FR2669462A1 - US SWITCH STRUCTURE FOR MAKING KEYBOARDS, AND KEYBOARDS USING SUCH STRUCTURE. - Google Patents
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Abstract
La structure selon l'invention comprend un substrat (10) portant au moins un couple de contacts fixes (C, C'), une membrane élastique (12) recouvrant le substrat (10) et présentant un bossage creux (13) et un élément conducteur (14) disposé dans la concavité du bossage (13) et solidaire de celui-ci. Le bossage (13) est prolongé par une pièce de transmission (15) dont l'extrémité coulisse dans un perCage (16) d'une pièce de guidage (2) qui présente un orifice évasé (18). La pièce (2) est recouverte par une feuille en matière semi-rigide (20) qui présente une conformation (21) en forme de calotte bombée servant de touche et sur laquelle la pièce (15) vient en appui. L'invention permet d'assurer un guidage précis de l'élément conducteur (14) qui sert de pont de contact mobile et de rendre indépendants les moyens élastiques de rappel et les moyens servant à engendrer l'effet tactile.The structure according to the invention comprises a substrate (10) carrying at least a pair of fixed contacts (C, C '), an elastic membrane (12) covering the substrate (10) and having a hollow boss (13) and an element conductor (14) arranged in the concavity of the boss (13) and integral with the latter. The boss (13) is extended by a transmission part (15), the end of which slides in a bore (16) of a guide part (2) which has a flared orifice (18). The part (2) is covered by a sheet of semi-rigid material (20) which has a conformation (21) in the form of a convex cap serving as a key and on which the part (15) bears. The invention makes it possible to ensure precise guidance of the conductive element (14) which serves as a movable contact bridge and to make the elastic return means and the means used to generate the tactile effect independent.
Description
-1--1-
STRUCTURE D'INTERRUPTEUR UTILISABLE POUR LA REALISATION USING SWITCH STRUCTURE FOR REALIZATION
DE CLAVIERS, ET CLAVIERS UTILISANT UNE TELLE STRUCTURE. KEYBOARDS, AND KEYBOARDS USING SUCH A STRUCTURE.
La présente invention concerne une structure The present invention relates to a structure
d'interrupteur utilisable notamment, mais non exclusive- particularly usable but not exclusive
ment, pour la réalisation de claviers étanches, de faible for the production of waterproof keypads, low
épaisseur et à effet tactile.thickness and tactile effect.
D'une manière générale, on sait qu'il a été proposé de nombreuses solutions pour la réalisation de claviers à In general, it is known that many solutions have been proposed for the production of keyboards to
touches de ce genre, la solution la plus simple consis- such keys, the simplest solution is
tant à utiliser une structure sandwich comportant: une feuille en matière plastique relativement souple dont une face extérieure présente une multiplicité de zones servant de touches qui portent des inscriptions, par exemple des caractères alphanumériques, tandis que both to use a sandwich structure comprising: a relatively flexible plastic sheet whose outer face has a multiplicity of areas serving as keys which bear inscriptions, for example alphanumeric characters, while
l'autre face présente des plages électriquement conduc- the other side has electrically conductive
tricestrices
une couche intercalaire ajourée sur laquelle est appli- a perforated interlayer on which is applied
quée ladite feuille et qui présente une multiplicité d'orifices traversants disposés en regard desdites zones; et said sheet and which has a multiplicity of through holes arranged opposite said zones; and
un substrat pouvant par exemple consister en une pla- a substrate which may for example consist of a
quette de circuit imprimé rigide (éventuellement souple) qui présente en regard de chacun des orifices, 2 - au moins un couple de contacts fixes qui coopère avec une plage conductrice correspondante de la susdite feuille (cette plage jouant le rôle d'un pont de rigid printed circuit board (possibly flexible) which has opposite each of the orifices, 2 - at least one pair of fixed contacts which cooperates with a corresponding conductive pad of the aforesaid sheet (this range acting as a bridge of
contact mobile).mobile contact).
