Brevet FR2669462A1 — publié le 19920522

-1- STRUCTURE D'INTERRUPTEUR UTILISABLE POUR LA REALISATION DE CLAVIERS, ET CLAVIERS UTILISANT UNE TELLE STRUCTURE. La présente invention concerne une structure d'interrupteur utilisable notamment, mais non exclusive- ment, pour la réalisation de claviers étanches, de faible épaisseur et à effet tactile. D'une manière générale, on sait qu'il a été proposé de nombreuses solutions pour la réalisation de claviers à touches de ce genre, la solution la plus simple consis- tant à utiliser une structure sandwich comportant: une feuille en matière plastique relativement souple dont une face extérieure présente une multiplicité de zones servant de touches qui portent des inscriptions, par exemple des caractères alphanumériques, tandis que l'autre face présente des plages électriquement conduc- trices une couche intercalaire ajourée sur laquelle est appli- quée ladite feuille et qui présente une multiplicité d'orifices traversants disposés en regard desdites zones; et un substrat pouvant par exemple consister en une pla- quette de circuit imprimé rigide (éventuellement souple) qui présente en regard de chacun des orifices, 2 - au moins un couple de contacts fixes qui coopère avec une plage conductrice correspondante de la susdite feuille (cette plage jouant le rôle d'un pont de contact mobile). Bien entendu, les propriétés mécaniques de la feuille en matière plastique ainsi que l'épaisseur de la pièce intercalaire sont déterminées de manière à ce qu'au repos, les plages conductrices de la feuille soient main- tenues écartées des contacts du substrat et qu'une connexion électrique entre un couple de contacts fixes ne soit assurée par une plage conductrice correspondante qu'à la suite d'une pression exercée volontairement sur la zone servant de touche correspondante. Dans un clavier de ce genre, un effet tactile peut être obtenu en réalisant la feuille extérieure en une matière plastique semi-rigide et en conformant les susdites zones de manière à ce qu'elles présentent une forme bombée de convexité orientée vers l'extérieur, les susdites plages conductrices revêtant alors la face concave desdites plages. Il est clair que, lorsqu'on effectue une pression sur l'une des susdites zones, la forme bombée se déforme en exerçant tout d'abord une force résistante croissante. Au-delà d'un seuil de déformation déterminé, cette forme bombée subit une inversion brutale de concavité, et engendre une sensation de relâchement, au moment même o la plage conductrice vient porter sur les contacts fixes qui lui sont associés. Il s'avère que dans un grand nombre d'applications indus- trielles, les claviers de ce genre ne sont pas d'une fia- bilité suffisante. On constate, en effet, qu'en raison des déformations des zones servant de touches, la qualité du contact entre ces 3 - plages conductrices et les couples de contacts fixes cor- respondants, n'est pas bonne et qu'en outre, les plages conductrices ont tendance à se détériorer à la longue. On a également proposé, notamment dans le brevet US 3 728 509, un clavier étanche faisant intervenir une membrane étanche en caoutchouc ou en élastomère montée sur un substrat tel qu'une plaquette de circuit imprimé. Cette membrane présente une multiplicité de bossages pré- sentant chacun la forme d'une touche creuse Dans la concavité de chacun de ces bossages, est fixée une pièce en élastomère électriquement conducteur Cette pièce, qui sert de pont de contact mobile, est disposée en regard d'au moins un couple de contacts fixes prévus sur le sub- strat. Cette solution présente, quant à elle, l'inconvénient de ne pas se prêter à une miniaturisation et de ne pas assu- rer un guidage précis de la pièce en élastomère servant de pont de contact mobile. L'invention a donc plus particulièrement pour but de sup- primer ces inconvénients. Elle propose, à cet effet, une structure d'interrupteur dans laquelle l'équipage mobile, incluant le pont de contact mobile, est correctement guidé et comprend des moyens de rappel élastiques indépendants des moyens uti- lisés pour engendrer l'effet tactile. D'une façon plus précise, cette structure comprend, comme dans l'exemple décrit dans le brevet US cité: un substrat portant au moins un couple de contacts fixes; une membrane élastique recouvrant au moins partielle- ment le substrat, cette membrane comprenant, dans une 4 - zone située en regard des contacts fixes, un bossage en forme de calotte dont la face concave, orientée vers les contacts, porte une pièce en matériau électrique- ment conducteur constituant un pont de contact mobile apte à assurer une connexion entre les contacts fixes à la suite d'une déformation élastique du bossage. Selon l'invention, cette structure est caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une pièce de transmission solidaire du