EP0028561B1 - Control push button with magnetic return - Google Patents

Description

L'invention est relative à une touche de commande du type comportant un bouton poussoir à actionnement digital, susceptible de se déplacer par rapport à un support fixe entre une position de repos et une position de travail dans laquelle il agit par exemple sur l'élément mobile d'un contact électrique pour le fermer. Généralement ce type de touches comporte un organe de rappel du bouton poussoir dans sa position de repos.The invention relates to a control button of the type comprising a push button with digital actuation, capable of moving relative to a fixed support between a rest position and a working position in which it acts for example on the element. mobile with an electrical contact to close it. Generally this type of button includes a member for recalling the push button in its rest position.

Cet organe de rappel peut être, de manière connue, du genre ressort. L'un des inconvénients de ce rappel élastique résulte de la caractéristique du ressort. Ainsi, pour une course du bouton donnée, la force de rappel du bouton s'opposant à l'enfoncement croît avec la course. La force d'enfoncement doit donc toujours être supérieure à la force maximale de rappel, c'est-à-dire à celle que produit le ressort en fin de course du bouton, pour que l'on soit sûr que le bouton ait atteint sa position de travail. Or, on peut avoir exercé une force trop faible sur le bouton qui a cependant produit un déplacement de ce dernier sans que ce déplacement ait été d'amplitude suffisante pour avoir atteint la position de travail. Le résultat escompté n'est alors pas obtenu bien qu'au toucher l'opérateur ait eu la sensation d'avoir correctement manoeuvré le bouton. Par ailleurs, un tel dispositif destiné à être sollicité de nombreuses fois voit ses caractéristiques se modifier dans le temps sous l'effet de l'usure, du vieillissement du ressort...This return member can be, in known manner, of the spring type. One of the drawbacks of this elastic return results from the characteristic of the spring. Thus, for a given stroke of the button, the return force of the button opposing the depression increases with the stroke. The driving force must therefore always be greater than the maximum restoring force, that is to say that produced by the spring at the end of the button stroke, to be sure that the button has reached its working position. However, one may have exerted too weak a force on the button which however produced a displacement of the latter without this displacement having been of sufficient amplitude to have reached the working position. The expected result is then not obtained although when touching the operator had the feeling of having correctly operated the button. Furthermore, such a device intended to be used many times sees its characteristics change over time under the effect of wear, aging of the spring ...

Pour pallier de tels inconvénients, on s'est tourné vers des boutons à rappel magnétique. L'avantage de la force magnétique de rappel est qu'elle est d'intensité maximale lorsque l'entrefer est minimal. Ainsi, pour éloigner la partie mobile de la partie fixe, il faut vaincre au départ cette force maximale qui ensuite décroît très rapidement. Donc, dès que l'enfoncement du bouton est provoqué, il est certain que la force d'actionnement sera suffisante pour qu'il atteigne sa position de travail. La manoeuvre d'un tel bouton est de ce fait beaucoup plus sûre car une sensation d'enfoncement au toucher comporte la certitude d'avoir atteint la position de travail. En outre, ces moyens de rappel magnétiques ne subissent pratiquement aucune détérioration dans le temps.To overcome such drawbacks, we turned to magnetic recall buttons. The advantage of the magnetic restoring force is that it is of maximum intensity when the air gap is minimal. Thus, to move the mobile part away from the fixed part, it is necessary to overcome at the start this maximum force which then decreases very quickly. Therefore, as soon as the button is pressed, it is certain that the actuating force will be sufficient for it to reach its working position. The operation of such a button is therefore much safer because a feeling of depression to the touch includes the certainty of having reached the working position. In addition, these magnetic return means undergo virtually no deterioration over time.

On connaît de telles touches de commande par le brevet US-A n° 3 934 215 et le document alle- mant n° DE-B 2 522 870.Such control keys are known from US Pat. No. 3,934,215 and the accompanying document No. DE-B 2,522,870.

