カスタム PC に最適なケース ファンを選択する方法

私たちは、プロのようにカスタム PC を冷却するために、ベアリングの種類やファンの形状から空気力学や圧力の最適化に至るまで、あらゆることに取り組んでいます。

CPU と GPU には冷却ファンが付属していますが、PC ケース内の周囲温度が驚くほど高い場合、冷却ファンは何も冷却しません。

だからこそケースファンが必要なのです。

カスタム PC は通常、最新のケースに組み込まれており、貧弱なファンが 1 つだけ付属しています。 これはメーカーが小銭をつまむのではなく、ケースファンの構成を選択する仕事をユーザーに委ねることになります。

そして、カスタム PC の最適なパフォーマンスと長期的な信頼性の両方を確保するには、これを正しく行うことが重要です。 そこで、PC に最適なケースファンを選択する方法を紹介します。

端的に言えば、1 台のケース ファンではコンピューターの過熱を防ぐのに十分ではないということです。

ただし、PC ケースの冷却はそれよりも少し複雑です。 カスタム PC はコンポーネント構成が大幅に異なるだけでなく、冷却ファンの物理的な向きもビルドごとに異なるため、ケースのメーカーはこの作業をお客様に任せています。

コンピューティングのパフォーマンスは、CPU と GPU を介して処理できるワット数に直接比例します。 この電力の大部分は熱として放散されます。 この熱をコンポーネントから効率的に除去できない場合、PC 全体のパフォーマンスが大幅に制限されます。

単一のケースファンを備えた PC は機能的にオーブンと区別できないため、これは問題です。

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したがって、光沢のあるゲームやビデオ編集機器に適切なケース ファン構成を選択することは、利用可能な熱ヘッドルームに大きな影響を与えます。 PC が低温で動作すると、CPU と GPU がより高いターボ クロック速度を達成できると同時に、その速度をより長く維持できます。

これは、オーバークロックの世界に足を踏み入れることなく、無料でパフォーマンスをアップグレードできます。

一般的な PC ケース ファンの基本構造を理解すると、仕様を理解し、ユースケースに最適なファンを判断することが容易になります。 コンピューターのファンは軸方向または遠心方向の設計を採用しています。 軸流ファンはブレードの回転軸に沿って空気を吸排気しますが、遠心ファンは回転軸に垂直に空気を排気します。

デスクトップ コンピュータではもっぱら軸流ファンが使用されているため、他の種類のファンについては気にしません。 一般的な軸流ファンは、ハブ、ブレード、フレームの 3 つの主要部品で構成されています。 ブレードとフレームは単純なプラスチック部品ですが、ハブにはモーター、ベアリング、電子機器などの最も高価で重要なコンポーネントが収納されています。

軸流ファンは、モーターを駆動してブレードを高速回転させることで気流を生成します。 生成される気流の量は、モーターの速度/トルク、ブレードの空力効率、およびその他の複数の要因によって異なります。

ケースファンの市場に参入している場合は、これらのコンポーネントがコストと品質をどのように決定するかを知っておく必要があります。

ファンの性能を決定するさまざまな仕様を見てみましょう。

ファンの性能は、風量と静圧という 2 つの相互に排他的な指標によって決まります。 前者は、一定時間内にファンによって移動される空気の量を測定し、通常は立方フィート/分 (CFM) で表されます。 ファンの気流が大きいほど、移動できる空気の量が多くなり、冷却パフォーマンスにプラスの影響を与えます。

ケースから熱気を排出する場合は、高風量ファンが最適です。 この構成では、ケースから出るときに空気が通る経路には障害物がまったくありません。 ここで、液冷ラジエーターに冷気を送り込むために同じファンが使用されていると想像してください。 緻密なフィン構造を備えた厚いラジエーターは、空気の流れに対してかなりの抵抗を示します。

同じ高気流ファンでも、この役割では大幅にパフォーマンスが低下します。これは、ラジエーターのメッシュが制限されているため、空気を送り込むためにより高い静圧を生成するファンが必要となるためです。 このようなファンには、空気の流れを犠牲にして静圧を向上させるように設計された特殊なブレード形状があり、パスカル (pa) または水柱ミリメートル (mm H2O) で測定されます。

