Brevet FR2331838A1 — publié le 19770610

L'invention concerne un clavier de commande à contacts momentanés destinés notamment à équiper des calculatrices Qlectroniques,des postes téléphoniques ou tous autres dispositifs de commande multiple, note eut k l'étant miniaturisé. La réalisation de calculatrices électroniques de petites dimensions, pouvant être placées dans une poche ou au poignet avec un bracelet semblable à un bracelet-montre, néces- site la mise en oeuvre de claviers très peu encombrants, bien que comportant un nombre important de contacts. Dans les matériels connus, les contacts sont commandés par des boutons-poussoirs placés en saillie par rapport au clavier. Lorsque l'on appuie sur un de ces poussoirs, il stenfon- ce et met en contact deux organes conducteurs, constitués notamment par une lame mAtallique flexible disposée vis-à-vis d'un plot fixe ou par une surface conductrice souple préformée (toile cloquée) placée en regard des plots fixes. A la fin de l'appui, un ressort ramène le poussoir à sa position initialé et le contact est interrompu. Une telle structure ne peut que très difficilement Qtre miniaturisée. En effet, la réduction de l'épaisseur ne peut supprimer l'encombrement propre aux boutons-poussoirs et à leur guidage. D'autre part, la réduction de la surface entraîne un resserrement des boutons-poussoirs, ce qui rend l'utilisation difficile, et augmente notablement. les risques de coincement et de manoeuvrs intempestive . Elle est par ailleurs onéreuse si l'on veut obtenir une bonne fiabilité. On connaît également des claviers dans lesquels les bornes métalliques de chaque contact sont apparentes de manière que l'utilisateur puisse les relier à l'aide d'une pièce métalli- que conductrice. Ces dispositifs présentent l'inconvénient, lorsque les bornes sont très rapprochées, de permettre des faux contacts ou des répétitions de contacts. Ils ne peuvent d'autre part outre manoeuvrés qu'à l'aide d'un élément conducteur assee fin dont l'utilisateur doit disposer. La présente invention concerne, à titre de produit industriel nouveau, un clavier de commande, permettant notamment une miniaturisation très poussée et qui vise à remédier aux in convénients ci-dessus exposés. Suivant l'invention, le clavier de commande * contacts momentanés, destiné notamment aux calculatrices lectroni- ques, aux postes téléphoniques ou à tous autres dispositifs miniaturisés - ou non - de commande multiple, comporte des pièces conductrices flexibles pouvant Autre amenées en contact avec des plots fixes, et il est caractérisé en ce que les pièces conductrices sont logées dans un espace séparant une plaquette de base munie des plots fixes et une plaquette supérieure percée d'orifices de commande placés chacun en face d'une pièce conductrice. On comprend quten introduisant par l'un des orifices un organe quelconque, non conducteur, on peut amener la pièce conductrice en appui sur le plot fixe et fermer le contact correspondant. Cette disposition élimine donc tout organe mécanique de commande placé en saillie sur le clavier, et met à l'abri les pièces de contact. L'invention permet ainsi l'exécution d'un clavier extrtmement mince, et d'un fonctionnement sEr. De préférence, les plots fixes sont disposés sensiblement aux sommets de carrés, et les pièces conductrices flexibles comportent une partie centrale maintenue au voisinage du centre du carré contre l'une des plaquettes, notamment la plaquette supérieure, et des branches flexibles disposées diagonalement et s'Q- tendant en regard des orifices de commande de la plaquette supssrieu- re. Les pièces conductrices affectent ainsi la forme de croix si elles comportent quatre branches desservant quatre plots, mais elles peuvent ne comporter que trois, deux ou meDe une seule branche. Une telle structure permet de réaliser avec une seule pièce conductrice plusieurs contacts indépendants, la disposition diagonale des branches permettant de réduire au maximum le pas entre deux orifices tout en conservant un développement satisfaisant auxdites branches. De préférence, les pièces conductrices sont maintenues contre la plaquette supérieure par des tétons d'appui conducteurs reliés à une source d'alimentation par l'intermédiaire d'un circuit imprimé dispos sur la face intérieure de la plaquette de base, tandis que les plots de contact sont connectés à des circuits à commander par des circuits iaprieés ménagés sur la face extérieure de la plaquette de base. On obtint ainsi toutes les connexions requises sans augmentation de l'épaisseur du dispositif, l'ensemble des circuits étant imprimé sur une plaquette unique. L'invention vise également l'application d'un clavier du genre précité à la réalisation d'une calculatrice miniaturisée, destinée notamment à Qtre portée par un bracelet-montre, dans laquelle le circuit intégré de calcul est disposé au voisinage de la face extérieure de la plaquette de base, et raccordé aux plots de contact, ce circuit comportant en outre une fonction "montre" permettant l'affichage de l'heure. On obtient ainsi un ensemble présentant ltencombre- ment d'une montre bracelet et qui assure simultanément la fonction "montre" et la fonction "calculatrice". D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront encore de la description ci-après de divers modes d'exécution particuliers de l'invention. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, on a représenté divers modes de réalisation du clavier de commande conforme à l'invention et de son application aux cal curatrices La figure 1 est une vue en plan d'une première réalisation de l'invention avec arrachement de la plaquette supérieure. La figure 2 est une coupe partielle suivant II-II des pièces du clavier de la figure 1 en cours de montage, la plaquette de base étant placée en haut. La figure 3 montre à plus grande échelle le meme clavier en coupe suivant III-III de la figure 1, la plaquette de base étant, cette fois, placée en bas et la plaquette supérieure étant légèrement séparée de l'ensemble. La figure 4 montre le méme clavier une fois assemblé, lorsqu' aucun contact n' est actionné. La figure 9 est une vue correspondant à la figure 4 lorsque l'un des contacts est actionné. La figure 6 montre, à une échelle plus rduit- en "a. en plan, et avec arrachements, une autre réalisation du clavier, plus spcialemont destinée à une calculatrice. La figure 7 représente le même clavier que la figure 6 après enlèvement de la plaquette supérieure. La figure 8 représente à une échelle beaucoup plus réduite, le même clavier vu de dessous. La figure 9 représente, vue en plan, une calculatrice conforme à l'invention. La figure 10 est une vue partielle en plan à grande échelle et avec arrachement d'une variante de réalisation du clavier, vue suivant X-X de la figure il. La figure 11 est une coupe suivant tI-XI de la figure 10 montrant la même variante en cours de montage. La figure 12 est une vue selon XII-XII de la figure 13, analogue à la figuré 10, d'une autre variante de réalisation. La figure 13 est une vue analogue à la figure 11, en coupe suivant XIII-XIII de la figure 12, montrant la plaquette percée d'orifices et les pièces conductrices en cours de fixation. En se reportant à la figure 1 des dessins annexés, on voit un clavier à neuf contacts qui comprend une plaquette de base 1 et une plaquette supérieure 2 séparées par une cale périphEri- que 3r munie de goupilles 11 engagées dans les logements 12 et 13 (figure 2) disposés sur les races internes des plaquettes 1 et 2. Entre ces dernières sont disposées des pièces conductrices flexibles 4a, 4b, 4c... comportant respectivement quatre, trois et deux branches 5. Chacune des branches 5 s' étend librement entre un plot 6 et un orifice 7 de commande ménagés respectivement dans les plaquettes de base 1 et supérieure 2. Chaque branche 3 est rattaché. à la partie centrale 8 de la pièce 4 correspondante, la dite partie centrale tant maintenue en appui contre la plaquette 2 par des tétons d'appui conducteurs 9 comportant une tige conductrice 9a traversant la plaquette de base 1. Comme le montrent les figures 2 et 32 les branches 3 ont une forme naturelle incutvée dont la concavité au montage est tournée vers la plaquette 2. De ce rait, une fois en place, leur lasticit les applique sur la face interne de ladite plaquette 2 au niveau des o rifices 7. Chaque plot 6 est décentré par rapport à l'orifice 7 en regard duquel il se trouve placez dans le sens de l'e tension de la branche 5 correspondante. Plus précisément, on voit que les quatre branches 5 de la pièce 4a sont disposées en X suivant les quatre demidiagonales d'un carré A forme -par les quatre orifices 7 correspondants. La partie centrale 8a de la pièce 4a se trouve ainsi sensiblement au centre du carrai A, et elle est maintenue contre la plaquette supérieure 2 par le téton 9 électriquement conducteur, et solidaire de la plaquétte de base 1, dont il fait saillie de la hauteur requise. De part et d'autre de la pièce 4a qu'ils encadrent, sont disposés deux tétons de calage lisses 10 solidaires de la plaquette 2 et placés chacun en contact avec deux branches 5 adjacentes. Les pièces 4b et 4c correspondent à des carrés B et C dont certains sommets seulement sont occupés par des orifices de commande 7. Trois sommets du carré B sont ainsi occupés par de tels orifices 7. La pièce 4b comporte de ce fait trois branches 5 en T et une branche tronquée 5b. La partieoentrale8b de