岩石薄片の製作

光の偏光と顕微鏡

日本顕微鏡工業会のHPにある顕微鏡の歴史に依りますと、１５９０年オランダのヤンセン親子によって顕微鏡が發明されて以降、顕微鏡の性能を上げるための研究が精力的に行われ、色収差のないレンズの開発や、対象を鮮やかに照らし出すために様々な照明法が考案されます。

１８０９年にはフランスのマリュスによって光の振動にある偏り「偏光」が見出され、１８２８年イギリスのニコルが方解石を用いたニコルプリズムを発明して単独の方向性を持った光「偏光」を作り出すことが出来るようになると、顕微鏡の照明に偏光を応用することが考えられ１８４４年イタリアのアミチによって観測対象の前後にニコルプリズムを配した偏光顕微鏡が開発されます。

(都城・久城の「岩石学Ⅰ・偏光顕微鏡の歴史」ではアミチの名はなく、顕微鏡岩石学を作り上げた学者としてニコルらイギリス、ドイツ、フランスの研究者の名が挙げられている)

上右図  岐阜聖徳大学教育学部地学・川上研究室HPより: http://www.ha.shotoku.ac.jp/~kawa/KYO/CHISITSU/microsc/03.html

偏光と偏光板

光の光路上に2枚の偏光板を置いたとき、２枚の偏光板の透過軸をそろえる場合を平行ニコル(Paralell Nicols)  ２枚の偏光板の透過軸を直交させる場合を直交ニコル(Crossed Nicols )と呼びます。

光の光路におかれた2枚の偏光板が平行ニコルの場合には、透過軸方向の光が光路を通過できますが、直交ニコルの場合には一枚目の透過軸を通過した偏光は透過軸と直交する二枚目の偏光板によって阻止され光は光路を通過することが出来ません。

上は安濃川の閃緑岩薄片  斜長石と角閃石結晶の偏光顕微鏡写真。鉱物を同定するには開放ニコルの画像(上段)とクロスニコルの画像(下段)双方から色彩や輪郭線等の情報を読み取って行う。写真上段の開放ニコルでは斜長石はほぼ透明に見え、角閃石は緑色がかって見えている

透過観察できる鉱物でも非結晶質の部分は偏光が生じないため光を透過しませんが、結晶構造を持った複屈折物質には結晶格子内を通過する光に偏光が生じてアナライザの透過軸を通過できるようになり、その物質の屈折率や光路長、結晶構造、観察方向に応じてさまざまに色づいて見えるためその色彩のパターンから対象の鉱物を同定するのが容易になります。

上は安濃川上流の転石・緑色岩。塩基性岩が角閃石ホルンフェルス相の接触変成をうけた石で虹色の偏光色を見せる白雲母、黒い輪郭線が目立つ単斜輝石、それらを埋める角閃石族の鉱物など対角位に近い鉱物が鮮やかに明るく色づく

上は安楽川支流の転石緑色岩中の緑簾石結晶。本来の偏光色よりも異常に高次の色鮮やかな偏光色を示す

特定の鉱物がとる消光位はその鉱物の結晶軸の方向・結晶の成長方向に対して定まっており、偏光顕微鏡のステージを回転させてX軸もしくはY軸方向に鉱物の成長方向を合した時、消光位の角度もまたその鉱物に固有の値となります。この角度を消光角と呼びこちらも鉱物を同定する際の目安となります。

雲母の仲間の消光角は結晶の成長方向と同じ向きで0度となり、直消光と呼ばれます。偏光板の透過軸がズレていると消光角が0度にならないので雲母の仲間は偏光顕微鏡の透過軸を合す際の基準に使われます。

上は安濃川上流・我賀浦川の斑状トーナル石。殆ど斜長石と黒雲母からなる石で右側オープンニコルで茶色く色づいて見える部分が黒雲母。直消光するので劈開の方向(結晶の成長方向に等しい)が水平若しくは垂直になると消光位となって光が透過しなくなる

下図は旧地質調査所の技術者によって作られた直消光する鉱物の一覧図表に着色したものです。BIREFRINGENCEの数値が大きくなるほど鉱物の偏光色が高次の鮮やかで明るい色となります。上の写真の黒雲母は0.03～0.04とかなり高い値にあり写真の偏光色にも鮮やかな色彩が現れています。

上は等軸晶系の鉱物で光軸角がほぼ0度のもの、下は光軸角が0度ではない鉱物の図表です。光軸角とは等軸晶系以外の二軸性結晶における結晶学上の概念で詳細は結晶学のテキストを参照してください。

石を切断するための切断砥石には様々な種類があります。通常は表面に人造ダイヤ等の超硬砥粒を電着した砥石刃をディスクの外周に配し、切断目的に応じて、刃の荒いスリット状のものから細かな形状の刃がディスクの円周上に多数配置されたもの、ディスクの外周全面に直接人造ダイヤ等の砥粒が電着されているものまで様々です。

