JP4154938B2 - 情報処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品の発熱により温度が上昇する情報処理装置内部の冷却構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来においては、マザーボードの規格としてATX規格が知られている。そして、ATX規格のマザーボードを使用する容積10L以下の小型情報処理装置の冷却構造は、冷却ファン付き電源の付近にある位置にプロセッサが配置されている。前記冷却構造により、プロセッサの発熱は情報処理装置の筐体内部に拡散されることなく、電源の冷却ファンにより情報処理装置の外部に排出される。それによって、情報処理装置の筐体内部の温度上昇が抑制でき、他の電子部品に熱効果を及ぼさない。この種の冷却構造に関係するものとして、例えば、FlexATX Thermal Design Suggestions Verson1.1、ページ31、Figure23があげられる。尚、FlexATX規格のマザーボードを用いる場合において、PCIボードの規格の制限により、上記小型情報処理装置の筐体内部の冷却構造は通常である。
【0003】
また、他の従来技術としてはFlexATX規格のマザーボードを用いずに、冷却ファン付き電源装置に遠い位置にプロセッサが配置される冷却構造もある。係る構造はプロセッサと電源装置が相互に及ぼし合う熱効果が回避される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のうち、前者の構成では次のような問題点がある。
【0005】
まず、放熱フィンから放出される熱がヒートシンクの冷却ファンにより排出される。排出される一方の熱は、電源装置を経由し、電源装置の冷却ファンにより筐体外部に排出される。熱が排出される際に、電源装置内部の高発熱部品が熱を直接受けるため、高発熱部品の温度のさらなる上昇が生じる。また、もう一方の方向に排出される熱は、一旦プロセッサから離れ、その後、他の電子部品に衝突。電源装置の冷却ファンにより、電源装置に衝突した熱が逆流し、その一部がプロセッサの冷却ファンに吸い込まれることになる。このような冷却風の循環により、冷却効果が低下する。
【0006】
このように、冷却ファン付き電源装置の近い位置にプロセッサを配置することは、情報処理装置の筐体内部の温度上昇が抑制でき、他の電子部品に熱効果を及ぼさないという利点がある。その反面、プロセッサの冷却効果に悪影響を及ぼすことや高発熱部品であるプロセッサと電源装置が互いに熱的影響し合い、これらの冷却がより困難になるという問題がある。
【0007】
また、上記他の従来技術のうち、後者の構成では次のような問題点がある。
【0008】
まず、情報処理装置の筐体内部の温度が上昇する問題である。それは、上記放熱フィンにより2方向に放出される熱が、プロセッサの冷却ファンにより共に情報処理装置の筐体内部に排出されるからである。このような情報処理装置の筐体内部の温度上昇は、他の電子部品に温度上昇を及ぼすことになる。例えば、1の方向により排出される熱は補助記憶装置を経由して、電源冷却ファンにより筐体外部に排出されることから、当該補助記憶装置に温度上昇を及ぼすことになる。
【0009】
このように、冷却ファン付き電源装置に遠い位置にプロセッサを配置することはプロセッサの冷却効果に悪影響を及ぼすことや高発熱部品であるプロセッサと電源装置が互いに熱的影響し合いを回避することができる。その反面、情報処理装置の筐体内部の温度上昇を招き、他の電子部品に熱効果を及ぼすことになる。
【0010】
