Brevet FR2490868A1 — publié le 19820326

La présente invention concerne un commutateur rotatif et, plus particulièrement, un commutateur rotatif pour carte de circuits imprimés capable de couper ou d'établir la continuité entre des circuits parcourus par des signaux électriques d'une puissance pouvant aller jusqu'à plusieurs watts. Dans les applications électriques à courants faibles, dans les domaines de l'électronique par exemple, on utilise des commutateurs rotatifs chargés d'établir ou de couper la continuité métallique entre leurs broches de raccordement selon la position angulaire donnée par un opérateur à un bouton de commande. Ces commutateurs sont de dimensions réduites puisqu'ils se montent généralement sur des cartes de circui-s imprimés et, en outre, ils doivent permettre de réaliser entre leurs broches de raccordement des combinaisons électriques différentes pour répondre aux divers cas d'utilisation. Dans certains commutatAurs rotatifs de ce type, on établit les continuités métalliques entre les broches de raccordement au moyen de balais, solidaires de ces broches, qui viennent frotter sur les surfaces conductrices d'un disque comportant un circuit imprimé. Les combinaisons électriques possibles avec un tel commutateur résultent donc d'une sorte de codage correspondant aux combinaisons entre les surfaces conductrices et isolantes du circuit imprimé. Dans certains autres modèles de commutateurs, on a remplacé le circuit imprimé métallique par une configuration conductrice obtenue par sérigraphie au moyen d'une encre chargée des particules métalliques appropriées. Ces commutateurs rotatifs conviennent tant que leurs balais établissent ou coupent - selon qu'ils frottent sur une partie conductrice ou isolante des circuits parcourus par des signaux électriques de faible puissance, par exemple de l'ordre de 100 mW et généralement inférieurs à 1/2 W. Par contre, dès qu'il s'agit de signaux ayant une puissance de plusieurs watts - c'est le cas de signaux de lOOmA d'intensité sous une tension de 60V de tels commutateurs ne conviennent plus. En effet, entre autres inconvénients, il se produit un phénomène d'arc électrique lorsqu'un balai coupe un signal électrique de cette puissance, en passant d'une configuration électriquement conductrice à une surface voisine isolante; il en résulte un entraIne- ment progressif de métal sur cette surface isolante qui finit par être détruite par claquage de l'isolant. L'invention a pour objet de pallier de tels inconvénients par 2 2490868 des moyens simples et économiques qui permettent de réaliser un commutateur rotatif extra-plat de faibles dimensions pour circuits imprimés capable de commuter des signaux de puissance relativement élevée. A cette fin, l'invention propose un commutateur rotatif dans lequel les balais solidaires des broches de raccordement extérieur du commutateur sont séparés d'un premier disque dont une face est en tout ou partie électriquement conductrice par un autre disque de matériau isolant comportant des ouvertures disposées de façon codée pour correspondre aux combinaisons appropriées à chaque position angulaire du commutateur. Ainsi, pour chacune de ces positions, chaque balai peut avoir son extrémité de contact en regard du matériau non conducteur du disque isolant ou, au contraire, en regard d'une ouverture de ce disque. Dans cette dernière éventualité, l'extrémité du balai traverse l'ouverture correspondante et entre en contact avec la face conductrice du premier disque. Par ailleurs, la position des balais et des broches de raccordement dont ils sont solidaires, leur écartement respectif et leur maintien sont déterminés par des tétons qui font corps avec l'une des deux demicoquilles formant le bottier du commutateur et qui pénètrent dans des ouvertures correspondantes de l'autre demi-coquille au cours de la juxtaposition de ces demi-coquilles, lors de l'assemblage du bottier. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: - La figure 1, la vue en perspective du commutateur rotatif faisant l'objet de l'invention; - La figure 2, la vue éclatée, en perspective, des pièces constitutives du commutateur rotatif de la figure 1; - La figure 3, la vue en perspective de certaines pièces de la figure 2 mais sous un angle permettant d'illustrer des détails invisibles sur la figure 2 - La figure 4, une vue en plan, à grande échelle, du disque comportant les ouvertures servant à établir les combinaisons de codage électrique entre les balais du commutateur rotatif; - La figure 5, unevue en coupe, à grande échelle, illustrant le profil chanfreins des bords extrêmes des ouvertures de codage du disque de la figure 4 - La figure 6, une vue en plan, à grande échelle, du disque comportant un exemple de configurations électriquement conductrices, associé au disque de la figure 4. On va commencer la description en se reportant tout d'abord à la figure 1 qui illustre le commutateur rotatif de l'invention, prêt à être utilisé. Il apparalt comme étant essentiellement constitué par un axe de commande 1, un bottier formé de deux demi-coquilles 2 et 3 emprisonnant les broches de raccordement 4 qui sont espacées les unes des autres selon un pas permettant l'implantation sur une carte de circuits imprimés. Un ensemble de broches de raccordement, non visible sur la figure mais identique aux broches 4, se trouve disposé de façon semblable sur le c8té 5 du commutateur. Bien que ce ne soit pas représenté sur la figure - parce que ne faisant pas l'objet de l'invention - l'axe de commande 1 peut recevoir les boutons de manoeuvre habituels.. De même, le commutateur peut être équipé d'une douille filetée qui se glisse alors sur l'axe 1 et permet, de façon connue, la fixation du commutateur sur un panneau adéquat au moyen d'un écrou mettant le panneau en sandwich entre lui- même et le commutateur. On va examiner maintenant la figure 2 qui illustre l'ensemble des pièces constitutives du commutateur et sur laquelle on reconnaît les Eléments de la figure 1, à savoir l'axe de commande 1, les deux demi-coquilles 2 et 3, les broches de raccordement 4 et 4'. On se reportera également à la figure 3 qui montre les parties de l'axe 1 et de la demi-coquille 2 non visibles sur la figure 2. La demi-coquille 2 sert au logement de l'axe de commande 1 et des élément qui lui sont associés tels que le ressort 6 et la bille 7 ainsi que la butée cylindrique 8. Cette dernière est montée à force dans l'une des ouvertures 9 qui sont régulièrement espacées autour de l'orifice 10 de passage de l'axe 1. Ainsi, selon l'ouverture dans laquelle se trouve la butée 8, on permet un plus ou moins grand déplacement angulaire de l'axe de commande 1 puisque l'ergot 11 rencontre cette butée après un déplacement circulaire plus ou moins important. La bille 7 coopère avec le ressort 6 pour former un dispositif-d'encliquetage de manière que l'opérateur manoeuvrant l'axe de commande 1 ressente physiquement, par un point dur, le passage d'une position angulaire du commutateur à une autre, ce qui correspond d'ailleurs au pas angulaire des ouvertures 9. A cet effet, le ressort 6 et la bille 7 sont logés dans l'ouverture 12 (figure 3); ainsi, quand l'axe 1 est en place dans la demi-coquille 2, le ressort 6 fait son 4 22490868 office et pousse la bille 7 contre les bourrelets semi-cylindriques 13 ou dans les creux qui les séparent. La demi-coquille 2 comporte également quatre pions de centrage 14 qui servent à l'assemblage du bottier et six tétons 15-15' destinés à la mise en place et au maintien des broches de raccordement 4-4' qui sont, comme on le voit sur la figure 2, chacune partie intégrante d'une seule et même pièce dont une extrémité est une broche de raccordement, l'autre extrémité se présentant sous la forme d'un balai 16-16'. Chaque balai-broche 16-4 ou 1'-V4' comporte deux découpes semi-circulaires 17-18 et 17'-18' destinées au passage des tétons 15-15' de la demi-coquille 2. L'axe de commande 1 est associé aux deux disques 19 et 20 de telle sorte que sa rotation provoque simultanément celle de ces deux disques.A cet effet, l'axe 1 se termine, dans la partie qui est normalement à l'intérieur du bottier, par un pivot 21 visible sur la figure 3 et par deux méplats dont un seul référencé 22 est visible sur cette figure, l'autre méplat étant disposé de façon symétrique sur la partie cachée. Ces méplats 22 et les