T0 이야기 – 그랜드세이코의 끝없는 추구

세이코 워치 코퍼레이션은 2020년 9월 그랜드세이코의 컨셉 크리에이션으로 T0(T-제로) 콘스탄트 포스 투르비용(T0)을 공개했습니다. 동일한 축에 완전히 통합된 일정 힘과 투르비용이 있는 세계 최초의 무브먼트를 나타내며, 가능한 한 정확도가 높은 메카니컬 시계를 만드는 것을 목표로 합니다. 1960년대에 세이코의 기계적인 움직임은 당시 가장 권위 있는 시계 대회로 여겨졌던 뇌샤텔과 제네바 천문대 대회에서 최고 자리를 차지했습니다. 이 새로운 움직임으로, 그랜드세이코는 세계 정상으로 돌아왔습니다.

메카니컬 워치메이킹의 끝없는 도전, 메인스프링

배터리로 구동되는 쿼츠 시계와 달리 메카니컬 시계는 태엽의 풀리는 힘으로 구동됩니다. 메카니컬 시계의 메커니즘은 17세기 이후로 거의 동일하게 유지되었습니다. 이 겉보기에 구식으로 보이는 메커니즘은 기술 발전으로 많은 문제가 해결되었기 때문에 오늘날에도 여전히 사용됩니다.

그랜드세이코의 무브먼트 중 하나인 스프링 드라이브는 그 진화를 상징합니다. 스프링 드라이브는 태엽에 의해 구동되지만 쿼츠 무브먼트만큼 정확합니다. 자기, 온도 변화, 충격에 매우 강합니다. 회사의 기술 발전의 결과 세이코는 다른 누구도 달성할 수 없는 메커니즘을 성공적으로 출시했습니다.

메카니컬 시계의 메커니즘은 기술 발전으로 인해 점점 더 실용적이 되었습니다. 메카니컬 시계는 100년 전에 만들어진 시계는 말할 것도 없고 10년 전에 만들어진 시계보다 훨씬 더 발전했습니다. 그러나 한 가지 문제가 남아 있습니다. 바로 메카니컬 시계를 구동하는 태엽입니다.

메카니컬 시계에서 태엽은 감을 때 힘(또는 '토크')을 얻고 풀리면서 힘을 잃습니다. 그래서 시계태엽 장난감은 처음에는 활기차게 움직이다가 시간이 지날수록 덜 움직입니다.

이론적으로 스프링 구동식 메카니컬 시계 추나 발란스 덕분에 안정적인 리듬으로 박동합니다. 진자의 원리에 따라 작동하는 구성 요소는 태엽에 저장된 전력의 양에 관계없이 메카니컬 시계에 안정적인 리듬을 전달해야 합니다.

그러나 이것은 이론일 뿐입니다. 메카니컬 시계의 정확도는 태엽이 풀리면서 다양한 요인으로 인해 감소합니다. 시계 제작자가 그것에 대해 아무 것도 하지 않는다는 의미는 아닙니다. 좋은 예가 올해 초 출시된 그랜드세이코의 칼리버 9SA5입니다. 80시간의 파워 리저브, 헤어스프링의 독특한 모양, 무브먼트에 장착된 방식 덕분에 더 오랜 시간 정확도를 유지할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 이상적으로는 토크가 완전히 감겼든 거의 풀렸든 동일해야 합니다.

2020년 8월에 출시된 새로운 9SA5 칼리버

토크를 안정적으로 유지하는 방법은 무엇입니까?

스프링 구동식 메카니컬 시계가 발명된 이후로 많은 시계 제조업자와 제조업체는 토크의 안정성을 보장하기 위해 고군분투했습니다. 토크가 안정적이면 메카니컬 시계의 정확도가 높아집니다. 그 해결책 중 하나는 배럴이 사슬로 원뿔 모양의 풀리를 당기게 하는 체인 풀러인 '퓨즈'입니다. 퓨즈는 잘 설계되고 잘 제조되면 안정적인 토크를 생성할 수 있습니다. 경도 측정을 위해 해양 크로노미터에 도입되었습니다. 하지만 회중시계나 손목시계 같은 작은 물건에는 퓨즈를 장착하기 어려웠다.

