KR20210092741A - 오버사이즈 멤브레인을 포함하는 식품 또는 음료 제조용 캡슐 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 식품 또는 음료 제조용 캡슐(1)로서, 캡슐(1) 내측에 유체를 주입하기 위해 천공되도록 적응되는 중공 몸체(2); 몸체(2) 내측에 형성되고 성분을 함유하는 챔버(10); 상기 챔버(10)의 저부 단부 내에 형성된 개구를 덮는 멤브레인(9) - 멤브레인의 에지는, 몸체(2)와 멤브레인(9) 사이에 시일을 형성하는 체결 수단에 의해, 개구를 둘러싸는 림(12)에 체결됨 -; 및 멤브레인(9) 부근에서 챔버(10) 외측에 배치되는 개방 수단 - 개방 수단은 멤브레인이 개방 압력 하에서 상기 개방 수단에 대해 가압될 때 멤브레인을 개방하도록 구성됨 - 을 포함하는, 캡슐(1)에 관한 것이다. 시일에 의해 둘러싸인 멤브레인(9)의 부분은 상기 시일에 의해 둘러싸인 평평한 표면의 면적의 110%와 140% 사이에 포함되는 전개 표면적을 갖는다.

Description

오버사이즈 멤브레인을 포함하는 식품 또는 음료 제조용 캡슐

본 발명은 식품 또는 음료 제조를 위한 성분을 함유하는 중공 몸체를 포함하는 식품 또는 음료 캡슐의 분야에 관한 것이다. 식품 또는 음료 제조 분야에서, 상기 캡슐에 함유된 성분을 식품 또는 음료 제조 기계 내에 포함된 가압원으로부터 공급되는 유체와 혼합하기 위해 1인용(single-serve) 캡슐을 사용하는 것은 알려져 있다. 더 구체적으로, 그러한 캡슐은 제조 압력 하에서의 유체에 의한 추출 또는 유체 내로의 용해에 의한 식품의 제조 또는 음료 제조를 위해 적응된다. 이는 커피(그러한 경우에, 성분은 수증기 및/또는 액체 온수 내로 추출될 분쇄된 로스팅된 커피임), 및 인스턴트 커피, 핫 초콜릿, 또는 수프 또는 온수 또는 냉수 또는 우유 내로 용해될 다른 탈수(dehydrated) 식용 제품과 같은 음료의 제조를 위한 가용성 성분 또는 가용성 성분들의 혼합물의 제조를 포함한다.

폐쇄된 캡슐의 내용물(즉, 성분)을 압력 하에서 추출 및/또는 용해하는 원리는 알려져 있으며, 전형적으로, 캡슐을 기계의 리셉터클 또는 공동 내로 삽입하는 것, 및 대체적으로, 기계 상에 장착된 유체 주입 바늘과 같은 천공 주입 요소로 캡슐의 일 면을 천공한 후에, 물질을 추출하거나 또는 그를 용해하고 이어서 추출된 물질 또는 용해된 물질을 캡슐을 통해 방출하도록 캡슐 내측에 가압 환경을 생성하기 위해, 일정량의 가압수 또는 다른 적응된 유체를 캡슐 내로 주입하는 것으로 이루어진다.

그러한 식품 제조의 응용을 위해 그리고 특히 음료 제조를 위해 캡슐들이 개발되어 왔는데, 이는 본 출원인의 유럽 특허 EP 1784344 B1호 또는 유럽 특허 출원 EP 2062831호에 기재되고 청구되어 있다.

요약하면, 그러한 캡슐들은 전형적으로 하기를 포함한다:

중공 몸체 - 중공 몸체는, 액체 및 공기에 대해 불투과성이고, 몸체의 나머지에 부착되며(또는 몸체와 일체로 제조되며), 예컨대 기계의 주입 바늘에 의해 천공되도록 적응되는 주입 벽을 포함함 -;

추출될 분쇄된 로스팅된 커피의 베드(bed), 또는 가용성 성분 또는 가용성 성분들의 혼합물을 함유하는 챔버; 및

통상적으로 알루미늄으로 제조되고, 캡슐의 저부 단부에 배치되며, 몸체에 체결되는 멤브레인.

멤브레인은, 가압 유체가 캡슐 내로 도입될 때 챔버 내의 내부 압력을 유지시키기 위해, 챔버를 폐쇄한다.

음료 전달을 위한 챔버의 개방은 챔버 내의 압력을 증가시킴으로써 달성된다. 이러한 압력은 물과 같은 일정량의 가압 유체를 챔버 내로 도입함으로써 증가된다. 내부 압력이 충분할 때, 멤브레인은 개방 수단과의 접촉 시에 개방된다. 본 발명은 캡슐 내에 개방 수단을 갖는 캡슐, 또는 바꾸어 말하면, 음료 추출 시에 캡슐 내로 도입되는 유체의 압력의 상승에 의해 활성화되는 자체 개방 수단을 포함하는 캡슐에 관한 것이다. 이러한 유형의 캡슐은, 예를 들어, 유럽 특허 출원 EP 1472156호에 개시되어 있다. 개방 수단은 캡슐 내에, 챔버 외측에, 멤브레인 부근에 배치된다. 충분한 압력이 챔버 내측에 확립될 때, 멤브레인은 상기 개방 수단에 대해 가압되는 경향이 있고, 파열되며, 그에 따라 개방된다. 음료는 이렇게 생성된 개구를 통해 유동한다.

