Brevet FR2967291A1 — publié le 20120511

i « Commutateur électrique mince » DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION s L'invention concerne un commutateur électrique mince utilisé notamment dans l'industrie des appareils électroniques tels que des téléphones portables, des appareils photographiques numériques, et dans tout autre type de produit mobile ou portable dans lequel la miniaturisation des composants est un paramètre io important de la conception et de la réalisation. ETAT DE LA TECHNIQUE Selon une première conception classique connue, un tel ls commutateur électrique mince, dans lequel l'organe de déclenchement est un dôme en forme de calotte sphérique à changement brusque d'état pour fournir à l'utilisateur une sensation tactile, comporte une plaque inférieure, ou embase, de contact qui est réalisée par surmoulage en matière plastique pour 20 délimiter, à sa partie supérieure, un logement qui reçoit le dôme de déclenchement déformable élastiquement. Dans une telle conception qui est par exemple illustrée dans le document US-A-6.946.610, lorsque l'on cherche à réduire les dimensions et notamment l'épaisseur de la matière plastique 25 surmoulée, lorsqu'un effort est appliqué pour provoquer le déclenchement, il peut se produire un phénomène de séparation des parties métalliques et du plastique surmoulé par délaminage. Pour réduire les dimensions et l'épaisseur, il est possible de réaliser le commutateur en association avec une plaque 30 inférieure à circuits imprimés sur laquelle le dôme formant organe de déclenchement est posé directement en contact avec une piste conductrice ou des pistes conductrices comme cela est illustré dans le document US-A-7.378.609. 2 Si l'épaisseur de la plaque à circuits imprimés est réduite, celle-ci devient flexible. De plus, l'organe de déclenchement, par son bord inférieur circulaire, doit être en appui sur une surface parfaitement plane s pour fonctionner de manière fiable et durable, ce qui n'est pas le cas des pistes conductrices. De plus, cette solution est coûteuse car elle ne permet pas la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication en ligne en grande série. io On a aussi proposé, dans le document US-A-7.589.607, une structure dans laquelle le dôme formant organe de déclenchement, de petites dimensions, est relié par une patte à une plaque de métal qui l'entoure. Une telle solution n'est pas satisfaisante car le dôme ls formant organe de déclenchement n'est pas « libre » de mouvements et la durée de vie du commutateur s'en trouve particulièrement réduite. BREF RESUME DE L'INVENTION 20 L'invention vise à proposer un commutateur électrique de très faible épaisseur qui remédie aux inconvénients qui viennent d'être mentionnés. Dans ce but l'invention propose un commutateur électrique 25 caractérisé en ce qu'il comporte : - une plaque supérieure de support qui est réalisée sous la forme d'une plaque de métal découpée et conformée pour délimiter un logement comportant un fond annulaire qui délimite un trou central débouchant ; 30 - un organe de déclenchement, conducteur de l'électricité, de forme générale bombée qui est déformable élastiquement à partir d'une position stable de repos, selon une direction sensiblement perpendiculaire au fond du logement, et dont un 3 bord inférieur est en appui, verticalement vers le bas sur une face supérieure en vis-à-vis dudit fond annulaire ; - une plaque inférieure de contact qui est réalisée sous la forme d'une plaque de métal découpée qui comporte une zone s centrale de contact fixe qui est agencée en regard dudit trou central et en regard d'une portion centrale conductrice de la face inférieure de l'organe de déclenchement ; - et une feuille isolante adhésive de fixation, trouée centralement, qui : io est agencée verticalement entre une portion périphérique de la face inférieure de la plaque supérieure de support et une portion périphérique de la face supérieure de la plaque inférieure de contact ; adhère par ses deux faces opposées à chacune ls desdites deux portions annulaires pour constituer un moyen de fixation de la plaque supérieure de support sur la plaque inférieure de contact. Grâce à cette conception, un commutateur ultra-mince de grande rigidité est réalisé seulement au moyen d'une structure 20 métallique, sans surmoulage. De plus, tous les composants sont fixés entre eux par des film ou feuille adhésifs et sa fabrication est particulièrement aisée en ligne, en grande série. Selon d'autres caractéristiques de l'invention 25 - le commutateur comporte un organe d'actionnement monté mobile