JP5368564B2 - 遠心分離によってカプセル内に含まれる液状食品を調製する方法およびこの方法に適したシステム - Google Patents

Description

本発明は、遠心力を使用して、食品物質に液体を通過させることにより、容器内に含まれる食品物質から液状食品を調製するための装置およびカプセルシステムに関する。

浸出コーヒーとコーヒー粉末とから成る混合物が遠心力によって分離される飲料調製方法が周知である。この混合物は、熱湯とコーヒー粉末とを所定時間合わせることで得られる。次に、水がスクリーンを通され、スクリーンにかけられた粉末材料がスクリーン上に残る。

既存のシステムは、欧州特許第０３６７６００Ｂ１号明細書に記載されるように、通常は、装置の取り外し不可能な部分である容器にコーヒー粉末を入れるステップから成る。この装置には、多くの不利点がある。まず、コーヒー粉末を手で容器に適切に投入しなければならない。次に、遠心分離されたコーヒーかすが乾燥し、これを容器の表面から取り出して除去しなければならない。その結果、コーヒーの調製には、多くの手作業が必要であり、そのためにかなりの時間を要する。さらに、通常は、コーヒーは多量包装から出される、またはコーヒーは容器自体の中で豆から挽かれるために、コーヒーの鮮度も大きく変わり、このことがカップの品質に影響を与える可能性がある。

また、手で投入したコーヒーおよび浸出条件（例えば、遠心力速度、容器サイズ）に応じて、カップの品質が大きく変わる。

したがって、システムは、大きな商業的成功を収めていない。

独国特許出願第１０２００５００７８５２号明細書では、機械は、容器の開口カップ状部が配置される取り外し可能なホルダを備え、他の部分または蓋は機械の駆動軸に取り付けられる。しかし、不利点は、集中的な手作業が必要である点である。別の不利点は、粉末の投与の制御およびコーヒー粉末の鮮度の制御ができないために、コーヒーの品質を制御するのが難しいという点である。

遠心力によりコーヒーを浸出する他の装置が、国際公開第２００６／１１２６９１号、仏国特許第２６２４３６４号明細書、欧州特許第０３６７６００号明細書、英国特許第２２５３３３６号明細書、仏国特許第２６８６００７号明細書、欧州特許第０７４９７１３号明細書、独国特許第４２４０４２９号明細書、欧州特許第０６５１９６３号明細書、仏国特許第２７２６９８８号明細書、独国特許第４４３９２５２号明細書、欧州特許第０３６７６００号明細書、仏国特許第２１３２３１０号明細書、仏国特許第２５１３１０６号明細書、仏国特許第２４８７６６１号明細書、独国特許第３５２９０５３号明細書、仏国特許第２５３５５９７号明細書、国際公開第２００７／０４１９５４号、独国特許第３５２９２０４号明細書、独国特許第３７１９９６２号明細書、仏国特許第２６８５１８６号明細書、独国特許第３２４１６０６号明細書、米国特許第Ａ−４５４５２９６号明細書に記載されている。

特に、欧州特許第０６５１９６３号明細書は、ドラムとセルの蓋との間の接合部に配置される弾性ジョイントを備える遠心分離セルに関する。弾性ジョイントは、濾過およびセル内の作動圧力の制御の両方の機能を果たし、このことによりコーヒークレマを改善する。セルは、気密容器ではなく、また使用済みコーヒーは除去されなければならず、新しい浸出サイクルのたびに新しいコーヒーがセル内に詰め替えられる必要がある。圧力は、この弾性手段では制御するのが難しく、製造される飲料のタイプに応じて、圧力を容易に変えることができない。

ベルギー特許第８９４０３１号明細書は、密閉されていないが、濾紙で覆われたフィルタカプセルを備える遠心分離浸出システムに関する。

したがって、抽出パラメータ（例えば、圧力、流量、抽出時間など）をさらに制御し、その結果、送出される液状食品の品質を改善する解決策を提案する必要がある。

それと同時に、先行技術の遠心分離によるコーヒー調製方法に比べてより便利で簡単であり、それと同時に、物質の鮮度や正確な用量などの重要な特性を制御することにより、より高いカップ内の品質が得られる液状食品調製方法を提案する必要がある。

特に、熱湯と浸出される物質との十分な相互作用時間が得られ、浸出される液体の放出を制御でき、その結果、コーヒーの場合、コーヒーの濃度およびクレマまたは泡などの重要な品質特性を改善することができるシステムを提案する必要がある。

したがって、本発明は、調製装置と、装置に取り外し可能に挿入されるカプセルとを備え、カプセル内に食品物質に水を通過させることによって、食品物質から液状食品を調製するための液状食品調製システムで、カプセル内への水注入ヘッドと、装置内にカプセルを保持するためのカプセルホルダとを備える液状食品調製システムであって、
カプセルに水を導入するように配置された水注入ヘッドの一部としての注水器と、
回転軸を中心として、カプセルホルダを遠心駆動する手段とを備え、
開口手段は、少なくとも部分的にカプセルにかかる液体の遠心力を受けて、カプセル内に少なくとも１つの液体送出口を形成する構造であることを特徴とする、液状食品調製システムに関する。

