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"Câbkepour rayons 1 "
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La présente invention concerne un câble pour rayons X, nouveau et perfectionne, et en particulier un câble pour rayons X de meilleure flexibilité
Les câbles pour rayons X sont utilisés pour relier un tube à rayons X monté, à une source de potentiel. Le câble doit êtrecapable de supporter des tensions d'environ 50.000 à 100. 000 volts, en pleine sécurité. Il doit être aussi léger et flexible en sorte que la position du tube puisse être réglée aismet avec précision, sans être gêné par des forces quelconques provoquées par la rigidité du câble lui-même. Ces deux buts sont à l'origine de considérations de conception opposées puisque les facteurs qui ont tendance à rendre le câble sûr réduisent normalement sa flexibilité.
Dans le passé, les efforts que l'on a déployés pour résoudre ce problème visaient d'abord à utiliser des maté- riaux isolants ayant une plus grande flexibilité ou souplesse, et ensuite, des matériaux isolants ayant une résistance diélectrique plus élevée en sorte que l'on puisse réduire la grosseur de l'isolant. En dépit de ces efforts, cependant, il restait des possibilités de perfectionnement importantes.
En considérant le problème, on a trouvé qu'on peut obtenir une nouvelle amélioration en utilisant le matériau isolant habituel actuel et en concentrant l'attention du constructeur sur la structure du noyau central. Normalement, on ne s'attendrait pas à pouvoir obtenir une amélioration de la flexibilité générale d'un câble en améliorant son noyau conducteur central puisque la capacité de porter du courant des conducteurs ,qui constituent le noyau, doit répondre à
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un certain minimum, ce qui signifie que les dimensions des conducteurs elles-mêmes ne peuvent être réduites. Cependant le noyau est l'un des éléments les moins flexibles dans la structure tout entière.
Il est apparu cependant que si les conducteurs du noyau pouvaient de quelque façon être maintenus aussi près que possible de l'axe central du câble entier, les moments de flexion exercés sur les conducteurs seraient moindres.
L'examen d'un noyau conducteur central typique montre qu'il est constitué normalement de trois conducteurs, dont deux sont isolés l'un par rapport à l'autre, et par rapport au troisième, par des revêtements isolants. Cet isolant, par suite de son épaisseur, sert à écarter tous les conducteurs de l'axe central, d'une quantité qui est en rapport avec l'épaisseur dl'isolânt. Cette épaisseur de'd'isolant n'a jamais été prise en considération, bien que si l'épaisseur de cet isolant est réduite d'une façon quelconque, le déplacement radial des conducteurs par rapport à l'axe central devient moindre et diminue d'autant le moment de flexion.
Comme les conducteurs centraux ne présentent pas de différences de tension nominale entre eux, et qu'il y a un isolant épais qui entoure le groupe de conducteurs constituant le noyau, le problème de la conception est ici particulier au domaine des câbles pour rayons X. L'épaisse couche isolante extérieure empêche aussi de pouvoir faire faire des angles importants de pliage aux conducteurs du noyau. Ceci signifie que le module de flexion ou la fragilité de l'isolant des conducteurs du noyau n'a pas à intervenir dans la conception du câble.
Par suite, on a trouvé qu'on peut obtenir une flexibili-. té plus grande du câble pour rayons X tout entier en utilisant
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un isolant nouveau et beaucoup plus mince pour les conducteurs centraux et qui peut, mais ne doit pas écessaire- ment avoir les meilleures qualités isolantes.
-Dans le passé, on a utilisé sur les conducteurs inté- rieurs des revêtements extrudés de matières thermodurcissables.
