EP0805465B1 - Clavier mécanique plan - Google Patents

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EP0805465B1
EP0805465B1 EP97400991A EP97400991A EP0805465B1 EP 0805465 B1 EP0805465 B1 EP 0805465B1 EP 97400991 A EP97400991 A EP 97400991A EP 97400991 A EP97400991 A EP 97400991A EP 0805465 B1 EP0805465 B1 EP 0805465B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
keys
key
principal
neighbouring
tertiary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97400991A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0805465A1 (fr
Inventor
Jean-Loup Gillot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orange SA
Original Assignee
France Telecom SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by France Telecom SA filed Critical France Telecom SA
Publication of EP0805465A1 publication Critical patent/EP0805465A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0805465B1 publication Critical patent/EP0805465B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
    • H01H13/70—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a plurality of operating members associated with different sets of contacts, e.g. keyboard
    • H01H13/84—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a plurality of operating members associated with different sets of contacts, e.g. keyboard characterised by ergonomic functions, e.g. for miniature keyboards; characterised by operational sensory functions, e.g. sound feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2217/00—Facilitation of operation; Human engineering
    • H01H2217/012—Two keys simultaneous considerations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2217/00—Facilitation of operation; Human engineering
    • H01H2217/036—Plural multifunctional miniature keys for one symbol

Definitions

  • the present invention relates to a keyboard mechanical plan intended to be integrated in particular in handheld electronic or computer devices of microcomputer type or in telephones portable for example.
  • Mechanical keyboards are very common on the market. There are notably membrane keyboards, soft contact keyboards or keyboards touchscreen. See for example document DE-A-2 729 157.
  • Figures 1A to 1C illustrate three types of keyboards belonging to the prior art. These three keyboards are made to the same dimensions and the spacing E between the centers of two neighboring keys is constant from one keyboard to another. Only the width of the keys, noted respectively l A , l B and l C , varies from one keyboard to another. However, it is this dimension of the keys which plays a very large role in the value of the margin of error from which a user benefits around the center of a key on a keyboard.
  • the margin of error is defined geometrically as the size of a horizontal, or vertical, segment on which the center of the finger must be for the keystroke to be valid. This margin is in fact inversely proportional to the typing precision.
  • the value of the spacing E between the centers of two adjacent keys, for keyboards of reduced size intended for pocket devices is between 1 and 1.5 cm.
  • Figures 1A to 1C show the evolution of the margin of error, denoted m A , m B and m C , depending on the width of the keys. It appears that when the width l C of the keys is equal to E, the margin of error m C is minimal, that is to say that a user must be very careful not to hit on two keys simultaneously.
  • FIG. 1B illustrates an intermediate case where the value of l B is between E and Ed.
  • the present invention solves all of these problems since it offers a mechanical keyboard plan, intended to be integrated into a device pocket electronics with buttons between the main keys.
  • These keys secondary are movable and driven down by the main keys, when these are themselves driven down when typing by a user's finger. These secondary keys thus increase the striking surface and significantly improve typing comfort since the finger is never in contact with at least an angular edge of the main key.
  • keyboards having a surface flat, allows better readability of symbols which are written on the keyboard between two keys main contiguous. Indeed, in keyboards classic, the keys being in relief, during a use of the keyboard in an oblique position with respect to to the axis of vision of a user's eye, such symbols are partially hidden by the keys in relief.
  • FIG. 2 illustrates a first embodiment a keyboard designated by the reference 10.
  • This keyboard has main keys noted P which are ordered in matrix form. These main keys are separated from each other by mobile intermediate spaces also called secondary keys and noted S.
  • Each P key is therefore surrounded by four S keys.
  • the P key is mechanically linked to the four keys S that surround it, but it is quite possible to create a keyboard in which each P key is mechanically connected to only one, or two or three secondary keys.
  • the secondary keys show a hexagonal surface, but this shape is not essential and they can have surfaces of any other form.
  • the main keys P and secondary S are preferably at the same level of so that the surface of the keyboard at rest is completely flat.
  • the four main functions for operate the keys of a conventional keyboard are guiding the keys in their movement vertical, the reaction force allowing to bring back keys in high position, key lock in the high position, and the electrical contact. Both first listed functions are performed by means of of drive mechanisms.
  • each of these drive mechanisms is placed under each of keys.
  • these drive mechanisms are advantageously distributed between the main keys P and the keys secondary S. This distribution thus allows each main key P to train its four keys secondary neighbors down under the action of a press, and vice versa each secondary key S exercises a restoring force so as to bring its two adjacent main keys in the high position when no pressure is exerted on them.
  • the striking surface of a P key is increased and includes not only the touch main P but also the four keys neighboring secondary S.
  • This striking surface is designated by the reference 20 in Figure 2, it is octagonal and delimited by a thick black line.
  • This surface being flat, when a user taps on the corresponding main P key, even if his finger overlaps one or more secondary keys S neighboring it remains in contact with a flat surface, and does not rub, as on classic keyboards, on an angular edge of the fingerboard.
  • the problem of friction against an angular edge being avoided, the key size may be as small that we want.
  • the striking zone 20 thus created allows considerably reduce the number of faults strikes likely to occur. The striking of a text can then be run for a long time, without any discomfort for the user.
  • the size of the main keys is such that it makes it possible to minimize typing precision, that is to say to increase the margin of error from which a user benefits around the center of a P key.
  • the keys P can, without drawbacks, be smaller than the contact surface of a finger since the secondary keys make it possible to maintain a flat typing surface.
  • the width 1 of the main keys P is preferably between E, that is to say the value of the spacing between the centers of two contiguous keys P, and Ed.
  • their surface is between 0.04 and 1 cm 2 .
  • this surface can always be enlarged, and can for example reach a value equal to 1.5 cm 2 .
  • the secondary keys S are small enough that a "random" keystroke always results in the movement of at least one main key, regardless of the typing area. Consequently, the width of the secondary keys must be less than or equal to the diameter d of the contact surface of a finger. It is, for example, between approximately 0.2 cm and 0.7 cm.
