항력 매커니즘의 비밀

기계식 시계에서 메인 스프링의 와인딩이 느슨해지면 밸런스의 진폭 역시 줄어드는데, 이러한 현상은 시계의 정확성을 떨어뜨립니다. IWC의 항력 매커니즘은 이스케이프먼트가 전달하는 동력을 일정하게 유지하여 최상의 정밀성을 구현합니다.

“변하지 않는 유일한 것은 변화” 라는 격언이 때때로 오뜨 올로제리의 세계에서는 적용되지 못합니다. 워치메이커들이 시계의 일정함을 유지하기 위해 모든 노력을 기울이고 있기 때문입니다. 바꿔 말하자면, 밸런스의 진폭을 항상 똑같이 유지하는 것이 워치메이킹 세계에서는 가장 어려운 도전 과제 중 하나입니다. 지난 수 세기 동안 수 많은 발명가들과 워치메이커들은 한 가지 난제에 도전해 왔습니다. IWC 자체 무브먼트 개발 부서의 부서

장 토마스 가우만(Thomas Gäumann)은 “시계가 완전히 와인딩되면, 메인 스프링이 최대 토크를 발생시키고 그 결과로 최대 진폭을 얻게 됩니다. 하지만 배럴의 와인딩이 풀리면서 진폭도 줄어들게 됩니다.” 라고 설명합니다. 이러한 현상은 시계의 정확성을 떨어뜨릴 수 있습니다.

왜냐하면, 밸런스의 진폭을 항상 일정하게 유지하기 위해서는 휠 트레인과 이스케이프먼트에 전달되는 동력 역시 항상 일정해야 하기 때문입니다. 하지만 밸런스에 이르는 동력의 흐름이 지속되는 한, 느슨해진 메인 스프링의 에너지는 진폭에 영향을 미칠 수밖에 없습니다. 가우만은 “추가적인 매커니즘을 이용해, 약해진 메인 스프링의 에너지를 항력으로 변환하는 다양한 솔루션을 고안해 왔습니다.” 라고 말합니다.

항력 매커니즘은 이례없이 뛰어난 정밀성을 구현합니다.

항력을 찾아서

한 가지 방법은 배럴과 휠 트레인 사이에 퓨지와 체인을 삽입함으로써, 전달 동력을 계속해서 변화시키는 것입니다. 레오나르도 다 빈치는 이미 15세기에 이러한 시스템을 구상했고, 자전거의 기어 시스템을 닮은 설계도를 남겼습니다. 이 시스템에서는 배럴 자체가 회전하면서 원뿔 모양의 퓨지에 탑재된 체인을 와인딩합니다. 체인이 완전히 와인딩되면 원뿔의 뾰족한 끝이 당겨집니다. 이때 지렛대 힘은 최저 수준이 되고, 그 결과 줄어든 토크가 휠 트레인에 전달됩니다. 반대로 스프링의 와인딩이 느슨해지면, 퓨지 베이스의 지렛대 힘이 커지고 전달되는 토크의 양도 커집니다. 이 전체 과정에서 밸런스에 전달되는 동력이 일정하게 유지됩니다.

 

퓨지와 체인 시스템은 특히 대형 클락에 효과적이었고, 선박용 크로노미터와 같이 고도의 정밀성이 요구되는 분야에 사용되었습니다. 이와 유사한 매커니즘들이 포켓워치에도 사용되었습니다. 그러나, 이와 같은 지속적인 가변 전동 방식은 상당한 공간을 차지하므로 손목 시계에는 사용이 어려웠습니다.

추가적인 이스케이프먼트의 통합

지난 수 년간, 손목 시계를 위한 매커니즘을 개발하는 것은 IWC의 엔지니어들에게 또 하나의 큰 과제였습니다. 하지만 그들은 결국 효율적이고 기술적으로 우아한 솔루션을 찾아냈습니다. 가우만은 “IWC의 특허 받은 항력 매커니즘은 이스케이프 휠과 4번 휠 사이에 추가적인 이스케이프먼트를 통합시킨 시스템입니다. 이 매커니즘은 매 초마다 밸런스 스프링을 와인딩합니다. 이것이 임시 저장소 역할을 하여 이스케이프 휠에 전달되는 동력을 항상 충분히 유지하고 밸런스를 지속적으로 작동시킵니다.” 라고 설명합니다. 그 원리는 간단합니다. 밸런스 스프링이 매초 동일한 각도로 와인딩됨으로써, 이스케이프먼트에 공급되는 동력 역시 일정하게 유지됩니다. 스프링의 와인딩이 줄어들 때도, 밸런스는 거의 동일한 진폭으로 진동합니다.

 

항력 매커니즘은 시계의 속도를 정밀하게 유지해 줍니다. 이 매커니즘은 IWC 최고의 걸작품인 포르투기저 시데럴 스카프시아와 인제니어 항력 투르비옹에 사용되었으며, 투르비옹 내부에 통합된 항력 투르비옹으로도 개발되었습니다. 항력 투르비옹의 진동수는 매초 밸런스 스프링을 와인딩 할 수 있도록 특별히 2.5Hz로 설계되어 있습니다.

