(57)【要約】  コネクタ要素は、開放面を有する、概ね非磁性材料で作製された筐体（４２８）と、プレートアパーチャ（４３６）を有する絶縁プレート（４３０）と、筐体内に配置された永久磁石（４１０）であって、磁石（４１０）は、プレートアパーチャ（４３６）を通って筐体（４２８）から出ないようにする寸法である、永久磁石（４１０）と、筐体内に配置された前記永久磁石（４１０）の寸法よりも大きいワッシャアパーチャを有する、導電性軟質強磁性材料で作製されたワッシャと、を含む。自己作動式コネクタ要素を使用して組み立てられるディスプレイ、玩具及び教育用キットを任意選択的に含む変形可能な電子デバイスも開示される。
2019535460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形可能な電子ディスプレイデバイスであって、
データ及び電力分配バスを提供する玉継手と、
複数のキューブレッツであって、前記複数のキューブレッツのそれぞれは、
前記玉継手に直接隣接するコア頂点部であって、前記コア頂点部は、先端が切り取られて前記玉継手に対する電気接続部を形成している、コア頂点部と、
予めプログラムされた画像を表示するための、当該変形可能な電子ディスプレイデバイスを覆う複数のディスプレイ画面を形成するための少なくとも１つのディスプレイ画面と、
を含む、複数のキューブレッツと、
前記複数のディスプレイ画面と通信する少なくとも１つのマイクロプロセッサであって、前記少なくとも１つのマイクロプロセッサは、前記複数のキューブレッツのうちの少なくとも１つの内部に収容されており、前記複数のディスプレイ画面上における画像の前記表示を制御するようにプログラムされている、少なくとも１つのマイクロプロセッサと、
前記複数のディスプレイ画面上に前記画像の前記表示を提供するために、前記少なくとも１つのマイクロプロセッサと前記複数のディスプレイ画面との間の前記通信を維持するための接続手段であって、複数のコネクタ要素を含み、前記複数のコネクタ要素のそれぞれは、
概ね非磁性材料で作製された筐体であって、前記筐体は開放面を有する、筐体と、
プレートアパーチャを含む絶縁プレートであって、前記プレートアパーチャは円形のものであり、前記絶縁プレートは、前記筐体の前記開放面に取り付けられている、絶縁プレートと、
前記筐体内に配置された永久磁石であって、前記永久磁石は球形のものであり、前記プレートアパーチャの直径よりも大きな直径を有する、永久磁石と、
円形のワッシャアパーチャを含む、導電性軟質強磁性材料で作製されたワッシャであって、前記ワッシャアパーチャの直径は、前記筐体内に、前記絶縁プレートに近接して配置されている前記永久磁石の前記直径よりも大きい、ワッシャと、
を含む、接続手段と、
を含む、変形可能な電子ディスプレイデバイス。
【請求項２】
変形可能な電子デバイス、教育用又は玩具組み立てキットであって、
データ及び電力分配バスを提供する玉継手と、
複数のキューブレッツであって、前記複数のキューブレッツのそれぞれは、
前記玉継手に直接隣接するコア頂点部であって、前記コア頂点部は、先端が切り取られて前記玉継手に対する電気接続部を形成している、コア頂点部と、
予めプログラムされた画像を表示するための、前記変形可能な電子ディスプレイデバイスを覆う複数のディスプレイ画面を形成するための少なくとも１つのディスプレイ画面と、
を含む、複数のキューブレッツと、
前記複数のキューブレッツのうちの少なくとも１つの内部に収容された複数の電子構成要素と通信する少なくとも１つのマイクロプロセッサであって、前記少なくとも１つのマイクロプロセッサは、前記複数のキューブレッツのうちの少なくとも１つの内部に収容されている、少なくとも１つのマイクロプロセッサと、
前記少なくとも１つのマイクロプロセッサと前記複数の電子構成要素との間の前記通信を維持するための接続手段であって、複数のコネクタ要素を含み、前記複数のコネクタ要素のそれぞれは、
概ね非磁性材料で作製された筐体であって、前記筐体は開放面を有する、筐体と、
プレートアパーチャを含む絶縁プレートであって、前記プレートアパーチャは円形のものであり、前記絶縁プレートは、前記筐体の前記開放面に取り付けられている、絶縁プレートと、
前記筐体内に配置された永久磁石であって、前記永久磁石は球形のものであり、前記プレートアパーチャの直径よりも大きな直径を有する、永久磁石と、
円形のワッシャアパーチャを含む、導電性軟質強磁性材料で作製されたワッシャであって、前記ワッシャアパーチャの直径は、前記筐体内に、前記絶縁プレートに近接して配置されている前記永久磁石の前記直径よりも大きい、ワッシャと、
を含む、接続手段と、
を含む、変形可能な電子デバイス、教育用又は玩具組み立てキット。
【請求項３】
概ね非磁性材料で作製された筐体であって、前記筐体は開放面を有する、筐体と、
プレートアパーチャを含む絶縁プレートと、
前記筐体内に配置された永久磁石であって、前記永久磁石は、前記プレートアパーチャを通って前記筐体から出ないようにする寸法を有する、永久磁石と、
