KR102321232B1 - 고효율 자동-가열식 용기 - Google Patents

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KR102321232B1
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히트제니, 아이엔씨
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Abstract

모듈식 고체 상태 히터를 중심으로 구성되고, 직관적인 소비자 사용자 인터페이스(CUI)를 통합하는 구성요소들의 간단한 통합된 조립은 자체-가열 기능을 표준 음료 캔에 적용할 수 있게 한다. CUI에는 사용자가 가열을 시작하는 작동 메커니즘과 가열된 음료에 접근하기위해 캔을 파열하는 새로운 방법이 포함되어 있다.

Description

고효율 자동-가열식 용기
이 비-임시 출원은 그 개시 내용은 본 명세서에서 완전히 설명된 것처럼 참고 문헌으로서 전체가 본 명세서에 통합된 "고효율 자동-가열식 컨테이너"라는 제목의 Brendan Coffey, Krzysztof C. Kwiatkowski 및 Brent C. Ford의 이름으로 2016년 10월 27일자로 출원된 이전의 미국 특허 가출원 제 62/413,481호에 기초한 우선권을 주장한다.
용기의 바닥 내로 조립되어 그 내부에 수용된 음식물 및 음료수 내용물을 가열하여 작동하는 모듈라 히터가 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 발행된 특허 및 계류 중인 특허 출원은 본 발명과 관련된 기술로 음료수 캔 또는 다른 용기의 바닥에 삽입하는 소형 모듈형 가열 요소를 기술하며, "고체-상태 테르밋 조성을 기반으로 하는 가열 장치" 제목의 미국 특허 제 8,864,924호; "패키지 가열 장치" 제목의 미국 특허 제 9,055,841호; "패키지 가열 장치 및 이를 이용한 화학 조성물" 제목의 미국 특허 제 8,555,870호; "열 조절식 자체-난방 컨테이너" 제목의 미국 특허 제 9,500,389호 및 "패키지 가열 장치 및 화학 성분" 제목의 미국 특허 제 12,570,822, 이들 모두는 본 출원과 공통으로 적어도 하나의 발명자를 공유하는 것으로 포함한다.
이 히터 부재는 포함된 고체 상 화학 반응물 내에 화학 에너지를 효율적으로 저장하고 사용자에 의해 간단히 활성화되어 열 에너지를 신속하게 방출한다. 열 에너지는 바로 인접항 용기의 벽을 통해 전달되어 내부 내용물을 균일하게 가열한다. 전술한 특허 및 출원에 설명된 히터들의 특징 및 기능성은 여기서 통합된다.
소형의 묘듈형 고체 상태 히터는 빠르고 효율적인 패키지 가열의 엔진이 될 수 있다. 손쉬운 상업 적응을 위해, 이 구성 요소는 소비자에게 즉시 전달할 수 있는 엔드 투 엔드 제품 솔루션에 가장 잘 통합되어 있다. 제품의 최종 사용자 인 사용자 요구 사항에는 사용 용이성, 신뢰도, 안정성, 비용을 포함할 수 있다. 이러한 필수 기능 및 기타 필수 기능은 과열된 패키지 및 소비자 사용자 인터페이스(CUI)에 포함되어야 긍정적인 사용자 경험을 얻을 수 있다.
포괄적인 엔드 투 엔드 자동-가열식 패키지 솔루션의 중간 이해 관계자는 용기 상에 식별된 브랜드 회사를 포함시켜, 패키징된 제품을 처리하고 조립해야 하는 필러 및 공동 포장업자 뿐만 아니라 해당 제품 포트폴리오에 기술을 통합한 제품을 구별하고 판매할 수 있다. 소비자의 요구를 충족시키는 것 외에도 브랜드는 유연성과 기술 구현의 용이성에 관심이 있다. 예를 들어, 기술을 여러 패키지 크기 및 모양에 적용할 수 있습니까? 특정 가열 요법(부분 유형 및 크기, 끝 온도, 가열 속도) 등에 맞게 사용자 정의할 수 있습니까? 소비자와의 이미지를 향상시키기 위해 차별화 및 브랜드 인지도를 높일 수 있는 제품 구현을 추구한다.
상업적 구현과 관련하여, 브랜드, 충전제 및 공동포장업자는 기존의 공급 체인 운영에 대한 파괴적인 영향을 최소화하면서 호환가능한 제조 솔루션을 원한다. 상업용 제품의 경우, 자체 발열 패키지는 비-자체-가열 형태와 관련된 추가 구성 요소를 포함하므로 히터 및 보조적인 구성 요소의 설치를 위한 실질적인 수단이 제공되어야 한다. 그리고 이러한 수단은 기존의 충전 및 포장 작업에서 일이 이루어지는 방식의 일반적인 틀 내에서 작동해야 한다. 패키지 충전 및 조립 작업에 대한 요구사항을 이해하고 통합하는 자체-가열식 패키지 제품 솔루션은 자본 요구량 및 생산 비용을 줄이면서 제조를 간소화한다.
