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【発明の名称】 発熱部品を含んだ電子機器のための冷却システム
【発明者】 【氏名】伊 藤 尚 己

【氏名】塚 本 英 志

【氏名】中 村 哲 志
【要約】 【課題】発熱部品を含んだ電子機器の発熱量等に応じて冷却ファンの回転を適正に制御する冷却システムを提供する。

【解決手段】冷却ファン２０１の回転数に関する計測データを出力するファン・コントローラ２０２と、ＣＰＵカード１０等の発熱部品に設けられた識別子とファンの最適回転数との関係を記述した最適値テーブルであって、各テーブル・エントリは２以上の閾値温度に対応した２以上の最適回転数値を格納している最適値テーブルと、発熱部品周辺の温度を計測する温度計測器２０４と、発熱部品の識別子と計測温度に従って現在の最適回転数を決定する回転数決定手段と、ファン・コントローラ経由で得られたファンの実回転数と最適回転数との差に従って、ファンに供給する駆動電源オン／オフのデューティ比を修正する冷却システム・コントローラとを具備する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】発熱部品を含んだ電子機器のための冷却システムにおいて、（ａ）冷却ファンと、（ｂ）駆動電源により前記ファンを回転せしめるとともに、前記ファンの回転数に関する計測データを出力するファン・コントローラと、（ｃ）前記ファンの回転数に関する計測データに従って前記ファンに供給する駆動電源オン／オフのデューティ比を修正する冷却システム・コントローラと、を具備することを特徴とする冷却システム。
【請求項２】発熱部品を含んだ電子機器のための冷却システムにおいて、（ａ）冷却ファンと、（ｂ）駆動電源により前記ファンを回転せしめるとともに、前記ファンの回転数に関する計測データを出力するファン・コントローラと、（ｃ）前記ファンの回転数に関する計測データに従って、前記ファンの回転数が最適値に向かうように前記ファンに供給する駆動電源オン／オフのデューティ比を修正する冷却システム・コントローラと、を具備することを特徴とする冷却システム。
【請求項３】発熱部品を含んだ電子機器のための冷却システムにおいて、（ａ）冷却ファンと、（ｂ）駆動電源により前記ファンを回転せしめるとともに、前記ファンの回転数に関する計測データを出力するファン・コントローラと、（ｃ）前記発熱部品周辺の温度を計測する温度計測器と、（ｄ）計測された温度に基づいて前記ファンの最適回転数を決定するとともに、前記ファン・コントローラ経由で得られた前記ファンの実回転数と前記最適回転数との差に従って、前記ファンに供給する駆動電源オン／オフのデューティ比を修正する冷却システム・コントローラと、を具備することを特徴とする冷却システム。
【請求項４】発熱部品を含んだ電子機器のための冷却システムにおいて、（ａ）冷却ファンと、（ｂ）駆動電源により前記ファンを回転せしめるとともに、前記ファンの回転数に関する計測データを出力するファン・コントローラと、（ｃ）前記発熱部品に設けられた識別子と、（ｄ）前記発熱部品の各識別子と前記ファンの最適回転数との関係を記述した最適値テーブルと、（ｅ）前記発熱部品の識別子を読み取るとともに前記最適値テーブルを参照して最適回転数を決定する回転数決定手段と、（ｆ）前記ファン・コントローラ経由で得られた前記ファンの実回転数と前記最適回転数との差に従って、前記ファンに供給する駆動電源オン／オフのデューティ比を修正する冷却システム・コントローラと、を具備することを特徴とする冷却システム。
【請求項５】発熱部品を含んだ電子機器のための冷却システムにおいて、（ａ）冷却ファンと、（ｂ）駆動電源により前記ファンを回転せしめるとともに、前記ファンの回転数に関する計測データを出力するファン・コントローラと、（ｃ）前記発熱部品に設けられた識別子と、（ｄ）前記発熱部品の各識別子と前記ファンの最適回転数との関係を記述した最適値テーブルであって、各テーブル・エントリは２以上の閾値温度に対応した２以上の最適回転数値を格納している最適値テーブルと、（ｅ）前記発熱部品周辺の温度を計測する温度計測器と、（ｆ）前記発熱部品の識別子と計測温度に従って現在の最適回転数を決定する回転数決定手段と、（ｇ）前記ファン・コントローラ経由で得られた前記ファンの実回転数と前記最適回転数との差に従って、前記ファンに供給する駆動電源オン／オフのデューティ比を修正する冷却システム・コントローラと、を具備することを特徴とする冷却システム。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発熱部品を含んだ電子機器のための冷却システムに係り、特に、冷却ファンによって機器内で発生した熱を放熱するタイプの冷却システムに関する。更に詳しくは、本発明は、発熱量等に応じて冷却ファンの回転を適正に制御する冷却システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】昨今の技術革新に伴い、デスクトップ型、タワー型、ノートブック型など各種パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）が開発され市販されている。
