【事件の表示】
　特許第２８４００２７号「ウォータージェットピーニング法」の請求項１ないし５に係る特許に対する特許異議の申立について、次のとおり決定する。　
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第２８４００２７号の請求項１ないし４に係る特許を維持する。
【理　由】
１．本件特許第２８４００２７号は、平成６年６年９日の出願であって、平成１０年１０月１６日にその特許権の設定登録がなされ、その後、三菱重工業株式会社より特許異議の申立てがなされ、取消理由が通知され、その指定期間内である平成１１年１１月８日に訂正請求がなされたものである。
２．本件特許に対し、異議申立人三菱重工業株式会社は、甲第１号証として「日本機械学会論文集」、社団法人日本機械学会、１９９３年１月２５日、第５９巻、第５５７号、ｐ．１６−２２を、及び、甲第２号証として「ＩＮＤＵＳＴＲＩＥ　ＡＮＺＥＩＧＥＲ」、９８．Ｊｇ．Ｎｒ．６１、１９７６年７月２８日、ｐ．１０９６−１１００を提示し、本件請求項１乃至５に係る発明は、甲第１及び２号証に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものである旨主張する。
３．上記取消理由は、甲第１及び２号証を引用し、本件請求項１乃至５に係る発明は、甲第１及び２号証に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、本件請求項１乃至５に係る特許は、特許法第２９条第２項の規定に違反してされたものであるから、その特許を取り消すべきというものである。
４．上記訂正請求によって訂正された明細書の請求項１乃至４に係る発明は、その特許請求の範囲に記載された次のとおりのものである。
「【請求項１】水中物体にキャビテーションを伴う水中水噴流を衝突させるウォータージェットピーニング法において、
　前記水中水噴流を噴出するキャビテーションジェットノズルから水中物体の施工対象面までの距離を、当該ノズルの下流側に形成される衝撃圧分布における第１ピークの次の極小点よりも下流の領域である第２ピークの領域のスタンドオフ距離（ノズルと加工物間の直線距離）に相当する距離とし、そのスタンドオフ距離に相当する距離を施工対象面の水深に応じて変化させ、前記水中物体の施工対象面が水深方向に異なるとき、前記キャビテーションジェットノズルの位置をその水深まで移動するとともに、水深の深い所にある施工対象面ほどキャビテーションジェットノズルをその施工対象面に近づけて、キャビテーションジェットノズルの位置決めを行なってウォータージェットピーニングを施工することを特徴とするウォータ一ジェットピーニング法。
【請求項２】請求項１記載において、前記噴流衝撃圧の最大値の少なくとも０．７５倍以上のレベルで衝撃圧が発生する領域を、第２ピーク領域として設定することを特徴とするウオータ−ジェットピーニング法。
【請求項３】請求項１記載において、前記スタンドオフ距離Ｘを、
◎【数１】
0.5X(2P)ｅ−０．３７Ｐａｍｂ＜X＜1.5X(2P)ｅ−０．３７Ｐａｍｂ　………（１）
　　　式中　Ｐａｍｂ：周囲水圧（ゲージ圧，単位　ｋｇｆ／ｃｍ２）
　　　　　　Ｘ（２Ｐ）：大気圧下における第２ピークに相当する
　　　　　　　　　　　　スタンドオフ距離
　に基づいて設定することを特徴とするウォータージェットピーニング法。
【請求項４】請求項１記載において、前記周囲水の水面から施工対象物までの水深を測定し、予め求めておいた水深と前記噴流衝撃圧分布の第２ピーク領域までのスタンドオフ距離との関係に基づいて、施工対象面に対するキャビテーションジェットノズルの位置決めを行うことを特徴とするウォータージェットピーニング法」
５．上記訂正請求の適否について判断する。
（１）当該訂正は、
　ア．請求項１の「前記水中水噴流を噴出するキャビテーションジェットノズルから水中物体の施工対象面までの距離を、その水噴流の周囲の水圧に応じて変化させる」の記載を、
「前記水中水噴流を噴出するキャビテーションジェットノズルから水中物体の施工対象面までの距離を、当該ノズルの下流側に形成される衝撃圧分布における第１ピークの次の極小点よりも下流の領域である第２ピークの領域のスタンドオフ距離（ノズルと加工物間の直線距離）に相当する距離とし、そのスタンドオフ距離に相当する距離を施工対象面の水深に応じて変化させ、前記水中物体の施工対象面が水深方向に異なるとき、前記キャビテーションジェットノズルの位置をその水深まで移動するとともに、水深の深い所にある施工対象面ほどキャビテーションジェットノズルをその施工対象面に近づけて、キャビテーションジェットノズルの位置決めを行なってウォータージェットピーニングを施工する」