개방 수단은, 예를 들어, 융기되고 함몰된 요소(raised and recessed element)들을 포함하는 이른바 "피라미드 플레이트"에 의해 형성된다. 멤브레인은 멤브레인이 파열되고 개방될 때까지 캡슐의 챔버 내의 압력의 상승의 영향 하에서 피라미드 플레이트의 융기되고 함몰된 요소와 맞물린다.

식품 또는 음료 제품이 제조될 때 캡슐 내측에 안전하게 재현가능한 압력을 제공하기 위해, 그리고, 또한, 개방 수단과 협력하여 멤브레인에 효율적인 필터 기능을 제공하기 위해, 멤브레인과 개방 수단의 정확한 맞물림이 얻어져야 한다.

실제로, 멤브레인은 그가 개방되기 전에 가능한 한 많이 개방 수단의 형상을 취해야 한다. 정확한 맞물림은 멤브레인이 개방 수단의 전체 전개 표면적(developed surface area)(즉, 캡슐 내측의 압력의 상승 전의 멤브레인 부근의 개방 수단의 표면)의 주어진 백분율, 예컨대 적어도 60%를 덮도록 변형되는 상태에 대응한다.

그러나, 멤브레인은 압력이 챔버 내측에서 원하는 수준까지 상승하도록 허용하기에 충분히 경질인 재료로 제조되어야 한다. 멤브레인은 대체적으로 알루미늄으로 제조된다. 이러한 재료는 멤브레인을 형성하는 데 편리하며, 식품 또는 음료 캡슐에서의 그의 구현은 잘 알려져 있다. 그러나, 이러한 재료의 기계적 특성은 멤브레인이 그가 파열되기 전에 큰 정도로 신장되도록 허용하지 않는다.

따라서, 본 발명은 전술된 문제를 해결하도록 구성되는 식품 또는 음료 제조용 캡슐에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 식품 또는 음료 제조용 캡슐로서,

액체 및 공기에 대해 불투과성이고, 캡슐 내측에 유체를 주입하기 위해 천공되도록 적응되는 중공 몸체;

몸체 내측에 형성되고, 압력 하에서의 유체 내로의 용해 또는 압력 하에서의 유체에 의한 추출에 의해 식품 또는 음료를 제조하기 위한 성분을 함유하는 챔버;

챔버 내의 압력을 유지시키기 위해 몸체에 체결되는 멤브레인 - 상기 멤브레인의 적어도 일부는 챔버의 저부 단부 내에 형성된 개구를 덮고, 개구는 몸체와 멤브레인 사이에 시일을 형성하는 체결 수단에 의해 멤브레인의 에지가 체결되는 림(rim)에 의해 둘러싸임 -; 및

멤브레인 부근에서 챔버 외측에 배치되는 개방 수단 - 개방 수단은 상기 멤브레인이 개방 압력 하에서 상기 개방 수단에 대해 가압될 때 멤브레인을 개방하도록 구성됨 - 을 포함하는, 캡슐이 제공된다.

시일에 의해 둘러싸인 멤브레인의 부분은 상기 시일에 의해 둘러싸인 평평한 표면의 표면적의 110%와 140% 사이에 포함되는 전개 표면적을 갖는다.

따라서, 본 발명에 따른 캡슐은 멤브레인이 신장되지 않고서 또는 적어도 많이 신장되지 않고서 개방 수단과 맞물릴 (종래 기술에 비해) 추가의 표면적을 제공한다. 멤브레인은, 대기압 초과의 압력이 식품 또는 음료 제조를 위한 유체의 압력 하에서의 도입에 의해 챔버 내측에 확립될 때, 챔버의 외향 방향으로 밀린다. 따라서, 멤브레인은 탄성 또는 소성 변형되기 전에 챔버로부터 돌출되어 개방 수단과 맞물린다.

챔버의 저부 단부 내에 형성된 개구는 약 600 ㎟의 면적을 가질 수 있는 한편, 이 개구를 덮는 멤브레인의 부분은 750 ㎟ 초과의 전개 표면적을 갖는다.

체결 수단은 접착 시일 밴드를 포함할 수 있다.

멤브레인은 개구를 둘러싸는 림의 주연부보다 큰 길이의 주연부를 갖는 평평한 시트로부터 형성될 수 있고, 개구 림의 주연부의 길이와 비교하여 초과하는 멤브레인의 주연부의 길이는 개구 림의 상기 주연부를 따라 균일하게 분포된다.

챔버의 저부 단부 내에 형성된 개구는 실질적으로 원형일 수 있고, 멤브레인은 챔버 외측의 압력보다 큰 압력이 챔버(10) 내에 확립될 때 챔버의 저부 단부 내에 형성된 개구 위에 돔(dome)을 형성할 수 있다.

챔버의 저부 단부 내에 형성된 개구를 덮는 멤브레인의 부분은 멤브레인의 각각의 측부 상의 압력이 균형을 이룰 때 실질적으로 평평하도록 절첩부(fold)를 포함할 수 있다. 멤브레인은 챔버 내에 확립된 압력의 영향 하에서 적어도 부분적으로 절첩해제될 수 있다.

본 발명을 구현하는 데 있어서의 어려움들 중 하나는, 멤브레인을 더 작은 치수의 개구 상에 배열하고, 멤브레인 주연부를 개구를 둘러싸는 림과 같은 더 작은 치수의 체결 영역에 체결하는 방식이다. 열 시일 래커(heat seal lacquer)와 같은 접착 시일 밴드의 사용은, 멤브레인의 주연부가 개구를 둘러싸는 림의 주연부보다 큰 길이를 갖는 경우에도, 멤브레인의 에지를 그러한 림에 체결하는 것을 가능하게 한다. 접착 시일 밴드 재료는 식품 산업에서 사용되는 알려진 재료로부터 선택될 수 있다.

