Recipe 2.0 for rock thin-section study in a classroom. Part 2. Making
岡本 義雄(yossi.okamoto@gmail.com)
(Osaka-Kyoiku University, part-time lecturer, Princess Chulabhorn Science High School Mukdahan, Kamnoetvidya Science Academy, Thailand, visiting teacher )
jpgu-agu2020.ipostersessions.com/?s=F6-87-4C-DA-52-B5-88-5B-EB-0D-C5-6F-CA-54-45-BA
Presented at:

Abstract


<注意点>かならずお読みください!

※  市販品の改造は製造企業の当初の思惑を越えたものであるので,当然ながら改造や使用時に,漏電などの事故の可能性が想定される.本発表を参考に切断機や 研磨機を製作される方は,自己責任の元に行っていただきたい.筆者はそれらの改造や使用で生じる損害に対して,いかなる責任も取ることができない.

また,本手法で製作した岩石切断機には,モーター軸に水が沁み入り,ベアリングが固着して,動かなくなる構造的欠陥があることが,Abstract投稿後に発覚した.この対処は本発表では省略し,下記筆者個人サイトを参照してほしい.


概要(English version is bellow)

教 室で生徒に不自由なく薄片観察を提供するために,多量の岩石薄片が必要となる,しかし市販の教材用薄片は1枚2千円程度と極めて高価で,とても教室で必要 な量を用意できない.そこで岩石薄片の簡単な自作法を試行した.もっとも重要な点は岩石をいかに切断するか,さらにいかに迅速に研磨するかにかかる.

従来の岩石切断機及び研磨機は大変高価でとても教室では一般的ではない.さらに切断ブレードや研磨剤などの消耗品も必要とする.ここでは安価な大量生産品から自作することを考える.

選 んだターゲットは卓上両頭グラインダーと台所用の包丁砥ぎ機である.いずれもDIYセンターで1万円内外で入手できる.ここで用いた両頭グラインダーは砥 石径150mmのもので,片方の砥石とカバーを取り去り,モーターの基部にアクリル厚板(5mm厚)で自作した水槽をネジて固定する.さらにモーター軸に 安価なダイヤモンドブレード(直径160mm〜180mm)を,自作のアーバー(固定金具)により取り付ける.このアーバー製作にのみ小型旋盤を使用し た.あとの作業は通常の電動工具で充分可能である.

アクリル板の切断はアクリルカッター,接着にはアクリルサンデーを使用した.アクリル水槽にはアルミ板(3mm厚)のフタを取り付けこの中央に,ダイヤモンドブレードの出るスリットを開ける.さらに水槽の水を抜くためのドレンコックを水槽下部に自作する.


岩石の切断作業は水槽に水をカッターの刃が浸かるように入れ外で行う.念のため,必ず電源のアースを取って使用する.ダイヤモンド刃は1mm厚前後のもので充分である.通常のにぎりこぶし大の岩石であれば気持ちよく切断できる.トルクは充分である.

さらにスライドガラスに片面を磨いて接着した岩石を切るときは,切断機の上面にガイドを固定して,刃とガイドの隙間を薄片の厚さが切れるように調整するだけである.慣れると薄片の厚みを0.5mm厚程度にまで切断可能である.

なお,スライドガラスと岩石の接着には90分硬化型のボンドEを使用している.接着の際,岩石をホットプレートで暖めると,流動性が増して,接着しやすい.

次 に岩石研磨機に移る.従来の手研磨での荒摺り(#150〜300)と中摺り(#300〜500)は自作の研磨機で行う.研磨機は包丁砥ぎ機(砥石径 180mm)を改良する.改良は包丁砥ぎ機の砥石の上に,同径の薄い安価な中国製ダイヤモンド砥石(#150〜#1000程度を目的に応じて交換する. AliExpressで千円から2千円程度)を載せて固定するだけである.