bossage, cette pièce étant axialement mobile perpendiculairement au substrat; une pièce de guidage se présentant sous la forme d'une plaque solidarisée au substrat et comportant un perçage dans lequel s'engage et est axialement guidée l'extrémité libre de la pièce de transmission, ledit perçage comprenant un évasement orienté vers l'extérieur; une feuille en matière semi-rigide qui recouvre la face extérieure de la plaque de guidage, cette feuille pré- sentant en regard dudit évasement, une conformation en forme de calotte bombée vers l'extérieur, qui sert de touche et contre laquelle l'extrémité libre de la pièce de transmission vient en appui, ladite conformation et ledit évidement étant conçus de manière à obtenir un effet tactile lors de la sollicitation de la touche. Avantageusement, le susdit substrat consiste en une pla- quette de circuit imprimé montée fixement à l'intérieur d'un boîtier d'appareil électrique ou électronique. Dans ce cas, la susdite pièce de guidage peut consister en une paroi du boîtier parallèle au circuit imprimé, la feuille en matériau semi-rigide servant en outre de mem- brane d'étanchéité. Bien entendu, 1 ' invention concerne également un clavier utilisant la structure précédemment décrite Dans ce cas le substrat comprend une multiplicité de couples de contacts fixes; la membrane élastique comprend une multiplicité de bos- sages correspondant chacun à un couple de contacts fixes et comprenant chacun une pièce électriquement conductrice; la pièce de guidage comprend une multiplicité de per- çages servant chacun au guidage d'une pièce de trans- mission solidaire d'un bossage de la membrane; la feuille en matière plastique semi-rigide est munie d'une multiplicité de conformations en forme de calotte sur chacune desquelles vient en appui une pièce de transmission. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux des- sins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue de dessus d'un boîtier d'appareil électrique comprenant un clavier réalisé conformément à l'invention, La figure 2 est une coupe schématique selon A/A' de la figure 1, cette coupe montrant plus particulièrement la structure du clavier. Dans cet exemple, l'appareil comprend un boîtier 1 paral- lélépipédique dont la paroi frontale 2 est munie d'une aire de visualisation 3 constituée, par exemple, par une cellule à cristaux liquides, et d'un clavier 4 situé dans 6 - l'intervalle compris entre l'aire 3 et le bord antérieur du boîtier 1 Ce clavier comprend ici quatre touches 6 à 9 alignées selon un axe parallèle au bord 5. Chacune des touches 6 à 9 se trouve identifiée par un symbole fonctionnel, ici les signes + et -, ainsi qu'une flèche verticale et une flèche horizontale. Comme cela est visible sur la figure 2, ce clavier 4 fait intervenir un substrat monté fixement à l'intérieur du boîtier 1 et qui consiste ici en le circuit imprimé 10 de l'appareil. Ce circuit imprimé 10 comprend, dans des zones situées dans l'axe des touches 6 à 9, quatre couples de plages conductrices respectives C, C', chaque couple de plages constituant les contacts fixes d'un interrupteur associé à la touche correspondante. Sur le circuit imprimé 10 est fixée, au moyen de rivets 11 ou tout autre moyen, une membrane en caoutchouc ou en élastomère 12 comprenant, dans les susdites zones, des bossages 13 en forme de calottes tronconiques qui délimi- tent donc au-dessus des plages conductrices C, C' un volume libre. Ce volume libre est partiellement occupé par une pièce 14 en élastomère conducteur, dont la face inférieure s'étend parallèlement et à une distance déterminée du circuit imprimé 10, cette pièce 14, de forme cylindrique, étant fixée sur la surface intérieure du bossage 13, au niveau de son fond. Dans cet exemple, la partie supérieure des bossages 13 est prolongée par une partie cylindrique 15 coaxiale qui remplit la fonction de la susdite pièce de transmission. 7 - L'extrémité de chacune de ces parties cylindriques 15 s'engage dans un perçage coaxial 16 prévu dans la paroi frontale 2 du boîtier 1 et se termine par une face bombée 17 située légèrement au-dessus du plan de la face exté- rieure de ladite paroi 2. Chaque perçage 16 comprend vers l'extérieur une partie évasée 18, de forme conique dont le diamètre extérieur est sensiblement égal au côté d'une touche 6 à 9. La face extérieure de la paroi frontale 2 du boîtier 1 est recouverte (dans la partie constituant le clavier) par une feuille en matière plastique semi-rigide 20, par exemple en polycarbonate. Au niveau des orifices évasés des perçages, cette feuille comprend des bossages 21 en forme de calotte, sur les faces intérieures desquelles viennent s'appliquer les extrémités bombées 17 des parties cylindriques 15. Les emplacements des touches 6 à 9 ainsi que les symboles identifiant leurs fonctions sont indiqués par