おなじ 大きさの チタンと てつを、りょうてに 一つずつ もったと します。チタンの ほうが かるく、おもさは てつの 6わりくらいです［1］。

「はんぶん」までは いきません。おなじ 大きさで くらべた おもさを みつどと いい、チタンは 1立方センチメートルで 4.51グラム、てつは 7.8グラムくらいです。4.51を 7.9で わると、0.57に なります。

これが チタンの ひとつめの ひみつ、「かるさ」です。

ところが、かるいだけでは 「じょうぶ」には なりません。つよさは どうなのでしょう。

同じ大きさのチタンと鉄を両手に持つと、チタンのほうが明らかに軽く感じます。純チタンの密度は1立方センチメートルあたり約4.51グラム、鉄やステンレスは約7.8〜7.9グラムです［1］。4.51を7.9で割ると約0.57、つまり鉄の約6割の重さです。

「鉄の半分」ではない点に注意が要ります。アルミニウムと比べると、チタンのほうが重い金属です。それでもチタンが選ばれる場面があるのは、軽さだけでなく、強さとの組み合わせで考えるからです。

チタンの軽さは、合金にしてもほとんど変わりません。航空機などによく使われる合金は、1立方センチメートルあたり4.43グラムです［2］。

では、肝心の強さはどうなのでしょうか。

チタンが軽いといっても、鉄の半分になるわけではない。工業用純チタンの密度は約4.51 g/cm³で、鉄・ステンレスの約7.8〜7.9 g/cm³に対し、4.51÷7.9≒0.57、すなわち約6割である［1］。アルミニウムよりは重いので、チタンの軽さは「金属の中で最軽量」ではなく、「鉄との比較で目立つ」程度のものと読むのが正確だろう。

この軽さは合金化しても大きく損なわれない。航空機に多用されるTi-6Al-4V合金の密度は4.43 g/cm³で、純チタンより少し小さいくらいである［2］。ステンレス(SUS304)の7.9 g/cm³と比べると、軽さの利点はそのまま残る。

では、軽さと組み合わせる「強さ」のほうはどうか。ここに、題名の問いのいちばん意外な部分がある。

「チタンは つよい」と きくと、とても かたい 金ぞくを 思いうかべます。けれど、まざりものの ない チタンは、ふつうの はがねと おなじくらいの つよさと いわれて います［3］。

とくべつに つよい わけでは ないのです。それでも、はがねより かるいので、おなじ おもさで くらべると ねうちが あります。

つよさに ついては、まぜものを した チタン、「ごうきん」の ほうが ずっと つよく なります。ごうきんとは、ほかの ものを まぜて つくった 金ぞくの ことです。

「チタンは強い」というイメージの中身を、数字で見てみましょう。純チタンの引張強さ（引っぱって切れるまでの強さ）は、日本の規格(JIS)で種類によって決まっています。たとえば1種は270〜410、2種は340〜510、4種は550〜750メガパスカルです［3］。最も多く使われる汎用品は2種です。

これは、ある資料では「普通鋼並み」と説明されています。強さだけを見れば、純チタンは特別に強い金属ではありません。

軽さは鉄の約6割でした。強さが同じくらいで、重さが約6割なら、「同じ重さあたり」では鉄より有利になります。ただし、本当に強いといわれるのは、純チタンではなく合金のほうです。次の章では、混ぜると何が変わるのかを見ます。

「軽くて丈夫」という言い方で、強さの部分を純チタンの数値に当てはめると、期待は外れる。JISの引張強さは、1種で270〜410 MPa、2種で340〜510 MPa、3種で480〜620 MPa、4種で550〜750 MPaと種類によって幅があり、最も多く使われる汎用品が2種である。メーカー資料は、純チタンの強さを「普通鋼並み」、チタン合金を「高張力鋼とほぼ同等」と整理している［3］。