예를 들어, 작은 절첩부가 멤브레인의 주연부에서 생성되어 그의 외관상 길이(apparent length)를 감소시킨다. 열 시일 래커 밴드는 멤브레인의 주연부에서의 절첩부에 의해 형성되는 작은 불규칙부에 순응하여, 캡슐의 멤브레인과 몸체 사이의 유밀(fluid-tight) 밀봉을 제공한다.

멤브레인이 원형 접착 시일 밴드에 의해 몸체에 체결되는 경우, 그는 캡슐의 챔버 내측에서 돔 형상을 채택하는 경향이 있을 것이다. 챔버의 부피를 최대화하기 위해, 그렇게 구성된 멤브레인은 고압이 챔버 내측에 확립될 때 절첩해제되는 절첩부를 생성함으로써 평탄화될 수 있다.

개방 수단은 멤브레인을 향하는 상부 표면을 갖는 플레이트를 포함할(또는 그에 의해 구성될) 수 있고, 상부 표면은 날카로운 요소들을 형성하거나 보유한다. 날카로운 요소는 피라미드 또는 절두 피라미드일 수 있다.

절두 피라미드 또는 다른 날카로운 천공 요소를 보유하는 상부 표면을 갖는 플레이트는, 그러한 표면이 압력 확산 수단으로서의 역할을 하고, 멤브레인의 천공(및 개방)이 일어나기 전에 유체의 압력이 캡슐 내측에서 충분히 상승하도록 허용하는 효과를 갖기 때문에, 유리한 구성을 제공한다. 멤브레인과 협력하여, 그는 분쇄된 로스팅된 커피와 같은 성분이 제조된 음료와 함께 전달되는 것을 회피하기 위한 필터 기능을 제공한다.

챔버의 저부 단부 내에 형성된 개구를 덮는 멤브레인의 부분은 플레이트의 전개 표면적의 60% 초과의 표면적을 가질 수 있다.

그러한 구성은 멤브레인이 개방 수단과 정확하게 맞물리도록 허용하고, 그는 멤브레인이 상기 개방 수단의 형상에 정확하게 순응하도록 허용하며, 그는 멤브레인과 개방 수단 사이의 효율적인 협력을 제공하여 필터 기능을 제공한다.

멤브레인은, 예를 들어, 알루미늄, 또는 알루미늄 포일 및 중합체 층을 포함하는 라미네이트 구조물로 제조된다. 대안적으로, 멤브레인은, 예를 들어, 금속 덮개(covering)를 갖는 플라스틱으로 제조된다. 멤브레인은 사전약화된 스폿을 포함할 수 있다.

본 발명은 매우 경질인(탄성이 낮거나 없는) 멤브레인을 사용하는 것을 가능하게 함과 동시에, 멤브레인과 개방 수단의 정확한 맞물림이 신뢰성 있게 얻어질 수 있다.

챔버를 형성하는 재료는 알루미늄, 알루미늄/플라스틱 복합재, 알루미늄/플라스틱/종이 복합재, 및 단층 또는 다층 형태의 플라스틱 중 적어도 하나일 수 있다.

챔버 내에 함유된 성분은 수증기 및/또는 액체 온수 내로 추출될 분쇄된 로스팅된 커피를 포함할 수 있거나, 또는 인스턴트 커피, 핫 초콜릿, 또는 수프 또는 온수 또는 냉수 또는 우유 내로 용해될 다른 탈수 식용 제품과 같은 음료의 제조를 위한 가용성 성분 또는 가용성 성분들의 혼합물을 포함한다.

본 발명의 추가적인 특징 및 이점이 첨부 도면을 참조하여 하기에 기재된 본 발명의 바람직한 실시예들의 설명에 기술되어 있으며, 그 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 식품 또는 음료 제조용 캡슐의 단면의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 식품 또는 음료 제조용 캡슐의 단면의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 캡슐에 사용될 수 있는 개방 수단을 구성하는 피라미드 플레이트의 개략적인 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 종래 기술에 따른 캡슐의 멤브레인의 거동을 예시하는 캡슐의 개략적인 부분 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 캡슐의 2가지 대안적인 실시예를 도 4a와 유사한 도면으로 예시한다.
도 5c 및 도 5d는 고압이 캡슐 챔버 내측에 확립될 때의 본 발명에 따른 캡슐의 멤브레인의 거동을 도 4b 및 도 4c의 도면과 유사한 도면으로 예시한다.

도 1의 캡슐(1)은 캡슐 벽(3)으로 제조되는 캡슐 몸체(2)를 포함한다. 나타낸 실시예에서, 캡슐 몸체 벽(3)은 실질적으로 절두 원추형인 형상을 갖는다.

캡슐 벽(3)은 상이한 재료로 제조될 수 있다. 그들은 알루미늄, 알루미늄/플라스틱 복합재, 또는 알루미늄/플라스틱/종이 복합재로 제조될 수 있다. 그들은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 강성 또는 반강성 열가소성 물질로 제조될 수 있다. 플라스틱은 단층 또는 다층 형태일 수 있다. 캡슐 몸체는, 예를 들어, 또한, 코팅된 종이, 코팅된 판지, 셀룰로오스 섬유를 함유하는 다른 재료, 또는 예를 들어 전분, 금속 또는 합금, 유리, 합성 또는 천연 고무 또는 탄성중합체, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 적합한 유형의 불투과성 재료로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 재료는, 바람직하게는 적어도 수분 및 산소에 대해 차단 특성을 갖는, 비용 효율적이고 생태학적인 재료, 예컨대, 생분해성 재료로부터 선택될 것이다.

