Brevet FR2937789A1 — publié le 20100430

Clavier à longue course de touches et à sensation tactile améliorée L'invention concerne un clavier comportant au moins un interrupteur à poussoir et une touche permettant de manoeuvrer l'interrupteur. Elle se rapporte à la prise en compte des dispersions géométriques du clavier, à l'allongement de la course de la touche et à l'amélioration de la sensation tactile lors de l'appui sur la touche pour manoeuvrer l'interrupteur. L'invention trouve une utilité particulière, mais non exclusive, dans une planche de bord d'un aéronef. Lorsqu'il est destiné à une planche de bord d'un aéronef, mais également pour d'autres domaines, un clavier doit répondre à un certain nombre de contraintes, en particulier des contraintes dimensionnelles. Une première contrainte est la tolérance sur le dépassant de touche. On appelle dépassant de touche la différence de hauteur entre la surface supérieure de la touche et la surface fixe du clavier. Cette tolérance est généralement faible, de l'ordre de deux à trois dixièmes de millimètres. Une deuxième contrainte porte sur la course de la touche. Cette course doit en général être comprise entre sept et dix dixièmes de millimètres selon les applications. Une troisième contrainte est relative à l'effort à appliquer sur une touche afin d'actionner l'interrupteur. L'effort est par exemple de cinq ou six newtons avec une tolérance autour d'un newton. Une quatrième contrainte peut également porter sur l'agrément de manoeuvre de l'interrupteur, autrement dit sur la sensation tactile procurée lors de l'appui sur une touche. Cette sensation est notamment liée à la résistance opposée par la touche lorsqu'elle est sollicitée et à la rupture de résistance observée lorsque l'interrupteur passe de l'état ouvert à l'état fermé. Cette sensation est importante pour assurer un retour d'information fiable vers l'opérateur manoeuvrant la touche. Les contraintes dimensionnelles peuvent s'avérer d'autant plus difficiles à satisfaire que la partie fixe du clavier est souvent réalisée par un assemblage de pièces. Un assemblage est par exemple nécessaire lorsque le clavier est rétroéclairé. Le clavier comprend alors au moins une face avant, un circuit imprimé formant support et un diffuseur interposé entre la face avant et le circuit imprimé. Le clavier peut en outre comporter des éléments d'étanchéité entre la partie fixe et la partie mobile, c'est-à-dire la ou les touches. L'assemblage des différentes pièces du clavier entraîne une dispersion géométrique généralement du même ordre de grandeur que la course de la touche et que la tolérance sur le dépassant de touche. Pour un clavier destiné à une planche de bord d'aéronef, la dispersion géométrique est ordinairement comprise entre six et dix dixièmes de millimètre selon les tolérances des pièces et le soin apporté au montage du clavier. Par ailleurs, les interrupteurs à poussoir ont une course insuffisante pour réaliser la course minimale exigée pour la touche. En l'occurrence, la course d'un interrupteur à dôme est rarement supérieure à trois dixièmes de millimètre. Même pour un interrupteur intégrant des élastomères, la course est généralement inférieure à sept dixièmes de millimètres. Par conséquent, il n'est généralement pas possible de réaliser une liaison rigide entre la touche et la partie mobile de l'interrupteur. Plusieurs solutions ont été envisagées par le demandeur pour garantir à la fois la tolérance de dépassant de touche et la course minimale de la touche. La figure 1 illustre un premier exemple de réalisation d'un clavier dans une vue en coupe d'une partie du clavier selon un plan passant par une touche. Le clavier comporte un circuit imprimé 10 formant un support, une face avant 11 fixée solidairement au circuit imprimé 10 par l'intermédiaire d'une plaque 12 et un interrupteur 13 à poussoir monté sur le circuit imprimé 10. L'interrupteur 13 à poussoir est par exemple un interrupteur du type dit "à dôme" ou "cloquant", c'est-à-dire où la commutation s'effectue par déflexion d'un dôme cloquant élastique conducteur contre deux conducteurs à relier. Ce type d'interrupteur est connu dans la littérature anglo-saxonne sous le terme de "dome switch". La face avant 11 et la plaque 12 comportent une ouverture 14 permettant à une touche 15 de translater suivant un axe X et de manoeuvrer l'interrupteur 13. Selon ce premier exemple de réalisation, la tolérance de dépassant 16 de touche 15 est garantie par un plaquage de la touche 15 contre la face avant 11. Ce plaquage peut être réalisé par un ressort 17 précontraint entre la touche 15 et l'ensemble constitué du circuit imprimé 10, de la face avant 11 et de la plaque 12. En particulier, le