振動ミルの原理を解説

振動ミルとは？基本構造と用途

振動ミルは粉砕筒（チャンバー）を高周波で円振動させる機械式粉砕機です。筒内にはボール・ロッド・シリンダービーズなどの粉砕媒体が最大70%程度まで充填され、振動による衝撃（impact）、摩擦（attrition）、圧縮せん断（compression & shear）が同時に発生します。媒体径・材質、振幅、周波数、筒の形状を調整することで粗粉砕（数 mm）からナノ粉砕（d₅₀≒0.1 µm）まで対応可能です。

代表的な構造は次の4ユニットで構成されます。

• 振動発生機構：偏心ウェイト付きモーターまたはアンバランスシャフト。振幅1.5–7 mm、周波数15–30 Hz。
• 粉砕筒（一次チャンバー）：SUS304/316、鋳鉄、セラミックスなど。ライナー交換式で金属コンタミ対策が可能。
• 媒体・ライニング：鉄球、ジルコニア球、ナイロン球など。摩耗性・純度要求に応じて選定。
• 駆動・制御系：インバータ制御で回転数可変。温度・振動センサーを装備し、異常停止とデータロギングが行える。

用途は電子部品用フェライト粉末、LIB（リチウムイオン電池）正極材、医薬品API、セラミックスラリー、キャタリストキャリアなど多岐に渡り、短サイクル開発から連続生産ラインまで採用が進んでいます。特に「高純度・高比表面積・均一粒度」が求められる分野ではボールミルに代わる主力機として位置付けられています。

振動ミルの粉砕原理とは？

振動ミルの粉砕エネルギー密度はボールミルの3–5倍と言われます。筒は円形軌道を描き、媒体は壁面と衝突しながら“ロール→ジャンプ→インパクト”運動を繰り返します。このとき媒体と原料粒子間には

• 慣性力：F_i = m·r·ω²
• 摩擦力：F_f = μ·N
• せん断応力：粒子同士の滑り面で発生

が作用し、粒子内部の破砕エネルギー密度（E）は

E = ½·m·(2πfA)²

（m：媒体質量、f：振動周波数、A：振幅）で近似されます。周波数や振幅が大きいほどEは指数的に増加するため、同一処理時間でボールミルより微細化が進みます。

さらにメカノケミカル効果が生じやすく、金属粉末への固相合金化、酸化物の還元、表面改質など「粉砕しながら化学反応」を進めるプロセスでも重宝されています。

代表的な運転モード（乾式／湿式）

振動ミルは乾式と湿式の両立運転が可能です。以下に特徴を示します。

運転モード	特徴	主な用途
乾式	媒体衝突エネルギーがダイレクトに粒子へ伝達 助剤（ワックス・ステアリン酸塩）で凝集抑制 装置が簡潔で連続ライン化が容易	セメントクリンカー・酸化チタン・金属粉末の粗〜中粉砕
湿式	スラリー比重が媒体運動をダンピング、高温上昇を抑制 分散剤・溶媒選定により再凝集を防ぎナノ領域へ到達 気密構造で酸化・揮発性原料にも適合	LIB正極材・医薬品APIナノ化・顔料インクの分散粉砕

湿式時の固形分濃度は20–60 wt%が目安で、粘度が500 mPa·sを超えると循環式ビーズミルとのハイブリッド運転が推奨されます。

高エネルギー型 vs 低エネルギー型の違い

項目	高エネルギー型（例：CD型二段振動ミル）	低エネルギー型（例：FV型フラット振動ミル）
駆動仕様	二段筒＋上下逆位相振動 振幅5–7 mm／25–30 Hz	単筒＋偏心モーター 振幅2–3 mm／12–18 Hz
粉砕到達粒径	d50 = 0.2 µm（LiCoO2、20 min）	d50 = 3 µm（炭酸カルシウム、30 min）
処理能力	0.1–2 t/h（連続式）	1–8 t/h（バッチ・連続）
長所	ナノ粉砕・メカノケミカル・粒度分布の狭さ	エネルギー消費低・メンテ容易・ライナー寿命長
短所	媒体摩耗大・騒音高・装置コスト高	ナノ領域は困難・処理時間が長い

高エネルギー型は媒体摩耗が課題ですが、近年は高硬度ジルコニアビーズや窒化ケイ素ボールの適用で摩耗粉混入量を従来比1/4に低減した報告があります（中央化工機テクニカルレポートNo.68, 2024）。

まとめ

振動ミルは短時間粉砕・均一粒度・メカノケミカル反応を同時に実現できる高機能粉砕機です。乾式モードでは低コスト大量処理、湿式モードではナノレベル微粉砕が可能で、運転パラメータ（振幅・周波数・媒体径・充填率・スラリー濃度）を最適化することで多様な原料にフィットします。

選定のポイントは

• 目標粒径と粒度分布の許容範囲
• 処理量とランニングコスト（電力・媒体摩耗）
• 原料の硬度・熱感受性・化学的安定性
• 将来のスケールアップ可否（単筒→二段筒／多筒連結）

これらを踏まえ、高エネルギー湿式型でナノ粉砕を狙うのか、低エネルギー乾式型で量産性を優先するのかを検討してください。