exemple par impression sur cette feuille 20. Le fonctionnement du clavier tel que précédemment décrit est alors le suivant. Au repos, la membrane 13 occupe la position indiquée sur la figure 2, les pièces 14 en élastomère conducteur étant écartées des plages conductrices C, C'. A partir de cette position, si l'on exerce une pression P sur une touche, on provoque un déplacement axial de la partie cylindrique 15, à l'encontre des efforts résis- tants dus: à la déformation élastique des parois latérales du bos- sage 13; -8- à la déformation du bossage 21 de la feuille 20 en polycarbonate. Au cours de cette action, l'effort résistant engendré par la déformation des parois du bossage 13 est croissant sur toute la course de la touche. Par contre, l'effort résistant engendré par la déforma- tion du bossage 21 de la feuille 20 est d'abord croissant dans une première partie de la course, puis s'annule bru- talement par suite de l'inversion de concavité du bossage 21, en produisant ainsi l'effet tactile recherché. Bien entendu, en fin de course, l'élastomère conducteur 14 vient s'appliquer sur les plages conductrices C, C' en établissant un contact électrique entre ces deux plages. Ce contact est de bonne qualité du fait du guidage assuré par la partie cylindrique 15 et grâce aux propriétés de l'élastomère conducteur de la pièce 14. Le retour de la touche en position de repos est principa- lement assuré grâce à l'effort exercé par le bossage 13 auquel vient s'ajouter, seulement après une nouvelle inversion de concavité, l'effort exercé par le bossage 21. Il apparaît clairement que les moyens utilisés ici pour assurer l'effet tactile, sont indépendants de la cinéma- tique de l'interrupteur et n'altèrent en rien son bon fonctionnement. Revendications 1 Structure d'interrupteur du type compre- nant un substrat ( 10) portant au moins un couple de contacts fixes (C, C'); une membrane ( 12) élastique recouvrant au moins par- tiellement le substrat ( 10), cette membrane comprenant, dans une zone située en regard des contacts fixes, un bossage ( 13) en forme de calotte dont la face concave, orientée vers les contacts (C, C'), porte une pièce en matériau électriquement conducteur constituant un pont de contact mobile apte à assurer une connexion entre les contacts fixes à la suite d'une déformation élas- tique du bossage, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une pièce de transmission ( 15) solidaire du bossage ( 13), cette pièce étant axialement mobile perpendicu- lairement au substrat ( 10); une pièce de guidage ( 2) se présentant sous la forme d'une plaque solidarisée au substrat et comportant un perçage ( 16) dans lequel s'engage et est axialement guidée l'extrémité libre de la pièce de transmission ( 15), ledit perçage ( 16) comprenant un évasement ( 18) orienté vers l'extérieur; une feuille en matière semi-rigide ( 20) qui recouvre la face extérieure de la plaque de guidage, cette feuille présentant en regard dudit évasement, une conformation ( 21) en forme de calotte bombée vers l'extérieur, qui sert de touche et contre laquelle l'extrémité libre de la pièce de transmission ( 15) vient en appui, ladite conformation ( 21) et ledit évidement ( 18) étant conçus - de manière à obtenir un effet tactile lors de la solli- citation de la touche. 2 Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le susdit substrat-consiste en une plaquette de circuit imprimé montée fixement à l'intérieur d'un boîtier d'appareil ( 1). 3 Structure selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la susdite pièce de guidage consiste en une paroi ( 2) de boîtier d'appareil dans laquelle est réalisé le susdit perçage ( 16). 4 Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la susdite pièce de transmission ( 15) fait corps avec la susdite membrane. 5 Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le susdit bossage ( 13) de la mem- brane ( 12) présente une forme tronconique. 6 Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la susdite pièce ( 14) en matériau électriquement conducteur est réalisée en un élastomère conducteur. 7 Clavier utilisant des structures selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que: le substrat comprend une multiplicité de couples de contacts fixes (C, C'); il - la membrane élastique ( 12) comprend une multiplicité de bossages ( 13) correspondant chacun à un couple de contacts fixes (C, C') et comprenant chacun une pièce électriquement conductrice ( 14); la pièce de guidage ( 2) comprend une multiplicité de perçages ( 16) servant chacun au guidage d'une pièce de transmission ( 15) solidaire d'un bossage ( 13) de la membrane ( 12); la feuille en matière plastique semi-rigide ( 20) est munie d'une multiplicité de conformations ( 21) en forme de calotte sur chacune desquelles vient en appui une pièce de transmission ( 15).