Cependant, si le principe du rappel magnétique est une solution avantageuse pour ce type de dispositif, sa réalisation pose de nombreux problèmes. L'un d'eux tient aux caractéristiques mêmes du rappel magnétique. En effet, la résistance à l'enfoncement du bouton est imposée, ce qui entraîne que la force maximale d'attraction de l'aimant à entrefer qui est dictée par cette résistance ce qui entraîne que la force de rappel magnétique du bouton de sa position de travail vers sa position de repos n'est pas maîtrisable car elle dépend essentiellement de la course voulue ou nécessaire du bouton. C'est pourquoi dans le brevet US-A 3 934 215 il est mis en oeuvre (figures 13 et 14) un ressort additionnel de rappel qui aide à réduire la longueur de l'entrefer.However, if the principle of magnetic recall is an advantageous solution for this type of device, its realization poses many problems. One of them is due to the very characteristics of the magnetic recall. In fact, the resistance to pushing the button is imposed, which results in the maximum force of attraction of the magnet to be gap which is dictated by this resistance, which results in the magnetic return force of the button from its position working towards its rest position is not controllable because it essentially depends on the desired or necessary stroke of the button. This is why in US Pat. No. 3,934,215 an additional return spring is used (FIGS. 13 and 14) which helps to reduce the length of the air gap.

Dans le document allemand DE-B 2 522 870, la force maximale de l'aimant à entrefer nul est réglable au moyen du ressort mémoire 10 qui s'oppose à elle. On peut donc disposer d'une force de rappel magnétique importante. Cependant ce bouton présente l'inconvénient de pouvoir être manoeuvré et se déplacer sous une force inférieure à celle devant décoller l'aimant et ainsi de comporter une incertitude quant à sa manœu- vre comme les boutons à rappel élastique.In the German document DE-B 2 522 870, the maximum force of the magnet with zero gap is adjustable by means of the memory spring 10 which opposes it. It is therefore possible to have a large magnetic restoring force. However, this button has the disadvantage of being able to be maneuvered and to move under a force less than that which has to take off the magnet and thus to include an uncertainty as for its operation like the buttons with elastic return.

La présente invention entend remédier à cet inconvénient en proposant une touche de commande à rappel magnétique qui réponde à toutes les exigences de fonctionnement de ce type de produit en ne mettant en oeuvre que des moyens simples à réaliser et à assembler et qui se prêtent à une automatisation très poussée de la fabrication.The present invention intends to remedy this drawback by proposing a magnetic recall control key which meets all the operating requirements of this type of product by using only means which are simple to produce and assemble and which lend themselves to very advanced manufacturing automation.

A cet effet, elle a donc pour objet une touche de commande constituée par un boîtier fixe, un bouton poussoir monté à coulissement dans le boîtier entre une première position de repos non enfoncée et une seconde position de travail enfoncée et des moyens de rappel magnétiques du bouton dans sa position de repos, lesdits moyens étant constitués par un aimant permanent solidaire du boîtier et par une plaque en matériau magnétique solidaire du bouton.To this end, it therefore relates to a control button consisting of a fixed housing, a push button slidably mounted in the housing between a first non-depressed rest position and a second depressed working position and magnetic return means of the button in its rest position, said means being constituted by a permanent magnet secured to the housing and by a plate of magnetic material secured to the button.

Selon l'invention, ledit boîtier comporte une partie centrale creuse ouverte vers le haut et dont le fond est au moins partiellement fermé par une paroi d'épaisseur déterminée, cette partie centrale formant logement pour ledit aimant permanent, tandis que le bouton susdit est intérieurement évidé pour coiffer à coulissement ladite partie centrale, la profondeur de l'évidement étant supérieure à la hauteur de ladite partie centrale, et porte à sa partie inférieure ladite plaque en matériau magnétique, cette dernière fermant l'évidement du bouton au-delà de la paroi de fond de ladite partie centrale ainsi emprisonnée dans ledit évidement.According to the invention, said housing comprises a hollow central part open upwards and the bottom of which is at least partially closed by a wall of determined thickness, this central part forming housing for said permanent magnet, while the above-mentioned button is internally hollowed out for slidingly covering said central part, the depth of the recess being greater than the height of said central part, and carries at its lower part said plate made of magnetic material, the latter closing the recess of the button beyond the bottom wall of said central part thus trapped in said recess.

