熱伝達率（と熱抵抗）

2026年10月7日2026年10月31日

アルミのフィンとファンが付いたヒートシンクを載せた基板と、透明なチューブがつながった銅の水冷板のイメージ（AI で生成）

熱伝達率は、固体の表面から、そこに触れている空気や水へ、熱がどれだけ移りやすいかを表す数です。熱いお茶に息を吹きかけると早く冷め、扇風機の風に当たると涼しく感じるのは、流れによって熱伝達率が大きくなるからです。ものづくりでは、電子部品やモーターをファンや水で冷やすとき、熱交換器の大きさを決めるとき、焼入れで部品を冷やすときなどに、熱伝達率と、熱伝達率と面積から求める「熱抵抗」で考えます。このページでは、熱伝達率の意味と式、代表的な値、何で変わるか、熱抵抗での考え方、熱通過率（U値）との違い、ものづくりでの効き方を、できるだけやさしく説明します。

ひとことで言うと

熱伝達率とは

熱伝達率＝表面と流体（空気・水など）の間で、1m²・温度差1℃あたり、1秒に移る熱の量です。単位は W/(m²·K) です。

熱伝達率は材料の値ではなく、流れ方や流体の種類で大きく変わります。静かな空気より風、空気より水、水でも沸騰していると、ずっと大きくなります。

熱の通りにくさを表す「熱抵抗」（単位 ℃/W）を使うと、部品が何℃になるかを足し算で見積もれます。

10cm角で表面80℃の板を、30℃の静かな空気・ファンの風・流れる水に触れさせたとき、逃げる熱が約5W・約25W・約500Wと変わることを比べた図 — 図1　同じ板・同じ温度差でも、触れるものと流れ方で逃げる熱が変わる
出典：CENDをもとに編集部が計算し、AI（Claude）で作成

ウィキペディア日本語版（熱伝達率）は、熱伝達率を、壁と空気、壁と水のような2種類の物の間での熱の伝えやすさを表す値としています。CEND の解説は、熱伝達率は流れの状態、流体の物性値、物の形などで決まる複雑な値で、熱伝導率と違って物性値ではないとしています。上の図は、10cm角（0.01m²）の板の表面が80℃、周りが30℃（温度差50℃）のとき、熱伝達率を代表的な値の範囲の中から10・50・1,000 W/(m²·K) とした場合に逃げる熱を計算したものです。

出典：熱伝達率｜ウィキペディア日本語版、対流熱伝達とは（熱対策）｜CEND

式と単位（ニュートンの冷却則）

移る熱の量Qは、熱伝達率h×表面の面積A×（表面の温度Ts−流体の温度Tf）で求められることと、単位W/(m²·K)・古い単位kcal/(m²·h·℃)との換算・計算例を示した図 — 図2　熱伝達率の式と単位
出典：ウィキペディア日本語版、明治大学理工学部機械工学科（講義資料）をもとに編集部が計算し、AI（Claude）で作成

熱伝達率 h は、移る熱の量 Q ＝ h × 表面の面積 A ×（表面の温度 Ts − 流体の温度 Tf）の式で使います。ウィキペディア日本語版（熱伝達率）は、h を、熱の移動量を、伝熱面の面積と、表面と流体の温度差で割った値として、単位を W/(m²K) としています。古い単位の kcal/(m²·h·℃) とは、1 kcal/(m²·h·℃)＝1.16279 W/(m²K) の関係です。

この「熱の流れは温度差に比例する」という考え方を、ニュートンの冷却則（冷却の法則）といいます。明治大学の講義資料は、流れる空気や水が熱を運ぶ伝わり方（対流熱伝達）をこの法則で表し、熱伝達率は流れの条件などで決まり、物質だけでは決まらないとしています。熱の伝わり方には、ほかに物の中を伝わる熱伝導と、電磁波で伝わる熱放射があります（同じ資料）。熱伝導については基礎知識「熱伝導率」を参照してください。

