FR2496981A1

FR2496981A1 - X=Ray tube rotary anode - has metal hub in centre between graphite body and axis, forming connecting member

Info

Publication number: FR2496981A1
Application number: FR8123395A
Authority: FR
Inventors: Gunter Appelt; Rudolf Friedel; Ernst Geldner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-12-22
Filing date: 1981-12-15
Publication date: 1982-06-25
Also published as: DE3048476A1

Abstract

The electron impingement surface of the X-ray rotary anode rests on a metal ring, secured to the rotary axis via a graphite body. The fastening is carried out by a metal hub lying in the centre between the graphite body and the rotary axis. Preferably, the hub forms a resilient connector. The graphite body may be divided into segments, with each segment spacing in relation to the axis. Typically, the hub is pot-shaped, with its bottom reaching up to the top edge of the side wall and is divided into strips by notches, corresponding in numbers to the number of segments. The segments are coupled via the top free ends of the side wall strips. The rotary, axis is in the centre of the raised bottom. Nb, Mo, Ti are used for connecting conductively the graphite body and the hub.

Description

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. The present invention relates to a rotating anode for X-ray tubes, the impact surface of which for electrons is located on a metal ring which is fixed by means of a graphite body to the axis of rotation. Such tubes are described, for example, in the patent granted in the Federal Republic of Germany under 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. In the rotating anodes known for X-ray tubes, the heavy metal part has the shape of a plate and it is fixed, at its center, to the axis. In addition, one or more graphite elements are fixed there, to improve the thermal properties. Compared to an anode, in which a metal ring is fixed to the axis by means of a graphite body, this known embodiment has an advantage, since there is no need to take into account the resistance of the elements graphite. But it would be advantageous to be able to reduce the metallic element without prejudice to the resistance and the simplicity of the choice of materials.

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. The object of the invention is, in the context of a rotating anode for X-ray tubes of the type mentioned at the head of this memo, to allow simple and secure fixing to the axis, while at the same time obtaining a weight reduction. According to the invention, this problem is solved, in a rotating anode of the type mentioned at the head of this memo, thanks to the fact that in the center, between the graphite body and the axis, is located a metal hub constituting the element link.

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. Thanks to the use, according to the invention, of a metal hub in the graphite body of the anode, on the one hand, a large connection surface is obtained between the hub and the graphite element. to the axis. Furthermore, the hub, which is made of a metal, is capable of a good connection with the axis. The hub can for example be welded.

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). A rotating anode, according to the invention, for X-ray tubes, is produced, for example, by means of a graphite plate on which is welded a metal ring which is somewhat wider than the hearth track. For reasons related to simpler manufacturing, there is a tendency to use a planar weld. However, it is also possible to weld a metal ring on which the hearth track is located, with an inclination which corresponds substantially to the angle of the anode. At the same time as the welding of the ring, one can also weld the hub in a corresponding opening in the center of the graphite plate. As welding material, vanadium (V), zircon (Zr), platinum (Pt) or rhodium (Rh) can be used.

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). The side of the anode tray which is close to the cathode should be able or can be covered with a smooth, tight and resistant layer at high temperatures, in order to prevent a cold emission from surface tips. Such a layer may consist of graphite deposited by pyrolithic route or by a metallic coating, for example made of titanium (Ti) or 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. The fixing of the shaft, which can be constituted by molybdenum (Mo) or by Niobium (nib) or by alloys of these, with the plate itself is operated through the hub to be put in place according to the invention, that is to say by means of a metallic intermediate piece. Advantageously, this hub is made of a metal with low thermal conductivity and a coefficient of expansion which is adapted to the graphite body. Such substances are, for example, filolybene (Mo), Niobium (Nb) and titanium (Ti), or alloys of these 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. Thanks to the implementation, according to the invention, of a hub, the weight of the plate can be very greatly reduced without necessarily resulting in deterioration or a complication of the attachment. For an anode plate 100 mm in diameter, the weight goes from around 800 g to around 500 g. In addition, the fixing of the plate on the axis of rotation by screws or by other similar means can be replaced by a weld or a solder. The reduction in weight signifies an improvement because the inertia is reduced within significant limits and that consequently the torque which exists reaches, in a very short time, the acceleration which corresponds to the final speed of rotation.

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. The invention is particularly advantageous for rotating anodes of large diameter, for example for rotating anodes as used in X-ray tubes which are suitable for tomoscopy. The drawbacks mentioned above are particularly important in the case of rotating anode plates having a diameter of 200 mm and more. Due to the large length of the periphery of the metal ring occupied by the hearth track, it is advantageous to provide, in addition, a fixing which adapts elastically to the length of the periphery which varies during heating. - ment.Une such attachment can for example be obtained by segmenting the graphite body and using a hub having an elastic connection with each of the parts of 11 graphite element which has been subdivided into 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. For this purpose, the hub can have the shape of a pot with the bottom of which is secured the axis of rotation of the anode. The side wall of the hub is then cut so as to obtain a number of bands which coincides with the number of segments. Then, the segments are connected between the free ends of the parts of the side wall of the hub, on the one hand and with the annular metallic element on which the hearth track is located, on the other hand, so that at least in the cold state, the parts of the side wall of the hub exert pressure towards the outside. As the material for this embodiment of the hub, a material should be used which has high temperature resistance, good elasticity, poor thermal conductivity, but a high ability to accumulate heat. properties are those for example of Nb or 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. For a rotating anode plate of approximately 200 mm in diameter, it has proved to be advantageous, due to the differences in thermal expansion between the metal and the graphite, to subdivide into 10 to 12 sectors, because the tangential stresses which appear, between graphite and metal, in the weld layer, remain below the shear stress, if the importance of the sectors is limited. For a more pronounced subdivision, that is to say in the case of smaller sectors, the means to be implemented are more important and we experience, with decreasing dimensions, much more difficulty in obtaining static stability. If only a small number of subdivisions are used, the sectors are larger and the harmful tensions which appear are greater, tensions which can for example lead to the fact that, in service, the ring or the the metal ring is detached from the 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. More particularly in the case of large trays, the saving in weight and, consequently, a reduction in the annoying inertia at start-up, have favorable consequences. For a tray having, as indicated above a diameter of 200 mm, one can expect, in an embodiment according to the invention, a reduction in weight from 2 Rg to about 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. As an example, various embodiments of the subject of the invention have been described below and shown in the accompanying drawing.

