JP4511444B2 - 電子機器の筐体内部冷却システム、冷却方法、および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器の筐体内部から発生する熱を排出するための冷却ファンの制御方式に関し、特に当該ファンが発する騒音を低減するための制御方式に関する。

コンピュータ・システムなどのような電子機器は、筐体内部にＣＰＵなどの各種ＬＳＩチップを搭載したボード（基板）、ハードディスクなどの記憶装置、電源装置、および入出力装置などのような電気部品を具備しており、それぞれの電気部品は動作に伴って発熱する。これらの電気部品に対しては、良好な動作を保証するための一定の温度範囲が仕様で定められている。特にＣＰＵは発熱量が多く、仕様から外れた温度範囲で継続的に使用すると重大な損傷を受けやすい。そのため電子機器には、筐体内部の温度を一定の温度範囲内に保つために、筐体内部に発生した熱を筐体外部へ排出する冷却ファンが設けられている。

コンピュータ・システムにおいては、動作状態に応じて内部の電気部品から発生する熱量が変化する。たとえば、ＣＰＵはアプリケーション・ソフトの実行により高負荷の処理を行っている間は発熱量が多くなり、低負荷の処理を行っている間は発熱量が下がる。そのため、コンピュータ・システムには筐体内部の温度に応じて冷却ファンの回転速度を制御する機構が設けられている。速度制御機構は、一般に、筐体内部に設定した温度センサによって測定された温度があらかじめ設定された基準値に到達したら冷却ファンの回転速度を変化させるものである。

コンピュータ・システムは、人間の生活環境やオフィス環境の中で広く使われるようになった結果、高性能化、小型軽量化、低コスト化などと並んで、騒音の軽減が重要な課題になっている。コンピュータ・システムから発生する騒音の多くを占めているのが、冷却ファンの回転によって発生する動作音である。特に、ノート型コンピュータはＣＰＵのクロック周波数が高くなって発熱量が増大し、かつ、筐体内部の空間が狭いために冷却ファンに高い冷却能力が求められるようになった結果、冷却ファンの回転数が高くなって冷却ファンから発生する動作音も大きくなってきている。

十分な冷却能力を保ちつつ、人間に不快感を与えないようにパーソナル・コンピュータの冷却ファンの回転を制御する技術が開示されている。たとえば特許文献１では、冷却対象物の温度の変動内容に応じて、人間の耳にとって不快ではない範囲で冷却ファンの回転数を制御する技術が開示されている。特許文献２では、冷却ファンの回転速度が急激に変化しないように制御し、動作音の変化を人間の耳に気づかれにくくする技術が開示されている。特許文献３では、ファジー理論によって冷却ファンの回転速度を制御する技術が開示されている。
特開２００２−２６８７７５号公報 特開２００４−２６５３７３号公報 特開平６−４２４９４号公報

図１１は、コンピュータおける冷却ファンの回転速度の制御と筐体内部の温度の変化を示す図である。冷却ファンの回転速度の制御は、筐体内部に設置した温度センサによって測定された温度があらかじめ設定された温度値に到達したら冷却ファンの回転速度を変化させることによって行なう。たとえば図１１で説明する冷却システムでは、高速、中速、低速の３段階に冷却ファンの回転速度を切り替えることができ、高速回転と中速回転との境界、中速回転と低速回転との境界、および低速回転と停止との境界に、合計３点の設定温度値５０５、５０７、５０９が設定されている。コンピュータを高負荷状態で動作させたのちに低負荷状態に移行させると、筐体内部の温度は点線で表したライン５０１に示すように変化する。高負荷状態で高速回転していた冷却ファンは、発熱量の低下に伴って筐体内部の温度が下がり設定温度値５０５、５０７を下回ってゆくと、中速回転を経て低速回転に状態が移行する。冷却ファンの回転速度が低くなると、筐体外部へ排出される熱の量が少なくなるため、温度の下がり方も緩やかになってゆく。そして、測定された温度が設定温度値５０９に到達したときに冷却ファンの回転は停止する。

筐体内部で発生する熱量と外部に排出される熱量とがほぼ等しくなって筐体内部が熱平衡に近い状態となると、筐体内部の温度は下がりにくくなり温度の降下速度が停滞する。降下速度が停滞するときの温度値は、発熱と冷却に関連するコンピュータの個体差、もしくは使用環境の違いなどにより変化する。低速回転から停止に移行する設定温度値５０９は、温度の降下速度に停滞が発生しないような値を実験で求めて設定しているが、個体差があり使用環境の異なるコンピュータすべてに対して停滞が発生しないようにすることはできない。設定温度値５０９を高めにして停滞を防ごうとすると筐体内部の温度が十分に下がらない内に冷却ファンが停止することになり、コンピュータのなかには、つぎに急激に負荷が増大したときに冷却能力の追従が遅れて筐体内部が危険温度に到達するものがでてくる。このため、実線で表したライン５０３に示すように、設定温度値５０９よりも高い温度値で停滞した状態になることがある。

