Tubes à rayons X à anode tournante, et procédé de fixation d'une anode tournante sur un axe support

Abstract

 La présente invention concerne un tube à rayons X à anode tournante et un procédé de fixation d'une anode tournante sur un axe support contenus dans un tel tube.
Ladite anode tournante (5) est fixée sur ledit axe support (4) à l'aide d'un moyen déformé (21), disposé entre ladite anode tournante (5) et ledit axe support (4), concentriquement à ce dernier, et agissant à la manière d'un presse-étoupe.

Description

[0001] L'invention concerne un tube à rayons X à anode tournante utilisable dans le domaine général de la radiologie, et particulièrement bien adapté dans les cas où l'anode tournante est soumise à des accélérations importantes. Elle concerne également un procédé permettant de fixer une anode tournante sur un axe support.

[0002] Les anodes tournantes des tubes à rayons X ont généralement la forme d'un disque. Le disque est fixé sur un axe lui-même relié à un rotor, l'ensemble étant entraîné en rotation par un champ magnétique tournant auquel est soumis le rotor.

[0003] L'anode tournante en rotation est soumise à des contraintes très importantes, tant thermiques que mécaniques.

[0004] En effet, le rayonnement X est obtenu sous l'effet d'un bombardement électronique d'une petite surface de l'anode, et une très faible part de l'énergie électrique, employée à accélérer les électrons, est transformée en rayons X. Le reste de cette énergie est dissipé en chaleur dans l'anode tournante. Aussi, l'anode tournante est soumise à des chocs thermiques très importants et peut atteindre des températures très élevées. Les contraintes mécaniques sont liées notamment à des vitesses de rotation élevées et à des accélérations importantes auxquelles peut être soumise l'anode tournante.

[0005] Généralement l'anode est fixée à l'axe qui la relie au rotor, par des moyens de fixation agissant par serrage. Il arrive couramment que sous l'effet des contraintes précédemment citées, l'anode tournante tend à se desserer et à se déplacer en tournant, par rapport à son axe support. Il peut en résulter un voile ou un déséquilibrage de l'ensemble tournant anode-rotor, avec apparition de vibrations et risques de rupture mécanique.

[0006] Le problème ainsi posé, qui est la fixation de l'anode tournante à l'axe qui la relie au rotor, existe avec tous les types d'anodes tournantes.

[0007] Mais ce problème est encore plus critique dans le cas des anodes en graphite, en raison d'une part des différences de coefficients de dilatation du graphite et de l'axe support, et d'autre part du coefficient de frottement du graphite qui est un matériau à tendance lubrifiante.

[0008] A ce jour, différentes méthodes sont utilisées pour tenter de palier cette diffulté. On peut citer :

- a) des clavettes engagées dans l'anode et dans l'axe support, selon des axes transversaux à ce dernier. Cette solution est peu efficace dans le cas des anodes en graphite en raison du caractère friable du graphite ;

- b) des axes supports munis de bcssages excentrés ; l'inconvénient de cette solution est qu'elle laisse subsister un jeu mécanique très important entre le disque d'anode et l'axe support ;

- c) une solution très différente consiste à braser l'anode sur son axe support. Cette solution assure une bonne liaison entre l'anode et son axe support, bien qu'elle constitue une opération délicate à mettre en oeuvre. En outre, elle peut limiter les performances du tube à rayons X en dégradant la qualité du vide qui existe dans ce dernier, si la température de fonctionnement conduit les matériaux de brasure à avoir une tension de vapeur trop élevée. Il est à remarquer d'autre part, que cette fixation par brasure exclut tout démontage ;

- d) une demande de brevet européen publiée sous n° 0 055 828 décrit la réalisation, dans un même bloc de graphite, du disque d'anode et de son axe support, afin de rejeter la liaison graphite- métal dans une zone de température moins élevée, étant plus éloignée du disque d'anode. Cette configuration, outre son prix de revient très élevé, reste très fragile mécaniquement, du fait notamment de la faible résistance mécanique du graphite ;

- e) une demande de brevet français publiée sous le n° 2 467 483 décrit une réalisation dans laquelle, une douille en graphite pyrolitique est brasée dans le corps du disque d'anode en graphite. Mais cette solution est également très coûteuse étant de réalisation délicate et mécaniquement fragile.

