Brevet FR2484132A1 — publié le 19811211

La présente invention concerne des ensembles de contacteurs à membranes perfectionnés. Spécifiquement1 l'invention concerne un ensemble de contacteurs à membranes comportant des cavités internes qui sont mises en communication avec l'atmosphère ambiante par l'intermédiaire d'une structure poreuse ou perméable à l'air. Des ensembles de contacteurs à membranes connus du type utilisé dans des claviers à touches miniaturisés sont construits d'une manière classique en stratifiant une feuille d'espacement pourvue d'ouvertures entre deux substrats qui supportent des circuits imprimés Les substrats, dont au moins un est flexible, sont positionnés de façon que les motifs de circuits de ces substrats soient placés l'un en regard de l'autre. Les contacteurs sont définis en positionnant les ouvertures de la feuille d'espacement de manière que,lors de l'application d'une pression sur un des substrats, des parties appropriées des circuits imprimés puissent entrer en contact l'une avec l'autre.Ces ensembles de contacteurs à membranes de type connu ont été usuellement agencés de manière que les cavités ou chambres de contacteurs formées par les ouvertures ménagées dans la feuille d'espacement soient isolées en permanence de l'environnement ambiant. Ces cavités sont remplies d'un gaz, typiquement de l'air. Le procédé connu, défini ci-dessus, de fabrication d'ensembles de contacteurs à membranes présente certains inconvénients. Un gros inconvénient qui résulte du scellement hermétique des cavités définies par les ouvertures de la feuille d'espacement est rencontré lorsqu'il se produit une variation de la pression du fluide extérieur, par exemple la pression atmosphérique. Si une machine qui comporte l'ensemble de contacteurs à membranes est placée à une altitude où la pression atmosphérique extérieure est inférieure à la pression régnant dans les cavités hermétiquement scellées, la plus forte pression interne exerce sur les couches de la structure stratifiée à contacteurs une force dirigée vers l'extérieur. Le résultat de cette expansion dirigée vers l'extérieur consiste en ce qu'il se produit un effet d'amortissement lors de l'actionnement des touches individuelles.Lorsque la différence de pression est suffisamment grande, il devient difficile à l'opérateur de déterminer si la touche a été actionnée. Dans la situation extrême où la différence entre la pression atmosphérique extérieure et la pression régnant dans les cavités est assez grande, l'ensemble de contacteurs à membranes peut se déformer et un gndommagement peut être causé éventuellement à la structure par augmentation de la pression s'exerçant sur les parois sous l'effet de la dilatation vers l'extérieur. Un résultat semblable se produit quand la pression atmosphérique extérieure devient plus grande que la pression régnant dans les cavités. Ce phénomène se manifeste par exemple quand le mécanisme comportant l'ensemble de contacteurs à membranes est actionné dans un environnement où la pression ambiante est supérieure à celle où la structure stratifiée a été construite. I1 en résulte que la force exercée sur la paroi de la structure stratifiée par la pression atmosphérique extérieure fait déplacer les parois de cette structure stratifiée vers l'intérieur. L'effet usuel de cette différence de pression n'est pas aussi important que lorsque la pression atmosphérique est plus petite que la pression interne. Cependant, dans la condition extrême où la différence entre la pression atmosphérique extérieure et la pression interne devient élevée, les contacteurs peuvent être actionnés. I1 est à noter que, même dans des conditions normales de fonctionnement, le gaz qui se trouve dans les cavités s'oppose à une compression des parois de la structure stratifiée quand un utilisateur essaie d'actonner les touches. Cela se traduit par un effet d'amortissement qui est décelé par l'utilisateur d'un ensemble de contacteurs à membranes de type connu. Bien qu'il puisse être souhaitable d'obtenir un effet d'amortissement dans certaines circonstances, celui-ci peut également réduire l'aptitude de l'utilisateur à actionner un