固定には包丁砥ぎ機のモーター軸を自作の逆ネジ治具で延長してボ ルトで固定する.極めて簡単な作業で研磨機が完成する.あとは研磨機の電源を入れて,水を少しずつ流し,薄片が飛ばされないように手でしっかり確保して, 砥石に押し付け研磨するだけである.これも慣れるとカットずみのガラス貼り付け薄片から,次の手研磨が可能になる0.1mm厚程度にまでわずか数分で薄く できる.研磨面の平行状態も慣れるととても良好である.

しかし最後の行程の仕上げ摺りのみ,現在でも手研磨で行っている.#800のカーボランダムと#1500のアランダムを水でとき,ガラス板上で仕上げ研磨を行う・

こ れらの新しい主手法で,従来教室で手研磨で半日以上かけて行っていた作業がほぼ1時間以内に短縮される(接着剤固定時間をのぞく).手研磨と比べても途中 までの薄片の研磨の平行度が高く,仕上がりがきれいにできる.顕微鏡で厚みをチェックして最後はカバーガラスをかけるが,これもUV硬化型接着剤を用いる ことで,気泡が少なく失敗しない張り合わせが可能となる.

将来的にはさらに簡素化するため,仕上げ段階の機械化も考えているが,現在のダイ ヤモンド砥石を用いる方法では,より細かい番数の砥石を用いても,大きめのダイヤ粒によるスリック傷がどうしても入るため,現状では難しい,この機械を使 い始めて,すでに100枚程度の薄片を仕上げて着ているが,これらの行程は高校生でも作業可能であり,製作もそれほど難しいものではないと考えている.地 学クラブ等での活用を図っていきたい.


注意 点:アブストラクト投稿後,切断機において水のモーター軸への滲み込みのため,ベアリングが錆びて,モーター軸が回らなくなるトラブルを複数経験してい る.モーター軸と水槽を直結するこのタイプの切断機では避けがたい欠点だと思われれる.これの解決策は下記拙作サイトの記述を参考にしてほしい.

http://seagull.stars.ne.jp/2020_Thin_Section/Fix_Rock_Saw/index.html


Caution:

This method uses some modifications not anticipated by the manufacturer. The author declares that we have no responsibility for any damage or accident that may result from this article's methods.

Abstract

In a classroom, for the convenient study of thin-section, we have to prepare many samples. However, they are very high expensive, about 20USD a thin-section cost, so we can not purchase enough samples.

For this reason, we tried to make home-made tools for this purpose. Instead of the use of high-cost rock-cutters or rock-grinders, we try to use inexpensive mass production tools for our home-made system.

A table-top grinder and a kitchen sharpener are chosen. They can purchase less than100USD for each from a DIY store. In our study, we use a 150mm twin grinder, and the one side of the grindstone was removed with its cover. A water tank with a table made from acrylic plates was attached to the base of the motor with bolts. For the cutting, a cheap diamond cutter (160mm to 180mm diameter) was mounted with hand-made arbors. This making arbors, we used a table-top lathe machine. Except for this lathe operation, most of all processes can do usual electric tools. For the cutting of acrylic plates, we use an
exceptional cutter and glue for acrylic work. On the water tank, an aluminum 3mm board, having a slit for a diamond cuter, was placed as a top table. Also, at the bottom of the tank, a draincock was drilled.

The rock cutting is doing outside with a quarter filled the tank with water. For safety, we have to set the ground for the electric system. A 1mm thick diamond blade is useful for the generic rock cutting. We can smoothly cut around the fist-sized rock with enough motor torque. When we cut the glued rock sample on the slide-glass, we adjust a spacer for the thin rock cutting on the table using a metal block. After some training, we can cut the section within 0.5mm thickness. For the gluing between rock and glass, we use "Bond-E" 90-minute hardening. Also, we use a thermo-heater for rock warming to prepare to glue more
increasing liquidity.

Next is rock grinding. Hand grinding is the primary way of traditional method; however, we use a grinding machine based on a kitchen knife sharpener, which consists of a wet stone, a
water tank, and a motor. A diamond grinding disk, 180mm diameter and 1mm thickness around 15 USD, is put on the rounded wet stone and fixed with a reverse bolt and a nut. This machine did the rough (#180) and middle (#400) grinding, holding the thin-section by your finger to keep on the disk with water poring. After masterly, the thin-section reaches 0.1mm or less thickness for a few to ten minutes.

