用于咖啡或类似物的饮料杯的制作方法

本发明涉及饮料过滤杯或盒，其由使用者在他们的家里或商店用包含香料的原料，如咖啡、茶、可可粉或苹果汁来填充或预填充。

发明背景

由Sylvan等人在美国专利号为5,325,765和5,840,189的专利中教导的饮料盒由于其便利性和速度在(K-杯)品牌下已经获得广泛的认可，然而自从其大约20年之前推出以来一直持续存在数个问题。一个这样的问题是盒可以容纳的研磨咖啡的受限制的量，使得咖啡对于一些人来说太不充分。Sweeney等人在美国专利号为6,645,537的专利中通过将过滤器密封至位于杯的下部的锥形圆形边缘来教导解决该问题。该问题还可以通过用图1A中示出的杯10A中的杯形过滤器20替代Sylvan的锥形过滤器来解决。过滤器20的侧壁21的顶端17连接至容器19的顶部侧壁16。覆盖膜11的外围14永久地热密封至容器的边缘15以密封咖啡12。几乎1英寸高的空的空间24形成在平坦的过滤器底部23下方以当杯10A完全插入至杯保持器28中时阻止杯保持器28的顶部壁27上的针29的锋利的尖端31破坏过滤器底部。针29设计成刺破底部壁25以用于饮料经由通道30流出。然而，由于高的空的空间24，这两个解决方案都没有充分利用杯中的用于研磨咖啡的空间。

另一个问题是Sylvan的盒使得消费者不能控制使用何种和多少研磨咖啡。为了解决这个问题，已经提供许多可重复填充的过滤杯，如由Vu在美国专利申请2013/0017303中教导的Ekobrew^TM、Cafe Cup^TM和Solofill^TM杯。在图1B中表示为10B的这样的过滤杯通常具有形成在容器19中的杯形过滤器20，且空的空间24足够高以阻止过滤器底部23被针29刺穿。刚性盖41具有定位在侧壁43上以密封至容器19的侧壁16的橡胶O形环42。开口45形成在盖的中心处以接纳来自泡制器(brewer)的水注射针(未示出)和板47，板47具有用于将来自注射针的水分配至研磨咖啡12的数个孔44。尽管这样的过滤杯允许消费者使用他们自己的研磨咖啡，但是这样的过滤杯也不能够容纳用于巨大杯或大杯的咖啡的研磨咖啡。这样的过滤杯的填充和清洁还是耗时和杂乱的，特别是在咖啡和时间都同样珍贵的早晨，这使酿造的便利性和速度变得无效。

为了让清洁更容易，Simple Cup^TM提供安装至过滤杯中的一次性过滤纸。然而，该过滤纸还降低了过滤杯可以容纳的咖啡的量。Simple Cup^TM还提供单独的容器，盖和倒立器以允许使用者通过将过滤纸放置至容器中、填充咖啡，且然后用倒立器支撑将盖用力推动至容器中来组装过滤杯。该过程甚至更加困难且比使用图1B的过滤杯的过程慢。此外，由于在所装配的过滤杯中在盖和容器之间不存在密封，因此咖啡不能保持新鲜且该盖易于滑出容器导致咖啡渣在丢弃和储存期间到处溅射。