cette pièce 4b est maintenue pressée contre la plaquette 2 par un téton 9 situé au centre du carré B. Deux tétons de calage 10 encadrent également ladite pièce 4b, au contact l'un de deux branches 5, et l'autre de la branche tronquée 5b et d'une branche 5. Deux sommets du carré C sont occupés par des orifices 7. La pièce 4b présente en conséquence la forme d'une croix asymétrique comportant deux branches 5 en V et deux branches tronquées 5c. Un téton 9 maintient la partie centrale 8c de la pièce 5b et deux tétons 20 l'encadrent. Les carrés B et C ayant un c8té commun, le téton 10 placé entre eux se trouve au contact simultanément avec les pièces 4b et 4c. Le montage du clavier ainsi décrit est wiontré i la figure 2. La plaquette supérieure 2 est placée horizontalement et à l'envers de manière que les tétons de calage 10 dont elle est munie se trouvent sur le dessus. Les pièces 4 sont alors posées entre les tétons 10 avec leurs concavitéstournées vers le bas.On met alors en place la calepériphérique 3 munie des goupilles 11 que l'on engage dans les logements 13, puis la plaquette de base 1, également retournée, en engageant les goupilles 11 dans les logements 13. Une fois que les plaquettes 1 et 2 sont rapprochées l'une de l'autres les pièces conductrices 4 sont fléchies jusqu'à venir pratiquement en contact avec la face intérieure de la plaquette 2 du fait de la poussée des tétons d' Qp- pui 9 (position de la figure 4). Les extrémités des branches 5 sont alors écartés des plots 6. Les plots 6 et les tiges 9a des tétons d'appui 9 qui traversent la plaquette de base 2, assurant les connexions des pièces correspondantes avec des conducteurs schématisés en 51, 52 (figure 3) et qui sont avantageusement imprimés sur la face extérieure de la plaquette 2. La mise en oeuvre du clavier ainsi constitué est la suivante : Si l'on appuie avec un stylet 13 (figure 5) sur une branche 5 à travers l'orifice 7 correspondant, ladite branche 5 fléchit et vient au contact du plot 6 qui se trouve vis-à-vis d'elle. Le débattement total est donné par l'épaisseur de la cale 3 diminuée de celle de la pièce 4 et de la saillie du plot 6. Le contact est ainsi'établi tant que l'utilisateur maintien sa pression sur le stylet 13, et le contact est coupé dès que cette pression cesse. Le dispositif décrit permet de mettre aisément en communication avec la source de courant 1'un quelconque des plots 6 à l'aide d'un stylet 13, conducteur ou non, qui peut Entre un simple crayon. A-titre d'exemple numérique, non limitatif, l'épais smir totale du clavier conforme à l'invention peut Stre réduite à environ 1,61 millimètre, ce qui constitue un progrès considérable par rapport aux claviers connus, les différentes cotes d'épaia- seur tant les suivantes t - épaisseur de la plaquette supérieure 2 0,5 millimètre - épaisseur de la plaquette de base 1 comportant les plots 0,8 millimètre - épaisseur des pièces 4 0,1 millimbtre - saillie des plots 6 par rapport à la pla quette 1 0,01 millimètre - débattement des lames 5 0,2 millimètre - épaisseur de la cale 3 0,31 millimètre L'expérience a montré que ces dimensions permettaient un fonctionnement du clavier au moins aussi fiable que celui des claviers existants. Par ailleurs, les cotés des carrée A, B et C peuvent aisément étre rendus inférieursà 5 millimètres, ce qui permet de réduire d'une manière importante les dimensions transversales du clavier, tout en assurant une longueur libre suffisante aux branches 5. Du fait de leur disposition diagonale et du dUcen- trement des plots 6 par rapport aux orifices 7, les branches 5 peuvent en effet avoir une longueur libre sensiblement supérieure à celle de la moitié du côté des carres A, B et C. Le clavier conforme à l 'invention permet donc une réduction simultanée de l'épaisseur et des dimensions transversales qui le rend particulièrement bien adapté à la miniaturisation de tous les ensembles à commandes multiples. Par ailleurs, l'espace situé entre les plaquettes 1 et 2 se trouve protégé des poussières extérieures qui pourraient perturber les contacts. En effet, les branches obturent effica elles cement les orifices 7 sur les bords desquels/sont appliquées par élasticité. La réalisation des figures 6 à 8 est destinée à commander une calculatrice électronique à mémoire capable d'effectuer les quatre opérations. Elle comporte vingt-deux contacts de commande répartis entre quatre pièces conductrices 4a et deux pièces conductrices 4b. De forme circulaire, le clavier 19 comprend une plaquette de-base 22 et une plaquette supérieure 23 munies respectivement de vingt-deux plots de contact 6 et de vingt-deux orifices de commande 7, ces derniers formant un quadrillage à base carrée. Les pièces 4a et 4b sont