コーヒー充填機と密封機の仕組み - 正しいものを選ぶ方法
Mordor Intelligence の報告によると、コーヒー カプセル (コーヒー充填密封機) の世界市場は 2024 年に 296 億市場であり、6.26% の CAGR で成長しており、減速する兆しはありません。店の棚にあるすべてのネスプレッソ コーヒー ポッド、K カップ コーヒー、ドルチェ グスト カプセルの後ろには、コーヒー充填シール機が設置されており、コーヒー粉を注入し、窒素でヘッドスペースを洗い流し、1 秒以内に蓋を密閉します。プライベートラベルのカプセルブランドを立ち上げる場合でも、確立されたロースターを拡大する場合でも、これらの機械がどのように機能するのか、そしてどの仕様が実際に重要なのかを理解することが、高価な悩みを収益性の高い包装ラインに変えることにつながります。
この記事では、充填と密封を段階的に説明し、カプセルの形式と正確な寸法を比較し、注文前に評価する必要がある仕様を共有します。
クイックスペック: コーヒー充填および密封機
- 充填精度: ±0.1g～±0.2g
- 速度範囲: 1 分あたり 2 ～ 600 カプセル (CPM)
- 互換性のあるフォーマット: ネスプレッソ、Kカップ、ドルチェグスト、ラバッツァ、ESEポッド
- シール方法: ヒートシール（アルミ/プラスチックホイル蓋）
- 窒素フラッシング：残留O < 3%（目標 < プレミアムは1％）
- 工事： 304 ステンレス鋼、食品グレードの接触面
コーヒー充填密封機の実際の動作
コーヒー充填密封機は、正確な重量のコーヒー粉を測定してあらかじめ形成されたカプセルに充填し、各カプセルのヘッドスペースを窒素ガスでフラッシュして酸素を除去し、各カプセルにホイルの蓋をかぶせてヒートシールしてバリアを形成し、製品を 12 ～ 18 か月間新鮮に保つ自動コーヒー カプセル充填機です。
この機械の核心は、正確な重量と速度で極めて再現性の高いカプセルの投与、充填、密封という 1 つの作業のために設計されています。現代への鍵 コーヒーカプセル充填・密封機 数千サイクルにおける再現性です。 400 CPM で供給される回転式充填機は、各回分を 0.1 g まで正確に分注します。これは、消費者がカプセルごとに同じ量の抽出機能を得るのに十分なタイトさです。
さまざまなカプセルを加工できる機械です。たとえば、生産ラインでは、ある機械でネスプレッソ コーヒー カプセルのアルミニウム シェルを包装し、別の機械で K カップの包装ポッドを包装し、3 番目の機械でドルチェ グストの充填カプセルを包装する場合があります。フォーマットが異なれば、金型、注入量、シール条件も異なりますが、充填プロセスの本質は同じです。
コーヒーカプセル充填機は、エントリーレベルのリニアマシンでは 20 CPM からハイエンドのロータリーユニットでは 600+ CPM の速度で、空のカプセルを充填し、粉を投入し、窒素をフラッシュして密封します。
適切な梱包が重要なのはなぜですか?コーヒーは傷みやすいものです。コーヒーを挽くと、酸素に触れると最初の数分以内に揮発性の芳香特性が失われ始めます。充填密封機は、これらの性質が漏れ出てしまう前にカプセル内に閉じ込めます。
ステップバイステップ: 充填と密封のプロセスがどのように機能するか
各コーヒーカプセルは、空のシェルから密封された棚に並べられるパックまで 6 つのステーションを通過します。以下は、別々のラインの各ステーションの充填および封印プロセスです。
- カプセルの装填
空のカプセルは、ホッパー付き半自動機械に供給されます。手動でホッパーに供給することも、バルクラインから振動ボウルフィーダーを使用して全自動ラインに供給することもできます。各フィーダーはカプセルを正しい方向に向けて配置し、キャリア (モールド プレート) に配置します。ロータリーマシンでは、金型プレートがマシンの中央にあるタレットの周りでインデックスされます。リニアマシンでは（コンベアに沿って直線的に移動）、カプセルはコンベア上の穴に沿って供給されます。センサーはカプセルの損傷または間違った方向を検出し、それらを拒否します。 - コーヒーの注入
挽いたコーヒーをカプセルミックスに供給するサーボモーター駆動のオーガーフィラー。オーガーは特定の回転数で回転し、希望の重量 (ケースの形式に応じて通常 5 ～ 14 グラム) を提供します。高度な充填システムは、重量フィードバックとオーガー回転数のカウントを組み合わせて、非常に厳しい 0.1 g の重量目標を達成します。コーヒー粉の粉砕サイズ、水分含有量、密度は投入精度に直接影響するため、オペレーターは切り替えのたびにシステムを校正します。 - タンピングと圧縮