尚、情報処理装置の筐体内部の温度上昇を抑制するためには、別途システムファンを設けることも可能であるが、情報処理装置が大型化し、騒音の増大も回避できない。また、情報処理装置の温度上昇を抑制するためには、筐体天面に開口を設けることも可能であるが、異物等が筐体内部に混入する恐れがあり、装置の安全たる作動を完全に期することができない。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の情報処理装置は、プロセッサを冷却するための気体を吸入する一つ以上の吸気部と、プロセッサを冷却した気体を排出する二つ以上の排気部を、筐体に有する。本発明の他の情報処理装置は、さらに、筐体外部に排気するための冷却用ファンを二つ以上有する。すなわち、プロセッサを冷却した気体を排出する冷却用ファンと、その他の高温部を冷却した気体を排出する冷却用ファンを有する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図1から8を用いて説明する。図1は幅300mm、奥行き320mm、高さ78mmの小型情報処理装置の筐体内部の斜視図である。
【0013】
まず情報処理装置の筐体内部の全体構成について説明する。
【0014】
プロセッサ冷却部10は、筐体内部に取り込んだ空気をプロセッサに流通させるプロセッサ冷却ファン10a及び押し出し成型品のアルミ製ヒートシンク10bで構成されており、装置の前面側のマザーボード上に配置されている。プロセッサじゃPentium4(Pentiumはインテル社の登録商標である)を用いる。プロセッサ冷却ファン10a、上部から空気を吸い込み、プロセッサに空気を吹き付けるダウンフロー方式でヒートシンクに対して回転する形式のものである。
【0015】
電源装置11は、160Wの出力能力を持ち、70mm角ファン11aと11bの二台を搭載している。電源ファン11aは高発熱電子部品である二次側整流ダイオード11cの近くに配置されている。後述のインレット11gから電圧が付加され、トランス11fによって電圧の変換が行われてから二次側整流ダイオードによって電流が整流されるという流れになるため、二次側整流ダイオードが、インレット11gに対して奥に配置されていることが通常である。
【0016】
本実施の形態において、電源ファン11a、熱排気ファン11bは、筐体内部の吸気を吸い込んで、電源装置内部を経由して筐体外部に排出させる吸い込み型である。
【0017】
その他の部品としては、トランス11fやインレット11gがある。トランス11fは変圧器であって、インレット11gは電源ケーブルのコネクタである。補助記憶装置としては3.5インチ型ハードディスク12、スリムタイプのCD−ROM13、スリムタイプのFDD14を備え、本実施の形態ではこれらは電源ファン11aの近い位置にある。ここで、スリムタイプとは、一般的には幅(高さ)が十数センチ以下である。尚、ハードディスク12とCD−ROM13を近距離で配置しているため、CD−ROM13動作時の振動によりハードディスク12が誤作動する恐れがある。従って、図示しないがこれを防止するため、ハードディスク12には防振ゴムがとりつけてある。拡張ボードとしては、ハーフサイズのPCIボード(以下、PCIボードをいう。)17a及び17bの2枚が搭載出来るようになっており、これらはドーターボード18に実装される。
【0018】
次に情報処理装置の筐体について説明する。
【0019】
筐体の前面にはフロントベゼル24がある。フロントベゼル24は、各種デバイス(CD-ROM/FDD)、SW、コネクタ等の操作面としての機能と製品を特徴付けるデザイン性を備えている。フロントベゼル24には、開口部15を設ける。開口部15は、プロセッサ発熱冷却部10から放出される熱の一部を筐体の外部に排出する第1の排気部に相当する。また、開口部16を設ける。開口部16は、補助記憶装置を冷却する空気を取り込む第2の吸気部に相当する。筐体の側面に開口部23を設ける。開口部23は、プロセッサの発熱を冷却する第1の吸気部に相当する。筐体の背面に開口11hを設ける。開口部11hは、筐体内部の発熱を排出する第2の排気部に相当する。本実施の形態では、それぞれの開口率は、開口部15が30%、開口部16が10%、開口部23が20%、開口部11hが60%である。ここで、開口率とは、例えば開口部11hの場合において、開口部11h面積内の空間(穴面積)の割合となる。計算式としては、
開口率=11h内部の穴面積/11hの面積(%)
である。
【0020】
