JPS5813505B2 - コ−テイング装置 - Google Patents

コ−テイング装置

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JPS5813505B2
JPS5813505B2 JP48141144A JP14114473A JPS5813505B2 JP S5813505 B2 JPS5813505 B2 JP S5813505B2 JP 48141144 A JP48141144 A JP 48141144A JP 14114473 A JP14114473 A JP 14114473A JP S5813505 B2 JPS5813505 B2 JP S5813505B2
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coating
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carrier gas
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ジヨン・フランク・ソプコ
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PPG Industries Inc
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主として金属酸化物からなるコーティングを基
体、とくにガラス基体に施す装置に関する。
本発明はさらに詳しくは加熱されたガラス表面と接触す
るときに金属酸化物コーティングを形成する反応体の蒸
気を加熱されたガラス表面に接触させてガラス表面に金
属酸化物コーティングを施す装置に関する。
従来より、基体を適当な溶媒中に溶解した金属のベータ
ージケトネートなどからなる溶液と接触させることによ
り該基体に金属酸化物をコーティングさせるようにした
ものが知られている。
(モケル(Mochel)の米国特許第3,202,0
54号明細書、トムキンス(Tomkins)の米国特
許第3,081,200号明細書、ドンリ−ら(Do−
nley et al)の米国特許第3,660.06
1号明細書およびミケロツテイら(Michelott
iet al)の米国特許第3,652,246号明細
書を参照)。
これらの特許はガラスに金属酸化物のコーティングを施
すのに適した多数の化学組成物を開示している。
一般的にいえば、先行技術が教えているガラスに前記コ
ーティングを施す技術は、コーティング組成物の液状の
スプレーをコートされるべきガラス基体表面にふきつけ
る方法である。
これらの特許は組成物が液状または蒸気状のいずれの形
で適用されるにせよ、ガラスまたは他の基体に特殊な金
属または金属酸化物を適用することをその保護範囲とし
ているが、もつとも好ましい態様としては基体を液状の
組成物と接触させることをそれぞれ開示している。
大気圧下にある加熱された基体に蒸発せられたコーティ
ング組成物を適用する技術の進展に伴なって、いくつか
の問題がでてきている。
粒子が細かく、外観が均一なコーティングをつるのは困
難である。
基体を液状のスプレーと接触させて厚いコーティングが
つくられているが、公知の蒸着技術を用いたばあいにえ
られる可視光線の透過率が約50%以下である比較的厚
いフイルムをうることは、不可能ではないがきわめて困
難である。
蒸着方法は従来より知られている。
蒸着法のうちもつともよく使われている態様は大気圧よ
り下の圧力条件で行なわれるものである。
これらの技術を用いたばあいの蒸着速度を大きくするた
め多くの技術が開発されている。
たとえば、電界、磁界、ラジオ周波数、超短波による励
起などを用いることによりベーパ・コーティング組成物
の反応体粒子の運動量を増加させている。
また、コーティング組成物の蒸気をとくに限定された目
標面積に向けるために導波管(waveguides)
が使われている(シエトキー(schetky)の米国
特許第3,114,652号明細書およびショールズ(
scholes)の米国特許第3,561,940号明
細書を参照)。
本発明者は化学蒸着によってつくられるフイルムの均一
性および化学蒸着またはフイルム形成の速度が、反応体
をガス状のキャリヤ中に蒸発させこの混合物をコートさ
れるべき基体にふきつけることによりいちじるしく向上
させうることを見出し、それに基づいて本発明の装置を
完成した。
すなわち本発明は、 (1)チャンバ、 (2)該チャンバ内に、その主面によってチャンバ内を
2つのスペースに仕切るように配置されかつそれを通し
て蒸気またはガスが第1のスペースから第2のスペース
に通過しうるように構成されている加熱部材、 (3)前記チャンバの第1のスペース内に少なくとも一
つのコーティング反応体からなるスプレーを、該スプレ
ーの軸が前記加熱部材の中央部でその主面と交わるよう
に供給するための、チャンバ内に開口した吐出口を有す
る噴霧器、(4)前記チャンバにキャリヤガスを導入す
るための入口、および該入口に対向するようにチャンバ
内壁に取付けられたキャリヤガス分配プレートであって
、該導入されたキャリヤガスを、前記スプレーが供給さ
れるのと同じチャンバの第1のスペース内に、前記加熱
部材の縁部から該スプレーの方向へ供給しうるような開
口部を有し、その結果生じるガス状コーティング混合物
が前記加熱部材の主面の中央部を通って第2のスペース
内に流れるようにされているキャリヤガス分配プレート
、 (5)前記ガス状コーティング混合物を吐出し、該混合
物を基体にふきつけるノズル、および(6)前記混合物
を前記チャンバの第2のスペースから吐出する蒸気吐出
管、および吐出された混合物を前記ノズルに供給するた
めの部材 からなり、少なくとも一つのコーティング反応体からな
るガス状混合物を基体にふきつけて該基体にコーティン
グを施すように構成されているコーティング装置 に関する。
本発明の装置により基体をコーティングするぱあい、蒸
発性のコーティング反応体はガスが満たされた空間中に
分散され、加熱されたキャリヤガスとの接触に起因する
実質的な分解を該空間内で起すことなく蒸発させられる
ついでキャリヤガスは蒸発したコーティング反応体を運
び熱い基体と接触させて、該基体上にコーティングを形
成する。
