飲料を調製するためのカートリッジおよび方法
【課題】システムのカートリッジおよび飲料調製機が、特に、価格、性能および信頼性の面で家庭向け市場に適したものとなっている飲料調製用システム、また、操作が単純であり操作の信頼性が高く、広範なタイプの飲料を比較的低圧で生成可能である、こうしたシステムのための飲料調製機を提供する。
【解決手段】１種類または複数種類の飲料原料（２００）を含有し、実質的に空気および水分に対して不透過性である材料で形成されるカートリッジ（１）であって、その１種類または複数種類の飲料原料を含有する貯蔵チャンバ（１３０，１３４）を含み、前記貯蔵チャンバの幅に対する垂直高さのアスペクト比が０．１.と０．４３との間であることを特徴とする。
【解決手段】１種類または複数種類の飲料原料（２００）を含有し、実質的に空気および水分に対して不透過性である材料で形成されるカートリッジ（１）であって、その１種類または複数種類の飲料原料を含有する貯蔵チャンバ（１３０，１３４）を含み、前記貯蔵チャンバの幅に対する垂直高さのアスペクト比が０．１.と０．４３との間であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料を調製するためのカートリッジシステムに関し、特に、実質的に空気および水分に対して不透過性である材料で形成され、飲料の調製用に１種類または複数種類の原料を含有するシール済みカートリッジに関する。カートリッジシステムを製造する方法も開示される。
【背景技術】
【０００２】
空気に対して不透過性である個包装内に飲料調製原料をシールすることが、これまで提案されてきた。例えば、挽いたコーヒーを圧縮して含有するカートリッジやカプセルは、一般に「エスプレッソ」機械と呼ばれる特定のコーヒー調製機械で使用するものとして知られている。こうした調製機械を用いたコーヒーの製造では、コーヒーカートリッジが煎出チャンバ内に配置され、湯がこのカートリッジを比較的高い圧力で通過することにより、挽かれたコーヒーから薫り高いコーヒー成分が抽出されて、コーヒー飲料を生成する。
通常、こうした機械は、６×１０5Ｐａを超える圧力で動作する。このタイプの調製機械は、これに含まれる水ポンプおよびシールなどのコンポーネンツが高圧に耐えられるものでなければならないため、今まで比較的高価であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第０１／５８７８６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術には、概して０．７から２．０×１０5Ｐａで動作する飲料調製用カートリッジが記載されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、このカートリッジは、商業または工業市場用飲料調製機内で使用する設計となっており、比較的高価である上、多くのタイプの飲料を生成することができない。したがって、システムのカートリッジおよび飲料調製機が、特に、価格、性能および信頼性の面で家庭向け市場に適したものとなっている飲料調製用システムが必要である。また、操作が単純であり操作の信頼性が高く、広範なタイプの飲料を比較的低圧で生成可能である、こうしたシステムのための飲料調製機も必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、本発明は、１種類または複数種類の飲料原料を含有し、実質的に空気および水分に対して不透過性である材料で形成されたカートリッジであって、前記１種類または複数種類の飲料原料を含有する貯蔵チャンバ（１３４）を含み、前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．１０と０．４３との間であることを特徴とするカートリッジを提供する。
【０００６】
これらのアスペクト比を有するカートリッジを使用することによって、低い圧力における効率的な調製が可能になることが確認されている。
【０００７】
特に、前記アスペクト比は、飲料原料の不均一または薄い抽出、希釈、または分解に繋がるような、カートリッジを通じた不均一または不適切な水の流れを招きうる望まれない高い背圧の確立（build up）を妨げることが確認されている。高い背圧を妨げることにより、低圧のシステムと共にカートリッジを使用することが可能になり、そのような低圧システムは高圧のシステムよりも安価であり従って家庭向けのマーケットにより適している。
【０００８】
さらに、これらのアスペクト比の使用は、使用の際のカートリッジが水平に配置される場合に、特に有利な効果を有する。貯蔵チャンバの幅と高さを慎重に選択することにより、プロセスの一貫性を改善するために内向きおよび上向きの両方の流れの要素を有する貯蔵チャンバ内における流れの改善が可能になる。
【０００９】
好ましくは、貯蔵チャンバの幅に対する貯蔵チャンバの高さのアスペクト比は、０．２１と０．２８との間である。更に好ましくは、アスペクト比は概ね０．２５である。
【００１０】
好ましくは、カートリッジはディスク形である。
【００１１】
もしくは、カートリッジはディスク型でなく、且つ、前記アスペクト比は最大距離に対する最大高さの比率として測定される。
【００１２】
カートリッジは、該貯蔵チャンバに放射状に導入される１つまたはそれ以上の入口を含んでもよい。
【００１３】
前記１つまたはそれ以上の入口は、水性媒体の流れを内向きに前記貯蔵チャンバに導くように、前記カートリッジの周縁に、またはその近傍に配置されてもよい。
【００１４】
カートリッジは、貯蔵チャンバとカートリッジの下面の少なくとも一部との間に配置されたフィルタと、前記フィルタとカートリッジの頂部との間に形成された１つまたはそれ以上の通路とを更に含み、該１つまたはそれ以上の通路は前記カートリッジの出口に連通し、これによって、前記１つまたはそれ以上の入口を出口に連結している飲料の流路が上向きに前記フィルタを通じて前記１つまたはそれ以上の通路内へと流通することとしてもよい。
【００１５】
飲料原料は、焙煎および挽き作業を施したコーヒーであってもよい。
【００１６】
クレームされたアスペクト比の使用は、抽出が行われる焙煎および挽き作業を施したコーヒーなどのような原料について特に有利である。抽出中におけるチャンバー内の正確な圧力と流れのパターンは、調製される飲料の品質と一貫性のために大変重要である。
【００１７】
本発明はまた、貯蔵チャンバ内に１種類または複数種類の飲料原料を含有するカートリッジから飲料を供給する方法を提供する。この方法は、前記１種類または複数種類の飲料原料から飲料を形成するように、前記カートリッジに水性媒体を通過させるステップと、前記飲料を入れ物内に供給するステップとを含み、前記カートリッジは、前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．１０と０．４３との間であり、前記水性媒体は０．１から２．０バール（１０から２００ＫＰａ）の圧力でカートリッジを通過させられることを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、貯蔵チャンバの幅に対する貯蔵チャンバの高さのアスペクト比は０．２１と０．２８との間である。
【００１９】
本発明は更に、２．０から４．０バールの圧力の水性媒体と共に使用され、１種類または複数種類の飲料原料を含有し、且つ実質的に空気および水分に対して不透過性である材料で形成され、前記１種類または複数種類の飲料原料を含有する貯蔵チャンバを含んだカートリッジを提供する。このカートリッジは、貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．１０と０．４３との間である。
【００２０】
本発明はまた、貯蔵チャンバ内に１種類または複数種類の飲料原料を含有するカートリッジから飲料を供給する方法であって、前記１種類または複数種類の飲料原料から飲料を形成するように、前記カートリッジに水性媒体を通過させるステップと、前記飲料を入れ物内に供給するステップとを含み、前記カートリッジは、前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．４２と０．６８との間であり、前記水性媒体は２．０から４．０バールの圧力でカートリッジを通過させられることを特徴とする方法を提供する。
【００２１】
本発明のカートリッジは、飲料製品の構成のために好適な１種類または複数種類の原料を含有する。飲料製品は、例えば、コーヒー、茶、チョコレートまたはミルクを含む日常の（daily-based）飲料であってよい。飲料原料は粉状化され、挽き作業を施され、葉を元にし（leaf-based）、または液状であってよい。飲料原料は不溶性または可溶性のいずれであってもよい。焙煎され挽き作業を施されたコーヒー、葉茶（leaf tea）、粉状化された固形ココア（cocoa solids）およびスープ、液状のミルクを基にした（milk-based）飲料および濃縮されたフルーツジュースが例に含まれる。
【００２２】
以下の説明において、用語「上方」、「下方」およびその等価の用語を、本発明の特徴要素の相対的位置付けを説明するために用いる。用語「上方」、「下方」およびその等価用語を、例えば図４に示すように、飲料調製機に挿入して引き続き供給を行う、普通の方向にあるカートリッジ（または他のコンポーネンツ）に対して指すものと理解すべきである。具体的に言えば、「上方」および「下方」は、カートリッジの頂面１１からより近い相対的位置、またはより遠い相対的位置をそれぞれ指す。また、用語「内側」、「外側」およびその等価用語も、以下、本発明の特徴要素の相対的位置付けを説明するために用いる。この用語「内側」、「外側」およびその等価用語を、カートリッジ１（または他のコンポーネンツ）の中心または長軸Ｘからより近いまたはより遠い、カートリッジ（または他のコンポーネンツ）内での相対的位置付けをそれぞれ指すものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１および第２の実施形態であるカートリッジの外側部材を示す断面図である。
【図２】図１の外側部材の詳細を示す断面図であり、内側向きの円柱状延出部を示している。
【図３】スロットを示す、図１の外側部材の詳細を示す断面図である。
【図４】図１の外側部材を上から見た斜視図である。
【図５】図１の外側部材を逆向きにして上から見た斜視図である。
【図６】図１の外側部材を上から見た平面図である。
【図７】第１の実施形態であるカートリッジの内側部材を示す断面図である。
【図８】図７の内側部材を上から見た斜視図である。
【図９】図７の内側部材を逆向きにして上から見た斜視図である。
【図１０】図７の内側部材を上から見た平面図である。
【図１１】組み立てた状態である第１の実施形態のカートリッジを示す断面図である。
【図１２】第２の実施形態であるカートリッジの内側部材を示す断面図である。
【図１３】口部を示す、図１２の内側部材の詳細を示す断面図である。
【図１４】図１２の内側部材を上から見た斜視図である。
【図１５】図１２の内側部材を逆向きにして上から見た斜視図である。
【図１６】図１２の内側部材を示す別の断面図である。
【図１７】空気入口を示す、図１２の内側部材の別の詳細を示す断面図である。
【図１８】組み立てた状態である第２の実施形態のカートリッジを示す断面図である。
【図１９】第３および第４の実施形態であるカートリッジの外側部材を示す断面図である。
【図２０】図１９の外側部材の詳細を示す断面図であり、内側向きの円柱状延出部を示している。
【図２１】図１９の外側部材を上から見た平面図である。
【図２２】図１９の外側部材を上から見た斜視図である。
【図２３】図１９の外側部材を逆向きにして上から見た斜視図である。
【図２４】第３の実施形態であるカートリッジの内側部材を示す断面図である。
【図２５】図２４の外側部材を上から見た平面図である。
【図２６】内向き上方リムを示す、図２４の内側部材の詳細を示す断面図である。
【図２７】図２４の内側部材を上から見た斜視図である。
【図２８】図２４の内側部材を逆向きにして上から見た斜視図である。
【図２９】組み立てた状態である第３の実施形態のカートリッジを示す断面図である。
【図３０】本発明による第４の実施形態であるカートリッジの内側部材を示す断面図である。
【図３１】図３０の内側部材を上から見た平面図である。
【図３２】図３０の内側部材を上から見た斜視図である。
【図３３】図３０の内側部材を逆向きにして上から見た斜視図である。
【図３４】組み立てた状態である第４の実施形態のカートリッジを示す断面図である。
【図３５ａ】操作サイクル時間に対する濃度を示すグラフである。
【図３５ｂ】操作サイクル時間に対する泡立ち度を示すグラフである。
【図３５ｃ】操作サイクル時間に対する温度を示すグラフである。
【図３６】アスペクト比に対する正規化された圧力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら、あくまで例示として以下に説明する。
【００２５】
図１１に示すように、カートリッジ１は主に、外側部材２と、内側部材３と、ラミネート５とを含む。外側部材２と、内側部材３と、ラミネート５とを組み合わせると、１種類または複数種類の飲料原料を含有するための内部１２０と、入口１２１と、出口１２２と、入口１２１から出口１２２までをつないで内部１２０を貫通する飲料流路とを有するカートリッジ１が形成される。入口１２１と出口１２２とは、当初はラミネート５でシールされているが、使用時に、そのラミネート５を穿孔またはカッティング（cutting）することにより開口される。飲料流路は、以下で説明するように、外側部材２と、内側部材３と、ラミネート５との間の空間的相互関係により画定される。この他にも、以下でさらに説明するように、フィルタ４などのコンポーネンツを任意にカートリッジ１に含めることができる。
【００２６】
第１の型式のカートリッジ１を、図１から図１１に示す。第１の型式のカートリッジ１は、焙煎および挽き作業を施したコーヒーやリーフティなどの濾過生成物の供給に使用するように特に設計されたものである。しかし、この型式のカートリッジ１および、以下で説明する他の型式を、ココア、コーヒー、茶、甘味料類、強壮剤類、調味料類、アルコール飲料類、調味乳、果汁類、スカッシュ類、ソース類、およびデザート類などの他の生成物に使用することも可能である。
【００２７】
図５からわかるように、カートリッジ１の全体形状は、その直径または幅（breadth）が高さより大幅に大きい略円形またはディスク形状である。長軸Ｘは、図１に示すように、外側部材の中心を通っている。通常、外側部材２の外径全体は７４．５ｍｍ±６ｍｍであり、外側の高さ全体は１６ｍｍ±３ｍｍである。通常、このカートリッジ１の容積は３０．２ｍｌ±２０％である。
【００２８】
