Zotac Magnus One性能改造ガイド:3Dプリントと水冷化でCPUの熱暴走を根本的に解決する方法

続く半導体不足により、グラフィックボードは兵器級ウランよりも入手困難で、価格もそれに匹敵するほど高騰しています。PCゲーマーにとって状況が改善する前にさらに悪化することを以前に解説しましたが、その一方で、GPU不足に対する一つの解決策として「Zotac Zbox Magnus One」ミニPCをご紹介しました。

このSFF(Small Form Factor)ゲーミングPCは、半導体不足時代におけるまさに救世主と言える存在です。

NVIDIA GeForce RTX 3070グラフィックボード、第10世代Intel Core i7プロセッサー、プラチナ認証のSFF電源ユニットを、わずか8.3リットルのコンパクトな筐体に収めています。しかも価格は、グラフィックボード単体で買うのとほぼ同じ。何より嬉しいのは、Magnus Oneが常に在庫があるという点です。

Zotac Magnus Oneの弱点

しかし、ほぼ完璧に見えるこのSFFゲーミングマシンにも、省スペース型ゲーミングプラットフォーム共通の悩み——CPUの過熱問題が存在します。純正冷却ファンは熱容量も風量も不十分で、Intel Core i7 10700プロセッサーのサーマルスロットリング(熱によるクロック低下)を防げません。

その結果、ゲーム中にマイクロスタッターやフレームペーシングの乱れが発生します。過熱したCPUが強力なGPUについていけなくなるためです。特にCPU負荷が大きい高リフレッシュレートゲーミングでは深刻な問題となります。

とはいえ、私たちはこの製品を心から推奨している以上、確実な解決策も用意しました。3Dプリントの力を活用してMagnus Oneの過熱を防ぐ方法を、以下で詳しく解説します。

Noctua NH-L9iは有効な解決策にならない

本題に入る前に、よく勧められる対策と、それがなぜ時間とお金の無駄になるのかを見ておきましょう。LinusTechTipsフォーラムでは、多くのMagnus OneオーナーがNoctua NH-L9iロープロファイル空冷クーラーを取り付けようとして、マザーボードを破損させています。

Noctua製空冷クーラーはMagnus Oneとの公式互換性がなく、バックプレートを外すには保証が無効になります。それでも正しい取り付け圧力を得ることは不可能で、多くのユーザーが気づかないうちにマザーボードを曲げたり、部品をショートさせたりしてしまいました。

紙面上は理想的なソリューションに思えるロープロファイル空冷ですが、仮に完璧に取り付けられたとしても、ファンノイズが多少減る程度。CPU温度は変わらないか、むしろ悪化するケースさえあります。つまり、Magnus Oneはサーマルスロットリングを起こし続け、ゲーム中のマイクロスタッターとフレームペーシングの問題は解消されないのです。

なぜそんなことが分かるのか?実は私たちは、バックプレートを外さず保証を無効にせずにNH-L9iを取り付ける方法を編み出しました。ここで長い研究開発を打ち切り、このガイドを書いて終わりにすることもできました。

しかし、サーマルスロットリングに何の効果もないリスキーなソリューションに大金を投じるのは無意味です。もし、ほぼ同じ価格でCPUを水冷化し、温度を大幅に下げてフレームレートまで向上できる方法があるとしたらどうでしょう?

Zotac Magnus Oneは簡単には水冷できない

Zotac Zbox Magnus Oneの水冷化は、言うは易く行うは難しです。ドラえもんの四次元ポケットと違って、Magnus Oneの8.3リットル筐体はユークリッド幾何学の法則に従います。そのため、最小サイズの120mm AIO(一体型水冷)クーラーですら、筐体内に収めることは不可能です。

Zotacは専用設計のマザーボードと電源ユニットを採用することで、余分な拡張ヘッダーを一切残さず、ここまで省スペースを実現しました。一般的なAIOクーラーには、最低でもファンヘッダー1つ、ポンプヘッダー1つ、そしてSATA電源接続が必要です。ところがMagnus Oneにはファンヘッダーが1つあるだけで、AIOポンプへ給電する手段は皆無です。

市販のAIOクーラーのほとんどは、単一のファンヘッダーに危険なほどの過負荷をかけるリスクを抱え、さらにカスタムSFF電源にはんだごてを当てる羽目になります。

救世主はArctic Liquid Freezer II

Zotac Zbox Magnus Oneの水冷化に「Arctic Liquid Freezer II」AIOクーラーを使用する理由は明快です。比較的容易に導入できる市販製品は、これ以外に存在しないからです。Liquid Freezer IIは同セグメント最高のパフォーマンスを誇るだけでなく、ARCTIC GmbH製でもあります。