本发明的第一目的是提供新的饮料杯，该饮料杯不仅方便且快速地用作而且还给予消费者如可重复填充的过滤杯实现的那样选择他们自己的烘培、品牌以及研磨咖啡的量的自由。

本发明的第二目的是提供新的饮料杯，该饮料杯可以允许消费者如或可重复填充的过滤杯那样填充多达50％的更多的研磨咖啡。

本发明的第三目的是提供新的饮料杯，相比于的成本，该饮料杯可以节约多达至少50％的成本。

本发明的最后目的是提供新的杯，当使用者期望节约更多成本时该杯是可重复使用的且当使用者期望更便利时该杯是一次性的。

发明概述

本发明的饮料杯或盒包括不可渗透的杯形容器以及杯形过滤器，该杯形容器具有通过泡制器的杯架中的饮料出口针可刺破的平坦的底部壁，该杯形过滤器具有平坦的过滤器底部，该平坦的过滤器底部支撑在该平坦的底部壁上或定位成足够靠近该平坦的底部以允许针朝上推动该平坦的过滤器底部的一部分以形成饮料收集室。不像现有技术K杯或可重复使用的过滤杯中的大且高的内置饮料收集室，本发明的饮料收集室在泡制操作之前不存在，从而允许本发明的饮料杯能够容纳多达50％的更多的研磨咖啡。该饮料杯还包括盖，该盖具有外部侧壁，该外部侧壁比杯形容器的开口小以允许该盖几乎自由地移入和移出该容器以促进容器的闭合，和压敏粘合剂O形环，其定位在盖的水平外围壁和杯形容器的水平边缘之间。杯形容器和盖由非常薄的壁制成以最小化材料的使用并使该杯根据每一个使用者的希望是一次性的和可重复使用的。盖还包括倾斜的内侧壁以将杯中的泡制压力转化成作用在盖的外部侧壁上的径向朝外的力以在泡制操作期间赋予该薄的壁状盖强度和刚度以阻止盖的外部侧壁的变形，从而阻止热水泄漏。

在可选择的实施方案中，该饮料杯还包括由外部侧壁、内部侧壁和密封至盖的顶部膜围合的环形加压室。该加压室在泡制之前处于环境压力，且当热水通过泡制器的水入口针注射至饮料杯中时，该加压室成为加压的在体积上扩大，从而赋予该薄的壁状盖刚性并充当O形环以改善容器的密封。

附图简述

附图图解地示出了本发明的非限制性实施方案，如下：

图1A是部分插入在保持器中的现有技术的饮料杯的竖直截面图；

图1B是部分插入在保持器中的现有技术的可重复填充的杯的竖直截面图；

图2是根据本发明的部分插入在保持器中的饮料杯的竖直截面图；

图2A是沿图2的线A-A截取的截面图；

图2B是在填充研磨咖啡之前图2的饮料杯的竖直截面图；

图3是根据本发明的部分插入在保持器中的图2的改进的饮料杯的竖直截面图；

图3A是沿图3的线A-A截取的截面图；

图3B是在填充研磨咖啡之前图3的饮料杯的竖直截面图；

图4是根据本发明的部分插入在保持器中的图3的改进的饮料杯的竖直截面图；

图4A是在盖密封至杯并放置在杯保持器28中之前图4的饮料杯的局部竖直截面图；以及

图5是在盖密封至杯之前图4的改进的饮料杯的竖直截面图。

优选实施方案的描述

如在图2-2B中示出的，本发明的饮料过滤杯或盒100包括不可渗透的容器19、过滤器170以及不可渗透的盖122。为了简化起见，类似于那些在图1A和图1B的现有技术附图中的部分被指定了相同的参考数字。容器19优选地是杯形的且具有逐渐变窄的截锥形的不可渗透下部侧壁22、不可渗透的上部侧壁16、在下部侧壁和上部侧壁之间的台阶18、通过饮料出口针29可刺穿的大体上平坦的不可渗透的底部壁25，以及包围圆形进入开口的径向朝外突出边缘15，其用于接收例如研磨咖啡、茶、可可粉的包含香料的原料12或其它的包含香料的原料。出口针位于泡制器的保持器28的底部27处，且出口针具有用于刺穿底部壁25的锋利的尖端31和饮料出口通道30。

如在图2和图2B中示出的，过滤器170是杯形的且包括永久地连接至上部侧壁16的内表面的上部过滤器侧壁177、下部过滤器侧壁171和闭合的大体上平坦的过滤器底部173以界定储存室来储存包含香料的原料12。不像在图1A与图1B中示出的现有技术中的过滤器20的过滤器底部23，本发明的平坦的过滤器底部173具有附接至过滤器底部173并位于容器19的底部25上或足够靠近容器19的底部25的大体上平坦的弹性体膜111，因此最大化了用于容纳包含香料的原料12的储存室的体积或容量。结果表明饮料过滤杯100的储存室可以比在图1A与图1B中示出的现有技术的过滤杯10A和10B容纳多达50％的更多的包含香料的原料12。

