FR2817393A1 - Element rotatif destine a etre utilise dans un assemblage rotatif d'anode a rayons x, source de rayons x et systeme d'imagerie - Google Patents

Abstract

Un élément rotatif 42 destiné à être utilisé dans un assemblage rotatif 40 d'anode à rayons X comprend une pièce intérieure 49 conçue pour coopérer avec un axe intérieur non rotatif 41 et pour permettre un mouvement de rotation stable de l'élément rotatif 42 autour de l'axe non rotatif 41, et une pièce extérieure 50 disposée autour de la pièce intérieure 49 et conçue pour dissiper la chaleur; un espace sensiblement tubulaire 51 est formé entre la pièce intérieure 49 et la pièce extérieure 50.

Description

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Elément rotatif destiné à être utilisé dans un assemblage rotatif d'anode à rayons X, source de rayons X et système d'imagerie La présente invention concerne un assemblage d'anode de production de rayons X destiné à être utilisé dans une source de-rayons X, par exemple un tube à rayons X d'un système d'imagerie aux rayons X, tel qu'un système de tomographie ou de mammographie aux rayons X. Plus particulièrement, cette invention concerne la conception des éléments rotatifs et fixes supportant une anode rotative.

Dans une source de rayons X, les rayons X sont normalement générés en faisant en sorte qu'un faisceau d'électrons libres, qui ont été accélérés pour leur donner une énergie cinétique élevée, heurte un matériau solide. Les électrons libres sont produits en chauffant électriquement dans le vide un filament fait d'un matériau ayant une faible énergie d'ionisation. On applique une tension électrique élevée entre le filament, qui devient une cathode, et une seconde électrode, qui devient une anode, de sorte que les électrons libres sont accélérés vers l'anode. Une unité de mesure pratique pour l'énergie cinétique des électrons est l'eV (électronvolt) ou le keV (kiloélectronvolt), 1 eV = 1,60218 x 10-19 Joule. Par exemple, un électron qui a été accéléré par une tension de 50 kilovolts a une énergie cinétique de 50 keV.

L'énergie cinétique des électrons du faisceau d'électrons est typiquement de l'ordre de 30 à 50 keV. Dans certaines applications d'imagerie médicale, on rencontre des énergies d'électron pouvant aller jusqu'à 150 keV.

En heurtant le matériau de l'anode, les électrons accélérés subissent une cascade de processus multiples d'interaction avec le matériau de l'anode, grâce à quoi les électrons perdent de l'énergie

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cinétique jusqu'à finalement s'immobiliser. L'énergie différentielle perdue par les électrons dans ces processus est entièrement ou partiel- lement transformée en d'autres formes d'énergie, notamment de la chaleur et de l'énergie de rayons X portée par les photons X.

En fait, typiquement seulement moins de 2 % de l'énergie cinétique des électrons est transformée en énergie de rayons X portée par les photons X, tandis que plus de 98 % de cette énergie est finalement transformée en chaleur. Ceci conduit à la génération de températures locales très élevées dans le matériau de l'anode aux emplacements où les électrons heurtent le matériau de l'anode. Par conséquent, des matériaux à haut point de fusion doivent être utilisés comme matériaux d'anode, afin que le matériau de l'anode puisse supporter ces températures très élevées. Les matériaux d'anode utilisés sont par exemple le tungstène, le molybdène et le rhodium.

Dans les systèmes d'imagerie aux rayons X, l'intensité du rayonnement de rayons X généré dans le tube à rayons X doit être élevée, afin de réduire le temps d'exposition de l'objet à analyser. Cette considération est importante, particulièrement dans les applications médicales où l'on doit analyser des objets vivants. D'une part, l'objet est susceptible de bouger pendant la durée d'exposition. D'autre part, on souhaite souvent avoir une haute résolution pour l'image radiographique de l'objet. Dans ces circonstances, le temps d'exposition est avantageusement inférieur à une seconde, et même de préférence inférieur à 0,1 seconde. Etant donné qu'une certaine dose de rayons X est nécessaire pour obtenir une image radiographique, l'intensité de rayons X correspondante que doit délivrer la source de rayons X pendant la durée d'exposition croît de façon inversement proportionnelle à la durée d'exposition. Dans certaines limites, l'intensité des rayons X est proportionnelle à l'intensité du faisceau d'électrons accélérés.

L'obtention d'intensités de rayons X plus élevées est limitée, entre autres, par : (1) les limitations pratiques concernant l'intensité du faisceau d'électrons, (2) les effets de saturation réduisant le rendement de la transformation de l'énergie cinétique des électrons en photons X, et (3) la résistance du matériau d'anode aux températures locales très élevées produites dans le matériau d'anode à l'endroit où le

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faisceau d'électrons heurte l'anode.