Nevertheless, the final fine grinding is now processed by hand like the traditional method because even such more fine disk #1000 or much always makes scratch scars on the thin-section. For #800, we use carborundum, and for #1500, alundum + water on the glass plates. By this method, the total time is shortened almost around one hour, while the traditional methods take almost a half day. This method provides a more parallel and less defective thin-section rather than the all hand-making process.
In the future, we try to use the machine in the final stage; however, now we can not succeed in
conquering the scratches problem. After the introduction of our new machines, almost 100 thin-sections are made successfully. Such a job or making machines is not difficult and may be suitable for the high school students, particularly for the geoscience club activities.


Appendix (important!): After submitting this article, we have experienced some trouble with the motor shaft in our rock-saw. The water invaded within the motor through the motor shaft, and then the water-tank side bearing was rusted and stuck. The solution, in this case, is written in my following web page;

http://seagull.stars.ne.jp/2020_Thin_Section/Fix_Rock_Saw/index_e.html


















Making I 切断から貼付け

<岩石の切断>

まず岩石を切断して薄片にするチップを作成

[VIDEO] https://www.youtube.com/embed/NLTk8NRmVgI?feature=oembed&fs=1&modestbranding=1&rel=0&showinfo=0

/span>


<岩石の研磨その1 研磨機>

チップの片面を研磨機で研磨(#180砥石)

[VIDEO] https://www.youtube.com/embed/KPSQ83tJjCw?feature=oembed&fs=1&modestbranding=1&rel=0&showinfo=0

/span>

これで切断痕を平滑にする.1分ほど.

その後砥石を#320に取り換え,#180の研磨痕を平滑にする.これも1分ほど.

[VIDEO] https://www.youtube.com/embed/YAvm5qctjb8?feature=oembed&fs=1&modestbranding=1&rel=0&showinfo=0

/span>


<岩石の研磨その2 手磨き>

チップ片面をガラス板と研磨粉で手研磨する

最初は#800(中摺り)3分33秒

カーボランダム#800と水,ガラス板を使用

[VIDEO] https://www.youtube.com/embed/r7mCM-AznJ8?feature=oembed&fs=1&modestbranding=1&rel=0&showinfo=0

/span>

最後に#1500(仕上げ摺り)3分33秒

アランダム#1500と水,ガラス板を使用.これはスライドガラス貼付け切断後の工程でも同じ.

[VIDEO] https://www.youtube.com/embed/0vpxpdtBvG4?feature=oembed&fs=1&modestbranding=1&rel=0&showinfo=0

/span>


<スライドガラスへの接着>

材料

スライドガラスは岩石甩,接着剤は

2液混合型接着剤「ボンドE」を用いる

秤量計を用いて55:45で混ぜる(等量ではない!)

チップはあらかじめ,ヒーターで熱する.

接着面の空気の泡をうまく周囲に逃がす(筆者は岩石中央部を,ドライバーの柄で押さえて空気を追い出している)

[VIDEO] https://www.youtube.com/embed/BniFqbHJdoo?feature=oembed&fs=1&modestbranding=1&rel=0&showinfo=0

/span>

完全固化には2日くらいを要する.次にこれを再び切断機で切断する(右のMaking II へ)

Making II 完成まで

<再度の切断>

再度切断機で薄く切断:厚さ1mm前後に切断するために,切断機にガイド(アクリル厚板)をクランプで固定する.ガイドと刃の間をスライドガラスの厚み+0.5〜1mm程度に調整
(あまり薄くとると,ガラスまで切断する)

[VIDEO] https://www.youtube.com/embed/IG6E1vF7ILQ?feature=oembed&fs=1&modestbranding=1&rel=0&showinfo=0

/span>

<再度の研磨>

次に研磨機で研磨(#180→#320)で0.1mm程度まで減らす.岩石の種類により硬軟あり,実際の時間は経験で測る必要がある.指先で厚さを測るほか,透かしてみて,その色の濃さなどで判断する.できるだけ機械研磨で薄くした方が,のちの手研磨の時間を節約できる.