Bien entendu, les propriétés mécaniques de la feuille en matière plastique ainsi que l'épaisseur de la pièce intercalaire sont déterminées de manière à ce qu'au Of course, the mechanical properties of the plastic sheet and the thickness of the insert are determined in such a way that
repos, les plages conductrices de la feuille soient main- the conductive areas of the sheet are
tenues écartées des contacts du substrat et qu'une connexion électrique entre un couple de contacts fixes ne soit assurée par une plage conductrice correspondante qu'à la suite d'une pression exercée volontairement sur held away from the contacts of the substrate and that an electrical connection between a pair of fixed contacts is ensured by a corresponding conductive pad only as a result of a pressure exerted voluntarily on
la zone servant de touche correspondante. the zone serving as the corresponding key.
Dans un clavier de ce genre, un effet tactile peut être obtenu en réalisant la feuille extérieure en une matière plastique semi-rigide et en conformant les susdites zones de manière à ce qu'elles présentent une forme bombée de convexité orientée vers l'extérieur, les susdites plages conductrices revêtant alors la face concave desdites plages. Il est clair que, lorsqu'on effectue une pression sur l'une des susdites zones, la forme bombée se déforme en In a keyboard of this kind, a tactile effect can be obtained by producing the outer sheet of a semi-rigid plastic material and by conforming the aforesaid zones so that they have a curved shape of convexity oriented outwards, the aforesaid conductive pads then coating the concave face of said pads. It is clear that when pressure is applied to one of the aforesaid zones, the convex shape is deformed into
exerçant tout d'abord une force résistante croissante. first exerting a growing resistant force.
Au-delà d'un seuil de déformation déterminé, cette forme bombée subit une inversion brutale de concavité, et engendre une sensation de relâchement, au moment même o la plage conductrice vient porter sur les contacts fixes Beyond a determined threshold of deformation, this curved shape undergoes a sudden inversion of concavity, and gives rise to a feeling of relaxation, at the very moment when the conducting range comes to bear on the fixed contacts.
qui lui sont associés.associated with it.
Il s'avère que dans un grand nombre d'applications indus- It turns out that in a large number of industrial applications
trielles, les claviers de ce genre ne sont pas d'une fia- such keyboards are not
bilité suffisante.sufficient capacity.
On constate, en effet, qu'en raison des déformations des zones servant de touches, la qualité du contact entre ces 3 - Indeed, because of the deformations of the zones serving as keys, the quality of the contact between these 3 -
plages conductrices et les couples de contacts fixes cor- conductive areas and the fixed contact torques cor-
respondants, n'est pas bonne et qu'en outre, les plages respondents, is not good and that in addition, the beaches
conductrices ont tendance à se détériorer à la longue. Conductors tend to deteriorate in the long run.
On a également proposé, notamment dans le brevet US 3 728 509, un clavier étanche faisant intervenir une membrane étanche en caoutchouc ou en élastomère montée It has also been proposed, in particular in US Pat. No. 3,728,509, a waterproof keyboard involving a waterproof rubber or elastomer-mounted membrane.
sur un substrat tel qu'une plaquette de circuit imprimé. on a substrate such as a printed circuit board.
Cette membrane présente une multiplicité de bossages pré- This membrane has a multiplicity of bosses pre-
sentant chacun la forme d'une touche creuse Dans la concavité de chacun de ces bossages, est fixée une pièce en élastomère électriquement conducteur Cette pièce, qui sert de pont de contact mobile, est disposée en regard each feeling the shape of a hollow key In the concavity of each of these bosses, is fixed an elastomeric part electrically conductive This piece, which serves as a movable contact bridge, is arranged opposite
d'au moins un couple de contacts fixes prévus sur le sub- at least one pair of fixed contacts provided on the sub-
strat.Strat.
Cette solution présente, quant à elle, l'inconvénient de This solution has the disadvantage of
ne pas se prêter à une miniaturisation et de ne pas assu- do not lend themselves to miniaturization and not to
rer un guidage précis de la pièce en élastomère servant precise guidance of the elastomer
de pont de contact mobile.mobile contact bridge.
L'invention a donc plus particulièrement pour but de sup- The invention therefore more particularly aims at eliminating
primer ces inconvénients.to overcome these disadvantages.
Elle propose, à cet effet, une structure d'interrupteur dans laquelle l'équipage mobile, incluant le pont de contact mobile, est correctement guidé et comprend des It proposes, for this purpose, a switch structure in which the mobile equipment, including the movable contact bridge, is correctly guided and comprises
moyens de rappel élastiques indépendants des moyens uti- elastic return means independent of the means
lisés pour engendrer l'effet tactile. to create the tactile effect.
