KR20150054946A

KR20150054946A - 캡슐에서의 또는 이와 관련한 개선

Info

Publication number: KR20150054946A
Application number: KR1020157009113A
Authority: KR
Inventors: 니콜라스 한센; 마크 노튼
Original assignee: 크라프트 푸즈 알앤디, 인크.
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2015-05-20
Also published as: US20180201399A1; CA2970346C; GB2509046A; AU2013333561A1; JP6046261B2; ES2634888T3; BR112015008845A2; CA2888129C; CN104736437B; CA2888129A1; MX2015004444A; CN104736437A; RU2613452C2; US9963256B2; WO2014060838A1; KR101858326B1; JP2016500615A; GB201218848D0; NZ718783A; AU2016238913B2

Abstract

본 발명은, 조합형 용접 헤드(70) 및 성형기(80)를 사용하여 필터 요소(8)를 컵형 캡슐 몸체(2)와 조립하는 방법으로서, 컵형 캡슐 몸체(2)의 입구에 또는 그 부근에 필터 요소(8)를 위치시키는 단계; 조합형 용접 헤드(70) 및 성형기(80)를 이동시켜 필터 요소(8)와 접촉하게 하여 필터 요소를 컵형 캡슐 몸체(2) 내로 구동시키는 단계 - 여기서, 필터 요소(8)는 조합형 용접 헤드(70) 및 성형기(80)의 스프링 부하식 성형기(80)에 의해 변형되어 컵형 필터 요소(56)를 형성함 -; 및 조합형 용접 헤드(70) 및 성형기(80)의 용접 헤드(70)를 사용하여 컵형 필터 요소(56)를 컵형 캡슐 몸체(2)에 접합시키는 단계를 포함하는, 방법을 제공한다. 본 발명은 음료 캡슐을 제조하는 방법 및 이 방법을 사용하여 제조된 음료 캡슐을 추가로 제공한다.

Description

캡슐에서의 또는 이와 관련한 개선{IMPROVEMENT IN OR RELATING TO CAPSULES}

본 출원은 캡슐에서의 또는 이와 관련한 개선에 관한 것이다. 특히, 본 출원은 음료 캡슐과 같은 캡슐의 조립에 사용하기 위한 용접 헤드 및 성형기(weld-head and former)에 관한 것이다. 본 출원은 또한 상기 용접 헤드 및 성형기를 이용한 조립 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 캡슐의 용도에 관한 것이다.

음료 성분들을 수용하기 위한 캡슐이 잘 알려져 있다. 일 유형의 공지된 캡슐이 미국 특허 제5,840,189호에 기술되어 있으며, 기부(base), 절두원추형 측벽 및 개방된 입구를 갖는 컵형 캡슐 몸체를 포함한다. 개방된 상부 입구는 뚜껑에 의해 기밀 밀봉된다. 컵형 캡슐 몸체 및 뚜껑은 음료 성분들 중 일부 및 필터 요소가 내부에 위치되는 캡슐 용적부를 한정한다. 사용 시, 뚜껑 및 기부 둘 모두는 천공되어, 캡슐 용적부 내로의 온수의 주입 및 캡슐 용적부 외부로의 추출된 음료의 전달을 허용한다. 필터 요소는 음료 성분들 중 고형 잔류물을 보유하면서 추출된 음료가 통과하게 하도록 역할한다. 미국 특허 제5,840,189호에서, 필터 요소는 개방된 입구에 인접한 위치에서 원추형 측벽의 내부 표면에 영구적으로 결합되어 있다.

미국 특허 제6,440,256호는 미국 특허 제5,840,189호에 기술된 유형의 컵형 캡슐 몸체 내로 필터 요소를 성형 및 삽입하는 방법을 기술하고 있다. 특히, 이 방법은 필터 요소를 형성하기 위해 필터 재료의 접힘 및 밀봉을 먼저 필요로 한다. 이어서, 필터 요소가 제1 맨드릴(mandrel)에 의해 컵형 캡슐 몸체의 위치로 전달된다. 이어서, 프로브(probe)가 제1 맨드릴에 대해 하강되어, 필터 요소의 저부를 컵형 캡슐 몸체의 기부에 가용접(tack weld)하는 데 사용되는 프로브의 가열 팁(tip)으로 제1 맨드릴로부터 필터 요소를 박리시킨다. 다음에, 프로브가 인출되고 형상화 맨드릴이 삽입되어, 컵형 캡슐 몸체의 내부 측벽에 대항하여 필터 요소를 반경방향으로 팽창시킨다. 이어서, 형상화 맨드릴이 인출되고 용접 맨드릴이 삽입되어, 필터 요소와 측벽 사이에서 주변 용접을 행한다.

이러한 종래 기술의 방법은 다수의 개별 단계들을 수반하며, 3개의 독립된 맨드릴들을 필요로 한다. 이는 또한 필터 요소가 컵형 캡슐 몸체의 기부까지 연장되지 않는 캡슐 내에 필터 요소를 조립하는 것에는 부적합하다.

