【チタン】とは!?チタンは他の金属とどう違うのかメリット・デメリットをご紹介!

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【チタン】とは!?チタンは他の金属とどう違うのかメリット・デメリットをご紹介!

金属の中には、チタンという、優秀な金属があります。

鉄や銅、アルミといった他の金属と比較して、完全上位互換のような金属です。

そんな上質な金属であるチタンですが、皆さんはチタンと聞いて身近に使われている製品で何が思いつくでしょうか。

今回はその疑問に答えるべく、チタンという金属が普段何に使われているかを紹介しながら、特徴やメリットを解説していきたいと思います。

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チタンとは?チタンの特徴

チタンという金属を一言で表すと、高価で高品質な金属という言葉が適切でしょう。

銀色で硬く、他の金属よりもちょっぴり特別感のある、そんな多くの方が思い描くであろうイメージ通りの金属、それがチタンです。


引用元:株式会社大畑商事

金属といえば、鉄や銅、アルミニウムなどがありますが、それら金属よりもいろいろな面で総合的に優れた金属です。

では、具体的にどういったところが優れているのか。

他の金属と比べつつ、チタンの特徴をメリットと共に見ていきましょう。


チタンのメリット

・強度が高い

チタンはとても強度が高い金属です。

おそらく多くの方のイメージ通りかと思われますが、チタンは丈夫で、その強度はおよそ鉄の2倍、アルミの3倍になります。

強い衝撃を受けても壊れにくいため、高い強度が要求されるを航空機やロケットの部品に使われていたりしますね。

強度が高いだけではなく、しなりやすくもあり、少しぐらい曲げても元に戻る性質もあります。

また、チタンは熱にも強く、鉄が約1530度、銅が約1080度、アルミが約660度なのに比べ、チタンが溶ける温度は約1660度と、熱に強い鉄よりもさらに強いのです。

数ある金属の中でも、相当に高い強度と熱の耐性を持っている金属なんですね。


・耐食性が強い

チタンは錆びにくい、というのもイメージ通りでしょうか。

金属が錆びにくいことを、専門の用語では耐食性が高いという言葉で表されます。

チタンは特に海水に強く、鉄や銅、錆びにくいとされているアルミニウムよりもさらに耐食性が強い金属です。

この錆びにくい性質が、船の装甲板や橋の足など海洋建造物の素材として非常に重宝されています。


・軽い

こちらは意外に思われる方が多いでしょうか。

そうなんです、チタンは軽いんです。

重いというイメージがありそうな中、チタンは鉄の3分の2、銅と比べると半分程度の重さしかありません。

その軽さから、身近なもので言うとアクセサリーや眼鏡、ゴルフクラブなどに使われています。

さすがに、軽さに定評のあるアルミにはかないませんが、高い強度と耐食性を持ちながらこの軽さなので、他のメジャーな金属と比較しても抜群の性質を持っている金属なんです。


・安全性が高い

チタンは体に優しく安全な金属です。

金属アレルギーを持つ人に対しても、アレルギーが起こりにくく、有毒性もないので、医療用の道具や体内に埋め込む器具にも使用されます。

金属アレルギーは、金属と汗などの水が触れることによって、イオンが発生し、それが原因となって起こります。

チタンは、このイオンがほとんど発生しないため、金属アレルギーを引き起こしにくいとされています。

他にも、チタンには熱や電気を通しにくい特徴や環境にも優しいというメリットもあります。

他の金属に比べメリットが多く、多岐にわたる分野で活用される万能な素材、それがチタンなんですね。

チタンの加工についてはこちら!

【チタン加工】チタンの加工上の特性や加工方法を徹底解説!!

