JP6517200B2 - 飲料用カプセル及び製造装置と製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動ディスペンスマシンにおいて飲料等の製品を用意するためのカプセルや容器に関する。本発明は特に、加圧流体との相互作用によって最終製品となる初期製品を収容し、使い切りとなる密封カプセルに関する。

本発明はさらに、そのようなカプセルを作製するための装置と方法に関する。

ディスペンスマシンで使用される既知のカプセルは、使い切りとなる容器であり、液体や気体を通さないプラスチック製で、ビーカーやカップの形状をした外部ケースを備える。この外部ケースは、飲料を得るために製品を入れる上部開口部を画定する側壁と底壁を備えている。上部開口部は、一般的にアルミニウムシートやプラスチックフィルムなどのカバー部材によって密閉され、それによって容器内の製品を密封する。カバー部材は通常、ケースのフランジ状の端部（ケースの周囲に渡る環状の端部）に固定される。該端部は底壁と対向し、上部開口部の周囲に配置される。

カプセルは穿孔可能であり、孔を開けることで水などの加圧流体が供給されて、飲料が飛び出すようになっている。具体的には、ケースのカバーと底壁がディスペンスマシンの然るべき手段によって穿孔される。それによって、加圧流体を上側から供給し、飲料を下側から抽出する。

図１に模式的に示したように、既知のタイプのディスペンスマシン５００は、カプセル５５０を受け入れ封入するハウジング５０１を備える。ハウジング５０１の底部には、穿孔手段５０２が設けられている。穿孔手段５０２によって、カプセル５５０の底壁５５１を穿孔し、加圧流体を注入したり、またはそこから飲料を抽出するようになっている。装置の使用中、高い作動圧によって流体や飲料がハウジング５０１から漏れることを防ぐため、カプセル５５０とハウジング５０１の間には密閉手段５０３が配置される必要がある。

一般的に密閉手段５０３は、エラストマー材料から成る環状のワッシャーを備える。ワッシャーは、カプセル５５０のフランジ端部５５２とハウジング５０１の当接部５０５の間に配置される。ハウジング５０１内のカプセル５５０が閉じられると、穿孔部材５０４が密閉手段５０３を圧縮し、流体が密閉される。

このような方法にも欠点がある。使用によってワッシャーが摩耗・劣化した場合、飲料を抽出するたびに、ワッシャーが適切に洗浄されないまま製品や流体と接触することになる。よって、衛生面の観点からは、この方法が最適であるとは言えない。

この欠点を解消するため、可撓性材料（通常、エラストマー材料）から成る密封手段を備えたカプセルが知られている。このようなカプセルでは、それがディスペンスマシン内に配置され圧縮されると、密閉が確保される。このような密閉手段は、密閉手段の無いディスペンスマシンにおいても使用できる。

欧州特許第１６５４９６６号は、エラストマー材料から成るカプセルの円周端に弾性密閉部材が固定された飲料用カプセルを記載する。この弾性密閉部材は、カプセルを形成する材料とは違う材料であるシリコーンゴムから形成されており、カプセルのケースの周囲端部、または底壁においてケースに固定される。

しかしながら、このタイプのカプセルは、非常に高価である。というのも、カプセルのケースとシリコーンゴムの密封要素とが結合されなければならず、これが熱溶着では難しいからである。

カプセルは欧州特許第２３０３０７７や欧州特許出願２３８９３２６からも知られており、それらはカプセルのケースと同じ材料で作製された密封要素を備えている。この場合の密閉部材は、カプセルの端部に同心円状に配置された複数の円周隆起として構成されている。ただこの場合、カプセルがディスペンスマシンに挿入された時に、最適な密閉が得られるようにするには、射出成形などにおいて高い加工精度が必要である。

そのための加工精度が達成されなければ、加圧流体がカプセルに注入されたり、またはカプセルが挿入されたハウジングを満たした場合、望ましくない漏れが発生しうる。

本発明の目的の一つは、既知の飲料用カプセル、特に、カプセルを収容し、かつ密閉して囲むのに適したハウジングを備えた既知のディスペンスマシンで使用可能なカプセルを改善することにある。

他の目的は、既知のディスペンスマシンで使用でき、飲料提供の際に、ハウジングに特別な密封手段を必要とせずに密封を確保できるカプセルを作製することである。

更なる目的は、安価で扱いやすいカプセルを得ることである。

また、そのようなカプセルを製造するための、操作が簡単で信頼性の高い装置、及び生産性が高い製造方法を提供することも目的の一つである。

本発明の第一の態様によれば、添付の請求項１とそれに付随する一つ以上の請求項に記載の飲料用カプセルが提供される。

本発明の第二の態様によれば、添付の請求項１４とそれに従属する一つ以上の請求項に記載のカプセル製造装置が提供される。

本発明の第三の態様によれば、添付の請求項２３とそれに従属する一つ以上の請求項に記載のカプセル製造方法が提供される。

本発明の実施形態のいくつかを非限定的な例を用いて示した添付の図面を参照することによって、本発明が理解及び実施されよう。

図１は、既知のタイプのディスペンスマシンに関する既知の飲料用カプセルを示す模式断面図である。 図２は、ディスペンスマシンに関する本発明のカプセルを示した模式断面図である。 図３は、本発明によるカプセルの部分前面図であり、ある図示部分は明瞭化のために切断してある。 図４は、図３のカプセルの端部の部分拡大断面図である。 図５は、図３のカプセルの他の実施形態による同端部の部分拡大断面図である。 図６は、予備形成ステップにおける、本発明による形成装置の形成手段の模式前面図である。該ステップでは、第一操作手段と第二操作手段が、シート材料を成形するための形成位置に配置されており、第二操作手段の一部であるパンチが、該シート材料と接触しない休止状態の上げ位置に配置されている。 図７は、図５の形成装置の模式前面図であり、形成ステップの初期操作を示す。該ステップでは、パンチが作動状態の下げ位置に配置され、第一操作手段の座部と協働する。

