Brevet FR2515472A1 — publié le 19830429

CLAVIER DE COMMANDE A COMMUTATION MAGNETORESISTIVE, NOTAMMENT POUR POSTE TELEPHONIQUE La présente invention se rapporte aux claviers de commande à commutation magnétorésistive qui peuvent être utilisés dans un grand nombre de dispositifs à commande numérique, et notamment dans les terminaux téléphoniques. Un tel clavier a été notamment décrit dans le brevet US 3 768 095 délivré le 23 octobre 1973 au nom de STANLEY J. LINZ avec le titre "Magnetoresistive keyboard". Dans ce brevet on décrit un clavier comportant des touches à l'extrémité desquelles se trouvent fixés des aimants. Lorsqu'une de ces touches est actionnée, l'aimant se rapproche d'une piste conductrice formée par dépôt d'une encre comportant un liant souple dans lequel est noyée une poudre de matériau à la fois conducteur et magnétique. Sous l'effet du champ magnétique cree par l'aimant, la résistance de cette piste varie, ce qui engendre un signal dans un circuit détecteur auquel elle est reliée. Pour éviter d'utiliser un conducteur par touche, ce qui conduirait à des problèmes topologiques très compliqués pour fabriquer le réseau de conducteurs dès que le nombre de touches devient un peu grand, l'inventeur a utilisé plusieurs pistes influencees par un même aimant d'une seule touche de manière à définir un code binaire qui repère celle-ci.Cette simplification n'est qu'un premier pas auquel s'est arrêté l'inventeur en raison de la nécessité où il se trouvait, compte tenu des aimants utilisés, de placer les pistes parallèles les unes aux autres. Il aurait été éminemment souhaitable, tout au moins pour des claviers de grandes dimensions, de pouvoir disposer d'une commande matricielle qui offre l'avantage de diminuer encore plus le nombre de pistes et de connexions avec l'extérieur. Mais pour les raisons exposées ci- dessus l'inventeur n'a pu franchir ce pas. Pour obtenir le rappel des touches en position de repos après que l'opérateur ait cessé d'appuyer dessus, LINZ utilise le système classique du ressort de rappel. On sait qu'un tel ressort de rappel offre plusieurs difficultés essentiellement ergonomiques qui rendent assez incertaine l'action franche sur une touche. La demanderesse a proposé dans la demande de brevet NO 8112 141 déposée le 19 juin 1981 un dispositif de clavier de commande comportant un système de rappel magnétique des touches qui permet de s'affranchir de ces inconvénients en autorisant un déclenchement brusque de la course de la touche, d'où un contact franc dans tous les cas. Pour combiner les avantages de la commutation magnétorésistive, et du rappel magnétique, l'invention propose un clavier de commande à commutation magnétorésistive, du type comprenant un ensemble de touches munies d'aimants, et un ensemble de pistes magnétorésistives influencées par ces aimants, principalement caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de rappel de ces touches en position de repos qui fonctionnent par l'attraction magnétique des aimants. D'autres particularités et avantages de l'invention apparattront clairement dans la description suivante faite en regard des figures Ci- après qui représentent: - la figure l, un clavier téléphonique selon l'invention; - la figure 5 une plaque perforée formant le bâti du clavier de la figure 1; - la figure 3, une coupe partielle du clavier de la figure 1 traversant l'un des boutons de celui-ci; - la figure 4, une vue écorchée du bouton de la figure 3 - la figure 5, des fragments de piste magnéto-sensible du clavier de la figure 1;; - la figure 6, une vue de dessus de l'aimant 311 de la figure 4 - la figure 7, une coupe de l'aimant de la figure 6 et de la plaque de la figure 5 montrant la circulation du flux magnétique dans ces deux organes ; et - la figure 8, une coupe de l'aimant de la figure 6 et des pistes de la figure 5, montrant la