変える又は加速することを可能にする。混合パネルの回転速度は、５０から１２００ＲＰＭに変わって、冷凍時間を短縮し、氷晶サイズを、約５０μｍ以下に小さくするであろう。
これらのシステムのいくつかは、Ｒ２９０などの低温冷媒を使用する、又はＲ－６００Ａは、単回分のバッチの大部分について、５０μｍ未満の氷晶を達成するための取出し温度を効果的に達成するために温度（－７℃～－１９．９℃）で使用される必要がある。
これらのシステムのいくつかは、９～１２か月の間常温保存可能である液状アイスクリームミックスを使用する。これは、液状アイスクリームミックスの密封されているポッドが、少なくとも５分間２５０°Ｆに加熱される、レトルトプロセスを実行することによって達成される。我々のポッド内で低温殺菌されていない乳製品を使用し、使用前にポッドに対してレトルトプロセスを実行することによって、ポッド内部の乳製品は一度だけ低温殺菌されている。これは、乳製品が通常、乳製品工場を出る前に低温殺菌される、つまり乳製品が二度、例えば乳製品工場で一度、及び我々のレトルトプロセスで一度、低温殺菌される、図１に示される典型的な低温殺菌プロセスとは対照的である。
より高温でレトルト処理することが、それが低温殺菌プロセスがより少ない時間で完了することを可能にするであろうため、一般的に好まれるとしても、これらのシステム及びプロセスのいくつかは、２５０°Ｆでレトルト処理するレトルトプロセスを使用する。２５０°Ｆでレトルトを完了すると、フルクトースがアイスクリームミックスの調合物から除去されるとき、褐色化の影響を制限することができる。２５０°Ｆでレトルトを完了することは、アイスクリームミックス調合物からフルクトースを除去するときに、褐色化の影響を制限することができる。
これらのシステム及び方法のこれらの特徴のいくつかは、コンパクトなマシンにつながる。例えば、スライド式蓋アセンブリを有するマシンは、ポップアップ式蓋アセンブリを有するシステムよりもコンパクトである。この手法は、多くの場合調理台から１８”の距離にある台所の食器棚の下のキッチンカウンタの上に家庭での使用するマシンを配置することを容易にすることができる。１００から１５００ＲＰＭ以上で回転する迅速に混合するパドルを有するマシンは、容器に空気を引き込むことによって吸引効果を生じさせることができる。係るプロセスは、別個の空気供給を使用することを必要とせず、形成されているアイスクリームに空気を注入するシステムよりも、全体的なシステムをよりコンパクトにする。
これらのシステム及び方法のいくつかは、改善された混合を提供する。例えば、中心を外れた穴を有する混合パネルを有するシステムは、対称混合パドルよりもうまく容器の内容物を攪拌する混合効果を生じさせることができる。
これらのシステムのいくつかは使いやすい。例えば、いくつかのマシンは、ユーザが、マシンに挿入されているポッド（例えば、缶）を位置合わせすることを必要としない。別の例では、ユーザが力を加えてプランジャを容器に挿入するために手で蓋を引き下げることを必要としないマシンは、力を制限することなくユーザはより利用しやすい。追加のモータなしでこの機能を提供するマシンは、この機能を提供するために特殊なモータを含むマシンよりもよりコンパクト且つより簡略である傾向がある。
これらのシステム及び方法のいくつかは、操作上の優位点を提供する。例えば、加熱器及び／又は高温ガスバイパスを有する冷蔵システムを有するマシンは、定常状態に素早く到達することができる。この手法は、性能を改善し、待ち時間を短縮することができる。いくつかのシステムは、方向を逆転せず、混合、せん断、及び分配のサイクルを通してドライブシャフトを回転させ続ける混合モータを含む。この手法は、ポッドの内容物の粘度が冷却とともに増すにつれ、混合モータが失速する可能性を低減するように見える。
いくつかのシステムは、容器の突出部をせん断するように設計されたせん断キャップを含む。係るせん断キャップを有するマシンは、ポットが摺動する可能性が低くなるように、使用中ポッドをよりしっかりと把持することができる。これは、マシンの性能を高めることができる。
いくつかのマシンは、自動販売機型の分配機能を提供し、マシンが、アイスクリームの支払いを受け付け、種々のアイスクリームのフレーバー／オプションを提供し、アイスクリームを商業環境で容易に使用することを可能にする。
説明を容易にするために、「上向き」、「下向き」、「左」、及び「右」などの用語は、絶対的な方向を暗示するよりむしろ、図中のシステム構成要素の向きに対してである。例えば、示されているシステムの向きに対して、垂直に上向きに又は下向きにとして説明されるドライブシャフトの移動。しかしながら、係るドライブシャフトの並進動きは、システムの向きに依存しており、必ずしも垂直ではない。
これらのシステム及び方法の１つ又は複数の実施形態の詳細は、添付図面及び以下の説明に述べられる。これらのシステム及び方法の他の特徴、目的、及び優位点は、説明及び図面から、並びに特許請求の範囲から明らかになる。
アイスクリーム製造の手法のプロセス図である。 滑らかさ、かき混ぜ温度、及び取出し温度に関係する、アイスクリーム中の氷晶を示す図である。 食品及び飲み物を急速に冷却するためのマシンの透視図である。 ハウジングのないマシンを示す図である。 図３Ａのマシンの一部分の透視図である。 蒸発器のより詳細な図を見ることを可能にするために透明であるとして示されるポッド－マシン接合部分のカバーを有する、図３Ａのマシンの透視図である。 ハウジングのないマシンの一部及び蓋のないポッド－マシン接合部分の平面図である。 それぞれ、蒸発器の透視図及び側面図である。 蒸発器内でポッドを開放及び閉鎖するよう作動して、生産されている食品及び飲み物を分配するポッド－マシン接合部分の構成要素を示す。 冷蔵システムの概略図である。 凝縮器の試作品の図である。 ポッドの側面図である。 ポッド、及びポッド内に配置された混合パドルの概略側面図である。 ポッド及び関連付けられたドライブシャフトの透視図である。 ドライブシャフト１２６がポッド内の混合パドルと係合した状態のポッドの一部分の断面図である。 見やすくするために、そのキャップがその基部から離間された状態のポッドの第１の端部を示す図である。 基部を通って延在する開口を開くためのポッドの第１の端部の周りでのキャップの回転を示す図である。 ポッドの拡大概略側面図である。 継ぎ合わされた端部を有するポッド用の缶の図である。 レトルトマシンの写真である。 レトルトマシン内部のレトルト滅菌チャンバの写真である。 冷却された食品又は飲み物を生産するためのマシンを操作するための方法のフローチャートである。 冷却された食品又は飲み物を生産するためのマシンを操作するための方法の詳細なフローチャートである。 冷却した食品又は飲み物を生産するためのマシンの透視図である。 図１７Ａ～図１７Ｄのマシンの部分的な断面図である。 ドライブシャフトの部分的な切り欠き透視図である。 分配器の斜視図である。 ポッド－マシン接合部分と関連付けられた楔システムを示す概略図である。 混合パドル上に反矢じりヘッド及び一致する凹部を有するドライブシャフトの概略図である。 ピニオンに接続されたハンドルを有するマシンの透視図を示す図である。 マシンの蓋と同じ軸で回転するハンドルを有するマシンの透視図及び断面図である。 マシンの蓋と同じ軸で回転するバネ仕掛けのハンドルを有するマシンの一部分を示す図である。 食品及び飲み物を急速に冷却するためのマシンの透視図である。 上部カバーが取り外されたマシンを示す図である。 内部詳細が示された状態の図２６Ａ～図２６Ｃのマシンの透視図である。 自動プランジャが後退位置（図２８Ａ及び図２８Ｂ）及び係合位置（図２８Ｃ及び図２８Ｄ）にあるマシンの透視図及び断面図である。 自動推進式のプランジャが後退位置（図２９Ａ及び図２９Ｂ）及び係合位置（図２９Ｃ及び図２９Ｄ）にあるマシンの部分透視図及び平面図である。 自動推進式のプランジャが係合位置から後退位置に移動するときの自動推進式のプランジャの部分断面図である。 モータが取り付けられた蒸発器を有するマシンの内部構成要素の図である。 モータが取り付けられた蒸発器の透視図である。 冷蔵システムの概略図である。 混合パドルの透視図及び平面図である。 混合パドルのポッドとの係合を示す図である。 ポッドのポリマーライナーを示す図である。 ドライブシャフト上のグロメットを示す図である。 グロメットの図である。 ポッドの内部に配置された角折れを有する（図３８Ａ）、単独の（図３８Ｂ）、及びコネクタが取り付けられた（図３８Ｃ及び図３８Ｄ）混合パドルの透視図である。 ポッドへの密封接続を使用する混合パドルの透視図である。 図３９Ａに示されるポッドの外部の透視図である。 ポッドへの代替密封接続を使用する混合パドルの平面図である。 図４０Ａに示される密封接続の一部を示す、混合パドルの透視図である。 図４０Ｂに示される混合パドル及びシールの部分の透視図である。 ポッドへの代替密封接続を使用する混合パドルの透視図である。 図４１Ａに示されるシールを示す図である。 図４１Ａに示されるカップリングを示す図である。 図４１Ａに示される混合パドル及び代替密封接続の平面図である。 ポッドが隠れた状態の図４１Ａに示される混合パドル及び代替密封接続の透視図である。 ポッドが隠れた状態の図４１Ａに示される混合パドル及び代替密封接続の平面図である。 ポッドへの代替密封接続を使用する混合パドルの透視図及び平面図である。 偏心窓を有する混合パドルの透視図である。 ポッドを係合するためのカムシステムの透視図である。 ポッドを係合しているカムシステムの透視図である。 カムシステムがポッドを係合している状態のマシンを示す図である。 ポッドのためのキャップを示す図である。 冷却された食品又は飲み物を生産するためのマシンを含む自動販売機の概略図である。 アイスクリームの氷晶サイズ分析の結果を示す図である 様々なアイスクリームの氷晶サイズ分析を表す画像を示す図である。 図５０Ａ～図５０Ｅに示される様々なアイスクリームのための氷晶サイズ分析を表すヒストグラムを示す図である。
様々な図面の類似する参照記号は、類似する要素を示す。
本明細書は、食品及び飲み物を急速に冷却するためのシステム及び方法を説明する。これらのシステム及び方法のいくつかは、調理台又は設置されたマシンを使用して、容器内の食品及び飲み物を、室温から冷凍まで３分未満内に冷却する。例えば、本明細書に説明される手法は、約９０秒で、室温のポッドからソフトクリーム、冷凍コーヒー、冷凍スムージー及び冷凍カクテルを作ることができることの立証に成功している。また、この手法は、カクテルを冷やすために、冷凍スムージー、冷凍タンパク質、及び他の機能性飲料シェーク（例えば、コラーゲンベースのシェーク、エネルギーシェーク、植物ベースのシェーク、乳成分不使用のシェーク、及びＣＤＤシェーク）、その中に窒素を含む及び含まない冷凍コーヒードリンク及びチルドコーヒーを作るために、ハードアイスクリームを作るために、ミルクシェークを作るために、冷凍ヨーグルト及びチルドプロバイオティックドリンクを作るために使用することもできる。これらのシステム及び方法は、起動時間が少ない冷蔵サイクル、及び使いやすく、非常に効率的な伝熱を提供するポッド－マシン接合部分に基づいている。説明されるポッドのいくつかは、（例えば、レトルト滅菌又は無菌充填を使用して）滅菌し、例えば乳製品を含む材料を最大１８か月の間室温で保管するために使用することができる。これらのマシンは、２０１９年７月１日に出願され、その全体が参照により本明細書に援用される米国特許出願第１６／４５９，１７６号（代理人整理番号４７３５４－０００９００１）により詳細に説明されている。
アイスクリームマシンの設計における重要な課題は、室温から取出し温度に可能な限り素早く、好ましくは２分以内にポッドを冷却する能力である。一部のマシンは、可能な限り素早く取出し温度に到達することによってアイスクリームがアイスクリームマシンに留まる滞留時間を短縮する。これは、可能な限り素早く混合し、冷却することによって達成できる。
本明細書に説明されるマシン及びプロセスは、氷晶の大部分が５０μｍ未満であるアイスクリームを作り出し、多くの場合、大部分は単回分のポッドで３０μｍ未満である。アイスクリームがマシンに接触することなくポッドの中からボウル又は皿にアイスクリームを分配することができるためには、アイスクリームの取出し温度又は分配温度は、－３°から－８℃（２６．６°Ｆから１７．６°Ｆ）の間、好ましくは－３°から－８℃（２６．６°Ｆから２１．２°Ｆ）である必要がある。
本明細書に説明されるマシン及びプロセスは、冷凍及び分配中に回転速度を加速させる新規の特徴を使用しており、これは常識では理解し難い。本明細書に説明されるマシンは、ゆっくりと回転し始める混合パドルを使用できるが、アイスクリームが液体から固体に凍り始めると、回転速度は加速し、混合パドルのトルクの増加を克服するためにはるかに多くの動力を必要とする。通常、トルクが増加するにつれ、人は、動力要件を一定に保つために、混合パドルの回転速度を減速するであろう。一部のマシンでは、凍結時間を短縮し、氷晶サイズを小さく、約５０μｍに小さくするために、混合パドルの回転速度は、冷凍プロセス中に１００ＲＰＭから１２００ＲＰＭに加速する。
さらに、混合パドルの回転速度を加速することによって、ポッドの内径上の氷は融解し、これはアイスクリームを素早く冷凍するためのポッド壁の意図された機能とは反対である。アイスクリームの凍結時間は、余分な摩擦が、混合パドルの高い回転速度によって生じる、ポッド壁で氷晶を融解させることによって増加する。これは、アイスクリームが凍結し、分配するための消費者待機時間を短縮するという典型的な目標とは逆である。少なくともこれらの理由から、混合パドルの回転速度を約２００ＲＰＭの閾値を超えて加速させることは、常識では理解し難い。
インペラー混合パドルの回転速度は、冷凍菓子の中に空気を引き込んで、オーバーランの改善（好ましくは、少なくとも３０％のオーバーラン）を達成するために加速される。また、混合パドルのらせん形の外形の回転（例えば、混合パドル９５０のらせん形の外形は、図３４Ａに示されている）により、ポッドの出口ポートの中からアイスクリームを押し出すための下向きの圧力が生成される。
さらに、上述されたように、混合パドルを迅速に旋回させることと、ポッドの壁で急速に冷却することを組み合わせると、冷却されたアイスクリームはポッド内で適切に混合され、アイスクリームの滑らかさに直接的に相関がある小さい氷晶サイズを維持することが可能にする。これは、部分的には、冷やしたアイスクリームをポッドの壁からこすり落とし、アイスクリームを、温度がより温かいポッドの中心に押し付けるためである。アイスクリームマシンの最適な性能は、ポッドの壁での効率的な冷却と、ポッドの内容物の急速なこすり落とし／混合の両方を有することに依存する。効率的な冷却を有するが、急速なこすり落とし／混合のない、及びその逆のマシンは、あまり最適ではないであろう。
本明細書に説明されるアイスクリームミックスは、最小の安定剤及び乳化剤を含む、又は安定剤及び乳化剤を含まないという新規の特徴を使用する。安定剤、乳化剤、及び非天然生成物が存在しない、又はほぼ存在しないことは、「クリーンラベル」と見なされる。本明細書に説明されるアイスクリームミックスは、牛乳、砂糖、及び粉乳を含む。アイスクリームミックスの中にこれらの特徴を含めることによって、結果として生じるアイスクリームは、大部分が直径２５μｍ未満の氷晶を有する。
例えば、１５０ｇのアイスクリーム供給のためのクリーンラベル調合物は、以下、つまり４８ｇの全乳、６７ｇのヘビークリーム（ガムなし）、２４ｇの精製糖、及び１１ｇの脱脂粉乳の割合を含む場合がある。
図３Ａは、食品又は飲み物を冷却するためのマシン１００の透視図である。図３Ｂは、そのハウジングがないマシンを示す。マシン１００は、材料を含むポッド内の材料の温度を下げる。大部分のポッドは、冷却又は冷凍された製品を分配する前に、材料を混合するために使用される混合パドルを含む。いくつかの例では、混合パドルはマシンの一部であり、ポッドに挿入される場合がある。いくつかの例では、混合パドルは、複数回使用できる。いくつかの例では、マシンは、冷凍菓子を分配せず、この場合、冷凍菓子は、スプーンを用いてポッドの中からすくい上げることができる。
マシン１００は、圧縮機、凝縮器、ファン、蒸発器、キャピラリーチューブ、制御システム、蓋システム、並びにハウジング１０４及びポッド－マシン接合部分１０６を有する分配システムを含む本体１０２を含む。ポッド－マシン接合部分１０６は、他の構成要素がハウジング１０４内に配置される冷蔵システム１０９の蒸発器１０８を含む。図３Ｂに示されるように、蒸発器１０８は、ポッドを受け入れるサイズに作られたレセプタクル１１０を画定する。
蓋１１２は、ヒンジ１１４を介してハウジング１０４に取り付けられる。蓋１１２は、レセプタクル１１０（図３Ａ）を覆う閉鎖位置と、レセプタクル１１０を露出する開放位置（図３Ｂ）との間で回転できる。蓋１１２は、その閉鎖位置で、レセプタクル１１０を覆い、適所にロックされる。マシン１００内で、蓋１１２上のラッチ１１６は、ポッド－マシン接合部分上のラッチ凹部１１８と係合する。ラッチセンサ１２０は、ラッチ１１６が、ラッチ凹部１１８と係合しているかどうかを判断するためにラッチ凹部１１８に配置される。プロセッサ１２２は、ラッチセンサ１２０に電気的に接続され、ラッチセンサ１２０が、ラッチ１１６及びラッチ凹部１１８が係合していると判断するときに、蓋１１２が閉じられていることを認識する。すべてのマシンがラッチセンサを含むわけではない。
補助カバー１１５は、蓋１１２がその閉鎖位置からその開放位置に移動するにつれ、上方へ回転する。補助カバー１１５内の長穴は、この移動中に蓋１１２のハンドルを受け入れる。いくつかの補助カバーは、蓋が開放位置に移動するときにハウジングの中に摺動する。
マシン１００内では、蒸発器１０８は、マシン１００の本体１０２に対して適所に固定され、レセプタクル１１０へのアクセスは、蓋１１２の移動により提供される。いくつかのマシンでは、蒸発器１０８は、本体１０２に対して変位可能であり、蒸発器１０８の移動は、レセプタクル１１０へのアクセスを提供する。
ハウジング１０４内に配置されたモータ１２４は、蓋１１２から延びるドライブシャフト１２６に機械的に接続される。蓋１１２がその閉鎖位置にあるとき、ドライブシャフト１２６はレセプタクル１１０の中に延び、ポッドが存在する場合、ポッド内の１つ又は複数のパドルを移動するためにポッドと係合する。パドルは、インペラー、ブレード、泡立て器、又は混合パドルと呼ばれる場合がある。プロセッサ１２２は、モータ１２４と電子通信し、モータ１２４の動作を制御する。
いくつかのマシンでは、ポッドのパドル（複数可）と関連付けられたシャフトは、ポッドから外向きに延び、蓋１１２は、モータ１２４に機械的に接続された回転式レセプタクルを（ドライブシャフト１２６の代わりに）有する。いくつかのマシンでは、モータは、混合パドルで少なくとも１００ＲＰＭ（毎分回転数）の回転速度でトルクの少なくとも５０ｏｚｆ－ｉｎ（オンス力インチ）を提供する。例えば、１００ｏｚｆ－ｉｎのトルク及び７５０ＲＰＭの回転速度が使用され得る。いくつかのマシンでは、混合パドルのモータは、最大４００ｏｚｆ－ｉｎのトルク及び最大１，５００ＲＰＭの回転速度を提供する。
図３Ｃは、モータ１２４からドライブシャフト１２６へ延びるベルト１２５が見えるように別に示された蓋１１２の透視図である。再び図３Ｂを参照すると、モータ１２４は、レール１２７に沿って動くプレートに取り付けられる。プレートは、ベルト１２５の張力を調整するために約０．２５インチ移動できる。組立て中、プレートは、レールに沿って摺動する。プレートと蓋１１２との間に配置されたバネは、ベルトの張力を維持するために蓋１１２をプレートから離して偏向させる。
図４Ａは、蒸発器１０８のより詳細な図を見ることを可能にするために透明であるとして示されるポッド－マシン接合部分１０６のカバー付きのマシン１００の透視図である。図４Ｂは、ハウジング１０４のないマシン１００及び蓋１１２のないポッド－マシン接合部分１０６の一部の平面図である。図４Ｃ及び図４Ｄは、それぞれ、蒸発器１０８の透視図及び側面図である。蒸発器１０８は、２０１９年７月１日に出願され、その全体が参照により本明細書に援用される米国特許出願第１６／４５９，３８８号（代理人整理番号４７３５４－０００６００１）により詳細に説明されている。
蒸発器１０８は、第１の部分１２８が一方の側でリビングヒンジ１３２によって第２の部分１３０に取り付けられ、他方の側で隙間１３４によって分けられている折り畳み式の構成を有する。冷媒は、冷蔵システムの他の構成要素から流体チャネル１３６（図４Ｂで最もよく見られる）を通って蒸発器１０８に流れる。冷媒は、第１の部分１２８、リビングヒンジ１３２、及び第２の部分１３０を通して内部チャネル内の蒸発器１０８を通って流れる。
蒸発器１０８の外壁とポッド－マシン接合部分１０６の筐体の内壁との間の空間１３７（図４Ｂで最もよく見られる）は、環境と蒸発器１０８との間の熱交換を削減するために絶縁材料で充填される。マシン１００では、空間１３７は、エアロゾル（不図示）で充填される。いくつかのマシンは、例えば環帯（空隙など）、様々なポリマーから作られる絶縁発泡体、線維ガラスウールなど他の絶縁材料を使用する。