ressort 17 peut prendre appui sur une collerette intérieure 18 réalisé sur la plaque 12. La course de la touche 15 peut être limitée du côté opposé à l'interrupteur 13 par l'appui d'un épaulement 20 réalisé sur la touche 15 contre le fond d'un lamage 19 réalisé sur la face avant 11. La course minimale de la touche peut quant à elle être garantie par l'existence d'un jeu 21 entre l'extrémité inférieure 151 de la touche 15 et l'interrupteur 13. Ce premier exemple de réalisation permet d'absorber de grandes dispersions dans l'assemblage et d'allonger fortement la course de la touche 15. Cependant, elle présente plusieurs inconvénients. La figure 2 représente sous forme d'un graphe l'évolution d'un effort appliqué sur la touche 15 en fonction d'une course de cette touche 15 pour le premier exemple de réalisation. Pour la suite de la description, on considère que la touche 15 se déplace suivant l'axe X, l'origine O de la course étant déterminée par la position de repos, c'est-à-dire lorsque la touche n'est pas sollicitée et qu'elle est plaquée contre le fond du lamage 19. On considère également que l'effort est appliqué sur la touche 15 suivant l'axe X en direction de l'interrupteur 13. L'évolution de l'effort en fonction de la course est représentée par une courbe 24. Une première partie 241 de cette courbe 24 est représentée par une droite de pente positive. Cette partie 241 correspond à la sollicitation du ressort 17 seul, la pente de la droite correspondant à la raideur du ressort 17. Au-delà d'un point de course CI, l'extrémité inférieure 151 de la touche 15 entre en contact avec la partie mobile de l'interrupteur 13. La raideur de l'interrupteur 13 s'ajoute alors à la raideur du ressort 17. Sur le graphe, le cumul de la raideur du ressort 17 et de l'interrupteur 13 se traduit par une deuxième partie 242 de courbe 24 représentée par une droite de pente plus forte et donc par une discontinuité de la variation de l'effort pour le point de course C. Cette discontinuité est un inconvénient dans la mesure où elle se traduit par un point dur pouvant faire penser à un opérateur manoeuvrant la touche 15 que l'interrupteur 13 est arrivé en bout de course et a donc établit un contact électrique. Une troisième partie 243 de la courbe 24 peut être représentée par une portion de courbe convexe. Cette partie 243 correspond à l'amorce de la déflexion de l'interrupteur 13 et comporte le point d'effort maximal Fmax pouvant être appliqué sur la touche 15 avant que l'interrupteur 13 n'établisse un contact électrique. Cet effort maximal Fmax se produit pour un point de course C2. Une quatrième partie 244 de la courbe 24 peut être représentée par une portion de courbe concave, l'effort chutant brutalement après le franchissement du point de course C2. Cette partie 244 correspond à la poursuite de la déflexion de l'interrupteur 13. Elle comporte le point d'effort minimal Fm;n pouvant être appliqué sur la touche 15 pour maintenir l'interrupteur 13 fermé. Cet effort minimal Fm;,, correspond à un point de course C3. Au-delà du point de course C3, la touche 15 peut encore être enfoncée sur une faible distance jusqu'à compression complète du ressort 17 pour un point de course C4 correspondant à la course mécanique Cm de la touche 15. La touche 15 est alors en bout de course. L'exemple de réalisation tel qu'illustré à la figure 1 présente donc l'inconvénient d'introduire une discontinuité d'effort dans la course de la touche 15. La figure 3 illustre un deuxième exemple envisagé par le demandeur pour la réalisation d'un clavier dans une vue en coupe analogue à la figure 1. Selon ce deuxième exemple de réalisation, la tolérance de dépassant 16 de touche 15 est également garantie par un plaquage de la touche 15 contre la face avant 11. En revanche, le plaquage est réalisé par un élément déformable, appelé plongeur 31, précontraint entre l'extrémité inférieure 151 de la touche 15 et l'interrupteur 13. Le plongeur 31 consiste par exemple en un cylindre de révolution. La figure 4 représente sous forme d'un graphe analogue à la figure 2, l'évolution de l'effort appliqué sur la touche 15 en fonction de sa course pour le deuxième exemple de réalisation. Une première courbe 41 représente l'évolution de l'effort pour un plongeur 31 à faible raideur et une deuxième courbe 42 représente l'évolution de l'effort pour un plongeur 31 à plus forte raideur. Dans cet exemple, les points de course C2 et C4 définis précédemment sont considérés comme identiques pour les deux courbes 41 et 42. Le point de course C3 est repéré C31 pour la courbe 41 et C32 pour la courbe 42. Le deuxième exemple de réalisation permet de supprimer le jeu 21 entre l'extrémité inférieure 151 de la touche 15 