具有改進的刺穿能力的容器和材料的制作方法
【專利說明】具有改進的刺穿能力的容器和材料
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請根據美國法典第35卷第119(e)節要求2013年4月12日提交的美國臨時 申請No. 61/811397的優先權,其內容通過引用整體合并于此。
【背景技術】
[0003] 本申請總體涉及用于制備飲料尤其是咖啡和茶的容器領域。這些容器通常被稱為 筒、杯、小盒(capsule)或者囊(pods),并且特別適于用在單杯式飲料制備上。
[0004] 近年來,單杯式飲料機由于其快捷便利的煮泡飲料方式已經在家庭和商業上流行 起來。這些機器通常通過聚合物容器煮泡咖啡、茶或其他熱飲,這些容器可具有一體式過濾 器并且填充有咖啡粉、茶葉或其他可溶性產品。當這些產品煮泡時,容器可被輕易丟棄使得 機器可用于隨后飲料的制備。因而這些容器能夠使用戶快捷容易地定制自己的飲料以及享 用新煮泡的飲料。
[0005] 盡管便利,但用于飲料制備的現有容器具有眾多缺陷。例如,許多市場上可買到的 容器是用不易回收的材料制備的。這至少部分歸因于這些容器所需的結構特性。例如,容 器必須足夠結實以允許刺穿容器底座而不會使容器發生明顯變形。因此,存在這樣的結構 需求,其允許使用更容易回收的材料而仍舊具有足夠的結構完整性。
【發明內容】
[0006] 本說明書的實施方式通過提供一種容器來解決上述需求,所述容器包括大體圓形 的底座;截錐形壁,其自所述底座延伸并在其中限定腔室;以及堆疊肩部,其與壁相交并從 壁橫向延伸。底座包括其中帶有連續刺穿區域的環形支撐結構,連續刺穿區域的尺寸和形 狀被設置為允許刺穿而沒有干涉并且沒有容器的明顯變形。理想地,環形支撐結構以有效 距離距底座邊緣定位以增加連續刺穿區域內底座的刺穿能力。
[0007] 本發明的實施方式中還提供一種使用上述容器制備飲料的容器以及使用這種容 器來制備飲料的方法。
【附圖說明】
[0008] 圖1是根據第一實施方式的容器實施方式的側視圖。
[0009] 圖2是圖1中所示的容器的仰視圖。
[0010] 圖3是圖1中所示的容器的俯視圖。
[0011] 圖4是圖1中所示的容器的前下方透視圖。
[0012] 圖5A和圖5B是根據實施方式的、可用于杯底座內表面上的設計的示意圖。
[0013] 圖6是圖1中所示的容器實施方式的截面側視圖。
【具體實施方式】
[0014] 本說明書的實施方式通過提供一種用于飲料制備的容器來解決上述需求。如本文 使用的,術語"容器"與筒、杯、小盒、囊等等的意義是一樣的,其可用于飲料制備。
[0015] 容器總的包括具有底座和限定出開口的截錐形側壁的杯狀容器。在一種實施方式 中,底座包括環形支撐結構。設置于環形支撐結構中的連續刺穿區域被配置為能夠允許容 器底座在飲料制備期間在連續刺穿區域中被刺穿。理想地,環形支撐結構以有效距離距底 座邊緣定位以增加連續刺穿區域內底座的刺穿能力。
[0016] 容器10的示例性實施方式進一步圖示于圖1-4中。容器10包括底座12和限定 開口 16的截錐形側壁14。側壁14可包括環繞開口 16徑向向外伸出的唇部18。一方面, 徑向向外伸出的唇部18進一步包括與側壁14相交并且從側壁14橫向延伸的堆疊肩部19。
[0017] 底座12包括其中具有連續刺穿區域22的環形支撐結構20。理想地,環形支撐結 構20以有效距離距底座12的邊緣24定位。
[0018] 設置于環形支撐結構20中的連續刺穿區域被配置為能夠允許容器底座在飲料制 備期間在連續刺穿區域22中的任一位置被刺穿。雖然環形支撐結構20的當前描述實施方 式為環形,但其他形狀也可使用(例如,橢圓形、三角形、正方形、六邊形、七邊形、八邊形等 等),只要結構不妨礙連續刺穿區域22內底座的刺穿,并且以有效距離距底座的邊緣24定 位。然而,本領域普通技術人員可以理解的是,環形支撐結構特別適于限定可在任一位置刺 穿的連續刺穿區域,從而允許容器定位在飲料機內而無需考慮刺穿區域的位置。
[0019] 在實施方式中,環形支撐結構可包括多于一個的環形。例如,環形支撐結構可包 括第一環形和定位在第一環形內部和連續刺穿區域外部的第二環形。在實施方式中,第一 環形支撐結構和第二環形支撐結構具有基本上相同的尺寸(即,寬度和高度)。然而,本 領域普通技術人員可以理解的是,第一環形支撐結構和第二環形支撐結構的尺寸可以不同 (即,不同的寬度等等)。
[0020] 不希望受任何理論約束,環形支撐結構距底座邊緣定位的有效距離改變容器的失 效模式并且增加底座的剛性,從而改進連續刺穿區域內底座的刺穿能力。在示例性實施方 式中,距底座邊緣的有效距離從大約Imm到大約10mm,從大約Imm到大約5mm,從大約I. 5mm 到大約2. 5_,或者從大約2.Omm到大約2. 5_。例如,在一實施方式中,環形支撐結構可距 底座邊緣大約2. 3mm定位。
