Brevet FR2464549A1 — publié le 19810306

La présente invention concerne un clavier de commutation pour la commande des diverses fonctions assurées par un appareil de conmlande informatique, un poste téléphonique ou analogue Plus précisément, elle a trait b un clavier de commutation comprenant une première plaque supérieure ayant des lumières desquelles émergent les blocs de préhension des touches du clavier, une seconde plaque intermédiaire sous-jacente à la première plaque ayant, en dessous des lumières, des orifices traversés par les parties inférieures des touches, et une troisieme plaque inférieure, sous-jacente à la seconde plaque, supportant un circuit électrique constitué par des paires de conducteurs associés aux touches, les conducteurs de chaque paire étant munis de deux contacts fixes propres à::être connec- tés en dessus par un contact mobile sousl'action d'enfoncement de la touche et chaque touche étant rappelée, au repos, en butée contre la première plaque, par un élément élastique s'appuyant sur la seconde plaque et sous la touche, De manière générale, pour un tel clavier de commutation, à touches pivotables, ou à touches translatées verticalement et généralement rappelées par un ressort hélicoidal coaxial à la direction d'enfoncement de la touche, le contact mobile propre à relier deux contacts fixes du circuit électrique n'est pas solidaire de la touche. I1 peut être monté par bridage, agrafage ou analogue lorsqu'il est constitué par une lameressort jouant à la fois le roule de shunt pour les deux conducteurs à relier et de ressort de rappel pour la touche.Le contact mobiJe,'3aRcn d'elltres variantes connues, peut Outre monté également sur un appendice solidaire de la touche et maintenu par un ressort hélicoïdal appliqué par ailleurs sous le bloc de préhension de la touche. Dans tous les cas, le montage du contact mobile est délicat et, bien qu'il puisse être parfois effectué par des automates, requiert des machines d'asse bl,ge complexes et coûteuses. Outre ces ineollvénients, le montage du contact mobile se prête mal à des claviers destinés au grand public. L'emploi fréquent et parfois sans précaution réduit la fiabilité du clavier par le fait que la course du contact mobile doit être précise et relativement faible. Dans les claviers de commutation connus, les conducteure propres à être reliés par un contact mobile, sous l'action de pivotement ou de translation descendante de la touche, sont consti- tués par des pistes d'un circuit imprimé déposées par des moyens connus surl'une des seconde ou troisième plaques. Les techniques connues de fabrication des circuits imprimés contribuent également à un coût de fabrication relativement élevé des claviers. En outre, afin d'assurer un contact électrique convenableentre les conducteurs et le contact mobile, il est nécessaire que les contacts fixes des conducteurs soient des plots encastrés ou rapportés par soudure dans la plaque à circuit imprimé, ou des dépôts de métal pur sur les conducteurs. Par ailleurs, la liai- son externe des extrémités des conducteurs du circuit imprimé avec des fils de sortie est réalisée par soudage. Toutes les opérations destinées àltobtention du circuit imprimé fini contribuent encore à augmenter le cogt du clavier. La présente invention a pour but de fournir un clavier de commutation du genre décrit dans l'entrée en matière qui est affranchi des inconvénients précédents par le fait que le con- tact mobile est solidaire de la touche et que les conducteurs du circuit électrique sont de simples bandes metalliques, ce qui permet une fabrication entièrement automatique du clavier au moyen de techniques relativement simples et peu coûteuses0 A cette fin, le clavier de commutation conforme à l'invention st caractérisé en ce que le circuit électrique est obtenu par découpage mécanique d'une plaque métallique pour constituer lesdits conducteurs sous forme de bandes qui sont fixées sur la troisième plaque par pressage à force et en ce que le contact mobile est encastré sous la touche au niveau de l'orifice correspondanto Selon une réalisation préférée, les contacts fixes et mobiles sont obtenus par emboutissage. Le contact mobile d'une touche est formé d'une demi-sphère qui coiffe les contacts fIxes des deux conducteurs à