et l'interrupteur 13. De ce fait, il n'y a pas de rupture de raideur lors de l'actionnement de la touche 15 entre l'origine O et le point de course C2. En outre, ce deuxième exemple de réalisation permet dans une certaine mesure d'allonger la course de la touche 15 et d'absorber les dispersions géométriques de l'assemblage. L'allongement de la course de la touche 15 et la capacité d'absorption des dispersions sont favorisées par une faible raideur de plongeur 31, celui-ci se déformant alors facilement entre la touche 15 et l'interrupteur 13. Cependant, un plongeur 31 avec une faible raideur présente une moins bonne sensation tactile. La sensation tactile associée à la transition de l'interrupteur 13 de la position ouverte à la position fermée peut être représentée par le rapport R entre la différence d'effort AF entre les efforts minimal Fm;n et maximal F. et la différence de course OC entre les points de course C2 et C3. Le rapport R 1 o peut être défini par la relation suivante : Finax - Fmin AF R = _ C, ù C, AC Plus ce rapport R est important, autrement dit plus la pente moyenne de la courbe 24 entre les courses C2 et C3 est importante en valeur absolue, meilleure est la sensation tactile. En effet, un opérateur actionnant la touche 15 15 ressent plus fortement la transition de l'interrupteur 13 lorsque l'effort qu'il applique sur la touche 15 chute brutalement pour un léger déplacement de cette touche 15. Sur la figure 4, le fait que la sensation tactile d'un plongeur à forte raideur soit meilleure que celle d'un plongeur à faible raideur est clairement visible. En effet, pour une même différence d'effort AF, la 20 différence de course AC1 entre les points de course C2 et C31 est supérieure à la différence de course AC2 entre les points de course C2 et C32. Ce phénomène est lié à une restitution plus rapide de l'énergie emmagasinée dans un plongeur 31 à forte raideur que dans un plongeur 31 à faible raideur. Par ailleurs, lors d'appuis décentrés sur la touche 15, c'est-à-dire lors 25 d'appuis selon un axe faisant un angle avec l'axe X ou selon un axe parallèle à l'axe X mais sur un bord de la touche 15, l'interrupteur 13 risque de ne pas être actionné avec un plongeur 31 à faible raideur. En effet, le plongeur 31 risque de se déformer en flexion et d'emmagasiner l'énergie sans pouvoir la restituer suivant l'axe X pour activer l'interrupteur 13. En conclusion, pour ce 30 deuxième exemple de réalisation, un compromis doit être trouvé sur la raideur du plongeur 31 pour, d'une part, avoir une capacité suffisante d'allongement et d'absorption des dispersions et, d'autre part, garantir l'activation de l'interrupteur 13 lors d'appuis décentrés sur la touche 15. En pratique, ce deuxième exemple de réalisation est surtout adapté à un faible allongement de la course de l'interrupteur 13 et nécessite une adaptation de la longueur de chaque plongeur 31 aux dispersions géométriques du clavier au niveau de chaque touche 15. Le réglage individuel des longueurs de plongeurs 31 est évidemment coûteux et rend cette réalisation inappropriée à une production en série de claviers. Un but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients précités en proposant un clavier de conception simple dont les touches 15 possèdent une longue course et une bonne sensation tactile. A cet effet, l'invention a pour objet un clavier comportant un interrupteur à poussoir, une touche permettant de manoeuvrer l'interrupteur à poussoir suivant un axe de translation et un plongeur interposé entre la touche et l'interrupteur. Selon l'invention, une raideur du plongeur suivant l'axe de translation croît continument avec une augmentation de la compression du plongeur. L'invention a notamment pour avantage qu'elle permet de cumuler les avantages d'un clavier comportant un plongeur à faible raideur avec ceux d'un clavier comportant un plongeur à forte raideur pour un faible coût de production. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description faite en regard de dessins annexés qui représentent : - la figure 1, déjà décrite, un premier exemple de réalisation d'un clavier dans une vue en coupe selon un plan passant par une touche du clavier, - la figure 2, déjà décrite, l'évolution d'un effort appliqué sur la touche du clavier de la figure 1 en fonction d'une course de cette touche, - la figure 3, déjà décrite, un deuxième exemple de réalisation d'un clavier dans une vue analogue à celle de la figure 1, - la figure 4, déjà décrite, l'évolution de l'effort appliqué sur une touche du clavier de la figure 3 en fonction de sa course, - la figure 5, un exemple de réalisation d'un clavier selon 35 l'invention dans une vue analogue à celle des figures 1 et 3, - la