Brevet FR2879811A1 — publié le 20060623

Tube à rayons x à palier perfectionné et procédé de fabrication La présente invention a pour objet un tube à rayons X à anode tournante à palier perfectionné et son procédé de fabrication. Elle est utilisable dans le domaine de l'imagerie médicale, et aussi dans le domaine du contrôle non destructif lorsque des tubes à rayons X de grande puissance sont utilisés. Dans le domaine de la radiologie par rayons X en particulier, de tels rayonnements X sont produits par un tube électronique muni d'une anode en rotation sur un arbre. Un puissant champ électrique créé entre la cathode et l'anode permet à des électrons émis par la cathode de frapper l'anode en générant des rayons X. Pour cette émission, la polarité positive est appliquée sur l'anode par son arbre, la polarité négative sur la cathode. L'isolation de l'ensemble est assurée notamment par des diélectriques ou par une enceinte partiellement en verre du tube électronique. Quand le tube est utilisé à grande puissance, l'impact des électrons sur l'anode a pour effet d'échauffer anormalement cette anode. Si la puissance est trop forte, une piste émettrice de l'anode peut être détériorée, creusée de trous d'impact. Pour éviter une telle surchauffe, on prévoit de faire tourner l'anode, de façon à présenter devant le flux des électrons une surface toujours renouvelée, toujours froide. Un moteur du tube entraîne donc l'arbre de l'anode librement dans un palier mécanique. Ce palier est situé dans une chambre d'anode. La chambre d'anode est elle-même formée dans un support de l'anode. Le palier est maintenu d'une part par le support d'anode et maintient d'autre part l'arbre de l'anode. En pratique, ce palier comporte industriellement des roulements à billes classiques, par opposition à des paliers magnétiques peu utilisés. Le problème présenté par les anodes tournantes provient de l'usure rapide du métal revêtant les billes lors de la rotation de l'arbre dans le palier. La durée de vie est alors d'une centaine d'heures environ, conduisant à une durée d'utilisation du tube de l'ordre de six mois à un an. Pour remédier à ce problème, il a été envisagé de revêtir les billes par du métal, du plomb ou de l'argent sous forme d'une couche fine. Pour réduire cette usure prématurée de la couche de métal, il est aussi connu de disposer à l'interface entre les surfaces des billes et l'arbre, entre le palier et l'arbre de l'anode, un film lubrifiant. Dans ce but, l'intérieur de la chambre est rempli d'un liquide à base de Gallium, Indium et Etain. Un tel liquide est choisi parce qu'il améliore le coefficient de friction, qu'il diminue le bruit des chocs entre les billes et qu'il augmente le transfert de la chaleur, due à l'échauffement de l'anode, vers la partie fixe, soit par convection soit par conduction. Les autres liquides lubrifiants ne sont pas retenus parce qu'ils ont de mauvaises propriétés de dégazage. L'usage de l'alliage à base de Gallium, Indium, et Etain s'avère délicat. En effet, cet alliage, liquide à température ambiante (dès dix degrés Celsius), s'oxyde très rapidement au contact de l'air. Cet oxyde est solide et se présente sous la forme d'une pellicule superficielle au bout d'un temps très court, environ une à deux minutes. De ce fait, la manipulation industrielle d'un tel liquide doit se faire avec certaines précautions, sous atmosphère neutre ou sous vide. Cette pellicule n'a par ailleurs aucune qualité lubrifiante, au contraire. Le Gallium est par ailleurs très corrosif. Si on se livre à une manipulation de ce mélange, même en laboratoire, il arrive que des renversements ou des fuites ou trop pleins conduisent à des flaques ou des dépôts sur la paillasse de manipulation. Il est alors extrêmement difficile de faire disparaître ces flaques ou ces dépôts dans une salle blanche ou a fortiori dans un système en fabrication (dans l'enceinte du tube). En effet, si on essuie les taches, elles réapparaissent dans les secondes suivantes en une autre tache brunâtre à l'endroit qui venait d'être nettoyé, mais qui ne l'a pas été complètement. L'allure des locaux n'est alors pas dans un état propice