본 발명에 따르면, 조합형 용접 헤드 및 성형기(combined weld-head and former)를 사용하여 필터 요소를 컵형 캡슐 몸체와 조립하는 방법으로서,

a) 컵형 캡슐 몸체의 입구에 또는 그 부근에 필터 요소를 위치시키는 단계;

b) 조합형 용접 헤드 및 성형기를 이동시켜 필터 요소와 접촉하게 하여 필터 요소를 컵형 캡슐 몸체 내로 구동시키는 단계;

c) 단계 b) 동안에, 필터 요소는 조합형 용접 헤드 및 성형기의 스프링 부하식 성형기(sprung-loaded former)에 의해 변형되어 컵형 필터 요소를 형성하는 단계; 및

d) 조합형 용접 헤드 및 성형기의 용접 헤드를 사용하여 컵형 필터 요소를 컵형 캡슐 몸체에 접합시키는 단계를 포함하는, 방법이 제공된다.

유리하게는, 조합형 용접 헤드 및 성형기는, 단일의 작동으로, 필터 요소를 컵형 캡슐 몸체 내로 삽입하고, 필터 요소를 컵형 필터 요소로 형상화하고, 컵형 필터 요소와 컵형 캡슐 몸체를 함께 접합하는 다수의 기능들을 달성한다. 이는 덜 복잡하고 더 신속한 조립 절차를 허용한다. 이 방법은 또한 필터 요소가 컵형 캡슐 몸체의 기부까지 연장되지 않는 캡슐 내에 필터 요소를 조립하는 것에 적합하다.

스프링 부하식 성형기에 의해 필터 요소에 인가되는 최대 힘(peak force)의 크기는 스프링 부하식 성형기가 스프링 바이어스(bias)에 대항하여 용접 헤드에 대해 이동하게 함으로써 제한될 수 있다.

전형적으로, 필터 재료는 상대적으로 낮은 인열 강도(tear strength)를 갖는 재료로부터 제조된다. 본 출원인은, 컵형 캡슐 몸체 내로 필터 요소를 구동하기 위하여 단일체 비유연성 성형기(solid, non-compliant former)를 사용하는 것이, 성형기에 의해 필터 요소에 너무 높은 부하가 인가되면, 필터 요소의 인열로 이어질 수 있음을 밝혀냈다. 본 발명의 스프링 부하식 성형기를 사용함으로써, 필터 요소의 인열 가능성이 줄거나 방지되는데, 그 이유는 성형기에 의해 필터 요소에 인가되는 최대 힘이 성형기의 컴플라이언스(compliance)에 의해 완화될 수 있기 때문이다.

따라서, 필터 요소에 인가되는 최대 힘의 크기는 바람직하게는 컵형 필터 요소를 인열하는 데 요구되는 힘보다 작다. 예를 들어, 필터 요소에 인가되는 최대 힘의 크기는 45N 미만, 바람직하게는 40N 미만, 더 바람직하게는 30N 미만일 수 있다.

단계 b)의 종료시, 컵형 필터 요소의 일부분이 용접 헤드에 의해 컵형 캡슐 몸체와 접촉 상태로 유지될 수 있다. 유리하게는, 이는 필터 요소가 컵형 필터 요소로 변형된 직후에 컵형 필터 요소 및 컵형 캡슐 몸체의 접합이 일어나게 한다. 다시 말하면, 조합형 용접 헤드 및 성형기의 단일의 행정(stroke)은 필터 요소를 요구되는 형상으로 삽입 및 변형시킬 뿐만 아니라, 접합 단계를 위해 컵형 필터 요소를 준비시킨다. 이는 필터 요소를 삽입하고 변형시키며 접합하는 복수의 왕복 기계 이동들에 대한 필요성을 방지하고, 이는 따라서 보다 신속한 조립 공정을 초래한다.

컵형 필터 요소는 컵형 필터 요소의 기부가 컵형 캡슐 몸체의 기부와 접촉하지 않는 상태로 컵형 필터 요소가 컵형 캡슐 몸체 내에 현수되도록 컵형 캡슐 몸체에 접합될 수 있다.

단계 d) 동안에, 컵형 필터 요소의 일부분이 용접 헤드의 가열된 부분의 사용에 의해 컵형 캡슐 몸체에 접합될 수 있다. 용접 헤드는 저항 히터 코일 또는 저항 밴드에 의해 가열될 수 있다. 가열된 부분은 가열된 세라믹 구성요소를 포함할 수 있다.

단계 d) 동안에, 컵형 캡슐 몸체의 적어도 일부분이 용접 헤드의 가열된 부분에 의해 연화됨으로써, 용접 헤드가 컵형 캡슐 몸체 내로 추가로 이동하게 할 수 있다.