上はスリット刃の石材切断ディスク。安価で耐久性に優れ玄武岩の様に硬質の石をガンガン切っても余り切断能力が落ちないが切断時の振動は大きい

刃先の細かい中華製の石材切断用ディスク。Aliexpressを検索すれば安価な割にとても性能の良い様々なディスクを見つけられる

スリット状の切断刃は切断能力に優れ耐久性も高いものですが、その分切り出す素材に対するストレスも大きいのでひび割れや鉱物結晶の破損等が生じる可能性が高くなります。切断砥石の刃が細かいほど素材に対する切断のストレスも減少しますが、一般的にディスクの損耗が早く高価になるようです。

私の場合、これらの切断刃の特性を踏まえて、まず素材となる石から標本を作るサンプル部分の切り出しには刃の荒いディスクを用い、より細かい加工や削りだしには刃の細かいものを使用します。

上の二種類はアマゾンで安価に買える切断砥石で私はもう10数年来この手の刃を使って母岩よりサンプルを切り出していますがスリット刃(セグメントタイプ)などもう20年以上前のディスクでさえ切断能力はまだ保持しています。

ただ当時はアマゾンもアリエクスプレスも国内で立ち上がっておらず、私がアマゾンで本やビデオを頼み始めた2003年でもまだ書店の形態でしたから安価で性能の良いダイヤモンドブレードを手に入れるのは苦労したものです。

私は2000年代の初頭、社用で何度か中国に渡って仕事をした経験から、当時の中華製品の驚くべきコストパフォーマンスの良さに目覚めていましたから、通販により国内で手軽に中華製品を買える時代になった時は本当に嬉しかったものです。

現在ではAliexpressなどで安価で高性能な多種多様なダイヤモンドディスクが販売されているので、これらの中から好みのものを買いそろえると切断から表面研磨迄様々な用途に利用することが出来ます。

耐水ペーパーと下敷き板

ディスクグラィンダーで小さく切り出してその表面をある程度平滑にしたサンプルは、次にガラスに接着するため、その表面がガラスと密着するまで平滑な平面へと研ぎださねばなりません。このために用いるのが耐水ペーパーで最初は50番～100番の荒いペーパーを使ってサンプル表面を研磨し、徐々に砥粒の細かいものへと進んで最後は2000番～～4000番のペーパーで仕上げます。

私の場合50番・100番・150番・300番・600番・1200番・2000番を主に用い、時に80番、200番、400番、800番などを併用します。200番までは水を使わず乾式で研磨し、300番以上の研磨は水を滴下しながら湿式で研磨します。

さらに研磨の際にはペーパーの表面を平滑に保たねばなりませんから、ペーパーの下に敷く硬質で平面を保てる下敷きが必要です。私の場合は7mm厚のガラス板をペーパーのサイズより少し大きめに切断して下敷きにしています。下敷きの平面度が悪いと標本の出来にも影響しますから重要な道具です。

ガラス切りがあればガラスは簡単に望みの形に切り出せる。上写真のものはAliexpressで仕入れたもので500円程度だったと思う

ガラス切りはガラスの表面にダイヤ粒で細い傷を入れ、その傷に沿ってガラスを割る。このため切った端面はガラスが尖っていて簡単に指を切るから石材研磨ディスクで軽く外周をこすって滑らかにする。これをやらなければ研磨中に確実に指を切る。

切り出したガラス板の厚みを測定するための測定器がマイクロメーターです。標本厚は0.03mmしかありませんから1/1000ミリまで直読できる精度が必要で私はミツトヨのものを愛用しています。標本に張り付ける前には必ずガラス板の厚みを1/1000ミリまでの精度で測っておきますが、ガラスの平面精度が悪いと測定する場所で１/１００ミリ以上の差があったりするので場所で厚みが大きく違うときは場所ごとに厚みを記録しておくことも必要で、最後にガラスに張り付けた標本を研磨して0.03mmの厚みに仕上げる際は、研磨中の標本の厚みを評価するため測定値からガラスの厚みを差し引いて標本と接着層の厚みを知ることになります。

エポキシは冬場の低温では流動性が悪く綺麗に接着できないので最低でも50～60℃の温度を保って混合せねばなりません。このため温度調整できる恒温プレートが必要になります。4000円前後で売られている60℃の保温プレートを利用すれば簡単ですが、私の場合は温度調整器とヒーターで自家製のものを使っています。

上は桂畑川の転石・電気石を大量に含むミグマタイトで子供の頭ほどある。サンプルは優黒部と優白部が混在し電気石が観察できる部分を切り取った

上が石から切り出したサンプル。粗粒結晶は破損しやすいので切断には刃先の細かいディスクを装置してあるテーブル型の切断機を用いたが100mmのディスクグラインダーでも何ら問題はない。右のサンプルでは目視で石英・カリ長石・電気石・柘榴石の鉱物が確認できる

