ネジの締め忘れや締付トルクのばらつきを抑えたい、繰り返し行うネジ締め作業を省人化したい、多点のネジ締めを自動化したい。このような課題への対策として、ネジ締めロボットの導入が検討されています。

ネジ締め工程をロボット化する際に重要なのは、ロボット本体だけを選定することではありません。実際の設備では、ロボット、電動ドライバ、ネジ供給機、ワークを固定する治具、センサー、制御などを組み合わせて、一つのネジ締めシステムとして構築します。

そのため、導入前にはネジの種類や締付条件だけでなく、ワークの位置決め、ネジの供給方法、サイクルタイム、前後工程との受け渡しまで整理しておくことが重要です。

本記事では、ネジ締めロボットの仕組みや導入メリット、自動化に必要な設備、導入前に確認したい条件と進め方について解説します。

ネジ締め工程の自動化をすぐに検討したい方へ

TMCシステムでは、装置構想のお打ち合わせ段階から自動化設備のご相談に対応しています。導入可否や設備構成について相談したい方、見積もりをご検討中の方もお気軽にお問い合わせください。

 

ネジ締めロボットとは

ネジ締めロボットとは、ロボットに電動ドライバなどの締付工具を組み合わせ、指定した位置へ移動しながらネジ締めを自動で行うシステムです。

複数箇所への締付や、異なる位置・方向への移動を自動化でき、ワークや生産条件に応じてさまざまな構成が検討できます。

 

ネジ締め機とネジ締めロボットの違い

「ネジ締め機」という言葉にはさまざまな装置が含まれますが、ここでは固定された位置でネジ締めを行う専用設備と、ロボットを利用したネジ締め設備を比較します。

専用設備は、決められた位置・動作を繰り返す工程に適した構成を取りやすい一方、ロボットを利用すると、複数のネジ位置へ移動したり、姿勢を変えて異なる方向から締め付けたりする構成を取りやすくなります。

どちらが適しているかは、生産量、ネジ位置、ワーク形状、品種数、必要なサイクルタイムなどによって異なります。

 

産業用ロボットと協働ロボットのどちらを使うか

ネジ締めには、産業用ロボットと協働ロボットのどちらも利用できます。

選定時には、必要な処理速度、可搬質量、リーチ、動作範囲、締付方向、設置スペースのほか、人とロボットがどのように作業空間を共有するかなどを確認します。

協働ロボットを使用する場合でも、安全対策の考え方はシステム構成や使用条件によって異なります。ロボット本体だけでなく、工具やワーク、周辺設備を含めて安全性を検討することが必要です。

産業用ロボットと協働ロボットの特徴や使い分けについては、関連記事で詳しく解説しています。

関連記事：人手不足と品質向上を同時に解決する協働ロボット活用術：製造業の現場改善に向けた実践ガイド

 

ネジ締めロボットの仕組みと必要な機器

ネジ締め工程の自動化では、ロボット本体だけでなく、工程に応じた周辺機器を組み合わせてシステムを構築します。ここでは、主な構成要素とそれぞれの役割を説明します。

 

ロボット

ロボットは、電動ドライバなどの締付工具をネジ位置まで移動させる役割を担います。

選定時には、ネジを締める位置や方向、ワークの大きさ、必要な動作範囲などを確認します。周辺設備と干渉せずに目的のネジ位置へアクセスできるかも重要です。

ワーク上に複数のネジがある場合や、側面・斜め方向などから締める場合は、必要な姿勢を取れるかまで確認します。

 

電動ドライバ・ナットランナ

ロボットがネジ位置まで移動しても、実際にネジを締めるのは電動ドライバやナットランナなどの締付工具です。

対応するネジ、必要な締付トルク、回転数、締付条件の設定方法、締付結果の出力機能などを確認して選定します。

締付品質の管理まで行う場合は、締付結果を取得できる機器や、制御システムと連携できる構成を検討します。

 

ネジ供給機

ネジの供給まで自動化する場合は、ネジ供給機を組み合わせます。

供給されたネジを締付工具へ送る方式や、ロボットが供給機まで移動してネジをピックアップする方式などがあり、ネジの種類や設備構成に応じて供給方法を検討します。

実際のネジ締め自動化設備でも、ロボットがネジ供給機へ移動してネジを取得し、その後ワークへ戻ってネジ締めを行う構成があります。

 