【０００３】これらコンピュータ・システム（以下、単に「システム」とも言う）は、既に周知の通り、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ、ビデオ・コントローラ・チップなどの各回路コンポーネントによって構成される。近年では、配線幅の縮小化などの半導体製造技術の向上に伴って、システムの動作周波数は益々高速化している。例えば、米インテル社が製造・市販するＣＰＵチップ"ＭＭＸテクノロジＰｅｎｔｉｕｍ"や"Ｐｅｎｔｉｕｍ ＩＩ"などの動作周波数は超２００ＭＨｚ級である。
【０００４】動作周波数の高速化は、システムの処理能力向上という利益をもたらす。例えばＣＰＵチップの高速化により計算速度はアップし、大規模アプリケーションやグラフィックス処理などにおいて威力を発揮するであろう。
【０００５】その反面、システムの高速化は幾つかの弊害を招来する。そのうちの１つは発熱の問題である。何故ならば、動作周波数の増大は単位時間当たりのトランジスタ・ゲート（すなわち抵抗体）を通過する電流量の増大を意味し、電流が増大すれば当然発熱量も増加するからである。システム内の主な発熱源は、高速動作するＣＰＵや、外部キャッシュ・メモリ（通常はＳＲＡＭチップで構成される）、ＣＰＵとローカル・バスとを相互接続するブリッジ・チップ（通称「ノース・ブリッジ」）などである。このため、昨今のパーソナル・コンピュータには冷却システムを採り入れているものが多い。
【０００６】冷却システムには、冷却ファンの回転によってシステム筐体内の熱気を外部と強制的に入れ替えるという「強制冷却式」のものと、ヒートパイプやヒートシンクのような伝熱性に優れた部材を発熱源となるコンポーネントに接触させて、これら伝熱部材を介して熱を外部に逃がすという「自然冷却式」のものとがある。ここで言う「ヒートパイプ」とは、空気などの非凝縮性ガスを真空排気した後に水やアンモニアなどの凝縮性流体を作動流体として封入した構成を持ち、作動流体の気化作用を利用して熱を高速で伝達することを可能とした部材である（周知）。冷却ファンを用いた強制冷却式の方が冷却効果は高いが、その駆動には当然にして電力を消耗する。このため、無尽蔵な商用電源によって駆動するデスクトップＰＣについては冷却ファンを用い、容量有限なバッテリで駆動するノートブックＰＣについてはヒートパイプを用いた自然冷却を用いる、というのが一般的であった。
【０００７】ところが、ノートブック用のコントローラ・チップ等の高速化も進み、ノートブックＰＣについても自然冷却のみに頼ることは殆ど不可能な状況になってきた。そもそもノートブックＰＣは筐体内の回路コンポーネント等の集積度が高く、熱が内部にこもり易い構造である。これら回路コンポーネント類の動作保証温度を満足させるために、最近では冷却ファン内蔵型（すなわちち強制冷却方式）のノートブックＰＣも増えてきている。
【０００８】冷却ファンを高速で回転させるほどその冷却効果が高まる、ということは容易に想到されよう。しかしながら、ファンの高速回転には、ファン・モータ駆動のための消費電力の増加や、ファン・モータの回転により発生する騒音の増大というトレード・オフを伴う。このため、比較的に低温の段階ではファンを低速で回転させ、高温上昇時には高速回転に切り換えるといった具合に、システム筐体内（若しくは発熱部品）の温度に応じて、冷却ファンの回転数を適正にコントロールする必要がある。
【０００９】ところが、一般に、ファンを回転させるモータには個体差があり、モータに同じ駆動電圧を印加しても得られる回転数は区々である。また、モータの回転特性は、周囲温度などの環境や経時変化などの影響を受け易く、同じモータであっても同一の駆動電圧で常に同一の回転数を得られるとは限らない。冷却ファンの設定回転数すなわち最適回転数は、例えば高速時が４，０００ｒｐｍで低速時が３，ｏｏｏｒｐｍといった程度の値である一方、ファン回転数のばらつきは最大で１，０００ｒｐｍを越えることもある。高速・低速各々の回転数の差よりもばらつきの方が大きい訳であるから、回転数の設定は殆ど意味を持たなくなってしまう。すなわち、冷却ファンの回転制御は一筋縄では行かないのが現状なのである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、発熱部品を含んだ電子機器のための優れた冷却システムを提供することにある。
【００１１】本発明の更なる目的は、ファンの回転によって機器内で発生した熱を放熱するタイプの、優れた冷却システムを提供することにある。
【００１２】本発明の更なる目的は、発熱量等に応じてファンを適正に回転せしめる、優れた冷却システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、発熱部品を含んだ電子機器のための冷却システムにおいて、（ａ）冷却ファンと、（ｂ）駆動電源により前記ファンを回転せしめるとともに、前記ファンの回転数に関する計測データを出力するファン・コントローラと、（ｃ）前記ファンの回転数に関する計測データに従って前記ファンに供給する駆動電源オン／オフのデューティ比を修正する冷却システム・コントローラと、を具備することを特徴とする冷却システムである。
