작업대 위의 기술: 티타늄

이 글은 「작업대 위의 기술」 시리즈의 두 번째 기사입니다. 첫 번째 기사에서는 브레게가 실리콘 소재의 응용 분야에서 펼친 혁신적 탐구를 소개했으며, 두 번째 기사에서는 브랜드가 티타늄의 선구적 활용을 통해 거둔 뛰어난 성과를 자세히 해설합니다. 이 분야에서 브레게는 동일하게 높은 수준의 장인적 창의성을 보여 주고 여러 관련 특허를 획득했을 뿐 아니라, 오랜 시계 제작 전통을 계승하는 동시에 첨단 기술을 활용해 시계 제작 예술의 발전을 이끌겠다는 브랜드의 약속을 다시 한번 입증했습니다.

티타늄이 처음 주목받은 매력은 뛰어난 강도와 가벼운 질감, 보다 과학적으로 엄밀하게 표현하면 “낮은 밀도”가 결합된 독특한 특성에서 비롯되었습니다. 소재 선택을 통해 강도／중량비의 한계를 돌파하고 최적의 구성을 달성하려는 노력은 브레게에서 오랜 역사를 지니고 있습니다. 이 분야에서 주목받는 성과는 브레게 시계 회사가 아니라 브레게 항공에서 비롯되었습니다. 아브라함-루이 브레게의 증손자이자 5대 후계자인 루이 브레게(Louis Breguet)는 항공 분야에서 큰 업적을 세운 핵심 인물이었습니다. 1907년 오늘날 헬리콥터의 전신인 그의 첫 회전익 항공기를 시작으로, 제2차 세계대전 이후 민간 항공이 크게 성장할 때까지 이 분야에 대한 그의 연구는 반세기에 걸쳐 이어졌습니다. 그가 개발한 브레게 14형 복엽 정찰기는 제1차 세계대전에서 운용되었으며, 그는 기체 구조에 경량 알루미늄을 선구적으로 적용했습니다.

브레게가 경량 소재 탐구를 지속적으로 심화하도록 이끈 시계는 Tradition 트래디션 컬렉션의 투르비용 시계였습니다. 이 작품은 구상 단계부터 시계 제작 분야의 하나의 이정표가 되도록 설정되었으며, 브레게의 가장 현대적이고 전위적인 혁신 개념과 그 상징적인 투르비용, 브레게 오버코일, 콘스턴트 포스 이스케이프먼트를 하나로 결합했습니다. Tradition 트래디션 컬렉션의 한 모델로서 가장 중요한 요소는 당연히 다이얼의 배치였습니다. 즉, 착용자가 시계를 착용한 상태에서도 기계가 작동하는 과정이 선사하는 시각적 아름다움을 누릴 수 있어야 했습니다. 따라서 투르비용, 다이얼, 배럴, 퓨제 체인이라는 네 가지 주요 구성 요소가 이 모델의 전면 중앙에 배치되었습니다. 이 주요 구성 요소들 사이에서 최상의 미적 균형을 확보하기 위해 브레게는 브랜드 역사상 손목시계에 적용된 것 가운데 가장 큰 직경의 투르비용을 제작했습니다.

기존 방식을 통해 대형 직경의 투르비용을 제작하려는 시도는 곧 난관에 부딪혔습니다. 당면한 과제를 이해하기 위해 브레게 무브먼트 설계팀은 투르비용의 구조 원리를 면밀히 검토했습니다. 시계의 시간 조절 장치는 밸런스 휠, 밸런스 스프링 및 이스케이프먼트로 구성됩니다. 이스케이프먼트의 잠금과 해제 속도는 밸런스 휠과 밸런스 스프링의 왕복 진동, 즉 많은 이들이 “스윙”이라고 부르는 움직임에 의해 결정됩니다. 중력은 이 과정에 부정적인 영향을 미칩니다. 즉, 이 부품들의 수직 위치가 서로 다르기 때문에 중력이 작용할 때 시계의 진행 속도가 약간 빨라지거나 느려질 수 있습니다. 브랜드 창립자 아브라함-루이 브레게는 1801년 투르비용 특허를 획득했으며, 이 특허에 담긴 탁월한 구상은 중력으로 인한 오차 문제를 효과적으로 완화했습니다. 그의 해결책은 밸런스 휠, 밸런스 스프링 및 이스케이프먼트를 하나의 캐리지 안에 배치하고 이를 360도로 지속적으로 회전시켜 서로 다른 위치에서 발생하는 오차를 상쇄하는 것이었습니다. 오늘날 가장 일반적인 투르비용은 1분에 한 바퀴 회전하지만, 아브라함-루이 브레게는 다양한 회전 속도로 자신의 투르비용을 제작하기도 했습니다.

