JP6292562B1 - 水平認識装置の設置装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で、簡易に水平認識装置を設置することができる、水平認識装置の設置装置を提供する。【解決手段】 バケットに取り付けられる第１の勾配表示器１ａと、水平認識装置１０２に取り付けられる第２の勾配表示器３と、第１の勾配表示器１ａと第２の勾配表示器３とを連結する連結器２とを備えると共に、第１の勾配表示器１ａには、設計法面勾配に対応した、連結器２の取り付け方向が表示され、かつ、第２の勾配表示器３には、設計法面勾配に対応した、水平認識装置１０２の連結器２に対する設置方向が表示されている構成とした。この場合、水平認識装置の設置装置を補強爪が装着されたバケット１１５に取り付けるようにすると、硬い土質でもある程度、当該バケット１１５で対応が可能であり、掘削部材の交換頻度を削減できる。【選択図】 図１

Description

本発明は、土工事の情報化施工システムにおける、水平認識装置の設置装置に係り、特に、異なる設計法面勾配に対応して、土工機械の掘削部材の勾配を変更する際、或いは、土質の変化に対応して、掘削部材自体を取り替える際、水平認識装置の設置作業を、大幅に省力化した、水平認識装置の設置装置に関するものである。

近年、土木建設工事の効率化と品質向上、及び、熟練技術者不足等の観点から、土木建設工事の情報化施工が推進されている。
この土木建設の情報化施工として、建設ＩＣＴ（情報通信技術）を導入した施工法が研究開発されている。
この建設ＩＣＴを導入した施工法として、第１の従来技術を図２６を用いて説明する。
図２６は、第１の従来技術の土工事の情報化施工システムを説明するための概略構成図である。

先ず、図２６を用いて、第１の従来技術の土工事の情報化施工システムの概略構成を説明する。
当該システムの主要構成は、図２６に示すように、トータルステーション１０９、光反射装置１０１、各角度センサー１１１ａ〜ｄ、モニター１１２と、土工機械１１６である。
また、第１の従来技術では、光反射装置１０１は、機体背面に取り付けられている。

なお、土工機械１１６には、パワーショベル、バックホー、ブルドーザー等があるが、図２６には、３Ｄマシンガイダンス付きのバックホーを用いた例が示されている。
また、同図には、土工機械１１６の掘削部材として、バケット１１５を用いた例が示されている。

図２６において、１１５ａは、土工機械１１６のバケット１１５の刃先で、１１４ａは、土工事の対象となる法面１１４の計画高さ、１１４ｂはバケット刃先１１５ａと計画高さ１１４ａとの差異である。

また、モニター１１２は、土工機械１１６の運転席側に取り付けられ、バケット刃先１１５ａ位置での計画高さ１１４ａが記憶されている記憶機能と、現況地盤高さを算出する機能とを備えたコンピュータを内蔵している。

以上の構成で、第１の従来技術の土工事の情報化施工システムの基本動作を、図２６を用いて説明する。
先ず、トータルステーション１０９から、光反射装置１０１に向けて、水平距離、垂直距離を測定するための光波１１７が照射され、光反射装置１０１内に組み込まれたプリズムに入射するとともに、このプリズムから光波１１７が平行に反射される。

この反射された光波１１７は、再度、トータルステーション１０９に入射し、検出される。
トータルステーション１０９は、距離を測る光波測距儀と、角度を測るセオドライトとを内蔵しており、光反射装置１０１までの水平距離と垂直距離、及び、角度を同時に観測する。
この光反射装置１０１までの距離と角度を元に、光反射装置１０１の三次元座標を算出する。

なお、トータルステーション１０９が内蔵している光波測距儀は、トータルステーション１０９から照射され、光反射装置１０１内のプリズムから反射されて、再度トータルステーション１０９に返ってきた光波１１７の位相差を利用して距離を測定する。

次に、トータルステーション１０９は、光反射装置１０１を自動追尾する機能を備えており、光反射装置１０１の三次元座標をリアルタイムで測定する。
この光反射装置１０１の三次元座標は、無線１１８により、運転席側のモニター１１２に送信される。

また、モニター１１２内のコンピュータでは、計測された光反射装置１０１の三次元座標及び各角度センサー１１１ａ〜ｄと、土工機械１１６の部材長から、間接的に土工機械１１６のバケット刃先１１５ａ位置を算出し、バケット刃先１１５ａ位置での設計高１１４ａとの差異１１４ｂをモニター１１２に表示する。

これにより、モニター１１２内のコンピュータの記憶機能に予め記憶されていたバケット刃先１１５ａの設計図面上の計画高さ１１４ａと、前記の方法で算出されたバケット刃先１１５ａの現況地盤高さとの差をモニター１１２に表示させ、当該表示に合わせてオペレータが法面１１４の整形作業を行う。

なお、第１の従来技術では、光反射装置１０１に代えて、ＧＰＳ受信機で、当該ＧＰＳ受信機の三次元座標を測定し、各角度センサー１１１ａ〜ｄと、土工機械１１６の部材長から間接的に土工機械１１６のバケット刃先１１５ａ位置を算出する構成のものもある。

ところで、この第１の従来技術の土工事の情報化施工システムでは、上述したように、各角度センサーと、土工機械の各部材長から間接方式で、土工機械のバケット刃先位置を算出していたが、この算出方法では、角度センサーが複数個有り、また、図示しないストロークセンサーも合わせると、バケット刃先位置までの累計誤差が大きくなり、バケット刃先の位置を高精度で算出するのが困難であるという問題があった。

例えば、第１の従来技術において、ＧＰＳ受信機で三次元座標を測定する構成の場合は、ＧＰＳ受信機で既に３ｃｍ程度の誤差があり、これに、上記した累計誤差として、１〜２ｃｍ程度の誤差が加わる。
また、トータルステーションで光反射装置の三次元座標を測定する構成の場合でも、１〜２ｃｍ程度の累計誤差が生じてしまう。
更に、第１の従来技術では、土工機械移動時には旋回して、一度、機体座標をリセットする必要があった。
また、第１の従来技術の土工事の情報化施工システムでは、図２６に示すように、多数の構成要素を必要とし、大がかりな装置となるため設置が困難で、施工コストが増大するという問題があった。

そこで、第１の従来技術の上記課題を解決した、第２の従来技術の土工事の情報化施工システムが開発されている（特許文献１）。
以下、第２の従来技術の土工事の情報化施工システムを図２７を用いて説明する。
図２７は、第２の従来技術の土工事の情報化施工システムを説明するための概略構成図である。

第２の従来技術の土工事の情報化施工システムの主要構成は、図２７に示すように、第１の従来技術同様、トータルステーション１０９、光反射装置１０１、モニター１１２と、土工機械１１６である。
一方、第２の従来技術では、光反射装置１０１は、バケット１１５の勾配を、設計法面１１４の勾配としたときに、バケット刃先１１５ａの鉛直上方となるように取り付けられている。

第２の従来技術の土工事の情報化施工システムの基本動作は、第１の従来技術同様に、トータルステーション１０９から、光反射装置１０１に向けて、水平距離、垂直距離を測定するための光波１１７が照射され、光反射装置１０１の三次元座標を算出する。
この光反射装置１０１の三次元座標は、無線１１８により、運転席側のモニター１１２に送信される。

一方、第２の従来技術では、光反射装置１０１が、バケット刃先１１５ａの鉛直上方にあることで、光反射装置１０１とバケット刃先１１５ａの平面座標は共通しており、バケット刃先１１５ａの鉛直方向座標は、光反射装置１０１との鉛直間距離を差し引く補正により、直接的に算出することができる。

以下、第２の従来技術でも、第１の従来技術同様に、バケット刃先１１５ａの位置での設計高１１４ａとの差異１１４ｂをモニター１１２に表示し、モニター１１２内のコンピュータの記憶機能に予め記憶されていたバケット刃先１１５ａの設計図面上の計画高さ１１４ａと、前記の方法で算出されたバケット刃先１１５ａの現況地盤高さとの差をモニター１１２に表示させ、当該表示に合わせてオペレータが法面１１４の整形作業を行う。

従って、第２の従来技術では、光反射装置１０１の三次元座標から、バケット刃先１１５ａの三次元座標を直接的に算出できるため、第１の従来技術の課題であった、各角度センサーと、土工機械の部材長から間接的に土工機械１１６のバケット刃先１１５ａ位置を算出までの累計誤差が大きいという問題を解決することができる。
また、第１の従来技術は、大がかりな装置のため設置が困難で、施工コスト費用が増大するという問題があったが、第２の従来技術では、必要な構成数を削減できるので、設置が簡易であり、施工コストの増大を抑えることができる。

ところで、第２の従来技術では、バケット刃先１１５ａの正確な三次元座標を算出するためには、バケットの刃先１１５ａ位置の鉛直上方に、光反射装置１０１が位置した状態で、この光反射装置１０１の三次元座標の測定を行わなければならない。
しかし、その際、オペレータの運転席側から、バケット刃先１１５ａ位置の鉛直上方に、光反射装置１０１が位置するかどうかを目視で確認することが難しく、法面１１４の仕上げ面が、設計勾配になるように高精度で作業することが困難であるという問題があった。