—94000 칼리버 시리즈

임시 에너지 저장소 역할을 하는 밸런스 스프링

항력 매커니즘의 중심에는 스위스 클럽 투스 레버 이스케이프먼트가 자리 잡고 있습니다. 삼각형 모양의 캠이 이스케이프 휠 피니언 위에 탑재되어 있으며, 이 캠은 포크 형태의 항력 레버에 맞물립니다. 항력 레버는 양쪽에 두 개의 팔레트가 달린, 이른바 스톱 휠을 붙잡아 세웁니다. 이스케이프 휠이 다섯 칸 전진하면, 레버가 스톱 휠을 밀어내고, 스톱 휠이 30도 만큼 회전하고 다시 정지됩니다. 이러한 과정이 밸런스가 다섯 번 진동할 때마다 반복됩니다. 시간당 18,000회의 진동수로 작동하는 이 매커니즘은 또한, 투르비옹 케이지 위에 탑재된 세컨즈 핸드의 속도를 결정합니다. 케이지가 한 번 회전할 때마다 이스케이프 휠 스태프 위의 피니언을 회전시키고, 피니언은 고정된 4번 휠과 맞물립니다. 이를 통해 밸런스 스프링(이스케이프 휠 하단에 위치)이 와인딩되고, 일정한 자극의 힘을 밸런스에 공급하게 됩니다.

 

가우만은 “투르비옹과 항력 매커니즘을 구동하기 위해 94800 칼리버와 94900 칼리버에 두 개의 배럴을 탑재했습니다. 두 개의 배럴은 매커니즘이 48시간 동안 작동할 수 있는 동력을 공급합니다.” 라고 설명합니다. 이틀이 지나 토크의 양이 줄어들면, 투르비옹이 자동으로 정상 모드로 바뀌어 일 초에 다섯 칸씩 이동하거나 밸런스 진폭과 동일한 속도로 앞으로 이동합니다.

디자인 엔지니어의 과제

엔지니어들에게 항력 매커니즘의 디자인과 제작은 난제 중의 난제였습니다. 필리그리 구조를 제작하기 위해서는 직경 15.8mm에 지나지 않는 투르비옹 안에 약 20개의 추가적인 부품을 통합해야 했습니다. 가우만은 이 작업의 중요성에 대해 “항력 레버를 해제하고 정지시키는 것과 같이 순차적으로 이루지는 여러 공정을 규정하는 일이 특히 까다로웠습니다. 이를 위해 안전과 기능 사이에 균형을 맞추어야 했습니다. 무브먼트의 복잡한 순차 작업과 레버의 작동이 항상 정확하게 실행되도록 일종의 저장고를 통합시켜야 했습니다.” 라고 설명합니다.

IWC가 특허를 획득한 항력 투르비옹이 보다 정확한 시간 측정을 할 수 있도록 두 개의 컴플리케이션의 품격 있는 결합을 보여줍니다. 이를 통해 최대 48시간 구간 내에서 항상 고도의 정확성으로 시간 측정이 가능합니다.

스테판 이넨(STEFAN IHNEN)

새로운 제작 기술을 요하는 최상의 정밀성

항력 매커니즘을 이스케이프 휠과 밸런스 바로 앞의 4번 휠 사이에 위치시켜야 한다는 점과 그것이 밸런스의 진동에 직접적인 영향을 준다는 점이 특히 어려운 점이었습니다. 따라서, 허용된 오차 범위가 극히 작았으며 경우에 따라 1,000분의 1mm의 오차 범위가 요구되었습니다. 항력 레버와 캠은 LIGA 공정과 X선 방사를 결합한 방식으로 제조되었습니다. 가우만은 “X선을 사용한 LIGA 공정은 고도로 균일한 미세 구조 제작을 가능케 하고, 기존의 제조 기술로는 흉내 내지 못할 정도의 높은 정밀성을 구현해 줍니다.” 라고 설명합니다. 또 다른 중요한 점은 소재의 선택입니다. 캠은 솔리드 골드 소재로, 항력 레버는 니켈 인 소재로 제작되었습니다. 골드는 자체적인 윤활제 역할을 하여 이 두 부품이 원활하게 맞물려 작동할 수 있게 해 줍니다.

IWC에서 오직 세 명의 고도로 숙련된 워치 메이커들만이 항력 투르비옹을 조립하는 까다로운 작업을 수행할 수 있습니다.

오직 소수의 워치 메이커들의 손에서 탄생하는 매커니즘

항력 투르비옹의 조립은 가장 숙련된 최고의 워치 메이커들조차 극한의 인내를 발휘해야 하는 작업으로, 104개의 부품으로 구성된 불과 0.7g의 이 작은 매커니즘을 조립하는 데만 꼬박 2주가 소요됩니다. IWC에서 고도로 숙련된 워치 메이커 단 세 명만이 이 작업을 수행할 수 있습니다. 가우만은 항력 투르비옹이 다른 제품과 차별화된 독특한 기능일 뿐만 아니라, IWC 샤프하우젠이 간직한 엔지니어링과 혁신에 대한 뜨거운 열정을 보여 주는 완벽한 예라고 강조하며, “수백 년 동안 워치 메이커들이 도전해 온 난제를 기능적이고도 기술적으로 우아한 솔루션을 통해 해결할 수 있었다는 것에 대해 매우 자랑스럽게 생각합니다.” 라고 말합니다.

더 보기