시간 계측의 ‘히든 피겨스’

2016년의 가장 유명하고 영감을 주는 영화 중 하나는 «히든 피겨스(Hidden Figures)» 였습니다. 이 영화는 60년대 초반 대중은 알 수 없었던, NASA에서 근무한 흑인 여성들의 이야기를 재조명합니다. 우주비행사들이 갈 채를받고있는동안이들의초기우주비행 을가능하게한계산은전면에나서지않은 흑인 여성들에 의해 수작업으로 이루어졌습 니다. 실제로 궤도를 계산하기 위해 IBM 컴 퓨터가 도입된 후에도 우주비행사 존 글렌 (John Glenn)은 이 여성들이 수작업으로 숫자를 확인할 때까지 로켓에 탑승하기를 거부했습니다. 진정한 ‘숨겨진 공신들’이었습 니다.

이 이야기는 블랑팡이 성능, 견고성, 수명을 향상시키기 위해 무브먼트에 통합한 요소들 에비유할수있습니다.새로운모델과컴플 리케이션이 스포트라이트를 받을 때, 이러한 기능들은 조용히 소유자에게 가치를 전달합 니다. 진정한 ‘숨겨진 부품들’입니다. 이번 호 에서는가변관성조절기능이있는프리스 프렁 밸런스, 실리콘 헤어 스프링, 멀티플 메 인스프링배럴의세가지예를집중적으로 다룹니다.

프리 스프렁 밸런스와 관성 조절

밸런스 휠과 나선형 헤어스프링만큼 워치의 본질인시간측정에더근접한부품은없습니 다.속도를결정하는데필수적인영향을미 치는 부품들입니다. 따라서 속도를 조절하는 데사용되는장치가시스템의중심에있는것 은 당연합니다. 오늘날, 워치의 시간 측정을 정밀하게 조정하는 방법에는 크게 두 가지가 있습니다. 가장 일반적으로 사용되는 것은 ‘라케트’라고도 불리는 ‘레귤레이터’입니다. 그 중심에는 나선형 헤어스프링이 있습니다. 레귤레이터는 밸런스 휠의 중심 축을 중심으로회전하는작은암입니다.암의위치에따 라 헤어스프링의 유효 길이가 짧아지거나 길 어지며 속도를 조절합니다. 워치메이커는 작 은 레귤레이터 암을 물리적으로 밀고 위치를 회전시켜 작동 속도를 미세하게 조정하면서 워치를 조정합니다.1 다른 주요 방법의 중심 에는 밸런스 휠이 있으며, 이를 ‘관성 조절’이 라고 합니다. 관성 조절 구조에서는 헤어스프 링의길이가고정되고양쪽끝에단단히부착 됩니다. 워치메이커는 ‘프리 스프렁 밸런스’ 라는 용어를 사용합니다. 밸런스 휠의 안쪽과 바깥쪽에장착되어있고모두조일수있는 여러 개(대부분 4개)의 무거운 나사로 속도를 미세하게 조절할 수 있습니다. 속도에 대한 효과는 빙상 스케이트 선수가 회전하는 것에 비유할 수 있습니다. 나사를 바깥쪽으로 움직 이면 밸런스의 관성이 증가하여 회전이 느려 집니다.팔을쭉뻗은빙상스케이트선수를 생각해 보십시오. 나사를 안쪽으로 조정하면 마치빙상스케이트선수가팔을꽉끌어당겨 더빠르게회전할때처럼관성이감소해회전 속도가 빨라집니다.

1 시계는 일반적으로 수평 위치, 그리고 각기 다른 수직 위치 네 가지, 이 다섯 가 지 위치로 조정됩니다. 시계 착용자는 일반적으로 워치를 하루 종일 착용하고 팔 을 움직일 때마다 위치가 지속적으로 변경되기 때문에 하루에 몇 초 정도의 변화 (하루에 +/- 0초가 이상적)를 생각하지만, 속도 조절은 각 위치의 변화와 모든 위 치의평균및위치간의최대편차를검토합니다.

