Brevet FR2046721A1 — publié le 19710312

i. 2046721 La présente invention se rapporte à des dispositifs de commutation et plus particulièrement elle concerne des dispositifs de commutation du type capacitif pour l'alimentation d'une tension alternative d'entrée & une pluralité de circuits de sortie lorsque 5 le dispositif est "fermé"* et coupant effectivement l'alimentation de cette tension à ces circuits de sortie lorsque le dispositif est "ouvert", l'alimentation de cette tension à ces circuits de sortie étant effectuée, lorsque le dispositif est "fermé, non par la fermeture de contacts électriques dans le dispositif mais par 10 l'établissement dans celui-ci d'un couplage de capacité d'entrée-sortie approprié, 1T"ouverture" du dispositif étant effectuée en réduisant de telle façon le couplage de capacité d'entrée-sortie qu'il devienne, d'un point de vue pratique, négligeamment petit. Bien que n'étant pas limitée à cette application, la présente in-15 vention est tout d'abord prévue pour l'application suivante à savoir prévoir des commutateurs pour fonctionner aux moyens de touches dans un clavier d'un transmetteur téléscripteur ou dispositif identique. Beaucoup de transmetteurs-téléscripteurs modernes et des dis-20 positifs semblables, tels que des imprimeurs à bande perforée, sont commandés par un clavier dont chaque touche est appropriée à un "caractère" différent (assez semblable aux touches d'un clavier de machine à écrire) et qui fonctionne, lorsqu'elle est commandée, pour alimenter une tension alternative d'entrée à une combinaison 25 particulière de circuits de sortie, chaque combinaison différente étant faite par la commande d'une touche différente et étant unique pour un "caractère" différent. Dans quelques équipements les touches commandent des commutateurs ordinaires à multi-eontacts qui effectuent galvaniquement le circuit entre l'entrée et la com-50 binaison choisie de sorties. Cependant de tels commutateurs du type à contacts, ne donnent pas réellement satisfaction principalement du fait qu'ils sont de façon inhérente "bruyants", c'est-à-dire électriquement bruyants. De plus, ils nécessitent des soins et un entretien considérables et doivent être de haute qualité (et 55 par conséquent pas bon marché) afin d'atteindre une fiabilité sur de longues périodes d'utilisation même si le "bruit" électrique est accepté, mais un tel "bruit" est au moins très sujet à objections dans un très grand nombre de cas. Pour ces raisons des commutateurs de type capacitif doivent être préférés pour des utili-40 sations telles que celles mentionnées ci-dessus. Cependant, les 70 21724 2. 2046721 commutateurs de type capacitif tels que connus à présent» bien qufils soient meilleurs que les commutateurs du type à contacts quant au "bruit", sont encore loin d'être "silencieux" et risquent de rencontrer les nécessités souvent très onéreuses que l'on trou-5 ve de nos jours dans ces cas. La raison principale pour ceci est que de tels commutateurs capacitifs connus, bien qu'utilisant des capacitances plutôt que des contacts pour le couplage d'une tension d'entrée à des circuits de sortie, comportent encore la fabrication d'une connexion électrique galvanique à un élément mobile du eom-10 imitateur. De telles connexions comportent l'utilisation de contacts glissants ou de câbles flexibles de raccordement pour accomoder le déplacement de l'élément mobile lorsqu'une touche est commandée, et même si de telles connexions sont seulement des connexions à la terre, elles sont (dans le cas de contacts glissants) sujettes 15 toujours à causer "du bruit" et (dans le cas de câbles flexibles de raccordement) susceptibles de causer "du bruit" après avoir été en utilisation pendant quelques temps du fait d'imperfections se développant dans les câbles après des flexions répétées. De plus, des câbles flexibles de raccordement ne sont pas mécaniquement sa-20 tisfaisants ou appropriés pour de telles fonctions. La présente invention tente de fournir des commutateurs du type capacitif améliorés, appropriés pour une utilisation dans des buts tels que ceux énoncés ci-dessus, lesquels commutateurs doivent être,en fait, de "bruit" électrique très faible, et lesquels doivent 25 être en même temps fiables sur de longues périodes d'utilisation, ne nécessiter presque aucun entretien et être compacts et peu coûteux à fabriquer. Comme on le verra ci-après, ces objets sont atteints par un dispositif de commutateur amélioré dans lequel il n'existe de fait aucune connexion électrique à l'élément mobile. 