と訂正する（この訂正を、以下、「訂正事項ア」という。）とともに、
　イ．請求項２を削除し、請求項２を引用する訂正前の請求項３乃至５を繰り上げて、請求項２乃至４とし、引用請求項を請求項１とする（この訂正を、以下、「訂正事項イ」という。）ものである。
（２）上記訂正のうち、
　訂正事項アは、施工対象面の水深と施工対象面に対するキャビテーションノズルの位置とを、「そのスタンドオフ距離に相当する距離を施工対象面の水深に応じて変化させ、前記水中物体の施工対象面が水深方向に異なるとき、前記キャビテーションジェットノズルの位置をその水深まで移動するとともに、水深の深い所にある施工対象面ほどキャビテーションジェットノズルをその施工対象面に近づけて、キャビテーションジェットノズルの位置決めを行なってウォータージェットピーニングを施工する」こととして、水噴流の周囲の水圧とその水圧に応じて変化させるスタンドオフ距離に相当する距離との関係を限定するものであるから、特許請求の範囲の減縮に相当する。
　そして、設定登録時の願書に添付した明細書又は図面（以下、「特許明細書」という。）の発明の詳細な説明に記載された「Ｘ（２Ｐ）を設定し、噴射ノズルの位置決めを行う。・・・加工部位が水深方向に異なり、」（段落番号【００２６】（公報第６欄第２０乃至２２行））、「ノズルの位置を僅かに下方に平行移動する」（段落番号【００３４】（公報第７欄第２１，２２行））、「水深の大
きな部位ほど、その部位に近づけるように、ノズル１を移動させる。」（段落番号【００３６】（公報第７欄第３４，３５行））及び「水深、言い換えれば周囲水に応じて、スタンドオフ距離、・・・を変化させる」（段落番号【００７４】（公報第１１欄第８乃至１０行））より、当該訂正事項アは、特許明細書から直接的かつ一義的に導き出せるものである。
　訂正事項イは、請求項１の削除に伴い、請求項３乃至５を繰り上げて、請求項２乃至４とするものであり、特許請求の範囲の減縮に相当する。
　そうすると、訂正事項ア及びイは、いずれも、特許明細書に記載された事項の範囲内のものであり、そして、訂正事項ア及びイの訂正によって発明の目的が変更されるものでもないから、訂正事項ア及びイは、いずれも、実質上特許請求の範囲を拡張するものでもなく、また、変更するものでもない。
（３）次に、独立特許要件について判断する。
　甲第１号証には、高速水中水噴流におけるキャビテーション衝撃圧分布には、２つのピークが存在すること、及び、第２のピークが穏やかに現れる領域はピーニングに最適な領域であることが記載されている。
　また、甲第２号証には、キャビテーションによる質量損失は、ノズル先端部と試料表面との間隔に依存し、そして、質量損失が最大となる距離は、試料表面の圧力が大きくなるほど小さくなることが記載されている。
　請求項１に係る発明と甲第１及び２号証に記載された発明とを対比すると、甲各号証には、いずれにも、請求項１に係る発明を特定する事項である「そのスタンドオフ距離に相当する距離を施工対象面の水深に応じて変化させ、前記水中物体の施工対象面が水深方向に異なるとき、前記キャビテーションジェットノズルの位置をその水深まで移動するとともに、水深の深い所にある施工対象面ほどキャビテーションジェットノズルをその施工対象面に近づけて、キャビテーションジェットノズルの位置決めを行なってウォータージェットピーニングを施工すること」が記載されておらず、且つ、甲各号証には、当該事項を示唆する記載もない。
　なお、特許異議申立人は、水中施工対象物のピーニングを行う場合、甲第１号証から第２ピーク領域を与えるスタンドオフ距離となるようにノズルの位置を設定し、さらに甲第２号証により対象物周りの水圧による衝撃圧の変化も考慮に入れてノズルのスタンドオフ距離を設定することは容易である旨主張する。
　しかし、甲第１号証には、対象物周りの水圧とノズルのスタンドオフ距離との関係についての記載がなく、且つ、示唆する記載もなく、また、甲第２号証に記載されたものは、ピーニングに関するものではないので、水深の深い所にある施工対象面ほどキャビテーションジェットノズルをその施工対象面に近づけて、キャビテーションジェットノズルの位置決めを行なってウォータージェットピーニングを施工することは、甲第１及び２号証に記載のものより容易に想到しうることではない。