たとえば h＝50 W/(m²·K)、面積 0.01m²、温度差 50K なら、Q＝50×0.01×50＝25W です（計算は編集部）。温度差の 1K と 1℃ は同じ大きさです。

出典：熱伝達率｜ウィキペディア日本語版、ニュートンの冷却の法則｜ウィキペディア日本語版、伝熱工学第2回熱の伝わり方｜明治大学理工学部機械工学科（講義資料）

熱伝達率の代表的な値

静止した空気1〜20、流れている空気10〜250、流れている油50〜1,500、流れている水250〜5,000、大気圧の水の自然対流230〜580・強制対流1,200〜5,800・沸騰12,000〜23,000W/(m²·K)を対数目盛で比べた図 — 図3　熱伝達率の代表的な値の範囲（対数目盛）
出典：CEND、日阪製作所熱交ドリルをもとに AI（Claude）で作成

表面に触れているもの	熱伝達率 W/(m²·K)	出典
静止した空気（自然対流）	1〜20	CEND
流れている空気	10〜250	CEND
流れている油	50〜1,500	CEND
流れている水	250〜5,000	CEND
水・大気圧（自然対流）	230〜580	日阪製作所熱交ドリル
水・大気圧（強制対流）	1,200〜5,800	日阪製作所熱交ドリル
水・大気圧（沸騰）	12,000〜23,000	日阪製作所熱交ドリル

表のとおり、静かな空気と沸騰している水では、熱伝達率が数百倍から1万倍以上も違います。日阪製作所の資料の値は、大気圧の水について (2.3〜5.8)×10²（自然対流）、(1.2〜5.8)×10³（強制対流）、(1.2〜2.3)×10⁴（沸騰）W/(m²·℃) と示されたものを、数字に直して載せました。どれも幅のある目安で、実際の値は流れの速さや形で変わります。

出典：対流熱伝達とは（熱対策）｜CEND、伝熱促進について（自然対流、蒸発熱伝達、凝縮熱伝達）｜日阪製作所熱交ドリル

熱伝達率は何で変わるか

流れの速さ：自然対流と強制対流

温まった空気が自然に上がっていく流れを自然対流、ファンやポンプで流すのを強制対流といいます。日阪製作所の資料は、強制対流は自然対流より熱伝達率（境膜伝熱係数）が大きくなるとしています。流れが速いほど、表面にたまった熱がどんどん運び去られるためです（編集部の解説）。表面のすぐそばの、流れがゆっくりで温度が大きく変わる薄い層を境界層といい、流れが速いとこの層が薄くなります（編集部の解説）。流れの様子（層流と乱流）については基礎知識「レイノルズ数」も参照してください。

流体の種類：空気・油・水

上の表のとおり、同じ「流れている」状態でも、空気より油、油より水のほうが熱伝達率は大きくなります。水は熱をよく運ぶので、発熱の大きい装置には水冷が使われます（水が運べる熱の量については基礎知識「比熱（熱容量）」の「冷やす」の節も参照）。

形・すき間：フィンは多ければよいわけではない

ヒートシンクのフィンは、表面の面積を増やして熱を逃がしやすくする部品です。ただし下西技研工業の解説は、自然空冷では、フィンの枚数を増やしてフィンの間隔が狭くなると、フィンの間を通る風が遅くなるので、熱伝達率が小さくなり放熱の性能が下がるとしています。面積と熱伝達率の両方を見て、ちょうどよい間隔を選びます（編集部の解説）。

状態の変化：沸騰と凝縮

液体が沸騰したり、蒸気が冷えて液体に戻ったり（凝縮）するときは、熱伝達率がとくに大きくなります。日阪製作所の資料は、蒸気が表面に水滴になってつく滴状凝縮は、膜になって広がる膜状凝縮の15〜20倍の熱伝達率になるとしたうえで、工業用の機器では長く安定して使えるように、膜状凝縮を前提に設計するとしています。

