金属には数多くの種類がありますが、その中でも「チタン」は汎用性が高いだけでなく、強度の高さや軽さ、耐熱性や錆びにくさなどが突出して優れています。
これらの特徴があることから、工業をはじめとしたさまざまな分野で使用されています。
ここでは、そんなチタンに関する特性などの基本的な情報だけでなく、使用されている分野や製品、さらには加工方法まで幅広く解説していきたいと思います。
- チタン（チタニウム）とは？
- チタンの種類とは？
- チタンの特徴は？メリットとデメリット
- チタンってどんなところに使われているの？
- チタンは希少金属？価格が高いって本当？
- チタンを加工するにはどうすればいいの？
- まとめ
チタン（チタニウム）とは？
チタンとは、元素記号 「Ti」で表される銀灰色の金属で、その名称はギリシャ神話に登場する巨人「タイタン」が由来といわれています。チタンを含む天然鉱物としては、「チタン鉄鉱」や「ルチル」などがあります。中でも「チタン鉄鉱」はチタンの主原料であり、工業的資源として重宝されているのです。チタンが工業などで幅広く使用されるようになったのは戦後のことであり、特に高度経済成長期には数多くの側面から日本の発展を支えてきました。
チタンの種類とは？
チタンは、高純度の「純チタン」と他の金属を混ぜ合わせて生成した「合金チタン」の2種類に分けられます。それぞれ異なる性質を持つ分、同じチタンでも特徴が異なります。
純チタン
酸素や炭素、鉄などの不純物がごく少量含まれていますが、純度の高さから純チタンと呼ばれています。
JIS規格（日本産業規格）では、4種の純チタンに分かれています。日本ではJIS2種が最も広く使われており、強度と加工しやすさの点でバランスにすぐれた種類です。
1種は純チタンの中で最も柔らかく、工業製品に使われることが多いチタンです。反対に3・4種は強度が強く、耐食性にすぐれています。
合金チタン
ほかの金属を混ぜ合わせ、用途に合った性質に改良したものが合金チタンです。
強度や耐熱性、加工性など、製品に必要な性質を作り出すために、メーカーごとにバナジウムやアルミニウムなどを混ぜ、独自の合成チタンを作っています。
合成チタンは主にα型とβ型に分かれており、これは同じ元素でも原子の配列の違いなどで性質が変わる、同素体による区別です。
α型は特に低温下での強度が強いですが加工が難しく、β型は加工性がすぐれていますが高熱に弱い性質を持っています。2つのいいとこ取りをしたα－β型合金というのも存在し、製造過程では一番扱いやすいチタンになっています。
チタンの特徴は？メリットとデメリット
チタンのメリットとは？
- 軽い
- 強い
- 錆びにくい
- 安全性が高い
チタンのデメリットとは？
- 加工が難しい
- 値段が高い
それぞれ詳しく確認していきましょう。
メリット①：軽い
純チタンは、物質の重さを表す基準である比重の数値が4.51となっており、その重さは鉄の3/5、銅の1/2程度です。そのため、チタンは金属の中でも特に軽く、そのメリットによる恩恵を数多くの分野に与えています。
メリット②：強い
チタンの強度は鉄の2倍、アルミの3倍にもおよびます。これはチタンにバネ特性があり、しなりやすいためであり、衝撃で割れたり折れたりすることが少ないことから、より高い強度が要求される製品の材料としても採用されることが多いです。
メリット③：錆びにくい
チタンには耐食性が高く、錆びにくいという特徴もあります。中でも海水耐食性は白金（プラチナ）に次ぐ強さを誇り、船舶などの材料としても頻繁に採用されています。
このようにチタンには「軽い」、「強い」、「錆びにくい」という3つのメリットがあり、その性能の高さから多くの分野で重宝されています。
メリット④：安全性が高い
チタンの4つ目のメリットは人体に優しい点です。 金属アレルギーを持つ人であっても、アレルギーが起こりにくいことで知られ、医療用のツールとして体内に埋め込むような器具にも使われています。
そもそも金属アレルギーは、汗などの水が金属に触れることでイオンが発生し、それが原因で起きます。 ですが、チタンの場合はイオンがほとんど発生せず、そのため金属アレルギーを引き起こしにくいと言われています。
チタンのデメリット（欠点）は？
チタンの加工方法が他の金属に比べて限定されるのは、「汎用性は高いが、加工が難しい」という特徴がチタンにあるためであり、そのことからチタンは「難削材」に分類されます。そのため、チタンの特性に合わせた加工は難しく、高い技術力が必要となります。
チタン加工時の具体的な問題点としては、「切断する際に大きな衝撃が加わるため、刃先が欠けてしまう」、「強度が強いためプレス成形や溶接が難しい」、「切断したときに出る切り粉で火災が起きることがある」といった点が挙げられます。
しかしながら、これだけの加工に伴う問題があるにもかかわらず、チタン加工を行う工場が数多く存在するのは、単にチタンその物にさまざまなメリットがあるためといえるでしょう。
こうした難削材の側面は、チタンの値段が高くなる点にも影響を与えています。原料単価が上がる理由の詳しい解説は、「チタンは希少金属？価格が高いって本当？」の項目で後述します。
チタンってどんなところに使われているの？
続いては、チタンが実際に使用されている製品の具体例をいくつかご紹介したいと思います。
航空機
