KR101876513B1 - 음료용 원재료 수용 캡슐 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 내부공간이 마련되고, 상부는 개방되고, 하면에는 음료 배출홀이 다수 형성되어 있는 원통형 캡슐 바디; 상기 캡슐 바디의 내부 바닥에 배치되는 필터 부재; 및 상기 내부공간에 음료용 원재료가 충전된 상태에서 상기 캡슐 바디의 상면을 덮는 상면 커버;를 포함하고, 상기 상면 커버는, 정해진 간격으로 추출수 공급홀이 다수 형성되어 있는 합성수지 필름으로 이루어지거나, 거름종이로 이루어진 음료용 원재료 수용 캡슐 조립체를 개시한다.

Description

음료용 원재료 수용 캡슐 조립체{Capsule Assembly Containing Raw Material for Beverage}

본 발명은 음료용 원재료 수용 캡슐 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캡슐 바디의 내부공간에 음료용 원재료가 충전되고 추출수 공급홀이 형성되어 있는 커버에 의해 상면이 덮힌 구조를 가진 음료용 원재료 수용 캡슐 조립체에 관한 것이다.

종래부터 커피로 대표되는 음료 공급 장치가 널리 사용되고 있다. 이러한 커피 공급 장치는 크게, 인스턴트 커피 분말에 온수를 공급하여 커피 분말을 녹임으로써 커피를 공급하는 혼합식인 종래의 전형적인 커피 자동 판매기, 볶은 원두의 분말을 거름망에 넣고 온수를 공급하여 커피를 추출하는 드립식인 종래의 전형적인 커피 메이커, 볶은 원두의 분말을 필터에 담고 고온 고압의 스팀을 공급하여 농축 커피를 추출하는 에스프레소 머신, 볶은 원두의 분말을 충전한 캡슐에 고온 고압의 추출수를 공급하여 커피를 추출하는 캡슐식 커피 머신 등으로 대별된다.

캡슐식 커피 머신에 사용되는 커피 캡슐은, 캡슐 바디의 내부공간에 원두커피 분말이 충전된 상태에서 알루미늄 호일과 같은 연질 커버로 캡슐 바디의 상면이 밀봉된 타입과, 미세 홀이 다수 형성되어 있는 경질 플라스틱 캡에 의해 캡슐 바디의 상면이 캡핑된 타입이 있다.

캡슐 바디의 상면이 연질 커버로 밀봉된 타입의 커피 캡슐은, 커버를 향하여 니들을 구비한 스팀분사 기구를 눌러서 가압하는 방식의 캡슐식 커피머신에 적용된다. 이와 관련된 기술은 특허문헌 1(공개실용신안 제20-2011-0010665호 공보)에 개시되어 있다. 구체적으로, 상기 특허문헌 1은, 풀 로드와 커넥팅 로드를 구비한 링크 부재에 의하여 스팀분사 기구를 캡슐이 수납된 홀더에 가압함과 동시에 니들에 의해 캡슐에 구멍을 뚫고, 이 구멍을 통해 스팀을 분사함으로써 음료를 추출하는 방식을 사용하고 있다.

경질 플라스틱 캡 타입의 커피 캡슐은, 캡의 상부에 소정의 추출수 공급유닛을 밀착 결합시킨 상태에서 고온 고압의 추출수(스팀)를 공급하는 방식의 캡슐식 커피머신에 적용된다. 공급된 추출수는 캡의 미세 홀을 통해 주입되어 캡슐 바디의 내부를 통과한 후 캡슐 바디의 하면을 통해 배출됨으로써 커피의 추출이 이루어진다. 이러한 경질 플라스틱 캡 타입의 커피 캡슐은 캡슐식 커피 머신의 구조를 간소화할 수 있는 장점이 있어서 수요가 점점 늘어나고 있는 추세이다.

그런데, 종래의 경질 플라스틱 캡 타입의 커피 캡슐은 플라스틱 사출 성형과 조립 공정에 많은 공수와 비용이 소요되는 문제가 있어 이에 대한 개선이 요구된다. 또한, 캡슐식 커피 머신에서 커피 추출을 원활히 하기 위해서는 커피 캡슐의 상면에 형성되는 추출수 공급홀의 분포와 캡슐 바디의 크기 등을 최적화할 필요가 있다.