蒸発器１０８は、開放位置及び閉鎖位置を有する。開放位置では、隙間１３４が開いて、第１の部分１２８と第２の部分１３０との間に空隙を提供する。マシン１００内で、第１の部分１２８及び第２の部分１３０は、閉鎖位置でともに押される。
蒸発器１０８の内径ＩＤは、閉鎖位置においてよりも開放位置においてわずかに大きい。ポッドは、蒸発器がその開放位置にある間に、蒸発器１０８に挿入し、蒸発器１０８から除去することができる。ポッドが挿入された後に、蒸発器１０８をその開放位置からその閉鎖位置に遷移すると、蒸発器１０８はポッドの外径の周りに締め付けられる。例えば、マシン１００は、２．０８５”の外径のポッドを使用するように構成される。蒸発器１０８は、開放位置で２．１１５”の内径、及び閉鎖位置で２．０８５”の内径内径を有する。蒸発器１０８は、その開放位置で２．１１５インチの内径及びその閉鎖位置で２．０８５インチの内径内径を有する。いくつかのマシンは、他のポッドを冷却するようなサイズに作られ、構成された蒸発器を有する。
蒸発器は、開放位置でポッドを容易に受け入れ、閉鎖位置でポッドを係合するサイズに作られる。折り畳み式の構成の代わりに、いくつかの蒸発器は、ヒンジで動くのではなく、摺動して互いに近接する開放位置及び閉鎖位置を有する複数の部品を有する場合がある。いくつかの蒸発器は円錐台形である場合がある。いくつかの蒸発器は、蒸発器の様々な部品の間で冷却チャネルを接続する管を有する場合がある。いくつかの蒸発器は第１の部分及び第２の部分を有し、第１の部分及び第２の部分は互いに向かって押され、それらの間の隙間が小さくなるが、第１の部分と第２の部分との間の空間は閉鎖位置に存在する。
いくつかのマシンは、他のポッドを冷却するようなサイズに作られ、構成された蒸発器を有する。ポッドは、例えば、市販の缶のサイズから形成することができ、「スリム」缶は、２．０８０インチ～２．０９０インチに及ぶ直径、及び１８０ミリリットル（ｍｌ）～３００ｍｌの体積を有し、「流線型の」缶は、２．２５０インチ～２．４００に及ぶ直径及び１８０ｍｌ～４００ｍｌの体積を有し、「標準」サイズの缶は、２．５００インチ～２．６００インチに及ぶ直径、及び２００ｍｌ～５００ｍｌの体積を有する。マシン１００は、２．０８５±０．１０インチの外径を有するポッドを使用するように構成される。いくつかのポッドは、２．０４５～２．０５５インチの直径を有する混合パドルが、それぞれ１００から１，５００ＲＰＭのＲＰＭで回転することを可能にするために２．０６５インチから２．０７５インチの内径を有し、毎分６，０００から９３，０００平方インチがこすり落とされる。
約２．０８５インチの内径の場合、ポッドは、約２．０６５インチの直径の混合パドルを収容できる。混合パドルは、１００ＲＰＭと１，５００ＲＰＭとの間の回転速度でポッド内で回転できる。この時間の間、混合パドルの単一のブレード端縁は、毎分３，１００から４６，５００平方インチに及ぶ速度でポッドの内壁をこすり落とす。１分当たりにこすり落とされる面積は、混合パドルの各こすり落とし端縁で乗算される（つまり、２つの端縁を有する混合パドルは、毎分約６，２００から９３，０００平方インチをこすり落とすであろう）。上述されたように、このこすり落とし及び混合のプロセスは、ポッドの壁に形成された氷晶をポッドの内部に分散させるのに役立つ。
いくつかのポッドは、約５～１００ｐｓｉゲージ圧の内部圧力を有するように加圧される。いくつかのポッドは、１０～５０ミクロン以下の厚さ（例えば、５０ミクロン未満）の装飾用外部塗装を有する。より厚い外部塗装はポッドを断熱し、ポッドの冷却中の伝熱を妨げる可能性がある。いくつかのポッドは、端部に内部塗装又は外部塗装を有さない。
円筒形のポッドに加えて、いくつかのポッドは円錐台形（例えば、開放端部を有する円錐台形）である。冷凍菓子は、ポッドの開放端部からスプーンですくって出すことができるため、いくつかのポッドは分配ポートを必要としない。
使い捨てのポッドに加えて、いくつかのポッドは再利用可能である。いくつかのポッドは使用され、洗浄され、再利用される。いくつかのポッドは空で購入され、使用の前に充填される。いくつかのポッドは、満杯で購入又は取得され、使用され、ユーザによって又はマシンによって補充される。いくつかのポッドは使用後に滅菌され、室温での保存を可能にするために補充使用後に滅菌される。いくつかのポッドは、ポッドを再充填し、再密封することを可能にする再密封機能を含む。いくつかのポッドは、マシンからポッドの冷凍菓子を分配するための再利用可能な突出部を含む。いくつかのポッドは、空で購入し、クリーンラベル成分を用いる家庭用アイスクリームメーキングキットとともに使用することができる。
蒸発器１０８の閉鎖位置は、ポッド１５０と蒸発器１０８との間の接触面積を増やし、ポッド１５０の壁と蒸発器１０８との間の空隙を減らす又は排除することによって、挿入されたポッド１５０と蒸発器１０８との間の伝熱を改善する。いくつかのポッドでは、蒸発器１０８によってポッドにかけられる圧力は、ポッドの筐体の形状を維持するために、混合パドル、ポッド内の加圧ガス、又は両方によって対抗される。蒸発器１０８は、ポッド１５０に対して約１０～５０ｌｂｆ（ポンド－力）の閉鎖力、及び１，０００～１，５００ｏｚｆ－ｉｎのおおよそのトルククランプ力を提供することができる。
蒸発器１０８では、第１の部分１２８及び第２の部分１３０の相対的な位置、並びにそれらの間の隙間１３４のサイズは、ボルト１４０及び２つのバネ１４２によって接続された２つのバー１３８によって制御される。バー１３８のそれぞれは、ボルト１４０がそれを通って延びるねじ切られた中心穴、及びピン１４４を係合する２つの端孔を有する。２つのバネ１４２のそれぞれは、バー１３８の間に延びるピン１４４の周りに配置される。いくつかのマシンは、例えば、蒸発器１０８の外径の周りに延び、ケーブルが蒸発器１０８を閉じるためにピンと張られ、蒸発器１０８を開くために緩められるケーブル付きの周囲ケーブルシステムなど、隙間１３４のサイズを制御するための他のシステムを使用する。他の蒸発器では、複数のボルト及び端孔、１つ又は２つ以上のバネ、及び１つ又は２つ以上の係合ピンがある。
一方のバー１３８は、蒸発器１０８の第１の部分１２８に取り付けられ、他方のバー１３８は、蒸発器１０８の第２の部分１３０に取り付けられる。いくつかの蒸発器では、バー１３８は、蒸発器の本体に取り付けられる代わりに蒸発器１０８の本体に一体である。バネ１４２は、バー１３８を押して互いから離す。バネの力は、蒸発器１０８の第１の部分１２８及び第２の部分１３０を隙間１３４で各々から偏向させる。一方向でのボルト１４０の回転は、バー１３８を各々に向けて押す力を増加させ、反対方向でのボルトの回転はこの力を減少させる。ボルト１４０によってかけられる力がバネの力よりも大きいとき、バー１３８は、蒸発器の第１の部分１２８及び第２の部分１３０をまとめる。
マシン１００は、隙間１３４のサイズを制御するためにボルト１４０を回転させるよう作動する電気モータ１４６（図４Ｂに示される）を含む。いくつかのマシンは、ボルト１４０を回転させるために他の機構を使用する。例えば、いくつかのマシンは、蓋１１２が開閉すると、ボルト１４０を回転させるために、例えば蓋１１２とボルト１４０との間で機械的リンク機構を使用する。いくつかのマシンは、ボルトを手動で締める又は緩めるためにボルトに取り付けることができるハンドルを含む。いくつかのマシンは、マシンの蓋が閉じられると、強制的にバーを閉鎖位置にする楔システムを有する。この手法は、電気モータ１４６の代わりに使用される場合もあれば、モータ故障時のバックアップとして設けることもできる。
電気モータ１４６は、マシン１００のプロセッサ１２２と通信しており、マシン１００のプロセッサ１２２により制御される。いくつかの電気駆動部は、プロセッサにトルク測定値を送信するトルクセンサを含む。例えば、ポッドセンサが、ポッドがレセプタクル１１０内に配置されていることを示すとき、又はラッチセンサ１２０が、蓋１１２及びポッド－マシン接合部分１０６が係合していることを示すとき、プロセッサ１２２は、モータに、第１の方向でボルト１４０を回転させてバー１３８をともに押すように信号を送る。折り畳み式の蒸発器が閉じられ、蓋が閉じる前にしっかりと固定された位置にポッドを保持することが望ましく、シャフトはポッドを貫通し、混合パドルを係合する。この位置決めは、シャフト－混合パドル係合には重要である場合がある。プロセッサ１２２は、例えば、生産されている食品又は飲み物が冷却／冷凍され、マシン１００から分配された後に、第２の方向でボルト１４０を回転させるように電気駆動部に信号を送り、それによって蒸発器隙間１３４を開放し、蒸発器１０８からのポッド１５０の容易な取外しを可能にする。
蒸発器１０８の基部は、蒸発器１０８をポッド－マシン接合部分１０６の床面に取り付けるために使用される３つの穴１４８（図４Ｃを参照）を有する。穴１４８の３つすべては、蒸発器１０８の第２の部分１３０の基部を通って延びる。蒸発器１０８の第１の部分１２８は、ポッド－マシン接合部分１０６の床面に直接的に取り付けられない。この構成は、上述された開閉の動きを可能にする。蒸発器１０８の開閉を可能にする他の構成も使用できる。いくつかのマシンは、３つより多い又は少ない穴１４８を有する。いくつかの蒸発器は、ポッド－マシン接合部分、例えば分配機構の床面以外の構成要素に取り付けられる。
多くの要因が、冷蔵システムの性能に影響を及ぼす。重要な要因は、システムを流れる冷媒の質量速度、冷媒接液表面積、冷蔵プロセス、ポッド／蒸発器伝熱面の面積、蒸発器の質量、及び伝熱面の材料の熱伝導率を含む。本明細書に説明される試作品システムの開発における広範囲なモデル化及び実証的研究は、システムを流れる冷媒の質量速度及び冷媒接液表面積の適切な選択が、２分未満で最大１０～１２オンスの砂糖菓子を冷凍可能なシステムを提供するためにバランスをとるための最も重要なパラメータであると判断した。
本明細書に説明される蒸発器は、以下の特徴を有する。
Figure 0007246579000002
 以下の段落は、これらのパラメータの重要性をより詳細に説明する。
質量速度は、多相性質又は蒸発器を流れる冷媒を説明する。２相プロセスは、冷媒流体（例えば、Ｒ－２９０プロパン）が、それぞれ液体から気体に、及び気体から液体に状態を変えるときに吸収され、消費される大量の熱を利用する。伝熱の速度は、部分的には、気化し、液状アイスクリームミックスを冷却するための新しい液体冷媒に蒸発器の内面を露出することに依存する。これを行うためには、冷媒流体の速度は、蒸気が蒸発器の壁の中の流路の中心にチャネルを作る又は流路の中心を流れ落ちるほど、及び液体冷媒が壁の中のこれらのチャネル通路を押し通されるほど十分に速くなければならない。冷蔵システムにおける流体速度の１つの近似測定値は、質量速度－ポンド／（時‐平方フィート）（ｌｂ／ｈｒ ｆｔ２）単位の流路の単位断面積当たりのシステム内での冷媒の質量流量－である。流体の流れが液体から気体に状態を変えるにつれ速度（ｆｔ／ｓ）は絶えず変化するので、フィート／秒（ｆｔ／ｓ）で測定される速度（「速度を測定するためによりなじみのある方法」を２相システムで適用するのは困難である。液体冷媒が蒸発器壁全体を絶えず掃引している場合、液体冷媒は気化する場合があり、新しい液体は、蒸気の「中心部」が通路の中央を流れ落ちることによって冷却チャネルの壁に対して押し付けられる場合がある。低速で、流れは重力に基づいて分離し、液体は蒸発器内の冷却路の底部に留まり、蒸気は冷却路チャネルの上側に上昇する。例えば、液体に露出する領域の量が半分、減らされると、これは伝熱量をほぼ半分削減するであろう。
米国暖房冷房空調学会（ＡＳＨＲＡＥ）によると、１５０，０００ｌｂ／ｆｔ＾２の質量速度は、蒸発器流路の大部分の性能を最大化する。質量速度は、冷媒システムを最適化するためにバランスをとらなければならないパラメータの１つである。蒸発器の性能に影響を及ぼすパラメータは、質量流量、対流伝熱係数、及び圧力低下である。蒸発器の名目動作圧力は、蒸発器の必要温度及びシステム内で使用される冷媒の特性によって決定される。蒸発器を通る冷媒の質量流量は、冷媒が、所与の時間量で砂糖菓子から熱エネルギーの量を吸収して、それを冷凍するために十分に高くなければならない。質量流量は、おもに圧縮機のサイズによって決定される。コスト、重量、及びサイズを削減するためには、可能な限り小さい圧縮機を使用することが望ましい。対流伝熱係数は、蒸発器の質量速度及び接液表面積によって影響される。対流伝熱係数は、質量速度が加速すると増加する。しかしながら、圧力低下も、質量速度とともに増加する。これは、次に圧縮機を操作するために必要とされる電力を増加させ、圧縮機が送達できる質量流量を減少させる。最小で可能な限り最も安価な圧縮機を使用しながら、性能目標を満たすように蒸発器を設計することが望ましい。我々は、７５，０００～１２５，０００ｌｂ／ｈｒ ｆｔ＾２の質量流量を有する蒸発器が、２分未満で最大１２オンスの砂糖菓子を冷凍可能なシステムの提供を助けるのに効果的であると判断した。最新の試作品は、約１００，０００ｌｂ／ｈｒ ｆｔ＾２の質量流量を有し、高質量速度、システムでの管理可能な圧力低下（２ｐｓｉ未満）、及び１２ｃｃ未満の排水量の妥当なサイズに作られた圧縮機の優れたバランスを提供する。
いくつかのシステムでは、冷蔵システムは、Ｒ１３４Ａ、Ｒ２２、Ｒ６００ａ、又はＲ２９０などの２相冷媒流体を使用する圧縮機でポッドを冷却する。いくつかのシステムでは、圧縮機は往復圧縮機又は回転圧縮機である。可変モータ速度を有する直流（ＤＣ）圧縮機は、圧力低下を維持しながら、冷凍プロセスの効率を高めるために、ポッドの冷蔵冷凍サイクルの始まり（例えば、ポッドの冷却の最初の４５秒）に向けて排水量の増加を可能にし、ポッドの冷却システムの最後に向かってモータ速度を減速する。いくつかのシステムでは、ＤＣ圧縮機は、マシンの冷蔵サイクルにかかる負荷に応じて調整される可変モータ速度を有する場合がある。
いくつかのシステムでは、Ｒ２９０などの自然冷媒の使用は、モントリオール及び京都などの国際議定書の目的を達成し、オゾン層破壊及び地球温暖化などの環境問題の低減に役立つことができる。これらの議定書及び環境問題は、通常、Ｒ２２及びＲ１３４Ａを段階的に減らすことを示唆している。
冷媒の熱物性は、冷蔵システムのエネルギー性能を決定する。以下の表は、１０℃の蒸発温度及び４５℃の凝縮温度での冷媒Ｒ２２及びＲ２９０の熱物性を示す。
Figure 0007246579000003
Ｒ２９０冷媒のより低い液体密度は、冷媒質量のより低い要件を示し、蒸発器及び凝縮器内でのより低い摩擦及びより良い伝熱係数を生じさせる。冷媒粘度は、不可逆性の主要な原因であり、凝縮伝熱係数及び沸騰伝熱係数に影響を与える。Ｒ２９０は、より低い粘度並びに凝縮器及び蒸発器の性能を改善するより高い熱伝導率を有する。Ｒ２９０の比熱が高いほど、吐き出し温度は低くなる。
蒸発器における性能に影響を及ぼす別の重要な要因は、少なくとも何らかの液体冷媒がこれらのチャネルを通して存在する限り、蒸発器内のすべての冷却チャネルの面積である、冷媒によって湿る表面積である。接液表面積を増やすと、蒸発器の熱伝達特性を改善することができる。しかしながら、接液表面積を増やすと、蒸発器の質量が増加する可能性があり、これは蒸発器の熱慣性を高め、熱伝達特性を低下させるであろう。
ポッド内の液体の中から伝達できる熱の量は、ポッド／蒸発器伝熱面の表面積に比例するアイスクリームミックスである。表面積が大きいほど望ましいが、表面積の増加は、蒸発器の熱伝達特性を低下させるであろう蒸発器の質量の増加を必要とする可能性がある。我々は、ポッド／蒸発器伝熱面の面積が２０と４０平方インチの間である蒸発器は、他の特徴と効果的に組み合わされて、最大１２オンスの砂糖菓子を２分未満で冷凍することができるシステムを提供するのに役立つと判断した。
伝熱率は、熱を伝導するその能力を関連付ける材料の固有特性である。伝導による伝熱は、材料の全体としての動きを伴わない材料内のエネルギーの移動を伴う。高伝導率材料（例えば、アルミニウム）製の壁を有する蒸発器は、蒸発器の壁全体での温度差を削減する。この温度差を削減すると、冷蔵システムが蒸発器を正しい温度に冷却するために必要となる作業が減る。
ポッドの温度は、熱電対などの温度センサを使用して測定できる。いくつかのマシンでは、ポッドの外面に物理的に接触する熱電対が、ポッドの温度を測定するために使用することができる、又は熱電対はポッドの外部に直接的に設けることができる。いくつかのマシンでは、センサ（複数可）は、蒸発器を放射状に貫通し、いくつかの場合、センサ先端での一貫した力を確実にするためにバネで留められている。センサは、センサがポッドの外部の温度だけを感知するように、蒸発器から熱的に絶縁される場合がある。ポッドは、ポッド温度が、内容物の温度と実質的に同じとなるように、約０．００４～０．００８インチ厚さのアルミニウム製である場合がある。これらの温度を使用すると、プロセスは、いくつかの方法で、つまり（ｉ）製品がどれほど迅速に凍るのかに応じて、ミキサー速度を変えることによって、（ｉｉ）目標温度が達成されると、冷凍プロセスを停止することによって、及び（ｉｉｉ）分配プロセス中に、いつポッドが空であるのかを感知し、うるさい可能性がある、空のポッド内で混合パドルを回転させる代わりに、そのときに分配プロセスを終了することによって制御可能であるであろう。
所望の伝熱が発生するためには、蒸発器は冷却されなければならない。蒸発器の質量が大きいほど、この冷却にかかる時間は長くなる。蒸発器質量を減らすと、冷凍サイクル中に冷却しなければならない材料の量は減少する。大きい質量を有する蒸発器は、最大１２オンスの砂糖菓子を凍らせるために必要とされる時間を増やす。
熱伝導率及び質量の影響は、材料の適切な選択によってバランスをとることができる。銅のような、アルミニウムよりも高い熱伝導率を有する材料がある。しかしながら、銅の密度は、アルミニウムの密度よりも大きい。このため、蒸発器の熱交換面でのみ高い熱伝導の銅を使用し、他のあらゆる場所ではアルミニウムを使用するいくつかの蒸発器が構築されてきた。
図５Ａ～図５Ｆは、マシン１００により生産されている食品又は飲み物を分配するために蒸発器１０８内でポッドを開くよう作動するポッド－マシン接合部分１０６の構成要素を示す。これは、ポッドを開く１つの手法の例であるが、いくつかのマシン及び関連するポッドは他の手法を使用する。
図５Ａは、ポッド１５０が蒸発器１０８内に置かれたポッド－マシン接合部分１０６の部分切り取り概略図である。図５Ｂは、ポッド１５０の端部とポッド－マシン接合部分１０６の床１５２の関係を示す、上方を見る概略平面図である。ポッド－マシン接合部分１０６の床は、分配器１５３により形成される。図５Ｃ及び図５Ｄは、分配器１５３の透視図である。図５Ｅ及び図５Ｆは、分配器１５３内に配置されたインサート１５４の透視図である。インサート１５４は、ポッド－マシン接合部分１０６のウォームギア１５７の床１５２を駆動するよう作動する電気モータ１４６を含む。ウォームギア１５７は、環状構成を有するギア１５９と係合される。ギア１５９に取り付けられた環状部材１６１は、ギア１５９からポッド－マシン接合部分１０６の内部領域の中に延びる。環状部材１６１は、ポッドを開くためにポッド－マシン接合部分１０６に挿入されたポッドと係合するように構成された突出部１６３を有する。環状部材１６１の突出部１６３は、４つのダボ形状の突出部である。いくつかの環状ギアは、より多くの突出部又はより少ない突出部を有し、突出部は、例えば「歯」など、他の形状を有する場合がある。
ポッド１５０は、混合パドル１６０（図５Ａを参照）を含む本体１５８を含む。また、ポッド１５０は、開口１６４及び基部１６２を横切って延びるキャップ１６６を画定する基部１６２を有する（図５Ｂを参照）。基部１６２は、ポッド１５０の本体１５８の上に継ぎ合わされる／固定される。基部１６２は、突出部１６５を含む。基部１６２上に取り付けられたキャップ１６６は、ポッド１５０の外周／軸の周りで回転可能である。使用中、製品がポッド１５０から分配される準備が完了するとき、マシンの分配器１５３は、ポッド１５０の第１の端部の周りでキャップ１６６を係合し、回転させる。キャップ１６６は、突出部１６５を係合し、次に基部１６２の残りから分離するための位置に回転される。ポッド１５０及びその構成要素は、図８Ａから図８Ｂに関してより詳細に説明される。
基部１６２内の開口１６４は、キャップ１６６の回転によって開かれる。ポッド－マシン接合部分１０６は、ギア１６８の外周を係合する通板を有する電気モータ１４６を含む。電気モータ１４６の動作により、ギア１６８は回転する。ギア１６８は、環状部材１６１に取り付けられ、ギア１６８の回転は環状部材１６１を回転させる。ギア１６８及び環状部材１６１はともに環状であり、ともに、ギア１６８又は環状部材１６１に接触することなく、食品又は飲み物をポッド１５０から開口１６４を通して分配できる中心穴を画定する。ポッド１５０が蒸発器１０８に置かれると、環状部材１６１はキャップ１６６と係合し、環状部材１６１の回転がキャップ１６６を回転させる。