【００１４】また、本発明の第２の側面は、発熱部品を含んだ電子機器のための冷却システムにおいて、（ａ）冷却ファンと、（ｂ）駆動電源により前記ファンを回転せしめるとともに、前記ファンの回転数に関する計測データを出力するファン・コントローラと、（ｃ）前記ファンの回転数に関する計測データに従って、前記ファンの回転数が最適値に向かうように前記ファンに供給する駆動電源オン／オフのデューティ比を修正する冷却システム・コントローラと、を具備することを特徴とする冷却システムである。
【００１５】また、本発明の第３の側面は、発熱部品を含んだ電子機器のための冷却システムにおいて、（ａ）冷却ファンと、（ｂ）駆動電源により前記ファンを回転せしめるとともに、前記ファンの回転数に関する計測データを出力するファン・コントローラと、（ｃ）前記発熱部品周辺の温度を計測する温度計測器と、（ｄ）計測された温度に基づいて前記ファンの最適回転数を決定するとともに、前記ファン・コントローラ経由で得られた前記ファンの実回転数と前記最適回転数との差に従って、前記ファンに供給する駆動電源オン／オフのデューティ比を修正する冷却システム・コントローラと、を具備することを特徴とする冷却システムである。
【００１６】また、本発明の第４の側面は、発熱部品を含んだ電子機器のための冷却システムにおいて、（ａ）冷却ファンと、（ｂ）駆動電源により前記ファンを回転せしめるとともに、前記ファンの回転数に関する計測データを出力するファン・コントローラと、（ｃ）前記発熱部品に設けられた識別子と、（ｄ）前記発熱部品の各識別子と前記ファンの最適回転数との関係を記述した最適値テーブルと、（ｅ）前記発熱部品の識別子を読み取るとともに前記最適値テーブルを参照して最適回転数を決定する回転数決定手段と、（ｆ）前記ファン・コントローラ経由で得られた前記ファンの実回転数と前記最適回転数との差に従って、前記ファンに供給する駆動電源オン／オフのデューティ比を修正する冷却システム・コントローラと、を具備することを特徴とする冷却システムである。
【００１７】また、本発明の第５の側面は、発熱部品を含んだ電子機器のための冷却システムにおいて、（ａ）冷却ファンと、（ｂ）駆動電源により前記ファンを回転せしめるとともに、前記ファンの回転数に関する計測データを出力するファン・コントローラと、（ｃ）前記発熱部品に設けられた識別子と、（ｄ）前記発熱部品の各識別子と前記ファンの最適回転数との関係を記述した最適値テーブルであって、各テーブル・エントリは２以上の閾値温度に対応した２以上の最適回転数値を格納している最適値テーブルと、（ｅ）前記発熱部品周辺の温度を計測する温度計測器と、（ｆ）前記発熱部品の識別子と計測温度に従って現在の最適回転数を決定する回転数決定手段と、（ｇ）前記ファン・コントローラ経由で得られた前記ファンの実回転数と前記最適回転数との差に従って、前記ファンに供給する駆動電源オン／オフのデューティ比を修正する冷却システム・コントローラと、を具備することを特徴とする冷却システムである。
【００１８】しかして、本発明に係る冷却システムによれば、冷却ファンの回転数を最適値になるようにフィードバック制御することができる。
【００１９】また、本発明に係る冷却システムによれば、発熱部品の温度すなわち発熱量に応じて冷却ファンの最適回転数を動的に切り換えることができる。
【００２０】発熱部品は、例えばノートブックＰＣのシステム・ボード上に搭載されるＣＰＵカードである。ＣＰＵカードは、例えばＣＰＵチップの他、外部キャッシュ・メモリやブリッジ・チップのような発熱性の回路コンポーネントを含んでいる。一般に、熱を発生する発熱特性は発熱部品ごとに異なる。例えばＣＰＵチップの種類（ＭＭＸテクノロジＰｅｎｔｉｕｍか或はＰｅｎｔｉｕｍ ＩＩか）やその動作周波数、外部キャッシュ・メモリの種類や容量によって、発熱量は異なり、当然にしてファンの最適回転数も相違してくる。本発明によれば、発熱部品の識別子を読み取り、これに応じて最適回転数を決定することもできる。
【００２１】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳解する。
【００２３】Ａ．コンピュータ・システムの構成図１には、本発明を実現するのに適した典型的なパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）１００のハードウェア構成を模式的に示している。本発明を実現するコンピュータ・システム１００の一例は、日本アイ・ビー・エム(株)が市販するノートブック型ＰＣ"ＴｈｉｎｋＰａｄ ７ｘｘ"シリーズ（"ＴｈｉｎｋＰａｄ"は米ＩＢＭ社の商標）である。システム１００は、ＯＡＤＧ（PC Open ArchitectureDeveloper's Group）仕様に準拠し、オペレーティング・システム（ＯＳ）として米マイクロソフト社の"Ｗｉｎｄｏｗｓ９５"又は米ＩＢＭ社の"ＯＳ／２"（"ＯＳ／２"は米ＩＢＭ社の商標）を搭載している。システム１００は、主要ハードウェア構成要素として、ＣＰＵカード１０、プレーナ・カード２０、ビデオ・カード５０、マルチメディア・カード６０、モデム・カード７０等のカード・モジュールを含んでいる。以下、各部について説明する。
