JP2000006005A - 両面研磨装置 - Google Patents

両面研磨装置

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JP2000006005A
JP2000006005A JP17492698A JP17492698A JP2000006005A JP 2000006005 A JP2000006005 A JP 2000006005A JP 17492698 A JP17492698 A JP 17492698A JP 17492698 A JP17492698 A JP 17492698A JP 2000006005 A JP2000006005 A JP 2000006005A
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Japan
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platen
side polishing
double
airbag
polishing apparatus
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English (en)
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Shiro Furusawa
四郎 古澤
Yoshihiro Nakajo
吉広 中條
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SpeedFam Co Ltd
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    • B24B37/04Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/07Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
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    • B24B41/067Work supports, e.g. adjustable steadies radially supporting workpieces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上定盤のワークピースへの押圧力を略連続的
に変化させることができる構成にして、接触時に生じる
ワークピースの破損を防止することができると共にワー
クピースへの上定盤の押圧力を所望値に設定することが
できる両面研磨装置を提供する。 【解決手段】 下定盤1と上定盤2と昇降機構3を具備
する。昇降機構3の主昇降部6をシリンダ60で構成
し、昇降機構3の副昇降部7をエアバッグ70とホース
71とエアポンプ72とで構成すると共に、エアバッグ
70を上定盤2からの連結部材4に連結した。エアバッ
グ70を膨張させ、シリンダ60のピストンロッド61
を縮めることで、上定盤2をワークピースWの近接位置
まで下降させる。しかる後、エアバッグ70を縮小させ
ることで上定盤2をワークピースW上にソフトに接触さ
せることができる。エアバッグ70をさらに縮小させる
ことで上定盤2のワークピースWへの押圧力を連続的に
増加させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ワークピースに
加わる上定盤の押圧力を昇降機構の副昇降部によって微
調整することができる両面研磨装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図9は、従来例に係る両面研磨装置を示
す断面図である。図9に示すように、この両面研磨装置
は、サンギア101とインターナルギア102とに噛合
されたキャリア110を、サンギア101の駆動回転に
よって自公転させると共に、下定盤100と上定盤12
0とを互いに逆回転させることにより、ワークピースW
の両面を同時に研磨する装置である。このような両面研
磨装置においては、上定盤120を昇降させるための昇
降機構200が設けられている。この昇降機構200
は、大重量の上定盤120を単に昇降させるための大型
のメインシリンダ201と、押圧力微調整用の小型のサ
