EP0446088B1 - Interrupteur à effet tactile et clavier utilisant cet interrupteur - Google Patents

Interrupteur à effet tactile et clavier utilisant cet interrupteur Download PDF

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EP0446088B1
EP0446088B1 EP91400377A EP91400377A EP0446088B1 EP 0446088 B1 EP0446088 B1 EP 0446088B1 EP 91400377 A EP91400377 A EP 91400377A EP 91400377 A EP91400377 A EP 91400377A EP 0446088 B1 EP0446088 B1 EP 0446088B1
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EP
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switch
key
stud
membrane
resiliently deformable
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Claude Bedoya
Alain Cognard
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Thales Avionics SAS
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Thales Avionics SAS
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    • 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
    • H01H13/7006—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 comprising a separate movable contact element for each switch site, all other elements being integrated in layers
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    • H01H13/703—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 with contacts carried by or formed from layers in a multilayer structure, e.g. membrane switches characterised by spacers between contact carrying layers
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    • H01H2221/00—Actuators
    • H01H2221/002—Actuators integral with membrane

Definitions

  • a keyboard with keys of this type is known, the above deformable means of which consist of a flexible membrane common to all the keys and placed above the support plate to protect the cells and ensure the elastic return of the keys to which said membrane is connected by pinching with an element of the switch.
  • the object of the invention is more particularly to remedy these drawbacks and to provide the user with a perfectly waterproof keyboard with tactile effect controlled throughout the duration of the maneuver.
  • the aforesaid membrane, the aforesaid pin as well as possibly the aforesaid key can form a single piece made of an elastically deformable material such as, for example, an elastomer.
  • the pin may have a cylindrical and / or frustoconical shape whose large base, which merges with the membrane, comes to bear on an elastically deformable member of the switch.
  • the desired tactile effect can be obtained by an appropriate choice of the elastic modulus of the elastomer, the shape and the height of the pin, as well as the dimensions and the conformation of the key.
  • the elastically deformable member of the switch may consist of a blade or a snap-action cup which deforms elastically only from a predetermined force threshold.
  • the invention also relates to a keyboard produced using the previously defined key.
  • the aforesaid support may be in the form of a plate, for example a printed circuit plate, provided with a plurality of cells capable of each receiving a switch element.
  • This plate is then covered by the aforementioned membrane which comprises, at each of the cells, an elastically deformable pin actuable by a key.
  • the keyboard portion 1 shown in FIG. 1 comprises a support plate 2 constituted by a printed circuit allowing in particular the electrical connection of said keyboard 1 to an apparatus (not shown).
  • the support plate 2 is provided with a plurality of cells 3 arranged in rows and / or columns. Each of these cells 3 constitutes the housing a switch 4 formed of conductive elements or studs 5, 6, 7 disposed at the bottom of the cell 3 and capable of cooperating by electrical contact with a conductive blade 18 elastically deformable and acting by snapping effect, this in order to establish the connection of pad 6 with pads 5 and 7.
  • the cells 3 are recessed under the upper plane of the support plate 2 or printed circuit on which is arranged a membrane 8 constituting deformable means which, associated with a set 9 push-button-switch, provide the user with a tactile sensation.
  • the membrane 8 is full, that is to say having no opening to allow the passage of one of the elements of the assembly 9. It is made of an elastomeric material and is bristled as much pins 10 that there are switches 4 to control.
  • the pins 10 are axially deformable in compression. They came integrally with said membrane 8 and are capable of interposing, during the mounting of the latter, between a button 11 and the switch 4 to constitute a pusher.
  • each of the pins is fixed to the support plate 2 so that each of the pins is in the axis of a corresponding cell 3.
  • this fixing is ensured by means of an openwork structure 12 having the form of a grid, comprising a plurality of cavities 16 separated by partitions 14, 15, this structure 12 being disposed on the membrane 8 and fixed on the support plate 2 thanks to fixing means such as hot crimping elements 13 or even screws (not shown).
  • each of the cavities 16 is intended to receive a corresponding pin 10 and to ensure the axial guidance of the button 11 associated with this pin 10.
  • the pin 10 or pusher thus consists of a mass of elastomer with a variable frustoconical section, the large base of which merges with the membrane 8.
  • the elastic modulus of this elastomer is chosen to be relatively low.
  • these means for limiting the expansion of the pin 10 are constituted by a lower cavity 19 of the key 11 in which the pin 10 is housed and centered.
  • the dimensions and the shape of the cavity 19 are such that they allow its free expansion in the precourse phase OF corresponding to the crushing ⁇ (measured relative to the reference plane PP ′ of the apex of the pin 10 in the rest position) and to contain said expansion during the overtravel F ′, F ⁇ corresponding to the crushing ⁇ ′ for a predetermined volume of the pin 10 corresponding to that of the cavity 19 whose edges 19 a are in this case chamfered.
  • the button 11 is completely pressed into the cavity 16 of the structure 12.
  • an important advantage of the solution proposed by the present invention consists in that it makes it possible to avoid all the risks of rupture, of seizure of moving parts known in mechanical controls called “pumps” comprising several parts, springs, axes, moving parts, etc., and that, while maintaining the ergonomic contact characteristics throughout the duration of the race.