【００２４】ＣＰＵカード１０は、メイン・コントローラであるＣＰＵ１１と、外部キャッシュ・メモリ（Ｌ２−キャッシュ）１２と、ブリッジ回路（ホスト−ＰＣＩブリッジ）１３の各回路チップを搭載している。
【００２５】ＣＰＵ１１は、ＯＳの制御下で、各種プログラムを実行するようになっている。ＣＰＵ１１は、例えば米インテル社製のＣＰＵチップ"Ｐｅｎｔｉｕｍ"、あるいは同社の"ＭＭＸテクノロジＰｅｎｔｉｕｍ"でよい。
【００２６】Ｌ２−キャッシュ１２は、ＣＰＵ１１がメイン・メモリ２２にアクセスする時間を吸収するための高速動作メモリである。ＣＰＵ１１が頻繁にアクセスするごく限られたコードやデータがＬ２−キャシュ１２に一時格納される。Ｌ２−キャッシュ１２は、一般には１以上のＳＲＡＭ（スタティックＲＡＭ）チップで構成され、その記憶容量は例えば５１２ＫＢである。
【００２７】ホスト−ＰＣＩブリッジ１３は、ＣＰＵ１１の外部ピンに直結したプロセッサ・バス１４とＰＣＩバス２１（後述）とを相互接続させるための回路である。ＣＰＵ１１は、ブリッジ１３経由で各Ｉ／ＯデバイスにＩ／Ｏアクセスすることができる。本実施例のホスト−ＰＣＩブリッジ１３は、さらに、メイン・メモリ２２へのメモリ・アクセス動作を制御するためのメモリ・コントローラや、プロセッサ・バス１４とＰＣＩバス２１間のデータ転送速度の差を吸収するためのデータ・バッファなどを含んでいる。ホスト−ＰＣＩブリッジ１３は、「ノース・ブリッジ」と呼ばれることもある。
【００２８】プレーナ・カード２０内のクロック発振器が生成する基本動作周波数は例えば６６ＭＨｚ程度である。これに対し、ＣＰＵ１１は、基本動作周波数を例えば３．５倍速した２３３ＭＨｚを内部動作周波数としている。このため、ＣＰＵカード１０は、通常動作時には約１０Ｗ程度の電力を消費し、システム１００内の主要な発熱源となっている。本実施例では、ＣＰＵカード１０は、後述する冷却システム（図２参照）によって効果的に冷却されるようになっている。なお、ＣＰＵカード１０は、自身の種別を示すための識別子を含んでいる（後述）。
【００２９】プレーナ・カード２０は、各種Ｉ／Ｏコントローラ類（後述）等を実装した、システム１００を構成する主要回路基板である。プレーナ・カード２０は、ＰＣＩバス２１及びメモリ・バス２３経由で、ＣＰＵカード１０上のブリッジ回路１３と連絡している。
【００３０】メモリ・バス２３の他端にはメイン・メモリ２２が配設されている。メイン・メモリ２２は、ＣＰＵ１１の実行プログラム・コード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。ここで言う実行プログラムには、ＯＳの他、各種Ｉ／Ｏデバイスをハードウェア操作するためのＢＩＯＳ（Basic Input/Output System）、各種アプリケーション・プログラムなどが含まれる。
【００３１】メイン・メモリ２２は、通常、１以上のＤＲＡＭ（ダイナミックＲＡＭ。例えばＳＤＲＡＭ（シンクロナスＤＲＡＭ））チップで構成される。メイン・メモリ２２の実体は、基本メモリ２２ａと、２基のＤＩＭＭ（Dual Inline Memory Module）ソケット２２ｂに装着されたＤＩＭＭカードである。基本メモリ２２ａの容量は例えば３２ＭＢであるが、ＤＩＭＭカードを増設することによってメイン・メモリ２２の容量は最大２５６ＭＢになる。
【００３２】ＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）バス２１は、比較的高速なデータ転送が可能なタイプのバス（バス幅３２／６４ビット、最大動作周波数３３／６６ＭＨｚ、最大データ転送速度１３２／２６４ＭＢｐｓ）である。ＰＣＩバス２１は、ローカル・バスとして働き、前述のホスト−ＰＣＩブリッジ１３の他、ビデオ・カード５０、マルチメディア・カード６０、カードバス・コントローラ３２、ＰＣＩ−ＩＳＡブリッジ３１などの各種ＰＣＩデバイスが接続されている。なお、ＰＣＩアーキテクチャは、米インテル社の提唱に端を発したものであり、いわゆるＰｎＰ（プラグ・アンド・プレイ）機能を実現している。
【００３３】ビデオ・カード５０は、システム１００に対し表示機能を提供するサブシステムであり、ビデオ・コントローラ５１とＶＲＡＭ５２を含んでいる。ビデオ・コントローラ５１は、ＣＰＵ１１からの描画命令を実際処理するための専用コントローラ・チップであり、処理した描画情報をＶＲＡＭ５２に一旦書き込むとともに、ＶＲＡＭ５２から描画情報を読み出してディスプレイ（例えば液晶表示ディスプレイ）５３に描画データとして出力するようになっている。ビデオ・カード５０は、ＰＣＩデバイスの１つであり、前述のＰＣＩバス２１にコネクタ接続されている。
【００３４】マルチメディア・カード６０は、システム１００に対しマルチメディア機能を提供するサブシステムである。マルチメディア・カード６０は、ＰＣＩバス２１と接続するためのインターフェース６１の他、ＭＰＥＧ方式で符号化されたＭＰＥＧデータを再生するためのＭＰＥＧチップ６２や、ＮＴＳＣ／ＰＡＬ方式の描画データを処理するためのＮＴＳＣ／ＰＡＬデコーダ６３を含んでいる。マルチメディア・カード６０は、ＰＣＩデバイスの１つであり、前述のＰＣＩバス２１にコネクタ接続されている。
