(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ヘッド及びフォーマーの結合体を使用して、カップ状カプセル本体にフィルタ要素を組み付ける方法であって、
ａ）前記カップ状カプセル本体の開口部に、又はその付近に前記フィルタ要素を位置付ける工程と、
ｂ）前記フィルタ要素と接触して、前記カップ状カプセル本体内へと押し込むように、前記溶接ヘッド及びフォーマーの結合体を移動させる工程であって、
ｃ）工程ｂ）中に、前記フィルタ要素が前記溶接ヘッド及びフォーマーの結合体のばね付きフォーマーによって変形させられ、カップ状フィルタ要素を形成する、工程と、
ｄ）前記溶接ヘッド及びフォーマーの結合体の溶接ヘッドを使用して、前記カップ状フィルタ要素を前記カップ状カプセル本体に結合させる工程と、を含む、方法。
【請求項２】
前記ばね付きフォーマーをばね付勢に逆らって前記溶接ヘッドに対して移動可能にすることにより、前記ばね付きフォーマーによって前記フィルタ要素に加えられるピーク力の大きさが限定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フィルタ要素に加えられる前記ピーク力の大きさが、前記カップ状フィルタ要素を引裂くために必要な力未満である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記フィルタ要素に加えられる前記ピーク力の大きさが、４５Ｎ未満である、請求項２又は請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記フィルタ要素に加えられる前記ピーク力の大きさが、４０Ｎ未満である、請求項２又は請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記フィルタ要素に加えられる前記ピーク力の大きさが、３０Ｎ未満である、請求項２又は請求項３に記載の方法。
【請求項７】
工程ｂ）の最後において、前記カップ状フィルタ要素の一部が、前記溶接ヘッドによって前記カップ状カプセル本体と接触した状態で保持される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記カップ状フィルタ要素が前記カップ状カプセル本体内で吊り下げられ、前記カップ状フィルタ要素の基部が前記カップ状カプセル本体の基部と接触しないように、前記カップ状フィルタ要素が前記カップ状カプセル本体に結合される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
工程ｄ）中、前記カップ状フィルタ要素の一部が、前記溶接ヘッドの被加熱部を使用して前記カップ状カプセル本体に結合される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
工程ｄ）中、前記カップ状カプセル本体の少なくとも一部が、前記溶接ヘッドの前記被加熱部によって軟化され、その結果、前記溶接ヘッドが前記カップ状カプセル本体内へと更に移動できる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ばね付きフォーマーをばね付勢に逆らって前記溶接ヘッドに対して移動可能にすることにより、前記カップ状カプセル本体内への前記溶接ヘッドの前記更なる移動中、前記カップ状カプセル本体内への前記ばね付きフォーマーの更なる移動が限定されるか、回避される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ばね付きフォーマーが前記溶接ヘッドに摺動自在に結合され、圧縮ばねが前記ばね付きフォーマーと前記溶接ヘッドとの間に延在する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
ｅ）前記溶接ヘッド及びフォーマーの結合体を前記カップ状カプセル本体から引き抜く工程、を更に含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
工程ｅ）中、前記ばね付きフォーマーが屈曲して、前記カップ状フィルタ要素からの前記ばね付きフォーマーの分離を支援する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
飲料カプセルの作製方法であって、
ｉ）請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法で結合されたフィルタ要素を有するカップ状カプセル本体内に１種類以上の飲料成分の一部を充填する工程と、