따라서, 필러, 브랜드, 및 소비자의 요구를 해결하는 포괄적인 엔드 투 엔드 자체-가열식 패키지 솔루션이 필요하다. 이 솔루션은 상업적 구현에서 성능과 효율성을 극대화하기 위해 파괴적인 기능과 프로세스를 최소화하면서 소비자 경험을 극대화할 수 있는 제품 기능을 제공해야 한다. 제품 솔루션의 통합 요소는 기존의 패키징 기술과 통합되어 새로운 직관적인 CUI를 통해 소비자가 경험해야 한다.
본문 내에 포함되어 있음.
본 발명의 실시예는 자체-가열 기능이 종래의 충전 라인에 처리되고 조립된 표준 음료 캔에 적용될 수 있도록 모듈식 고체상태 히터 주위에 구축된 한 세트의 구성요소를 포함한다. 자체-가열식 음료 패키지를 위한 이 새로운 형식은 즉각적이고 보편적인 적용을 위해 필러, 브랜드 및 소비자의 요구를 충족시키는 통합적인 엔드 투 엔드 자체-가열식 패키지 솔루션을 제공한다.
보다 구체적으로, 원통형 모듈형 고체 상태의 히터가 특수한 파열가능한 밀봉부(seal)를 포함하는 음료수 엔드 패널에 통합되어 있다. 엔드 패널은 밀폐된 밀봉부를 제공하기 위해 종래의 투피스 음료수 캔에 이음된다. 특별히 고안된 플라스틱 뚜껑 장치 형태의 소비자 사용자 인터페이스(CUI)는 캔의 가장자리를 스냅한다. CUI는 캡이 사용자에 의해 회전될 때 히터를 개시하고 가열된 음료 패키지를 개방하기 위해 히터 및 파열가능한 밀봉부(seal)를 순차적으로 결합시키는 캠 구조로 성형된다.
전술한 내용은 후술하는 본 발명의 상세한 설명이 보다 잘 이해될 수 있도록 본 발명의 특정 양태를 다소 광범위하게 개략적으로 설명하였다. 본 발명의 청구 범위의 주제를 형성하는 본 발명의 추가적인 특징 및 이점이 이하에서 설명될 것이다. 개시된 개념 및 특정 실시예가 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 구조물들이나 프로세스들을 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 용이하게 이용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식되어야 한다. 또한, 당업자는 이러한 균등한 구성이 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본문 내에 포함되어 있음.
본 발명 및 그 이점을 보다 완전히 이해하기 위해, 이제 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음의 설명이 참조된다:
도 1은 뚜껑-장착 CUI를 구비한 완전한 자체-가열식 음료 패키지의 일실시예의 외관도이다;
도 2는 외부 뚜껑 장착 CUI가 내부 가열 구조에 결합되는 것을 도시하는 도 1에 도시된 패키지의 부분 절단도이다;
도 3은 뚜껑-착 CUI를 갖는 충전된 자체-가열식 컨테이너의 내부 구성 요소를 나타내는 개략적인 단면도이다;
도 4는 종래의 캔 몸체와 적절히 결합되어 모든 가열 및 CUI 기능성을 통합할 수 있는 복합 어셈블리의 도면이다;
도 5는 3개의 주요 하위 어셈블리 구성요소로 분리된 도 4의 어셈블리의 분해도이다;
도 6은 종래의 캔 몸체에 부착하기에 적합하고 히터 및 CUI 구성 요소를 수용할 수 있는 이음가능한(seamable) 단부의 일 실시예의 도면이다;
도 7a 내지 도 7d는 어셈블리 시퀀스의 개략도로서, 도 6의 이음가능한 단부는 채워진 캔 몸체에 완전히 통합되다;
도 8은 모듈형 고체 상태 히터의 일 실시예의 단면도이다;
도 9a는 자체-가열식 패키지의 작동을 위한 CUI의 일 실시예의 상부 투시도이다.
도 9b는 자체-가열식 패키지의 작동을 위한 CUI의 동일한 실시예의 하부 투시도이다.
도 9c는 자체-가열식 패키지의 작동을 위한 CUI의 동일한 실시예의 측면도이다;
도 10a는 초기 안정 위치에서 히터의 작동을 위한 CUI의 하부의 일 실시예의 도면이다;
도 10b는 작동 위치에서 히터의 작동을 위한 CUI의 하부의 일 실시예의 도면이다;
도 11은 파열가능한 밀봉부에 사용될 수 있는 형성된 셔터의 일 실시예를 도시한다;
도 12a는 딥 드로우(deep drawn)된 히터 캐비티(cavity) 및 파열가능한 밀봉부를 갖는 이음가능한 단부의 일 실시예의 상부도를 도시한다;
도 12b는 딥 드로우된 히터 캐비티 및 파열가능한 밀봉부를 갖는 이음가능한 단부의 일 실시예의 저면도를 도시한다;
도 13a는 CUI의 캠 로브(cam lobe)의 과-회전에 의한 밀봉부의 파손을 도시한다;
도 13b는 파열된 용기의 개방 위치를 도시한다;
도 14는 CUI의 다른 실시예의 특징을 도시한다; 그리고
도 15a 내지 도 15c는 히터 및 CUI가 충전 및 처리된 음료 캔에 설치되는 어셈블리 시퀀스의 개략도이다.