사용되는 재료에 따라, 제조 공정은 열성형 또는 사출일 수 있다. 그는, 또한, 예를 들어 수분 및 산소 차단 특성을 갖는 필름 라벨을 사용함으로써 캡슐에 특정 차단 특성을 제공하기 위해, 인몰드 라벨링(in-mould labelling)을 수반할 수 있다. 캡슐을 제조하기 위한 그러한 인몰드 라벨링 공정은, 대체적으로, 본 출원인의 유럽 특허 공보 EP 2559636 A1호에 기재되어 있다. 용기 벽의 수분 및 산소 차단 특성은 단일 또는 다수의 층을 갖는 열가소성 차단 필름, 또는 알루미늄, 또는 종이, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 종류의 적합한 재료로 달성될 수 있다. 캡슐 몸체 벽(3)은 상부 개구 및 하부 개구를 포함한다.

캡슐 몸체의 상부 개구는 상부 면(5)을 형성하는 상부 주입 벽(4)에 의해 폐쇄된다. 상부 주입 벽(4)은 캡슐 몸체 벽(3)의 상부 주연부 에지(6) 상에 용접될 수 있다.

캡슐(1)은 분배 개구(8)를 갖는 저부 벽(7)을 추가로 포함한다. 그는, 예를 들어 알루미늄으로 제조되는 천공가능 멤브레인(9)을 추가로 포함한다. 멤브레인(9)은, 바람직하게는, 알루미늄 포일 및 적어도 중합체 층을 포함하는 라미네이트 구조물로 제조된다. 더 구체적으로, 멤브레인(9)은 알루미늄 포일을 (예를 들어 플라스틱으로 제조된) 캡슐의 몸체에 체결하는 것을 가능하게 하는 밀봉 층을 포함할 수 있다. 선택적으로, 캡슐 내측에 함유된 성분의 침습성 분말 입자에 의해 야기되는 알루미늄 포일의 손상을 방지하기 위해 보호 래커의 상부 층이 제공될 수 있다. 멤브레인(9)은 캡슐 몸체(2)에 체결된다. 따라서, 몸체 벽(3), 주입 벽(4), 및 멤브레인(9)에 의해 경계설정되는 챔버(10)가 몸체(2) 내에 형성된다.

멤브레인(9)은 접착 시일 밴드(11)에 의해 몸체(2)에 체결된다. 접착 시일 밴드(11)는 몸체(2)와 멤브레인(9) 사이의 밀봉을 제공한다.

더 구체적으로, 챔버(10)는 그의 저부 단부에서 멤브레인(9)에 의해 폐쇄되고, 챔버(10)의 저부 단부는 상기 멤브레인(9)에 의해 폐쇄되는 개구를 포함한다. 챔버(10)의 저부 단부에 있는 개구는 림(12)에 의해 둘러싸인다. 림(12)은 캡슐의 상부 면(5)에 평행한 평면 내에서 연장되고, 멤브레인(9)을 체결하기 위한 평평한 표면을 제공한다. 접착 시일 밴드(11)는 상기 림(12)과 멤브레인(9)의 주연부 사이에 개재된다.

나타낸 예시적인 실시예의 캡슐(1)은 상기 주입 벽(4)과 캡슐 하부 격실(14) 사이에 위치되는 강성 분배기 벽(13)을 추가로 포함한다.

바람직하게는, 캡슐 내에 함유된 성분은 내부 격실(14) 내에, 즉 분배기 벽(13)과 저부 멤브레인(9) 사이에 있는 캡슐 챔버(10)의 부분 내에 위치된다.

그러나, 챔버(10)의 전체 부피 전체에 걸쳐 동일한 성분을 배치하는 것이 또한 가능하거나, 또는 대안적으로, 2가지 상이한 성분이 분배기 벽(13)에 의해 서로 분리될 수 있다.

분배기 벽(13)은 관통 구멍을 포함한다. 그들의 직경은 캡슐 내에 함유된 성분의 유형 및 대응하는 제품 제조 유형에 따라 적절히 선택된다. 분배기 벽이 단일 구멍을 포함하는 경우, 상기 구멍을 통한 유체의 유동은 강력한 혼합 효과를 갖는 단일 제트를 생성할 것이다. 이러한 구성은, 바람직하게는, 캡슐에 함유된 성분이 가용성 분말인 경우에 선택되는데, 이는, 분말과 물의 용해를 개선하기 위해, 내부에 주입된 물의 강력한 소용돌이 운동을 필요로 한다. 대안적으로, 예를 들어 캡슐 격실 내에 함유된 성분이 분쇄된 로스팅된 커피인 경우, 분배기 벽(13)은 그의 표면에 걸쳐 균일하게 분포되는 복수의 구멍을 포함하여, 캡슐의 분배기 벽(29)과 저부 벽(32) 사이에 함유된 커피 베드의 적절한 습윤을 보장한다.

구멍의 직경은, 바람직하게는, 성분의 최소 입자보다 작지만, 강성 분배기 벽(13)을 통한 물의 적절한 유동을 보장하기에는 충분하다. 직경은, 예를 들어, 전형적으로는 10 마이크로미터와 3 mm 사이에, 바람직하게는 100 마이크로미터와 1 mm 사이에 포함될 수 있다.