관성 조절은 여러 측면에서 레귤레이터 시스 템보다 우수합니다. 블랑팡이 모든 무브먼트 에관성조절을사용하는이유입니다.첫번 째 강점은 조정의 정밀도입니다. 블랑팡의 밸 런스휠에는네개의골드조정나사가장착되 어 있습니다. 1/4 회전으로 하루에 x초의 변 화를예상할수있는것과마찬가지로,워치 메이커는나사의매우미세한조정을기반으 로속도에대한정확한영향을알수있습니 다. 이와는 대조적으로 레귤레이터 구조의 속 도 조절은 변수가 많습니다. 워치메이커가 레 귤레이터암을살짝밀어서위치를변경할경 우의속도변화는테스트후의결과가나오기 전까지확신할수없습니다.두번째강점은 견고성과안정성그리고충격에대한저항입 니다. 레귤레이터 암의 표준 구조는 아래쪽에 두개의작은핀이장착되어있으며,그사이를 통과하는 헤어스프링을 둘러싸고 있는 구 조입니다. 미세 조정은 여러 가지 방법으로 충격의영향을받을수있습니다.암의위치 가약간만움직여도속도에변화가발생할수 있습니다.또한헤어스프링이두개의핀사 이를 통과하지만 단단히 고정되어 있지 않아 핀 사이의 공간에서 헤어스프링이 상하로 움 직일수있어약간의속도변화가발생할수 있습니다. 관성 조절 시스템은 이러한 효과의 영향을 받지 않습니다. 관성 조절 시스템의 구축방식과부품들의구성방식간의차이점 을 살펴보면, 레귤레이터의 회전 암과는 달리 조정 나사의 위치는 충격에 노출되어도 영향 을 받지 않습니다. 마찬가지로 헤어스프링의 단부는외부단부가두개의핀사이를통과 하지않고단단히고정되므로그공간내에서 의움직임에취약합니다.

실리콘 헤어스프링

수년 동안 스위스 워치의 헤어스프링은 니바 록스(Nivarox)와 같은 특수 금속 합금을 사 용하여 제작되었습니다. 니바록스는 기존 소 재에비해크게발전된특성덕분에업계에 광범위하게 널리 채택되었습니다. 블랑팡이 무브먼트에 사용하는 실리콘은 초기 헤어스 프링 소재를 모두 능가합니다. 실리콘은 여러 측면에서 발전된 모습을 보입니다.

첫 번째는 이상적인 형태입니다. 금속 헤어스 프링은와이어를미세한직경으로뽑은후나 선형으로 구부리는 공정을 통해 제조됩니다. 수년에걸친제조방법의개선으로균일한프 로필과나선형에도달하는데큰진전을이루 었습니다. 그럼에도 절대적인 완벽함은 얻을 수 없습니다. 반면 실리콘은 처음부터 완벽한 형태로생산할수있는첨단소재입니다.실 리콘 소재의 헤어스프링은 금속을 기계적으 로뽑아더가늘게만들고구부리는대신실 리콘 웨이퍼를 깊게 인그레이빙하는 첨단 공 정을통해생산되므로수명기간내내안정적 이고 변하지 않는 완벽한 형태를 유지합니다. 게다가 이 공정에서는 프로필의 변화를 최종 모양에 통합되도록 조절할 수 있습니다. 덕분 에 ‘constructor’라고도 불리는 무브먼트 디 자이너들은 무브먼트 디자인의 특징에 따라헤어스프링의 특정 부분을 다른 부분보다 더 단단하거나 유연하게 조절하여 성능을 최적 화할수있습니다.이와같이세심하게부품 의특성을조절하는것은전통적인금속헤어 스프링으로는 불가능합니다.

두 번째는 등시성 성능입니다. 등시성은 메인 스프링이 풀릴 때 무브먼트의 작동에 미치는 영향을 설명하는 워치메이킹 용어입니다. 완 전히 감긴 상태와 거의 풀린 상태에서 작동이 어떻게 변화하는지 알아보겠습니다. 일반적 으로워치가완전히감겼을때밸런스휠/헤 어스프링/이스케이프먼트에 전달되는 힘의 양은워치가거의풀렸을때보다더큽니다. 이로 인해 진폭이 변경되는 경향이 있습니다. 대부분의 워치 착용자는 하루에 빨라지거나 늦어지는 시간(초)을 기준으로 워치의 성능 을 평가하는 경향이 있습니다. 그러나 워치메 이커와 무브먼트 디자이너는 ‘진폭’이라고 부 르는 사항에 중점을 둡니다. 진폭은 이스케이 프먼트가 전달하는 모든 임펄스와 함께 밸런 스휠의회전각도(이를밸런스휠의‘스윙’이 라고 표현하기도 합니다)를 측정한 것입니다. 이상적인 진폭은 290도의 회전 범위 안에 속 해야 합니다. 메인스프링이 완전히 감겼을 때 의진폭은거의완전히풀렸을때보다더큰 경향이 있습니다.2

2 다소 역설적이게도, 메인스프링이 완전히 감겨 진폭이 가장 클 때의 작동 속도는 메인스프링이 거의 풀려 진폭이 감소할 때보다 다소 느립니다. 다시 말해서, 워치의 속도는 배럴이 풀리면서 증가하는 경향이 있습니다. 이 현상을 이해하는 한 가지 방 법은 스윙 각도가 최대보다 적을 때 밸런스 휠이 회전을 완료하는 데 시간이 더 적 게 걸린다는 것을 숙지하는 것입니다.

