JP4509799B2 - 機械的および流体力学的に作動する抽出ユニット - Google Patents

Description

本発明は、抽出される原料が入ったいわゆるカプセル、好適には密封されたもの、から始めて分配される飲料を準備するのに適合した、飲料自動販売機用の、機械的および流体力学的に作動する抽出ユニットに関する。

ここ数年の間に、飲料を用意して提供するための自動販売機で、原料を含んで抽出するだけとされた、いわゆるカプセル、特に密封型のカプセル、の利用が増大している。これらの密封カプセルはコレットを備えた半硬質包装体から構成され、内容物を周囲の環境から分離する物理的バリアを形成している。飲料販売機におけるこの種類のカプセルは確実に、従来の中身入りフィルタ、すなわち抽出用の原料が事前に中に入っているフィルタ、およびフィルタ要素、すなわち同じカプセルの中に原料を保持しながら抽出物を通すことのできる要素、として機能する一組の表面を備える半硬質包装体から構成されるカプセル、よりはるかに好適である。前述の密封カプセルの主な利点は、これらに含まれている原料は周囲と全く接触することなく有効かつ確実に保存され、従って内容物の風味と香りとその他の特性の最良の保存状態と同様に最高の衛生状態をまた長期間保証する、という事実にある。基本的にはこれらの理由で、特に、例えばコーヒー、薬湯又は他の温かい煎じ液等の香りの良い飲料を準備および提供する販売機には、このような包装が極めて好ましい。

当技術分野で周知である自動販売機での密封カプセルの利用には、これらの機械に抽出室の水密性を確実にするために適合した装置と、水がカプセルの中に含まれている原料と接触できるようにカプセルに穴を開けるために適合した装置とともに、カプセル自体を収容するために適合した装置から構成される抽出ユニットを備えることを必要とする。この種類の抽出ユニットの動作中には、通常は電動機で作動する適切な機械装置を用いて、同ユニットを構成するいくつかの部材は相対的に移動するように動かされる。このような抽出ユニットが機械部材および装置のみで動作するということは、このような機械部材の動作精度、また結果として飲料の適切な製造は、関係する種々の機械部材の製造および組立て誤差ばかりでなく、前記機械部材を形成する材料の摩耗進行状況に大いに依存する、という事実により不利である。このような欠点の影響を受けるのは主に、互いに一時的に関連して飲料準備工程中に抽出室をしっかり密封するための、抽出ユニットを構成する要素の一体化精度である。このような一体化精度が完璧でないまたは抽出ユニットの一定作業サイクル数の後に不完全になる場合、液体、原料の両方が絡む漏れの問題が生じ、これにより結局は製造された飲料の品質に影響を及ぼすということは容易に理解できる。この欠点により特に影響を受けるもう一つの装置は、カプセルに穴を開けるためのものである。先行技術による抽出ユニットでの穴あけ動作は、カプセルの材料に穴を開けることのできる形状の１つ以上の突起を備える装置にカプセルを押し付ける手段を用いて行われる。この場合でさえも、カプセルと穴あけ装置との間での押し付け動作が最大強度まで実行されない、すなわち抽出ユニットを形成する各部分を移動または動作させる機械装置の不正確さによって力の一部が損失となる場合、その結果としてできた飲料は正しく製造されていないであろうということは容易に理解できる。

特許文献１の開示より、機械ポンプからの加圧水による作用で、それ以上の電気または空気式制御を使わずに作動する構成部品を持つ、エスプレッソコーヒー用抽出ユニットが知られている。この特許公報に記載されている抽出ユニットは、コーヒーの粉そのまままたは原料が前もって詰められたフィルタバッグを用い、フィルタとして機能する基部および底部を持つ半硬質包装体によって構成されるカプセル形式で提供されて機能するように設計されている。既に述べられたフィルタ表面を備えたカプセルに含まれる原料の保存性の悪さに加え、特許文献１に記載の抽出ユニットは、カプセルへの正しい穴あけに適した装置または部材が備えられていないため、より有利な密封型のカプセルを用いて動作させることは決してできない。
米国特許第６，４３１，０５５号明細書

従って本発明の目的は、従来技術によるこの種類の抽出ユニットの欠点と不都合を排除する、カプセル、特に、密封型のものを用いて飲料を準備することのできる、機械的および流体力学的に作動する飲料販売機用抽出ユニットを提供することである。

この大目的における、本発明の一つの目的は、密封型のカプセル（ただしこれに限らないが）を用いて有効に動作できる抽出ユニットを提供することである。

本発明の他の一つの目的は、その動作が各機械構成部品の材料の摩耗とともに前記構成部品の生産および組立て誤差と全く無関係で、抽出ユニット自体が普通の飲料販売機の中に収容可能に極めて小型な寸法および設計となっている、抽出ユニットを提供することである。