本発明の利点は蒸発温度よりわずかに高い温度で自己接
触分解するコーティング反応体のばあいにとくに明らか
になる。
ガス相に反応体を分散させることにより、分離した分解
物の自己接触効果が実質的に除かれる。
またガス中に反応体をフオッグ(fog)またはスモー
ク(smoke)の状態から気化させることにより、反
応体の沸点より若干高いが、できだけ低い温度で実用的
に蒸発効率が充分に高められる。
本発明のより好ましい実施例においては、反応体は適当
な溶剤中に溶かされ、該溶液は溶剤および反応体を蒸発
させるために加熱されたキャリヤ中にスプレーされる。
本発明で使用するのに好ましい反応性コーティング材料
は、元素の周期表の第Ib属から第■b属まで、および
第■属金属の熱分解性の有機金属塩である。
より好ましい有機金属塩はベータージケトネート、酢酸
塩、ヘキソエート、ギ酸塩などである。
本発明におけるコーティング組成物の反応成分としては
、鉄、コバルトおよびクロムのアセチルアセトネートな
どが好ましい。
本発明において使用するのに適したコーティング反応体
は熱分解性の材料であるが、他の反応体も使用すること
ができる。
たとえば、フッ素化ベータージケトネート、とくにアセ
チルアセトネートおよびクメンの金属塩(metal
dicumenes)などの加水分解性の反応体を使用
してもよい。
また酸素、水素、ハロゲンなどの他の共働する反応体の
存在を必要とする反応体を用いることもできる。
すでに述べたように、蒸発させるのにより好ましい方法
は、反応体を適当な溶剤中に溶かして溶液にするという
初期段階を含んでいる。
ここに示された方法を実施するばあいの溶剤としては、
飽和または不飽和の種々の炭化水素類、ハロゲン化炭化
水素類などが適している。
単一成分の溶剤システム、とくにメチレン クロライド
を用いた溶剤システムが本発明においては効果的に用い
られる。
2種以上の溶剤を用いた溶剤システムも有用である。
本発明を実施するのに用いられるいくつかの代表的な溶
剤としては、メチレン ブロマイド、カーボン テトラ
クロラトド、カーボン テトラブロマイド、クロロホル
ム、プロモホルム、1,1,1−トリクロロエタン、パ
ークロロエチレン、1,1,2−トリクロロエタン、ジ
クロロイオドメタン、1,1.2−トリブロモエタン、
トリクロロエチレン、トリブロモエチレン、トリクロロ
モノフルオロエタン、ヘキサクロロエタン、1,1,1
2−テトラクロロ−2−クロロエタン、1,1.2−ト
リクロロ−1,2−ジクロロエタン、テトラフルオロブ
ロモエタン、ヘキサクロロブタジエン、テトラクロロエ
タンなどがあげられる。
その他の溶剤として、1〜4個の炭素原子と1個のヒド
ロキシル基を有するアルコールのごとき有機極性溶剤の
1種または2種以上とベンゼン、トルエンまたはキシレ
ンのごとき芳香族非極性化合物の1種または2種以上と
の混合物を用いてもよい。
この種の溶剤はその揮発性のための前述のハロゲン化炭
化水素類やハロゲン化炭素類よりも使用しにくいが、と
くに経済的に有利である。
本発明のより好ましい実施例においては、有機溶剤に溶
解せられた反応性の有機金属塩の溶液がペーパライジン
グ・チャンバに向けて送られる。
ベーパライジング・チャンバは加熱部材を備えるよう構
成されており、該加熱部材は該部材自体と接触する液を
蒸発させるよりむしろ該加熱部材の周囲の空間を、該空
間内でコーティング溶液を蒸発させるのに充分な温度に
まで加熱する。
キャリヤガスはコーティング組成物をうばってその蒸発
速度を高めるように該組成物と混合し、かつコートされ
るべき基体に対しヒータを通して蒸気を移送するように
ヒータから取出される。
溶剤および反応性の有機金属塩の蒸気はベーパライザ・
チャンバからコートされるべき加熱された基体の巾方向
に細長く伸びたマニホルドに送られる。
このマニホルドには蒸気を基体に送る細長く伸びたノズ
ルが連結されている。
「ノズル・フォア・ケミカル・ベーパ・デポジション・
オブ・コーティングズ(Nozzle forChem
ical Vapor Deposition of
Coat−ings)」という発明の名称で米国特許局
に対し提出されたクリシュナ・シムハン(Krishn
aSimhan)の特許出願の主題であるより好ましい
実施例においては、細長く伸びたノズルは、その小さい
方の横断面の形状として、通過する蒸気の境界層を実質
的に連続的に加速できるよう均一に収縮する形状を有し
ている。
ノズルの大きい方の断面寸法は対応する基体の幅よりわ
ずかに小さく、その結果ノズルに面しておかれた基体は
その両端部でノズルからはみ出している。
このような関係にするとノズルの大きい方の寸法に沿っ
て実質的に均一な圧力低下を維持することができ、ノズ
ルの各端部においてノズルから吐出される蒸気の異常に
大きい量の逃げを防止することができ、したがってすべ
ての蒸気が基体と良好に接触する。
コートされるべき基体に向いあった関係に配置されたノ
ズルの面は、コーティングの間ノズル面と該ノズル面に
最も近接したその表面との間隔ががノズル出口における
ノズル幅の少なくとも0.5倍になるような位置に配置
される。
ノズル幅に対する間隔の比は少なくとも0.65、さら
に好ましくは0.9〜5である。
もつとも好ましい実施例においては、その比は1.25
〜5である。
本発明のコーティング装置におけるベーパライザおよび
マニホルドは、ノズルを通過する蒸気流のレイノズル数
が少なくとも2500、好ましくは約5000になるよ
うな充分な圧力で操作されこれにより急速で、効率がよ
く、しかも均一な蒸着を施すことができる。
このより好ましい実施例は「ケミカル・ベーパ・デイポ
ジション・オブ・コーティングズ(Chemical
Vapor Deposi−tion of Coat
ings)」という発明の名称で提出されたジョン・ソ
プコ(John Sopko)およびクリシュナ・シム
ハン(Krishna Simhan)の米国特許出願
の主題である。
本発明の装置は種々の感受性のよい基体に対するコーテ
ィングに用いることができる。
ガラス、ガラス セラミック、セラミック、ポースリン
・クラツド・メタル(Porcelain clad
meta−ls)などの耐火性基体に対しては、とくに
本発明によるコーティングを施すことが可能である。
金属、プラステイック、紙などの他の基体も本発明の原