circulation du flux magnétique dans ces organes. Le clavier de récepteur téléphonique représenté sur la figure 1 comprend sur une plaque support 101 un ensemble de touches telles que 102 sur lesquelles sont gravés les chiffres ou les symboles qui représentent l'action obtenue en appuyant sur ces touches. Pour fabriquer ce clavier on part d'une tôle d'acier doux magnétique qui est découpée aux dimerisions désirées pour former une plaque 201 vue sur la figure 2. Dans cette plaque 201 on perfore par poinçonnage un ensemble de trous relativement grands tels que 202, situés en-dessous de l'emplacement désiré pour les touches. On perfore également dans la plaque 201 un ensemble de trous plus petits 203, qui permettent de fixer des entretoises qui servent à l'assemblage du clavier. On vient ensuite mouler dans ces perforations aussi bien les glissières dans les trous 202 que les entretoises dans les trous 203. On a représenté sur la figure 3 une coupe partielle de ce clavier, passant par un bouton-poussoir et deux entretoises. Par ailleurs une vue éclatée et écorchée du bouton-poussoir est représentée sur la figure 4. On voit sur la figure 3 que les bords de la plaque 201 sont repliés, par exemple par emboutissage, pour obtenir des ailes 302 qui s'étendent suffisamment pour former avec le dessus du clavier un boîtier qui englobe tous les éléments du clavier. On obtient ainsi un excellent blindage des parties électriques de ce clavier. Chaque bouton du clavier comprend un coulisseau 303, connu dans l'art sous le nom de sabre, qui coulisse dans une glissière 304, laquelle a été surmoulée dans l'un des trous 202 de la plaque 201. L'ouverture 305 dans laquelle coulisse ce sabre a été représentée sur la figure 4 sous la forme d'un carré mais elle est de préférence, d'une manière connue dans l'art, cruciforme. La glissière 304 comporte d'autre part un épaulement 306 qui vient s'épanouir sur la surface extérieure de la plaque 201. Cet épaulement s'étend sur toute la circonférence de la glissière et bloque celle-ci à l'enfoncement. Elle comporte par ailleurs un autre épaulement 307 qui vient s'épanouir sur la surface inférieure de la plaque 201 mais qui ne s'étend que sur deux côtés opposés de la périphérie de la glissière en laissant les deux autres côtés libres. Cet épaulement s'oppose à l'extraction par le haut de cette glissière. Le sabre 303 est sensiblement de même section sur toute sa longueur, mais comprend une butée 308 qui délimite une portion supérieure 309 que nous appellerons corps, et une portion inférieure 310 que nous appellerons pied. Le corps coulisse dans l'ouverture 305 de la glissière et vient buter dans son mouvement vers le haut contre la tôle 201 par les deux parties de la butée 308. Ces deux parties s'étendent sur deux faces opposées du sabre et laissent libres les deux autres faces de celui-ci. Lors du montage on place le sabre dans la glissière de telle manière que la butée 308 soit croisée par rapport à l'épaulement 307. Les épaisseurs de la butée et de l'épaulement sont sensiblement les mêmes pour que lorsque la butée vient s'arrêter contre la plaque 201, elle forme avec l'épaulement 307 un entourage sensiblement continu de la base de la glissière sous la tôle 201. Dans l'exemple de réalisation ainsi décrit, un aimant 311 comportant un trou central est enfilé sur le pied du sabre. Il coulisse de manière libre sur ce pied en étant retenu vers le haut par la butée 308 et vers le bas par la plaque 316 comportant les dispositifs de commutation 319. Il comporte un lamage 312 qui entoure son trou central sur la face dirigée vers la plaque 201 de manière à venir effacer la butée 308 et le deuxième épaulement 307 lorsque le sabre est en position haute. On a ménagé un entrefer entre l'aimant et la plaque 201 en interposant par exemple un film de polytéréphtalate d'éthylène 340 ou une couche