Brevet FR2521801A1 — publié le 19830819

L'invention concerne d'une manière générale les claviers et des touches capacitives destinées à de tels claviers, et elle a trait en particulier à un dis- positif mécanique perfectionné destiné à une touche capacitive, dispositif dans lequel un ensemble beaucoup moins compliqué que les ensembles antérieurs est utilisé, évitant d'avoir à utiliser un bottier ou un châssis pour l'ensemble. Des claviers tels que celui auquel l'invention a trait sont largement utilisés dans des terminaux d'entrée pour le traitement de l'information, par exem- ple Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 750 113 décrit des techniques de circuit pour l'utilisation de touches capacitives du type auquel l'invention a trait. L'invention concerne principalement l'assemblage spéci- fique de chacune de ces touches Chaque touche corres- pond à un élément particulier de donnée ou à une opéra- tion particulière que l'opérateur choisit en appuyant sur la touche En général, une précharge modérée est appliquée à la touche afin de la maintenir dans sa position normale, réduisant ainsi le risque d'actionne- ment accidentel et nécessitant un effort conscient et ferme de l'opérateur pour enfoncer la touche La sur- face de la touche sur laquelle l'opérateur agit est reliée à un plongeur qui pénètre dans la machine de traitement de données pour y actionner le mécanisme associé à la touche. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 4 090 229 décrit une forme de réalisation représentative de touche capacitive de l'art antérieur Ce brevet indique l'uti- lisation d'une plaque mobile de condensateur se présen- tant sous la forme d'une feuille unique, la plaque étant formée en un ressort qui peut être déformé élastiquement par modification de la feuille dans son état déformé, cet état déformé correspondant à la position "arrêt" de la touche Cette forme particulière de touche capaci- tive exige un bottier destiné à supporter l'assemblage. Par contre, selon l'invention, une touche capacitive perfectionnée à profil bas est réalisée sous la forme d'un commutateur de clavier ayant une hauteur globale sensiblement réduite qui peut être, par exem- pie, de 19,05 mm pour la totalité de l'assemblage, et une longueur de course de 3,81 mm Par conséquent, le commutateur de clavier selon l'invention est particu- lièrement utile à des claviers à profil bas, ainsi que l'apprécieront les spécialistes Comme décrit précédem- ment, on parvient à ce résultat en éliminant la néces- sité de tout bottier pour l'ensemble du commutateur et par l'utilisation d'un assemblage monté directement sur la plaquette à circuit imprimé et dans lequel les pièces sont enclenchées élastiquement les unes avec les autres, ce qui évite d'avoir à utiliser des accessoires tels que des vis ou des écrous pour l'assemblage des pièces. Ainsi qu'on l'appréciera ci-après, cette suppression du bottier et des accessoires réduit sensiblement le cot d'un tel assemblage et le rend particulièrement utile dans des techniques de production en grande série. Une autre caractéristique de l'invention est qu'une plaque, formant un premier côté de la touche capacitive selon l'invention, est obtenue à partir du stratifié métallique formé sur la plaquette à circuit imprimé pour fournir le circuit imprimé du clavier selon l'invention Il convient de noter qu'en formant simultanément le circuit imprimé et la première plaque de la touche capacitive de l'invention, on obtient une diminution sensible du coût de l'assemblage. En outre, en raison de l'assemblage simplifié, on utilise un élément à plongeur relié au dessus de touche et comportant une tige descendante d'actionne- ment du commutateur à plongeur, de longueur déterminée. En raison de la fabrication simplifiée de cette pièce, qui peut être réalisée en matière plastique moulée, la longueur de la tige d'actionnement du commutateur peut être changée afin de modifier de façon très simple le point d'actionnement du commutateur pour le changement de signal de ce dernier Ainsi, par échange de cette pièce à emboîtement élastique, on peut