この第２の従来技術の課題を解決するために、第３の従来技術として、光反射装置が、バケットの刃先の鉛直上方とすることができ、また、バケット仕上げ面の勾配が、オペレータの運転席から目視で確認できる、水平認識装置が開発されている（特許文献２）。

この第３の従来技術の水平認識装置について、図２８乃至図３０を用いて説明する。
図２８は、従来技術の水平認識装置の構成を示す側面図である。
図２９は、従来技術の水平認識装置の構成を示す正面図である。
図３０は、従来技術の水平認識装置の基本動作を説明するための一部正面図である。

先ず、第３の従来技術の水平認識装置１０２の構成について、図２８及び図２９を用いて説明する。
従来技術の水平認識装置１０２の主要構成は、図２８及び図２９に示すように、略Ｌ字型の水平表示器１０３と、この水平表示器１０３を収容保持する収納容器１０４であり、収納容器１０４の上面には、光反射装置１０１を固定する固定部が形成され、光反射装置１０１は収納容器１０４上部に固定され、固定後は水平認識装置１０２と一体的に動くようになる。
また、１０５は、水平認識装置１０２を土工機械の掘削部材の所定の位置に取り付るための取付部材である。

水平表示器１０３は、蝶番１０３ａを介して、収納容器１０４内部に、所定の範囲、回転自在となるように保持されている。
また、水平表示器１０３の水平部１０３ｂ側の上面は、垂直部１０３ｃ側の背面に取り付けられた錘１０３ｄにより、常時、水平を保持するように工夫されている。
これにより、水平認識装置１０２を取り付けた土工機械の掘削部材の勾配が、施工中に変動し、それに連動して、水平認識装置１０２が傾斜しても、水平表示器１０３の水平部１０３ｂは、常に、水平を保つことができる。
また、図２９に示すように、収納容器１０４の側面部には、水平部１０３ｂが上下に振れる間隙が設けられている。

図２８及び図２９に示すように、水平表示器１０３の水平部１０３ｂの側面端部には、中央認識線１０７が表示されている。
また、収納容器１０４の間隙の上部には、中央認識線１０７と同色で同形の上認識線１０６が、同じく下部には、中央認識線１０７と同色で同形の下認識線１０８がそれぞれ表示されている。
更に、水平認識装置１０２の正面は、運転席側に向けられ、これらの認識線１０６〜１０８の相対位置が、オペレータの運転席から目視できるようなっている。

次に、第３の従来技術の水平認識装置１０２の基本動作について、図２８乃至図３０を用い、図２７を参照して説明する。
先ず、法面を整形する土工事開始前に、図３０（ａ）に示すように、水平認識装置１０２の中央認識線１０７が、上下それぞれの認識線１０６、１０８の丁度中間となる状態で、バケット刃先１１５ａが光反射装置１０１の鉛直下となるように、この水平認識装置１０２を設置する。

中央認識線１０７は、上記したように、常時、水平方向を示すように構成されているが、収納容器１０４がバケット１１５に固定されており、施工中のバケット１１５の勾配変化に連動して収納容器１０４の傾斜が変動するため、図３０（ｂ）、（ｃ）に示すように、中央認識線１０７は、上下認識線１０６、１０８間を上下に変位する。
なお、図３０（ｂ）はバケット１１５が、水平認識装置１０２を設置した時よりも、運転席側に傾斜している状況を示しており、逆に、図３０（ｃ）はバケット１１５が、水平認識装置１０２を設置した時よりも、運転席と反対側に傾斜している状況を示している。

従って、図３０（ａ）に示すように、中央認識線１０７が、上下認識線１０６、１０８の丁度中間にあれば、水平認識装置１０２は、設置時の初期状態であることが視認でき、オペレータは、バケット１１５の勾配が設計法面勾配であること、及び、バケット刃先１１５ａが光反射装置１０１の鉛直下にあることを認識でき、この状態で、水平認識装置１０２に固定した光反射装置１０１の三次元座標を測定すると、光反射装置１０１の鉛直座標から鉛直間距離を差し引く補正だけで、高精度で、バケット刃先１１５ａの三次元座標を算出できる。

従って、第３の従来技術によれば、第２の従来技術の土工事の情報化施工システムの問題であった、オペレータの運転席側から、バケット刃先位置の鉛直上方に、光反射装置が位置するかどうかを視認することが難しく、仕上げ面が設計勾配になるように高精度で作業することが困難であるという問題を解決することができる。
この結果、法面の整形作業後に行っていた測量や、更には、測量の結果を待って、従来行っていた修正作業も不要となり、作業全体の効率化を図ることができる。

また、第２の従来技術の土工事の情報化施工システムでは、法面整形などの仕上げ作業は、バケットの状態と掘削面を交互に見ながら行うので、これと同時に、運転席のモニターを頻繁に見ることは、視線移動が大きくオペレータの負担となり、困難であったが、当該第３の従来技術では、仕上げ面の勾配を運転席から、水平認識装置の３本の認識線の相対位置関係から間接的に目視できるので、視線移動を少なくすることができる。

上記したように、水平認識装置１０２の設置を適正に行うことで、水平認識装置１０２の上部に固定された光反射装置１０１は、バケット１１５の勾配が設計法面勾配のときに、バケット刃先１１５ａの鉛直上方となるように位置決めすることができる。
そこで、次に、第３の従来技術の水平認識装置１０２を、土工機械の掘削部材に設置する工程について、図３１及び図３２を用いて説明する。
図３１は、従来技術の水平認識装置を設置する工程の前半を説明するための側面図である。
図３２は、従来技術の水平認識装置を設置する工程の後半を説明するための側面図である。

先ず、第３の従来技術の水平認識装置１０２を、土工機械の掘削部材のバケット１１５に設置する工程に必要な構成は、図３１及び図３２に示すように、バケット１１５の勾配を測定するための市販の勾配定規１２０、水平認識装置１０２をバケット１１５に設置するための略Ｌ字形の取付部材１０５、下げ振り１２１、取付部材１０５をバケット１１５の所定位置に固定するための、シャコマン等の着脱可能な固定部材１２２である。

図３１に示すように、設置工程の前半では、例えば、切り土又は盛土を下から施工する場合では、設計法面勾配が１：Ｎの時、バケット仕上げ面１１５ｂの勾配を勾配定規１２０で設計法面勾配１：Ｎに合わせる。
なお、設計法面勾配１：Ｎは、設計法面勾配の垂直方向の変位に対する水平方向の変位の比であり、１：Ｎとは、垂直方向に１変位した場合、法面は水平方向にＮ変位する勾配であることを意味する。
次に、下げ振り１２１をバケット刃先１１５ａに合わせ、鉛直上に取付部材１０５が取り付けられる位置に、シャコマン等の着脱可能な固定部材１２２で、取付部材１０５を固定する。

また、図３２に示すように、設置工程の後半では、バケット刃先１１５ａに合わされた下げ振り１２１で、光反射装置１０１の中心が、バケット刃先１１５ａの鉛直上となるように、水平認識装置１０２を取付部材１０５に設置する。
次に、図３０（ａ）に示すように、水平認識装置１０２の側面に表示された中央認識線１０７が、上下認識線１０６、１０８の丁度中間になったところで、シャコマン等の着脱可能な固定部材１２２により、水平認識装置１０２を固定する。

従って、当該水平認識装置１０２の設置工程では、光反射装置１０２をバケット刃先１１５ａの鉛直上方に正確に設置でき、光反射装置１０１の三次元座標を測定すると、垂直方向の座標を補正するだけで、高精度で、バケット刃先１１５ａの三次元座標を算出できる。
また、オペレータは運転席から、仕上げ面の勾配を、水平認識装置１０２の３本の認識線１０６〜１０８の相対位置関係から把握できるため、高精度で法面の整形作業をすることが可能となる。

特開平１１−９４５５０号 公報 特開２０１１−１７２３８号 公報

ところで、第３の従来技術による水平認識装置の設置方法には、以下のような問題があった。
この第３の従来技術の問題について、図３１及び図３２を参照して説明する。
先ず、第３の従来技術による水平認識装置の設置方法では、図３１に示すように、バケット仕上げ面１１５ｂに勾配定規１２０を当てて、バケット仕上げ面１１５ｂが設計法面勾配１：Ｎであるかを測定しなければならないが、バケット仕上げ面１１５ｂの勾配を正確に計るためには、仕上げ面１１５ｂに付着した泥等を完全に撤去して測定する必要があり、勾配の測定に手間がかかるという問題があった。

また、人員としては、勾配定規１２０を見る側と、土工機械の操作側の二人の人員が必要となる。
更に、取付部材１０５を取り付けるためには、取付部材１０５を保持する者と、シャコマン等の着脱可能な固定部材１２２を止める者との二人の人員が必要である。
即ち、第３の従来技術では、水平認識装置１０２の設置には、二人以上の人員が必要で、作業工程が多く、設置には時間がかかるという問題があった。

この設置作業は、異なる設計法面勾配１：Ｎに対応して、バケット１１５の勾配を変更する都度行わなければならず、また、硬い土質の場合、補強爪付きのバケット１１５に交換する必要があるが、バケット１１５の交換の度に、同じ手順で設置する必要があり、水平認識装置１０２の設置作業の負担が過大になっていた。