Dans un mode préféré de réalisation ladite partie centrale est solidaire d'une enveloppe latérale que comporte le boîtier, en délimitant entre elles un espace de coulissement des parois latérales du bouton, au moyen de pattes s'étendant transversalement dans ledit espace tandis que lesdites parois latérales du bouton sont échancrées au droit de ces pattes, sur une hauteur permettant le coulissement du bouton par rapport au boîtier.In a preferred embodiment, said central part is integral with a lateral envelope which the housing comprises, delimiting between them a sliding space for the side walls of the button, by means of lugs extending transversely in said space while said walls side of the button are notched to the right of these tabs, on a height allowing the sliding of the button relative to the housing.

Il est avantageux que la forme intérieure de la partie centrale susdite soit parallélépipédique, l'aimant permanent susdit étant alors de forme parallélépipédique complémentaire de la forme intérieure de ladite partie centrale.It is advantageous for the interior shape of the above-mentioned central part to be parallelepipedic, the aforementioned permanent magnet then being of parallelepipedic shape complementary to the interior shape of said central part.

Par ailleurs, la plaque en matériau magnétique susdite est en appui sur la paroi de fond de ladite partie centrale, en position de repos du bouton poussoir et comporte sur sa face extérieure des protubérances d'actionnement de contacts électriques associés de manière connue à la partie fixe.Furthermore, the plate of said magnetic material is in abutment on the bottom wall of said central part, in the rest position of the push button and has on its outer face actuating protuberances of electrical contacts associated in a known manner with the part fixed.

L'invention sera mieux comprise au cours de la description donnée ci-après à titre d'exemple purement indicatif et non limitatif qui permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires.The invention will be better understood during the description given below by way of purely indicative and nonlimiting example which will make it possible to identify the advantages and the secondary characteristics thereof.

Il sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels :

• la figure 1 est une vue en coupe d'un mode préféré de réalisation d'une touche selon l'invention,
• la figure 2 est une vue de dessous de la figure 1,
• la figure 3 est un graphique significatif des efforts développés par les organes de rappel magnétiques de l'invention.

Reference will be made to the appended drawings in which:

• FIG. 1 is a sectional view of a preferred embodiment of a key according to the invention,
• FIG. 2 is a bottom view of FIG. 1,
• Figure 3 is a significant graph of the efforts developed by the magnetic return members of the invention.

En se reportant aux figures 1 et 2, on voit que la touche représentée est constituée par un boîtier 1 et un bouton poussoir 2 susceptible de coulisser dans le sens A par rapport au boîtier. Ce boîtier est en fait constitué par une enveloppe extérieure 3 et une partie centrale intérieure 4 espacée de l'enveloppe 3. La partie centrale est solidaire de l'enveloppe latérale 3 par des pattes 5 s'étendant transversalement dans l'espace L les séparant. La partie centrale 4 est creuse et ouverte à son extrémité supérieure. Son extrémité inférieure est fermée par un fond 4a d'épaisseur e déterminée. Dans une variante non représentée, ce fond peut ne pas être complet et ne consister qu'en un rebord intérieur à la portion inférieure de la partie centrale 4. L'évidement ainsi délimité dans la partie 4 sert de logement à un aimant permanent 6. La forme de cet évidement sera complémentaire de celle de l'aimant de manière que celui-ci puisse y être introduit, par l'ouverture supérieure, sans difficulté. Une forme préférée sera parallélépipédique, car les aimants permanents de forme parallélépipédique sont parmi ceux qui sont produits au meilleur coût.Referring to Figures 1 and 2, we see that the key shown is constituted by a housing 1 and a push button 2 capable of sliding in direction A relative to the housing. This box is in fact constituted by an outer casing 3 and an inner central part 4 spaced from the casing 3. The central part is secured to the lateral casing 3 by lugs 5 extending transversely in the space L separating them . The central part 4 is hollow and open at its upper end. Its lower end is closed by a bottom 4a of thickness e determined. In a variant not shown, this bottom may not be complete and only consist of an inner rim at the lower portion of the central part 4. The recess thus defined in part 4 serves as a housing for a permanent magnet 6. The shape of this recess will be complementary to that of the magnet so that it can be introduced there, by the upper opening, without difficulty. A preferred form will be parallelepipedic, since permanent magnets of parallelepipedic form are among those which are produced at the best cost.

