Дмитрий Соколов - Патентование изобретений в области высоких и нанотехнологий

Использование пружин 1 обеспечило стабильное положение кареток 2 и 3 (относительно друг друга) при перемещении их по трущимся поверхностям 5 и 6 направляющей 4 и стабилизацию усилия между ними, что дополнительно повысило надежность работы двигателя [4].

В другом варианте шагового двигателя (см. рис. 10.4) новизна была достигнута за счет треугольной в сечении формы направляющей 4 и формирования микроканавок на ней [5].

Рис. 10.5. Координатный стол с пьезоподвижкой: 1 – основание; 2 – трехкоординатный пьезоэлемент; 3 – первая каретка; 4 – шаровые опоры; 5 – вторая каретка; 6 – ориентир; 7 – третья каретка; 8 – первый магнит; 9 – второй магнит

Довольно часто в качестве вспомогательных устройств высокотехнологичных комплексов используются координатные столы.

Координатный стол (рис. 10.5) одновременно объединяет и адаптацию вспомогательного устройства под задачи высокотехнологичного комплекса, и постановку новой задачи, характерной для основных блоков, описанных в главе 9.

В этом столе на основании 1 посредством трехкоординатного пьезоэлемента 2 закреплена первая каретка 3. На ней на шаровых опорах 4 установлена вторая каретка 5, на которой на ориентирах 6 расположена третья каретка 7. При этом на основании 1 установлен первый магнит 8, на второй каретке 5 – второй магнит 9, а третья каретка 7 выполнена из магнитного материала.

В этом случае адаптация под условия эксплуатации была связана с малогабаритностью координатного стола, из-за чего был использован пьезоэлемент 2. А новые задачи определялись необходимостью ориентированной установки третьей каретки 7 и ее перемещением. Решение этих задач и получение патента [6] было достигнуто благодаря использованию магнитов 8 и 9, которые позволили перемещать каретку 5 по опорам 4 и одновременно сохранять точное положение каретки 7 на ориентирах 6.

В двухкоординатном столе, изображенном на рис. 10.6, необходимо было обеспечить быстрый съем и координатную установку подвижной каретки.

Двухкоординатный стол с ручным приводом содержит платформу 1 и установленную на ней подвижную каретку 2, сопряженную с дифференциальными толкателями 3 и пружинными упорами 4. Этот стол был защищен патентом [7] благодаря возможности быстрого откидывания в стороны упоров 4, а также расположению упорных плоскостей 5 и 6 под разными углами к направлению перемещения, что расширило его функциональные возможности в высокотехнологичном измерительном комплексе.

Рис. 10.6. Двухкоординатный стол с ручным приводом: 1 – платформа; 2 – подвижная каретка; 3 – толкатели; 4 – пружинные упоры; 5,6 – упорные плоскости

В качестве вспомогательного устройства высокотехнологичного измерительного комплекса рассмотрим еще тестовую структуру для градуировки оптических и зондовых микроскопов. Эта структура выполнена из опаловых сфер 1 определенного размера, закрепленных на подложке 2 (рис. 10.7).

Специфика ее использования в сканирующем зондовом микроскопе заключается в том, что для туннельных исследований тестовая структура должна быть проводящей, а для расширения ее функциональных возможностей еще и многослойной. Это и позволило получить патент [8].

Часто в высокотехнологичных комплексах могут использоваться оптические микроскопы. При исследовании оптически прозрачных, например, биологических образцов с помощью СЗМ 1 (рис. 10.8) возникла необходимость наблюдения с высоким разрешением за зоной измерения на образце 2, закрепленном на основании 3.

Рис. 10.7. Тестовая структура: 1 – опаловые сферы; 2 – подложка

Рис. 10.8. СЗМ с инвертированным оптическим микроскопом: 1 – СЗМ; 2 – образец; 3 – основание; 4 – осветительная система; 5 – отверстие; 6 – платформа; 7 – объектив оптического микроскопа

Для этого осветительная система 4 осуществляет подсветку образца 2, минуя СЗМ, через отверстие 5 в платформе 6. Благодаря этому удалось разместить объектив 7 оптического микроскопа максимально близко к зоне измерения, что позволило наблюдать образец 2 с большим увеличением. В результате был получен патент [9], расширяющий функциональные возможности устройства.

Второй вариант использования оптического микроскопа заключался в многовариантном его применении (рис. 10.9).

