一种用于全自动咖啡机的冲泡器的制作方法

本发明涉及家用电器领域，特别涉及一种用于全自动咖啡机的冲泡器。

背景技术：

现有的冲泡器多采用摇摆工位式，其由曲轴拉杆压紧，从而使得咖啡粉体积量调节范围较小(约6～10克)。但是，冲泡过程中如果粉量过少会造成咖啡粉过度萃取，粉量过多会导致爆缸或者由于顶部活塞无法下压而卡机。而且现有的冲泡器的缸径较小，其直径一般在25mm左右。底部的过滤网多采用0.4mm孔径，为了避免咖啡粉过细沿着小孔随水流走，咖啡机只能用作粗研磨，而不能对咖啡粉进行细研磨。而且现有的冲泡器多用塑料件，所以只能用低压力冲泡，这样会造成萃取不足，且咖啡液速度慢，影响咖啡出品。现有的冲泡器一般还采用o型密封圈，容易由于密封不严而导致漏水。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种用于全自动咖啡机的冲泡器，以增加冲泡咖啡的体积范围，提高萃取率，缩短冲泡时间。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种用于全自动咖啡机的冲泡器，包括：

具有下开口的上冲泡头，其内设置有上活塞，所述上冲泡头的中心轴线垂直于所述下开口，所述上冲泡头的中心轴线相对于竖直方向倾斜第一角度；

具有进料口的下冲泡头，其内设置有下活塞；

主轴，其与电机连接，所述主轴上固定有摆位凸轮、曲柄连杆机构；

摆位凸轮，其具有最小圆周、最大圆周以及分别连接所述最小圆周和所述最大圆周的第一过渡圆周和第二过渡圆周，所述第一过渡圆对应的圆心角为所述第一角度；

顶杆，其一端通过顶杆从动件与所述摆位凸轮接触，另一端与所述下冲泡头连接；

曲柄连杆机构，其包括连杆和随着所述主轴转动的曲柄，所述连杆的一端连接于所述曲柄，另一端连接于所述上活塞，以带动所述上活塞沿着所述上冲泡头的中心轴线在距所述曲柄的最远端和最近端之间移动；

其中，所述主轴转动所述第一角度，所述顶杆从动件从所述最小圆周移动至所述最大圆周的起点，所述进料口从平行于水平面的位置摆动至平行于所述下开口的位置；所述主轴继续转动第二角度，所述连杆设置成带动所述下开口与所述进料口接触，以使得所述上活塞移动至所述最近端；所述主轴继续转动第三角度，所述连杆设置成带动所述下开口与所述进料口脱离，以使得所述上活塞移动至最远端；所述主轴继续转动第四角度，所述进料口回到平行于水平面的位置。

优选的，还包括：活塞凸轮顶杆，其设置成一端与固定在所述主轴上的活塞凸轮接触，另一端与所述下活塞连接，以使得在所述主轴继续转动第三角度时，所述活塞凸轮顶杆推动所述下活塞朝靠近所述进料口的方向移动。

优选的，所述连杆在所述曲柄的连接点到所述曲柄的转动中心具有第一连线，所述最小圆周与所述摆位凸轮的转动中心具有第二连线，所述第一连线与所述第二连线之间的夹角为第一角度。

优选的，还包括：设置在所述上冲泡头上的导向钉和设置在所述下冲泡头上的导向槽，所述导向钉和所述导向槽位于所述上冲泡头和下冲泡头的同一侧面，以使得在所述主轴继续转动第二角度时，所述导向钉滑入所述导向槽。

优选的，还包括：刮粉板，其设置在所述上冲泡头靠近所述下冲泡头的摆动路径的一侧，所述刮粉板上开设有导轨孔，所述导轨孔的长边沿着所述上冲泡头的中心轴线方向延伸，所述刮粉板通过螺钉和所述导轨孔可移动地与所述上冲泡头连接。