à un respect d'une fabrication de qualité. Les difficultés sont donc de deux ordres: la manipulation de l'alliage lui-même dans le laboratoire ou l'usine, et son mode d'introduction sous vide dans le palier lors de la construction du tube. De plus, la pureté de ce liquide, malgré sa contribution associée aux billes du palier pour sa lubrification peut se détériorer au fil du temps pour finalement, comme pour le revêtement des billes, cesser de bien apporter ses effets. Or la puissance exigée par les tubes électroniques augmente pour améliorer le diagnostic. Cette augmentation de puissance conduit à augmenter le poids de l'anode, jusqu'à six à huit kilogrammes. Par conséquent les effets au sein du palier deviennent critiques. En outre dans une utilisation dans un tomodensitomètre à rotation continue, à deux tours par seconde, le palier subit une accélération correspondant à environ huit fois l'attraction terrestre g. Il est attendu des vitesses de rotation de trois à quatre tours par seconde. En conséquence, la durée de vie du palier, et donc du tube, avec les billes et le liquide, peut être limitée dans le temps. En effet, le liquide peut perdre ses propriétés donc ses qualités au fur et à mesure de l'échauffement et des frictions à l'intérieur du palier. Une première approche de la solution de manipulation du liquide a consisté à prévoir une ouverture refermable et ouvrable dans la chambre du support d'anode. Cette ouverture permet le remplissage de la chambre. L'ouverture est reliée via un canal creusé dans le support jusqu'à l'extérieur de l'enceinte. Dans ce cas, le liquide lubrifiant peut être introduit sous vide dans la chambre à tout moment y compris après la construction du tube. Mais cette solution présente des difficultés dans l'exécution de la répétition des cycles de remplissage-vidage. En effet, il est nécessaire de préserver le vide au sein de l'enceinte du tube ce, avant, pendant et après les opérations de remplissage ou de vidage du liquide dans la chambre. II est donc nécessaire d'enlever ou de créer un queusotage du tube correspondant à l'ouverture ou bien d'ôter une pièce, classique éventuellement vissée ou soudée comme un bouchon le long de la paroi du boîtier à l'endroit du support de l'arbre d'anode. Or ces manipulations consistant à dévisser ou dessouder le bouchon, bien que réalisables, sont délicates. Elles provoquent surtout des contacts entre l'air ambiant et le mélange Gallium, Indium et Etain et par conséquent des risques de pollution de la chambre du tube. Ces pollutions condamnent définitivement la rotation de l'anode. Ainsi l'usage d'une bonbonne pour un remplissage par gravité et l'utilisation du queusotage ou d'un simple bouchon pour des opérations consistant à faire le vide et à fermer l'ouverture présentent encore trop d'imperfections notamment lors de l'obtention du vide et de la mise en place du mélange Gallium, Indium et Etain. Dans l'invention, on propose une valve rotative. Dans une première position, la valve présente un conduit entre l'extérieur et l'intérieur du tube. Dans une autre position ce conduit est déplacé et fait face à une face d'obturation. Le conduit possède une pipe d'aspiration pour faire le vide. La pipe sert aussi à remplir la chambre. On monte alors avec une vanne trois voies une pompe et une bonbonne de liquide lubrifiant sur la pipe. On peut alors séparément faire le vide dans la chambre, la remplir sous vide de liquide lubrifiant, et refermer la chambre sous une ambiance de vide. En agissant ainsi on empêche la formation des oxydes. Le procédé reste propre. Avec sa simplicité, la valve est particulièrement bon marché. L'invention a donc pour objet un tube à rayons X comportant: - une enceinte où sont produits des rayons X, - dans l'enceinte, une cathode, une anode située en regard de la cathode et tournante sur un arbre, et un support d'arbre d'anode, - le support comportant une chambre de maintien de l'arbre de l'anode, caractérisé en ce que: - la chambre comporte un orifice afin de permettre le remplissage ou 15 le pompage de la chambre avec un fluide lubrifiant, - l'orifice est muni d'une valve encastrée