TW202136130A - 由鋁合金製成之用於製備飲料之膠囊 - Google Patents

Abstract

一種膠囊(1)，其經指定用於藉由飲料機器在注入液體至膠囊中時製備飲料，該膠囊包含杯形本體(10)及透過其施配飲料之閉合蓋(11)，該閉合蓋(11)係密封在該本體(10)上且在其等之間界定用於容納飲料製備成分(諸如，研磨咖啡)之內部容積。

膠囊(1)係由3xxx系列的鋁合金製成，且較佳的是由鋁合金3004或3104製成。

用於改善用於飲料製備之膠囊的永續性之用途。

Description

由鋁合金製成之用於製備飲料之膠囊

本發明係關於一種膠囊，其包含食品產品，諸如用於製備飲料的飲料製備成分。具體而言，本發明關於由金屬材料(諸如鋁)製成的膠囊。更具體而言，本發明係關於由金屬材料(諸如鋁)製成的單次使用膠囊。

本發明亦關於由特定金屬鋁材料製成的膠囊的用途，用於改良用於製備飲料之單次使用膠囊的永續性。

已知藉由使用在施配飲料機器中之含有咖啡的膠囊製備飲料，特別是咖啡飲品。該膠囊具有內部容積，研磨咖啡儲存在其中，且在當水引入內側時，在其中產生飲料或飲品。

此類膠囊(指定來用於在注入液體至膠囊中時製備飲料)包含杯形本體及透過其施配飲料之閉合蓋。

閉合蓋經密封在本體上，用於在其等之間界定用於容納飲料製備成分(諸如，研磨咖啡)之內部容積。

用於製備食品產品(諸如飲料)的膠囊在市場上廣為所知。通常，此等膠囊係單次使用且由鋁製成。更具體而言，此等膠囊 現在至多由鋁合金製成，其本身大部分主要由(初煉)鋁製成，其中添加小百分比的合金元素。

鋁膠囊的製造程序使用平坦、塗漆(lacquered)鋁箔，其使用深拉程序形成為膠囊的形狀。此製造程序為所屬技術領域中具有通常知識者所熟知。

即使在市場上存在數種類型的鋁膠囊，儘管形狀不同，此等膠囊全都使用一特定的鋁等級，合金8011A，如標準DIN EN 602：2004及DIN EN 573-3：2013中所定義。

此特定鋁合金允許成形性的良好性能(在製造程序期間容易形成膠囊)。關於在施配飲料機器中的膠囊之可穿孔性(容易將膠囊穿孔)而用於將液體注入至膠囊中，其亦是適當的。

合金8011A係相當純的鋁合金，其具有低量的合金元素。使用回收消費後之廢料源製造此類鋁合金是相當困難的，使得繼而相當難以使用此類回收源來製造鋁膠囊。

在大多數情況下，在使用之後所收集的膠囊與其他較不純的鋁廢料結合，且因此用於製造膠囊之合金8011A之回收鋁在市場上幾乎無法獲得。

實際上，一旦發生合金的混合，所得之材料實際上來說再也無法再轉換為目前製造膠囊所需之較純鋁合金，諸如8011A。

因此，本發明之一目的係提供一種改良的膠囊，其克服先前技術解決方案的缺點。

更具體而言，本發明旨在於藉由限制用於製造此類膠囊的材料量而以生態負責(eco-responsible)且永續性的方法提供膠囊。

此目的係藉由申請專利範圍獨立項來解決。申請專利範圍附屬項界定本發明之進一步較佳的實施例。

本發明關於一種膠囊，其經指定用於藉由飲料機器在注入液體至膠囊中時製備飲料，該膠囊包含杯形本體及透過其來施配飲料之閉合蓋，該閉合蓋係密封在該本體上且在其等之間界定用於容納飲料製備成分(諸如，研磨咖啡)之內部容積。