1つの値で言い切れないのは、種類ごとに規格の幅が決まっているためである。大事なのは、「チタンだから特別に強い」わけではないという点である。

では、軽さと「普通鋼並みの強さ」を持つ純チタンから、どのようにして「高張力鋼並み」の強さを引き出すのか。答えは、別の金属を混ぜることにある。

いちばん よく つかわれる ごうきんは、チタンに アルミニウムを 6パーセント、バナジウムと いう 金ぞくを 4パーセント まぜた ものです。

ひっぱって きれるまでの つよさを、てつきん用の はがねの ぼうと くらべた 一れいが あります。ぼうは 490いじょう、チタンの ごうきんは 999 でした［1］。およそ 2ばいです。

ただし、くらべる はがねの しゅるいで、ばいりつは かわります。この 数字は、あくまで ひとつの れいです。

最もよく使われるチタン合金はTi-6Al-4Vです。チタンにアルミニウムを6%、バナジウムを4%加えたもので、名前は成分の割合を表しています。強さと粘り強さを両立でき、溶接や加工もしやすいので、チタン合金の中で最も多用されます［5］。

強さの数字を見てみましょう。この合金の引張強さは、焼きなました状態で980、さらに熱処理をした状態で1170メガパスカルという値が示されています［5］。ただし、規格や熱処理の条件によって値は変わります。純チタン2種の最大510と比べると、おおよそ2倍の水準です。

別の資料は、鉄筋用の棒鋼が約490以上のところ、チタン合金は約999、と表で示しています［1］。ただし、比べる鋼の種類によって倍率は変わります。辞典類は、チタンの比強度（強さを比重で割った値）を普通鋼の約2倍、アルミニウムの約6倍と書きますが［4］、資料により約1.7倍という数字もあります。「何倍」は、比べ方しだいで変わる数字です。

最も多用される合金は、チタンにアルミニウム6%、バナジウム4%を加えたTi-6Al-4Vである。強度と靭性を兼ね、溶接性・加工性も良好とされる［5］。引張強さは焼なまし材で980 MPa、溶体化時効材で1170 MPaとする資料がある。値は規格・熱処理条件・製品形状で変わる。純チタン2種のJIS上限510 MPaに対し、おおよそ2倍の水準である。

ただし、強くなる代わりに伸びが減る。焼なまし材の伸び14%は、溶体化時効材で10%に下がる［5］。強さは、粘りとのかね合いで選ぶ数字である。

強さの倍率の書かれ方にも注意が要る。日本製鉄のコラムは、合金の引張強さ約999 N/mm²を鉄筋用棒鋼の約490以上と並べ、約2倍としているが、この表は密度で割っておらず、比強度ではない［1］。比強度（強度÷比重）は、辞典類が普通鋼の約2倍、アルミニウムの約6倍と記す［4］。一方、鉄の約1.7倍とする資料もある。比較の対象になる鋼種や強度の値が違えば倍率も変わるため、単一の倍率で言い切ることはできない。

それでは、なぜ別の金属を混ぜると、強くなるのか。

金ぞくの 中では、とても ちいさな つぶが きれいに ならんで います。この ならびに、ちがう つぶが まじると、ならびが ずれにくく なる、と かんがえられて います。

くだものの はこで たとえます。みかんが きれいに ならんだ はこは、すこし おすと すべって うごきます。そこに、ちがう おおきさの くだものが まじると、ひっかかって うごきにくく なります。

ただし これは たとえ話で、ほんとうの しくみは もっと むずかしく、いまも けんきゅうが つづいて います。

金属は、原子が規則正しく並んだ結晶でできています。純チタンは室温で、六方最密という並び方の結晶（α相）をしています。約880℃以上になると、別の並び方（β相）に変わります［6］。アルミニウムなどはα相を安定にし、バナジウムなどはβ相を安定にします。Ti-6Al-4Vは、その2つがまじった状態です［5］。

強さには、結晶の中で原子の層がずれる「すべり」の起こりやすさが関わると考えられています。純チタンのような六方最密の金属は、すべりの起こる面が限られ、混ぜた元素がそのずれ方を変えるという研究があります。くわしい仕組みは、今も研究が続いている分野です。