ワッシャアパーチャを含む導電性軟質強磁性材料で作製されたワッシャであって、前記ワッシャアパーチャは、前記筐体内に、前記絶縁プレートに近接して配置されている前記永久磁石の寸法よりも大きい、ワッシャと、
を含む、コネクタ要素。
【請求項４】
前記プレートアパーチャは円形のものであり、
前記永久磁石は球形のものであり、前記プレートアパーチャよりも大きな直径を有し、
前記ワッシャアパーチャは円形のものであり、前記ワッシャアパーチャ直径は前記永久磁石の前記直径よりも大きい、
請求項３に記載のコネクタ要素。
【請求項５】
データ及び電力分配バスを提供する玉継手と、
複数のキューブレッツであって、前記複数のキューブレッツのそれぞれは、
前記玉継手に直接隣接するコア頂点部であって、前記コア頂点部は、先端が切り取られて前記玉継手に対する電気接続部を形成している、コア頂点部と、
予めプログラムされた画像を表示するための、前記変形可能な電子ディスプレイデバイスを覆う複数のディスプレイ画面を形成するための少なくとも１つのディスプレイ画面と、
を含む、複数のキューブレッツと、
前記複数のディスプレイ画面と通信する少なくとも１つのマイクロプロセッサであって、前記マイクロプロセッサは、前記複数のディスプレイ画面上における画像の前記表示を制御するようにプログラムされている、少なくとも１つのマイクロプロセッサと、
請求項４に記載の複数の前記コネクタ要素を含む、前記複数のディスプレイ画面上に前記画像の前記表示を提供するために、前記少なくとも１つのマイクロプロセッサと前記複数のディスプレイ画面との間の前記通信を維持するための接続手段と、
を含む、変形可能な電子ディスプレイデバイス。
【請求項６】
前記複数のキューブレッツに電力を供給するための少なくとも１つのバッテリーを更に含み、前記少なくとも１つのバッテリーは、前記複数のキューブレッツのうちの少なくとも１つの内部に収容されている、請求項５に記載の変形可能な電子ディスプレイデバイス。
【請求項７】
前記複数のキューブレッツはちょうど８つに等しい、請求項５に記載の変形可能な電子ディスプレイデバイス。
【請求項８】
前記複数のキューブレッツのうちの少なくとも８つはそれぞれ、
前記キューブレッツの空間対角線によって前記コア頂点部に接続された遠位頂点部と、
前記遠位頂点部に直接隣接する前記キューブレッツ面上に配置された３つの互いに垂直な接続表面と、
前記３つの接続表面のそれぞれに面して配置された各々のプレートアパーチャを有する複数のコネクタ要素と、
を含む、請求項５に記載の変形可能な電子ディスプレイデバイス。
【請求項９】
無線通信手段を更に含む、請求項５に記載の変形可能な電子ディスプレイデバイス。
【請求項１０】
２つのコネクタ要素であって、前記２つのコネクタ要素のそれぞれは、
概ね非磁性材料で作製された筐体であって、前記筐体は開放面を有する、筐体と、
プレートアパーチャを含む絶縁プレートと、
前記筐体内に配置された永久磁石であって、前記永久磁石は、前記プレートアパーチャを通って前記筐体から出ないようにする寸法を有する、永久磁石と、
ワッシャアパーチャを含む導電性軟質強磁性材料で作製されたワッシャであって、前記ワッシャアパーチャは、前記筐体内に、前記絶縁プレートに近接して配置されている前記永久磁石の寸法よりも大きい、ワッシャと、
を含み、
前記永久磁石は球形のものであり、前記プレートアパーチャよりも大きな直径を有し、
前記ワッシャアパーチャは円形のものであり、前記ワッシャアパーチャ直径は前記永久磁石の前記直径よりも大きい、
２つのコネクタ要素を含み、
前記２つのコネクタ要素は各々の前記絶縁プレートが互いに直接隣接して対向する状態で配置され、各々の前記磁石は互いに及び各々の前記ワッシャに接触して配置され、前記２つの磁石及び前記ワッシャは連続的な導電路を形成している、
コネクタ。
【請求項１１】
２つのキューブレッツ又は変形可能な電子デバイス、玩具若しくは教育用キットの要素を接続する方法であって、
２つのコネクタ要素を用意することであって、各前記２つのコネクタ要素は、
概ね非磁性材料で作製された筐体であって、前記筐体は開放面を有する、筐体と、
プレートアパーチャを含む絶縁プレートと、
前記筐体内に配置された永久磁石であって、前記永久磁石は、前記プレートアパーチャを通って前記筐体から出ないようにする寸法を有する、永久磁石と、
ワッシャアパーチャを含む導電性軟質強磁性材料で作製されたワッシャであって、前記ワッシャアパーチャは、前記筐体内に、前記絶縁プレートに近接して配置されている前記永久磁石の寸法よりも大きい、ワッシャと、
を含み、
前記永久磁石は球形のものであり、前記プレートアパーチャよりも大きな直径を有し、
前記ワッシャアパーチャは円形のものであり、前記ワッシャアパーチャ直径は前記永久磁石の前記直径よりも大きい、
ことと、
各々の絶縁プレートが互いに対向する状態で配置された前記２つのコネクタ要素を実質的に平行な方向に近接させることと、
