プラスチックへのスクリーン印刷
重要ポイント
- プラスチックの印刷方式の中で最も厚い8～30 µmの印刷膜が得られるため、濃色樹脂への不透明な白印刷で他方式を圧倒します。
- メッシュ数とステンシルの厚みが印刷膜厚を、テンションとオフコンタクトがエッジの品質を決めます。
- ポリオレフィンは、38～44 dyne/cmまでの前処理が必要です。ABS、PS、PC、PMMA、PVCは成形したままで印刷できます。
- 固定の図柄で、平面または単曲面の部品に適しています。可変データはインクジェットまたはレーザーの領域です。
プラスチックへのスクリーン印刷
スクリーン印刷とは、張力をかけたメッシュに保持されたステンシルの開口部から、スキージでインクを押し出し、スクリーンの下に置いたプラスチック部品に8～30 µm厚のインク膜を形成する加飾工法です。メッシュは部品の数ミリ上に離して配置され、スキージの通過後にスクリーンが剥がれることで、インクがきれいに切れて転写されます。
平面機は部品をスクリーンと平行に保持し、円筒機は部品を表面速度が一致するよう回転させながら、固定したスキージの下でスクリーンを移動させます（ボトル、チューブ、カップ、シリンジ）。円錐機は図柄を弧状に歪ませ、部品を傾けることで、最大約15°のテーパーでもスクリーンに対して接線状に保ちます。
メッシュ、ステンシル、インク膜厚
メッシュは平織りのモノフィラメントポリエステルで、糸数が開口面積と膜厚を、糸径が解像度を決めます。フレームには18～30 N/cmで接着し、約15 N/cmを下回った時点で交換します。張力が緩んだスクリーンは、剥離時にエッジをにじませるためです。ステンシルは感光乳剤またはキャピラリーフィルムで、メッシュ厚の10～20%の乳剤厚（EOM）を加え、面粗さをRz 5 µm以下にすることで、エッジが糸の凹凸をなぞらず、部品に密着して封止されます。
プラスチック用インクシステム
インクは色ではなくシリーズで指定します。各シリーズは樹脂ファミリーと硬化方式ごとに配合されており、ABSで合格したインクがPETでは不合格になることがあります。
プロセスパラメータ
各設定は相互に影響し、補正のたびにエッジの鮮鋭さが損なわれます。最初にテンションとオフコンタクトを設定し、スキージの調整は最後にしてください。
基材の準備と設計ルール
表面エネルギーは38～44 dyne/cmを目標とします。ABS、PS、PC、PMMA、PVCは成形したままで到達しますが、29～31 dyne/cmのポリプロピレンとポリエチレンは到達しません。成形品やボトルには火炎処理や大気圧プラズマ処理を、シートやフィルムにはコロナ処理を行います。処理効果は減衰するため、試験で確認した有効時間内に印刷し、プレス側でダインテストにより確認し、余裕度は表面エネルギー計算ツールで見積もってください。
シリコーン離型剤はどのシリーズも無効にします。離型剤を使わない成形か、バリデーション済みの洗浄を指定してください。イオナイザーによるエアブローと45～55%の相対湿度で、剥離時に糸引きを起こしたり埃を引き寄せたりする静電気を制御します。
- 最小線幅。355～420メッシュとUVインクの組み合わせで、ポジ線は0.1～0.15 mm、白抜き線は両側からインクが流れ込むため0.2～0.25 mmです。
- 見当（レジストレーション）。ピン固定した治具で±0.1～0.2 mm、多色印刷のトラップは0.2～0.3 mmとし、位置決めは成形形状で行い、パーティングラインでは行わないでください。
- ハーフトーン。45～85 lpi、メッシュは線数の4倍以上、階調は10～90%、角度はメッシュに対して22.5°ずらしてください。
- 曲率。一定の半径または単一のテーパーとし、複合曲面や凹部はパッド印刷で対応します。ゲート、パーティングライン、ヒケの位置には、画像を置かないでください。
欠陥とトラブルシューティング
スクリーン印刷加飾の仕様化と検証
