人工知能（AI）の普及や電気自動車（EV）をはじめとする電動車の拡大、電子機器の高性能化、自動化を踏まえて複雑・高度になる産業用機器……。最新機器を開発する上で、熱マネジメントが欠かせない課題となっている。熱マネジメント次第で高効率な稼働と信頼性を確保できたり、性能の低下や故障につながったりする。競争力を左右する熱マネジメントの習得のポイントを、元デンソーで開発設計の第一人者である神谷有弘氏に聞く。今回は、ますます難しくなる熱マネジメントへの対応のポイントを聞いた。（聞き手は近岡 裕）
最近の製品開発ではやはり、放熱設計の難易度が上がっているのではありませんか。
神谷氏：年々、難しくなっています。搭載する機能が増え、性能が高まっているにもかかわらず、「軽薄短小」の要求はさらに加速しているからです。その典型的な例は、車載電子機器です。
クルマもロボットも熱マネが必須に
軽薄短小ということは、表面積が小さくなります。表面積が小さくなると、自己発熱する1つひとつの電子部品の熱密度が高まると同時に、限られた空間に電子部品が数多く密集するので周囲の温度が上がって全体の熱密度も高まります。
今後、EVをはじめクルマの電動化はさらに進み、自動運転機能の搭載車はますます増えていくことでしょう。そうした高機能・高性能なクルマでは、搭載する車載電子機器の数が間違いなく増えます。すると、発生する熱量は大きくなるのですが、限られたスペースの中で、いかにうまく放熱するか、あるいは熱マネジメントを行うかで、高い技術力が問われることになります。
一方で、耐熱設計のニーズも高まっています。EVやプラグインハイブリッドのインバーターには今後、高温動作するシリコンカーバイド（SiC）や窒化ガリウム（GaN）などのパワー半導体の普及が見込まれています。高効率化により、航続距離が延びるというメリットが得られます。
これらのパワー半導体は、250℃程度の高温環境に耐えるため、冷却装置を小さくできて消費電力を抑えられます。ところが、他の半導体チップの上限温度はせいぜい150℃です。そのため、車載電子機器として成立させるには、大きく開いたこの温度差を考慮する必要があるのです。
もちろん、EVを筆頭に、限られた容量の2次電池で熱をうまく制御し、航続距離をいかに延ばすかという課題への対応はますます重要になっていくことでしょう。
自動車分野だけではありません。最近は「フィジカルAI」としてヒューマノイド（人型ロボット）に注目が集まっています。今はまだ研究用途や実証試験中の製品が多いためか、それほど熱マネジメントの課題に関する声は上がっていませんが、機能や性能を向上させながら、軽薄短小を求めるニーズは自動車と同じです。従って、将来的にはヒューマノイドの分野でも、普及に伴って熱マネジメントの重要性が高まるはずです。
新技術の採用か既存技術の最適化か
ますます難しくなる熱マネジメントに今後、どのように対応すればよいでしょうか。
神谷氏：放熱技術、あるいは冷却技術そのものは、論文を含めていろいろな手法が紹介されています。熱伝導率を上げる方法など学術的には様々なものが研究されています。しかし、それらの研究成果を実際の製品に応用する時には、「壁」があります。
この壁を突破するには、2つの方法があります。1つは新たな技術を採用する方法、もう1つは既存の技術を徹底利用する方法です。
例えば、最近話題となっている新しい冷却技術に沸騰冷却があります。液体が沸騰して気体に変わる際の気化熱（潜熱）を利用した冷却方法です。現行の水冷に次ぐ新しい技術として期待されています。この沸騰冷却のような新技術をいち早く採用し、製品として成立させることで開発に挑むのは1つの方法です。一方で、現行の水冷技術を前提に工夫によって開発を進める方法もあるのです。
現在のインバーターの開発で行われているのは、後者です。すなわち、水冷を前提に開発を進めており、例えばパワーデバイスの冷却に向けて、材料メーカーは高性能なTIM（Thermal Interface Material）を開発しています。
パワーデバイスの冷却器には、水冷の放熱フィンがあります。例えば、ドイツInfineon Technologies（インフィニオンテクノロジーズ）の車載パワーモジュール製品群である「HybridPACK（ハイブリッドパック）」には、裏側に放熱フィンが付いており、そこに水を流すために外側をカバーで覆っています。いわゆるオープンタイプの冷却器です。ある時まで、この方法がいわゆるデファクトスタンダード（業界標準）になっていました。
ところが、この方法では冷却性能の向上に限界があります。なぜなら、放熱フィンの表面積を拡大しようにも限りがあるからです。そこで、冷却器の両面に放熱フィンが機械（熱）的に接続している密閉型冷却器を使う方法が考案されました。いわゆるクローズタイプの冷却器であり、こちらのほうが冷却性能が高いのです。
これにより、あるEVでは冷却部分を薄くし、インバーター全体の薄型化を図りました。また別のEVでは、ハイブリッドパックとほぼ同じサイズでありながら出力を220kWまで高めました。ハイブリッドパックの出力は150kW級です。既存の冷却技術の工夫で、こうした開発ができるのです。
すなわち、求められた仕様に対し、開発設計における「解」は1つではないということです。最適解を追究するには、幅広い視点を持って技術課題に臨むための基礎知識が必要となります。その点を踏まえて、書籍『熱マネジメント』（日経BP）では熱力学と熱工学、熱機関、伝熱工学の基礎について解説を行っています。視点を広げるために活用していただけると幸いです。
［日経クロステック 2026年8月5日付の記事を転載］
神谷有弘（著）／日経BP／7150円（税込み）