チタンは非鉄金属の中でも軽金属に分類される金属です。製錬するのが難しく、1946年にウィリアム・クロールがクロール法を考案し、初めて高純度のチタンが製錬されました。そのためチタンが実用化されたのは比較的最近で、近年急速に利用が広がっています。チタンは軽くて強度が高く、耐食性や耐熱性に優れているため様々な分野で使用されています。ここではチタン加工を依頼するか迷っている人のために、チタン加工で押さえておきたいポイントを紹介していきます。
チタンの特徴・メリット・用途
チタンの特徴
チタンは酸化被膜のおかげで、汗やリンパ液などの体液に触れてもイオンが溶け出すことが無いため、金属アレルギーを引き起こさない金属です。
まずチタンのメリットは
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��比強度が高い
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�デ�伝導率が低い
��高い生体適合性
の６点が主に挙げられます。��比強度が高い
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��高い生体適合性
チタンは上で述べたようにメリットの多い金属ですが、一方でデメリットもあります。
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��加工が困難
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が主なデメリットです。��加工が困難
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＞＞チタンの特徴
「純チタン」と「チタン合金」の2種類が存在
チタンは大別すると、「純チタン」と「チタン合金」の２種類あります。「純チタン」とは純度の高いチタンです。O,N,C,Fe,Hといった不純物を少量含んでいます。
OとFeの含有率の違いによりJIS規格で１種から４種まで分類されています。日本国内で一般的に使われているのは純チタン2種材で、強度と加工性のバランスが他の純チタンより優れています。
「チタン合金」とはチタンを主成分とした合金のことです。純チタンが持つ軽量性や高強度といった長所の向上や、加工性が悪いといった短所の改善のために、他の金属を混ぜ合わして合金にします。添加する金属には、アルミニウムやモリブテン、バナジウム、クロム、鉄などが挙げられます。チタン合金も添加物によって分類され、α型合金、β型合金、α+β型合金の３種類があります。
金属アレルギーを起こしてしまうチタン合金とは？
また、純チタンに他の金属を混ぜ合わしたチタン合金の場合、この混ぜ合わせた金属により金属アレルギーを引き起こす場合があります。金属アレルギーを引き起こすチタン合金としては、形状記憶特性を持つNi-Ti合金が知られています。このNi-Ti合金に含まれているニッケルが、金属アレルギーを引き起こしてしまう金属の一種で、体内に蓄積されやすく、金属アレルギーの原因の第一位と言われています。一方、バイオチタンZはニッケルフリーのチタン合金です。そのため、極めて高い生体適合性を有しています。
＞＞バイオチタンZとは？
チタンを採用するメリット
チタンは私たちの日常生活のあらゆる場面で使用されている金属です。チタンを採用するにあたっての、代表的なメリットは下記の4点です。
�ゞ�度を損なうことなく軽量化が出来る
��体に触れるものにも安心して使える
��錆びにくいため品質を長期的に維持できる
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��体に触れるものにも安心して使える
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＞＞チタンを採用するメリット
チタンの用途
これらの特徴から、チタンは主に精密機器業界や自動車業界、アクセサリー、スポーツ用品、宇宙関係にまで使用することができます。精密機器業界で用いられている代表的なチタン加工品はこの４点です。
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��半導体製造装置
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これらの精密機器にチタンが採用される理由は、軽量性、高強度、耐食性、生体適合性、非磁性などを考慮した結果です。
＞＞精密機器業界で使えるチタン加工品
自動車業界におけるチタン加工品
また、自動車業界でも多種多様なチタンが採用されていますが、自動車業界で用いられている代表的なチタン加工品はこの４点です。
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＞＞自動車業界で使える チタン加工品
チタン加工におけるポイント
チタンは加工が難しい難削材
優れた点の多い金属のチタンですが、”加工が難しい”といった最大のデメリットがあります。加工が難しい理由は、
�．船織鵑蝋盒�度なため切削やプレス成型、さらには溶接が困難
��加工する際に大きな衝撃が発生するため、工具の摩耗が激しくなり、チッピングがしやすくなり、工具寿命が短くなる
��チタンは化学的に活性であるため、熱の影響で工具と焼き付きやすい
�だ擇蠅�ずが発火し、燃焼しやすい
�ゥ筌鵐偉┐�小さいためたわみやすい
�η�伝導率が低い
��変形抵抗が大きく、加工熱が発生しやすい