특허문헌 1: 공개실용신안 제20-2011-0010665호 공보

본 발명은 상기와 같은 기술적 배경을 고려하여 창안된 것으로서, 제조 공정을 간소화할 수 있도록 상면 커버의 구조가 개선된 음료용 원재료 수용 캡슐 조립체를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 최적의 추출 음료를 얻을 수 있도록 상면 커버와 캡슐 바디의 구조가 개선된 음료용 원재료 수용 캡슐 조립체를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 내부공간이 마련되고, 상부는 개방되고, 하면에는 음료 배출홀이 다수 형성되어 있는 원통형 캡슐 바디; 상기 캡슐 바디의 내부 바닥에 배치되는 필터 부재; 및 상기 내부공간에 음료용 원재료가 충전된 상태에서 상기 캡슐 바디의 상면을 덮는 상면 커버;를 포함하고, 상기 상면 커버는, 정해진 간격으로 추출수 공급홀이 다수 형성되어 있는 합성수지 필름으로 이루어지거나, 거름종이로 이루어진 음료용 원재료 수용 캡슐 조립체를 제공한다.

상기 상면 커버는 비닐 재질의 필름으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 상면 커버는 가장자리단 전체가 상기 캡슐 바디의 상단 테두리 둘레에 부착될 수 있다.

상기 캡슐 바디의 하면 중심부에는 상기 음료 배출홀이 분포되어 있지 않고, 상기 하면 중심부에서 방사상으로 연장된 지지 리브가 형성될 수 있다.

상기 상면 커버에 형성된 각 추출수 공급홀의 단면적은 0.06~0.1㎟인 것이 바람직하다.

상기 상면 커버에 형성된 모든 추출수 공급홀의 단면적 합계는 6~10㎟인 것이 바람직하다.

상기 캡슐 바디의 하면으로부터 상기 상면 커버까지의 높이는 24~28㎜인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 음료용 원재료 수용 캡슐 조립체는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 상면 커버가 합성수지 필름이나 거름종이로 이루어짐에 따라 기존의 플라스틱 상부 캡과는 달리 사출성형 공정이 요구되지 않아 공정비용을 절감할 수 있다.

둘째, 필름 소재나 거름종이로 이루어진 상면 커버를 캡슐 바디에 부착함으로써 간편하고 긴밀한 조립이 이루어질 수 있다.

셋째, 상면 커버에 형성되는 추출수 공급홀의 분포가 개선되어 최적화된 음료의 추출이 이루어질 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음료용 원재료 수용 캡슐 조립체의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 단면도이다.
도 4는 도 1의 저면도이다.
도 5는 도 1의 평면도이다.
도 6은 상면 커버에 형성된 추출수 공급홀의 총면적과 커피 추출량 간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 1의 측면도이다.
도 8은 캡슐 높이와 커피 추출량 및 원두의 양 간의 관계를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음료용 원재료 수용 캡슐 조립체의 외관을 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음료용 원재료 수용 캡슐 조립체는 상면이 개방된 캡슐 바디(100)와, 캡슐 바디(100)의 내부 바닥에 배치되는 필터 부재(120)와, 캡슐 바디(100)의 상면을 덮는 필름 소재의 상면 커버(110)를 포함한다.

캡슐 바디(100)는 음료용 원재료가 수용되는 내부공간(101)이 마련된 원통 형상으로 구성된다. 캡슐 바디(100)는 바람직하게, 폴리프로필렌(PP) 재질로 이루어진다. 대안으로, 캡슐 바디(100)는 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PETE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE) 등으로 구성될 수도 있다.

캡슐 바디(100)의 내부에 충전되는 음료용 원재료는 전형적으로 원두커피 분말이지만, 캡슐의 내부에는 원두커피 분말 외에도 찻잎이나, 건조 식물, 곡물 등, 가압된 유체로 우려내기에 적합한 재료가 충전될 수 있다. 이하에서는 음료용 원재료가 원두커피 분말인 예를 중심으로 본 발명의 구성을 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 캡슐 바디(100)의 하면에는 추출물을 외부로 배출하기 위한 음료 배출홀(102)이 정해진 간격으로 다수 형성되어 있다.

