具有改进的刺穿能力的容器和材料的制作方法
【专利说明】具有改进的刺穿能力的容器和材料
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据美国法典第35卷第119(e)节要求2013年4月12日提交的美国临时 申请No. 61/811397的优先权，其内容通过引用整体合并于此。
【背景技术】
[0003] 本申请总体涉及用于制备饮料尤其是咖啡和茶的容器领域。这些容器通常被称为 筒、杯、小盒（capsule)或者囊（pods)，并且特别适于用在单杯式饮料制备上。
[0004] 近年来，单杯式饮料机由于其快捷便利的煮泡饮料方式已经在家庭和商业上流行 起来。这些机器通常通过聚合物容器煮泡咖啡、茶或其他热饮，这些容器可具有一体式过滤 器并且填充有咖啡粉、茶叶或其他可溶性产品。当这些产品煮泡时，容器可被轻易丢弃使得 机器可用于随后饮料的制备。因而这些容器能够使用户快捷容易地定制自己的饮料以及享 用新煮泡的饮料。
[0005] 尽管便利，但用于饮料制备的现有容器具有众多缺陷。例如，许多市场上可买到的 容器是用不易回收的材料制备的。这至少部分归因于这些容器所需的结构特性。例如，容 器必须足够结实以允许刺穿容器底座而不会使容器发生明显变形。因此，存在这样的结构 需求，其允许使用更容易回收的材料而仍旧具有足够的结构完整性。
【发明内容】
[0006] 本说明书的实施方式通过提供一种容器来解决上述需求，所述容器包括大体圆形 的底座；截锥形壁，其自所述底座延伸并在其中限定腔室；以及堆叠肩部，其与壁相交并从 壁横向延伸。底座包括其中带有连续刺穿区域的环形支撑结构，连续刺穿区域的尺寸和形 状被设置为允许刺穿而没有干涉并且没有容器的明显变形。理想地，环形支撑结构以有效 距离距底座边缘定位以增加连续刺穿区域内底座的刺穿能力。
[0007] 本发明的实施方式中还提供一种使用上述容器制备饮料的容器以及使用这种容 器来制备饮料的方法。
【附图说明】
[0008] 图1是根据第一实施方式的容器实施方式的侧视图。
[0009] 图2是图1中所示的容器的仰视图。
[0010] 图3是图1中所示的容器的俯视图。
[0011] 图4是图1中所示的容器的前下方透视图。
[0012] 图5A和图5B是根据实施方式的、可用于杯底座内表面上的设计的示意图。
[0013] 图6是图1中所示的容器实施方式的截面侧视图。
【具体实施方式】
[0014] 本说明书的实施方式通过提供一种用于饮料制备的容器来解决上述需求。如本文 使用的，术语"容器"与筒、杯、小盒、囊等等的意义是一样的，其可用于饮料制备。
[0015] 容器总的包括具有底座和限定出开口的截锥形侧壁的杯状容器。在一种实施方式 中，底座包括环形支撑结构。设置于环形支撑结构中的连续刺穿区域被配置为能够允许容 器底座在饮料制备期间在连续刺穿区域中被刺穿。理想地，环形支撑结构以有效距离距底 座边缘定位以增加连续刺穿区域内底座的刺穿能力。
[0016] 容器10的示例性实施方式进一步图示于图1-4中。容器10包括底座12和限定 开口 16的截锥形侧壁14。侧壁14可包括环绕开口 16径向向外伸出的唇部18。一方面， 径向向外伸出的唇部18进一步包括与侧壁14相交并且从侧壁14横向延伸的堆叠肩部19。
[0017] 底座12包括其中具有连续刺穿区域22的环形支撑结构20。理想地，环形支撑结 构20以有效距离距底座12的边缘24定位。
[0018] 设置于环形支撑结构20中的连续刺穿区域被配置为能够允许容器底座在饮料制 备期间在连续刺穿区域22中的任一位置被刺穿。虽然环形支撑结构20的当前描述实施方 式为环形，但其他形状也可使用（例如，椭圆形、三角形、正方形、六边形、七边形、八边形等 等），只要结构不妨碍连续刺穿区域22内底座的刺穿，并且以有效距离距底座的边缘24定 位。然而，本领域普通技术人员可以理解的是，环形支撑结构特别适于限定可在任一位置刺 穿的连续刺穿区域，从而允许容器定位在饮料机内而无需考虑刺穿区域的位置。
[0019] 在实施方式中，环形支撑结构可包括多于一个的环形。例如，环形支撑结构可包 括第一环形和定位在第一环形内部和连续刺穿区域外部的第二环形。在实施方式中，第一 环形支撑结构和第二环形支撑结构具有基本上相同的尺寸（即，宽度和高度）。然而，本 领域普通技术人员可以理解的是，第一环形支撑结构和第二环形支撑结构的尺寸可以不同 (即，不同的宽度等等）。
[0020] 不希望受任何理论约束，环形支撑结构距底座边缘定位的有效距离改变容器的失 效模式并且增加底座的刚性，从而改进连续刺穿区域内底座的刺穿能力。在示例性实施方 式中，距底座边缘的有效距离从大约Imm到大约10mm，从大约Imm到大约5mm，从大约I. 5mm 到大约2. 5_，或者从大约2.Omm到大约2. 5_。例如，在一实施方式中，环形支撑结构可距 底座边缘大约2. 3mm定位。