図２を参照すると、本発明による飲料用カプセル１が示されている。カプセル１は後述するディスペンスマシン６０で使用可能で、ディスペンスマシン内部に高温の加圧流体Ｆが注入されることにより、最終製品、特に、コーヒー、麦茶、ハーブティー、お茶、チョコレートなどの温かい飲み物を作り出す。

本発明によるカプセル１は、外部ケース（容器）２を備え、この外部ケース２は、空洞５を画定する底壁３と側壁４とを備えている。空洞５は開放されており、初期製品Ｐを入れるのに適している。初期製品Ｐとは例えば、水などの流体と混合されて最終製品を得るための可溶性のまたは濾過可能な食品製品である。底壁３と側壁４によって、カプセル１のほぼビーカー状またはカップ状ボディが形成される。

ケースはさらにフランジ状端部７を備え、この端部７は側壁４に接続され、そこから延在するように空洞５の開口の周囲に配置されている。また端部７は、底壁３に対向し、空洞５に対して外側を向いている。

ケース２は、熱成形可能なプラスチックシート１００を成形することで作られる（図６及び図７参照）。プラスチックシート１００は、初期製品Ｐから最終製品を用意するプロセスに適したものであり、例えば、１００℃までの温度と５ｂａｒまでの圧力に変形せずに耐えることができる。

プラスチックシート１００の厚さは、１５ミクロンから１２００ミクロンの間で、特に１５ミクロンから７００ミクロンの間であり、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド（ＰＡ）などのポリオレフィンから作製されてよい。

具体的に説明すると、シート材料は：初期製品Ｐに接触及び／又は保護するのに特に適した層であり、例えば、湿気を通さないポリプロピレン（ＰＰ）で作られる第一層と；初期製品Ｐと接触せず、特に酸素や、また必要に応じて湿気などの気体を通さない材料で作られており、バリア層とも称される第二層と；外部層となる第三層と；から構成されてよい。

バリア層は、第一層と第二層の間に配置され、特に第一層が時間の経過により酸素を通すようになったとしても、空洞５の外部環境からの完全な隔離を確実なものとする。バリア層の厚さは、２ミクロンから１００ミクロンの間で、特に１５ミクロンから７０ミクロンの間の厚さであり、酸素のみを通さない気体不浸透性のエチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、または酸素と湿気の両方を通さない気体不浸透性のポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）によって作られる。

シート材料の第一実施形態によれば（図示せず）、第一層と第三層が、例えばポリプロピレン（ＰＰ）などの同一材料で作られ、両層の間にバリア層が配置された状態で結合される。それらの層は、同一の厚さを有してもよいし（例えば共に３５０ミクロン）、異なる厚さを有してもよい（例えば、第一層が５００ミクロンの厚さで、第三層が３００ミクロンの厚さ）。

第二の実施形態によれば（図示せず）、第一層はポリプロピレン（ＰＰ）から成る保持層であり、第二層はＥＶＯＨまたはＰＶＤＣから成るバリア層であり、第三層はポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）などを使って押出成形した層であり、第三層は１５ミクロンの厚さであり、シート材料を作製する過程において第一層及び第二層に結合される。

このように、第一及び第二実施形態によるシート材料は、カプセルに入れられる初期製品Ｐを湿気や酸素から長期間保護するように選択される。

カプセルはさらに、ケース２の端部７に固定されるカバー部材８を備え、これによって、カプセル１、つまり開口している空洞５を密閉し、製品Ｐを保護する。カバー部材８は、アルミニウムシート、またはバリア層を有するプラスチック膜から成り、ディスペンスマシン６０から最終製品を抽出するための抽出手段によって穿孔可能となっている。

カバー部材８は、熱溶接や超音波溶接、又は接着などによって、ケース２の端部７に固定されるが、以降明らかになるように、熱溶着（ヒートシーリング）でケースに固定されることが好ましい。

カプセルの底壁３は、カプセルの側壁４まで延在する環状端部３ａによって囲まれた好ましくは円状の孔をさらに有する。カバー部材２５は、カバー部材８と同様に、ディスペンスマシン６０のカット手段、およびまたは、流体Ｆ注入手段によって穿孔可能であり、底壁３の外側から端部３ａに固定される。それによって、前述のカバー部材８の場合と同様、孔が閉じられる。

カバー部材８、およびまたは、カバー部材２５の厚さをグラムで表すと、８０ｇ／ｍ^２から９０ｇ／ｍ^２となる。

カプセルの端部７は密封要素９を備え、この密封要素９は熱成形可能な少なくとも一つの突起１０を備えている。突起１０は、底壁の方を向き、空気や不活性ガスなどの流体を収容するのに適した少なくとも一つの開口している空洞１１を画定する。

この空洞１１も、ケース２の端部７に固定されるカバー部材８によって密閉される。これによって、端部７とカバー部材８との間で変形可能なクッションが作られ、これが密封要素９を画定する。

突起１０に加え、端部７は、平らな環状端部６をも有する。

図２に示すように、ディスペンスマシン６０は、既知のタイプのもので、詳細は省略するが、カプセル１を受け入れるのに適した座部（空間）６１と、作動時にカプセル１を空間６１の内側にしっかりと固定するためのロック手段６２とを備えている。

ディスペンスマシン６０はさらに、空間６１の底部６６に配置され、かつカプセルの底壁３、特にカバー部材２５を穿孔するカット手段６５を備えている。流体Ｆを注入するための手段（図示せず）は、加圧流体Ｆをディスペンスマシン６０の座部６１に供給するのに適している。供給された流体Ｆは、カット手段６５によってカプセルの底壁３に開けられた孔を通して、カプセルの空洞５内に注入される。

