JP2007058385A - 情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 デスクトップ型コンピュータ等の薄型化に最適な配置構造を提供する。
【解決手段】 ＣＰＵを搭載するマザーボード、ドライブ、マザーボードと記憶ドライブに電力を供給する電源ユニットを有する情報処理装置は、該情報処理装置の筺体の前方部の側面に設けられた吸気口と、該情報処理装置の筺体の後方部の側面に設けられた排気口と、吸気口より後ろに位置するとともにマザーボードの前面に配置されて該情報処理装置の前部から後部に通風する冷却風を発生する他複数の放熱ファンと、放熱ファンの冷却風により前ＣＰＵに接続して該ＣＰＵを冷却する放熱フィンとを備えるようにし、吸気口から吸気した外気をマザーボードに沿って通風し、前記排気口から排気するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、デスクトップ型パーソナルコンピュータ等の情報処理装置おいてCPUや記憶ドライブの冷却に好適な部品配置や筐体構造に関する。

従来、パーソナルコンピュータ等の小型情報処理装置では構造仕様が定められている。この仕様により、マザーボードのサイズや電源装置のサイズが規格化され部品の共通化が図れる利点があり、多くのＰＣメーカーや部品メーカーは、これらの仕様に準拠するように設計してきた。

近年、小型情報処理装置の高性能化に伴い、プロセッサは高発熱化の傾向にある。このため従来の構造仕様では効率tよく冷却することが困難となり、冷却構造の見直しが行われて、ＢＴＸ（Balanced Technology Extended）規格と称される新しい仕様提案がおこなわれている。

このＢＴＸでは、冷却風の流路が定義され、例えば、非特許文献１に示されるように、ＣＰＵの大型ファンにより装置の前面から外気を吸気する。この外気を冷却風としてＣＰＵを冷却した後に、チップセットや他のデバイスを冷却して、装置背面から排気する構成としている。電源ユニットは、従来と同様に背面にファンを設けて、装置内部から冷却風を吸気して、電源ユニットを冷却した冷却風を装置背面から排気する構成となっている。
Balanced Technology Extended(BTX) System Design Guide 1.0 (page.25〜page.55）

近年、ＰＣの利用形態が多角化し、省スペースＰＣが求められることが多くなってきた。上記のＢＴＸ規格を適用した場合には、（１）大口径のシステムファンをフロントに配置してＣＰＵに積層した冷却フィンの冷却をおこなっている。このため、装置の厚みがシステムファンの口径で決まり、薄型化できない。（２）また、前面からシステムファンで吸気し、装置の後面で排気としているため、装置のバックパネルに設けられるインターフェイスコネクタの上部に排気口を設ける必要がある。このため、装置の厚みがコネクタ寸法と排気口の寸法の合算となり、装置の薄型化できないという形状の問題がある。

また、ＢＴＸ規格では、ＰＣを縦置きで使用するタワータイプの場合、ＣＤ−ＲＯＭやＨＤＤ等のドライブは電源ユニットの前部に配置され、さらに、操作性からドライブはＰＣの上部に配置するように定義されている。このため、ドライブより下部にＣＰＵ等の発熱部品が配置されるために、十分な冷却効率を得られない問題がある。特に、近年ではドライブの高回転数化が進み、発熱量は増加傾向にあるため、冷却効率の向上が必要となってきている。

本発明は上記課題を解決し、薄型のデスクトップＰＣに最適な冷却構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、ＣＰＵを搭載するマザーボード、記憶ドライブ、前記マザーボードと前記記憶ドライブに電力を供給する電源ユニットを有する本発明の情報処理装置は、該情報処理装置の筺体の前方部の側面に設けられた吸気口と、該情報処理装置の筺体の後方部の側面に設けられた排気口と、前記吸気口より後ろに位置するとともに前記マザーボードの前面に配置されて該情報処理装置の前部から後部に通風する冷却風を発生する他複数の放熱ファンと、前記放熱ファンの冷却風により前ＣＰＵに接続して該ＣＰＵを冷却する放熱フィンとを備えるようにし、前記吸気口から吸気した外気を、前記マザーボードに沿って通風し、前記排気口から排気するようにした。

さらに、本発明の情報処理装置は、前記ドライブと前記電源ユニットを、前記マザーボードより下方であって該情報処理装置の下部に設置した。

また、本発明の情報処理装置は、記ドライブと前記電源ユニットの上方部であるとともに前記マザーボードの下方部の位置に仕切り板を備えるようにし、前記マザーボードの前面に設けた前記冷却ファンによる冷却風と前記電源ユニットの冷却ファンによる冷却風を分離した。