本発明は、上記従来の課題を解決し、簡単な構成で、簡易に水平認識装置を設置することができる、水平認識装置の設置装置を提供することを目的とする。

本発明の水平認識装置の設置装置は、請求項１に記載のものは、土工機械の掘削部材に取り付けられる第１の勾配表示器と、土工機械の掘削部材の勾配が施工中に変動し、それに連動して傾斜しても常に水平を保つことができる水平表示器と、トータルステーションからの光を反射する光反射装置とを有する水平認識装置に取り付けられる第２の勾配表示器と、第１の勾配表示器と前記第２の勾配表示器とを連結する連結器とを備えると共に、第１の勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、連結器の取り付け方向、または、分度器目盛が表示され、かつ、第２の勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、水平認識装置の連結器に対する設置方向、または、分度器目盛が表示されている構成とした。

請求項２に記載の水平認識装置の設置装置は、土工機械の掘削部材に取り付けられる第１の勾配表示器と、土工機械の掘削部材の勾配が施工中に変動し、それに連動して傾斜しても常に水平を保つことができる水平表示器と、トータルステーションからの光を反射する光反射装置とを有する水平認識装置に取り付けられる第２の勾配表示器と、第１の勾配表示器と第２の勾配表示器とを連結する連結器と、土工機械の掘削部材に設けられる固定支点とを備えると共に、第１の勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、固定支点からの連結器の取り付け方向が表示され、かつ、第２の勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、水平認識装置の連結器に対する設置方向が表示されている構成とした。

請求項３に記載の水平認識装置の設置装置は、土工機械の掘削部材の勾配が施工中に変動し、それに連動して傾斜しても常に水平を保つことができる水平表示器と、トータルステーションからの光を反射する光反射装置とを有する水平認識装置に取り付けられる勾配表示器と、土工機械の掘削部材に設けられる固定支点と、固定支点と勾配表示器を連結する連結器とを備えると共に、土工機械の掘削部材には、設計法面勾配に対応した、固定支点からの連結器の取り付け方向が表示され、かつ、勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、水平認識装置の連結器に対する設置方向が表示されている構成とした。

請求項４に記載の水平認識装置の設置装置は、土工機械の掘削部材に取り付けられる第１の勾配表示器と、土工機械の掘削部材の勾配が施工中に変動し、それに連動して傾斜しても常に水平を保つことができる水平表示器と、トータルステーションからの光を反射する光反射装置とを有する水平認識装置に取り付けられる第２の勾配表示器とを備えると共に、第１の勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、水平認識装置の取り付け方向及び設置位置が表示され、かつ、第２の勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、水平認識装置の取り付け方向に対する、水平認識装置の設置方向が表示されている構成とした。

請求項５に記載の水平認識装置の設置装置は、土工機械の掘削部材の勾配が施工中に変動し、それに連動して傾斜しても常に水平を保つことができる水平表示器と、トータルステーションからの光を反射する光反射装置とを有する水平認識装置に取り付けられる勾配表示器と、設計法面勾配に対応した、水平認識装置の取り付け方向及び設置位置が表示された土工機械の掘削部材とを備えると共に、勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、水平認識装置の取り付け方向に対する、水平認識装置の設置方向が表示されている構成とした。

請求項６に記載の水平認識装置の設置装置は、補強爪が装着された土工機械の掘削部材に取り付ける構成とした。

本発明の水平認識装置の設置装置は、上記のように構成したために以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項１乃至５に記載したように構成すると、異なる設計法面の勾配に対応して、土工機械の掘削部材の勾配を変更する際、簡易な調整だけで対応可能なので、第３の従来技術の水平認識装置の設置工程よりも大幅に省力化できる。
（２）請求項１乃至３に記載したように構成すると、土質の変化に対応して、土工機械の掘削部材自体を取り替える際でも、水平認識装置を簡単に付け替えることができるので、大幅に省力化できる。

（３）請求項３に記載したように構成すると、連結器を土工機械の掘削部材に直接固定するのが可能で、固定部材が不要となり、部材を大幅に削減できる。

（４）請求項４に記載したように構成すると、水平認識装置の設置装置の部品点数を減らすことができる。

（５）請求項５に記載したように構成すると、土工機械の掘削部材の製作段階で、土工機械の掘削部材に、基準点からの勾配表示器の取り付け方向及び取り付け位置を表示するように一体的に製作することで、構成が最小とすることができる。

（６）請求項６に記載したように構成すると、硬い土質でもある程度、当該掘削部材で対応が可能であり、掘削部材の交換頻度を削減できる。

本発明の水平認識装置の設置装置の第１の実施の形態における全体構成示す側面図である。 本発明の水平認識装置の設置装置の第１の実施の形態における一部構成を示す側面図である。 本発明の水平認識装置の設置装置の第１の実施の形態における一部構成を示す側面図である。 本発明の第１、第２の勾配表示器に表示された取り付け方向、若しくは、設置方向の算出方法を説明するための側面図である。 本発明の第１、第２の勾配表示器に表示された取り付け方向の算出方法、若しくは、設置方向を説明するための連結器の正面図である。 本発明の第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置の組立工程を説明するための分解側面図である。 本発明の第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置の組立工程を説明するための組立完了後の側面図である。 本発明の水平認識装置の設置装置の第１の実施の形態の構造を説明するための側面図である。 図８のｃ−ｃ断面図である。 図９のａ−ａ断面図である。 図９のｂ−ｂ断面図である。 図８のｄ−ｄ断面図である。 本発明の第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置を刃先に補強爪を取り付けたバケットに適用した構成を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置を刃先に補強爪を取り付けたバケットに適用した構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置を刃先に補強爪を取り付けたバケットに適用した構成を示す正面図である。 本発明の水平認識装置の設置装置の第２の実施の形態を説明するための側面図である。 本発明の水平認識装置の設置装置の第２の実施の形態を説明するための正面図である。 本発明の水平認識装置の設置装置の第３の実施の形態を説明するための側面図である。 本発明の水平認識装置の設置装置の第３の実施の形態を説明するための正面図である。 本発明の水平認識装置の設置装置の第４の実施の形態を説明するための側面図である。 本発明の水平認識装置の設置装置の第４の実施の形態を説明するための正面図である。 本発明の水平認識装置の設置装置の第５の実施の形態を説明するための側面図である。 本発明の水平認識装置の設置装置の第５の実施の形態を説明するための正面図である。 本発明の第１、第２の勾配表示器またはバケット側面に表示された取り付け方向、若しくは、設置方向の算出方法の説明図である。 本発明の第１、第２の勾配表示器に表示された取り付け方向、若しくは、設置方向の算出方法を説明するため側面図である。 第１の従来技術の土工事の情報化施工システムを説明するための概略構成図である。 第２の従来技術の土工事の情報化施工システムを説明するための概略構成図である。 第３の従来技術の水平認識装置の構成を示す側面図である。 第３の従来技術の水平認識装置の構成を示す正面図である。 第３の従来技術の水平認識装置の基本動作を説明するための一部正面図である。 第３の従来技術の水平認識装置を設置する工程の前半を説明するための側面図である。 第３の従来技術の水平認識装置を設置する工程の後半を説明するための側面図である。

以下、本発明の水平認識装置の設置装置の、第１乃至第５の各実施の形態について説明する。
ところで、本発明の真の目的は、バケット（土工機械の掘削部材）の勾配が、設計法面勾配の時に、光反射装置を、バケットの刃先位置（標準点）の鉛直上方となるように位置決めすることと、及び、オペレータが運転席側から、バケットの勾配が設計法面勾配であることを視認できるようにすることである。
これは、上述したように、光反射装置は水平認識装置に固定され、一体的に動く関係上、水平認識装置を適正な位置、及び、適正な方向に設置することで達成できるものである。
従って、以下では、水平認識装置を適正な位置、及び、適正な方向に設置することを中心に説明するが、特に、「取り付け方向」との混同を避けるために、適正な方向については、「設置方向」と限定的に表記する。

第１の実施の形態：
本発明の水平認識装置の設置装置の第１の実施の形態について、図１乃至図１５を用いて説明するが、以下、第１の実施の形態の基本構成及び基本動作の予備的な説明をした後、順次、水平認識装置の設置装置による適正な位置、及び、適正な方向を算出する方法、組立工程、各構成の詳細な構造について説明する。

先ず、本発明の水平認識装置の設置装置の第１の実施の形態における基本構成について、図１乃至図３を用いて説明する。
図１は、本発明の水平認識装置の設置装置の第１の実施の形態における全体構成示す側面図である。
図２及び図３は、本発明の水平認識装置の設置装置の第１の実施の形態における一部構成を示す側面図である。

第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ａの基本構成は、図１乃至図３に示すように、バケット１１５側に取り付けられる第１の勾配表示器１ａと、水平認識装置１０２に取り付けられる第２の勾配表示器３と、第１の勾配表示器１ａと第２の勾配表示器３とを連結する連結器２である。
なお、第２の勾配表示器３を水平認識装置１０２に取り付けた後は、第２の勾配表示器３と水平認識装置１０２は一体的に動く構造である。
また、本実施の形態では、水平認識装置１０２としては、図２８及び図２９に示した水平認識装置１０２と同一構成のものを用い、同一の符号番号を付している。
なお、本実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ａを取り付ける土工機械の掘削部材として、図１には、刃先１１５ａに補強爪４が装着されている、バケット１１５を用いる例が示されている。