そして、これが重要である理由があります。

Arcticは個人所有の企業で、株主の利益だけを優先する多くの上場競合他社とは異なり、PCハードウェア愛好家によって運営されているようです。市場に出回るほぼすべてのAIO水冷クーラーはAsetekの特許ポンプ設計を採用しているため、ファン・ポンプ・電源用の複数ヘッダーが必要という共通の制約を抱えています。

幸い、Arcticは本物の研究開発に取り組んできました。Arctic Liquid Freezer IIは、Asetekの不当なAIOポンプ特許に真っ向から挑んだ独自設計のAIO水冷クーラーです。Arcticは優れたエンジニアリングによって、この特許の壁を見事に打ち破りました。

同社独自開発のポンプは非常に効率的で、ポンプとラジエーターファンの両方をたった1つのファンヘッダーで駆動できます。さらにLiquid Freezer IIは、CPU VRMに風を当てる追加ファンまで搭載し、その電力効率の高さを競合に誇示しているかのようです。

消費電力の面だけでなく、パフォーマンスと電力効率の両方で競合を圧倒しながら、インドではNoctua NH-L9iと同等の価格帯に設定されています。これ以上のAIO CPUクーラーは望めません。

3DプリントでMagnus Oneのシャシーを改造する

Arctic Liquid Freezer IIをMagnus Oneの内部に収めるのは完全に不可能です。したがって、ラジエーターを筐体の外部に取り付けるのが唯一の現実的な選択肢となります。そこで私たちは金属製サイドパネルを廃棄し、ラジエーターをマウントするための全新デザインを作成しました。

ラジエーターはCPU側から突き出し、サイドパネルに取り付けられたマウント上に載ります。これは最も省スペースな設計ではなく、理論上はラジエーターを天面に載せるか、サイドパネルに沿って垂直に配置すれば、全体のフットプリントを減らすことも可能でした。

しかし残念ながら、太いラジエーターチューブの剛性と長さ(あるいは短さ)の制約により、そうした省スペースな配置は実現不可能でした。

とはいえ朗報もあります。この設計は少なくとも自然対流の方向とは一致しており、放熱上有利に働きます。

ラジエーターマウントは、ファンをプッシュ式・プル式(あるいは両方の併用)で取り付けられる構造です。120mmファンならメーカーやモデルを問わず対応できる柔軟性も備えています。ラジエーターは、ホースを挟み込む別パーツによってマウントに固定されるため、将来Liquid Freezer IIに予期せぬ改訂が加えられても対応可能な設計です。

純正サイドパネルはスライド式の嵌合機構を採用しており、3Dプリント品として再現するのは非常に困難です。幸い、私たちは250時間以上を設計・CADモデリング・3Dプリントに費やし、複数の試作を重ねて完成度を高めました。3Dプリンターが適切に調整され、寸法精度が出ていれば、プリントされたサイドパネルは完璧にフィットし、純正金属パネルよりも高い精度を実現します。

プリンターの精度に自信がなくても心配はいりません。サイドパネルは5パーツ構成として設計されており、実証済みの設計原則に基づいて印刷性が最適化されています。

さらに、サイドパネルをシャシーに固定するチャンネル部分は3つの独立パーツです。フィット感がきつすぎる場合、これらの間にワッシャーを挟んで隙間を調整できます。経年劣化で破損した場合も、該当パーツだけ再印刷すれば済むのでメンテナンス性にも優れています。

印刷設定と推奨素材

このZotac Zbox Magnus One改造パーツの印刷には、ABSまたはPETGフィラメントを推奨します。PLAは初心者に扱いやすい素材ですが、熱変形温度が低いため、筐体内の熱で溶けてしまう恐れがあります。さらにPLAは機械的応力下でクリープ(変形)を起こしやすいという欠点もあり、3Dプリント製サイドパネルやラジエーターマウントが徐々にたわんで緩んでいく原因となります。

最良の結果を得るには、3Dプリンターのキャリブレーションを行うことも有効です。インターネット上で最も包括的とされる3Dプリンターキャリブレーションガイドに従えば、完璧な仕上がりが約束されます。

↳3Dプリント用モデル(STLファイル)のダウンロードはこちら

下のギャラリー内のラベルを参照して、各モデルと対応するファイル名を確認してください。

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STLファイル内のすべての3Dモデルは、デフォルトでビルドプラットフォームに対して適切な向きに設定されています。STLファイルを開いたら、向きを変更せずにそのまま印刷することをお勧めします。