  • FIG. 3A represents a sectional view of the keys on the rest, i.e. in the high position, while the Figure 3B shows a sectional view of the keys when pressed under the action of a pressing a main key.
  • the primary and secondary keys are based on a base 30.
  • the two types of button have common guide means 31.
  • the guide means 31 comprise at their upper end two pins 32. These pins 32 constitute upward locking means. They each act on cylinder 43 with a touch main, which is located between the means of guide 31 of this key, so as to block it in limit switch, when the main button goes up high position under the action of the restoring forces exerted under the secondary keys.
  • Elastic means 34 such as springs for example, are provided only under the secondary keys S so that they exert the restoring force f r intended to return the neighboring main keys to the high position.
  • electrical contacts 35 are only provided under the main P keys for allow to control the writing of characters correspondents registered on these keys. In principle, we prefer not to provide contact under the keys secondary S since these are not intended for order writing characters but only at increase the hitting area.
  • the secondary keys S appear under the shaped like an inverted U and have, at each end branches of the U, a tongue 41 for supporting the neighboring P keys. These tabs 41 thus allow to train the main keys they support towards the high position, under the action of the force of recall fr exerted by the spring 34.
  • the main P keys appear under the form a T and have, at each end of the horizontal bar of the T, a tongue 42.
  • Each tongue 42 rubs on the one hand against a means of guide 31, so as to ensure good support vertical of the P key when it is pressed, and presses on the other hand on a tongue 41 of a key S neighbor so as to train this S key towards the low when the button is pressed main.
  • These tabs 41 and 42 allow by consequent to mechanically connect a key main P with one or more secondary keys S.
  • FIG. 3B illustrates what happens when a pressure, designated by the letter F and represented by an arrow, is exerted on the central key P.
  • the tabs 42 of the P key then press the tabs 41 of the neighboring S keys.
  • the P key is pressed and therefore carries with it the neighboring secondary keys defining the striking zone while the other two P keys, located on either side of this striking zone, remain in the high position since no pressure is required. 'is exercised there.
  • the key P pressed then establishes contact with the electrical contacts 35 so as to control the writing of the character which corresponds to it.
  • the springs 34 placed under the secondary keys of the striking zone are compressed and exert a restoring force f r . This restoring force f r allows, when the pressure F is removed, to bring the key P pressed in the high position.
  • FIG. 4 illustrates a mode of realization of a keyboard according to the invention designated by the reference 100.
  • This keyboard also includes main keys denoted P 'ordered in form matrix.
  • These keys P ' are separated from each other by mobile intermediate spaces. These spaces There are two types of mobile intermediaries: rectangular spaces called secondary keys, denoted S ', and square spaces called keys tertiary, noted T. Each tertiary key T is framed by four secondary keys S 'and four main keys P ', the keys S' sharing the sides of the T key, and the P 'keys sharing the corners.
  • the shapes of the S 'and T keys are not limited to rectangular and square shapes, they depend in particular on the shape of the main keys as well as their arrangement which is not necessarily matrix.
  • the P ', S' and T keys are all on the same level so that the keyboard surface is flat.
  • the mechanisms buttons are distributed among the three types of keys. Therefore, when user presses a key P ', the latter brings with it, in its vertical movement, the corresponding striking zone defined by the four adjacent S 'keys and the four adjacent T keys. This typing area is highlighted by a thick black line and designated by the reference 200 on the figure 4.
  • the drive mechanisms are more particularly arranged so that the touch main P 'drives down the keys secondary S 'neighbors which are mechanically connected and which in turn lead the four neighboring T tertiary keys attached to them mechanically linked.
  • the four tertiary keys T exert a restoring force at each corner of the area typing and drag up the four keys S 'neighbors which are mechanically connected to it and which in turn lead to the P 'key which they frame and to which they are mechanically linked.
  • Blocking means make it possible to block the upward movement of the main key and the stabilize in high position.
  • the P 'key allows besides blocking the elevation of the secondary keys S ', which in turn block the elevation of the T keys, so that all the P ', S' and T keys are stabilized in an identical high position giving the keyboard a flat surface.
  • the width of the keys P ' is of the same order of size than that of the keys P of the keyboard 10 according to the first embodiment.
  • the dimensions of the secondary keys S 'and tertiary T are also small enough so that none of them can be dragged towards the down by a user's finger without at least one main keys P 'is also not.
  • Figures 5A and 5B respectively represent a section view A-A and a section view B-B of the keyboard 100 of Figure 4.
  • FIG. 5A more particularly illustrates the relationship between a main key P 'and two keys Are neighbors. These two types of keys have common 360 guide means. Of course, in a variant embodiment, these guide means can be specific to each type of key.
  • the guide means 360 comprise, at their upper end, locking means 370 against which abuts the lower end 403 of the main key P 'when it goes up high position.
  • the main key P ' has tabs 420 capable of pushing on tabs 410 secondary keys S 'so as to train them down, and to ensure the vertical maintenance of the key P 'by rubbing against the guide means 360.
  • the tongues 410 of the keys S ' push on the tabs 420 of the P 'key to bring the latter back to position high.
  • These tabs 410 and 420 make it possible to connect mechanically a key P 'with one or more keys secondary S '. 350 electrical contacts are provided on the base 300, under the key P '.
  • Figure 5B illustrates the relationship between a tertiary key T and two keys secondary S 'neighbors.
  • the two types of keys have common guide means 380.
  • An elastic means 390 such as a spring for example, is placed under the key T.
  • the keys S ' have tongues 415 capable of pushing on tongues 430 of the key T so as to drive the latter down, and ensuring a vertical hold of the key S 'by rubbing against the guide means 380.
  • the spring 390 exerts a restoring force f r .
  • the restoring force f r allows the tongues 430 of the key T to push on the tongues 415 of the keys S' in order to raise them to the high position.