その性質上、静圧最適化ファンは、通常、mini-ITX PC などの小型フォーム ファクター ビルドに見られる内部コンポーネント密度が高く、制限のあるケースで吸気ファンとしてより適切に機能します。 これらのファンは、厚いラジエーターや高密度のフィンスタックを備えた CPU エアクーラーに空気を送り込むのに最適です。

軸流ファンのサイズはミリメートルで表され、フレームの長さまたはファンブレードの直径とほぼ同じです。 これはファンによって押し出される空気の量に影響し、ブレードの表面積とブレードの回転速度という 2 つの主な要因によって決まります。

ファンが大きいほど、ブレードの表面積が大きくなるため、技術的にはより多くの空気流を生成するはずですが、重量と空気抵抗が増加するため、消費電流と消費電力も増加します。 そのため、大型のファンは、同様のレベルの消費電力で小型のファンとほぼ同じ量の気流を供給するために、より低速で回転するように設計されています。

ほとんどの PC ケース ファンは、物理的なサイズに関係なく、標準のマザーボード ファン ヘッダーからの電力消費を最大化するように設計されているため、合計ワット数はファン サイズの範囲全体にわたってほぼ一定のままです。 当然のことですが、一般的な 200mm ファンは最大 800 RPM で回転し、2000 RPM の制限で動作する 120mm ファンとほぼ同じ量の気流を供給します。

経験則として、大型のファンは、回転速度が低いため、小型のファンよりも静かになる傾向があります。 高速で動作する特殊ファンもありますが、これらはより多くの電力を消費するため、より強力な電力供給を行う専用のファン コントローラーが必要です。

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ファンの厚さもミリメートルで表され、ファンのサイズと並んで表される 2 番目の数値セットです。 デスクトップ PC スペースでは、ファンの厚さは通常 10mm ～ 40mm の範囲です。 厚いファンは、いくつかの理由から、同じサイズの薄いファンと比較して、より多くの空気流量を提供します。

ファンを厚くすると、迎え角が急峻になるブレードの設計が可能になり、1回転あたりにより多くの空気をすくい上げることができます。 奥行きが深くなるとブレードの表面積が増えるだけでなく、フレームが厚くなることでファン本来の吸引効果も向上し、静圧の上昇として現れます。

ケースファンに使用されるベアリングの種類によって、コスト、寿命、動作音が決まります。

最も安価なファンはスリーブ ベアリングを使用しており、柔らかい真鍮のスリーブ内でスチール シャフトが回転します。 これらのベアリングは、最初に使用するときは静かですが、時間が経つにつれて騒音が大きくなります。 また、より早期かつ突然に失敗する傾向もあります。 スリーブベアリングファンは垂直方向でのみ使用できます。 上向きまたは下向きで水平に取り付けると、早期故障につながります。

ダブルボールベアリングファンは、シャフトの前端と後端に沿って従来のボールベアリングを使用します。 この設計により摩擦が大幅に軽減され、寿命が延び、ファンをどの方向でも使用できるようになります。 ここでの唯一の欠点は、スリーブベアリングと比較して騒音レベルがわずかに増加することです。 シングル ベアリングのバリエーションはシャフトの他端にスリーブ ベアリングを使用しており、ダブル ボール ベアリングのバリエーションほど信頼性がありません。

流体動圧ベアリングは、ボール ベアリング設計の信頼性とスリーブ ベアリング技術の低ノイズを組み合わせたものです。 これは基本的に、回転面全体に潤滑剤を効率的に押し出すためにヘリンボーンパターンに刻まれた溝を備えた改良されたスリーブベアリングです。 この設計では、ファン固有の回転力と潤滑剤の静水圧効果を組み合わせて圧力場を生成し、可動部品を安定させ、摩擦を排除します。 このようなファンは、あらゆる向きをサポートしながら最も長く持続します。 唯一の欠点は価格が高いことです。

ただし、スリーブ ベアリングをベースにしたハイブリッド設計は流体動圧ベアリングだけではありません。 Sunon の Maglev および Noctua の SSO ベアリングも、磁石を組み込んで摩擦を安定させ、軽減することで設計を改善しています。 どちらのベアリングも長寿命と低騒音レベルで知られています。