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  • Push-Button Switches (AREA)

Description

  • La présente invention concerne une touche unitaire étanche, à effet tactile, notamment pour clavier du type comportant :
    • une plaque de support munie d'alvéoles aptes à recevoir chacune des éléments d'interrupteur,
    • un circuit imprimé de raccordement électrique dudit interrupteur, ce circuit imprimé pouvant constituer la susdite plaque de support,
    • une entretoise moulée solidaire de la plaque support et comprenant entre des cloisons un logement présentant au moins une ouverture supérieure dans laquelle se loge un ensemble touche-poussoir monté coulissant dans ledit logement et en liaison mécanique avec l'interrupteur,
    • des moyens déformables associés audit ensemble touche-poussoir-interrupteur pour procurer à l'utilisateur une sensation tactile.
  • Il est connu un clavier à touches de ce type dont les moyens déformables précités sont constitués par une membrane souple commune à toutes les touches et placée au-dessus de la plaque de support pour protéger les alvéoles et assurer le rappel élastique des touches auxquelles est reliée ladite membrane par pincement avec un élément de l'interrupteur.
  • L'inconvénient majeur de ce type de claviers à touches réside dans le fait que la membrane souple ainsi que la plaque de support sont perforées d'une multiplicité d'ouvertures en nombre égal au nombre d'interrupteurs équipant le clavier. De ce fait, après un certain nombre de manoeuvres, il se produit une distension du matériau qui, associé à un vieillissement dans le temps de ce dernier, ne permet plus à la membrane d'assurer l'étanchéité de l'ensemble. De plus, l'effet tactile obtenu dans ce type de clavier connu n'est pas contrôlé et maîtrisé. En effet, il est dû à la seule résistance de la membrane, se déformant latéralement sous l'effet d'une poussée axiale sur la touche, à laquelle s'ajoute celle d'un organe ressort de l'interrupteur jusqu'à un point de basculement de ce dernier.
  • Si ledit basculement permet à l'opérateur de sentir par effet tactile que son opération a été prise en compte, en revanche, au-delà de ce basculement, une surcourse procurant un certain confort d'utilisation n'est obtenue que par le seul écrasement de la membrane de façon limitée et incontrôlée.
  • Par le brevet DE-A-28 28 435, on a également proposé d'intercaler entre la touche et l'élément d'actionnement de l'interrupteur, un élément amortisseur. Toutefois, cette solution, quine fait que décaler la courbe réponse de l'élément d'actionnement de l'interrupteur, ne permet pas d'aboutir au résultat recherché.
  • L'invention a plus particulièrement pour but de remédier à ces inconvénients et de fournir à l'utilisateur un clavier à touches parfaitement étanche et à effet tactile contrôlé pendant toute la durée de la manoeuvre.
  • A cet effet, elle propose un interrupteur, à effet tactile, comportant :
    • un support muni d'une alvéole apte à recevoir un élément d'interrupteur actionnable sous l'effet d'une pression excédant un seuil d'effort déterminé,
    • une membrane élastique solidaire du support qui forme un opercule obturant l'alvéole, cette membrane portant, du côté opposé à l'alvéole et sensiblement coaxialement à celle-ci, un picot déformable élastiquement qui fait office de poussoir,
    • une touche associée au poussoir, sur laquelle peut être exercé un effort en vue d'actionner l'élément d'interrupteur.
  • Selon l'invention, cet interrupteur est caractérisé en ce que le picot est réalisé en une matière déformable élastiquement avec un bas module d'élasticité, tandis que la face inférieure de la touche comprend une cavité dans laquelle s'engage le picot, de sorte que, lorsque la touche est soumise à une pression de commande, on obtient successivement :
    • une phase de précourse au cours de laquelle l'effort résistant exercé par la touche s'accroît progressivement jusqu'à ce que l'effort appliqué à cette touche atteigne le seuil d'effort de l'élément d'interrupteur,
