• [시계한국238] 헤어스프링의 진화, 실리콘이 최적일까?
  • 조성진 기자 | 2019-09-11 17:43:06
  • 실록시 헤어스프링 [사진=롤렉스 인스타그램]
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[스포츠한국 조성진 기자] 헤어스프링(Hairsprings)은 기계식 시계의 밸런스 휠에 부착된 것으로, 시계의 휠이 회전하는 속도를 제어함으로써 시 분침의 이동을 콘트롤한다. 헤어스프링과 밸런스휠은 함께 고조파 발진기를 형성하며, 이는 외부 방해에 저항하는 정확한 주기 또는 비트로 진동하며 시간의 정확도를 책임진다. 따라서 기계식 시계를 움직이는 무브먼트(태엽장치)에선 가장 중요한 요소랄 수 있다.

헤어스프링은 코일을 감았을 때 전체 지름이 1cm를 초과하지 않으며, 두께는 대략 50마이크론이고 너비는 150마이크론이다. 그만큼 크기가 매우 작다.

예전에 스틸 헤어스프링이 있었지만 스틸은 자성과 온도 변화에 의해 쉽게 영향을 받는 금속이라 그 한계가 명백했다. 온도가 올라가면 스틸 스프링이 확장되며 시계 속도가 느려지고 추운 날씨엔 스틸 스프링이 줄어들며 시계 속도가 빨라지는 것이다.

20세기 초반, 온도 변화에 많은 영향을 받지 않고 열효율도 거의 없으며 자기장에 의한 영향이 적은 철, 니켈 및 크롬으로 구성된 화합물 인바(Invar)와 엘린바(Elinvar)가 선보였다.

프랑스에서 발명된 인바는 철 63.5%에 니켈 36.5%를 첨가해 열팽창계수를 줄인 합금이다. 온도에 대해 불변이라는 뜻에서 ‘in(不)’과 ‘var(變)’라는 이름을 붙였다. 또한 인바에 크로뮴(chromium, 크롬)을 첨가하면 탄성계수가 실온 근처에서 거의 불변이므로 탄성(elasticity)과 불변(invariable)이라고 해서 엘린바라는 이름이 붙여졌다.

  • 롤렉스 요트마스터37 [사진=롤렉스 홈페이지]
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이후 니바록스(Nivarox)가 등장했는데, 이것은 크롬 금속과 코발트가 첨가된 우수한 화합물이었다. 하지만 여전히 스틸을 포함하고 있었다. 물론 내마모성, 내식성 등 전반적인 내구성에선 이전의 헤어스프링 소재보다 모든 면에서 좋았다.

시간이 지나 롤렉스는 2000년 파라크롬(parachrome) 헤어스프링을 선보였다. 이 기술은 시계사의 진정한 기술 발전이다. 파라크롬 헤어스프링은 롤렉스 특허의 니오븀(niobium), 지르코늄(zirconium) 및 산소 합금이다.

롤렉스는 자사 홈페이지에서 “자기장에 민감하지 않고 온도 변화에도 안정감을 제공하며 충격시엔 일반 헤어스프링보다 최대 10배 더 정확하다”고 언급했다. 롤렉스는 비금속 중심의 헤어스프링을 제작해 자력 문제를 해결한 것이다.

그러나 파라크롬 헤어스프링이 대단한건 사실이지만 이 역시 약한 편이다. 합금 헤어스프링의 끝은 클램프에 고정돼야 하므로 대칭 구조를 갖는다. 전문적인 관점에서 볼 때 정확도에 영향을 미친다는 취약점이 있다.

반면 실리콘 소재의 실록시(Syloxi) 헤어스프링은 완전한 대칭 구조다. 그것은 화학적 방식으로 만들어지며 통합된 헤어스프링은 브릿지 플레이트의 두 구멍에 고정된다.

롤렉스는 실록시 헤어스프링을 장착한 칼리버 2236을 롤렉스 레이디 데이저스트 28과 요트마스터 37 모델을 통해 선보였고 이후 더 많은 모델에 적용하기 시작한다. (물론 실록시 헤어스프링을 처음 선보인건 롤렉스가 아니라 2001년 율리스 나르덴(Ulysse Nardin)이 처음으로 선보였다)

롤렉스는 “발진기의 규칙성을 보장하는 것이 시계 제조의 커다란 도전 중 하나”라며 “발진기의 성능, 특히 재료의 팽창 또는 수축을 유발하는 온도 변화-자기 간섭, 중력 및 충격에 영향을 미치는 환경적 교란의 영향을 최소화함으로써만 달성할 수 있다”고 했다.

등시성에 영향을 미치는 요인은 탈진, 균형과 스프링의 잘못된 위치, 연석 핀과 균형 스프링 사이의 유영, 원심력 및 자기장이다. 실록시 스프링은 전혀 새로운 방식으로 고정되며, 접착된 콜레트가 필요없기 때문에 스프링의 평탄도 및 동심도가 향상된다.

실리콘 헤어스프링은 이처럼 많은 장점을 지니고 있음에도, 그러나 복잡하고 값비싼 제조 기술을 필요로 하며 수명 또한 제한적이다. 파텍필립을 비롯해 브레게, 오메가, 롤렉스 등등 글로벌 시계 제조 브랜드들이 첨단 제조 공정을 통해 이에 대해 좀더 수월한 접근과 가격경쟁력, 내구성 등을 연구/실험하고 있는 것도 이 때문이다. 오버홀 등 시계 메커니즘 관련 전문가들도 오버홀 작업시 특히 쉽게 깨질 수 있는 재질 특성상 실리콘 헤어스프링의 지속적인 검증의 시간이 필요하다고 진단한다.

실리콘 헤어스프링은 시계 무브먼트 사상 현존하는 최적의 미래의 방법일 수 있지만 아직 갈 길은 멀어 보인다.

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