本発明でのカートリッジのアスペクト比（aspect ratio）は、２．０バールまでで稼動されるカートリッジでは０．１０と０．４３との間であり、０．２バールから４．０バールまでで稼動されるカートリッジでは０．４２から０．６８までである。好ましくは、２．０バールより低い領域で稼動されるカートリッジのアスペクト比は０．２１と０．２８の間である。アスペクト比とは、１種類または複数種類の飲料原料を含有する内部１２０の内部幅（カートリッジがディスク型である場合には、内径）に対する、内部１２０の垂直高さの最大値の比率と定義される。例示される実施態様では、垂直高さの最大値は１４．３ｍｍであり、幅（この例では直径と同視される）は５７．８ｍｍである。図３６に示されるように、本発明のカートリッジから飲料を供給（dispense）するために必要とされる圧力は、カートリッジのアスペクト比に応じて異なる。０．１０と０．４３との間のアスペクト比は、飲料を調整するのに必要な圧力を抑制する要求と、調整中の飲料の抽出と泡立ちとを最大化する要求とを均衡させるために有利である。
【００２９】
より高圧のシステム、典型的にはより大きい容量のカートリッジが用いられるシステムのために、より高い０．４２から０．６８までのアスペクト比が有用に用いられうる。
【００３０】
非ディスクの形状のカートリッジは、高さの最大値を距離（distance）の最大値で序した値と定義されるアスペクト比をもつことになる。
【００３１】
外側部材２は主に、湾曲した環状壁１３を有するボウル形状のシェル１０と、閉じた頂部１１と、開いた底部１２とを含む。閉じた頂部１１から開いた底部１２にかけて環状壁１３が広がっているため、外側部材２の直径は、その頂部１１にて、底部１２の直径に比較して小さくなっている。環状壁１３と閉じた底部１１とが共に、内部３４を有する入れ物を画成している。
【００３２】
中空で内側向きの円柱状延出部１８が、長軸Ｘを中心として閉じた頂部１１に設けられている。図２でさらによくわかるように、円柱状延出部１８は、第１、第２および第３の部分１９、２０および２１を有する階段状プロファイルを含む。第１の部分１９は、直円柱状である。第２の部分２０は、截頭円錐形状であり、内側に先細りになっている。第３の部分２１は、もう１つの直円柱であり、下方面３１により閉じられている。第１、第２および第３の部分１９、２０および２１の直径は、円柱状延出部１８の頂部１１から閉じた下方面３１にかけて、円柱状延出部１８の直径が狭まるように、段階的に小さくなっている。略水平な肩３２が、第２の部分２０と第３の部分２１との間の結合部分にて円柱状延出部１８に形成されている。
【００３３】
外向きに延出する肩３３が、底部１２に向けて外側部材２に形成されている。この外向きに延出する肩３３が、環状壁１３と同軸である副次的壁１５を形成し、これにより、副次的壁１５と環状壁１３との間にマニホルド１６を形成する環状トラックを画成するようになっている。マニホルド１６は、外側部材２の周囲をめぐって通っている。一連のスロット１７が、環状壁１３にマニホルド１６と同じ高さで設けられており、これにより、マニホルド１６と外側部材２の内部３４との間が気体および液体連通した状態となる。図３に示すように、スロット１７は、環状壁１３に形成された垂直スリットを含む。２０から４０本のスリットを設ける。図示した実施形態では、３７本のスロット１７が、ほぼ等間隔でマニホルド１６の周囲に設けられている。スロット１７を、好ましくは、１．４から１．８ｍｍの長さとする。通常、各スロットの長さは、外側部材２の高さ全体の１０％である１．６ｍｍである。各スロットの幅は、０．２５から０．３５ｍｍである。通常、各スロットの幅は０．３ｍｍである。スロット１７の幅を十分に狭くして、保管時、使用時のいずれかに飲料原料がマニホルド１６内に通過してしまわないようにする。
【００３４】
入口チャンバ２６を、外側部材２の周囲にて外側部材２内に形成する。図５で最もよくわかるように、円柱状壁部２７が設けられており、これが外側部材２の内部３４に入口チャンバ２６を画成し、同時に入口チャンバ２６を外側部材２の内部３４から仕切っている。この円柱状壁部２７は、長軸Ｘに垂直な１平面上に形成された閉じた上方面２８と、外側部材２の底部１２と同平面上にある開いた下方端部２９とを有する。入口チャンバ２６は、図１に示すように、２本のスロット３０を介してマニホルド１６と連通する。別法として、１から４本のスロットを用いて、マニホルド１６と入口チャンバ２６との間を連通させてもよい。
【００３５】
外向きに延出する肩３３の下方端部には、長軸Ｘに垂直に外向きに延出するフランジ３５が設けられている。通常、このフランジ３５の幅は２から４ｍｍである。フランジ３５の一部が、外側部材２の保持によってハンドル２４を形成するように、拡張されている。ハンドル２４には、掴みやすくするために先を上向きにしたリム２５が設けられている。
【００３６】
外側部材２を、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、またはこれらの２種以上の積層体から単体ピースとして形成する。適したポリプロピレンは、ＤＳＭ ＵＫ Ｌｉｍｉｔｅｄ（Ｒｅｄｄｉｔｃｈ、Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ）から入手可能な一連のポリマー類である。この外側部材は、不透明でも、透明でも、半透明でもよい。この製造処理を射出成形とすることができる。
【００３７】
図７から図１０に示すように、内側部材３は、環状フレーム４１と、下向きに延出する円柱状漏斗４０とを含む。図７に示すように、長軸Ｘは内側部材３の中心を通っている。
【００３８】
図８で最もよくわかるように、環状フレーム４１は、外側リム５１と、等間隔で設けられた１０本の径方向スポーク５３で接合されている内側ハブ５２とを含む。内側ハブ５２は円柱状漏斗４０と一体であり、かつ円柱状漏斗４０から延出している。濾過口部５５が、径方向スポーク５３の間で環状フレーム４１内に形成されている。この濾過口部５５をカバーするように、フィルタ４が環状フレーム４１上に配置される。このフィルタを好ましくは、不織繊維材料であるポリエステルなど、湿潤強さの高い材料で製造する。この他に使用可能な材料として、織紙繊維を含むセルロース材料などの水分不透過性セルロース材料が挙げられる。この織紙繊維をポリプロピレン、ポリ塩化ビニルおよび／またはポリエチレンの繊維と混合させることができる。こうしたプラスチック材料をセルロース材料内に組み合わせると、そのセルロース材料がヒートシール可能なものとなる。フィルタ４を、熱および／または圧力で活性化される材料で処理またはコーティングして、熱および／または圧力により環状フレーム４１にシールできるようにしてもよい。
【００３９】
図７の断面プロファイルに示すように、内側ハブ５２は外側リム５１より下の位置に配置されるため、環状フレーム４１のプロファイルが、下方に傾斜したものとなる。
【００４０】
各スポーク５３の上面に、直立型ウェブ５４が設けられる。このウェブが、環状フレーム４１上方の孔空間を複数の通路５７に分割する。各通路５７は両側をウェブ５４に、また下面をフィルタ４にその境界を接した状態となる。通路５７は外側リム５１から下方に円柱状漏斗４０に向けて延在し、ウェブ５４の内側末端部により画成される開口５６にて円柱状漏斗４０に開いている。
【００４１】
円柱状漏斗４０は、内側の注ぎ口４３を取り囲む外側チューブ４２を含む。この外側チューブ４２が、円柱状漏斗４０の外面を形成している。注ぎ口４３はその上方端部にて外側チューブ４２に、環状フランジ４７により接合されている。注ぎ口４３は、その上方端部に位置して通路５７の開口５６と連通する入口４５と、その下方端部に位置し、調製済み飲料を通過させてカップや他の入れ物内に注ぐ出口４４とを含む。注ぎ口４３は、その上方端部に略截頭円錐状部分４８を、またその下方端部に円柱状部分５８を含む。この円柱状部分５８にわずかに先細る部分を設けて、出口４４に向けて幅を細めてもよい。略截頭円錐形部分４８を設けることにより、飲料に乱流を起こすことなく、飲料を通路５７から出口４４に向けて下向きに流動させやすくなる。略截頭円錐形部分４８の上面には、円柱状漏斗４０の周囲に等間隔で位置する支持ウェブ４９を設ける。この支持ウェブ４９の間に複数のチャネル５０が画定される。支持ウェブ４９の上縁部は互いに同じ高さであり、長軸Ｘに垂直である。
【００４２】
内側部材３を、上述したように、外側部材２と同様、ポリプロピレンまたはこれに類似した材料から射出成形により単体ピースとして形成することができる。
【００４３】
別法として、内側部材３および／または外側部材２を、生分解性ポリマーで製造してもよい。適した材料の例として、分解性ポリエチレン（例えば、英国ボアハムウッドのＳｙｍｐｈｏｎｙ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ製ＳＰＩＴＥＫ）、生分解性ポリエステルアミド（例えば、Ｓｙｍｐｈｏｎｙ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ製ＢＡＫ１０９５）、ポリ乳酸（米国ミネソタ州のＣａｒｇｉｌ製ＰＬＡ）、デンプン系ポリマー、セルロース誘導体、およびポリペプチドが挙げられる。
【００４４】
ラミネート５は、アルミニウムによる第１の層、および無延伸ポリプロピレンによる第２の層の２層から形成される。このアルミニウム層は０．０２から０．０７ｍｍの厚さである。無延伸ポリプロピレン層は０．０２５から０．０６５ｍｍの厚さである。一実施形態において、アルミニウム層は０．０６ｍｍの厚さであり、ポリプロピレン層は０．０２５ｍｍの厚さである。このラミネートは、組み立て時の巻き込みに高い抵抗を有するため、特に有利である。このため、ラミネート５を、歪みを発生させることなく、正しいサイズおよび形状に事前に切断しておき、その後製造ラインの組み立てステーションに移送することができる。したがって、このラミネート５は溶接（welding）に特に適している。他のラミネート材料も使用可能であり、その例として、ＰＥＴ／アルミニウム／ＰＰ、ＰＥ／ＥＶＯＨ／ＰＰ、ＰＥＴ／金属被覆／ＰＰ、およびアルミニウム／ＰＰラミネートが挙げられる。打ち抜き加工した在庫品ではなく、ロールラミネートによる在庫品を用いてもよい。
【００４５】
カートリッジ１を、可撓性のラミネートではなく、剛性または半剛性の蓋で閉じてもよい。
【００４６】
カートリッジ１の組み立ては、
ａ）内側部材３を外側部材２に挿入するステップと、
ｂ）フィルタ４を決まった形状に切断し、内側部材３上に配置して、円柱状漏斗４０上で受け、環状フレーム４１に対向する位置にくるようにするステップと、
ｃ）内側部材３、外側部材２、およびフィルタ４を超音波溶接で接合するステップと、
ｄ）このカートリッジ１に、１種類または複数種類の飲料原料を充填するステップと、
ｅ）ラミネート５を外側部材２に取付けるステップと
を含む。
【００４７】
上記ステップについては、以下でさらに詳細に説明する。
外側部材２を、その開いた底部１２を上向きにして方向付ける。次に、内側部材３をその外側部材２内に挿入して、外側リム５１がカートリッジ１の頂部１１において軸方向延出部１４内に遊合状態で受けられるようにする。これと同時に、外側部材２の円柱状延出部１８が、内側部材３の円柱状漏斗４０の上方部分内に受けられる。円柱状延出部１８の閉じた下方面３１が内側部材３の支持ウェブ４９に当たった状態で、円柱状延出部１８の第３の部分２１が円柱状漏斗４０内に納まる。次に、フィルタ４を、フィルタ材料が環状リム５１に接触するように、内側部材３上に配置する。超音波溶接処理により、このフィルタ４を内側部材３に接合し、同時に同一処理ステップにおいて、内側部材３を外側部材２に接合する。内側部材３およびフィルタ４を外側リム５１に沿って溶接する。内側部材３および外側部材２は、外側リム５１およびウェブ５４の上方縁部に沿って溶接線により接合する。
【００４８】
図１１で最もよくわかるように、外側部材２および内側部材３を互いに接合すると、環状フランジ４１の下方かつ円柱状漏斗４０の外側に、内部１２０内の孔空間１３０ができ、これが濾過チャンバとなる。この濾過チャンバ１３０と環状フレーム４１上方の通路５７とを、濾紙４が隔てる。
【００４９】
濾過チャンバ１３０には１種類または複数種類の飲料原料２００が含有される。１種類または複数種類の飲料原料は、濾過チャンバ１３０内に包装される。濾過式飲料の場合、この原料は通常、焙煎および挽き作業を施したコーヒーまたはリーフティである。濾過チャンバ１３０内の飲料原料の包装密度は、所望に応じて変更可能である。通常、濾過式コーヒー生成物の場合、この濾過チャンバは、通常５から１４ｍｍ厚さの濾過床に５．０から１０．２グラムの焙煎および挽き作業を施したコーヒーを含有する。任意に、内部１２０に、その中で自由に移動できるため、飲料を注ぐ時点で乱流を起こし、その飲料原料の沈殿物を砕いて混合しやすくする球体などの１種類または複数種類の物体を入れてもよい。
【００５０】
次に、ラミネート５を外向きに延出するフランジ３５の下面に接合するためにラミネート５の周囲に溶接部１２６を形成することにより、ラミネート５を外側部材２に取付ける。溶接部１２６を、ラミネート５が入口チャンバ２６の円柱状壁部２７の下方縁部に対してシールするように延在させる。さらに、溶接部１２５を、ラミネート５と円柱状漏斗４０の外側チューブ４２の下方縁部との間に形成する。このラミネート５が、濾過チャンバ１３０の下方壁となり、かつ入口チャンバ２６および円柱状漏斗４０をシールする。ただし、ラミネート５と注ぎ口４３の下方縁部との間には、供給前に小さな隙間１２３ができるようになっている。ラミネート５の材料特性に応じて、熱および超音波溶接など、様々な溶接方法が使用可能である。
【００５１】
有利には、外側部材２とラミネート５との間に内側部材３がある。この内側部材３を、ポリプロピレンなどの比較的硬い材料で形成する。これにより、内側部材３は、カートリッジ１が圧縮されてもラミネート５と外側部材２との間のスペースを保つように作用する荷重受け部材となる。使用時、カートリッジ１の受ける圧縮荷重を１３０から２８０Ｎとすると好ましい。この圧縮力は、カートリッジが内部加圧下で破損することを防ぐ作用をすると同時に、内側部材３および外側部材２を互いに寄せる役割を果たす。これにより、確実に、カートリッジ１内の通路および口部の内側寸法は固定され、カートリッジ１が加圧されても変化しなくなる。
【００５２】
このカートリッジ１を使用するには、まず、これを飲料調製機内に挿入し、入口１２１および出口１２２を、ラミネート５を穿孔してそれをバックグラウンドに折り返す、その飲料調製機の穴開け部材により開ける。通常は水である、圧力下にある水性媒体を、０．１から２．０バールの圧力でカートリッジ１に入れて、入口１２１から入口チャンバ２６内へ通す。ここから、水はスロット３０を通過してマニホルド１６を回り、複数のスロット１７を介してカートリッジ１の濾過チャンバ１３０内に入る。この水は、濾過チャンバ１３０を介して径方向内側に押し入れられ、そこに含有されている飲料原料２００と混ざり合う。この水は同時に、その飲料原料内を通って上側に押し上げられる。水がこのように飲料原料内を通過することで形成された飲料は、フィルタ４および濾過口部５５を通過して、環状フレーム４１上方に位置する通路５７内に入る。フィルタ４がスポーク５３にシールされ、リム５１が外側部材２に溶接されており、他の出口がまったくない状態であるため、この飲料すべてが確実にフィルタ４を通過する。
