KR20210101211A - 개방 수단과의 맞물림을 위한 변위가능 멤브레인을 갖는 식품 또는 음료 제조용 캡슐 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 식품 또는 음료 제조용 캡슐(1)로서, 중공 몸체(2), 및 캡슐 내로의 유체 주입을 위해 천공될 주입 벽(4); 몸체 내측에 형성되고 성분을 함유하는 챔버(10); 챔버의 저부 단부에 배치되는 멤브레인(9); 및 멤브레인(9) 부근에서 챔버(10) 외측에 배치되는 개방 수단(15)을 포함하는, 캡슐에 관한 것이다. 개방 수단(15)은 상기 멤브레인(9)이 개방 압력 하에서 상기 개방 수단(15)에 대해 가압될 때 멤브레인(9)을 개방하도록 구성된다. 멤브레인은 몸체(2)와 멤브레인(9) 사이의 밀봉을 제공하는 접착 시일(11)에 의해 캡슐의 몸체(2)에 부착된다. 해제 압력이 챔버(10) 내측에 확립될 때, 접착 시일 비드(11)는, 그가 멤브레인과 캡슐 몸체(2) 사이의 부착을 유지시키는 동안, 멤브레인(9)이 몸체(2)에 대해 상대적으로 변위되고 개방 수단(15)에 대해 맞물리도록 허용한다.

Description

개방 수단과의 맞물림을 위한 변위가능 멤브레인을 갖는 식품 또는 음료 제조용 캡슐

본 발명은 식품 또는 음료 제조를 위한 성분을 함유하는 중공 몸체를 포함하는 식품 또는 음료 캡슐의 분야에 관한 것이다. 식품 또는 음료 제조 분야에서, 상기 캡슐에 함유된 성분을 식품 또는 음료 제조 기계 내에 포함된 가압원으로부터 공급되는 유체와 혼합하기 위해 1인용(single-serve) 캡슐을 사용하는 것은 알려져 있다. 더 구체적으로, 그러한 캡슐은 제조 압력 하에서의 유체에 의한 추출 또는 유체 내로의 용해에 의한 식품의 제조 또는 음료 제조를 위해 적응된다. 이는 커피(그러한 경우에, 성분은 수증기 및/또는 액체 온수로 추출될 분쇄되고 로스팅된 커피임), 및 온수나 냉수 또는 우유로 용해될 인스턴트 커피, 핫 초콜릿, 또는 수프 또는 다른 탈수(dehydrated) 식용 제품과 같은 음료의 제조를 위한 가용성 성분 또는 가용성 성분들의 혼합물의 제조를 포함한다.

폐쇄된 캡슐의 내용물(즉, 성분)을 압력 하에서 추출 및/또는 용해하는 원리는 알려져 있으며, 전형적으로, 캡슐을 기계의 리셉터클 또는 공동 내로 삽입하는 것, 및 대체적으로, 기계 상에 장착된 유체 주입 바늘과 같은 천공 주입 요소로 캡슐의 일 면을 천공한 후에, 물질을 추출하거나 또는 그를 용해하고 이어서 추출된 물질 또는 용해된 물질을 캡슐을 통해 방출하도록 캡슐 내측에 가압 환경을 생성하기 위해, 일정량의 가압수 또는 다른 적응된 유체를 캡슐 내로 주입하는 것으로 이루어진다.

그러한 식품 제조의 응용을 위해 그리고 특히 음료 제조를 위해 캡슐들이 개발되어 왔는데, 이는 본 출원인의 유럽 특허 EP 1784344 B1호 또는 유럽 특허 출원 EP 2062831호에 기재되고 청구되어 있다.

요약하면, 그러한 캡슐들은 전형적으로 하기를 포함한다:

중공 몸체, 및 액체 및 공기에 대해 불투과성이고, 몸체에 부착되며(또는 몸체와 일체로 제조되며), 예컨대 기계의 주입 바늘에 의해 천공되도록 적응되는 주입 벽;

추출될 분쇄되고 로스팅된 커피의 베드(bed), 또는 가용성 성분 또는 가용성 성분들의 혼합물을 함유하는 챔버; 및

통상적으로 알루미늄으로 제조되고, 캡슐의 저부 단부에 배치되며, 몸체에 부착되는 멤브레인.

멤브레인은, 가압 유체가 캡슐 내로 도입될 때 챔버 내의 내부 압력을 유지시키기 위해, 챔버를 폐쇄한다.

음료 전달을 위한 챔버의 개방은 챔버 내의 압력을 증가시킴으로써 달성된다. 이러한 압력은 물과 같은 일정량의 가압 유체를 챔버 내로 도입함으로써 증가된다. 내부 압력이 충분할 때, 멤브레인은 개방 수단과의 접촉 시에 개방된다. 본 발명은 캡슐 내에 개방 수단을 갖는 캡슐, 또는 바꾸어 말하면, 음료 추출 시에 캡슐 내로 도입되는 유체의 압력의 상승에 의해 활성화되는 자체 개방 수단을 포함하는 캡슐에 관한 것이다. 이러한 유형의 캡슐은, 예를 들어, 유럽 특허 출원 EP 1472156호에 개시되어 있다. 개방 수단은 캡슐 내에, 챔버 외측에, 멤브레인 부근에 배치된다. 충분한 압력이 챔버 내측에 확립될 때, 멤브레인은 상기 개방 수단에 대해 가압되는 경향이 있고, 절단되거나 인열되며, 그에 따라 개방된다. 음료는 이렇게 생성된 개구를 통해 유동한다.

