FR2822271A1

FR2822271A1 - Dispositif a boule de commande des deplacements d'un curseur sur un ecran d'appareil electronique

Info

Publication number: FR2822271A1
Application number: FR0103579A
Authority: FR
Inventors: Herve Bricaud; David Ferraton
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2002-09-20
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: DE60227363D1; EP1388119B1; TW571225B; EP1388119A1; US7106303B2; EP1388119B8; ATE400018T1; FR2822271B1; WO2002075641A1; US20040095324A1; CN1496532A

Abstract

L'invention propose un dispositif (20) comportant un boîtier, et deux arbres de codage (32L, 32T) entraînés en rotation par une boule de commande (30), et dans lequel chaque arbre est lié en rotation à un élément mobile de codage (44L, 44T) appartenant à un générateur de signaux de commande, caractérisé en ce que le générateur de signaux comporte :- une tige mobile de contact (70L, 70T) qui, au repos, s'étend verticalement avec son tronçon inférieur (78L, 78T) reçu entre deux plots fixes et opposés (P5L-P6L, P5T-P6T) de contact, et qui est montée basculante; et- un pignon denté (44L, 44T) lié en rotation à l'arbre, entre deux dents consécutives duquel est reçu un tronçon supérieur (68L, 68T) de la tige mobile (70L, 70T) de manière à provoquer le basculement de la tige pour établir un contact électrique entre le tronçon inférieur et l'un ou l'autre des deux plots de contact.

Description

"Dispositif à boule de commande des déplacements d'un curseur sur un écran d'appareil électronique"
La présente invention concerne un dispositif de commande du type communément appelé"trackball".

L'invention concerne ainsi un dispositif de commande comportant un boîtier dans lequel sont agencés deux arbres tournants orthogonaux de codage entraînés en rotation, chacun dans les deux sens, par une boule de commande montée à rotation dans le boîtier, et du type dans lequel chaque arbre est lié en rotation à un élément mobile appartenant à un générateur de signaux de commande, notamment des déplacements d'un curseur sur un écran d'un appareil électronique.

On connaît de nombreux exemples de réalisation d'un tel type de dispositif appliqué notamment à la commande d'un curseur d'un ordinateur dit portable.

Il existe différentes conceptions pour l'entraînement des arbres par la boule, notamment par friction ou par couplage magnétique.

On a aussi proposé différentes conceptions pour chaque générateur de signaux qui sont par exemple du type à roue de codage à contact par frotteur, du type électro-optique ou du type électromagnétique.

Le choix entre les différentes conceptions d'entraînement et de générateurs de signaux tient notamment compte de la précision souhaitée, de la fiabilité et des possibilités d'intégration en fonction de l'appareil électronique auquel le dispositif de commande est associé. La consommation électrique du dispositif dans son état de veille ou de repos est aussi un paramètre important de ce choix dans la mesure où celle-ci peut être particulièrement élevée dans le cas des systèmes électrooptiques de codage.

Les dimensions globales du dispositif de commande et ses possibilités de connexion ou de raccordement électrique sont déterminantes pour son adaptation à certains types d'appareils électroniques de dimensions réduites.

Le besoin d'un dispositif de commande permettant de déplacer un curseur sur un écran, et/ou de faire défiler des menus, aussi appelé"navigateur", est de plus important sur les appareils du type "téléphone portable" offrant de plus en plus de fonctions et de services faisant appel notamment à des choix proposés sur un ou plusieurs écrans, de manière analogue à l'utilisation d'un ordinateur portable. Il est de plus souhaitable de pouvoir disposer d'au moins une touche de validation sur laquelle l'utilisateur appuie pour valider un choix correspondant à la position que le curseur a atteint sur l'écran par manipulation de la boule. De plus, l'accroissement prévu de la dimension des écrans, de l'ordre de 40 par 80 mm, impose de disposer d'un navigateur très performant permettant notamment de se déplacer avec précision dans toutes les directions, et pas seulement selon les deux directions orthogonales classiques de scrutation.

Ce besoin est par exemple illustré par le document US-A-5.901. 222 (LUCENT TECHNOLOGIES) qui propose un appareil portable et ergonomique de télécommunications dont l'interface avec l'utilisateur n'est constituée que par un ou plusieurs écrans et par un seul dispositif de type"trackball"dont la boule peut être poussée ou enfoncée pour valider une position d'un curseur ou un choix dans un menu, en l'absence de tout clavier et de toute autre touche de commande de commutateur (s).

On a aussi proposé dans le document DE-A-4. 107. 085 un dispositif de commande qui est associé à un commutateur inférieur de validation sur laquelle l'utilisateur agit par enfoncement de la boule et par l'intermédiaire d'une bille

interposée entre la boule et l'organe de déclenchement du commutateur.

L'invention vise à proposer une conception perfectionnée d'un dispositif de commande du type"trackball"mentionné précédemment qui soit de dimensions et d'un coût extrêmement réduit, tout en possédant une conception ergonomique et fiable, permettant son intégration aisée dans un appareil portable de télécommunications, notamment en ce qui concerne le raccordement de ses différentes sorties électriques.