ブシリンダ202とで構成されている。これにより、大
重量の上定盤120を大馬力のメインシリンダ201で
昇降させることができる。そして、上定盤120の下降
時には、上定盤120をワークピースWの真上近接位置
までメインシリンダ201によって下降させる。しかる
後、小馬力のサブシリンダ202を用いて、上定盤12
0をワークピースWの上にソフトに接触させ、上定盤1
20のワークピースWへの押圧力をサブシリンダ202
によって少しずつ所望圧力値まで増加させようとするも
のである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の両面研磨装置では次のような問題があった。サブシリ
ンダ202は、図9に示すように、シリンダ本体203
内にピストン204を気密に嵌め、このピストン204
で画成された上室205と下室206内の圧力差を変化
させることで、ピストンロッド207に吊り下げられた
上定盤120を漸次下降させ、また、上定盤120への
圧力を漸次増加させる構造になっている。しかしなが
ら、サブシリンダ202は、ピストン204がシリンダ
本体203の内壁に面接触した構造になっているので、
摺動摩擦のバラツキなどにより、ピストン204が上室
205と下室206内の圧力差の連続的な変化に対応し
た微妙な動きをすることができない。このため、上定盤
120のワークピースWへの接触時に上定盤120の重
量がワークピースWに急激に加わって、ワークピースW
が破損するおそれがある。また、上定盤120のワーク
ピースWへの接触後に加える押圧力を連続的に変化させ
ることができず、所望の圧力値でワークピースWを押圧
することができない。この結果、各バッチ毎、ワークピ
ースWの研磨レートが異なるという不具合が発生する。
【0004】この発明は上述した課題を解決するために
なされたもので、上定盤のワークピースへの押圧力を略
連続的に変化させることができる構成にして、接触時に
生じるワークピースの破損を防止することができると共
にワークピースへの上定盤の押圧力を所望値に設定する
ことができる両面研磨装置を提供することを目的とする
ものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1の発明は、回転可能な下定盤と、この下定
盤の上方に昇降自在に配された上定盤と、この上定盤を
下定盤に対して昇降させる昇降機構とを具備する両面研
磨装置において、昇降機構は、一方端部が上定盤の上部
に連結された袋体内の流体を増加,減少させ又は加熱,
冷却することで、袋体を膨張,縮小させる副昇降部と、
袋体の他方端部に連結されたピストンロッドをシリンダ
内圧力の調整で上下動させる主昇降部とを有する構成と
した。かかる構成により、昇降機構の主昇降部により、
副昇降部の袋体の他方端部に連結されたピストンロッド
をシリンダ内圧力の調整で上下動させると、上定盤が副
昇降部と一体に昇降する。また、昇降機構の副昇降部に
より、上定盤の上部に連結された袋体内の流体を増加,
減少させ又は加熱,冷却して袋体を膨張,縮小させる
と、上定盤が袋体の膨張,縮小に対応して連続的に昇降
する。
【0006】ところで、上記昇降機構の副昇降部は、袋
体内の流体を増加,減少させ又は加熱,冷却すること
で、袋体を膨張,縮小させるものであれば良い。その一
例として、請求項2の発明は、請求項1に記載の両面研
磨装置において、昇降機構の副昇降部を、一方端部が上
定盤の上部に連結され且つ他方端部が主昇降部のピスト
ンロッドに連結された袋体としてのエアバッグと、エア
バッグに接続されたホースと、ホースを介してエアバッ
グ内の空気を出し入れするエアポンプとで構成した。か
かる構成により、副昇降部のエアポンプによって、一方
端部が上定盤の上部に連結され且つ他方端部が主昇降部
のピストンロッドに連結されたエアバッグ内の空気を出
し入れすると、エアバッグが膨張,縮小し、上定盤がエ
アバッグの膨張,縮小に対応して連続的に昇降する。ま
た、副昇降部の他の例として、請求項3の発明は、請求
項1に記載の両面研磨装置において、昇降機構の副昇降
部を、一方端部が上定盤の上部に連結され且つ他方端部
が主昇降部のピストンロッドに連結された袋体としての
エアバッグと、エアバッグ内の空気を加熱及び冷却可能
な加熱冷却器とで構成した。かかる構成により、加熱冷
却器によって、エアバッグ内の空気を加熱及び冷却する
と、エアバッグが膨張及び縮小し、上定盤がエアバッグ
