KR20050107747A

KR20050107747A - 음료의 조제를 위한 카트리지

Info

Publication number: KR20050107747A
Application number: KR1020057013572A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 핼리데이; 스티븐 카터; 잔 앤더스 해거마크
Original assignee: 크라프트 푸즈 알앤디, 인크.
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2005-11-15
Also published as: DE602004001053D1; JP5329168B2; KR101073778B1; TW200420257A; EP1440913B1; MXPA05007863A; ES2267000T3; RU2337046C2; JP4227169B2; EP1440913A1; AU2004205386A1; WO2004065257A1; TWI278298B; AR042912A1; PL377938A1; GB2397500B; DK1440913T3; LT2005074A; NO20053939L; CN1761604B

Abstract

일 이상의 음료 성분(200)을 포함하고 사실상 공기 및 물이 침투할 수 없는 재료로 형성되는 카트리지(1)이며, 상기 카트리지는 일 이상의 음료 성분을 포함하는 저장 챔버(130; 134)와 매니폴드 챔버(16)를 한정하고, 매니폴드 챔버를 덮는 제1 부분과 저장 챔버를 덮는 제2 부분을 가지는 뚜껑(5)에 의해 폐쇄될 수 있는 개구(12)를 포함하며, 상기 개구를 통해 일 이상의 음료 성분이 저장 챔버로 충전될 수 있고, 상기 뚜껑의 제1 부분은 사용시에 수성 매체의 매니폴드 챔버로의 유입을 수용하도록 천공 가능하고, 뚜껑은 사용시에 저장 챔버 내의 일 이상의 음료 성분과 수성 매체의 상호 작용으로부터 형성된 음료의 유출을 수용하도록 천공 가능한 카트리지.

Description

음료의 조제를 위한 카트리지 {CARTRIDGE FOR THE PREPARATION OF BEVERAGES}

본 발명은 음료의 조제(preparation)를 위한 카트리지, 특히 사실상 공기와 물에 대해 불투과성인 재료로부터 형성되고 음료의 조제를 위한 하나 이상의 성분을 함유하는 밀봉된 카트리지에 관한 것이다.

개별 공기 불투과성 패키지에서 음료 조제 성분을 밀봉하는 것은 종래에 제안되었다. 예를 들면, 일반적으로 "에스프레소" 기계로 불리는 소정의 커피 조제 기계에 사용하기 위한 치밀하게 분쇄된 커피(compacted ground coffee)를 함유하는 카트리지 또는 캡슐이 공지되어 있다. 이러한 조제 기계를 사용하는 커피의 제조에서, 커피 카트리지는 추출 챔버(brewing chamber) 내에 배치되고, 온수는 비교적 높은 압력에서 카트리지를 통과함으로써, 커피 음료를 제조하도록 분쇄된 커피로부터 커피향 성분을 추출한다. 전형적으로, 이러한 기계는 6×10⁵Pa을 초과하는 압력에서 작동한다. 설명한 유형의 조제 기계는 현재, 물 펌프와 시일(seal)과 같은 기계의 부품이 고압을 견딜 수 있어야 하기 때문에, 비교적 고가의 기계이다.

국제 특허 공보 WO 01/58786호에는, 대체로 0.7 내지 2.0×10⁵ Pa 범위의 압력에서 작동하는 음료의 조제를 위한 카트리지가 설명되어 있다. 그러나, 카트리지는 상업용 또는 산업용 시장을 위한 음료 조제 기계에서 사용되도록 설계되어 있어, 비교적 고가이다. 따라서, 카트리지와 음료 조제 기계가 특히 비용, 성능 및 신뢰성의 관점에서 가정용 시장에 적합한, 음료의 조제를 위한 카트리지에 대한 요구가 남아 있다.

통상적으로 공지된 음료 카트리지에서, 음료 카트리지의 입구와 출구는 카트리지의 대향 측부에 형성된다. 카트리지를 분배하기 위해 사용되는 음료 제조 기계는 입구 및 출구 천공부가 반대 방향으로부터 카트리지와 결합하게 이동하도록 복잡한 기계적 장치를 요하는 단점이 있다. 또한, 입구 및 출구 천공부는 음료 카트리지가 음료 조제 기계에 삽입 및 제거를 위한 접근하는 것을 방해할 수 있다. 국제공개공보 제01/60220호에는, 입구 및 출구가 카트리지의 동일한 측부에 형성된 음료 카트리지가 개시되어 있다. 그러나, 이러한 카트리지는 입구 천공부가 음료 성분과 직접 접촉할 수 있으므로 상기 입구 천공부를 막기 쉽다.

도1은 본 발명과 함께 사용하기 위한 카트리지의 제1 및 제2 실시예의 외부 부재의 단면도이다.

도2는 내향 원통형 연장부를 도시하는, 도1의 외부 부재의 상세의 단면도이다.

도3은 슬롯을 도시하는, 도1의 외부 부재의 상세의 단면도이다.

도4는 도1의 외부 부재의 위에서 본 사시도이다.

도5는 전도되어 배향된 도1의 외부 부재의 위에서 본 사시도이다.

도6은 도1의 외부 부재의 위에서 본 평면도이다.

도7은 카트리지의 제1 실시예의 내부 부재의 단면도이다.

도8은 도7의 내부 부재의 위에서 본 사시도이다.

도9는 전도되어 배향된 도7의 내부 부재의 위에서 본 사시도이다.

도10은 도7의 내부 부재의 위에서 본 평면도이다.

도11은 조립된 상태의 카트리지의 제1 실시예의 단면도이다.

도12는 카트리지의 제2 실시예의 내부 부재의 단면도이다.

도13은 개구를 도시하는, 도12의 내부 부재의 상세의 단면도이다.

도14는 도12의 내부 부재의 위에서 본 사시도이다.

도15는 전도되어 배향된 도12의 내부 부재의 위에서 본 사시도이다.

도16은 도12의 내부 부재의 다른 단면도이다.

도17은 공기 입구를 도시하는, 도12의 내부 부재의 다른 상세의 단면도이다.

도18은 조립된 상태의 카트리지의 제2 실시예의 단면도이다.

도19는 본 발명과 함께 사용되기 위한 카트리지의 제3 및 제4 실시예의 외부 부재의 단면도이다.

도20은 내향 원통형 연장부를 도시하는, 도19의 외부 부재의 상세의 단면도이다.

도21은 도19의 외부 부재의 위에서 본 평면도이다.

도22는 도19의 외부 부재의 위에서 본 사시도이다.

도23은 전도되어 배향된 도19의 외부 부재의 위에서 본 사시도이다.

도24는 카트리지의 제3 실시예의 내부 부재의 단면도이다.

도25는 도24의 내부 부재의 위에서 본 평면도이다.

도26은 내향 상부 림을 도시하는, 도24의 내부 부재의 상세의 단면도이다.

도27은 도24의 내부 부재의 위에서 본 사시도이다.

도28은 전도되어 배향된 도24의 내부 부재의 위에서 본 사시도이다.

도29는 조립된 상태의 카트리지의 제3 실시예의 단면도이다.

도30은 카트리지의 제4 실시예의 내부 부재의 단면도이다.

도31은 도30의 내부 부재의 위에서 본 평면도이다.

도32는 도30의 내부 부재의 위에서 본 사시도이다.

도33은 전도되어 배향된 도30의 내부 부재의 위에서 본 사시도이다.

도34는 조립된 상태의 카트리지의 제4 실시예의 단면도이다.

도35는 본 발명에 따른 음료 조제 기계의 전방 사시도이다.

도36은 카트리지 헤드가 개방 위치에 있는, 도35의 기계의 전방 사시도이다.

도37은 명확함을 위하여 일부 부분이 생략된, 도35의 기계의 후방 사시도이다.

도38은 명확함을 위하여 일부 부분이 생략된, 도35의 기계의 다른 후방 사시도이다.

도39는 명확함을 위하여 일부 부분이 생략된, 도35의 기계의 카트리지 헤드의 사시도이다.

도40은 명확함을 위하여 일부 부분이 생략된, 도35의 기계의 카트리지 헤드의 다른 사시도이다.

도41은 폐쇄 위치의 카트리지 헤드의 단면도이다.

도42는 개방 위치의 카트리지 헤드의 단면도이다.

도43은 도35의 기계의 개략적인 레이아웃을 도시한다.

도44a 및 도44b는 도35의 기계를 위한 제1 및 제2 코드 인식 수단의 개략적인 레이아웃을 도시한다.

도45는 바코드를 포함하는 본 발명의 음료의 평면도이다.

따라서, 본 발명은 일 이상의 음료 성분을 포함하고 사실상 공기 및 물이 침투할 수 없는 재료로 형성된 카트리지를 제공하는데, 상기 카트리지는 일 이상의 음료 성분을 포함하는 저장 챔버와 매니폴드 챔버를 형성하고, 매니폴드 챔버를 덮는 제1 부분과 저장 챔버를 덮는 제2 부분을 가지는 뚜껑에 의해 폐쇄될 수 있는 개구를 포함하며, 상기 개구를 통해 일 이상의 음료 성분이 저장 챔버로 충전될 수 있고, 상기 뚜껑의 제1 부분은 수성 매체의 매니폴드 챔버로의 유입을 수용하도록 사용시에 천공 가능하고, 뚜껑은 저장 챔버 내의 일 이상의 음료 성분과 수성 매체의 상호 작용으로부터 형성된 음료의 유출을 수용하도록 사용시에 천공 가능하다.

본 명세서에 사용된 용어 "카트리지"는 전술된 방식으로 하나 이상의 음료 성분을 함유하는 임의의 패키지, 용기, 작은 봉지(sachet) 또는 리셉터클을 의미한다.

본 발명과 함께 사용하기 위한 카트리지는 음료 제품의 조제에 적합한 하나 이상의 음료 성분을 함유할 수 있다. 음료 제품은, 예컨대 커피, 차, 초콜릿, 또는 우유를 포함하는 유제품계 음료 중 하나일 수 있다. 음료 성분은 분말형, 분쇄형, 잎형, 또는 액상일 수 있다. 음료 성분은 불용성 또는 가용성일 수 있다. 예로는 볶고 분쇄된 커피, 잎차, 분말 초콜릿과 수프, 액상 우유계 음료 및 농축 과일 주스를 포함한다.

본 발명의 카트리지는 카트리지로부터의 음료 유입 및 유출은 동일한 측부 즉, 뚜껑으로부터 이루진다는 점에서 유리하다. 이것은 카트리지와 함께 사용되는 음료 조제 기계의 유입 및 유출 천공부가 공통면에 제공되므로 보다 단순하게 할 수 있다. 또한, 음료 조제 기계의 전체 높이는 천공 수단 및 그와 관련돤 유동 파이프를 카트리지의 상부 또는 하부에 제공할 필요가 없으므로 감소될 수 있다. 또한, 보다 작은 개수의 부품이 카트리지 위로 위치될 수 있으므로, 음료 조제 기계로 카트리지를 삽입 및 제거하기 위한 접근은 개선된다. 또한, 본 발명의 카트리지는 사용시에 물과 같은 수성 매체가 도입되는 매니폴드 챔버를 제공한다. 상기 매니폴드 챔버는 음료 성분을 포함하는 저장 챔버로부터 분리된다. 음료 조제 기계의 유입 천공부의 훼손은 상기 유입 천공부가 음료 성분과 직접 접촉하지 않으므로 방지된다. 또한, 매니폴드 챔버는 카트리지 내의 물순환을 개선하고 저장 챔버로의 물 유동 및 저장 챔버를 통한 물 유동의 균형을 개선한다. 이것은 음료 카트리지로부터 배출의 지속성을 향상시킨다.

양호하게는, 상기 카트리지는 사용시에 수성 매체와 저장 챔버 내의 일 이상의 음료 성분 간의 상호 작용으로부터 형성된 음료 유출을 수용하기 위해 천공될 수 있는 뚜껑의 제3 부분 아래에 있는 배출 챔버를 더 포함한다.

양호하게는, 배출 챔버는 배출구를 포함한다.

양호하게는, 매니폴드 챔버와 저장 챔버는 일 이상의 개구를 포함하는 구획부에 의해 나눠진다. 상기 개구는 일 이상의 음료 성분이 저장 챔버로부터 매니폴드 챔버로 들어가는 것을 방지하는 크기이다. 음료 성분이 상기 개구를 통과할 수 없으므로, 매니폴드 챔버는 음료 성분이 없게 유지된다.

양호하게는, 매니폴드 챔버는 적어도 부분적으로 저장 챔버를 둘러싼다. 일 실시예에서, 매니폴드 챔버는 저장 챔버를 사실상 완전히 둘러싼다. 통상적으로, 매니폴드 챔버는 사실상 저장 챔버를 둘러싸고 개구는 상기 매니폴드 챔버와 저장 챔버 사이의 사실상 모든 계면을 따라 제공된다.

양호하게는, 개구는 0.25 내지 0.35 mm의 폭과 1.4 내지 1.8 mm의 길이를 가진다. 통상적으로 20 내지 40개의 개구가 제공된다.

양호하게는, 매니폴드 챔버는 수성 매체가 도입되는 입구부를 포함하는데, 상기 입구부는 일 이상의 개구를 통해 매니폴드 챔버의 잔류물과 연통한다. 양호하게는, 입구부는 원형이다.

양호하게는, 저장 챔버 및 배출 챔버는 내부 부재에 의해 분할된다. 상기 내부 부재는 일 이상의 개구를 포함한다. 일 실시예에서, 내부 부재는 음료의 통과를 수용하는 동안 일 이상의 음료 성분이 저장 챔버로부터 배출 챔버로 들어가는 것을 방지하는 필터를 포함한다.

양호하게는, 뚜껑은 외부 부재 및 내부 부재와 결합된다. 통상적으로, 상기 뚜껑은 카트리지의 주연부 주위에서 외부 부재와 결합하고 카트리지의 중심 근처에서 내부 부재와 결합한다. 뚜껑은 내부 부재의 배출 깔대기에 결합될 수도 있다.

양호하게는, 외부 부재는 뚜껑보다 큰 견고성을 가진다.

양호하게는, 유입 및 유출을 수용하기 위한 뚜껑의 천공부는 카트리지를 통과하는 수성 매체가 입구로부터 출구로 내향 이동하도록 위치된다.