理にしたがってコートされうる。
本発明はフラット・ガラスに透明な金属酸化物のコーテ
ィングを施すのにとくに有用である。
このような金属酸化物がコートされたフラット・ガラス
は建築関係で使用するのにとくに有用なものである。
第1図は本発明の装置の好ましい実施例を示す部分断面
見取図であり、本発明の装置における蒸気および他の流
体の流れを示したものである。
第2図は本発明の装置で用いられる好ましいベーパライ
ザ、マニフォルドおよびノズルの部分断面図で、ノズル
に向いあうように支持された一枚のフロートガラスと組
合せて示されている。
第3図は第2図の3−3線断面図である。
第4図は第3図の4−4線断面図で、本発明で用いられ
るコーティング組成物が加熱部材と接触して蒸発するよ
りもチャンバ・スペース内で蒸発させるために設けられ
たインレソトとアウトレットおよびバツフリング・アレ
ンジメント(baff−ling arrangeme
nt)を備えたチャンバ・スペース(chamber
space )に対する加熱部材の関係を示したもので
ある。
第5図はベーパライザ・チャンバの拡大断面図であり、
キャリヤガスをスプレー状の反応体中に送り該反応体を
分散、蒸発させる適当なキャリヤガス・デイストリビュ
ータを示したものである。
第6図は第5図の6−6線からみたもので、キャリヤガ
ス分配プレートの部分図である。
本発明の装置を用いてコーティングを実施するにあたっ
ては、キャリヤガスとして空気を用いるのが好ましい。
空気はキャリヤとしてだけでなく、金属のアセチルアセ
トネートなどの蒸発した金属反応体に酸素を供給する作
用があり、供給された酸素は金属反応体と充分に混合さ
れ、加熱されたガラス表面と接触している該反応体と反
応し、金属酸化物のフイルムを形成する。
空気は金属反応体を担持している溶剤を蒸発させるため
の熱を供給するのに充分な温度でベーパライザに供給さ
れる。
好ましい実施例では、空気と蒸気の混合物の温度はベー
パライザからの放出時に約400〜420°F(204
〜216℃)になるよう設定される。
この温度を維持するために加熱された油がヒーターに約
410°F(210℃)で供給される。
キャリヤである空気は約500°F(260℃)に加熱
され、噴霧用の空気と、溶剤を含んだ金属反応体とは約
70°F(21℃)で供給される。
噴霧用の空気の流れはキャリヤである空気の流れと比較
して無視しうるものであり、キャリヤである空気のライ
ンから約2〜10psig(0.14〜0.70kg/
cm2G)好ましくは約5psig(0.35kg/c
m2G)の圧力で供給される。
キャリヤである空気はそのラインから約50〜100p
sig(3.5〜7.03kg/cm2G)、好ましく
は約60psig(4.2kg/cm2G)で供給され
る。
空気分配プレートのスロットからヒーターを横切ってふ
き出るキャリヤーである空気の速度は約5〜10フィー
ト/分(1.5〜3.0m/分)である。
供給されるキャリヤである空気の体積流れは、蒸気相内
の蒸気を維持するのに必要な最小量より大きいものであ
る。
すなわち、供給されるキャリヤである空気の量は、金属
反応体および溶剤に関するキャリヤである空気の相対飽
和度がベーパライザ、マニフオルド、ノズルおよびベー
パ・コーティング・チャンバを通じて飽和(100%)
以下のもので充分である。
キャリヤである空気は相対飽和度が95%以下、好まし
くは85%以下で、飽和に対する最小値を超える量で供
給される。
混合物は少なくとも50%で飽和せられる。
反応体および溶剤を担持するのに必要な最小空気量は、
従来から知られている理想ガスの関係および反応体や溶
剤に関する蒸気圧、分子量などから決定されうる。
溶剤および蒸発せられるべき反応体の割合は、溶解度お
よび基体に対して所望のコーティング厚をうるために基
体に近接する全反応体の流れおよび反応温度などから容
易に知ることができる。
本発明の装置はつぎに述べる詳細な説明からさらに容易
に理解されうる。
第1図において、基体としてのたとえばガラスシート1
1はコーティングのために配置されている。
ガラスシート11は一般には水平面内で支持されると共
に該シート11を第1図右側下部の矢印で示される通路
にそって移動させうる手段によって支持されている。
ベーパライザ・アセンブリ12とベーパ分配アセンブリ
13とからなる本発明のコーティング装置がガラスシー
ト11に面するように配置されている。
ベーパライザ・アセンブリ12はベーパライザ・チャン
バ14からなり、該チャンバはシリンダ状に形成され、
反応体の蒸発部材を有している。
該部材については後述する。
ベーパライザ・アセンブリ12はさらに反応体供給千段
15とキャリヤガス供給手段16とを有している。
反応体は溶液管17を介して一組の溶液供給管18に供
給される。
各溶液供給管18はベーパライザ・チャンバ14内に開
口した吐出口を有するスプレー・チツプ19に連結され
ている。
溶液管17は冷却管20でおおわれており、該冷却管2
0はバツフル21によって前進流れの部分と戻り流れの
部分とに分割されている。
噴霧用のガス好ましくは空気が一組の噴霧用のガス供給
管22を介して各スプレー・チツプ19に供給される。
該ガス供給管22はすべて噴霧用のガス用配管23に連
結されている。
反応体供給手段15は一組のキャップ24によってベー
パライザ・チャンバ14上に装着され、該キャップ24
は配管の周囲を囲むと共にベーパライザ・チャンバ14
に溶接された一組の台25にボルトまたは他の方法で連
結されている。
キャリヤガス供給手段16はブラケット27によってベ
ーパライザ・チャンバ14に装着されたキャリヤガス・
マニフオルド26からなる。
キャリヤガス・マニフオルド26には一組のキャリヤガ
ス供給管28が連結され、各供給管28はキャリヤガス
・プレヒータ29に連結されている。
キャリヤガス・プレヒータ29はベーパライザ・チャン
バ14に連結され、加熱されたキャリヤガスが該チャン
バ内に入れられるように構成されている。
プレヒータ29としては電気抵抗式のヒータが好ましく
、各プレヒータは制御された電源(図示されていない)
に接続される接続部30を有している。
ベーパライザ・チャンバ14は単一構造物でもよいが、
長く延長するぱあいには一組の比較的短いベーパライザ
・チャンバ14を有するモジュラー型の構造物とし、個
