Commutateur électrique à touche, à action brusque

Description

Domaine technique de l'invention

[0001] La présente invention concerne les commutateurs électriques à touche et, plus particulièrement, les commutateurs à touche du type dans lesquels, pendant une opération de changement d'état de conduction électrique du commutateur, une énergie est d'abord accumulée dans un ressort de compression, puis libérée afin de produire un mouvement basculant brusque d'un élément de commande assurant ledit changement d'état.

Etat de la technique antérieure

[0002] De nombreux commutateurs de l'art antérieur, utilisent un élément de commande des contacts qui bascule de façon brusque. Certains d'entre eux, utilisent un ressort de compression en colonne, associé audit élément de commande, afin de provoquer le basculement de ce dernier. Cependant, comme on le verra ci-après, ces commutateurs requièrent généralement un grand nombre d'éléments mécaniques pour assurer le mouvement désiré de l'élément de commande des contacts. Ces éléments sont généralement des poussoirs ou des éléments de rappel pour provoquer le basculement de l'élément de commande vers sa position de fermeture des contacts ou le rappeler vers sa position de repos ou d'ouverture des contacts.

[0003] Par exemple, le brevet US-A-2 810 031 présente un commutateur à bouton poussoir dans lequel un ressort hélicoïdal est utilisé pour provoquer le basculement d'un élément de commande monté à pivot. Cependant, un organe supplémentaire doit être ajouté entre le bouton poussoir et l'élément basculant pour orienter la course dans le sens approprié, lors du commencement de l'actionnement et pour appliquer une force de rétablissement dans une position de repos, relâchement du bouton poussoir. En outre, un autre organe supplémentaire est utilisé pour orienter le couple dans le sens approprié, afin de basculer l'élément de commande de la manière désirée. Ce dernier organe supplémentaire peut être une source d'instabilité et une cause éventuelle de pannes.

[0004] Le brevet US-A-3 863 040 présente un ressort de compression en colonne soumis au flambage afin d'entrer en contact avec des éléments de contact situés de part et d'autre de celui-ci. La publication FR-A-2 138658 présente un dispositif du même type, mais dans aucun de ces deux brevets, le commutateur à ressort de compression en colonne soumis au flambage n'est utilisé pour produire le basculement d'un élément de commande des contacts. En fait, le ressort lui-même constitue l'élément de contact.

[0005] Un commutateur du type à élément de commande basculant de façon brusque est présenté dans le brevet US-A-3 491 218 mais un organe supplémentaire est disposé entre le bouton poussoir et l'élément basculant, afin que ce dernier bascule dans le sens approprié.

[0006] D'après ce qui précède les commutateurs du type à ressort de compression et à élément de commande des contacts basculant de façon brusque, de l'art antérieur, font appel à des mécanismes supplémentaires pour orienter le basculement initial dudit élément de commande. Ces mécanismes supplémentaires augmentent le coût de la fabrication des commutateurs et constituent une source de pannes possibles en raison des problèmes d'usure ou de blocage qui peuvent les affecter. L'assemblage de ces dispositifs est en outre assez compliqué.

Exposé de l'invention

[0007] Afin d'éliminer les inconvénients présentés par les commutateurs de l'art antérieur, la présente invention a pour objet de fournir un commutateur électrique du type à élément de commande basculant de façon brusque, utilisant seulement un ressort de compression en colonne et plus précisément, le couple de réaction d'un tel ressort, soumis à une force qui provoque son flambage, pour basculer l'élément de commande auquel il est couplé et pour restaurer ce dernier dans sa position initiale lors de la suppression de ladite force.

[0008] Le ressort de compression en colonne utilisé dans le commutateur selon l'invention est du type décrit dans la publication FR-A-2 138 658 précitée. Ce ressort présente de caractéristiques bien connues de l'homme de l'art (telles que longueur, diamètre, grosseur du fil, matériau, etc.) qui lui permettant de flamber brusquement lorsqu'une force de compression prédéterminée lui est appliquée. Une première extrémité du ressort est couplée à un bouton poussoir ou touche et la seconde à un élément de commande, monté à pivot pour pouvoir basculer entre une première position et une seconde position, positions dans lesquelles ledit élément de commande coopère avec des éléments électriques afin d'assurer des états distincts de conduction électrique.

