Brevet FR2498005A1 — publié le 19820716

La présente invention concerne les claviers du genre électromécanique et plus particulièrement les claviers dont le déclenchement brusque des touches permet à l'opérateur de contrôler l'établissement du contact électrique. I1 est apparu nécessaire à la suite du récent développement de nombreux appareils électroniques, tels que les calculatrices électroniques, de disposer de claviers de comnande qui soient de réalisation simple et économique, tout en présentant une bonne fiabilité. On connaît déjà des claviers électromécaniques du type comportant des éléments électriquement conducteurs, disposes en regard de touches respectives, et susceptibles d'être déformés sous l'effet d'une force appliquée sur la touche correspondante, afin d'établir une liaison entre deux conducteurs électriques disposés à la surface d'un substrat. Les éléments déformables connus, de forme générale convexe, sont transformés en éléments de forme générale conclave, grâce à la force appliquée sur ladite touche correspondante, un contact électrique étant alors établi entre la surface centrale inférieure de cet élément déformable et le conducteur qui est disposé en vis à vis de celui-ci sur le substrat. On a ainsi proposé de réaliser des éléments déformables sous forme de dômes convexes de contour général sensiblement hémisphérique, en matériau électriquement conducteur. De tels éléments nécessitent toutefois, des opérations d'usinage relativement complexes et des traitements particuliers, afin de fournir un contact électrique correct et une souplesse constante après des milliers de manipulations. De plus, la configuration de ces éléments implique très souvent la présence d'un évent dans le substrat, er. regard de chacun desdits éléments déformables. Outre, ltopération d'u sinage supplémentaire alnsl nécessaire, de tels évents entratnent une diminution notable de la fiabilité des claviers, en autorisant la pénétration de poussières et d'humidité au niveau des contacts. On a éga'0ment proposé de réaliser des éléments déformables en déposant au niveau de protubérances ménagées à la surface d'une feuille de plastique, des bandes conductrices destinées à établir le contact entre différents conducteurs disposés à la surface d'un substrat, lors de la déformation desdites protubérances. De tels dispositifs, cependant, ne donnent pas entière satisfaction. On a en effet constaté qu'après des milliers de manipulations, des craquelures étaient engendrées dans le dépôt conducteur, ce qui risque, d'une part, de détériorer-les contacts électriques, d'autre part, d'établir des court-circuits entre les différents conducteurs disposes à la surface du substrat, à la suite de la chute de petits éléments du dépôt conducteur. De plus, la fiabilité de la connectique est faible. La présente invention propose un clavier électromécanique de réalisation simple et économique, qui présente une bonne fiabilité et qui remédie aux différents inconvénients précités. Le clavier de la présente invention, de plus, est particulièrement bien adapté, de part sa faible épaisseur et ses possibilités de codage de sortie très élevées, aux impératifs actuels imposés par la miniaturisation et la complexité croissantes des appareils électroniques. Selon une caractéristique de la présente inven tison, chaque élément électriquement conducteur et déformable du clavier, susceptible d'établir une liaison électrique entre deux conducteurs, est formé d'une pièce métallique emboutie, de section droite générale en U comportant une partie supérieure qui constitue la base du U, sensiblement convexe, et déformable, dont la zone centrale est munie d'une protubérance formant saillie vers l'intérieur de la pièce métallique, ladite protubérance étant susceptible de venir en contact avec l'un desdits conducteurs lors de la déformation de la pièce métallique, et deux bords latéraux, sensiblement parallèles, constituant les deux branches du U, l'un au moins de ces deux bords latéraux étant en contact avec le second desdits conducteurs. Selon une autre caractéristique de la présente invention, la force appliquée sur l'élément déformable est transmise à celui-ci par l'intermédiaire d'un élément d'actionnement appartenant à un ensemble moulé comprenant un cadre support auquel l'élément d'actionnement est relié par une zone flexible formant charnière. L'élément d'actionnement possède, à sa partie inférieure, un ergot susceptible de venir en appui sur la zone centrale de l'élément déformable, afin d'agir sur celui-ci lorsqu'une force est appliquée à la partie supérieure de l'élément d'actionnement. Selon une autre caractéristique de la présente invention, l'élément d'actionnement est muni, à sa partie supérieure, d'un organe disposé à l'opposé de la zone flexible formant