本発明によれば、高発熱量のＣＰＵでも十分な冷却効率を達成でき、また、ドライブの冷却のための冷却ユニットが不要となるので、ＰＣの薄型化を達成でき、小型化に効果がある。また、電源ユニットやドライブ等の重量物をＰＣ装置の下方部に配置できるので、装置を薄型化しても安定性を高くできる。

以下、図面に基づき本発明を適用したデスクトップ型パーソナルコンピュータ（以下ＰＣと記す）の一実施形態を説明する。

図１は、ＰＣのシステム構成を示す図である。本実施例のＰＣシステムは、ＣＰＵとメモリとＯＳ等のプログラムを記憶したドライブを内蔵するＰＣ１と、プログラムの処理内容を表示するモニタ２と、利用者の操作情報を入力するキーボード３・マウス４・リモコン５から構成される。

モニタ２は、ＰＣアナログ映像信号、ＤＶＩ（Digital Visual Interface）、ＨＤＶＩ（High-Definition Multimedia Interface）等のモニタ映像入力をもち、ＰＣ１の出力する映像信号をＬＣＤ等の表示部に表示するともに、ＣＤ−ＲＯＭ等のオプティカルディスクや半導体メモリカードの読み書き用のドライブ（図示せず）やスピーカを内蔵している。これらのドライブは、ＰＣ１とケーブルにより接続され、ＰＣから読み書き可能な構成となっている。詳細は図９により後述する。オプティカルディスクや半導体メモリ等のメディアは、利用者が挿抜をおこなうので、モニタに内蔵することによりＰＣの利用者の操作性が向上するとともに、騒音源となる冷却ファン等を内蔵するＰＣ１をモニタ２から離して設置することができるので静穏可にも効果がある。

キーボード３・マウス４・リモコン５は、モニタ２に内蔵する赤外線インターフェイスや無線インターフェイスにより、操作情報の通信をおこなう。これらの操作情報は、モニタ２とＰＣ１を接続するケーブルを介して、ＰＣ１に通知される。また、キーボード３・マウス４・リモコン５が赤外線や無線等のコードレスでモニタに接続しているので、モニタから離れた場所からでもＰＣ１に操作情報を通信することが可能となり、モニタ１やＰＣ１の設置場所の自由度が向上する。

図２は、本発明を適用したＰＣ１の装置内部構成を示す斜視図である。ＰＣ１には、底面にＣＰＵやチップセットが搭載されたマザーボード６が設置されている。このマザーボード６には、モニタ２等の外部装置をケーブル接続するためのインターフェイスコネクタも搭載されている。コネクタは、ケーブルの接続性を考慮して、マザーボードの一端に集中して配置され、さらに、コネクタが配置さえたマザーボード６の端部が装置の背面に位置するようにＰＣ１に格納されている。

マザーボード６にはプロセッサ（図示せず）が実装され、このプロセッサを冷却する放熱フィン７がプロセッサ上に積層設置されている。この放熱フィン７の構成については、図７により詳細が説明するが、冷却風の幅分の長さをもち、冷却風が装置の前面から背面に通流するように放熱フィン７を設置している。放熱フィン７の前面には、小径の複数の軸流ファン等の放熱ファン８を配置する。設置するファンの個数は、冷却するプロセッサの発熱量と他のチップセット等の冷却対象チップの発熱量から適宜決定する。

放熱ファン８の前面（吸気側）には、吸気ポートを設ける。この吸気ポートにより、詳細を後述するが、装置側面に設けられた吸気穴９から吸気した外気を流れの方向を装置の前面から背面の方向に変える。このように、冷却ファン８の前面に吸気ポートを設けて、装置側面から外気を吸気するようにすることで、装置前面のフロントベゼルに吸気口を設ける必要がなくなり、装置内部が透けて見えることがなくなる。

拡張ボード１０は、放熱フィン７を通流した冷却風が装置背面に通流するのを妨げないように、マザーボード６と並行に設置されている。また、メモリ１１も同様に、冷却風の通流方向に合わせて、装置の前面から背面に向かって配置されてる。このように、拡張ボード１０やメモリ１１を配置することにより、放熱フィンを通過した冷却風は、拡張ボード１０やメモリ１１のデバイスを冷却しながら、装置背面から排気されていく。