不像在1A与图1B中示出的现有技术的K杯10A或可重复使用的过滤杯10B中的大且高的内置饮料收集室24，本发明的饮料收集室100在过滤杯100插入至保持器28中之前几乎不存在。当容器19的底部壁25被出口针29刺穿且出口针朝上推动过滤器底部173的一部分时，饮料收集部110形成在过滤杯100中。随着针29的更多部分刺破底部壁25，收集室110在尺寸上增加并在杯100完全插入至保持器28中之后，达到最大尺寸。弹性体膜111使过滤器底部173产生对出口针的抗刺穿性。柔性或刚性的其它的抗刺穿性片材，例如，聚烯烃片材或非织造聚丙烯膜，可以附接至过滤器底部173以使过滤器底部产生抗刺穿性。

结果表明，当某种特别选定的材料用于过滤器170和容器19时，在过滤器经由热、超声波、红外线或其它的能量密封至容器的上部侧壁16之后，上部过滤器侧壁177变得不可见。过滤器的这种不可见性改善了容器19和盖122之间的密封，使得填充和清洁饮料杯更容易且使得杯看起来更好。已知的杯材料，如聚苯乙烯或聚合物层压材料，例如，由Sylvan等人在美国专利号为5,325,765和5,840,189中所教导的Winpak Portion Pack of Bristol,Pa的编号C150的产品不能够使上部过滤器侧壁177不可见。结果还表明为了实现该不可见性，过滤器170还应该由与容器19相同或类似的材料制成。满足这样的条件的材料是聚乙烯和聚丙烯。下部过滤器侧壁171褶皱的以促进饮料流出由过滤器底部173、过滤器侧壁171以及盖122界定或形成的闭合的室。竖直的通道(未示出)可以形成在下部侧壁22上且通道(未示出)可以形成在容器的底部壁25上以改善至饮料收集室110的饮料流动。

盖122包括在容器的边缘15上方的外围水平壁115、通过水注射针(未示出)从泡制器可刺穿的用于将水引入至容器中的不可渗透的中心壁127，以及在该外围和中心壁之间的圆形通道121。圆形通道121包括在由容器的顶部侧壁16界定的进入开口中可接纳的第一外部盖侧壁117、在台阶18的刚好下方在侧壁22的上部部分中可接纳的第二外部盖侧壁119、连接第一和外部侧壁第二外部侧壁的台阶壁118、具有连接至中心壁127的一端和连接至第二外部侧壁119的另一端的内侧壁120，以及将容器19的边缘15连接至盖的外围壁115的三个柔性薄连接器或梁114。空间112形成在柔性梁114之间。

不像图1A中的现有技术中的一次性K杯，其中，覆盖膜11永久地热密封至容器19，且不像可以提供厚的、刚性壁和橡胶O形环以实现在高压下进行泡制期间防泄漏的图1B中的可重复使用的过滤杯，本发明的盖122需要使用如使用者的希望的一次性的薄达0.01英寸的薄壁，且需要是可移动的以允许使用者将研磨咖啡添加至容器中。结果是，由于盖122的薄的盖壁在高的泡制压力下非常易于变形，因此盖122易于在泡制期间热水泄漏。为了改善盖122和容器19之间的密封，内侧壁120是倾斜的，优选地以相对于第一外侧壁117小于60度的角倾斜。这样的倾斜的内侧壁120将杯100内的泡制压力转化成作用在第一外部壁117的下部端部上的朝外的径向力以改善薄的壁状盖122的刚性和侧壁117和侧壁16之间的密封。第二外侧壁119设置成进一步改善泡制期间盖和容器之间的密封。

