Brevet FR2891636A1 — publié le 20070406

"Ensemble de clavier pour un appareil électronique portable et appareil équipé d'un tel clavier" DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un ensemble de clavier, notamment pour un appareil électronique portable tel qu'un téléphone dit portable, ou téléphone GSM, ou encore un assistant personnel numérique (PDA - Personal Digital Assistant). io Ces appareils comportent chacun au moins un ensemble de clavier, aussi appelé plus simplement clavier, essentiellement formé de touches dont chacune comporte des indications alphanumériques et/ou des pictogrammes tels que des flèches, et dont chacune comporte une face supérieure libre sur laquelle is l'utilisateur de l'appareil appuie pour par exemple aboutir à l'affichage d'un caractère alphanumérique sur un écran d'affichage de l'appareil. ETAT DE LA TECHNIQUE Un tel ensemble de clavier est généralement du type comportant comportant: - une plaque inférieure rigide à circuits imprimés globalement horizontale; - une série de dômes tactiles de déclenchement en matériau conducteur agencés sur la face supérieure de la plaque à circuits imprimés; - une série de touches individuelles supérieures dont chacune est agencée pour, lorsqu'elle est enfoncée verticalement, provoquer la déformation d'un dôme en vue d'établir un contact électrique; - et une feuille souple inférieure, en caoutchouc ou en matériau élastomère, qui est interposée verticalement entre le les touches supérieures et la série de dômes, et qui porte une série de plots inférieurs dont chacun s'étend verticalement vers le bas et est agencé en dessous d'une touche du clavier et au-dessus d'un dôme associé pour provoquer la déformation du dôme lorsque la touche associée est enfoncée. C'est ce type de clavier qui équipe le plus communément les téléphones portables. De nombreux exemples sont décrits et représentés dans la io littérature brevets. Un exemple de cette conception est illustré schématique-ment à la figure 1 des dessins annexés à la présente description sur laquelle on a représenté un appareil électronique 10 constitué d'un demi boîtier inférieur représenté sous la forme d'une plaque is horizontale 12 et un demi boîtier supérieur complémentaire 14. De par la conception et l'assemblage de l'appareil 10, les deux éléments de boîtier 12 et 14 sont positionnés l'un par rapport à l'autre, par des pions et/ou par des vis d'assemblage selon des axes verticaux de positionnement HPA qui déterminent notamment le positionnement longitudinal et transversal d'un élément de boîtier par rapport à l'autre, c'est-à-dire le positionnement du demi boîtier supérieur 14, dans un plan horizontal, par rapport au demi boîtier inférieur 12. L'élément de boîtier inférieur 12 porte, sur sa face supérieure, une plaque à circuits imprimés 16 qui, ici à titre d'exemple, porte sur sa face supérieure des pistes de contact électriques (non représentées) avec lesquelles coopère un dôme élastique de déclenchement à effet tactile 18. Le dôme 18 est un dôme métallique qui, de manière connue, repose par son bord périphérique sur des pistes conductrices et qui est susceptible de quitter son état libre stable de repos illustré à la figure 1 pour se déformer verticalement vers le bas de manière que sa portion centrale supérieure vienne établir le contact avec une piste en vis-à-vis sur la face supérieure de la plaque à circuits imprimés. La déformation du dôme s'effectue à cet effet selon l'axe de déformation du dôme DA. Afin de garantir le positionnement correct du dôme de déclenchement 18 par rapport aux pistes conductrices de la plaque 16, le dôme 18 est porté par exemple par un film 20 auquel il est collé, le film 20 étant lui-même collé sur la face supérieure 17 de la plaque 16. io Ainsi, le dôme 18 occupe une position déterminée par rapport à la plaque 16 qui est elle-même fixée dans une position déterminée dans le demi-boîtier inférieur 12. Il existe ainsi un positionnement relatif de la plaque 16, et donc du dôme 18, par rapport à l'élément de boîtier inférieur 12 is selon des axes inférieurs de positionnement IPA, par exemple au