図2はプロセッサ冷却部10と開口部15の部分の断面図を示し、図3はプロセッサ冷却部10と開口部15を有するフロントベゼル24とが分解されたときの斜面図である。
【0021】
まず、図2及び図3において、筐体の一部であるシャーシ26には開口44が設けられている。ここで、シャーシ26とは、鋼板等の金属板を加工することにより形成され、EMC的電磁シールドの役目を持つケースである。開口44は熱の流れを伴う風(以下、「風」をいう)32の吹き出される位置に設けられているが、開口44の高さはヒートシンク10bの高さより低く限定している。これにより風32が再びファン10aに再び吸い込まれる風32の風量を低減できる。
【0022】
次に、開口44にカバー43を設ける。ここで、カバー43は開口部15から排出される風が受ける抵抗による圧力損失を軽減するため、コの字型の形状としている。また、カバー43の表面に穴43aを配置している。この穴は、EMC対策として電波の放出を抑える為に3.5mm角の***としている。
【0023】
また、筐体の背面に筐体平面板金25を設けている。この筐体背面板金は、筐体を支える金属の板であって、筐体の一部である。
【0024】
その他には、筐体の背面にはシリアルコネクタ19a、ディスプレイコネクタ19b、USBコネクタ19c、また図示しないが、PS/2マウスやキーボードのコネクタも存在する。筐体の前面には電源スイッチ20、電源ランプ21a、主電源スタンバイランプ21b、ハードディスクアクセスランプ21c、マイクコネクタ22a、ライン入力コネクタ22b、スピーカコネクタ22c、赤外線インターフェース22dがある。また、筐体を縦置きにするときに、開口部23が塞がらないための足25を設けてある。
【0025】
次に本実施の形態の冷却構造について図1から図4を用いて説明する。
【0026】
まず、プロセッサ冷却部周辺の冷却構造について、図2を用いて説明する。
【0027】
冷却ファン10aは、図1の開口部23から入ってきた風31を吸い込みヒートシンク10bに吹き付ける。吹き付けられた風41はヒートシンク10bの放熱フィン42に沿って流れるが、放熱フィン42の形状はプレート形状であり、方向は開口15と筐体の内部にそれぞれ向くように配置している。したがって、風41は熱気である風32及び風33となって流れる。このとき、風32は開口部15から筐体外部に排出される。
【0028】
次に電源装置周辺の冷却構造について図1を用いて説明する。
【0029】
まず、図1において、プロセッサ冷却部10から排出された風33は、筐体内部に排出されるが、一旦排出された風33は、ドーターボード18及びPCIボード17a、17bに沿って流れるため、冷却ファン10aに逆流する風量は少ない。次に、図1において、風33の流れは筐体背面板金25にまで到達するが、途中は風速が速いため、電源ファン11aに吸い込まれる風量は少ない。風33は筐体背面板金25に衝突して弱められた後、熱排気ファン11bにより吸い込まれる。その後、開口部11hから外部に排出される。
【0030】
次に補助記憶装置周辺の冷却構造ついて説明する。
【0031】
空気34は電源ファン11aの作用により開口部16より吸気され、ハードディスク12を経由して電源装置11に流れ込む。そして電源ファン11aを通過した排気35は2次側の整流ダイオード11cおよびヒートシンク11dを冷却し、開口部11hから外部に排出される。
【0032】
上記構成のうち、プロセッサ冷却部がプロセッサを冷却する。
【0033】
本実施の形態で用いるプロセッサは約76Wの発熱量を持っており、プロセッサ冷却部10は、熱気の一部を開口15部より排出する。この熱気の熱量はプロセッサ発熱量の約26%である約20Wである。
【0034】
ここで熱量と筐体温度の関係について述べる。筐体外部へ排出される風量V、熱量Q、筐体内温度上昇ΔTの関係を式(1)に示す。式(1)において、ρは空気の密度、Cpは空気の比熱である。
ΔT=Q/(ρ・Cp・V)・・・・(1)
更に式(1)は次の式(2)で近似できる。
ΔT(℃)=1.79×Q(W)/V(CFM)・・・・・(2)