그 후, 일정한 힘 메커니즘에 주의를 기울였습니다. 일정한 힘은 태엽과 다른 일정한 힘의 스프링이라고 하는 작은 스프링에 힘을 보존하고 이 작은 스프링의 반발력을 이용하여 진자나 발란스에 동력을 공급합니다. 메카니즘은 가두는 댐에 비유되는 경우가 많으며 안정적인 토크를 보장한다는 점에서 탁월합니다.

A constant-force mechanism, a dream once unachieved by watchmakers

항력(Constant-force)은 퓨즈에 비해 크기가 작고 구성 요소가 적기 때문에 휴대용 시계에 이상적인 메커니즘입니다. 하지만 디자인과 제작상의 어려움으로 무브먼트에 장착하기 어려웠습니다. 정력 메커니즘을 사용하는 기계식 시계는 극소수에 불과했으며 손목시계의 경우 더 적었습니다. 일정한 힘의 메커니즘을 이론적으로 탁월함에도 불구하고 상업적 용도로 적용하는 것은 극히 어려웠으며 한때 많은 워치메이커에게 불가능한 꿈으로 여겨졌습니다.

2020년 9월, 그랜드세이코는 새로운 메커니즘을 갖춘 컨셉 크리에이션을 출시했습니다. T0 항력 투르비용이라고 합니다. 이름에 걸맞게 투르비옹과 항력 메커니즘을 결합한 메커니즘이 필자의 생각에는 이전 메커니즘을 능가하는 전례 없는 방식으로 포함되어 있습니다. 마침내 그랜드세이코는 이론적으로 완벽한 형태로 꿈을 이뤘습니다.

세이코가 천문대 대회를 통해 길러온 전통

그랜드세이코는 현재 9S6 및 9S8 제품군을 메카니컬 시계의 기본 칼리버로 사용합니다. 9S5 무브먼트를 개량하여 개발한 무브먼트는 시중에서 많이 생산되는 무브먼트 중 최고라고 생각합니다. 9S6 무브먼트의 완성과 함께 Seiko Instruments Inc.(현 Seiko Watch Corp.)의 기술 팀은 새로운 무브먼트 개발에 착수했습니다. 팀의 성과 중 하나는 메커니즘과 구성 요소를 대규모로 재설계하여 기본 성능의 혁신을 목표로 하는 9SA5 무브먼트입니다. 또 다른 성과는 대량 생산을 고려하지 않고 더 높은 정확도를 추구하기 위해 복잡한 메커니즘으로 정확도를 높이려는 T0 무브먼트입니다. 높은 정확도에 대한 추구는 1960년 탄생 이래 그랜드세이코에 깊이 뿌리를 두고 있으며, 이번에는 T0와 9SA5 칼리버가 병렬로 개발되어 개발 과정에서 서로에게 영감을 주고 영향을 미칩니다.

그랜드세이코가 탄생한 지 4년 만인 1964년에는 세이코인스트루먼트의 전신인 다이니 세이코샤와 스와세이코샤(현 세이코엡손)가 참가해 움직임 정확성을 겨뤘습니다. 당시 1등급 스위스 시계 제조업체들이 높은 자리를 장악했지만 두 회사는 수년간 더 나은 성과를 거뒀습니다. 1966년, 다이니 세이코샤는 코퍼레이트 시리즈 상금 부문에서 3위를 차지했고 스와 세이코샤는 6위를 차지했습니다. 1967년에는 다이니 세이코샤가 2위, 스와 세이코샤가 3위를 차지했습니다. 널리 알려지진 않았지만 쿼츠시계의 발명으로 세계를 놀라게 한 세이코는 1960년대 후반 기계식 시계 세계 최고 순위에 오르기도 했습니다.