par rapport à la plaque supérieure de support selon une direction sensiblement perpendiculaire au fond du logement pour agir, directement ou indirectement, sur la face supérieure de la portion centrale de l'organe de déclenchement ; 30 - il comporte un film supérieur plein de fermeture dont la face inférieure adhère à une zone périphérique de la face supérieure de la plaque supérieure de support ; - la plaque inférieure de contact est réalisée sous la forme d'une plaque de métal découpée et conformée pour comporter 4 ladite zone centrale de contact fixe conformée en un bossage qui s'étend en saillie, légèrement décalé verticalement par rapport à la face inférieure plane de la plaque supérieure de support ; - l'organe de déclenchement est en forme de calotte s sphérique, en ce que ledit logement est de forme cylindrique concave, et en ce que le diamètre du bord inférieur circulaire est reçu avec un jeu radial dans ce logement ; - la plaque supérieure de support comporte au moins une borne de raccordement réalisée sous la forme d'une patte io périphérique découpée et pliée qui s'étend verticalement vers la bas. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES ls 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 vue en perspective à grande échelle 20 d'un commutateur électrique unitaire réalisé conformément aux enseignements de l'invention ; - la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 sur laquelle le commutateur électrique est représenté sans son film supérieur d'étanchéité ; 25 - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 sur laquelle le commutateur électrique est représenté sans son organe de déclenchement et sans son organe d'actionnement ; - la figure 4 est une vue en perspective éclatée du commutateur électrique de la figure 1 ; 30 - la figure 5 est une vue de dessous du commutateur électrique de la figure 1 ; - la figure 6 est une vue en section selon la ligne 6-6 de la figure 5 ; - la figure 7 est une vue en perspective d'un ensemble constitué de deux commutateurs électriques selon l'invention comportant une plaque inférieure de contact commune ; - la figure 8 est une vue de l'ensemble de la figure 7 selon 5 un autre angle de vue ; et - la figure 9 est une vue en perspective éclatée des composants de l'ensemble de la figure 7. DESCRIPTION DETAILLEEE DES FIGURES io Dans la description qui va suivre, afin de faciliter la compréhension de la description et les revendications, on utilisera à titre non limitatif et sans référence à la gravité terrestre les expressions verticale, longitudinale, et transversale en référence 15 au trièdre V, L, T indiqué sur les figures. Des composants identiques, analogues, ou similaires seront désignés par les mêmes chiffres de référence. On a représenté aux figures 1 à 6 un commutateur électrique unitaire 100 qui est réalisé sous la forme d'un 20 composant discret et qui est un commutateur à une seule voie de commutation et du type normalement ouvert. Le commutateur électrique 100 est un commutateur de très petites dimensions, qui est notamment caractérisé par sa très faible épaisseur totale. 25 Le commutateur électrique 100 présente ici une double symétrie de conception par rapport aux plans verticaux médians longitudinal PVLM et transversal PVTM indiqués à la figure 5. De bas en haut, le commutateur 100 est ici constitué de l'empilement vertical de six composants : 30 - une plaque inférieure de contact 10 ; - une feuille isolante adhésive de fixation et d'étanchéité 12; - une plaque supérieure de support 14 ; - un organe de déclenchement 16 ; - un organe d'actionnement 18 ; - un film supérieur de fermeture et d'étanchéité 20. La plaque supérieure de support 14 est le composant structurel principal du commutateur électrique 100. Elle est s réalisée sous la forme d'une plaque métallique découpée et conformée, notamment par emboutissage et pliage. La plaque supérieure de support 14 est de forme générale rectangulaire et elle est délimitée latéralement par deux faces verticales longitudinales parallèles 22, deux faces latérales io parallèles transversales 24, et deux faces planes horizontales parallèles inférieure 26 et supérieure 28. L'épaisseur de la plaque supérieure de support 14 est égale à environ 0,15 millimètre. Pour la fixation et la bonne tenue mécanique du ls commutateur électrique 100, par exemple sur la face supérieure d'une plaque à circuits imprimés (non représentée), la plaque supérieure de support 14 comporte ici deux paires de pattes 30 agencées aux angles de la plaque supérieure de support 14, dont chacune s'étend horizontalement depuis une face latérale 20 transversale 24 et est repliée verticalement vers le bas à angle droit en se terminant par une face d'extrémité horizontale 32. Chaque patte 30 peut aussi constituer une borne de raccordement électrique de la plaque supérieure de support 14 à une piste conductrice de la face supérieure de plaque à circuits imprimés. 