contacteur, par enfoncement d'une touche par exemple, ou bien à détecter si un contac teur a été actionné. Plusieurs procédés ont été proposés et/ou utilisés pour essayer de remédier aux inconvénients précités des ensembles de contacteurs à membranes de types connus. Un procédé connu consiste à ménager les canaux internes dans la structure stratifiée entre les cavités Ces canaux permettent un déplacement du milieu fluide entre les cavités internes de l'ensemble de contacteurs à membranes. Lorsqu'un contacteur est actionné, le fluide se trouvant à l'intérieur de la cavité définie par la feuille d'espacement et associée à ce contacteur est déplacé par la force dirigée vers le bas par la paroi de membrane et il s'écoule dans les canaux de façon à parvenir dansune ou plusieurs autres cavités. Bien que cela contribue à réduire au minimum l'effet d'amortissement causé par la résistance exercée par la pression interne à l'abaissement de la paroi de membrane, on ne résout pas pour autant les problèmes posés par une différence entre la pression interne et la pression externe. On a également proposé de rendre la pression interne égale à la pression externe par établissement d'une communication fluidique entre l'atmosphère ambiante et l'intérieur de l'ensemble de contacteurs en ménageant un trou dans les couches extérieures de l'ensemble de contacteurs, ce trou étant couramment appelé un trou de traversée. Ce trou de traversée ménagé dans la structure stratifiée de l'ensemble de contacteurs permet à l'air de s'écouler librement pour pénetrer dans les cavités de l'ensemble et pour en sortir. Bien que cette technique résolve les problèmes posés par la différence entre les pressions externe et interne, elle introduit certains inconvénients. Le plus gros de ces inconvénients se manifeste lors de l'incorporation de l'ensemble de contacteurs terminé à un produit final.Les trous de traversée sont typiquement ménagés dans la totalité de l'ensemble de contacteurs. Bien que des trous ménagés dans la surface avant de l'ensemble puissent être scellés, par exemple par des feuilles portant des symboles, les trous ménagés dans la surface arrière doivent rester dégagés. Cela crée des difficultés lors de l'installation de l'ensemble de contacteurs dans des appareils tels que des calculateurs, des fours à microondes, des commandes thermostatiques, etc. L'ensemble de contacteurs doit, pour que le trou de traversée soit maintenu ouvert, être séparé spatialement du carter environnant ou bien ce carter environnant doit être pourvu de trous correspondants pour permettre un libre écoulement de l'air par les trous de traversée.Cela nécessite des opérations supplémentaires de fabrication ou bien la réalisation d'un carter plus gros pour établir la séparation spatiale. En outre, puisque de nombreux ensembles de contacteurs à membranes sont fixés à l'intérieur de l'appareil final en utilisant des adhésifs, en cours de fabrication, on doit prendre des soins particuliers pour éviter que l'adhésif ne pénètre dans les trous de traversée en provoquant leur obturation. Enfin, un libre écoulement de fluide entre l'atmosphère ambiante et l'intérieur de l'ensemble de contacteurs augmente le risque que de la crasse ou d'autres substances contaminantes ne parviennent aux contacts des contacteurs et provoquent un fonctionnement défectueux. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et à d'autres des réalisations connues à l'aide d'un ensemble de contacteurs à membranes de type perfectionné. Conformément à la présente invention, un ensemble de contacteurs est composé d'au moins deux circuits "imprimés" comportant chacun un substrat non conducteur qui supporte sur une face un motif conducteur. Les motifs conducteurs sont placés l'un en regard de l'autre et ils sont électriquement séparés l'un de l'autre par interposition d'une feuille non conductrice d'espacement entre eux. Cette feuille d'espacement est pourvue d'ouvertures par l'intermédiaire desquelles un contact électrique entre des conducteurs individuels des deux motifs conducteurs opposés peut être établi par flexion d'un ou bien des deux substrats. Cet ensemble de contacteurs