[0009] Ce ressort est monté entre ladite touche et ledit élément de commande dans un état de précompression et sa seconde extrémité est située, par rapport au point de pivotement de l'élément de commande, en un emplacement tel que la précompression du ressort assure le maintien de l'élément de commande dans sa première position. Des moyens sont également prévus qui assurent que le flambage du ressort se produit toujours dans le même sens lorsqu'une force est appliquée sur la touche. Lorsque, par suite de l'enfoncement de la touche, ladite force de compression prédéterminée est atteinte, le ressort flambe brusquement en appliquant sur l'élément de commande un couple qui le fait basculer vers sa seconde position. L'élément de commande est automatiquement ramené vers sa première position lorsque la pression sur la touche est relâchée, étant donné que le ressort exerce alors sur l'élément de commande un couple en sens inverse de celui qui l'a fait basculer vers sa seconde position.

Description des figures des dessins

[0010] 

La figure 1 A est une vue en coupe longitudinale, d'un mode de réalisation préféré du commutateur électrique selon la présente invention.

La figure 1 B représente le commutateur de la figure 1 A lorsque la touche du commutateur est partiellement enfoncée.

La figure 1 C représente le commutateur des figures 1 A et 1 B lorsque la touche est enfoncée jusqu'au point où se produit le flambage brusque du ressort de compression.

La figure 1 D représente le commutateur des figures 1 A à 1 C lorsque la touche est encore plus enfoncée après que le flambage brusque du ressort se soit déjà produit.

La figure 2 est un graphique de la force appliquée à la touche en fonction de sa course, dans le commutateur de la présente invention tel que représenté aux figures 1 A à 1 D.

[0011] Description du mode de réalisation préféré On se référera maintenant à la figure 1A des dessins qui représente la position de repos d'un mode de réalisation préféré du commutateur électrique selon l'invention. Dans ce mode de réalisation préféré, le commutateur comporte une touche ou bouton poussoir 1 solidaire d'une tige ou canon 2 qui est monté pour coulisser dans un boîtier 3. Le canon 2 est muni d'un têton 4 qui se déplace dans une gorge 5 du boîtier 3. Ce têton 4 a pour fonction de limiter la course vers le haut de la touche 5 en venant en butée sur l'extrémité 6 de la gorge 5.

[0012] La course de la touche 1 vers le bas est limitée par un épaulement 7, à l'intérieur de la touche 1, qui vient buter contre le sommet 8 du boîtier 3. La distance DO, indiquée sur la figure 1A, représente la course totale possible de la touche. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la touche 1, son canon 2 et le boîtier 3 sont réalisés en matière plastique moulée par injection.

[0013] Le boîtier 3 est monté au-dessus d'un substrat 9, en matériau non conducteur de l'électricité et présentant des contacts électriques individuels 10A, 10B, 10C. Les contacts 10B et 10C sont placé respectivement à gauche et à droite du contact central 10A.

[0014] Le couplage entre le contact central 10A et l'un ou l'autre des contacts latéraux 10B et 10C est assuré au moyen d'un élément de commande 11 présentant une forme générale en V aplati et qui est monté entre le boîtier 3 et le substrat 9 pour basculer, entre une première et une seconde positions, autour d'un axe 12 perpendiculaire au plan de la feuille.

[0015] Ainsi qu'il apparaît sur les figures, l'axe de pivotement 12 est constitué simplement, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, par la ligne de contact entre la base de l'élément en V aplati et le substrat 9.

[0016] Cette conception de l'élément de commande 11 permet de réduire le coût de fabrication du dispositif et de simplifier son montage. L'homme de l'art comprendra toutefois que d'autres configurations de l'élément de commande 11 peuvent être réalisées, la seule condition à respecter étant que cet élément doit basculer entre deux positions distinctes par rapport au substrat 9 et ses contacts.