不像图1B的现有技术杯10B，其在侧壁43上使用橡胶O形环42以实现密封，如在图2中示出的，盖122具有新的食品安全的、定位在盖122的水平外围壁115的下侧的压敏粘合剂O形环116。当盖122通过连接器114转动并放置在容器19上时，压敏粘合剂O形环116容易粘合至容器19的边缘15。通过使压敏粘合剂O形环处在水平外围壁115上，即使第一外部盖侧壁117比上部侧壁16或容器19的顶部进入开口的内径大体上小，例如小0.04至0.2英寸，在压力泡制期间也不会观察到泄漏。由于盖侧壁117小于顶部进入开口，因此在使用者用研磨咖啡填充杯后需要很小的力或不需要力将盖按压至容器中，从而使密封操作毫不费力。

当消费者在家里填充并密封杯时，具有小于顶部进入开口的盖侧壁117的盖还对饮料杯的成功制备是关键的。由于杯100是一次性的，因此容器19的侧壁16和侧壁22还非常薄，例如，比大约0.03英寸薄。如果盖侧壁117与容器19的顶部开口大致相同或比容器19的顶部开口大，这样的薄侧壁不能承受将盖侧壁117按压至顶部进入开口中所需的力。具有更小的侧壁117的盖可以用较小的力或不用力被按压至顶部进入开口中，从而当使用者将盖按压至容器中以密封由过滤器侧壁171和过滤器底部173界定或形成的储存室中的研磨咖啡12时，阻止容器19压扁。

尽管饮料杯100通过使用非常薄的壁状盖122和容器19使用非常少的量的原料，且可以像是一次性的，但是更具成本或环境意识的使用者可能仍然希望重复使用饮料杯100。为了允许一个人重复使用杯100，我们发现通过使用亲水性压敏粘合剂制作O形环，在泡制操作之后该O形环可能失去其粘合性。在泡制之后粘合性的这样的丧失使得使用者打开该盖、处理使用过的渣并清洁杯10以重复使用成为可能。在杯10在空气中或通过加热变得干燥之后，压敏粘合剂O形环再次获得其粘合力以将该盖粘合并密封至容器19。

用于制作O形环116的压敏粘合剂可以是例如来自威斯康星州，日耳曼镇的胶厂的FIMA-221-A的压敏热熔化物，或例如来自该同一工厂的AA-4080的压敏乳剂。结果表明为了使杯100工作，压敏粘合剂O形环116的高度需要为大约0.1毫米至2毫米，优选地为0.2毫米至1毫米。如在图2B中示出的，压敏粘合剂O形环116的内周界靠近外侧壁117或在外侧壁117处定位以在盖密封至容器19以及然后从容器移除后阻止O形环掉落或转移至容器的边缘15。各种纹理、粗糙部分、突出部、凹部、通道和脊可以设置在下侧表面上，其中，压敏粘合剂O形环定位成然后阻止在盖的密封和移除期间，O形环从该下侧表面掉落或转移至边缘。压敏粘合剂O形环116不需要释放或保护纸。当O形环116被灰层或咖啡颗粒弄脏时，其可以用冲洗水容易地清洁以导致该O形环失去粘合力，且该O形环然后可以通过使其在空气中干燥而重新获得其粘合力。

具有薄壁的容器19和盖122可以由薄的塑料片被热成形。尽管在优选的实施方案中饮料杯100具有圆的杯形，但是应理解，该杯可以采用椭圆形、正方形、长方形、菱形以及其它形状。应理解，压敏粘合剂O形环可以采用除圆形外的形状且可以在其它的应用中使用。还应理解，如果包含香料的原料12是可以通过添加水或不添加水而消费的可可粉、奶粉、汤粉末、苹果汁，或任何可食用的物质，该杯可以被使用而不需要过滤器20。