ここでは、「混ぜた元素と結晶の並び方が、強さを変える」という大きな見取り図にとどめておきます。

常温・常圧のチタンは六方最密構造（α相）で、約880℃以上で体心立方構造（β相）に転移する。アルミニウムや酸素はα相を、バナジウムやモリブデンはβ相を安定にする。Ti-6Al-4Vは、α相とβ相が共存するα+β型であり、両相の長所を兼ね備えるとされる［6］［5］。

強度が上がる仕組みについては、六方最密の金属ではすべり面が限られ、合金元素が転位の動きを変えることで、強度や変形の性質が決まる、と考えられている。ただし、これは研究報告にもとづく見方で、断定はできない。

実用の側から見れば、重要なのは、同じTi-6Al-4Vでも熱処理の条件によって引張強さの値が変わるという点である。前節の980 MPaと1170 MPaの差は、その一例である。

ここまでで、題名の問いへの答えはそろった。では、なぜこれほど役に立つ金属が、「ふつうの金属」にならないのか。

チタンを はじめて 見つけたのは、1791年の イギリスの ぼくしさんです。うみべの 黒い すなの中から、あたらしい 元そを 見つけました。1795年には ドイツの ひとが べつの こうせきから 見つけなおし、ギリシャの しんわに でてくる 大きな 神の なまえから、「チタン」と なづけました［7］。

でも、きれいな 金ぞくの チタンを とりだせたのは、1910年です。見つけてから 120ねんも かかりました［6］。

チタンは、ほかの ものと すぐ くっつく ため、とりだすのも、かたちを つくるのも むずかしいのです。このため、てつより たかく なります。

チタンの発見は、1791年にさかのぼります。イギリス・コーンウォールの牧師ウィリアム・グレゴールが、海辺の黒い砂から新しい元素を見つけたと伝えられています。1795年にはドイツのクラプロートが鉱石ルチルから改めて見つけ、ギリシャ神話の巨人ティタンにちなんで「チタン」と名づけました［7］。名前の由来には「強いから」と決められない説もあります。

ところが、純度99.9%の金属チタンを初めて取り出したのは1910年、アメリカのM.ハンターです。発見から約120年かかりました［6］。

理由は、チタンが高温で酸素や窒素と反応しやすいからです。工業生産が始まったのは、クロールという技術者が、四塩化チタンをマグネシウムで還元する方法を開発してからです。この方法は連続して作れず、工程も複雑で、今も基本は同じです［7］。鋳造や溶接にも、空気を遮る大がかりな設備が要ります［6］。こうした事情が、鉄より高価になる一因です。

チタンの発見は1791年、英国コーンウォールの牧師W.グレゴールが海岸の黒い砂から新元素を見つけたことに始まる。1795年にドイツ（プロイセン）のクラプロートが鉱石ルチルから再発見し、ギリシャ神話の巨人ティタンにちなんで命名した［7］。命名は強さによるとは限らず、中立的な理由とする説もある。

ところが、純度99.9%の金属チタンが初めて作られたのは1910年、M.ハンターが四塩化チタンをナトリウムで還元したときで、発見から約120年を要した［6］。理由は、チタンが高温で酸素・窒素などと反応しやすく、他の金属のように単純に取り出せなかったことにある。のちにクロールが、四塩化チタンをマグネシウムで還元する方法を開発し、工業生産が始まった。ただし開発年は資料により異なるため、ここでは年を断定しない。

現在もこの方法が基本だが、連続生産ができず、工程が複雑なため、鉄より高価である。鋳造・溶接でも、酸素や窒素を遮る大がかりな設備が必要になる［7］［6］。高価さの大きな部分は、素材の性質というより、作ることそのものの難しさに由来する。

それでも、高いお金を払う価値のある場面がある。次の章でそれを見る。

ひこうきには、チタンの ごうきんが たくさん つかわれます。ある 大がたきでは、むかしの きたいより チタンの りょうが 2ばい いじょうに ふえた と いわれます［8］。

うみの ふかい ところへ もぐる 「しんかい6500」は、チタンの ごうきんで 人の のる 丸い 部屋を つくって います。あつさは 73.5ミリメートルです［5］。