또한 양호하게는, 카트리지는 수성 매체가 저장 챔버를 통상적으로 상향 관통하도록 형성된다.

본 발명은 또한 상기한 바와 같은 카트리지를 복수개 제공할 수 있는데, 카트리지에 포함된 일 이상의 음료 성분으로부터 생산된 음료의 산출율은 1.0 표준 편차 내에서 유지된다.

본 발명은 또한 상기한 바와 같은 카트리지의 사용 방법을 제공하는데, 카트리지로의 입구 또는 카트리지로부터의 출구를 형성하기 위해, 카트리지가 일 이상의 정적 천공 요소에 상대적으로 변위된다. 이것은 관절식 또는 달리 이동할 것을 요하지 않는 단순화된 천공 기구가 사용될 수 있다는 점에서 유리하다. 또한, 천공 요소가 정적이므로 카트리지와 천공 요소의 보다 정밀한 정렬이 성취되어서, 특히 유출에서 수성 매체의 튀김이 감소되고 성능이 개선된다.

또한, 본 발명은 일 이상의 음료 성분을 포함하고 사실상 공기 및 물이 침투할 수 없는 재료로 형성된 카트리지를 제공하는데, 상기 카트리지는 일 이상의 음료 성분을 포함하는 챔버를 형성하고 뚜껑을 더 포함하며, 사용시 수성 매체의 유입과 유출 모두를 수용하도록 카트리지가 수평 방향으로 있을 때 뚜껑이 천공 가능하도록 카트리지가 형성되어서, 챔버 내의 일 이상의 음료 성분과 수성 매체의 상호 작용으로부터 음료를 형성한다. 유리하게는, 사용중에 카트리지의 수평 위치 선정은 카트리지를 통해 수성 매체의 유동이 최적화되도록 한다. 카트리지가 수직으로 배향된다면, 물 또는 다른 수성 매체는 중력의 영향으로 빠르게 유동하고 음료 성분이 있는 부분을 우회할 것이다. 카트리지가 수평으로 배향된다면, 이러한 문제점은 특히 입구 및 출구 위치 사이의 상향 유동 요소를 배치하여 회피될 수 있다.

양호하게는, 수성 매체의 유입은 제1 챔버로 향하고 음료의 유출은 제2 챔버로부터 이루어진다. 제1 챔버는 매니폴드 챔버일 수 있다. 제2 챔버는 배출 챔버일 수 있다. 양호하게는, 상기 매니폴드 챔버 및 배출 챔버와 분리되어 있는, 일 이상의 음료 성분을 포함하는 저장 챔버가 제공된다.

하기의 설명에서, 용어 "상부"와 "하부" 및 이의 등가의 용어는 본 발명의 특징부의 관련 위치 관계를 설명하기 위하여 사용될 것이다. 용어 "상부"와 "하부" 및 이의 등가의 용어는 음료 조제 기계 내부로의 삽입 및 후속하는, 예컨대 도4에 도시된 바와 같은 분배를 위한 그의 정상 배향 상태에 있는 카트리지(또는 다른 구성 요소)를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, "상부"와 "하부"는 각각 카트리지의 상단부 표면(11)과 가깝거나 멀리 있는 상대 위치를 지칭한다. 또한, 용어 "내부"와 "외부" 및 이의 등가의 용어는 본 발명의 특징부의 관련 위치 관계를 설명하기 위하여 사용될 것이다. 용어 "내부"와 "외부" 및 이의 등가의 용어는 각각 카트리지(1)(또는 다른 구성 요소)의 중심 또는 주축(X)과 가깝거나 멀리 있는 상태의 카트리지(또는 다른 구성 요소)의 상대 위치를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.

이제, 본 발명의 실시예가 첨부 도면을 참조하여 단지 예시의 목적으로 설명될 것이다.

도11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 카트리지(1)는 일반적으로 외부 부재(2), 내부 부재(3) 및 라미네이트(5)를 포함한다. 외부 부재(2), 내부 부재(3) 및 라미네이트(5)는 하나 이상의 음료 성분을 함유하는 내부(120), 입구(121), 출구(122), 및 입구(121)를 출구(122)에 연결하고 내부(120)를 통과하는 음료 유동 경로를 갖는 카트리지(1)를 형성하도록 조립된다. 입구(121)와 출구(122)는 초기에는 라미네이트(5)에 의해 밀봉되어 있으며, 사용시 라미네이트(5)의 천공 또는 절단에 의해 개방된다. 음료 유동 경로는 후술되는 바와 같이 외부 부재(2), 내부 부재(3) 및 라미네이트(5) 사이의 공간적인 내부 관계에 의해 형성된다. 이하에 추가로 설명될 필터(4)와 같은 다른 구성 요소가 카트리지(1) 내에 임의로 포함될 수 있다.

배경 지식을 제공할 목적으로 설명될 카트리지(1)의 제1 형태가 도1 내지 도11에 도시되어 있다. 카트리지(1)의 제1 형태는 특히 볶고 분쇄된(roast and ground) 커피 또는 잎차(leaf tea)와 같은 여과되는 제품의 분배에 사용되도록 설계된다. 그러나, 이러한 형태의 카트리지(1)와 후술되는 다른 형태는 초콜릿, 커피, 차, 감미료(sweeteners), 코디알스(cordials), 향미제(flavourings), 주류(alcoholic beverage), 향취 우유(flavoured milk), 과일 주스, 스쿼시, 소스 및 디저트와 같은 다른 제품과 함께 사용될 수도 있다.

도5로부터 알 수 있는 바와 같이, 카트리지(1)의 전체적인 형상은 대체로, 카트리지(1)의 직경이 그의 높이보다 상당히 큰 원형 또는 디스크 형상이다. 주축(X)은 도1에 도시된 바와 같이 외부 부재의 중심을 통과한다. 전형적으로, 외부 부재(2)의 총 직경은 74.5 mm ±6 mm이고, 총 높이는 16 mm ±3 mm이다. 전형적으로, 조립된 때의 카트리지(1)의 부피는 30.2 ml ±20%이다.

외부 부재(2)는 일반적으로 곡선형 환형 벽(13), 폐쇄 상단부(11) 및 개방 하단부(12)를 갖는 보울(bowl) 형상의 쉘(10)을 포함한다. 외부 부재(2)의 직경은 하단부(12)에서의 직경과 비교하면 상단부(11)에서 보다 작으며, 이는 환형 벽(13)이 폐쇄 상단부(11)로부터 개방 하단부(12)까지 벌어진 결과이다. 환형 벽(13)과 폐쇄 상단부(11)는 함께 내부(34)를 갖는 리셉터클을 형성한다.

중공형의 내향 원통형 연장부(18)가 주축(X) 상에 중심을 두고 폐쇄 상단부(11) 내에 제공된다. 도2에 더욱 명확하게 도시된 바와 같이, 원통형 연장부(18)는 제1, 제2 및 제3 부분(19, 20, 21)을 갖는 단차형 프로파일을 포함한다. 제1 부분(19)은 직각인 원형 원통이다. 제2 부분(20)은 원추형 형상을 갖고 내측으로 테이퍼져 있다. 제3 부분은 다른 정확히 원형인 원통이며, 하부면(31)에 의해 폐쇄되어 있다. 제1, 제2 및 제3 부분(19, 20, 21)의 직경은 원통형 연장부(18)의 직경이 원통형 연장부(18)의 상단부(11)로부터 폐쇄된 하부면(31)까지 가로질러 감소하도록 증분식으로 감소한다. 대체로 수평인 견부(32)가 제2 및 제3 부분(20, 21) 사이의 접합부에서 원통형 연장부(18) 상에 형성된다.

외향 연장하는 견부(33)가 하단부(12)를 향해 외부 부재(2) 내에 형성된다. 외향 연장하는 견부(33)는 환형 벽(13)과 동축인 2차 벽(15)을 형성하여, 2차 벽(15)과 환형 벽(13) 사이에 매니폴드(16)를 형성하는 환형 트랙을 형성한다. 매니폴드(16)는 외부 부재(2)의 원주 둘레를 통과한다. 일련의 슬롯(17)이 외부 부재(2)의 내부(34)와 매니폴드(16) 사이의 기체 및 액체 연통을 제공하도록 매니폴드(16)와 수평을 맞춘 상태로 환형 벽(13) 내에 제공된다. 도3에 도시된 바와 같이, 슬롯(17)은 환형 벽(13) 내의 수직 슬릿을 포함한다. 20개 내지 40개의 슬롯이 제공된다. 도시된 실시예에서, 37개의 슬롯(17)이 매니폴드(16)의 원주 둘레에 대체로 동일한 간격으로 제공된다. 슬롯(17)은 바람직하게는 1.4 내지 1.8 mm의 길이를 갖는다. 전형적으로, 각각의 슬롯의 길이는 외부 부재(2)의 총 높이의 10%를 나타내는 1.6 mm이다. 슬롯의 폭은 0.25 내지 0.35 mm이다. 전형적으로, 각각의 슬롯의 폭은 0.3 mm이다. 슬롯(17)의 폭은 음료 성분이 보관이나 사용하는 동안 그를 통해 매니폴드(16) 내부로 통과하는 것을 방지하기에 충분히 좁다.

입구 챔버(26)는 외부 부재(2)의 주변부에서 외부 부재(2) 내에 형성된다. 도5에서 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 그 내부의 입구 챔버(26)를 형성하고 외부 부재(2)의 내부(34)로부터 입구 챔버(26)를 분리하는 원통형 벽(27)이 제공된다. 원통형 벽(27)은 주축(X)과 수직한 평면 상에 형성된 폐쇄된 상부면(28)과 외부 부재(2)의 하단부(12)와 동일 평면 상의 개방된 하부 단부(29)를 갖는다. 입구 챔버(26)는 도1에 도시된 바와 같이 2개의 슬롯(30)을 거쳐 매니폴드(16)와 연통한다. 대안적으로, 1 내지 4개의 슬롯이 매니폴드(16)와 입구 챔버(26) 사이의 연통을 위하여 사용될 수 있다.

외향 연장하는 견부(33)의 하부 단부에는 주축(X)과 수직하게 연장하는 외향 연장하는 플랜지(35)가 제공된다. 전형적으로, 플랜지(35)는 2 내지 4 mm의 폭을 갖는다. 플랜지(35)의 일부분은 외부 부재(2)가 보유될 수 있는 핸들을 형성하도록 확대된다. 핸들(24)에는 파지를 개선하도록 위로 향한 림(25)이 제공된다.

외부 부재(2)는 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 또는 이들 재료들 중 2가지 이상의 라미네이트로부터 일체형 단일편으로서 형성된다. 적합한 폴리프로필렌은 DSM UK Limited(영국, 레디치)로부터 입수할 수 있는 중합체들의 범위이다. 외부 부재는 불투명, 투명 또는 반투명일 수 있다. 제조 공정은 사출 성형일 수 있다.

도7 내지 도10에 도시된 바와 같은 내부 부재(3)는 환형 프레임(41)과 하향 연장하는 원통형 깔때기(40)를 포함한다. 주축(X)은 도7에 도시된 바와 같이 내부 부재(3)의 중심을 통과한다.

도8에 가장 잘 도시된 바와 같이, 환형 프레임(41)은 10개의 동일한 간격의 반경방향 스포크(53)에 의해 결합된 외부 림(51)과 내부 허브(52)를 포함한다. 내부 허브(52)는 원통형 깔때기(40)와 일체형이고 이로부터 연장한다. 여과 개구(55)가 반경방향 스포크(53)들 사이에서 환형 프레임(41) 내에 형성된다. 필터(4)가 여과 개구(55)를 덮도록 환형 프레임(41) 상에 배치된다. 필터는 바람직하게는, 예컨대 폴리에스테르의 부직포 섬유 재료와 같은 높은 습윤 강도를 갖는 재료로부터 제조된다. 사용될 수 있는 다른 재료는 직포 종이 섬유를 포함하는 셀룰로오스계 재료와 같은 물 불투과성 셀룰로오스계 재료를 포함한다. 직포 종이 섬유는 폴리프로필렌, 염화 폴리비닐 및/또는 폴리에틸렌의 섬유와 혼합될 수 있다. 이들 플라스틱 재료의 셀룰로오스계 재료로의 혼입은 셀룰로오스 재료를 가열 밀봉될 수 있게 한다. 필터(4)는 또한 열 및/또는 압력에 의해 활성화되는 재료로 처리 또는 코팅될 수 있어, 환형 프레임(41)에 이러한 방식으로 밀봉될 수 있다.

도7의 단면 프로파일로 도시된 바와 같이, 내부 허브(52)는 외부 림(51)보다 낮은 위치에 위치되어, 환형 프레임(41)은 경사진 보다 낮은 프로파일을 갖게 된다.

각각의 스포크(53)의 상부면에는 환형 프레임(41) 위의 빈 공간을 복수의 통로(57)로 분할하는 직립 웨브(54)가 제공된다. 각각의 통로(57)는 웨브(54)에 의해 양 측면에 그리고 필터(4)에 의해 하부면에 접해 있다. 통로(57)는 외부 림(51)으로부터 웨브(54)의 내부 말단부에 의해 형성된 개구(56)에서 원통형 깔때기(40)를 향해 하향으로 연장하여 그 내부로 개방된다.

원통형 깔때기(40)는 내부 배출구(discharge spout; 43)를 둘러싸는 외부 튜브(42)를 포함한다. 외부 튜브(42)는 원통형 깔때기(40)의 외부를 형성한다. 배출구(43)는 환형 플랜지(47)에 의해 배출구(43)의 상부 단부에서 외부 튜브(42)에 결합된다. 배출구(43)는 통로(57)의 개구(56)와 연통하는 상부 단부의 입구(45), 및 조제된 음료가 컵 또는 다른 리셉터클로 배출되는 하부 단부의 출구(44)를 포함한다. 배출구(43)는 상부 단부에서 원추형 부분(48), 및 하부 단부에서 원통형 부분(58)을 포함한다. 원통형 부분(58)은 출구(44)를 향해 좁아지도록 약간의 테이퍼를 가질 수 있다. 원추형 부분(48)은 음료에 난류를 발생시키지 않고 통로(57)로부터 출구(44)를 향해 아래로의 음료의 채널 형성을 돕는다. 원추형 부분(48)의 상부면에는 원통형 깔때기(40)의 원주 둘레로 동일한 간격으로 이격된 4개의 지지 웨브(49)가 제공된다. 지지 웨브(49)는 그들 사이에 채널(50)을 형성한다. 지지 웨브(49)의 상부 에지는 서로 같은 높이에 있으며, 주축(X)에 대해 수직하다.

