Brevet FR2853990A1 — publié le 20041022

Dispositif de montage d'une anode tournante d'un tube à rayons X et procédé de fabrication de ce dispositif La présente invention a pour objet un dispositif de montage d'une 5 anode tournante dans un tube à rayons X et un procédé de fabrication d'une partie de ce dispositif. Les tubes à anode tournante concernés par l'invention sont des tubes émetteurs de rayons X principalement utilisés dans le domaine de la mammographie, encore que leur utilisation dans d'autres domaines de la radiologie serait envisageable, en particulier dans le 10 domaine des tomodensitomètres. Le but de l'invention est de rendre plus fiable et plus simple le montage et l'utilisation de ces tubes à rayons X. Dans le domaine de la mammographie, les conditions de l'examen font que la patiente place son sein sur un plateau porte sein et qu'un émetteur de rayons X, disposé généralement sur une colonne verticale qui 15 porte ce plateau porte sein, est placé à proximité de la tête de la patiente. Cette proximité impose non seulement des contraintes d'isolement électriques particulièrement rigoureuses, mais impose par ailleurs, pour ne pas gêner la patiente au cours d'un examen par ailleurs pénible, que le tube émetteur de rayons X ne vibre pas. Ces vibrations sont bruyantes. Elles sont 20 en général d'autant plus présentes que l'enveloppe du tube est une enveloppe métallique, elle-même sensible aux vibrations. Dans la pratique un tube à rayons X à anode tournante comporte une anode tournante à grande vitesse. L'anode est disposée en regard d'une cathode d'une part, et en regard d'autre part d'une fenêtre étanche au vide 25 mais permettant le passage des rayons X émis. La rotation de l'anode est provoquée par un rotor tournant sur un arbre de rotation par l'intermédiaire de paliers. Le rotor entraîne l'anode tournante à laquelle il est solidarisé. Malgré tous les efforts déployés pour l'équilibrage de cette pièce rotative, des balourds existent qui contribuent à faire vibrer l'ensemble du tube. La 30 fixation de l'arbre dans le tube se réalise par des fixations à ses deux extrémités. L'arbre est ainsi fixé à une première structure, une première partie de l'enveloppe du tube d'un côté, et à une deuxième structure, une deuxième partie de l'enveloppe, de l'autre côté. Les deux structures sont liées entre elles par la suite. Un tel montage, si la liaison des structures est 35 rigide, entraîne un hyperstatisme du maintien de l'arbre et conduit mécaniquement à des ruptures inacceptables. Pour remédier à cet inconvénient, il est prévu de monter une extrémité de l'arbre dans une structure, en principe la plus légère et/ou la moins rigide par l'intermédiaire d'une bague autorisant certains degrés de liberté. Les bagues utilisées, 5 généralement en forme de cage d'écureuils, sont élastiques mais présentent l'inconvénient de ne pas être réutilisables. En effet, elles sont déformées du fait d'un forçage auquel elles sont soumises lors de leur montage dans une structure, avant insertion d'une extrémité d'arbre. En outre l'insertion de ces bagues elle-même nécessite des efforts considérables au moment de 10 l'assemblage. L'intérêt de ces bagues, qui est de régler le problème d'hyperstatisme, et qui est par ailleurs de permettre les dilatations dues aux échauffements de l'anode, ne règle toutefois pas le problème des vibrations qui continuent à rester gênantes pour la patiente, voire à entraîner un défaut de précision 15 dans les images radiologiques acquises. Le but de l'invention est de résoudre ces problèmes de vibration, et aussi ces problèmes de réemploi des bagues. Selon l'invention, ces problèmes sont résolus en réalisant des bagues en forme de diabolo. Ces bagues en diabolo appuient dans un logement des structures par des 20 couronnes extrêmes. Elles maintiennent l'arbre à l'intérieur du diabolo par une partie centrale rétrécie de ce dernier. De préférence par ailleurs, en réalisant les diabolos sous une forme ouverte, on montrera que la bague peut s'adapter très facilement aux tolérances de réalisation des alésages qui reçoivent les