Par suite de limitations imposées par la fabrication, ceux-ci avaient une épaisseur d'environ 0,5mm. En conséquence, ils déplaçaient les conducteurs centraux de l'axe d'une: quantité en rapport direct avec leur épaisseur. Au surplus, en raison des limitations imposées par les propriétés des matières isolantes thermodurcissables dont on disposait, l'industrie n'utilisait que certaines cen sitions thermodurcissables pour former l'isolant des conducteurs du noyau. Ces composi- tions que l'on employait étaient choisies parce qu'elles étaient en mesure de résister aux hautes températures qui se produisent pendant la vulciansion
On a trouvé maintenant qu'il est possible d'utiliser certains autres matériaux pour isoler les conducteurs qui forment le noyau du câble pour rayons X.
Ces matériaux peuvent être une pellicule plastique auto-portante, préformée, ayant une épaisseur de 0,038 à 0,05 mm, et de préférence appliquée en une couche double pour donner une épaisseur d'isolant générale de 0,08 à 0,1 mm ; ou bien on peut utiliser des matériaux thermoplastiques extrudés dont les points de fusion sont plus élevés que la température de vulcanisation et dont la viscosité est assez faible pour permettre leur extrusion . en ordre successif sous forme de pellicule mince. L'emploi de ces matériaux isolants plus minces sert aussi à réduire le diamètre extérieur d'ensemble du câble pour rayons X et ajoute ainsi, au moins dans une mesure limitée, à la flexi- bilité du câble.
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Par exemple, un câble de la technique antérieure typique utilisant un isolant extrudé thermodurcissable pour les conducteurs du noyau a un diamètre extérieur de 18,8mm.
Le câble suivant l'invention qui utilise les matériaux isolants plus minces, a un diamètre extérieur d'environ 17,7 mm. Cependant, l'accroissement de flexibilité que l'on a obtenu était bien supérieur à ce que l'on aurait pu attendre de cette légère réduction du diamètre extérieur.
Par suite, un tut de la présente invention est de produire un câble pour rayons X avec une flexibilité très améliorée.
Un autre but de l'invention est d'obtenir cette flexibilité sans perte de sécurité, sans diminuer la capacité de supporter une tension déterminée et sans diminuer l'isolement du câble.
Un autre but encore de l'invention est de procurer un câble pour rayons X nouveau, perfectionné, pratique, ayant une faible capacité par rapport à la terre, permettant ainsi d'utiliser dans des installations données, des longueurs de câ':le plus grandes. La charge par mètre inférieure du câble rxduit la décharge de commutation fâcheuse dans le tube à raye.\3 X.
Un but supplémentaire de l'invention est de créer un tel râle qui puisse être utilisé aussi bien sur des installations nouvelles que sur des installations existantes.
D'autres buts de l'invention apparaîtront ci-après à la lecture de la description et des revendications,
Aux dessins :
Figure 1 est une vue en perspective d'une coupe d'un câble pour rayons X de la technique antérieure, avec coupures part: allés pour montrer la structure.
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Figure 2 est une vue en perspective semblable montrant la structure du câble pour rayons X construit suivant une forme de réalisation préférée de l'invention.
Figure 3 est une coupe du câble de la technique antérieure, faitre suivant la ligne 3-3 de la figure 1 en regardant dans la direction des flèches.
Figure 4 est une coupe d'un câble qui est construit suivant une forme de réalisation préférée de l'invention ; considérée suivant la ligne 4-4 de la figure 2, en regardant dans la direction des flèches.
Figure 5 est un schéma de forces pour expliquer certaines des forces intervenant dans la flexion d'un câble pour rayons X, ' à
Figure 6 est une vue fragmentée d'un câble construit suivant une autre forme de réalisation de l'invention.
En se reportant avec plus de détail à la figure 1, on y voit l'ancien câble pour rayons X,1, comprenant des conducteurs de noyau ou conducteurs intérieurs 2, 3, 4 et 5. Ces conducteurs intérieurs portent ensemble la tension grand potentiel nécessaire pour faire fonctionner le dispositif à rayons X lui-même et le potentiel est généralement de 50.000 à 100.000 volts par rapport à la terre. Deux des conducteurs, représentés ici comme les deux conducteurs isolés 4 et 5, sont à un potentiel légèrement différent de celui des deux autres qui sont les conducteurs nus du noyau et qui, bien qu'ils se présentent sous la forme de deux torons pour des raisons de symétrie, sont en fait au même potentiel et fonctionnent comme un conducteur unique.
