KR100481892B1 - 음료 필터 카트리지 - Google Patents

Abstract

본 발명의 음료 필터 카트리지(10)는 바닥벽(18)과, 상기 바닥벽(18)으로부터 상부 개구(24)를 둘러싸는 원형 림(22)으로 연장되는 측벽(20)을 갖는 컵형 외부 용기(12)를 포함한다. 상기 측벽(20)은 상기 림(22)으로부터 중간 섹션까지 하향 연장되는 상부 섹션(20a)과, 상기 중간 섹션으로부터 바닥벽(18)까지 하향 연장되는 복수의 주연 방향으로 이격된 홈(20e)을 갖는다. 필터 요소(14)는 상기 용기(12)의 내부를 제1 챔버(A)와 제2 챔버(B)로 재분할된다. 상기 음료 매체는 제1 챔버(A)에 저장된다. 커버(16)는 상부 개구(24)를 폐쇄하기 위해 림(22)에서 측벽(20)에 결합된다. 상기 커버(16)는 음료를 생산하도록 음료 매체와의 조합을 위해 유체의 분사를 제1 챔버(A)로 수용하도록 항복적이고 관통가능하다. 상기 필터 요소(14)는 제1 챔버(A)로부터의 음료의 유동을 제2 챔버(B)로 수용하도록 투과성을 갖고, 상기 바닥벽은 제2 챔버(B)로부터의 음료의 유출을 카트리지의 외부로 수용하기 위한 항복적이고 관통가능하다.

Description

음료 필터 카트리지 {BEVERAGE FILTER CARTRIDGE}

본 발명은 일회용 단일 제공 음료 필터 카트리지(disposable single serve beverage filter cartridge)에 관한 것이다.

본 출원은 2000년 2월 18일 출원된 미국 특허 가출원 제60/183,708호 및 2001년 2월 13일 출원된 미국 특허 출원(출원번호, 미상)을 우선권을 주장하며, 본 명세서에서 참고로 합체되어 있다.

공지된 일회용 단일 제공 음료 필터 카트리지는 1994년 7월 5일 및 1998년 11월 24일 실번(Sylvan) 등에 의해 각각 허여된, 미국 특허 제5,325,765호 및 미국 특허 제5,840,189호에 개시되어 있다.

이러한 음료 필터 카트리지는 투과성 원뿔(콘, cone) 형상의 필터에 의해 제1 및 제2 챔버로 내부 분할된 비투과성의 항복식으로 천공가능한(yieldably piercable) 컵 형상의 외부 용기로 기본적으로 구성된다. 예컨데, 볶아진 가루 커피(roasted ground coffee) 등의 입자 또는 분말화된 건조 음료 매체는 제1 챔버 내에 저장되며, 용기는 비투과성의 항복식으로 천공될 수 있는 덮개에 의해 폐쇄된다.

처리 사이클 중에, 덮개 및 용기 바닥부는 각각 관형의 입구 및 출구 프로브(probe)에 의해 천공된다. 입구 프로브는 음료 매체로 주입하기 위해 제1 챔버 내부로 압력하의 가열된 액체를 허용하며, 최종 만들어진 음료는 필터를 통해 제2 챔버로 통과하여, 이로부터 하부 컵으로 이송되도록 출구 프로브를 거쳐 빠져나온다.

이러한 공지된 음료 필터 카트리지는 신속하게 얻어져 초기 도입 이래로 계속된 일부 문제점에도 불구하고, 점차적으로 널리 사용되어져 왔다. 하나의 이러한 문제점은 출구 프로브가 용기 바닥부를 천공함에 따라 출구 프로브에 의해 작용된 힘하에서 용기 측벽이 휘어지는 경향이 있다. 이는 때때로 바닥 천공을 달성하기 위한 출구 프로브의 손상을 초래하며, 이로 인해 만들어진 음료(brewed beverage)가 하부 컵으로 이송되지 않기 때문에 조리(brewing) 공정을 중지한다. 용기 측벽의 휘어짐은 또한 용기 바닥 내의 천공된 오리피스를 휘어지게 할 수 있으며, 밀봉을 손상시켜 만들어진 음료의 누설을 초래한다.