25 La plaque supérieure de support 14 comporte un trou central circulaire 34 qui est débouchant verticalement. Le trou central 34 délimite radialement vers l'intérieur un épaulement 36 dont la face supérieure annulaire et horizontale 38 constitue le fond d'un logement 40 qui est dimensionné pour 30 recevoir, avec jeu, et loger l'organe de déclenchement 16 et qui est ici délimité latéralement par un bord vertical cylindrique circulaire 42. 7 La hauteur H1 séparant les faces supérieures 28 et 38 de la plaque supérieure de support 14 est égale à environ 0.1 millimètre. De manière connue, l'organe de déclenchement 16 est un s élément en matériau conducteur qui est ici de forme générale bombée en forme de calotte sphérique qui prend appui contre le fond 38 par son bord latéral inférieur 44 de contour circulaire et dont la portion centrale 46 est sensiblement centrée sur l'axe vertical AV du commutateur électrique 100 indiqué à la figure 1. io Le diamètre extérieur du bord circulaire 44 est inférieur au diamètre interne de la paroi cylindrique concave du logement 40 de telle manière que l'organe de déclenchement 18 soit reçu avec jeu radial et libre de mouvement dans le plan horizontal en appui sur le fond annulaire 38. ls La concavité de l'organe de déclenchement 16 est tournée vers le bas et vers le fond 38 et l'organe de déclenchement 16 est susceptible d'être déformé, à l'encontre de son élasticité propre, selon la direction verticale de déclenchement AV, pour établir une liaison électrique qui sera décrite par la suite. 20 L'organe de déclenchement 16 est stable et il change d'état de manière brusque, au-delà d'une course déterminée de déclenchement, de manière à transmettre à l'utilisateur une sensation tactile de son déclenchement. Les moyens d'actionnement de l'organe de déclenchement 25 16 sont ici, à titre d'exemple non limitatif, constitués par l'organe d'actionnement 18 intégré au commutateur qui est un bouton poussoir en forme de pastille de contour circulaire. L'organe d'actionnement 18 est collé et centré, par sa face inférieure plane 48, sur la face supérieure de la portion centrale 30 46 de l'organe de déclenchement 16. L'organe d'actionnement 18 s'étend verticalement en saillie au-dessus de la face supérieure 28 de plaque supérieure de support 14. 8 A sa partie supérieure, le commutateur électrique 100 est fermé de manière étanche par le film supérieur de fermeture 20 qui est un film souple plein dont la face inférieure 52 est adhésive. s Ainsi, la face inférieure 52 du film supérieur de fermeture 20 est collée sur la face supérieure 28 de plaque supérieure de support 14, autour du logement 40 et elle est aussi collée sur la face supérieure 50 de l'organe d'actionnement 18. La plaque inférieure de contact 10 est de forme générale io rectangulaire et elle est délimitée latéralement par deux faces verticales longitudinales parallèles 54, deux faces verticales transversales 56 parallèles, et deux faces planes horizontales parallèles inférieure 58 et supérieure 60. L'épaisseur de la plaque inférieure de contact 10 est égale ls à environ 0,2 millimètre. La plaque inférieure de contact 10 est réalisée sous la forme d'une plaque métallique découpée et conformée, notamment par emboutissage et pliage La zone centrale de la plaque inférieure de contact 10 20 comporte une partie centrale emboutie, verticalement vers le haut, 62 en forme de bossage ou de pastille qui constitue une zone centrale de contact fixe qui est centrée sur l'axe AV et qui est agencée en regard du trou central 62 et en regard de la face inférieure conductrice de la portion centrale 46 de l'organe de 25 déclenchement 14 et de l'organe de d'actionnement 18. Le point le plus haut de la face supérieure 64 du bossage de contact fixe 62 est légèrement décalé par rapport à la face inférieure plane 26 de la plaque supérieure de support 14 et le bossage 62 s'étend ainsi en partie à travers le trou central 34. 