　そして、請求項１に係る発明は、前記の発明を特定する事項により、水深の異なる部位のウォータージェットピーニング施工を合理的に行えるという効果を奏するものである。
　したがって、請求項１に係る発明は、甲第１及び２号証に記載された発明に基づいて容易に発明をすることができたものとすることはできない。
　次に、請求項２乃至４に係る発明についてみると、請求項２乃至４に係る発明は、請求項１に係る発明の構成を全て備えた上で、さらに限定を加えたものであるから、この限定した事項が甲第１及び２号証に記載されているとしても、上記のとおり、請求項１に係る発明が甲第１及び２号証に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができない以上、請求項２乃至４に係る発明も、甲第１及び２号証に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものとすることはできない。
（４）以上のとおりであるから、上記訂正請求は、特許法第１２０条の４第２項及び同条第３項で準用する第１２６条第２項から第４項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
６．次に、異議申立について判断すると、本件請求項１乃至４に係る発明は、上記４．で示した訂正された明細書の特許請求の範囲の請求項１乃至４に記載されたとおりのものであって、上記５．（３）で示したように、甲第１及び２号証に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものとすることができない。
７．したがって、特許異議申立の理由及び証拠によっては、本件請求項１乃至４に係る特許を取り消すことはできない。
　また、他に、本件請求項１乃至４に係る特許を取り消すべき理由を発見しない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１２年１月２７日（２０００．１．２７）
【訂正の要旨】
　特許第２８４００２７号発明の明細書中の特許請求の範囲の請求項１乃至５において、特許請求の範囲の減縮を目的として、もとの請求項１の「前記水中水噴流を噴出するキャビテーションジェットノズルから水中物体の施工対象面までの距離を、その水噴流の周囲の水圧に応じて変化させる」の記載を、
「前記水中水噴流を噴出するキャビテーションジェットノズルから水中物体の施工対象面までの距離を、当該ノズルの下流側に形成される衝撃圧分布における第１ピークの次の極小点よりも下流の領域である第２ピークの領域のスタンドオフ距離（ノズルと加工物間の直線距離）に相当する距離とし、そのスタンドオフ距離に相当する距離を施工対象面の水深に応じて変化させ、前記水中物体の施工対象面が水深方向に異なるとき、前記キャビテーションジェットノズルの位置をその水深まで移動するとともに、水深の深い所にある施工対象面ほどキャビテーションジェットノズルをその施工対象面に近づけて、キャビテーションジェットノズルの位置決めを行なってウォータージェットピーニングを施工する」
と訂正するとともに、
もとの請求項２を削除して、もとの請求項２を引用するもとの請求項３乃至５を繰り上げて、請求項２乃至４と訂正する。
（５４）【発明の名称】
ウォータージェットピーニング法
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　水中物体にキャビテーションを伴う水中水噴流を衝突させるウォータージェットピーニング法において、
　前記水中水噴流を噴出するキャビテーションジェットノズルから水中物体の施行対象面までの距離を、
当該ノズルの下流側に形成される衝撃圧分布における第１ピークの次の極小点よりも下流の領域である第２ピークの領域のスタンドオフ距離（ノズルと加工物間の直線距離）に相当する距離とし、そのスタンドオフ距離に相当する距離を施工対象面の水深に応じて変化させ、前記水中物体の施工対象面が水深方向に異なるとき、前記キャビテーションジェットノズルの位置をその水深まで移動するとともに、水深の深い所にある施工対象面ほどキャビテーションジェットノズルをその施工対象面に近づけて、キャビテーションジェットノズルの位置決めを行なってウォータージェットピーニングを施工する
　【請求項
２
１
　【請求項
３
１
◎【数１】　　　　　　　　　　　　　
　０．５Ｘ（２Ｐ）ｅ−０．３７Ｐａｍｂ＜Ｘ＜１．５Ｘ（２Ｐ）ｅ−０．３７Ｐａｍｂ………（１）
