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| 印刷の歴史 |
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スクリーン印刷(スクリーン印刷とも表記され、シルクスクリーンまたはセリグラフィーとも呼ばれる)は、インク(または染料)を、ブロッキングステンシルによってインクが浸透しない領域を除き、メッシュを使用して基板に転写する印刷技術です。ブレードまたはスキージをスクリーン上で「フラッドストローク」で移動させ、開いたメッシュの開口部にインクを満たします。次に、逆のストロークで、スクリーンを接触線に沿って基板に瞬間的に接触させます。これにより、インクが基板を濡らし、ブレードが通過した後にスクリーンが跳ね返るときに、メッシュの開口部からインクが引き出されます。一度に印刷されるのは 1 色だけなので、複数のスクリーンを使用して多色の画像やデザインを作成できます。
伝統的にはシルクが使用されていましたが、現在では合成繊維の糸が一般的に使用されています。一般的に最もよく使用されるメッシュはポリエステル製です。スクリーン印刷機には、ナイロンやステンレス鋼などの特殊用途のメッシュ素材も用意されています。また、メッシュサイズも様々で、素材に印刷されるデザインの仕上がりや外観を左右します。
この技術は、衣類へのプリントだけでなく、デカール、時計の文字盤、風船など、様々な素材へのプリントにも用いられています。高度な用途としては、薄いセラミック層を基板として用いた多層回路に導体や抵抗器を配置することなどが挙げられます。

スクリーン印刷は中国発祥の版木印刷に起源を持ち、日本の伊勢型紙に影響を与えました。[ 1 ]西洋における日本の型紙の初期の記録によると、この技術は1873年頃に導入され、今日知られているスクリーン印刷の発展と一致しています。
スクリーン印刷は、18 世紀後半にアジアから西ヨーロッパに広く導入されましたが、絹のメッシュが東からより多く取引されるようになり、この媒体の利益を生む販路が発見されるまで、ヨーロッパでは広く受け入れられたり、使用されることはありませんでした。
1910年代初頭、光反応性化学物質の実験を行っていた複数の印刷業者が、クロム酸カリウム、クロム酸ナトリウム、クロム酸アンモニウム、および重クロム酸化合物のよく知られた化学線照射による架橋または硬化特性を、接着剤やゼラチン化合物と組み合わせて利用しました。ロイ・ベック、チャールズ・ピーター、エドワード・オーウェンズは、光反応性ステンシル用のクロム酸塩増感乳剤の研究と実験を行いました。この3人の開発者は、写真画像ステンシルをスクリーン印刷業界に導入することで、商業スクリーン印刷業界に革命をもたらしましたが、この方法が受け入れられるまでには何年もかかりました。現在、商業スクリーン印刷では、重クロム酸よりもはるかに安全で毒性の低い増感剤が使用されています。現在、光反応性ステンシルを作成するための、あらかじめ増感された、または「ユーザーが混合する」増感乳剤化学物質の幅広い選択肢があります。
1930年代に、後に全米シルクスクリーン協会を設立することになるアーティストのグループ(WPA所属のアーティスト、マックス・アーサー・コーン、アンソニー・ヴェロニス、ハイマン・ウォーサーガーなど)が、スクリーン印刷の芸術的用途と工業的用途を区別するために「シルクスクリーン印刷」という言葉を作った。 [ 2 ]「シルクスクリーン印刷」は、ラテン語の「sēricum」(絹)とギリシャ語の「graphein」(描く、書く)からできた合成語である。[ 3 ]
ニューヨークのWPAポスターショップの歴史家たちは、そこで使われていたシルクスクリーン技法を確立したのはアンソニー・ヴェロニスであるとし、その名声は1937年の彼の小冊子『芸術家の技術的問題:シルクスクリーン印刷の技法』の出版によってさらに高まった。グイド・レングヴァイラーは2016年に英語で出版された著書『スクリーン印刷の歴史』でこの誤解を正している。これらのWPAポスターショップから派生した少なくとも2つのニューヨーク市のスタジオは、1939年には早くもシルクスクリーンで焼き付けた下絵付けで陶器タイルの装飾を始めていた。エステバン・ソリアーノとハロルド・アンベランの工房「デザインド・タイルズ」である。[ 4 ]
