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최고관리자 | November 21, 2012 | view 9,958
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4. 永遠한 神들의 時計, 아트모스 (ATMOS)
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아트모스는 인간이 만든 시계 중 인간의 꿈을 현실화시킨 가장 위대한 걸작품이다. 1880년 독일인 하더(Harder)가 400일 시계를 고안한 후, 많은 시계사( 時計士 ) 들은 인위적인 에너지가 필요 없이 영원히 스스로 작동하는 시계장치를 만들겠다는 꿈에 부풀어 있었다.
[사진 1]은 하더가 고안한 400일 시계의 기본형이다. 이 시계는 독일의 시계제조사가 만든 것으로 다양한 모델을 생산하여 1950년에 제조된 것이다. 문자판은 세라믹 처리를 하였으며 밸런스를 이루고 있는 재료는 인바르 합금을 채용하고 있다.
[사진 1] 1880년 독일인 하더가 고안한 400일 시계의 기본형. 1950년 독일시계제조회사 Schatz사의 제품이다.
밸런스를 지탱하고 작동하게 하는 막대 스프링(두께 0.08mm, 넓이 0.545mm, 길이 120mm)은 온도변화에 면역 전기 처리된 특수합금이며, 시계의 밸런스 진동은 1분에 8회(4회 왕복)의 완만한 회전운동을 하고 있다. 물리학적으로는 1왕복을 1진동으로 규정하고 있으나 기계시계의 진동이 너무 작기 때문에 1왕복을 2진동으로 규정하고 있으며, 참고로 보통 기계시계의 진동은 1초에 5 ~ 10회의 진동을 한다.
이 시계는 대기의 오염과 먼지 등에 의한 기계의 보호를 위하여 돔형의 유리관 속에서 작동을 하고 있으며, 시계의 원만한 조속운동을 위하여 시계가 항시 수평을 유지하여야 하므로 원반의 시계 바닥에는 수평을 조절할 수 있는 3개의 수평조절 장치용 나사가 있다.
하더의 400일 시계는 한번의 태엽감기로 400일 동안 시계가 작동한다는 놀라운 아이디어였으며, 당시의 기술로서는 획기적인 시계장치였다. 그러나 이 시계도 1년 1개월이면 태엽을 감아주어야 했으며, 고도의 정밀성이 요구되는 조속장치의 정밀성으로 인하여 이동 중이거나 태엽을 감아주는 행동 중에 조속장치의 막대 스프링을 상하게 하는 일이 많아 시계의 실용성을 의심받았었다.
그러나 천재 시계사 장-레옹 루더(Jean-Leon Reutter)는 1926년 공기 중의 온도변화를 에너지로 변환하여 태엽을 감아주는 시계장치를 개발하여 특허를 취득하였으며, 스위스 시계제조회사 예거 르 쿨트르(Jaeger-Le Coultre)의 기술이 첨가되면서 인류 시계역사에 길이 남을 영원한 시계 아트모스가 1936년 탄생되었다.
[사진 2] 1950년에 만들어진 아트모스 탁상시계. 공기 중의 온도변화를 감지하여 에너지를 저축하여 영원히 작동한다.
장-레옹의 아트모스 시계는 인간이 상상할 수 없을 정도의 극미소( 極微少 )의 에너지를 이용하여 작동하고 있다. 이 시계가 소비하는 에너지는 6천만 개의 아트모스의 시계 모두를 작동시킬 수 있는 에너지라 하여도 사용되어지는 에너지는 15W 전구가 필요로 하는 전류보다도 적다.
그렇다면 한 개의 아트모스를 작동케 하는 에너지는 불과 0.25 ㎼에 불과 하다는 결론이 나온다. 또한 이 영원한 시계는 자신이 필요로 하는 모든 에너지를 공기 중의 온도변화를 감지하여 자급자족하고 있다는 것이다.
인간의 꿈을 현실화시킨 이 영원한 시계는 어떤 원리로 작동하며 정말 인간의 도움이 전혀 필요 없을까? 아트모스 탁상시계는 1898년 기옴(Dr. Charles Edouard Guillaume)박사에 의해 발명된 불변강(Invar)과 1913년 기옴 박사에 의해 발명된 탄성불변강(Elinvar)을 소재로 한 밸런스(Balance)를 채택하고 있으며, 이 탄성 불변강의 밸런스는 온도 변화에 전혀 구애받지 아니하면서 1분에 2진동을 하는 완만한 회전 진동을 하고 있다.
