ここでは 「ネジ締めを自動化する方法」 についてのメモをしています。
製造現場における生産性向上は常に追求されるべき重要なテーマで、特に多くの製品で必要とされるネジ締め工程は、単純作業でありながら品質とスピードが求められます。 このネジ締めの自動化を検討しているものの、具体的な方法や導入に伴う課題が分からず、一歩を踏み出せずにいる方も多くいる のではないかと思います。
正直、多種多様なネジ締め機の中から自社に最適なものを選ぶのは簡単ではありません。
この記事では、ネジ締めの自動化を実現するための具体的な方法から、導入における課題、さらにはコストや主要メーカーの比較まで、網羅的にメモをします。
ネジ締めの自動化を検討する前に知るべき基礎知識
ネジ締めの自動化を検討する上で、まず押さえておくべき基本的な知識をメモします。 自動化によって得られるメリットだけでなく、事前に把握しておくべき課題や、具体的な自動化手法の種類、さらにはボルトやナットといった関連部品の自動化についても触れていきます。
ネジ締め自動化の課題と導入で得られる効果
ネジ締め工程の自動化は、生産性向上に大きく貢献する一方で、いくつかの課題も存在します。したがって、メリットとデメリットの両方を理解した上で導入を検討することが大切です。
自動化で得られる主な効果（メリット）
自動化による最大のメリットは、生産性の飛躍的な向上です。 人手による作業では避けられない作業者ごとのスキル差や疲労による品質のばらつきをなくし、常に一定の品質を保つことが可能になります。 特に、ACサーボモーターを搭載したドライバーは、締め付けトルクや角度を精密に制御できるため、製品の信頼性を高めます。
また、ロボットを導入すれば24時間体制での連続稼働も実現でき、生産量を大幅に増やすことが可能です。 人件費の削減はもちろん、作業者を単純作業から解放し、より付加価値の高い業務へ配置転換できる点も大きな利点と考えられます。
自動化を導入する上での課題（デメリット）
一方、自動化には課題も伴います。 最も大きなハードルは、初期投資のコストだと思います。 自動化の規模によっては、数百万円から数千万円単位の設備投資が必要になる場合があります。 また、このコストには どう自動化していくかの設計費用も掛かってきます。
さらに、一度特定の製品に合わせて自動機を構築すると、多品種少量生産への対応が難しくなるケースも少なくありません。 製品のモデルチェンジや仕様変更のたびに、設備の段取り替えやティーチング（ロボットへの動作教示）が必要になり、かえって時間とコストがかかる可能性も考慮する必要があります。 このため、導入前に将来の生産計画まで見据えた検討が求められます。
ネジ締め自動化の具体的なやり方とは？
ネジ締めを自動化する方法は、一つだけではありません。 生産ラインの規模、扱う製品の種類、予算などに応じて、いくつかの選択肢の中から最適な方式を選ぶことになります。 主な自動化の手法は以下の通りです。
- 単軸自動ねじ締め機
1本ずつネジを締める方式で、汎用性が高いのが特徴 です。 ドライバーユニットを直交ロボットやスカラロボットなどに搭載し、プログラムされた位置へ移動して締め付けを行います。比較的小規模なラインや、締め付け箇所が少ない製品に適しています。 - 多軸自動ねじ締め機
複数のドライバーを搭載し、一度に2本以上のネジを同時に締め付ける専用機です。 特定の製品を大量生産する場合に非常に効果的 で、サイクルタイムを劇的に短縮できます。ただし、製品の形状に合わせて専用設計されるため、汎用性は低くなります。 - ねじ締めロボット（垂直多関節・スカラ）
人間の腕のような動きができる垂直多関節ロボットや、水平方向の動きに強いスカラロボットの先端にドライバーを取り付けて使用します。 複雑な形状のワークや、複数の異なる角度からの締め付けにも柔軟に対応できるため、汎用性が非常に高い方法 です。 - 協働ロボットによるねじ締め