の膨張,縮小に対応して連続的に昇降する。
【0007】さらに、副昇降部の袋体を縮小させること
で、上定盤を下降させる構造を採用することができる。
そこで、請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3の
いずれかに記載の両面研磨装置において、上定盤に、そ
の上部から側方に延出した連結部材を設け、副昇降部の
袋体の上端部を連結部材に連結し、主昇降部のピストン
ロッドを袋体の下端部に連結した構成としてある。かか
る構成により、主昇降部のピストンロッドを上下動する
と、副昇降部の袋体の上端部に連結した連結部材が袋体
と一体に上下動し、定盤も連結部材と連動して昇降す
る。そして、袋体を縮小すると、定盤が連続的に下降す
る。また、副昇降部の袋体を膨張させることで、上定盤
を下降させる構造も採用することができる。そこで、請
求項5の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかに
記載の両面研磨装置において、副昇降部の袋体の下端部
を上定盤の上部に連結し、袋体の上端部を主昇降部のピ
ストンロッドに連結した構成としてある。かかる構成に
より、副昇降部の袋体の上端部に連結された主昇降部の
ピストンロッドを上下動すると、袋体の下端部に連結し
た上定盤が袋体と一体に昇降する。そして、袋体を膨張
すると、定盤が連続的に下降する。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。 (第1の実施形態)図1は、この発明の第1の実施形態
にかかる両面研磨装置を一部破断して示す正面図であ
る。この両面研磨装置は、下定盤1と上定盤2と上定盤
2を下定盤1に対して昇降させる昇降機構3とを具備し
ている。
【0009】下定盤1は、図示しないモータで回転する
回転軸10aの上端部に取り付けられたサンギア10の
外側に同心上に配されたドーナッツ状の盤体であり、図
示しないモータで駆動回転される。そして、この下定盤
1の外側にインターナルギア11が下定盤1と同心上に
配されており、図示しないモータにより回転される。こ
のような下定盤1上には、ワークピースWを保持するた
めの孔12aを有したキャリア12が載置され、サンギ
ア10とインターナルギア11とに噛合されている。な
お、符号10bは、サンギア10の上に取り付けられた
ドライバであり、その周面には縦溝10cが刻設されて
いる。
【0010】一方、上定盤2は下定盤1の上方に配さ
れ、その下面中央部には、ドライバ10bが嵌まる凹部
20が設けられ、その凹部20内にドライバ10bの縦
溝10cと係合可能なフック21が取り付けられてい
る。このような上定盤2の上部には、上定盤2の上部か
ら昇降機構3側に延出した連結部材4が取り付けられて
いる。具体的には、上定盤2の軸22が連結部材4に固
着された支持部材40に挿通され、この支持部材40と
軸22との間にベアリング41が装着されている。
【0011】下定盤1及び上定盤2が上記構成になって
いることにより、上定盤2を下定盤1側に下降させて上
定盤2をワークピースWに接触させ、ドライバ10bの
縦溝10cを凹部20内のフック21に係合させた状態
で、下定盤1とサンギア10とインターナルギア11と
を回転させると、キャリア12が自転しながらサンギア
10の周りを公転し、ワークピースWの両面が回転する
下定盤1及び上定盤2によって研磨される。
【0012】昇降機構3は、連結部材4を上下動させる
ことで、上定盤2を昇降させる機構であり、台座5にそ
れそれ固設された主昇降部6と副昇降部7とを有してい
る。
【0013】主昇降部6は、台座5にボルト締め固定さ
れた3つの大型のシリンダ60でなり、各シリンダ60
のピストンロッド61の先端部が可動盤63に連結され
ている。なお、3つのシリンダ60は、図2の破線で示
すように、後述するモータ65の雄ネジ部材67を中心
として点対称状態で配設されている。可動盤63の側部
には、図1に示すように、台座5に立設されたレール5
0に嵌められたボールベアリング64が取り付けられて
おり、可動盤63はこのレール50に案内されて上下動
する。また、可動盤63の中央部下側には、シリンダ6
0と協働して可動盤63を上下動させるためのモータ6
5が設けられている。具体的には、モータ65は台座5
の下側にボルト締め固定され、その回転軸66の先端に
雄ネジ部材67が連結されている。そして、雄ネジ部材