qui comporte - un embout, rotatif autour d'un axe et muni d'un conduit, - le conduit possédant une extrémité interne et une extrémité externe l'extrémité interne communiquant par l'orifice avec l'intérieur du tube, 20 et étant déportée de l'alignement avec l'axe. - l'extrémité externe communiquant avec l'extérieur du tube - l'orifice de la chambre étant décalé de l'alignement avec l'axe. Elle a également pour objet un procédé de mise en place d'un liquide lubrifiant dans une chambre d'un tube à rayons X comme ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) on monte l'embout sur l'orifice avec un vissage modéré, b) on fait se correspondre l'extrémité interne du conduit avec l'orifice, c) on fait le vide dans le conduit et dans la chambre, et d) on fait s'écouler sous vide un fluide lubrifiant dans la chambre. 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: une représentation schématique en coupe d'un tube à rayons X selon l'invention, - figures 2 et 3: des représentations de détail d'une valve de l'invention, en vue, en perspective et en coupes, figures 4 à 11: une suite d'étapes du procédé de remplissage de la chambre selon l'invention. La figure 1 montre un tube 1 à rayon X selon l'invention. Le tube 1 comporte une enceinte 2. Par exemple, l'enceinte 2 est celle délimitée par une paroi 3 du tube 1. Le tube 1 comporte également une anode tournante 4. L'anode tournante 4 est située en regard d'une cathode 5. A l'intérieur de l'enceinte 2 du tube 1 se trouve un moteur 6 d'entraînement en rotation de l'anode 4. L'anode 4 comporte un arbre 7 d'anode. La cathode 5 est située en regard d'une piste 8 d'anode. Lorsque l'anode 4 est alimentée en haute tension, des électrons sont arrachés de la cathode 5 et, sous l'effet d'un puissant champ électrique, viennent frapper la piste 8 d'anode. Sous l'effet de cette percussion, la piste 8 d'anode constituée d'un matériau émissif de rayons X, émet un rayonnement X 9. Le rayonnement 9 sort du tube 1 par une fenêtre 10 réalisée dans la paroi 3. La fenêtre 10 est, par exemple en verre, en un matériau transparent aux rayons X. Elle 'est étanche à l'air. L'enceinte 2 ainsi formée est mise sous vide d'une manière conventionnelle, en particulier par un orifice, non représenté, d'aspiration, obstrué par la suite par un queusotage. Pour maintenir l'anode 4 en rotation, le tube 1 est muni d'un support 11 d'anode. Ce support 11 est creux et comporte une chambre 12. Dans la chambre 12, des paliers ou des patins 13 assurent le maintien de l'anode 4 par le support 11. Pour résoudre les problèmes lubrification et de transport de chaleur de la rotation de l'anode 4, il est prévu de remplir la chambre 12 avec un alliage liquide Gallium, Indium, Etain. L'adjonction d'un canal 15 débouchant dans la chambre 12 d'une part, et à l'extérieur du tube 1 d'autre part, permet de remplir la chambre 12. Ce remplissage est possible après construction du tube 1 et augmente le taux de réussite de l'opération de remplissage. Cependant, même dans ce cas, l'usage d'une bonbonne pour le remplissage de la chambre 12 par gravité ou par injection, et l'utilisation d'un queusotage ou d'un simple bouchon, pour des opérations comportant une mise au vide et une fermeture du canal 15 présentent encore trop d'imperfections et de risques de pollution du tube 1 par des oxydes du mélange Gallium, Indium, et Etain. Dans l'invention, pour remédier à ce problème, on munit l'orifice 15 d'une valve encastrée 16. La valve 16 comporte un embout rotatif 17 muni d'un conduit 18. L'embout rotatif peut tourner autour d'un axe de rotation 19. Il est monté très exactement et avec un très faible frottement de sa face d'appui 20 (figure 2) contre une face de réception 21 d'un réceptacle 22. Le réceptacle 22 est réalisé dans le support 11, ou de préférence dans une chemise 23 montée en bout du support 11. Le conduit 18 possède une extrémité interne 24. L'extrémité 24 est déportée par rapport à l'axe 19. Le déport de l'extrémité 24 est prévu pour correspondre à un débouché de l'orifice 15, pour une position en rotation de l'embout 17. Le débouché de l'orifice 15 est donc aussi décalé de l'axe 