figure 6, l'évolution de l'effort appliqué sur une touche du clavier de la figure 5 en fonction de sa course. La figure 5 représente un exemple de réalisation d'un clavier selon l'invention dans une vue en coupe analogue aux figures 1 et 3. Le clavier selon l'invention est similaire au deuxième exemple de réalisation, la principale différence se rapportant au plongeur 31. Selon l'invention, la raideur du plongeur 31 suivant l'axe X croît continument avec une augmentation de sa compression suivant ce même axe X. En d'autres termes, la raideur du plongeur 31 croît continument avec l'évolution de la course de la touche 15. Selon une forme particulière de réalisation, la raideur du plongeur 31 croît continument jusqu'à atteindre un point de compression donné, la raideur restant constante au-delà de ce point de compression. Cette forme particulière de réalisation permet d'obtenir encore une meilleure sensation tactile. Le plongeur 31 est par exemple réalisé en une seule pièce de matériau homogène. Le plongeur 31 peut ainsi être réalisé par moulage de façon très économique. Le matériau est avantageusement un élastomère tel que de la silicone. Pour permettre d'obtenir à la fois une bonne sensation tactile et une grande capacité de déformation du plongeur 31, et donc d'allongement de la course de l'interrupteur 13 et d'absorption des dispersions géométriques du clavier, la dureté de l'élastomère peut être comprise entre 60 et 80 Shore A. Elle est par exemple de 70 Shore A. La présente description se rapporte à un clavier comportant une seule touche 15. Bien entendu, le clavier peut comporter plusieurs touches 15 et, en particulier, un plongeur 31 tel que décrit ci-dessus pour chaque touche 15 du clavier. La figure 6 représente, sous forme d'un graphe analogue aux graphes des figures 2 et 4, l'évolution de l'effort appliqué sur une touche 15 du clavier de la figure 5 en fonction de la course de cette touche 15. L'évolution de l'effort est représentée par une courbe 61. Sur cette courbe 61, il est possible de voir que le plongeur 31 est précontraint entre l'extrémité inférieure 151 de la touche 15 et l'interrupteur 13, l'ordonnée à l'origine Fo de la courbe 61 étant supérieure à zéro. II est également possible de voir que, sur une première partie 611 de la courbe 61, la raideur de la touche 15, représentée par la pente de la courbe 61, augmente progressivement sans discontinuité. Sur une deuxième partie 612 de la courbe 61, la réaction de l'interrupteur 13 devient prépondérante sur celle du plongeur 31, la déflexion de l'interrupteur 13 étant amorcée. Cette partie 612 de la courbe 61 comporte le point d'effort maximal Finax pouvant être appliqué sur la touche 15 avant que l'interrupteur 13 n'établisse un contact électrique. Cet effort maximal Finax se produit au point de course C2. Sur une troisième partie 613 de la courbe 61, l'effort chute brutalement avec la poursuite de la déflexion de l'interrupteur 13 jusqu'à atteindre l'effort minimal Fmin au point de course C3. L'effort peut ensuite augmenter jusqu'à atteindre la butée mécanique de la touche 15 au point de course C4. La différence de course AC entre les points de course C2 et C3 est du même ordre de grandeur que la différence de course AC2 observée pour un plongeur 31 à forte raideur. Ce phénomène s'explique par le fait que, juste avant la déflexion de l'interrupteur 13, le plongeur 31 est fortement comprimé et se caractérise ainsi par une forte raideur. Par conséquent, le rapport R est important et la touche 15 présente une bonne sensation tactile. Un plongeur 31 dont la raideur croît continument avec sa compression peut notamment être réalisé par une forme appropriée du plongeur 31. En l'occurrence, le plongeur 31 peut comporter un évidement 63, comme représenté à la figure 5. Cet évidement 63 permet de définir une partie supérieure 31a du plongeur 31 et une partie inférieure 31 b du plongeur 31, la partie supérieure 31a correspondant à la portion du plongeur 31 comprenant l'évidement. Le plongeur 31 et/ou l'évidement 63 peuvent être de révolution suivant l'axe X. Selon une forme particulière de réalisation, représentée à la figure 5, le plongeur 31 et/ou l'évidement 63 sont cylindriques. Selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse, l'évidement 63 est utilisé afin de fixer le plongeur 31 à la touche 15. La touche 15 comporte alors un ergot 152 dont la forme est complémentaire à celle d'une partie supérieure 63a de l'évidement 63. Le plongeur 31 est emmanché sur l'ergot 152 et y est maintenu par déformation élastique. Les hauteurs relatives de l'ergot 152 et de l'évidement 63 selon l'axe X sont déterminées de manière à laisser un espace vide 63b entre l'ergot 152 et le