D'une façon plus précise, cette structure comprend, comme dans l'exemple décrit dans le brevet US cité: un substrat portant au moins un couple de contacts fixes; More precisely, this structure comprises, as in the example described in the cited US patent: a substrate carrying at least a pair of fixed contacts;
une membrane élastique recouvrant au moins partielle- an elastic membrane covering at least partial-
ment le substrat, cette membrane comprenant, dans une 4 - zone située en regard des contacts fixes, un bossage en forme de calotte dont la face concave, orientée vers the substrate, this membrane comprising, in a 4-zone situated opposite the fixed contacts, a cap-shaped boss whose concave face, oriented towards
les contacts, porte une pièce en matériau électrique- contacts, wears a piece of electrical material-
ment conducteur constituant un pont de contact mobile apte à assurer une connexion entre les contacts fixes à conductor constituting a movable contact bridge capable of providing a connection between the fixed contacts at
la suite d'une déformation élastique du bossage. following an elastic deformation of the boss.
Selon l'invention, cette structure est caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une pièce de transmission solidaire du bossage, cette pièce étant axialement mobile perpendiculairement au substrat; une pièce de guidage se présentant sous la forme d'une plaque solidarisée au substrat et comportant un perçage dans lequel s'engage et est axialement guidée l'extrémité libre de la pièce de transmission, ledit perçage comprenant un évasement orienté vers l'extérieur; une feuille en matière semi-rigide qui recouvre la face According to the invention, this structure is characterized in that it further comprises a transmission piece integral with the boss, this part being axially movable perpendicularly to the substrate; a guide piece in the form of a plate secured to the substrate and having a bore in which engages and is axially guided the free end of the transmission part, said bore comprising an outwardly oriented flare; a sheet of semi-rigid material that covers the face
extérieure de la plaque de guidage, cette feuille pré- outer surface of the guide plate, this sheet pre-
sentant en regard dudit évasement, une conformation en forme de calotte bombée vers l'extérieur, qui sert de touche et contre laquelle l'extrémité libre de la pièce de transmission vient en appui, ladite conformation et ledit évidement étant conçus de manière à obtenir un sensing opposite said flare, a convex shaped crown-shaped conformation, which serves as a key and against which the free end of the transmission piece bears, said conformation and said recess being designed to obtain a
effet tactile lors de la sollicitation de la touche. touch effect when pressing the key.
Avantageusement, le susdit substrat consiste en une pla- Advantageously, the aforesaid substrate consists of a
quette de circuit imprimé montée fixement à l'intérieur printed circuit board fixed inside
d'un boîtier d'appareil électrique ou électronique. an electrical or electronic device box.
Dans ce cas, la susdite pièce de guidage peut consister en une paroi du boîtier parallèle au circuit imprimé, la In this case, the aforesaid guide piece may consist of a wall of the housing parallel to the printed circuit, the
feuille en matériau semi-rigide servant en outre de mem- sheet of semi-rigid material also serving as a mem-
brane d'étanchéité.brane sealing.
Bien entendu, 1 ' invention concerne également un clavier utilisant la structure précédemment décrite Dans ce cas le substrat comprend une multiplicité de couples de contacts fixes; Of course, the invention also relates to a keyboard using the previously described structure In this case the substrate comprises a multiplicity of fixed contact pairs;
la membrane élastique comprend une multiplicité de bos- the elastic membrane comprises a multiplicity of
sages correspondant chacun à un couple de contacts fixes et comprenant chacun une pièce électriquement conductrice; wise each corresponding to a pair of fixed contacts and each comprising an electrically conductive member;
la pièce de guidage comprend une multiplicité de per- the guide piece comprises a multiplicity of
çages servant chacun au guidage d'une pièce de trans- each of which serves to guide a piece of
mission solidaire d'un bossage de la membrane; la feuille en matière plastique semi-rigide est munie d'une multiplicité de conformations en forme de calotte sur chacune desquelles vient en appui une pièce de transmission. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, mission integral with a boss of the membrane; the sheet of semi-rigid plastic material is provided with a plurality of cone-shaped conformations on each of which abuts a transmission part. One embodiment of the invention will be described below,
à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux des- as a non-limitative example, with reference to the
sins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue de dessus d'un boîtier d'appareil électrique comprenant un clavier réalisé conformément à l'invention, La figure 2 est une coupe schématique selon A/A' de la figure 1, cette coupe montrant plus 1 is a top view of an electrical appliance housing comprising a keyboard made according to the invention; FIG. 2 is a diagrammatic section along A / A 'of FIG. showing more
particulièrement la structure du clavier. especially the keyboard structure.