Les effets de saturation et les températures locales très éle- vées peuvent être réduites de manière significative en réalisant un balayage du faisceau d'électrons à la surface de l'anode. En pratique, ceci est réalisé en disposant une anode rotative de forme circulaire et en la faisant tourner autour de son axe de symétrie sous un faisceau d'électrons, qui est fixe dans l'espace, de sorte que le faisceau d'électrons arrive à une certaine distance de l'axe de symétrie. La vitesse de rotation est typiquement de l'ordre de 10000 tours par minute, ou plus.

Pour atteindre de telles vitesses de rotation, il est nécessaire de supporter de manière stable l'anode rotative à l'aide d'un assemblage comprenant un élément rotatif connecté à l'anode rotative et-un élément non rotatif, qui supporte l'élément rotatif grâce à un roulement à billes. Le roulement à billes doit supporter de manière stable l'élément rotatif et l'anode jusqu'aux hautes vitesses de rotation indiquées plus haut. En outre, l'élément rotatif doit être construit de façon à minimiser les vibrations mécaniques et les effets de résonance se produisant dans l'élément rotatif.

Le roulement à billes doit être inerte pour fonctionner à des températures élevées. Les températures élevées au niveau du roulement à billes sont dues à la conduction de chaleur provenant de l'anode, où le faisceau d'électrons arrive, à travers les parties non excitées du matériau de l'anode, et à travers des parties de l'élément rotatif jusqu'à l'emplacement du roulement à billes. La température dans un assemblage rotatif d'anode à rayons X au niveau du roulement à billes est typiquement de l'ordre de 400 oC à 500 cl. Le roulement à billes, par conséquent, doit être fait d'un matériau dur, qui ne ramollit pas dans cette plage de températures.

Le roulement à billes doit pouvoir fonctionner sous vide. En raison du vide et des températures élevées, il n'est pas possible d'utiliser de lubrifiants, tels que de la graisse, pour réduire les frottements entre les billes du roulement, et les chemins de roulement statique et rotatif du roulement à billes. A la place, on applique sur les chemins de roulement du roulement une fine couche d'un métal qui fournit durablement des frottements faibles, par exemple une fine couche d'ar-

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gent ou de plomb.

La présente invention propose un assemblage rotatif d'anode de tube à rayons X de conception technique améliorée, notamment qui permette de réduire la température régnant au niveau des roulements à billes, et les effets de résonance dans la plage de rotation de l'anode.

Selon un aspect de la présente invention, un assemblage rotatif d'anode à rayons X comprend un élément rotatif, lequel élément rotatif comprend une pièce intérieure conçue pour coopérer avec un axe intérieur non rotatif et pour permettre un mouvement de rotation stable de l'élément rotatif autour de l'axe non rotatif, et une pièce extérieure disposée autour de la pièce intérieure et conçue pour dissiper la chaleur, un espace sensiblement tubulaire étant formé entre la pièce intérieure et la pièce extérieure.

De manière avantageuse, la pièce intérieure comprend au moins une surface intérieure toroïdale pour disposer des éléments roulants entre l'élément rotatif et l'axe non rotatif.

L'élément rotatif comprend en outre un support annulaire qui maintient ensemble la pièce intérieure et la pièce extérieure, et qui est prévu pour recevoir un disque anode.

De manière avantageuse, le support annulaire comprend un raccord qui présente une conductivité thermique entre le support annulaire et la pièce extérieure supérieure à la conductivité thermique entre le support annulaire et la pièce intérieure.

De préférence, la pièce extérieure présente une conductivité thermique élevée et la pièce intérieure présente une faible conductivité thermique. La pièce extérieure est, de manière avantageuse, constituée d'au moins un matériau ayant une conductivité thermique élevée et la pièce intérieure est constituée d'un matériau ayant une faible conductivité thermique.

De préférence, la pièce extérieure comprend du cuivre.

L'élément rotatif peut comprendre en outre un disque anode fixé au support annulaire.

Un ensemble rotatif qui peut être utilisé dans un assemblage rotatif d'anode à rayons X, comprend un élément rotatif tel que décrit ci-dessus, un support annulaire qui maintient ensemble la pièce inté-

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rieure et la pièce extérieure de l'élément rotatif et un disque anode fixé au support annulaire.

Le support annulaire peut maintenir ensemble la pièce intérieure et la pièce extérieure.

De manière avantageuse, l'ensemble rotatif comprend un raccord de déviation de chaleur qui présente une conductivité thermique entre le support annulaire et la pièce extérieure supérieure à la conductivité thermique entre le support annulaire et la pièce intérieure.

Un ensemble rotatif d'anode à rayons X comprend un axe intérieur non rotatif, un assemblage rotatif tel que décrit ci-dessus et des roulements pour supporter l'assemblage rotatif.

Une source de rayons X peut comprendre un ensemble rotatif d'anode à rayons X tel que décrit ci-dessus.

Un système d'imagerie peut comprendre une source de rayons X telle que décrite ci-dessus.