extrémités d'arbres. L'insertion des bagues ne nécessite donc 25 plus de forçage exagéré. En conséquence, le réemploi des bagues est possible. De manière à obtenir ces bagues en diabolo, l'invention préconise par ailleurs des procédés de fabrication de ces bagues, de façon à ce que le coût de leur réalisation soit réduit au minimum. Dans ces procédés, le 30 diabolo de l'invention a de préférence la forme d'un hyperboloïde. L'invention a donc pour objet un dispositif de montage d'une anode tournante dans un tube à rayons X comportant dans une première structure un alésage, une bague logée dans cet alésage, et une extrémité d'un arbre de l'anode tournante insérée dans cette bague, caractérisé en ce que la 35 bague comporte une forme de révolution en diabolo autour d'un axe de l'arbre. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un tel diabolo, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - on découpe, de préférence par tournage, un diabolo mince dans un cylindre épais, et - on réalise dans une paroi de ce diabolo mince des poutres, de préférence par découpe au laser, les poutres étant de préférence inclinées. Ou bien ce procédé comporte les étapes suivantes: - on réalise dans une plaque fine des découpes de rainures 10 intercalées avec des poutres parallèles, ces poutres parallèles étant maintenues ensemble à leur extrémités par des linteaux, - on forme les linteaux et les poutres autour d'un mandrin circulaire d'axe perpendiculaire aux linteaux, - on twiste les linteaux formés circulairement, l'un par rapport à l'autre, 15 autour d'un axe colinéaire avec l'axe du mandrin. Ou encore, ce procédé comporte les étapes suivantes: - on réalise dans une plaque fine des découpes de rainures intercalées avec des poutres parallèles, ces poutres parallèles étant maintenues ensemble à leur extrémités par des linteaux, les poutres étant 20 inclinées par rapport à une direction perpendiculaire aux linteaux, - on déforme la plaque fine ainsi découpée par forçage dans un moule de révolution, avec un axe de révolution orthogonal aux directions des linteaux, - le moule ayant un bossage dans une partie centrale entre des 25 extrémités qui accueillent les linteaux. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: - Figure 1: la représentation schématique du dispositif de montage 30 d'une anode tournante selon l'invention; - Figures 2 à 6: des exemples de fabrication d'un hyperboloïde de révolution jouant le rôle de diabolo; - Figures 7 à 9: une illustration des effets du montage des diabolos de l'invention dans le dispositif de montage; - Figures 10a à 10e: les dimensions préférées d'un diabolo en forme d'hyperboloïde selon l'invention. La figure 1 montre un dispositif de montage d'une anode tournante 1 dans un tube à rayons X. Le tube à rayons X lui-même n'est pas montré. L'anode tournante 1 est ainsi montée rigidement sur un rotor 2 motorisé (de 5 préférence par un moteur électrique sans balai) autour d'un arbre 3. L'arbre 3 est monté, par exemple d'une manière rigide, dans une première structure fixe 4 et, par l'intermédiaire d'une bague 5, dans une deuxième structure 6. Le rotor 2 et l'anode tournante 1 tournent autour d'un axe de rotation 7 aligné avec l'arbre 3. Dans cet exemple, l'arbre 3 est rigidement fixé à la 10 structure 1 par des moyens connus, par exemple par vissage par une vis 8. Les deux structures 4 et 6 sont par ailleurs reliées dans l'enveloppe du tube à rayons X de manière à ce qu'elles soient fixes l'une par rapport à l'autre. Dans la pratique, une des deux structures, la structure 4 ici, est massive et l'autre structure, la structure 6, est plus légère, et, en tous cas, la structure 4 15 présente une sensibilité moins grande aux solicitations vibratoires générant une source acoustique que la structure 6. Il résulte de ce type de montage des vibrations transmises par l'arbre 3 à la structure 6 qui émet alors des bruits gênants malgré la présence de la bague 5. Selon l'invention la bague 5 a une forme de révolution en diabolo 20 autour d'un axe qui est l'axe 7 de l'arbre 3. Cette forme est montrée sur les figures 5 et 6. Un