est placé sur une couche portante perméable à l'air.Le substrat de circuit qui-est en contact avec cette couche portante est pourvu d'ouvertures, au moins dans la zone des cavités de contacteurs individuels qui sont formées par les ouvertures ménagées dans la feuille d'espacement Cela permet à l'air de pénétrer dans les cavités de contacteurs individuels et d'en sortir par l'intermédiaire de la couche portante lors de l'actionnement d'un contacteur. La couche portante peut être formée d'une matière poreuse et fibreuse du type comportant des fibres enchevetrées, non tissées ou ordonnées. En variante, la couche portante peut être constituée par une structure rigide en forme de plaque comportant des saillies multiples, au moins sur une face, ou bien par un corps perforé comme par exemple un support en treillis ou en nid d'abeilles. La couche portante permet non seulement à l'air de pénétrer dans les cavites de contacteur individuel et d'en sortir mais elle constitue également une embase à l'aide de laquelle l'ensemble de contacteurs peut être installe dans un équipement électronique. D'autres avantages et caractéristiques de l'inven- lon seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la fig. 1 est une vue en coupe d'une partie d'un premier ensemble de contacteurs de l'art antérieur, la fig. 2 est une vue en coupe partielle d'un autre ensemble de contacteurs de l'art antérieur, la fig. 3 est une vue en coupe partielle d'un ensemble de contacteurs correspondant à un premier mode de réalisation de la présente invention, la fig. 4 est une vue en coupe partielle dsun autre mode de réalisation d'un ensemble de contacteurs conforme à la présente invention, la fig. 5 est une vue en coupe d'un mode de réalisation d'une couche portante ou embase conforme à la présente invention, les fig. 6A et 6B sont des vues en coupe d'un autre mode de réalisation de la couche portante conforme à la présente invention, et la fig. 7 est une vue en perspective d'encore un autre mode de réalisation d'une couche portante conforme à la présente invention. La présente invention concerne des ensembles de contacteurs pour équipements électroniques. Ces ensembles de contacteurs sont pourvus de deux substrats non conducteurs ou panneaux à circuits imprimés, dont au moins un est flexible, lesdits substrats ou panneaux portant des motifs de circuits conducteurs. Ces motifs de circuits sont disposés de manière à être dirigés l'un vers l'autre. Pour empêcher un contact électrique entre ces motifs de circuits conducteurs, et pour définir ainsi un ensemble de contacteurs normalement ouverts, une feuille de matière non conductrice est disposée entre les deux substrats.Cette feuille non conductrice d'espacement est pourvue d'ouv-ertures dans des endroits désirés de manière que les motifs de circuits se trouvant sur les deux substrats puissent être placés en contact électrique l'un avec l'autre par flexion de l'un ou bien des deux substrats non conducteurs l'un vers l'autre au travers du trou ménagé dans la feuille d'espacement. Deux ensembles de contacteurs de types connus ont été représentés sur les figures 1 et 2. Sur la fig.l, les substrats non conducteurs, désignés par 2 et 6, portent des motifs conducteurs respectifs 1 et 5, qui sont positionnés de manière à être placés l'un en regard de l'autre. Les substrats 2 et 6 sont séparés par une feuille d'espacement 4. Bien que les deux substrats 2 et 6 puissent être constitués d'une matière polymère flexible, il est parfois préférable de réaliser une des couches en une matière polymère rigide ou semblable afin qu'elle puisse fonctionner comme une base portante. La feuille d'espacement 4 est pourvue, en des endroits désirés, d'ouvertures qui définissent des cavités de contacteurs, comme indiqué en 3. En comprimant la couche 6 vers la couche 2, on peut établir un contact électrique entre les motifs conducteurs 5 et 1.Cet ensemble de contacteurs est hermétiquement scellé à l'aide d'un adhésif non conducteur 7 qui est déposé entre les substrats 6 et 2 et la feuille d'espacement 4. Sur la fig. 2, on a représenté un autre ensemble de contacteurs de type connu. L'ensemble de la