JP3892398B2 - カプセルから飲料を準備する装置の水注入器 - Google Patents

Description

本発明は、抽出可能な製品を含むカプセルから飲料を準備する装置の加圧水注入器に関する。

従来から、コーヒー飲料を準備するために、コーヒー豆を挽いた後の一回分のコーヒーを含むカプセルを利用する「エスプレッソ」コーヒーマシンが知られている。

これらの装置では、カプセルホルダにより装置のハウジングキャビティに取り付けられたカプセル内に、加圧下で液体が注入され、カプセルホルダの出口でコーヒー飲料が収集される。

これらのコーヒーマシンは、一般に、水を供給するポンプと、水を加熱する加熱システムと、水をカプセル内に注入する注入器とを含む。

使用中、ハンドルが設けられたカプセルホルダ内にカプセルが配置され、コーヒーマシンのハウジングにカプセルを配置できるように、ハンドルに回転運動を加えることにより、差込接続システムを介してコーヒーマシンにカプセルホルダがロックされる。

このロック動作中、カプセルの上側は、突出注入ノズルにより穿孔され、カートリッジの底部は、圧力がかかると、カプセルホルダの底部に位置する突出部材により穿孔される。

その後、注入器によりカプセル内に加圧下で水が注入され、抽出されたコーヒーは、カプセルホルダの下に位置するカップに収集される。

このタイプのコーヒーマシンにおいて、注入ノズルから出る熱水の圧力は、差込接続システムを介してコーヒーマシンにカプセルホルダをロックするとき、完全な水密状態が確立されるように、１６バールに到達することができ、これは、カプセルホルダのハンドルを回転させてきつく締めている間、ハンドルに大きな力がかかることになる。

ハンドルにこのような力がかかることで、一般に、コーヒーマシン全体が回転するため、空いた手でコーヒーマシンを押さえつける必要がある。さらに、このタイプのシステムで、カプセルの装填および除去動作を自動化することは困難である。

さらに、必要とされる力がないユーザや、手に障害があるユーザは、このようなロック動作を行うことが困難な場合がある。

本発明の目的は、カプセルホルダのハンドルを手動で回転させて、カプセルホルダをコーヒーマシンにロックする必要がない水注入器を提供することにより、これらの問題を解消することである。

この装置は、水供給導管に接続された注入ヘッドを含む水注入器と、注入ヘッドの下方に位置するカプセルホルダの方へ注入ヘッドを変位するための液圧システムと、を備え、この液圧システムは、ロック制御弁を介してポンプへ相互接続され注入ヘッドへの供給をも行うピストン水導管に接続される。

注入ヘッドに接続された水供給導管は、所定の圧力、たとえば、約４バールの圧力で動作するように較正された弁を介してポンプに相互接続されることが好ましい。

水供給導管は、飲料抽出サイクルの最後で抽出ヘッドの圧力を解放できるように、放出弁を介して放出導管に接続することができる。

ロック制御弁は、液圧システムにおいて、圧力を解放し水を放出できるように、ピストン水導管が戻り導管に接続された位置を含むことが好ましい。

液圧システムは、本体と、ピストン水導管に接続された水密空間を囲む環状シールが設けられたピストンと、を含むことができる。

ピストンとシールの形状とサイズは、ピストンが本体において傾斜位置にあるとき、水密性が破壊され、ひいては液圧システムの圧力が解放されるものであることが好ましい。

注入ヘッドは、シャワーヘッドのように、水をカプセル内に注入するために、下面全体に配設された複数の穿孔注入スパイクを含む。

注入ヘッドの全体的な形状は、ピストンと当接するように、液圧システムの本体内で滑動可能に設けることができる直径をもつディスク形状であり、注入ヘッドと本体との間の半径方向の隙間は、注入ヘッドが、ピストンの水密性を破壊することができる角度に傾斜された位置を占めることができるものである。

注入ヘッドのプレートには、供給導管を接続するためのコネクタ部分の間に延在する通路と、プレートの上方にあり、注入水を供給するための複数の穿孔注入スパイクが設けられた空間とを設けることができる。

注入ヘッドは、戻りばねが取り付けられた取付け手段を含み、戻りばねを他端で水注入器の支持フレームに固定し、ピストンおよび注入ヘッドをスタンバイ位置に戻すことができる。

本発明の他の特徴、目的、および利点は、添付の図面に示した例示的で非制限的な実施形態の以下の記載からさらに明らかになるであろう。

図１を参照すると、カプセル２から飲料１を準備するための装置が、水注入器３と、カプセルを収容し、それを水注入器の下方に位置させるカプセルホルダ４と、給水ポンプ５と、水タンクなどの水供給源６と、ヒータ７と、水注入器３の下方に位置する、カプセルホルダ４の回収タンク８とを含む。

