KR20110138280A - 추출 산물용 캡슐, 그의 제조방법 및 커피 추출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 추출 산물 또는 추출물이 충전된 내부가 밀폐된 캡슐(1)은 추출액을 도입하고 추출 과정 후 캡슐의 내부에서 제조되는 추출 산물을 배출하기 위해 주입 장치 또는 배출 기기의 천공 부재에 의해 공지된 방식으로 천공될 수 있다. 본 발명은 상기 캡슐이 직육면체 또는 주사위 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

추출 산물용 캡슐, 그의 제조방법 및 커피 추출 장치{CAPSULE FOR AN EXTRACTION PRODUCT, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF, AND DEVICE FOR BREWING COFFEE}

본 발명은 캡슐 내 함유되어 있는 추출 원료, 예를 들면 분쇄 커피로부터 음료 등의 제조에 관한 것이다. 특히 본 발명은 1회 분량의 팩으로서 구멍이 형성될 수 있는 캡슐 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

1회 분량의 팩 안에 존재하는 추출 원료로부터 음료 등을 제조하기 위한 추출 장치는 예를 들어 커피 또는 에스프레소 기기로서 공지되어 있고 지속적으로 인기가 증가하고 있다. 많은 관련 시스템에서, 1회 분량의 팩은 그 안에 추출 원료가 예를 들면 기밀 방식으로 밀폐되어 있는 캡슐로서 형성되어 있다. 추출을 위해 캡슐은 2개의 대향면에 구멍이 형성되어 있다. 제1면에서는 추출액-일반적으로 고온수-이 도입된다. 제2면에서는 추출 산물이 캡슐로부터 배출된다. 이때 제조할 음료와 시스템에 따라 캡슐의 내부에는 예를 들면 5-20 바아의 상당한 압력이 형성될 수 있다.

이러한 캡슐은 호일을 떼어내고 커버 등을 제거하여 개봉하는 필터 커피의 1회 분량의 팩과 혼동해서는 안 되고 - 전적으로 다른 요건들을 만족해야 하고- 항상 고압에 노출되는 것은 아니다. 이들은 "필터 패드"의 향기-밀봉 외부 포장과 비견할 바 아니다. 커피 머신의 추출 모듈(브루잉 모듈)(brewing module)에서, 본 명세서에 기재된 유형의 캡슐은 고온의 추출액(hot brewing liquid)에 의해 대개 수평 또는 수직으로 통과하므로, 언급한 대로 내부에서 상당한 압력에 노출되게 된다. 이 또한 밀봉의 문제가 발생하여; 결국에는 가압된 추출액은 캡슐을 지나서 배출 장치에 직접 유입된다.

캡슐 재료로서 특히 알루미늄과 플라스틱, 예를 들면 폴리프로필렌이 알려져 왔다. 알루미늄 캡슐은 장시간 추출 원료를 신선하게 유지하지만, 제조하는데 상당한 에너지를 사용한다. 폴리프로필렌 캡슐은 에너지 소비와 처리와 관련하여 장점이 있지만, 구멍 형성 기구에 대해서 많은 요건이 따른다.

심가공한(deep drawn) 캡슐은 재료 소비와 관련하여 특히 유리하지만, 항상 분명한 원뿔형태를 갖는다.

여과 수단을 일체화한 캡슐과 단순히 추출 원료를 둘러싸는 쉘을 포함하는 캡슐은 모두 시장에서 입수 가능하고, 이 때문에 캡슐로부터 추출 원료가 추출 산물과 함께 바람직하지 않게 배출되지 않도록 구멍 형성 기구를 구성하여야 한다.

여과 수단을 일체화하지 않은 캡슐의 일례가 예를 들면 EP 1 886 942에 개시되어 있다.

시판 중인 캡슐들은 일반적으로 회전 대칭적이고 적절한 기능성을 위해 필요한 다음과 같은 3개의 기능을 갖는 외곽 칼라부를 포함한다:

- 상기 칼라부는 캡슐의 내부 공간으로부터 충분한 거리에서 초음파 용접하기 위한 에너지 디렉터 또는 열용접을 위해 충분한 표면적을 포함한다는 점에서 충전 조작 중에 캡슐을 밀폐시키는 기능을 한다;

- 상기 칼라부는 추출(브루잉) 조작(brewing operation) 전에 캡슐을 고정시키는 기능을 한다;

- 상기 칼라부는 추출액이 캡슐을 지나 직접 배출 기기로 전혀 유입되지 않기 때문에 추출 동작 중에 밀봉하기 위해 필수적이다.

종래기술에 따른 캡슐의 경우, 추출 챔버(브루잉 챔버)(brewing chamber)의 해당 수용용기에 매우 정확하게 끼워지는 원뿔형태가 추가적인 밀봉 기능을 담당할 수 있다.

시판 중인 캡슐 중 많은 캡슐은 컵 형태로 성형, 즉 축을 중심으로 회전 대칭적이며 원뿔형태이다. 대개 컵-형상의 캡슐의 커버는 실제 컵과는 측면과 바닥면을 형성하는 재료 조성이 다르다. 이때, 커버 또는 바닥면을 통해 추출액이 주입되고 이에 따라 바닥면 또는 커버를 통해 추출 산물의 배출이 이루어진다. 이러한 형태의 캡슐은 기계적 안정성과 기술적 제조 관점 모두에서 성공적인 것으로 밝혀졌다.