「スクリーン印刷、白」では何も指定したことになりません。図面には、インクのシリーズと品番、樹脂グレード、前処理とdyne目標、メッシュ数、乾燥膜厚、基準面、時期を含む合否試験を記載してください。溶剤系や2液型インクは数日間硬化が進むため、プレス側の試験ではほとんど何も証明できません。
- 密着性。ASTM D3359 Method Bを、UVインクは24時間後、溶剤系インクは72時間後に実施し、テープと最低クラス（通常は4B）を明記します。
- 耐摩耗性。Taber（ASTM D4060、CS-10）またはクロックメーターで規定のサイクル数まで評価し、鉛筆硬度（ASTM D3363）で硬化状態を確認します。
- 耐薬品性と耐候性。製品が接触する流体（日焼け止め、DEET、消毒剤、IPA）を用いたASTM D1308のスポット試験、屋外部品にはASTM G154を実施します。
パッド印刷は複合曲面に対応しますが、膜厚は4～8 µmです。インクジェットは5～15 µmで可変のフルカラー印刷ができますが、厳密な表面エネルギー管理が必要です。ホットスタンプは硬化なしで鏡面調のメタリックが得られます。インモールド加飾は耐久性に優れますが金型コストが最も高く、レーザーマーキングは永久的で可変ですが白色は出せません。スクリーン印刷は、不透明度、膜厚、量産時のコストで優位に立ち、部品ごとに図柄が変わる場合は不利になります（加飾方法の比較を参照）。
関連用語と参考情報
量産への適用について
The Sabreen Groupは、スクリーン印刷の認定、インクと前処理の選定、加飾の密着不良のトラブルシューティングに関して、独立した立場でエンジニアリング支援を提供しています。プロセスの仕様決定、材料の認定、量産上の問題のトラブルシューティングをご検討中のお客様は、当社のエンジニアリングサービスチームがお手伝いいたします。ご相談の際は、お問い合わせください。
よくある質問
プラスチックへのスクリーン印刷では、メッシュ数はいくつにすべきですか？
UVインクには305～355本/インチのメッシュで10～15 µmが得られ、大半の文字や図柄に対応します。溶剤系インクやベタ色には200～260、不透明な白や導電性インクには110～160に下げ、ハーフトーンや0.1 mmの線には380～420を使いますが、不透明度は犠牲になります。
ポリプロピレンにスクリーン印刷はできますか？
できますが、成形したままではできません。29～31 dyne/cmでは、標準的なインクは濡れません。火炎処理または大気圧プラズマ処理で42～44 dyne/cmまで処理し、処理の有効時間内に印刷し、ポリオレフィン対応のUVまたは2液型シリーズを使用してください。移行するスリップ剤が有効時間を短縮するため、樹脂ロットごとに確認してください。
UVスクリーン印刷が、プレス側のテープ試験には合格しても、後から不合格になるのはなぜですか？
多くの場合、タックチェックでは見逃される厚い膜や不透明膜の内部の硬化不足、疎水性回復や添加剤の移行によって失われた、ぎりぎりの表面エネルギー、あるいは日焼け止めや皮脂が耐薬品性のない膜を侵すことが原因です。ラジオメーターで照射量を測定し、24時間後に試験し、実際に接触する流体でASTM D1308を実施してください。
プラスチック部品のスクリーン印刷では、どこまで細い線を維持できますか？
光沢面で420メッシュ、キャピラリーフィルムのステンシル、硬いスキージを使えば、ポジ線で約0.1 mmです。量産上無理のない限界は0.15 mmです。白抜き線は両側からインクが流れ込むため、0.2～0.25 mmが必要です。テクスチャ、曲面、溶剤系インクはそれぞれ線幅を増やすため、限界は量産部品で確認してください。
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スコット・サブリーン（Scott Sabreen）— 社長兼チーフエンジニア、30年以上の経験。お客様のアプリケーションと SABREEN のソリューションについて、無料・無償でご相談いただけます。最も難しい課題をぜひお寄せください。
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