Le bouton poussoir 2 est évidé intérieurement, de manière à coiffer la partie centrale 4 susdite. Son évidement 2a est de forme complémentaire à celle de la forme extérieure de la partie centrale (cylindrique ou parallélépipédique) cette dernière constituant alors un guide pour le coulissement du bouton. La partie inférieure des parois latérales du bouton 2 possède des échancrures 2b disposées au droit des pattes 5 de liaison des parties 3 et 4 du boîtier. Ces échancrures sont de hauteur h telle qu'elles autorisent la .course de coulissement désirée du bouton par rapport au boîtier. Enfin, le bouton 2 porte à son extrémité inférieure une plaque 7 en matériau magnétique qui ferme l'évidement 2a au-delà de la paroi 4a de la partie centrale, cette dernière étant alors emprisonnée à l'intérieur du bouton. La fixation de cette plaque sur l'extrémité inférieure du bouton 2 est réalisée par tout moyen connu et de préférence par rivetage d'un excédent de matière du bouton sur la face extérieure de la plaque. Si cette matière est un plastique, ce rivetage (représenté sur les figures en 8) peut être réalisé par ultrason. La plaque 7 comporte des protubérances 7a (ici des parties courbées de la plaque 7 elle-même) tournées vers le bas c'est-à-dire sa face extérieure, ces protubérances constituant des organes de commande de la partie mobile 9 d'un contact électrique connu en lui-même situé à une distance déterminée du boîtier 1. On voit notamment sur la figure 1 que l'enfoncement du bouton 2 jusqu'à le mettre en butée sur le sommet de la partie 4 ou sur le sommet des pattes 5 par le fond des échancrures 2b permet de déplacer en 7'a les protubérances 7a et déplacer la partie 9 susdite pour la mettre en contact avec la partie 10 fixe fermant ainsi un circuit. En relâchant le bouton, l'aimant 6 attire la plaque 7 et donc soulève le bouton jusqu'à ce que la plaque 7 soit en butée sur la paroi 4a du fond de la partie centrale 4.The push button 2 is hollowed out internally, so as to cover the aforementioned central part 4. Its recess 2a is of complementary shape to that of the outer shape of the central part (cylindrical or parallelepiped), the latter then constituting a guide for the sliding of the button. The lower part of the side walls of the button 2 has notches 2b arranged in line with the tabs 5 connecting the parts 3 and 4 of the housing. These notches are of height h such that they allow the desired sliding stroke of the button relative to the housing. Finally, the button 2 carries at its lower end a plate 7 of magnetic material which closes the recess 2a beyond the wall 4a of the central part, the latter then being trapped inside the button. The fixing of this plate on the lower end of the button 2 is carried out by any known means and preferably by riveting an excess of material of the button on the external face of the plate. If this material is a plastic, this riveting (shown in the figures in 8) can be carried out by ultrasound. The plate 7 has protuberances 7a (here curved parts of the plate 7 itself) turned downwards, that is to say its outer face, these protuberances constituting control members of the movable part 9 of a electrical contact known in itself located at a determined distance from the housing 1. It can be seen in particular in FIG. 1 that the depression of the button 2 until it abuts on the top of the part 4 or on the top of the legs 5 by the bottom of the notches 2b makes it possible to move the protrusions 7a at 7'a and move the above-mentioned part 9 to bring it into contact with the fixed part 10 thus closing a circuit. By releasing the button, the magnet 6 attracts the plate 7 and therefore lifts the button until the plate 7 is in abutment on the wall 4a of the bottom of the central part 4.