특히 문제가 되는 것은 추출 과정 중에 추출 원료의 소용돌이가 수반된다는 점이다. 추출 과정 중에 액체는 캡슐을 고속으로 통과한다. 추출 원료의 압축도가 제한적인 경우에는 상기 추출 원료는 추출 과정 중에 상당히 소용돌이친다. 이러한 이유로 캡슐 충전 과정 중에 추출 원료를 강하게 압축하는 것이 이미 제안되었다(EP 1 886 942). 그러나 이 방법은 다소 복잡하고 압축하여 얻어지는 추출 원료의 펠렛 형상 일관성이 캡슐 이송 중에 상실될 수 있다.

추출 제조된(brewed) 음료용 1회 분량의 캡슐과 관련하여 많이 논의되고 있는 또 다른 문제점은 에너지 평형에 악영향을 미치는 복잡한 포장이다.

본 발명의 목적은 종래기술의 단점을 극복하고 에너지 평형과 가요성 면에서 개선된 해결방안을 제시하는 추출 제조 음료용 등의 캡슐을 제공하는데 있다.

상기 목적은 특허청구범위에 정의되어 있는 발명에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 1회 분량의 캡슐은 서두에서 언급한 유형으로, 추출 원료가 예를 들면 기밀식으로 밀폐되고 2개의 대향면에서 캡슐에 구멍을 형성함으로써 추출이 이루어지는 유형이다. 제1면에서는 추출액-일반적으로 고온수-이 도입된다. 제2면에서는 추출 산물이 캡슐로부터 배출된다. 이때, 제조할 음료와 시스템에 따라 캡슐은 예를 들면 5-20 바아, 특히 10 바아가 넘는 상당한 내부 압력을 견뎌야 한다. 그렇다고 예를 들면 1-2 바아에 불과한 저압을 이용하는 아메리칸 스타일 필터 커피의 추출 과정에서 상기 캡슐을 사용하는 것이 배제되지는 않는다.

상기 캡슐은 그 내부에 다공(sieving) 부재 또는 지지 부재 등이 배치되지 않아; 예를 들면 적어도 여러 면의 벽 두께가 균일한 캡슐 벽과 캡슐 충전부(추출 원료)만으로 이루어진다.

본 발명의 일 요지에 따르면, 상기 캡슐은 정육면체 또는 직육면체 형태이고 돌출 칼라부 등을 갖지 않는다.

본 명세서에서 직육면체 또는 정육면체-형상이란 기능적으로 매우 다른 정도까지 기하학적으로 정확한 직육면체 또는 정육면체 형태로부터 벗어나지 않은 형태를 기술하는 것으로, 예를 들면 바닥 영역을 연결하는 측면이 바닥 영역에 대한 수직선을 기준으로 최대 3˚ 또는 2˚ 이하, 바람직하게는 최대 1˚ 이하의 매우 작은 경사각 α만큼 경사져 있는 직사각형 또는 정사각형 바닥 영역을 가진 각추대 형태를 포함한다. 언급한 바와 같이, 직육면체 또는 정육면체 형태는 말단면의 평면에서 캡슐 기본 구조체로부터 돌출하고 안내홈에 캡슐을 고정시키기 위해 제공되는 외곽 칼라부를 갖지 않는다. 그러나 상기 직육면체 또는 정육면체-형상의 캡슐은 제조 과정 중에 형성되어(예를 들면 용접 비드) 예를 들면 최대 1.5 mm 또는 1 mm, 0.8 mm, 0.6 mm, 특히 바람직하게는 0.5 mm만큼 측면방향으로 돌출하는 외곽 모서리를 포함하고, 이들의 제한된 치수는 정육면체 또는 직육면체 형상의 기능은 크게 훼손되지 않으면서도 예를 들면 말단면의 평면으로부터 후퇴되어 있다.

이 형태의 큰 장점은 첫 번째로 추출 원료를 서로 다른 면으로부터 압축할 수 있다는 것인데, 이 장점은 컵-형상의 캡슐의 경우 나타나지 않는다. 특히, 추출 원료가 캡슐에 이미 충전된 경우에는 2개의 대향 측벽을 서로를 향해 압착함으로써 추출 원료를 압축할 수도 있다. 컵-형상의 캡슐의 경우, 비파괴적인 방식으로 쉽게 압착할 수 없다. 바람직하게는, 상기 캡슐은 체적-감소 효과를 가진 탄성력에 의해 2개의 대향 측벽(또는 이들 측벽 위의 중심 위치)을 변형할 수 있도록 형성된다. 이러한 변형은 실온에서의 상태 변화를 의미하며 고온 상태에서 플라스틱 캡슐 벽의 영구적인 변형을 배제하는 것은 아니다.

두 번째로, 충전성이 확연하게 개선되는 장점이 있다. 충전 밀봉된 캡슐을 순차적으로 직렬 배열하여 실질적으로 중간 공간이 없는 적층체를 얻는 방법으로 다른 캡슐의 상부에 적층할 수 있고, 보기 좋은 외관-예를 들면 정육면체로서-을 제공하면서도 외부 포장을 최소로 하여 관리할 수 있다.

바람직하게는 상기 캡슐의 모든 면, 즉 서로 대향 위치하는 모든 쌍의 면에 구멍을 형성할 수 있다. 이는 해당 정육면체의 면 위의 캡슐 벽이 적절한 금속 선단부에 의해 천공될 뿐 아니라 한 쌍의 대향면에 구멍이 형성된 캡슐은 액체가 도입되고 추출액이 추출면과 천공부 위치에서만 흐를 때 추출 압력에 견딘다는 것을 의미한다.