67が、可動盤63の中央部に取り付けられた雌ネジ部
材68に螺入されている。
【0014】主昇降部6がかかる構成になっていること
により、シリンダ60内の空気圧を変化させ、ピストン
62を上下動させてピストンロッド61を伸縮させるこ
とができる。また、モータ65を駆動させて、雄ネジ部
材67を正逆いずれかに回転させると、雄ネジ部材67
に噛合した雌ネジ部材68が雄ネジ部材67を昇降す
る。すなわち、3つのシリンダ60とモータ65との協
働作用によって、可動盤63を上下動させることができ
る。
【0015】副昇降部7は、可動盤63上に載置固定さ
れた3つのエアバッグ70と、各エアバッグ70に接続
された3本のホース71と、ホース71を介してエアバ
ッグ70内の空気を出し入れするエアポンプ72とより
なる。これら3つのエアバッグ70は、図2の実線で示
すように、3つのシリンダ60の真上に点対称状態で配
設されている。各エアバッグ70の上部には、図1に示
すように、軸73が取り付けられており、各エアバッグ
70の上部がこれらの軸73を介して連結部材4に連結
されている。この連結部材4の略中央部と図1の右端部
には、それぞれ支持部材42,43が垂下されており、
各支持部材42,43に一対のベアリング部材44が取
り付けられている。これらのベアリング部材44は、台
座5上に立設された枠体51に上下動自在に組み付けら
れている。具体的には、枠体51は複数の柱体52とこ
れら柱体52の上に取り付けられた板体53とで形成さ
れており、ベアリング部材44は、柱体52の側部に取
り付けられたレール54に組み付けられている。図3は
ベアリング部材44の構造を示す斜視図であり、図4は
ベアリング部材44のレール54への組み付け状態を示
す断面図である。図3に示すように、ベアリング部材4
4は断面コ字状をなし、その両内側面44aにボール収
納部44bが凹設されており、複数のボール44cがボ
ール収納部44b内に収納されている。一方、レール5
4の両側面には、図4に示すように、くの字状の溝54
aが長さ方向に刻設されており、ベアリング部材44の
ボール44cの露出部分がこの溝54aに当接されてい
る。
【0016】副昇降部7がかかる構成になっていること
により、エアポンプ72で3つのエアバッグ70を膨
張,縮小することで、連結部材4がエアバッグ70の膨
張量,縮小量に対応した距離だけ上下動すると共に、ベ
アリング部材44がレール54に沿ってスライドし、上
定盤2が下定盤1に対して昇降する。
【0017】次に、この実施形態の両面研磨装置が示す
動作について説明する。まず、図5に示すように、エア
ポンプ72により空気をホース71を介して3つのエア
バッグ70に供給し、3つのエアバッグ70を十分且つ
等しく膨張させておく。そして、主昇降部6の3つのシ
リンダ60を駆動してピストンロッド61を上方に等し
く伸ばすと共に、可動盤63の雌ネジ部材68が雄ネジ
部材67に沿って上昇するようにモータ65を駆動させ
る。かかる動作を所定時間行って、上定盤2を下定盤1
から遠く離れるように上昇させた後、図示しないローダ
によりワークピースWを下定盤1まで搬送して、キャリ
ア12の孔12a(図1参照)内に収納する。
【0018】ワークピースWのキャリア12への収納が
終了した後、シリンダ60を逆駆動させてピストンロッ
ド61を縮めると共に、可動盤63の雌ネジ部材68が
雄ネジ部材67に沿って下降するようにモータ65を逆
駆動させる。これにより、上定盤2が下定盤1に向かっ
て下降するので、図6に示すように、上定盤2がワーク
ピースWの真上近接位置まで下降した時点で、シリンダ
60及びモータ65の駆動を停止させ、上定盤2をワー
クピースWの真上近接位置に維持する。
【0019】上記状態において、図7に示すように、エ
アポンプ72によりエアバッグ70内の空気を漏らし、
エアバッグ70を縮小させて行くと、上定盤2がワーク
ピースWに向かって漸次下降し、ワークピースWに表面
に接触する。図9に示した従来の両面研磨装置では、か
かる接触作業をサブシリンダ202によって行うが、ピ
ストン204とシリンダ本体203との摺動摩擦抵抗の
バラツキにより、ピストン204がシリンダ本体203
内の圧力変化に対応した動きをせず、上定盤120が急
激にワークピースWの上に落下する事態が生じる。とこ
ろが、この実施形態の両面研磨装置では、エアバッグ7
0の縮小による摩擦抵抗はなく、問題となるのはベアリ