30 La face supérieure 64 peut être plane ou bombée et sa surface peut être lisse ou munie de points en relief. La hauteur H2 séparant la face supérieure 60 du point le plus haut de la face supérieure 64 est égale à environ 0,1 millimètre. Pour assurer la fixation de la plaque inférieure de contact 10 sur la plaque supérieure de support 14, et pour assurer la fermeture étanche, vers le bas du logement 40, le commutateur électrique 100 comporte la feuille isolante adhésive de fixation s 12, qui est trouée centralement par un trou circulaire 66. La face supérieure adhésive 68 de la feuille isolante adhésive de fixation 12 est agencée verticalement et est collée sur une portion périphérique de la face inférieure 26 de la plaque supérieure de support 14, et la face inférieure 70 de la feuille io isolante adhésive de fixation 12 est collée sur une portion périphérique de la face supérieure 60 de la plaque inférieure de contact 10. Ainsi, la feuille isolante adhésive de fixation 12 adhère par ses deux faces opposées 68 et 70 à chacune desdites deux ls portions annulaires pour constituer un moyen de fixation de la plaque supérieure de support 14 sur la plaque inférieure de contact 10 et un moyen de fermeture étanche du logement 40. La feuille isolante adhésive de fixation 12 a une épaisseur comprise entre 50 microns et 150 microns. 20 La feuille isolante adhésive de fixation 12 est par exemple réalisée sous la forme d'une couche de colle. En variante, la feuille isolante adhésive de fixation 12 comporte un film support isolant de l'électricité qui est recouvert sur chaque face d'une couche d'un adhésif. 25 L'épaisseur totale H3 du commutateur 10 est égale à environ 0,4 millimètre. Le fonctionnement du commutateur électrique 100 qui vient d'être décrit est le suivant. Lorsque l'utilisateur applique un effort vertical de bas en 30 haut, selon l'axe AV sur le sommet du commutateur constitué par la face supérieure du film supérieur de fermeture et d'étanchéité 20, il agit ici sur l'organe d'actionnement 18 qui agit sur l'organe de déclenchement 16 en provoquant, au-delà d'une certaine course axiale, un changement brusque d'état de celui-ci. 2967291 io Cette déformation et ce changement d'état de l'organe de déclenchement 16 provoque la venue en appui et en contact électrique de la face inférieure de sa zone centrale 46 avec la face supérieure du bossage de contact fixe 62. s Ainsi, on établit un contact électrique entre la plaque supérieure de support 14 qui est métallique et conductrice de l'électricité, et la plaque inférieure de contact 10 qui est elle aussi métallique et conductrice de l'électricité, ces deux plaques étant séparées et isolées l'une de l'autre par la feuille isolante adhésive io de fixation 12. On établit donc ainsi une voie électrique de commutation entre ces deux plaques, et donc entre les pistes conductrices de la plaque à circuits imprimés reliés aux bornes 30 et à la plaque inférieure de contact 10 respectivement. ls De manière connue, le changement d'état brusque de l'organe de déclenchement 16 provoque une sensation tactile perceptible par l'utilisateur. Lorsque l'utilisateur relâche son effort, l'organe de déclenchement 16 est rappelé élastiquement vers son état de 20 repos, ce changement d'état provoquant l'interruption de la voie de commutation électrique préalablement établie, le commutateur électrique 100 revenant à son état normal ouvert. Le commutateur électrique 100 selon l'invention est de très petites dimensions. 25 Ces dimensions hors tout sont d'environ 2 millimètres par 2,5 millimètres (pour un diamètre du dôme de déclenchement 18 égal à environ 1,5 millimètre), avec son épaisseur réduite égale à environ 0,5 millimètre. Ce composant est très rigide parce qu'il est principalement 30 réalisé en métal sous la forme de ses deux pièces principales constituées par les deux plaques 10 et 14. L'organe de déclenchement 16 en forme de dôme a une base, constituée par son bord horizontal inférieur 44 qui est parfaitement plat et qui est en appui sur le fond annulaire 38 du ii logement 40, la durée de vie de l'organe de déclenchement 16 étant ainsi maximale. Les coûts de fabrication du commutateur 100 sont particulièrement faibles, notamment parce que la plaque s inférieure de contact 10 peut être réalisée à grande vitesse par découpe, lorsque l'on compare cette technique à la technique classique de surmoulage d'une matière plastique isolante. La fabrication de la plaque supérieure de support 14 par découpe et emboutissage d'une tôle permet de réaliser, dans une io plaque très mince dont l'épaisseur est parfaitement maîtrisée, un logement possédant un fond annulaire parfaitement plan. Il en est de même pour la réalisation de la plaque inférieure de contact 10. La plaque supérieure 14, à l'exception du trou central, est pleine et homogène et donc très rigide, de la même manière que