CLAVIER A TOUCHES ENFONCABLES

Domaine technique :

L'invention concerne un clavier à touches enfonçables pour l ^' commande d'appareils électriques ou électroniques

Technique antérieure :

On connaît déjà des claviers dits "monolithiques" q _ com¬ rennent essentiellement une plaque composite percée de trous à travers lesquels s'étendent les touches. L. plaque co t ¬ site comprend, en général, ur.u plaque supérieure métallique ...ous laquelle est fixée une fouille de matière à pr:.^riét„s magnétiques, par exemple une feuille d'élastomère cr.c.rgé magnétiquement, qui est revêtue, sur sa face inféπev.re, d'un circuit imprimé formé par exemple d'un liim de :ati._ plastique diélectrique dont une ou les deux faces coirporï =-nt un réseau conducteur et des plages de contact rméi- par dépôt par sérigraphie d'enciv conductrice. «s parties inférieures des touches, situées sou≤ cette plaque compo¬ site,, forment des embases pourvues de plots ou de Ia;-guettes de contact destinées à être appliquées sur les plag -≈ de contact du circuit in.pri é pour établir les liaisons électriques voulues lorsque les touches sont en position de repos. Par enfoncement des touches, les -embases .orta t

les languettes de contact sont écartées du circuit irr-primé et les liaisons électriques sont interrompues. Un tel clavier- est du type à contacts fermés dans la position de repos des touches .

Cette technique connue présente de nombreux avantages, résul¬ tant de la structure monolithique du clavier et de sa faible épaisseur. On a constaté toutefois que 1 'actionnemεnt répété d'une touche se traduisait par un choc répété de la ian- guette de contact portée par la touche sur la plage 'le con¬ tact correspondante du circuit imprimé, ce qui risquait de conduire à une usure ou une destruction prématurée de cette plage de contact, sauf si l'on utilisait une encre sérigraphique particulière, qui est coûteuse, pour fermer ces plages de contact. L'utilisation d'encres -Iiffé_entes pour former les pistes conductrices et les plages e** contact du circuit imprimé conduit à doubler les passes de sérigra¬ phie, ce qui augmente le prix de revient du circuit impri:.. .

De plus, le circuit imprimé doit être fixé par collage sur la face inférieure de la plaque composite, pour présenter une planéité satisfaisante. Cette opération de collage est chère, et il peut arriver que certaines colles réagissent chimiquement avec les encres conductrices formant le réseau conducteur du circuit imprimé.

Par ailleurs, l'utilisation d'une feuille de matériau élas- tomère chargé magnétiquement fait appel à ces techniques de polarisation magnétique assez sophistiquées, ce qui se traduit par un accroissement supplémentaire du prix de revient du clavier.

Exposé de l'invention :

L'invention a pour objet un clavier présentant les avantages de cette technique antérieure, mais qui est dépourvu des inconvénients précités.

Le clavier selon l'invention, qui comprend une plaque portant un circuit imprimé, des trous formés -dans la plaque pour le passage des touches, et des commutateurs à lames de contact mobiles qui sont reliés électriquement au circuit imprimé et sont actionnés par les touches, est caractérisé en ce que chaque touche est montée coulissante dans un boîtier individuel disposé sόus ladite plaque et fixée à celle-ci au niveau du trou de passage de la touche, au moins deux plaquettes de contact étant fixées au boîtier et comprenant chacune une première lame de contact appliquée fixement sur une plage de contact prédéterminée du circuit imprimé et au moins une seconde lame de contact, ces secondes lames de contact des plaquettes étant appliquées l'une sur l'autre dans une première position de la touche et écartées l'une da l'autre par la touche quand celle-ci est dans une seconde position, :es des moyens de rappel étant associés auxdites secondes lames de contact pour les maintenir appliquées l'une sur l'autre ou écartées l'une de l'autre quand la touche n'est pas ac¬ tionnée, la touche étant associée à des moyens de rappel qui sont différents et indépendants des moyens de rappel desdites secondes lames de contact.

