Brevet FR2523365A1 — publié le 19830916

CLAVIER TACTILE MOMOLITHIQUE ET PLAT. La présente invention concerne des réseaux de commutateurs et, en particulier, des claviers du type à membrane comprenant un réseau de commutateurs Plus spé- cifiquement, la présente invention concerne un clavier à membrane plate ayant une face frontale comportant des zones de touches en relief en dessous desquelles sont disposés des commutateurs qui, lorsqu'ils sont actionnés, envoient une réaction tactile à l'utilisateur En consé- quence, les objets généraux de la présente invention sont de fournir un nouvel appareil perfectionné de ce type. Lesprogrès réalisés récemment dans le domaine des dispositifs microélectroniques ont suscité une demande de claviers miniaturisés destinés à être utilisés pour l'introduction de données dans des appareils tels que des calculateurs et des jeux électroniques Pour pouvoir être approprié en vue d'un emploi répandu dans des appareils comportant des microprocesseurs, un clavier doit-avoir certaines caractéristiques Parmi ces der- nières, il y a: un haut degré de fiabilité, de faibles dimensions, un faible prix de revient, une structure peu compliquée, la localisation aisée des touches par l'uti- lisateur et l'aptitude à fournir, à ce dernier, une réaction tactile indiquant que les contacts du commuta- teur associés à une touche qui a été actionnée, se sont fermés Bien que ces caractéristiques aient été obte- nues individuellement dans la technique antérieure, on nta pas encore réalisé un clavier les possédant toutes. Selon la technique antérieure, il existe de nombreux types de claviers Les claviers connus englo- bent des dispositifs relativement complexes comportant des systèmes séparés de touches de commande pour le réseau de commutateurs, de même que des dispositifs plats à plusieurs couches du type généralement connu dans la technique sous le nom de "claviers à membrane". Si l'on veut avoir une description générale de claviers du type à membrane fournissant une réaction tactile à l'utilisateur, on peut se référer au brevet des Etats- Unis d'Amérique no 4 245 138 Un clavier du type à mem- brane fournissant une réaction tactile et comportant des zones de touches en relief est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 190 748. Bien que les claviers décrits dans les brevets précités, ainsi que d'autres systèmes de claviers analo- gues se soient avérés exceptionnellement efficaces, selon la technique antérieure, il n'existe pas encore un clavier présentant une caractéristique de tactilité avec une face frontale graphique de forme convexe de telle sorte qu'il ne soit plus nécessaire de prévoir les touches mécaniques séparées et les logements élaborés qu'exigeaient les cla- viers tactiles antérieurs comportant des zones de touches en relief sur leur surface. La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients ci-dessus de la technique antérieure, ainsi que d'autres On réalise cet objet au moyen d'un assemblage de clavier du type décrit ci-après. En enfonçant des saillies de localisation de touches formées sur la face frontale, on établit un con- tact avec ltélément de commande associé de telle sorte que ce dernier vienne s'encliqueter en son centre ou se renverse pour établir un contact électrique entre des contacts de commutateursmobiles et fixes tout en fournis- sant simultanément une réaction tactile à l'utilisateur. Unclavier suivant la présente invention est réalisé en plusieurs couches, les contacts de commuta- teurs et les conducteurs d'un réseau de commutateurs étant définis sur un substrat en recourant aux techni- ques adoptées pour les circuits imprimés Dans les zones de contact, le substrat comportant les contacts de commu- tateurs mobiles est façonné de telle sorte que des sail- lies de commande se renversent à travers le plan du substrat lorsqu'une force est appliquée Le ou les subs- trats comportant les contacts de commutateurs mobiles et fixes est ou sont séparés par une couche d'écartement comportant des ouvertures et réalisée en une matière non conductrice Un deuxième élément d'écartement com- portant des ouvertures est prévu sur la face du substrat supportant les contacts de commutateurs mobiles qui est éloignée des contacts de commutateurs fixes, les saillies S de commande étant situées dans les ouvertures pratiquées dans ce deuxième élément d'écartement Une feuille for- mant une face frontale et également réalisée en une ma- tière plastique flexible recouvre le deuxième élément d'écartement et comporte des parties convexes corncidant avec les éléments de commande des commutateurs Ces par- ties convexes comportent des indices correspondant aux fonctions des touches individuelles La face frontale> les éléments d'écartement et les substrats supportant les contacts de commutateurs sont liés l'un à l'autre par un adhésif pour définir une structure de clavier très mince Au besoin ou si on le désire, un organe support rigide peut être appliqué derrière le substrat comportant les contacts de commutateurs fixes. La présente invention sera mieux comprise et ses nombreux objets et avantages apparaîtront clairement à l'homme de métier en se référant aux dessins annexés dans les différentes figures desquels les mêmes chiffres de référence désignent des éléments semblables et dans