de vernis. Ceci permet d'ajuster la force nécessaire au décollement de l'aimant. Il comporte enfin une rainure transversale 320 dont le rôle sera décrit plus loin. Un tel aimant peut être réalisé facilement par exemple par moulage d'un matériau plastique magnétique connu par ailleurs, ou d'une ferrite. Dans les trous 203 on a surmoulé des entretoises dont deux d'entre elles, 313 et 314, sont représentées sur la figure. Elles tiennent toutes deux solidement à la plaque 201 du fait de leur surmoulage qui déborde au-dessus et en-dessous de cette plaque. Elles comportent toutes deux un corps, qui se termine pour l'entretoise 313 du côté opposé à la plaque 201 par une tige mince 315. Cette tige 315 vient prendre place dans un trou perforé dans la plaque support 316. Après l'assemblage, on sertit à chaud cette pointe pour former une tête de rivet 317 qui fixe de manière définitive la plaque support 316 sur les entretoises. A titre de variante on a représenté sur la figure l'entretoise 314 munie d'un trou axial dans lequel vient se visser une vis 318 qui maintient la plaque 316 contre l'entretoise 314.Bien entendu toutes les variantes peuvent être utilisées, que ce soit avec un seul type d'entretoise, avec l'autre type, ou comme sur la figure avec les deux types simultanément. Le sertissage de la tige 315, aussi bien que le vissage de la vis 318, prend un certain temps, ce qui est la source principale de l'augmentation des coûts dans un tel matériel. Dans ces conditions il y a tout avantage È prévoir un minimum d'entretoises munies de moyens de fixation tels que la tige ou la vis, et de prévoir au besoin par ailleurs un certain nombre de butes sous la forme de cloisons ou le pieds :ui permettent de la plaque 316 sans avoir besoin d'une fixation supplémentaire. On peut également surmouler un grand onmbre de dispositifs annexes de cette nature tels qu'également des pattes ou des oeilletons de fixation. Le clavier comporte enfin la plaque r;ppcrt 316 mentionnée ci dessus, qui est par exemple en verre époxy, et sur la sutface de laquelle on a déposé, par exemple par sérigraphie, des pistes @ormées d'une encre sensible au champ magnétique telle que celle décrite dans le breyet de LINZ. Dans son mouvement descendant le sabre vient appuyer par sa butée 308 contre le fond du lamage 312 de @aimant 311. Celui-ci- s'arrache de l'attraction magnétique de la plaque supérieure 201 du clavier et descend pour venir buter contre la surface de la plaque support 316 on exerçant l'action préveur sur les parties des pistes qui passent en-dessous de lui.Le pied 310 du sabre est plus court que l'épaisseur de l'aimant, ce qui permet d'appuyer fermement cet aimant sur la surface dc la plaque 316, et ce qui arrête le mouvement descendant du sabre Ce dernier reste donc prisonnier de la glissière sans pouvoir s'échapper ni par le haut ni par le bas Pour repérer la touche qui eCt enfoncée, les pistes inscrites sur la- plaque support 316 ont la forme d'un réseau matriciel dont un exemple de réalisation est représenté partiellement sur la figure 5 On voit sur cette figure trois fragments de pistes horizontales Xl, X2, X3, et deux fragments de pistes verticales Y1 et Y2 qui les croisent en formant ainsi six points de croisement. On a figuré sur cette figure en pointillé les emplacements sur lesquels viennent se poser les aimants 311 lorsqu'on enfonce les touches. A l'intérieur de ces emplacements les pôles des aimants sont repérés par les lettres N S qui désignent les pôles Nord et Sud. Le champ magnétique, qui va conventionnellement d'un pole Nord à un pôle Sud, il croise les lignes X qui sont rectilignes, ce qui provoque une augmentation de résistivité de la piste lorsque l'aimant -s'approche de la ligne. C'est cet effet qui est le plus sensible, aussi pour éviter des difficultés, par exemple au niveau du dépit de l'encre, on