好ましくは、装置は、カプセル内に少なくとも１つの液体送出口を形成するための少なくとも１つの開口手段であって、カプセルホルダの前記中心軸に対して互いにずれた位置に配置される開口手段を備える。

好ましくは、前記開口部は、中心軸を中心とした略円形軌道に沿って分布する一連の穿孔要素を備える。例えば、開口要素は、角錐台、ニードル、および／またはブレードを形成することができる。

より詳細には、水注入ヘッドは、注水器と、カプセルをカプセルホルダに密閉係合するための回転係合部材とを備える。好ましくは、回転係合部材はカプセルの周縁部に押圧力を印加し、カプセル自体はカプセルホルダによって支えられる。したがって、係合部材とカプセルホルダとは、遠心分離時に、カプセルをカプセルホルダに定位置でしっかりと保持しながら一緒に回転する。

一形態では、液体送出口（単数または複数）の開口手段は穿孔部材であり、水注入ヘッドの回転係合部材の一部とすることができる。

好ましくは、穿孔部材は、略円形軌道に沿って一定間隔で分布され、これにより、カプセルの外周において均一に液体を送出することができる。例えば、穿孔部材の数は、１０〜２００、最も好ましくは、５０〜１００とすることができる。

穿孔部材は、カプセルに係合することができ、さらに回転時のカプセルへの回転運動の伝達に関与することができる。

本発明の一態様によれば、開口部材は、液体が物質を通ってカプセル内で遠心分離される時にカプセルの周壁にかかる液体の内圧が限界圧力を越えると、カプセルの液体送出口（単数または複数）を形成する構造である。

このために、開口部材は、水注入ヘッドおよびカプセルホルダがカプセルを囲む時に、カプセルから離間またはカプセルと接触した要素である。したがって、カプセルの周壁にかかる液体の圧力が増加すると、送出口（単数または複数）は、開口部材に当たるカプセルの壁、例えば、蓋の膜の変形によって形成される。この構造により、カプセルからの飲料の放出を遅らせることができる。したがって、送出口は、開口圧力の閾値がカプセルの周壁で得られた時に十分に形成される。その結果、カプセル内の成分と水との相互作用は長くなる。カプセルの送出壁の穿刺抵抗に応じて、送出口（単数または複数）からの飲料の放出をうまく制御することができる。

カプセルに関しては、カプセルの周壁は、穿孔可能膜の一部とすることができる。例えば、周壁は、カプセルホルダ内のカプセルの回転軸に対して横方向の膜の外周部とすることができる。好ましくは、カプセルは、穿孔可能膜の外周部の方向に向かって広くなる側壁を有する。したがって、カプセル内の浸出された液体は、遠心力によって、穿孔可能膜の外周部に向かって収束される。この場合、穿孔可能膜は、カプセルのカップ状本体のフランジ状リム上で封着される。代替形態では、穿孔壁は、カプセルのカップ状本体の側壁の一部とすることができる。

カプセルは、アルミニウムおよび／またはポリマー材料製の穿孔可能膜を備えることができる。特に、穿刺可能な膜は５〜１５０ミクロン、好ましくは、１０〜１００ミクロンの厚さを有する。膜の厚さは、開口部が所定の開口圧力でおよび／または所定の遠心分離時間後に形成されるものとして設計される。したがって、膜の厚さは、カプセル内の物質および／または送出される飲料に応じて変えることができる。

一形態では、カプセルの周囲での装置の密閉時に、例えば、遠心分離動作の前に装置がカプセルと相対係合する時に、開口部材が周壁と接触することにより、カプセルの周壁に前弱化部が形成される。周壁の前弱化部は、最終的な穿刺送出口より小さい断面の多数の貫通孔とすることができる、または壁の厚さの低減による材料の弱化部とすることができる。カプセルの周壁は、穿孔部材に当ってすぐに破れずに変形して伸縮するように十分な弾性を有することができる。したがって、液体が流れるのに十分な通路が形成されるまで、飲料の放出が確実に遅らされる。

カプセル内に送出口を開けるのを適切に制御するためには、送出口の穿孔部材の形状も重要である。尖っていない穿孔部材の形状では、カプセルの穿孔に対する抵抗が長くなり、ひいては、液体飲料の放出の遅延が長くなる。逆に、尖った穿孔部材の形状では、液体の送出が速くなり、したがって、液体のカプセル内での滞留時間が短くなる。

また、液体のカプセル内での滞留時間も遠心分離速度に左右される。それは、速度が速いほど、また圧力が大きいほど、遠心分離された液体がカプセル内の成分を通過するのが速くなり、したがって、カプセルから放出されるのが速くなるためである。

本発明の可能な態様では、注水器も穿孔部材のような開口手段を備える。開口手段は、好ましくは、カプセルの中央回転軸に沿って水をカプセルに注入するための中空穿孔管で、管が静止位置で維持されるように配置された穿孔部材とすることができる。また、穿孔部材は、注入ヘッドの係合部材と回転可能であることに留意されたい。

