Brevet FR2503446A1 — publié le 19821008

La présente invention concerne un commutateur miniature notamment pour circuit imprimé comportant un support présentant une portion de surface à peu pres plane d'où font saillie au moins deux éléments de contact électrique reliés à des bornes du commutateur et un disque élastique en forme de dôme qui par une zone de sa périphérie est en appui permanent sur l'un des éléments de contact et qui par une portion centrale est destinée à établir un circuit électrique avec au moins un autre des éléments de contact par déformation élastique du disque, sous l'action d'un organe de commande monté mobile par rapport audit support. Un tel commutateur est décrit dans le US. 3 967 084. Dans ce commutateur antérieur, le disque est déformé par enfoncement à l'aide de l'organe de commande de telle manière que lorsque le contact s'établit, le disque prend une forme pratiquement plane. I1 s'ensuit que le contact électrique obtenu lors de la fermeture du commutateur est tributaire de l'action de l'opérateur car il est directement fonction de la pression mécanique exercée par l'organe de commande. Cette construction peut ainsi induire une grande incertitude au niveau de la résistance de contact à la fermeture. Par ailleurs, le disque de ce commutateur connu comporte dans des positions diamétralement opposées, deux nervures de renforcement se terminant extérieurement par des arêtes vives qui sont élastiquement appuyées sur les éléments de contact fixes. Ceux-ci finissent donc par s'user rapidement, car lors de la déformation du disque, ces arêtes se déplacent radialement vers l'intérieur ou vers l'extérieur tout en frottant sur l'élément de contact fixe, ce qui entraine une altération rapide de la qualité des contacts. D'autres commutateurs ayant une conception ana logue sont connues dans la technique. Cependant, dans la plupart des cas, le disque élastique s'appuie par toute sa périphérie sur un rebord circulaire ménage sur le support. On évite ainsi l'inconvénient de l'usure des contacts, mais en revanche, les forces de frottement imposées au disque sont relativement importantes. L'invention a pour but de fournir un commutateur du type defini ci-dessus dans lequel les inconvénients de la technique antérieure sont supprimés. Elle a donc pour objet un tel commutateur qui est caractérisé en ce que ledit disque en forme de dme est également en appui permanent, par deux autres zones de la face qui est concave dans l'état de repos du disque, sur deux plots d'appui faisant saillie de la portion de surface du support et en ce que l'élément de contact central présente une hauteur par rapport à ladite portion de surface qui est inférieure à celle de l'élément de contact extérieur et des plots d'appui, de manière à provoquer lors de l'actionnement du commutateur une inversion de la concavité du disque par franchissement d'un point mort instable. Il résulte de ces caractéristiques plusieurs avantages. 1) Le disque n'étant en appui que par trois points d'une part sur l'élément de contact extérieur et d'autre part sur les deux plots d'appui, les frottements au cours du mouvement du disque sont réduits au minimum. 2) L'élément de contact extérieur ainsi que les plots d'appui étant plus hauts que l'élément de contact central, on obtient une sensation tactile très nette d'actionnement du commutateur, au moment où se produit l'inversion brusque de la concavité du disque. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide de dessins représentant seulement un mode d'éxécution, sur lesquels - la Fig.1 est une vue en coupe et en élévation d'un commutateur suivant l'invention, en position ouverte; - la Fig.2 est une vue partielle en plan et à plus petite échelle des organes de contact du commutateur; - la Fig.3 représente une vue en coupe et en 6 vation du commutateur, le plan de coupe étant celui indiqué par la ligne brisée 3-3 de la Fig.2, le commutateur étant fermé. Le commutateur représenté à titre d'exemple sur les figures est destiné à fonctionner comme touche lumineuse d'un clavier ou autre panneau de commande, mais on conçoit que de nombreuses autres applications sont possibles avec ou sans