obtenir un point unique de changement de signal De plus, étant donné que la tige de guidage du plongeur et la tige d'action- nement du commutateur sont espacées d'une certaine dis- tance, on obtient une bonne commande du plongeur et de -l'index de guidage du plongeur dans le clavier. De plus, du fait de l'agencement de l'assem- blage selon l'invention, il ne se produit aucun rebond typique d'autrescommutateursde ce type lorsqu'il sont actionnés En raison de la fabrication simple des pièces constituant l'assemblage du commutateur selon l'inven- tion, la seule pièce sur mesure d'un clavier constitué de touches selon l'invention est la plaquette à circuit imprimé et les composants électroniques ou les circuits imprimés sur cette plaquette Les spécialistes apprécie- ront en outre que, étant donné que les composants élec- troniques ou les circuits imprimés du commutateur selon l'invention, y compris les plaques mobile et fixe de ce dernier, sont disposés au-dessous de la plaquette à cir- cuit imprimé, la zone de commutation et les composants électroniques sont protégés des liquides se renversant et de la poussière due au plongeur. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective. éclatée de l'assemblage du commutateur capacitif à profil bas selon l'invention; la figure 2 représente le commutateur à profil bas selon l'invention tel que vu de la surface inférieure de la plaquette à circuit imprimé sur laquelle il est monté; la figure 3 est une coupe verticale du com- mutateur capacitif à profil bas de la figure 1, montrant les pièces assemblées et montées sur la plaquette à circuit imprimé; la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3; et la figure 5 est une coupe suivant la ligne -5 de la figure 4. On se référera à présent aux dessins sur les- quels les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments sur les diffférentes vues La figure 1 est une vue en perspective éclatée montrant la disposi- tion des pièces de l'ensemble à commutateur capacitif à profil bas selon l'invention Il est représenté en une partie d'une plaquette à circuit imprimé d'un clavier à profil bas, laquelle plaquette à circuit imprimé peut être supportée, par ses bords latéraux, au moyen d'un raidisseur 14, bien connu de l'homme de l'art. Ainsi qu'il est bien connu dans la technique, la pla- quette à circuit imprimé peut en outre être constituée, par exemple, de fibre de verre ou de toute autre matière non conductrice du courant électrique. Une couche de cuivre, appliquée sur la surface inférieure 12 de la plaquette 10 à circuit imprimé, est éliminée par attaque à l'acide ainsi qu'il est bien connu de l'homme de l'art, pour former un circuit imprimé et une plaque fixe de condensateur La plaque fixe est séparée de la partie restante du circuit imprimé par un masque de soudure qui est appliqué sur le cuivre éliminé par décapage. Une plaque mobile 22 de condensateur, disposée au-dessous de la plaquette 10 à circuit imprimé, se présente sous la forme d'une feuille unique, par exemple d'alliage de cuivre du type 'CA 725 ", et est découpée comme montré sur la figure l afin de présenter la flexi- bilité souhaitée lors de son mouvement de flexion effec- tué au moment de l'actionnement du commutateur selon l'invention La plaque 22 est réalisée d'une seule pièce avec deux languettes 24 et 26 qui s'élèvent dans des trous 32 et 34, respectivement, de la plaquette 10 à circuit imprimé Ces languettes sont repliées sur la surface-supérieure 13 de la plaquette 10 et soudées en position afin de maintenir la plaque 22 à plat et à proximité immédiate de la surface inférieure 12 de la plaquette 10 à circuit imprimé. La partie relativement large 30 de la plaque 22 est opposée, une fois que la plaque 22 est position- née contre la surface 12, à la plaque fixe du conden- sateur située sur la surface inférieure 12 de la pla- quette 10 à circuit imprimé La plaque fixe n'est pas représentée pour plus de clarté, car il-s'agit d'une structure bien connue dans la technique. Ainsi, la plaque mobile coopère avec la plaque fixe formée sur la surface inférieure du stratifié