기계식 시계에 탑재된 무브먼트가 작동하기 위해서는 동력이 필요합니다. 이때 무브먼트에 동력을 공급해주는 부품이 바로 메인 스프링입니다. 일부 시계 애호가들은 자신의 손으로 직접 시계를 와인딩하는 것을 즐기는 반면, 어떤 이들은 착용자가 팔목을 움직이기만 해도 자동으로 동력이 공급되는 오토매틱 매커니즘을 선호합니다.
기계식 시계는 어린이들을 완전히 매료시키는 와인딩 동력의 장난감이나 마법처럼 음악이 흘러나오는 뮤직 박스와 유사한 원리로 작동됩니다. 필요한 동력이 공급되는 순간, 그 심장인 무브먼트가 움직이기 시작합니다. IWC 자체 무브먼트 개발 부서의 부서장 토마스 가우만(Thomas Gäumann)은 “59210 칼리버의 메인 스프링을 완전히 와인딩하면 1300mJ의 에너지가 축적됩니다.“라고 말합니다. 이러한 에너지는 초콜릿 바를 약 1.3m 움직일 수 있는 양입니다. 에너지는 수동으로 직접 시계를 와인딩하거나 오토매틱 시계의 경우 끊임없이 회전하는 로터를 통해 발생하고 축적되는데, 두 가지 경우 모두 기술적 측면에서 대단히 정교한 매커니즘을 필요로 합니다.
1850년 프랑스의 워치메이커에 의해 현재까지도 널리 사용되고 있는 크라운 와인딩 시스템이 개발되기 전에는 별도의 키가 있어야만 메인 스프링을 와인딩할 수 있었습니다. 크라운을 감으면 레버, 피니언, 휠로 구성된 정교한 매커니즘이 안쪽 끝에서부터 스프링을 감아올리는 배럴 축으로 회전력을 전달하며, 스프링의 바깥쪽 끝 부분은 시계가 계속해서 작동할 수 있도록 끊임없이 휠 트레인으로 동력을 공급합니다. 핸드 와인드 무브먼트에 장착된 스프링의 경우, 크라운을 약 70회 와인딩했을 때 최대의 장력을 갖게 됩니다. 소형 클릭은 스프링 내부에 축적된 에너지가 바로 소모되지 않도록 유지하는 기능을 수행합니다.
이 매커니즘이 수동 설정 시스템과 통합되면 그 구조는 한층 더 복잡해집니다. 크라운을 바깥쪽으로 당기면 미세한 클러치가 와인딩 기능을 설정 기능으로 전환합니다. 기계식 워치메이킹 분야에서 초소형 사이즈의 부품들을 설계하는 과정은 고도의 기술력을 요하는 작업이며, 움직이는 부품들을 좁고 제한된 공간에 고정하여 세팅하는 기술이야말로 정밀 기계공학의 정수라 할 수 있습니다.
59210 칼리버의 메인 스프링을 완전히 와인딩했을 때 축적되는 에너지는 초콜릿 바를 1.3M 움직일 수 있는 양입니다.
파워리저브를 결정하는 스프링의 크기
IWC의 자체제작 핸드 와인드 무브먼트는 오랜 역사와 전통을 지니고 있습니다. 현재 포르토피노와 포르투기즈 핸드 와인드 8 Days 모델에 동력을 공급하는 59000 칼리버 시리즈에는 샤프하우젠 개발자들의 손끝에서 탄생한 동력 장치가 탑재되어 있습니다. 가우만은 “일주일에 단 한 번의 와인딩으로 완벽하게 작동하는 손목시계를 제작하는 것을 목표로 삼았습니다.“라고 설명합니다. 실제 파워리저브는 다양한 요인들에 의해 좌우됩니다.
우선 파워리저브는 에너지를 축적하기 위한 매개체의 용량에 따라 크게 달라집니다. 배럴의 크기와 메인 스프링의 길이가 크고 길수록, 그리고 배럴 휠의 회전 수가 많을수록, 휠 트레인에 공급되는 동력은 더욱 오랫동안 유지됩니다. 그러나 많은 에너지가 소모되는 크로노그래프와 같은 컴플리케이션의 경우, 그만큼 파워리저브 시간도 줄어들게 됩니다. 이외에도 휠 트레인에 동력이 전달되면서 발생하는 효율성 손실 또는 이스케이프먼트의 에너지 소비량 역시 파워리저브에 영향을 미치는 요소입니다.
디자인 엔지니어들은 에너지 손실을 최소화하기 위해 다른 모든 컴플리케이션 기능을 생략하고 날짜와 파워리저브 디스플레이 기능만을 탑재한 새로운 핸드 와인드 칼리버를 선보였습니다. 직경 1.7cm의 넉넉한 공간이 있는 배럴에 길이 86cm의 스프링을 장착하면 14회 회전 후 모든 에너지가 소진됩니다.
이러한 점을 고려하여 완성된 IWC 자체제작 크로노그래프 무브먼트는 불과 50cm 길이의 메인 스프링이 장착되어 있어 11회 회전 후 구동을 멈춥니다. 59000 칼리버로 축적된 에너지는 9일 동안 유지되는데 일정량의 에너지가 일정한 속도로 배출되면 정확히 192시간, 즉 8일 후 무브먼트가 자동으로 멈춥니다. 남아 있는 동력은 파워리저브 디스플레이를 통해 확인할 수 있습니다.
