Brevet FR2530361A1 — publié le 19840120

La présente invention concerne un outil d'entrée appelé tablette Graphique pour introduire; à l'aide d'un stylo spé- cial déplacé sur la tablette, des tracés constituant des données d'entrée graphiques, se présentant par exemple sous forme d;images, de dessins ou de mots, dans un appareil de traitement de données, notamment dans une console graphique à écran de visualisation L'in- vention concerne plus précisément une tablette graphique du type à feuille résistante ou a résistance en forme de feuille, ainsi qu'un procede pour fabriquer des composants d'une telle tablette. Les tablettes graphiques sont classées selon leur principe de fonctionnement On connaît notamment des tablettes à feuille résistante, à feuille conductrice, à balayage optique, à détection du temps de transmission d'ondes de surface et à jauge de contrainte. Ccmme des tablettes d'autres types, les tablettes à feuille résistante utilisent le principe que les coordonnées de position x et y des points du tracé inscrit par le stylo sur la tablette sont repérables d'après des rapports correspondants de courants ou de potentiels électriques Ces tablettes sont de ce fait de structure simple et de fabrication économique Cependant, pour que l'emploi de tablettes à feuille résistante donne satisfac- tion, la résistivité de la feuille doit être la même sur toute l'étendue de la feuille. Les feuilles résistantes du marché ou en cours de mi:e au point sont fabr quées selon un procédé qui cons Listie à appli- quer, sur un ct C d'un film de résine synthétique, une dispersion d'un matériau conducteur, tel qu'une poudre de carbone mélangée avec une résine synthétique thermodurcissable, c'est-à-dire une pâte (Ou une encre) de carbone L'application se fait par sérigra- phie ou au moyen d'un rouleau Cependant, ces feuilles résistantes ne présentent pas la distribution uniforme requise des particules conductrices dans la pâte, ni l'épaisseur uniforme nécessaire de la couche appliquée sur le substrat formé par le film De ce fait, il n'existe pas de corrélation exacte entre les coordonnées de position des points du tracé à introduire et les rapports correspon- dants des courants ou potentiels électriques Les images reproduites à partir de tablettes comportant de telles feuilles rasistan Les sont donc inévitablement déformées. La demande de brevet japonais n 97137/81 (demande non examinée publiée), indiquant une solution du prob'e mentionné ci-dessus, décrit une feuille résistante qui comporte des bandes disposées côte à côté sur toute l'étendue de la feuille et isolées les unes des autres Cette feuille a toutefois l'inconvénient qu'elle ne reçoit pas l'information inscrite sur les bords des bandes adjacentes, que sa structure est compliquée et qu'elle est coûteuse à fabriquer. La demande de brevet japonais n 51425/79 (demande non examinée publiée) décrit une résistance électrique formée par une feuille tissée de filés électriquement isolants comme chaînes et de fils électriquement résistants comme trames Ce tissu résis- tant n'est cependant pas encore utilisé dans la pratique parce qu'il a l'inconvénient de seulement offrir une résolution limitée, parce que le problème que les mailles sont susceptibles de se déformer n'a pas été résolu et parce que la pression à exercer par le stylo sur une tablette utilisant ce matériau est inhabituelle- ment élevée. L'invention vise à supprimer les inconvénients décrits ci-dessus et à créer des tablettes graphiques à feuille résistante qui soient économiques et qui permettent le repérage précis des points du trace à introduire sur la base des rapports correspondants de courants ou de potentiels électriques. Un autre but de l'invention est d'indict Le un pro- cédé pour fabriquer de tel'les tablettes. Une tablette selon l inve;tion comporue dúux feuilles résistantes rectangulaires, pcurvues chacune d'électrodes sur deux bords opposés, qui sont superposées de mauiè:e que les électrodes de l'une soient perpendicuiaires aux électrodes de l'autre feuille et qui présentent chacune une construction à deux couches résistantes comprenant (a) une couche résistante principale ccnsis- tant en un mince film métallique conducteur électricue déposé sur et lié a (b) une couche électriquement isolante et (c) une couche résistante de protection formée sur la couche résistante principale. D'autres caractéristiques et avantages de l'irvention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'on exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: les figures 1 à 5 représentent schématiquement les étapes de fabrication successives de l'une des deux feuilles résis- tantes-d'une tablette selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé de l'invention; et la