抽出手段（図示せず）は、カバー部材８を穿孔し、カプセル１から最終製品を取り出せるように設けられる。

一つの使用条件においては、カプセル１のフランジ状端部７が、空間６１が得られるディスペンスマシン６０のロック手段６２と支持フレーム６７の部分６３との間で、固定・圧縮される。

ロック手段６２は、例えば、ケース２の端部７に作用する環状プレートを備えている。

フレーム６７の支持部６３の上には、当接手段６４が設けられ、この当接手段６４は、カプセル１の密封要素９に当接する一つ以上の環状突起を備えている。密封要素９は、空気や不活性ガスなどの流体によって満たされた変形可能なクッションであるため、作動時にロック手段６２が引き起こす接触圧によって、局所的に変形し、おおむね当接手段６４の環状突起の形状になる。

このように密封要素９は、圧縮された場合、ディスペンスマシン６０の当接手段６４と密封係合することができる。

このような変形により、端部７が確実に、フレーム６７の支持部６３によって最適に密閉される。これによって、抽出操作ステップ時に、加圧流体Ｆや最終製品の端部７からの漏れを防ぐ。

熱成形によって得ることのできる突起１０は、端部７の第一の環状円周領域１２（図４参照）に配置される。この突起１０もビーカーまたはカップ状であり、カプセル１の底壁３に平行な底壁１３と側壁１４とを備える。これらは開口している空洞１１を画定する。

第一環状領域１２は、端部７における突起１０の径方向寸法（カプセル１の対称軸Ａに対して径方向）によって作成される。つまり、空洞１１の開口部の径方向における最大幅として形成される。

このように密封要素９は、第一環状領域１２において単一の一続きの環状突起１０を備えてよい。この場合空洞１１は、対称軸Ａに対して空洞５よりも径方向外側に配置された一続きの環状部である。

図示しない他の実施形態においては、密封要素９が、第一環状領域１２の異なる部分に配置された複数の突起１０を備える。この場合、第一環状領域１２において径方向に配置され離間した複数の空洞１１が画定される。

さらに他の実施形態においては（図示せず）、それら複数の突起１０が、端部７における第一環状領域１２と第二環状領域（図示せず）の異なる部分に配置される。この場合、第二環状領域は、対称軸Ａに対する径方向において、第一環状領域１２より外側に配置される。

第一環状領域１２の径方向幅、つまり径方向に測定された幅は、カプセル１がディスペンスマシンの様々なモデルに対応し、ディスペンスマシン６０の当接手段６４が径方向にどのように配置されていても当接手段６４に当接できるように選択される。任意ではあるが、突起１０が同心円状の異なる環状領域に配置され、第一環状領域１２と第二環状領域が存在する場合、下記に示す径方向幅の測定値は、第一環状領域１２と第二環状領域の両方を含む径方向幅に対しても、本発明の範囲から逸脱することはないと見做されることがわかる。

図４に示すように、第一環状領域１２の径方向幅は、１．５０ｍｍから２．８ｍｍの間で、特に好ましくは、１．６０ｍｍから２．５０ｍｍの間で、特に好ましくは１．６７ｍｍである。

さらにカプセル１の側壁４から第一環状領域１２までの距離１５は、１．２０ｍｍより小さく、特に好ましくは０．７５ｍｍである。

なお、図４に示すカプセル１において、距離１５はゼロとはならない。というのも、おおむね環状の空間１６が、カプセルの側壁４と突起１０の側壁１４との間に配置され、それによって突起１０がカプセル１の側壁４から離間されるからである。

図５に示す他の実施形態によるカプセルでは、カプセルの側壁４と突起１０の側壁１４は共通の起点を有しており、それらによって鋭い頂角１７が形成されているので、環状空間１６が存在せず、突起１０とカプセル１の側壁４との間の距離はほぼゼロである。

以降明らかになるように、平らな環状端部６の寸法も密封要素９の形成に寄与する。平らな環状端部６の径方向幅２３は、好ましくは１．２ｍｍから１．５ｍｍの間で、好ましくは１．４２ｍｍである。

他方、対称軸Ａと平行な軸における寸法を見ると、突起１０の縦方向寸法１８（つまり高さ）は、カプセル１の底壁３の方を向いた平らな環状端部６の面６ａから突起１０の底壁１３にかけて、０．６ｍｍから０．８０ｍｍである。突起１０の底壁１３がカプセル１の底壁３と平行である場合、縦方向寸法１８は一定であり、好ましくは０．７５ｍｍである。

しかしながら、熱成形が平らな環状端部６よりも深い端部７の箇所で行われた場合、突起１０の縦方向全寸法は、ケース２の厚さと縦方向寸法１８の合計よりも大きくてよい。例としては、図５のように、カプセルの頂点１７が、端部７の平らな環状端部６の面６ｂで、面６ａと反対の面と同じ高さにない場合が挙げられる。

端部７におけるケース２の厚さに関しては、以下の場合に、密封要素の変形が効果的であると実験によって確かめられた。端部７において、ケースの厚さが０．１０ｍｍから０．６０ｍｍの間であるとき。特に、突起１０において、ケース２の第一厚さ１９が０．１０ｍｍから０．６０ｍｍの間であるとき（特に好ましくは、０．１５ｍｍから０．５５ｍｍの間、特により好ましくは０．１５ｍｍから０．４０ｍｍの間、特に好ましくは０．１５ｍｍから０．２０ｍｍの間のとき）。また、平らな環状端部６が、０．１０ｍｍから０．６０ｍｍの間の第二厚さ２０を有するとき（特に好ましくは、０．１５ｍｍから０．５５ｍｍの間、特により好ましくは０．１５ｍｍから０．４０ｍｍの間、特に好ましくは０．２０ｍｍから０．２５ｍｍの間のとき）。