この冷却システムでは、設定温度値５０９よりも高い温度値で筐体内部の温度の降下速度が停滞した状態になると、冷却ファンが停止せずに回り続けることになる。この現象は、コンピュータを高負荷状態から一時的な待機状態に切り替えたときに発生しやすく、ユーザは作業が終了しても冷却ファンが回り続けるので冷却ファンの回転に伴う動作音を不快に感じてしまう。さらに、冷却ファンの回転によって電力が無駄に消費され続けるので好ましくない。

そこで本発明の目的は、筐体内部の温度が低下しているときに電子機器の冷却ファンが回り続ける状態を防止する冷却システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、筐体内部の温度が低速回転から停止に移行する設定温度値に到達する前に、温度の降下速度が停滞した状態を検出して冷却ファンの回転を停止させ、騒音によるユーザへの不快感と電力消費とを抑えることのできる冷却システムを提供することにある。さらにまた本発明の目的はそのような冷却システムが実行する冷却方法およびそのような冷却システムを備えた電子機器を提供することにある。

筐体内部の温度の降下速度が停滞した状態になると、時間ごとの温度の変化が僅かなものになってくる。本発明では、筐体内部の温度が所定の設定温度幅に入っている間に、温度の降下速度が停滞していると判断したときは冷却ファンを停止させる。所定の設定温度幅は、筐体内部の温度が降下するときに冷却ファンを第２の回転速度から第１の回転速度に移行させる第２の設定温度値と、第１の回転速度から停止に移行させる第１の設定温度値の範囲以内で設定する。筐体内部の温度が所定の設定温度幅に入っているときは、冷却ファンを停止させる温度には到達していないことになるが、筐体内部は熱平衡に近い状態になっており、冷却ファンを停止させても筐体内部が危険温度になるおそれはない。

筐体内部の温度は、筐体内部の空間に設置された温度センサ、ＣＰＵに埋め込まれた温度センサ、またはボードに取り付けられた温度センサなどにより測定される。所定の設定温度幅は、停滞状態を的確に判断し、かつ、危険温度に至らないように設定することが望ましい。設定温度幅は、上限値を第２の設定温度値未満とし、下限値を第１の温度設定値以上として第１の設定温度値側に設定することができる。

筐体内部の温度が上昇しているときに、冷却ファンを停止から第１の回転速度に移行させる設定温度値と、温度が下降しているときに冷却ファンを第１の回転速度から停止に移行させる設定温度値は冷却ファンのチャタリング現象を防ぐために異なるものにするのが通常で、前者の方が後者より若干高い。所定の設定温度範囲の上限を、停止から第１の回転速度に移行させる設定温度値と等しく設定することによって、停滞状態の的確な判断と危険温度到達の回避をバランスよく実現することができる。

筐体内部の温度の降下速度が停滞した状態を判断するには、いくつかの方法がある。たとえば、現在のサンプリング温度値と過去の複数のサンプリング温度値との差に基づいて判断することができる。また、サンプリング周期ごとに測定した温度値の差を計算し、差の変化量に基づいて判断することもできる。さらに、筐体内部の温度が所定の設定温度幅の範囲内に所定の時間以上留まっている場合に停滞していると判断することもできる。

また、冷却ファンを停止するためには、一時的に第１の設定温度値を測定された温度値よりも高い値に設定変更することもできる。この方法によれば、設定温度値に基づいて冷却ファンの回転速度を制御する制御回路に対する変更を最小にして、停滞状態に基づく停止動作をさせることができるという利点が得られる。

筐体内部の温度の降下速度が停滞した状態にあると判断した場合に、すぐに冷却ファンの回転を停止しないで一時的に冷却ファンの回転速度を高くして、筐体内部の温度を第１の設定温度値にまで低下させてから停止することもできる。この場合、一時的にファンの回転速度が上昇して騒音が増大するが、その後冷却ファンが停止するとすれば、ユーザは冷却ファンが停止直前の状態に入ったと認識することができ、低速で冷却ファンの回転が継続するよりも感じる不快感は少ない。