segments semi-circulaires qui les joignent sont prévus pour pénétrer légèrement à force dans les ouvertures correspondantes 23 et 24 des disques 19 et 20. Le disque 19 comprend, autour de l'ouverture 23, une collerette 25 qui lui confère une certaine rigidité mécanique. Quand les disques 19 et 20 sont en place sur l'axe de commande 1, cette collerette 25 bute contre la face 26 (figure 3). Or, l'épaisseur de la collerette, la position de la face 26 par rapport à la face 27 (figure 3) font que le disque 19 ne frotte pas contre cette face 27 mais qu'il existe entre eux un espace libre. C'est dans cet espace disponible, entre le disque 19 et la face 27, que se logent les balais 16-16'. Leur cambrage les amène à exercer une pression contre la surface du disque 19 qui est en matériau isolant, par exemple du nylon chargé de téflon. Mais le disque 19 est pourvu de fenêtres 28 de sorte que les balais 16-16' peuvent se trouver individuellement, soit en regard du matériau isolant du disque ou, au contraire, en regard d'une fenêtre 28, cette situation dépendant de la position angulaire du disque isolant 19 et de l'emplacement des fenêtres 28 qu'il comporte. Pour faciliter la compréhension, on va se reporter d'ailleurs à la figure 4 qui illustre, à grande échelle, un disque tel que celui référencé 19 sur la figure 1. On reconnaît l'ouverture 23 et la collerette 25 qui l'entoure; on notera au passage que les segments semi-circulaires 29 et 30 ne sont pas identiques: on obtient ainsi un effet de détrompage puisque, la partie mâle de l'axe I ayant un profil 2490868 semblable, il n'existe qu'une seule manière possible de mettre le disque en place sur l'axe de commande. Les fenêtres 28 sont disposées selon des cercles concentriques 31 à 37, au nombre de sept, c'est-à-dire en nombre égal à celui des balais 16-16'.(figure 2). Il est évident que la largeur de ces fenêtres est telle que les balais peuvent respectivement y pénétrer sans difficulté. A l'examen des fenêtres 28, on constate que leur longueur est variable, de même que leur localisation sur le disque isolant. De plus, si l'on considère le cercle extérieur 37, les fenêtres ont la valeur d'un quasi demi-cercle de sorte qu'il ne reste pour les séparer qu'une sorte de dent 38-38' de matériau isolant. Chaque disque comporte donc un arrangement combiné de l'emplacement et de la longueur des fenêtres qui lui est propre; il s'agit donc d'un code particulier à chaque type de disques. C'est la raison pour laquelle on appelle le - disque isolant 19 "disque de codage". Par ailleurs, si l'on examine la figure 5 qui est une vue en coup' d'une extrémité de fenêtre - telle l'extrémité 39 de la figure 4 - on voit qu'elle présente un chanfrein 40 raccordé aux faces 41 et 42 par des congés 43 et 44. De la sorte, au cours de la rotation du disque de codage, quand le balai correspondant quitte la fenêtre, il passe du niveau approximatif du fond de la fenêtre 45 au niveau de la face 42 par la transition assurée par le chanfrein et les deux congés de raccordement. La réciproque est tout aussi vraie quand le balai frotte sur la face 42 et qu'il pénètre dans la fenêtre jusqu'au fond 45. On améliore évidemment ainsi les performances mécaniques des balais et, en conséquence, la qualité du contact entre les balais et le disque 20 (figure 2). En effet, on a vu que le disque de codage 19 était associé au disque 20. Ainsi, quand un balai traverse une fenêtre 28 (figure 2) du disque de codage, il frotte sur la surface du disque 20. Or, ce disque est porteur de configurations 46, en matériau conducteur, imprimées sur un substrat isolant approprié de sorte que ses configurations conductrices fournissent les liaisons électriques adéquates entre les balais 16-16' qui ont été autorisés à l'atteindre grâce à la-présence des fenêtres 28 sur le disque de codage 19. Evidemment, les configurations du disque de conduction 20 sont variables; outre, les configurations 46 illustrées sur la figure 2, on a représenté sur la figure 6, à grande échelle, un autre exemple de configurations formant des pistes conductrices réparties grossièrement en deux secteurs; pour une autre application, le disque 20 pourrait même avoir une