en alliage de cuivre pour actionner le commutateur à capa- cité selon l'invention Des découpures 28 sont formées dans un bord de la partie 30 de la plaque 22 afin de soulager la plaque 22 des contraintes pendant sa flexion lors de l'actionnement du commutateur D'autres découpu- res 60 sont destinées à définir le point de flexion de la plaque 22 et à assurer un soulagement supplémentaire des contraintes pendant la flexion. Un corps 16 de guidage à emboîtement élastique, positionné immédiatement au-dessus de la surface supé- rieure 13 de la plaquette 10, comporte une partie descen- dante 42 qui, lors de l'assemblage, passe dans une ouverture 36 de la plaquette 10 et s'emboîte en position, afin de maintenir fermement le corps 16 de guidage à proximité immédiate de la surface supérieure 13 de la plaquette 10 à circuit imprimé Le corps 16 de guidage est réalisé d'une seule pièce avec un guide annulaire central 40 qui fait saillie vers le haut et qui est lui- même réalisé d'une seule pièce avec un crochet 48 situé en un certain point de ce guide et destiné à s'enclen- cher et se verrouiller de façon alternative avec une partie 50 en forme de U dépassant vers le bas d'un corps 18 de plongeur de l'ensemble, comme décrit ci- dessous La pièce 50 de forme en U détermine donc le degré du mouvement alternatif entre le corps 16 de gui- dage et le corps 18 du plongeur et elle sert de butée pour le corps 18 du plongeur lors de son mouvement de retour. Le corps 18 du plongeur est réalisé d'une seule pièce avec une tige annulaire 46 de guidage qui exécute un mouvement alternatif dans le guide annulaire 40 Les pièces complémentaires 40 et 46 servent à guider le mouvement vertical du corps 18 du plongeur lorsque le commutateur à touches selon l'invention est actionné. Un ressort hélicoïdal 44 est monté entre les pièces 16 et 18 de manière à repousser le corps 18 du plongeur vers le haut et à l'éloigner du corps de guidage Le corps 18 du plongeur est également réalisé d'une seule pièce avec une tige 52 d'actionnement du commutateur. La tige 52 passe dans une ouverture 58 du corps 16 de guidage et dans une ouverture 38 de la plaquette 10 à circuit imprimé afin de venir s'appliquer contre la par- tie 30 de la plaque 22 lorsqu'un opérateur appuie sur le commutateur à touches selon l'invention Ainsi, la tige 52 descend jusqu'à ce qu'elle porte contre la plaque 22, et elle éloigne ensuite la plaque mobile 22 du condensateur de la plaque fixe située sur la surface inférieure 12 de la plaquette 10 à circuit imprimé. Ce mouvement sert à actionner le commutateur Des ouver- tures séparées 56 ménagées à distance les unes des autres le long de la paroi latérale descendante 19 du plongeur 18 définissent une partie flexible destinée à recevoir, par emboîtement élastique, un rebord adjacent réalisé d'une seule pièce avec le dessus 20 de la touche lorsque ce dernier est emboîté à force sur le corps 18 du plongeur Les rebords 25 s'emboîtent élastiquement en position sous le bord des parois laté- rales 19 du corps 18 du plongeur. La figure 2 représente une plaque mobile individuelle 22, fixée à une partie de la surface infé- rieure 12 de la plaquette 10 à circuit imprimé La sur- face délimitée par les périmètres formés par les lignes 62 sur la figure 2 peut être, par exemple, de 4,838 cm 2. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 2, les languettes 24 et 26 passent dans les ouvertures 32 et 34, respecti- vement,de la plaquette 10 à circuit imprimé Ces lan- guettes 24 et 26 sont repliées sur la surface 13 et soudées pour maintenir la plaque 22 fixée dans sa posi- tion sur la surface inférieure de la plaquette 10. Ainsi qu'on peut le voir également sur la figure 2, d'autres ensembles à commutateurs selon l'invention peuvent être montés à proximité immédiate de celui représenté sur-la figure 2, par exemple les ensembles 23 a et 23 b. La figure 3 représente en coupe l'assemblage selon l'invention, et notamment la coopération de la tige 46 de guidage avec le guide 40 et l'enclenchement de verrouillage des pièces 48 et 50 Le plongeur 52 et la plaque mobile 22 