ｉｉ）蓋を使用して前記カップ状カプセル本体を閉鎖し、密封する工程と、を含む、方法。
【請求項１６】
飲料カプセルの組み立てに使用するための溶接ヘッド及びフォーマーの結合体であって、溶接ヘッドと、フォーマーと、を含み、前記フォーマーがばね荷重されており、
前記フォーマーは、形成体を含み、前記形成体の少なくとも一部が可撓性である、溶接ヘッド及びフォーマーの結合体。
【請求項１７】
前記フォーマーが前記溶接ヘッドに摺動自在に結合され、ばねが前記フォーマーと前記溶接ヘッドとの間に延在する、請求項１６に記載の溶接ヘッド及びフォーマーの結合体。
【請求項１８】
カップ状カプセル本体にフィルタ要素を組み付けするための、請求項１６〜１７のいずれか一項に記載の溶接ヘッド及びフォーマーの結合体の使用法であって、前記使用法は、
ａ）前記カップ状カプセル本体の開口部に、又はその付近に前記フィルタ要素を位置付ける工程と、
ｂ）前記フィルタ要素と接触して、前記カップ状カプセル本体内へと押し込むように、前記溶接ヘッド及びフォーマーの結合体を移動させる工程であって、
ｃ）工程ｂ）中に、前記フィルタ要素が前記溶接ヘッド及びフォーマーの結合体のばね付きフォーマーによって変形させられ、カップ状フィルタ要素を形成する、工程と、
ｄ）前記溶接ヘッド及びフォーマーの結合体の溶接ヘッドを使用して、前記カップ状フィルタ要素を前記カップ状カプセル本体に結合させる工程と
を含む、使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、カプセルにおける、又はカプセルに関する改善に関する。具体的には、飲料カプセルなどカプセルの組み立てに使用するための溶接ヘッド及びフォーマーに関する。本願はまた、当該溶接ヘッド及びフォーマーを使用した組み立て方法並びに当該方法によって製造されたカプセルの使用法に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料成分を収容するためのカプセルは周知である。既知のカプセルの１種は米国特許第５，８４０，１８９号に記載されており、基部と、円錐側壁と、開口部と、を有するカップ状カプセル本体を含む。上開口部は、蓋によって密封される。カップ状カプセル本体及び蓋は、フィルタ要素及び飲料成分の一部が配置されるカプセル体積を画定する。使用する際、蓋及び基部の両方が貫通されて、カプセル体積への温水の注入及びカプセル体積からの抽出飲料の送達を可能にする。フィルタ要素は、飲料成分の固形残留物を留めつつ、抽出飲料がそこを貫通できるように機能する。米国特許第５，８４０，１８９号では、フィルタ要素は、開口部に隣接する位置において円錐側壁の内面に永続的に接合される。
【０００３】
米国特許第６，４４０，２５６号は、フィルタ要素を形成し、これを同５，８４０，１８９号に記載された種類のカップ状カプセル本体に挿入する方法を記載する。具体的には、この方法はまず、フィルタ要素を形成するためにフィルタ材の折り畳み及び密封を必要とする。次いで、フィルタ要素は、第１のマンドレルによってカップ状カプセル本体の位置に移送される。次いで、第１のマンドレルに対してプローブが下げられて、フィルタ要素の基部をカップ状カプセル本体の基部にタック溶接するために使用される、プローブの被加熱先端部を使用して、第１のマンドレルからフィルタ要素が取り外される。次に、プローブは引き込まれ、成形マンドレルが挿入されて、カップ状カプセル本体の内側側壁に対してフィルタ要素を半径方向に拡大させる。次いで、成形マンドレルは引き込まれ、溶接マンドレルが挿入されて、フィルタ要素と側壁との間に辺縁溶接をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，８４０，１８９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４４０，２５６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この従来技術の方法は、多数の個別段階を含み、別個のマンドレルを３つ必要とする。また、カップ状カプセル本体の基部まで延在しないフィルタ要素をカプセル内で組み立てる場合には不適当である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示によると、溶接ヘッド及びフォーマーの結合体を使用して、カップ状カプセル本体にフィルタ要素を組み付ける方法であって、
ａ）カップ状カプセル本体の開口部に、又はその付近にフィルタ要素を位置付ける工程と、
ｂ）フィルタ要素と接触して、カップ状カプセル本体内へと押し込むように、溶接ヘッド及びフォーマーの結合体を移動させる工程であって、