De manière avantageuse, la pièce intérieure comporte une surface intérieure prévue pour recevoir des roulements capables de recevoir un axe non rotatif pour permettre le mouvement rotatif stable autour de l'axe non rotatif et la pièce extérieure est prévue pour servir de rotor d'un moteur électrique apte à mettre l'élément rotatif en mouvement de rotation autour de l'axe non rotatif.

De préférence, le roulement comprend un premier roulement disposé près d'une première extrémité de la pièce intérieure et un second roulement disposé près d'une seconde extrémité de la pièce intérieure. La position du second roulement est choisie de telle manière que le second roulement est isolé convenablement de l'écoulement de chaleur généré dans l'anode par le raccord de déviation de chaleur.

De préférence, le premier roulement comprend un premier chemin non rotatif fixé à l'axe, une rangée de billes et un chemin rotatif fixé à la pièce intérieure. De même, le second roulement comprend un second chemin non rotatif fixé à l'axe, une rangée de billes et un chemin rotatif fixé à la pièce intérieure. Un manchon pour l'élément rotatif est placé près de la seconde extrémité de la pièce intérieure cylindrique.

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De préférence, l'ensemble rotatif d'anode à rayons X comprend de plus un ressort hélicoïdal disposé entre la pièce intérieure cy- lindrique et l'axe non rotatif, pour ajuster la position axiale du roulement et la position relative suivant la direction axiale de l'axe non rotatif et de l'élément rotatif.

La présente invention propose également un élément rotatif comprenant un élément intérieur, un élément extérieur disposé autour de l'élément intérieur et un moyen d'isolation thermique disposé entre les éléments intérieur et extérieur pour réaliser une isolation thermique entre les éléments intérieur et extérieur. L'élément intérieur est prévu pour coopérer avec un axe intérieur non rotatif et pour permettre l'insertion de roulements coopérant avec les éléments intérieur et extérieur et permettant un mouvement rotatif stable de l'élément rotatif autour de l'axe. L'élément extérieur formant un rotor d'un moteur électrique est apte à mettre en mouvement de rotation l'élément rotatif autour de l'axe non rotatif.

Un mode de réalisation de la présente invention est illustré par les dessins, sur lesquels : la figure 1 est une demi vue schématique en coupe axiale d'un premier assemblage rotatif d'anode à rayons X ; la figure 2 est une demi vue schématique en coupe axiale d'un second assemblage rotatif d'anode à rayons X ; la figure 3 est une demi vue schématique en coupe axiale d'un mode de réalisation d'un assemblage rotatif d'anode à rayons X selon un aspect de la présente invention ; la figure 4 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un assemblage rotatif d'anode à rayons X selon un aspect de la présente invention ; la figure 5 est une vue latérale du mode de réalisation montré en figure 4 ; la figure 6 est une vue en coupe suivant l'axe VI-VI indiqué en figure 5.

Un premier assemblage rotatif d'anode à rayons X est montré en figure 1. L'assemblage rotatif 1 d'anode à rayons X comprend un élément non rotatif 2, et un élément rotatif 7, qui est soutenu par l'élé-

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ment non rotatif 2 au moyen de roulements à billes.

L'élément non rotatif 2 comprend une base cylindrique 3 et un support annulaire 4, qui a une surface intérieure 13 globalement cylindrique. La surface intérieure 13 du support annulaire 4 est prévue pour être connectée à un premier roulement à billes 5 et à un second roulement à billes 6. L'élément rotatif 7 comprend une tige centrale rotative 9 qui comporte une première extrémité 9a et une seconde extrémité 9b. Une anode rotative 8 globalement en forme de disque est disposée au voisinage de la première extrémité de la tige rotative 9. Le second roulement à billes 6 est disposé au voisinage de la seconde extrémité de la tige rotative 9 et le premier roulement à billes 5 est disposé entre le second roulement à billes 6 et l'anode rotative 8, près de l'extrémité libre 4a du support annulaire 4.

Entre la première extrémité 9a de la tige rotative 9 et le premier roulement à billes 5, un support cylindrique 10 fait saillie radialement vers l'extérieur sur la tige rotative 9. Le support cylindrique 10 lui-même fait saillie suivant la direction axiale, en un écran 11 globalement cylindrique.

La conception de l'assemblage rotatif 1 d'anode à rayons X

est souvent appelée conception à"rotation intérieure"par les personnes du métier. Le terme"intérieure"se réfère au fait que le chemin in- térieur de chacun des roulements à billes 5 et 6 est le chemin rotatif, alors que le chemin extérieur est le chemin fixe.

