コンピューターケースファンの仕組み｜様々な種類を解説

CPUクーラー、電源ユニット内部、グラフィックカードにはファンが付いています。しかし、RAM、マザーボードのチップセット、VRM、ストレージデバイス、PCIeカードにはファンが付いているのでしょうか？どうやら、それらのほとんどは、PCケース内の周囲温度を制御することで冷却するために、PCケースファンに頼っているようです。

PCケースファンの仕組みを理解することで、より適切な設置方法や賢明な購入判断につながります。この記事では、サイズや設計意図に基づいて、さまざまな種類のケースファンについて解説します。まずは基本から始めましょう。

コンピューターケースファンの主要機能

コンピューターケースのファンは、発熱部品の存在によってシャーシ内にこもりがちな熱気を排出します。実際、前面にラジエーターを備えた水冷式CPUクーラーは、熱気を内部に押し込む可能性があり、これを外部に排出する必要があります。同様に、空冷式CPUクーラーはシャーシ内部の空気を加熱する可能性があり、これを効果的に排出し、新鮮な空気を取り込む必要があります。

コンピューターケースファンは、PCの温度を低く保つ上で重要な役割を果たします。動作温度が低いということは、RAM、SSD、その他の高性能パーツなどの重要なコンポーネントがサーマルスロットリングを起こさないことを意味します。また、これらのコンポーネントの寿命も延びます。簡単に言うと、コンピューターケースファンはシャーシ内部の周囲温度を低く保ちます。シャーシファンの主要機能において重要な役割を果たす設置方法と設定は以下のとおりです。

空気の流れの力学：吸気と排気

ファンの取り付け方向によって、吸気または排気が実現できます。ただし、吸気専用または排気専用に設計されたコンピューターケースファンは存在しないことに注意してください。一般的に、ファンの見た目側が吸気側となります。熱い空気の再循環を防ぐため、空気は前面から吸い込み、背面から排出されるようにするのが理想的です。

前面または底面のファンは吸気ファンとして機能し、シャーシ内部に冷たい空気を吸い込みます。また、これらのファンは目立ちにくいという利点もあります。排気ファンは背面と上部に設置できます。暖かい空気は上昇する傾向があるため、排気ファンを設置することで、シャーシの放熱効率が向上し、より少ない労力で効率的に熱を放出できます。

正圧、負圧、中性気圧

パソコンケースファンを使うことで、PCケース内部に様々な圧力状態を作り出すことができます。

• 正圧：これは最適な構成です。ケース内部の圧力が高くなるため、吸気口から取り込まれたきれいな空気が隙間から外に排出され、内部に入り込むことが少なくなります。この構成により、埃の蓄積が軽減されます。これは、排気ファンが排出する空気量よりも多くの空気を内部に送り込むことで実現されます。
• 負圧：冷却性能に関しては最適な構成ですが、埃の侵入を防ぐには適していません。埃は隙間から侵入し、PCケース内に蓄積する可能性があります。これは、PCケースファンを使用して吸気よりも排気を多くすることで実現します。
• 中性気圧：中程度の条件下では、コンピューターケースファンへの吸気と排気のバランスが取れています。

仕組み：コンピューターケースファンはどのように動作するのか？

コンピューターケースファンが動作するには、機械的および電子的な要素が必要です。モーターへの制御と電力供給のための電子信号を送るケーブルが必要です。以下に、電気機械部品の詳細を示します。

モーターとベアリングの役割

モーターとベアリングは、コンピューターケースファンの寿命に直接影響を与える重要な部品です。メーカーは、より長い寿命を実現するために、最先端技術を採用しています。一般的に、すべてのファンはブラシレスモーターを使用したDC方式です。モーターはファンブレードが取り付けられたシャフトを回転させ、ファンブレードは同じ回転数で回転します。しかし、シャフトを支える必要があり、そこでファンの中で最も脆弱な部分であるベアリングが登場します。ベアリングには主に3種類あります。

• スリーブベアリング：最も安価なベアリングで、潤滑剤を塗布したスリーブ内でシャフトが回転する構造です。乾燥や熱によって摩耗が最も早くなります。
• ボール：スリーブとシャフトが直接接触するのではなく、間にボールを挟むことで接触面積を減らしています。これにより寿命が延び、耐久性も向上します。ファンの向きは性能に影響しません。
• 流体動圧軸受（FDB）：内部のシャフトは加圧された流体のクッションの上で回転します。金属同士の接触はありません。寿命は最も長いですが、コストも最も高くなります。