【００５３】
次に、この飲料はウェブ５４間に形成された径方向通路５７に沿って下向きに流動し、開口５６を通過して円柱状漏斗４０内に入る。続いて、チャネル５０に沿って支持ウェブ４７間を通過し、注ぎ口４３から下の出口４４に落ち、これにより、この飲料はカップなどの入れ物内に注がれる。
【００５４】
好ましくは、飲料調製機に空気パージ性能を含めて、操作サイクルの終了時に圧縮空気をカートリッジ１内に押し入れることにより、残留飲料をその入れ物内に流し出す。
【００５５】
次に、図１２から図１８を参照しながら、第２の型式のカートリッジ１について説明する。第２の型式のカートリッジ１は、クレマとして知られる細かい気泡の泡立ちを有する飲料を生成することが望ましい、焙煎および挽き作業を施したコーヒーなどのエスプレッソ型生成物の供給に使用するように特に設計されたものである。第２の型式のカートリッジ１が備える特徴は、その多くが第１の型式のものと同じであるため、同様の参照符号を用いて同様の特徴を指している。以下の説明では、第１の型式と第２の型式との間の違いについて述べる。同様に機能する共通の特徴について、以下では詳細な説明を省略する。
【００５６】
外側部材２の構造は、第１の型式のカートリッジ１が備え、図１から図６に示すものと同じである。
【００５７】
内側部材３の環状フレーム４１は、第１の型式のものと同じである。また、フィルタ４が、濾過口部５５をカバーするように、環状フレーム４１上に配置される。円柱状漏斗４０の外側チューブ４２も、第１の場合と同様である。ただし、第２の型式の内側部材２に、第１の型式の場合と比較していくつか相違点がある。図１６に示すように、注ぎ口４３に、出口４４から注ぎ口４３に向けて一部延出する仕切り６５が設けられている。この仕切り６５を設けることにより、飲料が注ぎ口４３を出る際にしぶきを飛ばす、かつ／またははねることを防止しやすくなる。注ぎ口４３のプロファイルも異なっており、この注ぎ口４３は、チューブ４３の上方端部近傍で明確な屈曲部６６を備える階段状プロファイルを含む。
【００５８】
リム６７が、環状フランジ４７から直立して設けられて、外側チューブ４２と注ぎ口４３とを接合している。このリム６７は入口４５から注ぎ口４３までを取り囲み、リム６７と外側チューブ４２の上方部分との間に環状チャネル６９を画成する。リム６７には、内向きの肩６８が設けられている。リム６７周囲の一箇所に、口部７０がスロットの形態で設けられており、このスロットは、図１２および図１３で最もよくわかるように、リム６７の上方縁部から肩６８の高さよりわずかに下の箇所まで延在するものである。このスロットの幅は０．６４ｍｍである。
【００５９】
図１６および図１７に示すように、環状フランジ４７に、口部７０と周方向に位置合わせされた空気入口７１を設ける。この空気入口７１は、外側チューブ４２と注ぎ口４３との間でフランジ４７の上方箇所とフランジ４７の下方の孔スペースとを流通させるように、フランジ４７を貫通する口部を含む。好ましくは、図示のように、空気入口７１に、上方略截頭円錐形部分７３と下方円柱状部分７２とを含める。空気入口７１は通常、ピンなどの成形工具により形成される。空気入口７１を先細りプロファイルにすると、成形工具を成形原料から取り出しやすくなる。空気入口７１に近位である外側チューブ４２の壁を、空気入口７１から注ぎ口４３の入口４５へとつながるシュート７５を形成する形状とする。図１７に示すように、空気入口７１とシュート７５との間に斜めの肩７４が形成されて、スロット７０から噴射される飲料が、空気入口７１のごく近位にあるフランジ４７の上面を直接汚さないようにしている。
【００６０】
第２の型式のカートリッジ１を組み立てる手順は、第１の型式の組み立てと同様である。しかし、いくつかの相違点もある。図１８に示すように、円柱状延出部１８の第３の部分２１は、支持ウェブに対してではなく、支持リム６７内に納まる。第２の部分２０と第３の部分２１との間に位置する円柱状延出部１８の肩３２は、内側部材３の支持リム６７が含む上方縁部に当たる。このようにして、内側部材３と外側部材２との間に、カートリッジ１の周囲のほぼ全体に延び、円柱状延出部１８と支持リム６７との間の面シールを含む界面ゾーン１２４が形成される。ただし、支持リム６７に形成するスロット７０が支持リム６７を貫通して肩６８のわずか下方の箇所まで下向きに延在しているため、円柱状延出部１８と支持リム６７との間のシールは流体密ではない。したがって、円柱状延出部１８と支持リム６７との間が界面嵌合することにより、スロット７０が口部１２８へと変化して、環状チャネル６９と注ぎ口４３との間を気体および液体連通させている。この口部は通常、その幅が０．６４ｍｍ、長さが０．６９ｍｍである。
【００６１】
第２の型式のカートリッジ１で飲料を供給する操作は、第１の型式と同様であるが、いくつかの点で異なっている。径方向通路５７内の飲料は、ウェブ５４間に形成された通路５７を下向きに流動して、開口５６から円柱状漏斗４０の環状チャネル６９内に入る。環状チャネル６９内に入った後、この飲料は、濾過チャンバ１３０および通路５７内に収集した飲料の背圧により、圧力下で口部１２８から押出される。したがって、飲料は口部１２８から噴射されて、注ぎ口４３の上方端部が形成する膨張チャンバ内に押出される。図１８に示すように、この飲料噴射は、空気入口７１上をそのまま通過する。飲料が注ぎ口４３に入ると、飲料噴射の圧力が降下する。この結果、空気が空気入口７１を介して引き込まれるのと同時に、その空気が飲料流内に多数の小さな気泡として混入される。口部１２８から出た飲料噴射は、下向きに流れて集まり、出口４４までくると、ここでカップなどの入れ物内に注出され、気泡が所望のクレマとなる。したがって、口部１２８および空気入口７１が共に、空気を飲料内に取り込むように作用するエダクタとなる。このエダクタ内への飲料の流動をできる限り滑らかに保ち、圧力損失を低減しなければならない。そのためには有利なことに、エダクタの壁部を凹形表面に製造して、「壁面効果」摩擦による損失を低減しなければならない。口部１２８の寸法公差は小さい。好ましくは、この口部サイズを０．０２ｍｍ２前後に定める。毛状物、繊維または他の表面凹凸をエダクタ内、またはエダクタの出口近傍に設けて、空気の取り込み量を増加させることがわかっている有効領域を増加してもよい。
【００６２】
次に、第３の型式のカートリッジ１について説明し、これを図１９から図２９に示す。第３の型式のカートリッジ１は、粉末、液体、シロップ、ゲルまたはこれに類似の形態でよい溶解性生成物の供給に使用するように特に設計されたものである。この溶解性生成物は、使用時にカートリッジ１内を水などの水性媒体が通過すると、その水性媒体によって溶解する、または水性媒体内に懸濁液を形成する。この飲料例として、ココア、コーヒー、乳、茶、スープ、またはこの他の、水を加えて元に戻す生成物や水溶解性生成物が挙げられる。第３の型式のカートリッジ１が備える特徴は、その多くが第１および第２の型式のものと同じであるため、同様の参照符号を用いて同様の特徴を指している。以下の説明では、第３の型式と第１の型式および第２の型式との間の違いについて述べる。同様に機能する共通の特徴について、以下では詳細な説明を省略する。
【００６３】
第１および第２の型式の外側部材２と比較すると、図２０に示すように、第３の型式の外側部材２に含まれる中空で内向きの円柱状延出部１８の直径は全体として大きくなっている。具体的に言えば、第１および第２の型式の外側部材２では１３．２ｍｍであったところが、第１の部分１９の直径は通常１６から１８ｍｍである。さらに、第１の部分１９には、図２０で最もよくわかるように、凸状外面１９ａすなわちバルジが設けられている。このバルジの機能については以下で説明する。しかし、カートリッジ１のうち、第３の部分２１の直径は同じである。このため、肩３２の面積がこの第３の型式のカートリッジ１では広くなっている。通常、カートリッジ１の容積は、組み立て時で３２．５ｍｌ±２０％である。
【００６４】
環状壁１３の下方端部に設けるスロットの数および位置もまた異なっている。３から５本のスロットを設ける。図２３に示すように、この実施形態では、４本のスロット３６が等間隔でマニホルド１６の周囲に設けられている。このスロット３６は、第１および第２の型式のカートリッジ１の場合よりわずかに幅広で、０．３５から０．４５ｍｍであり、好ましくは、０．４ｍｍ幅である。
【００６５】
他の点において、カートリッジ１の外側部材２はいずれも同じである。
【００６６】
内側部材３に含まれる円柱状漏斗４０の構造は、第１の型式のカートリッジ１と同じであり、外側チューブ４２、注ぎ口４５、環状フランジ４７、および支持ウェブ４９が設けられている。唯一の相違点は、注ぎ口４５であり、これは上方略截頭円錐形部分９２と下方円柱状部分９３とを備える形状となっている。
【００６７】
第１および第２の型式と比較すると、図２４から図２８に示すように、環状フレーム４１は、円柱状漏斗４０を取り囲み、かつ円柱状漏斗４０を環状フランジ４７にまたはこの近傍に結合する８本の径方向ストラット８７により円柱状漏斗４０に接続されているスカート部分８０に置き換えられている。このスカート部分８０からは、円柱状の延出部８１がストラット８７から上向きに延出して、上面が開いたチャンバ９０を画成している。円柱状延出部８１の上方リム９１は、図２６に示すように、内向きプロファイルを有する。スカート部分８０の環状壁８２は、ストラット８７から下向きに延在して、スカート部分８０と外側チューブ４２との間に環状チャネル８６を画成している。
【００６８】
環状壁８２は、その下方端部に、長軸Ｘに垂直に位置する外側フランジ８３を含んでいる。リム８４が、フランジ８３の下面から下向きにぶら下がり、リム８４に沿って周方向に等間隔な５個の口部８５を具備している。したがって、リム８４の下方は、城砦型プロファイルとなっている。
【００６９】
ストラット８７間に口部８９を設けることにより、チャンバ９０と環状チャネル８６との間を連通させている。
【００７０】
第３の型式のカートリッジ１を組み立てる手順は、第１の型式の組み立てと同様であるが、いくつかの相違点もある。図２９に示すように、外側部材２と内側部材３とは、互いに溶接されるのではなく、互いに押し嵌めされ、スナップ嵌合構造により保持される。この２つの部材の接合時、内向き円柱状延出部１８が、スカート部分８０の上方円柱状延出部８１の内側に受けられる。内側部材３は、円柱状延出部１８に含まれる第１の部分１９の凸状外表面１９ａが上方円柱状延出部８１の内向きリム９１と摩擦係合することにより、外側部材２内に保持される。
【００７１】
内側部材３が外側部材２内に配置した状態になると、混合チャンバ１３４が、スカート部分８０の外側に画成される。この混合チャンバ１３４が、供給前の飲料原料２００を含有する。４つの入口３６と５つの口部８５とが互い違いに周方向に配置されることに留意されたい。内側部材３および外側部材２を相対的にどのように位置決めしても４つの入口３６および５つの口部８５を用いることで確実にこの入口と口部との間に位置のずれが発生するため、この２つの部品の互いに対する径方向位置を組み立て時に決定または固定しなくてもよい。
【００７２】
１種類または複数種類の飲料原料を、カートリッジの混合チャンバ１３４内に包装する。この混合チャンバ１３４内における飲料原料の包装密度は所望に応じて変更可能である。
【００７３】
次に、ラミネート５を内側部材３および外側部材２に、第１および第２の型式において上述したように取付ける。
【００７４】
使用時、第１および第２の形式のカートリッジと同様に、水が、４本のスロット３６を通って混合チャンバ１３４に入る。この水が径方向内側に混合チャンバ内に押し入れられ、そこに含有されている飲料原料と混ざり合う。この水の中に生成物が溶解または混合されて、混合チャンバ１３４内に飲料が形成され、これが、混合チャンバ１３４内の飲料および水の背圧により、口部８５から環状チャネル８６内に駆逐される。４つの入口３６と５つの口部８５とが互い違いに周方向に配置されることにより、水の噴射が入口スロット３６から径方向に直接口部８５内に入ることは、まず混合チャンバ１３４内で循環が発生しない限り、あり得ない。このため、生成物の溶解または混合の程度および安定性は大幅に高まる。形成された飲料は、環状チャネル８６内を上方向に押し上げられ、ストラット８７間の口部８９を通ってチャンバ９０内に入る。次にチャンバ９０から支持ウェブ４９間の入口４５を介して注ぎ口４３に入り、出口４４までくると、ここでカップなどの入れ物内に注がれる。このカートリッジを、粘稠液またはゲルの形態である飲料原料に適用できることがわかっている。一用途において、カートリッジ１内には、周囲温度にて粘性が１７００〜３９００ｍＰａ、０℃にて５０００〜１００００ｍＰａであり、屈折固形分が６７ブリックス度±３である液状チョコレート原料が入れられる。別の用途において、カートリッジ１内には、周囲温度にて粘性が７０〜２０００ｍＰａ、０℃にて８０〜５０００ｍＰａであり、全固形分量が４０から７０％である液体コーヒーが入れられる。この液状コーヒー原料に、０．１〜２．０重量％、好ましくは０．５〜１．０重量％の重炭酸ナトリウムを含有させることができる。重炭酸ナトリウムは、コーヒーのｐＨレベルを４．８以下に維持して、コーヒーを充填したカートリッジの貯蔵寿命を最長１２ヶ月にできるように作用するものである。
【００７５】
第４の型式のカートリッジ１を図３０から図３４に示す。第４の型式のカートリッジ１は、濃縮型液状乳などの液状生成物の供給に用いるように特に設計されたものである。第４の型式のカートリッジ１に含まれる特徴は、その多くが第１から第３の型式のものと同じであるため、同様の参照符号を用いて同様の特徴を指す。以下の説明では、第４の型式と第１から第３の型式との間の違いについて述べる。同様に機能する共通の特徴について、以下では詳細な説明を省略する。
【００７６】
外側部材２は、第３の型式のカートリッジ１の、図１９から図２３に示すものと同じである。
【００７７】
内側部材３の円柱状漏斗４０は、第２の型式のカートリッジ１に類似しているが、いくつかの点で異なる。図３０に示すように、注ぎ口４３は、上方略截頭円錐部分１０６と、下方円柱状部分１０７とを含む形状である。この注ぎ口４３の内面には３つの軸方向リブ１０５が設けられて、供給された飲料を下向きに出口４４に方向付け、注がれた飲料が注ぎ口内で旋回しないようにしている。したがって、リブ１０５はバッフルとして作用する。第２の型式のカートリッジ１と同様、空気入口７１が環状フランジ４７を貫通して設けられている。しかし、空気入口７１の下のシュート７５は、第２の型式の場合より細長くなっている。
【００７８】
スカート部分８０が、上述した第３の型式のカートリッジ１に示したものと同様に設けられている。５から１２個の口部８５がリム８４内に設けられている。第３の型式のカートリッジ１では５個であったが、通常１０個の口部を設ける。