このとき、排気口は、図３に示すように装置の側面部と装置を縦に設置したときの上面部に設けるようにする。これにより、背面部に排気口を設ける必要がなくなる。

プログラムやデータを記憶するＨＤＤ等のドライブ１２は、ＰＣ１の前面側に設置し、ドライブ１２の後部にＰＣ１の電源ユニット１３を配置する。ここで、ドライブ１２は、ドライブの発生熱がＰＣ１の筺体に熱伝導するように取り付けると、筺体表面からの対流放熱をおこなうことができ、ドライブ冷却用の放熱ファン等のユニットを設ける必要がなくなる。

電源ユニット１３には、装置背面から冷却風を排気するための冷却ファンを内蔵する（図示せず）。さらに、電源ユニット１３の装置前面側に冷却ファン１５を設けてもよい。この冷却ファン１５により、ＰＣ１の前面側の側面に設けた吸気口から吸気された外気が、ドライブ１２の周囲を通流したあとに、電源ユニット１３を通流して排気することができる。これにより、ドライブ１２と電源ユニットの強制冷却が可能となる。このとき、マザーボード６側とドライブ１２の通気を遮断する仕切り板１４を設けると、冷却風の通流が分離され冷却効率が向上する。

図２に示したＰＣ１の内部構成は、ＰＣ１を平たく据え置きしたときに、斜め上部から斜視した図となっているが、ドライブ１２と電源ユニット１３が下部になるように、ＰＣ１を縦置きするとつぎのように冷却効率が向上する。従来のＰＣでは、ドライブ１２や電源ユニット１３が装置の上部に設置されていた。高発熱するＣＰＵ等により装置内部の空気が暖められ、この空気により装置上部が高温になること多く、このため、ドライブ１２や電源ユニット１３の温度上昇が大きかった。本実施例では、ＰＣ１を縦置きしたときに、ドライブ１２や電源ユニット１３が装置の下部となるため、ＣＰＵ等の発熱の影響を受けることがない。

図３により、本実施例の冷却風の吸入口と排気口を配置を説明する。図３はＰＣ１を縦置き設置したときの概観斜視図である。

本実施例の冷却風の吸入口９は、ＰＣ１の前面側の両側面（据え置き時には、底面部と天面部に相当）に、装置の上部から下部に所定の幅で設けられている。ＰＣ１を据え置きする時やＰＣ１を他の装置に並べて縦置き設置する場合には、一方の側面に設けられた吸入口からの外気の流入量が低下するため、それを考慮して吸入口の面積を決定するとよい。なお、吸入口を塞がないように、足を設ければなおよい。

ＰＣ１の背面側には、つぎの排気口を設ける。第一にＰＣ１のマザーボード６と反対側の側面（据え置き時には、天面部に相当）に排気口１６を設ける。第二にＰＣ１の上部に排気口１７を設ける。また、ＰＣ１の背面には、電源ユニット１３の排気に対応して排気口１８（図示せず）を設ける。

つぎに図４から図６により、ＰＣ１内部の冷却風の流れを詳細に説明する。

図４は、縦置きされたＰＣ１を側面から見た（据え置きされたＰＣ１を上部から見た）ときの冷却風を流れを説明する図である。仕切り板１４により、マザーボード６側の冷却風の流れと、ドライブ１２と電源ユニット１３側の冷却風の流れを分離している。

まず、図４と図６によりマザーボード６側の冷却風を流れを説明する。外気は、冷却ファン８により装置側面に設けられた吸気口９から内部に吸気され、冷却ファン８と筺体により形成される吸気ポートで、流れの向きが変わる。冷却ファン８により吐出された冷却風は、マザーボード６のＣＰＵに設けられた冷却フィン７を通流する。冷却フィン７は、そのフィンが冷却風の流れの方向に設けられているので、冷却風の通流は円滑に行われ、冷却フィンからＣＰＵの発生熱を受熱してＣＰＵを冷却する。冷却フィン７を通流した冷却風は、マザーボード６の他のデバイス（たとえば、チップセット）と、マザーボード６に平行に設置された表示ボード等の拡張ボード１０を冷却しながら通流する。そして、ＰＣ１の側面に設けられた排気口１６とＰＣ１の上部に設けられた排気口１７から装置外部に流れの方向を変えて排気される。

吸気時と排気時に冷却風の方向が変わるが、吸気時には冷却ファン８と筺体により形成される吸気ポートで流れの向きを変え、排気時にマザーボード６と筺体とインターフェイスコネクタにより形成される空間で流れの向きを変えている。このように、比較的大きな空間で流れの向きを変えているので、流れの損失がなく、冷却ファン８の風量を小さくすることができる。この結果、ファン回転数を低下することができ静穏化することができる。

また、図６（ｂ）と図６（ｃ）に示されるように、装置の上面の排気口１７と装置の側面の排気口１６を設けているので、拡張ボード１０が挿入されても冷却風の通風を妨げることなく排気をおこなうことができる。

