JP5109454B2 - フィルタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉状の原料と水を混合して抽出した飲料を濾過するためのフィルタ装置に関する。

従来のフィルタ装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。このフィルタ装置は、レギュラーコーヒーを販売する自動販売機の抽出装置に用いられている。この抽出装置は、上方および下方に開放する中空のブルワーユニット本体と、その下方に設けられた昇降自在のフィルタ受けを有している。フィルタ装置は、ロール状に巻かれたペーパーフィルタと、このロールからフィルタを引き出すためのローラなどを有している。引き出されたフィルタは、ブルワーユニット本体とフィルタ受けの間に狭持され、ブルワーユニット本体の下側の開口を塞いでおり、それにより、ブルワーユニット本体の内部に抽出室が形成されている。

コーヒーの販売時には、ブルワーユニット本体の上側の開口から、湯および粉状のコーヒー豆が投入され、その後、上側開口が弁体で閉塞されることにより、抽出室が密閉されるとともに、その内部が加圧される。それにより、抽出されたコーヒーが、ペーパーフィルタで濾過されながら、抽出室から送出され、ペーパーフィルタ上にはコーヒー滓が残される。コーヒーの送出が完了すると、フィルタ受けが下降し、ローラで駆動されたロールからペーパーフィルタの未使用部分が引き出され、すでに使用されたペーパーフィルタの部分は、コーヒー滓とともに滓バケツに廃棄される。

以上のように、この従来のフィルタ装置では、ペーパーフィルタは、コーヒーの濾過に一度しか使用できないため、濾過を行うごとに使用済みの部分をコーヒー滓とともに廃棄しなければならず、その分、廃棄物の量および保守のコストが増大してしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、飲料の味を低下させることなく、フィルタを繰り返し使用でき、廃棄物量および保守コストを削減することができるフィルタ装置を提供することを目的としている。

特開平１１−２５０３４８号公報

この目的を達成するために、本願の請求項１に係る発明は、粉状の原料と水を混合して抽出した飲料を濾過するためのフィルタ装置であって、金属およびセラミックスの一方で構成され、深さが５０μｍ以下、且つ径に対する深さの比が０．５以下の多数の細孔を有し、表面側で抽出された飲料を、細孔を介して裏面側に通過させることにより濾過する薄板状のフィルタ本体と、スクレーパ駆動部と、スクレーパ駆動部で駆動されることによってフィルタ本体の表面を摺動することにより、表面に残留する原料の抽出滓を掻き取るとともに、細孔に詰まった状態で表面から突出する原料の抽出滓を、表面に沿って切断するスクレーパと、を備えていることを特徴とする。

このフィルタ装置によれば、フィルタ本体の表面側において、粉状の原料と水から抽出された飲料は、フィルタ本体に形成された多数の細孔を介して裏面側に通過することによって濾過され、フィルタ本体の表面には、原料の抽出滓が残留し、その一部が細孔内に入り込むとともに引っ掛かり、詰まり滓として留まる。そして、飲料の濾過が終了した後、スクレーパがスクレーパ駆動部で駆動され、フィルタ本体の表面を摺動する。

この場合、細孔の深さが５０μｍ以下で、非常に浅く、また、この細孔の深さの径に対する比が０．５以下であるので、スクレーパの摺動に伴い、細孔の壁が刃として作用する。具体的には、フィルタ本体の表面から突出する詰まり滓の部分が、摺動するスクレーパで細孔の壁に押し付けられ、スクレーパとこの壁との協働によるせん断によって、切断される。切断された詰まり滓は、フィルタ本体の表面に残留する抽出滓とともにスクレーパによって掻き取られ、フィルタ本体の表面から取り除かれる。

以上のように、スクレーパの摺動に伴い、詰まり滓の突出部を確実に切断し、取り除くことができ、また、切断された残りの詰まり滓は、次回の濾過時に容易に洗い流され、長期間、細孔に留まることはない。したがって、フィルタ本体の表面および細孔を常時、汚れのない衛生的な状態に保つことができるとともに、抽出された飲料への汚れの混入を抑制でき、飲料の味を良好に保つことができる。

また、フィルタ本体が金属またはセラミックスで構成されているので、フィルタ本体を交換することなく繰り返し使用でき、濾過ごとに交換が必要なペーパーフィルタと比較して、廃棄物量および保守コストを大幅に削減することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のフィルタ装置において、スクレーパは、弾性を有し、スクレーパ駆動部は、スクレーパをフィルタ本体の表面に押圧しながら摺動させることを特徴とする。