々のチャンバをロックするベーパライザ・チャンバ・カ
ップリング31によってたがいの端部を結合するように
してもよい。
ベーパライザ・チャシバ14の内側には反応体および溶
剤などの他の物質を蒸発させる部材が配置されている。
ヒータ32はチャンバが2つの部分、すなわち全流入物
質が入る部分と流出する蒸気が去る部分とに分割される
ようにベーパライザ・チャンバ14内に取りつけられて
いる。
ヒータ32は蒸気が入口部から該ヒータを通ってベーパ
ライザ・チャンバ14の出口部に流れていくように構成
されている。
ヒータとしては熱的に制御された熱交換流体が封入され
たフィン管式熱交換器が好ましい。
ヒータ32はチャンバ14内で取付板上に装着される。
該取付板は溶接または他の手段でチャンバ14の内壁に
取りつけられていて、キャリヤガス分配プレート33と
しても作用する。
キャリヤガス分配プレート33は該プレート33とチャ
ンバ・ウオールとで封止されたマニフオルド・スペース
が形成されるような形状につくられると共に、チャンバ
14に取りつけられている。
キャリヤガス分配プレート33はベーパライザ・チャン
バ14の入口部にガスを自由に流出させる一組の開口部
が形成されていて、該ガスは該入口部でスプレー状の反
応体と該反応体を蒸発させる溶剤とを混合する。
ベーパライザ・チャンバ14の入口部で反応体を含むガ
ス状混合物は、ベーパライザ・チャンバ14の出口部に
入る混合物の温度を細かく調整するヒータ32を通過す
る。
ヒータ32は熱的な安定を保証できるように流れている
ガス状混合物の質量に比して比較的高い熱容量を有する
ようにするのが好ましい。
混合物が熱すぎるばあいにはヒータは該混合物を冷却す
ることになる。
ベーパライザ・チャンバ14の出口部には一組の蒸気吐
出管34が配置されている。
該吐出管14はベーパライザ・チャンバ34の壁面を通
って外部に延長されると共にその内部側端部の近くには
数個の流入口が形成されている。
各蒸気吐出管34の内部側端部にはチャンバに入ってき
たり、チャンバ内で生じたりする粒子状物質をそらすカ
サ35が設けられていて、これにより蒸気吐出管の詰ま
りが防止される。
蒸気吐出管34の周囲にはヒータ36が設けられている
ヒータ36は2つの通路、すなわち送り用の通路および
戻し用の通路とを有しており、これらの通路は再循環式
熱交換流体システム(図示されていない)に連結されて
いる。
操作中に油などの高温流体がヒータ36を通じて循環さ
れ、これによりベーパライザ・チャンバ14から吐出さ
れるガス状混合物の温度が制御される。
各蒸気吐出管34にはカップリング37(フレキシブル
・カップリングが好ましい)が接続されている。
該カップリングはベーパライザ・アセンブリ12をベー
パ分配アセンブリ13に連結する。
ベーパ分配アセンブリ13はベーパ・マニフオルドまた
はプレナム(plenum)(以下、マニフオルドとい
う)38からなり、該マニフオルド38は仕切壁40で
分離され、かつ内側および外側温度制御流体用通路41
および42でおおわれた2つのベーパ・チャンネル39
を有している。
運転時に油などの高温流体が前記通路41および42を
循環し、これにベーパ・チャンネル39を流れるガス状
混合物の温度が制御される。
ベーパ・チャンネル39はノズル43(先細ノズルが好
ましい)と通じている。
各ノズルはマニフオルド38に結合された対向するノズ
ル壁部材44で形成されている。
各ノズル壁部材44には通路45が設けられ、該通路に
は加熱された油などの流体が通されノズル43を通って
ガラスシート(基体)11にふきつけられるガス状のコ
ーティング混合物の温度を正確に制御できるように構成
されている。
通路45を循環する油は一般に熱を奪い、壁部材44が
ひずむのを防止する。
本発明のコーティング装置は、製紙、金属板の圧延など
の種々のプロセスおよび基体と組合せて使用することが
できる。
本発明の方法は連続したシート状のものあるいは一組の
不連続な基体をコートするのに使用できる。
本発明のより好ましい実施例においては、連続したガラ
スシートがコートされる。
このガラスシートとしてはプレート・プロセス、他のシ
ート・プロセス〔コルバン(Colburn)、フオー
コールト(Fourcault)またはピッツバーグ・
ペンバースン(Pittsbu−rgh Pennve
rson)プロセス〕またはフロートプロセスによって
つくられるシートであればよい。
本発明は垂直面、水平面または他の適当な方向に向けら
れた面内に配置された基体にコーティングを施すのに効
果的に用いられるものである。
これは本発明でとくに価値があり、かつユニークな特徴
である。
特別に好ましい実施例においては、本発明は新たに形成
されたフロート・ガラス細長体にコートするのに使用さ
れる。
細長体は本発明の原理によってどちらの主面にも容易に
コーイされる。
つぎの説明はガラスの細長体の上面のコーティングに関
するものである。
第1図と同様番と第2図、第3図および第4図を参照す
る。
本発明の装置はとくに好ましい環境、すなわちフロート
・フオーミング・バス(floatforming b
ath)および焼鈍窯との間のスペースに配置されてい
る。
連続したガラス細長体11がバス・チャンバ47に仕込
まれた溶融錫などの溶融金属浴46上に示されている。
バス・チャンバ47は金属性の包板49で囲まれた耐火
性の底壁、側壁および土壁48から構成されている。
細長体11はバス・チャンバ47の出口端で溶融金属4
6からロール50上にもちあげられる。
ロール50は適切に支承され、駆動モータ(図示されて
いない)に連結された通常のロール駆動手段によって駆
動される。
カーボン・ブロック51がスプリングによって回転ロー
ル50の底部に押しつけられていて、ロール上に被着す
る種々の物質を除去することができる。
カーボンブロック51はバス・チャンバの耐火材の延長
部52内に支持されている。
ロールから除去される物質は延長部52上に落下し、容
易に除去される。
ガラスの細長体11は焼鈍窯53内に運ばれる。
この窯53は、その中に多数の窯ロール54を有する。
該ロール54を回転するために従来周知の駆動手段が設
けられている。
各窯ロール54はガラスに対し、該窯を経てガラスを運
ぶに足りる大きさの牽引力を与える。
この窯の温度はガラスの永久応力および歪を除去するよ