개방 수단은, 예를 들어, 융기되고 함몰된 요소(raised and recessed element)들을 포함하는 이른바 "피라미드 플레이트"에 의해 형성된다. 멤브레인은 그가 인열되어 개방될 때까지 캡슐의 챔버 내의 압력의 상승의 영향 하에서 피라미드 플레이트의 융기되고 함몰된 요소와 맞물린다.

그러한 캡슐에서는, 멤브레인에 관하여 절충안을 찾아야 한다. 한편으로는, 그는 압력이 챔버 내측에서 원하는 수준까지 상승하도록 허용하기에 충분히 경질이어야 하지만, 다른 한편으로는 멤브레인은 개방 수단과 정확하게 맞물리도록 신장되어야 한다.

그 결과, 현재의 설계가 양호한 결과를 제공하지만, 그는 캡슐이 개방되는 방식이 완벽하게 규칙적이지 않고 캡슐마다 재현가능하지 않기 때문에 최적화될 수 있다.

따라서, 본 발명은 전술된 문제를 해결하는 식품 또는 음료 제조용 캡슐에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 식품 또는 음료 제조용 캡슐로서,

중공 몸체, 및 액체 및 기체에 대해 불투과성이고, 몸체에 부착되며, 캡슐 내로의 유체 주입을 위해 천공되도록 적응되는 주입 벽;

몸체 내측에 형성되고, 압력 하에서의 유체와의 용해 또는 제조 압력 하에서의 유체에 의한 추출에 의해 식품 또는 음료를 제조하기 위한 성분을 함유하는 챔버;

챔버 내의 내부 압력을 유지시키기 위해, 챔버의 저부 단부에 배치되는 멤브레인; 및

멤브레인 부근에서 챔버 외측에 배치되는 개방 수단 - 개방 수단은 상기 멤브레인이 개방 압력 하에서 상기 개방 수단에 대해 가압될 때 멤브레인을 개방하도록 구성됨 - 을 포함하는, 캡슐이 제공된다. 멤브레인은 접착 시일에 의해 캡슐의 몸체에 부착되고, 접착 시일은, 개방 압력보다 작은 해제 압력이 챔버 내측에 확립되고 멤브레인의 표면의 적어도 일부에 인가될 때, 몸체와 멤브레인 사이의 부착을 유지시키면서, 멤브레인이 몸체에 대해 상대적으로 변위되고 개방 수단에 대해 맞물리게 허용하도록 구성된다.

따라서, 본 발명에 따른 캡슐은 챔버 내측의 압력에 의해 멤브레인에 충분한 힘이 인가될 때 캡슐의 몸체에 대한 멤브레인의 약간의 이동을 허용한다. 종래 기술과 비교하여, 멤브레인은 개방 수단과 맞물리도록 변형될 뿐만 아니라, 그는, 또한, 상기 개방 수단에 대해 변위된다.

이러한 변위는 멤브레인과 몸체 사이에, 전형적으로, 멤브레인의 에지 부분과 캡슐의 챔버의 저부에 형성된 개구 주위에 형성된 림(rim) 사이에 개재되는 접착 시일의 구성에 의해 가능하다. 접착 시일은 멤브레인을 캡슐 몸체에 부착하고, 멤브레인과 몸체 사이의 유밀(fluid-tight) 시일을 제공한다. 접착 시일 비드에 의해 제공되는 접착력은 멤브레인 내측의 압력과 외측의 압력이 실질적으로 균형을 이룰 때, 멤브레인을 캡슐 몸체에 신뢰성 있게 체결된 상태로 유지시키기에 충분하다(유통 기한 동안, 캡슐 내측의 압력이 대기압보다 약간 더 높을 수 있음). 그러나, 해제 압력으로 지칭되는 충분한 압력이 챔버 내측에 확립될 때, 접착 시일은 챔버의 내측과 외측 사이의 압력 차이로 인해 멤브레인 상에 인가되는 힘을 지탱하기에 충분하지 않은 접착 특성을 갖는다. 이는 멤브레인의 변위를 야기하지만, 멤브레인과 캡슐 몸체 사이의 부착은 멤브레인이 해제 압력보다 높은 개방 압력 하에서 개방 수단에 의해 개방될 때까지 챔버가 폐쇄된 상태로 유지되도록 유지된다. 그러한 변위는 멤브레인이 인열되어 개방되기 전에 그가 개방 수단과 정확하게 맞물리는 것을 보장하여, 더 예측가능하고 재현가능한 개방을 얻을 수 있게 한다. 멤브레인의 변위에도 불구하고 밀봉을 유지시키는 것은 개방 압력에 도달하기 전에 챔버가 개방되는 것을 회피한다.