ここでプロセッサによる筐体内部への発熱量は、
76−20=56W
である。また筐体外部へ排出される風量を12CFMとした場合、式(2)より温度上昇ΔTは、
79×56(W)/12(CFM)=8.4(℃)
である。
【0035】
一方、従来の様に、プロセッサの全発熱量76Wが筐体内部に入る場合の筐体内部温度上昇ΔTは、
79×76(W)/12(CFM)=11.3(℃)
となる。
【0036】
このように、本実施の形態のプロセッサの発熱の一部を外部に排出する構造では、従来と比較すると、
11.3−8.4=2.9(℃)
となる。
【0037】
すなわち、2.9℃の筐体内部温度の低下効果がある。尚、この前面から排出される熱は、開口部15の開口率が30%と低いため、微風となって外部へ放出される。従って、ユーザがこの熱を不快に感じることは少ない。
【0038】
一方、電源装置11については、プロセッサの発熱は熱排気ファン11bを通り外部へ排出されるため、2次側の整流ダイオード11cおよびヒートシンク11dは通過しない。従って、電源装置11の過熱を避けることができる。また、電源ファン11aによる風34は、電源装置11に至る途中には高発熱の熱源が存在しないため低い温度が保たれる。本実施の形態では、電源ファン11aに流れ込む空気の温度は、熱排気ファン11bに流れ込む空気の温度と比較して5℃程度低くなっている。
【0039】
このように、2次側の整流ダイオード11cおよびヒートシンク11dを温度の低い風34により冷却するため、電源装置11に対する高い冷却効果を得ることができる。
【0040】
次に本実施の形態の静音化について説明する。
【0041】
情報処理装置の騒音原因は主に冷却ファンであるが、本実施の形態では、従来の構造に比べて電源ファン11aの入気温度が低い為、電源ファン11aの回転数を抑えることができる。また、プロセッサの発熱の一部を筐体内部に溜めることなく外部へ排出する構造のため、筐体内部の温度上昇が抑えられる。従って、熱排気ファン11bの回転数を抑えることができる。
【0042】
尚、本実施の形態の冷却構造において、ファンの回転数を別々に制御することが可能である。つまり、例えばプロセッサが停止状態で発熱が殆どない場合は、熱排気ファン11bを停止することができる。これにより騒音を最小限抑えることが可能になる。
【0043】
次に本実施の形態において、装置の筐体のサイズについて説明する。
【0044】
まず、プロセッサ冷却部10であるが、従来において、プロセッサ冷却部の高さを低くしようとすると、ヒートシンク高さの減少による表面積の減少や、ファンの薄型化による風量低下が起こるため、冷却性能が低下する。また、筐体内部の温度上昇といった問題のため、プロセッサ冷却部の冷却能力が低下するという問題がある。
【0045】
そこで、上記本発明の冷却構造により、情報処理装置の小型化の実現が可能である。すなわち、本実施の形態において、80Wクラスのプロセッサが冷却可能な構造でありながら、筐体サイズは幅300mm、奥行き320mm、高さ78mm、容量7.49Lと小型である。特に、高さは78mmである。これは、プロセッサ冷却部10の高さが47mmであることと、電源11が75mmであるからである。
【0046】
通常、筐体内部の熱気の排出を兼ねた電源装置では、160Wクラスでは、一般的に一個の80mm角ファンを用いる。このため、電源装置の厚みは80mm以上が必要であった。また、この電源装置の風量の最大値は13CFM程度である。一方、本実施の形態に用いる電源装置11は、70mm角ファンを搭載しているため、電源装置11の厚みは75mmである。これは、電源ファン11aは電源高熱部の排気を、熱排気ファン11bはプロセッサ発熱の排気をそれぞれ担っていることにより、それぞれのファンを小さくすることができるからである。
【0047】
また、2台のファン11a、11bを搭載しているため、風量が増加している。風量を比較した場合、騒音は同等で従来よりも1.5CFM多く、14.5CFMである。
【0048】