ング部材44のボール44cとレール54との摩擦だけ
である。しかしながら、ベアリング部材44が支持部材
42,43と一体に下降する際には、ボール44cがレ
ール54の側面を転がる。このため、ボール44cとレ
ール54との間には摩擦抵抗がほとんど発生しない。し
たがって、上定盤2はエアバッグ70の縮小量に対応し
て連続的に下降することとなり、エアバッグ70の縮小
速度を小さくすることで、上定盤2をワークピースWの
表面にソフトに接触させることができる。
【0020】そして、上定盤2をワークピースWに接触
させた後、エアバッグ70をさらに漸次縮小させていく
ことで、ワークピースWに対する上定盤2の押圧力が連
続的に増加していくので、所望の押圧力値になった時点
で、エアポンプ72を停止させる。この状態で、下定盤
1とサンギア10とインターナルギア11とを駆動させ
ることで、サンギア10の周りで自公転するキャリア1
2に収納されたワークピースWの両面が、回転する下定
盤1と上定盤2とによって所望の研磨レートで研磨され
ることとなる。
【0021】このように、この実施形態の両面研磨装置
によれば、上定盤2をワークピースWにソフトに接触さ
せることができるので、接触作業におけるワークピース
Wの破損を防止することができる。さらに、高精度の研
磨レートを達成することができるので、高品質のワーク
ピースWを提供することができる。
【0022】(第2の実施形態)図8は、この発明の第
2の実施形態にかかる両面研磨装置を一部破断して示す
正面図である。この実施形態の両面研磨装置は、昇降機
構3を下定盤1の上方に配設した点が上記第1の実施形
態と異なる。具体的には、図8に示すように、昇降機構
3全体が逆さにされた状態で下定盤1の上方に組み付け
られている。そして、連結部材4′が軸73を介して3
つのエアバッグ70の下端部に連結されている。したが
って、エアバッグ70の上端部が可動盤63を介してシ
リンダ60のピストンロッド61の下端部に連結された
状態になっている。上定盤2は、連結部材4′の中央部
に取り付けられた支持部材40′に回転自在に連結され
ている。すなわち、その軸22が支持部材40′に挿通
され、軸22と支持部材40′との間にベアリング41
が装着されている。
【0023】かかる構成により、主昇降部6及び副昇降
部7を第1の実施形態のときとは逆の動作をさせること
で、第1の実施形態における上定盤2の昇降動作と同様
の動作を行うことができる。すなわち、上定盤2を下定
盤1から離れるように上昇させる場合には、エアポンプ
72により3つのエアバッグ70から空気を漏らしてエ
アバッグ70を縮小させておく。そして、主昇降部6の
3つのシリンダ60を逆駆動してピストンロッド61を
等しく縮めると共に、可動盤63の雌ネジ部材68が雄
ネジ部材67に沿って上昇するようにモータ65を逆駆
動させる。また、上定盤2をワークピースWの真上近接
位置まで下降させる場合には、シリンダ60を駆動させ
てピストンロッド61を伸ばすと共に、可動盤63の雌
ネジ部材68が雄ネジ部材67に沿って下降するように
モータ65を駆動させる。そして、上定盤2をワークピ
ースWの表面にソフトに接触させる場合には、エアポン
プ72によりエアバッグ70内に空気を供給し、エアバ
ッグ70を漸次膨張させる。さらに、エアバッグ70を
漸次膨張させていくことで、ワークピースWに対する上
定盤2の押圧力を所望の押圧力値にすることができる。
その他の構成,作用効果は上記第1の実施形態と同様で
あるので、その記載は省略する。
【0024】なお、この発明は、上記実施形態に限定さ
れるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の
変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、
モータ65を設けたが、これを設けず、3つのシリンダ
60だけで上定盤2を昇降させる構成とすることもでき
る。また、シリンダ60及びエアバッグ70をそれぞれ
3つ設けたが、その数に限定があるものではない。さら
に、上記実施形態では、3つのエアバッグ70を膨張及
び縮小を空気の出し入れによって行う構成としたが、各
エアバッグ70に予め空気を充填しておき、エアバッグ
70内の空気を加熱冷却器によって加熱及び冷却するこ
とで、エアバッグ70を膨張及び縮小させる構成にする
こともできる。
