Патентование изобретений в области высоких и нанотехнологий - Дмитрий Соколов

Рис. 8.5. Зонд на основе кварцевого резонатора: 1 – первая игла; 2 – первое плечо; 3 – кварцевый резонатор; 4 – вторая игла; 5 – второе плечо

И только определенные соотношения размеров А, В, С, а также усилие пружины 3 и форма электрода 4 обеспечили надежную работу этого устройства. Именно эти значения удалось скрыть в виде ноу-хау в патенте [3], задав их расширенные диапазоны.

Большое количество проблем возникло также при изготовлении зондов на основе кварцевых резонаторов. Первую иглу 1 (рис. 8.5) необходимо было закрепить на первом плече 2 U-образного кварцевого резонатора 3. Диаметр иглы может быть менее 100 мкм, а длина ее свободного конца А – в пределах 200–300 мкм. В качестве клея использовались составы на основе эпоксидной смолы. Если такую иглу и удается без нарушения острия установить на место склейки, то удержать ее в исходном положении в процессе полимеризации практически невозможно. Затвердевающий клей перемещает иглу неопределенным образом, в результате чего она меняет свое местоположение и все устройство становится неработоспособным.

Решение этой проблемы было найдено случайно, когда возникла необходимость использовать магнитные иглы, закрепленные на разных плечах кварцевого резонатора 3. В этом случае после установки второй иглы 4 на второе плечо 5 на клей они ориентируются друг относительно друга по одной линии. Правда, возникает дополнительная проблема, заключающаяся в том, чтобы иглы не притянулись друг к другу. Ее решение было найдено благодаря конкретным размерам игл, степени их намагниченности, определенным густоте клея и зазору В. Эти соотношения и были предметом ноу-хау в патенте [4].

Следующая проблема таких зондов заключается в том, что в условиях термоциклирования (использования их при низких температурах с периодическим извлечением на воздух) иглы через некоторое время эксплуатации отваливаются от кварцевого резонатора. Решение этой проблемы было найдено за счет изготовления пазов 1 и 2 (рис. 8.6) в плечах 3 и 4 кварцевого резонатора 5, что привело к более надежному закреплению в них игл 6 и 7.

Кроме этого, была введена регулировка добротности кварцевого резонатора за счет соединения игл 6 и 7 упругим элементом 8. Наиболее трудным в этом изобретении было решить проблему изготовления пазов 1 и 2, что и стало предметом ноу-хау в патенте [5].

Рис. 8.6. Зонд на основе кварцевого резонатора с пазами: 1,2 – первый и второй пазы; 3,4 – первое и второе плечи кварцевого резонатора; 5 – кварцевый резонатор; 6, 7 – первая и вторая иглы; 8 – упругий элемент

Рис. 8.7. Криогенный ввод: 1 – вход; 2 – первая камера; 3 – первые шарики; 4, 5, 6 – отверстия; 7 – цилиндрическая стенка; 8 – вторая камера; 9 – вторые шарики; 10 – выходы

И последний пример касается криогенного ввода (рис. 8.7), в котором жидкий гелий или азот через вход 1 поступает в первую камеру 2, заполненную первыми шариками 3 с диаметрами d1. После этого хладагент через отверстия 4, 5, 6 в цилиндрической стенке 7 поступает во вторую камеру 8, заполненную вторыми шариками 9 с диаметрами d2 > d1, и далее на выходы 10.

Возможно также введение в камеры 2 и 8 дополнительных перегородок с отверстиями разного диаметра (не показано). Все эти меры направлены на увеличение длины проходных отверстий и, соответственно, эффективности использования хладагента. При этом соотношения размеров шариков 3 и 9, отверстий 4, 5, 6 и другие геометрические параметры оказывают очень важное влияние на получение предельных температур криогенного ввода.

Общий вывод, который следует из опыта разработки и патентования высокотехнологичных устройств, заключается в том, что довольно часто новизна и изобретательский уровень обеспечиваются сами по себе в ходе решения высокотехнологических задач, при этом удается скрыть ноу-хау за счет расширения диапазона значений критических параметров.

Литература

1. Патент RU2208845. Носитель проводящих зондов для сканирующих зондовых микроскопов. 01.11.2001.

2. Патент RU2169440. Устройство нагрева для сканирующих зондовых микроскопов. 22.04.1999.

3. Патент RU2218562. Устройство нагрева для сканирующих зондовых микроскопов. 01.11.2001.

4. Патент RU2208763. Зонд на основе кварцевого резонатора для сканирующего зондового микроскопа. 20.07.2003.

