Brevet FR2532248A1 — publié le 19840302

L'invention concerne un dispositif à commutateurs àa touches destiné à être utilisé, dans des claviers de machine à écrire électronique, des ordinateurs, des terminaux, des calculatrices, des caisses-enregistreuses et des commandes d'équipements électroniques et autres- Des commutateurs à touches pour claviers et autres comprennent généralement un nombre important de pièces distinctes Par exemple, chaque dispositif de ce type peut nécessiter un ressort, un ou plusieurs contacts de commutation, un plongeur, un dessus de touche et un boîtier dans lequel le dispositif est logé Ces éléments doivent être assemblés sur une plaquette à circuit imprimé. Un tel assemblage est-souvent fastidieux et long Chaque commutateur doit être monté individuellement sur la pla- quette et un grand nombre de trous ou de points de fixation doivent être prévus Le soudage des divers éléments est souvent nécessaire Un soudage étendu est peu commode et un nettoyage doit ensuite être réalisé avec beaucoup de soin pour empêcher le solvant de nettoyage d'entrer en contact avec les contacts du commutateur. En résumé, le nombre relativement grand de pièces individuelles d'un commutateur à touches contribue notable- ment au temps, à ladifficulté et au coût d'assemblage du dispositif, et donc au coût global du clavier. L'invention a donc pour objet un commutateur à touches perfectionné destiné à des claviers de machines à écrire électroniques et autres, qui utilise peu de pièces individuelles et qui peut être assemblé rapidement et de façon simple et peu coûteuse. L'invention a pour autre objet un commutateur à touches destiné à des claviers de machines à écrire électro- niques et autres, qui présente une sensation de frappe constante et satisfaisante et qui fonctionne de façon s re lors d'utilisations répétées. L'invention a pour autre objet un commutateur à touches pour claviers de machines à écrire électroniques et autres, qui peut être incorporé aisément dans des cla- viers de machines à écrire existantes et autres. L'invention concerne donc un commutateur à touches pour claviers de machines à écrire électroniques et autres, comprenant un élément qui forme une plaquette statique comportant au moins une paire associée de conducteurs électriques Chaque conducteur comporte des organes de contact qui définissent au moins un système à contact et ressort d'une seule pièce Chacun de ces systèmes comprend une partie formant cadre, conçue pour être montée directe- ment sur la plaquette statique, et au moins un ensemble à ressort et contact Chacun de ces ensembles est utilisé avec une paire associée de conducteurs de la plaquette statique et il maintient un contact électrique fixe avec les organes de contact de l'un des conducteurs de la paire. Chaque ensemble à ressort et contact comprend une partie de base reliée au cadre et, facultativement, pliée sous la forme d'une gouttière longitudinale, une première partie en saillie s'élevant en porte-à-faux de la partie de base et comprenant un ressort plat qui sollicite-la première partie en saillie vers le haut par rapport à la plaquette statique, et une seconde partie en saillie descendant en porte-à-faux de la partie de base du second des conducteurs de la paire associée lorsqu'une force préalablement établie, orientée vers le bas, est exercée sur l'extrémité en porte- à-faux de la première partie en saillie La partie de base de la première partie en saillie sollicite la seconde partie en saillie de façon à l'éloigner de l'organe de contact électrique du second conducteur de la paire associée sur la plaquette statique Des moyens permettent d'abaisser l'extrémité en porte-à-faux de la première partie en saillie pour redresser la gouttière formée par la partie de base et abaisser ainsi la seconde saillie pour établir un contact électrique direct avec l'organe de contact du second conducteur de la paire associée sur la plaquette statique. Chaque ensemble' à ressort et contact est typique- ment associé à une touche du clavier, c'est-à-dire que l'abaissement d'un ressort pour établir un contact électri- que indique qu'une touche correspondant à une lettre, un chiffre ou tout autre signe particulier a été choisie. Généralement, le système de ressort et de contacts est réalisé dans une mince bande (épaisseur d'environ 