安全柵を設置することなく、人と隣り合って作業ができる協働ロボットを用いる方法です。 省スペースで導入でき、既存の生産ラインにも組み込みやすいというメリットがあります。 作業者がワークをセットし、隣で協働ロボットがネジ締めを行うといった連携が可能です。
混同しやすいネジ締め機とネジ締めロボット違い
「ネジ締め機」と「ねじ締めロボット」は混同されがちですが、その役割と特性は明確に異なります。 両者の違いを理解することは、自社に適した自動化設備を選ぶ上で非常に重要です。
簡単に言うと、ネジ締め機は「ネジを締める」という特定の作業に特化した専用装置であり、ねじ締めロボットは「ロボットアーム」という汎用的なプラットフォームに、ネジ締めという機能を持たせたシステム です。
| 項目 | ネジ締め機（単軸・多軸ユニット） | ねじ締めロボット |
| 定義 | ねじ供給から締め付けまでの一連の動作を行う専用装置 | 産業用ロボットの先端にドライバー等のツールを取り付けたシステム |
| 得意なこと | 特定製品の高速・高精度な連続締め付け | 複雑な形状のワーク、多点・多角度からの締め付け |
| 汎用性 | 低い（専用設計が多い） | 高い（ティーチングで様々な動作に対応可能） |
| 柔軟性 | 低い | 高い（ツール交換で異なる作業にも対応可能） |
| 主な用途 | 同一製品の大量生産ライン | 多品種少量生産、複雑な組立工程 |
例えば、多軸ねじ締め機は一度に10本のネジを締めるような高速処理が可能ですがその製品専用となります。 一方、ねじ締めロボットは、プログラムを変更すれば、異なる製品の異なる位置にあるネジを順番に締めていくことができます。 どちらが優れているというわけではなく、生産形態に合わせて適切な方を選択する必要があります。
ネジ締めを電動ドライバーを使って半自動化するには？
ここで少し考え方を変えてみます。 「半自動化でやったらどうか」です。
全自動化には高いハードルを感じる場合でも、「半自動化」によって作業効率を大幅に改善することが可能 です。 これは、既存の作業者の手作業を補助する形で導入できるため、比較的低コストで始められるのが魅力です。
代表的な半自動化ツールとして、「ハンディ自動ねじ締め機」が挙げられます。 これは、ねじ供給機（フィーダー）からドライバーの先端までねじが自動的に圧送される仕組みになっており、作業者はねじを一本ずつ手で取る必要がありません。 締め付けたい場所にドライバーを当ててボタンを押すだけで作業が完了するため、作業スピードが向上し、ねじの取りこぼしといったミスも防げます。
また、「アームドライバ」も有効なツールです。これは、電動ドライバーをスプリングバランサーやアームで吊り下げる装置で、ドライバーの重量を作業者が支える必要がなくなります。これにより、作業者の疲労が大幅に軽減されるだけでなく、ドライバーを常に垂直に保ちやすくなるため、斜め締めといった締め付け不良の防止にも繋がり、品質の安定に貢献します。
ボルトやナット締めの自動化方法はある？
ネジだけでなく、ボルトやナットの締め付け作業も自動化が可能です。 基本的な考え方はネジ締めと同様で、専用の締め付けツールと供給装置を組み合わせることで実現します。
ボルトやナットの締め付けには、「ナットランナー」と呼ばれる専用ツールが広く用いられます。 特に自動車産業など、高い締め付けトルクと信頼性が求められる分野では、トルクと角度を精密に管理できる電動サーボナットランナーが主流です。 このナットランナーをロボットに搭載することで、人が作業しにくい角度からの締め付けや、重量のあるツールの取り扱いも自動化できます。
供給に関しても、「ナットフィーダー」や「ボルトフィーダー」と呼ばれる専用のパーツフィーダーが存在します。 これらの装置は、ばらばらの状態で投入されたナットやボルトを、振動などを利用して向きを揃え、ロボットが掴みやすいように1つずつ供給する役割を担います。 ダイヘン社の事例では、M6からM10のボルトやM8ナットの締め付けを、ツールチェンジャー付きのロボット1台で自動化しています。（出典：https://www.daihen-robot.com/event/irex2023/area_purple.html）