컵형 캡슐 몸체에 인가되는 열은 컵형 캡슐 몸체의 재료의 연화를 초래할 수 있고/있거나 컵형 캡슐 몸체의 측벽의 국부적 박화(thinning)를 초래할 수 있다. 어느 경우든, 이는 용접 헤드가 컵형 캡슐 몸체 내로 추가로 이동하게 할 수 있는데, 그 이유는 컵형 캡슐 몸체에 의해 용접 헤드에 인가되는 반작용력이 재료 연화에 의해 감소될 수 있기 때문이다.

컵형 캡슐 몸체 내로의 용접 헤드의 상기 추가 이동 동안에, 스프링 부하식 성형기가 스프링 바이어스에 대항하여 용접 헤드에 대해 이동하게 함으로써, 컵형 캡슐 몸체 내로의 스프링 부하식 성형기의 추가 이동이 제한되거나 방지될 수 있다.

유리하게는, 용접 헤드가 컵형 캡슐 몸체 내로 추가로 이동하게 되는 경우에도, 컵형 캡슐 몸체 내로의 한층 더한 성형기의 이동은 성형기가 스프링 부하를 받음으로 인해 제한되거나 방지된다. 다시 말하면, 용접 헤드의 추가의 변위는 용접 헤드와 성형기 사이에 존재하는 스프링 바이어스의 압축에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 수용된다. 이는 접합 단계 동안에 컵형 필터 요소에 인가되는 임의의 추가적인 부하를 상당히 줄이거나 제거한다.

스프링 부하식 성형기는 스프링 부하식 성형기와 용접 헤드 사이에서 압축 스프링이 연장되는 상태로 용접 헤드에 활주 가능하게 결합될 수 있다. 압축 스프링에 대한 대안예로서, 성형기는 예를 들어 탄성중합체 스프링, 가스 스프링, 가스 스트럿(gas strut), 또는 용접 헤드와 성형기 사이에 컴플라이언스를 제공하거나 성형기 자체 내에 컴플라이언스를 제공하는 다른 장치를 사용하여 스프링 부하를 받을 수 있다. 컴플라이언스를 제공하는 요소는 개별 요소일 수 있거나, 용접 헤드 또는 성형기의 일체형 부분을 형성할 수 있다. 성형기의 재료 및/또는 형상은 컴플라이언스를 생성할 수 있다.

이 방법은,

e) 조합형 용접 헤드 및 성형기를 컵형 캡슐 몸체로부터 인출하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

단계 e) 동안에, 스프링 부하식 성형기는 컵형 필터 요소로부터의 스프링 부하식 성형기의 결합해제를 돕도록 휘어질 수 있다.

성형기는 강성 재료로부터 형성될 수 있다. 일부 태양에서, 가요성 성형기의 사용은 컵형 필터 요소가 조합형 용접 헤드 및 성형기의 인출 시에 인열될 위험성을 감소시킬 수 있다. 따라서, 성형기의 일부 또는 전체가 가요성 재료로부터 형성될 수 있다. 대안적으로, 성형기는 고유의 가요성을 제공하는 기하학적 형상을 포함할 수 있다.

본 발명은 또한, 음료 캡슐을 제조하는 방법으로서,

i) 전술된 방법에 의해 필터 요소가 접합된 컵형 캡슐 몸체 내로 하나 이상의 음료 성분들 중 일부를 충전하는 단계; 및

ii) 뚜껑을 사용하여 컵형 캡슐 몸체를 폐쇄하고 밀봉하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또한 전술된 방법을 사용하여 제조된 음료 캡슐을 제공한다.

하나 이상의 음료 성분들은 로스팅된 분말 커피 또는 엽차와 같은 추출성/불용해성 성분일 수 있다. 음료 성분들은 추출성/불용해성 성분과 수용성 성분의 혼합물일 수 있다. 수용성 성분은 예를 들어 인스턴트 분무건조 또는 동결건조 커피, 초콜릿 분말, 우유 분말 또는 크리머(creamer) 분말일 수 있다. 우유 분말들은 건조 탈지 우유, 부분-탈지 우유, 및 전유(whole milk), 분유 단백질 농축물, 격리물(isolate), 및 분류물(fraction), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 크리머 분말들은 유제품 및/또는 비-유제품 식품 원료들로부터 제조될 수 있으며, 전형적으로 건조, 특히 분무 건조를 용이하게 하는 담체(carrier) 내에 분산되고 단백질 또는 변성 전분에 의해 안정화되는 유화된 지방을 함유할 수 있다. 분말형 성분은 응집될 수 있다.

본 발명은 또한, 음료 캡슐을 조립하는 데 사용하기 위한 조합형 용접 헤드 및 성형기로서, 용접 헤드 및 성형기를 포함하고, 성형기는 스프링 부하식인, 조합형 용접 헤드 및 성형기를 제공한다.

