JP2002332531A - チタン合金およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低ヤング率かつ高強度で高弾性変形能なチタン
合金を提供する。 【解決手段】本発明のチタン合金は、少なくともＶａ族
（バナジウム族）元素と主成分であるチタン（Ｔｉ）と
を含み、加える応力が０から、引張試験で真に永久歪み
が０．２％に到達したときの応力として定義される引張
弾性限強度までの範囲にある弾性変形域内で、引張試験
により得られた応力−歪み線図上の接線の傾きが応力の
増加に伴って減少する特性を示すことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チタン合金および
その製造方法に関するものである。詳しくは、各種製品
に利用できる、低ヤング率で高弾性変形能かつ高強度な
チタン合金とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チタン合金は比強度に優れるため、航
空、軍事、宇宙、深海探査等の分野で従来から使用され
てきた。自動車分野でも、レーシングエンジンのバルブ
リテーナやコネクテング・ロッド等にチタン合金が使用
されている。また、チタン合金は耐食性にも優れるた
め、腐食環境下で使用されることも多い。例えば、化学
プラントや海洋建築物等の資材に、また、凍結防止剤に
よる腐食防止等を目的として自動車のフロント・バンパ
・ロウアーやリア・バンパ・ロウアー等に使用されてい
る。さらに、その軽量性（比強度）と耐アレルギー性
（耐食性）に着目して、腕時計等の装身具にチタン合金
が使用されている。このように、多種多様な分野でチタ
ン合金が使用されており、代表的なチタン合金として、
例えば、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ（α合金）、Ｔｉ−
６Ａｌ−４Ｖ（α−β合金）、Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ
−３Ａｌ（β合金）等がある。

【０００３】ところで、従来のチタン合金は、主にその
優れた比強度や耐食性が注目されて使用されることが多
かったが、最近では、チタン合金（例えば、β合金）の
低ヤング率が注目されて使用されることも多い。例え
ば、生体適合品（例えば、人工骨等）、装身具（例え
ば、眼鏡のフレーム等）、スポーツ用品（例えば、ゴル
フクラブ等）、スプリングなどに低ヤング率のチタン合
金が使用されている。具体例を挙げて説明すると、人工
骨に低ヤング率のチタン合金を使用した場合、そのヤン
グ率が人骨のヤング率（約３０ＧＰａ程度）に近づき、
その人工骨は比強度、耐食性に加え生体適合性に優れた
ものとなる。また、低ヤング率のチタン合金からなる眼
鏡フレームは、圧迫感を与えずに身体に柔軟にフィット
し、また、衝撃吸収性にも優れる。また、ゴルフクラブ
のシャフトやヘッドに低ヤング率のチタン合金を使用す
ると、しなやかなシャフトや固有振動数の低いヘッドが
得られ、ゴルフボールの飛距離が伸びると言われてい
る。また、低ヤング率で高弾性変形能かつ高強度のチタ
ン合金からなるスプリングが得られれば、その巻数等を
増加させずに低いバネ定数を達成でき、その軽量コンパ
クト化が可能となる。

【０００４】このような事情を下に、本発明者は、各種
分野で利用拡大を一層図れる、従来レベルを超越した低
ヤング率で高弾性変形能かつ高強度のチタン合金を開発
することを考えた。そして、先ず、低ヤング率のチタン
合金に関する従来技術を調査したところ、次のような公
報が発見された。

【０００５】特開平１０−２１９３７５号公報 この公報には、ＮｂとＴａとを合計で２０〜６０重量％
含むチタン合金が開示されている。具体的には、先ず、
その組成となるように原料を溶解し、ボタンインゴット
を鋳造する。次に、そのボタンインゴットに冷間圧延、
溶体化処理、時効処理を行う。これにより、７５ＧＰａ
以下という低ヤング率をもつチタン合金を得ている。し
かし、この公報に開示された実施例から解るように、低
ヤング率と共に引張強度も低下しており、低ヤング率で
高弾性変形能かつ高強度のチタン合金は得られていな
い。また、チタン合金を製品に成形する際に必要となる
冷間加工性については、何ら開示されていない。

【０００６】特開平２−１６３３３４号公報 この公報には、「Ｎｂ：１０〜４０重量％、Ｖ：１〜１
０重量％、Ａｌ：２〜８重量％、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ：各
１重量％以下、Ｚｒ：３重量％以下、Ｏ：０．０５〜
０．３重量％、残部がＴｉからなる冷間加工性に優れた
チタン合金」が開示されている。具体的には、その組成
となる原料をプラズマ溶解、真空アーク溶解、熱間鍛
造、固溶化処理することにより冷間加工性に優れたチタ
ン合金を得ている。しかし、そのヤング率や弾性変形能
ならびに引張強度については、公報に何ら記載されてい
ない。また、そのチタン合金によれば、圧縮割れの発生
しない最大の変形率として、ｌｎ（ｈ₀／ｈ）：１．３
５〜１．４５が得られるとあるが、これを後述の冷間加
工率に換算すると、高々５０％程度に過ぎない。

【０００７】特開平８−２９９４２８号公報 この公報には、２０〜４０重量％のＮｂと４．５〜２５
重量％のＴａと２．５〜１３重量％のＺｒと残部が実質
的にＴｉとからなり、ヤング率が６５ＧＰａ以下のチタ
ン合金で形成された医療器具が開示されている。

【０００８】特開平６−７３４７５号公報、特開平６
−２３３８１１号公報および特表平１０−５０１７１９
号公報 これらの公報には、低ヤング率で高強度のチタン合金が
開示されているが、ヤング率が７５ＧＰａ以下で引張強
度が７００ＭＰａ以上のチタン合金は、Ｔｉ−１３Ｎｂ
−１３Ｚｒが開示されているのみである。しかも、弾性
限強度や弾性変形能に関しては一切開示されていない。
また、請求の範囲には、Ｎｂ：３５〜５０重量％とある
が、それに相当する具体的な実施例は何ら開示されてい
ない。

【０００９】特開昭６１−１５７６５２号公報 この公報には、「Ｔｉを４０〜６０重量％を含有し、残
部が実質上Ｎｂよりなる金属装飾品」が開示されてい
る。具体的には、Ｔｉ−４５Ｎｂの組成原料をアーク溶
解後、鋳造、鍛造圧延し、得られたＮｂ合金を冷間深絞
加工することにより金属装飾品を得ている。しかし、そ
の公報には、具体的な冷間加工性について何ら記載され
ていない。また、そのＮｂ合金のヤング率や引張強度等
については何ら記載がない。

【００１０】特開平６−２４０３９０号公報 この公報には、「１０重量％から２５重量％未満のバナ
ジウムを含み、酸素含有量を０．２５重量％以下とし、
そしてが残部チタンおよび不可避的不純物からなるゴル
フドライバーヘッド用材料」が開示されている。しか
し、その使用合金のヤング率は、８０〜９０ＧＰａ程度
に過ぎない。

【００１１】特開平５−１１１５５４号公報 この公報には、「超弾性を有するＮｉ−Ｔｉ合金のロス
トワックス精密鋳造法により製作したゴルフクラブのヘ
ッド」が開示されている。この公報には、Ｎｂ、Ｖ等を
若干添加しても良い旨が記載されているが、それらの具
体的な組成に関しては何ら記載されておらず、また、ヤ
ング率、弾性変形能ならびに引張強度に関しても何ら開
示されていない。

【００１２】参考までに、従来のチタン合金のヤング
率について付言しておくと、α合金で１１５ＧＰａ程度
であり、α＋β合金（例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合
金）で１１０ＧＰａ程度であり、β合金（例えば、Ｔｉ
−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎ）の溶体化処理材で
８０ＧＰａ程度、時効処理後では１１０ＧＰａ程度であ
る。また、本発明者らが試験調査したところ、前記公報
のニッケル・チタン合金ではヤング率が９０ＧＰａ程
度であった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みて為されたものである。つまり、前述したよ
うに、各種分野で利用拡大を一層図れる、従来レベルを
超越した低ヤング率で高弾性変形能かつ高強度のチタン
合金を提供することを目的とする。また、低ヤング率で
高弾性変形能を有すると共に高強度である、各種製品へ
の成形が容易な冷間加工性に優れたチタン合金を提供す
ることを目的とする。さらに、そのようなチタン合金の
製造に適した製造方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、この課題を
解決すべく鋭意研究し各種系統的実験を重ねた結果、Ｖ
ａ族元素とチタンとからなる、低ヤング率かつ高弾性変
形能で高強度のチタン合金を開発するに至ったものであ
る。 （１）すなわち、本発明のチタン合金は、少なくともＶ
ａ族（バナジウム族）元素と主成分であるチタン（Ｔ
ｉ）とを含み、加える応力が０から、引張試験で真に永
久歪みが０．２％に到達したときの応力として定義され
る引張弾性限強度までの範囲にある弾性変形域内で、該
引張試験により得られた応力−歪み線図上の接線の傾き
が応力の増加に伴って減少する特性を示すことを特徴と
する。チタンと適量のＶａ族元素との組合わせにより、
従来になく低ヤング率で高弾性変形能かつ高強度のチタ
ン合金が得られたものである。そして、本発明のチタン
合金は各種製品に幅広く利用することができ、それらの
機能性の向上や設計自由度の拡大を図れる。ここで、例
えば、Ｖａ族元素を３０〜６０質量％とすると好適であ
る。３０質量％未満では十分な平均ヤング率の低下を図
れず、一方、６０質量％を超えると十分な弾性変形能や
引張強度が得られず、チタン合金の密度が上昇して、比
強度の低下を招くからである。また、６０質量％を越え
ると、材料偏析が生じ易くなり、材料の均質性が損われ
て、強度のみならず靱性や延性の低下も招き易くなるか
らである。

【００１５】そして、本発明者は、このチタン合金が優
れた冷間加工性を備えることも確認している。その組成
のチタン合金が何故、低ヤング率かつ高弾性変形能で高
強度となり、また冷間加工性に優れるのか、未だ定かで
はない。もっとも、これまでに為された本発明者による
懸命な調査研究から、それらの特性について、次のよう
に考えることができる。つまり、本発明者が本発明のチ
タン合金に係る一試料を調査した結果、このチタン合金
に冷間加工を施しても、転位がほとんど導入されず、一
部の方向に（１１０）面が非常に強く配向した組織を呈
していることが明らかになった。しかも、ＴＥＭ（透過
電子顕微鏡）で観察した１１１回折点を用いた暗視野像
において、試料の傾斜と共に像のコントラストが移動し
ていくのが観察された。これは観察している（１１１）
面が湾曲していることを示唆しており、これは、高倍率
の格子像直接観察によっても確認された。しかも、この
（１１１）面の湾曲の曲率半径は５００〜６００ｎｍ程
度と極めて小さなものであった。このことは、本発明の
チタン合金は、転位の導入ではなく、結晶面の湾曲によ
って加工の影響を緩和すると言う、従来の金属材料では
全く知られていない性質を有することを意味している。
また、転位は、１１０回折点を強く励起した状態で、極
一部に観察されたが、１１０回折点の励起をなくすとほ
とんど観察されなかった。これは、転位周辺の変位成分
が著しく＜１１０＞方向に偏っていることを示してお
り、本発明のチタン合金は非常に強い弾性異方性を有す
ることを示唆している。理由は定かではないが、この弾
性異方性も、本発明に係るチタン合金の優れた冷間加工
性、低ヤング率、高弾性変形能、高強度の発現、等と密
接に関係していると考えられる。