図６は、蒸発器１０８を含む冷蔵システム１０９の概略図である。また、冷蔵システムは、凝縮器１８０、吸込み管熱交換器１８２、膨張装置１８４、及び圧縮機１８６を含む。膨張装置１８４は、両方とも冷蔵システム１０９で使用できるであろうバルブ又はキャピラリーチューブを含む場合がある。高圧の液体冷媒は、吸込み管熱交換器１８２及び膨張装置１８４を通って凝縮器１８０から蒸発器１０８に流れる。膨張装置１８４は、液体冷媒流体の流れを制限し、液体冷媒が膨張装置１８４を離れるときに液体冷媒の圧力を下げる。低圧の液体は、次に熱がポッド１５０から吸収される蒸発器１０８に移動し、蒸発器１０８内のその内容物は、冷媒を液体から気体に変える。気相冷媒は、吸込み管熱交換器１８２を通って蒸発器１０８から圧縮機１８６に流れる。吸込み管熱交換器１８２では、蒸発器１０８を離れる低温蒸気は、凝縮器１８０を離れる液体を予冷する。冷媒は、低圧ガスとして圧縮機１８６に入り、高圧ガスとして圧縮機１８６を離れる。ガスは次に凝縮器１８０に流れ、熱交換が冷媒を冷却し、冷媒を液体に凝縮する。
冷蔵システム１０９は、第１のバイパス管路１８８又はバルブ、及び第２のバイパス管路１９０又はバルブを含む。第１のバイパス管路１８８は、圧縮機１８６の放出を圧縮機１８６の入口に直接的に接続する。第１のバイパス管路と第２のバイパス管路の両方に配置されるのは、冷媒のバイパス流を可能にするために通路を開閉するバイパス弁である。冷媒を圧縮機放出から入口に直接的に迂回させると、高温ガスを蒸発器に注入することなく、蒸発器の除霜及び温度制御を提供できる。また、第１のバイパスライン１８８は、迅速な再起動（すなわち、ポッドを次々と素早く冷凍すること）を可能にする、圧縮機１８６全体での迅速な圧力均衡のための手段を提供する。第２のバイパス管路１９０は、蒸発器１０８を除霜するために蒸発器１０８に温かい気体を適用することを可能にする。バイパス弁は、例えば電磁弁又は絞り弁であってよい。温かい空気を混合パドル１６０の長さに沿って向けて、混合パドル１６０に付着している製品を除去するのに役立てるために、追加のバイパス弁を使用できる（不図示）。
図７Ａ及び図７Ｂは、凝縮器１８０の試作品の図である。凝縮器は内部チャネル１９２を有する。内部チャネル１９２は、冷媒と相互作用して冷媒を迅速に冷却する表面積を増やす。これらの画像はマイクロチャネル管類を示し、マイクロチャネル管類は、それらがクーラント速度を維持する小さいチャネルを有し、良好な伝熱のための薄い壁であり、凝縮器がヒートシンクになるのを防ぐために質量がほとんどないために使用される。
図１０Ａ及び図１０Ｂは、図３Ａ～図５Ｆに関して説明されたマシン１００とともに使用するためのポッド１５０の例を示す。図８Ａは、ポッド１５０の側面図である。図８Ｂは、ポッド１５０及びポッド１５０の本体１５８に配置された混合パドル１６０の概略側面図である。
ポッド１５０は、マシン１００のレセプタクル１１０に勘合するサイズに作られる。ポッドは、生産されている単回分の食品又は飲み物を提供するサイスに作ることができる。通常、ポッドは６液量オンスと１８液量オンスの間の容積を有する。ポッド１５０は、約８．５液量オンスの容積を有する。
ポッド１５０の本体１５８は混合パドル１６０を含むアルミニウム飲料缶である。本体１５８は、基部で第１の端部２１０から第２の端部２１２に延び、円形断面を有する。第１の端部２１０は、第２の端部２１２の直径ＤＬＥよりもわずかに大きい直径ＤＵＥを有する。この構成は、複数のポッド１５０を互いの上に積み重ねるのを容易にし、あるポッドの第１の端部２１０は、別のポッドの第２の端部２１２を受け入れる。
側壁２１４は、第１の端部２１０を第２の端部２１２に接続する。壁２１４は、第１のネック２１６、第２のネック２１８、及び第１のネック２１６と第２のネック２１８との間のバレル２２０を有する。バレル２２０は、直径ＤＢを有する円形の断面を有する。直径ＤＢは、第１の端部２１０の直径ＤＵＥと第２の端部２１２の直径ＤＬＥの両方よりも大きい。第１のネック２１６は、バレル２２０を第１の端部２１０に接続し、第１のネック２１６がより小さい直径ＤＵＥからより大きい直径ＤＢバレルに延びるにつれ、傾く。第２のネック２１８は、バレル２２０を第２の端部２１２に接続し、第２のネック２１８がバレル２２０のより大きい直径ＤＢから第２の端部２１２のより小さい直径ＤＬＥに延びるにつれ、傾斜する。第２の端部２１２は、第１の端部２１０よりも小さい直径を有するので、第２のネック２１８は、第１のネック２１６よりも急勾配である。
ポッド１５０のこの構成は、材料使用の増加、つまりポッド当たりより多くの基部材料（例えば、アルミニウム）を使用する能力を提供する。この構成は、ポッドの柱状強度をさらに支援する。
ポッド１５０は、蒸発器からポッドの内容物への良好な伝熱のために設計される。ポッド１５０の本体１５８は、アルミニウム製であり、厚さ５ミクロンと５０ミクロンの間である。いくつかのポッドの本体は、例えばスズ、ステンレス鋼、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＴＥ）などの様々なポリマーなど、他の材料から作られる。
ポッド１５０は、ポッドの製造可能性及び性能を支援するために異なる材料の組み合わせから作られてよい。一実施形態では、ポッド壁及び第２の端部２１２は、アルミニウム３１０４製であってよく、基部はアルミニウム５１８２製であってよい。
いくつかのポッドでは、ポッドの内部構成要素は、ポッドがポッド内に含まれる材料と接触するときにポッドの腐食を防ぐためにラッカーで覆われている。また、このラッカーは、ポッド内に含まれる食品お及び飲料の材料中の金属の「調子はずれ（ｏｆｆ－ｎｏｔｅｓ）」の可能性を低減する。例えば、アルミニウム製のポッドは、内部で以下のコーティング、つまりＳｈｅｒｗｉｎ Ｗｉｌｌｉａｍｓ／Ｖａｌｓｐａｒ Ｖ７０Ｑ１１、Ｖ７０Ｑ０５、３２ＳＯ２ＡＤ、４０Ｑ６０ＡＪ、ＰＰＧ Ｉｎｎｏｖｅｌ２０１２－８２３、２０１２－８２０Ｃ、及び／又はＡｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ Ａｑｕａｌｕｒｅ Ｇ１５０の１つ又は組合せで覆われ得る。また、同じ又は他のコーティング製造業者により作られる他のコーティングも、使用され得る。
いくつかの混合パドルは、類似したアルミニウム合金製であり、類似したラッカー／コーティングで覆われている。例えば、Ｗｈｉｔｆｏｒｄ／ＰＰＧコーティング８８７０は、混合パドル用のコーティングとして使用され得る。混合パドルのラッカーは、追加のこびりつき防止及び硬化の利点を有し得る。いくつかの混合パドルは、ＡＬ５１８２－Ｈ４８又は他のアルミニウム合金から作られる。いくつかの混合パドルは、２５０～３１０ＭＰａ最小値の引張強度、１８０～２６０ＭＰａ最小値の降伏強度、及び４％～１２％の破断点伸びを示す。
いくつかのマシンでは、混合パドルは、ポッドから取り外し、混合パドルを洗浄し、混合パドルを同じポッド又は別のポッドで再利用することによって再利用可能である可能性がある。
上述の混合パドルの機能性に加えて、いくつかのマシンは、混合パドルに付着する製品を除去するのを助けるために混合パドルを発振及び／又は振動させる。この手法は、混合パドルを発振及び／又は振動させるソレノイドを含む（マシン１００などの）マシンによって可能にすることができる。
このマシン及び類似するマシンとともに使用できる他のポッド－マシン接合部分は、２０１９年７月１日に出願され、その全体として参照により本明細書に援用される米国特許出願第１６／４５９，３２２号（代理人整理番号４７３５４－００１０００１）により詳細に説明される。
いくつかのポッドは、混合モータによってトルクがかけられると破られるように構成されたシールを含む。係るポッド設計は、マシンとの互換性のために製造するのがより容易且つ安価である可能性がある。
図９Ａから図９Ｃは、マシン１００のドライブシャフト１２６と、マシン１００に挿入されたポッド１５０の混合パドル１６０との間の係合を示す。図９Ａ及び図９Ｂは、ポッド１５０及びドライブシャフト１２６の透視図である。使用中、ポッド１５０は、ポッド１５０の第１の端部２１０が下向き状態で蒸発器１０８のレセプタクル１１０に挿入される。この向きは、図９Ａに示されるように、ポッド１５０の第２の端部２１２をドライブシャフト１２６に露出させる。蓋１１２を閉じる（図３Ａを参照）と、ドライブシャフト１２６がポッド１５０の第２の端部２１２を貫通する十分な力で、ドライブシャフト１２６がポッド１５０の第２の端部２１２に押し付けられる。いくつかのマシンでは、ドライブシャフト１２６のポッド１５０の第２の端部２１２への貫通動作の下向きの力は約５０ｌｂｆである。１５～６５ｌｂｆの間の下向きの力は、ポッドの他の部分を損傷することなくポッドの第２の端部を貫通する上で効果的である。
図９Ｂは、結果として生じる穴及び穴を通して見える混合パドル１６０を示す。ドライブシャフト１２６は、見やすさのために偏位されて示されている。図９Ｃは、蓋が閉じられた後にドライブシャフト１２６が混合パドル１６０と係合した状態のポッド１５０の一部分の断面図である。通常、ドライブシャフト１２６とポッド１５０との間に密封シールはなく、したがって冷凍菓子がポッド１５０の他の端部から排出／分配するとき、空気は流入することができる。代替の実施形態では、密封シールがあり、したがってポッド１５０は、ポッド１５０と蒸発器１０８との間の接触を強化するために圧力を保持する。
いくつかの混合パドルは、第２の端部がドライブシャフトによって穿刺されるときにポッドの第２の端部の穿刺された端部を受け入れる漏斗又はレセプタクル構成を含む。
図１０Ａは、見やすくするためにキャップ１６６が基部１６２から離間された状態のポッド１５０の第１の端部２１０を示す。図１１Ａから図１１Ｇは、基部１６２の突出部１６５を切断し、除去し、基部１６２を通って延びる開口１６４を露出させるためのポッド１５０の第１の端部２１０の周りでのキャップ１６６の回転を示す。
基部１６２は、ポッド１５０の本体１５８とは別に製造され、次に、本体１５８の開放端部を覆うポッド１５０の本体１５８に（例えば、クリンピング又は継ぎ合わせによって）取り付けられる。基部１６２の突出部１６５は、例えば、打ち抜き、深絞り、又は基部を形成するために使用されているアルミニウムの薄板のヘディング処理（ｈｅａｄｉｎｇ）によって形成することができる。突出部１６５は、例えば、弱められた刻み目ライン１７３によって基部１６２の残りの部分に取り付けられる。刻み付けは、アルミニウムシートの基部の中への垂直刻み目又は突出部１６５の壁の中への水平刻み目である場合がある。例えば、材料は、０００８インチから０．０１０インチの初期厚さ（例えば、初期厚さは０．００８インチである場合がある）から０．００１インチ～０．００８インチの刻み付け後の厚さに刻み目を付けることができる（例えば、刻み目厚さは０．００２インチである場合がある）。
図１０Ｂは、基部１６２、突出部１６５、及び弱められた刻み目ライン１７３を示すポッド１５０の第１の端部２１０の断面図を示す。弱められた刻み目ライン１７３は、厚さ０．０８インチのアルミニウム基部蓋材料の中に０．００６インチの深さとなる。
いくつかの実施形態では、打ち抜き後の刻み付けはないが、むしろ壁は破裂を容易にするために意図的に薄くされている。別のバージョンでは、可変壁厚はないが、むしろマシン分配機構係合の力と組み合わされたキャップ１６６は、突出部１６５で０．００８インチから０．０１０インチの壁厚を切断するために十分である。刻み付けにより、突出部１６５は、例えば１５～４０ポンドの間の力など、５～７５ポンドの力で持ち上げられ、基部１６２からせん断される場合がある。いくつかの場合、円形突出部の直径は０．３７５～０．８５０インチ（例えば、図１０Ｂに見られるように直径０．５７５インチ）である。いくつかの場合、突出部１６５の面積は０．１～０．５ｉｎ２（例えば、図１０Ｂ～図１０Ｄに見られるように０．２６ｉｎ２）である。いくつかの場合、基部１６２の面積は２．０～５．０ｉｎ２（例えば、図１０Ｂ～図１０Ｄに見られるように３．９５ｉｎ２）である。円形突出物の面積は、基部１６２の総表面積の一部である。いくつかの場合、基部１６２の直径は、１．５～３．０インチ（例えば、図１０Ｂ～図１０Ｄに見られるように２．２４４インチ）である。いくつかの場合、円形突出部１６５対基部１６２の面積比は、０．０１～０．５０（例えば、図１０Ｂ～図１０Ｄに見られるように０．０６５）である。
いくつかの場合、突出部がせん断され、除去されたときの突出部及び対応する開口部は、ポッド端部表面積全体の５％から３０％の間の表面積を有する。いくつかの場合、突出部の形状は円形である場合があり、涙のしずく形、腎臓の形状を有する場合がある、又は任意の形状である場合がある。いくつかの場合、突出部は丸い場合があるが、刻み目が付けられた形状は、円形であるか、涙のしずく形を有するか、腎臓の形状を有するか、又は任意の形状である可能性がある。
図１０Ａは、第１の開口２２２及び第２の開口２２４を有するキャップ１６６を示す。第１の開口は、開口１６４の形状にほぼ一致する。突出部１６５が除去されると、第１の開口１６４は露出され、基部１６２を通って延びる。第２の開口２２４は、２つの重なり合う円に一致する形状を有する。重なり合う円の一方は、突出部１６５の形状に一致する形状を有し、重なり合う円の他方はわずかに小さい。ランプ２２６は、２つの重なり合う円の外縁の間に延びる。ランプ移行部の上部に追加の０．０１０から０．１００インチの材料の厚さがある（例えば、０．０７０インチ）。この余分な高さは、図１１Ａ～図１１Ｇにより詳細に説明されるように、キャップの回転中に、突出部のヘッドを持ち上げ、破裂させ、開口を開くのに役立つ。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、基部１６２に初期に取り付けられたキャップ１６６を示し、突出部１６５は、第２の開口２２４の重なり合う円の大きい方と位置合わせされ、重なり合う円の大きい方を通って延びる。マシンのプロセッサ１２２は、電気モータ１４６を起動してギア１６８及び環状部材１６１を回転させると、キャップ１６６の回転は、図１１Ｃ及び図１１Ｄに示されるように、突出部１６５のリップの下でランプ２２６を摺動させる。キャップ１６６の連続回転は吊り上げ力をかけ、吊り上げ力は、突出部１６５を基部１６２の残りから分離し（図１１Ｅから図１１Ｇを参照）、次にキャップ１６６の第１の開口２２２を基部１６２の開口１６４と位置合わせし、結果的に突出物１６５を除去する。電気モータ１４６は、最大１，０００ｏｚｆインチのトルクをかけて、突出部１６５を持ち上げ、せん断することができる。いくつかのマシンでは、突出部を除去するプロセスはまた、突出部の端部の凹部内に蓄積する場合がある製品（凍っている又は凍っていない）を除去する。
いくつかのマシンでは、モータ１２４は、突出部せん断プロセス中に減速し、次に分配プロセス中に加速する。この場合、モータ１２４の失速の可能性を低減するために、混合サイクル、せん断サイクル、及び分配サイクルを停止又は逆転することなくドライブシャフトが回転することは有利である。
いくつかのポッドは、突出部１６５が基部１６２から分離された後に、突出部１６５を保持するための構造を含む。ポッド１５０では、突出部１６５は、ヘッド１６７、ステム１６９、及びフット１７１（図１１Ｇで最もよく見られる）を有する。ステム１６９は、ヘッド１６７とフット１７１との間に延び、ヘッド１６７及びフット１７１よりも小さい断面を有する。キャップ１６６の回転が、突出部１６５を基部１６２の残りから分離すると、キャップ１６６はステップ１６９に対して側面方向に押し、ヘッド１６７及びフット１７１は第２の開口２２４の重なり合う円の一方の端縁に沿ってキャップ１６６をひとまとめにする。この構成は、突出部１６５が基部１６２から分離されると、突出部１６５を保持する。係る構成は、突出部１６５が基部から除去されるとき突出部が待機レセプタクルに落ちる可能性を低減する。マシンの混合パドル１６０が回転し、開口２２４を通して冷凍菓子を分配した後、融解時にあらゆる残留製品（例えば、アイスクリーム）がポッドから漏れ出さないように、モータ１２４はキャップ１６６を回転させ、開口２２４を閉じる。
いくつかのポッドは、突出部１６５を基部１６２の残りから分離する他の手法を含む。例えば、いくつかのポッドでは、基部は、基部にリベットで留められた取外し可能な切断機構を有する。回転可能な切断機構は、キャップ１６６に関して説明された形状に類似した形状を有するが、この二次部品は、基部１６２の上に及び周りに取り付けられるよりむしろ、基部１６２の外周にリベットで留められ、外周内に位置する。冷蔵サイクルが完了すると、マシンのプロセッサ１２２はマシンのアームを作動させて、リベットで留められた切断機構をリベットの周りで回転させる。回転中、切断機構は、突出部１６５を係合し、切断し、除去し、基部１６２の開口１６４をその場所に残す。
別の例では、いくつかのポッドは、突出部を除去するために基部を横切って移動する摺動ナイフ付きのキャップを有する。摺動ナイフは、マシンによって作動され、コントローラによってトリガされると、基部を横切って摺動して、突出部１６５を分離し、除去し、収集する。キャップ１６６は、マシンによる作動時、基部１６２を横切って、基部１６２上を真直ぐに摺動し得るギロチン機能を有する。キャップ１６６は、突出部１６５を係合し、切断し、除去する。別の実施形態では、このギロチン機能は、ポッド１５０のキャップの１６６ではなく、マシンの中心であってよい。別の実施形態では、このギロチン機能は、キャップ１６６との場合と同様に、二次的な取り付けられた部品ではなく、基部１６２内の二次部品として取り付けられ得る。
いくつかのポッドは、マシンによって係合及び解放できるポップトップを含む分配機構を有する。冷蔵サイクルが完了すると、マシンのアームが係合し、ポッドのタブを持ち上げ、それによって基部を押し、穿刺し、基部に開口を作り出す。冷やされた製品又は凍った製品は、開口を通して分配される。基部の穿刺された表面は、分配中、基部に蝶着されたまま、ポッドの内部に保持される。混合は、穿刺された表面を回避する若しくは穿刺された表面上で回転し、又は別の実施形態では、混合パドルが妨害なく回転し続けるようにする。いくつかのポップトップでは、マシンのアームは、穿刺された表面を基部から分離する。
図１２は、ポッド１５０の拡大概略側面図である。混合パドル１６０は、中心ステム２２８、及び中心ステム２２８から延びる２つのブレード２３０を含む。ブレード２３０は、ポッド１５０の内容物をかき混ぜ、ポッド１５０の本体１５８の内面に固着する材料を除去する形状に作られたらせん形のブレードである。いくつかの混合パドルは単一のブレードを有し、いくつかの混合パドルは２つを超える混合パドルを有する。
流体（例えば、液体材料、空気、又は冷凍菓子）は、混合パドル１６０が回転すると、ブレード２３０内の開口部２３２を通って流れる。これらの開口部は、混合パドル１６０を回転するために必要とされる力を減少させる。材料の粘度が増すにつれ（例えば、アイスクリームが形成されるにつれ）この減少は著しくなる可能性がある。また、開口部２３２は、ポッド内の材料を混合し、通気するのを支援する。いくつかのマシンでは、開口部２３２は、混合パドル１６０の総表面積の約３６．５％を表す。
ブレード２３０の側面方向端縁は、長穴２３４を画定する。長穴２３４は、本体１５８の内面の大部分が、混合パドル１６０が回転するにつれ、ブレード２３０の一方によって本体の内面に固着する材料が除去されるように偏位される。混合パドルは、ポッド１５０の本体１５８の第１の端部２１０よりも１６０幅広いが、長穴２３４は、長穴２３４が第１の端部２１０と位置合わせされるように、挿入中に混合パドル１６０を回転させることによって、ポッド１５０の本体１５８の中への混合パドル１６０の挿入を容易にする交互の長穴である。別の実施形態では、混合パドルの外径は、ポッド１５０の開口部の直径に満たず、ポッド１５０への（回転なしの）連続した挿入を可能にする。別の実施形態では、混合パドルの一方のブレードは、第２のブレード直径よりも幅広い外径を有し、したがってポッド１５０への（回転なしの）連続した挿入を可能にする。この混合パドル構成では、１つのブレードは側壁から材料を除去する（例えば、こすり落とす）ことを目的とし、一方、第２のより短い直径のブレードは、より多くのかき混ぜ動作を実行することを目的とする。
いくつかの混合パドルは、中心ステムに蝶着された１つ又は複数のブレードを有する。挿入中、ブレードは、圧縮された構成に蝶着され、挿入されると展開した構成に解放される場合がある。いくつかの蝶着されたブレードは、第１の方向で回転しながら開いて固定され、第１の方向と反対の第２の方向で回転すると、折り畳み可能である。いくつかの蝶着されたブレードは、回転方向と関わりなく、ポッドの中で一度固定され、外向きの位置にロックする。いくつかの蝶着されたブレードは、手作業で凝縮され、拡大され、ロックされる。
混合パドル１６０は、（マシンの上方から観察されると）右回りに回転し、ポッド２１４の壁から冷凍菓子の蓄積を除去する。重力は、ポッドの壁から除去された菓子を強制的に第１の端部２１０に向かって落下させる。左回り方向で、混合パドル１６０は回転し、材料を持ち上げ、第２の端部２１２に向かってかき混ぜる。パドルが方向を変え、右回りに回転すると、材料は第１の端部２１０に向かって押される。基部１６２の突出部１６５は、図１１Ｄに関して示され、説明されるように除去されると、混合パドルの右回りの回転が、生産された食品及び飲み物をポッド１５０から開口１６４を通して分配する。いくつかのパドルは、第１の方向回転することによってポッドの内容物を混合し、分配する。いくつかのパドルは、第１の方向に移動することによって混合し、ポッドが開かれると、第２の方向に移動することによって分配する。いくつかの混合パドルは、方向を逆転しない。