また本発明は、電子機器の筐体内部冷却システムとしてだけでなく、そのようなシステムを備えた電子機器、もしくは電子機器の筐体内部を冷却する方法としても捉えられる。

本発明により、筐体内部の温度が低下しているときに電子機器の冷却ファンが回り続ける状態を防止する冷却システムを提供することができた。さらに本発明により、筐体内部の温度が低速回転から停止に移行する設定温度値に到達する前に、温度の降下速度が停滞した状態を検出して冷却ファンの回転を停止させ、騒音によるユーザへの不快感と電力消費とを抑えることのできる冷却システムを提供することができた。さらにまた本発明によりそのような冷却システムが実行する冷却方法およびそのような冷却システムを備えた電子機器を提供することができた。

本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、ノート型パーソナル・コンピュータ・システム１０（以後、ＰＣシステム１０という。）の筐体１２に、冷却ファン１４を実装した状態を、拡大して示した図である。同図では、筐体１２はＰＣシステム１０の本体の下部を構成するものであり、ボード、ハードディスクなどの記憶装置、電源装置、入出力装置などの部品は取り付けられておらず、冷却ファン１４だけが取り付けられた状態を示している。

図２はＰＣシステム１０のハードウェア構成を示す概略図である。ＰＣシステム１０の全体を制御するＣＰＵ２２は、ＯＳの制御下で各種プログラムを実行する。ＣＰＵ２２は、頻繁にアクセスするごく限られたコードやデータを一時格納することで、メインメモリ２４への総アクセス時間を短縮するための高速動作メモリであるＬ２（レベル２）−キャッシュを含んで構成されている。ＣＰＵ２２は、自身の外部ピンに直結されたプロセッサ直結バスとしてのＦＳ（FrontSide）バス２６、高速のＩ／Ｏ装置用バスとしてのＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）バス２８、および低速のＩ／Ｏ装置用バスとしてのＩＳＡ（Industry Standard Architecture）バス３０という３階層のバスを介して、後述の各ハードウェア構成要素と相互接続されている。

ＦＳバス２６とＰＣＩバス２８は、一般にメモリ／ＰＣＩ制御チップと呼ばれるＣＰＵブリッジ（ホスト−ＰＣＩブリッジ）３２によって連絡されている。本実施形態のＣＰＵブリッジ３２は、メインメモリ２４へのアクセス動作を制御するためのメモリコントローラ機能や、ＦＳバス２６とＰＣＩバス２８の間のデータ転送速度の差を吸収するためのデータバッファ等を含んだ構成となっている。

メインメモリ２４は、ＣＰＵ２２の実行プログラムの読み込み領域として、あるいは実行プログラムの処理データを書き込む作業領域として利用される書き込み可能メモリである。なお、ここでいう実行プログラムには、周辺機器類をハードウェア操作するための各種デバイス・ドライバ、特定業務に向けられたアプリケーション・プログラムや、ＢＩＯＳフラッシュＲＯＭ５２に格納されたＢＩＯＳ等のファームウェアが含まれる。

ビデオ・サブシステム３４は、ビデオに関連する機能を実現するためのサブシステムであり、ＣＰＵ２２からの描画命令を実際に処理した描画情報をビデオメモリ（ＶＲＡＭ）に一旦書き込むと共に、ＶＲＡＭから描画情報を読み出してディスプレイ（図示せず）に描画データとして出力するビデオコントローラを含む。

ＰＣＩバス２８は、比較的高速なデータ伝送が可能なタイプのバスであり、カードバス・コントローラ３６、オーディオ・サブシステム３８、ネットワーク・アダプタ４０などのような比較的高速で動作するＰＣＩデバイス類がこれに接続される。カードバス・コントローラ３６には、たとえばＰＣＭＣＩＡ／ＪＥＩＤＡ仕様に準拠したＰＣカード型の周辺機器（図示せず）が接続される。

ＰＣＩバス２８とＩＳＡバス３０はＰＣＩ−ＩＳＡブリッジ４２によって相互に接続されている。ＰＣＩ−ＩＳＡブリッジ４２は、ＰＣＩバス２８とＩＳＡバス３０とのブリッジ機能、ＤＭＡコントローラ機能、プログラマブル割り込みコントローラ（ＰＩＣ）機能、およびプログラマブル・インターバル・タイマ（ＰＩＴ）機能、ＩＤＥ（Integrated Drive Electronics）インタフェース機能、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）機能、ＳＭＢ（System Management Bus）インタフェース機能を備えていると共に、リアルタイムクロック（ＲＴＣ）を内蔵している。

また、ＩＤＥインタフェース機能によって実現されるＩＤＥインタフェースには、ＩＤＥ仕様に準拠したハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）４６や、光学ドライブ（ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブなど）４４が接続される。また、ＰＣＩ−ＩＳＡブリッジ４２にはＵＳＢポート４８が設けられており、このＵＳＢポート４８には、ＵＳＢコネクタを介して、ＵＳＢ対応の各種周辺機器（図示せず）を接続することが可能である。