sont représentés dans leurs posi- tions hautes de repos ainsi que, en traits pointillés en 52 a et 22 a, dans la position d'actionnement de l'assemblage du commutateur selon l'invention Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 3, le corps 16 de guidage est réalisé d'une seule pièce avec quatre colonnes espacées 64, orientées vers le haut Ces colonnes sont destinées à maintenir en position l'extré- mité inférieure du ressort 44 Le corps 18 du plongeur est lui-même réalisé d'une seule pièce avec quatre colonnes complémentaires 54, orientées vers le bas et destinées à maintenir le bord supérieur du ressort 44 en position convenable, ainsi qu'on peut le voir sur la figure 4. En se référant à présent à la figure 4, on peut voir que sa partie descendante inférieure 42 du guide 40 comporte des bras 66 et 68 de verrouillage s'étendant latéralement et dont des surfaces exté- rieures inclinées 70 coopèrent avec les parois de l'ouverture 36 de la plaquette 10 à circuit imprimé pour que la partie descendante 42 puisse s'engager dans cette ouverture et s'y loger En raison des propriétés élastiques naturelles de la matière plastique flexible dont le corps 16 de guidage est formé, les bras 66 et 68 reviennent élastiquement vers l'extérieur une fois qu'ils ont dépassé l'ouverture 36 et ils s'étendent au-delà de l'ouverture 36 pour porter contre la surface inférieure 13 de la plaquette 10 à circuit imprimé. Au cours de cette opération de montage, en raison égale- ment de la nature flexible naturelle de la matière constituant le corps 16 de guidage, la partie centrale 74 de ce dernier a tendance, lors de l'insertion de la partie 42 dans l'ouverture 36, à présenter une propriété d'enclenchement élastique avec la partie centrale 74 se déplaçant vers le bas lors de l'opération d'insertion. Ainsi, une fois que les bras 66 et 68 se sont dégagés de l'ouverture 36 et que la partie centrale 74 du corps 16 de guidage est relachée, il se produit une action de ressort amenant la surface supérieure des bras 66 et 68 contre la surface 12, ce qui établit une position fixe et rigide du corps 16 de guidage sur la plaquette 10 à circuit imprimé C'est la raison pour laquelle chaque ensemble à commutateur individuel selon l'invention est maintenu dans une position fixe et rigide, à l'emplace- ment souhaité, sur la plaquette 10 à circuit imprimé. La figure 5 montre l'assemblage du dessus 20 de touche sur le corps 18 du plongeur, les rebords 25 réalisés d'une seule pièce avec les parois descendantes 21 du dessus 20 de touche s'enclenchant avec la surface inférieure des parois du corps 18 du plongeur En outre, la figure 5 montre la distance comprise entre la tige 46 de guidage du plongeur et la tige 52 d'actionnement du commutateur, solidaire du plongeur Comme décrit précé- demment, les diverses pièces peuvent être réalisées en résine, par exemple en résine thermoplastique qui peut être aisément formée dans des moules, par des techniques classiques de production en grande série Les résines sont choisies de manière à conférer aux diverses pièces une flexibilité naturelle afin qu'elles puissent être aisément emboîtées élastiquement les unes aves les autres, comme décrit ci-dessus Un exemple d'une telle matière est la matière du type "Delrin", produit de la firme E.I DUPONT CORPORATION, qui est une résine acétal, un hanopolyrère polyformaldéhyde D'autres matières repré- sentatives peuvent être, par exemple, des polyesters, ainsi qu'il est évident aux spécialistes du moulage de pièces analogues à celles décrites ici En ce qui concerne la matière constituant la plaque mobile du condensateur selon l'invention, bien que l'alliage de cuivre "CA 725 " soit préféré, il est possible d'utiliser d'autres matières telles qu'un alliage de cuivre et de béryllium, par exemple D'autres alliages peuvent être également utilisés, pourvu que leurs propriétés soient telles qu'ils offrent le degré approprié de flexibilité et de capacité électrique et qu'ils conservent cespro- priétés pendant une longue durée d'utilisation ' Il ressort donc de la description précédente que l'on obtient, selon