などが挙げられ、チタンは難削材に分類されます。チタンは熱伝導性が低いために、加工時に発生した切削熱が工具に蓄積されてしまいます。すると、工具が高温になり、チタンが活性化してしまい、工具に溶着してしまうのです。��加工する際に大きな衝撃が発生するため、工具の摩耗が激しくなり、チッピングがしやすくなり、工具寿命が短くなる
��チタンは化学的に活性であるため、熱の影響で工具と焼き付きやすい
�だ擇蠅�ずが発火し、燃焼しやすい
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�η�伝導率が低い
��変形抵抗が大きく、加工熱が発生しやすい
また、チタンは六方晶という結晶構造をとっていますが、正方晶や立方晶ではないこの結晶構造が、チタンが難削材である理由とも捉えることができます。
そのためチタンの加工には高い技術力が要求され、また加工コストは他の金属に比べると高くなってしまいます。
チタンの加工方法
チタンの加工方法は�＼效撚湛�：レーザー加工、ワイヤーカット加工、抜き加工
�⇒論棆湛�：MIG溶接、TIG溶接、電子ビーム溶接
��切削加工：マニシング加工、汎用フライス加工、ドリル加工、エンドミル加工
�ざ覆臆湛�：プレス加工
などの加工方法が採用されています。�⇒論棆湛�：MIG溶接、TIG溶接、電子ビーム溶接
��切削加工：マニシング加工、汎用フライス加工、ドリル加工、エンドミル加工
�ざ覆臆湛�：プレス加工
様々な加工方法があるチタンですが、難削材であることには変わりありません。また、チタンにも純チタンやチタン合金など様々な種類があります。そのため、チタンの素材や加工方法にあわせて、最適な加工条件を設定する必要があります。
チタンのプレス加工におけるポイント
続いて、チタンをプレス加工する際のポイントについてご紹介します。チタンをプレス加工すると、チタンが割れやすくなったり、金型に熱がたまって金型との焼き付きや傷が付きやすくなったりするなどの問題が生じます。また、プレスされた部分が元の状態に戻ろうとするスプリングバックという現象が起きてしまう可能性もあります。
これらの問題に対処する方法としては、主に以下の２つがあげられます。
- 金型を定期的にメンテナンスすることで、焼き付きを起こりにくくする
- プレス加工にあった柔らかいチタンを採用する
- 熟練したチタンのプレス加工技術が必要
また、チタンは強度が高い分だけ、プレス加工の精度が出にくいということも知られています。そのため、熟練した作業者によるプレス加工技術がチタンのプレス加工には必要となります。
＞＞チタンのプレス加工におけるポイント
チタンのワイヤーカット加工におけるポイント
チタンのワイヤーカット加工における課題は、主に下記の4点です。
- 融点の高さや熱伝導率の低さによって、加工性が悪い
- 熱がたまりやすく、加工が不安定になる
- 切断面に酸化硬化層が発生。ワイヤ材質との金属間化合物が生成される。
- チタンの種類ごとに最適な加工条件が異なる
これらの問題に対処する方法としては、主に以下の３つがあげられます。
- 熱が蓄積されにくくなるように、加工条件を調整する
- 冷却が十分にされるように、休止の時間を多めに設ける
- 熟練したチタンのワイヤーカット加工技術が必要
チタン加工の製品事例のご紹介
実際に当社が加工したチタン加工品の事例紹介です。
チタン製 自動機用フレーム
こちらは、チタン製のIMPフレーム部品です。サイズは0.3*6.5*19.5mmで、主に自動機関係で用いられます。こちらは、決められた形状にワイヤーカット加工をして、曲げ加工を行っております。
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自動車向け チタン製プレス部品
こちらは、チタン製の自動車用プレス部品です。サイズは0.8×4.0×9.0mmで、プレス加工後に曲げ加工を行っております。
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チタン製 装飾品
こちらは、チタン製の装飾品です。サイズは1.5*50*20mmで、まず専用の金型を製作し、その後プレス加工で成型後にバレル研磨を行っております。
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64チタン製 インゴット
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こちらは、医療業界向け用のインゴットです。材料は64チタンで、30Φの直棒を決められた寸法にワイヤー加工を行いました。また、表面を磨く為にバレル加工を行いました。
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陽極部品
こちらは、電気機器用の陽極部品です。材料は純チタンで、ワイヤーカット加工、穴あけ加工と曲げ加工によって製作されています。まずはワイヤーカットにて展開形状で削り出して、必要な箇所を曲げります。その後、外径を研磨し、面を鏡面仕上げとして研磨加工を施しています。
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スケラー(ミラー)
こちらは、スケラー(ミラー)という医療器具です。材料はチタンで、スウェージング加工によって製作されています。まずは、材料をスウェージング加工をします。その後、ミラ―部をプレス加工を行い、ロー付けをして接合します。
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眼鏡用塗装治具