ｃ）工程ｂ）中に、フィルタ要素が溶接ヘッド及びフォーマーの結合体のばね付きフォーマーによって変形させられ、カップ状フィルタ要素を形成する、工程と、
ｄ）溶接ヘッド及びフォーマーの結合体の溶接ヘッドを使用して、カップ状フィルタ要素をカップ状カプセル本体に結合させる工程と、を含む、方法が提供される。
【０００７】
有利には、溶接ヘッド及びフォーマーの結合体は、カップ状カプセル本体にフィルタ要素を挿入する、フィルタ要素をカップ状フィルタ要素へと成形する、並びにカップ状フィルタ要素及びカップ状カプセル本体を結合する、という複数の機能を単一の操作で達成する。これにより、複雑性が低く、かつより迅速な組み立て手順が可能になる。この方法はまた、カップ状カプセル本体の基部まで延在しないフィルタ要素をカプセル内で組み立てる場合に好適である。
【０００８】
ばね付きフォーマーによってフィルタ要素に加えられるピーク力の大きさは、ばね付きフォーマーをばね付勢に逆らって溶接ヘッドに対して移動可能にすることにより限定されてよい。
【０００９】
典型的には、フィルタ材は、比較的低い引裂き強度を有する材料で作製される。本出願者は、フォーマーによってフィルタ要素に加えられる負荷が高過ぎる場合、堅固な、非適合性フォーマーを使用してフィルタ要素をカップ状カプセル本体内に押し込むと、フィルタ要素の引裂きが生じ得ることを見出した。本開示のばね付きフォーマーを使用することにより、フィルタ要素が引裂かれる可能性は低減されるか、回避される。これは、フォーマーによってフィルタ要素に加えられるピーク力が、フォーマーの適合性によって緩和され得るためである。
【００１０】
その結果として、フィルタ要素に加えられるピーク力の大きさは、好ましくは、カップ状フィルタ要素の引裂きに必要な力未満である。例えば、フィルタ要素に加えられるピーク力の大きさは、４５Ｎ未満、好ましくは４０Ｎ未満、より好ましくは３０Ｎ未満であってよい。
【００１１】
工程ｂ）の最後に、カップ状フィルタ要素の一部は、溶接ヘッドによってカップ状カプセル本体と接触した状態で保持されてよい。有利には、これにより、カップ状フィルタ要素及びカップ状カプセル本体の結合は、フィルタ要素がカップ状フィルタ要素へと変形させられた直後に生じることができる。換言すれば、溶接ヘッド及びフォーマーの結合体による１工程によって、フィルタ要素を挿入し、必要とされる形状へと変形させるだけではなく、結合工程に向けてカップ状フィルタ要素の準備も行う。これにより、フィルタ要素の挿入、変形、及び結合を行うための複数の往復機械運動の必要性を回避し、したがって、より迅速な組み立てプロセスをもたらす。
【００１２】
カップ状フィルタ要素は、カップ状フィルタ要素がカップ状カプセル本体内で吊り下げられ、カップ状フィルタ要素の基部がカップ状カプセル本体の基部と接触しないようにカップ状カプセル本体に結合されてよい。
【００１３】
工程ｄ）中、カップ状フィルタ要素の一部は、溶接ヘッドの被加熱部を使用してカップ状カプセル本体に結合されてよい。溶接ヘッドは、抵抗ヒータコイル又は抵抗バンドによって加熱されてよい。被加熱部は、被加熱セラミック部品を含んでよい。
【００１４】
工程ｄ）中、カップ状カプセル本体の少なくとも一部は、溶接ヘッドの被加熱部によって軟化されてよく、その結果、溶接ヘッドはカップ状カプセル本体内へと更に移動できる。
【００１５】
カップ状カプセル本体に加えられる熱は、カップ状カプセル本体の材料の軟化をもたらしてよい、及び／又はカップ状カプセル本体の側壁の局部的な壁厚減少をもたらしてよい。いずれにしても、これによって溶接ヘッドがカップ状カプセル本体内へと更に移動できてよい。これは、カップ状カプセル本体によって溶接ヘッドに加えられる反力が材料の軟化により低減され得るからである。
【００１６】
カップ状カプセル本体内への溶接ヘッドの前述の更なる移動中、カップ状カプセル本体内へのばね付きフォーマーの更なる移動は、ばね付きフォーマーをばね付勢に逆らって溶接ヘッドに対して移動可能にすることにより限定されるか、回避されてよい。
【００１７】
有利には、カップ状カプセル本体内へと更に移動しない場合でさえも、カップ状カプセル本体内へのフォーマーの更なる移動は、ばね荷重されているフォーマーのために限定されるか、回避される。換言すれば、溶接ヘッドの更なる移動は、溶接ヘッドとフォーマーとの間に存在するばね付勢の圧縮により部分的に、又は完全に調整される。これにより、結合工程中にカップ状フィルタ要素に加えられるあらゆる荷重を著しく低減するか、除外する。
【００１８】