Un inconvénient de la conception à"rotation intérieure"est que le support de l'élément rotatif 7 n'est pas stable pour chaque vitesse de rotation qui peut être envisagée pendant l'utilisation. La stabilité en rotation est limitée, car lorsque l'assemblage rotatif 1 d'anode à rayons X est monté dans une source de rayons X, l'assemblage 1 d'anode à rayons X ne peut qu'être fixé à la première extrémité axiale, qui est non rotative, à savoir du côté de la base cylindrique 3. L'extrémité axiale opposée, où est placé le disque anode 8, fait partie de l'élément rotatif 7 et est une extrémité libre en porte à faux.

Le comportement dynamique en rotation de l'élément rotatif 7 de la figure 1 est moins favorable en termes de vibrations au niveau du foyer des rayons X, que celui de l'élément rotatif 26 montré en figure

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2, qui est décrit dans ce qui suit.

L'assemblage rotatif 20 d'anode à rayons X comprend un axe intérieur non rotatif 21 et un élément rotatif 26, qui est connecté à l'axe intérieur non rotatif 21 au moyen de roulements à billes qui comprennent un premier roulement à billes 24 et un second roulement à billes 25.

L'axe intérieur 21 comprend une surface extérieure 22 munie de deux chemins de roulement non rotatifs 21a et 21b, qui sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre et appartiennent respectivement à un premier roulement à billes 24 et à un second roulement à billes 25.

L'élément rotatif 26 comprend un support annulaire 28, qui supporte au niveau de sa première extrémité 28a une anode rotative 27 globalement en forme de disque et qui est connecté à un élément cylindrique 29 au niveau de son extrémité opposée 28b. L'élément cylindrique 29 comprend une surface intérieure 35 munie des chemins de roulement rotatifs extérieurs 29a et 29b, respectivement du premier roulement à billes 24 et du second roulement à billes 25.

L'écoulement de chaleur, qui est généré au cours du fonctionnement de l'assemblage rotatif 20 d'anode à rayons X dans l'anode rotative 27, se poursuit à travers le support annulaire 28 pour atteindre l'élément cylindrique 29, qui est en contact direct avec les roulements à billes 24 et 25. Par conséquent, les roulements à billes 24 et 25 de l'assemblage rotatif 20 d'anode à rayons X ne sont pas bien protégés contre l'écoulement de chaleur et sont exposés à des températures bien plus élevées que les roulements à billes de l'assemblage rotatif 1 d'anode à rayons X de la figure 1, lorsque l'écoulement de chaleur généré dans l'anode rotative pendant le fonctionnement de l'assemblage rotatif d'anode à rayons X est similaire.

L'assemblage rotatif 20 d'anode à rayons X montré en figure 2 présente un avantage important par rapport à la conception de l'assemblage rotatif 1 d'anode à rayons X montré en figure 1. Lorsque l'assemblage est monté dans une source de rayons X pour fonctionner, l'axe intérieur non rotatif 21 est fixé aux deux extrémités, alors que l'assemblage montré en figure 1 a une extrémité libre. Cette fixation de l'axe intérieur 21 offre un mouvement de rotation sur une plus

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grande plage de fréquences de rotation sans avoir à franchir une fréquence de résonance.

La conception de l'assemblage rotatif 20 d'anode à rayons X montré en figure 2 est souvent appelée conception à"rotation extérieure"par les personnes du métier. Le terme"extérieure"se réfère au fait que le chemin extérieur de chacun des roulements à billes 24 et 25 est le chemin rotatif, alors que le chemin intérieur est le chemin fixe.

La figure 3 illustre schématiquement un mode de réalisation d'un assemblage rotatif 40 d'anode à rayons X selon un aspect de la présente invention. L'assemblage rotatif 40 d'anode à rayons X comprend un axe intérieur non rotatif 41 et un assemblage rotatif 42. Lorsque l'assemblage 40 d'anode à rayons X est monté dans une source de rayons X pour fonctionner, les deux extrémités axiales de l'axe intérieur non rotatif 41 sont fixées à des éléments non représentés d'un tube à rayons X.

L'assemblage rotatif 42 est supporté par l'axe non rotatif 41 à l'aide d'un premier roulement 43 et d'un second roulement 44 disposés en étant décalés axialement l'un par rapport à l'autre. L'assemblage rotatif 42 comprend une anode rotative 45 globalement en forme de disque, un support annulaire 46, un raccord de déviation de chaleur 47, et un élément rotatif 48 qui comprend une pièce intérieure globalement cylindrique 49 et une pièce extérieure globalement cylindrique 50. La pièce intérieure 49 et la pièce extérieure 50 sont reliées par le support annulaire 46, qui est supporté au niveau de sa première extrémité par le raccord de déviation de chaleur 47 et supporte en son extrémité opposée l'anode rotative 45.

