Brevet FR2659459A1 — publié le 19910913

- TOUCHE A EFFET TACTILE ET CLAVIER UTILISANT CETTE TOUCHE. La présente invention concerne une touche unitaire étanche, à effet tactile, notamment pour clavier du type comportant: une plaque de support munie d'alvéoles aptes à recevoir chacune des éléments d'interrupteur, un circuit imprimé de raccordement électrique dudit interrupteur, ce circuit imprimé pouvant constituer la susdite plaque de support, une entretoise moulée solidaire de la plaque support et comprenant entre des cloisons un logement présentant au moins une ouverture supérieure dans laquelle se loge un ensemble touche-poussoir monté coulissant dans ledit logement et en liaison mécanique avec l'interrupteur, des moyens déformables associés audit ensemble touche- poussoir-interrupteur pour procurer à l'utilisateur une sensation tactile. Il est connu un clavier à touches de ce type dont les moyens déformables précités sont constitués par une membrane souple commune à toutes les touches et placée au-dessus de la plaque de support pour protéger les 2 alvéoles et assurer le rappel élastique des touches auxquelles est reliée ladite membrane par pincement avec un élément de l'interrupteur. L'inconvénient majeur de ce type de claviers à touches réside dans le fait que la membrane souple ainsi que la plaque de support sont perforées d'une multiplicité d'ouvertures en nombre égal au nombre d'interrupteurs équipant le clavier De ce fait, après un certain nombre de manoeuvres, il se produit une distension du matériau qui, associé à un vieillissement dans le temps de ce dernier, ne permet plus à la membrane d'assurer l'étanchéité de l'ensemble De plus, l'effet tactile obtenu dans ce type de clavier connu n'est pas contrôlé et maîtrisé En effet, il est dû à la seule résistance de la membrane, se déformant latéralement sous l'effet d'une poussée axiale sur la touche, à laquelle s'ajoute celle d'un organe ressort de l'interrupteur jusqu'à un point de basculement de ce dernier. Si ledit basculement permet à l'opérateur de sentir par effet tactile que son opération a été prise en compte, en revanche, au-delà de ce basculement, une surcourse procu- rant un certain confort d'utilisation n'est obtenue que par le seul écrasement de la membrane de façon limitée et incontrôlée. L'invention a plus particulièrement pour but de remédier à ces inconvénients et de fournir à l'utilisateur un clavier à touches parfaitement étanche et à effet tactile contrôlé pendant toute la durée de la manoeuvre. A cet effet, elle propose une touche, à effet tactile, comportant un support muni d'une alvéole apte à recevoir un élément d'interrupteur, 3 - une touche en liaison mécanique avec l'élément inter- rupteur grâce à un poussoir, et des moyens élastiquement déformables associés à l'ensemble touche-poussoir-élément d'interrupteur pour procurer à l'utilisateur une sensation tactile. Selon l'invention, cette touche est caractérisée en ce que les moyens élastiquement déformables comprennent une membrane élastique solidaire du support qui forme un opercule obturant l'alvéole, cette membrane portant, du côté opposé à l'alvéole et sensiblement coaxialement à celle-ci, un picot déformable élastiquement qui constitue ledit poussoir et dont la tête peut être sollicitée par la touche. Avantageusement, la susdite membrane, le susdit picot ainsi, qu'éventuellement, la susdite touche, pourront former une seule et même pièce réalisée en une matière élastiquement déformable telle que, par exemple, un élas- tomère. Le picot pourra présenter une forme cylindrique et/ou tronconique dont la grande base, qui se confond avec la membrane, vient porter sur un organe élastiquement déformable de l'interrupteur. L'ensemble constitué par le picot, la membrane élastique et l'organe élastiquement déformable de l'interrupteur pourra alors être conçu de manière à opposer, à une force de manoeuvre exercée axialement sur la touche, un effort résistant qui varie non linéairement en fonction de la course de ladite touche Ce résultat peut être obtenu par un choix approprié de la dureté de l'élastomère, de la forme et de la