[VIDEO] https://www.youtube.com/embed/5RH4IhBJWfA?feature=oembed&fs=1&modestbranding=1&rel=0&showinfo=0

/span>

#320を終えた薄片:長石が黄色から茶色あるいは赤紫色を呈してまだ分厚い薄片(北海道様似町のはんれい岩)


最後に手摺りで#800と#1500+ガラス板で行う,#800では顕微鏡で厚さを干渉色で何度もチェックしながら0.04mm程度まで薄くする.

[VIDEO] https://www.youtube.com/embed/lej2WHwwFrc?feature=oembed&fs=1&modestbranding=1&rel=0&showinfo=0

/span>

この#800が全過程のなかで,一番重要な過程.この過程で薄片の良し悪しが決まると言っても過言ではない.片減りや厚さを煩雑に顕微鏡でチェックするのが肝要.干渉色を見て厚い部分を重点的に減らすように指の圧力を工夫する.

(様似町のはんれい岩,#800での斜長石の干渉色変化をGifアニメで示す)


石英,長石の干渉色が上記のように灰色〜クリーム色になれば,次の#1500にうつる

最後の#1500は薄くするというより,#800の粗い砂目を取るのが目的.

[VIDEO] https://www.youtube.com/embed/fBMoGn1uRTg?feature=oembed&fs=1&modestbranding=1&rel=0&showinfo=0

/span>


長石,石英の干渉色が灰色になれば厚さ0.03mmとなり完成.自然乾燥ののち,カバーガラスかけにうつる.石英長石を通常含まないかんらん岩などは厚さの推定に経験が必要.


<カバーガラス接着>

カバーガラス接着に必要な材料は

  1. 鉱物用カバーガラス(Amazon)
  2. UVレジン(アクセサリ用としてAmazonで)
  3. エナメルリムーバー(マニキュア落とし,アセトンが主成分,百円均一店で買える),
  4. UVレジン硬化用のLEDランプ(アクセサリ製作用として購入可)


まずUVレジンでカバーガラスをかけるが,うまく泡を追い出す.昔のカナダバルサムの処理に比べ,格段に入る泡の量は少ないように思える.

[VIDEO] https://www.youtube.com/embed/lon-RbSFD7w?feature=oembed&fs=1&modestbranding=1&rel=0&showinfo=0

/span>

これを,日光かUV Lampを照射して硬化する.数分で硬化.


<最終処理と完成>

硬化後,カッターナイフで余分な接着剤を除去

最後に「マニキュア落とし」をティッシュにつけ,接着剤を拭って終了.ラベルを貼って完成



最近製作のラベルを貼った薄片.研磨機を使うようになって,研磨の平面性が向上し,周囲の角が残るようになった.



Discussion


本研究の試行のなかで幾つか取得したデータおよび議論


1)ダイヤモンドブレード拡大写真(中国通販などで入手できるダイヤモンドブレードには,外周部が次の2種類ある.購入の際にはモーター軸との結合で内径に注意)

両者の切断速度や精度には大差がないように思える.


2)研磨板(砂)番数による岩石表面の粗さのちがい

#180−#320(研磨機による)


#320(研磨機)−#800(手研磨)


#800−#1500(いずれも手研磨)


3)筆者は#1500で研磨を終えている.教材甩としてはこれで十分と判断している.


4)各段階終了時の薄片の厚さ計測(生駒山はんれい岩12枚,計測はデジタルノギスによる.スライドガラスの厚みを1.30mmとして測定値から引いている)


5)研磨機のメリット

  研磨時間の短縮のほかに,ガラスや鉄板研磨と比較して,薄片の平行度が高く仕上がる特徴がある.さらには,ガラス貼付け薄片は研磨時に,岩石片の中央部に 指で圧をかけると中央部が周囲より凹むようにも研磨できる.これは最終的に手研磨で周囲が早く薄くなる(完成薄片が丸くなる)現象をかなり制約できる.こ れが機械研磨の最大のメリットのように感じている.