[0009] Cette énumération de méthodes différentes, visant toutes à réaliser la fixation de l'anode tournante sur son axe support, montre que le problème posé par cette fixation revêt une grande importance pour tous les constructeurs de tubes à rayons X. Elle montre également qu'à ce jour, le problème posé par cette fixation n'est pas résolu à la satisfaction de tous.

[0010] La présente invention concerne un tube à rayons X à anode tournante, dans lequel la fixation du disque d'anode tournante sur son axe support est assurée de manière fiable, grâce à des moyens simples et faciles à mettre en oeuvre, et qui permettent en outre le démontage du disque d'anode. L'invention concerne également un procédé de fixation d'une anode tournante sur un axe support.

[0011] Selon l'invention, un tube à rayons X à anode tournante, comportant un rotor et un axe support disposés et solidarisés selon un axe longitudinal autour duquel ladite anode tournante est mise en rotation, ladite anode tournante comportant une première et une seconde face, opposées, entre lesquelles elle comporte un trou débouchant disposé selon ledit axe longitudinal, ledit axe support étant engagé dans ledit trou débouchant, est caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un élément déformé contenu dans un logement concentrique audit axe support, ledit logement étant réalisé entre ledit axe support et une paroi dudit trou débouchant, de manière à assurer la fixation de ladite anode tournante sur ledit axe support.

[0012] L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui suit, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux quatre dessins annexés parmi lesquels :

- la figure 1 montre partiellement, selon une vue en coupe, un tube à rayons X selon l'invention ;

- la figure 2 montre plus particulièrement, selon une vue en coupe également, des moyens caractéristiques de l'invention contenus dans un encadré montré sur la figure 1 ;

- les figures 3 et 4 représentent respectivement des moyens contenus dans l'encadré des figures 1 et 2, selon une première et une seconde variante de l'invention.

[0013] La figure 1 montre un tube à rayons X 1 comportant, dans une enveloppe 2, un rotor 3, un axe support 4, une anode tournante 5. Le tube à rayons X 1 étant, à l'exception de moyens servant à fixer et à bloquer l'anode tournante 5 par rapport à l'axe support 4, d'un type classique, les autres moyens dont est traditionnellement muni le tube à rayons X 1 ne sont pas représentés.

[0014] Le rotor 3 et l'axe support 4 sont disposés et solidarisés selon un axe longitudinal 6, autour duquel ils entraînent la rotation de l'anode 5, selon la flèche 9 par exemple. Dans l'exemple non limitatif de la description, l'anode tournante 5 est formée par un disque 11 en graphite, sur lequel est déposée une couche de tungstène 8. L'anode tournante 5 comporte un axe de symétrie confondu sur la figure avec l'axe longitudinal 6, selon lequel elle est traversée, entre ses première et seconde faces 12, 13, opposées, par un trou débouchant 10 ayant dans l'exemple décrit une section circulaire (non représentée).

[0015] L'axe support 4 comporte un épaulement 16 à partir duquel son extrémité 7 est engagé dans le trou débouchant 10 de l'anode tournante 5, selon l'axe longitudinal 6 ; la seconde face 13 de l'anode tournante 5 étant en butée sur l'épaulement 16.

[0016] L'anode tournante 5 est fixée sur son axe support 4 grâce à un élément déformé 21, disposé concentriquement à l'axe support 4 et contenu dans un logement 20 aménagé entre l'axe support 4 et une paroi 22 du trou débouchant 10. Dans l'exemple non limitatif décrit, le logement 20 est constitué par une gorge, concentrique également à l'axe support 4, réalisée par la paroi 22 du trou débouchant 10 et ouverte, d'une part sur la première face 12 de l'anode tournante 5, et ouverte d'autre part sur l'axe support 4.