tel diabolo comporte, schématiquement, une première couronne 8 et une deuxième couronne 9 toutes deux circulaires et cylindriques, de génératrices parallèles à l'axe 7 de l'arbre 3. Ces couronnes 8 et 9 sont reliées l'une à l'autre par un ensemble de poutres, ici inclinées tel 25 que 10. Il serait envisageable toutefois de réaliser des poutres non inclinées, mais comme on le verra par la suite, l'inclinaison garantit l'intégrité de la bague lors de son utilisation. Le montage du diabolo entre l'arbre 3 supportant les éléments tournants et la structure 6 de l'enveloppe du tube procure alors l'atténuation de bruit souhaitée. Plusieurs procédés de fabrication de la bague en diabolo de l'invention sont envisageables et vont être décrits maintenant. A l'examen des figures 10a à 10c, des dimensions et des formes préférées de cette bague seront précisées. La figure 2 montre une plaque 11 par exemple fine en métal ou en un alliage, voire en un matériau composite, dans laquelle 35 sont réalisées des rainures droites 12 permettant d'individualiser des poutres 13 entre chacune d'elles. Les rainures 12 et poutres 13 sont rectilignes et, dans cet exemple, orientées à angle droit de la direction de deux linteaux 14 et 15 qui relient les poutres 13 les unes aux autres. Une telle découpe des rainures 12 peut être pratiquée par laser, par matriçage, par gravure ou autres procédés. Une fois ces découpes réalisées, figure 3, on forme la plaque 11 en la faisant tourner autour d'un mandrin cylindrique circulaire orienté selon un axe 16 parallèle aux directions des rainures 12 et des poutres 13. Après formage, on peut souder entre elles les extrémités des linteaux 14 et 15 pour 10 que la bague soit fermée. On verra par la suite comment il est possible de laisser la bague ouverte. Une fois que ce cylindre est formé, figure 4a on prévoit de twister la bague ainsi réalisée en faisant tourner les linteaux maintenant circulaires 14 et 15 dans des directions contra rotatives, respectivement 17 et 18 autour 15 d'un axe 19 parallèle aux directions des rainures 12 et des poutres 13. On obtient alors les structures représentées sur les figures 5 et 6 dans lesquelles les linteaux 14 et 15 occupent les places des couronnes 8 et 9 respectivement. La solution de twistage est une solution préférée. Pour la réalisation d'une bague ouverte, on peut prévoir de réaliser 20 dans un linteau, par exemple le linteau 15, une ouverture 20 (figure 2) dans le prolongement d'une rainure 21 centrale. Après formage autour de l'axe 16 les extrémités 22 et 23 du linteau 15 sont réunies entre elles, par exemple par soudure, alors que les extrémités correspondantes du linteau 14 ne sont pas réunies. Une autre manière de procéder peut comporter, plutôt que l'utilisation d'une plaque 11 rectangulaire, l'utilisation d'une plaque 24 en forme de parallélogramme dans laquelle les rainures 25 sont inclinées, de même que les poutres 26, par rapport à la normale aux linteaux 14 et 15 (voir figure 2 dessins en pointillés). La plaque 24, subit ensuite le même formage autour 30 d'un mandrin d'axe 16 perpendiculaire aux linteaux 14 et 15 et conduit à la réalisation d'une bague cylindrique, montrée figure 4b, dans laquelle les poutres 26 ne sont par orientées comme les génératrices du cylindre mais sont formées en hélice sur le pourtour du cylindre. Une fois cette bague cylindrique obtenue, on peut la contraindre dans un moule de formage. Le 35 moule a globalement la forme en négatif du diabolo à réaliser, de manière à ce que les poutres 26 soient forcées à se courber vers l'intérieur de la bague, en direction de l'axe 27 de celle-ci. Dans un exemple l'inclinaison des poutres 26 sur les linteaux 14 et 15 peut être de l'ordre de 500 à plus ou moins 10 . Le moule qui reçoit la bague 5 de la figure 4b est un moule de révolution avec un axe de révolution orthogonal aux directions des linteaux 14 et 15. Comme autre solution pour réaliser le diabolo, il est aussi possible de partir d'un cylindre épais, par exemple d'épaisseur 28, figure 6. Par tournage, on peut ensuite dans ce cylindre épais enlever des parties 