멤브레인(9)과 저부 벽(7) 사이에, 개방 수단(15)이 제공된다. 개방 수단(15)은 플레이트의 대체적인 형상을 가지며, 상기 플레이트의 상부 면은 멤브레인(9)을 향하고, 멤브레인(9) 부근에서 캡슐 몸체(2) 내측에 배치된다. 개방 수단의 플레이트의 상부 면은, 캡슐 격실 내측의 유체 압력이 증가하여, 그에 따라 멤브레인을 개방 수단(15)과 맞물리게 하고, 상기 멤브레인을 상기 개방 수단에 대해 가압할 때, 멤브레인(9)을 천공하거나 인열시키도록 적응되는 날카로운 요소를 형성한다.

도 2는 도 1과 유사한 도면으로 도시된, 본 발명에 따른 캡슐의 예시적인 실시예를 나타낸다.

도 2의 캡슐의 전반적인 구성은, 멤브레인(9)을 제외하고는, 도 1의 캡슐의 전반적인 구성과 동일하다. 따라서, 도 1의 캡슐의 위의 상세한 설명은, 하기의 차이점을 갖고서, 도 2의 캡슐에 적용가능하다.

도 1의 종래 기술의 캡슐의 멤브레인(9)은, 통상적으로, 챔버(10)의 저부 단부에 있는 개구를 덮도록 그리고 그가 멤브레인(9)과 림(12) 사이에 시일을 형성하는 접착 시일 밴드(예컨대, 열 시일 래커로 제조됨)와 같은 체결 수단에 의해 체결되는 림(12) 상에 놓이도록 정확한 치수로 절단된 평평한 알루미늄 포일(또는 적응된 재료의 포일)로 제조된다. 멤브레인(9)이 챔버의 내측과 외측 사이의 압력 차이를 받지 않을 때, 그는 실질적으로 평평하다.

본 발명에 따르면 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 시일에 의해 둘러싸인 멤브레인의 부분은 상기 시일에 의해 둘러싸인 평평한 표면의 면적의 110%와 140% 사이에 포함되는 전개 표면적을 갖는다. 바꾸어 말하면, 체결 수단에 의해 둘러싸인 멤브레인의 부분은 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 평평한 멤브레인의 대응하는 표면적보다 10% 내지 40% 더 큰 표면적을 갖는다. 이는 체결 수단에 의해 둘러싸인 멤브레인(9)의 부분이 평평할 수 없다는 것을 암시한다. 접착 시일 밴드(11)에 의해 형성된 시일이 실질적으로 원형인 경우, 멤브레인(9)의 이러한 부분은 돔의 형상을 가질 수 있다.

종래 기술에서와 같이, 멤브레인(9)은 평평한 알루미늄(또는 다른 적응된 재료) 포일로 얻어질 수 있다. 예를 들어, 멤브레인이 체결되는 림(12)이 원형인 경우, 림(12)의 직경보다 큰 직경의 원형 멤브레인(9)이 사용될 수 있다. 따라서, 멤브레인(9)의 주연부는 개구를 둘러싸는 림(12)의 주연부보다 큰 길이를 갖는다. 멤브레인 주연부의 초과 길이는 림(12)의 주연부를 따라 균일하게 분포될 수 있다. 특히, 작은 절첩부가 멤브레인(9)의 주연부에서 형성되어, 멤브레인(9)을 더 작은 주연부를 갖는 림(12) 상에 배열할 수 있다.

체결 수단으로서 열 시일 래커와 같은 접착 시일 밴드를 사용함에 의해, 멤브레인(9)의 주연부에서의 절첩부에 의해 야기되는 표면 불규칙부에도 불구하고 유밀 시일이 제공될 수 있다.

도 4a 내지 도 5d를 참조하여 이하에서 설명되는 바와 같이, 종래 기술에 따른 캡슐과 비교한 멤브레인의 더 큰 표면적은, 멤브레인(9)이 개방 수단(15)과 정확하게 맞물리고, 식품 또는 음료 제조를 위한 유체가 챔버(10) 내로 주입되는 경우 대기압보다 높은 압력이 챔버(10) 내에 확립될 때 개방 수단에 순응하는 데 도움을 줄 것이다.

도 3은 도 1의 캡슐에 사용되는 개방 수단에 대응하는 개방 수단(15)의 예시적인 실시예의 상세 사시도이다. 개방 수단(15)의 상부 면은 도 2에 도시되어 있다. 이러한 실시예에 따르면, 멤브레인(9)을 개방하기 위한 개방 수단(15)은, 함몰되고 융기된 요소들(16)을 갖는 디스크로 구성된다. 함몰되고 융기된 요소(16)는 피라미드 형상(더 정확하게는 약간 절두 피라미드형인 형상)을 갖는다. 다른 실시예에서, 함몰되고 융기된 요소는 원추 형상과 같은, 멤브레인을 개방하도록 적응된 임의의 다른 기하학적 형상을 갖는다. 또한, 더 작은 융기 요소(17)가 피라미드형 융기 요소들(16) 사이의 공간(18) 내에 배열된다.

플레이트는, 멤브레인(9)이 개방될 때 격실(14) 내측의, 용해 또는 추출에 의해 형성된 제품이 소비자의 컵을 향해 밖으로 나가게 하기 위해, 바람직하게는 피라미드형 융기 요소들(16) 사이의 공간 (18) 내에(예컨대, 상기 더 작은 융기 요소의 상부에) 형성되는 구멍을 포함한다.

멤브레인이 개방 수단의 상부 면과 맞물리고 그에 대해 가압됨에 따라, 멤브레인은, 또한, 제조된 음료에 대한 필터 기능을 갖는다.