ばね付きフォーマーは溶接ヘッドに摺動自在に結合され、圧縮ばねは、ばね付きフォーマーと溶接ヘッドとの間に延在してよい。フォーマーは、圧縮ばねの代わりに、例えば、エラストマーばね、ガススプリング、ガス支柱、又は溶接ヘッドとフォーマーとの間に適合性をもたらすか、フォーマー自体の内部に適合性をもたらす別の装置を使用することによってばね荷重されてよい。適合性をもたらす要素は、別個の要素であってよいか、溶接ヘッド又はフォーマーのいずれかの一体部分を形成してよい。フォーマーの材料及び／又は形状は、適合性をもたらしてよい。
【００１９】
この方法は、
ｅ）溶接ヘッド及びフォーマーの結合体をカップ状カプセル本体から引き込む工程を更に含んでよい。
【００２０】
工程ｅ）中、ばね付きフォーマーは屈曲して、カップ状フィルタ要素からのばね付きフォーマーの分離を支援してよい。
【００２１】
フォーマーは、剛性材料から形成されてよい。いくつかの態様において、可撓性フォーマーを使用することにより、溶接ヘッド及びフォーマーの結合体の引き込み時にカップ状フィルタ要素が引裂かれるリスクを低減してよい。したがって、フォーマーの一部又は全体は、可撓性材料から形成されてよい。あるいは、フォーマーは、特有の可撓性をもたらす幾何学的形状を含んでよい。
【００２２】
本開示はまた、飲料カプセルの作製方法であって、
ｉ）上記の方法で結合されたフィルタ要素を有するカップ状カプセル本体内に１種類以上の飲料成分の一部を充填する工程と、
ｉｉ）蓋を使用してカップ状カプセル本体を閉鎖し、密封する工程と、を含む、方法を提供する。
【００２３】
本開示はまた、上記の方法を使用して製造した飲料カプセルを提供する。
【００２４】
１種類以上の飲料成分は、焙煎された挽きコーヒー又はリーフティーなど抽出可能／不溶性成分であってよい。飲料成分は、抽出可能／不溶性成分と水溶性成分との混合物であってよい。水溶性成分は、例えば、スプレードライ又はフリーズドライのインスタントコーヒー、チョコレート粉末、粉ミルク、又はクリーマー粉末であってよい。粉ミルクは、乾燥スキムミルク、部分スキムミルク、全乳、乾燥乳タンパク質濃縮物、分離株、及び画分、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。クリーマー粉末は、乳製品及び／又は非乳製品の食品原材料から製造され得、典型的には、乾燥、特に噴霧乾燥を促進する担体内に分散したタンパク質又は加工デンプンによって安定化された乳化脂肪を含有する。粉末成分は、塊状であってよい。
【００２５】
本開示はまた、飲料カプセルの組み立てに使用され、溶接ヘッドと、フォーマーと、を含む、溶接ヘッド及びフォーマーの結合体を提供し、フォーマーはばね荷重されている。
【００２６】
ばね付きフォーマーは溶接ヘッドに摺動自在に結合されてよく、ばねは、ばね付きフォーマーと溶接ヘッドとの間に延在する。
【００２７】
上記のように、ばねは、圧縮ばね、エラストマーばね、ガススプリング、ガス支柱、又は溶接ヘッドとフォーマーとの間に適合性をもたらす別の装置であってよい。適合性をもたらす要素は、別個の要素であってよいか、溶接ヘッド又はフォーマーのいずれかの一体部分を形成してよい。
【００２８】
ばね付きフォーマーは、形成体を含んでよい。
【００２９】
形成体の少なくとも一部は、可撓性であってよい。
【００３０】
本開示はまた、カップ状カプセル本体にフィルタ要素を組み付けするための上記の溶接ヘッド及びフォーマーの結合体の使用法を提供する。
【００３１】
カップ状カプセル本体は、高分子材料から形成されてよい。例えば、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリスチレン、ナイロン、ポリウレタン、アセタール、アセタールグレードポリオキシレンメチレンコポリマー（例えば、Ｃｅｎｔｒｏｄａｌ  Ｃ）、又は他のエンジニアリングプラスチックスから形成されてよい。
【００３２】
カップ状カプセル本体は、積層材料を含んでよい。例えば、カップ状カプセル本体は、ポリスチレン及びポリエチレンの積層体を含んでよい。別の例において、カップ状本体は、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、及びポリエチレンの層を有する積層体から形成されてよい。
【００３３】
カップ状カプセル本体は障壁層を含んでよい。障壁層は、カップ状カプセル本体の積層構造の１層を形成してよい。障壁層は、酸素／空気及び／又は水分に対して実質的に不浸透性であり得る。好ましくは、障壁層は、カプセルの内容物を、酸素／空気及び／又は水分への曝露による潜在的な劣化から守るように作用する。好適な障壁層の例としては、ＥＶＯＨが挙げられる。