中心ステム２２８は、マシン１００のドライブシャフト１２６を受け入れるサイズに作られた凹部２３６を画定する。凹部及びドライブシャフト１２６は、ドライブシャフト１２６及び混合パドル１６０が回転可能に制約されるように正方形の又はカットされた断面を有する。モータがドライブシャフト１２６を回転させると、ドライブシャフトは混合パドル１６０を回転させる。いくつかの実施形態では、ドライブシャフトの断面は異なる形状であり、凹部の断面は適合する形状である。いくつかの場合、ドライブシャフト及び凹部は螺合接続される。いくつかのポッドでは、凹部は、ドライブシャフトを把持して、ドライブシャフトをパドルに回転結合する篏合構造を含む。
図１３Ａ～図１３Ｄは、ポッド１５０の本体又は缶１５８に実質的に類似する本体１３００を示す。しかしながら、本体１３００は、ポッド１５０の本体１５８のドーム状の端部の代わりに、２つの継ぎ合わされた端部１３０２、１３０４を有する。ドーム状の端部を排除することによって、打ち抜き、押し出し、又は圧延などの方法を使用して、本体１３００を製造しやすくなる。図１３Ｄの等角図に示されるように、本体１３００は中空管に似ており薄い壁の押し出し部１３０６を含む。アルミニウムなどの可鍛性の材料は、本体１３００を形成するために使用できる。継ぎ合わされた各端部１３０２、１３０４は、蓋１３０８の対応するリップと係合され、継ぎ合わせ機械を使用して互いに継ぎ合わされる。図１３Ｂは、第２の継ぎ合わされた端部１３０４の断面を示す。図１３Ｃは、本体１３００と蓋１３０８との間の継ぎ合わせプロセスを示す。いくつかの場合、本体１３００の蓋１３０８への継ぎ合わせ接続は、図３５Ｃに見られる継ぎ目に類似している。このようにして、蓋１３０８は、アルミニウムポッド１３００の各端部に取り付けられる。
蓋１３０８の１つは、中心（不図示）にグロメットを含んで、混合モータを本体１３００（不図示）内の混合パドルに回転結合し、ポッドを初期構成で密封する。グロメットは、上乗せ成形される、固着される、又は蓋１３０８に固締される。本体１３００は、２つの蓋１３０８とともに、ポッドを画定する。
これらのシステム及び方法では、滅菌は、通常、液状アイスクリームミックスの冷凍前に行われる。
図１４Ａはレトルトマシンの写真であり、図１４Ｂは、レトルトマシンの内部のレトルト滅菌チャンバの写真である。上述されたように、レトルトマシンは、滅菌し、ポッドを常温保存可能にするために使用される。本明細書に説明されるプロセスにより工場での操作を削減するのを助けるために、単回分のポッド（缶）を、低温殺菌されておらず、均質化もされていない液状アイスクリームミックスで充填することができる。次に、レトルト滅菌プロセス中に、例えば図１４Ａ及び図１４Ｂの画像に示されるレトルトマシンを使用して、ポッドは、例えば３Ｈｚで毎分１８０サイクルなど様々な速度で前後に揺することができる。レトルトプロセス中、液状アイスクリームは、滅菌のために同時に高温及び高圧にさらされながら、ポッドの内部でスロッシングする（つまり、均質化する）。
我々のポッド内で低温殺菌されていない乳製品を使用し、使用前のポッドでレトルトプロセスを実行することによって、ポッド内部の乳製品は一度のみ低温殺菌される。これは、乳製品が、乳製品工場を出る前に通常低温殺菌される図１に示される典型的な低温殺菌プロセスとは対照的である。つまり、乳製品は、例えば乳製品工場で１度、及び我々のレトルトプロセスで１度の２度低温殺菌される。
液体はレトルト容器内部の缶の中でスロッシングするため、ポッド内の液状アイスクリームのスロッシングは、２～１５分の間の２５０°Ｆの伝熱を著しく増加させる可能性がある。缶とレトルト容器の両方とも加圧されている。例えば、この圧力は１００ｐｓｉである場合がある。均質化中にレトルトを通して低温殺菌することによって、この手法は、アイスクリームを作る従来の操作のステップ（例えば、図１のプロセス）を排除し、これは効率を高め、コストを削減する。このプロセスはより本格的で新鮮な味わい、並びにより見かけよく、色、食感、及び口当たりがより良い食品を提供することができる。プレミアムカテゴリの最近の伸びは、食品品質の強化に対する強い消費者の要望を示している。
レトルト滅菌での及びレトルト滅菌中のこれらのポッドのレトルト振盪は、常温保存可能な保管のためにはるかに品質が優れた低酸性の食品を生産する。また、それは、従来のバッチ静的レトルトプロセスと比較して、サイクル時間を約９０％短縮し、エネルギー消費を最大５０％削減することができる。この迅速なレトルトプロセスは、Ｆ０致死値により早く到達し、過度の調理ノート（ｏｖｅｒ－ｃｏｏｋｅｄ ｎｏｔｅｓ）及びアイスクリームの風味の喪失の削減、並びに多くの場合静的な攪拌レトルト又はゆっくりとした攪拌レトルトのレトルトプロセスと関連付けられた変色の削減を提供する。また、プロセスは、液状ミックスを均質化することができる。素早く振盪することによって液状ミックスを均質化することは、液状アイスクリームミックスの滅菌及び均質化の２つの操作が一度で達成されるため、有利である。図１４Ａ～図１４Ｂは、伝熱を早めて、液状アイスクリームミックスを同時に均質化しながら、乳製品をレトルト調理することによるカラメル化を最小限に抑えるために、数十又は数百のポッドを含み、それらを３Ｈｚで又は最大毎分１８０サイクルで前後に移動させることができる、レトルト滅菌チャンバの写真である。
レトルトプロセスを使用して行うことができるこの低温殺菌プロセス中、低温殺菌された乳製品はカラメル化し、褐色になる可能性があり、これは望ましくない場合がある。褐色化、又はより一般的に発色と呼ばれる褐色化の最高の速度は、２３０°Ｆでカラメル化し始めるフルクトースの存在によって引き起こされる可能性がある。
より高温でレトルト処理することが、それが低温殺菌プロセスがより少ない時間で完了することを可能にするであろうため、一般的に好まれるとしても、これらのシステム及びプロセスのいくつかは、２５０°Ｆでレトルト処理するレトルトプロセスを使用する。２５０°Ｆでレトルトを完了すると、フルクトースがアイスクリームミックスの調合物から除去されるとき、褐色化の影響を制限することができる。２５０°Ｆでレトルトを完了することは、アイスクリームミックス調合物からフルクトースを除去するときに、褐色化の影響を制限することができる。
フルクトースのカラメル化プロセスは２３０°Ｆで開始するので、発色の最高速度はフルクトースによって引き起こされる場合がある。カラメル化は、還元糖がアミノ酸と反応するメイラード反応と混同すべきではない。褐色化、つまりメイラード反応のプロセスは、風味を生じさせ、食品の色を変色させる。メイラード反応は、一般に、２８５°Ｆを超えた温度で起こり始める。少なくともこれらの理由から、我々のレトルト温度は２５０°Ｆを超えず、これは、滅菌プロセスでより早くなるであろうため、それ以外の場合好まれるであろう。
例えば、フルクトースのカラメル化温度は２３０°Ｆである場合があり、ガラクトースは３２０°Ｆである場合があり、グルコースは３２０°Ｆである場合があり、ラクトースは３９７°Ｆである場合があり、スクロースは３２０°Ｆである場合がある。いくつかの例では、コーンシロップ、つまり高フルクトースコーンシロップ（ＨＦＣＳ）は、約１１３°Ｆに加熱されると、フルクトースの分解からヒドロキシメチルフルフラールを形成する。
これらのシステムのいくつかは、クリーンラベル、牛乳、又は砂糖クリームを含むポッドを使用する。ときおりガム安定剤が使用され、好ましくはレトルト安定性であるアカシアガム、ジェランガム、ペクチン、及びセルロースガムを使用できる。ラクトースは二糖類であるので、レトルトでは好まれない場合がある。ラクトースは、ガラクトースとグルコースのサブユニットで構成され、牛乳の約２から８％を構成する場合がある。
図１５は、マシン１００を操作するためにプロセッサ１２２に実装された方法２５０のフローチャートである。方法２５０は、冷蔵システム１０９及びマシン１００を参照して説明される。また、方法２５０は、他の冷蔵システム及びマシンと使用されてもよい。方法２５０は、単回分のアイスクリームを生産するとして説明されるが、冷却又は冷凍された飲み物及び食品を生産するために使用することもできる。
方法の第１のステップは、マシン１００をオンにし（ステップ２６０）、圧縮機１８６及び凝縮器１８０と関連付けられたファンをオンにすること（ステップ２６２）である。冷蔵システム１０９は、次に調節された温度でアイドリングする（ステップ２６４）。方法２５０では、蒸発器１０８温度は、約０．７５℃に留まるように制御されるが、±０．２５℃分、変動する場合がある。いくつかのマシンは、例えば０．７５℃から室温（２２．０℃）まで他のアイドル温度で操作される。蒸発器温度は０．５℃未満である場合、プロセッサ１２２はバイパス弁１９０を開いてシステムの熱を増加させる（ステップ２６６）。蒸発器温度が１℃を超えると、蒸発器を冷却するためにバイパス弁１９０は閉じられる（ステップ２６８）。アイドル状態から、マシン１００は、アイスクリームを生産するために操作される場合もあれば（ステップ２７０）、停止される場合もある（２７２）。
ポッド挿入後、ユーザは起動ボタンを押す。ユーザが起動ボタンを押すと、バイパス弁１９０は閉じ、蒸発器１０８はその閉鎖位置に移動し、モータ１２４はオンにされる（ステップ２７４）。いくつかのマシンでは、蒸発器は、モータを使用して電子的に閉じられる。いくつかのマシンでは、蒸発器は、例えば、蓋が開放位置から閉鎖位置に移動することにより機械的に閉じられる。いくつかのシステムでは、センサは、これらの処置が講じられる前に、ポッド１５０が蒸発器１０８に存在することを確認する。
いくつかのシステムは、無線自動識別（ＲＦＩＤ）タグ、又はＵＰＣバーコード若しくはＱＲコードなどの他のインテリジェントバーコードを含む。ポッドに関する識別情報は、特定のポッドの特定の冷却アルゴリズム及び混合アルゴリズムをトリガするために使用できる。これらのシステムは、ＲＦＩＤ、ＱＲコード、又はバーコードを任意選択で読み取り、混合モータ速度プロファイル及び混合モータトルク閾値を識別することができる（ステップ２７３）。
また、識別情報は、（例えば、インターネットを介した又はサブスクリプションモデルを使用する）直販の売買を容易にするために使用できる。本明細書に説明されるこの手法及びシステムは、ポッドが常温保存可能であるため、電子商取引を介してアイスクリームを販売することを可能にする。サブスクリプションモードでは、カスタマは、消費者に毎月出荷される所定数のポッドに月額料金を支払う。消費者は、様々なカテゴリ（例えば、アイスクリーム、ヘルシースムージー、アイスコーヒー、又はフローズンカクテル）からパーソナライズしたポッド、及びパーソナライズしたフレーバー（例えば、チョコレート又はバニラ）を選択することができる。いくつかの場合、マシン自体は、サブスクリプションモデルを使用して借りることができる。いくつかの場合、再利用可能なポッド及び混合パドルも借りることができる。
また、識別は、使用される各ポッドを追跡するために使用できる。いくつかのシステムでは、マシンはネットワークとリンクされ、どのポッドが使用されているのか、及び交換する必要があるのか（例えば、毎週の出荷を通して）をベンダに知らせるように構成することができる。この方法は、消費者を食料品店に行かせ、ポッドを購入させるよりもより効率的である。
これらの動作は、混合パドル１６０を回転させながら、蒸発器１０８内のポッド１５０を冷却する。アイスクリームが形成されるにつれ、ポッド１５０の内容物の粘度は高まる。マシン１００のトルクセンサは、ポッド１５０内で混合パドル１６０を回転させるために必要となるモータ１２４のトルクを測定する。トルクセンサにより測定されたモータ１２４のトルクが所定の閾値を満たすと、マシン１００は分配モードに移る（ステップ２７６）。分配ポートは開き、モータ１２４は方向を逆転して（ステップ２７８）、冷凍菓子をポッド１５０の中から押し出す。しかしながら、いくつかのマシンでは、モータ１２４は方向を逆転しない。混合パドル１６０はゆっくりと回転して、蒸発器１０８が冷たくなる間に、ポッド１５０の壁の上に凍った材料が形成されるのを可能にする。温度の減少により、ポッドの壁に凍った材料が形成される速度が加速するにつれ、混合パドル１６０のＲＰＭは増加する。
上述されたように、いくつかのマシンでは、混合パドル１６０の回転速度は加速して、空気が冷凍菓子の中に入ってオーバーランの改善を達成するのを助け（好ましくは、少なくとも３０％のオーバーラン）、ポッドの中から出てくるアイスクリームの一定の流れ（ストリーム）を達成しながら、ポッド１５０の出口ポートの中からアイスクリームを押し出すほど十分な速度を与えるのに役立つ。
混合パドル１６０の回転速度を加速させると、必要とされる電流が増加する。以下の表は、ＲＰＭの関数として混合パドル１６０を駆動するために使用される現在の試作品マシンの電流、及び（アイスクリームの粘度に影響を及ぼす）冷凍プロセスまでの時間を示す。
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混合パドル１６０の回転は、ポッド１５０の内容物を分配するために約１から１０秒間続く（ステップ２８０）。マシン１００は、次に除霜モードに切り替わる（ステップ２８２）。蒸発器１０８に蓄積する霜は、蒸発器１０８の伝熱効率を低下させる可能性がある。さらに、蒸発器１０８は、ポッド１５０まで凍結する可能性があり、蒸発器の第１の部分１２８及び第２の部分１３０はともに凍結する可能性があり、及び／又はポッドは蒸発器まで凍結する可能性がある。蒸発器は、バイパス弁１９０を開き、蒸発器１０８を開き、モータ１２４をオフにすることによってこれらの問題を回避するためにサイクル間で除霜することができる（ステップ２８２）。マシンは、次に蒸発器を除霜するために約１から１０秒間バイパス弁を通るガスを迂回させる（ステップ２８４）。マシンは、熱電対が、蒸発器１０８がすでに氷点よりも高いと報告しない限り、毎サイクル後に除霜するようにプログラムされる。ポッドは、次に除去することができる。マシン１００は次にアイドルモードに戻る（ステップ２６４）。いくつかのマシンでは、温度計はポッド１５０の内容物の温度を測定し、いつポッドの内容物を分配するかを特定する。いくつかのマシンでは、分配モードは、所定の時間が達成されると開始する。いくつかのマシンでは、混合パドルを回転させるために必要とされるトルク、ポッドの温度、及び／又は時間の組合せが、いつポッドの内容物を分配するのかを決定する。
アイドル時間が満了すると、マシン１００は自動的に電源を切る（ステップ２７２）。また、ユーザは、電源ボタンを長押しすることによってマシン１００の電源を切ることもできる（２８６）。電源を切ると、プロセッサはバイパス弁１９０を開いてバルブ全体での圧力を均一にする（ステップ２８８）。マシン１００は、１０秒間待機し（ステップ２９０）、次に圧縮機１８６及びファンをオフにする（ステップ２９２）。マシンは次にオフになる。
図１６Ａ～図１６Ｃは、マシン１００を操作するためにプロセッサ１２２に実装される代わりの方法１２５０の詳細なフローチャートである。方法１２５０は、方法２５０に類似している。方法１２５０は、本明細書に説明される冷蔵システム及びマシンとともに使用され得る。方法１２５０は、ソフトクリームを生産するとして説明されるが、他の冷却又は冷蔵した飲み物及び食品を生産するためにも使用できる。
方法１２５０の第１のステップは、マシン１００をコンセントに差し込むことである（ステップ１２５２）。電気接続が検出されると、プロセッサ１２２はすべての変数を初期化できる。プロセッサ１２２及びネットワークハードウェアは、ＷｉＦｉを介して又は有線イーサネット接続を使用してソフトウェア更新を検索できる（ステップ１２５４）。いくつかの場合、セルラーサービス（４Ｇ／５Ｇ ＬＴＥなど）がマシン１００に含まれ、ソフトウェア更新のために、並びに通知及びアラートをユーザデバイスにプッシュするために接続が使用できる。ステップ１２５２は、いったん電気接続が検出されると発生し、マシン１００がオンになることを必ずしも必要としない。
使用前にマシン１００の適切な機能を検証するために、この電気接続が検出されると、始動ルーチンが実行される（ステップ１２５６）。このプロセスは、マシン内の問題又は誤動作を識別し、マシン１００が使用する準備が完了していることを検証することができる。プロセッサ１２２は蓋をロックして、蓋のロッキング機構が適切に機能していることを検証するために進む。これは、リミットスイッチ、ホールセンサ、ポテンショメータ、又は蓋の位置及びロック機構の機能を監視できる任意のセンサを含むが、これらに限定されないセンサを使用して検証することができる。この間に、マシン１００内のセンサは、混合モータが適切に回転していることを検証する。また、マシン内のセンサは、リベットせん断機構がホーム位置にあることを検証し、ホーム位置にない場合、ポッドをマシンに適切に挿入できるように、リベットせん断機構はホーム位置に移動される。また、マシン１００内のセンサは、貫通モータがホーム位置にあることを検証し、ホーム位置にない場合、ポッドの時期尚早な貫通が回避されるように、貫通モータはホーム位置（つまり、後退位置）に移動される。
マシン１００内の蒸発器は、蒸発器を閉じるモータに送られる電流を使用して監視できる閉鎖位置にあることが保証される。蒸発器が開いているとき、モータに印加される電流は低く、一方、蒸発器が閉じられているとき、モータに印加される電流は大きい。電流のこの差は、蒸発器の閉鎖を監視するために使用される。蒸発器が閉じているときと比べて開いているときに、所定の電流は、監視する閾値として使用される。マシン１００は、続行する前に蒸発器が閉じるのを待機するように構成される。また、マシン内のセンサは、マシンがオンにされると、蒸発器が開放位置にあることを検証する（ステップ１２５８）。
マシン１００は、次に、蒸発器が開き、貫通モータが後退し（すでに行われていない場合）、リベットモータがホームに戻る（まだ行われていない場合）のを待機する。蓋もアンロックされる（ステップ１２６０）。マシン１００は、次にオフになる、又はマシンがオンになるまで低電力スタンバイ状態に入る（ステップ１２６２）。
マシン１００電源ボタンが押されると、電源ボタンのライトがオンになる（ステップ１２６４）。マシンユーザ接合部分は、ＬＥＤリング付きの単一のボタンを含む。単一のボタンは電源投入ボタン、起動ボタン、及び電源切断ボタンとして機能する。いくつかのマシンでは、複数のボタンを使用できる。例えば、電源及びアイスクリーム製造プロセスには、別々のボタンが使用される。この時点で、プロセッサ１２２は、圧縮機及びファンにオンになるように命令する。また、蒸発器への入口ポートの温度は、バイパス弁を介して約３３～４０°Ｆになるようにプロセッサ１２２によって調節される。
ポッド（例えば、ポッド１５０）がマシンに挿入され、蓋が閉じられる（ステップ１２６５）と、マシン１００のプロセッサ１２２は、ポッド上の識別を読み取る（ステップ１２６６）。識別は、バーコード、ＲＦＩＤタグ、ＵＰＣバー、ＱＲコードなど様々な方法で、又は上述の識別方法を使用して読み取られる。コードが検出されない場合、次にマシン１００はステップ１２６４に戻り、蓋を再び開閉することを可能にする。また、マシンは、ディスプレイ又はユーザデバイスにアラートを送信し、ポッドが適切に識別されなかったことを通知してもよい。また、可聴アラートも使用され得る。蓋が再び閉じられると、ポッドの識別が再び試行される。ポッドがプロセッサ１２２によって適切に識別され、バーコードが検出されると、マシン１００は、プロセッサ１２２が、ポッドが識別された旨、及びマシン１００が使用の準備が完了した旨のユーザへの通知としてボタンライトが点滅するように制御するステップ１２６８に進む。また、プロセッサ１２２は、この通知のアラートをディスプレイ又はユーザデバイスに送信してもよい。可聴アラートも使用され得る。
蓋が開くと、マシン１００はステップ１２６４に戻り、マシン１００をリセットし、ポッド識別プロセスを繰り返す（ステップ２６６）。
電源ボタンが長押しされる、又はユーザとの対話なしに所定の時間が経過した場合、例えば、プロセスはタイムアウトし、次にマシン１００のプロセッサ１２２は、バイパス弁を開いて停止プロセスを開始するために進む（ステップ１２７０）。バイパス弁は、冷蔵システムの高圧側と低圧側との間で圧力を素早く均一にするために、停止直前に開かれる。これは、圧縮機が、オフにされた直後に再起動される場合に圧縮機にかかる起動負荷を減少させる。プロセッサ１２２は、約５秒待機した後に、次に圧縮機及びファンをオフにする（ステップ１２７２）ために進み、マシン１００はオフにされ（ステップ１２６２）、マシン１００は低圧スタンバイ状態に入る。
図１６Ｂは、方法１２５０の続きである。起動ボタンが押されると、プロセッサ１２２は、ポッドに関して含まれる情報に基づいて冷凍パラメータを更新するために進む（ステップ１２７４）。いくつかの場合、情報は、ポッドの温度、回数、ブランド、フレーバー、内容物、及び例えばポッドの圧力、使用されるポッドのタイプ、ポッドの寸法、混合パドルの設計態様、又はリベットせん断設計の態様などのポッドの機械的な態様を識別することができる。ポッドのデータ使用量又はポッド及び／又はマシンに関するデータは、プロセッサ１２２を使用してＷｉＦｉを介して又は上述のセルラーネットワーク接続を使用してサーバに送信できる。このデータは、ポッドサブスクリプションサービスのカスタマ又は発注頻度を識別する際に使用できる。また、マシン１００の蓋は、この時点閉鎖位置でロックされ、したがってユーザはマシンの運転中に不注意に蓋を開くことはできない。バイパス弁マシンもオフにされる。