优选的，还包括：密封圈，其固定在所述上活塞或者所述下活塞的周向。

优选的，还包括：用于流体流通的上活塞连接管和下活塞连接管，所述上活塞连接管与所述上活塞连接，所述下活塞连接管用于与所述下活塞连接。

优选的，还包括：设置在所述上活塞上方的弹簧，所述弹簧与所述上活塞连接管同心。

优选的，所述最大圆周对应的圆心角为所述第二角度和所述第三角度之和，所述第二过渡圆周对应的圆心角为第四角度，所述第一角度、所述第二角度、所述第三角度以及所述第四角度之和为360°。

优选的，所述最大圆周对应的圆心角为240°。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过上下活塞的设置，大大增加了冲泡咖啡的体积范围。而且，压粉的力度随咖啡粉量的增加而增大，在最小范围时依然可靠压力压紧，在最大范围时压紧力度可以达到最大。所有粉与粉的之间的缝隙都被压缩到最小，单位水量溶解的物质增多，可提高萃取率，缩短冲泡时间。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1为本发明用于全自动咖啡机的冲泡器处于工位一时的状态示意图，其中示出了上冲泡头和下冲泡头的内部剖面结构；

图2为本发明用于全自动咖啡机的冲泡器处于工位二时的状态示意图，其中示出了上冲泡头和下冲泡头的内部剖面结构；

图3为本发明用于全自动咖啡机的冲泡器处于工位一和工位二之间的状态示意图；

图4为本发明用于全自动咖啡机的冲泡器各部件的拆解示意图；

图5为本发明用于全自动咖啡机的冲泡器中动力传输部分的示意图；

图6为本发明用于全自动咖啡机的冲泡器中主轴与摆位凸轮、曲柄、活塞凸轮顶杆的连接关系示意图；

图7为本发明用于全自动咖啡机的冲泡器中上冲泡头和下冲泡头相对接的局部放大图；

图8为本发明用于全自动咖啡机的冲泡器中刮粉板的示意图。

图中各符号表示的含义如下：

1-上冲泡头，101-上活塞，102-上活塞压板，103-弹簧，104-上活塞连接管，2-下冲泡头，201-下活塞，202-下活塞连接管，3-密封圈，4-刮粉板，401-刮粉板支撑，402-导轨孔，5-导向钉，6-顶杆，7-活塞凸轮顶杆，8-导向槽，901-连杆，902-曲柄，10-摆位凸轮，11-活塞凸轮，12-主轴，13-上活塞缸筒，14-导向套压板，15-导向套，16-下活塞缸套，17-下活塞缸筒，18-法兰，19-顶杆支撑座，20-上活塞缸套。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1、2、3和4所示，本发明用于全自动咖啡机的冲泡器，主要包括：具有下开口的上冲泡头1、具有进料口的下冲泡头2、用于带动上冲泡头1和下冲泡头2移动的动力传输组件。

上冲泡头1包括其内具有容纳空间的上活塞缸套20，容纳空间的内壁设置有上活塞缸筒13和导向套15。上活塞缸筒13内设置有上活塞101。上活塞101开设有用于流体流通的孔，并通过孔与上活塞连接管104连通，以使得热水能够从上活塞连接管104通过上活塞101进入上活塞缸筒13内部。在上活塞101的上方设置有上活塞压板102、弹簧103、导向套压板14。其中，弹簧103的内圈与上活塞连接管104同心，弹簧103的上表面与上活塞压板102接触，其下表面与导向套压板14接触。在上冲泡头1的下部具有下开口，其中，上冲泡头1的中心轴线垂直于所述下开口，以使得上活塞101能够方便移动地穿过所述下开口。如图1和图2所示，上冲泡头1的中心轴线始终相对于竖直方向倾斜第一角度。

下冲泡头2包括其内具有容纳空间的下活塞缸套16，容纳空间的内壁设置有下活塞缸筒17。下活塞缸筒17内设置有下活塞201。下活塞201开设有用于流体流通的孔，并通过孔与下活塞连接管202连通，以使得经过咖啡粉的咖啡液从下活塞连接管202离开冲泡器。下冲泡头2的上部具有用于接收研磨好的咖啡粉的进料口，所述进料口也利于上活塞101方便移动地穿过。在图1所示的工位一，下冲泡头2位于竖直方向，其进料口平行于水平面。在图2所示的工位二，下冲泡头2摆动了第一角度，以使得进料口摆动至平行于所述下开口的位置，也就是使得进料口与下开口对齐。下冲泡头2的下方设置有用于带动上冲泡头1和下冲泡头2移动的动力传输组件。