l'invention, un assemblage sim- plifié de commutateur de clavier à profil bas pouvant être fabriqué à partir de pièces simplifiées qui, elles- mémes,peuvent être emboîtées élastiquement les unes avec les autres, de façon aisée et simple, sans utilisa- tion d'accessoires rapportés tels que des vis et des écrous De plus, l'agencement est tel que l'on obtient un assemblage de commutateur de hauteur globale notable- ment réduite, cette hauteur globale pouvant être, par exemple, de 19 mm Bien que la hauteur de l'assemblage soit réduite, la longueur de la course peut atteindre 3,8 mm. L'assemblage simplifié selon l'invention évite d'avoir à utiliser tout bottier ou bâti de support quel qu'il soit et c'est la raison pour laquelle l'assem- blage est d'une fabrication extrêmement bon marché par rapport à des formes de réalisation antérieures nécessi- tant des boîtiers pour leur support Etant donné que tous les composants électriques, y compris les plaques fixe et mobile du commutateur capacitif et les circuits imprimés, se trouvent au-dessous de la plaquette à circuit, un clavier constitué de commutateur à touches individuelles selon l'invention fonctionnera pendant une période de temps beaucoup plus longue, car les composants actifs de ce clavier sont protégés des renversements de liquide et de la poussière due au plongeur, ces problè- mes se posant toujours lors de l'utilisation de tels claviers. Il est évident que toutes les caractéristiques, indiquées ci-dessus, du dispositif selon l'invention rendent ce dispositif très avantageux du point de vue commercial, en raison de la simplicité de l'assemblage des pièces et du coût réduit de production des pièces, et en raison également de la quantité réduite de pièces nécessaires à la réalisation de l'assemblage. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et repré- senté sans sortir du cadre de l'invention. 252180 1 REVENDICATIONS 1 Dispositif à touche capacitive destiné à un clavier à profil bas, comprenant une plaque fixe de condensateur destinée à être montée sur la surface infé- rieure ( 12) d'une plaquette ( 10) à circuit, une plaque mobile ( 22) de condensateur, un corps mobile ( 18) de plongeur de touche destiné à déplacer la plaque mobile d'une première position adjacente à la plaque fixe à une seconde position éloignée de la plaque fixe, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un corps ( 16) de guidage réalisé d'une seule pièce avec une partie ( 42) s'étendant vers le bas et destinée à s'enclencher élastiquement avec un clavier, un élément élastique ( 44) disposé entre le corps de guidage et le corps mobile du plongeur afin de rappeler le corps du plongeur de la seconde position vers la première posi- tion, une tige ( 46) de guidage réalisée d'une seule pièce avec le corps du plongeur et destinée à exécuter un mouvement alternatif en enclenchement complémentaire de guidage avec le corps de guidage, des moyens complé- mentaires ( 48, 50) de verrouillage solidaires du corps de guidage et du corps du plongeur et destinés à mainte- nir le corps de guidage et le corps du plongeur afin qu'ils puissent exécuter un mouvement alternatif fixe l'un par rapport à l'autre, une tige ( 52) d'actionnement d'un commutateur réalisée d'une seule pièce avec le corps du plongeur et pouvant exécuter un mouvement alter- natif avec ce dernier en passant dans des ouvertures correspondantes ( 58, 38) ménagées dans le corps de gui- dage et dans une plaquette à circuit sur laquelle le corps de guidage estmonté, cette tige étant destinée à déplacer ladite plaque mobile du condensateur de la pre- mière position vers la seconde position. 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en outre en ce que la plaque mobile du condensa- teur est constituée d'une feuille unique, déformable élastiquement, en matière électriquement conductrice, cette feuille étant réalisée d'une seule pièce avec des languettes ( 24, 26) disposées à proximité d'un premier bord latéral de ladite feuille, ces languettes passant dans des trous complémentaires ( 32, 34) d'une plaquette à circuit afin d'ancrer ledit premier bord latéral de ladite plaque de condensateur. 