figure 6 est une vue en perspective éclatée d'une tablette selon une forme de réalisation préférée de l'invention. Lorsque les deux feuflles résistantes rectangulaires d'une tablette selon l'invention sont disposées de part et d'autre d'une feuille élastique conductrice sensible à la pression, par exemple sur une feuille d'une épaisseur d'environ 0,3 à 2 =r comprenant des particules de nickel ou de graphite noyées dans du caoutchouc sili- cone, de manière que les électrodes de la feuille résistante d'un côté de la feuille élastique soient perpendiculaires aux électrodes de la feuille résistante située de l'autre côté de la feuille élas- tique, les données graphiques peuvent être introduites avec-un toucher adouci du stylo sur la tablette. Les feuilles résistantes sont des composants d'une tablette selon l'invention et le procédé de l'invention concerne plus particulièrement la fabrication de ces feuilles Chacune de celles-ci comporte une couche résistante principale formée sur une couche isolante, de mëm e qu'une couche résistante de protection qui est formée sur la couche résistante principale il est souhaitable que les couches résistantes de protection d'une tablette Delon l'invention recouvrent également les bords intérieurs des électrodes opposées sur les feuilles résistantes. La fabrication selon l'invention d'une feuille résis- tante comprend de préf 4 rence les étapes suivantes: ( 1) déposer un mince filin métallique, devant former la couche r Esis- tante principale, sur une face d'une plaque en matériau bon con- ducteur électrique; ( 2) faire adhérer une couche électriquement isolante à la surface libre du nince film métallique; ( 3) masquer, sur la plaque conductrice, les bords opposés prévus pour la formation des électrodes; ( 4) enlever par gravure toute la partie médiane restante de la plaque conductrice, de manière à exposer le mince film métallique, et former les électrodes de la feuille résistante sur les bords masqués jusqu'alors; et ( 5) recouvrir la surface exposée du mince film métallique d'une couche résistante de protection. La plaque conductrice peut être faite de différents matériaux bons conducteurs et notamment d'une feuille de cuivre, d'aluminium ou de nickel L'épaisseur de cette plaque est de préfé- rence comprise entre environ 5 et-701 m. Le mince film métallique peut être en alliage de nickel, par exemple en nickel-étain, nickel-chrome ou nickel- phosphore, ou en nitrure de tantale La résistance de ce film est de préférence comprise entre 5 et 5 000 ohms par carré Pour obtenir cettevaleur de résistance, l'épaisseur du film est de préférence d'environ 0,01 à 0,7 ?m. Le dépôt du mince film métallique sur l'une des faces de la plaque conductrice est réalisable par dépôt électro- lytique ou par un autre procédé de dépôt ou de revêtement Le dépôt électrolytique est avantageux, comme le sont d'autres procédés, parce qu'il confère d'excellentes propriétés électriques au film déposé, il assure l'obtention d'une valeur de résistance uniforme sur toute l'étendue du film et ii facilite la fabrication de grandes feuilles. Les autres' procédés connus convenant à la formation du mince film métallique comprennent notamment le dépôt sous vide. la pulvérisation cathodique, le dépôt par vapeur chimique (procédé C Vn) et le placage ionique. Le choix du matériau pour la couche isolante dépend de l'emplacement de cette couche: sur la face supérieure ou sur la face inférieure de la tablette fabriquée Si la couche isolante est prévue pour la face supérieure de la tablette, elle doit être faite d'un film flexible capable de résister à la pression concen- trée du stylo utilisa pour introduire les données graphiques Un tel film peut être fait notamment de polyester, chlorure de poly- vinyle, polyimide, polyéthylène, papier polyamide (produit par Du Pont et commercialisé sous la marque "Normex") ou d'un tissu de verre impregné d'une résine époxy L'épaisseur de ce film est de préférence comprise entre environ 25 et 150 Pm. Exception faite du tissu de verre imprégné de résine époxy, un film de l'un quelconque des matériaux indiqués ci-dessus peut être fixé au mince film métallique par un adhésif, du type époxy ou acrylique par exemple. Si la couche isolante est prévue pour l'autre feuille résistante, et se trouvera par conséquent sur la face infé- rieure de la tablette finie, elle doit être rigide au lieu de flexible La couche isolante peut être faite dans ce cas d' une plaque stratifiée époxy-verre ou époxy-papier par exemple Il est cependant possible de réaliser également la feuille résistante inférieure de la tablette avec un film flexible comme support, A condition que ce dernier soit fixé sur une plaque rigide. L'enlèvement par gravure de la majeure partie de la plaque