【００３４】
フィルタ要素に好適な材料としては、ヒートシール性織布及び不織布材、紙、セルロース、並びにポリプロピレン、ポリエチレンなどのプラスチックが挙げられる。紙又はセルロース材料は、他の材料の繊維、例えば、ポリプロピレン又はポリエチレンを含有し得る。
【００３５】
ばね付きフォーマーは、耐熱性材料から全体又は一部が作製されてよい。ばね付きフォーマーは、アルミニウム、軟鋼、銅、黄銅、又はステンレス鋼など剛性材料から形成されてよい。また、セラミック又はポリマーなど非金属材料から作製されてよい。ポリマーは、例えば、追加の綿織物又は麻織物を含むフェノールホルムアルデヒド樹脂など合成樹脂接着布を含んでよい。かかる一例は、Ｔｕｆｎｏｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｌｔｄ．（Ｂｉｒｍｉｎｇｈａｍ，ＵＫ）から入手可能なＴｕｆｎｏｌ（登録商標）である。ばね付きフォーマーは、可撓性材料から全体又は一部が作製されてよい。一例は、シリコーンである。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
溶接ヘッド及びフォーマーの結合体を使用して、カップ状カプセル本体にフィルタ要素を組み付ける方法であって、
ａ）前記カップ状カプセル本体の開口部に、又はその付近に前記フィルタ要素を位置付ける工程と、
ｂ）前記フィルタ要素と接触して、前記カップ状カプセル本体内へと押し込むように、前記溶接ヘッド及びフォーマーの結合体を移動させる工程であって、
ｃ）工程ｂ）中に、前記フィルタ要素が前記溶接ヘッド及びフォーマーの結合体のばね付きフォーマーによって変形させられ、カップ状フィルタ要素を形成する、工程と、
ｄ）前記溶接ヘッド及びフォーマーの結合体の溶接ヘッドを使用して、前記カップ状フィルタ要素を前記カップ状カプセル本体に結合させる工程と、を含む、方法。
（項目２）
前記ばね付きフォーマーをばね付勢に逆らって前記溶接ヘッドに対して移動可能にすることにより、前記ばね付きフォーマーによって前記フィルタ要素に加えられるピーク力の大きさが限定される、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記フィルタ要素に加えられる前記ピーク力の大きさが、前記カップ状フィルタ要素を引裂くために必要な力未満である、項目２に記載の方法。
（項目４）
前記フィルタ要素に加えられる前記ピーク力の大きさが、４５Ｎ未満、好ましくは４０Ｎ未満、より好ましくは３０Ｎ未満である、項目２又は項目３に記載の方法。
（項目５）
工程ｂ）の最後において、前記カップ状フィルタ要素の一部が、前記溶接ヘッドによって前記カップ状カプセル本体と接触した状態で保持される、項目１〜４のいずれか一項に記載の方法。
（項目６）
前記カップ状フィルタ要素が前記カップ状カプセル本体内で吊り下げられ、前記カップ状フィルタ要素の基部が前記カップ状カプセル本体の基部と接触しないように、前記カップ状フィルタ要素が前記カップ状カプセル本体に結合される、項目１〜５のいずれか一項に記載の方法。
（項目７）
工程ｄ）中、前記カップ状フィルタ要素の一部が、前記溶接ヘッドの被加熱部を使用して前記カップ状カプセル本体に結合される、項目１〜６のいずれか一項に記載の方法。
（項目８）
工程ｄ）中、前記カップ状カプセル本体の少なくとも一部が、前記溶接ヘッドの前記被加熱部によって軟化され、その結果、前記溶接ヘッドが前記カップ状カプセル本体内へと更に移動できる、項目７に記載の方法。
（項目９）
前記ばね付きフォーマーをばね付勢に逆らって前記溶接ヘッドに対して移動可能にすることにより、前記カップ状カプセル本体内への前記溶接ヘッドの前記更なる移動中、前記カップ状カプセル本体内への前記ばね付きフォーマーの更なる移動が限定されるか、回避される、項目８に記載の方法。
（項目１０）
前記ばね付きフォーマーが前記溶接ヘッドに摺動自在に結合され、圧縮ばねが前記ばね付きフォーマーと前記溶接ヘッドとの間に延在する、項目１〜９のいずれか一項に記載の方法。
（項目１１）
ｅ）前記溶接ヘッド及びフォーマーの結合体を前記カップ状カプセル本体から引き込む工程、を更に含む、項目１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
（項目１２）
工程ｅ）中、前記ばね付きフォーマーが屈曲して、前記カップ状フィルタ要素からの前記ばね付きフォーマーの分離を支援する、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
飲料カプセルの作製方法であって、