relier, en forme de quart de sphère. En outre, les extrémités de chaque conducteur, également obtenues par l'unique découpe de la plaque métallique, sont dotées de plages de connexion auto-dénudantes. Ceci permet d'éviter toute opération de soudage inhérentes autclaviers connus. Selon une variante de réalisation, le clavier comporte des touches pivotables uniquement dans des logements de la seconde plaque. Le pivot de la touche est obtenu simultanément au moulage de celle-ci. L'élément élastique de rappel de la touche est une lame-ressort coudée encastrée dans un logement borgne de la face supérieure de la seconde plaque, en arrière del'orS]- ce correspondant, dont la partie supérieure inclinée émergeant de la seconde plaque est au contact du dessous arrière de la touche pour rappeler celle-ci contre et sous la première plaque. De préférence, le pivot et les butées arrière de la touche contre la seconde plaque sont constitués par deux profilés longitudinaux, en forme de triangles rectangles, directement issus du moulage de la touche. La fonction naturelle de poussée conjointement à celle d'avalement par pivotement, puis de butée, contribue au caractère économique avantageux de la touche0 Outre les avantages de la fabrication entièrement automatisée et économique du clavier conforme à l'invention, on peut citer les suivants - cadence de fabrication des claviers nettement plus rapide que celles correspondant à des claviers à circuit imprimé - absence de mécanisme d'ajustement, exigeant des tolérances précises et, par suite,utiZisafion d'un ouSBge s w le et rapide - grande fiabilité des contacts même dans le cas d'utilisation sporadique du clavier, par le fait que les contacts sont semiglissants et auto-nettoyants - constitution du circuit électrique én une seule opération de découpage et d'emboutissage - absence de soudures, internes et externes - plaques et touches obtenues par moulage, sans aucune précision particulière, compte tenu du mode d'assemblage - emboîtement et superposition des plaques obtenues par fusion et rivetage de colonnes plastiques les traversant. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'une réalisation préférée relative à un clavier à touches pivotables et à l'examen des dessins annexés correspondants, dans lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en perspective du clavier, en partie arrachée - la Fig. 2 est une vue en perspective de la seconde plaque intermédiaire supportant les touches - la Fig. 3 est une vue en perspective schématique de la troisième plaque constituant le fond du boîtier et supportant le circuit électrique - la Fig. 4 est une vue en perspective d'une touche au-dessus des deux contacts d'une paire de conducteurs - la Fig. 5 est une vue de côté longitudinal montrant les éléments de rappel et de contact sous-jacents à une touche - les Figs. 6 et 7 sont une vue en perspective eXplosée et une épure qui détaille un contact mobile au-dessus de deux contacts fixes - la Fig. 8 est une vue de dessus d'un groupe de conducteurs assigné à une colonne de touches du clavier ; et - les Figs. 9 et 10 sont des vues explosées et en coupe longitudinale montrant la connexion auto-déhudante d'un fil conduc- teur externe à relier à un conducteur associé à une touche. Le boîtier du clavier, tel qu'illustré schématiouement à la Figo 1 pour un clavier de numérotation d'un poste téléphonique à 12 touches 1 réparties en quatre rangées et trois colonnes, est constitué par un couvercle creux 2 dans lequel sont encastré une plaque 3 supportant les touches 1 et un fond 4 sur lequel ést fixé le circuit électrique0 Tous ces éléments 1 à 4 sont de préférence en matière plastique moulée. Les trois éléments 2 à 4 constituant le boîtier sont solidarisés par emboîtement et rivetage par fusion de colonnettes plastiques C, venues de moulage, dans au moins deux orifices superposés des éléments 2 à 4, afin de fournir un produit fini, monobloc, prêt à l'encastrement dans le poste téléphonique et un raccordement électrique avec les composants électroniques de celui-ci. Comme montré aux Figs. 2, 4 et 5, chaque touche 1 se présente sous la forme d'un corps moulé monobloc qui peut être partager, pour les besoins de la description, relativement à une nervure horizontale 10 saillante sous tout le