治具・位置決め

治具は、ワークを決められた位置・姿勢に保持する役割を担います。

ワーク位置が変わると、登録したネジ位置と実際のネジ穴との位置関係にも影響します。そのため、ロボットだけでなく、ワークの固定・位置決めもネジ締めシステムの一部として設計します。

複数品種を扱う設備では、治具交換や位置補正をどのように行うかも構成要素の一つです。

 

センサー・カメラ・制御

設備構成によっては、センサーやカメラを使ってワークの有無、位置、品種などを確認します。

たとえば、コンベアで搬送されたワークをセンサーで停止・位置決めしたり、品種情報を読み取ってネジ締め位置や条件を切り替えたりする構成があります。

ロボット、締付工具、コンベア、センサーなどを組み合わせる場合は、それぞれの動作を連携させるための制御も必要になります。

 

ネジ締め工程をロボット化するメリット

ネジ締め工程をロボット化することで、作業の省人化だけでなく、作業手順の安定化や締付データの活用につなげられる場合があります。

 

ネジ締め作業を省人化できる

ネジ締めは、同じ動作を繰り返すことが多い工程です。

こうした作業をロボットへ任せることで、作業者が常時ネジ締めを担当する必要がなくなり、ほかの組立作業や検査、設備管理などへ作業範囲を見直せます。

省人化の効果は、ネジ締めだけでなく周辺作業をどこまで自動化するかによっても変わります。

 

締め忘れや締付条件のばらつきを抑えやすい

ロボットと締付工具を連携させ、決められた位置・手順・条件に基づいてネジ締めを行うことで、手作業による締め忘れや作業のばらつきを抑えやすくなります。

ただし、ロボットを導入するだけで締付不良を防げるわけではありません。ワークの位置決め、工具、ネジ供給、締付条件などを含めた設備設計が必要です。

 

締付結果を品質管理に活用できる

使用する締付工具や制御システムによっては、締付時のトルクなどの情報を記録して品質管理へ活用できます。

ロボットの位置情報と締付工具から取得したデータを紐づければ、どの位置でどのような条件で締付を行ったかを管理できる構成も可能です。

締付データを活用したい場合は、必要な情報を取得・保存できる設備構成にしておくことが重要です。

実際の製造現場で、どのような課題に対して装置を導入しているのかを確認したい方は、TMCシステムの装置導入事例集をご覧ください。現場課題、装置による解決内容、検討から稼働までの導入ステップなどを紹介しています。
 

 

ネジ締めロボットを導入しやすい工程・追加検討が必要な工程

ネジ締め作業そのものをロボットで行えても、工程条件によって設備構成や自動化の難易度は変わります。

 

項目	導入を検討しやすい条件	追加検討が必要な条件
ネジ位置	位置・方向が明確	位置・方向のばらつきが大きい
ワーク	安定して位置決めできる	位置・姿勢が安定しない
ネジ	種類やサイズがある程度限定される	多種類のネジや供給方法への対応が必要
締付条件	条件を数値・手順として定義できる	作業者の感覚に依存している
サイクルタイム	ロボット移動や供給を含めて目標を満たせる	非常に短いタクトが要求される
前後工程	搬入・搬出方法が明確	ワーク供給・受け渡しが安定しない

「追加検討が必要な条件」に該当する場合でも、自動化できないとは限りません。

カメラやセンサーによる位置補正、品種判別、治具交換などを組み合わせることで対応できる場合があります。

重要なのは、ロボットを選ぶ前に、現在の工程で自動化の妨げになりそうな条件を把握することです。

ネジ締めだけでなく、組立工程全体をどこまで自動化するか検討している場合は、完全自動化と半自動化の違いや判断基準について関連記事で詳しく解説しています。

関連記事：組立自動化の最適解とは？完全自動化と半自動化の違いと選定基準

 

ネジ締めロボット導入前に確認したい条件

設備構成を決めるには、現在の作業条件を具体的な要求へ落とし込む必要があります。

 

ネジ・ワーク・締付条件

ネジの種類・サイズ・本数、締付位置・方向、必要な締付条件、ワークの形状・寸法・重量などを整理します。

複数の製品を一台で生産する場合は、品種によってネジや締付位置がどの程度変わるかも確認します。

 

ワークの位置決めと治具

現在の工程で、ワークをどのように投入・固定しているかを確認します。

既存治具を利用できるのか、新たに位置決め機構が必要なのか、品種切り替え時に治具交換が必要なのかといった条件を整理します。

 