6)研磨痕について

研磨機は上記のような利点があるが,一方下記の欠点もある.

ダ イヤモンド砥石は研磨速度は速いが,研磨痕が残る欠点がある(図で右上から左下に斜め30度で平行線な溝が刻まれている).これを防ぐためにより細かい番 数のダイヤモンド砥石(たとえば#1000)に取り替えると,今度は薄片が砥石に吸い付くようになりうまく研磨できない.

従って,現在のところ仕上げ摺りは,やはり旧来の研磨砂+水のガラス面上研磨が必要とされる.この点は将来への改良点と考える.


6)<注意点> かならずお読みください!

※ 本手法で製作した岩石切断機には,使用につれ,モーター軸に水が沁み入り,ベアリングが固着,動かなくなる構造的欠陥があることが,Abstract投稿後に発覚した.この対処は本発表では省略し,下記筆者個人サイトを参照してほしい.

http://seagull.stars.ne.jp/2020_Thin_Section/Fix_Rock_Saw/index.html


<なお本手法の直前に試行した,ダイヤモンド砥石(砥石状の長方形のもの)を用いた手研磨はIGC36(デリー)大会の発表に譲る(今春開催予定が今年11月に延期)


7)参考サイト

以上,本Posterで述べた薄片製作手順はさらに詳しい説明や写真を下記個人サイトで公開している.参考にしてほしい.

http://seagull.stars.ne.jp/2020_Thin_Section/index.html



Rock-saw and grinder


<Based on tools>

1) 卓上両頭グラインダー 藤原産業SK11 7000円弱(写真は取説より)


砥石径150mm.100V 270 W,3450 RPM

同様のベンチグラインダーが使用可能.

※ 改造になるので当然ながら自己責任で!


ほかに,自作アクリル水槽

ダイヤモンド切断刃(150mm〜180mm)


<改造>

1)卓上両頭グラインダーの右側の砥石とカバーを外す

2)直径150から180mmのダイヤモンド砥石が格納できるアクリル水槽を端材から自作

3)モーター軸のカバーに開く3つの穴に自作のアクリル水槽を固定する.

4)モーター軸にダイヤモンド切断刃を固定する器具(アーバー)をアルミ材から自作(アクリル樹脂などでも代用可能)

5)水槽を覆うカバー(切断機ステージ)をアルミ板などで作る.

6)これらを組み上げる.

7)ダイヤモンド刃の装着は(GIF animation of fixing a diamond blade)



2) 台所用の包丁砥ぎ機

新興製作所 ホームスカッター STD-180E

砥石径180mm,100 V 125 W 470 RPM

ほかに,ダイヤモンド砥石(径180mm)

#180および#320,Amazonで1500円前後.


<改造>

まず簡単は手法で中心軸を延長する.

(これはとても簡単なのでGifアニメで紹介する.ただし用いるナットとボルトは逆ネジなので要注意!)

( GIF animation of mounting a diamond disk)


本格的にはモーター軸を延長するためのアーバーを自作.ただし,逆ネジ(左ネジ)であることに注意.(Another way to mounting a diamond disk using an arbor)

これを中心軸にセット

最後にダイヤモンド砥石板をセット.ダイヤモンド砥石は#180と#320を取替えて使用.(GIF animation shows a setting for the diamond disk)


水よけの板なども自作




Conclusion &
Thin-sections

<結論>

学校現場などで比較的簡単に実現でき る,薄片製作の新たな手法を提案した.従来の手作業によるものに比べて格段に早く,かつ精度の高い教材用の薄片作成が可能となる.接着時間を除くと,実際 の研磨切断に要する正味の時間は1人で10枚程度の薄片製作に半日程度である.高校生などの自由研究などへの活用も期待できる.


<Appendix>

数年前より作り始めた薄片の数々.以前の手法で製作したものを含む.周囲が丸くなったものも多い.


最近の本研究の手法で作成した薄片.

比較的端や隅まできれいに残して,作れるようになってきた.