멤브레인이 해제 압력 하에서 변위되도록 허용하는 접착 시일의 구성은, 특히, 적어도 하기의 파라미터, 즉 접착 시일 조성, 캡슐의 몸체와 멤브레인 사이의 접착 시일 접촉 면적, 챔버 내에 압력이 확립될 때 압력이 인가되는 멤브레인의 부분의 면적에 기초할 수 있다.

접착 시일은 바람직하게는 열 시일 래커(heat seal lacquer)이다. 시일 래커는 중합체 재료 또는 중합체 재료들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 중합체 재료(들)는 하기의 재료들, 즉 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 및 비닐(PVC) 중 적어도 하나를 포함한다.

접착 시일은 ISO 1924/1 표준에 따라 측정된 인열 저항이 4 N/15 mm와 12 N/15 mm 사이에 포함될 수 있다.

해제 압력은 1 내지 12 바(bar), 예를 들어 약 5 바로 설정될 수 있다. 개방 압력은 해제 압력보다 0.5 내지 10 바 더 높을 수 있다.

접착 시일 재료는 식품 산업에서 사용되는 알려진 재료로부터 선택될 수 있다. 원하는 해제 압력 및 개방 압력은 제조될 음료 또는 식품 제품에 기초하여 결정될 수 있다. 물질이 추출되고 양질의 음료가 형성되기 위해 이러한 압력에 도달하는 것이 중요하다. 개방 압력은, 주로, 멤브레인 및 개방 수단의 특성에 의존한다. 해제 압력은 시일을 제조하는 재료, 그의 형상(형태 및 치수 등)을 포함한 시일의 구성, 및 멤브레인을 챔버 외측으로 밀어내는 힘을 생성하도록 챔버의 내부 압력이 인가되는 상기 멤브레인의 표면적에 의존한다.

멤브레인을 제조하는 재료는 10 GPa 초과, 바람직하게는 30 GPa 초과의 영률(Young's modulus)을 가질 수 있다. 멤브레인은 예를 들어 알루미늄으로 제조될 수 있다.

알루미늄의 영률은 약 69 GPa이다. 멤브레인의 높은 영률은 챔버 내의 압력 상승을 촉진한다. 그러나, 이는 멤브레인이 인열되어 개방되기 전에 그가 변형되는 능력을 제한한다. 본 발명은 매우 경질인(비탄성인) 멤브레인을 사용하는 것을 가능하게 함과 동시에, 멤브레인과 개방 수단의 정확한 맞물림이 신뢰성 있게 얻어질 수 있다.

개방 수단은 멤브레인을 향하는 상부 표면을 갖는 플레이트를 포함할(또는 그에 의해 구성될) 수 있고, 상부 표면은 날카로운 요소들을 형성하거나 보유한다. 날카로운 요소는 피라미드 또는 절두 피라미드일 수 있다.

절두 피라미드 또는 다른 날카로운 천공 요소를 보유하는 상부 표면을 갖는 플레이트는, 그러한 표면이 압력 확산 수단으로서의 역할을 하고, 멤브레인의 천공(및 개방)이 일어나기 전에 유체의 압력이 캡슐 내측에서 충분히 상승하도록 허용하는 효과를 갖기 때문에, 유리한 구성을 제공한다.

챔버를 형성하는 재료는 알루미늄, 알루미늄/플라스틱 복합재, 알루미늄/플라스틱/종이 복합재, 종이 라미네이트, 및 단층 또는 다층 형태의 플라스틱 중 적어도 하나일 수 있다.

챔버 내에 함유된 성분은 수증기 및/또는 액체 온수로 추출될 분쇄되고 로스팅된 커피를 포함할 수 있거나, 또는 온수나 냉수 또는 우유로 용해될 인스턴트 커피, 핫 초콜릿, 또는 수프 또는 다른 탈수 식용 제품과 같은 음료의 제조를 위한 가용성 성분 또는 가용성 성분들의 혼합물을 포함할 수 있다.

본 발명의 추가적인 특징 및 이점이 첨부 도면을 참조하여 하기에 기재된 본 발명의 바람직한 실시예들의 설명에 기술되어 있으며, 그 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 식품 또는 음료 제조용 캡슐의 단면의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 캡슐에 사용될 수 있는 개방 수단을 구성하는 피라미드 플레이트의 개략적인 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 종래 기술에 따른 캡슐의 멤브레인의 거동을 예시하는 캡슐의 개략적인 부분 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐의 멤브레인의 거동을 도 3a 내지 도 3c의 도면과 유사한 도면으로 예시한다.

도 1의 캡슐(1)은 캡슐 벽(3)으로 제조되는 캡슐 몸체(2)를 포함한다. 나타낸 실시예에서, 캡슐 몸체 벽(3)은 실질적으로 절두 원추형인 형상을 갖는다.