【００１６】なお、Ｖａ族元素は、バナジウム、ニオ
ブ、タンタルの一種でも複数種でも良い。これらの元素
はいずれもβ相安定化元素であるが、必ずしも、本発明
のチタン合金が従来のβ合金であることを意味するもの
ではない。また、熱処理は必ずしも必要ではないが、熱
処理を行なうことにより、一層の高強度化を図ることも
可能である。

【００１７】本発明のチタン合金は、引張弾性限強度が
７００ＭＰａ以上であると好適である。この引張弾性限
強度は、順に、７５０ＭＰａ以上、８００ＭＰａ以上、
８５０ＭＰａ以上、９００ＭＰａ以上となるほど好まし
い。「引張弾性限強度」とは、試験片への荷重の負荷と
除荷とを徐々に繰り返して行う引張試験において、永久
伸び（歪み）が０．２％に到達したときの負荷していた
応力を言う。つまり、引張弾性限強度は、引張試験で真
に永久歪みが０．２％に到達したときの応力として定義
される。また、平均ヤング率が７５ＧＰａ以下であると
好適である。この平均ヤング率は、順に、７０ＧＰａ以
下、６５ＧＰａ以下、６０ＧＰａ以下および５５ＧＰａ
以下となるほど好ましい。

【００１８】「平均ヤング率」とは、厳密な意味でのヤ
ング率の「平均」を指すものではなく、本発明のチタン
合金を代表するヤング率という意味である。具体的に
は、前記引張試験により得られた応力（荷重）−歪み
（伸び）線図において、引張弾性限強度の１／２に相当
する応力位置での曲線の傾き（接線の傾き）を平均ヤン
グ率とした。従って、平均ヤング率は、引張試験により
得られた応力−歪み線図上の接線の傾きから求まるヤン
グ率を代表するものであって、前記引張弾性限強度の１
／２に相当する応力位置での接線の傾きとして定義され
る。そして、高い引張弾性限強度と、低い平均ヤング率
と、前述した特異な応力−歪み関係との組合わせによっ
て、本発明のチタン合金は優れた高弾性変形能を発現す
る。

【００１９】ちなみに、「引張強度」は、前記引張試験
において、試験片の最終的な破断直前の荷重を、その試
験片の平行部における試験前の断面積で除して求めた応
力である。なお、本願でいう「高弾性変形能」は、前記
引張弾性限強度内における試験片の伸びが大きいことを
意味する。また、本願でいう「低ヤング率」とは、前記
平均ヤング率が、従来の一般的なヤング率に対して小さ
いことを意味する。さらに、本願でいう「高強度」と
は、前記引張弾性限強度または前記引張強度が大きいこ
とを意味する。

【００２０】なお、本発明でいう「チタン合金」は、種
々の形態を含むものであり、素材（例えば、鋳塊、スラ
ブ、ビレット、焼結体、圧延品、鍛造品、線材、板材、
棒材等）に限らず、それを加工したチタン合金部材（例
えば、中間加工品、最終製品、それらの一部等）なども
意味するものである（以下同様）。

【００２１】（２）また、本発明のチタン合金は、焼結
合金であると好適である。本発明は、チタンと適量のＶ
ａ族元素とからなる焼結合金（焼結チタン合金）が低ヤ
ング率で高弾性変形能かつ高強度という機械的性質をも
つ、という発見に基づくものである。そして、本発明者
は、このチタン合金が優れた冷間加工性を備えることも
確認している。Ｖａ族元素が３０〜６０質量％であると
好ましいのは、前述した通りである。その組成のチタン
合金が何故、低ヤング率かつ高弾性変形能で高強度とな
り、また冷間加工性に優れるのか、未だ定かではない
が、現状では、その理由を前述したように考えている。

【００２２】（３）本発明のチタン合金の製造方法は、
チタンとＶａ族元素とを含む少なくとも二種以上の原料
粉末を混合する混合工程と、該混合工程により得られた
混合粉末を所定形状の成形体に成形する成形工程と、該
成形工程で得られた成形体を加熱して焼結させる焼結工
程とからなり、得られた焼結合金は、加える応力が０か
ら、引張試験で真に永久歪みが０．２％に到達したとき
の応力として定義される引張弾性限強度までの範囲にあ
る弾性変形域内で、該引張試験により得られた応力−歪
み線図上の接線の傾きが応力の増加に伴って減少する特
性を示すことを特徴とする。

【００２３】本発明の製造方法（以下、適宜、「焼結
法」と称する。）は、前述のチタン合金の製造に適する
ものである。前述した特許公報等からも解るように、従
来のチタン合金は、チタン原料（例えば、スポンジチタ
ン）と合金原料とを溶解後、鋳造し、その後得られた鋳
塊をさらに圧延して製造されることが多かった（以下、
この方法を、適宜、「溶解法」と称する。）。しかし、
チタンは融点が高く高温で非常に活性であるため、溶解
自体難しく、溶解に特殊な装置を必要とする場合が多
い。また、溶解中の組成コントロールが難しく、多重溶
解等を行う必要もある。さらに、本発明のチタン合金の
ように、合金成分（特に、β安定化元素）を多量に含有
するチタン合金は、溶解・鋳造時に成分のマクロ的な偏
析が避け難く、安定した品質のチタン合金を得ることは
難しい。

【００２４】これに対し、本発明の焼結法によれば、原
材料を溶解させる必要がないため、溶解法のような欠点
がなく、本発明に係るチタン合金を効率良く製造するこ
とができる。具体的には、混合工程により、原料粉末が
均一に混合されるため、マクロ的に均一なチタン合金が
容易に得られる。また、成形工程により、当初から所望
の形状をもった成形体が成形されるため、その後の加工
工数の低減が図られる。なお、成形体は、板材や棒材等
の素材形状をしていても、最終製品の形状をしていて
も、また、それらに至る手前の中間品の形状をしていて
も良い。そして、焼結工程では、チタン合金の融点より
もかなり低い温度で成形体を焼結させることができ、溶
解法のような特殊な装置を必要とせず、また、経済的で
効率的な製造が可能となる。なお、本発明の製造方法
は、混合工程を考慮して原料粉末を二種以上としたもの
であり、いわゆる素粉末（混合）法に基づくものであ
る。

【００２５】（４）本発明のチタン合金の製造方法は、
チタンと少なくともＶａ族元素とを含む原料粉末を所定
形状の容器に充填する充填工程と、該充填工程後に熱間
静水圧法（ＨＩＰ法）を用いて該容器中の該原料粉末を
焼結させる焼結工程とからなり、 得られた焼結合金
は、加える応力が０から、引張試験で真に永久歪みが
０．２％に到達したときの応力として定義される引張弾
性限強度までの範囲にある弾性変形域内で、該引張試験
により得られた応力−歪み線図上の接線の傾きが応力の
増加に伴って減少する特性を示すことを特徴とする。

【００２６】本発明の製造方法によれば、前述の混合工
程および／または成形工程を必ずしも必要としない。ま
た、本発明の製造方法によれば、いわゆる合金粉末法を
可能にする。このため、使用できる原料粉末の種類も広
がり、二種以上の純金属粉末や合金粉末を混合した混合
粉末のみならず、前述したまたは後述する、本発明のチ
タン合金の組成をもつ合金粉末を使用することができ
る。そして、ＨＩＰ法を用いることにより、緻密な焼結
チタン合金を得ることもでき、製品形状が複雑であって
もネットシェイプが可能となる。なお、前記各元素の組
成範囲を「ｘ〜ｙ質量％」という形式で示したが、これ
は特に断らない限り、下限値（ｘ質量％）および上限値
（ｙ質量％）も含む意味である。

【００２７】

【発明の実施の形態】（チタン合金） （１）平均ヤング率と引張弾性限強度 本発明のチタン合金に関する平均ヤング率と引張弾性限
強度とについて、以下に図１Ａ、Ｂを用いて詳述する。
図１Ａは、本発明に係るチタン合金の応力−伸び（歪
み）線図を模式的に示した図であり、図１Ｂは、従来の
チタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金）の応力−伸び
（歪み）線図を模式的に示した図である。

【００２８】図１Ｂに示すように、従来の金属材料で
は、先ず、引張応力の増加に比例して伸びが直線的に増
加する（’−間）。そして、その直線の傾きによっ
て従来の金属材料のヤング率は求められる。換言すれ
ば、そのヤング率は、引張応力（公称応力）をそれと比
例関係にある歪み（公称歪み）で除した値となる。この
ように応力と伸び（歪み）とが比例関係にある直線域
（’−間）では、変形が弾性的であり、例えば、応
力を除荷すれば、試験片の変形である伸びは０に戻る。
しかし、さらにその直線域を超えて引張応力を加える
と、従来の金属材料は塑性変形を始め、応力を除荷して
も、試験片の伸びは０に戻らず、永久伸びを生じる。

【００２９】通常、永久伸びが０．２％となる応力σｐ
を０．２％耐力と称している（ＪＩＳ Ｚ ２２４
１）。この０．２％耐力は、応力−伸び（歪み）線図上
で、弾性変形域の直線（’−：立ち上がり部の接
線）を０．２％伸び（歪み）分だけ平行移動した直線
（’−）と応力―伸び（歪み）曲線との交点（位置
）における応力でもある。従来の金属材料の場合、通
常、「伸びが０．２％程度を超えると、永久伸びにな
る」という経験則に基づき、０．２％耐力≒引張弾性限
強度と考えれられている。逆に、この０．２％耐力内で
あれば、応力と歪みとの関係は概ね直線的または弾性的
であると考えられる。

【００３０】ところが、図１Ａの応力−伸び（歪み）
線図からも解るように、このような従来の概念は、本発
明のチタン合金には当てはまらない。理由は定かではな
いが、本発明のチタン合金の場合、弾性変形域において
応力―伸び（歪み）線図が直線とはならず、上に凸な曲
線（’−）となり、除荷すると同曲線−’に沿
って伸びが０に戻ったり、−’に沿って永久伸びを
生じたりする。このように、本発明のチタン合金では、
弾性変形域（’−）ですら、応力と伸び（歪み）と
が直線的な関係になく、応力が増加すれば、急激に伸び
（歪み）が増加する。また、除荷した場合も同様であ
り、応力と伸び（歪み）とが直線的な関係になく、応力
が減少すれば、急激に伸び（歪み）が減少する。このよ
うな特徴が本発明のチタン合金の高弾性変形能として発
現していると思われる。

【００３１】ところで、本発明のチタン合金の場合、図
１Ａからも解るように、応力が増加するほど応力−伸び
（歪み）線図上の接線の傾きが減少している。このよう
に、弾性変形域において、応力と伸び（歪み）とが直線
的に変化しないため、従来の方法で本発明のチタン合金
のヤング率を定義することは適切ではない。また、本発
明のチタン合金の場合、応力と伸び（歪み）とが直線的
に変化しないため、従来と同様の方法で０．２％耐力
（σｐ’）≒引張弾性限強度と評価することも適切では
ない。つまり、従来の方法により求まる０．２％耐力で
は、本来の引張弾性限強度よりも著しく小さい値となっ
てしまい、もはや、０．２％耐力≒引張弾性限強度と考
えることはできない。