如图3、4、5和6所示，动力传输组件主要包括主轴12、摆位凸轮10、顶杆6、由曲柄902和连杆901构成的曲柄连杆机构。主轴12通过电机摆臂与电机连接。其中，摆位凸轮10、曲柄902固定在主轴12上，以随着主轴12转动。在本实施例中，主轴12上还固定有活塞凸轮11和活塞凸轮顶杆7。为了保证动力传输的稳定性，在本实施例中，摆位凸轮10、曲柄902各设置有两个，并分别设置在主轴12的两侧。

顶杆6的一端通过顶杆从动件接触所述摆位凸轮10，另一端通过顶杆支撑座19支撑着所述下冲泡头2。顶杆支撑座19与下冲泡头2之间通过法兰18连接。因此，当顶杆从动件沿着摆位凸轮10不同大小的圆周移动时，摆位凸轮10的圆周大小的变化将通过顶杆7和顶杆支撑座19传递至下冲泡头2。摆位凸轮10具有最小圆周、最大圆周以及分别连接所述最小圆周和所述最大圆周的第一过渡圆周和第二过渡圆周。所述第一过渡圆对应的圆心角为所述第一角度。所述最大圆周对应的圆心角为第二角度和第三角度之和，所述第二过渡圆周对应的圆心角为第四角度，所述第一角度、所述第二角度、所述第三角度以及所述第四角度之和为360°。当顶杆从动件位于摆位凸轮10的最小圆周时，下冲泡头1位于图1所示的工位一的竖直状态，进料口平行于水平面的位置。此时，研磨好的咖啡粉从上方进入所述进料口，并落在下活塞201上。当主轴12转动所述第一角度，所述顶杆从动件从所述最小圆周移动至所述最大圆周的起点，所述进料口从平行于水平面的位置摆动至平行于所述下开口的位置。此时，进料口与下开口对齐。

连杆901的一端连接于所述曲柄902，另一端连接于所述上活塞101，以带动所述上活塞101沿着所述上冲泡头1的中心轴线在距所述曲柄902的最远端和最近端之间移动。在本实施例中，连杆901是通过上活塞压板102与上活塞101连接，在带动上活塞压板102移动的基础上带动上活塞101移动。其中，移动路程的最远端是如图1所示的工位一时，上活塞101位于上冲泡头1中。移动路程的最近端是如图2所示的工位二时，上活塞101进入下冲泡头2，并在连杆901、弹簧103的作用下尽量靠近下活塞201，以使得位于上下活塞之间的咖啡粉被压实。如图2和图3所示，主轴12在转动过第一角度后，继续转动第二角度。在此过程中，连杆901设置成带动所述上冲泡头1下移，以使得下开口与所述进料口接触，然后上活塞101从上冲泡头1移动至下冲泡头2中，并继续移动至所述最近端。当主轴12继续转动第三角度时，在此过程中，所述连杆901设置成带动所述下开口与所述进料口脱离，以使得所述上活塞101回位至上冲泡头1中，并继续移动至最远端。

如图3和图8所示，本发明还设置有在所述上冲泡头1上的导向钉5和设置在所述下冲泡头2上的导向槽8。所述导向钉5和所述导向槽8位于所述上冲泡头1和下冲泡头2的同一侧面。因此，在所述主轴12继续转动第二角度时，在连杆901的带动所述上冲泡头1下移时，所述导向钉5滑入所述导向槽8，以避免在冲泡过程中上下冲泡头的移位和咖啡液的泄露。