스프링 부하식 성형기는 스프링 부하식 성형기와 용접 헤드 사이에서 스프링이 연장되는 상태로 용접 헤드에 활주 가능하게 결합될 수 있다.

위에 기재된 바와 같이, 스프링은 압축 스프링, 탄성중합체 스프링, 가스 스프링, 가스 스트럿, 또는 용접 헤드와 성형기 사이에 컴플라이언스를 제공하는 다른 장치일 수 있다. 컴플라이언스를 제공하는 요소는 개별 요소일 수 있거나, 용접 헤드 또는 성형기의 일체형 부분을 형성할 수 있다.

스프링 부하식 성형기는 성형 몸체를 포함할 수 있다.

성형 몸체의 적어도 일부분은 가요성일 수 있다.

본 발명은 또한, 필터 요소를 컵형 캡슐 몸체와 조립하기 위한, 전술된 바와 같은 조합형 용접 헤드 및 성형기의 용도를 제공한다.

컵형 캡슐 몸체는 중합체 재료로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 컵형 캡슐 몸체는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 나일론, 폴리우레탄, 아세탈, 아세탈 등급 폴리옥실렌 메틸렌 공중합체(예를 들어, 센트로달(Centrodal) C), 또는 다른 엔지니어링 플라스틱들로부터 형성될 수 있다.

컵형 캡슐 몸체는 라미네이트형(laminated) 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컵형 캡슐 몸체는 폴리스티렌 및 폴리에틸렌의 라미네이트를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 컵형 몸체는 폴리스티렌, 에틸렌 비닐 알코올(EVOH) 및 폴리에틸렌의 층들을 갖는 라미네이트로부터 형성될 수 있다.

컵형 캡슐 몸체는 장벽 층(barrier layer)을 포함할 수 있다. 장벽 층은 컵형 캡슐 몸체의 라미네이트 구조의 하나의 층을 형성할 수 있다. 장벽 층은 산소/공기 및/또는 습기에 대해 실질적으로 불침투성일 수 있다. 바람직하게는, 장벽 층은 산소/공기 및/또는 습기에의 노출에 기인한 잠재적인 열화(potential degradation)로부터 캡슐의 내용물을 보존하는 작용을 한다. 적합한 장벽 층의 일례는 EVOH이다.

필터 요소를 위한 적합한 재료들은 열-밀봉성 직조 및 부직 재료들, 종이 및 셀룰로오스뿐만 아니라, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 같은 플라스틱을 포함한다. 종이 또는 셀룰로오스 재료는 다른 재료, 예를 들어 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌의 섬유들을 함유할 수 있다.

스프링 부하식 성형기는 전체적으로 또는 부분적으로, 내열성인 재료로부터 제조될 수 있다. 스프링 부하식 성형기는 알루미늄, 연강(mild steel), 구리, 황동 또는 스테인레스강과 같은 강성 재료로부터 형성될 수 있다. 스프링 부하식 성형기는 또한, 세라믹 또는 중합체와 같은 비금속성 재료로부터 제조될 수 있다. 중합체는 합성 수지 접합된 천(fabric), 예를 들어 추가의 직조된 면 또는 리넨 천들을 포함하는 페놀 포름알데히드 수지를 포함할 수 있다. 그러한 것의 일례가 영국 버밍햄 소재의 터프놀 컴포지츠 엘티디.(Tufnol Composites Ltd.)로부터 입수가능한 터프놀(Tufnol) (등록상표)이다. 스프링 부하식 성형기는 전체적으로 또는 부분적으로, 가요성인 재료로부터 제조될 수 있다. 일례가 실리콘이다.

이제, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 태양들이 단지 예로서 기술될 것이다.
도 1은 조립 이전의, 조합형 용접 헤드 및 성형기, 컵형 캡슐 몸체 및 필터 요소의 단면도.
도 2는 필터 요소가 조합형 용접 헤드 및 성형기에 의해 컵형 캡슐 몸체 내로 삽입되는 상태의 단면도.
도 3은 필터 요소가 컵형 캡슐 몸체 내로 삽입되고 접합을 위해 준비된 상태의 단면도.
도 4는 조합형 용접 헤드 및 성형기가 컵형 캡슐 몸체로부터 인출되는 상태의 단면도.
도 5는 도 4의 컵형 캡슐 몸체를 사용하여 형성된 캡슐의 사시도.

예를 들어, 하나 이상의 음료 성분들 중 일부분을 수용하는 음료 캡슐일 수 있는 캡슐(1)이 도 5에 도시되어 있다. 캡슐(1)은 원형 형상의 기부(4) 및 상향 연장 측벽(5)을 갖는 컵형 캡슐 몸체(2)를 포함한다. 컵형 캡슐 몸체(2)의 개방된 상부 단부는 뚜껑(3)에 의해 폐쇄 및 밀봉된다. 캡슐(1)은 고형 잔류물을 보유하면서 액체가 통과하게 하도록 역할하는 컵형 필터 요소(56)(도 4에 도시됨)를 수용한다. 뚜껑(3)은 캡슐(1)의 상부 천공 표면을 제공한다. 기부(4)는 캡슐(1)의 하부 천공 표면을 제공한다.

