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スクリーン印刷（スクリーン印刷とも表記され、シルクスクリーン印刷またはセリグラフィーとも呼ばれる）は、スクリーンのメッシュを使用して塗料インク（または染料）を基材に転写する印刷技術です。ただし、インクが浸透しない領域は、遮蔽ステンシルによってインクが浸透しないようにします。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」で動かし、開いているメッシュの開口部にインクを充填します。次に、逆方向のストロークでスクリーンを接触線に沿って一時的に基材に接触させます。これにより、インクが基材を濡らし、ブレードが通過した後にスクリーンが跳ね返る際に、メッシュの開口部からインクが引き出されます。一度に印刷される色は1色であるため、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。
従来、この工程では絹が用いられていましたが、現在では合成繊維が一般的に使用されています。一般的に最もよく使われているメッシュはポリエステル製です。スクリーン印刷業者向けには、ナイロンやステンレス鋼といった特殊用途のメッシュ素材も用意されています。また、メッシュのサイズも様々で、それによって仕上がりのデザインや見た目が決まります。
この技術は、衣類への印刷だけでなく、デカール、時計の文字盤、風船など、その他多くの製品への印刷にも用いられています。さらに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、多層回路に導体や抵抗器を配置するといったものがあります。
スクリーン印刷は、中国で生まれた木版印刷に由来し、それが日本の伊勢型紙に影響を与えた。[ 1 ]西洋における日本の型紙の初期の記録によると、この芸術は1873年頃に導入されたとされており、これは今日知られているスクリーン印刷の発展と一致する。
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伝わったが、東洋から絹の網目がより容易に入手できるようになり、この印刷媒体の収益性の高い販路が発見されるまでは、ヨーロッパで広く受け入れられ、普及することはなかった。
1910年代初頭、光反応性化学物質を実験していた数名の印刷業者は、カリウム、ナトリウム、アンモニウムクロム酸塩および二クロム酸塩の、光活性化による架橋または硬化というよく知られた特性を、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・オーウェンズの3人は、光反応性ステンシル用のクロム酸塩感光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商業用スクリーン印刷業界に導入しましたが、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、商業用スクリーン印刷では、二クロム酸塩よりもはるかに安全で毒性の低い感光剤が使用されています。現在では、光反応性ステンシルを作成するための、あらかじめ感光された乳剤と、ユーザーが混合するタイプの感光乳剤が数多く販売されています。
後にナショナル・セリグラフ協会を結成したアーティストのグループ（WPAアーティストのマックス・アーサー・コーン、アンソニー・ヴェロニス、ハイマン・ウォーサガーなど）は、1930年代にスクリーン印刷の芸術的応用と工業的応用を区別するために「セリグラフィー」という言葉を作り出した。[ 2 ]「セリグラフィー」は、ラテン語のsēricum（文字通り「絹」）と古代ギリシャ語のγράφειν（ローマ字表記：graphein、文字通り「書く、描く」）から作られた複合語である。[ 3 ]
ニューヨークのWPAポスターショップの歴史家は、そこで使用されたシルクスクリーン技法を確立した功績をアンソニー・ヴェロニスにのみ帰しており、その評判は1937年に出版された彼の小冊子『芸術家の技術的問題：シルクスクリーン技法』によってさらに高まった。グイド・レングワイラーは、2016年に英語で出版された著書『スクリーン印刷の歴史』でこの誤解を正した。これらのWPAポスターショップから派生し、少なくとも2つのニューヨーク市のスタジオが戦時中に、1939年という早い時期からシルクスクリーンで施された焼成下絵具でセラミックタイルを装飾し始めた。 ハロルド・アンベランの工房「デザインド・タイル」[ 4 ]とエステバン・ソリアーノのソロスタジオ[ 5 ]である。
全米印刷業者環境支援センターは、「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の高いものと言えるでしょう。基本的なスクリーン印刷材料は非常に安価で入手しやすいため、アンダーグラウンドシーン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文化のスクリーン印刷が持つプロらしくない外観は、映画ポスター、レコードジャケット、チラシ、シャツ、広告の商用フォント、アート作品など、様々な場面で見られる重要な文化的美学となっています。」と述べています。
芸術家アンディ・ウォーホルは、シルクスクリーン印刷を芸術技法として普及させた功績が認められている。ウォーホルのシルクスクリーン作品には、1962年のマリリン・モンローの肖像を鮮やかな色彩で印刷した「マリリン・ディプティク」などがある。ウォーホルは、 Fespaの創設メンバーである熟練のシルクスクリーン印刷職人ミシェル・カザの支援を受けてこの作品を制作した。[ 6 ] [ 7 ]
シスター・メアリー・コリタ・ケントは、 1960年代から1970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彩られ、政治的なメッセージと、平和、愛、思いやりを育む言葉が込められていました。
