JP4959790B2 - 自動コーヒーメーカー用の抽出ユニット - Google Patents

Description

本発明は、コーヒーメーカー用の抽出ユニットに関する。
特にこの発明は、例えば、所謂、ＨｏＲｅＣａ（ホテル−レストラン−カフェ）の自動販売機用の自動コーヒーメーカーに関する。このコーヒーメーカーはフィルターエレメントを有する抽出室を含む抽出ユニットを備えており、この抽出室にコーヒー粉末を供給して、通常、圧縮する。次いで、コーヒーを淹れるために、熱湯を抽出室に注ぐと、コーヒー飲料が作られ、フィルターエレメントを通してユーザーに供給される。

抽出室から供給されるコーヒー飲料の流出量を調整するために、コーヒーの抽出ユニットにバルブアセンブリを設けることが知られている。

デロンギ名義の特許文献１は、コーヒーメーカー用のフィルター保持カップを開示している。コーヒーメーカーに連結したフィルター保持カップは、抽出室の役割を果たす。
このカップは、フィルターの下流に配置され、ばね付勢されたバルブを備えている。ほとんどの場合、その弁体は、ばねによって、閉位置に保持されている。コーヒーメーカーの稼働中のみ、フィルター内のコーヒー飲料は、ばねの付勢力に抗して、弁体に作用し、その結果、弁体は軸方向に移動して、開位置となる。
前述した作用、あるいはそれと同様の作用の際には、抽出室の下流に配置されているコーヒーフローバルブは、コーヒーメーカーの繰り返される供給サイクルにおいて、抽出室内のコーヒー飲料で濡らされる。コーヒー飲料の残留分は粘性を有し、バルブシートと弁体の表面に蓄積して接着剤として作用し、最終的に、弁座内で弁体を固着させてしまう。

この問題は、特に弁体が、プラスチック材料、例えばシリコン又は同様の熱可塑性材料より成っているか、或いはそれらによって被覆されている抽出ユニットにおいて発生する。このような材料は抽出室から供給されるコーヒーで汚されると、バルブシ−トに容易に付着し、その結果、バルブを閉位置に保持することとなる。
このバルブの固着を避けるために、弁体は、コーヒーメーカーの最終ユーザーか、保守オペレーターによって、しばしば取り外される。
換言すると、従来のコーヒーメーカーでは、前述の問題に影響されて、弁体を取り外すために、しばしば、いじくり回される。その結果、コーヒーメーカーの作動状態が、製造者によって予めセットされた基準状態とは異なるものとなり、供給されるコーヒーの品質が低下する。ちなみに、エスプレッソコーヒーは、通常、実質的に閉鎖されたチャンバ内で抽出され、一方、アメリカンコーヒーは、出口が開放されたチャンバ内で抽出される。

シュメッドによる特許文献は、コーヒー飲料の流量を制御するために、抽出室と飲料出口間にバルブを設けたコーヒーの抽出ユニットを開示している。このバルブは、弁体が、最小の隙間を残してシートを閉じることのない第１の位置と、弁体が最大の隙間を残してやはりシートを閉じることのない第２の位置との間を、バネ力に抗して移動しうる弁体を備えている。バネは弁体を開位置に維持するようにセットされている。バネの付勢力を調節することにより、ユーザーは弁体とそのシート間の隙間の寸法を変更させて、抽出ユニットの時間当たりのコーヒーの抽出量を変化させることができる。

クロッシによる特許文献３は、抽出室内において調整された、コーヒー飲料の流出量を制御するために、フィルターエレメントの通路にバルブを設けた抽出ユニットを開示している。このバルブは、軸方向に移動可能で、コーヒー飲料の準備中、環状隙間を残して、フィルターエレメントの出口通路を閉じることのない寸法と形状の弁体を備えている。前記のような環形の隙間があることにより、フィルターエレメントの詰まりによる抽出ユニットの作動不良を防ぐことができる。

特許文献２及び３に開示されている抽出ユニットは、バルブを閉じることがないので、例えばエスプレッソコーヒーを作るのに必要な圧力を形成できない。
従って、抽出ユニットでは、抽出室の下流のバルブを閉じ、かつそれと同時に、その弁体の固着を防ぐ必要がある。