charnière par rapport audit ergot, cet organe étant apte à recevoir directement ou indirectement la force appliquée par le doigt d'un opérateur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels - la figure 1 représente un élément électriquement conducteur, déformable, d'un clavier conforme à la présente invention - la figure 2 représente une vue en coupe médiane d'une touche d'un clavier conforme à la présente invention - la figure 3 représente une vue de dessus d'un élément d'actionnement d'un clavier conforme à la présente invention. Le clavier électromécanique de la présente invention comporte un ensemble d'éléments électriquement conducteurs 10, tel que représenté sur la figure I. Chacun de ces éléments est susceptible d'être déformé sous l'effet d'une force appliquée sur une touche correspondante et superposée, comte il sera expliqué plus en détail dans la suite de la description, afin d'établir une liaison électrique entre deux conducteurs électriques 20 et 21, disposés à la surface d'un substrat 22. Les éléments électriquement conducteurs déformables 10 sont formés d'une pièce métallique, emboutie, de section droite générale en U. Chacune de ces pièces métalliques, emboutie, comporte une partie supérieure Il constituant la base du U, sensiblement convexe, et déformable,-dont la zone centrale est munie d'une protubérance 12 formant saillie vers l'intérieur de la pièce métallique 10 ; et de deux bords latéraux 13 et 14, sensiblement parallèles, constituant les deux branches du U. L'un au moins de ces deux bords latéraux 13 et 14, est en contact avec l'un desdits conducteurs 21, supportés par le substrat 22.Lorsqu'une force est appliquée au niveau de la zone centrale de l'élément déformable 10 et plus particulièrement au niveau de la protubérance 12, celle-ci vient en contact avec le second conducteur 20 supporté par le substrat 22, par déformation de la partie supérieure Il de la pièce métallique 10 qui, d'une forme initiale sensiblement convexe prend une forme sensiblement concave. La technologie actuelle utilisée dans les circuits intégrés ne nécessitant plus de résistance de contact très faible, les éléments déformables 10 pourront être avantageusement réalisés en tout alliage classique, présentant des qualités d'endurance mécanique élevées. On comprend aisément que la forme du contact et le profil de l'embouti étant simples, la réalisation en grande série de tels éléments est particulièrement économique. D'autre part, la forme particulière des éléments déformables 10 est particulièrement bien adaptée pour obtenir un mouvement important de ceux-ci, lors de la déformation. De plus, la configuration des éléments déformables 10 est spécialement étudiée pour avoir un volume d'air suffisant qui permet d'éviter tout évent, ce qui, outre la simplicité de fabrication, permet d'assurer une étanchéité parfaite des contacts à l'aide d'un film polyester adhésif non représenté, recouvrant et immobilisant les éléments déformables 10 sur le substrat 22, tout en adhérant lui-même audit substrat 22, sur lequel sont dispose les conducteurs 20 et 21. On comprend bien évidemment qu'une telle étanchéité assure une bonne fiabilité du clavier. La force produite par l'opérateur est transmise à l'élément déformable 10 par l'intermédiaire d'un élément d'actionnement 30, dont un mode de réalisation particulier est représenté sur la figure 2, afin de déformer cet élément 10 et d'établir la liaison électrique entre les deux conducteurs 20 et 21. Cet élément d'actionnement 30 possède, à sa partie inférieure, un ergot 31 susceptible de venir en appui sur la zone centrale de l'élément déformable 10 et avantageusement, au voisinage de la protubérance 12 ménagée au niveau de la partie supérieure Il de chaque élément défor.mable 10. Cet élément d'actionnement 30 est moulé avec un cadre support 32 auquel il est relié par l'intermédiaire d'une zone flexible 33, formant charnière lors du déplacement de ltélément d'actionnement 30.Dans un mode de réalisation préféré, représenté sur la figure 3, cette zone flexible 33 formant charnière est formée de deux éléments 33' et 33" reliant le cadre support 32 et l'élément d'actionnement 30. Bien entendu, cette zone flexible 33 formant charnière sera facilement adaptée aux conditions de flexibilité et de stabilité nécessaires pour chaque cas particulier. Cette zone de liaison pourra, par exemple, être formée d'une bande continue. L'élément d'actionnement 30 est, en outre, muni à sa partie supérieure d'un organe 34 disposé à l,oppo- sé de la zone flexible 33, formant charnière, par rapport audit ergot 31. Cet organe 34 est destiné à recevoir la force appliquée par le doigt d'un opérateur. La réalisation de l'élément d'actionnement 30 en bras de levier assure ainsi l'amplificatior. relative, particulièrement appréciable, du déplacement du doigt de l'opérateur commandant la touche, par rapport au déplacement de l'ergot 31. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 2, la partie supérieure de l'organe 34 traverse, par l'intermédiaire d'orifices 41, une plaque 40 reposant sur les cadres supports 32. Cette plaque 40 est destinée à assurer la couverture du clavier. Dans un tel mode de réalisation, la partie supérieure des organes 34 constitue les touches proprement dites du clavier, accessibles directen:ent par l'opérateur, la partie supérieure de ces organes 34 sera donc avantageusement munie de références alphanumériques appropriées.Bien en tendu, dans d'autres modes de réalisation, confortes à la présente invention, l'organe 34 disposé à l'opposé de la zone flexible 33 formant charnière, par rapport à l'ergot 31, pourra prendre toute forme appropriée pour recevoir indirectement la force appliquée par le doigt d'un opérateur, par l'intermédiaire d'une touche indépendante, superposée audit organe 34. On comprend aisément que la souplesse de la matière utilisée pour ra- liser l'ensemble formé de l'élément d'actionnement 30 et du cadre support 32, auquel est relié celui-ci permet à l1ensemble, et notamment à la zone flexible 33 formant charnière, de fléchir légèrement en cas de surcharge sur l'organe 34, protégeant ainsi l'élément déformable 10 contre tout écrasement. Les différents conducteurs électriques, tels que 20 et 21, étant classiquement disposés à la surface d'un substrat 22 plat, pour former un circuit imprimé, la partie inférieure de l'élément d'actionnement 30 possédant l'ergot 31 sera avantageusement munie, en outre, d'au moins une butée non représentée, destinée à venir en appui contre le substrat 22 lorsque la déformation de l'élément 10 est suffisante pour permettre l'établissement du contact électrique entre la protubérance 12 et le conducteur 20 du circuit imprimé. Cette butée permet ainsi de limiter le mouvement de l'élément d'actionnement 30 et d'éviter ainsi 1 'écra- sement de l'élément déformable 10. Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, le clavier est construit sur un circuit imprimé simple face, sur lequel sont disposés des éléments déformables 10, standards. Afin d'éviter les problèmes de croisement des connexions sur le circuit imprimé et d'éviter les contournements de celles- ci en dessous desdits éléments déformables 10, comme cela est parfois réalisé dans l'é at 9e la technr ? e, les croisements pourront être réalisés par double sérIgraphie. La première sérigraphie d'un matériau isolant recouvre les connexions du circuit imprimé au niveau du croisement, puis une seconde sérigraphie d'un matériau conducteur réalise la jonction entre les deux sections de conducteurs traversants.Cette technologie évite les trous métallisés coûteux et, sa possibilité combinatoire étant pratiquement illimitée, cette technologie est particulièrement bien adaptée pour la réalisation de claviers très complexes. Le procédé de réalisation d'un clavier électromécanique conforme à la présente invention va maintenant être décrit e détail. Ledit procédé consiste à réaliser dans un premier temps un circuit imprimé comportant les différentes bornes d'utilisation et connexions nécessaires, compatibles avec l'implantation prédéterminée des touches. Un ensemble d'éléments électriquement conducteurs et déformables 10 est alors implanté en positions prédéterminées sur un film polyester adhésif. Puis le film polyester adhésif est disposé au-dessus du substrat 22 comportant les connections électriques 20, 21 appropriée. Ledit film polyester adhésif est ensuite stabilisé par étuvage afin de présenter une excellente tenue dans le temps et d'assurer également une étanchéité correcte du clavier. En4in, les cadres 32 supportant les éléments d'actionnement 30 sont fixés en positions prédéterminées sur le circuit imprimé 22, de façon à positionner les ergots 31 des éléments d'actionnement 30 au-dessus de la zone centrale de chacun des éléments déformables 10. On a constaté qu'il était particulière- ment avantageux de disposer les éléments d'actionnement 30 de façon à ce que la zone flexible 33 formant char nière soit sensiblement parallèle aux bords latéraux 13 et 14 de l'élément déformable 10 correspondant. Dans un mode de réalisation, chacun des éléments d'actior.ne- ment 30 pourra être solidaire d'un cadre support 32 particulier, mais, dans un mode de réalisation plus avantageux, les différents éléments d'actionnement 30 pourront être solidaires d'un seul et unique cadre support 32. On comprend aisément que ce dernier mode de réalisation permet une implantation plus rapide des différents éléments d'actionnement 30. L'assemblage des cadres supports 32 sur le substrat 22 pourra être réalisé