Ainsi, un clavier selon l'invention peut être constitué d'une simple plaque sous laquelle est appliqué un circuit imprimé souple et de boîtiers fixés à cette plaque, .par exemple par clipsage ou vissage rapide, portant des plaquettes de contact dont certaines parties sont appliquées en permanence sur les plages de contact du circuit imprimé. L'actionnement des touches du clavier ne se traduit donc pas par des chocs répétés sur les plages de contact du circuit -î-mprimé, et celles-ci peuvent être formées de la même façon que les pistes conductrices du circuit imprimé.

Il n'est plus nécessaire que le circuit imprimé souple soit collé sur la face inférieure de la plaque, la fixation des boîtiers sur cette plaque permettant d'appliquer et de main¬ tenir le circuit imprimé en place sur la face inférieure de la plaque. Un clavier selon l'invention présente une insen-

sibilité remarquable aux chocs et aux vibrations, en raison du fait que les lames de contact sont, dans la position de repos des touches, maintenues appliquées l'une sur l'autre (ou écartées l'une de l'autre) par l'action d'un moyen de rappel, tel qu'un aimant permanent qui est monté fixement dans le boîtier. Comme la force d'attraction magnétique exercée par l'aimant sur les lames de contact est importante et que la masse de ces lames est relativement faible, les lames peuvent rester appliquées l'une sur l'autre en résistant à des accélérations très importantes. De plus, le comporte¬ ment des lames de contact aux chocs et aux vibrations est indépendant de la masse de la touche.

Meilleure manière de réaliser l'invention :

Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels :

la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinal-: d'une partie d'un clavier selon 1'invention;

la figure 2 est une vue en élévation et la figure 3 est un<= vue en plan de la partie supérieure du boîtier d'une touche;

les figures 4 et 5 sont des vues en coupe, selon les iign≈s IV-IV et V-V respectivement de la figure 3;

la figure 6 est une vue en élévation et la figure 7 est une vue en plan d'un corps de touche;

la figure 8 est une vue en plan des deux pi.--r_. c es ce contact destinées à être montées dans un soitier de touche;

la figure 9 est une vue en élévation de la partie .-- clavier représentée en figure 1 ;

la figure 10 est une vue en demi-coupe de cette partie de

clavier, sensiblement selon la ligne X-X de la figure 11;

la figure 11 est une vue de dessous illustrant le positionne¬ ment des plaquettes de contact dans un boîtier de touche.

Un clavier selon l'invention comprend, dans l'exemple repré¬ senté aux dessins, une plaque rigide 10 dans laquelle sont formés des trous ou orifices de passage de touches 11. Chaque touche 11 comprend un cabochon 12 qui est fixé, par exemple emmanché à force, sur l'extrémité supérieure d'un corps de touche ou piston 13 guidé en cculisse ent,iè long de son axe 14, dans la partie supérieure 15 d'un boîtier 16. La partie supérieure 15 du boîtier s'étend à travers le trou de la plaque et est fixée, par exemple par clipsage comme cela sera décrit plus en détail dans ce qui suit, sur une partie inf rieure 17 du boîtier 16 «

La partie supérieure 15 du boîtier présente une embase 18 à contour carré par exemple, destinée à venir appliquer sur la face inférieure de la plaque 10 un circuit imprimé 19, par exemple un circuit souple, qui comprend, sur une ou sur ses deux faces , un réseau de pistes conductrices et de plages- de contact.

Deux plaquettes de contact 20 et 21 ^" sont serrées entre les deux parties 15 et 17 du boîtier et comprennent chacune une première lame de contact destinée à être appliquée fixement sur une plage de contact du circuit imprimé 9 et une seconde lame de contact s'étendant à l'intérieur du boîtier. Les secondes lames de contact des deux plaquettes 20 et 21 sont appliquées l'une sur l'autre quand la touche ^' . oόt dans sa position de repos représentée en trait plein en igure , et sont écartées l'une de l'autre quand la touche 1 est enfoncée, comme représenté en trait fantôme en figure 1.

Le clavier représenté aux dessins est donc du type ''à con¬ tacts normalement fermés" dans la position de repos des

touches _^ En d'autres termes, les plaquettes 20 et 21 forment un commutateur fermé quand la touche est dans sa position de repos, et ouvert quand la touche est en position enfoncée.