チタン切削はなぜ難しいのか?【3分でわかる】チタンの切削ならMitsuri

チタンのデメリット

多方面で万能なチタンですが、デメリットもあります。

その一つ目が、値段が高いこと。

高い性質を持つ素材だからもう全部チタンでいいじゃん!というのはさすがに難しいみたいですね。

高品質で幅広く使える分、コストがかかる。

一見当たり前のように思えるので、これをデメリットと言っていいかは分かりませんが、これがチタンを使う際の問題点の一つです。


二つ目は加工が難しいことです。

強度が高いので溶接プレス成形切削も難しいのです。

そのため、チタンは難削材と言われており、加工するにはチタンの特徴に合わせた方法と高い技術が必要になります。

企業によってはチタン専用の工具を作って加工している所もあるので、なかなか安易には扱えない金属のようですね。

とはいえ、性質や利便性に弱点があるわけではなく、高価だったり難しかったりは、高品質な恩恵の裏返しといった感じもします。

モノづくりはコストを抑えることがとても重要ですので、ここぞという要所要所でチタンという高価な素材を使っていく、そんなやり繰りが大切なのでしょう。


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チタンの発見から実用化の歴史

チタンの歴史。

歴史と言うからには、そこには数々の逸話や古く長い経緯が・・・と思われるかもしれませんが、実を言うと、チタンが工業製品として使われて出したのは、今からまだ50年ほど前のことなんです。

インターネットの歴史が1960年代から始まるので、チタンの実用化はネットの普及とあまり変わらないぐらいの新しい技術なんですね。

古代から使われていた鉄や銅からすれば、まだ生まれたてぐらいの歴史しかないチタンですが、発見自体はもっと古くからされていたようです。


チタンの発見から抽出に至るまで

チタンを最初に発見したのは1791年、ウィリアム・グレゴーというイギリスの牧師でした。

鉱物学者でもあった彼は、発見場所のメナカンという場に因んで、現在チタンと呼ばれているその未知の元素を「メナカイト」と命名します。

ところが、発見したはいいものの、この時はまだメカナイトは、広くは知れ渡らず脚光を浴び始めたのは4年後の1795年。

ドイツの化学者マルティン・ハインリヒ・クラプロートが再発見した時でした。

彼はこの未知の元素を、ギリシア神話に出てくるティーターンという巨神に因んで「チタン」と命名しました。

神話の巨神は地底の奥深くに封じ込められていたエピソードを持ちます。鉱石の中に封じ込められた元素であることが、巨神のエピソードを彷彿とさせるために、「チタン」の名が冠されたのです。

しかし、この頃はまだチタンと鉱砂を分離する手法が存在しなかったため、ここから長いこと、チタンから不純物を取り除くための苦難が続きます。


チタンの抽出から実用化に至るまで

純粋なチタンが世に誕生したのは、それから約100年以上経った後の1910年、アメリカの科学者マシュー・A・ハンターが純度99.9%のチタンを鉱砂から抽出することに成功しました。

その後1946年、ルクセンブルクの工学者ウィリアム・クロールがクロール法というチタンの大量生産を可能にする製造工程を開発。

1950年代にはチタンが軍用機などに使われ始めました。


純度99.999%のチタンの結晶。目に見える金属組織をもつ。

引用元:wikipedia


日本でチタンが民間で使われ始めたのは1970年代、チタンの民間利用のため、日本全国の加工業者たちが協力し、技術を積み重ねていきました。

その甲斐あってか2002年、世界で初めてのチタンを発色させる制御技術が確立

チタンの生産規模も時が経つにつれ拡大していき、今では仕事や生活の必需品として扱われるまでに需要も技術も成長しました。

長いようで短いチタンの歴史ですが、見方を変えればまだまだ発展途上の金属ということになります。

その昔、グレゴーが発見した時点では何に使えるかも分からない未知の金属でしたが、実用から50年経った今でも、チタンには何かに使えるかもしれない未知の可能性が残されているのです。