最適なネジ締め 自動化を実現するための選定ガイド
ネジ締め自動化の基礎を理解したところで、次に自社のラインに最適な機器を選定するための具体的なガイドをメモします。 自動機の心臓部であるユニットの構造から、システム全体を構成する周辺機器、そして最も気になる価格帯や主要メーカーの特徴まで、選定プロセスで欠かせない情報を詳しく見ていきます。
自動ネジ締め機を構成する主要ユニットの構造
自動ねじ締め機は、複数の専門的なユニットが組み合わさって一つのシステムとして機能しています。 その中心となるのは、主に「ドライバー部」「昇降部」「ねじ供給部」「コントローラー部」の4つです。
ドライバー部
文字通り、ねじを回転させて締め付ける、システムの心臓部です。 現在では、締め付けトルクや回転数、角度などをプログラムで細かく制御できるACサーボモーターを搭載したタイプが主流 となっています。これにより、部材を傷つけずに高品質な締め付けを実現します。
昇降部（Z軸）
ドライバー部を上下に動かし、ワーク（対象物）にねじを締め込むための機構です。 駆動方式には、圧縮空気を利用する「エアシリンダ駆動タイプ」と、モーターで駆動する「サーボモーター駆動タイプ」があります。 サーボモーター駆動タイプは、下降速度や押し付け力（推力）を締め付け工程に応じて変化させることができ、より繊細で高品質な締め付けが可能です。
ねじ供給部（スクリューフィーダー）
タンクやボウルに投入されたねじを自動で整列させ、ドライバーの先端まで1本ずつ確実に供給する装置です。 ボウル内でねじを振動させて送り出す「ボウル式」や、チューブを通してエアで圧送する「圧送式」など、いくつかの方式があります。
コントローラー部
上記の各ユニットの動作を統合的に制御する、システムの頭脳にあたる部分です。 締め付け条件のプログラム設定、各センサーからの情報受信、異常検知、外部機器との通信など、自動化システム全体の司令塔としての役割を担います。
ねじ締め自動化に必要な構成と周辺機器
ネジ締め自動化システムは、前述の主要ユニットだけで完結するわけではありません。 安定的かつ安全な自動化ラインを構築するためには、目的に応じて様々な周辺機器を組み合わせる必要があります。
まず、単軸のねじ締めユニットを導入する場合、それを動かすための搬送機構が不可欠です。 具体的には、X軸（横）とY軸（縦）方向にユニットを移動させる「直交ロボット」や、水平方向にアームが旋回する「スカラロボット」などが用いられます。 これらによって、複数の点を順番に締め付けるといった動作が可能になります。
次に、品質管理を高度化するためには各種センサーが重要です。 例えば、カメラでワークの位置を認識し、多少の位置ズレがあってもロボットが自動で補正して締め付けを行う「ビジョンセンサー」や、締め付け後にねじの頭が浮いていないかを検知する「ねじ浮きセンサー」などがあります。
さらに、産業用ロボットを使用する際には、作業者の安全を確保するための「安全対策機器」が法律で義務付けられています。 ロボットの稼働エリアに人が立ち入れないようにするための「安全柵」や、人が近づくとロボットを停止させる「エリアセンサー」などがこれにあたります。 ただし、近年普及が進む「協働ロボット」は、人との接触を検知して自動停止する機能を持つため、原則として安全柵なしで設置が可能です。
そして、工場のスマート化（スマートファクトリー）を目指す上で欠かせないのが、MES（製造実行システム）との連携機能です。 締め付け完了ごとのトルク値や角度といったデータを収集・記録し、MESに送信することで、全製品の締め付け品質を追跡できるトレーサビリティ体制を構築 できます。