Cette légère différence de potentiel entre les conducteurs isolés et nus du noyau donne lieu à une tension de fonctionnement pour le filament de chauffage du tube à rayons X. Par exemple, le conducteur de noyau isolé 4 pourrait présenter plus 6volts par rapport aux
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conducteurs nus 2 et 3, et le conducteur isolé du noyau 5 présentait moins 6 volts. Par conséquent, les conducteurs de noyau 4 et 5 doivent être et sont isolés par rapport aux conducteurs nus 2 et 3 avec un isolement suffisant pour per- mettre cette faible différence de potentiel.
On verra à la figure 1 que les conducteurs du noyau 4 et 5 sont couverts par des couches isolantes 8 et 9 respec- tivement. Cet isolant tel qu'utilisé dans les structures de la technique antérieure, comme montré à la figure 1, consis- tait en un revêtement extrudé de caoutchouc ou de matière ana- logue. Le revêtement devait avoir une épaisseur d'environ 0,5 mm environ ou davantage par suite des difficultés d'extruder de façon précise et concentrique un revêtement mince à partir de compositions thermodurcissables ordinaires, et de procurer une structure suffisamment robuste piur résister aux manipula- tions mécaniques ordinaires, à la flexion et aux coudâmes qui se présentent pendant l'emploi.Dans le passé, cependant,
ltépaisseur de ce revêtement n'était pas jugée comme un élé- ment fâcheux.
Les quatre conducteurs du noyau 2, 3, 4 et 5 sont tordus ensemble de la façon habituelle pour former un noyau intérieur ou câble 10, qui est couvert d'une couche de sup- pression d'effluve 12 qui peut être par exemple une mince cou- che semiconductrice d'une base analogue au caoutchouc contenant du noir de carbone, avec une surface cylindrique extérieure lisse. Cette couche 12 diminue la probabilité d'apparition d'une décharge par effluve. Un effet semblable peut être réalisé sens faire usage de noir de carbone, si la matière analogue au . caoutchouc est par elle-même une matière semiconductrice, ou ' si l'on utilise certaines autres charges conductrices convena- blés ; ou, en variante la couche 12 pourrait être formée d'une
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bande métallisée ou analogue.
La couche de suppression d'efflu- ve peut être appliquée de toute façon voulue, par exemple par extrusion ou par formation d'une bande. Cependant, une fois qu'elle est appliquée, on doit pouvoir l'enlever facilement de l'isolant des conducteurs enfermés par elle.
Une couche épaisse de matière isolante élastomèe à haute tension 15 est appliquée sur la couche 12, et une seconde couche semiconductrice mince 16 qu'on peut extruder ou former en ruban est appliquée sur la matière isolante. Pour entourer la couche semiconductrice e, il y a un blindage de cuivre tressé 20 à mailles métalliques, qui sert comme conducteur de masse ou terre pour le cäble et qui protégera les personnes du contact avec le câble dans le cas d'une rupture de l'iso- lant. Le tout est enfermé dans un recouvrement de tissu tressé 22 constitué d'une peau lisse et continue d'une matière ana- logue au caoutchouc ou matière plastique, telle que par exem- ple uhe matière à base de néoprène ou à base de vinyle, suivant l'application que l'on désire.
Figure 2 montre le câble pour rayons X suivant l'inven- tion. Comme on le remarquera de la description suivante, ce câble est semblable au câble de la figure 1, sauf pour la nature de l'isolant utilisé autour des conducteurs intérieurs, pour le déplacement radial de ces conducteurs par rapport à l'axe du câble et pour le diamètre extérieur général qui en résulte pour le câble pour rayons X.