Dans ce but, l'invention propose un dispositif, caractérisé en ce que le générateur de signaux de commande comporte : - une tige mobile de contact qui, dans sa position de repos vers laquelle elle est rappelée élastiquement, s'étend selon une direction sensiblement verticale dans laquelle un tronçon inférieur de la tige est reçu avec jeu entre deux plots de contact fixes et opposés de contact d'orientation verticale, et qui est montée basculante globalement autour d'un axe horizontal parallèle à l'axe de l'arbre associé, - et un pignon denté, lié en rotation à l'arbre associé, entre deux dents consécutives duquel est reçu un tronçon supérieur de la tige mobile de contact en position de repos, de manière à provoquer le basculement de la tige de contact, dans l'un ou l'autre sens, lorsque l'arbre est entraîné en rotation pour établir un contact électrique entre le tronçon inférieur et l'un ou l'autre des deux plots fixes de contact, et provoquer l'échappement automatique du tronçon supérieur hors de l'espace délimité par les deux dents consécutives au-delà d'un angle déterminé de rotation de l'arbre.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - l'axe de basculement est situé verticalement entre les tronçons inférieur et supérieur de la tige mobile de contact ;

- la tige mobile de contact est liée en rotation à la dernière spire d'une extrémité d'un ressort à boudin de torsion, en fil métallique, d'axe horizontal dont le corps cylindrique est logé dans le boîtier dont l'autre extrémité est bloquée en rotation ; - le tronçon inférieur est le tronçon d'extrémité libre inférieure de la tige mobile de contact ; - le tronçon supérieur est un tronçon coudé à 1800 qui relie la tige mobile de contact à la dernière spire du ressort ; - le tronçon coudé s'étend dans un plan vertical parallèle à l'axe du ressort à boudin et sensiblement tangent à la périphérie du corps du ressort ; - l'axe du ressort est décalé transversalement par rapport à l'axe de l'arbre de codage associé ; - la tige de contact est réalisée en une seule pièce avec le ressort à boudin ; - le boîtier comporte une partie inférieure, ouverte verticalement vers le haut, dans le fond de laquelle sont agencés les plots fixes de contact et qui comporte des logements ouverts vers le haut, qui logent des tronçons de chaque arbre de codage pour son montage à rotation dans le boîtier, et des logements, de forme globalement semi-cylindrique, qui logent le corps cylindrique de chaque ressort à boudin ; - le dispositif comporte un commutateur électrique, notamment de validation d'une position du curseur sur l'écran, du type comportant au moins deux plots de contact fixes agencés dans le fond du boîtier et un organe de déclenchement de forme générale bombée qui est déformable élastiquement, à partir d'une position de repos, sous l'action d'un effort d'orientation verticale appliqué à la boule (30), pour établir une liaison électrique entre les deux plots de contact fixes ;

- l'organe de déclenchement comporte une partie centrale qui délimite une cavité en forme de calotte sphérique creuse qui reçoit directement une partie de la boule de commande ; - les plots de contact fixes du commutateur électrique et les plots fixes de contact des générateurs de signaux sont des plots conducteurs de contact appartenant à la face supérieure d'une extrémité d'un câble plat reçu dans le fond de la partie inférieure du boîtier ; - la première spire du ressort à boudin se prolonge verticalement vers le bas par un brin de raccordement, et la face supérieure du câble plat comporte un plot de contact fixe supplémentaire avec lequel lesdits brins de raccordement sont en contact électrique ; - le centre de rotation de la boule de commande est situé en dessous du plan qui contient les axes de rotation des arbres de codage ; - chaque arbre de codage est entraîné en rotation par la boule par friction ; au repos, l'organe de déclenchement sollicite élastiquement la boule de commande vers le haut en contact avec les arbres de codage et en appui sur une butée franche décalée vers le haut par rapport au centre de la boule de commande.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective extérieure, de dessus et de trois quarts avant droit, qui représente un dispositif de commande conforme aux enseignements de l'invention avec son"flex"de connexion ;

- la figure 2 est une vue en perspective éclatée et à plus grande échelle des différents composants du dispositif de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue transversale de droite des composants de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue de dessus à grande échelle de la partie inférieure du boîtier du dispositif des figures 1 à 3 ; - les figures 5 à 8A et 9 sont des vues en coupe du dispositif selon l'invention, par les plans verticaux de coupe 5-5 à 9-9 indiqués à la figure 4 sur lesquelles les tiges de contact sont représentées dans leur position verticale stable de repos ; - les figures 8B et 8C sont des vues similaires à celle de la figure 8A sur lesquelles la tige de contact est représentée dans deux positions opposées de contact ; - la figure 10 est une vue en perspective à grande échelle, de dessus et de trois quarts arrière droit, de la partie inférieure du boîtier ; - la figure 11 est une vue en perspective de dessous et à grande échelle de la partie supérieure formant couvercle du boîtier ; - la figure 12 est une vue selon la flèche F12 de la figure

11 ; - la figure 13 est une vue en perspective à grande échelle, selon un autre angle, qui illustre l'agencement et la coopération relative de l'arbre de codage longitudinal avec le tronçon supérieur de la tige mobile de contact associée ; - la figure 14 est une vue en perspective à grande échelle du ressort transversal ; - la figure 15 est une vue en perspective de dessus et à grande échelle de l'organe de déclenchement du commutateur de validation ;

- la figure 16 est une vue de dessus similaire à celle de la figure 4 avec l'ensemble des composants en position montée dans la partie inférieure du boîtier, sauf la boule de commande ; - la figure 17 est une vue de dessus à grande échelle qui illustre les différents plots conducteurs de contact du tronçon d'extrémité du"flex"qui est reçu dans le fond du boîtier ; - la figure 18 est une vue similaire à celle de la figure 10 qui illustre la mise en place du"flex"de raccordement dans la partie inférieure du boîtier ; - la figure 19 est une vue similaire à celle de la figure 18 après la mise ne place des ressorts de contact et de l'organe de déclenchement du commutateur de validation ; - la figure 20 est une vue similaire à celles des figures 18 et 19 avec tous les composants en place et avant fermeture du boîtier au moyen du couvercle supérieur ; - la figure 21 est une vue en perspective similaire à celle de la figure 1 qui illustre une variante de réalisation de l'invention dans laquelle le"flex"de raccordement est remplacé par des pattes de connexion autour desquelles est surmoulée la partie inférieure du boîtier ; et - la figure 22 est une vue similaire à celle de la figure 4 qui illustre la partie inférieure du boîtier du dispositif de la figure 21.