【００３５】カードバス・コントローラ３２は、ＰＣＩバス２１とカードバス間のインターフェース・プロトコルを実現するための専用コントローラであり、その他端には２基のカード・スロット３６，３７が装備されている。各カード・スロット３６，３７には、ＰＣＭＣＩＡ（Personal Computer Memory Card International Association）／ＪＥＩＤＡ（Japan Electronic Industry Development Association）が策定した仕様（例えば"PC Card Standard 95"）に準拠したＰＣカード（図示しない）を挿入することができる。
【００３６】ＰＣＩ−ＩＳＡブリッジ３１は、ＰＣＩバス２１とＩＳＡバス４１とを相互接続するための回路である。ブリッジ３１は「サウス・ブリッジ」と呼ばれることもある。本実施例のブリッジ３１は、ＤＭＡコントローラや、プログラマブル割り込みコントローラ（ＰＩＣ）、プログラマブル・インターバル・タイマ（ＰＩＴ）、ＲＴＣ／ＣＭＯＳを含んだ構成となっている。ＤＭＡコントローラは、ＣＰＵ１１の介在なしに、Ｉ／Ｏデバイス（例えばＦＤＤ４６（後述））とメイン・メモリ２２間のデータ転送を実行するための専用コントローラである。ＰＩＣは、Ｉ／Ｏデバイスからの割り込み要求（ＩＲＱ）に応答して所定の処理プログラム（割り込みハンドラ）を実行させるための専用コントローラである。ＰＩＴは、タイマ信号を所定周期で発生させるための装置であり、その発生周期はプログラマブルである。ＲＴＣ／ＣＭＯＳのＲＴＣ（リアル・タイム・クロック）部分は現在時刻を計測する。また、ＣＭＯＳメモリ部分は、システム１００の構成情報（ＢＩＯＳの設定値）や、パワー・オン・パスワードのようなシステム１００のセーフティ／セキュリティに不可欠な情報を保管するために用いられる。ＲＴＣ／ＣＭＯＳはリザーブ・バッテリ（通常はコイン・バッテリ）によってバックアップされており、システム１００がパワー・オフの間も計時内容や記憶内容を失わないようになっている。
【００３７】本実施例のＰＣＩ−ＩＳＡブリッジ３１は、さらに、ＩＤＥ（Integrated Drive Electronics）に準拠した外部記憶装置を接続するためのＩＤＥインターフェースも備えている。このＩＤＥインターフェースから拡張されたＩＤＥケーブルには、ＩＤＥハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）３４が接続される他、ＩＤＥ ＣＤ−ＲＯＭドライブ３５がＡＴＡＰＩ（AT Attachment Packet Interface）接続される。また、ＩＤＥ ＣＤ−ＲＯＭドライブ３５の代わりに、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）ドライブのような他のタイプのＩＤＥデバイス（図示しない）が接続されてもよい。
【００３８】また、本実施例のブリッジ３１は、汎用バスであるＵＳＢ（Universal SerialBus）バスを接続するためのＵＳＢコントローラを内蔵するとともに、少なくとも１基のＵＳＢポート３３を備えている。ＵＳＢは、電源投入状態のまま新たにＵＳＢデバイスを抜き差しする機能（ホット・プラギング機能）や、新たに接続されたＵＳＢデバイスを自動認識してシステム構成情報を再設定したりする機能（プラグ・アンド・プレイ機能）をサポートしている。１つのＵＳＢポートには、最大６３個のＵＳＢデバイスをデイジー・チェーン接続することが許されている。ＵＳＢデバイスの例は、キーボード、マウス、ジョイスティック、スキャナ、プリンタ、モデム、ディスプレイ・モニタ、タブレットなど（いずれも図示しない）である。
【００３９】ＩＳＡ（Industry Standard Architecture）バス４１は、ＰＣＩバスに比しデータ転送速度が低いバス（バス幅１６ビット、最大データ転送速度４ＭＢｐｓ）である。ＩＳＡバス４１は、システム・バスとして働き、Ｉ／Ｏコントローラ４２、オーディオ・コントローラ４３、モデム・カード７０のようなＩＳＡデバイスの他、ＲＯＭ４４や冷却システム・コントローラ４５のような比較的低速で動作するデバイス類が接続されている。
【００４０】Ｉ／Ｏコントローラ４２は、フロッピー・ディスク・ドライブ（ＦＤＤ）４６の駆動制御、シリアル・ポート４７を介したシリアル・データの入出力（ＳＩＯ）、パラレル・ポート４８を介したパラレル・データの入出力（ＰＩＯ）を制御するための周辺コントローラである。例えば、シリアル・ポート４７にはジョイスティック（図示しない）などのＲＳ２３２Ｃインターフェースを持つ機器が、パラレル・ポート４８にはプリンタ（図示しない）などのセントロニクス・インターフェースを持つ機器が、それぞれ接続される。
【００４１】オーディオ・コントローラ４３は、オーディオ信号の入出力を行うための専用コントローラであり、一般には、オーディオ信号をデジタル録音・再生するためのＣＯＤＥＣ機能を有している。オーディオ信号の入力はライン入力端子若しくは内蔵マイク（図示しない）から行われ、また、オーディオ信号の出力はライン出力端子若しくは内蔵スピーカ（図示しない）を介して行われる。
