チタン切削加工｜純チタン・64チタン部品の削り出し

チタン加工、とくにチタン切削加工は、軽くて強く、さびにくい部品をつくるための技術です。ただしチタンは熱が逃げにくく工具が摩耗しやすいため、難削材の代表として知られています。このページでは、純チタンと64チタン（Ti-6Al-4V）の違い、チタンの切削加工が難しい理由と対策、主な用途、コストを抑える考え方を解説し、エヌテックのチタン切削加工についてご紹介します。

チタン切削加工とは

チタン切削加工とは、純チタンやチタン合金の丸棒・板・鍛造素材などを、旋盤やマシニングセンタで削り出して部品に仕上げる加工です。フランジ、シャフト、ノズル、ブロック形状の部品など、ステンレスやアルミと同じように多様な形状を製作できますが、切削条件や工具の選定には専用の配慮が必要です。

チタンが選ばれる理由（比強度・耐食性・生体適合性）

• 比強度が高い：密度は約4.5g/cm³と鉄の約6割の重さでありながら、合金によっては鋼に匹敵する強度を持ちます。重さあたりの強度（比強度）に優れるため、軽量化が求められる部品に向きます。
• 耐食性に優れる：表面に緻密な酸化皮膜をつくるため、海水や塩化物、多くの薬品に対して高い耐食性を示します。
• 生体適合性が高い：人体に対する安全性が高く、医療機器やインプラントにも使われます。
• 非磁性：磁性を持たないため、磁場の影響を避けたい装置部品にも使われます。

チタンの種類

純チタン（JIS 1種〜4種）

純チタンは、JISでは酸素や鉄などの不純物量によって主に1種〜4種に分類されます。数字が大きくなるほど強度が上がり、伸び（延性）は小さくなります。1種・2種は柔らかく成形性に優れ、化学プラントの配管や熱交換器、装置部品に広く使われます。なかでも2種は流通量が多く、切削部品でもよく選ばれます。

64チタン（Ti-6Al-4V）などのチタン合金

64チタンは、チタンにアルミニウム約6%、バナジウム約4%を加えた合金で、JISでは60種に相当します。純チタンよりも大幅に強度が高く、航空機部品、医療機器、高強度の機械部品に用いられます。このほか、成形性を高めたβ型合金など、用途に応じたチタン合金があります。

比較表

※性質は代表的な傾向を示す目安です。

チタンの切削加工が難しい理由

熱伝導率が低く刃先が高温になる

チタンの熱伝導率は鉄よりも低く、64チタンでは約7W/(m・K)程度とステンレス鋼よりもさらに小さい値です。切削熱が材料や切りくずに逃げにくく、刃先に集中するため、工具が高温になって摩耗や欠けが早く進みます。

ヤング率が低くびびり・逃げが出る

チタンのヤング率（縦弾性係数、変形のしにくさを示す値）は鋼の約半分です。そのため切削抵抗を受けるとワークがたわみやすく、びびり（振動）や「逃げ」による寸法誤差が生じやすくなります。薄肉部や細長いシャフトでは特に注意が必要です。

化学的に活性で工具に溶着する

高温になったチタンは化学的に活性になり、工具材料と反応・溶着しやすくなります。溶着した部分がはがれる際に刃先も一緒に欠け、工具寿命の低下や仕上げ面の悪化を招きます。

切りくずの発火リスク

チタンの細かな切りくずや粉は、条件によっては燃えやすいという性質があります。乾式での高速加工や研削粉の扱いには注意が必要で、切りくずの清掃・保管を含めた管理が求められます。

チタン切削加工のポイント

工具・切削条件・クーラント

• 工具：耐熱性・耐溶着性の高い超硬工具やコーティング工具を選び、刃先は鋭く保ちます。摩耗した工具を使い続けると発熱が増え、悪循環になります。
• 切削速度：熱の発生を抑えるため、鋼やアルミに比べて切削速度を低めに設定するのが基本です。
• 送り・切込み：刃先をこすらせると加工硬化や発熱が進むため、一定以上の送りを確保します。
• クーラント：刃先の冷却と切りくずの排出のため、十分な量のクーラントを確実に当てます。
• 剛性の確保：ワークの保持を強くし、工具の突き出しを短くして、びびりと逃げを抑えます。