본 발명은 개선된 CUI를 갖는 효율적인 자체-가열식 패키지를 제공하기 위한 장치 및 방법이다. 현재 바람직한 실시예의 구성 및 사용은 상세히 논의된다. 그러나, 본 발명은 음식물 및 음료를 가열하기 위한 장치 이외의 다양한 상황에서 구현될 수 있는 적용 가능한 발명 개념을 제공함을 이해해야 한다. 따라서, 논의된 특정 실시예는 단지 본 발명을 제조하고 사용하기 위한 특정 방법의 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
또한, 다음의 용어는 본 명세서에서 사용될 때 관련된 의미를 갖는다:
"소비자 사용자 인터페이스(consumer user interface)" 또는 "CUI"는 사용자가 자체-가열식 패키지를 작동시키거나 결합할 수 있는 외부 접근 가능 구조 및 장치를 의미한다.
"용기"는 캔, 카톤, 그릇, 항아리 또는 다른 리셉터그를 제한없이 포함하는 물질이 보유 또는 운반될 수 있는 임의의 용기를 의미하고 포함한다.
"히터"는 반응물이 반응하여 열을 발생시키는 임의의 장치를 의미하고 포함한다.
당업자에게 자명한 바와 같이, 많은 자체-가열 패키지 구성 요소는, 예를 들어, 기계적 결합을 위한 특징(feature)을 상세화하지 않고 도시된 장치와 같이, 모든 기능을 위해 요구되는 각각 및 모든 요소없이 여기에 도시된다. 각각의 경우에서, 묘사는 본 발명의 보다 양호한 이해를 위해 특징의 기능적 측면을 나타내는 것으로 의도되며, 완전하게 작동하는 장치의 모든 요소를 반드시 포함하는 것으로 해석되어서는 안된다.
설명 및 도면에서, 유사하거나 실질적으로 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호로 표시될 수 있음에 유의해야 한다. 그러나 때로는 이러한 요소가 다른 숫자로 라벨링될 수 있다. 예를 들어, 그러한 라벨링이 더 명백한 묘사를 용이하게 한다. 또한, 여기에 설명된 도면은 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아니며, 경우에 따라 일부 특징을 보다 명확하게 나타내기 위해 과장되었을 수도 있다. 그러한 라벨링 및 도면 실례는 근본적인 실질 목적을 반드시 의미하는 것은 아니다. 본 명세서는 여기서 가르쳐진 본 발명의 원리에 따라 전체적으로 해석되고 해석되어야 하며 당업자에게 이해되도록 의도된다.
도 1 및 도 2는 자체-가열식 기능이 음료 용도의 가장 널리 사용되는 금속 패키지 형식인 투-피스 알루미늄 캔에 통합된 본 발명의 일 실시예를 도시한다. "투-피스(two-piece)"라는 명칭은 2개의 금속 구성 요소를 지칭한다: (1) 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 도장 또는 도포된 라벨로 장식될 수 있는, 얇은 벽으로 된 원통형 캔 몸체(101) 및 (2) 일반적으로 쉽게-열리는 당기는 탭이 있는, 이음가능한 단부; 이 두 피스들은 밀봉하여 밀폐된 패키지로 이음으로써 결합된다. 이음가능한 단부는 도 1 및 도 2에 보이지 않고, CUI(102)를 구성하는 성형된 플라스틱 캡이 그 아래 및 아래에 추가로 기술될 것이다. 도 2의 절단도에 도시된 내부 가열 요소 구조체(201)의 외부 벽은 이음가능한 뚜껑의 밑면에 장착된다. 따라서 히터는 작동되는 CUI(102)에 인접해있다.
금속 음료 캔은 광범위한 크기 및 형상으로 제조되며, 이를 위해 보편적인 가열 솔루션을 맞춤화하는 것이 어려울 것이다. 그러나 캔 몸통의 지름과 높이는 크게 달라지지만, 대부분의 캔 몸체의 이음가능한 개방 넥(open neck)은 종종 가장 일반적으로 사용되는 표준 이음가능한 단부 크기 중 하나와 호환되도록 형성된다. 따라서, 본 발명의 실시예가 표준 크기의 이음가능한 단부 폐쇄부에 통합될 수 있고 따라서 널리 사용되는 투-피스 캔 형식으로 용이하게 적용될 수 있는 특별한 이점이 있다. 히터 출력은 보편적 적용을 위해 히터 본체 구성요소의 길이, 직경, 또는 내용을 변경하여 다른 캔 크기 및 온도 상승 목표로 쉽게 조정될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예는 삼-피스 캔 형식으로 적용될 수 있다.
도 3은 충전된 음료 캔에서 서로에 대해 나타내는 바와 같이 장치의 주요 기능 요소를 추가로 도시하는 뚜껑-장착 CUI(102)를 갖는 자체-가열식 투-피스 캔의 실시예의 개략적인 단면도를 도시한다. 앞에서와 같이, 패키지의 외장은 캔 몸체(101) 및 CUI(102)에 의해 한정된다. 캔 몸체는 가열될 음료(302), 예를 들어 커피에 의해 부분적으로 채워진다. 이음가능한 뚜껑(304)의 하부로부터 캔 몸체(101)의 중심선을 따라 아래로 연장되는 원통형 벽에 원통형 히터 모듈(301) 이 포함된다. 설계에 의해, 활성화된 히터 모듈(301)의 열 출력은 가열될 액체(302)의 중심에 있고 높은 열 효율을 위해 몸체(101,102)의 외부 표면으로부터 가장 멀리 떨어진다.