図２に示すように、第２の勾配表示器３には、各設計法面勾配１：Ｎに対応した、水平認識装置１０２の各設置方向が直線で表示されている。
また、図３に示すように、バケット１１５側に取り付けられる第１の勾配表示器１ａには、各設計法面勾配１：Ｎに対応した、連結器２の各取り付け方向が直線で表示されている。
なお、この各方向の算出方法については、後に詳細に説明する。
また、本実施の形態では、第２の勾配表示器３には、水平認識装置１０２の各設置方向が直線で表示され、第１の勾配表示器１ａには、連結器２の各取り付け方向が直線で表示されている構成のもので説明するが、この直線表示の代替として、分度器目盛（円の中心から３６０分割した目印線）を貼り付ける等し、後述する算出方法で計算した、各設計法面勾配１：Ｎと、これに対応した各取り付け、設置方向を角度で計算し、当該対応表を作成しておき、その対応表と照らし合わせて、連結器２の取り付け方向や、水平認識装置１０２の設置方向を、分度器目盛に合わせる構成のものでもよい。

以上の構成において、次に、第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ａの基本動作について、図１乃至図３を用い、図３０を参照して、簡単に説明する。
先ず、バケット１１５側面の所定位置に、第１の勾配表示器１ａを取り付け、第１の勾配表示器１ａに表示され、所望の設計法面勾配１：Ｎに対応した直線方向と連結器２の長尺方向の中心線が同方向になるように、連結器２を取り付ける。

次に、第２の勾配表示器３を水平認識装置１０２に取り付け、更に、連結器２の他方側に第２の勾配表示器３を取り付け、第１の勾配表示器１ａと第２の勾配表示器３とを連結する。
また、所望の設計法面勾配１：Ｎに対応して、第２の勾配表示器３に表示された水平認識装置１０２の設置方向と、連結器２の長尺方向の中心線とが同方向になるように水平認識装置１０２を設置する。
なお、設計法面勾配１：Ｎとしては、平土に対応して０．０（平土は、垂直方向の変位が無いため０．０のみ表記、以下同様）、切土として使用頻度が高い、１：１．０８、１：１．０、１：１．２、盛土として使用頻度が高い、１：１．５、１：１．８、１：２．０、１：２．５となる場合に対応した、取り付け方向、若しくは、設置方向がそれぞれ表示されている。

このようにすると、図１に示すように、バケット仕上げ面１１５ｂの勾配が、所望の設計法面勾配１：Ｎとなったときに、水平認識装置１０２上部に固定された光反射装置１０１がバケット刃先１１５ａの鉛直上方となり、また、中央認識線１０７が上下認識線１０６、１０８の中間に位置するように設定することができる（図３０（ａ）参照）。
即ち、本実施の形態では、第１、第２の勾配表示器１ａ、３、連結器２という簡単な構成で、しかも、第１、第２の勾配表示器１ａ、３と連結器２を、表示された取り付け方向に合わせるという簡易な手順で、水平認識装置１０２に固定された光反射装置１０１を、バケット刃先１１５ａ位置の鉛直線上に位置決めできるほか、水平認識装置１０２正面に表示された３本の認識線１０６〜１０８により、運転席側からオペレータがバケット仕上げ面１１５ｂの勾配が、設計法面勾配１：Ｎであることを認識することができるようになる。

つまり、本実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ａでは、異なる設計法面の勾配に対応して、バケットの仕上げ面１１５ｂの勾配を変更する際、第３の従来技術で説明した水平認識装置１０２の設置工程よりも大幅に省力化できる。
また、土質の変化に対応して、バケット１１５自体を取り替える際でも、水平認識装置１０２を簡単に付け替えることができるので、従来の設置工程よりも大幅に省力化できる。

以上の予備的な説明を踏まえて、次に、図１乃至図３に示した第１、第２の勾配表示器１ａ、３に表示された取り付け方向若しくは設置方向の算出方法について、図４及び図５を用いて、詳細に説明する。
図４は、第１、第２の勾配表示器に表示された取り付け方向、若しくは、設置方向の算出方法を説明するための側面図である。
図５は、第１、第２の勾配表示器に表示された取り付け方向、若しくは、設置方向の算出方法を説明するための連結器の正面図である。

先ず、第１の勾配表示器３に表示された連結器２の取り付け方向、第２の勾配表示器３に表示された水平認識装置１０２の設置方向を算出する前提として、図４に示すように、設計法面勾配が１：Ｎであり、それに合わせて、バケット仕上げ面１１５ｂの勾配も１：Ｎであるとする。
次に、図４及び図５に示すように、第１の勾配表示器１ａ及び連結器２をバケット１１５に取り付ける固定支点を「ホ」とし、「ホ」からバケット仕上げ面１１５ｂへの垂直線との交点を「ニ」とし、以下、この線分「ホニ」を基準線とする。

図４及び図５に示すように、バケット刃先１１５ａ位置を点「イ」とし、その鉛直上方の点「ト」を第２の勾配表示器３及び連結器２の取り付け位置とし、更に、その鉛直上方の点「チ」を光反射装置１０１の設置位置とする。
ところで、光反射装置１０１の設置位置「チ」は、第２の勾配表示器３の取付点「ト」の位置を定め、更に、点「ホ」と点「ト」が作る線分「ホト」と、点「ト」と点「リ」が作る水平方向の線分「トリ」と為す角「ホトリ」の角度∠ｉを算出して、これを第２の勾配表示器３を取り付けた水平認識装置１０２の設置方向とし、その方向を連結器２の取り付け方向に合わせることで、光反射装置１０１の設置位置「チ」を一義的に位置決めることができる。
また、光反射装置１０１の中心軸が鉛直方向となるため、図３０（ａ）に示すように、常時、水平を示している中央認識線１０７を、上下認識線１０６、１０８の中間の位置とすることができる。
即ち、上述したように、水平認識装置１０２を適正な位置、及び、適正な方向に設置することで、バケット１１５の勾配が、設計法面勾配１：Ｎの時に、バケットの刃先１１５ａ位置の鉛直上方となるように、光反射装置１０１を位置付けでき、かつ、オペレータが運転席側から、バケット１１５の勾配が設計法面勾配１：Ｎであることを視認できるようになるが、点「ト」の位置が、水平認識装置１０２を設置する適正な位置であり、∠ｉが適正な設置方向である。
そこで、以下、点「ト」の位置の算出方法、及び、∠ｉの算出方法について、順に説明する。

先ず、固定支点「ホ」からの第２の勾配表示器３の取り付け位置、点「ト」の算出方法について説明する。
ここで、点「ト」は、基準線「ホニ」からの連結器２の取り付け方向の角、即ち、点「ニ」、点「ホ」、点「ト」が作る角「ニホト」の角度∠ｈと、第１及び第２の勾配表示器１ａ、３の取付点「ホ」、「ト」間距離Ｌホトを定めることにより、第１の勾配表示器１ａの固定支点「ホ」からの相対位置を、一義的に定めることができる。
ところで、第１及び第２の勾配表示器１ａ、３の取付間距離Ｌホトについては、バケット１１５の大きさや形状、光反射装置１０１を取り付ける位置に対応して、適宜定められる性質のもので、これは、図５に示すように、連結器２の取付間距離Ｌホトであり、定数として扱える。
従って、基準線「ホニ」からの連結器２の取り付け角度∠ｈを算出できれば、第１の勾配表示器１ａの固定支点「ホ」から、第２の勾配表示器３の取付位置点「ト」の位置を一義的に定めることができる。

従って、次に、∠ｈの算出方法について説明する。
図４に示すように、∠ｈと、点「イ」、「ホ」と「ニ」が為す角「イホニ」の角度である∠ｅと、点「イ」、「ホ」と、点「ホ」からの水平方向の直線と、点「ト」と点「イ」が作る垂直線との交点「ヘ」が為す角「イホヘ」の角度である∠ｆと、点「ト」、「ホ」と「ヘ」が為す角「トホヘ」の角度である∠ｇの総和は、全周、即ち３６０゜である。
従って、∠ｈは次式で表される。
∠ｈ＝３６０゜−（∠ｅ＋∠ｆ＋∠ｇ） ・・・・ （式１）
従って、各∠ｅ、∠ｆ、∠ｇをそれぞれ算出すると、∠ｈが式１より算出でき、∠ｈから、基準線「ホニ」からの連結器２の取り付け方向を定めることができる。
そこで、以下、∠ｇ、∠ｅ、∠ｆをそれぞれ算出する方法について、順に説明する。

先ず、∠ｇの算出方法について説明する。
図４において、点「ロ」と点「イ」及び点「ハ」が為す角「ロイハ」の角度∠ａは、設計法面勾配１：Ｎを勾配角度に変換したものであり、従って、∠ａは、勾配比の逆関数で、次式２で与えられる。
∠ａ＝ａｒｃｔａｎ（１／Ｎ） ・・・・ （式２）
また、∠ｂは、点「イ」と点「ニ」の長さをＬイニ、点「ニ」と点「ホ」の長さをＬニホとした場合、点「イ」、点「ニ」、点「ホ」で直角三角形を作るので、次式で与えられる。
∠ｂ＝ａｒｃｔａｎ（Ｌニホ／Ｌイニ） ・・・・ （式３）
なお、Ｌニホ、Ｌイニは、固定支点である点「ホ」を定めることによって、一義的に求めることができる定数である。