상기 캡슐은 모든 면, 모서리 및 꼭짓점을 포함하는 벽에 의해 긴밀한 산소-밀봉 방식으로 밀폐된다. 따라서 캡슐을 완전히 또는 부분적으로 덮는 별도의 호일과 캡슐용 산소-밀봉 백 등이 전혀 필요하지 않게 된다. 공지 시스템과 비교하여 폐기물의 양이 훨씬 적게 된다.

바람직하게는, 상기 캡슐의 모든 면은 실질적으로 동일한 재료 조성으로 이루어진다. 특히, 상기 캡슐의 모든 면은 실질적으로 동일한 두께를 가질 수도 있다. 환언하면, 기본 구조체와 다르게 구성되는 특수한 커버 호일이 불필요하다. "실질적으로 동일한 두께"란 예를 들면 서로 다른 면의 두께가 최대 30% 이하만큼 다르다는 것을 의미할 수 있다.

정육면체 형태가 특히 유리하다. 모든 면이 동일한 재료 조성과 두께로 구성되는 경우, 정육면체-형상의 캡슐이 추출 장치(커피 머신 등)의 추출 모듈에 어떻게 장입되는지는 중요하지 않다. 정육면체 형태는 사용자가 부정확하게 조작할 우려를 감소시킨다.

상기 캡슐은 플라스틱으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 캡슐 재료로 폴리프로필렌(PP)이 특히 바람직하다. 다른 재료, 특히 식품과 친화성이 있는 다른 플라스틱도 생각할 수 있다. 플라스틱 캡슐의 구성에서 벽 두께는 바람직하게는 0.1 mm 내지 0.5 mm, 예를 들면 0.2 mm 내지 0.4 mm, 특히 0.25 mm 내지 0.35 mm이다.

플라스틱 캡슐을 구성할 때, 바람직하게는 플라스틱 시트를 변형(예를 들면 심가공)시켜 캡슐을 제조한다. 이 경우, 다른 공정-예를 들면 사출성형-과 비교하여 필요한 재료의 양을 크게 감소시킬 수 있다. 플라스틱 시트는 이미 공지된 방법으로 산소 차단층을 함유할 수 있다. 심가공 공정에 따르면 원뿔형태가 형성되기 때문에 미리 심가공한 플라스틱 캡슐은 항상 원뿔형이었다. 이와 관련하여, 본 발명(또는 그 실시형태)은 위에서 언급한 바대로 매우 유리하다고 밝혀진 원뿔형의 변형 형태를 선택한다는 점에서 완전히 새로운 방법을 채택한다. 이를 위해, 이러한 용도를 위해 구체적으로 개발한 특수한 성질의 심가공 도구를 이용한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 캡슐은 다음을 포함하는 커피 머신 또는 커피 머신의 추출 모듈과 함께 제공된다:

- 제1추출 모듈부 및

- 상기 제1추출 모듈부에 대해 상대 이동할 수 있고 제1추출 모듈부와 함께 캡슐로부터 추출 산물을 배출하기 위한 배출 기기와 추출액을 캡슐로 도입하는 주입기를 형성하는 제2추출 모듈부, 및 캡슐의 형상에 맞게 형성되고 추출 조작 중에 적어도 부분적으로 캡슐을 둘러싸는 추출 챔버, 상기 배출 기기와 주입기 각각은 추출 챔버가 밀폐될 때 캡슐을 천공하는 적어도 하나 이상의 천공 선단부를 포함하고,

- 상기 추출 챔버는 상술한 캡슐의 형상에 맞게 제조되고 주입기에 의해 캡슐에 도입된 추출액이 캡슐을 통과하여 배출 기기가 위치되어 있는 면에 도달할 수만 있도록 밀봉방식으로 기능한다.

환원하면, 이 방법은 밀봉 기능을 담당하는 외곽 칼라부를 필요로 하지 않는 대신에 실질적으로 정육면체-형상인 캡슐을 수납하지만 캡슐을 통해 가압하에서 추출액을 가져오는 수단을 포함하는 추출 챔버를 제공한다.

다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 추출 모듈은 칼라부-본 발명에 따르면 존재하지 않음-를 고정하는 고정 홈 등이 없는 대신에 캡슐이 추출 챔버로 직접 투입된다. 이는 예를 들면 제1추출 모듈부가 접촉 표면과 측면 안내부를 가진 캡슐 수용용기를 형성하는 것을 의미하는 것으로, 상기 접촉 표면은 투입 위치를 통해 투입된 캡슐이 측면 안내부에 의해 안내되어 접촉 표면 위에 위치되고, 상기 제2추출 모듈부는 추출 챔버를 밀폐하기 위해 제1추출 모듈부에 대해 상대 이동할 수 있으며, 접촉 표면과 측면 안내부는 추출 챔버의 벽의 일부를 형성하도록 위치된다.

또한 바람직하게는 상기 추출 모듈은 예를 들면 2개의 측면으로부터 캡슐을 압축하여 추출을 향상시키는 압축 수단을 포함한다. 상기 압축 수단은 예를 들면 캡슐 공간으로 스프링력에 반대방향으로 위치 이동될 수 있고 추출 챔버를 밀폐하는 중에 안내 캠에 의해 위치가 이동되는 2개의 핀을 포함할 수 있다.