前記２つの磁石が、前記２つの絶縁プレートに垂直な軸に対して極方向及び方位方向に自由に回転し、平衡な相互配向に達することを可能にすることと、
前記２つの永久磁石及び前記２つのワッシャを含む安定した導電路の形成を可能にするように適合された、前記２つの絶縁プレートを摺動させることによって前記コネクタ要素の相対位置を調整することと、
を含む、方法。
【請求項１２】
データ及び電力分配バスを提供する玉継手と、
複数のキューブレッツであって、前記複数のキューブレッツのそれぞれは、
前記複数のキューブレッツのうちの少なくとも１つの内部に収容された複数の電子構成要素と通信する少なくとも１つのマイクロプロセッサであって、前記少なくとも１つのマイクロプロセッサは、前記複数のキューブレッツのうちの少なくとも１つの内部に収容されている、少なくとも１つのマイクロプロセッサと、
前記少なくとも１つのマイクロプロセッサと前記複数の電子構成要素との間の前記通信を維持するための接続手段であって、複数のコネクタ要素を含み、前記複数のコネクタ要素のそれぞれは、
概ね非磁性材料で作製された筐体であって、前記筐体は開放面を有する、筐体と、
プレートアパーチャを含む絶縁プレートであって、前記プレートアパーチャは円形のものであり、前記絶縁プレートは、前記筐体の前記開放面に取り付けられている、絶縁プレートと、
前記筐体内に配置された永久磁石であって、前記永久磁石は球形のものであり、前記プレートアパーチャの直径よりも大きな直径を有する、永久磁石と、
円形のワッシャアパーチャを含む、導電性軟質強磁性材料で作製されたワッシャであって、前記ワッシャアパーチャの前記直径は、前記筐体内に、前記絶縁プレートに近接して配置されている前記永久磁石の前記直径よりも大きい、ワッシャと、
を含む、接続手段と、
を含む、複数のキューブレッツと、
前記変形可能な電子デバイスを、外部ゲーミング若しくは娯楽コンソール、ディスプレイ又はアプライアンスデバイスの制御又は入力デバイスとしての役割を果たすように適応させる無線通信手段と、
を含む、変形可能な電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、ＰＣＴ第８条に従い、２０１６年１０月２０日に出願された米国仮特許出願第６２４１０７８６号明細書、及び２０１７年２月２３日に出願された米国仮特許出願第６２４６２７１５号明細書の優先権を主張する。これらの開示は、あらゆる目的において、全体が参照により援用される。
【０００２】
本開示は、自己作動式電気コネクタ、このようなコネクタによって使用可能になる変形可能な電子デバイス及び玩具キットに関する。
【背景技術】
【０００３】
自己作動式コネクタは、機械部品の頻繁な機械的係合及び係脱が必要なデバイスにおいて必要なときに電力又は信号伝送を支持する、電気路を作成する又は切断するための便利な手段を可能にする。このような用途のいくつかの例としては、変形可能な電子デバイス、ツイストパズル、及び電子機能を有する他の玩具、並びに移動式又は可動式電子デバイスのドッキングステーションが挙げられるが、これらに限定されない。
【０００４】
特に関心が持たれるのは、２つの構造的要素を係合させて平面を接触させることで電気接続を可能にするコネクタである。より一般的な場合においては、電気接続要素の近傍にある、構造的要素の隣接する表面は実質的に平坦であってもよいが、全般的にはより複雑な形状のものである。
【０００５】
変形可能な電子デバイスの要素を電気的に接続するための一般的な手法は、機械的なばね懸架式ピンの使用である。
【０００６】
いくつかの既知の近接作動式機械的コネクタは、ブラケット上に回転自在に取り付けられた、第１の円筒の回転対称軸が第２の円筒の回転対称軸に平行な２つの円筒状磁石を含む。磁石は、各円筒の外部表面上に交互に位置決め可能に配置されたＮ極及びＳ極を有する。円筒状磁石は、円筒の軸を中心に自由に回転させることができる。磁石を近接させると、磁石は、第１の磁石のＮ極が第２の磁石のＳ極に直接隣接する位置に係合するように回転することによって作動する。この構成の磁気モーメントは、接触面によって画定される平面に対して回転し、自己配向を可能にする。この場合の回転は、接触平面及び円筒の軸に垂直な平面に限定される。
【０００７】
タブレットコンピュータ、スマートフォン、ラップトップコンピュータ等などの電子デバイスの充電ポートに接続するために、磁気的に作動される凹接点が使用されてきた。このような電気の典型的な構成は、導電材料で形成された外部部分と、磁石を含む内部部分と、可撓性取付特徴部を含むフレキシブル回路とを有する浮動接点を含む。可撓性取付特徴部は、浮動接点に電気的に接続されており、係合位置と係脱位置との間における浮動接点の運動に適応するように構成されている。磁石の向きは固定されており、その磁気モーメントは、永久に、その許容される並進的な機械的運動の方向とともに誘導される。自身の磁石を有する電子デバイスと近接させると、コネクタは作動され、接続位置（係合位置）に摺動することによって係合する。（典型的には手動での）外力の印加によって接続が切断されると、コネクタに組み込まれた機械的なばね作用要素が磁石を係脱位置へと戻す。
