Brevet FR2355658A1 — publié le 19780120

La présente invention concerne un convertisseur électromécanique pour clavier pour fournir des impulsions électriques à un dispositif de traitement de signaux suite à une manoeuvre du convertisseur en réponse à une force d'entrée mécanique. Quand un tel appareil est utiliséJil est désirable d'avoir un appareil qui produit un signal de sortie uniforme quand un convertisseur pour clavier est manoeuvré d'une position, ou d'un état, à une autre. Une telle uniformité du signal de sortie réduit largement les possibilités d'erreur qui se présentent en utilisant des dispositifs de traitement de signaux qui peuvent être commandés par un clavier ou un dispositif similaire. Pour les appareils convertisseursdu type à capacité, le problème peut être plus critique que celui rencontré précédemment dans les dispositifs électromécaniques à contact, bien que les hommes de l'art sachent qu'un effort considérable a été fait pour le développement et l'évolution de convertisseurs robustes et sûrs pour convertir des entrées mécaniques en signaux électriques ou similaires. On a aussi essayé de fournir dans des dispositifs connus de ce genre une sensation tactile quand un mouvement mécanique est appliqué au convertisseur pour causer un changement d'un état à l'autre pour permettre à un opérateur une sensation confortable sous tous les rapports substantiels en manoeuvrant le convertisseur, par exemple dans un clavier numérique ou alphabétique qui peut être utilisé pour produire des signaux électriques relatifs à une information à traiter dans des ordinateurs ou dispositifs similaires. L'objet de la présente invention est de fournir un converds- seur pour convertir un mouvement mécanique en un signal utile d'une manière économique qui satisfera des facteurs de l'environnement humain et fournira un signal de sortie uniforme conséquent à un dispositif de traitement de signaux. Selon l'invention un convertisseur est fourni qui convertit une force mécanique en une impulsion électrique uniforme destinée à être utilisée par un dispositif ou moyen de traitement de signaux. Ceci est réalisé en prévoyant un élément formant une capacité et composé de deux éléments espacés sur un substrat isolé et en détectant la variation de capacité entre lesdits éléments quand l'espace diélectrigue entre eux est changé. Dans un convertisseur incorporant les principes de la présente invention un élément flexible formé par un film conduc teur et une couche diélectrique sont disposés sur un support arrière élastique et adaptés pour être précontraints contre l'élement formant la capacité. Une variation substantielle de la capacité entre ledit élément est effectuée quand la matiere diélectrique fine est disposée sur une fente entre l'élément formant la capacité. Afin de fournir une variation de capacité conséquente, une fente à largeur uniforme est de préférence main tenue. Ceci est réalisé par l'utilisation d'un support arrière élastique qui fait que les films flexibles métalliques et diélectriques s'adaptent aux irrégularités de la surface de l'élément formant la capacité et de ses deux éléments. Le support arrière élastique pour le film flexible est disposé à l'extrémité d'une tige à laquelle est fixées son tour une touche à son autre extrémité pour fournir des déplacements mécaniques linéaires pour-déplacer le film flexible dlune posi tion de contact avec l'élément formant la capacité vers une position dans laquelle il est substantiellement hors de contact pour varier ainsi la capacité entre les éléments de l'élément formant la capacité. La tige sur laquelle sont disposés le film flexible et la touche est précontrainte en direction de la position de repos et son contact avec l'élément formant la capacité par l'utilisation d'un élément de précontrainte en forme de tronc de cône formé par un matériau élastomère qui ne sert pas seulement pour main tenir la tige dans la position de repos dans laquelle la tige flottera, mais qui sert aussi à fournir une sorte d'effet de cliquet de sa force de précontrainte d'une position de pré contrainte de la tige éloignée de l'élément formant la capacité vers une position qui permettra une manoeuvre et pression complète de la touche, de la tige, du support et des films flexibles en contact consistant avec l'élément formant la capacité, ledit support élastique disposé entre les films flexibles et l'extrémité de la tige servant à fournir une sur-course substantielle delta tige de sorte à fournir un arrêt élastique pour la tige en supplément à l'arrêt élastique qui est fourni par un flasque intermédiaire sur la tige adapté pour contacter les côtés de l'élément de précontrainte élastomère de forme de tronc de cône quand la tige se trouve dans une position de service. On peut donc reconnaître que l'appareil non-compliqué du présent convertisseur fournit un dispositif qui peut être incorporé dans un ensemble de clavier ou similaire qui fournit une sensation familiaire à un opérateur et qui fournit d'une manière économique un signal uniforme, conséquent et sQr. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation préféré de l'invention représenté dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue partielle de côté en perspective d'une partie d'un ensemble de clavier incorporant les principes de la présente invention; la figure 2 est une section aggrandie de l'appareil de la figure 1; la figure 3 est une section partielle le long de la ligne 3-3 de la figure 1 et montrant le convertisseur dans la position de repos; la figure 4 est une section aggrandie le long de la ligne 4-4 de la figure 1 et montrant le convertisseur dans la position de service; la figure 5 est une section partielle le long de la ligne 5-5 de la figure 4; et la figure 6 est une section partielle le long de la ligne 6-6 de la figure 5. Dans les figures 1 à 6 un convertisseur 50 est montré monté sur une base ou substrat isolant 51 qui peut être fait d'une matière isolante appropriée, telle qu'elle est utilisée pour des cartes de circuit imprimé et autre Le convertisseur 50 comprend un bouton de touche 10 qui est fixé à l'extrémité supérieure d'une tige de manoeuvre 11 supérieure. La tige de manoeuvre 11 est disposée de façon à pouvoir exécuter un mouvement de va-et-vient dans une ouverture de forme complémentaire s 'étendant à travers la partie supérieure d'un boîtier supérieur 12. Un flasque s'étendant radialement vers l'extérieur est disposé à l'intérieur du boîtier 12 et s'étend à partir de l'extrémité inférieure de la tige de manoeuvre ll supérieure. Bien que non montré dans les dessins, la chambre intérieure et l'ouverture dans la partie supérieure du hitier supérieur 12 peuvent être cylindriques ou de forme non-symétrique comme illustré dans la figure 1. Une tige de manoeuvre inférieure 21 s'étend à travers une douille de guidage 29 dans la partie supérieure d'un boîtier inférieur 22. Le boîtier inférieur 22 est ouvert à son extrémité inférieure et comprend une paire de pièces d'écartement 23 le long opposées du fond d'arrêtes latérales / pour des fins décrits plus loin. Un dispositif 17 élastomère de precontrainX et de retour ayant une forme générale en tronc de cône est muni d'un flasque 31 s'étendant vers l'extérieur et complémentaire à la forme d'une gorge 18 disposée autour de la périphérie intérieure de la partie inférieure ouverte du boîtier supérieur 12 et d'une ouverture à sa partie supérieure qui est disposée sur la partie à diamètre réduit de la tige inférieure 21 sous une rondelle 15 disposée dans une gorge 19 dans l'extrémité inférieure de la tige supérieure 11 et entre la partie principale de la tige inférieure 21. Une Vis 13 s'étend à travers une rondelle 14 dans une ouverture filetée 20 dans l'extrémité supérieure de la tige inférieure 21 pour relier ainsi directement et solidement la tige supérieure 11 à la partie supérieure de la tige inférieure 21 et pour coupler l'ensemble à l'ouverture s'étendant à travers l'extremitesuperieure à diamètre réduit du dispositif élastomère de retour 17. L'extrémité inférieure de la tige de manoeuvre 21 comprend un flasque 24 en forme de coin ou plat auquel est fixé un tampon 25 d'une matière élastique compressible, telle qu'une écume plastique spongieuse. Un film flexible de matière diélectrique 27 muni d'un film supérieur flexible de matière conductrice 26 est fixé à la surface inférieure'du tampon compressible 25. La base de montage 51 est formée par une plaque de circuit imprimé 30 munie d'un dessin de conducteurs 32 et 33 connectés à une pluralité d'éléments 34 armant une capacité et de forme complémentaire, dont chacun est formé d'une paire d'éléments formant une capacité, ou d'électrodes de forme complémentaire 28, qui sont séparés par une fente 35 substantiellement uniforme. La partie inférieure ouverte du boîtier inférieur 22 peut être disposée de sorte à former un angle avec la base de montage 51 en prévoyant des éléments de montage appropriés, telles que des pièces d'écartement 23 et une matière adhésive appropriée. De la même façon on peut voir que les boîtiers supérieur et inférieur 12 et 22 sont fixés l'un à l'autre de la même façon et maintenus dans une telle position par l'utilisation d'une matière adhésive appropriée (non montrée). En outre, l'assemblage du tampon 25 au coin 24 et l'assemblage des films conducteurs flexibles 26 et 27 au tampon 25 peuvent être faits de la même manière en utilisant une matière adhésive appropriée, ce qui est évident pour l'homme de l'art du domaine de la présente invention. De même la configuration spécifique des éléments 34 formant la capacité, la position de ces éléments par rapport à la reia tion de ces éléments avec les conducteurs 32 et 33 ou autres (non montrés) peuvent être déterminés par l'homme de l'art du domaine de la présente invention. I1 suffit de dire que les conducteurs 32 et 33, ou des conducteurs similaires, peuvent être reliés de façon appropriée à des moyens de traitement de signaux pour rendre le mode de réalisation illustré de l'invention opérationnel dans son utilisation désigné, par exemple, comme clavier pour une machine à écrire ou un calculateur. Lors du fonctionnement, le convertisseur 50 est assemblé de la manière montrée dans les dessins et disposé sur une base de montage 51 en utilisant des pièces d'écartement 23 qui sont fixées solidement aux deux