컵형 캡슐 몸체(2)는 폴리스티렌, 에틸렌 비닐 알코올(EVOH) 및 폴리에틸렌의 층들을 갖는 라미네이트로부터 형성될 수 있다.

뚜껑(3)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함한 폴리에스테르, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 나일론을 포함한 폴리아미드, 폴리우레탄, 종이, 비스코스 및/또는 금속 포일(foil)로부터 형성될 수 있다. 뚜껑은 라미네이트를 포함할 수 있거나, 금속화될 수 있거나, 공중합체로 형성될 수 있다. 일례에서, 뚜껑은 폴리에틸렌-알루미늄 라미네이트를 포함한다.

도 1은 컵형 캡슐 몸체(2) 및 필터 요소(8)를 도시하며, 이 필터 요소로부터 컵형 필터 요소(56)가 형성될 것이다. 필터 요소(8)는 적합한 열-밀봉성 필터 재료로 된 가요성의 다이 커팅된 원형편(circular piece)을 포함한다.

도 1은 또한 필터 요소(8)를 컵형 캡슐 몸체(2)와 조립하는 데 사용되는 조합형 용접 헤드 및 성형기(60)를 도시한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 컵형 캡슐 몸체의 측벽(5)에는 그 내측면 상에 복수의 종홈(flute)(28)들이 제공되는데, 종홈들은 개방된 상부 단부(20)로부터 기부(4)를 향해 측벽(5)의 상당한 길이를 따라 내려가는, 종홈(28)들 사이에 개재된 채널(29)들을 한정하도록 반경방향 내향으로 돌출한다. 측벽(5)은 대체로 절두원추형 형상인데, 이때 개방된 상부 단부(20)에서의 직경이 기부(4)에 인접한 측벽(5)에서의 직경보다 크다. 상부 림(21)에 인접한 측벽(5)의 상부 구역은 상부 림(21)으로부터 하향 연장되는 내향 테이퍼형 섹션(22)을 갖는다. 게다가, 기부(4)의 영역에서의 측벽(5)에는 외향 테이퍼형 섹션(23)이 제공된다. 외향 테이퍼형 섹션(23)의 상부 단부는 외향 굴곡형 견부(out-turned shoulder)(24)에서 측벽(5)의 나머지 부분에 연결된다.

조합형 용접 헤드 및 성형기(60)는 용접 헤드(70) 및 스프링 부하식 성형기(80)를 포함한다.

용접 헤드(70)는 보어(72)가 관통 연장되는 대체로 단일체인 몸체(71)를 포함한다. 보어(72)는 단일체 몸체(71)의 중심에 위치되며, 용접 헤드(70)의 길이방향축을 따라 배향된다. 단일체 몸체(71)의 상부 단부에는 복수의 나사 보어(75)들이 제공되어, 용접 헤드(70)가 용접 헤드(70)의 이동 및 가열을 제어하는 기구(도시되지 않음)에 결합되게 한다. 용접 헤드(70)의 하부 단부면(73)은 길이방향축에 수직이다. 단일체 몸체(71)의 하부 단부를 향한 용접 구역(74)은 컵형 캡슐 몸체(2)와 부합하도록 형상화된다. 도시된 예에서, 용접 구역(74)은 컵형 캡슐 몸체(2)의 내향 테이퍼형 섹션(22)에 형상이 부합하는 2개의 테이퍼형 표면들을 포함한다. 용접 헤드는 용접 구역(74)을 통해 열 에너지를 전달할 수 있는 적합한 재료로부터 형성될 수 있다. 예들은 연강, 알루미늄, 구리 및 황동을 포함한다.

스프링 부하식 성형기(80)는 성형 몸체(86), 결합 다리부(leg)(83) 및 스프링(84)을 포함한다. 성형 몸체(86)는 원형 형상의 기부(82), 및 기부(82)로부터 상향으로 연장되고 원형 림(87)에서 종료하는 측벽(81)을 포함한다. 측벽(81)은 절두원추형 형상을 갖고, 그 기울기는 대체로 컵형 캡슐 몸체(2)의 측벽(5)의 기울기에 부합한다. 측벽(81)과 기부(82) 사이의 접합부에 있는 외측 코너(85)는 필터 요소(8)를 인열시킬 수 있는 임의의 예리한 에지들을 방지하도록 둥글게 되어 있다. 결합 다리부(83)는 측벽(81) 내의 기부(82)로부터 상향으로 연장된다. 결합 다리부(83)는 원통형이고 성형 몸체(86)의 중심에 위치되며, 용접 헤드(70)의 보어(72) 내에 활주 끼워맞춤으로서 수납되도록 형상화되고 크기 설정된다. 성형 몸체(86)는 알루미늄 또는 구리와 같은 강성 재료로 제조된다. 대안적으로, 실리콘 고무와 같은 일정 정도의 가요성을 갖는 재료가 이용될 수 있다.