[0017] Dans sa première position ou position de repos (représentée sur la figure 1 A) l'élément de commande 11 assure le couplage entre les contacts 10A et 10B, alors que dans sa seconde position (représentée sur la figure 1C) il assure le couplage entre les contacts 10A et 10C.

[0018] Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'élément de commande 11 est réalisé en matière plastique conductrice de l'électricité, moulée par injection, et les contacts 10A, 10B, 10C constituent les plaques d'un système de commutation capacitif et sont, de ce fait, recouverts par une mince couche de matériau diélectrique pour créer une action capacitive lorsque l'élément de commande 11 est amené au voisinage de l'un ou l'autre des ensembles de plaques 10A, 1 OB, ou 10A, 10C.

[0019] Les connexions qui doivent être réalisées sur les contacts 10A, 10B, 10C pour utiliser les caractéristiques électriques assurées par l'une et l'autre des positions de l'élément de commande 11 par rapport aux contacts, ne sont pas représentées étant donné qu'elles sont évidentes pour l'homme de l'art.

[0020] Ainsi qu'il apparaît sur les figures, l'élément de commande 11 comporte un têton 13 qui est décalé vers la gauche, sur les figures, par rapport à l'axe de pivotement 12 de l'élément 11. Le fond 15 du canon de la touche comporte un autre téton de montage 16 dont la base est inclinée par rapport à l'axe du canon de la touche de façon à pointer vers la droite sur les dessins. La base de ce têton 16 est entourée par une gorge circulaire peu profonde (non référencée) dans laquelle vient se loger librement la première spire de la première extrémité d'un ressort de compression hélicoïdal 17, dont la seconde extrémité est emmanchée sur le têton 13.

[0021] On notera, ainsi que cela est illustré sur les figures des dessins, que la position du têton 13 est telle que, le ressort étant emmanché sur ce dernier, le côté droit de la spire qui repose sur l'élément 11, se trouve à l'aplomb de l'axe de pivotement 12.

[0022] Le ressort de compression 17 est du type à flambage brusque décrit dans la publication FR-A-2 138 658 précitée. L'homme de l'art comprendra toutefois que d'autres configurations de ressorts à flambage brusque (tels que des lames, fils ou barreaux élastiques) peuvent être utilisées aux mêmes fins.

[0023] Le ressort à flambage brusque 17 est monté entre l'élément de commande 11 et le fond du canon de touche 2 dans un état de légère précompression qui, grâce au décalage du têton 13 par rapport à l'axe de pivotement 12, assure le maintien de l'élément de commande 11 dans sa première position telle que représentée sur la figure 1A, jusqu'à ce que, (comme on le verra plus en détail ci-après) la touche 1 se soit déplacée, sous l'action d'une force F dirigée vers le bas, sur une distance prédéterminée D2 (voir figure 1 C) qui correspond au flambage brusque du ressort et au basculement de l'élément 11 vers sa deuxième position illustrée sur la figure 1C.

[0024] L'inclinaison, mentionnée ci-dessus, de l'assise du ressort 17, sur le fond du canon de touche, permet de créer un léger flambage initial du ressort dirigé vers le côté droit de la figure 1 A qui assure que le flambage brusque qui se produira lors de l'enfoncement de la touche, surviendra toujours de ce même côté.

[0025] Le fonctionnement du commutateur selon l'invention va maintenant être décrit en référence aux figures 1B, 1C, 1D et 2 des dessins.

[0026] La figure 1 B représente le mécanisme de la figure 1A lorsqu'une force F est appliquée à la touche 1 afin de l'enfoncer par rapport à sa position haute représentée dans la figure 1A. Cette force F a provoqué un léger enfoncement D1 de la touche et la compression du ressort hélicoïdal de compression 17. Cette compression accentue le flambage initial du ressort et engendre des couples de réaction à chaque extrémité du ressort. Le couple qui s'exerce sur l'élément de commande 11 est dirigé dans le sens anti-horaire et son moment est approximativement égal à la force F multipliée par la distance entre le point de pivot 12 et l'axe central du ressort. Ce couple maintient fermement l'élément 11 en appui sur les contacts 10A et 10B.