일상적인 활동을 통해 공급되는 동력
크라운을 와인딩하는 등의 별다른 수고 없이 손목 위에서 영원히 움직이는 오토매틱 무브먼트를 선호한다면 이 모든 것을 잊어버려도 좋습니다. 가우만은 오토매틱 시스템의 원리에 대해 “셀프 와인딩 매커니즘의 경우, 중앙에 탑재된 반달 모양의 로터가 착용자의 일상적인 활동을 스프링이 움직이는 데 필요한 에너지로 전환합니다.“라고 설명합니다. 이는 로터가 지닌 관성과 중력이 결합된 결과로, 다시 말해 가속도가 발생할수록 더욱 빠르게 움직이려는 로터의 속성과 계속해서 아래 쪽으로 향하는 로터 추의 힘에 의해 동력이 발생합니다. 따라서 시계를 착용하고 걷는 것만으로도 무브먼트에 필요한 에너지를 전달하게 됩니다.
IWC의 오토매틱 와인딩 시스템은 알버트 펠라톤(Albert Pellaton)과 밀접한 관계를 맺고 있습니다. 1944년 IWC의 기술 부문 디렉터였던 알버트 펠라톤은 IWC 자체제작 무브먼트에 동력을 공급하는 솔루션 개발에 총력을 기울이고 있었는데, 이를 달성하기 위해서는 몇 가지 문제점을 해결해야 했습니다. 복잡한 기어 시스템을 통한 로터의 운동으로 동력을 공급했던 과거의 시스템들은 원칙적으로 한 방향으로만 회전하도록 설계되었고, 이에 따라 상당량의 동력과 에너지가 손실되었습니다. 그러나 로터의 회전 운동을 진동 운동으로 전환시키는 독보적인 기능을 갖춘 펠라톤 솔루션이 개발되면서 스프링의 와인딩 작업이 훨씬 효율적으로 이루어지게 됩니다. 펠라톤 와인딩 시스템의 핵심은 편심 캠에 있습니다. 로터의 회전 운동은 편심 캠을 통해 앞뒤로 왕복 운동하는 바(Bar)에 전달되고 바에 탑재된 2개의 오프셋 폴이 에너지를 와인딩 휠로 전달합니다. 한 개의 오프셋 폴이 휠을 당기고(휠을 감고) 다른 한 개의 폴이 톱니바퀴 위로 부드럽게 미끄러지고 나면, 이 두 개의 폴이 역할을 바꾸어 같은 동작을 되풀이합니다. 폴 와인딩 시스템을 통해 로터의 크기나 움직이는 방향에 관계없이 로터의 운동을 이용할 수 있습니다.
일상적인 착용에서 시험할 수 있는 오토매틱 매커니즘
탁월한 성능을 갖춘 IWC 오토매틱 무브먼트가 완전히 와인딩될 때까지 로터는 약 2,000회 회전합니다. 활발하게 활동하는 착용자라면 수시간 안에, 시계를 매일 착용하지 않는 착용자들도 하루면 이 수치를 달성할 수 있습니다. 가우만은 “이와 같은 매커니즘을 설계하기 위해 해결해야 하는 가장 큰 과제는 착용자의 활동량에 관계없이 누구에게나 적합한 방안을 찾는 것“이라고 설명합니다. 따라서 샤프하우젠의 오토매틱 무브먼트는 개발 초기 단계에서 다양한 생활 패턴을 지닌 참가자들과 함께 끊임없이 테스트를 거쳐 나갔습니다.
오토매틱 와인딩 시스템은 일상적인 착용 과정에서 다양한 종류의 외부 자극에 노출됩니다. 수그램에 불과한 로터가 빠른 속도로 움직이는 동안 부품에 가해지는 힘은 중력의 약 1,000배에 달합니다. 일부 모델의 로터에는 스프링이 탑재된 베어링에서 발생하는 강력한 충격으로부터 부품을 보호하기 위해 특별한 장치를 장착하기도 합니다. 펠라톤 와인딩 시스템의 기본 원리는 60여 년 동안 변함없이 유지되고 있지만 그 기능은 끊임없는 발전을 거듭해 나가고 있습니다. 진화의 대표적인 예로 현재는 거의 손상되거나 마모되지 않는 세라믹 소재를 사용하여 폴을 제작하고 있습니다. 89000 크로노그래프 칼리버의 경우 전체 매커니즘에 대한 철저한 점검이 이루어졌고, 그 결과 더블 폴 와인딩 시스템이 탄생하였습니다. 두 쌍의 폴을 적용한 이 시스템은 기능은 동일하지만 이전보다 적은 수의 부품으로 구성된 효율적인 솔루션입니다.
직접 와인딩하거나 착용자의 움직임을 통해 동력이 공급되는 등 동력 공급 방법이 서로 다를 뿐, 두 가지 시스템은 모두 안정적으로 에너지를 공급하여 정교한 매커니즘에 생명을 불어 넣는다는 공통된 목적을 실현하고 있습니다. 셀프 와인딩 시스템과 오토매틱 와인딩 시스템 중 더 나은 또는 더 아름다운 매커니즘을 선택하는 것은 시계 애호가들 사이에서조차 100년이 지나도 결론을 내릴 수 없는 논쟁거리입니다.
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