용기 바닥부에 필터 요소의 바닥부를 중심부에 고정하는 것 뿐만 아니라, 용기의 내부 측벽에 필터 성분의 림(rim)를 신뢰성있게 밀봉하는 때에도 문제점이 발생한다. 적절한 림 밀봉 달성의 실패는 필터의 밀봉되지 않은 부분이 조리 압력에 의해서 붕괴되게 하며, 만들어진 음료가 붕괴된 필터로부터 빠져나온 음료 매체 잔류물에 의해 오염되는 것을 초래한다. 그 증거로는, 필터 바닥부가 중심에 고정되지 않은 경우에, 제조된 음료에 오염이 발생될 수 있으며, 출구 프로브가 용기 바닥부를 통해 상향 돌출함에 따라 출구 프로브에 의해 필터가 천공된다. 제조된 음료의 오염은 음료 매체가 주입된 가열된 액체에 의해 발생된 압력에 의해서 필터 요소가 파열될 때 종종 발생한다.

또 다른 문제점은 용기 측벽의 상부 림에 밀접하게 인접하거나 상부 림에서 필터의 상부 림를 열 밀봉할 때 발생한다. 이는 필터의 외부와 이를 둘러싼 용기 벽 사이의 채워지지 않은 소위 "데드 공간(dead space)"을 증가시키며, 또한 필터 내에서 함유될 수 있는 카트리지 내에 저장될 수 있는 음료 매개의 최대량을 제한한다. 일부 경우에 있어서, 이는 최종 만들어진 음료의 강도를 손상시킨다. 음료 강도는 필터를 최대 용량으로 채움으로써 최적화되나, 이는 용기 림 상으로 쏟아진 잘못된 입자의 음료 매체를 초래한다. 이는 또한 커버와 용기 테두리 사이의 밀봉을 붕괴시킨다.

본 발명의 목적은 용기 측벽을 강화시키는 것으로 이로 인해 용기 바닥부가 조리자(brewer)의 출구 프로브에 의해 천공되었을 때 휘어짐을 억제한다.

또 다른 목적은 음료 매체의 저장 용량의 증가, 필터의 하단부가 카트리지 바닥부에 위치되어 고정되고, 필터 요소가 밀봉되고 용기 측벽에 의해 반경 방향으로 지지되도록 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일회용 음료 필터 카트리지의 사시도이다.

도2는 도1에 도시된 음료 필터 카트리지의 기본 부품의 전개 사시도이다.

도3은 도1에 도시된 음료 필터 카트리지의 측면도이다.

도4 및 도5는 각각 도3의 선4-4 및 선5-5를 따라 취한 수직 및 수평 단면도이다.

도6은 도4에 도시된 바와 필터 카트리지의 림 부분의 확대 단면도이다.

도7은 음료 카트리지의 측벽의 일부분의 확대도이다.

도8은 도7의 선8-8을 따라 취한 단면도이다.

도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 일회용 필터 카트리지의 저부 사시도이다.

도10은 도9에 도시된 필터 카트리지의 측면도이다.

도11은 도9 및 도10에 도시된 필터 카트리지의 저부도이다.

도12는 도10의 선12-12를 따라 취한 확대 단면도이다.

도13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 일회용 음료 필터 카트리지의 사시도이다.

도14는 도13에 도시된 음료 필터 카트리지의 부품의 전개 사시도이다.

도15는 도13에서 화살표 "X"에 의해 지시된 방향에서 본 측면도이다.

도16은 도13에서 화살표 "Y"에 의해 지시된 방향에서 본 다른 측면도이다.

도17은 도13 내지 도16에 도시된 음료 필터 카트리지의 확대 저부도이다.