この構成によれば、スクレーパ駆動部がスクレーパをフィルタ本体の表面に押圧するので、スクレーパは、その弾性によってフィルタ本体の表面に密着しながら摺動する。それにより、細孔に入り込んだ詰まり滓をより深く確実に切断できるとともに、次回の濾過時における詰まり滓の洗い流しをより確実に行うことができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のフィルタ装置において、フィルタ本体の形状を保持するために、フィルタ本体の裏面側に設けられた保持プレートをさらに備えていることを特徴とする。

この構成によれば、フィルタ本体の裏面側に設けられた保持プレートによって、フィルタ本体の形状が保持される。フィルタ本体は薄板状に構成されており、撓みやすいので、保持プレートでフィルタ本体の形状を保持し、その撓みを抑制することによって、スクレーパとフィルタ本体の間に隙間が生じるのを防止することができる。その結果、スクレーパがフィルタ本体の表面をスムーズに摺動できるとともに、フィルタ本体の表面から抽出滓を確実に掻き取ることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のフィルタ装置において、フィルタ本体は、細孔の下端に連なり、フィルタ本体の裏面に開口するとともに、裏面に向かうに従って径が大きくなるテーパ孔を有していることを特徴とする。

この構成によれば、フィルタ本体に、裏面に向かうに従って径が大きくなるテーパ孔が形成されていることにより、フィルタ本体の裏面の面積が、表面よりも小さくなっている。これにより、裏面に付着する汚れを少なくすることができ、その結果、汚れの混入による飲料の味の劣化をさらに抑制することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明を適用したフィルタ装置１０を含む飲料の抽出ユニット１を示している。この抽出ユニット１は、粉状のコーヒー豆と湯を原料として用い、コーヒーを抽出して購入者に提供するためのものであり、レギュラーコーヒーの自動販売機（図示せず）に内蔵されている。

抽出ユニット１は、内部においてコーヒーの抽出を行うためのシリンダ２と、このシリンダ２を着脱自在に収容するシリンダホルダ３などを備えている。シリンダ２は、例えばプラスチックで構成され、上下方向に延びるとともに、上面および下面が開放した円筒状に形成されている。シリンダホルダ３は、シリンダ２を収容するためのボックス状のフレーム４と、このフレーム４内の下部に設けられたフィルタ装置１０を有している。

フレーム４は、左右の側壁４ａ、４ａと、両側壁４ａ、４ａの後端部間および下端部間をそれぞれつなぐ背壁４ｂおよび底壁４ｃを有し、前面および上面が開放したボックス状に形成されている。また、側壁４ａ、４ａの前側の上端部には、前上カバー４ｄが設けられている。

図２に示すように、フィルタ装置１０は、スライダ（図示せず）によってフレーム４に昇降自在に設けられ、シリンダ２内のコーヒーを濾過しながら外部に搬送するためのフィルタブロック１１と、前後方向にスライド自在に設けられ、フィルタブロック１１上に残留した抽出滓を除去するためのスクレーパ機構２１などを備えている。

フィルタブロック１１は、フィルタ組立て品１２と、このフィルタ組立て品１２を取り囲むように設けられ、シリンダ２よりも大きな外径を有する薄板リング状のパッキン１６と、フィルタ組立て品１２およびパッキン１６を支持するとともに、上下方向に延びる通路（図示せず）を有するブロック状の支持部材１７などで構成されている。

図３、図４および図６に示すように、フィルタ組立て品１２は、円板状のフィルタ本体１３と、その下側に設けられた保持プレート１４と、両者１３、１４を互いに固定するための固定枠１５を有している。フィルタ本体１３は、金属やセラミックス、例えばステンレスによって構成されており、シリンダ２の内径よりも若干小さな外径を有するメッシュ部１３ａと、メッシュ部１３ａの外周部の全体にわたって設けられたつば部１３ｂを有している。このつば部１３ｂは、メッシュ部１３ａの外周部から垂下する垂下部の下端から側方に突出している。

メッシュ部１３ａは、非常に薄い所定の厚さＴ（例えば５０μｍ）を有しており、図５に示すように、このメッシュ部１３ａの全面には、多数の濾過孔１３ｃが形成され、メッシュ状に配置されている（２つのみ図示）。濾過孔１３ｃは、エッチングにより形成されており、メッシュ部１３ａの上面側のストレート部１３ｄと、下面側のテーパ部１３ｅを有している。