Pour la description de l'invention, on adoptera à titre non limitatif les orientations verticale, longitudinale et transversale selon le repère V, L, T indiqué à la figure 1.

Par convention on adoptera aussi les termes inférieur, supérieur, avant, arrière, et gauche, droite en référence à la figure 1.

Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes références numériques ou alphanumériques.

Le dispositif 20 comporte un boîtier 22 de forme générale sensiblement parallélépipédique rectangle en deux parties inférieure 24 principale et supérieure 26 formant couvercle de fermeture de la partie inférieure qui loge les principaux composants du dispositif 20.

Le dispositif comporte essentiellement une boule ou sphère centrale de commande 30 qui entraîne en rotation, ici par frottement, deux arbres orthogonaux de codage dont chacun est associé à un générateur de signaux.

Les deux arbres et les générateurs de signaux sont de conception globalement symétrique, et agencés symétriquement, par rapport à un plan vertical de symétrie correspondant à la ligne 6-6 de la figure 4 et dans lequel se situe le centre C de la boule 30.

Ainsi les éléments identiques, similaires ou analogues associés à l'arbre de codage d'axe longitudinal et à l'arbre de codage d'axe transversal seront désignés par les mêmes chiffres de référence indicés"L"et"T"respectivement.

Chaque arbre de codage 32L, 32T comprend ainsi un corps cylindrique étagé 34L, 34T dont les deux extrémités libres opposées 36L, 36T de petit diamètre et 38L, 38T de grand diamètre sont montées à rotation dans les deux sens dans le boîtier 22 autour d'un axe 40L, 40T de rotation.

Chaque corps 34L, 34T comporte un tambour ou rouleau 42L, 42T d'entraînement dont la surface périphérique coopère par friction avec celle de la boule 30, et un pignon denté de codage 44L, 44T, agencés axialement le long du corps 34L, 34T auquel ils sont liés en rotation.

En dessous de chaque arbre de codage 32L, 32T, la partie inférieure 24 du boîtier 22 comporte un logement de forme générale semi-cylindrique 46L, 46T ouvert vers le haut (voir figures 10 et 12). Plus précisément, chaque logement présente

un profil prismatique pour limiter les frottements en assurant un guidage le long d'arêtes linéaires.

Chaque logement 46L, 46T reçoit le corps principal cylindrique 48L, 48T d'un ressort de torsion à boudin 50L, 50T en fil métallique enroulé selon un axe 52L, 52T.

La dernière spire 54L, 54T de chaque ressort se prolonge par un brin 56L, 56T d'orientation axiale, selon l'axe 52L, 52T, qui se prolonge lui-même par un brin d'extrémité libre 58L, 58T qui est de forme en demi-cercle en s'étendant dans un plan vertical vers le bas de manière à être reçu verticalement dans une fente complémentaire 62L, 62T qui est formée dans la partie inférieure 24 du boîtier et ouverte verticalement vers le haut.

La première spire 64L, 64T du ressort 50L, 50T, opposée axialement à la dernière spire 54L, 54T, se prolonge vers le haut par un brin vertical 66L, 66T qui relie la première spire à une tige verticale mobile de contact 70L, 70T par l'intermédiaire d'un brin supérieur 68L, 68T coudé à 180 .

Ainsi, la conformation de cette extrémité de chaque ressort est telle que le brin de liaison 66L, 66T, la tige de contact 70L, 70T et le brin coudé 68L, 68T (qui constitue le tronçon d'extrémité supérieure de la tige de contact) se situent dans un plan vertical sensiblement tangent à la périphérie du corps cylindrique 48L, 48T du ressort 50L, 50T, comme on peut le voir notamment à la figure 8A.

L'orientation verticale de la tige de contact 70L, 70T, dans la position de repos illustrée notamment aux figures 6 à 8A et 9, résulte de la conception de chaque ressort 50L, 50T avec sa tige de contact 70L, 70T et son brin coudé 58L, 58T, ce dernier étant guidé verticalement dans la fente 62L, 62T de manière à positionner angulairement le ressort SOL, 50T et à immobiliser en rotation son extrémité comportant la spire 54L, 54T.

La partie inférieure 24 du boîtier 22 est de forme générale parallélépipédique rectangle creuse et elle est délimitée notamment par un fond 72 avec une face supérieure plane horizontale 74.

La hauteur de chaque tige verticale de contact 70L, 70T est telle que l'extrémité libre 76L, 76T de son tronçon inférieur de contact 78L, 78T s'étendent avec jeu au-dessus de la portion en vis-à-vis de la face supérieure 74.

Chaque tronçon inférieur de contact 78L, 78T est aussi reçu avec un jeu latéral entre deux surfaces verticales de butée 80L, 80T et 82L, 82T qui appartiennent à des blocs de matière 81L, 81T et 83L, 83T réalisés venus de matière par moulage avec le fond 72 et qui font saillie verticalement vers le haut.

Comme on le verra par la suite à l'occasion de la description du fonctionnement du dispositif 20, en fonction de la rotation de la boule 30, chaque tige de commande 70L, 70T est susceptible de basculer par rapport à sa position verticale avec un déplacement correspondant du tronçon inférieur de contact 78L, 78T en direction des faces de butées 80L-82L, 80T-82T.

Pour le montage à rotation de chaque arbre de codage 32L, 32T, la partie inférieure 24 du boîtier 22 comporte, à proximité de sa face supérieure horizontale 25, des logements ouverts verticalement vers le haut, 84L, 84T et 86L, 86T qui reçoivent respectivement les extrémités libres 36L, 36T et 38L, 38T du corps 34L, 34T de chaque arbre de codage 32L, 32T.