幾つかの薄片写真例を添付する.クロスニコルとオープンニコル画像を上下に配置.スケールは特別な断りがない限り,横幅が13.5mmで,USB顕微鏡による画像である.この機材の詳細は下記筆者の別の発表を参照いただきたい.

/default.aspx?s=63-95-91-C8-E3-97-87-7E-C6-63-61-40-65-C7-6E-D1


石材(Impala Blue,南アフリカブッシュベルド貫入岩体はいれい岩,輝石の離溶ラメラが見事.以下の石材サンプルは,大阪石材南大阪店より提供いただいたもの)


輝石の離溶ラメラの拡大写真(Nikon S型による.視野幅4mm)


石材(Bethel White,白色の花崗岩,白雲母が入る)


北海道温根別の角閃岩(Amphibolite,Onnebetsu)


二上山の柘榴石安山岩(Garnet Andesite,Nijosan)


北海道様似はんれい岩(Gabbro,Samani)


四国関川の緑簾石片岩(Epidote Schist)


四国関川の紅簾石片岩(Piemontite Schist)


四国東赤石山エクロジャイト様岩(Eclogite,Higashiakaishi)


Congratulations!

Your iPoster has now been published and will be displayed on the iPoster Gallery..

You can keep on working with your poster. Any changes you make will be updated on the iPoster directly. You don't need to publish your poster again.

Sorry but time is up!

Publishing will be opened soon!

In the meantime you can create and save your iPoster presentation.

When this button is activated, you will be able to publish your iPoster after you have paid your submission fee.

We are sorry to inform you that the content of your iPoster has changd in our database since your last save.

The probable reason is that there are multiple people logged into your account, you are logged into your poster at multiple locations, that you have multiple tabs open with your iPoster or that you have requested help from our support staff and they have made corrections/adjustments to your iPoster.

To avoid losing any content, we recommend you open a new tab/window and access your iPoster again, and copy any missing content from this view to the new view. You will see the latest content saved in our database for your iPoster in the new view.

Because of maintenance we have just saved your content and will within a few minutes logout all users and restart our server. We will be back in a moment.

Sorry for the inconvenience!

Because of maintenance we will within a few minutes restart our server. We will be back in a moment.

Sorry for the inconvenience!

Hello

iPoster editing has been disabled for this conference. However, you can still adjust the settings in "My Settings". Just click on the OK button.


ようこそ

本大会のiPosterの編集は閉じておりますが、”My Settings” 内の設定は変更できます。OKボタンをクリックしてください。




00:00

CONTACT AUTHOR


q
w
e
r
t
y
u
i
o
p
Delete
a
s
d
f
g
h
j
k
l
Enter
ABC
z
x
c
v
b
n
m
,
.
@
123
Space
#$+
Q
W
E
R
T
Y
U
I
O
P
Delete
A
S
D
F
G
H
J
K
L
Enter
abc
Z
X
C
V
B
N
M
,
.
@
123
Space
#$+
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
Delete
-
/
:
;
(
)
$
&
@
Enter
?
!
"
|
\
*
=
+
ABC
Space
#$+
[
]
{
}
#
%
^
*
+
=
Delete
_
\
|
~
<
>
£
¥
Enter
.
,
?
!
'
"
;
\
123
Space
ABC

GET IPOSTER

Please enter your email address in the field below and a link to this iPoster will be sent to you.

NOTE: Your email address will be shared with the author.


q
w
e
r
t
y
u
i
o
p
Delete
a
s
d
f
g
h
j
k
l
Enter
ABC
z
x
c
v
b
n
m
,
.
@
123
Space
#$+
Q
W
E
R
T
Y
U
I
O
P
Delete
A
S
D
F
G
H
J
K
L
Enter
abc
Z
X
C
V
B
N
M
,
.
@
123
Space
#$+
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
Delete
-
/
:
;
(
)
$
&
@
Enter
?
!
"
|
\
*
=
+
ABC
Space
#$+
[
]
{
}
#
%
^
*
+
=
Delete
_
\
|
~
<
>
£
¥
Enter
.
,
?
!
'
"
;
\
123
Space
ABC