ｉ）項目１〜１２のいずれか一項に記載の方法で結合されたフィルタ要素を有するカップ状カプセル本体内に１種類以上の飲料成分の一部を充填する工程と、
ｉｉ）蓋を使用して前記カップ状カプセル本体を閉鎖し、密封する工程と、を含む、方法。
（項目１４）
項目１３に記載の方法を使用して製造された飲料カプセル。
（項目１５）
飲料カプセルの組み立てに使用するための溶接ヘッド及びフォーマーの結合体であって、溶接ヘッドと、フォーマーと、を含み、前記フォーマーがばね荷重されている、溶接ヘッド及びフォーマーの結合体。
（項目１６）
前記ばね付きフォーマーが前記溶接ヘッドに摺動自在に結合され、ばねが前記ばね付きフォーマーと前記溶接ヘッドとの間に延在する、項目１５に記載の溶接ヘッド及びフォーマーの結合体。
（項目１７）
前記ばね付きフォーマーが形成体を含む、項目１５又は１６に記載の溶接ヘッド及びフォーマーの結合体。
（項目１８）
前記形成体の少なくとも一部が可撓性である、項目１７に記載の溶接ヘッド及びフォーマーの結合体。
（項目１９）
カップ状カプセル本体にフィルタ要素を組み付けするための、項目１５〜１８のいずれか一項に記載の溶接ヘッド及びフォーマーの結合体の使用法。
（項目２０）
実質的に添付図面を参照して上述され、添付図面に示されたような溶接ヘッド及びフォーマーの結合体。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
ここで、単に例として、添付の図面を参照しながら本開示の態様を説明する。
【図１】溶接ヘッド及びフォーマーの結合体、カップ状カプセル本体、並びに組み立て前のフィルタ要素の断面図である。
【図２】溶接ヘッド及びフォーマーの結合体によってカップ状カプセル本体内へと挿入されたフィルタ要素の断面図である。
【図３】カップ状カプセル本体に挿入され、結合準備の整ったフィルタ要素の断面図である。
【図４】カップ状カプセル本体から引き込まれた、溶接ヘッド及びフォーマーの結合体の断面図である。
【図５】図４のカップ状カプセル本体を使用して形成されたカプセルの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
例えば、１種類以上の飲料成分の一部を収容する飲料カプセルであり得るカプセル１が図５に示される。カプセル１は、円形状の基部４と、上方に延在する側壁５と、を有するカップ状カプセル本体２を含む。カップ状カプセル本体２の開放上端部は、蓋３によって閉鎖され、密封される。カプセル１は、固形残留物を留めつつ、液体が貫通できるように機能するカップ状フィルタ要素５６（図４に示される）を含む。蓋３は、カプセル１の上貫通面をもたらす。基部４は、カプセル１の下貫通面をもたらす。
【００３８】
カップ状カプセル本体２は、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、及びポリエチレンの層を有する積層体から形成されてよい。
【００３９】
蓋３は、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド（ナイロン、ポリウレタン、紙、ビスコース及び／又は金属箔など）を含む、ポリエチレン、ポリエステルから形成されてよい。蓋は、積層体を含み得る、金属化され得る、又はコポリマーから形成され得る。一例では、蓋は、ポリエチレン−アルミニウム積層体を含む。
【００４０】
図１は、カップ状カプセル本体２及びカップ状フィルタ要素５６が形成されるフィルタ要素８を示す。フィルタ要素８は、好適なヒートシール性フィルタ材の可撓性ダイカット円形片を含む。
【００４１】
図１はまた、カップ状カプセル本体２にフィルタ要素８を組み付けるために使用される、溶接ヘッド及びフォーマーの結合体６０を示す。
【００４２】
図１に示されるように、カップ状カプセル本体の側壁１には、基部４に向かって、開放上端部２０から側壁５の実質的な長さに沿って走る、縦溝２８の間に間置される水路２９を画定するように、半径方向に内方へ突起する複数の縦溝２８が、その内面上に設けられる。側壁５は、略円錐台形の形状であり、開放上端部２０での直径が、基部４に隣接する側壁５での直径よりも大きい。上縁２１に隣接する側壁５の上領域は、上縁２１から下方に延在する内方へ先細りしている区間２２を有する。加えて、基部４の領域内の側壁５には、外方に先細りしている区間２３が提供される。外方に先細りしている区間２３の上端部は、外方に曲がった肩部２４で側壁５の残部と接続する。
【００４３】
溶接ヘッド及びフォーマーの結合体６０は、溶接ヘッド７０と、ばね付きフォーマー８０と、を含む。
【００４４】