ファンブレード：静圧と風量（CFM）の関係

ファンブレードは、特定の出力性能を念頭に置いて設計されています。静圧を高めるためのファンもあれば、風量を増やすためのファンもあります。

• 静圧ファン：静圧ファンは、動作回転数は低いものの、吸気口と排気口の圧力差が大きくなります。障害物の多いケースに最適です。ブレードは幅広で、ピッチが小さく、密に配置されています。
• エアフローファン：これらは非常に大きな風量を生み出しますが、吸気口と排気口に障害物があってはなりません。薄く、大きく湾曲した、間隔の広い羽根を備えています。

PWM（パルス幅変調）とDC速度制御の比較

従来のDC速度制御式PCケースファンは、電源供給と制御に3ピンコネクタを使用します。マザーボードは電圧を降下させることで、ファンの回転速度を増減させます。

最新のPWM方式のPCケースファンは4ピンコネクタを使用しています。12Vの定電圧で動作しますが、オンとオフのサイクルを非常に高速に繰り返すことでファンの回転速度を制御します。PWMファンは、騒音レベルが低く、非常に低速で動作させることができるという点で優れています。

さまざまな種類のコンピューターケースファンについて解説

PCケースファンとは何かを深く理解したら、3つの主要なカテゴリについて理解を深めることができます。

エアフローファン（高風量）

先に述べたように、エアフローファンは吸気口と排気口に障害物がない状況に最適です。排気口までの空気経路が確保されている場合、シャーシ内に空気を送り込むのに理想的です。また、シャーシから大量の熱気を排出することも可能です。

静圧ファン

CPU空冷クーラーやCPU水冷クーラーのラジエーターのように、フィンに空気を送り込むファンが必要な場合、フィンに空気を送り込んだり吸い込んだりするには、より高い圧力が必要です。特にラジエーターでは、広い表面積とフィン間の狭い空間に空気を移動させる際に生じる摩擦によって、より高い静圧が必要になります。低回転数で高い静圧を発揮するファンは、高性能ファンとみなされます。

RGBおよびARGBケースファン

近年、コンピューターの見た目を重視する傾向が強まっているため、RGBおよびARGBケースファンは多くのユーザーにとって定番の選択肢となっています。ゲーム、仕事、ストリーミングなど、どんな用途であっても、ライティングによる鮮やかな演出は気分転換に役立ちます。最新のARGBは個々のLEDを制御でき、同期機能も備えた最高級品とされています。

標準ケースファンサイズとフォームファクター

PCケースの仕様に応じて、PCケースファンメーカーはさまざまなサイズのファンを製造しています。最も一般的なのは120mmと140mmのサイズです。しかし、より小型のケースや特殊なケースに適合するように設計された専用サイズも存在します。

120mm vs. 140mm：どちらが良い？

性能面では、サイズが大きいほど有利です。140mmファンは低回転数でもより多くの空気を送り出すため、より静かなシステムで優れたエアフローを実現します。一方、120mmファンはPCケース内のスペースをあまり占有しないため、よりバランスの取れたアプローチと言えます。120mmファンは低負荷時には静かに動作しますが、負荷がかかった際には、高TDPのCPUクーラーの大型ラジエーターを冷却することができます。

特殊サイズ（80mm、92mm、200mm）

小型フォームファクター (SFF) PC の構築を目指す場合、80mm、92mm、200mm などの特殊サイズが必要になる場合があります。大型ファン 1 つ、または小型ファンを複数使用して、HTPC やコンソールのようなゲーム PC の構築全体に空気を流します。

結論

コンピューターケースファンは、PCケース内部の空気を押し出したり吸い込んだりするように設計されています。その目的は、熱制御のために新鮮な空気を循環させることです。ケースファンは、さまざまな向きや構成で取り付けることができ、ケース内部の圧力を調整できます。ただし、PCに適合する適切なサイズのファンを選択し、耐久性を考慮して流体動圧軸受（FDP）を採用することが重要です。最後に、外観をコントロールしたい場合は、ARGBファンを使用することをお勧めします。

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