【００３２】そこで、本来の定義に戻って、本発明のチ
タン合金の引張弾性限強度（σｅ）を前述したように求
めることとし（図１Ａ中の位置）、また、本発明のチ
タン合金のヤング率として、前述の平均ヤング率を導入
することとした。なお、図１Ａおよび図１Ｂ中、σｔは
引張強度であり、εｅは本発明のチタン合金の引張弾性
限強度（σｅ）における伸び（歪み）であり、εｐは従
来の金属材料の０．２％耐力（σｐ）における伸び（歪
み）である。

【００３３】（２）組成 本発明のチタン合金は、全体を１００質量％とした場
合に、ジルコニウム（Ｚｒ）とハフニウム（Ｈｆ）とス
カンジウム（Ｓｃ）とからなる金属元素群中の１種以上
の元素を合計で２０質量％以下含むと、好適である。ジ
ルコニウムとハフニウムとは、チタン合金の低ヤング率
化と高強度化に有効である。また、これらの元素は、チ
タンと同族（ＩＶａ族）元素であり、全率固溶型の中性
的元素であるため、Ｖａ族元素によるチタン合金の低ヤ
ング率化を妨げることもない。また、スカンジウムは、
チタンに固溶した場合、Ｖａ族元素と共にチタン原子間
の結合エネルギーを特異的に低下させ、ヤング率をさら
に低下させる有効な元素である（参考資料：Ｐｒｏｃ．
９ｔｈ Ｗｏｒｌｄ Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｔｉｔａｎｉｕ
ｍ、（１９９９）、ｔｏ ｂｅ ｐｕｂｌｉｓｈｅ
ｄ）。

【００３４】それらの元素が合計で２０質量％を越える
と、材料偏析による強度、靱性の低下やコスト上昇を招
くため、好ましくない。ヤング率、強度、靱性等のバラ
ンスを図る上で、それらの元素を合計で、１質量％以
上、さらには、５〜１５質量％とすると、より好まし
い。また、これらの元素は、Ｖａ族元素と作用上、共通
する部分が多いため、所定の範囲内で、Ｖａ族元素と置
換することもできる。つまり、本発明のチタン合金は、
合計で２０質量％以下のジルコニウム（Ｚｒ）とハフニ
ウム（Ｈｆ）とスカンジウム（Ｓｃ）とからなる金属元
素群中の１種以上の元素と、該金属元素群中の１種以上
の元素との合計が３０〜６０質量％となるＶａ族（バナ
ジウム族）元素と、残部が実質的にチタンとからなり、
平均ヤング率が７５ＧＰａ以下で引張弾性限強度が７０
０ＭＰａ以上であると、好適である。

【００３５】また、本発明のチタン合金は、合計で２０
質量％以下のジルコニウム（Ｚｒ）とハフニウム（Ｈ
ｆ）とスカンジウム（Ｓｃ）とからなる金属元素群中の
１種以上の元素と、該金属元素群中の１種以上の元素と
の合計が３０〜６０質量％となるＶａ族（バナジウム
族）元素と、残部が実質的にチタンとからなる焼結合金
であると、好適である。ジルコニウム等を合計で２０質
量％以下としたのは、前述したとおりである。また、同
様に、それらの元素を合計で１質量％以上、さらには、
５〜１５質量％とすると、より好ましい。

【００３６】本発明のチタン合金は、クロム（Ｃｒ）
とモリブデン（Ｍｏ）とマンガン（Ｍｎ）と鉄（Ｆｅ）
とコバルト（Ｃｏ）とニッケル（Ｎｉ）とからなる金属
元素群中の１種類以上の元素を含むと、好適である。よ
り具体的には、全体を１００質量％とした場合に、前記
クロムと前記モリブデンとはそれぞれ２０質量％以下で
あり、前記マンガンと前記鉄と前記コバルトと前記ニッ
ケルとはそれぞれ１０質量％以下であると、好適であ
る。

【００３７】クロムとモリブデンとは、チタン合金の強
度と熱間鍛造性とを向上させる上で有効な元素である。
熱間鍛造性が向上すると、チタン合金の生産性や歩留ま
りの向上が図れる。ここで、クロムやモリブデンが、２
０質量％を越えると、材料偏析が生じ易くなり、均質な
材料を得ることが困難となる。それらの元素を１質量％
以上とすると、固溶強化による強度等の向上を図る上で
好ましく、さらに、３〜１５質量％とすると、より好ま
しい。

【００３８】マンガン、鉄、コバルト、ニッケルは、モ
リブデン等と同様、チタン合金の強度と熱間鍛造性を向
上させる上で有効な元素である。従って、モリブデン、
クロム等の代わりに、またはモリブデン、クロム等と共
にそれらの元素を含有させても良い。但し、それらの元
素が１０質量％を越えると、チタンとの間で金属間化合
物を形成し、延性が低下してしまうため、好ましくな
い。それらの元素を１質量％以上とすると、固溶強化に
よる強度等の向上を図る上で好ましく、さらに、２〜７
質量％とすると、より好ましい。

【００３９】本発明のチタン合金が焼結チタン合金で
ある場合、前記金属元素群に錫を加えると、好適であ
る。すなわち、本発明の焼結チタン合金は、クロム（Ｃ
ｒ）とモリブデン（Ｍｏ）とマンガン（Ｍｎ）と鉄（Ｆ
ｅ）とコバルト（Ｃｏ）とニッケル（Ｎｉ）と錫（Ｓ
ｎ）とからなる金属元素群中の１種類以上の元素を含む
と好適である。具体的には、全体を１００質量％とした
場合に、前記クロムと前記モリブデンとはそれぞれ２０
質量％以下であり、前記マンガンと前記鉄と前記コバル
トと前記ニッケルと前記錫とはそれぞれ１０質量％以下
であると、より好適である。

【００４０】錫はα安定化元素であり、チタン合金の強
度を向上させる上で有効な元素である。従って、１０質
量％以下の錫を、モリブデン等の元素と共に含有させて
も良い。錫が１０質量％を越えると、チタン合金の延性
が低下して加工性の低下を招く。錫を１質量％以上、さ
らには、２〜８質量％とすると、低ヤング率化と共に高
強度化を図る上で、より好ましい。なお、モリブデン等
の元素については、前述と同様である。

【００４１】本発明のチタン合金は、アルミニウム
（Ａｌ）を含むと好適である。具体的には、前記アルミ
ニウムが、全体を１００質量％とした場合に０．３〜５
質量％であると、一層好適である。アルミニウムは、チ
タン合金の強度を向上させる上で有効な元素である。従
って、０．３〜５質量％のアルミニウムを、モリブデン
や鉄等の代りに、またはそれらの元素と共に含有させて
も良い。アルミニウムが０．３質量％未満では固溶強化
作用が不十分で、十分な強度の向上が図れない。また、
５質量％を越えると、チタン合金の延性を低下させる。
アルミニウムを０．５〜３質量％とすると、安定した強
度の向上を図る上で、より好ましい。なお、アルミニウ
ムを錫と共に添加すると、チタン合金の靱性を低下させ
ることなく、強度を向上させることができるため、より
好ましい。

【００４２】本発明のチタン合金は、全体を１００質
量％とした場合に、０．０８〜０．６質量％の酸素
（Ｏ）を含むと、好適である。また、全体を１００質量
％とした場合に、０．０５〜１．０質量％の炭素（Ｃ）
を含むと、好適である。また、全体を１００質量％とし
た場合に、０．０５〜０．８質量％の窒素（Ｎ）を含む
と、好適である。まとめると、全体を１００質量％とし
た場合に、０．０８〜０．６質量％の酸素（Ｏ）と０．
０５〜１．０質量％の炭素（Ｃ）と０．０５〜０．８質
量％の窒素（Ｎ）とからなる元素群中の１種類以上の元
素を含むと、好適である。

【００４３】酸素、炭素および窒素は、いずれも侵入型
の固溶強化元素であり、チタン合金のα相を安定にし、
強度を向上させる上で有効な元素である。酸素が０．０
８質量％未満、炭素または窒素が０．０５質量％未満で
は、チタン合金の強度向上が十分ではない。また、酸素
が０．６質量％を超え、炭素が１．０質量％を超え、ま
たは窒素が０．８質量％を超えると、チタン合金の脆化
を招き好ましくない。酸素を０．１質量％以上、さらに
は０．１５〜０．４５質量％とすると、チタン合金の強
度と延性とのバランスにおいて、より好ましい。同様
に、炭素を０．１〜０．８質量％、窒素を０．１〜０．
６質量％とすると、その強度と延性とのバランスにおい
て、より好ましい。

【００４４】本発明のチタン合金は、全体を１００質
量％とした場合に、０．０１〜１．０質量％のホウ素
（Ｂ）を含むと、好適である。ホウ素は、チタン合金の
機械的な材料特性と熱間加工性とを向上させる上で有効
な元素である。ホウ素は、チタン合金に殆ど固溶せず、
そのほぼ全量がチタン化合物粒子（ＴｉＢ粒子等）とし
て析出する。この析出粒子が、チタン合金の結晶粒成長
を著しく抑制して、チタン合金の組織を微細に維持する
からである。ホウ素が０．０１質量％未満では、その効
果が十分ではなく、１．０質量％を超えると、高剛性の
析出粒子が増えることにより、チタン合金の全体的なヤ
ング率の上昇と冷間加工性の低下を招いてしまうからで
ある。

【００４５】なお、０．０１質量％のホウ素を添加した
場合、ＴｉＢ粒子で換算すると、０．０５５体積％とな
り、一方、１質量％のホウ素を添加した場合は、ＴｉＢ
粒子で換算すると、５．５体積％となる。従って、言換
えると、本発明のチタン合金は、ホウ化チタン粒子が
０．０５５体積％から５．５体積％の範囲にあると好ま
しい。ところで、上述の各組成元素は、所定の範囲内
で、任意に組合わせることができる。具体的には、前記
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｂを、前記範囲内で、適
宜選択的に組合わせて、本発明のチタン合金とすること
もできる。もっとも、このことは、本発明のチタン合金
の趣旨を逸脱しない範囲内で、さらに別の元素を配合す
ることを排除するものではない。

【００４６】（２）冷間加工組織 冷間加工組織とは、チタン合金を冷間加工したときに得
られる組織である。本発明者は、上述のチタン合金が冷
間加工性に非常に優れる共に、冷間加工が施こされたチ
タン合金が著しく低ヤング率で高弾性変形能、かつ高強
度となることを発見した。「冷間」とは、チタン合金の
再結晶温度（再結晶を起す最低の温度）よりも十分低温
であることを意味する。再結晶温度は、組成により変化
するが、概ね６００℃程度であり、本発明のチタン合金
は、通常、常温〜３００℃の範囲で冷間加工されると良
い。