ヌッセルト数で整理する

熱伝達率は条件でいろいろに変わるので、研究や設計では「ヌッセルト数」という単位のない数で整理します。ウィキペディア日本語版（ヌッセルト数）は、ヌッセルト数を、熱伝達率 × 代表長さ ÷ 流体の熱伝導率（Nu＝αL/λ）で表し、止まった流体の中の熱伝導だけで熱が伝わる場合に比べて、対流で何倍よく伝わるかを表す数としています。対流がなければ Nu＝1 です（同じページ）。

出典：伝熱促進について（自然対流、蒸発熱伝達、凝縮熱伝達）｜日阪製作所熱交ドリル、ヒートシンク ②自然空冷式と強制空冷式｜下西技研工業、ヌッセルト数｜ウィキペディア日本語版

熱抵抗：部品の温度を足し算で見積もる

10Wの部品からTIM（0.5℃/W）、ヒートシンクの表面から空気（自然対流2.0℃/W、ファンの風0.4℃/W）へと熱抵抗をつないで、部品の温度が約65℃と約49℃になることを比べた図 — 図5　熱抵抗を足し算して、部品の温度を見積もる
出典：図研 Club-Z、ウィキペディア日本語版をもとに編集部が計算し、AI（Claude）で作成

図研の解説は、熱抵抗は単位（℃/W）のとおり、1W 発熱したときに何℃温度が上がるかを表す数としています。ウィキペディア日本語版（熱抵抗）も、熱抵抗を温度の伝えにくさを表す値で、単位時間あたりの発熱量あたりの温度上昇としています（単位 K/W）。

熱伝達率の式（Q＝h×A×ΔT）を書き直すと、温度差 ΔT＝Q ×（1 ÷（h×A））になります。この1 ÷（熱伝達率 × 面積）が、表面から流体への熱抵抗です。物の中を熱が伝わる部分の熱抵抗は、厚さ ÷（熱伝導率 × 面積）です。熱が順番に通る道（直列）なら、それぞれの熱抵抗を足し算すれば全体の熱抵抗になり、温度の上がりは発熱量 × 熱抵抗の合計で見積もれます（電気回路の抵抗と同じ考え方。編集部の解説）。

上の図の例では、10W の部品を、放熱シート（TIM。熱抵抗0.5℃/W とした）を介して表面積0.05m² のヒートシンクに付けています。自然対流（h＝10）では表面から空気への熱抵抗が 1÷（10×0.05）＝2.0℃/W で、合計2.5℃/W、部品は周りの40℃より25℃高い約65℃です。ファンで風を当てて h＝50 になると、ここが0.4℃/W に下がり、部品は約49℃になります（計算は編集部）。いちばん大きい熱抵抗を下げると、効き目が大きいことがわかります。ウィキペディア日本語版（熱抵抗）は、部品の中を伝わる熱抵抗のほかに、物と物の接触面の熱抵抗（界面熱抵抗）があり、表面の粗さや押し付ける力などで変わるとしています。接触面については技術「放熱シート・グリス」を参照してください。

出典：基板と熱設計 15. 熱抵抗について｜図研 Club-Z、熱抵抗｜ウィキペディア日本語版

電子部品の熱抵抗 θJA

TJ＝TA＋θJA×Pの式と、銅箔が小さい基板（θJA60℃/W、TJ110℃）と大きい基板（θJA40℃/W、TJ90℃）を比べた例 — 図6　電子部品の温度の見積もり（θJA の例）
出典：ローム TechWebをもとに編集部が計算し、AI（Claude）で作成

半導体のデータシートには、チップ（接合部）から周りの空気までの熱抵抗 θJA（シータ・ジェイエー）が載っています。ローム TechWeb は、θJA を接合部から周囲環境までの熱抵抗で、熱は複数の経路で逃げるとし、θJA＝（TJ − TA）÷ P（TJ：接合部の温度、TA：周りの温度、P：消費電力）としています。書き直すと TJ＝TA＋θJA×P です。上の図の θJA の値は説明のための例で、たとえば θJA＝60℃/W・1.0W・周り50℃ なら、TJ は約110℃ になります（計算は編集部）。

