1. 개요
Pendulum clock시계의 구동 속도를 일정하게 하는 장치로써 흔들이 진자를 사용하는 기계식 시계이다. 1656년 네덜란드의 크리스티안 하위헌스가 발명한 이후, 1930년대 쿼츠 시계가 두각을 나타내기까지 세계에서 가장 정밀한 시계였다.
2. 역사
이탈리아의 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei. 1564~1642)는 1581년 추의 진폭이나 진자의 질량에 관계없이 진자의 길이만 같으면 1회의 왕복 시간은 일정하다는 '진자의 등시성(等時性)'을 발견하였으며, 이는 시계학의 역사에서 가장 중요한 발견이 되었다. 갈릴레오가 발견한 진자의 등시성 원리를 토대로 1656년 하위헌스가 최초로 진자를 시계의 발진기(oscillator)로 사용한 진자 시계를 발명했다.이전에 사용하던 폴리옷(foliot)과 굴대 탈진기(verge escapement)를 사용하는 기계식 시계(참고 영상)나 물시계는 대단히 오차가 컸으나, 진자 시계는 하루에 10초 정도로 오차를 줄일 수 있었고, 이에 따라 1670년 런던의 윌리엄 클레멘트에 의해 시계에 초침이 도입될 수 있었다. 본래 14세기 유럽에서 등장할 무렵의 기계식 시계는 하루 오차가 무려 15분에 달할 정도로 정확도가 낮았다. 그렇기 때문에 진자 시계가 등장하기 전에는 시각을 가리키는 시계 바늘로써 분침조차도 쓸모를 찾기 어려웠고 대부분의 시계는 시침 하나만으로 시각을 표시했었다.
그후 1675년 리처드 타운리(Richard Towneley)가 닻 구조 탈진기(anchor escapement)의 변종인 직진식 탈진기(deadbeat escapement)를 발명하여 이후의 거의 모든 진자 시계에 채용된다. 또한 이때 하위헌스와 로버트 훅이 나선형 밸런스 스프링을 추가한 밸런스 휠(balance wheel)를 발명하여 진자와 동일한 조화 진동자(harmonic oscillator)의 원리를 도입된 후, 비로소 실용적인 회중시계가 탄생했고, 이후로 회중시계는 신사의 필수 휴대품으로 보편화되어 갔다.
18~19세기 가정, 공장, 사무실, 철도역에 설치된 진자 시계는 일상 생활과 노동의 스케줄링에서 시간의 표준으로 사용되었다. 특히 1889년 독일의 지그문트 리플러(Sigmund Riefler)가 발명한 리플러 탈진기(riefler escapement)는 하루 오차 0.01초를 달성했고, 20세기초 세계의 시간 표준으로 널리 이용되었다.
마지막으로 1921년 영국의 윌리엄 쇼어트(William Shortt)와 프랭크 호프-존스(Frank Hope-Jones)가 진자 시계의 최종 단계로써 쇼어트 시계(Shortt-Synchronome clock)을 발명했다. 연간 오차를 1초 미만으로 줄인 쇼어트 시계는 미국 국가표준국(NIST)에 의해 채택되어 1940년대까지 시간의 표준으로 이용되었으며, 심지어 프랑스 시간청(French Time Service)은 1954년까지도 표준 시계로 이용했다.
3. 구조
기계식 진자 시계의 무브먼트는 다음 5가지 기본 부품으로 구성된다.- 동력원(power source): 도르래나 체인 기어를 돌리는, 끈이나 사슬에 달린 무게추, 혹은 태엽(main spring).
- 기어 트레인(gear train): 동력을 진자로 전달하고, 그 회전율을 바꾸어 시계 바늘이 회전하게 하는 장치.
- 탈진기(escapement): 진자의 1주기마다 기어를 한 이씩 회전시킴으로써 진자를 일정한 시간 간격으로 진동을 계속하도록 하는 장치이다. 특히 시계의 정확도에 관계되는 요소이며, 시계의 째깍거리는 소리가 발생하는 부분이다.[1]
- 진자(pendulum): 막대 끝에 달린 무게추.
- 다이얼(dial): 탈진기가 얼마나 자주 회전했으며 얼마나 긴 시간이 흘렀는지를 보여준다. 대개 회전하는 바늘을 가진 시계 문자판(clock face)으로 구성된다. 복잡하게 써있는데, 그냥 '시계'라고 했을 때 가장 먼저 보이는 부분이라고 생각하면 된다.
[1] 참고로 진자 시계에 주로 사용된 닻 구조 탈진기(anchor escapement)는 두 개의 앵커 암이 외부 톱니바퀴를 번갈아가며 붙잡는 방식을 사용한다.