La pièce intérieure 49 comporte une surface intérieure cylindrique 49a et une surface extérieure cylindrique 49b, et la pièce extérieure 50 comporte une surface intérieure cylindrique 50a et une surface extérieure cylindrique 50b. Le diamètre extérieur de la surface extérieure 49b de la pièce intérieure 49 est plus petit que le diamètre de la surface intérieure 50b de la pièce extérieure 50, de sorte qu'un espace sensiblement tubulaire 51 est obtenu entre la pièce intérieure 49 et la pièce extérieure 50. L'espace tubulaire 51 est en outre défini au niveau de sa première extrémité par une surface annulaire 52 du raccord

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de déviation de chaleur 47 et en son extrémité opposée par un plan radial 53 défini par les extrémités libres de la pièce intérieure 49 et de la pièce extérieure 50 opposées au raccord de déviation de chaleur 47.

Les chemins de roulement intérieurs 43a et 44a du premier roulement 43 et du second roulement 44, respectivement, sont prévus au niveau de la surface extérieure de l'axe intérieur non rotatif 41. Au lieu des chemins de roulement 43a et 44a, on aurait aussi pu disposer des bagues, non représentées. Sur la surface intérieure 49a de la pièce intérieure 49 sont prévus les chemins de roulement extérieurs rotatifs 43b et 44b des premier et second roulements 43 et 44, respectivement.

Au lieu des chemins de roulement 43b et 44b, on pourrait aussi disposer des bagues, non représentées.

La chaleur, qui est générée au cours du fonctionnement du tube à rayons X dans l'anode rotative 45, passe à travers le support annulaire 46 et le raccord de déviation de chaleur 47. La surface du support annulaire 46 en contact avec le raccord de déviation de chaleur 47 définit une aire en forme d'anneau 54, vu en coupe transversale, disponible pour l'écoulement de chaleur. De même, la surface radiale de la pièce extérieure 50 en contact avec le raccord de déviation de chaleur 47 définit une aire en forme d'anneau 55 et la surface radiale de la pièce intérieure 49 en contact avec le raccord de déviation de chaleur 47 définit une aire en forme d'anneau 56, toutes deux disponibles pour l'écoulement de chaleur.

Le raccord de déviation de chaleur 47 dévie l'écoulement de chaleur entrant par le support annulaire 46 à travers la zone en forme d'anneau 54 de préférence dans la pièce extérieure cylindrique 50. On obtient ce résultat en faisant en sorte que la résistance thermique entre le support annulaire 46 et la pièce intérieure 49 soit supérieure à la résistance thermique entre le support annulaire 46 et la pièce extérieure 50.

La déviation préférentielle de l'écoulement de chaleur généré dans l'anode rotative 45 vers la pièce extérieure 50 est obtenue en faisant en sorte que la surface de l'aire en forme d'anneau 55 soit supérieure à la surface de l'aire en forme d'anneau 56. De plus, la pièce extérieure 50 peut être adaptée pour dissiper la chaleur, par exemple en

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facilitant le rayonnement thermique grâce à un traitement approprié de la surface extérieure 50b de la pièce extérieure 50.

Une autre possibilité pour dévier l'écoulement de chaleur de préférence vers la pièce extérieure 50 consiste à choisir le matériau dont est faite la pièce extérieure 50 de telle manière qu'il ait une conductivité thermique supérieure à celle du matériau de la pièce intérieure 49. Une autre possibilité encore est de concevoir le raccord de déviation de chaleur 47 comme constitué de deux matériaux différents ayant des conductivités thermiques différentes. Le premier matériau, avec la plus grande conductivité thermique, serait disposé globalement dans la partie extérieure du raccord de déviation de chaleur 47, afin de servir de pont thermique entre l'aire 54 et l'aire 55. Le second matériau, présentant la plus faible conductivité thermique, serait disposé dans la partie intérieure du raccord de déviation de chaleur 47 pour être en contact avec l'aire en forme d'anneau 56, de préférence en évitant le contact avec l'aire 54.

Chacune des mesures précédemment mentionnées, individuellement ou en combinaison, est adaptée pour contribuer à réduire l'écoulement de chaleur vers les roulements 43 et 44.

Concernant le comportement dynamique en rotation, l'assemblage rotatif 40 d'anode à rayons X présente les avantages de la conception à"rotation extérieure"de l'assemblage rotatif 20 d'anode à rayons X montré en figure 2. Les deux extrémités axiales de l'axe intérieur non rotatif 41 sont fixées, lorsque l'assemblage 40 d'anode à rayons X est monté dans une source de rayons X pour fonctionner.

Concernant la protection des roulements contre l'écoulement de chaleur généré dans l'anode rotative pendant le fonctionnement, l'assemblage rotatif 40 d'anode à rayons X présente en partie les avantages de la conception à"rotation intérieure"de l'assemblage rotatif 1 d'anode à rayons X montré en figure 1, en raison de la déviation possible de l'écoulement de chaleur dans la pièce extérieure 48 de l'assemblage rotatif 40 d'anode à rayons X.