本发明除了设置有控制上活塞101移动的曲柄连杆机构、控制下冲泡头2摆动的摆位凸轮10组件之外，还设置有控制下活塞201移动的活塞凸轮11和活塞凸轮顶杆7。活塞凸轮11固定在主轴12上。活塞凸轮顶杆7的一端通过轴承与活塞凸轮11连接，另一端与下活塞201连接。在主轴转动第一角度、第二角度时，下活塞201始终处于下冲泡头2的底部。在主轴转动第三角度时，下活塞201在活塞凸轮11和活塞凸轮顶杆7的带动下移动至下冲泡头2的进料口所在平面处。

为了在完成咖啡的冲泡后，咖啡粉不残留在下冲泡头2的内部，本发明还设置有刮粉板4和刮粉板支撑401。其中，刮粉板4设置在所述上冲泡头1靠近所述下冲泡头2的摆动路径的一侧。而刮粉板支撑401设置在下冲泡头2上，并与刮粉板4位于同一侧。如图8所示，刮粉板4上开设有导轨孔402。所述导轨孔402的长边沿着所述上冲泡头的1中心轴线方向延伸。由于所述刮粉板4通过螺钉和所述导轨孔402与所述上冲泡头1连接，因此，刮粉板4能够在螺钉的限制下沿着导轨孔402移动。如图7所示，当下冲泡头2处于工位二的状态时，刮粉板4位于下冲泡头2的上部，以支撑可移动的刮粉板4不掉落到下冲泡器的摆动路径上。当主轴12旋转第四角度时，下活塞201始终处于进料口所在平面处，因此随着下冲泡头2回位到竖直状态，刮粉板4能够将下活塞201上的咖啡粉渣刮落。

如图1所示，刮粉板4还有另一个作用。在主轴12进行第一角度的转动时，刮粉板4可使下落的咖啡粉在下活塞201的左侧堆积，咖啡粉的最大高度与进料口所在平面相平。而多余粉量在第一角度的旋转时由刮粉板4扫出，由此保证咖啡粉的体积不会超出设计时的体积，从而放置粉量过多而无法冲泡。

为了使得各组件之间的运动得到配合，在工位一的初始状态，顶杆从动件位于摆位凸轮10的最小圆周。连杆901在所述曲柄902的连接点到所述曲柄902的转动中心具有第一连线，所述最小圆周与所述摆位凸轮10的转动中心具有第二连线，所述第一连线与所述第二连线之间的夹角为第一角度。由于曲柄902和摆位凸轮10固定与主轴12上，因此，所述第一连线与所述第二连线之间的夹角始终为第一角度。

在本实施例中，第一角度取值为60°。第二角度为120°，第三角度为120°，第四角度为60°。也就是说，所述最大圆周对应的圆心角为240°。当然，在其他实施例中，可以根据需要对角度的取值范围进行适当调整。

除了上述的各部件结构和连接关系，本发明还包括密封圈3。所述密封圈3固定在所述上活塞101或者所述下活塞201的周向。在本实施例中，所述密封圈3为具有自润滑特性的泛塞式聚四氟乙烯密封圈，以使得运行过程中摩擦发热量大大下降。

通过上述结构组合而成的全自动咖啡机的冲泡器，本发明咖啡冲泡的过程如下。如图1所示的工位一状态，冲泡器处于工作的起始位置。顶杆从动件位于摆位凸轮10的最小圆周，下冲泡头2位于竖直方向，其进料口平行于水平面。下活塞201位于下冲泡头2的底部，此时，下活塞缸筒17的容积为最大。而在工位一的状态下，上冲泡头1的中心轴线始终相对于竖直方向倾斜第一角度。连杆901另一端位于曲轴行程的最远端，以使得此时在上冲泡头1中的上活塞101处于移动行程的最远端。研磨好的咖啡粉从上方进入所述进料口，并落在下活塞201上。