La figure 3 fait apparaître deux courbes C1 et C2 représentant les variations de la force d'attraction magnétique d'un aimant permanent en fonction de la valeur de l'entrefer. La courbe C1 est celle relative à un aimant possédant une force d'attraction maximale (c'est-à-dire à entrefer nul) F11 correspondant à la résistance à l'enfoncement désirée que doit présenter le bouton poussoir. On voit que pour une valeur d de l'entrefer correspondant à la course du bouton lorsqu'il a atteint sa position de travail, la force de rappel F12 est très faible et insuffisante pour obtenir un rappel sûr du bouton, compte tenu de son poids et des éventuelles forces de frottement.FIG. 3 shows two curves C1 and C2 representing the variations in the magnetic attraction force of a permanent magnet as a function of the value of the air gap. The curve C1 is that relating to a magnet having a maximum attraction force (that is to say with zero air gap) F11 corresponding to the desired resistance to penetration which the push button must have. We see that for a value d of the air gap corresponding to the travel of the button when it has reached its working position, the restoring force F12 is very low and insufficient to obtain a safe return of the button, taking into account its weight and possible friction forces.

Le choix d'un aimant plus fort de courbe caractéristique C2 permet d'obtenir une attraction à distance F22 nettement plus importante qui peut donner satisfaction. En revanche, l'attraction à l'entrefer nul F21 est beaucoup trop importante et la résistance à l'enfoncement du bouton est trop grande. La solution à ce problème proposée par l'invention réside dans le maintien d'un entrefer minimal de valeur e correspondant à l'épaisseur de la paroi 4a de fond de la partie 4 du boîtier. Ainsi, on ramène la résistance à l'enfoncement à sa valeur F11 désirée. Dans ce cas, compte tenu de la course d qu'il est nécessaire de respecter, on obtient une force d'attraction à distance F23 un peu inférieure à celle F22 susdite mais qui reste tout de même très supérieure à la force F12 susdite. On voit donc que l'épaisseur e susdite dépend des caractéristiques magnétiques de l'aimant permanent utilisé.The choice of a stronger magnet with a characteristic curve C2 makes it possible to obtain a much greater attraction at distance F22 which can be satisfactory. On the other hand, the attraction to the zero gap F21 is far too great and the resistance to pressing the button is too great. The solution to this problem proposed by the invention lies in maintaining a minimum air gap of value e corresponding to the thickness of the bottom wall 4a of the part 4 of the housing. Thus, the resistance to penetration is reduced to its desired value F11. In this case, taking into account the stroke d which it is necessary to respect, one obtains a force of attraction at distance F23 a little less than that F22 aforesaid but which remains all the same much greater than the force F12 aforesaid. It can therefore be seen that the above thickness e depends on the magnetic characteristics of the permanent magnet used.

L'un des avantages supplémentaires de l'invention réside dans le fait que l'aimant n'est jamais en contact direct avec la partie rappelée. Il s'ensuit que cet aimant n'est pas soumis directement à des chocs répétés de nombreuses fois ce qui évite des risques de désagrégation progressive de ce dernier qui est généralement en matière frittée.One of the additional advantages of the invention lies in the fact that the magnet is never in direct contact with the recalled part. It follows that this magnet is not directly subjected to repeated shocks many times which avoids the risk of progressive disintegration of the latter which is generally made of sintered material.

Par ailleurs, même si des particules de l'aimant parviennent à s'en détacher, elles sont retenues dans la partie centrale du boîtier évitant ainsi la formation de particules parasites placées entre l'aimant et la plaque magnétique attirée qui modifieraient la valeur de l'entrefer minimal.Furthermore, even if particles of the magnet manage to detach, they are retained in the central part of the housing thus avoiding the formation of parasitic particles placed between the magnet and the attracted magnetic plate which would modify the value of the minimum air gap.