Par conséquent, la conception de l'assemblage rotatif 40 d'anode à rayons X combine les avantages de la conception à"rotation intérieure"en ce qui concerne la protection thermique des roulements

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et les avantages de la conception à"rotation extérieure"en ce qui concerne le comportement dynamique en rotation de l'élément rotatif.

Un autre mode de réalisation est décrit en référence aux figures 4 à 6. L'assemblage rotatif 60 d'anode à rayons X comprend un axe intérieur non rotatif 63, des roulements comprenant un premier roulement 73 et un second roulement 74, et un assemblage rotatif comprenant essentiellement une anode rotative 64 globalement en forme de disque, un support annulaire 65, un raccord de déviation de chaleur 66, une pièce intérieure 70 et une pièce extérieure 67.

L'axe intérieur non rotatif 63 a une première extrémité 61 et une seconde extrémité 62. La première extrémité 61 de l'axe intérieur non rotatif 63 fait saillie suivant la direction axiale du côté d'une anode rotative 64, tandis que la seconde extrémité 62 fait saillie au niveau de l'extrémité opposée. La première extrémité 61 et la seconde extrémité 62 sont prévues pour monter de manière stable l'assemblage rotatif 60 d'anode à rayons X dans une source de rayons X avec les extrémités fixées.

L'anode rotative 64 comporte un trou central recevant une extrémité du support annulaire 65. Le support annulaire 65 a une première partie tubulaire au niveau de son extrémité logée dans l'anode rotative 64, une partie radiale centrale et une seconde partie tubulaire au niveau de son extrémité opposée.

Une saillie radiale 75, dirigée vers l'extérieur, de la première partie tubulaire du support annulaire 65 soutient l'anode rotative 64 d'un côté. De l'autre côté de l'anode rotative 64, est prévue une vis 76 sensiblement en forme de bague qui maintient l'anode 64 contre la saillie 75 et sert ainsi de manchon.

Au niveau de la seconde partie tubulaire du support annulaire 65, est prévue une saillie radiale 93, dirigée vers l'extérieur, reliant le support tubulaire 65 au raccord de déviation de chaleur, ce dernier maintenant ensemble la pièce extérieure 67 et la pièce intérieure 70.

La pièce extérieure 67 comprend un élément cylindrique intérieur 83 et un élément cylindrique extérieur 84, dont la surface cylindrique intérieure est en contact direct avec la surface extérieure de l'élément cylindrique intérieur 83. L'élément cylindrique intérieur 83

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comporte au niveau de son extrémité supérieure une saillie radiale en forme d'anneau 66 dirigée vers l'intérieur. La saillie 66 est en contact direct avec la saillie 93 du support annulaire 65 et rend ainsi effectif le raccord de déviation de chaleur. A l'extrémité axialement opposée de la pièce extérieure 67, une plaque d'obturation 85 est fixée à la pièce extérieure 67 au moyen de trois vis 80,81 et 82.

Au niveau de son extrémité orientée vers l'anode rotative 64, la pièce intérieure 70 comporte une saillie radiale annulaire 95, dirigée vers l'extérieur, qui est en contact avec la surface intérieure orientée axialement de la saillie 66. Trois filetages orientés axialement sont prévus dans la saillie annulaire 95 de la pièce intérieure 70 pour recevoir les trois vis 77,78 et 79, pour fixer de ce fait la pièce intérieure 70 à la pièce extérieure 67. Entre la saillie annulaire 95 et la partie centrale de la pièce intérieure 70, la pièce intérieure 70 présente une restriction circonférentielle 101 et une surface radiale annulaire 100 orientée vers la seconde extrémité 62 de l'axe 63. Le diamètre extérieur de la partie centrale de la pièce intérieure 70 est plus petit que le diamètre intérieur de la partie centrale de l'élément cylindrique intérieur 83 de la pièce extérieure 67. Ainsi un espace tubulaire 69 est créé entre les parties centrales de la pièce intérieure 70 et de la pièce extérieure 67. L'espace tubulaire 69 réalise une isolation thermique entre la pièce extérieure 67 et la pièce intérieure 70.

La saillie 93, dirigée vers l'extérieur, du support annulaire et la saillie 663, dirigée vers l'intérieur, de la pièce extérieure 67 fournissent un pont thermique pour l'écoulement de chaleur généré pendant le fonctionnement de l'assemblage rotatif 60 d'anode à rayons X dans l'anode rotative 64. L'écoulement de chaleur passe de l'anode rotative 64 au support annulaire 65, puis à la saillie 93, et est de préférence dévié vers la pièce extérieure 67 via la saillie 66, en particulier dans l'élément cylindrique extérieur 84, dont la surface extérieure 68 est préparée pour permettre une déviation efficace de l'écoulement de chaleur par rayonnement thermique. La restriction circonférentielle 101 constitue une résistance thermique pour l'écoulement de chaleur qui traverse le support annulaire 65. Par conséquent, seule une portion faible de l'écoulement de chaleur peut circuler depuis la saillie 66 de la

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pièce extérieure 67 via la restriction 101 de la pièce intérieure 70. La partie centrale de la pièce intérieure 70 est ainsi efficacement protégée contre l'écoulement de chaleur.