스프링(84)은 결합 다리부(83) 둘레에 위치되고, 기부(82)의 내측면으로부터 용접 헤드(70)의 하부 단부면(73)까지 연장된다. 스프링은 나선형 압축 스프링이다.

결합 다리부(83)는 결합 다리부(83)의 상부 단부에 있는 나사 볼트, 보어 및 와셔 장치(88)에 의해 보어(72) 내에 보유된다.

도 1에 도시된 배향으로 조립되고 관찰되는 바와 같이, 휴지 상태(rest)에서의 스프링 부하식 성형기(80)는 성형 몸체(86)의 측벽의 원형 림(87)과 용접 헤드(70)의 하부 단부면(73) 사이에 간극(90)이 존재하도록 스프링(84)에 의해 용접 헤드(70)로부터 멀리 하향 바이어스된다.

필터 요소(8)를 컵형 캡슐 몸체(2)와 조립함에 있어서의 단계들이 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다.

도 2에 도시된 제1 단계에서, 컵형 캡슐 몸체(2)는 적합한 홀더(도시되지 않음) 내에 지지되고, 조합형 용접 헤드 및 성형기(60)는 기계적 수단에 의해 하향 이동되어 필터 요소(8)가 스프링 부하식 성형기(80)에 의해 컵형 캡슐 몸체(2)의 개방된 상부 단부(20) 내로 하향 구동되게 한다. 이러한 이동은 이전의 평탄한 필터 요소(8)가 컵형 필터 요소(56)로 변형되기 시작하게 한다. 성형 몸체(86)의 기부(82)가 접촉하는 필터 요소(8)의 중앙 부분은 컵형 필터 요소(56)의 기부(52)가 될 것이다. 필터 요소(8)의 중간 구역(53)은 컵형 필터 요소(56)의 측벽(51)의 일부분을 형성할 것이다. 필터 요소(8)의 주변 구역(50)은 컵형 필터 요소(56)의 측벽(51)의 접합 구역을 형성할 것이다. 이러한 제1 단계 동안에, 필터 요소(8)의 이동에 대한 저항이 낮아서, 결과적으로 스프링 부하식 성형기(80)는 용접 헤드(70)와 조화되어 이동하고 간극(90)의 크기는 실질적으로 변화없이 유지된다.

도 3에 도시된 지점에 도달될 때까지 조합형 용접 헤드 및 성형기(60)의 삽입이 계속되는데, 이 지점에서 필터 요소(8)는 완전히 삽입되어 있고 용접 헤드(70)는 필터 요소(8)의 주변 구역(50)과 접촉하여 있다. 이 지점에서, 필터 요소(8)는 컵형 필터 요소(56)로 완전히 변형되어 있다. 또한, 용접 헤드(70)의 용접 구역(74)은 컵형 캡슐 몸체(2)의 내향 테이퍼형 섹션(22)에 대항하여 필터 요소(8)의 주변 구역(50)을 견고하게 유지하도록 작용한다. 도 3으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 컵형 필터 요소(56)의 기부(52)는 거리(55)만큼 컵형 캡슐(2)의 기부(4)와 떨어져 유지된다. 이 지점까지, 필터 요소(8)의 이동에 대한 저항이 낮게 유지되어서, 결과적으로 스프링 부하식 성형기(80)는 용접 헤드(70)와 조화되어 이동하고 간극(90)의 크기는 실질적으로 변화없이 유지된다.

이제, 필터 요소(8) 및 컵형 캡슐 몸체(2)의 재료의 국부적 용융을 유발하는 용접 구역(74)으로부터의 열 에너지로 인해, 컵형 캡슐 몸체(2)에 대한 컵형 필터 요소(56)의 접합이 발생한다. 컵형 캡슐 몸체(2)의 재료의 가열은 컵형 캡슐 몸체(2)를 연화 및/또는 박화시키는 경향을 갖는 것으로 밝혀졌다. 이는 용접 헤드(70)가 컵형 캡슐 몸체(2) 내로 추가로 하향 이동하게 한다. 용접 헤드(70)의 이러한 추가 내향 이동은, 성형 몸체(86)가 스프링 부하를 받지 않았다면, 컵형 필터 요소(56)(이제는 컵형 캡슐 몸체(2)에 대해 자유롭게 이동하지 않음)에 증가된 힘을 부여하는 경향을 가질 것이다. 그러나, 성형기(80)의 스프링 부하식 형태는 용접 헤드(70)의 추가 내향 이동이 조합형 용접 헤드 및 성형기(60)의 컴플라이언스에 의해 수용됨 - 특히, 이는 스프링(84)의 압축에 의해 수용되어 성형 몸체(86)를 용접 헤드에 대해 이동시켜 간극(90)의 크기를 감소시킴 - 을 의미한다.