ls pour la plaque inférieure 10. A titre de variantes : - l'organe de déclenchement peut être constitué par deux dômes identiques superposés 16 agencés dans le logement 40 ; - l'organe de déclenchement est un dôme de contour 20 rectangulaire ou carré et le logement présente une forme complémentaire ; - l'organe d'actionnement n'est pas intégré au commutateur. - l'organe d'actionnement est une structure souple fixée 25 sur la plaque supérieure de support 14. On a représenté aux figures 7 à 9, un exemple d'un ensemble de commutateur électrique « multiple » comportant ici deux commutateurs électriques de conception analogue à celle qui vient d'être décrite précédemment en regard d'un 30 commutateur électrique unique 100. Il s'agit ici d'un ensemble comportant une plaque inférieure de contact 10 qui est commune aux deux commutateurs électriques 100. 12 Chaque plaque supérieure de support 14 comporte ici une seule patte repliée 30 formant borne de fixation et de raccordement électrique qui constitue une branche élastique permettant le montage et le raccordement de l'ensemble sur une s face supérieure d'une plaque à circuits imprimés, tandis que la plaque inférieure de contact 10 commune s'étend le long d'un bord latéral de la plaque à circuits imprimés. De la même manière, la plaque inférieure de contact 10 comporte ici une patte repliée 61 formant borne de fixation et de 10 raccordement qui est agencée centralement entre les deux pattes 30 des plaques supérieures de support 14. REVENDICATIONS1. Commutateur électrique (100) caractérisé en ce qu'il comporte : - une plaque supérieure de support (14) qui est réalisée s sous la forme d'une plaque de métal découpée et conformée pour délimiter un logement (40) comportant un fond annulaire (38) qui délimite un trou central (34) débouchant ; - un organe de déclenchement (16), conducteur de l'électricité, de forme générale bombée qui est déformable 10 élastiquement à partir d'une position stable de repos, selon une direction (AV) sensiblement perpendiculaire au fond (38) du logement (40), et dont un bord inférieur (44) est en appui, verticalement vers le bas sur une face supérieure en vis-à-vis (38) dudit fond annulaire ; 15 - une plaque inférieure de contact (10) qui est réalisée sous la forme d'une plaque de métal découpée qui comporte une zone centrale de contact fixe (62) qui est agencée en regard dudit trou central (34) et en regard d'une portion centrale conductrice de la face inférieure de l'organe de déclenchement (16) ; 20 - et une feuille isolante adhésive de fixation (12), trouée centralement (66), qui : est agencée verticalement entre une portion périphérique de la face inférieure (26) de la plaque supérieure de support (14) et une portion périphérique de la face supérieure 25 (60) de la plaque inférieure de contact (10) ; adhère par ses deux faces opposées (68, 70) à chacune desdites deux portions annulaires pour constituer un moyen de fixation de la plaque supérieure de support (14) sur la plaque inférieure de contact (10). 30 2. Commutateur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un organe d'actionnement (18) monté mobile par rapport à la plaque supérieure de support (14) selon une direction (AV) sensiblement perpendiculaire au fond (38) du logement (40) pour agir, directement ou indirectement, sur14 la face supérieure de la portion centrale (46) de l'organe de déclenchement (16). 3. Commutateur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un film supérieur plein de s fermeture (20) dont la face inférieure (52) adhère à une zone périphérique de la face supérieure (28) de la plaque supérieure de support (14). 4. Commutateur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque inférieure de contact (10) est 10 réalisée sous la forme d'une plaque de métal découpée et conformée pour comporter ladite zone centrale de contact fixe (62) conformée en un bossage qui s'étend en saillie, légèrement décalé verticalement par rapport à la face inférieure plane (26) de la plaque supérieure de support (14). 15 5. Commutateur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de déclenchement (16) est en forme de calotte sphérique, en ce que ledit logement (40) est de forme cylindrique concave, et en ce que le diamètre du bord inférieur circulaire (44) est reçu avec un jeu radial dans ce 20 logement. 6. Commutateur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque supérieure de support (14) comporte au moins une borne de raccordement (30) réalisée sous la forme d'une patte périphérique découpée et pliée qui s'étend 25 verticalement vers la bas.