アメリカの起業家、芸術家、発明家であるマイケル・ヴァシラントンは、1960年に回転式多色衣料スクリーン印刷機の使用、開発、販売を開始しました。ヴァシラントンはその後、1967年に自身の発明に関する特許を申請し[ 8 ]、 1969年2月18日に特許番号3,427,964を取得しました[ 8 ]。当初の機械はボウリングウェア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転用されました。ヴァシラント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、印刷Tシャツの生産とブームにより、この衣料スクリーン印刷機は人気を博しました。現在、衣料へのスクリーン印刷は、米国におけるスクリーン印刷活動の半分以上を占めています[ 9 ] 。
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、大量生産される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。フルカラー印刷は、CMYK（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）を使用して印刷することで作成できます。
シルクスクリーン印刷はキャンバスへの印刷に非常に適しています。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・ゴットリーブをはじめとする多くのアーティストが、創造性と芸術的ビジョンを表現する手段としてシルク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・ガーメント印刷という、現在最も一般的な繊維装飾技術の2つを融合させたものです。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デジタル拡張機能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が可能で、さらにスクリーン印刷特有の技術も利用できます。
スクリーンは、フレームに張られたメッシュでできています。メッシュはナイロンなどの合成ポリマーで作られ、より高度で繊細なディテールが求められるデザインでは、より細かく小さな網目が使用されます。メッシュが効果を発揮するには、フレームに取り付けられ、張力がかかっている必要があります。メッシュを保持するフレームは、機械の高度さや職人の工程に応じて、木材、金属、アルミニウムなど、さまざまな材料で作られます。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よく用いられる単位は、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ティブイメージにおいて、スクリーンの一部を遮蔽することによって作られます。つまり、遮蔽された部分が、基材上にインクが現れる場所となります。
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、乳剤がメッシュ全体に塗布されます。乳剤が乾燥したら、必要なデザインが印刷されたフィルムを通して、選択的に紫外線に露光されます。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、そこにインクが通過できるようになります。これはポジティブプロセスです。
布地印刷では、印刷する布地を支える表面（一般的にパレットと呼ばれる）に幅広の「パレットテープ」を貼ります。これは、スクリーンを通してインクが漏れ出し、パレットを汚したり、次の基材にインクが移ったりするのを防ぐためです。パレットテープは、基材をパレットに固定する接着剤からパレットを保護する役割も果たします。パレットテープは、時間が経つにつれて糸くずが付着するため、その場合はテープを剥がして廃棄し、新しいパレットテープと交換します。
次に、スクリーンとフレームにテープを貼って、インクがスクリーンやフレームの端まで達するのを防ぎます。この目的で使用するテープの種類は、基材に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は粘度が低く、テープの下に染み込みやすいため、一般的にはより強力なテープが使用されます。
プリプレス工程の最終段階は、乳剤中の不要な「ピンホール」を塞ぐことです。乳剤にこれらの穴が残っていると、インクが通り抜けてしまい、不要な跡が残ってしまいます。これらの穴を塞ぐには、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できます。
スクリーンは基材の上に設置されます。スクリーン上にインクが置かれ、充填バーを使用してインクをメッシュの穴を通して押し出します。オペレーターは、充填バーをスクリーンの後方、インク貯蔵庫の後ろに置きます。オペレーターはスクリーンを持ち上げて基材との接触を防ぎ、わずかに下向きの力を加えて充填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効果的にインクで満たされ、インク貯蔵庫がスクリーンの前面に移動します。次に、オペレーターはスキージ（ゴム製のブレード）を使用してメッシュを基材まで下げ、スキージをスクリーンの後方まで押します。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量で基材に押し出されます。つまり、湿ったインクの堆積量は、メッシュまたはステンシルの厚さに比例します。スキージ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持ち上げられ（スナップオフと呼ばれる）、インクが基材表面に残ります。