つぎに、図４と図７により、ドライブ１２と電源ユニット１３側の冷却風の流れを説明する。外気は、冷却ファン１５により、装置側面に設けられた吸気口９から内部に吸気され、ドライブ１２を冷却する。ドライブ１２を通流した冷却風は、冷却ファン１５から電源ユニット１３を通気して装置外部に排気される。

図７にしめすように、２つのドライブ１２が設置される場合には、吸気口９から吸気された外気は、ドライブ１２と筺体の隙間を通流して、ドライブ１２を冷却する。このため、ドライブ１２は、冷却効率を高めるためドライブ１２のケーシングが外側になるように設置し、ドライブ１２のケーシングと筺体の隙間に冷却風が通流するようにする。

冷却ファン１５により吐出された冷却風は、電源ユニットの内部を通流して、電源ユニットを冷却し、装置背面の排気口１８から外部に排気される。このとき、排気口１６からも冷却風が排気されるようにしてもよい。

また、図４では、電源ユニット１３の流入側に冷却ファン１５を設けているが、電源ユニット１３の排気口に冷却ファン１５を設けて、このファンにより、吸気口９から外気を吸気し、ドライブ１２と電源ユニット１３に冷却風を通流するようにしてもよい。この場合でも、仕切り板１４により、マザーボード６側と分離されているので、外気に吸気とドライブ１２の冷却をおこなうことができる。

図５により、仕切り板１４を設けない場合の実施例を説明する。この場合、マザーボード６側の冷却風の流れは、図４と同様となるので、説明を省略する。図５では、電源ユニット１３に冷却風を通流するための冷却ファン１５を、電源ユニット１３のマザーボード６側の側面に設けている。これにより、マザーボード６側の冷却風の一部を吸気して、電源ユニット１３の冷却をおこない、装置外部に排気する。図４では、図４では、電源ユニット１３の流入側に冷却ファン１５を設けているが、電源ユニット１３の排気口に冷却ファン１５を設けてもよい。この構成により、マザーボード６側の冷却風の一部が、冷却ファン１５により、強制排気されるので、マザーボード６側の冷却効率が向上する。

図５の実施例では、ドライブ１２の発生熱は、ドライブ１２の取り付け部からＰＣ１の筺体に熱伝導して、筺体から対流放熱する。ドライブ１２には冷却風が通風されないが、ＣＰＵの発生熱を冷却した冷却風の影響がないので、自己発熱以外に温度上昇することがないので、十分にドライブ１２の放熱をおこなうことができる。

つぎに、図８により放熱フィンの構成を説明する。

本実施例の放熱フィンは、図８（a）にしめすように、ヒートパイプ１９により、ＣＰＵの発生熱を受熱するジャケット２０から放熱フィンに、ＣＰＵの発生熱を熱伝達している。

さらに、図８（ｂ）にしめすのように、フィンとヒートパイプを複数個組み合わせでひとつの放熱フィンを形成するようにしている。このような構成にすることで、熱伝達量を増加するとともに、価格低減を達成している。具体的には、同一のヒートパイプを使用し、組み合わせるフィンのヒートパイプのロウ付け部分が異なるようにした。フィンを分割することによりロウ付けの作業性が容易となり、放熱フィン７の組み立て性を向上するとともに、ヒートパイプを単一種類にすることで、量産効果を得ることができる。

また、図８（ｃ）に本実施例のヒートパイプを使用した放熱フィン７の取り付け構造をしめす。ＰＣ１を縦置きにしたときに、図にしめすように、ヒートパイプの折り曲げブが下部になるように取り付ける。このようにヒートパイプを設置することで、ヒートパイプ内部の冷媒の還流をよくすることができ、放熱フィンの冷却効率が向上する。

図９に図１に示した実施例のＰＣを適用したシステムのブロック図をしめす。図９の左側はＰＣ１のシステムブロック、右側がモニタ２のシステムブロックを示している。

ＰＣ１は、ＣＰＵ２１とグラフィックメモリコントローラハブ２２とI/Ｏコントローラハブ２３を中心に構成され、グラフィックメモリコントローラハブ２２には、プログラムやデータが記憶されるメモリ２４とデジタル表示コントローラ２５が接続されている。また、グラフィックメモリコントローラハブ２２には、アナログ表示コントローラ２７が内蔵されている。それぞれの表示コントローラの出力がマザーボード６のインターフェイスコネクタ部に接続され、モニタ２に接続可能になっている。

