Brevet FR2660484A1 — publié le 19911004

DISPOSITIF INTERRUPTEUR MINIATURE A EFFET TACTILE. La présente invention concerne un dispositif interrupteur miniature à effet tactile pouvant s'intégrer à un circuit imprimé, notamment en vue de la réalisation d'un clavier à touches ultra-plat. D'une manière générale, on sait qu'on a déjà proposé, pour ce type d'application, des dispositifs interrupteurs réalisant des contacts électriques entre des plages conductrices du circuit imprimé par déformation élastique de capsules métalliques en forme de calottes sphériques. Habituellement, chacune de ces capsules est placée sur le circuit imprimé de manière à être en contact électrique par sa périphérie avec une première plage conductrice et à s'étendre au-dessus d'une seconde plage conductrice électriquement isolée de la première et placée sensible- ment en regard de la zone centrale de la capsule. La fixation de la capsule sur le circuit imprimé est alors assurée par trois plots agissant en trois points de sa périphérie, à 1200 l'un de l'autre. Il est clair qu'en exerçant sur la capsule une pression orientée vers le circuit imprimé, on provoque une défor- mation de cette capsule jusqu'à ce que sa partie centrale 2 - vienne en butée fin de course sur la seconde plage conductrice en établissant sa liaison électrique avec la première plage conductrice. Il s'avère que ces dispositifs ne produisent pas un effet tactile du type de celui habituellement recherché dans les interrupteurs de ce genre En effet, l'effort résis- tant qu'oppose la capsule à une sollicitation s'accroît d'une façon continue jusqu'à ce qu'il compense exactement cette sollicitation, lorsque la partie centrale de la capsule vient en butée fin de course sur la seconde plage conductrice. C'est la raison pour laquelle ces dispositifs exigent l'emploi, dans la liaison située entre la capsule et la touche qui lui est habituellement associée, de moyens relativement complexes, délicats à réaliser et, par conséquent, coûteux, qui sont destinés à produire l'effet tactile recherché. L'usage de ces moyens présente en outre l'inconvénient d'augmenter de façon notable l'épaisseur du clavier, ce qui est contraire au résultat recherché. L'invention a donc pour but de supprimer ces inconvé- nients Elle propose un dispositif interrupteur d'un type similaire à celui précédemment décrit qui produit un effet tactile sans avoir à utiliser des moyens particu- liers dans la liaison entre capsule et poussoir, et qui permet de réduire l'épaisseur totale (circuit imprimé, calotte, touche) du clavier. Elle propose un dispositif interrupteur faisant interve- nir, comme précédemment mentionné, un circuit imprimé présentant au moins deux plages conductrices et une cap- sule en forme de calotte maintenue sur le circuit imprimé de manière à ce qu'elle soit en contact électrique, par sa périphérie, avec la première plage conductrice, tandis 3 - qu'elle s'étend au-dessus de la seconde plage conduc- trice Selon l'invention, ce dispositif est plus particu- lièrement caractérisé en ce que la seconde plage conduc- trice présente une forme annulaire et borde une cavité réalisée dans ledit circuit imprimé, ladite capsule étant sensiblement coaxiale à ladite seconde plage et à ladite cavité. Avantageusement, la susdite première plage conductrice présente une forme annulaire coaxiale à la seconde plage. En outre, ces deux plages annulaires pourront être pla- cées dans le fond d'une cavité circulaire (ou lamage) réalisé dans le circuit imprimé, qui présente un diamètre sensiblement égal à celui du bord périphérique de la capsule. 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 transversale schéma- tique d'un dispositif interrupteur selon l'invention; La figure 2 est une vue partielle de dessus du circuit imprimé utilisé dans l'interrupteur représenté figure 1, dans une zone comprenant un lamage au fond duquel sont disposés les contacts de l'interrupteur; Les figures 3, 4 et 5 sont des coupes transver- sales schématiques montrant un interrupteur à l'état de repos (figure 3), à l'état fin de course de fermeture (figure 4) et à l'état fin de surcourse (figure 5). -4- Tel que représenté sur les figures 1 et 2, le dispositif interrupteur 1 est intégré à un circuit imprimé 2 compre- nant un lamage cylindrique 3 (cavité borgne) dont le fond 4 est muni d'un perçage central coaxial traversant 5. Le fond 4 porte deux métallisations annulaires coaxiales 6, 7 qui constituent les deux contacts fixes de l'interrupteur que l'on souhaite relier électriquement à la demande, à savoir une métallisation annulaire 7 sensiblement adja- cente à la paroi cylindrique du lamage 3, et une métallisation annulaire 6 bordant le perçage central 5. Bien entendu, ces métallisations 6, 7 sont destinées à être reliées à des circuits électriques et/ou électro- niques, éventuellement portés par le circuit imprimé 2, par des liaisons conductrices non représentées. Dans cet exemple, la métallisation 6 est électriquement reliée à une plage conductrice 8 portée par la face infé- rieure du circuit imprimé 2 grâce à une métallisation 9 de la paroi cylindrique du perçage central 5. Avantageusement, le circuit imprimé 2 pourra être réalisé par une superposition de deux plaquettes de circuit imprimé double face 2 ', 2 " fixées l'une à l'autre, au niveau du plan P indiqué sur la figure 1 en traits inter- rompus, l'une de ces plaquettes 2 ' présentant le (ou les) évidement(s) correspondant au(x) lamage(s) 3, tandis que la plaquette 2 " est munie du (ou des) perçage(s) traver- sant(s) 5. L'organe destiné à assurer une liaison électrique comman- dable entre les deux contacts annulaires consiste en une capsule métallique 10 élastiquement déformable en forme de calotte dont la base circulaire 11 présente un dia- - mètre sensiblement égal au diamètre du lamage 3 De pré- férence, la hauteur de cette capsule 10 est, au plus, égale à celle du lamage 3, de manière à réduire autant que possible l'épaisseur de l'interrupteur. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 3, au repos, la capsule 10 disposée dans le lamage 3 porte, par sa bordure périphérique 11, sur la plage métallisée annu- laire 7, tandis que sa partie centrale s'étend au-dessus de la métallisation 6 Dans cette position, les deux mé- tallisations 6, 7 sont électriquement isolées l'une de l'autre. A partir de cette position, une pression P exercée sur le sommet de la capsule 10, en direction de la plage métal- lique 6 va provoquer une déformation élastique de la cap- sule 10 qui, dans un premier temps (course de fermeture) va engendrer un effort résistant croissant en fonction de l'amplitude de la déformation. A la fin de cette course de fermeture, la capsule 10 vient s'appliquer sur la plage annulaire 6 en établissant ainsi un contact électrique entre les deux plages 6, 7. Simultanément, la déformation de la capsule 10 atteint un point critique (figure 4) à partir duquel s'amorce une inversion de concavité de la partie centrale de la cap- sule 10 avec un effet de relâchement de l'effort résistant. Cette inversion de concavité est rendue possible grâce à la présence du perçage 5 dans lequel vient s'étendre la partie centrale de la calotte. En fin d'inversion, l'effort appliqué n'engendre plus de déformation notable de la capsule 10 et est donc compensé par l'effort résistant. 6 - Dès que cesse toute sollicitation, la capsule 10 retourne automatiquement à sa position de repos représentée figures 1 et 3. Des essais effectués sur un interrupteur présentant un lamage de diamètre 01 = 7 mm, un perçage traversant de diamètre O = 2,5 mm (rapport voisin de 3) et une capsule du type de celles commercialisées sous la marque "SECME" ont permis d'obtenir d'excellents résultats, avec un dépassement du sommet de la calotte par rapport au plan P de l'ordre de 0,055 mm. Ces essais ont permis de faire apparaître les avantages suivants pas de rebond, meilleure qualité du contact (circulaire) relati- vement au contact (ponctuel) des solutions exis- tantes, durée de vie accrue (supérieure à 5 106 ma- noeuvres), et facilité de montage, en particulier du positionne- ment de la capsule. Bien entendu, à ces avantages s'ajoute celui qui résulte du fait que l'épaisseur totale de l'interrupteur ne dé- passe pas celle du circuit imprimé 2. L'interrupteur précédemment décrit, qui peut être ac- tionné par un bouton-poussoir classique, peut être uti- lisé unitairement ou même en combinaison avec d'autres interrupteurs du même genre, par exemple en vue de réali- ser un clavier. Dans ce dernier cas, les différents interrupteurs sont réalisés, selon une configuration matricielle, sur une même plaque de circuit imprimé. 7 - Revendications 1 Dispositif interrupteur à effet tactile du type comprenant un circuit imprimé portant au moins deux plages conductrices ( 6, 7) coopérant avec une capsule ( 10) réalisée en un matériau électriquement conducteur et élastiquement déformable, cette capsule ( 10) étant main- tenue en contact électrique, par sa périphérie avec la première plage conductrice ( 7) et s'étendant, au repos, au-dessus de la seconde plage conductrice ( 6), caractérisé en ce que la susdite seconde plage conduc- trice ( 6) présente une forme annulaire et borde une cavité centrale ( 5) réalisée dans ledit circuit imprimé ( 2), ladite capsule étant sensiblement coaxiale à ladite seconde plage ( 6) et à ladite cavité. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la susdite première plage conduc- trice ( 7) présente une forme annulaire coaxiale à la seconde plage ( 6). 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux plages annulaires ( 6, 7) sont placées dans le fond ( 4) d'une cavité circulaire ( 3) réalisée dans le circuit imprimé ( 2), qui présente un diamètre sensiblement égal à celui du bord périphérique ( 11) de la capsule ( 10). 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la hauteur de la capsule ( 10) est au plus égale à la profondeur de la susdite cavité cylin- drique ( 3). 8 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport diamètre de la cavité ( 3) circulaire/diamètre du perçage ( 5) est voisin ou égal à 3. 6 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit imprimé consiste en la superposition de deux plaquettes de circuit imprimé ( 2 ', 2 ") dont l'une présente au moins un évidement correspon- dant à la cavité cylindrique ( 3) et dont l'autre comprend un perçage traversant ( 5) placé coaxialement à ladite cavité ( 3).