注水器の穿孔部材は、５ｍｍ未満、好ましくは、０．９〜２．９ｍｍの直径を有する。実際に、カプセルの圧力は、中心から周囲に向かって大きくなる。中心での水の圧力は０に近いが、外側に向かって次第に大きくなる。したがって、注水器の直径が小さいことでカプセルの入口は小さくなり、カプセルの入口側の液体圧力が比較的低く維持され、その結果、穿孔された入口を通る液体があふれるのを抑えることができる。さらに、別の利点は、入口側の周囲に液体封止手段は必要でなく、カプセル内で液体がガスと入れ替わる時に、カプセルが適切に通気できるということである。

カプセルホルダの駆動手段は、カプセルホルダに直接接続される、またはカプセルホルダに間接接続できる。カプセルホルダへの直接接続は、回転モータと、モータをカプセルホルダの底部に接続する駆動トランスミッションとを備える回転駆動アセンブリによってなされる。駆動トランスミッションは、モータ速度に応じて、カプセルホルダの正確な変速比を伝えるために、適切なギア減速装置またはギア増速装置を含むことができる。カプセルホルダへの間接接続は、カプセルを通しておよび／または直接的に、水注入ヘッドからカプセルホルダへ回転運動を伝達することによって得られる。この場合、回転駆動アセンブリの駆動トランスミッションは、水注入ヘッドの上部、特に、ヘッドの回転係合部材に直接接続される。

本発明の装置は、硬質、半硬質、および／または軟質材料製のカプセルを収容することができる。カプセルは、プラスチック、アルミニウム、セルロース系の材料、または他の生分解性材料、およびこれらの組み合わせで作られてもよい。好ましくは、カプセルは、封止穿孔可能壁、例えば、薄膜を有し、この壁は少なくとも、カプセルが装置の定位置にある時にカプセルの回転軸から見て周縁部である穿孔される環状部を備える。壁は、浸出される食品物質を受けるカップ状本体を覆う封止膜を形成することができる。カプセルは、穿孔される膜よりも硬質の本体の形状をなすことができる。カプセルは、好ましくは、気密に密閉される。物質が占めないその内部容積は、有利には、保護ガス（例えば、窒素）で満たされる。カプセルは、アルミニウムまたはＥＶＯＨ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ：エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂）層のような気体遮断性を有する材料製の層を有する。

一形態では、システムは、少なくとも１つの液体送出口の開口手段の下流側に配置された弁手段を備えることができる。弁は、そこにかかる液体の所定の限界圧力で開口することにより、カプセル内部の圧力の制御を可能にする。弁手段は、環状密閉リングと、リングをカプセルの外周部、例えば、縁部に弾性的に密閉係合する弾性手段とを備えることができる。弁は、調節可能な閉鎖負荷値をとるように設計することができる。弁手段は、カプセル内の圧力、ひいては、カプセルからの遠心分離された液体の放出を制御するのに有用である。特に、弁手段は、カプセルの送出口に小粒子（例えば、コーヒー微粉）が蓄積するのを防ぎ、したがって、閉塞を避け、または少なくとも流量の大幅な減少を避けることができる。また、弁は液体により多量のクレマまたは泡を形成することができることに留意されたい。特に、弁の負荷が大きくなると、より多量のクレマまたは泡が形成される。

本発明はさらに、使い捨てカプセル内に含まれる食品物質から、物質に水を通過させることによって液状食品を調製する方法であって、
カプセルに水を導入しながら、カプセルを遠心回転駆動するステップと、
液状食品を形成するために、物質に水を通過させるステップと、
カプセル内に少なくとも１つの液体送出口を穿孔するステップとを含み、
穿孔は、少なくとも部分的に、遠心分離の結果、カプセルにかかる液体の遠心力によって行われる、液状食品を調製する方法に関する。

カプセルは、例えば、挽いたコーヒー、インスタントコーヒー、リーフティー、インスタントティー、ココア、チョコレート、コーヒー用クリーム、甘味料、および任意のこれらの組み合わせの成分を入れた気密封止カプセルとすることができる。これらの成分は、保護雰囲気状態で長期間保存することができる。したがって、カプセルは、装置で使用される時に開口される。

本発明の方法の一態様によれば、少なくとも１つの液体送出口は、カプセルの少なくとも外周部を穿孔することによって形成される。特に、カプセルの穿孔は、穿孔要素に対してカプセルの外周部が外側に変形することで行われる。穿孔要素は、本発明の装置の一部とすることができる。より詳細には、外周部は、カプセルの封止膜の一部とすることができる。膜は、薄いプラスチックおよび／またはアルミニウム材料で形成することができる。