브레게의 설계팀은 처음부터 캐리지와 밸런스 휠에 관한 일련의 도전과 난제에 직면한 듯했습니다. 브랜드는 대구경과 견고함이라는 두 가지 요건을 모두 충족하는 캐리지를 어떻게 설계해야 했을까요? 이러한 두 가지 요건을 충족하는 캐리지는 대구경 밸런스 휠을 수용하고 자유롭게 회전할 수 있어야 했으며, 회전 시 과도한 토크를 필요로 하지 않고 메인스프링 배럴이 제공하는 에너지를 지나치게 소모하거나 회전 마찰을 과도하게 증가시키지 않아야 했습니다. 동시에 외부 충격으로 인한 손상도 견뎌야 했습니다. 

또한 직경이 커짐에 따라 밸런스 휠의 관성이 증가하는 상황에서 어떻게 진동수를 유지할 수 있을까요? (다음 단락에서 설명하듯, 밸런스 휠의 관성이 증가하면 진동수는 감소합니다.) 브레게 Classique 클래식 컬렉션에 탑재된 투르비용을 예로 들면, 일반적인 크기의 스틸 캐리지와 베릴륨 구리 합금 소재의 밸런스 휠을 결합했을 때 매우 이상적으로 작동합니다.

한편 Tradition 트래디션 컬렉션 투르비용 시계의 설계안에 따라 캐리지 직경은 40%, 즉 12mm에서 16.8mm로, 밸런스 휠의 직경은 9.95mm에서 13.8mm로 확대되었습니다. 이에 상응하는 경량화 방안이 없다면 토크, 에너지 소비, 강성, 중량, 마찰 및 충격 저항에 대한 모든 요구 조건은 훨씬 더 엄격해질 수밖에 없었습니다.

티타늄이 지닌 뛰어난 강도／중량비는 이 난제에 대응할 방향을 제시했습니다. 티타늄의 탁월한 강도／중량비가 무브먼트 설계에서 마주한 문제를 해결하는 데 도움이 된다는 점은 의심의 여지가 없습니다. 시계의 작동 속도는 크게 두 요소, 즉 밸런스 휠의 관성과 밸런스 스프링의 강성에 좌우됩니다. 밸런스 스프링의 특성은 대개 정해져 있으므로 설계자들은 관성 문제에 집중할 수 있습니다. 수학적 계산이나 설계 과정에 사용되는 컴퓨터의 도움 없이도, 우리는 일상적인 경험을 통해 그 핵심 원리를 이해할 수 있습니다. 

예를 들어 올림픽에서 스케이터가 회전하는 모습을 보면, 양팔을 펼친 채 회전을 시작할 때는 관성이 크지만 양팔을 몸 가까이 모으면 관성이 작아지고 회전 속도는 크게 빨라집니다. 이 현상에는 두 가지 기본 원리가 있습니다. 먼저 회전 속도는 관성에 반비례하므로 관성이 작을수록 회전 속도는 빨라집니다. 다음으로 관성은 질량과 질량의 반경에 따라 결정됩니다. 질량이 클수록 관성도 커지며（체중이 가벼운 스케이터는 체중이 더 무거운 스케이터보다 더 빠르게 회전합니다）, 반경이 클수록 관성도 커집니다（스케이터가 팔을 바깥쪽으로 펼치면 반경이 커지고, 팔을 거두면 반경이 작아집니다）. 

이제 스케이터의 사례를 통해 밸런스 휠의 작동 원리를 이해해 보겠습니다. 밸런스 휠의 관성은 반경（반경이 클수록 관성이 커짐）과 중량／질량（밸런스 휠이 무거울수록 관성이 커짐）에 따라 결정됩니다. 브레게 무브먼트는 관성을 조절해 시계의 작동 속도를 조정합니다. 밸런스 휠에는 무거운 골드 스크루가 장착되어 있어 안쪽으로 조절하면 관성이 줄고, 바깥쪽으로 조절하면 관성이 커집니다. 이를 통해 시계의 속도를 정밀하게 조정할 수 있습니다.