3 Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en outre en ce que la plaque mobile de condensa- teur présente une partie découpée qui délimite lesdites languettes, cette partie découpée séparant un premier bord latéral ancré d'une partie mobile ( 30), électrique- ment active, de la plaque, la partie découpée comportant des bras opposés de liaison sur ses deux côtés, de manière à former ledit premier bord latéral ancré et ladite partie mobile, électriquement active. 4 Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que la plaque mobile de condensateur est constituée d'une seule feuille emboutie en alliage de cuivre conducteur et élastique. 5 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le corps de guidage est réalisé d'une seule pièce avec un guide annulaire ( 40) faisant saillie vers le haut et dans lequel ladite tige de guidage peut s'enclencher et exécuter un mouvement alternatif, et des bras flexibles et opposés ( 66, 68 > de verrouillage qui s'étendent latéralement sur ladite partie faisant saillie vers le bas, chaque bras flexible de verrouillage présen- tant une surface d'appui ( 70) destinéezà porter contre le bord d'une ouverture ( 36) ménagée dans la plaquette de manière que les bras fléchissent et qu'ils passent dans cette ouverture, les bras-de guidage, après être passés dans l'ouverture, fléchissant vers l'extérieur pour porter contre la surface inférieure de la plaquette à travers laquelle ils sont insérés. 6 Dispositif selon la revendication 5, carac- térisé en ce que le corps de guidage est réalisé d'une seule pièce avec une jupe ( 19) partant vers le bas de son bord extérieur, la surface inférieure de cette jupe portant contre la surface supérieure d'une plaquette sur laquelle le corps de guidage est monté, afin que le corps de guidage présente, à proximité de son centre, une caractéristique d'action d'emboîtement flexible pour enclencher fixement les bras flexibles avec la plaquette à circuit imprimé. 7 Dispositif selon la revendication 5, carac- térisé en ce que les moyens complémentaires de verrouil- lage situés sur le corps de guidage comprennent un cro- chet ( 48) réalisé d'une seule pièce avec le corps de guidage et faisant saillie radialement du bord supérieur dudit guide annulaire, et en ce que lesdits moyens complémentaires de verrouillage situés sur le corps du plongeur comprennent une ouverture ( 50) de forme en U destinée à recevoir le crochet de façon à réaliser avec ce dernier un enclenchement permettant un mouvement alternatif. 8 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la dimension verticale du dispositif est de 19,05 mm. 9 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la longueur du mouvement alternatif de la tige d'actionnement du commutateur est de 3,81 mm. 10 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'un dessus de touche ( 20) est emboîté élastiquement sur l'extrémité supérieure du corps de plongeur. 11 Dispositif selon la revendication 1, des- tiné à être utilisé avec un commutateur capacitif dans un clavier à profil bas, caractérisé en ce qu'il com- porte une plaquette ( 10) à circuit imprimé, un stratifié métallique gravé appliqué sur la surface inférieure ( 12) de la plaquette à circuit imprimé, une partie de ce stratifié formant le circuit imprimé et la plaque fixe de condensateur, la plaque mobile de condensateur pouvant être rapprochée et éloignée de la plaque fixe située sur la surface inférieure de la plaquette à circuit imprimé, cette plaquette présentant une ouver- ture ( 36) de guidage dans laquelle passe la partie infé- rieure en saillie du corps de guidage, une tige ( 52) d'actionnement de commutateur étant réalisée d'une seule pièce avec le corps du plongeur, le corps de guidage et la plaquette à circuit imprimé présentant des ouvertures complémentaires ( 58, 38) dans lesquelles ladite tige d'actionnement du commutateur peut exécuter un mouvement alternatif, cette tige étant destiné à déplacer ladite plaque mobile du condensateur de la première position vers la seconde position.