上は刃先の細かい170mmディスクを丸鋸に装置して作った岩石切断機。ガラスに張り付けたサンプルを0.3mm前後の厚みに切断するのが目的だが、時には母岩からサンプルを切り出すのにも使用する

先に上げた右のサンプルは上写真の100mmのディスクグラインダーで切り出したもの。時には150mmの刃を無理に装置して用いる。右上は調速器

家庭用のディスクグラインダーや丸鋸は交流100Vで動いていますが、その基本動作は整流子による直流モーターなのでPWM式の安価な調速装置が使用できます。切断時に回転速度を落として切断するとサンプルへのストレスも減少するので、脆い石を切断する際には有効です。また安全性も向上します。

200V仕様の中華製調速機は1000円未満で手に入るので私はこれを接続して調速を行っています。100Vでは調速ボリュームの動作範囲がズレますが回転制御は問題なく行えます。ただし誘導モーターを使用している器具には使えないのでその点は注意が必要です。

ディスクグラインダーの手持ち作業で石材の切断を行う場合は、なるべく切断時の振動の少ないディスクを選ぶほうが作業時の安全性からも望ましいと言えます。振動の少ない刃は刃先の凹凸も少なく、誤って手に触れても擦りむく程度で大きな切創になることは少ないようです。切断刃が石に与えるストレスは手持ちで石材を切断してみれば、手に感じる振動の大きさで大体推定できます。

先にも書きましたが石材用デイスクの刃先の形状は様々でどれを選ぶか迷う所ですが、切断能力が高くて同時に刃先の振動も少なく、耐久性も高い、なおかつ価格が安いと言う虫の良い商品はまず見当たらないようです。上の３種類のデイスクでは最近買った切断刃の細かい右端の電着ダイヤ塗布のものがコストパフォーマンスに優れているように思いますが、砥粒の剥離が早く、どこまでの耐久性があるものか今のところ未知数です。

手持ちに寄るサンプルの切断を行う際は、下写真のように、なるべくディスクの刃先に突起の少ない円盤状のダイヤモンドデイスクを使用することをお薦めする。誤って回転中のディスクに触れても、外周部に突起がなければ擦りむく程度で深い切創となることは少ない。またサンプルに与える振動が少ないからサンプルのストレスも低くなり、ガラスからの剥離も抑えられる.

回転する電動工具を取り扱う際は、手袋をはめず素手で行うのが原則です。回転刃にスリットや突起部分がある場合、誤って刃先が手袋に触れると一瞬で繊維を巻き込み指先を骨折したり切創します。これは極めて危険なことで産業用の旋盤などで手袋や服の袖が巻き込まれると腕をちぎられることさえあります。私も30年ほど前に一度、ボール盤で人差し指の手袋が巻き込まれ指先に大けがをした経験があります。

また作業中は粉塵や切断片が飛散しますから保護メガネの着用と防塵マスクの着用が不可欠です。石によっては希土類や重金属を多く含むものがありますから粉塵をむやみに吸い込むと健康を害する恐れもあり、切断や研磨作業は風通しの良い屋外で行います。

サンプルの大きさはガラス板にぴったり治まるサイズが理想的で、研磨する際にも片耗りしにくいのですが、手に入れたサンプルの大きさや形からガラスよりも小さくなる場合も多いものです。

研磨過程でのサンプルの摩耗消失を考慮するとサンプルが大きいほど最終的に残る標本の面積は大きくなりますが、逆に標本が大きいと全面を均質に平面研磨するのが難しくなり手間もかかります。慣れないうちは小さいサンプルでやってみるのも良いかもしれません。

サンプルの形状は、なるべく周囲が直線になるように四角形が望ましく、周辺に曲線部分が多く凹凸が多いほどその部分からサンプルが損耗する傾向が高くなります。

現岩の形状によりガラス面一杯の標本を取れないことも多いが、なるべく観察したい鉱物を多く含み切り出し面積が多くなるよう心掛ける

素人の作業では、研磨の過程でどうしてもサンプルの周辺部は損耗して無くなってしまいます。このため、なるべく多くの標本を残すには、私の場合はガラス板一杯に切り出せずとも、出来るだけ大きめにサンプルを切り出すよう心掛けています。

サンプル切り出しの際はなるべく切断面が平面となり、その厚みも薄い状態で切り出すのが理想だか、100mmディスクでは困難なことが多い

切り出したサンプルはガラス板に収まる様に周囲を成形し、貼り付け面は出来る限り平滑になる様に研削ディスクや研磨ディスクを使って見た目の凹凸を削り落とします。ここでなるべく平滑に仕上げておかないとこの後工程でのペーパー研磨の手間が増えます。