La largueur horizontale des logements 84L, 84T est sensiblement égale au diamètre des pivots d'extrémités 36L, 36T tandis que les logements 86L, 86T sont ouverts latéralement vers l'intérieur du boîtier, chaque logement étant complété par une épingle élastique en forme d'épingle à cheveux 90L, 90T qui est montée verticalement dans un logement complémentaire 88L, 88T de manière que la branche supérieure d'extrémité libre 92L,

92T de l'épingle tournée vers l'intérieur du boîtier sollicite le pivot correspondant 38L, 38T élastiquement pour pousser le rouleau 32L, 32T en appui contre la boule 30.

Conformément à un autre aspect de l'invention, le dispositif 20 comporte aussi un commutateur de validation qui est constitué pour l'essentiel par un organe élastique de déclenchement du type monostable 94, de conception générale connue à forme en étoile à quatre branches.

L'organe de déclenchement 94 comporte une partie centrale 96 comportant une cuvette en forme de calotte sphérique 98 avec sa concavité orientée vers le haut sur laquelle prend appui la boule de commande 30, et comporte deux paires de branches radiales 100L, 100T, réparties à 90 , dont chacune se termine par un bord inférieur d'appui et de contact en arc de cercle 102L, 102T avec sa convexité orientée vers le bas.

Le positionnement angulaire de l'organe de déclenchement 94 dans la partie inférieure 24 du boîtier est assuré au moyen de la paire de logements 104T qui reçoivent les deux bords d'extrémités 102T, et au moyen d'un troisième logement 104L qui reçoit l'un des deux bords d'extrémités 102L, tandis que l'autre bord 102L est reçu dans un dernier logement 104L formé dans le couvercle (voir figure 11).

Comme on peut le voir notamment aux figures 10 et 12, la partie inférieure 24 du boîtier 22 est délimitée latéralement par deux parois latérales parallèles et opposées 106L de gauche et de droite, et par une paroi transversale arrière 106T d'orientation transversale, tandis que la paroi transversale avant 106T comporte, sur toute sa hauteur et jusqu'à la face supérieure 74 du fond 72, une ouverture 108 dont la fonction sera expliquée par la suite.

Le couvercle 26 illustré notamment à la figure 11 est constitué pour l'essentiel par une plaque horizontale dont la face

inférieure 27 est prévue pour venir en appui sur la face supérieure 25 de la partie inférieure 24.

La face inférieure 27 comporte des évidements en arc de cylindre pour permettre le libre passage et la rotation des rouleaux 42L, 42T et des pignons 44L, 44T.

Elle comporte aussi deux doigts en saillie, verticalement vers le bas, 116L et 116T qui maintiennent les brins 58L et 58T en place dans leur fente associée 62L, 62T, et en appui verticalement vers le bas contre les plots en vis-à-vis P4L et P4T du flex comme cela sera expliqué par la suite.

Le couvercle 26 comporte aussi une cloison verticale 110 complémentaire de l'ouverture 108 de la partie inférieure 24 qui comporte, le long de ses bords verticaux deux nervures 112 complémentaires des rainures 114 formées dans les bords de l'ouverture 108 de manière à permettre le montage à glissière, verticalement de haut en bas, du couvercle 26 sur la partie inférieure 24.

En position assemblée, et comme on le voit par exemple à la figure 1, le couvercle 26 complète ainsi et ferme entièrement le boîtier 22.

La hauteur de la cloison 110, délimitée verticalement vers le bas par son bord horizontal 111, est légèrement inférieure à la hauteur de l'ouverture 108 de manière à permettre le passage du corps 29 du flex 28.

Dans le mode de réalisation préféré du dispositif illustré aux figures, le raccordement électrique du dispositif de commande 20 est assuré au moyen d'un câble ou faisceau plat 28, aussi appelé"flex"dont la conception et la technologie sont connues.

Sur toutes les figures, la face supérieure du flex est représentée sans la couche supérieure isolante appliquée sur les pistes conductrices du flex reliant les plots Pi et les bornes Bi.

Cette couche, ou"coverlayer", permet de garantir l'isolation électrique entre les pistes et d'éliminer les risques de courts- circuits lors de la validation par déflexion du dôme 94.

Le flex, 28 comporte ainsi un corps en forme de bande 29 de faible épaisseur, de l'ordre de 0,12 mm, à l'intérieur duquel sont réalisés des fils ou lignes conductrices.

Pour relier ces fils Fi et constituer des points de raccordement du dispositif 20, chacun des fils se termine, à l'extrémité avant, à gauche en considérant la figure 1, du flex 28, par une borne de raccordement Bi qui est formée sur la face supérieure de la bande 29 sous la forme d'un dôme bombé qui présente une capacité de déformation élastique pour son raccordement par pression de contact avec une piste conductrice d'une plaque à circuit imprimés.

De la même manière et selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le tronçon d'extrémité libre arrière 120, à droite en considérant par exemple les figures 2 et 17, comporte, réalisées venues de matière, une série de plages ou plots conducteurs Pi reliés aux fils Fi dont chacun constitue un contact fixe destiné à coopérer avec les différents éléments actifs 70L, 70T, 60L, 60T et 94,98 et 102L.

Le contour de ce tronçon arrière 120 présente un profil découpé permettant sa mise en place à l'intérieur de la partie inférieure 24 pour venir en appui horizontal sur la face supérieure 74 du fond 72.

Pour la réalisation du commutateur de validation, en association avec l'organe de déclenchement 94, la face supérieure 122 du tronçon arrière 120 comporte un plot conducteur central Pi en forme de pastille, reliée à un fil Fi, qui est située verticalement au droit de la partie centrale 98, et deux plots P2, reliés entre eux et à un fil F2, qui sont situés longitudinalement de part et d'autre du plot central Pi et dont

chacun reçoit en appui un bord inférieur de contact 102L de l'organe de déclenchement 94.

Pour la transmission des signaux de codage produit par les générateurs de signaux associés aux arbres de contact 32L et 32T, il est également prévu des plots conducteurs.