ストレート部１３ｄは、メッシュ部１３ａの上面に開口しており、円形で、所定の深さｄ（例えば２０μｍ）を有している。テーパ部１３ｅは、ストレート部１３ｄの下端に連なり、下面に開口するとともに、下面に向かうに従って径が大きくなるように形成されている。また、ストレート部１３ｄの深さｄは、その径Ｄ（例えば７０μｍ）に対する比（ｄ／Ｄ）が０．５以下になるように設定されている。以上のように、メッシュ部１３ａは、非常に薄く、その全面に多数の非常に微小な濾過孔１３ｃが形成されているため、半透明の外観を有している。

保持プレート１４は、円板状の支持部１４ａと、その外周部の全体にわたって設けられた断面Ｌ字形の固定部１４ｃを有している。この固定部１４ｃは、支持部１４ａの外周部から下方に垂下する垂下部の下端部から側方に突出している。また、支持部１４ａの径は、メッシュ部１３ａよりも若干小さい。また、支持部１４ａの厚さは、スクレーパ機構２１の作動時に作用する荷重に対して、支持部１４ａの形状を維持するのに十分な剛性を確保できるように設定されている。また、支持部１４ａのほぼ全面には、多数の貫通孔１４ｂが形成され、メッシュ状に配置されている。また、各貫通孔１４ｂは、前述したメッシュ部１３ａの濾過孔１３ｃよりもはるかに大きな径（例えば４ｍｍ）を有している。

固定枠１５は、側壁１５ａと、その上端部から内方に突出する上壁１５ｂから、リング状に形成されている。この固定枠１５には、フィルタ本体１３を間に挟んだ状態で、保持プレート１４が嵌合している。具体的には、保持プレート１４の固定部１４ｃが、固定枠１５の側壁１５ａの内側に圧入されており、それにより、上壁１５ｂと固定部１４ｃの間に、フィルタ本体１３のつば部１３ｂが挟み付けられ、三者１３〜１５が一体化されている。また、この状態では、保持プレート１４の支持部１４ａの上面全体が、フィルタ本体１３のメッシュ部１３ａに当接している。

次に、スクレーパ機構２１について説明する。図２に示すように、スクレーパ機構２１は、矩形枠状に形成され、その平面サイズがフィルタブロック１１よりも大きいサポート２２と、このサポート２２に一体に設けられたスクレーパ本体２３と、両者２２、２３を駆動する駆動機構２４を有している。スクレーパ本体２３は、弾性を有するゴム（例えばシリコンゴム）で構成された板状のものであり、サポート２２の前壁２２ａの全体に取り付けられ、鉛直下方に突出している。このスクレーパ本体２３の下端部は、前後方向の幅が下方に向かうに従って狭くなるように、テーパ状に形成されている。

また、サポート２２の後壁２２ｂと、その前側に設けられた仕切り壁２２ｃとの間には、左右方向に延びる収容溝２２ｄが形成されている。また、後壁２２ｂの左右方向の中央には、開口２２ｅが形成されている。以上のように構成されたサポート２２およびスクレーパ本体２３は、左右の側壁４ａ、４ａにガイドされることにより、前後方向にスライド可能になっている。

駆動機構２４は、回動自在の駆動部２４ａと、この駆動部２４ａに上下方向に延びる連結軸２４ｂを介して連結されたモータ（図示せず）を有している。駆動部２４ａは、水平に延びるアーム部２４ｃを一体に有しており、その先端部には、下方に突出する係合凸部２４ｄが設けられている。この係合凸部２４ｄは、サポート２２の開口２２ｅを介して、収容溝２２ｄに挿入されている。

次いで、上述したフィルタ装置１０の動作について説明する。まず、待機状態にあるフィルタ装置１０のフィルタブロック１１が、スライダで駆動されることにより上昇し、パッキン１６が、シリンダ２に当接した状態でこれをシールする。そして、原料供給装置および給湯装置（いずれも図示せず）から、粉状のコーヒー豆および湯がシリンダ２内に供給されるとともに、攪拌されることによって、コーヒーが抽出される。