moyen de pions ou de vis de positionnement, non représentés. Pour provoquer la déformation et le changement d'état du dôme 18, l'appareil 10 comporte une touche supérieure individuelle, dont l'actionnement ou enfoncement vertical de haut en bas selon l'axe d'actionnement AA est prévu pour provoquer le changement d'état du dôme 18 associé situé verticalement en dessous de la touche 22. L'effort appliqué à la touche 22 est transmis à la face supérieure du dôme 18, à travers le film mince 20, par l'intermédiaire d'un plot inférieur 24, représenté ici schématique-ment sous la forme d'un plot tronconique dont la face inférieure est alors en forme de disque circulaire et qui est au contact du dôme 18. Le plot inférieur d'actionnement 24 appartient à une feuille inférieure horizontale souple 26 qui est réalisée par exemple par moulage en une seule pièce avec le plot 24 en caoutchouc ou en élastomère naturel ou synthétique. La touche 22 est alignée sensiblement verticalement avec le plot 24 et ce positionnement relatif selon l'axe AA résulte de l'assemblage dans l'élément supérieur de boîtier 14 de la touche 22 et de la feuille inférieure souple 26 portant le plot 24 par des moyens de positionnement et d'indexation non représentés, ce positionnement étant défini par les axes supérieurs de positionnement SPA. On a aussi représenté un bord périphérique vertical 28 de la feuille 26, lui aussi en matériau souple, dont la partie inférieure io est en appui contre la face supérieure de la plaque à circuits imprimés 16, ici avec interposition du film 20. La qualité de l'actionnement, et donc du déclenchement du dôme 18, et surtout la qualité de la sensation tactile résultant de son changement brusque d'état qui est transmise à la touche 22, is et donc à l'utilisateur à travers le plot souple 24 dépendent de deux paramètres principaux. Le premier paramètre est le choix du dimensionnement de la face inférieure du plot 24, par exemple ici de son diamètre, par rapport aux dimensions du dôme 18. Le second paramètre le plus important est la position relative du plot 24 par rapport au dôme 18, c'est-à-dire la position relative de l'axe vertical AA selon lequel est actionné sensiblement verticalement le plot 24 par rapport à l'axe principal de déformation DA du dôme 18. Sur l'exemple schématique de la figure 1, on a illustré ce défaut d'alignement, sous la forme d'un écart d entre les axes AA et DA. Plus le diamètre de la face inférieure du plot 24 est petit par rapport au diamètre extérieur du dôme 18, plus la sensation tactile est forte. Par contre, si le rapport des diamètres est optimisé, le défaut d'alignement entre les deux axes devient critique en aboutissant à une très mauvaise transmission du changement d'état sous forme de sensation tactile, voire à la disparition de cette sensation pour l'utilisateur qui presse la touche 22. Par ailleurs, les techniques mises en ceuvre pour le demi-boîtier supérieur et son assemblage avec la feuille souple 26 et la s touche 22 sont essentiellement gouvernées par des problèmes esthétiques visant notamment à maîtriser les jeux entre la périphérie de la touche et le bord de l'ouverture correspondante 23 formée dans le demi-boîtier supérieur 14, la touche 22 étant le plus souvent associée par collage ou co-moulage avec la feuille io souple 26 dont elle est ainsi solidaire. Ainsi, l'alignement éventuel idéal des axes AA et DA dépend d'une chaîne de cotes et de tolérances de fabrication et d'assemblage, et donc des positions relatives des axes de positionnement IPA, SPA et HPA. is L'invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un ensemble de clavier du type mentionné précédemment, qui est perfectionné de manière à s'affranchir des tolérances de fabrication et d'assemblage en vue de garantir un effet tactile de grande qualité pour chacune des touches du clavier. RESUME DE L'INVENTION Dans ce but, l'invention propose un ensemble de clavier 25 caractérisé en ce qu'il comporte: - une feuille souple supérieure, en caoutchouc ou en matériau élastomère, qui est interposée verticalement entre le clavier supérieur et la feuille souple