第一厚さ１９及び第二厚さ２０は、密封要素９がディスペンスマシン６０の当接手段６４によって圧縮された場合、それが屈曲・変形するように適切に選択される。

カバー部材８は、特に熱溶着によってカプセル１の端部７に結合される。その場合、第一環状領域１２に対して少なくとも径方向内側の第一環状結合部２１と、径方向外側の第二環状結合部２２を介して結合される。

第一結合部２１の径方向幅は、０．３ｍｍから０．６ｍｍの間で、好ましくは０．４ｍｍである。

第二結合部２２の径方向幅は、１ｍｍから１．８ｍｍの間で、好ましくは１．４２ｍｍである。第二結合部２２は、平らな端部６におおむね沿って延在する。

カプセル１が複数の突起１０を備え、それらが端部７の第一環状領域１２や第二環状領域の異なる箇所に配置された場合、第一結合部２１や第二結合部２２を超えた先には、第三結合部が配置される。第三結合部は、第二環状領域に対して径方向外側に位置する。そして、特に熱溶着によるカバー部材８とカプセル１の端部７との結合の際には、第三結合部も使われる。

この場合、第一結合部２１と第二結合部２２の径方向幅は、０．３ｍｍから０．６ｍｍの間で、好ましくは０．４ｍｍである。他方、第三結合部の径方向幅は、それが平らな環状端部６の全面において延在する限りは、１ｍｍから１．８ｍｍの間で、好ましくは１．４２ｍｍである。

第一結合部２１、第二結合部２２、任意の第三結合部は、とりわけ熱溶着によって得られる場合、遮断機能を有する。というのも、それらによって、カプセルが初期製品Ｐを理想的な状態で長期間保存することが可能になると同時に、ディスペンスマシン６０の当接手段６４によって密封要素９が屈曲・変形した場合でも、密封要素９は不変のまま維持されるためである。つまり、結合部が圧力を受けた場合でも、結合部自体は変形せず、密封要素９が完全な状態でケース２に結合されたままになる。

よって、本発明のカプセル１は、抽出ステップの際にディスペンスマシン内で最適な密封を確保することができる。その際、ディスペンスマシン、およびまたは、カプセルに関連する特別なワッシャーを使用しなくともよい。

上記のように、抽出手順においては最適な衛生環境が確保され、また、カプセルがプラスチックシートの熱成形によって迅速かつ容易に得られることから、カプセルの製造コストも下げることができる。また、端部７とカバー部材８との間に変形可能なクッションを設け密封要素９を画定したことにより、カプセルがディスペンスマシン６０の様々なタイプの当接手段６４に対応することができ、ディスペンスマシンの型の種類ごとに端部７の形状を変更する必要もない。

よって、本発明のカプセル１は、ディスペンスマシン６０の様々なモデルに対応することができる。

なお、密封要素９の変形性は、それ自体が変形可能であるシート材料のタイプによって確保されるが、特に、熱成形で得られる、カプセル１の端部７におけるケース２の厚さによるところが大きい。

特に、エアクッションの変形性と屈曲性、及び密封要素９としての突起１０の効果は、突起１０における熱成形されたケース２の厚さ１９によって確保される。また、実験によって、平らな環状端部６の適切な厚さ２０と径方向幅２３を選択することが重要であると認められた。平らな環状端部６も、効果的な密封に寄与するからである。

実際のところ、端部７の平らな環状端部６は変形し、径方向幅２３の全体に渡ってディスペンスマシンの当接手段の形状にあわせることができ、それによって、望ましくない液体流出が阻止される。

熱成形によるカプセル製造の容易さ、及び突起１０の２つの側に配置した第一結合部２１と第二結合部２２に単一のカバー部材８を被せることによって、変形可能なクッションが容易に作製され、製造コストを大幅に減らすことができる。

熱成形シート材料１００を成形することによってカプセル１を作製する形成装置は、図６及び図７に見られる、カプセルのケース２を形成するための形成手段を備えており、その形成手段は図示しない形成ステーションに関わるものである。ケース２は、空洞５を画定する底壁３及び側壁４と、側壁４から延在する端部７とを備えている。

形成装置はさらに、該形成ステーションの上流または下流に配置された複数のワークステーション（図示せず）を備えている。それは例えば、形成ステーションの上流に配置される加熱ステーションがある。加熱ステーションでは、以降のステーションでシート材料１００を軟化させ変形させるために、シート材料１００を高温に加熱する。形成ステーションの下流にはさらにカットステーションが配置され、そこでは、適切なカット手段を使ってケース２に孔を開ける。孔を開ける部分はカプセルの底壁３であり、孔を形成することによって環状端部３ａが形成される。さらに、第一結合ステーションが設けられ、そこでは特に熱溶着によって、カバー部材２５を底壁３の端部３ａに結合し、開けられた孔を外部から閉じる。カット手段はさらに、シート材料１００から熱成形によって得られたケース２を、このシート材料１００から切り離す。第一結合ステーションは、カットステーションの上流または下流に配置されてよく、カプセルの底壁３を熱成形されたケース２で閉じてもよい。この場合、熱成形されたケース２は、すでに切り離されている場合もあるし、シート材料１００に連結したままの場合もある。