hauteur du picot, ainsi que des dimensions et de la conformation de la touche. -4- Ainsi, la courbe de compression de cet ensemble (force = f (course)) pourra comprendre une première partie (correspondant à une précourse du poussoir), dans laquelle la course de la touche est principalement due à la compression de la matière du picot et o la force résistante croît en fonction de cette course jusqu'à une première valeur de seuil; une seconde partie (course active), dans laquelle l'effort résistant décroît brutalement et la course est pratiquement nulle en raison du fait que la déformation élastique des moyens élastiques déformables de l'interrupteur est compensée par une expansion de l'élastomère; et une troisième partie (surcourse), dans laquelle la course est à nouveau due essentiellement à l'écrasement du picot et o l'effort résistant croît brutalement en fonction de la course de la touche. Avantageusement, en fin de surcourse, l'effort résistant de l'ensemble pourra être accru grâce à des moyens aptes à limiter l'expansion du picot à partir d'un taux de compression prédéterminé. Ces moyens de limitation pourront notamment consister en une cavité formée dans la face inférieure de la touche et dans laquelle s'engage le picot, cette cavité étant conformée de manière à permettre l'expansion libre du picot dans la phase de précourse et à contenir au moins partiellement l'expansion dans la phase de surcourse. L'organe élastiquement déformable de l'interrupteur pourra consister en une lame ou une coupelle à effet de claquage qui ne se déforme élastiquement qu'à partir d'un seuil d'effort prédéterminé. -5- Comme précédemment mentionné, l'invention concerne égale- ment un clavier réalisé à l'aide de la touche précédem- ment définie. Dans ce cas, le susdit support pourra se présenter sous la forme d'une plaque, par exemple une plaque de circuit imprimé, munie d'une pluralité d'alvéoles aptes à rece- voir chacune un élément d'interrupteur Cette plaque est alors recouverte par la susdite membrane laquelle comprend, au niveau de chacune des alvéoles, un picot élastiquement déformable actionnable par une touche. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une coupe schématique d'une portion de clavier incluant une touche à effet tactile selon l'invention, en position de repos; Les figures 2 à 4 sont des vues d'une touche selon la figure 1 en cours de manipulation, en particu- lier, en fin de précourse (figure 2), en fin de course effective (figure 3) et en fin de surcourse (figure 4); La figure 5 est une courbe de compression (force résistance fonction de la course) d'une touche selon l'invention. La portion de clavier 1 représentée figure 1, comprend une plaque de support 2 constituée par un circuit imprimé permettant notamment le raccordement électrique dudit clavier 1 à un appareillage (non représenté). La plaque de support 2 est munie d'une pluralité d'alvéoles 3 disposées suivant des lignes et/ou des colonnes Chacune de ces alvéoles 3 constitue le logement 6 - d'un interrupteur 4 formé d'éléments conducteurs ou plots , 6, 7 disposés au fond de l'alvéole 3 et susceptible de coopérer par contact électrique avec une lame conductrice 18 déformable élastiquement et agissant par effet de claquage, ceci afin d'établir la liaison du plot 6 avec les plots 5 et 7. Les alvéoles 3 sont ménagées en creux sous le plan supé- rieur de la plaque de support 2 ou circuit imprimé sur lequel est disposée une membrane 8 constituant des moyens déformables qui, associés à un ensemble 9 touche-pous- soir-interrupteur, procurent à l'utilisateur une sensa- tion tactile. Selon l'invention, la membrane 8 est pleine, c'est-à-dire ne comportant aucune ouverture pour permettre le passage d'un des éléments de l'ensemble 9 Elle est réalisée dans un matériau élastomère et est hérissée d'autant de picots qu'il y a d'interrupteurs 4 à commander Les picots 10 sont déformables axialement en compression Ils sont venus de matière avec ladite membrane 8 et sont aptes à s'interposer, au montage de cette dernière, entre une touche 11 et l'interrupteur 4 pour constituer un poussoir. La membrane 