国際公開 ＷＯ０２／０９１８８９号 公報 米国特許第６３８２０８３号明細書 伊国特許第１１４２０４１号明細書

本発明の目的は、前述の欠点を克服し、同時に、製造と組立てが容易で、かつ安価なコーヒーメーカー用の抽出ユニットを提供することにある。
本発明の別の目的は、コーヒー出口のバルブの固着と詰まりを防止し、コーヒーメーカーの操作が容易な抽出ユニットを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、抽出室の下流に配置されているバルブの汚れに関連する欠点を克服し、かつ、掃除が容易なコーヒーメーカー用の抽出ユニットを提供することである。
これ等の、また、これ等以外の目的は、請求項１に記載の抽出ユニットに関する本発明によって達成される。

有利なことに、本発明による抽出ユニットによると、供給出口内のシートの表面にバルブが付着することを防ぐことができる。第１ピストンと弁体を支える第２ピストン、並びにバルブは、抽出ユニットが稼働していない時は、第１の位置に留まっている。換言すると、第２ピストンの第１の位置は、稼働のための開始位置であり、バルブは、供給出口と間隔をあけて離れている。この構成においては、バルブ、特に弁体がコーヒー残留分の影響を受けて供給出口の表面に付着することはなく、バルブが堆積された残留分の影響を受けることは、ほとんどない。

第２ピストンと第１ピストンを同軸上に配置し、かつ、例えば、ガイド内で摺動して同軸上を移動可能とするのが好ましい。第２ピストンは、例えば、
同ピストンのガイドと噛合させた電動のウォームネジのような適当な装置によって駆動させられる。

第２ピストンのストロークは、第１ピストンの端部を押すことによって、抽出室に収容されているコーヒー粉末に接触する壁面を備える第１ピストンに伝えられる。この移動可能な壁面はコーヒー粉末を所望のレベルに加圧する。

第１ピストンと第２ピストンは、１個または複数のばねで連結されている。このばねは、予め定められた閾値まで、変形する事なく圧縮することができ、かつ圧縮力がその閾値を越えると、そのばね自身が圧縮されるように設計されている。

第１ピストンがコーヒー粉末を所望のレベルまで加圧し、第２ピストンが依然として第１ピストンに向かって進む時、ばねは押圧されて、第２ピストンはバルブを供給出口の表面と接触させ、同出口を閉じる。第２ピストンが、その第１の位置に向かって後方へ動くと、ばねは、その当初の伸長まで戻る一方、第１ピストンは静止し続け、その結果、バルブは供給出口の表面から離れて、同出口を開口させる。第２ピストンが更に後方へ移動すると、その移動は、伸長したばねにより、第１ピストンに伝えられ、第１ピストンは、圧縮されたコーヒー粉末から、対応する距離移動する。

本発明の抽出ユニットによると、エスプレッソコーヒーとアメリカンコーヒーの両方を作ることができる。

エスプレッソコーヒーは、抽出ユニットを次のステップを含むように稼働させることにより作ることができる。
−1回分のコーヒー粉末を、抽出室へ供給する。
−第２ピストンを、その始動位置から抽出室に向かって移動させて、第１ピストン（その可動壁面）を、コーヒー粉末を所望に加圧するべくコーヒー粉末へ向かわせる。
−第２ピストンを第１ピストンに向かって移動させ、第２ピストンを第２の位置とし、それにより、バルブによって供給出口が閉じられるまで、第２ピストンの運動を、第１ピストンへ伝達する。
−抽出室へ熱湯を注入する。
−抽出室の圧力が充分に高まった時点で、弁体を供給出口から離し、その結果、供給出口を開かせ、コーヒー飲料を抽出室から流出させる。

アメリカンコーヒーは、抽出ユニットを次のステップを含むように稼働することにより作ることができる。
−1回分のコーヒー粉末を、抽出室へ供給する。
−第２ピストンを、その始動位置から抽出室に向かって移動させ、コーヒー粉末を所望に加圧するために、第１ピストンをコーヒー粉末へ向かって押させる。
−弁体とバルブシート間、そして、圧縮されたコーヒー粉末と可動壁面との間に隙間を残すために、第２ピストンを上方へ移動させる。
−抽出室へ熱湯を注入すると、その際、供給出口は開いているため、コーヒー飲料は抽出室から流出する。