fond de l'évidement 63. La hauteur de cet espace vide 63b est par exemple comprise entre cinq et quinze dixièmes de millimètre pour une hauteur totale du plongeur 31 par exemple comprise entre trois et quatre millimètres. La hauteur de l'espace vide 63b est déterminée par un calcul de la dispersion géométrique moyenne de l'assemblage du clavier et la connaissance de la course de touche 15 nécessaire. C'est la présence de l'espace vide 63 qui permet de modifier la raideur du plongeur 31 avec sa compression. A l'origine de la course de la touche 15, la partie supérieure 31a du plongeur 31 supporte la majeure partie de la déformation du plongeur 31. Cette partie supérieure 31a présente en effet une raideur initiale inférieure à la raideur de la partie inférieure 31b. Au-delà d'un certain point de course C,, correspondant à la hauteur de l'espace vide 63b et intervenant peu avant le point de course C2, l'ergot 152 entre en contact avec le fond de l'évidement 63. La déformation supplémentaire du plongeur 31 est alors essentiellement supportée par la partie inférieure 31b qui présente une raideur constante sensiblement égale à la raideur de la partie supérieure 31a du plongeur 31 juste avant le point de course C,. Sur la figure 6, ce phénomène se traduit par un segment pour la première partie 611 de la courbe 61 comprise entre le point de course CI et le début de la deuxième partie 612 de la courbe 61. La transition entre la raideur de la partie supérieure 31a considérée seule juste avant le point de course C, et la raideur de la partie inférieure 31b se fait de façon continue, si bien qu'il n'y a pas de rupture de raideur dans la course de la touche 15. Le plongeur 31 selon l'invention peut être déformé élastiquement de manière importante dans sa partie supérieure 31a. II permet donc une longue course de touche 15 et une grande capacité d'absorption des dispersions du clavier. En l'occurrence, il n'est pas nécessaire d'adapter la longueur des différents plongeurs 31 aux dispersions géométriques du clavier au niveau de chaque touche 15. Les plongeurs 31 peuvent avoir des dimensions standard. Le plongeur 31 présente en outre une forte raideur dans sa partie inférieure 31b. Il offre ainsi une bonne sensation tactile. REVENDICATIONS1. Clavier comportant un interrupteur (13) à poussoir, une touche (15) permettant de manoeuvrer l'interrupteur (13) à poussoir suivant un axe (X) de translation et un plongeur (31) interposé entre la touche (15) et l'interrupteur (13), caractérisé en ce qu'une raideur du plongeur (31) suivant l'axe (X) de translation croît continument avec une augmentation de la compression du plongeur (31). 2. Clavier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la raideur du plongeur (31) croît continument jusqu'à atteindre un point de compression (C,) donné, la raideur restant constante au-delà de ce point de compression. 3. Clavier selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le plongeur (31) est réalisé en une seule pièce de 15 matériau homogène. 4. Clavier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plongeur (31) est en matériau élastomère. 5. Clavier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plongeur (31) est de révolution suivant l'axe (X) de translation. 25 6. Clavier selon la revendication 5, caractérisé en ce que le plongeur (31) est cylindrique. 7. Clavier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plongeur (31) comprend un évidement 30 (63). 8. Clavier selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'évidement (63) est de révolution suivant l'axe (X) de translation. 20 9. Clavier selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'évidement (63) est cylindrique. 10. Clavier selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la touche (15) comporte un ergot (152) de forme complémentaire à celle d'une partie supérieure (63a) de l'évidement (63), l'ergot (152) étant inséré dans cette partie supérieure (63a) de l'évidement (63). 11. Clavier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une face avant (11) solidaire de l'interrupteur (13) et comportant une ouverture (14) traversée par la touche (15) et des moyens (19, 20) pour limiter une course de la touche (15) du côté opposé à l'interrupteur (13), le plongeur (31) étant précontraint entre la touche (15) et l'interrupteur (13). 12. Clavier selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens (19, 20) pour limiter la course de la touche (15) comportent : - un épaulement (20) sur la touche (15) et - un lamage (19) réalisé sur la face avant (11). 13. Clavier selon l'une quelconque des revendications 3 à 12, caractérisé en ce qu'une dureté du matériau du plongeur (31) est comprise entre 60 et 80 Shore A.