Brevet FR2511941A1 — publié le 19830304

Clavier modulaire, étanche, à effet tactile L'invention a pour objet un clavier modulaire étanche et à effet tactile. Elle s'applique particulièrement aux claviers à faibles courses pour les machines à commande numérique, les automates program- mables, les machines à écrire et à traitement de textes. Il est connu, pour réaliser des claviers minces étanches et à faible coût, de déposer par sérigraphie une encre conductrice sur une face d'une feuille en matière plastique dont l'autre face comporte les inscriptions correspondantes aux caractères, de recommencer le dépôt d'encre conductrice sur une face d'une autre feuille souple en matière plastique, de solidariser les deux feuilles ensemble de façon que les deux faces recouvertes d'encre conductrice se retrouvent face à face, séparées par une mince pellicule d'air de quelques dixièmes de millimètre On obtient de cette façon un clavier mince et étanche, facilement nettoyable, mais de fiabilité inacceptable pour des utilisa- tions sur des produits industriels. De plus, ce type de clavier présente l'inconvénient majeur de ne pas avoir de course permettant à l'opérateur de se rendre compte sans moyen de visualisation, par simple sensation tactile, si son action a été prise en compte par la machine reliée au clavier. 2541141. -2- Il existe également des claviers fiables et robustes du type machine à écrire avec des touches mobiles ayant des courses importantes de l'ordre de 4 mm et permettant de se rendre compte sans moyen de visualisation, par simple sensation tactile, que la touche a été actionnée Toutefois ces claviers, du fait de leur grande course, ne sont pas étanches et faciles d'entretien. L'invention réunit les avantages de ces différents claviers, tout en éliminant leurs inconvénients respectifs. L'invention permet de réaliser un clavier fiable, étanche, facile d'entretien, robuste, modulaire, pour un faible coût. Suivant l'invention le clavier comprend un circuit imprimé 4 constituant un moyen de connexion électrique et de support pour une entretoise alvéolée modulaire 3 comportant une pluralité d'alvéoles 30, de forme carrée, définies par des cloisons 31 et disposées suivant des rangées et des colonnes, des modules de contact 7 ou des modules de voyant montés sur le circuit imprimé dans les alvéoles de l'entretoise, une membrane étanche et élastique 1 solidaire de l'entretoise, des touches coopérant avec les modules de contact au moyen de la portion des touches supérieure à ladite membrane sur laquelle agit le doigt et des moyens 105 figure 5, 9 figure 2 de réaliser un effet tactile par basculement rapide. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaî- tront clairement à la lumière de la description détaillée ci-après. Aux dessins annexes La figure 1 est une vue de dessus d'un clavier reposant par l'intermédiaire d'une membrane sur une entretoise modulaire associée. -3- La figure 2 est une vue en coupe d'un premier mode de réa- lisation du clavier. La figure 3 est une vue en coupe d'un module de contact. La figure 4 est une vue de dessus du module de contact. La figure 5 est une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation du clavier. La figure 6 est une vue en coupe d'une touche double. La figure 7 est une vue en coupe d'une touche simple uti- lisant un autre mode de réalisation d'une membrane modu- laire et étanche. La figure 8 est une vue de dessus d'une touche avec voyant. La figure 9 est une vue en coupe diagonale de la même touche avec voyant. La figure 10 est une vue en coupe d'un voyant fixe. La figure 11 est une vue en perspective de la membrane d'étanchéité. La figure 12 est une vue en perspective d'un premier mode de montage de la touche sur la membrane. La figure 13 est une vue en perspective d'un deuxième mode de montage de la touche. La figure 14 est une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation de la membrane utilisée avec le deuxième mode de montage de la touche. -4- La figure I représente un ensemble de touches 8 reposant sur une membrane 1 partiellement otée pour laisser voir une entre- toise 3 sur laquelle repose l'ensemble touche-membrane Cette entretoise alvéolée modulaire 3 obtenue par