ケース２の空洞５を製品Ｐで満たすための充填ステーションは、カットステーションの上流または下流に配置されてよい。この理由は、充填工程と形成工程は一つのラインで行われないため、熱成形されたケース２は、シート材料１００につながっているが充填できる（カバー部材２５が底壁３に結合され孔が閉じられた状態）場合もあるし、個々にカットされ互いに切り離されて充填可能な場合があるからである。さらに、第二結合ステーションが設けられ、これによって第一結合部２１、第二結合部２２、そして任意ではあるが第三結合部において、カバー部材８をケース２の端部７に特に熱溶着で結合する。

ケース２の形成手段は、第一操作手段２０２と第二操作手段２０３を備える。これらは互いに対向する側に、例えば、供給されるシート材料１００の下側と上側に、それぞれ配置され、シート材料１００が供給される離間位置（図示せず）とシート材料１００が成形されカプセルのケース２が形成される形成位置（図６及び図７参照）との間を形成軸に沿って移動可能である。

既知の手法によって、第一操作手段２０２には、おおむね平坦で、形成時にシート材料を支持するための支持面２０４が備え付けられている。第一操作手段２０２はさらに、ケース２の底壁３と側壁４を形成するのに適した底壁２０７と側壁２０６を有する座部２０５を有している。座部２０５は、カプセルのボディを形成するため、おおむねカップ状である。

第一操作手段２０２はさらに、座部２０５の口部２０９と連通する空間２０８を備えている。この空間２０８の寸法は、平面図で見た場合、座部２０５より大きい。また、空間２０８は、座部２０５を囲む当接壁２１０を備えている。当接壁２１０は、支持面２０４から離間しており、かつ支持面２０４に対してほぼ平行である。当接壁２１０が支持面２０４から離間している理由は、以降詳しく説明される。

第一操作手段２０２はさらに、シート材料を急速に冷やすのに適した流体が流れる導管（図示せず）を備えている。シート材料の冷却は、最終形成ステップにおいて、シート材料が第一操作手段２０２の座部２０５内で変形された時に行われる。それによって、熱成形後、カプセル１のボディは適度な剛性を備える。

第二操作手段２０３には、既知の手法によって、閉空間２１２を囲むベル２１１が備え付けられている。閉空間２１２内では、第一操作手段２０２と第二操作手段２０３が形成位置にあるとき、カプセル１のケースが形成される。

第二操作手段２０３はさらに、ベル２１１内で移動可能なパンチ２１８を備えている。パンチ２１８は、休止状態の上げ位置と作動状態の下げ位置との間を移動する。上げ位置とは、予備形成ステップにおいて、パンチ２１８が休止状態でシート材料と接触しない位置（図６参照）であり、下げ位置とは、少なくとも第一形成操作ステップにおいて、パンチ２１８が座部２０５と協働して、座部２０５に対してシート材料１００を押し付けるためにシート材料１００を捕える位置（図７参照）である。

第二操作手段２０３はさらに、カプセル１の形成時にシート材料を支持面２０４に対してロックするプレート手段２１３と、空間２１４とを備えている。空間２１４は、空間２０８と共にチャンバー２１５を画定するのに適している。チャンバー２１５は、第一形成ステップにおいてパンチ２１８に捕えられるシート材料の成形部２１６を囲む。

第二操作手段２０３はさらに、圧縮空気２１７を供給するための手段を備えている。該手段は、最終形成ステップ（図示せず）において、圧縮空気２１７をチャンバー２１５内に供給し、シート材料１００を座部２０５の底壁２０７と側壁２０６、及び当接壁２１０に対して押し付ける。これにより、カプセルのケース２の底壁３、側壁４、端部７が形成される。

これを可能にするため、プレート手段２１３には孔２２３が取り付けられ、このことによって、パンチ２１８と圧縮空気がチャンバー２１５内に進入し、さらに第一操作手段２０２の方向へ進むことができる。

本発明によれば、第一操作手段２０２はさらに少なくとも１つの座部２１９を備えている。座部２１９は、口部２２０を介して空間２０８に連通する。

座部２１９は、形成軸Ｂに対して座部２０５より径方向外側に配置されており、最終形成ステップにおいて、チャンバー２１５内に供給される圧縮空気を利用して、ケース２の端部７に空洞１１を形成するのに適している。その際、同時に対応する突起１０も形成される。

座部２１９は、形成軸Ｂに対して径方向に位置する、当接壁２１０の第一環状部２２１において得られる。第一環状部２２１は、形成されたカプセル１における端部７の第一環状領域１２に相当し、第一環状領域１２内には上述のように突起１０が配置される。第一環状部２２１は、ケース２の端部７に第一環状領域１２を形成するのに適している。

座部２１９は、座部２０５の底壁２０７とほぼ平行な底壁２２２を備える。

座部２１９が第一環状部２２１に配置された一続きの環状溝である場合、形成手段２０１によって得られるケース２の、つまり、完成したカプセルの突起１０も一続きの環状突起となる。

他方、第一操作手段２０２が、第一環状部２２１の異なる部分に配置された複数の溝（図示せず）を備える場合、形成手段２０２と２０３によって形成されるカプセル１は、複数の突起１０を備える。

本発明による他の実施形態（図示せず）では、第一操作手段２０２が、第一環状部２２１と第二環状部の異なる箇所に配置された複数の溝を備えてよい。この場合、第二環状部は、第一環状部２２１よりも径方向外側に配置される。この実施形態によれば、第一環状領域１２と第二環状領域に沿って配置された突起を有するケース２、つまりカプセルが得られる。

上述のように形成装置は、形成後のシート材料をカットするためのカット手段を備え、このカット手段によって、端部７と底壁３及び側壁４から作られたカップボディとを有する形成されたケース２が得られる。カット手段は、仕上がったカプセルに所望の寸法の環状端部６を形成するため、第一環状部２２１の外側で２２１から距離を置いてシート材料をカットするよう配置される。