상기 캡슐을 제조하기 위한 바람직한 방법은 다음과 같이 실시된다: 먼저, 5개의 면과 개방된 1면을 갖는 기본 정육면체(또는 이와 상응하는 다른 기본 다면체)를 적절한 플라스틱으로 제조한다. 이 플라스틱 정육면체는 포장 제조 공장에서 그리고 심가공 공정에 의해 제조할 수 있다. 다음, 개방된 기본 구조체를 충전 시설에서 추출 원료로 충전한다. 이어서, 상기 개방된 기본 구조체의 개방된 면에 바람직하게는 기본 구조체와 동일한 재료 조성을 포함하고 두께가 동일한 커버를 체결한다.

첫 번째 가능성에 따르면, 상기 체결은 기본 구조체의 외곽 모서리를 따라 예를 들면 초음파 용접, 열용접 또는 접착 결합에 의해 이루어진다. 이를 위해, 상기 기본 구조체는 먼저 개방 면 주위에 연속되어 있고 안쪽 또는 바깥쪽으로 돌출하며 커버가 용접 또는 접착 결합되는 칼라부를 갖는다. 초음파 용접에 의해 체결하는 경우, 상기 칼라부에는 에너지 디렉터가 구비될 수도 있다. 이 경우 상기 에너지 디렉터는 가능한 한 바깥쪽에 멀리 배치되지 않고 내부 근처에 배치될 수 있다는 점에서 공지의 해결방안과 다르다. 예를 들면 에너지 디렉터의 하나의 모서리와 캡슐의 내벽에 의해 한정되는 평면 사이의 거리 d는 0.7 mm 이하, 바람직하게는 0.6 mm, 0.5 mm 또는 0.4 mm 이하이고, 예를 들면 0.2 mm 내지 0.4 mm일 수 있다. -바람직한 바대로- 상기 칼라부가 바깥쪽으로 돌출하는 경우, 상기 커버는 기본 구조체의 개방 면보다 약간 더 클 수 있고, 예를 들면 칼라부의 외부 모서리까지 다소 돌출한다. 용접 후, 외곽 모서리는 정육면체 형태로부터 최소로 벗어나도록(적합한 다른 다면체) 경우에 따라 예를 들면 펀칭에 의해 적어도 부분적으로 분리될 수 있다.

두 번째 가능성에 따르면, 상기 기본 구조체도 먼저 바깥쪽으로 돌출하는 외곽 칼라부를 갖는다. 상기 커버는 평면 또는 -바람직하게는- 바깥쪽으로 꺽인 형태일 수 있다. 이후, 초음파 에너지가 초음파 발생기와 절단 앤빌(anvil) 사이에서 흡수되어 한편으로는 상대적으로 깊게 용접함으로써 큰 내압성을 갖도록 하고 다른 한편으로는 용접 과정에서 돌출 칼라부가 분리되는 효과가 있는 초음파 절단 및 밀봉 공정을 이용한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시형태를 기술한다. 도면에서, 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 나타낸다. 이들 도면은 일정한 비율로 나타낸 것이 아니라 도면마다 서로 부분적으로 대응되는 구성요소를 어느 정도 서로 다른 크기로 나타낸다. 도면에서:
도 1은 캡슐을 나타내는 도면이고,
도 2는 도 1의 캡슐의 변형예를 나타내는 도면이며,
도 3은 도 1의 캡슐의 다른 변형예를 나타내는 도면이고,
도 4는 거의 정육면체-형상으로 약간 각뿔대인 캡슐을 개략적으로 나타내며,
도 5는 캡슐의 일면에 구멍이 형성된 상태를 나타내고,
도 6은 캡슐의 모서리 또는 꼭짓점에 구멍이 형성된 상태를 나타내며,
도 7은 본 발명에 따른 캡슐을 제조하기 위한 보조 칼라부를 가진 기본 구조체를 나타내고,
도 8은 캡슐을 제조하기 위한 방법 중에 기본 구조체와 커버의 세부도이며,
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 캡슐을 제조하기 위한 또 다른 방법을 위한 기본 구조체와 커버를 나타내고;
도 11은 도 9 및 도 10에 따른 방법에 의해 제조되는 캡슐을 나타내며,
도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 캡슐과 함께 작동하기 위한 추출 모듈을 나타내는 도면이다.

도 1에 따른 캡슐(1)은 정육면체-형상이고 벽 두께가 0.1 mm 내지 0.5 mm, 바람직하게는 0.2 mm 내지 0.4 mm, 예를 들면 0.25 mm 내지 0.35 mm인 폴리프로필렌으로 이루어져 있다.

유럽 대륙인의 음용 취향에 맞는 각각의 커피 1회 분량을 위한 정육면체(1.2)의 모서리 바깥쪽 길이는 바람직하게는 24 내지 30 mm, 예를 들면 26 내지 27 mm이다. 바깥쪽 모서리 길이가 27.5 mm인 경우, 커피의 최대 충전 중량은 약 8.5g이다. 그러나 예를 들면 미국인의 커피 음용 취향에 맞는 1회 분량의 캡슐 각각의 크기는 다른 치수를 가질 수도 있다. 미국에서는 상기 캡슐의 바깥쪽 모서리 길이는 예를 들면 34 mm 이하, 특히 충전량이 약 14-15g인 경우 예를 들면 약 32 mm이다. 이러한 음용 취향을 위해 물의 유입 압력은 서로 다르게 선택될 수 있고 예를 들면 약 1-2 바아에 불과할 수 있지만, 그렇지 않은 경우에는 10-18 바아가 바람직하다.