　　式中　Ｐａｍｂ：周囲水圧（ゲージ圧，単位　ｋｇｆ／ｃｍ２）
　　　　　Ｘ（２Ｐ）：大気圧下における第２ピークに相当するスタンドオフ距離
に基づいて設定することを特徴とするウォータージェットピーニング法。
　【請求項
４
１
ションジェットノズルの位置決めを行うことを特徴とするウォータージェットピーニング法。
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【産業上の利用分野】
　本発明は、水中物体にキャビテーションを伴う水中高速水噴流を衝突させるウォータージェットピーニング法に係わり、特に高速水噴流の周囲圧の変わる環境下における加工対象面とノズル間の好適施工距離の決定技術に関するものである。
　【０００２】
　【従来の技術】
　応力腐食割れ（ＳＣＣ）を起こすポテンシャルのある構造物に対して、鋼球（ショット）を気流の勢いを借りて吹きつけるショットピーニングによる処理を行い、残留応力を引張方向から圧縮方向へと改善する。
　【０００３】
　このようなピーニング技術は、残留応力の除去対策として各種機械構造物あるいは部品加工時に広く用いられている。
　【０００４】
　しかし、このようなショットピーニング操作のできない環境でありながら、是非ともピーニングしなければならない構造物もある。その代表例が、軽水炉のように冷却水を張ったような特殊な大型熱交換器である。水を抜くことは難しい作業であるし、ショットの回収は不可能に近い。
　【０００５】
　鋼球の代わりに氷粒を用いれば（クライオブラストと呼ばれる）回収は不要であるが、経済的なメリットが出にくいし、施工部位が氷粒で急冷され、熱応力が発生する可能性や、局部的な低温脆性破壊（亀裂）が生じるおそれがある。
　【０００６】
　高速ウォータージェットの利用は、ユニークな加工、採鉱、あるいは洗浄技術として知られるが、これを表層応力改善に利用する試みが特開昭６２−６３６１４号公報に開示されている。水噴流によるピーニングは、水冷効果もあって、局所的な温度上昇を防げるというメリットもある。
　【０００７】
　しかし、これは水噴流の軸上動圧力を有効に利用できる大気（気相）中の作業であり、この技術を水中水噴流によるピーニングとしてそのまま適用できる保証はない。水中では噴流軸動圧力の減衰がかなり速い。これは周囲水の抵抗と同相であるがために噴流の拡散が速いことに起因する。水中で気相中噴流なみの軸上動圧力を得るためには、超高圧が必要になり、コスト的にも大変不利な技術になってしまう。
　【０００８】
　一方、水中水噴流には、噴流と周囲水との剪断作用によるキャビテーションが発生する。キャビテーションをうまくコントロールして発生した気泡を効果的に利用できれば、あまり噴射圧力を高めずに（超高圧ポンプを用いずに）、気相中水噴流なみの効果を上げることができると考えられる。
　【０００９】
　【発明が解決しようとする課題】
　水中の高速水噴流には激しいキャビテーションが発生するが、このキャビテーション現象を原子炉構造物の残留応力改善に適用することが可能である。
　【００１０】
　このキャビテーション現象を図１４に模式的に示す。
　【００１１】
　図１４において、８０１はキャビテーションノズル、８０２は高圧水、８０３は周囲水、８０４は液芯（コア）部、８０５はキャビテーションクラウド、８０６は渦キャビテーション、８０７は気泡核を含む周囲水の流入、８０８は残存気泡である。
　【００１２】
　水中水噴流のキャビテーションから発生する衝撃圧の分布は、噴流の軸方向に対して、図１２に示すように２つのピークを有する形状となる。このように、２山の分布となるのは、２つの異なる現象が重なり合うからである。
　【００１３】
　このメカニズムを図１３とともに説明すれば、水中水噴流のキャビテーションから発生する衝撃圧の分布は同図に示すように、最初の第１ピーク（Ｉ）と、次の第２ピーク（ＩＩ）とを有する。
　【００１４】
　ノズルの出口に近い第１ピークでは、噴流の中心に噴流の液芯（コア）部が残っており、この液芯部が伸び縮みして断続的に振動し、さらにこの液芯部の動きに連成して周囲のキャビテーションが発達する。
　【００１５】
　この第１ピークは形状が尖っており、第１ピークにおけるすそ野部までを含めたスタンドオフ距離（ノズル出口から噴流軸方向の任意点までの距離）ｘの範囲も、この現象に相当する部分の噴流を材料に衝突させると、材料の狭い部分にエネルギーが集中し、エロージョン（壊食）が生じるおそれがある。
　【００１６】