尚、PCIボード17a、17bを搭載しない場合は、熱排気ファン11bの回転数を若干増加し、風33の吸い込み能力を上げることで、風33が再びファン10aに戻る風量を少なくすることができる。
【0049】
なお、本実施の形態では、筐体前面に補助記憶装置等を冷却するための空気を吸気する開口部16を設けたが、この開口部16を設けない構成でもよい。その場合、電源ファン11aには、開口部23から入気した空気が入り込む構成となる。
【0050】
なお、本実施の形態では、プロセッサ冷却ファン10aとして吸い込み型のファンを用いたが、これに限るものではない。プロセッサ冷却ファン10aに対し空気を流通させるものであれば、吹き出し型のファンを用いてもよい。電源ファン11a、熱排気ファン11bにおいても同様である。
【0051】
このように、プロセッサ冷却部10と電源装置11の構成により、筐体を薄くすることが可能である。また、電源ファン11aと熱排気ファン11bをそれぞれ設けたことより、高い情報処理装置の冷却効果を得ることができる。
【0052】
次に、他の実施の形態について説明する。
【0053】
上記の実施の形態では、図1の電源装置11のように電源ファン11aと熱排気ファン11bを並列に配置している。一方、図5に示すように電源ファン11aを補助記憶装置12側に配置してもよい。この場合は、電源ファン11aの吸気のため、空間51を確保する必要がある。空間51は、補助記憶装置12と電源装置11との間にある空間である。補助記憶装置12全体に風の流れが生じるため、補助記憶装置を特に冷却したい場合に有効である。
【0054】
つまり、電源ファン11aは熱排気ファン11bよりも2次側の整流ダイオード11cを冷却するために作用する。一方、熱排気ファン11bは電源ファン11aよりもプロセッサの発熱を吸い込む構成になっていれば良い。従って、電源装置11には電源ファン11aを設け、熱排気ファン11bは、筐体背面にケースファンとして設けても良い。
【0055】
また、図1に示す電源装置11では、インレット11gが排気35の障害物となっているが、図6のようにインレット11gを移動させるにより、排気35の流れを更に向上させることができる。また、図7のように開口部11hを設け、排気35の流れを更に向上することができる。
【0056】
更に、図8に示すように、筐体の前面にある開口部15からの風32が直接ユーザに当らないように、水平方向の下方に排出されるように設計することができる。
【0057】
上記の実施の形態では、図1のプロセッサ冷却部10は、電源装置11と対角線位置にあり、プロセッサ冷却部10は筐体の前面側に、電源装置11は筐体の背面側に配置されている。
【0058】
ここで、プロセッサ冷却部10は、電源装置11と向い合う位置にあり、筐体の背面側に配置することもできる。この構造においては、図1に示す足25のある側面に開口部15を設け、筐体の背面に第1の吸気部に相当する開口部23を設けることができる。この場合は、ドーターボード18は筐体の背面と平行するように配置することとする。
【0059】
上記構造では、プロセッサ冷却部10はPCIボード17a、17bの下に配置されることから、筐体全体の厚みが増える。しかし、フィン42の方向は、熱排気ファン11bと開口部15に向くことになる。それによって、風33は、PCIボード17a、17bを経由することなく、熱排気ファン11bにより、直線的に吸い込まれて、開口部11hから筐体の外部に排出される。一方、風32はプロセッサ冷却ファン10aより、開口部15から排出される。
【0060】
【発明の効果】
以上述べたように、情報処理装置の筐体内部の温度については、プロセッサの発熱の一部を筐体内部に取り込まずに外部へ排出し、筐体内部に放出されるプロセッサの発熱についても、電源装置に取り付けられた熱排気ファンにより、迅速に筐体外部へ排出されるため、情報処理装置の筐体内部の温度上昇を抑えることができる。
【0061】
また、プロセッサ冷却部10の周辺の構造は、開口部15を設けることより、プロセッサの発熱が再びプロセッサ冷却ファン10aに取り込まれることを避ける構造となっているため、プロセッサ冷却部10の冷却効率低下は起こらない。