【００７９】
スカート部分８０のフランジ８３から、これと一体となって延出している環状ボウル１００が設けられている。この環状ボウル１００は、上方口１０４を上向きに開いたフレア型本体１０１を含む。図３０および図３１に示す４個の送り口部１０３が、この本体１０１内にて、スカート部分８０と接合するボウル１００の下方端部に、またはその近傍に配置されている。好ましくは、この送り口部をボウル１００の周囲に等間隔で配置する。
【００８０】
ラミネート５は、これまでの実施形態で説明したタイプのものである。
【００８１】
第４の型式のカートリッジ１の組み立て手順は、第３の型式の手順と同様である。
【００８２】
第４の型式のカートリッジ１の操作は、第３の型式の操作と同様である。水が、第１から第３の形式のカートリッジと同様に、カートリッジ１および混合チャンバ１３４に入る。ここで、上述したように、水が液体生成物と混ざり合い、これを希釈して、上述したように、ボウル１００の下の口部８５を通り、出口４４に向けて押出される。図３４に示すように、環状ボウル１００に当初含有される一定割合の液体生成物は、混合チャンバ１３４に入った水によりすぐに希釈されるわけではない。混合チャンバ１３４の下方部分にある希釈された液体生成物は、上方口１０４から環状ボウル１００内に押し上げられるのではなく、口部８５から出て行くことになる。したがって、環状ボウル１００内の液体生成物は、混合チャンバ１３４の下方部分にある生成物と比較して、操作サイクルの最初の段階ではまだ比較的濃縮状態を保っている。環状ボウル１００内の液体生成物は、重力を受けて送り口部１０３から、混合チャンバ１３４内にてボウル１００の下で口部８５を通過する生成物流内へと滴下される。環状ボウル１００は、一定量の濃縮液体生成物を取り置き、操作サイクル中、定期的に液体流路内にそれを注出することにより、円柱状漏斗４０に入る希釈済み液体生成物の濃度を平均化する作用をする。これを、およそ１５秒の操作サイクル間における、全固形分含有量の割合として測定される乳の濃度を示す図３５ａに例示する。線ａはボウル１００を設けた場合の濃度プロファイルを例示し、線ｂはボウル１００を設けないカートリッジの場合を例示したものである。この図からわかるように、カップ１００を設けた場合の濃度プロファイルのほうが、操作サイクル中、均等であり、ボウル１００を設けない場合には起こっている急激な濃度の大幅低下がない。この乳の初期濃度は通常、３０から３５％ＳＳであり、サイクル終了時にはこれが１０％ＳＳとなる。これによる希釈率はおよそ３倍であるが、本発明では１倍から６倍までの希釈率が可能である。他の液体飲料原料の場合、この濃度を変更することができる。例えば、液状チョコレートの場合、初期濃度はおよそ６７％ＳＳであり、サイクル終了時にはこれが１２から１５％ＳＳとなる。これによる希釈率（供給飲料内における飲料原料に対する水性媒体の比率）はおよそ５倍であるが、本発明では２倍から１０倍までの希釈率が可能である。液体コーヒーの場合、初期濃度はおよそ４０から６７％ＳＳであり、供給終了時にはこれが１から２％ＳＳとなる。これによる希釈率はおよそ２０倍から７０倍であるが、本発明では１０倍から１００倍までの希釈率が可能である。
【００８３】
こうした飲料は、圧力下で押出されて、濾過チャンバ１３４およびチャンバ９０に収集される飲料の背圧により、環状チャネル８６から口部１２８を通過する。したがって、飲料は口部１２８から噴射されて、注ぎ口４３の上方端部が形成する膨張チャンバ内に押出される。図３４に示すように、この飲料噴射は、空気入口７１上をそのまま通過する。飲料が注ぎ口４３に入ると、飲料噴射の圧力が降下する。この結果、空気が空気入口７１を介して引き込まれるのと同時に、その空気が飲料流内に多数の小さな気泡として混入される。口部１２８から出た飲料噴射は、下向きに流れて集まり、出口４４までくると、ここでカップなどの入れ物内に注がれ、気泡が所望の泡立った外観を形成する。
【００８４】
有利なことに、内側部材３、外側部材２、ラミネート５、およびフィルタ４はすべて、別個のコンポーネンツであり、個別には蛇行通路や細い隙間を含んでいないため、これらを容易に殺菌消毒することができる。必要な通路が形成されるのは、殺菌消毒後にこれらのコンポーネンツを結合した時点である。これは、飲料原料が液状乳濃縮物などの乳原料を主原料とする生成物である場合に特に重要である。
【００８５】
飲料カートリッジの第４の実施形態は、液状乳などの濃縮した乳原料を主原料とする液体生成物の供給に特に有利である。これまで、粉末状の乳生成物は、小袋の形態で提供され、これを事前に調製した飲料に加えるようになっていた。しかし、カプチーノタイプ飲料の場合、乳を泡立てる必要がある。これはこれまで、液状乳生成物に蒸気を通すことで実施されてきた。しかし、これには、蒸気供給用設備が必要であるため、この飲料の供給に用いる機械のコストならびに複雑度が増してしまう。また、蒸気を使用すると、カートリッジ操作時に怪我を負う危険性も高まる。したがって、本発明は、濃縮した乳原料を主原料とする液体生成物を中に有する飲料カートリッジを提供するものである。乳生成物を濃縮した場合、新鮮な乳またはＵＨＴ乳と比較すると、特定容積の乳に対してより多くの量の泡沫を生成できることがわかっている。これを利用すれば、乳用カートリッジに必要なサイズが縮小される。新鮮な半脱脂乳は、およそ１．６％の脂肪分および１０％の全固形分を含む。本発明による濃縮型液状乳調製物は、０．１から１２％の脂肪分および２５から４０％の全固形分を含む。一典型的実施例では、この調製物は４％の脂肪分および３０％の全固形分を含む。この濃縮型乳調製物は、以下に記載するように低圧調製機械による泡立てに適している。具体的に言えば、この乳の泡立てを、上述した第４の実施形態のカートリッジを用い、２バール未満、好ましくはおよそ１．５バールの圧力で行う。
【００８６】
濃縮乳を泡立てることは、カプチーノおよびミルクセーキなどの飲料に特に都合がよい。好ましくは、乳を口部１２８から空気入口７１上に通過させ、任意にボウル１００を用いて、乳の４０％を超える量、好ましくは、７０％を超える量を泡立てられるようにする。液状チョコレートの場合、７０％を超える量の泡立てが可能である。液状コーヒーの場合、７０％を超える量の泡立てが可能である。泡沫性（formability）のレベルは、供給した液体飲料原料の容積に対して生成された泡沫容積の比率として測定される。例えば、１３８．３ｍｌの飲料が供給され、そのうち５８．３ｍｌが泡沫となった場合、泡沫性は、［５８．３／（１３８．３−５８．３）］＊１００＝７２．９％となる。この乳（および他の液体原料）の泡沫性は、図３５ｂでわかるように、ボウル１００を設けることで高められる。ボウル１００を設けて供給した乳の泡沫性（線ａ）は、ボウルを設けずに供給した乳の泡沫性（線ｂ）より高くなっている。これは、乳の泡沫性が乳の濃度に正比例し、図３５ａに示すように、ボウル１００が操作サイクルの大半で乳の濃度を高く維持するためである。また、乳の泡沫性は、図３５ｃに示すように、水性媒体の温度に正比例することも知られている。したがって、水性媒体が最も高温である操作サイクルの終了近くまで、より多くの乳がカートリッジ内に残るため、ボウル１００を設けると有利となる。これによりさらに、泡沫性が改良される。
【００８７】
第４の実施形態のカートリッジも、液状コーヒー生成物の供給に有利である。
【００８８】
本発明によるこの実施形態の飲料カートリッジから有利なことに、従来技術によるカートリッジと比較して、煎出した飲料の安定性を改良できることがわかっている。以下に示す表１を参照すると、焙煎および挽き作業を施したコーヒーを含有するカートリッジＡおよびカートリッジＢそれぞれについて、２０試料を煎出して得られた収率が示されている。カートリッジＡは、本発明の第１の実施形態による飲料カートリッジである。カートリッジＢは、本願出願人による特許文献１に記載された従来技術による飲料カートリッジである。煎出した飲料の屈折率をブリックス度で測定し、これを、標準表および式を用いて溶解性固形分の比率（％ＳＳ）に変換する。以下の実施例において、
％ＳＳ＝０．７７７４＊（ブリックス度値）＋０．０５６９
％収率＝（％ＳＳ＊煎出量（ｇ））／（１００＊コーヒー重量（ｇ））
である。
【００８９】
【表１−１】
【００９０】
【表１−２】
【００９１】
上記データについてｔ検定統計分析を行ったところ、以下の結果を得た。
【００９２】
【表２】
【００９３】
この分析から、煎出濃さに匹敵する収率の安定性は、標準偏差が０．８８％であった本発明によるカートリッジについて、従来技術によるカートリッジの標準偏差２．２４％と比較して、より大幅に高かった（９５％の信頼水準）ことがわかる。これは、本発明によるカートリッジにより煎出した飲料の濃さのほうが、再現可能かつ均一であるということである。これは、同じ飲料を何度も味わいたく、その煎出濃さを恣意に変更したくない消費者に好ましい。
【００９４】
上述したカートリッジの材料に、バリアコーティングを施して、酸素および／または湿気、および／または他の汚染侵入物に対する防御性を改良してもよい。このバリアコーティングを施すと、飲料原料がカートリッジから漏れることに対する防御性を改良し、かつ／または飲料原料に悪影響を与えかねないカートリッジ材料からの抽出物滲出の程度を抑えることができる。バリアコーティングの材料を、ＰＥＴ、ポリアミド、ＥＶＯＨ、ＰＶＤＣまたは金属化材料からなる群から選択することができる。バリアコーティングの適用には、いくつかの機構が利用可能であり、その例として、これらに限定するものではないが、蒸着、真空蒸着、プラズマコーティング、共押出加工、インモールドラベリング、および二段／多段成形が挙げられる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料を調製するためのカートリッジシステムに関し、特に、実質的に空気および水分に対して不透過性である材料で形成され、飲料の調製用に１種類または複数種類の原料を含有するシール済みカートリッジに関する。カートリッジシステムを製造する方法も開示される。
【背景技術】
【０００２】
空気に対して不透過性である個包装内に飲料調製原料をシールすることが、これまで提案されてきた。例えば、挽いたコーヒーを圧縮して含有するカートリッジやカプセルは、一般に「エスプレッソ」機械と呼ばれる特定のコーヒー調製機械で使用するものとして知られている。こうした調製機械を用いたコーヒーの製造では、コーヒーカートリッジが煎出チャンバ内に配置され、湯がこのカートリッジを比較的高い圧力で通過することにより、挽かれたコーヒーから薫り高いコーヒー成分が抽出されて、コーヒー飲料を生成する。
通常、こうした機械は、６×１０5Ｐａを超える圧力で動作する。このタイプの調製機械は、これに含まれる水ポンプおよびシールなどのコンポーネンツが高圧に耐えられるものでなければならないため、今まで比較的高価であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第０１／５８７８６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術には、概して０．７から２．０×１０5Ｐａで動作する飲料調製用カートリッジが記載されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、このカートリッジは、商業または工業市場用飲料調製機内で使用する設計となっており、比較的高価である上、多くのタイプの飲料を生成することができない。したがって、システムのカートリッジおよび飲料調製機が、特に、価格、性能および信頼性の面で家庭向け市場に適したものとなっている飲料調製用システムが必要である。また、操作が単純であり操作の信頼性が高く、広範なタイプの飲料を比較的低圧で生成可能である、こうしたシステムのための飲料調製機も必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、本発明は、１種類または複数種類の飲料原料を含有し、実質的に空気および水分に対して不透過性である材料で形成されたカートリッジであって、前記１種類または複数種類の飲料原料を含有する貯蔵チャンバ（１３４）を含み、前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．１０と０．４３との間であることを特徴とするカートリッジを提供する。
【０００６】
これらのアスペクト比を有するカートリッジを使用することによって、低い圧力における効率的な調製が可能になることが確認されている。
【０００７】
特に、前記アスペクト比は、飲料原料の不均一または薄い抽出、希釈、または分解に繋がるような、カートリッジを通じた不均一または不適切な水の流れを招きうる望まれない高い背圧の確立（build up）を妨げることが確認されている。高い背圧を妨げることにより、低圧のシステムと共にカートリッジを使用することが可能になり、そのような低圧システムは高圧のシステムよりも安価であり従って家庭向けのマーケットにより適している。
【０００８】
さらに、これらのアスペクト比の使用は、使用の際のカートリッジが水平に配置される場合に、特に有利な効果を有する。貯蔵チャンバの幅と高さを慎重に選択することにより、プロセスの一貫性を改善するために内向きおよび上向きの両方の流れの要素を有する貯蔵チャンバ内における流れの改善が可能になる。
【０００９】
好ましくは、貯蔵チャンバの幅に対する貯蔵チャンバの高さのアスペクト比は、０．２１と０．２８との間である。更に好ましくは、アスペクト比は概ね０．２５である。
【００１０】
好ましくは、カートリッジはディスク形である。
【００１１】
もしくは、カートリッジはディスク型でなく、且つ、前記アスペクト比は最大距離に対する最大高さの比率として測定される。
【００１２】
カートリッジは、該貯蔵チャンバに放射状に導入される１つまたはそれ以上の入口を含んでもよい。
【００１３】
前記１つまたはそれ以上の入口は、水性媒体の流れを内向きに前記貯蔵チャンバに導くように、前記カートリッジの周縁に、またはその近傍に配置されてもよい。
【００１４】
カートリッジは、貯蔵チャンバとカートリッジの下面の少なくとも一部との間に配置されたフィルタと、前記フィルタとカートリッジの頂部との間に形成された１つまたはそれ以上の通路とを更に含み、該１つまたはそれ以上の通路は前記カートリッジの出口に連通し、これによって、前記１つまたはそれ以上の入口を出口に連結している飲料の流路が上向きに前記フィルタを通じて前記１つまたはそれ以上の通路内へと流通することとしてもよい。
【００１５】
飲料原料は、焙煎および挽き作業を施したコーヒーであってもよい。
【００１６】
クレームされたアスペクト比の使用は、抽出が行われる焙煎および挽き作業を施したコーヒーなどのような原料について特に有利である。抽出中におけるチャンバー内の正確な圧力と流れのパターンは、調製される飲料の品質と一貫性のために大変重要である。
【００１７】