내부 부재(3)는 폴리프로필렌 또는 전술한 재료와 유사한 재료로부터, 외부 부재(2)와 동일한 방식으로 사출 성형에 의해 일체형 단일편으로서 형성될 수 있다.

대안적으로, 내부 부재(3) 및/또는 외부 부재(2)는 생분해성 중합체로부터 제조될 수 있다. 적합한 재료의 예는 분해 가능한 폴리에틸렌(예컨대, 영국 보어햄우드 소재의 Symphony Environmental에 의해 공급되는 SPITEK), 생분해성 폴리에스테르 아미드(예컨대, Symphony Environmental에 의해 공급되는 BAK 1095), 폴리 라틱산(미국 미네소타 소재의 Gargil에 의해 공급되는 PLA), 전분계(starch-based) 중합체, 셀룰로오스 유도체 및 폴리펩티드를 포함한다.

라미네이트(5)는 2개의 층, 즉 알루미늄의 제1 층과 캐스트 폴리프로필렌의 제2 층으로 형성된다. 알루미늄 층은 0.02 내지 0.07 mm의 두께를 갖는다. 캐스트 폴리프로필렌 층은 0.025 내지 0.064 mm의 두께를 갖는다. 일 실시예에서, 알루미늄 층은 0.06 mm 두께이고 폴리프로필렌 층은 0.025 mm 두께이다. 이러한 라미네이트는 특히 조립되는 동안의 말림(curling)에 대한 높은 저항성을 갖기 때문에 유리하다. 결과적으로, 라미네이트(5)는 정확한 크기와 형상으로 미리 절단될 수 있고, 후속하여 변형을 받지 않고 생산 라인 상의 조립 스테이션으로 전달될 수 있다. 결과적으로, 라미네이트(5)는 용접에 특히 적합하다. PET/알루미늄/PP, PE/EVOH/PP, PET/금속/PP, 및 알루미늄/PP 라미네이트를 포함하는 다른 라미네이트 재료가 사용될 수도 있다. 롤 라미네이트 스톡이 다이 절단 스톡 대신에 사용될 수도 있다.

카트리지(1)는 가요성 라미네이트 대신에 강성 또는 반강성 뚜껑에 의해 폐쇄될 수도 있다.

카트리지(1)의 조립은 하기의 단계를 수반한다.

a) 내부 부재(3)가 외부 부재(2) 내로 삽입되는 단계,

b) 필터(4)가 형상에 맞게 절단되고 내부 부재(3) 상에 배치되어, 원통형 깔때기(40) 위로 수용되고 환형 프레임에 대해 안착되는 단계,

c) 내부 부재(3), 외부 부재(2) 및 필터(4)가 초음파 용접에 의해 결합되는 단계,

d) 카트리지(1)가 하나 이상의 음료 성분으로 충전되는 단계,

e) 라미네이트(5)가 외부 부재(2)에 부착되는 단계.

이들 단계는 이하에서 더욱 상세하게 논의될 것이다.

외부 부재(3)는 개방 하단부(12)가 위로 향한 상태로 배향된다. 그 후, 내부 부재(3)가, 외부 림(51)이 카트리지(1)의 상단부(11)에서 축방향 연장부(14) 내에 헐겁게 끼워지도록 수용되는 상태로, 외부 부재(2) 내에 삽입된다. 동시에, 외부 부재(2)의 원통형 연장부(18)는 내부 부재(3)의 원통형 깔때기(40)의 상부 부분 내에 수용된다. 원통형 연장부(18)의 제3 부분(21)은, 원통형 연장부(18)의 폐쇄된 하부면(31)이 내부 부재(3)의 지지 웨브(49)에 대항하여 지지되는 상태로, 원통형 깔때기(40) 내측에 장착된다. 그 후, 필터(4)는 필터 재료가 환형 림(51)과 접촉하도록 내부 부재(3) 위에 배치된다. 그리고 나서, 초음파 용접 공정이 필터(4)를 내부 부재(3)에 결합시키고 동시에 동일한 공정 단계에서 내부 부재(3)를 외부 부재(2)에 결합하도록 사용된다. 내부 부재(3)와 필터(4)는 외부 림(51) 둘레에서 용접된다. 내부 부재(3)와 외부 부재(3)는 외부 림(51) 둘레와, 또한 웨브(54)의 상부 에지의 용접선에 의해 결합된다.

도11에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 외부 부재(2)와 내부 부재(3)는 함께 결합된 때, 환형 플랜지(41) 아래의 내부(120) 및 여과 챔버를 형성하는 원통형 깔때기(40)의 외부 내에 빈 공간(130)을 형성한다. 여과 챔버(130)와 환형 프레임(41) 상의 통로(57)는 필터지(4)에 의해 분리된다.

여과 챔버(130)는 하나 이상의 음료 성분(200)을 함유한다. 하나 이상의 음료 성분이 여과 챔버(130) 내에 채워진다. 여과 유형 음료의 경우, 성분은 전형적으로 볶고 분쇄된 커피 또는 잎차이다. 여과 챔버(130) 내의 음료 성분의 채움 밀도는 필요에 따라 변경될 수 있다. 전형적으로, 여과된 커피 제품의 경우, 여과 챔버는 전형적으로 5 내지 14 mm 두께의 여과 베드(bed) 내에 5.0 내지 10.2 그램의 볶고 분쇄된 커피를 함유한다. 임의로, 외부(120)는 음료가 배출되는 동안 음료 성분의 침전물에 난류를 형성하여 교란시킴으로써 혼합을 보조하도록 내부(120)에서 자유롭게 이동할 수 있는, 구체(sphere)와 같은 하나 이상의 물체를 포함할 수 있다.

그 후, 라미네이트(5)는 외향 연장하는 플랜지(35)의 하부 표면에 라미네이트(5)를 결합하도록 라미네이트(5)의 주변부 둘레에 용접부(126)를 형성함으로써 외부 부재(2)에 부착된다. 용접부(126)는 라미네이트(5)를 입구 챔버(26)의 원통형 벽(27)의 하부 에지에 대항하여 밀봉하도록 연장된다. 또한, 용접부(125)는 라미네이트(5)와 원통형 깔때기(40)의 외부 튜브(42)의 하부 에지 사이에 형성된다. 라미네이트(5)는 여과 챔버(130)의 하부 벽을 형성하고, 또한 입구 챔버(26)와 원통형 깔때기(40)를 밀봉한다. 그러나, 작은 간극(123)이 분배 전에 라미네이트(5)와 배출구(43)의 하부 에지 사이에 존재한다. 라미네이트(5)의 재료 특성에 따라, 열과 초음파 용접과 같은 다양한 용접 방법이 사용될 수도 있다.

유리하게는, 내부 부재(3)는 외부 부재(2)와 라미네이트(5) 사이에 걸쳐 있다. 내부 부재(3)는 폴리프로필렌과 같은 비교적 강성의 재료로부터 형성된다. 이와 같이, 내부 부재(3)는 카트리지(1)가 압축된 때 라미네이트(5)와 외부 부재(2)를 이격된 상태로 유지하도록 작용하는 하중 지지 부재를 형성한다. 카트리지(1)는 사용시 130 내지 280 N의 압축 하중을 받는 것이 바람직하다. 압축력은 카트리지가 내부 가압 상태 하에서 파손되는 것을 방지하도록 작용하며, 또한 내부 부재(3)와 외부 부재(2)를 함께 압착하도록 역할한다. 이는 카트리지(1) 내의 통로와 개구의 내부 치수가 고정되어 카트리지(1)가 가압 상태 중에 변경될 수 없게 하는 것을 보장한다.

카트리지(1)를 사용하기 위하여, 카트리지는 먼저 음료 조제 기계 내로 삽입되고, 입구(121)와 출구(122)는 라미네이트(5)를 천공시켜 접어 넣는, 음료 조제 기계의 천공 부재에 의해 개방된다. 가압 하의 수성 매체, 전형적으로는 물이 입구(121)를 통해 입구 챔버(26)로 0.1 내지 2.0 bar의 압력에서 카트리지(1)로 진입한다. 여기로부터, 물은 슬롯(30)을 통해 매니폴드(16) 둘레로 그리고 복수의 슬롯(17)을 통해 카트리지(1)의 여과 챔버(130) 내부로 유동하도록 안내된다. 물은 여과 챔버(130)를 통해 반경방향 내향으로 강제로 유동되어, 내부에 함유된 음료 성분(200)과 혼합된다. 동시에, 물은 음료 성분을 통과하여 상향으로 강제로 유동된다. 음료 성분을 통한 물의 통과에 의해 조제된 음료는 필터(4)와 여과 개구(55)를 통해 환형 프레임(41) 위에 놓인 통로(57) 내부로 통과한다. 필터(4)의 스포크(53) 상으로의 밀봉과 림(51)의 외부 부재(2)와의 용접은 중단 없이 모든 음료가 필터(4)를 통과하는 것을 보장한다.

그러면, 음료는 웨브(54)들 사이에 형성된 반경방향 통로(57)를 따라 개구(56)를 통해 원통형 깔때기(40) 내부로 하향으로 유동한다. 음료는 지지 웨브(47)들 사이의 채널(50)을 따라 그리고 배출구(43)로부터 음료가 컵과 같은 리셉터클 내부로 배출되는 출구(44)까지 아래로 통과한다.

바람직하게는, 음료 조제 기계는 압축된 공기가 남아 있는 음료를 리셉터클 내부로 분출시키도록 분배 주기의 마지막에서 카트리지(1)를 통해 가압되는 공기 정화 설비를 포함한다.

카트리지(1)의 제2 형태는 도12 내지 도18에 도시되어 있다. 카트리지(1)의 제2 형태는 특히 크레마(crema)로 알려진 작은 기포들의 거품을 갖는 음료를 조제하는 데에 바람직한, 볶고 분쇄된 커피와 같은 에스프레소 유형 제품을 분배하는 데에 사용되도록 설계된다. 카트리지(1)의 제2 형태의 많은 특징부는 제1 형태와 동일하고, 유사한 도면 부호가 유사한 특징부를 참조하도록 사용된다. 하기의 설명에서, 제1 및 제2 형태 사이의 차이점이 논의될 것이다. 동일한 방식으로 기능하는 공통되는 특징부들은 상세히 논의되지는 않을 것이다.

외부 부재(2)는 도1 내지 도6에 도시된 바와 같은 카트리지(1)의 제1 형태와 동일한 구성을 갖는다.

내부 부재(3)의 환형 프레임(41)은 제1 형태에서와 동일하다. 또한, 필터(4)는 여과 개구(55)를 덮도록 환형 프레임(41) 상에 배치된다. 원통형 깔때기(40)의 외부 튜브(42)는 또한 제1 형태와 동일하다. 그러나, 제1 형태와 비교하여 제2 형태의 내부 부재(2)의 구성에서 많은 차이가 있다. 도16에 도시된 바와 같이, 배출구(43)에는 출구(44)로부터 배출구(43)까지 부분적으로 위로 연장하는 격벽(65)이 제공된다. 격벽(65)은 음료가 배출구(43)를 빠져나갈 때 분무 및/또는 튀는 것을 방지하는 것을 돕는다. 배출구(43)의 프로파일 역시 상이하며, 튜브(43)의 상부 단부에 인접한 뚜렷한 도그레그(dog-leg; 66)를 갖는 단차형 프로파일을 포함한다.

림(67)은 환형 플랜지(47)로부터 직립하여 제공되어, 외부 튜브(42)를 배출구(43)에 결합시키다. 림(67)은 입구(45)를 배출구(43)까지 둘러싸고, 림(67)과 외부 튜브(42)의 상부 부분 사이의 환형 채널(69)이 형성된다. 림(67)에는 내향 견부(68)가 제공된다. 림(67)의 원주 둘레의 일 지점에서, 개구(70)는 도12 및 도13에 가장 명확하게 도시되어 있는 바와 같이 림(67)의 상부 에지로부터 견부(68)의 높이 아래의 가장자리 지점까지 연장하는 슬롯의 형태로 제공된다. 슬롯은 0.64 mm의 폭을 갖는다.

공기 입구(71)는 도16 및 도17에 도시된 바와 같이 환형 플랜지(47) 내에 개구(70)와 원주방향으로 정렬되어 제공된다. 공기 입구(71)는 플랜지(47) 위의 일 지점과, 외부 튜브(42)와 배출구(43) 사이의 플랜지(47) 아래의 빈 공간 사이의 연통을 제공하도록 플랜지(47)를 통과하는 개구를 포함한다. 바람직하게는, 도시된 바와 같이, 공기 입구(71)는 상부 원추형 부분(73)과 하부 원통형 부분(72)을 포함한다. 공기 입구(71)는 전형적으로 핀과 같은 성형 공구에 의해 형성된다. 공기 입구(71)의 테이퍼진 프로파일은 성형 공구가 성형된 구성 요소로부터 보다 용이하게 제거될 수 있게 한다. 공기 입구(71) 부근의 외부 튜브(42)의 벽은 공기 입구(71)로부터 배출구(43)의 입구(45)까지 이어지는 슈트(chute; 75)를 형성하도록 형상화된다. 도17에 도시된 바와 같이, 캔트형(canted) 견부(74)가, 슬롯(70)으로부터 유출되는 음료의 분출물이 공기 입구(71)에 바로 인접한 부분에서 플랜지(47)의 상부 표면 상을 바로 막히게 하지 않는 것을 보장하도록, 공기 입구(71)와 슈트(75) 사이에 형성된다.