【０００８】
外部から印加された磁場に応答して移動する可動磁気要素を含む、磁気的に作動される電気コネクタが使用されてきた。いくつかの実施形態では、電気コネクタは、コネクタを接続するように設計された電子デバイスと関連付けられた、外部から印加される磁場に応答して、凹んだ位置から係合位置に移動する凹接点を含む。いくつかの実施形態では、外部磁界は、一致する極性パターンと関連する接点を、凹んだ位置から引き出すように構成された特定の極性パターンを有する。この種類のデバイスにおいて、可動磁気要素は、磁力によって作動されると「ポゴピン」に似たように作用するばね作用機械的要素に接続される。磁気要素の運動は、接触面に垂直な軸に沿ってのみ可能である一方、磁気要素はその磁軸を中心に回転することが可能であってもよく、磁軸の方向は接触面に垂直に予め設定され、磁気要素の磁軸の回転は可能とされない。この種類のコネクタは、無性導電性（ｇｅｎｄｅｒｌｅｓｓ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）及び磁気極性の不変性が欠如しており、適切な接続を確実とするためには更なる機械的特徴を必要とする。
【０００９】
別の構成では、コネクタ構成要素は、接続表面に垂直な中心軸に垂直に配置され、接続表面に垂直な中心軸を中心として回転可能な磁気モーメントを有する磁極を含む。磁気モーメントは、したがって、接続表面に平行な平面内に限定される。２つの同一の接続構成要素を近接させると、これらは軸を中心に回転する各磁石によって自己作動して反対方向に整列し、接続表面を導電路に係止させる。
【００１０】
更に、接触平面に平行な面内において回転させることが可能な磁軸を有するコネクタ構成要素を含む磁気的に作動される電気コネクタが開示されている。２つの同一の磁気要素を近接させると、これらは、各コネクタ構成要素の磁極がコネクタ構成要素の各々の反対の極性の磁極に近接する位置へと回転することによって作動する。近接的に作動されると、整列した磁石は安定した電気接続のための導電路を提供する。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
表１は、本開示及び本解決策の関連用途に重要ないくつかの機能性を比較する。
【００１３】
無性接続性は、各コネクタ部分を任意の他のコネクタ部分に接続する能力として理解され、各特定の対に用いられる部分は雄種と雌種との間の区別なく同一である。
【００１４】
初期配向の不変性は、平行表面の初期配向を問わず、近接する表面を係合させることを可能にし、コネクタ部分は引き付けられ、作動を提供する磁石の初期相互配向を問わず信頼性の高い接点を形成する。
【００１５】
接続平面の並進又は回転相対運動を可能にする接続平面の可能性としては、カルーセル、ロータホイール、又はパズルの回転要素が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１６】
隣接する表面を互いに並進的に又は回転的に移動させること必要とする変形可能な電子デバイス、ツイストパズル及び他の類似の用途としては、カルーセル、ロータホイール、又はパズルの回転要素が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１７】
平面を引き合わせることによって電気路を接続するという共通のタスクは、２段階の手順で実施され得る場合に、より実用的且つ便利になる。２段階の手順では、まず平面が係合し、次いで、磁石が係合して電気接続を近接作動させるまで、平面の相対位置を相互作用的に手動で調整する。
【００１８】
ばね又は他の弾性材料を使用することなくばね状作用を提供する接触要素は、特定の範囲まで、接続平面を引き離す外力に耐える。
【００１９】
コネクタが視覚的及び触覚的に目立たない。玩具、パズル又は電子デバイスのユーザは、一般に、接続について覚えておく必要もなく、コネクタ間の精密な整列について気に掛ける必要もなく、前記コネクタの存在について考える又は知る必要すらない。
【００２０】
接続平面を完全に清潔又は無傷に維持する必要のない、引掻き、チッピングがかなり存在すること、及び中程度の表面汚染に耐える信頼性の高い接続を形成する。
【００２１】
設計は、機械的に頑丈であり、鋭く、小さな、吸入可能又は飲み込み可能な断片に分解する傾向のない、鋭い縁又は複雑な幾何学的形状のない限られた数の部品を含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本開示は、開放面を有する、概ね非磁性材料で作製された筐体と、プレートアパーチャを有する絶縁プレートと、筐体内に配置された永久磁石であって、磁石は、プレートアパーチャを通って筐体から出ないようにする寸法である、永久磁石と、筐体内に配置された前記永久磁石の寸法よりも大きいワッシャアパーチャを有する、導電性軟質強磁性材料で作製されたワッシャと、を含む、コネクタ要素を提供する。自己作動式コネクタ要素を使用して組み立てられるディスプレイ、玩具及び教育用キットを任意選択的に含む変形可能な電子デバイスも開示される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ−１Ｂ】外力のない状態で相互作用している磁石及びワッシャを示す。