切り出したサンプルの表面は順次ディスクの刃を細かいものへと変えながらなるべく平面になる様に研磨して行く。この際に粒子の粗いディスクで無理にサンプルを削ると、表面に鋭く深いキズを残し、傷が消えるまで表面を削り込むのが大変だから、荒目のディスクで削る際はその点を十分に考慮する必要がある

研磨用のディスク刃は切断刃に比べると突起部分がないので手持ち作業でもさほどの危険性はないが、安全作業とは言えないので人には勧められない

電動工具で粗削りを終えた標本( 鈴鹿川の角閃石斑糲岩  )  よく見ると表面に多数の研削痕があるのが分かるし、まず平滑面には仕上げられないのでこの後のペーパー研磨によって平らな平面へと鏡面研磨する

ペーパーの全面を使ってサンプルをペーパー面と平行になるように意識しながら均一な圧力でサンプルを動かす。研磨が進むとペーパー表面は研磨粉で真っ白になる( 左は新品 )

標本面の一部に深い傷があると、他の部分はほぼ平滑に削れてもその部分が災いしてなかなか全面を平滑にすることが出来ません。ことに標本が大きいとその傷のためほぼ全面に渡ってその傷が隠れるまで研磨するのは大変なことです。

このような場合は、傷のある部分を集中的に荷重して削り落とす方が効果的で、ペーパーの平面を用いず、ガラスのエッジ部分にペーパーをかけてエッジの直線部分で標本をそぎ落とすように研磨します。こうするとペーパーと標本の接触面がほぼ面から線へと変わり、標本に加わる研削圧が増大して効果的に研磨を進めることが出来ます。

標本面を部分的に強く研磨したいときは、ペーパーをガラスの縁に被せ、カラスの直線部分で標本をそぎ落とすように研削する

或いは少し細かめの石材研磨用ディスクを装着してグラインダーで回転を落として傷や凹凸の部分を中心に研磨します。電動工具の使用は研削効率は上がりますが、正確な平面を保つことは困難なので目視で問題のある部分がほぼ平滑に仕上げられれば、またペーパー研磨に移ります。

上のサンプルは領家変成岩最高度の変成となる珪線石帯の砂泥質変成岩だが、ペーパー研磨に移っても標本下部の傷を落としきれず、下端から５mm程の幅で凹部が残ってしまった　　

標本面は200番以上のペーパーで研磨するまでにその全面がほぼ平滑になる様に仕上げますが、部分的に0.1ｍｍの傷が残ったとすると３０mmＸ４０mmの標本全面に渡ってペーパー研磨で0.1ｍｍの厚みを均一にすり減らすには大変な労力を要します。

従ってペーパー研磨に移る前に、研削能力の高いディスクサンダーで可能な限り標本全面に渡ってほぼ平滑になるよう仕上げ、機械研磨の過程で残った傷と窪みをペーパーで平滑につぶして行く感じですが、標本の周囲などに切り出しの際に深い傷が入った部分があると、どうしても窪んだ部分が幾らか残ってしまいます。

このような場合、止むおえずガラスに貼り付ける際なるべくガラスの外に凹部が出る様に工夫していますが、やはり基本は前面に渡って綺麗な平滑面に仕上げるに越したことはありません。

凹部が残ってしまった場合はガラスの接着位置を工夫して出来るだけ接着面が平面となる様にする

標本の全面に渡って研磨が進んできたら、標本面を光に当てて研磨の状態を確認します。まだ落としきれない傷の部分や十分研磨されていない部分があると、そこに研磨粉がたまって表面状態が研磨済みの部分と比べ違って見えるので、表面状態が全面で同じ感じになるまで研磨を続けます。

研磨中のサンプル表面。左側の石灰岩には全面( おもに右側 )にまだ研磨しきれていない研削傷が多数あるのが分かる。右のミグマタイトはほぼ均質に粗研磨が仕上がった

これ以降の行程では、ペーパーの砥粒が順次細かくなってゆき、荒い傷が残っていると後行程のペーパー研磨では傷を落とすことが難しくなるので、最初の粗目の研磨で気になる傷や凹みは研磨して擦り落とすように心がけます。

傷や窪みを残したまま行程を進めてしまうと、標本をガラスに張り付けて0.03mmの厚み迄研磨した段階では、傷や窪みの部分は接着剤ばかりで肝心の鉱物標本が存在しない状態になってしまいます。表面観察をしてほぼ完全に平滑に研磨出来た様ならペーパーの番数を約２倍のものに替えて研磨を行います。

研磨の目安は、その前の荒いペーパー砥粒の研磨傷が新たに細かい砥粒の研磨傷で十分隠れるまで削ればよいので、当初の粗目の研磨に費やす労力に比べると遥かに楽になります。湿式研磨のレベルでは、ペーパーの品質や作業者の技量、腕力によって必要な研磨の回数異なりますが、私は湿式の研磨では200～300回の往復で次の細目のペーパーへと移り、最後の仕上げの2000～3000番では300～500回と多めに研磨して仕上げるようにしています。