19. Le conduit 18 est de préférence oblique, mais ce n'est pas une obligation. Une autre extrémité externe 25 du conduit 18 est ainsi de préférence alignée sur l'axe 19. L'extrémité 25 communique avec l'extérieur du tube 1, ou plus exactement de l'extérieur d'une cartouche formée par le support 11, au cas où un montage d'une telle cartouche déjà lubrifiée dans un tube serait envisagé. L'extrémité 25 est de préférence filetée et peut recevoir une pipe 26 d'injection ou évacuation. Selon la position de l'embout autour de l'axe 19, le débouché de l'orifice 15 correspond ou non à l'extrémité 24 du conduit, assurant l'ouverture ou la fermeture de l'orifice 15. Le réceptacle 22 possède par ailleurs une table intermédiaire 27 prévue pour recevoir un rebord débordant 28 de l'embout 17. Le profil de l'embout 17 a ainsi globalement la forme d'un T, percé par le conduit 18. L'embout est montré plus en détail sur la figure 3, en perspective et en coupes. Le rebord 28 est circulaire. II possède au moins deux trous bananes 29 et 30 s'étendant sur une portion de couronne à la périphérie du rebord 28. Ces trous bananes 29 et 30 sont prévus pour laisser passer chacun une vis à tête, respectivement 31 et 32. Les vis 31 et 32 servent à maintenir l'embout sur le support 11. Le réceptacle 22 possède également en bord de la table intermédiaire 27 un épaulement biseauté circulaire 33. Un joint torique 34 est placé dans cet épaulement biseauté, près du mat du T de l'embout 17, sous le rebord circulaire 28. Lorsque les vis 31 et 32 sont modérément vissées, le joint 34 apporte une étanchéité provisoire, tout en autorisant la rotation de l'embout 17 autour de l'axe 19. Lorsqu'elles sont vissées à fond, le joint 33 est maté et assure une étanchéité définitive. Dans l'invention, on peut construire le tube décrit ci-dessus et y faire le vide, avant de mettre en place l'alliage liquide de lubrification grâce à la valve 16 munie de son embout 17. Les figures de 4 à 11 montrent les différentes étapes de remplissage selon l'invention. Sur la figure 4, l'embout 17 est placé dans son réceptacle 22 sur la chemise 23. Les vis de fixation ne sont pas vissées à fond. Elles maintiennent l'embout 17. Surtout, elles procurent un appui modéré du rebord 28 de l'embout 17 contre le joint torique 34. Le joint torique 34 repose par ailleurs sur l'épaulement biseauté 33 de la chemise 23. Dans ces conditions, un vide peut être créé et provisoirement maintenu dans la chambre 12. Du fait de cet appui modéré, l'embout peut tourner dans son réceptacle alors que les vis coulissent en plan le long des trous bananes 29 et 30. Dans cette position, le vide et le remplissage de la chambre 12 peuvent être entrepris. A cet effet, figure 5, la pipe 26 d'aspiration et de remplissage est montée sur l'embout, en regard de l'extrémité axiale du conduit 18 sur le filetage 25. La cartouche du tube est retournée et un outil de pompage et de remplissage est monté au bout libre de la pipe 26. Ce vide et ce remplissage peuvent être obtenus par une pompe à vide connectée à la pipe 26, par exemple par un raccord en T. Un embout de ce raccord en T est relié à la pipe 26. Deux autres embouts de ce raccord en T comportent chacun une arrivée, fermée et ouverte alternativement par un robinet. Les deux autres embouts sont reliés, l'un à une pompe à vide, et l'autre à une bonbonne de liquide lubrifiant. Figure 6, le vide est fait dans la chambre 12 par le conduit 18. Figure 7, le liquide lubrifiant est injecté dans la chambre 12, en sens inverse par le même chemin. Pour le remplissage, soit la bonbonne est en forme de seringue et l'ensemble peut rester pipe 26 orientée vers le bas. Soit on procède par gravitation, et dans ce cas l'ensemble est à nouveau retourné. Figure 8, une fois que la cartouche, la chambre 12, est remplie, l'embout 17 est tourné autour de son axe 19 pour obstruer l'orifice 15. Dans cette position, figure 9, l'embout est fixé définitivement en vissant à fond les vis 31 et 32 et en comprimant fortement le joint torique 34. Puis la bonbonne, la pompe et la pipe sont enlevées, figure 10, et un bouchon 35 de scellement est vissé dans l'extrémité