【００４７】また、Ｘ％以上の冷間加工組織とは、次式
により定義される冷間加工率がＸ％以上の場合にできる
冷間加工組織をいう。 冷間加工率 Ｘ＝（Ｓ₀−Ｓ）／Ｓ₀ ｘ１００（％） （Ｓ₀：冷間加工前の断面積、Ｓ：冷間加工後の断面
積）このような冷間加工によってチタン合金内に加工歪
みが付与される。この加工歪みが、原子レベルでのミク
ロ的な構造変化を構成組織内にもたらし、本発明のチタ
ン合金のヤング率の低減に寄与すると考えられる。ま
た、その冷間加工による原子レベルでのミクロ的な構造
変化に伴う弾性歪みの蓄積が、チタン合金の強度の向上
に寄与していると考えられる。

【００４８】具体的には、１０％以上の冷間加工組織を
有し、平均ヤング率が７０ＧＰａ以下で引張弾性限強度
が７５０ＭＰａ以上であると、好適である。冷間加工を
付与することにより、チタン合金の低ヤング率化と高弾
性変形能化と高強度化とをより進行させることができ
る。さらに、本発明のチタン合金は、５０％以上の前記
冷間加工組織を有し、平均ヤング率が６５ＧＰａ以下で
引張弾性限強度が８００ＭＰａ以上であると、好適であ
る。さらに、本発明のチタン合金が、７０％以上の前記
冷間加工組織を有し、平均ヤング率が６０ＧＰａ以下で
引張弾性限強度が８５０ＭＰａ以上であると、一層好適
である。さらに、本発明のチタン合金は、９０％以上の
前記冷間加工組織を有し、平均ヤング率が５５ＧＰａ以
下で引張弾性限強度が９００ＭＰａ以上であると、格別
に好適である。

【００４９】本発明のチタン合金は、冷間加工率を９９
％以上とすることもでき、詳細は定かではないものの、
従来のチタン合金とは明らかに異なるものである。従来
の冷間加工性に優れるチタン合金（例えば、Ｔｉ−２２
Ｖ−４Ａｌ：通称ＤＡＴ５１等）と比較しても、本発明
に係るチタン合金の冷間加工率は、まさに驚異的な値で
ある。このように、本発明のチタン合金は、極めて冷間
加工性に優れ、しかも冷間加工によりその材料物性や機
械的特性が一層改善される傾向にあるため、低ヤング率
で高弾性変形能および高強度が求められる、各種の冷間
加工成形品に最適な材料である。

【００５０】（３）焼結合金（焼結チタン合金） 焼結合金は、原料粉末を焼結させて得られる合金であ
る。本発明のチタン合金が焼結チタン合金である場合、
低ヤング率、高弾性変形能、高強度および優れた冷間加
工性を発揮する。例えば、その焼結チタン合金は、平均
ヤング率が７５ＧＰａ以下で引張弾性限強度が７００Ｍ
Ｐａ以上となり得る。さらに、本発明の焼結チタン合金
は、その組織中の空孔量を調整して、ヤング率、強度、
密度等を調整することができる。例えば、その焼結合金
が３０体積％以下の空孔を含むと、好適である。空孔を
３０体積％以下とすることにより、同一合金組成であっ
ても、その平均ヤング率を大幅に低下させることが可能
となるからである。

【００５１】一方、その焼結合金は、熱間加工により空
孔が５体積％以下に緻密化された組織であると、新たな
特長が付与され、好適である。すなわち、焼結合金を熱
間加工により緻密化すると、低ヤング率や、高弾性変形
能、高強度に加え、チタン合金に優れた冷間加工性を持
たせることができる。そして、空孔を１体積％以下に減
少させると、より好適である。なお、熱間加工とは、再
結晶温度以上での塑性加工を意味し、例えば、熱間鍛
造、熱間圧延、熱間スエージ、ＨＩＰ等がある。

【００５２】また、空孔とは、焼結合金内に残留する空
隙を意味し、相対密度で評価される。相対密度とは、真
密度ρ₀（残留空孔０％の場合）で焼結体の密度ρを割
った値の百分率（ρ／ρ₀ ）ｘ１００（％）で表さ
れ、空孔の体積％は次式で表される。 空孔の体積％ ＝｛１−（ρ／ρ₀）｝ｘ１００ （％） 例えば、金属粉末をＣＩＰ成形（冷間静水圧成形）する
場合、その静水圧（例えば、２〜４ｔｏｎ／ｃｍ２）を
調整することで容易に空孔の体積量を調整できる。空孔
の大きさは、特に、限定されるものではないが、例え
ば、その平均径が５０μｍ以下であると、焼結合金の均
一性が保持され、強度低下も抑えられ、チタン合金は適
度の延性をもつ。ここで、平均径とは、２次元画像処理
で測定された空孔を断面積の等価な円に置換して算出し
た、その円の平均径を意味する。

【００５３】（チタン合金の製造方法） （１）原料粉末 焼結法の場合に必要となる原料粉末は、少なくともチタ
ンとＶａ族元素とを含んでいる。もっとも、それらは多
種多様な形態をとり得る。例えば、原料粉末が、さら
に、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｂを含んでも良
い。具体的には、例えば、原料粉末が、全体を１００質
量％とした場合に、ジルコニウム（Ｚｒ）とハフニウム
（Ｈｆ）とスカンジウム（Ｓｃ）とからなる金属元素群
中の１種以上の元素を合計で２０質量％以下含むと、好
適である。

【００５４】そして、本発明の製造方法は、チタンと、
合計で２０質量％以下のジルコニウム（Ｚｒ）とハフニ
ウム（Ｈｆ）とスカンジウム（Ｓｃ）とからなる金属元
素群中の１種以上の元素と、該金属元素群中の１種以上
の元素との合計が３０〜６０質量％となるＶａ族（バナ
ジウム族）元素とを含む少なくとも二種以上の原料粉末
を混合する混合工程と、該混合工程により得られた混合
粉末を所定形状の成形体に成形する成形工程と、該成形
工程で得られた成形体を加熱して焼結させる焼結工程
と、からなると好適である。

【００５５】また、本発明の製造方法は、チタンと、合
計で２０質量％以下のジルコニウム（Ｚｒ）とハフニウ
ム（Ｈｆ）とスカンジウム（Ｓｃ）とからなる金属元素
群中の１種以上の元素と、該金属元素群中の１種以上の
元素との合計が３０〜６０質量％となるＶａ族（バナジ
ウム族）元素とを少なくとも含む原料粉末を所定形状の
容器に充填する充填工程と、該充填工程後に熱間静水圧
法（ＨＩＰ法）を用いて該容器中の該原料粉末を焼結さ
せる焼結工程とからなると、好適である。原料粉末が、
さらに、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、モリ
ブデン、鉄、錫、アルミニウム、酸素、炭素、窒素およ
びホウ素の少なくとも一種以上の元素を含むと、好適で
ある。

【００５６】本発明の製造方法が、混合工程を伴う場合
には、原料粉末が、純金属粉末および／または合金粉末
の２種以上からなると、好適である。具体的な使用粉末
として、例えばスポンジ粉末、水素化脱水素粉末、水素
化粉末、アトマイズ粉末などを使用できる。粉末の粒子
形状や粒径（粒径分布）などは、特に限定されるもので
はなく、市販の粉末をそのまま用いることができる。も
っとも、使用粉末は、コストや焼結体の緻密性の観点か
ら、平均粒径が１００μｍ以下であると、好ましい。さ
らに、粉末の粒径が４５μｍ（＃３２５）以下であれ
ば、より緻密な焼結体を得やすい。

【００５７】本発明の製造方法が、ＨＩＰ法を用いる場
合には、原料粉末が、チタンと少なくともＶａ族元素と
を含む合金粉末からなると、好適である。この合金粉末
は、本発明に係るチタン合金の組成を備えた粉末であ
り、例えば、ガスアトマイズ法や、ＲＥＰ法（回転電極
法）、ＰＲＥＰ法（プラズマ回転電極法）、あるいは溶
解法により製造されたインゴットを水素化した後粉砕す
る方法、さらにはＭＡ法（機械的合金化法）等により、
製造される。

【００５８】（２）混合工程 混合工程は、原料粉末を混合する工程である。それらの
混合には、Ｖ型混合機、ボールミル及び振動ミル、高エ
ネルギーボールミル（例えば、アトライター）等を使用
できる。

【００５９】（３）成形工程 成形工程は、混合工程で得られた混合粉末を所定形状の
成形体に成形する工程である。成形体の形状は、製品の
最終的な形状でも良いし、焼結工程後にさらに加工を施
す場合はビレット形状等でもよい。成形工程には、例え
ば、金型成形、ＣＩＰ成形（冷間静水圧プレス成形）、
ＲＩＰ成形（ゴム静水圧プレス成形）等を用いることが
できる。

【００６０】（４）充填工程 充填工程は、チタンと少なくともＶａ族元素とを含む、
前述の原料粉末を所定形状の容器に充填する工程であ
り、熱間静水圧法（ＨＩＰ法）を用いるために必要とな
る。原料粉末を充填する容器の内側形状は、所望の製品
形状に対応している。また、容器は、例えば、金属製で
も、セラミック製でも、ガラス製でもよい。また、真空
脱気して、原料粉末を容器に充填、封入するとよい。

【００６１】（５）焼結工程 焼結工程は、前記成形工程で得られた成形体を加熱して
焼結させ焼結体を得る工程、または、前記充填工程後に
熱間静水圧法（ＨＩＰ）を用いて前記容器中の該粉末を
加圧固化させる工程である。成形体を焼結させる場合
は、真空又は不活性ガスの雰囲気でなされることが好ま
しい。また、焼結温度は、該合金の融点以下で、しかも
成分元素が十分に拡散する温度域で行われることが好ま
しく、例えば、その温度範囲は１２００℃〜１４００℃
である。また、その焼結時間は２〜１６時間であること
が好ましい。従って、チタン合金の緻密化と生産性の効
率化を図る上で、１２００℃〜１４００℃かつ２〜１６
時間の条件で焼結工程を行うと良い。

【００６２】ＨＩＰ法による場合、拡散が容易で粉末の
変形抵抗が小さく、しかも、前記容器と反応しにくい温
度領域で行われることが好ましい。例えば、その温度範
囲は９００℃〜１３００℃である。また、成形圧力は、
充填粉末が十分にクリープ変形できる圧力であることが
好ましく、例えば、その圧力範囲は５０〜２００ＭＰａ
（５００〜２０００気圧）である。ＨＩＰの処理時間
は、粉末が十分にクリープ変形して緻密化し、かつ、合
金成分が粉末間で拡散できる時間が好ましく、例えば、
その時間は１時間〜１０時間である。

【００６３】（６）加工工程 熱間加工を行うことにより、焼結合金の空孔等を低減
して組織を緻密化させることができる。従って、本発明
の製造方法は、さらに、前記焼結工程後に得られた焼結
体を熱間加工して該焼結体の組織を緻密化させる熱間加
工工程を有すると、好適である。この熱間加工は、概略
的な製品の形状を形成するために行っても良い。