プリンターズ・ナショナル・エンバイロメンタル・アシスタンス・センターは、「スクリーン印刷は、あらゆる印刷プロセスの中で最も汎用性が高いと言えるでしょう。基本的なスクリーン印刷材料は非常に手頃な価格で入手しやすいため、アンダーグラウンドやサブカルチャーで頻繁に使用されてきました。そして、こうしたDIYカルチャーのスクリーン印刷の非専門的な見た目は、映画のポスター、レコードアルバムのカバー、チラシ、シャツ、広告用の商用フォント、アートワークなど、重要な文化的美的要素となっています。」と述べています。
スクリーン印刷を芸術技法として普及させた功績は、アーティストのアンディ・ウォーホルに帰せられます。ウォーホルのシルクスクリーン作品には、1962年に制作された「マリリン・ディプティク」があります。これは、女優マリリン・モンローの肖像画を大胆な色彩で印刷したものです。ウォーホルの制作には、フェスパの創設メンバーであり、スクリーン印刷の巨匠ミシェル・カザの支援がありました。[ 5 ] [ 6 ]
シスター・メアリー・コリタ・ケントは、 1960年代から70年代にかけて、鮮やかなシルクスクリーン作品で国際的な名声を得ました。彼女の作品は虹色に輝き、政治的な言葉と平和、愛、そして思いやりを育む言葉を織り交ぜていました。
アメリカの起業家、芸術家、発明家であるマイケル・ヴァシラントーンは、1960年に回転式多色衣類スクリーン印刷機の使用、開発、販売を開始しました。ヴァシラントーンは後に1967年にこの発明の特許を出願し[ 7 ]、 1969年2月18日に特許番号3,427,964を取得しました[ 7 ]。最初の機械はボウリングの衣類にロゴやチーム情報を印刷するために製造されましたが、すぐにTシャツへの印刷という新しい流行に向けられました。ヴァシラントーンの特許は複数のメーカーにライセンス供与され、その結果、プリントTシャツの生産とブームが起こり、この衣類スクリーン印刷機は人気を博しました。現在、衣類へのスクリーン印刷は、米国におけるスクリーン印刷の半分以上を占めています[ 8 ] 。
グラフィックスクリーン印刷は、ポスターやディスプレイスタンドなど、大量生産または大ロット生産のグラフィックを作成するために、今日広く利用されています。CMYK (シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック) で印刷することで、フルカラー印刷が可能です。
スクリーン印刷はキャンバスへの印刷に最適です。アンディ・ウォーホル、アーサー・オカムラ、ロバート・ラウシェンバーグ、ロイ・リキテンスタイン、ハリー・ゴットリーブなど、多くのアーティストが創造性と芸術的ビジョンの表現手段としてスクリーン印刷を用いてきました。
もう一つのバリエーションであるデジタルハイブリッドスクリーン印刷は、アナログスクリーン印刷と従来のデジタルダイレクト・トゥ・ガーメント印刷を組み合わせたものです。この2つは、現在最も一般的に使用されているテキスタイル装飾技術です。基本的に、デジタルハイブリッドスクリーン印刷は、スクリーン印刷ステーションの1つにCMYKデジタルエンハンスメントを備えた自動スクリーン印刷機です。デジタルハイブリッドスクリーン印刷は、可変データオプションに対応し、無限のカスタマイズを可能にするだけでなく、スクリーン印刷特有の技術も活用できます。




スクリーンは、フレームに張られたメッシュ片でできています。メッシュはナイロンなどの合成ポリマーで作られ、より細かく小さな開口部を持つメッシュは、より高度で繊細なディテールが求められるデザインに使用されます。メッシュを効果的に機能させるには、フレームに取り付け、張力をかけておく必要があります。メッシュを保持するフレームは、機械の性能や職人の作業手順に応じて、木材、金属、アルミニウムなど、様々な素材で作られています。メッシュの張力は、張力計を使用して確認できます。メッシュの張力の測定に一般的に使用される単位は、ニュートン毎センチメートル(N/cm)です。
ステンシルは、印刷するデザインのネガ画像のスクリーン部分をブロックすることによって形成されます。つまり、開いたスペースにインクが基材上に現れます。