本発明の好適な形態では、少なくとも１つの出口開口部は、カプセルの外周部において遠心分離された液体の内圧が生じることによりカプセルの外周部が外側に変形した時に、少なくとも部分的に形成される。したがって、少なくとも１つの液体送出口は、カプセルの膜の外周部を穿孔することによって形成される。より好ましくはは、複数の出口開口部は、カプセルの膜の外周部で開口される。したがって、膜の一部は、ニードル、角錐台、および／またはブレードのような一連の穿刺部材が当たって穿孔される。また、液体は、穿孔可能膜の外周部に向かって広くなるカプセルの側壁によって外周部に向かって流される。

可能な形態では、一連の穿刺要素は、略円形軌道に沿って分布しており、したがって、注入ヘッドの周囲の突出する穿刺クラウンを形成する。穿刺クラウンは、穿孔可能膜の外周部分と係合するように配置される。より詳細には、穿刺クラウンは、注入ヘッドの回転係合部材の一部である。クラウンは、回転係合部材の一体部分であり、例えば、回転係合部材と一体成形される。

カプセルは、遠心分離の時に、注入ヘッドおよびカプセルの周囲のカプセルホルダを密閉することでカプセルの周縁部が挟まれることによって保持することができる。カプセルの周囲での装置の密閉時に、穿孔要素は、封止膜と接触してもよいし、または封止膜からわずかに離間されてもよい。封止膜との接触は、例えば、封止膜の前弱化部、例えば、跡または小さな穿孔を形成することができる。液体がカプセル内で遠心分離される時に、液体の圧力は封止膜の内側表面の周囲にかかり、このために、封止膜は穿孔要素に向かって膨らみまたは変形し、穿孔要素、例えば、穿刺クラウンに突き刺さる。当然、穿孔可能膜の前弱化は、カプセルが装置内で遠心分離される前は、穿孔要素が膜とわずかだけ接触する、または制御された間隔で維持されることによって避けられる。

封止膜は、その材料に応じて、可撓性または若干硬質な膜としてもよい。膜は、最初の静止位置では凹形状で、遠心圧力を受けて凸形状を形成するように変形することができる。この場合、材料は、例えば、熱成形または射出成形のプラスチック製とすることができる。好ましくは、膜は、穿孔部材に密接して変形するように薄くて可撓性である。穿孔された送出口の縁部と穿孔要素の表面との接触面において、物質の固形粒子がカプセルから出るのを防ぐことができるので、システムはフィルタを備える必要がなくなる。１つの利点は、カプセルの構造がより少ない部品で（カプセル内にフィルタが不要である）大きく簡略化され、製造コストが大幅に低減できるということである。

本発明の方法の可能な態様によれば、水は、５ｍｍ未満、好ましくは、０．９〜２．９ｍｍの開口部を通ってカプセル内に導入される。上述したように、カプセルの入口側での液体の内圧を低減し、ひいては、液体漏れの問題を回避するために、カプセル内に十分に小さい水入口が形成されるのが望ましい。

好ましくは、水は、カプセルの中央に水入口が穿孔された後に、カプセルの中央に導入される。

特定の形態では、遠心分離された液体によって、放出された液体の一定の圧力が弁にかかるとカプセルから送出された液体が弁を開口する。さらに、弁は、液体の流量を調整し、特に、比較的低い圧力値において、カプセル内に設けられた小さい送出口を小さいサイズの粒子、例えば、コーヒー微粉が閉塞するリスクを抑える。

弁は、好ましくは、少なくとも装置の一部で構成される。弁手段は、液体の薄い環状の積層通路を形成するために加圧液体の作用下でカプセルまたは装置の係合部に対して相対的に移動する装置の少なくとも１つの係合部によって形成される。また、積層通路は、装置の壁に衝突する比較的高速の液体墳流を形成することができる。したがって、弁手段による絞りから、さらに遠心分離の際に比較的高速で装置の衝突面に液体が衝突することによって比較的多量の泡を形成することができる。遠心分離された液体によって弁手段にかかる圧力の量に応じて、弁手段によって引き起こされる絞りは大きさが異なる。可能な形態では、弁手段は、カプセルの圧力の閾値で、装置を通る液体通路を選択的に開口するように較正または調節できる。

したがって、本発明のシステムは、液状食品の制御された放出を行うことができる液状食品調製の解決策を提供する。例えば、液体の放出は、カプセルの外周部に一定の圧力がかかるまで遅らすことができ、その後、カプセルの外周部は装置の外部突出要素に突き刺さる。カプセルの開口が遅延されることで水とカプセル内に含まれる物質との相互作用を向上させることができ、また、液体の濾過は穿孔出口と装置の穿孔要素との間に形成される絞りによって得られる。この場合、カプセルは、非常に簡単な構造で、例えば、使用後、破壊またはリサイクル用に廃棄できる。

コーヒーの場合、例えば、水と挽いたコーヒー粒子との相互作用を最適化して、コーヒーと芳香化合物との優れた抽出を得ることができるという点が有利である。さらに、圧力解放および遠心動作時にカプセルの出口と穿孔要素との間で動的に生じる絞りによって形成されるせん断応力によって、泡またはコーヒークレマを改善することができる。

また、カプセルから放出された液体は、カプセル内に設けられた専用の濾過手段によって濾過することができる。このような遠心分離は、装置が簡易であり、フィルタはカプセルと一緒に一回使用した後に廃棄されるのでクリーニングの必要がないことから有利である。