[0017] Le logement 20 comporte ainsi une première paroi 24, formée par l'axe support 4 lui-même et, une seconde paroi 25 opposée à la première ; cette seconde paroi appartenant à l'anode tournante 5.

[0018] La seconde paroi 25 peut être parallèle à la première paroi 24 au, ainsi dans l'exemple décrit, être inclinée par rapport à cette dernière ; la gorge constituant le logement 20 étant alors une gorge cônique.

[0019] L'élément déformé 21 est constitué par un élément déformable tel qu'un anneau fermé ou non, ou un jonc de serrage, ayant avant déformation un diamètre (non représenté sur la figure 1) égal ou supérieur à une largeur moyenne L du logement 20, considérée entre ses deux parois 24, 25. Le jonc de serrage constituant l'élément déformé 20 est réalisé dans un matériau réfractaire, à basse tension de vapeur, et assez plastiques tel que le tantale ou le niobium.

[0020] L'élément déformé 21 enserre l'axe support 4 au niveau de la première paroi 24, et détermine entre cette première paroi 24 et la seconde paroi 25, appartenant à l'anode tournante 5, des forces (non représentées) qui réalisent le blocage de l'anode tournante 5 par rapport à l'axe support 4.

[0021] Selon un même principe de fixation de l'anode tournante 5, sur l'axe support 4, le logement 20 et l'élément déformé 21 qu'il contient peuvent être disposés du côté de la seconde face 13, vers l'épaulement 16, où ils sont représentés sur la figure 1 répérée respectivement 20a et 21a. Dans ce cas, le logement 20a est ouvert du côté de la seconde face 13 ; l'élément déformé 21 enserrant l'axe support 4 d'une même manière que dans le cas de l'exemple précédent.

[0022] Ces deux modes de fixation de l'anode tournante 5 sur son axe support 4 peuvent être employés soit séparément, soit simultanément. Dans cette première version du tube à rayons X montrée sur la figure 1, l'extrémité 7 le l'arbre support 4 comporte en outre un pas de vis 14, sur lequel est visé un écrou 15 axial. L'écrou 15 et le pas de vis 14 constituent également un moyen de fixation de l'anode tournante 5 sur son axe support 4, qui joue en outre un rôle dans le procédé suivant lequel s'opère la déformation de l'élément déformable ou jonc de serrage à partir duquel est obtenu l'élément déformé 21.

[0023] Dans l'exemple non limitatif montré par la figure 1, l'écrou 15 comporte sur une face inférieure 26, une bague 27 concentrique également à l'axe support 4. Suivant le procédé de l'invention, qui sera davantage expliqué dans une suite de la description relative à la figure 2, lorsque l'écrou 15 est serré sur le pas de vis 14 jusqu'à être bloqué sur la première face 12 de l'anode tournante 5, par l'intermédiaire d'une rondelle 30, la bague 27 pénètre dans le logement 20 en appui sur le jonc de serrage 21 ; ainsi, lorsque l'on sert l'écrou 15, le jonc de serrage 21 s'enfonce dans la gorge ou logement 20 , et vient enserrer l'arbre support 4 tout en se déformant, l'ensemble agissant à la manière d'un presse-étoupe.

[0024] D'une même manière, si l'anode tournante 5 comporte du côté de sa seconde face 13 un logement 20a, muni d'un jonc de serrage 21a, et que d'autre part l'épaulement 16 comporte lui aussi une seconde bague 27a agissant comme la première bague 27, le serrage de l'écrou 15 provoque l'enfoncement du jonc de serrage 21a dans la gorge ou logement 20a ; le jonc de serrage 21a comme dans l'exemple précédent, enserrant l'axe support 4 en se déformant.

[0025] Il est à remarquer que la première ou la seconde bague 27, 27a, ne sont pas nécessaires pour obtenir la déformation du jonc de serrage 21, 21a si, par exemple, le diamètre du jonc de serrage 21, 21a est tel, qu'avant d'être déformé il dépasse du plan de la première ou de la seconde face 12, 13 ; ceci étant davantage expliqué en référence à la figure 2, laquelle reprend des éléments contenus dans un encadré 50 que comporte la figure 1.