카트리지(1)의 제2 형태를 위한 조립 절차는 제1 형태의 조립과 유사하다. 그러나, 소정의 차이점이 있다. 도18에 도시된 바와 같이, 원통형 연장부(18)의 제3 부분(21)은 지지 웨브에 대항하기보다는 지지 림(67) 내측에 놓여진다. 제2 부분(20)과 제3 부분(21) 사이의 원통형 연장부(18)의 견부(32)는 내부 부재(3)의 지지 림(67)의 상부 에지에 대항하여 지지된다. 그러므로, 원통형 연장부(18)와 카트리지(1)의 전체 원주 둘레에 인접하게 연장하는 지지 림(67) 사이의 평면 시일(face seal)을 포함하는 경계 구역(124)이 내부 부재(3)와 외부 부재(2) 사이에 형성된다. 원통형 연장부(18)와 지지 림(67) 사이의 시일은, 지지 림(67) 내의 슬롯(70)이 지지 림(67)을 통해 견부(68) 아래의 가장자리 지점까지 하향으로 연장하기 때문에, 유체 기밀되지 않는다. 결과적으로, 원통형 연장부(18)와 지지 림(67) 사이의 경계면 끼움은 도18에 가장 명확하게 도시된 바와 같이 슬롯(70)을 개구(128)로 변형시켜, 환형 채널(69)과 배출구(43) 사이의 기체 및 액체 연통을 제공한다. 개구는 전형적으로 0.64 mm 폭과 0.69 mm 길이를 갖는다.

음료를 분배하기 위한 카트리지(1)의 제2 형태의 작동은 제1 형태의 작동과 유사하지만, 소정의 차이점이 있다. 반경방향 통로(57) 내의 음료는 웨브(54)들 사이에 형성된 통로(57)를 따라 하방으로 그리고 개구(56)를 통해 원통형 깔때기(40)의 환형 채널(69) 내부로 유동한다. 환형 채널(69)로부터, 음료는 여과 챔버(130)와 통로(57) 내에 수집된 음료의 부압에 의해 개구(128)를 통해 가압 하에 강제로 유동된다. 그러므로, 음료는 분출물로서 개구(128)를 통해 배출구(43)의 상부 단부에 의해 형성된 팽창 챔버 내부로 강제로 유동된다. 도18에 도시된 바와 같이, 음료의 분출물은 공기 입구(71) 위로 직접 통과한다. 음료가 배출구(43)로 진입함에 따라, 음료 분출물의 압력은 하강된다. 결과적으로, 공기가 공기 입구(71)를 통과하면서 다수의 작은 기포의 형태로 음료 스트림 내로 혼입된다. 개구(128)로부터 유출되는 음료의 분출물은, 기포가 요구되는 크레마를 형성하는 컵과 같은 리셉터클 내부로 음료가 배출되는 출구(44)를 향해 하방으로 모여진다. 그러므로, 개구(128)와 공기 입구(71)는 함께 공기를 음료 내로 운반하도록 작용하는 이덕터(eductor)를 형성한다. 이덕터 내부로의 음료의 유동은 압력 손실을 감소시키기 위하여 가능한 한 부드럽게 유지되어야 한다. 유리하게는, 이덕터의 벽은 "벽 효과"(wall effect) 마찰에 의한 손실을 감소시키도록 오목하여야 한다. 개구(128)의 치수 공차는 작다. 바람직하게는, 개구 크기는 ±0.02 mm²으로 고정된다. 털, 미세섬유 또는 기타 표면 불규칙한 부분이 유효 단면적을 증가시키도록 이덕터 내에 또는 그의 배출구에 제공될 수 있으며, 이는 공기 혼입의 정도를 증가시키는 것으로 확인되었다.

카트리지(1)의 제3 형태가 도19 내지 도29에 도시되어 있다. 카트리지(1)의 제3 형태는 특히 분말, 액체, 시럽, 겔 또는 유사한 형태일 수 있는 가용성(soluble) 제품의 분배에 사용되도록 설계된다. 가용성 제품은 사용시 물과 같은 수성 매체가 카트리지(1)를 통과할 때 수성 매체에 의해 용해되거나 수성 매체 내에 현탁물을 형성한다. 음료의 예는 초콜릿, 커피, 우유, 차, 수프, 또는 기타 재수화될 수 있거나 수용성인 제품을 포함한다. 카트리지(1)의 제3 형태의 많은 특징부는 이전의 형태와 동일하며, 유사한 도면 부호가 유사한 특징부를 참조하도록 사용된다. 하기의 설명에서, 제3 형태와 이전의 형태 사이의 차이가 논의될 것이다. 동일한 방식으로 기능하는 공통적인 특징부들은 상세히 설명되지 않을 것이다.

이전 형태의 외부 부재(2)와 비교하면, 제3 형태의 외부 부재(2)의 중공형 내향 원통형 연장부(18)는 도20에 도시된 바와 같이 보다 큰 총 직경을 갖는다. 특히, 제1 부분(19)의 직경은 전형적으로 이전 형태의 외부 부재(2)의 경우 13.2 mm인 것과 비교하여 16 내지 18 mm이다. 또한, 제1 부분(19)에는 도20에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 볼록한 외부 표면(19a) 또는 벌지(bulge)가 제공된다. 그러나, 카트리지(1)의 제3 부분(21)의 직경은 동일하여, 견부(32)의 면적은 카트리지(1)의 이러한 제3 형태에서 보다 크게 된다. 전형적으로, 카트리지(1)의 부피는 조립된 때 32.5 ml ±20%이다.

환형 벽(13)의 하부 단부 내의 슬롯의 개수와 위치 또한 상이하다. 3개 내지 5개의 슬롯이 제공된다. 도23에 도시된 바와 같은 실시예에서, 4개의 슬롯(36)이 매니폴드(16)의 원주 둘레에 동일한 간격으로 제공된다. 슬롯(36)은 카트리지(1)의 이전의 형태보다 약간 넓은 0.35 내지 0.45 mm, 바람직하게는 0.4 mm의 폭을 갖는다.

다른 점에서는, 카트리지(1)의 외부 부재(2)는 동일하다.

내부 부재(3)의 원통형 깔때기(40)의 구성은 외부 부재(42), 배출구(45), 환형 플랜지(47) 및 지지 웨브(49)가 제공되는 카트리지(1)의 제1 형태와 동일하다. 차이점은 단지 배출구(45)가 상부 원추형 섹션(92)과 하부 원통형 섹션(93)을 갖도록 형상화된다는 것이다.

이전 형태와 비교하면, 도24 내지 도28에 도시된 바와 같이, 환형 프레임(41)은 원통형 깔때기(40)를 둘러싸고 환형 플랜지(47)에서 또는 그 부근에서 원통형 깔때기(40)에 결합된 8개의 반경방향 스트럿(strut; 87)에 의해 깔때기에 결합되는 스커트 부분(80)에 의해 대체된다. 스커트 부분(80)의 원통형 연장부(81)는 개방 상부면을 갖는 챔버(90)를 형성하도록 스트럿(87)으로부터 상향으로 연장한다. 원통형 연장부(81)의 상부 림(91)은 도26에 도시된 바와 같이 내향 프로파일을 갖는다. 스커트 부분(80)의 환형 벽(82)은 스커트 부분(80)과 외부 튜브(42) 사이의 환형 채널(86)을 형성하도록 스트럿(87)으로부터 하향으로 연장한다.

환형 벽(82)은 주축(X)과 수직하게 놓이는 외부 플랜지(83)를 하부 단부에서 포함한다. 림(84)은 플랜지(83)의 하부 표면으로부터 하향으로 현수되고, 림(84) 둘레에서 원주방향으로 동일한 간격으로 배치된 5개의 개구(85)를 포함한다. 그러므로, 림(84)에는 성 형상(castellated)의 하부 프로파일이 제공된다.

개구(89)는 스트럿(87)들 사이에 제공되어, 챔버(90)와 환형 채널(86) 사이의 연통을 허용한다.

카트리지(1)의 제3 형태를 위한 조립 절차는 제1 형태의 조립과 유사하지만, 소정의 차이가 있다. 외부 부재(2)와 내부 부재(3)는 도29에 도시된 바와 같이 함께 눌러 끼워지고, 함께 용접되기보다는 스냅 끼움 배열에 의해 보유된다. 2개의 부재를 결합할 때, 내향 원통형 연장부(18)는 스커트 부분(80)의 상부 원통형 연장부(81) 내측에 수용된다. 내부 부재(3)는 원통형 연장부(18)의 제1 부분(19)의 볼록한 외부 표면(19a)과 상부 원통형 연장부(81)의 내향 림(91)과의 마찰 결합에 의해 외부 부재(2) 내에 보유된다. 내부 부재(3)를 외부 부재(2) 내에 위치시킴으로써, 혼합 챔버(134)는 스커트 부분(80)에 대해 외부에 위치되도록 형성된다. 혼합 챔버(134)는 분배에 앞서 음료 성분(200)을 보유한다. 4개의 입구(36)와 5개의 개구(85)가 서로에 대해 원주방향으로 엇갈리게 배치된다는 것에 주목하여야 한다. 서로에 대한 2개의 부분의 반경방향 배치가 조립되는 동안에 결정되거나 고정될 필요는 없는데, 이는 4개의 입구(36)와 5개의 개구(85)가 구성 요소들의 상대적인 회전 위치설정에 관계 없이 입구와 개구 사이의 오정렬이 발생할 것을 보장하기 때문이다.

하나 이상의 음료 성분이 카트리지의 혼합 챔버(134) 내에 채워진다. 혼합 챔버(134) 내의 음료 성분의 채움 밀도는 필요에 따라 변경될 수 있다.

그 후, 라미네이트(5)가 이전 형태에서 설명된 바와 동일한 방식으로 외부 부재(2)와 내부 부재(3)에 부착된다.

사용시, 물은 카트리지의 이전 형태와 동일한 방식으로 4개의 슬롯(36)을 통해 혼합 챔버(134)로 진입한다. 물은 혼합 챔버를 통해 반경방향 내향으로 가압되고, 내부에 함유된 음료 성분과 혼합된다. 제품은 물로 용해되거나 이와 혼합되어, 혼합 챔버(134) 내에서 음료를 조제하고, 그 후 개구(85)를 통해 혼합 챔버(134) 내의 음료와 물의 부압에 의해 환형 채널(86) 내부로 이동된다. 4개의 입구 슬롯(36)과 5개의 개구(85)의 원주방향 엇갈림은 물의 분출물이 혼합 챔버(134) 내에서 먼저 순환되지 않고 입구 슬롯(36)으로부터 개구(85)로 반경방향으로 직접 통과될 수 없게 하는 것을 보장한다. 이러한 방식에서, 제품의 용해 또는 혼합의 정도와 주도(consistency)는 상당히 증가한다. 음료는 스트럿(87)들 사이의 개구(89)를 통해 챔버(90) 내부로 환형 채널(86) 내에서 상향으로 강제로 유동된다. 음료는 챔버(90)로부터 지지 웨브(49)들 사이의 입구(45)를 통해 배출구(43) 내부로 그리고 음료가 컵과 같은 리셉터클 내부로 배출되는 출구(44)를 향해 통과한다. 카트리지는 특히 점성 액체 또는 겔 형태의 음료 성분에 적용될 수 있는 것으로 확인되었다. 하나의 적용예에서, 액상 초콜릿 성분은 대기 온도에서 1700 내지 3900 mPa의 점도로, 그리고 0℃에서 5000 내지 10000 mPa의 점도로, 그리고 67 Brix ±3의 굴절 고형분(refractive solid)으로 카트리지(1) 내에 함유된다. 다른 적용예에서, 액상 커피는 대기 온도에서 70 내지 2000 mPa의 점도로, 그리고 0℃에서 80 내지 5000 mPa의 점도로 카트리지(1) 내에 함유되며, 이 경우 커피는 40 내지 70%의 총 고형분 수준을 갖는다.

카트리지(1)의 제4 형태가 도30 내지 도34에 도시되어 있다. 카트리지(1)의 제4 형태는 특히 농축된 액상 우유와 같은 액상 제품을 분배하는 데에 사용되도록 설계된다. 카트리지(1)의 제4 형태의 많은 특징부는 이전 형태와 동일하며, 유사한 도면 부호가 유사한 특징부를 참조하도록 사용된다. 하기의 설명에서, 제4 형태와 이전 형태들 사이의 차이점이 논의될 것이다. 동일한 방식으로 기능하는 공통적인 특징부들은 상세히 논의되지 않을 것이다.

외부 부재(2)는 도19 내지 도23에 도시된 바와 같은 카트리지(1)의 제3 형태와 동일하다.

내부 부재(3)의 원통형 깔때기(40)는 카트리지(1)의 제2 형태에서 도시된 것과 유사하지만, 소정의 차이점이 있다. 도30에 도시된 바와 같이, 배출구(43)는 상부 원추형 섹션(106)과 하부 원통형 섹션(107)을 갖도록 형상화된다. 3개의 축방향 리브(rib; 105)가 분배되는 음료를 입구(44)를 향해 하방으로 안내하고 배출된 음료가 배출구 내에서 맴도는 것을 방지하도록 배출구(43)의 내부 표면 상에 제공된다. 결과적으로, 리브(105)는 배플(baffle)로서 작용한다. 카트리지(1)의 제2 형태에서와 같이, 공기 입구(71)는 환형 플랜지(47)를 통해 제공된다. 그러나, 공기 입구(71) 아래의 슈트(75)는 제2 형태에서보다 더 길다.

스커트 부분(80)은 전술된 카트리지(1)의 제3 형태에서 도시된 것과 유사하게 제공된다. 5개 내지 12개의 개구(85)가 림(84) 내에 제공된다. 전형적으로, 카트리지(1)의 제3 형태에서 제공된 5개보다는 10개의 개구가 제공된다.

환형 보울(100)이 스커트 부분(80)의 플랜지(83)로부터 연장하여 이와 일체형으로 제공된다. 환형 보울(100)은 상향의 개방 상부 마우스(mouth; 104)를 갖는 벌어진 본체(101)를 포함한다. 도30 및 도31에 도시된 바와 같은 4개의 공급 개구(103)가, 스커트 부분(80)이 결합되는 보울(100)의 하부 단부에 또는 그 부근에서 본체(101) 내에 배치된다. 바람직하게는, 공급 개구는 보울(100)의 원주 둘레에 동일 간격으로 배치된다.