インテリジェントなマイクロプロセッサベースの速度制御は、ファンを強力な PC マザーボードに接続することの大きな利点です。 VCC (電源) 用とグランド用の 2 本のワイヤーのみを使用する通常の DC ファンとは異なり、最も単純な PC ケース ファンにはタコメーター信号用の追加ワイヤーがあり、オンボードのホール効果センサーを使用してファンの回転速度を中継します。

これらの 3 ピン ケース ファンを使用すると、コンピュータがファンの速度を感知して調整し、冷却と静かな動作の健全なバランスを取ることができます。 このような設計では、電圧を変化させることによってファンの速度が調整されます。 これは高速では問題なく動作しますが、ファン速度を下げるために電圧を大幅に下げると、パフォーマンスに悪影響を及ぼします。

より高価なファンは、PWM (パルス幅変調) 信号用のワイヤを追加することでこの問題を回避します。 このようなファンは一定の電圧を維持しますが、高周波スイッチング回路を使用してファンを 1 秒間に数回急速にオン/オフすることによって速度が変化します。 複雑さとコンポーネントが追加されると、明らかにコストが高くなります。

適切なファンを選択する方法がわかったので、ケース内のファンの正しい配置に関するいくつかのヒントを次に示します。 覚えておくべき最も基本的なルールは、ケース内のある点から別の点へ空気の流れを確実に導くことです。

方向は関係ありません。 ケース背面か​​ら空気を吸気し、前面から排気することができ、ゲーム中に顔が熱気で満たされることを気にしない限りは機能します。 唯一の例外は、空気が垂直に送られる場合です。 熱い空気は自然に上昇するため、自然な対流プロセスに抵抗しても意味がありません。

ただし、うまくいかないのは、ケースの反対側のファンが互いに反対することを強制することです。 これは排気ファンにとってはそれほど問題ではありませんが、2 つの吸気ファンをケースの両端に配置すると、逆向きの気流が衝突します。 その後に発生する乱流により、熱気がケース内に閉じ込められ、再循環されます。

前に説明したように、静圧が最適化されたファンを使用して、ラジエーターに空気を押し込んだり引き込んだりします。 ケースの換気が不十分な場合 (前面がガラスまたは固体の場合)、またはケースが小さい場合や内部が混雑している場合は、吸気ポイントに静圧に最適化されたファンを使用することをお勧めします。 メッシュのフロントシュラウドを備えた呼吸が容易なケースでは、吸気用にエアフローが最適化されたファンを使用することで回避できますが、十分な排気ファンがない限り、それが最適であることはほとんどありません。

少なくとも 3 つのケース ファンを使用することをお勧めします。高負荷のアプリケーションにはさらに多くのケース ファンが必要です。 そのうちの何個を排気と吸気に使用するかによって、ケースの空気圧構成が正または負のどちらになるかが決まります。

排気ファンよりも多くの吸気ファンを使用する場合、単に取り出される空気よりも多くの空気が押し込まれるため、正の内部空気圧が発生します。 過剰な空気圧により空気が隅々から押し出され、塵に対する自然な障壁が形成されます。 これは非常に望ましい特性です。

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ただし、正圧設定を実現することが常に可能であるとは限りません。 通気性の悪いケースから熱を逃がすことに重点を置いた方がよいでしょう。 これにはより多くの排気ファンが必要となり、負圧設定になります。 これにより、より多くの塵が引き寄せられますが、過熱したコンポーネントには確実に勝ります。

ただし、負圧または正圧の最適化をやりすぎないでください。 理想的には、正圧を維持するために吸気側にわずかに偏りながら吸気ファンの数のバランスをとることが必要です。 結局のところ、ケース内に合理化された空気の流れを確立することがより重要です。

PC ケースのファンは選ぶのに迷ってしまうかもしれません。 考慮すべき情報はたくさんありますが、それは間違いありません。 冷気を一方向に流し続けることが最も重要であることを覚えておいてください。それ以外はそれほど間違うことはありません。

Nachiket は、15 年にわたるキャリアを通じて、ビデオ ゲームや PC ハードウェアからスマートフォンや DIY に至るまで、さまざまなテクノロジー ビートをカバーしてきました。 彼の DIY 記事は、3D プリンター、カスタム キーボード、ラジコン中毒を「仕事の経費」として妻に転嫁する口実になっているという人もいます。