a réalisé les lignes Y sous la forme d'une grecque comme indiqué sur la figure. A l'emplacement où l'aimant vient agir sur la ligne Y, celleoci se recourbe à angle droit pour longer la ligne X quelle va croiser, de manière à ce que l'effet de l'aimant soit le me me sur la ligne Y et sur la ligne X.Après être sortie du champ de l'aimant, la ligne Y se recourbe de nouveau, pour franchir la ligne X à angle droit. Ele se recourbe ensuite pour longer la ligne X suivante le long du champ d'faction de l'aimant qui est situé endessous du précédent. Ce recourbement se fait dans le sens inverse du précédent, ce qui est sans importance puisque l'effet magnétorésistif ne dépend pas du sens du courant. Il est nécessaire d'isoler les lignes X et Y l'une de l'autre, ce qui se fait sans difficulté à l'aide d'un vernis courant, suffisant pour obtenir un isolement correct entre les lignes en raison des tensions peu élevées utilisées dans le dispositif. Chaque ligne X et chaque ligne Y est reliée à un dispositif détecteur de variation de résistance de type connu. Ce détecteur comporte par exemple un dispositif à seuil, qui est réglé de manière que le basculement se produise lorsque l'aimant est à mi-course entre ses deux positions extrêmes. Ainsi lorsque l'aimant correspondant par exemple à la zone 501 s'approchera de la plaque support, les crpcu3ts détecteurs reliés aux lignes X1 et Y1 basculeront et indiqueront à un circuit logique extérieur, destiné à interpréter les ordres du clavier et relié à l'appareil commandé par celui-ci que c'est bien la touche correspondant à cette zone S01 qui a été actionnée. Il est clair que toutes les variantes de construction des pistes magnétorésistives décrites par LINZ peuvent être utilisées ici et notamment celles qui consistent à faire des pistes relativement larges qui se rétrécissent juste à l'endroit où agit le champ magnétique afin d'augmenter la sensibilité du dispositif aux variations de ce champ. On a représenté sur la figure 6 une réalisation particulière de l'aimant 311 des figures 3 et 4, permettant d'obtenir le champ désiré sur les pistes de la figure 5. On remarque sur cette vue de dessus le lamage 312 permettant d'effacer l'épaulement 307 et la butée 308, ainsi que le trou central 601 dans lequel vient coulisser le pied du sabre 303. La rainure 320 qui se trouve sur la figure en-dessous et horizon- talement est figurée en pointillé. Cette pièce est fabriquée par moulage d'un caoutchouc charge de particules magnétisables. On magnétise des zones aimantées distinctes pour former un aimant multipolaire. Les deux zones aimantées qui permettent le rappel magnétique de la touche sont situés sur la figure le long des côtés haut et bas parallèles à la rainure 320. Les deux zones aimantées qui servent à influencer les lignes X et Y sont parallèles aux deux autres côtés de la pièce (verticaux sur la figure). Une vue en coupe selon un plan parallèle à la rainure 320 et passant par le milieu de l'aimant 311 est représentée sur la figure 7 avec la portion de plaque 201 et la glissière 306 correspondantes. On a limité la représentation des pôles de l'aimant à ceux de rappel situés sur le haut de la figure 6. Les pôles Nord et Sud de cet aimant induisent dans la plaque 201 des pôles Nord et Sud contraires qui attirent donc ceux de l'aimant inducteur. Le flux magnétique correspondant 701 se reboucle par l'intermédiaire de cette plaque. Ces pôles de sens contraires, s'attirant l'un l'autre, l'aimant remonte vers la plaque en entraînant dans son mouvement ascendant le sabre. Quand dans son mouvement ascendant il atteint le point déterminé par les détecteurs à seuil connectés aux lignes X et Y, ceux-ci basculent. On a aussi représenté sur la figure 8 une vue de côté, perpendiculaire à la coupe précédente, de l'aimant 311 reposant sur la plaque support 319 au-dessus de deux