所提出的膠囊係由3xxx系列的鋁合金製成，且較佳的是由鋁合金3004或3104製成。

因此，藉由從目前的鋁合金8011A轉換至3xxx系列的鋁合金，膠囊的製造使用世界上廣泛使用的鋁合金，特別是用於飲料罐的合金3104。

由於此材料的改變，吾人針對飲料膠囊的生產而利用廣大的回收鋁市場，特別是來自飲料罐者。

另一個好處將在於，亦可能回收自相同飲料罐回收流中的用過膠囊所獲得的鋁，且使用現存廣大的鋁罐收集系統。

可執行現存鋁的收集系統及回收，前提是膠囊內容物(飲料成分)係與膠囊本體分離。

所有此等益處均會藉由減少其環境衝擊而改善鋁膠囊之永續性。

實際上，膠囊之本體具備側壁及透過其來引入液體之底部。

較佳地，鋁合金在本體之底部及側壁的厚度係包含在50微米至100微米之間，且較佳在60微米與90微米之間。

以有利的方式，鋁合金的厚度包含在90微米與100微米之間。

由於3xxx系列的鋁合金的較高強度，有可能將鋁減薄(downgauge)，從目前的膠囊本體的厚度之大約100微米減薄至小於95微米之較小厚度，且較佳地小於90微米。

因此，藉由在飲料機器中保持相同或較佳的性能，有可能使用較低的鋁量，而藉由在運輸期間減少損壞(如痕跡與凹痕)而且在產品運輸期間有較少膠囊本體或底部的變形。

這會減少膠囊的鋁材料消耗、成本及環境衝擊。

在實務上，閉合蓋的厚度包含在20微米與60微米之間。

增加強度的另一個優點在於，當減薄鋁時，不需要將波紋或凸條添加至膠囊本體以達成膠囊的足夠勁度。

即使沒有波紋或凸條，該膠囊在該施配飲料機器中的操作飲料期間具有足夠的勁度以耐抗萃取程序，且在運輸及配送成品的期間避免損壞。

在一個實施例中，本體之形狀為截頭圓錐狀，具有傾斜側壁及圓頂形狀底部。在所提出的實施例中，可保持目前標誌性的Nespresso^®膠囊設計。

在一實施例中，該本體包含凸緣，該閉合蓋係密封在凸緣上。

較佳地，閉合蓋係平坦的。

可因此保持熟知的膠囊截頭圓錐狀設計，而沒有在本體上之凸條或波紋。

在一實施例中，凸緣包含密封構件。

在一進一步的實施例中，密封構件係與凸緣一體形成。

實際上，膠囊的本體係例如藉由衝壓或拉伸而由獨特的鋁合金箔製成。

較佳地，膠囊係由回收鋁合金製成。

因此，不僅用於製造膠囊的鋁合金是可回收的，且亦可由回收的鋁合金製造膠囊。

改良了從膠囊製備飲料(且特別是咖啡飲品)的全球系統的永續性。

1:膠囊

10:本體

11:閉合蓋

21:嚙合部件

21a:密封表面

21b:密封表面

21c:密封表面

101:底部

102:側壁

103:凸緣/凸緣狀外緣

103a:環形表面

103b:環形表面/表面

103c:捲曲外部邊緣

104:專用表面/密封部件

104a:梯級

在以下參考圖式所載明的當前較佳實施例說明中，本發明之額外特徵及優點經描述且係顯而易見，圖式中：

〔圖1〕係根據本發明之第一實施例的膠囊的透視側視圖；

〔圖2〕係根據本發明之第二實施例的膠囊的側視圖；且

〔圖3A〕及〔圖3B〕係根據圖2之膠囊與飲料製備機器之嚙合部件協作、在彼此嚙合之前及之後的部分放大的截面側視圖。

在以下詳細說明中，參照隨附圖式。然而，詳細說明與圖式中描述的說明性實施例並非意味係限制性的。可利用其他實施例，且可進行其他變化，而不脫離本文所呈現之所請求標的之範圍。