下粉完成后，减速电机开始工作，以使得主轴12旋转第一角度。在本实施例中，第一角度为60°。这时冲泡器由工位一到达工位二。顶杆7的顶杆从动件从所述最小圆周移动至所述最大圆周的起点，顶杆支撑座19和下冲泡头2从竖直方向向侧方摆动第一角度，以使得进料口摆动至平行于所述下开口的位置，也就是使得进料口与下开口对齐。咖啡粉由于惯性被向右甩动，大致与下活塞201的平面平行，以利于后续压实。由于摆位凸轮10的最大圆周对应的圆心角为第二角度和第三角度之和，因此在后续主轴继续旋转第二角度和第三角度时，下冲泡头2始终处于摆动着第一角度的状态。

主轴12继续转动第二角度。在本实施例中，第二角度为120°。在这个过程中，首先，主轴转动30°时，连杆901设置成带动所述上冲泡头1下移，上冲泡器1的下开口与下冲泡器2的进料口接触，导向钉5插入到导向槽8内，上下活塞缸筒完成对齐。然后，主轴继续转动90度时，在转动过程中，连杆901带动上活塞101从上冲泡头1移动至下冲泡头2中，并继续移动至所述最近端。由于上活塞压板102与上活塞101由弹簧103连接，因此，上活塞101在咖啡粉的阻碍下停止移动，而咖啡粉在弹簧103的作用下被压实。然后，高压热水由上活塞连接管104的内孔注入，流经压实的咖啡粉后由下活塞连接管202流出，此过程称之为冲泡，流出的液体就是浓缩咖啡，至此冲泡过程结束。

主轴12继续转动第三角度。在本实施例中，第三角度为120°。在这个过程中，首先，主轴转动90°时，连杆901推动上冲泡器1上移，上活塞部分退回至上冲泡头1内，上下冲泡器分离(距离小于1mm)。同时，下活塞201在活塞凸轮11和活塞凸轮顶杆7的推动下从下冲泡器2的底部上移5mm。然后，主轴继续转动30°，上冲泡器1继续被推动远离下冲泡器2，两者间距为18mm。下活塞201在活塞凸轮11和活塞凸轮顶杆7的推动上移至进料口所在平面处，此时，缸筒内的容积为0。

主轴12继续转动第四角度。本实施例中，第四角度为60°。这时顶杆从动件与摆位凸轮10的最大圆周相离，沿切线逐渐进入摆位凸轮10的最小圆周上。顶杆支撑做19和下冲泡头2回位至竖直方向。在此过程中，首先，主轴转动30°时，回位过程中下活塞201一直处于进料口所在平面处，以使得刮粉板4把下活塞201上的咖啡粉渣刮落，下活塞201内被清空。然后，主轴继续转过30°时，活塞凸轮11与下活塞201脱离，下活塞201在重力作用下回到下冲泡器2的最底部。至此，一个冲泡过程结束，此为一个循环。

综上，本发明采用的缸筒的缸径可以达到55mm。本发明设计的冲泡器可冲泡的咖啡范围大概为8～25克粉。咖啡粉能够在上下活塞以及大劲度系数的弹簧103的作用下被压紧。而且，压粉力度随粉量的增加而增大，在最小8克粉时依然具有可靠的压力压紧，最大25克粉量时压紧力度可达最大，所有粉与粉的之间的缝隙都被压缩到最小。由于单位水量溶解的物质增多，因此可显著提高萃取率，缩短冲泡时间。本发明还采用0.15mm的极细滤网，咖啡粉研磨后依然可萃取，不会随水流流走。而且活塞、缸套和滤网全部使用304无锰不锈钢，安全卫生，最大耐压可达1.6mpa的高压力。在高压力下本发明可使用120摄氏度的过热水冲泡，在大大提高萃取率的同时缩短了冲泡时间。本发明的密封圈采用泛塞式聚四氟乙烯镶嵌食品级硅胶，设计的使用寿命3年或循环使用10万次。而且，冲泡器的外部支撑全部采用6065铝合金，外表面做阳极氧化处理，外壳采用abs高强度工程塑料。

本发明的主轴由85w减速电机带动，转速控制在30rad/min左右，避免由于过快转动而造成的缸套的甩动和咖啡粉的外溢。凸轮与顶杆之间都由轴承连接，可大幅度降低摩擦和噪音。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。