Brevet FR2576449A1 — publié le 19860725

La présente invention est relative à des claviers de commande, du type comportant des éléments de commande, tels que touches ou analogues, intégrés dans une membrane, notamment en élastomère, et ayant une course de contact prolongée dont on peut préétablir la loi de mise sous pression de l'élément électroconducteur de la membrane sur le circuit imprimé du clavier. L'invention concerne également un procédé de fabrication du clavier susdit. Dans l'Art antérieur, on rencontre deux familles de touches - les touches "à simple course", et - les touches "à course prolongée". En ce qui concerne la technologie des touches "à simple course", celle-ci conduit à des contacts pastilles/ pistes électroconductrices qui sont souvent aléatoires,principalement à cause d'un accostage non parallèle entre la pastille électroconductrice d'une touche et les pistes électroconductrices du circuit imprimé sous-jacent du clavier, ce qui peut entraîneur une absence complète de contact électrique. L'incertitude dans l'établissement de ce contact électrique, qui est souvent inacceptable dans le cas de claviers-de classe professionnelle, est essentiellement due à la conception du clavier, notamment au système de centrage des touches par rapport à la face avant du clavier et au dessin des pistes électroconductrices dudit circuit imprimé. En ce qui concerne les touches "à course prolongée", qui sont des touches à double voile et qui présentent une plus grande fiabilité en termes du contact électrique susdit (par rapport aux touches "à simple course"),celles-ci sortent du cadre de la présente invention étant donné qu'il ne s'agit pas de touches du type dit intégré (dans la membrane de clavier). La présente invention s'est donc donné pour but de pourvoir à un clavier de commande, du type comportant des éléments de commande intégrés dans une membrane, en particulier élastomère, qui répondent mieux aux nécessités de la pratique que les claviers visant au même but antérieurement connus, notamment en ce que la fiabi-lité du contact électrique entre l'élément électroconducteur d'une touche et les pistes correspondantes du circuit imprimé du clavier est sensiblement améliorée, et en ce qu'on peut même préétablir la loi de mise sous pression de l'élément électroconducteur sur ledit circuit imprimé. Un autre but de l'invention est de pourvoir à un procédé de fabrication du clavier conforme à l'invention. La présente invention a pour objet un clavier de commande, du type comportant des éléments de commande tels que touches ou analogues intégrés dans une membrane, notamment en élastomère ou toute autre matière thermoplastique, laquelle membrane - comporte une partie plane et des corps de touches, qui sont pourvus à leur partie inférieure d'un élément électroconducteur et qui font saillie de ladite partie plane, à laquelle ils se rattachent par l'intermédiaire d'un voile déformable principal venu de moulage, et - est supportée par un circuit imprimé sur lequel sont déposées des pistes électroconductrices, lequel clavier est caractérisé en ce qu'il comporte un moyen assurant une liaison déformable entre ledit élément électroconducteur et le corps de touche correspondant. Selon un mode de réalisation préféré du clavier conforme à l'invention, le moyen de liaison dudit élément électroconducteur au corps de touche correspondant est constitué par un voile déformable secondaire, notamment également en élastomère, qui présente la forme d'un corps creux pourvu d'un fond mince et d'une paroi latérale, également mince, qui délimitent par coopération avec la face inférieure dudit corps de touche un espace, rempli d'air, autorisant le déplacement vers le haut du fond du voile secondaire suite à la déformation de ce dernier par actionnement de la touche correspondante. Selon une disposition préférée de ce mode de réalisation, l'élément électroconducteur est constitué par un insert électroconducteur qui est solidarisé avec le fond du voile secondaire, notamment lors du moulage. Selon une variante avantageuse de cette dispo sition, ldlément électroconducteur est constitué par le voile déformable secondaire lui-même ou au moins par le fond ou une portion de ce fond, qui sont rendus conducteurs de l'électricité par introduction d'une charge électroconduc- trice appropriée, notamment constituée par du noir de carbone ou des fibres de carbone Selon une autre disposition avantageuse de ce mode de réalisation, le voile déformable secondaire comporte une collerette annulaire qui fait saillie vers l'extérieur à partir de sa paroi, de préférence au niveau de l'ouverture dudit corps creux. Selon un autre mode de réalisation avantageux du clavier conforme à l'invention, ledit insert électroconducteur et/ou le fond dudit voile déformable sont pourvus d'évents. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un clavier de commande du type comportant des éléments de commande tels que touches ou analogues intégrés dans une membrane, notamment en élastomère ou en toute autre matière thermoplastique, laquelle membrane - comporte une partie plane et des corps de touches,qui sont pourvus à leur partie inférieure d'un élément électro conducteur et qui font saillie de ladite partie plane, à laquelle ils se rattachent par l'intermédiaire d'un voile déformable principal venu de moulage,et - est supportée par un circuit imprimé sur lequel sont dépo- sées des pistes électroconductrices, lequel procédé est caractérisé en ce que l'élément électroconducteur de ladite membrane est fabriqué séparément des autres parties de la membrane,et en ce qu'il est relié ensuite audit corps de touche par un moyen assurant une liaison déformable, selon les dispositions qui prdcèdent. Selon un mode de réalisation préféré du procédé conforme à l'invention, il comprend les étapes successives suivantes - moulage dudit corps de touche, à l'aide d'un premier moule en deux parties,infdrieure et supérieure, - moulage dudit voile déformable secondaire, ledit élément électroconducteur étant constitué par un insert électro conducteur ou par ce même voile ou au moins son fond ou une partie de ce fond, à l'aide d'un deuxième moule en deux parties, inférieure et supérieure, - surmoulage de la partie plane et du voile principal de la membrane de clavier avec le corps de touche et le voile secondaire ainsi formés, par coopération de la partie supérieure etde la partie inférieure desdits premier et deuxième moule,respectivement. Selon une variante avantageuse de ce mode de réalisation, il comprend les étapes successives suivantes - moulage de la totalité de la membrane de clavier, - moulage dudit voile déformable secondaire, ledit élément électroconducteur étant constitué par un insert électro conducteur ou par le voile secondaire lui-même ou au moins son fond ou une portion de ce fond, - assemblage de la membrane et du voile secondaire ainsi formés par tout moyen approprié, notamment par collage ou autre. Outre les dispositions qui- précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 illustre schématiquement en particulier la membrane d'un clavier à touches dites à simple course" intégrées dans cette membrane, - la figure 2 illustre dans les plans (s, f) et (s, r) les allures qualitatives des forces f et de la résistance de contact r en fonction du déplacement s correspondant à l'actionnement d'une touche du type représenté à la figure 1, les diagrammes (s, f) et (s, r) étant associés entre eux, - les figures 3 et 4 correspondent aux figures 1 et 2 dans le cas d'une membrane de clavier à touches dites "d course prolongée", - les figures 5 (a et b) représentent schématiquement deux modes de réalisation de membranes de clavier conformes à 1 'invention, - les figures 6 (a, b et c) représentent schématiquement des modes de réalisation alternatifs du voile secondaire selon 1 'invention, - la figure 7 compare qualitativement l'allure de la force f dans le plan (s, f) dans le cas où ledit voile secondaire est pourvu d'évents par rapport à l'absence d'évents, - les figures 8a, 8b et 8c montrent schématiquement des vues en coupe relatives à trois étapes successives d'un procédé de fabrication de la membrane selon l'invention,correspon- dant à la représentation de figure 5a. Il doit être bien entendu, -toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. Avant de décrire en détail l'invention, il est utile de rappeler la notion d"'ergonomie" d'une touche de clavier et comment s'établit le contact électrique entre l'élément électroconducteur du corps de touche et les pistes électroconductrices correspondantes déposées sur le circuit imprimé sous-jacent du clavier. Référons-nous d'abord à un clavier à touches la "à simple course" (cf. la figure 1) intégrées dans une membrane3a obtenue par moulage d'un élastomère (de silicone, par exemple) ou de toute autre matière thermoplastique, qui comporte - un corps de touche4a, qui peut être marqué ou non, sur sa partie supérieure, - ledit élément électroconducteur, qui est notamment consti tué par une pastille électroconductrice-5,souvent réalisée à l'aide d'un élastomère de même nature que le corps de touche 4a mais dopé de charges électroconductrices capables de le rendre conducteur de l'électricité, - une partie déformable 6, dite voile de touche, dont la conception (dimensions, formes, etc...) conditionne l'"ergonomie" de la touche correspondante la, - une partie