균일한 추출이 이루어질 수 있도록 캡슐 바디(100)의 하면 중심부(103)에는 음료 배출홀(102)이 분포되어 있지 않다. 또한, 캡슐 바디(100)에는 하면 중심부(103)에서 바깥 방향을 향해 방사상으로 연장된 지지 리브(104)가 등간격으로 형성되어 캡슐 바디(100)의 하면 강도를 보강하는 것이 바람직하다.

필터 부재(120)는 캡슐 바디(100)의 내부 바닥에 배치되어 이물질이나 원재료 덩어리가 음료 배출홀(102)을 빠져나가지 못하도록 차단하는 역할을 한다. 필터 부재(120)는 얇은 원반 형상으로 가공된 거름종이에 의해 구현되는 것이 바람직하다.

상면 커버(110)는 캡슐 바디(100)의 내부공간에 음료용 원재료가 충전된 상태에서 캡슐 바디(100)의 상면을 덮는 부재로서 합성수지 필름이나 거름종이로 이루어진다. 상면 커버(110)는 얇으면서도 잘 찢어지지 않는 특성을 가진 비닐(Vinyl) 재질의 필름으로 이루어지는 것이 가장 바람직하다. 대안으로, 상면 커버(110)는 폴리아미드(PA), 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PETE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE) 등의 필름으로 구성될 수도 있다.

상면 커버(110)의 가장자리단 전체는 캡슐 바디(100)의 상단 테두리 둘레에 접착, 압착 또는 열융착 등의 방법으로 부착된다. 또한, 상면 커버(110)와 캡슐 바디(100)의 상단 테두리 사이에는 부착을 가능케 하는 접착제가 개재될 수 있다.

상면 커버(110)가 비닐 등의 합성수지 필름으로 이루어진 경우에는 정해진 간격으로 추출수 공급홀(111)이 다수 형성된다(이하의 설명에서 상면 커버는 비닐로 이루어진 것을 예로 들어 설명한다). 추출수 공급홀(111)은 음료의 추출을 위한 고온 고압의 추출수를 캡슐의 내부로 공급하기 위한 통로를 제공한다.

도 5에 나타난 바와 같이 추출수 공급홀(111)은 상면 커버(110) 전체에 걸쳐서 분포된다. 추출수 공급홀(111)은 단면적이 넓을수록 추출이 빨라지고 추출 결과물의 양이 많아진다. 아래의 표 1에는 모든 추출수 공급홀(111)의 단면적 합계, 즉 총면적을 변화시켜가면서 추출 테스트를 하고 추출량을 비교한 결과가 나타나 있다.

음료 원재료가 원두커피 분말인 경우, 9bar/90℃/30초의 추출 조건에서, 21㎖ 미만의 추출량에서는 산미가 강하고 맛이 자극적이며, 35㎖를 초과하는 추출량에서는 커피가 과다 추출되어 맛이 밋밋하고 후미가 떫은 잡맛이 많이 추출되는 것으로 확인되었다. 30㎖ 정도의 추출량에서는 커피의 수율이 약 20%로 맛의 발란스가 좋고 후미가 깔끔한 커피맛을 느낄 수 있다. 이러한 경향을 고려할 때, 추출수 공급홀(111)의 총면적은 6~10㎟인 것이 바람직하다. 상면 커버(110)는 100개의 추출수 공급홀(111)이 일정 간격으로 형성된 구조로 규격화될 수 있다. 이때, 각 추출수 공급홀(111)의 단면적은 0.06~0.1㎟의 범위를 만족한다. 표 1 및 도 6에 나타난 바와 같이 추출수 공급홀(111)의 총면적은 8.5㎟로 설계되는 것이 최적이다.

아래의 표 2에는 캡슐의 높이를 변화시켜가면서 추출 테스트를 하고 추출량을 비교한 결과가 나타나 있다.