形成装置はさらに結合手段を備え、この結合手段（図示せず）の第一結合部と第二結合部において、カバー部材８を熱成形されたケース２に熱溶着できる。それによって、第一環状結合部２１と第二環状結合部２２においてカバー部材８が結合されたケース２を有する仕上がったカプセルが得られる。

このように、カバー部材８は空洞５と空洞１１を密閉することができ、その際空洞１１には空気が閉じ込められるので、変形可能なクッションが形成され、それが密封要素９を画定する。密封要素９は圧縮された場合変形し、ディスペンスマシンの当接手段６４と密封係合する。代替的に、かつ本発明の範囲を限定せずに、空気以外の流体、例えば窒素などの不活性ガスを既知の手法により供給し、カプセル内の製品Ｐの完全性を保ってもよい。

上記の装置を用いて本発明のカプセル１を形成するため、カプセルのケース２を形成する方法を提供する。該形成方法は、予備形成ステップにおいて、形成軸Ｂに沿って互いに接近及び離間可能な第一操作手段２０２と第二操作手段２０３を、接触した状態で形成位置に配置するステップと、第二操作手段のパンチ２１８を、それが休止状態となる上げ位置に配置するステップとを備える。

形成方法はさらに、シート材料を支持し、第一操作手段２０２の座部２０５によって、カプセルのケース２の底壁３と側壁４を形成するステップと、座部２０５の口部２０９と連通し、平面図で見た場合、座部２０５より寸法が大きい空間２０８を設けるステップとを有する。

形成方法はさらに、空間２０８と第二操作手段２０３の空間２１４との間でチャンバー２１５を画定し、シート材料１００の成形部（成形される部分）２１６を囲むステップと、少なくとも、第二操作手段２０３のパンチ２１８が成形部２１６を捕らえ、それを座部２０５に対して押し付ける第一形成ステップにおいて、シート材料をロックするステップとを備える。

第一形成ステップにおいては、図７に示すように、パンチ２１８が下げられることにより、成形部２１６の中央部２１６ａが捕らえられ、中央部２１６ａが座部２０５に対して押される。

なお、当接壁２１０はシート材料が支持され移動する支持面２０４から離間しているため、成形部２１６には、チャンバー２１５内でプレート手段２１３によって吊り上げられる、中央部２１６ａからロック箇所に渡る側部２１６ｂが存在する。言い換えれば、縦の形成軸Ｂを基準に考えると、座部２０５と座部２１９は支持面２０４よりも下に位置するということでもある。そのような吊り上げられた側部２１６ｂによって、シート材料が最適な熱成形温度を保つことができ、シート材料がケース２の最終的な形状になる前に、座部２０５の冷却された壁と接触して不必要に冷却されることを防ぐ。

また、このようにして、シート材料１００がさらに縦方向に引き伸ばされた場合、特にロック箇所におけるプラスチックの蓄積を防ぐことができる。

パンチ２１８が下げ位置に配置され、シート材料を捕らえたら、最終形成ステップにおいて圧縮空気がチャンバー２１５に供給され、シート材料が座部２０５と、座部２０５を囲む空間２０８内の当接壁２１０に対して押し付けられる。このようにして、ケース２の側壁４から延在する端部７が形成される。座部２１９も空間２０８と連通し、座部よりも径方向外側に配置されているため、最終形成ステップにおいて圧縮空気がシート材料を座部２１９の底壁２２２と側壁に対して押し付けると、空洞５と同時に、空洞１１もケース２の端部７に形成される。

なお、ケース２の形成は、最終形成ステップにおいて圧縮空気が供給されることによって終了する。

側部２１６ｂが吊り上げられたことによって、シート材料において理想的な成形温度よりも低い領域がなくなる。よって、ケース２が圧縮空気によって第一操作手段２０２の冷却された面に対して押し付けられて固定されても、不正確に形成された領域が無い、規定の、正確な最終形状になる。

形成後、特に熱成形後は、ケースの底壁３がカットされ、以降行われる空洞５への充填を可能にするため、カバー部材２５が底壁３に結合される。

空洞５が初期製品Ｐで満たされたら、熱溶着でカバー部材８をケース２の端部７に結合し、ケース２を密閉する。それによって、空洞５には初期製品Ｐが入れられ、空洞１１には流体、空気、不活性ガスが入れられた状態になる。

本発明の装置と方法によれば、密封要素９が熱成形によって容易かつ安価に作製でき、それと同時に、座部２０５と座部２１９によって、ケース２の空洞５とその端部７における空洞１１が形成できる。

また、空洞５と空洞１１を同一のカバー部材８で密閉し、単に空気を空洞１に、または、不活性ガスなどの異なる加圧流体を空洞１１に対して供給することで、変形可能なクッションが形成される。クッションは、圧縮されると変形し、かつディスペンスマシンの当接手段６４と密封係合するカプセルの密封要素９を画定する。

Claims (21)