브레게 무브먼트 설계팀은 먼저 관성에 영향을 미치는 요소 중 하나인 반경에서 출발해, 반경이 큰 밸런스 휠과 이 부품을 수용할 수 있는 대형 캐리지를 설계했습니다. 이 컬렉션의 다른 투르비용에 앞서 사용된 소재를 그대로 적용한다면, 질량을 줄이기 위해 밸런스 휠과 캐리지의 단면 두께를 크게 줄여야 했습니다. 그렇게 되면 부품의 불안정성이 증가하고 전체적인 안정성에도 영향을 미칠 수 있었습니다. 

이러한 난제에 직면해 티타늄이 이상적인 소재로 부상했습니다. 티타늄의 밀도는 밸런스 휠에 일반적으로 사용되는 베릴륨 구리 합금의 절반이며, 캐리지에 주로 사용되는 스틸보다도 낮기 때문입니다. 티타늄을 적용하면 질량을 효과적으로 줄이고, 반경 증가로 인한 불리한 영향을 보완할 수 있습니다. 티타늄이 이상적인 해결책이라는 점에는 의심의 여지가 없습니다. 일정한 관성 수준에서 티타늄의 질량은 기존 소재보다 훨씬 낮습니다. 또한 질량이 감소하면 에너지 소비, 마찰, 충격 저항과 같은 다른 모든 요소도 함께 개선됩니다. 이에 따라 브레게는 밸런스 휠과 캐리지에 티타늄을 사용하기 시작했습니다. 티타늄에는 스틸이 갖지 못한 비자성이라는 또 하나의 장점도 있습니다. 브레게는 이 선구적인 소재 솔루션에 대한 특허를 출원했으며, 따라서 이는 브랜드만의 독점 기술입니다.

티타늄은 관성／질량비 측면에서 우위를 지니지만 제작이 매우 어렵습니다. 따라서 티타늄을 발견한 것만으로는 충분하지 않았으며, 설계팀에 즉시 활용할 수 있는 해결책을 제공하지도 못했습니다. 이 소재를 가공하려면 특수 공구를 개발해야 할 뿐 아니라, 공구가 마모되기 때문에 절삭 부품을 자주 교체해야 하며 사용 비용도 기존 소재보다 높습니다. 또한 절삭 과정에서 발생하는 열로 부품에 불이 붙을 수 있으므로 제조 과정에서 각별한 주의가 필요합니다.

브레게에게 정교한 수작업 마감 공정에 대한 추구 역시 수많은 도전을 안겨주었습니다. Tradition 트래디션 컬렉션 투르비용 시계를 포함한 고급 타임피스의 경우, 브레게는 투르비용 캐리지 등 무브먼트 부품의 평평한 표면과 가장자리를 순수 수작업으로 세심하게 장식합니다. 전통적인 폴리싱 방식은 브레게가 오랫동안 이어온 시계 제작 전통입니다. 장인은 평평한 표면을 세심하고 정교하게 문지르고, 일련의 정밀 줄을 사용해 가장자리를 베벨링하고 폴리싱한 뒤, 목재와 미세 연마재로 최종 폴리싱을 진행합니다. 

하지만 티타늄의 비범한 특성 때문에 이러한 전통적인 방법을 모두 다시 검토해야 했습니다. 이에 브레게는 평평한 표면을 위해 특수 샌드블라스팅 기술을 개발했습니다. 이 기술은 소재와 압력을 선택하는 과정에서 수많은 시험과 오차 조정을 필요로 했으며, 불필요한 잔여물을 남기지 않으면서 이상적인 미학적 효과를 구현해야 했습니다. 또한 베벨링 공정은 더욱 복잡했습니다. 