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。[ 10 ] 1963 年以降、フラットスクリーンを使用したスクリーン印刷の発展として、スクリーンをチューブ状に巻き付け、チューブ内にインク供給装置とスキージを配置する方法が開発されました。結果として得られるローラーは、ロールツーロール機のウェブと同じ速度で回転します。利点は、生産量が多く、製品が長いロール状になることです。これは、連続プロセスとして厚手の完全なパターン印刷/コーティングを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使用されています。
多色デザインがプリントされた繊維製品では、多くの場合、ウェット・オン・ウェット技法、つまり印刷機上で色が乾く方法が用いられます。一方、グラフィック製品では、色と色の間に乾燥させてから、別のスクリーンを使用して印刷し、多くの場合、印刷機上で製品の位置を調整した後、別の色で印刷します。
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できていますが、スクリーンによっては、再生工程でさらに「デヘイズ」と呼ばれる工程が必要になる場合があります。この追加工程では、乳剤を除去した後、スクリーンに残った曇りや「ゴーストイメージ」を除去します。ゴーストイメージは、以前のステンシルの開口部をかすかに縁取るように現れるため、この名前が付けられています。これは、メッシュ、特にメッシュの継ぎ目（糸が交差する部分）にインクの残留物が閉じ込められた結果です。適切に洗浄されたスクリーンには、以前の画像の痕跡が表面に残ることはありません。
近年人気が高まっているステンシル技法の一つに、写真乳剤を用いた技法がある。
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、表面に圧力をかける必要がなく、平面である必要もない。さまざまなインクを使用して、繊維、セラミック[ 13 ] 、木材、紙、ガラス、金属、プラスチックなど、さまざまな素材に印刷できる。その結果、スクリーン印刷は、以下のような多くの異なる産業で使用されている。
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、銀のメッシュとバスが表面に印刷され、さらに銀のバスが裏面にも印刷されます。その後、裏面全体にアルミニウムペーストが塗布され、パッシベーションと表面反射が行われます。スクリーン印刷で変化させ、制御できるパラメータの1つは、印刷の厚さです。このため、太陽電池や電子機器などの印刷技術に活用できます。
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、破損率を低く抑えるには慎重な印刷が必要となるが、印刷段階でのスループットを高めることで、セル生産ライン全体のスループットが向上する。
スクリーン印刷のデザインを効率的に複数枚衣類に印刷するために、アマチュアやプロの印刷業者は通常、スクリーン印刷機を使用します。これは一般的な用語であり、ほとんどのスクリーン印刷機はオフセット印刷機とは大きく異なります。多くの企業が、シンプルなものから高度なものまで、さまざまな印刷機を提供しています。これらの印刷機は、手動式（ハンドベンチとも呼ばれる）、半自動式、全自動式の3種類に分類されます。ほとんどの印刷会社は、1台以上の半自動式または全自動式の機械を使用し、小ロット印刷やサンプル印刷には手動式の機械を使用します。
手動スクリーン印刷は、カルーセル、ハンドベンチ（どちらも俗にプレスと呼ばれることが多い）またはテーブル上で行うことができます。半自動および全自動の機械は、主に 2 つのカテゴリに分けられます。フラットベッドプリンター[ 15 ]（ポスター、アート印刷、その他の平らな基材）とカルーセルおよびオーバルマシン（衣類やその他のアパレル、その他の繊維製品など）です。これらは自動化の観点からは基本的に似ていますが、物理的な設置面積やアップグレードパスなどの点で異なります。[ 16 ]
これらの機械ははるかに高速で、空気圧縮機によって生成される空気圧を使用するか、電気モーターを使用してスキージを引き出し、パレットを回転および昇降させることで、作業から多くの手作業を排除し、UVを使用して画像を瞬時に硬化させます。その結果、作業者の疲労が大幅に軽減され、より安定した結果が得られます。
電子設計自動化では、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、上面と下面は他の層（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で記述されます。[ 17 ]これらのサービスプリントオーバーレイの一般的な名称には、/ aka / [ 18 ] [ nb 1 ]または/ （EAGLE）、/ （KiCad）、/ （TARGET）、/ （Fritzing）、/ （OrCAD）、/ （PADS）、/ （WEdirekt）[ 19 ]または/ （ガーバーおよびその他多数[ 20 ]）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は、プリントエレクトロニクスの分野で独自の地位を確立しています。その汎用性と厚いインク層を塗布できる能力は、導電性配線、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、高いスループット、低い製造コスト、フレキシブル材料を含む幅広い基材との互換性といった利点も備えています。これらの特性により、プリントエレクトロニクスデバイスの大規模生産において、スクリーン印刷は好ましい選択肢となっています。
スクリーン印刷はプリントエレクトロニクスにおいて計り知れない可能性を秘めている一方で、いくつかの課題も抱えています。微細な線解像度、先端材料との互換性、そして精密な位置合わせの必要性は、継続的な研究開発の機会となっています。しかしながら、インクの配合、装置、およびプロセスの最適化における絶え間ない進歩は、プリントエレクトロニクスをモノのインターネット（IoT）デバイスやエネルギーハーベスティングシステムなどに統合するなど、刺激的な未来の可能性を切り開いています。
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