[0021 ] 在實施方式中,容器進一步包括設置于連續刺穿區域中心的底座上的內部支撐結 構,使得連續刺穿區域定位在環形支撐結構和內部支撐結構之間(圖6)。內部支撐結構可 以是與環形支撐結構類似的環形,但是其他形狀也可使用(例如,圓形、橢圓形、三角形、正 方形、六邊形、七邊形、八邊形等等),只要內部支撐結構的形狀不妨礙連續刺穿區域內底座 的刺穿性能。
[0022] 在實施方式中,容器進一步包括其他特征以促進連續刺穿區域內底座的刺穿能 力。例如,在一實施方式中,容器可包括位于容器底座內表面中的特征。該特征可在連續刺 穿區域的刺穿期間有效弱化連續刺穿區域內底座的材料而不犧牲其強度,例如,通過提供 應力集中。該特征的兩個示例性實施方式圖示于圖5A和5B中,這些圖圖示出可印在容器 底座內表面中的設計。其他設計也是可以使用的。
[0023] 在一實施方式(圖6)中,容器進一步以下列數學關系式為特征:
[0024] h = (R1-R) ? tan (90-(6)
[0025] 其中,h為從底座12到堆疊肩部19的容器高度,R1為堆疊肩部19處的容器內徑, R為底座邊緣24處的底座12半徑,以及?為變形錐角(approachangle)。
[0026] 容器還可進一步以底座特征的尺寸為特征(圖2和圖6) :ri為底座12到環形支 撐結構20的外部部分的半徑,r2為底座12到環形支撐結構20的內部部分的半徑,d。為從 底座邊緣24到環形支撐結構20的有效距離,w。為環形支撐結構20的寬度,wi為底座12的 連續刺穿區域22的寬度,以及t為環形支撐結構20的高度。因此,在某些實施方式中底座 12進一步以下列數學關系式為特征:
[0027] d0= R-r :>0. 01
[0028] W0= r !-r2>0. 01
[0029] R>ri>r2
[0030] Wi= 2 ? r 2
[0031] 在實施方式中,此獨立,可從大約0.Imm到大約10. 0mm。例如,在實施 方式中,R可以為18. 8mm,!T1可以為9. 4mm以及r2可以為8. 25mm,因此d。為9. 4mm,w。為 I. 15mm,16. 5mm,以及t為0? 65mm。上述變量的示例性范圍概述在下表中。
[0034] 在實施方式中,本領域普通技術人員已知的自支撐式過濾器元件(未示出)可設 置于容器內并且可移除地或者永久地連接到容器的內表面上。例如,過濾器可以為倒置的 中空錐體形狀,具有從環繞開口的邊緣均勻漸縮的曲壁。然后過濾器元件可被置于容器內, 使得錐體頂點被支撐在容器底座上并被其微微壓平,從而擴大錐體內的體積以及為過濾器 元件提供有利支撐。
[0035] 在實施方式中,本發明提供的容器進一步包括能夠刺穿的蓋子,其與容器的唇部 成密封關系,封閉開口以形成筒。理想地,蓋子是由不滲透的無孔材料制成的,該材料可用 諸如管狀針的工具刺穿,由此輸送熱水用于飲料制備。例如,在實施方式中蓋子可包括熱封 到容器唇部上的聚合物膜或者箱片。
[0036] 在實施方式中,容器可通過由熱塑性材料模制和熱成型容器來準備。理想的是,熱 塑性材料基本上不滲透且無孔。合適的熱塑性材料的非限制性實施例包括諸如聚丙烯和聚 乙烯的聚烯烴、聚苯乙烯、尼龍及其他聚合物。在特定實施方式中,特別理想的是,熱塑性材 料為生物基樹脂,易于回收和/或包括至少一部分可循環使用的材料。例如,在一實施方式 中熱塑性材料可包括可循環使用的聚丙烯基樹脂。
[0037] 在實施方式中,熱塑性材料可與一種或多種添加劑混合以給予容器理想的機械性 能和熱性能。例如,在實施方式中,熱塑性材料可與一種或多種添加劑混合以給予容器理想 的剛度。在一實施方式中,添加劑包括不相混的聚合物,其可通過制約熱塑性材料的固有性 能起到應力集中的作用,以塑性變形并促進可控的裂縫蔓延。適于與包括聚丙烯的熱塑性 材料一起使用的不相混聚合物的非限制性實施例包括丙烯酸、苯乙烯或其混合物以及帶有 聚烯烴的共聚物。在一實施方式中,添加劑包括成核劑。在一實施方式中,第二添加劑包括 金屬硬脂酸鹽,其非限制性實施例包括硬脂酸鈣、硬脂酸鎂、硬脂酸鋅及它們的組合。添加 劑的其他非限制性實施例包括碳酸鈣、滑石、粘土和納米級的添加劑。
[0038] 在實施方式中,熱塑性材料包括熱塑性聚合物、成核劑和第二添加劑的混合物,第 二添加劑選自由碳酸鈣、滑石、粘土及它們的組合組成的組。例如,熱塑性材料中成核劑的 重量百分比可以從大約〇. 5%到大約5%或者從大約0. 5%到大約2. 5%,并且第二添加 劑的重量百分比可以從大約5 %到大約25%,從大約5 %到大約20%,從大約7 %到大約 18%,從大約7%到大約12%,或者為大約9%。例如,在實施方式中,熱塑性材料可包括聚 丙烯、