【図２Ａ−２Ｃ】外力が印加及び除去されたときの、ワッシャと相互作用する永久磁石のばね作用を示す。
【図３Ａ−３Ｄ】コネクタ要素の簡略的構成を示す。
【図４Ａ−４Ｄ】コネクタ要素の好ましい構成を示す。
【図５Ａ−５Ｂ】開示される接続要素における磁石の回転の許容自由度を示す。
【図６Ａ】キューブレッツ（ｃｕｂｅｌｅｔ）を示す。
【図６Ｂ】機能的なキューブレッツ（ｃｕｂｅｌｅｔｓ）を含む変形可能な電子デバイスを示す。
【図７Ａ−７Ｂ】変形可能な電子ディスプレイデバイスを示す。
【図８Ａ−８Ｂ】相互作用的に制御されるコンテンツがサブディスプレイ上に表示された変形可能な電子ディスプレイデバイスを示す。
【図９】複数の磁気玉継手を備える変形可能な電子デバイスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図面の詳細な説明
図１Ａ〜図１Ｄは、安定した極性無関係コネクタを構築するのに適切な磁石−ワッシャ相互作用の動的効果を示す。
【００２５】
軟質強磁性磁性材料（ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌ）で作製された円板形のワッシャと相互作用する小球形の永久磁石であり、本明細書に開示される電気コネクタの開発に適用する特徴的な動的効果を示す。
【００２６】
図１Ａ〜図１Ｂに示される本開示の一態様において、磁石１１０はＮ極Ｎ及びＳ極Ｓを有し、これらを接続する矢印として磁軸１１２が示される。スチールワッシャ１１４は、アパーチャ１１６及び対称面１１８を有する。
【００２７】
磁石をワッシャアパーチャに近接させると、磁石は図１Ｃ〜図１Ｄに示すように配置される傾向にある。磁石の直径１２０はワッシャ内壁１２２に対する引力によってワッシャの対称面１１８に整列する。
【００２８】
一例では、直径約６ミリメートルの球形ネオジム磁石１１０と、一般的な磁性鋼で作製された、外径１１ミリメートル及びアパーチャ１１６直径６．５ミリメートルの単純な円板形のワッシャ１１２とを用いて実験を行った。１．５ミリメートル及び２ミリメートルのワッシャ厚さを試したが、性能の変化は認められなかった。
【００２９】
別の例において、直径約３ミリメートルを有するネオジム磁石１１０と、アパーチャ直径３．０ミリメートル及び３．５ミリメートルを有するワッシャ１１２とを用いて実験を行い、実質的に同じ結果が認められた。一般に、球形磁石の直径を約１０〜１５％上回るアパーチャ直径を選択することが推奨される。
【００３０】
更に別の例では、磁石は非球形のものであってもよい又は／及びワッシャは単純な円板構成のものでなくてもよい。玉形の磁石は任意の形状を有する磁石と入れ替えることができる。重要なのは、磁石は回転できるべきであり、磁場の作用下で磁極が回転できるようにすることである。このような場合では、任意の形状の磁石の磁気赤道はワッシャアパーチャの平面と整列する。
【００３１】
磁石１１０及びワッシャ１１４は、軸対称な場合であっても、ワッシャ表面によって画定される平らなワッシャ内において機械的に不安定であり、図１Ｃ〜図１Ｄに示すように、磁石は、ワッシャ１１４の内部表面１２２上の任意の点にくっつく。
【００３２】
図２Ａ〜図２Ｃは、本開示のコネクタのばね作用態様を示し、説明する。
【００３３】
この好ましい構成では、磁石１１０は、図２Ａに示すように、ワッシャ１１４のアパーチャ１１６の内部表面上の任意の点１２２のうちの１つに付いている。外部から作用する力がない状態において、平衡状態は、ワッシャの対称面１１８への磁石直径１２０の整列によって画定される。磁石１１０が小さな外力Ｆにより押されて又は引かれて整列しなくなると、図２Ｂに示すように磁石１１０は平衡状態を脱する。平衡状態を脱すると、球の直径１２０のどこもワッシャの対称面１１８に整列しない（図２Ｂを参照）。外力Ｆが除去されると、図２Ｃに示すように、磁石は磁力Ａによって初期平衡状態に戻る。したがって、球形磁石１１０と軟質強磁性体で作製されたワッシャ１１４との間の磁気相互作用がばね状（弾性）効果を生じさせる。
【００３４】
この効果は、玉が例えば平面上を摺動する又は転がる必要があるときに非常に有用である。平面に対する圧力は磁石を平衡状態から押し出し、磁力は磁石を表面に対して押し、側方に押されたときに摩擦駆動による転がりを可能にする。２つの接続要素が剪断によって組み合わされる場合、すなわち、相手コネクタの磁石の玉が接触するまで一方の表面が他方の表面上を摺動する場合に特に有用である。
【００３５】
図３Ａ〜図３Ｄは、図１Ａ〜図１Ｄ及び図２Ａ〜図２Ｃに開示した動作原理に基づくコネクタ要素１５０の全体的及び簡略的構成を示す。