Ainsi, le corps de chaque ressort 50L, 50T, est relié à un fil F4L, F4T, par l'intermédiaire d'un plot P4L, P4T, sur lequel vient en appui élastique l'extrémité libre 60L, 60T, du bras coudé 58L, 58T correspondant.

Ainsi, chaque tige mobile de contact 70L, 70T est reliée, par le corps 48L, 48T du ressort 50L, 50T à un plot conducteur P4L, P4T, et donc à un fil correspondant F4L, F4T.

Le tronçon inférieur de contact 78L, 78T, de chaque tige mobile de contact 70L, 70T est reçu entre deux plots de contact opposés P5L, P5T, et P6L, P6T d'orientation verticale qui sont réalisés par découpe dans le tronçon 120 du flex 28 et qui, après montage, sont redressés dans des plans verticaux en prenant appui contre les surfaces verticales de butées correspondantes 80L, 80T et 82L, 82T.

En mettant en place le tronçon 120 du flex 28 en position dans le fond 72,74 de la partie inférieure 24 du boîtier 22, on réalise ainsi les différents contacts fixes constitués par les plots conducteurs Pi, tandis que la partie du flex 28,29 qui sort du boîtier 22 par l'ouverture 108 est pincée par le bord inférieur 111 de la cloison 110.

Cette solution de raccordement avec un tronçon 120 du flex 28 à l'intérieur du boîtier est particulièrement avantageuse et économique.

En effet, contrairement à de nombreuses solutions connues, il n'y a aucune opération de soudage nécessaire pour raccorder des pattes rigides de raccordement, qui font saillie hors du boîtier, avec des pistes conductrices d'une plaque à

circuits imprimés ou bien avec des plots conducteurs d'un flex disposé sous le composant constitué par le dispositif 20.

De plus, la solution selon l'invention permet un recyclage particulièrement aisé et économique du produit dans la mesure où tous les composants se démontent sans qu'il soit nécessaire de dessouder des éléments ou composants.

La solution est particulièrement économique dans la mesure où il n'y a pas d'opération de soudage, dans la mesure où son coût est moins élevé que celui de la solution connue dans laquelle le flex est à l'extérieur du composant en étant soudé sous le composant qui possède alors des sorties de raccordement du type de celles du mode de réalisation des figures 21 et 22.

Le coût de cette solution avec un flex intégré est proche de celui de la solution à pattes de raccordement ou sorties surmoulées (figures 21 et 22). En effet, le coût du flex est en partie compensé par la suppression des contacts fixes métalliques traditionnellement noyés par surmoulage dans le fond du boîtier.

Outre qu'il n'y a pas d'opération de soudage, il est possible, du fait de l'absence de soudage par refusion, de réaliser le boîtier par moulage dans une matière plastique possédant des performances moindres du point de vue de la résistance thermique, un tel matériau étant moins coûteux. Il en est de même pour tous les composants contenus dans le boîtier qui ne subissent aucun échauffement.

L'incorporation du flex au dispositif 20 en fait un composant intégré qui n'est plus un simple câble de raccordement électrique, mais un composant qui incorpore notamment des plots fixes de contact qui sont agencés dans un même plan, la conception globale du dispositif prenant en compte cette intégration, notamment afin de disposer d'un fond

plat 72, 74 pour l'appui du flex dont les plots de contact sont coplanaires.

On décrira maintenant le fonctionnement des générateurs de signaux en référence notamment aux figures 8A à 8C.

Cette description sera faite en référence à l'arbre de codage 32L, le fonctionnement de l'autre arbre étant analogue dans la mesure où tous ses composants sont identiques, à l'exception du ressort 50T qui, pour des raisons d'équilibrage des efforts, est de conception symétrique par rapport au plan vertical 6-6, comme on peut le voir en comparant les figures 13 et 14.

Dans la position de repos représentée à la figure 8A, la tige mobile de contact 70L est verticale et son tronçon supérieur coudé 68L est reçu, avec jeu latéral selon la direction T, entre les flancs en vis-à-vis 45L de deux dents consécutives du pignon de codage 44L.

En provoquant une rotation de la boule 30 autour de son centre C, et ici autour d'un axe horizontal d'orientation longitudinale, dans le sens anti-horaire indiqué par la flèche de la figure 8A, on provoque une rotation de l'arbre 32L dans le sens horaire autour de son axe de rotation 40L, comme on peut le voir à la figure 8A.

Cette rotation provoque la venue en contact du flanc 45L de la dent de droite qui vient alors pousser transversalement, de la droite vers la gauche, le tronçon supérieur 68L.

Grâce à la possibilité de déformation élastique en torsion du corps 48L du ressort 50L auquel est liée la tige 70L et qui fait fonction de ressort de rappel de la tige 70L dans sa position de repos, cette dernière bascule globalement autour de l'axe 52L jusqu'à ce que son tronçon inférieur de contact 78L vienne en contact électrique contre le plot P5L, et en butée contre la surface de butée 80L à travers le flex, en établissant ainsi une liaison électrique entre les plots P4L et P5L.

La rotation dans le sens horaire du rouleau 32L se poursuit et cette rotation provoque, à la manière d'un mécanisme du type à"Croix de Malte" l'échappement automatique du tronçon supérieur 68L qui poursuit son mouvement de basculement pour revenir ensuite automatiquement, avec la tige de contact 70L, à sa position verticale stable illustrée à la figure 8A, entre les deux suivantes.

Si le mouvement de rotation de la boule 30 se poursuit dans le même sens, la tige 70L va à nouveau basculer avec la même orientation représentée à la figure 8B pour provoquer la génération d'un nouveau signal grâce au contact électrique qui est de nouveau établi entre les plots P5L et P4L.

Au contraire, si la boule 30 est entraînée en rotation dans l'autre sens, dans le sens horaire en considérant la figure 8A, l'arbre de codage 32L est entraîné dans le sens anti-horaire comme on peut le voir à la figure 8C et la dent 65 provoque le basculement de la tige de contact 70L jusqu'à ce que son tronçon inférieur de contact 78 vienne en contact contre le plot conducteur P6L et en butée contre la surface verticale 82L.