【0025】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、この発明の
両面研磨装置によれば、昇降機構の主昇降部により、上
定盤を下定盤上のワークピースの近傍まで下降させた
後、昇降機構の副昇降部により、上定盤をワークピース
に向けて連続的に下降させることができるので、大重量
の上定盤でもワークピースにソフトに接触させることが
でき、上定盤の接触時におけるワークピースの破損を防
止することができるという優れた効果がある。また、接
触後に、昇降機構の副昇降部を用いてワークピースへの
上定盤の押圧力を連続的に増加させることができるの
で、ワークピースへの押圧力を所望値に設定することが
でき、この結果、各バッチにおいて高精度の研磨レート
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施形態にかかる両面研磨装
置を一部破断して示す正面図である。
【図2】図1の矢視A―A断面図である。
【図3】ベアリング部材の構造を示す斜視図である。
【図4】ベアリング部材のレールへの組み付け状態を示
す断面図である。
【図5】上定盤の上昇状態を示す概略正面図である。
【図6】上定盤をワークピースの真上近接位置まで下降
させた状態を示す概略正面図である。
【図7】上定盤をワークピースに接触した状態を示す概
略正面図である。
【図8】この発明の第2の実施形態にかかる両面研磨装
置を一部破断して示す正面図である。
【図9】従来例に係る両面研磨装置を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1…下定盤、 2…上定盤、 3…昇降機構、 4…連
結部材、 6…主昇降部、 7…副昇降部、 60…シ
リンダ、 61…ピストンロッド、 70…エアバッ
グ、 71…ホース、 72…エアポンプ、 W…ワー
クピース。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転可能な下定盤と、この下定盤の上方
    に昇降自在に配された上定盤と、この上定盤を上記下定
    盤に対して昇降させる昇降機構とを具備する両面研磨装
    置において、 上記昇降機構は、 一方端部が上記上定盤の上部に連結された袋体内の流体
    を増加,減少させ又は加熱,冷却することで、上記袋体
    を膨張,縮小させる副昇降部と、 上記袋体の他方端部に連結されたピストンロッドをシリ
    ンダ内圧力の調整で上下動させる主昇降部とを有するこ
    とを特徴とする両面研磨装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の両面研磨装置におい
    て、 上記昇降機構の副昇降部を、 一方端部が上記上定盤の上部に連結され且つ他方端部が
    上記主昇降部のピストンロッドに連結された上記袋体と
    してのエアバッグと、 上記エアバッグに接続されたホースと、 上記ホースを介して上記エアバッグ内の空気を出し入れ
    するエアポンプとで構成したことを特徴とする両面研磨
    装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の両面研磨装置におい
    て、 上記昇降機構の副昇降部を、 一方端部が上記上定盤の上部に連結され且つ他方端部が
    上記主昇降部のピストンロッドに連結された上記袋体と
    してのエアバッグと、 上記エアバッグ内の空気を加熱及び冷却可能な加熱冷却
    器とで構成したことを特徴とする両面研磨装置。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
    載の両面研磨装置において、 上記上定盤に、その上部から側方に延出した連結部材を
    設け、 上記副昇降部の袋体の上端部を上記連結部材に連結し、 上記主昇降部のピストンロッドを上記袋体の下端部に連
    結した、 ことを特徴とする両面研磨装置。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
    載の両面研磨装置において、 上記副昇降部の袋体の下端部を上記上定盤の上部に連結
    し、 上記袋体の上端部を上記主昇降部のピストンロッドに連
    結した、 ことを特徴とする両面研磨装置。
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