蒸発器はポッドを把持するために閉じられる（ステップ１２７６）。上述されたように、所定のターゲット電流は、蒸発器の適切な閉鎖位置を識別するためにプロセッサ１２２によって使用することができる。また、蒸発器は、ポッドが蒸発器の中心にあることを確実にするために、ポッドの長手方向軸を蒸発器の長手方向軸と位置合わせするために使用できる。蒸発器は、貫通モータが缶を穿刺する前に閉じられなければならず、したがってこれが、缶が、それが穿刺される前に中心に置かれていることを確実にする。
貫通モータは、ここで、ダガーをポッドの中に下げるようにプロセッサ１２２によって制御される（ステップ１２７８）。本明細書に説明されるように、いくつかのポッドでは、ダガーはポッドを貫通し、次にダガーは混合パドルと回転係合する。いくつかのポッドでは、ダガーはポッドを貫通する必要はない。
混合モータがポッドと回転係合されると、混合モータは次にプロセッサによってオンにされるように制御される（ステップ１２８０）。マシン１５０上の、及びプロセッサ１２２に接続されたセンサは、混合モータが適切に動作していること、及び誤動作が検出されていないことを確実にすることができる。プロセッサ１２２は、徐々に加速する（増加する）ように混合モータの回転速度に命令する（ステップ１２８２）。この時点で、プロセッサ１２２は、ポッド内部の混合パドルを回転させる混合モータを制御する。マシン１００は、いま、アイスクリームを冷凍するプロセスにあり、プロセッサ１２２は、続行する前に、このプロセスが完了するのを待機する。上述されたように、情報は、バーコードを介してポッドからの情報から決定することができる。情報は、アイスクリームの粘度及び冷凍時間を測定するためのプロキシである場合があるモータトルクなどの冷凍プロセスに関連する場合がある。マシン１００は、プロセッサ１２２が、アイスクリームが分配に適切な状態にあると検出するまで待機する。
アイスクリームが分配される準備が完了すると、ユーザは、マシン１００上のディスプレイを使用して、ユーザデバイスへの通知、又は可聴アラートを使用して、プロセッサ１２２によって通知される。いくつかの場合、プロセッサ１２２は、３回点滅するように電源ボタンライトを制御するが、任意の数の点滅又は照明パターンが、アイスクリーム製造プロセスのこの状態を電源切断状態又は電源投入状態から区別するために使用できる。リベットせん断機構のリベットモータは、次にプロセッサ１２２によって回転していると信号で知らされる。
図１６Ｃは、方法１２５０の続きである。リベット機構がポッドのリベットと係合すると、モータの電流は劇的に増加する。電流のこの増加は、プロセッサ１２２によって、いつリベットせん断機構がせん断プロセス中に実際にポッドのリベットと係合するのかを監視及び検出するために使用できる。リベットモータの回転が続行されると、リベットせん断機構は、ポッドのリベットをポッドから取り外させる（例えば、リベットは機械的にせん断することができる）。いくつかのマシンでは、リベット又は突出部は、せん断される又は取り外される代わりに、邪魔にならないように移動される（例えば、再利用可能なポッドでは、再利用可能なリベットを有することが有利である）。マシン１００のプロセッサ１２２は、リベットモータへの電流のスパイクが続行前に起こることを確実にする。電流の欠如は、マシン１００の誤動作を示す場合があるであろう。
リベットがせん断された後、プロセッサ１２２は、一定距離回転して、ポッドに取り付けられた切断キャップ内の穴をポッド内のポートと位置合わせするようにリベットせん断機構を制御する。この位置合わせは、ポッドの内容物を分配するために必要とされる。リベットは、オーガがポッドまで冷凍するのを防ぐためにせん断するので、アイスクリーム土台は混合する。リベットがせん断されている間にアイスクリームがポッドから排出されるのを防ぐためには、リベットは、例えば、２秒未満でなど素早くせん断及び２５０°回転する必要がある（ステップ１２８６）。マシン１００のプロセッサ１２２が、リベットが取り外されたことを感知すると、リベットモータはオフにすることができる（ステップ１２８８）。
アイスクリームはここでマシンから分配される。混合モータが、ほぼすべてのアイスクリームがポッドから分配された後にトルク／負荷／電流の要求の増加を経験するのは普通である。このトルク／負荷／電流の増加は、蒸発器が依然として積極的に冷やしているために引き起こされるが、質量の大部分はポッドから排出されている。結果的に、ポッドに残ったアイスクリームは非常に冷たくなり、混合パドルをポッドまで凍結させる場合がある。この影響を軽減するために、バイパス弁は、ほぼすべてのアイスクリームが分配された後にポッドをわずかに暖めるように計時され、これは、通常、バイパス弁を開く前の数秒（５００ｍｓ）の待機時間を表すが、この待機時間は、ポッド及びマシン１００の構成の情報に基づいて調整できる。バイパス弁が開かれると、蒸発器が暖気を開始するには数秒かかる場合があることに留意されたい。いったんこのプロセスが完了すると、通常１０ｍｓの待機時間後、バイパス弁は閉じられる（ステップ１２９２）。マシン１００は次に、続行する前に、すべてのアイスクリームが分配されるまで待機する（ステップ１２９４）。
分配プロセス中、混合モータも速度が増加する（ステップ１２９５）。混合モータは、分配プロセス中に回転するように継続され、これは約４から１２秒である場合がある。
この時点で、マシン１００は、リセットプロセスを開始する準備が完了している（ステップ１２９６）。第１に、プロセッサ１２２は、スピンダウンし、オフになるように混合モータに命令する。冷却サイクルが完了した後、及びポッドが除去される前に、ポッドは氷点直下まで蒸発器内で冷やされる。一見、蒸発器入り口温度は、プロセッサ１２２によってバイパス弁を介して約２５～３０°Ｆまで調節される。この温度は、バイパス弁がポッドから蒸発器を除霜するときに液体がポッドから漏れ出すのを防ぎ、蒸発器が開かれ、ポッドが除去される前の必要なステップである。
プロセッサ１２２は、リベットモータにホーム位置にさらに命令し、貫通モータに後退するように命令する。プロセスは、１つ又は複数のセンサが、リベットモータがホーム位置にあり、貫通モータが後退位置にあることを検出するまで待機する。
マシン１００のプロセッサ１２２は、ユーザが蓋を持ち上げ、ポッドの上部を露出させることができるように、蓋にアンロックするように命令する（ステップ１２９７）。この時点で、プロセッサ１２２は、バイパス弁を介して蒸発器入り口温度を約３３～４０°Ｆまで調節する（ステップ１２９８）。プロセッサ１２２は、続行する前に蒸発器出口温度が少なくとも３２°Ｆに達するまで待機することができる。
この時点で、プロセッサ１２２は、ポッドが、マシン１００のレセプタクルからのポッド１５０の取外しを予期して、蒸発器の把持から解放されるように、蒸発器に開くように命令する。また、プロセッサ１２２は、蒸発器が、このプロセス中に所定の時間の間開いたままとなることを可能にしてもよい（ステップ１２０９）。ポッド１５０は、次にマシン１００から除去される（ステップ１２９３）。
マシンは、次に、マシン１００のプロセッサ１２２が、マシン１００を次のポッドが挿入されるために準備完了となるように構成するステップ３６４に戻る（図１６Ａに見られるように）。
図１７Ａ～図１７Ｄは、マシン３００の斜視図である。マシン３００はマシン１００に実質的に類似しているが、蓋１１２を開いてポッド１５０を挿入するための、及びマシン３００のドライブシャフトをポッド１５０に接続するための異なる機構を有する。
図１７Ａは、蓋１１２がその閉鎖位置にあるマシン３００を示す。この位置で、ハンドル３０２は蓋１１２と同一平面になっている。図１７Ｂは、中間位置まで持ち上げられたハンドル３０２を示す。この位置で、蓋１１２は依然として蒸発器１０８を覆っているが、図１８Ａ及び図１８Ｂに関してより詳細に説明されるように、ドライブシャフト１２６はわずかに持ち上げられている。
マシン３００の補助カバー１１５は、マシン１００の補助カバー１１５のように枢動するよりむしろ、摺動してハウジング１０４の中に戻る。図１７Ｃは、ハンドル３０２がさらに持ち上げられるにつれ、ハンドル３０２は蓋１１２を開放位置に持ち上げ、補助カバー１１５がハウジング１０４の下で摺動して戻り始めるのを示す。図１７Ｄは、補助カバー１１５が完全にハウジングの中に後退し、ハンドル３０２及び蓋１１２が、ポッド１５０を蒸発器１０８に挿入できるほど十分に後方に関着するための空間を残すことを示す。
図１８Ａ及び図１８Ｂは、ドライブシャフト３０４の蒸発器１０８の内部領域内への挿入を示すマシン３００の部分断面図である。ドライブシャフト３０４は、ハンドル３０２に取り付けられる。図１８Ａに示されるように、ドライブシャフト３０４は、ハンドル３０２がその中間位置にあるときに、ポッド１５０に近いが、ポッド１５０から離間されている。ハンドルをその閉鎖位置に移動させると、ドライブシャフト３０４は、ポッド１５０の第２の端部を通して強制的に内部混合パドルと係合させられる。
図１９は、ドライブシャフト３０４の部分的な切り欠き透視図である。ドライブシャフト３０４は、歯３０６、ロックセクション３０８、及びフランジ３１０を含む。ハンドル３０２のその閉鎖位置への移動が、強制的にドライブシャフト３０４をポッド１５０の第２の端部２１２に通すとき、歯３０６は、ポッド１５０の第２の端部を通って切断する（図９Ｃを参照）。いくつかのシステムでは、歯のない鋭い端縁が使用される。
ロックセクション３０８は、混合パドル１６０内の穴に受け入れられる。混合パドル１６０内の穴及びドライブシャフト３０４のロックセクション３０８は、ドライブシャフト３０４の回転が、混合パドル１６０の回転を引き起こすように一致する形状を有する。ドライブシャフト３０４は、正方形の断面を有するロックセクション３０８を有する。いくつかのドライブシャフトは、他の形状（例えば、六角形又は八角形の断面）を有するロックセクションを有する。ドライブシャフト３０４のフランジ３１０は、ハンドル３０２に取り付けられる。中心穴３１２は、ドライブシャフト３０４を通って延びる。ドライブシャフト３０４がポッド１５０に挿入されると、ドライブシャフト３０４の中心穴３１２は、冷却された食品又は飲み物が混合され、ポッド１５０の他方端部から排出／分配されるのにつれて、空気がポッド１５０に流れ込むのを可能にする。いくつかのドライブシャフトは、硬い材料で作られている。
いくつかのマシンでは、ドライブシャフト３０４は、ドライブシャフト３０４の貫通端部／末端部が、ドライブシャフト３０４の中心部分よりも幅広い直径となり、したがってアルミニウムのポッドに作られた穴が、ドライブシャフト３０４の中心部分の直径よりも広くなるように構成される。この構成は、ドライブシャフトの中心部分が回転中にポッドに触れる可能性を低減させる。さらに、ドライブシャフト３０４は、ドライブシャフト３０４に固着するポッド材料の量を減少させる自浄式及び／又は疎水性のコーティングで覆われてもよい。いくつかのマシンでは、ドライブシャフト３０４は、穿刺プロセス中にポッド１５０の第２の端部２１２に当たらないように解放される。
図２０は、マシン３０の分配器１５３の透視図である。環状部材１６１の突出部１６３は、ダボ形状よりむしろ矩形形状である。分配器１５３は、それ以外の場合、マシン１００の分配器１５３と実質的に同じである。
いくつかのマシンは、マシン１００よりもポッド－マシン接合部分に対する他の手法を実装する。例えば、いくつかのマシンは、蒸発器によって画定されたレセプタクルを露出するために、マシンの本体に対して移動可能であるポッド－マシン接合部分を有する。装填システムは、マシンの本体に対するポッド－マシン接合部分の位置を制御できる。これらのマシンのいくつかでは、蓋はマシンの本体に対して適所に固定される。
図２１Ａ～図２１Ｃは、蒸発器３５２をポッド３５４の周りで締着するために蓋４０２を使用するポッド－マシン接合部分３５０と関連付けられた楔システム４００を示す。図２１Ａ及び図２１Ｂは、それぞれポッド－マシン接合部分３５０の概略透視図及び概略側面図であり、蓋４０２は蒸発器から離間されている。図２１Ｃは、閉鎖位置で蓋４０２と係合するポッド－マシン接合部分３５０の概略側面図である。
蒸発器３５２の各側面は、蒸発器３５２の壁内部のチャネルを、入口ポート３６８及び出口ポート３６９と接続するマニホルド４０４を有する。マニホルド４０４は、入口ポート３６８及び出口ポート３６９の近くに傾斜部分４０６を有する。蓋４０２は、蒸発器３５２に面する側面に楔４０８を有する。楔４０８は、平面４１０及び傾斜面４１２を有する。ポッド－マシン接合部分３５０が（例えば、固定位置蒸発器に向かう蓋の移動によって又は固定位置蓋に向かう蒸発器の移動によって）蓋４０２と係合すると、蓋４０２上の楔４０８はマニホルド４０４の傾斜部分４０６と接触する。移動は、蒸発器上のマニホルド４０４の傾斜部分４０６に力をかけ、ぴったりとした篏合のためにポッド３５４の周りで閉じられた蒸発器３５２の第１の部分及び第２の部分を締着する。閉じられた蓋４０２を係止すると、ぴったりとした篏合が維持される。
上述の装填機構は、ポッド－マシン接合部分の上部からポッドをレセプタクルの中に挿入することによってポッドを受け入れる。いくつかのマシンは、ポッド－マシン接合部分の底部からポッドを装填する。
図２２Ａ～図２２Ｃは、混合パドル５４６内の相補的な凹部５４４を係合するための反矢じり端５４２を有するドライブシャフト５４０を示す。ドライブシャフトの反矢じり端は、ドライブシャフト５４０を混合パドルに回転結合する。反矢じり端５４２を有するドライブシャフトは、正方形の端部を有するドライブシャフトより、より容易にポッドを貫通し得る。
図２３は、図１７Ａ～図１７Ｄに示されるマシン３００に実質的に類似するマシン５５０の透視図を示す。しかしながら、マシン５５０は、ドライブシャフトを上下に移動させるためのピニオン５５４に接続されたハンドル５５２を有する。ハンドル５５２は、三角形の形状であり、第１の端部５５６から第２の端部５５８に広がる。ハンドル５５２の第１の端部５５６上の窪み５６０は、把持面を提供する。窪み５６０は、ユーザに、ハンドル５５２のどこを把持するのかを示す。いくつかのハンドルは、他の形状（例えば、矩形、正方形、又は円形）を有する。いくつかのハンドルは、図１７Ａに示されるハンドル（例えば、ハンドル３０２）のように形作られる。凹部５６２は、ハンドルの第２の部分５５８からハンドル５５２の中に延びる。ピニオン５５４及びエレベータシャフト５６４は、凹部５６２に配置される。ユーザは、第２の端部５５８の周りでハンドル５５２を回転させて、蓋１１２を開けるためにハンドル５５２の第１の端部５５６を持ち上げる。ユーザは、第２の端部５５８の周りでハンドル５５２を回転させて、蓋１１２を閉じるために、ハンドル５５２の第１の端部５５６を下方に押す。
図２４Ａ～図２４Ｅは、図１７Ａ～図１７Ｄのマシン３００上のハンドル３０２と同様に動作するハンドル５５５を有するマシン６００を示す。しかしながら、図２４Ａ～図２４Ｅでは、ハンドル５５５及び蓋１１２は、同じヒンジの周りを回転する。ハンドル５５５は、より大きく、ユーザが手全体を使用して、ハンドルを介してドライブシャフトに力をかけることを可能にする。ハンドル５５５の長さは、ハンドル５５５によって提供される機械的な優位点を増大させ、ポッドを穿刺し、ドライブシャフト３０４を係合するためにユーザによってかけられる力の必要となる量を減少させる。また、図２４Ｂに示されるポッド１５０は、混合パドル１６０と係合する中心揃えヘッド５８０を含む。中心揃えヘッド５８０は、混合パドル１６０を、中心ステム２２８が回転軸に沿った適所に保持する。図２４Ａ及び図２４Ｂは、ハンドル５５５及びその閉鎖位置にある蓋１１２を示す。ドライブシャフト３０４は、ポッド１５０を貫通し、混合パドル１６０を係合するために蒸発器の中に延ばされる。図２４Ｃ及び図２４Ｄは、開放位置にあるハンドル５５５及び閉鎖位置にある蓋１１２を示す。ドライブシャフト３０４は後退され、蓋１１２内に保持される。図２４Ｅは、開放位置にある蓋１１２及びハンドル５５５を示す。蒸発器１０８は露出され、ポッド１５０は蒸発器１０８の中に挿入できる。
図２５Ａ～図２５Ｃは、ハンドル５５５に実質的に類似するバネ仕掛けのハンドル５７５を有するマシン６５０を示す。バネ仕掛けのハンドルは、図２５Ａの平面図の閉鎖位置にあるマシン６５０に取り付けられて示されている。バネ５７６は、ドライブシャフト３０４が、ポッド１５０を穿刺し、混合パドル１６０と係合するために蒸発器の中に延ばされると、ハンドル５７５の滑らかな移行を提供する。バネ５７６は（図２５Ｃに最もよく見られる）ベアリングハウジング５７７及びハンドル５７５に接続される。カバー５８５は、第２のバネ５７９（図２５Ｃに最もよく見られる）の上に延び、第２のバネ５７９の力は、マシン５６０上でハンドル５７５を上げる／下げるのを容易にすることができる。補助カバー１１５と実質的に類似する補助カバー５８３は、後退位置に示される。
図２５Ｂは、閉鎖位置のマシン６５０に取り付けられたハンドル５７５の透視図である。補助カバー５８３は、閉鎖位置に示される。そらせ板５８１及び５８２の対は、ハンドル５７５のカバー５８５を係合する。そらせ板５８１及び５８２の対は、補助カバー５８３に取り付けられる。
図２５Ｃは、ハンドル５７５の断面を示す部分的な切り欠き図である。位置決めピン５７８が、バネ２７６の位置を設定する。位置決めピンは、ベアリングハウジング５７７に接続される。ハンドル５７５が持ち上げられるにつれ、ベアリングの角度が変化して、持ち上げ、閉じる間に結び付くことなく、ベアリングが前後に摺動するのを助ける。バネ２７６は、ベアリングがトラック上に留まるのを支援する。第２のバネ５７９は、ベアリングハウジング５７７の後部に位置し、ハンドル５７５の円滑な移行をさらに提供する。ハンドル５７５は、ボルト（不図示）などの機械的な固締具によってカバー５８５に接続される。
図２６Ａ～図２７Ｂは、摺動蓋アセンブリ７０１を有するマシン７００を示す。係る摺動蓋アセンブリ７０１は、上方に開く蓋アセンブリを有するマシンに比して、マシン７００の全体的な高さを減らすことができる。この手法は、マシン７００をよりコンパクト且つ食器棚の下のキッチンカウンタの上に収まることを可能にする。
マシン７００は、上述のマシン（例えば、マシン６５０）と実質的に類似している。しかしながら、摺動蓋アセンブリ７０１は、閉鎖構成７０５（図２６Ａ及び図２６Ｂに示される）から開放構成７０６（図２６Ｃに示される）に移動するために、トラック、つまりレール７０７及び７０８に沿って摺動する。開放構成７０６では、摺動蓋アセンブリ７０１は、直線状のレール７０７及び７０８に沿って後方へ並進して、カバー７０２を摺動して、ポッド１５０にアクセスするためのマシン７００内の開口部７１０を明らかにする。ユーザは、通常、ハンドル７１５を押して／引いて摺動蓋アセンブリ７０１を閉鎖構成７０５から開放構成７０６に並進させる。
図２７Ａ及び図２７Ｂは、パドルを駆動するためのモータ（モータは図示されていないが、プーリー７１２及びベルト７１１を駆動するためにプレート７１６の下に配置される）、及びドライブシャフト／プランジャを下方にポッド１５０の中に駆動するためのソレノイド７１３を含むマシン７００のプラットフォーム７１４を示す。モータのドライブシャフトに取り付けられたプーリー７１２、及びモータはプレート７１６に取り付けられる。モータは摺動蓋アセンブリ７０１に機械的に接続されるので、モータも、摺動蓋アセンブリ７０１が閉鎖構成７０５から開放構成７０６に並進するにつれて並進する。モータは、プーリー７１２及びベルト７１１を通してパドルに回転結合される。ベルト７１１は、蓋がその開放位置にあるときと、蓋がその閉鎖位置にあるときの両方に張力を受けている。しかしながら、ギアシステムなどの他の駆動機構を使用することもできる。また、ベルト７１１は、摺動蓋アセンブリ７０１とともに並進し、ベルト張力システムを使用することもできる（不図示）。摺動蓋アセンブリ７０１が閉鎖構成７０５になり、使用する準備が完了すると、ソレノイド７１３は、ドライブシャフトを係合し、ドライブシャフトをポッド１５０に下方に突入させる（不図示）。ドライブシャフト／プランジャ／ダガーは、ポッド１５０のドーム状の端部から飛び出し、ポッド１５０の混合パドル（混合パドル１６０など）の六角形の空洞を係合する（これらの詳細は、上述され、図２７Ａ及び図２７Ｂには示されていない）。ドライブシャフトは、ドライブシャフトがポッド１５０内でパドルに接合される（不図示）と、モータがドライブシャフトを回転駆動できるようにベルト７１１に回転結合される。