  • These tongues 415 and 430 make it possible to mechanically connect a secondary key S 'to one or more tertiary key (s) T.
  • the keys S' then carry the key P 'with them by means of their tongues 410.
  • FIGS. 6A to 6D provide a better understanding the structure of the keyboard 100 since they represent top views of part of this keyboard at different stages of its manufacture.
  • FIG. 6A represents the guide means 360 common to the keys P 'and S', the guide means 380 common to keys S 'and T, the blocking means 370 main keys P 'and the spring 390 allowing to exercise the restoring force under a tertiary touch.
  • FIG. 4D illustrates the final stage of manufacture, when the main keys P 'are in place in their homes.
  • FIGS. 7A to 7D illustrate a variant of realization of this keyboard 100.
  • This variant consists in slightly tilting the contact zones between the main keys and the secondary keys and, similarly, between the secondary keys and the tertiary keys. This allows, when a main key P 1 is struck and the corresponding typing zone is pressed, the sixteen neighboring main and secondary keys to switch slightly towards the typing zone, and to simulate an elastic deformation of these keys framing the striking zone during the movement of the latter. Furthermore, this tilting of the sixteen keys adjacent to the typing zone offers a slightly concave shape complementary to the convex shape of a finger.
  • FIG. 7C shows the keys P 1 and S 1 when they are fully pressed. In this case, an additional force f 5 exerted by S 1 on the button P 2 makes it possible to stabilize the latter in its inclined position.
  • FIGS. 7A and 7D show the three types of keys at rest, when all the pairs of forces (f 1 , f 3 ) and (f 2 , f 4 ) are balanced.
  • This variant has a great advantage. Indeed, if the position of the finger coming hitting a striking area is sufficiently offset at the time of typing so that it touches one of the main keys next to the typing area, after switching this key, the position oblique it has acquired will prevent a contact electric can take place at the end of the race with the contacts 350 placed on the base 300 of the keyboard. Through therefore, the margin of error for typing is further increased.
  • the shape of the surface of the S and T keys defining the intermediate space is not essential, it can be either hexagonal, or square, cruciform or other. It is this form which determines the number of secondary keys and / or tertiary in relation to the number of keys main.
  • FIG. 8 which illustrates a variant of a keyboard, the number of secondary keys cruciform is equal to the number of main keys.
  • the number of S keys mechanically linked to a P key and the number of T keys mechanically connected to an S key are also not essentials. They are at least equal to 1. In the examples cited in the description these numbers were maximum and equal respectively to the number of keys S surrounding a P key and the number of S keys framing a T key.
  • the shape of the main keys is also not limited to the square, it can still be circular, hexagonal or lozenge for example.
  • An alternative embodiment also consists of slightly undulate the surface of the keyboard so that improve typing comfort.
  • the main keys have a slightly shaped concave, complementary to that of the finger. otherwise secondary keys, and tertiary keys when provided, have a convex shape so that there is no break in slope.
  • the keyboard surface therefore has a doubly aspect wave, along the vertical and horizontal axes; the horizontal axis being defined by the axis crossing the keyboard from left to right and the vertical axis being defined by the axis crossing the keyboard from top to bottom.
  • Another alternative embodiment consists in bringing together all the space between the keys main keys in a single secondary key able to be dragged down by each key main.
  • This unique secondary touch is brought back upwards by several springs placed for example at its four ends.
  • the keys main ones are also equipped with springs, low intensity, so that the keys that do not are not pressed at the time of typing remain in high position.
  • the advantage of this variant is the simplicity since the impact resistance is practically independent of the number of keys main hit simultaneously due to the large resistance linked to the secondary key.
  • On the other hand has the disadvantage of offering more inertia great when typing and setting movement of the secondary key, i.e. it requires more striking energy on the part of the user.
  • k would have to be equal to 2 but this case is impossible since k must remain less than [(l + 1) * (c + 1)] / (l * c) where l and c are the number of lines and keyboard columns and [(l + 1) * (c + 1)] the number of secondary keys, so that the total force attracting the keyboard at rest down is not greater to the force that pushes it up.
  • such an embodiment also allows, in the case where the contact areas between the keys are tilted, greatly increase the strength of lever causing the keys adjacent to the knock on the latter. Indeed, the springs in extension draw these keys down and feature more than one lever arm much larger than that of the force f2 exerted by the S2 key of the keyboard of FIG. 7B.

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Description

La présente invention se rapporte à un clavier mécanique plan destiné à être intégré notamment dans des dispositifs électroniques ou informatiques de poche de type micro-ordinateur ou dans des téléphones portables par exemple.
Les claviers mécaniques sont très courant sur le marché. Il existe notamment des claviers à membrane, des claviers à contact souple ou alors des claviers tactiles. Voir par exemple le document DE-A-2 729 157.
Cependant, les claviers mécaniques qui existent actuellement présentent des touches de taille trop petite pour permettre une frappe rapide et efficace d'un texte. En effet, les touches possédant une dimension généralement inférieure à la surface de contact du doigt d'un utilisateur, il est impossible d'appuyer sur une touche sans frotter contre l'un au moins de ses bords anguleux. De ce fait, une frappe rapide et prolongée d'un texte devient très vite astreignante et ergonomiquement pénalisante.
De plus, les faibles dimensions des touches et les faibles interstices entre deux touches contigües exigent que la frappe soit réalisée avec une très grande précision afin d'éviter les nombreuses fautes de frappe susceptibles de se produire.
Les figures 1A à 1C illustrent trois types de claviers appartenant à la technique antérieure. Ces trois claviers sont réalisés aux mêmes dimensions et l'espacement E entre les centres de deux touches voisines est constant d'un clavier à l'autre. Seule, la largeur des touches, notée respectivement lA,lB et lC, varie d'un clavier à l'autre. Or, c'est cette dimension des touches qui joue un très grand rôle sur la valeur de la marge d'erreur dont bénéficie un utilisateur autour du centre d'une touche d'un clavier. La marge d'erreur est définie géométriquement comme étant la taille d'un segment horizontal, ou vertical, sur lequel le centre du doigt doit se trouver pour que la frappe de la touche souhaitée soit valide. Cette marge est en fait inversement proportionnelle à la précision de frappe.