[0027] Le couple qui s'exerce sur l'extrémité supérieure du ressort est dirigé dans le sens horaire et son moment est égal approximativement au demi-produit de la force F par le diamètre du ressort. Ce couple maintient la première spire du ressort plaquée contre le canon de touche.

[0028] Au fur et à mesure que le touche est enfoncée, la flexion du ressort s'accentue, et les moments des couples de réaction mentionnés ci-dessus décroissent. Lorsque la valeur de ces moments atteint zéro, l'élément de commande 11 bascule.

[0029] La figure 1 C représente le mécanisme des figures 1 A et 1 B lorsque la touche 1 a été enfoncée sur une distance D2, supérieure à la distance D1 mentionnée ci-dessus, et a atteint le point où se produit le flambage brusque du ressort 17. On notera que, lors de ce flambage brusque, l'extrémité du ressort 17 qui est couplée au têton 16 du canon 2 sort partiellement de la gorge, dans laquelle elle est logée, en pivotant librement dans le sens anti-horaire.

[0030] Comme le comprendra l'homme de l'art et comme cela est indiqué dans la publication FR-A-2 138 658 précitée, cette action se déroule d'une manière brusque. Le flambage brusque du ressort applique un moment de rotation dans le sens horaire sur l'élément de commande 11 et provoque le basculement de celui-ci dans le sens horaire autour de son axe de pivotement 12, si bien qu'un couplage capacitif apparaît entre les contacts 10A et 10C par l'intermédiaire de la partie droite de l'élément de commande 11. Les contacts 10A et 10B ne sont alors plus couplés comme ils l'étaient avant le basculement.

[0031] Le flambage brusque du ressort se traduit par une sensation tactile éprouvée par l'utilisateur, en raison de la décroissance soudaine de la force de réaction exercée par la touche sur le doigt de l'utilisateur. De plus, le basculement brutal de l'élément de commande 11 produit un déclic audible.

[0032] La figure 1 D représente le mécanisme lorsque la touche 1 a été encore plus enfoncée et a parcouru une distance D3 supérieure à la distance D2. Cette figure 1 D représente l'etat du mécanisme un peu avant que ne se produise le contact entre les surfaces 7 et 8 qui va mettre fin au déplacement de la touche vers le bas.

[0033] Lorsque la pression sur la touche est relâchée, le ressort 17 se détend et reprend la position qu'il avait dans la figure 1A, en provoquant le basculement de l'élément de commande en arrière, vers sa première position ou position initiale.

[0034] En passant à la figure 2, on y trouve une représentation graphique de la force exercée sur la touche en fonction de la course de celle-ci. Cette force est la force F nécessaire à l'enfoncement de la touche 1 et les valeurs de cette force F sont indiquées en grammes-force sur l'axe des ordonnées. Les valeurs de la course de la touche sont indiquées en millimètres sur l'axe des abscisses. On notera que l'on a indiqué, en abscisses, les courses DO, D1, D2 et D3 de la touche dont il a été question ci-dessus en référence aux figures 1 A à 1 D.

[0035] La partie supérieure de la courbe représentée sur la figure 2 correspond à l'enfoncement de la touche et la partie inférieure correspond au retour de cette même touche vers sa position haute.

[0036] On observera que, lorsque la course de la touche, lors de l'enfoncement de cette dernière, atteint la valeur D2, la force exercée sur la touche décroît brusquement et provoque la sensation tactile dont il a été question ci-dessus. Dans un souci de simplification, on a dénommé l'état correspondant du mécanisme par "fermeture" sur la figure 2. L'homme de l'art comprendra que l'on a voulu désigner par là, le basculement de l'élément de commande vers la position où il "ferme" les contacts 10A et 10C. La même observation s'applique à l'indication "ouverture" portée sur la partie de la courbe illustrant le retour de la touche vers sa position haute.