[사진 3]의 시계는 필자가 소장하고 있는 1940년 생산된 아트모스 시계이다. 1999년 1월 미국의 마이에미에 있는 대저택의 화재로 인하여 시계의 외장은 화재로 녹아 소실되었으며 시계 전체가 불에 타서 1999년 7월 필자에게 수리를 의뢰하여온 시계이다. 6개월 간의 작업 끝에 현재와 같이 복구를 하였으나 외장의 부품을 구할수 없어서 수리 의뢰인과 타협을 하여 필자가 인수를 하였다.
[사진 3] 1940년 대에 제작 되었다. 외형의 케이스와 유리 등은 화재로 소실되었으며, 내부의 기계는 완전수리 되었다.
다행히 에너지를 생산하는 드럼의 개스가 보존되어 있어서 아직까지 정확하게 작동을 하고 있으며 최상의 기술이 결집된 시계의 면모를 보여주고 있다.
이 시계 역시 1분에 2진동을 하며 밸런스의 진동은 서서히 회전하는 회전자의 축에 연결된 파이프에 지탱되어진 원형의 베아링과 앵커의 충격운동으로 작동된다.
[사진 4] 앵커함과 함에 충격을 주는 원통형의 베아링.
첨단의 시대인 현대사회의 시계에서 1초의 정의를 결정하고 있는 원자시계의 진동이 1초에 9,192,631,770 Hz의 진동을 하는 것에 비할 수도 없으며, 또한 1초에 32,768 Hz 진동을 하는 아날로그 전자시계에도 역시 비교할 수 없을 만큼의 극소의 진동을 하고 있다.
그러므로 아트모스의 1회 진동의 틀림은 30초의 틀림과 직결되며, 하루 1회의 진동의 틀림도 없어야 하는 중요한 과제를 안고 있다.
또한 밸런스의 반 회전은 30초가 소요되며 이 비율로는 1시간 동안 120회전(왕복 60회)의 완만한 느린 속도의 동작으로 인하여 기계의 소모는 비상하게 적어 300년 동안의 기계 소모도( 消耗度 )는 일반 기계식 손목시계의 1년 간의 소모도와 같다. 따라서 이론상으로는 300년 동안 수리 및 주유( 注油 )를 할 필요도 없다.
[사진 5] 에린바 합금의 회전 밸런스. 1분에 2회의 회전진동을 한다.
온도변화의 에너지(Energy)를 시계자체의 에너지로 변환시키기 위하여 그 원재료는 치과에서 사용하는 마취제인 에틸크로라이드(C2H5CI) 개스를 사용하고 있다. 이 에틸크로라이드 개스는 온도 15°와 30°사이에서 높은 상호팽창력( 相互膨脹力 )을 가지고 있으므로, 이 시계는 끊임없는 기온변화가 에너지가 되며 불과 1°의 온도 변화로 48시간을 작동할 수 있는 에너지가 저장된다는 것이다.
[사진 6] 에틸크로라이드 개스와 자바라커버, 팽축 스프링이 내장된 드럼.
에틸크로라이드 개스는 시계의 뒤에 장착되어 있는 드럼의 배면과 원통의 주변에 주입되어 있으며 드럼 속에 있는 풍구는 개스의 팽창운동에 의하여 팽축( 膨縮 ) 작용을 한다.
이 작용은 드럼 내부의 자바라커버에 의하여 보호되고 있으며,(보이지 않음) 온도가 올라가면 개스가 팽창되어 자바라커버가 팽창되어 나선형의 팽축( 膨縮 ) 스프링을 압축시킨다.
온도가 35°에서는 충분히 압축되었다가 온도가 내려가면 압력이 풀리게되어 자바 라커버는 줄어들게 되고 온도가 15°가 되면 팽축( 膨縮 ) 스프링은 최대치로 완화되는 신축운동을 온도의 변화 양에 따라 반복된다.
이러한 신축 운동은 태엽통차와 팽축( 膨縮 ) 스프링 끝에 연결된 쇠사슬 링크를 당기거나 놓아주는 작용을 하므로 온도가 올라가면 쇠사슬은 놓아주게 되고 태엽통에 연결된 작은 스프링에 의하여 쇠사슬은 태엽통에 일정하게 감기게 되고, 온도가 내려가면 팽축 스프링이 완화되면서 쇠사슬을 당기게 되므로 이때에 태엽 축이 회전하면서 태엽이 감기게 된다.
이와 같이 아트모스는 온도가 변화할 때마다 자동적으로 태엽을 감아준다. 이런 운동은 에어컨이 작동되는 실내에서도 지속적으로 동작을 하며 너무 많은 양의 태엽감기는 자동권 태엽과 같은 원리인 이완운동으로 미끄러지면서 일정하게 풀리게 되므로 해결된다.