[0026] La figure 2 illustre le procédé de l'invention, applicable à la fixation d'une anode tournante 5 sur un axe support 4. L'anode tournante 5 étant du type comportant, entre ces faces opposées 12, 13 et, selon un axe de symétrie 31 perpendiculaire à son plan, un trou débouchant 10 ; le trou débouchant 10 étant destiné à recevoir l'extrémité 7 de l'axe support 4, l'axe de symétrie 31 étant alors confondu avec l'axe longitudinal 6 de l'axe support 4.

[0027] A partir d'une telle anode tournante, le procédé consiste :

- à usiner l'anode tournante 5 pour réaliser au moins un logement 20 ouvert sur l'une des faces 12, 13, la première face 12 par exemple comme montrée dans l'exemple non limitatif de la figure 2 ;

- puis, ayant par exemple engagé l'extrémité 7 de l'axe support 4 dans le trou débouchant 10, à placer le jonc de serrage 21 dans le logement 20 ; il est à remarquer que dans cette phase du procédé, le jonc 21 est en butée dans le logement 20 contre les parois 24, 25 de ce dernier, et comporte une partie 32 en dépassement par rapport au plan de la première face 12.

[0028] Le jonc de serrage 21 étant ainsi en butée, la phase suivante du procédé consiste à déformer le jonc de serrage 21 de manière à augmenter la surface et la force selon lesquelles, d'une part il est en contact et enserre l'axe support 4, c'est-à-dire la première paroi 24, et d'autre part selon lesquelles il est en contact avec l'anode tournante 5, c'est-à-dire la seconde paroi 25 ; cette déformation du jonc de serrage 21, pouvant même l'amener au contact du fond 33, du logement 20.

[0029] Dans l'exemple non limitatif d'une première version du procédé de l'invention, la déformation du jonc de serrage 21 est obtenue par le serrage de l'écrou 15, sur le pas de vis 14. Dans l'exemple non limitatif décrit, l'écrou 15 est en appui sur la partie 32 du jonc de serrage 21 par l'intermédiaire de la rondelle 30, et lorsque l'on sert l'écrou 15 jusqu'à amener la rondelle 30 en contact avec la face supérieure 12, le jonc de serrage 21 s'enfonce dans le logement 20 et vient enserrer l'arbre support 4 tout en se déformant ; le jonc de serrage comporte alors un aspect semblable à celui déjà montré sur la figure 1.

[0030] A ce niveau du procédé, l'anode tournante 5 est fixée sur l'axe support 4 d'une manière déjà considérablement améliorée par rapport à l'art antérieur. Dans le but d'améliorer davantage cette fixation, le procédé de l'invention permet en outre de renforcer la liaison entre l'élément déformé 21 et l'axe support 4, en réalisant une sorte de soudure entre ces derniers.

[0031] A cet effet, le procédé consiste en outre à chauffer l'axe support 4 et l'élément déformé 21 pour les porter à une température de l'ordre de 1 500° C ; des essais ont montrés de bons résultats à partir de 1 200°C, et ont montrés qu'il est souhaitable de ne pas dépasser 1 600°C.

[0032] Ce chauffage est préférentiellement localisé sur la partie de l'ensemble anode-axe support 5-4, située autour du trou débouchant 10. Un tel chauffage localisé peut être obtenu par exemple, sous l'effet d'un bombardement électronique produit par des moyens classiques (non représentés).

[0033] Les axes supports pour anodes tournantes, tels que l'axe support 4 sont généralement réalisés en molybdène ou dans un aliage à base de molybdène. Le chauffage de l'axe support 4 et de l'élément déformé 21 permet de favoriser des phénomènes d'interdiffusion entre le molybdène et la matière dont est constitué l'élément déformé 21, le tantale par exempt. Cette interdiffusion constitue une sorte de soudure qui augmente considérablement l'adhésion de l'élément déformé 21 à l'axe support 4.