도18은 도16의 선18-18을 따라 취한 확대 수직 단면도이다.

도19는 도18의 선19-19를 따라 취한 수직 단면도이다.

도20은 도19의 선20-20을 따라 취한 수평 단면도이다.

도21은 도18 및 도19에 도시된 바와 같은 카트리지의 림 부분의 확대 단면도이다.

본 발명에 따라, 용기 측벽에는 측벽과 필터 부품 사이의 밀봉의 완전성을 손상시키거나 방해함이 없이 휘어짐에 대한 저항을 향상시키도록 전략적으로 위치설정된 주연 방향으로 이격된 홈들이 제공된다. 필터 부품이 용기의 내부 측벽에 결합되는 위치는 음료 매체 저장 용량의 유리한 증가를 이루기 위해서 낮춰진다. 이 위치는 테이퍼진 필터 부품이 이에 대항하여 신뢰성있게 밀봉되는 테이퍼진 원형 레지에 의해 형성된다.

주연 방향으로 이격된 홈들 사이에 형성된 채널(channels)은 필터 요소와 용기 측벽 사이에 형성된 헤드 공간에서의 난류의 유리한 증가를 수반하면서 천공된 용기 바닥부를 향해 하향으로 만들어진 음료를 효과적으로 안내한다.

본 발명의 제2 실시예에서, 용기 바닥부는 환형 평면 바닥 영역에 의해 지지되는 감소된 직경의 내부 섬프를 형성하는 하향 돌출하는 중심에 배치된 보스를 제공하도록 구성된다. 환형 바닥 영역은 출구 프로브에 의해 천공시키기 위해 제공된다. 필터는 출구 프로브의 천공 동작에 대해 손상 경로에서 안전하게 벗어난 위치에서 섬프 내부로 하향으로 돌출하여 그 내부에 고정된다. 데드 공간의 유리한 감소는 또한 감소된 직경의 섬프 내에 필터의 하단부를 위치시킴에 의해 실현된다.

본 발명의 제3 실시예에서, 주연방향으로 이격된 홈들은 주연 방향으로 이격된 위치에서 필터 요소와 반경방향으로 접촉하도록 용기 내부로 충분하게 내향 돌출한다. 이 반경 방향 접촉은 필터 요소를 유리하게 카트리지 부품의 조립동안 이의 중심 위치로 안내하고, 처리 사이클 동안 필터 요소의 가능한 파열 및 비틀림에 대항하는 반경 반향 지지를 제공한다.

본 발명의 이들 및 다른 특징, 목적 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.

도1 내지 도5를 먼저 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 음료 필터 카트리지는 도면 부호 10으로 전체적으로 도시된다. 도2에 도시된 바와 같이, 음료 필터 카트리지는 외부 컵형 용기(12), 전체적으로 원뿔형인 필터 요소(14) 및 평면 원형 덮개(16)를 포함한다.

컵형 용기(12)는 바닥부(18) 및 바닥부로부터 상부 개구(24)를 둘러싸는 원형 림(22)으로 상향 연장하는 측벽(20)을 갖는다. 부가적으로 도6 내지 도8을 참조하여, 측벽(20)은 림(22)으로부터 내향 테이퍼진 레지(20b, ledge)에 의해 한정되는 중간 섹션으로 하향 연장되는 상부 섹션(20a)과, 레지(20b)에서 바닥부(18)로 하향 연장하는 테이퍼진 하부 섹션(20c)을 갖는다는 것을 알 수 있다.

상부 섹션(20a)은 바람직하게는 상부 및 하부 세그먼트(20a' 및 20a")로 재분할된다. 컵을 아래로 이동하면, 세그먼트(20a')는 외향으로 확개되고, 세그먼트(20a")는 내향으로 테이퍼지며, 그 사이에 적층 견부(20d)를 한정하는 연결부를 갖는다. 바닥부(18)는 선택적으로 그리고 바람직하게는 상향 돌출 중심 보스(18a)를 구비한다.