本発明はさらに、本出願で定義された装置自体に関する。

用語「液状食品」は、ここでは広い意味で使用され、スープまたはソースなどの調理液、コーヒー抽出物（挽いたコーヒー粉末および／またはインスタントコーヒー粉末から得られた）、液体チョコレート、ミルク（粉末および／または原液から得られた）、紅茶抽出物（インスタントおよび／または葉から得られた）などの液体飲料、または特殊調製粉乳などの栄養液体、およびこれらの組み合わせを含む。

用語「浸出する」「浸出された」は、非完全水溶性物質（例えば、挽いたコーヒーまたはリーフティー）から圧力下で液体を抽出するという狭い意味でとらえるのではなく、抽出、注入、吸着、溶解、希釈、分散、混合、乳化、発泡などのプロセスなどを含んだの食品物質と液体との相互作用プロセス、好ましくは、水との相互作用プロセスを含むとして広い意味でとらえるべきである。

用語「穿孔」は、広い意味でとらえられるべきであり、カプセルの壁に貫通開口部を形成するための穿孔、切断、破壊、および／または引裂のような機械加工を含む。

本発明のさらなる特徴は、以下の図面の詳細な説明の中で明らかにする。

本発明のシステムの封止カプセルの上面斜視図である。 図１のカプセルの底面斜視図である。 本発明の飲料製造装置の斜視図である。 内部にカプセルを備えた飲料製造装置の断面図である。 装置によりカプセルが開口される前の内部にカプセルを備えた飲料製造装置の詳細断面図である。 カプセルを穿孔した後の内部にカプセルを備えた飲料製造装置の詳細断面図である。 装置の水注入ヘッドの係合部の斜視図である。

図１、２に示されるように、本発明の好適な使い捨てカプセル１は、一般に、封止箔または膜３で封止された皿状本体２を備える。封止箔３は、封止環状部５で本体の周囲リム４に封着される。リム４は、外側に伸びて約２〜５ｍｍの環状の小さい封止部分を形成する。皿状本体は、底壁６と、好ましくは底壁と反対側の本体の広開口端に向かって広くなる側壁７とを備える。皿状本体は、好ましくは、硬質または半硬質である。皿状本体は、食品級のプラスチック、ＥＶＯＨなどの気体遮断層を有する、例えば、ポリプロピレン等、またはアルミニウム合金またはプラスチックとアルミニウム合金との複合体で作られる。封止箔３は、遮断層を含むプラスチック積層、またはアルミニウム合金、またはプラスチックとアルミニウム合金との組み合わせなどのより薄い材料製とすることができる。封止箔は、通常、例えば、５０〜２５０ミクロンの厚さである。封止箔部材は、本説明において後述するように、水入口および飲料出口（単数または複数）を形成するために穿孔される。

好ましくは、カプセルは、中心軸Ａを中心とした回転対称をなす。しかし、カプセルは、必ずしも軸Ａを中心とした円形断面を有する必要はなく、正方形、長方形、または多角形のような別の形をとってもよいことは留意されたい。

本発明のカプセルを含むシステムおよび飲料調製装置は、図３〜７に示されており、以下にこれらについて説明する。

システムは、上述したようなカプセル１と、飲料調製装置２３とを備える。装置は、カプセルが挿入されるモジュール２４を有する。カプセルは、浸出される食品物質を含み、カプセルは使用後に廃棄されるために（例えば、捨てるためまたは有機および無機原料リサイクルのために）モジュールから取り外される。モジュール２４は、水リザーバ２５のような給水部と流体連通している。ポンプ２６のような流体輸送手段が、モジュールと給水部との間の流体回路２７内に配設される。さらに、水がモジュールに入る前に流体回路
内の水を加熱するために水加熱器２８が配設される。水加熱器は、リザーバからの新鮮な水を加熱するために流体回路内に挿入される。あるいは、水加熱器は、水リザーバ自体の中に配置することができる。この場合、水リザーバがボイラとなる。当然、水は、給水栓接続によって家庭用水道から直接とってもよい。装置はさらに、制御手段と、飲料調製装置（図示せず）を作動するための作動手段とを備えることができる。

水は、低圧で、さらには重力の圧力でモジュール２４に供給される。例えば、モジュールの水入口では大気圧より上の０〜２バールの圧力が想定される。ピストンポンプのように圧力ポンプが使用される場合、２バールより高い圧力の水も送出される。

浸出モジュール２４は、２つの主なカプセル封入サブアセンブリ２９、３０、つまり、主に水注入サブアセンブリまたは水注入ヘッドと、カプセルホルダを含む液体収容サブアセンブリとを備えることができる。２つのサブアセンブリは、装置内のカプセルの位置決めおよびセンタリング手段を形成する。