fragments de piste Yl et X1. On n'a représenté sur cette figure que les seuls pôles de l'aimant correspondant au côté qui est vu et permettant de soumettre ces portions de piste au champ magnétique nécessaire. Les pôles Nord et Sud sont situés légèrement à l'extérieur des bords de la rainure 320 qui vient recouvrir les deux fragments de piste. Les bords de cette rainure sont inclinés en biseau de façon à permettre de concentrer le champ magnétique, qui est représenté ici par une seule ligne de force 801, au niveau de la surface de la plaque 319 où sont situées les pistes, afin d'avoir un effet maximal. Il est clair que l'invention s'étend à toutes les réalisations équivalentes de l'aimant et des pistes, qui permettent un tel adressage matriciel par une combinaison de pôles aimantés dans l'aimant 311, et de fragments de piste orientés dans le sens correspondant à l'action de ces pôles. Ces pistes peuvent être imprimées de part et d'autre d'une feuille isolante telle qu'un film de polytéréphtalate d'éthylène. D'autre part le boîtier peut être intérieurement en plastique et comporter une plaque métallique sur sa face intérieure. REVENDICATIONS 1. Clavier de commande à commutation magnétorésistive, du type comprenant un ensemble de touches (301-310) munies d'aimants (311), et un ensemble de pistes magnétorésistives (319) influencées par ces aimants, caractérisé en ce qu'il cemprend en outre des myens de rappel (201) de ces touches en position de repos qui fonctionnent par l'at@@action magnétique des aimants. 2.Clavier selon la revendication 1, ce@@@@@rls@ @n ce que @es @@cyens de rappel comprennent une plaque (201) en maté@@@ mag@étique qui forme le bâti du clavier et sur laquelie sont fix@@@ les @@ches (301-310). 3. Clavier selon @une quelconque @@@ @ev@@@@@ations 1 et 2, ca@@ctérisé en ce que chaque touche comp@@@@ @@ @@@@@@ @@b@@e (202) muni d'un corps (309) et d'un p@ed (310) separ@@ par @@@ but@e @@@@ et @@e l'ais@ant de chauqe touche est enfilé librement sur @@pied du s@bre. 4. Clavier selon l'une quelcanque des rever@@@@@@@@ns 2 et @@ c@@ac@@, risé en ce que la plaque (201) for@@@ @@ @@@@@@@t en @@@@@@@ él@@iri- quement conducteur pou bli@der ;c- 5. Clavier selon l'une quelconqu@ des rev@n@@@@tion@ 2 à 4, @@@@ctérisé en ce que chaque touche compr@@@ @@@ @@@@@@@@@ (304) su@m@ulée @ans un trou (202) pratiqué dans la plaq@@ (@@@) @@ @@@@ le b@@@. 6. Clavier selon l'une quel@onque d@@ @eve@@ications 2 à 5, @@@acté- risé en ce qu'il comprend en outre @@ enssm@le d'entretoises (313,314) surmoulées dans un ensemble de trous perçés dans la plaque (201) f@@mant le bâti, pour supporter une plaque suppo@t (316) sur laquile sont déposées les pistes magnétorésistives (319). 7. Clavier selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les pistes magnétorésistives (319) sont réparties entre un premier ensemble de pistes (X) et un deuxièrme ensemble de pistes (Y) croisées par rapport aux pistes du premier ensemble os chaque point de croisement étant situé sous l'un des aima-ntz- (311) des touches pour définir le positionnement de celles-ci selon un adressage matriciel. 8. Clavier selon la revendication 7, caractérisé en ce que les pistes (X) d'un des ensembles sont rectilignes, et que les pistes (Y) de l'autre ensemble sont en forme de grecque pour présenter des portions parallèles aux pistes du premier ensemble au voisinage des points de croisement, pour que le champ des aimants (311) traverse les pistes des deux ensembles perpendiculairement à leup direction au point de traversée. 9. Clavier selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractéw risé en ce que chaque aimant (311) comprend sur sa face venant en regard des pistes magnétorésistives (319) une rainure (320) aux bords biseautés, venant chevaucher ces pistes pc*r concen@@er le champ magnétique de l'aimant dans l'épaisseur des pistes.