[0021 ] 在实施方式中，容器进一步包括设置于连续刺穿区域中心的底座上的内部支撑结 构，使得连续刺穿区域定位在环形支撑结构和内部支撑结构之间（图6)。内部支撑结构可 以是与环形支撑结构类似的环形，但是其他形状也可使用（例如，圆形、椭圆形、三角形、正 方形、六边形、七边形、八边形等等），只要内部支撑结构的形状不妨碍连续刺穿区域内底座 的刺穿性能。
[0022] 在实施方式中，容器进一步包括其他特征以促进连续刺穿区域内底座的刺穿能 力。例如，在一实施方式中，容器可包括位于容器底座内表面中的特征。该特征可在连续刺 穿区域的刺穿期间有效弱化连续刺穿区域内底座的材料而不牺牲其强度，例如，通过提供 应力集中。该特征的两个示例性实施方式图示于图5A和5B中，这些图图示出可印在容器 底座内表面中的设计。其他设计也是可以使用的。
[0023] 在一实施方式（图6)中，容器进一步以下列数学关系式为特征：
[0024] h = (R1-R) ? tan (90-(6)
[0025] 其中，h为从底座12到堆叠肩部19的容器高度，R1为堆叠肩部19处的容器内径， R为底座边缘24处的底座12半径，以及?为变形锥角（approachangle)。
[0026] 容器还可进一步以底座特征的尺寸为特征（图2和图6) :ri为底座12到环形支 撑结构20的外部部分的半径，r2为底座12到环形支撑结构20的内部部分的半径，d。为从 底座边缘24到环形支撑结构20的有效距离，w。为环形支撑结构20的宽度，wi为底座12的 连续刺穿区域22的宽度，以及t为环形支撑结构20的高度。因此，在某些实施方式中底座 12进一步以下列数学关系式为特征：
[0027] d0= R-r :>0. 01
[0028] W0= r !-r2>0. 01
[0029] R>ri>r2
[0030] Wi= 2 ? r 2
[0031] 在实施方式中，此独立，可从大约0.Imm到大约10. 0mm。例如，在实施 方式中，R可以为18. 8mm，!T1可以为9. 4mm以及r2可以为8. 25mm，因此d。为9. 4mm，w。为 I. 15mm，16. 5mm，以及t为0? 65mm。上述变量的示例性范围概述在下表中。
[0034] 在实施方式中，本领域普通技术人员已知的自支撑式过滤器元件（未示出）可设 置于容器内并且可移除地或者永久地连接到容器的内表面上。例如，过滤器可以为倒置的 中空锥体形状，具有从环绕开口的边缘均匀渐缩的曲壁。然后过滤器元件可被置于容器内， 使得锥体顶点被支撑在容器底座上并被其微微压平，从而扩大锥体内的体积以及为过滤器 元件提供有利支撑。
[0035] 在实施方式中，本发明提供的容器进一步包括能够刺穿的盖子，其与容器的唇部 成密封关系，封闭开口以形成筒。理想地，盖子是由不渗透的无孔材料制成的，该材料可用 诸如管状针的工具刺穿，由此输送热水用于饮料制备。例如，在实施方式中盖子可包括热封 到容器唇部上的聚合物膜或者箱片。
[0036] 在实施方式中，容器可通过由热塑性材料模制和热成型容器来准备。理想的是，热 塑性材料基本上不渗透且无孔。合适的热塑性材料的非限制性实施例包括诸如聚丙烯和聚 乙烯的聚烯烃、聚苯乙烯、尼龙及其他聚合物。在特定实施方式中，特别理想的是，热塑性材 料为生物基树脂，易于回收和/或包括至少一部分可循环使用的材料。例如，在一实施方式 中热塑性材料可包括可循环使用的聚丙烯基树脂。
[0037] 在实施方式中，热塑性材料可与一种或多种添加剂混合以给予容器理想的机械性 能和热性能。例如，在实施方式中，热塑性材料可与一种或多种添加剂混合以给予容器理想 的刚度。在一实施方式中，添加剂包括不相混的聚合物，其可通过制约热塑性材料的固有性 能起到应力集中的作用，以塑性变形并促进可控的裂缝蔓延。适于与包括聚丙烯的热塑性 材料一起使用的不相混聚合物的非限制性实施例包括丙烯酸、苯乙烯或其混合物以及带有 聚烯烃的共聚物。在一实施方式中，添加剂包括成核剂。在一实施方式中，第二添加剂包括 金属硬脂酸盐，其非限制性实施例包括硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌及它们的组合。添加 剂的其他非限制性实施例包括碳酸钙、滑石、粘土和纳米级的添加剂。
[0038] 在实施方式中，热塑性材料包括热塑性聚合物、成核剂和第二添加剂的混合物，第 二添加剂选自由碳酸钙、滑石、粘土及它们的组合组成的组。例如，热塑性材料中成核剂的 重量百分比可以从大约〇. 5%到大约5%或者从大约0. 5%到大约2. 5%，并且第二添加 剂的重量百分比可以从大约5 %到大约25%，从大约5 %到大约20%，从大约7 %到大约 18%，从大约7%到大约12%，或者为大约9%。例如，在实施方式中，热塑性材料可包括聚 丙烯、