次いで、エアポンプ（図示せず）が作動し、エアがシリンダ２内に供給されることにより、シリンダ２の内部が加圧される。それにより、抽出されたコーヒーが、フィルタ本体１３の濾過孔１３ｃを介して下面側に通過することによって、濾過される。フィルタ本体１３の表面には、抽出されたコーヒーと分離された抽出滓Ｇが残留し、図７（ａ）に示すように、抽出滓Ｇの一部は、濾過孔１３ｃ内に入り込むとともに引っ掛かり、詰まり滓ｇとして留まる。濾過されたコーヒーは、保持プレート１４の貫通孔１４ｂをさらに通過し、フィルタブロックチューブおよび飲料搬送チューブなどを通り、カップ（いずれも図示せず）に供給される。

次いで、駆動機構２４の駆動部２４ａが、図２（ａ）に示す待機位置から１８０°回転するのに伴い、サポート２２およびスクレーパ本体２３が、係合凸部２４ｄおよび収容溝２２ｄを介して後方に引かれることによって、同図（ｂ）に示すように、後方の抽出滓排出位置にスライドする。その際、スクレーパ本体２３は、駆動機構２４により、アーム部２４ｃを介して所定の圧力でフィルタ本体１３を押圧しながら、その上面を後方に向かって摺動する。それにより、フィルタ本体１３の上面に残留した抽出滓Ｇは、スクレーパ本体２３で掻き取られ、滓シュート（図示せず）を介して外部に排出される。

本実施形態においては、ストレート部１３ｄの深さが２０μｍで、非常に浅く、また、このストレート部１３ｄの深さｄの径Ｄに対する比が０．５以下であるので、スクレーパ本体２３の摺動に伴い、ストレート部１３ｄの壁が刃として作用する。具体的には、フィルタ本体２３の表面から突出する詰まり滓ｇの部分が、摺動するスクレーパ本体２３でストレート部１３ｄの壁に押し付けられ、スクレーパ本体１３とこの壁との協働によるせん断によって、切断される。切断された詰まり滓ｇは、フィルタ本体１３の表面に残留する抽出滓Ｇとともにスクレーパ本体２３によって掻き取られ、フィルタ本体１３の表面から取り除かれる。

その後、駆動部２４ａがさらに１８０°回動することによって、スクレーパ本体２３は、フィルタ本体１３の上面を押圧しながら前方に摺動し、サポート２２およびスクレーパ本体２３は元の待機位置に戻る。なお、前回のスクレーパ本体２３の摺動時に切断され、濾過孔１３ｃ内に残された詰まり滓ｇは、スクレーパ本体２３が今回、摺動する前に、抽出されたコーヒーが濾過孔１３ｃを通過するときに、濾過孔１３ｃから押し出され、洗い流される。

なお、実験の結果、ストレート部１３ｄの深さｄを５０μｍ以下に設定することにより、スクレーパ本体２３とストレート部１３ｄの壁との協働による詰まり滓ｇの切断が、効果的に行われることが確認されている。また、ストレート部１３ｄの径Ｄを１００μｍ以下に設定することにより、コーヒーが濾過孔１３ｃを通過する際、濾過孔１３ｃ内に残された詰まり滓ｇを押し出すのに十分な流速が確保されることが確認されている。

以上のように、本実施形態のフィルタ装置１０によれば、スクレーパ本体２３の摺動に伴い、詰まり滓ｇの突出部を確実に切断し、取り除くことができ、また、切断された残りの詰まり滓ｇは、次回の濾過時に容易に洗い流され、長期間、留まることはない。したがって、フィルタ本体２３の表面および濾過孔１３ｃを常時、汚れのない衛生的な状態に保つことができるとともに、抽出されたコーヒーへの汚れの混入を抑制でき、コーヒーの味を良好に保つことができる。

また、フィルタ本体１３がステンレスで構成されているので、フィルタ本体１３を交換することなく繰り返し使用でき、濾過ごとに交換が必要なペーパーフィルタと比較して、廃棄物量および保守コストを大幅に削減することができる。

また、駆動機構２４がスクレーパ本体２３をフィルタ本体１３の表面に押圧するので、スクレーパ本体２３は、その弾性によってフィルタ本体１３の表面に密着しながら摺動する。それにより、濾過孔１３ｃに入り込んだ詰まり滓ｇをより深く確実に切断できるとともに、次回の濾過時における詰まり滓ｇの洗い流しをより確実に行うことができる。