éclairage, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. Ceci étant, le commutateur comporte un support I en une matière isolante qui est le fond d'un boîtier 2 de section carrée dans le mode de réalisation décrit. Le bottier 2 comporte des parois latérales 3 ain si qu'un plateau 4 de section circulaire et constituant le oen- tre du fond 1 du bottier 2. Ce plateau définit un plan 5 dont font saillie dans le volume du bottier 1) une nervure annulaire intérieure 6 délimitant une chambre de commutation 7 dans laquelle sont placés notamment tous les organes de contact du commutateur; 2) une nervure annulaire extérieure 8 coaxiale a la première nervure 6 et delimitant avec celle-ci une gorge annulaire 9 dans laquelle est emprisonné le bourrelet extérieur 10 d'une membrane souple 11 décrite ciaprès en détail; 3) un premier élément de contact 12 placé près de la périphérie de la chambre de commutation 7; 4) un second élément de contact 13 placé au centre de cette chambre 7;; 5) deux plots d'appui 14 et 15 placés près de la périphérie de cette chambre. Chacun des éléments de contact 12 et 13 forme partie intégrante d'une tige métallique 16 comprenant une portion de fixation 17 reçue à force dans un passage 18 pratiqué dans le fond 2 du boîtier, une portion de liaison tronconique 19 ainsi qu'une portion de connexion 20 au moyen de laquelle le commutateur peut être relié et fi xé à une carte de circuit imprimé CI, par exemple. Chacun des éléments de contact 12 et 13 forme une tête de la tige 16 associée et présente une face d'extrémité sphérique, l'élément central 13 ayant une hauteur légèrement inférieure à celle de l'élément de contact extérieur 12 et des plots d'appui 14 et 15. La différence de ces hauteurs est représentée en d. On notera en outre que le fond 1 du boîtier étant relativement épais, on obtient au niveau du passage 18 et de la portion de fixation 17 une bonne étanchéité évitant toute pénétration d'humidité ou de produits de flux de soudure dans la chambre 7. Les plots d'appui 14 et 15 sont venus de formage avec le bottier 1. Comme représenté et de préférence, ces plots sont placés, avec l'élément de contact 12 positionné à la périphérie de la chambre 7, aux sommets d'un triangle équilatéral, l'autre élément de contact 13 étant placé au centre de ce triangle. Les plots ont également une face d'extrémité sphérique. Un disque élastique 21 en forme de dome est de préférence une coupelle sphérique en appui contre l'élément de contact périphérique 12 et les plots d'appui 14 et 15, tout en étant maintenu au centre de la chambre 7 par une nervure annulaire de positionnement 22 faisant partie de la membrane souple 11. Dans sa position de repos, le disque présente sa face concave aux éléments de contact 12 et 13 et au fond 2 du boîtier. Le disque 21 comporte un rebord périphérique annulaire plat 21a orienté perpendiculairement à l'axe de symétrie du disque. La membrane 11 est circulaire et comporte outre le bourrelet IO une portion annulaire de liaison 23 qui passe par-dessus la nervure 6 ainsi qu'un corps central 24 à section triangulaire dont l'axe coincide avec l'axe du disque 21 et avec l'axe de I'élément de contact 13. La membrane qui peut être réalisée en caoutchouc par exemple est destinée à fermer la chambre 7 de façon étanche pour protéger tous les organes de contact du commutateur. Un piston 25 de forme générale cylindrique est monté a coulissement dans la cavité du boîtier 2 qui est également de forme circulaire. Ce piston est positionné en rotation grâce à des pattes radiales 26 (Fig.3) reçues dans des rainures 27 pratiquées dans la paroi du boitier. Ces pattes radiales 26 s'etendent vers l'extérieur à partir d'une jupe cylindrique 28 qui assure le guidage du mouvement axial du piston 25. Deux ergots hemi-cylindriques et coaxiaux 29 s'étendent à partir du corps du piston 25 dans le sens opposé par rapport à la jupe 28. Ces ergots délimitent deux passages diamètralement opposés servant au positionnement d'une lame conductrice 30. Cette dernière est des tinée à établir la connexion électrique entre une diode électroluminescente 31 ou autre élément d'éclairage analogue et des bornes de connexion respectives 32 placées