    • une phase active au cours de laquelle la course de la touche est pratiquement nulle et l'actionnement de l'interrupteur est dû à une détente partielle de la matière du picot, l'effort résistant diminuant brutalement en produisant une sensation de relâchement,
    • une phase de surcourse au début de laquelle l'effort résistant s'accroît à nouveau progressivement puis s'élève brutalement lorsque l'expansion du picot se trouve contenue dans la cavité de la touche.
  • Avantageusement, la susdite membrane, le susdit picot ainsi qu'éventuellement la susdite touche, pourront former une seule et même pièce réalisée en une matière élastiquement déformable telle que, par exemple, un élastomère.
  • Le picot pourra présenter une forme cylindrique et/ou tronconique dont la grande base, qui se confond avec la membrane, vient porter sur un organe élastiquement déformable de l'interrupteur.
  • Bien entendu, l'effet tactile recherché pourra être obtenu par un choix approprié du module d'élasticité de l'élastomère, de la forme et de la hauteur du picot, ainsi que des dimensions et de la conformation de la touche.
  • L'organe élastiquement déformable de l'interrupteur pourra consister en une lame ou une coupelle à effet de claquage qui ne se déforme élastiquement qu'à partir d'un seuil d'effort prédéterminé.
  • Comme précédemment mentionné, l'invention concerne également un clavier réalisé à l'aide de la touche précédemment définie.
  • Dans ce cas, le susdit support pourra se présenter sous la forme d'une plaque, par exemple une plaque de circuit imprimé, munie d'une pluralité d'alvéoles aptes à recevoir chacune un élément d'interrupteur. Cette plaque est alors recouverte par la susdite membrane laquelle comprend, au niveau de chacune des alvéoles, un picot élastiquement déformable actionnable par une touche.
  • Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • La figure 1 est une coupe schématique d'une portion de clavier incluant une touche à effet tactile selon l'invention, en position de repos ;
    • Les figures 2 à 4 sont des vues d'une touche selon la figure 1 en cours de manipulation, en particulier, en fin de précourse (figure 2), en fin de course effective (figure 3) et en fin de surcourse (figure 4) ;
    • La figure 5 est une courbe de compression (force résistance fonction de la course) d'une touche selon l'invention.
  • La portion de clavier 1 représentée figure 1, comprend une plaque de support 2 constituée par un circuit imprimé permettant notamment le raccordement électrique dudit clavier 1 à un appareillage (non représenté).
  • La plaque de support 2 est munie d'une pluralité d'alvéoles 3 disposées suivant des lignes et/ou des colonnes. Chacune de ces alvéoles 3 constitue le logement d'un interrupteur 4 formé d'éléments conducteurs ou plots 5, 6, 7 disposés au fond de l'alvéole 3 et susceptible de coopérer par contact électrique avec une lame conductrice 18 déformable élastiquement et agissant par effet de claquage, ceci afin d'établir la liaison du plot 6 avec les plots 5 et 7.
  • Les alvéoles 3 sont ménagées en creux sous le plan supérieur de la plaque de support 2 ou circuit imprimé sur lequel est disposée une membrane 8 constituant des moyens déformables qui, associés à un ensemble 9 touche-poussoir-interrupteur, procurent à l'utilisateur une sensation tactile.
  • Selon l'invention, la membrane 8 est pleine, c'est-à-dire ne comportant aucune ouverture pour permettre le passage d'un des éléments de l'ensemble 9. Elle est réalisée dans un matériau élastomère et est hérissée d'autant de picots 10 qu'il y a d'interrupteurs 4 à commander. Les picots 10 sont déformables axialement en compression. Ils sont venus de matière avec ladite membrane 8 et sont aptes à s'interposer, au montage de cette dernière, entre une touche 11 et l'interrupteur 4 pour constituer un poussoir.
