Дмитрий Соколов - Патентование изобретений в области высоких и нанотехнологий

Эти криостаты имеют похожее конструктивное исполнение: горловину 2 с отверстием 3, имеющим диаметр порядка 50 мм, и расстояние L от этого отверстия до рабочей зоны 4 порядка 1 м. Теперь, если эти ограничения наложить на конструктивное исполнение СЗМ, то получится, что шаговый двигатель 5 будет закреплен на фланце 6, который устанавливается на горловину 2.

Рис. 11.1. Низкотемпературный СЗМ: 1 – криостат; 2 – горловина; 3 – отверстие; 4 – рабочая зона; 5 – шаговый двигатель; 6 – фланец; 7 – механизм сближения; 8 – привод; 9 – тонкостенная трубка; 10 – СЗМ; 11 – опоры

Вращение к механизму сближения 7 зонда и образца будет передаваться приводом 8, установленным на тонкостенной трубке 9, обеспечивающей минимизацию подвода тепла в зону измерения. Сам СЗМ 10 должен быть закреплен на тонкостенных опорах 11 и иметь вертикальное исполнение, так как сканирующее устройство в СЗМ – обычно пьезотрубка длиной порядка 30 мм и вместе с объектом в отверстие 50 мм ее горизонтально не вставить. Кроме этого большинство сканирующих зондовых микроскопов обычно защищают от вибраций и в данном случае это скорее всего будут длинные пружины 12, на которых висит СЗМ 10. Кроме этого, для обеспечения подвода зонда к образцу (не показаны) необходимо жесткое механическое замыкание привода 8 и механизма сближения 7. Данные ограничения привели к тому, что разработанный прибор чуть ли не во всех деталях повторил уже запатентованную конструкцию [1]. Дело в том, что патентный поиск на начальной стадии разработки не обнаружил это решение, а выявил его на стадии начала изготовления прибора. Пришлось известное решение брать за прототип и его дорабатывать. Возможности доработки нашлись в механизме сближения 7, где не было таких жестких ограничений. Выполнение этого механизма рычажным, а также доработки системы теплозащиты позволили получить патент [2] на частное техническое решение.

Второй пример касается СЗМ, совмещенного с жидкостной ячейкой. В приборах такого рода есть ограничения на условия функционирования, связанные с тем, что зонд и образец должны перемещаться друг относительно друга, но при этом зона измерения должна быть защищена от окружающей среды. Почти единственное решение заключается в использовании эластичной мембраны 1 (рис. 11.2), соединенной с ячейкой 2 и держателем образца 5. Мембрана 1 позволяет осуществлять сближение зонда 4 и образца 5 (механизм сближения условно не показан) и их взаимное сканирование.

Рис. 11.2. СЗМ, совмещенный с жидкостной (электрохимической) ячейкой: 1 – эластичная мембрана; 2 – ячейка; 3 – держатель зонда; 4 – зонд; 5 – образец; 6 – зуб; 7 – прокладка; 8 – пьезосканер

Рис. 11.3. Электрохимическая ячейка: 1 – сильфон; 2 – держатель зонда; 3 – зонд; 4 – ячейка; 5 —аэростатический подшипник; 6 – держатель образца; 7 – образец

Здесь повторилась та же ситуация и разработанное решение почти полностью повторило запатентованную конструкцию [3]. В этом случае также пришлось дорабатывать конструкцию в мелочах и получать патент на частное техническое решение, отличающееся условиями закрепления мембраны 1 между зубом 6 и эластичной прокладкой 7, выполнением мембраны 1 двухслойной, конфигурацией пьезосканера 8 и формой рабочего объема ячейки [4]. В одном из вариантов этого решения держатель образца 3 осуществлял сканирование, а мембрана 1 была закреплена на нем (не показано).

Следующая разработка уже электрохимической ячейки учла эту ситуацию и для обеспечения новизны вместо мембраны был использован сильфон 1 (рис. 11.3), соединяющий держатель 2 зонда 3 и ячейку 4, на которой установлен держатель 6 образца 7. Изобретательский уровень определили многовариантное соединение сильфона 1 с держателем 2, в том числе посредством аэростатического подшипника 5, быстросъемное соединение держателя 6 с ячейки 4, а также специальный подбор материалов [5].

Следующий пример связан с решением задачи виброразвязки СЗМ в условиях высокого вакуума. Известно, что при отсутствии внешнего сопротивления добротность колебательной системы возрастает. То есть объект, подвешенный на пружинах, будет долго сохранять колебательный режим перемещения, а если этот объект СЗМ, то, пока он будет сохраняться, нельзя приступать к работе. Для решения этой проблемы возможно использования эффекта токов Фуко, которые возникают в проводнике при пересечении им магнитных силовых линий и, взаимодействуя с ними, тормозят перемещающийся проводник. На момент создания устройства виброразвязки применение этого явления уже давно было описано в разнообразных источниках и патентование изделия разработчиком не планировалось.