例えば、差し込みタイプの接続機構３１によって、２つのサブアセンブリが合わさって、カプセルを封入することができる。液体収容サブアセンブリ３０は、カプセルからの遠心分離された液体をカップまたはグラスなどの供給容器に導入するために、例えば、サブアセンブリの側面に突出する液体管３２を備える。液体管は、図４に示されるように、カプセルが挿入される回転ドラム３４内に形成されたカプセルホルダを囲むＵ字型またはＶ字型の環状断面を形成する液体レシーバ３３と連通している。液体レシーバ３３は、後述するような液体を収集するための収集キャビティ６３を画定する。液体収容サブアセンブリ３０の下には、サブアセンブリ内部でカプセル収容ドラム３４を回転駆動するための手段が配置される。

駆動手段は、好ましくは、電気またはガスによって動力が供給される回転モータ４０を備える。

水注入サブアセンブリは、水の流体回路２７と上流側で連通する水入口３５を有する水入口側を備える。

回転ドラム３４は、カプセルを収容するのに相補的形状の内部キャビティ３６を有する中空カプセルホルダと同じ形状である。回転ドラム３４は、回転シャフト３７により軸方向に延長され、玉軸受またはニードル軸受のような回転導入手段３９によって液体レシーバ３３の外側基部３８に対して回転関係が維持される。したがって、回転ドラムは、中心軸Ｉを中心に回転するように設計されるが、レシーバの外側基部３８は装置に対して固定される。ドラムの回転シャフト３７とモータ４０のシャフト４２との接合面には、機械的結合部が配置される。

水注入サブアセンブリ２９に関しては、水注入サブアセンブリ２９は、装置の長手方向軸Ｉに対して固定される中央の注水器４５を備える。注水器は、水を入口３５から水出口４７に輸送するための中央管状部材４６を備え、中央管状部材４６はカプセルのエンクロージャ１４内部に突出するように作られる。水出口は、カプセルの封止箔を通る穿刺孔を形成することができる尖った管状先端部のような穿刺手段４８で形成される。

注水器の周囲には、回転係合部４９が取り付けられる。係合部４９は、注水器と、係合部４９と注水器４５との間に挿入される玉軸受またはニードル軸受のような回転案内手段５０とを受承するための中央穴を有する。

カプセル係合サブアセンブリ２９はさらに、２つのサブアセンブリがカプセルの周囲で互いに対して密閉される時に、液体収容サブアセンブリ３０の内部環状チャンバ６３内に突出するスカート６２の管状部分を備えることができる。このスカート６２の管状部分は、遠心分離されるカプセルを出る遠心分離された液体の衝突壁を形成する。この部分６２は、好ましくは、サブアセンブリ２９に固定される。サブアセンブリはさらに、液体収容サブアセンブリ３０への接続を容易にするための操作部６４を備える。この操作部６４は、操作のための刻み付き外周面を有することができる。操作部は、ネジ６７によってサブアセンブリ２９の固定基部に固定される。

この部分は、当然、レバー機構または同様の操作手段に置き換えることができる。

本発明の重要な態様によれば、回転係合部は、係合部の外周部に位置する穿孔手段５３を備える。より詳細には、穿孔要素は、係合部の下面から突出する小さい要素で形成される。穿孔要素は、好ましくは、円形軌道に沿って分布して係合部の表面に穿刺クラウンを形成する。

好ましい形態では、穿孔要素は、中実（すなわち、中空でない）要素であり、基部は次第に広がり、先端は次第に狭くなっている。たとえば、要素は、小さい角錐台である。図６に示されるように、液体の圧力が膜の外周で十分に高くなると、膜３は穿孔要素５３に向かって外側に変形する。カプセルの側壁７の広がる形状により、液体はカプセル内の物質を通って（方向Ｆの方向に）上昇し、膜３の外周部を押圧し、膜が要素５３に突き刺さるようにする。要素が中実要素であるので、出口は、膜の穿孔の縁部と孔に入る穿孔要素の表面との間の狭い隙間で形成される。したがって、液体の濾過は、要素と膜との間で行われる。カプセル内に特別なフィルタは必要ない。

したがって、穿孔部材は、壁５５の周囲に配置され、好ましくは、均一に分布されて、遠心分離された液体がカプセルから出て液体の複数の流れを形成する複数の出口開口部を形成する。

図７に示されるように、小さい流量制限スロット７１が注入ヘッドの下流側に設けられてもよい。液体をより均一な量で分配できるように、環状収集凹部５７が要素５３とスロット７１との間に設けられてもよい。スロットは、縁部がカプセルの封止縁部４に締め力を付与する係合部の締め付け縁部５２まで形成される。スロットは、装置の衝突壁６２に比較的高速で遠心力により衝突する飲料の多くの墳流が形成されるようなサイズとしてもよい。例えば、各スロットは、０．０５〜１．０ｍｍのサイズとしてもよい。スロットの数は、さまざまな数にしてもよい。例えば、４〜２００個のスロット、好ましくは、３０〜１００個のスロットが設けられる。

図示されていない代替形態では、穿孔要素５３は、液体を通せるように中空とすることができる。しかし、中空要素は、小さい固形粒子（例えば、挽いたコーヒー粒子）による閉塞がより生じやすくなるので、このようなリスクを低減するために、カプセル内に別のフィルタを備えるのが望ましいと考えられる。