ＩＳＡバス３０はＰＣＩバス２８よりもデータ転送速度が低いバスであり、Ｉ／Ｏコントローラ５０、ＥＥＰＲＯＭ等から成るＢＩＯＳフラッシュＲＯＭ５２、環境システム・コントローラ５６に加え、キーボード／マウスコントローラ（いずれも図示せず）のような比較的低速で動作する周辺機器類を接続するのに用いられる。Ｉ／Ｏコントローラ５０はＩ／Ｏポート（図示せず）を介して、フロッピー（登録商標）ディスク・ドライブ（ＦＤＤ、図示せず）の駆動、パラレル・ポートおよびシリアル・ポート（いずれも図示せず）を介した入出力を制御する。

ＢＩＯＳフラッシュＲＯＭ５２は、各種ＢＩＯＳのプログラムを保持するためのメモリであり、不揮発性で記憶内容を電気的に書き替え可能となっている。環境システム・コントローラ５６は、８〜１６ビットのマイクロプロセッサの他に、ＲＡＭ、ＲＯＭ、アナログ入力、タイマ、デジタル入出力などを備えており、ＰＣシステム１０の動作環境に関するプログラムを、ＣＰＵ２２に過大な負荷をかけずに実行することができる。環境システム・コントローラ５６はまた冷却ファン１４の回転速度を制御するための制御信号を冷却ファン駆動回路に送る。

温度センサ５８は筐体１２の内部に複数個存在する。それらはＣＰＵ２２、ビデオ・サブシステム３４、ハードディスク・ドライブ４４、電源装置（図示せず）などのボードやそれらの周辺に取り付けられている。温度センサが取り付けられた部品をＰＣシステム１０に組み込めば、各々の温度センサ５８と環境システム・コントローラ５６とがバスを介して接続されるようになっている。本明細書においては、これらの各種温度センサが測定した温度を筐体内部の温度ということにする。

冷却ファン駆動回路は、環境システム・コントローラ５６から受け取った速度信号に対応する周波数の電圧を生成して冷却ファン１４に供給し、冷却ファン１４の速度を変更させたり停止させたりする。なお、図２は図面の錯綜を回避するため、主要なハードウェアの構成および接続関係を簡略化して表示したに過ぎないものである。ＰＣシステム１０を構成するためには、これら以外にも多くの電気回路および装置が必要であるが、それらは当業者には周知であるので、本発明の要旨を構成する部分以外については詳しく言及しない。

以上で述べたＰＣシステム１０のハードウェアの構成は、一般的なＰＣシステムの構成と特に変わる所はない。また、冷却ファン１４の形状や構造、および冷却ファン１４の制御にかかる電気的な構成も、一般的にパーソナル・コンピュータの筐体１２内部の排熱に使用されるものと特に変わる所はない。本発明にかかる冷却システムの主要な構成は、環境システム・コントローラ５６内のＲＯＭに格納され環境システム・コントローラ５６のプロセッサが実行する温度制御プログラムにより実現される。また、本発明の実施に必要なハードウェア資源、たとえば冷却ファン１４、温度センサ５８、および冷却ファン駆動回路６０などはほとんどのＰＣシステムでは標準的に装備されているため、本発明の実施には特別なハードウェアやソフトウエアなどを追加する必要はなく、従来のシステムで使用されていた温度制御プログラムを変更するだけでよい。

図３は、筐体内部の温度と冷却ファン１４の動作との関係について示す図である。本実施の形態では、冷却ファン１４が高速、中速、低速の３段階に回転速度を切り替えることができるように冷却ファン駆動回路６０および環境システム・コントローラ５６が構成されている。環境システム・コントローラにより実行される温度制御プログラムは、各々の温度センサ５８に対して、冷却ファンの回転速度を切り替えるための設定温度値を含んでいる。設定温度値は、温度センサ５８によって測定された温度が上昇傾向にある場合、停止から低速回転に移行させる設定温度値Ｔａ３、低速回転から中速回転に移行させる設定温度値Ｔａ２、および中速回転から高速回転に移行させる設定温度値Ｔａ１を含む。さらに設定温度値は、筐体内部の温度が下降傾向にある場合、高速回転から中速回転に移行させる設定温度値Ｔｂ１、中速回転から低速回転に移行させる設定温度値Ｔｂ２、および低速回転から停止に移行させる設定温度値Ｔｂ３を含む。筐体内部の温度が設定温度値の近辺にあるときに、冷却ファン１４の回転速度の切り替えが頻繁に発生するいわゆるチャタリング現象を防ぐために、通常、Ｔａ１とＴｂ１、Ｔａ２とＴｂ２、Ｔａ３とＴｂ３の間に差を設けており、各々前者の方が後者よりも数℃程度高く設定されている。