En général, la valeur de l'espacement E entre les centres de deux touches voisines, pour des claviers de format réduit destinés à des dispositifs de poche, est comprise entre 1 et 1,5 cm.
Par ailleurs, en admettant, par approximation, que la surface de contact d'un doigt d'adulte sur un clavier au moment de la frappe d'une touche dessine un cercle, son diamètre, désigné par la référence d, est estimé à environ 0,8 cm. Pour qu'un utilisateur soit certain qu'il puisse enfoncer une des touches d'un clavier en appuyant au hasard sur ce clavier, il est en outre nécessaire que la largeur des touches de ce clavier soit comprise entre E et E-d, c'est-à-dire entre environ 0,2 et 0,7 cm.
Les figures 1A à 1C font apparaítre l'évolution de la marge d'erreur, notée mA, mB et mC, en fonction de la largeur des touches. Il apparaít que lorsque la largeur lC des touches est égale à E, la marge d'erreur mC est minimale, c'est-à-dire qu'un utilisateur doit faire preuve d'une grande vigilance pour ne pas frapper sur deux touches simultanément.
En revanche, lorsque la largeur lA des touches est minimale et égale à E-d, alors la marge d'erreur est maximale. Dans ce cas en effet, la frappe ne nécessite pas une grande précision puisque les touches sont suffisamment espacées pour que la frappe simultanée de deux touches soit évitée. La figure 1B illustre un cas intermédiaire où la valeur de lB est comprise entre E et E-d.
Cependant, la solution optimale représentée sur la figure 1A, n'est pas ergonomique puisque, comme il a été décrit précédemment, la surface de frappe l2 étant inférieure à la surface de contact (Πd2/4) du doigt d'un utilisateur, il est impossible de frapper sur une touche sans frotter contre l'un au moins de ses bords anguleux. Par conséquent ce type de clavier ne permet pas de réaliser, de manière efficace, une frappe rapide et prolongée d'un texte.
La présente invention permet de résoudre tous ces problèmes puisqu'elle propose un clavier mécanique plan, destiné à être intégré dans un dispositif électronique de poche, comportant des touches secondaires entre les touches principales. Ces touches secondaires sont mobiles et entraínées vers le bas par les touches principales, lorsque celles-ci sont elles-mêmes entraínées vers le bas au moment de la frappe par le doigt d'un utilisateur. Ces touches secondaires permettent ainsi d'augmenter la surface de frappe et améliorent considérablement le confort de la frappe puisque le doigt n'est jamais en contact avec au moins un bord anguleux de la touche principale.
Le clavier selon l'invention comme définie dans la revendication 1 comprend:
  • plusieurs touches principales, chacune d'entre elles étant encadrée par une ou plusieurs touches secondaires et reliée mécaniquement à au moins une de ces touches secondaires pour définir une zone de frappe,
  • des mécanismes d'entraínement des touches principales et des touches secondaires de manière à ce que chaque touche principale entraíne vers le bas, sous l'action d'une pression, la (les) touche(s) secondaire(s) voisine(s) qui lui est (sont) mécaniquement reliée(s), et à ce que chaque touche secondaire exerce une force de rappel apte à ramener en position haute la (les) touche(s) principale(s) voisine(s) qui lui est (sont) mécaniquement reliée(s), en l'absence de pression exercée sur cette (ces) dernière(s).
Grâce à ce clavier, une frappe rapide et prolongée ne pose aucune difficulté. De plus, le fait d'augmenter la surface de frappe tout en gardant un espace intermédiaire, entre deux touches principales contigües, de largeur inférieure au diamètre de la surface de contact d'un doigt permet de diminuer considérablement la précision avec laquelle la frappe doit être effectuée et de mieux se prémunir contre les fautes de frappe susceptibles de se produire.
De plus, un tel clavier présentant une surface plane, permet une meilleure lisibilité des symboles qui sont inscrits sur le clavier entre deux touches contigües principales. En effet, dans les claviers classiques, les touches étant en relief, lors d'une utilisation du clavier en position oblique par rapport à l'axe de vision de l'oeil d'un utilisateur, de tels symboles sont partiellement occultés par les touches en relief.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaítront à la lecture de la description faite à titre d'exemple illustratif, en référence aux figures annexées qui représentent:
  • les figures 1A, 1B, 1C, déjà décrites, respectivement trois types de claviers appartenant à l'état de la technique antérieure,
  • la figure 2, une vue de dessus d'un mode de réalisation d'un clavier qui n'est pas compris dans la protection définie par les revendications. - les figures 3A et 3B, une vue en coupe des touches du clavier de la figure 2, respectivement au repos et enfoncées,
  • la figure 4, une vue de dessus d'un clavier selon l'invention,
  • les figures 5A et 5B, deux vues en coupe des touches du clavier de la figure 4 au repos
  • les figures 6A à 6D, des vues de dessus du clavier de la figure 4 à différents stades de sa fabrication,
  • les figures 7A à 7D, des vues en coupe des touches d'un autre mode de réalisation d'un clavier selon l'invention,
  • la figure 8, une vue de dessus d'un clavier selon une variante de réalisation.
La figure 2 illustre un premier mode de réalisation d'un clavier désigné par la référence 10. Ce clavier comporte des touches principales notées P qui sont ordonnées sous forme matricielle. Ces touches principales sont séparées les unes des autres par des espaces intermédiaires mobiles encore appelés touches secondaires et notés S.
Chaque touche P est par conséquent entourée par quatre touches S. Dans les exemples décrits ci-après, la touche P est mécaniquement reliée aux quatre touches S qui l'entourent, mais il est tout à fait envisageable de réaliser un clavier dans lequel chaque touche P est reliée mécaniquement à seulement une, ou deux ou trois touches secondaires.