本発明はまた、貯蔵チャンバ内に１種類または複数種類の飲料原料を含有するカートリッジから飲料を供給する方法を提供する。この方法は、前記１種類または複数種類の飲料原料から飲料を形成するように、前記カートリッジに水性媒体を通過させるステップと、前記飲料を入れ物内に供給するステップとを含み、前記カートリッジは、前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．１０と０．４３との間であり、前記水性媒体は０．１から２．０バール（１０から２００ＫＰａ）の圧力でカートリッジを通過させられることを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、貯蔵チャンバの幅に対する貯蔵チャンバの高さのアスペクト比は０．２１と０．２８との間である。
【００１９】
本発明は更に、２．０から４．０バールの圧力の水性媒体と共に使用され、１種類または複数種類の飲料原料を含有し、且つ実質的に空気および水分に対して不透過性である材料で形成され、前記１種類または複数種類の飲料原料を含有する貯蔵チャンバを含んだカートリッジを提供する。このカートリッジは、貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．１０と０．４３との間である。
【００２０】
本発明はまた、貯蔵チャンバ内に１種類または複数種類の飲料原料を含有するカートリッジから飲料を供給する方法であって、前記１種類または複数種類の飲料原料から飲料を形成するように、前記カートリッジに水性媒体を通過させるステップと、前記飲料を入れ物内に供給するステップとを含み、前記カートリッジは、前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．４２と０．６８との間であり、前記水性媒体は２．０から４．０バールの圧力でカートリッジを通過させられることを特徴とする方法を提供する。
【００２１】
本発明のカートリッジは、飲料製品の構成のために好適な１種類または複数種類の原料を含有する。飲料製品は、例えば、コーヒー、茶、チョコレートまたはミルクを含む日常の（daily-based）飲料であってよい。飲料原料は粉状化され、挽き作業を施され、葉を元にし（leaf-based）、または液状であってよい。飲料原料は不溶性または可溶性のいずれであってもよい。焙煎され挽き作業を施されたコーヒー、葉茶（leaf tea）、粉状化された固形ココア（cocoa solids）およびスープ、液状のミルクを基にした（milk-based）飲料および濃縮されたフルーツジュースが例に含まれる。
【００２２】
以下の説明において、用語「上方」、「下方」およびその等価の用語を、本発明の特徴要素の相対的位置付けを説明するために用いる。用語「上方」、「下方」およびその等価用語を、例えば図４に示すように、飲料調製機に挿入して引き続き供給を行う、普通の方向にあるカートリッジ（または他のコンポーネンツ）に対して指すものと理解すべきである。具体的に言えば、「上方」および「下方」は、カートリッジの頂面１１からより近い相対的位置、またはより遠い相対的位置をそれぞれ指す。また、用語「内側」、「外側」およびその等価用語も、以下、本発明の特徴要素の相対的位置付けを説明するために用いる。この用語「内側」、「外側」およびその等価用語を、カートリッジ１（または他のコンポーネンツ）の中心または長軸Ｘからより近いまたはより遠い、カートリッジ（または他のコンポーネンツ）内での相対的位置付けをそれぞれ指すものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１および第２の実施形態であるカートリッジの外側部材を示す断面図である。
【図２】図１の外側部材の詳細を示す断面図であり、内側向きの円柱状延出部を示している。
【図３】スロットを示す、図１の外側部材の詳細を示す断面図である。
【図４】図１の外側部材を上から見た斜視図である。
【図５】図１の外側部材を逆向きにして上から見た斜視図である。
【図６】図１の外側部材を上から見た平面図である。
【図７】第１の実施形態であるカートリッジの内側部材を示す断面図である。
【図８】図７の内側部材を上から見た斜視図である。
【図９】図７の内側部材を逆向きにして上から見た斜視図である。
【図１０】図７の内側部材を上から見た平面図である。
【図１１】組み立てた状態である第１の実施形態のカートリッジを示す断面図である。
【図１２】第２の実施形態であるカートリッジの内側部材を示す断面図である。
【図１３】口部を示す、図１２の内側部材の詳細を示す断面図である。
【図１４】図１２の内側部材を上から見た斜視図である。
【図１５】図１２の内側部材を逆向きにして上から見た斜視図である。
【図１６】図１２の内側部材を示す別の断面図である。
【図１７】空気入口を示す、図１２の内側部材の別の詳細を示す断面図である。
【図１８】組み立てた状態である第２の実施形態のカートリッジを示す断面図である。
【図１９】第３および第４の実施形態であるカートリッジの外側部材を示す断面図である。
【図２０】図１９の外側部材の詳細を示す断面図であり、内側向きの円柱状延出部を示している。
【図２１】図１９の外側部材を上から見た平面図である。
【図２２】図１９の外側部材を上から見た斜視図である。
【図２３】図１９の外側部材を逆向きにして上から見た斜視図である。
【図２４】第３の実施形態であるカートリッジの内側部材を示す断面図である。
【図２５】図２４の外側部材を上から見た平面図である。
【図２６】内向き上方リムを示す、図２４の内側部材の詳細を示す断面図である。
【図２７】図２４の内側部材を上から見た斜視図である。
【図２８】図２４の内側部材を逆向きにして上から見た斜視図である。
【図２９】組み立てた状態である第３の実施形態のカートリッジを示す断面図である。
【図３０】本発明による第４の実施形態であるカートリッジの内側部材を示す断面図である。
【図３１】図３０の内側部材を上から見た平面図である。
【図３２】図３０の内側部材を上から見た斜視図である。
【図３３】図３０の内側部材を逆向きにして上から見た斜視図である。
【図３４】組み立てた状態である第４の実施形態のカートリッジを示す断面図である。
【図３５ａ】操作サイクル時間に対する濃度を示すグラフである。
【図３５ｂ】操作サイクル時間に対する泡立ち度を示すグラフである。
【図３５ｃ】操作サイクル時間に対する温度を示すグラフである。
【図３６】アスペクト比に対する正規化された圧力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら、あくまで例示として以下に説明する。
【００２５】
図１１に示すように、カートリッジ１は主に、外側部材２と、内側部材３と、ラミネート５とを含む。外側部材２と、内側部材３と、ラミネート５とを組み合わせると、１種類または複数種類の飲料原料を含有するための内部１２０と、入口１２１と、出口１２２と、入口１２１から出口１２２までをつないで内部１２０を貫通する飲料流路とを有するカートリッジ１が形成される。入口１２１と出口１２２とは、当初はラミネート５でシールされているが、使用時に、そのラミネート５を穿孔またはカッティング（cutting）することにより開口される。飲料流路は、以下で説明するように、外側部材２と、内側部材３と、ラミネート５との間の空間的相互関係により画定される。この他にも、以下でさらに説明するように、フィルタ４などのコンポーネンツを任意にカートリッジ１に含めることができる。
【００２６】
第１の型式のカートリッジ１を、図１から図１１に示す。第１の型式のカートリッジ１は、焙煎および挽き作業を施したコーヒーやリーフティなどの濾過生成物の供給に使用するように特に設計されたものである。しかし、この型式のカートリッジ１および、以下で説明する他の型式を、ココア、コーヒー、茶、甘味料類、強壮剤類、調味料類、アルコール飲料類、調味乳、果汁類、スカッシュ類、ソース類、およびデザート類などの他の生成物に使用することも可能である。
【００２７】
図５からわかるように、カートリッジ１の全体形状は、その直径または幅（breadth）が高さより大幅に大きい略円形またはディスク形状である。長軸Ｘは、図１に示すように、外側部材の中心を通っている。通常、外側部材２の外径全体は７４．５ｍｍ±６ｍｍであり、外側の高さ全体は１６ｍｍ±３ｍｍである。通常、このカートリッジ１の容積は３０．２ｍｌ±２０％である。
【００２８】
本発明でのカートリッジのアスペクト比（aspect ratio）は、２．０バールまでで稼動されるカートリッジでは０．１０と０．４３との間であり、０．２バールから４．０バールまでで稼動されるカートリッジでは０．４２から０．６８までである。好ましくは、２．０バールより低い領域で稼動されるカートリッジのアスペクト比は０．２１と０．２８の間である。アスペクト比とは、１種類または複数種類の飲料原料を含有する内部１２０の内部幅（カートリッジがディスク型である場合には、内径）に対する、内部１２０の垂直高さの最大値の比率と定義される。例示される実施態様では、垂直高さの最大値は１４．３ｍｍであり、幅（この例では直径と同視される）は５７．８ｍｍである。図３６に示されるように、本発明のカートリッジから飲料を供給（dispense）するために必要とされる圧力は、カートリッジのアスペクト比に応じて異なる。０．１０と０．４３との間のアスペクト比は、飲料を調整するのに必要な圧力を抑制する要求と、調整中の飲料の抽出と泡立ちとを最大化する要求とを均衡させるために有利である。
【００２９】
より高圧のシステム、典型的にはより大きい容量のカートリッジが用いられるシステムのために、より高い０．４２から０．６８までのアスペクト比が有用に用いられうる。
【００３０】
非ディスクの形状のカートリッジは、高さの最大値を距離（distance）の最大値で序した値と定義されるアスペクト比をもつことになる。
【００３１】
外側部材２は主に、湾曲した環状壁１３を有するボウル形状のシェル１０と、閉じた頂部１１と、開いた底部１２とを含む。閉じた頂部１１から開いた底部１２にかけて環状壁１３が広がっているため、外側部材２の直径は、その頂部１１にて、底部１２の直径に比較して小さくなっている。環状壁１３と閉じた底部１１とが共に、内部３４を有する入れ物を画成している。
【００３２】
中空で内側向きの円柱状延出部１８が、長軸Ｘを中心として閉じた頂部１１に設けられている。図２でさらによくわかるように、円柱状延出部１８は、第１、第２および第３の部分１９、２０および２１を有する階段状プロファイルを含む。第１の部分１９は、直円柱状である。第２の部分２０は、截頭円錐形状であり、内側に先細りになっている。第３の部分２１は、もう１つの直円柱であり、下方面３１により閉じられている。第１、第２および第３の部分１９、２０および２１の直径は、円柱状延出部１８の頂部１１から閉じた下方面３１にかけて、円柱状延出部１８の直径が狭まるように、段階的に小さくなっている。略水平な肩３２が、第２の部分２０と第３の部分２１との間の結合部分にて円柱状延出部１８に形成されている。
【００３３】
外向きに延出する肩３３が、底部１２に向けて外側部材２に形成されている。この外向きに延出する肩３３が、環状壁１３と同軸である副次的壁１５を形成し、これにより、副次的壁１５と環状壁１３との間にマニホルド１６を形成する環状トラックを画成するようになっている。マニホルド１６は、外側部材２の周囲をめぐって通っている。一連のスロット１７が、環状壁１３にマニホルド１６と同じ高さで設けられており、これにより、マニホルド１６と外側部材２の内部３４との間が気体および液体連通した状態となる。図３に示すように、スロット１７は、環状壁１３に形成された垂直スリットを含む。２０から４０本のスリットを設ける。図示した実施形態では、３７本のスロット１７が、ほぼ等間隔でマニホルド１６の周囲に設けられている。スロット１７を、好ましくは、１．４から１．８ｍｍの長さとする。通常、各スロットの長さは、外側部材２の高さ全体の１０％である１．６ｍｍである。各スロットの幅は、０．２５から０．３５ｍｍである。通常、各スロットの幅は０．３ｍｍである。スロット１７の幅を十分に狭くして、保管時、使用時のいずれかに飲料原料がマニホルド１６内に通過してしまわないようにする。
【００３４】
入口チャンバ２６を、外側部材２の周囲にて外側部材２内に形成する。図５で最もよくわかるように、円柱状壁部２７が設けられており、これが外側部材２の内部３４に入口チャンバ２６を画成し、同時に入口チャンバ２６を外側部材２の内部３４から仕切っている。この円柱状壁部２７は、長軸Ｘに垂直な１平面上に形成された閉じた上方面２８と、外側部材２の底部１２と同平面上にある開いた下方端部２９とを有する。入口チャンバ２６は、図１に示すように、２本のスロット３０を介してマニホルド１６と連通する。別法として、１から４本のスロットを用いて、マニホルド１６と入口チャンバ２６との間を連通させてもよい。
【００３５】
外向きに延出する肩３３の下方端部には、長軸Ｘに垂直に外向きに延出するフランジ３５が設けられている。通常、このフランジ３５の幅は２から４ｍｍである。フランジ３５の一部が、外側部材２の保持によってハンドル２４を形成するように、拡張されている。ハンドル２４には、掴みやすくするために先を上向きにしたリム２５が設けられている。
【００３６】
外側部材２を、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、またはこれらの２種以上の積層体から単体ピースとして形成する。適したポリプロピレンは、ＤＳＭ ＵＫ Ｌｉｍｉｔｅｄ（Ｒｅｄｄｉｔｃｈ、Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ）から入手可能な一連のポリマー類である。この外側部材は、不透明でも、透明でも、半透明でもよい。この製造処理を射出成形とすることができる。
【００３７】
図７から図１０に示すように、内側部材３は、環状フレーム４１と、下向きに延出する円柱状漏斗４０とを含む。図７に示すように、長軸Ｘは内側部材３の中心を通っている。
【００３８】
図８で最もよくわかるように、環状フレーム４１は、外側リム５１と、等間隔で設けられた１０本の径方向スポーク５３で接合されている内側ハブ５２とを含む。内側ハブ５２は円柱状漏斗４０と一体であり、かつ円柱状漏斗４０から延出している。濾過口部５５が、径方向スポーク５３の間で環状フレーム４１内に形成されている。この濾過口部５５をカバーするように、フィルタ４が環状フレーム４１上に配置される。このフィルタを好ましくは、不織繊維材料であるポリエステルなど、湿潤強さの高い材料で製造する。この他に使用可能な材料として、織紙繊維を含むセルロース材料などの水分不透過性セルロース材料が挙げられる。この織紙繊維をポリプロピレン、ポリ塩化ビニルおよび／またはポリエチレンの繊維と混合させることができる。こうしたプラスチック材料をセルロース材料内に組み合わせると、そのセルロース材料がヒートシール可能なものとなる。フィルタ４を、熱および／または圧力で活性化される材料で処理またはコーティングして、熱および／または圧力により環状フレーム４１にシールできるようにしてもよい。