테이퍼진 하부벽 섹션(20c)은 복수의 주연 방향으로 이격된 홈(20e), 레지(20b)에 의해 한정된 중간 섹션 아래에서 종결되는 상단부 및 바닥벽(18)의 오목부로서 종결되는 하단부를 제공하도록 구성된다.

홈(20e)의 깊이 "d"는 그 상단부에서 최소치로부터 그 하단부에서 최대치로 점진적으로 증가한다는 것을 도8로부터 알 수 있다. 마찬가지로, 도7에서 알 수 있는 바와 같이, 홈의 폭 "w"는 또한 그 상단부에서 최소치로부터 그 하단부에서 최대치로 점진적으로 증가한다.

컵형 용기는 공칭 두께 0.79 mm(0.031")를 갖고 예컨대 미국 윈스콘신주 오쉬코쉬 소재의 커우드 패키징사(Curwood Packaging)로부터 공급되는 폴리에틸렌/EVOH/폴리스티렌을 포함하는 비투과성의 항복식으로 천공가능한 열 밀봉가능한 재료로 바람직하게는 열 성형 진공 주조된다.

필터 요소(14)는 예를 들어 영국 랭커셔주 베리 소재의 제이.알.크롬튼사(J. R. Crompton, Ltd)로부터 공급되는 셀룰로오스 폴리프로필렌과 같은 유연성이고 투과성인 열 밀봉가능한 재료로 성형된다. 필터 요소의 바닥부는 중심 보스(18a) 상에 지지되어 중심 보스(18a)에 열 밀봉됨으로써 고정된다.

덮개(lid)는 예를 들어 캐나다 몬트리올 소재의 윈팩 히트 시일 패키징사(Winpak Heat Seal Packaging, Inc.)로부터 공급되는 금속/중합체 박판과 같은 임의의 적절한 비투과성의 열 밀봉가능하고 항복식으로 천공될 수 있는 재료로부터 절결되거나 또는 블랭크(blank)된다.

도6에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 필터 요소는 테이퍼진 레지(20b)에 의해 한정된 중간 벽 섹션으로 도면 부호 26에서 열 밀봉된다. 레지(20b)의 테이퍼 각도는 필터 요소(14)의 테이퍼각에 대략 근접하므로 두 개를 함께 견고하고 신뢰성있게 열 밀봉하는 작업을 용이하게 한다. 필터 요소는 제1 및 제2 챔버(A, B) 내로 용기(12)의 내부를 재분할하는 역할을 한다. 건조한 과립상의 또는 분말상의 음료 매체 "M", 통상적으로 갈아서 볶은 커피는 챔버(A) 내에 저장되고, 용기 개구(24)는 림(22)에 덮개(16)를 열 밀봉함으로써 폐쇄된다.

가공 사이클의 시작에서, 덮개(16)와 용기 바닥부(18)는 관형 입구 및 출구 프로브(28, 30)에 의해 각각 천공된다.(도3 참조) 입구 프로브(28)은 가열된 액체, 통상적으로 뜨거운 물이 음료를 제조하기 위해 음료 매체(M)가 우러나서 결합되는 챔버(A) 내로 들어가는 것을 허용한다. 음료는 챔버 내로 필터 요소(14)를 통해 챔버(B)로 이동하고 여기로부터 출구 프로브(30)를 거쳐 배출된다.

도9 내지 도11에 도시된 제2 실시예는 전술한 제1 실시예에 대해 많은 점에서 유사하다. 제2 실시예의 유사한 특징은 200번대의 유사한 도면 부호로 확인된다. 따라서, 예를 들어 도면 부호 10은 제1 실시예의 필터 카트리지를 나타내고, 도면 부호 210은 제2 실시예의 필터 카트리지를 나타낸다.