【００４２】モデム・カード７０は、デジタル信号を扱うシステム１００をアナログ信号伝送媒体である一般公衆回線（ＰＳＴＮ：Public Switched Telephone Network）に接続せしめるためのサブシステムであり、信号処理回路（ＤＳＰ）７１とデータ・アクセス・アレンジメント機能回路（ＤＡＡ）７２などの回路コンポーネントを含んでいる。ＤＳＰ７１は、送信データを変調したり、受信データを復調するためのものである。また、ＤＡＡ７２は、各国毎の回線交換機規格に応じてデータを入出力せしめるためのものである。
【００４３】冷却システム・コントローラ４５は、本実施例に係る冷却システム２００を統括的に制御するためのコントローラである。冷却システム２００は、システム１００の主要な発熱源であるＣＰＵカード１０（前述）を好適に冷却するためのものであるが、冷却動作の詳細は後述に委ねる。
【００４４】冷却システム・コントローラ４５は、好ましくは、(株)日立製作所製の１チップ・マイクロコントローラ"Ｈ８／３４３７"である。このＩＣは、１６ビットのプロセッサの他に、ＲＡＭ、ＲＯＭ、８本のアナログ入力ピン、タイマ、１６本のデジタル入出力ピンを備えており、その動作はプログラマブルである。本実施例の冷却システム・コントローラ４５は、冷却システム２００の制御機能の他に、キーボード８１やポインティング・デバイス（マウス）８２の入出力動作を制御する機能も兼ね備えるようにプログラムされている。
【００４５】システムＲＯＭ４４は、キーボード８１やＦＤＤ４６などの各ハードウェアの入出力操作するためのコード群（ＢＩＯＳ：Basic Input/Output System）や、電源投入時に実行する自己診断テスト・プログラム（ＰＯＳＴ）などを恒久的に格納するための不揮発性メモリである。
【００４６】現在市販されているいわゆるパーソナル・コンピュータは、図１に示したコンピュータ・システム１００として充分機能を発揮するであろう。コンピュータ・システム１００は、パーソナル・コンピュータ、ノートブック・コンピュータ、パームトップ・コンピュータ、ワークステーション、メインフレーム・コンピュータ又はスーパー・コンピュータのいずれであってもよい。あるいは、コンピュータ・システム１００は他のタイプのコンピュータ・システム、例えば、ネットワーク・サーバであってもよい。
【００４７】なお、コンピュータ・システム１００を構成するためには、図１に示した以外にも多くの電気回路等が必要である。但し、これらは当業者には周知であり、また、本発明の要旨を構成するものではないので、本明細書中では省略している。また、図面の錯綜を回避するため、図中の各ハードウェア・ブロック間の接続も一部しか図示していない点を了承されたい。
【００４８】Ｂ．冷却システムの構成図２は、本実施例に係る冷却システム２００の構成を模式的に図解したものである。冷却システム２００は、コンピュータ・システム１００内の発熱に伴う温度上昇を好適に抑制するために、システム１００の筐体内部に配設けられている。より好ましくは、冷却システム２００は、主要な発熱源であるＣＰＵカード１０の直近に設けられている。以下、これについて説明する。
【００４９】図示の通り、冷却システム２００は、前述の冷却システム・コントローラ４５の他、冷却用のファン２０１と、ファン２０１を回転せしめるファン・コントローラ２０２を主要構成要素としている。
【００５０】ファン・コントローラ２０２は、その駆動電源電圧を５Ｖとし、駆動電源が供給されている間はファン２０１の回転力を生成するようになっている。ファン２０１の回転により発生する気流の途上には、システム１００の発熱源であるＣＰＵカード１０が配設されている。したがって、ファン２０１の回転によってＣＰＵカード１０周辺の雰囲気が交換され、その回転数にほぼ比例した冷却効果がもたらされる。
【００５１】また、ファン・コントローラ２０２は、ファン２０１が１回転する毎に２個の回転パルス信号を発生するようになっており、ＦＡＮ＿ＰＵＬＳＥとして冷却システム・コントローラ４５に供給される。但し、回転パルス信号は、ファン・コントローラ２０２への駆動電源がＯＮ状態でのみ有効である。このようなファン・コントローラ２０２及びファン２０１の一例は、九州松下電器(株)製のＵＤＱＦＣ５Ｅ０１である。
【００５２】他方、冷却システム・コントローラ４５は、ＦＡＮ＿ＰＵＬＳＥ信号を入力するとともに、ＦＡＮ＿ＯＮ信号を出力に持っている。ＦＡＮ＿ＯＮ信号は、デジタル・トランジスタＴｒ２のベース端子に入力されている。また、トランジスタＴｒ２のコレクタ側は電源トランジスタＴｒ１のベース端子に接続され、そのエミッタ側はグランドに接地されている。
【００５３】ＦＡＮ＿ＯＮ信号がハイ・レベルでは電源トランジスタＴｒ１がＯＮすなわちファン・コントローラ２０２の駆動電源がＯＮ状態となる一方、ＦＡＮ＿ＯＮがロー・レベルに転じると駆動電源はＯＦＦ状態となる。さらに、ＦＡＮ＿ＯＮ信号のハイ／ロー出力を繰り返すことにより、ファン２０１のロータの慣性を利用して、中間的なファン回転数を作り出すことができる。したがって、冷却システム・コントローラ４５は、ＦＡＮ＿ＯＮ信号をＰＷＭ（パルス幅変調）出力するとともに、そのデューティ比を変えることによってファン２０１の回転数を制御することができる。