【００６４】本発明の製造方法により得られたチタン
合金は、冷間加工性に優れるため、得られた焼結体を冷
間加工して種々の製品を製造することができる。従っ
て、本発明の製造方法は、さらに、前記焼結工程後に得
られた焼結体を冷間加工して素材または製品に成形する
冷間加工工程を有すると、好適である。そして、前記熱
間加工により粗加工を行った後、冷間加工により仕上加
工を行っても良い。

【００６５】（チタン合金の用途）本発明のチタン合金
は、低ヤング率、高弾性変形能、高強度であるため、そ
の特性にマッチする製品に幅広く利用できる。また、優
れた冷間加工性も備えるため、冷間加工製品に本発明の
チタン合金を利用すると、加工割れ等が著しく低減さ
れ、歩留りが向上する。また、従来のチタン合金では、
形状的に切削加工を必要とする製品でも、本発明のチタ
ン合金によれば、冷間鍛造等により成形可能となり、チ
タン製品の量産化、低コスト化を図る上でも非常に有効
である。例えば、本発明のチタン合金は、産業機械、自
動車、バイク、自転車、家電品、航空宇宙機器、船舶、
装身具、スポーツ・レジャ用品、生体関連品、医療器
材、玩具等に利用できる。

【００６６】自動車の（コイル）スプリングを例にとる
と、本発明のチタン合金は従来のバネ鋼に対してヤング
率が１／３から１／５となり、しかも、弾性変形能は５
倍以上あるため、巻き数を１／３から１／５に低下させ
ることができる。さらに、本発明のチタン合金は、通常
スプリングに用いられる鋼に対して、比重が７０％程度
しかないために、大幅な軽量化が実現できる。

【００６７】また、装身具として眼鏡フレームを例にと
ると、本発明のチタン合金は従来のチタン合金より低ヤ
ング率であるため、蔓部分等が撓み易くなり、顔によく
フィットし、また、衝撃吸収性や形状の復元性にも優れ
る。さらに、高強度で冷間加工性に優れるため、細線材
から眼鏡フレーム等への成形も容易であり、歩留りの向
上も図れる。また、その細線材から眼鏡フレームによれ
ば、眼鏡のフィット性、軽量性、装着感等がより一層向
上する。

【００６８】また、スポーツ・レジャ用品として、ゴル
フクラブを例にとり説明すると、例えば、ゴルフクラブ
のシャフトが本発明のチタン合金からなる場合、そのシ
ャフトはしなり易くなり、ゴルフボールへ伝達される弾
性エネルギーが増して、ゴルフボールの飛距離の向上が
期待できる。また、ゴルフクラブのヘッド、特にフェー
ス部分が本発明のチタン合金からなる場合、その低ヤン
グ率と高強度による薄肉化とによりヘッドの固有振動数
が従来のチタン合金に比べて著しく低減し、そのヘッド
を備えるゴルフクラブによれば、ゴルフボールの飛距離
を相当伸ばすことができると、期待される。なお、ゴル
フクラブに関する理論は、例えば、特公平７−９８０７
７号公報や国際公開ＷＯ９８／４６３１２号公報等に開
示されている。その他、本発明のチタン合金によれば、
その優れた特性により、ゴルフクラブの打感等も向上さ
せることが可能であり、ゴルフクラブの設計自由度を著
しく拡大させることができる。

【００６９】また、医療分野では、人工骨、人工関節、
人工移植片、骨の固定具等の生体内に配設されるものや
医療器械の機能部材（カテーテル、鉗子、弁等）等に本
発明のチタン合金を利用できる。例えば、人工骨が本発
明のチタン合金からなる場合、その人工骨は人骨に近い
低ヤング率をもち、人骨との均衡が図られて生体適合性
に優れると共に、骨として十分な高強度を有する。

【００７０】また、本発明のチタン合金は、制振材にも
適する。Ｅ＝ρＶ２ （Ｅ：ヤング率、ρ：材料密度、
Ｖ：材料内を伝わる音速）の関係式から解るように、ヤ
ング率を低下させることにより、その材料内を伝わる音
速を低減できるからである。

【００７１】その他、本発明のチタン合金は、例えば、
素材（線材、棒材、角材、板材、箔材、繊維、織物
等）、携帯品（時計（腕時計）、バレッタ（髪飾り）、
ネックレス、ブレスレット、イアリング、ピアス、指
輪、ネクタイピン、ブローチ、カフスボタン、バックル
付きベルト、ライター、万年筆のペン先、万年筆用クリ
ップ、キーホルダー、鍵、ボールペン、シャープペンシ
ル等）、携帯情報端末（携帯電話、携帯レコーダ、モバ
イルパソコン等のケース等）、エンジンバルブ用のスプ
リング、サスペンションスプリング、バンパー、ガスケ
ット、ダイアフラム、ベローズ、ホース、ホースバン
ド、ピンセット、釣り竿、釣り針、縫い針、ミシン針、
注射針、スパイク、金属ブラシ、椅子、ソファー、ベッ
ド、クラッチ、バット、各種ワイヤ類、各種バインダ
類、書類等クリップ、クッション材、各種メタルシー
ル、エキスパンダー、トランポリン、各種健康運動機
器、車椅子、介護機器、リハビリ機器、ブラジャー、コ
ルセット、カメラボディー、シャッター部品、暗幕、カ
ーテン、ブラインド、気球、飛行船、テント、各種メン
ブラン、ヘルメット、魚網、茶濾し、傘、消防服、防弾
チョッキ、燃料タンク等の各種容器類、タイヤの内張
り、タイヤの補強材、自転車のシャシー、ボルト、定
規、各種トーションバー、ゼンマイ、動力伝動ベルト
（ＣＶＴのフープ等）等の各種分野の各種製品に利用す
ることができる。そして、本発明に係るチタン合金およ
びその製品は、鋳造、鍛造、超塑性成形、熱間加工、冷
間加工、焼結等、種々の製造方法により製造され得る。

【００７２】

【実施例】以下に、組成や冷間加工率等を変更した種々
の具体的な実施例を例示し、本発明に係るチタン合金お
よびその製造方法について、さらに詳細に説明する。 Ａ．供試材１〜８４ 先ず、本発明に係るチタン合金の製造方法等を用いて、
供試材１〜８４を製造した。

【００７３】（１）供試材１〜１３ 供試材１〜１３は、３０〜６０質量％のＶａ族元素とチ
タンとからなるチタン合金に関するものである。 a.供試材１ 原料粉末として、本発明でいうチタン粉末に相当する市
販の水素化・脱水素Ｔｉ粉末（−＃３２５、−＃１０
０）とニオブ（Ｎｂ）粉末（−＃３２５）、バナジウム
（Ｖ）粉末（−＃３２５）、タンタル（Ｔａ）粉末（−
＃３２５）とを用意した。なお、以降では、既述の同一
粉末については、単に「チタン粉末」、「ニオブ粉
末」、「バナジウム粉末」、「タンタル粉末」等と称す
る。なお、この時の含有酸素量はチタン粉末に含まれる
酸素で調整した。また、表１の組成は質量％で表示され
ており、残部であるチタンの記載は省略した。これらの
各粉末を表１の組成割合となるように配合および混合し
た（混合工程）。この混合粉末を圧力４ｔｏｎ／ｃｍ２
でＣＩＰ成形（冷間静水圧成形）して、φ４０ｘ８０ｍ
ｍの円柱形状の成形体を得た（成形工程）。成形工程に
より得られた成形体を１．３ｘ１０^-3Ｐａ（１ｘ１０^-5
ｔｏｒｒ）の真空中で１３００℃ｘ１６時間加熱して焼
結させ、焼結体とした（焼結工程）。さらに、この焼結
体を７００〜１１５０℃の大気中で熱間鍛造して（熱間
加工工程）、φ１０ｍｍの丸棒とし、これを供試材１と
した。

【００７４】b.供試材２ 原料として、スポンジチタン、高純度のニオブ、バナジ
ウムブリケットを準備した。これらの原料を表１の組成
割合となるように１ｋｇ配合した（配合工程）。この原
料を、インダクションスカルを用いて溶解し（溶解工
程）、金型に鋳造後（鋳造工程）、φ６０ｘ６０ｍｍの
溶解材を得た。なお、溶解は、均質化を図るため５回の
再溶解処理を行った。この溶解材を７００〜１１５０℃
の大気中で熱間鍛造して（熱間加工工程）、φ１０ｍｍ
の丸棒とし、これを供試材２とした。 c.供試材３、４および供試材８〜１１ 原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタル粉
末とを用いて、表１の組成割合となるようにした。これ
以降は、供試材１と同様にして各供試材を製造した。

【００７５】d.供試材７ 原料として、スポンジチタン、高純度のニオブ、タンタ
ルブリケットを準備した。これらの原料を表１の組成割
合となるように１ｋｇ配合した（配合工程）。これ以降
は、供試材２と同様にして供試材７を製造した。 e.供試材５、６、１２、１３ 原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタル粉
末、バナジウム粉末とを用いて、表１の組成割合となる
ようにした。これ以降は、供試材１と同様にして各供試
材を製造した。

【００７６】（２）供試材１４〜２４ 供試材１４〜２４は、供試材６〜１０、１２のＶａ族元
素の一部を、ジルコニウム、ハフニウム、スカンジウム
で表２に示すように置換したものである。 a.供試材１４ 供試材１４は、供試材９のタンタルの一部をジルコニウ
ムで置換したものである。原料粉末として、チタン粉末
とニオブ粉末、タンタル粉末、ジルコニウム（Ｚｒ）粉
末（−＃３２５）とを用いて、表２の組成割合となるよ
うにした。これ以降は、供試材１と同様にして供試材１
４を製造した。

【００７７】b.供試材１５ 供試材１５は、供試材７のニオブの一部をジルコニウム
で置換したものである。原料として、スポンジチタン、
高純度のニオブ、タンタルブリケットを準備した。これ
らの原料を表２の組成割合となるように１ｋｇ配合した
（配合工程）。これ以降は、供試材２と同様にして供試
材１５を製造した。 c.供試材１６ 供試材１６は、供試材８のニオブの一部をジルコニウム
で置換したものである。原料粉末として、チタン粉末と
ニオブ粉末、タンタル粉末、ジルコニウム粉末とを用い
て、表２の組成割合となるようにした。これ以降は、供
試材１と同様にして供試材１６を製造した。

【００７８】d.供試材１７ 供試材１７は、供試材１０のタンタル一部をジルコニウ
ムで置換したものである。原料粉末として、チタン粉末
とニオブ粉末、タンタル粉末、ジルコニウム粉末とを用
いて、表２の組成割合となるようにした。これ以降は、
供試材１と同様にして供試材１７を製造した。 e.供試材１８ 供試材１８は、供試材１０のタンタルをジルコニウムで
置換したものである。原料粉末として、チタン粉末とニ
オブ粉末、ジルコニウム粉末とを用いて、表２の組成割
合となるようにした。これ以降は、供試材１と同様にし
て供試材１８を製造した。

【００７９】f.供試材１９ 供試材１９は、供試材９のニオブとタンタルの一部をジ
ルコニウムで置換したものである。原料粉末として、チ
タン粉末とニオブ粉末、タンタル粉末、ジルコニウム粉
末とを用いて、表２の組成割合となるようにした。これ
以降は、供試材１と同様にして供試材１９を製造した。 g.供試材２０ 供試材２０は、供試材１２のニオブ、バナジウムの一部
をジルコニウムで置換したものである。原料粉末とし
て、チタン粉末とニオブ粉末、バナジウム粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末とを用いて、表２の組成割合
となるようにした。これ以降は、供試材１と同様にして
供試材２０を製造した。