La partie supérieure 15 du boîtier comprend, à l'intérieur de son embase 18, un aimant permanent 22 fixe qui agit par attraction magnétique sur les secondes lames de contact des plaquettes 20 et 21 pour les maintenir appliquées l'une sur l'autre, dans la position de repos de la touche, avec une force importante. Quand les secondes lames de contact sont écartées l'une de l'autre par enfoncement de la touche, l'aimant 22 exerce sur elle une attraction magnétique ten¬ dant à les ramener dans la position où elles sont appliquées l'une sur l'autre.

Les moyens de rappel de la touche 11 en position de repos sont d'une nature différente et peuvent être constitués par tout moyen approprié, par exemple par un ressort ou par une languette élastiquement flexible faisant partie de la plaquette de contact 21 par exemple, comme cela sera décrit plus en détail dans ce qui suit, ou encore par un aimant permanent.

La partie supérieure 15 du boîtier comprend {figures 2 à 5) un corps 25 de forme sensiblement parallélépipédique rec¬ tangle raccordé à l'embase 18 et dont les quatre faces ver¬ ticales présentent des pattes de clipsage 26 et 27 respecti¬ vement orientées vers le bas à partir du sommet du corps 25 et destinées à coopérer avec le bord supérieur du trou de passage formé dans la plaque 10 pour la fixation de la partie supérieure 15 du boîtier de clipsage ce trou.

Le corps 25 est formé avec un passage vertical 28 de section transversale circulaire interrompue par une corde 29, pour le logement et le guidage du corps 13 de la touche. Ce passage interne 28 du corps 25 débouche à l'extérieur du corps par une fente 30 verticale s 'étendant sous la corde 29

et dont le sommet 31 forme une butée déterminant la position de repos de la touche..

L'embase 18 à contour carré est creuse et forme un cadre carré limitant le logement 32, ouvert vers le bas, de l'ai¬ mant permanent 22. De la face inférieure de deux des côtés du cadre ou embase 18 dépendent deux pattes verticales 33, opposées en diagonale,présentant un bec horizontal 34 tourné vers l'extérieur, pour le clipsage avec la partie inférieure 17 du boîtier. Les deux autres côtés opposés du cadre ou embase 18 sont formés avec des tiges cylindriques verticales 35 orientées vers le bas, par exemple au nombre de quatre, destinées au positionnement des plaquettes de contact 20 et 21.

les deux côtés opposés du cadre 18, dont dépendent les pattes de clipsage 33, présentent encore chacun une rampe interne oblique 36 orientée vers lé haut et débouchant à son extrémité supérieure sensiblement en dessous d'une patte de clipsage 27 du corps parallélépipédique 25.

Le corps 13 de la touche (figures 6 et 7) comprend une partie supérieure 40 à section carrée et à arêtes cassées pour le montage du cabochon 12, qui est reliée par un collet circu- laire 41 comprenant une fente radiale 42 ^' L - - - -..--. r ^• -.3 de forme générale sensiblement cylindrique * .... . . .'.—nal

14, présentant un méplat vertical 44 et se terminant à so.. extrémité inférieure par une face transversale 45 de forme sensiblement semi-circulaire, prolongée vers le bas par deux doigts verticaux 46. La face inférieure d'extrémité 45 de la partie cylindrique 43 et les doigts verticaux 46 sont raccordés au méplat 44 par une face oblique 47. Dans le méplat 44 est formée une patte de clipsage 43 orientée vers le bas et présentant à son extrémité inférieure un bec 49 orienté vers l'extérieur.

Les plaquettes de contact 20 et 21 sont représentées en

détail en figure 8 et sont formées par découpe d'une même bande métallique allongée. La plaquette de contact 20 com¬ porte une partie 51 de forme rectangulaire allongée, dans laquelle sont formés quatre trous 52 pour le passage des tiges cylindriques 35 de l'embase 18 de la partie supérieure 15 du boîtier. La plaquette 20 comprend en outre une première lame de contact 53 formée par une patte transversale allon¬ gée reliée à la partie 51 de la plaquette au voisinage d'une extrémité de celle-ci, et une seconde lame de contact 54, formée par une patte transversale de forme sensiblement carrée, raccordée à la partie allongée 51 dans la zone médiane de celle-ci.

