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チタン（Titanium）とは、鉄よりも軽く、アルミより強く、ステンレスよりも錆びない、という特徴があり、実用金属の中でトップクラスの性能を持っている優秀な金属です。

航空宇宙産業から医療機器、身近なアクセサリーにいたるまで幅広く使われている一方で、価格が高く、加工が非常に難しいという大きなデメリットもあります。

 

この記事では、大阪で金属加工のコーディネートをしているプロの目線から、チタンの基礎知識やメリット・デメリットをまとめました。加えて、ステンレスやアルミとの違いや、コストに見合うチタンの選び方までを分かりやすく解説します。

 

 

チタンとはどんな金属？主要な金属と比較

 

チタンの特性を理解するには、他の金属と比べるとわかりやすいです。そこで、金属加工でよく使用されている鉄・アルミニウム・ステンレスの3つとチタンを比較して一覧にしました。

 

 

一覧表の通り、チタンは耐食性と比強度（重さに対する強さ）において圧倒的な高さを誇っています。しかし、コストと加工性においてはほかの金属に劣るため、チタンの利用には適材適所で見極めは不可欠なのです。

 

 

チタンの特徴

 

▲新進がコーディネートしたチタン製品

 

チタンには様々な性質がありますが、それらは良い面と悪い面の2つに分類できます。まずメリットから紹介しましょう。

 

メリット3選

 

チタンの代表的なメリットは次の通りです。

 

 

鉄の約半分の軽さで同等の強度（高比強度）

チタンの最大の利点は、軽くて強いということです。チタンの比重は約4.5で、鉄（約7.8）の約60％という軽さになります。

 

それにもかかわらず、引張に対する強さは鉄と同等以上です。この比強度（密度あたりの強度）が実用金属の中でトップクラスであるため、航空機のエンジンやレーシングカーなどの極限の軽量化が求められる分野で重宝されています。

 

 

プラチナと同等の錆びにくさ（優れた耐食性）

チタンは、海水や酸に対して非常に強い耐食性を持っています。これは、チタンが空気中の酸素と触れると、表面に不働態被膜と呼ばれる強固な酸化膜を一瞬で作るためです。

 

この膜は傷がついても酸素があればチタン自身で修復できるため、海中設備や化学プラントでも半永久的に錆びを予防できます。

 

 

人体に優しくアレルギーを起こしにくい（生態適合性）

チタンは金属アレルギーを起こしにくいため、人体にとって非常に安全な金属とされています。

汗や体液に触れても金属イオンが溶け出さないので、医療分野では人工骨やインプラント、ピアスや腕時計のバンドなど幅広く使用されています。

 

 

デメリット3選

 

チタンの代表的なデメリットは次の通りです。

 

 

材料費や製造コストが圧倒的に高い

チタンの最大の欠点は、材料価格がステンレスやアルミと比べると圧倒的に高いことです。

 

チタンの鉱石そのものは地球上に豊富に存在していますが、そこから純粋なチタンを取り出す精錬工程で莫大な電力と長い時間を消費しています。これにより価格が大きく跳ね上がるので、コストダウンが必要な製品には不向きです。

 

 

切削加工や溶接が非常に難しい

チタンは、削ったり穴を開けることがとても難しい金属（難削材）とされています。チタンは熱伝導率が低く、加工時の摩擦熱が刃先に集中しやすいです。

 

これにより、工具がすぐにボロボロになり、溶着により加工表面がガタガタになるおそれもあります。チタン加工の専門業者であっても、刃物の選定や切削速度に緻密なコントロールが不可欠です。

 

 

 

 チタンの種類：純チタンとチタン合金の違い

 

▲新進がコーディネートしたチタン製品

 

チタン材を部品として採用する際、まずは純チタンとチタン合金の2種類から選定する必要があります。それぞれで性質が異なるため、正しく把握して使い分けることが重要です。

 

 

純チタン

 

純チタンは、不純物を極力減らした純度99％以上のチタンです。JIS規格により1種から4種に分類されています。

 

チタン合金と比べると柔らかいため、プレス加工や曲げ加工がしやすいのが特徴です。耐食性が最も高いので、強度よりも錆びないことが優先される化学プラントのタンクなどに使われています。

 

 

 

チタン合金

 

チタン合金は、純チタンにアルミやバナジウムを添加して、強度を劇的に引き上げた素材です。チタン合金で有名な64チタン（Ti-6Al-4V）は、純チタンの約3倍の強度を誇っています。

 

航空機の部品や医療用の人工関節など、極限の強度が求められる環境で使用されています。ただし、加工が難しく、コストが高いというデメリットもあります。

 

 

 

チタンと他の金属の違いを徹底比較

 

製品を設計する際、どの金属を使用すべきか迷うケースは多いです。ここからは、チタンとよく比較検討されるステンレスと、アルミとの違いをそれぞれ解説します。

 

 

チタンとステンレスの違い

 

どちらも強度と耐食性に優れた金属材ですが、チタンはステンレスの重さの約60％と軽いため、軽量化を重視する場合はチタンが良いです。

その一方で、材料費や加工費はチタンが跳ね上がるので、コストを抑えつつ一定の強度と耐食性が欲しい場合はステンレス、ということになります。

 

 

 

チタンとアルミの違い

 

アルミは軽さで言えばアルミが大きく優れています。しかし、アルミは強度が低く、耐熱性も低いのが弱点です。

ある程度の軽さを維持しつつ、高い強度と耐熱性が必要、という状況下ではチタンを選択することになります。

 

 

解説は以上です。チタンは様々なメリットがある一方で、高価で加工が難しいという難点があります。

そのたえ、製品の目的に合わせて、チタンが必要かその他の金属が良いのかを判断することが重要です。

 

株式会社新進では、難削材のチタンの切削や溶接において豊富な実績があります。チタン加工でお悩みの場合は、お気軽に以下ページよりお問い合わせください。

 

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