[0034] La figure 3 illustre une autre version du procédé de l'invention, dans laquelle la déformation de l'élément déformable ou jonc de serrage 21, est obtenue à l'aide d'un outillage 35, et ou le pas de vis 14 et l'écrou 15 sont supprimés.

[0035] Dans cette version du procédé, le jonc de serrage 21 étant placé dans le logement 20 en butée sur les première et secondes parois 24, 25, il est ensuite enfoncé dans le logement 20 à l'aide de l'outillage 35, de manière à obtenir sa déformation comme dans l'exemple précédent, mais sous l'effet d'une action momentannée de l'outillage 35. L'outillage 35 peut comporter par exemple une troisième bague 36, concentrique à l'axe support 4 et disposée en appui sur la partie 32 en dépassement du jonc de serrage 21. La troisième bague 36 peut être surmontée, ainsi que dans l'exemple non limitatif décrit, par une pièce massive 37, sur laquelle est momentanément appliquée, axialement, une force F nécessaire à l'enfoncement et à la déformation de l'élément déformable ou jonc de serrage 21 ; cette force F pouvant être produite à l'aide de moyens traditionnels connus de l'homme du métier, telle qu'une presse par exemple (non représentée).

[0036] A ce stade du procédé de l'invention, l'anode tournante 5 est fixée sur son axe support 4, de manière sûre, uniquement par l'action de l'élément déformé 21 ou jonc de serrage, le pas de vis 14 et l'écrou 15 étant supprimés. Il est à remarquer que cette suppression du pas de vis 14 et de l'écrou 15 représente, avec le tube à rayons X 1 de l'invention une diminution de coût importante, compte tenu des difficultés d'usinage pour la réalisation d'un pas de vis 14 et d'un écrou 15, et des déchets qu'occasionnent ces usinages.

[0037] La liaison entre l'axe support 4 et l'élément déformé 21 peut en outre être encore améliorée, grâce à un chauffage localisé tel qu'il a été expliqué dans l'exemple précédent et qui permet de réaliser une sorte de soudure entre l'axe support 4 et l'élément déformé 21.

[0038] Dans ce cas, l'outillage 35 doit rester en place durant ce chauffage, de manière que la force F continue à s'exercer pendant les phénomènes d'interdiffusion entre la matière de l'axe support 4 et la matière de l'élément déformé 21.

[0039] Afin de s'opposer à un éventuel arrachement de l'anode tournante 5 par rapport à l'axe support 4, selon l'axe longitudinal 6, l'axe support 4 et la seconde paroi 25 du logement 20 peuvent comporter des strillures (non représentées), réalisées par exemple lors de leur. usinage.

[0040] Dans cet esprit, ainsi qu'il est montré dans l'exemple non limitatif de la figure 4, l'arbre support 4 comporte, au niveau du logement 20, une seconde gorge 38 qui constitue une partie de ce logement 20. Sous la poussée de la force F, l'élément déformé 21 ou jonc de serrage pénétre également dans cette gorge 38 dont il prend la forme ; des flancs 39, 40 de la gorge 38 constituent ainsi des butées qui s'opposent à l'arrachement de l'anode tournante 5, selon l'axe longitudinal 6. Il est à remarquer que le logement 20 peut également comporter une seconde gorge 38 dans le cas des exemples montrés aux figures 1, 2 et 3.

[0041] Le tube à rayons X et le procédé de l'invention s'appliquent dans tous les cas de tubes à rayons X à anode tournante, et plus particulièrement dans les cas où l'anode tournante est soumise à des accélérations importantes, et également dans les cas où l'anode tournante est constituée par un disque en graphite.