Sur la figure 2, les touches secondaires présentent une surface hexagonale, mais cette forme n'est pas essentielle et elles peuvent présenter des surfaces de toute autre forme. Les touches principales P et secondaires S sont de préférence au même niveau de manière à ce que la surface du clavier au repos soit complètement plane.
Les quatre fonctions principales permettant de faire fonctionner les touches d'un clavier classique sont le guidage des touches dans leur mouvement vertical, la force de réaction permettant de ramener les touches en position haute, le blocage des touches en position haute, et le contact électrique. Les deux premières fonctions énumérées sont réalisées au moyen de mécanismes d'entraínement.
Dans les claviers classiques, chacun de ces mécanismes d'entraínement est placé sous chacune des touches. Dans le clavier 10 selon l'invention, ces mécanismes d'entraínement sont avantageusement répartis entre les touches principales P et les touches secondaires S. Cette répartition permet ainsi à chaque touche principale P d'entraíner ses quatre touches secondaires voisines vers le bas sous l'action d'une pression, et inversement chaque touche secondaire S exerce une force de rappel de manière à ramener ses deux touches principales voisines en position haute lorsqu'aucune pression n'est exercée sur celles-ci.
Par conséquent, grâce à cette répartition des mécanismes d'entraínement entre les deux types de touches, la surface de frappe d'une touche P est augmentée et comprend non seulement la touche principale P mais aussi les quatre touches secondaires S voisines. Cette surface de frappe est désignée par la référence 20 sur la figure 2, elle est octogonale et délimitée par un épais trait noir. Cette surface étant plane, lorsqu'un utilisateur tape sur la touche principale P correspondante, même si son doigt chevauche une ou plusieurs touches secondaires S voisines il reste en contact avec une surface plane, et ne frotte pas, comme sur les claviers classiques, sur un bord anguleux de la touche. Le problème de frottement contre un bord anguleux étant évité, la taille des touches principales peut être aussi petite que l'on veut. La zone de frappe 20 ainsi créée permet de diminuer considérablement le nombre de fautes de frappe susceptibles de se produire. La frappe d'un texte peut alors être exécutée de manière prolongée, sans aucune gêne pour l'utilisateur.
De manière avantageuse, la taille des touches principales est telle qu'elle permet de minimiser la précision de frappe, c'est-à-dire d'augmenter la marge d'erreur dont bénéficie un utilisateur autour du centre d'une touche P. Les touches P peuvent, sans inconvénients, être plus petites que la surface de contact d'un doigt puisque les touches secondaires permettent de conserver une surface de frappe 20 plane. Comme il a été décrit précédemment, la largeur 1 des touches principales P est de préférence comprise entre E, c'est-à-dire la valeur de l'espacement entre les centres de deux touches P contigües, et E-d. Ainsi, par exemple, leur surface est comprise entre 0,04 et 1 cm2. Bien sûr, cette surface peut toujours être élargie, et peut par exemple atteindre une valeur égale à 1,5 cm2. Cependant, il est en outre préférable que les touches secondaires S soient suffisamment petites pour qu'une frappe "au hasard" du clavier entraíne toujours la mise en mouvement d'au moins une touche principale, quelle que soit la zone de frappe. Par conséqùent la largeur des touches secondaires doit être inférieure ou égale au diamètre d de la surface de contact d'un doigt. Elle est par exemple comprise entre environ 0,2cm et 0,7 cm.
Les figures 3A et 3B mettent en évidence les mécanismes d'entraínement et leur répartition sous les deux types de touches S et P du clavier de la figure 2. La figure 3A représente une vue en coupe des touches au repos, c'est-à-dire en position haute, tandis que la figure 3B représente une vue en coupe des touches lorsqu'elles sont enfoncées sous l'action d'une pression exercée sur une touche principale.
Les touches principales et secondaires reposent sur un socle 30. Sur la figure 3A, les deux types de touche possèdent des moyens de guidage communs 31.
Les moyens de guidage 31 comportent à leur extrémité supérieure deux ergots 32. Ces ergots 32 constituent des moyens de blocage vers le haut. Ils agissent chacun sur le cylindre 43 d'une touche principale, lequel est situé entre les moyens de guidage 31 de cette touche, de manière à le bloquer en fin de course, lorsque la touche principale remonte en position haute sous l'action des forces de rappel exercées sous les touches secondaires.
Dans une variante de réalisation, il est tout à fait possible de réaliser un clavier dans lequel les moyens de guidage sont spécifiques à chaque type de touche.
Des moyens élastiques 34, comme des ressorts par exemple, sont prévus uniquement sous les touches secondaires S de manière à ce qu'elles exercent la force de rappel fr destinée à ramener les touches principales voisines en position haute.
D'autre part, des contacts électriques 35 sont prévus uniquement sous les touches principales P pour permettre de commander l'écriture des caractères correspondants inscrits sur ces touches. En principe, on préfère ne pas prévoir de contact sous les touches secondaires S puisque celles-ci ne sont pas destinées à commander l'écriture de caractères mais seulement à augmenter la zone de frappe.
Les touches secondaires S se présentent sous la forme d'un U renversé et possèdent, à chaque extrémité des branches du U, une languette 41 de support des touches P voisines. Ces languettes 41 permettent ainsi d'entraíner les touches principales qu'elles supportent vers la position haute, sous l'action de la force de rappel fr exercée par le ressort 34.
Les touches principales P se présentent sous la forme d'un T et possèdent , à chaque extrémité de la barre horizontale du T, une languette 42. Chaque languette 42 frotte d'une part contre un moyen de guidage 31, de manière à assurer un bon maintien vertical de la touche P lorsqu'elle s'enfonce, et appuie d'autre part sur une languette 41 d'une touche S voisine de manière à entraíner cette touche S vers le bas lorsqu'une pression est exercée sur la touche principale. Ces languettes 41 et 42 permettent par conséquent de relier mécaniquement une touche principale P à une ou plusieurs touches secondaires S.