10 concaves 29 du diabolo, de même que des surépaisseurs des couronnes 8 et 9, à l'intérieur du diabolo. Une fois que ce diabolo est ainsi réalisé, on peut notamment par découpe laser individualiser les poutres 10 entre les couronnes 8 et 9. La méthode par moulage et la méthode de l'évidement 29 ne 15 conduisent pas nécessairement à un diabolo en forme d'hyperboloïde. La méthode par twistage y conduit naturellement. Quelle que soit la méthode de fabrication utilisée, elle conduit à disposer dans le diabolo de poutres 10 présentant, à l'intérieur du diabolo, un rétrécissement de l'espace disponible alors que par ailleurs elles sont 20 attachées de part et d'autre de ce diabolo sur des circonférences de plus grand diamètre. Les figures 7 et 8 montrent à cet effet le diamètre intérieur du diabolo selon l'invention, avant 30, et respectivement après 33 insertion de l'arbre 3. La figure 8 notamment montre les courbures 31 en traits pleins des enveloppes des poutres 10, et en pointillés 32 les mêmes enveloppes 25 avant insertion On constate que le diamètre 30 de départ s'est agrandi pour devenir le diamètre 33 qui accueille l'arbre 3. Les différences de courbures 31 et 32 forment l'élasticité de maintien de l'extrémité de l'arbre 3 dans la structure 6 (figure 1). La figure 9 montre un diagramme de force, d'amplitude sinusoïdale, 30 se produisant lorsque l'arbre 3 est sollicité radialement. La répartition 34 des efforts et leur évaluation est de nature à permettre de choisir l'épaisseur de la bague 5, typiquement l'épaisseur de la plaque 11 ou de la plaque 24. Elle permet également de définir les angles d'inclinaison des poutres 10 par rapport aux axes 17, 29 ou 7. Elle permet également de définir le nombre de 35 poutres 13. Elle permet enfin de définir la nature du matériau notamment son module d'Young. Ces éléments sont par ailleurs déterminés en fonction de la différence de flexion désirée, entre la différence des courbures 31 et 32 ou des diamètres 30 et 33. Les figures 10a à 10e montrent un exemple particulier de réalisation 5 d'un anneau en forme d'hyperboloïde préféré. La figure 1Ob est une coupe selon la direction AA de la figure 1Oa, la figure 1Oc étant une coupe selon la direction BB. Les figures 10d et 10e sont des vues en perspectives. Toutes ces figures montrent que d'une manière préférée la bague comporte vingt rainures et donc vingt poutres. Cette bague qui, dans un exemple, a été 10 obtenue par le troisième procédé décrit, comporte des poutres en hyperboloïde avec un angle de torsion de 500 50, visible figure 1 Oe. L'angle est mesuré par rapport à un axe de révolution de l'hyperboloïde. Dans un exemple, le diamètre intérieur de la bague est de 7,6 mm avec une tolérance de 5/100ème, le diamètre extérieur de la bague étant de 9,5 mm avec une 15 tolérance de 10/100ème. La figure 10e montre que l'angle de torsion peut être de 500 50 par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre. La figure 10c montre que les rainures ont une largeur de 0,79 mm, à 5/100ème de millimètre près, alors que les poutres ont une largeur de 0,7 mm à 5/100ème près, et une épaisseur de 0,5 mm à 2/100ème près. Dans un exemple la 20 hauteur de la bague est de l'ordre de 12 mm, à 5/100ème près, les hauteurs des couronnes 8 et 9 formées à partir des linteaux 14 et 15 étant de l'ordre de 1,5 mm à 10/100ème près. Selon une caractéristique particulière, montrée figure 10d la bague est ouverte, notamment à l'endroit d'une rainure et comporte une première 25 ouverture 34 formée dans le linteau 14. L'ouverture 34 est diamétralement opposée à une ouverture 35 formée dans le linteau 15. L'opposition diamétrale est évaluée par rapport à l'axe de révolution de l'hyperboloïde, ici non représenté. De ce fait, quelles que soient les directions 36, figure 9, de sollicitation de l'arbre 3, la réponse de la bague sera identique. Il n'y a pas 30 de direction défavorisée, ce qui se produisait avec les bagues ouvertes de l'état de la technique. L'ouverture de la bague permet notamment une insertion aisée de la bague 5 dans l'alésage 37 réalisé dans la structure 6. En