こちらは、眼鏡用塗装治具です。材料はチタンとβチタンで、スウェージング加工、穴あけ加工、タップ加工と曲げ加工によって製作されています。まずは、材料を板抜きして、穴あけ加工とタップ加工を行います。その後、丸線の部分を曲げて仕上がります。
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表札
こちらは、表札です。材料はチタンで、マシニング加工によって製作されています。まずは、表札のデータを作成し、マシニング加工を行います。その後、材料を削り出して、メッキをして仕上がります。
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耳かき
こちらの製品は耳かきで、一般的に日用品で使用される製品です。材質は純チタンのTP340で、安心して使用することができます。 従来このような耳かきなどの細径長尺製品は切削加工によって製作されていましたが、１つの製品を製作するのに時間がかかっていたため、割高な商品となっていました。そのため、お客様がさらなるコストダウンをご要望されており、当サイトへご依頼をされました。
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チタン製 装飾品��
こちらは、チタン製の装飾品�，任后�サイズは1.5*20*55mmで、主に日用品の装飾用途で用いられます。こちらは、プレス加工を10工程通した上で製作されるプレス部品です。
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チタン製 装飾品��
こちらは、チタン製の装飾品�△任后�サイズは1.0*3.0*30で、主に日用品の装飾用途で用いられます。こちらはやや小さめのプレス加工品ですが、細かいデザイン模様もつけるようにしています。
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チタン製 装飾品��
こちらは、チタン製の装飾品��です。サイズは1.3*40*50で、主に日用品の装飾用途で用いられます。こちらのプレス品は、リングが重なるような特徴ある形状となっており、精密金型の設計製作に工夫を凝らしました。
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チタン製 装飾品��
こちらは、チタン製の装飾品�い任后�サイズは1.2*40*50で、主に日用品の装飾用途で用いられます。こちらのプレス品は、幅が約50mmと広めの部品ではありますが、当社ではチタン板材からの抜き加工によって形状出しをいたします。
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チタン製 装飾品��
こちらは、チタン製の装飾品�イ任后�サイズは3.5*20*50で、主に日用品の装飾用途で用いられます。こちらのプレス品は、表面の模様がとても細かくなっているため、細心の注意を払ってプレス加工をしております。
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チタンの精密加工のことなら、精密金属加工コストダウンセンター.comまで！
チタンは軽くて強度が高く、耐食性や耐熱性に優れているため汎用性が高い金属です。しかし強度が高く、また科学的に活性であるなどの理由により、加工が難しい金属でもあります。そのため加工しやすいように、また長所をさらに伸ばすために、チタンへ他金属を添加することによりチタン合金が生まれました。
チタンを加工する際は、チタンのどのような特性を利用したいのか、またチタンが難加工材であることを考慮しつつ、数あるチタンからどの種類を選択するか考えて加工方法を選ばなければなりません。
このような難削材であるチタンですが、精密金属加工コストダウンセンター.comを運営する株式会社清水工業所では、多種多様な業界に多数の精密チタン部品をお届けしてまいりました。上場企業様にも精度や品質面でご安心いただける加工技術が、ここにはあります。当社では、旋盤加工やプレス加工、曲げ加工、レーザー加工、ワイヤーカット加工、さらにスウェージング加工といった特殊加工方法も取り揃えており、お客様が他社で製作できずに悩んでいる製品も加工することができます。チタン材は、純チタンから、64チタン、βチタンなど、様々なチタンの加工に対応しております。
また当サイトでは、お客様のご要望に合わせて最適な工法を提案することで、コストダウンを可能にしております。「目の前で悩んでいるお客様を救いたい」という想いで、単品・試作加工から、チタンの量産加工まで、様々なチタン加工にお応えしてまいりました。しかし、ただご要望にお応えするだけでなく、お客様の期待を上回るために、当社では最適な形状変更や工法転換をご提案しており、結果としてコストダウンにつながるケースが多々ございます。
さらに当社は、専門技術を取りそろえた中小企業が集まる福井県鯖江市のネットワークを活用することができるため、金属製品の精密加工に幅広く対応することができます。また、お客様が当社にご依頼することで、お客様が無駄に加工業者を探す工数を減らすことができ、総合的なコストダウンを実現いたします。
「こんな加工できないの？」、「もっとコストを安く抑えたい！」こんなお悩みを丸ごと解決いたします。試作・1ロットからも対応いたしますので、まずはお気軽にご連絡ください。
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