moulage comprend une pluralité d'alvéoles 30 disposées suivant des lignes et des colonnes Cette pluralité de logements ou d'alvéoles de forme carrée sont définies par des cloisons de séparation 31 compor- tant des pré-découpes 32 de façon à modifier la dimension d'une alvéole et à obtenir des alvéoles ayant plusieurs modules de longueur Dans ces logements ou alvéoles on dispose des modules de contact ou des modules de voyant suivant le type de clavier que l'on voudra réaliser et en coopération avec ces modules de contact des touches de forme carrée comportant les caractères alphanumériques ou autre signes correspondant au clavier que l'on veut réaliser Suivant le type de clavier que l'on souhaite réaliser on utilise tout ou partie de l'entretoise alvéolée modulaire. Comme nous le verrons par la suite, l'utilisation de cette entretoise en combinaison avec les éléments modulaires consti- tuant un clavier permet d'obtenir des claviers, facilement adap- tables à la demande. La figure 2 est une vue en coupe d'un premier mode de réali- sation d'un clavier étanche à faible course, dans laquelle un circuit imprimé 4 sert de moyen de connexion électrique avec un appareil et le clavier, et de support à une pluralité de modules de contact 7 disposés sur le circuit suivant des espa- cements adéquats et solidarisés au circuit imprimé par des points de soudure réalisant également les liaisons électriques entre les picots 77, 78 du module et le circuit imprimé. Des trous 40 prévus à des emplacements adéquats dans le circuit imprimé permettent de monter par sertissage ou par vis une entretoise modulaire 3 en thermoplastique, formée de cloisons disposées de façon à délimiter une succession d'alvéoles carrées disposées suivant un réseau matriciel dans lesquelles -5- viennent se loger les modules de contact. Une encoche 39 est prévue sur la périphérie de chaque logement formé par quatre cloisons, pour permettre le montage d'un dôme 9 constitué par une feuille bombée, de métal élastique, découpée suivant la forme d'un logement. Une membrane plane et étanche 1 en polyuréthane transparent est collée ou soudée sur toute la surface formée par les cloisons de l'entretoise Sur cette membrane est appliquée une autre membrane interchangeable 2 constituée d'une feuille en mylar ou en polycarbonate qui comporte suivant les besoins, des zones opaques ou des zones transparentes Sur cette membrane inter- changeable on rapporte par collage ou soudure à ultra-son des touches 8, en thermoplastique ou tout autre matériau similaire, portant les inscriptions alphanumériques souhaitées pour le clavier. Dans certains logements de l'entretoise on remplace un module de contact par un module de voyant constitué par une diode électro-luminescente 6 montée dans un support 5 et connectée au circuit imprimé par soudure Quatre cornières 13 sont disposées à la périphérie du circuit imprimé et solidarisées avec ce dernier pour rigidifier l'ensemble de la structure. Les figures 3 et 4 représentent un module de contact utilisé dans le clavier de la figure 1 ou 5, comportant un boîtier 74 en polycarbonate de forme circulaire pourvu de deux trous dans le fond du bottier pour laisser passage à deux picots 77, 78 en matériau conducteur, munis de têtes de contact Le fond du bottier comporte également deux bossages 70, 71 figure 4 Une lame de contact 75, constituée par une mince feuille de matériau conducteur, vient reposer dans le bo tier en appui sur les bos- sages 70, 71 et le picot 77 de façon qu'au repos la liaison électrique entre les picots 77 et 78 ne soit pas établie, tandis qu'en position de travail elle sera établie Un mince film étanche en polycarbonate constituant une membrane 76 est -6- collé ou soudé sur le bottier 74. Ce type de module de contact, utilisé pour les claviers du type de la figure 2 ou de la figure 5, présente l'avantage de ne pas avoir d'effet tactile dû au passage d'un point dur Ce module de contact évite donc de superposer un effet tactile dû au module, à l'effet tactile du dôme 9 de la figure 2 ou du bossage de la figure 5. Le boîtier 74 comporte sur sa périphérie une nervure circulaire 79. En fonctionnement lorsque l'opérateur appuie sur une touche du clavier, les membranes 