(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温の湯を、圧力を加えて供給する給湯手段と、コーヒー豆を粉砕し圧縮したコーヒー粒の層に前記高温の湯を通過させて、コーヒー液を抽出する抽出部とを具え、抽出された前記コーヒー液を飲料として供給する、コーヒー飲料の製造装置において、
前記圧力を、前記湯が前記コーヒー粒の層を通過でき、かつ抽出が終了するまで前記湯の流量が所定の範囲に保たれるように制御する圧力制御手段を有することを特徴とするコーヒー飲料の製造装置。
【請求項２】
前記流量の前記所定の範囲が、最大流量の５０％以上であることを特徴とする請求項１記載のコーヒー飲料の製造装置。
【請求項３】
前記圧力制御手段が、前記圧力を４気圧以上、５．５気圧以下に制御することを特徴とする請求項１記載のコーヒー飲料の製造装置。
【請求項４】
前記圧力制御手段が、圧力センサーと、この圧力センサーからの圧力信号に応じて制御信号を生じる制御回路と、前記制御信号に応じて圧力を調整する圧力調整手段から成ることを特徴とするコーヒー飲料の製造装置。
【請求項５】
前記給湯手段が流量可変のポンプから成り、前記圧力調整手段が前記流量可変のポンプであることを特徴とする請求項１記載のコーヒー飲料の製造装置。
【請求項６】
前記コーヒー粒が、エスプレッソ用のコーヒー粒であることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかのコーヒー飲料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコーヒー飲料の製造装置に関し、特に、コーヒー粒の詰まりに基づく抽出液量の減少を防止し、抽出液量が安定した、コーヒー飲料の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コーヒー飲料の製造装置には、コーヒー飲料の抽出に必要な一定量のコーヒー豆をコーヒーミルで粉砕したコーヒー粒（挽き豆）に、高温の湯を通過させてコーヒー液を抽出するものがある。この方式のコーヒー飲料製造装置は、挽き豆を用いるため、香りや味覚に優れるコーヒー飲料を供給することができる。
【０００３】
コーヒー粒（挽き豆）に高温の湯を通過させてコーヒー液を抽出するコーヒー飲料の製造装置として、例えば、特開２００１−２３０３４号公報に開示されたものがある。
【０００４】
図１０は、特開２００１−２３０３４号公報に開示されたコーヒー飲料製造装置を示す。このコーヒー飲料製造装置は、給水管１に接続されたシスターン２、貯湯槽３、シスターン２と貯湯槽３を連結する配管２Ａ、図示しないモーターにより駆動されるポンプ４、コーヒー豆貯留槽５、コーヒーミル６、計量部６Ａ、シュート７、コーヒー抽出機９、ポンプ４からコーヒー抽出機９に湯を供給する配管８、コーヒー抽出機９で抽出されたコーヒー液をカップ１１に供給する飲料供給管１０、配管８を大気に開放し、余った湯を排出するための開放弁１２を具える。配管８の途中には圧力センサー１３及び流量センサー１４が設けられている。ポンプ４としてはギアポンプを用いている。
【０００５】
配管８には逆流防止弁８Ａが設けられ、その上流側と貯湯槽３の間にバイパス管８Ｂが連結されている。バイパス管８Ｂには弁８Ｃが設けられている。バイパス管８Ｂは、抽出を休止した後、貯湯槽３からコーヒー抽出機９に湯の供給を再開するとき、ポンプ４を短時間作動させて、配管８の中のぬるい湯を貯湯槽３に戻し、新たに高温の湯を配管８に送るために設けられたものである。配管８中の湯の交換が終わると、ポンプ４を一時停止し、弁８Ｃを閉じる。コーヒー抽出中、弁８Ｃは閉じられたままで、湯の貯湯槽３への還流は行なわれない。
【０００６】