將易於理解的是，本揭露的態樣(如本文中所大致上描述及圖式中所繪示)可經配置、經取代、組合、及指定成廣泛各式不同組態，所有組態都明確設想並成為本揭露的部分。

在圖式中，類似的符號及參考一般識別類似組件，除非上下文另有說明。

在本說明書之用法中，不應將字詞「包含(comprise/comprising)」、及類似字詞解釋成排他或詳盡列舉的意思。換言之，其意在代表「包括，但不限於」。

圖1繪示根據本發明之第一實施例之膠囊1。

膠囊1包含杯形本體10及閉合蓋11。

閉合蓋11密封於本體10上，使得膠囊完全閉合。

本體10與閉合蓋11形成內部容積，飲料製備成分(具體而言為咖啡)儲存在內部容積中。

本體10具有三維形狀。三維形狀應意指該本體「成形(formed)」，或換言之，該本體係非平坦的。本體10具有繞著垂直旋轉軸Y延伸的截頭圓錐形狀。本體10具有底部101及側壁102。側壁 102相對於垂直旋轉軸Y略微傾斜。該傾斜角度低於45°且較佳地低於30°。

最後，圖1中所呈現的膠囊具有截頭圓錐形狀，且呈現標誌性Nespresso^®膠囊設計。

在另一實施例中，側壁102可實質上垂直於底部101延伸。

此處，底部101為圓頂形狀。當然，底部101可為平坦的。

如所知，底部101可在飲料製備程序期間作為注入面，該注入面可藉由飲料製備機器之專用注入部件(刀、針)打開。

本體10包含環繞側壁102並形成凸緣103的周邊邊緣。

閉合蓋11係平坦的。換言之，閉合蓋11實質上在一個平面中延伸。閉合蓋11在與底部101相對之端處密封於凸緣103上。

閉合蓋11緊密地適配本體10，使得確保膠囊1的完全密封。膠囊1對液體及濕氣不滲透。較佳地，膠囊1亦對氣體不滲透。

可藉由(但不限於)熱密封或超音波密封而獲得本體10與閉合蓋11的接合。

此外，為了在萃取飲料期間在膠囊1與飲料製備機器之間獲得有效流體緊密度，已知連同密封構件在與閉合蓋相對的面上提供凸緣103。

在圖1的實施例中，凸緣103具備位於側壁102與凸緣103之間的周邊密封件(未呈現)。

周邊密封件係呈聚合密封件(諸如橡膠或聚矽氧環)之形式。

圖2、圖3A、及圖3B繪示根據本發明之另一實施例的膠囊。

以下比較所述之第一實施例，在此第二實施例中，膠囊1具有經強化的一體形成之密封部件，避免在凸緣103上使用橡膠或聚矽氧密封件。

如第一實施例，膠囊1包含杯形本體10。本體10包含底部101及側壁102。

如圖2所示，膠囊1進一步包含凸緣103，該凸緣較佳地經配置在與底部101相對之本體10的開放端處。凸緣103自本體10之側壁102徑向向外延伸。凸緣103較佳地橫向於膠囊1的垂直旋轉軸Y配置，且在其相對於本體10的末端處呈現捲曲外部邊緣103c。

在膠囊本體10之開放端處，可配置閉合蓋11。閉合蓋11較佳地連接至凸緣103。如圖3A及圖3B所呈現，閉合蓋11較佳地連接至凸緣103之至少一下環形表面103b，該表面103b被導向遠離膠囊本體10。

替代地，可將閉合蓋11連接至本體10，或連接至本體10及凸緣103兩者。

凸緣103包含一體地形成之密封部件104，該密封部件經配置在凸緣103之上環形表面103a處。環形表面103a經配置成相 對於閉合蓋11連接至其之表面103b。因此，環形表面103a背對膠囊1的本體10的開放端。

密封部件104經定位在膠囊本體10與凸緣103之間。其包含專用表面104，該專用表面位於本體10之側壁102與凸緣103之間的接面處。

在此實施例中，專用表面104包含從側壁102延伸於凸緣103上方的梯級104a，梯級104a實質上平行於凸緣方向。梯級104a係與凸緣103及本體10一體地形成。此意指其由與凸緣狀外緣103及本體10相同的材料所形成。

在此實施例中，杯形本體10、凸緣103、及密封部件104係一體地形成，即藉由由相同材料製成之一個單一件。據此，可藉由習知的形成程序由相同材料製造杯形本體10、凸緣103、及密封部件104。具體而言，本體10、凸緣103、及一體地形成的密封部件104可在深拉程序中形成。深拉程序可能需要多於一個深拉步驟，以適當地從一平坦材料片(較佳地係金屬片材)形成膠囊之本體及密封部件。

