Brevet FR2496981A1 — publié le 19820625

La présente invention concerne une anode tournante pour tubes à rayons X dont la surface d'impact pour les électrons se situe sur un anneau métallique qui est fixé par l'intermédiaire d'un corps en graphite à l'axe de rotation. De tels tubes sont décrits, par exemple, dans le brevet accordé en République Fédérale d'Allemagne sous le NO 19-5-1 383. Dans les anodes tournantes connues pour des tubes à rayons X, la partie en métal lourd a la forme d'un plateau et elle est fixée, en son centre, à l'axe. En outre, on y fixe, pour améliorer les propriétés thermiques, un ou plusieurs éléments en graphite. Par rapport à une anode, dans laquelle un anneau métallique est fixé à l'axe par l'intermédiaire d'un corps en graphite, cette réalisation connue présente un avantage, car on n'a pas besoin de prendre en considération la résistance des éléments en graphite. Mais il serait avantageux de pouvoir réduire ltélément métallique sans préjudice pour la résistance et la simplicité du choix des matériaux. L'invention a pour objet, dans le cadre d'une anode tournante pour tubes à rayons X du type rappelé en tête du présent mémoire, de permettre une fixation simple et sûre à l'axe, tout en obtenant, en même temps, une diminution du poids. Selon l'invention, ce problème est résolu, dans une anode tournante du type rappelé en tête du présent mémoire, grâce au fait qu'au centre, entre le corps en graphite et l'axe, est situé un moyeu métallique constituant l'élément de liaison. Grâce à la mise en oeuvre, selon l'invention, d'un moyeu métallique dans le corps en graphite de l'anode, on obtient d'une part entre le moyeu et l'élément en graphite, une grande surface de liaison par rapport à l'axe. Par ailleurs, le moyeu qui est constitué avec un métal, est susceptible d'une bonne liaison avec l'axe. Le moyeu peut par exemple être soudé. Une anode tournante, selon l'invention, pour des tubes à rayons X, est réalisée, par exemple, au moyen d'un plateau en graphite sur lequel est soudé un anneau métallique qui est quelque peu plus large que la piste de foyer. Pour des raisons qui tiennent à une fabrication plus simple, on tend à mettre en oeuvre une soudure plane. Mais il est également possible de souder un anneau métallique sur lequel se situe la piste de foyer, avec une inclinaison qui correspond sensiblement à l'angle de l'anode. En même temps que la soudure de l'anneau, on peut également souder le moyeu dans une ouverture correspondante au centre du plateau en graphite. Comme matériau de soudure, on peut utiliser le vanadium (V), le zircon (Zr), le platine (Pt) ou du rhodium (Rh). Le côté du plateau d'anode qui est voisin de la cathode devrait pouvoir ou peut être recouvert d'une couche lisse, étanche et résistant à des températures élevés, en vue d'empêcher une émission froide à partir de pointes superficielles. Une telle couche peut être constituée par du graphite déposé par voie pyrolithique ou par un revêtement métallique, par exemple en titane (Ti) ou en zircon (Zr). La fixation de l'arbre, qui peut être constituée par du molybdène (Mo) ou par du Niobium (nib) ou par des alliages de ceux-ci, avec le plateau proprement dit est opérée par l'intermédiaire du moyeu à mettre en place selon l'invention, c'est-à-dire par l'intermédiaire d'une pièce intermédiaire métallique. Avantageusement, ce moyeu est réalisé avec un métal de faible conductibilité thermique et d !un coefficient de dilatation qui est adapté au corps en graphite. De telles substances sont par exemple le filolyb dène (Mo), le Niobium (Nb) et le titane (Ti),ou des alliages de ces substances. Grâce à la mise en oeuvre, selon l'invention, d'un moyeu, on peut réduire très fortement le poids du plateau sans qu'il en résulte nécessairement une détérioration ou une complication de la fixation. Pour un plateau d'anode de 100 mm de diamètre, le poids passe d'environ 800 g à environ 500 g. En outre, la fixation du plateau sur l'axe de rotation par des vis ou par d'autres moyens semblables, peut être remplacée par une soudure ou une brasure. La réduction en poids signifie une amélioration car l'inertie se trouve réduite dans des limites notables et que par conséquent le couple de rotation qui existe atteint, dans un temps très court, l'accélération qui correspond à la vitesse de rotation finale. L'invention est particulièrement