図１１は、抽出中のコーヒー抽出機９の細部を示す。コーヒー抽出機９は、挽き豆を収容するシリンダー２１、シリンダー２１に挿入されるピストン２２、ピストン２２を駆動するモーター２３、モーター２３とピストン２２を連結するトルク伝達部２４を具え、これらはシリンダーユニットＤを構成している。コーヒー抽出機９はさらに、シリンダーユニットＤ全体を所定の角度に傾斜させるためのモーター２５、シリンダー２１を密封するキャップ２６を具える。配管８はキャップ２６を貫通している。挽き豆は、コーヒーミル６に接続された計量部６Ａ（図１０参照）からシュート７を経てシリンダー２１に供給される。
【０００７】
モーター２３によりトルク伝達部２４を介してピストン２２が押し上げられると、シリンダー２１の中の挽き豆は圧縮される（タンピング）。挽き豆が所定の状態まで圧縮されたとき、モーター２３を停止し、６ないし８気圧に加圧された湯を、配管８からシリンダー２１中に供給する。湯がシリンダー２１の中の挽き豆を通過すると、コーヒー成分が溶解、すなわち抽出され、コーヒー液は飲料供給管１０を通ってカップ１１に供給される（図１０参照）。６ないし８気圧に加圧された湯を挽き豆に供給するので、エスプレッソ用のような細かい挽き豆でも、湯は圧力によって挽き豆を通過して、コーヒー液が抽出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のコーヒー飲料の製造装置によると、コーヒー抽出の過程で、吸水して膨張した挽き豆の粒の間隙が圧力により詰まってきて、ろ過抵抗が増加し、コーヒー液の抽出液量が時間とともに減少するため、供給される飲料の量及び質の上でそれぞれ問題が生じる。第１の問題は、カップ自動販売機への適用である。カップ自動販売機では販売時間を正確に管理しており、飲料調理の各工程をシーケンス制御に基づいて実行する場合に予め設定された時間内に各工程が終了する必要がある。例えば、砂糖やクリーム等の補助原料を抽出されたコーヒー液と混合して溶解する工程では、コーヒー液が不足すると充分な溶解が行われないことがある。また、機器の故障判断を行うときに予め設定された時間内で飲料調理が終了するか否かを基準としているので、抽出されるコーヒー液量にばらつきがあると、各工程の移行タイミングを適切に設定することが難しいだけでなく、正確な故障判断を行うことができない。
【０００９】
第２の問題は、コーヒー飲料の品質の不安定である。すなわち、加圧による挽き豆の詰まり具合が挽き豆の状態等によって一定にならないため、所定時間内に所要の量のコーヒー液が得られなかったり、抽出の待ち時間が長くなったりするだけでなく、抽出されたコーヒー液の濃度が抽出の都度変動する。
【００１０】
第３の問題は、コーヒー飲料の種類に応じたコーヒー液の抽出である。６〜８気圧の高圧の湯を細かい挽き豆に通過させてコーヒー抽出を行うと、苦味の強い濃いエスプレッソ用のコーヒー液が得られるが、コーヒー飲料の種類によっては苦味を抑えた比較的濃度の薄いコーヒー液を用いることもあり、高圧の湯を用いたコーヒー抽出では比較的濃度の薄いコーヒー液を抽出することが難しい。
【００１１】
本発明の目的は、複雑な機構を必要とせず、コストの増大や装置の大型化を伴わないでコーヒー液の抽出液量を調節できる、コーヒー飲料の製造装置を実現することにある。
【００１２】
また、本発明の目的は、一定の濃度のコーヒー飲料を供給できる、コーヒー飲料の製造装置を実現することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のコーヒー飲料の製造装置は、高温の湯を、圧力を加えて供給する給湯手段と、コーヒー豆を粉砕し圧縮したコーヒー粒の層に高温の湯を通過させて、コーヒー液を抽出する抽出部とを具え、抽出されたコーヒー液を飲料として供給する、コーヒー飲料の製造装置において、圧力を、湯がコーヒー粒の層を通過でき、かつ抽出が終了するまで湯の流量が所定の範囲に保たれるように制御する、圧力制御手段を有することを特徴とする。
