Brevet FR2512318A1 — publié le 19830304

Les commutateurs a touche à mince membrane de contact n'offrent pas la solidité extrêmement élevée d'au- tres types de commutateurs à touche, par exemple les commu- tateurs à touche à noyau magnétique du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 227 163 Cependant, les commutateurs à touche à membrane de contact offrent une fiabilité suffisante pour de nombreuses applications, à un cot notablement inférieur Un type de clavier à mem- brane de contact est décrit dans un article intitulé " Touch Panel Switches Are Based On Membrane Switch Concept", publié dans Computer Design, décembre 1979 Dans ce type de commu- tateur à touche, deux couches de membrane espaceesrev&tues de dépôts conducteurs alignés de contact) sont séparées par une ouverture-formée dans une entretoise Lorsque la mem- brane flexible supérieure est enfoncée, un contact est réalisé entre les dépôts conducteurs supérieur et inférieur pour fermer le commutateur Cependant, ce commutateur Étant à contact, il présente les défauts inhérents à tous les commutateurs à contact, à savoir l'usure, le risque d'oxy- dation et de corrosion des zones conductrices, etc. Bien que des commutateurs capacitifs à touche soient souhaitables en raison de leur fiabilité et de leur durée de vie probablement plus grandes, de tels commutateurs, tels qu'ils ont été conçus dans le passé, sont notablement plus coûteux que de simples commutateurs à membrane de con- tact Un autre commutateur à membrane de contact est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 676 607 Le clavier décrit dans ce brevet utilise des transistors à effet de champ et il a été reconnu qu'un contact réel entre les dépôts conducteurs n'avait pas à se produire, car les transistors à effet de champ pouvaient être commandés par un changement de capacité si des impuretés s'intercalaient entre les dépôts conducteurs supérieur et inférieur Cepen- dant, le commutateur à touche décrit dans le brevet précité est encore conçu comme étant fondamentalement un commutateur mécanique et, de plus, sa conception conduit à une configu- ration de surface divisée du dépôt inférieur, formant en fait deux dépôts inférieurs, ce qui a pour résultat un com- 2512318 ' mutateur capacitif à touche dans lequel la surface de plaques capacitives utilisable est divisée de moitié et un circuit de détection relativement complexe est nécessaire. Un autre clavier à touche à membrane capaciti- ves est décrit dans un article intitulé "Capacitive Membrane Keyboard Bars Contàmination" paru dans Electronic Products Magazine le 15 juin 1981 Ce commutateur capacitif à touche est conçu par Microswitch/Honeywell et il comporte une mem- brane flexible supérieure qui porte un dépôt conducteur au- dessus d'une seconde membrane portant un second dépôt conduc- teur qui est aligné avec le dépôt conducteur supérieur Les deux dépôts conducteurs sont placés dans une ouverture ména- gée dans une entretoise, ce qui permet à l'élément et au dépôt supérieurs d'être déviés vers le dépôt inférieur jus- qu'à ce qu'un contact soit réalisé L'action réelle de commu- tation est donc du type à contact Cependant, la face infé- rieure de la membrane inférieure présente une autre zone conductrice Les revêtements conducteurs des deux faces de la membrane inférieure établissent donc une capacité fixe tandis que la membrane supérieure amovible constitue une capacité variable montée en série avec la capacité fixe Bien que, théoriquement, les deux dépôts opposés d'un commutateur à. touche n'aient pas à être amenés en contact l'un avec l'au- tre, en pratique, ils doivent être suffisamment rapprochés pour que le fonctionnement du commutateur a touche repose sur un contact réel. Conformément a l'invention, la technologie sim- ple du commutateur à touche à contact parmembrane peut être utilisée Cependant, le changement nécessaire, apporté par la présente invention réside dans la présence d'une couche diélectrique placée entre les dépôts conducteurs supérieur et inférieur, ce qui permet d'obtenir un commutateur à tou- che à haute capacité, présentant la conception simple d'un commutateur à touche à membrane de contact. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure 1 est une coupe axiale d'une forme de réalisation du commutateur à touche selon l'invention fai- sant partie d'un clavier et représenté à l'état non action- né; et la figure 2 est une coupe axiale du commutateur à touche de la figure l à l'état actionné. Le commutateur à touche selon l'invention est représenté en coupe sur la figure 1 Le commutateur à tou- che 10 comprend un plongeur 12 de commande gui est fixé à un dessus de touche (non représenté) et qui peut être retenu dans un châssis 14 au moyen d'une rondelle 16 de retenue lo- gée dans une gorge 18 du plongeur ou par d'autres procédés classiques de retenue Un ressort 19 de rappel peut être monté entre la surface supérieure du châssis et la surface inférieure d'une rebord 20 du plongeur pour assurer le re- tour du plongeur après que la pression appliquée sur ce dernier a été relâchée Un tampon 22 en élastomère est dis- posé au-dessous du plongeur 12 et repose sur la surface supérieure d'une membrane flexible 24 constituée d'une feuille de matière plastique par exemple de polyéthylène, de polypropylène ou de toute autre matière convenable telle que "MYLAR" La surface inférieure de la membrane flexible 24 porte une première couche 26 relativement mince de métal conducteur formant un circuit d'interconnexion compre- nant des dépôts conducteurs 28 Une embase 30 porte une seconde couche mince 32 de métal conducteur qui forme un second circuit d'interconnexion comprenant un dépôt conduc- teur 36 aligné avec le premier dépôt 28 Une entretoise diélectrique relativement épaisse 38,qui peut être consti- tuée d'une couche de "MYLAR", est interposée entre les cou- ches minces 28 et 36 qui séparent les dépôts conducteurs dans l'ouverture 40. Dans la forme de réalisation représentée de la présente invention, une couche diélectrique mince 34, par exemple tout film de matière plastique convenable utilisé pour des condensateurs à couche et ayant une épaisseur beaucoup plus faible que celle de l'entretoise 38, est placée sur le film conducteur 32 et sur le dépôt 36 Le film 32 est représenté comme étant déposé directement sur l'embase 30 de support, bien que ce film 32 puisse être déposé sur une seconde couche diélectrique de matière plastique portée par l'embase, au lieu d'être déposé directement sur l'emba- se Lorsque le plongeur 12 est enfoncé, le tampon 22 d'élas- tomère se comporte comme un coussin oui protège la mebrane su- périeure 24 et permet un dépassement de course Le tampon 22 exerce également une certaine force élastique de rappel lorsque la pression exercée sur le plongeur 12 est relâchée Lorsque les dépôts conducteurs 28 et 36 sont à proximité l'un de l'autre comme montré sur la figure 2, par suite de l'enfoncement du plongeur 12, la mince couche diéleetrique 34 de séparation entre en contact avec les deux dépôts 28 et 36 et il en résulte l'apparition d'une valeur capacitive relativement grande lorsque le commutateur est dans la position actionnée montrée sur la figure 2. Le commutateur selon l'invention peut également présenter un rapport élevé et souhaité de la capacité à l'état actionné à la capacité au repos par remplacement de la pellicule mince 34 représentée, constituée d'une couche de matière plastique, par toute autre matière diélectrique convenable telle qu'une couche mince diélectrique de poly- mère classique, déposée sur l'un ou l'autre ou sur les deux dépôts opposés 28 et 36 Un autre procédé-pour maintenir une couche diélectrique isolante souhaitée consiste à utiliser un métal facilement oxydable pour l'un des dépôts 28 et 36 ou pour les deux dépôts 28 et 36, par exemple de l'alumi- nium ou du tantale, dont la surface est oxydée pour former une couche isolante très mince et établir une constante diélectrique élevée permettant la fabrication d'un commuta- teur à touche encore plus mince. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au commutateur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Commutateur capacitif à touche, caractérisé en ce qu'il comporte une membrane flexible supérieure ( 24), un premier circuit conducteur ( 26) formé sur cette membrane supérieure, un dépôt conducteur supérieur ( 28) connecté au premier circuit sur la surface inférieure de la membrane flexible supérieure, une entretoise électriquement isolante ( 38) présentant une ouverture ( 40) au-dessus de laquelle s'étend la zone du premier dépôt conducteur, un second cir- cuit conducteur ( 32) positionné au-dessous du premier cir- cuit, un second dépôt ( 36) connecté au second circuit et positionné audessous de l'ouverture afin de faire face au premier dépôt conducteur, une couche diélectrique isolante ( 34) sensiblement plus mince que l'entretoise, disposée entre les premier et second dépôts conducteurs, et un élé- ment ( 12) de commande réalisé de manière à faire fléchir la membrane flexible supérieure et le premier dépôt vers le second dépôt. 2 Commutateur à touche selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche diélectrique isolante est une mince couche diélectrique de matière plastique. 3 Commutateur a touche selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche diélectrique isolante est un film de polymère. 4 Commutateur à touche selon la revendication 3, caractérisé en ce que le film de polymère est constitué d'une matière pour masque à soudure.