대체로 바람직한 모서리 길이의 범위는 24 mm 내지 34 mm이다.

추출액을 도입하고 추출 산물을 배출하기 위해 상기 캡슐은 6개의 모든 면(1.1), 12개의 모든 모서리(1.2)와 8개의 모든 꼭짓점(1.3)에 구멍이 형성될 수 있으며, 상기 도입과 배출은 바람직하게는 서로 대향하는 면/모서리/꼭짓점에서 이루어진다.

도 2에 따른 도면에서, 정육면체-형상의 캡슐은 둥글게 처리된 모서리(1.2)로서 형성되는 모서리를 가질 수 있다. 나아가 도 2에서 하면에 위치하고 둘레 주위로 연속되며 측면으로 약간 돌출하도록 제조 과정 중에 형성되는 칼라부(1.4)가 있으며, 이에 대해서는 아래에서 더욱 상세하게 설명한다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 제조 중에 함께 형성되는 외곽 보강부(1.6)가 있을 수도 있다.

도 4에 따른 캡슐(1)도 역시 거의 정육면체-형상이다. 그러나 상기 도면에서 상부 면(1.1)은 하면에 비해 약간 더 커서 수학적 관점에서 엄밀하게 말하면 상기 캡슐은 각추대 형태를 갖는다. 상기 도면에서 바닥 영역에 대한 수직선 - 당연히 바닥 영역과 해당 측면 사이의 모서리를 통해 연장되어 있는 바닥 영역에 수직인 평면을 의미함 - 기준으로 측면의 경사각 α는 매우 작고; 바람직하게는 최대 2˚ 이하, 예를 들면 약 1˚에 불과하다. 더 나아가 상기 바닥 영역 위 캡슐의 높이는 바닥 영역의 모서리 길이에 거의 일치하고, 예를 들면 그 차이는 최대 5% 이하이다.

도 5는 천공 부재(3)로 캡슐의 측벽을 천공하는 것을 매우 개략적으로 도시하고 있다. 액체를 도입 또는 배출하기 위해 캡슐에 구멍을 형성하는 천공 부재들은 공지되어 있고 또한 계속하여 개발 중에 있다. 원칙적으로 본 발명에 따른 캡슐은 선택된 벽 두께를 가진 선택된 캡슐 재료에 구멍을 형성하기 위해 개발된 모든 종류의 천공 기구에 적합한바, 즉 본 발명에 따른 캡슐의 특정 형태는 다른 형태의 경우에 비해 천공 기구에 대해서 다른 조건을 전혀 요구하지 않는다. 그러나 다수 개의 분포된 천공 부재가 주입기 면, 특히 추출 면에 존재하고 중앙에는 천공 부재가 제공되지 않는 배치구조가 바람직하다.

도 6은 모서리로부터 캡슐(1)에 구멍을 형성하기 위한 적절한 배치구조를 도시하고 있다. 상기 배치구조는 모서리에 서로 근접 배치되어 액체가 도입되거나 배출될 수 있도록 상기 모서리를 연결하는 면을 천공하는 2개의 천공 부재를 가지고 있다. 또한 여러 쌍의 천공 부재가 모서리의 길이를 따라 배열되거나 모서리에 인접한 2개의 면에 서로 다른 수의 천공 부재가 배치될 수 있다. 꼭짓점으로부터 캡슐에 구멍을 형성하는 것도 생각할 수 있는데, 이 경우 바람직하게는 꼭짓점에 연결되는 캡슐의 각 면에 대해 하나씩 적어도 3개 이상의 천공 부재가 있다.

배출 또는 도입하기 위한 천공 부재의 적절한 배치구조가 바람직하게는 대향 면/모서리/꼭짓점에 제공되지만, 원칙적으로는 비대칭 배치구조(모서리를 통한 도입, 측면을 통한 배출 등)도 생각할 수 있다.

위에 기재한 유형의 캡슐을 제조하기 위한 방법은 첫 번째 가능성과 관련이 있으며, 도 7 및 도 8을 참고하여 아래에서 논의한다. 도 7에 도시되어 있는 일면이 개방되어 있는 정육면체-형상의 구조체(11)는 예를 들면 열성형에 의해 제조될 수 있다. 상기 도면에서 상부에 위치한 개구부에 인접한 측벽(11.1)은 개구부가 내면에서 측정된 바닥부의 영역보다 약간 크도록 정확하게는 개구부에 대향하는 측벽('바닥부')에 대한 수직선으로부터 아주 약간 -1˚만큼- 경사져 있다. 이 선택적인 특징은 정육면체-형상의 구조체가 충전되지 않은 상태에서 공간-절감 방식으로 적층될 수 있다는 효과를 갖는다. 본 발명에 따르면, 이 약간의 경사를 생략하여 정확히 정육면체-형상인 캡슐을 얻을 수도 있다: 이 경우, 충전되지 않고 개방된 정육면체-형상의 구조체는 더 이상 용이하게 적층할 수 없고 예를 들면 부피가 큰 적층체로서 이송하기에 유리하다.

상기 개구부의 영역에서, 외곽 칼라부(12)는 개방된 정육면체-형상의 구조체의 바깥쪽에 제공되며 매우 뚜렷하게 측면방향으로 돌출할 수 있다. 도 8에 따른 세부도에 도시된 바와 같이, 칼라부(12)는 위쪽(개방 면의 방향으로)을 향하며 상부 모서리(단면도에서 뾰족한 부분에 해당)를 갖는 봉우리(11.5)를 갖는다.