【００３９】
図７の断面プロファイルに示すように、内側ハブ５２は外側リム５１より下の位置に配置されるため、環状フレーム４１のプロファイルが、下方に傾斜したものとなる。
【００４０】
各スポーク５３の上面に、直立型ウェブ５４が設けられる。このウェブが、環状フレーム４１上方の孔空間を複数の通路５７に分割する。各通路５７は両側をウェブ５４に、また下面をフィルタ４にその境界を接した状態となる。通路５７は外側リム５１から下方に円柱状漏斗４０に向けて延在し、ウェブ５４の内側末端部により画成される開口５６にて円柱状漏斗４０に開いている。
【００４１】
円柱状漏斗４０は、内側の注ぎ口４３を取り囲む外側チューブ４２を含む。この外側チューブ４２が、円柱状漏斗４０の外面を形成している。注ぎ口４３はその上方端部にて外側チューブ４２に、環状フランジ４７により接合されている。注ぎ口４３は、その上方端部に位置して通路５７の開口５６と連通する入口４５と、その下方端部に位置し、調製済み飲料を通過させてカップや他の入れ物内に注ぐ出口４４とを含む。注ぎ口４３は、その上方端部に略截頭円錐状部分４８を、またその下方端部に円柱状部分５８を含む。この円柱状部分５８にわずかに先細る部分を設けて、出口４４に向けて幅を細めてもよい。略截頭円錐形部分４８を設けることにより、飲料に乱流を起こすことなく、飲料を通路５７から出口４４に向けて下向きに流動させやすくなる。略截頭円錐形部分４８の上面には、円柱状漏斗４０の周囲に等間隔で位置する支持ウェブ４９を設ける。この支持ウェブ４９の間に複数のチャネル５０が画定される。支持ウェブ４９の上縁部は互いに同じ高さであり、長軸Ｘに垂直である。
【００４２】
内側部材３を、上述したように、外側部材２と同様、ポリプロピレンまたはこれに類似した材料から射出成形により単体ピースとして形成することができる。
【００４３】
別法として、内側部材３および／または外側部材２を、生分解性ポリマーで製造してもよい。適した材料の例として、分解性ポリエチレン（例えば、英国ボアハムウッドのＳｙｍｐｈｏｎｙ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ製ＳＰＩＴＥＫ）、生分解性ポリエステルアミド（例えば、Ｓｙｍｐｈｏｎｙ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ製ＢＡＫ１０９５）、ポリ乳酸（米国ミネソタ州のＣａｒｇｉｌ製ＰＬＡ）、デンプン系ポリマー、セルロース誘導体、およびポリペプチドが挙げられる。
【００４４】
ラミネート５は、アルミニウムによる第１の層、および無延伸ポリプロピレンによる第２の層の２層から形成される。このアルミニウム層は０．０２から０．０７ｍｍの厚さである。無延伸ポリプロピレン層は０．０２５から０．０６５ｍｍの厚さである。一実施形態において、アルミニウム層は０．０６ｍｍの厚さであり、ポリプロピレン層は０．０２５ｍｍの厚さである。このラミネートは、組み立て時の巻き込みに高い抵抗を有するため、特に有利である。このため、ラミネート５を、歪みを発生させることなく、正しいサイズおよび形状に事前に切断しておき、その後製造ラインの組み立てステーションに移送することができる。したがって、このラミネート５は溶接（welding）に特に適している。他のラミネート材料も使用可能であり、その例として、ＰＥＴ／アルミニウム／ＰＰ、ＰＥ／ＥＶＯＨ／ＰＰ、ＰＥＴ／金属被覆／ＰＰ、およびアルミニウム／ＰＰラミネートが挙げられる。打ち抜き加工した在庫品ではなく、ロールラミネートによる在庫品を用いてもよい。
【００４５】
カートリッジ１を、可撓性のラミネートではなく、剛性または半剛性の蓋で閉じてもよい。
【００４６】
カートリッジ１の組み立ては、
ａ）内側部材３を外側部材２に挿入するステップと、
ｂ）フィルタ４を決まった形状に切断し、内側部材３上に配置して、円柱状漏斗４０上で受け、環状フレーム４１に対向する位置にくるようにするステップと、
ｃ）内側部材３、外側部材２、およびフィルタ４を超音波溶接で接合するステップと、
ｄ）このカートリッジ１に、１種類または複数種類の飲料原料を充填するステップと、
ｅ）ラミネート５を外側部材２に取付けるステップと
を含む。
【００４７】
上記ステップについては、以下でさらに詳細に説明する。
外側部材２を、その開いた底部１２を上向きにして方向付ける。次に、内側部材３をその外側部材２内に挿入して、外側リム５１がカートリッジ１の頂部１１において軸方向延出部１４内に遊合状態で受けられるようにする。これと同時に、外側部材２の円柱状延出部１８が、内側部材３の円柱状漏斗４０の上方部分内に受けられる。円柱状延出部１８の閉じた下方面３１が内側部材３の支持ウェブ４９に当たった状態で、円柱状延出部１８の第３の部分２１が円柱状漏斗４０内に納まる。次に、フィルタ４を、フィルタ材料が環状リム５１に接触するように、内側部材３上に配置する。超音波溶接処理により、このフィルタ４を内側部材３に接合し、同時に同一処理ステップにおいて、内側部材３を外側部材２に接合する。内側部材３およびフィルタ４を外側リム５１に沿って溶接する。内側部材３および外側部材２は、外側リム５１およびウェブ５４の上方縁部に沿って溶接線により接合する。
【００４８】
図１１で最もよくわかるように、外側部材２および内側部材３を互いに接合すると、環状フランジ４１の下方かつ円柱状漏斗４０の外側に、内部１２０内の孔空間１３０ができ、これが濾過チャンバとなる。この濾過チャンバ１３０と環状フレーム４１上方の通路５７とを、濾紙４が隔てる。
【００４９】
濾過チャンバ１３０には１種類または複数種類の飲料原料２００が含有される。１種類または複数種類の飲料原料は、濾過チャンバ１３０内に包装される。濾過式飲料の場合、この原料は通常、焙煎および挽き作業を施したコーヒーまたはリーフティである。濾過チャンバ１３０内の飲料原料の包装密度は、所望に応じて変更可能である。通常、濾過式コーヒー生成物の場合、この濾過チャンバは、通常５から１４ｍｍ厚さの濾過床に５．０から１０．２グラムの焙煎および挽き作業を施したコーヒーを含有する。任意に、内部１２０に、その中で自由に移動できるため、飲料を注ぐ時点で乱流を起こし、その飲料原料の沈殿物を砕いて混合しやすくする球体などの１種類または複数種類の物体を入れてもよい。
【００５０】
次に、ラミネート５を外向きに延出するフランジ３５の下面に接合するためにラミネート５の周囲に溶接部１２６を形成することにより、ラミネート５を外側部材２に取付ける。溶接部１２６を、ラミネート５が入口チャンバ２６の円柱状壁部２７の下方縁部に対してシールするように延在させる。さらに、溶接部１２５を、ラミネート５と円柱状漏斗４０の外側チューブ４２の下方縁部との間に形成する。このラミネート５が、濾過チャンバ１３０の下方壁となり、かつ入口チャンバ２６および円柱状漏斗４０をシールする。ただし、ラミネート５と注ぎ口４３の下方縁部との間には、供給前に小さな隙間１２３ができるようになっている。ラミネート５の材料特性に応じて、熱および超音波溶接など、様々な溶接方法が使用可能である。
【００５１】
有利には、外側部材２とラミネート５との間に内側部材３がある。この内側部材３を、ポリプロピレンなどの比較的硬い材料で形成する。これにより、内側部材３は、カートリッジ１が圧縮されてもラミネート５と外側部材２との間のスペースを保つように作用する荷重受け部材となる。使用時、カートリッジ１の受ける圧縮荷重を１３０から２８０Ｎとすると好ましい。この圧縮力は、カートリッジが内部加圧下で破損することを防ぐ作用をすると同時に、内側部材３および外側部材２を互いに寄せる役割を果たす。これにより、確実に、カートリッジ１内の通路および口部の内側寸法は固定され、カートリッジ１が加圧されても変化しなくなる。
【００５２】
このカートリッジ１を使用するには、まず、これを飲料調製機内に挿入し、入口１２１および出口１２２を、ラミネート５を穿孔してそれをバックグラウンドに折り返す、その飲料調製機の穴開け部材により開ける。通常は水である、圧力下にある水性媒体を、０．１から２．０バールの圧力でカートリッジ１に入れて、入口１２１から入口チャンバ２６内へ通す。ここから、水はスロット３０を通過してマニホルド１６を回り、複数のスロット１７を介してカートリッジ１の濾過チャンバ１３０内に入る。この水は、濾過チャンバ１３０を介して径方向内側に押し入れられ、そこに含有されている飲料原料２００と混ざり合う。この水は同時に、その飲料原料内を通って上側に押し上げられる。水がこのように飲料原料内を通過することで形成された飲料は、フィルタ４および濾過口部５５を通過して、環状フレーム４１上方に位置する通路５７内に入る。フィルタ４がスポーク５３にシールされ、リム５１が外側部材２に溶接されており、他の出口がまったくない状態であるため、この飲料すべてが確実にフィルタ４を通過する。
【００５３】
次に、この飲料はウェブ５４間に形成された径方向通路５７に沿って下向きに流動し、開口５６を通過して円柱状漏斗４０内に入る。続いて、チャネル５０に沿って支持ウェブ４７間を通過し、注ぎ口４３から下の出口４４に落ち、これにより、この飲料はカップなどの入れ物内に注がれる。
【００５４】
好ましくは、飲料調製機に空気パージ性能を含めて、操作サイクルの終了時に圧縮空気をカートリッジ１内に押し入れることにより、残留飲料をその入れ物内に流し出す。
【００５５】
次に、図１２から図１８を参照しながら、第２の型式のカートリッジ１について説明する。第２の型式のカートリッジ１は、クレマとして知られる細かい気泡の泡立ちを有する飲料を生成することが望ましい、焙煎および挽き作業を施したコーヒーなどのエスプレッソ型生成物の供給に使用するように特に設計されたものである。第２の型式のカートリッジ１が備える特徴は、その多くが第１の型式のものと同じであるため、同様の参照符号を用いて同様の特徴を指している。以下の説明では、第１の型式と第２の型式との間の違いについて述べる。同様に機能する共通の特徴について、以下では詳細な説明を省略する。
【００５６】
外側部材２の構造は、第１の型式のカートリッジ１が備え、図１から図６に示すものと同じである。
【００５７】
内側部材３の環状フレーム４１は、第１の型式のものと同じである。また、フィルタ４が、濾過口部５５をカバーするように、環状フレーム４１上に配置される。円柱状漏斗４０の外側チューブ４２も、第１の場合と同様である。ただし、第２の型式の内側部材２に、第１の型式の場合と比較していくつか相違点がある。図１６に示すように、注ぎ口４３に、出口４４から注ぎ口４３に向けて一部延出する仕切り６５が設けられている。この仕切り６５を設けることにより、飲料が注ぎ口４３を出る際にしぶきを飛ばす、かつ／またははねることを防止しやすくなる。注ぎ口４３のプロファイルも異なっており、この注ぎ口４３は、チューブ４３の上方端部近傍で明確な屈曲部６６を備える階段状プロファイルを含む。
【００５８】
リム６７が、環状フランジ４７から直立して設けられて、外側チューブ４２と注ぎ口４３とを接合している。このリム６７は入口４５から注ぎ口４３までを取り囲み、リム６７と外側チューブ４２の上方部分との間に環状チャネル６９を画成する。リム６７には、内向きの肩６８が設けられている。リム６７周囲の一箇所に、口部７０がスロットの形態で設けられており、このスロットは、図１２および図１３で最もよくわかるように、リム６７の上方縁部から肩６８の高さよりわずかに下の箇所まで延在するものである。このスロットの幅は０．６４ｍｍである。
【００５９】
図１６および図１７に示すように、環状フランジ４７に、口部７０と周方向に位置合わせされた空気入口７１を設ける。この空気入口７１は、外側チューブ４２と注ぎ口４３との間でフランジ４７の上方箇所とフランジ４７の下方の孔スペースとを流通させるように、フランジ４７を貫通する口部を含む。好ましくは、図示のように、空気入口７１に、上方略截頭円錐形部分７３と下方円柱状部分７２とを含める。空気入口７１は通常、ピンなどの成形工具により形成される。空気入口７１を先細りプロファイルにすると、成形工具を成形原料から取り出しやすくなる。空気入口７１に近位である外側チューブ４２の壁を、空気入口７１から注ぎ口４３の入口４５へとつながるシュート７５を形成する形状とする。図１７に示すように、空気入口７１とシュート７５との間に斜めの肩７４が形成されて、スロット７０から噴射される飲料が、空気入口７１のごく近位にあるフランジ４７の上面を直接汚さないようにしている。
【００６０】
第２の型式のカートリッジ１を組み立てる手順は、第１の型式の組み立てと同様である。しかし、いくつかの相違点もある。図１８に示すように、円柱状延出部１８の第３の部分２１は、支持ウェブに対してではなく、支持リム６７内に納まる。第２の部分２０と第３の部分２１との間に位置する円柱状延出部１８の肩３２は、内側部材３の支持リム６７が含む上方縁部に当たる。このようにして、内側部材３と外側部材２との間に、カートリッジ１の周囲のほぼ全体に延び、円柱状延出部１８と支持リム６７との間の面シールを含む界面ゾーン１２４が形成される。ただし、支持リム６７に形成するスロット７０が支持リム６７を貫通して肩６８のわずか下方の箇所まで下向きに延在しているため、円柱状延出部１８と支持リム６７との間のシールは流体密ではない。したがって、円柱状延出部１８と支持リム６７との間が界面嵌合することにより、スロット７０が口部１２８へと変化して、環状チャネル６９と注ぎ口４３との間を気体および液体連通させている。この口部は通常、その幅が０．６４ｍｍ、長さが０．６９ｍｍである。
【００６１】
第２の型式のカートリッジ１で飲料を供給する操作は、第１の型式と同様であるが、いくつかの点で異なっている。径方向通路５７内の飲料は、ウェブ５４間に形成された通路５７を下向きに流動して、開口５６から円柱状漏斗４０の環状チャネル６９内に入る。環状チャネル６９内に入った後、この飲料は、濾過チャンバ１３０および通路５７内に収集した飲料の背圧により、圧力下で口部１２８から押出される。したがって、飲料は口部１２８から噴射されて、注ぎ口４３の上方端部が形成する膨張チャンバ内に押出される。図１８に示すように、この飲料噴射は、空気入口７１上をそのまま通過する。飲料が注ぎ口４３に入ると、飲料噴射の圧力が降下する。この結果、空気が空気入口７１を介して引き込まれるのと同時に、その空気が飲料流内に多数の小さな気泡として混入される。口部１２８から出た飲料噴射は、下向きに流れて集まり、出口４４までくると、ここでカップなどの入れ物内に注出され、気泡が所望のクレマとなる。したがって、口部１２８および空気入口７１が共に、空気を飲料内に取り込むように作用するエダクタとなる。このエダクタ内への飲料の流動をできる限り滑らかに保ち、圧力損失を低減しなければならない。そのためには有利なことに、エダクタの壁部を凹形表面に製造して、「壁面効果」摩擦による損失を低減しなければならない。口部１２８の寸法公差は小さい。好ましくは、この口部サイズを０．０２ｍｍ２前後に定める。毛状物、繊維または他の表面凹凸をエダクタ内、またはエダクタの出口近傍に設けて、空気の取り込み量を増加させることがわかっている有効領域を増加してもよい。