Si l'on se réfère à la figure 6, on peut voir que l'axe intérieur non rotatif 63 comporte une saillie radiale 92, qui comprend une partie radiale extrême 105 formant une première surface radiale annulaire 96 orientée vers la première extrémité 61 et une deuxième surface radiale annulaire 97 orientée vers la seconde extrémité 62 de l'axe 63. En s'approchant davantage de la seconde extrémité 62 de l'axe 63, la saillie 92 forme une troisième surface radiale annulaire 98 orientée vers la seconde extrémité 62 de l'axe non rotatif 63. Un manchon globalement en forme d'anneau 87 est disposé près de la seconde extrémité 62 de l'axe 63. Le manchon 87 comporte un trou central axial destiné à recevoir l'axe 63, une première extrémité ayant une surface radiale annulaire 102 orientée vers la première extrémité 61 de l'axe 63, et une surface radiale annulaire 99 orientée vers la première extrémité 61 de l'axe 63.

Un ressort hélicoïdal 86 est prévu, lequel entoure la partie centrale de la saillie 92 de l'axe 63. Une extrémité du ressort hélicoïdal 86, qui est orienté vers la première extrémité 61 de l'axe 63, est en contact avec la deuxième surface radiale annulaire 97. Une extrémité opposée du ressort hélicoïdal 86 est en contact avec la surface radiale annulaire 99 du manchon 87. Lorsque le ressort hélicoïdal 86 est monté sur l'axe 63 entre la deuxième surface radiale annulaire 97 et la surface radiale annulaire 99 du manchon 87, le ressort hélicoïdal 86 est en état de compression et exerce une force sur le manchon 87 dans la direction axiale vers la seconde extrémité 62 de l'axe 63.

Des roulements sont prévus, comprenant un premier roulement 73 qui comprend un chemin intérieur 88, un chemin extérieur 89 et des éléments roulants entre le chemin intérieur 88 et le chemin extérieur 89, et un second roulement 74 qui comprend un chemin intérieur 90, un chemin extérieur 91 et des éléments roulants entre le chemin intérieur 90 et le chemin extérieur 91. Le chemin intérieur 88 du premier roulement 73 est fixé à l'axe non rotatif 63, sa première extrémité axiale étant en contact avec la première surface radiale annulaire 96 de

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la partie radiale extrême 105 de la saillie 92. Le chemin intérieur 90 du second roulement 74 est également fixé à l'axe non rotatif 63, sa première extrémité axiale étant en contact avec l'extrémité axiale du manchon 87 orientée vers la seconde extrémité 62 de l'axe 63.

Le chemin extérieur 89 du premier roulement 73 est fixé à la pièce intérieure 70 de l'assemblage rotatif, sa première extrémité axiale étant en contact avec la surface radiale annulaire 100 de la pièce intérieure 70. Le chemin extérieur 91 du second roulement 74 est aussi fixé à la pièce intérieure 70 de l'assemblage rotatif, à la dernière extrémité de la pièce intérieure 70, opposée axialement à l'emplacement du chemin extérieur 89 du premier roulement 73. Le second roulement 74 est fixé dans la direction axiale entre une surface radiale annulaire 104 orientée vers la seconde extrémité 62 de l'axe 63 et une saillie axiale 103 de la plaque d'obturation 85 fixée au moyen des vis 80,81, 82 à la pièce extérieure 67.

Le premier roulement 73 et le second roulement 74 renferment entre eux la partie radiale extrême 105 de la saillie 92 de l'axe 63, le ressort hélicoïdal 86 et le manchon 87. Le ressort hélicoïdal 86, étant en état de compression, exerce deux forces dans la direction axiale, qui sont mutuellement opposées l'une à l'autre et écartent l'un de l'autre les roulements dans la direction axiale. Le ressort hélicoïdal sert à fixer l'emplacement axial des roulements, et à compenser les différences d'expansion thermique entre l'axe 63 et la pièce intérieure 47 de l'assemblage rotatif 42.

La conception de l'assemblage rotatif 60 d'anode à rayons X représenté dans les figures 4 à 6 combine l'avantage de la conception à "rotation intérieure"montrée en figure 1 en ce qui concerne la protection thermique des roulements et l'avantage de la conception à"rota-

tion extérieure"montrée en figure 2 en ce qui concerne le support sta- ble en rotation de l'assemblage rotatif. D'une part, l'écoulement de chaleur généré dans l'anode rotative 64 est effectivement dévié vers la pièce extérieure 67, puis diffusé dans l'environnement par la surface extérieure cylindrique 68 de la pièce extérieure 67. Ainsi, la température à l'emplacement des premier et second roulements à billes 73 et 74 est considérablement réduite. D'autre part, le mouvement de rota-

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tion de l'assemblage rotatif autour de l'axe non rotatif 63 est soutenu de manière stable en raison du fait que l'axe intérieur non rotatif 63 peut être fixé à la fois en ses première et seconde extrémités 61 et 62.