Cette venue en contact établit alors un contact électrique entre les plots P6L et P4L, en générant un signal différent de celui résultant du raccordement à travers le ressort 50L des plots P5L et P4L.

Cette différenciation des deux types de signaux, établis entre P4L et P5L ou P4L et P6L, permet de distinguer le sens de rotation de l'arbre d codage concerné, et donc le sens de rotation de la boule, et ceci au moyen d'un contact mobile unique, 70L ou 70T, pour chaque générateur de signaux.

La conception et le dimensionnement du ressort 50L avec la tige de contact 70L empêche les phénomènes de rebond, et ceci notamment grâce au fait que le tronçon 68L, après franchissement d'une dent par le phénomène d'échappement

automatique, est à nouveau reçu entre deux dents dont les flancs 45L constituent des butées pour éviter le phénomène de rebond. Les rebonds sont empêchés dans les deux sens, c'est à dire tant vers le plot P5L que vers le plot P6L. Les dimensionnements des éléments, et notamment le pas des dents du pignon, empêchent le rebond contre le plot opposé à celui avec lequel on vient d'établir le contact.

Bien entendu, selon le type de manipulation appliquée à la boule 30 par l'utilisateur, celui-ci peut provoquer la rotation simultanée des deux arbres de codage 32L et 32T dans l'un ou l'autre de leurs sens opposés de rotation.

La boule tourne pratiquement toujours autour d'un axe horizontal, et, en fonction de l'orientation du plan de rotation de la boule, les nombres d'impulsions générées par les deux générateurs sont respectivement proportionnels aux composantes, en X et en Y, de scrutation du curseur sur l'écran.

L'entraînement des rouleaux 42L, 42T portés par les arbres 32L, 32T est assuré par friction avec la surface externe de la boule de commande 30.

Les arbres avec les rouleaux sont sollicités en appui élastique contre la boule par les ressorts en épingles à cheveux 90L-92L et 90T-92T.

Comme cela est représenté à la figure 8A, il existe un décalage vertical"h"du centre C de la boule 30 en dessous du plan dans lequel sont situés les axes 40L et 40T des arbres de codage 32L et 32T.

La surface sphérique de la boule de commande 30 est ainsi en appui contre les deux rouleaux 42L, 42T avec son centre C toujours en dessous du plan des axes 40L et 40T, et elle est sollicitée élastiquement vers le haut par le dôme élastique 94 qui est légèrement précontraint élastiquement dans son état de repos illustré aux figures, et notamment à la figure 8A.

Outre ses deux contacts avec les rouleaux 42L et 42T, la boule 30 est aussi en appui contre une troisième surface d'appui constituée par un méplat 130 formé dans le bord en tronçon de calotte sphérique 132 qui délimite l'ouverture circulaire 134 à travers laquelle le sommet de la boule 30 fait saillie en dehors du boîtier 22. Ces quatre points de contact, dont trois fixes et un mobile, définissent la position géométrique de repos de la boule 30 par rapport au boîtier fixe 22.

Lorsque le sens de rotation de la boule 30 est tel que la composante verticale de l'effort exercé par la boule sur le rouleau de l'arbre de codage est dirigé vers le bas, en leur point de contact mutuel, l'effort exercé par l'opérateur sur la boule 30 tend à augmenter la pression de la boule sur le rouleau de l'arbre de codage, et le pivot de grand diamètre 38L, 38T est en butée franche contre la facette verticale 87L, 87T du boîtier. Le ressort en épingle 90L, 90T n'a alors plus de fonction. Dans le cas opposé, l'effort exercé par l'opération tend à éloigner la boule 30 du rouleau de l'arbre de codage, mais le ressort 90L, 90T garantit le contact maintenu du rouleau 42L, 42T avec la boule 30, puisque le pivot 38L, 38T n'est pas en appui contre une facette verticale du boîtier du côté de la boule.

Comme on peut le voir par exemple à la figure 7, il est aussi prévu un joint périphérique d'étanchéité 136 à lèvre 138 qui est surmoulé avec le capot 26.

La conception des générateurs de signaux selon l'invention, si on la compare aux dispositifs connus de codage électromagnétiques ou électro-optiques, est particulièrement avantageuse en ce que, à l'état de repos de chaque générateur, il n'y a aucune consommation de courant dans cet état de veille du dispositif 20.

La validation s'effectue en appliquant sur la boule de commande 30 un effort vertical F globalement orienté dans la direction parallèle à la direction V.

Cette action a pour effet de provoquer son déplacement vertical vers le bas par rapport à la partie inférieure 24 boîtier et de provoquer le changement d'état de l'organe de déclenchement monostable 94 jusqu'à ce que sa partie centrale 98 vienne en contact avec le plot conducteur Pi en provoquant ainsi un raccordement électrique entre les plots Pi et P2, et donc entre les fils Fi et F2, tout en procurant à l'utilisateur une sensation tactile de l'actionnement du commutateur de validation.

Cette action de validation est directe de l'actionneur constitué par la boule 30 sur l'organe de déclenchement, c'est à dire sans déplacement d'un sous-ensemble comme dans le cas de conceptions connues, et il est ainsi possible d'obtenir un effet tactile maximal. Dans l'exemple illustré aux figures la déflexion élastique totale du dôme 94 est de l'ordre de 0,4 mm, son déclenchement nécessitant de lui appliquer un effort vertical de 3 Newtons.

La souplesse de la lèvre 138 du joint racleur 136 permet d'assurer l'étanchéité du dispositif lors de l'action de validation car le bord libre 140 de la lèvre 138 demeure toujours en contact avec la surface périphérique de la boule 30 qui ne se déplace vers le bas que de 0,4 mm.