캡슐 벽(3)은 상이한 재료로 제조될 수 있다. 그들은 알루미늄, 알루미늄/플라스틱 복합재, 또는 알루미늄/플라스틱/종이 복합재로 제조될 수 있다. 그들은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 강성 또는 반강성 열가소성 물질로 제조될 수 있다. 플라스틱은 단층 또는 다층 형태일 수 있다. 캡슐 몸체는, 예를 들어, 또한, 코팅된 종이, 코팅된 판지, 셀룰로오스 섬유를 함유하는 다른 재료, 또는 예를 들어 전분, 금속 또는 합금, 유리, 합성 또는 천연 고무 또는 탄성중합체, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 적합한 유형의 불투과성 재료로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 재료는, 바람직하게는 적어도 수분 및 산소에 대해 차단 특성을 갖는, 비용 효율적이고 생태학적인 재료, 예컨대 생분해성 재료로부터 선택될 것이다.

사용되는 재료에 따라, 제조 공정은 열성형 또는 사출일 수 있다. 그는, 또한, 예를 들어 수분 및 산소 차단 특성을 갖는 필름 라벨을 사용함으로써 캡슐에 특정 차단 특성을 제공하기 위해, 인몰드 라벨링(in-mould labelling)을 수반할 수 있다. 캡슐을 제조하기 위한 그러한 인몰드 라벨링 공정은, 대체적으로, 본 출원인의 유럽 특허 공보 EP 2559636 A1호에 기재되어 있다. 용기 벽의 수분 및 산소 차단 특성은 단일 또는 다수의 층을 갖는 열가소성 차단 필름, 또는 알루미늄, 또는 종이, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 종류의 적합한 재료로 달성될 수 있다. 캡슐 몸체 벽(3)은 상부 개구 및 하부 개구를 포함한다.

캡슐 몸체의 상부 개구는 상부 면(5)을 형성하는 상부 주입 벽(4)에 의해 폐쇄된다. 상부 주입 벽(4)은 캡슐 몸체 벽(3)의 상부 주연부 에지(6) 상에 용접될 수 있다.

캡슐(1)은 분배 개구(8)를 갖는 저부 벽(7)을 추가로 포함한다. 그는, 바람직하게는 알루미늄으로 제조되는 천공가능 멤브레인(9)을 추가로 포함한다. 멤브레인(9)은 캡슐 몸체(2)에 부착된다. 따라서, 몸체 벽(3), 주입 벽(4), 및 멤브레인(9)에 의해 경계설정되는 챔버(10)가 몸체(2) 내에 형성된다.

멤브레인(9)은 접착 시일(11)에 의해 몸체(2)에 부착된다. 접착 시일(11)은 몸체(2)와 멤브레인(9) 사이의 밀봉을 제공한다.

더 구체적으로, 챔버(10)는 그의 저부 단부에서 멤브레인(9)에 의해 폐쇄되고, 챔버(10)의 저부 단부는 상기 멤브레인(9)에 의해 폐쇄되는 개구를 포함한다. 챔버(10)의 저부 단부에 있는 개구는 림(12)에 의해 둘러싸인다. 림(12)은 캡슐의 상부 면(5)에 평행한 평면 내에서 연장되고, 멤브레인(9)을 체결하기 위한 평평한 표면을 제공한다. 접착 시일(11)은 상기 림(12)과 멤브레인(9)의 주연부 사이에 개재된다.

나타낸 예시적인 실시예의 캡슐(1)은 상기 주입 벽(4)과 캡슐 하부 격실(14) 사이에 위치되는 분배기 벽(13)을 추가로 포함한다.

바람직하게는, 캡슐 내에 함유된 성분은 내부 격실(14) 내에, 즉 분배기 벽(13)과 저부 멤브레인(9) 사이에 있는 캡슐 챔버(10)의 부분 내에 위치된다.

그러나, 챔버(10)의 전체 부피 전체에 걸쳐 동일한 성분을 배치하는 것이 또한 가능하거나, 또는 대안적으로, 2가지 상이한 성분이 분배기 벽(13)에 의해 서로 분리될 수 있다.

분배기 벽(13)은 관통 구멍을 포함한다. 그들의 직경은 캡슐 내에 함유된 성분의 유형 및 대응하는 제품 제조 유형에 따라 적절히 선택된다. 분배기 벽이 단일 구멍을 포함하는 경우, 상기 구멍을 통한 유체의 유동은 강력한 혼합 효과를 갖는 단일 제트를 생성할 것이다. 이러한 구성은, 바람직하게는, 캡슐에 함유된 성분이 가용성 분말인 경우에 선택되는데, 이는, 분말과 물의 용해를 개선하기 위해, 내부에 주입된 물의 강력한 소용돌이 운동을 필요로 한다. 대안적으로, 예를 들어 캡슐 격실 내에 함유된 성분이 분쇄되고 로스팅된 커피인 경우, 분배기 벽(13)은 그의 표면에 걸쳐 균일하게 분포되는 복수의 구멍을 포함하여, 캡슐의 분배기 벽(29)과 저부 벽(32) 사이에 함유된 커피 베드의 적절한 습윤을 보장한다.