【００５４】また、冷却システム・コントローラ４５は、ＣＰＵカード１０上に実装されたサーミスタ２０４の降下電圧値を読み取ることによって、その周囲温度Ｔを計測できるようになっている。
【００５５】図３には他の側面から眺めた冷却システム２００を示しているが、これは、冷却システム２００がＣＰＵカード１０の識別子を取得して最適回転数φoppを得るための構造を図解している。
【００５６】プレーナ・カード２０は、多種類のＣＰＵカード間で共用される性格を持つ。他方、ＣＰＵカード１０は、自身に搭載されたＣＰＵ１１やブリッジ回路１３の種類によって定義されるが、ＣＰＵ１１の種類や動作周波数等によってＣＰＵカード１０の発熱量は相違する。したがって、プレーナ・カード２０が現在受容しているＣＰＵカード１１の種類すなわち識別子に応じて、ファン２０１の最適回転数φoppが決まる。
【００５７】本実施例の冷却システム・コントローラ４５は、例えば３ビット幅のＩＤ読み取り信号線を用いて、ＣＰＵカード１０の識別子を読み取るようになっている。
【００５８】また、冷却システム・コントローラ４５は、各ＣＰＵカード毎の最適回転数φoppを格納した最適値テーブルを備えている。この最適値テーブルは、例えばコントローラ・チップ４５の内蔵ＲＯＭに書き込まれている。さらに、最適値テーブルの各エントリは、比較的高温時のための高速最適回転数φopp/highと、比較的低温時のための低速最適回転数φopp/lowの２種類を格納している。冷却システム・コントローラ４５は、読み取った識別子に対応したエントリを参照して、該当する高速最適回転数及び低速最適回転数（さらには、各最適回転数を実現するためのＦＡＮ＿ＯＮ信号の初期デューティ比）の各々を内蔵ＲＡＭ中に登録しておくようになっている。
【００５９】冷却システム・コントローラ４５は、自身の内蔵ＲＯＭに書き込まれたプログラム・コードに従って冷却システム２００の動作（すなわちファン２０１の回転）を制御するようになっている。但し、冷却システム・コントローラ４５の動作特性の詳細についてはＣ項で説明する。
【００６０】Ｃ．冷却オペレーション前項までで、本発明を具現するコンピュータ・システム１００及び冷却システム２００のハードウェア構成を説明してきた。本項では、冷却システム２００の動作特性とともに本発明の作用について説明することにする。
【００６１】本実施例の冷却システム２００は、ファン・オフ・モード、低速回転モード、高速回転モードという３つの動作モードを備えている。
【００６２】ファン・オフ・モードは、ＣＰＵカード１１が充分低温であり、冷却すなわちファン２０１の回転を要しない状態である。
【００６３】また、低速回転モードは、ＣＰＵカード１０の周囲温度Ｔが比較的低温の閾値温度Ｔth1を越えたときに陥る動作モードであり、ファン２０１を比較的低速に回転すれば充分な冷却効果を得られる状態である。
【００６４】また、高速回転モードは、ＣＰＵカード１０の周囲温度Ｔが比較的高温の閾値温度Ｔth2を越えたときに陥る動作モードであり、ファン２０１を高速に回転しなければＣＰＵカード１０が過熱してしまう状態である。
【００６５】各モード間の切り換えは、サーミスタ２０４を介した温度計測結果に応じて、冷却システム・コントローラ４５が動的に行うようになっている。図４には、冷却システム２００の動作状態を状態遷移図の形態で模式的に示している。
【００６６】図５には、ファン２０１の回転制御オペレーションをフローチャートの形式で示している。該オペレーションは、冷却システム・コントローラ４５が自身の内蔵ＲＯＭに書き込まれたプログラム・コードを実行することによって実現可能である。以下、該オペレーション・ルーチンの各ステップについて説明する。
【００６７】ＣＰＵカード１０の周囲温度Ｔが閾値温度Ｔth1又はＴth2を越えたことに応答して、処理ルーチンに突入する（ステップＳ１００）。周囲温度Ｔは、サーミスタ２０４を介して計測される（前述）。
【００６８】まず、冷却システム・コントローラ４５は、ＦＡＮ＿ＯＮ信号出力のデューティ比を１００％に設定して、ファン２０１をフル回転させる（ステップＳ１０２）。そして、所定時間の間（例えば０．５秒間）だけフル回転を継続して、ファン２０１の回転を安定化させる（ステップＳ１０４）。
【００６９】次いで、ＦＡＮ＿ＯＮ信号出力のデューティ比を、冷却システム２００の現動作モードに該当する初期デューティ比に設定する（ステップＳ１０６）。図６には、ステップＳ１０６で実行されるサブ・ルーチンを図解している。
【００７０】まず、サブステップＳ１０６ａでは、ファン・オフ・モードか否かを判断する。この判断ブロックは、実際には、ＣＰＵカード１０の周囲温度ＴがＴth1を下回ったかどうかで実施される。ファン・オフ・モードであれば、サブステップＳ１０６ｂにジャンプして、ファン２０１を完全に停止させる。この場合、ＦＡＮ＿ＯＮ信号はロー・レベル出力、すなわちデューティ比０％である。
