Brevet FR2431223A1 — publié le 19800208

L'invention est relative aux dispositifs de commande du genre des "boutons-poussoirs, c'est-à-dire comprenant d'une part un bouton, touche ou organe analogue - appelé "bouton" dans la suite - déplaçable par l'actionnement d'un doigt à l'encontre d'ur effort de rappel et d'autre part des moyens pour exploiter les d6- placements de ce bouton à des fins de commande électrique, notamment par émission d'un signal ou par fermeture ou ouverture d'un circuit. Elle vise plus particulièrement, parmi ces dispositifs de commande, ceux qui travaillent par variation de capacité d'un condensateur, cette variation étant assurée par modification de l'e- cartement entre les deux armatures de ce condensateur. Les dispositifs connus de ce genre présentent l'avantage de ne mettre en oeuvre aucun contact mécanique et donc d'éviter la création d'étincelles. sources d'usure et de détériorations, lors de leurs actionnements. Mais les courses de commande correspondantes de leurs boutons sont relativement petites, dépassant rarement le millimètre, ce qui constitue souvent un inconvénient. De plus ils se prêtent mal à l'exécution de commandes multi ples en réponse aux actionnements uniques de leurs boutons. L'invention a pour but, surtout, de remédier à ces inconvénients en permettant notamment de donner à la course de commande des boutons une valeur relativement élevée pouvant facilement at teindre et même dépasser 4 mm. Les dispositifs du genre en question selon l'invention sont esentiellement caractérisés en ce que les armatures des condensa teurs qu'ils comprennent s 'étendent parallèlement l'une à l'autre et parallèlement à la direction de déplacement du bouton, et en ce qu'un mécanisme à rampe oblique est prévu pour transformer de façon réversible les déplacements du bouton en variations d'écartement des armatures du condensateur. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - la rampe oblique est solidaire du bouton, - la rampe oblique est solidaire de l'une des armatures du conder sateur, - la surface active de la rampe oblique est plane, - la surface active de la rampe oblique est incurvée, de façon cc tinue ou discontinue, notamment pour créer une sensation de "poir dur" en un point intermédiaire de la course du bouton, - le même dispositif comprend une pluralité de rampes obliques et autant de condensateurs associés respectivement à ces rampes et connectés respectivement à des circuits d'exploitation indépendants, - dans un dispositif selon l'alinéa précédent, les rampes sont au nombre de deux, disposées symétriquement l'une de l'autre sur la tige, - dans un dispositif selon au moins l'alinéa qui précède le précédent, plusieurs rampes se succèdent longitudinalement sur la tige, - une couche solide élastiquement compressible est interposée entre les deux armatures, couche notamment à base de silicone, - un électret est interposé entre les deux armatures, de préférence en plus de la couche selon l'alinéa précédent. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire quelques modes de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. Les figures 1 et 2, de ce dessin, montrent très schématiquement, en respectivement son état de repos (bouton sorti) et son état activé (bouton enfoncé) un dispositif de commande électrique selon l'invention. Ce dispositif comprend, d'une façon connue en soi - un bouton 1 fixé sur l'extrémité d'une tige 2, elle-même montée de façon à pouvoir coulisser axialement dans un alésage cylindrique complémentaire 3 solidaire d'une platine 4, - un ressort hélicoidal de compression 5 monté autour de la tige 2 entre la platine et le bouton de façon à solliciter constamment ce bouton à s'écarter de cette platine, - un condensateur 6 composé de deux armatures parallèles 7 et 8 écartées 1 'une de l'autre d'une distance d et connectées respectivement à deux bornes de raccordement extérieures 9 et 10, - et un circuit électrique il propre à exploiter aux fins désirées les variations de capacité du condensateur 6 dues aux variations de l'écartement d. Mais ici, contrairement à ce qui est connu, les deux armatures 7 et B ne s'étendent pas perpendiculairement à la direction de déplacement du bouton-poussoir, mais parallèlement à celle-ci. De plus, on prévoit-un mécanisme pour transformer les coulissements du bouton 1 et de la tige 2 en variations. réversibles de l'écartement d. Ce mécanisme comprend ici - une rampe oblique 12 portée par la tige et propre à coagir direc tsment avec l'une, 8, des deux armatures de façon telle que les enfoncements du bouton-poussoir selon la flèche F (figure 2) se traduisent par un rapprochement des deux armatures, c'est-à-dire par une réduction de leur écartement d. - et des moyens élastiques pour ramener le condensateur en son état initial lors des lâchers du bouton-poussoir consécutifs à ses enfoncements. Ces moyens élastiques de rappel peuvent être constitués de multiples façons. Dans le mode de réalisation illustré, on a supposé que les deux armatures 7 et 8 sont constituées par des lames conductrices élastiquement flexibles dont les pieds sont encastrés dans un socle isolant 13 , lames séparées l'une de l'autre par une couche élastique solide 14 remplissant l'intervalle qui les sépare. Dans ce cas le-rappel du condensateur en sa position de repos est assuré par l'élasticité propre des lames et par celle de la couche et elle est éventuellement complétée par un autre moyen