チタンについて

チタンの主な特徴

チタンには下記のように優れた特徴があります。

(1)軽い	比重（密度）は4.51で鉄(7.9)や銅(8.9)の約60%
(2)強い	鉄と同等の強度を持ち、比重とのバランスで見る「比強度」が非常に高い
(3)錆びない	地球の自然環境下では錆びることがない
(4)身体に優しい	イオン溶出が少なく金属アレルギーが起きにくいため生体適合性に優れる
(5)意匠性が高い	表面の工夫により高級感ある仕上げができたり、 塗料を使わず様々な色を付けることができる（陽極酸化発色）
(6)加工できる	加工性が悪いと言われることもあるが、適切な条件の下では様々な加工ができる （切断・圧延・成形・鍛造・溶接など）
(7)熱膨張性が低い	熱膨張が小さくガラスやコンクリートと同等
(8)磁性がない	磁石には付かない

チタンの発見と歴史

説明項目
　1. ２人のチタン発見者と名前の由来
　2. 金属チタンの精錬技術開発
　3. チタンの最初の用途開拓
　4. 日本でのチタン生産
　5. 新しい精錬法開発に向けた動き

金属チタンの精錬技術開発

チタン鉱石から高純度のチタン精錬は難しい

この時に発見されたのは「ルチル鉱石」という比較的チタン含有量の多いチタン酸化物鉱石で、その後多くの化学者により純度を高める試みが行われましたが成功に到りませんでした。
その理由はチタン酸化物から酸素などの不純物を取り除くのが極めて難しいためで、99%以上の高純度のチタンを製造できるようになったのは20世紀に入ってからです。

ハンター法とクロール法

1910年のアメリカ人のハンター（M.A.Hunter）が最初ですが、この方法はまだ小規模なものに留まり、トン単位での生産に成功したのはアメリカ人のクロールが最初で1936年のことです。それぞれ開発者の名前を取り、ハンター法、クロール法と呼ばれ、クロール法は現在でも主流の生産法です。

チタン精錬法は工程が長い

ハンター法、クロール法とも精錬方法は2段階に分かれており、最初にチタン酸化物（TiO2）を塩化物によりチタンと結合させて、チタン塩化物（TiCl4）と二酸化炭素（CO2）にします。次にチタン塩化物から塩素を取り出すために他物質と結合させてチタンを分離します。（還元・分離工程と呼びます）
ハンター法は他物質にNa(ナトリウム)を用い、クロール法ではMg(マグネシウム)を用います。

チタンの最初の用途開拓

最初の用途は航空機

チタンの「軽くて強く錆びない」性質は航空機に適しているとして、1936年からの10年ほどは純チタン（99.4%以上）が板や棒の形状に生産され使用されていましたが、大きく成長する機会になったのが1953年の6%アルミと4%バナジウムが入ったチタン合金の開発です（通称6-4合金）。

高強度の6-4合金は軍事に最適

日本でのチタン生産

用途の拡大

日本でのチタン材生産は1970年代後半以降、用途の拡大に伴い増減を繰り返しつつも成長していきます。
具体的には、

など実に多くの分野に採用が広がっていきました。
最近では、燃料電池向けや液晶/有機EL製造装置向けといった最先端分野でも使用されています。

下のグラフは日本チタン協会が発表している国内メーカーの出荷実績推移です。2008年くらいまでは順調に成長してきましたが、それ以降は規模的には伸び悩んでいるのが現状です。チタンの優れた特長を活かした更なる用途開拓が業界を挙げて進められています。

新しい精錬法開発に向けた動き

日本国内生産は減少傾向

日本でのチタン材生産は2010年前後の年間２万㌧をピークに最近は伸び悩み、2024年は1万㌧近くまで減少しました。2025年も今のところ前年度と同水準で推移しています。（日本チタン協会統計より）
その理由は幾つかありますが、　①他金属と比べて価格が高いこと、②他金属と比べて加工に一定の工夫やノウハウが必要なこと、が挙げられます。