A la figure 2, d'autre part, on a un câble 25 pour rayons X comportant des conducteurs intérieurs 26,27, 28 et 29, avec un isolant 32 et 33 autour de deux des conducteurs 28 et 29 respectivement. Ces quatre conducteurs sont assemblés pour former un noyau intérieur ou câble 34 qui est enfermé successivement dans une couche semiconductrice 36 destinée à
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supprimer l'effluve, une couche isolante 39, une coucha semiconductrice extérieure pour supprimer les fatigues, 40, un conducteur de masse 44, et un revêtement extérieur 46.
Chacun des éléments de la figure 2 est comparable à l'élément correspondant de la figure 1, sauf en ce qui concerne les couches isolantes 32 et 33, comme on va le décrire à présent avec plus de détail.
A la figure 3, on a représenté en section agrandie, le câble de la technique antérieure de la figure 1, où les diverses parties ont été marquées par les mêmes chiffres qu'à la figure 1. De même, la figure 4 montre une coupe transver- sale agrandie du noyau central d'un câble construit suivant la présente invention, l'échelle étant sensiblement la même que dans le cas de la figure 3. On peut remaraue que le diamètre extérieur du noyau d'un câble pour rayons X qui est construit suivant l'invention est sensiblement plus petit qu'il ne l'est dans les câbles de la technique antérieure de la figure 3.
On peut remarquer aussi, de façon correspondante, que bien que les conducteurs métalliques intérieurs aient sensiblement le même diamètre dans les deux cas, et par suite, puissent porter la même énergie, les conducteurs de la figure 4 sont plus près l'un de l'autre que les conducteurs do la figure 3.
Les conducteurs intérieurs du câble montrée à la figure 4 ont leur axe central considérablement plus rapproché de l'axe central du câble pour rayons X dans son ensemble, que ne l'ont les conducteurs intérieurs du câble de la technique antérieure montré à la figure 3* Il en est ainsi parce que l'isolant 32 et 33 utilisé dans la structure de dâble pour rayons X de la présente invention est considérablement plus mince que l'isolant extrudé ordinaire 8 et 9 utilisé dans le câble de la figure 3.
En valeurs numériques, les couches isolantes de la technique antérieure,habituelles,8 et 9, ont une épaisseur
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d'environ0,5 mm,tandis que les couches isolantes actuelles @ 32 et 33 ont une épaisseur de 0,08 à 0,1 mm seulement, Dans un câble pour rayons X de la technique antérieure, typique, le diamètre du câble intérieur 10 de la figure 1 pouvait être d'environ 5,8 mm,tandis que le diamètre du câble intérieur 34 d'un câble pour rayons X suivant la présente invention, tel que montré à la figure ,2, ne serait que de 3,3 mm.
Cependant, dans chaque cas, le nombre et les diamètres des conducteurs métalliques isolés eux-mêmes étaient les mêmes* Si, en plus, le diamètre des conducteurs intérieurs était encore réduit sans perte de rendement, le diamètre extérieur du câble in- térieur 34 pourrait être réduit encore davantage.
On aprqura que les forces nécessaires pour couder un câble ne dépendent pas seulement des divers modules de fle- xion des éléments constituant le câble, mais dépendent aussi de leur écartement par rapport à l'axe central. Ainsi, à titre d'exemple, si les conducteurs intérieurs 2, 3, 4 et 5 du câble de la technique antérieure n'étaient pas situés au centre du câble pour rayons X, mais écartés de cet axe central, par exemple situés entre le conducteur 20 et le revêtement exté- rieur 22, le résistance de ces câblée) à la flexion dans le câble considéré dans son ensemble serait fortement augmentée.
On réalisera, par conséquent, que plus les conducteurs inté- rieurs $ont près l'un de l'autre et près de l'axe central du câble pour rayons X, moins ils interviendront pour s'opposer à la flexion du câble et le câble sera donc d'autant plus flexible.