如在圖3A及圖3B中可見，梯級104a經配置以與飲料製備機器的膠囊嚙合部件21的密封表面21a嚙合(未呈現整個機器，在圖3A及圖3B中僅可見嚙合21的一部分)。

如所知，一飲料製備機器經設計以將經加熱及/或加壓的液體提供至該膠囊中，用於在該液體與容納在該膠囊內之成分交互作用之後製備一飲料。

該飲料製備機器較佳地包含一泵、加熱及/或冷卻構件、一液體供應器(諸如一水槽及/或一飲料沖煮室)，用於選擇性地接收一膠囊以自該膠囊製備一飲料。

該沖煮室包含一膠囊嚙合部件，該膠囊嚙合部件經設計以在一膠囊若提供/引入至該機器中時容納該膠囊，且具體來說容納該膠囊本體。

在萃取程序期間，如圖3A及圖3b中所呈現的飲料製備機器的嚙合部件21與膠囊1嚙合。嚙合部件21較佳地包含用於在其中接收膠囊本體10的基本上中空的鐘形嚙合部件。當將膠囊1置於飲料製備機器中時，嚙合部件21將藉由專用閉合力降低至膠囊1上。

嚙合部件21包含一密封輪廓，其呈現數個密封表面21a、21b、及21c。密封表面係位於嚙合部件21之內部部分上，在嚙合部件21與膠囊1接觸之一部分上。例如，密封表面可呈環形下表面之形式，該環形下表面具有圓化的內部及外部周向邊緣，一平坦表面在使用時係平行於膠囊1的側壁102。

圖3A及3B呈現飲料製備機器之密封部件104及嚙合部件21在彼此嚙合之前及期間之實施例之部分放大截面側視圖。

具體地，當嚙合部件21藉由閉合力而自圖3A中所示之位置下降至密封部件104上時，環形密封表面21a與梯級104a嚙合。

由於在密封部件104上施加在嚙合部件21與密封部件104之間的重疊區域中的力，密封部件104的梯級104a在該嚙合期間進行塑性變形。

塑性變形係歸因於下列所施加之力：

- 在該咖啡機器透過該嚙合部件21閉合時，藉由夾持系統施加；及

- 在萃取程序期間，藉由水壓透過嚙合部件21施加在膠囊上。

然後，梯級104a緊密適形於嚙合部件21之密封表面21a、21b、21c，使得在萃取程序期間，凸緣103之表面適形於重疊部分上的密封輪廓(具有密封表面21a、21b、及21c)的形狀。

圖3B顯示在使用期間發生的密封表面21a、21b、21c與凸緣103之間的此緊密適形，其中梯級104a及凸緣103經變形，導致適形於密封部件21的結構。

適形於密封部件21的此結構在膠囊1與飲料製備機器之間產生有效的流體緊密度。

因為經變形的凸緣103適形於對應於密封表面21a、21b、21c的形狀，膠囊凸緣103與嚙合部件21之間的密封增加。

因此，當用於飲料製備機器中時，密封部件104經塑性變形，使得膠囊1包含凸緣103，該凸緣具有對應於膠囊嚙合部件21之密封輪廓的形狀的新輪廓。新輪廓在凸緣103與嚙合部件21的密封部件之間產生有效的緊密度。

根據此第二實施例之膠囊實現由一單一整合件製成的有效、可靠、且耐受的一密封結構，且因此省略任何額外材料(諸如橡膠)。

當然，可設想膠囊的其他實施例。

此膠囊及飲料製備機器整合至其中之系統係如以下操作，用於製備一杯飲料，例如咖啡。將膠囊1置於飲料製備機器中，且當飲料製備機器閉合時，膠囊嚙合部件21與膠囊1接觸。膠囊在其底部101上藉由刺穿構件(注入針或刀片或刀，未呈現)刺穿，以用於建立在壓力下的諸如水之流體(熱或冷)透過底部101進入膠囊1之入口。水潤濕儲存在膠囊內部的咖啡並萃取所欲物質以形成咖啡飲料。