注入器３は、供給導管９を介してポンプ５に相互接続される。供給導管９は、ヒータ７と弁１０とを通り、供給システムにおいて所定の圧力閾値に達成するときのみ、注入ヘッド３に注入水が供給されるように、弁１０は、所定の圧力、例えば、約４バールで動作するように較正される。さらに、注入ヘッド３は、ピストン水導管１１を通ってロック制御弁１２、例えば、電磁弁を経由してポンプ５に接続され、ロック制御弁１２により、ピストン水導管１１をポンプ５の放出管２３に相互接続するか、第２の位置において、水タンク６へと続く戻り管１３に相互接続することができる。ポンプ５は、流量計１５を経由して水供給管１４により水タンク６に相互接続され、流量計１５により、飲料を準備するための注入される水の量を自動的に調節することができる。

較正された弁１０の下流で、注入水供給管９は、回収タンク８に延びる放出管１６に接続される。放出管１６は、注入水用の放出弁１７を通って延び、放出弁１７は、例えば、２つの位置、すなわち、１つが開位置であり、もう１つが閉位置である位置を占める電磁弁である。

水注入器３は、取外し可能な注入ヘッド１８と、カプセル２の方へ注入ヘッドを変位させる液圧システムとを含む。図示した実施形態において、液圧システムは、注入器の本体２０において滑動するピストン１９を含む。ピストン１９には、ピストンと本体との間の空間２２を密封するように、シール２１が設けられており、ピストン水導管１１を経由して水を注入することで、ピストン１９を変位させる。注入ヘッド１８は、ピストン１９に隣接しているため、カプセルの方へ移動するピストンにより押圧される。

以下、図１から図４を参照しながら、飲料を準備するための装置により実行される動作について記載する。

図１は、注入器３に接続されたピストン水導管１１が戻り管１３に接続されることで、液圧システムの空間２２の圧力が大気圧と等しくなる第１の位置にロック制御弁１２があるスタンバイ位置を示す。注入ヘッド１８とピストン１９は、例えば、ばねにより保持された上側位置にあり、この構造の詳細については後に記載する。

図１のスタンバイ位置において、注入器の放出弁は、注入水供給管９が放出管１６を経由して回収タンク８に接続される
飲料準備サイクルを始動させるために、ロック制御弁は、図２に示すように、第２の位置の方へ変位することにより、ピストン水導管１１は、ポンプ５の放出管２３に接続される。さらに、注入放出弁１７は、放出管１６が供給管９に接続されない第２の位置に変位される。

ポンプにより供給される水の圧力は、図３に示すように、注入ヘッドが、カプセルホルダの上側リムに押し付けられて、カプセルのカバーの周囲に当接するまで、ピストン１９とともに注入ヘッドをカプセルの方へ変位させる。この位置において、穿孔注入スパイク２４は、カプセルのカバーを穿孔していることになる。したがって、ピストンと注入ヘッドの変位が終了し、これにより、較正された弁１０の圧力閾値に到達するまで、供給管９の圧力が増大する結果、注入ヘッドに水が供給され、穿孔注入スパイク２４のオリフィスを通ってカプセル内に水が注入される。このサイクル中、ヒータは、必要に応じて、注入される水を加熱するように機能することは明らかである。

多数の穿孔注入スパイク２４が、シャワーの形態で圧力下で水が注入されるように、注入ヘッドの表面全体に分布され、カプセルの底部に設けられた孔を介して放出される前に、コーヒーや、お茶やブロスなどの飲料を準備するために使用される何らかの他の物質を完全に湿らすように、カプセルの上側表面全体に分布されることが好ましい。カートリッジホルダの底部には、所定の圧力に到達すると、カプセルを穿孔するための穿孔抽出スパイク２５が設けられる。注入サイクル中、カプセルホルダの上側リムに当接する注入ヘッドの水密性を確保し、水と蒸気の注入中、カプセルホルダの内部が水密性を維持するように、ピストン１９で圧力が維持される。

較正された弁により、注入ヘッドがカプセルホルダに対してかけられる圧力は、適切な水密性を確保可能な正確に定められた最小圧力である。

さらに、ピストンへの水の供給と、カプセル内に注入される水の供給とを同時に行うポンプが１つしかないため、ピストンにかかる圧力は、カプセルの圧力より高く、これにより、システムは、圧力変動とは関係なく水密性を常に維持することが確保され、すなわち、注入ヘッドがカプセルホルダに対してかけられる力が、注入ヘッド上のカプセルの圧力により生じる力より常に高い。