라미네이트(5)는 이전 실시예에서 전술된 종류의 것이다.

카트리지(1)의 제4 형태를 위한 조립 절차는 제3 형태를 위한 조립과 동일하다.

카트리지의 제4 형태의 작동은 제3 형태의 작동과 유사하다. 물은 이전과 동일한 방식으로 카트리지(1)와 혼합 챔버(134)로 진입한다. 여기서, 물은 액상 제품과 혼합되어 희석되며, 그 후 개구(85)를 통해 전술된 바와 같이 출구(44)를 향해 가압된다. 소정 비율의 액상 제품은 초기에는 도34에 도시된 바와 같은 환형 보울(100) 내에 함유되고, 혼합 챔버(134) 내로 진입하는 물에 의해 바로 희석되지 않는다. 혼합 챔버(134)의 하부 부분 내의 희석된 액상 제품은 상부 마우스(104)를 통해 환형 보울(100) 내로 가압되기보다는 개구(85)를 통해 배출되기 쉬울 것이다. 결과적으로, 환형 보울(100) 내의 액상 제품은 혼합 챔버(134)의 하부 부분 내의 제품과 비교하여 상대적으로 농축된 상태로 유지될 것이다. 환형 보울(100) 내의 액상 제품은 개구(85)를 통해 혼합 챔버(134)를 빠져나가는 제품의 스트림 내로 공급 개구(103)를 통해 떨어진다. 환형 보울(100)은, 소정 비율의 농축된 액상 제품을 보유하고 이를 분배 주기 전체에 걸쳐 보다 꾸준하게 배출되는 액체 스트림 내로 방출함으로써 원통형 깔때기(40)로 진입하는 희석된 액상 제품의 농도를 고르게 유지하도록 기능한다.

환형 채널(86)로부터, 음료는 여과 챔버(134)와 챔버(90) 내에 수집되는 음료의 부압에 의해 개구(128)를 통해 가압 하에서 강제로 유동된다. 그러므로, 음료는 분출물로서 개구(128)를 통해 그리고 배출구(43)의 상부 단부에 의해 형성된 팽창 챔버 내로 가압된다. 도34에 도시된 바와 같이, 음료의 분출물은 공기 입구(71) 위로 직접 통과한다. 음료가 배출구(43)로 진입함에 따라, 음료 분출물의 압력은 하강한다. 결과적으로, 공기가 공기 입구(71)를 통과하면서 다수의 작은 기포의 형태로 음료 스트림 내로 혼입된다. 공기는 다수의 작은 기포의 형태로 공기 입구(71)를 거쳐 음료 스트림 내로 혼입된다. 개구(128)로부터 유출되는 음료의 분출물은, 기포가 요구되는 거품 형상을 생성하는 컵과 같은 리셉터클 내부로 음료가 배출되는 입구(44)로 하향으로 모여진다.

유리하게는, 내부 부재(3), 외부 부재(2), 라미네이트(5) 및 필터(4)는 모두 구성 요소들이 분리될 수 있고 비틀린 통로 또는 좁은 틈을 개별적으로 포함하지 않기 때문에 쉽게 소독될 수 있다. 오히려, 구성 요소들이 결합되어 소독된 후에만 필요한 통로가 형성될 수 있다. 이는 특히 음료 성분이 액상 우유 농축액과 같은 유제품인 경우에 특히 중요하다.

음료 카트리지의 제4 실시예는 특히 액상 우유와 같은 농축된 액상 유제품을 분배하는 데에 유리하다. 이전에는, 분말 우유 제품이 미리 준비된 음료에 첨가되는 전분 형태로 제공되어 왔다. 그러나, 카푸치노 음료의 경우, 우유에 거품을 생성하는 것이 필요하다. 이는 이전에는 액상 우유 제품을 통해 증기를 통과시킴으로써 달성되어 왔다. 그러나, 이는 음료를 분배하는 데에 사용되는 기계의 비용과 복잡성을 증가시키는 증기 공급원을 제공할 것을 필요로 한다. 증기의 사용은 또한 카트리지의 작동 중의 부상의 위험을 증가시킨다. 따라서, 본 발명은 내부의 농축된 액상 유제품을 갖는 음료 카트리지를 위하여 제공된다. 우유 제품을 농축시킴으로써, 생우유(fresh milk) 또는 UHT 우유와 비교할 때 특정 부피의 우유에 대하여 더 많은 양의 거품이 생성될 수 있음이 확인되었다. 이는 우유 카트리지에 대해 요구되는 크기를 감소시킨다. 생탈지유(fresh semi-skimmed milk)는 대략 1.6%의 지방과 10%의 총 고형분을 함유한다. 농축된 액상 우유는 3 내지 10%의 지방과 25 내지 40%의 총 고형분을 함유한다. 전형적인 예에서, 조제물은 4%의 지방과 30%의 총 고형분을 함유한다. 농축된 우유 조제물은 이하에서 설명될 저압 조제 기계를 사용하여 거품을 생성하는 데에 적합하다. 특히, 우유의 거품은 2 bar 미만, 바람직하게는 대략 1.5 bar의 압력에서 전술된 제4 실시예의 카트리지를 사용하여 달성된다.

제4 실시예의 카트리지는 또한 액상 커피 제품을 분배하는 데에 유리하다.

본 발명의 음료 카트리지의 실시예는 종래의 카트리지와 비교할 때 분배된 음료의 개선된 주도를 제공하는 것으로 확인되었다. 이하의 표 1을 참조하면, 볶고 분쇄된 커피를 함유하는 각각의 카트리지 A와 B의 20개 샘플을 대한 추출 산출량의 결과가 도시되어 있다. 카트리지 A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 음료 카트리지이다. 카트리지 B는 본 출원인의 특허 출원인 국제 특허 공보 WO 01/58786호에 설명된 바와 같은 종래 기술의 음료 카트리지이다. 추출된 음료의 굴절률(refractive index)은 Brix 단위로 측정되며, 기준 표와 공식을 사용하여 가용성 고형분의 백분율(%SS)로 변환된다. 그 예는 다음과 같다.

%SS = 0.7774 * (Brix 값) + 0.0569

% 산출량 = (%SS * 추출 부피(g)) / (100 * 커피 중량(g))

[표 1]

<카트리지 A>

<카트리지B>

위의 데이터에 대한 t-실험 통계 분석을 수행하여, 아래의 결과가 주어진다.

[표 2]

t-실험: 동일 분산으로 가정한 2개의 샘플

분석은 본 발명의 카트리지에 대한, 추출 강도(brew strength)와 동등한 % 산출량의 주도가 (95%의 신뢰도 수준에서) 종래 기술보다 상당히 양호하여 2.24%와 비교하여 0.88%의 표준 편차를 갖는 것을 보여준다. 이는 본 발명의 카트리지에 의해 추출된 음료가 보다 반복될 수 있고 균일한 강도를 갖는다는 것을 의미한다. 이는 음료가 항상 동일한 맛을 갖고 추출 강도가 임의로 변경되는 것을 원하지 않는 소비자에게 바람직하다.

전술된 카트리지의 재료에는 산소 및/또는 수분 및/또는 다른 오염원의 진입에 대한 저항성을 개선하기 위하여 차단 코팅이 제공될 수 있다. 차단 코팅은 또한 카트리지 내로부터의 음료 성분의 누출에 대한 저항성을 개선하고 및/또는 음료 성분에 악영향을 미칠 수 있는 카트리지 재료로부터의 추출물의 거르기의 정도를 감소시킬 수 있다. 차단 코팅은 PET, 폴리아미드, EVOH, PVDC 또는 금속 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료일 수 있다. 차단 코팅은 비제한적으로 증기 증착, 진공 증착, 플라즈마 코팅, 공압출, 주형내 라벨링 및 2/다단 성형을 포함하는 다수의 기구에 의해 인가될 수 있다.

전술된 음료 카트리지와 함께 사용하기 위한 본 발명에 따른 음료 조제 기계(201)가 도35 내지 도45에 도시되어 있다. 음료 조제 기계(201)는 일반적으로, 물 탱크(220)를 포함하는 하우징(210), 물 히터(225), 물 펌프(230), 공기 압축기(235), 제어 프로세서, 사용자 인터페이스(240), 및 카트리지 헤드(250)를 포함한다. 카트리지 헤드(250)는 일반적으로 사용시 보유를 위한 카트리지 홀더(251), 음료 카트리지(1), 카트리지 인식 수단(252), 및 사용시 음료 카트리지(1) 내에 입구(121)와 출구(122)를 형성하기 위한 입구와 출구 천공부(253, 254)를 차례로 포함한다.

하우징(210)은 기계(201)의 다른 구성 요소를 제위치에 보유 및 유지한다. 하우징(210)은 바람직하게는 ABS와 같은 강한 플라스틱 재료로부터 전체적으로 또는 부분적으로 제조된다. 대안적으로, 하우징(210)은 스테인레스강 또는 알루미늄과 같은 금속 재료로 전체적으로 또는 부분적으로 제조될 수 있다. 하우징(210)은 바람직하게는 조립되는 동안 기계(210) 구성 요소의 설치를 위한 접근을 허용하고 이후에 하우징(210)의 내부(213)를 형성하도록 함께 결합되는 전방 절반부(211)와 후방 절반부(212)를 갖는 조개껍질 디자인을 포함한다. 후방 절반부(212)는 물 탱크(220)의 부착을 위한 리세스(214)를 제공한다. 하우징(210)에는 기계(201)의 구성 요소를 별도의 섀시를 필요로 하지 않고 제위치에 보유하기 위한 만입부, 맞닿음부, 보스 및 나사 부분과 같은 수단이 형성된다. 이는 기계(201)의 전체 비용과 중량을 감소시킨다. 하우징(210)의 기부(215)에는 바람직하게는 안정적인 방식으로 그 상에 기계를 직립시키기 위한 피트(feet)가 제공된다. 대안적으로, 기부(215) 자체가 안정적인 지지부를 형성하는 형상을 가질 수도 있다.

하우징(210)의 전방 절반부(211)는 음료의 분배가 발생되는 분배 스테이션(270)을 포함한다. 분배 스테이션(270)은 용액 받이(drip tray; 272)를 형성하는 중공 내부를 갖는 리셉터클 스탠드(271)를 포함한다. 리셉터클 스탠드의 상부 표면(273)에는 리셉터클이 위치되는 그릴(grill; 274)이 제공된다. 용액 받이(272)는 수집된 물을 용이하게 비우기 위하여 하우징(210)으로부터 제거될 수 있다. 리세스(275)는 소정 크기의 리셉터클을 수용하도록 리셉터클 스탠드(271) 위에서 하우징(210)의 전방 절반부 내에 형성된다.

카트리지 헤드(250)는 도35 및 도36에 도시된 바와 같이 리셉터클 스탠드 위에서 하우징(210)의 상부를 향해 위치된다. 바람직하게는, 카트리지 헤드(250)에 대한 그릴(274)의 높이는 상이한 크기의 리셉터클을 수용하도록 조절될 수 있다. 리셉터클은 분배되는 음료가 리셉터클과 접촉하기 전에 내려오는 높이를 최소화하도록 가능한 한 카트리지 헤드(250)에 가까우면서도 리셉터클이 분배 스테이션(270)으로 삽입되거나 그로부터 인출될 수 있어야 한다. 이는 음료의 분무와 튀김을 최소화하고, 존재하는 혼입된 기포의 손실을 최소화하도록 작용한다. 바람직하게는, 70 mm 내지 110 mm의 높이를 갖는 리셉터클이 그릴(274)과 카트리지 헤드(250) 사이에 삽입될 수 있다.

기계 사용자 인터페이스(240)는 하우징(210)의 전방부 상에 위치되고, 시작/정지 버튼(241)과 복수의 상태 표시기(243 내지 246)를 포함한다.

상태 표시기(243 내지 246)는 바람직하게는 기계(201)의 준비 상태를 지시하는 발광 다이오드(LED; 243), 기계(201) 작동시 발생되는 오류의 여부를 지시하는 LED(244), 및 기계(201)가 수동 또는 자동 모드에서 작동하는지의 여부를 지시하는 하나 이상의 LED(245 내지 256)를 포함한다. LED(243 내지 246)는 기계(201)의 상태에 따라 일정한 강도로 조명되도록, 단속적으로 반짝이도록, 또는 이둘 모두로 제어될 수 있다. LED(243 내지 246)는 그린, 레드 및 옐로우를 포함하는 다양한 색상을 가질 수 있다.

시작/정지 버튼(241)은 분배 주기의 개시를 제어하고, 누름 버튼, 스위치 또는 유사한 것으로 수동으로 작동된다.

부피 조절 제어부가 기계(201)의 사용자가 다른 작동 특성의 변경하지 않고 전달되는 음료의 부피를 수동으로 조절할 수 있도록 제공될 수 있다. 바람직하게는, 부피 조절 제어부는 부피를 ±20%로 조절할 수 있게 한다. 부피 조절 제어부는 회전 노브(rotary knob), 선형 슬라이더(linear slider), 증가 및 감소 버튼을 갖는 디지털 판독부, 또는 유사한 장치일 수 있다. 더욱 전형적으로는, 부피는 사용자가 시작/정지 버튼(241)을 작동시킴으로써 제어된다.

수동 전원 스위치(도시 안됨)가 기계(201) 상에 제공될 수 있다. 대안적으로, 전원 공급은 주 전원 공급부로부터 전원 공급 플러그를 삽입 또는 제거함으로써 간단히 제어될 수 있다.

물 탱크(220)는 하우징(210)의 후방에 위치되며, 하우징(210)의 후방 절반부(212)에 연결된다. 물 탱크(220)는 일반적으로 미적인 이유로 필요에 따라 정확한 원형 또는 절두체일 수 있는 원통형 본체(221)를 포함한다. 탱크는 수동으로 제거될 수 있는 뚜껑(222)에 의해 사용시 폐쇄되는, 탱크를 물로 채우기 위한 입구를 포함한다. 출구는 탱크의 하부 단부를 향해 제공되어, 물 펌프(230)와 연통한다. 물 탱크(220)는 소비자가 탱크 내에 남아 있는 물의 양을 볼 수 있도록 투명 또는 반투명 재료로부터 제조될 수 있다. 대안적으로, 물 탱크(220)는 불투명 재료로부터 제조되지만 내부의 관찰 창이 제공될 수 있다. 부가적으로 또는 전술한 것 대신에, 물 탱크(220)에는 탱크 내의 수위가 미리 선택된 수준까지 감소된 때 물 펌프(230)의 작동을 방지하고 선택적으로 LED와 같은 경고 표시기를 작동시키는 저 수위 센서가 제공될 수 있다. 물 탱크(220)는 바람직하게는 대략 1.5 리터의 내부 용량을 갖는다.