本発明によれば、これらの目的は添付の請求項１に記載されている特徴を組み込んだ飲料自動販売機用カプセル給送装置により達成される。本発明の特徴及び利点は、添付の図面を参照し、限定するものでない実施例を通して下記の説明から容易に理解されるであろう。

図１に示す自動飲料販売機用抽出ユニット１は、抽出ユニット１全体の外側容器としての役割を果たす箱状容器本体２と、基部３と、抽出ヘッド４から構成されている。箱状容器本体２の中には、基部３と抽出ヘッド４に加えて、基部３と抽出ヘッド４との両方の作動に適合した動力学的連鎖を形成する機械部材も収容されている。具体的に、これらの機械作動部材には、クランク５を含み、これに接続ロッド６の第１端部が回転可能に接続し、接続ロッド６の第２端部は抽出ユニット４に接続する。クランク５に固く結合するカム７は、基部３からのカプセル１１の取り出しを制御する上方輪郭部１０を備えたイジェクトレバー９の下方輪郭部８と相互作用する。クランク５には、箱状容器本体２と回転可能に接続するディテントレバー１３との係合に適合した２つの凹部１２が備えられ、これらは飲料準備段階でクランク５が回転可能な２方向のいずれかに回転することを防ぐ。このディテントレバー１３の動きは第１ばね１４の抵抗を受け、ディテントレバー１３はこのばねを介してさらに箱状容器本体２に接続する。

抽出ユニット１の基部３は、カプセル１１を収容する区画室１５を画定する中空体から構成される。この区画室の上面は開放されており、底壁１６を備える。区画室１５は、飲料の準備用抽出室として機能するように適合している。前記底壁１６は、カプセル１１を形成する材料に穴を開けることができるような形状の、複数の突出部１７を備える。これらの突出部１７はそれぞれ、抽出室を飲料分配点に接続する手段１８に向けて飲料が流れることを可能にする開口を備える。底壁１６は、抽出室から飲料が流出する間はフィルタとして機能することができるような形態に形成されている。

前記基部３の中空体の中およびその縦軸に沿って、カプセルを収容する区画室１５からカプセルを放出させる、摺動可能に装着したバー１９がある。このバー１９はイジェクトレバー９の上方輪郭部１０と接する第１端部２０と、区画室１５の底壁１６において区画室１５の内部に臨む第２端部２１を備える。このバー１９の動きは基部３に接続する第２ばね２６の抵抗を受ける。

基部３は箱状容器本体２の上に回転可能に装着され、接続ロッド６に固く接合した第１案内プロフィル２３に係合するピン２２を備え、基部３の動きを抽出ヘッド４の動きと連携させるように、具体的には、クランク５の動きによって接続ロッド６が、またそれを受けて抽出ヘッド４が、移動することによって基部３を回転させるために、適切な寸法および形状に作られている。基部３は、カプセル１１が受容する区画室１５内に装填されているときの第１の位置と、飲料が抽出されているときの第２の位置との間を動くことができる。前記第１の位置とは、区画室１５が移動して、適切な貯蔵部（図示せず）に保管されているカプセルを配給するように設計されている供給搬送機２４の排出口と対向する場所に来た位置である。前記第２の位置とは、反対に、受容区画室１５が移動して抽出ヘッド４と対向する場所に来た位置である。基部３が上述の各端部に正しくかつ正確に止まることを確保するために、ピン２２はさらに第２曲線案内プロフィル２５に係合するように設計されている。

抽出ヘッド４は流体力学的作動ユニットを形成しており、中空封じ込め構造体２７を備え、この中には構造２７と相対的に動くことのできる第１中空ピストン２８が密封された状態で装着されている。この第１ピストン２８の中には前記第１中空ピストン２８と相対的に動く第２中空ピストン２９がこれも固く密封された状態で装着されており、この第２ピストンの動きは中空封じ込め構造２７と接続する弾性手段３０の抵抗を受ける。第２ピストン２９は、抽出室として機能する区画室１５の中に加圧水を入れる手段３２と関連する中空の空間３３を形成するように、第２ピストンの縦軸に沿って延在する。第２ピストン２９に設けられた周縁は、同じピストン２９により適切な圧力がカプセル１１に加えられると、カプセル１１を形成する材料に穴を開けることができるような形状に形成されている。第２ピストン２９の底面３１には、区画室１５の中に水を入れることができるように、複数の開口が設けられている（図１には図示せず）。

封じ込め構造２７には導管３４が接続し、その中で加圧液が動き、これにより第１および第２ピストン２８、２９の動きを直接制御する。前記ピストンの動きは、実質的に、第１ピストン２８と第２ピストン２９との間に備えられたすき間と、同様に封じ込め構造２７と第１ピストン２８との間に備えられたすき間へ注入またはそこから排出される、前記加圧液によって伝えられる。上述の液体は液状でも気体状でもよいが、好適には飲料を作るために使用する水と同じ供給源から流入する水で構成される。液体そのものは適切な装置、例えばポンプまたはコンプレッサ等、により加圧される。