30 Selon la présente invention un dispositif de commutateur ca pacitif comprend tin élément d'entrée fixe ayant un jeu d'électrodes d'entrée espacées qui sont connectées à la borne d'entrée du dispositif et, interposées entre elles, un second jeu d'électrodes espacées qui (en cours d'utilisation) sont connectées à "la terre" 35 ou à "la masse" ; un élément de sortie fixe espacé depuis l'élément d'entrée et ayant un premier jeu d'électrodes de sortie espacées connectées aux bornes de sortie et, interposées .entré elles, un second jeu d'électrodes espacées qui (en cours d'utilisation) sont connectées à la "terre" ou à la "masse" ; et dans l'espace en-40 tre les éléments d'entrée et de sortie, un élément mobile incluant 70 21724 3. 2046721 line pluralité de pièces rapportées conductrices espacées dont chacune fournit une paire de faces conductrices l'une sur chaque côté de l'élément, l'élément mobile étant mobile entre les positions de limitation telles que, ainsi que les électrodes sur les éléments 5 fixes et les faces conductrices sur l'élément mobile étant en un tel agencement relatif que, dans une position dudit élément mobile chaque pièce rapportée fournisse une connexion entre deux capaci-tances en série, l'une établie entre une électrode d'entrée et ladite pièce rapportée et l'autre établie entre celle-ci et une élec-10 trode de sortie, alors que, dans l'autre position de limitation, ladite pièce rapportée fournit une connexion entre deux capacitan-ces établies entre ellëset deux électrodes mises à la terre, l'une sur l'élément d'entrée et l'autre sur l'élément de sortie. De préférence, les électrodes et les faces conductrices sont 15 toutes de même surface et de même forme. De préférence également, les électrodes d'entrée et les électrodes mises à la terre sur l'élément fixe sont portées par un ruban isolant et alternent en position le long de celui-ci ; les é-lectrodes de sortie et les électrodes mises à la terre sur l'élé-20 ment de sortie sont de façon semblable portées par un ruban isolant et alternent le long de celui-ci j les éléments d'entrée et de sortie sont parallèles les uns aux autres et en relation mutuelle telle que, et construits de telle façon que, chaque électrode de sortie est alignée avec une électrode d'entrée et chaque élec-25 trode mise à la terre sur 1'élément de sortie est alignée avec une électrode mise à la terre sur l'électrode d'entrée j et les pièces rapportées sur l'élément mobile sont" également portées par un support isolant et situéesdans celui-ci de telle façon que, dans une position de limitation, chacune d'ellesest alignée avec et entre 30 line électrode d'entrée et une électrode de sortie, alors que dans l'autre position de limitation, chacune d'elles est alignée avec et entre deux électrodes mises à la terre, l'une sur l'élément d'entrée et l'autre sur l'élément de sortie. De préférence encore chaque pièce rapportée comprend deux é-35 lectrodes opposées l'une à l'autre, une sur chacune des deux faces de l'élément mobile, et une connexion qui passe au travers dudit élément mobile et les connecte ensemble. De préférence, les éléments mobiles, d'entrée et de sortie, sont constitués chacun par une structure de circuit imprimé. 40 Dans un exemple de réalisation préféré de cette nature, la struc 70 21724 i». 2046721 ture de circuit imprimé constituant l'élément mobile à chacune de ces pièces rapportées constituée par deux dépôts conducteurs, un sur chaque côté de celle-ci, et une connexion entre elles constituée par un trou "direct débouché". 5 La présente invention peut être réalisée avantageusement dans une double structure de commutateur ayant un élément d'entrée avec des électrodes mises à Ta terré et d'entrée sur les deux faces de celui-ci j deux éléments de sortie avec des électrodes mises à la terre et de sortie, ces éléments de sortie étant chacun sur cha-10 que côté de l'élément d'entrée i et deux éléments mobiles avec des pièces rapportées, chaque élément mobile étant situé entre l'élément d'entrée et un élément de sortie différent. La présente invention sera maintenant décrite en relation a-vec les dessins ci-joints dans lesquels î 15 La figure 1 est une vue, partie en coupe, partie schématique, représentant un exemple de réalisation de la présente invention, et Les figures 2 et 3 sont des diagrammes de circuit équivalent exposant le fonctionnement de l'exemple de réalisation de la fi-20 gure 1. Le dispositif de commutation capacitif représenté dans la figure 1 est conçu, dans une position, pour alimenter un potentiel alternatif d'entrée appliqué à une borne d'entrée IN vers une pluralité de bornes de sortie 01, 02, 03, 04 ... et, dans une autre 25 position, sensiblement pour couper l'entrée à IN et empêcher le potentiel d'atteindre les bornes de sortie. Le dispositif de