【００１４】
コーヒー液の流量は、最大流量の５０％以上に保つことが好ましい。供給する湯の圧力を４気圧以上、５．５気圧以下に制御すると、コーヒー液の流量をこのような範囲に保つことが容易にできる。湯の圧力は５気圧を超えないように制御すると、より好ましい抽出特性を得られることが本発明者によって確認されている。
【００１５】
圧力を制御するには、圧力センサーと、この圧力センサーからの圧力信号に応じて制御信号を生じる制御回路と、制御信号により圧力を調整する圧力調整手段を用いればよい。給湯手段を流量可変のポンプで構成すれば、このポンプの流量を制御することにより、圧力を調整することができる。流量一定のポンプでも、作動のオンオフ制御により圧力を調整できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のコーヒー飲料の製造装置の第１の実施の形態を示す。このコーヒー飲料製造装置は、圧力制御手段を有すること以外は、図１０に示した従来のコーヒー飲料製造装置と基本的に同じ構成を有する。
【００１７】
図１のコーヒー飲料製造装置は、給水管１に接続されたシスターン２、貯湯槽３、シスターン２と貯湯槽３を連結する配管２Ａ、流量可変のポンプ４、コーヒー豆貯留槽５、コーヒーミル６、計量部６Ａ、シュート７、コーヒー抽出機９、ポンプ４からコーヒー抽出機９に湯を供給する配管８、コーヒー抽出機９で抽出されたコーヒー液をカップ１１に供給する飲料供給管１０、配管８を大気に開放し、余った湯を排出するための開放弁１２を具える。配管８には逆流防止弁８Ａが設けられ、その上流側と貯湯槽３の間にバイパス管８Ｂが連結されている。バイパス管８Ｂには弁８Ｃが設けられている。
【００１８】
配管８にはさらに圧力センサー３１と流量センサー１４が設けられ、ポンプ４に回転数可変のＤＣモーター３３が連結されている。圧力センサー３１は圧力制御回路３２に配線３１Ａで接続されており、圧力センサー３１から圧力信号が圧力制御回路３２に入力されると、基準値と比較され、圧力制御回路３２から配線３３Ａを介してＤＣモーター３３に所要の駆動信号が出力される。駆動信号は、圧力が所定の値に達するまで最大値に保たれる。ＤＣモーター３３への駆動信号は、交流を全波整流したものを用い、交流電源の波形を圧力信号に応じて部分的に削除することにより得られる。ただし、それ以外の方式を用いてもよい。圧力制御の基準値は、所望の飲料の種類により変更することができる。例えば、エスプレッソ飲料の場合には４ないし５気圧の範囲に、ドリップタイプ飲料の場合には２気圧前後とする。このような変更により、適当な濃度の飲料を、安定した品質で供給できる。
【００１９】
バイパス管８Ｂは、抽出開始前、または抽出を休止した後、貯湯槽３からコーヒー抽出機９に湯の供給を開始するとき、ポンプ４を短時間作動させて、配管８の中のぬるい湯を貯湯槽３に戻し、新たに高温の湯を配管８に送るために設けられている。配管８中の湯の交換が終わると、ポンプ４を一時停止し、弁８Ｃを閉じる。抽出中は湯の貯湯槽３への還流は行なわれない。
【００２０】
図２は、コーヒー抽出機９の細部を示す。コーヒー抽出機９は、挽き豆を収容するシリンダー２１、シリンダー２１に挿入されるピストン２２、ピストン２２を駆動するモーター２３、モーター２３とピストン２２を連結するトルク伝達部２４を具え、これらはシリンダーユニットＤを構成している。挽き豆は、コーヒーミル６に接続された計量部６Ａ（図１参照）からシュート７を介してシリンダー２１に供給される（図１参照）。コーヒー抽出機９はさらに、シリンダーユニットＤ全体を所定の角度に傾斜させるためのモーター２５、シリンダーユニットＤが傾斜したときシリンダー２１に装着されるキャップ２６を具える。モーター２５は、キャップ２６を着脱するためにも用いられる。配管８はキャップ２６を貫通している。コーヒー抽出機９の細部は、図１１に示した従来のコーヒー飲料製造装置と同じである。