plane inférieure 7 relativement rigide, dans laquelle sont intégrées les touches la, et - un circuit imprimé 8, sur lequel sont disposées lesdites pistes électroconductrices 9. La courbe a représentée à la figure 2 correspond à l'enregistrement effectué par un dynamomètre (non représenté) venant appuyer sur le corps de touche 4a. Une cellule de mesure (non représentée) enregistre la force f exercée par le dynamomètre descendant à vitesse constante. On peut distinguer deux zones I et II, Dans la zone I, seul le voile 6 offre une résistance au déplacemeits : de façon plus précise, le voile est d'abord soumis à une précontrainte, avec montée de la force f jusqu'à ce que celle-ci atteigne la valeur fN, dite force nominale d'activation (cf. le point A de la courbe a). A ce moment le voile fléchit et le corps de touche4a se met en mouvement jusqu'à venir en contact, par l'intermédiaire de sa pastille 5,sur le circuit imprimé 8 : on est sur le point C de la courbe a qui définit le début de la zone II. Dans la zone II, la courbe a ayant l'allure a2 correspond à la différence entre la force exercée par un opérateur (cf. la courbe b) et la force de rappel du voile déformé 6 (cf.la courbe a1) : cette différence est dite "force de contact" exercée sur la pastille 5 et correspond à la force de rappel du corps de touche élastomère4a, à savoir à la réaction du circuit imprimé 8 qui se manifeste lorsque la pastille 5 est en contact avec ce circuit. La courbe a1, qui correspond à la force de rappel du voile et qui est tracée en pointillé, représente l'allure qu'aurait la courbe a si le voile 6 était seul. La surface hachurée comprise à droite du point C entre les courbes a1 et a2 représente le travail effectué 1 par ladite force de contact. Dans la figure 2 on a associé au diagramme (s, f) le diagramme (s, r) représentant la variation de la résistance r du contact pastille/pistes en fonction du déplacement s : on voit qu'en correspondance du point C de la courbe (s, f), la courbe (s, r) présente une asymptote verticale par rapport à laquelle on peut définir une "zone de contacts aléatoires" dans laquelle la résistance de contact se situe au-dessus d'une valeur déterminée rc. Cette résistance de contact r est influencée par certains paramètres, dont les principaux sont la forme de la pastille et celle des pistes électroconductrices. Cela dit, il y a lieu de souligner que la course de contact sc savoir le diagramme (s, f) - est d'autant plus réduite que le corps de touche est massif et la force de rappel du voile est importante. Il est vrai que pour réduire le risque d'un accostage aléatoire entre la pastille et les pistes correspondantes, on pourrait adopter un dessin de pistes fortement imbriquées, notamment par déport électrolytique de ces pistes sur ledit circuit imprimé (de préférence on utilise du cuivre, mais on peut également employer de llétain du p etc ...) ; toutefois, les procédés de revêtement par dépôt électrolytique tendent à être remplacés de plus en plus, pour des raisons économiques, par les procédés de dépôt sérigraphique (d'encres, carbones, argent, etc...), ce qui entraîne une imprécision de dépôt telle que le dessin des pistes électroconductrices du circuit imprimé est en définitive grossier et se traduit essentiellement par un changement - sans élimination - des termes d'aléas. C'est pour améliorer la fiabilité du contact que, dans l'Art antérieur, on a conçu un profil de touches, dites "à course prolongée", (cf. la figure 3 et la référence lb), qui permet d'augmenter la course de contact (cf. la figure 4). La force de contact (qui également dans ce cas est donnée par la différence entre la force exercée par un opérateur et la force de rappel du voile) est en particulier égale à la force de déformation du voile secondaire 6~, qui est défini par la présence, dans la membrane 3b, à savoir dans le corps de touche 4b, d'une collerette 2 d'application de la force sur le voile principal 6a .L'action du voile 6b ctinsnce à se manifester au moment où la pastille vient en contact sur le circuit imprimé (cf. point C' de l'allure a'1 et la courbe a'3 de la figure 4) et se termine quand la partie supérieure du corps de touche élastomère 4b vient en contact avec un système d'activation qui est appliqué sur ladite collerette 2 et qui est constitué, par exemple, par une coiffe en matière plastique (non représentée) : on voit donc qu'une touche "à course prolongée" n'est en aucun cas utilisable lorsque les corps de touches sont intégrés dans la membrane de clavier.