effet le pincement de l'ouverture 34 et ou de l'ouverture 35 permet une insertion aisée et par 35 ailleurs un coincement facile. En outre ce pincement permet d'accepter une plus grande tolérance de réalisation de l'alésage qui reçoit l'extrémité de l'arbre 3 dans la structure 6. Par ailleurs on a découvert qu'avec l'invention on pouvait obtenir un maintien longitudinal de l'arbre 3 particulièrement simple en réalisant dans 5 cet arbre 3, à l'endroit qui doit recevoir la bague 5, une cavité 38 de révolution ayant par exemple une courbure intermédiaire entre les courbures 31 et 32. Au besoin de l'autre côté, dans la structure rigide 4, on peut aussi réaliser un autre palier avec une même bague 39 pour maintenir également l'autre extrémité de l'arbre 3, munie dans ce cas elle aussi, de préférence, 10 d'une cavité de révolution. Dans ce cas, en particulier avec les cavités on obtient une mise en place contrôlée de l'arbre 3, sans avoir à supporter de décalages longitudinaux. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de montage d'une anode (1) tournante dans un tube à rayons X comportant dans une première structure (6) un alésage (37), une 5 bague (5) logée dans cet alésage, et une extrémité (38) d'un arbre de l'anode tournante insérée dans cette bague, caractérisé en ce que la bague comporte une forme de révolution en diabolo (8-10) autour d'un axe (7) de l'arbre. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diabolo 10 est formé par un hyperbololde matérialisé par un ensemble de poutres (10) inclinées, reliées toutes d'une part à une première couronne (8) de la bague et toutes d'autre part à une deuxième couronne (9) de la bague. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte vingt poutres. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que l'inclinaison des poutres est de l'ordre de 50 par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre. - Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'hyperboloïde est ouvert (20) selon une ouverture, cette ouverture étant 20 réalisée dans deux parties (34, 35) diamétralement opposées des deux couronnes. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les première et deuxième couronnes comportent une partie cylindrique circulaire de génératrice parallèle à l'axe de l'arbre. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'arbre de l'anode est bloqué (8) à une autre extrémité dans une autre structure (4), l'autre structure étant moins légère et ou présentant une sensibilité moins grande aux solicitations vibratoires générant une source acoustique que la première structure. 8 - Procédé de fabrication d'un diabolo selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivante: - on découpe, de préférence par tournage (29), un diabolo mince dans un cylindre épais, et - on réalise dans une paroi de ce diabolo mince des poutres (10), de 35 préférence par découpe au laser, les poutres étant de préférence inclinées. 9 - Procédé de fabrication d'un diabolo selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - on réalise dans une plaque fine (11) des découpes de rainures intercalées avec des poutres parallèles, ces poutres parallèles étant maintenues ensemble à leur extrémités par des linteaux (14, 15), - on forme les linteaux et les poutres autour (16) d'un mandrin circulaire d'axe perpendiculaire aux linteaux, - on twiste (17, 18) les linteaux formés circulairement, l'un par rapport à l'autre, autour d'un axe colinéaire avec l'axe du mandrin. 10 - Procédé de fabrication d'un diabolo selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - on réalise dans une plaque fine (24) des découpes de rainures intercalées avec des poutres parallèles, ces poutres parallèles étant maintenues ensemble à leur extrémités par des linteaux, les poutres étant 15 inclinées par rapport à une direction perpendiculaire aux linteaux, - on déforme la plaque fine ainsi découpée par forçage dans un moule de révolution, avec un axe de révolution orthogonal aux directions des linteaux, - le moule ayant un bossage dans une partie centrale entre des 20 extrémités qui accueillent les linteaux.