今、本実施の形態にかかるＰＣシステム１０において、ＣＰＵ２２に大きな負荷がかかる処理が終わりアイドル状態に移行する場合を考える。ＣＰＵ２２は発熱量の多い状態から少ない状態へと移行するため、冷却ファン１４は高速回転で動作し、筐体１２内部の温度は設定温度値Ｔａ１よりも高い値から徐々に下がってゆく。最初は高速回転状態であった冷却ファン１４は、筐体１２内の温度がＴｂ１を下回ると中速回転に切り替わる。次いで筐体１２内の温度がＴｂ２を下回ると、冷却ファン１４は低速回転に切り替わる。冷却ファン１４の回転速度が低速回転まで低くなると、筐体１２の外部へ排出される熱の量が少なくなるため、温度の下がり方も緩やかになってゆく。このまま筐体１２内部の温度が下がり続け、Ｔｂ３を下回ると、冷却ファン１４は停止する。筐体１２内部の温度がＴｂ３より少し上の温度値で停滞すると、このまま冷却ファン１４が停止せずに回り続ける。

本発明は、筐体１２内部の温度の降下速度が停滞している状態を適切に検出し、冷却ファン１４を停止させる。筐体１２内部の温度の降下速度が停滞している状態とは、より具体的にいうと、冷却ファン１４が段階的に設定された回転速度のなかで最も低い回転速度である低速回転状態において、筐体１２内部の温度がＴｂ３より少し高く、かつ時間ごとの変化が僅かな状態である。この状態を検出する方法についてはいくつか考えられるが、ここでは３つの検出方法を説明する。

筐体１２内部の温度の降下速度が停滞している状態を検出する第１の検出方法について説明する。図４は、第１の検出方法の概念を示す。また図５は、第１の検出方法をフローチャートで書き表したものである。この検出方法では、一定のサンプリング周期Δｔごとに筐体１２内部の温度がサンプリングされ、環境システム・コントローラ５６内のメモリに記憶されている（ステップ１００，１０２）。環境システム・コントローラ５６は温度センサ５８から受け取った温度信号に応じて速度信号または停止信号を生成し、冷却ファン駆動回路６０に送って冷却ファン１４の動作を制御する。現在時刻ｔの温度値をＴとする。

フローチャートは冷却ファン１４の現在の回転速度に応じて処理内容が分岐しており（ステップ１０４）、冷却ファン１４が停止のときにＴ≧Ｔａ３になった場合は、環境システム・コントローラ５６は冷却ファン１４を低速回転させる（ステップ１０６，１０８）。冷却ファン１４が低速回転のときにＴ≧Ｔａ２になった場合は、温度が上昇傾向にあるため、環境システム・コントローラ５６は冷却ファン１４の回転速度を中速回転に上げる（ステップ１１０，１１２）。冷却ファン１４が中速回転のときにＴ≧Ｔａ１になった場合は、温度がさらに上昇傾向にあるため、環境システム・コントローラ５６は冷却ファン１４の回転速度を高速回転に上げる（ステップ１１４，１１６）。冷却ファン１４が高速回転のときにＴ≦Ｔｂ１になった場合は、温度が下降傾向にあるため、環境システム・コントローラ５６は冷却ファン１４の回転速度を中速回転に下げる（ステップ１１８，１２０）。冷却ファン１４が中速回転のときにＴ≦Ｔｂ２になった場合は、温度が下降傾向にあるため、環境システム・コントローラ５６は冷却ファン１４の回転速度を低速回転に下げる（ステップ１２２，１２４）。冷却ファン１４が低速回転のときに、Ｔ≦Ｔｂ３になった場合は、温度がさらに下降傾向にあるため、環境システム・コントローラ５６は冷却ファン１４を停止させる（ステップ１２６，１２８）。

第１の検出方法では、Ｔｂ３付近に筐体１２内の温度の降下速度が停滞していることを検出するための設定温度幅が設定されている。設定温度幅は、上限値Ｔｓ１を停止から低速回転に移行する設定温度値である設定温度値Ｔａ３に等しく設定し、下限値Ｔｓ２を低速回転から停止に移行する設定温度値Ｔｂ３に設定している。いま、筐体１２内部の温度がＴｓ１とＴｓ２の設定温度幅にあるときに、環境システム・コントローラ５６はサンプリング周期Δｔで温度センサ５８の信号を処理しているものとする。現在時刻ｔのときの温度値がＴで、それより過去のサンプル時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、およびｔ４のときの温度値がそれぞれＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４であるものとする。