抽出ユニットがスタンバイ状態にあるとき、即ち、非稼働状態において、バルブは常に開位置になっている。そのため、弁体は供給出口の表面に付着せず、その結果、コーヒー残留分の付着による影響を克服できる。

抽出ユニットを、エスプレッソコーヒーを作るために稼働すると、弁体は供給出口の表面に接触するが、それは、準備段階か、プレセットに必要な時間のみである。
換言すると、第１の実施例によれば、弁体は閉止力を有するばねの作用により、閉止したままであるが、その閉止力は、抽出室内の飲料圧力よりも小さく、充分な圧力に達するとすぐに、弁体は、ばね力に抗して開口する。

第２実施例によれば、バルブはそれが取付けられている第２ピストンの移動に伴って開口し、第１ピストンから離れるが、この第１ピストンは、静止したままで、抽出室に対して移動しない。

第３実施例によれば、バルブは、予め定められた時間が経過すると作動する公知のアクチュエータによって開口するようになっている。好適なアクチュエータは、例えば弁体を駆動する電磁石類、又は同様のエレメントである。

アメリカンコーヒーを作るために抽出ユニットを稼働させると、コーヒー粉末を加圧するために、第２ピストンが第１ピストンを押すので、弁体は短い時間、供給出口の表面に接触するが、コーヒー粉末が淹れられる前に、第２ピストンは引き上げられ、弁体は供給出口から離れる。

これに代わり、バルブが、アクチュエータの駆動により開口させられることもある。この際、アクチュエータはコントロールユニットによって操作され、２つのピストンの間に、圧縮されたコーヒー粉末を収容する抽出室が形成され、出口は開口している。

本発明の抽出ユニットは、一般のコーヒーメーカーと互換性がある。特に、この発明の抽出ユニットは、家庭用やオフィス用の自動コーヒーメーカーに搭載可能であり、外食産業や、所謂、ＨｏＲｅＣａ（ホテル−レストラン−カフェ）関連、公共の場で使用可能である。この抽出ユニットは、バルブアセンブリの抽出室出口での固着や閉塞を克服しているので、メンテナンスが容易であり、従来技術のコーヒーメーカーに比較して、稼働コストが安価という顕著な効果がある。

バルブを指令により開閉させるアクチュエータの更なる効果は、抽出時間を適確に制御することができ、飲料の品質を向上させることである。

本発明の更なる効果や特徴は、以下に詳述する非限定的な実施例の説明や図より明らかになると思う。

本発明の抽出ユニットの斜視図。 図１の線Ａ−Ａにおける断面図。 図１の線Ｂ−Ｂにおける断面図。 バルブの開状態における拡大図。 バルブの閉状態における拡大図。 弁体を開閉させるアクチュエータを備えるバルブの図。

図１に示すように、本発明の抽出ユニット１は、頂壁３と、底壁１６を有する抽出室２を備え、頂壁３は、内部容積を調節するために、上下に移動可能である。抽出室２には、例えば、コーヒーグラインダー（図示せず）などの外部ユニットによって、傾斜壁４から供給される１回分のコーヒー粉末が収容される。

第１ピストン５の一部分である可動の頂壁３は、フィルター（図示せず）を備え、抽出室２に向かって移動して、抽出室２に収容されているコーヒー粉末を加圧し、コーヒーを抽出している間、抽出室２を閉じた状態にする。

抽出されたコーヒーの出口１２は、壁面３を貫通している。この出口１２は、フィルターの下方で、抽出されたコーヒーを収集するように、壁面３の表面に設けられた多数の溝と連通する貫通孔である。

第１ピストン５は、抽出室２の形状と合致する概ね円筒状を呈し、図２のＸ軸に沿って移動することにより、抽出室２を開閉し、かつコーヒー粉末を圧縮する。第１ピストン５は、第２ピストン６によってＸ軸に沿って移動させられるが、この第１ピストン５は、また、第２ピストン６に対しても移動できるように、連結手段により第２ピストン６と連結されている。