第１ピストン２８に対する第２ピストン２９の相対移動方向は、前記弾性手段３０と加圧液の前記直接作用との間に結果として生じる力の方向により決定され、具体的には加圧液の第２ピストン２９に与える押圧力が弾性手段３０の付勢力を超えるときに第２ピストン２９が動き出す。理由の如何にかかわらず上述のすきまの中で過圧状態が生じると、加圧液は安全逃がし機構３５を通って流出できるようになり、貯留槽（図示せず）の中に回収される。

従って、本発明によるユニットは下記に示す通りに動作する。

図１、図２を参照して、供給搬送器２５から来るカプセル１１が受容区画室１５を占有すると、クランク５と関連するカム７の矢印Ｆで示す方向への回転は基部３をも回転させ、また抽出ヘッド４は第１案内プロフィル２３に沿って降下する。抽出ヘッド４の移動距離は、抽出ヘッド自体が基部３のかなり近くに来るまでの、ただしこれと接触することのない、端から端まで動くことができるような寸法および設計となっている（図２）。抽出ヘッド４が移動可能な距離の全長にわたって動くと、ディテントレバー１３は凹部１２の一つの中に滑り込んでこれと係合し、抽出ヘッド４が誤って基部３から離れることを防ぐ。図３に最も良く示すように、この時点で、加圧液は導管３４から封じ込め構造２７と第１ピストン２８との間に設けられたすきまに注入され、これにより前記構造体２７と前記第１ピストン２８との間の相対的変位をもたらし、この相対的な動きは前記第１ピストン２８がいずれ基部３とカプセル１１と接するまで続く。加圧液による押圧作用は、この時点で区画室１５を閉止して密封状態にし、これで区画室は抽出室として機能することができる。加圧液は導管３４から注入され続けるため（図４）、この同じ液体はいずれ第１ピストン２８と第２ピストン２９との間に備えられたすきまを満たし、これにより弾性手段３０が付加する対向する動きを上回る。第２ピストン２９は第１ピストン２８と相対的に摺動して、その底面３１が区画室１５の一部を占める。このようにして、加圧液の作用で、第２ピストンの周縁がカプセル１１を押すことによりカプセルの上面に穴を開けると同時に、ピストンの底面３１は同じカプセル１１を基部３の底壁１６に向けて押し付け、カプセル自体に突出部１７がさらに突き刺さるようにする。

このようにしてカプセル１１に穴があけられ、また加圧液が導管３４の中に存在し続けると、中空の空間３３に接続する手段３２を介して加圧水が区画室１５の中に入る。この加圧水はカプセル１１の中に含まれている原料と接触し、これにより突出部１７に備えられた開口を通って区画室１５から流出することが可能な飲料が作られ、それは接続手段１８へ向かい、配給点まで流れる。

次に、所期の容量の加圧水がカプセル１１を通って流れ、区画室１５を出ると、すなわち飲料が所望の量に到達すると、使い切ったカプセル１１を放出する工程が始まる。この時点で基部３と抽出ヘッド４の置かれている位置で、すなわち図４に示すように抽出ヘッド４が基部３と係合する位置で、導管３４内の液体が加圧され続ける間、カプセル１１中にまだ存在する水は手段３２を通って吸い上げられることにより除かれ、これによりカプセル１１の中にまだ残っている水と原料との混合液がカプセルからこぼれ出して抽出ユニット１を汚すことを防ぐ。次に、加圧液は封じ込め構造２７と第１ピストン２８との間のすきまと、第１ピストン２８と第２ピストン２９との間のすきまから導管３４を通って排出され、これにより前記ピストンが後方向に摺動でき、従って封じ込め構造２７の中に引込み、このようにして基部３を抽出ヘッド４から切り離す。

このような引込みが完了すると、クランク５およびこれと堅固に関連づけられたカム７は、矢印Ｆ（図５）で示す方向に回転するように再び動作し、これに応じて基部３を回転させ、同時に抽出ヘッド４を第１案内プロフィル２３に沿って基部３から離す。クランク５が回転している間基部３がその動きを完了する前に、カム７はイジェクトレバー９の下方輪郭部８と接し、これによりイジェクトレバー９の上方輪郭部１０を介して、バー１９を区画室１５の中に入るように動かすことにより、カプセル１１を基部３から放出する。このバーの動きは図５に最も良く示される。クランク５の回転の結果、基部３は供給搬送器２４の排出口と対向して位置し、一方、抽出ヘッド４は図１に示すように休止位置に戻る。この時点で抽出ユニット１の、別の飲料を作るための新たなサイクルを始める準備が整っている。