conductrice, seuls les bords restant en place en vue de la formation consécutive des électrodes sur eux, peut être réalisé par différents réactifs, à condition qu'ils n'attaquent pas le mince film métallique sous-jacent constituant la couche résistante prin- cipale. Après la formation des électrodes sur la feuille résistante, la couche résistante principale exposée (en majeure partie du moins) est revêtue d'une couche résistante de protection. Il est préférable que cette dernière soit déposée de manière qu'elle couvre également les bords intérieurs des électrodes. La couche de protection peut être formée par cuisson d'une pâte (ou d'une encre) constituée de poudre de carbone ou d'une poudre métallique telle qu'une poudre d'argent ou de nickel dans une résine synthétique Cette couche possède de préféreuce une bonne tenue à l'usure et une résistance électrique d'environ 50 à 000 ohms par carré; son épaisseur est de préférence de 5 à 30 pm. La valeur de la résistance par carré de la couche résistante de protection est de préférence au moins 5 fois plus élevée et die pré- férence entre 5 et 200 fois plus élevée que la résistance par carré de la couche résistante principale. Lorsqu'on se reporte maintenant aux figures 1 à 5 des dessins annexés, on voit sur la figure 1 une feuille de cuivre 1 qui constitue la plaque conductrice mentionnée dans ce qui précède et d-o seront formées les électrodes de la feuille résistan:e dont les figures l à 5 représentent les différentes étapes de fabri- cation La figure 1 représente la feuille de cuivre 1 recouverte sur le dessus d'une feuille adhésive de masquage 2 Par dépôt élec- trolytique, l'autre face de la feuille 1 est recouverte d'un alliage étain-nickel formant la couche résistante principale 3 et ayant une épaisseur prescrite Grâce au fait que la surface de la feuille de cuivre 1 est lisse à un haut degré, le film métallique formant la couche résistante principale 3 peut avoir une très faible épaisseur, d'environ 0,01 à 0,02 Pm, ce qui est un avantage important. La feuille adhésive 2 de masquage est ensuite retirée et une couche isolante 4 est fixée à l'autre face de la couche résis- tante principale 3, comme représenté sur la figure 2 La couche iso- lante 4 de l'exemple représent 4 ici est une feuille flexible, la- quelle se trouvera par conséquent sur le dessus de la tablette finie. Pour l'autre feuille résistante de la tablette, dont la couche iso- lante se trouverait sur la face inférieure de la tablette, on pour- rait utiliser un substrat rigide comme couche isolante. Un ruban adhésif 5 de masquage est ensuite appliqué sur les deux bords opposés du stratifié à trois couches obtenu comme décrit ci-dessus, voir la figure 3. L'opération suivante consiste à enlever par gravure, au moyen d'un liquide d'attaque du cuivre, la partie médiane exposée de la feuille de cuivre 1 Après enlèvement des rubans 5, on obtient ainsi une feuille résistante portant des électrodes 6 sur deux bords opposés de le couche résistante principale 3. La couehe résistante de protection 7 est formée par application d'un matériau en forme de pâte par sérigraphie sur la couche résistante principale 3 L'application se fait de manière que la couche de protection 7 couvre non seulement toute la surface exposée de la couche principale 3 mais aussi les bords intérieurs 8 des électrodes 6, comme on peut le voir sur la figure 5. La résistance totale de la feuille résistante corres- pond à la valeur globale de la disposition en parallèle de la couche principale 3 et de la couche de protection 7 Cette valeur globale dépend essentiellement de la résistance de la couche principale 3 Tant que la résistivité de cette couche est uniforme, tout défaut d'uniformité dans la résistivité de la couche de pro- tection 7 affecte seulement de façon négligeable la valeur de résis- tance globale Aux points de coordonnées du tracé à introduire, la. résistance de la couche de protection 7 vient s'ajouter en série aux valeurs correspondantes de la couche principale Cependant, coesagmenta- tions de la valeur de résistance peuvent pratiquement être négligées parce que l'épaisseur de la couche de protection 7 est très faible, par exemple de l'ordre de l Ojim, et l'aire de cette couche partici- pant à la conduction de l'électricité pendant que le stylo appuie -2 sur un point donné de la tablette graphique est de l'ordre de 1 mm par exemple, ce qui est une grande surface compartivement à l'épais- seur de la couche. La figure 6 est une vue en perspective éclatée d'une tablette selon l'invention, comprenant deux feuilles résistantes, dont la feuille supérieure pourrait correspondre à celle dont la fabrication a été décrite en référence aux figures 1 à 5 La feuille résistante inférieure Il possède