Аналогичное запатентованное и поддерживаемое техническое решение было найдено случайно [6] и для того чтобы выйти из под него, пришлось магниты 1 и 2 (рис. 11.4), закрепленные на основании (не показано), расположить таким образом, чтобы замкнуть магнитные линии соседних пар магнитов, благодаря чему проводник 3 с СЗМ 4, подвешенный на пружинах 5, будет более эффективно тормозиться в магнитном поле, что и было запатентовано в [7].

Рис. 11.4. Магнитный гаситель на токах Фуко в высоковакуумном СЗМ: 1,2 – магниты; 3 – проводник; 4 – СЗМ; 5 – пружины

Вывод, который напрашивается при производстве приборов узкоспециального назначения, заключается в необходимости проведения особо тщательного патентного поиска на более ранних стадиях разработки.

Следует заметить, что помимо изложенного подхода к патентованию специальных устройств можно идти и другим путем. Можно модернизировать средства, которыми решается основная задача. Например, фирма Attocube разработала инерционные шаговые двигатели [8], способные работать при низких температурах. Благодаря их малым размерам они подошли под азотные криостаты и была разработана серия приборов на их основе [9].

Второй путь, по которому можно идти, чтобы обезопасить себя от нарушения чужих патентов – это постановка сверхзадачи в данном направлении. Например, помимо рабочих азотных криостатов существуют гелиевые транспортные криостаты с входных отверстием порядка 15 мм. Эти криостаты не предназначены для работы в них приборов, а лишь для хранения и транспортировки гелия. Разработка по патенту [10] решила сверхзадачу размещения СЗМ внутри транспортного гелиевого криостата благодаря использованию малогабаритных дифференциальных винтов. То есть второй путь при создании узкоспециальных устройств может заключаться в попытке поиска новых задач и средств, обеспечивающих патентную чистоту разработок.

Но и в этом случае патентный поиск должен занимать важное место. Не исключено, что похожую сверхзадачу решали ранее, на другом уровне развития техники. Например, для малогабаритного гелиевого СЗМ [10] был найден аналог [11], в котором сканирующий туннельный микроскоп был размещен также в транспортном гелиевом криостате. Здесь также были использованы тонкостенные элементы закрепления, внешняя установка привода и т. п. То есть даже при наличии сверхзадачи в установках узкоспециального назначения патентный поиск должен быть предельно тщательным.

Литература

1. Патенти85410910. Cryogenic atomic force microscope. 22.12.1993.

2. Патент RU2271583. Криогенный сканирующий зондовый микроскоп. 09.09.2004.

3. Заявка ЕР0564088. Scanning force microscope with integrated optics and cantilever mounts and method for operating the same. 25.02.1993.

4. Патент RU2210818. Сканирующий зондовый микроскоп с жидкостной ячейкой. 12.04.2001.

5. Патент RU2248600. Сканирующий зондовый микроскоп с электрохимической ячейкой. 26.09.2003.

6. Патент US4605194. High-performance vibration filter. 13.08.1992.

7. Патент RU2244178. Магнитный демпфер. 28.02.2003.

8. Патент GB2316222. Inertial positioner. 18.02.1988.

9. Патент GB2323234. Near-field optical microscope. 16.09.1988.

10. Патент RU2258901. Малогабаритный сканирующий зондовый микроскоп. 09.09.2004.

11. Альтфедер И.Б. и др. Малогабаритный низкотемпературный сканирующий туннельный микроскоп. – ПТЭ, 1989, № 5, с. 188–190.

Глава 12 Создание зонтичного патента, объединение различных технических решений зонтичным и одновременно маскирующим патентом

Зонтичные патенты, предназначенные для защиты максимального количества технических решений, в рамках одного документа уже давно используются российскими изобретателями [1]. Однако, особенно в последнее время, все чаще возникает необходимость защитить свои технические решения и одновременно скрыть это от конкурентов. Такая ситуация может сложиться при завоевании новых рынков сбыта и в том случае, когда фирма стремится максимально оттянуть выявление своих истинных намерений. Продукция такой фирмы на сложившемся рынке, скорее всего, не будет занимать много места и возможно ее не быстро обнаружат конкуренты. А вот наличие патента может сразу привлечь их пристальное внимание. В данной ситуации наиболее оптимально было бы создание одновременно зонтичного и маскирующего патента.