On n'a pas réalisé jusqu'à présent jusqu'à quel point l'écartement des conducteurs intérieurs par rapport à l'axe central du câble affectait le module de flexion. Cependant, lorsqu'on considère un câble typique des dimensions décrites ici, on verra que le changement d'épaisseur de l'isolant
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autour des conducteurs extérieurs ,pour passer d'environ 0,5 mm à 0,08 à 0,1 mm d'épaisseur environ, permet aux conduc- teurs de se déplacer vers l'intérieur d'une quantité qui, relativement, est appréciable.
Ainsi, dans la structure de la technique antérieure de la figure 1, l'axe de chacun des conducteurs isolés est écarté d'environ 1,27 mm à 1,52 mm de l'axe central du câble pour rayons X, tandis que dans la structure suivant l'invention, l'axe de chacun des conducteurs intérieurs n'est écarté que d'environ 0,76 mm de l'axe central du câble.Ceci est un rapport de presque 2 à 1, et cette réduction seule diminue le moment de flexion du câble intérieur en le divisant presque par 2. Ceci, naturellement, n'augmente pas la flexibilité du câble pour rayons X tout entier dans des proportions semblables puisqu'il y a d'autres facteurs qui interviennent.
Cela a l'effet supplémentaire, cependant, de réduire légèrement le diamètre général du câble pour rayons X,sans qu'il soit nécessaire de pratiquer aucune réduction d'épaisseur de la couche isolante principale 39.
Cette réduction du diamètre du câble pourrayona X lui-même a un effet avantageux supplémentaire sur le module de flexion.
A la figure 5. on a montré par un diagramme vectoriel les forces intervenant dans l'application d'un moment de flexion. Dans le diagramme, la ligne 60 représente l'axe central d'un câble pour rayons X ayant un rayon 61. Les groupes de vecteurs 64 et 65 sont montrés pour représenter les forces qui existent dans le câble lorsqu'on le fléchit autour d'un centre extérieur de courbure.
Ces vecteurs représentent de façon figurative les effets des unités de force de compression en différentes distances de l'axe.Ainsi, près de l'axe, l'unité de force n'aura qu'un effet de compression faible, et à distance plus grande de l'axe, les forces seront comparativement plus grandes.Une discussion plus détaillée
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des moments de flexion et des forces de cisaillement trans- versales peut être trouvée dans le MoGraw Hill Encyclopediea of Science and Technology, 1960, volume 7, en commençant à la page 765.
Ainsi, dans l'analogie de la figure 5, l'impor- tance de l'emplacement des conducteurs intérieurs aussi près que possible de l'axe central du câble peut s'apercevoir on peut comprendre l'importance de la réduction du rayon de déplacement des conducteurs par rapport à l'axe,' même de ces petites quantités, qui sont représentées par les change- ments d'épaisseur de l'isola': autour des deux conducteurs centraux. Bien que cela n'ait pas été démontré spécifiquement, il apparaît à partir de consdéragions théoriques que le mo- dule de flexion agmetns dans le présent cas d'un facteur qui est en rapport avec le carré de la distance'de l'axe des conducteurs intérieurs à l'axe du câble pour rayons X considéré dans son ensemble.
Des essais qualitatifs, faits sur des câbles de la technique antérieure et sur des câbles fabriqués suivant la présente invention indiquent que l'augmentation de flexibilité dépasse de beaucoup ce que l'on pourrait attendre normalement de la petite diminution et s'obtient dans le diamètre d'ensem- ble du câble ,dans les câbles faits suivant la présente inven- tion.
Dans la fabrication du câble suivant l'invention,les conducteurs intérieurs 28 et 29 sont de préférence isolés à l'aide d'un genre particulier de pellicule plastique mince @ auto-portante formée à l'avance, d'une épaisseur d'environ 0,04 à 0,05 mm. Cette pellicule peut être enroulée autour de chaque conducteur à la façon d'une hélice, ou repliée autour de lui, dans l'un ou l'autre cas jusqu'à atteindre une épais- seur de deux ou plusieurs couches.
