내멋대로 칼럼-왜 수직 클러치(Vertical Clutch)여야만 하는가? Highend

크로노그래프는 시계가 가지는 본질적인 타임 키핑 기능 외의 다른 기능 -컴플리케이션- 중에서 가장 다양한 베리에이션을 가지고 있습니다.

이런 여러가지 다양한 크로노그래프들은...

카운터의 숫자나 배치를 따라 나누기도 하고,

크로노그래프 버튼의 숫자에 따라 나누기도,

다이얼의 쓰임새에 따라 나누기도 합니다.

그 중 크로노그래프의 구조적인 작동 메카니즘에 따라 분류되는게 바로 캠-컬럼휠, 수평-수직 클러치 방식입니다.

이 중 고급 크로노그래프를 결정짓는 요소로 가장 잘 알려진게 바로 캠(Cam) 방식이냐 컬럼휠(Column wheel) 방식이냐의 차이입니다.

흔히 구조가 간단하고 크로노그래프 버튼을 누를 때 '뻑' 하는 거친 작동느낌이 드는 캠 방식 보다는 좀 더 구조가 복잡하고(따라서 비용이 더 들고...) 버튼 조작시 '찰칵' 하는 고급스러운? 조작감을 가지는 컬럼휠 방식의 크로노그래프를 고급 크로노그래프로 쳐주는 편입니다.

그래서 요새는 왠만한 새로 만들어지는 크로노그래프들은 모두 컬럼휠 방식을 선택하고 있고, 기존에 멀쩡히 캠 방식을 쓰던 7750을 컬럼휠로 마개조 한다거나, 컬럼휠의 특징적인 부품을 퍼렇게 칠해서(칠했는지 구웠는지...) 컬럼휠 티를 낸다든지 하면서 컬럼휠 방식을 강조하고 뽐내는 편입니다.(상당히 속보이는 짓이죠...)

그런데 말입니다...

사실 캠 방식이던 컬럼휠 방식이던 크로노그래프의 성능적인 측면에서는 차이가 전혀 없습니다.

쉽게 이야기 하면 이 두 방식은 취존의 문제이지 우열의 문제가 아니라는 거지요.(크로노버튼을 누를때 '뻑' 하는 손맛이 없으면 재미 없다고 하는분도 틀림없이 있을거예요...ㅎㅎ)

크로노그래프의 성능 차이는 오히려 크로노그래프 작동 방식이 수평(Horizontal) 클러치 방식이냐 수직(Vertical) 클러치 방식이냐에 따라 크게 벌어집니다.

그래서 오늘 제가 재미없는 이야기를 시작해 보려 합니다.

이과대학을 나오고 이과로 밥벌어 먹고 사는 저이지만 마음만은 문돌이인 저로서는 피하고 싶었던, 하지만 알아두면 좋은...머리가 지끈지끈 아파오는 크로노그래프의 메카니즘적인 이야기-수직 Vs. 수평 클러치의 작동 방식-를 말입니다.

 클러치(Clutch) - 사전적 의미로는 한 축에서 다른 축으로 동력을 끊었다 이었다 하는 장치를 의미하며 여기에서는 크로노그래프 초침을 작동시키는 휠을 시계의 구동계에 연결시키거나(Engaged) 다시 연결을 끊는(Disengaged) 장치를 일컫습니다.

보통은, 특히 수동 크로노그래프에서는 수평 클러치(Horizontal Clutch) 방식을 많이 이용 하는데요, 이 방식은 모든 동작이 같은 평면상에서 이루어 지게 됩니다.

위의 그림은 Glashutte Original Panograph의 수평 클러치를 보여 주는데요...

모식도를 보면 휠이 3개가 있습니다. 제일 좌측에 있는 휠이 시계 구동계중 4-번차(fourth wheel) 입니다.(도대체 왜 '4-번'이 금지어 일까요?ㅠㅜ) 보통 여기에 영구초침이 달리기 때문에 모식도에는 running seconds라 표시되어 있습니다. 

좌측에서 2번째 휠이 4-번차와 크로노그래프 휠(Chronograph wheel)을 연결시키게 되는 중간 휠(Intermediate wheel) 입니다.  

제일 우측에 있는 3번째 휠이 크로노그래프 휠 이며 여기에 크로노그래프 센터 초침(Chronograph center seconds)이 달리게 됩니다.

수평 클러치의 작동 방식은 간단합니다.

4-번차는 중간 휠과 항상 연결되어 있어 시계가 작동하는 한 같이 돌아가고 있습니다.

크로노그래프를 작동시키지 않는 한(Disengage 상태) 크로노그래프 휠은 이 두 휠과 떨어져 있어 돌아가지 않습니다.