【００８０】h.供試材２１ 供試材２１は、供試材６のバナジウムの一部をジルコニ
ウムとハフニウムとで置換したものである。原料粉末と
して、チタン粉末とニオブ粉末、バナジウム粉末、タン
タル粉末、ジルコニウム粉末、ハフニウム（Ｈｆ）粉末
（−＃３２５）とを用いて、表２の組成割合となるよう
にした。これ以降は、供試材１と同様にして供試材２１
を製造した。 i.供試材２２ 供試材２２は、供試材１０のニオブ、タンタルの一部を
ハフニウムで置換したものである。原料粉末として、チ
タン粉末とニオブ粉末、タンタル粉末、ハフニウム粉末
とを用いて、表２の組成割合となるようにした。これ以
降は、供試材１と同様にして供試材２２を製造した。

【００８１】j.供試材２３ 供試材２３は、供試材１２のニオブの一部をジルコニウ
ムで置換したものである。原料粉末として、チタン粉末
とニオブ粉末、バナジウム粉末、タンタル粉末、ジルコ
ニウム粉末とを用いて、表２の組成割合となるようにし
た。これ以降は、供試材１と同様にして供試材２３を製
造した。 k.供試材２４ 供試材２４は、供試材９のニオブ、タンタルの一部スカ
ンジウムで置換したものである。原料粉末として、チタ
ン粉末とニオブ粉末、タンタル粉末、スカンジウム（Ｓ
ｃ）粉末（−＃３２５）とを用いて、表２の組成割合と
なるようにした。これ以降は、供試材１と同様にして供
試材２４を製造した。

【００８２】（３）供試材２５〜３１ 供試材２５〜３１は、供試材１１、１４、１６、１７、
１８、２３に、クロム、マンガン、コバルト、ニッケ
ル、モリブデン、鉄をさらに配合したものである。 a.供試材２５ 供試材２５は、供試材２３にクロムを添加したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、バナジ
ウム粉末、タンタル粉末、ジルコニウム粉末、クロム
（Ｃｒ）粉末（−＃３２５）とを用いて、表３の組成割
合となるようにした。これ以降は、供試材１と同様にし
て供試材２５を製造した。 b.供試材２６ 供試材２６は、供試材１４にモリブデンを添加したもの
である。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タ
ンタル粉末、ジルコニウム粉末、モリブデン（Ｍｏ）粉
末（−＃３２５）とを用いて、表３の組成割合となるよ
うにした。これ以降は、供試材１と同様にして供試材２
６を製造した。

【００８３】c.供試材２７ 供試材２７は、供試材１１にモリブデンを添加したもの
である。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タ
ンタル粉末、モリブデン粉末とを用いて、表３の組成割
合となるようにした。これ以降は、供試材１と同様にし
て供試材２７を製造した。 d.供試材２８ 供試材２８は、供試材１８にコバルトを添加したもので
ある。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、ジル
コニウム粉末、コバルト（Ｃｏ）粉末（−＃３２５）と
を用いて、表３の組成割合となるようにした。これ以降
は、供試材１と同様にして供試材２８を製造した。

【００８４】e.供試材２９ 供試材２９は、供試材１６にニッケルを添加したもので
ある。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タン
タル粉末、ジルコニウム粉末、ニッケル（Ｎｉ）粉末
（−＃３２５）とを用いて、表３の組成割合となるよう
にした。これ以降は、供試材１と同様にして供試材２９
を製造した。 f.供試材３０ 供試材３０は、供試材１７にマンガンを添加したもので
ある。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タン
タル粉末、ジルコニウム粉末、マンガン（Ｍｏ）粉末
（−＃３２５）とを用いて、表３の組成割合となるよう
にした。これ以降は、供試材１と同様にして供試材３０
を製造した。

【００８５】g.供試材３１ 供試材３１は、供試材１４に鉄を添加したものである。
原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタル
粉末、ジルコニウム粉末、鉄（Fe）粉末（−＃３２５）
とを用いて、表３の組成割合となるようにした。これ以
降は、供試材１と同様にして供試材３１を製造した。

【００８６】（４）供試材３２〜３８ 供試材３２〜３４は、供試材１４、１６、１８に、アル
ミニウムをさらに配合したものである。供試材３５〜３
８は、供試材８、１６、１８に、錫（およびアルミニウ
ム）をさらに配合したものである。 a.供試材３２ 供試材３２は、供試材１６にアルミニウムを添加したも
のである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、
タンタル粉末、ジルコニウム粉末、アルミニウム（Ａ
ｌ）粉末（−＃３２５）とを用いて、表３の組成割合と
なるようにした。これ以降は、供試材１と同様にして供
試材３２を製造した。 b.供試材３３ 供試材３３は、供試材１８にアルミニウムを添加したも
のである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、
ジルコニウム粉末、アルミニウム粉末とを用いて、表３
の組成割合となるようにした。これ以降は、供試材１と
同様にして供試材３３を製造した。

【００８７】c.供試材３４ 供試材３４は、供試材１４にアルミニウムを添加したも
のである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、
タンタル粉末、ジルコニウム粉末、アルミニウム粉末と
を用いて、表３の組成割合となるようにした。これ以降
は、供試材１と同様にして供試材３４を製造した。 d.供試材３５ 供試材３５は、供試材７に錫を添加したものである。原
料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタル粉
末、錫（Ｓｎ）粉末（−＃３２５）とを用いて、表３の
組成割合となるようにした。これ以降は、供試材１と同
様にして供試材３５を製造した。

【００８８】e.供試材３６ 供試材３６は、供試材１６に錫を添加したものである。
原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタル粉
末、ジルコニウム粉末、錫粉末とを用いて、表３の組成
割合となるようにした。これ以降は、供試材１と同様に
して供試材３６を製造した。 f.供試材３７ 供試材３７は、供試材１８に錫を添加したものである。
原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、ジルコニウ
ム粉末、錫粉末とを用いて、表３の組成割合となるよう
にした。これ以降は、供試材１と同様にして供試材３７
を製造した。

【００８９】g.供試材３８ 供試材３８は、供試材１６に錫とアルミニウムを添加し
たものである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉
末、タンタル粉末、ジルコニウム粉末、錫粉末、アルミ
ニウム粉末とを用いて、表３の組成割合となるようにし
た。これ以降は、供試材１と同様にして供試材３８を製
造した。

【００９０】（５）供試材３９〜４６ 供試材３９〜４６は、供試材４、１０、１４、１７、１
８に含まれる酸素量を積極的に変化させたものである。 a.供試材３９、４０ 供試材３９、４０は、供試材４の酸素量を増加させたも
のである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、
タンタル粉末とを用いて、表４の組成割合となるように
した。これ以降は、供試材１と同様にして供試材３９、
４０を製造した。 b.供試材４１、４２ 供試材４１、４２は、供試材１０の酸素量を増加させた
ものである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉
末、タンタル粉末とを用いて、表４の組成割合となるよ
うにした。これ以降は、供試材１と同様にして供試材４
１、４２を製造した。

【００９１】c.供試材４３、４４ 供試材４３、４４は、供試材１４の酸素量を増加させた
ものである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉
末、タンタル粉末、ジルコニウム粉末とを用いて、表４
の組成割合となるようにした。これ以降は、供試材１と
同様にして供試材４３、４４を製造した。 d.供試材４５ 供試材４５は、供試材１８の酸素量を増加させたもので
ある。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、ジル
コニウム粉末とを用いて、表４の組成割合となるように
した。これ以降は、供試材１と同様にして供試材４５を
製造した。

【００９２】e.供試材４６ 供試材４６は、供試材１７の酸素量を増加させたもので
ある。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タン
タル粉末、ジルコニウム粉末とを用いて、表４の組成割
合となるようにした。これ以降は、供試材１と同様にし
て供試材４６を製造した。

【００９３】（６）供試材４７〜５４ 供試材４７〜５４は、供試材１０、１６、１７、１８に
炭素、窒素、ホウ素をさらに配合したものである。 a.供試材４７、４８ 供試材４７、４８は、供試材１８に炭素を添加したもの
である。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、ジ
ルコニウム粉末とＴｉＣ粉末（−＃３２５）を用いて、
表４の組成割合となうようにした。これ以降は、供試材
１と同様にして供試材４７、４８を製造した。 b.供試材４９ 供試材４９は、供試材１６に炭素を添加したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末とＴｉＣ粉末を用いて、表４
の組成割合となうようにした。これ以降は、供試材１と
同様にして供試材４９を製造した。

【００９４】c.供試材５０、５１ 供試材５０、５１は、供試材１７に窒素を添加したもの
である。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タ
ンタル粉末、ジルコニウム粉末とＴｉN粉末（−＃３２
５）を用いて、表４の組成割合となうようにした。これ
以降は、供試材１と同様にして供試材５０、５１を製造
した。 d.供試材５２ 供試材５２は、供試材１７にボロンを添加したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末とＴｉＢ２粉末（−＃３２
５）を用いて、表４の組成割合となうようにした。これ
以降は、供試材１と同様にして供試材５２を製造した。

【００９５】e.供試材５３ 供試材５３は、供試材１６にボロンを添加したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末とＴｉＢ２粉末を用いて、表
４の組成割合となうようにした。これ以降は、供試材１
と同様にして供試材５３を製造した。 f.供試材５４ 供試材５４は、供試材１０にボロンを添加したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末とＴｉＢ２粉末を用いて、表４の組成割合となう
ようにした。これ以降は、供試材１と同様にして供試材
５４を製造した。

【００９６】（７）供試材５５〜７６ 供試材５５〜７４は、供試材２、７、１４、１５、１
６、１７、１８、２２、２６、３２、５３にさらに冷間
加工を施したものである。 a.供試材５５ 供試材５５は、供試材２に冷間加工を施したものであ
る。原料として、スポンジチタン、高純度のニオブ、バ
ナジウムブリケットを準備した。これらの原料を表５Ａ
の組成割合となるように１ｋｇ配合した（配合工程）。
この原料を、インダクションスカルを用いて溶解し（溶
解工程）、金型に鋳造後（鋳造工程）、φ６０ｘ６０の
溶解材を得た。なお、溶解は、均質化を図るため５回の
再溶解処理を行った。この溶解材を７００〜１１５０℃
の大気中で熱間鍛造して（熱間加工工程）、φ２０ｍｍ
の丸棒とした。このφ２０ｍｍの丸棒を冷間スウエージ
機にて冷間加工して、表５Ａに示す冷間加工率をもつ供
試材５５を製造した。