図２８Ａ～図２８Ｄは、上述のマシン（例えば、マシン６００）に実質的に類似するマシン６５０を示す。しかしながら、マシン６５０では、ソレノイド７１３は、ドライブシャフト／プランジャ／ダガーを作動させ、ポッド１５０に係合するために使用されない。代わりに、モータ７０５は、遊離構成７６０及び係合構成７６１の間で軸に沿ってドライブシャフトを並進させるために、ラック７５２及びピニオン７５１システムを使用してドライブシャフト７５５に接続される。モータ７５０は、ドライブシャフト７５５に垂直に向けられる。ドライブシャフト７５５は、以下の違いを除き、上述のドライブシャフトに実質的に類似している。ベアリング７５３及び７５４のセットは、ドライブシャフト７５５が中心軸７５６の周りで回転するのを可能にする。ドライブシャフト７５５は、ベルト７５７を使用して混合モータ（不図示）に回転結合される。ベルト７５７は、中間部材７６６と締まり嵌め（通常、プレス嵌め）しているプーリー７６７を回転させる。中間部材７６６の六角形の穴７７０は、ドライブシャフト７５５の六角形のセクション７６９とのキー接続（ｋｅｙｅｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を可能にする。このキー接続は、ドライブシャフト７５５がプーリー７６７に関して旋回するのを制約されるように、プーリー７６７の回転をドライブシャフト７５５に機械的に結合する。中間部材７６６は、それがフレーム７５８及びフレーム７７１に対して自由に回転するのを可能にするベアリング７６８に回転接続される。
ドライブシャフト７５５は、ベアリング７５４に対して嵌合するショルダ７６２及びベアリング７５３に対して嵌合するスナップリング７５９を使用して軸方向に固定される。ベアリング７５３及び７５４は、ハウジング７６３内に固定される。ハウジング７６３は、モータ７５０をハウジング７６３に軸方向に結合するラック７５２及びピニオン７５１システムを使用して、遊離構成７６０と係合構成７６１との間で軸方向に並進する。ハウジング７６３は、フレーム７５８の穴７６５内で軸方向に並進する。混合モータ（不図示）は、ベルト７５７、及び通常より小さくあまり強力ではないモータ７５０を介してドライブシャフト７５５を回転させ、ラック７５２及びピニオン７５１システムを介してドライブシャフト７５５を軸方向に並進させる。モータ７５０は、モータマウント７６４を介してハウジング７６３に取り付けられる。
以前のマシンと対照的に、マシン６５０は、ユーザがハンドルを手作業で操作してポッドを通してドライブシャフト（ダガー）に穴を開けることを必要としない。マシン６５０では、この動作は、モータ７５０によって制御され、マシン６５０によって自動的に制御される。これは、ユーザが必要な貫通力をかけるためにハンドルを手動操作することが困難である場合に優位点を提供する。いくつかのマシンでは、オンボードコントローラは、モータ７５０上のエンコーダ（不図示）及びリミットスイッチ（不図示）を使用して、ドライブシャフト７５５の軸方向の位置を監視する。例えば、ユーザがポッド（ポッド１５０など）を挿入し、起動ボタンを押すと、蒸発器は閉じ、ドライブシャフト７５５は、パドルのオーガヘッドとの適切な位置合わせを確実にするために潜在的に小刻みに動きながら又は回転しながら、ポッド１５０に突っ込み、混合及び冷凍が開始するであろう。
図２９Ａは、代わりのドライブシャフト（ダガー／プランジャ）アセンブリ８００の側面図の断面を示す。ドライブシャフトアセンブリ８００は、ドライブシャフト８０６が下げられて、プーリー８０１を通る混合モータ（不図示）の作動によってのみポッドを貫通するように設計される。混合モータ、したがってプーリー８０１の回転の逆転は、ドライブシャフト８０６を完全に後退させる。
ドライブシャフトアセンブリ８００は、プーリー８０１を駆動するために混合モータ（不図示）を使用する。プーリー８０１は、回転し、第１のスプラグベアリング８０２と係合する。第１のスプラグベアリング８０２は、（ｉ）ベアリングの内径が、第１の回転方向でベアリングの外径に対して回転すること、及び（ｉｉ）ベアリングの内径が、反対の回転方向でベアリングの外径に対して回転ロックすることを可能にする、一方向回転ベアリング、つまりラチェットシステムである。第１のスプラグベアリング８０２は、中間部品８０３に接続し、したがって第１のスプラグベアリング８０２が第１の回転方向で回転すると、中間部品８０３は、プーリー８０１に回転ロックし、他の方向で滑る。中間部品８０３は、第２のスプラグベアリング８０４に接続する。第２のスプラグベアリング８０４は、第２のスプラグベアリング８０４が、第１のスプラグベアリング８０２が滑るときに回転ロックするように第１のスプラグベアリング８０２とは反対に向けられ、その逆も同様である。第２のスプラグベアリング８０４は、ハウジング８０５に接続される。したがって、混合モータを一方向（つまり、方向８２０で見ている観察者に対して、右回り８２１に）に回転させるとき、中間部品８０３はプーリー８０１とともに回転する。それ以外の場合（つまり、左回りに、又は右回り方向８２１の反対）、中間部品８０３は、ハウジング８０５に固定される。
ドライブシャフト８０６は、ほぼ全長に左ねじが切られている。ねじ山は、ねじ付き接合部分８１２で、プーリー８０１の穴の内部の雌ねじと係合する。戻り止めピン、バネ戻り止めピン、又はバネ戻り止め８０７は、通常はプレス篏合を介して、ドライブシャフト８０６の上部に配置される。混合モータが右回りに８２１回転し始めると、プーリー８０１は回転し、ドライブシャフト８０６も回転し始める。ドライブシャフト８０６のバネ戻り止め８０７は、バネ戻り止め８０７が、接合部分８１０で、ハウジング８０５の突出部８０８又は８０９の１つを係合するまで、ハウジング８０５の溝８１１（図２９Ｂに最もよく見られる）内で回転する。接合部分８１０は、ドライブシャフト８０６のさらなる回転を防ぐ。プーリー８０１のさらなる右回りの８２１回転は、ドライブシャフト８０６の並進を引き起こし、ねじ付き接合部分８１２で、プーリー８０１の中へねじ込みを始める。ねじ込みは、バネ戻り止め８０７が、中間部品８０３（図２９Ｄに最もよく見られる）の凹部８１３と係合し、ショルダ８１５とさらに係合するまで続く。第１の及び第２のスプラグベアリング８０２、８０４は、中間部品８０３が、作動段階中にプーリー８０１とともに回転するように構成されるので、この時点で、バネ戻り止め８０７、したがってドライブシャフト８０６は、プーリーとともに右回りに８２１回転し始める。ドライブシャフト８０６のダガー８１４は、ここでポッドを貫通するために完全に下げられる。
混合モータの回転の逆転時、つまり左回り方向８２２で、ドライブシャフト８０６は自動的に後退する（つまり、他のモータ又は作動方法は必要ではない）。後退段階中、中間部品８０３は、第１の及び第２のＳプラグベアリング８０２、８０４によってプーリー８０１に対して固定される。回転が逆転されると、バネ戻り止め８０７は、中間部品８０３の凹部８１３のショルダ８１５から離れて左回りに８２２回転する。凹部８１３は、小さいショルダ８１６でバネ戻り止め８０７を後退させる。
図３０は、小さいショルダ８１６を係合するバネ戻り止め８０７を示す。この時点で、プーリー８０１のさらなる左回り８２２の回転は、ドライブシャフト８０６に、プーリー８０１の穴の中から、ハウジング８０５の溝８１１の中へねじ込みを開始させる。さらなる左回りの回転８２２は、プーリー８０１からドライブシャフト８０６をねじって外し続け、ドライブシャフトアセンブリ８００のリセットを引き起こす。ドライブシャフトアセンブリ８００は、ここでリセットされ（完全に後退し）、再び使用できる。
プーリー８０１の右回り８２１の回転は、ドライブシャフト８０６を係合し、左回り８２２の回転はこのマシンの中でプーリー８０１を切り離すが、いくつかのマシンは、左回りの回転がドライブシャフトを係合し、右回りの回転がドライブシャフトを切り離すドライブシャフトアセンブリ８００のミラーバージョンを有する。
図３１は、蒸発器アセンブリを除き、以前のマシンと実質的に類似しているマシン９００の透視図の断面図である。マシン９００では、蒸発器９０２は、フレーム９０３に取り付けられ、蒸発器９０２の開放及び閉鎖を制御するモータ９０１に接続される。モータ９０１は、フレーム９０３に直接的に取り付けられ、モータ９０１と、蒸発器９０２の開放／閉鎖動作との間のインライン接続を可能にする。モータシステムは、機械的な複雑さが低減したコンパクトなシステムを提供することができる。
図３２Ａ及び図３２Ｂは、それぞれ、図３１に示される蒸発器アセンブリの透視図及び部分的な切り取り透視図を示す。蒸発器９０２は、バネ９０５によって開放位置でバイアスをかけられている。モータ９０１が付勢されると、モータ９０１は、ねじ接続を介してナット９１１をボルト９１０の上に駆動する。このねじ込み動作は、左ブラケット９０８と右ブラケット９０９（図３２Ａ及び図３２Ｂに対して観察される左及び右）との間の空間を減少させる。モータ９０１のトルクは、カプラ９０７を使用してナット９１１に接続される。カプラ９０７は、六角形の穴を介してナット９１１と整合するサイズに作られる。モータ９０１のトルクは、バネ９０５を圧縮し、閉じられた蒸発器９０２を押しつぶす。ボルト９０４及び９０６は、蒸発器内に存在するポッドがつぶされないように（ポッドは蒸発器９０２内に示されていない）、閉鎖動作にハードリミットを与える。最終的な閉鎖位置に達し、このハードリミットを与えると、各それぞれのボルト９０４及び９０６の端部は、右ブラケット９０９を係合する。モータの逆転時、バネ９０５は膨張し、蒸発器９０２がポッドを解放するために開くのを支援する。
図３３Ａは、冷蔵システム１０９に実質的に類似している冷蔵システム９３０の概略図である。冷蔵システムは、凝縮器１８０、吸込み管熱交換器１８２、膨張装置１８４、及び圧縮機１８６を含む。高圧の液体冷媒は、吸込み管熱交換器１８２及び膨張装置１８４を通って凝縮器１８０から蒸発器１０８に流れる。膨張装置１８４は、液体冷媒流体の流れを制限し、液体冷媒が膨張装置１８４を離れると、液体冷媒の圧力を下げる。低圧液体は、次に、熱がポッド（ポッド１５０など）から吸収され、蒸発器１０８内のその内容物が液体から気体に変化する蒸発器１０８に移動する。気相冷媒は、吸込み管熱交換器１８２を通って蒸発器１０８から圧縮機１８６に流れる。吸込み管熱交換器１８２では、蒸発器１０８を離れた低温蒸気が、凝縮器１８０を離れる液体を予冷する。冷媒は、低圧ガスとして圧縮機１８６に進入し、高圧ガスとして圧縮機１８６を離れる。ガスは、次に、熱交換が冷媒を冷却し、液体に凝縮する凝縮器１８０に流れる。
第２のバイパス管路１９０は、温かいガスの蒸発器１０８への適用が、蒸発器１０８を除霜することを可能にする。また、圧縮機１８６の放出を圧縮機１８６の入口に直接的に接続する第１のバイパス管路１８８も使用できるが、図示されていない。第１の及び第２のバイパス管路１８８、１９０は、バルブ（電磁弁又は絞り弁など－不図示）を使用して有効及び無効にされ得る。
消費者は、マシンが暖気するのを数分待機することなく、第１のサイクルで質が高い冷凍菓子を期待する。キャピラリーチューブ熱交換器１８２を有する冷蔵システム（例えば、冷蔵システム１０９）は、能動的に制御されず、能動的に制御されるシステム（例えば、熱膨張装置又はバルブを使用するシステム）よりも、定常状態に到達するのに長くかかる可能性がある。マシンが初期にオンにされると、暖気プロセスは、蒸発器１０８温度を周囲状態より低く制御するためにソレノイドを循環させる「高温ガスバイパスモード」に入る。
高温ガスバイパスモードに比べて、標準冷却モードでマシンを起動するリスクは、蒸発器内にポッド又は熱負荷がないと、冷媒が、圧縮機１８６に戻る前に完全に気化されず、圧縮不可能な液体を圧縮しようと試みることによって圧縮機が損傷する危険があることである。高温ガスバイパス手法の別の制限は、数分後にシステムはいくぶん暖気されるが、それは、システムが冷却条件下で経験するであろう実際の温度ではないことである。さらに、バイパスモード中、キャピラリーチューブオリフィス１８２は、絶えず変化する流量を受け取っており、これは、冷却モード中の流量とは異なる。
ポッド（例えば、ポッド１５０）は蒸発器１０８に挿入され、冷却プロセスが開始されると、温度及び冷媒流量は、高温ガスバイパスモード状態から冷却状態に調整するための時間を要する。この遅延は、ポッドが冷却モードで蒸発器内に置かれた場合と比べて、製品を冷却する時間を延ばす。しかしながら、圧縮機を損傷する熱負荷のリスクなしに冷却モードで冷蔵プロセスを起動すること。
冷蔵システム９３０は、温度及び冷媒流量が、高温ガスバイパスモード状態から冷却状態に調整するために時間を要する遅延に対する解決策として直接的に冷却モードに移行する。蒸発器１０８の前又は後ろのどちらかに位置する電気ヒーター９３１は、アイスクリームの冷却をシミュレーションするために、起動時に熱負荷を提供する。ヒーターは、ポッド内の液状アイスクリームミックスがどのようにして冷媒システム９３０に影響を及ぼすのかと同様に、冷媒を気化させて、冷媒システム９３０が、マシン内に配置されるアイスクリームポッドを必要とせずに、冷媒温度、圧力、及び流量について定常状態の冷却状態を達成することを可能にする。周囲（室温）での起動からマシンは冷蔵システム１０９よりも速く定常状態に到達し、圧縮機に損傷を与えるリスクを冒さない。図３３Ａに示されていないが、第１のバイパス管路１８８又はバイパス弁（図６で見られる）は、冷蔵システム９３０でも使用することができる。
図３３Ｂは、熱電池９４１を使用する冷蔵システム９４０を示す。熱電池９４１は、上記圧縮システムからある程度の冷却負荷を除去し、それによって冷凍時間を短縮するために熱「キャパシタンス」又は「容器」を提供する。マシンが室温から起動するとき、バルブ９４２及び９４３（例えば、電磁弁又は絞り弁）は開いており、熱電池９４１は冷媒を受け取らない。第１の冷却サイクルの最後に向かって又は第１の冷却サイクルの最後に、バルブ９４３が閉じ、冷たい冷媒が熱電池９４１に流れる。冷たい冷媒が熱電池９４１に流れると、熱電池９４１内部のパラフィンは凝固する。１つのサイクルの最後で熱電池を予冷すると、熱電池９４１は、次の冷却サイクル中に圧縮機１８６にかかる冷却負荷を削減するために使用できるようになる。材料を凝固させるために必要とされるエネルギーは、その温度を下げるために必要とされるエネルギーに比較して大きい。
熱電池９４１ではワックスが使用される。多くのワックスは、熱電池９４１で使用するために都合のいい温度で凝固する。いくつかのワックス（例えば、アルカン）は、５℃～１０℃の範囲の融点を有する。例えば、ドデカンワックス又はトリデカンワックスは、この範囲に融点を有する。これらのワックスは、それらが冷蔵システム９４０の熱い側の温度と冷たい側の温度との間である温度で凝固し、熱「キャパシタンス」を蓄え、後続の冷却サイクルでそのキャパシタンスを移行若しくは使用することができるため、熱電池９４１で使用される。エネルギーは、マシンが冷却モードにいない時間中に、又は少なくともユーザが、マシンが冷却することを期待していないときに、ワックスから除去される。熱電池９４１を冷却することは、圧縮機１８６を、圧縮機１８６への損傷を生じさせるであろう液体冷媒から保護する冷媒を加熱する追加の利点を有する。第２の冷却サイクル中、バルブ９４２は閉じられ、冷媒が膨張装置１８４に到達する前に、熱電池９４１を予冷する高温の液体冷媒を熱電池９４１に送る。同じサイクル中、バルブ９４３は開いており、冷たい冷媒が電池を迂回することを可能にする。第２のサイクルの最後に、バルブ９４３は閉じ、バルブ９４２は開き、次のサイクルのために熱電池９４１を冷却する。このプロセスは繰り返し、１つのサイクルの最後からの冷却を、次のサイクルのために使用する又は使用のために「蓄える」ことを可能にし、これは、必要とされる冷凍時間を短縮することができる。
図３４Ａ～図３４Ｄは、混合パドルがポッド（例えば、ポッド１５０）の内部から凍ったアイスクリームを除去するためにポリマーで部分的に上乗せ成形されているのを除き、混合パドル１６０に実質的に類似している混合パドルを示す。図３４Ａでは、アルミニウムパドル９５１が形成される（通常、打ち抜かれ、曲げられ／ねじられるが、鋳造、鍛造、又は機械加工されるなどの他の方法で形成することもできる）。アルミニウムパドル９５１の上部領域９５２上のリブ９６０は、アルミニウムパドル９５１の薄い領域に特別な剛性を与える。アルミニウムパドル９５１の薄い領域は、混合プロセス中にドライブヘッドから大きいトルクを受け、この加えられたトルクを受けたアルミニウムパドル９５１の変形を減少させるので、この特別な剛性は重要である。端縁モールド９５８及び９５９は、それぞれ各端縁９５４及び９５５上で適所に成形される（つまり、注入され、鋳造される）。このプロセスは、多くの場合「上乗せ成形」と呼ばれ、複数の材料で１つの部品を作り出すことができる。
端縁モールド９５８及び９５９を別々に成形し、次にアルミニウムパドル９５１を挿入する若しくはアルミニウムパドル９５１を端縁モールド９５８及び９５９と接合するなど、他の成形技術を使用することができる。これらの上乗せ成形部９５６～９５９は、凍ったアイスクリームの蓄積をポッド壁（例えば、ポッド壁２１４）の内径及びポッドの底部（例えば、第１の端部２１０）から除去するのに役立ち得る。シリコーンの上部キャップ９５６は、アルミニウムパドル９５１の上部領域９５２上で適所に成形することができ、シリコーンの底部キャップ９５７は、アルミニウムパドル９５１の底部領域９５３上で適所に成形することができる。混合パドル９５０は、上乗せ成形部が完成すると形成される。上部キャップ９５６は、混合パドル９５０のドライブヘッド９６１も含むように上乗せ成形することができる。図３４Ｃ及び図３４Ｄは、それぞれ混合パドル９５０の上面図及び底面図である。
いくつかの場合、プラスチックの浸漬被覆は、アルミニウムパドル９５１を覆って、金属の混合パドル９５１が金属の蓋（例えば、第１の端部２１０）及びポッド壁（例えば、ポッド壁２１４）で回転するのを防ぐために使用される。いくつかの場合、ポリオレフィンコーティングが使用される。ポリオレフィンコーティングの典型的な特性は、以下の表に示される。
Figure 0007246579000005
また、図３５Ａ～図３５Ｄは、切り欠き９６２の対を示す。切り欠き９６２は、それらがポッドの第２の端部（１５０の第１の端部など）の内部でリップ９７１に篏合するようなサイズに作られる。混合パドル９５１に示されているが、他の混合パドル（例えば、混合パドル９５０又は混合パドル１６０）も係る切り欠きを含むことができる。接点９７２は、設置されると、混合パドル９５１が、ポッド１５０内部でリップ又はトラック９７１に沿って回転して、混合パドル９５１を誘導し、混合パドル９５１に構造的サポートを提供するのに役立つことを可能にする。
図３６Ａ及び図３６Ｂは、混合パドル１５５０の切り欠き１５５１がポッド１５０のリップ９７１との直接的な接触を回避することを除き、混合パドル９５１に実質的に類似する混合パドル１５５０を示す。ポッド１５０はキャップ１６６を含む。切り欠き１５５１は、ポッド１５０のリップ９７１と、混合パドル１５５０の切り欠き１５５１との間にポリマーライナー１５５２又はブッシングを使用することを可能にするサイズに作られる。ポリマーライナー１５５２は、切り欠き１５５１とリップ９７１との間の摩擦を下げるために使用される。
ポリマーライナー１５５２は、リングとして形作られ、回転する混合パドル９５１とポッド１５０の金属リップ９７１との間の摩擦を減少させるためにブッシングとして機能する。摩擦を減少させることによって、混合パドル９７１及びリップ９７１の材料の摩滅及び摩耗は減少する。また、ポリマーライナー１５５２は、マシン内で冷凍菓子を作るときに回転式の混合パドルが回転するときのポッド内の熱を低減する。ポリマーライナー１５５２は、リップ９７１と係合するレセプタクルを含む。ポリマーライナー１５５２は、リップ９７１によって半径方向に抑制される。ポリマーライナー１５５０は、混合パドル１５５０の切り欠き１５５１の下面に接触する平坦な上面１５５３を含む。ポリマーライナー１５５０は、混合パドル１５５０の切り欠き１５５１の半径方向の外面に接触する半径方向の内面１５５４を含む。
図３７Ａは、ポッドの第１の端部９８１－ポッド１５０の第１の端部２１０に実質的に類似しているが、ドライブシャフトを受け入れるための上乗せ成形された接続部を含む－の透視図の断面を示す。シリコーンの密封グロメット９８０は、第１の端部９８１と、プラスチック栓又はパドルドライバ９８２との間に上乗せ成形される。上乗せ成形は、グロメット９８０とパドルドライバ９８２との間に気密シールを作り出す共有結合を引き起こす。ヘッド９８３は、混合モータ（不図示）のドライブシャフトとの係合のために第１の端部９８１から突き出す。ヘッドは、ドライブシャフトとの回転ロック接続を提供するためにキーで固定される。密封接続を提供することによって、この手法は、ドライブシャフトがポッドを貫通する必要を回避し、したがってポッド内に蓄えられたガス（通常、窒素）を使用してオーバーラン又はロフト（ｌｏｆｔ）の発生を支援する。いくつかの場合、ドライブシャフトがパドルドライバ９８２を回転させると、混合パドル９５０とグロメット９８０との間の共有結合が壊れ、シャフトが回転し、オーバーランを生じさせるために空気がポッドに流れ込むことを可能にする。別の手法では、グロメット９８５は、プラスチック栓又はパドルドライバ９８６に対して接着することができる。図３７Ｂは、グロメット９８５が、シャフト９８７の上を摺動し９８８、パドルドライブ９８６上の所定の場所に接着されるのを示す。それぞれ図３７Ｃ及び図３７Ｄに示されるグロメット９９１又はリップシール９９２（又は回転シール）などのグロメット又は密封部品の様々な他の例を使用することができる。