コーヒーを充填する段階の後、標準的な「バスケットに充填する」圧縮と同様に、タンピングピストンが低圧力でコーヒーを圧縮します。 「エスプレッソ」の圧力ではありませんが、私たちが望んでいるのは、抽出中の均一な表面と水の浸透であり、通過不能で偏向したパックではありません。タンピングの深さとタンピングの力はオペレーターによって調整できます。圧縮下で、水はコーヒー中に「チャネル」を見つけ、不均一な抽出を生み出します。過剰な圧縮により、水の動きが強制され、苦い、過度に抽出されたショットが生成されます。 - 窒素フラッシング
窒素ノズルがコーヒーのヘッドスペースに食品グレード N を注入します。これが O を吹き飛ばし、保存期間を決定する主な要因となります。最小残留Oは3%未満。トップカプセルメーカーは1%未満を目標にしています。窒素のフラッシングには数ミリ秒かかります。すべての酸素を除去するには十分な速さですが、ライン速度を維持するには十分短いです。 - 蓋の配置
プレカットされたフォイル/複合フィルムの蓋がマガジンから取り出され、開いたカプセル上に置かれます (通常は吸盤または機械式グリッパーを介して)。蓋の位置はカプセルに対して正確である必要があります。蓋が 0.5 mm ずれていると、窒素をフラッシュしたときに製品が密閉されません。他のシステムはロールストックフィルムを取り出してインラインで切断します。 - ヒートシール
加熱されたダイが蓋の上に下げられ、カプセルの縁に蓋が圧力接触する。シール圧力と熱 (蓋のストックに応じて約 180 ～ 230℃) が同時に加えられ、ホイルをカプセルのフランジに接着する圧力がかかります。これにより、酸素の侵入を防ぐ気密シールが形成されます。通常のダイの滞留時間は 0.3 ～ 0.8 秒です。密封後、完成したカプセルは機械から出て、下流の箱詰め/ケース詰めのために排出コンベアに搬送されます。
📐 エンジニアリングノート — 窒素フラッシングパラメータ
食品グレードの窒素純度は 99% 以上である必要があります (粒子については ISO 8573-1 クラス 1)。フラッシング圧力は0.4～0.6MPaとしてください。ヘッドスペースガス分析装置 (Dansensor CheckPoint 3 など) を使用して残留酸素を除去します。の残基を対象とした行 <1% 酸素では、多くの場合 2 段階のフラッシュが行われます。投与前のプレフラッシュとタンピング後の最終フラッシュです。
カプセル形式: ネスプレッソ、K-カップ、ドルチェ グストなど
コーヒーカプセルは、単一の形状やサイズ、または単一の特定の素材で作られているわけではありません。それぞれの特定の形式により、どの型、蓋、およびシーリング ダイが必要になるかが機械に指示されます。以下は、市場で取引されている最も広く普及しているカプセル形式について、各寸法を比較した表です。
| 形式 | 直径 | 身長 | 材料 | 蓋 | 充填重量 |
|---|---|---|---|---|---|
| ネスプレッソオリジナル | 37mm | 30mm | アルミニウム | アルミホイル | 5～6g |
| ネスプレッソ ヴァーチュオ | 56mm | 31mm | アルミニウム | アルミホイル | 7～14g |
| Kカップ | 45mm | 40mm | プラスチック(PP) | アルミホイル | 9～12g |
| 甘い味 | 54mm | 36mm | プラスチック | プラスチック製の蓋 | 6～16g |
| ラバッツァ マイ ウェイ | 48mm | 27mm | プラスチック | アルミホイル | 7～8g |
| ESEポッド | 44mm(平置き) | — | 濾紙 | — | 7g |
ネスプレッソ充填カプセルと K カップ ポッドがシングルサーブ コーヒーの世界を支配していますが、ドルチェ グストとラバッツァの形式がヨーロッパとアジアで人気を博しています。 ESE ポッドは最も単純です。挽いたコーヒーを 2 層の濾紙の間に圧縮し、カプセルベースのシステムとは異なる種類のコーヒー ポッド充填機を必要とします。
マルチフォーマットマシンの抽出フォーマットの切り替えは、型プレートとシールダイを交換することで簡単に行うことができます。ジュース アポンアとラカンモグの間の通常の切り替え時間は、2 つの形式の違いに応じて 15 ～ 45 分です。ネスプレッソと K カップ シーリングを同じ K カップ マシンで切り替えずに抽出するのは一般的ですが、簡単ではありません。これらは直径 37 mm と 45 mm、高さ 30 mm と 40 mm があり、蓋の素材も異なります。
○○。アルミニウム製ネスプレッソシェルにポリプロピレン製カプセルエアコンフィルターフィルムを置くなど、アルミニウム製カプセルに間違った蓋素材を使用すると、識別時に 2 つの素材を切り離すために反対側を使用してシールする必要があります。アルミニウム対アルミニウム用に設計されたシーラーは、プラスチック対アルミニウム用に設計されたシーラーとは異なる温度および圧力プロファイルを使用します。サンプル前処理機を使用する予定がある場合は、蓋の供給元に問い合わせてください。
手動、半自動、全自動 - あなたの生産規模に適したタイプはどれですか?