크로노그래프를 작동시키면(Engage), 중간 휠에 붙어있는 클러치가 움직여서(이걸 'Swing' 한다고 표현합니다) 중간 휠을 크로노그래프 휠에 연결시킵니다. 그러면 4-번차의 운동이 중간 휠을 통해 크로노그래프 휠로 전달되고, 크로노그래프 휠에 붙어있는 크로노그래프 센터 초침이 움직이면서 크로노그래프가 카운팅 되기 시작하는 것입니다.

동영상으로 보면 더 이해가 쉽습니다.

https://youtu.be/ekmpRXMRMcY

위의 동영상을 클릭해서 보시면, 크로노그래프 작동 시 클러치가 중간 휠을 밀어서 크로노그래프 휠과 연결, 크로로그래프 휠이 돌아가는게 보이실겁니다.

수평 클러치 방식은 매우 직관적인 방식이고, 관련 조작계가 같은 평면상에 모두 노출되어 있어 보기에 아름답습니다. 무엇보다 무브먼트의 두께에 큰 영향을 미치지 않지요.

하지만 이 수평 클러치 방식에는 큰 문제가 있습니다.

어떤 문제가 있는가를 알기 위해서는 먼저, 일반적인 시계의 휠 모양과 크로노그래프 동작계에 속하는 휠(중간 휠, 크로노그래프 휠)의 모양이 조금 다르다는 사실을 눈치 채셔야 합니다.

일반적인 시계의 기어 트레인에 사용되는 휠의 톱니 모양은 위 사진에서 보는것처럼 다각형에 둥근 팁 모양을 하고 있습니다.

저런 모양을 하고 있어야만 기어들이 서로 잘 맞물려서 에너지를 효율적으로 전달할 수 있고 마찰도 최소화 해서 마모를 줄일 수 있습니다.

(위의 사진이 GIF 파일인데 포럼 환경에서는 동작을 안하나 봅니다...ㅠㅠ)

하지만 크로노그래프 동작계에 속하는 휠(중간 휠, 크로노그래프 휠)의 톱니 모양은 말 그대로 뾰족뾰족한 삼각형의 톱니 모양입니다.

왜 그럴까요?

그것은 크로노그래프가 작동 되었을때(Engage) 중간 휠과 크로노그래프 휠의 간섭을 최소화 하기 위해서 입니다.

4-번차와 맞물려 돌아가고 있는 중간 휠을 크로노그래프 휠에 밀어 넣었을 때 다각을 가지고 있는 톱니들이라면 서로 맞물려 들어가기 전에 부딪혀 튕길 수 있습니다.

이렇게 맞물리는 휠의 톱니들이 부딪혀 튕기게 되면 크로노그래프 작동 시 크로노그래프 센터 초침도 역시 튕기게 되는거죠.

앞, 뒤로 튀는 건 예사고 최악의 경우 맞물리지 못해 작동이 실패할 수도 있습니다.

그래서 중간 휠과 크로노그래프의 휠은 삼각형의 톱니로 날카롭게 디자인 할 수 밖에 없고, 이런 톱니 디자인에서도 종종 크로노그래프 작동 시 크로노그래프 초침이 앞으로 튀게 됩니다.

그래서 어떤 메이커 에서는 이를 보완할 톱니 디자인을 선보이기도 합니다.

암튼, 수평 클러치 방식의 크로노그래프는 작동 시 크로노그래프 초침이 튀기 쉽습니다.

아울러, 크로노그래프를 장시간 사용했을 시 날카로운 톱니끼리 마찰을 일으켜 크로노그래프 휠의 마모가 발생하기 쉽습니다.

거기에 더해 아주 치명적인 약점이 있습니다.

시계의 구동계에 크로노그래프 휠이 연결되면, 크로노그래프 휠을 돌리는 만큼의 로딩이 더해지게 되며, 이 로딩은 서로 사맞디 아니하는 톱니 디자인으로 인해 더 악화되고, 이로 인해 메인 스프링의 토크가 떨어지게 됩니다.

메인 스프링의 토크 변화는 바로 밸런스 휠의 진동각 감소로 연결되며, 결과적으로 시계가 빨라지게 됩니다.

즉, 크로노그래프 동작 시 시계의 정확도가 떨어지게 되는 것이죠. 덤으로 파워 리접도 감소하게 되구요. 

이러한 수평 클러치의 아형으로는 1887년 에드워드 호이어가 발명한 진동 피니언(Oscillating Pinion)이 있습니다.

진동 피니언은 마치 여의봉처럼 양 끝에 피니언이 달린 간단한 부품인데요,

수평 클러치와는 달리 부품 자체는 수직으로 놓이게 되지만 작동 원리는 똑같습니다.