히터 모듈(301) 자체는 특별히 형성된 이음가능한 폐쇄부의 원통형 포켓(201) 내에 완전히 둘러싸인 가열될 액체(302)와 직접 접촉하지 않는다는 것을 유의해야 한다. 종래의 캔 단부와 마찬가지로, 본 발명의 이음가능한 폐쇄부는 캔 외부 환경으로부터 캔의 내부 내용물을 완전하게 밀봉하는 연속적인 경계를 제공하며, 이는 단부와 캔 몸체(101) 사이의 이음된 조인트(303)의 주변 둘레에 존재한다. 그러나, 종래의 폐쇄부의 일반적으로 편평한 구조와 달리, 본 발명의 폐쇄부의 금속 벽으로 둘러싸인 외장은 히터 모듈(301)을 수용하기 위한 딥 드로우 캐비티(201)를 포함한다.
도 4는 본원에 기술된 모든 자체-가열 및 CUI 구성요소 및 기능을 포함하는 복합 어셈블리의 외부의 3차원 도면을 도시한다. 이러한 방식으로 볼 때, 도 4는 완전히 설계되고, 완전한, 자기-호환가능한 솔루션을 나타낸다. 실질적으로 CUI로 제어되는 자체-가열을 표준 음료에 적용하고자 하는 음료 브랜드는 표준 단부 폐쇄부를 도 4의 어셈블리로 대체할 수 있다. 이 어셈블리는 추가 구성 요소 및 자체 난방 비용을 효과적으로 캡슐화하고 브랜드가 표준 공급 체인 구성요소 (예를 들어, 캔) 및 처리 작업 (예를 들어, 충전 및 이음)을 사용할 수 있는 위치를 기술한다. 따라서, 비-자체-가열 제품으로 시장에 출시된 음료 브랜드는 맞춤형 캔을 필요로 하지 않으며 기존 패키지 형식 및 충전 라인을 사용할 수 있다.
도 5는 세 개의 주요 서브 어셈블리 구성 요소: 종래의 캔 몸체(101)로 조립될 수 있는 CUI(102), 히터 어셈블리(301), 히터 캐비티(501)를 갖는 이음가능한 단부, 도 4의 어셈블리의 분해도를 도시한다. 각각의 구성요소 서브-어셈블리가 더 이상 설명될 것이다.
도 6은 종래의 캔 몸체에 부착하기에 적합한 히터 캐비티를 갖는 알루미늄 이음가능한 단부의 실시예의 3차원 도면을 도시한다. 이음가능한 폐쇄부는 다수의 본질적인 기능을 수행하는데, 이는 컨테이너를 밀봉하며 밀폐하고, 히터를 수용하며, 히터 및 CUI 구성 요소와 결합하는 것을 포함한다. 이음가능한 단부의 히터 캐비티는 딥 드로우 트랜스퍼 프레스(transfer press)에서 식품 등급의 양립가능한 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다. 딥 드로우된 실린더의 얇은 금속 벽은 효율적인 열 전달을 외한 표면적을 유익하게 제공한다.
투-피스 캔의 뚜껑으로서 적용될 때, 중앙 딥 드로우된 캐비티는 일반적으로 종래의 당기는 탭 쉽게 열리는 구조물을 배제하기 때문에, 이음가능한 단부는 또한 가열된 음료 내용물에 접근하기 위해 캔을 여는 또한 일부 물리적인 수단을 통합해야 한다. CUI의 기능을 논의할 때 파열가능한 단부 폐쇄물을 위한 적절한 수단이 설명될 것이다. 예를 들어 고정시키는 그루브(604), 파열가능한 밀봉부(603)와 같은 다른 특정한 특징은 이들 구성요소를 논의할 때 설명되는 바와 같이, 히터 모듈 및 CUI를 견고하게 래칭 또는 달리 체결하기 위해 필요한 이음가능한 금속 단부에 형성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이음가능한 단부는 그의 주변 둘레에 형성된 엣지 컬(edge curl) (601)을 갖는다. 당 업계의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 컬의 내부 밑면에는 이음되지 않은 캔 몸체의 개봉 목 둘레로 몸체 후크 특징 상에 이음하기 위한 결한 표면으로 디자인된 밀폐제 및 컬의 형성, 밀폐제 재료로 안감 처리된다. 산업 관례에 따라, 딥 드로우 캐비티(201)의 벽을 포함하는, 모든 내부 캔 금속 표면은 내용물의 부식 및 오염을 방지하기 위해 중합체 래커(lacquer)의 얇은 층으로 코팅된다.