intéressante pour des anodes tournantes de grand diamètre, par exemple pour des anodes tournantes telles qu'elles sont utilisées dans des tubes à rayons X qui sont appropriés pour une tomoscopie. Les inconvénients mentionnés ci-dessus sont particulièrement d'importance dans le cas de plateaux d'anodes tournantes ayant un diamètre de 200 mm et davantage. En raison de la grande longueur de la périphérie de l'anneau métallique occupé par la piste de foyer, il est avantageux de prévoir, en plus, une fixation qui s'adapte élastiquement à la longueur de la périphérie qui varie lors de l'échauffe- ment.Une telle fixation peut par exemple être obtenue en segmentant le corps en graphite et en mettant en oeuvre un moyeu possédant une liaison élastique avec chacune des parties de 11 élément en graphite qui a été subdivisé en segments. A cet effet, le moyeu peut avoir la forme d'un pot avec le fond duquel est solidarisé l'axe de rotation de l'anode. La paroi latérale du moyeu est alors découpéede manière à obtenir un nombre de bandes qui coincide avec le nombre de segments. Ensuite, les segments sont reliés entre les extrémités libres des parties de la paroi latérale du moyeu, d'une part et avec l'élément métallique annulaire sur lequel se situe la piste de foyer, d'autre part, de manière qu'au moins à l'état froid les parties de la paroi latérale du moyeu exercent une pression vers l'extérieur. Comme matériau pour cette forme de réalisation du moyeu il convient d'utiliser un matériau qui possède une résistance éle vée à la température, une bonne capacité d'élasticité, une mauvaise conductibilité thermique, mais une forte capacité d'accumuler de la chaleur.Ces propriétes sont celles par exemple du Nb ou du Mo, Ti. Pour un plateau d'anode tournante d'environ 200 mm de diamètre, il s'est avéré, en raison des différences de dilatation thermique entre le métal et le graphite, avantageux de mettre en oeuvre une subdivision en 10 à 12 secteurs, car les contraintes tangentielles qui apparaissent, entre le graphite et le métal, dans la couche de soudure, restent en dessous de la contrainte au cisaillement, si l'importance des secteurs est limitée. Pour une subdivision plus prononcée, c'est-à-dire dans le cas de secteurs plus petits, les moyens à mettre en oeuvre sont plus importants et l'on éprouve, avec des dimensions décroissantes, beaucoup plus de difficulté pour obtenir une stabilité statique.Si l'on ne met en oeuvre qu'un petit nombre de subdivisions, les secteurs sont plus grands et les tensions nuisibles qui apparaissent sont plus importantes, tensions qui peuvent par exemple conduire au fait, qu'en service, la bague ou l'anneau métallique se détache du graphite. Plus particulièrement dans le cas de plateaux de grande dimension, l'économie en poids et, par voie de conséquence, une diminution de l'inertie gênante au démarrage, ont des conséquences favorables. Pour un plateau ayant, comme indiqué ci-dessus un diamètre de 200 mm, on peut s'attendre, dans une réalisation conforme à l'invention, à une diminution da poids de 2 Rg à environ 600 g. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé différentes formes de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 montre une vue perspective d'un tube à rayons X à anode tournante , tube dans lequel un corps d'anode complexe en graphite et en métal est relié à l'axe de rotation par l'intermédiaire d'un moyeu métallique. La figure 2 montre en coupe une variante de 1' a- node tournante. La figure 3 est une autre variante dans laquelle le moyeu est pourvu d'éléments élastiques0 La figure 4 est une vue partielle en plan de la forme de réalisation représentée en figure 3. Dans la figure 1, la référence 1 désigne une enveloppe en verre d'un tube à rayons X 2, dans laquelle le vide a été fait. Dans l'enveloppe en verre 1 se trouvent, de façon connue, et situées l'une en face de l'autre, une combinaison cathodique 3 et une combinaison anodique 4. La combinaison désignée par la référence 3 est constituée par un support 5 fixé à l'enveloppe en verre 1 et qui est pourvue d'une enveloppe 6, formant écran, pour une cathode à incandescence qui n'est pas visible au dessin. La combinaison anodique 4 est constituée par un rotor connu 7 au moyen duquel un axe 5, et, avec lui, un plateau d'anode 9 est mis en rotation au moyen d'un stator, non représenté, et qui est à disposer à l'extérieur