图3-3B示出图1的饮料杯100的改进的实施方案。该改进的杯具有大体上环形的加压室162，其可接纳在容器19的进入开口中并连接至盖以用于在泡制期间阻止泄漏。加压室包括用于接合容器19的不可渗透的上部侧壁16的盖的外侧壁117、在泡制期间接触热的流体的盖的内侧壁120、顶部膜环161以及连接至内侧壁和外侧壁的室底部118。在泡制之前该加压室处于环境压力，且当从泡制器的水注射针(未示出)注射至杯100中的热水加热该室中的空气时，该加压室在泡制期间成为加压的。该加压室中的压力径向朝外推动外侧壁117以改善容器19的上部侧壁16的密封并赋予薄的壁状盖122刚性。膜环161是大体上圆形膜167的一部分并且被热密封至外侧壁117的顶端。膜167的外部的外围区段160被密封至盖122的外围壁115。膜环161还可以被热密封至内壁120的顶端以产生环形室气密以当来自水入口针的热水加热该环形室中的空气时，允许压力在其中积聚并阻止在包含香料的原料上方的热的流体进入所述环形室。

杯形过滤器170由非编织聚丙烯制成且容器19和盖122也由聚丙烯制成，使得消费者在冲洗出使用过的咖啡渣之后可以重复利用过滤器和容器中的所有丙烯材料。为了使饮料杯完全可重复利用，发现当非编织过滤器由聚烯烃、涤纶、尼龙或类似的聚合物的长形的长聚合物纤维制成时，饮料收集室110可以不由附接至过滤器的平坦的底部173的图2的弹性体膜111形成。

保护开口163在不可渗透的中心壁127中心处或靠近不可渗透的中心壁127形成以当使用者打开泡制头部以处理用过的饮料杯时，阻止饮料杯100粘到泡制器的泡制头部(未示出)并导致对泡制器的破坏。该保护开口被膜167的中心膜164覆盖以在盖122密封至容器19之后阻止氧化空气到达原料12。为了阻止在泡制期间水泄漏，在本发明的可选择的实施方案(未示出)中，该保护开口被制成是在直径上和图3中所示出的直径至少3倍大。在该可选择的实施方案中，该扩大的保护开口163占据该不可渗透的中心壁127的面积的至少40％。

图2B的饮料杯100的一个问题是盖122，尽管其重量非常轻，通常小于5克，但是当使用者将饮料杯放置在桌子或工作台面上时，经常导致容器19倾斜并掉落，这使得用研磨咖啡填充该杯不方便并且困难。一种解决方案是提供单独的容器19和盖122，然而这需要使用者储存并处理两个独立的部分。一种改进的解决方案在图3B中示出，其中，盖122的一端经由低记忆(low-memory)膜连接器168的区段连接至容器19的边缘15，且与该所连接的端部相对的自由端具有与容器19的底部25大约相同的高度。当饮料杯放置在桌子或工作台面上时，这允许盖122的自由端支撑在桌子或工作台面上。低记忆膜连接器168具有其先前形状的少量记忆且可以是能够保持当前形状而不受其先前形状影响的铝箔或纸基膜或可以是能够通过轻于5克的盖122的重量自由地弯曲的超柔性膜。为了阻止盖122移出容器19的进入开口，膜连接器168的长度大体上比边缘15和外部外围壁115的总的厚度大。

为了使用，一个人磨碎1/4至1磅的一个人最喜欢品牌的新鲜烘焙咖啡豆，将12至48个饮料杯100放置在桌子或工作台面上，使得盖122的自由端也支撑在桌子或工作台面上，根据一个人对咖啡浓度和体积的喜好将8至15克研磨咖啡分配或舀至每一个杯中，并在容器19之上翻转盖122以促使压敏粘合剂O形环116气密性地密封至容器的边缘15以保持研磨咖啡新鲜。这样的预填充咖啡杯100可以在后面就像一样来使用。