【００２１】
図１のコーヒー飲料製造装置の動作を、以下に説明する。図３（ａ）ないし（ｈ）は、コーヒー抽出の過程でのコーヒー抽出機９の状態を順次示す。図３（ａ）は、シリンダー２１に挽き豆Ｐを供給する段階を示す。シリンダー２１は直立した状態にあり、挽き豆Ｐは計量部６Ａからシュート７を介してシリンダー２１に供給される。
【００２２】
図３（ｂ）及び（ｃ）は、コーヒー抽出の準備段階を示す。挽き豆の供給が終わったシリンダー２１は、図３（ｂ）では直立した状態にあるが、モーター２３を作動させることにより、シリンダーユニットＤ全体を矢印の方向に回動させ、シリンダー２１を所定の角度に傾斜させる。そして、キャップ２６でシリンダー２１の頭部を密封し、図３（ｃ）の状態となる。
【００２３】
図３（ｄ）及び（ｅ）は、それぞれコーヒー抽出の第１及び第２段階を示す。図３（ｄ）では、モーター２３が作動し、トルク伝達部２４を介してピストン２２が押し上げられ、シリンダー２１中の挽き豆が圧縮される。さらに、キャップ２６で密封されたシリンダー２１に配管８を通して高温かつ加圧された湯が供給され、圧縮された挽き豆から、コーヒー液が抽出される。
【００２４】
配管８を通して湯を供給する前に、ポンプ４を短時間（逆止弁が正方向でも開かない程度）作動させて、配管８の中のぬるい湯をバイパス管８Ｂを経て貯湯槽３に戻し、新たに高温の湯を配管８に送る操作が行なわれる。配管８中の湯の交換が終わると、ポンプ４を一旦停止し、弁８Ｃを閉じる。弁８Ｃが閉じた状態で、図３（ｄ）のように配管８からシリンダー２１に高温かつ加圧された湯が供給される。
【００２５】
図３（ｅ）では、ピストン２２がさらに押し上げられ、シリンダー２１中のコーヒー液が飲料供給管１０に送られるとともに、挽き豆の抽出滓が圧縮される。このとき配管８は、図１の開放弁１２により大気に開放されている。
【００２６】
図３（ｆ）は、シリンダー２１を減圧する段階を示す。モーター２３が逆回転して、ピストン２２が押し下げられ、配管８中の湯と、飲料供給管１０中のコーヒー液が、シリンダー２１に吸い込まれる。
【００２７】
図３（ｇ）は、シリンダー２１からキャップ２６を外す段階を示す。モーター２５の作動によりキャップ２６がシリンダー２１の頭部から離され、さらにモーター２３の作動によってピストン２２が再び押し上げられ、挽き豆の抽出滓Ｒがシリンダー２１から押し上げられる。
【００２８】
図３（ｈ）は、抽出滓を廃棄する段階を示す。モーター２５の作動によってシリンダーユニットＤを矢印の方向に回動させ、シリンダー２１を直立の状態にする。この回転の際、シリンダー２１から押し出されていた抽出滓は、シュート７の下部のワイパーＷにより掻き落とされて、図示しないバケットに落下し、廃棄される。
【００２９】
【実施例】
圧力センサー３１、圧力制御回路３２、及びＤＣモーター３３を用いて、シリンダー２１に供給される湯の圧力を最大約５気圧に制御した場合の、抽出されるコーヒー液の流量の時間的変化を、図４及び図５により説明する。
【００３０】
図４は、従来のコーヒー飲料製造装置及び本発明のコーヒー飲料製造装置における圧力の時間的変化を示す。横軸はポンプ運転開始からの時間を示す。破線は、湯の圧力が８気圧になるようなポンプを用いた従来のコーヒー飲料製造装置における、湯の圧力の時間的変化を示し、実線は約５気圧を超えないように制御した、本発明によるコーヒー飲料製造装置の圧力の時間的変化を示す。従来の装置では、ポンプ運転開始から立ち上がり時間Δｔ以後もなお圧力は徐々に上昇を続け、最大値を若干超えた後低下し、ほぼ一定の設定圧力値に近づく。本発明のコーヒー飲料製造装置では、ポンプ運転開始から立ち上がり時間Δｔを経過すると、圧力はほぼ一定の値（約５気圧）を保つ。