éléments. Le dessin des éléments capacitifs 34 comprenant les éléments 28 et la fente 34 et les conducteurs 32 et 33 ont été précédemment disposés ou autrement formés sur ou dans la surface ou la carte à circuit imprimé 30 pour former la base 51. Le convertisseur 50 se trouve normalement dans sa position de repos représenté dans la fig. 3 dans laquelle la tige formée par les éléments supérieurs et inférieurs 11 et 21 se trouve dans sa position la plus élevée sous la force de précontrainte exercée par le dispositif de retour 17 et dans cette position on voit qu'un espace est formé entre le flasque 16 sur l'extrémité inférieure de la tige supérieure 11 et la partie intérieurede la chambre définie par la partie inférieure du boîtier supérieur 12 pour permettre un mouvement libre prédéterminé et en fait un flottement de l'assemblage dans sa position de repos. Quand une force est initialement appliquée à la partie supérieure en poussant la touche 10 par un opérateur, l'assemblage des tiges sera déplacé vers le bas et une résistance considérable à ce mouvement sera fournie par la forme en tronc de cône du dispositif élastomère de retour 17. En un point sur le chemin de déplacement vers le bas la résistance disparaît soudainement et le-mécanisme entier formé par la touche 10, la tige supérieure 11, et la tige inférieure 21 peut se déplacer rapidement vers le bas pour placer le film diélectrique 27 en contact avec les parties supérieures des éléments électrodes 28 de l'élément 34 formant la capacité de sorte à former un pont sur la fente 35. Tant que la force exercée sur la touche 10 continue, le tampon compressible d'écume 23 est comprimé'tel que montré dans la figure 4à la fin du parcours vers le bas ou de la manoeuvre du convertisseur 50. La compression de la matière spongieuse sert à adapter le film diélectrique flexible 27 et son film métallique flexible 26 aux irrégularités qui peuvent exister sur les surfaces des éléments 34 formant la capacité pour fournir un transfert uniforme d'énergie entre les éléments 28 à travers la fente 35. Au fur et à mesure que le tampon 25 est comprimé, il forme une résistance accroissante au déplacement vers le bas des parties mobiles du convertisseur 50 et sert à limiter le parcours en supplément à l'arrêt de la sur-course qui est fournie par l'interaction de la surface inférieure du flasque 16 sur la tige supérieure 11 et la surface supérieure du dispositif de retour 17 en forme de cône comprimé pour fournir un arrêt élastique et effectif de sur-course tout en permettant au tampon spongieux 25 de maintenir ces caractéristiques de fonctionnement élastique. Une comparaison de l'épaisseur du tampon 25 dans les figures 3 et 4 indquera que la compression de celui-ci qui sert à adapter loe films diélectriques et métalliques 27 et 26 à la surface des éléments 28 de l'élément capacitif 34. Les figures 5 et 6 sont des vues partielles montrant la relation entre les films et l'élément capacitif dans la position de service. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au mode de réalisation qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non-limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVEND ICAT IONS 1. Convertisseur électromécanique pour clavier, caractérisé par une tige pouvant exécuter un mouvement de va-et-vient et comprenant une extrémité adaptée pour servir comme élément de manoeuvre de la tige, un tampon élastique disposé à l'autre extrémité de ladite tige, une paire d'éléments électrodes conducteur muni chacun d'une borne et séparé par une fente, et un moyen d'électrode flexible de shuntage disposé sur l'extrémité dudit tampon pour être disposé conformément sur lesdits éléments électrodes. 2. Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé par un moyen de précontrainte destiné à maintenir l'autre extrémité de ladite tige dans une position éloignée des éléments électrodes. 3. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen d'électrodes flexibles de shuntage est formé par une couche. extérieure de matière diélectrique et une couche intérieure de matière conductrice. 4. Convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite tige est disposée dans un boîtier et que ledit moyen de précontrainte est disposé dans une chambre dans ledit boîtier. 5. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 2 et 4, caractérisé en ce que ledit moyen de précontrainte est une matière élastomère. 6. Convertisseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite tige comprend une partie s'étendant radialement vers l'extérieur adaptée pour contacter ledit moyen de précontrainte et pour agir d'arrêt pour celui-ci. 7.Convertisseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moyen de précontrainte est de forme de tronc de cône. 8. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éléments électrodes sont disposés sur une base et le moyen d'élastiques deshuntage a une forme complémentaire. 9. Convertisseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments électrodes et le boîtier sont disposés sur une même base, le tampon sur ladite tige étant disposé au-dessus des éléments électrodes pour être déplacés vers ou éloignés de celles-c-i.