在壓力下的水供應至膠囊期間，壓力升高導致閉合蓋11破裂(例如透過將閉合蓋11壓在一些蓋體刺穿構件上)，而咖啡飲料藉由將咖啡飲料自膠囊排出而遞送至杯子。因此，透過閉合蓋11施配飲料。

提供於該膠囊中的該等飲料製備成分較佳地係選自由下列所組成之群組：烘焙研磨咖啡、茶、即溶咖啡、烘焙研磨咖啡與即溶咖啡的一混合物、一漿料濃縮物、一水果萃取物濃縮物、一巧克力產品、一基於奶的產品、或任何其他脫水的可食用物質(諸如脫水存料)。用於飲料製備的液體較佳地係任何溫度的水。

本發明尋求提供用於如上文所述之飲料成分的膠囊，該膠囊可回收且可由回收材料製成。

因此，膠囊係根據標準DIN EN 573-3由3xxx系列的鋁合金製成。

較佳地，整個膠囊(即為本體10與閉合蓋11)係由鋁合金3004或3104製成。

例如，本體10係由獨特的鋁合金箔製成，且閉合蓋11係由與用於生產膠囊1之本體10的相同材料所製成。

根據標準DIN EN 573-3，3xxx系列的鋁合金是具有錳作為主要合金元素之合金。

較佳地，膠囊由廣泛用於製造飲料罐之鋁合金3104製成。

鋁合金3104係用於飲料罐之本體，例如，用於啤酒及軟性飲料。

由於常見鋁合金(如用於飲料罐)的使用，以回收鋁作為生產膠囊的來源是可行的。

因此，膠囊(本體及閉合蓋)可由回收鋁合金製成。

此外，其亦允許從與用於飲料罐的相同流中之用過膠囊回收鋁。

因此，使用後的膠囊可透過相同金屬產品收集系統收集，且以與針對飲料罐所執行者相同的方式分類且回收，前提是飲料成分(例如咖啡)首先與膠囊分離。

此外，鋁合金3104具有比合金8011A更高的強度。

因此，減小用於生產膠囊之鋁合金的厚度係可能的，其低於以合金8011A所製造之標準膠囊的100微米的一般厚度。

即使有此減薄，該膠囊在飲料製備機器中使用期間及在膠囊的運輸及配送期間具有足夠的勁度以具有良好的機械性能。

對於此最後一個顧慮，已執行比較性測試以驗證在運輸期間之產品耐抗性。

該膠囊之耐抗性可針對對應於一消費單位的單一封裝單元(例如，具有10個對齊膠囊的套筒)運輸及包含數個單一封裝單元的組合箱(例如，用於在托板上運輸)運輸兩者進行測試。

例如，一個常見的測試係模擬郵局運輸的落下測試。該落下測試係由以下組成：使單一封裝單元自預定高度及依據不同的定向墜落數次；及檢測該等膠囊在墜落後的形狀的損壞。

預定高度可包含在例如600mm與800mm之間。

使用標準膠囊及新膠囊之比較性落下測試係如下執行：

標準膠囊：利用鋁合金8011A，厚度為100微米。

新膠囊：利用鋁合金3104，厚度為90微米。

使具有10個標準膠囊的一個套筒及具有10個新膠囊的一個套筒落下7次，而落下高度為610mm，而在連續的7次落下之間不打開或修整套筒。

針對各次落下，在使套筒自預定高度落下地面上之前，選擇不同的套筒定向：一特定面(套筒之側向面、套筒之端部面)、或一特定隅角或一特定邊緣經定向成面向地面。

相同的連續落下對具有10個標準膠囊之套筒及具有10個新膠囊之套筒進行。

在連續落下之後，自各套筒移除膠囊，且驗證各膠囊之底部及側壁的損壞。

可將損壞分成3種類別：

- 無損壞

- 低損壞(小於3mm的變形)

- 高損壞(大於3mm的變形)

結果如下：

因此，特別是關於膠囊壁的損壞，相較於具有100微米厚度之利用鋁合金8011A的標準膠囊，甚至具有限於90微米的厚度之利用鋁合金3104的新膠囊較不易遭受在套筒中的運輸損壞。