溶接ヘッド７０は、内部を貫通する穴７２を有する、概して堅固な本体７１を含む。穴７２は、堅固な本体７１の中心部に位置し、溶接ヘッド７０の長手方向軸に沿って方向付けられる。堅固な本体７１の上端部には複数のねじ穴７５が設けられて、溶接ヘッド７０の動作及び加熱を制御する機構（図示なし）に溶接ヘッド７０を結合することができる。溶接ヘッド７０の下端面７３は、長手方向軸に垂直である。堅固な本体７１の下端部に向かう溶接部７４は、カップ状カプセル本体２に適合するように形成される。図示した例では、溶接部７４は、カップ状カプセル本体２の内方へ先細りしている区間２２に形状が適合する、２つの先細りしている面を含む。溶接ヘッドは、溶接部７４を介して熱エネルギーを伝達できる、好適な材料で形成されてよい。例としては、軟鋼、アルミニウム、銅、及び黄銅が挙げられる。
【００４５】
ばね付きフォーマー８０は、形成体８６と、連結脚部８３と、ばね８４と、を含む。形成体８６は、円形状の基部８２と、基部８２から上方に延在し、円形縁８７で終結する側壁８１と、を含む。側壁８１は切頭円錐形状を有し、その傾斜は、カップ状カプセル本体２の側壁５の傾斜と概ね一致する。側壁８１と基部８２との接合部における外側角部８５には丸みが付けられており、フィルタ要素８を引裂き得る、あらゆる鋭角を防止する。連結脚部８３は、側壁８１内で基部８２から上方に延在する。連結脚部８３は円筒形であり、形成体８６の中心部に位置し、溶接ヘッド７０の穴７２内で滑りばめとして受容される形状及び寸法である。形成体８６は、アルミニウム又は銅など剛性材料で作製される。あるいは、シリコーンゴムなどある程度の可撓性を有する材料が使用されてよい。
【００４６】
ばね８４は、連結脚部８３の周りに位置し、基部８２の内面から溶接ヘッド７０の下端面７３まで延在する。ばねは、圧縮コイルばねである。
【００４７】
連結脚部８３は、ねじ付きボルト、穴、及び連結脚部８３の上端部にあるワッシャ装置８８によって穴７２内に保持される。
【００４８】
図１に示される方向で組み立てられ、見るとき、停止中のばね付きフォーマー８０は、形成体８６の側壁の円形縁８７と溶接ヘッド７０の下端面７３との間に間隙９０が存在するように、ばね８４によって下方に付勢され、溶接ヘッド７０から離れる。
【００４９】
カップ状カプセル本体２にフィルタ要素８を組み付けする工程が図２〜４に示される。
【００５０】
図２に示される第１の工程では、カップ状カプセル本体２は好適なホルダー（図示なし）で支持され、溶接ヘッド及びフォーマーの結合体６０は、フィルタ要素８がばね付きフォーマー（ｓｐｒｕｎｇ−ｌｏａｄｅｄ  ｆｏｒｍｅｄ）８０によってカップ状カプセル本体２の開放上端部２０内へと押し下げられるように、機械的手段によって下方に移動する。この移動によって、これまで平坦であったフィルタ要素８がカップ状フィルタ要素５６へと変形し始める。形成体８６の基部８２によって接触されるフィルタ要素８の中心部分は、カップ状フィルタ要素５６の基部５２となる。フィルタ要素８の中間部５３は、カップ状フィルタ要素５６の側壁５１の一部を形成する。フィルタ要素８の辺縁部５０は、カップ状フィルタ要素５６の側壁５１の結合部を形成する。この第１の段階中、フィルタ要素８の移動に対する抵抗は低く、その結果として、ばね付きフォーマー８０は溶接ヘッド７０と一致して移動し、間隙９０の寸法は実質的に変化しない。
【００５１】
溶接ヘッド及びフォーマーの結合体６０の挿入は、図３に示されるよう、フィルタ要素８が完全に挿入され、溶接ヘッド７０がフィルタ要素８の辺縁部５０と接触する位置に達するまで続行する。この位置において、フィルタ要素８はカップ状フィルタ要素５６へと完全に変形させられる。また、溶接ヘッド７０の溶接部７４は、カップ状カプセル本体２の内方へ先細りしている区間２２にフィルタ要素８の辺縁部５０をしっかり押し付けるように作用する。図３から分かるように、カップ状フィルタ要素５６の基部５２は、カップ状カプセル２の基部４から距離５５だけ離れて保持される。この時点までは、フィルタ要素８の移動に対する抵抗は低いままであり、その結果として、ばね付きフォーマー８０は溶接ヘッド７０と一致して移動し、間隙９０の寸法は実質的に変化しない。
【００５２】