図２〜図３に示す実施例においては、前記連結手段は、ばね７であり、好ましくは、複数のばねである。

第２ピストン６の一部は、第１ピストン５内に摺動可能に挿入され、コーヒーメーカーが非稼働の際には、第１ピストン５の壁面３と、第２ピストン６の外面との間に隙間１５を残すようになっている。

バルブ１３は、第２ピストン６に設けられて、第１ピストン５に対して、軸Ｘ−Ｘに沿って移動可能である。また、このバルブ１３は、第１ピストン５と、第２ピストン６の間の隙間１５に位置し、壁面３の供給出口１２を開閉する。

バルブ１３は、ばねで付勢される弁体１４を備えている。この弁体１４は、供給出口１２の表面に合致するような形状とされている。図に示す実施例における弁体１４は、シリコン、或いは他の同様な材料で作られるか、これらの材料で被覆されている。この弁体１４は、壁面３の内部の面に当接することにより、供給出口１２を閉じることができるようになっている。また、この弁体１４は、圧力によって多少変形が可能であり、ある実施例においては、弁体１４は、抽出室２内で抽出されたコーヒーの圧力で変形して、コーヒーを流出させる。この弁体１４は、変形することなく、抽出室内の圧力に耐え、ばね２０（図４と５を参照）を圧縮することにより、出口を開口させるようになっているのが好ましい。

第２ピストン６は、第１ピストン５と同軸上に配置されており、コーヒーメーカーによって制御される駆動装置と連結されている。この駆動装置としては、軸Ｘ−Ｘに沿って、第２ピストン６を移動させうる適当な公知の装置を使用することができる。

図２において、前記の駆動装置は、エレメント９と噛み合うウォームネジ８を備えている。このエレメント９は、第２ピストン６と結合され、かつ、ガイド１０が摺動可能に係合している。このウォームネジ８は、コーヒーメーカーのコントロールユニットによって制御されるギア１１により、回転駆動される。ウォームネジ８が回転すると、多数のギア８'が回転し、このギア８'が回転すると、第２ウォームネジ８"が回転するため、第２ピストン６は回転することなく、軸Ｘに沿って移動させられる。

底壁１６も、抽出室２内で、ギアとネジにより、前述と同様な要領で移動させられる（図２）。

図１〜図３において、第２ピストン６は第１の位置にあり、第１ピストン５の壁面３を抽出室２から離れた位置に保持するのに充分な距離を隔てて、抽出室２の上方に位置しているので、抽出室２を閉じることはない。第２ピストン６が、この第１の位置にある時、１回分のコーヒー粉末を、抽出室２内に供給できる。

次に、エスプレッソコーヒーを作る場合の抽出ユニット１の作動について説明する。

コーヒー粉末を抽出室２内に供給すると、すぐに、ウォームネジ８、８"とギア８'により、第２ピストン６は、その当初の第１の位置から軸Ｘに沿って、抽出室２に向かって移動させられる。第２ピストン６の移動に伴い、第１ピストン５は移動し、壁面３はコーヒー粉末に向かって移動し、コーヒー粉末を所望の圧力に加圧する。

第１ピストン５は、ばね７が第１ピストン５と第２ピストン６との間で圧縮されるまで、コーヒー粉末を加圧する。ばね７が撓むと、第１ピストン５は、抽出室２内の加圧されたコーヒー粉末と接しつつ静止するが、第２ピストン６は抽出室２に向かって進み続けるので、隙間１５は小となる。この位置を図４に示してある。

第２ピストン６が第１ピストン５に向かって更に下降し続けて第２位置に到達すると、バルブアセンブリ１３は作動する。すなわち、弁体１４は、図５に示すように供給出口１２を閉じる。

この状態において、コーヒー粉末は、抽出室２内で加圧され、バルブ１３の弁体１４は、出口１２を閉じている。熱湯を、壁面３の向かい側の壁面１６に設けた適当な通路（図示せず）を経て抽出室に供給する。

供給出口１２を開けて、抽出室２からコーヒー飲料を供給することは、種々の方法で可能である。その１つの実施例においては、抽出室２内の液体の圧力が、バルブ１３の弁体１４を付勢するばね２０の力より大きくなると、供給出口１２は開口させられる。