dans deux angles opposés du boîtier 1. La diode 30 est disposée dans un logement 33 qui est delimité par les ergots hemi-cylindriques 29 du piston 25. Ceux-ci servent également d'organes d'encliquetage pour un organe de manoeuvre 34 de forme carrée, par exemple,qui est solidaire du piston 25 et se déplace de concert avec lui. L'organe de manoeuvre 34 délimite une chambre évasée 35 fermée par un couvercle 36 dont la forme est adaptée au doigt d'un utilisateur. Ce couvercle peut être transparent ou translucide et être associé à une feuille 37 translucide ou transparente également, sur laquelle une inscrit tion ou un symbole peut être apporté. Ce dernier est visible à travers le couvercle éventuellement éclairé par la diode 31. Le boîtier 2 est fermé par une plaquette 38 main tenue par deux pions de fixation 39 diamètralement oppo sés. I1 est à noter que cette plaquette 38 peut ne recou vrir que le boitier 2 ou, suivant une variante être d'une étendue nettement plus grande pour servir d'organes de fermeture et d'assemblage d'autres commutateurs placés cbte-a-côte. Il est ainsi possible de constituer aisé ment des claviers ( voir les traits en pointillés sur les Fig.I et 3). La membrane 11 est maintenue entre les nervures 6 et 8 par déformation à chaud de la nervure extérieure 8 après mise en place de cette membrane. L'étanchéité de la chambre 7 est donc excellente. Par ailleurs, la membra ne 11 gracie à son corps central 24 à section triangulai re, permet au cours de la manoeuvre du commutateur (de la position de la Fig.l vers la position de la Fig.3) d'accumuler de l'énergie par compression de ce corps central avant que l'inversion de la concavité du disque 21 ne puisse avoir lieu.Ainsi, lorsqu'au cours de l'enfoncement de l'organe de manoeuvre 34, le disque va atteindre la configuration de franchissement brusque du point mort, donc juste avant cette inversion, toute l'énergie qu'il a lui-même accumulée et également celle accumulée par la membrane 11 contribuent à un changement de forme extrêmement rapide du disque dont la concavité change de sens. Simultanément, le disque établit le contact entre l'élément central 13 et l'élément périphérique 12. en absorbant l'écart d entre les hauteurs des points d'appui du disque. Lorsque l'organe de manoeuvre 34 est relâche., 1P diane ainsi que la membrane 11.. retournent vers leurs formes initiales. Le fait que de l'énergie soit accumulée dans la membrane 11 et le disque 21, avant que celui-ci s' inverse et établit le contact avec l'élément central donne, au moment de l'inversion brusque du disque une sensation tactile très nette qui renseigne l'utilisateur qu'il a bien action né le commutateur et que le circuit électrique a été établi. Par ailleurs, au cours de l'actionnement du commutateur, les frottements du disque sur ses trois organes d'appui 12, 14 et 15 sont très limités puisque d'une part les points d'appui sont quasiment ponctuel et d'autre part, les zones où les frottements ont lieu sont situés le plus près possible du centre du disque 21 c'est-à-dire là où la course est nettement plus faible qu'elle ne le serait si le disque s'appuyant sur le support par une partie ou la totalité de sa périphérie. Le rebord marginal 21a du disque 21 est prévu pour éviter toute amorce de rupture du métal du disque 21 même apres un très grand nombre d'actionnements, car ce rebord ne participant pas à la déformation du disque, toute faiblesse du rebord risquant d'être engendrée lors de la découpe du disque dans une feuille de métal, ne peut se transmettre vers le centre. Il en résulte une durée de vie considérable du commutateur pouvant aller jusqu'à un nombre d'actionnement supérieur à un million. Le représentation des figures est fortement agrandie. Pour fixer les idées, on peut noter que le boîtier 2 présente un côté d'une longueur de 7 mm, tandis que la hauteur totale de commutateur en position de repos (Fig.l) est de 14 mm environ non comprises les parties en saillie des bornes de connexion. Le commutateur tel que décrit et représenté constitue un interrupteur capable d'établir ou de couper un seul circuit électrique. Toutefois, cette configuration n'est pas limitative, plusieurs