봉우리(11.5)를 갖는 칼라부(12)는 초음파 용접에 의한 커버(13)의 체결에 있어서 보조부로서 역할을 한다. 이를 위해 도 8에 도시되어 있는 대로 커버(13)를 위치시킨다. 이어서, 초음파 용접기의 초음파 발생기를 (도 8에 도시된 배향에 대해) 위로부터 상기 커버에 압착하고 초음파 진동부를 커버에 결합시킨다. 이 경우, 먼저 칼라부(12)는 대항력을 인가하는 역할을 한다: 초음파 진동을 실시하기 전에 추출 원료가 충전된 구조체(11)를 정사각형 개구부로 돌출되도록 접촉면(15) 위에 위치시키고, 구조체의 단면에 상응하도록 성형하며, 이 개구부의 모서리에서 칼라부(12)와 표면 접촉하게 한다. 그 결과, 상기 구조체는 초음파 용접 중에 고정되고, 필요한 대항력은 구조체(11)의 안정성과 관계없이 인가될 수 있다. 봉우리(11.5)는 초음파 용접 과정 중에 에너지 디렉터로서의 역할을 한다. 상기 봉우리의 영역에서, 초음파 에너지는 우선적으로 열로 전환되어 커버(13)의 재료와 구조체(11)의 재료가 봉우리 근처에서 융해되기 시작하여 서로 용착된다. 봉우리(11.5) 대신에 또는 그 외에, 상기 칼라부는 에너지 디렉터로서 역할을 하는 다른 구조들, 예를 들면 다수의 선단부 등을 가질 수 있다.

초음파 용접 과정 후, 상기 칼라부를 펀칭에 의해 제거할 수 있다. 상기 칼라부를 제거하면 도 2에 도시된 바와 같이 칼라부가 기껏해야 아주 약간(예를 들면 0.1 mm 이하만큼)만 돌출되어 남게 되는 칼라부(1.4)를 갖는 도 3에 도시되어 있는 정육면체가 제조된다.

이를 위해 - 도 8에 나타낸 바와 같이 - 종래기술로부터 공지된 바대로 에너지 디렉터(여기에서는 봉우리(11.5))는 펀칭-제거 과정 중에 펀칭 도구가 용접 전에 에너지 디렉터가 있었던 위치 바깥쪽에서 접촉하는 것이 바람직하기 때문에 칼라부 위에서 가능한 한 멀리 바깥쪽에 위치하지 않고 구조체(11)의 내벽 근처의 내면에 위치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 봉우리(11.5)에 의해 형성되는 모서리와 내벽 사이의 거리 d는 0.7 mm 이하, 특히 바람직하게는 예를 들면 최대 0.6 mm, 0.5 mm 또는 0.4 mm 이하, 예를 들면 0.25 mm 내지 0.4 mm이다.

상기 두 번째 가능성에 따른 제조방법(초음파 절단 및 밀봉 공정을 갖는)을 위해 이용할 수 있는 캡슐 구조체(11)(약간 과장되게 도시된 약간의 원뿔 형태를 가짐) 및 상기 커버의 변형예가 도 9 및 도 10에 각각 도시되어 있다. 상기 캡슐 구조체의 칼라부(12) 및 상기 커버의 칼라부(13.2)를 앤빌에 차례로 위치시킨 다음 초음파 절단 및 밀봉 공정에 의해 분리시켜 아주 약간만 돌출한 용접 비드를 갖는 정육면체-형상의 캡슐을 얻는다. 위에 기재한 실시형태와 다른 점은 캡슐 구조체가 측벽의 폭에 비해 높이가 약간 작으며 커버가 바깥쪽으로 절곡되어(도면에서 커버 내부(13.1)의 곡률을 매우 잘 볼 수 있음) 부족한 정육면체 높이를 보충한다. 그 결과, 상기 용접 비드가 상부 말단면으로부터 약간 후퇴, 즉 아래쪽으로 후퇴된다.

도 11은 위에서 언급한 초음파 절단 및 밀봉 공정에 의해 제조되는 캡슐(1)의 일례를 도시하고 있다. 0˚와 약간 다른 1˚의 각 α(또한 도 4 참조) 및 크기가 27.5 × 27.5 × 27.5 mm인 정육면체의 경우 최대 약 d = 0.35 mm, 즉 최대 약 3%만큼 모든 면 위에서 측면방향으로 돌출해 있는 외곽 용접 비드(14)를 분명하게 볼 수 있다. 이미 언급한 바와 같이, 상기 용접 비드는 상부 말단면 기준으로 아래쪽으로 약간 후퇴되어 있다.

도 12 및 도 13은 캡슐(1)을 구비한 추출 모듈을 나타내고 있다. 이미 공지된 방법으로, 상기 추출 모듈은 2개의 수직 안내 벽을 가진 구조물 사이에 안내되고 피벗 핀(106)을 중심으로 피벗 이동할 수 있는 작동 레버에 의해 서로에 대해 상대 이동할 수 있는 배출 기기(103)와 주입기(104)를 갖는다. 도시되어 있는 실시형태에서, 상기 주입기는 배출 기기(103)의 방향으로 작동 레버의 피벗 이동에 의해 위치가 이동될 수 있지만, 상기 배출 기기는 구조물에 대해 상대 이동할 수 없다.