천문대 전용으로 개발된 무브먼트
스와 세이코샤(왼쪽)와 다이니 세이코샤(오른쪽)

그 후 메카니컬 시계는 더 이상 다이니 세이코샤의 우선 순위가 아니었지만 정확한 시계를 만드는 전통은 남아 있었습니다. 그랜드세이코 메카니컬 시계는 1998년 9S 칼리버 출시와 함께 공식적으로 부활했습니다. 이것은 시계의 심장인 헤어스프링에 천문대 대회를 통해 축적된 기술을 적용하여 가능했습니다. 2006년, 그랜드세이코는 더 긴 파워 리저브와 더 높은 자기 저항을 제공하는 9S6 무브먼트와 함께 최고 수준의 메카니컬 워치메이킹으로 돌아왔습니다.

Seiko는 한때 천문대를 휩쓸었고 나중에는 9S 무브먼트를 성공적으로 개발했습니다. 2012년, Seiko Instruments Inc.(현 Seiko Watch Corp.)의 무브먼트 디자이너이자 시계 제작자인 Takuma Kawauchiya는 Seiko가 수년 동안 얻은 모든 기술을 사용하여 초정밀 시계를 만들 가능성을 찾기 시작했습니다. 그는 100억 달러가 그렇게 어렵지 않아야 한다고 생각했습니다. 그는 워치메이커들이 꿈꾸던 정력 메커니즘을 탑재하기 위해 도전하기로 결정했습니다.

세이코 시계 제품개발부 타쿠마 카와우치야

세계 최초의 완전 통합형 항력 투르비용

일정한 힘이 태엽에 가까이 놓이면 태엽의 풀리는 힘을 제어하기가 더 쉽습니다. 그러나 효율이 낮고, 균형에서 상대적으로 떨어져 있기 때문에 토크가 고르지 않습니다. 반면에 발란스 가까이에 놓으면 발란스에 안정적으로 에너지를 전달할 수 있습니다. 이 경우 밸런스 휠에 가까울수록 토크를 아주 작게 조절해야 하므로 안정성을 유지하기 어렵습니다.

카와우치야는 가능한 한 균형에 가까운 일정한 힘을 배치하면서 안정적인 시스템을 개발하는 것을 목표로 했습니다. 이미 언급했듯이 두 요소는 트레이드 오프 관계가 있어 두 요소를 동시에 구현하기가 어렵습니다.

이론적으로 발란스를 회전시키면 중력의 영향을 줄일 수 있습니다. 그것이 바로 뚜르비옹의 개념입니다. 카와우치야는 투르비용 아래에 일정한 힘을 장착하는 아이디어에 도달했습니다. 일반적으로 투르비용에는 분당 한 번 회전하는 네 번째 바퀴에 장착된 이스케이프먼트와 균형을 통합하는 장치('캐리지'라고 함)가 있습니다. 대부분의 경우 일정한 힘이 가해지면 캐리지에서 멀리 배치됩니다. 그러나 T0는 일정력 스프링에서 캐리지와 동축으로 배열된 기어의 토크를 저장하고 풀림 스프링의 에너지는 균형을 포함하여 캐리지를 회전시키는 데 사용됩니다.

토크 증가 및 저항 감소

카와우치야는 다양한 등력 메커니즘을 연구했습니다. 그는 이상적인 일정한 힘 메커니즘을 달성하기 위해 토크를 높이려고 했습니다. 한 가지 예는 두 개의 스프링이 있는 트윈 배럴입니다. 배럴을 직렬로 배치하면 파워 리저브가 길어집니다. 배럴을 병렬로 배치하면 토크가 2배가 됩니다. 카와우치야는 후자를 선택했습니다. 그 결과, T0는 세이코 워치메이킹 역사상 두 개의 배럴을 병렬로 배치한 최초의 무브먼트가 되어 안정적인 정력 메커니즘을 출시했습니다.

저항도 크게 감소했습니다. 센터 휠과 세 번째 휠은 마찰을 줄이기 위해 특수 코팅 처리되어 트윈 배럴에서 발생하는 큰 토크를 수용합니다. 일정한 힘은 태엽의 힘을 저장하고 일정한 간격으로 방출합니다. 따라서 스톱휠은 핵심부품으로 높은 내구성과 낮은 마찰저항이 요구됩니다. 카와우치야는 스톱 휠에 정밀 세라믹 기어를 적용했는데, 그 가공은 미크론 수준까지 정밀했습니다. 결과적으로 T0은 스톱 휠의 마모 없이 매초 확실하게 작동할 수 있습니다.