【００７１】他方、判断プロックＳ１０６ａの結果が否定的であれば、サブステップＳ１０６ｃに進んで、低速回転モードか否かが判断される。この判断ブロックは、実際には、ＣＰＵカード１０の周囲温度ＴがＴth2を越えていないかどうかで実施される。低速回転モードであれば、サブステップＳ１０６ｄに進んで、低速回転モード下での初期デューティ比に設定する。初期デューティ比は、ＣＰＵカード１０の識別子に対応する最適値テーブルから読み取られる（前述）。
【００７２】また、判断ブロックＳ１０６ｃの結果が否定的であれば、高速回転モードであると擬制される。この場合には、サブステップＳ１０６ｅに進んで、高速回転モード下での初期デューティ比に設定する。初期デューティ比は、ＣＰＵカード１０の識別子に対応する最適値テーブルから読み取られる（前述）。
【００７３】再び図５に戻って、後続のステップについて説明する。ステップＳ１０８〜Ｓ１２２の間では、ステップＳ１０６で設定されたデューティ比、又はステップＳ１２６（後述）で調整されたデューティ比によるファン２０１の回転数をＮ回（例えば１０回）だけサンプリングする。
【００７４】ステップＳ１０８でｉに初期値ゼロを代入するとともに、ステップＳ１１０でｉを1だけインクリメントする。
【００７５】次いで、ステップＳ１１２では、ステップＳ１０６で設定されたデューティ比又はステップＳ１２６で調整されたデューティ比に従って、ＦＡＮ＿ＯＮ信号をＰＷＭ出力する。さらに、ステップＳ１１４〜Ｓ１１８では、タイマを所定値（例えば５秒）を設定して、ファン２０１の回転数のサンプリング周期を決めている。但し、タイム・アウトするまでの間に、ＣＰＵカード１０の周囲温度Ｔの変動により冷却システム２００の動作モードが遷移する事態が発生したならば、ステップＳ１１６の分岐Ｙｅｓから抜け出して、先行ステップＳ１０６に戻る。
【００７６】タイマがタイム・アウトしたならば、ファン２０１の回転数φiを測定する（ステップＳ１２０）。前述したように、ファン・コントローラ２０２がファン２０１の１回転当たりに２個のパルス波を出力するようになっている。したがって、冷却システム・コントローラ４５が入力されたたＦＡＮ＿ＰＵＬＳＥ信号の２個の連続したパルス波間の間隔をＩ［ｓｅｃ］とすれば、６０／（２×Ｉ）［ｒｐｍ］が測定された回転数φiとなる。
【００７７】次いで、ステップＳ１２２では、回転数の測定回数がＮ回に到達したか否かを判断する。Ｎ回の測定を終えたならば、ステップＳ１２４において、平均回転数φaを計算する。
【００７８】次いで、ステップＳ１２６では、ファン２０１の回転数が最適値テーブルで定義された最適回転数φoppに近づくように、デューティ比の調整を行う。デューティ比の調整は、例えば下表１に従って行えばよい。同表によれば、平均回転数φaが最適回転数φoppよりも１００[ｒｐｍ]だけ下回る場合には、デューティ比を４だけ加算し、また、平均回転数φaが最適回転数φoppよりも７５[ｒｐｍ]だけ上回る場合には、デューティ比を４だけ減算すればよい。なお、本実施例に係る冷却システム・コントローラ４５のＰＷＭタイマはデューティ比０％〜１００％を２５０分の１（すなわち０．４％刻み）の分解能で出力することができる。
【００７９】
【表１】

【００８０】表１は、例えば冷却システム・コントローラ４５の内蔵ＲＯＭに格納されている。なお、表１は例えば実験値に基づいて作成されるものであり、表内の実数値に限定されるものではない。あるいは、表を用いずに、所定の補正式により次のデューティ比を算出するようにしてもよい。
【００８１】ステップＳ１２６によりデューティ比を調整した後、再びステップＳ１０８に復帰して、上述と同様の処理を繰り返す。
【００８２】Ｄ．追補以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。例えばファクシミリ機器、移動無線端末やコードレス電話機、電子手帳、ビデオ・カメラなどの各種コードレス機器、ワードプロセッサ等のような各種電気・電子機器に対しても、本発明を適用することができる。要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【００８３】
【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、発熱部品を含んだ電子機器のための優れた冷却システムを提供することができる。
【００８４】また、本発明によれば、ファンの回転によって機器内で発生した熱を放熱するタイプの、優れた冷却システムを提供することができる。
【００８５】また、本発明によれば、発熱量等に応じてファンを適正に回転せしめる、優れた冷却システムを提供することができる。
【出願人】 【識別番号】３９０００９５３１
【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＳＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【出願日】 平成１０年（１９９８）２月３日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】坂口 博 （外１名）
【公開番号】 特開平１１−２３３９８４
【公開日】 平成１１年（１９９９）８月２７日
【出願番号】 特願平１０−２２０９１