face entièrement conductrice. On notera que ce disque 20 comporte une ouverture 47 identique à l'ouverture 23 du disque de codage de la 6 2490868 figure 4, c'est-à-dire qu'il possède les mêmes dispositions de détrompage pour faciliter son montage sur l'axe de commande 1. On va revenir maintenant à la figure 2 et se reporter plus particulièrement à la demi-coquille 3. Elle comporte deux empreintes 48 et 49, l'une l'empreinte 48 pour recevoir et maintenir en place le pivot 21 (figure 3) de l'axe de commande 1, l'autre l'empreinte 49 pour permettre une meilleure assise du disque 20 contre les surfaces 50 et 51. Quatre trous borgnes 52 sont prévus pour recevoir les pions de centrage 14 tandis que les deux ensembles de six trous borgnes 53 assurent le logement des tétons 15-15' (figure 3). Deux des flancs de la demi- coquille 3 comprennent des gorges 54 séparées les unes des autres par des aervures 55. Les gorges 54 reçoivent les parties 56 des broches de raccordement 4-4', les nervures 55 contribuant au maintien et à l'isolement desdites broches en s'insérant entre leurs parties 56. On remarquera que les _.ons de centrage 14 ont un diamètre légèrement supérieur à celui des trous borgnes correspondants 52. Cette disposition permet d'éliminer toute pièce complémentaire nécessaire à l'assemblage du commutateur rotatif. En effet, quand les disques 19 et sont montés sur l'axe de commande 1, ce dernier ayant son pivot 21 dans l'empreinte 48 et son extrémité opposée traversant -'ouverture 10 de la demi-coquille 2, quand les balais 16-16' sont en place entre le disque de codage 19 et la face 27 (figure 3), quand les broches de raccordement 4-4' sont disposées dans leurs logements 54 respectifs, il ne reste plus qu'à rendre fermement solidaires les deux demi-coquilles 2 et 3. C'est ce que l'on obtient en les soumettant à une pression suffisamment forte pour que les pions de centrage 14 pénètrent à force dans les trous borgnes 52 jusqu'à ce que les demi-coquilles 2 et 3 soient étroitement juxtaposées. Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. *apuwjmoz ap exvl ans senbstp sep azeld uV esjm u1 ap siol elqvsilpln 2uerail2e; ZZed&o:p ap ueaom un aanitlsuoz ancd anblir-LssTp pup'IId sctou ne luvai ainiaano eIlpel 'aalrevimo0 np anaTleulsl ea ntlls apuemoz Oc ap exel ap giTmgxaXl1 ans inp a2uzuor el inod Bejiiaez eantiaano emtm eun zueiaodmoz senbsTp xnep sel enb ile; el ead gslagiuaeel nolluolpueAez aapimazd eI Z emaonuoa;pelo m anenviramo> -ç *;Tpeioa an elvnmmoD ap jaltioq el tuvenazsuoz sellaed sap aun suTom nep SeaJePTIOS a2Elueza ap s unamqE sep ezae laeidooJ r 5z sagulsep sadnoz p sep queliodmoz seleeq sel enb ltje; el aed gssagieave uo$levzpuaAal Vpuouas eI e amaoguoD glleloam jalvenmmoD 'f *seanlano setipsal suep sjeleq sep ellaos el no aeiluae, aeIlTTDe; ap ut;e saniaeno se ep s99maTi2xa xne sanaald U08os neesq ue sealaed sep enb le; el.ad gs$lagleao 'suoeztpua&a oz epuoves la aelamald xne emaoguoo;gel0io m aneilrnmo *g *-anbssp aeaid np saeaniaeAno sailpsalIueenbpun s=aeAzi e enbslp.puoves llpnp mneaDnpuoz nvliaiem ap sauoz sae vaab tivsuoD ue jaltue anod la tuelosT enbsTp aTeeead itpel ans lueaAllsnlDxe aloil mnod sgsodssp quos seuaeiut s$eleq sel anb lje; al _ed gsiagzaez uollmsepueAea ataTmod e je a aoguoz;petoi inveinxmoD *z *enbsTp a-mcead np sainieAno sel Dvae nos$enquio0 Ua uoliean2î;uoZ eun uoles invitnpuoz quemanbîlazal-9 net tiei- ap sauoz ap inaiaod enbslp aline un laed gnilisuov tueai luemel puozas ael 'apu?20o ap exj ap eaieln2ue uoltiscd anbe4q E seadoid sagpov suos$vusq1o0 01 xne Iuapuodsaoaoz uoi$TsodsTp e - lanen2uol eI juop seanltaenop n&anod iulosi juemanbjatzait neTlaiem ap enbs$p un ard gnilsuoz vite zuezt'nela aelmald ael 'anbTltalie a2epoD ap sjua9mgT xnép ap eajleploS ise apueo3- ap exe uos enb ile; el aed gsTageiev tuveti;glelo m aietnaifroD tipael, juem ig iTpnp aaleuln2ue uoti$sod eI noias;TieloTi aaletimco S np apuemmo ep axe,l mns x$j; quaal e un,p saeljaznpuoz no seTuelosT saTiaed sel zaàe ietiuoo ue luemauAer adsoa quos sIT.nb altos allai ap s9sodsTp sauetul sleleq ep saaeplos luos manematxe. uan p2o0ue ap saqeoiq sael lanbael suep;lieiom aeinain'noO *1 SKOIJVOIGE3^SI 898069Z L