В этом случае зонд 1 закрепляют в оптически прозрачном держателе 2, сопряженном с платформой 3, которая установлена посредством опор 4 на основании 5. Образец 6 закреплен на системе предварительного сближения 7. Оптический микроскоп 8, используя оптический модуль 9, имеет возможность наблюдения зоны измерения образца 6 под разными углами от 0 до 90°. Благодаря этой особенности наблюдения образца 6 был получен патент [10].

Рис. 10.9. СЗМ, совмещенный с оптическим микроскопом: 1 – зонд; 2 – оптически прозрачный держатель; 3 – платформа; 4 – опора; 5 – основание; 6 – образец; 7 – система предварительного сближения; 8 – оптический микроскоп; 9 – оптический модуль

И последний пример касается проведения атомно-силовых измерений в магнитном поле (рис. 10.10).

Для этого используются первый 1 и второй 2 магнитопроводы, расположенные с зазорами относительно подвижной каретки 3 с образцом 4. При этом зона измерения зондом 5 образца 4 всегда находится в магнитном поле, формируемом магнитом 6. Необходимость использования подвижной каретки 3 определило специфику использования магнитопроводов 1 и 2, расположенных с зазором относительно нее и позволило получить патент [11].

Рис. 10.10. Магнитно-силовой микроскоп с переменным магнитом: 1,2 – первый и второй магнитопроводы; 3 – подвижная каретка; 4 – образец; 5 – зонд; 6 – магнит

Таким образом, при патентовании вспомогательных устройств высокотехнологичных комплексов необходимо выделить их специфику и даже если не удастся запатентовать оригинальное решение, то наличие новизны в них обезопасит комплекс от нарушения чьих-то патентных прав. При этом постановка новой задачи, если это будет возможно, облегчит получение патента.

Литература

1. Патент RU2158454. Сверхвысоковакуумная транспортная система для сканирующих зондовых микроскопов. 22.04.2000.

2. Патент RU2380785. Сверхвысоковакуумная транспортная система. 23.11.06.

3. Патент RU2244948. Устройство поддержания температуры для сканирующих зондовых микроскопов. 06.06.2003.

4. Патент RU2347300. Инерционный шаговый двигатель. 04.05.2006.

5. Патент RU2297072. Инерционный двигатель. 08.11.2005.

6. Патент RU2254640. Координатный стол. 05.03.2004.

7. Патент RU2255321. Координатный стол. 29.10.2003.

8. Патент RU2244254. Тестовая структура для градуировки сканирующих зондовых микроскопов. 28.02.2003.

9. Патент RU2180726. Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с инвертированным оптическим микроскопом. 25. 05.2001.

10. Патент RU2244332. Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с оптическим микроскопом. 15. 04.2002.

11. Патент RU2276794. Магнитно-силовой микроскоп с переменным магнитом. 18.11.2004.

Глава 11 Высокотехнологичные устройства узкоспециального назначения

На первый взгляд патентование таких устройств не должно вызывать особых трудностей. Ведь специальное назначение требует решения специфических задач, а это, как уже неоднократно отмечалось ранее, приводит к появлению большого числа отличительных признаков, из которых должно формироваться патентоспособное техническое решение. Однако на практике дело осложняется следующим. Прибор, имеющий узкоспециальное назначение, чаще всего эксплуатируется в условиях с жесткими для него ограничениями по габаритам, массе, конструктивным материалам и т. п. А это может приводить к тому, что различные группы разработчиков, не связанных между собой, будут создавать очень похожие решения. На примерах сканирующих зондовых микроскопов (СЗМ) узкоспециального назначения рассмотрим особенности процесса создания и патентования таких устройств.

Для решения ограниченного круга проблем была поставлена задача сконструировать СЗМ, работающий при температурах жидкого азота. Одним из основных узлов СЗМ является система предварительного сближения зонда и образца. На момент постановки задачи существовали в основном две группы систем этого сближения: пьезоинерционные и механические с внешними приводами от шаговых двигателей вращения. Пьезоинерционные еще не были до конца адаптированы под низкие температуры, работали ненадежно из-за смерзания движущихся частей и уменьшения пьезоотклика на напряжение. Следовательно, предпочтительным решением оставалось использовать шаговые двигатели вращения. Вторая особенность устройства связана с тем, что наиболее оптимальным решением достижения низких температур является использование стандартных криостатов 1 (рис. 11.1), серийно выпускаемых промышленностью в различных модификациях для решения широкого круга задач.