チタンってどんな金属？特徴や用途・純チタンとチタン合金の違いを徹底解説
チタンはその強度と安全性の高さから、主に自動車や医療用品、さらには航空宇宙といった分野で活用されている金属です。
「純チタン」「チタン合金」と大きく分けて2種類あり、それぞれが意外と身近なところでも使われているチタンですが、どのような金属か知らない、チタンのなにが良いのかいまいちよく分からないという人も多いでしょう。
そこで今回ご紹介するのはチタンの特徴です。
チタンを使用するメリット・デメリットを解説し、その用途も紹介しています。
この記事を読むことでチタンへの理解をより深めましょう。
チタンとは？特徴と成分・発見の歴史
チタンは元素記号「Ti」で表される、銀灰色の硬い金属です。
まずはチタンの特徴や歴史を詳しく見ていきましょう。
チタンの種類と成分
チタンには大きく分けて、純度の高い「純チタン」と、他の金属と混ぜて作られる「チタン合金」の2種類があり、用途に合わせて使い分けられています。
純チタン
国内で最も一般的に使われているチタンが純チタンです。
炭素や窒素などの不純物を含んでいますがごくわずかな量のため、純度の高いチタンを純チタンと呼んでいます。
純チタンはJIS規格（日本産業規格）において、鉄と酸素の量の違いによって1種から4種まで分けられています。
このうち純チタン1種は純度99.5%で、鉄と酸素の含有量が少ないためチタンのなかで最も柔らかく、主に工業製品に使用されます。
2種は純度99.4%で、強度と加工性のバランスがよく、最も多く使われているチタンです。
3種と4種は鉄と酸素が多く含まれているので、純度は低いですが強度や耐食性が高くなります。
チタン合金
チタン合金は用途に応じてバナジウム、アルミニウムなどを混ぜたものです。
混ぜる材料によって純チタンよりも強度や耐食性を高めることができ、メーカーそれぞれが独自の改良を行いチタン合金を製造しています。
ただし加工が難しいので純チタンに比べて価格が高く、扱いが難しいという難点があります。
チタンの歴史
銅や鉄が何千年も前から使われているのに対して、チタンが発見されたのは1790年のイギリス。
鉱物学者のウイリアム・グレゴーが採取した砂の中に新しい金属元素があると推定し、発見した海岸にちなんで「メナカン」と名付けました。
5年後の1795年にドイツの科学者であるマルティン・ハインリヒ・クラプロードが再発見したのをきっかけに、この未知の元素は脚光を浴びるようになります。
クラプロードは新しい金属元素を「チタン」と名付けました。
由来はギリシャ神話。遥か昔、オリンポスの神々との戦いに敗れた巨人ティーターン（Titanen）が地底奥深くに封印された話から、鉱石の中に封じ込められていた元素として「チタン」となりました。
しかし発見当時はチタンと鉱砂を分離する技術がなく、純粋なチタンが抽出されたのはそれから100年以上経った1910年のことでした。
その後、1946年にチタンを大量生産できるようになり、チタンの実用化が進み始めました。
日本においてチタンが民間利用されるようになったのは1970年代以降です。
日本全国の加工業者が技術を積み重ね、今ではチタンは工業製品のみならず電力や医療など幅広い分野で活躍し、人々の生活に役立てられています。
歴史としてはまだ浅いチタンですが今もなお発展を続けており、その可能性に期待がかかっています。
チタンを使うメリット
チタンは多方面において優れた材質を持つ金属とされています。
具体的にどんなメリットがあるのか紹介していきますよ。
安全性が高い
チタンは体に優しく安全性の高い金属です。
金属アレルギーが起こる原因は、金属と汗や水が触れることで金属がイオン化することです。
チタンは汗などに触れてもイオンの発生がほとんどないため金属アレルギーを起こしにくいとされていることから、人の肌に触れる医療器具やインプラント、アクセサリーの素材としても使用されます。
強度が高い
チタンは非常に硬いことでも有名です。
純チタンの密度あたりの引っ張り強さはおよそ72.73N-m/kg。
24.81N-m/kgである鉄の約2.9倍、アルミニウムの20.37N-m/kgに対しては約3.5倍です。