【００３６】
本開示の一態様では、磁石１１０は概ね非磁性材料で作製された筐体１２８内に配置されており、前記筐体は開放面１２６及び閉鎖面１２４を有する。
【００３７】
筐体１２８は、概して、開放面中空スラブとして示される例又は５つの閉鎖面１２４を有する箱を含むが、これらに限定されない任意の形態のものであってもよい。
【００３８】
筐体１２８の寸法は、磁石１１０が筐体１２８内で全方向に自由に回転し、その磁極の向きを自ずから選択することができるほど十分であることが必要である。しかしながら、筐体の寸法は、磁石１１０がワッシャ１１４及び前面プレート１３０の近傍に維持されるように十分に小さいことが好ましい。
【００３９】
本開示の一実施形態において、ワッシャの内径は玉磁石の直径よりも大きくすることができる。この設計は、玉の回転の自由を確実に高め、玉の磁極の自己配向を著しく容易にする。円板形のワッシャは異なる形状の要素又は要素セットと入れ替えることができ、重要なことは、この要素が磁石の玉を、この玉を強固に固定することなく特定の位置に維持し、それにより、磁極の自己配向、玉の転がり、及びばね効果が可能であるようにすることである。
【００４０】
別の実施形態では、ワッシャの直径は磁石の玉の直径よりも小さくてもよい。コネクタは、磁石及びワッシャの材料が、これらの間の引力ワッシャが比較的弱くなるように選択される場合（逆の場合では、玉の磁極の自己配向は妨げられる）、なお動作可能であってもよい。
【００４１】
図３Ｂ〜図３Ｄは、図３Ａに示されるタイプの２つのコネクタ要素を近接させた自己作動式コネクタを示す。
【００４２】
絶縁機能面１３０は、円形の機能表面アパーチャ１３６（前記円形の機能表面アパーチャの直径は球形磁石１１０の直径よりも小さい）と、筐体対向表面１３２と、外側対向表面１３４とを含み、機能表面アパーチャ１３６は筐体１２４に隣接するより広い側が面取りされている又は傾斜が付けられている。
【００４３】
図３Ｃに示されるように２つの同一のコネクタ１５０と２５０を近接させると、各々の永久磁石１１０及び２１０の磁極が例えば互いに引かれるように自己配向される。同時に、各磁石は、鉄又は任意の適切な軟質強磁性材料で作製された各々のワッシャ１１４及び２１４に引き付けられ、信頼性の高い電気接続を確実とする。導体１３８及び導体２３８は、筐体内部でワッシャ１１４及びワッシャ２１４に取り付けられ、接続された電気路を形成する。
【００４４】
本開示の主な特徴は、以下、図７Ｂ、図８Ｂ及び図９に示すように、「剪断」範囲内において互いに移動させることができる平面を適切に動作させることが可能なことである。更なる図は、コネクタの典型的な適用を示す。
【００４５】
本開示の他の実施形態では、導電性ワッシャは、磁性材料、例えば鉄、又は異なる形状を有するが要素との磁気接触及び電気接触は確保する導体で作製してもよい。
【００４６】
広範な実験を通して、接触平面間の様々な間隙、割れ目、ユーザによる細部の非整列等が存在するので、玉形又は円筒形の磁石を完全には整列させる必要がないことを見出した。しかしながら、信頼性の高い接触は、玉又は円筒の磁気特性によって、及び「スロップ（ｓｌｏｐ）」の生成を可能にする空間によって保証される。したがって、このようなコネクタを作動させ、接合するために完全な軸の整列は必要ない。
【００４７】
磁気導電性ワッシャ及び筐体は、玉が筐体内の、筐体の表面より下に「隠れ」、相手コネクタが接近するともう一方のコネクタに応答して再び現れ、接続を確実にするように形成されている。磁石の玉間の引力が玉と磁気ワッシャとの間の引力を超えた場合、（図では、コネクタの磁石間の磁気引力は各磁石と各々のワッシャとの間の磁力よりも大きく、これにより磁石の玉が、もう一方のコネクタが接近したときにもう一方のコネクタの方に移動し、相手コネクタが離れる場合初期位置に戻ると決定されることが示されている）可能である。
【００４８】
図４Ａ〜図４Ｂは、変形可能な電子デバイス、パズル玩具、及び他の類似用途における使用に適応させた自己作動式コネクタ要素の好ましい構成を示す。
【００４９】
図３Ａ〜図３Ｄの簡略化されたコネクタ要素と同様に、接続要素４５０は、非導電性の、非磁性材料、例えば、適切な性質を有する任意のプラスチックから作製された絶縁前部プレート４３０を含む。前面プレートは、面取りされた又は傾斜が付けられた縁部を有する４つの円形アパーチャ４３６を含む。
【００５０】
後部プレート４４０は、部分球形表面として形成された４つの筐体４２８を含むように構成されている。アパーチャ４３６及び筐体４２８は、本開示で上述したようなネオジム磁石４１０に関連する大きさにされている。この場合、４つの導電性ワッシャ４１４は、接続要素４５０の筐体対向表面４３２に直接隣接して保持されている。
【００５１】
図５Ａ〜図５Ｂは、図３Ｄに示される接続要素１５０及び接続要素２５０又は図４Ａ〜図４Ｄに示される接続要素４５０に類似する２つの接続要素を近接させたときの永久磁石１１０及び永久磁石２１０の相互再配置の可能性を示す。