La figure 3B illustre ce qui se passe lorsqu'une pression, désignée par la lettre F et représentée par une flèche, est exercée sur la touche P centrale. Les languettes 42 de la touche P appuyent alors sur les languettes 41 des touches S voisines. La touche P s'enfonce et entraíne donc avec elle les touches secondaires voisines définissant la zone de frappe tandis que les deux autres touches P, situées de part et d'autre de cette zone de frappe, restent en position haute puisqu'aucune pression n'y est exercée. La touche P enfoncée établit alors un contact avec les contacts électriques 35 de manière à commander l'écriture du caractère qui lui correspond. Les ressorts 34 placés sous les touches secondaires de la zone de frappe sont comprimés et exercent une force de rappel fr. Cette force de rappel fr permet, lorsque la pression F est supprimée, de ramener la touche P enfoncée en position haute.
La figure 4 illustre un mode de réalisation d'un clavier selon l'invention désigné par la référence 100. Ce clavier comporte également des touches principales notées P' ordonnées sous forme matricielle.
Ces touches P' sont séparées les unes des autres par des espaces intermédiaires mobiles. Ces espaces intermédiaires mobiles sont de deux sortes: il y a des espaces rectangulaires appelés touches secondaires, notés S', et des espaces carrés appelés touches tertiaires, notés T. Chaque touche tertiaire T est encadrée par quatre touches secondaires S' et quatre touches principales P', les touches S' partageant les côtés de la touche T, et les touches P' partageant les coins. Les formes des touches S' et T ne sont pas limitées aux formes rectangulaire et carrée, elles dépendent notamment de la forme des touches principales ainsi que de leur disposition qui n'est pas forcément matricielle.
Les touches P', S' et T sont toutes au même niveau de manière à ce que la surface du clavier soit plane. Dans ce mode de réalisation, les mécanismes d'entraínement des touches sont répartis entre les trois types de touches. Par conséquent, lorsqu'un utilisateur tape sur une touche P', cette dernière entraíne avec elle, dans son mouvement vertical, la zone de frappe correspondante définie par les quatre touches S' voisines et les quatre touches T voisines. Cette zone de frappe est mise en évidence par un épais trait noir et désignée par la référence 200 sur la figure 4.
Les mécanismes d'entraínement sont plus particulièrement disposés de telle sorte que la touche principale P' entraíne vers le bas les touches secondaires S' voisines qui lui sont mécaniquement reliées et qui entraínent à leur tour les quatre touches tertiaires T voisines qui leur sont mécaniquement reliées.
De la même manière, lorsqu'aucune pression n'est exercée sur la touche P', les quatre touches tertiaires T exercent une force de rappel à chaque coin de la zone de frappe et entraínent vers le haut les quatre touches S' voisines qui lui sont reliées mécaniquement et qui entraínent à leur tour la touche P' qu'elles encadrent et à laquelle elles sont mécaniquement reliées.
Des moyens de blocage permettent de bloquer le mouvement en élévation de la touche principale et de la stabiliser en position haute. La touche P' permet en outre de bloquer l'élévation des touches secondaires S', qui à leur tour bloquent l'élévation des touches T, de manière à ce que toutes les touches P', S' et T soient stabilisées dans une position haute identique conférant au clavier une surface plane.
La largeur des touches P' est du même ordre de grandeur que celle des touches P du clavier 10 selon le premier mode de réalisation.
Les dimensions des touches secondaires S' et tertiaires T sont par ailleurs suffisamment petites pour qu'aucune d'elles ne puisse être entraínée vers le bas par le doigt d'un utilisateur sans qu'au moins une des touches principales P' ne le soit aussi.
Les figures 5A et 5B représentent respectivement une vue en coupe A-A et une vue en coupe B-B du clavier 100 de la figure 4.
La figure 5A illustre plus particulièrement la relation entre une touche principale P' et deux touches S' voisines. Ces deux types de touches possèdent des moyens de guidage 360 communs. Bien sûr, dans une variante de réalisation, ces moyens de guidage peuvent être spécifiques à chaque type de touche.
Les moyens de guidage 360 comportent, à leur extrémité supérieure, des moyens de blocage 370 contre lesquels vient buter l'extrémité inférieure 403 de la touche principale P' lorsque celle-ci remonte en position haute. La touche principale P' possède des languettes 420 aptes à pousser sur les languettes 410 des touches secondaires S' de manière à les entraíner vers le bas, et à assurer le maintien vertical de la touche P' en frottant contre les moyens de guidage 360. Inversement, les languettes 410 des touches S' permettent de pousser sur les languettes 420 de la touche P' afin de ramener cette-dernière en position haute. Ces languettes 410 et 420 permettent de relier mécaniquement une touche P' à une ou plusieurs touches secondaires S'. Des contacts électriques 350 sont prévus sur le socle 300,sous la touche P'.
La figure 5B, quant à elle, illustre la relation entre une touche tertiaire T et deux touches secondaires S' voisines. Les deux types de touches possèdent des moyens de guidage 380 communs.
Un moyen élastique 390, tel qu'un ressort par exemple, est placé sous la touche T. Les touches S' possèdent des languettes 415 aptes à pousser sur des languettes 430 de la touche T de manière à entraíner cette dernière vers le bas, et à assurer un maintien vertical de la touche S' en frottant contre les moyens de guidage 380. Lorsque la touche tertiaire est enfoncée, le ressort 390 exerce une force de rappel fr. Lorsque la pression exercée sur la touche P' est relâchée, la force de rappel fr permet aux languettes 430 de la touche T de pousser sur les languettes 415 des touches S' afin de les remonter en position haute. Ces languettes 415 et 430 permettent de relier mécaniquement une touche secondaire S' à une ou plusieurs touche(s) tertiaire T. Les touches S' entraínent alors avec elles la touche P' par l'intermédiaire de leurs languettes 410.