externe du conduit, figure 11, pour renforcer l'étanchéité du montage. Le bouchon 35 peut être ensuite soudé le long de la chemise 23. Le bouchon 35 est de préférence vissé sur les filets 25. Le matériau utilisé dans la composition du bouchon permet de préférence d'améliorer l'évacuation de la chaleur se dégageant de la chambre 12 et du support 11 par conduction thermique vers l'extérieur de l'enceinte 2. Le bouchon 35 sert aussi à éviter toute pollution externe par des résidus de lubrifiants présents dans la valve. Lorsque le liquide lubrifiant perd de ses propriétés au sein de la chambre 12, on procède à son remplacement en inversant les étapes décrites précédemment. A savoir, on enlève le bouchon de scellement, on introduit la pipe précédemment utilisée, ou une nouvelle pipe si la précédente reste souillée, dans la valve 16. On monte le raccord en T, on fait le vide, on dévisse légèrement les vis, on tourne l'embout, et on prélève par gravitation le liquide présent dans la chambre 12. Puis, on procède comme pour les étapes ci dessus correspondant aux figures 7 à 11 pour la mise en place d'un nouvel alliage liquide. La nouvelle opération de remplissage peut se dérouler avec éventuellement une nouvelle pipe, différente de celle utilisée pour la vidange. Dans ce cas, après vidange, l'embout doit être tourné autour de son axe, avant enlèvement de la pipe. Puis une pipe neuve ou propre est mise en place et le vide est fait. Puis l'embout est retourné en position de remplissage comme pour la figure 7. 9 REVENDICATIONS 1 Tube à rayons X (1) comportant: - une enceinte (2) où sont produits des rayons X (9), - dans l'enceinte, une cathode (5), une anode (4) située en regard de la cathode et tournante sur un arbre (7), et un support (11) d'arbre d'anode, - le support comportant une chambre (12) de maintien de l'arbre de l'anode, caractérisé en ce que: - la chambre comporte un orifice (15) afin de permettre le remplissage ou le pompage de la chambre avec un fluide lubrifiant, - l'orifice est muni d'une valve encastrée (16) qui comporte: - un embout, rotatif autour d'un axe et muni d'un conduit, le conduit possédant une extrémité interne et une extrémité externe l'extrémité interne communiquant par l'orifice avec l'intérieur du tube, et étant déportée de l'alignement avec l'axe. - l'extrémité externe communiquant avec l'extérieur du tube - l'orifice de la chambre étant décalé de l'alignement avec l'axe. 2 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit est oblique, l'extrémité externe étant alignée avec l'axe. 3 - Tube selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'orifice comporte un réceptacle pour recevoir un rebord débordant de l'embout, ce rebord étant percé de trous bananes, des vis étant fixé aux travers de ces trous bananes dans le réceptacle. 4 - Tube selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réceptacle comporte un épaulement biseauté en bord du réceptacle, un joint torique étant placé dans un espace formé entre cet épaulement biseauté et l'embout. - Tube selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que qu'il comporte une pipe vissée sur l'extrémité externe du conduit. 6 - Procédé de mise en place d'un liquide lubrifiant dans une chambre d'un tube à rayons X selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) on monte l'embout sur l'orifice avec un vissage modéré, b) on fait se correspondre l'extrémité interne du conduit avec l'orifice, c) on fait le vide dans le conduit et dans la chambre, 2879811 10 d) on fait s'écouler sous vide un fluide lubrifiant dans la chambre, 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes e) on monte une pipe sur l'embout. 8 - Procédé selon l'une des revendications 6 à 7, caractérisé en ce que f) on place un bouchon au dessus de la valve. 9 - Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que g) on place un bouchon dans la valve, le bouchon étant formé par un matériau conducteur de la chaleur. - Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - un cycle de pompage remplissage est effectué avec utilisation de deux pipes différentes, une pour le pompage, l'autre pour le remplissage.