【0062】
また、電源装置11については、プロセッサの発熱が電源装置11の高発熱部を通過することがないため、電源装置11の過熱を抑えることができる。
【0063】
また、電源装置11に取り付けられた熱排気ファン11bは、プロセッサの発熱が殆どない場合は停止するよう制御することができるため、騒音を最小限に抑えることができるという効果がある。
【0064】
以上の効果により、横置き縦置きいずれの場合についても天面への開口部を設けることなく、高発熱プロセッサを搭載した情報処理装置の小型化、静音化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の構成及び冷却構造を示す斜視図である。
【図2】プロセッサ冷却部10の周辺の断面図である。
【図3】プロセッサ冷却部10の周辺の分解図である。
【図4】プロセッサ冷却ファン10aとヒートシンク10bの斜視図である。
【図5】電源装置11の第2の斜視図である。
【図6】電源装置11の第3の斜視図である。
【図7】電源装置11の第4の斜視図である。
【図8】他の実施の形態の開口部15の断面図・斜線図である。
【符号の説明】
10…プロセッサ冷却部
10a…プロセッサ冷却ファン
10b…プロセッサヒートシンク
11…電源装置
11a…電源ファン
11b…熱排気ファン
11c…2次側整流ダイオード
11d…電源ヒートシンク
11f…トランス
11g…インレット
11h…開口部11h
12…ハードディスク
13…スリムタイプのCD−ROM
14…スリムタイプのFDD
15…開口部15
16…開口部16
23…開口部23
17a…PCI拡張ボード
17b…PCI拡張ボード
18…ドーターボード
19a…シリアルコネクタ
19b…ディスプレイコネクタ
19c…USBコネクタ
20…電源スイッチ
21a…電源ランプ
21b…主電源スタンバイランプ
21c…ハードディスクアクセスランプ
22a…マイクコネクタ
22b…ライン入力コネクタ
22c…スピーカコネクタ
22d…赤外線インターフェース
24…フロントベゼル
25…足
26…シャーシ
31…風31
32…風32
33…風33
34…風34
35…風35
Claims (3)
- 発熱するプロセッサを搭載する情報処理装置において、
前記プロセッサに設けられて、筐体の前後方向に冷却風が通流する放熱フィンと、
当該情報処理装置の筐体の側面に設けられた第一の吸気口と、
当該情報処理装置の筐体の前面に設けられた第一の排気口と、
当該情報処理装置の筐体の背面に設けられた第二の排気口と、
前記プロセッサに対向して前記放熱フィンの上部に設けられ、前記第一の吸気口から吸入した冷却風をプロセッサ側に吹き付けて筐体の前後方向に通風する放熱ファンとを備え、
前記第一の吸気口から吸気された冷却風は、前記放熱ファンにより放熱フィンに吹き付けられて2つに分流され、
分流された第一の冷却風は前記第一の排気口を介して排気され、
分流された第二の冷却風は装置内部を通流して前記第二の排気口を介して排気されることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項1記載の情報処理装置において、
前記プロセッサの装置の対角位置に、排気ファンを有する電源装置が設けられ、
前記第二の冷却風は、前記排気ファンにより、前記第二の排気口を介して強制排気されることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項2記載の情報処理装置において、
当該筐体の前部に設けられた補助記憶装置と、
当該筐体の前面に設けられ、前記補助記憶装置を冷却するための冷却風を吸気する第二の吸気口を備え、
前記電源装置の排気ファンは、前記前記第二の冷却風を強制排気するとともに、前記第二の吸気口から外気を吸気して前記補助記憶装置を冷却することを特徴とする情報処理装置。
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