【００６２】
次に、第３の型式のカートリッジ１について説明し、これを図１９から図２９に示す。第３の型式のカートリッジ１は、粉末、液体、シロップ、ゲルまたはこれに類似の形態でよい溶解性生成物の供給に使用するように特に設計されたものである。この溶解性生成物は、使用時にカートリッジ１内を水などの水性媒体が通過すると、その水性媒体によって溶解する、または水性媒体内に懸濁液を形成する。この飲料例として、ココア、コーヒー、乳、茶、スープ、またはこの他の、水を加えて元に戻す生成物や水溶解性生成物が挙げられる。第３の型式のカートリッジ１が備える特徴は、その多くが第１および第２の型式のものと同じであるため、同様の参照符号を用いて同様の特徴を指している。以下の説明では、第３の型式と第１の型式および第２の型式との間の違いについて述べる。同様に機能する共通の特徴について、以下では詳細な説明を省略する。
【００６３】
第１および第２の型式の外側部材２と比較すると、図２０に示すように、第３の型式の外側部材２に含まれる中空で内向きの円柱状延出部１８の直径は全体として大きくなっている。具体的に言えば、第１および第２の型式の外側部材２では１３．２ｍｍであったところが、第１の部分１９の直径は通常１６から１８ｍｍである。さらに、第１の部分１９には、図２０で最もよくわかるように、凸状外面１９ａすなわちバルジが設けられている。このバルジの機能については以下で説明する。しかし、カートリッジ１のうち、第３の部分２１の直径は同じである。このため、肩３２の面積がこの第３の型式のカートリッジ１では広くなっている。通常、カートリッジ１の容積は、組み立て時で３２．５ｍｌ±２０％である。
【００６４】
環状壁１３の下方端部に設けるスロットの数および位置もまた異なっている。３から５本のスロットを設ける。図２３に示すように、この実施形態では、４本のスロット３６が等間隔でマニホルド１６の周囲に設けられている。このスロット３６は、第１および第２の型式のカートリッジ１の場合よりわずかに幅広で、０．３５から０．４５ｍｍであり、好ましくは、０．４ｍｍ幅である。
【００６５】
他の点において、カートリッジ１の外側部材２はいずれも同じである。
【００６６】
内側部材３に含まれる円柱状漏斗４０の構造は、第１の型式のカートリッジ１と同じであり、外側チューブ４２、注ぎ口４５、環状フランジ４７、および支持ウェブ４９が設けられている。唯一の相違点は、注ぎ口４５であり、これは上方略截頭円錐形部分９２と下方円柱状部分９３とを備える形状となっている。
【００６７】
第１および第２の型式と比較すると、図２４から図２８に示すように、環状フレーム４１は、円柱状漏斗４０を取り囲み、かつ円柱状漏斗４０を環状フランジ４７にまたはこの近傍に結合する８本の径方向ストラット８７により円柱状漏斗４０に接続されているスカート部分８０に置き換えられている。このスカート部分８０からは、円柱状の延出部８１がストラット８７から上向きに延出して、上面が開いたチャンバ９０を画成している。円柱状延出部８１の上方リム９１は、図２６に示すように、内向きプロファイルを有する。スカート部分８０の環状壁８２は、ストラット８７から下向きに延在して、スカート部分８０と外側チューブ４２との間に環状チャネル８６を画成している。
【００６８】
環状壁８２は、その下方端部に、長軸Ｘに垂直に位置する外側フランジ８３を含んでいる。リム８４が、フランジ８３の下面から下向きにぶら下がり、リム８４に沿って周方向に等間隔な５個の口部８５を具備している。したがって、リム８４の下方は、城砦型プロファイルとなっている。
【００６９】
ストラット８７間に口部８９を設けることにより、チャンバ９０と環状チャネル８６との間を連通させている。
【００７０】
第３の型式のカートリッジ１を組み立てる手順は、第１の型式の組み立てと同様であるが、いくつかの相違点もある。図２９に示すように、外側部材２と内側部材３とは、互いに溶接されるのではなく、互いに押し嵌めされ、スナップ嵌合構造により保持される。この２つの部材の接合時、内向き円柱状延出部１８が、スカート部分８０の上方円柱状延出部８１の内側に受けられる。内側部材３は、円柱状延出部１８に含まれる第１の部分１９の凸状外表面１９ａが上方円柱状延出部８１の内向きリム９１と摩擦係合することにより、外側部材２内に保持される。
【００７１】
内側部材３が外側部材２内に配置した状態になると、混合チャンバ１３４が、スカート部分８０の外側に画成される。この混合チャンバ１３４が、供給前の飲料原料２００を含有する。４つの入口３６と５つの口部８５とが互い違いに周方向に配置されることに留意されたい。内側部材３および外側部材２を相対的にどのように位置決めしても４つの入口３６および５つの口部８５を用いることで確実にこの入口と口部との間に位置のずれが発生するため、この２つの部品の互いに対する径方向位置を組み立て時に決定または固定しなくてもよい。
【００７２】
１種類または複数種類の飲料原料を、カートリッジの混合チャンバ１３４内に包装する。この混合チャンバ１３４内における飲料原料の包装密度は所望に応じて変更可能である。
【００７３】
次に、ラミネート５を内側部材３および外側部材２に、第１および第２の型式において上述したように取付ける。
【００７４】
使用時、第１および第２の形式のカートリッジと同様に、水が、４本のスロット３６を通って混合チャンバ１３４に入る。この水が径方向内側に混合チャンバ内に押し入れられ、そこに含有されている飲料原料と混ざり合う。この水の中に生成物が溶解または混合されて、混合チャンバ１３４内に飲料が形成され、これが、混合チャンバ１３４内の飲料および水の背圧により、口部８５から環状チャネル８６内に駆逐される。４つの入口３６と５つの口部８５とが互い違いに周方向に配置されることにより、水の噴射が入口スロット３６から径方向に直接口部８５内に入ることは、まず混合チャンバ１３４内で循環が発生しない限り、あり得ない。このため、生成物の溶解または混合の程度および安定性は大幅に高まる。形成された飲料は、環状チャネル８６内を上方向に押し上げられ、ストラット８７間の口部８９を通ってチャンバ９０内に入る。次にチャンバ９０から支持ウェブ４９間の入口４５を介して注ぎ口４３に入り、出口４４までくると、ここでカップなどの入れ物内に注がれる。このカートリッジを、粘稠液またはゲルの形態である飲料原料に適用できることがわかっている。一用途において、カートリッジ１内には、周囲温度にて粘性が１７００〜３９００ｍＰａ、０℃にて５０００〜１００００ｍＰａであり、屈折固形分が６７ブリックス度±３である液状チョコレート原料が入れられる。別の用途において、カートリッジ１内には、周囲温度にて粘性が７０〜２０００ｍＰａ、０℃にて８０〜５０００ｍＰａであり、全固形分量が４０から７０％である液体コーヒーが入れられる。この液状コーヒー原料に、０．１〜２．０重量％、好ましくは０．５〜１．０重量％の重炭酸ナトリウムを含有させることができる。重炭酸ナトリウムは、コーヒーのｐＨレベルを４．８以下に維持して、コーヒーを充填したカートリッジの貯蔵寿命を最長１２ヶ月にできるように作用するものである。
【００７５】
第４の型式のカートリッジ１を図３０から図３４に示す。第４の型式のカートリッジ１は、濃縮型液状乳などの液状生成物の供給に用いるように特に設計されたものである。第４の型式のカートリッジ１に含まれる特徴は、その多くが第１から第３の型式のものと同じであるため、同様の参照符号を用いて同様の特徴を指す。以下の説明では、第４の型式と第１から第３の型式との間の違いについて述べる。同様に機能する共通の特徴について、以下では詳細な説明を省略する。
【００７６】
外側部材２は、第３の型式のカートリッジ１の、図１９から図２３に示すものと同じである。
【００７７】
内側部材３の円柱状漏斗４０は、第２の型式のカートリッジ１に類似しているが、いくつかの点で異なる。図３０に示すように、注ぎ口４３は、上方略截頭円錐部分１０６と、下方円柱状部分１０７とを含む形状である。この注ぎ口４３の内面には３つの軸方向リブ１０５が設けられて、供給された飲料を下向きに出口４４に方向付け、注がれた飲料が注ぎ口内で旋回しないようにしている。したがって、リブ１０５はバッフルとして作用する。第２の型式のカートリッジ１と同様、空気入口７１が環状フランジ４７を貫通して設けられている。しかし、空気入口７１の下のシュート７５は、第２の型式の場合より細長くなっている。
【００７８】
スカート部分８０が、上述した第３の型式のカートリッジ１に示したものと同様に設けられている。５から１２個の口部８５がリム８４内に設けられている。第３の型式のカートリッジ１では５個であったが、通常１０個の口部を設ける。
【００７９】
スカート部分８０のフランジ８３から、これと一体となって延出している環状ボウル１００が設けられている。この環状ボウル１００は、上方口１０４を上向きに開いたフレア型本体１０１を含む。図３０および図３１に示す４個の送り口部１０３が、この本体１０１内にて、スカート部分８０と接合するボウル１００の下方端部に、またはその近傍に配置されている。好ましくは、この送り口部をボウル１００の周囲に等間隔で配置する。
【００８０】
ラミネート５は、これまでの実施形態で説明したタイプのものである。
【００８１】
第４の型式のカートリッジ１の組み立て手順は、第３の型式の手順と同様である。
【００８２】
第４の型式のカートリッジ１の操作は、第３の型式の操作と同様である。水が、第１から第３の形式のカートリッジと同様に、カートリッジ１および混合チャンバ１３４に入る。ここで、上述したように、水が液体生成物と混ざり合い、これを希釈して、上述したように、ボウル１００の下の口部８５を通り、出口４４に向けて押出される。図３４に示すように、環状ボウル１００に当初含有される一定割合の液体生成物は、混合チャンバ１３４に入った水によりすぐに希釈されるわけではない。混合チャンバ１３４の下方部分にある希釈された液体生成物は、上方口１０４から環状ボウル１００内に押し上げられるのではなく、口部８５から出て行くことになる。したがって、環状ボウル１００内の液体生成物は、混合チャンバ１３４の下方部分にある生成物と比較して、操作サイクルの最初の段階ではまだ比較的濃縮状態を保っている。環状ボウル１００内の液体生成物は、重力を受けて送り口部１０３から、混合チャンバ１３４内にてボウル１００の下で口部８５を通過する生成物流内へと滴下される。環状ボウル１００は、一定量の濃縮液体生成物を取り置き、操作サイクル中、定期的に液体流路内にそれを注出することにより、円柱状漏斗４０に入る希釈済み液体生成物の濃度を平均化する作用をする。これを、およそ１５秒の操作サイクル間における、全固形分含有量の割合として測定される乳の濃度を示す図３５ａに例示する。線ａはボウル１００を設けた場合の濃度プロファイルを例示し、線ｂはボウル１００を設けないカートリッジの場合を例示したものである。この図からわかるように、カップ１００を設けた場合の濃度プロファイルのほうが、操作サイクル中、均等であり、ボウル１００を設けない場合には起こっている急激な濃度の大幅低下がない。この乳の初期濃度は通常、３０から３５％ＳＳであり、サイクル終了時にはこれが１０％ＳＳとなる。これによる希釈率はおよそ３倍であるが、本発明では１倍から６倍までの希釈率が可能である。他の液体飲料原料の場合、この濃度を変更することができる。例えば、液状チョコレートの場合、初期濃度はおよそ６７％ＳＳであり、サイクル終了時にはこれが１２から１５％ＳＳとなる。これによる希釈率（供給飲料内における飲料原料に対する水性媒体の比率）はおよそ５倍であるが、本発明では２倍から１０倍までの希釈率が可能である。液体コーヒーの場合、初期濃度はおよそ４０から６７％ＳＳであり、供給終了時にはこれが１から２％ＳＳとなる。これによる希釈率はおよそ２０倍から７０倍であるが、本発明では１０倍から１００倍までの希釈率が可能である。
【００８３】
こうした飲料は、圧力下で押出されて、濾過チャンバ１３４およびチャンバ９０に収集される飲料の背圧により、環状チャネル８６から口部１２８を通過する。したがって、飲料は口部１２８から噴射されて、注ぎ口４３の上方端部が形成する膨張チャンバ内に押出される。図３４に示すように、この飲料噴射は、空気入口７１上をそのまま通過する。飲料が注ぎ口４３に入ると、飲料噴射の圧力が降下する。この結果、空気が空気入口７１を介して引き込まれるのと同時に、その空気が飲料流内に多数の小さな気泡として混入される。口部１２８から出た飲料噴射は、下向きに流れて集まり、出口４４までくると、ここでカップなどの入れ物内に注がれ、気泡が所望の泡立った外観を形成する。
【００８４】
有利なことに、内側部材３、外側部材２、ラミネート５、およびフィルタ４はすべて、別個のコンポーネンツであり、個別には蛇行通路や細い隙間を含んでいないため、これらを容易に殺菌消毒することができる。必要な通路が形成されるのは、殺菌消毒後にこれらのコンポーネンツを結合した時点である。これは、飲料原料が液状乳濃縮物などの乳原料を主原料とする生成物である場合に特に重要である。
【００８５】
飲料カートリッジの第４の実施形態は、液状乳などの濃縮した乳原料を主原料とする液体生成物の供給に特に有利である。これまで、粉末状の乳生成物は、小袋の形態で提供され、これを事前に調製した飲料に加えるようになっていた。しかし、カプチーノタイプ飲料の場合、乳を泡立てる必要がある。これはこれまで、液状乳生成物に蒸気を通すことで実施されてきた。しかし、これには、蒸気供給用設備が必要であるため、この飲料の供給に用いる機械のコストならびに複雑度が増してしまう。また、蒸気を使用すると、カートリッジ操作時に怪我を負う危険性も高まる。したがって、本発明は、濃縮した乳原料を主原料とする液体生成物を中に有する飲料カートリッジを提供するものである。乳生成物を濃縮した場合、新鮮な乳またはＵＨＴ乳と比較すると、特定容積の乳に対してより多くの量の泡沫を生成できることがわかっている。これを利用すれば、乳用カートリッジに必要なサイズが縮小される。新鮮な半脱脂乳は、およそ１．６％の脂肪分および１０％の全固形分を含む。本発明による濃縮型液状乳調製物は、０．１から１２％の脂肪分および２５から４０％の全固形分を含む。一典型的実施例では、この調製物は４％の脂肪分および３０％の全固形分を含む。この濃縮型乳調製物は、以下に記載するように低圧調製機械による泡立てに適している。具体的に言えば、この乳の泡立てを、上述した第４の実施形態のカートリッジを用い、２バール未満、好ましくはおよそ１．５バールの圧力で行う。
【００８６】