I/Ｏコントローラハブ２３には、ＴＶチューナー２７とハードディスクドライブ１２とＡｕｄｉｏコントローラ２８が接続され、また、I/Ｏコントローラハブ２３には、４つのＵＳＢコントローラ２９が内蔵されている。Ａｕｄｉｏコントローラ２８とＵＳＢコントローラ２９の入出力信号は、マザーボード６のインターフェイスコネクタ部に接続され、モニタ２に接続可能になっている。

モニタ２は、ＬＣＤパネル３１と、ＣＤ／ＤＶＤドライブ３２と、キーボード３やマウス４と操作信号の通信をおこなう無線インターフェイス部３３と、リモコン５と操作信号の通信をおこなう赤外線インターフェイス部３４と、スピーカ３５と、マイク３６と、ＵＳＢハブ３７を内蔵している。

ＬＣＤパネル３１には、アナログ表示コントローラ２７やデジタル表示コントローラ２５の映像信号が、映像信号セレクタ３０を介して入力され、ＣＰＵ２１の処理結果やＴＶチューナー２７の映像信号が表示される。映像信号セレクタ３０の制御信号は、ＵＳＢハブ３７に接続され、ＰＣ１からのＵＳＢ信号により映像信号の選択がおこなえるように構成されている。この構成により、ＰＣ１で実行されるプログラムにより映像信号の選択をおこなえるので、ＬＣＤパネルを共用化することが可能となる。

スピーカ３５とマイク３６は、ケーブルを介して、Ａｕｄｉｏコントローラ２８に接続され、同様に、ＣＤ／ＤＶＤドライブ３２は、ＵＳＢケーブルを介して、ひとつのＵＳＢコントローラ２９に接続している。また、無線インターフェイス部３３と赤外線インターフェイス部３４も、ＵＳＢケーブルを介して、それぞれ、ＵＳＢコントローラ２９に接続される。ＵＳＢハブ３７も同様にＵＳＢコントローラ２９に接続される。

このように、モニタ２に内蔵するＣＤ／ＤＶＤドライブ３２と無線インターフェイス部３３と赤外線インターフェイス部３４とＵＳＢハブ３７をそれぞれ別のＵＳＢコントローラ２９に接続することにより、メディアの挿抜や、キーボード３／マウス４／リモコン５の操作情報を異なる割り込み処理としてＣＰＵ２１に通知して実行処理することができるので、操作性が向上する。

また、上記の４本のＵＳＢ信号を１本のケーブルに抱合するようにすれば、ケーブルの挿抜性が向上し、使用者の使い勝手が向上する。

システム構成図 装置構成斜視図 装置概観斜視図 装置内部の冷却風の通風路を示す図（１） 装置内部の冷却風の通風路を示す図（２） 装置内部の冷却風の通風路を示す図（３） 装置内部の冷却風の通風路を示す図（４） ディスクドライブ部断面 システムブロック図

符号の説明

１…ＰＣ、２…モニタ、３…キーボード、４…マウス、５…リモコン、
６…マザーボード、７…放熱フィン、８…放熱ファン、９…吸気口、
10…拡張ボード、11…メモリ、12…ドライブ、13…電源ユニット、14…仕切り板、
15…放熱ファン、16、17、18…排気口、19…ヒートパイプ、20…ジャケット。

Claims (3)

1. ＣＰＵを搭載するマザーボード、記憶ドライブ、前記マザーボードと前記記憶ドライブに電力を供給する電源ユニットを有する情報処理装置において、
   該情報処理装置の筺体の前方部の側面に設けられた吸気口と、
   該情報処理装置の筺体の後方部の側面に設けられた排気口と、
   前記吸気口より後ろに位置するとともに前記マザーボードの前面に配置されて該情報処理装置の前部から後部に通風する冷却風を発生する他複数の放熱ファンと、
   前記放熱ファンの冷却風により前ＣＰＵに接続して該ＣＰＵを冷却する放熱フィンと、を備え、
   前記吸気口から吸気した外気を、前記マザーボードに沿って通風し、前記排気口から排気する
   ことを特徴とする情報処理装置。
2. 前記ドライブと前記電源ユニットを、前記マザーボードより下方であって該情報処理装置の下部に設置した
   ことを特徴とする請求項１記載の情報処理装置。
3. 前記ドライブと前記電源ユニットの上方部であるとともに前記マザーボードの下方部の位置に仕切り板を備え、
   前記マザーボードの前面に設けた前記冷却ファンによる冷却風と前記電源ユニットの冷却ファンによる冷却風を分離する
   ことを特徴とする請求項２記載の情報処理装置。

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