fig. 2 est semblable à celui de la fig. 1, excepté qu'il n'est pas prévu de feuille d'espacement. Dans l'ensemble de la fig. 2, les deux substrats non conducteurs 2 et 10 portent des motifs conducteurs 8 et 1. La couche 10 est en outre pourvue d'une partie 9 en forme de dôme, qui peut être déformée afin d'étab-lir un contact électrique entre les motifs conducteurs 8 et 1. La déformation de la partie 9 en forme de dôme correspond à ce qu'on appelle une déformation centrale à action brusque. Les couches 2 et 10 sont hermétiquement scellées l'une avec l'autre à l'aide d'un adhésif non conducteur 7. I1 en résulte la formation d'une cavité de contacteur hermétique dans la zone 11 située en dessous du dôme 9. Comme indiqué ci-dessus, les ensembles de contacteurs connus des types indiqués sur les fig. 1 et 2 sont typiquement hermétiquement scellés pour empêcher une altération des motifs de circuits par l'environnement. Ce scellement hermétique de l'ensemble de contacteurs emprisonne de l'air à l'intérieur des cavités de contacteurs 3 et 11. L'actionnement des contacteurs est entravé par cet air emprisonné qui est incompressible. D'autres inconvénients de ces ensembles de contacteurs hermétiques de types connus ont déjà été précisés ci-dessus. Sur les fig. 3 et 4, on a représenté deux modes de réalisation de la présente invention. Les ensembles de contacteurs des fig. 3 et 4 ressemblent respectivement aux ensembles de contacteurs des fig. 1 et 2, des composants semblables étant désignés par les mêmes références numériques. Les ensembles de contacteurs des figures 3 et 4 sont montés sur une couche portante 13 qui est constituée d'une matière poreuse ou perméable aux gaz. Pour faciliter la pénétration de l'air dans les cavités de contacteurs 3 et Il et également sa sortie, le substrat de la couche de circuit de l'ensemble de contacteurs qui est adjacent à la couche portante 13 est pourvu de trous de traverséenl2, au moins dans les zones correspondant aux cavités de contacteurs 3 et 11. Cela permet à l'air de pénétrer dans et de sortir des cavités correspondantes lors de l'actionnement d'un contacteur, par exemple par actionnement d'une touche associée porteuse de symboles. En considérant maintenant la fig. 5, on voit qu'un mode de réalisation d'une couche portante, appropriée pour être utilisée dans la présente invention, a été désigné par 14. Cette couche 14 est formée d'une couche fibreuse 15 qui est supportée et partiellement entourée par une couche d'étanchéité rigide 16. La couche fibreuse 15 peut être composée de fibres naturelles ou synthétiques qui sont agencées sous forme d'une couche tissée ou non tissée. La couche 15 peut être préparée par tous moyens appropriés à condition qu'on obtienne une structure poreuse. La couche d'étanchéité 16 peut être formée d'une matière imperméable appropriée, telle qu'un métal ou une résine synthétique. La couche d'étanchéité 16 peut entourer la couche 15 sur cinq côtés, l'ensemble de contacteurs étant positionné sur le côté restant de façon que toutes les cavités de contacteurs soient en communication fluidique. Si cet agencement ne permet pas de résoudre tous les problèmes posés dans l'art antérieur du fait de la liaison de la totalité des volumes intérieurs des contacteurs de l'ensemble, une extrémité de la couche 16 peut être pourvue d'une ouverture et la couche 15 joue additionnellement le rôle d'un filtre. Sur les fig. 6A et 6B, on a désigné d'une façon générale par 14 d'autres modes de réalisation de la couche portante 13. La couche 14, comme indiqué sur la fig. 6A, est constituée d'une plaque 17 qui comporte une surface ondulée, et un plateau porteur 18. La plaque 17 peut être constituée de tout matériau.approprié, comme un métal ou une résine polymère. Le plateau 18 peut également être formé de tout matériau approprié, comme un métal ou une résine polymère. En référence à la fig. 6B, une plaque 21 est pourvue de nombreuses saillies 19 à partie supérieure plane qui, comme la surface ondulée du mode de réalisation de la fig. 6A, délimitent des passages d'air ou des rainures 20. L'ensemble de contacteurs est supporté sur les parties hautes des saillies 