温度値Ｔ１〜Ｔ４は、サンプリング時刻とともに環境システム・コントローラ５６内のＲＡＭに記憶されている。温度の降下速度が停滞すると、現在時刻の温度値Ｔと各サンプリング時刻の温度値との差が次第に小さくなる。たとえば、現在時刻ｔと時刻ｔ３の温度差（Ｔ３−Ｔ）は、現在時刻ｔと時刻Ｔ４の温度差（Ｔ４−Ｔ）より小さくなる。本実施の形態では、現在時刻ｔと１つ前のサンプリング時刻ｔ１の温度差（Ｔ−Ｔ１）が所定値以下のときに、温度の降下速度が停滞したと判断するように温度制御プロ部ラムを構成することができる。あるいは、より確実に停滞状態を判断するために、温度制御プログラムが現在時の温度値Ｔと過去３点の温度値（Ｔ１−Ｔ、Ｔ２−Ｔ、Ｔ３−Ｔ）との差がいずれも所定値以下のときに降下速度が停滞したと判断するように構成することができる。環境システム・コントローラは、筐体１２内部の温度の降下速度が停滞している状態を検出すると（ステップ１３０）、冷却ファン１４を停止させる（ステップ１２８）。以後、このルーチンを繰り返す（ステップ１３２）。本実施の形態においては、筐体１２内部の降下中の温度が設定温度値Ｔｂ３に到達する前に冷却ファン１４を停止させているが、所定の設定温度幅の中で停滞状態を判断することにより、つづいてＰＣシステム１０に高負荷処理が発生しても危険温度に到達しないようになっている。

つぎに、筐体１２内部の温度の降下速度が停滞している状態を検出する第２の検出方法について説明する。図６は、第２の検出方法の概念を説明する図である。第２の検出方法では、第１の検出方法と同様に設定温度幅がＴｓ１とＴｓ２の範囲に設定されている。いま、筐体１２内部の温度がＴｓ１とＴｓ２の設定温度幅にあるときに、ΔＴ１＝Ｔ−Ｔ１、ΔＴ２＝Ｔ１−Ｔ２、ΔＴ３＝Ｔ２−Ｔ３とすると、温度の降下速度が停滞してくると、ΔＴ３、ΔＴ２、ΔＴ１の順番に温度差が小さくなる。本実施の形態においては第２の検出方法として、サンプリング周期間の温度差の変化量が所定の値よりも小さくなったときに降下速度が停滞したと判断するように温度制御プログラムを構成する。環境システム・コントローラは筐体１２内部の温度の降下が停滞している状態を検出し、冷却ファン１４を停止させる停止信号を冷却ファン駆動回路６０に送る。

つづいて、筐体１２内部の温度の降下速度が停滞している状態を検出する、第３の検出方法について説明する。図７は、第３の検出方法の概念を説明する図である。第３の検出方法では、第１および第２の検出方法と同様に設定温度幅がＴｓ１とＴｓ２の範囲に設定されている。いま、筐体１２内部の温度が下降してＴｓ１を下回った時点をｔ＝０として時間の測定を開始する。温度Ｔが設定温度幅から一度でも外れたら、時間の測定を中止する。本実施の形態においては第３の検出方法として、時刻ｔが０≦ｔ≦所定の時間の関係にある全ての時点で、温度ＴがＴｓ１≦Ｔ≦Ｔｓ２の設定温度幅内にあるときに降下速度が停滞したと判断するように温度制御プログラムを構成する。環境システム・コントローラは筐体１２内部の温度の降下が停滞している状態を検出し、冷却ファン１４を停止させる停止信号を冷却ファン駆動回路６０に送る。

以上で述べてきた検出方法に基づいて、筐体１２内部の温度の降下が停滞している状態が検出された場合、冷却ファン１４の停止処理が行われる。停止処理の方法についても、いくつか考えられるが、ここでは２つの方法を説明する。第１の停止処理方法では、停滞状態を検出したらすぐに冷却ファン１４の回転を停止する。第１〜第３の検出方法ではＴｓ１＝Ｔａ３であるので、冷却ファン１４の回転を停止する時点の筐体１２内部の温度は設定温度値Ｔａ３以下の温度となる。設定温度値Ｔａ３は、冷却ファン１４が停止している状態のときに筐体１２の内部温度が上昇して低速回転に移行するときの温度値である。いいかえると設定温度値Ｔａ３は、筐体１２の内部温度が上昇傾向にあるときに冷却ファン１４が停止した状態を維持する上限温度という意味をもっている。したがって、筐体１２の内部温度が設定温度値Ｔａ３以下のときに冷却ファン１４を停止しても、ＰＣシステム１０に熱による問題が発生することはない。また、ＰＣシステム１０の使用が再開されて筐体１２内部の温度が再び上昇に転じた場合は、設定温度値Ｔａ３で冷却ファン１４の回転を開始して筐体１２内部の温度の上昇に追従できる。図８は、第１の停止処理方法における筐体１２内部の温度の変化の実測例である。本発明を適用しない場合と適用した場合とを比較すると、冷却ファン１４の回転を停止するまでに要する時間を約７００秒短縮することができた。