도 7a 내지 도 7d는 자동화된 음료 충전 라이에서 수행되는 조립 순서를 도시하며, 도 6의 이음가능한 단부는 충전된 캔 본체에 통합된다. 도 7a는 깨끗하고 빈 캔 몸체가 라인으로 들어가는 것을 도시한다. 도 7b는 캔 몸체가 이제 부분적으로 충전되는 것을 도시한다. 히터 체적 변위를 수용하기 위한 가열되지 않은 음료 캔과 관련하여 충전 레벨을 다소 낮춰야 한다. 본 발명의 일부 실시예의 원통형 히터의 날씬한 형태는 표준 캔 몸체에서 단지 10-15%의 체적 감소를 허용한다. 도 7c는 캔의 본체 후크 상에 위치된 이음되지 않은 뚜껑을 도시한다. 충전된 캔이 충전 라인 상에 전진함에 따라 뚜껑을 동시에 낮추기 위한 메커니즘은 충전 라인 처리량을 감소시키지 않고 히터 캐비티의 연장된 길이(표준 쉬운 개방 단부에 비해)를 수용할 수 있다. 이음가능한 단부가 캔 몸체 상에 위치되면, 표준 이음 작업이 적용될 수 있으며, 그 결과 완성된 어셈블리가 도 7d에 도시된다. 이음 후 가열가능한 캔이 밀폐적으로 밀봉되고 비-가열 캔을 위한 표준 방식으로 다루거나 후-처리할 수 있다.
도 8은 예시적인 모듈형 고체 상태의 히터 어셈블리의 단면도이다. 금속 벽으로 둘러싼 캐니스터(801)는 고체-상태 반응 혼합물(802)로 채워진다. 다양한 고체-상태 반응 화학물질을 사용하여 소형의 경량의 강력한 열원을 제공하는데 사용될 수 있다. 에너지 함량과 가열 속도는 다른 부분 유형 또는 크기와 함께 사용하기 위해 내부 연료 혼합의 질량 또는 구성을 조정하여 구성할 수 있다. 다른 배합이 사용될 수 있지만, 예시적인 열-발생하는 배합은 염소산 칼륨, 플루오르화 칼슘, 및 과산화 바륨과 같은 반응 보조제 및 첨가제 및 25-45% 알루미나, 20-30% 이산화규소, 2-30 미크론의 입자 크기를 갖는 15-25% 알루미늄을 포함하는 혼합물이다.
히터 내의 열 반응을 개시하기 위해, 반응물 혼합물(802)은 예를 들어, CUI를 통해 사용자에 의해 적용된 힘에 반응하여 반응성 "출발 유체"를 블리스터로부터 반응성 출발 알갱이로 방출시키는 것과 같은 당 업계에 공지된 다양한 수단에 의해 상부 표면 근처에서 점화될 수 있다.
도 8을 다시 참조하면, 상부 금속 벽으로 둘러싼 캐니스터(803)는 연료 혼합물(802)을 포함하는 하부 캐니스터(801) 위에 위치된다. 2개의 캐니스터는 어셈블리의 상부(804) 및 하부(810) 단부 사이에 가해지는 힘에 응답하여 서로 미끄러질 수 있도록 느슨하게 결합된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 히터 모듈(301)이 가열된 패키지에 설치될 때, 하부 캐니스터 표면(810)은 즉시 이음가능한 폐쇄부 히터 캐비티의 바닥에 인접하고 상부 캐니스터 표면(804)은 CUI(102)의 하부에 있는 작동 메커니즘(401)에 인접한다.
도 8을 다시 참조하면, 반응성 출발 알갱이(807)는 압축 연료-산화제 혼합물(802)의 상부 표면에 매립되고 출발 유체로 충전된 블리스터(808)는 이 출발 알갱이(807) 위에 위치한다. 사전-작동 휴지 위치에서, 상부 캐니스터의 내부 단부 판(806)의 중앙에 있는 상승된 파이프(809)는 압축서 유체로 충전된 블리스터(808)의 상부 표면으로부터 작은 거리를 유지한다. 사용자가 상부 캐니스터(803) 및 하부 캐니스터(801)를 함께 정의된 거리만큼 압박되도록 할 때, 상승된 파이프(809)는 분쇄력이 블리스터(808)의 유체 내용물을 출발 알갱이(807) 상으로 배출시킴으로써 가열 반응을 개시한다.
패키지 어셈블리 또는 식품 또는 음료 제품의 과열을 방지하고 사용자를 화상으로부터 보호하기 위해 가열 공정을 조절하는 반응 수단을 제공하는 것이 바람직하다. "열로 조절되는 자체-가열 용기"라는 제목의 미국 특허 제 9,500,389호에 앞서 기술된 수동 열 제어를 달성하는 방법은 히터 모듈 반응 챔버에 인접하고 열 접촉하도록 수동 열 제어 물질을 배치함으로써, 여기서 기술된 히터 어셈블리에 동등하게 적용될 수 있다.
도 8의 실시예를 다시 한번 참조하면, 상부 캐니스터(803)의 내부 용적(805)의 일부분은 수동 열 제어 물질로 채워질 수 있다. 상부 캐니스터(803) 및 하부 캐니스터(801)의 밀접하게 결합된 금속 벽은 양호한 열 접촉을 제공하고 이들 사이의 열 전달을 가능하게 한다. 내부 과열의 경우, 수동 열 제어 물질에서 생성된 스팀을 가열된 패키지에서 흩어지게 발산시켜 시스템에서 상당한 에너지를 제거하여 냉각 효과를 낸다.