또한 온도변화로 얻어지는 태엽감기는 지속적으로 끊임없이 작동을 하며 태엽이 전권상태가 될 때 아트모스는 400일 간의 에너지가 저장된 것이다. 보통의 일상생활의 온도변화는 아침과 낮의 평균 온도 변화차는 약 5°이므로 하루에 아침과 저녁 2회의 온도 변화에서 얻어지는 에너지는 약 480시간을 작동할 수 있는 에너지를 얻게 된다.
[사진 7] 태엽이 내장된 태엽통과 팽축운동으로 인한 에너지를 전달하는 사슬링크.
밸런스의 회전진자는 에린바(Elinvar 니켈 스틸의 합금)이며, 원추형의 진자를 지탱하고 있는 평면 와이어 스프링은 온도변화 면역 전기처리가 된 얇고 길다란 막대형 스프링(두께 0.048mm, 넓이 0.18mm, 길이 120mm)이다.
[사진 8]은 현재 필자가 소장하고 있는 1952년 생산된 아트모스이다. 이 시계는 1997년 황학동 아스팔트 길거리에서 천대받고 있는 것을 필자가 발견하고 구입하였다. 판매자는 기압시계라고 하면서 설명을 하였는데 아마 아트모스(Atmos)라는 뜻이 기압이라는 해석 때문에 생긴 오해인 것 같았다.
[사진 8] 황학동 길거리에서 구입한 아트모스. 막대 스프링의 파손으로 작동이 중지된 상태였다.
가장 중요한 막대형 평면 스프링이 파손되어 부득이 엥길로우 태엽을 얇게 연마 하여 수리하였으나 현재까지 잘 움직여 주고 있다. 이 시계는 [사진 3]의 시계보다 디자인은 많은 변화가 있었지만 시계의 원동력인 개스 드럼과 태엽을 감아주는 장치는 변함이 없었다.
다만 개스 드럼 내부에 상호팽창압력을 민감하게 받아들이기 위하여 드럼 내부의 자바라커버에 팽축 스프링보다 더 크고 팽창력이 강한 스프링이 첨가되어 있었다.
아트모스는 한번의 수리 후 약 600년 간의 수리가 필요 없다는 이론을 제시하고는 있다. 그러나 현대사회의 대기오염을 생각하여 볼 때 사용되어지는 윤활유의 손상은 피할 수가 없는 것이다.
보통 시계에 사용되는 시계기름은 4년 정도면 증발하거나 유막( 油幕 )이 손상되어 기름이 수지화( 樹脂化 ) 되거나 변질되어 시계에 손상을 가져온다.
유감스러운 것은 인류가 기계시계를 만든지 700년이 지났지만 아직도 완전한 시계용 기름을 만들지 못하였다는 것이다.
처음 아트모스를 개발하고서는 300년간 분해소재와 주유가 필요하지 않다고 하였으나 현재의 시계기름 성능과 대기오염의 형편을 생각해볼 때 20년에 한번은 정기점검이 필요하다는 결론이다.
또한 이 시계는 극미소의 에너지로 시계가 작동을 하고 있으므로 분침에 파리가 한마리 않아 있어도 모든 시계의 작동은 멈추어 버린다는 약점도 가지고 있다.
인간이 신의 영역을 넘어서는 위대한 시계가 만들어 졌으나 그에 따른 주변의 과학의 발전이 따라주지 않는다면 발명품의 기능이 효과적으로 사용될 수 없다는 것은 슬픈 현실이다.
영원히 사용될 수 있는 시계가 발명되었으나 그 기계를 작동하는데 필요한 윤활유의 발전이 따라주지 않으므로 아트모스는 20년에 한번씩 분해소제와 주유가 필요한 슬픈 운명(?)을 안게 되었다.
그러나 영원한 신들의 시계 아트모스는 자신의 위치가 수평의 상태를 유지하고 있고, 인류가 불의 심판만 받지 않는다면 그 자신은 인간의 도움도 필요치 않고 또한 신의 도움 없이도 영원히 작동을 할 것이다.
아트모스 시계는 스위스 연방정부를 공식 방문하는 국빈에게 주어지는 시계이며, 인류역사에 크게 공헌하였던 존 에프 케네디(John F. Kennedy), 처칠 수상(Sir Winaton Churchill), 찰리 채플린(Charlie Chaplin) 등에게 기증되었던 시계이다.
American Certified Master Watchmaker
대한민국 명장
고급 시계사
시계 산업기사
부산여자대학교 교수 정 윤 호
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