さらに、システムは複雑でなく、注入ヘッドを変位するためのさらなる圧力を発生させるためのポンプや他の手段が不要である。

流量計により制御された所望の液量が、飲料を準備するために供給されると、供給ポンプ５が停止し、注入ヘッドの放出弁１７が第１の位置に移動する結果、カプセル２と注入ヘッド１８の圧力が解放され、残留する熱水が放出弁を介して戻り、回収タンク８内へ流れ込むことができる。

注入ヘッドからの放出動作の直後、ロック制御弁１２は、ピストン空間２２にある水を水タンク６に戻すことができるように、第１に位置に移動される。

このシステムの利点として、ピストンを変位するために使用される水が冷水であるため、細菌を増殖させやすいという欠点であったタンクへの熱水の戻りがないことが挙げられる。この最後のステップは、図１に示すように、スタンバイ位置で終了する。

図５、図６、および図７を参照すると、水注入器３は、底プレート２７と、例えば、装置ケーシングの一部であってよい中間壁２８と、上プレート２９とから構成された支持フレームであって、例えば、ボルトとナット３３により両プレートに取り付けられた支柱３２として与えられたスペーサ・ファスナ手段３１により、両プレートと壁をそれぞれ間隔を置いた位置に保持しながら固定するようにされた支持フレームと、上プレート２９の下方に固定された液圧システム３０と、注入ヘッド１８とを含む。

下プレート２７には、縁から中心に向かって延在するスロットとして与えられ、注入ヘッド１８の下でカプセルホルダを適切に配向させ配置するように与えられたガイド手段３４が含まれる。カプセルホルダは、追加のガイド手段を含み、例えば、ハンドル３７に近い側の下面３６の下の突起部３５として与えられる（図１０を参照）。

液圧システムは、窪みのある下側部分でピストン１９および注入ヘッド１８を滑動可能に収容する本体２０を含む。

本体２０は、窪みのある円筒状部分３８と、ピストン水導管１９へ接続するための手段４０を含む蓋部分３９とを含む。この例において、コネクタ手段には、孔に位置し、上プレートを貫通して延伸し、オリフィス４１が設けられた突出部分があり、これにより、本体２０とピストン１９とにより形成された水密空間にピストン水を注入するための通路が作られる。

本体２０の円筒状部分３９には、対称的に配設され、蓋部分３９の方向に一定距離にわたって下側の自由縁部４３から延在する３つの細長いスロット４２がある。

ピストン１９は、ディスク形状の厚板と、断面が実質的にＶ字状の環状シール２１とを含む。シールは、厚板の上側周囲上にある階段状の溝４４に嵌め込まれる。

シール２１により、ピストンが傾斜した位置にないかぎり、本体２０の円筒状部分の下側壁とピストン１９との間に、水密性のある接触が確保される。しかしながら、図１０に示すように、ピストンが通常の動作位置に対してある一定角度に傾斜した位置にあるとき、この水密性が破壊される。本発明のこの態様により、カプセルホルダ４の上側リムと注入ヘッド１８との間に物体が留まることで、ピストンが傾斜位置にされて、水密性が破壊され、液圧システムの圧力が解放されることにより、ピストンの下方押付力が非常に小さくなるため、装置の安全性を高めるという利点が得られる。

図８および図９に詳細に示す注入ヘッド１８は、上向きに突出する上側環状リム４６および下向きに突出する下側環状リム４７を含むディスク形状のプレート４５を含む。本体２０の窪みのある円筒状のプレート３８の直径と比較した場合、プレート４５の直径は、注入ヘッド、ひいてはピストン１９を、シールの特徴を考慮しながら、水密性が破壊される程度の傾斜位置にすることができる隙間を確保するように選択される。

さらに、注入ヘッド１８は、プレートの円筒状外面４９に対して半径方向に延在する３つのロッド４８を含み、これらのロッドの各々の位置とサイズは、本体の窪みのある円筒状部分内に注入ヘッドを挿入した後、本体２０のそれぞれのスロット４２を通って延びることができるものである。これらのロッドは、他端で上プレートに固定された戻りばね５０用の取付け手段として作用し、シャワーの放出サイクル後、上側位置および装置のスタンバイ位置にピストン１９を戻す。複数のスパイクを有するシャワープレート５１が、下側リム４７の下面５２に対して密封状態に配置されて、シャワープレートと注入ヘッドのプレート４５の中心部分との間に、注入水を分配するための空間５３が形成される。注入ヘッドのプレート４５には、装置の供給導管９に接続するためのコネクタ５５が設けられ、水を注入するための空間５３に開口した通路５４がある。空間５３内に供給される水は、穿孔スパイク２４を通って延在するオリフィス５６を介してカプセル内に注入される。