また、図４に示すように、点「ロ」と点「イ」及び点「ヘ」が為す角「ロイヘ」の角度∠ｄは、水平線分「イロ」と垂直線分「イヘ」とが為す角度であるので、∠ｄは９０゜である。
点「ホ」と点「イ」及び点「ヘ」が為す角「ホイヘ」の角度∠ｃ、と∠ａ及び∠ｂの総和は、∠ｄの９０゜であり、従って、∠ｃは次式で与えられる。
∠ｃ＝９０゜−（∠ａ＋∠ｂ） ・・・・ （式４）

また、点「イ」と点「ホ」の長さをＬイホとした場合、Ｌイホは三平方の定理により、次式で与えられる。
Ｌイホ＝｛（Ｌニホ）＾２＋（Ｌイニ）＾２｝＾１／２ ・・・・ （式５）
なお、ここで、「＾２」は２乗を、「＾１／２」は１／２乗を意味するものとする（以下同様）。
また、点「ホ」と点「ヘ」の長さをＬホヘとした場合、Ｌホヘは、次式で与えられる。
Ｌホヘ＝Ｌイホ×ｓｉｎ∠ｃ ・・・・ （式６）

ところで、図４に示すように、点「ト」と点「ホ」及び点「ヘ」で直角三角形を形成し、直角以外の角「ホトヘ」と∠ｇの和は９０゜である。
角「ホトヘ」の角度は、ａｒｃｓｉｎ（Ｌホヘ／Ｌホト）で算出できるので、
従って、∠ｇは最終的には次式７で算出できる。
∠ｇ＝９０゜−ａｒｃｓｉｎ（Ｌホヘ／Ｌホト） ・・・・ （式７）

次に、∠ｅと∠ｆの算出方法について説明する。
先ず、∠ｅについては、図４に示すように、点「イ」と点「ホ」及び点「ニ」で、直角三角形を形成し、直角以外の∠ｅと∠ｂの和は９０゜であり、∠ｅは（式２）で求められた∠ｂから次式で算出できる。
∠ｅ＝９０゜−∠ｂ ・・・・ （式８）
次に、∠ｆについては、図４に示すように、点「イ」と点「ロ」が作る線分「イロ」と、点「ホ」及び点「ヘ」を通る直線は、共に水平面に平行であり、この２線分は平行線となっている。
従って、角「イホヘ」と角「ロイホ」は平行線の錯角の関係にあり、角「イホヘ」の角度∠ｆと、角「ロイホ」の角度（∠ａと∠ｂの和）は等しく、従って、∠ｆは次式で与えられる。
∠ｆ＝∠ａ＋∠ｂ ・・・・ （式９）
以上、説明したように、固定支点「ホ」を定めることにより、各角度∠ｇ、∠ｅ、∠ｆをそれぞれ算出できるので、式１に代入することにより、最終的に∠ｈの値が算出でき、線分「ホト」の長さＬホトは定数として扱えるので、固定支点「ホ」からの水平認識装置１０２の適正な設置位置である点「ト」の位置を一義的に算出できる。

次に、第２の勾配表示器３において、水平面に対する水平認識装置１０２の適正な設置方向である角度∠ｉを算出する方法について説明する。
図４に示すように、線分「ホヘ」と、点「ト」と点「リ」が作る線分「トリ」は、共に水平方向の線分であり平行関係にある。
従って、∠ｇと∠ｉは平行線の錯角の関係であり、等しい角度であり、次式が成立する。
∠ｇ＝∠ｉ ・・・・ （式１０）
∠ｇについては、式７において算出されているので、第２の勾配表示器３において、水平方向に対する水平認識装置１０２の適正な設置方向である角度∠ｉも式７で算出することができる。

以上の算出方法に基づき、上述したように、設計法面勾配１：Ｎとしては、平土に対応して０．０、切土として使用頻度が高い、１：１．０８、１：１．０、１：１．２、盛土として使用頻度が高い、１：１．５、１：１．８、１：２．０、１：２．５となる場合に対応して、図２に示すように、第２の勾配表示器３には、水平認識装置１０２の設置方向が、図３に示すように、第１の勾配表示器１ａには、連結器２の取り付け方向がそれぞれ直線で表示されている（詳しくは、後の図１０参照）。

次に、第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置１０の組立工程につき、図６及び図７を用いて説明する。
図６は、第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置の組立工程を説明するための分解側面図である。
図７は、第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置の組立工程を説明するための組立完了後の側面図である。

本実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ａの組立工程は、先ず、図６に示すように、水平認識装置１０２に第２の勾配表示器３を、角度方向の位置合わせ（例えば、図４に示すように鉛直方向を合わせる）を行って後、取り付け固定する。
次に、バケット１１５の側面の取り付け位置である固定支点「ホ」に、第１の勾配表示器１ａの中心を合わせて、また、基準線「ホニ」に角度方向の位置合わせをして（図４参照）、第１の勾配表示器１ａを取り付ける。

次に、固定支点「ホ」、及び、第１の勾配表示器１ａの取り付け点「ホ」に、連結器２の取り付け点「ホ」を合わせて、第１の勾配表示器１ａに表示され、目的の設計法面勾配１：Ｎ（図示のものは１：１．２）に対応した方向に、連結器２の中心線を合わせて取り付ける。
更に、連結器２の点「ト」の位置に、第２の勾配表示器３の取り付け位置の点「ト」の位置を合わせ、第２の勾配表示器３に表示され、目的の設計法面勾配１：Ｎに対応した水平認識装置１０２の設置方向を、連結器２の中心線の方向「ホト」に合わせて、水平認識装置１０２を設置する。

以上の工程で、第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ａを用いて、水平認識装置１０２を設置した後、バケット１１５を設計法面の勾配に徐々に傾斜させて行き、水平認識装置１０２の中央認識線１０７が、図３０（ａ）に示すように上下認識線１０６、１０８の中間に位置するようにすると、各構成は図４に示した通りの位置関係となり、バケット１１５を伏せた状態で水平認識装置１０２を設置したとしても、図７に示すように、バケット１１５の勾配が目的の設計法面勾配（図示のものは１：１．２）になると共に、光反射装置１０１の中心が、バケット刃先１１５ａ位置の鉛直上方とすることができる。
即ち、水平認識装置１０２設置時のバケットの勾配に関わらず、予め第１、第２の勾配表示器１ａ、３に表示された方向に合わせるだけで、所望の勾配としたときに、各構成を目的の位置関係に設置できる。

上記第３の従来技術では、図３１に示すように、バケット１１５を目的の設計法面勾配とするために、勾配定規１２０で、バケット仕上げ面１１５ｂの勾配を測定する必要があった。
しかし、本実施の形態では、第１、第２の勾配表示器１ａ、３に予め表示された方向に、連結器２や水平認識装置１０２を設置し、オペレータが運転席から、水平認識装置１０２の３本の認識線１０６〜１０８で視認しながら操作するだけで、バケット１１５の勾配を目的の設計法面勾配とすることができ、また、水平認識装置１０２に固定した光反射装置１０１の中心が、バケット刃先１１５ａの鉛直上方とすることができるので、勾配定規１２０でバケット１１５の勾配を測定する必要が無くなる。
従って、設計法面勾配が変更になった際は、第３の従来技術では、二人以上の人員で、多数の作業工程を行う必要があったが、本実施の形態では、連結器２及び第２の勾配表示器３の方向を変えるだけで対応できるので、大幅な省力化が可能である。

次に、第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ａの各構成の構造について、図８乃至図１２を用いて説明する。
図８は、本発明の水平認識装置の設置装置の第１の実施の形態の構造を説明するための側面図である。
図９は、図８のｃ−ｃ断面図である。
図１０は、図９のａ−ａ断面図である。
図１１は、図９のｂ−ｂ断面図である。
図１２は、図８のｄ−ｄ断面図である。

図８及び図９には、第２の勾配表示器３が取り付けられた水平認識装置１０２、第１の勾配表示器１ａ、第１、第２の勾配表示器１ａ、３を連結する連結器２からなる、第１の実施の形態の水平認識装置１０２の設置装置１０ａが、刃先に補強爪４を装着したバケット１１５に、取り付けられた構成のものが示されている。

また、図１０に示すように、第１及び第２の勾配表示器１ａ、３には、それぞれスリットｓ１、ｓ２が設けられ、このスリットｓ１、ｓ２に、ボルト及びナットの組合せ５を取り付けることで、第１及び第２の勾配表示器１ａ、３は連結器２により連結される。
このボルト及びナットの組合せ５を緩めることにより、連結器２の取り付け方向、及び、第２の勾配表示器３に表示された水平認識装置１０２の設置方向を、設計法面勾配の変更に合わせて自在に調整することができる。