うに調節されている。
ロール54は新しく形成されたフロートガラスをバス・
チャンバ47からベーパ・コーティング・チャンバ55
ついで焼鈍窯53を通して送る手段の一部を構成してい
る。
バス・チャンバ47内の雰囲気はチッ素と少量の水素と
を含んだ還元性の雰囲気であり、これにより溶融金属4
6の酸化が防止されている。
通常この雰囲気は約90〜99.9%のチッ素を含有し
残りが水素である。
雰囲気は周囲の圧力よりわずかに高い圧力、たとえば0
.1〜0.5インチ(2.54〜12.7mm)(水柱
)に保持され、バス・チャンバ47内に周囲の雰囲気が
侵入するのを実質的に阻止する。
前記雰囲気をそのまま保持し、かつバス・チャンバ47
からガラス細長体を通すため、バス・チャンバの出口に
は一組のカーテン56を設ける。
このカーテンはガラス細長体上にひきずっていてベーパ
・コーティング・チャンバ55のわずかに加圧された雰
囲気をバス・チャンバ47から分離する手段として作用
する。
これらのカーテン56は通常可撓性の石綿またはガラス
繊維からつくられていて、ガラスを傷つけず、しかも環
境の温度約1000〜1200°F(538〜649℃
)に耐えることができる。
さらに、同様の材料からなるカーテン57が窯53の入
口に設けられ、窯53をベーパ・コーティング・チャン
バ55から分離する手段として作用する。
ベーパ・コーティング・チャンバ55は真空フード58
を備えている。
該フード58は上流のバス・チャンバおよび下流の窯に
近接して配置された入口を有している。
真空フード58は一対の排気管59まで垂直上方に延長
されると共に互いに充分な間隔があけられていて、■ビ
ーム60を支持すると共に関連した装置に沿って配置さ
れたベーパライザ・アセンブリ12とベーパ分配アセン
ブリ13とからなるベーパ・コーティング装置用の空間
を形成している。
真空フード58は■ビーム60上に載置された車輪61
によってIビーム60上に移動しうるように支持されて
いる。
■ビーム60はバス・チャンバ47から窯53まで移動
するガラス細長体11の通路を横切るように配置されて
いる。
真空フードは横支柱62によって一定の間隔があけられ
て支持されている。
排気管59はブラケット63に取りつけられている。
該ブラケット63は支持用のオーバヘッド・ビーム66
のトラック65に載置された車輪64に取りつけられて
いる。
真空フード58および排気管59からなる真空フード・
アセンブリはガラス細長体11の通路を横切って移動さ
せることができ、保守ならびに修善のためフロート・ラ
インから該アセンブリを完全にはずすことができる。
この移動は支持用の車輪61および64が回転している
間に該アセンブリをビーム60および66に沿って動か
すことによって行なうことができる。
ベーパ・コーター・アセンブリはベーパ・コーター支持
ブラケット67によって■ビーム60からベーパ・コー
ティング・チャンバ55内に支持されている。
支持ブラケット67にはベーパ・コーター支持車輪68
が取りつけられている。
ベーパ・コーター支持車輪68はIビーム60上に載置
されている。
一方の■ビームにはトラック69が形成されている。
トラック69および該トラック69と係合する支持車輪
68の形状はトラックおよび■ビームに対するアセンブ
リの横方向の動きを防止できるようなものであればよい
ベーパ・コーター・アセンブリはベーパライザ・アセン
ブリ12とベーパ分配アセンブリ13以外にこれらの作
動部材を支持する機械構造物から構成されている。
該機械構造物はモーク70およびジャッキ71を有して
いる。
該ジャッキ71はアセンブリを上下させ、コートされる
べき基体に近づけたり遠ざけたりする。
ベーパ・コータ支持ブラケット67からベーパ・コータ
・クロスアーム72がぶら下っている。
モーク・サポート73およびジャッキ・サポート74が
該クロスアーム72に取りつけられている。
モータ・サポート73にはモータ70(DC可変速モー
タが好ましい)が装備されている。
該モータ70には駆動軸75が連結され、駆動軸75は
ジャツキ71に連結されている。
各ジャッキ71内には垂直運動をするスクリュー・シャ
フトを駆動する適当な伝動装置が設けられている。
スクリュー・シャフト76はギアに連結されたジャッキ
71を介して駆動軸75とつながっている。
モータ70で駆動軸75を駆動すると、スクリュー・シ
ャフト76は上下に移動しベーパ・コーテイング・アセ
ンブリを上昇させたり下降させたりする。
スクリュー・シャフト76には二又77が取りつけられ
ている。
二又77にぶら下がるように支持腕78が連結され、該
支持腕78は横板79に連結されている。
横板79にはベーパライザ受け台80が取りつけられ、
該受け台80はベーパライザ・チャンバ14にボルトま
たは他の方法で結合される。
前述の説明のように本発明のより好ましい実施例におい
ては、キャリヤガス(好ましくは空気)がベーパライザ
・チャンバ14に供給されてスプレー・ノズル・チツプ
19から流入する噴霧状のコーティング組成物と混合し
、コーティング材料の蒸発速度を高め、ついでヒータ3
2を通して混合物を移送しコートされるべき基体に送る
ためにさらに加熱することが必要である。
キャリヤガスはマニホルド26からベーパライザに供給
される。
該マニホルド26はパイプでつくるのが好ましく、ブラ
ケット27によってアセンブリ上に取りつけられている
フレキシブル・チューブ(キャリヤガス供給管)28は
キャリヤガス・マニホルド26に接続され、加熱部材(
キャリヤガス・プレヒーク)29を介してコネクタに向
けられている。
該コネクタはペイパライザ・チャンバ14の壁を貫通し
てキャリヤガス分配用プレート33とベイパライザ・チ
ャンバ14の壁で形成されるスペースと接続している。
電力は電気ケーブル81からヒータ29に供給される。
該ケーブル81はブラケット27および83上に取りつ
けられた導管82内に通されている。
本発明の実施の際に用いられるベーパライザ12の内部
の詳細については第1図を参照してすでに説明したので
、ここでは繰返さない。
本装置の構造上の特徴は第2図、第3図および第4図か
ら明らかである。
ノズル43から基体11に向って吐出される未反応また
は過剰のコーティング組成物の蒸気およびキャリヤガス
はベーパ・コーティング・チャンバ55を満たす。