取引ディレクトリでは口語的にコーヒー包装機として識別されるコーヒー包装機のモデルには、予想される毎日の生産量の範囲に合わせて設計された 4 つの異なる層があります。最も重要なスペック、つまり速度、精度、労力、スペース、価格を以下で比較してください。適切な層を選択することは、コーヒー生産を行う上で重要な部分です。おそらく、小規模な試験規模から本格的な市場に参入しようとしているか、現在のパッケージング システムをアップグレードする必要があるかもしれません。このショーケースでは、実際の違いを明らかにします。
| タイプ | 速度 (CPM) | 充填精度 | オペレーター | 床面積 | 価格帯 |
|---|---|---|---|---|---|
| マニュアル | 2～5 | ±0.5g | 1-2 | 1～2㎡ | 1,000～3,000ドル |
| 半自動 | 10～30 | ±0.2g | 1 | 3～5㎡ | 5,000～15,000ドル |
| フルオート（リニア） | 40～120 | ±0.15g | 0–1 | 6～10㎡ | 30,000ドル～80,000ドル |
| フルオート（ロータリー） | 100～600 | ±0.1g | 0–1 | 8～15㎡ | 80,000ドル～300,000ドル以上 |
最も一般的な手動コーヒー カプセル (モカ ポットと同等) は、手の力でカプセルを作り、高品質のコーヒーをコーヒー カップのフィルターにすくい、タンピングしてからレバーを押して密封します。新しいフレーバープロファイルをテストするマイクロロースターは、それらとともに成長する可能性があります。半自動では、注入ステーションと密封ステーションに電動パワーを追加するという労力がかかります。 1 分あたり 10 ～ 30 カプセルを完成させることができます。バッチを開くのに適しています。
全自動のコーヒーカプセル生産ラインは経済性を完全に変えます。リニアマシンは、最小限の労力で毎分 40 ～ 120 個のカプセルを実行します。 ロータリーコーヒーカプセル充填機 これを毎分 100 ～ 600 個のカプセルに押し上げ、複数のシフトを実行する運用向けに構築されています。はい、価格差は実際にありますが、量ベースでのカプセルあたりのコストも同様です。400 CPM で 16 時間稼働する回転機械は、1 日あたり 384,000 個のカプセルを生産します。
専門家のヒント – カプセル製造装置の選択は、毎日のバンズのスループットによって決まります。
- 500カプセル/日未満→手動機
- 500～5,000カプセル/日 → 半自動
- 5,000 ～ 50,000 カプセル/日 → リニア自動
- 50,000+ カプセル/日 → ロータリー自動
これらのしきい値は 1 シフト操作 (8 時間) の場合です。 3 シフトで実行すると、半自動とリニア オートのブレークポイントが同じになることがあります。
購入前に評価すべき主な仕様
通常、購入者が適切なコーヒー カプセル マシンを選択する際に注意を払うのは、価格とペースの 2 つだけです。そうあるべきではありません。比較する場合は、次の 8 つの主要な仕様領域に注目することを検討してください。 カプセル包装装置 さまざまなサプライヤーから。
- ✔ 充填精度 — ±0.1gがプレミアムカプセル封止機の基準です。標準的な商業生産では、±0.2 g が許容されます。 ±0.3 g を超えると、カプセル間で顕著な味のばらつきが生じ、重量コンプライアンスの問題が発生します。
- スピード評価と実際のスループット – 私たちバイヤーは食品側のピーク CPM を示しますが、実際の収益は常にそれより低くなります。切り替え時間、洗浄サイクル (シフトごとに 30 ～ 60 分)、段階ごとの不良品 (0.5 ～ 2 % が一般的) を考慮します。 120 CPM の数値は、洗濯サイクルなどに応じて平均 90 行になる可能性があります。このマージンの計算を考慮してください。
- カプセル フォーマットの互換性 – シングル ライン マシンの方が高速で、耐性が優れています。マルチラインマシンにはフォーマットの柔軟性があり、これは製品範囲 (1 つのカプセルタイプまたは複数のカプセルタイプ) に応じて重要になる可能性があります。
- フォーマット間の切り替え時間 - 15 ～ 45 分。一部の新しいシーリング機械では、クイックチェンジ金型プレートを使用してこの時間を 10 分に短縮しました。 1 日に 3 つのフォーマットを実行している場合、このラグにより、切り替えごとに 1 時間 30 分の操作コストがかかる可能性があります。