濃縮乳を泡立てることは、カプチーノおよびミルクセーキなどの飲料に特に都合がよい。好ましくは、乳を口部１２８から空気入口７１上に通過させ、任意にボウル１００を用いて、乳の４０％を超える量、好ましくは、７０％を超える量を泡立てられるようにする。液状チョコレートの場合、７０％を超える量の泡立てが可能である。液状コーヒーの場合、７０％を超える量の泡立てが可能である。泡沫性（formability）のレベルは、供給した液体飲料原料の容積に対して生成された泡沫容積の比率として測定される。例えば、１３８．３ｍｌの飲料が供給され、そのうち５８．３ｍｌが泡沫となった場合、泡沫性は、［５８．３／（１３８．３−５８．３）］＊１００＝７２．９％となる。この乳（および他の液体原料）の泡沫性は、図３５ｂでわかるように、ボウル１００を設けることで高められる。ボウル１００を設けて供給した乳の泡沫性（線ａ）は、ボウルを設けずに供給した乳の泡沫性（線ｂ）より高くなっている。これは、乳の泡沫性が乳の濃度に正比例し、図３５ａに示すように、ボウル１００が操作サイクルの大半で乳の濃度を高く維持するためである。また、乳の泡沫性は、図３５ｃに示すように、水性媒体の温度に正比例することも知られている。したがって、水性媒体が最も高温である操作サイクルの終了近くまで、より多くの乳がカートリッジ内に残るため、ボウル１００を設けると有利となる。これによりさらに、泡沫性が改良される。
【００８７】
第４の実施形態のカートリッジも、液状コーヒー生成物の供給に有利である。
【００８８】
本発明によるこの実施形態の飲料カートリッジから有利なことに、従来技術によるカートリッジと比較して、煎出した飲料の安定性を改良できることがわかっている。以下に示す表１を参照すると、焙煎および挽き作業を施したコーヒーを含有するカートリッジＡおよびカートリッジＢそれぞれについて、２０試料を煎出して得られた収率が示されている。カートリッジＡは、本発明の第１の実施形態による飲料カートリッジである。カートリッジＢは、本願出願人による特許文献１に記載された従来技術による飲料カートリッジである。煎出した飲料の屈折率をブリックス度で測定し、これを、標準表および式を用いて溶解性固形分の比率（％ＳＳ）に変換する。以下の実施例において、
％ＳＳ＝０．７７７４＊（ブリックス度値）＋０．０５６９
％収率＝（％ＳＳ＊煎出量（ｇ））／（１００＊コーヒー重量（ｇ））
である。
【００８９】
【表１−１】
【００９０】
【表１−２】
【００９１】
上記データについてｔ検定統計分析を行ったところ、以下の結果を得た。
【００９２】
【表２】
【００９３】
この分析から、煎出濃さに匹敵する収率の安定性は、標準偏差が０．８８％であった本発明によるカートリッジについて、従来技術によるカートリッジの標準偏差２．２４％と比較して、より大幅に高かった（９５％の信頼水準）ことがわかる。これは、本発明によるカートリッジにより煎出した飲料の濃さのほうが、再現可能かつ均一であるということである。これは、同じ飲料を何度も味わいたく、その煎出濃さを恣意に変更したくない消費者に好ましい。
【００９４】
上述したカートリッジの材料に、バリアコーティングを施して、酸素および／または湿気、および／または他の汚染侵入物に対する防御性を改良してもよい。このバリアコーティングを施すと、飲料原料がカートリッジから漏れることに対する防御性を改良し、かつ／または飲料原料に悪影響を与えかねないカートリッジ材料からの抽出物滲出の程度を抑えることができる。バリアコーティングの材料を、ＰＥＴ、ポリアミド、ＥＶＯＨ、ＰＶＤＣまたは金属化材料からなる群から選択することができる。バリアコーティングの適用には、いくつかの機構が利用可能であり、その例として、これらに限定するものではないが、蒸着、真空蒸着、プラズマコーティング、共押出加工、インモールドラベリング、および二段／多段成形が挙げられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１種類または複数種類の飲料原料（２００）を含有し、実質的に空気および水分に対して不透過性である材料から形成されたカートリッジ（１）であって、前記１種類または複数種類の飲料原料を含有する貯蔵チャンバ（１３４）を含み、前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．１０と０．４３との間であることを特徴とするカートリッジ（１）。
【請求項２】
前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さの前記アスペクト比は０．２１と０．２８との間であることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジ（１）。
【請求項３】
前記アスペクト比は概ね０．２５であることを特徴とする請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項４】
前記カートリッジはディスク形であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のカートリッジ（１）。
【請求項５】
前記カートリッジはディスク形でなく、且つ、前記アスペクト比は最大距離に対する最大高さの比率として測定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のカートリッジ（１）。
【請求項６】
前記貯蔵チャンバ（１３０；１３４）は、該貯蔵チャンバに放射状に導入される１つまたはそれ以上の入口（１７；３６）を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のカートリッジ（１）。
【請求項７】
前記１つまたはそれ以上の入口（１７；３６）は、水性媒体の流れを内向きに前記貯蔵チャンバに導くように、前記カートリッジ(１）の周縁に、またはその近傍に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のカートリッジ（１）。
【請求項８】
前記貯蔵チャンバ（１３０；１３４）と前記カートリッジの下面の少なくとも一部との間に配置されたフィルタ（４）と、前記フィルタ（４）と前記カートリッジの頂部との間に形成された１つまたはそれ以上の通路（５７）とを更に含み、該１つまたはそれ以上の通路（５７）は前記カートリッジの出口（４４）に連通し、これによって、前記１つまたはそれ以上の入口（１７；３６）を出口（４４）に連結している飲料の流路が上向きに前記フィルタ（４）を通じて前記１つまたはそれ以上の通路（５７）内へと流通することを特徴とする請求項７に記載のカートリッジ（１）。
【請求項９】
飲料原料２００は焙煎および挽き作業を施したコーヒーであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のカートリッジ。
【請求項１０】
貯蔵チャンバ（１３０；１３４）内に１種類または複数種類の飲料原料（２００）を含有するカートリッジ（１）から飲料を供給する方法であって、前記１種類または複数種類の飲料原料から飲料を形成するように、前記カートリッジに水性媒体を通過させるステップと、前記飲料を入れ物内に供給するステップとを含み、前記カートリッジは、前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．１０と０．４３との間であり、前記水性媒体は０．１から２．０バールの圧力で前記カートリッジを通過させられることを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．２１と０．２８との間であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
２．０から４．０バールの圧力の水性媒体と共に使用され、１種類または複数種類の飲料原料（２００）を含有し、且つ実質的に空気および水分に対して不透過性である材料で形成され、前記１種類または複数種類の飲料原料（２００）を含有する貯蔵チャンバ（１３０；１３４）を含んだカートリッジ（１）であって、
前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．１０と０．４３との間であることを特徴とするカートリッジ。
【請求項１３】
貯蔵チャンバ（１３０；１３４）内に１種類または複数種類の飲料原料（２００）を含有するカートリッジ（１）から飲料を供給する方法であって、前記１種類または複数種類の飲料原料から飲料を形成するように、前記カートリッジに水性媒体を通過させるステップと、前記飲料を入れ物内に供給するステップとを含み、前記カートリッジは、前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．４２と０．６８との間であり、前記水性媒体は２．０から４．０バールの圧力で前記カートリッジを通過させられることを特徴とする方法。
【請求項１】
１種類または複数種類の飲料原料（２００）を含有し、実質的に空気および水分に対して不透過性である材料から形成されたカートリッジ（１）であって、前記１種類または複数種類の飲料原料を含有する貯蔵チャンバ（１３４）を含み、前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．１０と０．４３との間であることを特徴とするカートリッジ（１）。
【請求項２】
前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さの前記アスペクト比は０．２１と０．２８との間であることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジ（１）。
【請求項３】
前記アスペクト比は概ね０．２５であることを特徴とする請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項４】
前記カートリッジはディスク形であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のカートリッジ（１）。
【請求項５】
前記カートリッジはディスク形でなく、且つ、前記アスペクト比は最大距離に対する最大高さの比率として測定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のカートリッジ（１）。
【請求項６】
前記貯蔵チャンバ（１３０；１３４）は、該貯蔵チャンバに放射状に導入される１つまたはそれ以上の入口（１７；３６）を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のカートリッジ（１）。
【請求項７】
前記１つまたはそれ以上の入口（１７；３６）は、水性媒体の流れを内向きに前記貯蔵チャンバに導くように、前記カートリッジ(１）の周縁に、またはその近傍に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のカートリッジ（１）。
【請求項８】
前記貯蔵チャンバ（１３０；１３４）と前記カートリッジの下面の少なくとも一部との間に配置されたフィルタ（４）と、前記フィルタ（４）と前記カートリッジの頂部との間に形成された１つまたはそれ以上の通路（５７）とを更に含み、該１つまたはそれ以上の通路（５７）は前記カートリッジの出口（４４）に連通し、これによって、前記１つまたはそれ以上の入口（１７；３６）を出口（４４）に連結している飲料の流路が上向きに前記フィルタ（４）を通じて前記１つまたはそれ以上の通路（５７）内へと流通することを特徴とする請求項７に記載のカートリッジ（１）。
【請求項９】
飲料原料２００は焙煎および挽き作業を施したコーヒーであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のカートリッジ。
【請求項１０】
貯蔵チャンバ（１３０；１３４）内に１種類または複数種類の飲料原料（２００）を含有するカートリッジ（１）から飲料を供給する方法であって、前記１種類または複数種類の飲料原料から飲料を形成するように、前記カートリッジに水性媒体を通過させるステップと、前記飲料を入れ物内に供給するステップとを含み、前記カートリッジは、前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．１０と０．４３との間であり、前記水性媒体は０．１から２．０バールの圧力で前記カートリッジを通過させられることを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．２１と０．２８との間であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
２．０から４．０バールの圧力の水性媒体と共に使用され、１種類または複数種類の飲料原料（２００）を含有し、且つ実質的に空気および水分に対して不透過性である材料で形成され、前記１種類または複数種類の飲料原料（２００）を含有する貯蔵チャンバ（１３０；１３４）を含んだカートリッジ（１）であって、
前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．１０と０．４３との間であることを特徴とするカートリッジ。
【請求項１３】
貯蔵チャンバ（１３０；１３４）内に１種類または複数種類の飲料原料（２００）を含有するカートリッジ（１）から飲料を供給する方法であって、前記１種類または複数種類の飲料原料から飲料を形成するように、前記カートリッジに水性媒体を通過させるステップと、前記飲料を入れ物内に供給するステップとを含み、前記カートリッジは、前記貯蔵チャンバの幅に対する前記貯蔵チャンバの高さのアスペクト比が０．４２と０．６８との間であり、前記水性媒体は２．０から４．０バールの圧力で前記カートリッジを通過させられることを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５ａ】
【図３５ｂ】
【図３５ｃ】
【図３６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５ａ】
【図３５ｂ】
【図３５ｃ】
【図３６】
【公開番号】特開２０１１−４５７２７（Ｐ２０１１−４５７２７Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１５３０５（Ｐ２０１０−２１５３０５）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【分割の表示】特願２００６−５００２４０（Ｐ２００６−５００２４０）の分割
【原出願日】平成１６年１月２３日（２００４．１．２３）
【出願人】（５０１１７５２１４）クラフト・フーヅ・リサーチ・アンド・ディベロップメント・インコーポレイテッド (56)
【氏名又は名称原語表記】ＫＲＡＦＴ ＦＯＯＤＳ Ｒ ＆ Ｄ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【分割の表示】特願２００６−５００２４０（Ｐ２００６−５００２４０）の分割
【原出願日】平成１６年１月２３日（２００４．１．２３）
【出願人】（５０１１７５２１４）クラフト・フーヅ・リサーチ・アンド・ディベロップメント・インコーポレイテッド (56)
【氏名又は名称原語表記】ＫＲＡＦＴ ＦＯＯＤＳ Ｒ ＆ Ｄ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
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