멤브레인은 개방 수단과 정확하게 맞물려야 하고, 특히, 그는, 멤브레인의 표면에 걸쳐 균일하게 분포되는 구멍 또는 인열부와 같은 규칙적인 개구를 재현가능한 방식으로 제공하기 위해, 그리고, 또한, 성분의 입자가 식품 또는 음료 제품과 함께 전달되는 것을 회피하기 위한 필터 기능을 제공하기 위해, 피라미드 표면(또는 다른 개방 요소의 표면)에 순응하도록 변형되고 신장되어야 한다. 멤브레인 개구의 재현성을 향상시키기 위해, 멤브레인은 사전약화된 스폿을 포함할 수 있다. 사전약화된 스폿은, 유리하게는, 멤브레인이 상기 개방 수단과 맞물릴 때 개방 수단의 융기 요소와 정합하도록 배치될 수 있다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 식품 또는 음료 제품이 생성될 때의 종래 기술에 따른 캡슐의 멤브레인의 거동을 예시한다.

도 4a는 챔버(10) 내측에 유체를 주입하기 전의, 식품 또는 음료 제조용 캡슐의 저부 단부 부분을 나타낸다. 멤브레인(9)은, 접착 시일 밴드(11)에 의해, 몸체(2)의 벽(3)에 의해 형성된 림(12)에 체결된다. 압력이 캡슐의 내부(챔버(10))와 캡슐의 외부 사이에서 균형을 이룸에 따라, 압력 차이로 인한 어떠한 힘도 멤브레인(9)에 인가되지 않는다. 이러한 상태에서, 멤브레인(9)의 외부 표면(챔버(10) 외측에 있는 멤브레인의 면)은 상기 개방 수단(15)의 상부 면 부근에서 개방 수단(15)을 향한다.

도 4b에서, 유체, 전형적으로 물 및/또는 수증기가 캡슐 몸체(2) 내에 형성된 챔버(10) 내로 압력(즉, 대기압 초과) 하에서 도입된다. 압력은 챔버(10) 내측에서 상승한다. 압력은 몸체 벽(3)에 그리고 멤브레인(10)에 인가된다. 더 구체적으로, 압력은 림(12)에 의해 둘러싸인 개구를 폐쇄하는 멤브레인(9)의 부분에 인가된다. 캡슐의 내부(챔버(10))와 캡슐의 외부, 특히 멤브레인(9) 아래 사이의 압력 차이는 림(12)에 의해 둘러싸인 개구를 폐쇄하는 멤브레인 표면 영역에 걸쳐 분포되는 힘을 생성한다. 이러한 힘은 챔버(10)의 내측으로부터 외측으로의 방향으로 멤브레인(9)을 밀어낸다. 멤브레인(9)은 개방 수단(15)과 맞물린다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 멤브레인이 알루미늄과 같은 경질 재료로 제조되기 때문에, 멤브레인(9)의 변형이 제한된다. 더 구체적으로, 멤브레인 표면적의 증가, 즉 멤브레인이 파열되기 전에 그가 연신되는 능력이 제한된다. 따라서, 멤브레인은 개방 수단의 융기 요소들 중 일부 융기 요소의 상부 부분에만 순응한다.

압력은 그가 이른바 개방 압력에 도달할 때까지 유체의 도입으로 챔버(10) 내에서 상승한다. 챔버 내측의 압력 상승에 따라, 챔버(10) 내측의 압력과 상기 챔버(10) 외측의 대기압 사이의 압력 차이에 의해 발생되는 힘에 의해 멤브레인이 개방 수단에 대해 가압된다. 개방 압력에 도달할 때, 멤브레인은, 멤브레인 상에 기계적 레버 효과를 생성하고, 그에 따라, 멤브레인 재료가 그의 기계적 파괴점에 도달하고 인열되거나 더 일반적으로는 파단될 때까지 멤브레인 재료 내에 기계적 응력을 생성하는 개방 수단(15)의 융기 요소(16)에 의해 도 3c에 도시된 바와 같이 개방(즉, 천공, 절단, 또는 인열)된다. 재료의 이러한 파단은, 제품이 캡슐 내측으로부터 외측을 향해 유동하도록 허용하기 위해, 캡슐의 내측과 외측 사이에 통로가 생성되는 한, 반드시 멤브레인의 대체적인 평면에 수직인 평면 내에 있을 필요는 없고, 또한 임의의 다른 방향일 수 있으며, 반드시 재료의 전체 두께 전체에 걸쳐 이루어지지는 않는다. 얻어진 식품 또는 음료 제품은 멤브레인(9) 및 개방 수단(15)을 통해 유동하여 분배 개구(8)에 의해 전달된다.

그러나, 융기 요소에 대한 멤브레인의 순응이 멤브레인이 개방되기 전에 제한되기 때문에, 멤브레인은 불규칙한 개구를 가질 수 있으며: 개구는 개방 수단과 접촉하는 멤브레인 표면 상에 불규칙하게 분포될 수 있고, 멤브레인은 그가 개방 수단에 순응하기 전에 파열될 수 있다(따라서, 압력이 강하되고, 음료가 원하지 않는 형상을 갖는 멤브레인의 개구를 통해 유동하게 할 수 있음). 멤브레인의 개방은, 또한, 캡슐마다 상이할 수 있다. 개방 수단과 협력하는 멤브레인(9)의 필터 기능은 캡슐마다 변할 수 있다. 격실(14) 내에(또는 일반적으로 말하면 챔버(10) 내에) 함유된 성분의 입자는 멤브레인 및 개방 수단을 통과할 수 있다. 커피 제조의 경우, 이는 불쾌한 맛 또는 질감을 갖는 커피로 이어질 수 있다.