同じページは、表面実装の部品のデータシートの θJA には、放熱用の銅箔の面積などの条件があり、θJA は実装の条件で変わるとしています。測る環境は、JEDEC の規格 JESD51-2A（自然対流・静止した空気）を挙げています。つまり、データシートの θJA は決まった基板での値で、実際の基板・周りの部品・風で変わります。部品の温度の問題は、課題「小型化で部品の温度が上がる」も参照してください。

出典：熱抵抗データ θJAとΨJTによるTJ推定前編｜ローム TechWeb

壁をはさむと：熱通過率（熱貫流率・U値）

空気側の熱伝達率50、厚さ1mmのステンレス、水側の熱伝達率2,000の壁で、1/U＝1/h1＋t/λ＋1/h2から熱通過率が約49W/(m²·K)になり、熱抵抗の約97％が空気側であることを示した図 — 図7　熱通過率の計算例：小さい側の熱伝達率が全体を決める
出典：ウィキペディア日本語版、東北大学圓山重直をもとに編集部が計算し、AI（Claude）で作成

熱交換器の板や建物の壁のように、壁をはさんだ2つの流体の間の熱の伝えやすさを、熱通過率（熱貫流率、総括伝熱係数、U値）といいます。ウィキペディア日本語版（熱貫流率）は、熱貫流率を、壁などを通して2つの流体の間で熱が移るときの熱の伝えやすさを表す数値とし、単位を W/(m²·K)、移る熱を面積×熱貫流率×温度差で表しています。建物では屋根・外壁・窓などに使い、たとえば単層のガラスは5.7、Low-E の複層ガラスは2.2 W/(m²·K) という値を挙げています。

熱通過率は、片側の熱伝達率 h₁、壁の熱伝導（厚さ t ÷ 熱伝導率 λ）、反対側の熱伝達率 h₂ の熱抵抗を足し算して、1/U＝1/h₁＋t/λ＋1/h₂ で求めます（面積1m² あたり。汚れは含めない。編集部の解説）。上の図は、空気側 h₁＝50、厚さ1mm のステンレス鋼（熱伝導率16 W/(m·K)。東北大学の講義資料の表）、水側 h₂＝2,000 の例です。U は約49 W/(m²·K) で、熱抵抗の約97％が空気側です（計算は編集部）。このようなときは、水側をいくら良くしても効き目は小さく、空気側にフィンを付けて面積を増やすのが効果的です。熱交換器については課題「熱交換器を小さくしたい」・「配管・熱交換器のスケール（水あか）を防ぎたい」も参照してください。

出典：熱貫流率｜ウィキペディア日本語版、伝熱工学の基礎と応用 2-1 定常熱伝導と物質の熱伝導率｜東北大学圓山重直

ヒートシンクに風を当てると

同じ寸法のヒートシンクで、自然空冷と風速3m/sの強制空冷の熱抵抗に約8倍の差があることを示した図 — 図8　自然空冷と強制空冷（風速3m/s）の熱抵抗の差
出典：下西技研工業をもとに AI（Claude）で作成

下西技研工業の解説は、同じ寸法のヒートシンクで、自然空冷と強制空冷（風速3m/s）の熱抵抗には約8倍の差があるとしています。また、許される熱抵抗が1℃/W を下回らなければならない場合は、強制空冷を検討する必要があるとしています。ファンを付けると、音やほこり、ファンの寿命も考える必要があります（編集部の解説）。

出典：ヒートシンク ②自然空冷式と強制空冷式｜下西技研工業

冷え方の速さ：熱容量との関係

200℃の鉄の立方体（約0.5kg、表面約0.01m²）を30℃の静かな空気・ファンの風・流れる水で冷やしたとき、時定数が約38分・約7.5分・約23秒になり、温度が指数関数的に下がることを示したグラフ — 図9　熱伝達率が大きいほど、速く冷める
出典：ウィキペディア日本語版をもとに編集部が計算し、AI（Claude）で作成