inférieure, et qui porte une série de plots supérieurs dont chacun s'étend verticalement vers le bas et est agencé en dessous d'une touche supérieure et au-dessus d'un plot inférieur. Selon d'autres caractéristiques de l'ensemble de clavier selon l'invention: - la face supérieure de la feuille souple inférieure est plane; - les faces inférieures planes des plots supérieurs sont affleurantes à la face supérieure de la feuille souple inférieure; - les touches individuelles sont reliées entre elles pour constituer un panneau supérieur de touches; - les dômes tactiles sont reliés entre eux pour constituer un io réseau de dômes; - la série de dômes tactiles et la feuille souple inférieure constituent un module inférieur de clavier apte à être logé au moins partiellement dans un élément inférieur de boîtier de l'appareil électronique; - les faces inférieures des plots inférieurs sont au contact des faces supérieures des dômes tactiles; - les faces inférieures des plots inférieurs sont collées sur les faces supérieures des dômes tactiles; - la série de touches individuelles supérieures et la feuille souple supérieure constituent un module supérieur de clavier apte à être logé au moins partiellement dans un élément supérieur de boîtier de l'appareil électronique; L'invention propose aussi un appareil électronique portable, notamment de communication, du type comportant, superposés verticalement de bas en haut: - un élément inférieur de boîtier; - et un élément supérieur de boîtier; caractérisé en ce qu'il comporte: - un module inférieur selon l'invention qui est logé au moins partiellement et qui est positionné dans l'élément inférieur de boîtier; et un module supérieur, selon l'invention qui est logé au moins partiellement et qui est positionné dans l'élément supérieur de boîtier. Selon d'autres caractéristiques de l'appareil - l'élément inférieur de boîtier comporte plusieurs pions de positionnement qui s'étendent verticalement vers le haut à travers des trous alignés du réseau de dômes tactiles et de la feuille souple inférieure; - l'élément de boîtier supérieur comporte plusieurs pions io de positionnement qui s'étendent verticalement vers le bas à travers des trous de la feuille souple supérieure. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES is D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique, en section par un plan vertical et transversal, d'un appareil électronique portable à une touche selon l'état de la technique; - la figure 2 est une représentation schématique analogue à celle de la figure 1 qui illustre la conception selon l'invention; - la figure 3 est une vue schématique partielle analogue à celle de la figure 2 qui illustre les principaux composants avec un défaut d'alignement entre les axes d'actionnement de la touche et de déclenchement du dôme; - la figure 4 est une vue en perspective éclatée des principaux composants d'un exemple de réalisation d'un téléphone portable comportant un ensemble de claviers conforme aux enseignements de l'invention; - la figure 5 est une vue en perspective éclatée de certains composants et/ou sous-ensembles illustrés à la figure 4; - la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 4 illustrant les composants de la figure 4 en position finale assemblée; - la figure 7 est une vue en perspective du module inférieur de l'ensemble de clavier au sens de l'invention; - la figure 8 est une vue de dessus du module inférieur de la figure 7; - la figure 9 est une vue latérale de gauche du module inférieur de la figure 8; io - la figure 10 est une vue en perspective du module supérieur de l'appareil illustré à la figure 4; - et la figure 11 est une vue du dessus du module supérieur de la figure 10. Dans la description qui va suivre, des composants identiques, analogues ou similaires seront désignés par les mêmes références. Afin de faciliter la compréhension de la description et des revendications, on adoptera à titre non limitatif les termes et les orientations verticales, transversales et longitudinales selon le trièdre L,V,T indiqué sur les figures. Aux figures 1 à 3, on a représenté de manière