pourtour de la touche, en une partie supérieure 11, dite de préhension, et une partie inférieure 12, dite à pivotement et contact. La partie supérieure 11 forme un trapèzoèdre dont les côtés longitudinaux parallèles 110 sont des trapèzoides et dont la hauteur de la face avant rectanulaire 111 est inférieure à celle de la face arrière reztangulaire 112 afin que la face supérieure 113, sensiblement concave, épousant la forme du doigt, se présente inclinée devant l'utilisateur, comme montré à la Fig. 2. Une telle forme de la partie supérieure 11 de la touche localise le doigt et permet d'éviter ainsi le contact avec la touche voisine.Comme cela apparaît sur les Figs. 1 et 5, dans le couvercle 2 sont ménagées des lumières rectangulaires 20, en nombre égal à celui des touches 1, ayant des dimensions sensiblement supérieures à celle de la base de la partie supérieure d'une touche, mais néanmoins inférieures à ecUes du contour de la nervure 10 afin de recevoir celle-ci par dessous. Ainsi, comme montré à la Fig. 5, la partie supérieure 11 d'une touche 1 émerge en partie au-dessus du couvercle 2 et la partie inférieure 12 d'une touche est logée dans deux cavités superposées 21 et 30 du couvercle 2 et de la plaque-support 3 qui sont sous-jafentes à la lumière 20. Au repos, ctest à-dire touche non enfoncée, l'arrière 100 de la nervure 10, au-dessus de son avant par rapport à l'horizontale selon la réalisation illustrée, est en butée contre le bord supérieur arrière 210 de lacavité 21 du couvercle 2. Selon une autre variante, plus simple, la nervure saillante 10 peut être entièrement horizontale. La partie inférieure 12, dite à pivotement ét contact, est représentée en perspective à la Fig. 4 et en vue de côté longitudinal à la Fig. 5. Elle présente une semele à base rectangulaire, qù,en-dessous, est bordée longitudinalement par deux profilés 120 en biangle rectangle à petit et grand cotés, sensiblement vertical avant et horizontal et à hypothénuse concave. L'arrière 121 des profilés 120 joue le rôle de pattes d'appui qui, lorsque la touche est en fin de course descendante, viennent en butée sur la face supérieure 31 de la plaque-support 3, en arrière de la cavité 30 et sensiblement en dessous des bords de a lumière 20.L'avant 122 des deux profilés 120 joue le rôle de pattes de pivotement de la touche vers 1' arrière et est de hauteur nettement plus grande que l'arrière 121. Le sommet inférieur 123 des deux profilés triangukdlYs 120 est propre à pivoter dans une gorge transversale horizontale et semi-circulaire 32, qui oet pratiquée dans le coin d'une entaille supérieure de la cavité 30 de la plaque support 3 des touches.Comme montré par les lignes en traits mixtes sur la Fig. 5, les sommets avant 123 des profilés 120 forment un axe de pivotement naturel de la touche 1 sue le plus grand axe de débattement de la touche, de sorte que la touche 1 peut être poussée par le doigt appliqué surl'Arrière de la face supé rieure 113, suivant la floche F, d'arrière en avant, jusqu'à mise en butée des pattes arrière121 sur la face supérieure 31 de la plaque-support-3. Ce pivotement descendant de la touche 1 est exercé contre la contrainte d'une lame-ressort 5 en forme de coude obtu.Le chant du c8té supérieur 50 de la lame 5 est appliqué contre la lisière arrière de la semelle de la partie inférieure 12 de la touche 1; entre les deux pattes arrière 121, et rappelle en position de repos, après relâchement, latouchel dont l'arrière 100 de la nervure horizontale 10 vient buter contre le bord supérieur arrière 210 de la cavité 21. L'autre côté inférieur 51 de la lame-ressoFt 5 est maintene fixe par simple encastrement dans un évidement parallélépipédique 33, mince et vertical, qui est pratiqué dans la plaque-support 3, en arrière de la cavité 30. La partie inférieure 12 de la touche 1 comporte également un lobe ou protubérance inférieur 13, sensiblement pyramidal, qui est issu, comme la partie supérieure 11, la nervure 10 et les profilés 120, directement du moulage de la touche. Le lobe 13 est saalant sensiblement centralement sous la semelle de la partie inférieure 12, entre les profilés 1200 Comme montré sur les Figs0 4 à 6, le sommet du lobe 13 comporte une cavité sphéroïdale'l30 dans laquelle est encastré à force, et éventuellement