Parlons peu, parlons switches, 2e partie : comment sont conçus les interrupteurs mécaniques ?

Linéaire, tactile ou clicky ; les trois types d’interrupteurs principaux offrent des expériences de frappe différentes. Mais, même au sein de ces trois catégories, il existe des différences fondamentales qui reposent principalement sur les composants utilisés.

Structure d’un interrupteur

Les interrupteurs mécaniques installés dans la plupart des claviers reposent sur cinq composants : la tige, le ressort, le point de contact et les logements haut et bas. La tige est la partie du switch qui se déplace de haut en bas, elle repose sur un ressort qui la ramène dans sa position d’origine. La tige se déplace entre les logements supérieur et inférieur du boîtier. La partie supérieure s'emboîte sur la partie inférieure qui abrite le point de contact. Il s'agit de la pièce métallique qui ferme le circuit électrique et enregistre la pression sur les touches.

On trouve également des broches en contact avec le circuit imprimé sous le logement inférieur. Voici une animation qui illustre le mouvement dans les trois types de switches :

La tige

La tige est l’élément le plus important d’un interrupteur, car c’est ce qui le rend linéaire, tactile ou clicky. Dans l'image suivante, on voit les détails et la structure d’une tige.

Sur la tige, les pieds sont l’élément le plus important ; il s’agit de deux renflements symétriques à l’avant de la tige. C’est ce qui permet de déclencher la frappe d’une touche lorsque le point de contact est actionné. Dans le cas d'un interrupteur linéaire, les pieds sont droits et lisses. Tandis que les pieds d’un switch tactile disposent d’une bosse, on parle de tactile bump en anglais. Plus la bosse est importante, plus le bump tactile est fort ; celui-ci peut être allongé ou court.

Les pieds des interrupteurs clicky se distinguent nettement de ceux des interrupteurs linéaires ou tactiles. Ils peuvent être classés en deux types : les click jackets et les click bars. Voici une image d’une tige avec click jacket :

La tige est constituée de deux parties : la partie bleue comporte le mécanisme de fixation et la broche ; tandis que les pieds se trouvent sur la partie blanche, le click jacket. Comme les pieds tactiles, ceux du click jacket sont également dotés d’une bosse. Lorsque vous appuyez sur la touche, la partie haute de la tige commence à descendre, jusqu’à arriver au contact avec le click jacket qui tombe ainsi soudainement et produit le clic. Voici une animation illustrant ce qui se déroule dans un interrupteur Cherry MX Blues :

Dans le cas des switches à click bar, la tige est faite d’un seul tenant. Dans l'exemple de la Kailh Box Pink, le click bar se trouve à l'arrière de la partie inférieure du boîtier. La barre est abaissée par un pied à l’arrière de la tige et produit le clic au rebondissement.

Les guides se trouvent sur le côté de la tige, ils permettent d’assurer que la tige descend bien verticalement. C'est là qu'il y a le plus de contacts avec les autres composants du switch et donc le plus grand potentiel de friction. Si un switch donne l'impression d’accrocher lorsqu'on appuie dessus, c'est principalement dû à cela.

Le mécanisme de fixation se trouve sur la partie supérieure du switch. Sur les interrupteurs MX, celui-ci est signalé par la forme d’un plus (+). Sur les interrupteurs BOX de Kailh ou les MX protégés contre la poussière, le plus est entièrement ou presque entièrement entouré de murs. Ces interrupteurs sont cependant compatibles avec les capuchons de touches MX. Mais il existe d'autres mécanismes de fixation, par exemple sur les switches low profile ou Alps.

En bas de la tige se trouve une broche qui s’assure que la tige reste bien centrée lors de la montée et de la descente de la touche. C’est la longueur de la broche qui détermine la longueur de la course d’un switch. Ainsi, une broche longue raccourcit la course de la touche et vous enfoncez le switch plus rapidement.

Le ressort

Juste après la tige, le ressort est le deuxième élément le plus important dans la sensation de frappe. C’est en effet ce ressort qui détermine la résistance et le déclenchement d’un interrupteur ; et avec cela la force à utiliser pour appuyer sur les touches.

Le matériau, son revêtement, l'écart entre les spires ou la longueur sont autant d'éléments qui déterminent l'effet d'un ressort sur la sensation de frappe.

En principe, on distingue deux types de ressorts : linéaires et progressifs. Pour les ressorts linéaires, la force nécessaire augmente linéairement au fur et à mesure que tu les comprimes. Sur les ressorts progressifs, la force nécessaire augmente davantage. Par rapport aux ressorts linéaires, la force nécessaire peut donc s'élever à 100 grammes de force au lieu de 75 grammes pour une même longueur de ressort.

Aujourd'hui, il existe aussi des ressorts combinant ces deux propriétés. Par exemple, commencer de manière linéaire, puis passer au progressif. Les « Two Stage Springs », qui permettent d'exercer une pression plus régulière vers le bas et de rebondir avec plus de force vers le haut, sont également à la mode actuellement.

Logement supérieur

Les parties inférieure et supérieure du boîtier maintiennent le switch. Le logement haut se caractérise par quatre éléments : au centre se trouve le trou pour le stem, il est identique sur la plupart des claviers des différents fabricants ; presque tous le font rectangulaire. Le fabricant Kailh mise toutefois sur des trous carrés pour ses Box Switches.

On trouve un autre trou à l’avant par lequel passe la lumière des LED lorsque le circuit imprimé est équipé d’un éclairage RGB par touche.

Les fabricants apposent généralement leur marque sur la face opposée à ce trou. On peut notamment citer les marques Cherry, Gateron, Kailh ou Outemu. En cas de fabrication sur commande, le nom du client peut également y figurer. Parfois, il n'y a même pas de nom.

Le quatrième élément, ce sont les pieds. Ils dépassent vers le bas et permettent de maintenir les parties supérieure et inférieure ensemble. Il existe deux types de pieds différents : ceux avec quatre pieds étroits et ceux avec deux pieds larges. Leur fonction est toutefois la même.

Logement inférieur

La partie inférieure du boîtier abrite à l'arrière le point de contact. À l'avant, comme pour la partie supérieure du boîtier, il y a un trou pour les LED. Au centre, il y a un trou pour la broche de la tige. Sur le côté, on trouve les guides pour que la tige coulisse bien verticalement.

Comme pour la partie supérieure du boîtier, il existe de légères différences entre ces éléments selon les fabricants. La partie inférieure du boîtier permet de distinguer si un switch est compatible PCB Mount ou Plate Mount. Un interrupteur PCB Mount dispose de cinq broches qui sont en contact avec le circuit imprimé, tandis qu’un interrupteur Plate Mount n'en a que trois. Seules les deux broches métalliques permettent la communication avec le circuit imprimé, les autres aident à maintenir la tige en place. Les switches PCB Mount se fixent directement sur le circuit imprimé, tandis que les switches Plate Mount se montent sur un circuit spécial.

Point de contact

Le point de contact est en métal et se compose de deux parties. Lorsque la tige descend, ses pieds pressent les deux parties métalliques l'une contre l'autre. Cela ferme le circuit électrique et actionne la touche.

Les deux pièces métalliques se trouvent dans la partie inférieure du boîtier de l'interrupteur et dépassent en bas. Ces deux broches sont en contact avec le circuit imprimé du clavier et ferment le circuit électrique lorsque l'on enclenche le switch.

La grande partie est placée à l’arrière de la tige, la petite à l’avant.

J’avais prévu de vous parler des différents matériaux et de leurs interactions dans cet article, mais il est déjà assez long comme ça. Je vous en parlerai donc dans le prochain article.