0,1 mm) de béryllium, de cuivre ou autre métal analogue, électriquement conducteur Le système est soumis-à une trempe pour ressorts et il comprend de préférence tout nombre, compris entre 4 et 20, d'ensembles à ressorts et contacts Chacun de ces ensembles est solarisé au cadre. La première partie en saillie peut comprendre un ressort en forme de plaque triangulaire ou tout autre ressort acceptable, permettant d'appliquer la force normale de rappel à chaque ensemble du dispositif La gouttière ou le profilé de la partie de base présente généralement une section en V ou en U La base assume donc la fonction d'un ressort très raide jusqu'à ce qu'une force suffisante soit appliquée au profilé pour lui faire prendre brusque- ment un état redressé et aplati Ceci sert à allonger le bras de levier du ressort et diminue notablement la raideur de ce dernier, provoquant une "rupture" de la partie de base lorsque la force préalablement établie, exercée vers le bas, est appliquée. Il est préférable que plusieurs secondes saillies et plusieurs contactsde la plaquette statique s'étendent le long de la première partie en saillie de chaque ensemble à ressort et contacts Les secondes parties en saillie peuvent comporter des contacts en fourche qui sont de pré- férence revêtus d'or. Ces contacts peuvent être plaqués par un traite- ment en bande continue La bande métallique (c'est-à-dire le système de ressorts et de contacts) peut être descendue le long d'un rail qui abaisse les ressorts au niveau du cadre Les contacts de la seconde partie en saillie dépas- sent par conséquent au-dessous du cadre et peuvent être plongés dans des dispositifs de dépôt. La plaquette statique est généralement une pla- quette à circuit imprimé et ses contacts sont générale- ment constitués de lignes de métal qui peuvent être revêtues sélectivement par la mise en oeuvre de procédés classiques de traitement de circuits imprimés. De préférence, un support d'une seule pièce peut être relié à la carte statique et superposé au cadre de chaque bande de ressorts et de contacts La plaquette statique est fixée au support à l'aide de pieds sertis, de vis ou d'autres organes analogues de fixation Lors- qu'un tel support est utilisé, les moyens d'abaissement peuvent comprendre un plongeur Dans de telles formes de réalisation, des moyens de guidage sont solidarisés au support pour guider, abaisser et ramener le plonge r. L'extrémité inférieure de chaque plongeur est conçue pour entrer en contact avec l'extrémité en porte-à-faux, et abaisser cette extrémité, de l'une des premières parties. en saillie de l'ensemble à ressort et contacts L'extré- mité supérieure est conçue pour que la force d'enfoncement puisse lui être appliquée directement ou, en variante, pour le montage d'un dessus de touche sur cette extrémité. Le plongeur comporte une butée proche de son extrémité inférieure, destinée à entrer en contact avec les moyens de guidage et à limiter le retrait du plongeur. Dans une autre forme de réalisation de l'inven- tion, le dessus de touche peut être réalisé d'une seule pièce avec le plongeur Dans cette forme de réalisation, un cran de retenue peut être réalisé à proximité de l'ex- trémité inférieure du plongeur Des moyens complémentaires de retenus sont solidarisés aux moyens de guidage et au support Le cran peut être profilé pour permettre l'abaissement du plongeur à travers les moyens de guidage et/ou le support, mais pour s'enclencher de façon restrictive avec des moyens de retenue lorsque le plongeur est rétracté vers le haut. Outre son utilisation dans des claviers de machines à écrire, le dispositif selon l'invention convient à une utilisation dans des calculatrices, des terminaux, des machines de traitement de texte, des ordinateurs personnels et des appareils similaires L'utilisation d'un support d'une seule pièce et de "bandes" continues d'ensembles à ressort et contacts d'une seule pièce réduit notablement le nombre de pièces nécessaires et, par conséquent, le temps et le coût de production du clavier Ces économies sont en outre augmentées par le fait que le soudage et donc le nettoyage des commutateurs sont supprimés. A titre de comparaison, un clavier antérieur de 64 touches comprend généralement un bottier en matière plastique, 64 plongeurs, 64 ressorts et-128 contacts; 257 pièces individuelles, au