물 펌프(230)는 도43에 개략적으로 도시된 바와 같이 물 탱크(220)와 물 히터(225) 사이에 작동식으로 연결되며, 제어 프로세서에 의해 제어된다. 펌프는 2.5 bar의 최대 압력에서 900 ml/분의 물의 최대 유동률을 제공한다. 바람직하게는, 정상 사용시, 압력은 2 bar로 제한될 것이다. 기계(201)를 통한 물의 유동률은 펌프에 대한 전기 공급을 쵸핑(chopping)하는 사이클에 의해 펌프의 소정 비율의 최대 유동률로 제어 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 바람직하게는, 펌프는 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 100%의 최대 비율의 유동률 중 임의의 유동률에서 구동될 수 있다. 펌핑된 물의 부피의 정확도는 바람직하게는 + 또는 - 5%이며, 이로써 분배되는 음료의 최종 부피는 + 또는 - 5%의 정확도를 갖게 된다. 적합한 펌프는 Ulka S.r.l.(이탈리아, 파비아 소재)에 의해 생산되는 Evolution EP8 펌프이다. 부피측정 유동 센서(도시 안됨)가 물 펌프(230)의 상류 또는 하류의 유동 라인에 제공되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 부피측정 유동 센서는 회전 센서이다.

물 히터(225)는 하우징(210)의 내부에 위치된다. 히터(225)는 1550 W의 출력을 갖고, 물 펌프(230)로부터 수용된 물을 1분 안에 대략 20℃의 시작 온도로부터 약 85℃의 작동 온도까지 가열할 수 있다. 바람직하게는, 분배 주기의 종료와 히터(225)가 후속 분배 주기를 시작할 수 있는 시점 사이의 지연 시간은 10초 미만이다. 히터는 선택된 온도를 분배 주기 동안 + 또는 - 2℃ 내로 유지한다. 후술되는 바와 같이, 분배 주기를 위한 물은 83℃ 내지 93℃에서 카트리지 헤드(250)로 전달될 수 있다. 히터(225)는 85℃의 공칭 물 온도로부터 83℃ 또는 93℃까지로 전달 온도를 신속하게 조절할 수 있다. 히터(225)는 온도가 98℃를 초과한다면 히터를 정지시키는 과열 차단장치(over-temperature cut-off)를 포함한다. 히터(225)로부터 출력되는 물은 3방향 밸브에 의해 카트리지 헤드(250)와 카트리지(1)로 이송된다. 유동하는 물의 압력이 수용될 수 있다면, 물은 카트리지(1)를 통과한다. 압력이 미리 설정된 제한값보다 낮거나 높다면, 물은 3방향 밸브에 의해 용액 받이 회수 리셉터클(270) 내로 전환된다.

공기 압축기(235)는 일방향 밸브에 의해 카트리지 헤드(250)에 작동식으로 연결되고, 제어 프로세서에 의해 제어된다. 공기 압축기(235)는 1.0 bar에서 500 ml/분의 최대 유동률을 제공한다. 사용시, 35 ml의 작동 부피가 2.0 bar로 가압된다. 바람직하게는, 공기 압축기(235)는 2가지의 유동률, 즉 고속(최대) 유동률 및 저속 유동률을 생성할 수 있다.

음료 조제 기계(201)의 제어 프로세서는 프로세싱 모듈과 메모리를 포함한다. 제어 프로세서는 물 히터(225), 물 펌프(230), 공기 압축기(235) 및 사용자 인터페이스(240)에 작동식으로 연결되어 이들의 작동을 제어한다.

제어 프로세서의 메모리는 음료 조제 기계(201)를 위한 하나 이상의 작동 매개변수에 대한 하나 이상의 변수를 포함한다. 예시된 실시예에서, 작동 매개변수는 작동 단계 중에 음료 카트리지(1)를 통과하는 물의 온도, 음료 카트리지(1)의 충전 속도, 침액(soak) 단계의 존재 여부, 음료의 총 분배 부피, 배출 단계 중의 물의 유동률, 및 정화 단계의 유동률 및 기간이다.

작동 매개변수에 대한 변수들은 메모리 내에 저장된다. 카트리지(1)는 카트리지(1) 내에서의 음료의 최적 분배를 위해 요구되는 작동 매개변수를 나타내는 코드를 카트리지(1) 상에 또는 그 내부에 포함한다. 코드는 바이너리(binary) 형식이고, 제어 프로세서 메모리 내에 저장된 변수에 대응하는 복수의 데이터 비트(bit)를 포함한다. 표 3은 13 비트의 데이터가 전술한 바와 같은 작동 매개변수에 대한 필요한 변수를 나타내도록 사용될 수 있는 방법을 예시한다.

[표 3]

카트리지(1) 상의 또는 그 내부의 코드는 통상 오류 확인을 위한 하나 이상의 여분의 데이터 비트를 포함할 것이다. 일 예에서, 16 비트 코드가 제공된다. 예를 들면, 표 3에 열거된 변수를 사용함으로써, 코드 "1000100011110"을 담고 있는 카트리지(1)는 하기의 작동 변수를 가질 것이다.

10 83℃의 물 온도

00 침액에 의한 고속 충전

1000 150 ml의 분배되는 음료 부피

111 유동률은 100%

10 고속 공기 유동 정화/단기간

그러므로, 이전의 음료 조제 기계와 달리, 제어 프로세서의 메모리는 카트리지 유형에 기초한 음료 카트리지에 대한 작동 명령, 즉 커피 카트리지에 대한 명령, 초콜릿 카트리지에 대한 명령, 차 카트리지에 대한 명령 등을 저장하지 않는다. 대신에, 제어 프로세서의 메모리는 분배 주기의 개별 작동 매개변수를 조절하는 변수들을 저장한다. 이는 많은 장점을 갖는다. 첫 번째로, 분배 주기에 대한 더 높은 정도의 제어가 실행될 수 있다. 예를 들면, 모든 커피 유형에 대해 동일한 매개변수를 사용하기보다는 약간 상이한 작동 매개변수들이 상이한 등급 또는 블렌드의 커피에 대해 사용될 수 있다. 개별 매개변수보다는 카트리지 유형에 의한 명령을 저장하는 종래의 코딩 해석법은, 이들이 코딩 매체와 제어 프로세서 내의 이용 가능한 저장 공간을 빠르게 소모하기 때문에 유사한 음료 유형에 대한 분배 주기에서의 미묘한 차이에 대해서는 적합하지 않다. 두 번째로, 본 발명의 코딩 방법은 새로운 음료 카트리지 유형을, 새로운 음료 카트리지(1)를 위한 분배 주기에 대한 작동 매개변수가 음료 조제 기계(201)가 판매된 이후에 결정되는 경우에도 기존의 음료 조제 기계에 사용될 수 있게 한다. 이는, 음료 조제 기계(201)의 제어 프로세서가 음료가 새로운 유형임을 인식할 필요가 없기 때문이다. 오히려, 분배 주기의 작동 매개변수는 음료 유형을 직접 참조하지 않고 설정된다. 그러므로, 본 발명의 코딩 방법은 새로운 음료 유형에 대한 음료 조제 기계의 우수한 사후 호환성을 제공한다. 반대로, 종래의 기계의 경우, 제조자는 새로운 음료 유형의 분배를 제한하여, 매매되는 기계들에 의해 결정된 기존의 분배 주기들 중 하나를 사용한다.

카트리지 헤드(250)는 도39 내지 도42에 도시되어 있다. 카트리지 헤드(250)의 카트리지 홀더(251)는 고정된 하부 부분(255), 회전 가능한 상부 부분(256) 및 고정된 하부 부분(255)과 회전 가능한 상부 부분(256) 사이에 위치된 피봇 가능한 카트리지 장착부(257)를 포함한다. 상부 부분(256), 하부 부분(255) 및 카트리지 장착부(257)는 공통 힌지 축(258)을 중심으로 회전된다. 도39 내지 도42는 명확함을 위하여 기계(201)의 일부 구성 요소가 생략된 상태로 카트리지 홀더(251)를 도시한다.

회전 가능한 상부 부분(256)과 피봇 가능한 카트리지 장착부(257)는 클램핑 기구(280)에 의해 고정된 하부 부분(255)에 대해 이동된다. 클램핑 기구(280)는 제1 및 제2 부재 또는 부분(281, 282)을 갖는 클램핑 레버를 포함한다. 클램핑 레버의 제1 부분(281)은 카트리지 홀더(251)의 각각의 측면 상의 2개의 제1 피봇 지점(283)에서 상부 부분(256)에 피봇 가능하게 장착된 U자형 아암을 포함한다.

클램핑 레버의 제2 부분은 힌지 축(258) 상에 위치된 제2 피봇 지점(285)에서 상부 부분(256)에 각각 피봇 가능하게 장착된 카트리지의 각각의 측면 상의 2개의 편심(over-centre) 아암(282)을 포함하여, 상부 부분(256)을 고정된 하부 부분(255)에 결합한다. 각각의 편심 아암(282)은 실린더(282a), 스템(282b), 및 탄성 슬리브(282c)를 포함하는 왕복 부재이다. 실린더(282a)는 내부 보어를 갖고, 힌지 축(258)의 일 단부에 회전 가능하게 장착된다. 스템(282b)의 제1 단부는 실린더(282a)의 보어 내에 활주 가능하게 수용된다. 스템(282b)의 반대편 단부는 제3 피봇 지점(286)에서 U자형 아암(281)에 회전 가능하게 장착된다. 제3 피봇 지점(286)은 상부 부분(256)과 하부 부분(255)에 연결되지 않고 이들에 대해 자유롭게 이동될 수 있다. 탄성 슬리브(282c)는 스템(282b) 상에서 외부에 장착되고, 사용시 실린더(282a)와 스템(282b) 상의 맞닿는 표면들 사이로 연장한다. 탄성 슬리브(282c)는 편심 아암(282)의 단축을 조절하지만, 편심 아암(282)을 연장된 형상으로 편향시킨다. 그러므로, 힌지 축(258)을 향한 그리고 이로부터 멀어지는 제3 피봇 지점(286)의 이동은 실린더(282a) 내의 스템(282b)의 상대적인 이동에 의해 가능해진다. 탄성 슬리브(282c)는 바람직하게는 실리콘으로부터 형성된다.

U자형 아암(281)은 카트리지 홀더(251)의 전방 둘레로 연장하고, 각각 힌지 축(258)을 향한 캠 표면(288)을 포함하는, 카트리지 홀더(251)의 각각의 측면 상의2개의 하방으로 현수되는 후크 부재(287)를 포함한다. 카트리지 홀더(251)의 고정된 하부 부분(255)에는 대체로 후크 부재(287)와 정렬된 전방 에지(260)에서 또는 그 부근에서 하부 부분(255)의 각각의 측면 상에 위치된 2개의 보스(259) 또는 만입부가 제공된다.

도39에 도시된 바와 같이, U자형 아암(281)은 아암과 일체형인 인간 환경 공학적인 핸드 그립과 후크 부재(287)를 포함하는 일편 플라스틱 성형품으로부터 형성된다.

카트리지 장착부(257)는 카트리지 홀더(251)의 상부 및 하부 부분(255, 256) 사이에 회전 가능하게 장착된다. 장착부(257)에는 사용시 음료 카트리지(1)를 수용하는 사실상 원형인 리세스(290)가 제공된다. 리세스(290)는 음료 카트리지(1)의 핸들 부분(24)을 수용하고 또한 카트리지 홀더(251) 내의 음료 카트리지(1)의 회전을 방지하도록 작용하는 불규칙한 부분(irregularity; 291)을 포함한다. 카트리지 장착부(257)는, 도41에 도시된 바와 같은 개방 위치에서 카트리지 장착부(257)가 고정 하부 부분(255)과의 접촉으로부터 편향되어 카트리지 장착부(257)가 출구 및 입구 천공 부재(254, 253)와의 접촉으로부터 이동되도록, 고정된 하부 부분(255)에 대해 돌출되어 있다. 카트리지 장착부(257)에는, 카트리지 장착부(257)가 폐쇄 위치로 이동된 때 입구 및 출구 천공부(253, 254)와 카트리지 인식 수단(252)의 헤드(300)를 수용하기 위한 개구(292)가 제공된다.

상부 부분(255)은 소비자가 분배 주기 동안 음료 카트리지(1)를 볼 수 있고 또한 카트리지(1)가 기계(201) 내에 장착되었는지의 여부를 확인할 수 있는 대체로 원형인 본체(310) 하우징 내의 원형 관찰 창(312)을 포함한다. 관찰 창(312)은 카트리지 홀더(251)가 폐쇄되었을 때 하부 부분(256)에 대항하여 음료 카트리지(1)의 플랜지(35)와 결합하고 파지하는 하향 림(311)을 갖는 컵 형상이다. 동시에, 창(312)은 카트리지(1)의 폐쇄 상단부(11)와 접촉한다. 관찰 창(312)이 원형 본체(310)에 상대적으로 축방향으로 조금만 이동하도록, 파형(wave) 스프링(도시 안됨)은 관찰 창(312)과 원형 본체(310) 사이에 위치한다. 플랜지(35) 상의 림(311) 및 폐쇄 상단부(11) 상의 창(312)에 의해 인가된 압력은 카트리지(1)와 카트리지 홀더(251) 사이의 유체 기밀 밀봉을 보장한다.