par collage, un contact 14, analogueà un cabochon, en métal embouti. La partie inférieure du contact semi-sphéroïdal 14 présente quatre pattes recourbées140 quisont destinées à coopérer avec deux contacts fixes 60 et 70 de deux conducteurs rectilignes 6 et 7 supportés par la face supérieure 40 du fond 4. Chaque contact fixe 60, 70 a la forme d'un quart de sphère qui est obtenu par emboutissagedUnelongue Zme métallique constituant un conducteur 6, 7 du circuit électrique supporté par le fond 4. Les contacts fixes 60, 70 sont enregard,saÈants sur la face supérieure 40 du fond 4 et contenus dans labase de la cavité 30. Ces contacts fixes jouent le rôle deloctlag pour le contact mobile 14.En effet, lorsque la touche 1, au repos, est poussée par pivotement autour de son axe 123, le contact en cabochon 14 vient, en fin de course descendante de la touche, coiffer par frottement doux les deux contacts fixes 60 et 700 De préférence, les quatre pattes 140 ne s'appuient pas à la base des contacts 60 et 70 sur les conducteurs 6 et 7 lorsque les arrières 121 des profilés 120 de la touche butent contre la face supérieure 31 de la plaque-support 3, comme cela apparaît sur l'épure de la Fig. 7.Le coiffage des contacts 60 et 70 par le contact mobile 14 assure momentanément la connexion électrique des conducteurs 6 et 7, et sensiblement après le relâchement de la touche par le rappel de la lame-ressort 5 Comme on le voit sur les Figs. 3 et 8, les conducteurs 6 et 7 sont répartis, d'une manière classique, en trois groupes, chacun d'eux étant affecté à une colonne de quatre touches Ces groupes comportant en commun le conducteur 6 porté au potentiel de référence ou terre qui, selon cette re'aiisation, est constitué par un monté bloc conducteur formé de trois conducteurs métafliques longitudinaux associés chacun à une colonne de touches et de deux ponts inférieurs transversaux reliant les trois conducteurs longitudinaux, comme montré à la Fig 3. L'un des groupes assigné à une colonne de touches, par exemple celle de droite, est représenté en détail à la R. 80 Il comprend, outre le conducteur au potentiel de référence 6, quatre autres conducteurs 71 à 74, respectivement associés aux quatre touches de la colonne dont les contacts 14 surmontent les paires de contacts 601~701 602-702) 603-703et 604-704.Chaque contact 70t à 704 d'un conducteur 71 à 74 est disposé symétriquement par rapport à une ligne transversale d'alignement d'une rangée de trois touches, en regard d'un contact 4 à604 du conducteur commun 6o En outre, les conducteurs 6 et 7 sont juxtaposés latéralement et occupent sur la face supérieure 40 du fond 4 une suthne au plus égale à une colonne de touches.Pour ce faire, selon la réalisation illustrée à la Fig. 8, le conducteur commun 6 est central à la colonne au niveau des deux touches arrière, puis est localisé à droite au niveau des deux touches avant de la colonne. il présente une succession de plages conductrices rectayFlakes 611 à 614 reliées par des ponts conducteurs 621 à 624 formant le fond d'enclaves dans lesquelles sont logées centralement les petites extrémités transversales des conducteurs 71 à 74, par ailleurs rectilignes et parallèles entre eux. Ces petites extrémités transversales présentent chaque contact 701 à 704 en regard d'un contact 60 à 604 du conducteur 6. Tous ces conducteurs électriques 6 et 7 sont obtenus par découpe mécanique en bande selon leur contour montré à laFg.8, à partir d'une plaque métallique, au moyen d'outils à suivre à -grande vitesse. Chaque découpe représente un circuit électrique complet d'un boîtier et est insérée à force, d'un seul coup de presse, sur la face supérieure plane 40 du fond 4 du boîtier. Avant ou simultanément à cette coupe, les contacts 60 et 70, de forme sphéroïdale, sont obtenus par emboutissage, ainsi que les eXtrémités auto-dénudantes des conducteurs 6 et 7, dscrites ci-après en référence aux Figs. 8 à 10. Chaque extrémité d'un conducteur 6, 71 à 74 est terminée par une plage de connexion arrière rectangulaire 63, 731 à 734, allongée suivant une colonne et également obtenue par découpage. Comme montré aux Figs. 9 et 10, une plage de connexion 63, 73 est obtenue à partir d'une surface rectangulaire extrême du conducteur 6, 7 qui est pliée, par exemple deux