1 et 2 se déforment, le dôme 9 fléchit jusqu'à une certaine limite tout en opposant une force de résistance croissante jusqu'au moment o il bascule brutalement dans la position représentée en pointillé pour venir agir sur la membrane du module de contact et mettre en contact la lame de contact 75 avec les picots 77 et 78 Le basculement soudain de la lame procure un effet tactile qui permet à l'opérateur dé sentir que son action a été prise en compte La membrane 1 assure l'étanchéité du clavier tandis que la membrane 2 avec les touches permet l'adaptation de la configuration du clavier à la demande et son interchangeabilité On a ainsi constitué un clavier modulaire étanche à face avant interchangeable et à effet tactile Ce clavier sera monté contre la face interne du boîtier 12 de l'appareil dont il fait partie de façon que l'étanchéité entre le boîtier et le clavier soit réalisée par serrage de la membrane 1 Le maintien en place de la membrane 2, est assuré par un autre moyen, pince ou clip. La figure 5 représente une autre forme de réalisation d'un clavier modulaire étanche à effet tactile et à course plus importante que le précédent, dans lequel on retrouve un support constitué par un circuit imprimé 4, sur lequel on a monté des modules de contact 7 aux emplacements correspondant aux logements d'une entretoise modulaire 3 que l'on fixe sur le circuit imprimé au moyen de vis 22 par exemple - L'entretoise modulaire 3 peut également être fixée sur le circuit imprimé par sertissage ou tout autre moyen de fixation Cette entre- toise modulaire 3 comporte comme l'entretoise précédente, des cloisons 31 séparant les logements des pré-découpes 32 pour détacher plusieurs cloisons et obtenir des logements aux dimen- sions adaptées aux touches et en plus des couvercles de logement 33 reliés aux cloisons délimitant le logement, par un mince voile 34 permettant par pression sur le couvercle de détacher le couvercle de la grille et d'obtenir une ouverture à l'emplacement choisi pour placer une touche 30 Les cloisons de la grille comportent une face inférieure plane en contact avec le circuit imprimé, une face supérieure dans laquelle on forme une rainure longitudinale 35 et deux faces latérales comportant chacune une portion verticale 36 et une portion inclinée 37 formant avec la portion verticale 36 un épaulement 38. La face des couvercles, extérieure aux logements, se trouve dans un plan parallèle au plan dans lequel se situent les faces supérieures des cloisons. Une membrane 1 en polyuréthane ou tout autre matériau élastique et étanche facilement moulable comporte des bossages 100 en forme de tronc de pyramide 105 à base carrée, dont la base supérieure coopère avec une touche ou repose sur la face supérieure du couvercle associé dans le cas o il n'y a pas de touche, et dont la base inférieure est solidarisée à l'entre- toise par des nervures longitudinales et transversales 101 qui sont fixées dans les rainures 35 de l'entretoise 3 par collage, sertissage, soudure ou tout autre moyen approprié. La base supérieure du bossage de la membrane comporte un bour- relet 102 réalisant l'étanchéité avec la touche 8 que l'on monte sur cette base supérieure après avoir effectué une entaille cruciforme 107 dans la membrane, comme représenté aux figures 11 et 12 pour permettre le passage de la tête d'encli- quetage 84 de la touche 8 avec la pièce d'assemblage 11, & comportant une collerette 110 qui limite le déplacement de la pièce 11 en venant en butée contre l'épaulement 38 La collerette coopère également avec les faces verticales 36 des cloisons fermant le logement pour former un moyen de guidage de la touche lorsque celle-ci se déplace verticalement. Ainsi en enlevant les couvercles des logements o on souhaite mettre des touches et en montant les touches que l'on désire aux emplacements souhaités on obtient un clavier étanche qui à partir d'éléments modulaires peut avoir la disposition et le nombre de touches que l'on souhaite. L'étanchéité entre le clavier et le boîtier 12 de l'appareil utilisant le clavier est assurée par serrage de la membrane contre le boîtier 12 par exemple au moyen d'un dispositif tel que celui représenté figure 5 comportant un écrou 122 