ネジの供給方法

ネジ締めだけをロボット化するのか、ネジ供給まで自動化するのかを決めます。

供給まで自動化する場合は、使用するネジの種類、供給方法、設備への補充方法なども確認します。

「ネジ締めだけ」なのか「供給から締付まで」なのかによって、自動化できる範囲と設備構成は変わります。

 

サイクルタイムと品種切り替え

技術的にネジを締められるだけでなく、要求する生産能力を満たせるかを確認します。

ネジの供給、ロボット移動、締付、次の位置への移動などを含めてサイクルタイムを検討します。

多品種の場合は、品種変更時にネジ、締付位置、治具、プログラムなどのうち、何を切り替える必要があるかも整理します。

 

締付結果の判定・記録

締付完了だけを確認するのか、締付結果を保存するのかを決めます。

製品単位で履歴を残す場合は、ワーク情報と締付データをどのように紐づけるか、どの情報を保存するかまで要求仕様として整理しておきます。

 

安全・レイアウト・前後工程

ロボットの設置スペースだけでなく、人の動線、周辺設備との干渉、ワーク搬入・搬出方法、安全対策などを工程全体で確認します。

実際のラインでは、

ワーク搬入 → 位置決め → ネジ供給 → ネジ締め → 確認・検査 → 搬出

という一連の工程を考える必要があります。

 

ネジ締めロボット導入の進め方

導入条件を整理したら、実際の設備構想へ落とし込みます。

 

1．現在の工程と課題を整理する

まず、現在のネジ締め工程で何が課題になっているかを確認します。

締め忘れ、作業負荷、品質のばらつき、サイクルタイムなどを整理し、ネジ締めロボットを導入して何を改善するのかを明確にします。

 

2．自動化する範囲を決める

ネジ締めだけを自動化するのか、ネジ供給、ワーク搬送、位置決め、検査まで含めるのかを決めます。

工程全体を一度に自動化するのではなく、対象工程を限定して段階的に導入する方法もあります。

 

3．設備構想と使用機器を検討する

自動化範囲をもとに、ロボット、締付工具、ネジ供給機、治具、センサーなどを組み合わせて設備構想を検討します。

各機器単体の性能だけでなく、一連の工程として必要な動作やサイクルタイムを満たせるかを確認します。

 

4．必要に応じて実機・ワークで成立性を確認する

不確定な要素がある場合は、実際のワークを使用して事前検証を行う方法があります。

ネジ締めだけでなく、ネジ供給、ワークの位置決め、ドライバのアクセスなど、設備として成立するかを確認します。

 

5．設備を製作・調整して導入する

構想が固まったら、機械・電気・制御などを設計し、設備を製作します。

ロボットのティーチングや制御プログラムの調整、周辺機器との連携確認を行い、実際の生産条件で設備全体の動作を確認します。

設備の依頼先をこれから検討する場合は、自動化設備メーカーを選ぶ際の確認ポイントも関連記事で解説しています。

関連記事：自動化設備メーカーの選び方｜自社に合う依頼先を見極めるポイント

 

TMCシステムの組立工程自動化

TMCシステムでは、組立・搬送・検査などの自動化設備について、装置構想のお打ち合わせから設計開発、据付、保守・メンテナンスまでトータルで対応しています。

自動搬送、精密組立、各種精密検査のほか、検査情報のロギングや取得データによる品質判定など、装置開発の知見を活用した設備提案にも対応しています。

TMCシステムの既存記事でも、多品種少量生産における部分自動化の対象となる共通工程の一例として「ネジ締め」を紹介しています。

ネジ締め工程の自動化を検討する際も、単一の機器だけを見るのではなく、ワーク搬送、位置決め、治具、前後工程との連携を含めて設備構成を考えることが重要です。

 

まとめ

ネジ締めロボットは、ロボットに電動ドライバなどの締付工具を組み合わせ、ネジ締め工程を自動化するシステムです。

導入する際は、ロボット本体だけでなく、締付工具、ネジ供給機、治具、ワークの位置決め、センサー・制御、前後工程まで含めて設備として検討することが重要です。

まず現在のネジ締め工程と課題を整理し、どこまで自動化するのかを決めたうえで、必要な設備構成へ落とし込んでいきます。

TMCシステムでは、ネジ締めを含む組立工程の自動化について、装置構想のお打ち合わせ段階からご相談いただけます。

ネジ締め工程の省人化・自動化をご検討の方は、お気軽にご相談ください。