機種で大きく異なる自動ネジ締め機 価格
ネジ締め自動化の導入コストは、どのレベルの自動化を目指すかによって大きく変動します。価格帯は非常に幅広く、数万円のツールから数千万円規模のシステムまで様々です。
最も手軽なのは、手作業を補助する「半自動化」です。 単機能の電動ドライバーであれば数万円から、ねじを自動供給するスクリューフィーダーも5万円程度から市販されています。これらを組み合わせるだけでも、作業効率は大きく改善します。
次に、ロボットなどに搭載する「単軸ねじ締めユニット」本体の価格は、一例として70万円台から提供されています。 ただし、これはあくまでユニット単体の価格であり、実際に稼働させるには、前述のコントローラー、ロボット、センサー類などの費用が別途必要 です。
本格的な「ロボットシステム」を導入する場合、コストはさらに上がります。ロボット本体の価格相場は、協働ロボットで100万～500万円、一般的な産業用ロボットで300万～500万円程度です。これに加えて、ロボットがねじを掴むためのハンド、ロボットを設置する架台、各種センサー、安全柵などのハードウェア費用がかかります。日東精工が提供するねじ締めロボットシステムは、参考価格として100万円～500万円の範囲で提示されていますが、これも構成によって変動します。
重要なのは、これらのハードウェア費用に加えて、システム全体の設計、構築、ロボットへの動作教示（ティーチング）などを行うシステムインテグレータ（SIer）への「エンジニアリング費用」が発生する点です。トータルコストを考える際は、これらの費用も必ず含めて予算計画を立てる必要があります。
主要なネジ締め機を提供しているメーカー一覧
ネジ締め自動化の分野では、それぞれに強みを持つ多くのメーカーが多様な製品を開発・販売しています。 自社のニーズに最適な製品を選ぶためには、各メーカーの特徴を把握することが近道です。 ここでは、代表的なメーカーとその特徴をメモします。
| メーカー名 | 特徴 |
| 日東精工株式会社 | ねじ製品の製造から自動組立機までを一貫して手掛ける、業界のリーディングカンパニー。ハンディタイプからロボットシステムまで、あらゆるニーズに対応する圧倒的な製品ラインナップを誇る。 |
| 株式会社エスティック | 高精度なトルク管理・制御技術に強みを持つ。特に、締め付け時の押し付け力を制御できる単軸ロボットや、高精度な電動ナットランナーで定評がある。 |
| 株式会社ハイオス | 精密機器に使われる小径ねじの締め付けを得意とするメーカー。ブラシレスモーター搭載の高性能電動ドライバーが主力。横締めや斜め締めに強い特殊ねじ「インタトルク」も開発している。 |
| 株式会社ダイヘン | 産業用ロボットの大手であり、溶接技術で培ったノウハウを活かした堅牢なねじ締めシステムを提供。ツールチェンジャーを活用し、1台のロボットで多種類のボルトやナットに対応するシステムなどを得意とする。 |
| デルタ電子株式会社 | サーボモーターや制御技術を応用した「スマートネジ締めシステム」を展開。締め付けデータの収集・管理（トレーサビリティ）や、MESとの連携機能に優れ、スマートファクトリー化に貢献する。 |
| 蛇の目ミシン工業株式会社 | ミシンの精密制御技術を応用した卓上型ロボットを開発。ねじ締め専用のソフトウェアを搭載し、簡単な操作で自動化を実現できる点が特徴。 |
この他にも、瓜生製作所やヨコタ工業など、特色ある製品を提供するメーカーが多数存在します。製品選定の際には、複数のメーカーから情報を収集し、比較検討することをお勧めします。
まとめ：最適なネジ締め 自動化の進め方
ネジ締めの自動化には多様な選択肢があり、その導入は生産性向上に大きく貢献します 。しかし、その効果を最大化するためには、計画的なアプローチが不可欠です。 最後に、最適な自動化を実現するための進め方を要点としてまとめます。