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. FIG. 1 shows a perspective view of an X-ray tube with a rotating anode, a tube in which a complex anode body of graphite and metal is connected to the axis of rotation by means of a metal hub.

La figure 2 montre en coupe une variante de 1' a- node tournante. Figure 2 shows in section a variant of one rotating node.

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.Figure 3 is another variant in which the hub is provided with elastic elements 0
FIG. 4 is a partial plan view of the embodiment shown in FIG. 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. In FIG. 1, the reference 1 designates a glass envelope of an X-ray tube 2, in which the vacuum has been created. In the glass envelope 1 are located, in a known manner, and located one opposite the other, a cathode combination 3 and an anode combination 4. The combination designated by the reference 3 is constituted by a support 5 fixed to the glass envelope 1 and which is provided with an envelope 6, forming a screen, for an incandescent cathode which is not visible in the drawing. The anode combination 4 is constituted by a known rotor 7 by means of which an axis 5, and, with it, an anode plate 9 is rotated by means of a stator, not shown, and which is to be disposed at the outside the tube, at the level of the rotor 7. The anode plate with a diameter of 100 mm comprises a graphite body, having a thickness of 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.This body 10 carries, in its center, a niobium bushing 11, constituting a hub. This sleeve is engaged on the outer wall 12 of the tubular axis 8, and, at the level of the upper contact line 13, it is welded to the axis 8. An annular metallic element is provided on the periphery of the graphite body. 14 which is made with a tungsten alloy comprising 5 of rhenium. This metallic element is welded to the graphite body 10 by a Zr solder.

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. The radiation is produced, in known manner, by application of a high voltage and a heating voltage via the conductors 15, 16 and 17 on the cathode side and the connection end piece 18 of the node. On the surface of the focus tracks 19 and 20 of the anode plate 9, electrons can be accelerated and X-rays are thus produced. By means of a layer 21 of graphite deposited by pyrolithic route, an improvement in the point of view of electrical rigidity. The layer should be a few fm thick, so that pores which may be located on the surface of graphite are closed.

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. In the variant according to FIG. 2, the graphite body 10 is constituted by a disc on the periphery of which a ring 23 is fretted which, like the known rotary anode plates of X-ray tubes, is made of a titanium-zirconia alloy -If.ol; bdene (TZM) whose Ti content is 0.5 percent by weight and Zr is 0.07 percent by weight, the rest being Mo. The outer face of the ring 22 is covered with a layer 23 which consists of tungsten to which 5 percent by weight of rhenium is mixed. The attachment to the axis 8 is carried out, as in the case of FIG. 1, using a hub 11 whose inner edge is welded to the axis, at the level of the connection line 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. The embodiment shown in Figures 3 and 4 is particularly suitable for a rotating anode whose outside diameter is about twice that which is suitable for the embodiments according to Figures 1 and 2. The diameter, in the example shown, is 200 mm. The 10 'graphite body is 10 mm thick and is subdivided into 12 sectors 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.These sectors extend between the annular metallic element 14 'and the hub 11'. The latter consists of a pot-shaped element the bottom 25 of which is brought, in the center, to the upper edge 26 of the side wall.

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. The side wall has notches 27 so that for each sector 24 there is a part 28 of the side wall of the hub 11 '. The upper edge 26 is connected, by a brazing to Zr with the inner edge of the graphite body 10 '. Thus, each sector 24 is provided with an elastic connection with the hub 11 ', which is welded by the external face of its bottom with the axis 8.

Claims

1) Rotating anode for X-ray tubes whose impact surface for the electrons is located on a metal ring which is fixed by means of a graphite body to the axis of rotation, characterized in that in the center, between the graphite body and the axis, is located a metal hub constituting the connecting element.

2) Rotating anode according to claim 1, characterized in that the hub constitutes an elastic connection.

3) Rotating anode according to claim 1, characterized in that the graphite body is subdivided into segments.

4) Rotating anode according to claim 3, characterized in that each segment is mounted elastically relative to the axis.

5) rotary anode according to claim 4 characterized in that the hub has the shape of a pot whose bottom is raised up to about the upper edge of the side wall, and it is subdivided, according to the number of segments , by notches in the form of bands, that the connection with the segments is located at the upper free ends of the bands of the wall of the hub, and that the axis is fixed to the center of the raised base.

6) Rotating anode according to claim 1, characterized in that the connection between the graphite body and the hub is constituted by a conductor, in particular made of Nb, Mo, Ti, and the connection between the hub and the axis is formed by a weld.