　一方、下流における第２ピークは、噴流界面の高速乱流剪断層における渦キャビテーションの発達が支配的な部分である。この第２ピークを中心とした領域は、衝撃圧の分布形状がなだらかであり、相当するスタンドオフ距離ｘの範囲も広く、ノズルの精密な位置決めが不要であるというメリットがある。
　【００１７】
　実際の原子炉施工においては、エロージョンを防ぐ目的と、材料の広い面積をピーニングするために、この第２ピークの領域を使うのが好適といえる。ちなみに、前者の第１ピークでは、噴射圧力を下げるかもしくはノズルを小刻みに動かしてエロージョンの発生を防ぐ必要がある。
　【００１８】
　以上のような噴流から発生する衝撃圧の分布形状は、周囲水圧の影響を受ける。定期点検中の原子炉の底部には、原子炉のサイズや圧力容器上部のウエル部の水位にもよるが、２〜３ｋｇｆ／ｃｍ２の静水圧が加わってくる。このように、冷却水の水圧が高い条件下では、水中水噴流に発生するキャビテーションの形態が異なってくる。まず、キャビテーション気泡の数が減少する。
　【００１９】
これは、夥しい数だけある気泡の中で、脆弱な気泡が周囲水圧が高いために圧縮されて消滅してしまうためである。消滅せずに残った気泡は、パワフルであり、さらに余剰な気泡群による、いわゆるクッション効果も乏しくなるため、数少ない気泡であっても、十分なピーニングが可能になる。
　【００２０】
　一方、噴流のキャビテーションから発生する衝撃圧分布（噴流軸方向に対する）の形状も、周囲水圧によって変化する。
　【００２１】
　例えば、最も重要な変化は、２番目のピークが上流（ノズルへ近い方）へとシフトすることである。この特性は、高い周囲水圧下ほど、渦キャビテーションの発生、成長また消滅も、低圧下の場合に比べて早まる結果生じる。渦キャビテーションの挙動が周囲圧の影響を受けるのは、渦キャビテーションの発達ゾーンである噴流界面の乱流剪断層における乱れの状態（渦の大きさや渦の発生頻度等）が、周囲圧力により強く支配されるためである。
　【００２２】
　周囲水圧の影響を考慮せず、低圧下で求めた第２ピークおよびその近傍のスタンドオフ距離を最適施工条件として採用すれば、高圧下では、キャビテーションが消滅する噴流域に相当するため、ピーニング施工の有効領域からはずれ、ピーニングの効果が減少してしまう。
　【００２３】
　その結果、噴射衝突時間を長くしたり、噴射圧力を高めたりしなければならないなど、ピーニングの効率に係わる問題が多く生じるようになる。
　【００２４】
　本発明の目的は、上記した問題点を解決し、周囲水、特にその圧力条件が変化しても、噴流のキャビテーションの現象を有効に活用できるウォータージェット法を提供することにある。
　【００２５】
　【課題を解決するための手段】
　上記した目的を達成するために、本発明においては、次のような手段を採用する。
　【００２６】
　基本的には、周囲水圧Ｐａｍｂの増大により、第２ピークを中心とする丘陵状衝撃圧分布形状域が噴射ノズルの出口に近づく特性に着目する。原子炉内冷却水の水面と加工部位間の距離、即ち、水深より、周囲水圧Ｐａｍｂを求め、予め求めておいた周囲水圧Ｐａｍｂと第２ピーク相当のスタンドオフ距離ｘ（２ｐ）の関係（後述）に基づいて、ｘ（２ｐ）を設定し、噴射ノズルの位置決めを行う。
　このように、施工条件を最適に設定することで、加工部位が水深方向に異なり周囲水圧が変化する場合においても、十分な残留応力の改善効果を上げることができる。
　【００２７】
　ちなみに、この第２ピークに関しては、スタンドオフ距離ｘをピーク相当の位置ｘ（２ｐ）に厳密に定めるのではなく、ｘ（２ｐ）で求まる衝撃圧の最大値Ｐｓｈ（Ｍａｘ）の少なくとも７５％以上の大きさの衝撃圧が発生する領域、つまり、
　　Ｐｓｈ≧Ｐｓｈ（Ｍａｘ）×０．７５　　（２）（図１１に示す）
　となるスタンドオフ距離の領域内に入るようにノズルを位置決めし、ピーニング施工に利用する。第２ピークに相当する２番目の丘陵状衝撃圧分布形状領域において、この分布形状はなだらかであり、前記（２）式を満足するスタンドオフ距離Ｘの範囲はかなり広い。
　【００２８】
　【作用】
　周囲水圧Ｐａｍｂの高い環境下でノズルをＷＪＰ施工部位に近づけ、第２ピーク相当域（Ｐａｍｂが高いほどノズルに近づく）を中心とする２番目の丘陵状衝撃圧分布形状領域のスタンドオフ距離において、十分に発達したキャビテーション、特に材料に対して強い力学的効果をもたらす渦キャビテーションを利用することにより残留応力は十分に改善される。
　【００２９】