較佳地，膠囊1之本體10之側壁102及底部101的鋁合金厚度可包含在50微米至95微米之間，且較佳在60微米與90微米之間。

最佳的是，鋁合金具有介於90與100微米之間的厚度。

此外，鋁合金係由漆覆蓋，其在膠囊的本體上形成一外部層。漆之厚度係包含在5微米與15微米之間。

亦利用鋁合金3104製造閉合蓋11，且該閉合蓋包含在20微米至60微米之間的厚度。

此外，新膠囊在飲料製備機器中萃取期間的機械性能係與利用鋁合金8011A所製造之標準膠囊相同或甚至更佳。

由於勁性增加，新膠囊需要比利用鋁合金8011A製造之標準膠囊更多的力來塑性變形。

以下吾人給出用於使膠囊底部變形所需之壓縮力的比較例。

因此，當新膠囊的底部被飲料機的刀刺穿，相較於該標準膠囊，該等孔周圍由該等刀所造成之底部之變形減少。

其他事項相等，接著維持膠囊高度，且可將刀引入更深地穿過底部至膠囊中：由刀所刺穿之孔可更大，促進在飲料之萃取期間將水引入至膠囊中。

因此，使用3xxx系列(諸如3004或3014)的鋁合金允許維持膠囊勁度，且因此甚至在減薄之後維持膠囊的形狀及設計，而無需在膠囊表面上引入波紋。

該膠囊可保持截頭圓錐形狀，其具有圓頂形狀底部及傾斜的平滑側壁，而沒有波紋或凸條。

因此，目前膠囊的影像及設計可維持不變，而在本體側壁或底部上沒有凸條或波紋。

應理解，對本文所述的目前較佳實施例的各種變更及修改將為所屬技術領域中具有通常知識者明顯易懂的。可在不偏離本發明的精神與範疇且不減損其伴隨之優點的情況下進行此種變更及修改。因此此種變更及修改並不脫離隨附請求項的規範。

1:膠囊

10:本體

11:閉合蓋

101:底部

102:側壁

103:凸緣/凸緣狀外緣

Claims (13)

1. 一種膠囊，其經指定用於藉由一飲料機器在注入液體至該膠囊中時製備一飲料，該膠囊(1)包含一杯形本體(10)及透過其來施配該飲料之一閉合蓋(11)，該閉合蓋(11)被密封在該本體(10)上，且在其等之間界定用於容納諸如研磨咖啡之飲料製備成分的一內部容積，其特徵在於該膠囊(1)係由3xxx系列之一鋁合金製成，且較佳地係由鋁合金3004或3104製成。
2. 如請求項1之膠囊，其中該膠囊之該本體(10)具備一側壁(102)及透過其引入液體之一底部(101)，該本體(10)之該底部(101)與該側壁(102)的該鋁合金的該厚度係包含在50微米至100微米之間，且較佳的是介於60微米與90微米之間。
3. 如請求項2之膠囊，其中該鋁合金的該厚度係包含在90微米與100微米之間。
4. 如請求項1至3中任一項之膠囊，其中該閉合蓋(11)之該厚度係包含在20微米與60微米之間。
5. 如請求項1至4中任一項之膠囊，其中該本體(10)之該形狀為截頭圓錐形，其具有一傾斜的側壁(102)及一圓頂形狀底部(101)。
6. 如請求項1至5中任一項之膠囊，其中該本體(10)包含一凸緣 (103)，該閉合蓋(11)係密封在該凸緣(103)上。
7. 如請求項6之膠囊，其中該凸緣包含密封構件。
8. 如請求項6或7中任一項之膠囊，其中該密封構件係由位於該側壁(102)與該凸緣(103)之間的呈一聚合密封件之形式之一周邊密封件製成。
9. 如請求項6或7中任一項之膠囊，其中該凸緣(103)包含一體成形之密封構件(104)。
10. 如請求項1至9中任一項之膠囊，其中該閉合蓋(11)係平坦的。
11. 如請求項1至10中任一項之膠囊，其中該本體(10)係由一獨特的鋁合金箔製成。
12. 如請求項1至11中任一項之膠囊，其中該膠囊(11)係由一回收鋁合金製成。
13. 一種如請求項1至12中任一項之膠囊的用途，其用於改善用於飲料製備之單次使用膠囊的永續性。

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