도 12에서 1회 분량의 정육면체 캡슐을 투입하기 위한 투입 개구부(107)를 분명하게 볼 수 있다. 상기 투입 개구부는 구조물 내 형성되어 있고, 배출 기기(103)의 영역에 위치되어 있으며, 상기 배출 기기와 같이 작동 레버의 이동 중에 정지 상태에 있게 된다. 상기 투입 개구부는 투입될 때 캡슐 경사도가 너무 커질 우려없이 캡슐에 대한 중앙 집중 효과를 위해 약간 원뿔형으로 아래쪽으로 뾰족하게 할 수 있다.

작동 상태에서, 상기 추출 모듈은 커피 머신의 수평 추출 모듈로서 제공되며, 상기 추출 모듈 이외에 물 탱크, 물 가열 장치(예를 들면 유동식 히터) 및 추출 물을 주입기(104)에 공급하기 위한 펌프를 포함한다. 상기 주입기의 적절한 공급 관로(118)를 이미 공지된 방법에 의해 형성할 수 있다; 공급 관로(118)는 본 발명의 요지가 아니므로 본 명세서에서는 더 이상 구체적으로 기재하지 않는다. 상기 주입기는 공급 개구부가 마련된 적어도 하나 이상의 구멍형성용 선단부(112)를 가져 상기 캡슐에 구멍을 형성할 수 있고 상기 공급 개구부를 통해 추출액을 공급할 수 있다. 상기 커피 머신은 예를 들면 추출 챔버 하부에 배치되고 추출 조작 후 작동 레버의 인상에 의해 캡슐이 자동으로 토출되는 캡슐 용기를 갖는다.

배출 기기(103)에는 또한 적어도 하나 이상의 천공 선단부(111)가 구비되어 있고 배출 개구부가 마련되어 있다. 이 배치구성에 따라 또한 배출 기기로부터 빠져나온 후 나타나는 커피(등)가 원하는 곳에 위치한 컵으로 흐르도록 전달하는 배출관이 있다.

도 12에서 특히 잘 볼 수 있는 바와 같이, 배출 기기(103)는 안착 영역(20)을 한정하면서 투입 개구부를 통해 투입된 캡슐을 위한 접촉 표면(21)을 가진 캡슐 수용용기를 형성한다.

상기 추출 챔버가 개방될 때 제1측벽에 의해 안내되고 투입 개구부를 통해 투입되는 거의 정육면체-형상인 캡슐은 접촉 표면(21) 위에 안착될 것이다.

상기 주입기는 2개의 면 각각에 압착 핀(32)을 갖는데, 상기 압착 핀은 안착 위치에서는 측벽(115) 위 안쪽으로 돌출하지 않고 방향전환 위치에서는 측벽을 넘어 안쪽과 추출 공간으로 돌출하도록 안내판(31)을 통해 제공되고 도면에 도시되어 있지 않지만 압착 핀의 칼라부(32.1)와 측벽(115) 사이에 배치되어 있는 스프링의 스프링력에 반대방향인 안쪽으로 위치 이동이 가능하다. 동시에 칼라부(32.1)는 또한 안내판(31)과 함께 방사상으로 압착핀(32)을 바깥쪽으로 이동시키기 위한 정지부를 형성한다.

도 13에는 압착핀(32)의 동작 방식이 명확하게 도시되어 있다. 추출 모듈의 측부에는 2개의 면 각각에 캠웨이(42)가 일체로 형성되어 있다. 이러한 캠웨이는 해당 측벽 자체나 도시되어 있는 바와 같이 측벽에 체결된 캠웨이 부재(41)에 형성될 수 있다. 압착핀(32)은 캠웨이(42)에 대해 바깥쪽으로 스프링력에 의해 압착된다. 주입기(104)의 위치가 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동하는 중에 압착핀(32)은 캠웨이의 형상에 의해 스프링력에 반대방향인 안쪽으로 향하게 된다. 그 결과, 삽입된 캡슐은 2개의 면 위에서 압축되고; 압착 핀의 안쪽 방향으로 예를 들면 2 내지 8 mm, 바람직하게는 3.5 내지 7 mm 이동될 수 있다. 그 결과, 상기 캡슐 내 커피 분말은 특히 중앙 영역에서 압축된다. 또한 결과적으로 중앙에 흐르는 추출액은 캡슐의 둘레를 따라 흐르는 추출액에 비해 저항을 덜 받지 않게 된다.

상기 추출 챔버가 밀폐 상태로 전환하는 동안, 캡슐은 또한 배출 기기가 위치한 면으로 쉽게 위치 이동됨으로써 배출 기기의 구멍형성용 선단부(111)와 주입기의 구멍형성용 선단부(112)에 의해 2개의 면에서 구멍이 형성된다.

상기 추출 원료를 압축하는 것 외에, 압착핀(32)은 또 다른 기능을 갖는다. 상기 추출 챔버가 추출 조작 후 개방될 때 압착핀은 아래쪽으로 캡슐 용기(미도시)에 낙하하도록 캡슐의 위치를 캡슐 수용용기로부터 주입기 면 방향으로 이동시킨다. 상기 주입기가 위치 이동하는 중에 압착핀(32)이 추출 챔버의 내부에 먼저 도달하여 캡슐을 고정하는 과정은 자동으로 진행되며; 캡슐의 무게중심이 이미 안착 영역을 벗어나 있는 도 12에 도시한 위치에서는 이러한 고정이 거의 해제된다. 상기 캡슐의 충전도에 따라 이 효과는 추출 조작 후 보통 팽창되어 캡슐 벽을 약간 바깥쪽으로 불거지게 하는 경향이 있는 추출 원료에 의해 더 강화된다.