Les figures 6A à 6D permettent de mieux comprendre la structure du clavier 100 puisqu'elles représentent des vues de dessus d'une partie de ce clavier à différents stades de sa fabrication.
La figure 6A représente les moyens de guidage 360 communs aux touches P' et S', les moyens de guidage 380 communs aux touches S' et T, les moyens de blocage 370 des touches principales P' et le ressort 390 permettant d'exercer la force de rappel sous une touche tertiaire.
La touche tertiaire T, comportant des languettes de support 430 des touches secondaires sur chacun de ses côtés, est placée au-dessus de son ressort 390 (figure 6B). Puis les touches secondaires S', comportant des languettes 410 de support des touches principales sur deux de leur côté, sont à leur tour positionnées dans leurs emplacements respectifs (figure 3C). Enfin, la figure 4D illustre le stade final de la fabrication, lorsque les touches principales P' sont mises en place dans leurs logements.
Dans ce type de clavier 100, lorsqu'un utilisateur tape simultanément sur deux touches principales contigües, la résistance à la frappe n'est que 1,5 fois supérieure à celle que présente le clavier au cours de la frappe d'une seule touche puisque la nouvelle zone de frappe renferme 6 touches tertiaires contre 4 pour la zone de frappe d'une seule touche P'. En revanche, dans le clavier 10 selon le premier mode de réalisation, le rapport des résistances est supérieur puisqu'il est de 1,75. En effet, dans ce cas la zone de frappe de deux touches P comprend 7 touches secondaires alors que la zone de frappe d'une seule touche P en comprend 4.
Les figures 7A à 7D illustrent une variante de réalisation de ce clavier 100.
Elles représentent des vues en coupe des touches du clavier durant leur enfoncement. Bien sûr, cette variante peut également être appliquée au clavier 10.
Cette variante consiste à incliner légèrement les zones de contact entre les touches principales et les touches secondaires et, de façon analogue, entre les touches secondaires et les touches tertiaires. Ceci permet, au moment de la frappe d'une touche principale P1 et de l'enfoncement de la zone de frappe correspondante, aux seize touches principales et secondaires voisines de basculer légèrement vers la zone de frappe, et de simuler une déformation élastique de ces touches encadrant la zone de frappe lors du mouvement de cette-dernière. Par ailleurs ce basculement des seize touches voisines de la zone de frappe offre une forme légèrement concave complémentaire de la forme convexe d'un doigt.
On constate en effet sur la figure 7B que lorsque la touche S1 s'enfonce, sous l'action de la touche P1 ou éventuellement sous la pression directe du doigt d'un utilisateur, la touche P2, qui n'est plus soutenue latéralement que par la touche secondaire S2, pivote légèrement vers S1 sous l'effet des couples de forces (f2, f4) exercées respectivement par S2 et par le moyen de blocage 370.
Pour la même raison, les touches secondaires du voisinage de la zone de frappe basculent elles aussi vers leur voisine tertiaire appartenant à cette zone de frappe. La figure 7C représente les touches P1 et S1 lorsqu'elles sont complètement enfoncées. Dans ce cas, une force supplémentaire f5 exercée par S1 sur la touche P2 permet de stabiliser cette-dernière dans sa position inclinée. Les figures 7A et 7D représentent les trois types de touches au repos, lorsque tous les couples de forces (f1, f3) et (f2,f4) s'équilibrent.
Cette variante de réalisation présente un grand avantage. En effet, si la position du doigt venant frapper une zone de frappe est suffisamment excentrée au moment de la frappe pour qu'il effleure une des touches principales voisines de la zone de frappe, après le basculement de cette touche, la position oblique qu'elle aura acquise empêchera qu'un contact électrique puisse avoir lieu en fin de course avec les contacts 350 placés sur le socle 300 du clavier. Par conséquent, la marge d'erreur dont dispose la frappe est encore augmentée.
La forme de la surface des touches S et T définissant l'espace intermédiaire n'est pas essentielle, elle peut être aussi bien hexagonale, que carrée, cruciforme ou autre. C'est cette forme qui détermine le nombre de touches secondaires et/ou tertiaires par rapport au nombre de touches principales. Ainsi, sur la figure 8, qui illustre une variante d'un clavier, le nombre de touches secondaires cruciformes est égal au nombre de touches principales.
Le nombre de touches S mécaniquement reliées à une touche P et le nombre de touches T mécaniquement reliées à une touche S, ne sont pas non plus essentiels. Ils sont au moins égaux à 1. Dans les exemples cités dans la description ces nombres étaient maximum et égaux respectivement au nombre de touches S encadrant une touche P et au nombre de touches S encadrant une touche T.
La forme des touches principales n'est pas non plus limitée au carré, elle peut encore être circulaire, hexagonale ou losangique par exemple.
Une variante de réalisation consiste en outre à onduler légèrement la surface du clavier de manière à améliorer le confort de la frappe. Pour cela, les touches principales présentent une forme légèrement concave, complémentaire de celle du doigt. Par ailleurs les touches secondaires, et les touches tertiaires lorsqu'elles sont prévues, présentent une forme convexe de façon à ce qu'il n'y ait aucune rupture de pente. La surface du clavier présente donc un aspect doublement ondulatoire, le long des axes verticaux et horizontaux; l'axe horizontal étant défini par l'axe traversant le clavier de gauche à droite et l'axe vertical étant défini par l'axe traversant le clavier de haut en bas.
Une autre variante de réalisation consiste à réunir tout l'espace intermédiaire entre les touches principales en une seule touche secondaire apte à être entraínée vers le bas par chacune des touches principales. Cette touche secondaire unique est ramenée vers le haut par plusieurs ressorts placés par exemple à ses quatre extrémités. Dans ce cas, les touches principales sont elles aussi équipées de ressorts, de faible intensité, de façon à ce que les touches qui ne sont pas enfoncées au moment de la frappe restent en position haute. L'avantage de cette variante est la simplicité puisque la résistance à la frappe est pratiquement indépendante du nombre de touches principales frappées simultanément du fait de la grande résistance liée à la touche secondaire. Par contre elle présente l'inconvénient d'offrir une inertie plus grande au moment de la frappe et de la mise en mouvement de la touche secondaire, c'est-à-dire qu'elle exige une énergie de frappe plus importante de la part de l'utilisateur.