衝撃にも耐えうる壊れにくさから、強い負荷がかかる航空機や宇宙開発という分野でも部品の素材として活躍しています。
耐食性が高い
耐食、つまり腐食しにくいということ。
チタンは水や汗に対しても錆びにくく、特に海水に強いので潜水艦や海上建造物などの材料としても重宝されます。
軽い
チタンの重さは鉄やステンレスの約60%、銅の約50%です。
代表的な金属のなかでも非常に軽いので、アクセサリーや眼鏡など人が身に着けるものの材料として使用しても負担が少ない素材です。
チタンを使うデメリット
優れた要素を多く備えたチタンですが、それゆえに発生するデメリットもあります。
加工が難しい
メリットでもお伝えしたとおりチタンは高い強度を持つ金属です。
そのため溶接やプレス加工、切削が難しく、加工するにはチタンの特性に合わせた方法と高い技術が必要とされます。
しかし逆に言えば、チタンそのものが金属として高品質で優れた特徴を持っているからこそ容易には扱えないのです。
価格が高い
チタンの埋蔵量は全金属の中でも4～5番目。
その量は決して少なくありませんが、原材料であるチタン鉱石を金属に精製するのに大幅に手間とコストがかかるため、ほかの金属や鉄骨材料と比較すると価格が高くなるのが現状です。
ものづくりの現場においてコストバランスを考えることはとても重要です。
用途によって要所要所で、チタンなどの高価で高品質な素材を取り入れていくという見極めが肝心となります。
チタンの用途
チタンが開発された当初は航空機やロケットなどに使用されていました。
その後、製造技術の進歩に伴い多種多様な分野で使われるようになり、チタンの可能性は今もなお広がっています。
純チタンの用途
純チタンは主に国内向けの化学工業や建築・土木産業、電力といった業界で使用されています。
また医療機器など人の命に直接関わる分野においても活用され、今や私たちの生活になくてはならない存在です。
- 自動車部品
- 電光装置
- タンクローリー
- 医療機器
- アクセサリー
- 調理器具
チタン合金の用途
純チタンよりも扱いの難しいチタン合金は主に航空機産業の分野で海外向けに使用されます。
- 航空機産業
- 船舶・潜水艦
- 宇宙開発
高いエネルギーや負荷を必要とする航空産業などでも、質の高いチタン合金は重宝されているんです。
チタン工房キムラのチタン加工
チタン工房キムラでは福井県鯖江市でアクセサリーをはじめとするチタン製品の制作・販売を行っております。
40年にわたる眼鏡部品の製造で培った技術を屋台骨に、受け取る方の笑顔を作るアクセサリーを制作しております。
加工技術
チタン工房キムラで取り扱う素材はすべて信頼あるメーカーから仕入れた純チタンです。
当社で開発した金属材料分別器、メタルテスターは、純チタンとチタン合金の正確な分別が可能です。
3D CADで平面を立体に拡張したデータをもとに高精度同時3軸NC加工機で切削加工を行うので複雑なデザインも自由自在。リアルを可能にします。
また刻印技術の高さにも自信があります。最小φ0.2mmの繊細な刃物によって作り出される陰影は満足度を高めること間違いありません。
刻印内容はなんでもOKです。平面でも、曲面の上でも。
お客様のご要望にきめ細かくお応えします。
チタン工房キムラは生産性よりも制作の自由度を優先し、
大量生産ができない代わりに、こだわりの製法でお客様ひとりひとりの「これはいい」のために製作いたします。
チタンを使った商品
チタン工房キムラで販売している商品は主に以下のとおりです。
すべて純度の高い純チタンを使用しており、ピアスのキャッチやネックレスのチェーンも純チタン製です。
金属アレルギーのリスクが少ないので肌に優しいアクセサリーです。
また汗や水に強いので、24時間365日付けられます。
当社はチタンへの繊細な刻印、彫刻を得意とし、オリジナル商品にも対応。
お客様のご要望を伺い、ご注文を受けてから切削加工機を用いて制作しております。
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・お肌にやさしい ・水や汗に強い ・軽い チタンアクセサリー |
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