lesquels: la figure 1 est une vue éclatée en perspective d'un assemblage de clavier suivant une forme de réalisa- tion préférée de la présente invention; la figure 2 est une vue latérale schématique en élévation, à une échelle agrandie, d'un élément de commande tactile comprenant un contact de commutateur mobile dans le clavier de la figure 1; et la figure 3 est une vue latérale schématique en élévation, à une échelle agrandie, d'une zone de loca- lisation de touche en relief formée sur la face frontale du clavier illustré en figure 1. En se référant aux dessins annexés, un assembla- ge de clavier suivant la présente invention est indiqué d'une manière générale par le chiffre de référence 10. Cet assemblage de clavier 10 comprend un réseau de commu- tateurs défini par plusieurs paires de contacts de commu- tateurs fixes et mobiles coopérants, ainsi que par des conducteurs raccordant ces contacts de commutateurs l'un à l'autre Les conducteurs du réseau de commutateurs peuvent être raccordés à un circuit qui, en balayant des rangées et des colonnes, détecte l'état des commutateurs individuels du clavier Les contacts de commutateurs et les conducteurs de raccordement sont formés sur une paire de substrats qui sont indiqués d'une manière générale par les chiffres de référence 12 et 14 Les substrats 12 et 14 sont constitués d'une matière plastique non conductrice appropriée et, dans le cas du substrat 12 au moins, cette matière plastique sera flexible de façon à pouvoir former les saillies à déclic définissant les éléments de commande des commutateurs Il est à noter que, dans l'intérêt du facteur économique de la fabrica- tion, les substrats 12 et 14 peuvent être constitués d'une seule feuille qui, après y avoir formé les dessins de cir- cuits, est repliée autour d'une couche d'écartement. Le substrat supérieur 12 supporte, sur sa face inférieure, c'est-à-dire sur sa face tournée vers le subs- trat 14, un dessin conducteur 16 constitué de plusieurs conducteurs et de plusieurs contacts de commutateurs 20. Les contacts de commutateurs 20 sont disposés sur la face inférieure des saillies 24 formées dans le substrat 12 comme représenté plus clairement en figure 2 Conformé- ment aux techniques bien connues, les saillies 24 sont dimensionnées et façonnées de telle sorte qu'en exerçant une force sur leur surface supérieure circulaire et plate 26, elles viennent s'encliqueter à travers le plan du substrat Outre leur surface supérieure circulaire et plate 26, les saillies 24 comportent des parois latérales 28 qui, en fait, définissent une saillie de commande géné- ralenient cylindrique au sommet d'un dôme généralement tronconique comportant' des parois latérales légèrement courbes 30. Le substrat inférieur 14 supporte également un dessin conducteur 18, ce dessin 18 étant formé sur la face du substrat 14 qui est tournée vers le dessin con- ducteur formé sur le substrat 12 Le dessin conducteur 18 du substrat 14 comporte des contacts de commutateurs fixes 22 qui sont formés en coïncidence avec les contacts de commutateurs mobiles 20 formés sur la face inférieure des saillies du substrat 12 Le substrat 14 sera spéci- fiquement plat, c'est-à-dire que les contacts de commuta- teurs fixes 22 ne seront pas supportés sur les saillies. Comme le montrent les dessins, un élément d'écartement comportant des ouvertures et indiqué d'une manière générale en 32 est disposé entre les substrats 12 et 14 L'élément d'écartement 32 est réalisé en une ma- tière plastique non conductrice appropriée Les ouvertu- res 34 pratiquées dans la feuille d'écartement 32 sont en coïncidence avec les contacts de commutateurs formés sur les substrats 12 et 14 Dans une forme de réalisation préférée, des groupes d'ouvertures 34 seront reliés l'un a l'autre par des canaux 36 s'étendant complètement à travers la feuille d'écartement. Une deuxième feuille (facultative) non conductrice d'écartement comportant des ouvertures et Indiquée d'une manière générale par le chiffre de référence 38 recouvre le subs- trat 12 Cette feuille d'écartement 38 comporte des ou- vertures 40 dans lesquelles viennent se placer les sail- lies 24 et, tout comme dans le cas de la feuille d'écar- tement 32, des groupes d'ouvertures 40 peuvent être re- liés l'un à l'autre au moyen de canaux 42 Une feuille formant une face frontale graphique et indiquée d'une manière générale par le chiffre de référence 44 est pla- cée au-dessus de la feuille d'écartement 38 Cette feuille 44 formant la face frontale est réalisée en une matière non conductrice flexible et elle comporte plu- sieurs saillies à sommet arrondi 46 La figure 3 repré- sente la configuration des saillies 46 selon une forme de réalisation préférée C'est ainsi que ces saillies com- portent une surface supérieure plate 48 et des parois latérales légèrement convergentes 50, ces parois latéra- les et ces sommets définissant, dès lors, des zones géné- ralement convexes sur la face frontale de ltassentlage de clavier Les saillies 46 coincident avec les ouvertu- res 40 pratiquées dans la feuille d'écartement 38 Dans la zone des saillies 46, la feuille 44 formant la face frontale recevra une impression de n'importe quelle ma- nière appropriée de telle sorte que ces saillies compor- tent des indices indiquant la fonction du commutateur sous-jacent faisant