５０番から始めた場合

５０　　１００　　２００　　４００　　８００　　１５００　　３０００ ( ２０００ )

８０番から始めた場合

８０　　１５０　　３００　　６００　　１２００　　２０００

といった感じで、ほぼ倍々にペーパーの粒度を細かくして行きますが、特に決まりはないので適当に細かく上げていっても何ら問題はありません。最終で２０００番前後まで研磨すれば十分に美しく楽しめる標本になります。

私の場合、最初の２００番辺りまでは水を滴下しない乾質研磨で、それ以降の細粒では水を滴下して行う湿式研磨です。湿式研磨はスポイトで標本の研磨面に数滴の水を滴下し水にぬれた部分で標本面をペーパーに押し付けて研磨します。水が潤滑剤になって研磨粒子との摩擦を押さえ、研磨粉の標本面からの効果的な排出にも役立ちます。

湿式研磨ではその前段階のペーパー砥粒による傷をより細かい砥粒で削り落とす。研磨の回数は粗削りの乾式研磨に比べるとぐっと短縮できる

研磨を進めてゆくうえで注意すべきは、ペーパーやその周囲の作業場環境の清掃を常に心がけることです。乾質研磨では出た研磨粉は放っておくとペーパー表面から飛び散りますから、ペーパー面に研磨粉が貯まりだしたらペーパーを作業台から離して、ペーパー表面を叩き研磨粉を取り除くことが必要です。このため研磨作業は室内よりも屋外環境の方が作業が捗ります。

特にペーパーを細粒のものと取り換える際には、以前の研磨粉やゴミがペーパーの表面や裏面に付着しないよう下敷きや周辺の清掃が大切です。清掃を怠って研磨中に研磨粒子よりも大きな異物が研磨面に混入すると、研磨中の感触や研磨音が変わるので分かりますが、標本の研磨面には大きな傷が入ってしまうので、異物を取り除き、またより荒いペーパーから研磨のし直しをするのは大変な時間の浪費になります。

以上の様な手順を経て2000番前後まで研磨されたサンプル表面は、見た目には殆ど傷の無い平滑な面に仕上がります。2000番程度ではさすがに鏡とまではいきませんし、鉱物粒子が飛んでしまっている箇所などがあったりもしますがガラス面に接着するには十分な平滑度に仕上がります。研磨の程度が悪いとこの段階で研磨面が完全な平面とならず中心部が凸状に膨らんでしまうのですが、これは研磨に習熟する以外矯正するのは難しいのでまず綺麗な平滑面に仕上がれば良しとせねばなりません。

接着方法は、張り付けるスライドガラスとサンプルを恒温プレートで６０～７０℃に加熱しておき、恒温プレートの上に台紙を置いて接着剤を混合し素早く攪拌して均一に混ざり合ったら、サンプルの貼り付け面全体に塗り付け、手早くサンプルをガラスに押し付けて、圧を加えながら少しづつ動かして接着面の余分な接着剤を押し出すようにします。

エポキシは標本の無いガラス面にも塗り、ガラスの表面を覆いつくすようにする。ガラスからはみ出たサンプルは後に切断する( 鈴鹿川の角閃石斑糲岩  )

接着剤は標本の無いガラス面の空きスペースにも1mm程度の厚みでガラス面の隅々まで十分に覆いつくすように張り付ける

この際サンプルが小さいとサンプルで覆いつくせないガラス面がサンプルの四方に生じるので、余った接着剤をこの空スペースにも均等に塗りガラスの全面が接着剤で覆われるようにします。この余分な接着剤はとても重要で、これによって後の研磨の際に標本の片耗が大幅に緩和されます。

時には複数の標本片を研磨して一枚のガラスに貼り付ける場合も有ります。これは少しでも標本面を多くとりたいという以外に、分散している鉱物を一つのガラスに収めたり、結晶の成長方向の異なる切片を一つのガラス内で見たい場合に利用します。

上のサンプルは領家帯砂泥質変成岩の珪線石帯変成岩の結晶の成長方向の違いを見るため中央の切片は左右の切片に対して直角方向に切り出してある

複数の標本を張り付ける場合、それぞれの標本を個別に磨き上げて張り付ける場合と、最初に全体をエポキシで接着しておいて一体になった標本を全体に磨き上げる場合があります。

上のサンプルは先に上げた珪線石帯領家変成岩ですが、最初に３つの切片を接着してそれを全体に表面研磨しガラスに貼り付けたものです。研磨面が大きくなるので磨く時間がかかりますが全面を均質な平面に仕上げやすい利点はあります。

接着剤は加熱して粘度を下げて攪拌します。これは室温の低い冬季には欠かせない作業で、接着剤の温度を上げると液の粘は著しく低下して流動性が増し混合攪拌が容易になりますが、攪拌していくと内部に空気を取り込んで多数の気泡が生じます。