5. Патент RU2297054. Зонд на основе кварцевого резонатора для сканирующего зондового микроскопа. 24.08.2005.

6. Патент RU2254622. Криогенный ввод. 26.09.2003.

Глава 9 Основные блоки высокотехнологичных комплексов

Как уже было отмечено, патентование новых модулей высокотехнологичных систем (комплексов) не вызывает затруднений, а как быть, если в этих комплексах используются традиционные модули (блоки) для решения традиционных задач. Причем, в первом приближении нет какой-либо необходимости адаптации такого модуля под специфику новой системы. При этом необходимо обеспечить новизну создаваемого оборудования, то есть исключить вероятность использования чужих патентов на составные части комплекса. Традиционный подход заключается в проведении патентных исследований на новизну всего комплекса. Это очень сложная и трудоемкая работа, кроме этого, даже проведя ее, нельзя гарантировать, что проанализированы все известные решения.

В этом случае целесообразен следующий подход. Для того модуля, по которому нет уверенности в его новизне, можно расширить число решаемых им задач, пусть даже и не столь необходимых для его функционирования в настоящее время. Более того, не все задачи надо сразу решать практически. Можно оформить заявку на изобретение модернизированного известного модуля и отложить ее рассмотрение по существу, что допускается патентным законодательством. При этом чтобы не тормозить общую разработку нового комплекса, можно использовать на начальном этапе его создания известный модуль, пусть даже и порочащий новизну всего комплекса. Параллельно нужно вести модернизацию этого известного модуля. Цикл разработки высокотехнологичных комплексов близок к трем годам, это как раз то время, которое дается по закону на доработку изобретения. Таким образом, при завершении разработки новой высокотехнологичной системы и выходе ее на рынок может быть завершена доработка известного модуля и получен патент. При этом этот модуль может быть использован в комплексе без опасения нарушения чужих прав на интеллектуальную собственность.

Варианты постановки новых задач рассмотрим на примере использования пьезосканеров в сканирующих зондовых микроскопах (СЗМ). Пьезосканер является одним из основных узлов СЗМ. Он обеспечивает взаимное точное перемещение зонда и образца и представляет собой чаще всего трубку 1 (рис. 9.1), выполненную из пьезокерамики, – материала, который меняет свои размеры при изменении электрического поля внутри него.

Рис. 9.1. Трубочный пьезосканер: 1 – пьезокерамическая трубка; 2 —внутренний электрод; 3 – внешний электрод; 4 – первая выборка; 5 – вторая выборка; 6 – первая часть трубки; 7 – вторая часть трубки; 8 – осевая выборка

Для этого на пьезотрубку 1 наносят внутренний 2 и внешний 3 электроды, в которых по диаметру делают первую 4 и вторую 5 выборки, разделив пьезотрубку 1 тем самым на первую 6 и вторую 7 части. Одновременно в первой части 6 делают четыре осевые выборки 8 во внутреннем электроде 2 и расположенные напротив них четыре осевые выборки во внешнем электроде 3 (не показаны). В результате этого первая часть 6 пьзотрубки делится на четыре фрагмента. Теперь, если подавать напряжения на электроды таким образом, чтобы противоположные фрагменты пьезотрубки изменяли свои размеры в противоположных направлениях (один фрагмент удлинялся, а другой укорачивался), то торец первой части 6 будет перемещаться в своей плоскости относительно торца второй части 7.

Если закрепить один торец пьезотрубки 1 и задействовать все ее фрагменты, то можно осуществлять двухкоординатное сканирование второго ее торца. А если еще использовать вторую часть 7 пьезотрубки 1, то можно дополнительно осуществлять осевое перемещение второго торца.

Варианты однотрубочных пьезосканеров, сборок из нескольких пьезосканеров соединенными фланцами и т. п. были разработаны и запатентованы в самом начале развития сканирующей зондовой микроскопии [1,2].

Первый путь, по которому можно пойти для выхода из-под действия этих патентов, заключатся в том, чтобы вносить незначительные изменения в конструкцию с улучшением не основных ее характеристик. В патенте [3] были улучшены условия соединения пьезотрубок 1, 2 (рис. 9.2) с металлическим фланцем 3 за счет использования специальных клеевых составов и специальных форм зон соединения 4.

В патенте [4] были уменьшены нефункциональные перемещения пьезосканера за счет использования плоских пружин 1 (рис. 9.3), соединяющих металлический фланец 2 и базовое основание 3.