une couche isolante sous forme d'un substrat rigide 4 A situé en bas La feuille résistante supé- rieure 13 est superposée à la feuille inférieure 11 avec interposi- tion d'une feuille élastique conductrice 12 sensible à la pression. La couche isolante de la feuille résistante supérieure 13 est une feuille flexible 4 B se trouvant sur le dessus Les deux feuilles résistantes 11 et 13 sont superposées de manière que les électrodes 6 Y de l'une soient perpendiculaires aux électrodes 6 X de l'autre feuille Enfin, la feuille résistante supérieure 13 est recouverte d'une feuille protectrice isolante 14 Toutes ces feuilles sont intimement liées les unes aux autres pour former une seule plaque. La tablette ainsi obtenue est utilisée de manière conventionnelle comme toute autre tablette graphique connue. Comme la couche résistante principale est formée par un mince film métallique, une tablette selon l'invention possède une résistivité uniforme sur toute l'étendue, ce qui assure l'obten- tion de signaux de reproduction d'image de haute qualité Plus particulièrement, dans le procédé selon l'invention, par la forma- tion par dépôt électrolytique d'un mince film métallique sur une feuille de cuivre qui est ensuite enlevée par gravure, on obtient une couche résistante principale dont la résistivité est hautement uniforme sur toute l'étendue, parce que la surface de la feuille de cuivre est très lisse et parce que le mince film métallique déposé par voie électrolytique possède une épaisseur très uniforme. De plus, comme elle est couverte d'une couche résis- tante de protection, la couche résistante principale peut avoir une très faible épaisseur, de l'ordre de 0,01 à 0,71 m Donc, même si la couche résistante principale est faite d'un matériau qui ne résiste pas à l'usure, la qualité peut être maintenue stable pen- dant de longues périodes. L'exemple suivant illustre l'invention sans toute- fois en limiter la portée. EXEMPLE On couvre une face d'une feuille de cuivre, mesurant 35 cm x 35 mm et ayant une épaisseur de 35 ?m, avec une feuille adhésive de masquage (fabriquée par Nitto Electric Industry Co, Ltd et commercialisée sous la marque "SPV N O 22411) On plonge la feuille de cuivre ainsi revêtue dans un liquide de dégraissage puis dans une solution de 20 % d'acide chlorhydrique avant de la laver à l'eau. Sur l'autre face de la feuille de cuivre on forme, par dépôt électrolytique, une couche d'une épaisseur d'environ O,051 um d'un alliage étain-nickel (comprenant environ 70 % en poids d'étain, reste nickel) On prépare deux stratifiés à trois couches de ce type en vue de la réalisation d'une feuille résistante supérieure et d'une feuille résistante inférieure pour une tablette. Pour produire la feuille résistante supérieure, on retire la feuille adhésive de la feuille de cuivre de l'un des deux stratifiés préparés comme décrit ci-dessus Sur la face por- tant la couche d'alliage étain-nickel, on étale un adhésif du type époxy et on recouvre l'adhésif d'un film de polyester d'une épaisseur d'environ 501 m ( 2 mils) puis on fait adhérer ce film sous la cha- leur et la pression On coupe des bords de 2,5 cm de large sur les quatre côtés du complexe ainsi obtenu, de sorte qu'on obtient une feuille carrée mesurant 30 cm de côté Avec du ruban de masquage, on couvre deux bords opposés d'une largeur de 10 mm de cette feuille carrée On enlève le cuivre de la surface exposée de la feuille au moyen d'un liquide ammoniacal d'attaque du cuivre (produit par Yamatoya Ltd et commercialisé sous la marque "Alka-H SSR") On lave la feuille à l'eau et on la sèche Ensuite, on retire le ruban de masquage des bords opposés On obtient ainsi une feuille résis- tante supérieure dont deux bords opposés portent des électrodes de cuivre de 10 mm de large La feuille possède une résistance par carré d'une valeur moyenne de 500 ohms La variation de la résistance par carré sur toute l'étendue de la feuille est inférieure à + 3 %. Sur la surface de la couche résistante, on applique par sérigraphie une pâte de carbone (produite par Mitsui-Toatsu Corp. et commercialisée sous la marque 'IMCP-7002 ") en utilisant un écran de polyester avec une ouverture de maille de 0,074 mm et on fait cuire la pâte appliquée Après cuisson de la pâte, on mesure la résistance par carré à l'aide d'un contrôleur de résistances à quatre aiguilles On-trouve une valeur moyenne de 480 ohms par carré et une variation inférieure à + 5 % sur l'étendue de la feuille. Pour produire la feuille résistante inférieure à partir du complexe à trois couches restant, on retire la feuille adhésive de la feuille de cuivre On recouvre la face portant la couche d'alliage étain-nickel d'un tissu de verre imprégné de résine époxy, que l'on fait adhérer par la chaleur et