別の実施例によれば、バルブは、例えば電磁石などのアクチュエータによって作動させられる。

更に別の実施例によれば、ピストン６は上方に移動して、ピストン５から離れることにより、供給出口１２は開口させられる。

前述のいずれかの実施例において、予め定められた時間が経過して、コーヒーが抽出されると、ウォームネジ８、８"が逆方向へ回転することにより、第２ピストン６は上方へ移動し、ばね７は圧縮から解放され、隙間１５が最大になる。これにより、バルブ１３に供給出口１２は開口させられ、抽出室２内のコーヒー飲料は、通路から注ぎ口１７に至り、ユーザーに供給される。

図６は、更に別の実施例を示す。ばね７の代わりに、ネジ２２によって駆動される回転ギア２１が、ピストン５に設けられており、ピストン６に設けられた歯とかみ合う。この実施例において、ネジ２２がギア２１を回転している間、ネジ８、８"は駆動されないので、抽出室２の容積を一定に保持できる。この場合、ピストン６が出口１２を開けるために、そこから離れるように移動する間、壁面３は移動しない。従って、前述のごとく、ピストン５が「加圧されるコーヒー」の位置に留まりつつ、バルブ１３を開口できるので、エスプレッソコーヒーとアメリカンコーヒーの製造工程の混合から生じるコーヒーを作ることができる。

残ったコーヒーの出し殻を壁面１６を、周知のやり方で上昇させて、表面１８から放出する。電動アーム１９を駆動して、コーヒーの出し殻を押圧して放出する。その後、別のサイクルの準備のために、壁面１６の位置を低下させる。

抽出ユニットが稼働しない時に、弁体１４が供給出口の表面に接触しないことを、当業者は、高く評価するものと見込まれる。弁体１４のバルブシ−ト面への付着は、前述のように防止され、抽出ユニット１のメンテナンスは、従来技術のユニットに比較して、さらに簡単になる。

次に、アメリカンコーヒーを作る抽出ユニット１の稼働について説明する。

コーヒー粉末が抽出室２に供給されるとすぐに、ウォームネジ８、８"の回転によって、第２ピストン６が第１ピストン５とともに、その当初の位置から抽出室２に向かって移動する。第１ピストン５の壁面３は、コーヒー粉末を加圧することなく抽出室２を閉じることができる。これは、移動を停止してコーヒー粉末を圧縮することを中断したり、或いは、コーヒー粉末と壁面３との間に隙間を残すのに充分な長さだけ上方へ戻ったりすることができる。両方のケースにおいて、抽出室２の内容積は、エスプレッソコーヒーを作る時の抽出室２の容積よりも大きく調節される。熱湯を抽出室２に注いでコーヒーを抽出する時、弁体１４が、供給出口１２を閉じることはない。コーヒー飲料は、開口している供給出口１２を通って、抽出室２から注ぎ口１７に向かって流出し、ユーザーに供給される。残ったコーヒーの出し殻は、前述のように放出される。

第２ピストン６の第１の位置においては、第１ピストン５と連結しているバルブ１３は、抽出ユニットのスタンバイ中、供給出口１２から離れている。従って、供給出口１２と弁体１４に硬い残留物が蓄積することを最小限にできる。出口１２と弁体１４の柔らかい残留物は、抽出室２にあるコーヒー飲料によって清浄化される。

抽出ユニット１は製造が容易であり、安価である。ピストン５とピストン６は、例えば、ＡＢＣ樹脂のような熱可塑性材料より作ることができる。又、ピストン５とピストン６は、容易に組立てられることができ、かつ分解できる形状であるので、各部品類から残留物を清掃することが容易である。

１ 抽出ユニット
２ 抽出室
３ 頂壁
４ 傾斜璧
５ 第１ピストン
６ 第２ピストン
７ ばね
８ ウォームネジ
８' ギア
８" 第２ウォームネジ
９ エレメント
１０ ガイド
１１ ギア
１２ 供給出口
１３ バルブ
１４ 弁体
１５ 隙間
１６ 壁面
１７ 注ぎ口
１８ 表面
１９ 電動アーム
２０ ばね
２１ ギア
２２ ネジ

Claims (12)