L'autre plaquette de contact 21 comprend également une partie rectangulaire allongée 61 présentant quatre trous 62 pour le passage des tiges cylindriques 35 de la partie supérieure 15 du boîtier, une première lame de contact 63 formée par une patte transversale allongée reliée à une ex¬ trémité de la partie 61 et deux autres lames de contact 64 et 65,parallèles à la partie allongée 61 et orientées l'une vers l'autre. Ces secondes lames de contact' 64 et 65 forment les extrémités de deux lames 66 et 67 respectivement, de surface relativement importante, qui sont raccordées à la partie allongée 61 par des bras 68 et 69 respectivement, élastiquement déformables. Les lames 6 ^" et 65 ont des formes différentes pour avoir des comportements différents quand elles sont soumises à des vibrations. Les deux lames 66 et 67 sont reliées entre elles par une bande longitudinale 70. Entre ces deux lames 66 et 67 s'étend une languette 71 formée par une patte transversale allongée raccordée à l'une de ses extrémités à la partie 61, dans la zone médiane de celle-ci. Cette languette 71, élastiquement flexible, est destinée à former les moyens de rappel de la touche '-.1 en position de repos. Les lames de contact 64 et 65 de la plaquette 21 sont destinées à coopérer par contact avec la seconde lame de contact 54 de la plaquette 20, tandis que les lames de contact 53 de la plaquette 20 et 63 de la

plaquette 21 sont destinées à coopérer par contact avec des plages de contact du circuit imprimé 19.

On voit sur les figures 9 et 10 la façon dont les différents composants qui viennent d'être décrits sont assemblés. Les deux parties 15 et 17 du boîtier sont assemblées l'une à l'autre par clipsage, les plaquettes de contact 20 et 21 étant interposées entre ces deux pièces et positionnées correctement au moyen des tiges cylindriques 35 de la partie supérieure 15 qui passent dans les trous 52 et 62 des deux plaquettes de contact et qui sont reçues dans des logements cylindriques correspondants 73 formés dans la partie infé¬ rieure 17 du boîtier. Les pattes de clipsage 33 de la partie supérieure 15 du boîtier sont reçues dans des renfoncements de forme conjuguée 74 présentés par deux des faces extérieu¬ res de la partie inférieure 17 du boîtier et comprenant cha¬ cun un épaulement 75 destiné à coopérer avec le bec 34 de la patte de clipsage 33 correspondante.

La partie inférieure 17 du boîtier présente, sur sa face supérieure, deux rampes obliques 76 correspondant aux rampes obliques '.36 de la partie supérieure 15 du boîtier, et formant des moyens de positionnement des lames de contact 53 et 63 des plaquettes 20 et 21 (figure 10) de telle sorte que ces lames de contact sont inclinées obliquement vers le haut . Le boîtier ainsi constitué par les parties 15, 16 fixées l'une à l'autre est ensuite fixé sur la plaque 10 et main¬ tient le circuit imprimé 19 appliqué sur la face inférieure de cette plaque. Pour cela, le corps 25 de la partie supé- rieure 15 du boîtier est introduit, du côté de la face infé¬ rieure de la plaque 10, dans le trou formé dans la plaque 10 et est poussé jusqu'à butée de la face supérieure de l'embase carrée 18 sur le circuit imprimé 19 de la plaque 10,ce qui assure la fixation du boîtier sur la plaque 10 par l'intermédiaire de ses pattes de clipsag 26 et

27 dont les extrémités inférieures prennent appui sur les bords du trou formé dans la plaque 10. Dans cette position.

les extrémités libres des lames de contact 53 et 63 des plaquettes 20 et 21 sont appliquées à pression sur des plages de contact prédéterminées du circuit imprimé 19.