1. 最終製品を得るために流体（Ｆ）と混合される初期製品（Ｐ）を収容するのに適した空洞（５）を画定する底壁（３）及び側壁（４）と、前記側壁（４）から延在する端部（７）とを具備するケース（２）を備えた飲料用のカプセルであって、前記カプセルが前記端部（７）に結合されて前記空洞（５）を密閉するカバー部材（８）をさらに備え、前記カバー部材（８）が、前記カプセルが使用可能なディスペンスマシン（６０）の抽出手段によって穿孔可能であるものにおいて、前記ケース（２）が熱成形可能なプラスチックシートによって形成され、前記端部（７）が、前記底壁（３）の方を向いた少なくとも１つの突起（１０）であって、前記端部（７）の第一環状円周領域（１２）に配置されている、前記形成によって得られた少なくとも１つの前記突起（１０）を具備する密封要素（９）を備え、前記突起（１０）は空気や不活性ガスなどの流体を収容するための少なくとも１つの空洞（１１）を画定し、前記カバー部材（８）が前記空洞（１１）をも密閉するよう固定されて、前記端部（７）と前記カバー部材（８）との間で変形可能なクッションを形成し、前記クッションが、圧縮されたときに前記ディスペンスマシン（６０）の当接手段（６４）と密封係合する前記密封要素（９）を画定し、前記カバー部材（８）が、前記第一環状円周領域（１２）の径方向内側に配置される第一環状結合部（２１）と、前記第一環状円周領域（１２）の径方向外側に配置される第二環状結合部（２２）において、熱溶着で前記カプセル（１）の前記端部（７）に結合されていることを特徴とする飲料用カプセル。
2. 請求項１に記載のカプセルであって、前記突起（１０）が前記第一環状円周領域（１２）に配置された単一の一続きの環状突起を備えることを特徴とするカプセル。
3. 請求項１に記載のカプセルであって、前記密封要素（９）が前記第一環状円周領域（１２）の異なる部分に配置された複数の突起を備えることを特徴とするカプセル。
4. 請求項３に記載のカプセルであって、前記複数の突起が、前記端部の前記第一環状円周領域（１２）と第二環状円周領域の異なる部分に配置され、前記第二環状円周領域が前記第一環状円周領域（１２）よりも径方向外側に配置されていることを特徴とするカプセル。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のカプセルであって、前記第一環状円周領域（１２）の径方向幅が１．５０ｍｍから２．８ｍｍの間、特に好ましくは１．６０ｍｍから２．５０ｍｍの間、特に好ましくは１．６７ｍｍであることを特徴とするカプセル。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のカプセルであって、前記第一環状円周領域（１２）の前記側壁（４）からの距離（１５）が１．２０ｍｍより小さく、好ましくは０．７５ｍｍであることを特徴とするカプセル。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のカプセルであって、前記突起（１０）の縦方向寸法（１８）が０．６ｍｍから０．８０ｍｍの間で、前記縦方向寸法（１８）は、前記カプセルの対称軸Ａに平行な軸に沿って、前記カプセルの前記底壁（３）の方を向いた前記端部（７）の平らな環状端部（６）の面（６ａ）から前記突起（１０）底壁（１３）まで測定した値であり、前記突起（１０）の前記底壁（１３）が前記カプセル（１）の前記底壁（３）に平行な場合、特に、前記縦方向寸法（１８）が一定で、かつ０．７５ｍｍであることを特徴とするカプセル。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のカプセルであって、前記端部（７）において、前記ケース（２）の厚さが０．１０ｍｍから０．６０ｍｍの間であり、特に突起（１０）において、前記ケース（２）の第一厚さ（１９）が０．１０ｍｍから０．６０ｍｍの間で、特に好ましくは０．１５ｍｍから０．５５ｍｍの間で、特にさらに好ましくは０．１５ｍｍから０．４０ｍｍの間で、特に好ましくは０．１５ｍｍから０．２０ｍｍの間であって、前記端部（７）の平らな環状端部（６）において、前記ケース（２）の第二厚さ（２０）が０．１０ｍｍから０．６０ｍｍの間で、特に好ましくは０．１５ｍｍから０．５５ｍｍの間で、特にさらに好ましくは０．１５ｍｍから０．４０ｍｍの間で、特に好ましくは０．２０ｍｍから０．２５ｍｍの間であり、前記密封要素（９）が圧縮されると、前記ディスペンスマシン（６０）の前記当接手段（６４）によって前記密封要素（９）が屈曲・変形するような前記第一厚さ（１９）及び前記第二厚さ（２０）であることを特徴とするカプセル。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のカプセルであって、前記端部（７）が、１．２ｍｍから１．５ｍｍの間の、好ましくは１．４２ｍｍの径方向幅（２３）を有する平らな環状端部（６）を備えることを特徴とするカプセル。
10. 請求項４に従属する請求項５乃至９のいずれか一項に記載のカプセルであって、前記第二環状円周領域の前記径方向外側に配置された第三結合部を備え、前記カバー部材（８）が、前記第三結合部においても、特に熱溶着で前記カプセルの前記端部（７）に結合されることを特徴とするカプセル。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のカプセルであって、前記熱成形可能なプラスチックシートが、前記初期製品（Ｐ）に接触及び／又は保護する少なくとも１つの第一層と、特に酸素を通さない材料で作製された第二層とを備えることを特徴とするカプセル。