第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ａは、図９、図１１、図１２に示すように、各固定部材８ａ〜８ｃを介し、ボルト６により、バケット１１５側面に取り付けられる。
また、図９及び図１２には、連結器２を第１の勾配表示器１ａに取り付ける際の目安となる補助突起７が示されている。
この補助突起７は、更に、ボルト及びナット５を緩めたときに、この補助突起７を中心に連結器２の取り付け方向を自在に変えられるので、連結器２の方向を、設計法面勾配に対応する方向に、一人の人員で変更することができる。

図１０の要部拡大図に示すように、第１の勾配表示器１ａには、各設計法面勾配に対応した、連結器２の取り付け方向が直線と数値で表示され、第２の勾配表示器３には、各設計法面勾配に対応した、水平認識装置１０２の設置方向が、直線１１と数値により表示されているのが示されている。
また、図１１、図１２に示すように、固定部材８ａは、第１の勾配表示器１ａと固定部材８ｂを固定し、固定部材８ｂは、固定部材８ａと固定部材８ｃを固定し、固定部材８ｃは、固定部材８ｂをバケット１１５側面に固定している。
更に、補強部材９は、固定部材８ｃを補強している。

ところで、図１及び図８では、本実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ａを刃先に補強爪４を装着したバケット１１５に適用した例で説明し、図３、図６、図７では、刃先に補強爪４を装着しないバケット１１５に適用した例で説明したが、土工事においては、整形法面の土質の変化に対応して、適宜、バケット１１５の種類を取り替える必要がある。

そこで以下、刃先に補強爪を装着したバケットに、本実施の形態の水平認識装置の設置装置を適用した構成について言及する。
図１３は、本発明の第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置を刃先に補強爪を装着したバケットに適用した構成を示す側面図である。
図１４は、本発明の第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置を刃先に補強爪を装着したバケットに適用した構成を示す平面図である。
図１５は、本発明の第１の実施の形態の水平認識装置の設置装置を刃先に補強爪を装着したバケットに適用した構成を示す正面図である。

本実施の形態でも、上述した刃先に補強爪４を装着しないバケット１１５と同様である。
図１３乃至図１５に示すように、バケット１１５側面に、第１の勾配表示器１ａ、連結器２、第２の勾配表示器３、水平認識装置１０２からなる本発明の水平認識装置の設置装置１０ａを取り付け、図７と同様に、バケット１１５の勾配を設計法面勾配１：Ｎに合わせたとき、光反射装置１０１は、バケット刃先１１５ａの鉛直上方にあり、しかも水平認識装置１０２の側面に表示された３本の認識線１０６〜１０８は、図３０（ａ）に示すように、中央認識線１０７が、上下認識線１０６，１０８の丁度中間となるように表示されている。

即ち、刃先に補強爪４を装着したバケット１１５に、本発明の水平認識装置の設置装置１０ａを適用しても、特に、基本構成、基本動作については変更はないが、刃先に補強爪４を装着することで、硬い土質でも、ある程度、当該バケット１１５で対応が可能であり、バケット１１５の交換頻度を削減できるという効果がある。
一方、補強爪４でも対応ができない更に硬い土質（硬岩）で、バケット１１５の交換が必要な場合があるが、この場合でも、上述した簡単な手順で、本実施の形態の設置装置１０ａを容易に付け替えることができるので、取り付け作業の負担の大幅な削減が可能である。

以下、本発明の第２乃至第５の実施の形態に付き、順次、説明するが、説明中、勾配表示器に表示される方向、或いは、水平認識装置の取り付け位置の算出方法については、各実施の形態の説明の後に、一括して説明するものとする。
第２の実施の形態：
次に、本発明の水平認識装置の設置装置の第２の実施の形態について、図１６及び図１７を用いて説明する。
図１６は、本発明の水平認識装置の設置装置の第２の実施の形態を説明するための側面図である。
図１７は、本発明の水平認識装置の設置装置の第２の実施の形態を説明するための正面図である。

先ず、本発明の水平認識装置の設置装置１０ｂの第２の実施の形態の基本構成について、図１６及び図１７を用いて説明する。
第２の実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ｂは、バケット側壁１１５ｄに取り付けられる第１の勾配表示器１ｂと、水平認識装置１０２に取り付けられる第２の勾配表示器３、及び、第１の勾配表示器１ｂと第２の勾配表示器３とを連結する連結器２、この連結器２の取り付け方向を可変に取り付けられる、バケット側面に設けられた固定支点１２３である。

また、第１の勾配表示器１ｂは、設計法面勾配１：Ｎ（図示のものは１：１．２）に対応して、固定支点１２３からの連結器２の取り付け方向が表示され、第２の勾配表示器３には、水平認識装置１０２の連結器２に対する設置方向が表示されている。
更に、図１６に示すように、第１の勾配表示器１ｂは、略円弧状で、固定支点１２３からの連結器２の取り付け方向が、その中心を通るように、ボルト孔が削孔されている。
このように、ボルト孔が削孔されていることで、ボルトで固定した際には、連結器２の取り付け方向を正確に定めることができ、また、連結器２に水平認識装置１０２を適正な位置に設置できる。
なお、第１の実施の形態との基本構成上の相違点は、第１の実施の形態では、固定支点「ホ」（図６参照）は、方向を算出する上での基準点としての位置付けであり、必ずしも、構成上の必須要件ではなかったが、第２の実施の形態では、固定支点１２３は、連結器２の方向を可変に取り付ける機能を有する関係上、構成上の必須要件となっていることである。

図１６及び図１７に示すように、第１の勾配表示器１ｂは、バケット側壁１１５ｄに固定されているが、本実施の形態では、バケット１１５側面と連結器２の間隔を開けて、第１の勾配表示器１ｂは、バケット側壁１１５ｄに、溶接またはボルト止めで固定される。
溶接で固定した場合は、バケット１１５内側にボルトを出さなくてよいという利点があり、ボルトで止めた場合は、第１の勾配表示器１ｂの取り外しが可能で、ボルト削孔数も最小限とすることができるという利点がある。

以上のように構成すると、第１の実施の形態で説明した組立工程と同様の工程で、水平認識装置１０２の設置位置及び設置方向を適正とすることができるため、バケットの仕上げ面勾配を設計法面勾配１：Ｎ（図示のものは１：１．２）としたときに、光反射装置１０１の中心が、バケット刃先１１５ａの鉛直上方とすることができ、更に、水平認識装置１０２の中央認識線１０７は、上下認識線１０６、１０８の中間に位置させることができるので（図３０（ａ）参照）、オペレータは運転席側から容易に設計法面勾配１：Ｎを認識できる。
従って、本実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ｂによれば、簡単な工程で水平認識装置１０２に固定された光反射装置１０１の設置位置を位置決めできるので、従来技術に比較して、大幅に省力化できる。

第３の実施の形態：
次に、本発明の水平認識装置の設置装置の第３の実施の形態について、図１８及び図１９を用いて説明する。
図１８は、本発明の水平認識装置の設置装置の第３の実施の形態を説明するための側面図である。
図１９は、本発明の水平認識装置の設置装置の第３の実施の形態を説明するための正面図である。

先ず、本発明の水平認識装置の設置装置１０ｃの第３の実施の形態の基本構成について、図１８及び図１９を用いて説明する。
第３の実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ｃは、水平認識装置１０２に取り付けられる勾配表示器３と、バケット１５ａ側面に設けられた固定支点１２３と、及び、固定支点１２３と勾配表示器３とを連結する連結器２である。

また、バケット１５ａ側面には、設計法面勾配１：Ｎ（図示のものは１：１．２）に対応して、固定支点１２３からの連結器２の取り付け方向１ｃが表示され、固定支点１２３からの連結器２の取り付け方向が、中心を通るように、ボルト孔が削孔されている。
更に、勾配表示器３には、水平認識装置１０２の連結器２に対する設置方向が表示されている。
このように、ボルト孔が削孔されていることで、ボルトで固定した際には、連結器２の取り付け方向を正確に定めることができ、また、連結器２に水平認識装置１０２を適正な位置に設置できる。
なお、本実施の形態と、第２の実施の形態との基本構成上の相違点は、第２の実施の形態では、固定支点１２３からの連結器２の取り付け方向が表示された第１の勾配表示器が構成要件であったが、本実施の形態では、当該第１の勾配表示器を廃し、バケット１５ａ側面に、直接、固定支点１２３からの連結器２の取り付け方向１ｃが表示されていることである。
また、固定支点１２３からの連結器２の取り付け方向が、その中心を通過するように、ボルト孔が削孔されていることで、連結器２の取り付け方向を正確に定めることができるほか、図１９に示すように、連結器２をバケット１５ａに直接固定するので、固定部材が不要となり、構成を大幅に削減できるという利点がある。

以上のように構成すると、第１の実施の形態で説明した組立工程と同様の工程で、バケットの仕上げ面勾配を設計法面勾配としたときに、水平認識装置１０２に固定した光反射装置１０１の中心が、バケット刃先１５ａ２の鉛直上方とすることができ、更に、水平認識装置１０２の中央認識線１０７は、上下認識線１０６、１０８の中間に位置させることができるので（図３０（ａ）参照）、オペレータは運転席側から容易に設計法面勾配を認識できる。
従って、本実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ｃによれば、簡単な工程で、水平認識装置１０２に固定した光反射装置１０１の設置位置を位置決めできるので、従来技術に比較して、大幅に省力化できる。