schématique un appareil électronique 10 simplifié à une seule touche. Comme on peut le voir notamment à la figure 2, et conformément aux enseignements de l'invention, la feuille souple inférieure 26 avec son plot inférieur d'actionnement 24 est solidaire de la plaque à circuits imprimés 16 et du demi-boîtier inférieur 12. Plus précisément, le plot 24, c'est-à-dire sa face inférieure 25 en forme de disque circulaire, occupe une position déterminée fixe et connue par rapport au dôme 18, c'est-à-dire que le plot inférieur d'actionnement 24 est centré sur l'axe DA. Ceci est par exemple obtenu en fixant le plot 24, par exemple par collage, sur le dôme 18, ici plus précisément sur le film 20 et au dessus du dôme 18. On réalise ainsi un module inférieur constitué par la plaque inférieure 16, le dôme 18 et la feuille inférieure souple 26 avec son plot inférieur d'actionnement 24 qui est positionné par rapport à l'élément inférieur du boîtier 12 selon les axes inférieurs de positionnement IPA. Conformément aux enseignements de l'invention, il est io aussi prévu une feuille souple supérieure 30 comportant, sous sa face inférieure, un plot supérieur d'actionnement 32 qui s'étend verticalement vers le bas. Sur sa face supérieure 29, la feuille souple supérieure 30 porte la touche d'actionnement 22 qui en est par exemple is solidaire par collage ou réalisée par co-moulage. Le plot supérieur d'actionnement 32 est par exemple un plot cylindrique, par exemple de section circulaire, dont l'axe correspond à l'axe d'actionnement AA. La face horizontale inférieure 33 du plot d'actionnement 32 est plane et en appui sur la face plane horizontale supérieure 27 de la feuille souple inférieure 26. La feuille souple supérieure 30, avec ici sa touche unique 22, constitue au sens de l'invention - un module supérieur qui est logé et positionné à l'intérieur du demi-boîtier supérieur 14 par rapport auquel il occupe une position déterminée selon des axes supérieurs de positionnement SPA. Comme précédemment, le demi-boîtier supérieur 14 est positionné par rapport au demi-boîtier inférieur 12 selon les axes de positionnement de boîtier HPA. Ainsi, grâce à la conception selon l'invention, on a brisé la chaîne de cotes et on s'est affranchi des conséquences les plus importantes résultant des tolérances de fabrication et d'assemblage. l0 En effet, même si le diamètre de la face inférieure 25 du plot inférieur 24 est très petit, celle-ci est toujours parfaitement positionnée par rapport à l'axe DA du fait de la réalisation du module inférieur, et ici du fait du collage du plot inférieur d'actionnement 24 sur le dôme 18. Par ailleurs la conception du module supérieur (22, 30, 32) permet de disposer d'un plot supérieur d'actionnement 32 surdimensionné car la qualité de la sensation tactile ne dépend pas de ses dimensions. io De plus, ces dimensions importantes dans le plan horizontal, et notamment sa plus grande dimension dans ce plan, permettent de s'affranchir d'un défaut d'alignement éventuel d tel qu'illustré à la figure 3 entre l'axe AA d'actionnement de la touche 22 et l'axe DA de déclenchement du dôme 18, tout en is garantissant que la fonction du dôme 18 est parfaite, c'est-à-dire sa fonction d'établissement d'un contact électrique et sa fonction de production d'une sensation tactile transmise par le plot inférieur d'actionnement 24 à la touche 22 (à travers le plot supérieur d'actionnement 32). On décrira maintenant un exemple de réalisation industriel mettant en ceuvre les enseignements de l'invention dans le cadre du téléphone électronique portable 11 dont les principaux composants, au sens de l'invention, sont illustrés aux figures 4 à 11. Comme on peut sur ces figures, le clavier ou ensemble de clavier comporte une multitude de touches 22 qui sont ici reliées entre elles de manière connue, par exemple par une technique de moulage ou co-moulage approprié, pour constituer un plateau 23 de touche 22. De la même manière, les dômes 18, par exemple avec un film 20, constituent, de manière connue, un réseau de dômes globalement analogue au réseau de touches 22 appartenant au panneau