도 4에 도시된 마지막 단계는 조합형 용접 헤드 및 성형기(60)를 인출하는 것이다. 이 단계에서, 컵형 필터 요소(56)로부터의 성형 몸체(86)의 인출은, 성형 몸체(86)가 가요성 재료로부터 형성되는 경우, 컵형 필터 요소(56)의 인열 가능성을 감소시키는 성형 몸체(86)의 휨(flexing)에 의해 도움을 받을 수 있다.

이어서, 컵형 필터 요소(56) 및 컵형 캡슐 몸체(2)의 조립은 캡슐을 하나 이상의 음료 성분들 중 일부분으로 충전하고 뚜껑(3)을 적용하기 위하여 추가의 공정 단계들을 겪을 수 있다.

전술된 조립 방법의 일부로서, 스프링 부하식 성형기(80)의 탄성률(spring rate)은 필터 요소(8)/컵형 필터 요소(56)에 가해진 최대 부하가 그의 인열 강도를 초과하지 않음을 보장하기 위해 컵형 캡슐 몸체(2)의 특정 기하학적 형상 및 필터 요소(8)의 재료에 따라 요구되는 바대로 선택되어야 한다. 스프링 부하식 성형기(80)의 탄성률은 스프링(84) 자체의 탄성률뿐만 아니라 성형기(80)의 구성요소들 사이의 마찰 효과에 의존한다. 하나의 실험에서, 직경이 97 mm이고 두께가 0.1 mm의 직조된 종이 및 폴리에틸렌을 포함하는 필터 재료의 원형편이, 전술된 방법에 따라, 내측면이 폴리에틸렌으로부터 형성되고 개방된 상부 입구(20)에서의 내경이 45 mm인 컵형 캡슐 몸체(2) 내에 접합되었다. 그렇게 형성된 컵형 필터 요소(56)의 깊이는 33 mm였다. 이러한 예의 경우, 스프링 부하식 성형기(80)에 대해 2.0 내지 4.0 N/mm, 바람직하게는 3.0 N/mm의 탄성률이 유리한 것으로 밝혀졌다. 이는 1.0 내지 3.0 N/mm, 바람직하게는 2.0 N/mm의 탄성률을 갖는 나선형 압축 스프링을 사용하여 달성되었다.

예

전형적인 필터 요소의 인열 강도를 확인하기 위한 시험을 행하였다. 그 결과가 하기의 표 1에 나타나 있다. 필터 요소는 직경이 97 mm이고 두께가 0.1 mm인 직조된 종이 및 폴리에틸렌을 포함하는 필터 재료의 원형편으로 구성되었다. 성형 몸체(86)를 필터 요소의 인열이 발생할 때까지 100 mm/분의 고정 속도로 구동시켰다.

[표 1]

이로부터, 이 예의 경우, 필터 요소(8)/컵형 필터 요소(56)에 인가되는 최대 힘을 48N 미만으로 제한하는 것이 인열의 가능성을 감소 또는 제거하는 데 바람직하다는 것을 알 수 있다.

이어서, 용접 헤드에 대해 스프링 부하를 받지 않는 단일체 마개 성형기(solid bung former)로 구성되는 용접 헤드 및 성형기를 사용하는 조립 방법과 비교하여, (스프링 부하식 성형기(80)를 이용하는) 본 발명의 방법을 사용하여 필터 요소(8)/컵형 필터 요소(56)에 인가되는 최대 힘을 비교하기 위한 비교 시험들을 수행하였다. 상기와 같이, 필터 재료는 직경이 97 mm이고 두께가 0.1 mm의 직조된 종이 및 폴리에틸렌으로 구성되었다. 캡슐 몸체(2)는 폴리에틸렌으로부터 형성된 내측면, 및 45 mm의 개방된 상부 입구(20)에서의 내경으로 구성되었다. 형성된 컵형 필터 요소(56)의 깊이는 33 mm였다. 조합형 용접 헤드 및 성형기(60)의 경우, 2.0 N/mm의 탄성률을 갖는 압축 스프링을 사용하여 스프링 부하식 성형기(80)에 대해 3.0 N/mm의 탄성률을 선택하였다. 그 결과가 하기의 표 2에 나타나 있다.

[표 2]

스프링 부하식 성형기의 사용은 상당히 감소된 최대 부하가 필터 요소(8)/컵형 필터 요소(56)에 인가되게 하였고, 모든 경우에 재료의 인열을 방지하였다.

상기 태양에서, 성형 몸체(86)는 일체로 된 컵형 박벽 구조물을 포함한다. 그러나, 다른 형태의 성형 부재가 스프링 부하식 성형기(80)의 일부로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 성형 몸체(86)는 복수의 별개 부품들로부터 형성될 수 있다. 성형 몸체(86)는 기부(82)를 포함하지만 측벽을 포함하지 않을 수 있다.

