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超音波ホーン（音響ホーン、ソノトロード、音響導波管、超音波プローブとも呼ばれる）は、超音波周波数スペクトルの低域（一般的に15～100kHz ）で動作する超音波トランスデューサによって提供される振動変位振幅を増幅するために一般的に使用される先細りの金属棒です。このデバイスが必要なのは、トランスデューサ自体によって提供される振幅が、パワー超音波のほとんどの実用的な用途には不十分であるためです。[ 2 ]超音波ホーンのもう1つの機能は、超音波トランスデューサからの音響エネルギーを処理媒体に効率的に伝達することです。[ 3 ]この媒体は、固体（たとえば、超音波溶接、超音波切断、超音波はんだ付け）または液体（たとえば、超音波均質化、超音波化学、粉砕、乳化、噴霧、細胞破壊）である可能性があります。 [ 1 ]液体の超音波処理は、音響キャビテーションによって生成される強烈なせん断力と極端な局所条件（最高温度5000 K、最高圧力1000 atm）に依存している。[ 2 ]
超音波ホーンは一般的に、円形の横断面と可変形状の縦断面を持つ固体金属棒（ロッドホーン）です。別のグループには、大きな長方形の横断面と可変形状の縦断面を持つブロックホーンや、より複雑な複合ホーンが含まれます。 [ 4 ]このグループのデバイスは、固体処理媒体で使用されます。デバイスの長さは、ホーンの断面積に対する音速依存性を考慮した上で、ホーン材料内の超音波の1つまたは複数の半波長で、所望の超音波動作周波数で機械的共振が発生するようにする必要があります。一般的なアセンブリでは、超音波ホーンはねじ付きスタッドを使用して超音波トランスデューサにしっかりと接続されます。
超音波ホーンは、次の主な特徴によって分類できます。1) 縦断面形状 – 階段状、指数関数状、円錐状、カテノイド状など。2) 横断面形状 – 円形、長方形など。3) 縦断面形状が異なる要素の数 – 共通および複合。[ 3 ] [ 5 ]複合超音波ホーンは、円筒形セクションの間に、特定の縦断面形状（非円筒形）の遷移セクションが配置されています。
超音波ホーンは、出力端に向かって縦断面が収束する遷移部を持つことが多い。そのため、ホーンの縦方向の振動振幅は出力端に向かって増加する一方、横断面の面積は減少する。[ 6 ]このタイプの超音波ホーンは、主に超音波溶接、超音波はんだ付け、切断、外科用器具の製造、溶融金属処理など、さまざまな超音波機器の部品として使用される。収束型超音波ホーンは、超音波化学、乳化、分散など、さまざまなプロセス研究に使用される実験室用液体処理装置にも一般的に含まれている。[ 7 ]
高出力の工業用超音波液体処理装置[ 8 ] 、例えば、高超音波振幅で大量の液体を処理することを目的とした市販の超音波化学反応器、超音波ホモジナイザー、超音波粉砕システム（超音波混合、ナノエマルジョンの製造、固体粒子の分散、超音波ナノ結晶化など）では、好ましい超音波ホーンの種類はバーベルホーンです。 [ 7 ]バーベルホーンは、大きな出力直径と放射面積を維持しながら超音波振幅を増幅することができます。したがって、高い超音波振幅を維持しながら、収束ホーンからバーベルホーンに切り替えることで、実験室での最適化研究を商業生産環境で直接再現することが可能です。適切にスケールアップすれば、プロセスは実験室で得られるのと同じ再現性のある結果を工場現場でも生成します。[ 7 ]
超音波ホーンの最大振幅は、主にホーンを構成する材料の特性と、その縦断面の形状に依存します。一般的に、ホーンはTi6Al4Vなどのチタン合金、440Cなどのステンレス鋼、場合によってはアルミニウム合金や粉末金属で作られています。最も一般的で製造が容易な断面形状は、円錐形とカテノイド形です。
消費財、自動車部品、医療機器、そしてほとんどすべての産業で超音波が利用されています。金属インサートをプラスチックに固定したり、適切な金型設計によって異種材料を接合したりすることも可能です。超音波ホーンには様々な形状やデザインがありますが、いずれも特定の動作周波数に調整する必要があります。最も一般的な周波数は15kHz 、 20kHz、 40kHzです。
超音波溶着は、高周波の垂直運動を利用して、接合された部品の界面に熱と熱可塑性材料の流れを発生させます。エネルギーの供給が停止した後も圧力が維持され、接合部で絡み合ったプラスチックが再固化して、部品が均質または機械的に結合します。このプロセスは、従来の接着剤や機械的ファスナーとは異なり、環境に優しい組み立て方法を提供します。[ 9 ]