히터 어셈블리 구조는 스팀 증기 또는 다른 내부 가스가 방출되는 가스 스트림을 제공하여야 한다. 도8을 다시 참조하면, 상부 캐니스터(803)의 내부 단부 판(806) 및 단부 벽(804)은 수동 열 제어가 활성화될 때 과도한 압력을 안전하고 부드럽게 방출할 수 있도록 채널 또는 환기구를 둘 다 포함할 수 있다. 환기 채널이 또한 CUI에 있을 수 있다. 수동 열 제어 물질 외에도, 상부 캐니스터에는 기타 절연, 냄새 흡수 재료(예를 들어, 활성탄), 입자 여과층(예를 들어, 유리 섬유 또는 세라믹 매트), 또는 열적 희석 재료가 포함될 수 있다. 응급 가스는 미립자를 제거하기 위해 다공성 절연체를 통해 여과될 수 있다.
도 9a는 자체-가열 패키지를 활성화시키기 위한 소비자 사용자 인터페이지(CUI)의 일부 실시예의 상부도를 도시하고, 도 9b는 그 동일한 CUI의 밑면을 도시하고, 도 9c는 동일한 CUI의 측면도를 도시한다. CUI의 주요 기능 중 하나는 사용자가 히터를 개시하는 수단을 제공하는 것이다. 히터가 캔 단부의 중앙 부분을 차지하는 투-피스 캔 실시예에서, 뚜껑-장착 CUI는 캔을 개방하여 그 표면의 주입 개구(902)를 통해 가열된 음료에 접근할 수 있도록 구성될 수 있다. CUI 구성 요소는 여기에 설명된 여러 추가 기능을 제공할 수도 있다.
CUI는 다양한 기능을 달성하기 위해 상부, 하부, 및 측벽으로 성형된 다수의 구조적 특징으로 캔의 가장자리 위로 스냅하는 특별하게 설계된 플라스틱 뚜껑 장치의 형태를 취한다. CUI는 가열된 금속 캔 표면과 가열된 음료수 내용물의 사이 소비자 사이에 열 전열을 유익하게 제공하는 폴리 프로필렌 또는 다른 식품 등급 중합체로 사출 성형될 수 있다. 외측으로 향하는 상부 표면 상에도 도 9a에 도시된 바와 같이, 기능적 피쳐는 마케팅 또는 교육 정보가 표시될 수 있는 주입 개구(902) 및 주입 주둥이(905) 및 평평한 중앙 영역(903)을 포함할 수 있다.
도 9b에 도시된 바와 같이, CUI의 하부 표면에 통합될 수 있는 구조적 특징은 뚜껑 내의 히터 캐비티 상에 그립하기 위한 유연한 플라스틱 핑거(finger)(920) 뿐만 아니라, 캔의 상부 주위의 이음된 에지 비드(edge bead) 상에 스냅하기 위한 언더컷 립(undercut lip)(911)을 포함할 수 있다. 하부 표면은 또한 히터를 개시하기 위한 플런저(plunger) 메커니즘(915)뿐만 아니라 밀봉된 캔을 개방하기 위한 캠(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 도 9c에 도시된 바와 같이, CUI의 측벽은 히터를 개시하고 캔을 개방하기 위해 본 발명의 다양한 실시예에서 사용되는 CUI의 그립 및 회전을 용이하게 하기 위해 널링(knurling)(904)을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 히터는 히터 어셈블리에 압축력을 가하는 사용자에 의해 작동될 때까지 비활성이다. 사용자 힘은 굴곡식 CUI를 직접 밀어냄으로써 적용될 수 있는 반면, 플런저 메커니즘을 구동하기 위해 CUI의 회전 작용을 사용하는 실시예는 많은 이점을 제공한다. 도 10a 및 도 10b는 CUI의 회전이 히터의 압축을 작동하는 플런저의 수직 변위를 강제하기 위해 CUI의 하부에 있는 캠 메커니즘에 결합할 수 있는 방법을 도시한다. CUI의 하부에 형성된 원통형으로 배열된 캠 램프(ramp)(931)는 이동가능한 플런저(930) 상의 캠 램프에 대향한다. 도 10a에 도시된 초기 휴지 위치에서, 플런저(930)는 히터 어셈블리(301)의 상부에 인접한 하부 표면(940)으로 후퇴된다. 플런저의 회전은 히터 캐비티의 벽 내의 수직 채널과 맞물리는 그 측벽 둘레의 로브(lobe)(919)에 의해 방지된다. 따라서 도 10b에 도시된 바와 같이, CUI의 부분 시계 방향 회전은 캠 램프(931)가 플런저(930)를 일정 거리 아래로 점차적으로 가압하여 히터 어셈블리를 압축 및 활성화한다.