하부 부분(255)은 입구 및 출구 천공부(253, 254)와 카트리지 인식 수단(252)의 헤드(300)를 포함한다. 입구 천공부(253)는 사용시 음료 카트리지(1)의 라미네이트(5)를 천공시키기 위한 날카로운 단부(261)를 갖는 중공 바늘형 튜브(260)를 포함한다. 입구 천공부(253)는 하부 부분(255)을 통과하는, 도42에 도시된 바와 같은 물 도관(262)과 유체 연통하고, 물 히터(225)의 출구 도관(263)에 연결된다. 출구 천공부(254)는 본 출원인의 유럽 특허 EP 0 389 141호 및 EP 0 334 572호에 설명된 출구 천공부와 유사한 유형이며, 배출구(43)보다 큰 치수를 갖는 원형 또는 D자형 단면을 갖는 개방 단부형 실린더(264)를 포함한다. 출구 천공부(254)의 상부 단부의 아치형 부분(265)은 음료 카트리지(1)의 라미네이트를 천공시키고 결국은 절단하기 위하여 톱니 모양으로 되어 있다. 상부 단부의 나머지 부분은 절단된 라미네이트(5)를 음료가 분배되기 전에 출구 개구를 통해 멀리 접거나 당기기 위하여 적어도 톱니 모양 부분의 치(266)의 기부에서 실린더의 종방향으로 후방으로 절단된다. 출구 천공부(254)는 라미네이트(5)를 배출구(43)의 외부로 천공시키고, 카트리지 장착부(257)가 폐쇄 위치에 있을 때에 분배 깔때기(40)의 배출구(43)와 외부 벽(42) 사이에 환형으로 놓인다. 출구 천공부(254)는 라미네이트(105)를 환형으로 접는다. 이럼으로써, 출구 천공부(254)와 절단된 라미네이트(105)는 배출되는 음료의 경로로부터 유지된다.

출구 천공부(254)는 그의 주변에 비해 0.5 mm 상승된 리지(ledge; 254a)에 의해 둘러싸인다.

유리하게는, 출구 천공부(254)는, 예컨대 접시 세척기 내에서 완전하게 세척될 수 있도록 하부 부분(255)으로부터 제거될 수 있다. 제거 가능한 출구 천공부(254)는 배치되는 하부 부분(255) 내의 리세스(267) 내에 수용된다. 입구 천공부(253) 및/또는 출구 천공부(254)는 스테인레스강과 같은 금속, 또는 플라스틱 재료로부터 제조될 수 있다. 유리하게는, 플라스틱 절단 요소의 사용은 비금속 재료에 의해 구멍을 형성하거나 절단할 수 있는 라미네이트의 사용에 의해 가능해진다. 결과적으로, 천공부(253, 254)는 소비자에게 부상을 입힐 위험을 낮추기 위하여 보다 덜 날카롭게 제조될 수 있다. 또한, 플라스틱 천공 요소는 부식되지 않는다. 입구 천공부(253)와 출구 천공부(24)는 하부 부분(255)으로부터 제거될 수 있는 단일 일체형 유닛으로서 형성된다.

사용시, 카트리지 홀더(251)의 상부 부분(256)은 도36에 도시된 바와 같이 수직으로 또는 수직을 향해 배향되는 개방 위치로부터 사실상 수평하게 고정된 하부 부재(255)와 카트리지 장착부(257)와 상호 결합되도록 배향된 폐쇄 위치까지 이동될 수 있다. 상부 부분(256)은 클램핑 레버의 작동에 의해 개방 위치로부터 폐쇄 위치까지 이동된다. 상부 부재(256)를 폐쇄시키기 위하여, 사용자는 U자형 아암(281)에 의해 클램핑 레버를 보유하고 이를 하향으로 당긴다. 결과적으로, 상부 부분(256)은 먼저 관찰 창(312)의 림(311)을 카트리지 장착부(257) 내의 음료 카트리지(1)의 플랜지(35)와 접촉하게 하고 및/또는 창(312) 자체를 카트리지(1)의 폐쇄 상단부(11)와 접촉하게 하도록 회전한다. 상부 부분(256)의 계속되는 회전에 의해 상부 부분(256)과 카트리지 장착부(257)는 하부 부분(255)과 접촉 상태로 하방으로 회전된다. U자형 아암(281)의 추가의 회전에 의해, U자형 아암(281)은 상부 부분(256)과 하부 부분(255)에 대해 회전되어, 상부 부분(256)의 후크 부재(287)가 캠 표면(288)을 보스(259) 위에 놓이게 한 상태에서 하부 부분(255)의 보스(259)와 결합하게 된다. 회전의 마지막 단계 중에, 카트리지(1)는 카트리지 장착부(257)와 관찰 창(312) 사이에서 압축된다. 결과적으로, 관찰 창(312)은 파형 스프링의 편향에 대항하여 상부 부분(256)의 원형 본체(310)에 대해 축방향으로 이동된다. 이러한 이동에 의해 음료 카트리지(1)와 음료 조제 기계 내의 공차가 확보되게 되고, 카트리지에 인가된 압축력의 양이 수용 가능함 범위 내에서 유지되는 것을 보장한다. 파형 스프링 또는 나선형 스프링의 작용에 의해 완화되는 기구의 클램핑력은 카트리지 상에 130 내지 280N의 클램핑 압력을 보장한다. 바람직하게는, 힘은 대략 200 N이다. 약 130 N 미만의 힘은 적당한 밀봉을 제공하지 않는 반면, 약 280 N을 초과하는 힘은 카트리지(1)의 구성 요소의 소성 파손을 초래한다. 카트리지 헤드의 폐쇄 중에, 카트리지(1)의 라미네이트(5)는 출구 천공부(254)를 둘러싸는 리지(254a)와 접촉하게 됨에 따라 인장되어, 원통형 깔때기의 외부 튜브(42)의 말단부가 플랜지(35)에 대해 0.5 mm만큼 상향으로 이동함에 따라 라미네이트(5)를 평면으로부터 굴곡되게 한다. 이러한 이동은 또한 카트리지에 인가된 압축력의 대부분이 하중 지지 내부 부재(3)를 통해 카트리지(1)의 중앙 영역을 통해 작용하는 것을 보장한다. 그러므로, 폐쇄 위치에서, 카트리지(1)는 관찰 창(312)의 림(311)에 의해 플랜지(35) 둘레로 클램핑될 수 있고, 관찰 창(312)과 리지(254a)와의 접촉에 의해 내부 부재(3)의 외부 튜브(42)와 카트리지의 폐쇄 상단부(11) 사이에서 항상 견고하게 클램핑된다. 이러한 클램핑력은 가압 중의 카트리지(1)의 파손을 방지하는 것을 돕고, 또한 내부 부재(3)와 외부 부재(2)가 서로에 대해 완전하게 배치되는 것과 이에 따른 모든 내부 통로와 개구가 내부 가압 중에도 이들의 의도된 치수로 유지되는 것을 보장한다.

가상의 기준선이 카트리지 홀더(251)의 제1 및 제2 피봇 지점(283, 285) 사이에 그려질 수 있다. 도41에서 볼 수 있는 바와 같이, 개방 위치에서, 제2 피봇 지점(286)은 고정된 하부 부분(255)에 가장 근접한 기준선 측에 위치된다. 상부 부분(256)이 폐쇄 위치에 도달함에 따라, 클램핑 레버의 제3 피봇 지점(286)은 제1 및 제2 피봇 지점(283, 285)이 만나는 기준선을 통해 고정된 하부 부분(255)으로부터 가장 먼 선의 반대측까지 통과한다. 결과적으로, U자형 아암(281)은 안정된 제1 위치로부터 안정된 제2 위치까지 "스냅식으로 통과"된다. 스냅 통과 작용은 편심 아암(282)의 단축과 후속하는 탄성 슬리브(282c)의 압축에 의해 조절된다. 제3 피봇 지점(286)이 가상 기준선을 통과하면, 탄성 슬리브(282c)의 회복은 제3 피봇 지점(286)의 이동이 가상 기준선으로부터 멀리 계속되도록 작용한다. 그러므로, 클램핑 레버는, 레버가 개방 또는 폐쇄 위치에서 안정되지만 제3 피봇 지점(286)이 제1 및 제2 피봇 지점(283, 285)이 만나는 가상 기준선 상에 놓일 때의 지점에서 불안정적이 된다는 점에서 이중 안정 작동을 갖는다. 그러므로, 클램핑 레버의 스냅 통과 작용은, 클램핑 레버의 회전의 최종 단계에서 U자형 아암(281)과 제2 아암(284)의 스냅 통과 작용이 후크 부재(287)를 보스(259)와의 견고한 결합 상태로 가압하게 되는 분명한 폐쇄 작용으로 이어지는 능동 폐쇄 기구를 제공한다. 또한, 탄성 슬리브(282c)는, 제3 피봇 지점(286)을 제1 및 제2 피봇 지점(283, 285)이 만나는 기준선과 다시 정렬되도록 슬리브(282c)를 충분하게 이동시키기 위하여 압축하는 데에 최소의 힘이 요구되기 때문에, 상부 부분(256)의 재개방에 대한 저항성을 제공한다. 유리하게는, 후크 부재(287)와 보스(259)의 상호 결합은 클램핑 레버의 회전 이외의 수단에 의한 후크 부재(287)와 보스(259)의 분리를 방지한다. 이는 카트리지 헤드(250)가 내부 가압을 받을 때의 작동 중에 카트리지 헤드(250)가 개방되는 것을 방지하는 데에 유용하다.

카트리지 인식 수단(252)의 목적은 기계(201)가 삽입된 음료 카트리지(1)의 유형을 인식하여 이에 따른 하나 이상의 작동 매개변수를 조절할 수 있게 하는 것이다. 전형적인 실시예에서, 카트리지 인식 수단(252)은 도45에 도시된 바와 같은 음료 카트리지(1)의 라미네이트(5) 상에 제공된 인쇄된 바코드(320)를 판독하는 광학 바코드 판독기를 포함한다. 바코드(320)는 대비되는 색상의 복수의 바코드로부터 형성된다. 바람직하게는, 바(bar)는 대비를 최대화하도록 흰색 배경의 흑색이다. 바코드(320)는 공개된 표준에 따를 필요는 없지만, EAN-13, UPC-A 또는 Interleaf 2 of 5와 같은 바코드용 표준 형식이 사용될 수 있다. 광학 바코드 판독기는 바코드(320)를 조명하기 위한 하나 이상의 LED(321), 바코드의 화상을 획득하기 위한 초점 렌즈(322), 획득된 화상을 나타내는 전기 신호를 생성하기 위한 전하 결합 소자(CCD)(323), 및 LED와 CCD를 위한 지원 회로를 포함한다. 바코드 판독기를 수용하기 위한 하부 부분 내의 공간은 제한된다. 거울 또는 거울들(324)이 LED(321)로부터 하부 부분(255) 내에 위치하지 않는 초점 렌즈로 광을 반사시키기 위하여 사용될 수 있다. 개략적인 배열이 도44a 및 도44b에 도시되어 있다. 하부 부분(255)은 음료 카트리지(1) 상의 바코드(320)와 동일한 크기를 갖는 개구(326)를 포함한다. 사용시, 생성된 전기 신호는 신호 프로세싱 소프트웨어에 의해 디코딩되고, 결과가 제어 프로세서로 전달된다. 소프트웨어는 바코드의 판독에 오류가 포함되었는지의 여부를 인식할 수 있다. 바코드(320)는 오류 메시지가 소비자에게 제공되기 전에 여러 번 재스캔될 수 있다. 기계(201)가 바코드를 판독할 수 없는 경우, 소비자는 수동 작동 모드를 사용하여 음료 카트리지(1)가 음료를 분배하도록 사용할 수 있다.

카트리지 헤드(250)는 또한 카트리지 홀더(251) 내에 카트리지가 존재하는지의 여부를 검출하는 카트리지 센서를 포함한다.

카트리지 헤드(250)는 또한 카트리지 홀더(251)가 적절하게 폐쇄되었는지의 여부를 검출하는 잠금 센서를 포함한다. 바람직하게는, 잠금 센서는 카트리지 홀더(251)가 폐쇄 및 잠금되었을 때 작동되는 마이크로 스위치를 포함한다. 바람직하게는, 카트리지 센서와 잠금 센서는 두 센서의 출력이 만족스럽도록, 즉 분배 주기가 시작되지 전에 카트리지가 존재하고 기구가 잠금되도록 직렬로 연결된다.

기계(201)의 작동은 음료 카트리지(10)의 카트리지 헤드(250) 내부로의 삽입을 포함하며, 음료가 분배되고 카트리지(10)가 기계로부터 제거되는 분배 주기를 수행한다.

기계(201)의 사용 중의 가동은 제어 프로세서에 내장된 소프트웨어에 의해 결정된다. 기계의 작동은 "상태"(State)와 관련하여 설명될 수 있으며, 기계(201)는 상태 변화로 불리는 단계인 상태를 변경하는 사고가 발생하지 않는 한 통상 특정한 상태로 존재할 것이다.

표 4는 음료 조제 기계(201)의 일 실시예에 대한 상태 및 상태 변화를 예시하는 상태 변화 표를 도시한다.

[표 4]

하기의 예는 제어 프로세서에 의한 상태 변화의 사용을 예시하는 분배 주기를 설명한다.

기계(201)는 초기에 꺼져 있고 카트리지 헤드(250) 내에 삽입된 카트리지(1)가 없는 것으로 가정한다. 기계(201)가 켜졌을 때, 제어 프로세서는 상태 1에 있다. 물 히터(225)가 켜진다. 온도가 85℃에 도달하면, 제어 프로세서는 상태 2로 변화한다. 상태 1 및 2 동안의 임의의 시간에서, 카트리지 홀더(251)가 폐쇄된다면, 잠금 센서는 카트리지 홀더(251)가 적절하게 폐쇄되었음을 지시하는 신호를 제어 프로세서로 송신하도록 작동될 것이다. 그 후, 제어 프로세서는 'readpod' 명령을 송신함으로써 카트리지 센서에 신호를 보낸다. 카트리지 센서는 카트리지가 카트리지 홀더(251) 내에 제 위치에 있는지의 여부를 지시하는 신호를 제어 프로세서로 다시 송신한다. 카트리지가 없다면, 제어 프로세서는, 제어 프로세서가 상태 2로 다시 변화하는 시점에서 카트리지 홀더(251)가 재개방될 때까지 준비 상태로 남아 있는 상태 3으로 변화한다. 카트리지가 존재한다면, 상태 2에서, 제어 프로세서는 상태 4로 변화하고, 작동은 자동적으로 개시된다. 상태 4 내지 9 중에, 물 온도는 음료 카트리지(1) 상의 바코드에 의해 설정된 작동 매개변수에 의해 설정되는 요구되는 온도의 요구되는 공차 범위 내에서 유지되도록 백그라운드에서 제어된다. 분배의 배출 단계가 완료되면, 공기 정화가 상태 8에서 개시된다. 공기 정화가 완료되면, 작동 주기가 완료되고 기계는 상태 10에서 대기 모드로 진입한다. 작동 중에, 오류가 발생하면, 프로세서는 상태 11로 변화한다. 저 수위가 검출되면, 프로세서는 상태 12로 변화한다.