Du fait du positionnement du centre C de la boule 30 en dessous du plan des axes 40L et 40T de l'ordre de 0,1 mm, l'action de validation tend à "décoller" la boule 30 des rouleaux 42L, 42T et elle n'a ainsi aucun effet parasite sur les rouleaux 42L et 42T, ni donc sur les générateurs de signaux codés qui demeurent dans leurs états correspondants à leurs positions angulaires atteintes au moment de la validation.

Chaque rouleau 42L, 42T peut être réalisé par surmoulage, autour du corps 34L, 34T, d'un matériau élastomère dont le choix avec l'état de surface et la dureté Shore permet d'augmenter le coefficient de friction avec la boule 30 qui est, à sa périphérie, en plastique dur.

Si l'on souhaite privilégier une force de scrutation élevée à appliquer à la boule 30, on peut inverser le choix des matériaux, ce qui a pour effet d'augmenter les efforts de frottement de la boule 30 sur le couvercle 26,130, sur le joint racleur 138, et surtout sur le dôme de validation 94. Dans ce cas, l'étanchéité lors de la validation peut être assurée sans lèvre souple ou joint racleur (sauf pendant la validation).

La surface périphérique de la boule 30 et/ou la lèvre 136 du joint 136 peut subir un traitement hydrophobe ou oléophobe qui permet de réduire les risques de transport, notamment par la boule, à l'intérieur du dispositif, et permet d'améliorer l'efficacité de nettoyage de la boule par le joint racleur.

On notera que les dimensions du dispositif 230 sont particulièrement réduites et qu'il, présente ainsi une grande compacité permettant son intégration aisée dans un téléphone portable.

La forme semi-torique de la partie supérieure 142 du corps du joint d'étanchéité 136, qui fait saillie verticalement vers le haut par rapport à la face supérieure 144 du couvercle 26, permet d'assurer l'étanchéité de l'appui du boîtier 22 du dispositif 22 contre la face interne en vis-à-vis (non représentée) de la coque supérieure du téléphone, ce qui évite que l'ouverture circulaire formée dans cette coque pour le passage du sommet de la boule 30 ne soit une entrée possible pour la poussière ou tout autre type, de pollution à l'intérieur du téléphone.

Grâce à la conception avec le flex 28, le dispositif 20 avec son boîtier 22 peut être fixé sous la face interne de la coque

supérieure du téléphone par emboîtement élastique entre des doigts flexibles appartenant à la coque et dont les extrémités inférieures en forme de crochets sont reçus dans des encoches complémentaires 146 du boîtier 24.

L'élasticité de la partie semi-torique 142 permet d'absorber les tolérances de fabrication et d'emboîtement élastique. Ce mode de fixation remplace la fixation mécanique du dispositif 20 sur une plaque à circuits imprimés et permet ainsi d'éviter d'avoir à corriger des défauts d'alignement de la boule 30 avec l'ouverture circulaire formée dans la coque, c'est à dire qu'il permet un centrage précis du"trackba ! !" 20 par rapport à la coque. Cette fixation permet aussi une maintenance aisée de l'appareil électronique tel que le téléphone.

Différentes étapes de l'assemblage des composants du dispositif 20 sont visibles successivement aux figures 4 et 10, puis 18,19, 16 et finalement 20, avant le montage du couvercle 26.

Le maintien en position du tronçon 120 du flex 28 dans le fond 72,74 de la partie inférieure 24 du boîtier 22 est assurée par la pression de contact des quatre bords 142L et 142T de l'organe 94, des brins 58L et 58T des ressorts 50L et 50T. De plus, la face inférieure 148 d'un pied central 150 du couvercle 26 pince une partie en vis-à-vis du flex après sertissage à chaud des pions 152 de montage et de fixation du couvercle 26 sur la partie 24.

Ce pincement s'ajoute à celui par le bord inférieur 11 de la cloison 110 du couvercle qui peut être complété par des formes complémentaires (non représentées), telles que des bossages et/ou des creusures complémentaires, formés dans le bord 111 et/ou dans la partie en vis-à-vis du fond en vis-à-vis 712,74.

Par sertissage à chaud de nervures 154L, 154T formées dans le fond 72, 74 sur le flex 28 après la mise en place de ce dernier dans le fond, on augmente la tenue à la traction du flex 28,120.

Ainsi, la longueur du boîtier est égale à 12 mm, sa largeur transversale à 12 mm et sa hauteur à 8,8 mm. Le diamètre de la boule 30 est égal à 8 mm, et elle fait saillie de l'ordre de 2,1 mm au dessus de la face supérieure du couvercle 26.

La mode de réalisation représenté aux figures 21 et 22 comporte une partie inférieure de boîtier 24 dont le fond est surmoulé autour des contacts fixes qui se prolongent par des pattes ou sorties de raccordement Bi qui sont ici d'orientation transversale et réparties également par trois sur les deux côtés opposés du boîtier. Les pattes coplanaires qui font saillie hors du boîtier sont équivalentes aux bornes Bi du flex 28 et elles sont reliées aux contacts fixes Pi, agencés dans le fond 72,74, par des bandes Fi noyées dans le matériau isolant de moulage de la partie inférieure.

Cette conception symétrique et transversale des sorties facilite la découpe des contacts fixes issus d'une même bande de métal avec des chemins les plus courts.

La répartition équilibrée des deux séries de trois sorties permet l'auto-centrage du dispositif sur la plaque à circuits imprimés lors du soudage par refusion. Cette maîtrise de la position soudée du"trackball"sur la plaque à circuits imprimés est particulièrement importante car la boule doit être centrée par rapport au trou circulaire de passage de la boule dans la coque du téléphone.

La partie inférieure 24 ne comporte plus d'ouverture 108, prévue pour le passage du flex, et elle comporte deux parois opposées 106T.