Claims

조합형 용접 헤드 및 성형기(combined weld-head and former)를 사용하여 필터 요소를 컵형 캡슐 몸체와 조립하는 방법으로서,
a) 컵형 캡슐 몸체의 입구에 또는 그 부근에 필터 요소를 위치시키는 단계;
b) 조합형 용접 헤드 및 성형기를 이동시켜 필터 요소와 접촉하게 하여 필터 요소를 컵형 캡슐 몸체 내로 구동시키는 단계;
c) 단계 b) 동안에, 필터 요소는 조합형 용접 헤드 및 성형기의 스프링 부하식 성형기(sprung-loaded former)에 의해 변형되어 컵형 필터 요소를 형성하는 단계; 및
d) 조합형 용접 헤드 및 성형기의 용접 헤드를 사용하여 컵형 필터 요소를 컵형 캡슐 몸체에 접합시키는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 스프링 부하식 성형기에 의해 필터 요소에 인가되는 최대 힘(peak force)의 크기는 스프링 부하식 성형기가 스프링 바이어스(bias)에 대항하여 용접 헤드에 대해 이동하게 함으로써 제한되는, 방법.
제2항에 있어서, 필터 요소에 인가되는 최대 힘의 크기는 컵형 필터 요소를 인열시키는 데 요구되는 힘보다 작은, 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 필터 요소에 인가되는 최대 힘의 크기는 45N 미만, 바람직하게는 40N 미만, 더 바람직하게는 30N 미만인, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 b)의 종료시, 컵형 필터 요소의 일부분이 용접 헤드에 의해 컵형 캡슐 몸체와 접촉 상태로 유지되는, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 컵형 필터 요소는 컵형 필터 요소의 기부가 컵형 캡슐 몸체의 기부와 접촉하지 않는 상태로 컵형 필터 요소가 컵형 캡슐 몸체 내에 현수되도록 컵형 캡슐 몸체에 접합되는, 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 d) 동안에, 컵형 필터 요소의 일부분이 용접 헤드의 가열된 부분의 사용에 의해 컵형 캡슐 몸체에 접합되는, 방법.
제7항에 있어서, 단계 d) 동안에, 컵형 캡슐 몸체의 적어도 일부분이 용접 헤드의 가열된 부분에 의해 연화됨으로써, 용접 헤드가 컵형 캡슐 몸체 내로 추가로 이동하게 하는, 방법.
제8항에 있어서, 컵형 캡슐 몸체 내로의 용접 헤드의 상기 추가 이동 동안에, 스프링 부하식 성형기가 스프링 바이어스에 대항하여 용접 헤드에 대해 이동하게 함으로써, 컵형 캡슐 몸체 내로의 스프링 부하식 성형기의 추가 이동이 제한되거나 방지되는, 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 스프링 부하식 성형기는 스프링 부하식 성형기와 용접 헤드 사이에서 압축 스프링이 연장되는 상태로 용접 헤드에 활주 가능하게 결합되는, 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
e) 조합형 용접 헤드 및 성형기를 컵형 캡슐 몸체로부터 인출하는 추가의 단계를 포함하는, 방법.
제11항에 있어서, 단계 e) 동안에, 스프링 부하식 성형기는 컵형 필터 요소로부터의 스프링 부하식 성형기의 결합해제를 돕도록 휘어지는, 방법.
음료 캡슐을 제조하는 방법으로서,
i) 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법에 의해 필터 요소가 접합된 컵형 캡슐 몸체 내로 하나 이상의 음료 성분들 중 일부를 충전하는 단계; 및
ii) 뚜껑을 사용하여 컵형 캡슐 몸체를 폐쇄하고 밀봉하는 단계를 포함하는, 방법.
제13항의 방법을 사용하여 제조된 음료 캡슐.
음료 캡슐을 조립하는 데 사용하기 위한 조합형 용접 헤드 및 성형기로서, 용접 헤드 및 성형기를 포함하고, 성형기는 스프링 부하식인, 조합형 용접 헤드 및 성형기.
제15항에 있어서, 스프링 부하식 성형기는 스프링 부하식 성형기와 용접 헤드 사이에서 스프링이 연장되는 상태로 용접 헤드에 활주 가능하게 결합되는, 조합형 용접 헤드 및 성형기.
제15항 또는 제16항에 있어서, 스프링 부하식 성형기는 성형 몸체를 포함하는, 조합형 용접 헤드 및 성형기.
제17항에 있어서, 성형 몸체의 적어도 일부분은 가요성인, 조합형 용접 헤드 및 성형기.
필터 요소를 컵형 캡슐 몸체와 조립하기 위한, 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 조합형 용접 헤드 및 성형기의 용도.
실질적으로 첨부 도면을 참조하여 위에 기술되고 첨부 도면에 도시된 조합형 용접 헤드 및 성형기.