partie du réseau de commutateurs du clavier Dès lors, cette feuille 44 fera office de face frontale décorative sur laquelle seront formées des tou- ches. Au besoin ou, si on le désire, l'assemblage de clavier de la présente invention peut également compor- ter une plaque de renforcement 52 réalisée spécifiquement en une matière non conductrice appropriée et rendant tout l'assemblage rigide. La face frontale 44, les éléments d'écartement 32 et 38, les substrats 12 et 14 et la plaque de renfor- cement 52 (lorsque celle-ci est présente) sont lamifiés ensemble avec un adhésif approprié de façon à définir un clavier plat du type à membrane d'une structure très mince. Grâce aux saillies en relief 46, un utilisateur peut localiser aisément et rapidement les différentes zones de touches du clavier, c'est-à-dire que ces saillies 46 font office d'éléments de localisation des touches qui, ainsi qu'on l'a mentionné, comportent également une impres- sion graphique indiquant la fonction de la touche concernée. En raison de la flexibilité de la matière dont est consti- tuée la face frontale 44, l'application d'une pression vers le bas sur une saillie 46 a pour effet d'amener la face inférieure de cette saillie 46 en contact avec la surface supérieure 26 d'un élément de commande de commu- tateur En continuant à exercer une force vers le bas, on renverse la paroi 30 de la saillie 24 pour établir ainsi, à travers l'ouverture pratiquée dans la feuille d'écartement 32, un contact électrique entre les contacts de commutateurs fixes et mobiles 20 et 22 En relâchant la pression exercée sur la saillie 46, grâce à l'élasti- cité naturelle de la matière dont sont constitués la face frontale 44 et le substrat 12, les éléments reviennent dans leur position initiale dans laquelle ils ne sont pas actionnés, les contacts de commutateurs fixes et mo- biles étant alors écartés par la feuille 32. REVENDICATIONS 1 Assemblage de clavier, caractérisé en ce qu'il comprend: un élément définissant un réseau de commuta- teurs, lequel définit un élément comportant plusieurs éléments creux de commande de commutateurs, espacés et s'étendant vers l'extérieur à partir d'une première face plane de cet élément, ces éléments de commande étant solidaires d'un substrat flexible en matière plastique comportant un circuit, chacun de ces éléments de commande ayant une surface supérieure, tandis qu'ils supportent chacun un contact de commutateur mobile sur leur face qui est généralement opposée à la première face précitée, au moins une partie de ces éléments de commande changeant rapidement de forme lorsqu'on exerce une force sur leur surface supérieure pour fournir une réaction tactile indiquant le mouvement du contact de commutateur mobile; une feuille formant une face frontale réalisée en une matière plastique flexible et sur laquelle sont formés des éléments solidaires de localisation de tou- ches comportant des saillies creuses espacées ayant une section transversale circulaire, ces éléments de locali- sation de touches s'étendant à l'écart de la première face du réseau de commutateurs, tandis qu'ils sont dis- posés en coïncidence avec les éléments de commande des commutateurs, les surfaces supérieures dirigées vers l'extérieur de chacun de ces éléments de localisation de touches comportant des indices correspondant à la fonction du commutateur du réseau qui est disposé en coïncidence; et un élément d'écartement réalisé en une matière plastique et lamifié entre la première face du réseau de commutateurs et la feuille formant la face frontale pré- citée, cet élément d'écartement comportant des ouvertures qui sont en alignement avec les éléments de commande de commutateurs et les éléments de localisation de touches en coïncidence de telle sorte que l'application d'une force sur un élément de localisation de touche ait pour effet de le faire dévier en direction de lélément de comnîiande de commutateur associé pour transférer cette force à ce dernier. 2 Assemblage de clavier suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les éléments de localisa- tion de touches sont de forme tronconique et ont des surfaces supérieures pratiquement plates. 3 Assemblage de clavier suivant la revendica- tion 2, caractérisé en ce que les éléments de commande de commutateurs de l'élément définissant un réseau de com- mutateurs ont chacun une partie généralement tronconique s'étendant à partir d'un plan défini par le substrat et une partie supérieure généralement cylindrique surmontant l'extrémité de plus petit diamètre de la partie tronconi- que, coaxialement par rapport à cette dernière. 4 Assemblage de clavier suivant la revendica- tion 3, caractérisé en ce que l'élément définissant un réseau de commutateurscomprend également: un deuxième substrat en matière plastique sup- portant un circuit, les contacts fixes des commutateurs de ce réseau étant supportés sur ce deuxième substrat en coïncidence avec les contacts de commutateurs mobiles; et un deuxième élément d'écartement réalisé en une matière plastique non conductrice et lamifié entre les surfaces des substrats qui sont tournées l'une vers l'au- tre et qui supportent des circuits, ce deuxième élément d'écartement comportant des ouvertures qui sont en alignement avec les contacts de commutateurs mobiles et fixes en coïncidence.