fois selon la réalisation illustrée, pour former des V renversés 8, à angle très faible. Préalablement, avant pliure et même découpage, la plaque métallique est percée d'orifices allongés médians 80 qui, après pliage et découpage, partagent les V renversés 8 en deux branches 81 d'une fourche, orientées vers le haut. Par ailleurs, la plaque intermédiaire 3- supportant les touches est entaillée par dessous à son extrémité arrière, de manière à surplomber les fourches 8.Dans l'entaille 34 ainsi réalisée, sont ménagées des languettes 35, transywrsales et verticales, ici au nombre de trois, qui s'enchevôtrent avec les fourches 8 des plages 63, 73 alignées transversalement. La distance entre une languette 35 et la face supérieure 40 du fond 4 est sensiblement égale au diamètre externe d'un fil conducteur externe tel que 9, à relier à un conducteur 6 ou 70 La largeur d'un orifice 80 séparant les branches 81 d'une fourche 8 est de l'ordre de grandeur du diamètre de l'âme du fil conducteur 9, gaine dénudée, et le fond 82 d'un orifice 80, après pliage, est au-dessus de la face 40. il apparaît ainsi qu'un jeu de fils conducteurs externes 9, généralement gainés, amenés séparément ou simultanément en nappe, peuvent être automatiquement dénudés par positionnement au-dessus des paires d'orifices 80 et puis par pressage simultané au moyen des languettes 35 qui poussent les conducteurs 9 entre les fourches 8 contre la face 40 et qui obligent, par pincement, la découpe partielle et locale des gaines isolantes des conducteurs 9 par les bords tranchants des orifices 800 La connexion d'un fil 9 et d'un conducteur 6 ou 7 est ainsi immédiatement obtenue à travers les fourches 8, par auto-dénudage des conducteurs 9n Outre l'avantage du sectionnement partiel de la gaine du conducteur 9, lorsqu'elle est présente, les fourches 8 vouent également le rôle de serre-câbleO Sur les Figs. 8 et 9, sont également représentées les empreintes 410 à 414 des plages de connexion 63, 731 à 734, obtenues par pressage sur la face 40 du fond 40 Le fil conducteur externe 9 relié à la plage terminale 63 est connecté à la terre ou au potentiel de référence de l'appareil.Les fils conducteurs externes 9 reliés respectivement aux plages terminales 731 à 734 sont connectés aux bornes d'un circuit de sélection qui assure la commande de différentes fonctions dans un appareil informatique par exemple, ou qui assure la sélection des signaux de numérotation, tels que les deux fréquences assignées au numéro de la touche correspondante enfoncée, dans le cas d'un poste téléphonique à generateur à multifréquence. Enfin, après la découpe des conducteurs 6 et 7 et avant leur pressage sur le fond 4, peuvent être effectués des traitements de surface, tels que niclelage et/ou dorure en continu, par dépôts sélectifs sur certaines surfaces, comme celles des contacts 60 et 70 ei/ou des plages de connexion 63 et 73. Bien que l'invention ait été décrite en référence à des touches à pivotement, il reste entendu que l'encastrement du -erAact mobile dans une teteks et le pliage eytreme, le découpage puis le pressage des conducteurs du circuit électrique peuvent être applicables à toutes sortes de clavier, tels qu'à touches translatées, rappelés par lame-ressort ou ressort hélicoidal, etc... Ces différents claviers appartiennent au cadre de l'invention délimité par les revendications annexées Revendications de brevet 1 - Clavier de commutation comprenant une première plaque supérieure (2) ayant des lumières (20) desquelles émergent les blocs de préhension (11) des touches (1) du clavier, une seconde plaque intermédiaire (3) sous-jacente à la première plaque (2) ayant, en dessous des lumières (20), des orifices (30) traversés par les parties inférieures (12) des-touches (1) et une troisième plaque inférieure (4), sous-jacente à la seconde plaque (3), supportant un circuit électrique constitué par des paires de conducteurs (6,7) associées aux touches, les conducteurs (6, 7) de chaque paire étant munis de deux contacts fixes (60,70) propres à être connectés par dessus par un contact mobile (14) sous l'action d'enfoncement de la touche (1) et chaque touche (1) étant rappelée, au repos, en butée contre la première plaque (2) par un élément élastique (5) s'appuyant sur la seconde plaque (2) et sous la touche 1), caractérisé en ce que le circuit électrique est obtenu par découpage mécanique d'une plaque métallique pour constituer lesdits conducteurs (6,7) sous forme de bandes qui sont fixées sur la troisième plaque (4) par pressage à force et en ce que le contact mobile (1IF) est encastré sous la touche (1) au niveau de l'orifice correspondant (30). 