【００９７】b.供試材５６ 供試材５６は、供試材７に冷間加工を施したものであ
る。原料として、スポンジチタン、高純度のニオブ、タ
ンタルブリケットを準備した。これらの原料を表５Ａの
組成割合となるように１ｋｇ配合した（配合工程）。こ
れ以降は、供試材５５と同様にして、表５Ａに示す冷間
加工率をもつ供試材５６を製造した。 c.供試材５７、５８ 供試材５７、５８は、供試材１５に冷間加工を施したも
のである。原料として、スポンジチタン、高純度のニオ
ブ、タンタル、、ジルコニウムブリケットを準備した。
これらの原料を表５Ａの組成割合となるように１ｋｇ配
合した（配合工程）。これ以降は、供試材５５と同様に
して、表５Ａに示す冷間加工率をもつ供試材５７、５８
を製造した。

【００９８】d.供試材５９〜６２ 供試材５９〜６２は、供試材１４に冷間加工を施したも
のである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、
タンタル粉末、ジルコニウム粉末とを用いて、表５Ａの
組成割合となるように配合および混合した（混合工
程）。この混合粉末を圧力４ｔｏｎ／ｃｍ２でＣＩＰ成
形（冷間静水圧成形）して、φ４０ｘ８０ｍｍの円柱形
状の成形体を得た（成形工程）。成形工程により得られ
た成形体を１．３ｘ１０^-3Ｐａ（１ｘ１０^-5ｔｏｒｒ）
の真空中で１３００℃ｘ１６時間加熱して焼結させ、焼
結体とした（焼結工程）。さらに、この焼結体を７００
〜１１５０℃の大気中で熱間鍛造して（熱間加工工
程）、φ２０ｍｍの丸棒とした。このφ２０ｍｍの丸棒
を冷間スウエージ機にて冷間加工して、表５Ａに示す冷
間加工率をもつ供試材５９〜６２を製造した。

【００９９】e.供試材６３〜６６ 供試材６３〜６６は、供試材１６に冷間加工を施したも
のである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、
タンタル粉末、ジルコニウム粉末とを用いて、表５Ａの
組成割合となるように配合および混合した（混合工
程）。これ以降は、供試材５９と同様にして、表５Ａに
示す冷間加工率をもつ供試材を製造した。 f.供試材６７〜７０ 供試材６７〜７０は、供試材１８に冷間加工を施したも
のである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、
ジルコニウム粉末とを用いて、表５Ａの組成割合となる
ように配合および混合した（混合工程）。これ以降は、
供試材５９と同様にして、表５Ａに示す冷間加工率をも
つ供試材を製造した。

【０１００】g.供試材７１〜７３ 供試材７１は、供試材５３に冷間加工を施したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末とＴｉＢ２粉末を用いて、表
５Ｂの組成割合となるように配合および混合した（混合
工程）。これ以降は、供試材５９と同様にして、表５Ｂ
に示す冷間加工率をもつ供試材を製造した。 h.供試材７４ 供試材７４は、供試材１７に冷間加工を施したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末とを用いて、表５Ｂの組成割
合となるように配合および混合した（混合工程）。これ
以降は、供試材５９と同様にして、表５Ｂに示す冷間加
工率をもつ供試材７４を製造した。

【０１０１】i.供試材７５ 供試材７５は、供試材２２冷間加工を施したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ハフニウム粉末とを用いて、表５Ｂの組成割合
となるように配合および混合した（混合工程）。これ以
降は、供試材５９と同様にして、表５Ｂに示す冷間加工
率をもつ供試材７５を製造した。 j.供試材７６ 供試材７６は、供試材２６に冷間加工を施したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末、マンガン粉末とを用いて、
表５Ｂの組成割合となるように配合および混合した（混
合工程）。これ以降は、供試材５９と同様にして、表５
Ｂに示す冷間加工率をもつ供試材７６を製造した。

【０１０２】k.供試材７７ 供試材７７は、供試材３２に冷間加工を施したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末、アルミニウム粉末とを用い
て、表５Ｂの組成割合となるように配合および混合した
（混合工程）。これ以降は、供試材５９と同様にして、
表５Ｂに示す冷間加工率をもつ供試材を製造した。

【０１０３】（８）供試材７８〜８１ 供試材７８〜８１は、ＣＩＰ成形の成形圧力を前述の各
供試材よりも低減して焼結体中の空孔率を上昇させたも
のである。 a.供試材７８、７９ 供試材７８、７９は、供試材８と同組成を有するもので
ある。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タン
タル粉末とを用意した。なお、この時の含有酸素量はチ
タン粉末に含まれる酸素で調整した。 これらの各粉末
を表６の組成割合となるように配合および混合した（混
合工程）。この混合粉末を供試材７８は圧力３．８ｔｏ
ｎ／ｃｍ２で、供試材７９は圧力３．５ｔｏｎ／ｃｍ２
ＣＩＰ成形（冷間静水圧成形）して、φ１０ｘ８０ｍｍ
の円柱形状の成形体を得た（成形工程）。成形工程によ
り得られた成形体を１．３ｘ１０^-3Ｐａ（１ｘ１０^-5
ｔｏｒｒ）の真空中で１３００℃ｘ１６時間加熱して焼
結させ、焼結体とし（焼結工程）、これを供試材７８、
７９とした。なお、この時の空孔率を算出すると、供試
材７８は２％、供試材７９では５％であった。

【０１０４】b.供試材８０ 供試材８０は、供試材１８と同組成を有するものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、ジルコ
ニウム粉末とを用意した。 これらの各粉末を表６の組
成割合となるように配合および混合した（混合工程）。
この混合粉末を圧力３．０ｔｏｎ／ｃｍ２でＣＩＰ成形
（冷間静水圧成形）して、φ１０ｘ８０ｍｍの円柱形状
の成形体を得た（成形工程）。成形工程により得られた
成形体を１．３ｘ１０^-3Ｐａ（１ｘ１０^-5ｔｏｒｒ）の
真空中で１３００℃ｘ１６時間加熱して焼結させ、焼結
体とし（焼結工程）、これを供試材８０とした。なお、
この時の空孔率を算出すると１０％であった。

【０１０５】c.供試材８１ 供試材８１は、供試材１６と同組成を有するものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末とを用意した。なお、この時
の含有酸素量はチタン粉末に含まれる酸素で調整した。
これらの各粉末を表６の組成割合となるように配合お
よび混合した（混合工程）。この混合粉末を圧力２．５
ｔｏｎ／ｃｍ２でＣＩＰ成形（冷間静水圧成形）して、
φ１０ｘ８０ｍｍの円柱形状の成形体を得た（成形工
程）。成形工程により得られた成形体を１．３ｘ１０^-3
Ｐａ（１ｘ１０^-5ｔｏｒｒ）の真空中で１３００℃ｘ１
６時間加熱して焼結させて焼結体とし（焼結工程）、こ
れを供試材８１とした。なお、この時の空孔率を算出す
ると２５％であった。

【０１０６】（９）供試材８２〜８４ 供試材８２〜８３は、ＨＩＰ法を用いてチタン合金を製
造したものである。 a.供試材８２ 原料粉末として、チタン粉末と、ニオブ粉末と、タンタ
ル粉末とを用いて、表６の組成割合となるように配合し
た混合粉末を、純チタン製容器に充填し、１．３Ｐａ
（１ｘ１０^-2ｔｏｒｒ）で脱気後封入した（充填工
程）。混合粉末を封入した容器を１０００℃ｘ２００Ｍ
Ｐａの条件で２時間保持して、ＨＩＰ法により焼結させ
た（焼結工程）。こうして得られたφ２０ｘ８０ｍｍを
供試材８２とした。

【０１０７】b.供試材８３ 供試材８２として得られたφ２０ｍｍの丸棒を冷間スウ
エージ機にて冷間加工して、表６に示す冷間加工率をも
つ供試材８３を製造した。 c.供試材８４ 供試材８４は、供試材７８に冷間加工を施したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末とを用いて、表６の組成割合となるように配合お
よび混合した（混合工程）。この混合粉末を圧力３．８
ｔｏｎ／ｃｍ２でＣＩＰ成形（冷間静水圧成形）して、
φ２０ｘ８０ｍｍの円柱形状の成形体を得た（成形工
程）。成形工程により得られた成形体を１．３ｘ１０^-3
Ｐａ（１ｘ１０^-5ｔｏｒｒ）の真空中で１３００℃ｘ１
６時間加熱して焼結させ、焼結体とした（焼結工程）。
このφ２０ｍｍの焼結体を冷間スウエージ機にて冷間加
工して、表６に示す冷間加工率をもつ供試材８４を製造
した。

【０１０８】Ｂ．供試材Ｃ１〜Ｃ５と供試材Ｄ１〜Ｄ３ 次に、前述の組成範囲に属さない組成を有するか又は前
述の製造方法と異なる方法によって得られた、供試材Ｃ
１〜Ｃ５と供試材Ｄ１〜Ｄ３を製造した。 （１）供試材Ｃ１〜Ｃ５ a.供試材Ｃ１は、Ｖａ族元素が３０質量％未満であるチ
タン合金に関するものである。原料粉末として、チタン
粉末と、ニオブ粉末とを用意した。この時の含有酸素量
はチタン粉末に含まれる酸素で調整した。 これらの各
粉末を表７の組成割合となるように配合および混合し
た。こうして得られた混合粉末を圧力４ｔｏｎ／ｃｍ２
でＣＩＰ成形（冷間静水圧成形）して、φ４０ｘ８０ｍ
ｍの円柱形状の成形体を得た。この成形体を１．３ｘ１
０^-3Ｐａ（１ｘ１０^-5ｔｏｒｒ）の真空中で１３００℃
ｘ１６時間加熱して焼結させ、焼結体とした。さらに、
この焼結体を７００〜１１５０℃の大気中で熱間鍛造し
てφ１０ｍｍの丸棒とし、これを供試材Ｃ１とした。

【０１０９】b.供試材Ｃ２ 供試材Ｃ２は、Ｖａ族元素が６０質量％を超えるチタン
合金に関するものである。原料粉末として、チタン粉末
と、ニオブ粉末と、バナジウム粉末と、タンタル粉末と
を用いて、表７の組成割合となるように配合した。これ
以降は、供試材Ｃ１と同様にして供試材Ｃ２を製造し
た。 c.供試材Ｃ３ 供試材Ｃ３は、アルミニウムが５質量％を超えるチタン
合金に関するものである。原料粉末として、チタン粉末
と、ニオブ粉末、タンタル粉末、ジルコニウム粉末およ
びアルミニウム粉末とを用いて、表７の組成割合となる
ように配合した。これ以降は、供試材Ｃ１と同様にして
供試材Ｃ３を製造した。

【０１１０】d.供試材Ｃ４ 供試材Ｃ４は、酸素が０．６質量％を超えるチタン合金
に関するものである。原料粉末として、チタン粉末と、
ニオブ粉末と、タンタル粉末とを用いて、表７の組成割
合となるように配合した。なお、含有酸素量はチタン粉
末に含まれる酸素量で調整した。これ以降は、供試材Ｃ
１と同様にして供試材Ｃ４を製造した。 e.供試材Ｃ５ 供試材Ｃ５は、ホウ素が１．０質量％を超えるチタン合
金に関するものである。原料粉末として、チタン粉末
と、ニオブ粉末と、タンタル粉末と、ＴｉＢ２粉末とを
用いて、表７の組成割合となるように配合した。これ以
降は、供試材Ｃ１と同様にして供試材Ｃ５を製造した。