la presion à l'alliage étain-nickel sans utiliser un adhésif On coupe de nou- veau des bords de 2,5 cm de large sur les quatre côtés de la feuille résistante rigide ainsi obtenue Comme décrit dans ce qui précède, on enlève le cuivre par gravure de la feuille carrée, à l'exception de deux bords opposés d'une largeur de 10 mm chacun. On applique la même pâte de carbone sur la couche résistante exposée et on la fait cuire, ce qui forme la couche résistante de protection. On assemble ensuite, comme décrit dans ce qui pré- cède, la feuille résistante supérieure et la feuille résistante inférieure ainsi fabriquées en une tablette Cette tablette gra- phique permet la reproduction d'une image donnée'avec une haute résolution et une faible distorsion, même dans la région des-bords. De plus, la tablette ainsi fabriquée s'avère durer 10 fois plus longtemps qu'une tablette semblable à feuille résistante mais sans la couche résistante de protection. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisa- tion décrites et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modi- fications, sans pour autant sortir de son cadre. R E V E N D I C A T I O N S 1 Tablette graphique du type à feuille résistante pour introduire dans un appareil de traitement des données graphiques tracées a l'aide d'un stylo spécial sur la tablette, caractérisée en ce qu'elle comprend deux feuilles résistantes rectangulaires ( 11, 13) qui portent chacune des électrodes ( 6 Y, 6 X) sur deux bords opposés et qui sont superposées de manière que les électrodes ( 6 Y) de l'une ( 11) soientperpendiculairesaux électrodes ( 6 X) de l'autre feuille résistante ( 13)> et en ce que les feuilles résistantes ( 11, 13) présentent chacune une construction à deux couches résistantes com- prenant (a) une couche résistante principale ( 3) consistant en un mince film métallique conducteur électrique déposé sur et lié à (b) une couche électriquement isolante ( 4) et (c) une couche résis- tante de protection ( 7) formée sur la couche résistante princi- pale ( 3). 2 Tablette selon la revendication 1, o la couche résistante principale ( 3) est formée par un mince film métallique d'une épaisseur de 0,01 à 0,7 rm et d'une résistance de 5 à 000 ohms par carré. 3 Tablette selon la revendication 2, o la mince couche métallique est formée par dépôt électrolytique. 4 Tablette selon la revendication 1, o la couche résistante de protection ( 7) possède une épaisseur de 5 à 301 m et une résistance de 50 a 50 000 ohms par carré et est formée d'un mélange de poudre de carb One ou d'une poudre métailique avec une résine synthétique. Tablette selon la revendication 1, o la résis- tance par carré de la couche résistante deprotection ( 7) est au moins 5 fois plus élevée que la résistance par carré de la couche résistante principale ( 3). 6 Tablette selon la revendication 1, o les deux feuilles résistantes rectangulaires ( 11, 13) sont superposées avec interposition d'une feuille élastique conductrice ( 12) qui est sensible à la pression. 7 Tablette selon la revendication 1, o la couche résistante de protection ( 7) couvre également les bords intérieurs des électrodes ( 6). 8 Procédé pour fabriquer une feuille résistante pour une tablette graphique selon l'une quelconque des reverdica- tions 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à: ( 1) déposer un mince film métallique ( 3), devant former la couche résistante principale, sur une face d'une plaque ( 1) en matériau bon conducteur électrique; ( 2) faire adhérer une couche électriquement isolante-( 4) à la sur- face libre du mince flm métallique ( 3); ( 2) masquer, sur la plaque conductrice ( 1), les bords opposés prévus pour la formation des électrodes; ( 4) enlever par gravure toute ia partie médiane restante de la plaque conductrice ( 1), de manière à exposer le mince film métallique ( 3), et former les électrodes ( 6) de la feuille résistante sur les bords masqués jusqu'alors; et ( 5) recouvrir la surface exposée du mince film métallique ( 3) d'une couche résistante de protection ( 7). 9 Procédé selon la revendication 8, o la plaque conductrice ( 1) est faite de cuivre, aluminium ou nickel. 10 Procédé selon la revendication 8, o la couche résistante principale est formée par un mince film métallique ( 3) ayant une épaisseur de 0,01 à 0,7/m et une résistance de 5 à 000 ohms par carré. 11 Procédé selon la revendication 8, o la couche résistante principale est formée d'un mince film métallique ( 3) formé par dépôt électrolytique. 12 Procédé selon la revendication 8, o la couche résistante de protection ( 7) possède une épaisseur de 5 à 30 yn eu une résistance de 50 à 5 000 ohms par carré et est formée d'un mélange de poudre de carbone ou d'une poudre métallique avec une résine synthétique.