[0037] Le décalage d'abscisse entre le point de "fermeture" des contacts, lors de l'enfoncement de la touche, et le point d"'ouverture" de ces mêmes contacts lors du retour ou relâchement de la touche, traduit le phénomène d'hystérésis physique qui existe dans la structure du commutateur selon l'invention, hystérésis qui est importanta pour la stabilité du mécanisme.

[0038] Bien que la version du type capacitif décrite ci-dessus, soit celle préférée pour le commutateur selon l'invention, ce dernier pourrait tout aussi bien être conçu dans une version à contacts purement ohmiques. Pour ce faire, il suffirait de laisser les contacts électriques 10A, 10B et 10C à nu, afin qu'ils puissent être touchés directement par l'élément de commande 11. Il va de soi, également, que les contacts électriques 10A, 10B et 10C pourraient être remplacés par d'autres types de moyens producteurs de signaux électriques tels que des éléments inductifs, piézo-électriques, détecteurs d'interruption de lumière, etc.

Revendications

1. Commutateur électrique du type comportant un boîtier (3) dans lequel une touche (1, 2) est montée pour coulisser, ledit boîtier contenant un élément de commande (11) de l'état de conduction électrique du commutateur, monté dans ledit boîtier pour basculer, en fonction de la position de la touche, entre deux positions distinctes dans lesquelles il coopère avec des contacts électriques (10A, 10B, 10C) pour déterminer deux états de conduction électrique distincts du commutateur, les mouvements de la touche étant transmis à l'élément de commande par l'intermédiaire d'un ressort de compression à flambage brusque (17) monté entre la touche et l'élément de commande dans un état de précompression, ledit commutateur étant caractérisé en ce qu'il comporte:

un moyen de détermination du sens de flambage brusque du ressort, situé à l'intérieur du boîtier et en contact avec ledit ressort, ledit moyen imprimant à ce dernier un flambage initial dans un sens prédéterminé qui correspond au sens du flambage brusque désiré,

un premier moyen de montage (16), solidaire de la touche, couplant l'une des ex- tremités du ressort à ladite touche,

un second moyen de montage (13), solidaire dudit élément de commande, couplant directement ce dernier à l'autre extrémité du ressort, ledit second moyen de montage étant situé, par rapport à l'axe de basculement (12) de l'élément de commande, en un emplacement tel que l'état. de précompression du ressort assure le maintien de l'élément de commande dans l'une desdites positions, jusqu'à ce que, lors d'un enfoncement de la touche, sur une distance prédéterminée à partir d'une position de repos, ledit ressort flambe brusquement et fasse basculer l'élément de commande vers l'autre de ses positions.

2. Commutateur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit ressort (17) est un ressort de compression hélicoïdal.

3. Commutateur électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen de détermination du sens de flambage du ressort est constitué par une surface d'assise de l'extrémité du ressort associée à la touche, présentant une inclinaison prédéterminée par rapport à la direction de coulissement de la touche, ladite surface d'assise inclinée comportant une gorge dans laquelle est logée librement la spire extrême du ressort, ladite gorge constituant une partie du premier moyen de montage.

4. Commutateur électrique selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que ledit second moyen de montage est constitué par un téton (13) sur lequel est emmanchée l'extrémité associée du ressort (17).

5. Commutateur électrique selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'un côté de l'extrémité du ressort (17) emmanchée sur ledit têton se trouve à l'aplomb dudit axe de basculement de l'élément de commande.

Claims

1. An electric switch of the type that includes a housing (3) in which a key (1, 2) is slidably mounted, said housing containing a control member (11) for controlling the electrical conduction state of the switch, said control member being mounted to rock back and forth, in accordance with the position of the key, between two distinct positions in which it cooperates with electrical contacts (10A, 10B, 10C) to establish two distinct electrical conduction states of the switch, the key motions being imparted to the control member through a catastrophically buckling compression spring (17) mounted between the key and the control member under precompression, said switch being characterized in that it comprises:

means for determining the direction in which catastrophic buckling of the spring occurs, said means being located within the housing and engaging said spring to cause an initial buckling thereof in a predetermined direction corresponding to that of the desired catastrophic buckling.

first mounting means (16) integral with the key for coupling an end of the spring to said key,

second mounting means (13) integral with said control member for directly coupling the control member to the other end of the spring, said second mounting means being positioned in such a way, relative to the rocking axis (12) of the control member, that the precompression state of the spring will maintain the control member in one of said positions until, upon the key being pressed down a predetermined distance from a rest position, catastrophic buckling of said spring occurs and causes the control member to rock to its other position.