最大パーツであるサイドパネルは、Creality Ender3など人気の3Dプリンターに搭載された235×235mmのビルドプラットフォームに収まるよう設計されています。ただし、造形エリアを最大化するため、スライサーソフトでブリムやスカート機能を無効化する必要があるかもしれません。

プリンターの造形サイズが足りない場合でもご安心ください。接着不要で使用できる2分割版も同梱しています。チャンネルとラジエーターマウントを含む最終組み立て時に、サイドパネルの2つのパーツが自然に固定されます。

推奨スライサー設定は以下の通りです:

• ノズル径：0.4mm
• 壁/ライン幅：0.4mm
• 周壁数：4
• レイヤー高さ：0.2mm
• トップレイヤー数：6
• ボトムレイヤー数：6
• インフィル密度：40%
• ブリム：あり
• サポート材：なし(ラジエータークランプのみサポート材が必要)

必要な工具とハードウェア

最低限、3Dプリンターを所有して操作できること、あるいは3Dプリント環境へのアクセス手段が必要です。3Dプリンターを持つ友人に頼むのもよし、STLファイルをアップロードするだけで数日後にプリント部品が郵送されてくる商用3Dプリントサービスを利用するのも一案です。

使用するハードウェア(機械ねじ)は、取り付け位置に応じてBHCS(ボタン頭キャップスクリュー)またはSHCS(六角穴付きキャップスクリュー)のいずれかです。SHCSは一般に頭部のなめられ(ストリッピング)に強いのですが、特定の1箇所では干渉回避のため、皿ネジ(FHCS)タイプのねじ2本を使用する必要があります。

推奨ハードウェアは六角レンチで締め付け可能です。なめやすく、盲穴(ブラインドホール)と相性が悪いプラス/マイナスねじの使用はお勧めしません。盲穴の重要性については、組み立ての過程で実感することになります。

その他に必要なものの一覧はこちら:

• 3Dプリンター、または3Dプリントサービスへのアクセス
• 3Dプリント用フィラメント(ABSまたはPETG推奨)
• 盲穴用ボールポイント六角レンチ
• B2(円錐形)チップ付きはんだごて
• ニッパー(フラッシュカッター)
• M4×12mm SHCS(5本)
• M3×10mm SHCS(5本)
• M3×10mm BHCS(6本)
• M3×8mm FHCS(2本)
• M4ヒートセットインサート(5個)
• M3ヒートセットインサート(13個)

3Dプリント部品の下準備

まずは3Dプリント部品に真鍮製ヒートセットインサートを埋め込む作業から始めます。これは荷重のかかる部品に強度と耐久性を与えるだけでなく、分解・再組み立てを容易にするためにも不可欠です。ヒートセットインサートは樹脂部品に熱で溶かし込みながら埋め込む設計のため、B2(円錐形)チップ付きのはんだごてが必要になります。

ヒートセットインサートを外部熱源(コンロやバーナーなど)で加熱してから挿入する方法もありますが、難易度が高いため推奨しません。ABS製パーツの場合は約265°C(PETGの場合は245°C)にはんだごてを加熱します。インサートを所定位置に置き、3Dプリント部品の向きに注意しながら、はんだごてのチップをインサートの上方から当てます。

8〜10秒待ってインサートに熱を吸収させると、比較的容易に押し込めるようになります。強い力が必要な場合は、インサートの温度が十分でない可能性があります。フラックスとはんだでチップを清掃すると熱伝達が改善します。作業を進める前に、必ずはんだをすべて拭き取ってください。

ヒートセットインサートは、意図された穴にまっすぐ垂直に埋め込み、上面が樹脂部品の表面と面一(つらいち)になるようにします。

サイドパネルとラジエーターマウントへのヒートセットインサートの取り付け位置は、添付画像を参照してください。ねじを締め込む前に、少なくとも5分間の冷却時間を確保してください。

ステップ1

まず、M4ヒートセットインサート5個をサイドパネルの内側に埋め込みます。上の画像を参考に、部品の向きを正しく確認してください。判断に迷う場合は、床に置いたときに平らに安定しない側が内側です。ヒートセットインサートを挿入する位置は、オレンジ色の丸で示しています。

ステップ2

次に、上の画像で青色に示した樹脂の突起部分に注目します。オレンジ色で示した端から、M3ヒートセットインサートを1個溶かし込みます。

ステップ3

サイドパネルを裏返し、強調表示された位置にM3ヒートセットインサートを8個押し込みます。

ステップ4

続いて、ラジエーターマウントの指定位置にM3真鍮インサートを3個セットします。

ステップ5

マウントを裏返し、上の画像に示された対応する穴にM3インサートを1個取り付けます。

インサート内部のねじ山に溶けたフィラメントが入り込んでいないか確認してください。入り込んでいる場合は、先の尖った金属工具で削り取るか、ねじを差し込んで溶けた残留物を反対側へ押し出しましょう。