2 - Clavier de commlutation conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le contact mobile (14) d'une touche (1) et les contacts fixes (60;70) des deux conducteurs correspondants (6,7) sont respectivement en forme de demi-sphères et de quart-sphères en regard, ledit contact mobile (14) coiffant lesdits contacts fixes (60;70) afin d'assurer la connexion des deux conducteurs (6,7) lorsque la touche (1) est sensiblement en fin de course descendante. 3 - Clavier de commutation conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits contacts (14,60,70) sont obtenus par emboutissage. 4 - Clavier de commutation conforme a' l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'une des extrémités de chaque conducteur (6,7) présente une plage de connexion (63,73) auto-dénudante obtenue par percage, plage et découpage, propre aux raccordements mécaniques et électriques d'au moins un fil conducteur externe (9). 5 - clavier de commutation conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde plaque (3) présente un évidement (34) dans lequel sont ménagées des saillies (35) qui pressent le fil conducteur externe.(9) contre la troisième plaque (4) et aui sont enchevêtrées avec les pâtures autodénudantes (80) de la plage de connexion (63,73) pinçant le fil conducteur externe (9) et en contact avec celui-ci. 6 - Clavier de commutation conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dessous (12) d'une touche (1) comporte un lobe (13), directement issu du moulage de la touche (1), muni par dessous d'une cavité (130) dans laquelle s'encastre à force et/ou par collage le contact mobile (14). 7 - Clavier de commutation conforme à l'une des revendications 1 à 6, comportant des touches (1) possédant des pivots avant (122) qui pivotent sur la seconde plaque (3) et des éléments élastique (5) tels que des lames-ressorts coudées encastrées dans la seconde plaque (3) et rappelant 11 arrière des touches (1) en butée (100,210) contre la première plaque (1), chaque touche venant buter contre la face supérieure (31) de la seconde plaque (3) en fin de course descendante, caractérisé en ce que le pivot avant(122) de chaque touche (1) pivote uniquement dans un logement (32) de la seconde plaque (3). 8 - Clavier de commutation conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que le pivot avant et le dessous arrière d'une touche (7) venant buter sur la face supérieure (31) de la seconde plaque (3) sont constitués par deux profilés longitudinaux inférieurs (120), directement issgcs du moulage de la touche (1)O 9 - Clavier de commutation conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que charrue profilé (120) a la forme d'un triangle rectangle à petit et grand côtés qui sont sensiblement vertical avant et horizontal, respectivement, lorsque la touche (1) est au repos. 10 - Clavier de commutation conforme à l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la lame-ressort de rappel coudée (5) d'une touche (1) a une partie verticale (51) encastrée dans un logement borgne (33) de la face supérieure (31) de la seconde plaque 43), en arrière de l'orifice (30), et une partie (50) inclinée par rapport à l'horizontale et en contact avec le dessous arrière (12) de la touche (1) toujours au-dessus do ladite face supérieure (31) de la seconde plaque (3bo 11 - Clavier de comniutation conforme aux revendications 8 et 10, caractérisé en ce quelea partie inclinée (90) de la lame-ressort (5) rappelant au repos une touche (1) est appliquée entre l'arrière (121) des deux profilés longitudinaux (120) qui vient en butée sur la face supérieure (31) de la seconde plaque (3) lorsque la touche est enfoncée. 12 - Clavier de commutation conforme à l'une des revendications i à 11, caractérisé en ce que les première, seconde et troisièmeplaqoes (2,3,4) sont rendues solidaires par fusion de colonnettes plastiques (C) dans des orifices superposés desdites plaques.