また、フィルタ本体１３の下面側に設けられた保持プレート１４によって、フィルタ本体１３の形状が保持される。フィルタ本体１３のメッシュ部１３ａは薄板状で撓みやすいので、保持プレート１４でメッシュ部１３ａの形状を保持し、その撓みを抑制することによって、スクレーパ本体２３とフィルタ本体１３の間に隙間が生じるのを防止することができる。その結果、スクレーパ本体２３がフィルタ本体１３の表面をスムーズに摺動できるとともに、フィルタ本体１３の表面から抽出滓Ｇを確実に掻き取ることができる。

また、フィルタ本体１３に、下面に向かうに従って径が大きくなるテーパ部１３ｅが形成されていることにより、フィルタ本体１３の下面の面積が、表面よりも小さくなっている。これにより、下面に付着する汚れを少なくすることができ、その結果、汚れの混入によるコーヒーの味の劣化をさらに抑制することができる。

また、濾過孔１３ｃを通過するコーヒーによって、濾過孔１３ｃ内に残された詰まり滓ｇが容易に洗い流されるので、濾過孔１３ｃに詰まりが発生するのを抑制でき、コーヒーの濾過に要する時間を安定させることができる。

さらに、濾過孔１３ｃはエッチングにより形成されるので、その際にフィルタ本体１３の上面と下面を判別するための表示を設けることが可能になり、それにより、フィルタ装置１０を製造する際、フィルタ本体１３の上下が誤って組み立てられるのを防止することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、本発明をレギュラーコーヒーの抽出ユニットのフィルタ装置に適用した場合について説明したが、原料として茶葉を用い、茶系飲料を抽出する抽出ユニットのフィルタ装置に適用することもできる。

また、実施形態では、濾過孔１３ｃをストレート部１３ｄおよびテーパ部１３ｅで構成した場合について説明したが、これに限定されることなく、例えば、テーパ部を省略し、ストレート部のみで濾過孔を構成してもよい。また、実施形態で説明したメッシュ部１３ａの厚さやストレート部１３ｄの径Ｄなどの値はあくまで例示であり、他の適当な値に設定することも可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明によるフィルタ装置を含む飲料の抽出ユニットを示す斜視図である。 フィルタ装置、スクレーパ機構および駆動機構の（ａ）待機位置および（ｂ）抽出滓排出位置をそれぞれ示す平面図である。 フィルタ組立て品を示す斜視図である。 フィルタ組立て品の分解斜視図である。 フィルタ本体の濾過孔を示す部分拡大断面図である。 図３の線Ａ−Ａに沿う部分拡大断面図である。 （ａ）フィルタ本体の表面および濾過孔に抽出滓が残留する状態と、（ｂ）スクレーパにより抽出滓が掻き取られた状態を、それぞれ模式的に示す図である。

符号の説明

１０ フィルタ装置
１３ フィルタ本体
１３ｄ ストレート部（細孔）
１３ｅ テーパ部（テーパ孔）
１４ 保持プレート
２３ スクレーパ本体（スクレーパ）
２４ 駆動機構（スクレーパ駆動部）

Claims (4)

1. 粉状の原料と水を混合して抽出した飲料を濾過するためのフィルタ装置であって、
   金属およびセラミックスの一方で構成され、深さが５０μｍ以下、且つ径に対する前記深さの比が０．５以下の多数の細孔を有し、表面側で抽出された前記飲料を、前記細孔を介して裏面側に通過させることにより濾過する薄板状のフィルタ本体と、
   スクレーパ駆動部と、
   当該スクレーパ駆動部で駆動されることによって前記フィルタ本体の表面を摺動することにより、当該表面に残留する前記原料の抽出滓を掻き取るとともに、前記細孔に詰まった状態で前記表面から突出する前記原料の抽出滓を、前記表面に沿って切断するスクレーパと、
   を備えていることを特徴とするフィルタ装置。
2. 前記スクレーパは、弾性を有し、
   前記スクレーパ駆動部は、前記スクレーパを前記フィルタ本体の表面に押圧しながら摺動させることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ装置。
3. 前記フィルタ本体の形状を保持するために、当該フィルタ本体の裏面側に設けられた保持プレートをさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルタ装置。
4. 前記フィルタ本体は、前記細孔の下端に連なり、前記フィルタ本体の前記裏面に開口するとともに、当該裏面に向かうに従って径が大きくなるテーパ孔を有してい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フィルタ装置。

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