제2 실시예에서, 용기 바닥부(218)는 환형의 실질적으로 평면인 바닥 영역에 의해 둘러싸인 내부 섬프(218b, sump)를 한정하는 하향 돌출되어 중심에 배치된 감소된 직경의 보스(218a)를 제공하도록 구성된다. 원뿔형의 필터 요소의 바닥부는 도면 부호 218c에서와 같이 섬프의 바닥부에 수용되어 고정된다.

도13 내지 도21에 도시된 제3 실시예는 또한 제1 실시예에 대해 많은 점에서 유사하다. 다시 말해, 유사한 구성은 300번대의 유사 도면 부호로 나타낸다.

제1 실시예와 제3 실시예 사이의 주요한 차이점은 제3 실시예는 더 적고 더 깊은 홈(320e)을 갖는다는 것이다. 도19에 가장 잘 도시된 바와 같이, 더 깊은 홈(320e)은 필터 요소(314)와 접촉하여 이를 위한 반경 방향 지지를 제공한다.

전술한 점에서, 본 발명은 이전에 참조된 특허에서 설명된 공지의 음료 필터 카트리지에 비해 상당한 장점을 제공하는 것이 본 기술분야에 숙련된 기술자에 의해 이해된다. 예를 들어, 원주 방향으로 이격된 홈(20e, 220e, 320e)은 바닥부가 출구 프로브(30)에 의해 천공될 때 휘어짐(buckling)에 대항하여 용기 측벽을 강화시킨다. 제3 실시예의 더 깊은 홈(320e)은 필터 요소가 가압 가열된 액체를 음료 매체 안으로 주입함으로 인해 가압될 때 필터 요소를 반경 방향으로 지지하는 추가된 장점을 제공하고, 이것은 가공 싸이클동안 특히 장점이 될 수 있다.

모든 실시예에서, 홈을 하방으로 분기하여 점차 깊게 하는 것은 난류를 유리하게 촉진하면서 챔버(B)에 만들어진 음료의 하향 유동을 촉진시키는 작용을 한다. 제1 실시예와 제3 실시예의 용기 바닥 상에 상향으로 돌출된 보스(18a, 318a)는 필터 요소의 바닥부를 위해 용이하게 접근가능한 지지 플랫폼을 제공한다. 필터 요소의 바닥부를 보스(18a, 218a)에 고정하는 것은 필터 요소가 출구 프로브(30)에 의해 천공되지 않는다는 것을 보증한다.

제2 실시예의 하향으로 돌출된 보스(218a)에 의해 형성된 작은 직경의 섬프(218b)는 헤드 공간을 유리하게 감소시키고 출구 프로브와 접촉하여 손상되는 것으로부터 필터를 보호하고 적극적으로 위치시키도록 더 협조하는 한정된 공간에 필터 부품의 하단부를 수용한다.

모든 실시예의 테이퍼진 레지(20b, 220b, 320b)는 필터 요소가 열 밀봉에 의해 용이하게 결합될 수 있는 분명하고 용이하게 접근가능한 랜드(land)를 제공한다. 홈(20e, 220e, 320e)의 상단부들은 레지(20b, 220b, 320b) 아래에서 종결함으로써 레지가 용기 측벽에 대한 필터 요소의 중요한 밀봉부에 유해할 수 있는 불연속성에 의해 중단되지 않는 것을 보증한다.

필터들 위의 상부 용기 섹션(20a, 220a, 320a)은 음료 매체를 위해 이용가능한 저장 용량의 유리한 증가를 제공한다. 이러한 증가된 저장 용량은 내부 챔버(A)가 이의 최대 용량을 충진시키는 것을 불필요하게 함으로써, 음료 매체의 돌아다니는 입자에 의한 오염으로부터 용기의 림을 보호한다.