　このようにパワフルなキャビテーション気泡が材料の表面で急速に圧壊すると、強い衝撃圧が発生し、材料の結晶粒を押しつぶし、引張方向の残留応力を圧縮方向へと改善する。
　【００３０】
　この作用は、周囲水圧Ｐａｍｂが大気圧に近い場合、すなわち水面からみて浅い部位の施工の場合とほぼ同じである。
　【００３１】
　以上のような作用により、水中構造物を含む水中物体の如何なる水深の加工対象部をピーニングする場合も、部材表層の残留応力をＳＣＣ対策として必要なレベル（例えば、材料表面からの深さ１００μｍの部分において圧縮方向応力を６０ｋｇｆ／ｍｍ２以上）にまで改善することが可能になる。
　【００３２】
　【実施例】
　以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、軽水炉底部におけるピーニング施工の具体化例を示すものである。
　【００３３】
　高圧水２は、キャビテーションノズル１から炉内冷却水３中に高速で噴射され、キャビテーションを伴う水中水噴流４となる。この噴流４は、原子炉圧力容器の底部における下鏡板５に貫通係止されたスタブチューブ６と、内管７との溶接部９に衝突する。噴流中に多量に生じているキャビテーション気泡の崩壊により発生する衝撃圧の作用により、この溶接部９を中心とするスタブチューブ６と内管７に生じている引張方向の引張残留応力が圧縮方向へと改善される。
　【００３４】
　ノズル１の位置を僅かに下方に平行移動するか、もしくはノズル１の傾きを僅かに鉛直に近い角度へと変化させるだけで、下鏡板５とスタブチューブ６との溶接部８に生じている残留応力の改善が可能である。
　【００３５】
　ノズル１と加工点とのスタンドオフ距離ｘには、最適範囲が存在する。このスタンドオフ距離ｘの範囲は、図１２に示すように噴流衝撃圧Ｐｓｈの２番目のピークを中心とする衝撃圧分布が緩やかな丘陵状の形となる領域である。この最適範囲に相当するスタンドオフ距離ｘ（２ｐ）は、周囲水圧Ｐａｍｂが高くなると、図７に示すように、上流側（ノズル１に近い方向）ヘシフトする。
　【００３６】
　即ち、原子炉圧力容器において、底部に近い水深の大きな部位ほど、その部位に近づけるように、ノズル１を移動させる。周囲水圧Ｐａｍｂと最適スタンドオフ距離ｘ（２ｐ）は、後述するように、実験式により一義的に定まっており、この式に応じてノズル１の位置を移動させる。
　【００３７】
　このようにすることで、原子炉圧力容器において、如何なる水深の部位であつでも、十分に残留応力を改善することが可能になる。
　【００３８】
　図２は、点検のために停止し、上鏡板を取り除いた原子炉圧力容器２０１において、冷却水２０３をはった状態で炉底部をウォータージェットピーニング施工する一例を示すものである。
　【００３９】
　この実施例では、ウエル２０４の上部まで冷却水２０３をはっている。このように大量の冷却水２０３を満たしているということは、冷却水２０３が遮蔽材になるため、作業者の被曝防止の観点から好ましい。ウエル２０４の上部には燃料交換台車２０６が配置され、この上にノズル２０８に高圧水を供給するための高圧ポンプ２０５が設置されている。
　【００４０】
　この高圧ポンプ２０５から、高圧水供給ライン２０７を通じて高圧水が送られ、ノズル２０８から水中高速水噴流２０９が冷却水２０３中に噴射されて、炉底におけるＷＪＰ施工部位（スタブチューブ）２０２に衝突する。なお、図中の２１０は水封部である。
　【００４１】
　このような原子炉の炉底では、加工部位に大きな水頭静水圧が加わる。原子炉圧力容器２０１の大きさにもよるが、図２に示す状況では、冷却水２０３からＷＪＰ施工部位（スタブチューブ）２０２までの水位ｈ１は約２５ｍ以上になり、炉底における静水圧は少なくとも２ｋｇｆ／ｃｍ２となる。
　【００４２】
　図３に示す実施例は、冷却水２０３の水位を、原子炉圧力容器２０１における胴体部上端まで下げた実施例を示すものである。
　【００４３】
　この状況でも、炉底水圧は１．５ｋｇｆ／ｃｍ２になる。冷却水２０３の水位を下げれば、ノズル２０８を駆動するマニュピレータの水力抵抗が少なく、施工は容易になる。
　【００４４】
　次に、噴流を作り出すために用いるキャビテーションノズルの形状について述べる。
　【００４５】
　図４は、高圧水９０２をゆっくり減圧加速するため、径収縮部（しぼり部）９０４におけるしぼり角度θを小さくしたノズルの構造例である。
　【００４６】
　このノズルでは、減圧加速部が緩やかであるため、キャビテーションの発達は必ずしも十分ではないが、圧力損失が小さい。
　【００４７】