supérieur 23 de touches 22. Outre la plaque à circuits imprimés 16, les dômes 18 et la feuille inférieure souple 26, le module inférieur comporte aussi une feuille isolante 40 et une feuille isolante 42. Le réseau de dômes 18 porté par le film 20 comporte aussi 5 une série de diodes LED 44 qui émettent par exemple une lumière bleue pour l'éclairage ou l'illumination des touches 22. Les diodes sont alimentées par la plaque à circuits imprimés 16 et elles s'étendent verticalement en saillie au-dessus de la face supérieure du film 20 et passe à travers des fenêtres io 46 agencées en vis-à-vis dans la feuille inférieure souple 26. Le positionnement ou alignement correct dans le plan horizontal LT des différents composants du module inférieur qui sont assemblés par différentes techniques d'adhésion et/ou de collage, est obtenu sur un outillage approprié au moyen de doigts is de positionnement (non représentés), ici au nombre de quatre et qui sont agencés dans les quatre angles des composants de forme générale rectangulaire, en passant à travers des trous alignés de ces composants tels que les trous 48, 50, 52, 54 et 56 illustrés aux figures. Plus particulièrement, les pions passant à travers les trous 50, 54 et 56 assurent le positionnement final et précis des plots inférieurs d'actionnement 24 par rapport aux dômes 18 et par rapport aux pistes conductrices, non représentées, de la face supérieure 17 de la plaque 16. Le module inférieur illustré en deux pièces à la figure 5 et sous la forme d'un sous-ensemble aux figures 7 à 9, comporte aussi un connecteur latéral 58 de raccordement électrique appelé connecteur "ZIF". Le module inférieur 60 illustré aux figures 7 à 9 est mis en place et positionné, selon les axes inférieurs des positionnement IPA, sur quatre pions de positionnement 62 qui s'étendent verticalement vers le haut depuis la face supérieure horizontale de l'élément inférieur du boîtier 14 qui sont reçus dans les trous alignés 48, 50, 52, 54 et 56. La feuille supérieure souple 30 est réalisée par exemple par moulage dans un matériau non conducteur et bon répartiteur de la lumière de façon que la lumière émise par les diodes LED 44 en direction de la face inférieure 31 de la feuille souple 30 soit diffusée de manière optimale vers les touches 22 pour les éclairer. Afin d'éviter des fuites latérales de lumière, la ceinture io périphérique de la feuille souple supérieure 30 peut être réalisée, par exemple par la technique de co-moulage, dans un matériau souple borgne ou étanche à la lumière. Comme on peut le voir aux figures 4 à 11, et plus particulièrement aux figures 10 et 11, le module supérieur 64 is constitué de l'assemblage par collage du panneau 23 de touches 22 et de la plaque supérieure souple 30, est positionné avec précision, dans le plan horizontal LT, par au moins quatre pions verticaux 66 qui s'étendent verticalement vers le bas depuis la ceinture périphérique du demi-boîtier supérieur 12 et dont chacun est reçu dans un trou correspondant de positionnement 68 formé dans la ceinture périphérique de la feuille souple 30. On définit ainsi les axes supérieurs de positionnement SPA du module supérieur 64 par rapport à l'élément supérieur de boîtier. Tant pour le module inférieur 60 que pour le module supérieur 64, le nombre de pions et de trous de positionnement n'est bien entendu pas limité à quatre. L'assemblage de l'ensemble de clavier dans l'appareil électronique 10 s'effectue en mettant en place et en positionnant le module inférieur 60 sur l'élément inférieur de boîtier 12, puis en mettant en place et en positionnant le module supérieur 64 dans l'élément supérieur de boîtier 14, puis en fermant le boîtier par assemblage, par exemple par emboîtement élastique, des deux éléments de boîtier inférieur 12 et supérieur 14 en assurant ainsi le positionnement relatif de ces deux éléments de boîtier selon les axes de positionnement de boîtier HPA. REVENDICATIONS 1. Ensemble de clavier, notamment pour un appareil électronique portable (11), du type comportant: - une plaque inférieure rigide (16) à circuits imprimés s globalement horizontale; - une