등시성오류를줄이는실리콘의한가지특징 은배럴이풀릴때발생하는임펄스에너지의 변화에 반응하는 것입니다. 실리콘 헤어스프 링은 금속 헤어스프링에 비해 힘의 변화에 따 른영향이훨씬적습니다.이는다양한와인 딩상태에서워치가더고르게작동한다는것 을 의미합니다.

실리콘은 또한 금속 헤어스프링에 비해 무게 가가벼워시간측정의정확성에이점을제공 합니다. 밸런스 휠과 헤어스프링에 작용하는 중력은워치의위치에따라작은속도오류를 유발할 수 있습니다. 이러한 현상의 기반에는 회전축에서 헤어스프링의 무게 중심이 변위 되어 중력이 진폭을 증가시키거나 반대로 감 소시켜 워치의 위치 변화에 따른 마찰과 윤활의차이가나타나는것을포함하는다양한이 유가 있습니다. 실리콘은 더 가벼운 소재이기 때문에 이러한 효과를 감소시킵니다.

자기장에 반응하지 않는다는 이점도 있습니 다. 실리콘은 비자성체로 자기장의 영향을 받 지않습니다.자성물질로구성된금속헤어 스프링이 충분히 강한 자기장에 노출되면 미 세한 부분들이 자화될 수 있습니다. 결과적으 로, 일부 요소는 헤어스프링의 다른 부분에 끌리고 다른 요소는 밀어냅니다. 잔류 자기는 두 경우 모두에서 헤어스프링의 특성을 변화 시키고 따라서 워치의 작동도 변화시킵니다. 실리콘은 자화되지 않으므로 이러한 문제를 피할 수 있습니다.

헤어스프링의 특성에 영향을 미치는 노후화 도 간과해서는 안 됩니다. 헤어스프링에 전통 적인 소재를 사용한 경우 시간이 지남에 따라 강성의 변화가 작동 속도와 등시성 모두에 부 정적으로 작용할 수 있음을 목격할 수 있습니 다. 반면, 안정적으로 유지되는 실리콘은 워 치의 노후화에 따른 금속 피로의 영향을 받지 않습니다.

멀티플 메인스프링 배럴

블랑팡의 많은 무브먼트에는 여러 개의 메인 스프링 배럴이 장착되어 있습니다. 어떤 시리 즈의 무브먼트에는 2개가 있고, 다른 시리즈 의 무브먼트에는 3개가 있습니다. 물론 2개 또는 3개의 배럴을 사용하여 무브먼트에 동 력을 공급하면 긴 파워리저브(배럴이 3개인 경우 최대 8일)가 가능합니다. 그러나 파워리 저브의 길이만이 전부는 아닙니다. 파워리저 브로 작동하는 기간 동안 무브먼트가 작동하 는 방식도 마찬가지로 중요합니다. 다시 말해 서, 우수한 등시성 성능도 중요합니다.

블랑팡은 여러 개의 배럴이 있는 무브먼트에 서 배럴을 직렬로 연결합니다. ‘가장 바깥쪽’ 배럴은크라운또는자동와인딩시스템을통 해 와인딩 요소에 직접 연결된 배럴입니다. ‘가장 안쪽’ 배럴은 워치의 작동 트레인에 직 접 연결되어 있습니다. 다양한 와인딩 상태에서 동력을 고르게 전달하려면 참신하고 영리 한 설계가 필요합니다. 일반적인 생각은 배럴 이풀릴때가장바깥쪽배럴(들)이가장안 쪽 배럴을 보충하도록 하는 것입니다. 이러한 방식의 레귤레이팅 시스템(밸런스 휠/헤어스 프링/이스케이프먼트)은 배럴이 풀릴 때 토 크가거의일정하다고보고등시성성능을향 상시킵니다. 일반 원칙을 말하기는 쉽지만 이 를 구현하려면 신중한 설계와 연구가 필요합 니다. 블랑팡의 무브먼트 엔지니어들은 배럴 의 메인스프링 특성을 신중하고 정밀하게 계 산했습니다. 가장 안쪽 배럴은 바깥쪽 배럴보 다 힘이 약한 메인스프링으로 설계되었습니 다. 메인스프링이 풀리면 그것과 연결된 더 강력한 배럴이 메인스프링을 되감는 방식입 니다.

블랑팡의 무브먼트를 관찰하다 보면 한 가지 공통점을 볼 수 있습니다. 스포트라이트를 받 지 않는 무대 뒤의 모든 디테일이 각각 중요 한 방식으로 블랑팡 무브먼트의 성능을 향상 시키는데 기여하고 있다는 것입니다.