  • La membrane 8, ainsi réalisée, est fixée sur la plaque support 2 de manière à ce que chacun des picots se trouve dans l'axe d'une alvéole 3 correspondante. Dans cet exemple, cette fixation est assurée au moyen d'une structure ajourée 12 présentant la forme d'une grille, comportant une pluralité de cavités 16 séparées par des cloisons 14, 15, cette structure 12 étant disposée sur la membrane 8 et fixée sur la plaque support 2 grâce à des moyens de fixation tels que des éléments de sertissage à chaud 13 ou même des vis (non représentées). Bien entendu, chacune des cavités 16 est destinée à recevoir un picot 10 correspondant et à assurer le guidage axial de la touche 11 associée à ce picot 10.
  • Comme on peut le voir sur la figure 1, au repos, la touche 11 solidaire de l'extrémité du picot 10 dépasse légèrement au-delà de l'orifice supérieur 17 de la cavité 16. La liaison mécanique poussoir 11/interrupteur 4 est alors assurée grâce au fait que la lame 18 vient légèrement en appui sur la zone de la membrane 8 formant la base du picot 10.
  • Le picot 10 ou poussoir est constitué ainsi d'une masse d'élastomère à section variable sensiblement tronconique dont la grande base se confond avec la membrane 8. De préférence, le module d'élasticité de cet élastomère est choisi relativement bas.
  • A partir de la position de repos représentée sur la figure 1, l'application sur la touche 11 d'une force axiale F d'amplitude suffisante provoque un déplacement en trois temps de cette touche, à savoir :
    • un premier temps dans lequel la touche 11 effectue un premier déplacement OF (précourse indiquée figure 5) provoquant la compression (avec expansion libre) du picot 10 sans entraîner une déformation notable de la lame élastique 18 ; lors de ce premier déplacement, la force résistance est sensiblement proportionnelle à la course de la touche 11 jusqu'à une première valeur de seuil ;
    • un deuxième temps (course active) dans lequel la course F, F′ de la touche est pratiquement nulle, la déformation élastique de la lame élastique 18 qui provoque l'actionnement de l'interrupteur 4 étant compensée par une détente de l'élastomère du picot ; au cours de ce deuxième temps, l'effort résistant décroît brutalement et est ressenti comme un relâchement ;
    • un troisième temps (surcourse) dans lequel la course F′, F˝ de la touche est à nouveau essentiellement due à l'écrasement du picot 10 avec accroissement progressif de l'effort résistant en début de surcourse (expansion libre de la matière du picot 10 puis avec croissance brutale de cet effort résistant en fin de surcourse) expansion contenue de la matière du picot 10.
  • En effet, lors de cette phase de surcourse, la lame élastique 18 est maintenue appliquée contre les plots de contact 5, 6, 7 et ne subit plus de déformation. La croissance rapide de l'effort résistant étant alors due à l'entrée en action de moyens de limitation de l'expansion du picot 10 équipant le poussoir.
  • Dans cet exemple, ces moyens de limitation de l'expansion du picot 10 sont constitués par une cavité inférieure 19 de la touche 11 dans laquelle se loge et se centre le picot 10. Les dimensions et la forme de la cavité 19 sont telles qu'elles permettent son expansion libre dans la phase de précourse OF correspondant à l'écrasement Δ (mesuré par rapport au plan de référence PP′ du sommet du picot 10 en position de repos) et à contenir ladite expansion au cours de la surcourse F′, F˝ correspondant à l'écrasement Δ′ pour un volume prédéterminé du picot 10 correspondant à celui de la cavité 19 dont les rebords 19a sont en l'occurrence chanfreinés. A ce stade de fin de course, la touche 11 est complètement enfoncée dans la cavité 16 de la structure 12.
  • Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode d'exécution précédemment décrit. Ainsi, par exemple, la structure 12 pourrait être supprimée.
  • Il importe d'insister qu'un avantage important de la solution proposée par la présente invention consiste en ce qu'elle permet d'éviter tous les risques de rupture, de grippage de pièces en mouvement connus dans les commandes mécaniques dites "pompes" comportant plusieurs pièces, ressorts, axes, pièces mobiles, etc..., et cela, tout en en conservant les caractéristiques ergonomiques de contact pendant toute la durée de la course.