구멍의 직경은, 바람직하게는, 성분의 최소 입자보다 작지만, 강성 분배기 벽(13)을 통한 물의 적절한 유동을 보장하기에는 충분하다. 직경은, 예를 들어, 전형적으로는 10 마이크로미터와 3 mm 사이에, 바람직하게는 100 마이크로미터와 1 mm 사이에 포함될 수 있다.

멤브레인(9)과 저부 벽(7) 사이에, 개방 수단(15)이 제공된다. 개방 수단(15)은 플레이트의 대체적인 형상을 가지며, 상기 플레이트의 상부 면은 멤브레인(9)을 향하고, 멤브레인(9) 부근에서 캡슐 몸체(2) 내측에 배치된다. 개방 수단의 플레이트의 상부 면은, 캡슐 격실 내측의 유체 압력이 증가하여, 그에 따라 멤브레인을 개방 수단(15)과 맞물리게 하고, 상기 멤브레인을 상기 개방 수단에 대해 가압할 때, 멤브레인(9)을 천공하거나 인열시키도록 적응되는 날카로운 요소를 형성한다.

도 2는 도 1의 캡슐에 사용되는 개방 수단에 대응하는 개방 수단(15)의 예시적인 실시예의 상세 사시도이다. 개방 수단(15)의 상부 면은 도 2에 도시되어 있다. 이러한 실시예에 따르면, 멤브레인(9)을 개방하기 위한 개방 수단(15)은, 함몰되고 융기된 요소들(16)을 갖는 디스크로 구성된다. 함몰되고 융기된 요소(16)는 피라미드 형상(더 정확하게는 약간 절두 피라미드형인 형상)을 갖는다. 다른 실시예에서, 함몰되고 융기된 요소는 원추 형상과 같은, 멤브레인을 개방하도록 적응된 임의의 다른 기하학적 형상을 갖는다. 또한, 더 작은 융기 요소(17)가 피라미드형 융기 요소들(16) 사이의 공간(18) 내에 배열된다.

플레이트는, 멤브레인(9)이 개방될 때 격실(14) 내측의, 용해 또는 추출에 의해 형성된 제품이 소비자의 컵을 향해 밖으로 나가게 하기 위해, 바람직하게는 피라미드형 융기 요소들(16) 사이의 공간 (18) 내에(예컨대, 상기 더 작은 융기 요소의 상부에) 형성되는 구멍을 포함한다.

멤브레인이 개방 수단의 상부 면과 맞물리고 그에 대해 가압됨에 따라, 멤브레인은, 또한, 제조된 음료에 대한 필터 기능을 갖는다.

그러나, 멤브레인은 압력이 챔버 내측에서 원하는 수준까지 상승하도록 허용하기에 충분히 경질이어야 한다. 이는 식품 접촉에도 적합한 알루미늄이 일반적으로 사용되는 이유이다. 동시에, 멤브레인은 개방 수단과 정확하게 맞물려야 하고, 특히, 그는, 멤브레인의 표면에 걸쳐 균일하게 분포되는 구멍 또는 인열부와 같은 예측가능한 개구를 재현가능한 방식으로 제공하기 위해, 피라미드 표면(또는 다른 개방 요소의 표면)에 순응하도록 변형되고 신장되어야 한다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 식품 또는 음료 제품이 생성될 때의 종래 기술에 따른 캡슐의 멤브레인의 거동을 예시한다.

도 3a는 챔버(10) 내측에 유체를 주입하기 전의, 식품 또는 음료 제조용 캡슐의 저부 단부 부분을 나타낸다. 멤브레인(9)은, 접착 시일(11)에 의해, 몸체(2)의 벽(3)에 의해 형성된 림(12)에 부착된다. 압력이 캡슐의 내부(챔버(10))와 캡슐의 외부 사이에서 균형을 이룸에 따라, 압력 차이로 인한 어떠한 힘도 멤브레인(9)에 인가되지 않는다. 이러한 상태에서, 멤브레인(9)의 외부 표면(챔버(10) 외측에 있는 멤브레인의 면)은 상기 개방 수단(15)의 상부 면 부근에서 개방 수단(15)을 향한다.