(Egalement dans ce cash la surfade hachurée en figure 4 et comprise entre les courbes a'1 et a'2, correspond au travail effectué par la force de contact dans le cas d'une touche "å course prolongée"). La présente invention vise à étendre aux touches intégrées dans une membrane, notamment élastomère, le principe d'augmentation de la course de contact qui est à la base desdites touches 'à course prolongée". A cet effet, on utilise un moyen qui assure une liaison déformable entre l'élément électroconducteur et le corps de touche correspondant. Les figures 5 et 6 représentent un exemple non limitatif de ce moyen de liaison déformable qui est constitué par un voile secondaire 10 se présentant sous la forme d'un corps creux pourvu d'un fond mince 11 et d'une paroi latérale 12, également mince, qui délimitent, par coopération avec la face inférieure 13 du corps de touche 4c, un espace 14 (rempli d'air) qui autorise le déplacement vers le haut du fond 11 du voile 10, suite à la déformation de ce dernier par actionnement de la touche correspondante. En ce qui concerne la'élément électroconducteur, celui-ci est constitué - de préférence par un insert 15 (cf. la figure 6c) et solidarisé, notamment lors du moulage,avec le fond 11 du voile 10, - soit constitué par le voile 10 lui-même ou au moins par son fond 11 (cf. la figure 6a) ou une portion 11a de ce fond (cf. la figure 6b), notamment par introduction dans la masse de 11 élastomère constituant le voile 10 d'une charge électroconductrice appropriée, en particulier noir ou fibres de carbone. Le voile secondaire 10 peut comporter avantageusement, dans chaque cas, une collerette annulaire 16 (cf.la figure 5a) qui fait saillie vers l'extérieur à partir de la paroi 12 du voile et qui est disposée en particulier au niveau de l'ouverture 17 du corps creux 10. Le dimensionnement approprié de l'insert électroconducteur 15 ou de ladite portion électroconductrice îîa du fond 11, notamment en terme de forme et épaisseur, permet de préétablir la loi de montée en pression de l'élément électroconducteur sur le circuit imprimé 8. De manière plus précise, lorsque en appuyant sur la touche îc selon l'invention l'élément électroconducteur vient en contact avec le circuit imprimé 8, le voile déformable 10 assure une mise sous pression progressive de l'élément électroconducteur sur ce circuit imprimé, ce qui permet d'augmenter la course de contact et d'autostabiliser l'élément électroconducteur sur le circuit. On peut avantageusement augmenter ultérieurement la course de contact des touches conformes à l'invention, en ménageant des évents (non représentés) dans l'élément électroconducteur et/ou dans le fond du voile déformable 10: en fait, de cette manière, l'air situé dans l'espace 14 s'échappe librement à travers ces évents favorisant une déformation plus importante du voile 10, à savoir de son fond 11. La figure 7 permet de comparer de façon qualitative la course de contact s' sans évents avec la course de c contact s"c avec évents (voir les courbes a*2 2 et ae2,res- pectivement). Les figures 8a, 8b et 8c montrent schématiquement les phases successives d'un procédé de fabrication préféré, relatif à la membrane de clavier illustrée à la figure 5a (présence d'une collerette annulaire). Dans ce cas, le procédé de fabrication comporte les étapes successives suivantes - moulage du corps de touche 4b en utilisant un moule 18 en deux parties A* et C* (cf. la figure 8a) ;; - moulage du voile déformable secondaire 10, l'élément élec- troconducteur étant constitué par un insert 15 ou par le voile lui-même ou au moins son fond ou une portion de ce fond, en utilisant un moule 19 en deux parties C* et D*, (cf. la figure 8b) - surmoulage du voile principal 6 et de la partie plane 7 de la membrane de clavier 3c avec le voile 10 et du corps de touche 4- ainsi formés par coopération des parties A* et D* des moules 18 et 19. Ce procédé présente l'avantage de pouvoir mouler séparément le corps de touche et la portion restante de la membrane (partie plane et voile principal), ce qui permet d'utiliser, le cas échéant, pour le corps de touche un matériau ayant la même nature mais une dureté supérieure par rapport au matériau utilisé pour ladite portion restante de la membrane de clavier : le résultat est un centrage plus aisé par rapport à la face avant (non représentée) du clavier - En ce qui concerne le procédé de fabrication de la membrane de clavier illustrée à la figure 5b, il comporte les étapes successives suivantes : - moulage de la totalité de la membrane (corps de touche, voile principal et partie plane), - moulage du voile secondaire 10 (comme dans le procédé précédent), - assemblage de la membrane et du voile secondaire par tout moyen approprié connu en soi, tel que collage ou autre. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Clavier de commande, du type comportant des éléments de commande tels que touches (1c) ou analogues intégrés dans une membrane (3c), notamment en élastomère ou en toute autre matière thermoplastique, laquelle membrane - comporte une partie plane (7) et des corps de touches (4c), qui sont pourvu-s à leur partie inférieure d'un élément électroconducteur et qui font saillie de ladite partie plane, à laquelle ils se rattachent par l'intermé diaire d'un voile déformable principal (6) venu de moulage,et - est supportée par un circuit imprimé (8) sur lequel sont déposées des pistes électroconductrices (9), lequel clavier est caractérisé en ce qu'il comporte un moyen assurant une liaison déformable entre ledit élément électroconducteur et le corps de touche correspondant (4c). 2.- Clavier de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce le moyen de liaison dudit élément électroconducteur au corps de touche correspondant (4c) est constitué par un voile déformable secondaire (10), notamment également en élastomère, qui présente la forme d'un corps creux pourvu d'un fond mince (11) et d'une paroi latérale (12), également mince, qui délimitent par coopération avec la face inférieure (13) dudit corps de touche (4c) un espace (14), rempli d'air, autorisant le déplacement vers le haut du fond du voile secondaire suite à la déformation de ce dernier par actionnement de la touche correspondante. 3.- Clavier de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément électroconducteur est constitué par un insert électroconducteur (15) qui est solidarisé avec le fond (11) du voile secondaire (10), notamment lors du moulage. 4.- Clavier de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément électroconducteur est constitué par le voile déformable secondaire lui-même (10) ou au moins par le fond (il) ou une portion (lia) de ce fond, qui sont rendus conducteur de l'électricité par introduction d'une charge électroconductrice appropriée, notamment constituée par du noir de carbone ou des fibres de carbone. 5.- Clavier de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que le voile déformable secondaire (10) comporte une collerette annulaire (16) qui fait saillie vers l'extérieur à-partir de sa paroi (12), de préférence au niveau de l'ouverture (17) dudit corps creux (10). 6.- Clavier de commande selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit insert électroconducteur (15) et/ou le fond (11, lita) dudit voile déformable secondaire (10) sont pourvus d'évents. 7.- Procédé de fabrication d'un clavier de comande du type comportant des éléments de commande tels que touches (ic) ou analogues intégrés dans une membrane (3c), notamment en élastomère ou en toute autre matière thermoplastique, laquelle membrane - comporte une partie plane (7) et des corps de touches(4c), qui sont pourvus à leur partie inférieure d'un élément électroconducteur et qui font saillie de ladite partie plane, à laquelle ils se rattachent par l'intermédiaire d'un voile déformable principal (6) venu de moulage, et - est supportée par un circuit imprimé (8) sur lequel sont déposées des pistes électroconductrices (9), lequel procédé est caractérisé en ce que l'élément électroconducteur de ladite membrane (3c) est fabriqué séparément des autres parties de la membrane,et en ce qu'il est relié ensuite audit corps de touche (4c) par un moyen assurant une liaison déformable selon les revendications 1 à 6. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes - moulage dudit corps de touche (4c), à l'aide d'un premier rouie (18) en deux parties (A*, B*), inférieure et supérieure, - moulage dudit voile déformable secondaire (10), ledit élément électroconducteur étant constitué par un insert électroconducteur (15) ou par ce même voile (10) ou au moins son fond (11) ou une portion (lia) de ce fond,à l'aide d'un deuxième moule (19) en deux parties (C*, D*), inférieure et supérieure, - surmoulage de la partie plane 17) et du voile principal (6) de la membrane de clavier (3c) avec le corps de touche (4c) et le voile secondaire (10) ainsi formés, par coopé ration de la partie supérieure (A*) et de la partie infé rieure (D*) desdits premier et deuxième moule (18, 19), respectivement. 9.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qutil comprend les étapes successives suivantes : - moulage de la totalité de la membrane de clavier (3c), moulage dudit voile déformable secondaire, ledit élément électroconducteur étant constitué par un insert électro conducteur (15) ou par le voile secondaire lui-même (10) ou au moins son fond (11) ou une portion (lia) de ce fond, - assemblage de la membrane (3c) et du voile secondaire (10) ainsi formés par tout moyen approprié, notamment par collage ou autre.