図３８Ａ～図３８Ｄは、一体型の角折れ（ｄｏｇ ｅａｒｓ）１３５４を有するポッド１５０の混合パドル１３５０、及び篏合ドライブアセンブリ１３５５を形成する篏合ドライブヘッド１３５２の透視図である。アセンブリ１３５５は、アイスクリームマシンのダガー／ドライブシャフトを混合パドル１３５０に回転結合し、マシンのトルクが大きいときに、望ましくない変形、座屈、又は曲がりを回避するのに役立つ。アセンブリ１３５５では、混合パドル１３５０は、シートメタルを使用して打ち抜かれる又は形成され、１つ又は複数の角折れ１３５４は、シートメタルを混合パドル１３５０の端部の上に曲げることによって形成される。混合パドル１３５は、厚さ約０．０３２インチのアルミニウムから作られ、次にシートメタルプレス／染料／マシンでその後曲げられ、混合パドル１３５０上に角折れ１３５４を形成することができる。角折れ１３５４は、リブなどの機械的な補強材と比較して、混合パドル１３５０に高められた剛性及びねじれ剛性を与えることができる。いくつかの混合パドルは、リブに加えて角折れ１３５４を含む。
トルクを伝達するために、角折れ１３５４の内面１３６０は、図３８Ａの半透明の透視図に見られ、図３８Ｃ及び図３８Ｄにさらに詳細に見られる篏合ドライブヘッド１３５２の対応する表面と整合する。
篏合ドライブヘッド１３５２は、アイスクリームマシンからダガー／ドライブシャフト（図３８Ａ～図３８Ｄでは不図示）を受け入れ、ダガー／ドライブシャフトを混合パドルに回転結合する。篏合ドライブヘッド１３５２は、通常、アルミニウム、金属、又は硬質プラスチックから構築される。
上述されたように、ポッド１５０は、本来は密封されている。ダガー／ドライブシャフトがポッド１５０のドーム状の領域１３６２に下げられるにつれ、ダガー／ドライブシャフトはポッド１５０を貫通し、篏合ドライブヘッド１３５２のレセプタクル１３５８によって受け入れられる。
図３８Ｃを参照すると、篏合ドライブヘッド１３５２は、摩擦篏合によって混合パドル１３５０と摺動自在に接続することができる。角折れ１３５４の内面１３６０、１３６４間にわずかに大きい間隔を有するように、篏合ドライブヘッド１３５２の直径又は幅を製造することによって、篏合ドライブヘッド１３５２を混合パネル１３５０に組み付けるときに、わずかな締まり嵌め又は摩擦篏合を達成できる。戻り止め又は他のラッチは、混合パドル１３５０を篏合ドライブヘッド１３５２に保持し、適切な回転結合を確実にするために混合パドル１３５０又は篏合ドライブヘッド１３５２のどちらかの中に組み込むことができる。篏合ドライブヘッド１３５２は、所定の場所に留めることができる。また、篏合ドライブヘッド１３５２は、混合パドル１３５０に解放自在に接続することができる。
混合パドル１３５０の角折れ１３５４は、一方向のみの回転結合を可能にするように設計できる。例えば、図３８Ａ～図３８Ｄでは、ドライブシャフトの右回りの回転は、混合パドル１３５０に回転結合されるであろうが、左回りの回転は、角折れ１３５４の反対称設計によって解放されるであろう。
動作中、ポッド１５０のドーム状の領域１３６２は貫通され、ダガー／ドライブシャフトは篏合ドライブヘッド１３５２のレセプタクル１３５８と係合し、ドライブシャフトは、アイスクリームを混合し、オーバーランを生じさせ、アイスクリームを分配するために素早く回転することができる。
ポッド１５０は、通常充填され、次にレトルト処理されるか、又は無菌で充填され得る。どちらの場合も、ポッド１５０は窒素で充填し直される（ｂａｃｋｆｉｌｌｅｄ）ため、空気は時期尚早にポッド１５０に入らない。これは、通常、「上部空き高」と呼ばれる。しかしながら、アイスクリーム混合プロセス中、混合プロセスに空気を導入して、オーバーランを生じさせることが望ましい。いくつかのマシンでは、ポッドは、空気を導入する必要はなく、ポッド内の窒素に頼ることができる。これらの場合、ポッドは、混合プロセスの少なくとも一部の間、密封されたままとなる場合がある。いくつかの場合、空気は、混合プロセス中に導入することができる。
図３９Ａ～図３９Ｂは、篏合ドライブヘッド１３７０と係合して、篏合ドライブアセンブリ１３６５を形成するポッド１５０の混合パドル１３５０の透視図である。篏合ドライブヘッド１３７０の機能は、マシンのドライブシャフトを混合パドル１３５０に回転結合することによって、篏合ドライブヘッド１３５２に類似しているが、ポッド１５０は、篏合ドライブアセンブリ１３６５が使用されるとき、ドライブシャフトによって絶対に貫通されないため、異なっている。
篏合ドライブヘッド１３７０は、グロメット１３８０のシャフト１３８２を受け入れて、ドライブシャフト１３７４を混合パドル１３５０に回転結合するレセプタクル１３７８を含む。篏合ドライブヘッド１３７０と混合パドル１３５０との間の回転接続及び係合は、篏合ドライブヘッド１３５２の接続（つまり、回転キー接続）に類似している。また、篏合ドライブヘッド１３７０は、締まり嵌め（プレス嵌め）を使用して接続され、留められ、係止され、又はそれ以外の場合、篏合ドライブヘッド１３５２と同様に、機械的に固締することができる。
グロメット１３８０は、ドライブシャフト１３７４がポッド１５０を貫通する必要が全くないので、ドライブシャフト１３７４は鈍い端部１３７６で形成される場合があることを除き、本明細書に説明されるドライブシャフトのいずれかに類似する場合がある、ドライブシャフト１３７４を受け入れるレセプタクル１３７２を含む。代わりに、ポッド１５０のドーム状の部分の穴は、ポッドの充填及び組立て中に作られ、ポッドは保管中密封されたままとなる。グロメット１３８０は、ポッド１５０の内容物のこの密封接続を提供するために使用されるＯリング１３８４を含む。１つのＯリング１３８４しか示されていないが、複数のＯリングを使用することもできる。
グロメット１３８０の円筒形の外面上の雄ねじ１３８６は、シール部材１３９０の対応する雌ねじ１３８８と螺合自在に係合するように構成される。設置中、グロメット１３８０は、ポッド１５０の内部から設置され、レセプタクル１３７２及び雄ねじ１３８６はポッド１５０から突き出している。シール部材１３９０は、グロメット１３８０の雄ねじ１３８６の上にしっかりと螺合され、ポッド１５０のドーム状の部分の表面にも固着される。これは、ポッド１５０の間に気密シールを形成し、グロメット１３８０をシール部材１３９０に対して回転させることを可能にする。
シール部材１３９０は、ポッドが移動できないようにポッドに固着される。シール部材１３９０を固着することは、接着剤、リベット、又はシール部材１３９０を適所に保持するであろう任意のプロセスで実行できる。動作中、ドライブシャフト１３７４は、グロメット１３８０のレセプタクル１３７２の中に下がり、回転し始める。ドライブシャフト１３７４が回転し始めると、雄ねじ１３８６は、シール部材１３９０の雌ねじから外れ始める。これにより、グロメット１３８０はそれ自体をポッド１５０の中に下げる。この下降の動きによって、グロメット１３８０のシャフト１３８２は篏合ドライブヘッド１３７０のレセプタクルの中に下がる。シャフト１３８２及びレセプタクル１３７８の寸法は、グロメット１３８０がドライブシャフト１３７４によってポッド１５０の中に下がるときにのみ、ドライブシャフト１３７４と混合パドル１３５０との間の回転結合が発生するようなサイズに作ることができる、又はそれは、グロメット１３８０がつねに回転結合されるような寸法に作ることができる。
グロメット１３８０がシール部材１３９０の篏合するねじ山を通過すると、グロメット１３８０はさらなる垂直並進なく自由に回転できる。例えば、グロメット１３８０の円筒面１３９２は、シール部材１３９０のねじ山の中で自由に回転できるであろう。つまり、ドライブシャフト１３７４は、グロメット１３８０が下方に移動し、グロメット１３８０がシール部材１３９０からそれ自体を完全に外した後、長く混合パドル１３５０を回転係合するために回転し続けることができる。グロメットのシャフト１３８２は、レセプタクル１３７８の中にさらに摺動し、シャフト１３８２は、グロメット１３８０と篏合ドライブヘッド１３７０との間の回転接続の強度を最大限にするために、レセプタクル１３７８で最も低い位置にあるように構成することができる。
また、グロメット１３８０は、回転により引き起こされてポッド１５０の中に下がると、ポッド１５０のシールを破るように構成することができる。シールが破られると、空気がポッド１５０に進入して、アイスクリームの混合及びオーバーランの発生を支援することができる。螺合係合１３８６並びにシャフト１３７４、１３８２及びレセプタクル１３７２、１３７８の寸法は、混合プロセス中の空気取入れを最小限又は最大限にするサイズに作ることができる。例えば、空気が全く所望されない場合、ポッド１５０は、グロメット１３８０上で非常に小さいねじピッチを使用することによって密封されたままとなる場合もあれば、回転するシールがねじピッチを完全に排除するために使用される場合もあるであろう。このようにして、ドライブシャフト１３７４は、無制限に回転し得、シールは破られないであろう。可能な限り迅速に最大空気取入れが所望される他の場合、グロメット１３８０は、シールが、ドライブシャフト１３７４の一回転未満で破られるように非常に大きいねじピッチを有する場合がある。
篏合ドライブアセンブリ１３６５の別の優位点は、ドライブシャフト１３７４がポッド１５０に決して進入しないことである。つまり、ドライブシャフト１３７４は、乳製品によって汚染されず、したがって洗浄を必要としない。さらに、ポッド１５０は貫通される必要がないので、アルミニウムの破片が缶に進入する可能性は、大幅に削減される、又は排除される。
グロメット１３８０は、それがアイスクリーム製造プロセス中に必要とされるトルクに耐えることができるように、通常、アルミニウム、金属、又は硬質プラスチックから構築される。また、ポッド１５０を密封するのに役立つであろう硬いデュロメーターエラストマーも使用できるであろう。シール部材１３９０もこれらの材料から作ることができ、Ｏリング１３８４は通常エラストマーである。
図４０Ａ～図４０Ｃは、篏合ドライブアセンブリ１６００を形成するためのポッド１５０の混合パドル１３５０の平面図及び透視図である。篏合ドライブアセンブリ１６００は、グロメット１３８０及び篏合ドライブヘッド１３７０の機能が単一の構成要素に結合されることを除き、図３９Ａ～図３９Ｂに見られる篏合ドライブアセンブリ１３６５と実質的に類似している。この単一の構成要素は、篏合ドライブヘッド１６０２である。
混合パドル１３５０は、（図４０Ｃに最もよく見られる）接続部１６１４を通して篏合ドライブヘッド１６０２に回転結合される。接続部１６１４は、好ましくは溶接された接続部であるが、他の接続部も使用することができる。いくつかの場合、接続部１６１４は、篏合ドライブヘッド１６０２の１つ又は複数の溝１６１６を混合パドル１３５０の相補的な１つ又は複数の端縁に係合することによって形成される摩擦接続部である。いくつかの場合、接続部１６１４は、混合パドル１３５０に対して、篏合ドライブヘッド１６０２を９０度回転させることによって係合される。いくつかの場合、接続部１６１４は、篏合ドライブヘッド１６０２が、図４０Ａ～図４０Ｃに示されるように、混合パドル１３５０上の組付け位置で成形されると、製造プロセス中に形成される。いくつかの場合、接続部１６１４は固着される（例えば、接着される）。いくつかの場合、機械的な結合は、固締具（例えば、止めねじ）で行われる。
シール部材１３９０に実質的に類似しているシール部材１６０４は、ポッドが移動できないようにポッドに固着される。シール部材１６０４を固着することは、接着剤、リベット、又はシール部材１６０４を適所に保持するであろう任意のプロセスで実行できる。シール部材１６０４は、ポッド１５０の外面に示されているが、いくつかのポッドでは、シール部材１６０４はポッドの内部にある。いくつかのポッドでは、シール部材１６０４は、ポッド１５０の内部からポッド１５０の外部に及ぶ。
篏合ドライブヘッド１６０２の円筒形の外面上の雄ねじ１６０６は、シール部材１６０４の対応する雌ねじ１６０８と螺合自在に係合するように構成される。動作中、マシンのドライブシャフト（図４０Ａ～図４０Ｃでは不図示）は、篏合ドライブヘッド１６０２のレセプタクル１６１０の中に下がる。レセプタクル１６１０は、ドライブシャフトと篏合ドライブヘッド１６０２との間の回転が結合されるようにキーで固定される（図４０Ｂに最もよく見られる）。ドライブシャフトが回転し始めると、雄ねじ１６０６は、シール部材１６０４の雌ねじから外れ始める。これにより篏合ドライブヘッド１６０２はそれ自体をポッド１５０の中に下げる。この下降の動きによって、混合パドル１３５０もポッド１５０の中に下がるが、下降の量は、篏合ドライブヘッド１６０２とシール部材１６０４との間の螺合接続の小さいねじピッチを使用することによって、好ましくは小さい。篏合ドライブヘッド１６０２の雄ねじ１６０６が、シール部材１６０４の雌ねじ１６０８の下縁を通り過ぎて下がると、螺合接続が外れ、篏合ドライブヘッド１６０２（及び混合パドル１３５０）は、ポッド１５０内で自由に回転することができ、混合パドル１３５０の底部は、ポッド１５０のリップ９７１の上に下がる（図４０Ａ～図４０Ｃでは不図示）。動作中のこの時点で、混合パドル１３５０は、マシンの混合モータの制御下で回転できる。
雄ねじ１６０６と雌ねじ１６０８との間の螺合接続は、混合モータの回転が逆転される場合、可逆である。これにより、マシンはポッド１５０を再密封することができる。
また、篏合ドライブヘッド１６０２は、雄ねじ１６０６と雌ねじ１６０８との間の螺合接続が外れた後に、篏合ドライブヘッド１６０２及び混合パドル１３５０をポッド１５０の中心に置くように構成された円筒セクション１６２０を含む。円筒セクション１６２０の外径は、回転隙間が可能であるが、ポッド１５０で混合パドル１３５０を中心に置くことも可能であるように、雌ねじ１６０８の内径にわずかに満たない。
また、篏合ドライブヘッド１６０２は、ポッド１５０を密封するために機能する。篏合ドライブヘッド１０２が図４０Ａに示される位置に下がる前に、溝１６１２に位置するＯリング（図４０Ａ～図４０Ｃでは不図示）は、ポッド１５０の内部ドームに押し付けられて、シールを形成する。このシールは、雄ねじ１６０６と雌ねじ１６０８との間の螺合接続により補完される。これらのシールは、ポッド１５０が、それがマシンでの使用に準備完了するまで密封されたままとなることができるように、外部空気がポッド１５０の中に入るのを密封するのに役立つ。
図４１Ａ～図４１Ｆは、篏合ドライブヘッド１４０２と係合して篏合ドライブアセンブリ１４００を形成する混合パドル１３５０の透視図である。篏合ドライブアセンブリ１４００では、ポッド１５０はダガー／ドライブシャフト１４０６によって貫通されるが、ダガー／ドライブシャフト１４０６はポッド１５０の内容物に接触せず、貫通動作から生じるアルミニウムのいかなる破片も、ポッド１５０の内容物から密封される空間１４０８に捕捉される。ダガーヘッド１４１０が篏合ドライブヘッド１４０２のレセプタクル１４１２の中に摺動すると、ダガー／ドライブシャフト１４０６は、混合パドル１３５０に回転結合される。篏合ドライブヘッド１４０２と混合パドル１３５０との間の回転係合は、篏合ドライブヘッド１３５２、１３７０に類似している。
ガイドブッシング１４０４は、ポッド１５０のドーム状の領域の内部に固着又は接着される。篏合ドライブヘッド１４０２は、Ｏリング１４１４のための凹部を含む円筒形の突出部１４１６を含む。Ｏリング１４１４は、篏合ドライブヘッド１４０２をガイドブッシング１４０４に密封する。ダガー／ドライブシャフト１４０６は、ポッド１５０のドーム状領域を通して貫通し、篏合ドライブヘッド１４０２及び混合パドル１３５０を回転させる。篏合ドライブヘッド１４０２は、ガイドブッシング１４０４に対して回転する。Ｏリング１４１４は動的なＯリングであってよい。篏合ドライブヘッド１４０２の突出部１４１６は、篏合ドライブヘッド１４０２のガイドブッシング１４０４の穴の中への組付けを容易にするための導入角度を提供するために面取りされ得る。篏合ドライブヘッド１４０２又はガイドブッシング１４０４は、アイスクリームの混合、こすり落とし、及び分配中に必要とされるトルクをサポートするために、アルミニウム、金属、硬質プラスチック、又は高デュロメーターエラストマーであってよい。
篏合ドライブアセンブリ１４００は、梱包中にポッド１５０を密封することを可能にする。このシールは、ダガー／ドライブシャフト１４０６によって貫通された後でも無傷のままであり続ける。つまり、通常オーバーランの発生を支援するために使用される混合プロセス中に、空気はポッド１５０に進入しない。しかしながら、この場合、ポッドの窒素は、オーバーランの発生を支援することができる、及び／又は円筒突出部１４１６の微小孔は、この目的のために、空気がポッド１５０に進入することを可能にするために使用できる。
図４２Ａ～図４２Ｄは、篏合ドライブヘッド１４２０と係合して、篏合ドライブアセンブリ１４２５を形成する混合パドル１３５０の透視図である。篏合ドライブアセンブリ１４２５は、回転結合及び密封接続を形成するためには、１つの部分、つまり篏合ドライブヘッド１４２０のみが必要であることにおいて、篏合ドライブアセンブリ１３５５、１３６５、１４００と異なる。
篏合ドライブヘッド１４２０は、エラストマー又は硬質プラスチックから成形され、トルクが六角面１４２４にかけられると、弱体化した領域１４２２で回転自在に変形し、壊れるように構成される。六角面１４２４は、マシン（不図示）のドライブシャフトと摺動自在に係合するように構成される。大きい円筒形のベアリング表面１４２６は、接着又はそれ以外の場合、恒久的な固締によってポッド１５０のドーム状の領域に固着するように構成される。
弱体化した領域１４２２は円筒形であってよい。また、弱体化した領域１４２２は、ドライブシャフトの六角面１４２４への垂直変位によって破壊されて、篏合ドライブヘッド１４２０の中心領域全体を下方に移動させる場合がある。ときには、垂直変位と回転の両方により、弱体化した領域１４２２が壊れる可能性もある。
トルクは、篏合ドライブヘッド１３５２、１３０７、１４０２と同様に、篏合ドライブヘッド１４２０から混合パドル１３５０へ伝達される。例えば、篏合ドライブヘッド１４２０の右回りの回転は、混合パドル１３５０の角折れ１３５４の表面上の場所１４２８で、圧縮を介して機械的な接続を生じさせて、トルクを伝達し、マシンのドライブシャフトを混合パドル１３５０に回転結合する。
篏合ドライブヘッド１４２０は梱包中に密封され、シールは、アイスクリーム混合プロセス中に壊れて、空気がポッド１５０に進入し、オーバーランを生じさせることを可能にする。
図４３Ａ～図４３Ｃは、駆動軸１００６に対して中心から外れた（つまり、偏心の）窓１００１～１００４を有する混合パドル１０００を示す。窓１００１及び１００２は、中心セクション１００７及び１００８が放射状に偏向して、混合パドル１０００の側面を交互にするように切断されている。窓１００１及び１００２は、交互となる必要はないが、この構成は、回転してバランスをとるために役立つ。窓１００１及び１００２は、駆動軸１００６の周りで揺動して、混合スティック、つまりビーターのように動作し、冷凍菓子を混合するのを助けるため、窓１００１及び１００２付きの混合パドル１０００は、ポッドの中心で単に回転する中心部分を有するバランスのとれた窓を有する混合パドルよりも冷凍菓子をうまく混合する。また、混合パドル１０００は、上述の混合パドルに同様に、冷凍菓子を下方に押し出して、上から下への混合を容易にし、冷凍菓子をポッドの中から押し出すようにらせん形に形作られる。この押し出し動作は、スクリューコンベヤーに似ている。混合パドル１０００は、側面方向に製品を混合させ、空気を引き込んでロフトを生じさせる。また、混合パドル１０００は、混合製品を砕き、ポッドの壁から製品をこすり落として、より小さい部分又は流れにするのに役立つ１つ又は複数の歯１００４を特徴とする。このパドルは４つの歯を有するが、歯の数に上限はない。
いくつかの混合パドルは、ねじれ抵抗を増すためのリブ又は他の特徴を含む。いくつかの混合パドルは、高いねじれ剛性（例えば、１５ｏｚｆ－ｉｎより大きい）及び高い故障限界トルク（例えば、１５０ｏｚｆ－ｉｎより大きい）を示す。いくつかの混合パドルは、製品が混合パドルに付着するのを防ぎ、混合パドルに付着する製品を除去するのに役立つように、低い表面粗さ（例えば、８～１６Ｒａ未満）を有する。混合パドルが８～１６Ｒａの間の表面粗さを有すると、これらのマシンは、ポッド内の冷凍菓子の少なくとも８５％、及び通常９５％を排出する。いくつかの混合パドルは、混合パドルの第２の端部に凹部を有し、混合パドルが混合パドルの中心軸に対して回転することを可能にする。製造中、混合パドルの底部でのねじれは、非常に大きい１００°から１５０°である可能性があり、これは、混合パドルの材料を引き裂く可能性がある打刻プロセスにとっては問題となる場合がある。混合パドルブレードの底部の中心の切断切り欠き（不図示）は、材料を引き裂くことなく混合パドルを形成することを可能にする。