Selon une autre variante de réalisation, il est ensuite possible d'ajouter, sous les touches principales de l'un des claviers précédemment décrits, des ressorts en extension aptes à tirer ces touches principales vers le bas. Dans ce cas, la résistance à la frappe est plus homogène. En effet, pour une force de rappel f exercée par les ressorts situés sous les touches secondaires, et pour une force de rappel
   f' = k * f exercée par les ressorts situés sous les touches principales, la force de réaction rl opposée à la zone de frappe d'une seule touche principale est égale à : r1= (4-k) * f, tandis que la force de réaction r2 opposée à la zone de frappe de deux touches principales est égale à : r2= (6-2k) * f. Le rapport de ces deux forces est donc égal à : R = r2 / r1 = (6-2k) / (4-k) .
Lorsqu'il n'y a pas de ressort en extension sous les touches principales, c'est-à-dire lorsque k=0, alors R est égal à 1,5. Cette valeur de R devient égale à 1,33 lorsque k=1, ce qui améliore l'homogénéité entre les frappes simple (une seule touche P frappée) et double (deux touches P frappées).
Pour que R soit égale à 1, il faudrait que k soit égal à 2 mais ce cas est impossible étant donné que k doit rester inférieur à [(l+1) * (c+1)] / (l * c) où l et c sont respectivement le nombre de lignes et de colonnes du clavier et [(l+1) * (c+1)] le nombre de touches secondaires, pour que la force totale attirant le clavier au repos vers le bas ne soit pas supérieure à la force qui le repousse vers le haut.
De plus, une telle réalisation permet aussi, dans le cas où les zones de contact entre les touches sont inclinées, d'augmenter considérablement la force de levier entraínant les touches voisines de la zone de frappe vers cette dernière. En effet, les ressorts en extension attirent ces touches vers le bas et disposent de plus d'un bras de levier beaucoup plus grand que celui dont dispose la force f2 exercée par la touche S2 du clavier de la figure 7B.

Claims (7)

  1. Clavier mécanique plan destiné à être intégré dans un dispositif électronique de poche, comprenant:
    plusieurs touches principales (P), chacune d'entre elles étant encadrée par une ou plusieurs touches secondaires (S) et reliée mécaniquement à au moins une de ces touches secondaires pour définir une zone de frappe (20),
    des mécanismes d'entraínement des touches principales (P) et des touches secondaires (S) de manière à ce que chaque touche principale (P) entraíne vers le bas, sous l'action d'une pression (F), la (les) touche(s) secondaire(s) voisine(s) qui lui est (sont) mécaniquement reliée(s), et à ce que chaque touche secondaire (S) exerce une force de rappel (fr) apte à ramener en position haute la (les) touche(s) principale(s) (P) voisine(s) qui lui est (sont) mécaniquement reliée(s), en l'absence de pression exercée sur cette (ces)-dernière(s),
    des contacts électriques (35) prévus sous chaque touche principale (P) et activés par pression sur la touche principale (P) correspondante,
       caractérisé en ce qu'il comprend en outre des touches tertiaires (T), chacune étant entourée par quatre touches secondaires (S) et quatre touches principales (P) et reliée mécaniquement à au moins une touche secondaire (S) ; et en ce que les mécanismes d'entraínement sont répartis entre les trois types de touches de manière à ce que chaque touche principale (P) entraíne vers le bas, sous l'action d'une pression, la (les) touche(s) secondaire(s) (S) voisine(s) qui lui est (sont) mécaniquement reliée(s) et qui entraíne(nt) à son (leur) tour la (les) touche(s) tertiaire(s) (T) voisine(s) qui lui (leur) est (sont) mécaniquement reliée(s) ; et à ce que chaque touche tertiaire (T) exerce une force de rappel (fr) apte à ramener en position haute, en l'absence de pression, la (les) touche(s) secondaire(s) (S) voisine(s) qui lui est (sont) mécaniquement reliée(s) et qui entraínent à son (leur) tour, dans son (leur) mouvement en élévation, la touche principale (P) à laquelle elle(s) est (sont) mécaniquement reliée(s).
  2. Clavier mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de blocage (370) vers le haut des touches principales (P').
  3. Clavier mécanique selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les mécanismes d'entraínement comprennent :
    des moyens de guidage (360) propres à chaque touche ou communs à deux touches contiguës,
    des moyens élastiques (390) placés sous les touches tertiaires (T), de manière à exercer la force de rappel (fr) destinée à ramener en position haute successivement les touches secondaires (S') et les touches principales (P') voisines.
  4. Clavier mécanique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les touches secondaires (S) et tertiaires (T) comportent respectivement des languettes (410) de support des touches principales (P) voisines et des languettes (430) de support des touches secondaires (S) voisines.
  5. Clavier mécanique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les dimensions des touches secondaires (S) et/ou tertiaires (T) sont suffisamment petites pour qu'aucune d'elles ne puisse être entraínée vers le bas par le doigt d'un utilisateur sans qu'au moins une des touches principales (P) voisines ne le soit aussi.
  6. Clavier mécanique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les zones de contact entre les touches principales (P) et les touches secondaires (S) et les zones de contact entre les touches secondaires (S) et les touches tertiaires (T) sont légèrement inclinées, de manière à simuler, lors de la frappe sur une touche principale (P), une déformation élastique des touches voisines de la zone de frappe (20, 200) correspondante.
  7. Clavier mécanique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la surface des touches principales (P) est légèrement concave, et la surface des touches secondaires (S) et tertiaires (T) est légèrement convexe.
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