他金属と比較してチタンは製造コストが高い

チタンが使われる理由で最大のものは「高い耐食性」ですが、常に鉄（特にステンレス）、銅、アルミなどの汎用金属との「費用対効果」が比べられ、チタンは優れた効果はあるが初期費用が高いことが理由で採用が見送られることが多いのが実情です。
また、チタンは絞り加工性に優れる性質がある反面、焼き付きが起こりやすいため、加工性が良くない印象を持たれることがありますが、適切な潤滑性を維持すれば加工できるといった鉄やアルミとは少し異なる工夫が必要なことを留意したいです。

新精錬法開発の進展

価格が高い局面を打開する方策として、国内の各大学や研究機関で新精錬法の研究開発が続けられていて、これが実現すればチタン製造コストが大幅に下がり、チタンの優れた特性を活かしやすくなるため、チタン市場が再び大きく成長していく可能性があり、期待されています。

チタンの原料（鉱石）について　
（主な種類・産地・特徴などをわかりやすく解説）

説明項目
　1. チタン鉱石の生産地
　2. チタン鉱石の埋蔵量

チタン鉱石の生産地

チタン鉱石は世界中に幅広く存在するが、工業生産に適するものは偏在

チタンは鉄や銅など他の汎用金属と同じく原料となる鉱石から作られます。チタン鉱石はほぼ世界中に広くチタン酸化物（TiO₂）の状態で存在していますが、工業生産ができる一定以上の含有量となると生産地は限られます。
グラフはチタン鉱石の生産地と生産量を示したものです。【出典：米国USGS】※「イルメナイト鉱石」の説明は後述

日本国内ではチタン鉱石産出はない

日本でも多く算出される砂鉄には5～10%程度のチタン酸化物（TiO₂）が含まれているのですが、残念ながら工業生産に適しておらず日本はチタン鉱石の全量を輸入しています。
また、日本は鉱石が発する放射性物質への規制が厳しく、その管理が適切に行われている国から輸入しています。

チタン鉱石の埋蔵量

チタンはレアメタル？

日本ではチタンは「レアメタル」の一つに分類されていますが、この言い方は必ずしも正しくありません。というのもチタンは地球上にたくさん存在しており、金属の中の多い順で4番目に埋蔵量があるからです。
地球上に存在する金属を多い順に並べると、①アルミ、②鉄、③マグネシウムでその次がチタンです。私たちの身の回りで多く使われている銅・亜鉛・錫といった金属よりも地球上での存在量は多いです。【クラーク数による】

なぜ日本でだけ「レアメタル」なの？　世界では？

何故日本でレアメタルとされているかと言うと、精錬する難易度が高く、生産規模が大きくないためです。
一方、世界的には鉄や銅、アルミなど生産量の多い金属を「ベースメタル」、それ以外を「マイナーメタル」という分け方がされており、マイナーメタルの中でも特に希少なものが「レアメタル」と呼ばれています。この分け方ではチタンはマイナーメタルになります。

チタン鉱石の種類と名称

チタン鉱石は主にチタン酸化物（TiO₂）の含有量により、「ルチル」と「イルメナイト」という名称に分けられています。
「ルチル」はTiO₂含有量が概ね95%程度のもので、含有量の少ないものを「イルメナイト」と呼びます（30～60%程度が多い）。
また、イルメナイトを工業的にTiO₂含有量80～90%に高めたものを「チタンスラグ」、91～95%に高めたものを「合成ルチル」と呼んでいます。

チタン鉱石は金属になるよりも他用途のほうが使用量ははるかに多い

実はチタン鉱石の多くは金属として使用されておらず、金属チタンとなるのは鉱石全体の5～10%程度に過ぎません。
チタンには「白色を安定して出せる」という機能もあり、鉱石の90%以上が酸化チタンとして白色度・光屈折性・耐候性・化学的安定性の観点から、「白色顔料」や「化粧品原料」として消費され、白色原料の標準素材となっています。