Le corps 13 de la touche est monté par clipsage dans le boîtier, avant ou après fixation du boîtier sur la plaque 10. Pour cela, l'extrémité inférieure du corps 13 est introduite dans le passage 28 du corps 25 de la partie supérieure 15 du boîtier, le méplat 44 et la patte de clipsage 48 du corps 13 étant orientés vers la corde 29 de ce passage 28. Il suffit de pousser sur le corps 13 de la touche pour le faire pénétrer dans le corps 25 de la partie supérieure 15 du boîtier, jusqu'à la _position représentée en figure . où le bec 49 de la patte de clipsage 48 se trouve sous le sommet 31 de la fente 30 du corps 25. Dans cette position, les deux doigts verticaux 46 de l'extrémité inférieure du corps de la touche s'étendent de part et d'autre de l'extrémité libre de la languette 71 de la plaquette de contact 21 , entre les lames 66 et 67 de cette plaquette (figures 1 et 11) Ces lames 66 et 67 sont destinées à être déplacées par la face inférieure d'extrémité 45, de forme sensiblement semi- circulaire, de la partie 43 du corps de la touche.

L'aimant permanent 22 peut être fixé dans son logement 32 de la partie supérieure 15 du boîtier, avant positionnement des plaquettes de contact 20 et 21 et assemblage des deux parties du boîtier, ou bien il peut être simplement disposé dans ce logement sans y être fixé d'une façon quelconque. Comme représenté en figure 1, la face supérieure de l'aimant permanent 22 peut être recouverte d'une plaque métallique 78, formant blindage magnétique.

L clavier qui vient d'être décrit fonctionne de la façon suivante :

Dans la position de repos de la touche 11 représentée en fi¬ gure 1 , cette touche est maintenue en position haute par la

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languette 71 de la plaquette de contact 21, qui s'étend entre les doigts verticaux 46 de l'extrémité du corps de la touche et bute sur la paroi transversale reliant ces deux doigts entre eux. La lame de contact 54 de la plaquette de contact 20 est appliquée fixement sur la face inférieure de l'aimant permanent 22 ainsi que les lames 66 et 67 de la plaquette de contact 21 et les secondes lames de contact 64 et 65 de cette plaquette sont appliquées sur la face inférieure de la seconde lame de contact 54 de la plaquette 20, avec une pression, de contact déterminée par la force d'attraction magnétique développée par l'aimant 22.

Quand on exerce sur la touche 11 une force d'enfoncement, cette touche parcourt d'abord une course morte, au --.curs laquelle la languette élastique 71 de la plaquette do contact 21 est fléchie vers le bas, jusqu'à ce que la face d'extrémité semi-circulaire 45 du corps de la touche vienne buter sur les lames 66 et 67 de la plaquette de contact 21. Si la force d'enfoncement de la touche est supérieure à la somme de la force d'attraction magnétique développée par l'aimant 22 sur les lames 64, 65, 66, 67 de la plaquette 21, et de la force due à la flexion de la languette 71, la touche 11 poursuit son mouvement vers le bas et la butée de la face semi-circulaire 45 sur les lames 66 et 67 provoque leur flexion, ainsi que l'écartement brusque des lames 64 et 65 de la lame 54, qui reste fixement appliquée sur l'ai¬ mant permanent 22. L'enfoncement de la touche peut se pour¬ suivre jusqu'à ce que le collet circulaire 41 du corps d la touche vienne buber sur la face supérieure de la partie 5 du boîtier, les doigts 46 restant écartés du fond de la partie 17 du boîtier.

Lorsqu'on relâche la touche, la force d'attraction magnétique développée par l'aimant permanent 22 et la force de flexion des bras 68, 69 ramènent les lames 64, 65, 66 et 67 de la plaquette 21 dans leur position initiale, et la flexion de la languette 71 de la plaquette 21 ramène la touche 11 dans

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sa position de repos représentée en igure 1.

L'interrupteur qui est ainsi formé par les plaquettes de contact 20 et 21 est donc à ouverture et fermeture brusques. La force qu'il est nécessaire d'appliquer à la touche pour l'enfoncer est déterminée, pendant la course morte, unique¬ ment par la force de flexion élastique de la languette 71 puis par la force d'attraction magnétique développée par l'aimant 22 sur les lames 64, 65, 66, 67 de la plaquette de contact 21, et par la force de flexion des bras 68 et 69. La force d'attraction magnétique étant très supérieure à la force de flexion de la languette élastique 71 , on obtient un point dur à la fin de la course morte.