図９は、第２の停止処理方法における筐体１２内部の温度値の変化を示す図である。第２の停止処理方法では、筐体１２内部の温度の降下が停滞している状態が検出された時点３０４から、一時的に冷却ファン１４の回転速度を高くする。これによって筐体１２内部の温度変化は、そのまま低速回転を続けた場合の温度変化を点線で表したライン３０２と比べて、実線で表したライン３００で示すように一時的に急速に低下する。そして、筐体１２内部の温度がＴｂ３に到達した時点３０６で冷却ファンの回転を停止する。また図１０は、第２の停止処理方法における停止処理の動作をフローチャートで書き表したものである。筐体１２内部の温度の降下が停滞している状態が検出された場合、冷却ファン１４の回転速度を一時的に高速回転または中速回転まで高め（ステップ４００）、筐体１２外部へ排出する熱量を増大させている。そして、筐体１２内部の温度を冷却ファン１４の回転が本来停止すべき温度Ｔｂ３に到達させることにより（ステップ４０２，４０４）、冷却ファン１４の回転を停止させている（ステップ４０６）。これによって、ＰＣシステム１０に筐体１２内部の温度に起因する問題が発生する可能性をさらに小さくできる。この停止処理方法によれば、冷却ファン１４の回転速度が上昇して一時的に騒音が増大するが、その後すぐに、数秒程度で冷却ファン１４が停止するので、ユーザはこの動作は冷却ファン１４が停止するための動作であると認識することができる。したがって、低速で冷却ファン１４の回転が継続するよりも不快感を軽減できる。

なお、冷却ファン１４の回転を停止させる方法としては、冷却ファン駆動回路６０に直接回転停止の制御信号を送るほかに、設定温度値Ｔｂ３の値を一時的に現時点の温度Ｔ以上に上げることによって停止させる方法もある。冷却ファン１４の回転が停止したら、設定温度値Ｔｂ３の値を元に戻すことで通常状態に復帰させる。この方法には、冷却ファン駆動回路６０に対する変更を最小に抑えて停止の操作が可能であるという利点がある。

ここまで述べてきた実施例には、様々なバリエーションが考えられる。たとえば、前記の第１の検出方法では現時点より４段階前までの温度を比較しているが、この段階数は何段階であってもよい。第２の検出方法では現時点と現時点より３段階前までの温度の変化量を比較しているが、この段階数は２段階以上であれば何段階であってもよい。また、冷却ファン１４の回転速度は、２段階以上であれば何段階であってもよい。さらに、温度センサ５８は筐体１２内部に複数個配置されているが、その中から複数個選択された温度センサ５８によって測定された温度全てにおいて降下速度が停滞した状態が検出されたときに、冷却ファン１４の回転を停止することもできる。その際、各々の温度センサ５８ごとに違った設定温度値とすることができる。これによって、筐体１２内部の場所ごとの温度のバラツキの影響を少なくして、温度の降下速度が停滞した状態をより的確に検出できる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

コンピュータ装置に限らず、冷却ファンによって筐体内部からの排熱を行っている電子機器に広く適用可能である。

ノート型ＰＣの筐体に本発明に基づいた冷却ファンを実装した状態を拡大して示した図である。 実施例に係る筐体内部冷却システムを備えたＰＣのハードウェア構成を示す概略図である。 温度に応じた冷却ファンの動作について示す図である。 第１の検出方法の概念を示す図である。 第１の検出方法のフローチャートである。 第２の検出方法の概念を示す図である。 第３の検出方法の概念を示す図である。 第１の停止処理方法における筐体内部の温度値の変化の実測例である。 第２の停止処理方法における筐体内部の温度値の変化を示す図である。 第２の停止処理方法における停止処理のフローチャートである。 従来技術の冷却ファンの回転数の制御と筐体内部の温度値の変化について示す図である。