上記の説明により明確なのは、効果的に動作することのできる、密封型のカプセル（ただしこれに限らない）を用いた抽出ユニットを提供することにより、本発明は前述の目的と利益を効果的に達成する能力を有する。さらに明確なのは、本発明の抽出ユニットの動作は、流体力学的作動システムを備えるために、前記構成部品の生産および組立て誤差だけでなく種々の機械構成部品の材料の摩耗の進行とも全く無関係であり、抽出ユニット自体は普通の飲料販売機の中に収容可能に極めて小型な寸法および設計となっている。

各部品の形状及び寸法とともに使用材料は、本発明の範囲を逸脱することなく、特定の要求に合致するようまたは特定の用途に適応するよう毎回選定できることに注意されたい。

本発明による抽出ユニットの構造を構成する種々の構成部品は、当然上記の実施例にのみ提供されるものでなく、これもまた本発明の範囲を逸脱することなく、むしろ多くの異なる実施形態に利用または適用することができる。

一つの動作段階にある抽出ユニットの断面図である。 第２動作段階にある、図１に示した抽出ユニットの断面図である。 第３動作段階にある、図１に示した抽出ユニットの断面図である。 第４動作段階にある、図１に示した抽出ユニットの断面図である。 第５動作段階にある、図１に示した抽出ユニットの断面図である。

符号の説明

１ 抽出ユニット、２ 封じ込め本体、３ 基部、４ 抽出ヘッド、
５ クランク、６ 接続ロッド、７ カム、８ 下方輪郭部、
９ イジェクトレバー、１０ 上方輪郭部、１１ カプセル、
１２ 凹部、１３ ディテントレバー、１４ 第１ばね、１５ 区画室、
１６ 底壁、１７ 突出部、１８ 接続手段、１９ バー、
２０ 第１端部、２１ 第２端部、２２ ピン、２３ 案内プロフィル、
２４ 供給搬送器、２５ 第２曲線案内プロフィル、２６ 第２ばね、
２７ 封じ込め構造、２８ 中空ピストン（第１ピストン）、
２９ 第２ピストン、３０ 弾性手段、３１ 底面、３２ 手段、
３３ 中空の空間、３４ 導管、３５ 安全逃がし機構

Claims (9)

1. 抽出室として機能するように適合している、開放された上部と底壁（１６）を備える区画室（１５）が設けられた回転可能な基部（３）と、
   加圧水を前記区画室（１５）の中に入れる手段（３２）と、
   抽出物を飲料分配点まで搬送する接続手段（１８）と、
   抽出ヘッド（４）であって、
   中空収容構造（２７）と、
   前記中空収容構造（２７）の中にこれに相対的に可動な状態で収容される第１中空ピストン（２８）と、
   前記第１ピストン（２８）の中にこれに相対的に可動な状態で収容される第２ピストン（２９）と、
   前記第２ピストンの動きに抵抗する弾性手段（３０）とを含む抽出ヘッド（４）とを備えた、
   飲料自動販売機のための機械的および流体力学的に作動する抽出ユニットであって、
   前記区画室（１５）を閉止して密封状態にするべく前記第１ピストン（２８）が前記基部（３）に接触されるとともに前記第２ピストン（２９）が前記第１ピストン（２８）に対して相対的に摺動して前記区画室（１５）の内部に突出するように、前記第１および前記第２ピストン（２８、２９）は、加圧液の直接作用によって動作することを特徴とする飲料自動販売機のための機械的および流体力学的に作動する抽出ユニット。
2. 前記基部（３）および前記抽出ヘッド（４）の動きは機械部材の動力学的連鎖によって制御および実現されていることを特徴とする請求項１に記載の抽出ユニット（１）。
3. 前記機械部材は、前記基部（３）の動きを前記抽出ヘッド（４）の動きと連携させる、クランク（５）と、接続ロッド（６）と、ディテントレバー（１３）と、第１案内プロフィル（２３）とを備えることを特徴とする請求項２に記載の抽出ユニット（１）。
4. 前記第２ピストン（２９）は、密封型のカプセル（１１）の材料に穴を開けることができるような形状に形成された周縁を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の抽出ユニット（１）。
5. 第１ピストン（２８）に対する第２ピストン（２９）の移動方向は、弾性手段（３０）の作用と加圧液の前記直接作用との間で決まる力の方向によって決定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の抽出ユニット（１）。
6. 前記底壁（１６）は、それぞれに開口が設けられた複数の突出部（１７）を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の抽出ユニット（１）。
7. 前記加圧液は前記中空収容構造（２７）に接続する導管（３４）内を移動することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の抽出ユニット（１）。
8. 前記中空収容構造（２７）は安全逃がし機構（３５）を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の抽出ユニット（１）。
9. 前記加圧液は液状または気体状であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の抽出ユニット（１）。

Images