Revendications

1. Tube à rayons X à anode tournante, comportant un rotor (3) et un axe support (4) disposés et solidarisés selon un axe longitudinal (6) autour duquel ladite anode tournante (5) est mise en rotation, ladite anode tournante comportant une première et une seconde face (12, 13), opposées, entre lesquelles elle comporte un trou débouchant (10) disposé selon ledit axe longitudinal (6), ledit axe support (4) étant engagé dans ledit trou débouchant (10), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément déformé (21) contenu dans un logement (20) concentrique audit arbre support (4), ledit logement (20) étant réalisé entre ledit axe support (4) et une paroi (22) dudit trou débouchant (10), de manière à assurer la fixation de ladite anode tournante (5) sur ledit axe support (4).

2. Tube à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce q'il comporte en outre un écrou (15) axial, vissé sur ledit axe support (4) et serré sur ladite première face (12) de l'anode tournante (5).

3. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit logement (20) est constitué par une gorge cônique.

4. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit logement (20) est réalisé dans la paroi (22) dudit trou débouchant (10).

5. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit logement (20) comporte une seconde gorge (38) réalisée dans ledit axe support (4).

6. Tube à rayons X selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'écrou (15) comporte une première bague (27) en appui sur l'élément déformé (21).

7. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit logement (20) est ouvert sur la première face (12) de l'anode tournante (5).

8. Tube à rayons X selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit logement (20) est ouvert sur la seconde face (13) de l'anode tournante (5).

9. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe support (4) comporte un épaulement (16) sur lequel est en butée la seconde face (12) de l'anode tournante (5), et en ce que ledit épaulement (16) comporte une seconde bague (31) en appui sur l'élément déformé (21).

10. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément déformé (21) est réalisé en un matériau réfractaire et à basse tension de vapeur.

11. Tube à rayons X selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément déformé (21) est réalisé dans du tantale.

12. Tube à rayons X selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément déformé (21) est réalisé en niobium.

13. Procédé de fixation d'une anode tournante sur un axe support, ladite anode tournante (5) comportant un axe de symétrie (31) selon lequel elle est percée d'un trou débouchant (10), ledit axe support (4) étant destiné à être engagé dans le trou débouchant (10) selon un axe longitudinal (6) confondu avec ledit axe de symétrie (31), caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser, entre ledit axe support (4) et une paroi (22) dudit trou débouchant (10), un logement (20) concentrique audit axe support (4), puis à engager ledit axe support (4) dans ledit trou débouchant (10) et à placer dans ledit logement (20) un élément déformable (21), puis enfin à déformer ledit élément déformable (21) de manière que ce dernier enserre ledit axe support (4) et assure le blocage de ladite anode tournante (5) par rapport audit axe support (4).

14. Procédé de fixation selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il consiste à déformer ledit élément déformable (21) en l'enfonçant dans ledit logement (20) par le serrage d'un écrou (15) axial, laissé à demeure.

15. Procédé de fixation selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il consiste à déformer ledit élément déformable (21) en l'enfonçant dans ledit logement (20) sous l'effet d'une force (F) appliquée momentanément grâce à un outillage (35).

16. Procédé de fixation selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer ledit élément déformé (21) et ledit axe support (4) pour les porter à une température comprise entre 1 200 et 1 600°, de manière à favoriser des effets d'interdiffusion entre la matière de l'axe support (4) et la matière de l'élément déformé (21) afin d'augmenter l'adhérence dudit élément déformé (21) sur ledit axe support (4).

17. Procédé de fixation selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit élément déformé (21) et ledit arbre support (4) sont portés à une température de 1 500°.

18. Procédé de fixation selon la revendication 15 et l'une des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir l'application de ladite force (F) durant ledit chauffage dudit élément déformé (21) et dudit arbre support (4), et à relâcher l'application de ladite force (F) après l'application dudit chauffage.

19. Procédé de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit logement (20) est réalisé dans la paroi (22) du trou débouchant (10).

20. Procédé de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit logement (20) est réalisé selon la forme d'une gorge cônique. ,

21. Procédé de fixation selon l'une des revendications 19 ou 20, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une seconde gorge (38) dans l'axe support (4), en vis à vis dudit logement (20).

Dessins