total, doivent être assemblées. Le clavier résultant doit en outre être fixé et soudé à une plaquette à circuit imprimé Un clavier à 64 touches selon l'invention comporte un support moulé d'une seule pièce, 64 plongeurs, 8 bandes de systèmes-de ressorts et de contacts (comprenant chacune huit ensembles d'un seul bloc à ressort et contacts, et une plaquette à circuit imprimé; on obtient au total 74 pièces, y compris la plaquette à circuit imprimé). L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limita- tifs et sur lesquels 2 la figure 1 est une vue de dessus, avec coupe transversale, d'une première forme préférée de réalisation du commutateur à touches selon l'invention; la figure 2 est une élévation du commutateur à touches selon l'invention; la figure 3 est une vue de dessus d'un système de ressorts et de contacts utilisés dans la première forme de réalisation du commutateur à touches selon l'invention la figure 4 est une élévation du système de ressort et contacts; la figure 5 est une vue de dessus du support utilisé dans le commutateur à touches selon l'invention la figure 6 est une élévation avec coupe par- tielle du support la figure 7 est une vue de dessus du plongeur utilisé dans le commutateur à touches selon l'invention; la figure 8 est une vue de face du plongeur; la figure 9 est une élévation du plongeur; la figure 10 est une vue de dessus avec coupe transversale, suivant la ligne 10-10 de la figure 11, d'une autre forme préférée de réalisation du commutateur à touches selon l'invention; la figure 11 est une élévation, avec coupe partielle, du commutateur à touches de la figure 10; la figure 12 est une vue de dessus du support utilisé dans le commutateur à touches de la figure 10 la figure 13 est une élévation avec coupe par- tielle du support de la figure 12; la figure 14 est une élévation de l'élément d'une seule pièce à plongeur et dessus de touche utilisé dans le commutateur à touches des figures 10 et 11; la figure 15 est une vue de face de l'élément à plongeur et dessus de touche de la figure 14; la figure 16 est une vue de dessus de l'élément à dessus de touche et plongeur de la figure 14; et la figure 17 est un diagramme montrant la force en fonction du mouvement que l'on obtient lorsque l'on appuie sur l'ensemble à ressort et contacts selon l'invention. Les figures 1 et 2 représentent un commutateur à touches 10 destiné à être utilisé dans des claviers de machines à écrire électroniques et autres Un système 12 de ressort et de contacts, représenté seul sur les figures 3 et 4, est posé et monté sur une plaquette sta- tique telle qu'une plaquette 14 à circuit imprimé Le montage est réalisé au moyen de pieds 16 de montage thermo- scellés Ces pieds font partie du boîtier Des vis peuvent être utilisées à leur place Elles sont alors introduites par le dessous et traversent le cadre 18 du système 12. La plaquette 14 à circuit imprimé comporte des conducteurs électriques 20 et 22 Le conducteur 22 comporte des organes de contact 26 et 28 Généralement, les organes de contact sont constitués de lignes de métal qui peuvent être conçues de façon à ne présenter qu'un contact ou à présenter des contacts multiples. * 2532248 Tel que montré sur la figure 3, le système 12 de ressort et de contacts comprend généralement une bande métallique d'une seule pièce comportant un cadre 18 et un certain nombre d'ensembles 30 à ressort et contacts solidarisés au cadre 18 Comme montré plus clairement sur la figure 2, des éléments longitudinaux 32 et 34 du cadre 18 sont bombés vers le haut de la carte 14 afin de ne pas porter contre les conducteurs 20 et 22 et d'éviter le court-circuit qui pourrait en résulter Ceci permet l'utilisation d'une seule face de la plaquette 14 à circuit imprimé Chaque ensemble 30 à ressort et contacts est associé à deux conducteurs de la plaquette à circuit imprimé, tels que les conducteurs 20 et 22 de la figure 1 Tous les contacts fixes d'une bande sont reliés les uns aux autres Il est inutile d'utiliser un conducteur séparé pour la connexion de chaque commutateur. De plus, un certain nombre de systèmes 12 de ressorts et contacts, se présentant chacun sous la forme d'une bande d'une seule pièce comme montré sur la figure 3, et comprenant un certain nombre d'ensembles 30 à ressort et contacts, peut être utilisé Chaque ensemble 30 