印刷を行う前に、フレームとスクリーンはプリプレス工程を経る必要があります。この工程では、メッシュ全体に乳剤を「すくい取る」ように塗布します。乳剤が乾燥すると、必要なデザインが印刷されたフィルムを通して、選択的に紫外線を照射します。これにより、露光された部分の乳剤は硬化しますが、露光されていない部分は柔らかいままです。その後、水スプレーで洗い流すと、メッシュに目的の画像と同じ形状のきれいな領域が残り、そこにインクが通ります。これはポジ型印刷です。
布地プリントでは、プリントする布地を支える表面(一般的にパレットと呼ばれます)に幅広の「パレットテープ」が貼られます。これは、スクリーンから漏れた不要なインクが「パレット」を汚したり、次の素材に不要なインクが移ったりするのを防ぐためです。また、パレットテープは、素材をパレットに固定するために接着剤を使用する際に、パレットを保護するためにも使用されます。パレットテープは時間の経過とともに糸くずで覆われますが、糸くずは取り除いて廃棄し、新しいパレットテープに交換することができます。
次に、スクリーンとフレームの縁にインクが付着するのを防ぐため、テープで裏打ちします。この目的で使用されるテープの種類は、印刷するインクの種類によって異なります。UVインクや水性インクの場合は、インクの粘度が低く、テープの下に入り込みやすいため、一般的に強力なテープが使用されます。
「プリプレス」の最後の工程は、乳剤層に不要な「ピンホール」をブロックすることです。乳剤層にこれらの穴が残っていると、インクが通過して不要な跡を残してしまいます。これらの穴をブロックするには、テープ、特殊乳剤、ブロックアウトペンなどの材料が効果的に使用されます。

スクリーンは基板上に配置されます。インクはスクリーン上に置かれ、フラッドバーを使用してメッシュの穴にインクを押し込みます。作業者は、スクリーンの背面、インク リザーバーの後ろにあるフィル バーから作業を開始します。作業者は、スクリーンを持ち上げ、基板との接触を防ぎ、次にわずかに下向きの力でフィル バーをスクリーンの前面に引きます。これにより、メッシュの開口部がインクで効果的に満たされ、インク リザーバーがスクリーンの前面に移動します。作業者は次に、スキージ(ゴム製のブレード) を使用してメッシュを基板まで下げ、スキージをスクリーンの背面に押し込みます。メッシュの開口部にあるインクは、毛細管現象によって、制御された規定の量で基板に送り出されます。つまり、ウェット インクの付着量は、メッシュやステンシルの厚さに比例します。スクイージーがスクリーンの後方に向かって移動すると、メッシュの張力によってメッシュが基材から引き上げられ(スナップオフと呼ばれる)、インクが基材の表面に残ります。
スクリーン印刷機には、フラットベッド式、シリンダー式、ロータリー式の3つの一般的なタイプがあります。[ 9 ] 1963年に開発されたフラットスクリーンを用いたスクリーン印刷では、スクリーンをチューブ状に巻き付け、インク供給部とスキージをチューブ内に収めるという手法が用いられました。このローラーは、ロールツーロール機においてウェブと同じ速度で回転します。この方式の利点は、高い生産性と長い製品ロールを生産できることです。これは、高密度で完全なパターン印刷/コーティングを連続的に行う唯一の方法であり、テクスチャード壁紙の製造に広く利用されてきました。
多色のデザインがプリントされた繊維製品では、ウェット オン ウェット技法、つまり印刷機上で乾燥させる色を使用することが多い一方、グラフィック アイテムでは、色と色の間で乾燥させてから別のスクリーンで印刷し、製品を印刷機上で再配置した後に異なる色で印刷することがよくあります。
ほとんどのスクリーンはこの段階で再コーティングの準備が整っていますが、場合によっては、スクリーン再生工程において、デヘイズと呼ばれる更なる工程が必要となることがあります。この追加工程では、乳剤が除去された後にスクリーンに残るヘイズ、つまり「ゴースト画像」を除去します。ゴースト画像は、以前のステンシルの開口部の輪郭をかすかに浮かび上がらせる傾向があるため、この名称が付けられました。これは、メッシュ、特にメッシュのナックル(糸が交差する部分)にインクの残留物が閉じ込められているために発生します。適切に洗浄されたスクリーンでは、以前の画像の痕跡は表面に一切残っていません。

過去数年にわたって人気が高まっているステンシルの手法は、写真乳剤技法です。


スクリーン印刷は従来の印刷技術よりも汎用性が高い。エッチングやリソグラフィーとは異なり、印刷面に圧力をかける必要がなく、また平面である必要もない。様々なインクを使用することで、繊維、セラミックス、 [ 12 ]木材、紙、ガラス、金属、プラスチックなど、様々な素材に印刷できる。そのため、スクリーン印刷は以下のような様々な業界で利用されている。