circuits pouvant être actionnés par un commutateur présentant les caractéristiques de l'invention mais pourvu d'un nombre d'éléments de contact plus important. REVENDICATIONS 1. Commutateur miniature notamment pour circuit imprimé comportant un support (1) présentant une portion de surface a peu près plane (5) d'où font saillie au moins deux éléments de contact électrique (12,13) reliés à des bornes (20) du commutateur et un disque élastique (21) en forme de dôme qui par une première zone de sa périphérie est en appui permanent sur l'un (12) des éléments de contact et qui par une portion centrale est destinée à établir un circuit électrique avec au moins un autre (13) des éléments de contact par déformation élastique du disque sous l'action d'un organe de commande (25,34) monté mobile par rapport audit support (1), ce commutateur étant caractérisé en ce que ledit disque (21) en forme de dôme est également en appui permanent respectivement par deux autres zones de la face qui est concave dans l'état de repos du disque, sur deux plots d'appui (14,15) faisant saillie de la portion de surface (5) du support (1) et en ce que 11 élément de contact central (13) présente une hauteur par rapport à ladite portion de surface qui est inférieure (différence d) à celle de l'élément de contact extérieur (12) et des plots d'appui (14,15) de manière à provoquer, lors de l'actionnement du commutateur, une inversion de la concavité du disque (21) par franchissement d'un point mort instable. 2. Commutateur suivant la revendication 1, caractéri- sé en ce que les faces d'extrémité des éléments de contact (12,13) et des plots d'appui (14,15) ont une forme sphérique. 3. Commutateur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément de contact (12) placé a la périphérie du disque (21) en forme de dôme ainsi que lesdits plots d'appui (14,15) sont situés aux sommets d'un triangle équilatéral au centre duquel est placé ledit élément de contact central (13). 4. Commutateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une nervure (6) fait saillie de ladite portion de surface plane (5) du support pour délimiter une chambre (7) dans laquelle sont situés les éléments de contact (12,13), les plots d'appui (14,15) et ledit disque élastique (21) et en ce que cette chambre (7) est fermée par une membrane souple (11) prenant appui sur ladite nervure (6). 5. Commutateur suivant la revendication 4, carac térisé en ce que ladite nervure (6) est entourée d'une seconde nervure (8) et en ce que ladite membrane (11) comporte un bourrelet périphérique de fixation (10) qui, par déformation de la nervure extérieure (8) est emprisonné entre les deux nervures (6,8). 6. Commutateur suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ladite membrane (11) comporte un corps centra (24) en contact avec le dis que élastique (21) et en ce que ce corps central( 24) présente une section triangulaire dont le sommet est en contact avec ledit organe de commande (25,34). 7. Commutateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit organe de commande (25,34) comporte un logement (33) pour recevoir une source lumineuse (31) et en ce qu'il comprend en outre une partie en forme de touche (34) surplombant ladite source et muni d'un couvercle (36) transparent ou translucide, éventuellement double d'une feuille (37) sur laquelle est tracée une inscription. 8. Commutateur suivant les revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit support (1) forme le fond d'un boitier (2) fermé par une plaquette (38) à travers laquelle passe ledit organe de commande (25,34) et en ce que ce dernier comporte une partie en forme de piston (25) montée à coulissement dans le boitier pour permettre la manoeuvre de l'organe de commande. 9. Commutateur suivant la revendication 8, caracterisé en ce que ladite plaquette (38) présente une étendue supérieure à la dimension dudit boîtier (2) pour constituer un élément d'assemblage d'autres commutateurs et permettre ainsi la construction d'un clavier ou autre panneau analogue. 10. Commutateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit disque élastique (21) comporte un rebord annulaire périphérique plat (21a) qui lui est coaxial.