또한 도 13에는 주입기 면 위의 구멍형성용 선단부(112)가 배출 기기 면 위의 구멍형성용 선단부(111)와 서로 다른 거리로 이격되어 있음을 볼 수 있다. 도시된 예에서는 주입기 면 위의 구멍형성용 선단부(도면에서는 이격 거리가 19 mm임)는 배출 기기 면의 구멍형성용 선단부(도면에서는 이격 거리가 14 mm임) 보다 확실히 더 바깥쪽으로 배치되어 있다. 일반적으로 선단부 사이의 거리는 예를 들어 적어도 15% 이상만큼 크게 다른 것이 바람직하다.

상기 추출 챔버는 추출 조작 중에 추출 물이 캡슐을 지나 배출 기기로 전혀 유입될 수 없고 배출 기기 외에 다른 곳으로 추출 산물이 전혀 흐르지 않도록 형성된다.

Claims (15)

1. 추출 원료가 충전된 밀폐된 내부 공간을 둘러싸고 여과 수단 및 벽과 상기 추출 원료 사이에 배치되는 다른 구성요소가 전혀 없는 캡슐 벽을 포함하는 커피 머신용 1회 분량의 캡슐(1)로서, 상기 추출 원료가 각 면에 직접 위치하고 커피 머신의 추출 챔버를 밀폐시켜 주입 기기 또는 배출 기기의 천공 부재(3)에 의해 상기 캡슐 벽이 천공되어 가압하에서 추출액을 도입할 수 있고 추출 조작 후 캡슐 내 제조되는 추출 산물을 배출할 수 있으며 추출 조작 중에 양압하에 있도록 캡슐을 구성하되, 상기 캡슐은 정육면체 또는 직육면체 형태를 갖고 표면으로부터 돌출하고 정육면체 또는 직육면체 형태로부터 크게 벗어나는 고정 부재, 칼라부 또는 모서리부가 없는 것을 특징으로 하는 캡슐.
2. 제1항에 있어서, 상기 캡슐이 정육면체-형상인 것을 특징으로 하는 캡슐.
3. 제2항에 있어서, 상기 캡슐은 정육면체의 모든 쌍의 대향면에 구멍이 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 캡슐.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐은 6개의 모든 면이 본질적으로 동일한 재료 조성을 포함하고 본질적으로 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 캡슐.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐은 탄성 대항력에 반대 방향으로 2개의 대향 측벽 위 각각의 중심 위치에 대한 가압에 의해 체적-감소 방식으로 압축될 수 있는 것을 특징으로 하는 캡슐.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벽 두께는 0.1 mm 내지 0.5 mm인 것을 특징으로 하는 캡슐.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐은 플라스틱, 바람직하게는 폴리프로필렌으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캡슐.
8. 제7항에 있어서, 상기 캡슐의 6개의 면 중 적어도 5개가 플라스틱 시트를 변형시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 캡슐.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나 이상의 캡슐과, 추출 모듈을 가진 커피 머신을 포함하는 커피 추출용 장치로서, 상기 추출 모듈은
   - 제1추출 모듈부(103), 및
   - 상기 제1추출 모듈부에 대해 상대 이동할 수 있고 제1추출 모듈부와 함께 캡슐로부터 추출 산물을 배출하기 위한 배출 기기와 추출액을 캡슐로 도입하는 주입기를 형성하는 제2추출 모듈부(104), 및 캡슐의 형상에 맞게 제조되는 형태를 갖고 추출 조작 중에 적어도 부분적으로 캡슐을 둘러싸는 추출 챔버를 포함하되, 상기 배출 기기와 주입기 각각은 추출 챔버가 밀폐될 때 캡슐을 천공하는 적어도 하나 이상의 천공 선단부를 포함하고, 상기 추출 챔버는 상술한 캡슐의 형상에 맞게 제조되고 주입기에 의해 캡슐에 도입된 추출액이 캡슐을 통과하여 배출 기기가 위치되어 있는 면에 도달할 수만 있도록 밀봉방식으로 기능하는 커피 추출용 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 추출 모듈이 캡슐을 추출 챔버에서 체적-감소 방식으로 압축시키는 압축 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제8항에 따른 캡슐의 제조방법으로서,
    - 제6면이 개방되어 있는 5개의 면을 가진 기본 다면 구조체(11)를 열성형에 의해 제조하는 단계,
    - 기본 구조체(11)를 추출 원료 또는 추출물로 충전하는 단계;
    - 형성된 내부 공간을 완전히 둘러싸도록 개방되어 있는 제6면의 외곽 모서리를 따라 커버(13)를 체결하는 단계를 갖는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 기본 구조체가 외곽 모서리를 따라 배치되어 있는 칼라부(12)을 구비하도록 제조되고, 커버(13)의 체결 중에 상기 칼라부에서 커버가 기본 구조체에 용접되거나 접착 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 용접 또는 접착 결합 중에 칼라부(12)가 접촉 표면(15) 위에 지지되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커버가 초음파 용접에 의해 기본 구조체에 체결되는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제12항 또는 제13항에 대해 제14항에 있어서, 상기 초음파 용접 중에 칼라부(12)가 초음파 작용에 의해 동시에 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
    

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