- まず自社の現状の課題（品質のばらつき、生産性の低さ、人件費の高騰など）を明確にする
- 自動化によって何を達成したいのか、具体的な目的を設定する
- 自動化の対象となるワーク（ねじのサイズ、種類、材質、締め付け箇所）を正確に把握する
- 必要な生産量や目標とするサイクルタイム（タクトタイム）の要件を整理する
- 手作業を補助する半自動化か、完全な無人化を目指す全自動化か、目指すレベルを決定する
- 単軸ユニット、多軸専用機、ロボットシステムなど、生産形態に最も適した方式を比較検討する
- 設置に必要なスペースや、既存の生産ラインとの物理的な連携が可能かを確認する
- ねじ供給機、各種センサー、安全柵など、システム全体で必要となる周辺機器をリストアップする
- 製品の信頼性確保のために、どのレベルのトルク管理やトレーサビリティが必要かを判断する
- 機器本体の価格だけでなく、設計・構築費用も含めたトータルの導入コストで予算を計画する
- 1社に絞らず、複数のメーカーやシステムインテグレータに相談し、提案内容を比較する
- 各社の導入事例を参考に、自社のケースに近いものを探して成功のヒントを得る
- 可能であれば、メーカーのショールームなどでデモ機によるテストを行い、実現性を確認する
- 長期的な運用を見据え、操作のしやすさやメンテナンス性も重要な選定基準に加える
- 将来の製品モデルチェンジなどを想定し、ある程度の変化に対応できる柔軟性も考慮に入れる
公的、もしくは信頼性の高いサイト
ネジ締め自動化やロボット産業全般に関する、信頼性の高い情報を提供している業界団体のサイトです。参考にしてみてください。
- 一般社団法人 日本ロボット工業会 (JARA)
日本のロボット製造企業が加盟する主要な業界団体です。ロボット産業に関する統計データやビジョン、会員企業リストなどを公開しており、業界全体の動向を把握する上で非常に信頼性が高い情報源です。- URL: http://www.jara.jp/
- 一般社団法人 FA・ロボットシステムインテグレータ協会 (JARSIA)
ロボットシステムの導入を支援する専門家集団（システムインテグレータ）の協会です。自動化設備の導入を具体的に検討する際に、相談先となる企業を探したり、自動化に関する相談をしたりすることができます。
導入事例を掲載しているサイト
実際にネジ締め自動化を導入した企業の具体的な事例を紹介しているメーカーや関連企業のサイトです。自社の課題に近い事例を見つけることで、導入後のイメージを具体化するのに役立ちそうです。
- 株式会社エスティック
「導入事例」のページが非常に充実しており、自動車部品や電機・電子業界など、多岐にわたる分野でのネジ締め自動化事例が紹介されています。スカラロボットやマイクロナットランナを使用した具体的な課題解決策が掲載されており、参考になります。 - 株式会社ハイオス
「ユーザー訪問企画」として、日立グローバルライフソリューションズ様や富士フイルムマニュファクチャリング様といった大手企業での導入事例を詳しく紹介しています。現場の担当者が語る導入の経緯や効果が具体的に記述されており、実践的な情報が得られます。 - 日東精工株式会社
ねじ製品から自動組立機まで手掛ける同社の「実績・事例」ページです。自動車、家電、情報機器など、様々な業界の組立工程で同社の製品がどのように活用されているかを知ることができます。 - 川崎重工業株式会社（ロボットディビジョン）
双腕スカラロボット「duAro」を導入し、ネジ締め作業の自動化に成功したフジセン技工様の事例が紹介されています。手作業と比較して作業時間が半減した効果など、具体的な成果が記載されています。 - オリエンタルモーター株式会社
自社製のモーターと直交ロボットを組み合わせて、手作業で行っていたネジ締めを自動化した内製装置の事例です。装置のコンパクト化や作業者負担の軽減といった、具体的な改善点が写真付きで分かりやすく解説されています。
以上です。