assez simplement par bouterollage à l'aide de développements 35, solidaires des cadres supports 32 et positionnés dans des orifices correspondants ménagés dans le substrat 22. RSVEDiCAT10lS 1. Clavier électromécanique du type comportant des éléments électriquement conducteurs disposes en regard de touches respectives, et susceptIbles d'être déformés sous l'effet d'une force appliquée sur la touche correspondante afIn d'établir une liaison électrique entre deux conducteurs électriques disposés à la surface d'un substrat, caractérisé par le fait que les éléments électriquement conducteurs déformables (10) sont formés d'une pièce métallique emboutie de section droite générale en U comportant - une partie supérieure (il) qui constitue la base du U, sensiblement convexe, et déformable, dont la zone centrale est munie d'une protubérance (12) formant saillie vers l'intérieur de la pièce métallique, ladite protubérance (12) étant susceptible de venir en contact avec l'un desdits conducteurs (20) lors de la déformation de la pièce métallique, - deux bords latéraux (13, 14), sensiblement parallèles, constituant les deux branches du U, l'un au moins de ces deux bords latéraux étant en contact avec le second desdits conducteurs (21). 2. Clavier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la force appliquée sur ltélément déformable (10) est transmise à celui-ci par l'intermédiaire d'un ensemble moulé formé d'un élément d'actionnement (30), et d'un cadre support (32) auquel celui-ci est relié par une zone flexible (33) formant charnière, et par le fait que l'élément d'actionnement (30) possède à sa partie inférieure un ergot (31) susceptible de venir en appui sur la zone centrale de l'élément déformable (10), afin de déformer celui-ci lorsque une force est appliquée à la partie supérieure de l'élément d'actionnement (30). 3. Clavier selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'ergot (31) disposé à la partie inférieure de l'élément d'actionnement (30) appuie sur l'élément déformable (10) au voisinage de la protubérance (12) dont est munie la partie inférieure de celuici. 4. Clavier selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'élément d'actionnement (30) est muni à sa partie supérieure d'un organe (34) disposé à l'opposé de la zone flexible (33) formant charnière par rapport audit ergot (31), cet organe (34) étant apte à recevoir directement ou indirectement la force appliquée par le doigt d'un opérateur. 5. Clavier selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que les conducteurs électriques (20, 21) entre lesquelsSune liaison est susceptible d'être établie, sont disposés à la surface d'un substrat plat (22) et par le fait que la partie inférieure de l'élément d'actionnement (30) munie de l'ergot (31) possède en outre au moins une butée destinée à venir en appui contre le substrat (22) après que le contact électrique ait été établi, afin de limiter la course de la touche. 6. Clavier selon l'une des revendicationsNà5, caractérisé par le fait que les éléments déformables (10) sont immobilisés dans une disposition préétablie en regard des conducteurs correspondas (20, 21), à l'aide d'un film polyester adhésif, adhérant lui-même au support (22) desdits conducteurs. 7. Clavier selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la protubérance (12) disposée au centre de la partie supérieure (11) de l'élément déformable (10) est obtenue par emboutissage. 8. Clavier selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que les deux bords latéraux (13, 14) de l'élément déformable (in), en contact avec l'un desdits conducteurs (21) sont disposés sensiblement parallèlement à la zone flexible (33), formant charnière, de l'élément d'actionnement (30). 9. Procédé de réalisation d'un clavier électromécanique, caractérisé par le fait qui il consiste à implanter un ensemble d'éléments (10) électriquement conducteurs, et déformables, selon la revendication 1, en positions prédéterminées sur un film polyester adhé sif, puis à disposer le film polyester adhésif au-dessus d'un circuit imprimé, à assurer la stabilisation du film polyester adhésif par étuvage, puis à fixer sur le circuit imprimé les cadres (32) supportant lesdits éléments d'actionnement (30), en positions prédéterminées, de façon à disposer ceux-ci au-deJsus des éléments déformables (tu). 10. Procédé de réalisation d'un clavier électromécanique, selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les croisements des connexions du circuit imprimé sont réalisés par double sérigraphie, une première sérigraphie d'un matériau isolant recouvrant les connexions du circuit imprimé au niveau du croisement prévu, puis une seconde sérigraphie d'un matériau conducteur réalisant la jonction entre les deux sections de conducteurs traversants.