【００５２】
図５Ａ〜図５Ｂの軸Ｚは、図３Ａ〜図３Ｂの前面１３４及び前面２３４又は図４Ａの前面４３４に垂直な方向に選択される。軸Ｘ及び軸ＹはＺに垂直な平面内に選択され、したがって、表面１３４及び表面２３４に平行である。
【００５３】
ベクトルＭ１及びベクトルＭ２は、それぞれ磁石１１０及び磁石２１０の磁気モーメントを示す。ベクト（Ｖｅｃｔｏ）Ｍ１ＸＹは、Ｚ軸に垂直なＸＹ平面上にベクトルＭ１を投影したものを示す。
【００５４】
空間内におけるベクトルＭ１の空間的方向は、軸Ｚから測定した極角θ１及び軸ＸとＭ１ＸＹとの間の平面ＸＹ内で測定した方位角φ１によって完全に表すことができる。同様に、極角θ２及び方位角φ２はＭ２の特別方向を完全に表す。
【００５５】
図３Ａ〜図４Ｂに示される例に類似する配置は、コネクタ要素を近接させると磁石１１０及び磁石２１０の制限のない回転を可能にし、各々の極角及び方位角を調整する。
【００５６】
本開示の本質は、玉形又は円筒形の磁石が接続要素筐体の本体、又はワッシャ、又は構造体の任意の他の要素、又は任意の特定の軸のいずれにも固定されず、軸を中心に回転させることができることである。
【００５７】
したがって、磁石は固定軸セットを意図的に有さず、空間内で任意の向きをとることを可能とされる。筐体は、磁石の自由回転を制限することなく全３つの特別寸法におけるある程度の横方向変位を可能にする。その自由状態において、同一のコネクタと接触していない状態で、磁石は任意の方向に回転させることができる。しかしながら、接点に位置するワッシャ（又は磁気特性を有する任意の他の導体）の磁気特性によって、磁石の玉は自身の磁気特性によりこの導体と接触したままになる。
【００５８】
図６Ａは、３つの接続要素６５０、６５２及び６５４を含むキューブレッツ６６０を示す。モジュール６６０は、先端が切り取られて玉継手６６６に対する便利な取付部及び電気接点を形成しており、冗長データ及び電力分配バスの形成を助ける１つの頂点部６７０（以下、「コア頂点部」）を備える略立方体形状のフレーム６６４に組み付けられる。
【００５９】
バスは、本業界では一般的な用語であり、接続機構を定義し、この接続機構を介して本開示の変形可能デバイスの他の部品にデータ又は電力が与えられる。このバスは、一般に、データオーバーパワー（ＤｏＰ：ｄａｔａ  ｏｖｅｒ  ｐｏｗｅｒ）バスと呼ばれ、キューブレッツ間を接続するのに必要な電気及びデータ接続の両方を提供する。ＤｏＰバスは、図３Ａ〜図３Ｄ、図４Ａ〜図４Ｄなどに例示したコネクタ要素、玉継手６６６、コア頂点部６７０、及びキューブレッツ内部の更なるバス構成要素を含む。
【００６０】
例えば、頂点部は、凹球面の一部へと機械加工されてもよく、球の中心はキューブレッツの頂点部に一致してもよく、球形部分の曲率半径は図６Ｂ及び図９に示される玉継手の半径に実質的に等しくてもよい。
【００６１】
他の実施形態では、頂点部は、信頼性の高い電気接続を提供し、電子デバイスの全体にわたるデータ及び電力分配バスを形成する限りは他の形状に形成されてもよい。
【００６２】
接続要素６５０、６５２及び６５４は、頂点部６７０に直接隣接する相互に垂直な面上に取り付けられている。キューブレッツは、電気パススルー、受動電気構成要素（コンデンサ、インダクタ、抵抗器）、センサ、ＬＥＤ、バッテリー、他の充電蓄電デバイス、バッテリー保護回路、電流の極性を設定するダイオード、出力調整回路、アンテナ、アナログ信号をデジタル形態に及びその逆に変換するマイクロプロセッサ、様々な構成の小型（ｍｓａｌｌ）電動機、信号処理操作用の手段、ゲーミング及びワイヤレスコントロール、ディスプレイ制御電子モジュール、無線リンク、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈサポート機能、パワーバス、並びに外部コンピュータ及びアナログデバイスへのインターフェイスを含むが、これらに限定されない多様な機能性を備えた様々な電子要素及び電気要素を更に含んでもよい。モジュール面上に取り付けられた接続要素６５０、６５２及び６５４は、様々な機能の隣接するモジュール間、例えば、モジュール６７０とモジュール６９０との間の電力接続及び制御接続を支持するように適合されている。
【００６３】
図６Ｂは、８つのキューブレッツ６６０、６６５、６７０、６７５（不図示）、６８０、６８５（説明のために取り除かれている）、６９０及び６９５がいかにして立方体に組み立てられるかを示す。各モジュールの、先端が切り取られた頂点部６７０は、中心要素６６６に対する玉継手を形成している。
【００６４】
機能的な組立モジュールの表面に組み込まれることで、接続要素は、機能的な組立モジュールに対して移動する隣接する機能的な組立モジュールの表面上の各同一の相手コネクタと（例えば同軸に）整列されたとき、動作する（電流及び／又は信号の伝送を確実にする）ようになる。
【００６５】