soudé au boîtier, une bride 120 et une vis 121. En fonctionnement, lorsque l'on appuie sur une touche, les flancs du bossage se compriment jusqu'au moment o la mem- brane prend brusquement la forme de la pyramide inverse comme représenté sur la figure 4, créant ainsi un effet tactile Dans cette deuxième position la touche appuie sur le dôme de contact et établit la liaison électrique entre les% picots 77 et 78 Dès que l'on relâche la touche, la membrane reprend sa forme initiale Aux endroits ne comportant pas de touche le couvercle 33 soutient le bossage de la membrane et évite que l'on puisse enfoncer la membrane On obtient ainsi un clavier permettant à l'opérateur de sentir tactilement les opérations effectuées. La figure 6 représente la réalisation et le montage d'une touche multiple, par exemple double Pour cela on réalise une touche double 81 de longueur égale à deux fois la longueur d'une touche simple plus la distance séparant deux touches adjacentes Cette touche double comporte deux têtes d'enclique- tage 84 que l'on monte grâce à deux pièces d'assemblage 11 sur la membrane solidaire de la grille 3 dont on a supprimé une -9- cloison intermédiaire à l'endroit o l'on souhaite monter la touche double. La figure 7 représente une variante du deuxième mode de montage d'un bouton unitaire avec logement d'étiquette Les cloisons 31 de l'entretoise 3 ne comportent pas d'épaulement 38 mais comportent sur leurs parties verticales 36 un prolongement 360 constituant une ouverture circulaire dans laquelle un module de contact se fixe par encliquetage de la nervure 79 avec une gorge correspondante 361 La pièce d'assemblage 11 ne comporte pas de collerette mais une surface de guidage 112 et est assemblée par encliquetage avec la touche 8 porte-étiquette, constituée de façon connue en soi par un corps 85 comprenant dans un logement 88 un protège étiquette 85 en matériau transparent et une étiquette 87. Le corps 85 de la touche et la pièce d'assemblage 11 après assemblage, serrent, de façon à réaliser l'étanchéité entre la touche et la membrane, un bourrelet 102 formé à la périphérie d'une ouverture obtenue dans la membrane de la façon représentée aux figures 13 et 14 Une languette 104 permet d'enlever un morceau de membrane pré-découpée suivant la prédécoupe 103 de forme carrée et d'obtenir une ouverture 106 qui permet le montage d'une touche comme représenté à la figure 7. La figure 8 représente une vue de dessus d'une touche de forme carrée présentant dans un coin de la touche un hublot circulaire transparent 83 pour un voyant et un protège-étiquette 86 de forme circulaire adapté à la forme du doigt. La figure 9 représente une vue en coupe diagonale de la touche avec voyant montée sur le clavier dans un logement comportant en plus du module de contact 7 un support 51 pour diode électro-luminescente 6 monté dans une ouverture 41 pratiquée dans le circuit imprimé La pièce d'assemblage 11 montée - dans le logement comporte une lucarne 111 en face de la -diode et du hublot transparent prévu sur la touche. La figure 10 représente le montage d'un voyant fixe dans une ouverture prévue pour une touche dans lequel on a monté sur le circuit imprimé un support 51 pour diode électro-luminescente 6 Un cabochon en matière transparente 23 de forme adaptée à la découpe, de la membrane et comportant sur ses faces latérales 25 une gorge 24 dans laquelle le bourrelet 102 de la membrane est serré par une collerette intérieure 114 prévue sur la pièce d'assemblage qui vient s'encliqueter sur le cabochon Une collerette extérieure 113 et les faces latérales 25 empêchent tout mou- vement du cabochon par rapport à la grille Ainsi grâce à ces différents éléments modulaires, aux grilles et aux membranes qui ont des dimensions déterminées on pourra réaliser à la demande des claviers étanches, avec ou sans voyant, et adaptés à tous les types d'application Il est évident que dans ces différents modes de réalisation on pourra rigidifier la structure en montant sur le circuit imprimé une cornière 13. Il va de soi que diverses modifications pourront être appor- tées aux réalisations décrites et représentées, sans s'écar- ter de l'esprit de l'invention. Il va de soi que toute modification à la portée de l'homme de métier et toute combinaison des différents éléments entre eux, font également partie de l'esprit de l'invention. il - Revendications de brevet. 