Claims (6)

  1. Interrupteur à effet tactile comportant :
    - un support muni d'une alvéole apte à recevoir un élément d'interrupteur (18) actionnable sous l'effet d'une pression excédant un seuil d'effort déterminé,
    - une membrane élastique (8) solidaire du support (2) qui forme un opercule obturant l'alvéole (3), cette membrane (8) portant, du côté opposé à l'alvéole (3) et sensiblement coaxialement à celle-ci, un picot (10) déformable élastiquement qui fait office de poussoir,
    - une touche (11) associée au poussoir, sur laquelle peut être exercé un effort en vue d'actionner l'élément d'interrupteur (18)
    caractérisé en ce que le picot (10) est réalisé en une matière déformable élastiquement avec un bas module d'élasticité, tandis que la face inférieure de la touche (11) comprend une cavité (19) dans laquelle s'engage le picot (10), de sorte que lorsque la touche (11) est soumise à une pression de commande, on obtient successivement :
    - une phase de précourse au cours de laquelle l'effort résistant exercé par la touche (11) s'accroît progressivement jusqu'à ce que l'effort appliqué à cette touche (11) atteigne le seuil d'effort de l'élément d'interrupteur,
    - une phase active au cours de laquelle la course de la touche (11) est pratiquement nulle et l'actionnement de l'interrupteur est dû à une détente partielle de la matière du picot, l'effort résistant diminuant brutalement en produisant une sensation de relâchement,
    - une phase de surcourse au début de laquelle l'effort résistant s'accroît à nouveau progressivement puis s'élève brutalement lorsque l'expansion du picot (10) se trouve contenue dans la cavité (19) de la touche.
  2. Interrupteur selon la revendication 1,
    caractérisé en ce que la susdite membrane (8), le susdit picot (10) ainsi qu'éventuellement la susdite touche (11) sont formés d'une seule et même pièce réalisée en une matière élastiquement déformable.
  3. Interrupteur selon l'une des revendications 1 et 2,
    caractérisé en ce que le picot (10) présente une forme cylindrique et/ou tronconique dont la grande base, qui se confond avec la membrane (8), vient porter sur un organe élastiquement déformable (18) de l'interrupteur (4).
  4. Interrupteur selon la revendicatgion 3,
    caractérisé en ce que l'organe élastiquement déformable (18) de l'interrupteur (4) consiste en une lame ou une coupelle à effet de claquage qui ne se déforme élastiquement qu'à partir d'un seuil d'effort prédéterminé.
  5. Clavier utilisant des interrupteurs réalisés conformément à l'une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que le susdit support (2) se présente sous la forme d'une plaque munie d'une pluralité d'alvéoles (3) aptes à recevoir chacune un élément d'interrupteur (4), cette plaque étant alors recouverte par une membrane comprenant, au niveau de chacune des alvéoles, un picot élastiquement déformable actionnable par une touche conformée de manière à assurer une limitation de l'expansion de la matière du picot.
  6. Clavier selon la revendication 5,
    caractérisé en ce que la susdite plaque est une plaque de circuit imprimé.
EP91400377A 1990-03-08 1991-02-14 Interrupteur à effet tactile et clavier utilisant cet interrupteur Expired - Lifetime EP0446088B1 (fr)

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FR9002925A FR2659459B1 (fr) 1990-03-08 1990-03-08 Touche a effet tactile et clavier utilisant cette touche.

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EP0446088A1 EP0446088A1 (fr) 1991-09-11
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