1. 抽出室（２）と、前記抽出室（２）の可動壁（３）を備える第１ピストン（５）と、前記可動壁（３）は前記抽出室（２）からコーヒー飲料が流出する供給出口（１２）を有し、前記供給出口（１２）を開閉するバルブ（１３）とを備えるコーヒーメーカー用の抽出ユニット（１）において、前記第１ピストン（５）と前記バルブ（１３）とを支持する支持手段（６）を備え、前記支持手段（６）は、前記第１ピストン（５）とともに、前記抽出室（２）に対して移動可能にすると同時に、前記バルブ（１３）とともに、前記第１ピストン（５）に対して移動可能にすることにより、前記バルブ（１３）が、前記第１ピストン（５）の前記供給出口（１２）を開閉するようになっていることを特徴とするコーヒーメーカー用の抽出ユニット。
2. 前記支持手段（６）は、前記第１ピストン（５）と同軸であり、かつ、前記第１ピストン（５）内に部分的に収容されている第２ピストン（６）であることを特徴とする請求項１記載の抽出ユニット。
3. 前記バルブ（１３）は、前記第１ピストン（５）の可動壁（３）の上部の第２ピストン（６）の端壁に設けられていることを特徴とする請求項２記載の抽出ユニット。
4. 前記第１ピストン（５）と第２ピストン（６）は、共通軸（Ｘ）に沿って移動可能であり、前記第２ピストン（６）の端壁の部分は、前記第１ピストン（５）の可動壁（３）を備える部分内で、前記共通軸（Ｘ）に沿って移動可能であることを特徴とする請求項３記載の抽出ユニット。
5. 前記第１ピストン（５）と第２ピストン（６）は、弾性部材によって、間隔を隔てた位置に付勢されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の抽出ユニット。
6. 前記バルブ（１３）は、前記第１ピストン（５）と第２ピストン（６）の共通軸（Ｘ）に沿って配置された弁体（１４）を付勢するバネ（２０）を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の抽出ユニット。
7. 前記バルブ（１３）は、指令によって駆動される駆動手段（２１，２２）を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の抽出ユニット。
8. 前記駆動手段は、前記第２ピストン（６）に設けられた歯とかみ合うギア手段（２１）を備え、前記第１ピストン（５）に対して、前記第２ピストン（６）を移動させるようになっていることを特徴とする請求項７記載の抽出ユニット。
9. 前記第２ピストン（６）は、前記駆動手段によって前記共通軸（Ｘ）に沿って移動しうるようになっていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の抽出ユニット。
10. 前記請求項１〜９のいずれかに記載の抽出ユニットを有するコーヒーメーカーを使用して、コーヒーを作る方法において、
    ａ．１回分のコーヒー粉末を、前記抽出室（２）内へ供給する。
    ｂ．前記第２ピストン（６）を、前記抽出室（２）内へ移動させて、前記第１ピストン（５）の前記可動壁（３）を、コーヒー粉末を所望に加圧するべく、コーヒー粉末へと向かわせる。
    ｃ．前記第２ピストン（６）を、前記第１ピストン（５）に向かって移動させ、前記第２ピストン（６）を第２の位置とし、それにより、前記バルブ（１３）によって前記供給出口（１２）を閉じる。
    ｄ．抽出室へ熱湯を注入する。
    ｅ．前記第２ピストン（６）を別の位置に移動させ、前記バルブ（１３）によって、前記供給出口（１２）を開閉して、要求される種類のコーヒーを作る。
    というステップを含むことを特徴とするコーヒーの製造方法。
11. 請求項１０記載の抽出ユニットを稼働させてアメリカンコーヒーを作る方法において、
    ａ．１回分のコーヒー粉末を、前記抽出室（２）内へ供給する。
    ｂ．前記第２ピストン（６）を、前記抽出室（２）内へ移動させて、前記第１ピストン（５）の前記可動壁（３）を、コーヒー粉末を所望に加圧するべく、コーヒー粉末へと向かわせる。
    ｃ．コーヒー粉末と前記可動壁（３）間に隙間を残し、前記供給出口（１２）を開口させるために、前記第２ピストン（６）を移動させる。
    ｄ．抽出室へ熱湯を注入する際、供給出口は開いており、コーヒー飲料を抽出室から流出させる。
    というステップを含むことを特徴とするコーヒーの製造方法。
12. 請求項１〜９のいずれかに記載の抽出ユニットを有することを特徴とするコーヒーメーカー。

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