ウェハベースの太陽光発電(PV)セルへのスクリーン印刷では、表面に銀のメッシュとバスを印刷し、さらに裏面にも銀のバスを印刷します。続いて、パッシベーションと表面反射のために、裏面全体にアルミニウムペーストを塗布します。スクリーン印刷において、印刷の厚さは制御可能なパラメータの一つです。そのため、スクリーン印刷は太陽電池や電子機器などの印刷技術に有用です。
太陽電池ウェハーはますます薄く、大きくなっているため、印刷段階での高スループットによりセル生産ライン全体のスループットは向上しますが、破損率を低く抑えるには慎重な印刷が必要です。
スクリーン印刷機は、衣類にスクリーンデザインを効率的に複数コピー印刷するために、アマチュア印刷業者もプロの印刷業者も通常スクリーン印刷機を使用します。スクリーン印刷機はオフセット印刷機とは大きく異なるため、この用語は俗称です。多くの印刷会社が、シンプルなものから高度なものまで、幅広い印刷機を提供しています。これらの印刷機には、手動式(ハンドベンチとも呼ばれます)、半自動式、全自動式の3種類があります。ほとんどの印刷会社は、小ロット印刷やサンプル印刷には、半自動式または全自動式の機械を1台以上使用し、手動式の機械も併用しています。
手作業によるスクリーン印刷は、カルーセル、ハンドベンチ(どちらも俗にプレス機と呼ばれることが多い)、あるいはテーブル上で行うこともできます。半自動機と全自動機は、主に2つのカテゴリーに分けられます。フラットベッドプリンター[ 16 ](ポスター、アート印刷、その他の平面素材)と、カルーセル型およびオーバル型機(衣類やその他のアパレル、その他の繊維製品)です。どちらも自動化という点では基本的に似ていますが、設置面積やアップグレードの柔軟性などの点で異なります。[ 17 ]
これらの機械ははるかに高速で、エアコンプレッサーによって生成された空気圧を使用するか、電動モーターを使用してスクイジーを引き出し、パレットを回転させ、上下させることで、作業から手作業の多くを取り除き、UVを使用して画像を瞬時に硬化させることで、オペレーターの疲労を大幅に軽減し、より一貫した結果をもたらします。[ 18 ]
電子設計自動化において、シルクスクリーンはプリント回路基板(PCB)の層スタックの一部であり、上面と底面は他の層(銅層やはんだストップ層など)と同様に個別のガーバーファイルに記述されます。[ 19 ]これらのサービスプリントオーバーレイの一般的な名前には、/別名/ [ 20 ] [注1 ]または/ (EAGLE)、/ (KiCad)、/ (TARGET)、/ (Fritzing)、/ (OrCAD)、/ (PADS)、/ (WEdirekt)[ 21 ]または/ (Gerberおよびその他多数[ 22 ])などがあります。 tSilkbSilkPLCPLSTSKBSKF.SilkSB.SilkSPosiTopPosiBotsilkTopsilkBottomSSTSSBST.PHOSB.PHOSEVSSERSGTOGBO
印刷業界で広く採用されているスクリーン印刷技術は、プリンテッドエレクトロニクスの分野で確固たる地位を築いています。その汎用性とインクの厚膜形成能力は、導電路、センサー、その他の電子部品の製造に最適です。さらに、スクリーン印刷は、高スループット、低生産コスト、フレキシブル素材を含む幅広い基板への適合性といった利点を有しています。これらの特性により、プリンテッドエレクトロニクスデバイスの大規模生産において、スクリーン印刷は最適な選択肢となっています。
スクリーン印刷はプリンテッドエレクトロニクスにおいて大きな可能性を秘めている一方で、いくつかの課題にも直面しています。微細な線解像度、先端材料との適合性、そして正確な位置合わせの必要性といった課題は、現在も研究開発の課題となっています。しかしながら、インク配合、装置、そしてプロセス最適化の継続的な進歩は、プリンテッドエレクトロニクスをIoT(モノのインターネット)デバイスやエネルギーハーベスティングシステムなどへ統合するなど、将来に向けた刺激的な可能性への道を切り開いています。
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