うみの 水は、チタンを さびさせにくい ことも しられて います。チタンの ひょうめんは、空気にふれて できた うすい まくで おおわれて、中を まもるからです。

では、高くてもチタンを使う場面はどこでしょうか。1つは飛行機です。機体を軽くしたい飛行機では、チタン合金が多く使われます。ある大型旅客機（A350XWB）では、チタンの使用量が従来機の2倍以上になっています［8］。炭素繊維の複合材との相性がよいことも、背景として挙げられています。

もう1つは深海です。有人潜水調査船「しんかい6500」の乗員室にあたる耐圧殻は、チタン合金（Ti-6Al-4V ELI）でできた、内径2メートルの球です。厚さは73.5ミリメートルで、最大潜航深度は6500メートルで、その水圧に耐える構造です［5］。

チタンは、表面にできる薄い酸化皮膜が内部を守るため、さびにくい金属でもあります。傷がついても皮膜は短い時間で作り直されます［6］。この点は、めがねを扱った別の記事で詳しく書きました。

高価でもチタンが選ばれる場面の1つが、航空機である。A350XWBのチタン使用量は従来機の2倍以上とされ、炭素繊維複合材（CFRP）との相性のよさも一因と説明されている［8］。この数字は「2倍以上」という大きさの目安として読む。

もう1つが深海である。有人潜水調査船「しんかい6500」の耐圧殻には、不純物を減らした等級（ELI: Extra Low Interstitial）のTi-6Al-4Vが使われ、厚さ73.5 mm・内径2 mの球形をしている。最大潜航深度は6500 mで、その水圧に耐える構造である［5］。

チタンは表面に薄い不動態皮膜をつくり、内部を酸化・腐食から守る。海水にも強く、傷がついても皮膜は短時間で作り直される［6］。ただし塩酸や硫酸など非酸化性の酸には弱い場合があり、万能ではない。

けいさんして みよう

チタンの おもさは、てつの 6わりくらいでした。4.51を 7.9で わると、0.57です。ノートに、じぶんで わりざんを して みましょう。

おうちで さがして みよう

チタンの スプーンや マグカップが うちに あれば、ステンレスの ものと 同じ 大きさで もちくらべて みましょう。かるく かんじるかもしれません。ただし、かたちが ちがうと おもさも かわるので、およその くらべです。

計算してみる

チタンの密度4.51と、鉄・ステンレスの7.9で、割り算をしてみてください。0.57が出ます。アルミニウムの密度は調べてみると、チタンより小さいはずです。軽さのランキングで、チタンは何位くらいに見えるでしょうか。

家にあるもので比べる

チタン製のスプーンやマグカップが家にあれば、ステンレス製の似た形のものと持ち比べます。キッチンスケールがあれば、重さを量って比べられます。ただし、形や厚みが違えば重さも変わるので、あくまで目安です。

資料を読むなら

日本製鉄のコラム［1］［2］は、表の数字と一緒に読めます。どの鋼種と比べているのかを探してみると、倍率が変わる理由が分かります。

数値を再計算する

純チタン2種の最大強度510 MPaと、Ti-6Al-4Vの980 MPaの比を計算し、さらに密度（4.51と4.43）で割った比強度を、鋼の値と比べてみる。どの鋼の強度を使うかで結果が変わることは、辞典類の「約2倍」と別資料の「約1.7倍」の差を考える手がかりになる。

家にあるもので比べる

チタン製とステンレス製の食器があれば、キッチンスケールで重さを量り、形と厚みの違いを割り引いて、密度比0.57と比べる。

資料を読むなら

日本製鉄のコラム［1］［2］は、表の条件（試験片、鋼種、規格）が明記されており、倍率の根拠を追える。比強度は辞典類［4］、純チタンのJIS値はメーカー資料［3］、合金と結晶構造の整理は百科事典的な解説［5］［6］が足場になる。Ti-6Al-4Vでなぜ強度が変わるのかは、材料科学の論文に当たると、一般向けの説明より先まで読める。