8, ainsi réalisée, est fixée sur la plaque support 2 de manière à ce que chacun des picots se trouve dans l'axe d'une alvéole 3 correspondante Dans cet exemple, cette fixation est assurée au moyen d'une struc- ture ajourée 12 présentant la forme d'une grille, compor- tant une pluralité de cavités 16 séparées par des cloisons 14, 15, cette structure 12 étant disposée sur la membrane 8 et fixée sur la plaque support 2 grâce à des moyens de fixation tels que des éléments de sertissage à chaud 13 ou même des vis (non représentées) Bien entendu, chacune des cavités 16 est destinée à recevoir un picot 10 correspondant et à assurer le guidage axial de la touche 11 associée à ce picot 10. 7 - Comme on peut le voir sur la figure 1, au repos, la touche 11 solidaire de l'extrémité du picot 10 dépasse légèrement au-delà de l'orifice supérieur 17 de la cavité 16 La liaison mécanique poussoir il/interrupteur 4 est alors assurée grâce au fait que la lame 18 vient légère- ment en appui sur la zone de la membrane 8 formant la base du picot 10. Le picot 10 ou poussoir est constitué ainsi d'une masse d'élastomère à section variable sensiblement tronconique dont la grande base se confond avec la membrane 8 De préférence, le module d'élasticitéé de cet élastomère est choisi relativement bas. A partir de la position de repos représentée sur la figure 1, l'application sur la touche 11 d'une force axiale F d'amplitude suffisante provoque un déplacement en trois temps de cette touche, à savoir un premier temps dans lequel la touche 11 effectue un premier déplacement OF (précourse indiquée figure 5) provoquant la compresion du picot 10 sans entraîner une déformation notable de la lame élastique 18; lors de ce premier déplacement, la force résistance est sensiblement proportionnelle à la course de la touche 11 jusqu'à une première valeur de seuil; un deuxième temps (course active) dans lequel la course F, F' de la touche est pratiquement nulle, la déformation élastique de la lame élastique 18 qui provoque l'actionnement de l'interrupteur 4 étant compensée par l'expansion de l'élastimère du picot; au cours de ce deuxième temps, l'effort résistant décroît brutalement et est ressenti comme un relâchement; un troisième temps (surcourse) dans lequel la course F', F" de la touche est à nouveau essentiellement due à 8 - l'écrasement du picot 10 et o l'effort résistant croît brutalement. En effet, lors de cette phase de surcourse, la lame élas- tique 18 est maintenue appliquée contre les plots de contact 5, 6, 7 et ne subit plus de déformation La croissance rapide de l'effort résistant étant alors due à l'entrée en action de moyens de limitation de l'expansion du picot 10 équipant le poussoir. Dans cet exemple, ces moyens de limitation de l'expansion du picot 10 sont constitués par une cavité inférieure 19 de la touche 11 dans laquelle se loge et se centre le picot 10 Les dimensions et la forme de la cavité 19 sont telles qu'elles permettent son expansion libre dans la phase de précourse OF correspondant à l'écrasement A (mesuré par rapport au plan de référence PP' du sommet du picot 10 en position de repos) et à contenir ladite expansion au cours de la surcourse F', F" correspondant à l'écrasement A' pour un volume prédéterminé du picot 10 correspondant à celui de la cavité 19 dont les rebords l 9-a sont en l'occurrence chanfreinés A ce stade de fin de course, la touche 11 est complètement enfoncée dans la cavité 16 de la structure 12. Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode d'exécution précédemment décrit Ainsi, par exemple, la structure 12 pourrait être supprimée. Il importe d'insister qu'un avantage important de la solution proposée par la présente invention consiste en ce qu'elle permet d'éviter tous les risques de rupture, de grippage de pièces en mouvement connus dans les commandes mécaniques dites "pompes" comportant plusieurs pièces, ressorts, axes, pièces mobiles, etc, et cela, tout en conservant les caractéristiques ergonomiques de contact pendant toute la durée de la course. 