mécanique ou magnétique qui a été schématisé par le ressort 15, ce ressort étant de nature à repousser le condensateur jusqu'en sa position de repos sans le solliciter pratiquement au-delà de cette position. La couche 14 est constituée par un élastomère compressible présentant de préférence une haute résistivité diélectrique (par 14 exemple supérieure à 1014 ohms.crn) tel que l'un des suivants silicone (polysiloxane), polychloroprène, polyisoprène. Son épaisseur est avantageusement de 1 'ordre d'une dizaine de microns, mais pourrait être comprise entre 1 micron et 1 cm. Le.fonctionnement de ce mécanisme est le suivant. Par suite du glissement de la rampe 12 contre l'armature 8, l'appui d'un doigt sur le bouton 1 repousse l'ensemble du condensateur vers la gauche sur le dessin, en contrariant les divers moyens de rappel du condensateur en sa position de repos et en écrasant la couche intermédiaire 14 : de cet écrasement résulte une augmentation de la capacité du condensateur 7,8, laquelle augmentation est exploitée aux fins de commande électrique désirées par le circuit d'exploitation 11. Le la cher subséquent du bouton se traduit par le retour élastique du condensateur en son état de repos initial non comprimé, ce qui rend à la capacité sa valeur réduite initiale. Selon une variante on prévoit entre les deux armatures 7 et 8, à la place de la couche élastique 14 ci-dessus, de l'air et une cale isolante d'épaisseur inférieure à l'écartement initial d des deux armatures : cette cale rend possible le rapprochement de ces armatures lors de l'actionnement du bouton tout en empêchant leur contact. Dans des réalisations avantageuses, seule l'armature 8 qui est en contact avec la rampe oblique 12 est déplaçable ou déformable lors de l'actionnement du bouton 1, l'autre armature 7 demeurant fixe et étant éventuellement adossée à cet effet à un renfort approprié. La surface, inclinée sur la direction F, de la rampe oblique 12,peut être plane. L'angle d'inclinaison a correspondant est alors le même pour tous les points de cette rampe : il est de préférence inférieur à 450 de façon que les courses du bouton soient plus grandes que les déplacements résultants de l'armature 8, une course de 4 mm se traduisant par exemple par une diminution de l'ordre de 0,1 mm de l'écartement d . Mais la surface en question de la rampe oblique 12 peut être également incurvée dans un sens ou dans l'autre, d'une manière continue ou non, par exemple en vue de compenser les variations de force du ressort 5 lors de ses déflexions, ou encore pour faire apparaître un "point dur" en une position donnée du bouton 1,point que l'usager doit dépasser pour acquérir la certitude que la commande désirée a bien été assurée. Pour faciliter le contact glissant entre la rampe 12 et l'armature 8, le bord d'attaque de cette dernière, c'est-à-dire celui qui vient en contact avec la rampe 12, peut être chanfreiné ou arrondi en conséquence. Selon une variante, la rampe oblique est portée par l'armature B, la tige 2 étant alors simplement terminée par un pied de toute forme désirable propre à coagir avec cette rampe, par exemple pointu ou sphérique. Il est à noter que le mécanisme ci-dessus se prête particulièrement bien à l'exécution simultanée. de plusieurs commandes lors d'un seul et même appui sur le bouton. En particulier il est avantageux de prévoir deux condensateurs du type décrit ci-dessus, connectés à des circuits d'exploi- tation indépendants, disposés symétriquement l'un de l'autre par rapport au plan passant par l'axe du bouton et parallèle aux face. en regard des armatures des condensateurs, ces derniers étant associés respectivement à deux rampes portées par la même tige 2 et disposées symétriquement par rapport audit plan. Une telle construction permet d'éviter les porte-à-faux de la tige en équilibrant les efforts exercés transversalement sur elle. Cette tige pourrait également présenter un nombre de rampes supérieur à deux, par exemple égal à quatre, reparties sur sa périphérie en un même emplacement longitudinal de celle-ci, lesdites rampes constituant alors les pans d'un tronc de pyramide et chacune d'elles étant propre à actionner un condensateur indépendant affecté à une commande particulière. On pourrait également prévoir plusieurs rampes s'échelonnan successivement le long de la tige 2 en différents emplacements lo gitudinaux de cette dernière, rampes affectées encore à des commandes électriques indépendantes. Selon encore une variante, le bouton, angulairement solidarisé avec sa tige, elle-même garnie d'une rampe oblique ou d'une pluralité de telles rampes réparties angulairement et/ou longitudinalement le long de celle-ci, est monté rotatif et ses rampes, formant "cames", peuvent coagir avec des condensateurs distincts pour ses différentes positions angulaires autour de son axe : on obtient ainsi un commutateur rotatif. Selon une disposition préférée de l'invention, applicable l'un quelconque des modes de réalisation ci-dessus, disposition permettant de rendre inutile une polarisation extérieure du cond sateur, on interpose entre les deux armatures 7 et 8 de ce dernier, de préférence entre la couche élastique 14, s'il en est pr une, et l'une des armatures, un électret 16, c'est-à-dire une feuille diélectrique électriquement charges sur l'une au moins d ses faces, conformément aux enseignements du brevet France dépos par les demandeurs le 4 juillet 1977 sous le nO 77 20524. Cette feuille