1 Clavier modulaire, étanche et à effet tactile destiné à être monté dans le boitier d'un appareil, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit imprimé ( 4) consti- tuant un moyen de connexion électrique et de support pour une entretoise alvéolée modulaire ( 3) comportant une pluralité d'alvéoles ( 30) de forme carrée, définies par des cloisons ( 31) et disposées suivant des rangées et des colonnes, des modules de contact ( 7) ou des modules de voyant montés sur le circuit imprimé dans les alvéoles de l'entretoise, une membrane étanche et élastique ( 1) solidaire de l'entretoise, des touches coopé- rant avec les modules de contact au moyen de la portion des touches extérieure à ladite membrane, sur laquelle agit le doigt, et des moyens ( 105 figure 5, 9 figure 2) de réaliser un effet tactile par basculement rapide. 2 Clavier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réaliser l'effet tactile sont constitués par un dôme métallique ( 9, figure 2) placé dans l'alvéole entre le module de contact et la membrane, la membrane étanche est transparente, les touches sont interchan- geables et constituées par des touches ( 8, figure 2) collées ou soudées sur une feuille interchangeable ( 2, figure 2) et comportant des zones transparentes en face des modules de voyant et des zones opaques. 3 Clavier selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de réaliser l'effet -tactile sont constitués par des bossages en forme de tronc de pyramide ( 105) aménagés sur la membrane élastique elle-même, lesdits bossages ayant leur base inférieure solidaire de l'entretoise ( 3) et leur base supérieure mobile supportant des touches ( 8, figure 5), lesdits bossages étant associés à des moyens de mon- tage ( 84, 11, 102) des touches de façon étanche et des moyens de guidage ( 110, 36) des touches lors du déplacement. 12 - 4 Clavier selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de montage étanche des touches sont constitués par un bourrelet ( 102) solidaire de la membrane serré entre une surface d'appui de la touche ( 8) et une surface d'appui d'une pièce d'assemblage ( 11) fixée sur la touche par encliquetage ( 84), ladite pièce d'assemblage compor- tant une surface ( 110, 112) coopérant avec les faces verticales des cloisons pour assurer le guidage de la touche dans ses déplacements. Clavier selon la revendication 4, caractérisé en ce que la touche comprend un logement circulaire ( 88), une étiquette ( 87) placée dans ce logement et recouverte par un protège étiquette ( 86) s'adaptant dans le logement. 6 Clavier selon la revndication 5, caractérisé en ce que la touche est de forme sensiblement carrée et comporte dans-un coin un hublot ( 83) pour voyant. 7 Clavier selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le module de contact est constitué par un boîtier dont le fond comprend deux bossages ( 70, 71) et est traversé par deux picots de contact ( 77, 78) une lame de contact métallique ( 75) disposé en appui sur les bossages ( 70, 71) et une membrane ( 76) recouvrant le boîtier. 8 Clavier selon la revendication 7, caractérisé en ce que le module de contact comporte sur la surface externe de son boîtier une nervure circulaire ( 79, figure 3) coopérant avec une gorge ( 361, figure 7) prévue sur les faces latérales ( 36) des cloisons des logements. 9 Clavier selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un module de voyant comprend une diode électro-luminescente ( 6) montée sur un support ( 5). 13 - Clavier selon la revendication 3, caractérisé en ce que la membrane comporte des ouvertures pré-découpées, de la forme et sensiblement de la dimension, des touches. 11 Clavier selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un cabochon de voyant ( 23) est monté dans une ouverture ( 106) de la membrane. 12 Clavier selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ledit clavier est monté de façon étanche dans le bo tier d'un appareil d'utilisation, par serrage de la membrane contre la face interne de la paroi externe du boîtier de l'appareil.