la figure 1 peut être l'un d'un nombre de commutateurs capacitifs, chacun commandé par une touche différente dans un clavier d'un transmetteur téléscripteur, chaque touche, lorsqu'elle est comman-30 dée, alimentant le potentiel alternatif d'entrée (commun à tous les commutateurs) à une combinaison différente de conducteurs de sortie3 chaque combinaison différente étant spécifique et caractéristique du "caractère" associé avec une touche différente. En se référant à la figure ls 1:entrée à IN est alimentée à 35 un noœbre de petites électrodes 1 qui peuvent être dë toute forme approprié©, à savoir sous forme de disquesou rectangulaires et qui sont prévues sur un ruban porteur isolait approprié 3 qui est fixe. Les électrodes 1, supposées ci-après sous forme de disques, sont toutes connectées à la borne d'entrée IN. Entre les électrodes 1 40 sous forme de disques le long du rafoan 3 se trouvent d'autres 70 21724 5. 2046721 électrodes 2 qui sont semblables aux électrodes 1, à l'exception que, au lieu d'être connectées à la borne IN, elles sont connectées à la terre. Le ruban 3 avec ses électrodes sous forme de disques 1 et 2 sur une face de celui-ci, sera référencé ci-après "é-5 lément d'entrée". De préférence, les électrodes 1 et 2, les connecteurs entre les électrodes 1 (connecteurs, au moyen desquels elles sont connectées à un conducteur menant à la borne IN), et les connecteurs entre les électrodes 2 (connecteurs,au moyen desquels elles sont connectées à la terre) sont constitués, avec le ruban 3, 10 par une structure dénommée structure de circuit imprimé dont le ruban 3 constitue le "panneau arrière" isolant de la structure et les électrodes et les connecteurs sont constitués par le métal qui y est déposé. Dans la construction particulière représentée sur la figure 1, les électrodes 1 et 2 sont sur une face du ruban 3 et 15 les connecteurs (représentés schématiquement simplement comme câbles ou fils externes) sont sur l'autre face de ce ruban 3, les connexions nécessaires au travers de ce dernier étaient faites, selon la pratique courante de circuit imprimé, par des trous 4 dits trous "directs débouchés". 20 L'autre élément fixe du commutateur; dénommé ci-après "élé ment de sortie" est la contre-partie de l'élément d'entrée et comporte un ruban isolant 33 avec des électrodes sous forme de disques 11, connectées aux conducteurs de sortie 01, 02, 03, 04 ..... et, entre elles le long du ruban, des électrodes sous forme de disques 25 22 qui sont toutes connectées à la terre. Toutes les électrodes sous forme de disques 1, 2, 11 et 22 sont identiques, les électrodes 1 et 11 étant directement opposées les unes aux autres et les électrodes 2 et 22 étant également directement opposées les unes aux autres. L'élément de sortie, comme l'élément d'entrée, est éga-30 lement de préférence formé, tel que représenté sur la figure 1, comme une structure de circuit imprimé. Le seul élément mobile du dispositif de commutateur est l'élément qui est représenté dans l'espace séparant les éléments d'entrée et de sortie. Il est mobile grâce à une touche (non représen-35 tée) vers le haut ou vers le bas, tel qu'indiqué par la flèche à double pointe. Il comporte un ruban isolant 5 avec des pièces rapportées d'électrode 6 présentant des faces d'électrodessous forme de disquessur les deux côtés dudit ruban 5. Dans la construction préférée représentée, chacune de ces pièces rapportées est consti-40 tuée par deux électrodes alignées identiques qui sont opposées l'u- 70 21724 6. 2046721 ne à l'autre, une sur chaque côté du ruban 5 et connectées ensemble par une connexion passant au travers du ruban. Comme précédemment, la méthode de construction de circuit imprimé est de préférence utilisée par l'élément mobile, les électrodes sur les deux 5 côtés du ruban isolant 5 étant constituées par du métal déposé et chaque connexion entre deux électrodes qui,avec cette connexion, constituent une pièce rapportée 6, étant constituée par un trou "direct débouché", tel qu'indiqué dans la figure 1. Toutes les é-lectrodes sous forme de disques 1, 11, 2, 22 et celles sur l'élément 10 mobile sont semblables. L'élément mobile à autant de pièces rapportées 6 qu'il y a d'électrodes 1 sur l'élément d'entrée ou d'électrodes 11 sur l'élément de sortie. Ces pièces rapportées sont situées de telle façon que,dans une position de limitation de l'élément mobile, dénommée ci-après "position de couplage" - qui est re-15 présentée dans la figure 1.