그는 또한 기어 제조에서 다른 접근 방식을 취했습니다. 일반적으로 기계식 시계 부품은 기계가공으로 만들어집니다. 정밀하게 가공된 기어는 태엽의 동력 전달에 불규칙성을 거의 일으키지 않기 때문입니다. 그러나 더 높은 정밀도를 보장하기 위해 카와우치야는 반도체 제조에 사용되는 성형 기술인 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)라는 제조 공정을 사용했습니다. 미크론 단위의 정밀 측정으로 완벽한 기어 톱니 형상을 구현하기 위해 금속 필름을 도금과 같이 적층합니다. 이미 그랜드 세이코의 팔레트 포크와 이스케이프먼트 휠에 활용한 바 있으며, MEMS 기술을 거의 모든 기어에 적용한 것은 이번이 처음입니다.

더 높은 정확도를 위한 개선 사항

그동안 시도하고 신뢰했던 칼리버 9S65를 기반으로 T0를 개발한 것은 자연스러운 선택이었습니다. 메인 스프링, 휠 트레인, 이스케이프먼트, 밸런스 등의 주요 부품은 9S65를 기반으로 설계되었습니다. 세팅 레버와 요크 역시 9S65를 기반으로 디자인 되었습니다.

9S65 칼리버, T0가 개발된 기본 칼리버

물론 훨씬 더 높은 정밀도를 달성하려면 개선이 필요했습니다. 하나는 레귤레이터가 없는 자유 스프링 발란스입니다. 많은 메카니컬 시계에서 헤어 스프링의 길이는 시간 증가 또는 손실을 보상하기 위해 조절기에 의해 변경됩니다. 진자의 길이를 변화시켜 진자시계의 시간의 가감량을 조절하는 것과 같습니다. 그러나 이 유형은 상대적으로 충격에 약하고 태엽이 어느 정도 풀리면 정확도가 떨어지는 경향이 있습니다. 태엽이 풀릴 때 정확성을 보장하는 조절기가 있는 시계가 있지만 조절기가 없는 메커니즘이 이론적으로 이상적입니다.

이것이 카와우치야가 레귤레이터 없이 프리 스프렁 밸런스를 사용한 이유입니다. 메커니즘은 헤어스프링의 길이를 변경하지 않고 발란스의 관성을 통해 시간의 증가와 손실에 맞게 조정됩니다. 레귤레이터가 있는 발란스보다 설계 및 제작이 까다롭지만 높은 내충격성과 오랜 시간 동안 보다 안정적인 정밀도를 유지합니다. 이 아이디어는 기본 성능의 혁명을 목표로 9SA5를 위해 개발 중이었습니다. 카와우치야는 T0에서 이 메커니즘을 시도하기로 결정했습니다.

또 다른 특징은 높은 비트입니다. 발란스는 더 빠르게 움직일수록 정확도를 높입니다. 빠르게 회전하는 팽이와 비슷하지만 넘어질 가능성이 적습니다. 세이코는 1960년대에 하이비트 시계 생산을 위한 기술을 발전시키기 시작했고 1960년대 후반에 천문대 대회에서 우승했습니다. 그 전통은 오늘날까지 이어지고 있습니다. 2020년에 출시된 9SA5는 시간당 36,000번의 진동을 자랑합니다.

T0도 이 전통을 이어받았습니다. T0는 시간당 28,800회 진동하며 이는 9S6 칼리버와 동일합니다. 이 숫자는 기계식 시계에서 드문 일이 아닙니다. 그러나 스프링의 에너지가 제한적일 때 일정한 힘의 경우 훨씬 더 어려워집니다. 그럼에도 불구하고 T0는 두 개의 메인 스프링을 사용하고 메커니즘의 저항을 최소화하여 일정한 힘으로 메커니즘에서 가장 높은 주파수를 달성했습니다. 놀라운 것은 9S6에서 변하지 않은 발란스의 크기입니다.