En outre, on sait que la force d'attraction à distance d'un aimant est dépendante, pour une surface donnée de son épaisseur. Les dispositions de l'invention permettent avantageusement la mise en oeuvre d'un aimant de section relativement faible, ce qui est important pour pouvoir être Incorporé à une touche de dimension assez faible, mais d'épaisseur importante, donc de pouvoir attractif relativement fort. L'épaisseur importante permet également un bon guidage.In addition, it is known that the pulling force at a distance from a magnet is dependent, for a given surface on its thickness. The arrangements of the invention advantageously allow the use of a magnet of relatively small section, which is important in order to be able to be incorporated into a touch of relatively small dimension, but of considerable thickness, therefore of relatively strong attractiveness. The large thickness also allows good guidance.

Enfin, la construction de la touche selon l'invention permet un montage automatique aisé des différents éléments qui la constituent. Elle permet également d'éviter d'avoir recours à des aimants percés donc coûteux. De plus, comme l'aimant est placé le long de l'axe central de la touche, il n'est pas besoin de le maintenir en place avec une grande précision notamment en surmoulant une cage de plastique pour son maintien ce qui constitue un autre facteur de l'abaissement du coût de fabrication de la touche.Finally, the construction of the button according to the invention allows easy automatic mounting of the various elements which constitute it. It also makes it possible to avoid having to use pierced magnets which are therefore expensive. In addition, as the magnet is placed along the central axis of the key, there is no need to hold it in place with great precision, in particular by overmolding a plastic cage for its maintenance which constitutes another factor in lowering the cost of manufacturing the fingerboard.

Cette touche peut être montée par clipsage dans un support présentant un nombre d'alvéoles déterminé pour former un clavier complet. Les éléments mobiles des contacts électriques pouvant être prémontés sur chaque boîtier de touche ou au contraire être solidaires d'un support s'adaptant au clavier constitué.This key can be mounted by clipping into a support having a determined number of cells to form a complete keyboard. The movable elements of the electrical contacts can be pre-assembled on each key box or, on the contrary, be secured to a support adapting to the keyboard formed.

L'invention trouve une application intéressante dans l'industrie du traitement de l'information, dans celle des télécommunications ou plus généralement dans la fabrication des organes de commande à clavier.The invention finds an interesting application in the information processing industry, in that of telecommunications or more generally in the manufacture of keyboard control members.

Claims (5)

1. Control key constituted by a fixed casing (1 a push-button (2) mounted for sliding inside said casing (1) between a first standing-out rest position and a second set-in work position, and magnetic means for returning the said push-button to its rest position, said means being constituted by a permanent magnet (6) integral with the casing (1) and by a plate (7) of magnetic material integral with said push-button (2) characterized in that the said casing (1) comprises a hollow centre part (4) opened towards the top, and of which the bottom (4a) is at least partly closed by a wall of predetermined thickness (e), said centre part (4) forming a housing for the said permanent magnet (6) whereas the said push-button (2) is hollow on the inside (2a) so as to cap in slidable manner the said centre part (4) the depth of the hollow being greater than the height of the said centre part, and supports on its lower part the said plate of magnetic material (7), said latter closing off the hollow inside (2a) of the push-button beyond the bottom wall (4a) of the said centre part (4) thus imprisoned in said hollow inside (2a).

2. The control key according to claim 1, characterized in that the said centre part (4) is integral with a side enclosure (3) comprised on the casing (1), and defines therewith a sliding space for the side walls of the push-button, by means of clips (5) extending crosswise into said space whereas the said side walls of the push-button are cut (2b) in at right angle of said clips (5) over a height (h) which allows the sliding of the push-button (1) with respect to the casing.

3. The control key according to claim 1 or 2, characterized in that the said centre-part (4) is parallelepipedal on the inside, the said permanent magnet (6) being of parallelepipedal shape to complement the inside shape of the centre part (4).

4. The control key according to any one of the preceding claims characterized in that the rest position, the plate (7) of magnetic material is in resting contact on the bottom wall (4a) of the said centre part (4).

5. The control key according to any one of the preceding claims characterized in that the plate of magnetic material (7) is provided on its external face with bosses (8) for actuating electrical switches (9) associated in known manner to the fixed part of the casing (1).

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