未反応の蒸気およびガスは該チャンバ55から真空フー
ド58によつて除去される。
構造物の不規則な表面に被着物がたまるとこれらがはが
れて基本11上に落下し、基体11を傷つけることにな
る。
これを防ぐためにベーパ・コーティング・アセンブリは
ベーパ゜コータ゜シルド(vapor coat‐er
shield) 84内に入れられている。
ベーパ・コータ・シールド84は補強板85を備えてい
る。
補強板85は横板79に接続されてコータ・アセンブリ
に接続されている。
横板79は前述のようにサポート・アセンブリ(支持腕
)78と連結されると共にベーパライザ受け台80に連
結されている。
すでに指摘したように、ベーパライザ・チャンバ14は
ベーパライザ受け台80に連結されている。
横板79は検査孔86を有している。ベーパ・コータ・
シールド84とベーパ・マニホルド38とのスペースに
は鉱物綿、アスベストなどの断熱材87を充填しておく
のが好ましい。
第3図に示されるようにベーパ・コータ・アセンブリの
構成はモジュラー型であり、従来の方法でつくられたガ
ラス細長体の全中にまたがるようにしてもよい。
モジュラー型の設計は装置の保守、修繕が容易にできる
ので好ましい。
付属設備を備えた個々のベーパライザ・チャンバ14は
たがいに連結され全細長体の巾をまたぐアセンブリを型
成している。
ベーパライザ14はモジュラー型に設計してもベーパ分
配マニホルド38およびベーパ・ノズル43は単一ユニ
ットにするのが好ましい。
しかして蒸気はコートされるべき基体の全中にわたって
均一に吐出される。
コーティング用の蒸気はベーパ・マニホルド38によっ
て基体に沿って均一に吐出される。
コートされるべきガラス細長体の巾をまたいでいるマニ
ホルド38の横方向の長さは該マニホルドの巾よりずっ
と大きなものである。
ベーパ・マニホルド38は多数のベーパ・チャンネルか
らなり、該チャンネルは細長く伸びており、かつその出
口端でたがいに分離されているが、その入口部では共通
のチャンネルとなっている。
ベーパライザ14からマニホルド38に蒸気を送る多数
のカップリング37は、この共通のチャンネル入口にそ
ってマニホルド38に連結されている。
各ベーパ・チャンネル39は少なくとも2つの反対向き
の曲線で構成させるのが好ましく、これにより該チャン
ネルを通過する蒸気の移動通路は少くとも2回方向を変
えるようになる。
しかしてチャンネルの長さ方向に沿った慈気の吐出はき
わめて均一になる。
チャンネル内にバツフルを配置してさらに蒸気の流れを
さえぎると共にチャンネルの長さに沿ってさらに分配さ
せるようにしてもよいが、バツフルがなくしかも流れの
方向を変えるようにしたシンプルな設計のものが好まし
い。
設計時に渦流を生じさせるような停滞部や出つぱり部が
ないようにすることが好ましい。
ベーパ・チャンネル39の囲りには必要なら加熱用ある
いは冷却用の流体を移送する通路41および42が設け
られる。
これらの通路41および42はベーパ・マニホルド38
の長手方向に沿って伸長すると共に加熱用あるいは冷却
用の流体源(図示されていない)に連結されている。
より好ましい実施例では加熱された油が該通路に供給さ
れる。
ベーパ・マニホルド38にはノズル43を形成するノズ
ル壁部材44が連結されている。
ノズル43は蒸発したコーティング組成物およびキャリ
ャガスをコートされるべき基体11にふきつける。
ノズル43は細長く伸びていて平面図ではスロットのよ
うにみえる。
ノズルはその入口から出口までかなり狭くなるようにす
るのが好ましい。
各スロットの収縮は該スロットを通過する蒸気がスロッ
トの先端にいくにしたがって連続的に加速されるように
構成されている。
しかしてスロット壁に隣接した蒸気の境界層が最小にな
り、かつスロットの周辺は蒸気によって均一にぬれ、流
出する蒸気は基体に均一にふきつけられるようになる。
ノズルの特性は流入口の面積と流出口の面積との比であ
る収縮比によって示される。
効率のよい均一なコーティングをうるためのより好まし
い流れの条件について以下に説明する。
この条件はノズルの出口端における条件として示される
ノズルとしては「化学蒸着によるコーティング用ノズル
(Nozzle tor Chemical Vapo
r Depositionot Coatings)」
という発明の名称で提出されたクリシュナ・シムハン(
Krishna Sim−han)の米国特許出願中に
示されたノズルが好ましい。
各ベーパ・チャンネル39は容積で測定したチャンネル
の通過量の約6倍の容積をもつようにするのが好ましい
チャンネルを通過する蒸気を維持するためにこれだけの
容量をもたせると該チャンネルはフレキシブル・カップ
リング37から流出する不連続な流れによって生じる速
度変化を除く整流用の場所として作用する。
前述のようにベーパ・チャンネル39は蒸気の流れに新
しい方向を与え、マニホルド38の長さ方向に沿って蒸
気を均一に分配させる。
ベーパ・チャンネル39の構成および大きさはノズル4
3の形状と関係することは明らかである。
ノズルの収縮比が増大し、約5〜6以上になると、ベー
パ・チャンネル39の容積は減少させることができ、こ
のばあいわるい影響はない。
各ノズル43は曲面を有する2つの部材44からなり、
たがいの曲面が対向するようにマニホルド38に連結さ
れている。
各部材は加熱された油などの流体を通すチャンネル45
を備えていて、吐出される蒸気およびガスの温度を制御
することができる。
加熱された油が平行なチャンネル45を通り、ついで通
路41および42を通るようにするのが好ましい。
ノズルに流入したり、ノズルから流出したりする油の温
度を測定できるようにしてもよく、このような測定によ
ってノズル温度であると計算される温度は各ノズル出口
においての蒸気の流れの状態を規定するのに用いられる
ものである。
ノズルの流れ部を構成する曲面はなめらかに機械仕上げ
されていて、蒸気およびガス流れに局部的な乱れを与え
る細かな障害物あるいはかき傷が生じないようにされて
いる。
より好ましい実施例においては、ノズル部材は機械仕上
げされた鋼あるいは他の基体金属でつくられ、湾曲した
内表面は金または他の貴金属などの作業性の良好な金属
でおおわれる。
金属の仕上げは少なくとも64マイクロインチ(1.6
2μm ) 、好ましくは約16マイクロインチ(0.