　なお、同図において、９０１はノズル本体、９０３は高圧水供給流路、９０５は噴出孔、９０６は中心軸である。
　【００４８】
　図５には図４の例とは逆に、減圧加速部を急峻にしたキャビテーションノズルの構造例を示す。
　【００４９】
　このノズルは、直角に流路が収縮するため、急激な縮流が生じて、この縮流が気泡核生成のきっかけとなり、前記図４のノズルに比べるとキャビテーションが活発に生成する。しかしながら、圧力損失が大きく、高圧ポンプの負担が増加する。
　【００５０】
　なお、同図において、１００１はノズル本体、１００２は高圧水、１００３は高圧水供給流路、１００４は噴出孔、１００５は中心軸である。
　【００５１】
　図６は、噴出孔１１０５の出口に拡大空洞部１１０６を設けたノズルの構造例である。このノズルの特徴は、拡大空洞部１１０６内に生じる渦流の作用にある。この作用は、次のように大きく２つに分類できる。
　【００５２】
（１）拡大空洞部１１０６内の循環渦（渦流）が、噴出孔１１０５から噴出された直後の噴流に強い圧力変動を加える。この圧力変動が、キャビテーション気泡核の励起や気泡の成長を促進する。
　【００５３】
（２）同じように、循環渦の作用により、噴流の周囲に浮遊する気泡核が、拡大空洞部１１０６内において噴流の上流側、即ち、噴出孔１１０５の出口側へ逆流する。このようにして気泡核は、いわゆる周囲核（Ａｍｂｉｅｎｔ　ｎｕｃｌｅｉ）として噴流中へ断続的に供給され、噴流に発生するキャビテーションは著しく活発なものとなる。
　【００５４】
　なお、同図において、１１０１はノズル本体、１１０２は高圧水、１１０３は高圧水供給流路、１１０４は径収縮部（しぼり部）、１１０７は中心軸である。
　【００５５】
　図１１は、噴流軸方向のスタンドオフ距離（ノズルの出口からの距離）ｘに対する噴流から発生する衝撃圧Ｐｓｈの分布形状を模式的に示したものである。
　【００５６】
　この図から明らかなように、衝撃圧Ｐｓｈの分布形状は、２つのピークを有する大変特徴的なものである。
　【００５７】
　ノズルの噴出孔に近い最初の第１ピークの形状は鋭く尖っており、スタンドオフ距離ｘの狭い領域に発生する。この第１ピーク発現のメカニズムは、噴出孔から噴出した直後の噴流における液芯（コア）の断続的振動と、これに連成して発達するキャビテーションの相互作用にある。下流の第２ピークは、ゆるやかな丘陵形状をしており、相当するスタンドオフ距離ｘの範囲もかなり広い。
　【００５８】
　この第２ピークは、噴流界面の乱流剪断層内で成長する渦キャビテーションの発達によって生じたものである。一般に、第２ピークを中心とする領域は、加工面に衝突する際に、噴流の衝突エネルギーが分散するため、広い面積の部分の加工が可能になる。エネルギーの分散があるため、加工面に壊食は起こりにくく、残留応力改善の効果のみが生じる。
　【００５９】
　これに対し第１ピークは、狭い部分に噴流の衝突エネルギーが集中するため、壊食を起こすおそれがある。従って、狭隘部の施工等で、どうしてもノズルを離すことができず、第１ピークの領域を使う場合には、ノズルを小刻みに動かしたり、噴射圧力を下げる等の工夫が必要になる。
　【００６０】
　これらの噴流衝撃圧のピークは、周囲水圧Ｐａｍｂの影響を強く受けて、図示するようにＰａｍｂに依存して移動する。即ち、周囲水圧Ｐａｍｂが高まると、実線で示すように両ピーク特にピーニング施工にとって重要な第２ピークに相当するスタンドオフ距離ｘ（２ｐ）が上流側ヘシフトする。
　【００６１】
　周囲水圧Ｐａｍｂ（ゲージ、単位ｋｇｆ／ｃｍ２）と第２ピーク相当のスタンドオフ距離ｘ（２ｐ）の関係を表すと、
　【００６２】
◎【数２】
　【００６３】
　ここにｘ（２ｐ）＊は、大気圧下つまり浅い水面下の場合における第２ピーク相当のスタンドオフ距離を表す。
　【００６４】
　実際のピーニング施工では、このピークポイントのみを選び、ノズルを精密に位置決めするという方法は採用せず、図１１に示すように、第２ピークを前後する幅広い領域のスタンドオフ距離を採用する。
　【００６５】
　この領域は、第２ピークにおける最大衝撃圧をＰｓｈ（Ｍａｘ）とすれば、
　　Ｐｓｈ＞０．７５×Ｐｓｈ（Ｍａｘ）　　（４）
の条件にほぼ相当する。
　【００６６】
　これに基づき、ｘ（２ｐ）を、これを中心とする周辺範囲で表現するように（３）式を修正すれば、
　【００６７】
◎【数３】
　【００６８】
となる。
　【００６９】
　従って実際の施工では、水深と水温から求める水の密度に基づき、周囲水圧Ｐａｍｂを評価し、前記（５）式を満足する範囲において、ノズルと加工面間のスタンドオフ距離を設定すればよい。