19 ou bien sur les parties hautes des ondulations (fig. 6A). La plaque 21 de la fig. 6B peut être constituée de tout matériau approprié. Enfin on a représenté sur la fig. 7 un autre élément perméable à l'air qui peut être utilisé pour former la couche portante 13 conforme à la présente invention cet élément étant désigné dans son ensemble par 22. La couche 22 est constituée d'une structure réticulée ou en nid d'abeilles, elle est formée de tout matériau appropriée et elle est pourvue d'encoches 23 dans les zones de croisement afin de permettre à l'air de traverser la couche 22. Cette couche 22 est typiquement placée à l'inté- rieur d'un plateau 18,. comme indiqué sur la fig. 6A, ou bien elle est rendue solidaire d'une plaque de base afin de former une structure semblable à celle indiquée sur la fig 6B. Lorsque l'ensemble de contacteurs a été placé sur le côté de la couche 22 qui comporte les encoches 23, de ltair peut pénétrer et sortir de façon continue des cavités définies par les ouvertures 3 ménagées dans la feuille deespace- ment 4 et tous les groupes de cavités, ou bien des groupes selectionnés, peuvent être placés en communication fluidi-que Bien entendu lSinvention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICkTIONS 1. Ensemble de contacteurs, utilisable notamment dans des claviers à touches, caractérisé en ce qu'il comprend une première-structure à circuit (6) qui comporte un substrat non conducteur, plan, flexible et portant sur au moins une première surface un motif de circuit conducteur (5) ; une seconde structure à circuit (2) comportant un substrat non conducteur portant sur au moins une première surface un motif de circuit conducteur (1), ledit motif de circuit de la seconde structure (2) définissant des contacts fixes de contacteurs, étant placé en regard avec le motif de circuit de la première structure (6) et étant au moins en partie en coSncidence avec celui-ci, le substrat de la seconde structure à circuit étant pourvu de trous de traversée (12) dans des zones adjacentes à au moins certains desdits contacts (1) ; un moyen d'espacement non conducteur (4) qui est disposé entre lesdites première et seconde structures à circuits (2, 6), ledit moyen d'espacement comportant au moins deux ouvertures le traversant, lesdites ouvertures étant alignées avec des parties de circuits en coincidence desdites structures afin qu'un contact électrique entre des parties en coincidence du motif de circuit de la première structure et lesdits contacts de la seconde structure puisse être établi par l'intermédiaire desdites ouvertures du moyen d'espacement, lesdites ouvertures coopérant avec lesdites structures à circuits pour définir des cavités (3) entre les deux structures à circuits, lesdites cavités étant en communication directe avec au moins un desdits trous de traversée de la seconde structure à circuit ; et une embase (13) comportant une couche perméable aux gaz, ladite embase étant en contact avec et supportant ladite seconde structure à circuit (2) et une communication fluidique entre. lesdites ouvertures du moyen d'espacement (4) étant établie par l'intermédiaire desdits trous de traversée et de ladite couche perméable aux gaz. 2. Ensemble de contacteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite embase (14) comprend en outre un support rigide (16) pour ladite couche perméable aux gaz (15). 3. Ensemble de contacteurs selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite couche perméable aux gaz (15) comprend une matière poreuse. 4. Ensemble de contacteurs selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite matière poreuse est composée de fibres. 5. Ensemble de contacteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite embase (14) comprend un corps rigide (18 ; 21) pourvu d'une surface inégale (17 ; 19), ladite surface inégale définissant ladite couche perméable aux gaz. 6. Ensemble de contacteurs selon la revendication a, caractérisé en ce que ledit support comprend une plaque de base (18 ;21) et en ce que ladite couche perméable aux gaz comprend un élément rigide de structure réticulée (22, 23) qui est supporté sur ladite plaque de base.