도 3b에서, 유체, 전형적으로 물 및/또는 수증기가 캡슐 몸체(2) 내에 형성된 챔버(10) 내로 압력(즉, 대기압 초과) 하에서 도입된다. 압력은 챔버(10) 내측에서 상승한다. 압력은 몸체 벽(3)에 그리고 멤브레인(10)에 인가된다. 더 구체적으로, 압력은 림(12)에 의해 둘러싸인 개구를 폐쇄하는 멤브레인(9)의 부분에 인가된다. 캡슐의 내부(챔버(10))와 캡슐의 외부, 특히 멤브레인(9) 아래 사이의 압력 차이는 림(12)에 의해 둘러싸인 개구를 폐쇄하는 멤브레인 표면 영역에 걸쳐 분포되는 힘을 생성한다. 이러한 힘은 챔버(10)의 내측으로부터 외측으로의 방향으로 멤브레인(9)을 밀어낸다. 멤브레인(9)은 개방 수단(15)과 맞물린다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 멤브레인이 알루미늄과 같은 경질 재료로 제조되기 때문에, 멤브레인(9)의 변형이 제한된다. 더 구체적으로, 멤브레인 표면적의 증가, 즉 멤브레인이 인열되기 전에 그가 신장되는 능력이 제한된다. 따라서, 멤브레인은 개방 수단의 융기 요소들 중 일부 융기 요소의 상부 부분에만 순응한다.

압력은 그가 이른바 개방 압력에 도달할 때까지 유체의 도입으로 챔버(10) 내에서 상승한다. 챔버 내측의 압력 상승에 따라, 챔버(10) 내측의 압력과 상기 챔버(10) 외측의 대기압 사이의 압력 차이에 의해 발생되는 힘에 의해 멤브레인이 개방 수단에 대해 가압된다. 개방 압력에 도달할 때, 멤브레인은 개방 수단(15)의 융기 요소(16)의 날카로운 설계에 의해 도 3c에 도시된 바와 같이 개방(즉, 천공, 절단, 또는 인열)된다. 얻어진 식품 또는 음료 제품은 멤브레인(9) 및 개방 수단(15)을 통해 유동하여 분배 개구(8)에 의해 전달된다.

그러나, 융기 요소에 대한 멤브레인의 순응이 멤브레인이 개방되기 전에 제한되기 때문에, 멤브레인은 불규칙한 개구를 가질 수 있으며: 개구는 개방 수단과 접촉하는 멤브레인 표면 상에 불규칙하게 분포될 수 있고, 멤브레인은 그가 개방 수단에 순응하기 전에 인열될 수 있다(따라서, 압력이 강하되고, 음료가 원하지 않는 형상을 갖는 멤브레인의 개구를 통해 유동하게 할 수 있음). 멤브레인의 개방은, 또한, 캡슐마다 상이할 수 있다. 이는 제조된 식품 또는 음료의 품질 또는 맛을 변화시킬 수 있는데, 그 이유는 음료 제조 동안의 챔버 내측의 압력이 캡슐마다 변할 수 있기 때문이고, 멤브레인 및 개방 수단의 필터 기능이 변경될 수 있기 때문이다. 알루미늄 멤브레인의 필터 기능은, 그가 음료로 하여금 유동하게 하면서 분쇄되고 로스팅된 커피와 같은 비용해성 제품을 캡슐 내에 유지시켜야 하기 때문에, 음료의 양호한 품질을 보장하는 데 중요하다. 특히, 알루미늄 멤브레인은, 덮지 않을 경우 원하지 않는 고체 입자를 통과시킬 수 있는, 개방 수단의 피라미드 내에 형성된 통로를 적절히 덮어야 한다.

비교로서, 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 식품 또는 음료 제품이 생성될 때의 본 발명에 따른 캡슐의 멤브레인의 거동을 예시한다.

챔버(10) 내측에 유체를 주입하기 전의, 식품 또는 음료 제조용 캡슐의 저부 단부 부분을 나타내는 도 4a는 도 3a와 동일하다. 이러한 초기 상태는 종래의 종래 기술의 캡슐 및 본 발명에 따른 캡슐에 대해 동일하다.

본 발명에 따르면, 멤브레인(9)을 캡슐의 몸체(2)에 부착하고 그들 사이의 밀봉을 제공하는 데 사용되는 접착 시일(11)은 하기의 특성을 갖는다. 주어진 해제 압력이 챔버(10) 내측에 확립될 때, 접착 시일(11)은, 도 4b에 도시된 바와 같이, 몸체와 멤브레인 사이의 밀봉을 유지시키면서, 멤브레인이 몸체에 대해 상대적으로 변위되고 개방 수단에 대해 맞물리도록 허용한다. 바꾸어 말하면, 멤브레인은 챔버(10) 내측에서 해제 압력에 도달할 때까지 림(12)에 고정식으로 부착된 상태로 유지된다. 이러한 해제 압력이 확립될 때, 림(12)에 의해 둘러싸인 개구를 덮는 멤브레인(9)의 표면에 인가되고 챔버의 내측과 외측 사이의 압력 차이에 의해 야기되는 힘은 접착 시일에 의해 지탱될 수 없다. 따라서, 멤브레인은 개방 수단(15)과 맞물리도록 몸체에 대해 변위된다. 도 4b에 나타낸 상태에서, 챔버(10) 내측에서 해제 압력에 도달하였다. 접착 시일에 의해 제공되는 고정이 (캡슐 외측의 압력이 대기압이라면) 챔버(10) 내측의 압력에 의해 인가되는 힘을 지탱하기에 충분히 강하지 않기 때문에, 림(12)에 부착된 멤브레인의 주연부는 상기 림(12) 상에서 활주한다. 이러한 활주 이동은, 원하는 해제 압력에 따라, ISO 1924/1 표준에 따라 측정된 인열 저항이 4 N/15 mm와 12 N/15 mm 사이에 포함되는 접착 시일로 얻어질 수 있다.