2. An electrical switch according to claim 1, characterized in that said spring (17) is a helical compression spring.

3. An electrical switch according to claim 2, characterized in that said means for determining the direction in which buckling of the spring occurs is comprised of a mounting surface for that end of the spring which is associated with the key, said surface being angled relative to the direction in which the key slides and including a groove for loosely receiving the proximal turn of the spring, said groove forming part of the first mounting means.

4. An electrical switch according to claim 2 or 3, characterized in that said second mounting means is comprised of a projection (13) over which the associated end of the spring fits.

5. An electrical switch according to claim 4, characterized in that a side of the end of the spring (17) that fits over said projection is aligned with said rocking axis of the control member.

Ansprüche

1. Elektrischer Schalter mit einem Gehäuse (3) und einer in diesem gleitend angeordneten Drucktaste (1, 2) sowie mit einem den elektrischen Schaltzustand des Schalters bestimmenden Steuerelement, das innerhalb des Gehäuses derart angeordnet ist, daß es als Funktion der Position der Drucktaste zwischen zwei vorbestimmten Stellungen zu kippen vermag und dabei mit elektrischen Kontakten (10A, 10B, 10C) zur Bestimmung der beiden vorbestimmten elektrischen Schaltzustände des Schalters zusammenwirkt, wobei die Bewegungen der Drucktaste über eine zwischen der Drucktaste und dem Steuerelement unter Vorspannung angeordnete Druckfeder, die plötzlich abzuknicken (17) vermag, auf das Steuerelement übertragbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Vorrichtung zur Bestimmung der Richtung des plötzlichen Abknickens der Druckfeder im Innern des Gehäuses in Berührung mit der Druckfeder angeordnet ist und der Druckfeder eine Anfangskrümmung in einer vorbestimmten Richtung erteilt, die der Richtung des gewünschten, plötzlichen Abknickens entspricht,
daß die Drucktaste über eine erste, damit einstückige Befestigungsvorrichtung (16) mit einem Ende der Druckfeder gekuppelt ist,
daß das Steuerelement (13) über eine zweite damit einstückige Befestigungsvorrichtung unmittelbar mit dem anderen Ende der Druckfeder gekuppelt ist, daß dabei diese zweite Befestigungsvorrichtung in bezug auf die Kippachse (12) des Steuerelements an einem solchen Ort angeordnet ist,
daß die Vorspannung der Druckfeder das Steuerlement sicher so lange in einer der beiden Positionen hält, bis durch das Niederdrücken der Drucktaste aus einer Ruhelage über eine vorbestimmte Strecke die Druckfeder plötzlich abknickt und das Kippen des Steuerelements in seine andere Position bewirkt.

2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (17) eine schraubenförmige Druckfeder ist.

3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Bestimmung der Richtung des Abknickens der Druckfeder aus einer dem der Drucktaste zugewandten Ende der Druckfeder zugeordneten Sitzfläche besteht, die eine vorbestimmte Neigung in bezug auf die Gleitrichtung der Drucktaste aufweist, daß die geneigte Sitzfläche eine einen Teil der ersten Befestigungsvorrichtung bildende Nut aufweist, in der die letzte Windung der Druckfeder frei liegt.

4. Elektrischer Schalter nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Befestigungsvorrichtung ein Zapfen (13) dient, den das zugehörige Ende der Druckfeder (17) umgreift.

5. Elektrischer Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite des den Zapfen (13) umgreifenden Endes der Druckfeder (17) senkrecht zur Kippachse des Steuerelements angeordnet ist.

Dessins