외부 용기 및 커버가 비투과성 재료로 형성된다고 설명되었지만, 대체적으로, 투과성 재료가 이러한 부품 중의 하나 또는 둘 다를 위해 사용될 수 있다는 것이 본 기술분야의 숙련자들에 의해 이해될 것이다. 투과성 재료가 사용되는 경우에, 바람직하게는 완성된 카트리지는 이어서 각각 또는 일괄적으로 비투과성 포장으로 봉해진다. 이러한 포장용 재료는 널리 공지되어 있고 예를 들어 EVOH 필름, 알루미늄 호일 등을 포함한다.

본 발명이 몇몇 실시예를 참조하여 설명되었지만, 다양한 변경, 수정 및 부가가 첨부된 청구범위의 범위 및 기술사상을 벗어나지 않고 만들어 질 수 있다.

Claims (22)

1. 바닥벽과, 상기 바닥벽으로부터 상부 개구를 둘러싸는 원형 림으로 연장하는 측벽을 구비하고, 상기 측벽은 상기 림으로부터 내향으로 테이퍼진 레지까지 하향 연장하는 상부 섹션과, 상기 레지로부터 상기 바닥벽까지 하향 연장하는 하부 섹션을 갖는 컵형 외부 용기와,

   상기 용기 내에 수용되며, 상기 레지 상에서 지탱되고 상기 용기의 내부를 제1 챔버와 제2 챔버로 재분할하도록 구성 및 위치설정된 필터 요소와,

   상기 제1 챔버에 저장된 음료 매체와,

   상기 림에 결합되고 상기 상부 개구를 폐쇄하는 커버를 포함하고,

   상기 커버는 음료를 제조하도록 상기 음료 매체와의 조합을 위한 제1 챔버 내부로의 액체의 주입을 도모하도록 천공될 수 있고,

   상기 필터 요소는 제1 챔버로부터 제2 챔버로의 상기 음료의 유동을 도모하도록 투과가능하고, 상기 외부 용기는 제2 챔버로부터 카트리지 외부로의 상기 음료의 유출을 도모하도록 천공될 수 있는 것을 특징으로 하는 음료 필터 카트리지.
2. 제1항에 있어서, 상기 필터 요소는 콘 형상이고, 필터 요소의 상부 림은 상기 레지 상에 지지되어 이에 결합되는 것을 특징으로 하는 음료 필터 카트리지.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레지의 테이퍼각은 상기 하부 섹션의 테이퍼각보다 큰 것을 특징으로 하는 음료 필터 카트리지.
9. 제1항에 있어서, 상기 상부 섹션은 상기 원형 림으로부터 하향 연장되는 상부 세그먼트와 상기 레지로부터 상향 연장되는 하부 세그먼트를 갖고, 상기 상부 세그먼트는 외향 확개되고 상기 하부 세그먼트는 내향 테이퍼지며, 상부 및 하부 세그먼트의 연결부는 외부 적층 견부를 형성하는 것을 특징으로 하는 음료 필터 카트리지.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 바닥벽은 상향 돌출하고 중심에 배치된 보스를 구비하는 것을 특징으로 하는 음료 필터 카트리지.
11. 제10항에 있어서, 상기 필터의 하단부는 상기 보스 상에서 지지되는 것을 특징으로 하는 음료 필터 카트리지.
12. 삭제
13. 제2항에 있어서, 상기 바닥벽은 내부 섬프를 형성하는 하향 돌출되고 중심에 배치된 보스를 구비하며, 상기 필터 요소의 하단부가 상기 섬프에 수납되는 것을 특징으로 하는 음료 필터 카트리지.
14. 제13항에 있어서, 상기 필터 요소는 상기 섬프의 바닥에 고정되는 것을 특징으로 하는 음료 필터 카트리지.
15. 제1항에 있어서, 상기 외부 용기는 비투과성인 것을 특징으로 하는 음료 필터 카트리지.
16. 제1항 또는 제15항에 있어서, 상기 커버는 비투과성인 것을 특징으로 하는 음료 필터 카트리지.
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제