est avantageusement à base d'une polyoléfine substituée ou d'un hydrocarbure fluoré et présente une épaisseur comprise entre 1 micron et 1 cm, ladite épaisseur étant généralen de l'ordre de quelques dizaines de microns. Dans cette hypothèse préférée d'utilisation d'un électret, vu la faible valeur des capacités en jeu et de leurs variations exploitables, il convient de prévoir des moyens d'adaptation, par exemple constitués par des circuits MOS à forte impédance d'entrée, propres à transformer les faibles signaux analogiques de tension détectés en signaux logiques directement exploitables par les circuits habituels. Ces moyens d'adaptation peuvent être incorporés au boîtier du bouton-poussoir contenant les condensateurs et rampes, les bornes 9 et 10 pouvant alors être directement branchées sur un circuit extérieur classique 11. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisaticn adopté, on obtient finalement un dispositif de commande électrique dont la constitution, le fonctionnement et les avantages (notamment la longueur de la course de commande du bouton et la facilité d'exécution d'une commande multiple pour chaque actionnement du bouton) résultent suffisamment de ce qui précède. Le fait de pouvoir assurer simultanément deux commandes distinctes par l'actionnement d'un même bouton ou touche est particulièrement avantageux dans le cas où de tels boutons composent un clavier ou matrice de m lignes et n colonnes, chacune des deux commandes pouvant donner une information sur l'une des deux coordonnées (ligne ou colonne) du bouton considéré et permettre ainsi facilement son identification. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle on embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment - celles où le mécanisme à rampe oblique serait agencé de façon telle que les enfoncements du bouton augmentent l'écartement des armatures du condensateur au lieu de le réduire, la rampe, portée par le bouton, coagissant alors par exemple avec un bord rabattu de l'armature la plus éloignée de l'axe de ce bouton, - celles où le rappel du bouton vers sa position de repos serait assuré par des moyens élastiques autres qu'un ressort mécanique, par exemple par un aimant, - celles où un système élastique à dépassement de point mort autre que ceux évoqués ci-dessus serait associé au bouton de façon telle que l'actionnement de ce bouton implique le dépassement d'un "point dur", ce dépassement, facilement perceptible par l'usager, signalant à celui-ci sans équivoque que la commande désirée par lui est effectivement exécutée, - celles où la couche solide élastique 14 ci-dessus disposée entre les deux armatures 7 et B serait remplacée au moins en partie par une couche en matière piézo-électrique, c'est-à-dire propre à transformer en variations de tension les variations de pression exercées sur elle par le mécanisme à rampe oblique, matière telle qu'une céramique, qu'un monocristal ou qu'un polymère piézoélectrique tfluo- rure de polyvinylidène ou autre3, - celles où l'une au moins des armatures 7 et B serait constituée par simple métallisation de la couche intermédiaire solide. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande électrique comprenant d'une part un bouton ou analogue, déplaçable par l'actionnement d'un doigt à l'encontre d'un effort de rappel et d'autre part des moyens pour exploiter les déplacements de ce bouton à des fins de commande électrique, moyens travaillant par variation de capacité d'un condensateur à deux armatures parallèles, cette variation étant assurée par modification de l'écartement de ces;deux armatures, caractérisé en ce que lesdites armatures (7,8) s'étendent parallèlement à la direction de déplacement (F) du bouton 11) et en ce qu'un mécanisme à rampe oblique t12) est prévu pour transformer de façon réversible les déplacements du bouton en variations d'écartement des armatures. 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rampe oblique est solidaire du bouton. 3. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rampe oblique est solidaire de l'une des armatures. 4. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface active de la rampe oblique est plane. 5. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface active de la rampe oblique est incurvée, de façon continue ou discontinue, notamment pour créer une sensation de "point dur" en un point intermédiaire de la course du bouton. 6. Dispositif'de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de rampes obliques et autant de condensateurs associés respectivement à ces rampes et connectés respectivement à des circuits d'exploitation indépendants. 7. Dispositif de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que les rampes sont au nombre de deux, disposées symétriquement l'une de l'autre sur la tige. 8. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que plusieurs rampes se succèdent longitudinalement sur la tige. 9. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une couche solide élastiquement compressible t14) est interposée entre les deux arma turnes, couche notamment à base de silicone. 10. Dispositif de commande selon l'une quelconque des reven dications précédentes, caractérisé en ce qu'un électret(18) est interposé entre les deux armatures. 11. Dispositif de commande selon l'une quelconque des reven dications précédentes, caractérisé en ce qu'une couche en matière piézo-électrique est interposée entre les deux armatures.