上述されたように、ポッド１５０のキャップ１６６は、せん断されて、ポッドからの製品の分配を可能にする（例えば、図１０Ａ及び図１１Ａ～１１Ｇを参照）突出部１６５を含む。キャップ１６６は、基部１６２上に取り付けられ、ポッド１５０の外周／軸の周りで回転可能である。使用中、製品がポッド１５０から分配される準備が完了すると、マシンの分配器１５３は、ポッド１５０の第１の端部の周りでキャップ１６６を係合し、回転させる。キャップ１６６は、係合する位置に回転し、次に突出部１６５を基部１６２の残りから分離する。しかしながら、いくつかのシステムは、ポッドの一部としてよりむしろ、マシンの一部としてせん断機構を組み込む。
図４４Ａ～図４４Ｂは、突出部１６５を係合し、基部１６２からせん断する突出部せん断機構１０５０を有するマシン１１００の透視図の断面を示す。突出部せん断機構１０５０は、キャップが蒸発器１０８（不図示）に対して任意の特定の方向に回転位置合わせ又は配向されることを必要としない。例えば、ポッド１５０は、ユーザがポッドを突出部せん断機構１０５０と回転位置合わせする必要なく蒸発器に挿入できる。マシンは、任意の角度向きでポッド１５０を受け入れる。
図４５Ａ～図４５Ｅは、せん断モータ１０５４によって回転されるギア１０５２に枢着されたカム１０５１を示す。動作中、カム１０５１は、カム１０５１の裏側がホームドッグ１５７（つまり「ホーム位置」）に沿って移動するによって邪魔にならないところで回転する。キャップ１６６付きのポッド１５０がフレーム１０５３の開口部１０５９に挿入されると、バネ１０５５は、カム１０５１をポッド１５０のキャップ１６６に押し付ける力を提供する。フレーム１０５３は、マシン１１００の一部としてハウジング１０５９に取り付けられ、適所に固定される。
ギア１０５２が回転すると、カム１０５１はキャップ１６６とさらに接触させられ、カム１０５１が回転するギア１０５２とキャップ１６６との間に楔止めされることによってしっかりとした把持が生じる。カム１０５１のギザギザの表面１０５６は、このしっかりとした把持を提供し、キャップ１６６がギア１０５２に対して回転するのを抑えるのに役立つ。ギア１０５２が回転すると、カム１０５１はホームドッグ１０５７（つまり「係合位置」）から移動する。ギア１０５２の回転は、最終的にせん断キャップを回転させ、せん断キャップは突出部１６５をせん断し、ポッド開口を開く。
図４６は、キャップ１６６のギア１０５２との係合を示すマシン１１００の透視図の断面である。ベアリング１０６２は、ギア１０５２が、マシン１１００に対して回転することを可能にし、スナップリング又は保持リング１０６１はギア１０５２を適所に軸に沿って固定する。
いくつかのマシンでは、混合パドルは、突出部のせん断中に回転を止める。いくつかのマシンでは、突出部せん断プロセス中、ポッド１５０のキャップ１６６の回転は混合パドル１６０の回転の方向と反対である。反対方向に回転させることによって、ポッド１５０が蒸発器１０８内で滑る可能性は減少する。これは、図４７Ａ及び図４８Ｂに示される。
図４７Ａは、マシンのサブアセンブリであるキャップせん断システム１１２０を示す。キャップせん断システム１１２０は、右回り１１１０（つまり、ポッド１５０を見下ろす方向１１０５に対して右回り）で実行される突出部せん断プロセス、及び同様に右回りに回転する混合パドル１５０を特徴とする。対照的に、図４７Ｂは、キャップ１６６が、左回り方向１１１１（ポッド１５０を見下ろす方向１１０５に対して左回り）で突出部１６５をせん断することを可能にするキャップせん断システム１１２５を示す。キャップ１１０は、キャップ１６６の第１の開口２２２及び第２の開口２２４を反映する第１の開口１１０２及び第２の開口１１０３を有する。
混合パドル１６０の反対方向でせん断キャップ１６６を回転させることによって、回転力又はねじり力は相殺され、ポッド１５０が折り畳み式蒸発器１０８内で滑らない／回転しないようにするほど十分な力で、折り畳み式の蒸発器１０８が閉じることを可能にする。キャップ（１６６及び１１０６）上の第１の開口（２２２及び１１０２）は、突出部開口部１６５と適切に位置合わせするため、これは重要である。ポッド１５０がキャップ（１６６及び１１０１）に対して滑ると、第１の開口は位置合わせし得ず、マシンの機能は影響を受ける。
いくつかのポッドは、取り外し可能である第１の端部を含む場合があり、再利用可能な混合パドルは第１の端部に挿入され得る。混合パドルは、以後の使用のために取り外し、洗浄、及び再利用され得る。
図４８Ａ～図４８Ｃは、様々なポッド（例えば、ポッド１５０）を自動販売機で販売し、様々なポッドを内蔵マシン（例えば、マシン６００）の中に配置して、アイスクリームを製造し、ボウル又はコーンの中に供することを可能にするための自動販売機１２００を示す。このようにして、自動販売機１２００は、様々なタイプのアイスクリームなどの様々なタイプのポッド、又は上述のポッドのいずれかを含む場合がある。１つの優位点は、自動販売機１２００を商業的な場所で使用することができ、ただ１人よりも多いユーザによって容易に使用することができることである。さらに、ポッド１５０は使用前に冷蔵される必要がないので、自動販売機１２００を冷蔵する必要はなく、これは運営及び製造のコストを下げる。
図４８Ａに示されるように、自動販売機１２００は、ビューウィンドウ１２０４の後方に矩形又は正方形のグリッドで配列された９つのポッドを含む（そのうちの１つはポッド１５０と名前を付けられている）。９つのポッドが示されているが、任意の数のポッド又は配列を使用できる。９つのポッドのそれぞれは、１つのポッドが選択され、自動販売機１２００から除去されるときに、その後方のポッドが前方に移動するように、第１のポッドの後方にポッドのスタックを含むことができる。これは、通常、重力及び／又はバネなどの駆動素子によって引き起こされる。例えば、ポッド１５０は、マシンが必要とする補充頻度が少なくなるように、その後方に１０のポッドを有し得る。
自動販売機１２００は、ユーザがポッド選択を行うことを可能にする英数字キーパッド１２０６を含む。例えば、ポッド１２２２を選択するためには、ユーザは、キーパッド１２０６に「Ｂ」を、続いて「２」を入力するであろう。また、自動販売機１２００は、それぞれ現金レセプタクル及び硬貨レセプタクルを使用し、現金及び硬貨を受け取ることによって金１２０８を受け入れるための設備を含む。また、自動販売機１２００は、クレジットカードリーダ１２１２、又はＡｐｐｌｅＰａｙを使用するなど、ユーザからマシンへお金を移すための任意の方法を使用するクレジットカード支払い、又はアプリを介した若しくはインターネットを介した支払いを受け入れることもできる。また、マシン１００で使用される類似したサーバ又はネットワークは、自動販売機１２００で実装することもできる。例えば、サブスクリプションサービスは、毎月一定数のポッドへのユーザアクセスを可能にするために使用できる。
上述されたように、自動販売機１２００は、上述の冷却マシン（例えば、マシン６００）の機能を含む。マシン６００は、それが自動販売機１２００の内部にあるという事実を表すために破線で示される。マシン６００は、蒸発器１２２４及び分配レセプタクル又は開口部１２１６を含む。マシン６００の他の特徴は、図４８Ａ～図４８Ｃに示されていないが、マシン６００の機能がスタンドアロンパッケージで自動販売機１２００に内蔵されていることを理解されたい。
自動販売機１２００は、ユーザの選択に基づいてポッドを取り出し、蒸発器１２２４にポッドを配置することができるロボットアーム１２１４（図４８Ｂで最もよく見られる）を含む。これを達成するために、ロボットアーム１２１４は、棚からポッドを受け取り、蒸発器１２２４にポッドを安全に輸送するためにバスケット又はプラットフォーム１２１８を含む。ロボットアーム１２１４は、選択されたポッドの列に移動するために水平に移動するように構成される。バスケット１２１８は、選択されたポッドの列に移動するためにロボットアーム１２１４に沿って垂直に移動するように構成される。これらの両方とも、通常、回転モータに結合するベルトドライブシステムによって駆動されるが、様々な作動方法を使用できる。ロボットアームは、図４８Ａ及び図４８Ｃで後退位置に示されていることに留意されたい。
例えば、ポッド１２２２選択時、バスケット１２１８は、図４８Ｂに示されるように場所「Ｂ２」に移動し、ポッド１２２２はバスケット１２１８の中に解放される。ポッドがバスケット１２１８に入ると、上述されたように、第１のポッドの後方のポッドはポッド１２０２に代わるために移動できる。しかしながら、図４８では、場所「Ｂ２」は現在空である。
図４８Ｃを参照すると、バスケット１２１８はポッド１２２２を蒸発器１２２４に移動させ、アイスクリームを製造するプロセスが開始できる。この時点で、自動販売機１２００の冷蔵システムは、ポッド１２２２内で液体材料を、所望の温度、通常は華氏１７～２６度に冷却する。自動販売機１２００は、ドライブシャフトをポッド１２２２に挿入して、アイスクリームを準備し、アイスクリームを下方に押し出すためにポッド１２２２の混合パドルを回転させる。自動販売機１２００は、突出部をせん断することによってポッド１２２２を開放できる。混合パドルは次に、ポッド１２２２の中からボウル、皿、又はコーン１２２０の中にクリームを押し出すことができる。プロセスが完了すると、ポッド１２２２は除去され、リサイクルすることができる。自動販売機１２００内のレセプタクルは、使用済みのポッドがリサイクルされるまで、使用済みのポッドを保管するために使用できる。
代わりに、ロボットアーム１２１４を使用する代わりに、自動販売機１２００は、窓（窓１２０４に実質的に類似するが、ヒンジ、又はそれが揺動又は摺動して開くことを可能にする摺動機構を除く）を開放し、ユーザが手を入れ、選択を掴み、ポッドを蒸発器に手で入れることを可能にすることによって手動選択を可能にすることもできる。
図４９は、店舗で購入されるアイスクリーム（例えば、Ｈａａｇａｎ－Ｄａｚｓアイスクリーム）対、溶けて、ポッドに梱包され、本明細書に説明されるマシンを使用して供給される同じアイスクリームに典型的な氷晶サイズの比較を示す。溶けて、ポッドに梱包され、本明細書に説明されたマシンを使用して供給される店舗で購入されるアイスクリームは、「ＣｏｌｄＳｎａｐ」アイスクリームと見なされる。図４９は、ＣｏｌｄＳｎａｐ Ｈａａｇｅｎ－Ｄａｚｓアイスクリーム１５０２が、店舗で購入されるＨａａｇｅｎ－Ｄａｚｓアイスクリーム１５０４と比較して平均氷晶サイズの４０％の減少を有することを示す。具体的には、平均氷晶サイズが３９．１μｍの店舗で購入されるＣｏｌｄＳｎａｐ Ｈａａｇｅｎ－Ｄａｚｓアイスクリーム１５０４と比較して、ＣｏｌｄＳｎａｐ Ｈａａｇｅｎ－Ｄａｚｓアイスクリーム１５０２は１９．２μｍの平均氷晶サイズを有する。さらに、ＣｏｌｄＳｎａｐ Ｈａａｇｅｎ－Ｄａｚｓアイスクリーム１５０６の測定された氷晶の標準偏差は、店舗で購入されるＣｏｌｄＳｎａｐ Ｈａａｇｅｎ－Ｄａｚｓアイスクリーム１５０８の標準偏差よりもはるかに厳密である。
本明細書に説明されるマシンは、氷晶に大きく成長する時間がないようにインペラーＲＰＭを加速し、これは、凍ったアイスクリームの氷晶サイズがはるかに小さく、それによりアイスクリームの食感及び滑らかさが著しく改善されることを意味する。
図４９に示されるアイスクリームの測定値は、約－１０℃の温度で断熱グローブボックスに収容された倍率４０倍の光学顕微鏡を使用して分析された。サンプルは、本明細書に説明されるアイスクリームマシンによって冷凍された直後にグローブボックスに移された。アイスクリームのサンプルは、顕微鏡のスライドの上に置かれ、５０％ペンタノール及び５０％ケロシンの分散溶液の一滴が、氷晶を分散させるのを支援し、画質を改善するために加えられた。氷晶の画像は、４０倍の倍率で光学顕微鏡を使用して得られた。
後処理中、画像に見られた各氷晶の直径は、画像に示される氷晶の境界を追跡することによって測定された。氷晶の境界を測定することは、Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ Ｐｌｕｓソフトウェアプログラムの光晶測定マクロを活用して、Ｍａｃ用のＭｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｐａｉｎｔｂｒｕｓｈを使用して実行された。分析されたアイスクリームのサンプルごとに、少なくとも３００の氷晶が分析により測定され、氷晶サイズの適切な統計平均が得られたことを検証した。
図５０Ａ～図５０Ｅは、様々なアイスクリームについて４０倍（４０倍）の倍率で光学顕微鏡を使用して記録された氷晶の画像である。図５０Ａは、ＣｏｌｄＳｎａｐ Ｓｗｅｅｔ Ｃｒｅａｍ１アイスクリームの氷晶サイズを測定するために記録された氷晶画像の３つの例を含む。画像の尺度は、１００μｍ長さを表すスケールバー１５１０によって表される。スケールバーは、図５０Ａの３つの画像のそれぞれに示される。氷晶は、画像中の一般に円形形状の物体（物体１５１２）によって表される。画像に見られる多くの氷晶がある。氷晶の平均直径は、このアイスクリームの店舗で購入されものよりも小さい２１．７μｍである。
図５０Ｂは、ＣｏｌｄＳｎａｐ Ｓｗｅｅｔ Ｃｒｅａｍ２アイスクリームの氷晶サイズを測定するために記録された氷晶画像の３つの例を含む。氷晶の平均直径は、図５０Ａに見られる氷晶よりもさらに小さく、まだこのアイスクリームの店舗で購入されるものに満たない１９．５μｍである。
図５０Ｃは、ＣｏｌｄＳｎａｐ Ｂｌｕｅｂｅｒｒｙ ｃｈｏｂａｎｉアイスクリームの氷晶サイズを測定するために記録された氷晶画像の３つの例を含む。氷晶の平均直径は２１．２μｍであるが、いくつかの氷晶は、７６．９μｍの直径でより大きい。しかしながら、平均すると、氷晶サイズはまだこのアイスクリームの店舗で購入されるものに満たない２１．２μｍである。
図５０Ｄは、図４９を参照して説明されたＣｏｌｄＳｎａｐ Ｈａａｇｅｎ－Ｄａｚｓアイスクリームの氷晶サイズを測定するために記録された光晶の３つの例を含む。氷晶の平均直径は１９．１μｍであり、測定された最大氷晶は、図５０Ａ～図５０Ｅに示される氷晶測定値の最も低い最大氷晶サイズである３８．２μｍであった。この平均氷晶サイズは、図５０Ｅに示されるこのアイスクリームの店舗で購入されるものよりも小さい。
図５０Ｅは、図４９を参照しても説明された、店舗で購入されるＨａａｇｅｎ－Ｄａｚｓアイスクリームの氷晶サイズを測定するために記録された氷晶画像の３つの例を含む。とりわけ、平均直径は、１９．１μｍのＣｏｌｄＳｎａｐ Ｈａａｇｅｎ－Ｄａｚｓ結果よりもはるかに大きい３１．９μｍである。すべての定量的な値（つまり、平均氷晶直径、標準偏差、最小氷晶直径、及び最大氷晶直径）は、ＣｏｌｄＳｎａｐのものと比較すると、店舗で購入されるアイスクリームの場合よりも大きい。
これらの結果は、本明細書に説明されるマシンを用いて生産されるアイスクリームが、店舗で購入されるアイスクリームよりもはるかに滑らかなアイスクリームを生産することの強力な表示である。本明細書に説明されるマシンを用いて生産されるアイスクリームは、２５μｍの平均アイスクリーム結晶サイズと比較して、氷晶サイズで２７％小さかった。
以下は、図４９及び図５０Ａ～図５０Ｅに示される氷晶サイズ測定値の表である。
Figure 0007246579000006
図５１Ａ～図５１Ｅは、氷晶サイズ測定値のヒストグラムである。図５１Ａは、２１．７μｍの平均氷晶直径についての測定値の厳密な標準偏差（又は拡散）を示すＣｏｌｄＳｎａｐスイートクリーム１の氷晶サイズ分布のヒストグラムである。
図５１Ｂは、１９．５μｍの平均氷晶直径についての測定値の厳密な標準偏差を示す、ＣｏｌｄＳｎａｐスイートクリーム２氷晶サイズ分布のヒストグラムである。
図５１Ｃは、１９．５μｍの平均氷晶直径についての測定値の厳密な標準偏差を示す、ＣｏｌｄＳｎａｐブルーベリーｃｈｏｂａｎｉ氷晶サイズ分布のヒストグラムである。
図５１Ｄは、１９．１μｍの平均氷晶直径についての測定値の厳しい標準偏差を示すＣｏｌｄＳｎａｐ Ｈａａｇｅｎ－Ｄａｚｓ氷晶サイズ分布のヒストグラムである。
図５１Ｅは、３１．９μｍの平均氷晶直径についての測定値のより幅広い標準偏差を示す、店舗で購入されるＨａａｇｅｎ－Ｄａｚｓ氷晶サイズ分布のヒストグラムである。店舗で購入されたアイスクリームの平均氷晶直径が、ＣｏｌｄＳｎａｐのものよりも大きいだけではなく、標準偏差がはるかに大きいことに留意されたい。
上述されたように、本明細書に説明されるマシンを使用して生産されるアイスクリームは、その店舗で購入されるものと比較して、平均ではるかに小さい氷晶サイズ及び氷晶サイズのはるかに厳密な標準偏差を有する。本明細書に説明されるアイスクリームマシンは、使用前に、冷蔵又は冷凍を必要としないより滑らかなアイスクリームを生産するため、これは重要である。つまり、これらのマシンで使用されるアイスクリームは、アイスクリーム中に乳化剤又は安定剤などの非天然材料を含む必要がない。これらのマシンで使用されるアイスクリームは「クリーンラベル」となり、単に牛乳、クリーム、砂糖、粉乳を含むことができ、滅菌されたポッド内で最大９か月間室温で保管することができる。
いくつかのシステム及び方法が説明されてきた。それにも関わらず、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく様々な修正が加えられ得ることを理解されたい。例えば、蒸発器は一般に使用中垂直配向であるとして示されているが、いくつかのマシンは、水平に配向される、又は使用中重力に対してある角度をなして配向される蒸発器を有する。したがって、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内にある。

Claims (14)

  1. 単回供与分の冷却された食品又は飲み物を提供するためのポッドであって、前記ポッドが、
    第１の端部及び側壁を有する剛性の容器であって、前記第１の端部及び前記側壁がともに内部を画定し、前記第1の端部の一部分が力の印加によって開放されるように構成される、剛性の容器と、
    前記剛性の容器の内部の中に移動可能に配置された混合パドルであって、前記混合パドルが、前記単回供与分の冷却された食品又は飲み物を形成するための少なくとも１つの材料を攪拌するよう作動可能である、混合パドルと、
    前記混合パドルに結合された前記ドライブヘッドであって、それによって前記ドライブヘッドの回転が前記混合パドルの回転を引き起こし、前記ドライブヘッドが、円筒形の外面上に外ねじを備え、マシンのドライブシャフトと係合して、前記ドライブシャフト及び前記ドライブヘッドの回転を結合するためのレセプタクルを画定する、ドライブヘッドと、
    前記剛性の容器の第２の端部に固定されたシール部材であって、前記シール部材が、適所に固定されたシール部材に対する第１の方向での前記ドライブヘッドの回転が、前記シール部材に対する及び前記内部への前記ドライブヘッドの軸方向並進を引き起こすように、前記ドライブヘッドの外ねじと係合された内ねじを備える、シール部材と、
    を備える、ポッド。
  2. 前記ドライブヘッドが、前記シール部材の内ねじ及び前記ドライブヘッドの外ねじが係合される係合位置と、前記第１の方向での前記ドライブヘッドのさらなる回転が、前記ドライブヘッドを前記内部の中にさらに並進させることなく、前記ドライブヘッドを回転させる遊離位置との間で軸方向に移動可能である、請求項１に記載のポッド。
  3. 前記ドライブヘッド及び前記シール部材が、前記第１の方向と反対の第２の方向での前記ドライブヘッドの回転が、前記内部から離れる前記ドライブヘッドの軸方向並進を引き起こすように構成される、請求項２に記載のポッド。
  4. 前記ドライブヘッドが、前記ドライブヘッドがその係合位置にあるときに前記ドライブヘッドと前記シール部材との間での流体の流れを制限するシール要素を備える、請求項１に記載のポッド。
  5. 前記シール要素がＯリングを備える、請求項４に記載のポッド。
  6. 前記ドライブヘッドのシール要素が、前記ドライブヘッドがその遊離位置にあるときに前記シール部材から離間される、請求項４に記載のポッド。
  7. 実質的なシールが破られると、空気が前記ポッドに進入することを可能にされ、前記空気が、前記単回供与分の冷却された食品又は飲み物の攪拌及びオーバーランの発生を支援するために使用される、請求項６に記載のポッド。
  8. 前記少なくとも１つの材料が、前記剛性の容器の内部の中に配置される、請求項１に記載のポッド。
  9. 前記ドライブヘッドが、恒久的な接続部によって前記混合パドルに回転結合される、請求項１に記載のポッド。
  10. 前記ドライブヘッドが前記混合パドルに成形される、請求項９に記載のポッド。
  11. 前記ドライブヘッドが、前記ドライブヘッドの１つ以上の溝を前記混合パドルの相補的な１つ以上の端縁の上に係合させることによって形成される摩擦接続部によって前記混合パドルに回転結合される、請求項１に記載のポッド。
  12. 前記ドライブヘッドが、螺合接続部が係脱されるときに、前記ドライブヘッド及び前記混合パドルを前記ポッド内の中心に置くように構成される円筒セクションを備える、請求項１に記載のポッド。
  13. 前記混合パドルが、前記ドライブヘッドがその遊離位置にあるときに前記剛性の容器のリップに接触する、請求項１に記載のポッド。
  14. 前記混合パドルが、前記ドライブヘッドと前記混合パドルの間に回転結合を提供するための、前記ドライブヘッドに接合された折曲部を備える、請求項１に記載のポッド。
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