관련 소재와 기술을 조정하는 동시에 수작업 줄질과 폴리싱으로 구현한 베벨링 효과가 손상되지 않도록 해야 했습니다. 브레게의 마감 전문가들은 끊임없는 연구 끝에 목재 폴리싱에 최종적으로 사용할 줄과 연마재를 찾아 티타늄의 베벨링에 활용했습니다. 티타늄의 경도는 여러 과제를 가져왔을 뿐 아니라, 표준 소재보다 더 높은 인성을 지니고 있어 더욱 높은 수준의 수작업 기술이 필요했습니다. 최종적으로 새로운 티타늄 소재와 발레 드 주의 위대한 전통 수작업 마감 기술이 완벽하게 결합되었습니다.

최종 결과는 놀라웠습니다. 거대한 투르비용은 성능 면에서 전혀 타협하지 않았을 뿐 아니라, 그 크기가 시각적으로 다이얼 측에 표시된 다른 세 부품과도 균형을 이루었습니다.

Classique 클래식 컬렉션의 울트라 씬 투르비용 시계에 탑재된 투르비용 역시 설계 초기부터 이와 유사한 개념을 적용했습니다. 브레게의 목표는 놀라울 정도로 얇은 자동 와인딩 투르비용을 제작하는 것이었습니다. 브레게 무브먼트 설계팀은 이 목표를 성공적으로 실현했을 뿐 아니라, 이를 뛰어넘었습니다. Classique 클래식 컬렉션의 울트라 씬 투르비용 시계에는 두께가 단 3mm에 불과한 세계에서 가장 얇은 울트라 씬 자동 와인딩 투르비용이 탑재되었습니다. 울트라 씬 구조를 구현하기 위해서는 독특하면서도 엄격한 설계 요건이 필요했습니다. 무브먼트의 두께를 줄이기 위해 투르비용은 더 이상 브리지 아래의 피니언으로 구동되지 않고, 메인스프링 배럴의 기어 트레인이 에너지를 캐리지 외곽의 기어로 전달합니다. 전체 구조의 울트라 씬 설계를 추구하기 위해 이스케이프먼트는 외측에 장착된 링과 맞물리는 방식을 채택했으며, 이스케이프먼트 피니언을 캐리지 아래에 장착된 고정 휠과 맞물리게 하는 방식은 사용하지 않았습니다. 무브먼트 구조와 관련된 두 가지 혁신 기술이 견고성과 충격 저항 측면에서 뛰어난 성능을 발휘하도록 브레게 무브먼트 설계팀은 투르비용 부품의 무게를 최대한 줄이는 데 주력했습니다. 이에 브랜드는 티타늄으로 투르비용 캐리지와 밸런스 휠을 제작했습니다. 이 전체 부품은 다른 소재 조합보다 가벼워 필요한 에너지가 적으며, 80시간의 파워 리저브를 달성하는 데 크게 기여했습니다. 이는 울트라 씬 구조 발전의 역사에서 하나의 위업이라 할 수 있습니다.

티타늄은 여성용 시계에도 사용되었습니다. 브레게는 Reine de Naples 레인 드 네이플 컬렉션의 데이/나이트 디스플레이 시계를 위해 독특한 회전식 낮/밤 다이얼을 제작했습니다. 태양과 달, 별을 상징하며, 골드 브리지로 지지되는 밸런스 휠은 태양을 나타내는 동시에 24시간 핸드 역할도 합니다. 또한 다이얼은 청금석(준보석)으로 장식되어 있습니다. 전체 어셈블리는 메인스프링 배럴에 의해 구동되며 24시간 동안 계속 회전합니다. 이 회전 디스크는 무브먼트의 매우 중요한 두 부품인 밸런스 휠과 이스케이프먼트를 지탱할 뿐 아니라, 비교적 무거운 장식용 청금석 다이얼도 지지합니다. 이 다이얼은 골드 별과 자개 구름으로 장식되어 있습니다. 가벼운 티타늄은 구조 부품을 제작해 정교한 다이얼을 지지하는 데 매우 적합하며, 브레게 설계팀은 회전을 구현하는 플레이트 부품에도 이 소재를 사용했습니다. 이 시계에는 경금속으로 제작된 두 가지 요소가 추가되었습니다. 첫째는 달로, 티타늄을 폴리싱해 달 특유의 광택을 강조했습니다. 둘째는 청금석 다이얼로, 비구조 부품이기 때문에 알루미늄이 선택되었습니다.