따라서, 해제 압력보다 높은 압력이 챔버(10) 내측에 확립될 때, 림(12)의 반경방향 최내부 부분만이 멤브레인에 의해 덮여 멤브레인의 주연부에 부착된 상태로 유지된다. 그러나, 멤브레인(9)과 몸체(2) 사이의(즉, 나타낸 실시예에서 멤브레인(9)과 림(12) 사이의) 부착은 유지된다.

멤브레인(9)을 형성하는 재료의 높은 강성에도 불구하고, 개방 수단의 융기 요소(17)의 형상에 대한 멤브레인의 순응을 위해(또는, 일반적으로 말하면, 개방 수단의 형상에 대한 멤브레인의 순응을 위해) 추가의 표면이 그렇게 제공된다. 종래 기술의 캡슐의 멤브레인과 비교하여, 본 발명에 따른 캡슐의 멤브레인(9)은 피라미드형 융기 요소들(16) 사이의 공간(18) 내로 더 깊이 들어갈 수 있다. 개방 수단의 형상에 대한 멤브레인의 순응은 멤브레인의 전체 표면 상에서 더 규칙적이다.

도 4c에 도시된 바와 같이, 압력은 그가 개방 압력에 도달할 때까지 유체의 도입으로 챔버(10) 내에서 상승한다. 따라서, 접착 시일은 개방 압력이 해제 압력보다 높도록 구성된다.

멤브레인은 챔버(10) 내측의 압력과 상기 챔버(10) 외측의 대기압 사이의 압력 차이에 의해 발생되는 힘에 의해 개방 수단에 대해 가압된다. 개방 압력에 도달할 때, 멤브레인은, 멤브레인 상에 기계적 레버 효과를 생성하고, 그에 따라, 멤브레인 재료가 그의 기계적 파괴점에 도달하고 인열되거나 더 일반적으로는 파단될 때까지 멤브레인 재료 내에 기계적 응력을 생성하는 개방 수단(15)의 융기 요소(16)의 날카로운 설계에 의해 도 4c에 도시된 바와 같이 개방(즉, 천공, 절단, 또는 인열)된다. 재료의 이러한 파단은, 제품이 캡슐 내측으로부터 외측을 향해 유동하도록 허용하기 위해, 캡슐의 내측과 외측 사이에 통로가 생성되는 한, 반드시 멤브레인의 대체적인 평면에 수직인 평면 내에 있을 필요는 없고, 또한 임의의 다른 방향일 수 있으며, 반드시 재료의 전체 두께 전체에 걸쳐 이루어지지는 않는다. 얻어진 식품 또는 음료 제품은 멤브레인(9) 및 개방 수단(15)을 통해 유동하여 분배 개구(8)에 의해 전달된다.

개방 수단의 형상에 대한 멤브레인의 더 양호한 순응에 의해, 개방 수단과 접촉하는 멤브레인의 전체 표면에 걸쳐 규칙적인 개구가 얻어질 수 있다. 나타낸 예시적인 실시예에서, 멤브레인은, 개방 후에, 각각의 피라미드형 개방 요소의 상부에 의해 형성된 균일하게 분포된 개구를 제공한다. 이는, 또한, 식품 또는 음료가 캡슐마다 제조될 때 챔버(10) 내측의 일정하고 그에 따라 더 예측가능한 압력을 가져온다. 마지막으로, 제품의 일정한 품질 및 맛이 제공된다.

본 발명의 중요한 태양은 접착 시일의 구성이다. 이러한 구성은 시일을 형성하는 데 사용되는 재료의 접착 및 기계적 특성(박리 강도, 전단 강도), 및 그의 형상(두께, 표면, 및 더 일반적으로는 그의 치수 등)을 포함한다.

접착 시일의 구성 및 캡슐의 챔버 내측의 압력이 인가되는 멤브레인의 표면적이 해제 압력을 결정한다.

개방 압력은 주어진 캡슐로 제조될 음료 또는 식품 제품에 의존한다. 커피 제조에 적응되는 전형적인 압력은 약 6 내지 15 바이다. 접착 시일은 개방 압력 하에서 1 내지 10 바인 해제 압력을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 개방 압력이 6 바 이상, 예를 들어 13 바일 때 5 바의 해제 압력이 선택될 수 있다.

접착 시일은, 예를 들어, 멤브레인에 의해 덮인, 챔버의 저부 단부에 있는 개구가 600 ㎟의 표면적을 가질 때, 하기의 구성을 가질 수 있다. 접착 시일은 열 시일 래커로 제조된다. 밀봉된 영역은 상기 개구를 직접 둘러싸는 평평한 림 상에 형성된다. 따라서, 밀봉된 영역은 평평한 환형 형상을 가지며, 대략 3.5 mm의 폭을 갖는다. 예를 들어, 접착 시일의 두께는 5 마이크로미터와 20 마이크로미터 사이에 포함될 수 있다.