本発明の一態様によれば、水注入サブアセンブリ２９はさらに、装置から排出された液体の流量を制御するための弁機構を備える。弁機構は、バネなどの弾性負荷手段の力の作用下で付勢される環状係合部の形でカプセル回転係合部に配置される。環状係合部は、弾性負荷手段の力を受けて液体の流量を制限することができるように、カプセルの周囲リム４に密閉力を印加する押圧外周面を含む。その外周面は、局所領域における封止圧力を増加させるために円錐または「Ｖ」字をなすことができる。係合部はさらに、内側基部を備える。弾性負荷手段は、基部と係合部の反力部との間にあるスペースに挿入される。したがって、静止位置では、弁機構の係合部は、弾性手段の圧縮作用下でカプセルのリムにおける密閉を維持する。

すでに上述したように、接続手段３１は、２つのサブアセンブリ２９、３０の相対接続のために設けられる。例えば、水注入サブアセンブリ２９の管状面の側面に小さいピン６５が設けられ、ピン６５は、液体収容サブアセンブリ３０の管状面の側面係止開口部６６に係合することができる。

したがって、２つのサブアセンブリ間の接続は、ピンが楕円形の開口部６６に係合できるように、回転環状または螺旋状の閉鎖動作によって行われる。当然、他の接続手段がこの差し込み式接続手段と置き換えることが考えられる。例えば、当業者には、ねじ切り手段または並進閉鎖手段が考えられる。

本発明のカプセルシステムは、基本的に、以下の原理に基づいて動作する。カプセル装置は、例えば、差し込み式接続を外すことで２つのサブアセンブリ２９、３０を互いに動かし、２つのサブアセンブリ２９、３０を分解することで開口される。その後、食品物質を入れた使い捨て封止カプセル１が装置に挿入される、すなわち、回転ドラム３６のキャビティに配置される。カプセルは、封止箔３で気密に密閉された状態で装置に配置される。装置は、その後、またサブアセンブリ２９がサブアセンブリ３０に接続され、接続手段によって係止されることで密閉される。係止位置では、カプセルは、カプセルの封止箔を穿孔し、自身をカプセルの水入口３５に導入する注水器によって開口される。それと同時に、密閉時は、膜は出口穿孔部材５３によって封止箔の外周で弱化される。膜の弱化は、膜に小さい跡または小さい貫通孔を形成することにある。したがって、水は中央の注水器４５によってカプセル内に導入することができる。注入サブアセンブリに通気孔を形成して、水を導入しながらガスがカプセルから逃げるようにすることができる。カプセルは、回転モータ４０を作動することによって回転駆動される。遠心分離動作の開始は、水注入動作がカプセルに水を導入し始めるのと同時、またはこの水注入動作の開始のわずか前後に行われる。

例えば、挽いたコーヒーを浸出するのに、カプセルの回転による遠心分離動作が始まる前に、数秒間水がカプセルを満たすことができるのが有利である。したがって、水は前もってコーヒーの中に完全に浸透し、液体が遠心分離されるので、乾燥状態で残るコーヒー部分を防ぐことができる。

遠心分離は、好ましくは、カプセルの中心軸Ａに位置合わせされた装置の回転の中心軸Ｉを中心としてカプセルを回転させることで行われる。回転速度は、好ましくは、１０００〜１６０００ｒｐｍ（ｒｏｕｎｄ−ｐｅｒ−ｍｉｎｕｔｅ：回転数／分）、より好ましくは、１５００〜１００００ｒｐｍである。装置には、浸出される液体および／またはカプセル内の物質の性質に応じて回転速度を設定するための制御ユニットが配設される。回転速度が速いほど、カプセルの周壁にかかる圧力は高くなり、カプセルの側壁および穿孔可能膜に圧密される物質が多くなる。回転速度が速いほど低固体を含むコーヒー抽出物の浸出を促進するのを知るのは重要である。それは、液体がコーヒーの中に滞留する滞留時間がより短くなるためである。

回転速度が遅いほど、より高い濃度（コーヒー固形成分含有量）が得られる。それは、液体がコーヒーの中に滞留する滞留時間がより長くなるためである。浸出は、水が物質を通過し、それにより物質の抽出、または部分的もしくは全体的分散、または溶解を起こすことで生じる。最初の浸出段階では、出口が十分に開口されない、さらに膜にまだ出口が形成されないので、液体はカプセルから出ない。

遠心力の作用下で、コーヒー粉末などの物質は、カプセルのエンクロージャの周壁７、１７に対して半径方向に圧密される傾向があるが、水が物質を通過して流される。このことで、物質は、圧密されると同時に水によって十分に湿潤される。カプセルの大きい回転運動により、遠心力は物質の塊に均一にかかる。その結果、水の分散も、カプセルに圧力をかける圧力ポンプを使用する通常の方法に比べてより均一になる。その結果、物質を通過して優先的に流れる流路が生じるリスクが少ない。この流路は、しっかりと湿潤されず、そのためにしっかりと浸出、分散または溶解されない領域を生じさせる可能性がある。挽いたコーヒー粉末では、カプセルの内側側壁に達する液体は、液体抽出物である。