41μm)である。
収縮比が充分に大きいばあいには、金属の仕上げに際し
て滑らかさを低下させても影響はない。
ノズル内表面の曲率は曲率半径が入口部でもつとも小さ
く出口部で最大(無限大に接近する)になるようなもの
であればよい。
曲率半径がノズルの入口から出口まで距離の函数として
単調に(好ましくは一定割合で)増加するようにするの
がもつとも好ましい。
ノズル部材44はノズルの通路に沿った各部で異なった
半径に機械仕上げされ、各部はスムーズに機械仕上げさ
れてつぎの部分と連っている。
ノズル部材の出口端は鋭く、かつ充分に限定された角部
にするのが好しく、その結果ノズル部材の部分と面する
基体が流出蒸気およびガスによって濡れなくなる。
本発明の装置の細部は第1図と共に第5図および第6図
を参照すればさらに理解される。
ベーパライザ・チャンバ14は円筒状で、その中にはヒ
ータ32が配置されている。
ヒータ32はチャンバ14を2つの閉鎖されたスペース
に区分している。
ヒータ32の上部のスペースは入口用、混合用および蒸
発用のスペースであり、ヒータの下部のスペースは温度
および濃度安定用、ならびに出口用のスペースである。
ヒータ32は該ヒータを通って蒸気およびガスがチャン
バ内の一方のスペースから他方のスペースまで通過でき
るよう孔を有している。
ヒータは空気調節器のコンデンサーとして通常用いられ
ているものと類似したフィン管式の熱交換器が好ましい
操作時には加熱用流体が該チューブに供給される。
このようにしてチューブが加熱されると熱伝導によって
フィンが同様に加熱される。
ついで熱はヒータの周囲のチャンバおよび入口部から出
口部へ該ヒータを通って通過する蒸気およびガスに伝え
られる。
熱交換流体(加熱された油が好ましい)は入口管88を
通ってヒータ32に供給される。
熱交換流体はヒータ32を通過したのち、移送管89に
よってベーパ・デイスチャージ・ヒータ36に送られ、
該ヒータ36から流体は吐出管90を介して遠くのタン
クに戻される。
また、熱交換流体を反対方向に流すようにすることも可
能である。
前述のようにヒータ32は蒸発用の熱を供給するという
より、空気および蒸発される反応体(より好ましい実施
例においてはこれに加えて溶剤)の温度を安定する作用
をする。
ヒータは混合物の温度にわずかに影響を与えるのに必要
な熱に比較して大きい熱容量をもつようにするのが好ま
しい。
ヒータ温度は吐出蒸気のため所望温度に維持される。
そして蒸気に対する熱移動は漸滅する小さな温度勾配で
行なわれる。
その結果チャンバから蒸気吐出管34によって送られる
蒸気温度はほとんど一定となる。
ガス混合物の温度力塙いはあいにはヒータ32はそれを
冷却することになる。
コーティング用の反応体を均一に分散させるために、反
応体はヒータ32の中央に直線状に配置された多数のス
プレー・チツプ19から吐出される。
スプレー・チツプ19はヒータ32に面するように取り
つけられ、各スプレーはヒータによって実質的にさえぎ
られるようになる。
各スプレーの中心軸はヒータの主面に対して垂直である
のが好ましく、その中央部でヒータと交わることになる
コーティング用の反応体は霧ふき作用によってさらに分
散せられる。
流入するキャリヤガスはコーティング用の反応体の分散
を強めると共に蒸気とキャリヤガスが充分に混合される
ように吐出される。
各キャリヤガス分配プレート33は多数の角度をつけら
れたスロット91を有し、該スロット91は加熱された
キャリヤガスを外向きにかつヒータ32の縁から上方に
かつスプレー・チツプ19の方に向けて吐出し、細かな
噴霧状のスプレーを分散させ、コーテイング用の反応体
および溶剤を蒸発させる。
蒸発したコーティング反応体と溶剤およびキャリヤガス
の混合物はついでヒータ32の中央部を通り蒸気吐出管
34を通って基体に送られる。
つぎの実施例により本発明の装置の有用性がさらに説明
される。
実施例 1 前述の装置はフロート・バスと徐冷窯との間にあるガラ
ス細長体を横切るように配置されている。
巾が約10フィート、厚さ1/4インチ(0.64cm
)の連続したガラス細長体が該装置の下部を約250イ
ンチ/分(6.35m/分)の線速度で運ばれる。
ガラスは約88%の可視光線の透過率を有する従来のソ
ーダ・ライム・シリカ系のガラスである。
コーティング溶液が準備され、該溶液は1ガロン(3.