한쪽 피니언은 4-번차에 연결된 중간 휠에 연결되어 항상 돌아가고 있고, 크로노그래프 작동 시 축이 기울어 지면서 반대편 끝단의 피니언이 크로노그래프 센터 휠과 접촉, 맞물려서 크로노그래프 초침을 돌리게 되지요.

상당히 간결한 부품이어서 공간을 절약할 수 있고, 크로노그래프 스타트 시 톱니간의 간섭이 적어서 크로노그래프 초침이 좀 덜 튄다는 장점이 있지만 역시 효율적인 에너지 전달 메카니즘이 아니기 때문에 크로노그래프 휠의 마모나 밸런스 휠의 진동각 감소 등 수평 클러치의 단점을 고스란히 가지고 있습니다.

그렇다면 수직 클러치는 어떨까요?

수직 클러치는 말 그대로 작동하는 방향이 아래-위의 수직면 상에서 이루어 집니다.

하지만 수직 클러치를 단순히 작동 방향만 가지고 이해하려 하면 상당한 멘붕 상황에 빠질 수 있습니다.

수직 클러치의 작동 원리를 표현하는 가장 정확한 표현은 바로 'Friction Transmission' 입니다.

말 그대로 마찰에 의해 크로노그래프를 작동시키는 방식입니다.

위의 그림은 Seiko 6139 크로노그래프의 수직 클러치 부품입니다.

왼쪽이 크로노그래프 작동 전, 오른쪽이 크로노그래프 작동 후 입니다.

이 부품은 하나의 축을 공유한 두 가지 파트로 구성됩니다.

왼쪽 그림에서 아래쪽 커다란 휠은(빨간 표시) 시계 구동계의 4-번차로서 항상 회전하고 있습니다. 

위아래를 관통하는 축과 거기에 꽂힌 작은 휠(크로노그래프 휠)을 포함한 부품(파란 표시)은 크로노그래프 동작계에 속한 부품으로 크로노그래프를 작동하지 않으면 멈춰 있습니다.
즉, 크로노그래프가 작동하지 않을때는 축에 꽂힌 4-번차만 돌고 축 자체와 크로노그래프 휠은 멈춰있다는 말입니다.

크로노그래프를 작동시키면, 파란 표시의 부품이 밑으로 내려와서 큰 휠(4-번차)과 작은 휠(크로노그래프 휠)이 접촉, 면대 면의 마찰에 의해 같이 돌게 됩니다. 그럼으로서 크로노그래프 센터 초침이 돌게 되죠.
중요한 건 이때는 축을 포함한 모든 부품이 통째로 같이 돌게 됩니다.(검은 표시)

보시다시피 수직 클러치는 휠의 면대 면의 마찰로 인해 돌게되기 때문에 크로노그래프 작동 시 톱니간의 간섭이 없습니다.

따라서 크로노그래프 작동 시 크로노그래프 초침의 튐 현상도 없고, 오랜시간 작동 시켜도 크로노그래프 휠의 마모가 전혀 없습니다.

그리고 아주 중요한 점 하나!

요 개념이 이해가 어렵습니다. 좀 더 힘내서 읽어 주세요! ^^;

수직 클러치에서는 저항이 2개 존재합니다.

하나는 크로노그래프 미작동시 파란 표시의 크로노그래프 부품과 빨간 표시의 시계 구동계 부품간의 저항입니다.

빨간 표시의 큰 휠은 시계 구동계의 4-번차에 해당하기 때문에 항상 돌고 있는데 파란 표시 부분의 긴 축을 포함한 크로노그래프 휠은 돌지 않기 때문에 축~4-번차 사이의 저항-로딩이 크로노그래프 미작동 시에도 시계에 가해지고 있는 것입니다.

이제 크로노그래프를 작동 시키면?

빨간 표시의 4-번차와 파란 표시의 크로노그래프 휠+축이 한몸이 되서 돌기 때문에 축~4-번차 사이의 저항은 없어지고 대신 4-번차 위에 얹어진 크로노그래프 휠을 돌리는 만큼의 저항-로딩이 새로 생겨납니다.

그렇다면?

이론상으로 크로노그래프 미작동시 축~4-번차 사이의 저항과...(크로노그래프를 작동 시키면 없어짐)
크로노그래프 작동시 새로 발생되는 크로노그래프 휠을 돌리는 저항이 일치한다면...

크로노그래프를 작동시키지 않던, 작동시키던 로딩이 일정하다는 말이고...

이건 곧 크로노그래프 온, 오프시 메인스프링의 로딩이 일정하다는 말이고...

크로노그래프 온, 오프시 진동각의 변화가 없다는 말이 됩니다.