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif (20) de commande du type comportant un boîtier (22,24, 26) dans lequel sont agencés deux arbres tournants orthogonaux de codage (32L, 32T) entraînés en rotation, chacun dans les deux sens, par une boule de commande (30) montée à rotation dans le boîtier, et du type dans lequel chaque arbre est lié en rotation à un élément mobile de codage (44L, 44T) appartenant à un générateur de signaux de commande, notamment des déplacements d'un curseur sur un écran d'un appareil électronique, caractérisé en ce que le générateur de signaux de commande comporte : - une tige mobile de contact (70L, 70T) qui, dans sa position de repos vers laquelle elle est rappelée élastiquement, s'étend selon une direction sensiblement verticale (V) dans laquelle un tronçon inférieur (78L, 78T) de la tige est reçu avec jeu entre deux plots fixes et opposés (P5L-P6L, P5T-P6T) de contact d'orientation verticale, et qui est montée basculante globalement autour d'un axe horizontal (52L, 52T) parallèle à l'axe (40L, 40T) de l'arbre de codage associé (32L, 32T) ; - et un pignon denté (44L, 44T), lié en rotation à l'arbre de codage associé, entre deux dents consécutives (45L, 45T) duquel est reçu un tronçon supérieur (68L, 68T) de la tige mobile de contact (70L, 70T) en position de repos, de manière à provoquer le basculement de la tige de contact (70L, 70T), dans l'un ou l'autre sens, lorsque l'arbre de codage associé (32L, 32T) est entraîné en rotation pour établir un contact électrique entre le tronçon inférieur (78L, 78T) et l'un ou l'autre des deux plots fixes de contact (P5L-P6L, P5T-P6T), et provoquer l'échappement automatique du tronçon supérieur (68L, 68T) hors de l'espace délimité par les deux dents consécutives (45L, 45T) au-delà d'un

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angle déterminé de rotation de l'arbre de codage associé (32L, 32T).
2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'axe de basculement (52L, 52T) est situé verticalement entre les tronçons inférieur (78L, 78T) et supérieur (68L, 68T) de la tige mobile de contact (70L, 70T).
3. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la tige mobile de contact (70L, 70T) est liée en rotation à la dernière spire (64L, 64T) d'une extrémité d'un ressort à boudin (50L, 50T) de torsion, en fil métallique, d'axe horizontal (52L, 52T) dont le corps cylindrique (48L, 48T) est logé dans le boîtier dont l'autre extrémité (58L, 58T) est bloquée en rotation.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tronçon inférieur (78L, 78T) est le tronçon d'extrémité libre inférieure de la tige mobile de contact (70L, 70T).
5. Dispositif selon la revendication 4 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que le tronçon supérieur (68L, 68T) est un tronçon coudé à 1800 qui relie la tige mobile (70L, 70T) de contact à la dernière spire (64L, 64T) du ressort.
6. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tronçon coudé (68L, 68T) s'étend dans un plan vertical parallèle à l'axe (52L, 52T) du ressort à boudin (50L, 50T) et sensiblement tangent à la périphérie du corps (48L, 48T) du ressort.
7. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'axe (52L, 52T) du ressort (50L, 50T) est décalé transversalement par rapport à l'axe (40L, 40T) de l'arbre de codage associé (32L, 32T).

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8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la tige de contact (70L, 70T) est réalisée en une seule pièce avec le ressort à boudin (50L, 50T).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le boîtier (22) comporte une partie inférieure (24), ouverte verticalement vers le haut, dans le fond (72,74) de laquelle sont agencés les plots fixes de contact (P5L-P6L, P5T-P6T) et qui comporte des logements ouverts vers le haut, qui logent des tronçons (38L, 38T) de chaque arbre de codage (32L, 32T) pour son montage à rotation dans le boîtier, et des logements, de forme globalement semi-cylindrique (46L, 46T), qui logent le corps cylindrique (48L, 48T) de chaque ressort à boudin (50L, 50T).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un commutateur électrique (94, P2), notamment de validation d'une position du curseur sur l'écran, du type comportant au moins deux plots de contact fixes (P2) agencés dans le fond (72,74) du boîtier et un organe de déclenchement (94) de forme générale bombée qui est déformable élastiquement, à partir d'une position de repos, sous l'action d'un effort d'orientation verticale appliqué à la boule (30), pour établir une liaison électrique entre les deux plots de contact fixes.
11. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'organe de déclenchement (94) comporte une partie centrale (98) qui délimite une cavité en forme de calotte sphérique creuse qui reçoit directement une partie de la boule de commande (30).
12. Dispositif selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 10, caractérisé en ce que les plots de contact fixes (P2L, P2T) du commutateur électrique et les plots fixes de contact (P5L-P6L, P5T-P6T) des générateurs

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de signaux sont des plots conducteurs (Pi) de contact appartenant à la face supérieure d'une extrémité (120) d'un câble plat (29) reçu dans le fond (72,74) de la partie inférieure (24) du boîtier.
13. Dispositif selon la revendication précédente, prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que la première spire (58L, 58T) du ressort à boudin se prolonge verticalement vers le bas par un brin (58L, 58T) de raccordement, et en ce que la face supérieure du câble plat comporte un plot de contact fixe supplémentaire (P4L, P4T) avec lequel lesdits brins de raccordement (58L, 58T) sont en contact électrique.
14. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le centre de rotation (C) de la boule de commande (30) est situé en dessous du plan qui contient les axes (40L, 40T) de rotation des arbres de codage (32L, 32T).
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque arbre de codage (32L, 32T) est entraîné en rotation par la boule (30) par friction.
16. Dispositif selon la revendication précédente, prise en combinaison avec la revendication 14, caractérisé en ce que, au repos, l'organe de déclenchement (94) sollicite élastiquement la boule de commande (30) vers le haut en contact avec les arbres de codage (32L, 32T) et en appui sur une butée franche (130) décalée vers le haut par rapport au centre (C) de la boule de commande (30).