気泡の大きいものは楊枝の先などでつつきだす必要がありますが細かな気泡を取り除くのは難しい( 確実に気泡を除去するには遠心分離機にかけねばならない )ので気にせずにそのまま接着します。

ガラスに接着したサンプルと石材切断ディスクを装着したグラインダーを手にもって、切断ディスクでサンプルの上部を少しづつ削って行きます。私の場合、手持ち作業ではサンプルの厚みを1mm程度まで残して切り込むのかやっとで、それ以上薄くしようと思うとガラス面まで切り飛ばす率が高くなります。デイスクの回転数を上げると切断の能率は上がりますがその分ワークに対するストレスも増えるのでどの程度の回転が良いのかは判断の難しいところです。

ガラスの周囲に沿ってサンプルの側面削り込みながらガラスを面と平行に回転させて、ガラス面から一定の間隔となる様にサンプルの外周を切り込んでゆきサンプルの上部を切り離します。切断ディスクに誤って指を触れると指を切りますから作業に自信が持てなければ諦めてください。

まずは少し厚みを持って切込み、次にその上面を少しずつ削り込んでゆく方が作業はやり易いですが、油断すると標本を擦り飛ばしてしまうので無理に薄くしようと考えない方が良いです。この際に使用する切断刃は母岩からサンプルを切り出すときに使うような安価なものは選ばず高品質のダイヤモンドディスクを用いることです。

低品質のディスクでは振動も大きく、切断圧も強くなるため標本のストレスも著しく増加して標本の破損を招きます。また砥粒が悪くて強く押し付けないと切れないため、グラインダーの回転エネルギーは摩擦熱に変わって標本面の温度を急速に上げてしまい、熱膨張と接着剤の変質により接着層の剥離を招きます。水切りが行えればこの辺りはある程度改善されますが手作業ではまず不可能です。

もう少し確実で安全な方法は、グラインダーをワークベンチ等で固定して、ディスクと平行にガイド板を立てるやり方で、ディスクとガイド板の間にガラス板＋1mm程度の板を挟み込んで厚みを決めておき、標本をガイド板に沿ってディスクに押し付けて切断します。安全性を重視して最低でもこのような切断法をとることを勧めます。

ただ上の写真の様に一気に一定の厚みで切り出そうとすると、どうしても切断刃がサンプルに及ぼす歪が大きくなり、切断能力の劣る刃で無理するとガラス板ごとサンプルを割ってしまったり、サンプルの接着層の一部がガラス板から剥離することも起こります。

上写真は切り出し過程の珪線石帯領家変成岩だが、左写真で珪線石の斑晶部よりサンプルの接着層剥離が始まり、ガラス面の屈折反射が変化して円形に白飛びして写っている。

更に厚みを削り込んだ上写真ではサンプルの接着層が楔状に石の縁部まで剥がれてしまった

ガラス面からサンプル接着層の一部が剥離すると、研磨の過程で剥離部分から標本が失われて行き満足な標本が出来ません。剥離の原因は接着剤の強度不足、ガラス板の表面不良、切断刃の品質不良、サンプル石材の問題等色々考えられますが、どれも工具や材料に安価なものを選ばねばならぬアマチュアには簡単に解決できるものではなく、私の場合発生をゼロに抑えることが出来ません。

先に上げた珪線石帯領家変成岩の顕微鏡写真。中央珪線石結晶部より左及び下部分の標本は殆どが剥離脱落してしまった。手間は同じでもこんな欠落部の多い標本ではまことに情けない

このようなことを考えると、時間が掛かろうともガラス面を手持ちで切断刃に押し付けて、不要な標本部分を周辺部から少しづづ削り飛ばして石の厚みを1mm以下にまで持ってくる方が良いのかもしれません。私自身剥離が心配な標本は、あらかじめ手持ちで1mm前後の厚み迄削っておいて、その後で機械により厚みを削いでいます。

手持ちで石の周辺部から少しづつ石を削って行くと、標本面に掛かるストレスはかなり減らすことが出来る。石の厚みを1mm前後まで落としてあると、下に述べる機械式切断機に掛けても標本面に掛かるストレスは大幅に減少する

私の場合、なるべく４０mmX３０mmのガラス一杯にサンプルを貼り付けようとするので石が小さいと複数の石をガラス面に接着することになります。こうなると一個のサンプルの貼り付けに比べて、研磨の際の保持の必要性から石の背後の大きさが全体に大きくなり、切り出しの際のストレスも増加します。

このため先にも書いた通り、貼り付けた後は周囲を整形すると同時に、背後の石の厚みをグラインダーで１～２mmに削り込んでおくことが殆どです。こうすると器械にかけて厚みを削り落とす際の剥離や割れを大幅に減らすことが出来、薄片を満足な形で仕上げられる確率が高まります。