チタンにはどんな種類があるのか

チタンには大きく分けて二つ分類があり、純チタンとチタン合金の2種類に分けられます。

そして、純チタンもチタン合金もそこからさらに細かく分けられており、それぞれ性質が少し違います。

本当にたくさんの種類があるため覚える必要はありませんが、もし全部覚えたいというチタンマニアの方がいたらこちらに一覧を載せておきますのでご覧ください。

チタンの種類一覧


純チタンとチタン合金

純チタンは言葉通り純度の高いチタンです。

正確にはわずかに他の成分も含まれていますが、それでも純チタンと言います。

純チタンの方が国内で一般的に使われており、チタン合金よりも安価で加工がしやすくなっています。

チタン合金はアルミニウムやニッケルなど他の素材を混ぜて作られたチタンです。

混ぜる素材によって、純チタンよりも強度や耐食性などを向上させることができ、軽量のチタン合金でも高い性質の金属が作れます。

しかし、純チタンよりも価格が高かったり、加工や合金チタンそのものの製法が難しかったりと扱うハードルが高くなってしまうのが難点です。

ただでさえ扱いが難しいチタンですが、チタン合金はそのさらに玄人向けといった印象ですね。

チタン合金について知りたい方はこちら!

チタン合金を詳しく解説【専門家が語る】種類や特徴について!

様々な性質を持つチタン

チタンの種類は大別すると純チタンとチタン合金の2種類ですが、一つ一つ細かく分けると紹介しきれないぐらい種類があります。


引用元:株式会社ティグ


こんな感じで、パッと見ただけでもズラーっと。これでも一部です。

もちろん暗記する必要はありません。

ポイントはこれだけ多くの種類があるということは、それだけ性質にいろいろ違いがあるということです

より錆びにくくなっているチタンだったり、より強度が増しているチタンだったり、よりしなやかに曲がるチタンだったり、様々ということですね。

そして、そのいろいろある性質の中から適切なチタンを選び、製品を作ります。

海の中で使用する製品ならより錆びにくい性質のチタンを、丈夫で壊れにくい製品を作る予定なら、より強度が高い性質のチタンを選びます。

適材適所もここまでくると多すぎ感が否めませんが、それだけ重要な場所で使われることが多いということでしょう。

チタンの用途

チタンの用途は本当に様々あります。

純チタンの用途は主に国内向けで、化学工業や電力、建築・土木産業など、チタン合金は諸外国向けで、主に航空機産業に使われています。

さらには医療器具宇宙開発設備などの直接命に関わりそうな分野までも幅広く活用され、日進月歩でチタンの用途が広がっています。

以下、具体的なチタンの用途の一覧です。参考までにどうぞ。


日用品:時計、アクセサリー、ピアス、眼鏡フレーム、タイピン、ハサミ、髭剃り、ライター、剣道面 、電池カメラ、水筒、中華なべ、フライパン、包丁、家具、筆記具、印鑑、名刺入れ、パソコンケース

自動車部品:バルブ、リテイナー、マフラー、バルブスプリング、ボルト、ナット、ホイール、タンクローリー

自転車部品:フレーム、ペダル、リム、スポーク

ゴルフ用品:シャフト、ゴルフクラブ

登山用品:アイゼン、コッフェル、ピッケル

通信・光学機器:露光装置、海底中継具、光通信 

化学工業:電解層、熱交換器、電極、タンクローリー、滅菌装置、バルブ、ポンプ、遠心分離機

医療・健康:手術用器具、ペースメーカー、歯科材料、車椅子、ステッキ、アルカリイオン浄水器電極、ピンセット

建築・土木:屋根、外壁、標識、海上橋脚、ナット、モニュメント、配管、飾り金物、スタッドボルト

機体部品:スポイラー、エンジンナセル、フラッグ、バルクヘッド、ボルト、ナット

航空・宇宙:ジェットエンジン部品、ロケット部品、ケーシング、ファン用ブレード、ディスク、ベーン、圧縮機、スタブシャフト


身近なところでも身近ではないところでも、チタンは世界中で使われているようです。

実用化されてから約50年、チタンはすでに私たちの生活にはなくてはならないものになっています。

上の一覧以外にも使われているところはたくさんありますので、皆さんの身の回りにもチタンが使われている道具があることでしょう。

チタンを含めいろいろな金属が私たちの生活を支えてくれているんですね。

チタンの記事 まとめ

チタンはまだ世の中に生み出された金属の中でも若い金属です。

この先、まだまだ新しい発見や活用法が見いだされ、ますます需要や供給が増え続けていくことでしょう。

今後のチタンの発展に期待したいところです。

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