9 - Revendications 1 Touche, à effet tactile, du type comportant: un support muni d'une alvéole apte à recevoir un élément d'interrupteur, une touche en liaison mécanique avec l'élément inter- rupteur grâce à un poussoir, et des moyens élastiquement déformables associés à l'ensemble touche-poussoir-élément d'interrupteur pour procurer à l'utilisateur une sensation tactile, caractérisée en ce que les moyens élastiquement défor- mables comprennent une membrane élastique ( 8) solidaire du support ( 2) qui forme un opercule obturant l'alvéole ( 3), cette membrane ( 8) portant, du côté opposé à l'alvéole ( 3) et sensiblement coaxialement à celle-ci, un picot ( 10) déformable élastiquement qui constitue ledit poussoir et dont la tête peut être sollicitée par la touche ( 11). 2 Touche selon la revendication 1, caractérisée en ce que la susdite membrane ( 8), le susdit picot ( 10) ainsi, qu'éventuellement, la susdite touche ( 11), sont formés d'une seule et même pièce réalisée en une matière élastiquement déformable. 3 Touche selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le picot ( 10) présente une forme cylindrique et/ou tronconique dont la grande base, qui se confond avec la membrane ( 8), vient porter sur un organe élastiquement déformable ( 18) de l'interrupteur ( 4). 4 Touche selon l'une des revendications précé- dentes, - caractérisée en ce que l'ensemble constitué par le picot ( 10), la membrane élastique ( 8) et l'organe élastiquement déformable ( 18) de l'interrupteur ( 4) est conçu de manière à opposer, à une force de manoeuvre exercée axia- lement sur la touche ( 11), un effort résistant qui varie non linéairement en fonction de la course de ladite touche ( 11). Touche selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que l'ensemble constitué par le picot ( 10), la membrane élastique ( 8) et l'organe élastiquement déformable ( 18) est conformé de manière à obtenir une courbe de compression dudit ensemble qui comprend une première partie (correspondant à une précourse de la touche ( 11)), dans laquelle la course de la touche ( 11) est principalement due à la compression de la matière du picot ( 10) et o la force résistante croit en fonction de cette course jusqu'à une première valeur de seuil; une seconde partie (course active), dans laquelle la course est pratiquement nulle, la déformation élastique des moyens élastiques déformables ( 18) de l'interrupteur ( 4) étant compensée par l'expansion de l'élastomère du picot ( 10), et l'effort résistant décroît brutalement; une troisième partie (surcourse), dans laquelle la course est à nouveau due essentiellement à l'écrasement du picot ( 10) et o l'effort résistant croît brutalement en fonction de la course de la touche ( 11). 6 Touche selon la revendication 5, caractérisée en ce que, en fin de surcourse, l'effort résistant du susdit ensemble pourra être accru grâce à des moyens aptes à limiter l'expansion du picot à partir d'un taux de compression prédéterminé. il - 7 Touche selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de limitation pourront notamment consister en une cavité ( 19) formée dans la face inférieure de la touche ( 11) et dans laquelle s'engage le picot ( 10), cette cavité ( 19) étant conformée de manière à permettre l'expansion libre du picot ( 10) dans la phase de précourse et à contenir au moins partiellement l'expansion dans la phase de surcourse. 8 Touche selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que l'organe élastiquement déformable ( 18) de l'interrupteur ( 4) consiste en une lame ou une coupelle à effet de claquage qui ne se déforme élastique- ment qu'à partir d'un seuil d'effort prédéterminé. 9 Clavier utilisant des touches réalisées conformé- ment à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le susdit support ( 2) pourra se présenter sous la forme d'une plaque munie d'une plura- lité d'alvéoles ( 3) aptes à recevoir chacune un élément d'interrupteur ( 4), cette plaque étant alors recouverte par une membrane comprenant, au niveau de chacune des alvéoles, un picot élastiquement déformable actionnable par une touche Clavier selon la revendication 9, caractérisé en ce que la susdite plaque est une plaque de circuit imprimé.