图4和图4A示出图2的饮料杯100的第二改进的实施方案。在改进的杯中，径向朝外突出的外围壁或盖122的第一外部盖侧壁117外部的边缘115变短以使该变短的边缘115的宽度大体上比杯形容器19的边缘15窄。盖122热密封至柔性膜167并通过将膜167的小的部分181热密封至边缘15的一部分而连接至容器19。膜167的外部外围区段160朝外延伸以当容器被密封时覆盖容器19的边缘15。当杯100掉落至硬的地面或接触其它的物体时，膜167的柔性外部外围区段160阻止意外地打开。而且，柔性外部外围区段160阻止任何可能的对杯中的内容物进行篡改，因为当一个人试图拉动柔性外部外围区段160以打开盖122时，该膜将在其热密封至盖167处或靠近其热密封至盖167处破裂，这使得杯41不可使用且充当该杯已经被篡改的警告信号。然而，在泡制期间，蒸汽热或水使得盖122在杯100被泡制之后可移除，这使得重复使用该杯或移除废弃的研磨咖啡以用于更好的重复利用成为可能。

凹部180在围绕容器19的进入开口在边缘15上形成且尺寸设定成接纳变短的边缘115，使得变短的边缘115的底部表面大体上在杯边缘15的顶部表面下方。结果表明当凹部180足够深以造成变短的边缘115的顶部表面至少大约与容器19的边缘15的顶部表面共水平面或甚至在容器19的边缘15的顶部表面下方时，粘合力显著增加以使盖167几乎不可能打开，除非杯100被泡制器中的热水泡制。

结果还表明通过使保护开口163的直径比盖122的直径的三分之一大，优选地比盖的直径的一半大，密封在杯100中的研磨咖啡的新鲜度和香气在3至6个月的储存时间之后被极大地改善。从理论上讲，当室温或室压在昼夜期间变化时更大的开口163阻止空气进入该室。还发现密封在杯100中的研磨咖啡的新鲜度和香气通过使粘合剂O形环116是充分流体的以当容器19被盖122关闭时促使该粘合剂芯吸(wick)而被极大地改善。还发现当粘合剂O形环116包括第一外部盖侧壁117的外表面上的粘合剂层时，密封在杯100中的研磨咖啡的新鲜度和香气被极大地改善。

发现即使盖122没有被热密封至柔性膜167，图4和图4A的杯100在泡制期间仍然工作而没有水泄漏，如在图5中所示出的。膜167的柔性外部的外围区段160通过将膜167的小的部分181热密封至容器19的边缘15的一部分而被连接至容器19。柔性膜167应该具有充分的刚性以形成用于杯的适当的填充和密封角Φ。角Φ应该在90度至265度之间以通过咖啡填充装备能够适当填充并密封杯。膜167的外围区段160通过粘合剂O形环160或热密封被密封至边缘15。过滤器底部173大体上是平坦的且足够靠近容器19的底部壁25或甚至接触容器19的底部壁25以形成由褶皱的侧过滤器171和闭合的底部过滤器173形成的特别大的容纳室或过滤室。饮料收集室110具有零或接近零的体积，但是其适于在泡制期间在体积上扩大以有利于抽取过滤室中的原料和饮料流出该杯。

应理解，通过使滤器底部173靠近或接触杯底部25定位，本发明已经避免了通常存在于中的“水窜流”问题，水窜流所以发生，是因为从泡制器喷射的水在泡制器中的水入口针和过滤器底部23之间产生大的中心路径，并导致来自该泡制器的大部分水直接穿过过滤器底部23(图1A和1B)而不接触研磨咖啡。还应理解，饮料过滤杯100可以采用正方形形状以降低其对储存和运输空间的需要。还应理解，饮料出口针29可以是实心的而没有通道30，且饮料出口形成在针的外表面和容器19的底部25处的刺穿孔之间。

尽管本发明的具体的特征在一些附图中示出，而在其它附图中未示出，这仅仅是为了方便，因为一些特征可以与根据本发明的其它特征中的任一个或所有组合。前面的描述已经限于本发明的具体的实施方案。然而，明显的是可以对本发明作出变化和修改，从而获得本发明的优点中的一些或所有。因此，所附权利要求的目的是覆盖在本发明的精神和范围内的所有这样的变化和修改。