maintenues par six tétons pivots conducteurs 9 et'huit tétons de calage 10 dont quatre, référencés 10a, sont placés entre quatre branches 5 appartenant à deux pièces 4a ou 4b adjacentes Un circuit 40 imprimé sur la face interne de la plaquette 22 relie les tétons conducteurs 9 à une borne 41 traversant la plaquette 22. Il n'existe pas de tige conductrice 9a. Les plots 6 traversent la plaquette 22 et sont reliés (figure 8) à des bornes 31 par ces conducteurs 32 fmprim8s sur la face externe de la meme plaquette 22. Une fen8tre 42 pour un écran d'affichage numérique 43, notamment à cristaux liquides ou à diodes électroluminescentes est ménagée dans la partie libre de la plaquette 23 entre les orifices 7 et la périphérie de celle-ci, et du coté de l'opéra- teur. Le clavier ci-dessus, qui fonctionne de la meme ma- nière que le premier mode de réalisation décrit, et possède les mimes avantages, permet d'inclure tous les équipements d'entrée et de sortie d'une calculatrice classique dans unnsnsemble d'un diamètre inférieur à 38 millimètres et d'une épaisseur voisine de. 1,61 millimètre. Il permet donc une miniaturisation considérable des matériels existants. Par ailleurs, la situation de l'écran d'affichage 43 par rapport au clavier permet à 1'opérateur de manoeuvrer les contacts sans que sa main lui masque l'écran 43. La figure 9 représente une réalisation de calculatrice monobloc utilisant un tel clavier 19. Elle comporte un circuit intégré de calcul (non visible sur la figure) relié aux bornes 31 et un écran d'affichage 43 visible à travers la fenêtre 42. L'ensemble est fixé sur un bracelet 44 destiné à 4tre porté au poignet et sur lequel sont disposées des'batteries amovibles 45. Le circuit intégré peut gaiement comporter une fonction "montre", l'affichag- et l'effacement de l'heure tant commandés par des contactr 46, à branches flexibles analogues aux branches 5. Tout en remplaçant une montre-bracelet, ce dispositif y intègre donc une calculatrice complète sans augmentation d'encombrement. L'invention n'est pas limitée aux réalisations qui viennent d'être récrites et peut comporter de nombreuses variantes d'esécution.- Par exemple, les pièces conductrices flexibles 4 peuvent être solidarisées avec la plaquette 2 par vissage, collage ou similaire, comme représenté aux figures 10 à 13. Dans le clavier des figures 10 et 11, la pièce flexi ble 4 est fixée à la plaquette supérieure 2 par une goutte de colle 50, ce qui rend inutiles les tétons de calage et de centrage utilisés par les realisations déjà décrites. Des entretoises 51 au nombre par exemple d'une pour quatre pièces 4, suffisent dans ce cas pour maintenir ltécarte- ment entre les plaquettes 1 et 2. Sur les figures, ltentretoise 51 représentée est solidaire de la plaquette perforée 2, mais elle pourrait également être solidaire de la plaquette 1. La face interne 52 de la plaquette 2 est métallisée au moins en regard de la goutte de colle 50, laquelle est réalisée en une matière conductrice, et la surface métallisée est raccordée à une source de courant. Cette disposition permet d'obtenir un clavier prEsen- tant les mêmes avantages que ceux précédemment décrits sans nécessiter ni tétons de calage, ni tétons de centrage. Par ailleurs, la plaquette de base 1 comporte des plots 6a encastrés de manière que la surface desdits plots soit de niveau avec celle de la plaquette 1. On évite ainsi tout porte-à-fauxdes branches 5 sur les plots 6a lorsqu'un contact est commandé. Dans le clavier représenté aux figures 12 et 13, la pièce conductrice flexible 53 a la meme découpe en croix que les pièces 4, mais présente dans sa partie centrale un orifice d'arrêt polygonal et par exemple carré 54 enfilé sur un téton 57 de forme correspondante, et solidaire de la plaquette supérieure 2a (par exemple venu de moulage avec cette plaquette). La saillie du téton 57 est inférieure à 11 épaisseur de la pibce 53 et celle-ci est appliquée sur ladite plaquette 2a par une vis 55 vissée dans un trou taraudé 56, jouant le rolé d'organe de verrouillage amovible. Des entretoises d'écartement 51 de même épaisseur que la cale 3 sont placées entre les plaquettes 1 et 2a, et le clavier obtenu est entièrement démontable quoique ne présentant ni téton de calage ni téton de centrage. D'autre part, les plaquettes utilises dans les diverses réalisations et variantes décrites pourraient être réalisées en matériaux céramiques de 0,3 millimètre d'épaisseur. Le clavier obtenu présenterait alors une épaisseur réduite à moins de 1 millimètre. REVENDICATIONS 1. Clavier de coandX à contacts momentanés, desti- né notamment' aux calculatrices électroniques, aux postes téléphoniques ou à tous autres dispositifs miniaturieés -ou non ---de commande multiple, comportant des pièces conductrices flexibles pouvant être amenées en contact avec des plots fixes, caractérisé en ce que les pièces conductrices sont logées dans un espace séparant une plaquette de base munie de. plots fixes et une plaquette supérieure percée d'orifices de commande placés chacun en face d'une pièce conductrice. 