この配置により、４つのキューブレッツの群が立方体の主要な３つの対称軸を中心に回転することが可能になる。このことは、キューブレッツ間の電気接続を切り換え、再構成する機会を提供する。したがって、アセンブリは、変形可能な電子デバイスとして機能する。
【００６６】
例えば、キューブレッツ６６０、６６５、６７０及び６７５を含む群が軸ＫＬを中心として図６Ｂの矢印Ｐで示される方向に回転するとき、アパーチャ６３６によって画定される、見る者に面する４つのコンタクトは、キューブレッツ６８５の直接隣接する表面上の各々のアパーチャコンタクトから、キューブレッツ６８０の各表面上のアパーチャコンタクトへの接続に切り換わる。したがって、モジュール６７５内の電子要素は、モジュール６８５の要素への直接電気接触によって画定される第１の機能的構成から、モジュール６８０の要素への直接電気接触によって画定される第２の機能的構成に切り換えられる。
【００６７】
この回転切換中、玉６６６及び隣接する先端が切り取られた頂点部６７０によって形成された運動学的な玉継手は、変形可能デバイスのデータ及び電力分配バスの連続性を維持する。
【００６８】
これら切換及び変形可能性により、参照番号６６０のようなキューブレッツのセットを、リモートコントローラ、ゲーミングデバイス、通信デバイス、及び玩具キットを含むが、これらに限定されない機能的な電子デバイスへと構成することができる。
【００６９】
図７Ａは、全モジュールの各外面上に情報ディスプレイが取り付けられている変形可能な電子デバイス７００の好ましい構成を示す。図７Ａに示されるモジュール６６０、６６５、６７０、６７５、６８０、６８５、及び不図示のモジュール６９０はそれぞれ、図６Ａ〜図６Ｂに示すように、先端が切り取られて中心磁気玉継手に対する電気接点を形成している頂点に直接隣接していない面上に取り付けられた情報ディスプレイを有する。
【００７０】
本開示の目的において、変形可能なディスプレイは、互いに位置を変化させることができる小さなサイズの別個のディスプレイを含むディスプレイを意味する。周辺要素は、中心要素とは対照的に、デバイスの外部に配置されるので常に視認できる。周辺要素の外面は、ユーザに面する周辺要素の平面である。周辺要素の内面は、ユーザとは逆に、すなわち、中心ユニットに向かって面する周辺要素の平面である。
【００７１】
例えば、３つの電子ディスプレイ６９２、６９４及び６９６は、機能的な組立モジュール６９０の外側対向面に取り付けられている。
【００７２】
機能的な組立モジュール内の電子構成要素及び電気構成要素は、キューブレッツの外側対向面上の各ディスプレイ上に視覚コンテンツを表示し、モジュールの機能的な位置の相対位置を検出するように適合されている。
【００７３】
変形可能デバイスを含むモジュールの相対位置、及びデバイスが図７Ｂに示されるように変形するときに起こるモジュールの相対位置の変化は、各ディスプレイ上に表示されるコンテンツを構成するマイクロプロセッサの入力としての役割を果たす。
【００７４】
図８Ａ〜図８Ｂは、キューブレッツ６６０、６６５、６７０、６７５、６８０、６８５（図７Ａに図示）及び６９０（不図示）の各外面により小型の情報ディスプレイ（以下、サブディスプレイ）が取り付けられている変形可能な電子ディスプレイデバイス８００の好ましい構成を示す。サブディスプレイは、図６Ａ〜図６Ｂに示すように、先端が切り取られて中心磁気玉継手に対する電気接点を形成している頂点に直接隣接していない面上に取り付けられている。
【００７５】
示されるように、４つのキューブレッツの群を、玉継手を中心に別の４つの群に対して回転させることによってデバイスを１つの状態から別の状態に変形することは、変形可能なディスプレイ上に表示されるコンタクトの双方向の変化につながる情報の入力手段としての役割を果たす。入力変数は、回転させる要素群の構成、相対回転の方向、及び回転角度（典型的には、９０度刻み）を含む。変形可能な動作を使用して、異なるタイプのコンテンツ、例えば、ゲーミング、通信、ソーシャルネットワークステータス、又はリモートコントローラによる入力を表示させ、アクセスしてもよい。
【００７６】
図９は、変形可能な電子デバイス９００が、参照番号９６０、９６５、９７０、９７５（このモジュールはこの図に示される視点では見えない）、９８０、９８５、９９０及び９９５のようなキューブレッツに結合された参照番号９６６のような複数の玉継手を含む本発明の更に別の実施形態を示す。
【００７７】
これら要素は、例えば、群９９６、９９８並びにキューブレッツ９８０、９８５、９９０及び９９５を含む群のような４つの群において玉継手を中心に回転させることができる。キューブレッツの外面は、変形可能なディスプレイを形成するサブディスプレイを備えてもよい、又はデバイスの回転変形によって制御されるビデオコンテンツは外部ディスプレイに供給されてもよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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