第４の実施の形態：
次に、本発明の水平認識装置の設置装置の第４の実施の形態について、図２０及び図２１を用いて説明する。
図２０は、本発明の水平認識装置の設置装置の第４の実施の形態を説明するための側面図である。
図２１は、本発明の水平認識装置の設置装置の第４の実施の形態を説明するための正面図である。

先ず、本発明の水平認識装置の設置装置の第４の実施の形態の基本構成について、図２０及び図２１を用いて説明する。
第４の実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ｄの基本構成は、水平認識装置１０２に取り付けられる第２の勾配表示器３と、水平認識装置１０２の取り付け方向及び設置位置を表示する第１の勾配表示器１ｄである。

また、第１の勾配表示器１ｄには、各設計法面勾配１：Ｎに対応して、基準点１２４からの水平認識装置１０２の取り付け方向が直線で表示されると共に、水平認識装置１０２の設置位置の表示として、設置位置がその中心となるようにボルト孔が削孔されている。
これにより、ボルト孔に水平認識装置１０２を取り付け、ボルトで固定することで、水平認識装置１０２を適正な位置に設置できる。

また、第２の勾配表示器３には、第１の勾配表示器１ｄに表示された、水平認識装置１０２の取り付け方向に対する、水平認識装置１０２の設置方向が表示されている。
そこで、この水平認識装置１０２の設置方向を第１の勾配表示器１ｄに表示された方向に合わせることで、水平認識装置１０２を適正な方向に設置できる。
なお、第２の実施の形態との基本構成上の相違点は、第２の実施の形態で用いた連結器２の機能を第１の勾配表示器１ｄに付与することで、部品点数を減らすことができるということである。

以上のように構成すると、第１の実施の形態同様に、バケットの仕上げ面勾配を設計法面勾配としたときに、光反射装置１０１の中心が、バケット刃先１１５ａの鉛直上方とすることができ、更に、水平認識装置１０２の中央認識線１０７は、上下認識線１０６、１０８の中間に位置させることができるので（図３０（ａ）参照）、オペレータは運転席側から容易に設計法面勾配を認識できる。
即ち、本実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ｄによれば、簡単な工程で光反射装置を設置できるので、従来技術に比較して、大幅に省力化できる。

第５の実施の形態：
次に、本発明の水平認識装置の設置装置の第５の実施の形態について、図２２及び図２３を用いて説明する。
図２２は、本発明の水平認識装置の設置装置の第５の実施の形態を説明するための側面図である。
図２３は、本発明の水平認識装置の設置装置の第５の実施の形態を説明するための正面図である。

先ず、本発明の水平認識装置の設置装置１０ｅの第５の実施の形態の基本構成について、図２２及び図２３を用いて説明する。
第５の実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ｅは、水平認識装置１０２に取り付けられる勾配表示器３と、水平認識装置１０２の取り付け方向及び設置位置が表示されたバケット１５ｂである。

また、バケット１５ｂの側壁１ｅには、設計法面勾配１：Ｎに対応して、基準点１２４からの、水平認識装置１０２の取り付け方向が表示されると共に、設置位置の表示として、設置位置がその中心となるようにボルト孔が削孔されている。
これにより、ボルト孔に水平認識装置１０２を取り付け、ボルトで固定することで、水平認識装置１０２を適正な位置に設置できる。
また、第２の勾配表示器３には、バケット側壁１ｅに表示された取り付け方向に対する、水平認識装置１０２の設置方向が表示されている。
そこで、バケット側壁１ｅに表示された方向に合わせることで、水平認識装置１０２を適正な方向に設置できる。

なお、本実施の形態の、第４の実施の形態との基本構成上の相違点は、第４の実施の形態の第１の勾配表示器１ｄの機能をバケット１５ｂの側壁１ｅに与えたことである。
即ち、バケット１５ｂの製作段階で、バケット側壁１ｅを一体的に製作し、基準点１２４からの勾配表示器３の取り付け方向及び取り付け位置に削孔するようにすれば、構成を最小とすることができる。

以上のように構成すると、第１の実施の形態同様に、バケット１５ｂの仕上げ面勾配を設計法面勾配としたときに、光反射装置１０１の中心が、バケット刃先１５ｂ２の鉛直上方とすることができ、更に、水平認識装置１０２の中央認識線１０７は、上下認識線１０６、１０８の中間に位置させることができるので（図３０（ａ）参照）、オペレータは運転席側から容易に設計法面勾配を認識できる。
即ち、本実施の形態の水平認識装置の設置装置１０ｄによれば、設置位置をボルト孔に従って変更し、設置方向を合わせるという簡単な工程で光反射装置を設置できるので、従来技術に比較して、大幅に省力化できる。
なお、第２、第３の実施の形態の固定支点は、連結器の方向を可変に取り付ける機能を有する関係上、構成上の必須要件となるが、第４、第５の実施の形態の基準点は、方向を算出する上での便宜上の基準としての位置付けであり、必ずしも、構成上の必須要件ではない。

次に、上記第２乃至第５の実施の形態において、図１６、図１８、図２０、及び、図２２に示した、水平認識装置１０２に取り付ける勾配表示器の取り付け方向、若しくは、連結器の取り付け方向の算出方法、及び、水平認識装置１０２に取り付ける勾配表示器に表示される水平認識装置の設置方向の算出方法について、図２４及び図２５を用いて説明する。
図２４は、第１、第２の勾配表示器、または、バケットに表示された取り付け方向、及び、設置位置の算出方法の説明図である。
図２５は、第１、第２の勾配表示器、または、バケットに表示された取り付け方向、及び、設置位置の算出方法を説明するため側面図である。
なお、上記第２乃至第５の実施の形態において、構成上の相違点はあるが、固定支点１２３若しくは基準点１２４からの取り付け方向や取り付け位置の算出方法については、上記第２乃至第５の実施の形態では共通しているので、これらを一括して説明する。

先ず、算出方法の計算式は、第１の実施の形態で説明したものと共通するが、固定支点１２３若しくは基準点１２４が、第１の実施の形態から大きく変更されている関係上、図２４を用いて、改めて説明する。
先ず、第２、第４の実施の形態の第１の勾配表示器１ｂ、１ｄ、または、第３、第５の実施の形態のバケット１５ａ、１５ｂに表示された、連結材２を取り付ける方向、または、第２、第４の実施の第２の勾配表示器３、第３、第５の実施の勾配表示器３に表示された水平認識装置１０２の設置位置及び設置方向を算出する前提として、図２４に示すように、設計法面勾配が１：Ｎであり、これに対応して、バケット仕上げ面の勾配も１：Ｎであるとする。
また、算出の基準となる点は、第２、第３の実施の形態では固定支点１２３、第４、第５の実施の形態では、基準点１２４で名称は異なるが、以下は、一括して説明する都合上、点「ホ」という共通する符号を用いる。

点「ホ」からの水平認識装置１０２の設置位置、点「ト」は、線分「ホト」の長さと∠ｈで一義的に定められるが、第１の実施の形態同様、線分「ホト」の長さは、定数として扱える（図２４では、点「ト」の位置は、点「ホ」から同心円的に分布している）。
従って、線分「ホト」の長さを一定とした場合、点「ト」の位置は、∠ｈを算出することで、一意に定めることができる。
そこで、水平認識装置を設置する方向となる、∠ｈの算出方法について説明する。
図２４に示すように、∠ｈと、∠ｅと、∠ｆと、∠ｇの総和は、全周、即ち３６０゜であり、第１の実施の形態同様次式で表される。
∠ｈ＝３６０゜−（∠ｅ＋∠ｆ＋∠ｇ） ・・・・ （式１）
∠ａは、設計法面勾配１：Ｎそのものであり、従って、∠ａは次式２で与えられる。
∠ａ＝ａｒｃｔａｎ（１／Ｎ） ・・・・ （式２）
また、∠ｂは、線分「イニ」の長さをＬイニ、線分「ニホ」の長さをＬニホとした場合、次式で与えられる。
∠ｂ＝ａｒｃｔａｎ（Ｌニホ／Ｌイニ） ・・・・ （式３）
角「ホイヘ」の角度∠ｃ、∠ａと∠ｂの総和は、図２４から明らかな通り、∠ｄの９０゜であり、従って、∠ｃは次式で与えられる。
∠ｃ＝９０゜−（∠ａ＋∠ｂ） ・・・・ （式４）

また、長さＬイホは三平方の定理により、次式で与えられる。
Ｌイホ＝｛（Ｌニホ）２＋（Ｌイニ）２｝１／２ ・・・・ （式５）
また、長さＬホヘは、次式で与えられる。
Ｌホヘ＝Ｌイホ×ｓｉｎ∠ｃ ・・・・ （式６）

ところで、図２４に示すように、点「ト」、点「ホ」、点「ヘ」で直角三角形を形成し、直角以外の∠ｇと角「ホトヘ」の和は角度９０゜であるので、∠ｇは、角度９０゜から、角「ホトヘ」の角度を差し引くことで算出できる。
一方、角「ホトヘ」の角度は、ａｒｃｓｉｎ（Ｌホヘ／Ｌホト）で算出できるので、
従って、∠ｇは最終的には次式７で算出できる。
∠ｇ＝９０゜−ａｒｃｓｉｎ（Ｌホヘ／Ｌホト） ・・・・ （式７）