2. Clavier conforme à la revendication 12 caractérisé en ce que la plaquette de base comporte des moyens pour appliquer une partie au moins de chaque pièce conductrice flexible contre la plaquette supérieure. 3. Clavier conforme à la revendication 1 caractérisé en ce que la pièce conductrice est fixée par au moins une goutte de colle à la plaquette supérieure, et en ce que la colle utilisée est conductrice et reliée à une source 4. Clavier conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce conductrice est fixée par vissage à la plaquotte supérieure. 5. Clavier conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce conductrice présente un orifice central polygonal engagé dans un téton de contour correspondant solidaire de la plaquette supérieure, des moyens de verrouillage amovibles portés par le téton assurant l'appuiélastique de la pièce conductrice flexible contre la plaquette supérieure. 6. Clavier conforme à l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une entretoise solidaire d'une des plaquettes et prenant appui sur l'autre plaquette. 7. Clavier conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de maintien de la pièce conductrice flexible contre la plaquette supérieure comportent un téton d'appui solidaire de la plaquette de base. 8. Clavier conforme à-la revendication 7, caractérisé en ce que les tétons d'appui sont conducteurs et reliés à une source d'alimentation par 1 'intermédiaire d' un circuit imprimé dispose sur la face intrieure de la plaquette de base. 9. Clavier conforme k l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque pièce conductrice comporte au moins une branche flexible libre maintenue par élasticité contre le bord d'un des orifices de commande de la plaquette supérieure. 10. Clavier conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que le plot de contact est décentré par rapport à l'orifice de commande dans le sens de l'extension de la branche appartenant à la pièce conductrice flexible. 11. Cuvier conforme à l'une des revendications 1 à 102 caractéris én ce qu'il comporte plusieurs plots fixes disposés sensiblement aux sommets de carrés, et en ce que les pièces conductrices flexibles comportent une partie centrale maintenue aà voisinage du centre du carré contre l'une des plaquettés, notamment la plaquette supérieure et des branches disposées diagonalement et s'étendant en regard des orifices de commande de la plaquette supérieure. 12. Clavier conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que les pièces conductrices flexibles présentent une découpe en croix comportant de une à quatre branches longues et flexibles. 13. Clavier conforme à l'une des revendicitions 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un téton de calage lisse placé entre les branches d'au moins une mbme pièce conductrice flexible. 14. Clavier conforme à la revendication 13, caractzri- sé qn ce que les orifices de commande sont disposés sensiblement aux sommets d'un quatrillage régulier à base carrée, et en ce que au moins un téton de calage est placé contre les branches de deux pièces conductrices adjacentes. 15. Clavier conforme à l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les deux plaquettes sont solidarisées de manibre amovible par une cale d'épaisseur périphérique qui porte des goupilles de fixation engagées dans des logements ménagés dans les plaquettes. 16.-Clavier conforme à l'une des revendications 1 à 7, et 9 à 15, caractérisé on ce que la face interne de la plaquette supérieure est conductrice au moins aux endroits où portent les pièces conductrices flexibles, cette partie conductrice étant reliée à une source d'alimentation. 17. Clavier conforme à l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que les plots de contact sont connectés aux circuits à commander par des circuits imprimés ménagés sur au moins une face de la plaquette de base. 18. Clavier conforme à la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit intégré de calcul porté par la plaquette de base et commandé par les plots de contact par l'intermédiaire du circuit imprimé. 19. Clavier conforme à la revendication 18, caractérisé en ce qu'une ouverture est ménagée dans la plaquette supérieure pour un écran d'affichage, notamment à cristaux liquides ou à diodes électroluminescentes, en dehors des orifices de commande et entre ceux-ci et l'utilisateur.