フィルタ要素８及びカップ状カプセル本体２の材料の局部的溶解を引き起こす溶接部７４からの熱エネルギーのために、カップ状フィルタ要素５６のカップ状カプセル本体２への結合はここで行われる。カップ状カプセル本体２の材料の加熱は、カップ状カプセル本体２を軟化する、及び／又は薄くする傾向を有することが見出されている。これにより、溶接ヘッド７０が更にカップ状カプセル本体２内へと下方に移動できるようになる。この溶接ヘッド７０の更なる下方への移動は、形成体８６がばね荷重されていなかった場合、カップ状フィルタ要素５６（ここでは、カップ状カプセル本体２に対して自由に移動できない）に増加した力を付与する傾向を有する。しかし、ばね付き形態のフォーマー８０は、溶接ヘッド７０の更なる内方への移動が溶接ヘッド及びフォーマーの結合体６０の適合性によって調整される、具体的には、間隙９０の寸法を低減するように溶接ヘッドに対して形成体８６を移動させるように、ばね８４の圧縮によって調整されることを意味する。
【００５３】
図４に示される最終段階は、溶接ヘッド及びフォーマーの結合体６０を引き込むことである。この段階において、カップ状フィルタ要素５６からの形成体８６の引き込みは、形成体８６が可撓性材料で形成されている場合、カップ状フィルタ要素５６の引裂きの可能性を低減する、形成体８６の屈曲によって支援される。
【００５４】
次いで、カップ状フィルタ要素５６及びカップ状カプセル本体２の組み立ては、１種類以上の飲料成分の一部でカプセルを充填し、蓋３を適用するために更なるプロセス工程を経てよい。
【００５５】
上記の組み立て法の一環として、ばね付きフォーマー８０のばね定数は、フィルタ要素８／カップ状フィルタ要素５６に付与されるピーク負荷がその引裂き強度を確実に超えないように、カップ状カプセル本体２の特定の形状及びフィルタ要素８の材料に合わせて必要に応じて選択されるべきである。ばね付きフォーマー８０のばね定数は、ばね８４のばね定数自体だけではなく、フォーマー８０の構成要素間の摩擦の影響によって決まる。ある試験において、ポリエチレンから形成され、上開口部２０における内径が４５ｍｍである内面を有するカップ状カプセル本体２内で、直径９７ｍｍかつ厚さ０．１ｍｍの織紙及びポリエチレンを含むフィルタ材の円形片を上記の方法に従って結合した。このように形成したカップ状フィルタ要素５６の深さは３３ｍｍであった。この例の場合、ばね付きフォーマー８０には２．０〜４．０Ｎ／ｍｍ、好ましくは３．０Ｎ／ｍｍのばね定数が有益であることが見出された。これは、１．０〜３．０Ｎ／ｍｍ、好ましくは２．０Ｎ／ｍｍのばね定数を有する圧縮コイルばねを使用することにより達成された。
【実施例】
【００５６】
典型的なフィルタ要素の引裂き強度を解明するために試験を実施した。以下の表１に結果を示す。フィルタ要素は、直径９７ｍｍかつ厚さ０．１ｍｍの織紙及びポリエチレンを含むフィルタ材の円形片を含んだ。形成体８６は、フィルタ要素の引裂きが生じるまで１００ｍｍ／分の定速で移動させた。
【００５７】
【表１】
0006046261.tif 000002
【００５８】
この結果から、この例の場合、引裂きの可能性を低減する又は除外するためには、フィルタ要素８／カップ状フィルタ要素５６に加えられるピーク力を４８Ｎ以下に限定することが好ましいことが分かる。
【００５９】
次いで、溶接ヘッド及び溶接ヘッドに対してばね荷重されていない、堅固な栓型フォーマー（ｂｕｎｇ  ｆｏｒｍｅｒ）からなるフォーマーを使用する組み立て方法と比較して、本開示の方法を使用して（ばね付きフォーマー８０を使用して）フィルタ要素８／カップ状フィルタ要素５６に加えるピーク力を比較するために比較試験を実施した。上記のように、フィルタ材は、直径９７ｍｍかつ厚さ０．１ｍｍの織紙及びポリエチレンを含んだ。カプセル本体２は、ポリエチレンから形成された内面及び上開口部２０において４５ｍｍの内径を含んだ。形成されたカップ状フィルタ要素５６の深さは３３ｍｍであった。溶接ヘッド及びフォーマーの結合体６０には、ばね定数２．０Ｎ／ｍｍを有する圧縮ばねを使用することにより、ばね付きフォーマー８０のばね定数３．０Ｎ／ｍｍを選択した。以下の表２に結果を示す。
【００６０】
【表２】
0006046261.tif 000003
【００６１】
ばね付きフォーマーを使用すると、フィルタ要素８／カップ状フィルタ要素５６に加えられるピーク負荷が著しく低減し、あらゆる場合において、材料の引裂きが防止された。
【００６２】
上記の態様において、形成体８６は、カップ状の薄壁一体構造を有する。しかし、ばね付きフォーマー８０の一部として他の形態の形成部材が使用されてよい。例えば、形成体８６は、複数の別個の部品から形成されてよい。形成体８６は、基部８２を含むが、側壁を含まなくてよい。
【図１】
0006046261.tif 000004
【図２】
0006046261.tif 000005
【図３】
0006046261.tif 000006
【図４】
0006046261.tif 000007
【図５】
0006046261.tif 000008