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La matière de la pellicule utilisée pourrait être une matière applicable comme couche auto-portante qu'on pourrait fondre ou lier en place d'autre façon in situ pour former de l'isolant continu et homogène. On préfère utiliser une pellicule constituée par une superposition de couches d'une pellicule de polyéthylène ou de chlorure de polyvinyle, et d'un polyester* Cependant, des produits à couches superposées d'autres espèces peuvent Être utilisée, comme par exemple un stratifié -'Tune pellicule de polyéthylène modifiée
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chimiquement et d'une pellicule de polytéfcrafluoréthylène.
Pour appliquer une pellicule couches superposées de polyéthylène-polyester à un conducteur, on enroule la première couche autour du conducteur avec la face polyester devant le conducteur et la face polyéthylène à l'extérieur.
La seconde couche présenté des surfaces en ordre inverse, la couche de polyéthylène étant placée le plus à l'intérieur et la couche de polyester à l'extérieur. Le conducteur enroulé peut être soumis alors à un traitement thermique, soit à ce moment, soit plus tard dans le processus de fabrication, en sorte que les couches de polyéthylène fondent et se lient, en formant un ensemble intégré ayant d'excellentes qualités isolantes.
Si l'on désire une épaisseur plus grande encore d'isolant, il est préférable d'augmenter l'épaisseur des pellicules appliquées bien qu'une couche extérieure de pellicule puisse être ajoutée aussi.
En variante, la mince pellicule isolante peut être extrudée directement sur le conducteur, en utilisant une matière thermoplastique qui a une viscosité suffisamment faible pour permettre l'extrusion sous forme mpelliculaire mince de façon satisfaisante. Des compositions de polyester
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sont préférables en général, en particulier les polyesters de polyéthylène glycol et d'acide téréphtalique, mais des matières telles que les compositions à base de polytétra- - fluoréthylène peuvent être utilisées aussi. En gênerait une couche isolante extrudée suivatil'invention ne doit pas avoir une épaisseur dépassant environ 0,125 mm.
Ainsi, on peut voir qu'un câble pour rayons X a été fabriqué en utilisant sensiblement le même équipement de production que celui utilisé dans le passé, mais en obtenant une flexibilité beaucoup plus grande sans diminution de rendement.
Les spécialistes pourront apporter des modifications à l'invention décrite ci-dessus pour en utiliser le concept sans s'écaer de son esprit.
Ainsi, par exemple, le câble intérieur a été décrit et représenté ici comme formé d'une paire de conducteurs ntte et d'une paire de conducteurs isolés. Cependant, il pourrait être formé tout aussi bien avec un conducteur nu unique et un seul conducteur isolé ou à partir de deux ou plusieurs conducteurs isolés avec un ou plusieurs conducteurs nus.
Sous ce rapport, des tubes à rayons X peuvent être faits avec une électrode de commande disposée entre le filament et l'écran du tube.le câble tel que représenté à la figure 6 peut être employé avec un tel tube. En se reportant à présent à la figure 6, les conducteurs 71 et 72 sont couverts d'un isolant, soit constitué de couches superposées, soit d'une pellicule mince extrudée suivant l'invention. Les conducteurs 73, 73' sont nus et sont au même potentiel en cours d'emploi. Un cinquième- conducteur 74 est câblé ensemble avec les quatre autres conducteurs pour former le noyau du câble.
Le reste de la structure du câble est sensiblement la même que celle du câble de l'invention représenté à la figure 2.
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En cours d'emploi, leconducteur 74 peut être mis en fonctionnement avec une tension différentielle allant jusqu'à 2500 volts, par rapport aux quatre autres conducteurs. Par suite, le conducteur 74 est enfermé dans une couche de matière isolante 75 qui fournit une protection électrique suffisante.
Dans ce but, une coucho extrudée d'une épaisseur d'environ 0,625 mm est préférée. Cette couche est de préférence protégée par une couche supérieure 76 formée par une bande enroulée en hélice, comme par exemple une pellicule de polyester qui est métallisée à sa surface extérieure. Aussi bien l'isolant que la bande, suivant la présente invention, sont formés avec l'épaisseur lplus faible possible.