본 명세서에 기술된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 다양한 변형 및 수정이 당업자에게는 명백할 것임이 이해되어야 한다. 그러한 변형 및 수정은 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 그리고 그의 부수적인 이점을 감소시키지 않고 이루어질 수 있다. 따라서, 그러한 변형 및 수정은 첨부된 청구범위에 의해 커버되는 것으로 의도된다.

Claims (14)

1. 식품 또는 음료 제조용 캡슐(1)로서,
   중공 몸체(2), 및 액체 및 기체에 대해 불투과성이고, 상기 몸체(2)에 부착되며, 상기 캡슐(1) 내로의 유체 주입을 위해 천공되도록 적응되는 주입 벽;
   상기 몸체(2) 내측에 형성되고, 압력 하에서의 상기 유체와의 용해 또는 제조 압력 하에서의 상기 유체에 의한 추출에 의해 식품 또는 음료를 제조하기 위한 성분을 함유하는 챔버(10);
   상기 챔버(10) 내의 내부 압력을 유지시키기 위해, 상기 챔버(10)의 저부 단부에 배치되는 멤브레인(9); 및
   상기 멤브레인(9) 부근에서 상기 챔버(10) 외측에 배치되는 개방 수단(15) - 상기 개방 수단(15)은 상기 멤브레인(9)이 개방 압력 하에서 상기 개방 수단(15)에 대해 가압될 때 상기 멤브레인(9)을 개방하도록 구성됨 - 을 포함하고,
   상기 멤브레인(9)은 접착 시일에 의해 상기 캡슐의 몸체(2)에 부착되고, 상기 접착 시일은, 상기 개방 압력보다 작은 해제 압력이 상기 챔버(10) 내측에 확립되고 상기 멤브레인(9)의 표면의 적어도 일부에 인가될 때, 상기 몸체(2)와 상기 멤브레인(9) 사이의 부착을 유지시키면서, 상기 멤브레인(9)이 상기 몸체(2)에 대해 상대적으로 변위되고 상기 개방 수단(15)에 대해 맞물리게 허용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 캡슐.
2. 제1항에 있어서, 상기 멤브레인(9)이 상기 해제 압력 하에서 변위되도록 허용하는 상기 접착 시일의 구성은 적어도 하기의 파라미터, 즉 접착 시일 조성, 상기 캡슐의 몸체(2)와 멤브레인(9) 사이의 접착 시일 접촉 면적, 상기 챔버(10) 내에 압력이 확립될 때 압력이 인가되는 상기 멤브레인(9)의 부분의 면적에 기초하는, 캡슐.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접착 시일은 열 시일 래커(heat seal lacquer)인, 캡슐.
4. 제3항에 있어서, 상기 열 시일 래커는 중합체 재료 또는 중합체 재료들로 구성되는, 캡슐.
5. 제4항에 있어서, 상기 중합체 재료 또는 재료들은 하기의 재료들, 즉 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 및 비닐(PVC) 중 적어도 하나를 포함하는, 캡슐.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착 시일은 ISO 1924/1 표준에 따라 측정된 인열 저항이 4 N/15 mm와 12 N/15 mm 사이에 포함되는, 캡슐.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 해제 압력은 1 내지 12 바(bar), 예를 들어 약 5 바로 설정되는, 캡슐.
8. 제7항에 있어서, 상기 개방 압력은 상기 해제 압력보다 0.5 내지 10 바 더 높은, 캡슐.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인(9)을 제조하는 재료는 10 GPa 초과, 바람직하게는 30 GPa 초과의 영률(Young's modulus)을 갖는, 캡슐.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인(9)은 알루미늄으로 제조되는, 캡슐.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개방 수단(15)은 상기 멤브레인(9)을 향하는 상부 표면을 갖는 플레이트를 포함하고, 상기 상부 표면은 날카로운 융기 요소(16)를 형성하거나 보유하는, 캡슐.
12. 제11항에 있어서, 상기 융기 요소(16)는 피라미드 또는 절두 피라미드인, 캡슐.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버(10)를 형성하는 재료는 알루미늄, 알루미늄/플라스틱 복합재, 알루미늄/플라스틱/종이 복합재, 종이 라미네이트, 및 단층 또는 다층 형태의 플라스틱 중 적어도 하나인, 캡슐.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버(10) 내에 함유된 상기 성분은 수증기 및/또는 액체 온수로 추출될 분쇄되고 로스팅된 커피를 포함하거나, 또는 온수나 냉수 또는 우유로 용해될 인스턴트 커피, 핫 초콜릿, 또는 수프 또는 다른 탈수(dehydrated) 식용 제품과 같은 음료의 제조를 위한 가용성 성분 또는 가용성 성분들의 혼합물을 포함하는, 캡슐.

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