corres- pond à une touche du clavier La description suivante portant sur un seul ensemble 30 à ressort et contacts, s'applique à chacun de ces ensembles du dispositif. Une partie de base 36 est solidarisée à un pontet transversal 38 du cadre 18 et porte des contacts , 42 qui établissent un contact électrique fixe avec les organes 24 de contact du conducteur 20 (figure 1) La base 36 est pliée de façon à former une gouttière out'-un profilé longitudinal 44 et, par conséquent, un ressort à rupture ou cliquet tendant à reprendre la forme du profilé. Une première partie en saillie, comprenant un ressort 46 en forme de plaque triangulaire plate, s'élève en porte-à- faux de la base 36, comme montré plus clairement sur les figures 2 et 4 L'élasticité du ressort plat 46 solli- cite ce dernier dans le sens tendant à l'élever de la plaquette 14 Des contacts 48 et 50 dépassent de la base 36, de part et d'autre du ressort 46, et ils présentent chacun une fente longitudinale 52 (qui n'est pas préférée pour accroître la fiabilité) Comme indiqué sur les figures 2 et 4, les contacts 48 et 50 descendent en porte-à-faux et, comme représenté sur la figure 1, ces contacts sont alignés sur les contacts 26 et 28 des lignes métalliques du conducteur 22 de la plaquette à circuit imprimé Cependant, la figure 2 montre que ce rappel vers le haut du ressort de la base 36 et de la plaquette à ressort 46 tend à éloigner les contacts 48 et 50 des contacts 26 et 28 de la plaquette à circuit imprimé Un support 54, représenté séparément sur les figures 5 et 6, est moulé d'une seule pièce pour l'ensemble du clavier, c'est-à-dire qu'il reçoit tous les systèmes 12 de ressorts et contacts et tous les ensembles 30 à ressorts et contacts du dispositif Sur les figures 1 et 2, le support 54 est superposé sur le cadre 18 et il est monté sur la carte 14 à circuits imprimés au moyen des pieds 16 de montage Comme montré sur la figure 1, le support 54 forme une série de cellules 56 renfermant chacune un ensemble 30 à ressort et contacts Comme montré sur les figures 1, 2, 5 et 6, chaque cellule 56 du support 54 comporte un guide 58 de plongeur- présentant une rainure destinée à recevoir un plongeur 62 Ce dernier, repré- senté seul sur les figures 7 à 9, peut être déplacé vers le haut et vers le bas dans la direction des flèches 63 et 63 A de la figure 2, dans la rainure 60 du guide 58, et il compotte des butées 64 faisant saillie de ses côtés à proximité de son extrémité inférieure 66 Comme repré- senté sur les figures 1 et 2, les butées 64 entrent en contact avec l'extrémité inférieure du guide 58 pour limiter le mouvement de montée du plongeur 62 Les bras 68 de guidage dépassant du support 54 s'ajustent étroite- ment au-dessus des butées 64 pour aider au guidage du plongeur 62 et assurer un mouvement doux de ce dernier. Le dispositif 10 est assemblé dans l'état montré sur les figures 1 et 2 Chaque plon- geur 62 (chaque plongeur étant associé à un ensemble 30 à ressort et contacts) est inséré vers le haut à travers un guide 58 relié au support 54 Des bandes de contacts sont'placées sur les pieds de montage de la plaquette à circuit imprimé, par le dessous Finalement, la plaquette 14 à circuit imprimé est montée sur le support 54. Pendant le fonctionnement, on appuie sur le plon- geur 62 dans le sens indiqué par la flèche 63 A sur la figure 2 afin que son extrémité inférieure 66 porte contre l'extrémité 79 en porte-à-faux de la plaque à ressort 46. Lorsqu'une force préalablement établie est atteinte, le ressort à rupture de la base 36 se bombe et la base 36 se redresse Le son analogue à celui d'un cliquet, tel que celui produit par le fond d'un bidon d'huile, est émis Les contacts 48 et 50 portés par la base 36 sont alors abaissés pour établir un contact électrique direct avec les contacts 26 et 28 des lignes métalliques Un contact électrique et une conduction sont ainsi établis entre les conducteurs 20 et 22 de la plaquette 14 à circuit imprimé et un signal indiquant qu'un commutateur à touches particulier a été fermé est émis Bien que cela ne soit pas représenté sur les figures 1 et 2, il apparaît aisément qu'un dessus de touche normal peut être ajusté sur l'extré- mité supérieure 70 du plongeur 62. Lorsque la pression exercée vers le bas sur le plongeur 62 est relâchée, la plaque à ressort 46 et le ressort à