Dans cet exemple, l'appareil comprend un boîtier 1 paral- In this example, the apparatus includes a 1-parallel housing
lélépipédique dont la paroi frontale 2 est munie d'une aire de visualisation 3 constituée, par exemple, par une cellule à cristaux liquides, et d'un clavier 4 situé dans 6 - l'intervalle compris entre l'aire 3 et le bord antérieur du boîtier 1 Ce clavier comprend ici quatre touches 6 the elepiped whose frontal wall 2 is provided with a viewing area 3 constituted, for example, by a liquid crystal cell, and a keyboard 4 located in 6 - the interval between the area 3 and the front edge of the case 1 This keyboard includes here four keys 6
à 9 alignées selon un axe parallèle au bord 5. 9 aligned along an axis parallel to the edge 5.
Chacune des touches 6 à 9 se trouve identifiée par un symbole fonctionnel, ici les signes + et -, ainsi qu'une Each of the keys 6 to 9 is identified by a functional symbol, here the signs + and -, as well as a
flèche verticale et une flèche horizontale. vertical arrow and a horizontal arrow.
Comme cela est visible sur la figure 2, ce clavier 4 fait intervenir un substrat monté fixement à l'intérieur du boîtier 1 et qui consiste ici en le circuit imprimé 10 de l'appareil. Ce circuit imprimé 10 comprend, dans des zones situées dans l'axe des touches 6 à 9, quatre couples de plages conductrices respectives C, C', chaque couple de plages constituant les contacts fixes d'un interrupteur associé As can be seen in FIG. 2, this keyboard 4 involves a substrate fixedly mounted inside the casing 1 and which here consists of the printed circuit 10 of the apparatus. This printed circuit 10 comprises, in zones located in the axis of the keys 6 to 9, four pairs of respective conductive pads C, C ', each pair of ranges constituting the fixed contacts of an associated switch.
à la touche correspondante.to the corresponding key.
Sur le circuit imprimé 10 est fixée, au moyen de rivets 11 ou tout autre moyen, une membrane en caoutchouc ou en élastomère 12 comprenant, dans les susdites zones, des On the printed circuit 10 is fixed, by means of rivets 11 or any other means, a rubber or elastomer membrane 12 comprising, in the aforesaid zones,
bossages 13 en forme de calottes tronconiques qui délimi- bosses 13 in the form of frustoconical caps which delimit
tent donc au-dessus des plages conductrices C, C' un therefore, above the conductive areas C, C '
volume libre.free volume.
Ce volume libre est partiellement occupé par une pièce 14 en élastomère conducteur, dont la face inférieure s'étend parallèlement et à une distance déterminée du circuit imprimé 10, cette pièce 14, de forme cylindrique, étant fixée sur la surface intérieure du bossage 13, au niveau This free volume is partially occupied by a piece 14 made of conductive elastomer, the lower face of which extends parallel and at a determined distance from the printed circuit 10, this piece 14, of cylindrical shape, being fixed on the inner surface of the boss 13, at the level
de son fond.from its bottom.
Dans cet exemple, la partie supérieure des bossages 13 est prolongée par une partie cylindrique 15 coaxiale qui In this example, the upper part of the bosses 13 is extended by a coaxial cylindrical portion 15 which
remplit la fonction de la susdite pièce de transmission. performs the function of the aforesaid transmission part.
7 - L'extrémité de chacune de ces parties cylindriques 15 s'engage dans un perçage coaxial 16 prévu dans la paroi frontale 2 du boîtier 1 et se termine par une face bombée 7 - The end of each of these cylindrical parts 15 engages in a coaxial bore 16 provided in the front wall 2 of the housing 1 and ends with a convex face
17 située légèrement au-dessus du plan de la face exté- 17 slightly above the plane of the outer face.
rieure de ladite paroi 2. Chaque perçage 16 comprend vers l'extérieur une partie évasée 18, de forme conique dont le diamètre extérieur 2. Each bore 16 comprises outwardly a tapered portion 18, conical in shape, the outside diameter of which
est sensiblement égal au côté d'une touche 6 à 9. is substantially equal to the side of a key 6 to 9.