결론적으로, 수직 클러치에서는 앞서 언급한 두 저항의 크기가 거의 비슷한 까닭에 크로노그래프 작동 시 시계의 정확성에 거의 영향을 미치지 않는다는 것입니다.

실제로 Archer라는 닉을 쓰는 캐나다의 한 수리공(워치메이커까지 겸업하는 듯 하더군요...)이 실험을 해 봤습니다.

실험 대상은 오메가 3303.

실험 결과 크로노그래프 작동 전과,

작동 후 진동각의 차이가 불과 5도 정도밖에 나지 않는다는 걸 알 수 있습니다.

이게 얼마나 굉장한 거냐면, Archer의 말에 의하면 수평 클러치를 사용하는 오메가 1861의 경우 오메가는 크로노그래프 작동 시 40도 정도의 진동각 저하까지는 정상으로 용인 한다고 하더군요.(아마 범위를 넉넉하게 잡아논 것 같고, 자기 경험상 일반적으로 20도 정도는 떨어진다고 하더군요)

자, 여기까지 잘 이해 하셨다면, 이제 여러분은 다음과 같은 시린이들의 자주 하는 질문에 현명한 답을 하실 수 있으실 겁니다.

Q1. 크로노그래프를 계속 켜 놔도 괜찮을까요?
A) 니께 수직 클러치 방식이면 계속 켜놔도 괜춘해. 수평 클러치 방식이라면...돈 많으면 계속 켜놔.

Q2. 크로노그래프를 키면 시계의 정확성에 어떤 영향을 미치나요?
A) 니께 수평 클러치 방식이면...니 시계는 좀, 경우에 따라서는 많이 빨라질 수도 있어. 파워 리접도 몇시간 빠지겠지. 하지만 수직 클러치 방식이라면...전~혀! 아무 문제 없어.

이와 같은 수직 클러치 방식 크로노그래프의 무시무시한 장점은 왠일인지 널리 알려져 있지 않습니다.

사실 거의 알려지 있지 않다고 봐도 무방하고, 대중들은...시계에 좀 관심이 있다고 하는 분들도 컬럼휠이냐 캠 방식이냐만 많이 따지지 수평-수직 클러치 방식에 대해서는 별 생각 없는것이 대부분 입니다.

여담이지만 가끔가다 하이앤드동에 달리는 질문과 답변이 있습니다.

바로 파텍의 자동 크로노그래프 CH28-520 계열을 탑재한 5960이나 5980, 5990 등에서 영구초침이 없냐는 질문들인데...

사실 CH28-520은 영구초침이 없는 설계이구...

답변으로 CH28-520은 크로노그래프 초침을 영구초침으로 사용해도 무방하다는 글이 달리곤 하는데,

그 연유가 바로 CH28-520이 수직 클러치 방식의 크로노그래프 이기 때문입니다.

파텍의 후광때문에 그런가, 가끔가다 파텍만의 기술력으로 그런것이 가능하다는 답변도 있던데, 사실 CH28-520 뿐 아니라 수직 클러치 방식의 크로노그래프는 모두 크로노그래프 초침을 영구 초침으로 써도 무방한 것이지요.

예를 들자면 제 블랑팡 레망 빅데이트 플라이백도 영구초침이 없지만 크로노그래프 초침을 얼마든지 영구 초침으로 사용 가능합니다. 엣헴! ^^

이만 각설하고,

1980년대 후반 프레더릭 피게(현 블랑팡)가 FP 1185로 컬럼휠-수직 클러치 짝꿍을 맺어준 이래로...

롤렉스가 4130에, 파텍이 CH28-520에 수직 클러치를 채택, 명실공히 스위스 투탑이 확인도장을 찍어준 셈으로...

이제 고급 크로노그래프로 인정받기 위해서는 수직 클러치가 필수적인 요소임은 확정적인 것입니다.

최근 태그 호이어는 진짜진짜 자사 무브라고 할 수 있는 Cal. Heuer-02를 발표했는데,

여기에 호이어의 창업자 에드워드 호이어가 발명한 진동 피니언(Oscillating Pinion)을 포기하고 수직 클러치를 채택하는 놀라운 결정을 했습니다.

전작인 Cal.1887에서는 그렇게 강조하고 선전했던 브랜드의 아이코닉 아이템인 진동 피니언을 말입니다.

역사적인 진동 피니언의 포기를 아쉬워 한 PuristsPro의 어떤 모더레이터가 왜 그런 결정을 해야 했냐고 물었을 때,

태그 호이어측의 인상적인 답변으로 글을 마무리 해 봅니다.

"The vertical clutch is a more complex part that many of our customers and connoisseurs are looking for"

(듣고 있나 IWC? Cal.69000이 좀 부끄럽지 않나? 앙?)