穴あけ・タップ加工の注意点

穴あけでは、切りくずが穴の中にこもると熱がたまり、ドリルの折損につながります。ステップ送りで切りくずを排出し、クーラントを穴の奥まで届けることが重要です。タップ加工では、チタンが工具を締め付けるように戻ってくる性質があるため、タップ折損のリスクが高くなります。下穴径の設定やタップの種類の選定に加え、必要に応じてねじ切りフライス（ヘリカル補間でねじを削る工法）への切り替えも検討します。

チタン部品の主な用途

• 半導体製造装置・真空機器：耐食性と非磁性を活かした真空部品、フランジ
• 化学プラント：耐食性が求められる配管部品、バルブ部品、熱交換器部品
• 医療・分析機器：生体適合性や耐薬品性が求められる部品
• 航空機・輸送機器：軽量・高強度が求められる構造部品、シャフト
• 重工・エネルギー：海水環境で使われる部品

チタン加工のコストを抑える考え方

チタン部品のコストは、材料費と加工時間（工具費を含む）の影響を大きく受けます。設計段階で次の点を検討すると、コストを抑えやすくなります。

• 必要な強度に合った材種を選ぶ：耐食性が主目的であれば、64チタンではなく純チタンで足りる場合があります。
• 素材の形状を工夫する：削り代が大きいと材料も加工時間も増えるため、パイプ材や近い形状の素材を使えないか検討します。
• 公差と面粗さを必要な箇所に絞る：全面に厳しい公差を指定すると、加工時間と検査の負担が増えます。
• 深い穴や細かいタップを減らす：工具折損のリスクが高い形状は、可能な範囲で見直しを検討します。

エヌテックのチタン切削加工

純チタン・64チタンの加工実績

エヌテックは、純チタン・64チタンのほか、ニッケル合金、モリブデン、超硬などの難削材の加工実績があります。難削材だからこそ、毎回の加工を同じ品質で再現することが大切だと考え、20℃恒温の検査室、三次元測定機2台、工程のバーコード管理、専任検査員による出荷前検査という体制で品質を安定させています。ISO9001認証も取得しています。

フランジ・シャフトなど旋盤部品

広島県福山市の本社工場と神奈川県相模原市の相模原工場で、NC旋盤10台超、複合加工機（INTEGREX）3台、マシニングセンタを使い分け、チタンのフランジやシャフトなどの削り出し部品を1個から承ります（→ フランジ加工のページ／シャフト加工のページ）。

材料手配から検査まで一括

材料の調達から機械加工、協力会社と連携した溶接・表面処理などの外注工程、出荷前検査までを一括で管理します。ステンレスとチタンを組み合わせた部品群もまとめてご相談いただけます（→ ステンレス切削加工のページ）。

よくある質問

Q. チタンの加工はなぜ難しいのですか？

A. 熱伝導率が低く刃先に熱が集中すること、ヤング率が低くびびりや逃げが出やすいこと、高温で工具に溶着しやすいことが主な理由です。工具の選定、低めの切削速度、十分なクーラント、剛性の高い段取りによって安定した加工が可能になります。

Q. 純チタンと64チタンはどちらを選べばよいですか？

A. 耐食性や軽さが主な目的であれば純チタン（2種など）、高い強度が必要な部品であれば64チタンが一般的な選択です。64チタンは強度が高い分、材料費・加工費とも上がる傾向があるため、必要な性能に合わせて選ぶことをおすすめします。

Q. チタンの削り出し部品は1個から依頼できますか？

A. はい。試作の1個から中量産の数千個まで対応しています。フランジやシャフトなど旋盤部品のほか、マシニングによる角物の加工も承ります。

Q. チタン加工の費用を抑える方法はありますか？

A. 必要な強度に合った材種の選定、素材形状の工夫、公差を必要な箇所に絞ることなどが有効です。図面をいただければ、加工方法とあわせて検討ポイントをご提案します。

お問い合わせ

チタン部品の切削加工は、エヌテックにご相談ください。図面（または現物写真）に、材種（純チタン・64チタンなど）・数量・希望納期を添えてお送りいただければ、加工方法と材料手配を含めてご提案します。表面処理などの後工程を含む部品も、まとめてお問い合わせいただけます。