La face extérieure de la paroi frontale 2 du boîtier 1 est recouverte (dans la partie constituant le clavier) par une feuille en matière plastique semi-rigide 20, par The outer face of the front wall 2 of the housing 1 is covered (in the part constituting the keyboard) by a sheet of semi-rigid plastic material 20, by
exemple en polycarbonate.example in polycarbonate.
Au niveau des orifices évasés des perçages, cette feuille comprend des bossages 21 en forme de calotte, sur les faces intérieures desquelles viennent s'appliquer les At the level of the flared holes of the bores, this sheet comprises bosses 21 in the form of a cap, on the inner faces of which are applied the
extrémités bombées 17 des parties cylindriques 15. curved ends 17 of the cylindrical portions 15.
Les emplacements des touches 6 à 9 ainsi que les symboles identifiant leurs fonctions sont indiqués par exemple par The locations of the keys 6 to 9 as well as the symbols identifying their functions are indicated for example by
impression sur cette feuille 20.print on this sheet 20.
Le fonctionnement du clavier tel que précédemment décrit The operation of the keyboard as previously described
est alors le suivant.is then the next.
Au repos, la membrane 13 occupe la position indiquée sur la figure 2, les pièces 14 en élastomère conducteur étant At rest, the membrane 13 occupies the position indicated in FIG. 2, the elastomeric conductive parts 14 being
écartées des plages conductrices C, C'. spaced apart from the conductive pads C, C '.
A partir de cette position, si l'on exerce une pression P sur une touche, on provoque un déplacement axial de la From this position, if a pressure P is exerted on a key, an axial displacement of the
partie cylindrique 15, à l'encontre des efforts résis- cylindrical portion 15, against the resistant stresses
tants dus:due:
à la déformation élastique des parois latérales du bos- elastic deformation of the lateral walls of the
sage 13; -8- à la déformation du bossage 21 de la feuille 20 en polycarbonate. Au cours de cette action, l'effort résistant engendré par la déformation des parois du bossage 13 est croissant sur sage 13; The deformation of the boss 21 of the polycarbonate sheet 20. During this action, the resistant force generated by the deformation of the walls of the boss 13 is increasing on
toute la course de la touche.the whole race of the touch.
Par contre, l'effort résistant engendré par la déforma- On the other hand, the resisting force engendered by deformation
tion du bossage 21 de la feuille 20 est d'abord croissant boss 21 of the sheet 20 is first increasing
dans une première partie de la course, puis s'annule bru- in the first part of the race, then vanishes abruptly
talement par suite de l'inversion de concavité du bossage talement due to the inversion of concavity of the boss
21, en produisant ainsi l'effet tactile recherché. 21, thus producing the desired tactile effect.
Bien entendu, en fin de course, l'élastomère conducteur 14 vient s'appliquer sur les plages conductrices C, C' en Of course, at the end of the race, the conductive elastomer 14 is applied to the conductive pads C, C 'in
établissant un contact électrique entre ces deux plages. establishing an electrical contact between these two ranges.
Ce contact est de bonne qualité du fait du guidage assuré par la partie cylindrique 15 et grâce aux propriétés de This contact is of good quality because of the guiding provided by the cylindrical part 15 and thanks to the properties of
l'élastomère conducteur de la pièce 14. the conductive elastomer of the part 14.
Le retour de la touche en position de repos est principa- The return of the key to the rest position is mainly
lement assuré grâce à l'effort exercé par le bossage 13 auquel vient s'ajouter, seulement après une nouvelle inversion de concavité, l'effort exercé par le bossage 21. Il apparaît clairement que les moyens utilisés ici pour provided by the effort exerted by the boss 13, to which is added, only after a new inversion of concavity, the force exerted by the boss 21. It is clear that the means used here for
assurer l'effet tactile, sont indépendants de la cinéma- tactile effect, are independent of cinematography
tique de l'interrupteur et n'altèrent en rien son bon fonctionnement. switch and do not affect its operation.
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