【００３１】
図５は、従来のコーヒー飲料製造装置及び本発明のコーヒー飲料製造装置におけるコーヒー液の流量の変化を示す。破線は、湯の圧力が８気圧になるようなポンプを用いた従来の装置のコーヒー液流量を示し、実線は、約５気圧を超えない値に圧力を制御した、本発明によるコーヒー飲料製造装置のコーヒー液流量を示す。従来の装置では、立ち上がり時間Δｔの時点でコーヒー液流量は最大流量（２０〜３０ｍｌ／ｓ）に達した後、急激に減少（５〜８ｍｌ／ｓ）する。このような流量変動は、湯の圧力および温度に基づいて挽き豆が膨潤し、体積変化することによって生じるものであり、ろ過抵抗は最大で４〜６倍に増大する。また、挽き豆の粒度が細かくなると、上記した傾向はより大になるので、所定時間内に所要の量のコーヒー液が得られないという不都合が生じる。本発明のコーヒー飲料製造装置では、時間に対して圧力の変化にほぼ対応するような経過を示す。Δｔ以後はコーヒー液流量がほぼ一定なので、希望の液量を抽出時間の比例的な調整で得ることができる。
【００３２】
上記したコーヒー飲料の製造装置では、コーヒー抽出の過程における圧力をコーヒー飲料の種類（エスプレッソ飲料、ドリップタイプ飲料）に応じて変更する構成を説明したが、実用的な範囲における圧力の下限は０．８〜１気圧である。
【００３３】
また、コーヒー飲料の種類に応じたコーヒー液の抽出を行うにあたって、上記した圧力に基づく抽出制御の他に、挽き豆の層を通過する高温の湯の流量が一定の範囲に保たれるように抽出動作を行うようにしても良い。
【００３４】
流量を管理する抽出動作では、例えば、挽き豆が湯を吸収することによる膨潤の程度に応じて適量の湯を連続的に供給することが可能になる。特に、エスプレッソコーヒーに代表される濃度の濃いエスプレッソ飲料に対して濃度の薄いブレンドコーヒーのようなドリップタイプ飲料を１杯分抽出する場合に有効であり、濃度の濃いコーヒー液を湯で希釈して１杯分のドリップタイプ飲料を製造する場合に比べて味覚や香りに優れたドリップタイプ飲料を得ることができる。
【００３５】
図６は、第２の実施の形態に係るコーヒー飲料の製造装置を示し、ポンプ４からコーヒー抽出機９に湯を供給する配管８に湯の流量を制限するフローワッシャー４０を設けた構成において第１の実施の形態のコーヒー飲料の製造装置と相違し、その他の構成については図１で説明したコーヒー飲料の製造装置と同一であるので重複する説明を省略する。
【００３６】
図７（ａ）から（ｃ）は、フローワッシャー４０の断面を示し、フローワッシャー４０は、端面４１の方向から流入する湯を介してその外周に圧力を付与されることにより弾性変形し、流路４２の断面積を可変させることによって湯の通過流量を制御する。配管８に設けられるフローワッシャー４０の前後での圧力損失が小である状況では、（ｂ）に示すようにフローワッシャー４０の弾性変形量は小であり、流路４２の断面積の縮小量は僅かである。また、配管８に設けられるフローワッシャー４０の前後での圧力損失が大になる状況では、フローワッシャー４０は（ｃ）に示すようにフローワッシャー４０の前後での圧力差に応じて弾性変形することによって流路４２の断面積を減じることにより湯の通過流量が制限される。
【００３７】
図８は、フローワッシャー４０を配管８に設けたときの圧力損失と流量の関係を示し、エスプレッソ飲料と同一の粒度の挽き豆を用いて１杯分のドリップタイプ飲料を抽出する場合には、図示されるように７ｍｌ／ｓから１３ｍｌ／ｓの流量範囲で行うことにより、コーヒー抽出機９が抽出不良を生じることなく味覚、香りに優れるドリップタイプ飲料を抽出できることが発明者によって確認されている。特に、フローワッシャー４０を流量範囲に応じて選択することで、抽出初期に湯の流量が大になる状況でも抽出可能な流量の上限（１３ｍｌ）を超えないようにすることができる。