캠 메커니즘은 사용자가 직접 가압하는 것과 비교하여 적용해야만 하는 힘을 감소시키는 이점을 유리하게 제공할 수 있다. 캠 운동은 예를 들어 플라스틱 뚜껑의 45도 각도와 같이 부분 회전만으로 히터 어셈블리를 개시하도록 설계될 수 있다. 더 직관적인 사용 편의성을 위해, 회전 운동 정도에 대한 시각적인 표시기가 CUI에 통합되어 사용자의 시작 상태에 대한 피드백을 제공할 수 있다. 단일 방향 회전만 허용하고 히터 구동 또는 기타 동작에 대한 적절한 동작 범위가 완료된 시점에 대한 촉감 피드백을 제공하기 위해 CUI에 기계적 요소가 포함될 수 있다. CUI에 통합된 표시기는 또한 사용자가 히터가 시작되었는지 및/또는 깡통이 열렸는지 여부를 알 수 있도록 탬퍼 증명(tamper evidencing)에 사용될 수 있다.
추가의 캠 로브가 CUI의 밑면에 배열될 수 있으며, 캔 단부에 설치된 어떤 파열가능한 밀봉부와 함께, 사용자가 캔을 열고 CUI의 회전 정도를 계속함으로써 히터 작동 위치를 벗어나 가열된 음료에 접근할 수 있게 한다.
파열가능한 밀봉부는 캔 단부와 셔터 사이에 액체 기밀 밀봉부를 생성하기 위해 개구 위의 형성된 셔터를 본딩함으로써 재밀봉되는 폐쇄부의 단부 벽에 형성된 개구로 이루어진다. 도 11은 형성된 셔터의 일 실시예를 도시한다. 셔터는 캔 단부를 형성하는데 사용되는 것과 유사한 견고한 알루미늄 호일로 형성될 수 있거나 식품 안전 플라스틱으로 형성될 수 있다. 셔터 재료는 열 활성화 접착제 밀봉부를 제공하기위해 열가소성 필름으로 코팅되거나 적층될 수 있다.
셔터의 형상은 일반적으로 개구의 형상을 따르지만, 폐쇄부의 내부 단부 벽에 본딩하기에 적합한 주변 모든 주위에 경계 영역(970)을 제공하기 위해 더 큰 풋프린트(footprint)를 갖는다. 셔터(960)의 주변 둘레는 대체로 편평하지만, 중앙 부분(965)은 개구를 통해 돌출할 수 있도록 상승된다. 리빙 힌지(living hinge) 구조물(974)은 셔터의 연장부(972)에 통합될 수 있다. 또한 밀봉부가 파손될 때 단부 표면에 접착된 이 연장부는 셔터를 유지할 것이다.
도 12a는 딥 드로우된 히터 캐비티와 두 개의 파열가능한 밀봉부를 가진 이음가능한 단부(501)의 상부도를 도시하며, 더 큰 밀봉부(977)는 주입 개구가 되고 더 작은 밀봉부(944)는 음료의 주입을 돕기 위해 환기 개구를 제공한다. 도 12b는 동일한 이음가능한 단부의 저면도를 도시한다.
도 13a는 CUI의 캠 로브의 과-회전에 의해 밀봉부의 파손을 도시한다. 뚜껑(102)이 회전함에 따라, 파열 캠(704)은 강성 셔터(703)의 상승된 부분을 밀어낸다. 적용된 힘은 캔 단부(701)와 셔터(702)의 평면 주변 둘레 사이에 주변 밀봉부를 탈결합하여, 셔터가 금속 뚜껑으로부터 분리되도록 한다.
도 13b는 내부로 연장되는 측벽(712)에 의해 경계가 있는 CUI 뚜껑의 주입 개구(710)가 캔 단부(711)의 파열된 셔터 개구와 정렬되어 있는 파열된 용기의 개방 위치를 도시한다.
대안적인 실시예에서, 셔터는 개구 주위로 본딩되고 연장되는 보다 얇고 유연한 알루미늄 호일 라미네이트 평면 구조로 구성될 수 있다. 이들 실시예에서, 파열 캠은 호일을 관통시키거나 또는 호일을 탈결합시키기 위해 호일을 밀어서 밀봉부를 파열시킬 수 있으며, 그에 따라 용기를 개방할 수 있다.
도 14는 히터 작동 및 파열 기능이 캡의 에지(1408)에 의해 캡을 회전시키기보다는 내부 장착 레버 구조(1401)를 사용하여 작동되는 CUI의 다른 실시예를 도시한다.회전 개구 커버(1402)는 CUI의 표면과 동일 평면에 있고, 개방 후에 선택적으로 폐쇄될 수 있다. 이동식 보안 탭(1404)은 패키지가 개시되었는지 또는 개방되었는지 여부를 표시한다. 레버는 히터 개시 위치의 시각적 및 촉각적 표시를 제공하기 위해 데탕(d
Figure 112019051524764-pct00001
tente)(1405)에 의해 결합될 수 있다. 사용자 윈도우에서 그래픽을 변경하여 추가 표시 및 지침이 제공될 수 있다.
도 15a 내지 15c는 히터 및 CUI가 충전된 음료 캔에 설치되는 조립 순서를 도시한다. 종래의 충전 라인에 비해, 이 작업을 완료하기 위해서는 추가 장비가 필요하지만, 통합된 통합 장치 구조는 필요한 부품 수 및 조립 단계를 최소화한다. 먼저 히터 어셈블리에 CUI를 설치하거나 설치 전에 미리 조립하여 단일 유닛으로 설치할 수 있다. 충전 라인에서, 음료 캔의 충전 및 이음은 종종 증류기(retort) 또는 저온 살균과 같은 열처리 공정에 이어진다. 히터 어셈블리 및 CUI는 적절한 엔지니어링 조정을 통해 열처리 전 또는 후에 설치될 수 있다.