12. 空洞（５）を画定する底壁（３）及び側壁（４）と、前記側壁（４）から延在する端部（７）とを備えるケース（２）を備えるカプセルを、熱成形可能なプラスチックからなるシート材料（１００）を成形することによって作製する形成装置において、前記形成装置は前記ケース（２）の形成手段（２０２、２０３）を備え、前記形成手段は、前記シート材料（１００）を支持する支持面（２０４）と、前記ケース（２）の前記底壁（３）及び前記側壁（４）を成形するための座部（２０５）と、前記座部（２０５）の口部（２０９）に連通し、平面図で見た場合、前記座部（２０５）よりも大きい寸法の空間（２０８）と、を有する第一操作手段（２０２）と、前記シート材料（１００）の成形部（２１６）を囲むチャンバー（２１５）を前記空間（２０８）と共に画定する空間（２１４）を備えるプレート手段（２１３）と、少なくとも第一形成ステップにおいて、前記座部（２０５）と協働し、前記成形部（２１６）を捕らえるパンチ（２１８）とを備える第二操作手段（２０３）と、を備え、前記プレート手段（２１３）が前記シート材料（１００）を前記支持面（２０４）に対してロックし、前記第二操作手段（２０３）がさらに、最終形成ステップにおいて圧縮空気（２１７）を前記チャンバー（２１５）に供給し、前記シート材料（１００）を前記座部（２０５）及び前記座部（２０５）を囲む前記空間（２０８）の当接壁（２１０）に押し付け、前記ケース（２）の前記底壁（３）と前記側壁（４）と前記端部（７）とを形成する手段を備え、前記第一操作手段（２０２）及び前記第二操作手段（２０３）が、形成軸（Ｂ）に沿って離間位置と形成位置との間で移動可能である、前記形成装置において、
    前記第一操作手段（２０２）がさらに、口部（２２０）を介して前記空間（２０８）に連通する少なくとも１つの座部（２１９）を備え、前記座部（２１９）が前記形成軸（Ｂ）に対して前記座部（２０５）よりも径方向外側に配置されて、前記最終形成ステップにおいては前記圧縮空気（２１７）を利用して前記ケース（２）の前記端部（７）に空洞（１１）を形成することを特徴とする形成装置。
13. 請求項１２に記載の形成装置であって、前記当接壁（２１０）の第一環状円周部（２２１）に前記座部（２１９）を得ることによって、対応する第一環状円周領域（１２）を前記ケース（２）の前記端部（７）に形成することを特徴とする形成装置。
14. 請求項１３に記載の形成装置であって、前記座部（２１９）が前記第一環状円周部（２２１）に配置された一続きの環状溝であることを特徴とする形成装置。
15. 請求項１３に記載の形成装置であって、前記第一操作手段（２０２）が前記第一環状円周部（２２１）の異なる部分に配置された複数の溝を備えることを特徴とする形成装置。
16. 請求項１５に記載の形成装置であって、前記第一操作手段（２０２）が、前記当接壁（２１０）の前記第一環状円周部（２２１）と第二環状円周部の異なる部分に配置された複数の溝を備え、前記第二環状円周部が前記第一環状円周部（２２１）よりも径方向外側に配置されることを特徴とする形成装置。
17. 請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載の形成装置であって、前記座部（２０５）と前記座部（２１９）がそれぞれ底壁を備え、前記座部（２０５）の前記底壁（２０７）が前記座部（２１９）の前記底壁（２２２）とほぼ平行であることを特徴とする形成装置。
18. 請求項１２乃至１７のいずれか一項に記載の形成装置であって、前記プレート手段（２１３）が孔（２２３）を備え、それによって前記圧縮空気（２１７）及び前記パンチ（２１８）が前記チャンバー（２１５）を通って、前記第一操作手段（２０２）の方へと向かうことを特徴とする形成装置。
19. 請求項１３乃至１６のいずれか一項、または請求項１３に従属する請求項１７または１８に記載の形成装置であって、前記第一環状円周部（２２１）の外側で前記シート材料（１００）をカットするためのカット手段をさらに備え、前記カット手段が、前記シート材料（１００）の進行方向に対して前記形成手段（２０２、２０３）よりも下流に配置されることを特徴とする形成装置。
20. 請求項１３乃至１６のいずれか一項、または請求項１３に従属する請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載の形成装置であって、前記形成装置は、前記カプセルの前記空洞（５）を初期製品（Ｐ）で満たした後、少なくとも前記第一環状円周領域（１２）の径方向内側に配置された第一環状結合部（２１）と前記第一環状円周領域（１２）の径方向外側に配置された第二環状結合部（２２）において、カバー部材（８）を前記ケース（２）の前記端部（７）に特に熱溶着で結合するための結合手段をさらに備え、それによって、前記初期製品を収容する前記空洞（５）、及び、特に、空気や不活性ガスなどの流体を収容する前記空洞（１１）を密閉して前記カプセルを完成させ、かつ、前記端部（７）と前記カバー部材（８）との間でエアクッションを形成し、前記エアクッションは、圧縮されると変形し、かつディスペンスマシン（６０）の当接手段（６４）と密封係合する前記カプセルの密封要素（９）を画定することを特徴とする形成装置。
21. 熱成形可能なプラスチックからなるシート材料（１００）を成形することによってカプセルのケース（２）を作製する形成方法であって、第一操作手段（２０２）によって前記シート材料（１００）を支持するステップと、前記ケース（２）の底壁（３）と側壁（４）を形成するための座部（２０５）を設けるここと、前記第一操作手段（２０２）内に、前記座部（２０５）の口部（２０９）と連通し、平面図で見た場合、前記座部（２０５）よりも寸法の大きい空間（２０８）を設けることと、第二操作手段（２０３）内に空間（２１４）を設けて、前記空間（２０８）と前記空間（２１４）との間でチャンバー（２１５）を画定し、それによって前記シート材料（１００）の成形部（２１６）を囲むことと、少なくとも、前記第二操作手段（２０３）のパンチ（２１８）が前記成形部（２１６）を捕らえ、それを座部２０５に対して押し付ける第一形成ステップにおいて、前記シート材料（１００）をロックすることと、最終形成ステップにおいて圧縮空気（２１７）を供給し、それによって前記座部（２０５）と前記座部（２０５）を囲む前記空間（２０８）の当接壁（２１０）に対して前記シート材料（１００）を押し付け、前記側壁（４）から延在する前記ケース（２）の端部（７）を形成することと、を備える方法において、
    前記方法は、前記座部（２０５）よりも径方向外側に配置された前記空間（２０８）と連通する少なくとも１つの座部（２１９）を設けて、前記最終形成ステップにおいて、前記圧縮空気（２１７）を利用して前記シート材料（１００）を前記座部（２１９）に押し付けることで、前記ケース（２）の前記端部（７）に空洞（１１）を形成するステップをさらに有することを特徴とする方法。

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