【０１１１】（２）供試材Ｄ１〜Ｄ３ 供試材Ｄ１〜Ｄ３は、いわゆる溶解法により製造したも
のである。 a.供試材Ｄ１ 原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、ハフニウム
粉末、錫粉末とを用意し、表７に示す成分組成のチタン
合金をボタン溶解で溶製した。これにより得られたイン
ゴットを９５０〜１０５０℃の大気中で熱間鍛造し、φ
１０ｘ５０ｍｍの丸棒とした。 b.供試材Ｄ２ 原料粉末として、チタン粉末とバナジウム粉末およびア
ルミニウム粉末とを用いて、表７の組成割合になるよう
に配合した。これ以降は、供試材Ｄ１と同様にして供試
材Ｄ２を製造した。

【０１１２】c.供試材Ｄ３ 原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末およびジルコ
ニウム粉末とを用いて、表７の組成割合になるように配
合した。これ以降は、供試材Ｄ１と同様にして供試材Ｄ
３を製造した。

【０１１３】（各供試材の特性）上述した各供試材につ
いて、種々の特性値を以下に示す方法で求めた。 a.平均ヤング率、引張弾性限強度、弾性変形能及び引張
強度 各供試材について、インストロン試験機を用いて引張試
験を行い、荷重と伸びとを測定して、応力−伸び（歪
み）線図を求めた。インストロン試験機とは、インスト
ロン（メーカ名）製の万能引張試験機であり、駆動方式
は電気モータ制御式である。伸びは試験片の側面に貼り
付けたひずみゲージの出力から測定した。平均ヤング率
と引張弾性限強度と引張強度とは、その応力−伸び（歪
み）線図に基づいて、前述した方法により求めた。ま
た、弾性変形能は、引張弾性限強度に対応する伸びを応
力−伸び（歪み）線図から求めた。

【０１１４】b.その他 空孔率は前述した空孔の体積％を意味し、冷間加工率は
前述の式から求めた冷間加工率を意味する。これらの結
果を表１〜表７に併せて示した。

【０１１５】

【表１】

【０１１６】

【表２】

【０１１７】

【表３】

【０１１８】

【表４】

【０１１９】

【表５】

【０１２０】

【表６】

【０１２１】

【表７】

【０１２２】（各供試材の評価） a.平均ヤング率と引張弾性限強度について 供試材１〜１３は、全て、３０〜６０質量％のＶａ族元
素を含有し、平均ヤング率が７５ＧＰａ以下で引張弾性
限強度が７００ＭＰａ以上である。従って、十分な低ヤ
ング率と高強度（高弾性）とが達成されていることが解
る。一方、Ｖａ族元素の含有量が３０質量％未満の供試
材Ｃ１および供試材Ｄ１〜Ｄ３またはＶａ族元素の含有
量が６０％を超える供試材Ｃ２では、いずれも、平均ヤ
ング率が７５ＧＰａを超え、低ヤング率が達成されてい
ない。次に、所定量のＶａ族元素にＺｒ、Ｈｆ、または
Ｓｃを含有させた供試材１４〜２４は、供試材６〜１２
と比較すれば明らかなように、いずれの場合もより低ヤ
ング率化と高強度（高弾性）化とが図られている。

【０１２３】さらにＣｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ａｌ、Ｓｎを含有させた供試材２５〜３８は、これ
らの元素を含有しない他の供試材に比べて、低ヤング率
を達成しつつ、引張弾性限強度が向上している。従っ
て、これらの元素は、本発明に係るチタン合金の高強度
（高弾性）化に有効であることが解る。ただし、供試材
Ｃ３等からも解るように、Ａｌの含有量が５質量％超え
ると、引張弾性限強度が向上するものの、平均ヤング率
の上昇も招いている。低ヤング率で高強度（高弾性）で
あるためには、Ａｌの含有量が５％以下であることが好
ましいことが解る。また、酸素が比較的多く含有される
供試材３９〜４６から、酸素は低ヤング率と高強度（高
弾性）を図る上で有効な元素であることが解る。また、
供試材４７〜５１から、炭素、窒素についても同様に、
低ヤング率と高強度（高弾性）を図る上で有効な元素で
あることが解る。また、供試材５２〜５４から、ホウ素
も、低ヤング率と高強度（高弾性）を図る上で有効な元
素であることが解る。しかも、供試材７１〜７３から、
適量のホウ素の添加により、冷間加工性が害されること
もない。

【０１２４】b.弾性変形能 供試材１〜８４は、いずれも弾性変形能が１．３以上で
あり、供試材Ｃ１〜Ｃ５およびＤ１〜Ｄ３（弾性変形能
は１．０以下）に対して、優れた高弾性変形能を有する
ことが解る。 c.冷間加工率について 冷間加工を施してた供試材５５〜７７から、概して、冷
間加工率が高くなる程、平均ヤング率が低下し、引張弾
性限強度が上昇する傾向にあることが解る。チタン合金
の低ヤング率化と高弾性変形能化、かつ高強度（高弾
性）化とを両立する上で、冷間加工が有効であることが
解る。

【０１２５】d.空孔率について 供試材７８〜８１から、３０質量％以下の空孔が存在し
ても、低ヤング率と共に高強度（高弾性）が得られてい
ることが解る。そして、空孔率がより大きい供試材８
０、８１では、密度の低下により、比強度の向上が図ら
れる。 e.焼結法と溶解法について 供試材１〜８４の中で焼結法により製造した供試材と、
溶解法で製造した供試材Ｄ１〜Ｄ３とを比較すると、焼
結法により、低ヤング率で高弾性変形能かつ高強度（高
弾性）のチタン合金を得やすいことが解る。一方、供試
材Ｄ１〜Ｄ３のように、溶解法により得られたチタン合
金では、低ヤング率と高強度（高弾性）とを両立させる
ことは難しい。但し、このことは、供試材２、７等から
も解るように、溶解法にて製造されたチタン合金を本発
明から除外することを意味するものではない。

【０１２６】

【発明の効果】以上、述べてきたように、本発明のチタ
ン合金は、低ヤング率で高弾性変形能かつ高強度（高弾
性）を必要とする各種製品に幅広く利用でき、また、冷
間加工性にも優れるため、生産性の向上も図れる。ま
た、本発明のチタン合金の製造方法によれば、そのよう
なチタン合金を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａは本発明に係るチタン合金の応力−伸び（歪
み）線図を模式的に示した図である。Ｂは従来のチタン
合金の応力−伸び（歪み）線図を模式的に示した図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｋ ６７３ ６７３ ６８３ ６８３ ６８５ ６８５Ｚ (72)発明者 西野 和影 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 高宮 博之 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 4K018 AA06 BA03 BB04 BC12 CA21 CA23 DA21 DA32 DA33 EA16 FA05 KA70

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくともＶａ族（バナジウム族）元素と
   主成分であるチタン（Ｔｉ）とを含み、 加える応力が０から、引張試験で真に永久歪みが０．２
   ％に到達したときの応力として定義される引張弾性限強
   度までの範囲にある弾性変形域内で、 該引張試験により得られた応力−歪み線図上の接線の傾
   きが応力の増加に伴って減少する特性を示すことを特徴
   とするチタン合金。
2. 【請求項２】さらに、ジルコニウム（Ｚｒ）とハフニウ
   ム（Ｈｆ）とスカンジウム（Ｓｃ）とからなる金属元素
   群中の１種以上の元素を含む請求項１に記載のチタン合
   金。
3. 【請求項３】さらに、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）および炭
   素（Ｃ）の少なくとも１種以上をを含む請求項１または
   ２に記載のチタン合金。
4. 【請求項４】さらに、クロム（Ｃｒ）とモリブデン（Ｍ
   ｏ）とマンガン（Ｍｎ）と鉄（Ｆｅ）とコバルト（Ｃ
   ｏ）とニッケル（Ｎｉ）とからなる金属元素群中の１種
   類以上の元素を含む請求項１〜３のいずれかに記載のチ
   タン合金。
5. 【請求項５】さらに、アルミニウム（Ａｌ）を含む請求
   項１〜４のいずれかに記載のチタン合金。
6. 【請求項６】さらに、ホウ素（Ｂ）を含む請求項１〜５
   のいずれかに記載のチタン合金。
7. 【請求項７】焼結合金である請求項１〜６のいずれかに
   記載のチタン合金。
8. 【請求項８】前記焼結合金は、熱間加工により空孔が５
   体積％以下に緻密化された組織をもつ請求項７に記載の
   チタン合金。
9. 【請求項９】１０％以上の冷間加工組織を有する請求項
   １〜８のいずれかに記載のチタン合金。
10. 【請求項１０】チタンとＶａ族元素とを含む少なくとも
    二種以上の原料粉末を混合する混合工程と、 該混合工程により得られた混合粉末を所定形状の成形体
    に成形する成形工程と、 該成形工程で得られた成形体を加熱して焼結させる焼結
    工程とからなり、 得られた焼結合金は、 加える応力が０から、引張試験で真に永久歪みが０．２
    ％に到達したときの応力として定義される引張弾性限強
    度までの範囲にある弾性変形域内で、 該引張試験により得られた応力−歪み線図上の接線の傾
    きが応力の増加に伴って減少する特性を示すことを特徴
    とするチタン合金の製造方法。
11. 【請求項１１】前記原料粉末は、純金属粉末および／ま
    たは合金粉末の２種以上からなる請求項１０に記載のチ
    タン合金の製造方法。
12. 【請求項１２】チタンと少なくともＶａ族元素とを含む
    原料粉末を所定形状の容器に充填する充填工程と、 該充填工程後に熱間静水圧法（ＨＩＰ法）を用いて該容
    器中の該原料粉末を焼結させる焼結工程とからなり、 得られた焼結合金は、 加える応力が０から、引張試験で真に永久歪みが０．２
    ％に到達したときの応力として定義される引張弾性限強
    度までの範囲にある弾性変形域内で、 該引張試験により得られた応力−歪み線図上の接線の傾
    きが応力の増加に伴って減少する特性を示すことを特徴
    とするチタン合金の製造方法。
13. 【請求項１３】前記原料粉末は、チタンと少なくともＶ
    ａ族元素とを含む合金粉末からなる請求項１２に記載の
    チタン合金。
14. 【請求項１４】前記原料粉末は、さらに、ＺｒとＨｆと
    Ｓｃとからなる金属元素群中の１種以上の元素を含む請
    求項１０〜１３のいずれかに記載のチタン合金の製造方
    法。
15. 【請求項１５】前記原料粉末は、さらに、Ｃｒ、Ｍｎ、
    Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｏ、Ｃ、Ｎおよ
    びＢの少なくとも一種以上の元素を含む請求項１０〜１
    ４のいずれかに記載のチタン合金の製造方法。
16. 【請求項１６】さらに、前記焼結工程後に得られた焼結
    体を熱間加工して該焼結体の組織を緻密化させる熱間加
    工工程を有する請求項１０または１２に記載のチタン合
    金の製造方法。
17. 【請求項１７】さらに、前記焼結工程後に得られた焼結
    体を素材または製品に冷間成形する冷間加工工程を有す
    る請求項１０または１２に記載のチタン合金の製造方
    法。