전술한 내용은 하기의 본 발명의 상세한 설명이 보다 잘 이해될 수 있도록 하기 위해 본 발명의 특정 양태를 다소 광범위하게 개략적으로 설명하였다. 본 발명의 청구 범위의 주제를 형성하는 본 발명의 추가적인 특징 및 이점이 이하에서 설명될 것이다. 개시된 개념 및 특정 실시예는 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 구조물 또는 프로세스들을 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 용이하게 이용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식되어야 한다. 또한 당업자는 이러한 균등한 구성이 첨부된 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 것으로 이해해야 한다.

Claims (13)

  1. 상부 표면, 하부 표면, 가장자리 둘레에 형성된 엣지 컬을 가지는 이음가능한 캔 단부;
    캔 단부의 개구 위에 위치된 파열가능한 밀봉부;
    캔 단부의 하부 표면에 위치된 히터;
    캔 단부의 상부 표면에 부착된 소비자 사용자 인터페이스;를 포함하고,
    상기 소비자 사용자 인터페이스는 발열 반응을 개시하기 위해 상기 히터를 순차적으로 결합시키고 또한 캔 단부를 통과하는 통로를 생성하기 위해 파열가능한 밀봉부를 순차적으로 결합시키는 캠을 포함하는,
    투-피스 용기의 캔 단부.
  2. 제1항에 있어서,
    히터는 원통형이고 히터의 중심선은 캔 단부의 중간에서 캔 단부의 하부 표면에 부착되는
    투-피스 용기의 캔 단부.
  3. 제1항에 있어서,
    히터는 히터 캐비티 내부의 히터 어셈블리로 구성되는
    투-피스 용기의 캔 단부.
  4. 제1항에 있어서,
    히터는 동일한 축을 따라 나란히 배치된 상부 캐니스터 및 하부 캐니스터로 구성되어 상부 캐니스터의 상부 표면에 압력이 가해질 때 상부 캐니스터 및 하부 캐니스터가 활주하여 하부 캐니스터에 위치한 반응물 사이의 반응을 개시하는
    투-피스 용기의 캔 단부.
  5. 제1항에 있어서,
    히터는 상부 캐니스터 및 하부 캐니스터로 구성되고, 하부 캐니스터는 열을 발생시키는 반응물을 포함하고, 상부 캐니스터는 수동 열 제어 재료를 포함하는,
    투-피스 용기의 캔 단부.
  6. 제1항에 있어서,
    히터는 상부 캐니스터 및 하부 캐니스터로 구성되고, 하부 캐니스터는 열을 발생시키는 반응물을 포함하고, 상부 캐니스터는 활성탄을 포함하는
    투-피스 용기의 캔 단부.
  7. 제1항에 있어서,
    히터는 상부 캐니스터 및 하부 캐니스터로 구성되고, 하부 캐니스터는 열을 발생시키는 반응물을 포함하고, 상부 캐니스터는 유리 섬유 또는 세라믹 매트와 같은 입자 여과 층을 포함하는,
    투-피스 용기의 캔 단부.
  8. 제1항에 있어서,
    소비자 사용자 인터페이스는 히터에서 발열 반응을 개시하기 위한 플런저 메커니즘을 포함하는,
    투-피스 용기의 캔 단부.
  9. 제1항에 있어서,
    소비자 사용자 인터페이스의 회전은 플런저 메커니즘이 히터에서 발열 반응을 개시하게 하는,
    투-피스 용기의 캔 단부.
  10. 제1항에 있어서,
    소비자 사용자 인터페이스의 회전은 플런저 메커니즘이 히터에서 발열 반응을 개시하게 하고, 소비자 사용자 인터페이스의 추가 회전은 파열가능한 밀봉부가 파괴하도록 하는
    투-피스 용기의 캔 단부.
  11. 제1항에 있어서,
    캔 단부는 밀폐된 밀봉을 형성하기 위해 형성된 엣지 컬을 몸체와 이음함으로써 몸체에 부착되는
    투-피스 용기의 캔 단부.
  12. 제1항에 있어서,
    파열가능한 밀봉부는 개구의 주위 둘레의 캔 단부의 하부 표면에 제거가능하게 밀봉된 형성된 셔터를 포함하고, 소비자 사용자 인터페이스가 회전할 때, 파열하는 캠이 셔터의 일부를 밀고 그에 의해 하부 표면으로부터 셔터를 분리시키는,
    투-피스 용기의 캔 단부.
  13. 제1항에 있어서,
    파열가능한 밀봉부는 개구의 주위 둘레의 캔 단부의 하부 표면에 제거 가능하게 밀봉된 호일 라미네이트를 포함하고, 소비자 사용자 인터페이스가 회전할 때, 호일 라미네이트가 뚫리는,
    투-피스 용기의 캔 단부.
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