카트리지(1)를 삽입하기 위하여, 카트리지 홀더(251)는 카트리지 장착부(257)를 노출시키기 위하여 전술된 바와 같이 개방된다. 그 후, 카트리지(1)는, 카트리지의 핸들(24)이 불규칙한 부분(291) 내에 위치되도록 리세스(290) 내에 수용된 카트리지 장착부(257) 상에 배치된다. 카트리지(1)의 광학 또는 자기 바코드(320)는 카트리지 장착부(257) 내의 개구(326) 바로 위로 배향된다. 그 후, 카트리지 홀더(251)는 전술된 바와 같이 클램핑 레버의 작동에 의해 폐쇄된다. 폐쇄 중에, 입구 및 출구 천공부(253, 254)는 카트리지 입구(121) 및 출구(122)를 형성하도록 카트리지(1)의 라미네이트(5)를 천공시킨다. 천공부(253, 254)는 작동시에 정적으로 잔류하고 천공부에 상대적으로 이동하는 것은 카트리지(1)라는 것을 알아야 한다. 전술된 바와 같이, 출구 천공부(254)에 의해 절단된 라미네이트(5)는 배출구(43)를 둘러싸는 환형으로 접힌다. 폐쇄된 때, 카트리지 홀더(251)는, 분배 주기 동안 발생된 압력을 견디기에 충분한 완전성을 갖는 유체 기밀 밀봉을 형성하도록 카트리지(1)를 카트리지 장착부(257)와 상부 부분(256) 사이 및/또는 창(311)과 카트리지(1)의 상단부(11) 사이에서 림(35) 둘레로 파지한다.

작동 주기를 개시하기 위하여, 소비자는 시작/정지 버튼(241)을 작동시킨다.

작동 주기는 카트리지 인식 단계 및 배출 주기를 포함한다.

카트리지 인식은, 카트리지 센서와 잠금 센서로부터의 입력이 만족스럽다고 가정하면, 전술한 바와 같이 광학 카트리지 인식 수단(252)에 의해 수행된다. 바코드(320)가 디코딩되면, 기계(201)의 작동 매개변수는 제어 프로세서에 의해 조절된다. 그 후, 배출 주기가 자동적으로 개시된다.

배출 주기는 모든 음료 유형에 대하여 전체가 사용되지는 않지만, 4개의 주요 단계를 갖는다.

(i) 예비 습윤(Pre-wet)

(ii) 중지(Pause)

(iii) 추출/혼합(Brew/Mixing)

(iv) 정화(Purge)

예비 습윤 단계에서, 카트리지(1)는 물 펌프(230)에 의해 물 저장 탱크(220)로부터 물로 충전된다. 물에 의한 충전에 의해 여과 챔버(130) 내의 음료 성분(200)은 습윤된다. 충전은 600 ml/분의 "고속" 유동률 또는 325 ml/분의 "저속" 유동률에서 수행될 수 있다. 저속 충전율은 특히, 음료 성분이 보다 높은 체적 유동률에서 펌핑되기 전에 소정의 희석을 필요로 하는 점성 액상 음료 성분을 함유하는 카트리지에 유용하다. 카트리지(1) 내로 분출되는 물의 부피는 물 또는 음료가 이러한 단계 중에 카트리지 출구(122)로부터 떨어지지 않는 것을 보장하도록 선택된다.

중지 단계는 음료 성분(200)이 미리 설정된 기간 동안 예비 습윤 단계 중에 분출된 물에 의해 침액되는 것을 허용한다. 예비 습윤 및 침액 단계 모두는 음료 성분(200)으로부터 추출될 수 있는 산출량을 증가시키고 음료의 최종 향을 개선하는 것으로 알려져 있다. 예비 습윤 및 침액은 특히 음료 성분의 볶고 분쇄된 커피인 경우에 사용된다.

추출/혼합 단계에서, 물은 음료 성분(200)으로부터 음료를 조제하도록 카트리지(1)를 통과한다. 물의 온도는 물 탱크(220)로부터 카트리지 헤드(250)로 통과하는 물을 가열하도록 물 히터(225)에 명령을 송신하는 제어 프로세서에 의해 결정된다. 물은 도관(262)을 통해 입구 밸브와 입구 천공부(253)를 거쳐 음료 카트리지(1)의 입구 챔버(126) 내부로 카트리지 홀더(251)의 하부 부분(255)으로 진입한다. 추출 및/또는 혼합과 후속하는 음료 카트리지(1)로부터의 음료의 분배는 음료 카트리지(1)의 형태와 관련하여 전술된 바와 같다.

공기 정화는 모든 음료가 분배되고 유동 경로가 다른 음료의 분배를 위하여 준비되도록 세척되었음을 보장하도록 음료 조제 기계와 음료 카트리지(1)를 통해 가압 공기를 송풍하는 단계를 포함한다. 공기 정화는 대부분의 유체가 유동 경로에서 세척되는 것을 허용하도록 추출/혼합 단계의 중지시 바로 개시되지 않는다. 이는 공기 정화의 개시에 의해 내부 압력의 수용할 수 없는 급격한 상승을 방지한다.

정상 작동에서, 사용자는 시작/정지 버튼(241)을 작동시킴으로써 기계(201)를 수동으로 정지시킨다.

작동 주기가 완료되면, 소비자는 카트리지 홀더(251)를 개방하고 카트리지를 수동으로 제거 및 배치함으로써 카트리지(1)를 제거한다. 대안적으로, 기계(201)에는 카트리지 홀더(251)의 개방 시에 카트리지를 자동적으로 제거하기 위한 자동 방출 기구가 제공될 수 있다.

기계(201)와 카트리지(1)를 사용하여 음료를 전달하는 시간은 전형적으로, 볶고 분쇄된 커피의 경우 10 내지 120초, 바람직하게는 30 내지 40초, 초콜릿의 경우 5 내지 120초, 바람직하게는 10 내지 20초, 그리고 우유의 경우 5 내지 120초, 바람직하게는 10 내지 20초이다.

기계(201)는 또한 유리하게는, 사용자에 의해 분배되는 음료의 유형에 대한 정보를 저장하고 제어 프로세서와 작동식으로 통신하는 메모리를 포함한다. 그 후, 기계(201)의 작동 주기는 다음 카트리지(1)를 위하여 조절될 수 있다. 이는 특히 2가지 이상의 음료 카트리지(1)가 음료를 조제하도록 연속적으로 사용되는 경우 유리하다. 예를 들면, 커피 카트리지는 카푸치노 음료를 조제하도록 우유 카트리지가 후속될 수 있다. 대안적으로, 초콜릿 카트리지는 크림 핫 초콜릿 음료를 조제하도록 우유 카트리지가 후속되어 사용될 수 있다. 분배되는 제1 음료에 대한 정보를 저장하는 메모리를 사용함으로써, 제2 카트리지, 즉 우유 카트리지를 분배하는 방식은 최적 음료를 달성하도록 변경될 수 있다. 전술한 예에서, 핫 초콜릿을 위해 분배되는 우유는 전형적으로 커피에 첨가되는 우유보다 덜 희석될 수도 있다. 또한, 초콜릿을 위해 분배되는 우유는 음료의 거품생성의 정도를 감소시키도록 보다 저속의 유동률로 분배될 수도 있다. 다양한 조합의 카트리지가 가능하며, 작동 매개변수는 당업자게에 명백할 것이다. 또한, 사용자가 다음으로 분배하길 원하는 음료의 유형을 기계(201)가 "예측"할 수 있게 하는 메모리가 사용될 수도 있다. 예를 들면, 사용자가 주로 하나의 음료 유형을 마신다면, 기계는 물 히터가 이러한 음료 유형을 위한 최적 온도를 유지할 것을 지시할 수 있다.

Claims

일 이상의 음료 성분(200)을 포함하고 사실상 공기 및 물이 침투할 수 없는 재료로 형성되는 카트리지(1)이며, 상기 카트리지는 일 이상의 음료 성분을 포함하는 저장 챔버(130; 134)와 매니폴드 챔버(16)를 한정하고, 매니폴드 챔버를 덮는 제1 부분과 저장 챔버를 덮는 제2 부분을 가지는 뚜껑(5)에 의해 폐쇄될 수 있는 개구(12)를 포함하며, 상기 개구를 통해 일 이상의 음료 성분이 저장 챔버로 충전될 수 있고, 상기 뚜껑의 제1 부분은 사용시에 수성 매체의 매니폴드 챔버로의 유입을 수용하도록 천공 가능하고, 뚜껑은 사용시에 저장 챔버 내의 일 이상의 음료 성분과 수성 매체의 상호 작용으로부터 형성된 음료의 유출을 수용하도록 천공 가능한 카트리지.
제1항에 있어서, 사용시에 저장 챔버 내의 일 이상의 음료 성분과 수성 매체 간의 상호 작용으로부터 형성된 음료 유출을 수용하기 위해 천공 가능한 뚜껑(5)의 제3 부분에 의해 덮혀지는 배출 챔버를 더 포함하는 카트리지.
제2항에 있어서, 배출 챔버는 배출구(43)를 포함하는 카트리지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 매니폴드 챔버(16)와 저장 챔버(130; 134)는 일 이상의 개구(17; 36)를 포함하는 구획부(27)에 의해 구분되는 카트리지.
제4항에 있어서, 개구(17; 36)는 일 이상의 음료 성분이 저장 챔버(130; 134)로부터 매니폴드 챔버(16)로 통과하는 것을 방지하는 크기인 카트리지.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 매니폴드 챔버(16)는 저장 챔버(130; 134)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 카트리지.
제6항에 있어서, 매니폴드 챔버(16)는 저장 챔버(130; 134)를 사실상 완전히 둘러싸는 카트리지.
제4항에 있어서, 매니폴드 챔버(16)는 저장 챔버(130; 134)를 사실상 완전히 둘러싸고, 개구(17; 36)는 상기 매니폴드 챔버와 저장 챔버 사이의 사실상 모든 계면을 따라 제공되는 카트리지.
제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 개구(17; 36)는 0.25 내지 0.35 mm의 폭을 가지는 카트리지.
제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 개구(17; 36)는 1.4 내지 1.8 mm의 길이를 가지는 카트리지.
제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 20 내지 40개의 개구(17; 36)가 제공되는 카트리지.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 매니폴드 챔버(16)는 수성 매체가 도입되는 입구부(26)를 포함하고, 상기 입구부(26)는 일 이상의 개구(30)를 통해 매니폴드 챔버(16)의 잔류물과 연통하는 카트리지.
제12항에 있어서, 입구부(26)는 원형인 카트리지.
제2항에 있어서, 저장 챔버(130; 134) 및 배출 챔버는 내부 부재(3)에 의해 분할되는 카트리지.
제14항에 있어서, 내부 부재(3)는 일 이상의 개구(55; 85)를 포함하는 카트리지.
제14항 또는 제15항에 있어서, 내부 부재(3)는 음료의 통과를 수용하는 동안 일 이상의 음료 성분(200)이 저장 챔버(130; 134)로부터 배출 챔버로 들어가는 것을 방지하는 필터(4)를 포함하는 카트리지.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 뚜껑(5)은 외부 부재(2) 및 내부 부재(3)와 결합되는 카트리지.
제17항에 있어서, 뚜껑(5)은 카트리지의 주연부 주위에서 외부 부재(2)와 결합하고 카트리지의 중심 또는 그 근처에서 내부 부재(3)와 결합하는 카트리지.
제18항에 있어서, 뚜껑(5)은 내부 부재의 배출 깔대기(43)에 결합되는 카트리지.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 부재(2)는 뚜껑(5)보다 큰 견고성을 가지는 카트리지.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 유입 및 유출을 수용하기 위한 뚜껑의 천공 위치는 카트리지를 통과하는 수성 매체가 입구로부터 출구로 통상적으로 내향 이동하도록 하는 카트리지.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 수성 매체가 저장 챔버를 통상적으로 상향 관통하도록 형성된 카트리지.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 카트리지에 포함된 일 이상의 음료 성분(200)으로부터 생산된 음료의 산출율은 1.0 표준 편차 내에서 유지되는 복수개의 카트리지.
제1항 내지 제23항의 카트리지를 사용하기 위한 방법이며, 카트리지로의 입구 또는 카트리지로부터의 출구를 형성하기 위해, 카트리지가 일 이상의 정적 천공 요소에 상대적으로 변위되는 카트리지 사용 방법.
일 이상의 음료 성분(200)을 포함하고 사실상 공기 및 물이 침투할 수 없는 재료로 형성된 카트리지(1)이며, 상기 카트리지는 일 이상의 음료 성분을 포함하는 챔버를 한정하고 뚜껑(5)을 더 포함하며, 사용시 수성 매체의 유입과 유출 모두를 수용하도록 카트리지가 수평 방향으로 있을 때 뚜껑이 천공 가능하도록 카트리지가 형성되어서, 챔버 내의 일 이상의 음료 성분과 수성 매체의 상호 작용으로부터 음료를 형성하는 카트리지.
제25항에 있어서, 수성 매체의 유입은 제1 챔버로 향하고 음료의 유출은 제2 챔버로부터 이루어지는 카트리지.
제26항에 있어서, 제1 챔버는 매니폴드 챔버인 카트리지.
제26항 또는 제27항에 있어서, 제2 챔버는 배출 챔버인 카트리지.
제28항에 있어서, 매니폴드 챔버 및 배출 챔버와 분리되어 있는, 일 이상의 음료 성분을 포함하는 저장 챔버를 더 포함하는 카트리지.