- 窒素フラッシング システム - 一体型窒素発生器 (PSA タイプ) は使いやすいですが、$8,000 ～ $25,000 高くなります。外部シリンダーまたはバルクタンクからの供給は、最初は安価ですが、継続的なガス供給契約が必要です。ラインが達成できることを確認する <必要な回線速度で 3% の残留 O。
- 構造材料 - 食品と接触するすべての部品は、高品質の性能を発揮する 304 ステンレス鋼でなければなりません。ホッパー、オーガー、タンピングピストン、シールリングを、時間の経過とともに欠けて製品を汚染するステンレスコーティングを施した炭素鋼を使用した低価格モデルと比較してください。
- 制御システム - レシピストレージを備えたタッチスクリーン HMI (ヒューマンマシンインターフェイス) を備えた PLC (プログラマブル ロジック コントローラー) が必要です。この機能により、毎回新しいパラメーターを計算することなく、コーヒー ブレンドとカプセルの形式をすばやく変更することができます。コーヒー包装機器ではシーメンスと三菱 PLC が最も人気があります。
- アフターサポートとスペアパーツ - スペアパーツのリードタイム、リモート診断機能、およびメーカーがあなたの地域にフィールドサービスエンジニアを雇用しているかどうかに関する情報を探してください。交換用のシーリング ダイを待って 2 週間マシンをアイドル状態にすると、ダイのコストよりもコストが高くなります。
よくある間違い - 評価者は定格 CPM に基づいて比較することを知っていますが、切り替え時間を見逃しています。ビジネスで 3 つのカプセル フォーマットを充填する場合、45 分の切り替えで 120 CPM のマシンは、10 分の切り替えで 90 CPM のマシンよりもシフト中に生成されるカプセルの数が少なくなる可能性があります。次の式を使用して、一連の製品の実効スループットを決定します。
窒素のフラッシングと密閉がコーヒーの鮮度を守る仕組み
焙煎されたコーヒー豆には、香りと風味の原因となる 800 以上の揮発性有機化合物が含まれています。コーヒーが挽かれると、これらの化合物は酸素と相互作用し始めます。酸化により明るく複雑な香りが破壊され、優れたプロファイルが古くなったボール紙のような風味に変わります。ヘッドスペースに周囲の空気が入ったコーヒーカプセルは、数週間後には知覚できる品質が失われます。
窒素フラッシュは、コーヒーの周囲の酸素を不活性窒素に置き換えることでこの問題に対処できます。窒素はコーヒー化合物と反応しません。残留酸素を以下に保つ <3%- <残留空気を 3% 未満に減らして充填および密封プロセスを使用する場合は 1%。保存期間は数か月から 12 ～ 18 か月に増加します。フラッシュのないカプセムは、閉じ込められた空気に依然として約 21% の酸素が含まれているため、たとえ蓋が密閉されていても、最大 3 ～ 6 か月後には知覚できるほどのコーヒーの品質が失われます。
📐 エンジニアリングノート — コーヒーの修正雰囲気包装 (MAP)
カプセルのフラッシングに使用される窒素は食品グレードの品質、GRAS (食品医薬品局 21 CFR 184.1540) でなければならず、純度 99% が必要です。フラッシング圧力は 0.4 ～ 0.6 MPa の間で変化します。軽すぎると酸素が排出されなくなり、重すぎるとカプセルからコーヒー粉が吹き飛ばされます。品質管理体制におけるヘッドスペース分析には、ガスクロマトグラフィーまたは電気化学センサーを使用します。
スケーラーは方程式の後半を表します。窒素フラッシュがいかに理想的であっても、気密シールが損なわれると無効になる可能性があります。蓋がカプセルの縁に完全に接着していないと、ピンの刺し傷から酸素が侵入する可能性があります。
真空減衰試験または破裂試験のいずれかのシール完全性試験は、生産の各バッチの過程でランダムなカプセルサンプルに対して実行する必要があります。 100 カプセルあたり 1 つのシール不良があると、酸っぱいコーヒーに関する顧客の不満が紙に記録される可能性があります。
コーヒーカプセル事業の開始 — 充填機を超えた機器
充填密封機は、コーヒーカプセルメーカーが必要とする機器の 1 つにすぎません。カプセルビジネスを始める場合は、生豆から包装製品までのフルチェーンが必要になります。以下は完全なものを表します コーヒーカプセル生産ライン.