시제품을 이용한 측정 테스트 결과 뚜르빌리온 덕분에 중력의 영향을 10분의 1 이하로 줄였으며, 일정한 힘으로 72시간 중 50시간 동안 높은 정확도를 유지했습니다. 고주파수와 자유 스프링 균형은 시계를 착용할 때 정확도를 크게 향상시킵니다. T0는 실제 움직임으로 이론적 정확성을 입증했습니다.

50년 전의 헤리티지 디자인

고정밀 시계를 위해 시간을 초 단위로 설정하고 싶을 수 있습니다. 다만, 무브먼트가 끊임없이 회전하는 투르비옹에는 핵 기능을 추가하기 어렵습니다. 일반적으로 기계식 시계를 멈출 때는 레버가 발란스에 닿아야 합니다. 하지만 투르비옹의 경우 발란스를 포함한 캐리지가 회전하기 때문에 발란스에 레버를 직접적으로 대는 것은 불가능합니다. 그래서 카와우치야는 발란스 대신 캐리지 자체를 멈추기로 했습니다.

캐리지를 멈출 수 있는 다른 투르비용이 있습니다. 그러나 T0에는 정말 독특한 메커니즘이 있습니다. 일반적으로 진동 횟수가 많을수록 시계를 다시 시작하기가 더 어렵습니다. T0는 고정력이 장착된 대형 캐리지를 고정하며 시간당 28,800회 진동합니다. 캐리지가 멈춘 후 T0을 다시 시작하는 어려움을 쉽게 상상할 수 있습니다. T0는 캐리지 정지용 레버가 빠지면 순간적으로 캐리지를 반대 방향으로 회전시켜 재시동을 용이하게 하도록 설계되었습니다(특허 출원 중). 1964년 도쿄 올림픽을 위해 세이코가 스톱워치에 적용한 것과 똑같은 메커니즘입니다. 그 후 이 메커니즘은 T0 디자인에 영감을 준 그랜드세이코의 전설적인 고정밀 무브먼트인 칼리버 45에 사용되었습니다.

안정적이고 높은 정확도를 달성한 1968년 칼리버 4520

마감과 사운드의 감성적 가치

카와우치야는 동일한 축에 완전히 통합된 항력 투르비용으로 세계 최초의 무브먼트를 만들었습니다. 이 걸작의 역사적 가치가 더욱 높아집니다. 메인 플레이트와 브릿지를 포함한 모든 부품은 3개월 이상의 시간이 소요되는 장인과 여성의 손으로 완성됩니다. 마감은 가장 고급스러운 스위스 메이드 시계와 동일합니다. 전문 지식은 9SA5에도 효과적으로 적용되었습니다.

T0는 그랜드세이코의 미래를 보여줍니다.

세이코는 천문대 대회를 통해 얻은 모든 기술과 경험을 사용하여 그랜드세이코에서 고정밀 기계식 시계를 계속 추구했습니다. 그로부터 반세기가 넘는 시간이 흘렀고 T0 항력 투르비용이 탄생했습니다. 필자에게 그것은 일본 시계 역사상 가장 야심찬 시계입니다. 이것은 1960년대 천문대 대회에서 세이코의 하이비트 무브먼트와 마찬가지로 세계에서 유일하게 동일한 축에 완전히 통합된 항력 및 투르비용입니다.

회사는 T0가 단지 컨셉의 창작물일 뿐이라고 설명하지만, 그 이상입니다. 천문대 대회를 통해 그랜드세이코의 성능이 크게 향상됨에 따라 더 높은 정확도에 대한 추구와 T0의 무브먼트 마감을 포함한 워치메이킹 기술은 혁신적인 메카니컬 칼리버 9SA5를 개선하는 데 기여했습니다. 개인적으로 T0는 단순히 뛰어난 기술력을 보여주는 것이 아니라 그랜드세이코의 찬란한 미래를 보여줍니다.