次に、∠ｅと∠ｆの算出方法について説明する。
先ず、∠ｅについては、図２４に示すように、点「イ」と点「ホ」及び点「ニ」で、直角三角形を形成し、直角以外の∠ｅと∠ｂの和は９０゜であり、∠ｅは（式２）で求められた∠ｂから次式で算出できる。
∠ｅ＝９０゜−∠ｂ ・・・・ （式８）

∠ｆについては、図４に示すように、線分「イロ」と、線分「ホヘ」は、共に水平面に平行であり、平行線となっている。
従って、角「イホヘ」と角「ロイホ」は平行線の錯角の関係にあり、角「イホヘ」の角度∠ｆと、角「ロイホ」の角度（∠ａと∠ｂの和）は等しく、従って、∠ｆは次式で与えられる。
∠ｆ＝∠ａ＋∠ｂ ・・・・ （式９）
以上示したように、固定支点「ホ」、または、基準点「ホ」を定めることにより、各角度∠ｇ、∠ｅ、∠ｆをそれぞれ算出できるので、式１に代入することにより、最終的に∠ｈの値が算出できる。

次に、水平認識装置に取り付ける勾配表示器において、水平面に対する水平認識装置１０２の設置方向となる角度∠ｉを算出する方法について説明する。
図２４に示すように、線分「ホヘ」と、線分「トリ」は平行であり、∠ｇと∠ｉは平行線の錯角の関係にあり、等しい角度である。
従って、第１の実施の形態で説明したものと同様次式が成立する。
∠ｇ＝∠ｉ ・・・・ （式１０）
∠ｇについては、式７において算出されているので、第２の勾配表示器３において、水平方向に対する取り付け角∠ｉも式７で算出することができる。

以上の算出方法に基づき、設計法面勾配１：Ｎとしては、平土に対応して０．０、切土として使用頻度が高い、１：１．０８、１：１．０、１：１．２、盛土として使用頻度が高い、１：１．５、１：１．８、１：２．０、１：２．５となる場合に対応して、第２、第４の実施の形態では、第２の勾配表示器３に、第３、第５の実施の形態では、勾配表示器３に、水平認識装置の設置方向が直線で表示されている。
また、同じく、第２、第３の実施の形態では、固定支点「ホ」から連結器２の取り付け方向が表示され、第４、第５の実施の形態では、基準点「ホ」からの水平認識装置１０２の取り付け方向が直線で表示され、その取り付け位置が中心となるようにボルト孔が削孔されている。
この各表示に基づき、上述した工程で各構成を組み立てれば、本発明の目的を達することができる。

本発明の水平認識装置の設置装置は、上記実施の形態のものには限定されず、種々の変更が可能である。
上記各実施の形態では、バケット刃先を標準点として、水平認識装置をバケット刃先の鉛直上方に設置する例で説明したが、この標準点は、バケット刃先に限定されない。
例えば、土工事の内容によっては、図１６、図１８、図２０、図２２に示すように、バケット踵１１５ｃ、１５ａ３、１５ｂ３を標準点とした方が都合がよい場合がある。
これに対応して、図２４の点「イ」をバケット踵１１５ｃ、１５ａ３、１５ｂ３を標準点として算出した各パラメータを元にして、図１６、図１８、図２０、図２２には、バケット踵１１５ｃ、１５ａ３、１５ｂ３を標準点とた場合のボルト孔が外周側に削孔されているのが示されている。

また、上記各実施の形態では、本発明の水平認識装置の設置装置を取り付ける土工機械の掘削部材として、バケットを用いた例で説明したが、掘削部材としては、バケットに限定されず、本発明の水平認識装置の設置装置が取り付け可能な掘削部材なら、本発明が適用できるのは勿論のことである。
バケットの種類も、刃先に補強爪が装着されたもの、装着されないもので説明したが、補強爪の有無に限定されるものではない。
また、上記各実施の形態では、水平認識装置に取り付ける勾配表示器にスリットを形成して、ボルト止めする構成のもので説明したが、このスリットの代わりに、設置方向に対応する位置が中心となるようにボルト孔を削孔して、ボルトで固定するようにしたものも、本発明の範囲に含まれる。

また、上記各実施の形態では、設計法面勾配１：Ｎとしては、平土に対応して０．０、切土として使用頻度が高い、１：１．０８、１：１．０、１：１．２、盛土として使用頻度が高い、１：１．５、１：１．８、１：２．０、１：２．５となる場合に対応した場合で説明したが、設計法面勾配はこの数値に限定されず、様々な勾配に対応可能なのは勿論のことである。
更に、上記各実施の形態では、水平認識装置に取り付けられる勾配表示器には、水平認識装置の各設置方向が直線、または、削孔の中心で表示され、土工機械の掘削部材に取り付けられる勾配表示器、または、掘削部材に直接表示される、連結器、または、水平認識装置の各取り付け方向が直線、または、削孔の中心で表示されている構成のもので説明したが、この表示の代替として、分度器目盛を貼り付ける等し、各設計法面勾配１：Ｎと、これに対応した各取り付け、設置方向を角度で計算し、当該対応表を作成しておき、その対応表と照らし合わせて、連結器の取り付け方向や、水平認識装置の設置方向を、分度器目盛に合わせる構成としたものも、本発明の範囲に含まれる。

１ａ、１ｂ、１ｄ：第１の勾配表示器
１ｃ：固定支点からの連結器の取り付け方向
１ｅ：基準点からの水平認識装置の取り付け方向
２：連結器
３：勾配表示器、第２の勾配表示器
４：補強爪
１０ａ〜１０ｅ：水平認識装置の設置装置
１０１：光反射装置
１０２：水平認識装置
１５ａ、１５ｂ、１１５：バケット（土工機械の掘削部材）
１２３：固定支点
１２４：基準点

Claims (6)

1. 土工機械の掘削部材に取り付けられる第１の勾配表示器と、
   前記土工機械の掘削部材の勾配が施工中に変動し、それに連動して傾斜しても常に水平を保つことができる水平表示器と、トータルステーションからの光を反射する光反射装置とを有する水平認識装置に取り付けられる第２の勾配表示器と、
   前記第１の勾配表示器と前記第２の勾配表示器とを連結する連結器とを備えると共に、
   前記第１の勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、連結器の取り付け方向、または、分度器目盛が表示され、
   かつ、前記第２の勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、前記水平認識装置の前記連結器に対する設置方向、または、分度器目盛が表示されていることを特徴とする水平認識装置の設置装置。
2. 土工機械の掘削部材に取り付けられる第１の勾配表示器と、
   前記土工機械の掘削部材の勾配が施工中に変動し、それに連動して傾斜しても常に水平を保つことができる水平表示器と、トータルステーションからの光を反射する光反射装置とを有する水平認識装置に取り付けられる第２の勾配表示器と、
   前記第１の勾配表示器と前記第２の勾配表示器とを連結する連結器と、
   前記土工機械の掘削部材に設けられる固定支点とを備えると共に、
   前記第１の勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、前記固定支点からの連結器の取り付け方向が表示され、
   かつ、前記第２の勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、前記水平認識装置の前記連結器に対する設置方向が表示されていることを特徴とする水平認識装置の設置装置。
3. 土工機械の掘削部材の勾配が施工中に変動し、それに連動して傾斜しても常に水平を保つことができる水平表示器と、トータルステーションからの光を反射する光反射装置とを有する水平認識装置に取り付けられる勾配表示器と、
   土工機械の掘削部材に設けられる固定支点と、
   前記固定支点と前記勾配表示器を連結する連結器とを備えると共に、
   前記土工機械の掘削部材には、設計法面勾配に対応した、前記固定支点からの連結器の取り付け方向が表示され、
   かつ、前記勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、前記水平認識装置の前記連結器に対する設置方向が表示されていることを特徴とする水平認識装置の設置装置。
4. 土工機械の掘削部材に取り付けられる第１の勾配表示器と、
   前記土工機械の掘削部材の勾配が施工中に変動し、それに連動して傾斜しても常に水平を保つことができる水平表示器と、トータルステーションからの光を反射する光反射装置とを有する水平認識装置に取り付けられる第２の勾配表示器とを備えると共に、
   前記第１の勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、前記水平認識装置の取り付け方向及び設置位置が表示され、
   かつ、前記第２の勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、前記水平認識装置の取り付け方向に対する、前記水平認識装置の設置方向が表示されていることを特徴とする水平認識装置の設置装置。
5. 土工機械の掘削部材の勾配が施工中に変動し、それに連動して傾斜しても常に水平を保つことができる水平表示器と、トータルステーションからの光を反射する光反射装置とを有する水平認識装置に取り付けられる勾配表示器と、
   設計法面勾配に対応した、前記水平認識装置の取り付け方向及び設置位置が表示された土工機械の掘削部材とを備えると共に、
   前記勾配表示器には、設計法面勾配に対応した、前記水平認識装置の取り付け方向に対する、前記水平認識装置の設置方向が表示されていることを特徴とする水平認識装置の設置装置。
6. 前記土工機械の掘削部材は、補強爪が装着された土工機械の掘削部材であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の水平認識装置の設置装置。

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