캡슐마다의 멤브레인의 개방 및 그의 필터 기능의 불량한 재현성은 제조된 식품 또는 음료의 품질 또는 맛을 변화시킬 수 있는데, 그 이유는 음료 제조 동안의 챔버 내측의 압력이 캡슐마다 변할 수 있기 때문이고, 멤브레인 및 개방 수단의 필터 기능이 변경될 수 있기 때문이다.

비교로서, 도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 식품 또는 음료 제품이 생성될 때의 본 발명에 따른 캡슐의 멤브레인의 거동을 예시한다.

더 구체적으로, 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 캡슐의 2가지 대안적인 실시예를 도 4a와 유사한 도면으로 예시하고, 도 5c 및 도 5d는 고압이 캡슐 챔버 내측에 확립될 때의 본 발명에 따른(예컨대, 도 5a 및 도 5b의 실시예에 따른) 캡슐의 멤브레인의 거동을 도 4b 및 도 4c의 도면과 유사한 도면으로 예시한다.

도 5a는 챔버(10) 내로 유체를 주입하기 전의, 식품 또는 음료 제조용 캡슐의 저부 단부 부분을 나타낸다. 도 5a의 실시예는 도 2의 실시예에 대응한다. 멤브레인(9)은 접착 시일 밴드에 의해 둘러싸인 평평한 표면보다 큰 치수의(즉, 본 경우에, 챔버(10)의 저부 단부에 있는 개구보다 큰 치수의), 상기 접착 시일 밴드(11)에 의해 둘러싸인 부분을 갖는다. 멤브레인(9)은 상기 개구 위에 돔을 형성한다.

도 5a의 실시예와 비교하여, 도 5b의 실시예에서, 멤브레인은 초기 상태에서(식품 또는 음료 제품의 제조 전에) 절첩되어, 챔버(10)의 저부 단부에 있는 개구에 걸쳐 외관상 평평한 형상을 갖는다. 멤브레인의 절첩부는 결정된 또는 불규칙한 구성을 가질 수 있다. 멤브레인(9)의 외관상 평평한 형상은 챔버(10) 내측의 성분에 이용가능한 공간을 증가시킨다.

도 5c에서, 도 4b에서와 같이, 물 및/또는 수증기와 같은 유체가 캡슐 몸체(2) 내에 형성된 챔버(10) 내로 압력(즉, 대기압 초과) 하에서 도입된다. 압력은 챔버(10) 내측에서 상승한다. 압력은 몸체 벽(3)에 그리고 멤브레인(10)에 인가된다. 캡슐의 내부(챔버(10))와 캡슐의 외부, 특히 멤브레인(9) 아래 사이의 압력 차이는 림(12)에 의해 둘러싸인 개구를 폐쇄하는 멤브레인 표면에 걸쳐 분포되는 힘을 생성한다. 이러한 힘은 챔버(10)의 내측으로부터 외측으로의 방향으로 멤브레인(9)을 밀어낸다. 따라서, 멤브레인(9)은 개방 수단(15)과 맞물린다.

본 발명에 따른 캡슐에서의 멤브레인의 구성에 의해, 개방 수단의 융기 요소(17)의 형상에 대한 멤브레인의 순응을 위해(또는, 일반적으로 말하면, 개방 수단의 형상에 대한 멤브레인의 순응을 위해) 추가의 표면이 제공된다. 종래 기술의 캡슐의 멤브레인과 비교하여, 본 발명에 따른 캡슐의 멤브레인(9)은 피라미드형 융기 요소들(16) 사이의 공간(18) 내로 더 깊이 들어갈 수 있다. 그는 멤브레인을 향하는 개방 수단의 면의 표면의 더 큰 백분율을 덮는다. 예를 들어, 멤브레인(9)은 상기 멤브레인이 개방되기 전에 이러한 표면의 60% 초과, 및 바람직하게는 70% 초과의 커버리지(coverage)를 얻도록 치수설정될 수 있다.

본 발명에 따른 캡슐에 의해, 개방 수단의 형상에 대한 멤브레인의 순응은 멤브레인의 전체 표면에 걸쳐(또는, 더 정확하게는, 개방 수단을 향하는 멤브레인의 부분의 전체 표면에 걸쳐) 더 규칙적이다.

도 5d에 도시된 바와 같이, 압력은 그가 개방 압력에 도달할 때까지 유체의 도입으로 챔버(10) 내에서 상승한다. 멤브레인은 챔버(10) 내측의 압력과 상기 챔버(10) 외측의 대기압 사이의 압력 차이에 의해 발생되는 힘에 의해 개방 수단에 대해 가압된다. 개방 압력에 도달할 때, 멤브레인은 개방 수단(15)의 융기 요소(16)의 날카로운 설계에 의해 도 5c에 도시된 바와 같이 개방(즉, 천공, 절단, 또는 인열)된다. 얻어진 식품 또는 음료 제품은 멤브레인(9) 및 개방 수단(15)을 통해 유동하고, 성분의 너무 많은 입자가 분배 개구(8)에 의해 전달되는 제품 내에 존재하는 것을 회피하기 위해 이들 수단에 의해 정확하게 여과된다.

개방 수단의 형상에 대한 멤브레인의 더 양호한 순응에 의해, 개방 수단과 접촉하는 멤브레인의 전체 표면에 걸쳐 규칙적인 개구가 얻어질 수 있다. 나타낸 예시적인 실시예에서, 개방 후의 멤브레인은 각각의 피라미드형 개방 요소의 상부에 의해 형성된 균일하게 분포된 개구를 제공한다. 이는, 또한, 식품 또는 음료가 캡슐마다 제조될 때 챔버(10) 내측의 일정하고 그에 따라 더 예측가능한 압력을 가져온다. 멤브레인과 개방 수단 사이의 협력에 의해 효과적인 필터 기능이 제공된다. 마지막으로, 제품의 일정한 품질 및 맛이 제공된다.