Dans la position de repos de la touche, la force d'attraction magnétique développée par l'aimant 22 s'exerce uniquement sur les parties mobiles de la plaquette 21 , qui ont une masse relativement faible,de sorte que l'interrupteur constitué par les plaquettes 20 et 21 reste fermé mêr..e s'il est soumis à des chocs et des vibrations produisant des accélérations très importantes .

La languette 71 est avantageusement précontrainte e:.. flex--.Dn dans la position de repos de la touche, de façon à maintenir la touche en position de repos et à assurer une sensation tactile correcte pendant la course morte de la touche. En outre, cette précontrainte permet une bonne absorption des chocs et des vibrations pendant la course morte.

Dans une variante, non représentée, le boîtier 16 peut être fixé à la plaque 10, non par clipsage, mais .- vissage rapide. Pour cela, le corps 25 e la partie supérieure 15 du boîtier est cylindrique et présente un filetage extérieur, αestiné à recevoir un écrou de vissage rapide. Cette variante de réalisation permet d'assurer l'étanchéité au ruissellement sur la face supérieure de la plaque 1 G .

Selon une autre variante, le clavier peut être à contacts ouverts dans la position de repos des touches, c'est-à-dire que les lames de contact 64, 65 et 54 sont écartées l'une de l'autre , et ne sont amenées en contact que par enfonce- ment de la touche. Dans ce cas, l'attraction magnétique de l'aimant 22 s'exerce sur les lames 64, 65 et 54 pour les maintenir écartées et empêcher la fermeture des contacts sous l'effet des chocs et des vibrations.

Dans le cas où le circuit imprimé 19 est un circuit classique rigide, il est formé d'une plaque de matière diélectrique comprenant un réseau conducteur sur une ou sur ses deux faces, et cette plaque peut constituer la plaque 10 préci¬ tée. Les boîtiers 16 sont alors fixés directement s..r le " circuit imprimé.

D'autres variantes peuvent être apportées, sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, les parties 15 et 17 du boîtier peuvent être fixées l'une à l'autre par soudure par ultra-sons, par bouterollage, par vissage, etc .. Le boîtier 16 peut aussi être fixé à la plaque 10 par sertissage.

Le clavier selon l'invention présente de nombreux avantages par rapport à la technique antérieure :

plus grande facilité et plus grande rapidité d'assemblage des composants ; utilisation d'un circuit imprimé moins coûteux et moins complexe à réaliser ; meilleure insensibilité aux vibrations et aux chocs;

. la force d'enfonceπent d'une touche est ιr. ->mondante des tolérances de fabrication;

. existence d'un point dur entre la fin de la course morte et l'ouverture de l'interrupteur associé à la touche;

. ouverture et fermeture brusque de l'interrupteur associé

à la touche, et suppression des rebonds;

. réduction de l'usure des contacts;

. pression de conctact constante quand l'interrupteur est fermé;

. la course morte de la touche est une constante de cons¬ truction,

Dans une autre variante de l'invention, le clavier ne com¬ prend pas d'aimants permanents 22 pour assurer le rappel des lames de contact en position initiale après enfoncement des touches. Dans ce cas, c'est la flexion élastique des lames mobiles de contact provoquée par l'enfoncement de la touche qui assure le retour des lames en position initiale. Lorsque l'interrupteur est à contacts normalement fermés en position de repos, une précontrainte élastique de flexion peut être conférée aux lames ^" mobiles pour assurer une bonne pression de contact dans la position fermée de l'interrupteur ainsi que pour absorber une partie des chocs et des vibrations .

Lorsque l'interrupteur est à contacts normalement ouverts en position de repos, on peut prévoir également que les lames mobiles de contact sont appuyées sur une surface fixe avec une précontrainte élastique pour mieux résister aux chocs et aux vibrations. Dans tous les cas, la flexion élas¬ tique des lames de contact sert à ramener les lames en posi¬ tion initiale,et le retour de la touche elle-même est assuré par d'autres moyens..