8l)あたりつぎのような組成を有している。
鉄アセチルアセトネート 510g クロムアセチルアセトネート 150gコバルトアセ
チルアセトネート 55gメチレンクロライド 1
ガロン(3.8l)コーティング溶液は約10psig
(0.70kg/cm2G)の圧力、約70°F(21
℃)の温度で約0.2ガロン/分(0.76/分)の割
合で溶液管17に送られる。
噴霧用の空気は約5psig(0.35kg/cm2G
)の圧力、約70°F(21℃)の温度で噴霧用のガス
供給管23に供給される。
キャリヤである空気は約38psig(2.7kg/c
m2G)、約170SOFMの割合でキャリヤガスマニ
ホルド26に送られる。
キャリヤである空気はプレヒータ29内で約500°F
(260℃)に加熱され、キャリヤガス分配プレート3
3を通る空気速度が約5〜10フィート/分(1.5〜
3.0m/分)でベーパライザ・チャンバ14に送られ
る。
空気の顕熱は充分大きく、コーティング溶液を蒸発させ
、約400〜420°F(204〜216℃)の範囲内
の温度の空気と蒸気の混合物をつくることができる。
加熱された油は約410°F(210℃)の温度ですべ
てのヒータに供給される。
しかしてベーパライザ・チャンバを通ってベーパ・マニ
ホルド38およびノズル43を通過するコーティング混
合物は約410°F(210℃)の安定した温度を有す
る。
ノズルの下にあるガラス温度は約1050°F(566
℃)である。
ノズル先端部と基体との間隔と、ノズル先端部の幅との
比は2である。
前述の条件ではノズル出口のレイノルズ数は5000と
なる。
本装置によれば20分間で200平方フィート(18.
6m2)のガラスをコートすることができる。
このようにしてできるコーティングはガラス表面全面で
均一なものとなり、コートされたガラスの平均の可視光
線の透過率は40%となり透過率の変化はガラスの端部
を除いて±2%以内のものとなる。
このようなコーティングは同じコーティング材料を用い
たスプレー・メソッドによってえられるコーティングよ
り均一なものとなり、さらに細かな粒状表面をうろこと
ができる。
実施例 2 実施例1の方法は数回繰返されるが、このばあい各例に
おけるいくつかのプロセス・パラメータが形成されるコ
ーティングに対する影響をみるために変えられる。
まず、この方法はレイノルズ数2500を有する出口流
で繰返される。
このようにして生じるコーティングは本発明のより好ま
しい実施例よりややコーティング効率が低く平均の透過
率は50%であるが、実施例1と同じくすぐれた品質の
ものである。
また、レイノルズ数2000を有する出口流に変更した
ほかは同様にして実験を行なった。
このようにして生じるコーティングは前記実施例より薄
く、不均一になる。
平均の透過率は60%でその範囲は±5%であり、建築
上適用することはできない。
さらに、レイノルズ数7000の出口流についても実験
を行なった。
このようにして生じるコーティングは実施例1と同じよ
うなすぐれた品質のものである。
最後に、レイノルズ数5000の出口流で2種類の方法
が行なわれた。
その一つはノズルと基体との間隔がノズル巾の0.9倍
であり、他はノズル巾の5倍である。
どちらの例においても生ずるコーティングは平却の透過
率が50%以下でその変化範囲は建築上の使用に対する
限界特性を示す±3%内に入れることが充分にできる。
つぎに本発明の装置の実施の態様をあげる。
(1)前記加熱部材が、キャリヤガスと蒸発したコーテ
ィング反応体との混合物の温度を安定させるものであっ
て、該加熱部材はその温度が一定に維持され、混合物の
温度が低いぱあいには加熱部材の温度まで加熱し、混合
物の温度が高いばあいには該温度まで冷却するのに充分
な熱容量を有する特許請求の範囲記載のコーティング装
置。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のコーティング装置の部分断面見取図、
第2図はベーパライザ、マニフオルドおよびノズルの部
分断面図、第3図は第2図の3−3線断面図、第4図は
第3図の4−4線断面図、第5図はベーパライザ・チャ
ンバの拡大断面図、第6図はキャリヤガス分配プレート
の部分図である。 図面の主要符号、11:ガラスシート、12:ベーパラ
イザ・アセンブリ、13:ベーパ分配アセンブリ、14
:ベーパライザ・チャンバ、19:スプレー・チップ、
26:キャリヤガス・マニホルド、32:ヒータ、38
、ベーパ・マニホルド、39:ベーパ・チャンネル、4
3ニノズル、47:バス・チャンバ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1(1)チャンバ、 (2)該チャンバ内に、その主面によってチャンバ内を
    2つのスペースに仕切るように配置されかつそれを通し
    て蒸気またはガスが第1のスペースから第2のスペース
    に通過しうるように構成されている加熱部材、 (3)前記チャンバの第1のスペース内に少なくとも一
    つのコーティング反応体からなるスプレーを該スプレー
    の軸が前記加熱部材の中央部でその主面と交わるように
    供給するための、チャンバ内に開口した吐出口を有する
    噴霧器、 (4)前記チャンバにキャリヤガスを導入するための入
    口、および該入口に対向するようにチャンバ内壁に取付
    けられたキャリヤガス分配プレートであって、該導入さ
    れたキャリヤガスを、前記スプレーが供給されるのと同
    じチャンバの第1のスペース内に、前記加熱部材の縁部
    から該スプレーの方向へ供給しうるような開口部を有し
    、その結果生じるガス状コーティング混合物が前記加熱
    部材の主面の中央部を通って第2のスペース内に流れる
    ようにされているキャリヤガス分配プレート、 (5)前記ガス状コーティング混合物を吐出し、該混合
    物を基体にふきつけるノズル、および (6)前記混合物を前記チャンバの第2のスペースから
    吐出する蒸気吐出管、および吐出された混合物を前記ノ
    ズルに供給するための部材 からなり、少なくとも一つのコーティング反応体からな
    るガス状混合物を基体にふきつけて該基体にコーティン
    グを施するように構成されてなるコーテテイング装置。
JP48141144A 1972-12-15 1973-12-14 コ−テイング装置 Expired JPS5813505B2 (ja)

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CA1022807A (en) 1977-12-20
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NL167402B (nl) 1981-07-16
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