도 7을 참조할 때, 캡슐의 전체 높이(H)가 높아질수록 원두의 충전량이 많아지게 된다. 그러나, 분쇄도와 추출시간이나 압력이 동일하다는 조건하에 추출 테스트 시, 캡슐의 높이가 높을수록(원두가 많이 담길수록) 추출 속도가 느려지며 추출량도 감소할 뿐만 아니라, 추출수가 캡슐 안에 머무는 시간이 길어지면서 커피 성분들이 과추출되어 잡미와 떫은 맛, 쓴 맛 등이 증가하게 된다. 반면에, 캡슐의 높이가 너무 낮은 경우에는 추출 속도가 빨라 추출량은 과다하고 향미가 풍부하지 못한 문제가 발생하게 된다. 이러한 경향을 감안하여, 캡슐의 전체 높이(H)는 22~30㎜의 범위 내에서 선정된다. 도 8에 나타난 바와 같이 캡슐의 전체 높이(H)는 24~28㎜인 것이 더욱 바람직하다. 전술한 바와 같이 추출수 공급홀(111)의 총면적이 8.5㎟로 설계되는 경우에는 캡슐 바디(100)의 높이(H)는 26㎜로 설계되는 것이 최적이다. 이때, 캡슐 바디(100)의 하면에 형성된 각 음료 배출홀의 단면적은 1.0㎟로 설계되고, 모든 음료 배출홀(102)들의 총면적은 84㎟ 내외로 설계된다. 한편, 캡슐의 하면 직경(D1) 및 상면 직경(D2)는 각각 31㎜ 이하 및 40㎜로 설계된다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음료용 원재료 수용 캡슐 조립체는 다음과 같이 제조할 수 있다.

먼적, 플라스틱을 사출 성형하여 캡슐 바디(100)를 제조하고, 또한, 비닐과 같은 합성수지 필름에 추출수 공급홀(111)을 천공하고 재단함으로써 상면 커버(110)를 제조한다. 한편, 상면 커버(110)를 거름종이로 형성하는 경우에는 정해진 크기에 맞게 재단함으로써 준비된다.

이후, 캡슐 바디(100)의 내부공간에 필터 부재(120)와, 원두커피 분말과 같은 음료용 원재료를 충전한 후, 상면 커버(110)를 캡슐 바디(100)의 상부에 부착함으로써 조립이 완료된다. 이때, 상면 커버(110)의 가장자리단 전체는 캡슐 바디(100)의 상단 테두리 둘레에 열압착이나 접착 등의 공정에 의해 간편히 부착되어 긴밀히 결합된다.

음료의 추출 시에는 상면 커버(110)의 추출수 공급홀(111)을 통해 고온 고압의 추출수를 캡슐 바디(100)로 공급하고, 그에 따라 생성되는 추출물은 캡슐 바디(100)의 하면에 형성된 다수의 음료 배출홀(102)을 통해 외부로 배출된다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 캡슐 바디 102: 음료 배출홀
110: 상면 커버 111: 추출수 공급홀
120: 필터 부재

Claims (7)

1. 내부공간이 마련되고, 상부는 개방되고, 하면에는 음료 배출홀이 다수 형성되어 있는 원통형 캡슐 바디;
   상기 캡슐 바디의 내부 바닥에 배치되는 필터 부재; 및
   상기 내부공간에 음료용 원재료가 충전된 상태에서 상기 캡슐 바디의 상면을 덮는 상면 커버;를 포함하고,
   상기 상면 커버는, 정해진 간격으로 추출수 공급홀이 다수 형성되어 있는 비닐 재질의 필름으로 이루어지며 가장자리단 전체가 상기 캡슐 바디의 상단 테두리 둘레에 부착되고,
   상기 캡슐 바디의 하면 중심부에는 상기 음료 배출홀이 분포되어 있지 않고, 상기 하면 중심부에서 방사상으로 연장된 지지 리브가 형성되고,
   상기 상면 커버에 형성된 각 추출수 공급홀의 단면적은 0.06~0.1㎟이고, 모든 추출수 공급홀의 단면적 합계는 6~10㎟인 것을 특징으로 하는 음료용 원재료 수용 캡슐 조립체.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 캡슐 바디의 하면으로부터 상기 상면 커버까지의 높이는 24~28㎜인 것을 특징으로 하는 음료용 원재료 수용 캡슐 조립체.

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