【００３８】
第２の実施の形態に係るコーヒー飲料の製造装置によると、配管８にフローワッシャー４０を設けることで圧力損失に応じて湯の流量を一定の範囲に保つことができ、挽き豆に対する湯の供給状態を適正範囲に安定して保つことができる。このことにより、エスプレッソ飲料と同一の粒度の挽き豆を用いてもコーヒー抽出機９の抽出不良を生じることなく１杯分のドリップタイプ飲料を抽出することができる。
【００３９】
図９は、第３の実施の形態に係るコーヒー飲料の製造装置を示し、配管８に設けられる流量計１４の流量信号に基づいてＤＣモーター３３の駆動制御を行う流量制御部３２Ａを設けた構成において第１の実施の形態のコーヒー飲料の製造装置と相違し、その他の構成については図１で説明したコーヒー飲料の製造装置と同一であるので重複する説明を省略する。
【００４０】
第３の実施の形態に係るコーヒー飲料の製造装置によると、流量計１４から入力する流量信号に基づいてＤＣモーター３３の駆動制御を行うことにより、ドリップタイプ飲料を連続して抽出可能な流量範囲で湯を安定的に供給させることができる。また、必要に応じて湯の供給状態を調整することも可能である。
【００４１】
なお、第１の実施の形態で説明した圧力制御回路３２を有するコーヒー飲料の製造装置においても、圧力センサー３１から入力する圧力信号から配管８を通過する流量を換算することによって、ドリップタイプ飲料を連続して抽出可能な流量範囲で湯を安定的に供給させることも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明のコーヒー飲料の製造装置によると、複雑な機構を必要とせず、コストの増大や装置の大型化を伴わないで抽出コーヒー液の量を調節できる、コーヒー飲料の製造装置が実現される。すなわち、抽出液量に比例して抽出時間を調節することにより、簡単にコーヒー液の抽出液量を変更できる。これにより、飲料の自動販売機において、低価格、かつ便利な場所で、所望の量のコーヒー飲料を提供することができる。
【００４３】
また、本発明のコーヒー飲料の製造装置によると、抽出の度に濃度が変わらないコーヒー飲料を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るコーヒー飲料の製造装置の概略構成図
【図２】コーヒー抽出機の細部の説明図
【図３】コーヒー抽出の過程でのコーヒー抽出機の状態の動作説明図
【図４】圧力の時間的変化を示す特性図
【図５】コーヒー液の流量の変化を示す特性図
【図６】第２の実施の形態に係るコーヒー飲料の製造装置の概略構成図
【図７】（ａ）から（ｃ）は、フローワッシャーを示す断面図
【図８】第２の実施の形態に係る圧力損失と流量の関係を示す特性図
【図９】第３の実施の形態に係るコーヒー飲料の製造装置の概略構成図
【図１０】従来のコーヒー飲料製造装置の概略構成図
【図１１】従来のコーヒー飲料製造装置のコーヒー抽出機の説明図
【符号の説明】
２，シスターン  ２Ａ，配管  ３，貯湯槽  ４，ポンプ
５，コーヒー豆貯留槽  ６，コーヒーミル  ６Ａ，計量部
７，シュート  ８，配管  ８Ａ，逆流防止弁  ８Ｂ，バイパス管
８Ｃ，弁  ９，コーヒー抽出機  １０，飲料供給管  １１，カップ
１２，開放弁  １４，流量センサー  ２１，シリンダー
２２，ピストン  ２３，モーター  ２４，トルク伝達部
２５，モーター  ２６，キャップ  ３１，圧力センサー
３１Ａ，配線  ３２，圧力制御回路  ３２Ａ，流量調整部
３３，ＤＣモーター  ３３Ａ，配線  ４０，フローワッシャー
４１，端面  ４２，流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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