航空機は、言うまでもなく高い強度が必要とされます。そのため、チタンは航空機の中でもコックピットの窓枠やファスナー、ランディングギア（着陸装置）、テイルコーン（胴体尾部）など、特に高い強度が要求される箇所で使用されているのです。
またチタンは熱伝導率がよく、結露が生じにくいという特徴もあるため、上空でも結露を起こさず、航空機の運航に支障をきたしません。そのため、チタンは航空機だけでなく、軍用機でも使用されています。
船舶
船舶もまた高い強度が必要となるだけでなく、海水による錆びも防がなければなりません。チタンは強度が高いだけでなく、耐食性も高く、特に海水耐食性がすぐれているため、船舶の材料としても最適です。
建設・土木
建設・土木業界では、一般的な家屋の屋根やビルの外壁、エクステリア（外観）のほか、海底トンネルなど特に強い強度が要求される箇所でもチタンが使用されています。また、寺院などの歴史的建造物の屋根材などにもチタンは使用されており、その強度の高さはチタンその物だけでなく、木材を保護するのにも向いていることが分かるのではないでしょうか。
アクセサリー
純チタンは金属であるにもかかわらず「金属アレルギーを起こしにくい」という特徴もあることから、ネックレスやピアスなどのアクセサリーにも使用されています。
スポーツ・アウトドア用品
軽く、強度もあるチタンは、ゴルフクラブやテニスのラケット、自転車のフレームや部品などにも使用されており、スポーツ用品店で売られているほとんどの商品にチタンは使われています。
チタンは希少金属？価格が高いって本当？
一般的にチタンは、希少金属の1つとして知られています。耐食性の強い金属の中では安価な方ではありますが、金属全体で見ると原料単価は高額です。
近年のチタンの相場
アメリカへの輸出平均価格を見てみると、最近は1200円台が相場となっていましたが、2023年5月は1400円台の高値がつきました。
製造の中間製品であるスポンジチタンの輸出は、約8割がアメリカであるため、全体的にチタンの原料価格が上昇してきているといえます。ただし、元々チタンは価格変動が激しい金属であるため、安定的に上昇し続けるとはいえませんが、この先もチタンの需要が高まれば価格が高騰していく可能性があります。
参照元：WEB産業新聞「チタン原料単価再び上昇 対米15年ぶり高値」
チタン原料が高値の理由
前述の「チタンのデメリット（欠点）は？」でもふれた通り、チタンの加工は難しく、コストがかかります。
本来、チタンの原料自体は地中の埋蔵量が多く、すぐに資源が尽きる心配はない金属です。しかし、生成の困難さとコスト面から流通量が少ないため、希少な金属として扱われているのです。
近年は、チタン加工に必要な技術の進歩やチタン関連事業に参入する企業が増えているため、世界的に見ると生産量は上がっていますが、まだ高値での取引が続いているのが現状です。
純度の高いチタンにするためには、鉱石を還元して酸化していない状態にする工程が必要です。それゆえ、チタンのすぐれた性能を求めていくら需要が上がっても、大量生産することが難しくなってしまいます。
需要に対して供給が少ない状態が続くと、原料価格は高値で取引されるようになります。これが、チタンに高い値段がつく理由です。
価格を左右する世界情勢
近年は新型コロナウイルス感染症の流行やロシアの軍事侵攻など、国際情勢に大きな影響を及ぼす出来事がありました。それに伴ってチタンの価格変動にも大きな波が出ています。
コロナ禍に入り、感染拡大防止策として世界規模で経済活動が制限されるようになり、製品に使用するチタンの需要も落ち込みました。また、チタン生産国のロシアが軍事侵攻を始めたことで、ロシアのチタン輸出量が減ったり、他国がロシア産のチタンを避ける傾向もみられ始めました。
そのような世界情勢に影響を受け、近年はさらに不安定なチタンの価格変動が起こっていましたが、最近は経済活動がコロナ禍前の状態に戻りつつあり、価格変動も少しずつ落ち着きを取り戻してきています。
チタンを加工するにはどうすればいいの？
強度が高いという特性を持つチタンは、一見加工が難しいようにも思われます。続いては、そんなチタンの加工方法について見ていきましょう。
チタンの加工方法
チタンは機械による加工が特に難しく、一般的な金属加工で使用するプレス機などでは使用できません。そのため、多くのチタン加工工場では、工作機械である「マシニングセンタ」や「汎用フライス加工」などの技術を使用し、チタンならではの特性に合わせた加工を行っています。また製造する製品に応じ、チタン加工に必要な工具や金型を自作することもあります。
一方で、チタンを接合する際には、専用のレーザー発振器を使って接合する方法か、接合用の素材を使ってチタン同士をくっつける方法のいずれかで溶接を行うことがほとんどです。
まとめ：ますます広がる日本のチタン加工製品
チタンは地球上に存在する金属の中でも、その埋蔵量が4番目に多いといわれており、簡単には枯渇することがなく、安定した供給が期待できる資源といえます。そのため、工業においては今後もさまざまな用途で応用されることが予想でき、特にモノづくりにおいて、世界的にも高い評価を得ている日本では、今後もチタンを使用したさまざまな製品が開発・製造されることが考えられます。
一方で、チタンを使用した製品をさらに開発するには、その特性ゆえに「難削材」に分類されるチタンを加工するための方法が今以上に多く考案される必要もあるでしょう。
制作：工場タイムズ編集部