du tube, au niveau du rotor 7. Le plateau d'anode d'un diamètre de 100 mm comporte un corps en graphite, ayant une épaisseur de 15 mm. Ce corps 10 porte, en son centre, une douille 11 en niobium, constituant un moyeu. Cette douille est engagée sur la paroi extérieure 12 de l'axe tubulaire 8, et, au niveau de la ligne de contact supérieure 13, elle est soudée à l'axe 8. Sur la périphérie du corps en graphite est prévu un élément métallique annulaire 14 qui est fait avec un alliage au tungstène comportant 5 de rhénium. Cet élément mé- tallique est soudé au corps en graphite 10 par une brasure au Zr. Le rayonnement est produit, de manière connue, par application d'une haute tension et d'une tension de chauffage par l'intermédiaire des conducteurs 15, 16 et 17 du côté cathodique et de l'embout de connexion 18 de lla- node. Sur la surface des pistes de foyer 19 et 20 du plateau anodique 9, des électrons peuvent être accélérés et l'on produit ainsi des rayons X. Au moyen d'une couche 21 en graphite déposée par voie pyrolithique, on peut obtenir une amélioration du point de vue de la rigidité électrique. La couche doit avoir une épaisseur de quelques fm, afin que soient fermées des pores qui peuvent être situées sur la surface du graphite. Dans la variante selon la figure 2, le corps en graphite 10 est constitué par un disque sur la périphérie duquel est frêtée une bague 23 qui est constituée comme les plateaux d'anodes tournantes connues de tubes à rayons X, en un alliage titane-zircone-If.ol;bdene (TZM) dont la teneur en Ti est de 0,5 pour cent en poids et en Zr est de 0,07 pour cent en poids, le reste étant du Mo. La face extérieure de la bague 22 est recouverte d'une couche 23 qui est constituée par du tungstène auquel est mélangé 5 pour cent en poids de rhénium. La fixation à l'axe 8 est opérée, tout comme dans le cas de la figure 1, à l'aide d'un moyeu 11 dont le bord intérieur est soudé à l'axe, au niveau de la ligne de liaison 13. La forme de réalisation représentée dans les figures 3 et 4 est particulièrement appropriée pour une anode tournante dont le diamètre extérieur est à peu près le double de celui qui est approprié pour les réalisations selon les figures 1 et 2. Le diamètre, dans l'exemple représenté, est de 200 mm. Le corps en graphite 10' a une épaisseur de 10 mm et il est subdivisé en 12 secteurs 24. Ces secteurs s'étendent entre l'élément métallique annulaire 14' et le moyeu 11'. Ce dernier est constitué par un élément en forme de pot dont le fond 25 est ramené, au centre, jusqu'au bord supérieur 26 de la paroi latérale. La paroi latérale possède des entailles 27 de manière que pour chaque secteur 24 il existe une partie 28 de la paroi latérale du moyeu 11'. Le bord supérieur 26 est relié, par une brasure au Zr avec le bord intérieur du corps en graphite 10'. Ainsi, chaque secteur 24 est pourvu d'une liaison élastique avec le moyeu 11', qui est soudé par la face extérieure de son fond avec l'axe 8. REVENDICATIONS 1) Anode tournante pour tubes à rayons X dont la surface d'impact pour les électrons se situe sur un anneau métallique qui est fixé par l'intermédiaire d'un corps en graphite à l'axe de rotation, caractérisée par le fait qu'au centre, entre le corps en graphite et l'axe, est situé un moyeu métallique constituant l'élément de liaison. 2) Anode tournante suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le moyeu constitue une liaison élastique. 3) Anode tournante suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le corps en graphite est subdivisé en segments. 4) Anode tournante suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que chaque segment est monté élastiquement par rapport à l'axe. 5) Anode tournante suivant la revendication 4 caractérisée par le fait que le moyeu a la forme d'un pot dont le fond est relevé jusqu'à environ le bord supérieur de la paroi latérale, et il est subdivisé, en fonction du nombre de segments, par des entailles en forme de bandes, que la liaison avec les segments se situe aux extrémités libres supérieures des bandes de la paroi du moyeu, et que l'axe est fixé au centre du fond relevé. 6) Anode tournante suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la liaison entre le corps de graphite et le moyeu est constituée par un conducteur, en particulier en Nb, Mo, Ti, et la liaison entre le moyeu et l'axe est constituée par une soudure.