série de dômes tactiles (18) de déclenchement en matériau conducteur agencés sur la face supérieure (17) de la plaque à circuits imprimés (16) ; - une série de touches individuelles supérieures (22) dont 10 chacune est agencée pour, lorsqu'elle est enfoncée verticalement, provoquer la déformation d'un dôme (18) en vue d'établir un contact électrique; - et une feuille souple inférieure (26), en caoutchouc ou en matériau élastomère, qui est interposée verticalement entre le les touches supérieures (22) et la série de dômes (18), et qui porte une série de plots inférieurs (24) dont chacun s'étend verticalement vers le bas et est agencé en dessous d'une touche du clavier (22) et au-dessus d'un dôme 20 associé (18) pour provoquer la déformation du dôme (18) lorsque la touche associée (22) est enfoncée, caractérisé en ce qu'il comporte: - une feuille souple supérieure (30), en caoutchouc ou en matériau élastomère, qui est interposée verticalement entre les touches supérieures (22) et la feuille souple inférieure (20), et qui porte une série de plots supérieurs (32) dont chacun s'étend verticalement vers le bas et est agencé en dessous d'une touche supérieure (22) et au-dessus d'un plot inférieur (24). 2. Ensemble de clavier selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la face supérieure (27) de la feuille souple inférieure (26) est plane. 3. Ensemble de clavier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces inférieures planes (33) des plots supérieurs (32) sont affleurantes à la face supérieure (27) de la feuille souple inférieure (26). 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les touches individuelles (22) sont reliées entre elles pour constituer un panneau supérieur (23) de touches (22). 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications io précédentes, caractérisé en ce que les dômes tactiles (18) sont reliés entre eux pour constituer un réseau de dômes (18, 20). 6. Ensemble de clavier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque inférieure à circuits imprimés (16), la série de dômes tactiles (18) is et la feuille souple inférieure (26) constituent un module inférieur (60) de clavier apte à être logé au moins partiellement dans un élément inférieur de boîtier (12) de l'appareil électronique (11). 7. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les faces inférieures (25) des plots inférieurs (24) sont au contact des faces supérieures des dômes tactiles (18). 8. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que les faces inférieures (25) des plots inférieurs (24) sont collées sur les faces supérieures des dômes tactiles (18). 9. Ensemble de clavier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la série de touches individuelles supérieures (22) et la feuille souple supérieure (30) constituent un module supérieur (64) de clavier apte à être logé au moins partiellement dans un élément supérieur de boîtier (14) de l'appareil électronique (11). 10. Appareil électronique portable (11), notamment de communication, du type comportant, superposés verticalement de bas en haut: - un élément inférieur de boîtier (12) ; - et un élément supérieur de boîtier (14) ; caractérisé en ce qu'il comporte: - un module inférieur (60) selon l'une des revendications 6 ou 7 qui est logé au moins partiellement et qui est positionné 5 dans l'élément inférieur de boîtier (12) ; - et un module supérieur, selon la revendication 8 qui est logé au moins partiellement et qui est positionné dans l'élément supérieur de boîtier (14). 11. Appareil électronique selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément inférieur de boîtier (12) comporte plusieurs pions (62) de positionnement qui s'étendent verticale-ment vers le haut à travers des trous alignés (54, 56) du réseau de dômes (18, 20) tactiles et de la feuille souple inférieure (26). 12. Appareil électronique portable selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément de boîtier supérieur (14) comporte plusieurs pions de positionnement (66) qui s'étendent verticalement vers le bas à travers des trous (68) de la feuille souple supérieure (30).