- コーヒー焙煎機 – バッチ容量に応じて 15,000 ～ 150,000 ドル (5 kg の実験用焙煎機から 120 kg の本番用焙煎機まで)。これを所有せず、専門の焙煎業者から焙煎済みのコーヒーを購入するカプセル事業者はほとんどありません。
- グラインダー – これは、カプセルの粉砕サイズ (ドリップコーヒーよりも細かく、トルコ式コーヒーよりも小さい) に合わせて調整された工業用バリグラインダーです。自動充填ラインに匹敵するグラインダーの場合、5,000 ドルから 30,000 ドルかかると考えてください。
- コーヒーカプセル充填・密封機の主音。ページ上部にあるマシンタイプ別の価格比較表をご覧ください。予算は生産規模に応じて 5,000 ドルから 300,000 ドル以上。
- 窒素発生装置またはガス供給 - 現場での PSA (圧力スイング吸着) 窒素発生装置の電力 $8,000 ～ $25,000 も別のオプションです。産業用ガス供給業者から供給されるシリンダーまたはバルクタンクも選択肢の 1 つですが、初期コストは低くなり、継続コストは高くなります。
- ラベル貼りおよび箱詰め機 – 自動ラベル貼り、箱の組み立て、およびケースの梱包に 10,000 ドル～40,000 ドル。小規模な事業では手作業でラベルを貼り、箱に詰めることができますが、1 日あたり 5,000 個のカプセルを超えると、これがボトルネックになります。
- 品質管理テストツール — 水分計（500～2,000ドル）、シール完全性試験器（3,000～8,000ドル）、重量検証用の精密スケール（300～1,000ドル）、残留酸素レベルを測定するヘッドスペースガス分析計（5,000～12,000ドル）。
市場環境は理想的です。シングルサーブコーヒー製品のパッケージングの需要は世界市場で拡大しており、2024 年には 296 億ドルに達し、CAGR は 6.26% です (Mordor Intelligence)。カプセルに加えて、特に新しいプライベートブランドのカプセルブランドが市場に参入しているため、コーヒーバッグやパウチ包装もコーヒー生産包装の重要な部分を占める可能性があります。
契約締結は別の機会です。場合によっては、企業は共同包装コンセプトへの投資を完全に避け、独自のコーヒー包装機械設備を持たないいくつかのコーヒー焙煎業者に充填サービスを提供しています。
AFPAK の視点: AFPAK は 14 年以上にわたってコーヒー カプセル充填シール機を製造しており、現在世界中の 300 以上のブランドに数多くのユニットが出荷されています。この記事で紹介する機器の推奨事項は、アジア、ヨーロッパ、北米での機器導入に関する AFPAK の経験に基づいています。購入前に必ず複数の提案を求め、現場でのデモンストレーションを手配して機器を比較してください。
よくある質問
あなたのコーヒーカプセル生産ラインは、新しい構築プロジェクトまたは拡張アップグレードの準備ができていますか?
この分析について
AFPAK は 14 年以上にわたってコーヒー カプセルの充填および密封機を製造しており、現在世界中の 300 以上のブランドに数多くのユニットが出荷されています。このガイドに記載されている窒素フラッシング パラメータ、生産ベンチマーク、およびカプセルの寸法データは、AFPAK の製品範囲と装置設置を通じて収集された現場データから編集された仕様に基づいています。ユーザーは、購入前に特定の製造要件に照らしてすべての技術仕様を確認し、複数の機器サプライヤーから意見を求めることをお勧めします。