　【００７０】
　図８、図９は、周囲水圧Ｐａｍｂが低い場合と、高い場合の現象を示したものである。これらの図において、４０１はノズル、４０２は高圧水、４０３はキャビテーションクラウド、４０４は渦キャビテーションである。
　【００７１】
　周囲水圧Ｐａｍｂが低い場合には図８に示すように、キャビテーションクラウド４０３が大きく膨張する。これに対して、周囲水圧Ｐａｍｂが高い場合には図９に示すように、水中において、脆弱な気泡が潰れて消滅するため、キャビテーションクラウド４０３は細く短い。
　【００７２】
　このように、周囲水圧Ｐａｍｂが高い場合には、キャビテーション全体が縮小する。周囲水圧Ｐａｍｂは、気泡の消滅挙動以外にも、気泡の運動形態に影響を及ぼす。従って周囲水圧Ｐａｍｂが高ければ、気泡の運動に対して流動抵抗が大きくなり、気泡の周囲水中への拡散が乏しく、キャビテーションの広がりが見掛け上小さくなる。
　【００７３】
　図１０は、周囲水圧に対する衝撃圧分布における第２ピーク相当スタンドオフ距離の変化をまとめて示した特性図である。図中の斜線の部分がピーニング施工領域に相当し、周囲水圧の違いによって第２ピーク相当スタンドオフ距離が片対数図上でほぼ比例関係的に変化する。
　【００７４】
　水深、言い換えれば周囲水圧に応じて、スタンドオフ距離、噴射圧力あるいは噴射衝突時間を変化させる本発明に係る技術は、ここまで実施例として取り上げて説明してきた軽水炉施工にとどまらず、適用範囲は広い。
　【００７５】
　例えば、海水中あるいは湖水中底部の岩盤の掘削や屈孔施工、もしくは水中鋼構造物の切断や洗浄施工へ直接応用することができる。
　【００７６】
　さらに、ドックの水中において船舶底部の付着物洗浄作業や溶接部のピーニング施工に適用することができる。船舶に限らず、本発明のようにウォータージェットピーニングを水中で行えば、水滴飛沫や高周波騒音の発生を防止することができるという効果もある。
　【００７７】
　【発明の効果】
　本発明による効果をまとめると以下のようになる。
　【００７８】
（１）ウォータージェットピーニングを効果的に実施できるようになる。これによって、水中物体の残留応力が改善されるので、応力腐食割れ（ＳＣＣ）の危険ポテンシャルが除去され、さらに疲労強度が向上する。従って、水中物体の構造信頼性や耐久性が向上し、寿命を拡大できるようになる。
　【００７９】
（２）水深の異なる部位のＷＪＰ施工を合理的に行えるために、施工時間を大幅に短縮できる。これによって、ＷＪＰの施工コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　本発明の実施例に係る水中におけるウォータージェットピーニングの施工状態を示す模式図である。
　【図２】
　本発明の実施例に係る軽水炉の水深下におけるウォータージェットピーニングの施工状態を示す模式図である。
　【図３】
　本発明の実施例に係る軽水炉の水深下におけるウォータージェットピーニングの施工状態を示す模式図である。
　【図４】
　本発明のウォータージェットピーニングに使用するノズル構造の一例を示す断面図である。
　【図５】
　本発明のウォータージェットピーニングに使用するノズル構造の他の例を示す断面図である。
　【図６】
　本発明のウォータージェットピーニングに使用するノズル構造のさらに他の例を示す断面図である。
　【図７】
　周囲水圧により、水中水噴流から発生する衝撃圧分布形状が変化する様子を示す説明図である。
　【図８】
　周囲水圧が低い場合の周囲水圧とキャビテーションの状況の関係を示す模式図である。
　【図９】
　周囲水圧が高い場合の周囲水圧とキャビテーションの状況の関係を示す模式図である。
　【図１０】
　周囲水圧に対する衝撃圧分布における第２ピーク相当スタンドオフ距離の変化をまとめた説明図である。
　【図１１】
　第２ピークの位置を中心とする衝撃圧分布の丘陵領域を定義する説明図である。
　【図１２】
　水中水噴流のキャビテーションから発生する衝撃圧分布の形状を示す説明図である。
　【図１３】
　＿水中水噴流のキャビテーションから発生する衝撃圧分布の形状を示す説明図である。
　【図１４】
　水中水噴流に発生するキャビテーションの様相を示す模式図である。
　【符号の説明】
　１　ノズル
　２　高圧水
　３　炉内冷却水
　４　キャビテーションを伴う水中水噴流
　５　下鏡板
　６　スタブチューブ
　８　溶接部
　９　溶接部