上写真左は手持ちで標本厚を1.5mm程まで削り落としたもの。これ以上は器械にかけて削るが標本厚0.03mmに近づけるのは器械でも無理で、せいぜい0.1~ 0.2mmが限度だ

出来れば専用の切断機が欲しい

切断機を用いるとグラインダーの葉先にブレがなく、全体を上手く調整すれば標本を0.5mm程の厚み迄切り込むこともできます。私はこのタイプの切断機を数台製作して使用しています。先に母岩からのサンプル切り出しの際写真に上げたものもその一台で中華製170mmのタイル切断用ディスクを装置してあります。

上は切断ディスクと研磨ディスクを備えた岩石切断機で中華製180mm切断ディスクを装着し、研磨ディスクには同じく中華製の125mm研磨用ダイヤモンドディスクを装置してあります。切り出す厚み調整はどの機材もマイクロメーターによっています。

このような機器があれば、割合簡単に標本を0.2～0.3mm厚で切断し、0.1mm前後まで研磨することが可能ですが、石の種類によって切り出せる厚みの下限や研磨の下限が微妙に変化するため操作にはそれなりに熟練が必要です。

標本の切り出しは、ガラスの周囲に沿ってサンプルを回転させながら標本の尖った部分を切り込んで最後にガラスの中心まで切り進む。また一回で目標の厚みまで切り込むことをせず、最初は1mm次は0.5mm、最後に0.3mm等数回に分けて切り込む方が失敗が少ない。

何度か登場した鈴鹿川の角閃石斑糲岩は0.8mmまで切り出した段階で周囲の角閃石結晶が剥離したため作業を止めて剥離部とスライド周辺をエポキシで固めなおす。サンプル全面をエポキシで覆ってもよい。ガラス面がむき出しになっているとその部分からどんどん剥離が進行する

研磨に使うディスクの粒度は標本の厚みが1mm前後と厚いうちは40～60の粗粒でもよいが薄くなるにしたがって100番以上を用いる。またそのままの回転数では標本を切り飛ばす可能性が高いから調速器で回転を下げ、時間がかかっても無理に削り込まないようにする

グラインダーを用いてもディスクを固定してやると標本厚み0.2mm前後まで研磨可能だが、熟練が必要で慣れていても標本を飛ばしてしまう可能性が高い。最初は0.3mm前後まで削り込めれば大成功とみてペーパー研磨に移るのが正解

正直グラインダーのみの手作業で0.3mmの厚み迄削り込むのも慣れが必要でかなり難しいのですが専用の器具を用いずにやる以上は、たぶんこれが最も楽に成功する可能性の高い方法ではないかと思います。もしできるなら専用の切断機や研磨機を製作することを勧めます。

岩石切断機・研磨機製作の勧め

切断機や研磨機は複雑な構造を望まなければ、小型の丸鋸盤にダイヤモンドディスクを取り付け、ガイドテーブルの微動装置を付ければ割と簡単に作れますから工作の得意な方はやってみるのも面白いと思います。私は金属加工が好きなため、このような機材は全て鋼材で組み立てていますが構造を吟味すれば木材に置き換えることも可能です。

自作の丸鋸盤に中華製ダイヤモンドディスクを装置した岩石切断機。下の微動装置を付ければスライドの切り出しに利用できる

こちらは自作の研磨機。125mm DT-DIATOOLの研磨ディスクを装着、スライドガラスを負圧ポンプでカセットに吸着してサンプル表面の研磨を行う

上はマイクロメーターのバーニャで厚み調整する標本保持のカセット部と吸着用マイクロ負圧ポンプと駆動用の12V電源

切断専用の機材であれば丸鋸盤に石材ディスクを装着して使用するのが最も手軽な方法です。石材ディスクの径によって切り出せる素材の厚みも決まりますから、なるべく直径の大きいデイスクを使用することが望ましいですが、機材によっては機械的構造により径の大きなディスクの装着が不可能だったり、ケースやディスクアタッチメントが干渉して深くまで切り込めないことも多いので色々試してみることです。

FURY3丸鋸盤の刃を230mmに換装するため、葉に干渉する安全カバーを取り外したところ。自己責任で必要なら多少の安全性も犠牲にする気構えがいる

上は210mmディスクが装着されていたFURY3丸鋸盤の刃を中華製の230mm石材ディスクに付け替えて切断機として使用するものです。機材が軽量で可搬性に優れ、ケースの干渉も少なくて90mm近い厚みまで切り込むことが出来ます。

ただし切断の粉塵が機器の可動部に入り込むと装置を摩耗させてしまうので、ペアリング軸にはオイルシールを装着してやるなり気密性の高いULBのベアリングに換装するなどの対策を取ることも有効です。モーター部分は密閉構造にするのが理想ですが、直流モーターでは界磁や電機子を冷却するために機内の通風が不可欠なので通気口を塞ぐわけにゆかず、連続使用を避け使用を終えた後はこまめに清掃することが大切です。