ステップ6

グレーで示した部分は、サポート材なしで3Dプリントできるように設けられたものです。ただし、次の工程の前に除去する必要があります。ニッパーを使って、3Dプリント部品からきれいに切り取ってください。

3Dプリント部品の組み立て

ヒートセットインサートを埋め込んだ3Dプリント部品の準備が整ったら、あとは各パーツを組み合わせる比較的簡単な作業が残っています。まずは、他のすべてのパーツが取り付けられる基幹部品——サイドパネルから始めましょう。

ステップ1

上部・下部・前面のチャンネル(緑)をサイドパネル(グレー)に固定します。3Dプリントされたチャンネルには組み立てやすいよう適切なラベルが付いています。ノッチ(切り欠き)はサイドパネルの底部から始まるので、これを向きの目安にしてください。

チャンネルの向きは、文字ラベルがサイドパネル側を向くようにすれば簡単です。下の画像のように、2つの部品の間に狭い隙間ができるようチャンネルをサイドパネルに合わせます。

上部と前面のチャンネルは、M3×10mm BHCSを6本使ってサイドパネルの対応位置に固定します。ただし、下部チャンネル用の2本のねじは、干渉を避けるためM3×8mm FHCSタイプを使用してください。

FHCSハードウェアの取り付け位置は、下の画像で確認できます。

ステップ2

サイドパネルを裏返し、図のようにラジエーターマウント(赤)を位置合わせします。M4×12mm SHCSを5本使って、ラジエーターをサイドパネルに固定します。

黄色のラジエータークランプは今は無視してください。後ほど取り付けます。

ここで、ラジエーターマウント用の2本の盲穴ねじを締めるためにボールポイント六角レンチが必要になります。このレンチの仕組みについては、こちらの記事を参照してください。

ステップ3

Arctic Liquid Freezer IIのZotac Zbox Magnus Oneへの取り付け手順については、公式マニュアルを参照してください。AIOポンプ/ブロックアセンブリの向きは、30mm VRM冷却ファンがMagnus Oneシャシーの背面を向くようにしてください。詳細は上の画像を参考にしてください。

ステップ4

3Dプリント製サイドパネルとラジエーターアセンブリを、純正金属サイドパネルと同じ要領でシャシーにスライドさせます。ラジエーターのホースは、サイドパネルの切り欠きを通すようにしてください。

プリンターが適切に調整されていれば、サイドパネルは完璧にフィットします。そうでない場合も、モジュール式チャンネル設計のおかげで、ねじを締めたり緩めたりして微調整できます。

ステップ5

トップハット(天板カバー)を取り付け、純正のツマミねじで固定します。

ステップ6

Liquid Freezer IIのラジエーターを操作し、ラジエーターホースがマウントの下から通って、背面のノッチから立ち上がるように配線します。

これでラジエーターをマウント上に載せることができます。ラジエーターファンから突き出したねじが、ラジエーターマウントの対応するソケットに収まります。

ステップ7

ラジエーターがマウント上に平らに密着した状態で、ラジエータークランプ(オレンジ)を使って固定します。M3×10mm SHCSを3本使って、2つのパーツを締め付けてください。

ステップ8

最後に、パズルの最後のピース——カバー板を取り付けます。これは力を入れずにスライド収まるはずです。M3×10mm SHCSを1本使って、ラジエーターマウントに固定します。

これで水冷Zotac Zbox Magnus Oneの完成です

これで、Zotac Magnus OneのIntel Core i7 10700プロセッサーの水冷化が完了しました。サーマルスロットリングは過去のものとなるでしょう。グリスの塗布方法(ベストプラクティスはこちらを参照)や室温にもよりますが、負荷の高いゲームでもCPU温度は60°C前後の低い範囲に収まるはずです。

その結果、フレームペーシングが大幅に改善され、安定した高フレームレートが得られます。全体のフットプリントがわずかに増えることを考えれば、十分に見合う投資です。さらに、ラジエーターが外部にあることで、清掃やメンテナンスも格段に楽になります。

最後に、フル改造したZotac Zbox Magnus Oneのビューティーショットをお楽しみください。

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謝辞：本記事の著者が設計とエンジニアリングを担当しましたが、これほど複雑なもののCADモデリングは、Chandraveer Mathur氏の寛大な協力と専門知識なしには実現不可能でした。