カプセルの膜における液体圧力が増加すると、液体抽出物は、カプセルの側壁の内側面に沿って上方に流される。カプセルの側壁７の広がりが、開口部の方向に向かうカプセル内の液体の上方の流れを促進する。その結果、膜３が変形し、その結果、穿孔要素５３に突き刺さる。それにより、遠心分離された液体は、カプセル内に作られた、例えば、蓋８を貫通する複数の出口開口部１８を通過することができる。このことで、第２の送出段階が行われる。この段階で液体が穿孔出口から放出される。

さらに、上述したように、出口開口部は流量制限を行い、この流量制限が水と物質との相互作用および飲料の上面の泡またはクレマの形成に影響を及ぼす。流量制限は、せん断力を引き起こし、その結果、泡またはコーヒークレマを生成する。カプセル内に含まれる気体が液体内に閉じ込められ、流量制限後の圧力解放により液体内に多数の小さい気泡を形成する。

カプセルの膜の遅延開口は、種々のパラメータ、例えば、遠心速度、膜の特性（引裂強度、厚さ）、穿孔要素の形状などに左右される。

本発明のカプセルシステムでは、通常のシステムの場合よりも優れた、固体成分による浸出結果が得られる。その結果は、カプセルごとに再現性が非常に高い。また、驚くほど、クレマは、よりクリーミーで、より安定した、より濃厚な質感となり著しく改善される。

当然、本発明は、以下に示す請求項の範囲内にある多くの変形形態も含むものとする。

Claims (17)

1. 装置と、前記装置内に取り外し可能に挿入可能であるカプセルとを備え、水を前記カプセル内の食品物質に通過させることによって前記食品物質から液状食品を調整するための液状食品調製システムであって、水を前記カプセル内に注入する水注入ヘッドと、前記カプセルを前記装置内に保持するためのカプセルホルダとを備える液状食品調製システムにおいて、
   水を前記カプセル内に導入するように配置された、前記水注入ヘッドの一部としての注水器と、
   前記カプセルを遠心回転駆動する手段と
   を備え、
   開口手段が、前記カプセルに作用する液体の遠心力を受けて前記カプセル内に少なくとも１つの液体送出口を形成するよう、前記装置内の前記カプセルに対して構成されていることを特徴とする、液状食品調製システム。
2. 前記装置が、前記カプセルホルダの中心軸に対して相対的にずれた位置に配置された、前記カプセル内に少なくとも１つの液体送出口を形成するための少なくとも１つの開口手段を備える、請求項１に記載の液状食品調製システム。
3. 前記開口手段が、前記中心軸を中心としたほぼ円形軌道に沿って分布した一連の穿孔要素を備える、請求項２に記載の液状食品調製システム。
4. 開口要素が、回転係合部材の外周に穿刺クラウンを形成する、請求項２に記載の液状食品調製システム。
5. 記開口要素が、角錐台、ニードル、および／またはブレードを形成する、請求項３または４に記載の液状食品調製システム。
6. 前記注水器が穿孔部材を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の液状食品調製システム。
7. 前記穿孔部材が、前記カプセルの中央に水を注入するための中空穿孔管として配置されている、請求項６に記載の液状食品調製システム。
8. 前記穿孔部材が、５ｍｍ未満、好ましくは０．９〜２．９ｍｍの直径を有する、請求項７に記載の液状食品調製システム。
9. 前記カプセルが、少なくとも１つの送出口が形成される穿刺可能膜を備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の液状食品調製システム。
10. 前記カプセルが気密性を有するものである、請求項９に記載の液状食品調製システム。
11. 使い捨てカプセル内に含まれる食品物質に水を通過させることによって食品物質から液状食品を調製する方法であって、
    水を前記カプセルの中央に導入しながら前記カプセルを遠心回転駆動するステップと、
    水を食品物質に通過させて、液状食品を生成するステップと、
    前記カプセル内に少なくとも１つの液体送出口を穿孔するステップと
    を含み、
    前記穿孔が、遠心分離の結果として前記カプセルにかかる液体の遠心力の作用により、少なくとも部分的に行われる、方法。
12. 前記カプセルの外周部が、遠心圧力の作用により穿孔される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記穿孔が、穿孔要素に対して前記カプセルの外周部が外側に変形することによって行われる、請求項１２に記載の方法。
14. 前記外周部は、前記カプセルの穿孔可能膜の一部を備える、請求項１１または１３に記載の方法。
15. 液体が、前記穿孔可能膜の外周部に向かって広くなる前記カプセルの側壁により外周部に向かって流される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記穿孔可能膜が、前記物質を含む前記カプセルのカップ状本体のフランジ状リムに封着される、請求項１４に記載の方法。
17. 水は、５ｍｍ未満、好ましくは０．９〜２．９ｍｍの開口部を通って前記カプセル内に導入される、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の方法。

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