符号の説明

１０ ＰＣシステム
１２ 筐体
１４ 冷却ファン
２２ ＣＰＵ
２４ メインメモリ
２６ ＦＳバス
２８ ＰＣＩバス
３０ ＩＳＡバス
３２ ＣＰＵブリッジ
３４ ビデオ・サブシステム
３６ カードバス・コントローラ
３８ オーディオ・サブシステム
４０ ネットワーク・アダプタ
４２ ＰＣＩ−ＩＳＡブリッジ
４４ ハードディスク・ドライブ
４６ 光学ドライブ
４８ ＵＳＢポート
５０ Ｉ／Ｏコントローラ
５２ ＢＩＯＳフラッシュＲＯＭ
５６ 環境システム・コントローラ
５８ 温度センサ
６０ 冷却ファン駆動回路

Claims (8)

1. 電子機器の筐体内部を冷却するシステムであって、
   前記筐体内部の温度を測定する温度センサと、
   回転速度を段階的に変更して前記筐体内部の空気を筐体外部に排出する冷却ファンと、
   前記筐体内部の温度が第２の設定温度値まで下降したとき第２の回転速度で回転していた前記冷却ファンを前記第２の回転速度より遅い第１の回転速度で回転させる速度信号を生成し、前記第２の設定温度値より低い第１の設定温度値まで下降したとき前記冷却ファンを停止させる速度信号を生成し、前記筐体内部の温度が前記第１の設定温度値と前記第２の設定温度値との間に設定した所定の設定温度幅に入っているときに測定した経過時間に対応する前記筐体内部の温度に基づいて前記筐体内部の温度の下降速度が停滞していると判断したときに前記冷却ファンを前記第２の回転速度以上の回転速度で回転させて前記筐体内部の温度を低下させるコントローラと、
   前記コントローラから受け取った速度信号に応答して前記冷却ファンに電源を供給する冷却ファン駆動回路と
   を有する冷却システム。
2. 前記所定の設定温度幅の上限値が前記第２の設定温度値未満で下限値が前記第１の設定温度値である請求項１記載の冷却システム。
3. 前記コントローラは、前記冷却ファンが停止しているときに前記筐体内部の温度が上昇して前記第１の設定温度値を超え前記第２の設定温度値未満の第３の設定温度値に到達したとき前記冷却ファンを前記第１の回転速度で回転させる速度信号を生成し、前記所定の設定温度幅の上限が前記第３の設定温度値で下限が前記第１の設定温度値である請求項１記載の冷却システム。
4. 前記コントローラは前記温度センサが測定した温度値を所定のタイミングで比較し、現在のサンプリング温度値と過去の複数のサンプリング温度値との差に基づいて前記筐体内部の温度の下降速度が停滞していると判断する請求項１記載の冷却システム。
5. 前記コントローラは前記温度センサが測定した温度値を所定のタイミングで抽出して過去のタイミングで抽出した温度値との差を計算し、前記温度値の差の変化量に基づいて前記筐体内部の温度の下降速度が停滞していると判断する請求項１記載の冷却システム。
6. 前記コントローラは前記筐体内部の温度が前記所定の設定温度幅の範囲に所定時間以上留まっている場合に前記筐体内部の温度の下降速度が停滞していると判断する請求項１記載の冷却システム。
7. 筐体と、
   前記筐体に収納された電子部品と、
   前記筐体の内部を冷却する冷却システムとを有し、
   前記冷却システムが請求項１〜請求項６のいずれかに記載された冷却システムである電子機器。
8. 電子機器に設けられた冷却システムが前記電子機器の筐体内部を冷却する方法であって、
   回転速度を段階的に変更して前記筐体内部の空気を前記筐体の外部に排出する冷却ファンを提供するステップと、
   第１の温度値と該第１の温度値より高い第２の温度値を設定するステップと、
   前記冷却システムが前記筐体内部の温度を測定するステップと、
   前記測定した温度が前記第２の温度値を超えるとき前記冷却ファンを第２の回転速度で回転させるステップと、
   前記筐体内部の温度が前記第２の温度値まで下降したとき前記冷却ファンを前記第２の回転速度より遅い第１の回転速度で回転させ、前記筐体内部の温度が前記第１の温度値まで下降したとき前記冷却ファンを停止させるステップと、
   前記筐体内部の温度が前記第１の温度値と前記第２の温度値との間に設定した所定の設定温度幅に入っているときに測定した経過時間に対応する前記筐体内部の温度に基づいて前記筐体内部の温度の下降速度が停滞していると判断したときに前記冷却ファンを前記第２の回転速度以上の回転速度で回転させて前記筐体内部の温度を低下させるステップと
   を有する方法。

Images