- il y a une pièce rapportée 6 entre chaque électrode 1 et chaque électrode 11 afin de fournir ainsi le couplage par deux capaeitances comparativement grandes en série entre lesdites électrodes 1 et 11. En conséquence, la tension alternative d'entrée à IN est, dans cette position de couplage, cou-20 plée aux bornes de sortie 01, 02, 03, 04 .... Le circuit équivalent électriquement pour chaque paire d'électrodes 1 et 11, lorsque le dispositif de commutateur est dans la position de couplage, est celui représenté dans la figure 2, les deux capacitances en série é-tant référencées 1-6 et 6-11. 25 Dans l'autre position de l'élément mobile, dénommée ci-après la position "découplée", cet élément mobile est déplacé à son autre position de limitation dans laquelle chaque pièce rapportée 6, au lieu de se trouver entre et alignée avec deux électrodes 1 et 11, est située entre et alignée avec deux électrodes mises à la 30 terre 2 et 22. Dans cette position découplée, la borne d'entrée est, parlant de façon pratique, découplée des bornes de sortie. Le circuit équivalent pour la position découplée est représenté dans la figure 3. Chaque pièce rapportée est à présent couplée à la terre par l'intermédiaire de deux capacitances relativement grandes 35 en parallèle, l'une, référencée 2-6, entre une électrode 2 et une pièce rapportée 6, et l'autre, référencée 22-6, entre une électrode 22 et ladite pièce rapportée 6. Il y aura également une petite capacitance, référencée 1-11, entre chaque électrode 1 et l'électrode opposée 11 couplant l'entrée à la sortie, mais en supposant 40 un espacement raisonnablement grand et une configuration propre 70 21724 7. 2046721 entre les éléments d-entrée et de sortie, ceci, bien que non désiré, sera négligeamment petit. Il y aura également, théoriquement à n'importe quel taux, u-ne petite quantité de couplage indésirée entre l'entrée et la sor-5 tie due aux deux capacitances supplémentaires très petites en série, référencées 1-6 et 6-11, due au petit couplage total qui existera entre chaque pièce rapportée 6 et les électrodes les plus proches 1 et 11. Par une conception appropriée, ces deux capacitances en série peuvent être aisément rendues négligemment; petites. 10 On notera qu'il n'existe aucune connexion dans n'importe quelle partie du dispositif de commutation à l'exception seulement de l'élément mobile. Ceci est un grand avantage du point de vue du fonctionnement "sans bruit", défaut pour effectuer ce qui à un haut degré souvent nécessité est l'un des défauts le plus impor-15 tant des commutateurs capacitifs comparables connus. Eh fait, il n'existe aucun contacts glissants ou de connexions, n'importe ou dans le dispositif de commutateur, aux parties mobiles ou entre les parties qui se déplacent par rapport les unes aux autres. De plus, la connexion mécanique (non représentée) à l'élément mobile 20 depuis la touche (non représentée)est faite à l'élément isolant (le ruban 5) de telle façon qu'il ne s'élève aucun problème quant à l'isolation de la touche. Aussi, le dispositif est simple, compact et se prête aisément à la construction par les procédés de circuit imprimé, de façon telle qu'il peut être fabriqué à bon 25 marché. L'élément d'entrée dans la figure 1 a des électrodes sur une face seulement. Si désiré il peut être prévu avec des électrodes supplémentaires (dans tout agencement relatif approprié désiré) sur l'autre face aussi bien, la moitié de ses électrodes étant con-30 nectées à l'entrée et l'autre moitié étant mises à la terre j un second élément de sortie ayant des électrodes coopérant avec lesdites électrodes supplémentaires sur ledit élément d'entrée peut être prévu dans une position symétrique vers ledit élément d'entrée a-vec l'élément de sortie représenté dans la figure 1 ; et un élé-35 ment mobile supplémentaire, mobile soit indépendamment, soit avec l'élément mobile représenté (dépendant des nécessités), peut être prévu entre l'autre face mentionnée ci-dessus de l'élément d'entrée et le second élément de sortie. Un tel dispositif symétrique à "cinq éléments", comprenant un élément d'entrée central avec des 40 électrodes sur les deux faces, deux éléments mobiles (mobiles en 70 21724 8. 2046721 semble ou indépendamment) sur chaque c6té dudit élément d'entrée, et deux éléments de sortie, chacun.vers l'extérieur d'un élément mobile différent, aurait l'avantage d'être même plus compact que le dispositif représenté. De plus, il se prêterait à la prévision 5 d'un clavier à touches dans lequel chaque touche pourrait être appropriée à deux caractères, par exemple, un caractère "lettre minuscule" et un caractère "lettre majuscule" sélectable par un circuit logique extérieur agencé pour sélecter la sortie correspondante à celle désirée des deux caractères et sous la commande d'u-10 ne touche "décalage" ou commutateur ou d'une touche de sélection "réglage de code" ou commutateur. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme 15 de l'art. 70 21724 9. 2046721 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de commutateur capacitif, caractérisé en ce qu'il comprend : un élément d'entrée fixe ayant un jeu d'électrodes d'entrée espacées qui sont connectées à la borne d'entrée du 5 dispositif et, interposées entre elles un second jeu d'électrodes séparées qui (en cours d'utilisation) sont connectées à la "terre" ou à la "masse" ; un élément de sortie fixe espacé depuis l'élément d'entrée et ayant un premier jeu d'électrodes de sortie espacées connectées aux bornes de sortie et, interposées entre elles un se-10 cond jeu d'électrodes espacées qui (en cours d'utilisation) sont connectées à la "terre" ou "masse" ; et dans l'espace entre les é-léments d'entrée et de sortie, un élément mobile ayant en lui une pluralité de pièces rapportées conductrices espacées dont chacune fournit une paire de faces conductrices, une sur chaque cSté dudit 15 élément, l'élément mobile étant mobile entre des positions de limitation telles que, et les électrodes sur les éléments fixes et les faces conductrices sur l'élément mobile étant dans un tel a-gencement relatif que, dans une position dudit élément mobile chaque pièce rapportée fournit une connexion entre deux capacitances 20 en série établies,une entre une électrode d'entrée et ladite pièce rapportée, et l'autre entre ladite pièce rapportée et une électrode de sortie, alors que, dans l'autre position de limitation, ladite pièce rapportée fournit une connexion entre deux capacitances établies entre cette pièce et deux électrodes mises à la terre, 25 une sur l'élément d'entrée et l'autre sur l'élément de sortie. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes et les faces conductrices sont toutes de même surface et de même forme. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, carac-30 térisé en ce que les électrodes d'entrée et les électrodes mises à la terre sur l'élément fixe sont portées par un ruban isolant et alternent en position le long dudit ruban j les électrodes de sortie et les électrodes mises à la terre sur l'élément de sortie sont de façon semblable portées par tin ruban isolant et alternent 35 le long dudit ruban ; les éléments d'entrée et de sortie sont parallèles les uns aux autres et en relation mutuelle telle que, et construits de telle façon que, chaque électrode de sortie est alignée avec une électrode d'entrée et chaque électrode mise à la terre sur l'élément de sortie est alignée avec une électrode à la 40 terre sur l'électrode d'entrée ; et les pièces rapportées sur l'é 70 21724 10. 2046721 lément mobile sont également portées par un porteur isolant et situées dans celui-ci de telle façon que, dans une position de limitation, chaque pièce rapportée est alignée avec et entre une entrée et une électrode de sortie, alors que dans l'autre position 5 de limitation, chaque pièce rapportée est alignée avec et entre deux électrodes mises à la terre, une sur l'élément d'entrée et l'autre sur l'élément de sortie. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à ~5» caractérisé en ce que chaque pièce rapportée comporte deux é- 10 lectrodes opposées l'une à l'autre, une sur chacune des deux faces de l'élément mobile, et une connexion qui passe au travers dudit élément mobile et les connecte ensemble. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments mobiles, de sortie et d'en- 15 trée sont constitués ehacun par une structure de circuit imprimé. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la structure de circuit imprimé constituant l'élément mobile a chaque pièce rapportée constituée par une paire de dépôts conducteurs, l'un sur chaque côté de celle-ci, et une connexion entre 20 eux , constituée par un trou dit "direct débouché". 7 - Double structure de commutateur comportant deux dispositifs de commutateur selon 1'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'elle comprend un élément d'entrée avec des électrodes mises à la terre et d'entrée sur les deux faces de ce- 25 lui-ci ; deux éléments de sortie avec des électrodes mises à la terre et de sortie, ces éléments de sortie étant l'un sur ehacun des côtés de l'élément d'entrée ; et deux éléments mobiles avec des pièces rapportées, chaque élément mobile se trouvant entre l'élément d'entrée et un élément de sortie différent. 30 8 - Transmetteur-téléscripteur ou dispositif identique, ca ractérisé en ce qu'il comprend et utilise un clavier dont les touches sont connectées mécaniquement pour commander les structures ou dispositifs de commutateur tels que revendiqués selon l'une des revendications 1 à 7. 35