また、水注入器には、注入ヘッドの下方の適切な位置にカプセルホルダ４が存在しているか否かを検出可能な存在センサ５７が設けられる。安全面の理由から、水を注入し抽出した飲料を回収するサイクルは、カプセルホルダがセンサ５７に対して正確に定められた位置にないかぎり、すなわち、カプセルホルダが注入ヘッドの下方の適切な位置に配置されるまで、その作動が妨げられる。

システムが高信頼性のものであり、カプセルホルダ以外の物体を検出しないことを確保するために、カプセルホルダには、作動位置において、ハンドル３７から離れた側に配設され、存在センサ５７の対応する切欠き５９内に挿入される磁石５８が設けられる。存在センサ５７は、この例において、磁場センサである。他の非磁気物体または形状が適切でない物体は、センサ５７により検出されないため、高度の安全性が保証される。

本発明による装置は、注入器にしっかりとカプセルホルダをロックする機構を設ける必要がなく、注入器の下方にカプセルホルダを配置すればよいだけであるため、比較的単純な機構を使用することにより、カプセルを自動的に装填し取り出すように容易に適応させることができる。図に示したカプセルホルダ用の手動操作装填システムの場合、注入ヘッドの下方にカプセルホルダを配置することが容易であることから、プラスチック材料などの軽量かつ安価な材料からカプセルホルダを製造することが可能になる。また、これにより、１つ１つが異なる飲料の複数のカプセルホルダを設けることができ、ある飲料の味を別の飲料の味で変えられることがなくなる。

また、本発明による装置により、単純でポンプが１つしか必要がない液圧システムを備える利点が得られる。

スタンバイ位置にある本発明による装置の略図である。 運転サイクルの開始時の装置の略図である。 水が注入され、カプセルの中身が抽出されて飲料を作る段階にある装置の略図である。 注入ヘッドから放出している段階の略図である。 本発明による水注入器の斜視図である。 図５に示す水注入器の断面図である。 図１に示す水注入器の拡大図である。 図５から図７に示す水注入器の動的シャワーの詳細図である。 図８に示す動的シャワーの断面図である。 装置の安全機能を示す、水注入器と、水注入器の下に位置するカプセルホルダの略図である。

Claims (10)

1. 抽出される製品を含むカプセルから飲料を準備するための装置であって、水供給導管（９）に接続された注入ヘッド（１８）を含む水注入器（３）と、前記注入ヘッドの下方に位置するカプセルホルダ（４）の方へ注入ヘッドを変位するための液圧システムと、を備え、前記液圧システムが、前記注入ヘッドへの供給をも行うポンプ（５）へ相互接続されたピストン水導管（１１）に接続された、装置において、前記水注入器（３）は、本体（２０）と、空間（２２）を水密に囲む環状シールが設けられたピストン（１９）と、を含み、前記ピストン（１９）と前記シール（２１）の形状とサイズは、前記ピストンが前記本体（２０）において傾斜位置を占めることで、水密性が破壊され、液圧システムの圧力が失われるものであることを特徴とする装置。
2. 前記注入ヘッド（１８）に接続された前記水供給導管は、所定の圧力で動作するように較正された弁（１０）を介して前記ポンプ（５）に相互接続される、請求項１に記載の装置。
3. 前記弁（１０）は、約４バールの圧力で動作するように較正されている、請求項２に記載の装置。
4. 前記水供給導管（９）は、前記飲料の抽出サイクルの最後で前記抽出ヘッドの圧力を解放できるように、放出弁（１７）を介して放出導管（１６）に接続されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記液圧システムと前記ポンプとの間に配設されたロック制御弁（１２）は、前記液圧システムにおいて、圧力を失い水を放出できるように、前記ピストン水導管（１１）が戻り導管（１３）に接続された位置を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記注入ヘッド（１８）は、シャワーヘッドのように、水をカプセル内に注入するために、下面全体に配設された複数の穿孔注入スパイクを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記注入ヘッドの全体的な形状は、前記ピストン（１９）と当接するように、前記液圧システムの前記本体（２０）において滑動可能に設けることができる直径をもつディスク形状である、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記注入ヘッド（１８）と前記本体（２０）との間の半径方向の隙間は、前記注入ヘッドが、前記注入ヘッドと当接する前記ピストン（１９）の水密性を破壊するのに十分な角度に傾斜された位置を占めることができるものである、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記注入ヘッドのプレートには、前記供給導管（９）を接続するためのコネクタ部分（５５）の間に延在する通路（５４）と、プレート（５１）の上方にあり、複数の穿孔注入スパイク（２４）が設けられた空間（５３）と、が設けられる、請求項６から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記注入ヘッド（１８）は、戻りばねが取り付けられた取付け手段（４８）を含み、戻りばねを他端で前記水注入器の支持フレームに固定し、前記ピストン（１９）および前記注入ヘッド（１８）をスタンバイ位置に戻す、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。

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