본 명세서에 기술된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 다양한 변형 및 수정이 당업자에게는 명백할 것임이 이해되어야 한다. 그러한 변형 및 수정은 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 그리고 그의 부수적인 이점을 감소시키지 않고 이루어질 수 있다. 따라서, 그러한 변형 및 수정은 첨부된 청구범위에 의해 커버되는 것으로 의도된다.

Claims (14)

1. 식품 또는 음료 제조용 캡슐로서, 상기 캡슐(1)은:
   액체 및 공기에 대해 불투과성이고, 상기 캡슐 내측에 유체를 주입하기 위해 천공되도록 적응되는 중공 몸체(2);
   상기 몸체(2) 내측에 형성되고, 압력 하에서의 상기 유체 내로의 용해 또는 압력 하에서의 상기 유체에 의한 추출에 의해 식품 또는 음료를 제조하기 위한 성분을 함유하는 챔버(10);
   상기 챔버(10) 내의 압력을 유지시키기 위해 상기 몸체(2)에 체결되는 멤브레인(9) - 상기 멤브레인(9)의 적어도 일부는 상기 챔버(10)의 저부 단부 내에 형성된 개구를 덮고, 상기 개구는 상기 몸체(2)와 상기 멤브레인(9) 사이에 시일을 형성하는 체결 수단에 의해 상기 멤브레인(9)의 에지가 체결되는 림(rim)(12)에 의해 둘러싸임 -; 및
   상기 멤브레인(9) 부근에서 상기 챔버(10) 외측에 배치되는 개방 수단(15) - 상기 개방 수단(15)은 상기 멤브레인(9)이 개방 압력 하에서 상기 개방 수단(15)에 대해 가압될 때 상기 멤브레인(9)을 개방하도록 구성됨 - 을 포함하고,
   상기 시일에 의해 둘러싸인 상기 멤브레인(9)의 부분은 상기 시일에 의해 둘러싸인 평평한 표면의 면적의 110%와 140% 사이에 포함되는 전개 표면적(developed surface area)을 갖는 것을 특징으로 하는, 캡슐.
2. 제1항에 있어서, 상기 챔버(10)의 저부 단부 내에 형성된 상기 개구는 약 600 ㎟의 면적을 갖는 한편, 이 개구를 덮는 상기 멤브레인(9)의 부분은 660 ㎟ 초과 및 바람직하게는 750 ㎟ 초과의 전개 표면적을 갖는, 캡슐.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 체결 수단은 접착 시일 밴드를 포함하는, 캡슐.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인(9)은 상기 개구를 둘러싸는 상기 림(12)의 주연부보다 큰 길이의 주연부를 갖는 평평한 시트로부터 형성되고, 상기 개구 림(12)의 주연부의 길이와 비교하여 초과하는 상기 멤브레인(9)의 주연부의 길이는 상기 개구 림(12)의 상기 주연부를 따라 균일하게 분포되는, 캡슐.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버(10)의 저부 단부 내에 형성된 상기 개구는 실질적으로 원형이고, 상기 멤브레인(9)은 상기 챔버(10) 외측의 압력보다 큰 압력이 상기 챔버(10) 내에 확립될 때 상기 챔버(10)의 저부 단부 내에 형성된 상기 개구 위에 돔(dome)을 형성하는, 캡슐.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버(10)의 저부 단부 내에 형성된 상기 개구를 덮는 상기 멤브레인(9)의 부분은 상기 멤브레인(9)의 각각의 측부 상의 압력이 균형을 이룰 때 실질적으로 평평하도록 절첩부(fold)를 포함하고, 상기 멤브레인(9)은 상기 챔버(10) 내에 확립된 압력의 영향 하에서 적어도 부분적으로 절첩해제될 수 있는, 캡슐.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개방 수단(15)은 상기 멤브레인(9)을 향하는 상부 표면을 갖는 플레이트를 포함하고, 상기 상부 표면은 날카로운 융기 요소(16)를 형성하거나 보유하는, 캡슐.
8. 제7항에 있어서, 상기 융기 요소(16)는 피라미드 또는 절두 피라미드인, 캡슐.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 챔버(10)의 저부 단부 내에 형성된 상기 개구를 덮는 상기 멤브레인(9)의 부분은 상기 플레이트의 전개 표면적의 60% 초과의 표면적을 갖는, 캡슐.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인(9)은 알루미늄, 또는 알루미늄 포일 및 중합체 층을 포함하는 라미네이트 구조물로 제조되는, 캡슐.
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인(9)은 금속 덮개(covering)를 갖는 플라스틱으로 제조되는, 캡슐.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인은 사전약화된 스폿을 포함하는, 캡슐.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버(10)를 형성하는 재료는 알루미늄, 알루미늄/플라스틱 복합재, 알루미늄/플라스틱/종이 복합재, 및 단층 또는 다층 형태의 플라스틱 중 적어도 하나인, 캡슐.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버(10) 내에 함유된 상기 성분은 수증기 및/또는 액체 온수 내로 추출될 분쇄된 로스팅된 커피를 포함하거나, 또는 인스턴트 커피, 핫 초콜릿, 또는 수프 또는 온수 또는 냉수 또는 우유 내로 용해될 다른 탈수(dehydrated) 식용 제품과 같은 음료의 제조를 위한 가용성 성분 또는 가용성 성분들의 혼합물을 포함하는, 캡슐.

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