研磨の仕方はガラス張りする前のサンプル研磨と同じで、ガラスを除いた厚みが0.1mm前後までは50～100番それ以降は150番以上のもので研磨を進めて最終的に光が透過する薄さ迄削り込みます。剥離が進むようなら手間でもサンプル表面とガラス全面にエポキシをコーティングして研磨を繰り返し、ガラス周辺部からの片べりをなるべく抑えるようにします。

最終的に研磨の厚みを決めるのは、研磨が進み標本が光を透過するようになってから偏光顕微鏡にかけて現れる発色の度合いによります。この場合サンプルに含まれる鉱物がある程度分かっていることが大切で、通常は大抵の岩石に含まれる石英や斜長石の示す偏光色が0.03mmの標準標本の示す色彩になることで最終的な厚みを決めます。

上2枚組の写真は何度か登場した鈴鹿川の角閃石斑糲岩薄片。左側クロスニコルで見た時、双晶を示す斜長石の偏光色が灰色になった辺りで研磨を終える。斑糲岩には石英は含まれないので斜長石の偏光色が基準となる。黄色っぽいのは第一鉄普通角閃石。一部により偏光の鮮やかな苦土普通角閃石を含む

上2枚組の写真は安濃川支流笹子川転石・花崗岩だが白雲母が多く、珪長質岩が強く熱変成を受けた変成岩のように思う。灰色からブルーは正長石・一部斜長石。黄色く色づいて見えるのは石英で右のオープンニコルでは長石のような汚れがない。石英の黄色が強いので少し厚い。本来はもう少し薄くする方が良い

ただしサンプルの損耗が激しい場合は無理に厚みを薄くせず、多少厚みが増して石英や長石に黄色い色がついたとしても、標本がなくなるよりは遥かにましですから研磨の粒度を上げて仕上げてしまう方が賢いやり方です。鉱物の偏光色が標準よりもぐっと鮮やかになってしまいますが趣味で眺める分には何の問題もありませんから。

何度か述べましたが素人の研磨では標本面全体にわたって0.03mmの厚みを保ったまま研磨を終えることはまず不可能で研磨の過程で片耗が生じ、サンプルの周辺から標本面が失われて行きます。

研磨の途中にガラス全面にエポキシをコーティングするのは、少しでも周辺部分の片耗をエポキシ層によって埋め合わそうとするものである程度の効果はありますが完全に片耗を抑えることはできません。

上は鈴鹿川の転石・蛇紋岩 このサンプルは上手く研磨出来たもので、左の研磨前と比べて右の研磨後のサンプルは殆ど大きさに変化がない

最後の一言

以上が、私が20年以上も前に我流で始めた薄片製作の方法です。当時は国内のネットもまだ未成熟で、薄片製作に関するサイトもほとんど見つからず試行錯誤しながら自分なりに出来るやり方を考えたものです。

大学の設備などを用いず自宅で薄片製作するアマチュアが珍しかったこともあって、薄片製作の記事は当時から人に勧められていたものですが、いっかな果たせず、最近新しく研磨機を作ったことをきっかけに、漸く自分の薄片製作法をまとめてみようと思い立って書いたものです。

ただし、これは私のホームページの他の記事にも言えることですが、Youtube動画万能の時代にはおよそ時代遅れの感がある文章と静止画だけの構成になっています。

Windows95の時代にホームページを立ち上げて以来、幾つかのプロバイダのサイトから今ではGoogleサイトに乗り換え、何年か前にGoogle側のサイトシステム刷新のおかげでホームページ全体の書き換えを余儀なくされましたが、逆にそのおかげで近年は殆ど放置してあったホームページに手を加えるきっかけを与えられました。ページの書き換えと共に幾つか新たなページも追加して、その一つとしてこの記事ができたわけです。

ただ20年来身に沁みついた、文章と静止画像で構成してきたHP作成の手法は癖となり、Youtube動画全盛となっても動画に乗り換えるほどの気力は起きず、昔のままの深い階層構造をもったホームページにすがっているためほとんど検索に掛かることのないガラパゴスHPとなっています。

薄片製作に関しては、私も始めた当初は指導者もなくコツも分かりませんでしたから幾つも失敗しましたが、徐々にコツが掴めて岩石の種類に応じて切り出しや研磨が効率よく行えるようになりました。決して楽に行える作業ではありませんが、岩石に対する興味を絶やさず、熱意をもって続ければコツが掴めて立派な標本づくりも可能になると思います。

私は現在300枚ほどの岩石薄片を所持していますが、失敗したり処分したものを含めればその2倍近い数になる様です。簡単に完成させられるものではないし、手間の割に失敗することも多いのですが、岩石に対する興味から始めた薄片づくりも20数年、飽きもせず続けられたのは今も衰えることのない岩石に対する興味によるものでしょうか。

この記事が同じように石に興味を持った方々の何らかの参考になれば幸いです。