rupture de la base 36 sollicitent l'ensemble 30 vers le haut et les contacts 48 et 50 sont écartés des contacts 26 et 28 de la plaquette à circuit imprimé, ce qui rompt le contact électrique Le plongeur 62 est de la même manière, sollicité par le haut, mais en raison de l'enclenchement réalisé entre le guide 5,8 et les butées 64, le plongeur n'est pas éjecté du guide 68 ni du support 54. Dans une autre forme de réalisation montrée sur les figures 10 à 16, on peut utiliser un élément 80 constitué d'une seule pièce formant un plongeur et un dessus de touche La partie de dessus 81 est réalisée d'une seule pièce avec la partie 83 formant plongeur Un ensemble à ressort et contacts, identique à celui utilisé sur les figures 1 à 4, est également utilisé (et l-es mêmes références numériques apparaissent donc sur les figures et 11). Les figures 10 à 13 représentent un support 84 qui comprend un guide 86 présentant une rainure 88, et un élément 90 de retenue situé sur la paroi de la rainure 88. Le support 84, le guide 86 et l'élément 90 de retenue forment une seule pièce Un élément 80 à plongeur et dessus de touche, réalisé d'une seule pièce (figures 14 à 16), est prévu Cet élément 80 est réalisé d'une seule pièce, à son extrémité inférieure 92, avec un cran 94 de retenue. Comme montré sur les figures 10 et 11, la partie 96 formant plongeur de l'élément 80 est insérée dans le bas dans la rainure 88 du guide 86 Le contour anguleux du cran 94 lui permet de glisser vers le bas au-delà de l'élément 90 de retenue Cependant, la surface supérieure 98, sensible- ment horizontale, du cran 94 porte contre l'élément 90 de retenue lorsque l'élément 80 est rétracté vers le haut et empêche donc la partie 83 formant plongeur de se dégager en s'élevant de la rainure 88 du guide 86 En donnant à la surface supérieure 98 du cran 94 un angle légèrement incliné vers le bas, on peut retirer vers le haut l'élément en le tirant vers le haut (bien que tout dégagement brusque involontaire de l'élément 80 soit empêché) Cette forme de réalisation fonctionne comme décrit précédemment pour la forme de réalisation à plongeur et dessus de touche séparés selon l'invention. La figure 17 est un graphique indiquant la force en fonction du déplacement d'un ensemble 30 à ressort et contacts (à considérer en référence simultané- ment aux figures 1 et 2) Pendant la course de descente, une force Y 1 exercée vers le bas sur l'ensemble 30 augmente et la plaque à ressort 46 se déplace vers le bas, comme indiqué par la ligne 210 Pendant cette période, le déplacement des contacts 48 et 50 est faible ou nul Au point 212, le profilé formé par la base 36 se redresse et la rupture de la course de descente se produit La résistance élastique de la plaque à ressort 46 (et donc la force Y 1) chute brusquement comme indiqué par la ligne 214 sur la figure 17 Les contacts 48 et 50 descendent pour établir un contact électrique avec les lignes de la pla- quette à circuit imprimé Cette rupture est suivie d'une période de postcourse PC pendant laquelle la plaque à ressort 46 continue de descendre, puis elle inverse le sens de son mouvement de façon à se déplacer vers le haut pendant la course de montée Les contacts 48 et 50 restent -appliqués contre-les lignes de la plaquette à circuit imprimé Lorsque le ressort 46 revient à un point 216, -10 la partie de base 36 reprend élastiquement et brusquement sa forme pliée en profilé Ceci représente la ligne 218 de rupture de la course de montée, indiquant un accroisse- ment important de la résistance élastique Les contacts 48 et 50 se séparent des lignes de la plaquette à circuit imprimé Finalement, l'ensemble 30 à ressort et contacts revient dans sa position initiale dans laquelle il est prêt à recommencer un autre cycle de force et de déplace- ment Sur la figure 17, on indique en PC la course préa- lable à la rupture vers le bas. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif à commutateurs à touches pour claviers de machines à écrire électroniques et autres, caractérisé en ce qu'il comporte une plaquette statique ( 14) portant au moins une paire associée de bornes éle ctriques ( 20, 22) ayant chacune des organes de contact ( 26, 28), des moyens qui forment au moins un système ( 12) à ressort et contacts comprenant chacun un cadre ( 18) conçu pour être monté directement sur la plaquette statique et au moins un ensemble ( 30) ressort et contacts, chaque ensemble étant utilisé avec une paire associée de bornes de la plaquette statique et maintenant un contact électrique fixe avec les organes de contact d'une première desdites bornes de la paire, et cet ensemblecomprenant une partie ( 36) de base reliée au cadre, une première partie en saillie qui s'élève en porte-à-faux de la partie de base et qui comporte un ressort plat ( 46) sollicitant ladite première partie en saillie vers le haut par rapport à la plaquette statique, une seconde partie en saillie qui descend en porte-à-faux de la partie de base pour établir un contact électrique direct avec les organes de contact de la seconde des bornes de la paire lorsqu'une force préalable- ment établie, orientée vers le bas, est exercée sur l'ex- trémité en porte-à-faux de la première partie en saillie, ladite partie de base-et la première partie en saillie tendant à éloigner la seconde partie en saillie des organes de contact de la seconde borne de la paire de bornes de la plaquette statique, des moyens permettant d'abaisser l'extrémité en porte-à-faux de la première partie en saillie pour régler la partie de base et faire descendre ainsi la seconde partie en saillie afin qu'elle établisse un contact électrique direct avec lesdits organes de contact de la seconde des deux bornes de la plaquette statique, le dispositif étant réalisé et conçu pour présen- ter des caractéristiques force-déplacement différentes lors des courses de montée et de descente de l'extrémité en porte-à-faux de la partie en saillie, ces caractéristi- ques comprenant une zone de rupture nette. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que des contacts multiples de la seconde partie en saillie et de la plaquette statique s'étendent le long de la première partie en saillie de chaque ensemble à ressort et contacts. 3 Appareil-selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un support ( 54) qui peut être fixé à la plaquette statique et qui peut être super- posé au cadre de chaque ensemble à ressort et contacts. 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens permettant d'abaisser l'extrémité en porte-à-faux comprennent un plongeur ( 62) et en ce que le dispositif comprend en outre un élément ( 58) de guidage solidaire du support et destiné à guider lesi-mouvements de montée-et de descente du plongeur. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le plongeur comporte des moyens ( 64) de butée proches de son extrémité inférieure et destinés à entrer en contact avec les moyens de guidage et à limiter le retrait du plongeur. 6 Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens permettant d'abaisser ladite extrémité en porte-à-faux comprennent un dessus de touche pouvant être ajusté sur l'extrémité supérieure du plongeur pour exercer une pression vers le bas sur ce dernier. 7 Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en ce que le dessus de touche ( 81) et le plongeur constituent un élément d'une seule pièce ( 80). 8 Dispositif selon la revendication 7, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre un élément ( 90) de retenue solidaire des moyens de guidage et en ce que l'élément d'une seule pièce comprend un cran ( 94) de retenue proche de l'extrémité inférieure du plongeur et configuré pour permettre une insertion vers le bas du plongeur à travers les moyens de guidage, mais à s'enclen- cher de manière restrictive avec l'élément de retenue lorsque l'élément réalisé d'une seule pièce est rétracté de façon à limiter le mouvement de montée de cet élément réalisé d'une seule pièce. 9 Dispositif selon la revendication 7, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre un élément ( 90) de retenue solidaire du support et en ce que l'élément réalisé d'une seule pièce comprend un cran ( 94) de retenue proche de l'extrémité inférieure du plongeur et configuré pour permettre une insertion du plongeur vers le bas à travers le support, mais pour s'enclencher de manière restrictive avec l'élément de retenue lorsque l'élément réalisé d'une seule pièce est rétracté, de façon à limiter le mouvement de montée dudit élément réalisé d'une seule pièce. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les organes de contact de la plaquette statique comprennent des lignes de métal.