Enfin, il est à noter que la pièce extérieure 67 est conçue pour servir comme rotor d'un moteur électrique. Lorsque l'on fournit un champ magnétique rotatif externe, l'assemblage rotatif suit la rotation du champ magnétique tournant et est ainsi mis en mouvement de rotation autour de l'axe non rotatif 63. A cet effet, l'élément cylindrique extérieur 84 de la pièce extérieure 67 est de préférence fait de cuivre.

L'assemblage rotatif 60 d'anode à rayons X est adapté pour être utilisé dans l'environnement de vide rencontré à l'intérieur d'un tube à rayons X, lequel tube à rayons X pouvant servir comme source de rayons X dans un système d'imagerie à rayons X.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Elément rotatif (42) destiné à être utilisé dans un assemblage rotatif d'anode à rayons X caractérisé en ce que l'élément rota- tif (42) comprend une pièce intérieure (49) conçue pour coopérer avec un axe intérieur non rotatif (41) et pour permettre un mouvement de rotation stable de l'élément rotatif (42) autour de l'axe non rotatif (41), et une pièce extérieure (50) disposée autour de la pièce intérieure (49) et conçue pour dissiper la chaleur, un espace sensiblement tubulaire (51) étant formé entre la pièce intérieure (49) et la pièce extérieure (50).

2. Elément rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce intérieure (49) comprend au moins une surface intérieure toroïdale (49a) pour disposer des éléments roulants entre l'élément rotatif (42) et l'axe non rotatif (41).

3. Elément rotatif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément rotatif comprend en outre un support annulaire (46) qui maintient ensemble la pièce intérieure (49) et la pièce extérieure (50), et qui est prévu pour recevoir un disque anode (45).

4. Elément rotatif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un raccord (47) qui présente une conductivité thermique entre le support annulaire (46) et la pièce extérieure (50) supérieure à la conductivité thermique entre le support annulaire (46) et la pièce intérieure (49).

5. Elément rotatif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce extérieure (50) présente une conductivité thermique élevée et en ce que la pièce intérieure (49) présente une faible conductivité thermique.

6. Elément rotatif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce extérieure (50) comprend du cuivre.

7. Ensemble rotatif destiné à être utilisé dans un assemblage rotatif d'anode à rayons X comprenant un élément rotatif (42), un support annulaire (46) et un disque anode (45) fixé au support annulaire (46), caractérisé en ce que l'élément rotatif (42) comprend une pièce

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intérieure (49) conçue pour coopérer avec un axe intérieur non rotatif (41) et pour permettre un mouvement de rotation stable de l'assembla- ge rotatif autour de l'axe non rotatif (41), une pièce extérieure (50) disposée autour de la pièce intérieure (49) et conçue pour dissiper la chaleur et un espace sensiblement tubulaire (51) entre la pièce intérieure (49) et la pièce extérieure (50).

8. Ensemble rotatif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le support annulaire (46) maintient ensemble la pièce intérieure (49) et la pièce extérieure (50).

9. Ensemble rotatif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un raccord (47) de déviation de chaleur qui présente une conductivité thermique entre le support annulaire (46) et la pièce extérieure (50) supérieure à la conductivité thermique entre le support annulaire (44) et la pièce intérieure (47).

10. Ensemble rotatif d'anode à rayons X comprenant un axe intérieur non rotatif, un ensemble rotatif conforme à l'une quelconque des revendications 7 à 9 et des roulements pour supporter l'assemblage rotatif.

11. Source de rayons X comprenant un ensemble rotatif d'anode à rayons X conforme à la revendication 10.

12. Système d'imagerie comprenant une source de rayons X conforme à la revendication 11.

13. Elément rotatif destiné à être utilisé dans un assemblage rotatif d'anode à rayons X présentant une symétrie sensiblement axiale, caractérisé en ce que l'élément rotatif comprend un élément intérieur, un élément extérieur disposé autour de l'élément intérieur et un moyen d'isolation thermique disposé entre les éléments intérieur et extérieur pour réaliser une isolation thermique entre les éléments intérieur et extérieur, l'élément intérieur étant prévu pour coopérer avec un axe intérieur non rotatif et pour permettre l'insertion d'éléments roulants coopérant avec l'axe intérieur et l'élément intérieur et permettant un mouvement rotatif stable de l'élément rotatif autour de l'axe intérieur, l'élément extérieur formant un rotor d'un moteur électrique apte à mettre en mouvement de rotation l'élément rotatif autour de l'axe intérieur.