ウィキペディア日本語版（ニュートンの冷却の法則）は、熱い固体が周りの液体や気体に冷やされるとき、固体の熱容量を C とすると、固体と周りの温度差は、時間とともに指数関数的に小さくなるとしています（T＝（T₀−Tm）exp（−αS t／C）＋Tm。α は熱伝達率、S は表面積）。このとき温度差が約37％になるまでの時間（時定数）は、熱容量 ÷（熱伝達率 × 面積）です（編集部の解説）。

上の図は、一辺約4cm の鉄の立方体（体積64cm³、密度7.87 g/cm³ で約0.5kg、表面積約0.01m²）を200℃から30℃の中で冷やす例です。鉄の比熱0.45 J/(g·K) から熱容量は約225 J/K で、時定数は静かな空気（h＝10）で約38分、ファンの風（h＝50）で約7.5分、流れる水（h＝1,000）で約23秒です（計算は編集部。中の温度むら・放射・沸騰は考えない目安）。熱容量については基礎知識「比熱（熱容量）」を、焼入れの冷え方については課題「熱処理で歪む・割れる」を参照してください。

出典：ニュートンの冷却の法則｜ウィキペディア日本語版、比熱容量の比較｜ウィキペディア日本語版、鉄｜ウィキペディア日本語版

熱伝達率の求め方

ヒーターで温めた板の裏を断熱し、ヒーターの電力・板の面積・表面と流体の温度を測って、h＝Q÷（A×（Ts−Tf））から熱伝達率を求める考え方の模式図 — 図10　熱伝達率の求め方（考え方）
出典：ウィキペディア日本語版をもとに AI（Claude）で作成

熱伝達率は、定義の式（h＝Q ÷（A ×（Ts − Tf）））のとおり、移った熱の量と、面積と、表面と流体の温度差がわかれば求められます（ウィキペディア日本語版（熱伝達率）の式から。編集部の解説）。たとえば、裏を断熱した板をヒーターで温め、温度が落ち着いたところで、ヒーターの電力・表面の温度・流体の温度を測ります。このとき、裏や端から逃げる熱や、放射で出ていく熱は差し引いて考えます。

設計の段階では、実験で求められたヌッセルト数の式（流れの速さや形ごとに整理された式）を使って計算したり、熱流体の解析（シミュレーション）で求めたりします（編集部の解説）。

出典：熱伝達率｜ウィキペディア日本語版、ヌッセルト数｜ウィキペディア日本語版

ものづくりでどう効くか

電子機器の放熱、熱交換器、焼入れ・冷却、金型・成形の温調、制御盤・筐体、配管・装置の保温の6つで熱伝達率・熱抵抗が効く所の整理 — 図11　ものづくりで熱伝達率・熱抵抗が効く所
出典：この記事の内容をもとに AI（Claude）で作成

電子機器の放熱：部品の温度を、周りの温度＋発熱量×熱抵抗で見積もり、ヒートシンク・ファン・水冷を選びます（上の「熱抵抗」「θJA」）。課題「小型化で部品の温度が上がる」・「大電流の配線・バスバーの発熱を抑えたい」も参照してください。
熱交換器：熱伝達率の小さい側が全体を決めます（上の「熱通過率」）。課題「熱交換器を小さくしたい」も参照してください。
焼入れ・冷却：冷やす液の種類や、沸騰のしかたで冷え方が変わります。課題「熱処理で歪む・割れる」も参照してください。
金型・成形の温調：冷却水の流れ方で熱伝達率が変わり、冷え方のむらに効きます。課題「加熱・冷却の温度むらで品質がばらつく」・「射出成形の外観不良を減らしたい」も参照してください。
制御盤・筐体：密閉した箱は中の空気が動きにくく、熱がこもりやすくなります（編集部の解説）。課題「電子機器を防水・防じんにしたい」・「制御盤・筐体の中の結露を防ぎたい」も参照してください。
配管・装置の保温：外側の熱伝達と、断熱材の熱抵抗を足し合わせて、熱の逃げを見積もります（編集部の解説）。課題「工場の電力を減らしたい」も参照してください。